JPH01107212A

JPH01107212A - 光導波路素子

Info

Publication number: JPH01107212A
Application number: JP26501087A
Authority: JP
Inventors: Nobuharu Nozaki; 野崎　信春; Hiroshi Sunakawa; 寛砂川; Chiaki Goto; 後藤　千秋; Koji Kamiyama; 神山　宏二
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1987-10-20
Filing date: 1987-10-20
Publication date: 1989-04-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は光導波路素子、特に詳細には基板上に形成され
た光導波路の表面に回折格子を備え、外部光の光導波路
内への入射、あるいは導波光の光導波路外への出射をこ
の回折格子によって行なうようにした光導波路素子に関
するものである。

（従来の技術）例えば光走査記録装置や光走査読取装置等において光ビ
ームを偏向させる光偏向装置として、従来より、ガルバ
ノメータミラーやポリゴンミラー等の機械式光偏向器や
、ＥＯＤ　（電気光学光偏向器）　、ＡＯＤ　（音響光
学光偏向器）が多く用いられている。しかし機械式光偏
向器においては、耐久性に難がある、大型化しやすいと
いった問題があり、一方ＥＯＤ？ＡＯＤにおいては、光
偏向角が大きく取れないのでビーム光路が長くなり、光
走査記録装置等の大型化を招くといった問題がある。

上述のような問題を解消しうる光偏向装置として近時、
光導波路を用いる光偏向装置が注目されている。この光
偏向装置は、表面弾性波が伝播可能な材料から形成され
たスラブ状の光導波路と、この光導波路内を導波する光
ビームと交わる方向に進行して周波数が連続的に変化す
る表面弾性波を該光導波路において発生させる手段（例
えば交叉くし形電極対と、この電極対に周波数が連続的
に変化する交番電圧を印加するドライバとから構成され
る）とを有するものである。この光偏向装置においては
、光導波路内を導波する光ビームが表面弾性波との音響
光学相互作用によりブラッグ回折し、そしてこの回折角
は表面弾性波周波数に応じて変化するので、表面弾性波
周波数を上述のように変えることにより、光ビームを光
導波路内において連続的に偏向させることができる。な
おこのような光偏向装置については、例えば特開昭６２
−７７７６１号公報に詳しい記載がなされている。

上述の光導波路を用いる光偏向装置においては、第３．
４図に示すように、両端面４１ａ、４１ｂが斜めにカッ
トされた基板４１上に光導波路４２を形成し、またこの
光導波路４２の表面には互いに間隔をおいて光入射用回
折格子（グレーティングカプラ）４３と光出射用回折格
子４４を設け、上記基板の一端面４１ａ−Ｇ通して光ビ
ーム４５を光入射用回折格子４３に照射することにより
、該光ビーム４５をそこで回折させて光導波路４２内に
入射させ、表面弾性波４６１；より偏向された光ビーム
４５を上記光出射用回折格子４４で回折させて、基板の
他端面４１ｂを通して光導波路外に出射させることが多
い。

（発明が解決しようとする問題点）ところが上記構成の光偏向装置においては、光ビーム４
５を基板の端面４１ａ、４１ｂに通すようにしているの
で、この基板を例えば１０ｍｍ以上程度と、かなり厚く
形成する必要がある。多くの場合高価な単結晶材料から
形成される基板は、厚みを増すにつれて製造コストが著
しく上昇する。また上記のように高価な材料からなる基
板の端面を斜めに加工する作業は細心の注意を払って行
なわねばならず、この点も光偏向装置のコスト上昇を招
く原因となる。

以上、光導波路素子からなる光偏向装置における問題に
ついて述べたが、透明基板上に光導波路を形成してなる
光導波路素子はその他例えば、高周波スペクトルアナラ
イザー等への適用も考えられており、そのような場合も
外部光と導波光との結合、すなわち外部光の光導波路内
への取込み、あるいは導波光の光導波路外への出射を前
述のようにして行なえば、同様の問題が生じることにな
る。

