JPS6395406A - 屈折率分布型光学素子 - Google Patents
屈折率分布型光学素子Info
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- JPS6395406A JPS6395406A JP24179186A JP24179186A JPS6395406A JP S6395406 A JPS6395406 A JP S6395406A JP 24179186 A JP24179186 A JP 24179186A JP 24179186 A JP24179186 A JP 24179186A JP S6395406 A JPS6395406 A JP S6395406A
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Landscapes
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は中心軸から周辺に向けて屈折率勾配を有する光
学素子に関し、特に７アイノくとレーザーダイオードと
の結合用レンズ、能動型素子等に有用な光学素子に関す
る。
学素子に関し、特に７アイノくとレーザーダイオードと
の結合用レンズ、能動型素子等に有用な光学素子に関す
る。
ガラスから成る円柱状ロッドの断面内に中心から周辺に
向けて変化する屈折率分布を与えた屈折率分布型レンズ
は従来から知られており、光伝送路の光学的結合、複写
機の画像伝送用等に広く用いられている。
向けて変化する屈折率分布を与えた屈折率分布型レンズ
は従来から知られており、光伝送路の光学的結合、複写
機の画像伝送用等に広く用いられている。
しかしながら、従来の屈折率分布型レンズはガラスある
いは合成樹脂を素材としているため、中心部と周辺部と
の屈折率差があまり大きくとれず、このためレンズの開
口数（ＮＡ）は０．３６程度と比較的小さい。
いは合成樹脂を素材としているため、中心部と周辺部と
の屈折率差があまり大きくとれず、このためレンズの開
口数（ＮＡ）は０．３６程度と比較的小さい。
また従来の屈折率分布型レンズは、ガラス母材中に屈折
率分布を形成するに当り、溶融塩浴中の−ＩａＩｉ陽イ
オンとガラス中の一価陽イオンとのイオン交換によって
行なっているため、直径が数ミＩＪメートルのレンズを
製作する場合でもｌないし３週間という非常に長時間の
浸漬処理を必要とする。
率分布を形成するに当り、溶融塩浴中の−ＩａＩｉ陽イ
オンとガラス中の一価陽イオンとのイオン交換によって
行なっているため、直径が数ミＩＪメートルのレンズを
製作する場合でもｌないし３週間という非常に長時間の
浸漬処理を必要とする。
さらに、レンズ内における屈折率分布の形状は実質的に
固定している。
固定している。
ＬｉＮｂＯ３又ハＬｉＴａＯ３カら成り、結晶のｚ軸を
中心軸とする円柱状ロッドに、断面内で中心から周辺に
向けて変化する屈折率分布を設けた。
中心軸とする円柱状ロッドに、断面内で中心から周辺に
向けて変化する屈折率分布を設けた。
上記構成によれば、母材結晶体の外周側面に、カルボン
酸などの水素基を有する化合物を接触させ、外周から中
心に向けてプロトン交換を行なうことにより、従来のガ
ラス母材に対するイオン交換では得られなかった大きな
屈折率差を与えることができ、これにより大きな開口数
をもつ屈折率分布型レンズが得られる。
酸などの水素基を有する化合物を接触させ、外周から中
心に向けてプロトン交換を行なうことにより、従来のガ
ラス母材に対するイオン交換では得られなかった大きな
屈折率差を与えることができ、これにより大きな開口数
をもつ屈折率分布型レンズが得られる。
またレンズの半径方向あるいは中心軸方向に電界を印加
すると、屈折率分布形状が変化し、このため電界強度あ
るいは電界印加の位置等を変化させることにより、焦点
位置を任意に変えることができ、この性質を利用して光
スィッチなど極めて高速で動作する光学的な能動素子と
して使用することができる。
すると、屈折率分布形状が変化し、このため電界強度あ
るいは電界印加の位置等を変化させることにより、焦点
位置を任意に変えることができ、この性質を利用して光
スィッチなど極めて高速で動作する光学的な能動素子と
して使用することができる。
以下本発明を図面に示した一実施例に基づいて詳細に説
明する。
明する。
第１図は本発明の屈折率分布型レンズの側面図であり、
レンズ／はＬｉＮｂ０３又はＬｉＴａＯ３から成る円柱
状結晶体ロッド２に、半径方向に中心から周辺に向けて
変化する屈折率分布３、−例として屈折率が中心軸弘上
で最大で外周部で最小となるガウス分布状の屈折率分布
を形成して構成されている。そして結晶体ロッド２はそ
の中心軸ｔが結晶のＺ軸方向と一致するように結晶面が
選ばれている。
レンズ／はＬｉＮｂ０３又はＬｉＴａＯ３から成る円柱
状結晶体ロッド２に、半径方向に中心から周辺に向けて
変化する屈折率分布３、−例として屈折率が中心軸弘上
