WO1991003000A1 - Optical deflector - Google Patents

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WO1991003000A1
WO1991003000A1 PCT/JP1990/001038 JP9001038W WO9103000A1 WO 1991003000 A1 WO1991003000 A1 WO 1991003000A1 JP 9001038 W JP9001038 W JP 9001038W WO 9103000 A1 WO9103000 A1 WO 9103000A1
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WO
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optical
waveguide
light
grating
optical waveguide
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Application number
PCT/JP1990/001038
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ryo Enomoto
Masaya Yamada
Original Assignee
Ibiden Co., Ltd.
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Filing date
Publication date
Application filed by Ibiden Co., Ltd. filed Critical Ibiden Co., Ltd.
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/295—Analog deflection from or in an optical waveguide structure]
    • G02F1/2955—Analog deflection from or in an optical waveguide structure] by controlled diffraction or phased-array beam steering

Definitions

  • the present invention relates to an optical deflector that changes the traveling direction of laser light, and more particularly, the present invention relates to a waveguide type optical deflector having a large deflection angle. North
  • the performance of the optical deflector is one of the important factors that determine the performance of the optical information processing device.
  • optical deflectors are roughly divided into mechanical deflectors such as vibrating galvanometers, polygon mirrors, and hologram disks, and non-mechanical optical deflectors such as acousto-optic and electro-optic devices.
  • the former has a large deflection angle and is practical, but the scanning speed is slow and there is a limit to speeding up.
  • the equipment becomes large due to the mechanical operation and the complicated optical system. Had such a problem.
  • non-mechanical optical deflectors have no mechanical parts and can be controlled by optical or electric signals, so that they can be made smaller and faster, and the following are proposed. .
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-9842 (US Pat. No. 4,799,750), Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-7053 (US Patent No. 4,778,23) No. 6, U.S. Pat. No. 4,886,587), Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-19232, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-47672, propagating in the waveguide.
  • Acoustic light to light Optical devices and optical deflectors have been proposed which deflect light in a plane parallel to the waveguide by deflecting the light by a prism or grating by the optical or electro-optical effect.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-181,529 discloses that a light propagating in a waveguide is converted into a mode by an electro-optic effect and emitted by a prim or a grating so that the light is parallel to the waveguide.
  • an optical deflector for deflecting light in a direction perpendicular to a flat surface since this optical deflector uses mode conversion, there is no continuity in the deflection angle, and there is a problem that it cannot be used for a beam scanner or a printer.
  • 58-125203 U.S. Pat. No. 4,762,833 discloses that a waveguide light propagating in an optical waveguide is guided by an acousto-optic effect in the plane of the optical waveguide.
  • a two-dimensional optical deflector that deflects light in the direction perpendicular to the waveguide plane by changing the refractive index of the waveguide near the emission end face by thermo-optic effect while deflecting the light is disclosed in No. 13 032 27 (U.S. Pat. No. 4,762,383) discloses a method in which the light is deflected in the waveguide plane and the refractive index of the emission grating forming portion is changed by the electro-optic effect. Two-dimensional optical deflectors that deflect light in the direction perpendicular to the optical waveguide surface have been proposed.
  • these optical deflectors use the acousto-optic effect for deflection in a plane parallel to the optical waveguide, the former uses the thermo-optic effect for deflection in the direction perpendicular to the optical waveguide surface, and the latter uses Since the electro-optic effect is used, the former has a problem that not only the deflection angle is extremely small but also the response speed is slow, and the latter has a problem that the deflection angle is extremely small.
  • the non-mechanical optical deflectors conventionally proposed Has a problem in terms of practicality, such as the inability to scan a large area because the deflection angle is extremely small and the lack of continuity in the deflection angle.
  • the present inventors have previously described in Japanese Patent Application No.
  • 11-32744 a means for providing an external signal to the optical waveguide for controlling the effective refractive index, and a method for converting the guided light into the effective refraction of the guided light.
  • a non-mechanical optical deflector that combines a grating that takes out light at an angle according to the rate.
  • the deflection angle is 10 to 30 in this device.
  • a thin film material such as an electro-optic effect capable of increasing the change in the effective refractive index.
  • the present invention is an optical deflector having an optical waveguide for propagating light, an optical input part on one side, and an optical output part made of grating on the other side,
  • the optical waveguide has means for deflecting the guided light in a plane parallel to the optical waveguide, and is provided on the surface or inside of the optical waveguide so as to be inclined with respect to a direction orthogonal to the propagation direction of the guided light. After deflecting the guided light in a plane parallel to the optical waveguide, the light is emitted from the plane parallel to the optical waveguide at an angle according to the period of the grating by the drooping.
  • An optical deflector characterized in that: That is, the present invention has means for causing light deflection in a plane parallel to the optical waveguide, and the grating of the output portion is provided on the surface or inside the optical waveguide in a direction orthogonal to the propagation direction of the guided light.
  • the optical deflector is provided so as to be inclined with respect to the optical waveguide, and deflects the guided light out of a plane parallel to the optical waveguide.
  • the incident light is preferably a laser light. This is because laser light has a wide range of uses such as optical information devices.
  • the optical waveguide of the optical deflector of the present invention is desirably a single crystal.
  • optical waveguide for example L i T a 03 obtained by forming a L i N b 0 3 ⁇ on a substrate, a L i T a 03 thin film is formed L i N b 0 3 substrate, further L i that form a N b 0 3 thin film, L i T a 0 3 on a single crystal substrate S r x B a, - x N b 2 0 6 (SBN) obtained by forming a thin film, S i 0 2 thin film on the surface layer that form the shape of the SBN thin film S i on the substrate provided with the, G d 3 G a 5 0 , 2 (GGG), N d 3 G a 5 0 1Z (N d GG), S m 3 G a 5 0 Garnet groups such as, 2 (SmGG) SBN thin film formed on a plate,?
  • Ding 1 0 3 obtained by forming a 8 a T i 0 3 single crystal thin film on the single crystal base ⁇ , KN b 0 3 on a single crystal substrate K (N b x T a) 0 3 a (KTN) film It is possible to use a substrate made of a PLZT thin film on a PLZT ceramics substrate, a substrate or a thin film made of SiO 2 or glass made of quartz or the like.
  • 0 3 obtained by forming a L i N b 03 thin film on a substrate is the most preferable from the size of the electro-optical effect.
  • L i N b 0 3 thin film, L i T a 0 3 Rukoto are substrate lattice matched desirable.
  • the said lattice matched, the lattice constant of L i N b 0 3, is that it 9 9.8 1-1 0 0.0 7% L i T a 0 3 lattice constants.
  • the lattice constant size or Kusuru is ⁇ heterologous element L i T a 0 3 substrate in the opposite It is advantageous to reduce the lattice constant.
  • Different element to ⁇ the L i N b 0 3 thin film waveguide layer is desirably N a and M g.
  • Mg has an effect of preventing optical damage of the thin film, and is advantageous for obtaining high output.
  • it is 0.1 to 4.8 mol%, and 0.8 to 10.8 mol%.