そこで本発明は、上述の問題を解決することができる光
導波路素子を提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段及び作用）本発明の光導
波路素子は、前述したように透明基板上に光導波路が形
成され、この光導波路の基板と反対側の表面に、該光導
波路内を進行する導波光と、基板を斜めに通過する外部
光とを結合する回折格子が形成された光導波路素子にお
いて、基板の光導波路と反対側の表面にプリズムを取り
付けて、このプリズムを通して外部光（光導波路外を進
行する光）を基板内に入射させ、あるいは基板外に出射
させるようにしたものであり、そのために上記プリズム
は、前記外部光が通過する位置に基板の表面に密着する
第１の光通過面と、この第１の光通過面に対して斜めに
形成されて上記外部光が通過する位置に配された第２の
光通過面とを有する形状とされる。

なお上記プリズムの第１の光通過面と基板表面が「密着
」するとは、双方の間に空気層が介在せずに、プリズム
から基板側に、あるいはその反対方向に外部光が進行し
うるようになっている状態を指すものとし、したがって
これら双方が物理的に密着している状態は勿論、両者の
間に屈折率の高い接着層が介在している状態等も指すも
のとする。

このようなプリズムは２個設けて、基板側から光入射回
折格子に向かって進行する外部光を基板内に入射させる
ためと、光出射用回折格子から基板側に出射した光を基
板からその外（通常は空気部分）に出射させるための両
方に用いることもできるし、あるいは１つだけ設けて、
上記外部光の入射、出射の一方のみのために用いること
もできる。

（実　施　例）以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図は本発明の一実施例による光導波路素子ＩＯの側
面形状を示すものであり、第２図はこの光導波路素子１
０を用いて構成された画像記録用の光偏向器を示してい
る。光導波路素子１０は、透明な基板１６上に形成され
たスラブ状光導波路１１と、この光導波路１１の側端部
に設けられた交叉くし形電極対（１ｎｔｅｒ　　Ｄ　１
ｇ１ｔａｌ　　Ｔ　ｒａｎｓｄｕｃｅｒ　、以下ＩＤＴ
と称する）　１５と、この光導波路１１の表面において
互いに離して設けられた光入射用線状回折格子（Ｌ　１
ｎｅａｒ　Ｇ　ｒａｔｉｎｇ　　Ｃｏｕｐｌｅｒ　：以
下ＬＧＣと称する）２０および光出射用ＬＧＣ２１とを
有している。また基板１６の光導波路１１と反対側の表
面ｌｅａ上には、光入射用プリズム３０と、光出射用プ
リズム３１が取り付けられている。光入射用プリズム３
０は断面三角形状のもので、第１の光通過面３Ｑａと第
２の光通過面３０ｂを有し、上記第１の光通過面３０ａ
が基板表面ｌｅａに強く押圧されることにより、該に而
ｔｅａに密告固定されている。光出射用プリズム３１も
上記先入肘用プリズム３０と同様の形状とされ、第１の
光通過面３１ａ１第２の光通過面３１ｂを有し、上述と
同様にして基板ＩＢａに固定されている。

本実施例においては一例として、基板１６にＬｉＮｂＯ
３ウェハを用い、このウェハの表面にＴｉ拡散膜を設け
ることにより光導波路１１を形成している。なお基板１
６としてその他サファイア、Ｓｉ等からなる結晶性基板
が用いられてもよい。また光導波路［１も上記のＴｔ拡
散に限らず、基板ｌθ上にその他の材料をスパッタ、蒸
着する等して形成することもできる。なお光導波路につ
いては、例えばティー　タミール（Ｔ、Ｔａｍ１ｒ）編
「インチグレイテッド　オブティクス（Ｉ　ｎＬｅｇｒ
ａｔｅｄ　０ｐｔＩｅＳ）Ｊ（）ビックス　イン　アプ
ライド　フィジックス（Ｔｏｐｉｃｓ　ｉｎ　　Ａｐｐ
ｌｉｅｄ　　ＰｈｙｓＩｃｓ）第７巻）スプリンガー　
フエアラーグ（Ｓ　ｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ）刊
（１９７５）；西原、春名、楢原共著「光集積回路」オ
ーム社刊（１９８５）等の成著に詳細な記述があり、本
発明では光導波路１１としてこれら公知の光導波路のい
ずれをも使用できる。たたしこの光導波路１１は、上記
Ｔｉ拡散膜等、後述する表面弾性波が伝播可能な材料か
ら形成される。また光導波路は２層以上の積層構造をＨ
していてもよい。

