JP2013061454A - Light beam scanner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ビーム偏向素子(以下、「光偏向素子」という)として電気光学効果を有する電気光学素子を用いた光ビーム走査装置に関する。 The present invention relates to a light beam scanning apparatus using an electro-optic element having an electro-optic effect as a light beam deflection element (hereinafter referred to as “light deflection element”).
例えばレーザプリンタやレーザ加工装置などに用いられる光ビーム走査装置には、半導体レーザなどのレーザ光源と、レーザ光源からのレーザ光の進行方向を偏向する光偏向素子を備えている。光偏向素子として従来から一般的に用いられているものとしては、回転ポリゴンミラーやガルバノミラー、MEMSミラーのような光ビームの反射角を制御して光走査を行うものが知られている。 For example, a light beam scanning device used in a laser printer, a laser processing apparatus, or the like includes a laser light source such as a semiconductor laser and a light deflection element that deflects the traveling direction of the laser light from the laser light source. Conventionally known light deflection elements that perform optical scanning by controlling the reflection angle of a light beam, such as a rotating polygon mirror, a galvano mirror, and a MEMS mirror, are known.
ところで、近年、より高速に光ビームを走査することが可能な技術として、電気光学効果(Electro-Optical:EO効果)による光学材料の屈折率変化を利用した電気光学素子が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Incidentally, in recent years, as a technique capable of scanning a light beam at a higher speed, an electro-optical element using a change in refractive index of an optical material due to an electro-optical effect (Electro-Optical: EO effect) is known (for example, , See Patent Document 1).
前記特許文献1には、三角形等に形成された分極反転ドメインを設けた強誘電体基板の両面に電極が配置された電気光学素子が開示されており、電極間への電圧印加によって分極反転ドメインが屈折率変化を起こすことで、通過する光ビームを偏向させることができる。 Patent Document 1 discloses an electro-optic element in which electrodes are arranged on both sides of a ferroelectric substrate provided with a domain-inverted domain formed in a triangle or the like, and the domain-inverted domain is applied by applying a voltage between the electrodes. Causes a change in refractive index, thereby deflecting the light beam passing therethrough.
上記電気光学効果を有する電気光学素子の動作原理について、図13および図14を参照して説明する。なお、図13(a),(b)は、電極を三角形状とした電気光学素子であり、図14(a),(b)は、電気光学材料からなる電気光学結晶基板に三角プリズム形状の分極反転領域を有している電気光学素子である。 The operation principle of the electro-optic element having the electro-optic effect will be described with reference to FIGS. FIGS. 13A and 13B are electro-optic elements having triangular electrodes, and FIGS. 14A and 14B are triangular prism-shaped electro-optic crystal substrates made of an electro-optic material. An electro-optical element having a domain-inverted region.
なお、図13、図14において、X軸方向はレーザ光の偏向方向、Y軸方向は電気光学素子への電圧印加方向、Z軸方向はレーザ光の伝播方向である。 13 and 14, the X-axis direction is the laser beam deflection direction, the Y-axis direction is the voltage application direction to the electro-optic element, and the Z-axis direction is the laser beam propagation direction.
図13(a),(b)に示した電気光学素子は、電気光学材料からなる電気光学結晶基板100の両面に電極101a,101bがそれぞれ配置されている。電極101a,101bは、連続した三角形状部101cを有している。 In the electro-optic element shown in FIGS. 13A and 13B, electrodes 101a and 101b are respectively disposed on both surfaces of an electro-optic crystal substrate 100 made of an electro-optic material. The electrodes 101a and 101b have a continuous triangular portion 101c.
そして、電圧源102から電極101a,101b間に電圧を印加すると、その間の電気光学結晶基板100の分極軸(図13(a)の符号A)に平行な電界が形成される。符号Aは分極軸の向きを示している。電気光学結晶基板100の電界が形成された領域は電気光学効果によりその屈折率が変化する。ポッケルス効果による屈折率変化を利用する場合、電気光学結晶基板100の屈折率変化量Δnは、下記の式(1)で表される。 When a voltage is applied from the voltage source 102 to the electrodes 101a and 101b, an electric field parallel to the polarization axis (symbol A in FIG. 13A) of the electro-optic crystal substrate 100 is formed. Symbol A indicates the direction of the polarization axis. The refractive index of the region where the electric field is formed on the electro-optic crystal substrate 100 changes due to the electro-optic effect. When the refractive index change due to the Pockels effect is used, the refractive index change amount Δn of the electro-optic crystal substrate 100 is expressed by the following formula (1).
式(1)において、nは電気光学結晶基板100(電気光学材料)の屈折率、rijは電気光学定数(ポッケルス定数)、Vは印加電圧、dは電気光学結晶基板100の厚み(結晶厚)である。 In formula (1), n is the refractive index of the electro-optic crystal substrate 100 (electro-optic material), r ij is the electro-optic constant (Pockels constant), V is the applied voltage, and d is the thickness (crystal thickness) of the electro-optic crystal substrate 100. ).
そして、電気光学結晶基板100の入射端面にレーザ光aを入力し、電圧源102から電極101a,101b間に電圧を印加することによって、屈折率変化領域も三角形状となり、それぞれが光ビームに対してプリズム部として機能する。すなわち、屈折率変化領域を伝播するにしたがって光ビームは偏向角を与えられる。 Then, the laser light a is input to the incident end face of the electro-optic crystal substrate 100, and the voltage is applied between the electrodes 101a and 101b from the voltage source 102, so that the refractive index change region also has a triangular shape. Function as a prism part. In other words, the light beam is given a deflection angle as it propagates through the refractive index changing region.
そして、電気光学結晶基板100の出射面から出力されるレーザ光(光ビーム)aの偏向角θは、電気光学結晶基板100(電気光学材料)の屈折率変化量に比例し、以下の式(2)で表される。 The deflection angle θ of the laser light (light beam) a output from the emission surface of the electro-optic crystal substrate 100 is proportional to the refractive index change amount of the electro-optic crystal substrate 100 (electro-optic material), and the following equation ( 2).
