JPH05232519A - Optical deflecting element - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To enable the large deflection in a perpendicular direction and to make the above element higher in speed and smaller in size by providing a grating coupler consisting of a specific inclined grating. CONSTITUTION:A thin-film optical waveguide 2 is formed on the surface of a substrate 1 and a light introducing part for making a light beam incident form one side of this thin-film optical waveguide 2 is formed. An intra-surface deflecting means for deflecting the guided light introduced therein within the plane parallel with the thin-film optical waveguide 2 is provided. The grating coupler 4 consisting of the inclined grating of the direction diagonally crossing the direction orthogonal with the incident direction of the incident light is provided on the extension in the propagating direction to the light introducing part. This coupler is so constituted as to satisfy equation when the angle of the intra-surface deflection is designated as alpha, the angle of inclination of the grating with the direction orthogonal with the incident direction of the incident light as PHI, the effective refractive index of the optical waveguide as N, the wavelength of the incident light as lambda the period of the grating as LAMBDA, and the refractive index of the exit medium as n. In the equation, q is an integer which is no 0.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、偏向角の大きい光導波
路を具える光偏向器に関し、特に光導波路面に対して垂
直な方向にも偏向させることができる、いわゆる操作範
囲が広く用途適正の大きな光偏向器を提案する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical deflector provided with an optical waveguide having a large deflection angle, and in particular, it is capable of deflecting in a direction perpendicular to the optical waveguide surface, so-called wide operating range and suitable for use. We propose a large optical deflector.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、前記光偏向器としては、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、音響光学素子や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。2. Description of the Related Art Conventionally, the optical deflector is roughly classified into a mechanical deflector such as a vibrating galvanometer, a polygon mirror and a hologram disk, and a non-mechanical optical deflector such as an acousto-optical element and an electro-optical element. Has been done. The former has a large deflection angle and is practical, but the scanning speed is slow, there is a limit to the speedup, and the device becomes large due to the fact that it has a mechanical operation part and the optical system is complicated. Had problems such as.

【０００３】一方、非機械式光偏向器は、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、小型化および高速化が可能であり、以下に示すよ
うなものが提案されている。On the other hand, since the non-mechanical optical deflector has no mechanical operation part and can be controlled by optical or electric signals, it can be miniaturized and speeded up, and the following one has been proposed. There is.

【０００４】例えば、特開昭５９−１９２２３２号公
報、あるいは特開昭６２−４７６２７号公報などには、
導波路内を伝搬する光を、音響光学効果あるいは電気光
学効果により偏向させ、そのままプリズムあるいはグレ
ーティングを介して出射させる、いわゆる導波路に平行
な面内での光偏向を実現する光学素子、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
いう問題があった。For example, JP-A-59-192232, JP-A-62-47627, etc.
Optical element that realizes so-called optical deflection in a plane parallel to the waveguide, in which light propagating in the waveguide is deflected by the acousto-optic effect or electro-optic effect and is emitted as it is through the prism or the grating. Bowls have been proposed. However, these optical deflectors have a problem that only a small deflection angle of several degrees can be obtained in a plane parallel to the waveguide.

【０００５】また、特開昭５７−１８１５２９号公報に
は、導波路内を伝搬する光を電気光学効果によりモード
変換し、プリズムあるいはグレーティングを介して出射
させることにより、導波路に平行な面に対し垂直方向に
のみ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出来ないという問題点があっ
た。Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 57-181529, the light propagating in the waveguide is mode-converted by the electro-optic effect and emitted through a prism or a grating to form a plane parallel to the waveguide. On the other hand, an optical deflector has been proposed which deflects light only in the vertical direction. However, since this optical deflector uses mode conversion, there is a problem that it cannot be used for a beam scanner, a printer, etc., because of its lack of continuity in the deflection angle.

【０００６】さらに、特開昭５８−１２５０２３号公報
には、光導波路内を伝搬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
器が提案されている。さらに、特開昭５８−１３０３２
７号公報にも、導波路面内で偏向させるとともに出射グ
レーティング形成部分の屈折率を電気光学効果により変
えることにとより、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。Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 58-125023, the guided light propagating in the optical waveguide is deflected in the plane of the optical waveguide by the acousto-optic effect, and the refractive index of the waveguide near the emitting end face is thermo-optical. By changing the effect,
A two-dimensional optical deflector has been proposed which deflects light in a direction perpendicular to the waveguide surface. Furthermore, JP-A-58-13032
No. 7 publication also discloses a two-dimensional optical deflector that deflects light in the direction perpendicular to the optical waveguide surface by deflecting the light in the waveguide surface and changing the refractive index of the emission grating forming portion by the electro-optic effect. Proposed.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術のうち、特に２次元光偏向器は、光導波路に
平行な面内での偏向には音響光学効果を利用し、また、
光導波路面に対し垂直方向の偏向には熱光学効果もしく
は電気光学効果を利用するものであり、前者のものは、
偏向角度が極めて小さいだけでなく、応答速度が遅いと
いう問題点があり、一方後者のものは、偏向角度が極め
て小さいという問題点があった。However, among the above-mentioned conventional techniques, the two-dimensional optical deflector utilizes the acousto-optic effect for the deflection in the plane parallel to the optical waveguide, and
Deflection in the direction perpendicular to the optical waveguide surface utilizes a thermo-optic effect or an electro-optic effect.
Not only the deflection angle is extremely small, but also the response speed is slow, while the latter one has the problem that the deflection angle is extremely small.

【０００８】しかも、これら従来の光偏向器は、偏向角
度が小さいために、大きな領域を対象として走査するも
のには使えないことや、偏向角に連続性がないなど実用
性の点でも問題点を抱えていた。Moreover, since these conventional optical deflectors have small deflection angles, they cannot be used for scanning a large area, and the deflection angles have no continuity. Was holding.

【０００９】本発明者らは、先に、特開平１−１３２７
４４号公報において、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とを、組
み合わせた光偏向器を提案した。しかし、この装置にお
いて偏向角を１０〜３０°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、そのため使
用する材料は、電気光学効果等の極めて大きな薄膜材料
でなければならなかった。The inventors of the present invention have previously disclosed Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-1327.
In Japanese Patent Laid-Open No. 44-44, there is proposed an optical deflector in which a means for giving an external signal for controlling the effective refractive index to the optical waveguide and a grating for extracting the guided light at an angle according to the effective refractive index of the guided light are combined. .. However, in order to increase the deflection angle in this device to 10 to 30 °, the change in the effective refractive index must be made extremely large. Therefore, the material used must be a thin film material having an extremely large electro-optical effect. did not become.

【００１０】本発明の目的は、特殊な薄膜材料を必要と
したり、偏向角度が小さいことや応答速度が遅いという
従来技術が抱えている欠点を克服し、垂直方向に極めて
大きく偏向させることができ、かつ高速化, 小型化にも
効果がある新規な光偏向素子を提案するところにある。The object of the present invention is to overcome the drawbacks of the prior art that a special thin film material is required, the deflection angle is small, and the response speed is slow, and it is possible to deflect a large amount in the vertical direction. In addition, we are proposing a new optical deflection element that is also effective in speeding up and downsizing.

【００１１】[0011]

【課題を解決するための手段】上掲の目的に対し本発明
は、基板表面に薄膜光導波路を形成し、この薄膜光導波
路の一方から光ビームを入射させる光導入部を形成し、
そして、導入された導波光を前記薄膜光導波路に平行な
面内で偏向させる面内偏向手段を設けてなり、光導入部
に対する伝搬方向の延長に、面内偏向された導波光をさ
らに導波路面に対して垂直な方向に偏向出射させるため
の、入射光の入射方向に直交する方向を斜めに横切る向
きの傾斜グレーティングからなるグレーティングカップ
ラーを設けてなり、かつ前記面内偏向角をαとし、入射
光の入射方向に直交する方向に対するグレーティングの
傾斜角をφとし、光導波路の実効屈折率をＮとし、入射
光の波長をλとし、グレーティングの周期をΛとし、そ
して出射媒体の屈折率をｎとしたとき、下記式； ただし、ｑは０でない整数を満たすように構成すること
を特徴とする光偏向素子を提案する。[Means for Solving the Problems] The present invention for the above objects
Forms a thin film optical waveguide on the substrate surface, and
Forming a light introduction part that makes a light beam enter from one of the paths,
Then, the guided light introduced is parallel to the thin film optical waveguide.
An in-plane deflecting means for deflecting in-plane is provided, and the light introducing section is provided.
In-plane polarized guided light
In addition, to deflect and emit light in a direction perpendicular to the waveguide surface.
, The direction diagonally crossing the direction orthogonal to the incident direction of the incident light.
Grating cup consisting of a tilted grating
Is provided, and the in-plane deflection angle is α
Of the grating in the direction orthogonal to the incident direction of light
Incident with inclination angle φ and effective refractive index N of optical waveguide
Let λ be the wavelength of light and Λ be the grating period.
And the refractive index of the output medium is n, the following formula: However, q must be configured so as to satisfy a non-zero integer.
We propose an optical deflector characterized by the following.

【００１２】ただし、かかる本発明光偏向素子の場合、
前記式中のｑは２以下の値を示すものとし、そして薄膜
導波路は、単一モードで構成され、さらにその薄膜導波
路の実効屈折率Ｎが1.450 ≦Ｎ≦3.000 の条件を満たす
ものが好適である。However, in the case of such an optical deflector of the present invention,
In the above equation, q represents a value of 2 or less, and the thin film waveguide is constituted by a single mode, and the effective refractive index N of the thin film waveguide satisfies the condition of 1.450 ≤ N ≤ 3.000. It is suitable.

