JP2018010118A - Optical deflector - Google Patents

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芳邦 平野
Yoshikuni Hirano
芳邦 平野
靖 本山
Yasushi Motoyama
靖 本山
克 田中
Katsu Tanaka
克 田中
菊池 宏
Hiroshi Kikuchi
宏 菊池
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical deflector requiring low applied voltage, including small number of signal lines and allowing downsizing.SOLUTION: Optical waveguides 13 are grouped into plural output ports 15 consecutively provided in one vertical row arrangement direction. The optical waveguide 13 of each group is provided with a common first electrode 16 for each optical waveguide 13 constituting the group, and electrode parts 17 connected to each other by electrodes of each optical waveguide. The electrode part 17 is longer or shorter in a lengthwise direction of the optical waveguide 13 in the order of the one row arrangement of the output port 15 for each electrode member provided in each optical waveguide 13.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光偏向装置に関する。   The present invention relates to an optical deflecting device.

(光偏向装置とは)
光通信や3次元距離計測等の分野において、光を機械的な走査なしに高速掃引できる、光フェーズドアレイ(例えば、特許文献1等)(以下、「光偏向装置」という)の研究開発が進められている。
光偏向装置は複数の出力光に基づいて合成光ビームを発生するデバイスであり、多数の出力ポートを備え、各出力ポートから出力される各出力光ビームの位相分布を制御することによって、所望の偏向方向や収束・発散性をもつ合成光ビームを得ることができる。
(What is a light deflector?)
In fields such as optical communication and three-dimensional distance measurement, research and development of an optical phased array (for example, Patent Document 1) (hereinafter referred to as “optical deflecting device”) that can sweep light at high speed without mechanical scanning is progressing. It has been.
An optical deflecting device is a device that generates a combined light beam based on a plurality of output lights, and includes a plurality of output ports, and controls a phase distribution of each output light beam output from each output port to thereby obtain a desired light beam. A combined light beam having a deflection direction and convergence / divergence can be obtained.

(光偏向装置の主な性能指標)
光偏向装置の主な性能指標は、識別可能な合成光ビームの本数(解像点数)と、合成光ビームの走査速度である。ここで、解像点数Nrは、最大偏向角度θmax(光偏向装置で光を偏向できる最大の偏向角度)を、最小拡がり角度Ψmin(合成光ビームの拡がり角度の最小値)で除算した値として定義される。
(Main performance index of optical deflector)
The main performance indicators of the optical deflection apparatus are the number of recognizable synthesized light beams (number of resolution points) and the scanning speed of the synthesized light beam. Here, the number Nr of resolution points is a value obtained by dividing the maximum deflection angle θ max (the maximum deflection angle at which light can be deflected by the optical deflector) by the minimum spread angle Ψ min (the minimum value of the spread angle of the combined light beam). Is defined as

光偏向装置の光ビームの偏向は多重開口の回折理論(リニアアレイアンテナの回折の原理と同様)に従う。そのため、各出力ポートの配置間隔が小さく、互いに隣接し合う出力ポートの出力光同士の位相差が大きいときに、大きな偏向角度をもった合成光ビームが発生する。
光偏向装置において、出力光の位相分布と出力ポートの配置間隔が定まったとき、光の最小拡がり角度Ψminは出力ポートの数で決まるため、出力ポートを狭い間隔で多数配置することにより、光偏向装置の前記の解像点数Nrを高めることが可能である。
The deflection of the light beam of the optical deflector follows the diffraction theory of multiple apertures (similar to the diffraction principle of a linear array antenna). For this reason, when the arrangement interval of each output port is small and the phase difference between the output lights of the adjacent output ports is large, a combined light beam having a large deflection angle is generated.
In the optical deflecting device, when the phase distribution of output light and the arrangement interval of output ports are determined, the minimum light spread angle Ψ min is determined by the number of output ports. It is possible to increase the number of resolution points Nr of the deflecting device.

一方、光偏向装置の走査速度は、前記各出力光の位相分布の制御速度によって決まる。光偏向装置からの出力光の位相分布は、各出力ポートに接続されたフェーズシフタにおける光路の屈折率を光信号や電気信号に基づいて変化させることで制御される。従って、光偏向装置からの出力光の位相を高速に制御するには、外部信号による屈折率変化の速い材料が要求されるため、実用化されている液晶素子(例えば、特許文献2)のほか、電気光学(EO)材料(例えば、特許文献3)、有機EOポリマー(例えば、非特許文献1)等の利用が有望視される。   On the other hand, the scanning speed of the optical deflector is determined by the control speed of the phase distribution of each output light. The phase distribution of the output light from the optical deflecting device is controlled by changing the refractive index of the optical path in the phase shifter connected to each output port based on an optical signal or an electrical signal. Accordingly, in order to control the phase of the output light from the optical deflecting device at high speed, a material whose refractive index changes rapidly by an external signal is required. Therefore, in addition to a liquid crystal element that has been put into practical use (for example, Patent Document 2). The use of electro-optic (EO) materials (for example, Patent Document 3), organic EO polymers (for example, Non-Patent Document 1), etc. is promising.

特に、π電子分布の電界応答を利用した有機EOポリマーは、理論的にGHzを超える動作速度を有し、近年、屈折率変化量の大きな材料が提案されたことにより、光偏向装置への応用も期待される。
有機EO材料やEOポリマーを用いた高速に動作する光偏向装置は、光導波路型のデバイス構成とすることで、小型化、集積化が可能であり、このような光偏向装置の応用可能範囲は極めて広くなる。
In particular, the organic EO polymer using the electric field response of the π electron distribution has an operation speed that theoretically exceeds GHz, and in recent years, a material having a large amount of refractive index change has been proposed. Is also expected.
An optical deflector that operates at high speed using an organic EO material or an EO polymer can be miniaturized and integrated by adopting an optical waveguide type device configuration. The applicable range of such an optical deflector is as follows. It becomes very wide.

(光偏向装置の動作原理)
次に、光偏向装置の動作原理について説明する。図6は、有機EO材料を用いた8チャネル光導波路型の光偏向装置101の例である。一般的に光導波路型の光偏向装置101は、基板102上にそれぞれ形成された、入力ポート103と、(ビーム)スプリッタ104と、光導波路105と、フェーズシフタ106と、出力ポート107と、電極108とを備えている。
(Operating principle of the optical deflector)
Next, the operation principle of the optical deflection apparatus will be described. FIG. 6 shows an example of an optical deflecting device 101 of an 8-channel optical waveguide type using an organic EO material. In general, an optical waveguide type optical deflecting device 101 includes an input port 103, a (beam) splitter 104, an optical waveguide 105, a phase shifter 106, an output port 107, an electrode formed on a substrate 102, respectively. 108.

なお、光偏向装置101は、以下で説明する電圧印加が行われない状態で各出力ポート107からの出力光の位相は等しいものとして図6(a)には図示するが、位相整合を満たすための光路調整部品や電圧補正は適宜導入してかまわない。
入力ポート103は、空間光を光導波路の伝搬光に変換する光学素子であり、入力光を導く光導波路105の端面にボールレンズやシリンドリカルレンズなどを配置するか、あるいは、光導波路105の側面にプリズムカプラやグレーティングカプラを配置あるいは形成して構成される。
The optical deflecting device 101 is shown in FIG. 6A as being assumed that the phase of the output light from each output port 107 is the same in the state where voltage application described below is not performed. The optical path adjusting parts and voltage correction may be introduced as appropriate.
The input port 103 is an optical element that converts spatial light into propagation light in the optical waveguide. A ball lens or a cylindrical lens is disposed on the end surface of the optical waveguide 105 that guides the input light, or on the side surface of the optical waveguide 105. A prism coupler and a grating coupler are arranged or formed.

スプリッタ104は前記伝搬光を光導波路105へ分配する素子であり、図6に示す1×2MMI(Multi Mode Interference:マルチモード干渉)カプラの多段接続のほか、1×8MMIカプラの単独使用、Y分岐カプラの多段接続、スターカプラ等で構成される。すなわち、1×N MMIカプラは、一つの入力光をN(整数)本の光導波路105に分配することのできる光学素子である。そして、ここで具体的に図示されているのは、光導波路105と、フェーズシフタ106と、出力ポート107と、電極108とが、それぞれ8個設けられた(スプリッタ104で8本の前記伝搬光に分岐する)光偏向装置101の例である。   The splitter 104 is an element that distributes the propagating light to the optical waveguide 105. In addition to the multi-stage connection of 1 × 2 MMI (Multi Mode Interference) couplers shown in FIG. 6, a single use of 1 × 8 MMI coupler, Y branch Consists of multi-stage coupler connection, star coupler, etc. In other words, the 1 × N MMI coupler is an optical element that can distribute one input light to N (integer) optical waveguides 105. Specifically, here, eight optical waveguides 105, phase shifters 106, output ports 107, and electrodes 108 are provided (eight of the above-mentioned propagation lights by the splitter 104). This is an example of the optical deflection apparatus 101 that branches into

光導波路105は、その幅がW、厚みがT、長さがLa(図6(a)に図示)、屈折率がncであるものとする。そして、光偏向装置101は、光導波路105を8本、基板102の板幅方向に並べた素子であり、少なくとも光導波路105の一部が1つ以上の電極108によって囲まれた有機EO材料によって構成される。
光導波路105のうち、電極108がつくる電界の作用を受ける領域をフェーズシフタ106と称し、印加電界Eで生じる屈折率変化Δn(E)により、前記伝搬光の位相を制御する。
ただし、前記の有機EO材料は、その代わりに熱光学(TO)材料を用いてもよく、この場合には、前記の記載における印加電界Eの代わりに、電極108による電流の導通に伴って発生するジュール熱によって前記伝搬光に対する光導波路の屈折率ncの変化が制御される。
The optical waveguide 105 has a width W, a thickness T, a length La (shown in FIG. 6A), and a refractive index nc. The optical deflection apparatus 101 is an element in which eight optical waveguides 105 are arranged in the plate width direction of the substrate 102, and at least a part of the optical waveguide 105 is made of an organic EO material surrounded by one or more electrodes 108. Composed.
A region of the optical waveguide 105 that is affected by the electric field generated by the electrode 108 is referred to as a phase shifter 106, and the phase of the propagating light is controlled by a refractive index change Δn (E) caused by the applied electric field E.
However, instead of the organic EO material, a thermo-optic (TO) material may be used instead. In this case, the organic EO material is generated along with conduction of current by the electrode 108 instead of the applied electric field E in the above description. The change of the refractive index nc of the optical waveguide with respect to the propagating light is controlled by Joule heat.

