JPH021289B2 - - Google Patents
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- JPH021289B2 JPH021289B2 JP2292181A JP2292181A JPH021289B2 JP H021289 B2 JPH021289 B2 JP H021289B2 JP 2292181 A JP2292181 A JP 2292181A JP 2292181 A JP2292181 A JP 2292181A JP H021289 B2 JPH021289 B2 JP H021289B2
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- G02F—OPTICAL 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
- G02F1/00—Devices 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
- G02F1/29—Devices 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
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、薄膜光導波路を用いて光走査を行う
フレネル光走査器に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a Fresnel optical scanner that performs optical scanning using a thin film optical waveguide.
光走査器または光偏向器は、レーザを光学情報
処理、光記録、デイスプレイ等に応用する場合に
必要となる基本的な素子の一つである。かかる素
子の性能は、応答速度、分解能、消費電力および
走査形式(連続走査、ランダムアクセス等)など
で決定される。 An optical scanner or optical deflector is one of the basic elements required when lasers are applied to optical information processing, optical recording, displays, etc. The performance of such devices is determined by response speed, resolution, power consumption, scanning format (continuous scanning, random access, etc.), and the like.
ビエゾ効果等を利用して機械的に鏡を動かし光
偏向する方法、および音響光学的な方法は現在よ
く用いられているが、本質的に応答速度が遅い欠
点がある。高速光偏向には電気光学効果を用いる
方法が適当であり、種々の方が提案されている。
そのうちデイジタル光偏向器は、大口径のバルク
結晶を用いて電気光学光変調器を多数構成し、こ
れらを直列および並列に並べて光をデイジタル的
に偏向するものであるが、構造が複雑で印加電圧
が非常に大きい欠点があり実用化には至つていな
い。このほかバルク結晶を用いたプリズムアレイ
光偏向器もあるが、この方法もデイジタル光偏向
器と同様の欠点を有し、実用的でない。すなわ
ち、電気光学的効果は電界により屈折率を変化さ
せるもので、その変化量は電気光学係数、電界お
よび電極長に比例し、電界の印加方向の厚みに反
比例するが、電気光学係数は非常に小さいため、
バルク結晶を用いる方法では、前述の大きな印加
電圧を必要とするという本質的な欠点を有してい
る。 Methods of mechanically moving a mirror to deflect light using the Viezo effect, etc., and acousto-optic methods are currently in common use, but they inherently have the drawback of slow response speed. A method using an electro-optic effect is suitable for high-speed optical deflection, and various methods have been proposed.
Among these, digital optical deflectors consist of many electro-optic optical modulators using large-diameter bulk crystals, and these are arranged in series and parallel to digitally deflect light.However, the structure is complex and the applied voltage is limited. However, it has very large drawbacks and has not been put into practical use. There is also a prism array optical deflector using bulk crystals, but this method also has the same drawbacks as digital optical deflectors and is not practical. In other words, the electro-optic effect changes the refractive index by an electric field, and the amount of change is proportional to the electro-optic coefficient, electric field and electrode length, and inversely proportional to the thickness in the direction of electric field application, but the electro-optic coefficient is very Because it is small,
The method using bulk crystals has the essential drawback of requiring the aforementioned large applied voltage.
同じく電気光学効果を用いて、上述の欠点を改
善するべく、薄膜光導波路を用いた光偏向器も
種々提案されている。その一例を第1図に示す。
本例では、薄膜スラブ型光導波路1上に平行に対
向する長さlの2本の電極2および3を配置し、
これら電極に斜行して他の1本の電極4を配置す
る。電極4は電極2および3と端部においてそれ
ぞれ間隔hをもち、電極2と3とは間隔w+2h
をもつようにする。電極2および3には電圧Vを
印加し、電極4は大地電位に接続する。以上の構
成の単一プリズム光偏向器に入射した単色平面波
5は、等位相面6をもつ出力光7のように所定角
度だけ偏向されて出射する。このような単一プリ
ズム光偏向器の構成は非常に簡単ではあるが、平
行電極2と3の近傍を通る光はサイドロープを発
生し、S/Nおよび分解が低下する欠点がある。 Similarly, various optical deflectors using thin film optical waveguides have been proposed in order to improve the above-mentioned drawbacks by using the electro-optic effect. An example is shown in FIG.
In this example, two electrodes 2 and 3 having a length l are arranged parallel to each other on a thin film slab type optical waveguide 1,
Another electrode 4 is arranged obliquely to these electrodes. Electrode 4 has a distance h from electrodes 2 and 3 at each end, and a distance w+2h between electrodes 2 and 3.
to have. A voltage V is applied to electrodes 2 and 3, and electrode 4 is connected to ground potential. The monochromatic plane wave 5 that has entered the single prism optical deflector having the above configuration is deflected by a predetermined angle and outputted like an output light 7 having an equal phase plane 6. Although the configuration of such a single prism optical deflector is very simple, it has the drawback that light passing near the parallel electrodes 2 and 3 generates side lobes, resulting in a reduction in S/N and resolution.