で最大で外周部で最小となるガウス分布状の屈折率分布
を形成して構成されている。そして結晶体ロッド２はそ
の中心軸ｔが結晶のＺ軸方向と一致するように結晶面が
選ばれている。
上記の屈折率分布型レンズを製作する好適な方法として
は、ＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３から成るロツドコの
外周面にカルボン酸等の水素基を有する化合物溶液を接
触させ、２００″Ｃ前後で加熱することにより結晶中の
Ｌｉイオンをプロトンに置換させる。
は、ＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３から成るロツドコの
外周面にカルボン酸等の水素基を有する化合物溶液を接
触させ、２００″Ｃ前後で加熱することにより結晶中の
Ｌｉイオンをプロトンに置換させる。
このプロトン交換処理により、第２図のグラフに示すよ
うにロッド表面から一定の深さまでプロトン交換されて
屈折率の分布はステップ状に近い分布となるが、プロト
ン交換処理後にさらに３００°Ｃ付近で熱処理を行なう
と分布は滑らかなガウス分布状に変化する。そして処理
温度および時間を適当に選ぶことにより非常に広い範囲
で屈折率分布形状を変えることができる。このことは同
一レンズ長で焦点距離が大きく異なるレンズを製作でき
ることを示している。
うにロッド表面から一定の深さまでプロトン交換されて
屈折率の分布はステップ状に近い分布となるが、プロト
ン交換処理後にさらに３００°Ｃ付近で熱処理を行なう
と分布は滑らかなガウス分布状に変化する。そして処理
温度および時間を適当に選ぶことにより非常に広い範囲
で屈折率分布形状を変えることができる。このことは同
一レンズ長で焦点距離が大きく異なるレンズを製作でき
ることを示している。
またＩ、１Ｎｌ）０３は屈折率が２．２１ｔと非常に大
きく、プロトン交換することによって６３ Ｊ ｎｍ波
長で約０．０＋の屈折率低下を生じ、 開口数（ＮＡ ） −３ｉｎ−１（Ｎ： −Ｎ孟）ｌ／
２の式でＮＱ−２，２ｇｇ、Ｎ５−２．２ｔ６としてＨ
Ａ −０、’１３の開口数をもつレンズも得ることが可
能であり、ガラスのイオン交換処理による従来の屈折率
分布型レンズに比べてより高開口角のレンズが得られる
。
きく、プロトン交換することによって６３ Ｊ ｎｍ波
長で約０．０＋の屈折率低下を生じ、 開口数（ＮＡ ） −３ｉｎ−１（Ｎ： −Ｎ孟）ｌ／
２の式でＮＱ−２，２ｇｇ、Ｎ５−２．２ｔ６としてＨ
Ａ −０、’１３の開口数をもつレンズも得ることが可
能であり、ガラスのイオン交換処理による従来の屈折率
分布型レンズに比べてより高開口角のレンズが得られる
。
かかる高開口角の屈折率分布型レンズは、例えばレーザ
ーダイオードのような発散光源と光ファイバとの結合に
用いることにより、結合損失を非常に小さく抑えること
ができる。
ーダイオードのような発散光源と光ファイバとの結合に
用いることにより、結合損失を非常に小さく抑えること
ができる。
またＬｉＮｋ）０３あるいはＬｉＴａＯ３の電気光学的
性質を利用すれば、以下の実施例に示すように能動素子
として機能する。
性質を利用すれば、以下の実施例に示すように能動素子
として機能する。
例えば第３図に示すように結晶のＹ軸方向、つまりロッ
ドレンズｌを横切る方向に電界５を印加すると、結晶の
電気光学係数ｒ２２に依存してＴＥおよびＴＨの両偏光
において位相のシフトを生じる。
ドレンズｌを横切る方向に電界５を印加すると、結晶の
電気光学係数ｒ２２に依存してＴＥおよびＴＨの両偏光
において位相のシフトを生じる。
また断面内での屈折率分布形状が変化するので光線の伝
搬経路に変化を生じ、結果としてレンズｌの焦点距離が
変化する。これら性質を利用して高効率の光変調器、超
高速の焦点調整、あるいは光スイッチング等を単純な構
造の装置で実現できる。さらに第１図に示すようにロッ
ドレンズｌの２軸方向に電界ｊを印加した場合もＴＥお
よびＴＭの両偏光において光学的な位相のシフトを生じ
る。
搬経路に変化を生じ、結果としてレンズｌの焦点距離が
変化する。これら性質を利用して高効率の光変調器、超
高速の焦点調整、あるいは光スイッチング等を単純な構
造の装置で実現できる。さらに第１図に示すようにロッ
ドレンズｌの２軸方向に電界ｊを印加した場合もＴＥお
よびＴＭの両偏光において光学的な位相のシフトを生じ
る。
また本発明のロッドレンズは、正確な位相マツチングに
よって二次高調波を発生させることができる。第５図に
示すように平行なビーム６をロッドレンズ／の一方の端
面に入射させた場合、ロッドレンズｌの長さ２が／／２
ピッチであれば、レンズ内部での集光点７で非常に高い
光パワー密度となり、この点から二次高調波が発生する
。そしてロッドレンズ／の他端面からは主ビームととも
に、このビームと一定角度θを成して二次高調波ざが出
射される。
よって二次高調波を発生させることができる。第５図に
