JPS6319602A - Light beam expander - Google Patents

Light beam expander

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JPS6319602A
JPS6319602A JP16370686A JP16370686A JPS6319602A JP S6319602 A JPS6319602 A JP S6319602A JP 16370686 A JP16370686 A JP 16370686A JP 16370686 A JP16370686 A JP 16370686A JP S6319602 A JPS6319602 A JP S6319602A
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light
grating
optical waveguide
beam expander
optical
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Genichi Hatagoshi
玄一 波多腰
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    • G02B5/1876Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce the size and weight of a light beam expander by forming the expander of an optical waveguide and a concentric grating formed on the optical waveguide, and setting specific conditions among the wavelength of incident light, the effective refractive index of the optical waveguide, and the period of the concentric grating. CONSTITUTION:The light beam expander consists of a transparent substrate 1, an optical waveguide layer 2 which has a larger refractive index than it, and the concentric grating 3 formed thereupon. The incident light 4 incident on this light beam expander is converted by the concentric grating 3 into waveguide light propagated radially in the optical waveguide and further converted by the concentric grating 3 into projection light 5 which has a larger beam diameter than the original incident light 4. The period LAMBDA of the concentric grating is set to mlambda/N. Wherein lambda is the wavelength of the incident light, N is the effective refractive index of the optical waveguide, and (n) is a positive integer. The incident light 4 is therefore converted into the parallel light 5 and the light beam expander is only as thick as the transparent substrate 1 plus the optical waveguide layer 2, so the size and weight are reducible.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明はレーザ光を利用する光学系中で、レーザ光・の
ビーム径を変換する光ビーム拡大器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to an optical beam expander for converting the beam diameter of a laser beam in an optical system that utilizes a laser beam.

(従来の技術) 近年、光情報処理や光計測の分野でレーザが広く用いら
れている。これらのレーザ光を利用する光学系では、一
般にレーザビーム径を拡大する光ビーム拡大器や、−点
から発散するレーザ光を平行にするコリメータなどの装
置が必要とされる。
(Prior Art) In recent years, lasers have been widely used in the fields of optical information processing and optical measurement. Optical systems that utilize these laser beams generally require devices such as a light beam expander that expands the diameter of the laser beam and a collimator that collimates the laser beam that diverges from the negative point.

従来、これらの装置は複数のレンズにより構成されてお
り、所望のビーム径を得るにはそれに応じたレンズの径
および焦点距離が必要であるため、光学系全体を小型化
できないという問題点があった。
Conventionally, these devices are composed of multiple lenses, and in order to obtain the desired beam diameter, the diameter and focal length of the lenses must be adjusted accordingly, which poses the problem that the entire optical system cannot be miniaturized. Ta.

第12図はホログラムを記録する光学系の一例を示した
ものである。レーザ光源100から出射された光ビーム
は、レンズ102およびレンズ1o3ヨり成る光ビーム
拡大器により所定の大きさの平行光に変換され、ビーム
スプリッタ104により、分岐されて一方は物体107
の照明光111、もう一方は参照光112となる。物体
107により反射散乱された光113と参照光112の
干渉パターンが、ホログラム乾板106に記録される。
FIG. 12 shows an example of an optical system for recording a hologram. The light beam emitted from the laser light source 100 is converted into parallel light of a predetermined size by a light beam expander consisting of a lens 102 and a lens 1o3, and is split by a beam splitter 104 so that one side is directed to an object 107.
The illumination light 111 serves as the illumination light 111, and the other serves as the reference light 112. An interference pattern between the light 113 reflected and scattered by the object 107 and the reference light 112 is recorded on the hologram dry plate 106.

参照光112および照明光111は、それぞれホログラ
ム乾板106および物体107の大きさに対応した大き
さが必要とされるため、レンズ103の径はその大きさ
以上でなければならず、そのためレンズ103の焦点距
離f。
The reference light 112 and the illumination light 111 need to have a size that corresponds to the size of the hologram dry plate 106 and the object 107, respectively, so the diameter of the lens 103 must be greater than or equal to that size. Focal length f.