第2図は第1図示の単一プリズム光偏向器を並
列に配置した構成のプリズムアレー型光偏向器で
ある。ここで、21はスラブ型薄膜光導波路、2
2A〜22Eは平行電極、23A〜23Dは斜行
電極で、平行電極22〜22Eには電圧Vを印加
し、斜行電極23A〜23Dは大地電位に接続す
る。入射単色平面波24に対して、等位相面25
をもつ出力光26が得られる。このプリズムアレ
ー型光偏向器では、光偏光器として使用可能な偏
向角は、デイスクリートな値をとるので、ビーム
の太さに対する偏向角の大きさは大きくできて
も、分解能の向上は望めないという欠点がある。 FIG. 2 shows a prism array type optical deflector in which the single prism optical deflectors shown in FIG. 1 are arranged in parallel. Here, 21 is a slab type thin film optical waveguide, 2
2A to 22E are parallel electrodes, and 23A to 23D are oblique electrodes. A voltage V is applied to the parallel electrodes 22 to 22E, and the oblique electrodes 23A to 23D are connected to the ground potential. For an incident monochromatic plane wave 24, an equiphase front 25
An output light 26 having . In this prism array type optical deflector, the deflection angle that can be used as an optical polarizer takes discrete values, so even if the deflection angle can be made large relative to the beam thickness, no improvement in resolution can be expected. There is a drawback.
第3図はストライプ状光導波路31A〜31G
に対して平行電極32と33を配置し、電極32
に電圧Vを印加し、電極33と接地する。単色平
面波の入力光34に対して等位相面35をもつ出
力光36が得られる。この光偏向器では、第2図
の例と異なり、印加電圧Vに対して偏向角が連続
的に変化するが、偏向角が大きくなるほど光出力
が減少するため、分解能を向上させるのは困難で
ある。 FIG. 3 shows striped optical waveguides 31A to 31G.
Parallel electrodes 32 and 33 are arranged with respect to electrode 32 and
A voltage V is applied to the electrode 33 and grounded. Output light 36 having an equal phase front 35 is obtained with respect to input light 34 of a monochromatic plane wave. In this optical deflector, unlike the example shown in Figure 2, the deflection angle changes continuously with respect to the applied voltage V, but the optical output decreases as the deflection angle increases, so it is difficult to improve the resolution. be.
以上3つの例は、薄膜光導波路を用いた光偏向
器の代表的なものであるが、光偏向器の出口に凸
レンズを設けなければ集光できない共通の欠点が
ある。したがつて、光偏向器や光検出器などを一
体化する、いわゆる光集積回路を構成する場合、
構造が複雑になるとともに、集光用レンズの性能
による制約を受けることになる。 The above three examples are typical optical deflectors using thin-film optical waveguides, but they have a common drawback that they cannot condense light unless a convex lens is provided at the exit of the optical deflector. Therefore, when configuring a so-called optical integrated circuit that integrates an optical deflector, a photodetector, etc.,
The structure becomes complicated and is subject to restrictions due to the performance of the condensing lens.
そこで、本発明の目的は、低印加電圧で、高速
光走査を行うと共に凸レンズなしに集光すること
のできる、薄膜光導波路を用いたフレネル光走査
器を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a Fresnel optical scanner using a thin film optical waveguide, which can perform high-speed optical scanning with low applied voltage and can focus light without a convex lens.
かかる目的達成のため、本発明は、薄膜光導波
路で形成した1次元フレネル帯板を有し、該1次
元フレネル帯板の少くとも各フレネルゾーンの境
界近傍に、それぞれ同一長さの1対のくし形電極
を互い違いに、前記境界に沿つて配置し、前記1
対のくし形電極間に所定電圧を印加するようにし
たことを特徴とする。 In order to achieve such an object, the present invention has a one-dimensional Fresnel strip formed of a thin film optical waveguide, and at least near the boundary of each Fresnel zone of the one-dimensional Fresnel strip, a pair of the same length are provided. comb-shaped electrodes are arranged alternately along said boundary;
It is characterized in that a predetermined voltage is applied between the pair of comb-shaped electrodes.
本発明によれば、フレネル帯板を用いるので、
凸レンズなしで集光が可能なほか、印加電圧と焦
点の移動距離とが線形な関係にあること、さら
に、デバイスとしての容量は単一プリズム偏向器
より大きいが、分解能を上述た3種類の薄膜光導
波路を用いた光偏向器より高くできる利点も有す
る。さらに、集積化も容易であり、光記録やデイ
スプレイ等の応用のほか、光フアイバからの信号
の分配等にも好適である。 According to the present invention, since Fresnel strips are used,
In addition to being able to condense light without a convex lens, there is a linear relationship between the applied voltage and the distance the focal point moves, and although the device capacity is larger than a single prism deflector, the resolution can be improved by using the three types of thin films mentioned above. It also has the advantage that it can be made higher than an optical deflector using an optical waveguide. Furthermore, it is easy to integrate and is suitable for applications such as optical recording and display, as well as for distributing signals from optical fibers.
