JPH0680443B2 - 保護されたルネブルグレンズ - Google Patents

保護されたルネブルグレンズ

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JPH0680443B2
JPH0680443B2 JP57060236A JP6023682A JPH0680443B2 JP H0680443 B2 JPH0680443 B2 JP H0680443B2 JP 57060236 A JP57060236 A JP 57060236A JP 6023682 A JP6023682 A JP 6023682A JP H0680443 B2 JPH0680443 B2 JP H0680443B2
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/124Geodesic lenses or integrated gratings
    • G02B6/1245Geodesic lenses

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光集積導波路に係り、更に詳しくは光導波路上
に設けられかつ保護層を有するルネブルグレンズに関す
る。
光集積化は、スキヤナー、デフレクター、モジユレータ
ー、スイツチ、RFスペクトラムアナライザー、コンボル
バー、コリレーター、マルチプレクサー及びデマルチプ
レクサーなどの信号処理用の新しいデバイスを提供する
のに適した方法である。何故ならば配置を平面内に小さ
く固定でき、且つバツチ処理技術によつて製造できるよ
うな構造に於いて、光学処理原理を用いて高性能且つ高
速な操作が可能となる為である。
前記各デバイスには、結像、空間フイルタリング、フオ
カーシング及びフーリエ解析を行う為に、導波された光
束の形状を調整する薄膜導波路レンズが必要である。こ
れらの適用にかなうように該レンズは効率が高く、性能
が良く、安定性も充分でなければならない。更に充分に
コリメートされた導波光束或いは充分に小さなビーム径
を必要とするようなより高度な応用にとつては、レンズ
形状によつて決まる焦点距離が正しくレンズ設計仕様を
満足するような正確さが欠かせない条件となる。
前記のような使用目的の為に、しばしば考慮される光集
積の為のレンズの典型的な種類の一つとしてルネブルグ
レンズがある。ルネブルグレンズは、典型的な屈折率勾
配を有するレンズの一つであり、定円の弧を第2の定円
の弧に完全に焦点を合わせるような円対称の屈折率分布
を持つ。このようなルネブルグレンズは、ある特定の開
口形状を有するマスクを通して導波路表面にレンズ材料
をスパツタリングするか又は蒸着することによつて形成
される。S.K.Yao他、Guided−wave Optical Thin−Film
Luneburg Lenses:Fabrication Technique and Propert
ies.Appl.Optics,18,4067(1979)。
高屈折率のルネブルグレンズを必要とする装置では、カ
ルコゲン系ガラスが特に適すると考えられてきた。しか
し、カルコゲン系ガラスから形成されたレンズは、その
光学的特性が光及び/又は湿気の悪影響の為に安定でき
ないという欠点を有する。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、安定
な光学的特性を有するルネブルグレンズを提供すること
にある。
本発明の上記目的は、導波路上に形成され、該導波路の
屈折率より高い屈折率を有する材料から成るオーバーレ
イ層と、該オーバーレイ層の屈折率が、外部からの光の
照射又は湿気の侵入によって変化すること防止するため
に、該オーバーレイ層上に形成された保護層とから成る
保護されたルネブルグレンズによって達成される。
この保護層は、該レンズ材料が室内の光に長時間さらさ
れた後でも、その焦点距離が変わるのを防ぎ、周囲の大
気からの湿気の侵入を防ぐ為、該レンズの屈折率には変
化がない。この保護層はレンズオーバーレイの屈折率よ
り小さい屈折率を有する第1保護層及び外部光を反射す
るための第2膜層を含んでいること望ましい。
また、強誘電体LiNbO3結晶基板上に蒸着したTi膜を熱拡
散することによつて形成される効率が高く、性能の良い
導波路上に、蒸着によつて薄膜ルネブルグレンズを形成
する材料として特にAs2S3が適していることを発見し
た。Ti内部拡散LiNbO3導波路は、長所として損失の少な
い光伝播特性(〜1dB/cm)と大きな音響光学定数を持
つ。更にAs2S3及びTi内部拡散LiNbO3導波路の屈折率
は、TM0モードで、空気中での波長が0.8300ミクロンで
ある半導体レーザ光に対しては、それぞれ約2.37及び2.
