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JP7133307B2 - Performance evaluation device for optical deflection element - Google Patents
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Description

本発明は、光偏向素子の性能評価装置に関する。 The present invention relates to a performance evaluation device for optical deflection elements.

光を偏向する素子として、機械的な動作原理に基づくMEMS(メムス、Micro Electro Mechanical Systems)がすでに開発されている。一方、機械的な動作を伴わないで電気的に偏向動作させる偏向素子として、光フェーズドアレイが急速に期待を集めるようになってきた(例えば、特許文献1参照)。 As an element that deflects light, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) based on a mechanical operating principle has already been developed. On the other hand, an optical phased array is rapidly gaining attention as a deflecting element that performs an electrically deflecting operation without a mechanical operation (see, for example, Patent Document 1).

光フェーズドアレイは、従来の機械的な偏向素子と異なり、発生した光ビームの偏向動作に加えて、光の収束や発散が自在に行える。一方、これら、光の偏向、収束、発散を行うためには、光フェーズドアレイの個々のチャンネル光導波路(0ptical channel waveguide、略称としてチャンネルまたは光導波路および導波路と表記)ごとに搭載された位相シフタについて、位相補正を行ってフィードバック制御を行わなければならない(例えば、特許文献2参照)。
Unlike conventional mechanical deflecting elements, the optical phased array can freely converge and diverge light in addition to deflecting the generated light beams. On the other hand, in order to deflect, converge, and diverge the light, a phase shifter is mounted for each individual channel optical waveguide (0ptical channel waveguide, abbreviated as channel or optical waveguide and waveguide ) of the optical phased array. , feedback control must be performed by performing phase correction (see Patent Document 2, for example).

さらに光フェーズドアレイの位相制御を行うためには、光フェーズドアレイを構成するチャンネル毎に、電気的な光の位相制御行う必要がある。電気的に光の位相を変調する手段としては、液晶、熱光学効果、電気光学(EO:electro-optic)効果がある。中でも、EO効果は、10GHz以上の超高速応答性があるため、光フェーズドアレイの位相シフタとして好適である。 Furthermore, in order to perform phase control of the optical phased array, it is necessary to perform electrical phase control of light for each channel constituting the optical phased array. Means for electrically modulating the phase of light include liquid crystal, thermo-optic effect, and electro-optic (EO) effect. Among them, the EO effect is suitable as a phase shifter for an optical phased array because it has an ultra-high-speed response of 10 GHz or more.

一方、EO効果を使ったデバイスの性能指標として、電気光学定数がある。例えばEO効果を発現する材料として、EOポリマーの場合、電気光学効果による屈折率n変化の大きさを表す電気光学定数(EO定数:ポッケレス定数)rは、変調する印加電界Eとして、次式(1)で表される。 On the other hand, there is an electro-optic constant as a performance index of devices using the EO effect. For example, in the case of an EO polymer as a material that exhibits the EO effect, the electro-optic constant (EO constant: Pocketless constant) r, which indicates the magnitude of the change in the refractive index n due to the electro-optic effect, is given by the following equation ( 1).

Figure 0007133307000001
また、電場Eを印加したときの屈折率n(E)は、さらに次式(2)で近似することができる。
Figure 0007133307000001
Further, the refractive index n(E) when the electric field E is applied can be further approximated by the following equation (2).

Figure 0007133307000002
電気光学定数rは、通常r13、r33などの表記などテンソル量として記述される。
Figure 0007133307000002
The electro-optic constant r is usually written as a tensor quantity, such as the notation r 13 , r 33 .

従来までにEO 定数の測定方法としては、マイケルソン(Michelson) 干渉法やマッハツェンダー(Mach-Zehnder) 干渉法のように2つの光路に分かれた位相差から検出する位相検出法とセナルモン(Senarmont)法のように互いに直交した二つの直線偏光の間の印加電界による位相差を検出する位相差検出法とに大別されている(例えば、特許文献3参照)。 Conventional methods for measuring the EO constant include the phase detection method, which detects the phase difference between two optical paths, such as the Michelson interferometry and the Mach-Zehnder interferometry, and the Senarmont method. It is broadly classified into a phase difference detection method that detects the phase difference due to an applied electric field between two linearly polarized light beams that are orthogonal to each other like the method (see, for example, Patent Document 3).

セナルモン法では、リターダであるバビネソレイユ(Babinet-Soleil)補償板や1/4波長板などによって偏光の補償を行いながら位相差を検出し、位相差の外部電界(実際には、素子に印加する電圧)特性からEO効果の性能指数である電気光学定数を算出する(例えば、特許文献3参照)。 In the Senarmont method, a retarder such as a Babinet-Soleil compensator or a quarter-wave plate is used to compensate for polarization while detecting the phase difference. The electro-optic constant, which is the figure of merit of the EO effect, is calculated from the voltage characteristics (see, for example, Patent Document 3).

セナルモン法による位相差評価については、一種のエリプソメトリー(ellipsometry)法と考えることもできる。特に反射型エリプソメトリー(reflection ellipsometry)法を使った方法による電気光学定数の測定法としては、C.C. TengとH. T. Manらによって開発されたTeng-Man法が被測定試料の準備および測定手法の簡便さから広く用いられている(例えば、非特許文献1参照)。 Phase difference evaluation by the Senarmont method can also be considered as a kind of ellipsometry method. In particular, the Teng-Man method, developed by C.C. Teng and H.T. Man, is a method for measuring electro-optical constants using reflection ellipsometry, which is useful for the preparation of the sample to be measured and the simple measurement method. (see, for example, Non-Patent Document 1).

この手法では、ガラス基板/透明電極/EO材料/金属電極の試料を用意し、試料に対して45°に偏光したレーザ光をガラス基板側から入射させる。ここで、EO材料は、例えばEOポリマーなど電気光学効果を有する材料を想定している。また、その際、試料内部からの信号を含まないガラス基板表面からの光反射の影響を除去するため、アパチャー(細孔)を使って空間的にガラス基板表面からの反射光をブロックすることで、測定精度を高めている。 In this method, a sample of glass substrate/transparent electrode/EO material/metal electrode is prepared, and a laser beam polarized at 45° is incident on the sample from the glass substrate side. Here, the EO material is assumed to be a material having an electro-optical effect, such as EO polymer. At that time, in order to eliminate the influence of light reflection from the glass substrate surface that does not include the signal from the inside of the sample, an aperture is used to spatially block the reflected light from the glass substrate surface. , which improves the measurement accuracy.

一方、最近になって、山田らのグループによって、Teng-Man法による反射型に代えて、試料の透過光を利用し、しかもアパチャーを設けることなく測定精度の高い電気光学定数の測定法が開発された(例えば、非特許文献2参照)。 On the other hand, Yamada et al.'s group recently developed an electro-optical constant measurement method that uses transmitted light through the sample instead of the reflection type by the Teng-Man method and has high measurement accuracy without providing an aperture. (For example, see Non-Patent Document 2).

この透過型の手法は、アパチャーを設けていないことを特徴とし、ガラス基板と試料間による多重反射や試料内部での多重反射の影響を受けないため、従来のTeng-Man法に比べて高い測定精度を持つEO定数の算出が可能となっている。 This transmissive method is characterized by not having an aperture and is not affected by multiple reflections between the glass substrate and the sample or multiple reflections inside the sample. It is possible to calculate EO constants with accuracy.

これらの算出法は、EO材料について、材料固有の性能を測定するためには有効な手段であって、ガラス基板/透明電極/EO材料/金属電極などのスラブ型、または結晶を用いたバルク型と呼ばれるデバイスのEO定数を求めるのに用いられてきた。これらスラブ型やバルク型の光変調デバイスは実用化されているものの、近年では高速性動作が期待できる光導波路構造を持つデバイス、特に光導波のコア径が2μm程度のデバイスも多く開発されるようになってきた。 These calculation methods are effective means for measuring the material-specific performance of EO materials. has been used to determine the EO constant for a device called Although these slab-type and bulk-type optical modulation devices have been put to practical use, in recent years, many devices with an optical waveguide structure that can be expected to operate at high speed, especially those with an optical waveguide core diameter of about 2 μm, have been developed. has become

光導波路型として最も単純な光変調素子は、Mach-Zehnder型素子であって、2本の光導波路から構成されたデバイスを基本構造とする。このデバイスの場合間の光干渉を利用した光変調器に代表されるように、干渉効果を利用した光出力の出力特性から直接電気光学定数を求めることができる。すなわち、2つの導波路間の位相差成分が直接光出力強度に反映されるため、光出力のオン、オフを与える印加電圧の値から半波長電圧(πの位相差を与える最小駆動電圧)Vπを求めることで、簡単にしかも高精度に電気光学定数を求めることができる。 The simplest optical modulation element of the optical waveguide type is the Mach-Zehnder type element, which has a basic structure of a device composed of two optical waveguides. As typified by optical modulators using optical interference between devices, the electro-optical constants can be obtained directly from the output characteristics of the optical output using the interference effect. In other words, since the phase difference component between the two waveguides is directly reflected in the optical output intensity, the half-wave voltage (minimum drive voltage that gives a phase difference of π) Vπ By obtaining , the electro-optical constants can be obtained easily and with high accuracy.

一方、最近になって2本以上の光導波路をもつマルチ光導波路を用いたデバイスも開発されるようになってきた。この技術は、例えば光フェーズドアレイに代表されるように、光出力ビームの偏向方向に加えて、光ビーム形状が制御できるなど、その出力光ビームの高い制御性が注目されている。 On the other hand, devices using multi-optical waveguides having two or more optical waveguides have recently been developed. This technology is attracting attention for its high controllability of the output light beam, such as the ability to control not only the deflection direction of the light output beam but also the shape of the light beam, as typified by, for example, an optical phased array.

