JPH08220497A - Optical switch and optical scanner using the same - Google Patents

Optical switch and optical scanner using the same

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JPH08220497A
JPH08220497A JP2310295A JP2310295A JPH08220497A JP H08220497 A JPH08220497 A JP H08220497A JP 2310295 A JP2310295 A JP 2310295A JP 2310295 A JP2310295 A JP 2310295A JP H08220497 A JPH08220497 A JP H08220497A
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JP
Japan
Prior art keywords
mode
optical
waveguide
light
polarization plane
Prior art date
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Pending
Application number
JP2310295A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takao Tomono
孝夫 友野
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Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
Priority to JP2310295A priority Critical patent/JPH08220497A/en
Publication of JPH08220497A publication Critical patent/JPH08220497A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To provide an optical scanner enabling low-voltage driving at high speed and having high reliability. CONSTITUTION: A switching element is constituted by arraying a polarizing surface rotary element D1 having a function rotating the polarizing surface of the light wave of a TE mode or a TM mode by an electrooptic effect obtained by forming a pair of electrodes 4 along the advancing direction of light on an optical waveguide 2 formed on a substrate 1 and having an electrooptic function and impressing voltage between the electrodes and a polarizer D2 provided with a clad layer absorbing the light wave of a mode obtained by a rotation out of the light wave of the TE mode or the TM mode.

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、光スイッチおよびこれ
を用いた光走査装置に係り、特にレーザプリンタ、デジ
タル複写機およびレーザディスプレイなどに使用する光
走査装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical switch and an optical scanning device using the same, and more particularly to an optical scanning device used for laser printers, digital copying machines, laser displays and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、光を走査させる装置(光偏向器)
としてポリゴンミラー、ガルバノミラーなどが知られて
いる。これらは現在広く普及し、レーザプリンタなどに
応用されている。このような機械的制御による光偏光器
では、振動素子の固有回転数は2.5kHz程度であ
り、もしポリゴンミラーが8面体であるならば,偏光速
度は数10kHzである。しかし広い角度で安定な動作
が可能であり、分割されたレーザビームを用いて高速化
をはかるとともに、電気的な制御により256階調を実
現している。
2. Description of the Related Art Conventionally, a device for scanning light (optical deflector)
Known polygon mirrors, galvano mirrors, and the like. These are now widely spread and applied to laser printers and the like. In the mechanically controlled optical polarizer, the natural rotation speed of the vibrating element is about 2.5 kHz, and if the polygon mirror is an octahedron, the polarization speed is several tens kHz. However, stable operation is possible in a wide angle, high speed is achieved by using a divided laser beam, and 256 gradations are realized by electrical control.

【0003】さらなる高速化をはかる方法としては、電
気光学的制御と音響光学的制御が考えられるが、現在レ
ーザ工学(阿座上孝他共著、オーム社)などにも示され
るように、特に電気光学的制御と音響光学的制御による
光偏向器の偏向速度は、共に機械的制御に比べ、原理上
は高速動作が可能である。
Electro-optical control and acousto-optical control are conceivable as a method for further increasing the speed, but as shown in the current laser engineering (co-authored by Takashi Azagami et al., Ohmsha), particularly electro-optical control. The deflection speed of the optical deflector by the control and the acousto-optical control can both be operated at a high speed in principle as compared with the mechanical control.

【0004】しかも、音響光学的光偏光器が数100M
Hzの偏光速度を得ることができるのに対して、電気光
学的光偏光器は数10GHzと最高の偏光速度が見込ま
れる。 従って、偏向速度の高速化をはかる際には、電
気光学的光偏向器が最も有望である。
Moreover, the acousto-optic optical polarizer has several 100M.
While the polarization rate of Hz can be obtained, the electro-optical optical polarizer is expected to have the highest polarization rate of several tens GHz. Therefore, the electro-optical light deflector is most promising when the deflection speed is increased.

【0005】一方、従来、単一モードファイバー中を伝
搬してきた光を導波型デバイスに入射して光信号処理を
行うとき、入射光波は一般的に楕円偏光になっている。
導波路型デバイスでの能動素子は、導波路面に垂直にz
軸をとったとき、電場ベクトルがxy平面内にあるTE
モード、磁場ベクトルがxy平面内にあるTMモードの
いずれかの偏光のみに対して動作する。従って、いずれ
かの偏光を除去するか、TEもしくはTMの伝搬通路を
分離するかの選択をする必要が生じてくる。このとき、
導波路偏光子として金属クラッドもしくはモードスプリ
ッタが用いられている(光集積回路:西原浩、春名正
光、栖原敏明著、オーム社)
On the other hand, when the light propagating in the single mode fiber is incident on the waveguide type device for optical signal processing, the incident light wave is generally elliptically polarized.
The active element in the waveguide type device is z perpendicular to the waveguide plane.
When the axis is taken, the electric field vector is TE in the xy plane.
It operates only for polarized light of either mode or TM mode in which the magnetic field vector is in the xy plane. Therefore, it becomes necessary to select either polarized light or separate the TE or TM propagation path. At this time,
A metal clad or a mode splitter is used as a waveguide polarizer (optical integrated circuit: Hiroshi Nishihara, Masamitsu Haruna, Toshiaki Suhara, Ohmsha)

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気光
学的光偏向器は偏向角度が小さく、さらに光偏向器の性
能を示す解像点数(偏向角をビームの広がりで割った
値)が、数点程度と小さいという問題がある。また、電
気光学的制御によるアナログ的光偏向は高電圧を必要と
する。
However, the electro-optical light deflector has a small deflection angle, and the number of resolution points (a value obtained by dividing the deflection angle by the beam spread) indicating the performance of the light deflector is several points. There is a problem of being small and small. Further, analog light deflection by electro-optical control requires a high voltage.

