JPS6214123A - 弾性表面波発生伝播装置 - 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】 ［発明の要約〕 インターディジタル舎トランスデユーサとりｉ性表面波
導波路とが基板上に形成されており、インターディジタ
ル舎トランスデユーサの交差指電極が円弧状に形成され
ていることを特徴とする弾性表面波発生伝播装置。

［技術分野］ この発明は弾性表面波発生伝播装置に関し、さらに詳し
くは、たとえば光導波路（３次元光導波路）とこの光導
波路の一端が光結合した先導波層（２次元光導波路）と
が一基板上に形成され、光導波路から先導液層に出射し
た光が弾性表面波と相互作用することにより偏向される
光偏向装置において用いられる弾性表面波発生伝播装置
に関する。

［従来技術］。

このような光偏向装置の応用として、出願人は既に、光
コンパレータ（特開昭５８−１５０９３９．５８−１８
２９２９、５８−１８２９３０）や光パラレル／シリア
ル変換器（特開昭５９−３３４２７）等を提案している
。−例として、光パラレル／シリアル変換器について以
下に説明しておく。

第１図において、音響光学結晶であるニオブ酸リチウム
（ＬｉＮｂＯ３）単結晶１１の表面にチタン（Ｔ　ｉ　
）を温度９７０℃、０２雰囲気で５時間熱拡散すること
により、屈折率が結晶基板１１よりも高く厚さが数μｍ
程度の光導波層１２が、光信号の入力側（第１図左側）
の一部を除いて形成されている。この基板ｌｌ上の入力
側には、シリアル変換されるべきパラレルの光デイジタ
ル信号Ａを光導波層１２に入力させるための８本の光導
波路１６が等間隔でかつ平行に形成されている。これら
の先導波路１６は、後述する弾性表面波（以下ＳＡＷと
いう）の伝播方向に直交する方向に対してブラック角θ
だけ傾斜している。各光導波路１６の＋ｔ】をり、隣接
する先導波路１６の中心から中心までの間隔を文０とす
る。すべての光導波路１６について巾りおよび間隔又。

は等しく設定されている。これらの光導波路１６もまた
チタンの熱拡散によって形成されている。

パラレル光信号Ａはこの例では８ビツトの光信号であり
、これらの各光ビツト信号がａ１〜ａ８で表わされてい
る。各光ビツト信号ａ１〜ａ８はデータ１またはＯを表
わしている。第１図において、データｌは光有であり実
線で、データＯは光無であり破線でそれぞれ示されてい
る。この光デイジタル信号Ａの各光ビツト信号は、光フ
ァイバ・ケーブル１８から光結合器１７を経て先導波路
１６にそれぞれ入力する。光結合手段としては、光フア
イバ結合器以外にも、グレーティング、プリズムその他
の光結合素子を用いることができる。

インターディジタル・トランスデューサ（以下、ＩＤＴ
という）１３は、信号Ａの各光ビット信号をそれずれ回
折させるパルス状のＳＡＷを発生するものであり、先導
波層１２上において光デイジタル信号Ａ　（ａｔ〜ａｎ
）の伝播光路の側方に配置されている。ＩＤＴ１３には
超音波信号発生器１９からパルス巾Ｔの超音波電圧パル
ス信号が印加される。ＩＤＴ１３から発生したパルス状
のＳＡＷは光信号ａ、〜ａ６の伝播光路に向って伝播し
ていく。ＳＡＷの波面は光に対して回折格子として作用
するので、ＳＡＷの波面に小さい角度θで入射する光は
、次の条件を満足するときにＳＡＷによって反射され、
その信号方向が２０だけ変わる。