ここで、波長λの伝搬光が光導波路105を通過して生じる位相変化量φは、フェーズシフタ106の長さをLs(図6に図示)、フェーズシフタ106への電圧Vの印加で生じるEOポリマーの電界をE、その電界EのときのEOポリマーの光の屈折率n(E)を“n(E)=nc+Δn(E)”とすると、およそ“2π{nc・(La−Ls)+n(E)・Ls}/λ”になる。これにより、フェーズシフタ106での電圧印加の有無に対して、出力ポート107で生じる出力光の位相差Δφは、“Δφ=(2π・Δn(E)・Ls)/λ”によって制御することができる。   Here, the phase change amount φ generated when propagating light of wavelength λ passes through the optical waveguide 105 is Ls (shown in FIG. 6) of the length of the phase shifter 106 and EO generated by application of the voltage V to the phase shifter 106. When the electric field of the polymer is E and the refractive index n (E) of the light of the EO polymer at the electric field E is “n (E) = nc + Δn (E)”, approximately “2π {nc · (La−Ls) + n (E) · Ls} / λ ″. Accordingly, the phase difference Δφ of the output light generated at the output port 107 with respect to the presence / absence of voltage application at the phase shifter 106 can be controlled by “Δφ = (2π · Δn (E) · Ls) / λ”. it can.

たとえばフェーズシフタ106として、屈折率n、電気光学(EO)係数rであるEOポリマーを用いたとき、その屈折率変化量は“0.5n・r・E(V)”で与えられる。よって、位相差Δφを得るには、EOポリマーで形成されたフェーズシフタ106への印加電界Eが、
E=(Δφ/2π)(λ/(n・r・Ls)) ……(4)
となるよう電圧を印加する。
For example, when an EO polymer having a refractive index n and an electro-optic (EO) coefficient r is used as the phase shifter 106, the refractive index change amount is given by “0.5n 3 · r · E (V)”. Therefore, in order to obtain the phase difference Δφ, the electric field E applied to the phase shifter 106 formed of the EO polymer is
E = (Δφ / 2π) (λ / (n 3 · r · Ls)) (4)
Apply a voltage so that

印加電界Eからの印加電圧Vの導出は、光偏向装置101のデバイス構造に依存するため、詳細には数値解析などで静電界分布を求める必要がある。しかし、例えばフェーズシフタ106が、厚みTの薄膜EOポリマーを2つの薄膜電極で挟んだ構造であるとき、前記印加電圧Vの算出式は簡略化され、“V=(Δφ/2π)(T/(n・r・Ls))”となる。
出力ポート107は入力ポート103と同様に、空間光と伝搬光を結合し得る光学素子であり(本例では、光導波路105が外部に露出する端縁部が出力ポート107となる)、出力ポート107を等しいピッチP(図6(a)に図示)で基板102の板幅方向に一次元配置することにより、一次元の光偏向制御が可能になる。
Since the derivation of the applied voltage V from the applied electric field E depends on the device structure of the optical deflection apparatus 101, it is necessary to obtain the electrostatic field distribution in detail by numerical analysis or the like. However, for example, when the phase shifter 106 has a structure in which a thin-film EO polymer having a thickness T is sandwiched between two thin-film electrodes, the formula for calculating the applied voltage V is simplified to “V = (Δφ / 2π) (T / (N 3 · r · Ls)) ”.
Similarly to the input port 103, the output port 107 is an optical element capable of coupling spatial light and propagating light (in this example, the edge portion where the optical waveguide 105 is exposed to the outside becomes the output port 107), and the output port One-dimensional light deflection control can be performed by one-dimensionally arranging 107 in the plate width direction of the substrate 102 at an equal pitch P (shown in FIG. 6A).

隣接する出力ポート107を出射する出力光の位相差が±Δφであり、一方の端にある出力ポート107から他方の端にある出力ポート107までの光の位相が単調増加するよう構成されたとき、すなわち出力光の二次波面が光偏向装置101の出力端に対して傾いた波面を形成するとき、合成光ビームの偏向角度θ(図6に図示)は“sin−1{(Δφ/2π)(λ/P)}”になる。
以上の動作原理により、光偏向装置101のフェーズシフタ106への電圧印加により、合成光ビームの偏向角度を制御することが可能である。
When the phase difference of the output light emitted from the adjacent output port 107 is ± Δφ, and the phase of the light from the output port 107 at one end to the output port 107 at the other end is monotonously increased. That is, when the secondary wavefront of the output light forms a wavefront inclined with respect to the output end of the optical deflecting device 101, the deflection angle θ of the combined light beam (shown in FIG. 6) is “sin −1 {(Δφ / 2π ) (Λ / P)} ”.
Based on the above operation principle, it is possible to control the deflection angle of the combined light beam by applying a voltage to the phase shifter 106 of the optical deflection apparatus 101.

一方、出力光の強度が均一であるとき、拡がり角Ψはおおむね“λ/(7P+W)”である(図6に図示のように出力ポート107が8個の場合)。ここで、“7P+W”は光偏向装置101の開口径であり、出力ポート107の数(エレメント数)Ne(本例で、8個)に対して“(Ne−1)P+W”で与えられるため、解像点数Nr、すなわち、“Nr=θmax/Ψmin”を大きくするには、エレメント数Neの増加が不可欠である。 On the other hand, when the intensity of the output light is uniform, the divergence angle ψ is approximately “λ / (7P + W)” (when there are eight output ports 107 as shown in FIG. 6). Here, “7P + W” is the aperture diameter of the optical deflector 101, and is given by “(Ne−1) P + W” with respect to the number of output ports 107 (number of elements) Ne (8 in this example). In order to increase the number of resolution points Nr, that is, “Nr = θ max / Ψ min ”, it is essential to increase the number of elements Ne.

なお、出力ポートのピッチPは、光導波路105の間隔と等しいとして説明したが、出力ポート107に至る経路にテーパ構造などを導入して、出力ポート107のピッチをP’に変換した場合、光偏向装置101の開口径は“7P’+W”となり、拡がり角Ψは、おおむね“λ/(7P’+W)”で与えられる。   The pitch P of the output ports has been described as being equal to the interval between the optical waveguides 105. However, when a taper structure or the like is introduced in the path to the output port 107 and the pitch of the output port 107 is converted to P ′, The opening diameter of the deflecting device 101 is “7P ′ + W”, and the spread angle Ψ is generally given by “λ / (7P ′ + W)”.

図7は、光偏向装置101から出力する前記の出力光及び合成光ビームの様子を示している。すなわち、各出力ポート107には、一方から順番に番号(チャンネル番号)が1番、2番、…N番というように振られ、1番、2番、…N番の各出力ポート107から出力する前記の出力光ビーム(符号111)の位相は、順に、φ、φ+Δφ、φ+2Δφ、…のようにΔφずつの位相差が設けられている。この位相差により各出力ポート107から出力される出力光111は、符号112で示すような球面波となり、図6(c)の例(図6(b)の符号121部分の拡大平面図)で、前記の合成光ビーム(符号113)は右に偏向し、その波面は符号114のようになる。   FIG. 7 shows the state of the output light and the combined light beam output from the light deflection apparatus 101. That is, numbers (channel numbers) are assigned to each output port 107 in order from the first, such as No. 1, No. 2,... N, and output from No. 1, No. 2,. The phase of the output light beam (reference numeral 111) is provided with a phase difference of Δφ in order of φ, φ + Δφ, φ + 2Δφ,. Due to this phase difference, the output light 111 output from each output port 107 becomes a spherical wave as indicated by reference numeral 112, and in the example of FIG. 6C (enlarged plan view of the reference numeral 121 in FIG. 6B). The combined light beam (reference numeral 113) is deflected to the right, and its wavefront is as indicated by reference numeral 114.

米国特許第5093740号明細書US Pat. No. 5,093,740 特許第2579426号公報Japanese Patent No. 2579426 特許第5285120号公報Japanese Patent No. 5285120 特許第5613712号公報Japanese Patent No. 5613712 特開2012−155045号公報JP 2012-155045 A

大友明、「有機色素分子を用いた電気光学光変調器の開発」、KARC FRONT、vol.26、Spring 2013、pp.3-7Akira Otomo, “Development of electro-optic light modulator using organic dye molecules”, KARC FRONT, vol.26, Spring 2013, pp.3-7 P. F. McManamon、「A Review of Phased Array Steering for Narrow-Band Electro optical Systems」、Proc. of the IEEE、Vol.97、No.6、June 2009P. F. McManamon, “A Review of Phased Array Steering for Narrow-Band Electro optical Systems”, Proc. Of the IEEE, Vol. 97, No. 6, June 2009

前記のとおり、光偏向装置101では、出力ポート107を狭い間隔で多数配置することにより、前記の解像点数Nrを高めることが可能である。そのため、光偏向装置101においては一般に出力ポート数が多い(前記の例では、出力ポートの数を便宜上8個にして図示、説明しているが、実際は遥かに多い)。このような出力ポート107の数の増加に伴う課題としては、前記の印加電圧Vの高電圧化や、フェーズシフタ106に接続する信号線数の増加、さらには、所望の位相分布を得るために必要な電極108のサイズの長大化が挙げられる。   As described above, in the optical deflecting device 101, the number of resolution points Nr can be increased by arranging a large number of output ports 107 at a narrow interval. For this reason, the number of output ports is generally large in the optical deflecting device 101 (in the above example, the number of output ports is shown and described for convenience of eight, but there are actually much more). Problems associated with such an increase in the number of output ports 107 include increasing the applied voltage V, increasing the number of signal lines connected to the phase shifter 106, and obtaining a desired phase distribution. The required size of the electrode 108 is increased.

これらの課題について、図8、図9を参照して具体的に説明する。この図8、図9において、図6、図7と同一符号の部材等は前記のとおりであるため、詳細な説明は省略する。また、図8、図9においては、図6と異なり、スプリッタ104部分は図示を省略している。さらに、図8、図9の例でも、各出力ポートから出力される前記の出力光111(図8、図9には図示せず)には、図示のとおりΔφの光の位相差をつけている。また、図8、図9においては、出力光の位相を図示しているため、便宜上、出力光113を出力ポート107から離して図示しているが、実際は、出力光113は出力ポート107から直接放射されることはいうまでもない。   These problems will be specifically described with reference to FIGS. In FIG. 8 and FIG. 9, the members and the like having the same reference numerals as those in FIG. 6 and FIG. 8 and 9, the splitter 104 is not shown, unlike FIG. Further, in the examples of FIGS. 8 and 9, the output light 111 (not shown in FIGS. 8 and 9) output from each output port is provided with a phase difference of Δφ as shown in the figure. Yes. 8 and 9 illustrate the phase of the output light, and therefore, for convenience, the output light 113 is illustrated away from the output port 107. However, in reality, the output light 113 is directly from the output port 107. Needless to say, it is emitted.