【0007】これらの問題点のうち、駆動電圧について
は、導波路化することにより駆動電圧を低く抑えるよう
にした技術が提案されており、この技術によって解決す
ることができる。しかし、偏向角度が小さいという問題
また、解像点数が少ないという問題は、依然として解決
策が見出だされていない。
[0007] Among these problems, with respect to the driving voltage, a technique has been proposed in which the driving voltage is suppressed to a low level by forming a waveguide, and this can be solved. However, the problem that the deflection angle is small and the problem that the number of resolution points is small have not been found yet.

【0008】本発明は前記実情に鑑みてなされたもの
で、上記偏向角度と解像点数の問題を解決し、高速で低
電圧駆動が可能であって、信頼性の高い、光スイッチお
よび光走査装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and solves the problems of the deflection angle and the number of resolution points, enables high-speed low-voltage driving, and has high reliability. The purpose is to provide a device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の特徴は、
透光性の基板と、前記基板上に形成された電気光学機能
をもつ光導波路と、前記光導波路上に光の進行方向に沿
って形成された一対の電極を具備し、この一対の電極間
に電圧を印加することによって電気光学効果により、T
EモードもしくはTMモードの光波の偏光面を回転させ
る機能をもつ偏光面回転素子と、前記偏光面回転素子の
後方で、前記光導波路上を覆うように形成されたクラッ
ド層から構成され、前記TEモードもしくはTMモード
の光波のうち、一方のモードの光波を吸収する偏光子と
を具備した光スイッチにある。
The first feature of the present invention is to:
A light-transmissive substrate, an optical waveguide having an electro-optical function formed on the substrate, and a pair of electrodes formed on the optical waveguide along the traveling direction of light, and between the pair of electrodes. By applying a voltage to the
A polarization plane rotating element having a function of rotating a polarization plane of an E-mode or TM-mode light wave, and a cladding layer formed behind the polarization plane rotating element so as to cover the optical waveguide. An optical switch having a polarizer that absorbs one of the mode or TM mode light waves.

【0010】本発明の第2の特徴は、このスイッチを複
数個配列するとともにこのスイッチの各光導波路に光を
供給する光源を具備することにより、光走査装置を得る
ことにある。すなわち本発明の第2は、透光性の基板
と、前記基板上に形成された電気光学機能をもつ複数の
光導波路と、前記光導波路上に光の進行方向に沿って形
成された一対の電極を具備し、この一対の電極間に電圧
を印加することによって電気光学効果により、TEモー
ドもしくはTMモードの光波の偏光面を回転させる機能
をもつ複数の偏光面回転素子と、前記各偏光面回転素子
の後方で、前記光導波路上を覆うように形成されたクラ
ッド層から構成され、前記TEモードもしくはTMモー
ドの光波のうち、前記回転によって得られたモードの光
波を吸収する複数の偏光子とを具備し、前記各光導波路
上を覆うクラッド層から構成され、前記TEモードもし
くはTMモードの光波のうち、前記回転によって得られ
たモードあるいは回転されなかったモードの光波のいず
れかのモードを吸収する偏光子とを具備したことを特徴
とする光走査装置にある。
A second feature of the present invention is to provide an optical scanning device by arranging a plurality of the switches and providing a light source for supplying light to each optical waveguide of the switch. That is, a second aspect of the present invention is to provide a translucent substrate, a plurality of optical waveguides having an electro-optical function formed on the substrate, and a pair of optical waveguides formed on the optical waveguide along a light traveling direction. A plurality of polarization plane rotating elements each having an electrode and having a function of rotating a polarization plane of a TE-mode or TM-mode light wave by an electro-optical effect by applying a voltage between the pair of electrodes; A plurality of polarizers formed of a clad layer formed behind the rotating element so as to cover the optical waveguide, and absorb the light waves of the mode obtained by the rotation among the TE-mode or TM-mode light waves. Of the TE-mode or TM-mode light wave, which is obtained by the rotation or is not rotated. In the optical scanning apparatus characterized by comprising a polarizer which absorbs one of the modes of the light wave mode.

【0011】さらにまた本発明の第3の特徴は、光走査
装置の偏光面回転素子と光源との間に導波路レンズを具
備し、光源からの光を広げて各チャンネルに分枝し、各
偏光面回転素子に入力せしめるようにしたことにある。
A third feature of the present invention is that a waveguide lens is provided between the polarization plane rotating element of the optical scanning device and the light source, and the light from the light source is spread and branched into each channel. This is because the input is made to the polarization plane rotating element.

【0012】さらに本発明の第4の特徴は、さらに偏光
面回転素子および偏光子を通過したのち、光導波路上に
ビームエキスパンダーおよび導波路レンズを配設するか
または、偏光面回転素子および偏光子への入射に先だ
ち、光導波路上に導波路レンズを配設することにある。
A fourth feature of the present invention is that a beam expander and a waveguide lens are arranged on the optical waveguide after passing through the polarization plane rotating element and the polarizer, or the polarization plane rotating element and the polarizer are arranged. A waveguide lens is provided on the optical waveguide prior to incidence on the optical waveguide.

【0013】本発明の第5の特徴は、これらの素子をす
べて集積化したことにある。
The fifth feature of the present invention is that all these elements are integrated.