も大きくなる。これはレンズの開口数NA(=sinθ
)を大きくすると、単レンズの場合球面収差が大きくな
り、良好な平面波が得られないという事情による。レン
ズ102およびレンズ103より成る光ビーム拡大器は
、このf2以上の大きさになってしまう。
also becomes larger. This is the numerical aperture NA of the lens (=sinθ
) increases, spherical aberration increases in the case of a single lens, making it impossible to obtain a good plane wave. The light beam expander made up of lenses 102 and 103 ends up having a size larger than f2.

第13図は、ビデオ・ディスクやディジタル・オーディ
オ・ディスク(DAD)などの光ディスク・ピックアッ
プ光学系の一部を簡略化して示したものである。簡単の
ため信号検出用の光学系は省略しである。半導体レーザ
120から出射された光は、コ′リメーシ諺ンレンズ1
22により平行光に変換され対物レンズ123により収
束されて、光デイスク基板124の情報記録面125の
上に焦点を結ぶ。通常、コリメーシ會ンレンズ122.
および対物レンズ123は収差を少なくするため複数の
レンズを組み合せたものが用いられるが、ここでは説明
を簡単にするためそれぞれ一枚で代表させである。この
ようなピックアップ光学系では、情報記録面上に光を1
11rnオーダーの微少スポットに絞り込まねばならな
いため、大きなNA(=―θ。)の対物レンズ123が
必要とされる。また対物レンズ123の焦点距離f、も
所定の値が必要とされる。ここでは省略しであるが、実
際の光ディスクでは情報記録面125と対物レンズ12
3との間には透明基板が挿入されており、さらにこの透
明基板と対物レンズ123とは所要の作動距離をとる必
要があるからである。
FIG. 13 shows a simplified part of an optical disc pickup optical system for an optical disc, such as a video disc or a digital audio disc (DAD). For simplicity, the optical system for signal detection is omitted. The light emitted from the semiconductor laser 120 passes through the collimation lens 1.
22 into parallel light, which is converged by an objective lens 123 and focused onto the information recording surface 125 of the optical disk substrate 124. Typically, a collimating lens 122.
For the objective lens 123, a combination of a plurality of lenses is used in order to reduce aberrations, but in order to simplify the explanation, only one lens is used here. In such a pickup optical system, a single beam of light is transmitted onto the information recording surface.
Since the light must be narrowed down to a minute spot on the order of 11rn, an objective lens 123 with a large NA (=-θ.) is required. Further, the focal length f of the objective lens 123 is also required to have a predetermined value. Although omitted here, in an actual optical disc, the information recording surface 125 and the objective lens 12
This is because a transparent substrate is inserted between the objective lens 123 and the objective lens 123, and it is necessary to maintain a required working distance between the transparent substrate and the objective lens 123.

一方、コリメーシ謬ンレンズのN A (= sfnθ
C)は半導体レーザ120から出射される光の放射角等
によ、て決まる。一般にθCはθ0に比べて小さな値で
ある。そのため、コリメーシ濡ンレンズの焦点距離fc
はあま、り小さくすることはできない。例えば対応レン
ズ123のNAを0.45、焦点距離を4Bまたコリメ
ーシーンレンズ122のNAを0.2とすると、fcは となる。半導体レーザ120とコリメーシ1ンレンズ1
22とを合わせた光学系はこの値−と、実際には複数枚
組合せたレンズ全体の大きさとを加えた大きさとなり、
ピックアップの小型化に制約を与える。
On the other hand, NA of the collimating lens (= sfnθ
C) is determined by the radiation angle of the light emitted from the semiconductor laser 120, etc. Generally, θC is a smaller value than θ0. Therefore, the focal length of the collimating lens fc
It can't be made any smaller. For example, if the NA of the corresponding lens 123 is 0.45, the focal length is 4B, and the NA of the collimation lens 122 is 0.2, then fc is as follows. Semiconductor laser 120 and collimating lens 1
The size of the optical system including 22 is the sum of this value - and the actual size of the entire lens combined with multiple lenses,
This imposes restrictions on the miniaturization of pickups.