  • T i der Rukoto are preferred.
  • T i is because having Reduces the effect lattice constant of L i T a 0 3.
  • the content of Ti is desirably 5.0 to 7.0 m 0 1%.
  • the (00001) plane is a crystal Means the plane perpendicular to the c-axis.
  • the L i T a 0 3 L i N b 0 3 thin film of lattice constant is formed on the substrate (a axis), the L i T a 0 3 lattice constant of the substrate (a-axis) 9 9. 81 to: 100.07% is preferred, and 99.92 to: 00, 03% is preferred.
  • Aforementioned i T a 0 3 substrate and L i N b 03 thin film is preferably either a single crystal.
  • the L i T a 0 3 substrate may be a L i N b 0 3 substrate L i T a 0 3 thin film is formed.
  • the L i N b 0 3 thin film, light propagation loss for the semiconductor lasers first light of a wavelength 0. 8 3 m it is desirable 1. or less 4 d BZ cm.
  • the light propagation loss indicates a rate of decrease in light intensity per unit length in the traveling direction of light when the light propagates through the thin film, and includes scattering loss and absorption loss.
  • Scattering loss depends on the state of the interface between the substrate and the thin film, the surface state of the thin film, the micro crack in the thin film, and the like. Further, the absorption loss relates only to the characteristics of the thin film, and depends on the crystallinity of the thin film, the mixing ratio of impurities, and the like.
  • the reason for this is that it is difficult for the glass to have characteristics such as an electro-optic effect.
  • the glass is inexpensive and is advantageous for reducing the cost of the optical deflector.
  • the content of Na is desirably 0.1 to: L 0 mol%.
  • the reason for this is that if the Na content exceeds 10 moi%, the optical characteristics of the Li Ta 03 substrate deteriorate, and if the Na content is lower than 0.1 lm 0 1%, the refractive index decreases. This is because it hardly changes.
  • the content of Na is preferably 0.8 m 0 1% to 2 mol 1%, and the content of Cr is desirably 0.02 to 20 mol%. New The reason is that the Cr content exceeds 20 m 0 1%. If
  • L i N b 03 thin waveguiding layer or it is because L i T a 0 3 optical properties of the substrate is lowered, and if less than 0. I mol%, because the refractive index hardly changes.
  • the Cr content is preferably from 0.2 m 0 1% to 10 m 0 1%.
  • the content of Mg is desirably 0.1 to 20 mol%. This is because, when the content of the M g is Ru exceed 2 0 mol% is because L i T a 0 3 optical properties of the substrate is reduced, and if 0. 1 m 0 less than 1% This is because there is almost no effect of preventing light damage.
  • the content of Mg is 2.0 m 0 1% to 1
  • the content of T i is desirably 0.2 to 30 mol%. The reason is that if the content of T i exceeds 30 mol%, L
  • T i is preferably from 1,0 mo 1% to 15 mo 1%.
  • the content of Nd is desirably 0.02 to: I 0 mol%. This is because, if the content of N d exceeds 0 1% 1 0 m, is because L i N b 0 3 thin film waveguide layer, or is L i T a 0 3 optical properties of the substrate decreases If it is lower than 0.02 m 0 1%, the refractive index hardly changes.
  • the content of Nd is preferably from 0,5 m0 l% to 5 mol%.
  • the content of V is desirably 0.05 to 30 mol%. This is because, if the content of the V exceeds 1% 3 0 mo is L i N b 03 thin waveguiding layer, or L i T a 0 3 different structures in the substrate This is because the resulting crystal is bent out and the optical characteristics deteriorate, and when it is lower than 0.05 m 0 1%, the refractive index hardly changes. It is preferable that the amount owned by the above-mentioned V is 2.0 m 0 1% to 10 m 0 1%.
  • the ⁇ amount is represented by mo 1% of a different element for L i N b 0 a or L i T a 0 3.
  • the L i N b 0 3 wherein the thin film waveguide layer N a, C r, N d , if allowed to ⁇ a different element such as ⁇ i> ⁇ g, V, the then i N b 0 3 Since the lattice constant and the refractive index of the thin-film waveguide layer change at the same time, it is desirable to adjust the content of the different element as necessary.
  • a conventional material capable of forming a deflecting portion in the waveguide plane that is, an electro-optic effect, a magneto-optic effect, an acousto-optic effect, a non-linear optical effect, and a piezoelectric material coefficient of such effects is relatively large material suitable, in addition to the above-mentioned thin film material, can be applied L i T a 0 3, P b T a 2 0 6, S b SI , and the like.
  • an electro-optic effect As a specific means for deflecting the guided light in a plane parallel to the optical waveguide, there are methods using an electro-optic effect, a magneto-optic effect, an acousto-optic effect, a nonlinear optical effect, and the like.
  • a method of using a method of applying a voltage by providing a pair of electrodes for periodically changing the refractive index on the optical waveguide and applying a voltage, and a part of the optical waveguide as the acousto-optic effect, and a pair of electrodes on both sides.
  • S AW Surface Acoustic Wave
  • Oscillating interdigital (comb-shaped) electrodes are provided facing each other to apply voltage.
  • the method using the electro-optic effect is more desirable because the response speed is faster than other methods.
  • the deflection angle of the incident light is desirably 0.3 to 7 ° in the plane of the waveguide. The reason for this is that when the deflection angle of the incident light is less than 0.3 °, a large deflection angle cannot be obtained, and practical means for obtaining a deflection angle exceeding 7 ° cannot be found. It is.
  • the deflection angle is preferably 1 to 5 ° in the plane of the waveguide.
  • the grating is provided on the surface or inside of the optical waveguide so as to be inclined with respect to a direction orthogonal to the propagation direction of the guided light.
  • the inclination angle () is 42 to 86 °.
  • the inclination angle is preferably in the range of 45 to 85 °.
  • an end face incidence method is preferable. The reason is that it can be easily created by polishing the end face of the waveguide.
  • the waveguide be a single mode waveguide in order to increase the ratio of the waveguide light changed by the optical deflector and increase the deflection efficiency.
  • the grating period is provided so as to have a certain period within a range of 0.01 to 2.0 m. This is because the period is 0.01 jt / m. This is because it is difficult to create a grating that is less than 2 mm, and if the period exceeds 2.0 m, a large deflection angle cannot be obtained.
  • the grating period is particularly preferably from 0.02 to 1.0 m. It is.
  • optical waveguide of the present invention be in a single mode.
  • the reason is that the deflection efficiency can be improved as compared with the multimode.
  • the optical waveguide has a thickness that is inclined in a direction perpendicular to a light propagation direction. The reason is that, when the film thickness is given a gradient in the direction perpendicular to the light propagation direction, the incident light is deflected in-plane, so that the light propagates through paths having different thicknesses, so that the effective refractive index changes. This is because the deflection angle of the light emitted from the grating can be changed more greatly.
  • the grating output section of the present invention has a means for changing the period of the grating.
  • the reason for this is that the emission angle can be further greatly changed by changing the period of the grating.
  • a method of providing an electrode in the grating output section is advantageous.
