JPH0996842A - 導波路入出力装置 - Google Patents

導波路入出力装置

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JPH0996842A
JPH0996842A JP7252616A JP25261695A JPH0996842A JP H0996842 A JPH0996842 A JP H0996842A JP 7252616 A JP7252616 A JP 7252616A JP 25261695 A JP25261695 A JP 25261695A JP H0996842 A JPH0996842 A JP H0996842A
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JP
Japan
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grating
waveguide
height
guided light
light
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JP7252616A
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English (en)
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Shinji Fukumoto
真次 福本
Naoki Nishida
直樹 西田
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Minolta Co Ltd
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Minolta Co Ltd
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    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/33Acousto-optical deflection devices
    • G02F1/335Acousto-optical deflection devices having an optical waveguide structure
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/34Optical coupling means utilising prism or grating
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 導波路型の音響光学偏向素子に用いる導波路
入出力装置において、装置出射光の強度分布が、導波光
の進行方向及びこの進行方向に対して垂直な方向に正確
にガウス分布となる導波路入出力装置を提供することに
ある。 【解決手段】 導波路入出力装置は、薄膜導波路2上に
入射用グレーティング7と出射用グレーティングが設け
られている。入射用グレーティング7の高さは導波光の
進行方向に一定で、表面弾性波の進行方向に、すなわち
導波光の進行方向に対して垂直な方向に漸次高くなって
いる。出射用グレーティングの高さは導波光の進行方向
に漸次高くなっており、導波光の進行方向に対して垂直
な方向に一定になっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、導波路入出力装
置、特に、光コンピュータの光スイッチや光変調器、光
通信の光スイッチや光分波器や光変調器、レーザビーム
プリンタ・複写機・スキャナ等の光偏向器や光変調器等
の導波路入出力装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、薄膜導波路を進行する光(以
下、導波光という)は薄膜導波路を伝搬する表面弾性波
と音響光学相互作用(フラッグ回折)することによって
偏向させられるという周知の技術を利用する導波路型の
音響光学偏向素子に用いる導波路入出力装置が種々提案
されている。
【0003】ところで、導波路入出力装置においては、
装置から出射される光の強度分布がガウス分布であるこ
とが要求される。ガウス分布でなければ、後の集束光学
系で光を微小スポットに絞れず、集光特性が悪くなるか
らである。この対策として、例えば特開昭60−111
220号公報に記載されているように、出射用グレーテ
ィングの高さを導波光の進行方向に漸次高くしたり、あ
るいは、特開平1−178918号公報に記載されてい
るように、くし形電極対を導波光の幅方向略中央位置に
配設するものが提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
60−111220号公報に記載された導波路入出力装
置にあっては、導波光が進行する方向(以下、導波方向
とする)の装置出射光の強度分布はガウス分布となる
が、表面弾性波の伝搬方向の、すなわち導波方向に対し
て垂直な方向の装置出射光の強度分布についてはガウス
分布になっておらず、良好な集光特性が得られない。な
ぜなら、導波路型の音響光学偏向素子用の導波路入出力
装置の場合、表面弾性波の伝搬損失があるので、垂直な
方向についてもガウス分布であることが要求されるから
である。同様に、特開平1−178918号公報に記載
されたものについても、導波方向に対して垂直な方向の
装置出射光の強度分布は正確にガウス分布にならない。
【0005】そこで、本発明の目的は、導波路型の音響
光学偏向素子において、装置出射光の強度分布が、導波
光の進行方向及び表面弾性波の伝搬方向に正確にガウス
