JPH01107214A - Optical waveguide element - Google Patents

Optical waveguide element

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JPH01107214A
JPH01107214A JP26502087A JP26502087A JPH01107214A JP H01107214 A JPH01107214 A JP H01107214A JP 26502087 A JP26502087 A JP 26502087A JP 26502087 A JP26502087 A JP 26502087A JP H01107214 A JPH01107214 A JP H01107214A
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light
waveguide
optical waveguide
grating
intensity distribution
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122Basic optical elements, e.g. light-guiding paths

Abstract

PURPOSE:To converge a beam spot sufficiently by varying the aspect ratio of a diffraction grating so that the intensity distribution of projection light has a nearly Gaussian distribution in the traveling direction of waveguide light. CONSTITUTION:The aspect ratio [ratio of grating-array directional thickness d1 of grating to grating pitch (d)] of a Linear Grating Coupler (LGC) 21 for light projection is increased gradually and then decreased gradually in the traveling direction of the waveguide light 13', namely, in the grating array direction of the LGC 21. The light intensity distribution of the light beam 13'' is therefore the nearly Gaussian distribution. Consequently, the light beam projected from the optical waveguide 11 is converged into the small spot W and the accuracy of image recording and reading is improved.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は先導波路素子、特に詳細には光導波路の表面に
回折格子を備え、導波光をこの回折格子によって光導波
路外へ出射させ、あるいは外部光をこの回折格子によっ
て先導波路内に入射させるようにした先導波路素子に関
するものである。
Detailed Description of the Invention (Industrial Field of Application) The present invention provides a guiding waveguide element, in particular, a guiding waveguide device, in which a diffraction grating is provided on the surface of an optical waveguide, and guided light is emitted out of the optical waveguide by the diffraction grating, or This invention relates to a guiding waveguide element in which external light is made to enter the guiding wavepath through this diffraction grating.

(従来の技術) 例えば光走査記録装置や光走査読取装置等において光ビ
ームを偏向させる光偏向装置として、従来より、ガルバ
ノメータミラーやポリゴンミラー等の機械式光偏向器や
、EOD (電気光学光偏向器) 、AOD (音響光
学光偏向器)が多く用いられている。しかし機械式光偏
向器においては、耐久性に難がある、大型化しやすいと
いった問題があり、一方EODやAODにおいては、光
偏向角が大きく取れないのでビーム光路が長くなり、光
走査記録装置等の大型化を招くといった問題がある。
(Prior Art) For example, mechanical optical deflectors such as galvanometer mirrors and polygon mirrors and EOD (electro-optic optical deflectors) have been used as optical deflection devices for deflecting light beams in optical scanning recording devices, optical scanning reading devices, etc. AOD (acousto-optic optical deflector) is widely used. However, mechanical optical deflectors have problems such as poor durability and tend to be bulky.On the other hand, EOD and AOD do not have a large optical deflection angle, so the beam optical path becomes long, and optical scanning recording devices etc. There is a problem in that it leads to an increase in size.

上述のような問題を解消しうる光偏向装置として近時、
先導波路を用いる光偏向装置が注目されている。この光
偏向装置は、表面弾性波が伝播可能な材料から形成され
たスラブ状の先導波路と、この先導波路内を導波する光
ビームと交わる方向に進行して周波数が連続的に変化す
る表面弾性波を該先導波路において発生させる手段(例
えば交叉くし形電極対と、この電極対に周波数が連続的
に変化する交番電圧を印加するドライバとから構成され
る)とを有するものである。この光偏向装置においては
、先導波路内を導波する光ビームが表面弾性波との音響
光学相互作用によりブラッグ回折し、そしてこの回折角
は表面弾性波周波数に応じて変化するので、表面弾性波
周波数を上述のように変えることにより、光ビームを先
導波路内において連続的に偏向させることができる。こ
うして偏向させた光ビームは、例えば先導波路の表面に
形成した回折格子(グレーティングカブラ)やプリズム
カブラ等によって先導波路外に出射させることができる
。なおこのような光偏向装置については、例えば特開昭
62−77761号公報に詳しい記載がなされている。
Recently, as an optical deflection device that can solve the above-mentioned problems,
Optical deflection devices using a guiding waveguide are attracting attention. This optical deflection device consists of a slab-shaped leading wavepath made of a material that allows surface acoustic waves to propagate, and a surface whose frequency changes continuously as it travels in the direction intersecting the light beam guided within the leading wavepath. It has means for generating an elastic wave in the leading wavepath (for example, composed of a pair of crossed comb-shaped electrodes and a driver that applies an alternating voltage whose frequency changes continuously to this pair of electrodes). In this optical deflection device, the light beam guided in the guide waveguide undergoes Bragg diffraction due to acousto-optic interaction with the surface acoustic wave, and this diffraction angle changes depending on the surface acoustic wave frequency, so the surface acoustic wave By varying the frequency as described above, the light beam can be continuously deflected within the guide wavepath. The light beam deflected in this manner can be emitted out of the leading waveguide by, for example, a diffraction grating (grating coupler) or a prism coupler formed on the surface of the leading waveguide. Further, such a light deflecting device is described in detail in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 62-77761.