【００１３】また、かかる光偏向素子は、タンタル酸リ
チウム基板表面にニオブ酸リチウム単結晶薄膜光導波路
が形成されたものからなり、 入射光λ（μｍ） ０．４≦λ（μ
ｍ）≦１ 導波路の実効屈折率Ｎ ２．１７６≦Ｎ≦
２．２４２ グレーティング周期（μｍ） ０．２≦Λ（μ
ｍ）≦０．５ 面内での偏向角αと入射光の伝搬方向に直交する方向に
対する傾斜角φの和 ５≦α＋φ（゜）≦２５ の関係を満たすもので構成したもの、アルミナ基板にチ
タン酸鉛薄膜光導波路が形成されたものからなり、 入射光λ（μｍ） ０．４≦λ（μ
ｍ）≦１ 導波路の実効屈折率Ｎ １．８００≦Ｎ≦
２．４００ グレーティング周期（μｍ） ０．２≦Λ（μ
ｍ）≦０．４ 面内での偏向角αと入射光の伝搬方向に直交する方向に
対する傾斜角φの和 ５≦α＋φ（゜）≦２５ の関係を満たすもので構成したもの、SiO₂基板に酸化亜
鉛薄膜光導波路が形成されたものからなり、 入射光λ（μｍ） ０．４≦λ（μ
ｍ）≦１ 導波路の実効屈折率Ｎ １．４７５≦Ｎ≦
１．６７５ グレーティング周期（μｍ） ０．２５≦Λ（μ
ｍ）≦１．００ 面内での偏向角αと入射光の伝搬方向に直交する方向に
対する傾斜角φの和 ５≦α＋φ（゜）≦２５ の関係を満たすもので構成したもの、ニオブ酸リチウム
単結晶基板に形成されたＴi 拡散光導波路あるいはプロ
トン交換光導波路を形成したものからなり、 入射光λ（μｍ） ０．４≦λ（μ
ｍ）≦１ 導波路の実効屈折率Ｎ ２．２８６≦Ｎ≦
２．３００ グレーティング周期（μｍ） ０．２０≦Λ（μ
ｍ）≦０．４０ 面内での偏向角αと入射光の伝搬方向に直交する方向に
対する傾斜角φの和 ５≦α＋φ（゜）≦２５ の関係を満たすもので構成したもの、がそれぞれ好適実
施態様である。Further, such an optical deflector is formed by forming a lithium niobate single crystal thin film optical waveguide on the surface of a lithium tantalate substrate, and the incident light λ (μm) 0.4 ≦ λ (μ
m) ≦ 1 effective refractive index N of waveguide N 2.176 ≦ N ≦
2.242 Grating period (μm) 0.2 ≦ Λ (μ
m) ≦ 0.5, the sum of the deflection angle α in the plane and the tilt angle φ with respect to the direction orthogonal to the propagation direction of the incident light 5 ≦ α + φ (°) ≦ 25. It consists of a lead titanate thin film optical waveguide formed, and the incident light λ (μm) 0.4 ≦ λ (μ
m) ≦ 1 effective refractive index of the waveguide N 1.800 ≦ N ≦
2.400 Grating period (μm) 0.2 ≦ Λ (μ
m) ≦ 0.4 In-plane deflection angle α and tilt angle φ with respect to the direction orthogonal to the propagation direction of incident light 5 ≦ α + φ (°) ≦ 25, SiO ₂ substrate Incident light λ (μm) 0.4 ≦ λ (μ
m) ≦ 1 effective refractive index N of waveguide N 1.475 ≦ N ≦
1.675 Grating period (μm) 0.25 ≦ Λ (μ
m) ≦ 1.00, a combination of a deflection angle α in the plane and a tilt angle φ with respect to a direction orthogonal to the propagation direction of incident light 5 ≦ α + φ (°) ≦ 25, lithium niobate Incident light λ (μm) 0.4 ≦ λ (μ, consisting of a Ti-diffused optical waveguide or a proton exchange optical waveguide formed on a single crystal substrate.
m) ≦ 1 effective refractive index of the waveguide N 2.286 ≦ N ≦
2.300 Grating period (μm) 0.20 ≦ Λ (μ
m) ≤0.40, which is formed by satisfying the relation of 5 ≤ α + Φ (°) ≤ 25, which is the sum of the deflection angle α in the plane and the tilt angle φ with respect to the direction orthogonal to the propagation direction of the incident light, respectively. It is an embodiment.

【００１４】[0014]

【作用】本発明は、基板上に形成した薄膜光導波路に沿
って、まず光ビームの導入部を設ける。この導波路と平
行な面内で偏向を生じさせる面内偏向手段を設け、そし
て出射部としてグレーティングカップラーのグレーティ
ングの向きを導波光の伝搬方向に直交する方向に対して
傾斜させてなるグレーティングカップラーを設けること
により、この導波光を光導波路に平行な面の外に偏向出
射させることのできる光偏向素子である。According to the present invention, the light beam introducing portion is first provided along the thin film optical waveguide formed on the substrate. An in-plane deflecting means for producing a deflection in a plane parallel to the waveguide is provided, and a grating coupler is formed as an emitting part, in which the direction of the grating of the grating coupler is inclined with respect to the direction orthogonal to the propagation direction of the guided light. By being provided, this is a light deflection element capable of deflecting and emitting the guided light out of a plane parallel to the optical waveguide.

【００１５】本発明において、前記導入部に入射させる
光ビームは、レーザー光が望ましい。それは、レーザー
光の場合、光情報装置など広範囲な用途を有するからで
ある。In the present invention, the light beam incident on the introduction part is preferably a laser beam. This is because laser light has a wide range of applications such as optical information devices.

【００１６】本発明の光偏向素子を構成している光導波
路としては、単結晶薄膜であることが望ましい。この理
由は、単結晶薄膜の場合、アモルファスなどに比べ光の
伝搬損失が小さいからである。The optical waveguide forming the optical deflector of the present invention is preferably a single crystal thin film. The reason for this is that a single crystal thin film has a smaller light transmission loss than an amorphous material.

【００１７】かかる光導波路としては、例えば LiTaO₃
基板上にLiNbO₃薄膜を形成したもの、LiNbO₃基板上にLi
TaO₃薄膜を形成すると共に、さらにLiNbO₃薄膜を形成し
たもの、LiTaO₃単結晶基板上にSr_x Ba_1-x Nb₂ O₆（ＳＢ
Ｎ）薄膜を形成したもの、表層にSiO₂薄膜を形成したSi
基板上にＳＢＮ薄膜を形成したもの、Gd₃Ga₅O₁₂(ＧＧ
Ｇ）、Nd₃Ga₅O₁₂(ＮｄＧＧ）、Sm₃Ga₅O₁₂(ＳｍＧＧ）な
どのガーネット基板上にＳＢＮ薄膜を形成したもの、Pb
TiO₃単結晶基板上にBaTiO₃単結晶薄膜を形成したもの、
KNbO₃ 単結晶基板上にK(Nb_x Ta_1-x )O₃ （ＫＴＮ）薄膜
を形成したもの、ＰＬＺＴセラミックス基板上にＰＬＺ
Ｔ薄膜を形成したもの、あるいは基板や薄膜としてSi
O₂、あるいは石英などからなるガラスを用いたものなど
が使用できる。特に、LiTaO₃基板上にLiNbO₃薄膜を形成
したものは、電気光学効果の大きさからみても最も好適
である。Examples of such an optical waveguide include LiTaO ₃
LiNbO ₃ thin film formed on the substrate, LiNbO ₃ substrate on the Li
To form the TaO ₃ thin film, and further forming a LiNbO ₃ thin film, a LiTaO ₃ single crystal substrate _{Sr x Ba 1-x Nb 2} O 6 (SB
N) Thin film formed, Si with SiO ₂ thin film formed on the surface
SBN thin film formed on a substrate, Gd ₃ Ga ₅ O ₁₂ (GG
G), Nd ₃ Ga ₅ O ₁₂ (NdGG), Sm ₃ Ga ₅ O ₁₂ (SmGG), etc., on which a SBN thin film is formed on a garnet substrate, Pb
BaTiO ₃ single crystal thin film formed on TiO ₃ single crystal substrate,
KNbO ₃ single crystal substrate with K (Nb _x Ta _1-x ) O ₃ (KTN) thin film formed on it, PLZT ceramic substrate with PLZ
Formed T thin film or Si as substrate or thin film
It is possible to use one using glass such as O ₂ or quartz. In particular, a LiTaO ₃ substrate on which a LiNbO ₃ thin film is formed is most suitable in view of the magnitude of the electro-optical effect.

【００１８】なおこの場合において、前記LiNbO₃薄膜
は、LiTaO₃基板と格子整合させたものが望ましい。上記
格子整合とは、LiNbO₃の格子定数を、LiTaO₃格子定数の
99.81〜100.07％とすることである。このように、基板
と薄膜の各単結晶を格子整合させることが望ましい理由
は、格子の歪やマイクロクラック等のない薄膜を形成で
きることに加え、光の伝搬損失が非常に少なく、高い偏
向効率を得ることができるからである。その格子整合
は、LiNbO₃の格子定数を、LiTaO₃格子定数の99.92〜10
0.03％とすることが望ましい。In this case, the LiNbO ₃ thin film is preferably lattice-matched with the LiTaO ₃ substrate. The above lattice matching, the lattice constant of LiNbO _3, the LiTaO ₃ lattice constants
It is to be 99.81-100.07%. As described above, the reason why it is desirable to lattice-match each single crystal of the substrate and the thin film is that a thin film without lattice distortion and microcracks can be formed, light propagation loss is very small, and high deflection efficiency can be obtained. Because you can get it. The lattice matching is based on the lattice constant of LiNbO ₃ of 99.92 to 10 of the LiTaO ₃ lattice constant.
It is desirable to set it to 0.03%.

