JPH01178934A - 導波路型光偏向器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光偏向器、特に詳細には光導波路内を導波させ
た光ビームをこの光導波路に伝播させた表面弾性波によ
り回折、偏向させて、光導波路外に取り出すようにした
導波路型光偏向器に関するものである。

（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。

上述のような問題を解消しつる光偏向器とじて近時、光
導波路を用いる光偏向器が注目されている。この光偏向
器は、表面弾性波が伝播可能な材料から形成されたスラ
ブ状の光導波路と、この光導波路内を導波する先ビーム
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
弾性波を該光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。この導波路型光偏向器においては
、光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、光ビームを光
導波路内において連続的に偏向させることができる。な
おこのような光偏向器については、例えば特開昭６２−
７７７６１号公報に詳しい記載がなされている。

この導波路型光偏向器においては、上述の通り表面弾性
波発生手段として一般に交叉くし形電極対（１ｎｔｃｒ
　　Ｄ　１ｇ１ｔａｌ　　Ｔ　ｒａｎｓｄｕｃｅｒ　、
以下ＩＤＴと称する）が用いられる。従来、このＩＤＴ
は光導波路において、そこを導波する光ビームから側方
に外れた位置に配設されて、この光ビームとは直接的に
干渉しないようにされていた。

ところで、上記構成の導波路型光偏向器においては、光
導波路において導波する光ビームの幅をできるだけ大き
く設定したいという要求がある。

すなわち、光導波路から出射した光ビームを例えば記録
材料上に走査させて画像記録を行なうような場合は、解
像点数を上げるために、上述のように光ビームの幅を大
きくした上でそれを十分に絞り込むことが必要となるか
らである。

（発明が解決しようとする問題点） ところがこのように光導波路を導波する光ビームの幅を
大きくすると、前述のような位置に配設されているＩＤ
Ｔから発生された表面弾性波が該光ビームを横切る距離
が当然大きくなり、その間に表面弾性波が光導波路に吸
収されて大きく減衰することになる。光導波路を伝播す
る表面弾性波の強度Ｉは、前記ＩＤＴから発生された当
初の強度をＩＯ１光導波路による超音波吸収係数をαと
すると、ＩＤＴから距離Ｘだけ離れた位置においては、 ＩｍＩ□　ｅ　　　　　・・・・・・（１）となる。つ
まり表面弾性波強度Ｉは、上記距離Ｘの増大に応じて指
数関数的に著しく減衰する（第３図（１）参照）。−刃
表面弾性波による光ビームの回折効率ηは、表面弾性波
の強度をＩとすると、Ａを係数として、 ７７−５ｉｎ２Ａ、Ｖ／″Ｔ であり、表面弾性波強度Ｉが低下するのにつれて低下す
る。したがって、表面弾性波による光ビームの回折効率
ηは、ＩＤＴからの距離が増大するにつれて著しく低下
することになる。そこで、表面弾性波によって回折する
前の光ビームの強度分布が第３図（２に実線で示すよう
にガウス分布をとっている場合、その回折後の光ビーム
の強度分布は同図に破線で示すようなものとなってしま
う。

つまり光強度Ｐが最大となっている光ビームの幅方向中
央位置に進むまでに表面弾性波は大きく減衰してしまう
ので、回折後の光ビームの光量は全体的にかなり低レベ
ルとなってしまう。また回折後の光ビームの強度分布も
ガウス分布とはかけ離れたものとなり、該光ビームを十
分に絞り込む上で支障を来たす。

そこで本発明は、表面弾性波発生手段として前述のＩＤ
Ｔを用いた上で、上述の問題を解消することができる導
波路型光偏向器を提供することを目的とするものである
。

（問題点を解決するための手段及び作用）本発明の導波
路型光偏向器は、以上述べたように光導波路において表
面弾性波を発生させるＩＤＴを、この光導波路を導波す
る光ビームの幅方向ほぼ中央位置に配設したことを特徴
とするものである。

このような位置にＩＤＴが配設されていると、該ＩＤＴ
によって発生された表面弾性波は、光ビーム（導波光）
の幅方向ほぼ中央部分からそれぞれ左右端部に向かうよ
うに２方向に伝播する。このようにして互いに反対方向
に伝播する各表面弾性波が光ビームを横切る距離は、従
来装置におけるように１つの表面弾性波がこの光ビーム
を端から端まで横切る距離と比べればほぼ１／２となる
。