−(発明が解決しようとする問題点) ところで、光偏向装置によって記録媒体上に光ビームを
走査させて画像を記録する場合、高精細な画一像を記録
するためには、走査ビームを小さなスポットに絞り、し
かもその光強度分布が少なくともビーム副走査方向に亘
ってガウス分布をとるようにすることが求められる。
- (Problem to be solved by the invention) By the way, when recording an image by scanning a light beam on a recording medium using an optical deflection device, in order to record a single high-definition image, it is necessary to It is required to narrow down the beam to a spot and to make the light intensity distribution take a Gaussian distribution at least in the beam sub-scanning direction.

ところが、前述のような回折格子を用いて先導波路から
導波光を外部に出射させる場合は、上記のような光強度
分布のビームスポットを得ることは極めて困難となって
いる。すなわち第5図に示すように、基板40上の光導
波路41の表面に格子高さやピッチが一定に揃った線状
回折格子42を形成して導波光43を先導波路外に出射
させる場合、出射ビーム43“の光強度は図中曲線gで
示すように、導波光43の進行方向に沿って指数関数的
に漸次低下するものとなる。この第5図に示すように先
導波路に導波光を進行させて、表面弾性波により該導波
光を偏向させる場合、その偏向方向(主走査方向)はこ
の図の紙面に交わる方向であり、副走査方向は図中の矢
印V方向となる。つまり出射ビーム43゛ は、この副
走査方向に沿って指数関数的に漸減あるいは漸増する光
強度分布を有するものとなってしまうので、この方向に
沿って光強度分布がガウス分布となるようなビームスポ
ットを得ることは非常に難しくなるのである。
However, when the guided wave is emitted from the guide waveguide to the outside using a diffraction grating as described above, it is extremely difficult to obtain a beam spot with the above-mentioned light intensity distribution. That is, as shown in FIG. 5, when a linear diffraction grating 42 with a constant grating height and pitch is formed on the surface of an optical waveguide 41 on a substrate 40 and the guided light 43 is emitted to the outside of the leading waveguide, the emitted light is The light intensity of the beam 43'' gradually decreases exponentially along the traveling direction of the guided wave 43, as shown by curve g in the figure.As shown in FIG. When the guided light is deflected by a surface acoustic wave, the direction of deflection (main scanning direction) is a direction that intersects the plane of the paper in this figure, and the sub-scanning direction is the direction of arrow V in the figure. Since the beam 43' has a light intensity distribution that gradually decreases or gradually increases along this sub-scanning direction, it is necessary to create a beam spot where the light intensity distribution becomes a Gaussian distribution along this direction. It becomes very difficult to obtain.

以上、回折格子によって導波光を光導波路外に出射させ
る場合の問題について述べたが、このような回折格子に
よって外部光を先導波路内に入射させることも従来から
広く行なわれており、その場合は、入射結合効率が低下
するという問題が生じる。すなわち光出射の場合と光入
射の場合の相反定理から導かれる通り、光入射の場合は
、入射させる光ビームが第5図の曲線gで示すような光
強度分布を有するものでなければ、全体的に効率良く光
導波路内に入射し得ないことになる。各種レーザ等の光
源から発せられる光ビームは、通常光強度分布がビーム
径方向にガウス分布をとるのが一般的であり、このよう
な光ビームを上記のように指数関数的に漸減(漸増)す
る光強度分布を有するビームに整形することは、非常に
困難である。
Above, we have discussed the problems when guiding light is emitted out of the optical waveguide using a diffraction grating, but it has also been widely used to make external light enter the guided waveguide using such a diffraction grating. , a problem arises in that the incident coupling efficiency decreases. In other words, as derived from the reciprocity theorem for light output and light input, in the case of light input, unless the incident light beam has a light intensity distribution as shown by curve g in Figure 5, the entire Therefore, the light cannot enter the optical waveguide efficiently. Light beams emitted from light sources such as various lasers generally have a Gaussian light intensity distribution in the beam radial direction, and such light beams are gradually decreased (gradually increased) exponentially as described above. It is extremely difficult to shape a beam into a beam with a light intensity distribution that

そこで本発明は、光導波路表面に形成した回折格子によ
って導波光を光導波路外に出射させる場合、あるいは外
部光を光導波路内に入射させる場合に、以上述べたよう
な問題を生じることのない光導波路素子を提供すること
を目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the present invention provides an optical guide that does not cause the above-mentioned problems when guided light is outputted from an optical waveguide using a diffraction grating formed on the surface of an optical waveguide, or when external light is input into an optical waveguide. The object is to provide a wave path element.