27であり、空気中での波長が0.6328ミクロンであるHe−
Neレーザ光に対しては、それぞれ約2.39及び2.29であ
る。それ故As2S3ルネブルグレンズは、Ti内部拡散導波
路内を伝播する上記波長の光を有効に集光又は平行光と
するのに役立つ。
従つて、Ti内部拡散LiNbO3導波路に薄膜のAs2S3ルネブ
ルグレンズをのせるという組み合わせは、特にRFスペク
トラムアナライザ又はビームスキヤニングモジユールの
ようなデバイスに適している。何故ならば該導波路の特
長である損失の少ない光伝播特性と大きな音響光学定数
を有し、又導波路とレンズの屈折率の差が大きいためAs
2S3ルネブルグレンズのパワーが大きいからである。
しかしながらAs2S3の蒸着膜は、光によつて誘発されそ
の屈折率が変化を起こす、即ちPhotorefractive effect
を有することが知られている。白熱灯の光が周囲の光に
さらされてレンズ材料の屈折率が変化した結果、As2S3
レンズの焦点距離は当然変化する。従つてこれはTi内部
拡散LiNbO2導波路上のAs2S3ルネブルグレンズを使用す
る場合の大きな欠点であつた。
本発明は、このような場合の欠点を排除することができ
るものである。
以下に記載する本発明の詳細がよりよく理解され、また
当該技術に関して本発明の寄与する処が正しく評価され
る為に、以上、本発明の重要な特徴事項について概略を
述べた。いうまでもなく、前述の事項には後述するよう
な本発明の付加的な特徴事項があり、それらは添付した
特許請求の範囲の要旨を成すものである。当業者には本
発明が、本発明と同様のいくつかの目的を実現するため
の別の構成を設計する基本として利用し得ることが認ら
れるであろう。従つて特許請求の範囲は本発明の範囲か
ら逸脱しない限りにおいて、前記の如き同等の構成を包
含するものと考えられる。
第1図はレンズ材の屈折率よりも小さい屈折率を有する
薄膜導波路2の上にマスク蒸着によつて形成された、As
2S3により成る円対称なルネブルグレンズオーバーレイ
層1を示す。導波路2はYカツトLiNbO3か又は他の材料
より成る基板3上に設けられる。更に該導波路2は基板
3より屈折率がいくらか高く、導波路内の光伝播特性を
満足させている。
As2S3を蒸着して形成されるルネブルグレンズの組成は
主としてAs2S3であるが、蒸着したばかりのレンズに異
つた組成比を持つ硫化砒素化合物がいくらか含まれてい
てもよい。
オーバーレイ層1の上には、オーバーレイ層1および導
波路2の屈折率よりできる限り小さい屈折率を有する第
1の薄膜層4が設けられている。第1の薄膜層の屈折率
は約1.30から2.10間であることが望ましい。又、この薄
膜層4の厚さは約1000Åか又はそれ以上であることが望
ましく、該薄膜層は導波路2とオーバーレイ層1内を伝
播する導波光20が漏出するのを防ぐ役割を果たす。薄膜
層4として適当な材料は良く知られており、例えば有機
フオトレジスト或いは他の材料で、オーバーレイ層を熱
で劣化させることなく、オーバーレイ層上に形成できる
様な材料であれば良い。
薄膜層4の上には、好ましくは500Åか又はそれ以上の
厚さを有する第2の薄膜層が設けられており、外部光が
第1の薄膜層4及びオーバーレイ層4に入るのを防ぐよ
う外部光を反射する役割を果たしている。このような薄
膜層5に適用できる材料は良く知られており、例えばA
u,Al又はAg等の金属膜も含まれる。或いは薄膜層5は、
屈折率の高い誘電体材料と屈折率の低い誘電体材料の交
互の層で形成された高反射部材でもよい。
薄膜層4及び5は、通常マスクを通して堆積させられる
が、斜めに入射する外部光に対しても、オーバーレイ層
1が完全に覆われていることを確実にするために、該オ
ーバーレイ層1よりも大きな直径を有する。薄膜層4の
屈折率は比較的低い為に、薄膜層4及び5の付加によつ
てルネブルグレンズの性能に重重大な影響が及ぶことは
ない。
第2図は光導波路に組み込まれた、本発明による保護さ
れたルネブルグレンズを示す。半導体レーザ23は、Tiを