記録光を発する半導体レーザ１８は、光入射用プリズム
３０の第２の光通過面３０ｂに向けて垂直に光ビーム（
レーザビーム）　１３を射出するように配置されている
。発散ビームであるこの光ビーム１３は、コリメーター
レンズ２５によって平行ビームとされた上で上記第２の
光通過面３０ｂから光入射用プリズム３０内に入射し、
その第１の光通過面３０ａを通過して基板１６内に入射
し、光導波路１１を透過して、その表面に形成された前
記ＬＧＣ２０の部分に入射する。それにより光ビーム１
３はこのＬＧＣ２０で回折して光導波路１１内に入射し
、該光導波路１１内を導波モードで矢印Ａ方向に進行す
る。

画像記録を行なう際には、例えばエンドレスベルト等の
移送手段２２上に感光体２３がセットされる。

そして半導体レーザ１８はレーザ駆動回路Ｉ９により、
レーザビーム１３を射出するように駆動され、それとと
もにＩＤＴ１５には、駆動回路１７から連続的に周波数
が変化する交番電圧が印加される。なおレーザ駆動回路
１９は変調回路２４によって制御され、画像信号Ｓに応
じて光出力を変えるように（すなわち光ビーム１３の強
度や、光ビーム１３をパルス状に射出する場合はパルス
数やパルス幅を変えるように）半導体レーザ１８を駆動
する。

ＩＤＴ１５に上述のような電圧印加がなされることによ
り、光導波路１１の表面を表面弾性波１２が第２図の矢
印Ｂ方向に進行する。ＩＤＴ１５は、この表面弾性域１
２が導波光（下行ビーム）１３′　の光路に交わる方向
に進行するように配設されている。

したがって導波光１３゛　は、表面弾性波１２を１黄切
るように進行するが、その際該導波光１３′　は表面弾
性波１２との音響光学事ｌ互作用によりブラッグ（Ｂｒ
ａｇｇ）回折する。周知の通り、この回折による導波光
１３’　の偏向角は、表面弾性波１２の周波数にほぼ比
例する。前述の通り駆動回路１７はＩＤＴ１５に、周波
数が連続的に変化する交番電圧を印加するので、表面弾
性波１２の周波数が連続的に変化し、上記偏向角が連続
的に変化するようになる。したがってこの導波光１３′
　は矢印Ｃで示す通り、回折角が連続的に変化するよう
に回折、偏向する。このようにして偏向した導波光１３
°は、ＬＧＣ２１により回折して光導波路１１から基板
１６側に出射する。

こうして光導波路１１から出射して外部光となった光ビ
ーム１３″は、光出射用プリズム３１の第１の光通過面
３１ａを通過して該プリズム３１内に入射し、第２の光
通過面３１ｂを垂直に通過してプリズム外に出射する。

上述のようにして光導波路素子ＩＯ外に出射した光ビー
ム１３”は、例えばｆθレンズからなる走査レンズ２Ｂ
を通過して小さなビームスポットＰに絞られ、感光体２
３上を矢印Ｘ方向に走査（主走査）する。それとともに
感光体２３が、移送手段２２により上記主走査の方向と
略直角な矢印ｙ方向に移送されて副走査がなされるので
、感光体２３は光ビー　　−ム１３”により２次元的に
走査される。前述したようにｍ；の光ビーム１３”は画
］象信号Ｓに基づいて変調されているので、感光体２３
上にはこの画像信号Ｓが担う画像が記録される。

なお１主走査ライン分の画像信号Ｓと光ビーム１３”の
主走査との同期をとるためには、この画像信号Ｓに含ま
れるブランキング信号ｓｂをトリが信号として用いて、
ＩＤＴ１５への電圧印加タイミングを制御すればよい。

またこのブランキング信号ｓｂにより移送手段２２の駆
動タイミングを制御することにより、上記主走査と副走
査との同期をとることができる。

以上述べたようにこの光導波路素子１０においては、基
板表面ｌｅａ上に取り付けた光入射用プリズム３０と光
出射用プリズム３１によりそれぞれ、光ビーム１３を基
板１６内に入射させ、そして光ビーム１３”を基板１６
から空気中に出射させることが可能となっている。それ
により、光ビーム１３はＬ　Ｇ　Ｃ２０に入射して光導
波路ｌｌ内に取り込まれ、またＬＧＣ２１で回折した導
波光１３゛が素子外に出射しうるようになっている。