(問題点を解決するための手段及び作用)本発明の先導
波路素子は、先に述べたように先導波路の表面に、該先
導波路内を進行する導波光を外部に出射させ、あるいは
外部光を先導波路内に入射させる回折格子が形成された
光導波路素子において、回折格子のアスペクト比(格子
ピッチに対する格子の格子並び方向厚さの比率)を、導
波光を該回折格子によって先導波路外に出射させたとき
、出射光の強度分布が導波光の進行方向に沿って略ガウ
ス分布となるように、該方向に沿って変化させたことを
特徴とするものである。
(Means and Effects for Solving the Problems) As described above, the guiding waveguide element of the present invention allows the surface of the guiding waveguide to emit the guided light traveling within the guiding waveguide to the outside, or to emit external light. In an optical waveguide element in which a diffraction grating is formed, which allows guided light to enter the guiding waveguide, the aspect ratio of the diffraction grating (the ratio of the thickness of the grating in the direction in which the gratings are arranged to the grating pitch) is set to It is characterized in that the intensity distribution of the emitted light is changed along the traveling direction of the guided light so that it becomes a substantially Gaussian distribution when emitted.

(実 施 例) 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。
(Example) Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an example shown in the drawings.

第1図および第2図はそれぞれ、本発明の一実施例によ
る光導波路素子10を示す側面図と斜視図 ゛である。
1 and 2 are a side view and a perspective view, respectively, showing an optical waveguide device 10 according to an embodiment of the present invention.

この先導波路素子lOは一例として、画像記録用の光偏
向器を構成するものであり、透明な基板16上に形成さ
れたスラブ状先導波路11と、この光導波路11の側端
部に設けられた交叉くし形電極対(I nter  D
 1g1tal  T ransducer 、以下■
DTと称する) 15と、この先導波路11の表面にお
いて互いに離して設けられた光入射用線状回折格子(L
inear Grating  Coupler:以下
LGCと称する)20および光出射用LGC21とを有
している。また基板16の光導波路11と反対側の表面
lea上には、光入射用プリズム30と、光出射用プリ
ズム31が取り付けられている。光入射用プリズム30
は断面三角形状のもので、第1の光通過面Boaと第2
の光通過面30bを有し、上記第1の光通過面30aが
基板表面16aに強く押圧されることにより、あるいは
高屈折率の接若剤を用いる等により、該表面16aに密
着固定されている。光出射用プリズム31も上記光入射
用プリズム30と同様の形状とされ、第1の光通過面3
1a1第2の光通過面31bを有じ、上述と同様にして
基板leaに固定されている。
For example, this guiding waveguide element 10 constitutes an optical deflector for image recording, and includes a slab-shaped guiding waveguide 11 formed on a transparent substrate 16 and a side end of this optical waveguide 11. A pair of crossed comb-shaped electrodes (Inter D
1g1tal transducer, hereinafter ■
DT) 15 and a linear diffraction grating for light incidence (L
It has an inner grating coupler (hereinafter referred to as LGC) 20 and a light emitting LGC 21. Further, on the surface lea of the substrate 16 on the side opposite to the optical waveguide 11, a light input prism 30 and a light output prism 31 are attached. Light incidence prism 30
has a triangular cross section, and has a first light passing surface Boa and a second light passing surface Boa.
The first light passing surface 30a is tightly fixed to the substrate surface 16a by being strongly pressed against the substrate surface 16a or by using an adhesive having a high refractive index. There is. The light emitting prism 31 also has the same shape as the light entering prism 30, and the first light passing surface 3
1a1 has a second light passing surface 31b, and is fixed to the substrate lea in the same manner as described above.

本実施例においては一例として、基板16にLiNbo
3ウェハを用い、このウェハの表面にTi拡散膜を設け
ることにより先導波路11を形成している。なお基板1
6としてその他サファイア、Si等からなる結晶性基板
が用いられてもよい。また光導波路11も上記のTi拡
散に限らず、基板16上にその他の材料をスパッタ、蒸
着する等して形成することもできる。なお先導波路につ
いては、例えばティー タミール(T、  Tal1i
r)編「インチグレイテッド オブティクス(I nt
egrated Optics)J()ピックス イン
 アプライド フィジックス(Topics in  
Applied  Physics)第7巻)スブリン
ガー フエアラーグ(’S pringer−Verl
ag)刊(1975);西原、音名、楢原共著「光集積
回路」オーム社刊(1985)等の成著に詳細な記述が
あり、本発明では先導波路11としてこれら公知の光導
波路のいずれをも使用できる。ただしこの先導波路11
は、上記Ti拡散膜等、後述する表面弾性波が伝播可能
な材料から形成される。また先導波路は2層以上の積層
構造を有していてもよい。
In this embodiment, as an example, the substrate 16 is made of LiNbo.
The leading waveguide 11 is formed by using three wafers and providing a Ti diffusion film on the surface of the wafer. Note that substrate 1
As the material 6, a crystalline substrate made of sapphire, Si, etc. may also be used. Furthermore, the optical waveguide 11 is not limited to the above-mentioned Ti diffusion, but can also be formed by sputtering, vapor depositing, or the like other materials on the substrate 16. Regarding the leading wavepath, for example, T, Tal1i
r) ed. “Ingrated Obtics (Int.
egrated Optics)J()Pix in Applied Physics(Topics in
Applied Physics Volume 7) 'S pringer-Verl
ag) (1975); “Optical Integrated Circuits” co-authored by Nishihara, Onna, and Narahara, published by Ohmsha (1985). can also be used. However, this leading wave path 11
is formed of a material such as the above-mentioned Ti diffusion film through which a surface acoustic wave, which will be described later, can propagate. Further, the guiding waveguide may have a laminated structure of two or more layers.

