JPS62269907A - Integrated optical waveguide - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
3、発明の詳細な説明
(技術分計)
本発明は複数個の先導波路がモノリシックに形成されて
いる集積光導波路に関する。Detailed Description of the Invention 3. Detailed Description of the Invention (Technical Summary) The present invention relates to an integrated optical waveguide in which a plurality of leading waveguides are monolithically formed.
従来、例えば特開昭59−126に開示されているよう
に、半導体レーザまたは発光ダイオード(LED)を複
数個用いて光走査装置を設計する場合、第6図に示すよ
うに発光体からの光の出射方向が一点P0で交わるよう
に光源を配置し、複数の走査スポットを良好な結像状態
を保ちながら被走査面(不図示)に対して走査できるよ
う工夫されていた。Conventionally, when designing an optical scanning device using a plurality of semiconductor lasers or light emitting diodes (LEDs), as disclosed in JP-A-59-126, for example, the light emitted from the light emitting body is The light sources are arranged so that the emission directions of the two intersect at one point P0, so that a plurality of scanning spots can be scanned on a surface to be scanned (not shown) while maintaining a good image formation state.
第6図はその典型的な従来例を示したものであり、光源
と偏向器の間の光学系を偏向走査面と垂直な方向から見
た図である。71a、71bは半導体レーザであり、各
レーザはマウント72の上にその光束発生面がマウント
72の端面と平行になるように配されている。半導体レ
ーザ71a。FIG. 6 shows a typical conventional example, and is a diagram of the optical system between the light source and the deflector, viewed from a direction perpendicular to the deflection scanning plane. 71a and 71b are semiconductor lasers, and each laser is arranged on the mount 72 so that its light beam generating surface is parallel to the end surface of the mount 72. Semiconductor laser 71a.
71bが設けられているマウント72の端面72a、7
2bは、各レーザ71a、71bからの発散光束の中心
光線ha、hbが同一の点P0を通過して来たかの如(
設定される。換言すれば、半導体レーザ(71a、7t
h)が設けられる位置で、端面72aと72bに各々法
線をたてると、各々の法線がPOを通過するように、端
面72aと72bは設定されている。更に、偏向走査面
と平行な方向から見れば、各々の半導体レーザの中心光
線ha、hbのPO点を通過する位置が、偏向走査面と
直交する方向にわずかに変位するように、マウント72
上に設けられる半導体レーザの位置は設定される。上記
20点と一偏向器の偏向反射面78の所定の近傍の点P
とは、結像レンズ74により光学的共約な関係に保たれ
ている。End surfaces 72a, 7 of the mount 72 where the mount 71b is provided
2b is as if the central rays ha and hb of the diverging light beams from each laser 71a and 71b had passed through the same point P0 (
Set. In other words, semiconductor lasers (71a, 7t
The end surfaces 72a and 72b are set such that when normal lines are drawn to each of the end surfaces 72a and 72b at the position where point h) is provided, each normal line passes through PO. Furthermore, the mount 72 is arranged so that, when viewed from a direction parallel to the deflection scanning plane, the position where the center beams ha and hb of each semiconductor laser pass through the PO point is slightly displaced in a direction perpendicular to the deflection scanning plane.
The position of the semiconductor laser provided above is set. A point P in the predetermined vicinity of the above 20 points and the deflection reflecting surface 78 of one deflector
are maintained in an optically congruent relationship by the imaging lens 74.
このように、複数個の半導体発光体(例えば半導体レー
ザ)をそれぞれの光の出射方向が異なるように配置する
ためには、上記例に示したようにマウント上に位置合せ
をしてハイブリッドに構成する必要があった。以下便宜
上、複数個の半導体発光体としてアレーレーザという言
葉を使用するが、原理的にはLEDアレーのような発光
体にも当てはまる。In this way, in order to arrange multiple semiconductor light emitters (for example, semiconductor lasers) so that their respective light emission directions are different, they must be aligned on the mount and configured into a hybrid structure, as shown in the example above. I needed to. For convenience, the term "array laser" will be used below to refer to a plurality of semiconductor light emitters, but in principle it also applies to light emitters such as LED arrays.