【0014】[0014]

【作用】ところで偏光面回転機能は、結晶に電圧を印加
すると主軸が回転するため、偏光面が回転する現象であ
る。まず、チャネル幅が広い光導波路にTEモードの光
波を導入する。図1に示すように、結晶の誘電主軸に平
行に入射したTEモード光はチャンネル2の幅方向の両
端に形成された1対の電極4に電圧を印加されなけれ
ば、反対側の面からTEモードのまま出射される。電圧
を印加すると、電気光学結晶の誘電主軸が傾く。このた
め偏波面は回転をして、ある長さ通過すると、TMモー
ドに変換される。これにより、電圧を印加しない部分と
した部分で、導波路光はTEモードもしくはTMモード
の2種類のモードを作ることができる。この導波路光
を、金属クラッドもしくは異方性結晶クラッドで代表さ
れる導波路型偏光子に通すと、TMモードを吸収し、T
Eモードを通過させることができ、スィッチとして作用
する。
The function of rotating the plane of polarization is a phenomenon in which the plane of polarization rotates because the main axis rotates when a voltage is applied to the crystal. First, a TE mode light wave is introduced into an optical waveguide having a wide channel width. As shown in FIG. 1, TE-mode light incident parallel to the crystal's dielectric main axis is transmitted from the opposite surface unless a voltage is applied to the pair of electrodes 4 formed at both ends in the width direction of the channel 2. It is emitted in the mode. When a voltage is applied, the dielectric main axis of the electro-optic crystal tilts. For this reason, the plane of polarization rotates and, after passing a certain length, is converted to the TM mode. As a result, the waveguide light can generate two kinds of modes, the TE mode or the TM mode, in the portion where the voltage is not applied. When this waveguide light is passed through a waveguide type polarizer typified by a metal clad or an anisotropic crystal clad, the TM mode is absorbed, and T
It can pass E mode and acts as a switch.

【0015】また、本発明の第2によればこのスイッチ
を複数個配列することにより、光走査装置を得ることが
できる。図2に示すように、チャンネル幅が広い光導波
路2上に上述したスイッチを配列することにより、光走
査装置を作成することができる。ここで入射される光は
TEモードでもTMモードでもよい。この場合、TEモ
ードとTMモードとの関係は逆になる。この光スィッチ
素子を並列して多数ならべると、微細なドットをもつ1
ラインの印字パターンを得ることができる。仮に、偏光
面回転素子部分が70mm程度であれば、3Vという低電
圧駆動が可能である。また0と1のデジタルパターン以
外に、印加電圧を変化させると偏光面回転素子部分にお
ける偏波面の回転速度を変化させることができる。その
結果、偏波面のTEモード成分への方向余弦は印加電圧
に依存して変化する。これにより、強度変調を行うこと
ができ、例えばプリンターとして用いる場合には階調を
制御することができる。
According to the second aspect of the present invention, an optical scanning device can be obtained by arranging a plurality of these switches. As shown in FIG. 2, by arranging the above-mentioned switches on the optical waveguide 2 having a wide channel width, an optical scanning device can be manufactured. The incident light may be TE mode or TM mode. In this case, the relationship between the TE mode and the TM mode is reversed. When a large number of these optical switch elements are arranged in parallel, they have fine dots.
The print pattern of the line can be obtained. If the polarization plane rotating element portion is about 70 mm, low voltage driving of 3 V is possible. In addition to the digital pattern of 0 and 1, the rotation speed of the polarization plane in the polarization plane rotating element portion can be changed by changing the applied voltage. As a result, the direction cosine to the TE mode component of the plane of polarization changes depending on the applied voltage. Thereby, intensity modulation can be performed, and gradation can be controlled when used as a printer, for example.

【0016】さらにまた本発明の第3によれば、光走査
装置の偏光面回転素子と光源との間に導波路レンズを具
備し、光源からの光を広げて各チャンネルに分枝し、各
偏光面回転素子に入力せしめるようにしたことにより、
ビームを広げることができ、走査幅を増大することがで
きる。
Further, according to a third aspect of the present invention, a waveguide lens is provided between the polarization plane rotating element of the optical scanning device and the light source, and the light from the light source is spread and branched into each channel. By making it possible to input to the polarization plane rotation element,
The beam can be expanded and the scan width can be increased.

【0017】さらに本発明の第4によれば、さらに偏光
面回転素子および偏光子を通過したのち、光導波路上に
ビームエキスパンダーおよび導波路レンズを配設するこ
とによりビームを広げることができ、走査幅を増大する
ことができる。
Further, according to the fourth aspect of the present invention, the beam can be expanded by further arranging the beam expander and the waveguide lens on the optical waveguide after passing through the polarization plane rotating element and the polarizer. The width can be increased.

【0018】本発明の第5によれば、光源も含めて、こ
れらの素子をすべて集積化し、極めて小型で信頼性の高
い光走査装置を得ることが可能となる。
According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to obtain an extremely small and highly reliable optical scanning device by integrating all these elements including the light source.

【0019】また同一基板上にマイクロ可動ミラーを設
置することにより、二次元光走査装置を得ることができ
る。また、移相変調と強度変調を行うことができるた
め、3次元ディサスプレィを作成することもできる。
A two-dimensional optical scanning device can be obtained by installing the micro movable mirror on the same substrate. Further, since the phase shift modulation and the intensity modulation can be performed, it is possible to create a three-dimensional suspension.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明について、図面を参照しつつ詳
細に説明する。図3は、本発明実施例の光走査装置を示
す図、図4はその断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 3 is a diagram showing an optical scanning device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a sectional view thereof.