記録光を発する半導体レーザ18は、光入射用プリズム
30の第2の光通過面30bに向けて垂直に光ビーム(
レーザビーム)13を射出するように配置されている。
The semiconductor laser 18 that emits recording light emits a light beam (
It is arranged so as to emit a laser beam (laser beam) 13.

発散ビームであるこの光ビーム13は、コリメーターレ
ンズ25によって平行ビームとされた上で上記第2の光
通過面30bから光入射用プリズム30内に入射し、そ
の第1の光通過面30aを通過して基板16内に入射し
、光導波路11を透過して、その表面に形成された前記
LGC20の部分に入射する。それにより光ビーム13
はこのLGC20で回折して先導波路11内に入射し、
該先導波路ll内を導波モードで矢印A方向に進行する
This light beam 13, which is a diverging beam, is made into a parallel beam by the collimator lens 25, and then enters the light incidence prism 30 from the second light passing surface 30b, and passes through the first light passing surface 30a. The light passes through the substrate 16, passes through the optical waveguide 11, and enters the LGC 20 formed on the surface thereof. Thereby the light beam 13
is diffracted by this LGC 20 and enters the leading waveguide 11,
The wave propagates in the direction of arrow A in the guided waveguide mode.

画像記録を行なう際には、例えばエンドレスベルト等の
移送手段22上に感光体23がセットされる。
When recording an image, the photoreceptor 23 is set on a transport means 22 such as an endless belt.

そして半導体レーザ18はレーザ駆動回路19により、
レーザビーム13を射出するように駆動され、それとと
もにIDT15には、駆動回路17から連続的に周波数
が変化する交番電圧が印加される。なおレーザ駆動回路
19は変調回路24によって制御され、画像信号Sに応
じて光出力を変えるように(すなわち光ビーム13の強
度や、光ビーム13をパルス状に射出する場合はパルス
数やパルス幅を変えるように)半導体レーザ18を駆動
する。
The semiconductor laser 18 is driven by a laser drive circuit 19.
The IDT 15 is driven to emit a laser beam 13, and at the same time, an alternating voltage whose frequency changes continuously is applied from a drive circuit 17 to the IDT 15. The laser drive circuit 19 is controlled by a modulation circuit 24 so as to change the optical output according to the image signal S (i.e., the intensity of the light beam 13, the number of pulses and the pulse width when emitting the light beam 13 in a pulsed manner). ) the semiconductor laser 18 is driven so as to change the

IDT15に上述のような電圧印加がなされることによ
り、先導波路11の表面を表面弾性波12が第2図の矢
印B方向に進行する。IDT15は、この表面弾性波1
2が導波光(平行ビュム) 13°の光路に交わる方向
に進行するように配設されている。
By applying the voltage as described above to the IDT 15, the surface acoustic wave 12 travels on the surface of the leading waveguide 11 in the direction of arrow B in FIG. The IDT 15 uses this surface acoustic wave 1
Guided light (parallel beam) 2 is arranged so as to travel in a direction intersecting the 13° optical path.

したがって導波光13’ は、表面弾性波12を横切る
ように進行するが、その際該導波光13′ は表面弾性
波12との音響光学相互作用によりブラッグ(Brag
g)回折する。周知の通り、この回折による導波光13
′ の偏向角は、表面弾性波12の周波数にはぼ比例す
る。前述の通り駆動回路17はIDT15に、周波数が
連続的に変化する交番電圧を印加するので、表面弾性波
12の周波数が連続的に変化し、上記偏向角が連続的に
変化するようになる。したがってこの導波光13′ は
矢印Cで示す通り、回折角が連続的に変化するように回
折、偏向する。このようにして偏向した導波光13°は
、LGC21により回折して先導波路11から基板1B
側に出射する。
Therefore, the guided light 13' propagates across the surface acoustic wave 12, and in this case, the guided light 13' becomes a Bragg (Bragg) beam due to acousto-optic interaction with the surface acoustic wave 12.
g) Diffraction. As is well known, guided light 13 due to this diffraction
The deflection angle ' is approximately proportional to the frequency of the surface acoustic wave 12. As described above, the drive circuit 17 applies an alternating voltage whose frequency changes continuously to the IDT 15, so that the frequency of the surface acoustic wave 12 changes continuously and the deflection angle changes continuously. Therefore, as shown by arrow C, this guided light 13' is diffracted and deflected so that the diffraction angle changes continuously. The waveguide light 13° deflected in this way is diffracted by the LGC 21 and is sent from the guide waveguide 11 to the substrate 1B.
Emits to the side.

