JPH04237029A - Optical scanning element - Google Patents

Optical scanning element

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JPH04237029A
JPH04237029A JP511791A JP511791A JPH04237029A JP H04237029 A JPH04237029 A JP H04237029A JP 511791 A JP511791 A JP 511791A JP 511791 A JP511791 A JP 511791A JP H04237029 A JPH04237029 A JP H04237029A
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JP
Japan
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waveguide
light
electric field
curved waveguide
optical scanning
Prior art date
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Pending
Application number
JP511791A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuya Taki
和也 滝
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Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04237029A publication Critical patent/JPH04237029A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide the small-sized optical scanning element which does not require movable parts, such as rotating mechanisms, is simple in constitution and is high in productivity. CONSTITUTION:The optical scanning element 10 is constituted of a Ti diffused waveguide 14 which is produced by dispersing Ti, etc., into a substrate 12 consisting of LiNbO3, etc., having an electrooptical effect and plural electrodes 16a, 16b which consist of Al, etc., and are formed on both sides thereof. The spacing between the electrode 16a and the 16b is narrower nearer the front end 21 of the bent waveguide. A higher electric field is impressed to the waveguide 20 as the inter-spacing of the electrodes is narrower and, therefore, the decrease of the refractive index of the waveguide increases and the confinement of the light into the waveguide is weakened. The light is no longer confined in the waveguide and is radiated to the outside of the bent waveguide 20. Then, the radiation position of the light in the bent waveguide 20 is controlled by changing the magnitude of the voltage to be impressed to the electrodes 16a, 16b.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、光プリンタ等の感光体
ドラムに光を照射し走査露光したり、バーコードリーダ
等において光走査を行う光走査素子、さらに詳細には光
導波路を用いて光走査を行う光走査素子に関する。
[Industrial Application Field] The present invention relates to an optical scanning element that irradiates light onto a photoreceptor drum in an optical printer and performs scanning exposure, or performs optical scanning in a barcode reader, etc., and more specifically, an optical waveguide. The present invention relates to an optical scanning element that performs optical scanning.

【0002】[従来技術]従来、レーザプリンタ等の感
光体ドラムに露光する露光装置は、例えば図13に示す
ように、半導体レーザ101、コリメータレンズ102
、ポリゴンミラー104、fθレンズ106、反射ミラ
ー108とから構成されている。半導体レーザ101か
ら発せられたレーザ光はコリメータレンズ102で平行
光となり、回転しているポリゴンミラー104へ照射さ
れる。ポリゴンミラー104で反射したレーザ光は、等
角速度で偏向されるため、fθレンズ106によりレー
ザ光が等速で移動するように変換され、全反射ミラー1
08で反射された後、あらかじめ帯電された感光体ドラ
ム110上を走査、露光する。感光体ドラム110の露
光された部分は、光導電性により電荷が消失するため、
感光体ドラム110と同じ極性に帯電されたトナーが反
発されずに付着する。このトナーを紙に転写後、加熱等
により定着することで印刷が完了する。
[Prior Art] Conventionally, an exposure device for exposing a photoreceptor drum such as a laser printer has a semiconductor laser 101 and a collimator lens 102, as shown in FIG.
, a polygon mirror 104, an fθ lens 106, and a reflection mirror 108. A laser beam emitted from a semiconductor laser 101 is turned into parallel light by a collimator lens 102, and is irradiated onto a rotating polygon mirror 104. Since the laser beam reflected by the polygon mirror 104 is deflected at a constant angular velocity, the laser beam is converted by the fθ lens 106 so that it moves at a constant velocity, and the total reflection mirror 1
After being reflected at 08, the photoreceptor drum 110, which has been charged in advance, is scanned and exposed. Since the exposed portion of the photoreceptor drum 110 loses charge due to photoconductivity,
Toner charged to the same polarity as the photoreceptor drum 110 adheres without being repelled. After transferring this toner to paper, printing is completed by fixing it by heating or the like.

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
プリンタではポリゴンミラーとレンズによる走査光学系
が複雑であり、光軸調整が難しく、また、高い加工精度
を要求されるため生産性が低い、さらにポリゴンミラー
の回転機構が必要なことから小型化が困難であるという
問題点がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in laser printers, the scanning optical system using polygon mirrors and lenses is complicated, making it difficult to adjust the optical axis, and requiring high processing precision, resulting in low productivity. There is a problem in that miniaturization is difficult because a mirror rotation mechanism is required.

【0004】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、電気光学効果を有する曲がり導
波路に、光の伝搬方向に対して徐々に増加あるいは変化
する分布をもつ電界を印加することにより、回転機構等
の可動部が不用であり、構成が簡単で生産性が高い、小
型の光走査素子を提供することにある。
The present invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and it applies an electric field having a distribution that gradually increases or changes in the direction of propagation of light to a curved waveguide having an electro-optic effect. The object of the present invention is to provide a compact optical scanning element that does not require a movable part such as a rotation mechanism, has a simple structure, and has high productivity by applying an electric current.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の光走査素子では基板と、その基板上あるい
は基板表面に形成され、電気光学効果を有する曲がり導
波路と、この曲がり導波路に電界を印加する電極とから
成り、電界は光の伝搬方向に対して徐々に増加あるいは
変化するように分布している。また、曲がり導波路の周
囲に電界を印加する電極を有してもよい。さらに、基板
の端面のうちで光が外部へ放射される部分を凸状等の非
平面としてもよい。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve this object, the optical scanning element of the present invention includes a substrate, a curved waveguide formed on the substrate or on the surface of the substrate and having an electro-optic effect, and a curved waveguide having an electro-optic effect. It consists of an electrode that applies an electric field to the wave path, and the electric field is distributed so that it gradually increases or changes in the direction of propagation of light. Further, it may include an electrode that applies an electric field around the curved waveguide. Furthermore, the portion of the end surface of the substrate from which light is emitted to the outside may be made convex or other non-planar.