【0021】この光走査装置は、透光性電気光学結晶で
あるLiNbO3 基板1を基板として使用し、光源とし
ての半導体レーザ100からの光を、エキスパンダーお
よびコリメートレンズからなるEO導波路200で広
げ、さらにこのLiNbO3 基板1表面に熱拡散法によ
りチタンを拡散して形成された、深さ1.2μm 、幅5
μm のチタン拡散層からなるチャンネル導波路2(2
a,2b,2c,2d)と、この表面に形成された、コ
ーニング7059と指称されているガラス材料(以下ガ
ラス材料)からなる膜厚100nmの薄膜で構成されたバ
ッファ層3と、このバッファ層3表面にアレー状をなし
て配列された4対のアルミニウム電極4からなる偏光回
転素子D1と、この偏光回転素子の後方でチャンネル導
波路を覆うように配設されたアルミニウムクラッド層5
からなる偏光子D2とに導くように構成されたものであ
る。ここで光源はTEモードの半導体レーザアレイ光で
直接各チャンネル導波路2に入射するように構成されて
いる。
This optical scanning device uses a LiNbO 3 substrate 1 which is a translucent electro-optical crystal as a substrate, and spreads light from a semiconductor laser 100 as a light source with an EO waveguide 200 composed of an expander and a collimating lens. Further, it was formed by diffusing titanium on the surface of this LiNbO 3 substrate 1 by a thermal diffusion method, depth 1.2 μm, width 5
Channel waveguide 2 (2
a, 2b, 2c, 2d), a buffer layer 3 formed on this surface by a thin film having a thickness of 100 nm and made of a glass material called Corning 7059 (hereinafter referred to as glass material), and the buffer layer 3. 3 a polarization rotator D1 consisting of four pairs of aluminum electrodes 4 arranged in an array on the surface, and an aluminum clad layer 5 disposed behind the polarization rotator to cover the channel waveguide.
And a polarizer D2 composed of Here, the light source is configured to directly enter the channel waveguides 2 with TE mode semiconductor laser array light.

【0022】この装置では、図4に実線で示すように、
各アルミニウム電極4に電圧を印加していないとき、L
iNbO3 基板1に入射したレーザ光は導波路2をその
まま進む。
In this device, as shown by the solid line in FIG.
When no voltage is applied to each aluminum electrode 4, L
The laser light incident on the iNbO 3 substrate 1 proceeds along the waveguide 2 as it is.

【0023】一方、アルミニウム電極4に電圧を印加す
ると、その部分の偏波面は回転して電極を通り過ぎた
後、TMモード(点線)に変換される。そしてバッファ
層がなくなるとともに、アルミニウムクラッド層5で覆
われた領域にくると、ここでTMモードは吸収され、チ
ャネル導波路のライン上のチャンネル数に応じたドット
パターンを得ることができる。すなわち、電圧を印加す
ると、OFF状態になり、アレイ化した状態では印字さ
れないことになる。このようにして作成された光走査装
置は図5に示すように紙面に走査範囲Rでレーザビーム
をスキャンさせることができる。また感光体ドラムに走
査させるとレーザプリンタとして使用することができ
る。
On the other hand, when a voltage is applied to the aluminum electrode 4, the polarization plane of that portion rotates and passes through the electrode, and then is converted to the TM mode (dotted line). Then, when the buffer layer disappears and the region is covered with the aluminum clad layer 5, the TM mode is absorbed here, and a dot pattern corresponding to the number of channels on the line of the channel waveguide can be obtained. That is, when a voltage is applied, it is turned off, and printing is not performed in the arrayed state. The optical scanning device thus created can scan the laser beam in the scanning range R on the paper surface as shown in FIG. Further, when the photosensitive drum is scanned, it can be used as a laser printer.

【0024】次に本発明の第2の実施例について説明す
る。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

【0025】図6は、本発明実施例の光走査装置を示す
図、図7は図6の断面図である。
FIG. 6 is a diagram showing an optical scanning device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a sectional view of FIG.

【0026】前記第1の実施例では、偏光回転素子D1
の1対の電極は導波路上すなわち基板面に平行に配列さ
れ、基板面に平行に電圧が印加されるようにしたが、こ
の例では、基板面に対して垂直な方向に電極が配列さ
れ、基板面に垂直に電圧が印加されるように構成された
ことを特徴とする。
In the first embodiment, the polarization rotation element D1
The pair of electrodes are arranged on the waveguide, that is, in parallel with the substrate surface, and the voltage is applied in parallel with the substrate surface. In this example, the electrodes are arranged in the direction perpendicular to the substrate surface. It is characterized in that a voltage is applied perpendicularly to the substrate surface.

【0027】すなわち、この光走査装置は、光源として
の半導体レーザ100と、この半導体レーザ100から
の光を広げるように構成されたビームエキスパンダーお
よびコリメートレンズを備えたEO導波路200と、E
O導波路200を介して伝送されてきた光を、電極への
電圧のオン・オフによって電気光学効果により、TEモ
ードもしくはTMモードの光波の偏光面を回転させる偏
光回転素子D1と、この偏光回転素子の後方で、前記回
転によって得られたモードの光波を吸収する偏光子D2
と、ビームエキスパンダーおよびfθレンズからなる分
岐型導波路300とで構成される。そして実際の素子構
造は、図7に断面図を示すように、ガラス材料からなる
透光性のガラス基板11表面に形成されたストライプ状
の第1の電極14と、この上層に形成された膜厚100
nmのガラス材料の薄膜からなるバッファ層15と、この
上層に形成されたC軸配向のZnO薄膜からなる導波路
16と、さらにこの上層の所定の位置に選択的に形成さ
れた膜厚100nmのガラス材料の薄膜からなるバッファ
層17と、このバッファ層17上に形成された第2の電
極18と、導波路上のこの第2の電極の後方に位置する
ように形成された酸化ニオブ(Nb2 3 )薄膜からな
る吸収薄膜19とから構成されている。またこの導波路
16を構成するC軸配向のZnO薄膜は、ビームエキス
パンダー、コリメートレンズおよびfθレンズを構成す
るように、領域毎にその膜厚が調整されている。
That is, the optical scanning device includes a semiconductor laser 100 as a light source, an EO waveguide 200 having a beam expander and a collimating lens configured to spread the light from the semiconductor laser 100, and E
A polarization rotator D1 that rotates the polarization plane of the TE mode or TM mode light wave by the electro-optical effect of the light transmitted through the O waveguide 200 by turning on and off the voltage to the electrode, and this polarization rotation. Behind the element, a polarizer D2 for absorbing the light wave of the mode obtained by the rotation
And a branched waveguide 300 including a beam expander and an fθ lens. The actual element structure is, as shown in the sectional view of FIG. 7, a stripe-shaped first electrode 14 formed on the surface of a translucent glass substrate 11 made of a glass material, and a film formed on this upper layer. Thickness 100
buffer layer 15 made of a glass material thin film having a thickness of nm, a waveguide 16 made of a C-axis oriented ZnO thin film formed on the upper layer, and a film thickness of 100 nm selectively formed at a predetermined position on the upper layer. A buffer layer 17 formed of a thin film of a glass material, a second electrode 18 formed on the buffer layer 17, and niobium oxide (Nb oxide) formed so as to be located on the waveguide behind the second electrode. 2 O 3 ) and an absorption thin film 19 made of a thin film. The thickness of the C-axis oriented ZnO thin film forming the waveguide 16 is adjusted for each region so as to form a beam expander, a collimator lens and an fθ lens.

