JPH06258534A - 光デバイス - Google Patents

光デバイス

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Publication number
JPH06258534A
JPH06258534A JP5044837A JP4483793A JPH06258534A JP H06258534 A JPH06258534 A JP H06258534A JP 5044837 A JP5044837 A JP 5044837A JP 4483793 A JP4483793 A JP 4483793A JP H06258534 A JPH06258534 A JP H06258534A
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JP
Japan
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light
transparent substrate
substrate
photodetector
optical
Prior art date
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Pending
Application number
JP5044837A
Other languages
English (en)
Inventor
Teruhiro Shiono
照弘 塩野
Kuni Ogawa
久仁 小川
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP5044837A priority Critical patent/JPH06258534A/ja
Publication of JPH06258534A publication Critical patent/JPH06258534A/ja
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  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 不用伝搬光を減らし、光源の発振が安定で、
かつSN比のよい信号検出が可能な光テ゛ハ゛イスを提供する。 【構成】 透明基板2の表面に、反射形回折光学レンス゛3
a、3bを形成し、透明基板2の裏面に、光源1と光検出器
5、反射層4cを設け、透明基板の側面11に光吸収手段10
を形成した構造であり、光源1から出射された出射光6
は、反射形回折光学レンス゛3aで回折され、1次回折光が角
度θでコリメートされて伝搬光7になり、基板2裏面の反射層4
cで反射され、もう1つの反射形回折光学レンス゛3bに入射
し、出射した1次回折光が光検出器5への入射光8とな
る。反射形回折光学レンス゛3aおよび3bの回折より生じた1
次回折光以外の9等の不用伝搬光は、基板側面11の光吸
収手段10に吸収され、光検出器5および光源1にはほとん
ど入射しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回折光学素子を含む光
学素子を、平板上に集積化した平板形光集積回路に関す
るものであり、特に、不用伝搬光を減らしSN比のよい
信号検出が可能な光デバイスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】平板形光集積回路は、ガラス等の透明な
平板(基板)上に光学素子を集積化し、光路を各光学素
子を結ぶように平板界面の反射を利用してジグザグにと
り、光情報処理を行なうものである。この回路構成によ
れば、光応用システムの小形・安定・軽量化を実現で
き、注目されている。
【0003】従来の平板形光集積回路として、図3(断
面図)に示すものがあった(J.Jahns, Y. H. Lee, C.
A. Burrus Jr., and J. L. Jewell : " Opticalinterco
nnection using top-surface-emmiting microlasers an
d planar optics", Applied Optics Vol. 31, No. 5, p
p. 592-597 (1992).)。
【0004】図3の光デバイスは、光源1の信号を光検
出器5に伝搬する光インターコネクションとしての例で
ある。同図において、透明基板2の表面に、反射形回折
光学レンズ3a、3bを形成し、透明基板2の裏面に、
光源1と光検出器5、反射層4cを設けた構造である。
反射形回折光学レンズ3a、3bは、上部に反射層4
a、4bをそれぞれ設けた、入射と出射の光軸が異なる
オフアキシス形のレンズである。
【0005】光源1から出射された出射光6は、反射形
回折光学レンズ3aで回折され、1次回折光が、角度θ
でコリメートされて伝搬光7になる。この伝搬光7は、
基板2裏面の反射層4cで反射され、もう1つの反射形
回折光学レンズ3bに入射し、その1次回折光が光検出