  • a lens for condensing incident laser light is formed in the waveguide of the present invention.
  • the optical deflector according to the present invention has a thickness on the substrate 1.
  • a thin-film optical waveguide d is provided, and one end face 3 is used as an input part, and an output part 4 made of a grating is provided on the surface or inside of the optical waveguide at a predetermined distance from the input part.
  • This grating has a length L, a period of 8, and an inclination angle ⁇ with respect to a direction orthogonal to the propagation direction of the guided light.
  • an electrode 5 which is a means for deflecting the II-wave light in a plane parallel to the optical waveguide, is provided in the optical waveguide between the input unit and the output unit.
  • the optical deflector having such a configuration, when a laser beam having a light width D is incident from the end face 3, the laser beam propagates through the thin film waveguide 2.
  • the electrode 5 provided between the input part and the output part, the guided light propagating in the optical waveguide 2 is deflected by an electro-optic effect in a plane parallel to the optical waveguide. .
  • the outgoing light emitted from point B is emitted from point ⁇ as a result of the guided light being deflected by ⁇ °.
  • the optical deflector of the present invention since the grating is provided so as to have an inclination with respect to the direction orthogonal to the propagation direction of the guided light, the The emitted light is deflected by 0 ° with respect to the plane parallel to the optical waveguide, and emitted.
  • the principle of this 6 ° deflected action will be described below.
  • the guided light that is not deflected in a plane parallel to the optical waveguide has an angle corresponding to the grating period ⁇ ′ expressed by the following equation using the grating period ⁇ of the output unit and the slope 0. Is emitted from the grating.
  • the guided light deflected by ⁇ ° in the plane parallel to the optical waveguide is emitted from the grating at an angle corresponding to the grating period ⁇ ′′ represented by the following equation.
  • ⁇ " A / cos ( ⁇ +)
  • the guided light incident on the grating changes according to the change of the grating period. Therefore, the larger the change in the period, the larger the change in the emission angle, that is, the larger the deflection angle 0.
  • the grating is provided on the surface or inside of the optical waveguide so as to be inclined with respect to the direction orthogonal to the propagation direction of the guided light, so that the grating period for the guided light is significantly increased. It has the characteristic that it can be changed and the emission angle of guided light can be largely deflected.
  • the device deflects the light propagating in the waveguide using the acousto-optic effect or the electro-optic effect, and emits it from the output part such as a normal prism or grating or the end face. -I can't.
  • the optical deflector proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-130327 proposes to change the grating period by changing the refractive index of the grating forming portion, which is the output portion, by an electro-optic effect.
  • the light deflector is large as in the present invention.
  • the grating period cannot be changed, and a large deflection angle cannot be obtained.
  • the optical deflector of the present invention can greatly change the period of the grating as described above. Therefore, a practical deflection angle in the existing electro-optical effect or a thin film material that have a acousto-optic effect, (L i N b 0 3 , PLZT , etc.) Can be
  • FIG. 1 is a schematic side view of an example of an optical deflector according to the present invention.
  • the LPE growth method the L i T a 03 substrate, thickness 3; grown L i N b 0 3 single crystal thin film of m, the film thickness and mirror-polished surface was 1 mu m.
  • the waveguide is a single mode waveguide.
  • One end face was mirror-polished so that light could be incident from the end face.
  • Photolithography 1 A pair of A / P electrodes for generating surface acoustic waves was formed on both sides of the waveguide on the thin film by the RF Spack method.
  • a grating with a grating period of 0.1 m and a tilt of 75 ° from the direction perpendicular to the incident direction of the guided light was formed on the waveguide opposite to the polished end face using electron beam lithography. , 3 mm in length.
  • Electron beam lithography on the waveguide opposite the polished end face Using the method, a grating with a grating period of 0.1 m and a tilt of 72 ° from a direction perpendicular to the incident direction of the guided light was formed to a length of 3 mm.
  • the thermal diffusion method L i T a 0 3 L i T to a 0 3 on a substrate by diffusing M g in the single crystal surface, M g thick 3 m by LPE growth method, a (respectively 6 mol%, 1 mo I%) is grown solute L i N b 0 3 single crystal thin film, the film thickness and mirror-polished surface was 1 // m.
  • the waveguide is a single mode waveguide.
  • One end face was mirror-polished so that light could be incident from the end face.
  • Photolithography 1 A pair of A / P electrodes providing periodic refractive index changes were formed on the waveguide path of the thin film by RF sputtering.
  • a grating with a grating period of 0.1 m and a tilt of 75 ° from the direction perpendicular to the incident direction of the guided light was formed on the waveguide opposite to the polished end face using electron beam lithography. It was formed to a length of 3 ⁇ .
  • the LPE growth method the L i T a 0 3 substrate, growing a L i N b 0 3 single crystal thin film having a thickness of 3 / m, the film thickness and mirror-polished surface was 1 mu m.
  • the waveguide is a single mode waveguide.
  • One end face was mirror-polished so that light could be incident from the end face.
  • Photolithography 1 A pair of A / P electrodes providing periodic refractive index changes were formed on the waveguide path of the thin film by RF sputtering.
  • a grating with a grating period of 0.0511 and an inclination of 80 ° from the direction perpendicular to the incident direction of the guided light was formed on the waveguide opposite to the polished end face using electron beam lithography. , Formed to a length of 3 mm.
  • a grating with a grating period of 0.1 m and a tilt of 72 ° from the direction perpendicular to the incident direction of the guided light was obtained using electron beam lithography. It was formed to a length of 3 mm.
  • the LPE growth method the L i T a 0 3 substrate, growing a L i N b 0 3 single crystal thin film having a thickness of 3 m, the film thickness and mirror-polished surface was 1 im.
  • the waveguide is a single mode waveguide.
  • One end face was mirror-polished so that light could be incident from the end face.
  • Photolithography 1 A pair of A / P electrodes providing periodic refractive index changes were formed on the waveguide path of the thin film by RF sputtering.
  • a grating with a grating period of 0.05 by using electron beam lithography on the waveguide opposite to the polished end face, tilted 70 ° from the direction perpendicular to the incident direction of the guided light was formed to a length of 3 mm.
  • the wavelength is 0.63 3 ⁇ m
  • the exit angle from the grating of the exit light changes by 33.5
  • the number of resolution points N 110
  • the deflection efficiency is 40%.
  • it showed a sufficiently practical value as an optical deflector.
  • the light propagating in the waveguide is caused to be deflected in the plane of the waveguide, and the output portion made of the grating is inclined to thereby provide a conventional non-mechanical optical deflector. Since a large deflection angle can be obtained compared to the deflection angle, and a high-scanning frequency (especially 30 MHz or higher) and a compact optical deflector can be provided, the effect contributing to industry is extremely large.