【００１９】前述のような格子整合の方法としては、Li
NbO₃薄膜導波層に異種元素を含有させて格子定数を大き
くするとか、逆にLiTaO₃基板に異種元素を含有させて格
子定数を小さくするとかの方法が有利である。As a method of lattice matching as described above, Li
It is advantageous to make the NbO ₃ thin film waveguiding layer contain a different element to increase the lattice constant, or conversely to make the LiTaO ₃ substrate contain a different element to reduce the lattice constant.

【００２０】前記LiNbO₃薄膜導波層に含有させる異種元
素は、NaとMgであることが望ましい。この理由は、Naと
Mgの原子もしくはイオンは、LiNbO₃に対する置換あるい
は固溶により、LiNbO₃の格子定数を大きくする効果を有
しているため、NaとMgの組成を調整することによりLiNb
O₃基板もしくは、薄膜導波層とLiTaO₃基板の格子整合を
得ることができるからである。とくにMgの場合は、薄膜
の光損傷を防止する効果がある。The different elements contained in the LiNbO ₃ thin film waveguiding layer are preferably Na and Mg. The reason for this is Na and
Mg atom or ion, substitution or solid solution for LiNbO _3, because it has the effect of increasing the lattice constant of LiNbO _3, by adjusting the composition of Na and Mg LiNb
This is because the lattice matching between the O ₃ substrate or the thin film waveguide layer and the LiTaO ₃ substrate can be obtained. Especially in the case of Mg, it has an effect of preventing optical damage to the thin film.

【００２１】前記NaとMgの含有量は、それぞれLiNbO₃に
対して、0.1 〜4.8 モル％、0.8 〜10.8モル％であるこ
とが望ましい。この理由は、Naの含有量が0.1 モル％よ
り少ない場合、Mg添加量の如何に関わらず、LiNbO₃薄膜
とLiTaO₃基板との格子整合が得られず、また、4.8 モル
％を超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LiNbO₃薄膜とLiTaO₃基板との格子整合が得ら
れないからである。また、Mg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、
10.8モル％を超える場合は、LiMgO₃系の結晶が析出して
しまうため含有させることができない。The contents of Na and Mg are preferably 0.1 to 4.8 mol% and 0.8 to 10.8 mol% with respect to LiNbO ₃ , respectively. The reason for this is that when the Na content is less than 0.1 mol%, the lattice matching between the LiNbO ₃ thin film and the LiTaO ₃ substrate cannot be obtained regardless of the Mg addition amount, and when it exceeds 4.8 mol%. On the contrary, the lattice constant becomes too large, and in any case, the lattice matching between the LiNbO ₃ thin film and the LiTaO ₃ substrate cannot be obtained. Further, when the content of Mg is less than 0.8 mol%, the effect of preventing light damage is insufficient,
If it exceeds 10.8 mol%, it cannot be contained because LiMgO ₃ system crystals are precipitated.

【００２２】前記LiTaO₃基板に含有させる異種元素は、
Tiであることが好ましい。このTiは、LiTaO₃の格子定数
を小さくする効果を有する。この目的の下に使用するTi
の含有量は、0.2 〜30.0モル％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、LiNbO₃薄膜導波層
との格子整合が得られないからである。The different elements contained in the LiTaO ₃ substrate are
It is preferably Ti. This Ti has the effect of reducing the lattice constant of LiTaO ₃ . Ti used for this purpose
The content of is preferably 0.2 to 30.0 mol%.
The reason for this is that if it is out of the above range, lattice matching with the LiNbO ₃ thin film waveguide layer cannot be obtained.

【００２３】前記LiTaO₃基板上に形成するLiNbO₃薄膜
は、該LiTaO₃単結晶の（０００１）面にLiNbO₃単結晶薄
膜を形成することが望ましい。この（０００１）面と
は、結晶のｃ軸に垂直な面を意味する。いわゆる、前記
LiTaO₃基板の（０００１）面をLiNbO₃薄膜の成長面とす
る理由は、前記（０００１）面については、ａ軸のみで
格子整合されるため、LiNbO₃薄膜あるいはLiTaO₃基板の
ａ軸の格子定数を変えるだけで、LiNbO₃薄膜とLiTaO₃基
板を簡単に格子整合できるからである。The LiNbO ₃ thin film formed on the LiTaO ₃ substrate is preferably a LiNbO ₃ single crystal thin film formed on the (0001) plane of the LiTaO ₃ single crystal. The (0001) plane means a plane perpendicular to the c-axis of the crystal. So-called
The reason why the (0001) plane of the LiTaO ₃ substrate is used as the growth surface of the LiNbO ₃ thin film is that the (0001) plane is lattice-matched only by the a-axis, and therefore the lattice of the a-axis of the LiNbO ₃ thin film or the LiTaO ₃ substrate is This is because the LiNbO ₃ thin film and the LiTaO ₃ substrate can be easily lattice-matched simply by changing the constant.

【００２４】前記LiTaO₃基板上に形成されるLiNbO₃薄膜
の格子定数（ａ軸）は、前記LiTaO₃基板の格子定数（ａ
軸）の99.81 〜100.07％が好ましく、99.92 〜100.03％
が好適である。この理由は、前記範囲を外れる場合、Li
TaO₃基板とLiNbO₃薄膜の格子定数を整合させ難いからで
ある。The lattice constant (a axis) of the LiNbO ₃ thin film formed on the LiTaO ₃ substrate is the lattice constant (a) of the LiTaO ₃ substrate.
Axis) 99.81-100.07% is preferable, 99.92-100.03%
Is preferred. The reason for this is that if it is out of the above range, Li
This is because it is difficult to match the lattice constants of the TaO ₃ substrate and the LiNbO ₃ thin film.

【００２５】前記LiTaO₃基板とLiNbO₃薄膜は、いずれも
単結晶であることが好ましい。また、前記LiTaO₃基板
は、LiTaO₃薄膜が形成されたLiNbO₃基板であってもよ
い。Both the LiTaO ₃ substrate and the LiNbO ₃ thin film are preferably single crystals. Further, the LiTaO ₃ substrate may be a LiNbO ₃ substrate on which a LiTaO ₃ thin film is formed.

【００２６】また、前記LiNbO₃薄膜は、波長0.83μｍの
半導体レーザー光に対する光伝搬損失が、15dB／cm以下
であることが望ましい。この理由は、伝搬損失が15dB／
cmを越える場合、偏向効率が低下してしまうため、実用
的でないからである。前記光伝搬損失は、光が薄膜中を
伝搬する際の光の進行方向の単位長さあたりの光強度低
下割合を示すものであり、これには散乱損失と吸収損失
が含まれる。散乱損失は、基板と薄膜との界面の状態、
薄膜の表面状態およ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。It is desirable that the LiNbO ₃ thin film has a light propagation loss of 15 dB / cm or less for a semiconductor laser beam having a wavelength of 0.83 μm. The reason is that the propagation loss is 15 dB /
This is because if it exceeds cm, the deflection efficiency will decrease, which is not practical. The light propagation loss indicates a rate of decrease in light intensity per unit length in the traveling direction of light when light propagates in a thin film, and includes scattering loss and absorption loss. Scattering loss is the condition of the interface between the substrate and the thin film,
It depends on the surface condition of the thin film and microcracks in the thin film. Further, the absorption loss is only related to the characteristics of the thin film, and depends on the crystallinity of the thin film, the mixing ratio of impurities, and the like.

【００２７】ところで、本発明においてSiO₂、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。By the way, when glass made of SiO ₂ or quartz is used as a thin film in the present invention,
It is desirable to provide an electrode made of a piezoelectric element on the thin film, apply a voltage to generate a surface acoustic wave, and perform in-plane deflection by an acousto-optic effect. The reason for this is that it is difficult for the glass to have characteristics such as an electro-optical effect. The glass is inexpensive and is advantageous in reducing the cost of the optical deflector.

【００２８】本発明では、薄膜導波層および／または基
板に対し、Na, Cr, Mg, Nd, TiおよびV などの異種元素
を含有させることにより、屈折率を調整した材料を使用
することが望ましい。とくに、前記LiNbO₃薄膜導波層、
LiTaO₃基板に対し 、Na, Cr, Nd, Tiなどを含有させる
ことにより、前記LiNbO₃薄膜導波層、およびLiTaO₃基板
の屈折率を上げることができ、また、Mg, V などを含有
させることにより、前記LiNbO₃薄膜導波層、およびLiTa
O₃基板の屈折率を下げることができる。In the present invention, it is possible to use a material whose refractive index is adjusted by incorporating different elements such as Na, Cr, Mg, Nd, Ti and V into the thin film waveguide layer and / or the substrate. desirable. In particular, the LiNbO ₃ thin film waveguide layer,
To LiTaO ₃ substrate, Na, Cr, Nd, by containing such Ti, the LiNbO ₃ thin film waveguide layer, and LiTaO ₃ can increase the refractive index of the substrate, also, Mg, are contained like V Thereby, the LiNbO ₃ thin film waveguide layer, and LiTa
The refractive index of the O ₃ substrate can be lowered.

【００２９】前記Naの含有量は、0.1 〜10モル％である
ことが望ましい。この理由は、Naの含有量が10モル％を
越える場合は、LiTaO₃基板の光学的特性が低下するから
であり、また、0.1 モル％より低い場合、屈折率が殆ど
変化しないからである。前記Naの含有量は、なかでも
0.8〜２モル％が好適である。The content of Na is preferably 0.1 to 10 mol%. This is because when the Na content exceeds 10 mol%, the optical characteristics of the LiTaO ₃ substrate deteriorate, and when the Na content is lower than 0.1 mol%, the refractive index hardly changes. Above all, the content of Na is
0.8 to 2 mol% is preferable.