器5への入射光8となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図3に示した従来の光
学デバイスにおいて、反射形回折光学レンズ3a、3b
は、1次回折光のみが設計通りのコリメート作用・集光
作用を有し、他の回折光は不用伝搬光となる。反射形回
折光学レンズのような回折素子では、入射光を1次回折
光に変換させる割合、すなわち1次回折効率が重要であ
る。この1次回折効率は、素子の断面形状、素子を構成
するグレーティング周期、入射角等に依存しており、こ
の1次回折効率を100%にすることは理論的にもほぼ
不可能であり、典型的には実際の値として25%程度か
ら85%程度である。従って、平板形光集積回路のよう
な光デバイスに、回折形の光学素子を集積化する場合、
1次回折光以外の不用伝搬光が、すべて合わせて、15
%程度から75%程度まで生じる。
【0007】例えば、反射形回折光学レンズ3bについ
て、0次回折光(透過光)9の様子を点線で示すと、こ
の光9はレンズ3b出射後、基板側面11cで部分的に
(側面での反射角が全反射角のときはすべて)反射し
て、光検出器5に入射している。すなわち、1次以外の
回折光(0次回折光、−1次回折光や高次回折光)は、
回折条件を満たす種々の方向に出現し、基板2の上下側
面で多重に反射して、不用伝搬光となり、特に、出射光
6が2次元情報を有している場合や、入射光8のみが情
報を有している場合には、この不用伝搬光は、光検出器
5に入射してSN比を悪くするという課題があった。さ
らに、基板2内で多重に反射して、光源1に入射する
と、光源1の発振が不安定になる場合もあった。
【0008】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、不用伝搬光を減らすことにより、光源の発振が安定
で、SN比のよい信号検出が可能な光デバイスを提供す
るものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】透明基板と、上記透明基
板の表面または裏面の少なくとも一方に形成した回折形
の光学素子を含む複数個の光学素子からなり、上記透明
基板内をジグザグ状に光を伝搬させる光デバイスにおい
て、上記透明基板の側面の少なくとも1面に光吸収手段
を設けるように構成する。
【0010】
【作用】本発明は、平板形の光集積回路において、光が
ジグザグに伝搬する透明基板の側面に、光吸収手段を設
けることにより、回折光学素子により生じた1次回折光
以外の不用伝搬光を吸収し、光源および光検出器への入
射を防ぎ、光源の発振を乱さず、光検出器のSN比を向
上させる。
【0011】
【実施例】図1は、本発明の一実施例の光学デバイスの
構成を示す断面図(a)と平面図(b)である。
【0012】同図において、透明基板1として、例えば
厚さ(z方向サイズ)2mm、幅(x方向サイズ)5m
m、長さ(y方向サイズ)10mmのガラス平板を用
い、基板2の表面に、反射形の回折光学レンズ3aと3
bを形成し、基板2の裏面にそれぞれに対向するよう
に、光源1と光検出器5を設けている。反射形の回折光
学レンズ3aと3bの上面と基板2の裏面には、それぞ
れ例えばAgやAl、Au等の金属層または誘電体の多
層膜である反射層4a、4b、4cを形成している。こ
の基板2の表面と裏面の反射を利用しジグザグ状に光が
伝搬する。基板2としては、使用波長に対して透明であ
れば良い。特に石英等のガラス基板は、温度的にも安定
である。
【0013】光源1として、例えば3×3構造で、波長
0.78μmの半導体レーザアレイを用い、その光源1か
らの出射光6は、例えば焦点距離2mm、サイズが1m
m角のオフアキシス形回折光学レンズ3aに入射する。
オフアキシス形のレンズとは入射光の光軸の角度と、出
射光の光軸の角度が異なるレンズのことをいう(入射光
の光軸の角度と、出射光の光軸の角度が同じレンズをイ
ンライン形という)。このオフアキシス形回折光学レン
ズ3aは、発散球面波をコリメートして、角度θで出射
する回折形のレンズであり、y方向にいくに従って、徐
々に周期が大きくなり(中心周期は、例えば0.74μ
m)、同時に曲率が小さくなる、断面が矩形形状の放物
線状グレーティングから構成される。そのグレーティン
グの溝の深さは例えば0.17μmである。入射光は、例
えば、48%の1次回折効率で、例えば伝搬角θ=45
°で反射回折されて、コリメートされた伝搬光7とな
る。
【0014】伝搬光7は、基板2の裏面で反射され、ジ
グザグ状に伝搬し、もう1つのオフアキシス形回折光学
レンズ3bに入射し、例えば、48%の1次回折効率で
集光されて、光検出器5への入射光8となる。オフアキ
シス形回折光学レンズ3bは、3aと仕様が同じで、1
80度回転した配置となっている。光検出器5は、例え
ばa−SiまたはSiのpin構造のものを用い、光源
1と対応して3×3の9分割構造のものであり、光源1
の各素子と、光検出器5の各素子がそれぞれ対応してお