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Description

明 細
光偏向器
技 術 分 野
本発明は、 レーザ光の進行方向を変化させる光偏向器に関し、 特 に本発明は、 偏向角の大きい導波路型光偏向器に関する。 北
冃 景
レーザ光を利用した光情報処理装置は、 高速で大容量情報が扱え ることから、 最近、 多く の分野において実用化されている。
術
しかして、 このような光情報処理装置においては、 光偏向器の性 能は、 光情報処理装置の性能を決定する重要な要素の一つである。
従来より光偏向器としては、 振動ガルバノ メ ーター、 ポリ ゴン ミ ラー、 ホログラムディスク等の機械式偏向器と、 音響光学素子ゃ電 気光学素子などの非機械式光偏向器とに大別されている。 前者は、 偏向角が大き く実用的ではあるが走査速度が遅く、 高速化には限界 があり、 しかも機械的動作部分を有することと光学系が複雑になる ことなどにより、 装置が大型になるなどの問題を有していた。
一方、 非機椟式光偏向器は、 機械的動作部分がな く、 光学的もし く は電気信号によって制御できるため、 小型化及び高速化が可能で あり、 以下に示すものが提案されている。
例えば、 特開昭 6 0 — 9 8 4 2 2号 （米国特許番号 4 7 9 9 7 5 0号） 、 特開昭 6 1 — 7 0 5 3 3号 （米国特許番号 4 7 7 8 2 3 6 号、 米国特許番号 4 8 8 6 5 8 7号） 、 特開昭 5 9 — 1 9 2 2 3 2 号、 特開昭 6 2 — 4 7 6 2 7号には導波路内を伝播する光を音響光 学効果あるいは電気光学効果により、 偏向させプリ ズムあるいはグ レーティ ングより出射させ導波路に平行な面内で光を偏向させる光 学素子、 光偏向器などが提案されている。 しかし、 これらの光偏向 器は導波路に平行な面内で数度と、 小さな偏向角度しか得られない という問題を有する。 また、 特開昭 5 7 — 1 8 1 5 2 9号には導波 路内を伝播する光を電気光学効果により、 モード変換させプリ ム あるいはグレーティ ングにより出射させることにより、 導波路に平 行な面に対し垂直方向に偏向させる光偏向器が提案されている。 し かし、 この光偏向器はモード変換を用いているため偏向角度におい て連続性がな く、 ビームスキ ャナー、 プリ ンターなどには利用する ことがて 'きないという問題を有する。 また、 特開昭 5 8 - 1 2 5 0 2 3号 （米国特許番号 4 7 6 2 3 8 3号） には、 光導波路内を伝播 する導波光を音響光学効果により、 光導波路面内で偏向させるとと もに出射端面付近の導波路の屈折率を熱光学効果により-変えること により、 導波路面内に対して垂直方向に偏向させる 2次元光偏向器 が、 特開昭 5 8 — 1 3 0 3 2 7号 （米国特許番号 4 7 6 2 3 8 3 号） には同じ く導波路面内で偏向させるとともに出射グレーテ ン グ形成部分の屈折率を電気光学効果により、 変えることにより光導 波路面に対して垂直方向に偏向させる 2次元光偏向器がそれぞれ提 案されている。
しかしながら、 これらの光偏向器は、 光導波路に平行な面内での 偏向には音響光学効果を用い、 また、 光導波路面に対し垂直方向の 偏向には前者が熱光学効果を用い、 後者は電気光学効果を用いてい るため、 前者のものは偏向角度が極めて小さいだけでな く、 応答速 度も遅いという問題があり、 後者のものは、 偏向角度が極めて小さ いという問題がある。 以上、 従来提案されている非機械式光偏向器 は偏向角度が極めて小さいため大きな領域を対象とした走査ができ ないことや偏向角に連続性がないなど実用性の点で問題があつた。 本発明者等は、 先に、 特願平 1一 1 3 2 7 4 4号において、 光導 波路に実効屈折率を制御するための外部信号を与える手段と、 導波 光を導波光の実効屈折率に応じた角度で取り出すグレーティ ングを 組み合わせた非機械式光偏向器を提案した。 しかし、 この装置にお いて偏向角を 1 0 〜 3 0。 と大き く するには、 実効屈折率の変化を 極めて大き く しなければならず、 そのため実効屈折率の変化を大き くできる電気光学効果等の極めて大きい薄膜材料を用いる必要があ つ 7乙
通常、 光偏向器が要求される性能としては、 次の通りである。 最大偏向角 ： 0 ≥ 3 0 °
解像点数 ： Ν { = Θ / L 6 ) ≥ 1 0 0 0
(但し Δ 6はビーム広がり角）
偏向効率 ： ？？≥ 3 0 %
そして、 現在ボリ ゴンミ ラーによる光偏向器による走查速度は、 約 1 0 k H Zであるが、 光情報処理装置の高速化の必要性から、 将 来これを 3 O M H z もし く はそれ以上にすることが要求されている 本発明者らは、 光偏向器について種々検討した結果、 電気光学効 果等の大きい材料を必要とせず、 大きな偏向角を有する導波路型光 偏向器を完成するに至った。 発 明 の 開 示
本発明は、 光を伝播するための光導波路と、 その一方に光の入力 部、 他方にグレーティ ングよりなる光の出力部を有する光偏向器で あって、 前記光導波路には、 導波光を光導波路に平行な面内で偏向させる ための手段と、 光導波路の表面あるいは内部に導波光の伝播方向に 直交する方向に対して傾斜を有するように設けたグレーティ ングと を備え、 導波光を光導波路に平行な面内で偏向させた後、 前記ダレ 一ティ ングにより、 そのグレーティ ングの周期に応じた角度で、 光 導波路に平行な面より出射させることを特徴とする光偏向器である。 即ち、 本発明は、 光導波路に平行な面内で光偏向を生じさせる手 段を有すると共に、 出力部のグレーティ ングが光導波路の表面ある いは内部に導波光の伝播方向に直交する方向に対して傾斜を有する ように設けられてなり、 導波光を光導波路に平行な面の外に偏向さ せる光偏向器である。
本発明においては、 入射する光はレーザ光が望ましい。 レーザ光 は、 光情報装置など広範囲な用途を有するからである。
本発明について更に詳細に説明する。
本発明の光偏向器の光導波路としては、 単結晶であることが望ま しい。
この理由は、 単結晶は、 アモルファ スなどに比べ光の伝播損失が 低いからである。