【００３０】また、前記Crの含有量は、0.02〜20モル％
であることが望ましい。この理由は、前記Crの含有量が
20モル％を越える場合は、LiNbO₃薄膜導波層、あるいは
LiTaO₃基板の光学的特性が低下するからであり、また
0.1モル％より低い場合、屈折率が殆ど変化しないから
である。前記Crの含有量は、なかでも 0.2〜10モル％が
好適である。The Cr content is 0.02 to 20 mol%.
Is desirable. The reason is that the content of Cr is
If it exceeds 20 mol%, LiNbO ₃ thin film waveguide layer, or
This is because the optical characteristics of the LiTaO ₃ substrate deteriorate, and
This is because if it is lower than 0.1 mol%, the refractive index hardly changes. Especially, the content of Cr is preferably 0.2 to 10 mol%.

【００３１】さらに、前記Mgの含有量は、 0.1〜20モル
％であることが望ましい。この理由は、前記Mgの含有量
が20モル％を越える場合は、LiTaO₃基板の光学的特性が
低下するからであり、また 0.1モル％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Mgの含
有量は、なかでも 2.0〜10モル％が好適である。Further, the content of Mg is preferably 0.1 to 20 mol%. The reason for this is that if the Mg content exceeds 20 mol%, the optical characteristics of the LiTaO ₃ substrate deteriorate, and if it is less than 0.1 mol%, there is little effect of preventing optical damage. Is. The Mg content is preferably 2.0 to 10 mol%.

【００３２】前記Tiの含有量は、 0.2〜30モル％である
ことが望ましい。この理由は、Tiの含有量が30モル％を
越える場合は、LiNbO₃薄膜導波層、あるいはLiTaO₃基板
の光学的特性が低下するからであり、また 0.2モル％よ
り低い場合、屈折率が殆ど変化しないからである。前記
Tiの含有量は、なかでも 1.0モル％〜15モル％が好適で
ある。The Ti content is preferably 0.2 to 30 mol%. The reason for this is that if the Ti content exceeds 30 mol%, the optical properties of the LiNbO ₃ thin film waveguide layer or the LiTaO ₃ substrate deteriorate, and if the Ti content is lower than 0.2 mol%, the refractive index is low. This is because it hardly changes. The above
Among them, the Ti content is preferably 1.0 mol% to 15 mol%.

【００３３】前記Ndの含有量は、0.02〜10モル％である
ことが望ましい。この理由は、Ndの含有量が10モル％を
越える場合は、LiNbO₃薄膜導波層、あるいはLiTaO₃基板
の光学的特性が低下するからであり、また0.02モル％よ
り低い場合、屈折率が殆ど変化しないからである。前記
Ndの含有量は、なかでも0.5 〜５モル％が好適である。The Nd content is preferably 0.02 to 10 mol%. The reason for this is that if the Nd content exceeds 10 mol%, the optical properties of the LiNbO ₃ thin film waveguide layer or the LiTaO ₃ substrate deteriorate, and if it is lower than 0.02 mol%, the refractive index is This is because it hardly changes. The above
The Nd content is preferably 0.5 to 5 mol%.

【００３４】前記Ｖの含有量は、0.05〜30モル％である
ことが望ましい。この理由は、前記Ｖの含有量が30モル
％を越える場合は、LiNbO₃薄膜導波層、あるいはLiTaO₃
基板中に構造の異なる結晶が析出して光学的特性が低下
するからであり、また0.05モル％より少ない場合は屈折
率が殆ど変化しないからである。前記Ｖの含有量は、な
かでも 2.0モル％〜10モル％が好適である。The content of V is preferably 0.05 to 30 mol%. The reason for this is that when the V content exceeds 30 mol%, a LiNbO ₃ thin film waveguide layer or LiTaO _{3 is used.}
This is because crystals having different structures are deposited in the substrate to deteriorate the optical characteristics, and when it is less than 0.05 mol%, the refractive index hardly changes. The content of V is preferably 2.0 mol% to 10 mol% among others.

【００３５】ところで、前記LiNbO₃薄膜導波層に前記N
a, Cr, Nd, Ti, Mg, V などの異種元素を含有させた場
合、前記LiNbO₃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。By the way, the LiNbO ₃ thin film waveguiding layer has the above N content.
When a different element such as a, Cr, Nd, Ti, Mg, V is included, the lattice constant and the refractive index of the LiNbO ₃ thin film waveguide layer change at the same time. It is desirable to adjust.

【００３６】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、すなわち電気光学効果、磁気光学効果、音響
光学効果、非線形光学効果、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、LiTaO₃, PbTa₂O₆, SbSI等を適用できる。As the thin film material for forming the waveguide layer of the waveguide, a conventional material capable of forming a deflection portion in the waveguide surface, that is, an electro-optical effect, a magneto-optical effect, an acousto-optical effect, a non-linear optical effect, A material having a relatively large coefficient of piezoelectric effect is suitable, and LiTaO ₃ , PbTa ₂ O ₆ , SbSI and the like can be applied in addition to the thin film material as described above.

【００３７】さて、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
ＳＡＷ（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。Now, as a concrete means for deflecting the guided light in a plane parallel to the optical waveguide, there are methods based on the electro-optical effect, the magneto-optical effect, the acousto-optical effect, the non-linear optical effect, and the like. As means for utilizing the electro-optical effect, a method of applying a voltage by providing a pair of electrodes facing each other on the optical waveguide so as to periodically change the refractive index, and as an acousto-optical effect, a part of the optical waveguide is used. There is a method of applying a voltage by providing a pair of SAW (surface acoustic wave) oscillation cross finger (comb-shaped) electrodes facing each other on both sides.

【００３８】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、最終的
に出射させるときの偏向角θを大きくすることができ、
一方上限の７゜は、これを越える偏向手段の開発が困難
だからである。なお、この偏向角は、導波路面内偏向角
（α）では１〜５゜であることがより好ましい。Among these, the method utilizing the electro-optical effect is more preferable because it has a faster response speed than the other methods. In the present invention, the deflection angle of the incident light is preferably 0.3 to 7 ° within the waveguide surface. The reason for this is
When the deflection angle of the incident light is less than 0.3 °, the deflection angle θ for the final emission can be increased,
On the other hand, the upper limit of 7 ° is because it is difficult to develop a deflecting means that exceeds this. This deflection angle is more preferably 1 to 5 ° in terms of the in-plane deflection angle (α) of the waveguide.

【００３９】さて、本発明において、前記薄膜導波路内
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。In the present invention, it is preferable that the light is incident on the thin film waveguide by the end face incidence method. The reason is that it can be easily made by polishing the end face of the waveguide.

【００４０】また、本発明の導波路の光導入部には、入
射レーザー光を集光させるためのレンズが設置されるこ
とが望ましい。それは、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。Further, it is desirable that a lens for converging an incident laser beam is installed in the light introducing portion of the waveguide of the present invention. This is because it is possible to improve the deflection efficiency by collecting the spread incident light.

【００４１】また、本発明導波路は、この光偏向素子に
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。Further, the waveguide of the present invention is preferably a single mode waveguide in order to increase the ratio of the waveguide light changed by this optical deflecting element and enhance the efficiency of deflection.

【００４２】次に、本発明においては、前記光導波路
に、それの導入部から入力した導波光を、この光導波路
中を伝搬させる間に面内で偏向させるための面内偏向手
段、例えば、音響光学効果や電気光学効果を利用する手
段などを設けて、この光導波路の実効屈折率を制御す
る。Next, in the present invention, an in-plane deflecting means for deflecting the guided light input to the optical waveguide from the introduction portion thereof into the optical waveguide while propagating in the optical waveguide, for example, A means for utilizing the acousto-optic effect or the electro-optic effect is provided to control the effective refractive index of this optical waveguide.

【００４３】前記面内偏向手段としては、光導波路に沿
う一方もしくは両側に表面弾性波（ＳＡＷ）発振用の交
差櫛形電極を設けて電圧を印加する形式のものがとりわ
け有効である。As the in-plane deflecting means, a type in which a crossed comb-shaped electrode for surface acoustic wave (SAW) oscillation is provided on one side or both sides along the optical waveguide to apply a voltage is particularly effective.

【００４４】次に、本発明においては、面内偏向手段を
介して既に偏向（α゜）された導波光を、さらに偏向を
加えて導波路面に対して垂直方向に角度θにて出射させ
るために、次のようなグレーティングカップラーを、導
波光の伝搬方向の延長に設ける。Next, in the present invention, the guided light that has already been deflected (α °) through the in-plane deflecting means is further deflected and emitted at an angle θ in the direction perpendicular to the waveguide surface. Therefore, the following grating coupler is provided in the extension of the propagation direction of the guided light.

【００４５】本発明において採用するかかるグレーティ
ングカップラーは、入射光の入射方向に直交する方向
（線）に対して、これを斜めに横切る斜向配置したグレ
ーティングを設けた点に特徴があり、次の条件を満たす
ものである。すなわち、前記面内偏向角をαとし、入射
光の入射方向に直交する方向に対するグレーティングの
傾斜角をφとし、光導波路の実効屈折率をＮとし、入射
光の波長をλとし、グレーティングの周期をΛとし、そ
して出射媒体の屈折率をｎとしたとき、 ただし、ｑは０でない整数を満足しなければならない。Such a grayity adopted in the present invention
The ng coupler is a direction orthogonal to the incident direction of the incident light.
(Line) is a diagonal line that crosses this diagonally.
The feature is that it has a
It is a thing. That is, the in-plane deflection angle is α and the incident
Of the grating in the direction orthogonal to the incident direction of light
Incident with inclination angle φ and effective refractive index N of optical waveguide
Let λ be the wavelength of light and Λ be the grating period.
And the refractive index of the output medium is n, However, q must satisfy an integer other than 0.

【００４６】図２は、本発明におけるグレーティングカ
ップラーのグレーティングの配置を模式的に示すもので
あり、このようなグレーティングカップラーによる出射
光の方向は、格子ベクトルやグレーティング間隔などに
より決まり、ブラッグ回折を起こしたり、出射したりす
るが、以下にその出射の条件について説明する。FIG. 2 schematically shows the arrangement of the gratings of the grating coupler according to the present invention. The direction of the light emitted by such a grating coupler is determined by the grating vector, the grating interval, etc., and Bragg diffraction occurs. However, the conditions for the emission will be described below.