(発明が解決しようとする問題点) 以上の例のように、従来のレンズを用いる光ビーム拡大
器やコリメータなどの装置では光学系の小型化に限度が
あった。
(Problems to be Solved by the Invention) As shown in the above examples, there is a limit to the miniaturization of optical systems in devices such as optical beam expanders and collimators that use conventional lenses.

本発明の目的は、上記問題点を解消し、小型軽量の光ビ
ーム拡大器を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above problems and provide a small and lightweight optical beam expander.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(問題点を解決するための手段) 本発明は、光導波路グレーティングを利用して平行光を
その進行方向に垂直な方向に拡大することによって、光
ビーム拡大器の小型化を可能としたものである。
(Means for Solving the Problems) The present invention makes it possible to miniaturize an optical beam expander by expanding parallel light in a direction perpendicular to its traveling direction using an optical waveguide grating. be.

すなわち、本発明は光導波路と該光導波路上に形成され
た同心円グレーティングとから成り、平行光と導波光と
が結合するように該同心円グレーティングの周期を設定
することによって光ビーム拡大の機能を持たせたもので
ある。
That is, the present invention consists of an optical waveguide and a concentric grating formed on the optical waveguide, and has the function of expanding the optical beam by setting the period of the concentric grating so that parallel light and guided light are combined. It is something that has been set.

(作 用) 本発明によれば、光ビーム拡大器の光学系が小型軽量化
される。さらに上記同心円グレーティング領域の形状に
より、拡大された光ビームを任意の形状に制御すること
が可能となる。
(Function) According to the present invention, the optical system of the optical beam expander is made smaller and lighter. Furthermore, the shape of the concentric grating area allows the expanded light beam to be controlled into any shape.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第1
図は本発明の第1の実施例を示すものである。この図に
示した光ビーム拡大器は、透明基板1およびそれより屈
折率の大きい光導波層2より成る光導波路と、その上に
形成された同心円グレーティング3により構成される。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. 1st
The figure shows a first embodiment of the invention. The optical beam expander shown in this figure is composed of an optical waveguide consisting of a transparent substrate 1 and an optical waveguide layer 2 having a higher refractive index than the transparent substrate 1, and a concentric grating 3 formed thereon.

この光ビーム拡大器に入射する入射光4は、同心円グレ
ーティング3により光導波路中を放射状に伝搬する導波
光に変換され、さらにこの導波光は同じ同心円グレーテ
ィング3により、もとの入射光4よりビーム径の太きい
出射光5へと変換される。この原理を第2図により説明
する。第2図の右図は同心円ブレ・−ティングのパター
ン、左図は光導波路の断面図をそれぞれ示したものであ
る。この同心円グレーティングの周期Aは次式により設
定されている。
The incident light 4 entering this optical beam expander is converted into guided light that propagates radially in the optical waveguide by the concentric grating 3, and this guided light is further converted into a beam from the original incident light 4 by the same concentric grating 3. It is converted into emitted light 5 with a larger diameter. This principle will be explained with reference to FIG. The right diagram in FIG. 2 shows a pattern of concentric bracing, and the left diagram shows a cross-sectional view of the optical waveguide. The period A of this concentric grating is set by the following equation.

λ A =m K                   
  °°°(すここでλは入射光の波長、Nは光導波路
の実効屈折率、またmは正の整数である。周期が(11
式で与えられる同心円グレーティングは光導波路面に対
して垂直に進む光と、同心円の中心を通る導波光とを結
合させる。これは光導波路面に平行な方向の波数ベクト
ルの保存を考えると容易に理解できる。すなわち、入射
光の波数ベクトルの光導波路面に平行な成分をkt、導
波光の伝搬ベクトルをβ、光導波路グレーティングのグ
レーティングペルトルをKとすると、 −β−kt=lK   (l:整数)   ・・(2)
の関係が成立するとき、入射光と導波光とは結合する。
λ A = m K
°°° (where λ is the wavelength of the incident light, N is the effective refractive index of the optical waveguide, or m is a positive integer. The period is (11
The concentric grating given by the equation combines light traveling perpendicular to the optical waveguide surface and guided light passing through the center of the concentric circle. This can be easily understood by considering the conservation of the wave number vector in the direction parallel to the optical waveguide surface. That is, if the component of the wave number vector of the incident light parallel to the optical waveguide surface is kt, the propagation vector of the guided light is β, and the grating pertle of the optical waveguide grating is K, then −β−kt=lK (l: integer)・(2)
When the relationship holds true, the incident light and the guided light are coupled.