こうして先導波路11から出射して外部光となった光ビ
ーム13”は、光出射用プリズム31の第1の光通過面
31aを通過して該プリズム31内に入射し、第2の光
通過面atbを垂直に通過してプリズム外に出射する。
In this way, the light beam 13'' that is emitted from the leading waveguide 11 and becomes external light passes through the first light passing surface 31a of the light emitting prism 31, enters the prism 31, and enters the second light passing surface. The light passes through the atb vertically and exits the prism.

上述のようにして光導波路素子lO外に出射した光ビー
ム13”は、例えばfθレンズからなる走査レンズ2B
を通過して小さなビームスポットQに絞られ、感光体2
3上を矢印U方向に走査(主走査)する。それとともに
感光体23が、移送手段22により上記主走査の方向と
略直角な矢印V方向に移送されて副走査がなされるので
、感光体23は光ビーム13”により2次元的に走査さ
れる。前述したようにこの光ビーム13”は画像信号S
に基づいて変調されているので、感光体23上にはこの
画像信号Sが担う画像が記録される。
The light beam 13'' emitted to the outside of the optical waveguide element 1O as described above is transmitted through a scanning lens 2B consisting of, for example, an fθ lens.
The beam passes through the beam and is narrowed down to a small beam spot Q, and the photoreceptor 2
3. Scan the top in the direction of arrow U (main scan). At the same time, the photoreceptor 23 is transferred by the transfer means 22 in the direction of arrow V, which is substantially perpendicular to the main scanning direction, to perform sub-scanning, so that the photoreceptor 23 is two-dimensionally scanned by the light beam 13''. As mentioned above, this light beam 13'' is the image signal S.
Since the image signal S is modulated based on the image signal S, an image carried by this image signal S is recorded on the photoreceptor 23.

°  な−お1主走査ライン分の画像信号Sと光ビーム
13”の主走査との同期をとるためには、この画像信号
Sに含まれるブランキング信号sbをトリガ信号として
用いて、IDT15への電圧印加タイミングを制御すれ
ばよい。またこのブランキング信号sbにより移送手段
22の駆動タイミングを制御することにより、上記主走
査と副走査との同期をとることができる。
° - In order to synchronize the image signal S for one main scanning line with the main scanning of the light beam 13'', the blanking signal sb included in this image signal S is used as a trigger signal and sent to the IDT 15. By controlling the driving timing of the transfer means 22 using this blanking signal sb, the main scanning and sub-scanning can be synchronized.

ここで本発明の特徴部分として、第3図(A)に概略的
に示すように光出射用L G C21は、アスペクト比
(格子ピッチdに対する格子の格子並び方向厚さdlの
比率)が導波光13°の進行方向、すなわちLGC21
の格子並び方向に沿って漸次増大したのち漸次減少する
ように変えられており、それにより光ビーム13″のこ
の方向の光強度分布は、第3図(B)の曲線fで示すよ
うに略ガウス分布となる。以下、このような光強度分布
を得る格子高さの分布について詳しく説明する。
Here, as a characteristic part of the present invention, as schematically shown in FIG. 3(A), the light emitting L The traveling direction of the wave light 13°, that is, LGC21
The light intensity distribution of the light beam 13'' in this direction is approximately as shown by the curve f in FIG. 3(B). This is a Gaussian distribution.Hereinafter, the grating height distribution for obtaining such a light intensity distribution will be explained in detail.

第3図(B)に示すように、LGC21上の導波光進行
方向位置をy (0≦y≦L)とし、LGC21の放射
損失係数をα、アスペクト比をβ(y)=dt  (y
)/d、長さをLとすると、a (y) mB−s i
 n2(π*β(y) ) −−−−・−(1)[Bは
格子高さ等によって定まる係数]である。LGC21設
置部分の光導波路11における導波光光量はyの関数と
なるので、これをP (y)とする。そしてこの導波光
光ff1P(y)のy方向単位長さ当たりの減衰量は、
LGC21から出射する光ビーム13“の光強度分布が
第3図(B)の曲線fで示すようにy軸方向にガウス分
布となる場合は、 となる。なおα(y)は、y軸方同各位置における放射
損失係数である。
As shown in FIG. 3(B), the position in the traveling direction of the guided light on the LGC 21 is y (0≦y≦L), the radiation loss coefficient of the LGC 21 is α, and the aspect ratio is β(y)=dt (y
)/d, and the length is L, then a (y) mB-s i
n2(π*β(y)) -----.-(1) [B is a coefficient determined by the grating height, etc.]. Since the amount of guided light in the optical waveguide 11 in the part where the LGC 21 is installed is a function of y, this is set as P (y). The amount of attenuation per unit length in the y direction of this guided light ff1P(y) is
When the light intensity distribution of the light beam 13'' emitted from the LGC 21 has a Gaussian distribution in the y-axis direction as shown by the curve f in FIG. This is the radiation loss coefficient at each position.