【００４７】図３は、出射光の伝搬ベクトルダイアグラ
ムであり、この図３をＸ方向から見た図が図４である。
この図におけるβ₀ は、入射光の伝搬ベクトル、β
_a は、出射光の伝搬ベクトル、β_i は、β_a の導波に対
する正射影、Κはグレーティングの格子ベクトルであ
る。FIG. 3 is a propagation vector diagram of outgoing light, and FIG. 4 is a view of FIG. 3 viewed from the X direction.
Β ₀ in this figure is the propagation vector of the incident light, β
_a is a propagation vector of emitted light, β _i is an orthographic projection of β _{a on} the waveguide, and K is a grating lattice vector.

【００４８】図４より、β_i はβ₀ ベクトルとΚベクト
ルで決定される値であり、導波路面内で位相整合を考え
なければならないブラッグ回折とは全く異なる。本発明
者は、種々の実験結果より、実用的な光偏向器を得るた
めには、図４のベクトル関係が満たされていなければな
らないことを新たに見い出した。 β_i ＝β₀ ＋Κ (2) となる。ここで β₀ ＝｜β₀ ｜， β_i ＝｜β_i ｜ β_a ＝｜β_a ｜， Κ＝｜Κ｜ (3) とする。また、ｑを０でない整数とする。From FIG. 4, β _i is a value determined by the β ₀ vector and the K vector, which is completely different from the Bragg diffraction which requires consideration of phase matching in the waveguide plane. The present inventor newly found from various experimental results that the vector relation of FIG. 4 must be satisfied in order to obtain a practical optical deflector. β _i = β ₀ + K (2) Here, β ₀ = | β ₀ |, β _i = | β _i | β _a = | β _a |, Κ = | K || (3). Also, q is an integer other than 0.

【００４９】β_i の絶対値に関する基本式は β_i ² ＝β₀ ² ＋（ｑΚ）² −２β₀ ｑΚ cosθ (4) で与えられる。θは、面内で偏向された入射光とグレー
ティングの格子ベクトルのなす角度である。またφ₁ に
関する基本式は β_i cos φ₁ ＝β₀ −ｑΚ cosθ (5) で与えられる。(4) , (5) 式が導波路面内での位相整合
条件となる。またφ₁ とφ₂ の関係は β_i ＝β_a sin φ₂ (6) で与えられる。(4) と(6) から空気中への放射角が求め
られ、(4) と(5) 式から入射光に対する角度が求められ
る。The basic equation for the absolute value of beta _i is given by ^{_{β i 2 = β 0 2 +}} (qΚ) 2 -2β 0 qΚ cosθ (4). θ is the angle formed by the in-plane polarized incident light and the grating vector of the grating. The basic equation for phi ₁ is given by _{β i cos φ 1 = β 0} -qΚ cosθ (5). Equations (4) and (5) are the phase matching conditions in the waveguide plane. The relationship between φ ₁ and φ ₂ is given by β _i = β _a sin φ ₂ (6). From (4) and (6), the radiation angle into the air can be obtained, and from (4) and (5), the angle to the incident light can be obtained.

【００５０】次に、空気中への放射角について、上記
(4) と(5) を使ってもう少し詳しく解析する。ここで、
各伝搬定数は、 で与えられる。ここでκは光の波長であり、Ｎは実効屈
折率であり、λは光の波長である。またΛはグレーティ
ングの周期である。式(7) , (8) を(4) 式中に代入する
と、(9) 式を得る。 Next, regarding the radiation angle into the air,
Use (4) and (5) to analyze in more detail. here,
Each propagation constant is Given in. Here, κ is the wavelength of light, N is the effective refractive index, and λ is the wavelength of light. Also, Λ is the period of the grating. Substituting equations (7) and (8) into equation (4) yields equation (9).

【００５１】次に(6) 式は、ｎを空気中の屈折率として と変形できる。この(10)式より、 sinφ₂ は−１から１
の値しかとらないので、次の(11)式の条件式が得られ
る。 Next, in the equation (6), n is the refractive index in air. Can be transformed. From this equation (10), sin φ ₂ is -1 to 1
Since only the value of is taken, the following conditional expression (11) is obtained.

【００５４】従って、この(11)式を整理すると、前記面
内で偏向角をαとし、入射光の伝搬方向に直交する方向
に対するグレーティングの傾斜角をφとし、光導波路の
実効屈折率をＮとし、入射光の波長をλとし、グレーテ
ィングの周期をΛとし、出射媒体の屈折率をＮとしたと
き、下記の (1)式； ただし、ｑは０でない整数が得られることになる。Therefore, by rearranging this equation (11),
Where the deflection angle is α and the direction orthogonal to the propagation direction of the incident light
Let φ be the tilt angle of the grating with respect to
Let the effective refractive index be N and the wavelength of the incident light be λ,
Assuming that the swinging period is Λ and the refractive index of the emitting medium is N
The following formula (1);  However, q is an integer that is not 0.

【００５５】なお、水平偏向角の算出についても説明す
ると、(7) 式からβ_i が得られるので、これを(5) 式に
代入することで、水平方向の偏向角が得られる。すなわ
ち、(5) 式は次のように変形できる。 この式よりφ₁ が求められる。The calculation of the horizontal deflection angle is also explained. Since β _i is obtained from the equation (7), the deflection angle in the horizontal direction can be obtained by substituting this into the equation (5). That is, equation (5) can be transformed as follows. Φ ₁ is obtained from this equation.

【００５６】計算の実例；これらの結果を使って実際に
計算を行ってみる。グレーティング周期Λ＝0.6 μｍ、
光の波長λ=0.633μｍ、実効屈折率Ｎ＝1.4828、グレー
ティングの傾角を30゜として計算を行ってみる。(11)式
に各値を代入すると、 １≧2.1975＋1.1130ｑ² −2.7088ｑ 1.1130ｑ² −2.7088ｑ ＋1.1975 ≦0 が得られる。これを満たすｑの値は１に限られる。ｑ＝
１のときβ_i は7.6997になり、これを(10)に代入するこ
とにより、φ₂ ＝50.87 ゜を得る。また、水平方向の値
は、(12)式より42.85 ゜を得る。(1) 式を満たすｑの個
数は２個以下がよい。ｑの個数は出射する光の本数であ
る。ｑの数が１のとき、単一モードとなる。Example of calculation: An actual calculation will be performed using these results. Grating period Λ = 0.6 μm,
The calculation is performed assuming that the wavelength λ of light is 0.633 μm, the effective refractive index N is 1.4828, and the tilt angle of the grating is 30 °. Substituting each value into the equation (11), we obtain 1 ≧ 2.1975 + 1.1130q ² −2.7088q 1.1130q ² −2.7088q + 1.1975 ≦ 0. The value of q that satisfies this is limited to 1. q =
When 1, β _i becomes 7.6997, and by substituting this into (10), we obtain φ ₂ = 50.87 °. The value in the horizontal direction is 42.85 ° from equation (12). The number of qs satisfying the equation (1) is preferably 2 or less. The number of q is the number of emitted lights. When the number of q is 1, it becomes a single mode.

【００５７】なお、上掲の計算は、空気中放射に限った
が、(10)式で屈折率を基板の値にすれば、基板側放射角
度が得られる。Although the above calculation is limited to radiation in air, the radiation angle on the substrate side can be obtained by setting the refractive index to the value of the substrate in equation (10).

【００５８】要するに、本発明は式(1) の条件を満たす
ようにΛ, λ, Ｎ，α, φ, ｎを決定することにあり、
この条件式で満足する本発明に係る光偏向素子の具体例
を開発したので、その条件を例示する。In short, the present invention is to determine Λ, λ, N, α, φ, n so that the condition of the equation (1) is satisfied,
Since a specific example of the optical deflecting element according to the present invention satisfying this conditional expression has been developed, its condition will be illustrated.

【００５９】 タンタル酸リチウム基板表面にニオブ
酸リチウム単結晶薄膜光導波路が形成されたものからな
り、 入射光λ（μｍ） ０．４≦λ（μ
ｍ）≦１ 導波路の実効屈折率Ｎ ２．１７６≦Ｎ≦
２．２４２ グレーティング周期（μｍ） ０．２≦Λ（μ
ｍ）≦０．５ 面内での偏向角αと入射光の伝搬方向に直交する方向に
対する傾斜角φの和 ５≦α＋φ（゜）≦２５ の関係を満たすもので構成したことを特徴とする光偏向
素子。The lithium niobate single crystal thin film optical waveguide is formed on the surface of the lithium tantalate substrate, and the incident light λ (μm) 0.4 ≦ λ (μ
m) ≦ 1 effective refractive index N of waveguide N 2.176 ≦ N ≦
2.242 Grating period (μm) 0.2 ≦ Λ (μ
m) ≦ 0.5, the deflection angle α in the plane and the sum of the inclination angle φ with respect to the direction orthogonal to the propagation direction of the incident light satisfy the relation of 5 ≦ α + φ (°) ≦ 25. Light deflection element.

【００６０】 アルミナ基板にチタン酸鉛薄膜光導波
路が形成されたものからなり、 入射光λ（μｍ） ０．４≦λ（μ
ｍ）≦１ 導波路の実効屈折率Ｎ １．８００≦Ｎ≦
２．４００ グレーティング周期（μｍ） ０．２≦Λ（μ
ｍ）≦０．４ 面内での偏向角αと入射光の伝搬方向に直交する方向に
対する傾斜角φの和 ５≦α＋φ（゜）≦２５ の関係を満たすもので構成したことを特徴とする光偏向
素子。It is composed of an alumina substrate on which a lead titanate thin film optical waveguide is formed, and incident light λ (μm) 0.4 ≦ λ (μ
m) ≦ 1 effective refractive index of the waveguide N 1.800 ≦ N ≦
2.400 Grating period (μm) 0.2 ≦ Λ (μ
m) ≦ 0.4, the deflection angle α in the plane and the sum of the inclination angle φ with respect to the direction orthogonal to the propagation direction of the incident light satisfy the relation of 5 ≦ α + φ (°) ≦ 25. Light deflection element.