入射光は光導波路面に垂直であるから、kt =0  
          ・・・(3)・また、グレーティ
ングベクトルの方向は同心円の中心を通る直線上にある
から、βとKの方向は・一致している。さらに、 であるから、(1)〜(5)より 1=m             ・・・(6)とする
と、(2)式が成立する。この場合、入射光と導波光と
はグレーティングのm次成分により結合されることにな
る。
Since the incident light is perpendicular to the optical waveguide surface, kt = 0
(3) Also, since the direction of the grating vector is on a straight line passing through the center of the concentric circles, the directions of β and K match. Furthermore, since 1=m...(6) from (1) to (5), equation (2) holds true. In this case, the incident light and the guided light are coupled by the m-th order component of the grating.

以上の説明から明らかなように、第2図において同゛心
円グレーティング領域内の一点P1こ垂直に一入射した
光6.は同心円グレーティングにより回折され、同心円
の中心を通る導波光7および8に変換される。また入射
光の一部は回折されずにそのまま直進する光9となる。
As is clear from the above explanation, in FIG. 2, light 6. is diffracted by the concentric grating and converted into guided light beams 7 and 8 passing through the center of the concentric circles. Further, a part of the incident light becomes light 9 that goes straight without being diffracted.

一方、導波光7および8は再び同心円グレーティングに
より回折され、光導波路面に垂直に進む光10および1
1となる。
On the other hand, the guided beams 7 and 8 are diffracted again by the concentric grating, and the beams 10 and 1 proceed perpendicularly to the optical waveguide surface.
It becomes 1.

第2図の右に示したように、他の任意の点に入射した光
も同心円の中心を通る導波光に変換され、これらは再、
び光導波路面に垂直に進む光に変換される。したがって
、第1図において、光軸が同心円グレーティングの中心
を通るような入射光4はこの光ビーム拡大器により、グ
レーティング領域の直径をビーム径とする平行光5に変
換されることになる。第9図と比較すると明らかなよう
に、第1図の光ビーム拡大器は透明基板1および光導波
層2を合せた厚さしか必要としないため、小型軽量化が
可能となる。また、この先導波路グレーティングは同心
円で力1つ周期が一定のため、作製も容易である。すな
わち、フtトマスクを・利用してグレーティングを作製
する場合には、周期が一定であるため、レジスト露光条
件が場所によりて異なることがなく、・全領域均一なグ
レーティングパターンを形成することが容易である。ま
た同心円であることから、NO旋盤などによる機械的加
工も可能である。
As shown on the right side of Figure 2, light incident on any other point is also converted to guided light passing through the center of the concentric circles, and these are re-
and is converted into light that travels perpendicular to the optical waveguide surface. Therefore, in FIG. 1, the incident light 4 whose optical axis passes through the center of the concentric grating is converted by this light beam expander into parallel light 5 whose beam diameter is the diameter of the grating area. As is clear from a comparison with FIG. 9, the optical beam expander of FIG. 1 requires only the combined thickness of the transparent substrate 1 and the optical waveguide layer 2, so it can be made smaller and lighter. Further, since this leading waveguide grating is concentric and has a constant period of one force, it is easy to manufacture. In other words, when producing a grating using a foot mask, the period is constant, so the resist exposure conditions do not vary depending on the location, and it is easy to form a uniform grating pattern over the entire area. It is. Furthermore, since they are concentric circles, mechanical processing using an NO lathe or the like is also possible.

ところで、第2図において導波光7および8の一部は所
望の出射光10および11の他に、それと反・対何へ進
む光12および13へも変換される。
By the way, in FIG. 2, a part of the guided light beams 7 and 8 is converted into not only the desired output light beams 10 and 11 but also light beams 12 and 13 which proceed in the opposite direction.