ｓｉｎ　　θ＝　（入／２）φ　（１／Δ）ここで入：
光の波長 Δ、ＳＡＷの波長 これが、ＳＡＷを利用したブラッグ回折による光の偏向
である。

折点）までの距離を文とする。

スイッチ２０が時点し。から時間Ｔだけオンされ、ＩＤ
Ｔ１３からパルス状のＳＡＷが発生したのち、時間Ｑ／
ＶＳが経過した時点で光ａ１がまず回折される。この時
点では他の光ａ２〜ａ６はまだ回折されずに直進してい
る。ＳＡＷはパルス状であって、その先端から後端まで
の長さはＴ・ＶＳであル、ソして、コノ長さＴ−ＶＳは
ＳＡＷが光ａ、と相互作用している間は、他の光ａ２〜
ａ１１．　　とくにａ？と相互作用しないように定めら
れている。光ａ１は、ＳＡＷによってほぼＴの時間だけ
回折され、ＳＡＷが通過すると、再び非回折光に戻る０
次に、時点ｔ。から（文十交０）／ＶＳの時間が経過し
たときに、光ａ２がＳＡＷによって、上述の一定時間の
間だけ回折される。このようにして、ＳＡＷによって、
ａ３　　＋　ａｌｌ　　ｒ・・・・・・＋ａ８の順に順
次回折されてい＜、ＳＡＷの発生器としては、ＩＤＴ以
外にたとえばガン・ダイオードがある。

グレーティング・レンズ１４は、光デイジタル信号Ａの
回折光を集光するものであり、先導波層１２−ヒに形成
されている。光導波層１２上に設けられる集光手段とし
ては、他にジオデシック争レンズやルネブルグ・レンズ
などを用いることができる。そして、第１図に示すよう
に先導波層１２上で集光しても、光導波層１２から出力
された光を集光するようにしてもよい、集光された光は
次に光検出器１５によって検知され、電気信号に変換さ
れる。光検知器１５も光導波層１２上に設けても、光導
波層１２外に設けてもどちらでもよい。偏向された光を
光信号のまま取出す場合には、光検知器１５の代わりに
光結合器が設けられる。

上述のように、８ビア）のパラレルな光信号は、その各
ビット信号が一定時間ごとに順次回折されるから、回折
された光は時間的にシリアルな信号となる。これにより
、光パラレル／シリアル変換が達成される。

第２図は、光導波路１６の一部および光とＳＡＷとの相
互作用の様子を示している。この図から分かるように、
光導波路１６から光導波層１２に出射した光が広がるこ
とは避けられない。

ＳＡＷもまた広がりながら伝播していく、光導波層１２
に出射した光のすべてがＳＡＷとブラック回折条件を満
足することはなく、その一部は左 ＳＡＷによって回折（偏向）されずに直謳していされた
光を鎖線で、直進する光を破線でそれぞれ示す。

第３図は広がり角度の比γと偏向効率との関係を示して
いる。広がり角度の比は次式で与えられる。

広がり角度の比γ ＝（光の広がり角度）／　（ＳＡＷの広がり角度）＝（
λ・Ｌ）／（Δ・Ｄ） ここでＬはＩＤＴ１３の電極の重なり部分の長さすなわ
ち電極交差長である（第１図参照、第２図ではＳＡＷの
広がりが無視され、ＬがＳＡＷの巾として与えられてい
る）。

上の式において、比γはＳＡＷのｒｔＪＬと光導波路１
６の巾りとに依存し、比γが小さいほど偏向効率が高ま
る。

上述の式において、光導波路１６の巾りを一定とした場
合にＩＤＴ１３の電極交差長りが短いと広がり角度の比
γが小さくなり偏向効率が高まる。これは、ＳＡＷの広
がり角度が大きくなり。

同様に広がって伝播する光の多くの方向成分と相互作用
するからである。

ところが、ＩＤＴ１３の電極交差長りが短いと、正規化
インピーダンスのりアクタンス分が１より小さくなり、
反射係数が高くなるという問題がある０反射係数が高い
場合には、屈折率変化を大きくするためにＩＤＴの電気
入力パワーを大きくしなければならずＩＤＴの電極が破
壊するおそれがある。