分布となる導波路入出力装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明に係る導波路型の音響光学偏向素子用の導波
路入出力装置は、出射用グレーティングの高さを、薄膜
導波路を進行する光の進行方向に漸次高くし、かつ、出
射用グレーティングの高さ又は入射用グレーティングの
高さのいずれか一方を、表面弾性波の伝搬方向に漸次高
くしたことを特徴とする。
【0007】
【作用】以上の構成により、装置出射光の強度分布は導
波光の進行方向及び表面弾性波の伝搬方向に正確にガウ
ス分布となる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る導波路入出力
装置の一実施形態について添付図面を参照して説明す
る。図1に示すように、導波路入出力装置は、概略、基
板1と、この基板1上に形成された薄膜導波路2と、ト
ランスジューサ3と信号発生手段4と、入射用グレーテ
ィング7及び出射用グレーティング8とで構成されてい
る。
【0009】薄膜導波路2は、圧電性材料からなり、例
えばZnO,LiNbO3等が用いられる。薄膜導波路
2は、基板1上にレーザアブレーション法、スパッタリ
ング法、CVD法等の手段で形成される。トランスジュ
ーサ3は、薄膜導波路2の中央部手前寄りに配置され、
インターデジタルトランスジューサが用いられている。
トランスジューサ3は、信号発生手段4で発生した高周
波信号が印加されると、薄膜導波路2に表面弾性波5を
励起する。信号発生手段4は、例えばVCO(電圧制御
発振器)が用いられる。
【0010】入射用グレーティング7及び出射用グレー
ティング8は、それぞれ薄膜導波路2の左右両側部に配
置されている。入射用グレーティング7は光源から放射
された導波光Lを薄膜導波路2に入射させるためのもの
である。出射用グレーティング8は、薄膜導波路2を進
行する導波光Lを外部に出射するためのものである。こ
れらグレーティング7,8は、それぞれ薄膜導波路2上
に一定のピッチで設けられており、その材料として例え
ば薄膜導波路2と同様の材料が使用される。グレーティ
ング7,8は電子線描画法、フォトリソグラフィ法、二
光束干渉法等の手段で形成される。
【0011】ここに、入射用及び出射用グレーティング
7,8の形状について説明する。図2(a)は入射用グ
レーティング7の右側面図、(b)は正面図である。入
射用グレーティング7は断面形状が矩形のものである。
入射用グレーティング7の高さは導波方向に一定で、表
面弾性波の伝搬方向に、すなわち導波方向に対して垂直
な方向に漸次高くなっており、これにより導波方向と垂
直な方向における装置出射光の強度分布をガウス分布に
することができる。
【0012】より詳細に説明すると、光源から放射され
た導波光Lの強度は、導波方向と垂直な方向にガウス分
布している。一方、グレーティングの放射損失係数(結
合効率)はグレーティングの高さに依存しており(図3
参照)、放射損失係数をα、グレーティング7の高さを
hとすると、単調増加領域においては、以下の(1)式
が得られる。
【0013】 α=Ah2 (A:定数) ……(1) また、トランスジューサ3によって励起された表面弾性
波5は薄膜導波路2を伝搬するにつれて減衰する。表面
弾性波5には材料によって決まる伝搬損失があるからで
ある。そこで、薄膜導波路2を伝搬する表面弾性波の強
度をI、トランスジューサ3によって励起された初期強
度をI0、薄膜導波路2の材料によって決まる表面弾性
波の損失係数をB、トンラスジューサ3からの伝搬長を
xとすると、以下の(2)式が得られる。
【0014】 I=I0・e-Bx ……(2) すなわち、図4に示すように、表面弾性波5の強度I
は、伝搬長xが長くなるにつれて指数関数的に減衰す
る。さらに、表面弾性波5による導波光Lの回折効率を
η、表面弾性波5の強度をI、導波光Lと音響光学相互
作用する表面弾性波5の幅をWとすると、以下の(3)
式が得られる。
【0015】 η=sin2{C(I・W)1/2} (C:定数) ……(3) すなわち、表面弾性波5の強度Iが低下するにつれて回
折効率ηは低下する。導波方向に対して垂直な方向にお
ける装置出射光の強度分布をガウス分布にするには、回
折効率ηと放射損失係数αを乗じたものが常に一定値に
なればよいから、η×α=D(D:定数)を満足するよ
うにグレーティング7の高さhを設定すればよい。すな
わち、前記(1)式、(2)式及び(3)式より、以下
の(4)式が得られる。
【0016】 sin2{C(I0・e-Bx・W)1/2}×Ah2=D h=D1/2/[Asin2{C(I0・e-Bx・W)1/2}]1/2……(4) この(4)式より、入射用グレーティング7の高さh
は、表面弾性波5の伝搬方向に、すなわち、導波光Lの
進行方向に対して垂直な方向にトランスジューサ3から
離れるにつれて漸次高くすればよいことがわかる。
【0017】さらに、具体的数値を用いて、入射用グレ
ーティング7の導波方向に対して垂直な方向の高さhを
(4)式を用いて算出する。基板1にはガラス基板を用
い、薄膜導波路2には膜厚が1μmのZnO薄膜を用い
る。トランスジューサ3にはアルミニウムを用い、電極
周期は2.5μm、トランスジューサ3の幅Wは0.5
mm、中心周波数は1GHzに設定する。入射用及び出
射用グレーティング7,8はZnOからなり、周期は
0.6μm、導波光Lが入射用グレーティング7に入射
する角度は66.2°、導波光Lは波長が0.633μ
mで発振モードがTE0モードのHe−Neレーザ、幅
Hは10mmである。表面弾性波5の損失係数Bは7
5.5/mである。
【0018】ここで、放射損失係数αが単調増加領域に
なる最大のグレーティング7の高さhは0.19μmで
あるが、余裕を考慮して伝搬長xが10mmのときのグ