入射光を有効に利用するには、この反対側へ進む光の光
量をできる。だけ小さくすることが望ましい。
To make effective use of the incident light, the amount of light traveling to the opposite side can be reduced. It is desirable to make it as small as possible.

そのための一つの手段としては、グレーティング断面形
状をブレーズ化して片側への回折を大きくする方法があ
る。ブレーズ化された非対称断面形状のグレーティング
により導波光が片側へのみ強く回折されることは、例え
ばT、Tam1r、ed、“In−tegratect
Optics”、2nd ed、、apringet−
Ver −1ag(1979)第3章 p 、 118
.  に述べられている。ブレーズ断面のグレーティン
グの作製は上に述べたNC旋盤加工などにより可能であ
る。
One method for this purpose is to make the cross-sectional shape of the grating blazed to increase diffraction to one side. The fact that guided light is strongly diffracted only to one side by a blazed grating with an asymmetric cross-sectional shape is known, for example, from T. Tamr, ed., “In-tegrate.
Optics”, 2nd ed,, apringet-
Ver-1ag (1979) Chapter 3 p, 118
.. It is stated in A grating with a blazed cross section can be produced by the above-mentioned NC lathe processing or the like.

反対側へ進む光をなくすもう一つの方法として反射膜を
用いる方法がある。第3図は本発明の第2の実施例を示
したものである。この例では透明基板1の入射光側に、
入射光部分を除いて反射膜20が形成されている。この
反射膜は、例えば金属薄膜あるいは多層膜などにより構
成される。このように反射膜をつけた光ビーム拡大器で
は、グレーティングにより、所望の光とは反対方向へ回
折された光は再び入射光と同一方向へ反射されるため、
光量の損失が少ない。
Another way to eliminate light traveling to the opposite side is to use a reflective film. FIG. 3 shows a second embodiment of the invention. In this example, on the incident light side of the transparent substrate 1,
A reflective film 20 is formed except for the incident light portion. This reflective film is composed of, for example, a metal thin film or a multilayer film. In such a light beam expander equipped with a reflective film, the grating causes the light that is diffracted in the opposite direction to the desired light to be reflected again in the same direction as the incident light.
Less light loss.

以上の例は円形ビームを円形ビームへ拡大する光ビーム
拡大器であるが、出射ビームの断面形状はグレーティン
グ領域の形状により任意に変えることができる。第4図
は本発明の第3の実施例を示したもので、同心円グレー
ティング23の領域を正方形としたものである。このよ
うにすると、出射ビーム25も正方形断面のビームとな
る。
The above example is an optical beam expander that expands a circular beam into a circular beam, but the cross-sectional shape of the output beam can be arbitrarily changed depending on the shape of the grating region. FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention, in which the concentric grating 23 has a square area. In this way, the output beam 25 also becomes a beam with a square cross section.