図7に示すような光偏向装置101が形成する合成光ビーム113の波面114は、次のように実現できる。すなわち、出力ポート107のチャンネル番号を、その並列方向の図8(a)の上から下に順に、1番、…8番とすると、1番から8番に向けて出力光111(図8(a)には図示せず)の位相が漸次変化し、Δφで単調減少すれば実現できる(前記図7の例では単調増加であったが、ここでは単調減少の例を示している)。   The wavefront 114 of the combined light beam 113 formed by the light deflection apparatus 101 as shown in FIG. 7 can be realized as follows. That is, assuming that the channel number of the output port 107 is number 1,..., Number 8 in order from the top to the bottom of FIG. 8A in the parallel direction, the output light 111 (from FIG. This can be realized if the phase of (a) (not shown) gradually changes and monotonically decreases with Δφ (in the example of FIG. 7, it is monotonically increased, but here an example of monotonic decrease is shown).

しかし、大きな光の偏向角度を得るには大きなΔφが必要であり、光偏向装置101への印加電圧の高電圧化が問題となる。すなわち、1番、…8番の出力ポート107にそれぞれ対応して電極1081〜1088が設けられ、その各電極1081〜1088の電圧を印加する電圧源V〜Vが設けられている(各電極に接続されているGNDは図示を省略する)。ここで、大きなΔφとするためには、電圧源V〜Vの順に出力電圧が順次高電圧化して、電圧源Vが相当な高電圧化するか、電圧源V〜Vの順に出力電圧が順次高電圧化して、電圧源Vが相当な高電圧化することになる。 However, in order to obtain a large light deflection angle, a large Δφ is necessary, and there is a problem of increasing the voltage applied to the optical deflection apparatus 101. That is, electrodes 1081 to 1088 are provided corresponding to the output ports 107 of No. 1,..., Respectively, and voltage sources V 1 to V 8 for applying voltages of the electrodes 1081 to 1088 are provided (each (The GND connected to the electrode is not shown). Here, in order to obtain a large Δφ, the output voltage is sequentially increased in the order of the voltage sources V 1 to V 8 , and the voltage source V 8 is significantly increased, or the voltage sources V 8 to V 1 order by successively higher voltage is the output voltage, so that the voltage source V 1 corresponding high voltage.

そこで、図8(b)に示す電極構造が提案されている(例えば、前記の特許文献4を参照)。前記の記載から明らかなように、出力ポート107における出力光111の位相差は、“Δφ∝Δn(E)・Ls”であるため、光偏向装置101への電圧印加による光の屈折率変化量Δn(E)は、フェーズシフタ106の長さLsに左右される。この結果、図8(b)の電圧源Vに印加する電圧は、図8(a)の電圧源V(図8(a)の例で最大電圧の電源)が印加する電圧の1/8程度に低減することが可能である。 Therefore, an electrode structure shown in FIG. 8B has been proposed (see, for example, Patent Document 4). As is clear from the above description, since the phase difference of the output light 111 at the output port 107 is “Δφ∝Δn (E) · Ls”, the amount of change in the refractive index of light due to voltage application to the optical deflecting device 101. Δn (E) depends on the length Ls of the phase shifter 106. As a result, the voltage applied to the voltage source V 8 in FIG. 8 (b), the voltage is applied (power source maximum voltage in the example in FIG. 8 (a)) the voltage source V 8 in FIG. 8 (a) 1 / It can be reduced to about 8.

しかし、図8(b)における信号線110の数は図8(a)の例と同数であり、解像点数Nrの増加に対する信号線110の数の増加という課題は解決されない。
そこで図9(a)に示すように、全ての電極1081〜1088が同一の信号線110に接続された光偏向装置101も提案されている(前記の特許文献5を参照)。ここでは、電極1081〜1088が互いに全て接続されている。
However, the number of signal lines 110 in FIG. 8B is the same as that in the example of FIG. 8A, and the problem of an increase in the number of signal lines 110 with respect to an increase in the number of resolution points Nr is not solved.
Therefore, as shown in FIG. 9A, an optical deflection device 101 in which all the electrodes 1081 to 1088 are connected to the same signal line 110 has also been proposed (see Patent Document 5). Here, the electrodes 1081 to 1088 are all connected to each other.

ところが、この場合にも、図8(b)と同様に、電極108の長さは“Ne・Ls”(図9(a)の例では、エレメント数Ne=8)となり、これにより、光偏向装置101のサイズが出力ポート数に比例して巨大化するため、光偏向装置101を小型化できないという課題が生じる。
一方、電極構造によらずに前記の印加電圧の上昇を抑制する手段として、図9(b)に示すmodulo 2π制御と呼ばれる制御手段が提案されている(例えば、前記の非特許文献2を参照)。
However, in this case as well, as in FIG. 8B, the length of the electrode 108 is “Ne · Ls” (in the example of FIG. 9A, the number of elements Ne = 8). Since the size of the device 101 becomes larger in proportion to the number of output ports, there arises a problem that the optical deflection device 101 cannot be reduced in size.
On the other hand, a control means called modulo 2π control shown in FIG. 9B has been proposed as means for suppressing the increase in the applied voltage regardless of the electrode structure (for example, see Non-Patent Document 2 above). ).

すなわち、合成光ビーム113の波面114は出力光111(図9(b)に図示せず)の等位相面として形成されるため、空間中では光の進行方向に沿って長さλの整数倍だけ光路長が異なる出力光が含まれても、光の波面は形成される。
したがって図8(a)の位相分布を2πで割った余りを、出力ポートの位相分布として与えた図9(b)の構成においても、図8(a)の場合と同じ方向へ合成光ビーム114を形成することができる。
That is, since the wavefront 114 of the combined light beam 113 is formed as an equiphase surface of the output light 111 (not shown in FIG. 9B), it is an integral multiple of the length λ along the light traveling direction in space. Even if output lights having different optical path lengths are included, a light wavefront is formed.
Therefore, in the configuration of FIG. 9B in which the remainder obtained by dividing the phase distribution of FIG. 8A by 2π is given as the phase distribution of the output port, the combined light beam 114 is directed in the same direction as in FIG. Can be formed.

このような手段において、前記の印加電圧は、出力ポート107において位相差2πを与える電圧V2πよりも低いものとなるため、前記の印加電圧の高電圧化を抑制することができる。
しかし、この場合にも信号線110の数の増加は避けられないという課題がある。
本発明は、印加電圧が低くて済み、信号線の数も少なく、かつ、装置を小型化できる光偏向装置を提供することを課題とする。
In such a means, the applied voltage is lower than the voltage V that gives the phase difference 2π at the output port 107, so that the applied voltage can be prevented from being increased.
However, even in this case, there is a problem that an increase in the number of signal lines 110 is unavoidable.
It is an object of the present invention to provide an optical deflecting device that requires only a low applied voltage, has a small number of signal lines, and can downsize the device.

本発明の光偏向装置は、入力光を複数に分割するスプリッタと、前記スプリッタで複数に分割された各光をそれぞれ導き、当該光の出口側端縁が一列に並んで出力ポートを形成している複数本の光導波路とを備え、前記各光導波路は、前記一列の並び方向で連続して出現する複数個の前記出口側端縁ごとにグループ分けして電極が設置され、前記電極は、前記各グループを構成する前記光導波路ごとに共通で前記グループが異なると別体となる電極であって、印加電圧を個別に設定できる高くなる複数の第1電極からなる第1電極群と、前記光導波路ごとの電極部材で形成され互いに接続された複数の電極部からなる第2電極とからなり、前記第2電極は、前記各グループの中で、前記一列の並びの順番に前記各光導波路に設けられている前記電極部の前記光導波路の長さ方向の長さが漸次長くなり、前記一列の並びで前記各グループの最初の前記電極部の長さが最短となって当該各グループの最後の前記電極部の長さが最長となることを特徴とする。   The optical deflecting device of the present invention includes a splitter that divides input light into a plurality of parts, and guides each light divided into a plurality of parts by the splitter, and the output side edges are aligned in a line to form an output port. A plurality of optical waveguides, wherein each of the optical waveguides is grouped for each of the plurality of outlet side edges that continuously appear in the row direction, and the electrodes are A common electrode for each of the optical waveguides constituting each group and a separate electrode when the group is different, and a first electrode group comprising a plurality of first electrodes that can be individually set with an applied voltage; and A second electrode comprising a plurality of electrode portions formed of electrode members for each optical waveguide and connected to each other, wherein the second electrode is arranged in the order of the row in each group. Before being provided in The length in the length direction of the optical waveguide of the electrode portion is gradually increased, the length of the first electrode portion of each group in the row is the shortest, and the length of the last electrode portion of each group is reduced. It is characterized by the longest length.

本発明によれば、各光導波路の電極を第1電極と第2電極とに分けたことにより、各光導波路への印加電圧は、第1電極と第2電極とに分配できるばかりでなく、光の位相が2π加算、若しくは減算しても同一となる物理法則に基づき、位相差2πを与える電圧V2πを適宜加算若しくは減算できるので、その最大値を抑制することができる。
そして、必要な信号線の数も、第1電極に対応したものはグループ数に応じた本数(グループ数×2)だけあればよく、第2電極に対応したものは2本だけで済ますことができるので、抑制することができる。
また、一列の並びで各グループの最初の光導波路が最短となって当該各グループの最後の光導波路の長さが最長となるので、光導波路の長さの変動サイクルとは当該グループ分けに合致している。そのため、各光導波路の中で最大の電極の長さ(各光導波路に対応している、“第1電極の長さ+電極部の長さ”)も、“第1電極の長さ+第2電極のうちグループ中で最大の電極部の長さ”に抑制することができるので、光偏向装置を小型化することができる。
According to the present invention, by dividing the electrodes of each optical waveguide into the first electrode and the second electrode, the applied voltage to each optical waveguide can be distributed not only to the first electrode and the second electrode, Since the voltage V that gives the phase difference 2π can be appropriately added or subtracted based on the physical law that is the same even if the phase of light is added or subtracted by 2π, the maximum value can be suppressed.
Also, the number of signal lines required is only the number corresponding to the number of groups (number of groups x 2) corresponding to the first electrode, and only two corresponding to the second electrode are required. Since it can, it can be suppressed.
In addition, since the first optical waveguide of each group is the shortest and the length of the last optical waveguide of each group is the longest in a single row, the fluctuation cycle of the optical waveguide length matches the grouping. I'm doing it. Therefore, the maximum electrode length in each optical waveguide (corresponding to each optical waveguide, “the length of the first electrode + the length of the electrode portion”) is also “the length of the first electrode + the length of the first electrode”. Since the length of the electrode portion of the two electrodes can be suppressed to the “maximum length of the electrode portion”, the optical deflection apparatus can be reduced in size.

本発明によれば、印加電圧が低くて済み、信号線の数も少なく、かつ、装置を小型化できる光偏向装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an optical deflecting device that requires a low applied voltage, has a small number of signal lines, and that can downsize the device.