示すように平行なビーム６をロッドレンズ／の一方の端
面に入射させた場合、ロッドレンズｌの長さ２が／／２
ピッチであれば、レンズ内部での集光点７で非常に高い
光パワー密度となり、この点から二次高調波が発生する
。そしてロッドレンズ／の他端面からは主ビームととも
に、このビームと一定角度θを成して二次高調波ざが出
射される。
またロッドレンズ／は音響光学的あるいは電気光学的な
光偏向器としても使用できる。
光偏向器としても使用できる。
例えば第６図に示すように約／／２ピッチ長のＬｉＮｂ
Ｏ３０ツドレンズの側面にマイナス、ゼロ、プラスの三
つの電極９を間隔をおいて配置し、これを二組設ける。
Ｏ３０ツドレンズの側面にマイナス、ゼロ、プラスの三
つの電極９を間隔をおいて配置し、これを二組設ける。
またレンズｌの一方の端面側に対向させて入力用光７ア
イパ１０を配置するとともに、他端面側には、レンズ半
径方向に三本の出力用光７アイバ／ ／ 、 ／２ 、
／３を配置しておく。
イパ１０を配置するとともに、他端面側には、レンズ半
径方向に三本の出力用光７アイバ／ ／ 、 ／２ 、
／３を配置しておく。
上記装置において、電界印加を行なわない場合、入力用
光ファイバ１０から拡散出射した光線ｌ≠はレンズ内を
実線で示す蛇行軌跡を通った後中心にある出力用光ファ
イバ／ｌに集光入射する。
光ファイバ１０から拡散出射した光線ｌ≠はレンズ内を
実線で示す蛇行軌跡を通った後中心にある出力用光ファ
イバ／ｌに集光入射する。
またプラスの電界印加を行なった場合は、電極間に位置
するレンズ部□分の屈折率が局部的に増大し、中心部と
の屈折率差が相対的に小さくなるので、レンズ内を進行
する光線の蛇行カーブが電界印加なしの場合に比べて緩
やかとなり、このためレンズ端面からの出射位置が上方
に偏位し、光ファイバ／２に入射する。逆にマイナス印
加の場合は出射位置が下方に偏位して７アイパ１３に入
射する。
するレンズ部□分の屈折率が局部的に増大し、中心部と
の屈折率差が相対的に小さくなるので、レンズ内を進行
する光線の蛇行カーブが電界印加なしの場合に比べて緩
やかとなり、このためレンズ端面からの出射位置が上方
に偏位し、光ファイバ／２に入射する。逆にマイナス印
加の場合は出射位置が下方に偏位して７アイパ１３に入
射する。
このようにレンズの局部に与える電界強度を変化させる
ことにより、断面内での屈折率分布形状を変えてやれば
出射光をレンズの半径方向に偏向させることができ、光
強度変ＭＷとして利用できる０ 〔発明の効果〕 本発明によれば、従来のガラスロッドレンズに比べてよ
り高開口角のレンズを得ることができるとともに、屈折
率分布形状の選択範囲も大幅に拡大する。
ことにより、断面内での屈折率分布形状を変えてやれば
出射光をレンズの半径方向に偏向させることができ、光
強度変ＭＷとして利用できる０ 〔発明の効果〕 本発明によれば、従来のガラスロッドレンズに比べてよ
り高開口角のレンズを得ることができるとともに、屈折
率分布形状の選択範囲も大幅に拡大する。
またカルボン酸等の有機化合物溶液を用いたプロトン交
換で屈折率分布を形成できるので、無機溶１！！ｌ！塩
を用いたイオン交換によるガラスロッドレンズの製造に
比べて作業温度が大幅に低下するとともに、処理時間も
短かくて済み製造が容易である。
換で屈折率分布を形成できるので、無機溶１！！ｌ！塩
を用いたイオン交換によるガラスロッドレンズの製造に
比べて作業温度が大幅に低下するとともに、処理時間も
短かくて済み製造が容易である。
またＬｉＮｂＯ３およびＬｉＴａＯ３は光学的に活性な
結晶であるので、電気光学的あるいは音響光学的手段で
レンズの光学特性およびレンズを通る光学情報に変化を
与えることが容易に行なえる。そして上記性質を利用し
て、本発明の素子は二次高調波発生、位相、周波数、強
度変調、レンズ体点調整等非常に広範囲な用途に使用で
きる。
結晶であるので、電気光学的あるいは音響光学的手段で
レンズの光学特性およびレンズを通る光学情報に変化を
与えることが容易に行なえる。そして上記性質を利用し
て、本発明の素子は二次高調波発生、位相、周波数、強
度変調、レンズ体点調整等非常に広範囲な用途に使用で
きる。
図面は本発明の実施例を示し、第７図は屈折率分布型ロ
ッドレンズの側断面図、第２図は屈折率分布形成のため
のプロトン交換処理によるロッド内での屈折率変化の例
を示す図、第３図は本発明素子の結晶の電気光学係数７
”２２を利用して伝送光を変調する使用例を示す図、第
ψ図は本発明素子の結晶の電気光学係数ｒ１３を利用し
て伝送光を変調する使用例を示す図、第５図は本発明素
子な二次高調波発振器として使用した例を示す図、第６
図は本発明素子を用いた光偏向器の例を示す図である。 ／・・・・・・ロッドレンズ ３・・・・・・屈折率分
布ｌ・・・・・・中心＠ ｊ・・・・・・電 界 ６・
・・・・・入射光ビーム７・・・・・・集光点 ｒ・・
・・・・二次高調波 ９・・・・・・電 極１０・・・
