JPS6156328A

JPS6156328A - 光偏向器

Info

Publication number: JPS6156328A
Application number: JP17904084A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kiyono; 實清野; Hiroki Nakajima; 啓幾中島
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1984-08-28
Filing date: 1984-08-28
Publication date: 1986-03-22

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】〔発明の技術分野〕本発明は、電圧の印加や温度変化を与えることで光の進
路が変化する光スイフチを用いて光偏向作用をさせる光
偏向器に関する。

〔従来技術とその問題点〕

従来光偏向器としては、機械的に動作するものが主流を
占めているが、機械式のものでは、偏向角が小さく、ま
たビーム径が拡がる等の問題が指摘されている。しかも
光学系がわずかでも狂うと偏向位置が狂うため、各部を
高精度に組み立てることが必要で、製造コストが高くな
る。

〔本発明の技術的課題〕

本発明の技術的課題は、従来の光偏向器におけるこのよ
うな問題を解消し、非機械的な光偏向器を実現すること
にある。

〔発明の技術的手段〕

この技術的課題を解決するために講じた本発明による技
術的手段は、少なくとも１つの入力路と２つの出力路を
有する光スイッチを多段構造に配設し、１段上の段の光
スイッチの２つの出力路に、そのすぐ下の段の光スイッ
チの１つの入力路を接続することで、各段ごとに光スイ
ッチが２倍ずつ増加していく規則性をもった構成とし、
各段ごとに光スイッチが一斉に連動して同じ動作を行う
ように、各段ごとにそれぞれの光スイッチが単一の駆動
硝子に接続されている構成になっている。

〔技術的手段の作用〕

この技術的手段によれば、最も上位の段の光スイッチの
１つの入力路から光信号が入射し、順次下位の段の光ス
イッチを１つずつ経由して、最も下位の段の光スイッチ
から出射する。このとき、各段における光スイッチの動
作状態によって、最下位の段の光スイッチからの出射位
置が選択される。すなわち最下位の段の光スイツチ以外
は総て非駆動状態とし、最下位の段の光スイッチのみを
駆動状態と非駆動状態に選択するのみで、２位置の偏向
が可能となる。次いで下位から２段目の光スイッチを駆
動状態と非駆動状態に切り換えることで、前記の最下位
の段の光スイッチの選択動作を合わせると、４位置の偏
向が可能となる。したがって下位の段の光スイッチのオ
ン・オフ駆動の後、１段上の段の光スイッチを駆動し、
そのときのオン・オフ駆動状態ごとに、再び下位の段の
光スイッチのオン・オフ駆動を行うという規則性で駆動
することで、一定方向に順次偏向を行うことができる。

最終的には、最下位の段の光スイッチのそれぞれの出力
路から順次光信号が出力され、一端から他端まで偏向が
行われる。

また各段において、光信号が同時に２つの出力路から出
力することはあり得ないので、各段における光スイッチ
を総て一斉に一律に同じ状態に駆動しても、実際に光信
号が制御されるのは、いずれか１つの光スイッチのみで
あり、他の光スイッチは空駆動される。その代わり、そ
れぞれの段の光スイッチを一斉にオン・オフ制御できる
ので、駆動端子は各段ごとに単一で足り、各光スイッチ
の接続や制御などが簡素化される。

〔発明の実施例〕

次に本発明による光偏向器が実際上どのように具体化さ
れるかを実施例で説明する。本実施例では、各段の光ス
イッチとして、電圧印加で駆動する導波型のものと、温
度変化で駆動する熱光スイッチとが使用されている。

まず導波型光スイッチおよび熱光スイッチの構成と動作
を説明する。第２図は導波型光スイッチの平面図である
。導波型光スイッチは、ＹカットＬｉＮｂＯ３にオプ酸
リチウム）等の単結晶基板上１にＴｉ　（チタン）の熱
拡散により、幅１０μｍ、厚さ４μｍ程度の高屈折率の
交差形導波路２ａ、２ｂを形成し、該交差部２Ｃ上に、
交差点の中心を境にして、例えば２〜３μｍ程度のギャ
ップＧをおいて、平行状態に対向している平行電極３ａ
、３ｂを形成した構成になっている。この構成において
いま、レーザダイオードＬＤから、導波路２ｂに入射し
た光は、平行電極３ａ、３ｂ間に電圧が印加されていな
い状態では、導波路２ｂのみを直進する。ところがこの
導波路２ａ、２ｂは、電界の印加によって屈折率が変化
するという電気光学効果があるため、電極３ａ、３ｂ間
に電圧を印加すると、平行電極３ａ、３ｂ間の境界部に
屈折率の低い壁ができ、レーザダイオードＬＤから入射
した信号光は、この壁で全反射してもう一方の導波路２
ａに切り換わる。