式(2)において、Lはプリズム部全体(三角形状部101c全体)の長さ(図13(a)参照)、Dはプリズム部(三角形状部101c)の幅(図13(a)参照)である。 In Expression (2), L is the length of the entire prism portion (the entire triangular portion 101c) (see FIG. 13A), and D is the width of the prism portion (the triangular portion 101c) (see FIG. 13A). It is.
従って、電気光学素子への印加電圧を制御することにより、任意の偏向角θにレーザ光aを出力させることが可能である。 Therefore, the laser light a can be output at an arbitrary deflection angle θ by controlling the voltage applied to the electro-optic element.
また、電気光学材料からなる電気光学結晶基板は、一般的にその分極軸を制御することが可能である。よって、図14(a),(b)に示すように、電気光学材料からなる電気光学結晶基板100に複数の三角形状のプリズム部を並べたような分極反転領域100aを持たせる。そして、この分極反転領域100a全体を覆うように電気光学結晶基板100の両面に配置された各電極層101a,101bを通じて電気光学結晶基板100に電圧を印加することによって、電気光学結晶基板100に三角形状の屈折率変化領域を作りだすことができる。 In general, the polarization axis of an electro-optic crystal substrate made of an electro-optic material can be controlled. Accordingly, as shown in FIGS. 14A and 14B, a polarization inversion region 100a in which a plurality of triangular prism portions are arranged is provided on an electro-optic crystal substrate 100 made of an electro-optic material. Then, a voltage is applied to the electro-optic crystal substrate 100 through the electrode layers 101a and 101b disposed on both surfaces of the electro-optic crystal substrate 100 so as to cover the entire domain-inverted region 100a. It is possible to create a refractive index changing region having a shape.
よって、電気光学結晶基板100の屈折率変化領域(分極反転領域100a)とその他の領域で屈折率変化方向が異なることから、電気光学結晶基板100の内部に複数の三角形状のプリズム部を有する構造が得られる。図14(a)において、符号A1,A2は分極軸の向きを示している。 Therefore, since the refractive index change direction is different between the refractive index change region (the polarization inversion region 100a) of the electro-optic crystal substrate 100 and other regions, a structure having a plurality of triangular prism portions inside the electro-optic crystal substrate 100. Is obtained. In FIG. 14A, symbols A1 and A2 indicate the directions of the polarization axes.
そして、電気光学結晶基板100の入射端面にレーザ光aを入力し、電圧源102から電極101a,101b間に電圧を印加することによって、電気光学結晶基板100の三角形状の屈折率変化領域を伝播光ビーム伝播するにしたがって伝播光ビームは偏向角を与えられる。そして、電気光学結晶基板100の出射端面から偏向したレーザ光aが出力される。 Then, laser light a is input to the incident end face of the electro-optic crystal substrate 100, and a voltage is applied between the electrodes 101a and 101b from the voltage source 102, thereby propagating through the triangular refractive index change region of the electro-optic crystal substrate 100. As the light beam propagates, the propagating light beam is given a deflection angle. Then, the laser beam a deflected from the emission end face of the electro-optic crystal substrate 100 is output.
このように、分極反転領域100aでの分極反転による屈折率変化方向の反転により、屈折率変化量は図13(a),(b)に示した三角形状部の電極を有する電気光学素子の構成に対して2倍となる。よって、電気光学結晶基板100の出射端面から出力されるレーザ光(光ブーム)aの偏向角θは、以下の式(3)で表される。 Thus, the reversal of the refractive index change direction due to the polarization reversal in the polarization reversal region 100a causes the refractive index change amount to be the configuration of the electro-optic element having the triangular electrode shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b). Twice as much. Therefore, the deflection angle θ of the laser beam (optical boom) a output from the emission end face of the electro-optic crystal substrate 100 is expressed by the following formula (3).
式(3)において、Lはプリズム部全体(分極反転領域100a全体)の長さ(図14(a)参照)、Dはプリズム部(分極反転領域100a)の幅(図14(a)参照)である。 In Expression (3), L is the length of the entire prism portion (the entire domain-inverted region 100a) (see FIG. 14A), and D is the width of the prism unit (the domain-inverted region 100a) (see FIG. 14A). It is.
ところで、電気光学素子の電気光学結晶基板を形成する電気光学材料に対して、一般的に知られている問題点としてフォトリフラクション(光損傷)がある。これは材料に高エネルギーの光が照射されると、その光ビームのビーム形状が大きく乱される現象である。フォトリフラクションの原因としては、光エネルギー励起によって材料内部に発生した自由電子がドリフトし、材料内にランダムな内部電界が形成されることと、この自由電子による内部電界が電気光学効果によって材料内部に不規則な屈折率変化を引き起こすことが考えられている。 By the way, as a problem generally known with respect to the electro-optic material forming the electro-optic crystal substrate of the electro-optic element, there is a photorefraction (light damage). This is a phenomenon in which when the material is irradiated with high energy light, the beam shape of the light beam is greatly disturbed. Photo refraction is caused by the fact that free electrons generated inside the material due to light energy excitation drift and a random internal electric field is formed in the material. It is thought to cause irregular refractive index changes.
上記のフォトリフラクションの問題を解決するために、材料の組成を最適化することが試みられている。例えば一般的な電気光学材料および非線形光学材料としてニオブ酸リチウムがあるが、この材料はフォトリフラクション耐性が低く、波長変換素子としてグリーンレーザのような短波長のレーザビーム出力に対応するために、マグネシウム等の金属をドーピングしている。マグネシウムを最適量ドープすることによって材料の導電率を高めることで、光によって励起された電子のドリフト速度が上がり、材料内に均一な電子の分布が形成されるようになると考えられている。 Attempts have been made to optimize the composition of the material in order to solve the photorefractive problem described above. For example, there is lithium niobate as a general electro-optic material and nonlinear optical material, but this material has low photorefractive resistance, and magnesium is used as a wavelength conversion element to cope with a short-wavelength laser beam output such as a green laser. Etc. are doped with metals. It is believed that increasing the electrical conductivity of the material by doping the optimum amount of magnesium increases the drift velocity of the electrons excited by the light and creates a uniform distribution of electrons in the material.