一方上記曲線fは一般的に、 なる式で表わされるものである。なおWは、光強度が最
大値の1/e2以上となる範囲の格子長さの半値である
。上記(3)式を用いると、導波光光量P (y)は以
下の式で表わされる。
On the other hand, the above curve f is generally expressed by the following formula. Note that W is the half value of the grating length in the range where the light intensity is 1/e2 or more of the maximum value. Using the above equation (3), the amount of guided light P (y) is expressed by the following equation.

+δ 上式を(4)式とする。この(4)式の右辺第1項はL
GC21によって取り出される全光量、第2項はLGC
21の作用に係わらないで0≦y≦Lの範囲で定常的に
導波する光量、第3項はある位置yまでの間にLGC2
1から出射した光量であり、この式から、Aを係数とし
て、 となる。したがってこの式と前記(?5式より、前記(
4)式の右辺第1項と第2項の和は、LGC21設置部
に導波して来る導波光13°の光量P。と等しいからこ
の先HPoを知ることにより(4)式からP (y)の
値が求められ、それにより上記(5)式からα(y)の
値が求められる。
+δ Let the above equation be equation (4). The first term on the right side of this equation (4) is L
The total amount of light extracted by GC21, the second term is LGC
The amount of light that is constantly guided in the range 0≦y≦L regardless of the effect of 21, the third term is LGC2 up to a certain position y.
It is the amount of light emitted from 1, and from this formula, with A as a coefficient, it becomes. Therefore, from this formula and the above (?5 formula), the above (
4) The sum of the first and second terms on the right side of the equation is the amount P of the guided light 13° guided to the LGC 21 installation part. By knowing HPo, the value of P (y) can be found from equation (4), and the value of α(y) can then be found from equation (5).

以上述べたようにして、第3図(B)の曲線fで示すよ
うな光強度分布の光ビーム13”が得られる放射損失係
数α(y)が求められれば、前記(1)式に基づいて、
そのような放射損失係数α(y)を実現するアスペクト
比β(y)が求められる。
As described above, if the radiation loss coefficient α(y) for obtaining the light beam 13'' with the light intensity distribution as shown by the curve f in FIG. 3(B) is determined, based on the above equation (1), hand,
An aspect ratio β(y) that realizes such a radiation loss coefficient α(y) is determined.

このようにして求めたアスペクト比βの分布の例を、第
4図に2例示す。この第4図中の曲線aは、回折格子の
長さしを3mmとしてビーム径2W−2fflfflの
出射ビーム13”を得るアスペクト比分布を示し、また
曲線a°はそれに対応する放射損失係数′ αの分布を
示し、−力曲線すは、回折格子の長さしを7mmとして
ビーム径2 w −4、7mmの出射ビーム13”を得
るアスペクト比分布を示し、曲線す。
Two examples of the distribution of the aspect ratio β obtained in this manner are shown in FIG. Curve a in FIG. 4 shows the aspect ratio distribution for obtaining an output beam 13'' with a beam diameter of 2W-2fffffl when the length of the diffraction grating is 3 mm, and curve a° shows the corresponding radiation loss coefficient ' α The force curve shows the aspect ratio distribution to obtain an output beam 13'' with a beam diameter of 2 w -4 and 7 mm when the length of the diffraction grating is 7 mm.

はそれに対応する放射損失係数αの分布を示している。shows the distribution of the corresponding radiation loss coefficient α.

なおこの例における導波光13’ の波長λは633n
IIであり、LGC21の屈折率n、は2.4である。
In this example, the wavelength λ of the guided light 13' is 633n
II, and the refractive index n of LGC21 is 2.4.

LGC21から出射する光ビーム13“の光強度分布が
以上説明したようなものとなっていれば、感光体23上
を走査するビームスポットQは、ビーム副走査方向の光
強度分布がガウス分布をとるものとなる。したがってビ
ームスポットQは、この方向に十分に絞られたものとな
り得、それにより、極めて精細な画像を記録できるよう
になる。
If the light intensity distribution of the light beam 13'' emitted from the LGC 21 is as explained above, the beam spot Q scanning the photoreceptor 23 has a Gaussian light intensity distribution in the beam sub-scanning direction. Therefore, the beam spot Q can be sufficiently focused in this direction, making it possible to record extremely fine images.