マルチ光導波路を使った光偏向位素子の場合、その光出力特性は、2つの導波路間の単純な干渉効果とは異なって、複数の光導波路を伝搬した光による合成ビームが出力される。このため、個別の導波路1本1本の初期位相と各導波路に埋め込まれた位相シフタ(EO素子)の電気光学定数を求めることが求められる。現在までに、光導波路の1本1本の印加電圧を個別に制御しながら、マルチ光導波路の合成ビームの出力形状を測定することで、各光導波路の初期位相と電気光学定数を算出する方法が提案されている。この手法によれば、マルチ光導波路出力の合成ビームの形状をモニタしながら、個別の光導波路の位相を制御して、全体最適化によって主ビーム(メインローブ)が効率的に形成されるようなフィードバック制御を確立することができるとされている。 In the case of an optical deflection element using multiple optical waveguides, the optical output characteristic is different from the simple interference effect between two waveguides, and a combined beam of light propagated through multiple optical waveguides is output. Therefore, it is required to obtain the initial phase of each individual waveguide and the electro-optical constant of the phase shifter (EO element) embedded in each waveguide. Until now, a method to calculate the initial phase and electro-optic constant of each optical waveguide by measuring the output shape of the synthesized beam of multiple optical waveguides while controlling the applied voltage to each optical waveguide individually. is proposed. According to this technique, while monitoring the shape of the combined beam output from multiple optical waveguides, the phases of the individual optical waveguides are controlled so that the main beam (main lobe) can be efficiently formed through total optimization. It is said that feedback control can be established.

特表2016-508235号公報Japanese Patent Publication No. 2016-508235 特表2015-509207号公報Japanese translation of PCT publication No. 2015-509207 特開平1-074434号公報JP-A-1-074434

C. C. Teng and H. T. Man; Simple reflection technique for measuring the electro‐optic coefficient of poled polymers Appl. Phys. Lett. 56, 1734 (1990)C. C. Teng and H. T. Man; Simple reflection technique for measuring the electro-optic coefficient of poled polymers Appl. Phys. Lett. 56, 1734 (1990) Toshiki Yamada, and Akira Otomo. Transmission ellipsometric method without an aperture for simple and reliable evaluation of electro-optic properties under various ambient conditions Optics Express Vol. 21, No. 24, 29240.Toshiki Yamada, and Akira Otomo. Transmission ellipsometric method without an aperture for simple and reliable evaluation of electro-optic properties under various ambient conditions Optics Express Vol. 21, No. 24, 29240.

光導波のコア径が2μm程度のマルチ光導波路を用いた光フェーズドアレイも多く開発されるようになってきた。従来の電気光学定数を算出する方法は、マルチ光導波路の出射端から出力された光の合成ビームの評価を前提としている。また、光学領域の出力についても、合成光ビームが観察できるフランフォーファー領域での光ビームが前提である。バルク型位相変調素子やMach-Zehnder型素子では、位相変調された後の光ビームを検出し、その出力特性から電気光学定数を算出している。 Many optical phased arrays using multiple optical waveguides with a core diameter of the optical waveguide of about 2 μm have been developed. The conventional method of calculating the electro-optic constant is based on the evaluation of the combined beam of light output from the output ends of the multi-optical waveguides. The output of the optical region is also based on the premise that the light beam is in the Fraunhofer region where the combined light beam can be observed. Bulk type phase modulation elements and Mach-Zehnder type elements detect the light beam after phase modulation, and calculate the electro-optic constant from the output characteristics.

また、マルチ光導波路からの光ビーム形成についても、現在までに報告されている電気光学定数の評価手法は、マルチ光導波路出力の合成ビームの形状をモニタしながら、個別の光導波路の位相を制御することで、全体最適化によって主ビーム(メインローブ)が効率的に形成されるようなフィードバック制御をかけることである。このため、光導波路の本数が増えるにつれて、個別に制御しなければならない制御パラメータは激増してしまう。 Also, regarding the formation of light beams from multiple optical waveguides, the evaluation method of electro-optic constants reported so far is to control the phase of individual optical waveguides while monitoring the shape of the combined beam output from multiple optical waveguides. By doing so, feedback control is applied such that a main beam (main lobe) is efficiently formed by overall optimization. Therefore, as the number of optical waveguides increases, the number of control parameters that must be individually controlled increases dramatically.

具体的には、光ビーム形状解析装置のモニタ上の座標(x、y)での光強度を測定し、N本からなるマルチ光導波路の場合、n本目(1≦n≦N)の光導波路の個別の電圧を最小印加電圧Vminから最大印加電圧Vmaxまで印加電圧を変化させながら、モニタの座標(x、y)での光強度をモニタする。その際、各光導波路の印加電圧を変化させることで所望の主ビーム(メインローブ)が位相整合によって形成されるように最適化し、設計値との誤差が最小化するまで、個々の光導波路の印加電圧について何回もフィードバック制御をかける必要がある。 Specifically, the light intensity at the coordinates (x, y) on the monitor of the light beam shape analyzer is measured, and in the case of N multi-waveguides, the n-th (1 ≤ n ≤ N) optical waveguide While changing the applied voltage from the minimum applied voltage Vmin to the maximum applied voltage Vmax, the light intensity at the coordinates (x, y) of the monitor is monitored. At that time, by changing the voltage applied to each optical waveguide, it is optimized so that the desired main beam (main lobe) is formed by phase matching, and the individual optical waveguides are adjusted until the error from the design value is minimized. It is necessary to apply feedback control for the applied voltage many times.

もう一つの課題は、マルチ光導波路の初期位相の測定(把握)が不可欠になる点である。バルク型位相変調素子やMach-Zehnder型素子では入力チャネル数が2以下であったのに比べて、本方式では初期位相のバラつきが出力特性に大きな影響を与えてしまう。すなわちマルチ光導波路では、1つの光入力から複数の光導波路に光を分岐させるために使用するY分岐の多段化やMMI(マルチモード干渉:Multimode Interference)カップラの入力部への挿入によって、マルチ光導波路の初期位相を考慮したデバイス駆動が必要になる。特にMMIを使用したマルチ光導波路では、チャンネル数が多くなると、初期位相はマルチチャンネル光導波路の中心部分のチャンネルと端部でのチャンネルとの初期位相の差が大きくなり(-πからπまでの位相で大きく変化する場合があるため)初期位相を確定できないと位相整合のとれた出力をもつマルチ光導波路による光フェーズドアレイの駆動はできなくなる。また、マルチ光導波路の初期位相についても、従来は、マルチ光導波路出力の合成ビームの形状をモニタしながら算出していた。つまり、個別の光導波路の位相を制御して、全体最適化のフィードバック制御を行いながら、設計値との誤差が最小化するまで何回もフィードバック制御をかけつつEO定数と初期位相成分の分離を行って初期位相を決定する必要があった。 Another problem is that it is essential to measure (understand) the initial phase of the multi-waveguide. Compared to the number of input channels of two or less in the bulk-type phase-modulating element and the Mach-Zehnder-type element, in this method, the initial phase variation has a great influence on the output characteristics. In other words, in a multi-optical waveguide, multi-stage Y-branching is used to split light from a single optical input into multiple optical waveguides, and multi-mode interference (MMI) couplers are inserted into the input section. It is necessary to drive the device considering the initial phase of the wave path. Especially in multi-channel optical waveguides using MMI, as the number of channels increases, the initial phase difference between the channels at the center and the edges of the multi-channel optical waveguide increases (from -π to π If the initial phase cannot be determined, the optical phased array cannot be driven by the multi-optical waveguides having phase-matched outputs. Also, the initial phase of the multi-optical waveguide is conventionally calculated while monitoring the shape of the composite beam output from the multi-optical waveguide. In other words, while controlling the phase of individual optical waveguides and performing feedback control for overall optimization, the separation of the EO constant and the initial phase component is performed while applying feedback control many times until the error from the design value is minimized. had to go and determine the initial phase.

そこで、マルチ光導波路を用いた光フェーズドアレイを有する光偏向素子における各光導波路の初期位相と電気光学定数を直接的に測定できる光偏向素子の性能評価装置を提供することを目的とする。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide an optical deflection element performance evaluation apparatus capable of directly measuring the initial phase and electro-optic constant of each optical waveguide in an optical deflection element having an optical phased array using multiple optical waveguides.

本発明の実施の形態の光偏向素子の性能評価装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を偏光する偏光子と、前記偏光子の光出射端に接続される第1光入射端と、電気光学効果で入射光を偏向するために1つの光入射端と複数の光出射端を有するマルチ光導波路を用いた、複数の光出射端を有する光偏向素子の光導波路の光入射端にニアフィールド(Near field)で光学的に結合される第1光出射端とを有する第1光ファイバと、前記光偏向素子における複数の光出射端のうちの1つにニアフィールドで光学的に結合される第2光入射端と、前記第2光入射端から入射されるレーザ光を出射する第2出射端とを有する第2光ファイバと、前記第2光ファイバの前記第2出射端から出射されるレーザ光が入射され、前記光導波路中をレーザ光が伝搬する間に生じた位相差を相殺する波長板と、前記偏光子とクロスニコルの関係を満たすように前記波長板の出力側に配置される検光子と、前記検光子から出射されるレーザ光を検出する光検出部と、前記光検出部によって検出されるレーザ光の出力を検出する出力検出部と、前記光偏向素子の前記マルチ光導波路における各光導波路に個別に印加する位相変調用の電圧を制御する電圧制御部と、前記波長板から出射されるレーザ光の位相と、前記波長板がレーザ光に付与する位相差とから、前記位相変調用の電圧の印加による前記光導波路におけるレーザ光の位相の変化量を検出する演算部とを含む。
A performance evaluation apparatus for an optical deflection element according to an embodiment of the present invention comprises: a laser light source; a polarizer that polarizes the laser light emitted from the laser light source; Light in an optical waveguide of an optical deflection element having a plurality of light exit ends, using a multi-optical waveguide having an entrance end and one light entrance end and a plurality of light exit ends for deflecting incident light by an electro-optic effect. a first optical fiber having an incident end and a first light emitting end optically coupled in a near field; a second optical fiber having a second light input end that is optically coupled and a second output end that outputs laser light input from the second light input end; and the second optical fiber of the second optical fiber. A wave plate that cancels out a phase difference generated while the laser light emitted from the output end is incident and propagates in the optical waveguide, and the wave plate that satisfies a crossed Nicols relationship with the polarizer. an analyzer arranged on the output side of the analyzer, a photodetector that detects the laser beam emitted from the analyzer, an output detector that detects the output of the laser beam detected by the photodetector, and the light A voltage control unit for controlling a voltage for phase modulation applied individually to each optical waveguide in the multi- optical waveguide of the deflection element; a phase of the laser light emitted from the wave plate; a calculation unit for detecting the amount of change in the phase of the laser light in the optical waveguide due to the application of the voltage for phase modulation from the applied phase difference.