この導波型光スイッチを光通信などに利用する場合、こ
のような導波型光スイッチを１つの基板に複数形成する
ことが多いが、前記のように基板１として単結晶の材料
が必要なため、多数の光スイッチで構成される大型の装
置を得ることが困難である。

これに対し結晶を使用しないで光スイ・ノチ機能を実現
できるものとして、ガラス基板に光ガイドを形成して成
る熱光スイッチ（サーモオプティカルスイッチ）が知ら
れている。この熱光スイッチは、基板材料の大きさの制
約は受けないので、゛大型化が可能であるが、多数の光
スイッチを接近して配設し集積化すると、隣接する光ス
イッチの温度の影響を受は易く、温度の影響を受けない
ように各光スイッチの間隔を拡げると装置が大型となり
、また隣接する光スイッチが冷却してから駆動するよう
に駆動周期を長くすると、動作速度が低下するという欠
点がある。

第３図はこのような問題を解消した熱光スイ・ノチの斜
視図、第４図は同熱光スイ・ノチの断面図である。４は
基板であり、金属やシリコンなどの半導体のような熱伝
導性に優れた材料でできている。

この基板４上に、５ｉ０２などのような電気的に絶縁性
を有する材料から成る第１のスペーサＮ５が、蒸着やス
パッタなどの手法で形成されている。そしてこのスペー
サ層５の上に、光ガイドを構成するためのコア層２が形
成されている。このコア層２を、第２図や第３図のよう
にＸ字状に交差させることで、光ガイド２Ａ、　２Ｂが
形成されている。この光ガイド２Ａ、２Ｂの材料として
は、屈折率が太きく且つ温度変化によって屈折率が変化
する材料、例えば５ｉ０２にＴｉをドープして成るＴ吐
Ｓｉ＋−ρ２などのようなガラス系の材料が適している
。光ガイド２Ａ、２Ｂの上には、更に第２のスペーサ層
６が、電気的に絶縁性をもった５ｉ０２などの蒸着ない
しスパッタなどの手法で形成されている。第３図では、
この第２のスペーサ層６を省略した状態で表されている
。第２のスペーサ層６を挟んで光ガイド２Ａ、２Ｂの交
差部の真上に、発熱体電極７が設けられている。この発
熱体電極７は、チタン（Ｔｉ）やタンタル（Ｔａ）　、
ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ　）などのように電気抵抗の大き
い材料が適している。発熱体□１電極７は、光ガイド２Ａと２Ｂとの交差部に沿う形で延
びており、一端にリードパターン８１を介して端子９１
が接続されている。発熱体電極７の他端は、リードパタ
ーン８２を介して前記基板４に接続されている。したが
って第１のスペーサ層５および第２のスペーサ層６には
、リードパターン８２を通すための窓穴１１が開けられ
ている。

この構成において、クラッド層の役目をする第１のスペ
ーサ層５および第２のスペーサ層６より、コア層の役目
をする光ガイド２Ａ、２Ｂの屈折率が大きいため、レー
ザダイオードＬＤから光信号を光ガイド２Ｂに入射させ
ると、該光ガイド２Ｂを直進して、出力側の光ガイド２
Ｂｏから出射する。ところが発熱体電極７に通電して発
熱させると、光ガイド２Ａ。

２Ｂの交差部が加熱されることで屈折率が変化し、発熱
体電極７に沿って屈折率の低い壁ができ、レーザダイオ
ードＬＤから入射した信号光は、この壁で全反射されて
もう一方の光ガイド２Ａｏに切り換ねる。発熱体電極７
への通電を止めて放熱させる２・光”’−（１’２“・
２”０交差部０温度が低下ゝ・信　　　　　　１号光の
進路は再び元の光ガイド２Ｂｏ側に切り換わる。

このように発熱体電極７への通電をオン・オフすること
で、光ガイド２Ａ、　２Ｂの交差部における光の屈折率
を変化させ、光スイツチ作用を行わせることで、２つの
出力路から２選択的に光信号を出力させることができる
。

本実施例では、第２図の導波型光スイッチも第３図、第
４図の熱光スイッチも適用可能であり、以下導波路２ａ
、２ｂも、光ガイド２＾、２Ｂも、入力路２Ｂｉや出力
路２Ｂｏ　、２Ａｏと総称する。

第１図はこのような導波型光スイッチまたは熱光スイッ
チを多数配設してなる光偏向器の実施例を示す接続図で
ある。第２図および第３図の光スイッチは、２つの入力
路２ａ、　２ｂまたは２Ａ、　２Ｂを有しているが、本
発明では、入力路は１本で足りる。