【0028】次にこの光走査装置の製造方法について説
明する。まず、基板としてガラス材料を使用し、この表
面にスパッタリング法により金層を形成し、フォトリソ
グラフィ法によりパターニングして、厚さ1.2μm 、
幅10μm のストライプ状をなすように、第1の電極1
4を形成する。このストライプが各導波路に対応する。
次いで、この上層にスパッタリング法によりガラス材料
の薄膜を形成し、バッファ層15とするとともにさら
に、スパッタリング法によりZnO薄膜を形成した後C
2 レーザを用いてアニールを行うことによりC軸配向
のZnO薄膜からなる導波路16を形成する。また、こ
のZnO薄膜は、ビームエキスパンダー、コリメートレ
ンズおよびfθレンズを構成するようにその相当する領
域で膜厚が調整される。さらにここではC軸配向のZn
O薄膜およびバッファ層は全面に形成されているが、第
1の電極14をストライプ状とすることによりこのスト
ライプで導波路を規定している。
Next, a method of manufacturing this optical scanning device will be described. First, a glass material is used as a substrate, a gold layer is formed on this surface by a sputtering method, and patterned by a photolithography method to have a thickness of 1.2 μm.
The first electrode 1 is formed into a stripe shape with a width of 10 μm.
4 is formed. This stripe corresponds to each waveguide.
Then, a thin film of a glass material is formed on this upper layer by a sputtering method to form a buffer layer 15, and a ZnO thin film is further formed by a sputtering method, and then C
The waveguide 16 made of a C-axis oriented ZnO thin film is formed by annealing using an O 2 laser. Further, the film thickness of this ZnO thin film is adjusted in its corresponding region so as to form a beam expander, a collimator lens and an fθ lens. Furthermore, here, Zn with C-axis orientation
Although the O thin film and the buffer layer are formed on the entire surface, the stripe is defined by the first electrode 14 to define the waveguide.

【0029】この後、さらにこの上層にスパッタリング
法によりガラス材料の薄膜を形成し、フォトリソグラフ
ィにより、パターニングし、偏光回転素子D1に相当す
る領域にのみ選択的にバッファ層17を形成する。
After that, a thin film of a glass material is further formed on the upper layer by a sputtering method and is patterned by photolithography to selectively form the buffer layer 17 only in the region corresponding to the polarization rotation element D1.

【0030】そしてさらに、蒸着法によりアルミニウム
層を形成し、フォトリソグラフィにより電極パターンを
形成し第2の電極18を得る。そしてスパッタリング法
により、酸化ニオブ(Nb2 3 )薄膜からなる吸収薄
膜19を形成しフォトリソグラフィによりこれをパター
ニングしたのち、最後に基板端面を研磨する。
Further, an aluminum layer is formed by vapor deposition and an electrode pattern is formed by photolithography to obtain the second electrode 18. Then, an absorption thin film 19 made of a niobium oxide (Nb 2 O 3 ) thin film is formed by a sputtering method, and the absorption thin film 19 is patterned by photolithography. Finally, the end face of the substrate is polished.

【0031】このようにして図6および図7に示した光
走査装置が形成される。次に、この光走査装置の動作原
理について説明する。図7に示すように、TEモードの
光源100から出射された光は直接導波路に入射し、導
波路レンズを通してレーザビームは広げられ、素子サイ
ズに応じた広がりになったところで、レーザビームはコ
リメートレンズでコリメートされ、分枝されたチャンネ
ル導波路すなわち第1の電極パターンによるストライプ
領域部分に導入される。そしてバッファ層15,17を
介して第1の電極14および第2の電極18の間に電圧
を印加すると、その部分の偏波面は回転してこの電極間
領域を通り過ぎた後TMモード(点線)に変換される。
一方電圧が印加されないとそのままTEモード(実線)
のままで進む。
In this way, the optical scanning device shown in FIGS. 6 and 7 is formed. Next, the operating principle of this optical scanning device will be described. As shown in FIG. 7, the light emitted from the TE mode light source 100 is directly incident on the waveguide, the laser beam is expanded through the waveguide lens, and the laser beam is collimated when the laser beam is expanded according to the element size. It is collimated by a lens and introduced into a branched channel waveguide, that is, a stripe region portion by the first electrode pattern. Then, when a voltage is applied between the first electrode 14 and the second electrode 18 via the buffer layers 15 and 17, the polarization plane of that portion rotates and passes through the inter-electrode region, and then the TM mode (dotted line) Is converted to.
On the other hand, if no voltage is applied, TE mode (solid line)
Continue as it is.