前記光導波路としては、 例えば L i T a 03 基板上に L i N b 0 3 蘀膜を形成したもの、 L i N b 03 基板上に L i T a 03 薄膜を 形成し、 さらに L i N b 03 薄膜を形成したもの、 L i T a 03 単 結晶基板上に S r x B a ,-x N b 2 06 ( S B N) 薄膜を形成した もの、 表層に S i 02 薄膜を形成した S i基板上に S B N薄膜を形 成したもの、 G d 3 G a 5 0 , 2 ( G G G ) 、 N d 3 G a 5 01Z ( N d G G ) 、 S m3 G a 5 0 , 2 ( S m G G ) などのガーネ ッ ト基 板上に S B N薄膜を形成したもの、 ？ 1)丁 1 03 単結晶基扳上に8 a T i 03 単結晶薄膜を形成したもの、 KN b 03 単結晶基板上に K ( N b x T a ) 03 ( K T N ) 薄膜を形成したもの、 P L Z Tセラ ミ ツクス基板上に P L Z T薄膜を形成したもの、 基板、 薄膜 として S i 02 、 あるいは石英などからなるガラスを用いたものな どを使用できるが、 特に、 L i T a 03 基板上に L i N b 03 薄膜 を形成したものが、 電気光学効果の大きさから最も好適である。 前記 L i N b 03 薄膜は、 L i T a 03 基板と格子整合されてい ることが望ましい。
前記格子整合とは、 L i N b 03 の格子定数を、 L i T a 03 格 子定数の 9 9. 8 1〜 1 0 0. 0 7 %とすることである。
このような格子整合が望ましい理由は、 格子の歪みやマイ クロク ラ ック等のない薄膜を形成できるからである。 このため、 伝播損失 が非常に少なく、 高い偏向効率が得られるからである。
なお、 前記格子整合は、 L i N b 03 の格子定数を、 L i T a 0 3 格子定数の 9 9. 9 2〜 ： L 0 0. 0 3 %とすることがさらに好適 である。
本発明における格子整合の方法としては、 L i b 03 薄膜導波 層に異種元素を舍有させ、 格子定数を大き くするか、 逆に L i T a 03 基板に異種元素を舍有させ、 格子定数を小さ くする方法が有利 である。
前記 L i N b 03 薄膜導波層に舍有させる異種元素は、 N a と M gであることが望ましい。
この理由は、 N a と M gの原子もし く はイ オ ンは、 L i \' b 03 に対する置換あるいは固溶により、 L i N b 03 の格子定数を大き くする効果を有しているため、 N a と M gの組成を調整するこ とに より L i N b 03 基板もしく は、 薄膜導波層と L i T a 03 基板の 格子整合を得ることができるからである。
また、 M gは、 薄膜の光損傷を防止する効果があり、 高出力を得 るために有利である。
また、 前記 N aと M gの含有量はそれぞれ L i N b 03 に対して、
0. 1〜 4. 8モル％、 0. 8〜 1 0. 8モル％であることが望ま しい。
この理由は、 N aの含有量が 0. 1モル％より少ない場合、 M g 添加量の添加量の如何に関わらず、 L i N b 03 薄膜と L i T a 0 3 基板との格子整合が得られず、 また、 4. 8モル％を越えた場合 は逆に格子定数が大き くなりすぎ、 いずれの場合も L i N b 03 薄 膜と L i T a 03 基板との格子整合が得られないからである。
また、 M gの含有量が 0. 8モル％より少ない場合は、 光損傷を 防止する効果が不十分であり、 1 0. 8モル％を越え 場合は、 L
1 M g 03 系の結晶が析出してしまうため舍有させることができな い。
また、 前記し i T a 03 基板に舍有させる異種元素は、 T iであ ることが好ましい。
この理由は、 T i は L i T a 03 の格子定数を小さ くする効果を 有するからである。
前記 T i の含有量は、 5. 0〜 7. 0 m 0 1 %であることが望ま しい。
この理由は、 上記範囲を外れた場合、 L i N b 03 薄膜導波層と の格子整合が得られないからである。
さらに、 前記 L i T a 03 基板の （ 0 0 0 1 ) 面に L i N b 03 薄膜を形成することが望ましい。 前記 （ 0 0 0 1 ) 面とは、 結晶 の c軸に垂直な面を意味する。
前記し i T a 03 基板の （ 0 0 0 1 ) 面が L i N b 03 蘀膜の成 長面であることが望ましい理由は、 前記 （ 0 0 0 1 ) 面は、 a軸の みで構成されるため、 L i N b 03 薄膜あるいは L i T a 03 基板 の a軸の格子定数を変えるだけで、 L i N b 03 薄膜と L i T a 0 3 基板を格子整合できるからである。
また、 前記 L i T a 03 基板上に形成される L i N b 03 薄膜の 格子定数 （ a軸） は、 前記 L i T a 03 基板の格子定数 （ a軸） の 9 9. 8 1〜： 1 0 0. 0 7 %が好まし く、 9 9. 9 2〜 ： 0 0 , 0 3 %が好適である。
この理由は、 前記範囲を外れる場合、 L i T a 03 基板と L i N b 03 薄膜の格子定数を整合させ難いからである。
前記し i T a 03 基板と L i N b 03 薄膜は、 いずれも単結晶で あることが望ましい。
さらに前記 L i T a 03 基板は、 L i T a 03 薄膜が形成された L i N b 03 基板であってもよい。
また、 前記 L i N b 03 薄膜は、 波長 0. 8 3 mの半導体レー ザ一光に対する光伝播損失が、 1. 4 d BZ c m以下であることが 望ましい。
これは、 伝播損失が 1. 4 d B/ c mを越える場合、 漏向効率が 低下してしまうため、 実用的でないからである。
前記光伝播損失は、 光が薄膜中を伝播する際の光の進行方向の単 位長さ当りの光強度低下割合を示すものであり、 これには散乱損失 と吸収損失が舍まれる。
散乱損失は、 基板と薄膜との界面の状態、 薄膜の表面状態及び薄 膜中のマイ ク ロクラ ック等に依存する。 また、 吸収損失は、 薄膜の特性にのみ関与するものであり、 薄膜 の結晶性や不純物混入割合等に依存する。
ところで、 本発明において S i 02 、 あるいは石英などからなる ガラスを薄膜として使用する場合は、 薄膜に圧電素子からなる電極 を設け、 電圧を印加して表面弾性波を発生させ、 音響光学効果によ り面内偏向を行う ことが望ま しい。
この理由は、 前記ガラスは電気光学効果などの特性を持たせるこ とが困難なためである。
前記ガラスは安価であり、 光偏向器の低コス ト化に有利である。 本発明では、 薄膜導波層、 もしく は基板 （あるいは薄膜） と して.