【0006】[0006]

【作用】上記の構成を有する本発明の光走査素子におい
て、半導体レーザ等の光源から発せられ曲がり導波路に
導かれた光は曲がり導波路中を基部から先端部へと伝搬
するが、電極により曲がり導波路に電界を印加すると、
電気光学効果により、曲がり導波路の屈折率が小さくな
るため、光は導波路中に閉じ込められなくなり導波路の
外へ放射される。曲がり導波路に印加される電界は光の
伝搬方向に徐々に増加するような分布をしており、ある
電圧を印加した場合は、先端部の方が基部と比べて屈折
率が減少する割合が大きくなる。すなわち、導波路の屈
折率を同じだけ減少させるために必要な印加電圧は曲が
り導波路の先端部に近いほど低くてよい。従って、曲が
り導波路の先端部付近では低い電圧を印加することによ
り導波路の屈折率が減少するため、光を閉じ込められな
くなり、光が放射される。一方、曲がり導波路の基部付
近では高い電圧を印加しなければ導波路の屈折率が低下
せず、光は放射されない。この結果、印加電圧の大きさ
によって光が放射される位置を制御することができる。 さらに、曲がり導波路において、光の放射位置が異なれ
ば、放射される方向も異なるため印加電圧で光の放射方
向が制御でき、光走査を行うことができる。なお、曲が
り導波路の屈折率を電界で変化させる代わりに、曲がり
導波路の周囲の屈折率を変化させても同様に光走査を行
うことができる。また、光が外部へ放射される基板の端
面を例えば、凸状等の非平面状に加工することにより、
放射光を集束させる等の機能を付加することができる。
[Operation] In the optical scanning element of the present invention having the above configuration, light emitted from a light source such as a semiconductor laser and guided into the curved waveguide propagates in the curved waveguide from the base to the tip. When an electric field is applied to the curved waveguide,
Due to the electro-optic effect, the refractive index of the curved waveguide decreases, so that light is no longer confined within the waveguide and is radiated out of the waveguide. The electric field applied to a curved waveguide has a distribution that gradually increases in the direction of light propagation, and when a certain voltage is applied, the refractive index decreases at a lower rate at the tip than at the base. growing. That is, the applied voltage required to reduce the refractive index of the waveguide by the same amount may be lower as it approaches the tip of the curved waveguide. Therefore, by applying a low voltage near the tip of the curved waveguide, the refractive index of the waveguide is reduced, so that light can no longer be confined and light is emitted. On the other hand, unless a high voltage is applied near the base of the curved waveguide, the refractive index of the waveguide will not decrease and no light will be emitted. As a result, the position from which light is emitted can be controlled by the magnitude of the applied voltage. Furthermore, in a curved waveguide, if the light is emitted at a different position, the emitted direction is also different, so the direction of the light emitted can be controlled by an applied voltage, and optical scanning can be performed. Note that instead of changing the refractive index of the curved waveguide using an electric field, optical scanning can be similarly performed by changing the refractive index around the curved waveguide. In addition, by processing the end surface of the substrate from which light is emitted to the outside into a non-planar shape such as a convex shape,
Functions such as focusing the emitted light can be added.

【0007】[0007]

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment embodying the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0008】本発明を好適に適用した光走査素子10は
、例えば図1に示すように、電気光学効果を有するLi
NbO3等の基板12にTi等を拡散させて作製したT
i拡散導波路14と、その両側に形成されたAl等から
成る複数の電極16a、16bとから構成されている。 Ti拡散導波路14は直線光導波路18と曲がり導波路
20とから成る。曲がり導波路20の曲率は一定である
。電極16aと電極16bの間隔は曲がり導波路の先端
部21に近いほど狭くなっている。また、直線光導波路
18の一端には光源である半導体レーザ22が取り付け
られている。 さらに、曲がり導波路20の先端には光吸収材23が設
けられている。
An optical scanning element 10 to which the present invention is suitably applied is, for example, as shown in FIG.
T fabricated by diffusing Ti, etc. onto a substrate 12 made of NbO3, etc.
It consists of an i-diffusion waveguide 14 and a plurality of electrodes 16a and 16b made of Al or the like formed on both sides thereof. The Ti diffusion waveguide 14 consists of a straight optical waveguide 18 and a curved waveguide 20. The curved waveguide 20 has a constant curvature. The distance between the electrodes 16a and 16b becomes narrower as it approaches the tip 21 of the curved waveguide. Further, a semiconductor laser 22 serving as a light source is attached to one end of the straight optical waveguide 18. Further, a light absorbing material 23 is provided at the tip of the curved waveguide 20.