り、光源1の各素子の信号が、光検出器5の各素子に伝
搬する光インターコネクションとしての光デバイスであ
る。
【0015】図2は、オフアキシスレンズ3bの中心領
域での回折効率を示す図である。例えば、伝搬角がθ=
45°の場合、同図(b)に示すように、伝搬光7が、
オフアキシスレンズ3bに入射すると、0次、1次、2
次の3つの次数の回折光が生じ、それぞれの回折効率
は、例えば、33%、48%、18%であった。光検出
器5への入射光8となるのは1次回折光であるから、伝
搬光7の48%が光検出器5に入射する。0次回折光9
は図1(a)において、点線で示したように、基板側面
11cに到達するが、その側面11に設けた光吸収手段
10で、ほぼ吸収され、光検出器5にはほとんど入射し
ない。2次回折光は、図には示していないが、広がるよ
うに−y方向にジグザグ状に伝搬し、1部は、基板2の
表面から、外部に出射し、1部は、基板側面11a、1
1b、11dに到達し、その側面11に設けた光吸収手
段10で、ほぼ吸収される。このとき、光吸収手段10
を設ける基板側面11は、少なくとも光が伝搬する方向
の対向面、すなわち、11a、11cの2面であって
も、不用伝搬光がかなり減らせられることが分かった。
さらに、光吸収手段10を設ける基板の側面11は回折
光学素子に最も近い側面1つでも効果的である。θ=3
0°、20°のときの回折効率の測定結果も、それぞれ
図2(a)、(c)に示した。
【0016】本実施例では、光吸収手段10として、使
用波長に対して光吸収作用のある膜、例えばカーボンま
たはフタロシアニン化合物を、ポリイミドやPMMA等
の高分子に混ぜて塗布したが、使用波長に対して光吸収
効果がある色素等の有機膜を蒸着してもよい。
【0017】回折光学素子3a、3bは、基板2上に例
えば、PMMA、CMS等の電子ビームレジストをコー
ティングをし、作製する素子の膜厚に応じて照射量を制
御する電子ビーム描画法を行ない、現像処理をしてレジ
ストの膜厚を変化させることにより形成した。このよう
に形成した光学素子(原盤)から、例えばニッケル電鋳
法によりこの金形を作製し、例えばUV硬化樹脂を用い
て、基板2上に原盤と同一レンズ3a、3bを複製し
た。この方法によれば、一度に複数の回折光学素子を位
置精度よく基板2上に同一特性で容易に形成可能であ
る。反射形回折光学レンズ3a、3bは、複製の後、反
射層4a、4bとして例えばAgやAl、Au等の金属
層をその上に堆積した。
【0018】また、その反射層4上に、Cu、Cr等の
金属層、UV硬化樹脂やラッカー塗料等の合成樹脂、誘
電体多層膜、SiO、SiO2、MgF2、SiC、グラ
ファイト、ダイヤモンド等の保護層を、例えば1000
Åから数μm堆積すると、反射層の表面を傷つきにくく
し、同時に反射層の酸化を防止し、耐環境性を向上させ
ることが可能であった。特に反射層としてAgを用いた
場合では、酸化され易かったため、保護層の効果が大き
かった。
【0019】回折形の光学素子としては、本実施例では
オフアキシス形について説明したが、インライン形の回
折レンズでは、通常、構成するグレーティングの周期が
比較的大きく、断面形状制御が容易でブレーズ化が行え
るため、1次回折光をオフアキシス形のレンズに比べ
て、例えば2倍程度大きくとれるため、不用伝搬光は少
なくできる。従って、本発明の効果は、オフアキシス形
の回折レンズを含む平板形光集積回路に対しての方が大
きい。
【0020】以上本発明の光デバイスとして、光学素子
が基板2の表面にある場合について説明したが、裏面に
あってもよく、両面にあってもよい。また、本実施例で
は、光源1の情報を光検出器5に伝搬する光インターコ
ネクションについて説明したが、本発明は、透明基板
と、透明基板の表面または裏面の少なくとも一方に形成
した回折形の光学素子を含む複数個の光学素子からな
り、かつ透明基板内をジグザグ状に光を伝搬させる平板
形の光集積回路のような光デバイスに対して、回折形の
光学素子によって生じた1次回折光以外の不用伝搬光を
減らすことができるため、効果を有する。
【0021】
【発明の効果】本発明は、透明基板と、表面または裏面
の少なくとも一方の面に形成した回折形の光学素子を含
む複数素子からなり、透明基板内をジグザグ状に光を伝
搬させる光デバイスにおいて、透明基板の側面の少なく
とも1面に光吸収手段を設けた光デバイスであるため、
不用伝搬光を減らし、光源の発振が安定で、かつSN比
のよい信号検出が可能な光デバイスが実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の実施例の光学デバイスの構成
を示す断面図 (b)は本発明の実施例の光学デバイスの構成を示す平
面図
【図2】本発明の実施例の光学デバイスの反射形回折光
学レンズの回折効率
【図3】従来の光デバイスの断面図
【符号の説明】
1 光源 2 透明基板 3 反射形回折光学レンズ 4 反射層 5 光検出器 6 出射光 7 伝搬光 8 入射光 9 0次回折光 10 光吸収手段 11 透明基板の側面