N a , C r , M g , N d , T i、 Vなどの異種元素を舍有させるこ とにより、 屈折率を調整した材料を使用することが有利である。 特に、 前記 L i N b 03 薄膜導波層、 L i T a 03 基板に、 N a , C r , N d， T iなどを舍有させることにより、 前記 L i N b 03 薄膜導波層、 および L i T a 03 基板の屈折率を上げることができ また、 M g , Vなどを舍有させることにより、 前記し i N b 03 W 膜導波層、 および L i T a 03 基板の屈折率を下げるこ とができる ため有利である。
前記 N aの含有量は、 0. 1〜： L 0 m o l %であることが望まし い。 この理由は、 N aの含有量が 1 0 m o i %を越える場合は、 L i T a 03 基板の光学的特性が低下するからであり、 また 0. l m 0 1 %より低い場合、 屈折率が殆ど変化しないからである。 前記 N aの含有量は、 なかでも 0. 8 m 0 1 %〜 2 m o 1 %が好適である また、 前記 C rの含有量は、 0. 0 2〜 2 0 m o l %であること が望ま しい。 この理由は、 前記 C rの含有量が 2 0 m 0 1 %を越え る場合は、
L i N b 03 薄膜導波層、 あるいは L i T a 03 基板の光学的特性 が低下するからであり、 また 0. l m o l %より低い場合、 屈折率 が殆ど変化しないからである。 前記 C rの含有量は、 なかでも 0. 2 m 0 1 %〜 1 0 m 0 1 %が好適である。
さ らに、 前記 M gの含有量は、 0. l〜 2 0 m o l %であるこ と が望ましい。 この理由は、 前記 M gの含有量が 2 0 m o l %を越え る場合は、 L i T a 03 基板の光学的特性が低下するからであり、 また 0. 1 m 0 1 %より低い場合、 光損傷を防止する効果が殆どな いからである。 前記 M gの含有量は、 なかでも 2. 0 m 0 1 %〜 1
0 m 0 1 %が好適である。
前記 T i の含有量は、 0. 2〜 3 0 m o l %であることが望まし い。 この理由は、 T i の含有量が 3 0 m o l %を越える場合は、 L
1 N b 03 薄膜導波層、 あるいは L i T a 03 基板の光学的特性が 低下するからであり、 また 0. 2 m o l %より低い場合、 屈折率が 殆ど変化しないからである。 前記 T i の含有量は、 なかでも 1 , 0 m o 1 %〜 1 5 m o 1 %が好適である。
前記 N dの含有量は、 0. 0 2〜： I 0 m o l %であることが望ま しい。 この理由は、 N dの含有量が 1 0 m 0 1 %を越える場合は、 L i N b 03 薄膜導波層、 あるいは L i T a 03 基板の光学的特性 が低下するからであり、 また 0. 0 2 m 0 1 %より低い場合、 屈折 率が殆ど変化しないからである。 前記 N dの含有量は、 なかでも 0 , 5 m 0 l %〜 5 m o 1 %が好適である。
前記 Vの含有量は、 0. 0 5〜 3 0 m o l %であることが望ま し い。 この理由は、 前記 Vの含有量が 3 0 m o 1 %を越える場合は、 L i N b 03 薄膜導波層、 あるいは L i T a 03 基板中に構造の異 なる結晶が折出して光学的特性が低下するからであり、 また 0. 0 5 m 0 1 %より低い場合は屈折率が殆ど変化しないからである。 前 記 Vの舍有量は、 なかでも 2. 0 m 0 1 %〜 1 0 m 0 1 %が好適で ある。
なお、 前記舍有量は L i N b 0 a あるいは L i T a 03 に対する 異種元素の m o 1 %で表わされている。 ― ところで、 前記 L i N b 03 薄膜導波層に前記 N a , C r , N d , Τ i > Μ g , Vなどの異種元素を舍有させた場合、 前記し i N b 0 3 薄膜導波層の格子定数と屈折率が同時に変化するため、 必要に応 じて前記異種元素の含有量を調整することが望ましい。
なお、 導波路の導波層を形成する薄膜材料としては、 従来の導波 路面内における偏向部分を構成できる材料、 即ち電気光学効果、 磁 気光学効果、 音響光学効果、 非線型光学効果、 圧電効果などの係数 が比較的大きい材料が好適であり、 前述の如き薄膜材料の他に、 L i T a 03 、 P b T a 2 06 、 S b S I等を適用できる。
導波光を光導波路に平行な面内で偏向させるための具体的な手段 としては、 電気光学効果、 磁気光学効果、 音響光学効果、 非線形光 学効果などによる方法があり、 例えば、 電気光学効果を利用する手 段としては、 光導波路上に周期的な屈折率変化を与える一対の電極 を対向して設けて電圧を印加する方法、 また音響光学効果としては 光導波路の一部、 両側に一対の S AW (表面弾性波） 発振用交差指 ( く し型） 電極を対向して設けて電圧を印加する方法などがある。 これらの中では、 電気光学効果を利用する方法の方が他の方法に 比べて応答速度が速いのでより望ましい。
本発明においては、 入射光の偏向角は、 導波路面内で 0. 3〜 7 ° であることが望ましい。 この理由は、 前記入射光の偏向角が 0 . 3 ° 未満であるときは、 大きな偏向角度 が得られず、 また 7 ° を越える偏向角を得るため の実用的な手段を見出しに く いからである。
前記偏向角は、 導波路面内で 1 〜 5 ° であることが好ましい。
また、 本発明においては、 グレーティ ングを光導波路の表面ある いは内部に導波光の伝播方向に直交する方向に対して傾斜を有する ように設けたものであることが必要である。
この理由は、 導波路面内での微小な光の偏向を大きな偏向角で取 り出すことができるからである。
また、 前記傾斜角度 （ ） は、 4 2〜 8 6 ° であることが望ま し い。
この理由は、 傾斜角度が 4 2 ° 未満では、 大きな偏向角が得られ ず、 8 6 ° を越えると偏向効率が低下するからである。
前記傾斜角度は、 4 5〜 8 5 ° の範囲が好適である。
この導波路内への光の入射は、 端面入射方式が好ましい。 その理 由は、 導波路端面を研磨するこ とにより簡単に作成できるからであ る。
更に、 この導波路は、 この光偏向器によって変化される導波路光 の割合を高め、 偏向の効率を高める上で単一モード導波路とするこ とが好ましい。
さらに前記グレーティ ングの周期は、 0 . 0 1 〜 2 . 0 mの範 囲內にある一定の周期を有するよう設けられてなることが望ましい, この理由は、 周期が 0 . 0 1 jt/ m未満であるグレーティ ングを作 成しづら く、 周期が 2 . 0 m越えると、 大きな偏向角が得られな いからである。
前記グレーティ ングの周期は、 特に 0 . 0 2 〜 1 . 0 mが好適 である。
本発明の光導波路は、 単一モー ドであることが望ましい。
この理由は、 マルチモードに比べ偏向効率を向上させることがで きるからである。