なお第２の光通過面ａｏｂ、ａｔｂは、必ずしも光ビー
ム１３あるいは光ビーム１３“が垂直に入射する角度に
形成しなくてもよいが、これらの光通過面３０ｂ、３１
ｂにおける光ビームＩ３あるいは光ビーム１３“の反射
を低（抑えるためには、上述のように形成するのが好ま
しい。

以上説明した実施例では、光入射用プリズム３０と光出
射用プリズム３１がいわゆるオプティカルコンタクトに
よって基板表面ｌｅａに密着固定されているが、これら
のプリズムはその他の方法によって取り付けることも可
能である。例えば第５図に示すように、基板１Ｇおよび
光出射用プリズム８１と同程度の屈折率を有する透明接
着剤３２によって第１の光通過面３１ａを基板表面ｔｅ
ａに密告（前述したようにいわば光学的に密着している
状態である）させることができる。またこのような接着
剤３２を用いる場合は第６図に示すように、接着剤３２
と基板１Ｂの間、および接着剤３２とプリズム３１との
間に反射防止コート３３．３４を介在させて、光ビーム
１３”の反射防止を図ることも可能である。なお上記の
第５図と第６図は、光出射用プリズム３１の取付状態の
みを示しているが、このような取付方法は光入射用プリ
ズム３０に対しても同様に採用されうることは勿論であ
る。

また以上説明した実施例においては、光入射用回折格子
２０と光出射用回折格子２！はともにＬＧＣとされてい
るが、これらの回折格子２０．２１は、発散ビームを光
導波路１１に入射させる際に平行ビーム化するため、あ
るいは光導波路１１から出射するビームを集束させるた
めに集光性回折格子（Ｆ　ｏｃｕｓｉｎｇ　Ｇｒａｔｉ
ｎｇ　　Ｃ’ｏｕｐｌｅｒ）とされてもよい。

また本発明は以上説明したような光偏向器を構成する光
導波路素子に限らず、光導波路表面に光入射用回折格子
を設け、基板側からこの回折格子に外部光を照射してこ
の光を光導波路内に取り込むようにした光導波路素子、
あるいは光導波路表面に光出射用回折格子を設け、そこ
で導波光を回折させて基板側に取り出すようにした光導
波路素子の全てにおいて適用可能である。

（発明の効果）以上詳細に説明した通り本発明の光導波路素子は、外部
光の基板内への入射あるいは基板から外部・＼の出射を
、この基板の表面に取り付けた極く一般的なプリズムに
よって行ないうるちのであるから、上記外部光の入射あ
るいは出射のために基板端面を斜めに形成してそこに外
部光を通す構造の光導波路素子に比べれば、高価な材料
から形成される基板の厚さを十分に薄くすることができ
、さらには高価な材料からなる基板の端面を上述のよう
に斜めに加工する必要が無くなって製造工程を簡素化で
きるので、著しく安価に形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はそれぞれ、本発明の一実施例による光
導波路素子を示す側面図と斜視図、第３図と第４図はそ
れぞれ、従来の光導波路素子の一例を示す平面図と側面
図、第５図と第６図はそれぞれ、本発明の別の実施例におけ
るプリズムと基板の固着部を示す側面図である。１０・・・−光導波路素子　　　　１１・・・光導波路
１２・・・表面弾性波　　１３．１３“・・・光ビーム
（外部光）１６・・・基板　　　　　　　　ｌｅａ・・
・基板表面１３°・・・導波光　　　　　　１８・・・
半導体レーザ２０・・・光入射用ＬＧＣ２１・・・光出
射用ＬＧＣ３０・・・光入射用プリズム３０８％３１ａ・・・第１の光通過面３０ｂ、３１ｂ・・・第２の光通過面３１・・・光出射用プリズム

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透明基板上に光導波路が形成され、この光導波路
の基板と反対側の表面に、該光導波路内を進行する導波
光と、前記基板を斜めに通過する外部光とを結合する回
折格子が形成された光導波路素子において、前記基板の光導波路と反対側の表面に、前記外部光が通
過する位置において該表面に密着した第１の光通過面と
、この第１の光通過面に対して斜めに形成されて前記外
部光が通過する位置に配された第２の光通過面とを備え
たプリズムが取り付けられていることを特徴とする光導
波路素子。
（２）前記第２の光通過面が、前記外部光が略垂直に入
射する角度に形成されていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の光導波路素子。