マルチ光導波路を用いた光フェーズドアレイを有する光偏向素子における各光導波路の初期位相と電気光学定数を直接的に測定できる光偏向素子の性能評価装置を提供することができる。 It is possible to provide an optical deflection element performance evaluation apparatus capable of directly measuring the initial phase and electro-optic constant of each optical waveguide in an optical deflection element having an optical phased array using multiple optical waveguides.

光偏向素子100を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an optical deflection element 100; 光偏向素子の性能評価装置200を示す図である。1 is a diagram showing a performance evaluation device 200 for an optical deflection element; FIG. 光偏向素子の性能評価装置200を示す図である。1 is a diagram showing a performance evaluation device 200 for an optical deflection element; FIG. 光偏向素子の性能評価装置200の一部を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing part of a performance evaluation apparatus 200 for an optical deflection element; 変調電圧Vの振幅値Vを様々な値に変えたときのPD270の出力電流Iの振幅値Iの特性を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the characteristics of the amplitude value Im of the output current I of the PD 270 when the amplitude value Vm of the modulation voltage V is changed to various values; 実施の形態の変形例による光偏向素子の性能評価装置200Aを示す図である。It is a figure which shows 200 A of performance evaluation apparatuses of the optical deflection element by the modification of embodiment.

以下、本発明の光偏向素子の性能評価装置を適用した実施の形態について説明する。 Embodiments to which a performance evaluation apparatus for an optical deflection element of the present invention is applied will be described below.

<実施の形態>
図1は、光偏向素子100を示す図である。図1では、XYZ座標系を定義する。図1(A)には光偏向素子100の平面図(XY平面図)を示し、図1(B)には斜視図を示す。
<Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing an optical deflection element 100. FIG. In FIG. 1, an XYZ coordinate system is defined. FIG. 1A shows a plan view (XY plan view) of the optical deflection element 100, and FIG. 1B shows a perspective view.

光偏向素子100は、下部電極110、クラッド層120、コア層130、クラッド層140、及び上部電極150を含む。 The optical deflection element 100 includes a lower electrode 110 , a clad layer 120 , a core layer 130 , a clad layer 140 and an upper electrode 150 .

下部電極110は、酸化シリコン(SiO2)層を形成した図示しないシリコン(Si)ウェハ基板の表面に形成される。なお、基板は、シリコン基板に限られず、例えば、樹脂等の絶縁体製の基板であってもよい。 The lower electrode 110 is formed on the surface of a silicon (Si) wafer substrate (not shown) on which a silicon oxide (SiO 2 ) layer is formed. The substrate is not limited to a silicon substrate, and may be, for example, a substrate made of an insulating material such as resin.

下部電極110は、基板の表面の全体に形成される電極である。下部電極110は、上部電極150に電圧を印加してコア層130の屈折率を制御する際に、基準電位点となる電極である。 The bottom electrode 110 is an electrode formed over the entire surface of the substrate. The lower electrode 110 serves as a reference potential point when applying voltage to the upper electrode 150 to control the refractive index of the core layer 130 .

下部電極110は、基板上面と同一の形状であって、一例として長方形の上面形状を有する基板を用いた場合には、クラッド層120の下面(Z軸負方向側の面)の全体に設けられる長方形の下部電極110を示す。下部電極110は、例えば、基板の表面全面に、クロム(Cr)層をスパッタ法によって成膜により形成すればよい。クロム層の厚さは、一例として100nmである。 The lower electrode 110 has the same shape as the upper surface of the substrate, and is provided on the entire lower surface (the surface on the Z-axis negative direction side) of the cladding layer 120 when a substrate having a rectangular upper surface is used as an example. A rectangular bottom electrode 110 is shown. For the lower electrode 110, for example, a chromium (Cr) layer may be formed on the entire surface of the substrate by sputtering. The thickness of the chromium layer is 100 nm as an example.

ここでは、下部電極110がクロム層である形態について説明するが、下部電極110は、上部電極150との間で、クラッド層120、コア層130、及びクラッド層140に電圧を印加できる電極であればよい。このため、下部電極110は、クロム層以外の金属層によって構成される金属電極をはじめ、酸化インジウム・酸化亜鉛In23-ZnO(IZO:Indium Zinc Oxide)薄膜や酸化 スズ添加酸化インジウムIn23-SnO(ITO:Indium Tin Oxide)薄膜であってもよい。 Here, a mode in which the lower electrode 110 is a chromium layer will be described. Just do it. Therefore, the lower electrode 110 includes a metal electrode composed of a metal layer other than a chromium layer, an indium oxide/zinc oxide In 2 O 3 —ZnO (IZO: Indium Zinc Oxide) thin film, and a tin oxide-added indium oxide In 2 O 3 oxide. It may be an O 3 —SnO (ITO: Indium Tin Oxide) thin film.

クラッド層120、下部電極110のZ軸正方向側の面に配置される。クラッド層120は、平面視で矩形状であり、平面視のサイズは下部電極110と等しい。クラッド層120の厚さは、一例として0.5μmである。 The cladding layer 120 is arranged on the surface of the lower electrode 110 on the Z-axis positive direction side. The cladding layer 120 has a rectangular shape in plan view, and has the same size as the lower electrode 110 in plan view. The clad layer 120 has a thickness of 0.5 μm, for example.

クラッド層120は、コア層130よりも屈折率の低いポリマー材料や無機材料で形成されていればよい。クラッド層120は、例えば、ポリマー材料をスピンコート法でポリマー薄膜を作製し、低屈折の無機材料である酸化ケイ素(SiO2)をゾル・ゲル法やスパッタリング法により、下部電極110のZ軸正方向側の上面に形成される。 The cladding layer 120 may be made of a polymer material or inorganic material having a lower refractive index than the core layer 130 . For the cladding layer 120, for example, a polymer thin film is formed by spin coating a polymer material, and silicon oxide (SiO2), which is a low-refractive inorganic material, is coated in the positive Z-axis direction of the lower electrode 110 by a sol-gel method or a sputtering method. formed on the top surface of the side.

コア層130は、電気光学ポリマー(EOポリマー)で形成され導波路130A、分岐部130B、分岐導波路131~138を有する。このコア層130は、クラッド層120に重ねて配置される、多モード干渉 (Multi-Mode Interference, MMI)型の導波路である。 The core layer 130 is made of an electro-optic polymer (EO polymer) and has a waveguide 130A, a branch portion 130B, and branch waveguides 131-138. The core layer 130 is a multi-mode interference (MMI) type waveguide superimposed on the clad layer 120 .

導波路130Aは、Y軸負方向側の端部に光入射端130A1を有し、光入射端130A1と分岐部130Bとを接続する1本の光導波路である。分岐部130Bは平面視で矩形状であり、1本の光入射端130A1と8本の分岐導波路131~138とを接続する。分岐部130Bは、光入射端130A1から入射する光を8個に分けて分岐導波路131~138に出力する。分岐導波路131~138は、分岐部130BからY軸正方向側の端部まで伸延し、8個の光出射端から8本の光を出射する。分岐導波路131~138は、Y軸方向の途中から、互いの間のピッチが狭くなるように折り曲げられている。分岐導波路131~138の出射端から出射される8本の光は、出射された後に合成されて1本の光ビームになる。 The waveguide 130A is a single optical waveguide that has a light incident end 130A1 at the end on the Y-axis negative direction side and connects the light incident end 130A1 and the branch portion 130B. The branch portion 130B has a rectangular shape in plan view, and connects one light incident end 130A1 and eight branch waveguides 131-138. The branching section 130B divides the light incident from the light incident end 130A1 into eight and outputs them to the branching waveguides 131-138. The branch waveguides 131 to 138 extend from the branch portion 130B to the end on the Y-axis positive direction side, and emit eight lights from eight light emitting ends. The branch waveguides 131 to 138 are bent from the middle in the Y-axis direction so that the pitch between them becomes narrower. Eight lights emitted from the output ends of the branch waveguides 131 to 138 are synthesized into one light beam after being emitted.

なお、導波路130Aと分岐導波路131~138とは、X軸方向において、導波路130Aが分岐導波路134と135との中心に位置するように配置されている。また、導波路130AはY軸に平行に伸延しており、分岐導波路131~138は、X軸方向に等間隔で配置され、Y軸に沿って伸延している。このため、導波路130AのY軸に平行な中心軸は、分岐導波路134と135とのX軸方向における中心を通っている。また、分岐導波路131~134と、分岐導波路135~138とは、導波路130AのY軸に平行な中心軸を対称軸として線対称に配置されている。 The waveguide 130A and the branch waveguides 131 to 138 are arranged so that the waveguide 130A is positioned at the center of the branch waveguides 134 and 135 in the X-axis direction. The waveguide 130A extends parallel to the Y-axis, and the branch waveguides 131 to 138 are arranged at equal intervals in the X-axis direction and extend along the Y-axis. Therefore, the central axis parallel to the Y-axis of the waveguide 130A passes through the centers of the branch waveguides 134 and 135 in the X-axis direction. The branch waveguides 131 to 134 and the branch waveguides 135 to 138 are arranged line-symmetrically about the central axis parallel to the Y-axis of the waveguide 130A.

コア層130の厚さは、一例として1μmである。コア層130は、EOポリマー材料で構成される。EOポリマー材料としては、例えば、屈折率n = 1.7、電気光学定数r = 70 pm/Vの非線形光学ポリイミドであるトリシアノフラン(TCF)を用いることができる。なお、コア層130の材料は、クラッド層120及び140よりも屈折率の高いEO材料であれば、他の材料を用いてもよい。 The thickness of the core layer 130 is, for example, 1 μm. Core layer 130 is composed of an EO polymer material. As the EO polymer material, for example, tricyanofuran (TCF), which is a nonlinear optical polyimide with a refractive index of n=1.7 and an electrooptic constant of r=70 pm/V, can be used. As the material of the core layer 130, any other material may be used as long as it is an EO material having a refractive index higher than that of the clad layers 120 and 140. FIG.