また、 前記光導波路は、 膜厚を光伝播方向に対して垂直方向に勾 配を持たせることが望ましい。 この理由は、 前記膜厚を光伝播方向 に対して垂直方向に勾配を持たせた場合、 入射光を面内偏向させる ことにより、 厚みの異なる経路を光が伝播するため実効屈折率が変 化し、 グレーティ ングから出射される出射光の偏向角をより大き く 変化させることができるからである。
本発明のグレーティ ング出力部には、 前記グレーティ ングの周期 を変化させるための手段を有していることが望ましい。
この理由は、 前記グレーティ ングの周期を変えることにより、 出 射角度をさらに大き く変化させることができるからである。
前記グレーティ ングの周期を変化させるための手段としては、 例 えば、 電歪材料を導波路に使用した場合、 前記グレーティ ング出力 部に電極を設けるなどの方法が有利である。
前記電極に電圧を印加することにより、 電歪材料が、 伸縮してグ レ一ティ ングの周期が変わるからである。
また。 本発明の導波路には、 入射レーザ光を集光させるためのレ ンズが形成されてなるこ とが望ましい。
この理由は、 広がった入射光を集光させることにより、 偏向効率 を向上させることができるからである。
次に本発明に係る光偏向器の構成について、 一実施例を示す第 1 図に基づいて説明する。
第 1図に示すように、 本癸明に係る光偏向器は基板 1上に、 厚さ dの薄膜光導波路を設け、 その一方の端面 3を入力部として、 入力 部より所定の距離の光導波路の表面あるいは内部にグレーティ ング よりなる出力部 4を設ける。 このグレーティ ングは、 長さ L , 周期 八、 さらに導波光の伝播方向に直交する方向に対して傾斜角 φを有 する。
また、 入力部と出力部との間の光導波路には、 II波光を光導波路 に平行な面内で偏向させるための手段である電極 5を設ける。
このような構成よりなる光偏向器において、 端面 3より光巾 Dの レーザ光を入射させると、 レーザ光は、 薄膜導波路 2を伝播する。 入力部と出力部との問に設けた電極 5に電界を印加すると、 光導波 路 2を伝播してきた導波光は、 電気光学効果により、 光導波路に平 行な面内で or ° 偏向される。 その結果、 無電界の場合には B点より， 出射される出射光は、 導波光が α ° 偏向された結果、 Α点より出射 されることとなる。 しかし、 本発明の光偏向器については、 前記の ように、 グレーティ ングが導波光の伝播方向に、 直交する方向に対 して、 傾斜 を有するように設けられているために、 無電界の場合 に比べて出射光は、 光導波路に平行な面に対して 0 ° 偏向されて出 射される。 この 6 ° 偏向される作用原理について以下に説明する。
光導波路に平行な面内で偏向を行なわれない導波光は、 前記出力 部のグレーティ ングの周期 Λと傾斜 0を用いた次に式で表されるグ レーティ ングの周期 Λ ' に相当する角度でグレーチイ ングより出射 される。
Λ = Λ / c 0 s φ
一方、 前述のように光導波路に平行な面内で α ° 偏向された導波 光は、 次の式で表されるグレーティ ング周期 Λ " に相当する角度で グレーティ ングより出射される。 Λ " = A / c o s ( φ + )
このようにグレーティ ングに入射した導波光は、 グレーティ ング 周期の変化に応じて変化する。 従って、 その周期の変化が大きい 程、 出射角度の変化、 即ち偏向角 0が大き く なる。 本発明の光偏向 器では、 グレーティ ングを光導波路の表面あるいは内部に導波光の 伝播方向に直交する方向に対して傾斜を有するように設けるこ に より、 導波光に対するグレーティ ング周期を著しく大き く変化させ ることができ、 導波光の出射角を大き く偏向することができるとい う特徴を有する。
前記、 従来提案されている特開昭 6 0 — 9 8 4 2 2号、 特開昭 5 9 — 1 9 2 2 3 2号、 特開昭 6 2 - 4 7 6 2 7号などの光偏向器は 導波路内を伝播する光を音響光学効果や電気光学効果を用いて偏向 させ、 通常のプリ ズムゃグレーティ ングなどの出力部あるいは端面 などから出射させるものであり、 僅かな角度しか偏向さ-せることが できない。
また、 特開昭 5 8 - 1 3 0 3 2 7号で提案されている光偏向器は 出力部であるグレーティ ング形成部分の屈折率を電気光学効果で変 えることにより、 グレーティ ングの周期を実質的に変化させるのと 同様の効果により出射角度を変化させる光偏向器であるが、 上記の ように電気光学効果により、 グレーティ ング周期を実質的に変えて いるため、 本発明のような大きなグレーティ ング周期の変化をもた らすことができず、 従って大きな偏向角を得ることができない。 これらの従来提案されている光偏向器に比べ、 本発明の光偏向器は 前にも述べたようにグレーティ ングの周期を大き く変えることがで きる。 従って、 既存の電気光学効果、 あるいは音響光学効果を有す る薄膜材料 （ L i N b 0 3 , P L Z T等） で実用的な偏向角を得る とができる
図面の簡単な説明
1図は、 本発明に係る光偏向器の一例の側面模式図である … · 基板
- - 導波路
…一入力部
一 グレーティ ング （出力部）
-…雷極
発明を実施するための最良の形態
実施例 1
L P E成長法により、 L i T a 03 基板上に、 厚さ 3 ; mの L i N b 03 単結晶薄膜を成長させ、 表面を鏡面研磨して膜厚を 1 μ m とした。
この厚さでは、 導波路は単一モー ド導波路となる。 片側の端面を 鏡面研磨し、 該端面より光入射を可能とした。 フォ トリ ソグラフィ 一、 R Fスパック法により、 薄膜上の導波経路の両側に表面弾性波 発生用の A £電極を 1対形成した。
この電極に電界を印加することにより、 表面弾性波が発生し.， そ れによって導波光は導波路面内で α = 3 ° だけ偏向される。
研磨した端面と反対側の導波路上に電子線ビームリ ソグラフ ィ ー を用いてグレーティ ング周期が 0. 1 mで、 導波光の入射方向に 対して垂直な方向から 7 5 ° 傾けたグレーティ ングを、 3 mmの長 さに形成した。
電極に土 5 0 V、 周波数 7 δ 0 Μ Η.ζの高周波電界を印加したと ころ、 波長 0. 6 3 3 i/ mの H e— N e レーザを光源としたとき、 出射角は、 3 2. 7 ° 変化し、 解像点数 N = 1 1 0 0、 偏向効率 4 0 %であり、 光偏向器として充分実用的な値を示した。
実施例 2
R Fスバッタ法により、 A £ z 03 単結晶基板上に厚さ 0. 3 mの P L Z T ( P b L a o.38Z r 0. 62T i ) 03 単結晶薄膜を成長 させた後、 実施例 1 と同様に、 端面研磨、 A 電極形成を行った。
この電極に電界を印加するこ とにより、 表面弾性波が発生し、 そ れによって、 導波光は導波路面内で α = 4. 5 ° だけ偏向される。 研磨した端面と反対側の導波路上に、 電子線ビームリ ソグラフィー を用いてグレーティ ング周期が 0. 1 mで、 導波光の入射方向に 対して垂直な方向から 7 2 ° 傾けたグレーティ ングを 3 mmの長さ に形成した。
電極に土 5 0 V、 周波数 1 1 4 0 M H z の高周波電界を印加した ところ、 波長 0. 6 3 3 // mの H e — N e レーザを光源としたとき、 出射光のグレーティ ングからの出射角は、 3 5. 0 ° 変化し、 解像 点数 N - 1 2 0 0、 偏向効率 4 0 %であり、 光偏向器として充分実 用的な値を示した。