第1図乃至第4図の例で出射ビームの強度分布は、グレ
ーティング断面の形状、グレーティング深さおよび回折
の次数などにより決まる。グレーティングが均一とする
と、一般に中央で強度が大きく周辺程小さくなる。グレ
ーティング深さを小さくして回折効率を低減させると、
回゛折された出射光の強度の変化は小さくなるが、その
代わり導波光の大部分が回折されずにそのまま外側へ導
波光として伝搬してしまう。これを防ぐ一つの方法は、
例えばグレーティングの山と谷の幅の比率を場所によっ
て変えることによって、外周に近い程回折効率を上げて
やることである。もう一つの方法として、同心円グレー
ティングの外側の光導波路上に反射鏡に相当する第2の
同心円グレーティングを設ける方法がある。第5図は本
発明の第4の実施例を示したもので、入射光を導波光に
変換する同心円グレーティング3の外側に、反射鏡とし
て第2の同心円グレーティング33を設けである。この
第2の同心円グレーティング33により、中央部の同心
円グレーティング3の外側領域へ伝搬する導波光37は
反射されて同心円の中心へ向かう導波光38となり、こ
の導波光は同心円グレーティング3により出射光5に変
換される。このようにすると、グレーティング領域の外
へ伝搬してしまう導波光がなくなり、効率の高い光ビー
ム拡大器が得られる。反射鏡として作用する第2の同心
円グレーティングの周期Δ富は次式で与えられる。
In the examples shown in FIGS. 1 to 4, the intensity distribution of the emitted beam is determined by the shape of the grating cross section, the grating depth, the order of diffraction, etc. If the grating is uniform, the intensity will generally be higher at the center and smaller toward the periphery. By reducing the grating depth and reducing the diffraction efficiency,
Although the change in the intensity of the diffracted outgoing light is reduced, most of the guided light is not diffracted and propagates outward as guided light. One way to prevent this is to
For example, by changing the ratio of the widths of the peaks and valleys of the grating depending on the location, the diffraction efficiency can be increased closer to the outer periphery. Another method is to provide a second concentric grating, which corresponds to a reflecting mirror, on the optical waveguide outside the concentric grating. FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention, in which a second concentric grating 33 is provided as a reflecting mirror outside the concentric grating 3 that converts incident light into guided light. By this second concentric grating 33, the guided light 37 propagating to the outer region of the central concentric grating 3 is reflected and becomes a guided light 38 that heads toward the center of the concentric circle, and this guided light is converted into an output light 5 by the concentric grating 3. converted. In this way, there is no guided light propagating outside the grating region, and a highly efficient optical beam expander can be obtained. The period Δof the second concentric grating, which acts as a reflector, is given by the following equation.

A、 ==−・・・(7) N 反射光を生じさせるためだけならばA!は(7)式の値
の整数倍でもよいが、反射光以外の無効な光を生じさせ
ないためには(7)式で与えられる一次回折による反射
を用いることが必要である。中央部の同心円グレーティ
ングも一次回折を用いる場合、すなわち、+1+式でm
=lの場合には、第2の同心円グレーティングの周期A
、は中央部の同心円グレーティングの周期Δのイとなる
A, ==-...(7) N If it's just to generate reflected light, then A! may be an integer multiple of the value of equation (7), but in order to prevent generation of invalid light other than reflected light, it is necessary to use reflection by first-order diffraction given by equation (7). If the concentric grating in the center also uses first-order diffraction, that is, m in the +1+ formula.
=l, the period A of the second concentric grating
, is the period Δ of the concentric grating in the center.

第6図は本発明の第5の実施例を示したものである。こ
の例では同心円グレーティング23の領域を正方形とし
、さらにその外側にやはり正方形領域の反射鏡としての
第2の同心円グレーティング43を設けである。この場
合、出射光は正方形断面のビームとなり、かつ高効率で
出射される。
FIG. 6 shows a fifth embodiment of the present invention. In this example, the concentric grating 23 has a square area, and a second concentric grating 43 is provided outside the square area as a reflecting mirror. In this case, the emitted light becomes a beam with a square cross section and is emitted with high efficiency.

本発明のfa6の実施例を第7図に示す。この図は、半
導体レーザ用のコリメーシ田ンレンズとして用いた例を
示したものである。半導体レーザチップ50をマウント
したパッケージ51および、本発明による光ビーム拡大
器はホ・ルダー52に固定されている。
An embodiment of fa6 of the present invention is shown in FIG. This figure shows an example of use as a collimating lens for a semiconductor laser. A package 51 on which a semiconductor laser chip 50 is mounted and an optical beam expander according to the present invention are fixed to a holder 52.

第8図は第7図における光ビーム拡大器の断面と入射光
側および出射光側のパターンを示したものである。この
光ビーム拡大器には半導体レーザからの放射光55を平
行光54に一度変換するため、ブレ・−ティングレンズ
53を設けである。この例では回折効率を上げるため、
グレーティングレンズはブレーズ化された断面形状とな
っている。
FIG. 8 shows a cross section of the optical beam expander in FIG. 7 and patterns on the incident light side and the output light side. This optical beam expander is provided with a breaking lens 53 in order to once convert the emitted light 55 from the semiconductor laser into parallel light 54. In this example, to increase the diffraction efficiency,
The grating lens has a blazed cross-sectional shape.

また第3図、第5図と同様に反射膜2oを設けである。Also, a reflective film 2o is provided as in FIGS. 3 and 5.

