JPH0247610A - グレーティング結合器及びグレーティング結合器を用いた光ヘッド装置 - 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、光導波路中を導波されるコヒーレント光束を
光導波路外に出射させるグレーティング結合器、その製
造方法及びグレーティング結合器を用いた光ヘッド装置
に関する。

〔従来の技術〕

近年、各種の光デバイスを、光集積回路化する提案が活
発になされている。光集積回路は、プレーナ薄膜技術に
よる作成が可能であり、プロセスの単純化、生産性の向
上、小形軽量化が可能などの点において、従来の元デバ
イスに勝る特長を有している。

光集積回路においては、光の入出力にグレーティング結
合器を用いることが多い。従来、グレーティング結合器
としては、例えば、特開昭６１−９４２４５号公報に記
載のように、光導波路中の光束を、回折により直接に空
気中に出射する構成のものが提案されている。

第７図は、上記従来のグレーティング結合器の断面図で
あり、簡単のためグレーティング構造部の格子ピッチ（
以下、単にピンチと言う）は等間隔としである。同図中
、２１は基板、２２は光導波路、ｎはグレーティング構
造部、２４は空気領域、２５は光導波路２２中の導波光
束、２６−１は光導波路２２から空気領域２４中への１
次の回折による出射光束、２７−１　、２７−２は光導
波路２２から基板２１中への、それぞれ１次、２次の回
折による出射光束である。

第７図において、光導波路２２の等側屈折率をＮ。

空気領域２４の屈折率をｎＢ　ａ基板２１の屈折率を１
３＋グレ一テイング構造部詔のピッチを△、光導波路２
２からの空気領域２４中へのｎ次回折による出射光の出
射角を≠）、光導波路２２からの基板２１中への１次回
折による出射光の出射角を岬、真空中（空気中において
も同じ）の光の波長をλとすると、光路長差が光の波長
λの整数倍となる条件から、Ｎ△−’ａ　Ａ　ｔｒｋｒ
　ｄ”＝　ｎλ　　・・・・・曲（１）Ｎ△−ｎ、△！
（ｆＩｆ７”＝ｎλ　　　・曲・・・・（２）（ｎ　＝
　１　、２　、３　、・・・）なる関係式が成立する。

光導波路２２から、出射角−〇で空気領域列へ出射する
光束２６−１を利用するような光集積回路を考えた場合
、グレーティング結合器におけるグレーティング構造部
詔のピッチ△は、式（１）から ′＝１：π；イ ・・・・・・・・（３１ となる。また、このとき、空気側、基板側に、高次回折
による出射光が ＥｐＩ＝血−１１（Ｎ−旦）　　・・・・・・・・・（
４）ｎ　　　　　　ｆｉａ　　　　　　△ σ３ゝ＝血“１±（Ｎ−旦）　　　・・・・・・・・・
（５）ｎ　　　　　　１．　　　　　△ の出射角で生じる。

一方、第７図において、光導波路２２中の導波光束２５
の有する光パワーは、各出射光束ごとに分配されて光導
波路２２から出射される。このとき、ｎ次回折による空
気側出射光における、グレーティング構造部２３がら空
気領域２４への＋Ｘ方向の伝送パワーＰ″）、１次回折
による基板側出射光における、光導波路２２から基板２
１中への−Ｘ方向の伝送パワーＰ（転）は、それぞれ次
式で与えられる。

ここで、Ｅ、ｎはｎ次回折による出射光の電界成分、Ｈ
２ｎ　　はｎ次回折による出射光の磁界成分の複葉共役
量、Ｌはグレーティング構造部囚の、第７図に２ける２
方向の長さ、ｔｇはグレーティング構造部詔の厚さ、ｔ
ｆは光導波路２２の厚さであり、几。〔〕は〔〕内の複
素数の実数部を示す。

このとき、第７図において、回折による出射光が、空気
側にｎａ１次からｒｌａ２次まで、基板側にｎ３１次か
らｎ１２次まで存在するものとすると、光導波路２２中
の導波光束２５の有する元パワーの各出射光へのパワー
分配比は、空気側のｎ次回折による出射光のパワー分配
比を、（ａｌ基板側のｎ次回折によＨす る出射光のパワー分配比をｒ（８１とすると、次式のよ
う壷ζなる。