【００６１】 SiO₂基板に酸化亜鉛薄膜光導波路が形
成されたものからなり、 入射光λ（μｍ） ０．４≦λ（μ
ｍ）≦１ 導波路の実効屈折率Ｎ １．４７５≦Ｎ≦
１．６７５ グレーティング周期（μｍ） ０．２５≦Λ（μ
ｍ）≦１．００ 面内での偏向角αと入射光の伝搬方向に直交する方向に
対する傾斜角φの和 ５≦α＋φ（゜）≦２５ の関係を満たすもので構成したことを特徴とする光偏向
素子。It consists of a SiO ₂ substrate on which a zinc oxide thin film optical waveguide is formed, and the incident light λ (μm) 0.4 ≦ λ (μ
m) ≦ 1 effective refractive index N of waveguide N 1.475 ≦ N ≦
1.675 Grating period (μm) 0.25 ≦ Λ (μ
m) ≦ 1.00, which is characterized by satisfying the relation of 5 ≦ α + φ (°) ≦ 25, which is the sum of the in-plane deflection angle α and the inclination angle φ with respect to the direction orthogonal to the propagation direction of incident light. Light deflection element.

【００６２】 ニオブ酸リチウム単結晶基板に形成さ
れたTi拡散光導波路あるいはプロトン交換光導波路を形
成したものからなり、 入射光λ（μｍ） ０．４≦λ（μ
ｍ）≦１ 導波路の実効屈折率Ｎ ２．２８６≦Ｎ≦
２．３００ グレーティング周期（μｍ） ０．２０≦Λ（μ
ｍ）≦０．４０ 面内での偏向角αと入射光の伝搬方向に直交する方向に
対する傾斜角φの和 ５≦α＋φ（゜）≦２５ の関係を満たすもので構成したことを特徴とする光偏向
素子。Incident light λ (μm) 0.4 ≦ λ (μ is formed by forming a Ti diffusion optical waveguide or a proton exchange optical waveguide formed on a lithium niobate single crystal substrate.
m) ≦ 1 effective refractive index of the waveguide N 2.286 ≦ N ≦
2.300 Grating period (μm) 0.20 ≦ Λ (μ
m) ≦ 0.40, the deflection angle α in the plane and the sum of the inclination angle φ with respect to the direction orthogonal to the propagation direction of the incident light satisfy the relation of 5 ≦ α + φ (°) ≦ 25. Light deflection element.

【００６３】次に、本発明の出射部に形成するグレーテ
ィングカップラーについて説明する。このグレーティン
グカップラーは、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搬方向に直交する方向に対して傾
斜グレーティングを設けたものであることが必要であ
る。それは、このような傾斜グレーティングとすること
により、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。Next, the grating coupler formed in the emitting portion of the present invention will be described. In this grating coupler, it is necessary that the grating is provided with a tilted grating on the surface or inside of the optical waveguide with respect to the direction orthogonal to the propagation direction of the guided light. This is because such a tilted grating can extract minute light deflection in the waveguide surface with a large deflection angle.

【００６４】なお、前記グレーティングの周期（Λ）
は、0.01〜2.0 μｍの範囲内にある一定の周期を有する
ように設けられてなることが望ましい。この理由は、こ
の周期（Λ）が0.01μｍ未満であるグレーティングを作
成しづらく、この周期（Λ）が2.0μｍを越えると、大
きな偏向角（θ）が得られないからである。そして、こ
のグレーティングの周期（Λ）は、特に0.02〜1.0 μｍ
が好適である。The period of the grating (Λ)
Is preferably provided so as to have a constant period within the range of 0.01 to 2.0 μm. The reason for this is that it is difficult to create a grating whose period (Λ) is less than 0.01 μm, and when this period (Λ) exceeds 2.0 μm, a large deflection angle (θ) cannot be obtained. The period (Λ) of this grating is 0.02 to 1.0 μm.
Is preferred.

【００６５】本発明の光導波路は、単一モードであるこ
とが望ましい。それは、マルチモードに比べてパワーの
低下がなく、偏向出射の効率を向上させることができる
からである。The optical waveguide of the present invention preferably has a single mode. This is because there is no reduction in power as compared with the multimode and the efficiency of deflected emission can be improved.

【００６６】また、前記光導波路は、膜厚を光伝搬方向
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、前記膜厚を光伝搬方向に対して垂直方向に勾
配を持たせた場合、入射光を面内偏析させることによ
り、厚みの異なる経路を光が伝搬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
（θ）をより大きく変化させることができるからであ
る。Further, it is desirable that the optical waveguide has a film thickness having a gradient in a direction perpendicular to the light propagation direction. The reason for this is that when the film thickness is made to have a gradient in the direction perpendicular to the light propagation direction, by segregating the incident light in-plane, the light propagates through paths with different thicknesses, and the effective refractive index changes. This is because the deflection angle (θ) of the emitted light emitted from the grating can be changed more greatly.

【００６７】本発明において、グレーティングカップラ
ーは、それの出力部に、前記グレーティングの周期を変
化させるための手段を具え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かえることによ
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、かかる出力部に電極を設けるなどの方法が有利で
ある。例えば、電極に電圧を印加することにより、電歪
材料が、伸縮してグレーティングの周期が変わるからで
ある。In the present invention, it is preferable that the output of the grating coupler has means for changing the period of the grating. The reason for this is that the emission angle can be further changed by changing the period of the grating. As a means for changing the period of the grating, for example, when an electrostrictive material is used for the waveguide, a method of providing an electrode on the output portion is advantageous. This is because, for example, when a voltage is applied to the electrodes, the electrostrictive material expands and contracts to change the grating period.

【００６８】次に本発明にかかる光偏向素子の構成につ
いて、図１に基づいて説明する。図１に示すように、本
発明にかかる光偏向器は基板１上に、厚さｄの薄膜光導
波路を設け、その一方の端面３を導入部として、この導
入部より所定の距離の光導波路の表面あるいは内部にグ
レーティングカップラー（出力部）４を設ける。このグ
レーティングカップラー４は、長さＬ，周期Λ、さらに
導波光の伝搬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、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で
ある電極５を設ける。Next, the structure of the optical deflector according to the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, an optical deflector according to the present invention is provided with a thin film optical waveguide having a thickness d on a substrate 1, and one end face 3 thereof is used as an introduction portion, and an optical waveguide having a predetermined distance from the introduction portion. A grating coupler (output section) 4 is provided on the surface or inside thereof. The grating coupler 4 has a length L, a period Λ, and an inclination angle φ with respect to a direction orthogonal to the propagation direction of the guided light. Further, the optical waveguide between the input section and the output section is provided with an electrode 5 which is a means for deflecting the guided light in a plane parallel to the optical waveguide.

【００６９】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のレーザー光を入射させると、レ
ーザー光は、薄膜導波路２を伝搬する。入力部と出力部
との間に設けた電極５に電界を印加すると、光導波路２
を伝搬してきた導波光は、電気光学効果により、光導波
路に平行な面内でα゜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、Ａ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搬方向に、直交する方向に対し
て、傾斜φ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θ’゜偏向されて出射される。このθ’゜偏向される
作用原理について以下に説明する。In the optical deflector having such a structure, when a laser beam having a light width D is made incident from the end face 3, the laser beam propagates through the thin film waveguide 2. When an electric field is applied to the electrode 5 provided between the input section and the output section, the optical waveguide 2
The guided light that has propagated through is deflected by α ° in a plane parallel to the optical waveguide due to the electro-optic effect. As a result, in the case of no electric field, the emitted light emitted from the point B is emitted from the point A as a result of the guided light being deflected by α °. However, in the optical deflector of the present invention, as described above, the grating is provided so as to have an inclination φ with respect to the direction orthogonal to the propagation direction of the guided light, and therefore, in the case of no electric field, On the other hand, the emitted light is deflected by θ ′ ° with respect to the plane parallel to the optical waveguide and emitted. The operation principle of the θ ′ ° deflection will be described below.

【００７０】光導波路に平行な面内で偏向を行わない導
波光は、前記出力部のグレーティングの周期Λと傾斜φ
を用いた次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ティングより出射される。 Λ’＝Λ／ cosφ 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、次の式で表わ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”＝Λ／ cos（φ＋α）The guided light that is not deflected in the plane parallel to the optical waveguide is the grating period Λ and the inclination φ of the output section.
Is emitted from the grating at an angle corresponding to the period Λ'of the grating expressed by the following equation. Λ ′ = Λ / cosφ On the other hand, as described above, the guided light which is deflected by α ° in the plane parallel to the optical waveguide is emitted from the grating at an angle corresponding to the grating period Λ ″ expressed by the following equation. Λ ”= Λ / cos (φ + α)

【００７１】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、す
なわち偏向角θ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
の伝搬方向に直交する方向に対して傾斜を有するように
設けることにより、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。The guided light thus entering the grating changes in accordance with the change in the grating period. Therefore, the greater the change in the cycle, the greater the change in the emission angle, that is, the deflection angle θ. In the optical deflector of the present invention,
By installing the grating on the surface or inside of the optical waveguide so as to have an inclination with respect to the direction orthogonal to the propagation direction of the guided light, the grating period for the guided light can be changed significantly, and the exit angle of the guided light can be changed. It has the feature that it can be largely deflected.