【0009】このような光走査素子10の製造法は、図
2を用いて説明する。すなわち、図2(a)のように、
LiNbO3等の基板12上に回転塗布法等によりフォ
トレジスト24を塗布する。その上に所定の導波路形状
のパターンを有するマスク26を密着させ紫外線を照射
し、露光する。露光後、現像するとフォトレジスト24
は同図(b)のように紫外線が照射された部分が残る。 この上に、スパッタ法、真空蒸着法等のよく知られた薄
膜形成手段によりTi薄膜28を形成する。その後、溶
剤によりフォトレジスト24を除去することにより、同
図(c)のように所定の導波路形状にTi薄膜28を加
工できる。 この基板12を1000 °C程度に加熱し、数時間熱
拡散を行うとTi薄膜28がLiNbO3中に拡散し、
同図(d)のようにTi拡散導波路14が形成される。 さらに、同図(e)のように、電極16となるAl薄膜
30をスパッタ法、真空蒸着法等のよく知られた薄膜形
成手段により形成し、その上に回転塗布法等によりフォ
トレジスト24を塗布する。その上に所定の電極形状の
パターンを有するマスク32を密着させ紫外線を照射し
、露光する。露光後、現像するとフォトレジスト24は
同図(f)のように紫外線が照射された部分のみが残る
。ここで、酸、アルカリ等のエッチング液やプラズマエ
ッチング等を用いて、フォトレジスト24が付着してい
ない部分のAl薄膜30をエッチングした後、残ったフ
ォトレジスト24を溶剤等で除去することにより同図(
g)のように電極16を形成することができる。
A method of manufacturing such an optical scanning element 10 will be explained using FIG. 2. That is, as shown in FIG. 2(a),
A photoresist 24 is applied onto a substrate 12 made of LiNbO3 or the like by a spin coating method or the like. A mask 26 having a pattern of a predetermined waveguide shape is tightly attached thereon, and ultraviolet rays are irradiated for exposure. After exposure and development, the photoresist 24
As shown in Figure (b), the portion irradiated with ultraviolet rays remains. A Ti thin film 28 is formed thereon by well-known thin film forming means such as sputtering and vacuum evaporation. Thereafter, by removing the photoresist 24 with a solvent, the Ti thin film 28 can be processed into a predetermined waveguide shape as shown in FIG. 3(c). When this substrate 12 is heated to about 1000 °C and thermal diffusion is performed for several hours, the Ti thin film 28 is diffused into LiNbO3,
A Ti diffusion waveguide 14 is formed as shown in FIG. 2(d). Furthermore, as shown in FIG. 3(e), an Al thin film 30 that will become the electrode 16 is formed by a well-known thin film forming method such as sputtering or vacuum evaporation, and a photoresist 24 is applied thereon by a spin coating method or the like. Apply. A mask 32 having a pattern of a predetermined electrode shape is tightly attached thereon, and ultraviolet rays are irradiated for exposure. After exposure and development, only the portions of the photoresist 24 irradiated with ultraviolet rays remain as shown in FIG. 2(f). Here, the portions of the Al thin film 30 to which the photoresist 24 is not attached are etched using an etching solution such as acid or alkali or plasma etching, and then the remaining photoresist 24 is removed using a solvent or the like. figure(
The electrode 16 can be formed as in g).

【0010】本実施例の光走査素子10の動作は図3お
よび図4を用いて説明する。
The operation of the optical scanning element 10 of this embodiment will be explained using FIGS. 3 and 4.

【0011】基板12に用いるLiNbO3は、光学軸
が基板面に平行なYカット板であり、図3のように電極
16a、16bに電圧を印加すると、基板面にほぼ平行
な電界36が導波路14に印加される。ここで、印加電
圧をE、LiNbO3の常光および異常光に対する屈折
率をnoおよびne、電気光学定数をγ33とすると、
電界の振動方向が基板面に平行な導波モードであるTE
モードに対する導波路14の屈折率ngは、LiNbO
3の光学軸(C軸)が光の伝搬方向と垂直な場合ng=
ne−(ne3γ33/2)E         (1
)で与えられ、電界Eに比例して導波路14すなわち曲
がり導波路20の屈折率ngが減少する。ただし、導波
路の曲がりにより、LiNbO3の光学軸(C軸)が光
の伝搬方向に垂直な方向からずれると、ngの変化は小
さくなるが、電界Eを大きくすることにより補うことが
できる。
The LiNbO3 used for the substrate 12 is a Y-cut plate whose optical axis is parallel to the substrate surface, and when a voltage is applied to the electrodes 16a and 16b as shown in FIG. 14. Here, if the applied voltage is E, the refractive index of LiNbO3 for ordinary and extraordinary light is no and ne, and the electro-optic constant is γ33,
TE in which the vibration direction of the electric field is a guided mode parallel to the substrate surface.
The refractive index ng of the waveguide 14 for the mode is LiNbO
When the optical axis (C axis) of 3 is perpendicular to the propagation direction of light, ng=
ne-(ne3γ33/2)E (1
), and the refractive index ng of the waveguide 14, that is, the curved waveguide 20, decreases in proportion to the electric field E. However, if the optical axis (C-axis) of LiNbO3 deviates from the direction perpendicular to the light propagation direction due to bending of the waveguide, the change in ng becomes small, but this can be compensated for by increasing the electric field E.