このとき、空気側の１次回折による出射光の出射効率が
２ζ基板側のｎ次回折による出射光の出射効率力３１　
は、それぞれ次式によって与えられる。

六−ｒｌ；：Ｊ　１−　ｅｘｐ　（−２αＬ　）　）　
　　−−−−−−−−・−ａ＠η”’　−ｒ”　（１−
ｅｘｐ　（−２αＬ））　　　−・・−−−−−−−・
−α珍ここで、Ｌはグレーティング構造部ｎの、第７図
における２方向の長さである。また、αは放射減衰係数
であり、第７図に示すグレーティング結合器における、
２方向の複素伝搬定数の虚数部として求められる。

上記の各計算式のうち、ｎ次回折による出射光の電界成
分Ｅ、。、及び磁界成分Ｈ２ｎの計算については、たと
えば、アイ・イー・イー・イー・トランザクションズ・
オン・マイクロウェーブ・セオリー・アンド・テクニー
クス第エム・ティー・ティーお巻ｇｉ号（１９７５年）
第１２３頁から＄　１３３頁（Ｉ　Ｂ　Ｂ　Ｅ　　Ｔｒ
ａｎｓ、Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｔｈｅｏｒｙ　Ｔｅｃｈ
、　、　ＭＴＴ−２３，１（１９７５）ｐｐ、　１２３
−１３３）ニおけるニス・ティ・ペンダ（８，Ｔ、Ｐｅ
ｎｇ）はか２名による「セオリー・オブ・ピアリオデイ
ツク・ダイエレクトリック・ウエーブガイズ」（′″Ｔ
ｈｅｏｒｙｏｆ　Ｐｅｒｉｏｄｉｃ　Ｄｉｅｌｅｃｔｒ
ｉｃ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ”）と題する文献において
論じられている空間高調波展開法によって計算できる。

また、その他の計算については、たとえば「光集積回路
」（西原浩はか２名著。

株式会社オーム社１９８５年発行）などの文献を参照す
るとよい。

〔発明が解決しようとする課題〕

各種の光デバイスを、光集積回路化しようとする場合、
光導波路中の導波光束に対し、音響光学効果や電気光学
効果により光の偏向制御を行う必要がしばしば生じる。

この場合、基板材料としてＬｉＮｂ０ｓ（ニオブ酸リチ
ウム）を用い、光導波路としてＴＩ（チタン）を基板表
面から１〜２μｍ程度の深さまで熱拡散し、そのＴｉ拡
散領域の屈折率が基板本体の屈折率より大きい値と・な
るように構成した、いわゆるＴｉ拡散ＬｉＮｂＯ３光導
波路が用いられることが多い、このとき、光導波路中の
導波光束を空気中に出射させるために第７図に示したよ
うなグレーティング結合器を用いようとすると、そのグ
レーティング構造部ｎのピッチ△は、式（３１から次の
ように求められる。

Ｔｉ拡散Ｌ　ｉ　ＮｂＯ，光導波路において、ＴＢ、モ
ードの単一モードでのみ光束５が導波されるように光導
波路２２を作製すると、光導波路２２の等側屈折率はＮ
＝約２２１程度となる。また、導波光束２５を半導体レ
ーザからの出射光とし、その波長をλ＝　０Ｊ３３μｍ
とする。さらに、出射角的）＝１５°の空気側１次回折
ζこよる出射光を利用するものとする。このとき、空気
の屈折率はｎａ＝１であるから、式（３）よりピッチは
△＝約ＯＡ３μｍ程度となる。

また、このときグレーティング結合器からの回折による
他の出射光は、式（４）より空気側には存在せず、基板
２１の屈折率をｎ、＝２２とすると、式（５）より基板
側には岬＝７°　７ｓｌ　＝−約５０°の２方向に存在
することがわかる。

さらに、空気側１次の回折による出射光について、前記
の空間高調波展開法により電界成分Ｅ、ｎ１磁界成分Ｈ
，ｎ、ならびに複素伝搬定数を計算し、パワー分配比、
出射効率を求めると、最終的に出射効率はおおむね３０
％程度となる。この場合、光集積回路に上記のグレーテ
ィング結合器を採用すると、光集積回路全体としては光
路中正こ他の損失要因も徨々存在するために、光利用率
は前記のグレーティング結合器の出射効率よりさらに低
下し、１０〜２０チ程度の低い値しか得られないという
問題点がある。