従って、光ビーム走査装置に光偏向素子として電気光学素子(電気光学光偏向素子)を使用した場合においても、走査するレーザ光の光強度に応じてフォトリフラクション耐性に優れた電気光学材料を使用することが有効である。 Therefore, even when an electro-optic element (electro-optic light deflection element) is used as a light deflection element in the light beam scanning device, an electro-optic material having excellent photorefractive resistance is used according to the light intensity of the laser beam to be scanned. It is effective.
ここで、図14(a),(b)に示したような電気光学素子の電気光学結晶基板(電気光学材料)に印加される電圧(電界強度)と、そのときに偏向角の関係を評価した。 Here, the relationship between the voltage (electric field strength) applied to the electro-optic crystal substrate (electro-optic material) of the electro-optic element as shown in FIGS. 14A and 14B and the deflection angle at that time is evaluated. did.
電気光学結晶基板(電気光学材料)としてニオブ酸リチウム結晶を想定し、屈折率n=2.2、電気光学定数rij=30.8pm/Vとする。 Assuming a lithium niobate crystal as an electro-optic crystal substrate (electro-optic material), a refractive index n = 2.2 and an electro-optic constant r ij = 30.8 pm / V.
また、素子構造として、電気光学結晶基板(電気光学材料)の厚さd=300μm、プリズム部の幅D=1mm、プリズム部全体の長さL=20mmとした場合に、上記の式(1)および式(2)より印加電圧Vと偏向角θの関係を計算すると、1.6kVppの電圧を印加した場合に、出力光ビームの偏向角(走査角)は1度、8.0kVppの電圧を印加した場合に、出力光ビームの偏向角(走査角)は5度となる。そして、電気光学結晶基板(電気光学材料)の内部に形成される電界強度は、それぞれ2.7kV/mm、3.3kV/mmとなり、極めて大きな電界が結晶内部に形成されることになる。 When the thickness d of the electro-optic crystal substrate (electro-optic material) is set to 300 μm, the width D of the prism portion is 1 mm, and the total length L of the prism portion is 20 mm, the above formula (1) is used. When the relationship between the applied voltage V and the deflection angle θ is calculated from the equation (2), when the voltage of 1.6 kVpp is applied, the deflection angle (scanning angle) of the output light beam is 1 degree, and the voltage of 8.0 kVpp is When applied, the deflection angle (scanning angle) of the output light beam is 5 degrees. The electric field strengths formed inside the electro-optic crystal substrate (electro-optic material) are 2.7 kV / mm and 3.3 kV / mm, respectively, and an extremely large electric field is formed inside the crystal.
ところで、従来から電気光学効果の応用として実用化されている光位相変調器や光強度変調器では、このような大きな電界は必要なく、例えば光強度変調器における結晶内部に形成される電界強度は、0.1kV/mm程度である。 By the way, in an optical phase modulator and an optical intensity modulator that have been put to practical use as an application of the electro-optic effect, such a large electric field is not necessary. For example, the electric field intensity formed inside the crystal in the optical intensity modulator is About 0.1 kV / mm.
したがって、電気光学材料に極めて高電界を形成して動作させることは、光ビーム走査装置に用いる電気光学素子特有のものである。本願発明者は電気光学素子を備えた光ビーム走査装置を実際に製作および評価したことで、高電界形成時特有の下記のような問題点を見出した。 Therefore, it is peculiar to the electro-optic element used in the light beam scanning device to operate the electro-optic material by forming an extremely high electric field. The inventor of the present application has found the following problems peculiar to the formation of a high electric field by actually manufacturing and evaluating a light beam scanning device including an electro-optic element.
即ち、フォトリフラクション耐性を高めるために、マグネシウムをドープしたニオブ酸リチウムを電気光学材料として用いた電気光学素子において、電圧を印加した際に素子内部を伝播する光ビームプロファイルが大きく乱れるという問題が確認された。 In other words, in electro-optic elements using magnesium-doped lithium niobate as an electro-optic material in order to increase photorefractive resistance, the problem that the light beam profile propagating inside the element is greatly disturbed when a voltage is applied has been confirmed. It was done.
上記の問題が発生する原因として、電気光学素子に電界を形成した際に、電気光学結晶基板(電気光学材料)内部に過剰な自由電荷が発生してドリフトすることでランダムな電界が形成され、材料の屈折率が不均一な分布を持つことが考えられる。この自由電荷が発生する要因は、二通り考えられる。 As a cause of the occurrence of the above-mentioned problem, when an electric field is formed in the electro-optic element, an excessive free charge is generated inside the electro-optic crystal substrate (electro-optic material) and a random electric field is formed by drifting, It is conceivable that the refractive index of the material has a non-uniform distribution. There are two possible causes for this free charge.
一つは、電圧印加によって外部から電極を通して電荷が電気光学結晶基板(電気光学材料)内部に注入されることが考えられる。外部から注入された電子または正孔は自由電荷として結晶内部を動き、結晶内部に形成された電界分布を乱す。 One is that electric charges are injected into the electro-optic crystal substrate (electro-optic material) through the electrode from the outside by applying a voltage. Electrons or holes injected from outside move inside the crystal as free charges and disturb the electric field distribution formed inside the crystal.
もう一つは材料内に存在するドナーサイトやアクセプタサイト、不純物準位等の欠陥準位にトラップされていた電荷が電圧印加によって励起され、自由電子として振舞うことが考えられる。いずれにしても電圧印加によって発生した自由電荷によって、電気光学結晶基板(電気光学材料)内部に局所的な電界が発生し、本来材料に形成されていた電界分布を乱す。 Another possibility is that charges trapped in defect levels such as donor sites, acceptor sites, and impurity levels existing in the material are excited by voltage application and behave as free electrons. In any case, a local electric field is generated inside the electro-optic crystal substrate (electro-optic material) due to free charges generated by voltage application, and the electric field distribution originally formed in the material is disturbed.