【0012】図4(a)において、光源である半導体レ
ーザ22から発せられたレーザ光は、直線導波路18へ
導かれ、さらに曲がり導波路20中を伝搬する。ここで
、電極16a、16bに電圧を印加し、曲がり導波路2
0の屈折率を減少させると、光38は曲がり導波路20
中に閉じ込められなくなり、曲がり導波路20の外へ放
射される。このとき、電極16a、16bはその間隔が
光の伝搬方向すなわち、曲がり導波路20の先端方向に
対し、徐々に狭くなるように形成されており、電極16
a、16bに印加される電圧が一定であれば、電極間隔
が狭いほど高い電界が導波路20へ印加されるため、導
波路の屈折率の減少が大きくなり、導波路中への光の閉
じ込めは弱くなる。従って、電極間隔の狭い部分40に
おいては、低い電圧を電極16a、16bに印加しただ
けで、曲がり導波路20の屈折率が減少し、光42は導
波路中に閉じ込められなくなり、曲がり導波路20外へ
放射される。一方、電極間隔の広い部分44は印加電圧
が一定であれば電極間隔の狭い部分40と比べて電界が
小さいため、光46を曲がり導波路20の外へ放射させ
るためには高い電圧を電極16a、16bに印加し、曲
がり導波路20の屈折率の減少を大きくする必要がある
。このように、曲がり導波路20に電界を印加する電極
16a、16bは光の伝搬方向に対し、その間隔が狭く
なるように形成されているため、電極16a、16bに
印加する電圧の大きさにより、曲がり導波路20におけ
る光の放射位置を制御することができる。図4(a)の
ように、光が放射される位置により、光の放射方向も異
なるため、電極16a、16bに印加する電圧を変化さ
せ、光の放射位置を変化させることにより光を走査する
ことができる。放射された光38、42、46はレンズ
48により感光体ドラム50上に集光され露光される。 例えば、図4(b)のように変化する波形の電圧を電極
16a、16bに印加することにより、同図(a)にお
いて下から上に走査することができる。なお、曲がり導
波路20の外部へ放射されなかった光は曲がり導波路2
0の先端に設けられたAl等の金属クラッドを用いた光
吸収材23で減衰する。
In FIG. 4A, laser light emitted from a semiconductor laser 22 serving as a light source is guided to a straight waveguide 18 and further propagates through a curved waveguide 20. In FIG. Here, a voltage is applied to the electrodes 16a and 16b, and the curved waveguide 2
By decreasing the refractive index of 0, the light 38 bends into the waveguide 20.
It is no longer confined inside the waveguide and is bent and radiated out of the waveguide 20. At this time, the electrodes 16a and 16b are formed so that the interval between them becomes gradually narrower in the light propagation direction, that is, in the direction of the tip of the curved waveguide 20.
If the voltage applied to a and 16b is constant, the narrower the electrode spacing, the higher the electric field applied to the waveguide 20, the greater the decrease in the refractive index of the waveguide, and the more light is confined within the waveguide. becomes weaker. Therefore, in the part 40 where the electrode spacing is narrow, simply applying a low voltage to the electrodes 16a and 16b reduces the refractive index of the curved waveguide 20, and the light 42 is no longer confined within the waveguide. radiates outward. On the other hand, if the applied voltage is constant, the electric field in the part 44 with a wide electrode spacing is smaller than that in the part 40 with a narrow electrode spacing. , 16b to greatly reduce the refractive index of the curved waveguide 20. In this way, since the electrodes 16a and 16b that apply an electric field to the curved waveguide 20 are formed so that the distance between them becomes narrow with respect to the propagation direction of light, the magnitude of the voltage applied to the electrodes 16a and 16b , the light emission position in the curved waveguide 20 can be controlled. As shown in FIG. 4(a), since the direction of light emission differs depending on the position where the light is emitted, the light is scanned by changing the voltage applied to the electrodes 16a and 16b and changing the light emission position. be able to. The emitted lights 38, 42, and 46 are focused onto the photoreceptor drum 50 by the lens 48 and exposed. For example, by applying a voltage having a waveform that changes as shown in FIG. 4(b) to the electrodes 16a and 16b, it is possible to scan from the bottom to the top in FIG. 4(a). Note that the light that is not emitted to the outside of the curved waveguide 20 is emitted from the curved waveguide 2.
The light is attenuated by a light absorbing material 23 using a metal cladding such as Al provided at the tip of the light beam.

【0013】以上、本発明の一実施例を図1から図4に
基づいて詳細に説明したが、その他本発明の趣旨を逸脱
しない範囲で種々の変形が可能である。すなわち、基板
および曲がり導波路、さらに電極の材料、形状について
は特に限定されない。例えば、曲がり導波路20の屈折
率の大きさや曲率については特に限定されず、さらに、
曲率は一定である必要はない。また、基板12と電極1
6a、16bの間にSiO2等からなるバッファ層を設
けてもよい。これにより放射光が電極16a、16bに
より減衰するのを防ぐことができる。また、電極16a
、16bの間隔は一定である必要はない。また、電極1
6a、16bに印加する電圧の波形については特に限定
されない。
Although one embodiment of the present invention has been described above in detail with reference to FIGS. 1 to 4, various other modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. That is, the materials and shapes of the substrate, curved waveguide, and electrodes are not particularly limited. For example, the magnitude of the refractive index and the curvature of the curved waveguide 20 are not particularly limited, and further,
The curvature does not have to be constant. In addition, the substrate 12 and the electrode 1
A buffer layer made of SiO2 or the like may be provided between 6a and 16b. This can prevent the emitted light from being attenuated by the electrodes 16a and 16b. In addition, the electrode 16a
, 16b need not be constant. In addition, electrode 1
The waveform of the voltage applied to 6a and 16b is not particularly limited.

