JPH041890B2 - - Google Patents

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JPH041890B2
JPH041890B2 JP57180257A JP18025782A JPH041890B2 JP H041890 B2 JPH041890 B2 JP H041890B2 JP 57180257 A JP57180257 A JP 57180257A JP 18025782 A JP18025782 A JP 18025782A JP H041890 B2 JPH041890 B2 JP H041890B2
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JP
Japan
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waveguide
grating
lens
chirp
type
Prior art date
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JP57180257A
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English (en)
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JPS5969732A (ja
Inventor
Naohisa Inoe
Kazuhiko Mori
Masaharu Matano
Maki Yamashita
Isao Taguchi
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Tateisi Electronics Co
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Publication date
Application filed by Omron Tateisi Electronics Co filed Critical Omron Tateisi Electronics Co
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Priority to US06/559,050 priority patent/US4747090A/en
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Priority to US07/548,203 priority patent/US5111447A/en
Publication of JPH041890B2 publication Critical patent/JPH041890B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/08Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers
    • G11B7/085Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam into, or out of, its operative position or across tracks, otherwise than during the transducing operation, e.g. for adjustment or preliminary positioning or track change or selection
    • G11B7/08547Arrangements for positioning the light beam only without moving the head, e.g. using static electro-optical elements
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/123Integrated head arrangements, e.g. with source and detectors mounted on the same substrate
    • G11B7/124Integrated head arrangements, e.g. with source and detectors mounted on the same substrate the integrated head arrangements including waveguides
    • G11B7/1245Integrated head arrangements, e.g. with source and detectors mounted on the same substrate the integrated head arrangements including waveguides the waveguides including means for electro-optical or acousto-optical deflection