上記の理由により、電気光学素子を用いた光ビーム走査装置において、電気光学素子から出力される光ビームのビーム形状が歪んでしまうという問題があった。なお、前記特許文献1に記載されているような、三角形等に形成された分極反転ドメインを設けた強誘電体基板の両面に電極が配置された電気光学素子を用いた場合でも、出力される光ビームのビーム形状の歪を抑制することはできなかった。 For the above reason, in the light beam scanning apparatus using the electro-optic element, there is a problem that the beam shape of the light beam output from the electro-optic element is distorted. Even when an electro-optic element having electrodes arranged on both sides of a ferroelectric substrate provided with a domain-inverted domain formed in a triangle or the like as described in Patent Document 1 is output. The distortion of the beam shape of the light beam could not be suppressed.
更に、このビーム形状歪みは、一定時間以上所定の偏向角を維持する直流動作の際に顕著に現れる。これは、常に同じ極性で電圧印加が継続するためである。電気光学効果を利用した電気光学素子(光偏向素子)の特徴であるランダムアクセスを利用する場合、直流動作時でのビーム歪みが発生しないことが前提となる。しかしながら、上記ビーム歪みによって、ランダムアクセスを利用したときのビーム歪みが解消できず、光ビーム走査装置の走査性能を著しく低減させるという問題があった。 Further, this beam shape distortion appears prominently during a DC operation that maintains a predetermined deflection angle for a certain time or more. This is because voltage application always continues with the same polarity. When using random access, which is a feature of an electro-optic element (optical deflecting element) that utilizes the electro-optic effect, it is assumed that no beam distortion occurs during DC operation. However, due to the above-mentioned beam distortion, there is a problem that the beam distortion when using random access cannot be eliminated, and the scanning performance of the light beam scanning apparatus is significantly reduced.
そこで、本発明は、電気光学素子から出力される偏向された光ビームのビーム形状の歪を抑制して、良好な強度分布を有する光ビームを出力することができる光ビーム走査装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a light beam scanning device capable of suppressing a distortion of the beam shape of a deflected light beam output from an electro-optic element and outputting a light beam having a good intensity distribution. With the goal.
前記目的を達成するために本発明に係る光ビーム走査装置は、所定波長の光ビームを出射する光ビーム光源と、電気光学材料からなる電気光学結晶基板の両側に電極が配置された電気光学素子とを備え、前記各電極間に印加される電圧に応じて前記電気光学結晶基板に形成された屈折率変調領域の屈折率を変化させることにより、前記光ビーム光源から前記電気光学結晶基板に前記光ビームを入射させ、該電気光学結晶基板内を伝播する光ビームに対して所望の偏向角を与えて出射端面から外部へ出力する光ビーム走査装置において、前記光ビームの波長よりも短い波長のポンプ光を前記電気光学結晶基板内に入射させるポンプ光光源を設け、前記ポンプ光光源から出射された前記ポンプ光を、前記電気光学結晶基板内の前記光ビームが伝播する領域に入射させることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a light beam scanning apparatus according to the present invention includes a light beam light source that emits a light beam having a predetermined wavelength, and an electro-optic element in which electrodes are disposed on both sides of an electro-optic crystal substrate made of an electro-optic material And changing the refractive index of the refractive index modulation region formed in the electro-optic crystal substrate in accordance with the voltage applied between the electrodes, from the light beam light source to the electro-optic crystal substrate. In a light beam scanning device that makes a light beam incident, gives a desired deflection angle to the light beam propagating in the electro-optic crystal substrate, and outputs the light beam to the outside from the emission end face, the light beam has a wavelength shorter than the wavelength of the light beam. A pump light source that allows pump light to enter the electro-optic crystal substrate is provided, and the light beam in the electro-optic crystal substrate propagates through the pump light emitted from the pump light source. It is characterized in that is incident on that area.
本発明に係る光ビーム走査装置によれば、ポンプ光光源から出射されたポンプ光を、電気光学結晶基板内の光ビームが伝播する領域に入射させることにより、電気光学結晶基板内の光ビームが伝播する領域の電界分布が乱されることなく、電気光学素子から出力される光ビームのビーム形状歪みを抑制することができる。よって、ビーム形状歪みのない光ビームによって良好な光ビーム走査を行うことができる。 According to the light beam scanning device of the present invention, the pump light emitted from the pump light source is incident on the region where the light beam in the electro-optic crystal substrate propagates, so that the light beam in the electro-optic crystal substrate is changed. The beam shape distortion of the light beam output from the electro-optic element can be suppressed without disturbing the electric field distribution in the propagating region. Therefore, good light beam scanning can be performed with a light beam having no beam shape distortion.
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.
〈実施形態1〉
図1(a)は、本発明の実施形態1に係る光ビーム走査装置の構成を示す概略側面図、図1(b)は、この光ビーム走査装置の構成を示す概略平面図である。
<Embodiment 1>
FIG. 1A is a schematic side view showing the configuration of the light beam scanning apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 1B is a schematic plan view showing the configuration of the light beam scanning apparatus.
図1(a),(b)に示すように、本実施形態に係る光ビーム走査装置1は、筐体2内に、レーザ光を発生するレーザ光発生源3、ポンプ光を発生するポンプ光発生源4、光偏向素子としての電気光学素子5、光コンバイナ6、および光分離素子7を主用構成部材として備えている。なお、本実施形態では、レーザ光発生源3から出力されたレーザ光が平行ビームして出射される光を走査ビームaという。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the light beam scanning apparatus 1 according to the present embodiment includes a laser light source 3 that generates laser light and a pump light that generates pump light in a housing 2. A generation source 4, an electro-optic element 5 as an optical deflection element, an optical combiner 6, and an optical separation element 7 are provided as main constituent members. In the present embodiment, the light emitted from the laser light output from the laser light source 3 as a parallel beam is referred to as a scanning beam a.
