JPH04242728A - 光偏向素子の動作方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は，電気光学効果を利用
して外部から印加する電圧によって光導波路内を伝搬す
る光の進行方向を制御する光偏向素子の動作方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光の進行方向を制御する光偏向素子には
，ポリゴンミラーを回転させて光を偏向させる回転多面
鏡走査器，ホログラム・ディスクを回転させて光を偏向
させるホログラム・ディスク走査器，ガルバノ・メータ
を利用したガルバノ・メータ偏向走査器などがある。 しかしながら，これらの光偏向素子はミラーやホログラ
ム・ディスクなどを機械的に回転させて光の進行方向を
制御しているので，ミラー等がもつ慣性のために高速光
偏向には限界がある，装置が大型化し，小型化を図るこ
とが困難である，耐久性に劣る，という問題点がある。

【０００３】上記問題点を解決するために電気光学効果
をもつ結晶に電圧を印加して屈折率変化により光を偏向
させる光ビーム偏光器や，光導波路上に表面弾性波を伝
搬させて表面弾性波によるブラッグ回折により光の偏向
を行なう音響光学効果を利用したブラッグ変調回路など
がある。しかしながらこれらの光偏向素子においては偏
向角度が小さく，かつ分解点数が少ないので実用的なも
のではない。

【０００４】上記問題点を解決するために出願人は，ブ
ラッグ回折を利用した光偏向素子を提供した（特願平１
−２４１３１２号）。この偏向素子は電気光学効果をも
つ材料により形成された光導波路上に，この光導波路を
伝搬する光に順次ブラッグ回折を起こさせる配置で複数
のくし形電極が形成されているものである。

【０００５】くし形電極に電圧を印加することにより，
回折格子ができ，配置されたくし形電極に対応した数の
異なる点に光を出射することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記先願発
明の光偏向素子を用いて多方向の光偏向ができ，かつす
べての光の出射方向を一方向にそろえることができる駆
動方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は，電気光学効
果をもつ材料により形成された光導波路上に，この光導
波路を伝搬する光に順次ブラッグ回折を起こさせる配置
で複数のくし形電極が形成されている光偏向素子におい
て，最後にブラッグ回折を起こさせるくし形電極への電
圧の印加を制御し，光の出射方向をそろえることを特徴
とする。

【０００８】

【作用】光導波路上のくし形電極に電圧が印加されると
電気光学効果により光導波路の屈折率が変化する。この
屈折率変化は電界方向によって異なる。

【０００９】くし形電極では電極間の領域ごとに電界の
方向が交互に異なる。このために光導波路中に相対的に
高い屈折率をもつ領域と相対的に低い屈折率をもつ領域
とが交互に生じ屈折率分布型回折格子が形成される。

【００１０】光導波路を伝搬してきた光はこの回折格子
によりブラッグ回折される。くし形電極に電圧が印加さ
れないときは光は回折されずに直進する。

【００１１】最後にブラッグ回折を起こさせるくし形電
極への電圧の印加は，このくし形電極への入射方向に応
じて，すべての光の出射方向をそろえるように行なわれ
る。これによりすべての光が同方向に向って光導波路か
ら出射される。

【００１２】

【実施例】図１はこの発明の実施例を示すもので，光偏
向素子をほぼ平面からみた図である。

【００１３】ＹカットＬｉＮｂＯ３　基板１上にＴｉを
熱拡散することにより光導波層２が形成されている。光
導波層２はＴＥｏ　モードの光を伝搬するシングル・モ
ードの光導波路となるようにその厚さが調整されている
。

【００１４】この光導波層２上にはＳｉＯ２　膜３がス
パッタリングにより形成されている。さらにＳｉＯ２　
膜３上に，交互に所定間隔で配置された２つの電極４ａ
と４ｂとからなる５個のくし形電極４および２つの電極
７ａと７ｂとからなる１個のくし形電極７がフォトリソ
グラフィにより形成されている。くし形電極４および７
は一列に配列して設けられている。

【００１５】くし形電極４は光分解用のもので，くし形
電極７は光導波路から出射される光を一定方向にそろえ
るためのものである。

【００１６】これらのくし形電極４および７にはそれぞ
れに示すように，電極４ａと４ｂとの間にスイッチ６を
介して直線電源５が接続されている。くし形電極７もく
し形電極４と同様に電極７ａと７ｂとの間にスイッチを
介して直線電源が接続されているが図示は省略されてい
る。