本発明の一実施形態である光偏向装置の平面図である。It is a top view of the optical deflection device which is one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態である光偏向装置の光導波路、及び第1電極(第2電極)の拡大縦断面図、並びに、当該電極への電圧源の接続を示す図である。FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view of an optical waveguide and a first electrode (second electrode) of an optical deflecting device that is an embodiment of the present invention, and a diagram showing a connection of a voltage source to the electrode. 本発明の一実施例である光偏向装置の平面図である。It is a top view of the optical deflection apparatus which is one example of the present invention. 本発明の一実施例である光偏向装置の各部の規定値を示す表である。It is a table | surface which shows the prescribed value of each part of the optical deflection apparatus which is one Example of this invention. 本発明の一実施例である光偏向装置の検証結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the verification result of the optical deflection | deviation apparatus which is one Example of this invention. 有機電気光学材料を用いた8チャネル光導波路型の光偏向装置の一例を示す説明図である。(a)は斜視図、(b)は平面図、(c)は(b)の一部分の拡大平面図である。It is explanatory drawing which shows an example of the optical deflection | deviation apparatus of an 8-channel optical waveguide type using an organic electro-optic material. (A) is a perspective view, (b) is a plan view, and (c) is an enlarged plan view of a part of (b). 図6の例で光偏向装置による出力光、合成光ビームの様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the mode of the output light by a light deflection apparatus and a synthetic | combination light beam in the example of FIG. 本発明の課題を説明する説明図であり、(a)と(b)はそれぞれ異なる構成の光偏向装置の例を示す平面図である。It is explanatory drawing explaining the subject of this invention, (a) and (b) are top views which show the example of the optical deflection apparatus of a respectively different structure. 本発明の課題を説明する説明図であり、(a)と(b)はそれぞれ異なる構成の光偏向装置の例を示す平面図である。It is explanatory drawing explaining the subject of this invention, (a) and (b) are top views which show the example of the optical deflection apparatus of a respectively different structure.

以下、本発明の一実施形態について説明する。
以下の説明において、前記の[背景技術]及び[発明が解決しようとする課題]の欄と共通の記号等は、前記した内容と同様であるため、詳細な説明を省略する場合がある(前記の説明を参照)。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
In the following description, symbols and the like common to the above-mentioned [Background Art] and [Problems to be Solved by the Invention] are the same as those described above, and thus detailed description may be omitted (the above-mentioned description may be omitted). See description).

(光偏向装置の構成の概要)
図1に示す本実施形態の光偏向装置1は、入力ポート11と、(ビーム)スプリッタ12と、光導波路13と、フェーズシフタ14と、出力ポート15と、第1電極16と、第2電極21と、基板18と、信号線19と、光導波路のグループgと同数の電圧源V,V,…,V,並びに,Vとを備えている。なお、第1電極16、及び、第2電極21は、単線の信号線19のみを介して、電圧源V,V,…,V,並びに,Vと接続されているように図示されているが、これは便宜上の図示であって、実際の結線状態については後述する。また、後述の出力光bは、後述のとおり出力ポート15から直接出力されるが、図1には、チャンネル番号、出力光の位相を表示しているため、便宜上、出力光bは出力ポート15から離して図示している(後述の実施例における図3も同様)。
(Outline of configuration of optical deflector)
The optical deflecting device 1 of this embodiment shown in FIG. 1 includes an input port 11, a (beam) splitter 12, an optical waveguide 13, a phase shifter 14, an output port 15, a first electrode 16, and a second electrode. 21, the substrate 18, the signal line 19, and the same number of voltage sources V 1 , V 2 ,..., V g and V s as the optical waveguide group g. The first electrode 16 and the second electrode 21 are illustrated as being connected to the voltage sources V 1 , V 2 ,..., V g , and V s only through the single signal line 19. However, this is an illustration for the sake of convenience, and the actual connection state will be described later. Further, the output light b described later is directly output from the output port 15 as described later, but since the channel number and the phase of the output light are displayed in FIG. 1, the output light b is output from the output port 15 for convenience. (The same applies to FIG. 3 in the embodiment described later).

各光導波路13は、電気光学(EO)材料で形成されていることが望ましい。しかしながら、各光導波路13の材料として熱光学(TO)材料を用いてもよい。
以下、光偏向装置1の各部の詳細な構成について説明する。
Each optical waveguide 13 is preferably formed of an electro-optic (EO) material. However, a thermo-optic (TO) material may be used as the material of each optical waveguide 13.
Hereinafter, a detailed configuration of each part of the optical deflection apparatus 1 will be described.

(基板18について)
基板18は、様々な材料を用いて構成することができる。例えば、基板18の材料としては、ソーダガラス、SiO、石英、メチルアクリレート、シリコン、LiNbO、LiTaO、アルミナ、GaAlAs、InP等を用いることが可能である。
基板18の一方の面には、入力ポート11と、スプリッタ12と、光導波路13と、フェーズシフタ14と、出力ポート15と、第1電極群22と、第2電極21と、信号線19の一部とが形成されている。
(Substrate 18)
The substrate 18 can be configured using various materials. For example, as the material of the substrate 18, soda glass, SiO 2 , quartz, methyl acrylate, silicon, LiNbO 3 , LiTaO 3 , alumina, GaAlAs, InP, or the like can be used.
On one surface of the substrate 18, the input port 11, splitter 12, optical waveguide 13, phase shifter 14, output port 15, first electrode group 22, second electrode 21, and signal line 19 Part is formed.

(入力ポート11について)
入力ポート11は、入力光を光導波路13の伝搬光に変換する光学素子であり、入力光を導く光導波路13の端面にボールレンズやシリンドリカルレンズなどを配置するか、あるいは、光導波路側面にプリズムカプラやグレーティングカプラを配置、あるいは形成して構成される。
(About input port 11)
The input port 11 is an optical element that converts input light into propagating light in the optical waveguide 13, and a ball lens or a cylindrical lens is disposed on the end surface of the optical waveguide 13 that guides the input light, or a prism is provided on the side surface of the optical waveguide. A coupler and a grating coupler are arranged or formed.

(スプリッタ12について)
図1に示すように、光偏向装置1は、入力光を複数に分割するスプリッタ12を備えている。スプリッタ12は、入力ポート11から入力された前記伝搬光を光導波路13へ分配する素子であり、図1に示す1×2MMI(Multi Mode Interference:マルチモード干渉)カプラの多段接続のほか、1×8MMIカプラの多段接続、Y分岐カプラの多段接続などで構成することができる。すなわち、1×N MMIカプラは、一つの入力光をN(整数)本の光導波路13に分配することのできる光学素子である。そして、図1の具体例では、スプリッタ12が1×2MMIカプラを、便宜上、4段階だけ図示して他は省略しているが、実際には、光導波路の数Nに応じて、より多段階にカプラを接続して構成されることになる(何段階かは、1×2MMIカプラ、1×8MMIカプラ、Y分岐カプラの何れを用いるかによっても変わってくる)。なお、Ncは電圧源V1〜Vgを共有する光導波路の最大の本数であり、“(g−1)・Nc<N≦g・Nc”となるように設定され、すなわち、スプリッタ12は、本実施形態では、前記伝搬光をN本に分岐させ、そのそれぞれをN本の光導波路13へ分配するものである。
(About splitter 12)
As shown in FIG. 1, the optical deflection apparatus 1 includes a splitter 12 that divides input light into a plurality of parts. The splitter 12 is an element that distributes the propagating light input from the input port 11 to the optical waveguide 13. In addition to the multistage connection of 1 × 2 MMI (Multi Mode Interference) couplers shown in FIG. A multi-stage connection of 8MMI couplers, a multi-stage connection of Y branch couplers, and the like can be used. That is, the 1 × N MMI coupler is an optical element that can distribute one input light to N (integer) optical waveguides 13. In the specific example of FIG. 1, the splitter 12 shows the 1 × 2 MMI coupler in only four stages for convenience, and the others are omitted. However, in reality, there are more stages depending on the number N of optical waveguides. (The number of steps varies depending on whether a 1 × 2 MMI coupler, a 1 × 8 MMI coupler, or a Y branch coupler is used). Nc is the maximum number of optical waveguides sharing the voltage sources V1 to Vg, and is set to satisfy “(g−1) · Nc <N ≦ g · Nc”. In the embodiment, the propagating light is branched into N, and each of them is distributed to N optical waveguides 13.

(光導波路13、フェーズシフタ14、第1電極16、第2電極21について)
図1に示すように、光偏向装置1は、スプリッタ12で複数(本例ではg・Nc本)に分割された各光をそれぞれ導き、当該光の出口側端縁が一列(図1で上から下に向かって一列)に並んで複数(本例ではg・Nc個)の出力ポート15を形成している複数本(本例ではg・Nc本)の光導波路13を備えている。
光導波路13は、その幅がW、厚みがT、長さがLa、屈折率がncであるものとする。そして、光偏向装置1は、光導波路13をg・Nc本だけ、基板18の板幅方向(図1の上下方向)に並べた素子である。
光導波路13のうち、第1電極16、第2電極21が作る電界の作用を受ける領域をフェーズシフタ14と称し、その印加電界Eで生じる屈折率変化Δn(E)により、前記伝搬光の位相を制御する。
(About the optical waveguide 13, the phase shifter 14, the first electrode 16, and the second electrode 21)
As shown in FIG. 1, the light deflection apparatus 1 guides each light divided into a plurality of pieces (g · Nc in this example) by the splitter 12, and the edge on the exit side of the light is aligned in one row (in FIG. A plurality (g · Nc in this example) of optical ports 13 forming a plurality (g · Nc in this example) of output ports 15 are arranged in a line from the bottom to the bottom.
The optical waveguide 13 has a width of W, a thickness of T, a length of La, and a refractive index of nc. The optical deflection device 1 is an element in which g · Nc optical waveguides 13 are arranged in the plate width direction of the substrate 18 (vertical direction in FIG. 1).
A region of the optical waveguide 13 that is affected by the electric field created by the first electrode 16 and the second electrode 21 is referred to as a phase shifter 14, and the phase of the propagating light is changed by a refractive index change Δn (E) caused by the applied electric field E. To control.