なお以上説明した実施例においては、LGC21から光
ビーム13″を基板16側に出射させるようにしている
が、基板16と反対の空気側、すなわち第1図において
上方側に光ビーム13”を出射させる場合にも本発明は
適用可能であり、その場合も上述と同様の作用が得られ
る。また光ビーム13”を基板1B側(と出射させる場
合、必ずしも前述のプリズム31を用いる必要はなく、
従来から広く行なわれているように、基板16の端面を
斜めにカットして、そこから光ビーム13”を出射させ
るようにしてもよい。
In the embodiment described above, the light beam 13'' is emitted from the LGC 21 to the substrate 16 side, but the light beam 13'' is emitted to the air side opposite to the substrate 16, that is, to the upper side in FIG. The present invention is also applicable to the case where the above-described effect is obtained. Furthermore, when the light beam 13'' is emitted from the substrate 1B side, it is not necessarily necessary to use the prism 31 described above.
As has been widely practiced in the past, the end face of the substrate 16 may be cut obliquely, and the light beam 13'' may be emitted therefrom.

また上記実施例においてはLGC21のアスペクト比を
、導波光13′ の進行方向に沿って漸次増大したのち
漸次減少するように変化させているが、これはアスペク
ト比d1/dが0≦d1/d≦0゜5の範囲において有
効であり、その他このアスペクト比d1/dを、0.5
≦dt/d≦1の範囲では第6図(A)に示すように導
波光13゛ の進行方向に沿って漸次減少したのち増大
するようにしても、あるいは0≦di /d≦1の範囲
では第7図(A)に示すように上記方向に沿って漸次増
大するようにしても、さらには同じく0≦d1/d≦1
の範囲では第8図(A)に示すように上記方向に沿って
漸次減少するようにしても、それぞれ第6図(B)、第
7図(B)、第8図(B)に曲線fで示すように、上記
実施例におけるのと同様の出射光強度分布を得ることが
できる。
Further, in the above embodiment, the aspect ratio of the LGC 21 is changed so that it gradually increases and then gradually decreases along the traveling direction of the guided light 13', but this is because the aspect ratio d1/d is 0≦d1/d. It is effective in the range of ≦0゜5, and otherwise this aspect ratio d1/d is 0.5
In the range of ≦dt/d≦1, as shown in FIG. 6(A), it may gradually decrease and then increase along the traveling direction of the guided light 13, or in the range of 0≦di/d≦1. Now, even if the increase is made gradually along the above direction as shown in FIG. 7(A), 0≦d1/d≦1
In the range of , even if it gradually decreases along the above direction as shown in FIG. 8(A), the curves f in FIG. 6(B), FIG. As shown in , it is possible to obtain the same output light intensity distribution as in the above embodiment.

また上記実施例においては、光出射用LGC21に対し
て本発明が適用されているが、光入射用LGC20に対
して本発明を適用することも可能である。その場合は、
上記実施例におけるのと相反的な作用効果が得られる。
Further, in the above embodiments, the present invention is applied to the light output LGC 21, but it is also possible to apply the present invention to the light input LGC 20. In that case,
Effects that are contradictory to those in the above embodiments can be obtained.

すなわちこの場合は、光導波路ll内に入射させる先ビ
ーム1aとして、光強度分布が略ガウス分布となってい
る一般的なレーザビーム等を用いれば、その光ビーム1
3は入射結合効率が略最大で光導波路11内に取り込ま
れることになる。
That is, in this case, if a general laser beam or the like whose light intensity distribution is approximately Gaussian is used as the destination beam 1a to be input into the optical waveguide ll, the light beam 1
3 has substantially the maximum incident coupling efficiency and is taken into the optical waveguide 11.

さらに、以上説明した実施例の先導波路素子は光偏向器
を構成するものであるが、このような光偏向器に限らず
、先導波路から出射する光ビームを導波光進行方向の光
強度分布がガウス分布となるように整形したいという要
求、さらには、光強度分布が略ガウス分布となっている
一般的な光ビームを高い入射結合効率で先導波路内に入
射させたいという要求は広く存在するものであり、本発
明はそのような要求のあるすべての光導波路素子におい
て適用可能で、かつ有効である。
Furthermore, although the guiding waveguide element of the embodiment described above constitutes an optical deflector, it is not limited to such an optical deflector, and the optical beam emitted from the guiding waveguide is used to adjust the light intensity distribution in the direction of propagation of the guided light. There is a widespread demand to shape a light beam so that it has a Gaussian distribution, and furthermore, to make a general light beam with a nearly Gaussian light intensity distribution incident into a leading waveguide with high incident coupling efficiency. Therefore, the present invention is applicable and effective to all optical waveguide devices that meet such requirements.