したがってＸ形に交差した光スイッチのほか、入力路が
単一になったＹ形スイッチでも実現できる。

第１図では、Ｙ形スイッチを例示したが、Ｘ形スイッチ
の片方の入力路を使用しなければ、実質的にＹ形スイッ
チと同じ機能をする。

この構成で、○で囲まれた部分が光スイッチであり、最
初に光信号が入力する最上位の光スイッチ蛋１のそれぞ
れの出力路２Ａｏ　、　２Ｂｏに、次の段）光スイッチ
ＳＷ２．５１１２の入力路２Ｂｉがそれぞれ接続されて
いる。以下同様にして、２段目の光スイッチＳＷ２　、
　ＳＷ２のそれぞれの出力路２Ｂｏ　ｓ　２Ａ。

に、３段目の光スイッチＳＷ３・・・ＳＷ３の入力路２
Ｂｉ・・・がそれぞれ接続されている。このように、順
次上位の段の光スイッチの２つの出力路に、下位の段の
光スイッチの１つの入力路が接続されており、したがっ
て段位が１段低下するごとに、光スイッチの数は２倍に
増加する０図示例で、Ｉ〜■まで４段の多段構造が示さ
れている。

それぞれの光スイッチは、第２図または第３図、第４図
のように電圧印加または温度変化で駆動される。最上位
は光スイッチが単一なため、駆動端子１０は１つの光ス
イッチＳＷｔのみにしか接続されていないが、２段目は
、１つの駆動端子１ｏに対し２つの光スイッチＳＷ２　
、ＳＷ２が接続されている。

３段目は、１つの駆動端子１０に対し４つの光スイッチ
ＳＷｍ〜ＳＷｍが接続され、４段目は、１つの駆動端子
１０に対し８つの光スイッチＳＷ４〜ＳＷ４が接続され
ている。

しかも２段目の２つの光スイツチ針２　、ＳＷ２の駆動
電極は、同時に同じ動作をするように連動可能に接続さ
れている。３段目の光スイッチＳＷ３・・・−も総て同
じ動作をするように連動可能に接続されており、４段目
の光スイッチＳＨ４・・・も総て一斉に同じ動作をする
。

また各光スイッチは総て、駆動端子１０から光スイッチ
に電圧印加ないし加熱すると、第２図、第３図の場合と
同様に、−光出力は出力路２Ａｏ側に切り換わり、駆動
端子１０からの駆動が行われない状態では、光出力は入
力路２Ｂｉを直進して出力路２ＢＯに現れる。

このような構成において、最下位の光スイッチＳＷ４・
・・の出力路２Ｂｏ・・・２Ａｏ・・・からの光出力が
、■−■−■−・・・■の順に発生することで、矢印ａ
１方向の光偏向が可能とな、る。このような光偏は、次
のような動作で行われる。

■から光信号を出力させる。このためには、１段目〜４
段目まで総ての駆動端子１０をオフ状態として、総ての
段の光スイッチを直進状態（オフ状態）とし、進路切り
換え（オン状態）は行わない。

すると最上位の光スイッチＳＷｉの入力路２Ｂｉから入
力した光信号は、矢印ａ２→ａ３−ａ４−ａ５−■の経
路で通過し、■の出力が発生する。

■から光信号を出力させる。このときは、１〜３段目ま
では上記と同様に非駆動状態とし、４段目の駆動端子１
０のみオンにし、４段目の光スイッチＳＷ、・・・は総
で一斉にオン状態にする。すると４段目における上から
１番目の光スイッチＳＷ４によって光信号の進路が出力
路２＾０側に切り換わって■の光信号が発生する。この
とき上から２番目以降の総ての光スイッチＳＷ４・・・
も総てオン状態になるが、それぞれの入力路２Ｂｉ・・
・には光信号が入力しないため、スイッチ部の状態の如
何に拘わらず出力は発生しない。

■から光信号を出力させる。このときは、３段目のみ駆
動端子１０から各光スイッチＳＷ！・・・を駆動状態と
する。すると前記の矢印ａ４の光信号は、光スイッチＳ
Ｗ＝で出力路ＺＡｏ側に切り換えられて、矢印ａ６の経
路に出力し、４段目の２番目の光スイッチＳＷ４に入力
する。ところが４段目はオフ状態のため、４段目の光ス
イッチＳＷ４の出力路２Ｂ。

から出力し、■の出力が得られる。

■の光信号を出力させる。このときは、上記の■の出力
を得る場合と異なって、最下位の４段目の光スイッチＳ
Ｗ、・・・も駆動端子１０でオン状態にする。すると矢
印ａ６の経路で入射した光信号は、光スイッチＳＷ４で
出力路ＺＡｏ側に切り換えられて、■の出力が発生する
。