クラッド層120の上にコア層130を積層した後、フォトレジストを塗布し導波路のパターンを作製した。架橋性EOポリマーは、光照射または熱処理後に溶媒に不溶となり、フォトレジストの溶媒や現像液にも耐性があることから、コア層130用の架橋性EOポリマーの上に直接フォトレジストを塗布しパターニングできる。次に、反応性イオンエッチング(RIE)でフォトレジストがない部分のコア層130を削り取りフォトレジストを剥離後に、クラッド層140を塗布することにより、分岐導波路131~138によるチャンネル導波路が形成される。 After laminating the core layer 130 on the cladding layer 120, a photoresist was applied to prepare a waveguide pattern. The crosslinkable EO polymer becomes insoluble in solvents after light irradiation or heat treatment, and is resistant to photoresist solvents and developing solutions. can. Next, by reactive ion etching (RIE), the core layer 130 where there is no photoresist is scraped off, the photoresist is peeled off, and the cladding layer 140 is applied to form a channel waveguide with the branch waveguides 131 to 138. be.

コア層130は、クラッド層120及び140によって覆われる。コア層130のうち光偏向素子100の外表面に表出するのは、光入射端130A1と、分岐導波路131~138の光出射端(8個)のみであり、その他の面はクラッド層120及び140によって覆われる。 Core layer 130 is covered by clad layers 120 and 140 . Of the core layer 130, only the light incident end 130A1 and the light emitting ends (eight pieces) of the branch waveguides 131 to 138 are exposed on the outer surface of the optical deflection element 100, and the other surfaces are the clad layers 120. and 140.

クラッド層140は、コア層130のZ軸正方向側に重ねて配置される。クラッド層140は、クラッド層120と等しい平面視のサイズを有するため、クラッド層120のZ軸正方向側の面のうち、コア層130が存在しない部分においては、クラッド層120と直接的に接合される。クラッド層140は、例えば、スピンコート法でクラッド層用のポリマー材料の薄膜を作製することによって形成される。なお、クラッド層140は、コア層より屈折率が低ければ、コア層と同様EOポリマーであっても良く、クラッド層140の厚さは、一例として0.5μmである。 The clad layer 140 is stacked on the core layer 130 on the Z-axis positive direction side. Since the cladding layer 140 has the same planar size as the cladding layer 120, the portion of the surface of the cladding layer 120 on the Z-axis positive direction where the core layer 130 does not exist is directly bonded to the cladding layer 120. be done. The clad layer 140 is formed, for example, by spin coating a thin film of a polymer material for the clad layer. As long as the clad layer 140 has a lower refractive index than the core layer, the clad layer 140 may be made of an EO polymer like the core layer.

また、上述のような厚さに設定したクラッド層120、コア層130、及びクラッド層140の合計の厚さdは、2μmである。 Moreover, the total thickness d of the clad layer 120, the core layer 130, and the clad layer 140, which are set to the thicknesses described above, is 2 μm.

上部電極150は、電極151~158、及び、配線151A~158Aを有する。電極151~158は、それぞれ、平面視で分岐導波路131~138の上(Z軸正方向側)に重ねて配置される。上部電極150としては、IZO薄膜を厚さ200 nmをスパッタリング法で形成し、さらにドライエッチングにより電極パターンを形成した。 The upper electrode 150 has electrodes 151 to 158 and wirings 151A to 158A. The electrodes 151 to 158 are respectively superimposed on the branch waveguides 131 to 138 (on the Z-axis positive direction side) in plan view. As the upper electrode 150, an IZO thin film having a thickness of 200 nm was formed by sputtering, and an electrode pattern was formed by dry etching.

電極151~158は、それぞれ、分岐導波路131~138の屈折率を制御するための屈折率制御電極である。電極151~158には、それぞれ、配線151A~158Aが接続される。電極151~158には、それぞれ異なる電圧を印加することができるように構成されている。電極151~158に印加する電圧を制御して、分岐導波路131~138を伝搬する光の位相を制御することにより、分岐導波路131~138から出射される8本の光の合成光を偏向することができる。このため、分岐導波路131~138のうち、電極151~158と重なっている部分を位相シフタと称す。 The electrodes 151-158 are refractive index control electrodes for controlling the refractive indices of the branch waveguides 131-138, respectively. Wirings 151A to 158A are connected to the electrodes 151 to 158, respectively. Different voltages can be applied to the electrodes 151-158. By controlling the voltage applied to the electrodes 151-158 and controlling the phase of the light propagating through the branch waveguides 131-138, the synthetic light of the eight beams emitted from the branch waveguides 131-138 is deflected. can do. Therefore, the portions of the branch waveguides 131 to 138 that overlap the electrodes 151 to 158 are called phase shifters.

このような上部電極150は、例えば、クラッド層140のZ軸正方向側の面の一面に、IZO薄膜を形成し、不要部分(電極151~158、及び、配線151A~158Aが存在しないY軸方向正方向側の部分)をドライエッチングすることによって形成される。なお、電極151~158の厚さは、一例として200nmである。 Such an upper electrode 150 is formed, for example, by forming an IZO thin film on one surface of the cladding layer 140 on the Z-axis positive direction side, and forming unnecessary portions (electrodes 151 to 158 and wirings 151A to 158A on the Y-axis). (the portion on the positive direction side) is formed by dry etching. Incidentally, the thickness of the electrodes 151 to 158 is 200 nm as an example.

さらに上部電極150形成後、EO効果を発現させる手法として、EOポリマー分子を一方向に配向させるポーリング処理が行われる。この手法は、EOポリマーのガラス転移温度(Tg)付近の温度まで光偏向素子100を加熱し、さらに上部電極150と下部電極110間に電圧を印加し、EOポリマーに一方向の電界をかけたまま常温に戻すことで、Z軸方向にEOポリマーの色素分子が配向することでEO効果を発現させる。 Furthermore, after the upper electrode 150 is formed, poling treatment for orienting the EO polymer molecules in one direction is performed as a technique for exhibiting the EO effect. In this technique, the light deflection element 100 is heated to a temperature near the glass transition temperature (Tg) of the EO polymer, and a voltage is applied between the upper electrode 150 and the lower electrode 110 to apply a unidirectional electric field to the EO polymer. By returning to normal temperature, the dye molecules of the EO polymer are oriented in the Z-axis direction, thereby exhibiting the EO effect.

以上のような構成の光偏向素子100では、コア層130の分岐部130Bは、分岐導波路131~138に出力される光の位相を揃える機構を備えていないため、分岐部130Bから分岐導波路131~138に分岐された光には位相差が生じる。また、MMIによらずY分岐などスターカプラを使った分岐導波路の場合でも、一般的には光導波路の形状加工の精度があるため、程度の差こそあれ位相差を生じる。従って、分岐導波路131~138の出力端で生じる位相差は、MMI130Bの分岐導波路131~138に分岐する際に生じた位相差に加えて、さらに分岐導波路131~138を伝搬する間に生じた光の位相差にも影響される。 In the optical deflection element 100 configured as described above, the branch portion 130B of the core layer 130 does not have a mechanism for aligning the phases of the light beams output to the branch waveguides 131 to 138. A phase difference occurs in the light split into 131-138. In addition, regardless of the MMI, even in the case of branch waveguides using a star coupler such as a Y branch, since the shape processing of the optical waveguide is generally accurate, a phase difference occurs to some extent. Therefore, the phase difference that occurs at the output ends of the branch waveguides 131 to 138 is added to the phase difference that occurs when branching to the branch waveguides 131 to 138 of the MMI 130B. It is also affected by the phase difference of the generated light.

なお、光偏向素子100は、距離計測装置、立体ディスプレイ、レーザーライダー(LiDAR:Light Detection and Ranging)等に用いることができる。 Note that the optical deflection element 100 can be used for a distance measuring device, a stereoscopic display, a laser lidar (LiDAR: Light Detection and Ranging), and the like.

図2及び図3は、光偏向素子の性能評価装置200を示す図である。また、図4は、光偏向素子の性能評価装置200の一部を示す図である。図4には、光学顕微鏡で得た写真を示す。以下では、光偏向素子の性能評価装置200を性能評価装置200と称す。 2 and 3 are diagrams showing a performance evaluation apparatus 200 for an optical deflection element. FIG. 4 is a diagram showing a part of the performance evaluation device 200 for the optical deflection element. FIG. 4 shows a photograph obtained with an optical microscope. Below, the performance evaluation device 200 of the optical deflection element is referred to as the performance evaluation device 200 .

図2には、光偏向素子の性能評価装置200とともに、光偏向素子100を示す。図2には、光偏向素子100の上部電極150に電圧を供給する変調電圧源160と、変調電圧源160と配線151A~158Aとの間に設けられるスイッチ170A、170Bとを示す。変調電圧源160は、スイッチ170A、170Bを介して、上部電極150の電極151~158のいずれかに、独立的に正弦波電圧を出力する。これにより、分岐導波路131~138を個別に位相制御することができる。スイッチ170Aは、変調電圧源160と配線151A~154Aとの間に設けられ、スイッチ170Bは、変調電圧源160と配線155A~158Aとの間に設けられる。スイッチ170A、170Bは、変調電圧源160と、配線151A~158Aとの間を独立的に接続するスイッチである。スイッチ170A、170Bを用いることにより、変調電圧源160から出力される電圧を配線151A~158Aを介して電極151~158に独立的に印加することができる。 FIG. 2 shows the optical deflection element 100 together with a performance evaluation apparatus 200 for the optical deflection element. FIG. 2 shows a modulation voltage source 160 that supplies a voltage to the upper electrode 150 of the optical deflection element 100, and switches 170A and 170B provided between the modulation voltage source 160 and the wirings 151A to 158A. Modulated voltage source 160 independently outputs sinusoidal voltages to any of electrodes 151-158 of upper electrode 150 via switches 170A and 170B. Thereby, the branch waveguides 131 to 138 can be individually phase-controlled. The switch 170A is provided between the modulated voltage source 160 and the wirings 151A-154A, and the switch 170B is provided between the modulated voltage source 160 and the wirings 155A-158A. The switches 170A and 170B are switches that independently connect between the modulation voltage source 160 and the wirings 151A to 158A. By using the switches 170A and 170B, the voltage output from the modulation voltage source 160 can be applied independently to the electrodes 151-158 via the wirings 151A-158A.

ただし、光偏向素子100の性能指数を検出する際には、スイッチ170A又は170Bを介して、電極151~158のうちのいずれか1つ(性能指数の検出対象になる分岐導波路131~138のうちのいずれか1つに対応する電極)に対して電圧を供給する。スイッチ170A、170Bの制御も含めて、このような制御は制御部290によって行われる。 However, when detecting the figure of merit of the optical deflection element 100, any one of the electrodes 151 to 158 (of the branch waveguides 131 to 138 whose figure of merit is to be detected) is selected via the switch 170A or 170B. A voltage is supplied to the electrode corresponding to any one of them. Such control, including control of the switches 170A and 170B, is performed by the control section 290. FIG.