以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。 The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
1次元フレネル帯板の代表的なものとしては、
帯板の中心からの距離xが、フレネルゾーンの位
置を表わす正整数の番号、すなわちゾーン数mに
対して√に比例してフレネルゾーンを配置した
ものがあり、このフレネル帯板は凸レンズに類似
した特性をもち、単色平面波を入射光としたとき
に、この入射光を集光することができる。本発明
では、かかる1次元フレネル帯板を用いるが、か
かる本発明よるフレネル光走査器には、1つおき
のフレネルゾーンからの光の位相を電気光学的に
制御して、焦点面上の任意の点に集光する振幅型
と、光の制御方法は振幅型と同様であるが、隣接
するゾーンの静的な位相が互いに180゜異なる位相
型との双方を構成できる。振幅型には、奇数ゾー
ンを開口とするものと、偶数ゾーンを開口とする
ものとがある。 Typical one-dimensional Fresnel strips include:
There is a system in which the Fresnel zones are arranged so that the distance x from the center of the strip is proportional to √ to a positive integer number representing the position of the Fresnel zone, that is, the number of zones m, and this Fresnel strip is similar to a convex lens. When a monochromatic plane wave is used as incident light, it can be focused. In the present invention, such a one-dimensional Fresnel strip plate is used, and in the Fresnel optical scanner according to the present invention, the phase of light from every other Fresnel zone is electro-optically controlled, and arbitrary It is possible to configure both an amplitude type, in which the light is focused on a point, and a phase type, in which the light control method is similar to the amplitude type, but the static phases of adjacent zones differ from each other by 180°. There are two types of amplitude types: one with an opening in an odd-numbered zone and one with an opening in an even-numbered zone.
まず、第4図に、本発明の一例として、奇数ゾ
ーン開口の振幅型フレネル光走査器を示す。ここ
では、一次元フレネル帯板を構成するフレネルゾ
ーンのうち、奇数ゾーンm=1,3,5,7…を
幅の異なるストライブ型光導波路41A,42
A,43A,44A,…,41B,42B,43
B,44B,…としてLiNbO3等の電気光学結晶
による基板40上に形成し、各ゾーンの境界に非
常に細い交差電極すなわち隣接する電極の極性が
互いに異なるように互い違いに配置したくし形電
極45および46を配置する。交差電極45およ
び46の各長さはすべて同一である。その交差部
分の電極長をlとすると、m番目の開口の電気光
学効果により誘起される位相±θnは、
θn=πn3γlVξ/λ(xn−xn-1) (1)
で与えられる。今の場合、mは奇数、X0=0と
する。ここで、nは実効屈折率、γは電気光学係
数、Vは印加電圧、ξは電界分布と屈折率分布と
の重なり度を表わす係数、λは入射波長、xnは
m番目とm+1番目のゾーンの境界とフレネル光
走査器の中心Oとの距離である。 First, FIG. 4 shows an amplitude type Fresnel optical scanner with an odd-numbered zone aperture as an example of the present invention. Here, among the Fresnel zones constituting the one-dimensional Fresnel strip, odd-numbered zones m=1, 3, 5, 7... are connected to striped optical waveguides 41A, 42 having different widths.
A, 43A, 44A,..., 41B, 42B, 43
B, 44B, . . . are formed on a substrate 40 made of electro-optic crystal such as LiNbO 3 , and interdigitated electrodes 45 are arranged at the boundaries of each zone in a staggered manner so that the polarities of adjacent electrodes are different from each other. and 46 are placed. The lengths of the intersecting electrodes 45 and 46 are all the same. If the electrode length at the intersection is l, the phase ±θ n induced by the electro-optic effect of the m-th aperture is θ n = πn 3 γlVξ/λ(x n −x n-1 ) (1) Given. In this case, m is an odd number and X 0 =0. Here, n is the effective refractive index, γ is the electro-optic coefficient, V is the applied voltage, ξ is a coefficient representing the degree of overlap between the electric field distribution and the refractive index distribution, λ is the incident wavelength, and x n is the m-th and m+1-th This is the distance between the zone boundary and the center O of the Fresnel optical scanner.
なお、後述するように、焦点Pの焦点面PL上
でのx方向の移動距離bを大きくとるためには、
(1)式中のl・Vの値を大きくすればよい。電極4
5および46は例えばLiNbO3などの結晶による
基板40の上に形成するので、最大限結晶の大き
さであり、電極長lを大きくとれば低い電圧で同
一の焦点移動距離を得ることができる。 As will be described later, in order to increase the moving distance b of the focal point P in the x direction on the focal plane PL,
The value of l·V in formula (1) may be increased. Electrode 4
Since the electrodes 5 and 46 are formed on the substrate 40 made of crystal such as LiNbO 3 , the size of the crystal is maximized, and if the electrode length l is made large, the same focal point movement distance can be obtained with a lower voltage.