■の光信号を出力させる。このときは、２段目のみを駆
動状態とする。すると矢印ａ３の光信号は、光スイッチ
ＳＷ２で出力路ＺＡｏ側に切り換えられて、矢印ａ７の
経路に出力し、３段目の２番目の光スイッチ舖３に入力
する。ところが３段目はオフ状態のため、３段目の光ス
イッチＳＷ３の出力路２Ｂｏから矢印ａ８の出力が発生
する。そして次の４段目の光スイッチＳＷ＋もオフ状態
のため、光信号は直進して、出力路２Ｂｏから■の出力
が発生する。この状態において、次いで４段目の光スイ
ッチｓｗ４・・・を総て一斉にオン状態にすると、該光
スイッチｓｈ、で光信号は出力２Ａｏ側に切り換えられ
て、■の出力が発生する。次は３段目の光スイッチＳＷ
３・・・も総でオン状態にし、４段目をオフ状態にする
と、光信号は矢印ａ９−矢印■の経路で進行し、■の出
力が得られる。次いで４段目の光スイッチＳＷ４を一斉
にオン状態にすることで、■の出力が発生する。

次に最上位の光スイッチ舖１をオン状態とすると、該光
スイッチｓｈｘの出力路２Ａｏがら矢印ａ１０の経路で
光信号が出力する。以下前記の順序で各段の光スイッチ
を一斉に制御することで、■−■の偏向が行われる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、２つの出力路を有する光
スイッチを、多段構造に接続し、それぞれの光スイッチ
の２つの出力路に次の段の光スイッチの１つの入力路を
接続すると共に、それぞれの段の光スイッチは一斉に同
じ状態に制御する構成になっている。そのため、それぞ
れの段の光スイッチを単一の駆動端子で制御でき、硝子
数が少なく、構成が複雑化することなしに、かつ簡単な
制御で非機械式の光偏向が可能となる。また第２図の電
圧制御式の光スイッチに比べて第３図、第４図の温度制
御式の光スイッチが集積化および大型化が容易でかつ高
速動作も可能なため、第３図、第４図の温度制御式の光
スイッチで本発明による光偏向器を構成することにより
、極めて大型の光偏向器が実現でき、充分な偏向角が得
られる。またチャネル化した光ガイドで信号光をガイド
するので、信号光のビームが閉ざされたパイプ状の通路
を進行することになり、機械式の偏向器のように、ビー
ムが拡大したり、偏向位置によってビーム径が異なった
りすることはなく、高品質の偏向が可能となり、可動部
分がないので″信頼性が高く、制御も簡単である。した
がってレーザプリンタなどに適用すると極めて有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光偏向器の実施例を示す接続図、
第２図は電圧制御式の光スイッチの平面図、第３図は温
度制御式の光スイッチの斜視図、第４図は同光スイッチ
の断面図である。図において、２Ｂｉは入力路、２Ａｏ　％　２Ｂｏは出
力路、３ａｓ　３ｂは電圧印加電極、７は発熱体電極、
ＳＷ１〜ＳＷ４は光スイッチをそれぞれ示す。特許出願人　　　　　　富士通株式会社代理人　弁理士
　　　　青　柳　　　稔そ −９！　　　　　　　　区へ城第３図手続補正書昭和５９４！−Ｈ，９月３日特許願（Ｂ）２、発明の名称　　光偏向器３、補正をする者事件との関係　特許出願人住所　　　　神奈川県用崎市中原区上小田中１０１５番
地名称　　　　（５２２）富士通株式会社代表者　山　
本　　卓　色４、代理人　　　　〒１０１冨（０３）　　８６３−０
２２０住所　　　　東京都千代田区岩本町３丁目４番５
号６、補正の対象　　明細書の「発明の詳細な説明」の
憫７、補正の内容　　別紙のキおり１、明細書の第１頁第２０行〜第２頁第５行の「従来光
偏向器としては、〜高くなる。」の記載を、次のように
補正する。「従来光偏向器としては、機械的に動作するものが主流
を占めているが、機械式のものでは、形状が大きい、可
動部を持つため故障に対する信頼性に欠ける等の問題が
指摘されている。しかも光学系がわずかでも狂うと偏向
位置が狂うため、各部を高精度に組み立てることが必要
で、製造コストが高くなる。一方非機械式偏向器では、
偏向角が小さく、またビーム径が拡がる等の問題点が指
摘されている。」２、同第５頁第５行目の「例えば２〜３μｍ程度」を「
例えば４〜６μｍ程度」と補正する。３、同第８頁第１４行〜第１７行の「発熱体電極７〜切
り換わる。」の記載を、次のように補正する。

Claims

【特許請求の範囲】

少なくとも１つの入力路と２つの出力路を有する光スイ
ッチを多段構造に配設し、１段上の段の光スイッチの２
つの出力路に、そのすぐ下の段の光スイッチの１つの入
力路を接続することで、各段ごとに光スイッチが２倍ず
つ増加していく規則性をもった構成とし、各段ごとに光
スイッチが一斉に連動して同じ動作を行うように、各段
ごとにそれぞれの光スイッチが単一の駆動端子に接続さ
れていることを特徴とする光偏向器。