【００１７】ＬｉＮｂＯ３　基板１は電気光学効果をも
つので，電極４ａと４ｂとの間に電圧を印加することに
より光導波層２の屈折率が変化する。屈折率の変化は光
導波層２における電界の方向によって異なる。

【００１８】図２を参照して，基板１の屈折率をｎとす
ると，電極４ａと４ｂとの間の領域Ｄｉでは屈折率がΔ
ｎ増加しｎ＋Δｎとなり，それに隣接する領域Ｄｄでは
屈折率が減少しｎ−Δｎとなる。したがって光導波層２
において屈折率の高い領域Ｄｉと屈折率の低い領域Ｄｄ
とが周期的に形成される。これにより光導波層２に屈折
率分布型回折格子が生じる。

【００１９】再び、図３を参照して，くし形電極４によ
る回折格子の格子間隔，入射光Ｐｉの波長およびその回
折格子に対する入射角をブラッグ回折条件を満たすよう
に定めておけば，光導波層２を伝搬してくし形電極４の
場所に進行する光Ｐｉはブラッグ回折により所定の角度
で回折され回折光Ｐｄとなる。

【００２０】くし形電極４に電圧が印加されていないと
きには光導波層２に回折格子が生じないので，入射光Ｐ
ｉは回折されずそのまま電極４が形成されている部分を
直進して透過光Ｐｔとなる。

【００２１】このようにくし形電極４を光導波層２上に
形成しておき，電圧の印加をスイッチ６により制御すれ
ば光の伝搬方向を２方向に制御することができる。ｎ個
のくし形電極４を光導波層２上に並べて形成しておき，
順次光を回折させるようにすれば２ｎ　の方向に光を制
御することができる。

【００２２】出射光側のくし形電極７へ電圧の印加をく
し形電極７の入射方向に応じてスイッチにより制御すれ
ば光の出射方向が等しくなるようにそろえることができ
る。

【００２３】実際に図１に示すようにＹカットＬｉＮｂ
Ｏ３　基板１上に光導波層２と５対のくし形電極４およ
び１対のくし形電極７を電極４ａと４ｂおよび７ａと７
ｂとの間隔を２．２　μｍとして作成し，Ｘ軸に対して
５．１　°の角度で光を入射したところくし形電極４お
よび７へ電圧の印加の有無の組合せを変えることにより
異なる３２点に方向をそろえて出射することができた。

【００２４】図４は他の実施例を示すもので，光走査器
への応用例である。この図において図１と同一物には同
一符号を付して説明を省略する。

【００２５】光導波路上には複数のくし形電極４１〜４
６が配置されている。これらのくし形電極４１〜４６の
相互の間隔は光の進行方向にいくにつれ順次間隔が狭く
なっている。このためくし形電極によって偏向される光
が他の偏向される光の光路上に交差することがない。

【００２６】くし形電極４１〜４５が光分解用のもので
，図１の複数のくし形電極４に，くし形電極４６が光の
出射方向をそろえるためのもので図１のくし形電極７に
それぞれ対応する。

【００２７】走査された光を拡大するために光偏向素子
２０の出射端面側にディフレクト・レンズ１０が配置さ
れ，このレンズ１０で拡散した光をほぼコリメート化し
かつ，走査線上に集光するためにｆ−θレンズ１１が配
置されている。光導波層２の入射側にはフォトリソグラ
フィによってコリメート・レンズ９が形成されている。

【００２８】図５は図４に示す偏向素子２０において各
くし形電極４１〜４６を透過する光および回折させる光
をすべて示したものであり，図６は光走査位置に対応し
たくし形電極４１〜４６への印加電圧Ｖ４１〜Ｖ４６を
表わしたものである。

【００２９】半導体レーザ８からの出射光は光導波層２
内を伝搬し，コリメート・レンズ９によってコリメート
光とされる。

【００３０】走査位置Ｐ１　に光を導くためには，くし
形電極４１に電圧を印加し，くし形電極４２〜４５には
電圧を印加しない。またくし形電極４６に電圧を印加す
る。これによりコリメート光はくし形電極４１の部分で
回折され，くし形電極４２〜４５の部分は透過し，くし
形電極４６の部分で再び回折するので走査位置Ｐ１　に
導かれる。

【００３１】走査位置Ｐ２　に光を導くためにはくし形
電極４１および４５に電圧を印加し，他のくし形電極４
２〜４４および４６には電圧を印加しない。これにより
コリメート光は走査位置Ｐ２　に導かれる。