次に本発明フレネル光走査器の原理を簡単に述
べる。電極45への印加電圧Vが0のときは、フ
レネル光走査器は単なるフレネル溶液となるた
め、単色平面波の入力光47に対して、各光導波
路41A,42A,…41B,42B,…からの
回折光は焦点Pに集まつている。焦点面PL上の
他の点は各光導波路からの光の位相が互いに打ち
消し合う関係にあり、その光強度は焦点Pに比べ
て非常に弱い。しかし、走査器に電圧Vが印加さ
れると、(1)式に示される位相±θnが各光導波路か
らの回折光に与えられるため、焦点Pは互いに打
ち消し合う干渉となり、互いに強め合う干渉は、
焦点面PL上の他の位置で起こり、光が走査され
ることになる。振幅型フレネル光走査器の焦点面
上でPからbだけ離れた点Qの相対的な光強度I
は、次式で与えられる。 Next, the principle of the Fresnel optical scanner of the present invention will be briefly described. When the voltage V applied to the electrode 45 is 0, the Fresnel optical scanner becomes a mere Fresnel solution, so that the input light 47 of a monochromatic plane wave is The diffracted light is concentrated at a focal point P. At other points on the focal plane PL, the phases of the lights from each optical waveguide cancel each other out, and the light intensity there is much weaker than that at the focal point P. However, when voltage V is applied to the scanner, the phase ±θ n shown in equation (1) is given to the diffracted light from each optical waveguide, so the focal point P becomes interference that cancels each other out, and interference that strengthens each other. teeth,
It will occur at another position on the focal plane PL and the light will be scanned. Relative light intensity I at a point Q separated by b from P on the focal plane of the amplitude Fresnel optical scanner
is given by the following equation.
I=1/2〔M
〓
〓m=1
δn{cosθn(∫vm-〓v vn-1〓vcosπ/2v2dv+∫vm
+〓v vn-1+〓vcosπ/2v2dv)
−sinθn(∫vm-〓v vn-1-〓vsinπ/2v2dv−∫v
m+〓v vn-1+〓vsinπ/2v2dv)}〕2
+1/2〔M
〓
〓m=1
δn{cosθn(∫vm-〓v vn-1-〓vsinπ/2v2dv+∫v
m+〓v vn-1+〓v+sinπ/2v2dv)
+sinθn(∫vm-〓v vn-1+〓vcosπ/2v2dv−∫-
vm+〓v vn-1-〓vcosπ/2v2dv)}〕2(2)
ここでMはゾーン数である。δnは開口の位置を
示す係数であり、奇数開口の場合は
δn=1 m=奇数,
δn=0 m=偶数, (3)
となり、偶数開口の場合はこの逆の関係になる。
また、v,vnおよびΔvはそれぞれ次式で与えら
れる。 I=1/2 [ M 〓 〓 m=1 δ n {cosθ n (∫ vm- 〓 v vn-1 〓 v cosπ/2v 2 dv+∫ vm
+ 〓 v vn-1+ 〓 v cosπ/2v 2 dv) −sinθ n (∫ vm- 〓 v vn-1- 〓 v sinπ/2v 2 dv−∫ v
m+ 〓 v vn-1+ 〓 v sinπ/2v 2 dv)}] 2 +1/2〔 M 〓 〓 m=1 δ n {cosθ n (∫ vm- 〓 v vn-1- 〓 v sinπ/2v 2 dv+ ∫v
m+ 〓 v vn-1+ 〓 v +sinπ/2v 2 dv) +sinθ n (∫ vm- 〓 v vn-1+ 〓 v cosπ/2v 2 dv−∫ -
vm+ 〓 v vn-1- 〓 v cosπ/2v 2 dv)}] 2 (2) Here, M is the number of zones. δ n is a coefficient indicating the position of the aperture, and in the case of an odd number of apertures, δ n = 1 m = odd number, δ n = 0 m = even number, (3) and in the case of an even number of apertures, the relationship is the opposite.
Further, v, v n and Δv are each given by the following equations.
v=x√2 (4)
vn=xn√2 (5)
Δv=b√2 (6)
ここで、xは中心Oからの距離を示す変数、
Δvは焦点Pからの距離を表わしたもので(無名
数)、Δv=0が焦点Pに対応する。 v=x√2 (4) v n =x n √2 (5) Δv=b√2 (6) Here, x is a variable indicating the distance from the center O,
Δv represents the distance from the focal point P (anonymous number), and Δv=0 corresponds to the focal point P.
第5図A〜Dおよび第6図A〜Dに、ゾーン数
mが50および20の場合の奇数開口型フレネル光走
査器の焦点面PL上の光分布の数値計算結果をそ
れぞれθ1=−π,−2π/3,−π/3,0の場合につ
いて
示す。詳細な計算は省略するが、両図からもわか
るように、焦点Pの移動距離は電気的に誘起され
る位相に比例している。この位相は、例えば(1)式
より印加電圧vに比例するので、その電圧vの大
きさと焦点の移動距離とは線形な関係にあること
がわかる。 5A-D and 6A-D show the numerical calculation results of the light distribution on the focal plane PL of the odd-numbered aperture type Fresnel optical scanner when the number of zones m is 50 and 20, respectively . The cases of π, −2π/3, −π/3, and 0 are shown. Although detailed calculations are omitted, as can be seen from both figures, the moving distance of the focal point P is proportional to the electrically induced phase. Since this phase is proportional to the applied voltage v, for example, from equation (1), it can be seen that there is a linear relationship between the magnitude of the voltage v and the moving distance of the focal point.