【0014】また、図1に示した光走査素子では、電極
16aが曲がり導波路20の基部すなわち、曲がり導波
路20と直線導波路18との接続部に近いほど、曲がり
導波路20から離れるように形成されていたが、電極の
形状については特に限定されず、例えば図5(a)のよ
うに電極52a、52bが共に曲がり導波路20の基部
に近づくほど、曲がり導波路20から離れるように形成
されていてもよい。また、電極間隔についても特に限定
されず、さらに、図5(b)のように電極54a、54
bの間隔を一定にしてもよい。このとき、電極54a、
54bの少なくとも一方の電極にNiCr、C等の比較
的抵抗の大きな材料を用い、電圧分布が生じるようにす
ればよい。例えば、図5(b)では電極54aに比較的
抵抗の大きな材料を用いており、電極54の両端に電圧
を印加している。これにより、電極54aに電圧分布が
生じ、曲がり導波路20の先端に近い部分ほど電圧は高
くなる。また、電極54aと電極54bの間にも電圧が
印加されている。したがって、電極54a、54b間の
電圧は曲がり導波路20の先端部に近いほど高くなるた
め、曲がり導波路20に印加される電界も先端部に近い
ほど高くなる。なお、これらの光走査素子の動作は図1
に示した光走査素子と全く同様である。
In addition, in the optical scanning element shown in FIG. 1, the closer the electrode 16a is to the base of the curved waveguide 20, that is, the connection between the curved waveguide 20 and the straight waveguide 18, the farther away it is from the curved waveguide 20. However, the shape of the electrodes is not particularly limited, and for example, as shown in FIG. may be formed. Further, the electrode spacing is not particularly limited, and as shown in FIG. 5(b), the electrodes 54a, 54
The interval b may be constant. At this time, the electrode 54a,
A material with relatively high resistance, such as NiCr or C, may be used for at least one electrode of the electrode 54b, so that a voltage distribution is generated. For example, in FIG. 5B, a material with relatively high resistance is used for the electrode 54a, and a voltage is applied to both ends of the electrode 54. As a result, a voltage distribution occurs in the electrode 54a, and the voltage becomes higher at a portion closer to the tip of the curved waveguide 20. Further, a voltage is also applied between the electrode 54a and the electrode 54b. Therefore, the voltage between the electrodes 54a and 54b becomes higher as it approaches the tip of the curved waveguide 20, and therefore the electric field applied to the curved waveguide 20 also increases as it approaches the tip. The operation of these optical scanning elements is shown in Figure 1.
This is exactly the same as the optical scanning element shown in .

【0015】また、曲がり導波路20はTi拡散で作製
する必要はない。すなわち、基板および曲がり導波路の
一方あるいは両方に電気光学効果を有する材料が用いら
れていればよく、基板にLiTaO3、曲がり導波路に
LiNbO3を用いてもよい。さらに、基板にガラス、
サファイア等を用い、曲がり導波路にPLZT、ZnO
等の薄膜を用いてもよい。このときの導波路形状は、図
6(a)に示すように、基板60の上に作製された薄膜
62の一部を削りリッジ64を形成したリッジ型導波路
、さらに、同図(b)のようにリッジの形状を非対称と
したリッジ型導波路としてもよい。すなわち、リッジ形
状を非対称とし外側66を内側68よりも厚くすること
により導波路の外部への放射効率が向上する。また、同
図(c)のように基板60の上に3次元導波路62を設
けてもよい。
Furthermore, the curved waveguide 20 does not need to be fabricated by Ti diffusion. That is, it is only necessary that one or both of the substrate and the curved waveguide be made of a material having an electro-optic effect, and LiTaO3 may be used for the substrate and LiNbO3 may be used for the curved waveguide. In addition, glass on the substrate,
Using sapphire etc., PLZT, ZnO in the curved waveguide
A thin film such as the above may also be used. The waveguide shape at this time is a ridge-type waveguide in which a ridge 64 is formed by cutting a part of the thin film 62 formed on the substrate 60, as shown in FIG. A ridge-type waveguide with an asymmetrical ridge shape may also be used. That is, by making the ridge shape asymmetric and making the outer side 66 thicker than the inner side 68, the radiation efficiency to the outside of the waveguide is improved. Furthermore, a three-dimensional waveguide 62 may be provided on the substrate 60 as shown in FIG. 6(c).