【００７２】実施例１ LiCO₃(51モル%)、V₂O₅ (39モル%)、Nb₂O₅(10モル%)、そ
して溶融体組成から析出可能なLiNbO₃の理論量に対し
て、43モル％に当たる量のNa₂CO₃、および溶融体組成か
ら析出可能なLiNbO₃の理論量に対して、７モル％に当た
る量のMgO とからなる混合物を、イリジウムるつぼに入
れ、液相エピタキシャル成長育成装置中で空気雰囲気下
で1100℃まで加熱してるつぼの内容物を溶解した。得ら
れた溶融体を１時間当り60℃の冷却速度で 915℃まで徐
冷した。タンタル酸リチウム単結晶の(0001)面を光学研
磨し、厚さ1.8 mmとした後、面取り（Ｃ面）を行って基
板材料とした。Example 1 LiCO ₃ (51 mol%), V ₂ O ₅ (39 mol%), Nb ₂ O ₅ (10 mol%), and the theoretical amount of LiNbO _{3 that} can be precipitated from the melt composition. , 43 mol% of Na ₂ CO ₃ and 7 mol% of MgO, which is the theoretical amount of LiNbO _{3 that} can be precipitated from the melt composition, were placed in an iridium crucible and subjected to liquid phase epitaxial growth. The contents of the crucible were melted by heating to 1100 ° C. in an incubator under an air atmosphere. The obtained melt was gradually cooled to 915 ° C at a cooling rate of 60 ° C per hour. The (0001) plane of the lithium tantalate single crystal was optically polished to a thickness of 1.8 mm, and then chamfered (C plane) to obtain a substrate material.

【００７３】前記ルツボ内溶融体巾に上記基板材料を浸
漬し、回転数1000rpm で30秒間回転させて溶融体を振り
切った後、１時間当り 300℃の冷却速度でタンタル酸リ
チウム単結晶のキュリー温度(650℃) まで徐冷し、その
温度で１時間保った後、１時間に60℃の冷却速度で室温
まで徐冷し、基板材料上に、格子整合させた約37μｍの
厚さのNa, Mg含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。
得られたニオブ酸リチウム単結晶薄膜中に含有されてい
たNa, Mgの量は、それぞれ２モル％, ６モル％であっ
た。また、格子定数（ａ軸）は5.155 Å、入射光波長1.
15μｍで測定した屈折率は、2.231 ±0.001 であった。
ついで、イオンビームエッチングにより、膜厚が0.5 μ
ｍになるように形成した。The above substrate material was immersed in the width of the melt in the crucible, and the melt was shaken off by rotating at 1000 rpm for 30 seconds, and then the Curie temperature of the lithium tantalate single crystal was cooled at a cooling rate of 300 ° C. per hour. (650 ° C), and the temperature was maintained for 1 hour. After that, it was slowly cooled to room temperature at a cooling rate of 60 ° C for 1 hour, and lattice-matched Na of about 37 μm thickness was formed on the substrate material. A Mg-containing lithium niobate single crystal thin film was obtained.
The amounts of Na and Mg contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were 2 mol% and 6 mol%, respectively. The lattice constant (a-axis) is 5.155 Å and the incident light wavelength is 1.
The refractive index measured at 15 μm was 2.231 ± 0.001.
Then, by ion beam etching, the film thickness is 0.5 μ
It was formed so as to be m.

【００７４】この膜の実効屈折率を波長 633nmのレーザ
ー光で測定したところ 2.242であった。この薄膜に金属
Tiをスパッタリングし、グレーティング周期Λが 0.3μ
ｍで基本導波光の伝搬方向に直交する方向に対し20゜傾
いたグレーティングが得られるように、電子線ビームリ
ソグラフィーによりドライエッチング用のマスクを作製
した。次いで、ドライエッチングして斜向配置にかかる
レリーフ型のグレーティング( 深さ 0.2μｍ) を作製し
た。次に、フォトレジスト、ＲＦスパッタにより薄膜上
の導波経路の両側に表面弾性波発生用のアルミニウム電
極を１対形成した。この電極に電圧を印加することによ
り発生する表面弾性波は、導波路面内で５゜だけ偏向さ
れた。電極に±50Ｖ、周波数 750MHz の高周波電圧を印
加したとき波長633nm のレーザー光は、51゜から72゜へ
と21゜も変化し、解像点数Ｎ＝1100、偏向効率40％を示
し、光偏向器として十分実用的な値のものであった。こ
の偏向器は、空気中で使用し（ｎ＝１）、ｑ＝１の場合
に相当し、素子構成を示す前記(1) 式の条件を次のよう
に満足することが明らかとなった。 また、本実施例の偏向器では、基板の反対側に出射され
るビームは１本のみであり、単一モードの光偏向器であ
った。The effective refractive index of this film was 2.242 when measured with a laser beam having a wavelength of 633 nm. Metal on this thin film
Sputtered Ti with a grating period Λ of 0.3μ
A mask for dry etching was prepared by electron beam lithography so that a grating inclined at 20 ° with respect to the direction orthogonal to the propagation direction of the basic guided light at m could be obtained. Then, dry etching was performed to fabricate a relief-type grating (depth 0.2 μm) in an oblique arrangement. Next, a pair of aluminum electrodes for generating surface acoustic waves were formed on both sides of the waveguide path on the thin film by photoresist and RF sputtering. The surface acoustic wave generated by applying a voltage to this electrode was deflected by 5 ° in the waveguide plane. When a high frequency voltage of ± 50 V and a frequency of 750 MHz is applied to the electrode, the laser light with a wavelength of 633 nm changes 21 ° from 51 ° to 72 °, the number of resolution points N = 1100, and the deflection efficiency is 40%. The value was sufficiently practical as a container. This deflector was used in air (n = 1) and corresponds to the case of q = 1, and it was clarified that the condition of the equation (1) showing the element structure was satisfied as follows. Further, in the deflector of this example, only one beam was emitted to the opposite side of the substrate, and it was a single-mode optical deflector.

【００７５】実施例２（アルミナＰＴの場合） サファイア基板上に、ＲＦスパッタ法によりチタン酸鉛
の薄膜を、膜厚が 0.4μｍになるように形成した。この
膜の実効屈折率を波長 633nmのレーザー光で測定したと
ころ 2.601であった。この薄膜に金属Tiをスパッタリン
グし、グレーティング周期Λが0.25μｍで基本導波光の
伝搬方向に直交する方向に対し15゜傾くグレーティング
となるように電子線ビームリソグラフィーによりドライ
エッチング用のマスクを作製した。次いで、ドライエッ
チングして斜向配置にかかるレリーフ型グレーティング
( 深さ 0.2μｍ) を作製した。次に、フォトレジスト、
ＲＦスパッタにより薄膜上の導波経路の両側に表面弾性
波発生用のアルミニウム電極を１対形成した。この電極
に電圧を印加することにより発生する表面弾性波は、導
波路面内で５゜だけ偏向される。電極に±50Ｖ、周波数
750MHz の高周波電圧を印加したとき波長633nm のレー
ザー光は49゜から71゜へと22゜も変化し、解像点数Ｎ＝
1000、偏向効率47％であり、光偏向器として十分実用的
な値を示すものであった。この光偏向器は、空気中で使
用し（ｎ＝１）、ｑ＝１の場合に相当し、素子構成を示
す前記(1) 式の条件も、次のとおりに満足するものであ
ることが明らかである。 また、基板の反対側へ出射されるビームは、１本のみで
あり、単一モードの光偏向器であった。Example 2 (In the case of alumina PT) A thin film of lead titanate was formed on a sapphire substrate by RF sputtering so as to have a thickness of 0.4 μm. The effective refractive index of this film was 2.601 when measured with laser light having a wavelength of 633 nm. Metallic Ti was sputtered on this thin film, and a mask for dry etching was prepared by electron beam lithography so as to form a grating having a grating period Λ of 0.25 μm and inclined by 15 ° with respect to the direction orthogonal to the propagation direction of the basic guided light. Then, dry etching is performed to form a relief type grating for oblique arrangement.
(Depth 0.2 μm) was prepared. Next, photoresist,
A pair of aluminum electrodes for generating surface acoustic waves were formed on both sides of the waveguide path on the thin film by RF sputtering. The surface acoustic wave generated by applying a voltage to this electrode is deflected by 5 ° in the waveguide plane. ± 50V on the electrode, frequency
When a high-frequency voltage of 750 MHz is applied, the laser light with a wavelength of 633 nm changes 22 ° from 49 ° to 71 °, and the number of resolution points N =
The value was 1000 and the deflection efficiency was 47%, which was a sufficiently practical value as an optical deflector. This optical deflector is used in the air (n = 1) and corresponds to the case of q = 1, and the condition of the equation (1) showing the element configuration is also satisfied as follows. it is obvious. Further, there was only one beam emitted to the opposite side of the substrate, and it was a single-mode optical deflector.