内部拡散した導波路2の一方の端面16にバツトカツプリ
ングされ、発散するシートビーム7を発する。該シート
ビームは、As2S3オーバーレイ層と保護薄膜層4及び5
を有する保護されたルネブルグレンズ50によつてコリメ
ートされる。ルネブルグレンズでコリメートされた光21
は基板3上に設けられた導波路2内を伝播し、該導波路
の他方の端面17より空中に出射され、補助レンズ6によ
り焦点板8上の点13に集光される。薄膜光導波路2の屈
折率はAs2S3の屈折率より小さい。設計により異なるが
厚さおよそ1ミクロンのLiNbO3のTi内部拡散層を導波路
2として使うこともできる。基板は通常YカツトLiNbO3
である。
外部光9にさらすと、保護薄膜層5はほぼ完全に外部光
9を反射する。従つて装置を更にパツケージングするこ
となしに、長い期間外部光にさらしても、As2S3レンズ
の焦点距離が変化することはなく、結果的にこの装置の
製造は低コストになる。更にこのAs2S3オーバーレイ層
に湿気が入り込む可能性はほとんどないので、ルネブル
グレンズが湿気の影響を受けることもない。
一方、保護薄膜層4及び5を備えていない普通のレンズ
の場合、外部光9にさらされたり或いは湿気のために又
はその両方によつて徐々に発散光7が収束光22になるよ
うになり、コリメート用ルネブルグレンズの焦点は、焦
点板8のもとの焦点からどんどん短かくなる。
弾性表面波と組み合わせて構成される光束走査装置にお
いては、一定の焦点距離と、一定のビームスポツトの大
きさが特に必要なので、コリメート用ルネブルグレンズ
の焦点距離が変わることは、はなはだ不都合である。
第3図は、基板3上の光導波路2内に弾性表面波(SA
W)11を発生させるインターデジタル弾性表面波トラン
スデユーサ12が設けられた上記のような装置を示す。光
源24から発せられた発散光ビーム7は、プリズム10によ
り導波路2に導入され該導波路内を進む。ルネブルグレ
ンズ50でコリメートされたシートビーム21は導波路2を
通り、弾性表面波に対し、おおよそ該弾性表面波の音響
周波数に従つて決まるブラツグ角θの角度で伝播す
る。導波路2内のブラツグ角θは次式で与えられる。
ここでλは使用する光の波長、νは音響周波数、nは
導波モードに対する導波路2の実効屈折率、Vは弾性
波の速度である。偏向されたた光23は典型的なプリズム
15によつて導波路2から空気中へアウトカツプリングさ
れ、その後例えば補助レンズ6によつて焦点板8上のビ
ームスポツト13或いは14に集光される。ビームスポツト
は導波路外の空気中でブラツグ角θ′の範囲内の点13
から点14へと動くが、ブラツグ角θ′はスネル法則に
よつて θ′=sin-1(nsinθ′) と与えられる。
従つて音響周波数を交互に周期的に変化させることによ
つて光もまた周期的に点13から14へと走査を繰り返すこ
とが認められるであろう。
以上の説明からオーバーレイ層1上に保護層4及び5を
設ける事により、焦点距離、そしてしいては、固定した
焦点板8におけるスポツトの大きさが外部からの光9及
び/又は、湿気によつて変化しないことが理解されたこ
とであろう。これは、光学ビーム走査装置の如く複雑な
装置にとつては重要な改善である。
実施例 As2S3レンズは、Ti内部拡散したYカツトLiNbO3導波路
上に直径6mmの中心部の厚さ0.6ミクロンになるよう、As
2S3溶融ガラスをつめた水晶るつぼからマスク蒸着によ
つて作られた。このレンズのもともとの焦点距離は10.3
cmであつたが、25ワツトの白熱灯に1時間15分さらした
ところ、その焦点距離は、3.7cmに減少した。
As2S3レンズは、その後ポリクロムS.F.ポジ型フオトレ
ジスト原液を45秒間3000rpmでスピンコートし、30分間9
0℃でベークし低屈折率の保護層を形成した。その後、
このサンプルをルネブルグレンズ領域を直径10mmのマス
クでおおいながら3秒間、13mw/cm2で紫外光にさらし
た。露光したフオトレジスタを、ポリクロムD900現像剤