また、モノリシックに形成されたアレーレーザを使用す
る場合には、アレーレーザの前面に何らかの光学系を設
置する必要がある。特開昭58−211735に開示さ
れている例としては、プリズムがアレーレーザの前面に
配置されている。これを第7図に示す。Furthermore, when using a monolithically formed array laser, it is necessary to install some kind of optical system in front of the array laser. In an example disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 58-211735, a prism is placed in front of an array laser. This is shown in FIG.
第7図は半導体アレーレーザが5つの発光部を有する場
合のプリズムの断面を示すものである。FIG. 7 shows a cross section of a prism when a semiconductor array laser has five light emitting parts.
81は5つの発光部(81a、81b、81c。81 is five light emitting parts (81a, 81b, 81c).
81d、81e)を有する半導体アレーレーザであり、
82はプリズムである。発光部81aからの光束の中心
光線haは傾斜面82aにより屈折されあたかもP。を
通過して来たかのように曲げられる。同じく81bから
の中心光線hbは傾斜面82bにより、81dからの中
心光線hdは傾斜面82dにより、81eからの中心光
線heは傾斜面82eにより、それぞれあたかもPoを
通過して来たかのように曲げられる。なお、81cから
の中心光線haは平面82cを垂直に通過して行き、こ
の中心光線heの延長線上にPoが存在する。このよう
に各発光部に対応して傾斜角を定めた傾斜平面が設けら
れ、プリズム82を出射後の各光束の中心光線は、あた
かもP。から出射したかのようにその方向を制御されて
いる。このPoは前述したように偏向反射面の近傍の所
望の位置P(不図示)と光学系を介して共役に保たれる
。81d, 81e),
82 is a prism. The central ray ha of the luminous flux from the light emitting part 81a is refracted by the inclined surface 82a, and the light beam ha is as if P. It is bent as if it had passed through. Similarly, the central ray hb from 81b is bent by the inclined surface 82b, the central ray hd from 81d is bent by the inclined surface 82d, and the central ray he from 81e is bent by the inclined surface 82e, as if they had passed through Po. . Note that the central ray ha from 81c passes through the plane 82c perpendicularly, and Po exists on an extension of this central ray he. In this way, an inclined plane with a defined inclination angle is provided corresponding to each light emitting section, and the center ray of each luminous flux after exiting the prism 82 is as if P. Its direction is controlled as if it were emitted from a source. As described above, this Po is kept conjugate with a desired position P (not shown) near the deflection/reflection surface via the optical system.
この場合の問題点はプリズム82の微細加工精度及び方
法、プリズム82とアレーレーザ81との位置合せ及び
接合方法などであり、アレーレーザのピッチが小さくな
る程難しくなる。実際、100μm以下ではほぼ不可能
である。Problems in this case include the precision and method of microfabrication of the prism 82, the alignment and bonding method between the prism 82 and the array laser 81, and the smaller the pitch of the array laser, the more difficult it becomes. In fact, it is almost impossible if the thickness is less than 100 μm.
一方、第8図は光学系即ちリレー光学系93で同様の効
果を持たせようとしたもので、アレーレーザ91a、9
1bから出射した光を平行化して結像させるコリメータ
レンズ92とシリンドリカルレンズ95との間にリレー
系93を介在させてポリゴン面94に結像した例であり
、良好な結像状態で被走査面(不図示)上に結像される
。On the other hand, FIG. 8 shows an attempt to achieve the same effect with an optical system, that is, a relay optical system 93, with array lasers 91a, 9
This is an example in which a relay system 93 is interposed between a collimator lens 92 and a cylindrical lens 95 that collimate and image the light emitted from 1b, and an image is formed on a polygon surface 94. (not shown).
この場合の問題点は光路長であり、リレー系自体で約2
0cm長くなってしまう。The problem in this case is the optical path length, and the relay system itself is approximately 2
It becomes 0cm longer.