【００３２】そのほかの走査位置Ｐ３　〜Ｐ３２につい
ても同様にくし形電極４１〜４６への電圧の印加の有無
の組合せによって光の進行方向が制御され，それぞれの
位置に導かれる。くし形電極４６への電圧の印加の有無
により生じる回折格子に応じて光の出射方向は一定にそ
ろえられる。図６に示す電圧Ｖ４１〜Ｖ４６の印加によ
りＰ１　からＰ３２に向って光を走査することが可能と
なる。

【００３３】光偏向素子２０の出射光はディフレクト・
レンズ１０によって偏向されたのち，ｆ−θレンズ１１
に入射する。偏向された光はｆ−θレンズにより走査線
上に焦点を結ぶ。実際に実験を行なった結果５０ｍｍに
わたって光を走査することができた。

【００３４】図７は他の実施例を示すもので，光偏向素
子２０とセルホック・レンズ・アレイ（屈折率分布型レ
ンズ・アレイ）１３とのカップリングが行なわれている
。この図においても図１および図４に示すものと同一物
には同一符号を付して説明を省略する。光偏向素子２０
の出射端面にはセルホック・レンズ・アレイ１３が配置
されている。レンズ・アレイ１３内の各レンズが走査さ
れた各光の出射部に一致するように配置されている。光
導波層２の入射側にはコリメート・レンズ９に加えて，
コリメート・レンズ９によってコリメートされた光を光
偏向素子２０の出射光端面で焦点を結ぶように集光する
，集光レンズ１０がフォトリソグラフィによって形成さ
れている。

【００３５】半導体レーザ８からの出射光はコリメート
・レンズ９によってコリメート光とされ，集光レンズ１
２によって集光されながらくし形電極４に入射する。く
し形電極４によって複数の方向に制御され，くし形電極
７により光の出射方向は一定とされる。

【００３６】出射端面上に分解された光はセルフォック
・レンズ・アレイ１３によって等倍結像され，電極群に
印加する電圧の組合せによりレンズ面上を光走査させる
ことができる。

【００３７】図８はさらに他の実施例を示すもので，光
スイッチである。この図においても図１から図７と同一
物には同一符号を付して説明を省略する。

【００３８】くし形電極４への電圧の印加の組合せによ
り光走査が行なわれ，出射光の場所が異なる。このため
くし形電極４への電圧の印加の組合せにより光ファイバ
・アレイ１４のうちの特定の光ファイバにのみ光を導波
させることができる。

【００３９】これは一種の分岐型光スイッチということ
ができる。

【００４０】

【発明の効果】ブラッグ回折を起こさせる複数のくし形
電極のうち，最後にブラッグ回折を起こさせるくし形電
極によって光導波路を伝搬する光の方向がそろえられて
いるので，光偏向素子から出射される光は一定方向とな
る。

【００４１】出射方向が一定のため光ファイバ・アレイ
，レンズ・アレイ等に出射光を導くことが比較的容易と
なるとともに光走査器として充分に利用可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光偏向素子をほぼ平面からみた図である。

【図２】電圧の印加により屈折率が変化する様子を示す
平面図である。

【図３】入射光が２方向に制御される様子を示す平面図
である。

【図４】光走査器への応用例を示すもので，ほぼ平面か
らみた図である。

【図５】図４に示す光走査器において各くし形電極を透
過する光および回折させる光を示したものである。

【図６】光走査位置に対応したくし形電極への印加電圧
を示したものである。

【図７】他の実施例を示すもので，光偏向素子とセルホ
ック・レンズ・アレイとのカップリングを行なう装置を
ほぼ平面からみた図である。

【図８】さらに他の実施例を示すもので，分岐型光スイ
ッチをほぼ平面からみた図である。

【符号の説明】

１　　ＬｉＮｂＯ３　基板 ２　　光導波層 ４，７，４１〜４６　　くし形電極 ２０　　光偏向素子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電気光学効果をもつ材料により形成さ
   れた光導波路上に，この光導波路を伝搬する光に順次ブ
   ラッグ回折を起こさせる配置で複数のくし形電極が形成
   されている光偏向素子において，最後にブラッグ回折を
   起こさせるくし形電極への電圧の印加を制御し，光の出
   射方向をそろえることを特徴とする光偏向素子の動作方
   法。
2. 【請求項２】　　上記複数のくし形電極の間隔が光の進
   行方向に向って順次狭くなるように配置したことを特徴
   とする請求項１に記載の光偏向素子の動作方法。