平行光54が拡大された出射光5に変換される原理は既
に述べた通りである。このコリメーシーンレンズの働き
を兼ねる光ビーム拡大器は、半導体レーザパッケージ5
1の直後に置くことができるため、第10図の場合に比
べ光路長を縮少でき、小型のコリメーシーン光学系を実
現できる。
The principle by which the parallel light 54 is converted into the enlarged output light 5 has already been described. The optical beam expander that also functions as this collimating lens is the semiconductor laser package 5.
1, the optical path length can be reduced compared to the case shown in FIG. 10, and a compact collimating optical system can be realized.

さらに第8図の光ビーム拡大器を半導体レーザパッケー
ジの窓として用いることも可能で、その場合にはパッケ
ージから直接、平行光を取り出すことができる。
Furthermore, the optical beam expander shown in FIG. 8 can also be used as a window of a semiconductor laser package, in which case parallel light can be taken out directly from the package.

第9図は本発明の第7の実施例を示したものである。こ
の例は第12図に示したホログラム記録光学系に本発明
による光ビーム拡大器を適用した例である。He−Ne
レーザ60より出射された光ビーム61は本発明による
光ビーム拡大器63によりビーム径を拡大され、ビーム
スプリッタ64により分岐されて、一方は物体67の照
明光71、もう一方は参照光72となる。物体67によ
り反射散乱された光73と、参照光72との干渉パター
ンがホログラム乾板66に記録される。光ビーム拡大器
は、光源のHe−Neレーザ60の直後に置くことがで
きるので光学系の大きさを小さくでき、また光軸の調整
も容易となる。
FIG. 9 shows a seventh embodiment of the present invention. This example is an example in which the optical beam expander according to the present invention is applied to the hologram recording optical system shown in FIG. He-Ne
A light beam 61 emitted from a laser 60 has its beam diameter expanded by a light beam expander 63 according to the present invention, and is split by a beam splitter 64, so that one becomes illumination light 71 for an object 67 and the other becomes a reference light 72. . An interference pattern between the light 73 reflected and scattered by the object 67 and the reference light 72 is recorded on the hologram dry plate 66. Since the optical beam expander can be placed immediately after the He-Ne laser 60 as the light source, the size of the optical system can be reduced and the optical axis can be easily adjusted.

第10図は本発明の第8の実施例で、第9図により作成
されたホログラムの再生装置として用いた例である。こ
の場合の光源は第9図と同じHe−Neレーザでもよい
が、ここでは可視光半導体レーザ80を用いる場合の例
を示した。図中83が本発明による光ビーム拡大器で、
半導体レーザ80からの出射光を拡大された平行光に変
換する。この原理は第8図において・説明した通りであ
る。第10図のホログラム再生装置の各部品の構成を第
11図に示した。光ビーム拡大器83より・出射した平
行光84は回折格子81により回折されて進行方向に対
してθだけ傾いた平行光82となり、ホログラム乾板・
66に入射する。この角度θは第9図において、ホログ
ラムを記録した際の参照光の角度と同じであるので、第
10図に示したように、物体の再生像87が観測される
。なお回折格子81の周期A1は、AI =λ/lhθ
で与えられる。
FIG. 10 shows an eighth embodiment of the present invention, which is an example used as a reproduction device for the hologram created in FIG. 9. Although the light source in this case may be the same He-Ne laser as in FIG. 9, an example in which a visible light semiconductor laser 80 is used is shown here. 83 in the figure is a light beam expander according to the present invention,
The light emitted from the semiconductor laser 80 is converted into expanded parallel light. This principle is as explained in FIG. FIG. 11 shows the configuration of each component of the hologram reproduction device shown in FIG. 10. A parallel beam 84 emitted from a light beam expander 83 is diffracted by a diffraction grating 81 and becomes a parallel beam 82 tilted by θ with respect to the traveling direction, which is then applied to a hologram dry plate.
66. Since this angle θ is the same as the angle of the reference beam when recording the hologram in FIG. 9, a reconstructed image 87 of the object is observed as shown in FIG. 10. Note that the period A1 of the diffraction grating 81 is AI = λ/lhθ
is given by