性能評価装置200は、レーザ光源(Laser)210、偏光子220、光ファイバ230、光ファイバ240、リターダ250、検光子260、PD(Photo Diode)270、ロックインアンプ280、及び制御部290を含む。 The performance evaluation apparatus 200 includes a laser light source (Laser) 210, a polarizer 220, an optical fiber 230, an optical fiber 240, a retarder 250, an analyzer 260, a PD (Photo Diode) 270, a lock-in amplifier 280, and a controller 290. .

レーザ光源210は、可視光から赤外光までの任意の波長のレーザ光源であって、波長に比例して作製する導波路のサイズは変わる。ここでは一例として、レーザ光の波長を1.55μmとする。 The laser light source 210 is a laser light source with an arbitrary wavelength from visible light to infrared light, and the size of the waveguide to be manufactured changes in proportion to the wavelength. Here, as an example, the wavelength of the laser light is assumed to be 1.55 μm.

偏光子220は、レーザ光源210と光ファイバ230との間に設けられており、Z軸と45°の角度なす方向に設定することで、レーザ光源210から入射されるレーザ光の直線偏光成分を透過する。偏光子220は、検光子260とクロスニコルの関係を満たすように構成されている。 The polarizer 220 is provided between the laser light source 210 and the optical fiber 230, and is set in a direction that forms an angle of 45° with the Z-axis to convert the linearly polarized component of the laser light incident from the laser light source 210 to To Penetrate. The polarizer 220 is configured to satisfy the crossed Nicols relationship with the analyzer 260 .

光ファイバ230は、第1光ファイバの一例であり、レンズ部231と入射端232とを有する。光ファイバ230は、入射光の偏波を保持できるレンズ付きのファイバであり、先球PMF(Polarization Maintaining Fiber:偏波保持ファイバ)である。レンズ部231は、光偏向素子100の導波路130Aの光入射端130A1にニアフィールドで光学的に結合される第1光出射端の一例であり、入射端232は、偏光子の光出射端に接続される第1光入射端の一例である。 The optical fiber 230 is an example of a first optical fiber and has a lens portion 231 and an incident end 232 . The optical fiber 230 is a fiber with a lens that can maintain the polarization of incident light, and is a spherical PMF (Polarization Maintaining Fiber). The lens portion 231 is an example of a first light emitting end optically coupled to the light incident end 130A1 of the waveguide 130A of the optical deflection element 100 in the near-field, and the incident end 232 is connected to the light emitting end of the polarizer. It is an example of the 1st light-incidence end connected.

光ファイバ240は、第2光ファイバの一例であり、レンズ部241と出射端242とを有する。光ファイバ240は、光ファイバ230と同様に、入射光の偏波を保持できるレンズ付きのファイバであり、先球PMFである。 The optical fiber 240 is an example of a second optical fiber and has a lens portion 241 and an emission end 242 . Similar to the optical fiber 230, the optical fiber 240 is a lensed fiber that can hold the polarization of incident light, and is a spherical PMF.

レンズ部241は、光偏向素子100の分岐導波路131~138のうちの任意の1つの光出射端にニアフィールドで光学的に結合される第2光入射端の一例である。ここで、レンズ部241を分岐導波路131~138のうちの任意の1つの光出射端にニアフィールドで光学的に結合させるとは、レンズ部241と分岐導波路(131~138)の光出射端との間の距離が分岐導波路131~138の各々の間隔(例えば、6μm)に比べて十分に小さく、かつ、レンズ部241に測定対象になる分岐導波路から入射する光以外に、他の分岐導波路の光が入射しない状態にすることである。他の分岐導波路の光が入射しない状態にするためのニアフィールドで光学的に結合させる条件については、光出射端の間隔をd(上記の例では6μm)、レンズ部の先端から光出射端までの距離をpとしたとき、次式(3)が成立するようにするのが好適である。 The lens portion 241 is an example of a second light incident end that is optically coupled in the near-field with a light exiting end of any one of the branch waveguides 131 to 138 of the optical deflection element 100 . Here, to optically couple the lens portion 241 to any one of the light emitting ends of the branch waveguides 131 to 138 in the near-field means that light emitted from the lens portion 241 and the branch waveguides (131 to 138) In addition to the light that is sufficiently smaller than the distance between the ends of the branch waveguides 131 to 138 (for example, 6 μm) and is incident on the lens unit 241 from the branch waveguides to be measured, other , the light from the branch waveguide is not incident. Regarding the conditions for near-field optical coupling to prevent light from entering other branch waveguides, the distance between the light emitting ends is d (6 μm in the above example), and the distance from the tip of the lens portion to the light emitting end It is preferable that the following equation (3) is satisfied when the distance to is p.

Figure 0007133307000003
Figure 0007133307000003

図4には、一例として、レンズ部241を分岐導波路133の光出射端にニアフィールドで光学的に結合させた状態を示す。出射端242は、第2光入射端から入射されるレーザ光を出射する第2出射端の一例であり、リターダ250に接続される。 FIG. 4 shows, as an example, a state in which the lens portion 241 is optically coupled to the light emitting end of the branch waveguide 133 in the near-field. The emission end 242 is an example of a second emission end that emits laser light incident from the second light incidence end, and is connected to the retarder 250 .

光ファイバ240は、レンズ部241が導波路131~138のうちの任意の1つの光出射端にニアフィールドで光学的に結合するように、図示しない移動装置によって移動され、位置決めが行われる。レンズ部241が結合される光出射端を有する導波路(131~138のうちの1つ)は、性能評価装置200によって性能指数である電気光学定数rが検出される。 The optical fiber 240 is moved and positioned by a moving device (not shown) so that the lens portion 241 is optically coupled to the light emitting end of any one of the waveguides 131 to 138 in the near field. A waveguide (one of 131 to 138) having a light output end to which lens portion 241 is coupled has an electro-optic constant r, which is a figure of merit, detected by performance evaluation device 200 .

リターダ250は、光ファイバ240と検光子260との間に設けられる波長板又は位相補償器の一例である。リターダ250は、位相差(リタデーション)を0~2πで可変できる光学素子であって、液晶可変リターダやバビネソレイユ補償板を用いることができる。リターダ250は、導波路(131~138のうちの性能指数の検出対象になる1つの導波路)の上部にある電極(151~158のうちの対応する1つ)に電圧を印加していない状態で、導波路中をレーザ光が伝搬する間に生じた位相差を相殺するように、伝搬光に位相差を付与する。リターダ250が付与する位相差は、導波路131~138の各々に電極151~158から電圧を印加していない状態で導波路131~138がレーザ光に付与する位相差を測定し、その位相を相殺する位相に設定すればよい。 Retarder 250 is an example of a waveplate or phase compensator provided between optical fiber 240 and analyzer 260 . The retarder 250 is an optical element capable of varying the retardation from 0 to 2π, and a liquid crystal variable retarder or a Babinet soleil compensator can be used. The retarder 250 is in a state where no voltage is applied to the electrode (corresponding one of 151-158) on top of the waveguide (one of 131-138 whose figure of merit is to be detected). A phase difference is imparted to the propagating light so as to cancel out the phase difference generated while the laser light propagates through the waveguide. The phase difference imparted by the retarder 250 is obtained by measuring the phase difference imparted to the laser light by the waveguides 131 to 138 while no voltage is applied to each of the waveguides 131 to 138 from the electrodes 151 to 158, and calculating the phase. It is sufficient to set the phases to cancel each other.

検光子260は、リターダ250とPD270との間に設けられ、リターダ250から入射されるレーザ光の直線偏光成分を透過する。検光子260は、偏光子220とクロスニコルの関係を満たすように構成されている。 The analyzer 260 is provided between the retarder 250 and the PD 270 and transmits the linearly polarized light component of the laser beam incident from the retarder 250 . The analyzer 260 is configured to satisfy the crossed Nicols relationship with the polarizer 220 .

PD270は、検光子260の出力側に設けられており、検光子260が出力するレーザ光を光電変換して、レーザ光の強度に応じた大きさの電流を出力する。PD270が出力する電流は、ロックインアンプ280に入力される。 The PD 270 is provided on the output side of the analyzer 260, photoelectrically converts the laser light output from the analyzer 260, and outputs a current having a magnitude corresponding to the intensity of the laser light. A current output from the PD 270 is input to the lock-in amplifier 280 .

ロックインアンプ280は、変調電圧源160が出力する正弦波電圧に同期してPD270が出力する電流を検出する。ロックインアンプ280は、制御部290によって制御され、検出した電流値を表すデータは、制御部290に入力される。ロックインアンプ280は、出力検出部の一例である。 Lock-in amplifier 280 detects the current output from PD 270 in synchronization with the sine wave voltage output from modulated voltage source 160 . Lock-in amplifier 280 is controlled by control section 290 , and data representing the detected current value is input to control section 290 . Lock-in amplifier 280 is an example of an output detector.

制御部290は、変調電圧源160とロックインアンプ280の制御を行う。より具体的には、制御部290は、変調電圧源160が出力する電圧値を制御するとともに、ロックインアンプ280にPD270が出力する電流を取り込む制御を行う。また、制御部290は、初期位相と電気光学定数の演算を行う。制御部290は、変調電圧源160が出力する電圧値の振幅値に対するPD270が出力する電流の振幅値の特性を表すデータを生成し、この特性の傾きから電気光学定数を演算する。制御部290のうち、変調電圧源160が出力する電圧値を制御する部分は、電圧制御部の一例である。また、制御部290のうち、初期位相と電気光学定数の演算を行う部分は、演算部の一例である。 The control section 290 controls the modulation voltage source 160 and the lock-in amplifier 280 . More specifically, the control section 290 controls the voltage value output by the modulated voltage source 160 and controls the lock-in amplifier 280 to take in the current output by the PD 270 . The control unit 290 also calculates the initial phase and electro-optical constants. The control unit 290 generates data representing the characteristics of the amplitude value of the current output from the PD 270 with respect to the amplitude value of the voltage value output from the modulated voltage source 160, and calculates the electro-optic constant from the slope of this characteristic. A portion of the control section 290 that controls the voltage value output by the modulated voltage source 160 is an example of a voltage control section. Also, the portion of the control section 290 that calculates the initial phase and the electro-optic constant is an example of a calculation section.