したがって、それぞれの表面弾性波が光ビームを横切る
間に光導波路に吸収されて減衰する程度が、従来装置に
おけるよりも低く抑えられる。

（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。

第１図と第２図は、本発明の一実施例による導波路型光
偏向器１０を示す側面図と斜視図である。

この光偏向器１０は一例として光走査記録装置を構成す
るものであり、透明な基板１６上に形成されたスラブ状
光導波路１■と、この光導波路１１の中央部に設けられ
たＩＤＴ１５と、この光導波路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（Ｌｉｎｅａ
ｒ　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３０ａ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
ｔｅａに強く押圧されることにより、あるいは高屈折率
の接着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３１ａ、第
２の光通過面３１ｂを有し、上述と同様にして基板表面
ｌｅａに固定されている。

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
ることにより光導波路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ｌｌ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。なお光導波路につ
いては、例えばティー　タミール（Ｔ、　Ｔａｌｌ１１
ｒ）編［インチグレイテッド　オブティクス（Ｉ　ｎｔ
ｅｇｒａｔｅｄＯｐｔｉｃｓ）Ｊ（トピックス　イン　
アプライド　フィジックス（Ｔｏｐｌｃｓ　ｉｎ　　Ａ
ｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｌｅｓ）第７巻）スプリンガ
ー　フエアラーグ（Ｓ　ｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ
）刊（１９７５）；西原、春名、栖原共著「光集積回路
」オーム社刊（１９８５）等の成著に詳細な記述があり
、本発明では光導波路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。ただしこの光導波路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。また光導波路は２層以上の積層構造
を有していてもよい。

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。

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１Ｂ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で回折して光導波路１１内に入射し、
該光導波路１１内を導波モードで矢印り方向に進行する
。

なお先に述べたように記録画像の解像点数を向上させる
ため、導波光１３°の幅ｄ（第５図参照）は１０〜１５
ｍｍ程度と十分に広く設定される。

またＩＤＴ１５は、線幅が少しずつ変えられた多数の電
極指が電極指間隔をこの線幅に対応させて変化させつつ
第５図の上下方向に並設されてなるものであり、これら
の電極指の並設長（第５図における上下の長さ）は−例
として６００μｍ程度とされている。そしてこのＩＤＴ
１５は、導波光１３゛の幅方向ほぼ中央位置に配設され
ている。

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。

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。なおし−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。

ＩＤＴ１５に上述のような電圧印加がなされることによ
り、光導波路１１の表面を表面弾性波１２ａ１１２ｂが
それぞれ、第２図、第５図の矢印Ａ、Ｂ方向に進行する
。ＩＤＴ１５は、これらの表面弾性波１２ａ、　１２ｂ
が導波光（平行ビーム）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。したがって導波光１３
′　は、表面弾性波１２ａ、　１２ｂ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１２ａ
、１２ｂとの音響光学相互作用によりブラッグ（Ｂ　ｒ
ａｇｇ）回折する・表面弾性波による導波光のブラッグ
回折については従来から知られているが、ここで簡単に
説明する。光導波路１１を伝播する表面弾性波１２ａＳ
１２ｂの進行方向と、導波光１３′　の進行方向とがな
す角（Ｂｒａｇｇ角）をθとすると、表面弾性波１２ａ
Ｓ１２ｂとの音響光学相互作用による導波光１３′の偏
向角（回折角）δは、δ−２θとなる。そして導波光１
３′　の波長、実効屈折率をλ、Ｎｅとし、表面弾性波
１２ａ、　１２ｂの波長、周波数、速度をそれぞれＡ、
ｆ、ｖとすれば、 ２θ−２ｓｉｎ’　　（λ／（２Ｎｅ−Ａ））〜λｌ　
（Ｎｅ　・Δ） 一λ◆ｆ／（Ｎｅ　・■） となり、２θつまりδは表面弾性波１２ａ、１２ｂの周
波数ｆにほぼ比例する。前述の通り駆動回路１７はＩＤ
Ｔ１５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１２ａ、　１２ｂ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
折して光導波路１１から基板ｌＢ側に出射する。こうし
て光導波路１１から出射して外部光となった光ビーム１
３″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
３１ｂを垂直に通過してプリズム外に出射する。

上述のようにして光導波路１１外に出射した光ビーム１
３”は、例えばｆθレンズからなる走査レンズ２６を通
過して小さなビームスポットＱに絞られ、感光体２３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２
３上にはこの画像信号Ｓが担う画像が記録される。