第7図A〜Dおよび第8図A〜Dに、ゾーン数
が50および20の偶数開口型フレネル光走査器の焦
点面上の光分布の数値計算結果をそれぞれθ2=−
1.37π,−0.91π,−0.46π,0の場合について示す。
第5図A〜D〜第8図A〜Dによれば、ゾーン数
が大きい場合には光強度が大きくとれる奇数開口
型が優れているが、ゾーン数が小さい場合にはサ
イドロープの小さい偶数開口型の方が、S/Nの
点で優れていることがわかる。 7A-D and 8A-D show the numerical calculation results of the light distribution on the focal plane of even-numbered aperture Fresnel optical scanners with 50 and 20 zones, respectively .
The cases of 1.37π, −0.91π, −0.46π, and 0 are shown.
According to Figures 5 A to D to Figures 8 A to D, when the number of zones is large, the odd number aperture type is better because it can obtain a large light intensity, but when the number of zones is small, the even type with small side ropes is better. It can be seen that the open type is superior in terms of S/N.
第9図は本発明による偶数開口型フレネル光走
査器の構成の一例を示し、ここで第4図と同様の
個所には同一符号を付す。本例では偶数ゾーンm
=2,4,6に光導波路41A,42A,…,4
1B,42B,…を形成する以外は第4図と同様
であり、その詳細はここでは省略する。このフレ
ネル光走査器で、ゾーン数20の場合の焦点PL
上の光分布の実測値を第10図A〜Cに示す。第
10図A,B,Cはそれぞれv=−30ボルトθ2=
−2.5π),0ボルト(θ2=0),v=40ボルト(θ2
=+3.3π)の場合である。この例では、焦点の移
動量が同一条件の第8図A〜Dの計算結果に比べ
て少いが、電極配置の精度を上げることで改善で
きる。また、第10図A〜C中に示されるサイド
ロープは、ゾーン数を増加することで減少させる
ことができる。 FIG. 9 shows an example of the configuration of an even-numbered aperture type Fresnel optical scanner according to the present invention, in which the same parts as in FIG. 4 are given the same reference numerals. In this example, even zone m
= Optical waveguides 41A, 42A, ..., 4 at 2, 4, 6
1B, 42B, . . . are formed, and the details are omitted here. With this Fresnel optical scanner, the focal point PL when the number of zones is 20
Actual measurements of the above light distribution are shown in FIGS. 10A to 10C. Figure 10 A, B, and C each have v=-30 volts θ 2 =
−2.5π), 0 volts (θ 2 =0), v=40 volts (θ 2
= +3.3π). In this example, the amount of movement of the focal point is smaller than the calculation results shown in FIGS. 8A to 8D under the same conditions, but it can be improved by increasing the accuracy of electrode placement. Also, the side ropes shown in Figures 10A-C can be reduced by increasing the number of zones.
第11図は本発明による位相型フレネル光走査
器の一例を示す電気光学結晶LiNbO3等の基板に
Ti等を蒸着して慣例のスラブ型光導波路50を
形成し、第11図のドツト部分51A,52A,
53A,…,51B,52B,53B,…で示す
ように奇数ゾーンあるいは偶数ゾーンの一部分だ
け所定長l0にわたつて、Tiを他の部分より多くあ
るいは少く蒸着する。かかるTiの蒸着量により、
拡散されてできた光導波路50の屈折率を制御で
きるので、過剰あるいは過少蒸着部分51A,5
2A,53A,51B,52B,53Bの長さl0
を適当に調整することによつて、偶数ゾーンと奇
数ゾーンを通る入力単色平面波54の位相を180゜
異ならせることができる。このようにして形成し
た位相型フレネル帯板の各フレネルゾーンの境界
の可及的近傍に幅の狭いくし形交差電極55およ
び56を配置する。電極55に電圧vを印加し、
電極56を大地電位に接続する。 Figure 11 shows an example of a phase - type Fresnel optical scanner according to the present invention.
A conventional slab type optical waveguide 50 is formed by vapor-depositing Ti or the like, and the dot portions 51A, 52A, and the like shown in FIG.
As shown by 53A, . . . , 51B, 52B, 53B, . . . , more or less Ti is deposited over a predetermined length l 0 in only a portion of the odd-numbered zone or even-numbered zone than in the other portions. Depending on the amount of Ti deposited,
Since the refractive index of the diffused optical waveguide 50 can be controlled, excessive or under-deposited portions 51A, 5
Length of 2A, 53A, 51B, 52B, 53B l 0
By appropriately adjusting , the phase of the input monochromatic plane wave 54 passing through the even and odd zones can be made to differ by 180 degrees. Narrow comb-shaped intersecting electrodes 55 and 56 are arranged as close as possible to the boundary of each Fresnel zone of the phase-type Fresnel strip plate thus formed. Applying a voltage v to the electrode 55,
Electrode 56 is connected to ground potential.