次に、性能指数の求め方について説明する。マルチ光導波路への入射光における光の電界ベクトルEは、次式(4)で表すことができる。ここで、Eは電界ベクトルEの初期値、Kは伝搬ベクトルであり、2π/λ(λはレーザ光の波長)は波数のスカラー、ベクトルpは位置ベクトルである。 Next, how to obtain the figure of merit will be described. The electric field vector E of the light incident on the multi-optical waveguide can be expressed by the following equation (4). Here, E 0 is the initial value of the electric field vector E, K is the propagation vector, 2π/λ (where λ is the wavelength of the laser light) is the scalar of the wave number, and the vector p is the position vector.

Figure 0007133307000004
ここで、Y軸方向に伝搬する光を考え、光の進行方向をY軸の負から正の方向にとると、K・p=ωNy/cとなる。Nは複素屈折率であって、屈折率nと消光係数κを用いて、N=n+iκと表す。
Figure 0007133307000004
Considering the light propagating in the Y-axis direction, K·p=ωNy/c when the traveling direction of the light is taken from the negative direction to the positive direction of the Y-axis. N is a complex refractive index, which is expressed as N=n+iκ using the refractive index n and the extinction coefficient κ.

その際、図2及び図3に示すような偏光子220を用いて、Z軸から45°傾いた方向に直線偏光された光が光ファイバ230を通して光偏向素子100の光フェーズドアレイを構築する導波路130Aに入射する。入射した光は、導波路130Aの中を伝搬し、分岐部130B(MMI)を経て、分岐導波路131~138の位相シフタ(電極151~158がある部分)を通過する。分岐導波路131~138のうちの性能指数の検出対象となる1つの出射端で、光ファイバ240を通り、リターダ250を経る。光偏向素子100の出射光は楕円偏光になるが、入射方向と偏波成分を直交させた検光子260を通過し、PD270で光強度(電流値I)に変換される。ここで、位相シフタに電圧を印加しないときに光偏向素子100から出射される光のもつ静的位相差をΔφ、光偏向素子100の位相シフタによる電圧を印加することで生じた位相の変化量(動的位相差)をΔθとすると、PD270が出力する光強度(電流値I)は次式(5)で表される。 At that time, using a polarizer 220 as shown in FIGS. 2 and 3, light linearly polarized in a direction inclined by 45° from the Z-axis is guided through an optical fiber 230 to construct an optical phased array of the optical deflection elements 100. It enters the wave path 130A. The incident light propagates through the waveguide 130A, passes through the branch portion 130B (MMI), and passes through the phase shifters of the branch waveguides 131-138 (where the electrodes 151-158 are located). At the output end of one of the branch waveguides 131 to 138 whose figure of merit is to be detected, the light passes through the optical fiber 240 and passes through the retarder 250 . The light emitted from the optical deflection element 100 is elliptically polarized, passes through the analyzer 260 in which the polarization component is orthogonal to the incident direction, and is converted into light intensity (current value I) by the PD 270 . Here, Δφ is the static phase difference of the light emitted from the optical deflection element 100 when no voltage is applied to the phase shifter, and the phase change amount caused by applying the voltage by the phase shifter of the optical deflection element 100 is Assuming that (dynamic phase difference) is Δθ, the light intensity (current value I) output from the PD 270 is expressed by the following equation (5).

なお、静的位相差Δφとは、電極151~158に電圧を印加しない場合に、偏光子220を用いてZ方向と45°の角度をなす直線偏光を光偏向素子100に入射させた場合に、光偏向素子100とリターダ250によって生じた出射光に生じたX偏光とZ偏光の相対的な位相差である。このため、静的位相差Δφは、リターダ250(バビネソレイユ板)による補償によって光に付与される位相差Δφrを含む。また、動的位相差Δθとは、電極151~158のうち、性能指数の検出対象となる分岐導波路(131~138のうちの1つ)に対応する1つの電極に電圧を印加する場合に、光偏向素子100において電気光学効果(EO効果)によって生じた出射光に生じたX偏光とZ偏光の相対的な位相差である。この位相差は、分岐導波路131~138のいずれを通るかで異なる。 Note that the static phase difference Δφ is obtained when no voltage is applied to the electrodes 151 to 158 and linearly polarized light forming an angle of 45° with the Z direction is incident on the light deflection element 100 using the polarizer 220. , is the relative phase difference between the X-polarized light and the Z-polarized light produced by the light deflection element 100 and the retarder 250 . Thus, the static phase difference Δφ includes the phase difference Δφ r imparted to the light by the compensation by the retarder 250 (Babinet soleil plate). In addition, the dynamic phase difference Δθ is defined as, among the electrodes 151 to 158, when a voltage is applied to one electrode corresponding to the branch waveguide (one of 131 to 138) for which the figure of merit is to be detected. , is the relative phase difference between the X-polarized light and the Z-polarized light generated by the electro-optical effect (EO effect) in the optical deflection element 100 . This phase difference differs depending on which one of the branch waveguides 131 to 138 is passed.

Figure 0007133307000005
また、式(5)において、Iは、偏光子230、光偏向素子100、リターダ250、検光子260の全ての素子を透過した光の強度が最大値となるように、偏光子230と検光子260の角度を調整し、光出力を最大とするときのPD270を流れる電流値である。また、Δφ0は、静的位相差Δφからリターダ250による補償によって光に付与される位相差Δφrを引いた位相差(初期位相)である。すなわち、位相差Δφ0は、電極151~158に電圧を印加しない場合に、偏光子220を用いてZ方向と45°の角度をなす直線偏光を電極151~158に電圧を印加しない場合に、光偏向素子100の出射光とに生じるX偏光とZ偏光の相対的な位相差である。この位相差は、分岐導波路131~138のいずれを通るかで異なる。また、式(5)から分かるように、PDの出力は、X偏光とZ偏光の位相差の半分の角度だけ偏光面が回転した直線偏光の成分を検出していることになる。
Figure 0007133307000005
Further, in equation (5), I0 is added to the polarizer 230 and the detector so that the intensity of the light transmitted through all of the polarizer 230, the optical deflection element 100, the retarder 250, and the analyzer 260 becomes maximum. It is the value of current flowing through the PD 270 when the angle of the photon 260 is adjusted to maximize the light output. Δφ 0 is the phase difference (initial phase) obtained by subtracting the phase difference Δφ r imparted to light by compensation by the retarder 250 from the static phase difference Δφ. That is, the phase difference Δφ 0 is obtained when no voltage is applied to the electrodes 151 to 158 and the linearly polarized light that forms an angle of 45° with the Z direction using the polarizer 220 is applied to the electrodes 151 to 158. It is the relative phase difference between the X-polarized light and the Z-polarized light generated in the output light of the optical deflection element 100 . This phase difference differs depending on which one of the branch waveguides 131 to 138 is passed. Also, as can be seen from Equation (5), the output of the PD detects a linearly polarized component whose plane of polarization is rotated by half the angle of the phase difference between the X-polarized light and the Z-polarized light.

ここで、EOポリマーを使った光偏向素子100の位相シフタの電気光学定数r13とr33を用いた変調を行う場合には、動的位相差Δθは、次式(6)で表すことができる。 Here, when performing modulation using the electro-optic constants r13 and r33 of the phase shifter of the optical deflection element 100 using EO polymer, the dynamic phase difference Δθ can be expressed by the following equation (6). can.

Figure 0007133307000006
ここで、nは常光に対する屈折率、nは異常光に対する屈折率、dは上部電極150と下部電極110との間で特にEOポリマーの厚みに相当する等価距離、Vは電極(151~158)において、位相シフタに印加する電圧のうち、特にEOポリマーに印加される電圧である。ここで、式(5)および(6)中の(V/d)はEOポリマーに印加される電界強度を表しているので、EOポリマーを含むポリマー材料からなるクラッド/コア/クアッド構造の場合には、比抵抗がクラッドとコアとでが同等と見なせるため、等価距離dを上部電極150と下部電極間110の間の距離とし、電圧Vを電極(151~158)に印加する電圧とすることができる。さらに、式(5)および(6)中r33とr13は、電気光学定数である。ここで、n=n=n、及び、r33=3r13が成立することとすると、動的位相差Δθは、次式(7)で表すことができる。
Figure 0007133307000006
Here, n 0 is the refractive index for ordinary light, n e is the refractive index for extraordinary light, d is the equivalent distance between the upper electrode 150 and the lower electrode 110, especially corresponding to the thickness of the EO polymer, and V is the electrode (151 to 158), among the voltages applied to the phase shifters, is the voltage applied to the EO polymer. Here, (V/d) in equations (5) and (6) represents the electric field strength applied to the EO polymer, so in the case of a clad/core/quad structure made of polymer materials including EO polymer, Since the specific resistance of the cladding and the core can be regarded as equivalent, the equivalent distance d is the distance between the upper electrode 150 and the lower electrode 110, and the voltage V is the voltage applied to the electrodes (151 to 158). can be done. Furthermore, r33 and r13 in equations (5) and (6) are electro-optical constants. Here, assuming that n 0 =n e =n and r 33 =3r 13 hold, the dynamic phase difference Δθ can be expressed by the following equation (7).

Figure 0007133307000007
ただし、lは、位相シフタの電極(151~158)の分岐導波路(131~138)に沿った(Y軸方向の)長さ、dは、上部電極150と下部電極110との間の等価距離、λは、光偏向素子100に使用するレーザ光の波長である。
Figure 0007133307000007
where l is the length (in the Y-axis direction) of the phase shifter electrodes (151-158) along the branch waveguides (131-138), and d is the equivalent between the upper electrode 150 and the lower electrode 110. The distance λ is the wavelength of the laser light used for the light deflection element 100 .

ここで、式(5)において次式(8)の関係が成り立つようにリターダ250の補償量を調整して、光学バイアスを印加する。光学バイアスとは、位相シフタに電圧を印加しない状態において光偏向素子100に生じた位相差Δφ0と、リターダ250による補償によって光に付与される位相差Δφrとの和である。 Here, the optical bias is applied by adjusting the compensation amount of the retarder 250 so that the following equation (8) holds in equation (5). The optical bias is the sum of the phase difference Δφ 0 produced in the optical deflection element 100 when no voltage is applied to the phase shifter and the phase difference Δφ r imparted to the light by compensation by the retarder 250 .