また、前記のように、グレーティング構造部ｎのピッチ
が△＝０．４３μｍ程度に微細なものになると、作製プ
ロセスとして、量産性のよい公知のフォトリングラフィ
技術とドライエツチング技術の組み合せでは十分な解像
度が得られないため作製できず、電子線リングラフィ技
術などの量産性のよくない方法が必要となるという問題
点がある。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、
出射効率が高く、量産性のよい方法にてそのグレーティ
ング構造部を作製できる導波路形光デバイス用のグレー
ティング結合器を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、上記の如きグレーティング
結合器を製造する製造方法を提供すること番こある。

更にまた、本発明の別の目的は、上記の如きグレーティ
ング結合器を用いた光ヘッド装置を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明によるグレーティ
ング結合器においては、光導波路中を伝搬する光の真空
中における波長λと、空気の屈折率ｎａと、光導波路の
等側屈折率Ｎ！こ対し、グレーティング構造部のピッチ
△の値が ２　　　　　　・・・・・・・・・・・・（２）△≧Ｎ
−ｒ＋、１ または ２　　　　　　・・・・・・・・・・・・０△≦Ｎ＋ｎ
ｌ を満足するような構成とする。

あるいは、光導波路から空気中へ１次回折番こより出射
する光束が、誘電体基板表面にほぼ°平行な方向に出射
するように、または全く出射しないように、グレーティ
ング構造部のピッチ△の値を定めた構成とする。

さらに、誘電体基板と空気との界面を、相互に平行でな
い２平面にて構成し、光導波路からの出射光束が２平面
のうち一方の１平面で反射され、その後、他方の１平面
を透過して空気中屹出射するような構成とするか、ある
いは、誘電体基板と空気との界面とを、光導波路から誘
電体基板中への出射光束にほぼ垂直な平面にて構成し、
その平面から空気中に光が出射するような構成とする。

〔作用〕

上記の構成のグレーティング結合器では、前記の式（４
）かられかるように、光導波路中から空気中へ１次回折
により出射する光束は存在しない。そのため、光導波路
中から誘電体基板中へ１次回折により出射する光束に光
パワーが集まり、８０チ程度の出射効率が得られる。し
たがって、この光束を光ヘッドなどの光集積回路に用い
ると、全体としての光利用率は４０チ程度となり、前記
従来例の２倍以上となる。

また、グレーティング構造部のピッチ△は、光の波長を
λ＝Ｏｆ３３μｍ１光導波路の等側屈折率をＮ＝２２１
、空気の屈折率を０８−１とすると、△≧約０．６９μ
ｍまたは△≦約０．２６μｍとなり、△＝１μｍ程度に
選べば、グレーティング構造部の作製プロセストシて、
エキシマレーザリングラフィ技術とドライエツチング技
術の組み合せなどの方法を用いればよく、量産性上有利
である。

〔実施例〕

以下、本発明の第一の実施例を第１図により説明する。

第１図は本発明の第一の実施例としてのグレーティング
結合器の断面図であり、１はＬｉＮｂＯ５（ニオブ酸リ
チウム）基板、２はＴｉ　（チタン）拡散ＬＩＮｂＯ，
光導波路である。この光導波路２は、鏡面研磨されたＬ
ｉＮｂ０ｉ基板１の表面に、Ｔｉを高周波スパッタまた
は電子ビーム蒸着などの成膜方法により００１〜０．０
５μｍ程度形成し、次に電気炉により水蒸気を含むＡｒ
（アルゴン）ガス雰囲気中で１０００℃程度の温度で２
〜４時間、ざらζこ水蒸気を含むＯ！（酸素）ガス雰囲
気中で１０００℃程度の温度で１時間程度加熱して、Ｔ
Ｉを基板のＬｉＮｂ０１結晶中に拡散させることにより
形成できる。

３はグレーティング構造部で、光導波路２上にＴａ＊Ｏ
ｓ　（五酸化タンタル）、Ｔｉ１ｔ（二酸化チタン）な
どのグレーテイング層を高周波スパッタまたは化学気相
成長法などの底膜方法により０．０５μｍ程度成膜した
のち、紫外線またはエキシマレーザによるフォトリング
ラフィ技術と、反応性イオンエツチングなどのドライエ
ツチング技術により、前記のグレーテイング層をエツチ
ングすることにより形成できる。