【0016】また、図7のように曲がり導波路20に電
界を印加する代わりに、曲がり導波路20の上にSiO
2等のバッファ層70を設け、その上に電極72a、7
2bを作製し、曲がり導波路20の外側74に電界76
を印加してもよい。すなわち、電極72aと72bの間
隔が曲がり導波路20の先端に近いほど狭くなっていれ
ばよい。このとき、電界の方向は図3に示した方向と逆
であり、(1)式より、曲がり導波路20の外側74の
屈折率は増加する。このため、曲がり導波路20におけ
る光の閉じ込めが弱まり、光が導波路の外へ放射される
Furthermore, instead of applying an electric field to the curved waveguide 20 as shown in FIG.
A buffer layer 70 such as No. 2 is provided, and electrodes 72a, 7 are formed thereon.
2b is fabricated, and an electric field 76 is applied to the outside 74 of the curved waveguide 20.
may be applied. That is, it is sufficient that the interval between the electrodes 72a and 72b becomes narrower as the curve approaches the tip of the waveguide 20. At this time, the direction of the electric field is opposite to the direction shown in FIG. 3, and according to equation (1), the refractive index on the outside 74 of the curved waveguide 20 increases. Therefore, the light confinement in the curved waveguide 20 is weakened, and the light is radiated out of the waveguide.

【0017】また、基板や導波路に用いる結晶の結晶軸
の方向についても限定されず、例えば、YカットLiN
bO3の代わりにZカットLiNbO3を用いてもよい
。この場合、図8のようにTi拡散導波路14の上にS
iO2等のバッファ層70を設け、Ti拡散導波路14
の上部とその両側に電極74a、74b、74cを形成
する。このときの電界76は、基板面に垂直な方向に発
生する。この電界により、磁界の振動方向が基板面に平
行なTMモードに対する導波路の屈折率ngはやはり、
(1)式で表わされるため先に説明したように電極74
a、74b、74cに電界を印加することにより光走査
を行うことができる。この場合も、電極74a、74b
、74cの間隔が曲がり導波路20の先端に近いほど狭
くなっていればよい。ここで、導波路の屈折率ngの変
化は導波路の曲がりによる光の伝搬方向の変化に依存し
ないため、電極74a、74b、74cに印加する電圧
の制御が簡単になる。
Furthermore, the direction of the crystal axis of the crystal used for the substrate or waveguide is not limited, and for example, Y-cut LiN
Z-cut LiNbO3 may be used instead of bO3. In this case, S is placed on the Ti diffusion waveguide 14 as shown in FIG.
A buffer layer 70 such as iO2 is provided, and the Ti diffusion waveguide 14 is
Electrodes 74a, 74b, and 74c are formed on the top and both sides thereof. The electric field 76 at this time is generated in a direction perpendicular to the substrate surface. Due to this electric field, the refractive index ng of the waveguide for the TM mode in which the vibration direction of the magnetic field is parallel to the substrate surface is also
Since it is expressed by equation (1), as explained earlier, the electrode 74
Optical scanning can be performed by applying an electric field to a, 74b, and 74c. Also in this case, the electrodes 74a, 74b
, 74c should be narrower as the curve approaches the tip of the waveguide 20. Here, since the change in the refractive index ng of the waveguide does not depend on the change in the propagation direction of light due to the bending of the waveguide, the voltages applied to the electrodes 74a, 74b, and 74c can be easily controlled.

【0018】また、曲がり導波路を作製するため、Li
NbO3に拡散する材料についても限定しない。また、
拡散導波路の屈折率分布についても特に限定しない。例
えば、図9(a)のように、拡散導波路80の屈折率分
布を屈折率が高い領域が外側に広がるように形成しても
よい。 この場合、導波路の外側に対する光の閉じ込めが弱くな
り、放射の制御が容易になる。さらに、バッファ層70
を設け、電極82により拡散導波路80の内側と外側と
で方向が逆の電界を印加してもよい。これにより、拡散
導波路80の内側の屈折率が減少すると共に、外側の屈
折率が増加するため電界の印加により光の放射が容易に
なる。また、同図(b)のようにTi等の拡散物濃度が
高く導波路となる領域84のまわり、特に外側に、領域
84よりも拡散物濃度が低い領域86を設けてもよい。 また、同図(c)のように、Ti等の拡散物濃度が高く
導波路となる領域84の内側87および外側88に基板
12の屈折率が低くなるMgO等の材料を拡散してもよ
い。これにより、導波路中への光の閉じ込めが強くなり
、弱い電界が印加されたときに光が外部へ放射されるこ
とがなくなるため、曲がり導波路20の基部に近い部分
に対して有効である。
[0018] Furthermore, in order to fabricate a curved waveguide, Li
The material that diffuses into NbO3 is also not limited. Also,
There are no particular limitations on the refractive index distribution of the diffusion waveguide either. For example, as shown in FIG. 9(a), the refractive index distribution of the diffusion waveguide 80 may be formed such that the region with a high refractive index spreads outward. In this case, light confinement to the outside of the waveguide becomes weaker, making it easier to control radiation. Furthermore, the buffer layer 70
may be provided, and an electric field having opposite directions may be applied between the inside and outside of the diffusion waveguide 80 using the electrode 82. As a result, the refractive index on the inside of the diffusion waveguide 80 decreases and the refractive index on the outside increases, making it easier to emit light by applying an electric field. Furthermore, as shown in FIG. 2B, a region 86 having a lower concentration of diffused substances than the region 84 may be provided around, particularly outside, a region 84 which has a high concentration of diffused substances such as Ti and serves as a waveguide. Furthermore, as shown in FIG. 2(c), a material such as MgO that lowers the refractive index of the substrate 12 may be diffused into the inner side 87 and outer side 88 of the region 84 which is a waveguide and has a high concentration of diffused substances such as Ti. . This strengthens the confinement of light within the waveguide and prevents the light from being radiated outside when a weak electric field is applied, which is effective for the portion near the base of the curved waveguide 20. .