図1に示すように、各光導波路13は、前記の一列の並び方向で連続して出現するNc個の前記の出口側端縁(出力ポート15)ごとにグループ分けしたg個の第1電極16と、1つの第2電極21が設置されている。まず、各光導波路13(及びそれに対応する出力ポート15)には、図1に示すようにチャンネル番号を付与している。すなわち、チャンネル番号は、若い番号から順に、1番、2番、…、Nc番、Nc+1番、Nc+2番、…、2Nc番、…、(g−1)・Nc+1番、(g−1)・Nc+2番、…、g・Nc番(g・Nc=Ne)である。そして、チャンネル番号の順に隣り合うNc個の光導波路13を1つのグループとして、g個のグループ(各グループにNc個の出力ポート15や光導波路13が設けられている)に光導波路13(及びそれに対応する出力ポート15)をグループ分けしている。N≠g・Ncの場合にも同様にN番までの番号を付与するが、グループ分けは、若い番号から順にNc本の光導波路で構成されるg−1個のグループをつくり、最後のグループはg・Nc−N個の光導波路で構成する。   As shown in FIG. 1, each optical waveguide 13 includes g first electrodes grouped for each of the Nc outlet side edges (output ports 15) that continuously appear in the row direction. 16 and one second electrode 21 are provided. First, each optical waveguide 13 (and its corresponding output port 15) is given a channel number as shown in FIG. That is, the channel numbers are in order from the smallest number, number 1, number 2,..., Number Nc, number Nc + 1, number Nc + 2,..., Number 2Nc, ..., (g−1), number Nc + 1, (g−1), Nc + 2,..., G · Nc (g · Nc = Ne). Then, Nc optical waveguides 13 that are adjacent to each other in the order of channel numbers are grouped into one group, and the optical waveguides 13 (and Nc output ports 15 and optical waveguides 13 are provided in each group). The corresponding output ports 15) are grouped. Similarly, in the case of N ≠ g · Nc, numbers up to N are assigned, but grouping is performed by creating g−1 groups composed of Nc optical waveguides in order from the smallest number, and the last group. Is composed of g · Nc−N optical waveguides.

前記の電極は、g個の各グループを構成する光導波路13ごとに共通でグループが異なると別体となる電極あって、印加電圧を個別に制御できる複数(本例でg個)の第1電極16からなる第1電極群22と、光導波路13ごとの電極部材で形成され互いに接続された複数(本例でg・Nc個)の電極部17からなる第2電極21とからなる。   The electrodes are common for each of the optical waveguides 13 constituting each of the g groups and are separated when the groups are different, and a plurality (g in this example) of first electrodes that can individually control the applied voltage. The first electrode group 22 including the electrodes 16 and the second electrode 21 including a plurality of (g · Nc in this example) electrode portions 17 formed of electrode members for each optical waveguide 13 and connected to each other.

図2は、フェーズシフタ14において、第1電極16及び第2電極21が形成されている部分を示している。
図2に示すように、第1電極16(第2電極21の電極部17も基本構成は同じ)は、第1電極16(電極部17)を構成する一対の制御電極16a(電極部17の場合は制御電極17a)と、下部電極16b(電極部17の場合は下部電極17b)とからなる。制御電極16a(制御電極17a)は、光導波路13の上部の面に形成され、下部電極16b(下部電極17b)は、光導波路13の下部の面に形成されている。
FIG. 2 shows a portion of the phase shifter 14 where the first electrode 16 and the second electrode 21 are formed.
As shown in FIG. 2, the first electrode 16 (the basic configuration of the electrode portion 17 of the second electrode 21 is the same) is a pair of control electrodes 16a (of the electrode portion 17) constituting the first electrode 16 (electrode portion 17). The control electrode 17a) and the lower electrode 16b (in the case of the electrode portion 17, the lower electrode 17b). The control electrode 16 a (control electrode 17 a) is formed on the upper surface of the optical waveguide 13, and the lower electrode 16 b (lower electrode 17 b) is formed on the lower surface of the optical waveguide 13.

図1に示すように、第2電極21は、前記の各グループの中で、前記の一列の並びの順番に各光導波路13に設けられている電極部17の光導波路13の長さ方向の長さが漸次長くなり、前記の一列の並びで前記の各グループの最初の電極部17の長さが最短となって当該各グループの最後の電極部17の長さが最長となる。これにより、電極部17の長さの変動サイクルは、前記のグループ分けに合致している。すなわち、例えば、チャンネル番号1,Nc+1,2Nc+1,…,(g−1)・Nc+1の電極部17が最短となり、チャンネル番号Nc,2Nc,3Nc,…,gNc)の電極部17が最長となる。   As shown in FIG. 1, the second electrodes 21 are arranged in the length direction of the optical waveguides 13 of the electrode portions 17 provided in the respective optical waveguides 13 in the order of the one row in each group. The length gradually increases, the length of the first electrode portion 17 of each group becomes the shortest and the length of the last electrode portion 17 of each group becomes the longest in the row of rows. Thereby, the fluctuation cycle of the length of the electrode part 17 is in agreement with the said grouping. That is, for example, the electrode portions 17 of channel numbers 1, Nc + 1, 2Nc + 1,..., (G−1) · Nc + 1 are the shortest, and the electrode portions 17 of channel numbers Nc, 2Nc, 3Nc,.

光導波路13は、例えば、EOポリマー製のコア13aを、上下からポリマー製のクラッド13b,13cで挟み込んだ構成である。そして、このような構成の光導波路13を前記の制御電極16a(制御電極17a)と下部電極16b(下部電極17b)とで挟み込んでいる。この積層構造は、基板18上に積層されている。フェーズシフタ14は、下から順に、クラッド13c、コア13a、クラッド13bが積層された積層構造をなしている。   The optical waveguide 13 has, for example, a configuration in which an EO polymer core 13a is sandwiched between polymer clads 13b and 13c from above and below. The optical waveguide 13 having such a configuration is sandwiched between the control electrode 16a (control electrode 17a) and the lower electrode 16b (lower electrode 17b). This laminated structure is laminated on the substrate 18. The phase shifter 14 has a laminated structure in which a clad 13c, a core 13a, and a clad 13b are laminated in order from the bottom.

図2において、電源(電圧源)Vは、第1電源V,V,…,V,又は第2電源Vを総称して図示していて、電源Vの極性はいずれでもよいがプラス側(もしくはマイナス側)は制御電極16a(制御電極17a)側と信号線19を介して接続されている。また、電源Vのマイナス側(もしくはプラス側)は下部電極16b(下部電極17b)と信号線19を介して接続されている。これにより、電源Vが、制御電極16a(制御電極17a)と下部電極16b(下部電極17b)との間に電圧を印加すると、コア13aには図2に矢印で示すような電界Eがかかる。 In FIG. 2, the power source (voltage source) V is a generic name of the first power source V 1 , V 2 ,..., V g , or the second power source V s, and the polarity of the power source V may be any. The plus side (or minus side) is connected to the control electrode 16 a (control electrode 17 a) side via a signal line 19. The minus side (or plus side) of the power source V is connected to the lower electrode 16 b (lower electrode 17 b) via the signal line 19. Thus, when the power source V applies a voltage between the control electrode 16a (control electrode 17a) and the lower electrode 16b (lower electrode 17b), an electric field E as shown by an arrow in FIG. 2 is applied to the core 13a.

制御電極16a(制御電極17a)及び下部電極16b(下部電極17b)には、金、銀、銅、アルミ、クロム、チタン等の金属材料、あるいは、ITOやIZO等の透明導電性材料を用いることができる。これらの電極は、スピンコーティング、蒸着、光重合、RFスパッタリング、CVD等の手段で基板18上に形成することができる。なお、下部電極16b(下部電極17b)は、基板18上に形成される。   For the control electrode 16a (control electrode 17a) and the lower electrode 16b (lower electrode 17b), a metal material such as gold, silver, copper, aluminum, chromium, titanium, or a transparent conductive material such as ITO or IZO is used. Can do. These electrodes can be formed on the substrate 18 by means of spin coating, vapor deposition, photopolymerization, RF sputtering, CVD or the like. The lower electrode 16b (lower electrode 17b) is formed on the substrate 18.

クラッド13b,13cは少なくとも1層以上の誘電体(前記の例ではポリマー)を含むものとするが、クラッド13b及び13cの一方、あるいは、両方を設けないようにしてもよい。
コア13aには、クラッド13b,13cに比べて高い誘電率を有する透明材料(前記の例では有機電気光学ポリマー)を用いることとし、クラッド13cを設けない場合は、基板18に比べて高い誘電率を有する材料を用いるものとする。
The clads 13b and 13c include at least one dielectric layer (polymer in the above example), but one or both of the clads 13b and 13c may not be provided.
The core 13a is made of a transparent material (organic electro-optic polymer in the above example) having a higher dielectric constant than the clads 13b and 13c. When the clad 13c is not provided, the core 13a has a higher dielectric constant than that of the substrate 18. The material which has this shall be used.

コア13a、並びに、クラッド13b,13cの材料としては、例えば、LiNbO、LiTaO、GaAlAs、InP、NHPO、KHPO、SiO、CaCO3、Al、TiO、SrTiO、Bi12SiO20、Bi12GeO20、ZnO、YFe12、GaAs、Si等の半導体材料や誘電体材料、無機材料のほか、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの有機材料、ポリイミド、フッ化ポリイミド、ポリカーボネート、ポリサルホン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルホンなどのポリマーを使用することができる。 Examples of the material of the core 13a and the claddings 13b and 13c include LiNbO 3 , LiTaO 3 , GaAlAs, InP, NH 4 H 2 PO 4 , KH 2 PO 4 , SiO 2 , CaCO 3 , Al 2 O 3 , TiO. 2 , SrTiO 3 , Bi 12 SiO 20 , Bi 12 GeO 20 , ZnO, Y 3 Fe 5 O 12 , semiconductor materials such as GaAs, Si, dielectric materials, inorganic materials, and organic materials such as acrylic resins and epoxy resins Polymers such as polyimide, fluorinated polyimide, polycarbonate, polysulfone, polyacrylate, polymethacrylate, polyetherimide, and polyethersulfone can be used.

ポリマーからなるコア13a、並びに、クラッド13b,13c、又は、そのいずれかには、前記のように電気光学(EO)効果を有する低分子化合物を分散させた系を用いることができる。例えば、かかる材料としては、アゾ色素やメロシアニン系色素、中でも、DR1や2−メチル−6−(4−N,N−ジメチルアミノベジリデン)−4H−ピラン−4−イリデンプロパンジニトリル、4−{[4−(ジメチルアミノ)フェニル]イミノ}−2、5−シクロヘキサジエン−1−オン等が好適である。   For the polymer core 13a and the clads 13b and 13c, or any of them, a system in which a low molecular compound having an electro-optic (EO) effect is dispersed as described above can be used. For example, such materials include azo dyes and merocyanine dyes, among them DR1 and 2-methyl-6- (4-N, N-dimethylaminobenzylidene) -4H-pyran-4-ylidenepropanedinitrile, 4 -{[4- (dimethylamino) phenyl] imino} -2,5-cyclohexadien-1-one and the like are preferable.