実施例 3
熱拡散法により、 L i T a 03 単結晶表層に M gを拡散させた L i T a 03 基板上に、 L P E成長法により厚さ 3 mの M g , a (それぞれ 6 m o l %, 1 m o I %) 固溶 L i N b 03 単結晶薄膜 を成長させ、 表面を鏡面研磨して膜厚を 1 // mとした。
この厚さでは、 導波路は単一モード導波路となる。 片側の端面を 鏡面研磨し、 該端面より光入射を可能とした。 フォ ト リ ソグラフィ 一、 R Fスパッタ法により、 薄膜の導波経路上に周期的な屈折率変 化を与える A £電極を 1対形成した。
この電極に電界を印加することにより、 電気光学効果により、 周 期的な屈折率変化が生じ、 それによつて導波光は導波路面内で or = 4 ° だけ偏向される。
研磨した端面と反対側の導波路上に電子線ビームリ ソグラフィ ー を用いてグレーティ ング周期が 0. 1 mで、 導波光の入射方向に 対して垂直な方向から 7 5 ° 傾けたグレーティ ングを、 3 πιπιの長 さに形成した。
電極に ± 1 0 Vで、 電界を印加したところ、 波長 0. 6 3 3 / m の H e — N e レーザを光源としたとき、 出射光のグレーティ ングか らの出射角は、 3 2. 8 ° 変化し、 解像点数 N- 1 1 0 0、 偏向効 率 4 0 %であり、 光偏向器として充分実用的な値を示した。
実施例 4
L P E成長法により、 L i T a 03 基板上に、 厚さ 3 / mの L i N b 03 単結晶薄膜を成長させ、 表面を鏡面研磨して膜厚を 1 μ m とした。
この厚さでは、 導波路は単一モー ド導波路となる。 片側の端面を 鏡面研磨し、 該端面より光入射を可能とした。 フォ ト リ ソグラフィ 一、 R Fスパッタ法により、 薄膜の導波経路上に周期的な屈折率変 化を与える A £電極を 1対形成した。
この電極に電界を印加することにより、 電気光学効果により、 周 期的な屈折率変化が生じ、 それによつて導波光は導波路面内で α = 4 ° だけ偏向される。
研磨した端面と反対側の導波路上に電子線ビームリ ソグラフィー を用いてグレーティ ング周期が 0. 0 5 111で、 導波光の入射方向 に対して垂直な方向から 8 0 ° 傾けたグレーティ ングを、 3 mmの 長さに形成した。
電極に ± 1 0 Vで、 電界を印加したところ、 波長 0. 6 3 3 // in の H e— N e レーザを光源としたとき、 出射光のグレーティ ングか らの出射角は、 6 6. 4 ° 変化し、 解像点数 N = 1 1 0 0、 偏向効 率 4 0 %であり、 光偏向器として充分実用的な値を示した。
実施例 5
R Fスパッタ法により、 A £ 2 03 単結晶基板上に厚さ 0. 3 mの P L Z T ( P b L a 0. 3 B Z r 0. 62T i ) 03 単結晶薄膜を成長 させた後、 実施例 3 と同様に、 鏡面研磨、 端面研磨、 Α £電極 （電 極間が 4. 0 m) 形成を行った。 この電極に電界を印加することにより、 電気光学効果により、 周 期的な屈折率変化が発生し、 それによつて、 導波光は導波路面内で な = 3. 9 7 ° だけ偏向される。 研磨した端面と反対側の導波路上 に、 電子線ビームリ ソグラフィーを用いてグレーティ ング周期が 0. 1 mで、 導波光の入射方向に対して垂直な方向から 7 2 ° 傾けた グレーティ ングを 3 mmの長さに形成した。
電極に ± 1 0 Vで高周波電界を印加したところ、 波長 0. 6 3 3 〃 mのH e—N e レーザを光源としたとき、 出射光のグレーティ ン グからの出射角は、 3 0. 7 ° 変化し、 解像点数 N= 1 2 0 0、 偏 向効率 4 0 %であり、 光偏向器として充分実用的な値を示した。
実施例 6
L P E成長法により、 L i T a 03 基板上に、 厚さ 3 mの L i N b 03 単結晶薄膜を成長させ、 表面を鏡面研磨して膜厚を 1 i m とした。
この厚さでは、 導波路は単一モー ド導波路となる。 片側の端面を 鏡面研磨し、 該端面より光入射を可能とした。 フォ ト リ ソグラフィ 一、 R Fスパッタ法により、 薄膜の導波経路上に周期的な屈折率変 化を与える A £電極を 1対形成した。
この電極に電界を印加するこ とにより、 電気光学効果により、 周 期的な屈折率変化が生じ、 それによつて導波光は導波路面内で α = 4 ° だけ偏向される。
研磨した端面と反対側の導波路上に電子線ビームリ ソグラフ ィ ー を用いてグレーティ ング周期が 0. 0 5 瓜で、 導波光の入射方向 に対して垂直な方向から 7 0 ° 傾けたグレーティ ングを、 3 mmの 長さに形成した。
電極に ± 1 0 Vで、 電界を印加したところ、 波長 0. 6 3 3 〃 m の H e — N e レーザを光源としたとき、 出射光のグレーティ ングか らの出射角は、 3 3 . 5 変化し、 解像点数 N = 1 1 0 0、 偏向効 率 4 0 %であり、 光偏向器として充分実用的な値を示した。 産業上の利用可能性
以上述べたように本発明は、 導波路内を伝播する光を導波路面内 で光偏向を起こさせるとともに、 グレーティ ングよりなる出力部を 傾斜させることによって、 従来の非機械式光偏向器の偏向角度に比 ベ大きな偏向角を得ることができ、 高走査周波数 （特に 3 0 M H z 以上） で、 小型化した光偏向器を提供できるため、 産業上寄与する 効果は極めて大きい。
新たな用紙

Claims

請求 の 範画
1 . 光を伝播するための光導波路と、 その一方に光の入力部、 他 方にグレーティ ングよりなる光の出力部を有する光偏向器であって- 前記光導波路には、 導波光を光導波路に平行な面内で偏向させる ための手段と、 光導波路の表面あるいは内部に導波光の伝播方向—に 直交する方向に対して傾斜を有するように設けたグレーティ ングと を備えてなることを特徴とする光偏向器。
2 . 前記導波光を光導波路に平行な面内で偏向させるための手段 は、 電気光学効果によることを特徴とする請求項 1 に記載の光偏向 器。
3 . 前記グレーティ ングは、 光導波路の表面あるいは内部に導波 路の伝播方向に直交する方向に対して 4 2〜 8 6 ° の範囲内の傾斜 を有するように設けられてなる請求項 1 あるいは 2に記載の光偏向 器。
4 . 前記グレーティ ングは、 0 . 0 1〜 2 . 0 〃 mの範囲内で一 定の周期を有するように設けられてなる請求項 1 〜 3のいずれかに 記載の光偏向器。
5 . 前記光導波路には、 導波光を光導波路に平行な面内で 0 . 3 〜 Ί ° の範囲内で偏向させるための手段を備える請求項 1 〜 4 のい ずれかに記載の光偏向器。
6 . 前記光の入力部は、 端面入射方式である請求項 1 〜 5のいず れかに記載の光偏向器。
7 . 前記光導波路は、 単結晶薄膜からなる光導波路である請求項 1〜 6のいずれかに記載の光偏向器。
8 . 前記光導波路は、 単一モー ド光導波路である請求項 1 〜 7 に 記載のいずれかに記載の光偏向器,
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