で現像した。フオトレジスト層の上部には1000Åの厚さ
のアルミニウム層を、直径10mmのマスクを通して、蒸着
により堆積した。
このサンプルはここで再び光学系にセツトされた。波長
6328Å、TM0モードの導波光はフオトレジストとアルミ
ニウム層を組み合わせた構成によつて吸収されないよう
であつた。出力された走査ビームは保護膜のないレンズ
を使用した時と同じ位明るかつた。保護層を有するAs2S
3レンズの焦点距離は、25ワツトの白熱灯を数時間あて
た後でも、実質的な許容範囲内では変化が生じなかつ
た。
このように本発明の好ましい態様について特に述べてき
たが、本発明を理解すれば、添付の特許請求の範囲第に
規定される発明の範囲から逸脱することなく種々の変形
をなしうることは、当業者によつては自明であろう。例
えば導波光の波長に対しては透明であるが、ルネブルグ
レンズに有害なより短かい波長の光を吸収するような材
料ならば、これを単一の保護層として使用してもよい。
更にAs2S3は好ましいレンズ材料であるが、これに限ら
ず保護層は光、酸素、水蒸気或いは空気によつて影響を
受けるあらゆるルネブルグレンズに対して有効である。
以上説明したように本発明のルネブルグレンズは、オー
バーレイ層にこのオーバーレイ層の屈折率が、外部から
の光の照射又は湿気の侵入によつて変化することを防止
するための保護層を設けたので、レンズの焦点距離が変
わるのを防ぎ、光学的特性を安定的に保つ効果が得られ
たものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に従つた保護膜を有するルネブルグレン
ズの断面模式図、第2図は第1図に示した保護されたル
ネブルグレンズをコリメーテイングレンズとして用いる
場合を示す透視図、第3図は第1図に示した保護された
ルネブルグレンズを内蔵し、弾性表面波の音響光学効果
を利用した光集積化導波路走査装置を示す透視図であ
る。 1……オーバーレイ層 2……導波路 3……基板 4……第1の薄膜層 5……第2の薄膜層 20……導波光

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導波路上に形成され、該導波路の屈折率よ
    り高い屈折率を有する材料から成るオーバーレイ層と、
    該オーバーレイ層の屈折率が、外部からの光の照射又は
    湿気の侵入によって変化することを防止するために、前
    記オーバーレイ層上に形成された保護層とから成る保護
    されたルネブルグレンズ。
  2. 【請求項2】前記オーバーレイ層の材料がAs2S3である
    特許請求の範囲第1項記載の保護されたルネブルグレン
    ズ。
  3. 【請求項3】前記保護層が前記オーバーレイ層の屈折率
    より低い屈折率を有する第1の薄膜層と、外部から照射
    される光を反射する第2の薄膜層とから成る特許請求の
    範囲第1項記載の保護されたルネブルグレンズ。
  4. 【請求項4】前記第2の薄膜層が金属薄膜である特許請
    求の範囲第3項記載の保護されたルネブルグレンズ。
  5. 【請求項5】前記第2の薄膜層が、高い屈折率の強誘電
    材料と、低い屈折率の強誘電材料とを交互に積層するこ
    とによって形成された特許請求の範囲第3項記載の保護
    されたルネブルグレンズ。
JP57060236A 1981-04-15 1982-04-09 保護されたルネブルグレンズ Expired - Lifetime JPH0680443B2 (ja)

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US254471 1981-04-15
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JPS57176009A JPS57176009A (en) 1982-10-29
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