本例においても、振幅型フレネル光走査器の場
合と同様に、電極の交差部分の長さl0はすべて同
一であるから、電気光学効果により誘起される光
の位相±θnは、(1)式で与えられる。この場合mは
1以上の整数である。 In this example, as in the case of the amplitude-type Fresnel optical scanner, the lengths l 0 of the intersections of the electrodes are all the same, so the phase ±θ n of the light induced by the electro-optic effect is (1 ) is given by the formula. In this case, m is an integer of 1 or more.
位相型フレネル光変調器の焦点面PLの光強度
Ipは、フレネルゾーンの境界近傍の少量の光を除
けば、次式で与えられる。 Light intensity at focal plane PL of phase-type Fresnel optical modulator
Ip is given by the following equation, excluding a small amount of light near the Fresnel zone boundary.
Ip=1/2〔M
〓
〓m=1
{cos(δnπ+θn)∫vm-〓v vn-1-〓vcosπ/2v2d
v)+cos(δnπ
−θn)∫vm+〓v vn-1+〓vcosπ/2v2dv−sin(
δnπ+θn)∫vm-〓v vn-1-〓vsinπ/2v2dv
−sin(δnπ−θn)∫vm+〓v vn-1+〓vsinπ/2
v2dv}〕21/2〔M
〓m=1
{cos(δnπ
+θn)∫vm-〓v vn-1-〓vsinπ/2v2dv+cos(
δnπ−θn)∫vm+〓v vn-1+〓vsinπ/2v2dv+sin(δ
nπ
+θn)∫vm-〓v vn-1-〓vcosπ/2v2dv+sin(
δnπ−θn)∫vm+〓v vn-1+〓vcosπ/2v2dv}〕2(7)
ここで、
δn=1 m=偶数,
δn=0 m=奇数, (8)
である。 Ip=1/2 [ M 〓 〓 m=1 {cos (δ n π + θ n )∫ vm- 〓 v vn-1- 〓 v cosπ/2v 2 d
v)+cos(δ n π −θ n )∫ vm+ 〓 v vn-1+ 〓 v cosπ/2v 2 dv−sin(
δ n π+θ n )∫ vm- 〓 v vn-1- 〓 v sinπ/2v 2 dv −sin(δ n π−θ n )∫ vm+ 〓 v vn-1+ 〓 v sinπ/2
v 2 dv}] 2 1/2 [ M 〓 m=1 {cos (δ n π +θ n )∫ vm- 〓 v vn-1- 〓 v sinπ/2v 2 dv+cos(
δ n π−θ n )∫ vm+ 〓 v vn-1+ 〓 v sinπ/2v 2 dv+sin(δ
n π +θ n )∫ vm- 〓 v vn-1- 〓 v cosπ/2v 2 dv+sin(
δ n π−θ n )∫ vm+ 〓 v vn-1+ 〓 v cosπ/2v 2 dv}] 2 (7)
Here, δ n =1 m=even number, δ n =0 m=odd number, (8).
第12図A〜Dに(7)式より求めたゾーン数M=
50の場合の位相型フレネル光走査器の焦点面PL
の光分布の数値計算結果をθ10=−π,−2π/3,−
π/3,0の場合について示す。これより、位相差
では振幅型に比べ、3.4〜4.8倍の光強度が得られ
ることがわかる。このように位相型の場合は光強
度が大きくS/Nも良好であるが、これはフレネ
ルゾーンの境界近傍の光の影響を無視できる範囲
内のことである。したがつて、位相型では、ゾー
ン数を増大するにはゾーン幅を大きくする必要が
あり、低電圧でゾーン数の大きい光走査器を構成
することは困難である。 Number of zones M= calculated from equation (7) in Figure 12 A to D
Focal plane PL of phase-type Fresnel optical scanner when 50
The numerical calculation results of the light distribution will be shown for the cases of θ 10 =−π, −2π/3, −π/3, and 0. From this, it can be seen that the phase difference type provides 3.4 to 4.8 times the light intensity compared to the amplitude type. As described above, in the case of the phase type, the light intensity is large and the S/N ratio is good, but this is within a range where the influence of light near the boundary of the Fresnel zone can be ignored. Therefore, in the phase type, it is necessary to increase the zone width in order to increase the number of zones, and it is difficult to construct an optical scanner with a large number of zones at a low voltage.
次に、本発明フレネル光走査器と従来の代表的
な光偏向器である。単一プリズム型光偏向器との
分解能の比較を行う。本発明フレネル光走査器の
分解能NFは、振幅型および位相型のいずれの場
合にも次式で与えられる。 Next, the Fresnel optical scanner of the present invention and a typical conventional optical deflector will be explained. Compare the resolution with a single prism optical deflector. The resolution N F of the Fresnel optical scanner of the present invention is given by the following equation for both amplitude type and phase type.