この回折格子は例えば重クロム酸ゼラチンを感光材料と
したホログラフィックグレーティング、あるいはプラス
チックレプリカによるブレーズ型回折格子などを用いる
ことにより、高い回折効率のものが得られる。第10図
に示したように、このホログラム再生装置は薄い平板の
素子で構成されているので、従来のホログラム再生光学
系に比べて極めて小型な構造となっている。
High diffraction efficiency can be obtained by using, for example, a holographic grating made of dichromate gelatin as a photosensitive material, or a blazed diffraction grating made of a plastic replica. As shown in FIG. 10, this hologram reproducing device is composed of thin flat plate elements, so it has a much smaller structure than conventional hologram reproducing optical systems.

以上に示した光ビーム拡大器は、光情報処理や光計測な
どの様々な分野に適用可能である。
The optical beam expander described above can be applied to various fields such as optical information processing and optical measurement.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発、明により、小型軽量の光ビーム拡大器を得ること
ができる。
According to the present invention, a small and lightweight optical beam expander can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による光ビーム拡大器の一例を示す図、
第2図はこの光ビーム拡大器の原理を説明するための薗
、第3図乃至第11図は本発明の他の実施例を示す図、
第12図および第13図は従来例を示す図である。 l・・・透明基板、2・・・光導波層、3,23・・・
同心円グレーティング、33.43・・・第2の同心円
グレーティング、4,6.54・・・入射光、5,25
・・・出射光、7.8,37.38・・・導波光、20
・・・反射膜、50,80゜120・・・半導体レーザ
、51・・・半導体レーザパッケージ、52・・・ホル
ダー、53・・・グレーティングレンズ、63.83・
・・光ビーム拡大器、81・・・回折格子、60.10
0・・・レーザ光源、102,103・・・レンズ、6
4104・・・ビームスプリフタ、  65,105・
・・反射鏡、66.106・・・ホログラム乾板、67
 、107・・・物体、87・・・再生像、  122
・・・コリメーシ翳ンレンズ、123・・・対物レンズ
、124・・・ディスク基板、125・・・情報記録面
FIG. 1 is a diagram showing an example of a light beam expander according to the present invention;
FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of this optical beam expander, and FIGS. 3 to 11 are diagrams showing other embodiments of the present invention.
FIGS. 12 and 13 are diagrams showing conventional examples. l... Transparent substrate, 2... Optical waveguide layer, 3, 23...
Concentric grating, 33.43... Second concentric grating, 4,6.54... Incident light, 5,25
... Output light, 7.8, 37.38 ... Guided light, 20
...Reflection film, 50,80°120...Semiconductor laser, 51...Semiconductor laser package, 52...Holder, 53...Grating lens, 63.83...
...Light beam expander, 81...Diffraction grating, 60.10
0... Laser light source, 102, 103... Lens, 6
4104... Beam splitter, 65,105.
... Reflector, 66.106 ... Hologram dry plate, 67
, 107... Object, 87... Reproduction image, 122
... Collimation lens, 123 ... Objective lens, 124 ... Disk substrate, 125 ... Information recording surface.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)光導波路と該光導波路上に形成された同心円グレ
ーティングとから成り、入射光の波長をλ、前記光導波
路の実効屈折率をN、mを正の整数としたとき、前記同
心円グレーティングの周期ΛがΛ=mλ/N となっていることを特徴とする光ビーム拡大器。
(1) Consists of an optical waveguide and a concentric grating formed on the optical waveguide, where the wavelength of the incident light is λ, the effective refractive index of the optical waveguide is N, and m is a positive integer. An optical beam expander characterized in that the period Λ is Λ=mλ/N.
(2)前記同心円グレーティングの外側の光導波路上に
第2の同心円グレーティングを有し、該第2の同心円グ
レーティングの周期Λ_2が Λ_2=λ/2N となっていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の光ビーム拡大器。
(2) A second concentric grating is provided on the optical waveguide outside the concentric grating, and the period Λ_2 of the second concentric grating is Λ_2=λ/2N. The optical beam expander according to item 1.
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