本発明の目的は、半導体アレーレーザとともに用い、複
数光源の出射方向を斜めにする事によって、リレー光学
系を使う時の問題点(大きくカサぼる)を解決し、前記
半導体アレーレーザを高密度に集積した時に生じる相互
発熱による光出力変動などの問題を解決する集積光導波
路を提供することにある。An object of the present invention is to solve the problem (large bulkiness) when using a relay optical system by using it together with a semiconductor array laser and making the emission direction of the plurality of light sources oblique, and to integrate the semiconductor array laser in a high density. An object of the present invention is to provide an integrated optical waveguide that solves problems such as optical output fluctuations due to mutual heat generation that sometimes occur.
上記目的を達成するために、本発明では千ノリシックに
集積化された先導波路で、入射側の導波路ピッチより出
射側の導波路ピッチが小ざく、出射側での複数個の光の
出射方向が互いに異なるように設計された集積光導波路
を提案する。In order to achieve the above object, in the present invention, the waveguide pitch on the output side is smaller than the waveguide pitch on the input side with a guide waveguide that is integrally integrated, and the output direction of a plurality of lights on the output side. We propose an integrated optical waveguide designed such that the waveguides are different from each other.
なお、以下の記載において用いられる「それぞれの光の
出射方向が異なる」という表現は同一方向に出射するも
のか1組もないという意味ではなく、広義には出射方向
の異なるものが1組以上存在するという意味である。In addition, the expression "each light's emission direction is different" used in the following description does not mean that the lights are emitted in the same direction or that there is no set of lights, but in a broad sense, there is one or more sets of lights that emit light in different directions. It means to do.
第1図(a)はシリコン基板104上に形成されたガラ
スの導波路105を示している。作成方法はシリコン基
板上に5in2をスパッタして2μm程度の層を形成し
て先導波層のバッファ層とした後、コーニング#705
9を1μmスパッタして先導波層110とした。FIG. 1(a) shows a glass waveguide 105 formed on a silicon substrate 104. The manufacturing method is to sputter 5 in 2 on a silicon substrate to form a layer of about 2 μm to form a buffer layer for the leading wave layer, and then use Corning #705.
9 was sputtered to a thickness of 1 μm to form a leading wave layer 110.
更にバッファ層I11を0.5μm形成後、ドライエツ
チングで第1図(a)105に示すような導波路を幅2
μmで形成した。次に全体、をもう一度5i02のスパ
ッタ膜1μmでカバーし、第2図のような断面図となる
ようにした。5in2スパツタ膜は#7059スパッタ
膜より屈折率が0.1程度小さいので導波路が形成され
る。Furthermore, after forming a buffer layer I11 with a thickness of 0.5 μm, a waveguide with a width of 2 as shown in FIG.
It was formed in μm. Next, the entire structure was once again covered with a 1 μm thick sputtered film of 5i02 to obtain a cross-sectional view as shown in FIG. Since the 5in2 sputtered film has a refractive index about 0.1 smaller than the #7059 sputtered film, a waveguide is formed.
f05a、105cの導波路は間借りを誇張して描いて
ありレーザとカップリングしている120面における導
波路のピッチは200μm1出射面106では50μm
のピッチになるよう形成した。106,120面の間隔
は約400μmであり、それぞれの面は研磨で平滑にさ
れている。The waveguides f05a and 105c are drawn with exaggerated spacing, and the pitch of the waveguides on the 120 plane that couples with the laser is 200 μm1, and 50 μm on the exit surface 106.
It was formed to have a pitch of . The interval between the 106 and 120 planes is about 400 μm, and each plane is smoothed by polishing.
又106面から出射するビームは導波路105a〜10
5Cが106面に対してなす角を異ならせてあり、互い
に斜め方向に出射している。In addition, the beams emitted from the 106th surface pass through the waveguides 105a to 105.
The angles that the 5Cs make with respect to the 106 plane are different, and the light beams are emitted in diagonal directions.
カップリングさせるレーザは101のGaAs基板上に
形成された発振波長780111[0の独立に駆動出来
る電極をもった3木の半導体レーザである。The lasers to be coupled are three semiconductor lasers having independently driven electrodes with an oscillation wavelength of 780111 [0] formed on a 101 GaAs substrate.
