JPH05181173A - 光偏向子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 消費電流が小さく、応答時間が短く、構成が
簡単な光偏向子を提供。 【構成】 強誘電体により構成された基板３の表面に
は、それより高屈折率の光導波路５が形成される。光導
波路５の表面には圧電作用により弾性表面波を発生する
すだれ状電極７が、光導波路５の出射端面１３には厚さ
方向に電界を印加するプレーナ電極９が、それぞれ設け
られている。レーザ光源２１から照射されたレーザビー
ム２３は、圧電作用によりすだれ状電極７が発生する弾
性表面波により光導波路５の幅方向に偏向され、続いて
プレーナ電極９が印加する電界により光導波路５の厚さ
方向に偏向される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ビームを２次元方向に
偏向させる光偏向子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりこの種の光偏向子としては例え
ば特公昭５８−１２５０２３号公報に記載のように、基
板面に圧電材料にて形成された薄膜の光導波路と、その
光導波路に光ビームを導入する光導入部と、光導波路に
弾性表面波を発生するすだれ状電極と、光ビームが出射
される光導波路の出射端面と、その出射端面近傍の光導
波路表面に設けられた電気発熱体とを備えた光偏向子が
知られている。

【０００３】このように構成された光偏向子では、光導
入部から導入されて光導波路内を進行する光ビームは、
すだれ状電極により発生する弾性表面波によって回折さ
れる。このため、弾性表面波の振動周波数を変化させる
ことにより光ビームを光導波路の幅方向に偏向させるこ
とができる。

【０００４】また電気発熱体を発熱させると光導波路の
厚さ方向に温度勾配ができ、その温度勾配に応じて光導
波路の屈折率が変化する。すると光導波路がプリズムの
ように作用して光ビームを屈折させる。このため、電気
発熱体の発熱温度を変化させることにより光ビームを光
導波路の厚さ方向に偏向させることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところがこの種の光偏
向子では、電気発熱体を駆動するためには比較的大きな
電流が必要であるので光偏向子全体の消費電流が大きく
なってしまう。また電気発熱体に通電してから光導波路
の温度勾配が所望の大きさとなるまでには長い時間がか
かっていた。

【０００６】更に実際には、電気発熱体によって加えら
れた熱が光導波路に均一に拡散してしまうことを防止す
るため、電気発熱体の反対側に光導波路を挟んでヒート
シンク等を設ける必要があった。このため光偏向子の構
成が複雑となり製造コストも高くなってしまうことがあ
った。

【０００７】そこで本発明は、消費電流が小さく、応答
時間が短く、しかも構成が簡単な光偏向子を提供するこ
とを目的としてなされた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達するために
なされた本発明は、基板面に強誘電体にて形成された薄
膜の光導波路と、該光導波路に光ビームを導入する光導
入部と、上記光導波路に弾性表面波を発生するすだれ状
電極と、上記光ビームが出射される上記光導波路の出射
端面と、該出射端面に上記光導波路の厚さ方向に電界を
印加する電界印加手段と、を備えることにより、圧電作
用により上記すだれ状電極が発生する弾性表面波の振動
周波数を変化させた場合は上記光ビームを上記光導波路
の幅方向に偏向でき、上記電界印加手段が印加する電界
強度を変化させた場合は上記光ビームを上記光導波路の
厚さ方向に偏向できることを特徴とする光偏向子を要旨
としている。

【０００９】

【作用】このように構成された本発明では、光導入部か
ら導入されて光導波路内を進行する光ビームは、すだれ
状電極が発生する弾性表面波によって回折される。この
ため、弾性表面波の振動周波数を変化させることにより
光ビームを光導波路の幅方向に偏向させることができ
る。

【００１０】また光導波路は強誘電体にて形成されてい
るので、電界印加手段にて出射端面に厚さ方向の電界を
印加すると、印加される電界強度に比例して光導波路の
屈折率が変化する。このため出射端面から出射される光
ビームは光導波路の厚さ方向に偏向する。

【００１１】電界印加手段は殆ど電流を流す必要がな
く、また構成も簡単である。更に光導波路に印加される
電界は、電界印加手段の駆動とほぼ同時に変化するの
で、偏向の応答時間も短い。

【００１２】

【実施例】次に本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１は実施例の光偏向子１の構成を表す斜視図である。
図に示すように本実施例の光偏向子１は基板３表面に形
成された薄膜の光導波路５と、この光導波路５に弾性表
面波（図２）を発生するすだれ状電極７と、光導波路５
の厚さ方向に電界を印加する電界印加手段としてのプレ
ーナ電極９とから構成されている。

【００１３】基板３は強誘電体であるニオブ酸リチウム
（ＬｉＮｂＯ₃ ）単結晶によって形成されている。この
基板３表面にはチタン（Ｔｉ）を熱拡散して基板３より
０．０１ないし０．０３程度屈折率の高い光導波路５が
形成されている。更にこの光導波路５表面には、すだれ
状電極７が形成されている。すだれ状電極７は種々の周
波数で交流信号を発生する交流信号源１１に接続された
一対のすだれ状の電極７ａ，７ｂにて構成され、圧電作
用により光導波路５表面に弾性表面波を発生するもので
ある。

【００１４】また光導波路５表面のすだれ状電極７を形
成した面と直交する二端面は光学研磨され、出射端面１
３および光導入部としての入射端面１５とされている。
出射端面１３近傍には、基板３側裏面および光導波路５
側表面に、一対のプレーナ電極９ａ，９ｂが対向してい
る。更にプレーナ電極９ａ，９ｂ間には、どちらの方向
にも種々の大きさで電界を印加できる直流電源１７が接
続されている。