また、下部電極16b(下部電極17b)、クラッド13c、コア13a、クラッド13b、制御電極16a(制御電極17a)の形成は、パターニングによってもよい。すなわち、当該材料をイオン交換法等で所望のパターンにだけ選択的に形成する、あるいは、スピンコーティングなどの方法を用いて一様に積層したのち、RIEなどの方法を用いて所望のパターン以外を選択的に除去する等の手段を用いることができる。   The formation of the lower electrode 16b (lower electrode 17b), the clad 13c, the core 13a, the clad 13b, and the control electrode 16a (control electrode 17a) may be performed by patterning. That is, the material is selectively formed only in a desired pattern by an ion exchange method or the like, or uniformly laminated using a method such as spin coating, and then other than the desired pattern is obtained using a method such as RIE. Means such as selective removal can be used.

第1電極16は、隣接し合うNcチャネルごと(前記のグループごと)に共通の電極である。第1電極16は導波路方向の長さがLbである。
第2電極21の電極部17は隣接し合うチャネル間の長さの差がLs、最小長さがLsで、長さLsからチャンネル番号が増えるに従って長さがLsずつ増加して(この増加を“Nc−1”回繰り返す)、再びLsに戻るという周期をg回繰り返す。なお、光導波路の総数がg・Ncよりも小さい場合、g回目の繰り返しはNc−1回よりもg・Nc−N回だけ少なくして終わる。電極部17に第2電源Vから印加されるのは、シグナル電圧Vである。なお、簡単のため、“Lb=Ls”として図示、説明する。
The first electrode 16 is a common electrode for each adjacent Nc channel (each group). The length of the first electrode 16 in the waveguide direction is Lb.
The electrode portion 17 of the second electrode 21 has a difference in length between adjacent channels of Ls, a minimum length of Ls, and the length increases by Ls as the channel number increases from the length Ls. “Nc−1” times), and the cycle of returning to Ls again is repeated g times. When the total number of optical waveguides is smaller than g · Nc, the g-th repetition is finished by reducing the number of times by g · Nc−N times than Nc−1 times. The electrode portion 17 from being applied from the second power source V s is the signal voltage V s. For simplicity, it is illustrated and described as “Lb = Ls”.

(出力光ビームの位相差の決定)
まず、光偏向装置1の各グループをそれぞれ構成している光導波路13の最大本数をNc(3以上の整数)として、前記の一列の並びの一端(光偏向装置1の図1の上端)から数えてi番目の出力ポート15に対応した光導波路13を例に説明する。ここで、光導波路13は、“i/Nc”以上で最小の整数として定義されるkなる番号を与えられた第1電極16を通じて第1電源V,V,…,Vに接続されるものとする。そして、各光導波路13について、第2電極21の作用で決まる出力光の位相変化量であって、且つ、各出力ポート15から放射される各出力光からなる合成光ビームの偏向角度θとの間に、下記(1)式の関係を有するΔφを考える。また、各光導波路13について、2以上のkについてのk番目の第1電極16の作用による位相変化量であって、且つ、下記(2)式で定義されたΔφを考える。そして、各光導波路13について、当該(1)(2)式を用いた下記(3)式の関係によって、i番目と(i−1)番目の出力ポート15からの出力光ビームの位相差を決定して、光偏向装置1を構成するものとする。
Psinθ=(λ・Δφ)/2π …… (1)
Δφ=mod[(Nc−1)・Δφ+Δφk-1,2π] …… (2)
Δφ=−mod(i,Nc)・Δφ−Δφ …… (3)
(ここで、Pは隣り合う前記出力ポートのピッチ、λは前記合成光ビームの波長、Δφk=1=0(k=1のときΔφ=0)である。)
(Determination of phase difference of output light beam)
First, assuming that the maximum number of the optical waveguides 13 constituting each group of the optical deflecting device 1 is Nc (an integer of 3 or more), from one end of the row of the above-described ones (the upper end of FIG. 1 of the optical deflecting device 1). The optical waveguide 13 corresponding to the i-th output port 15 will be described as an example. Here, the optical waveguide 13 is connected to the first power sources V 1 , V 2 ,..., V g through the first electrode 16 given the number k defined as the smallest integer greater than or equal to “i / Nc”. Shall be. For each optical waveguide 13, the phase change amount of the output light determined by the action of the second electrode 21 and the deflection angle θ of the combined light beam composed of each output light emitted from each output port 15 In the meantime, Δφ s having the relationship of the following equation (1) is considered. Further, for each optical waveguide 13, a phase change amount due to the action of the k-th first electrode 16 for two or more k and Δφ k defined by the following equation (2) is considered. For each optical waveguide 13, the phase difference between the output light beams from the i-th and (i−1) -th output ports 15 is determined by the relationship of the following expression (3) using the expressions (1) and (2). It is determined that the light deflection apparatus 1 is configured.
Psinθ = (λ · Δφ s ) / 2π (1)
Δφ k = mod [(Nc−1) · Δφ s + Δφ k−1 , 2π] (2)
Δφ i = −mod (i, Nc) · Δφ s −Δφ k (3)
(Where P is the pitch of the adjacent output ports, λ is the wavelength of the combined light beam, and Δφ k = 1 = 0 (Δφ k = 0 when k = 1).)

(第1電源V,V,…,V、第2電源Vについて)
図1に示すように、g個の第1電極16にそれぞれ対応して、前記のグループごとに各一つの第1電源V,V,…,Vが用意されている。第1電源(電圧源)V,V,…,Vは、それぞれ第1電極16へV2d・Δφk=0/2π,Vd・Δφk=1/2π,…,V2π・Δφk=g/2πのバイアス電圧を印加する。
図1に示すように、第2電源(電圧源)Vは、第2電極21(電極部17の集合)に共通の電圧を印加する。すなわち、各光導波路13に対して電極部17が1つ配置され、各電極部17は互いに連結されていて第2電極21を構成し、当該第2電極21は固有の第2電源Vに接続される。第2電源Vの電圧はV2π・Δφ/2πに設定されている。
(The first power supply V 1, V 2, ..., V g, for the second power supply V s)
As shown in FIG. 1, one first power source V 1 , V 2 ,..., V g is prepared for each of the groups corresponding to the g first electrodes 16. The first power sources (voltage sources) V 1 , V 2 ,..., V g are respectively supplied to the first electrode 16 V 2d · Δφ k = 0 / 2π, V d · Δφ k = 1 / 2π,. A bias voltage of k = g / 2π is applied.
As shown in FIG. 1, a second power supply (voltage source) V s applies a common voltage to the second electrode 21 (the set of electrodes 17). That is, one electrode portion 17 is arranged for each optical waveguide 13, and each electrode portion 17 is connected to each other to form a second electrode 21, and the second electrode 21 is connected to a specific second power source V s . Connected. The voltage of the second power supply V s is set to V · Δφ s / 2π.

(光偏向装置1の作用効果)
次に、以上のような構成の光偏向装置1の作用効果について説明する。
光偏向装置1の第1電源V,V,…,V、並びに、第2電源VをONにして、入力ポート11から入力光を入力する。すると、入力光はスプリッタ12によって、N=g・Nc本の光の束に分岐され、各光はそれぞれN本の光導波路13の伝搬光となる。そして、各光導波路13では、フェーズシフタ14に設けられた第1電極16、電極部17により発生する電界により、光導波路媒質の屈折率が変化し、その作用により伝搬光の位相に変化が生じる。
(Operational effect of the light deflector 1)
Next, the function and effect of the optical deflection apparatus 1 having the above configuration will be described.
The first power sources V 1 , V 2 ,..., V g and the second power source V s of the optical deflector 1 are turned on, and input light is input from the input port 11. Then, the input light is branched into a bundle of N = g · Nc light beams by the splitter 12, and each light beam is propagated through N optical waveguides 13. In each optical waveguide 13, the refractive index of the optical waveguide medium changes due to the electric field generated by the first electrode 16 and the electrode unit 17 provided in the phase shifter 14, and the action causes a change in the phase of the propagation light. .

ここで、伝搬光の最初の位相(電界の影響を受けていないときの位相)をφとする。第2電源Vによる各電極部17(第2電極群21)への印加電圧は等しくVである。しかし、前記のとおり、各グループ中で、各電極部17の長さは、前記のチャンネル番号の順にLsずつ長くなる。そのため、各電極部17で印加電圧は等しくVであっても、各電極部17で発生する電界による伝搬光の位相はチャンネル番号1,2,…,Ncの順にΔφずつ小さくなる(Δφ、2Δφ、3Δφ、…)。このグループ内における相対的な位相の関係は、チャンネル番号Nc+1以上でも同様である。 Here, the initial phase of the propagating light (the phase when not affected by the electric field) is φ. Voltage applied to the electrode portions 17 (second electrodes 21) of the second power source V s is equal V s. However, as described above, in each group, the length of each electrode portion 17 is increased by Ls in the order of the channel numbers. Therefore, even if the applied voltage is equal to V s in each electrode portion 17, the phase of the propagation light due to the electric field generated in each electrode portion 17 decreases by Δφ s in order of channel numbers 1, 2,..., Nc (Δφ s , 2Δφ s , 3Δφ s , ...). The relative phase relationship within this group is the same for channel numbers Nc + 1 and above.

また、第1電極16による印加電圧は、かかる電圧V,V,…,Vによる伝搬光の位相遅れである。 Further, the voltage applied by the first electrode 16, such voltage V 1, V 2, ..., a phase delay of the propagating light due to V g.

このように、各光導波路13においては、第1電極16、電極部17のそれぞれで発生する電界で、それぞれ伝搬光の位相変化を生じる。   As described above, in each optical waveguide 13, a phase change of propagating light is caused by an electric field generated in each of the first electrode 16 and the electrode portion 17.

このように、チャンネル番号、1番、2番、…、Nc番、Nc+1番、Nc+2番、…、2Nc番、…、(g−1)・Nc+1番、(g−1)・Nc+2番、…、g・Nc番の順に光導波路13の伝搬光の位相はΔφずつ変化するが、2πを越えた、もしくは下回ったチャンネルを含むグループの次のグループでは、バイアス電圧にV2πの減算・もしくは加算の補正を行うため、mod[Δφ,2π]になる。そのため、図1の例で、当該伝搬光は光導波路13を左方向から右方向に伝搬するが、各出力ポート15から出力される出力光ビームの合成光ビームbは、図1の例で右上方向に偏向する。図1で符号Cは、この合成光ビームbの波面である。 Thus, the channel number, No. 1, No. 2,..., Nc No., Nc + 1 No., Nc + 2 No ...., 2Nc No.,..., (G−1) · Nc + 1 No., (g−1) · Nc + No. , The phase of propagating light in the optical waveguide 13 changes by Δφ s in the order of g · Nc, but in a group next to a group including a channel that exceeds or falls below , V is subtracted from the bias voltage or In order to correct the addition, mod [Δφ s , 2π] is obtained. Therefore, in the example of FIG. 1, the propagation light propagates through the optical waveguide 13 from the left direction to the right direction, but the combined light beam b of the output light beam output from each output port 15 is the upper right in the example of FIG. Deflect in the direction. In FIG. 1, symbol C is the wavefront of the combined light beam b.