・・・入力用光ファイバ ／／、／２．１３・・・・・・出力用光ファイバ第１因 交換深さ ５ｕ ６００Ｊｍ）第３
図
ッドレンズの側断面図、第２図は屈折率分布形成のため
のプロトン交換処理によるロッド内での屈折率変化の例
を示す図、第３図は本発明素子の結晶の電気光学係数７
”２２を利用して伝送光を変調する使用例を示す図、第
ψ図は本発明素子の結晶の電気光学係数ｒ１３を利用し
て伝送光を変調する使用例を示す図、第５図は本発明素
子な二次高調波発振器として使用した例を示す図、第６
図は本発明素子を用いた光偏向器の例を示す図である。 ／・・・・・・ロッドレンズ ３・・・・・・屈折率分
布ｌ・・・・・・中心＠ ｊ・・・・・・電 界 ６・
・・・・・入射光ビーム７・・・・・・集光点 ｒ・・
・・・・二次高調波 ９・・・・・・電 極１０・・・
・・・入力用光ファイバ ／／、／２．１３・・・・・・出力用光ファイバ第１因 交換深さ ５ｕ ６００Ｊｍ）第３
図
Claims (3)
- （１）ＬｉＮｂＯ＿３又はＬｉＴａＯ＿３から成る円柱
状ロッドに、断面内で中心から周辺に向けて変化する屈
折率分布を設けたことを特徴とする屈折率分布型光学素
子。 - （２）特許請求の範囲第１項において、前記屈折率分布
は母材の周辺から中心に向けてのプロトン交換によって
形成されている屈折率分布型光学素子。 - （３）特許請求の範囲第１項において、前記ロッドの側
面に電極を設けた屈折率分布型光学素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24179186A JPS6395406A (ja) | 1986-10-11 | 1986-10-11 | 屈折率分布型光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24179186A JPS6395406A (ja) | 1986-10-11 | 1986-10-11 | 屈折率分布型光学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6395406A true JPS6395406A (ja) | 1988-04-26 |
Family
ID=17079568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24179186A Pending JPS6395406A (ja) | 1986-10-11 | 1986-10-11 | 屈折率分布型光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6395406A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012093757A (ja) * | 2010-10-22 | 2012-05-17 | Leica Microsystems Cms Gmbh | Ｓｔｅｄ光シートを用いるｓｐｉｍ顕微鏡 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56143406A (en) * | 1980-04-10 | 1981-11-09 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor laser coupler |
| JPS57111512A (en) * | 1980-12-27 | 1982-07-12 | Mitsubishi Electric Corp | Coupling device of semiconductor laser to optical fiber |
-
1986
- 1986-10-11 JP JP24179186A patent/JPS6395406A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56143406A (en) * | 1980-04-10 | 1981-11-09 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor laser coupler |
| JPS57111512A (en) * | 1980-12-27 | 1982-07-12 | Mitsubishi Electric Corp | Coupling device of semiconductor laser to optical fiber |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012093757A (ja) * | 2010-10-22 | 2012-05-17 | Leica Microsystems Cms Gmbh | Ｓｔｅｄ光シートを用いるｓｐｉｍ顕微鏡 |
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