【００１５】一方光偏向子１の入射端面１５側には少し
距離をおいてレーザ光源２１、およびレーザ光源２１か
ら照射されるレーザビーム２３を集光する凸レンズ２５
が設けられ、光偏向子１の出射端面１３側には少し間隔
を開けてスクリーン２７が設けられている。

【００１６】次にこのように構成された光偏向子１の動
作を説明する。レーザ光源２１から照射されたレーザビ
ーム２３は、凸レンズ２５にて入射端面１５に集光さ
れ、光導波路５内を進行する。続いて交流信号源１１を
駆動すると、すだれ状電極７により弾性表面波を発生
し、レーザビーム２３は図２に例示するように光導波路
５の幅方向に偏向される。

【００１７】即ち図２に例示するように、すだれ状電極
７にある周波数ｆ0の交流信号を印加すると、周波数ｆ0
に対応する波長λ0 の弾性表面波が光導波路５表面に発
生する。この弾性表面波により光導波路５中にピッチλ
0 の周期的な屈折率変化が生じ、この屈折率変化の波が
回折格子として作用する。この波面に対して角度θ0で
入射した波長λ1 のレーザビーム２３ａは、次の式を満
たすとき波面により回折され、ブラッグ回折されたレー
ザビーム２３ｂとなる。

【００１８】θ0＝arcsin（λ1 ／２λ0 ） ここで、弾性表面波の伝搬ベクトルが図２のＸ方向成分
だけでなくＺ方向成分をも有すること等により、すだれ
状電極７に印加する交流信号の周波数ｆ0を所定の範囲
内で変化させてｆ0±△ｆとしたとき、ブラッグ回折さ
れるレーザビーム２３ｂの進行方向は、光導波路５の平
面内において△θの範囲内で変化する。即ち交流信号の
周波数を所定の範囲内で連続的に変化させることによ
り、レーザビーム２３ｂの進行方向を連続的に変化させ
ることができる。

【００１９】図１に戻って、光導波路５の幅方向に偏向
されたレーザビーム２３は、続いてプレーナ電極９ａと
９ｂとの間を通過する。このとき直流電源１７にてプレ
ーナ電極９ａ，９ｂ間に電圧を印加すると、図３に例示
するように光導波路５の厚さ方向に偏向される。

【００２０】即ちプレーナ電極９ａ，９ｂ間に電圧を印
加すると、光導波路５および基板３を構成する強誘電体
の屈折率は印加される電界強度に比例して変化する。尚
このときレーザビーム２３が偏向される方向は印加され
る電界の方向によって決定し、偏向の大きさは電界の強
さによって決定する。

【００２１】このようにレーザビーム２３は光導波路５
の幅方向および厚さ方向に偏向されて出射端面１３より
出射される。そして出射端面１３より出射されたレーザ
ビーム２３はスクリーン２７上に像２９を結ぶ。また本
実施例の光偏向子１では、プレーナ電極９ａ，９ｂ間は
基板３及び光導波路５によって絶縁されているので、直
流電源１７を駆動しても殆ど電流が流れず、このため消
費電流を極めて小さくすることができる。

【００２２】また本実施例の光偏向子１は、プレーナ電
極９ａ，９ｂを直流電源１７両端に接続しただけの簡単
な構成によって、レーザビーム２３を光導波路５の厚さ
方向に偏向させることができる。このため光偏向子１の
構成を簡略化して製造コストを大幅に低下させることが
できる。

【００２３】更に光導波路５に印加される電界は直流電
源１７の駆動とほぼ同時に変化するので、偏向の応答時
間を短縮することができる。尚上記実施例では、光導波
路５の入射端面１５側から照射されたレーザビーム２３
を入射端面１５より導入しているが、光導入部としては
この他種々の構成を適用することができる。例えば、光
導波路５表面にグレーティングカプラを設けて光導波路
５の斜め上から照射されたレーザビーム２３を導入する
ように構成してもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の光偏向子
は、すだれ状電極により発生する弾性表面波の振動周波
数を変化させることによって光ビームを光導波路の幅方
向に偏向させると共に、電界印加手段が印加する電界強
度を変化させることによって光ビームを光導波路の厚さ
方向に偏向させることができる。

【００２５】電界印加手段は消費電流が極めて小さく構
成も簡単であるので、光偏向子の消費電流を小さくする
と共に光偏向子の構成を簡略化することができる。更に
光導波路に印加される電界は電界印加手段の駆動とほぼ
同時に変化するので、偏向の応答時間を短縮することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の光偏向子の構成を表す斜視図である。

【図２】すだれ状電極の動作原理を表す説明図である。

【図３】プレーナ電極の動作原理を表す説明図である。

【符号の説明】

１…光偏向子 ３…基板
５…光導波路 ７…すだれ状電極 ９…プレーナ電極
１１…交流信号源 １３…出射端面 １５…入射端面
１７…直流電源 ２１…レーザ光源 ２３…レーザビーム
２５…凸レンズ ２７…スクリーン ２９…像

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板面に強誘電体にて形成された薄膜の
   光導波路と、該光導波路に光ビームを導入する光導入部
   と、上記光導波路に弾性表面波を発生するすだれ状電極
   と、上記光ビームが出射される上記光導波路の出射端面
   と、該出射端面に上記光導波路の厚さ方向に電界を印加
   する電界印加手段と、を備えることにより、圧電作用に
   より上記すだれ状電極が発生する弾性表面波の振動周波
   数を変化させた場合は上記光ビームを上記光導波路の幅
   方向に偏向でき、上記電界印加手段が印加する電界強度
   を変化させた場合は上記光ビームを上記光導波路の厚さ
   方向に偏向できることを特徴とする光偏向子。