ＩＤＴ１３の電極交差長りを長くすれば反射係数は低い
が、上述の式からも明らかな′ようにＳＡＷの広がり角
が小さく、偏向効率が低下するという問題が生じる。

［発明の目的］ この発明は、高い偏向効率が得られるとともに、電極破
壊のおそれのない長い電極交差長のＩＤＴを備えたＳＡ
Ｗの発生伝播装置を提供することを目的とする。

［発明の構成と効果］ この発明によるＳＡＷの発生伝播装置は、基板上に形成
されたＩＤＴと、このＩＤＴから発生するＳＡＷの伝播
方向に向ってのびた５ＡＷ４波路とからなり、ＩＤＴが
円弧状の交差指電極を有していることを特徴とする。

この発明によると、ＩＤＴの交差指電極が円弧状に形成
されているから、このＩＤＴから発生したＳＡＷは一点
に集波されるように伝播する。この集束するＳＡＷはＳ
ＡＷ導波路に入るとこの導波路内に閉じ込められて導波
路にそって伝播していく。

円弧状ではあっても電極交差長の長いＩＤＴを、使用す
ることができるので、反射係数が低くＩＤＴへの電気入
力パワーを有効に使え、電極破壊のおそれがなくなる。

また１円弧状交差指電極をもつＩＤＴから発生したＳＡ
Ｗは導波路まで集束して導かれるのでＳＡＷのパワーが
狭い巾に集中され、大きな屈折率変化すなわち強度の高
いＳＡＷが得られる。

導波路を伝播してきたＳＡＷはＩＤＴよりもｒｔＪの狭
い導波路の端部から出射するので、Ｗ極交差長の短いＩ
ＤＴからＳＡＷが発生するのと実質的に等価であり、Ｓ
ＡＷの広い広がり角度が得られ偏向効率が高まる。

［実施例の説明］ 第４図および第６図はこの発明の実施例を示している。

第４図は、この発明によって改良された第１図の光パラ
レル／シリアル変換器の一部を拡大して示すものである
。

Ｉ　ＤＴ３０は円弧状に形成された交差指電極３１を備
えている。このＩＤＴ３０はたとえばチタンとアルミニ
ウムの２層構造で、リフトオフ法とスパッタにより作製
される。交差指電極３１の巾、隣接する電極間隔ともに
たとえば２．５ｇｍ、周期１０ｇｍとし、電極間に３５
０ＭＨｚ艮 の高周波電卑を印加すると波長Δ＝１０ｐｍのＳＡＷが
発生する。波長入＝０．２９ｐｍの光に対してブラッグ
角は０．８２＠になる。

このようなＩ　ＤＴ３０の内側から、光導波路１６から
出射する光との相互作用場所に向ってＳＡＷの伝播方向
にＳＡＷの導波路２１が先導波層１２上に形成されてい
る。このＳＡＷ導波路２１は、光導波層１２上に厚さＩ
ｇｍのＴａ２０．．２２を装荷することにより形成され
る。この装荷膜２２の直下がＳＡＷの導波路２１となる
。この装荷膜２２は、通常のリフトオフ法を用いて、Ｔ
ａをターゲットにして高周波反応性スパッタリングによ
り作製することができる。このような構造によって、こ
のＳＡＷ導波路２１におけるＳＡＷの速度が遅くなり、
導波路２１内にＳＡＷのエネルギが閉じ込められる。

Ｉ　ＤＴ３０の交差指電極３１が円弧状に形成されてい
るので、ＩＤＴ３０から発生したＳＡＷは一点に集波す
るように伝播していき、導波路２１に入り、この導波路
２１にそって伝播していく。

そして、導波路２１の先端から出射してＳＡＷは光との
相互作用場所に向って伝播していく、導波路−１から出
射したＳＡＷを基板表面方向に閉じ込めるものはないの
で、ＳＡＷは広がりながら伝播していく、このときのＳ
ＡＷの広がり角度はΔ／Ｌａで与えられることになる。