４は空気領域、５は光導波路２中の導波光束、６−１．
６−２．６−３は、光導波路２からＬｉＮｂＯ３基板ｌ
中への、それぞれ１次、２次、３次の回折による出射光
束、７−２は先導波路２がら空気領域４への、２次の回
折による出射光束、８はＬｉＮｂ０．基板１の底面、９
はＬｉＮｂＯ５基板の底面８と角度φをなす端面である
。

第１図において、光導波路２中の導波光束５は、グレー
ティング構造部３により回折され、ＬｉＮｂＯ５基板１
中、及び空気領域４へ出射されて光束６−１．６−２．
６−３．７−２となる。

ここでグレーティング構造部３のピッチ△は、導波光束
５の真空中における波長λ、空気の屈折率ｒＩａ、光導
波路２の等側屈折率Ｎに対し、λ △≧Ｎ−ｎ１ または λ △≦Ｎ＋　ｎａ を満足するように定めればよい。たとえば、λ＝ＯＪ３
３μｍ　、　　Ｎ　＝　２２１、ｎａ：＝ｌのとき、△
≧０．６９μｍまたは△≦０．２６μｍとなる△を選べ
ばよい。このとき△＝０．７μｍとすれば、前記の式（
４）及び式（５）かられかるように、基板側には出射角
が俯１約四°、σ；１＝−約１＝−鴫）＝−約邦°、空
気側には碑）＝−約９°の合計４方向に出射光束が生じ
る。このとき、各出射光束ｉこついて前記の空間高調波
展開法により複素伝搬定数を計算し、パワー分配比、出
射効率を求めると、基板側１次、２次、３次の回折によ
る出射光の出射効率はそれぞれ約８０チ、約３チ、約１
０優、空気側２次の回折による出射光の出射効率は約５
ｃｓ程度となり、基板側１次の出射効率が最も大きくな
る。

第１図において、これらの出射光のうち、基板側１次の
出射光は、Ｌ　ｉ　ＮｂＯ＠基板の底面８に達すると全
反射される。これはＬｉＮｂ０ｍ基板の屈折率ｎ、が２
２程度であるので、ＬｉＮｂ０１基板側から空気中へ光
が進むときの全反射角が血−１±−Ｉ２７°であり、前
記の基板側１次の出射光の出射角岬＝約四°に比較して
小さいためである。ＬｉＮｂＯ３基板の底面８で反射さ
れた光束は、さらにＬｉＮｂＯ５基板の底面８と角度ψ
をなす端面９がら空気中に出射される。この角度ψは、
端面９では全反射が生じない角度であればよいが、ψ＝
θ（：）のとき最も透過率は大きくなる。

第２図は、本実施例においてグレーティング構造部３の
ピッチ△を変えたときの、各出射光束の出射効率を示す
特性図である。

第２図において、基板側１次の出射効率六）は、おおむ
ねピッチが△＝０２〜０．２６μｍで９０％以上、△＝
０．７〜１μｍで８０係以上となっているが、△＝０．
３〜０．６μｍでは７０　％以下となっている。ここで
△＝０．７〜１μｍは、前記の λ △≧Ｎ−１８°゛°゛°゛°°°（６）の条件に、また
△＝０．２〜０．２６／Ａｍはλ △≦□　　　　　　・・・・・・・・・（２）Ｎ＋　ｎ
Ｂ の条件に対応している。

一方、空気側１次の出射効率六〇は、△＝０．３〜０゜
６μｍで２０〜３０　％程度あり、その分基板側１次の
出射効率η雫が低下している。また、基板側２次。

３次の出射効率ηに）　　η（ヨ）は、おおむね△＝０
．４μｍ以上で１０チ程度以下と、十分小さい。したが
って、グレーティング構造部３のピッチ△は、式（６）
０の条件を満足する値に定め、基板側１次の出射光を利
用する構成とするのが実用上好ましい。

以上から明らかなように、本実施例において（瓜基板側
１次の出射光を利用することにより、８０チ以上の出射
効率が得られるという効果がある。また、グレーティン
グ構造部３のピッチ△が、式（ロ）の範囲では、△＝０
．２〜０．２６μｍ程度が好ましいが、この場合、グレ
ーティング構造部３のピッチは前記の従来例と同様に微
細なものになり、作製プロセスとして、解像度の点から
、電子線リソグラフィ技術などの量産性のよくない方法
が必要である。