このように、各光導波路13においてフェーズシフタ14で伝搬光に位相差をつけるために、2種類の電極、すなわち、第1電極16、電極部17を設け、これら各電極で発生する電界の作用により、当該位相差が形成されるようにしている。そして、第1電極16は、前記の1番目、2番目、…、g番目のグループの電圧は前記式(1)〜(3)を用いて算出される位相を2πで割って、V2πを乗じた値とする。その上で、前記の各グループにおいて、1番目、2番目、…、Nc番目の電極部17は、印加電圧は等しくVであるが、この順番で漸次電極の長さが長くなる。よって、各グループにおいて、1番目、2番目、…、Nc番目の光導波路13のフェーズシフタ14における電極部17による伝搬光の位相は、−mod[Δφ,2π]ずつ変化する。 As described above, in order to set a phase difference in the propagation light by the phase shifter 14 in each optical waveguide 13, two types of electrodes, that is, the first electrode 16 and the electrode portion 17 are provided, and the action of the electric field generated at each of these electrodes is provided. Thus, the phase difference is formed. The voltage of the first, second,..., G-th group of the first electrode 16 is obtained by dividing the phase calculated using the equations (1) to (3) by to obtain V . The value multiplied. On top of that, in each group, the first, second, ..., Nc-th electrode portion 17 is applied voltage is equal V s, the length of gradual electrode in this order becomes longer. Therefore, in each group, the phase of the propagation light by the electrode unit 17 in the phase shifter 14 of the first, second,..., Nc-th optical waveguide 13 changes by −mod [Δφ s , 2π].

従って、チャンネル番号の順に、出力ポート15からの出力光ビームの位相は、φ―Δφ―Δφ、φ―2Δφ―Δφ、…、φ―Nc・Δφ―Δφ、φ―Δφ―Δφ、φ―2Δφ―Δφ、…、φ―Nc・Δφ―Δφ、となる。
このように、各光導波路13のフェーズシフタ14で電極を第1電極16と第2電極21(電極部17)とに分けたことにより、各フェーズシフタ14への印加電圧は第1電極16と第2電極21(電極部17)とに分配できるので、その印加電圧の最大値は、V(又はV)に抑制することができる。
Therefore, in the order of the channel numbers, the phase of the output light beam from the output port 15 is φ−Δφ s −Δφ 1 , φ−2Δφ s −Δφ 1 ,..., Φ−Nc · Δφ s −Δφ 1 , φ−Δφ s −Δφ 2 , φ−2Δφ s −Δφ 2 ,..., φ−Nc · Δφ s −Δφ g .
Thus, by dividing the electrode into the first electrode 16 and the second electrode 21 (electrode part 17) by the phase shifter 14 of each optical waveguide 13, the voltage applied to each phase shifter 14 is the same as that of the first electrode 16. since it distributed to the second electrode 21 (electrode portion 17), the maximum value of the applied voltage can be suppressed to V g (or V s).

そして、必要な信号線19の数も、第1電極16に対応しては“g×2”本必要で、第2電極に対応しては“1×2”本だけなので、“2g+2”本に抑制することができる。
また、各光導波路13の中で最大の電極の長さ(第1電極16と電極部17の全体の長さ)も、“Lb+Nc・Ls”に抑制することができるので(Lbは、図1に図示のとおり、第1電極16の長さ)、光偏向装置1を小型化することができる。
また、必要な電圧源(異なる電源電圧の種類)も、“g+1”個に抑制することができる。
The number of necessary signal lines 19 is “g × 2” corresponding to the first electrode 16 and only “1 × 2” corresponding to the second electrode, so “2g + 2”. Can be suppressed.
In addition, the length of the maximum electrode in each optical waveguide 13 (the total length of the first electrode 16 and the electrode portion 17) can also be suppressed to “Lb + Nc · Ls” (Lb is the value in FIG. 1). As shown in the figure, the length of the first electrode 16) and the optical deflection device 1 can be reduced in size.
Also, the necessary voltage sources (different types of power supply voltages) can be suppressed to “g + 1”.

より一般化して説明すると、光偏向装置1から出力する合成光ビームbの偏向角度を制御するには、チャンネルiの出力ポート15に対する出力光ビームの位相“φ−j・Δφ―Δφ”を、シグナル電圧Vで決まる伝搬光の位相変化量Δφ、バイアス電圧(前記のV,V, …,V)で決まる位相変化量Δφにより決定する。但し、i,j,kは整数であり(i=1,2,3,…、j=1,2,3,…、k=1,2,3,…)、電極部17の長さの変化のパターン繰り返し数、すなわち電極部17の前記各グループにおける個数Ncとの間に、“j=mod(i,Nc)、k=i/Nc”の関係が成り立つものとする。 More generally, the phase “φ−j · Δφ s −Δφ k ” of the output light beam with respect to the output port 15 of the channel i is controlled in order to control the deflection angle of the combined light beam b output from the optical deflecting device 1. Is determined by the phase change amount Δφ s of the propagating light determined by the signal voltage V s and the phase change amount Δφ k determined by the bias voltage (V 1 , V 2 ,..., V g ). However, i, j, k are integers (i = 1, 2, 3,..., J = 1, 2, 3,..., K = 1, 2, 3,...), And the length of the electrode portion 17 is It is assumed that the relationship of “j = mod (i, Nc), k = i / Nc” is established between the number of pattern repetitions of change, that is, the number Nc of the electrode portions 17 in each group.

位相変化量Δφsは、出力光ビームの偏向角度θを与える位相分布の傾きを決定するため、“Psinθ=(λ・Δφ)/2π”(前記の(1)式)を満たすよう算出する。
そして、位相変化量Δφkは、異なるk番目の第1電源(V,V,…又は,V)に接続された隣り合うチャネル間の位相整合を担うため、“Δφk=mod[(Nc−1)・Δφ+Δφk−1,2π]”(前記の(2)式)により逐次算出する。
The phase change amount Δφ s is calculated so as to satisfy “Psinθ = (λ · Δφ s ) / 2π” (formula (1) above) in order to determine the slope of the phase distribution that gives the deflection angle θ of the output light beam. .
The phase change amount Δφ k is responsible for phase matching between adjacent channels connected to different k-th first power supplies (V 1 , V 2 ,..., Or V g ), and thus “Δφ k = mod [ (Nc−1) · Δφ s + Δφ k−1 , 2π] ”(the above equation (2)) is sequentially calculated.

これにより、シグナル電圧Vおよびバイアス電圧V,V,…又は,Vを、背景技術の欄に記載した前記(4)式で与えられる電界により決定できる。
そして、光偏向装置1によれば、当該光偏向装置1の制御に必要な印加電圧の最大値を、前記のmodulo 2π制御と同様のV2πに抑えると同時に、信号線19の数を前記のように“2g(=2Ne/Nc)+2”本に削減することが可能である。
このような印加電圧の低減は、回路の耐圧性能に関する要求条件を軽減するばかりでなく、光偏向装置1を容量性負荷としてみた場合の消費電力を抑制する効果もある。
Accordingly, the signal voltage V s and the bias voltages V 1 , V 2 ,..., Or V g can be determined by the electric field given by the equation (4) described in the background art section.
According to the optical deflecting device 1, the maximum value of the applied voltage required for controlling the optical deflecting device 1 is suppressed to V similar to the modulo 2π control, and at the same time, the number of signal lines 19 is reduced as described above. Thus, it is possible to reduce to “2 g (= 2Ne / Nc) +2”.
Such a reduction in applied voltage not only reduces the requirements regarding the withstand voltage performance of the circuit, but also has an effect of suppressing power consumption when the optical deflecting device 1 is viewed as a capacitive load.

また、光偏向装置1の電極構造が必要とする最長の電極長は前記のとおり“Lb+Nc・Ls”であり(図1の例では、Lb=Ls)、前記の図8(b)のような電極構造を用いた場合に比べて1/g程度まで短縮することができる。
そして、前記の位相変化量Δφsの算出手法により、隣り合う出力ポート15間の出力光ビームの位相差Δφを適切に設定することができる。
Further, the longest electrode length required by the electrode structure of the optical deflecting device 1 is “Lb + Nc · Ls” as described above (Lb = Ls in the example of FIG. 1), as shown in FIG. 8B. Compared to the case of using the electrode structure, it can be shortened to about 1 / g.
Then, the phase difference Δφ of the output light beam between the adjacent output ports 15 can be appropriately set by the method of calculating the phase change amount Δφ s .

さらに、出力光ビームの位相を高速に制御するには、外部信号による光の屈折率変化の速い材料が必要となる。この点で、光導波路13の材料として前記のように有機電気光学材料、特に、有機電気光学ポリマーを用いることが望ましい。なぜなら、π電子分布の電界応答を利用した有機電気光学ポリマーは、理論的にGHzオーダーの動作速度を有するからである。   Furthermore, in order to control the phase of the output light beam at high speed, a material whose light refractive index changes rapidly by an external signal is required. In this respect, it is desirable to use an organic electro-optic material, in particular, an organic electro-optic polymer, as described above, as the material of the optical waveguide 13. This is because the organic electro-optic polymer using the electric field response of the π electron distribution theoretically has an operation speed of GHz order.

次に、本発明の一実施例について説明する。
まず、前記の光偏向装置1において、図3、図4に示すような実施例について考えてみる。なお、図3、図4、並びに以下の実施例の説明において、前記と同一の符号の部材等、使用されている記号等は、前記の説明と同様であり、詳細な説明は省略する。図4は、図3の光偏向装置1の各部の具体的な数値を示している。
Next, an embodiment of the present invention will be described.
First, let us consider an embodiment as shown in FIGS. 3 and 4 in the optical deflecting device 1 described above. In FIGS. 3 and 4 and the description of the following embodiments, the same symbols and the like are used for the members and the like as described above, and the detailed description is omitted. FIG. 4 shows specific numerical values of each part of the optical deflecting device 1 of FIG.

図3、図4の実施例の光偏向装置1は58チャンネルの装置を用いた検証であるが、図3、図4では簡単のため8チャネル分のみ示し、以下においても8チャンネルの光偏向装置1として説明する。
このような実施例の構成において、合成光ビームの偏向角度を例えば10°と設定するためには、隣り合うチャンネル間の位相差を2π/5として出力光ビームの位相分布を設定する必要がある。
The optical deflecting device 1 of the embodiment of FIGS. 3 and 4 is a verification using a 58-channel device. However, in FIG. 3 and FIG. 4, only 8 channels are shown for simplicity, and the 8-channel optical deflecting device is also shown below. This will be described as 1.
In such a configuration of the embodiment, in order to set the deflection angle of the combined light beam to 10 °, for example, it is necessary to set the phase distribution of the output light beam by setting the phase difference between adjacent channels to 2π / 5. .