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。

ここで本発明の特徴部分として、前述したようにＩＤＴ
１５は、導波光１３°の幅方向ほぼ中央位置に配設され
ている。したがってこのＩＤＴ１５の部分から互いに反
対の方向に伝播する表面弾性波１２ａＳ１２ｂがこの導
波光１３′　を横切る距離はそれぞれ、従来装置におけ
るように１つの表面弾性波が該導波光１３°を端から端
まで横切る距離のほぼ１／２となる。そこでこの場合の
表面弾性波１２ａ、１２ｂの減衰特性は、第４図の（１
）に示すようなものとなる。つまり従来装置におけるよ
うに導波光の側外方から該導波光に向けて表面弾性波を
伝播させる場合と比べれば、各表面弾性波１２ａ、１２
ｂが導波光１３°を横切る距離が短い分だけ光導波路１
１における表面弾性波１２ａ、　１２ｂの吸収が抑えら
れ、導波光１３′　と交わる範囲における表面弾性波１
２ａ１１２ｂの減衰の程度が低くなる。また表面弾性波
１２ａ１１２ｂの強度Ｉは、導波光１３″の中央部分に
おいて最大となるので、回折前の導波光１３′　の光強
度分布が第４図（２）に実線で示すようにガウス分布と
なっている場合は、その光強度が最も高い部分において
回折効率ηが最大となる。したがってこの場合の導波光
１３′　の回折後の光強度分布は第４図（２）に破線で
示すように、中央部分の高い光強度がさほど減衰しない
ものとなり、それにより回折後の導波光１３′　の全体
的な光量が十分に高くなる。

この導波光１３゛　の減衰について具体的な数値例を挙
げて説明する。先に述べた（１）式の超音波吸収係数α
が表面弾性波周波数ｆ＝１．０ＧＨｚのとき３．０ｄＢ
／ｃｍで、導波光１３°の幅ｄが１０ｍｍであるとする
と、ＩＤＴ１５から発生された強度■。の表面弾性波１
２ａ、　１２ｂは、導波光１３′　の側端部において０
．７ＩＯの強度となる。それに対して同様の条件で導波
光１３″の側外方から表面弾性波を該導波光１３′　に
向けて伝播させる場合、表面弾性波が導波光１３′　の
一方の側端部に接する位置から発せられるものとすると
、この表面弾性波が導波光１３′　を完全に横切った位
置での表面弾性波強度Ｉは０．５１．まで減衰する。

また図示の通り回折後の導波光１３′　の光強度分布は
、回折前のそれと同様にほぼガウス分布となり、光導波
路１１から出射した光ビーム１３“を走査レンズ２Ｂに
よって十分小さなビームスポットＱに絞ることが可能と
なる。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明の導波路型光偏向器にお
いては、表面弾性波を発生させるＩＤＴを導波光の幅方
向ほぼ中央位置に配設したことにより、この導波光と交
わる範囲における表面弾性波の減衰を低く抑えることが
できる。したがってこの光偏向器によれば光利用効率が
十分に高められ、また導波光の幅を大きくし、あるいは
光導波路に吸収されやすい比較的高い周波数領域まで表
面弾性波の周波数を上げることが可能となって、光走査
記録における解像点数を上げられるようになる。

また本発明の光偏向器においては、ＩＤＴを上述の位置
に配設したことにより、回折前の導波光の光強度がガウ
ス分布となっている場合は、回折後の導波光の光強度分
布もガウス分布状とすることができるので、光導波路か
ら出射した光ビームを十分に小さなスポットに絞って精
密走査を行なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はそれぞれ、本発明の一実施例による導
波路型光偏向器を示す側面図と概略斜視図、 第３図（１）と第３図（乞はそれぞれ、従来の導波路型
光偏向器における表面弾性波の減衰特性と、導波光の回
折前、後の光強度分布特性を示すグラフ、第４図（１）
と第４図（２）はそれぞれ、本発明の光偏向器における
表面弾性波の減衰特性と、導波光の回折前、後の光強度
分布特性を示すグラフ、第５図は上記実施例の光偏向器
におけるＩＤＴの設置部分を拡大して示す平面図である
。 １０・・・導波路型光偏向器　　１１・・・光導波路１
２・・・表面弾性波　　　　　１３・・・光ビーム１３
′　・・・導波光　　　　　　１５・・・ＩＤＴ［７・
・・駆動回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光導波路内を導波する光ビームの光路に交わる方向に伝
   播して該光ビームを回折させる表面弾性波を該光導波路
   において発生させる交叉くし形電極対を有し、この電極
   対に印加する交番電圧の周波数を連続的に変化させるこ
   とによって前記光ビームを連続的に回折、偏向させるよ
   うにした導波路型光偏向器において、 前記交叉くし形電極対が、前記光導波路を導波する光ビ
   ームの幅方向ほぼ中央位置に配設されていることを特徴
   とする導波路型光偏向器。