一方、グレーティング構造部３のピッチ△が、式α◆の
範囲では、△＝０．７〜１μｍ程度が好ましいが、この
場合は、たとえばエキシマレーザリソグラフィ技術とド
ライエツチング技術の組み合せなどによる作製プロセス
を用いればよく、量産性上有利であるという効果がある
。エキシマレーザリソグラフィ技術は、近年さかんに研
究されており、近々実用化の見込みである。エキシマレ
ーザリソグラフィでは、マスク上のパターンを縮小投影
露光するので、従来の紫外線によるリソグラフィと同等
の量産性があり、さらに０．３５μｍ程度のラインアン
ドスペースパターン（グレーティングのピッチとしては
０．７μｍ程度）を解偉できるので、本発明のグレーテ
ィング結合器を製作するのに非常に適している。

次に、本発明の他の実施例を第３図〜第４図により説明
する。

第３図、第４図は、それぞれ本発明の第二、第三の実施
例としてのグレーティング結合器の断面図であり、第１
図と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する
。

第３図において、１０は光導波路２の表面と角度ψ′を
なす端面であり、基板側１次の回折による出射光６−１
は、光導波路２の表面と角度ψ′をなす端面１０がら空
気中に出射される。この角度ψ′は、端面１０で全反射
が生じない角度であればよいが、ψ／　＝　６７７）の
とき、すなわち出射光６−１が端面１０から垂直に出射
するとき、最も透過率は大きくなる。

第４図において、グレーティング構造部３は、光導波路
２に彫り込まれたような形に形成されている。このよう
なグレーティング構造部を作成するため１こは、第１図
に示した本発明の第一の実施例において説明したような
、ＴａｇＯ，、’ｒｔｏｔ　などのグレーテイング層を
設けず、紫外線またはエキシマレーザによるフォトリン
グラフィ技術と、反応性イオンエツチングなどのドライ
エツチング技術により、前記の光導波路２を直接エツチ
ングすることにより形成できる。

上記の第二の実施例、第三の実施例のいずれにおいても
、第一の実施例と同様の効果を得ることができる。

上記の各実施例においては、光導波路２はＴＩ拡散Ｌｉ
ＮｂＯ３光導波路としたが、これをＬｉＮｂＯ３基板の
表面から、Ｌｉ原子をＨ原子と置換して得られる、いわ
ゆるプロトン交換ＬｉＮｂ０．光導波路としてもよい。

このプロトン交換ＬｉＮｂＯ３光導波路は、１ｉＮｂｏ
ｓ基板を、たとえば安息香酸の２４０℃程度の温度の溶
融液中に１時間程度浸漬したのち、４００℃程度の温度
で２時間程度大気中でアニールすることによって作製で
きる。

Ｔ１拡散ＬｉＮｂＯ５光導波路も、プロトン交換ＬｉＮ
ｂ０゜光導波路も、強誘電体材料であるＬｉＮｂＯ５結
晶を原材料としているため、光導波路中の導波光束に対
し、音響光学効果や電気光学効果により光の偏向制御や
変調を行うことが可能である。

次に、本発明の第四の実施例として、グレーティング結
合器を用いた光ヘッド装置について第５図〜第６図によ
り説明する。

第５図、第６図は、それぞれ本発明の第四の実施例とし
ての光ヘッド装置を示す斜視図及び断面図であり、第１
図〜第４図と同一部分には同一符号を付し、その説明を
省略する。

第５図において、１１は半導体レーザ、１２は光導波路
形フレネルレンズ、１３は音響光学偏向器、１４はグレ
ーティング結合器からの出射光束、１５は対物レンズ、
１６は光情報記録媒体である。

また、第６図において、１７はＬ　ｉ　Ｎｂ０１基板１
の端面で、光導波路２の表面と角度ψをなす。１８は光
情報記録媒体からの戻り光、１９は光検出器である。

第５図及び第６図をこおいて、半導体レーザ１１からの
出射光は、光導波路２中を導波し、光導波路形フレネル
レンズ１２によりほぼ平行な導波光束５となる。さらに
音響光学光偏向器１３により導波方向を偏向され、グレ
ーティング結合器のグレーティング構造部３で回折され
る。第６図においては、基板側１次の出射光以外の回折
光は省略しである。