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の分野 この発明は各種の光応用機器に利用されるフオ
ーカシング装置に関し、特に、焦点位置が可変で
2次元のフオーカシングの可能なグレーテイング
レンズを用いた薄膜型の装置に関する。
(2) 発明の背景 周知のように、レーザから出射されるレーザ光
は位相のそろつたコヒーレントな光であり、この
コヒーレント特性のゆえに種々に計測に使用され
ており、また光通信等にも利用されている。
レーザ光のビーム径を絞るためにはレンズが使
用されている。レンズは、例えば通常の凸レンズ
では、レーザ光のビームを数μm程度まで絞り込
める。この絞り込みは2次元的に行なえる。これ
に対して2次元のフオーカシングが行なえないレ
ンズとしては例えば、カマボコレンズ(シリンド
リカルレンズ)があり、このレンズでは光ビーム
を一方向にしか絞り込めない(1次元のフオーカ
シングしか行なえない)。
現在、レーザ光の2次元のフオーカシングはレ
ンズのみによつて行われている。2次元のフオー
カシングを行なえることがレンズの最大の長所で
あるが、レンズには次のような欠点も指摘されて
いる。
(A)…… 焦点距離が一定であり、焦点距離を変え
ることができない。
(B)…… そのため物体の移動等に合せて焦点を移
動させる必要がある場合、レンズを移動させな
ければならず、レンズ系の移動機構および駆動
機構が必要となる。
(C)…… レンズ系の移動機構および駆動機構は決
して小さなものではないし、レンズ自体および
そのホルダも決してコンパクトなものではな
く、従つてフオーカシング装置全体としては相
当に大型の装置にならざるを得ず、また部品点
数も多く高価なものとなつてしまう。
レーザビームをコンパクトな装置で絞り込もう
とすれば、上述のような通常のレンズに替えて、
薄膜光導波路上に作成されたグレーテイングレン
ズを用いることが考えられる。しかし、従来のグ
レーテイングレンズでは上記カマボコレンズと同
様に1次元のみのフオーカシングしか行なえず、
また焦点位置も一定となつてしまう。
(3) 発明の目的 この発明の目的は、通常のレンズと同様な2次
元の光ビームの絞り込み(フオーカシング)が行
なえるとともに、かつ焦点位置を変化させること
ができる装置で、しかも従来のようなレンズの移
動および駆動系が必要なく、コンパクトにこれを
実現することのできるフオーカシング装置を提供
することにある。
(4) 発明の構成と効果 上記の目的を達成するために、この発明は、薄
膜光導波路を伝搬する光ビームを該導波路の平面
内においてフオーカシングすべく該導波路上に形
成されたグレーテイングレンズと、このグレーテ
イングレンズの近傍の上記導波路上に形成され、
印加電圧に応じて上記グレーテイングレンズの屈
折率を変化させる電極と、上記グレーテイングレ
ンズを経た光ビームを上記導波路の表面から外部
に出射させるとともにその出射光ビームを該導波
路と垂直な平面内においてフオーカシングすべく
該導波路上に形成されたチヤープ型グレーテイン
グと、このチヤープ型グレーテイングの近傍の上
記導波路上に形成され、印加電圧に応じて上記チ
ヤープ型グレーテイングの屈折率を変化させる電
極とを備えたことを特徴とする。
この装置によれば、非常にコンパクトな光導波
路を持つた基板上に全体を集積して作り込むこと
ができ、2次元フオーカシングと、電気的な制御
による焦点位置の調整が可能となる。
(5) 実施例の説明 第1図はこの発明の一実施例による薄膜型2次
元フオーカシング装置を示す。この装置は、
LiNbO3結晶からなる基板1に集積形成されたも
ので、基板1の表面には薄膜光導波路2が形成さ
れている。導波路2上にはリフトオフ法を用いた
選択スパツタリングにより上部層3aを所定パタ
ーンで蒸着してなるグレーテイングレンズ3が形
成されている。また、このグレーテイングレンズ
3の両側部には電極4,4が形成されており、こ
の電極4,4間に直流電源5から適宜な電圧が印
加される。グレーテイングレンズ3には薄膜光導
波路2上を矢印Pで示すように平行に伝搬する光
が入射し、この光を矢印Qで示すように、導波路
2の平面内においてフオーカシングする。
グレーテイングレンズ3を経た光ビームQの進
行方向側における導波路2上には、ホログラフイ
ツク露光法とイオンスパツタ法により、場所によ
り周期の異なるチヤープ型グレーテイング6が作
成されている。また、このチヤープ型グレーテイ
ング6の両側には電極7,7が形成され、この電
極7,7間に直流電源8により適宜な電圧が印加
される。
矢印Qのように導波路2を伝搬してチヤープ型
グレーテイング6に入射した光ビームは、矢印R
で示すように導波路2の表面から斜め上方へ出射
するとともに、導波路2の平面と垂直な平面内に
おいてフオーカシングの作用が働く。
次に、上記の構成の動作をより詳細に説明す
る。まず、グレーテイングレンズ3の作用の詳細
について、この部分のみを抽出して示す第2図に
基づいて説明する。このグレーテイングレンズ3
は導波路2上のB点に焦点を結ぶように設計され
ている。グレーテイングレンズ3からのビーム光
が集光される位置までの距離fは、導波路2の基
板1からの屈折率変化が△n,レンズ3の中止か
らの距離がD/2であると、このフレネル型のグ
レーテイングレンズ3では、 △n∝cos{β(√(2)22−f)} ……(1) という関係式がある。ここでβは導波路2中のモ
ードの位相定数である。グレーテイングレンズ3
を挟む電極4に電源5より電圧を印加することで
上述のモードの位相定数βが変化する。この位相
定数βの変化によりグレーテイングレンズ3の焦
点距離fを変化させ得る。電極4,4の間隔が導
波路2の膜厚に比較して1桁程度大きいならば、
位相定数βの変化量は電極4,4間に印加する電
圧に比例し、屈折率変化△nは一定である。つま
り、D/2<<fであるので、式1より、 β{√(2)22−f}=一定 となるから、 β/f=一定となる。位相定数βが増加すれば
焦点距離fもβに比例して増加し、例えば第2図
のC点に移動する。またある電圧で位相定数βが
減少すれば焦点はA点に移動する。このように、
矢印Pのように入射する平行なレーザビームがグ
レーテイングレンズ3によつて導波路2の平面内
で絞り込まれる(フオーカシング)とともに、そ
の焦点距離は電極4,4に引加する電圧を調整し
てグレーテイングレンズ3の屈折率を変化させる
ことで変えることができる。
次に、チヤープ型グレーテイング6の作用につ
いて、この部分のみの詳細を示す第3図に従つて
説明する。導波路2上に長さLにわたつて作成し
たチヤープ型グレーテイング6は場所により周期
が異なつており、導波路2を矢印Qのように侵入
してくるレーザ光はこのグレーテイング6で外部
に出射するが、その出射場所により出射方向が異
なり、その結果出射した光はある点に集光する。
第3図に示すように座標径を取れば、S(X,