レーティング7の高さhx=10を0.15μmに設定する
と、(4)式より、以下の(5)式が得られる。 h=0.13×10-6/[sin{1.56(e-75.5x1/2}] (m) …(5) (5)式より、伝搬長xが0mmのときのグレーティン
グ7の高さは0.13μmとなる。従って、グレーティ
ング7の高さhは、導波光Lの進行方向に対して垂直な
方向にトランスジューサ3から離れるにつれて0.13
μmから0.15μmに漸次高くなる。
【0019】次に、出射用グレーティング8の形状につ
いて説明する。図5(a)は出射用グレーティング8の
右側面図、(b)は正面図である。出射用グレーティン
グ8は断面形状が矩形のものである。出射用グレーティ
ング8の高さは導波方向に漸次高くなっており、導波方
向に対して垂直な方向に一定である。これにより、導波
方向における装置出射光の強度分布をガウス分布にする
ことができる。
【0020】より詳細に説明すると、光源から放射され
た導波光Lの強度は、導波方向にガウス分布している。
一方、出射用グレーティング8の高さが導波方向に一定
であると仮定すると、グレーティング8の放射損失係数
α(結合効率)は導波方向に一定であり、導波光Lは進
行するにつれて強度が減少するので導波方向の装置出射
光の強度分布は徐々に減少する。ところで、前述した如
くグレーティングの放射損失係数αはグレーティングの
高さに依存しており(図3参照)、単調増加領域におい
ては前記(1)式が得られる。従って、導波方向の装置
出力光の強度分布をガウス分布にするには、出射用グレ
ーティング8の高さを導波光Lの進行方向に漸次高くす
ればよい。
【0021】なお、本発明に係る導波路入出力装置は前
記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内
で種々に変更することができる。グレーティングの形状
は、必らずしも前記実施例のように、入射用グレーティ
ングの高さが導波光の進行方向に対して垂直な方向に漸
次高くなり、出射用グレーティングの高さが導波光の進
行方向に漸次高くなるように設定する必要はなく、図6
(a),(b)及び図7(a),(b)に示すように、
入射用グレーティング17の高さは両方向に一定に保
ち、出射用グレーティング18の高さが導波光の進行方
向及びこの進行方向に対して垂直な方向に漸次高くなる
ように設定してもよい。この場合、入射用グレーティン
グ17の替わりに入射用プリズムを用いてもよい。
【0022】また、グレーティングの断面は矩形に限る
ものではなく、三角形、ガウス形等であってもよい。
【0023】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、出射用グレーティングの高さを、前記薄膜導波
路を進行する光の進行方向に漸次高くし、かつ、出射用
グレーティングの高さ又は入射用グレーティングの高さ
のいずれか一方を、表面弾性波の伝搬方向に漸次高くし
たので、装置外部に出射される光ビームの強度分布が導
波方向及び表面弾性波の伝搬方向に正確にガウス分布と
なる。この結果、後の集束光学系で光を微小スポットに
絞ることができ、集光特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る導波路入出力装置の一実施例を示
す斜視図。
【図2】入射用グレーティングの形状を示すもので
(a)は右側面図、(b)は正面図。
【図3】放射損失係数とグレーティングの高さとの関係
を示すグラフ。
【図4】表面弾性波の強度と伝搬長との関係を示すグラ
フ。
【図5】出射用グレーティングの形状を示すもので
(a)は右側面図、(b)は正面図。
【図6】他の実施形態の入射用グレーティングの形状を
示すもので(a)は右側面図、(b)は正面図。
【図7】他の実施形態の出射用グレーティングの形状を
示すもので(a)は右側面図、(b)は正面図。
【符号の説明】
1…基板 2…薄膜導波路 7…入射用グレーティング 8…出射用グレーティング L…導波光

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導波路型の音響光学偏向素子へのレーザ
    光の入出力をグレーティングにて行う導波路入出力装置
    において、 出射用グレーティングの高さを、前記薄膜導波路を進行
    する光の進行方向に漸次高くし、かつ、前記出射用グレ
    ーティングの高さ又は入射用グレーティングの高さのい
    ずれか一方を、表面弾性波の伝搬方向に漸次高くしたこ
    とを特徴とする導波路入出力装置。
JP7252616A 1995-09-29 1995-09-29 導波路入出力装置 Pending JPH0996842A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7252616A JPH0996842A (ja) 1995-09-29 1995-09-29 導波路入出力装置
US08/714,362 US5835643A (en) 1995-09-29 1996-09-16 Waveguide input/output device

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JP7252616A JPH0996842A (ja) 1995-09-29 1995-09-29 導波路入出力装置

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JP7252616A Pending JPH0996842A (ja) 1995-09-29 1995-09-29 導波路入出力装置

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