Figure 0007133307000008
式(8)が成立するようにするには、位相シフタに電圧を印加しない状態はΔθ=0にできるため、リターダ250(バビネソレイユ板)の位相の補償量を調整し(実際は、バビネソレイユ板の位相調整つまみを回転させ)、リターダ250の出力が0(ゼロ)になる位置(Δφ0+Δφ=0になる位置)と、さらに次に出力が0(ゼロ)になる位置(Δφ0+Δφ=2πになる位置)とを計測する。そして、これら2つの位置の中間位置にリターダ250の位相調整つまみを調整すれば、リターダ250の最大出力が得られる位置(Δφ0+Δφ=πが成立する位置)を求めることができる。さらに、出力が0(ゼロ)になる位置と、最大出力が得られる位置との中間位置にリターダ250の位相調整つまみを調整すれば、式(8)が成立するようにリターダ250を調整することができる。
Figure 0007133307000008
In order to make equation (8) hold, Δθ can be set to 0 when no voltage is applied to the phase shifter. ), the position where the output of the retarder 250 becomes 0 (the position where Δφ 0 +Δφ r = 0) and the position where the output next becomes 0 (Δφ 0 + Δφ The position where r = 2π) is measured. By adjusting the phase adjustment knob of the retarder 250 to an intermediate position between these two positions, the position where the maximum output of the retarder 250 is obtained (the position where Δφ 0 +Δφ r =π is established) can be obtained. Furthermore, by adjusting the phase adjustment knob of the retarder 250 to an intermediate position between the position where the output is 0 (zero) and the position where the maximum output is obtained, the retarder 250 can be adjusted so that the formula (8) holds. can be done.

また、式(8)が成立する際には、次式(9)が成り立つため、式(10)の近似式が成り立つ。 Also, when the formula (8) holds, the following formula (9) holds, so the approximation of the formula (10) holds.

Figure 0007133307000009
Figure 0007133307000009

Figure 0007133307000010
また、光偏向素子100の位相シフタの変調電圧Vは、次式(11)で表すことができる。変調電圧Vは正弦波状の交流電圧であり、Vmは変調電圧Vの最大振幅値である。変調電圧Vは、電極151~158のうち、性能指数の検出対象となる分岐導波路(131~138のうちの1つ)に対応する1つの電極に個別に印加する電圧である。
Figure 0007133307000010
Also, the modulation voltage V of the phase shifter of the optical deflection element 100 can be expressed by the following equation (11). The modulation voltage V is a sinusoidal AC voltage, and V m is the maximum amplitude value of the modulation voltage V. FIG. The modulation voltage V is a voltage applied individually to one of the electrodes 151 to 158 corresponding to the branch waveguide (one of 131 to 138) whose figure of merit is to be detected.

Figure 0007133307000011
変調電圧Vとして用いる正弦波電圧の角速度をωとすると、式(5)、(7)、(10)、(11)から、PD270の出力する電流値Iの振幅値Iは、次式(12)で与えられる。
Figure 0007133307000011
Assuming that the angular velocity of the sinusoidal voltage used as the modulation voltage V is ω, the amplitude value Im of the current value I output from the PD 270 is given by the following equation ( 12).

Figure 0007133307000012
また、光偏向素子100の出射光に生じた位相差Δφと、リターダ250による補償によって光に付与された位相差Δφとが、Δφ+Δφ=πを満たすようにリターダ250(バビネソレイユ)の補償量を設定しているので、電極(151~158)から位相シフタに電圧を印加しなければ、Δθ=0となるため、式(5)から電流値Iを求めることができる。
Figure 0007133307000012
Further, the retarder 250 ( Babinet soleil ) is set, the current value I0 can be obtained from the equation (5) because Δθ=0 if no voltage is applied from the electrodes (151 to 158) to the phase shifter.

また、また式(12)において、変調電圧Vの振幅値Vを様々な値に変えたときのPD270が出力する電流値Iの振幅値Iの傾きから電気光学定数r33を求めることができる。これについては、図5を用いて後述する。 Further, in equation (12), the electro- optic constant r33 can be obtained from the slope of the amplitude value Im of the current value I output by the PD 270 when the amplitude value Vm of the modulation voltage V is changed to various values. can. This will be described later with reference to FIG.

また、光偏向素子100の出射光に生じた位相差Δφ0と、リターダ250による補償によって光に付与された位相差Δφrと、Δφ0+Δφ=0となるようにリターダ250の補償量を調整したときのリターダ250の補償量とから、分岐導波路131~138の各出射端に生じる位相差を個別に算出することができる。 Also, the phase difference Δφ 0 produced in the light emitted from the optical deflection element 100, the phase difference Δφ r imparted to the light by the compensation by the retarder 250, and the compensation amount of the retarder 250 are adjusted so that Δφ 0 +Δφ r =0. From the compensation amount of the retarder 250 when adjusted, the phase difference occurring at each output end of the branch waveguides 131 to 138 can be individually calculated.

図5は、変調電圧Vの振幅値Vを様々な値に変えたときの振幅値Iの特性を示す図である。図5には、電気光学定数r33が異なる4つの光偏向素子において、振幅値Vを変えることによって得たV-I特性を示す。図5に示すように、電気光学定数r33は、V-I特性の傾きから、10pm/V、25pm/V、48pm/V、78pm/Vと求まる。このように、変調電圧Vの振幅値Vを様々な値に変えることによって得るV-I特性の傾きから、電気光学定数r33を求めることができる。 FIG. 5 is a diagram showing the characteristics of the amplitude value Im when the amplitude value Vm of the modulation voltage V is changed to various values. FIG. 5 shows V m -I m characteristics obtained by changing the amplitude value V m in four optical deflection elements with different electro-optic constants r 33 . As shown in FIG. 5, the electro-optical constant r 33 is determined to be 10 pm/V, 25 pm/V, 48 pm/V, and 78 pm/V from the slope of the V m -I m characteristic. Thus, the electro-optic constant r 33 can be obtained from the slope of the V m -I m characteristic obtained by changing the amplitude value V m of the modulation voltage V to various values.

ここで、制御部290がロックインアンプ280で検出される電流値を表すデータを式(5)に代入し、式(6)~式(12)を用いて演算を行い、さらに、変調電圧Vの振幅値Vを様々な値に変えたときの振幅値Iの傾きを求めれば、制御部290が電気光学定数r33を求めることができる。 Here, the control unit 290 substitutes the data representing the current value detected by the lock-in amplifier 280 into the equation (5), performs the calculation using the equations (6) to (12), and further modulates the voltage V The controller 290 can obtain the electro-optical constant r33 by obtaining the slope of the amplitude value Im when the amplitude value Vm of is changed to various values.

このようにして求める電気光学定数は、光偏向素子100の光入射端130A1と、分岐導波路131~138の各々とに、それぞれ、光ファイバ230と光ファイバ240とをニアフィールドで光学的に結合させて得る位相差Δφ0及び静的位相差Δφと、リターダ250の位相差Δφrとを用いて演算される。光ファイバ240を分岐導波路131~138の各々の出射端に光学的に結合させる際には、調芯装置を用いて光ファイバ240のレンズ部241が分岐導波路131~138の各々の出射端に光学的に結合するように位置決めを行えばよい。 The electro-optic constant obtained in this manner is obtained by optically coupling the optical fiber 230 and the optical fiber 240 to the light incident end 130A1 of the optical deflection element 100 and each of the branch waveguides 131 to 138, respectively, in the near field. It is calculated using the phase difference Δφ 0 and the static phase difference Δφ and the phase difference Δφ r of the retarder 250 . When optical fiber 240 is optically coupled to each output end of branch waveguides 131 to 138, a centering device is used to align lens portion 241 of optical fiber 240 with each output end of branch waveguides 131 to 138. may be positioned so as to be optically coupled to .

従って、高感度で高精度に電気光学定数を計測することが可能になる。このため、実施の形態によれば、マルチ光導波路を用いた光フェーズドアレイを有する光偏向素子100における各光導波路の初期位相と電気光学定数を直接的に測定できる光偏向素子の性能評価装置200を提供することができる。 Therefore, it becomes possible to measure the electro-optical constants with high sensitivity and high accuracy. Therefore, according to the embodiment, the optical deflection element performance evaluation apparatus 200 can directly measure the initial phase and the electro-optic constant of each optical waveguide in the optical deflection element 100 having an optical phased array using multiple optical waveguides. can be provided.

光フェーズドアレイの偏向制御や収束を満足する駆動を実現するためには、光フェーズドアレイが形成する光ビームの位相整合条件を満足させる必要がある。その際、各チャンネルの初期位相および電気光学定数の検出は、整合条件を満たす駆動を実現するために不可欠となる。 In order to realize driving that satisfies the deflection control and convergence of the optical phased array, it is necessary to satisfy the phase matching condition of the light beams formed by the optical phased array. At that time, the detection of the initial phase and the electro-optical constant of each channel is essential to realize the drive that satisfies the matching condition.

従来、光フェーズドアレイの初期位相と電気光学定数の測定については、光フェーズドアレイからの複数のチャンネルからの出力の光干渉パターンの形状からから測定していた。この方法では、光干渉パターンが複数のチャンネルの出力の干渉によって形成されているため、干渉パターンから各チャンネルの初期位相と電気光学定数を逆算する必要がある。 Conventionally, the initial phase and electro-optic constants of an optical phased array are measured from the shape of the optical interference pattern of outputs from a plurality of channels from the optical phased array. In this method, since the optical interference pattern is formed by the interference of the outputs of a plurality of channels, it is necessary to back calculate the initial phase and electro-optical constant of each channel from the interference pattern.

その際、算出過程で(途中で)の予測された干渉パターンと実際に測定された干渉パターン(合成ビーム)実測値とが、誤差範囲に収まるまで(整合性が取れるまで)何回も測定のフィードバックを繰り返す必要があった。この従来の手法は、電気光学定数や初期位相を間接的に予測手法であるため、光フェーズドアレイのチャンネル数が増えると激増してしまうという欠点があった。 At that time, the interference pattern predicted (on the way) in the calculation process and the actual measured value of the interference pattern (composite beam) are measured repeatedly until they fall within the error range (until consistency is achieved). I had to repeat the feedback. Since this conventional technique indirectly predicts the electro-optical constants and the initial phase, there is a drawback that the number of channels in the optical phased array increases dramatically.