基板側１次の出射光６−１は、　ＬｉＮｂＯ３基板の端
面１７で反射されるが、第１図のグレーティング結合器
の場合とは異なり、全反射にはならない。端面１７で反
射された光束は、光導波路２を透過し、出射光束１４と
なり、対物レンズ１５により光情報記録媒体１６上に集
光される。光導波路２の表面における光の透過率は、ψ
＝　４　、（ｓ）としたとき最も大きくなる。また、グ
レーティング構造部３の長さＬは、対物レンズ１５の実
効的な口径ｄに対し、をほぼ満足するように定めてあり
、たとえばｄ＝４．５ＨのときＩ、＝５Ｗ程度である。

Ｌがこれより短いときは、出射光束１４が対物レンズ１
５の開口部の一部にのみ入射するため、光情報記録媒体
１６上の集光スポットが大きくなり、実用上問題がある
。

光情報記録媒体１６により反射された光は、反射前の光
路を逆に進み、ＬｉＮｂ０１基板の端面１７に至る。

端面１７では一部の光が再び空気中へ出射して戻り光１
８となり、光検出器１９に入射する。ここでトラック誤
差信号をウォーブリング法またはサンプルサーボ方式な
どのプリウォーブリング法で得る場合は、全体光量を検
出して信号処理し、回折光法を用いる場合は２分割検出
器を用いて検出した後信号処理を行えばよい。また、フ
ォーカス誤差の検出は、ＬｉＮｂＯ５基板の端面１７を
透過する光量分布が、端面１７への入射角によって変化
することを利用すればよい。

本実施例の光ヘッド装置は、前記の出射効率が高くかつ
量産性にすぐれたグレーティング結合器を用いているた
め、小形軽量で、光利用率が高く、量産性にすぐれたも
のとなる効果がある。また、光束径を拡大するための外
部レンズが不要であるという効果がある。

なお、第５図、第６図の光ヘッド装置の構成は、レーザ
ビームプリンタ用光ヘッド装置にも用いることができる
。この場合、第５図及び第６図において、光情報記録媒
体１６を感光ドラムにおきかえ、光検出器１９を除いた
構成となり、前記の光ヘッド装置の実施例と同様の効果
がある。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、８０
チ程度の出射効率が得られると共に、グレーティング構
造部のピッチを０．７μｍ程度以上とすることが可能と
なる。したがって、グレーティング構造部を製作するに
あたって、エキシマレーザリングラフィ技術及びドライ
エツチング技術を組み合せて用いることができ、電子線
リングラフィによる製作プロセスの場合と比較して、量
産性の向上、コストの低減が可能になる効果がある。