ここでＬａは導波路２１の巾である。したがって、ＩＤ
Ｔの電極交差長りが実質的にＬａまで短くなったのと等
価となる。ＳＡＷの広がり角度が大きくなるので、光の
高い偏向効率が得られる。また、交差長の長いＩＤＴを
作製することができる。

第４図において、導波路２１のＩＤＴ３０側の端縁を鎖
線で示すように円弧状にしてもよい。

第５図はＳＡＷ導波路２１の変形側を示している。ここ
では導波路２１は、Ｉ　ＤＴ３０に近い場所で巾が最も
広＜ＩＤＴ３０から遠ざかるにしたがって巾がしだいに
減少するホーンないしは扇状の部分２１ａを有している
。このような導波路部分２１ａの存在により、ＩＤＴ３
０から発生したＳＡＷが導波路２１に低損失で導入され
るようになる。この部分コ／ａの形状はＳＡＷの伝播損
失ができるだけ少なくなるようにすることが好ましい。

第７図はＳＡＷ導波路のさらに他の例を示している。こ
こではＳＡＷ導波路−７以外の光導波層１２表面上にＳ
ＡＷの伝播速度を速くする膜、たとえばＡ文２０３膜２
３が形成されている。この装荷膜２３は、Ａｎをターゲ
ットとして、リフトオフ法を用いて、高周波スパッタリ
ング法により作製することができる。

圧電媒質であるＬｉＮｂＯ３（基板１１）はその表面を
導体Ｓ膜で被覆するとそこを伝播するＳＡＷの速度が遅
くなり、ＳＡＷ導波路が構成される。第８図はＳＡＷ導
波路Ｊ／とすべき場所にＡｉ膜２４をスパッタ等で付け
ることによりＳＡＷ導波路を形成した例を示している。

Ａｌに代えてＡｕ膜を蒸着してもよい。

この発明は、上述した光パラレル／シリアル変換器や光
コンパレータのみならず、たとえば出願人が特願昭８０
−４０１３３として出願している導波型光センサにも適
用できる。この導波型光センサは、−基板上に形成され
た複数の光センサ部分とこれらの光センサ部分からのパ
ラレル光をシリアル光信号に変換する部分とから構成さ
れている。もちろん、この発明は他の光偏向装置および
他のＳＡＷ利用装置にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は光パラレル／シリアル変換器を示す斜視図、第
２図は第１図の一部を拡大して示す平面図、第３図は広
がり角度の比に対する光の偏向効率を示すグラフである
。 第４図はこの発明の実施例を示す平面図、第５図は変形
例を示す平面図である。 第６図は第４図のＶｌ−Ｖｌ線にそう断面図である。 第７図および第８図は変形例を示し、第６図に相当する
断面図である。 １・・・基板 ２・・・光導波層、 ２１・・ＳＡＷ導波路 ２２、２３、２４・・・ＳＡＷ導波路を形成する装荷膜
。 ３０・・・ＩＤＴ。 １・・・円弧状交差指電極。 以上

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に形成されたインターディジタル・トラン
   スデューサと、このインターディジタル・トランスデュ
   ーサから発生する弾性表面波の伝播方向に向ってのびた
   弾性表面波導波路とからなり、インターディジタル・ト
   ランスデューサが円弧状の交差指電極を有していること
   を特徴とする弾性表面波発生伝播装置。
2. （２）弾性表面波導波路が、インターディジタル・トラ
   ンスデューサに近い場所で巾が最も広く、弾性表面波伝
   播方向に向って漸次巾が狭くなる導波路部分を有してい
   る、特許請求の範囲第（１）項に記載の弾性表面波発生
   伝播装置。
3. （３）弾性表面波導波路の最も巾の広い端縁が円弧状に
   形成されている、特許請求の範囲第（１）項または第（
   ２）項に記載の弾性表面波発生伝播装置。