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明基板と、上記透明基板の表面または裏
    面の少なくとも一方に形成した回折形の光学素子を含む
    複数個の光学素子からなり、上記透明基板内をジグザグ
    状に光を伝搬させる光デバイスにおいて、上記透明基板
    の側面の少なくとも1面に光吸収手段を設けたことを特
    徴とする光デバイス。
  2. 【請求項2】回折形の光学素子が、オフアキシスレンズ
    であることを特徴とする請求項1に記載の光デバイス。
  3. 【請求項3】透明基板の側面は、光が伝搬する方向の対
    向面であることを特徴とする請求項1に記載の光デバイ
    ス。
  4. 【請求項4】光吸収手段が、使用波長に吸収域を有する
    膜であることを特徴とする請求項1に記載の光デバイ
    ス。
  5. 【請求項5】吸収域を有する膜が、カーボンまたはフタ
    ロシアニン化合物の何れかを含む有機膜であることを特
    徴とする請求項4に記載の光デバイス。
  6. 【請求項6】有機膜が、高分子膜であることを特徴とす
    る請求項5に記載の光デバイス。
JP5044837A 1993-03-05 1993-03-05 光デバイス Pending JPH06258534A (ja)

Priority Applications (1)

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JP5044837A JPH06258534A (ja) 1993-03-05 1993-03-05 光デバイス

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08136775A (ja) * 1994-11-15 1996-05-31 Korea Electron Telecommun 集光格子接続器アレイを利用したバック−ボード光信号連結モジュール
JP2002098820A (ja) * 2000-09-21 2002-04-05 Nippon Sheet Glass Co Ltd 反射型回折格子
US6728034B1 (en) 1999-06-16 2004-04-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Diffractive optical element that polarizes light and an optical pickup using the same
CN100456062C (zh) * 2005-10-19 2009-01-28 日立电线株式会社 光波导元件及多联光波导元件

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