レーザ光は導波路105の中をシングルモードで伝播し
ている。The laser light propagates in the waveguide 105 in a single mode.
第1図(b)はカップリングの面を横にB′方向から見
た略図である。FIG. 1(b) is a schematic view of the surface of the coupling viewed laterally from direction B'.
出射面での光の屈曲はほぼスネルの法則に従って折れ曲
がる。Light bends at the exit surface approximately according to Snell's law.
106面を第3図に示したように一平面でなく角度を持
たせてドライエツチングで形成する事ももちろん可能で
あるが、出力端面106を平滑に形成する必要がある。Although it is of course possible to form the surface 106 not in one plane but at an angle by dry etching as shown in FIG. 3, it is necessary to form the output end surface 106 smoothly.
第4図(a)は上記導波路への光入力をアレーレーザか
らではなく、ファイバ201を使って例を示しである。FIG. 4(a) shows an example in which optical input to the waveguide is not from an array laser but by using a fiber 201.
即ち第4図(a)において202はファイバのコアを表
しておりこのファイバへのレーザ光の人力は別個の半導
体レーザからでも良くモノリシックに形成されたアレー
レーザである必要はない。That is, in FIG. 4(a), 202 represents the core of the fiber, and the laser beam input to this fiber may be from a separate semiconductor laser, and does not need to be a monolithically formed array laser.
C−σ断面を第4図(b)に示した。A C-σ cross section is shown in FIG. 4(b).
203は前記導波路を形成したSt3板と共通な基板上
に■溝を形成し、ファイバのコアと導波路が正しい位置
でカップリングするよう配慮されている。A groove 203 is formed on a substrate common to the St3 plate on which the waveguide is formed, so that the core of the fiber and the waveguide are coupled at the correct position.
第5図(a)は第1図(a)〜第2図の導波路が形成さ
れた基板を半導体レーザとモノリシックに形成した例で
ある。FIG. 5(a) is an example in which the substrate on which the waveguides shown in FIGS. 1(a) to 2 are formed is monolithically formed with a semiconductor laser.
第5図(b)は同構造を上から見た図である。FIG. 5(b) is a top view of the same structure.
即ちGaAs基板301上に通常の結晶成長によりいわ
ゆるダブルへテロ構造を形成し、ストライブ状の注入域
を形成した後注入用電極303゜304が形成されてい
る。共振器面305はドライエツチングで活性層302
に垂直に加工して半導体レーザが形成される。That is, a so-called double heterostructure is formed on a GaAs substrate 301 by normal crystal growth, and after a stripe-shaped injection region is formed, injection electrodes 303 and 304 are formed. The cavity surface 305 is dry etched to form the active layer 302.
A semiconductor laser is formed by processing perpendicular to the .
次に第1図と同じ工程でコーニング#7059307を
導波路とする導波路を曲げて形成した。Next, a waveguide using Corning #7059307 as a waveguide was formed by bending in the same process as in FIG.
活性層とコア307はカップリングし易いように高さは
ほぼ一致して作られており、第3図(b)ではレーザ注
入域との横ずれが少なくなるようフォトリングラフィで
マスク合せが行なわれている。The active layer and the core 307 are made to have almost the same height to facilitate coupling, and in FIG. 3(b), mask alignment is performed using photolithography to reduce lateral deviation with the laser injection area. ing.
導波路としては上記の他、TtO2(クラッド)と5i
02(コア)など組合せは適当に選択する事が出来る。In addition to the above waveguides, TtO2 (cladding) and 5i
Combinations such as 02 (core) can be selected appropriately.
半導体レーザ光源と同系統材料のGaAsAflGaA
sを用いた導波路でも数100μm数mmの伝播に利用
する程度であるので十分有効である。GaAsAflGaA, the same material as semiconductor laser light sources
Even a waveguide using s is sufficiently effective because it can be used for propagation of several 100 μm and several mm.