なお、図1(a),(b)において、X軸方向は走査ビームaの偏向方向、Y軸方向は電気光学素子5への電圧印加方向、Z軸方向は走査ビームaの光伝播方向である。以下の図面においても同様である。 In FIGS. 1A and 1B, the X-axis direction is the deflection direction of the scanning beam a, the Y-axis direction is the voltage application direction to the electro-optic element 5, and the Z-axis direction is the light propagation direction of the scanning beam a. is there. The same applies to the following drawings.
レーザ光発生源3は、半導体レーザとコリーメントレンズ等で構成されており、所定波長のレーザ光(走査ビームa)を出力する。ポンプ光発生源4は、半導体レーザとコリーメントレンズ等で構成されており、所定波長のポンプ光bを走査ビームaの出射方向と直交する方向へ出力する。 The laser light source 3 is composed of a semiconductor laser, a collimation lens, and the like, and outputs laser light (scanning beam a) having a predetermined wavelength. The pump light generation source 4 includes a semiconductor laser and a collimation lens, and outputs pump light b having a predetermined wavelength in a direction orthogonal to the emission direction of the scanning beam a.
電気光学素子5は、電気光学材料からなる電気光学結晶基板8の両面に電極9a,9bが対向するようして配置された周知の構成である。電気光学結晶基板8は、複数の三角形状のプリズムを並べたような屈折率変化領域としての分極反転領域8aが形成されており、この分極反転領域8a全体を覆うように電気光学結晶基板8の両面に電極9a,9bが配置されている。そして、電極9a,9b間に電圧源10から電圧を印加することによって、電気光学効果により電気光学結晶基板8の分極反転領域8a(屈折率変化領域)の屈折率を変化させることができる。 The electro-optical element 5 has a well-known configuration in which the electrodes 9a and 9b are disposed on both surfaces of an electro-optical crystal substrate 8 made of an electro-optical material so as to face each other. The electro-optic crystal substrate 8 has a polarization inversion region 8a as a refractive index change region in which a plurality of triangular prisms are arranged, and the electro-optic crystal substrate 8 covers the entire polarization inversion region 8a. Electrodes 9a and 9b are arranged on both sides. Then, by applying a voltage from the voltage source 10 between the electrodes 9a and 9b, the refractive index of the domain-inverted region 8a (refractive index changing region) of the electro-optic crystal substrate 8 can be changed by the electro-optic effect.
電気光学結晶基板8を構成する電気光学材料として、本実施形態ではマグネシウムをドープしたニオブ酸リチウム(以下、「Mg−LN」という)を用いた。 In the present embodiment, lithium niobate doped with magnesium (hereinafter referred to as “Mg-LN”) is used as the electro-optic material constituting the electro-optic crystal substrate 8.
光コンバイナ6は、レーザ光発生源3から出射された走査ビームaとポンプ光発生源4から出射されたポンプ光bとを結合させて電気光学素子5の電気光学結晶基板8へ入力させる機能を有している。光コンバイナ6として、例えばダイクロイックプリズム等を用いることができる。 The optical combiner 6 has a function of combining the scanning beam a emitted from the laser light generation source 3 and the pump light b emitted from the pump light generation source 4 and inputting them to the electro-optic crystal substrate 8 of the electro-optic element 5. Have. As the optical combiner 6, for example, a dichroic prism or the like can be used.
光分離素子7は、電気光学素子5の出射面から出力される走査ビームaとポンプ光bとを分離して走査ビームaのみを透過させる機能を有する波長選択フィルタ素子によって形成されている。 The light separation element 7 is formed of a wavelength selection filter element having a function of separating the scanning beam a and the pump light b output from the emission surface of the electro-optic element 5 and transmitting only the scanning beam a.
そして、この光ビーム走査装置1において、ポンプ光発生源4からポンプbを出射させない場合、レーザ光発生源3から出力されたレーザ光は平行ビームとなり、走査ビームaとして光コンバイナ6を通して電気光学素子5の電気光学結晶基板8に入力される。なお、電気光学素子5には、電圧が印加された両側の電極9a,9bを介して電圧が印加されている。 In this light beam scanning apparatus 1, when the pump b is not emitted from the pump light generation source 4, the laser light output from the laser light generation source 3 becomes a parallel beam and passes through the optical combiner 6 as the scanning beam a. 5 is input to the electro-optic crystal substrate 8. Note that a voltage is applied to the electro-optic element 5 via the electrodes 9a and 9b on both sides to which a voltage is applied.
入力された走査ビームaは、電気光学素子5の電気光学結晶基板8内の伝播に伴い、分極反転領域8a(屈折率変化領域)によって所定の偏向角を与えられて出射面から出力され、光分離素子7を透過して筐体2に設けた透明な窓材11を通じて筐体2の外側へ出力される。そして、電気光学素子5への印加電圧を制御することにより、任意の偏向角(走査角)に走査ビームaを出力させることができる。 The input scanning beam a is output from the exit surface after being given a predetermined deflection angle by the polarization inversion region 8a (refractive index change region) as the electro-optic element 5 propagates in the electro-optic crystal substrate 8. The light is output to the outside of the housing 2 through the transparent element 11 that is transmitted through the separation element 7 and provided in the housing 2. The scanning beam a can be output at an arbitrary deflection angle (scanning angle) by controlling the voltage applied to the electro-optical element 5.
ところで、本実施形態では、電気光学素子5の電気光学結晶基板8を構成する電気光学材料としてMg−LNを用いている。Mg−LNは、フォトリフラクション耐性に優れた非線形光学材料として知られており、光変調器、スイッチ、偏向器の他、波長変換用の材料などとしても広く用いられている。 By the way, in this embodiment, Mg-LN is used as an electro-optic material constituting the electro-optic crystal substrate 8 of the electro-optic element 5. Mg-LN is known as a nonlinear optical material excellent in photorefractive resistance, and is widely used as a wavelength conversion material in addition to an optical modulator, a switch, and a deflector.
Mg-LNは、通常のマグネシウムドープされていないニオブ酸リチウムと比べて、材料の導電率が高く、高強度の光が照射された際に光励起によって発生する自由電荷のドリフト速度が速いため、自由電荷が材料内で均一に分布し、ビーム形状の歪みが抑制されると考えられている。 Mg-LN has a higher material conductivity than normal non-magnesium-doped lithium niobate and has a higher drift rate of free charge generated by photoexcitation when irradiated with high-intensity light. It is believed that the charge is evenly distributed within the material and distortion of the beam shape is suppressed.