【0032】そしてバッファ層がなくなるとともに、酸
化ニオブからなる吸収薄膜19で覆われた領域にくる
と、結晶の異方性により、TMモードは導波路から漏れ
でる。この後、素子間分離をはっきりするために、ビー
ムエキスパンダーを通して放射角を広げ、さらにf/θ
レンズを介して集光する。このようにして図8に示すよ
うに、紙面にミラー400を介して、走査範囲Rでレー
ザビームをスキャンさせることができる。また感光体ド
ラムに走査させるとレーザプリンタとして使用すること
ができる。
When the buffer layer is removed and the region is covered with the absorption thin film 19 made of niobium oxide, the TM mode leaks from the waveguide due to crystal anisotropy. After this, in order to clarify the separation between the elements, the radiation angle is expanded through the beam expander, and f / θ is further increased.
Focus through the lens. In this way, as shown in FIG. 8, the laser beam can be scanned in the scanning range R via the mirror 400 on the paper surface. Further, when the photosensitive drum is scanned, it can be used as a laser printer.

【0033】次に本発明の第3の実施例について説明す
る。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.

【0034】図9は、本発明実施例の光走査装置を示す
図、図10は図9の断面図である。前記第2の実施例で
は、導波路をC軸配向のZnO薄膜で構成したが、これ
に代えて、本実施例では、EO効果を有する結晶薄膜で
あるMNA(2メチル4ニトロアニリン)薄膜26を用
いたことを特徴とする。このMNA薄膜は融液法または
気相法で形成される有機薄膜である。また、前記第2の
実施例では、EO導波路にビームエキスパンダーおよび
コリメートレンズを具備したものを用いたが、ここでは
レーザ光をそのまま伝送するEO導波路200´を用い
ており、偏向回転素子D1の位置までレーザビームは広
がるようになっている。また前記第2の実施例ではTM
モードを吸収する偏光子D2の後方にはビームエキスパ
ンダーやf・θレンズが設けられているが、ここでは導
波路レンズ500が設けられている。そして他は前記第
2の実施例と同様に形成されている。
FIG. 9 is a diagram showing an optical scanning device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a sectional view of FIG. In the second embodiment, the waveguide is composed of a C-axis oriented ZnO thin film, but instead of this, in this embodiment, a MNA (2-methyl-4nitroaniline) thin film 26 which is a crystalline thin film having an EO effect is used. Is used. This MNA thin film is an organic thin film formed by a melt method or a vapor phase method. In the second embodiment, the EO waveguide provided with the beam expander and the collimating lens is used. However, here, the EO waveguide 200 'for transmitting the laser light as it is is used, and the deflection rotation element D1 is used. The laser beam spreads to the position. In the second embodiment, TM
A beam expander and an f.theta. Lens are provided behind the polarizer D2 that absorbs modes, but a waveguide lens 500 is provided here. The other parts are formed similarly to the second embodiment.

【0035】この光走査装置の動作原理についても前記
実施例と同様であるが、TEモードの光源100から出
射された光は直接導波路に入射し、分枝されたチャンネ
ル導波路すなわち第1の電極パターンによるストライプ
領域部分に導入される。そしてバッファ層15,17を
介して第1の電極14および第2の電極18の間に電圧
を印加すると、その部分の偏波面は回転してこの電極間
領域を通り過ぎた後TMモード(点線)に変換される。
一方電圧が印加されないとそのままTEモード(実線)
のままで進む。
The operating principle of this optical scanning device is the same as that of the above-mentioned embodiment, but the light emitted from the TE mode light source 100 is directly incident on the waveguide, and the branched channel waveguide, that is, the first waveguide. It is introduced in the stripe region portion by the electrode pattern. Then, when a voltage is applied between the first electrode 14 and the second electrode 18 via the buffer layers 15 and 17, the polarization plane of that portion rotates and passes through the inter-electrode region, and then the TM mode (dotted line) Is converted to.
On the other hand, if no voltage is applied, TE mode (solid line)
Continue as it is.

【0036】そしてバッファ層がなくなるとともに、酸
化ニオブからなる吸収薄膜19で覆われた領域にくる
と、結晶の異方性により、TMモードは導波路から漏れ
でる。このようにしてTEモードの光のみ透過されて基
板の端面から出射せしめられる。
When the buffer layer disappears and the region is covered with the absorption thin film 19 made of niobium oxide, the TM mode leaks from the waveguide due to crystal anisotropy. In this way, only TE mode light is transmitted and emitted from the end face of the substrate.

【0037】次に本発明の第4の実施例について説明す
る。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.

【0038】図11は、本発明実施例の光走査装置を示
す断面図、図12は斜視図である。この例では、光源も
含めて全ての素子を集積化した二次元集積化したもので
あるこの例ではGaAs基板31を使用し、この表面にGaIn
P 系の半導体レーザ600と、第1の導波路レンズ70
0と、偏光回転素子D1と、TMモードを除去するため
の偏光子D2と、第2の導波路レンズ800と、出力の
ためのグレーティング900とミラーMとを光の伝送路
に沿って配列したことを特徴とするもので、ここではGa
P 層をEO導波路として用いている。
FIG. 11 is a sectional view showing an optical scanning device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a perspective view. In this example, all elements including a light source are two-dimensionally integrated. In this example, a GaAs substrate 31 is used, and GaIn is formed on this surface.
The P-type semiconductor laser 600 and the first waveguide lens 70
0, a polarization rotation element D1, a polarizer D2 for removing the TM mode, a second waveguide lens 800, a grating 900 for output and a mirror M are arranged along the optical transmission path. It is characterized by
The P layer is used as an EO waveguide.