このとき、前記のバイアス電圧Vとシグナル電圧V,Vとは、図4の表の3段目及び4段目に示すように設定すればよく、光偏向装置1に印加される最大の電圧は±130Vとなる。
これは、同じ特性を前記の図8(a)の光偏向装置101で得るために必要な最大の印加電圧が910Vになるのに比べて1/7の低い電圧である。
At this time, the bias voltage V s and the signal voltages V 1 and V 2 may be set as shown in the third and fourth stages of the table of FIG. The voltage becomes ± 130V.
This is a voltage 1/7 lower than the maximum applied voltage required to obtain the same characteristics in the optical deflecting device 101 of FIG.

また、実施例の光偏向装置1の信号線の数は“3×2=6”であり、図8(a)の光偏向装置101の信号線数“8×2=16”に比べ半分以下である。
単一の光導波路13の第1電極16及び電極部17(両電極の合計)の電極長5Lsは、同じ特性をもつ図8(b)の光偏向装置101の電極長8Lsの60%程度であり、コンパクトな光偏向装置1の実現が可能となる。
Further, the number of signal lines of the optical deflection apparatus 1 of the embodiment is “3 × 2 = 6”, which is less than half the number of signal lines “8 × 2 = 16” of the optical deflection apparatus 101 of FIG. It is.
The electrode length 5Ls of the first electrode 16 and the electrode portion 17 (total of both electrodes) of the single optical waveguide 13 is about 60% of the electrode length 8Ls of the optical deflecting device 101 of FIG. Thus, the compact optical deflecting device 1 can be realized.

図5に、本実施例の検証実験として行った数値シミュレーション結果を示す。本シミュレーションは時間2次・空間4次精度のFDTD(Finite-Different Time-Domain)法を用いた数値計算プログラムにより実施した。本シミュレーションで扱う光偏向装置1の仕様は図5左上の表に示す通りである。   FIG. 5 shows the result of numerical simulation performed as a verification experiment of this example. This simulation was carried out by a numerical calculation program using an FDTD (Finite-Different Time-Domain) method with a second-order temporal and spatial fourth-order accuracy. The specifications of the light deflection apparatus 1 handled in this simulation are as shown in the upper left table of FIG.

図3、図4の構成においては、4つの光導波路13に対して長さLbの第1電極16が1つ配置されたが、本検証実験では3つの光導波路13に対して長さ“Lb=Ls”の第1電極16を1つ配置した。本シミュレーションでは図5左下の表に示す3種類の駆動条件を用いた。
また、目標とする偏向角度θが約6°である場合、シグナル電圧Vを130V、バイアス電圧をV=0V、V=390Vとした。
In the configuration of FIGS. 3 and 4, one first electrode 16 having a length Lb is arranged for four optical waveguides 13. In this verification experiment, the length “Lb” is set for three optical waveguides 13. One first electrode 16 of = Ls ″ is arranged. In this simulation, three types of driving conditions shown in the lower left table of FIG. 5 were used.
Further, when the target deflection angle θ is about 6 °, the signal voltage V s is set to 130 V, the bias voltage is set to V 1 = 0 V, and V 2 = 390 V.

目標とする偏向角が約10°である場合、シグナル電圧Vを210V、バイアス電圧を“V=V=0V”とした。
目標とする偏向角が約13°である場合、シグナル電圧Vを260V、バイアス電圧を“V=0V、V=−520V”とした。
シミュレーション結果を図5右上のグラフに示す。横軸にとったシグナル電圧に対して偏向角度θは単調増加し、シグナル電圧130V、210V、260Vに対し、それぞれ6.2°、10.4°、13.4°が得られ、期待される通りの光の偏向制御動作が確認できた。
When the target deflection angle was about 10 °, the signal voltage V s was 210 V, and the bias voltage was “V 1 = V 2 = 0V”.
When the target deflection angle was about 13 °, the signal voltage V s was 260 V, and the bias voltage was “V 1 = 0 V, V 2 = −520 V”.
The simulation result is shown in the upper right graph of FIG. The deflection angle θ increases monotonously with respect to the signal voltage taken along the horizontal axis, and is expected to be 6.2 °, 10.4 °, and 13.4 ° with respect to the signal voltages of 130V, 210V, and 260V, respectively. The light deflection control operation was confirmed.

本検証実験の最大印加電圧は520Vとなり、図8(a)の光偏向装置101で必要になる最大印加電圧の半分程度であった。
本検証実験で用いた光偏向装置1の信号線19の本数は3つの電圧源に対応して6本であり、図8(a)の光偏向装置101で必要となる信号線110の電圧源に対応した本数の16本の40%以下であった。
本検証実験で用いた光偏向装置101の各光導波路13中の最大の電極長は5Lsであり、図8(b)の例の最大の電極長8Lsの62.5%となった。
The maximum applied voltage in this verification experiment was 520 V, which was about half of the maximum applied voltage required for the optical deflector 101 in FIG.
The number of signal lines 19 of the optical deflection apparatus 1 used in this verification experiment is six corresponding to the three voltage sources, and the voltage source of the signal line 110 required for the optical deflection apparatus 101 of FIG. It was 40% or less of 16 of the number corresponding to.
The maximum electrode length in each optical waveguide 13 of the optical deflection apparatus 101 used in this verification experiment was 5 Ls, which was 62.5% of the maximum electrode length 8 Ls in the example of FIG.

1 光偏向装置
12 スプリッタ
13 光導波路
15 出力ポート
16 第1電極
17 電極部
21 第2電極
22 第1電極群
b 合成光ビーム
,V,…,V 第1電源
第2電源
1 optical deflecting device 12 splitter 13 optical waveguide 15 output port 16 first electrode 17 electrode 21 first electrode group second electrode 22 b combined light beam V 1, V 2, ..., V g the first power supply V S second power supply

Claims (5)

入力光を複数に分割するスプリッタと、
前記スプリッタで複数に分割された各光をそれぞれ導き、当該光の出口側端縁が一列に並んで出力ポートを形成している複数本の光導波路とを備え、
前記各光導波路は、前記一列の並び方向で連続して出現する複数個の前記出口側端縁ごとにグループ分けして電極が設置され、
前記電極は、
前記各グループを構成する前記光導波路ごとに共通で前記グループが異なると別体となる電極であって、印加電圧を個別に設定できる複数の第1電極からなる第1電極群と、
前記光導波路ごとの電極部材で形成され互いに接続された複数の電極部からなる第2電極とからなり、
前記第2電極は、前記各グループの中で、前記一列の並びの順番に前記各光導波路に設けられている前記電極部の前記光導波路の長さ方向の長さが漸次長くなり、前記一列の並びで前記各グループの最初の前記電極部の長さが最短となって当該各グループの最後の前記電極部の長さが最長となることを特徴とする光偏向装置。
A splitter that splits the input light into multiple parts,
Each of the light divided into a plurality by the splitter, each having a plurality of optical waveguides that form an output port with the output side edges aligned in a row,
Each of the optical waveguides is grouped for each of the plurality of outlet side edges that appear continuously in the row direction, and electrodes are installed.
The electrode is
A first electrode group consisting of a plurality of first electrodes, each of which is common to the optical waveguides constituting each group and is a separate electrode when the group is different; and an applied voltage can be individually set;
A second electrode consisting of a plurality of electrode portions formed of electrode members for each optical waveguide and connected to each other;
The length of the second electrode in the length direction of the optical waveguide of the electrode portion provided in each optical waveguide in the sequence of the one row in each group is gradually increased. The length of the first electrode part of each group becomes the shortest and the length of the last electrode part of each group becomes the longest.
前記第2電極の前記電極部について当該光導波路の長さ方向の長さが漸次長くなる方向に漸次前記各第1電極への印加電圧が大きくなるように、それぞれ前記第1電極へバイアス電圧を印加する第1電源と、
前記第2電極に電圧を印加する第2電源とを備えることを特徴とする請求項1に記載の光偏向装置。
A bias voltage is applied to the first electrode so that the applied voltage to each first electrode gradually increases in the direction in which the length of the optical waveguide in the length direction of the second electrode gradually increases. A first power source to be applied;
The optical deflection apparatus according to claim 1, further comprising a second power source that applies a voltage to the second electrode.
前記各グループをそれぞれ構成している前記光導波路の個数をNc(3以上の整数)として、前記一列の並びの一端から数えてi番目の前記出力ポートに対応した前記光導波路が、“i/Nc”より大きい最小の整数として定義されるkなる番号を与えられた前記第1電極を通じて前記第1電源に接続されるとき、
前記第2電極の作用で決まる前記出力光ビームの位相変化量であって、且つ、前記各出力ポートから放射される各出力光ビームからなる合成光ビームの偏向角度θとの間に、下記(1)式の関係を有するΔφと、
2以上のkについてのk番目の前記第1電極の作用による位相変化量であって、且つ、下記(2)式で定義されたΔφと、
を用いた下記(3)式の関係によって、i番目と(i−1)番目の前記出力ポートからの前記出力光ビームの位相差が決定されていることを特徴とする請求項2に記載の光偏向装置。
Psinθ=(λ・Δφ)/2π …… (1)
Δφ=mod[(Nc−1)・Δφ+Δφk-1,2π] …… (2)
Δφ=−mod(i,Nc)・Δφ−Δφ …… (3)
ここで、Pは隣り合う前記出力ポートの間隔、λは前記合成光ビームの波長、Δφk=1=0(k=1のときΔφ=0)である。
The number of the optical waveguides constituting each of the groups is Nc (an integer of 3 or more), and the optical waveguide corresponding to the i-th output port counted from one end of the row is “i / When connected to the first power source through the first electrode given the number k defined as the smallest integer greater than Nc ″,
Between the phase change amount of the output light beam determined by the action of the second electrode and the deflection angle θ of the combined light beam composed of each output light beam emitted from each output port, the following ( 1) Δφ s having the relationship of the equation:
Δφ k which is a phase change amount due to the action of the k-th first electrode for two or more k, and is defined by the following equation (2):
3. The phase difference of the output light beam from the i-th and (i−1) -th output ports is determined by the relationship of the following expression (3) using: Optical deflection device.
Psinθ = (λ · Δφ s ) / 2π (1)
Δφ k = mod [(Nc−1) · Δφ s + Δφ k−1 , 2π] (2)
Δφ i = −mod (i, Nc) · Δφ s −Δφ k (3)
Here, P is an interval between adjacent output ports, λ is the wavelength of the combined light beam, and Δφ k = 1 = 0 (Δφ k = 0 when k = 1).
前記光導波路は、有機電気光学材料で形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかの一項に喫際の光偏向装置。   The optical deflecting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical waveguide is made of an organic electro-optic material. 前記光導波路は、電気光学ポリマーで形成されていることを特徴とする請求項4に記載の光偏向装置。   The optical deflecting device according to claim 4, wherein the optical waveguide is made of an electro-optic polymer.
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