しかしながら、高い光損傷耐性を有する電気光学素子への適用を意図してMg−LNを電気光学材料として用いたところ、電気光学素子からの出力光ビームが歪んでしまうという問題点が明らかになった。発明者の考察によりこのビーム歪みの原因は以下の原理で発生すると結論づけた。 However, when Mg-LN was used as an electro-optic material for the purpose of application to an electro-optic element having high optical damage resistance, the problem that the output light beam from the electro-optic element was distorted was revealed. . From the inventor's consideration, it was concluded that the cause of this beam distortion occurs on the following principle.
すなわち、電気光学素子5の電極9a,9b間に高電圧を印加した際に、Mg-LN材料内部に過剰な自由電荷が発生してドリフトする。この自由電荷によって材料内部に局所的な電界が形成され、材料の屈折率が不均一な分布をもつことがビーム歪みの原因である。 That is, when a high voltage is applied between the electrodes 9a and 9b of the electro-optic element 5, excessive free charges are generated inside the Mg-LN material and drift. This free charge forms a local electric field inside the material, and the refractive index of the material has a non-uniform distribution, which is a cause of beam distortion.
更に、この自由電荷が発生する起源は二通り考えられる。一つは電圧印加によって外部から電極を通して電荷が電気光学材料内部に注入されることが考えられる。外部から注入された電子または正孔は自由電荷として結晶内部を動き、結晶内部に形成された電界分布を乱す。もう一つは材料内に存在するドナーサイトやアクセプタサイト、不純物準位等の欠陥準位にトラップされていた電荷が電圧印加によって励起され、自由電子として振舞うことが考えられる。 Furthermore, there are two possible causes for the generation of this free charge. One is considered that electric charge is injected into the electro-optic material from the outside through an electrode by applying a voltage. Electrons or holes injected from outside move inside the crystal as free charges and disturb the electric field distribution formed inside the crystal. Another possibility is that charges trapped in defect levels such as donor sites, acceptor sites, and impurity levels existing in the material are excited by voltage application and behave as free electrons.
一方で、電圧印加によって発生した過剰な自由電子を走査ビームaの伝播領域外に誘導すれば、走査ビームのビーム形状歪みを抑制できること、その自由電子の誘導方法として、走査ビームaよりも高エネルギーの光をポンプ光bとして照射することが有効であることが確かめられた。具体的なポンプ光bとしては、波長400nm〜550nm、100mW程度以上の光強度が好適であった。また、この効果は温度依存性を有し、電気光学素子5の温度が高いほど誘導の速度が速いことも分かった。 On the other hand, if the excessive free electrons generated by applying the voltage are guided outside the propagation region of the scanning beam a, the beam shape distortion of the scanning beam can be suppressed, and the free electron has a higher energy than the scanning beam a. It has been confirmed that it is effective to irradiate the light as the pump light b. As specific pump light b, light intensity of about 400 mW or more with a wavelength of 400 nm to 550 nm was suitable. It was also found that this effect has temperature dependence, and that the induction speed increases as the temperature of the electro-optic element 5 increases.
そこで、本実施形態では、図1の光ビーム走査装置1において、レーザ光発生源3から走査ビームaを出力させる際に、同時にポンプ光発生源4からポンプ光bを出力させるようにした。これにより、この走査ビームaとポンプ光bは光コンバイナ6に入力されて結合され、結合された走査ビームaとポンプ光bが電気光学素子5に入力される。この際、ポンプ光bは、波長が400nm〜550nmであり、100mW程度以上の光強度を有している。一方、走査ビームaは、波長はポンプ光bの波長よりも長く、ポンプ光bよりも低エネルギーとなるように設定されている。 Therefore, in the present embodiment, when the scanning beam a is output from the laser light generation source 3 in the light beam scanning apparatus 1 of FIG. 1, the pump light b is output from the pump light generation source 4 at the same time. As a result, the scanning beam a and the pump light b are input to and combined with the optical combiner 6, and the combined scanning beam a and the pump light b are input to the electro-optic element 5. At this time, the pump light b has a wavelength of 400 nm to 550 nm and a light intensity of about 100 mW or more. On the other hand, the scanning beam a is set to have a wavelength longer than that of the pump light b and lower energy than the pump light b.
更に、本実施形態では、筐体2内の電気光学素子5の下方側に加熱装置20が配置されており、加熱装置20によって電気光学素子5を所定温度に加熱することができる。電気光学素子5の加熱によって、電圧印加によって発生した過剰な自由電子を走査ビームaの伝播領域外に効果的に誘導することが可能となる。 Further, in the present embodiment, the heating device 20 is disposed below the electro-optical element 5 in the housing 2, and the electro-optical element 5 can be heated to a predetermined temperature by the heating device 20. By heating the electro-optic element 5, it becomes possible to effectively induce excess free electrons generated by voltage application outside the propagation region of the scanning beam a.
そして、電気光学素子5の電気光学結晶基板8を構成する電気光学材料(Mg−LN)に高エネルギーのポンプ光bを照射すると、電圧印加によって発生した自由電荷を一定方向にドリフト移動させ、ポンプ光bの照射領域境界に偏在させることができる(以下、この現象を「光スクリーニング効果」という)。 When the electro-optic material (Mg-LN) constituting the electro-optic crystal substrate 8 of the electro-optic element 5 is irradiated with high-energy pump light b, the free charge generated by the voltage application is drift-moved in a certain direction, and the pump It can be unevenly distributed at the boundary of the irradiation region of the light b (hereinafter, this phenomenon is referred to as “optical screening effect”).
