JPH01238627A - 光導波路素子 - 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） 本発明は光導波路素子、特に詳細には光導波路内を導波
した光ビームを小さな拡がり角で基板端面から出射させ
、そしてこの出射ビームを集光する機能も備えた光導波
路素子に関するものである。

（従来の技術） 従来より、基板上に光導波路を形成してなる光導波路素
子が種々提供されている。この種の光導波路素子におい
て光導波路内を導波した光ビームは、多くの場合、例え
ば光導波路の端面から直接、あるいはプリズムカブラや
回折格子（グレーティングカプラ）を介して光導波路外
に取り出される。

一方例えば特開昭６２−７７７６１号公報等に示される
ように、光導波路素子によって光偏向器を形成する試み
もなされており、その場合は、光導波路から出射させた
光ビームを小さなスポットに集束させることが多い。

上述のように光ビームを光導波路の端面から直接出射さ
せる場合は、出射効率は良いが、その反面光導波路端面
における光の回折により、第３図の（１）に示すように
出射ビーム５０が大きく拡がりやすいという問題が生じ
る。なおこの第３図において５１が基板、５２か光導波
路である。前述のように光ビーム５０を集束させる際に
は、この光ビーム５０の拡がり角φ１が大きいほどより
大きなＮＡ（開口数）のシリンドリカルレンズ５３を用
いて該光ビーム５０を絞る必要がある。例えばφ１＝１
６°のときはＮＡ＝０．１４程度のレンズが必要となる
。

周知のようにＮＡの大きなシリンドリカルレンズは高価
であるので、このようなシリンドリカルレンズを用いる
と、光導波路素子から構成される光偏向装置等のコスト
アップを招く。なおここで拡がり角は、光強度が１／ｅ
２に減少する範囲で定義している。またこの場合上記の
拡がり角φ１は、光導波路５２の端面にいわゆる「だれ
」　（第３図（１）に矢印Ｈで示すエツジ部分が丸みを
帯びること）が有る場合には３５°程度とさらに大きく
なるので、端面研磨を極めて注意深く行なわねばならな
いという不具合もある。

一方第３図の（２）に示すようにプリズムカプラ５４を
用いて光ビーム５０を光導波路５２外に出射させる場合
は、以上述べた問題は生じないが、出射ビーム５０の光
強度Ｉの分布が曲線Ｅで示すものとなって、該ビーム５
０がガウスビーム（光強度分布がガウス分布となってい
るビーム）になり得ないという問題がある。上記のよう
な光強度分布の光ビーム５０を前述のように集束させる
と、そのビームスポットの光強度分布はサイドローブが
生じるものとなってしまい、光ビーム走査によって精密
な画像記録あるいは画像読取りを行なうことが不可能に
なる。またこのプリズムカプラ５４を用いる場合は、出
射効率が該プリズムカプラ５４と光導波路５２との間の
ギャップによって変わるので、このギャップを例えば偏
差１０μｍ以内程度と極めて精密に制御できないと、光
強度分布が著しく不均一になってしまうという問題もあ
る。

また第３図の（３）に示すように回折格子５５を用いる
場合にも、出射ビーム５０かガウスビームになり得ない
（光強度■の分布を図中曲線Ｆで示す）。

＝　　３　− それに加えてこのような回折格子５５を用いる場合は、
導波光の出射効率が最高でも７０％程度と、前記端面出
射の場合に比べるとかなり低い。

そこで、以上述べた種々の問題をある程度解決できる導
波光の出射方法として、文献Ｂ　ｅｌ　Ｉ　Ｓ　ｙｓ。

Ｔｅｃｈ、Ｊ、、５０．ｐ４３．Ｊａｎ、１９７１″Ｅ
ｘｃｉｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ　
ｆｏｒ　１　ｎｔｅｇｒａｔｅｄ　０ｐｔｉｃｓ　ｗｉ
ｔｈ　　Ｌａ５ｅｒ　　Ｂｅａｍ　”　−Ｄ、　Ｍａｒ
ｃｕｓｅ　　＆　　Ｅ、　　Ａ、　　Ｊ、　Ｍａｒｃａ
ｔｉｌｌｉ　−に示される方法が考えられている。この
方法は第３図の（４）に示すように、光導波路５２の光
出射端面５２ａを透明な基板５１の端面５１ａよりも離
しておき、この光出射端面５２ａから出射した光ビーム
５０を−たん基板部分を通してから素子外に出射させる
というものである。この場合には、光出射端面５２ａか
ら図中上方側に拡がって出射しようとする光ビーム５０
が基板５１の図中上表面５１ｂで全反射して下向きに進
行するようになるので、第３図（１）に示した端面出射
の場合と比べれば、拡がり角φ２が小さくなる。