一方、単一プリズム型光偏向器の分解能NPは、
NP=1.39n3γlv/λwln(w/h) (10)
となる。ここでwおよびhは第1図に示した通り
とする。単一プリズム型光偏向器では、構造的に
w>>hが必要であるため、分解能には限度があ
る。一方、本発明フレネル光走査器では、ゾーン
数Mを大きくすれば分解能の向上を図ることがで
きる。ただし、デバイスの容量はゾーン数の増大
とともに大きくなるため、周波数特性からの制約
は受ける。 On the other hand, the resolution N P of a single prism optical deflector is N P =1.39n 3 γlv/λwln (w/h) (10). Here w and h are as shown in FIG. In a single prism type optical deflector, since w>>h is required structurally, there is a limit to the resolution. On the other hand, in the Fresnel optical scanner of the present invention, the resolution can be improved by increasing the number of zones M. However, since the capacity of the device increases as the number of zones increases, it is subject to restrictions from frequency characteristics.
以上から明らかなように、本発明によれば、高
速光走査と集光とをレンズなしで行うことができ
る。 As is clear from the above, according to the present invention, high-speed optical scanning and light focusing can be performed without a lens.
第4図に示した本発明の第1の実施例では、奇
数番号のフレネルゾーンをストライプ状の光導波
路とし、フレネルゾーンの境界に細い電極を配置
したもので、印加電圧により、単色平面波をフレ
ネル光走査器の焦点面上の任意の点に集光させる
ことができる。 In the first embodiment of the present invention shown in FIG. 4, the odd-numbered Fresnel zones are striped optical waveguides, and thin electrodes are arranged at the boundaries of the Fresnel zones. The light can be focused at any point on the focal plane of the optical scanner.
さらに、第9図に示した、偶数番号のフレネル
ゾーンをストライプ状光導波路とした構成の場合
には、ゾーン数がすくないとき、S/Nが奇数番
開口の走査器よりも優れている利点がある。 Furthermore, in the case of the configuration in which even-numbered Fresnel zones are used as striped optical waveguides, as shown in FIG. 9, when the number of zones is small, the S/N ratio is superior to that of a scanner with odd-numbered apertures. be.
第11図示の実施例では、スラブ型光導波路を
用い、これに正電極および負電極をフレネルゾー
ンの境界にできるだけ近ずけて配設した交差電極
を配置し、かつ、偶数ゾーンと奇数ゾーンの光の
静的な位相差が180゜になる様に、偶数あるいは奇
数ゾーンに対応する導波路の一部分の屈折率を変
えたもので、振幅型の場合と同様に単色平面波を
焦点面上の任意の点に集光させることができる。
このときの光強度は、振幅型の3.4〜4.8倍に増大
する。 In the embodiment shown in Figure 11, a slab-type optical waveguide is used, in which intersecting electrodes in which positive and negative electrodes are arranged as close as possible to the boundaries of Fresnel zones, and even and odd zones are arranged. The refractive index of the part of the waveguide corresponding to the even or odd zone is changed so that the static phase difference of the light is 180°. Similar to the amplitude type, the monochromatic plane wave can be moved anywhere on the focal plane. The light can be focused on the point.
The light intensity at this time increases 3.4 to 4.8 times that of the amplitude type.
以上説明したように、本発明フレネル光走査器
では単色平面波の走査が行えるため、レーザーデ
イスプレイ、光記録あるいは光フアイバの信号の
接続および分配等の応用が可能である。また、本
発明光走査器では、小型かつ軽量でレンズも不要
なため、このような応用装置を小型に構成できる
利点も有する。また、本発明走査器は、光検出器
を定位置に固定すれば、光変調器として用いるこ
とができる。さらに、本発明光走査器は1次元の
フーリエ変換等の光情報処理へ応用することもで
きる。 As explained above, since the Fresnel optical scanner of the present invention can scan a monochromatic plane wave, it can be applied to laser displays, optical recording, or connection and distribution of optical fiber signals. Furthermore, since the optical scanner of the present invention is small and lightweight and does not require a lens, it also has the advantage that such applied devices can be constructed in a small size. Further, the scanner of the present invention can be used as an optical modulator by fixing the photodetector in a fixed position. Furthermore, the optical scanner of the present invention can also be applied to optical information processing such as one-dimensional Fourier transform.