【0039】ここで半導体レーザは、GaAs基板31表面
にMOCVD法で積層されたクラッド層としてのAlInP
層32と、活性層としてのGaInP 層33と、クラッド層
としてのAlInP 層34と、表面および裏面に形成された
電極35a,35bとで構成され、導波路に向かって発
光するように構成されている。また半導体レーザの領域
以外の領域では、AlInP 層32上にGaP 層36が形成さ
れこの層を光が伝送される。第1の導波路レンズ700
はアルゴンレーザを用いた干渉法によって所望の厚さお
よび形状をなすように形成されたグレーティングパター
ンから構成される。
Here, the semiconductor laser is composed of AlInP as a clad layer laminated on the surface of the GaAs substrate 31 by the MOCVD method.
The layer 32, the GaInP layer 33 as the active layer, the AlInP layer 34 as the cladding layer, and the electrodes 35a and 35b formed on the front and back surfaces are configured to emit light toward the waveguide. There is. In a region other than the region of the semiconductor laser, a GaP layer 36 is formed on the AlInP layer 32 and light is transmitted through this layer. First waveguide lens 700
Is composed of a grating pattern formed to have a desired thickness and shape by interferometry using an argon laser.

【0040】そして、偏光回転素子D1は、このGaP 層
36を導波路とし、前記第1の実施例と同様に、ガラス
層からなるバッファ層27を介して、同一面上で対をな
すように形成された金層からなる電極24とから構成さ
れている。
Then, the polarization rotation element D1 uses the GaP layer 36 as a waveguide and forms a pair on the same plane via the buffer layer 27 made of a glass layer as in the first embodiment. The electrode 24 is formed of a gold layer.

【0041】また偏光子D2は、GaP 層36を導波路と
し、金層からなる電極25によって直接この導波路を覆
うことによって構成される。
The polarizer D2 is constructed by using the GaP layer 36 as a waveguide and directly covering the waveguide with the electrode 25 made of a gold layer.

【0042】また第2の導波路レンズおよび出力のため
のグレーティング900については、第1の導波路レン
ズと同様にGaP 層36をアルゴンレーザを用いた干渉法
によって所望の厚さおよび形状をなすように形成された
グレーティングパターンから構成される。
As for the second waveguide lens and the output grating 900, the GaP layer 36 is made to have a desired thickness and shape by the interferometry using an argon laser as in the first waveguide lens. It is composed of a grating pattern formed on.

【0043】さらに、ミラーMは、マイクロマシニング
法により形成された薄膜で構成されており、共振により
出力方向が可動となるように構成されている。
Further, the mirror M is composed of a thin film formed by the micromachining method, and is structured so that the output direction is movable by resonance.

【0044】次に、この光走査装置の動作原理について
説明する。図11に示すように、半導体レーザ600か
ら出射されたTMモードの光はGaInP 層からなる導波路
に従って広がり、導波路レンズを通してレーザビームは
さらに広げられ、素子サイズに応じた広がりになったと
ころで、レーザビームはコリメートレンズでコリメート
され、分枝されたGaP チャンネル導波路に導入される。
そして電極24に電圧が印加されるとEO効果により偏
波面が回転してTEモードになる。一方、電圧が印加さ
れないとそのままTMモード(実線)のままで進む。
Next, the operating principle of this optical scanning device will be described. As shown in FIG. 11, the TM mode light emitted from the semiconductor laser 600 spreads along the waveguide formed of the GaInP layer, and the laser beam is further spread through the waveguide lens, and when the spread becomes according to the element size, The laser beam is collimated by a collimating lens and introduced into a branched GaP channel waveguide.
Then, when a voltage is applied to the electrode 24, the plane of polarization is rotated by the EO effect to enter the TE mode. On the other hand, if no voltage is applied, the process proceeds in the TM mode (solid line).

【0045】そしてバッファ層がなくなるとともに、金
電極25からなる吸収薄膜で覆われた領域にくると、結
晶の異方性により、TMモードは導波路から漏れでるた
め光は出射されない。電圧を印加して生じたTEモード
の光はこの後、第2の導波路レンズでさらに広げられグ
レーディングにより基板から出射され、共振している可
動ミラーMにより図13に示すように、上下にビームが
振動せしめられ、二次元の光走査が達成される。
When the buffer layer disappears and the region is covered with the absorption thin film composed of the gold electrode 25, the TM mode leaks from the waveguide due to the crystal anisotropy, so that no light is emitted. The TE-mode light generated by applying the voltage is then further expanded by the second waveguide lens and emitted from the substrate by grading, and the movable mirror M resonating causes the beam to move upward and downward as shown in FIG. Is vibrated, and two-dimensional optical scanning is achieved.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、高速で低電圧駆動の可能で、レーザプリンタ、デジ
タル複写機、レーザディスプレイなどに有効な光走査装
置を提供することが可能となる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical scanning device which can be driven at high speed and low voltage and which is effective for a laser printer, a digital copying machine, a laser display and the like. Become.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の光走査装置を示す原理説明図FIG. 1 is a principle explanatory view showing an optical scanning device of the present invention.

【図2】本発明の光走査装置を示す原理説明図FIG. 2 is an explanatory view of the principle of the optical scanning device of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例の光走査装置を示す図FIG. 3 is a diagram showing an optical scanning device according to a first embodiment of the present invention.

【図4】同光走査装置の断面図FIG. 4 is a sectional view of the optical scanning device.

【図5】同光走査装置の走査例を示す図FIG. 5 is a diagram showing a scanning example of the optical scanning device.

【図6】本発明の第2の実施例の光走査装置を示す図FIG. 6 is a diagram showing an optical scanning device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】同光走査装置の断面図FIG. 7 is a sectional view of the optical scanning device.

【図8】同光走査装置の走査例を示す図FIG. 8 is a diagram showing a scanning example of the optical scanning device.