これに対して、実施の形態の光偏向素子の性能評価装置200では、初期位相と電気光学定数をチャンネルごとに個別に計測する。このため、各チャンネルの初期位相と電気光学定数の検出方法としては、各チャンネルの位相変化量を直接計測することができるために、迅速な測定が可能となる。 On the other hand, in the performance evaluation apparatus 200 of the optical deflection element of the embodiment, the initial phase and the electro-optic constant are individually measured for each channel. Therefore, as a method of detecting the initial phase and the electro-optical constant of each channel, since the phase change amount of each channel can be directly measured, rapid measurement is possible.

また、チャンネル毎の出力光を偏波保持の先球ファイバ(光ファイバ230、240)を用いることによって電界による位相の変化量をチャンネル毎に直接測定ことができる。これにより従来法に比べて測定時間が減少するとともに、この測定をロックイン検出(同期検出)で行うことで、測定精度を向上させることができる。 In addition, by using polarization-maintaining spherical fibers (optical fibers 230 and 240) for the output light of each channel, the amount of phase change due to the electric field can be directly measured for each channel. As a result, the measurement time can be reduced compared to the conventional method, and the measurement accuracy can be improved by performing this measurement with lock-in detection (synchronization detection).

なお、クラッド層120、コア層130、クラッド層140としてEOポリマー以外に無機EO材料LiNbO3等を用いることが可能である。このような無機EO材料については、結晶の対称性に応じて式(6)に示す動的位相差Δθの定義を変えれば、同様に電気光学定数を計測することができる。 In addition to the EO polymer, an inorganic EO material such as LiNbO 3 can be used as the clad layer 120 , the core layer 130 and the clad layer 140 . For such an inorganic EO material, the electro-optic constant can be similarly measured by changing the definition of the dynamic phase difference Δθ shown in Equation (6) according to the symmetry of the crystal.

例えば、立方晶系結晶(対称性:23、4バー3m)や熱電効果等の等方性材料では、動的位相差Δθを次式(13)のように定義すればよい。 For example, in isotropic materials such as cubic crystals (symmetry: 23, 4 bars, 3 m) and thermoelectric effects, the dynamic phase difference Δθ can be defined by the following equation (13).

Figure 0007133307000013
また、一軸性性結晶(対称性:3m)でr22=-r12の関係を有する結晶では、動的位相差Δθを次式(14)のように定義すればよい。
Figure 0007133307000013
Further, in a uniaxial crystal (symmetry: 3 m) having a relationship of r 22 =−r 12 , the dynamic phase difference Δθ can be defined by the following equation (14).

Figure 0007133307000014
このように、位相差を生じる材料の対称性を考慮して、適宜動的位相差Δθの定義を変えることで、熱電光学材料や無機結晶材料についても適用することが可能となる。
Figure 0007133307000014
In this way, by appropriately changing the definition of the dynamic phase difference Δθ in consideration of the symmetry of the material that produces the phase difference, it can be applied to thermoelectric optical materials and inorganic crystal materials.

また、図2及び図3に示す光偏向素子の性能評価装置200は、図6に示すように変形してもよい。図6は、実施の形態の変形例による光偏向素子の性能評価装置200Aを示す図である。光偏向素子の性能評価装置200Aは、図2及び図3に示す光偏向素子の性能評価装置200に対して、光チョッパ295と光チョッパコントローラ295Aを追加した構成を有する。 Further, the optical deflection element performance evaluation apparatus 200 shown in FIGS. 2 and 3 may be modified as shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing a performance evaluation apparatus 200A for an optical deflection element according to a modification of the embodiment. The optical deflection element performance evaluation apparatus 200A has a configuration in which an optical chopper 295 and an optical chopper controller 295A are added to the optical deflection element performance evaluation apparatus 200 shown in FIGS.

光チョッパ295は、レーザ光源210と偏光子220との間に設けられており、光チョッパコントローラ295Aによって制御される。光チョッパコントローラ295Aは、ロックインアンプ280がPD270から入力される電流値に基づいて同期動作(ロックイン動作)を行うと、光チョッパ295にレーザ光源210から出射されるレーザ光を通過させる。光チョッパコントローラ295Aは、位相シフタの変調周波数で同期動作を行って、レーザ光源210から出射されるレーザ光を通過させる。 Optical chopper 295 is provided between laser light source 210 and polarizer 220 and is controlled by optical chopper controller 295A. The optical chopper controller 295A allows the laser light emitted from the laser light source 210 to pass through the optical chopper 295 when the lock-in amplifier 280 performs a synchronous operation (lock-in operation) based on the current value input from the PD 270 . The optical chopper controller 295A performs a synchronous operation at the modulation frequency of the phase shifter to allow the laser light emitted from the laser light source 210 to pass through.

このような光チョッパ295を用いると、PD270で検出される電流値のSN比が改善されるので、測定精度をさらに向上させることができる。 Using such an optical chopper 295 improves the SN ratio of the current value detected by the PD 270, thereby further improving the measurement accuracy.

以上、本発明の例示的な実施の形態の光偏向素子の性能評価装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。 Although the optical deflection element performance evaluation apparatus according to the exemplary embodiments of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the specifically disclosed embodiments, and the Various modifications and changes may be made without departing from the description.

100 光偏向素子
110 下部電極
120 クラッド層
130 コア層
130A 導波路
130A1 光入射端
130B 分岐部
131~138 分岐導波路
140 クラッド層
150 上部電極
151~158 電極
160 変調電圧源
170A、170B スイッチ
200、200A 光偏向素子の性能評価装置
210 レーザ光源
220 偏光子
230 光ファイバ
231 レンズ部
232 入射端
240 光ファイバ
241 レンズ部
242 出射端
250 リターダ
260 検光子
270 PD
280 ロックインアンプ
290 制御部
295 光チョッパ
295A 光チョッパコントローラ
REFERENCE SIGNS LIST 100 optical deflection element 110 lower electrode 120 clad layer 130 core layer 130A waveguide 130A1 light incident end 130B branching portion 131-138 branch waveguide 140 clad layer 150 upper electrode 151-158 electrode 160 modulation voltage source 170A, 170B switch 200, 200A Optical Deflection Element Performance Evaluation Apparatus 210 Laser Light Source 220 Polarizer 230 Optical Fiber 231 Lens Section 232 Incident End 240 Optical Fiber 241 Lens Section 242 Output End 250 Retarder 260 Analyzer 270 PD
280 lock-in amplifier 290 control unit 295 optical chopper 295A optical chopper controller

Claims (4)

レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されるレーザ光を偏光する偏光子と、
前記偏光子の光出射端に接続される第1光入射端と、電気光学効果で入射光を偏向するために1つの光入射端と複数の光出射端を有するマルチ光導波路を用いた、複数の光出射端を有する光偏向素子の光導波路の光入射端にニアフィールドで光学的に結合される第1光出射端とを有する第1光ファイバと、
前記光偏向素子における複数の光出射端のうちの1つにニアフィールドで光学的に結合される第2光入射端と、前記第2光入射端から入射されるレーザ光を出射する第2出射端とを有する第2光ファイバと、
前記第2光ファイバの前記第2出射端から出射されるレーザ光が入射され、前記光導波路中をレーザ光が伝搬する間に生じた位相差を相殺する波長板と、
前記偏光子とクロスニコルの関係を満たすように前記波長板の出力側に配置される検光子と、
前記検光子から出射されるレーザ光を検出する光検出部と、
前記光検出部によって検出されるレーザ光の出力を検出する出力検出部と、
前記光偏向素子の前記マルチ光導波路における各光導波路に個別に印加する位相変調用の電圧を制御する電圧制御部と、
前記波長板から出射されるレーザ光の位相と、前記波長板がレーザ光に付与する位相差とから、前記位相変調用の電圧の印加による前記光導波路におけるレーザ光の位相の変化量を検出する演算部と
を含む、光偏向素子の性能評価装置。
a laser light source;
a polarizer that polarizes the laser light emitted from the laser light source;
a first light input end connected to the light output end of the polarizer ; a first optical fiber having a first light output end optically coupled near-field to the light input end of the optical waveguide of the optical deflection element having a light output end of
a second light incident end that is optically coupled near-field to one of the plurality of light emitting ends of the optical deflection element; and a second emitting end that emits the laser light incident from the second light incident end a second optical fiber having an end;
a wave plate for canceling a phase difference generated while the laser light emitted from the second emission end of the second optical fiber is incident and the laser light propagates through the optical waveguide;
an analyzer arranged on the output side of the wave plate so as to satisfy the relationship between the polarizer and the crossed Nicols;
a photodetector that detects laser light emitted from the analyzer;
an output detection unit that detects the output of the laser light detected by the photodetection unit;
a voltage control unit for controlling a voltage for phase modulation applied individually to each optical waveguide in the multi- optical waveguide of the optical deflection element;
A change amount of the phase of the laser light in the optical waveguide due to the application of the voltage for phase modulation is detected from the phase of the laser light emitted from the wave plate and the phase difference given to the laser light by the wave plate. A performance evaluation device for an optical deflection element, comprising: an arithmetic unit;
前記演算部は、前記位相変調用の電圧に対する前記レーザ光の出力の特性の傾きから電気光学定数を導出する、請求項1記載の光偏向素子の性能評価装置。 2. The optical deflection element performance evaluation apparatus according to claim 1, wherein said computing unit derives an electro-optic constant from a slope of a characteristic of the output of said laser light with respect to said voltage for phase modulation. 前記出力検出部は、前記レーザ光源から出射されるレーザ光に同期して、前記レーザ光の出力を検出する、請求項1又は2記載の光偏向素子の性能評価装置。 3. The optical deflection element performance evaluation apparatus according to claim 1, wherein said output detector detects the output of said laser light in synchronization with said laser light emitted from said laser light source. 前記レーザ光源と前記偏光子との間に設けられ、前記出力検出部によって検出されるレーザ光の出力に同期して動作する光チョッパをさらに含む、請求項1乃至3のいずれか一項記載の光偏向素子の性能評価装置。 4. The optical chopper according to any one of claims 1 to 3, further comprising an optical chopper provided between the laser light source and the polarizer and operating in synchronization with the output of the laser light detected by the output detector. A performance evaluation device for an optical deflection element.
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