(発明の効果) 以上詳細に説明した通り本発明の先導波路素子において
は、光導波路表面に形成する回折格子のアスペクト比を
、導波光の進行方向に沿って変化するように設定したこ
とにより、該回折格子から出射する光ビームの光強度分
布を略ガウス分布とすることができる。したがってこの
先導波路素子によれば、光導波路から出射した光ビーム
を極めて小さなスポットに絞ることが可能となり、画像
記録あるいは画像読取り用の光偏向器に適用した場合は
画像記録あるいは読取りの精度を十分に高め、さらに高
周波スペクトルアナライザー等に適用した場合は、周波
数分析の分解能を高めることができる。
(Effects of the Invention) As explained in detail above, in the guiding waveguide element of the present invention, the aspect ratio of the diffraction grating formed on the surface of the optical waveguide is set to change along the traveling direction of the guided light. The light intensity distribution of the light beam emitted from the diffraction grating can be made into a substantially Gaussian distribution. Therefore, this guiding waveguide element makes it possible to focus the light beam emitted from the optical waveguide into an extremely small spot, and when applied to an optical deflector for image recording or image reading, it is possible to sufficiently improve the accuracy of image recording or reading. When applied to a high frequency spectrum analyzer etc., the resolution of frequency analysis can be improved.

また本発明の先導波路素子においては、回折格子のアス
ペクト比を上述のように変化させたことにより、光強度
分布がガウス分布状となっている一般的なレーザビーム
等の外部光を、効率良く光導波路内に取り込むことが可
能となる。したがっ° てこ−の先導波路素子によれば
、−数的なレーザビーム等を整形するようなことなくそ
のまま用いた上で、上記の光偏向器や高周波スペクトル
アナライザー等における光利用効率を十分に高めること
ができる。
In addition, in the guiding waveguide element of the present invention, by changing the aspect ratio of the diffraction grating as described above, external light such as a general laser beam with a Gaussian light intensity distribution can be efficiently transmitted. It becomes possible to introduce it into an optical waveguide. Therefore, according to the leading waveguide element of the lever, the efficiency of light utilization in the above-mentioned optical deflector, high frequency spectrum analyzer, etc. can be sufficiently increased by using the numerical laser beam as it is without shaping it. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図と第2図はそれぞれ、本発明の一実施例による先
導波路素子を示す側面図と斜視図、第3図(A)は上記
実施例の先導波路素子の回折格子部分を拡大して示す側
面図であり、第3図(B)はこの回折格子の並び方向に
沿った出射光の強度分布を示すグラフ、 第4図は本発明の先導波路素子における回折格子アスペ
クト比の分布と、それに対応する放射損失係数の分布の
例を示すグラフ、 第5図は従来の光導波路素子の回折格子から出射する光
ビームの強度分布を説明する説明図、第6図(A)と(
B)、第7図(A)と(B)および第8図(A)と(B
)はそれぞれ、本発明の先導波路素子における回折格子
形状の他の例を示す側面図と、回折格子並び方向に沿っ
た出射光の強度分布を示すグラフである。 lO・・・光導波路素子   11・・・先導波路12
・・・表面弾性波    13・・・光ビーム13°・
・・導波光 13”・・・先導波路から出射した光ビーム21・・・
光出射用回折格子 第 3図 第5図 口■(T奇)庖揉y (mm) 第6図 、T、−7図 第8図 昭和62年11月24日
1 and 2 are a side view and a perspective view, respectively, showing a guiding waveguide element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3(A) is an enlarged view of the diffraction grating portion of the guiding waveguide element of the above embodiment. FIG. 3(B) is a graph showing the intensity distribution of the emitted light along the direction in which the diffraction gratings are arranged, and FIG. A graph showing an example of the distribution of the radiation loss coefficient corresponding to this.
B), Figures 7(A) and (B), and Figures 8(A) and (B)
) are a side view showing another example of the shape of the diffraction grating in the guiding waveguide element of the present invention, and a graph showing the intensity distribution of the emitted light along the direction in which the diffraction gratings are arranged. lO... Optical waveguide element 11... Guide waveguide 12
...Surface acoustic wave 13...Light beam 13°・
... Guided light 13"... Light beam 21 emitted from the guiding waveguide...
Diffraction grating for light emission Fig. 3 Fig. 5 Opening ■ (T) y (mm) Fig. 6, T, -7 Fig. 8 November 24, 1988

Claims (1)

【特許請求の範囲】 光導波路の表面に、該光導波路内を進行する導波光と外
部光とを結合する回折格子が形成された光導波路素子に
おいて、 前記回折格子のアスペクト比が、導波光を該回折格子に
よって光導波路外に出射させたとき、導波光の進行方向
に沿った出射光の強度分布が略ガウス分布となるように
、該方向に沿って変えられていることを特徴とする光導
波路素子。
[Scope of Claims] An optical waveguide element in which a diffraction grating is formed on the surface of an optical waveguide for coupling guided light traveling in the optical waveguide with external light, wherein the aspect ratio of the diffraction grating is such that the aspect ratio of the diffraction grating couples the guided light traveling in the optical waveguide with external light. The light guide is characterized in that the intensity distribution of the emitted light along the traveling direction of the guided light is changed along the direction so that when the light is emitted out of the optical waveguide by the diffraction grating, the intensity distribution becomes a substantially Gaussian distribution. Wave path element.
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