【図9】本発明の第3の実施例の光走査装置を示す図FIG. 9 is a diagram showing an optical scanning device according to a third embodiment of the present invention.

【図10】同光走査装置の断面図FIG. 10 is a sectional view of the optical scanning device.

【図11】本発明の第4の実施例の光走査装置を示す図FIG. 11 is a diagram showing an optical scanning device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図12】同光走査装置の断面図FIG. 12 is a sectional view of the optical scanning device.

【図13】同光走査装置の走査例を示す図FIG. 13 is a diagram showing a scanning example of the optical scanning device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 半導体レーザ 200 EO導波路 300 分岐型導波路 1 LiNbO3 基板 2 チャンネル導波路 3 バッファ層 4 アルミニウム電極 5 アルミウムクラッド層 D1 偏光回転素子 D2 偏光子 11 ガラス基板 14 第1の電極 15 バッファ層 16 導波路 17 バッファ層 18 第2の電極 19 吸収薄膜 24 電極 25 電極 26 MNA薄膜 32 AlInP 層(クラッド層) 33 GaInP 層(活性層) 34 AlInP 層(クラッド層) 35a,35b 電極35a,35b 36 GaP 層100 Semiconductor Laser 200 EO Waveguide 300 Branch Waveguide 1 LiNbO 3 Substrate 2 Channel Waveguide 3 Buffer Layer 4 Aluminum Electrode 5 Aluminum Clad Layer D1 Polarization Rotating Element D2 Polarizer 11 Glass Substrate 14 First Electrode 15 Buffer Layer 16 Conductor Waveguide 17 Buffer layer 18 Second electrode 19 Absorption thin film 24 Electrode 25 Electrode 26 MNA thin film 32 AlInP layer (cladding layer) 33 GaInP layer (active layer) 34 AlInP layer (cladding layer) 35a, 35b Electrodes 35a, 35b 36 GaP layer

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 透光性の基板と、 前記基板上に形成された電気光学機能をもつ光導波路
と、 前記光導波路上に光の進行方向に沿って形成された一対
の電極を具備し、この一対の電極間に電圧を印加するこ
とによって電気光学効果により、TEモードもしくはT
Mモードの光波の偏光面を回転させる機能をもつ偏光面
回転素子と、 前記偏光面回転素子の後方で、前記光導波路上を覆うよ
うに形成されたクラッド層から構成され、前記TEモー
ドもしくはTMモードの光波のうち、一方のモードの光
波を吸収する偏光子とを具備したことを特徴とする光ス
イッチ。
1. A translucent substrate, an optical waveguide having an electro-optical function formed on the substrate, and a pair of electrodes formed on the optical waveguide in a light traveling direction, By applying a voltage between the pair of electrodes, the TE mode or T
A polarization plane rotation element having a function of rotating the polarization plane of the M-mode light wave, and a cladding layer formed behind the polarization plane rotation element so as to cover the optical waveguide. An optical switch comprising: a polarizer that absorbs one of the mode light waves.
【請求項2】 透光性の基板と、 前記基板上に形成された電気光学機能をもつ複数の光導
波路と、 前記各光導波路上に光の進行方向に沿って形成された一
対の電極を具備し、この一対の電極間に電圧を印加する
ことによって電気光学効果により、TEモードもしくは
TMモードの光波の偏光面を回転させる機能をもつ複数
の偏光面回転素子と、 前記各偏光面回転素子の後方で、前記光導波路上を覆う
ように形成されたクラッド層から構成され、前記TEモ
ードもしくはTMモードの光波のうち、一方のモードの
光波を吸収する複数の偏光子とを具備し前記各光導波路
上を覆うクラッド層から構成され、前記TEモードもし
くはTMモードの光波のうち、前記回転によって得られ
たモードの光波を吸収する偏光子とを具備したことを特
徴とする光走査装置。
2. A transparent substrate, a plurality of optical waveguides having an electro-optical function formed on the substrate, and a pair of electrodes formed on each of the optical waveguides along the light traveling direction. A plurality of polarization plane rotating elements having a function of rotating the polarization plane of the TE mode or TM mode light wave by an electro-optical effect by applying a voltage between the pair of electrodes; A plurality of polarizers configured to cover one side of the TE mode or TM mode light waves, the polarizer being formed behind the optical waveguide and covering the optical waveguide. A polarizer for absorbing a light wave of a mode obtained by the rotation among the TE-mode or TM-mode light waves, which is composed of a clad layer covering the optical waveguide. Optical scanning device.
【請求項3】 前記偏光面回転素子と光源との間に導波
路レンズを具備し、光源からの光を広げて各チャンネル
に分枝し、各偏光面回転素子に入力せしめるようにした
ことを特徴とする請求項2に記載の光走査装置。
3. A waveguide lens is provided between the polarization plane rotating element and the light source so that the light from the light source is spread and branched into each channel to be input to each polarization plane rotating element. The optical scanning device according to claim 2, which is characterized in that.
【請求項4】 前記偏光面回転素子および偏光子の前方
に位置する、光導波路上に配設された、ビームエキスパ
ンダーおよび導波路レンズを具備したことを特徴とする
請求項2に記載の光走査装置。
4. The optical scanning device according to claim 2, further comprising a beam expander and a waveguide lens, which are disposed in front of the polarization plane rotating element and the polarizer and are disposed on the optical waveguide. apparatus.
【請求項5】 前記光源、前記偏光面回転素子、前記偏
光子および導波路レンズは、前記基板表面に集積化され
ていることを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記
載の光走査装置。
5. The optical scanning according to claim 2, wherein the light source, the polarization plane rotating element, the polarizer and the waveguide lens are integrated on the surface of the substrate. apparatus.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6806113B2 (en) * 2000-02-18 2004-10-19 Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. Optical waveguide device and method for forming optical waveguide device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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