またこの場合、出射ビーム５０はほぼガウスビームとな
り、その出射効率も第３図（１）に示した端面出射の場
合と同程度となる。さらにこの場合は、基板のエツジ（
第３図（４）の矢印Ｊで示す部分）に前述の「だれ」や
欠けがあっても、拡がり角φ２に影響は出ない。

なお上記の文献には、第３図（４）に示したような構成
で光ビームを光導波路内に入射させることのみが示され
ているが、このような構成によって逆に導波光を光導波
路外に出射させうろことは自明である。

（発明が解決しようとする問題点） ところで上記第３図（４）に示した構成の光導波路素子
において、素子外に出射した光ビーム５ｏを小さなスポ
ットに集束させる際には、シリンドリカルレンズ５３を
通過した光ビーム５０を球面レンズに通せばよいが、シ
リンドリカルレンズ５３に加えてこのような外部レンズ
を設けると、光導波路素子を用いる光走査記録装置等か
大型化する。

そこで本発明は上述のような特長を有する第３図（４）
の構成を基本的に用い、多数の外部レンズを設けなくて
も出射ビームを小さなスポットに絞ることかできる光導
波路素子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）本発明の光導
波路素子は、上記のように光導波路の光出射端面から出
射した光ビームを−たん基板部分を通してから出射させ
るようにした光導波路素子において、 上記光出射端面を、光導波路と平行な面内で曲率を有す
るレンズ面として加工して、このレンズ面により出射ビ
ームを集光するようにしたことを特徴とするものである
。

上記のレンズ面を利用すれば、第３図（４）に示すよう
に配置されるシリンドリカルレンズの集光方向と直角な
方向に出射ビームを集光できる。したがって、該レンズ
面とシリンドリカルレンズによって出射ビームを小さな
スポットに集束させることができる。この場合、シリン
ドリカルレンズと球面レンズとを設置する場合に比べれ
ば、外部レンスの数は少なくて済む。

（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、本発明の第１実施例による光導波路
素子ＩＯを示すものである。この光導波路素子ｌＯは、
−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上に形成された光導波路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　ｒａｎｓｄ
ｕｃｅｒ　ｓ以下ＩＤＴと称する）１５と、上記光導波
路１１の一端面（光入射端面）　ｌｌａに直接結合され
た半導体レーザ１８と、上記一端面１１ａに近い位置に
おいて光導波路１１に形成された導波路レンズ１９とを
有している。またこの光偏向器は、上記■ＤＴ１５に高
周波の交番電圧を印加する駆動回路１７と、半導体レー
ザ１８を駆動するレーザ駆動回路２゜と、シリンドリカ
ルレンズ２５とを有している。

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、Ｓｌ等からなる結晶性基板
が用いられてもよい。なお光導波路については、例えば
ティー　タミール（Ｔ、　Ｔａｍ１ｒ）編［インチグレ
イテッド　オプティクス（Ｉ　ｎｔｅｇｒａｔｅｄ　０
ｐｔｉｃｓ　）　Ｊ　　（トビツクスイン　アプライド
　フィジックス（Ｔｏｐｉｃｓ　ｉｎＡ　ｐｐｌ　ｉｅ
ｄ　　Ｐ　ｈｙｓｉｃｓ）第７巻）スプリンガーフェア
ラーグ（Ｓ　ｐｒｉｎｇｅｒ　−Ｖ　ｅｒｌａｇ　）刊
（１９７５）；西原、巻芯、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。ただし本実施例では、この光導波
路１１は、上記Ｔｉ拡散膜等、後述する表面弾性波か伝
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。

光導波路１１の他端面（光出射端面）ｌｌｂは、第２図
に示されるように基板１６の端面ｌｅａから内側に離れ
て位置している。そして第１図に示されるようにこの光
出射端面１１ｂは、光導波路１１と平行な面内で曲率を
有するフレネルレンズ面とされている。

前述の半導体レーザ１８は、光導波路１１の一端面（光
入射端面）ｌｌａから該光導波路１１内に向けてレーザ
ビーム（放射ビーム）１３′　を射出する。この放射ビ
ーム１３“は導波路レンズ１９によって平行ビーム１３
とされ、この光ビーム１３は光導波路１１内において導
波モードで第１図の矢印入方向に進行する。なお半導体
レーザ１８を上記のように光入射端面１１ａに直接結合
せずに、レンズやカプラープリズム、回折格子（グレー
ティングカプラー）等を介して、光導波路１１内に光ビ
ーム１３′を入射させるようにしてもよい。

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かセットされる。

そして半導体レーザ１８はレーザ駆動回路２０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２０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１
８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１２が第１図の矢
印Ｂ方向に進行する。ＩＤＴ１５は、この表面弾性波１
２が前記導波光（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（Ｂ　ｒａｇｇ）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の周波数にほぼ比例する。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
ように偏向する。このようにして偏向した導波光１３は
、光導波路１１の光出射端面１１ｂから−たん基板１６
の部分に出射し、基板端面１６ａから基板外に出射する
。