【0019】また、Ti拡散の代わりに、よく知られて
いるプロトン交換を用いて曲がり導波路20を作製して
もよい。プロトン交換では大きな表面屈折率の変化が実
現できるため、全体的に曲がり導波路20の曲率半径を
小さくでき光走査素子全体をさらに小型化することがで
きる。
Furthermore, the curved waveguide 20 may be fabricated using well-known proton exchange instead of Ti diffusion. Since a large change in the surface refractive index can be realized by proton exchange, the radius of curvature of the curved waveguide 20 can be reduced overall, and the entire optical scanning element can be further miniaturized.

【0020】また、図1に示した実施例では曲がり導波
路の屈折率が減少するように電界を印加していたが、電
界の印加方向は特に限定されるわけではなく、曲がり導
波路の屈折率が増加するような方向に電界を印加しても
よい。すなわち、曲がり導波路の屈折率を電界を印加し
ないときには光が放射されるように小さくしておき、電
界を印加することにより屈折率が増加し光が閉じ込めら
れるようにしてもよい。このとき、曲がり導波路の基部
の電極間隔を狭くし、先端部に近づくに従い電極間隔が
広くなるように電極を形成すればよい。基部の電極間隔
が狭い部分では低い電圧を印加すれば光が閉じ込められ
る。一方、先端部の電極間隔が広い部分では高い電圧を
印加しないと光が閉じ込められないため、印加電圧の大
きさにより光の放射位置を制御することができる。
Furthermore, in the embodiment shown in FIG. 1, an electric field was applied to reduce the refractive index of the curved waveguide, but the direction of application of the electric field is not particularly limited. An electric field may be applied in a direction such that the rate increases. That is, the refractive index of the curved waveguide may be made small so that light is emitted when no electric field is applied, and when an electric field is applied, the refractive index increases and the light is confined. At this time, the electrodes may be formed such that the electrode spacing at the base of the curved waveguide is narrowed and the electrode spacing becomes wider as it approaches the tip. If a low voltage is applied to the part where the electrodes at the base are narrowly spaced, light will be confined. On the other hand, in the part of the tip where the electrode spacing is wide, light cannot be confined unless a high voltage is applied, so the light emission position can be controlled by the magnitude of the applied voltage.

【0021】また、図1における直線導波路18につい
て、その長さ、形状等については限定しない。また、直
線導波路18は必ずしも必要ではなく設けなくてもよい
。このとき、レーザ光は直接曲がり導波路20に入射さ
せればよい。また、光源である半導体レーザ22は導波
路端面に直接結合させる必要はなく、図10(a)のよ
うに光ファイバを用いて半導体レーザから発せられたレ
ーザ光を直線導波路18に結合してもよい。また、同図
(b)のように半導体レーザ22から発せられたレーザ
光を対物レンズ92を用いて直線導波路18に結合して
もよい。
Furthermore, the length, shape, etc. of the linear waveguide 18 in FIG. 1 are not limited. Further, the straight waveguide 18 is not necessarily required and may not be provided. At this time, the laser light may be made to directly enter the curved waveguide 20. Furthermore, the semiconductor laser 22, which is a light source, does not need to be directly coupled to the end face of the waveguide, but the laser light emitted from the semiconductor laser may be coupled to the straight waveguide 18 using an optical fiber as shown in FIG. 10(a). Good too. Alternatively, the laser beam emitted from the semiconductor laser 22 may be coupled to the linear waveguide 18 using an objective lens 92 as shown in FIG. 2(b).

【0022】また、曲がり導波路20の形成されている
基板12の形状についても特に限定されない。例えば図
11(a)に示すように、放射光が出射する基板12の
端面95を凸状に加工してもよい。これにより、基板面
に平行な面内で光を集束させることができる。基板面に
垂直な方向は円筒レンズ等を用いて集束させる。また、
放射光が出射する基板12の端面95を基板面に垂直な
方向にも凸状に加工すれば円筒レンズは不用となる。ま
た、同図(b)のように放射光94が出射する基板12
の端面95を凹状に加工してもよい。凸レンズ97と組
み合わせることにより走査範囲を大きくすることができ
る。
Furthermore, the shape of the substrate 12 on which the curved waveguide 20 is formed is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 11(a), the end surface 95 of the substrate 12 from which the radiation light is emitted may be processed into a convex shape. Thereby, light can be focused within a plane parallel to the substrate surface. The direction perpendicular to the substrate surface is focused using a cylindrical lens or the like. Also,
If the end surface 95 of the substrate 12 from which the radiation light is emitted is processed to have a convex shape also in the direction perpendicular to the substrate surface, the cylindrical lens becomes unnecessary. In addition, as shown in FIG.
The end surface 95 may be processed into a concave shape. By combining with the convex lens 97, the scanning range can be enlarged.