第1図〜第3図は従来の光偏向器の3例を示す
平面図、第4図は本発明フレネル光走査器の一例
を示す平面図、第5図A〜D,第6図A〜D,第
7図A〜D,第8図A〜Dは本発明フレネル光走
査器の焦点面における光強度分布図、第9図は本
発明の他の例を示す斜視図、第10図A〜Cは第
9図示の光走査器の実測例を示す焦点面における
光強度分布図、第11図は本発明の更に他の例を
示す平面図、第12図A〜Dは第11図示の光走
査器の焦点面における光強度分布図である。
1……スラブ型光導波路、2,3……平行電
極、4……斜行電極、5…単色平面波、6……等
位相面、7……出力光、21……スラブ型光導波
路、22A〜22E……平行電極、23A〜23
D……斜行電極、24……単色平面波、25……
等位相面、26……出力光、31A〜31G……
ストライプ状光導波路、32,33……平行電
極、34……単色平面波、35……等位相面、3
6……出力光、40……電気光学結晶基板、41
A,42A,43A,44A,41B,42B,
43B,44B……ストライプ型光導波路、4
5,46……交差電極、47……単色平面波、5
0……スラブ型光導波路、51A,52A,53
A,51B,52B,53B……屈折率の異なる
部分、54……単色平面波、55,56……交差
電極。
FIGS. 1 to 3 are plan views showing three examples of conventional optical deflectors, FIG. 4 is a plan view showing an example of the Fresnel optical scanner of the present invention, FIGS. 5 A to D, and FIGS. 6 A to 3. D, FIGS. 7A to D, and 8A to D are light intensity distribution diagrams in the focal plane of the Fresnel optical scanner of the present invention, FIG. 9 is a perspective view showing another example of the present invention, and FIG. 10A -C are light intensity distribution diagrams in the focal plane showing an actual measurement example of the optical scanner shown in Fig. 9, Fig. 11 is a plan view showing still another example of the present invention, and Figs. FIG. 3 is a light intensity distribution diagram on the focal plane of an optical scanner. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Slab type optical waveguide, 2, 3... Parallel electrode, 4... Oblique electrode, 5... Monochromatic plane wave, 6... Equal phase plane, 7... Output light, 21... Slab type optical waveguide, 22A ~22E...Parallel electrode, 23A~23
D...Diagonal electrode, 24... Monochromatic plane wave, 25...
Equal phase plane, 26... Output light, 31A to 31G...
Striped optical waveguide, 32, 33...parallel electrodes, 34...monochromatic plane wave, 35...equal phase plane, 3
6... Output light, 40... Electro-optic crystal substrate, 41
A, 42A, 43A, 44A, 41B, 42B,
43B, 44B...stripe optical waveguide, 4
5, 46...Cross electrode, 47...Monochromatic plane wave, 5
0...Slab type optical waveguide, 51A, 52A, 53
A, 51B, 52B, 53B...portions with different refractive indexes, 54...monochromatic plane wave, 55, 56...cross electrodes.
Claims (1)
を有し、該1次元フレネル帯板の少くとも各フレ
ネルゾーンの境界近傍に、それぞれ同一長さの1
対のくし形電極を互い違いに、前記境界に沿つて
配置し、前記1対のくし形電極間に所定電圧を印
加するようにしたことを特徴とするフレネル光走
査器。 2 特許請求の範囲第1項記載のフレネル光走査
器において、前記薄膜光導波路を複数のストライ
プ状光導波路で形成し、そのフレネルゾーンの奇
数番目あるいは偶数番目のいずれか一方を開口と
したことを特徴とするフレネル光走査器。 3 特許請求の範囲第1項記載のフレネル光走査
器において、前記薄膜光導波路をスラブ型光導波
路となし、前記1対のくし形電極を、1対の互い
に隣接して配置された線状電極をもつて構成した
ことを特徴とするフレネル光走査器。[Scope of Claims] 1. A one-dimensional Fresnel strip formed of a thin-film optical waveguide, at least near the boundary of each Fresnel zone of the one-dimensional Fresnel strip, each having the same length.
A Fresnel optical scanner characterized in that pairs of comb-shaped electrodes are arranged alternately along the boundary, and a predetermined voltage is applied between the pair of comb-shaped electrodes. 2. In the Fresnel optical scanner according to claim 1, the thin-film optical waveguide is formed of a plurality of striped optical waveguides, and either the odd-numbered or even-numbered Fresnel zone is an aperture. Features Fresnel optical scanner. 3. In the Fresnel optical scanner according to claim 1, the thin film optical waveguide is a slab type optical waveguide, and the pair of comb-shaped electrodes are a pair of linear electrodes arranged adjacent to each other. A Fresnel optical scanner comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2292181A JPS57138621A (en) | 1981-02-20 | 1981-02-20 | Fresnel optical scanner |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2292181A JPS57138621A (en) | 1981-02-20 | 1981-02-20 | Fresnel optical scanner |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57138621A JPS57138621A (en) | 1982-08-27 |
| JPH021289B2 true JPH021289B2 (en) | 1990-01-11 |
Family
ID=12096100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2292181A Granted JPS57138621A (en) | 1981-02-20 | 1981-02-20 | Fresnel optical scanner |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57138621A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61182026A (en) * | 1985-02-07 | 1986-08-14 | Brother Ind Ltd | light deflection device |
| JPS61238020A (en) * | 1985-04-15 | 1986-10-23 | Omron Tateisi Electronics Co | Electric field control type light guide lens |
| JPH01161323A (en) * | 1987-12-18 | 1989-06-26 | Copal Electron Co Ltd | Light deflecting means |
-
1981
- 1981-02-20 JP JP2292181A patent/JPS57138621A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57138621A (en) | 1982-08-27 |
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