こうして光導波路素子ｌＯ外に出射した光ビーム１３Ｂ
は、第２図中の上下方向への拡がりを有するものとなる
が、光導波路１１の光出射端面ｆｌｂが基板端面１［ｉ
ａから離れているので、先に述べた理由によりこの拡が
りの角度φ２は、前記第３図（１）に示すようにして光
ビームを出射させる場合の拡がり角φ１と比べると小さ
くなる。この出射した光ビーム１３Ｂはシリンドリカル
レンズ２５によって第２図に表わされる方向に集光され
る。また、光出射端面１１ｂが前述のようにフレネルレ
ンズ面とされているので、この光ビーム１３Ｂは上記シ
リンドリカルレンズ２５による集光の方向と直角な方向
にも集光され、最終的に小さなビームスポットＰに集束
する。具体的に光ビーム１３Ｂの拡がり角φ２は例えば
８°程度とすることができ、その場合には上記のシリン
ドリカルレンズ２５として、ＮＡ−０，０７程度のもの
が使用可能となる。また光ビーム１３Ｂの出射効率はフ
レネル反射による損失を除けばほぼ１００％程度と十分
に高くなり、そしてその拡がり角φ２方向に亘る光強度
分布は、前述のようにガウス分布に近い分布となりつる
。この光強度分布および出射効率は、基板１６のエツジ
（第２図に矢印Ｊで示す箇所）に多少の欠けや「だれ」
があってもほとんど影響を受けない。

ビームスポットＰに集束した光ビーム１３Ｂは、感光体
２３上を矢印Ｘ方向に走査（主走査）する。

それとともに感光体２３か、移送手段２２により上記主
走査の方向と略直角な矢印ｙ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１３Ｂ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１３Ｂ
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１３Ｂ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。

なお上記実施例において、光出射端面１１ｂはフレネル
レンズ面とされているが、その他例えば第４図に示す第
２実施例の光導波路素子５０におけるように、光出射端
面ｌｉｅを円弧状のレンズ面、あるいは放物線状、双曲
線状のレンズ面としてもよい。しかし一般に光走査記録
装置等においては、光導波路素子の光出射端面（基板端
面）からビーム集束位置までの距離をできるだけ短くし
たいという要求が多くあり、このような場合上記円弧状
等のレンズ面の曲率はかなり大きくなりがちである。し
たがってこのような場合は、光導波路素子を小型化する
ためには、フレネルレンズ面を採用するのが有利である
。

また以上述べた実施例の光導波路素子ｌＯは、光偏向器
として形成されたものであるが、本発明はこのような光
偏向器に限らず、光導波路内を導波する導波光を光導波
路の端面から−たん基板中に出射させ、該基板の部分を
通過したのち基板端面から素子外に出射させるようにし
たあらゆる光導波路素子に対して適用可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明の光導波路素子において
は、光導波路の光出射端面を基板端面から離し、これら
両端面を通して光ビームを素子外に出射させるようにし
たので、出射効率が高く、出射ビームの光強度分布をガ
ウス分布とすることかでき、また光導波路表面に回折格
子を設ける光導波路素子に比べれば作成が容易で、また
素子端面エツジ部分の「だれ」や欠けの影響を受は難い
ものとなる。

その上本発明の光導波路素子においては、上述のように
光導波路の光出射端面を基板端面から離した上で、この
光出射端面をレンズ面としたことにより、素子から出射
する光ビームを、多数の外部レンズを用いなくても小さ
なビームスポットに集束させることか可能となり、該光
導波路素子を用いて構成される光走査記録装置等の小型
軽量化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はそれぞれ、本発明の第１実施例による
光導波路素子を示す斜視図と側面図、第３図（１）、（
２）、（３）および（４）は、従来の光導波路素子にお
ける光ビーム出射部の構造を示す概略図、第４図は本発
明の第２実施例による光導波路素子を示す斜視図である
。 １０．５０・・・光導波路素子　１１・・・光導波路１
１ｂ、ｌｌｃ・・光導波路の光出射端面１２・表面弾性
波　　　　１３・・・導波光１３Ｂ・・光ビーム　　　
　１５・・・ＩＤＴ１６・・・基板　　　　　　　１６
ａ・・基板の端面２５・・シリンドリカルレンズ ＝　１６　−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 透明基板上に光ビームを導波させる光導波路が形成され
   、この光導波路の光出射端面が基板端面から離れて位置
   し、該出射端面から出射した前記光ビームを基板部分を
   通して基板端面から出射させるようにした光導波路素子
   において、 前記光出射端面が、光導波路と平行な面内で曲率を有し
   て、前記光ビームを集光するレンズ面とされていること
   を特徴とする光導波路素子。