これらの複数導波路は出射時に斜めにレーザ光を出す必
要は必ずしもなく、出射端面でのアレー光源のピッチを
入射端面より縮めるのに一般に有効である。用いる光源
は半導体レーザのみに限定されるものではなくファイバ
で導波されてくる光源に対しては(例えばガスレーザな
ど)も有効であるのは言うまでもない。These multiple waveguides do not necessarily need to emit laser light obliquely at the time of emission, and are generally effective in reducing the pitch of the array light source at the output end face compared to the input end face. It goes without saying that the light source to be used is not limited to only semiconductor lasers, and light sources guided by fibers (eg, gas lasers) are also effective.
本発明のモノリシックに集積化された先導波路で入射側
の導波路ピッチより出射側の導波路ピッチが小さく出射
側での複数個の光の出射方向が互いに異なるように設計
された集積光導波路によって、複数個のレーザ光源を高
密度に高精度に(ピッチ、角度、モード)集積化する事
゛を可能にした。In the monolithically integrated leading waveguide of the present invention, the integrated optical waveguide is designed such that the waveguide pitch on the output side is smaller than the waveguide pitch on the input side, and the directions of output of a plurality of lights on the output side are different from each other. , it has become possible to integrate multiple laser light sources with high density and precision (pitch, angle, mode).
又光源相互の熱干渉もほとんどないので安定した出力が
得られるようになった。In addition, there is almost no thermal interference between the light sources, making it possible to obtain stable output.
これは走査光学系を用いた媒体上に結像走査するような
光学装置(例えばレーザビームプリンタなど)の光源と
して極めて有効であり良好な記録特性が得られるように
なった。This is extremely effective as a light source for an optical device (such as a laser beam printer) that forms and scans an image on a medium using a scanning optical system, and it has become possible to obtain good recording characteristics.
第1図(a)、第1図(b)、第2図及び第3図は夫々
本発明の一実施例を示す図、第4図(a)、第4図(b
)、第5図(a)及び第5図(b)は夫々本発明の変形
例を示す図、第6図はレーザがハイブリットに配置され
た従来例を示す図、第7図は出射方向一定のアレーレー
ザとプリズムを合体して出射方向を異ならせた従来例を
示す図、第8図は出射方向一定のアレーレーザを光学系
で補正しようとした場合の従来例を示す図である。
101一基板、105a〜105cm光導波路第1品(
0)
第1図(b)
76図
第″′7図FIG. 1(a), FIG. 1(b), FIG. 2, and FIG. 3 are views showing one embodiment of the present invention, and FIG. 4(a), FIG.
), FIGS. 5(a) and 5(b) are views showing modified examples of the present invention, FIG. 6 is a view showing a conventional example in which lasers are arranged in a hybrid manner, and FIG. 7 is a view showing a conventional example in which lasers are arranged in a hybrid manner. FIG. 8 is a diagram showing a conventional example in which an array laser and a prism are combined to have different emission directions, and FIG. 8 is a diagram showing a conventional example in which an attempt is made to correct an array laser whose emission direction is constant using an optical system. 101 one board, 105a~105cm optical waveguide first item (
0) Figure 1 (b) Figure 76 Figure '''7
Claims (3)
、出射側の導波路ピッチと入射側の導波路ピッチが異な
る事を特徴とする集積光導波路。(1) An integrated optical waveguide characterized in that a plurality of waveguides are monolithically formed, and the waveguide pitch on the output side is different from the waveguide pitch on the input side.
請求の範囲第1項記載の集積光導波路。(2) The integrated optical waveguide according to claim 1, wherein the pitch on the output side is smaller than the pitch on the input side.
許請求の範囲第1項記載の集積光導波路。(3) The integrated optical waveguide according to claim 1, wherein the integrated optical waveguide is formed so that the light exit directions are different.
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JP11401186A JPS62269907A (en) | 1986-05-19 | 1986-05-19 | Integrated optical waveguide |
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Cited By (1)
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WO2004068542A3 (en) * | 2003-01-24 | 2004-12-09 | Xponent Photonics Inc | Etched-facet semiconductor optical component with integrated end-coupled waveguide and methods of fabrication and use thereof |
-
1986
- 1986-05-19 JP JP11401186A patent/JPS62269907A/en active Pending
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