また、本発明によるグレーティング結合器を用いた光ヘ
ッド装置においては、小形軽量で光利用率が高く、量産
性にすぐれたものとなる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例としてのグレーティング
結合器の断面図、第２図は第１図におけるグレーティン
グ構造部のピッチを変えたときの、各出射光上の出射効
率を示す特性図、第３図は本発明の第二の実施例として
のグレーティング結合器の断面図、第４図は本発明の第
三の実施例としてのグレーティング結合器の断面図、第
５図は本発明の第四の実施例としてのグレーティング結
合器を用いた光ヘッド装置の斜視図、第６図は第５図の
光ヘッド装置の断面図、第７図は従来のグレーティング
結合器の断面図である。 １・・ＬｉＮｂＯ５基板 ２・・・Ｔｉ拡散ＬｉＮｂＯ３光導波路３・・・グレー
ティング構造部 ４・・・空気領域 ８・・・ＬｉＮｂ０１基板の底面 ９　、１０　、１７・・・ＬｉＮｂＯ５基板の端面１５
・・対物レンズ 代理人　弁理士　　小　川　勝　男 蟹１図 〒５図 粥２図 〒４図 τし一ナイングオ鼻遣郭のσン千ＡＣＪＩ町竿５図 ｉＧ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、誘電体基板と、前記誘電体基板表面上または誘電体
   基板内に形成され、前記誘電体基板の屈折率より大きい
   屈折率を有する光導波路と、前記光導波路表面または光
   導波路内、または光導波路と前記誘電体基板との界面に
   形成されたグレーティング構造部と、より成るグレーテ
   ィング結合器において、前記光導波路中を伝搬する光束
   の真空中における波長λと、空気の屈折率ｎ＿ａと、前
   記光導波路の等価屈折率Ｎに対し、前記グレーティング
   構造部における格子ピッチ∧の値が、 ∧≧λ／（Ｎ−ｎ＿ａ） または ∧≦λ／（Ｎ＋ｎ＿ａ） を満足することを特徴とするグレーティング結合器。 ２、誘電体基板と、前記誘電体基板表面上または誘電体
   基板内に形成され、前記誘電体基板の屈折率より大きい
   屈折率を有する光導波路と、前記光導波路表面または光
   導波路内、または光導波路と前記誘電体基板との界面に
   形成されたグレーティング構造部と、より成るグレーテ
   ィング結合器において、前記グレーティング構造部によ
   る回折により前記光導波路中から光導波路外へ出射する
   光束のうち、前記光導波路中から空気中へ１次回折によ
   り出射する光束が、前記誘電体基板の表面にほぼ平行な
   方向に出射するように、または全く出射しないように、
   前記グレーティング構造部における格子ピッチを定めた
   ことを特徴とするグレーティング結合器。 ３、請求項１または請求項２に記載のグレーティング結
   合器において、前記誘電体基板と空気との界面を、相互
   に平行でない２平面にて構成し、前記グレーティング構
   造部による回折により前記光導波路中から前記誘電体基
   板中に出射された光束が、相互に平行でない前記２平面
   のうち、一方の１平面で反射され、その後、他方の１平
   面を透過して空気中に出射するようにしたことを特徴と
   するグレーティング結合器。 ４、請求項１または請求項２に記載のグレーティング結
   合器において前記グレーティング構造部による回折によ
   り前記光導波路中から光導波路外へ出射する光束のうち
   、前記光導波路中から前記誘電体基板中へ１次回折によ
   り出射する光束の出射方向に対しほぼ垂直となるように
   、前記誘電体基板と空気との界面を構成し、該界面にお
   いて前記出射光束が全反射せず一部透過して、空気中に
   出射するようにしたことを特徴とするグレーティング結
   合器。 ５、請求項１乃至請求項４のうちの任意の一つに記載の
   グレーティング結合器において、前記誘電体基板は、強
   誘電体基板から成ることを特徴とするグレーティング結
   合器。 ６、前記光導波路を、前記誘電体基板の表面から金属原
   子を拡散させることにより形成することを特徴とする請
   求項１乃至請求項５のうちの任意の一つに記載のグレー
   ティング結合器の製造方法。 ７、前記光導波路を、前記誘電体基板の表面から、前記
   誘電体基板の結晶を構成する原子を他の原子と置換する
   ことにより形成することを特徴とする請求項１乃至請求
   項５のうちの任意の一つに記載のグレーティング結合器
   の製造方法。 ８、前記グレーティング構造部を、前記光導波路表面に
   周期的な溝をエッチングすることにより形成することを
   特徴とする請求項１乃至請求項５のうちの任意の一つに
   記載のグレーティング結合器の製造方法。 ９、請求項１乃至請求項５のうちの任意の一つに記載の
   グレーティング結合器を用いた光ヘッド装置、または請
   求項６乃至請求項８のうちの任意の一つに記載の製造方
   法により製造されたグレーティング結合器を用いた光ヘ
   ッド装置において、前記グレーティング結合器からの出
   射光束を光情報記録媒体表面上に集光させる対物レンズ
   を備え、前記グレーティング結合器の前記グレーティン
   グ構造部による回折により前記光導波路中から光導波路
   外へ出射する光束のうち、前記光導波路中から前記誘電
   体基板中へ１次回折により出射する光束の、前記誘電体
   基板表面の法線に対してなす出射角θと、前記対物レン
   ズの実効的な口径ｄと、に対し、前記グレーティング構
   造部の格子ピッチ方向の長さＬがほぼＬ≧ｄ／ｃｏｓθ を満足することを特徴とする光ヘッド装置。 １０、請求項１乃至請求項５のうちの任意の一つに記載
   のグレーティング結合器、または請求項６乃至請求項８
   のうちの任意の一つに記載の製造方法により製造された
   グレーティング結合器を用いたことを特徴とするレーザ
   ビームプリンタ用光ヘッド装置。