ポンプ光bの照射による光スクリーニング効果を利用することで、走査ビームaの光伝播領域では自由電子がランダムな分布で発生せず、局所的な内部電界が形成されない。従って、走査ビームaの伝播領域では、本来のビーム走査を目的として形成した電界が乱されることなく、走査ビームaのビーム形状歪みが抑制される。 By utilizing the optical screening effect by irradiation with the pump light b, free electrons are not generated in a random distribution in the light propagation region of the scanning beam a, and a local internal electric field is not formed. Accordingly, in the propagation region of the scanning beam a, the electric field formed for the purpose of original beam scanning is not disturbed, and the beam shape distortion of the scanning beam a is suppressed.
なお、電気光学素子5の出射端面から走査ビームaとポンプ光bが出力されるが、電気光学素子5の出射面の下流側に配置された光分離素子7で走査ビームaのみを透過させて、窓材11を通じて筐体2の外側へ出力される。一方、ポンプ光bは光分離素子7で全反射され、筐体2の外に出力されることはない。なお、光分離素子7で全反射されたポンプ光bは、筐体2の内周面等で吸収される。 Note that the scanning beam a and the pump light b are output from the emission end face of the electro-optic element 5, but only the scanning beam a is transmitted through the light separation element 7 disposed on the downstream side of the emission face of the electro-optic element 5. , And output to the outside of the housing 2 through the window material 11. On the other hand, the pump light b is totally reflected by the light separating element 7 and is not output outside the housing 2. The pump light b totally reflected by the light separation element 7 is absorbed by the inner peripheral surface of the housing 2 or the like.
また、図2(a)は、本実施形態に係る光ビーム走査装置の電気光学素子内を伝播する走査ビームとポンプ光の形状を模式的に示した図、図2(b)は、本実施形態に係る光ビーム走査装置の電気光学素子の一部を示す概略側面図である。 2A schematically shows the shapes of the scanning beam and pump light propagating in the electro-optic element of the light beam scanning apparatus according to this embodiment, and FIG. 2B shows this embodiment. It is a schematic side view which shows a part of electro-optical element of the light beam scanning apparatus which concerns on a form.
電気光学素子5に入力された走査ビームaは、電気光学結晶基板8の分極反転領域8a(屈折率変化領域)を通過することにより、この素子内を伝播するのに伴って所定の偏向角を与えられる。一方で電気光学素子5に入力されたポンプ光bは、そのビームプロファイルの境界に自由電子を誘導する。 The scanning beam a input to the electro-optic element 5 passes through the polarization inversion region 8a (refractive index change region) of the electro-optic crystal substrate 8 and thereby has a predetermined deflection angle as it propagates through the element. Given. On the other hand, the pump light b input to the electro-optic element 5 induces free electrons at the boundary of the beam profile.
従って、図2(a)に示すように、ポンプ光bの照射領域は、走査ビームaのビームプロファイルを完全に包含するようにすることが望ましい。即ち、ポンプ光bの照射断面積が走査ビームaのビーム径よりも大きくなるようにしている。更に、ポンプ光bの照射領域の幅Hは、電気光学素子5の電極9a,9bの幅hよりも大きくなるようにしている。 Therefore, as shown in FIG. 2A, it is desirable that the irradiation region of the pump light b completely includes the beam profile of the scanning beam a. That is, the irradiation sectional area of the pump light b is set to be larger than the beam diameter of the scanning beam a. Further, the width H of the irradiation region of the pump light b is made larger than the width h of the electrodes 9a and 9b of the electro-optic element 5.
図3は、ポンプ光と走査ビームの光強度の関係を示したものである。図3において、C1はポンプ光bの光強度分布であり、C2は走査ビームaの光強度分布である。なお、図3において、hは電極9a,9bの幅である(図2(a)参照)。 FIG. 3 shows the relationship between the pump light and the light intensity of the scanning beam. In FIG. 3, C1 is the light intensity distribution of the pump light b, and C2 is the light intensity distribution of the scanning beam a. In FIG. 3, h is the width of the electrodes 9a and 9b (see FIG. 2A).
ポンプ光bの光強度が大きいほど光スクリーニング効果の影響が高まり、電気光学素子5の電極9a,9b間に高電圧を印加した際のビーム歪みが解消されるまでの時間が短くなる。よって、図3のように、ポンプ光bの光強度ピークを走査ビームaの光強度ピークよりも大きくなるように設定する。 As the light intensity of the pump light b increases, the influence of the light screening effect increases, and the time until the beam distortion is eliminated when a high voltage is applied between the electrodes 9a and 9b of the electro-optical element 5 is shortened. Therefore, as shown in FIG. 3, the light intensity peak of the pump light b is set to be larger than the light intensity peak of the scanning beam a.
このように、本実施形態の光ビーム走査装置1によれば、ポンプ光bの照射断面積が走査ビームaのビーム径よりも大きくなるように設定し、更に、ポンプ光bの光強度ピークを走査ビームaの光強度ピークよりも大きくなるように設定している。 As described above, according to the light beam scanning apparatus 1 of the present embodiment, the irradiation sectional area of the pump light b is set to be larger than the beam diameter of the scanning beam a, and the light intensity peak of the pump light b is further increased. It is set to be larger than the light intensity peak of the scanning beam a.
よって、高い光損傷耐性を有するように電気光学素子5の電気光学結晶基板8を構成する電気光学材料としてMg−LNを用いた場合でも、走査ビームaが伝播する領域の電界分布が乱されることなく、電気光学素子5から出力される走査ビームaのビーム形状歪みを抑制することができる。よって、ビーム形状歪みのない走査ビームaによって良好な光ビーム走査を行うことができる。 Therefore, even when Mg-LN is used as the electro-optic material constituting the electro-optic crystal substrate 8 of the electro-optic element 5 so as to have high optical damage resistance, the electric field distribution in the region where the scanning beam a propagates is disturbed. Without this, the beam shape distortion of the scanning beam a output from the electro-optical element 5 can be suppressed. Therefore, good light beam scanning can be performed by the scanning beam a having no beam shape distortion.