Z)は、 Z=βoL(k2−βL21/2/βo(k2−βL21/2−βL(
k2−βo21/2 X=[(k2−βo21/2/βo]Zλ で示される点になる。ここでk(=2π/λ) は波数であり、また、 βo≡kz(0)=β−2π/∧(0) βo≡kz(L)=β−2π/∧(L) である。更に、βは導波路2のモードの位相定数
である。∧(0)はZ=Oにおけるグレーテイン
グ6の周期であり、∧(L)はZ=Lにおけるグ
レーテイング6の周期である。グレーテイング6
の周期をZ=0で0.33μm,Z=Lで0.295μmとす
ると、L=1cm,λ=0.6328μmならば、S(X,
Z)≒(4.05,1.28)となる(単位はcm)。
グレーテイング6の作成においては、レジスト
としてPMMAを使用し、マイクロコンピユータ
制御の電子ビーム露光機を使用することで、任意
の周期を簡単に得られる。
上記チヤープ型グレーテイング6の焦点は、電
極7,7間に電圧を印加し、電極7,7間の導波
路2の屈折率およびモードの位相定数を変化させ
ることで移動することができる。焦点の移動は、
上記のS点では導波路2面に垂直にリニアに変化
すると考えて良い。以上により、導波路2面に垂
直な面でのフオーカシングと焦点の移動が可能と
なる。
以上の2系統のフオーカシングにより通常のレ
ンズと同じように2次元のフオーカシングが可能
となり、しかも焦点位置は電気的に制御すること
ができ、この制御系には従来のようなレンズを移
動させる可動部分は含まず、非常にコンパクトに
1つの薄膜光導波路上に構成することができる。
第4図は以上説明したこの発明の薄膜型2次元
フオーカシング装置の応用例を示している。この
応用例は、デイジタルオーデイオデイスクシステ
ムの光学式ピツクアツプに本発明を適用したもの
である。
第4図において、第1図〜第3図と同一または対
応する部分に同一符号を付している。レーザダイ
オード9から出射したビームはコリメートレンズ
14により平行化される。この平行化されたレー
ザビームとIDT(櫛形電極超音波発振子10)か
ら発生した弾性表面波がブラツグ角で交差し、光
ビームの進行方向が適宜に変化させられる。その
後、光ビームは上述したグレーテイングレンズ3
およびチヤープ型グレーテイング6を経て光導波
路2から斜め上方に出射し、デイジタルオーデイ
オデイスク12上のピツト13に照射される。デ
イスク12からの反射光は、シリコン基板8上に
上記薄膜光導波路2と同一平面を成して形成され
たフオトダイオードアレイA1〜C2からなる受光
部に照射され、フオトダイオードアレイA1〜C2
の出力は同じくシリコン基板8上に集積形成され
た制御回路(マイクロプロセツサを含む)に入力
され、この回路の演算処理によりフオーカス誤
差,トラツキング誤差およびデータ信号が検知さ
れる。また制御回路11は、上記フオーカス誤差
信号に基づいてグレーテイングレンズ3の電極4
およびチヤープ型グレーテイング6の電極7に印
加する電圧を制御し、デイスク12上のピツト1
3に正しく焦点を結ぶようにいわゆるフオーカス
サーボの制御を行なう。また、IDT10に加える
高周波信号の周波数を制御することで、いわゆる
トラツキングサーボの制御を行なう。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による薄膜型2次
元フオーカシング装置の構成を示す斜視図、第2
図は同上装置におけるグレーテイングレンズ3の
作用を示す図、第3図は同上装置におけるチヤー
プ型グレーテイング6の作用を示す図、第4図は
この発明の装置を応用して構成されるデイジタル
オーデイオデイスクシステムの光学式ピツクアツ
プを示す図である。 1……結晶基板、2……薄膜光導波路、3……
グレーテイングレンズ、4……電極、6……チヤ
ープ型グレーテイング、7……電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 薄膜光導波路を伝搬する光ビームを該導波路
    の平面内においてフオーカシングすべく該導波路
    上に形成されたグレーテイングレンズと、このグ
    レーテイングレンズの近傍の上記導波路上に形成
    され、印加電圧に応じて上記グレーテイングレン
    ズの屈折率を変化させる電極と、上記グレーテイ
    ングレンズを経た光ビームを上記導波路の表面か
    ら外部に出射させるとともに、その出射光ビーム
    を該導波路外の空間においてフオーカシングすべ
    く該導波路上に形成されたチヤープ型グレーテイ
    ングと、このチヤーブ型グレーテイングの近傍の
    上記導波路上に形成され、印加電圧に応じて上記
    チヤープ型グレーテイングの屈折率を変化させる
    電極とを備えてなる薄膜型2次元フオーカシング
    装置。
JP57180257A 1982-10-14 1982-10-14 薄膜型2次元フオ−カシング装置 Granted JPS5969732A (ja)

Priority Applications (3)

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JP57180257A JPS5969732A (ja) 1982-10-14 1982-10-14 薄膜型2次元フオ−カシング装置
US06/559,050 US4747090A (en) 1982-10-14 1983-10-13 Integral pickup for an optical digital disc using saw deflection and lenses
US07/548,203 US5111447A (en) 1982-10-14 1990-07-05 Integral pick up for an optical digital disc using saw deflection and lense

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JP57180257A JPS5969732A (ja) 1982-10-14 1982-10-14 薄膜型2次元フオ−カシング装置

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JPS5969732A JPS5969732A (ja) 1984-04-20
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EP2594235A1 (en) 2011-11-16 2013-05-22 Light Optical Works, Ltd. Liquid retainer, cooling and heating apparatus, and liquid transfer apparatus

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