【0023】また、図12(a)のように、曲がり導波
路20のまわりの放射光が伝搬する領域にスラブ型導波
路98を形成してもよい。これにより、放射光もスラブ
型導波路98を伝搬するため、基板面に垂直方向には広
がらずに伝搬する。また、同図(b)のように基板60
の上にスラブ型導波路62を形成し、その上にSiO2
等の誘電体99を装荷しても同様の効果が得られる。こ
のとき、誘電体99は曲がり導波路の形状で作製すれば
よい。
Furthermore, as shown in FIG. 12(a), a slab waveguide 98 may be formed in a region around the curved waveguide 20 through which the emitted light propagates. As a result, since the emitted light also propagates through the slab waveguide 98, it propagates without spreading in the direction perpendicular to the substrate surface. In addition, as shown in FIG. 6(b), the substrate 60
A slab waveguide 62 is formed on the top, and a SiO2
A similar effect can be obtained even if a dielectric material 99 such as the like is loaded. At this time, the dielectric 99 may be manufactured in the shape of a curved waveguide.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上詳述したことから明らかなように、
本発明によれば、電気光学効果を有する曲がり導波路に
、光の伝搬方向に対して徐々に増加あるいは変化する分
布をもつ電界を印加することにより光走査素子を構成し
ており、回転機構等の可動部が不用となり、構成が簡単
で生産性が高くなるとともに、小型化することができる
[Effect of the invention] As is clear from the detailed description above,
According to the present invention, an optical scanning element is configured by applying an electric field having a distribution that gradually increases or changes in the propagation direction of light to a curved waveguide having an electro-optic effect, and a rotating mechanism etc. This eliminates the need for movable parts, which simplifies the configuration, increases productivity, and allows for downsizing.

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

【図1】本発明である光走査素子の構成を示す上面図で
ある。
FIG. 1 is a top view showing the configuration of an optical scanning element according to the present invention.

【図2】(a)〜(g)は光走査素子の製造方法を示す
説明図である。
FIGS. 2(a) to 2(g) are explanatory diagrams showing a method for manufacturing an optical scanning element.

【図3】電界の印加方法を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a method of applying an electric field.

【図4】(a)は光走査素子の動作を説明する上面図、
(b)は印加電界の波形を示す説明図である。
FIG. 4(a) is a top view illustrating the operation of the optical scanning element;
(b) is an explanatory diagram showing the waveform of an applied electric field.

【図5】(a)、(b)は光走査素子の構成を示す上面
図である。
FIGS. 5(a) and 5(b) are top views showing the configuration of an optical scanning element.

【図6】(a)〜(c)は導波路の形状を示す説明図で
ある。
FIGS. 6(a) to 6(c) are explanatory diagrams showing the shape of a waveguide.

【図7】電界の印加方法を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a method of applying an electric field.

【図8】電界の印加方法を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a method of applying an electric field.

【図9】(a)〜(c)は拡散導波路の形状を示す断面
図である。
FIGS. 9(a) to 9(c) are cross-sectional views showing the shape of a diffusion waveguide.

【図10】(a)、(b)は光の入射方法を示す説明図
である。
FIGS. 10(a) and 10(b) are explanatory diagrams showing a method of light incidence.

【図11】(a)、(b)は光走査素子の基板形状を示
す説明図である。
FIGS. 11(a) and 11(b) are explanatory diagrams showing the shape of a substrate of an optical scanning element.

【図12】(a)、(b)は導波路の形状を説明する断
面図である。
FIGS. 12(a) and 12(b) are cross-sectional views illustrating the shape of a waveguide.

【図13】従来の走査装置を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a conventional scanning device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12  基板 14  拡散導波路 16a、16b  電極 20  曲がり導波路 72a、72b  電極 95  基板端面 12 Board 14 Diffusion waveguide 16a, 16b electrode 20 Curved waveguide 72a, 72b electrode 95 Board end surface

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  基板と、その基板上あるいは基板表面
に形成された、電気光学効果を有する曲がり導波路と、
前記曲がり導波路に電界を印加する電極とから成り、前
記曲がり導波路に印加される電界が光の伝搬方向に対し
て増加あるいは変化する分布を有することを特徴とする
光走査素子。
1. A substrate, a curved waveguide having an electro-optic effect formed on the substrate or on the surface of the substrate,
an electrode for applying an electric field to the curved waveguide, and wherein the electric field applied to the curved waveguide has a distribution that increases or changes with respect to the propagation direction of light.
【請求項2】  請求項1に記載の光走査素子において
、前記曲がり導波路の周囲に電界を印加する電極を有す
ることを特徴とする光走査素子。
2. The optical scanning element according to claim 1, further comprising an electrode for applying an electric field around the curved waveguide.
【請求項3】  請求項1に記載の光走査素子において
、前記基板の端面のうち、光が外部へ放射される部分が
非平面であることを特徴とする光走査素子。
3. The optical scanning element according to claim 1, wherein a portion of the end face of the substrate from which light is emitted to the outside is non-planar.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008097023A (en) * 2003-03-19 2008-04-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical modulator

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JP2008097023A (en) * 2003-03-19 2008-04-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical modulator
JP4711351B2 (en) * 2003-03-19 2011-06-29 日本電信電話株式会社 Light modulator

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