【００７６】実施例３（SiO₂−Znの場合） SiO₂基板上に、ＲＦスパッタ法により酸化亜鉛の薄膜
を、膜厚が 0.1μｍになるように形成した。この膜の実
効屈折率を波長 633nmのレーザー光で測定したところ
1.564であった。この薄膜に金属Tiをスパッタリング
し、グレーティング周期Λが0.4 μｍで基本導波光の伝
搬方向に直交する方向に対し30゜傾くグレーティングと
なるように電子線ビームリソグラフィーによりドライエ
ッチング用のマスクを作製した。次いで、ドライエッチ
ングして斜向配置にかかるレリーフ型グレーティング(
深さ0.05μｍ) を作製した。次に、フォトレジスト、Ｒ
Ｆスパッタにより薄膜上の導波経路の両側に表面弾性波
発生用のアルミニウム電極を１対形成した。この電極に
電圧を印加することにより発生する表面弾性波は、導波
路面内で５゜だけ偏向される。電極に±50Ｖ、周波数 7
50MHz の高周波電圧を印加したとき波長633nm のレーザ
ー光は61゜から83゜へと22゜も変化し、解像点数Ｎ＝11
50、偏向効率35％であり、光偏向器として十分実用的な
値を示すものであった。この光偏向器は、空気中で使用
し（ｎ＝１）、ｑ＝１の場合に相当し、素子構成を示す
前記(1) 式の条件も、次のとおりに満足するものである
ことが明らかである。 Example 3 (in the case of SiO ₂ —Zn) A thin film of zinc oxide was formed on the SiO ₂ substrate by the RF sputtering method so as to have a thickness of 0.1 μm. The effective refractive index of this film was measured with a laser beam with a wavelength of 633 nm.
It was 1.564. Metallic Ti was sputtered on this thin film, and a mask for dry etching was prepared by electron beam lithography so as to form a grating having a grating period Λ of 0.4 μm and inclined by 30 ° with respect to the direction orthogonal to the propagation direction of the basic guided light. Next, dry etching is performed to form a relief type grating (
The depth was 0.05 μm). Next, photoresist, R
A pair of aluminum electrodes for generating surface acoustic waves were formed on both sides of the waveguide path on the thin film by F sputtering. The surface acoustic wave generated by applying a voltage to this electrode is deflected by 5 ° in the waveguide plane. ± 50V on electrode, frequency 7
When a high-frequency voltage of 50 MHz is applied, the laser light with a wavelength of 633 nm changes 22 ° from 61 ° to 83 °, and the number of resolution points N = 11.
The value was 50 and the deflection efficiency was 35%, which was a sufficiently practical value as an optical deflector. This optical deflector is used in the air (n = 1) and corresponds to the case of q = 1, and the condition of the equation (1) showing the element configuration is also satisfied as follows. it is obvious.

【００７７】実施例４( Ti拡散の場合) ニオブ酸リチウム基板上に、スパッタ法により金属チタ
ンの薄膜を形成した。その後、電気炉により加湿アルゴ
ンガスにより1000゜で５時間処理を行い、さらに1000゜
で酸素中で１時間処理した。このようにしてTi拡散導波
路を作製した。この膜の実効屈折率を波長 633nmのレー
ザー光で測定したところ 2.291であった。この薄膜に金
属Tiをスパッタリングし、グレーティング周期Λが0.3
μｍで基本導波光の伝搬方向に直交する方向に対し20゜
傾くグレーティングとなるように電子線ビームリソグラ
フィーによりドライエッチング用のマスクを作製した。
次いで、ドライエッチングして斜向配置にかかるレリー
フ型グレーティング( 深さ0.3 μｍ) を作製した。次
に、フォトレジスト、ＲＦスパッタにより薄膜上の導波
経路の両側に表面弾性波発生用のアルミニウム電極を１
対形成した。この電極に電圧を印加することにより発生
する表面弾性波は、導波路面内で５゜だけ偏向される。
電極に±50Ｖ、周波数 750MHz の高周波電圧を印加した
とき波長633nm のレーザー光は52゜から71゜へと19゜も
変化し、解像点数Ｎ＝1180、偏向効率38％であり、光偏
向器として十分実用的な値を示すものであった。この光
偏向器は、空気中で使用し（ｎ＝１）、ｑ＝１の場合に
相当し、素子構成を示す前記(1) 式の条件も、次のとお
りに満足するものであることが明らかである。 基板の反対側へ出射されたビームは１本のみであり、単
一モードである。Example 4 (in the case of Ti diffusion) A thin film of titanium metal was formed on a lithium niobate substrate by a sputtering method. Then, it was treated with humidified argon gas in an electric furnace at 1000 ° for 5 hours, and further treated at 1000 ° in oxygen for 1 hour. In this way, a Ti diffusion waveguide was manufactured. The effective refractive index of this film was 2.291 when measured with laser light having a wavelength of 633 nm. Metallic Ti was sputtered on this thin film, and the grating period Λ was 0.3.
A mask for dry etching was produced by electron beam lithography so that the grating was inclined by 20 ° with respect to the direction orthogonal to the propagation direction of the basic guided light at μm.
Then, dry-etching was carried out to fabricate a relief type grating (depth 0.3 μm) having an oblique arrangement. Next, an aluminum electrode for generating surface acoustic waves is formed on both sides of the waveguide path on the thin film by photoresist and RF sputtering.
Paired. The surface acoustic wave generated by applying a voltage to this electrode is deflected by 5 ° in the waveguide plane.
When a high frequency voltage of ± 50 V and a frequency of 750 MHz is applied to the electrodes, the laser light with a wavelength of 633 nm changes 19 ° from 52 ° to 71 °, the number of resolution points N = 1180, and the deflection efficiency is 38%. Was a sufficiently practical value. This optical deflector is used in the air (n = 1) and corresponds to the case of q = 1, and the condition of the equation (1) showing the element configuration is also satisfied as follows. it is obvious. Only one beam is emitted to the opposite side of the substrate, which is a single mode.

【００７８】実施例５（アルミナ−ＰＴの場合） 本実施例は、基本的には実施例２と同様であるが、グレ
ーティング周期Λを0.6 μｍとした。この光偏向器は、
空気中で使用し（ｎ＝１）、ｑ＝２の場合に相当し、素
子構成を示す前記(1) 式の条件も、次のとおりに満足す
るものであることが明らかである。 Example 5 (Alumina-PT) This example is basically the same as Example 2, but the grating period Λ was set to 0.6 μm. This optical deflector
It is apparent that the condition of the above formula (1) showing the element structure, which corresponds to the case of using in air (n = 1) and q = 2, is also satisfied as follows.

【００７９】[0079]

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる光
偏向素子は、導波路内を伝搬する既に面内偏向させた導
波光を、その伝搬方向に直交すめ方向に対して斜向配置
したグレーティングよりなるカップラー（処理部）から
垂直方向に偏向出射させることができ、しかも、従来の
非機械式光偏向器の偏向角度に比べて大きな偏向角を有
するので走査範囲もはるかに拡大でき、使途も広がる。
また、先に提案した特願平１−１３２７４４号のよう
に、特殊な薄膜材料を使用する必要も無く、高速化、小
型化が可能であり、また、電気的な制御手段を適用でき
る等の特性を有するものである。As described above, in the optical deflecting element according to the present invention, the guided light which has already been in-plane deflected and propagates in the waveguide is obliquely arranged with respect to the fitting direction orthogonal to the propagation direction. The coupler (processing unit) consisting of a grating can be deflected and emitted in the vertical direction. Moreover, since the deflection angle is larger than the deflection angle of the conventional non-mechanical optical deflector, the scanning range can be greatly expanded, and it can be used. Also spreads.
In addition, unlike the previously proposed Japanese Patent Application No. 1-132744, it is not necessary to use a special thin film material, and it is possible to speed up and downsize and to apply electrical control means. It has characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】図１は、本発明にかかる光偏向素子の構成を模
式的に示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of an optical deflecting element according to the present invention.

【図２】図２は、本発明におけるグレーティングの配置
の模式図である。FIG. 2 is a schematic view of the arrangement of gratings according to the present invention.

【図３】,[Figure 3]

【図４】図３および図４は、出射光の伝搬ベクトルダイ
アグラムである。FIG. 3 and FIG. 4 are propagation vector diagrams of outgoing light.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 基板 ２ 薄膜導波路 ３ 端面 ４ グレーティングカップラー ５ 電極 1 substrate 2 thin film waveguide 3 end face 4 grating coupler 5 electrode

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 基板上に薄膜光導波路を形成し、この薄
膜光導波路の一方から光ビームを入射させる光導入部を
形成し、そして、導入された導波光を前記薄膜光導波路
面に平行な面内で偏向させる面内偏向手段を設けてな
り、 光導入部に対する伝搬方向の延長に、入射光の入射方向
に直交する方向を斜めに横切る向きの傾斜グレーティン
グからなるグレーティングカップラーを設け、かつ前記
面内偏向角をαとし、入射光の入射方向に直交する方向
に対するグレーティングの傾斜角をφとし、光導波路の
実効屈折率をＮとし、入射光の波長をλとし、グレーテ
ィングの周期をΛとし、そして出射媒体の屈折率をｎと
したとき、下記式； ただし、ｑは０でない整数を満たすように構成したこと
を特徴とする光偏向素子。1. A thin film optical waveguide is formed on a substrate and the thin film optical waveguide is formed.
A light introduction part that makes the light beam enter from one side of the film optical waveguide
Forming and introducing the guided light into the thin film optical waveguide
In-plane deflection means for deflecting in a plane parallel to the plane must be provided.
The extension of the propagation direction to the light introducing part
Slanted gratin diagonally across the direction orthogonal to
And a grating coupler consisting of
Direction that is orthogonal to the incident direction of the incident light, where α is the in-plane deflection angle
Let φ be the tilt angle of the grating with respect to
Let the effective refractive index be N and the wavelength of the incident light be λ,
And the refractive index of the output medium is n.
Then, the following formula; However, q must be configured to satisfy an integer other than 0
An optical deflection element characterized by: 【請求項２】 前記式を満たすｑは、２以下の値を示す
ものを用いることを特徴とする請求項１に記載の光偏向
素子。2. The optical deflection element according to claim 1, wherein q satisfying the above expression is one having a value of 2 or less. 【請求項３】 前記薄膜光導波路が、単一モードである
請求項１に記載の光偏向素子。3. The optical deflection element according to claim 1, wherein the thin film optical waveguide is a single mode. 【請求項４】 前記光導波路の実効屈折率Ｎは、1.450
≦Ｎ≦3.000 の条件を満たす請求項１に記載の光偏向素
子。4. The effective refractive index N of the optical waveguide is 1.450.
The optical deflection element according to claim 1, wherein the condition of ≤N≤3.000 is satisfied.