〈実施形態2〉
図4は、本発明の実施形態2に係る光ビーム走査装置の構成を示す概略側面図である。なお、実施形態1の光ビーム走査装置と同一機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
<Embodiment 2>
FIG. 4 is a schematic side view showing the configuration of the light beam scanning apparatus according to the second embodiment of the present invention. Note that members having the same functions as those of the light beam scanning apparatus according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図4に示すように、本実施形態の光ビーム走査装置1aは、走査ビームaとポンプ光bの偏光方向が互いに直交するように構成されている。また、電気光学素子5の出射面側に、光分離素子7aとしての偏向フィルタ機能を有する偏向分離素子が配置されている。他の構成は実施形態1の光ビーム走査装置と同様である。なお、図4において、符号p1は走査ビームaの偏光方向、符号p2はポンプ光bの偏光方向を示している。 As shown in FIG. 4, the light beam scanning device 1a of the present embodiment is configured such that the polarization directions of the scanning beam a and the pump light b are orthogonal to each other. In addition, a deflection separation element having a deflection filter function as the light separation element 7 a is disposed on the emission surface side of the electro-optic element 5. Other configurations are the same as those of the light beam scanning apparatus according to the first embodiment. In FIG. 4, symbol p1 indicates the polarization direction of the scanning beam a, and symbol p2 indicates the polarization direction of the pump light b.
前記式(1)に示したように、電気光学素子の電極間に電圧を印加したときの偏向角は電気光学定数に比例する。したがって、低電圧で大きな偏向角を得るために、電気光学定数の大きな結晶方位に電界を形成することが望ましい。 As shown in the formula (1), the deflection angle when a voltage is applied between the electrodes of the electro-optic element is proportional to the electro-optic constant. Therefore, in order to obtain a large deflection angle at a low voltage, it is desirable to form an electric field in a crystal orientation with a large electro-optic constant.
例えば、電気光材料がニオブ酸リチウムである場合、結晶のc軸と平行な電界を形成すると、ポッケルス係数rijによって屈折率変化量が決定され、他の方位に電界を形成する場合より大きな偏向角が得られる。図4では、電気光学素子5の前記c軸をY軸方向にとっており、したがって電界はY軸方向に形成している。また、そのときの走査ビームaの偏光方向も定められ、この場合はY軸方向に電界成分を有することが必要である。 For example, when the electro-optic material is lithium niobate, if an electric field parallel to the c-axis of the crystal is formed, the amount of change in the refractive index is determined by the Pockels coefficient r ij , and the deflection is larger than when an electric field is formed in other directions. A corner is obtained. In FIG. 4, the c-axis of the electro-optic element 5 is in the Y-axis direction, and thus the electric field is formed in the Y-axis direction. Further, the polarization direction of the scanning beam a at that time is also determined. In this case, it is necessary to have an electric field component in the Y-axis direction.
これに対して、ポンプ光bの偏光方向はY軸方向に限定される必要はなく、図4のように、走査ビームaと直交していても光スクリーニング効果の発現の妨げにならない。また、走査ビームaとポンプ光bの偏光方向を互いに直交させる構成においては、電気光学素子5の出射面から出力される走査ビームaとポンプ光bは、光分離素子7aとしての偏向フィルタ機能を有する偏向分離素子によって分離される。 On the other hand, the polarization direction of the pump light b does not need to be limited to the Y-axis direction, and the optical screening effect is not hindered even if it is orthogonal to the scanning beam a as shown in FIG. In the configuration in which the polarization directions of the scanning beam a and the pump light b are orthogonal to each other, the scanning beam a and the pump light b output from the emission surface of the electro-optic element 5 have a deflection filter function as the light separation element 7a. It is separated by a deflection separation element having.
そして、光分離素子7a(偏向分離素子)は走査ビームaのみを透過させて、窓材11を通じて筐体2の外側へ出力する。一方、ポンプ光bは光分離素子7a(偏向分離素子)で全反射され、筐体2の外に出力されることはない。なお、光分離素子7aで全反射されたポンプ光bは、筐体2の内周面等で吸収される。 Then, the light separating element 7a (deflection separating element) transmits only the scanning beam a and outputs it to the outside of the housing 2 through the window member 11. On the other hand, the pump light b is totally reflected by the light separation element 7 a (deflection separation element) and is not output outside the housing 2. The pump light b totally reflected by the light separation element 7a is absorbed by the inner peripheral surface of the housing 2 or the like.
このように、本実施形態の光ビーム走査装置1aによれば、走査ビームaとポンプ光bの波長が比較的近い場合や、ポンプ光bの波長帯域が広い場合においても、電気光学素子5の出射面から出力される走査ビームaのビーム形状歪みを良好に抑制することができる。 Thus, according to the light beam scanning apparatus 1a of the present embodiment, the electro-optic element 5 can be used even when the wavelengths of the scanning beam a and the pump light b are relatively close or the wavelength band of the pump light b is wide. The beam shape distortion of the scanning beam a output from the emission surface can be satisfactorily suppressed.
〈実施形態3〉
図5(a)は、本発明の実施形態3に係る光ビーム走査装置の要部構成を示す概略側面図、図5(b)は、この光ビーム走査装置の要部構成を示す概略平面図である。なお、実施形態1の光ビーム走査装置と同一機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
<Embodiment 3>
FIG. 5A is a schematic side view showing the main part configuration of the light beam scanning apparatus according to Embodiment 3 of the present invention, and FIG. 5B is a schematic plan view showing the main part structure of the light beam scanning apparatus. It is. Note that members having the same functions as those of the light beam scanning apparatus according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図5(a),(b)に示すように、本実施形態の光ビーム走査装置1bは、電気光学素子5側に凹状の反射面7b’を有する光分離素子7bを電気光学光偏向素子5の出射面側に配置した構成である。他の構成は実施形態1の光ビーム走査装置と同様である。 As shown in FIGS. 5A and 5B, the light beam scanning apparatus 1b of the present embodiment replaces the light separating element 7b having a concave reflecting surface 7b ′ on the electro-optic element 5 side with the electro-optic light deflecting element 5. It is the structure arrange | positioned at the output surface side. Other configurations are the same as those of the light beam scanning apparatus according to the first embodiment.
本実施形態の光分離素子7bは、実施形態1の光分離素子7と同様に電気光学素子5の出射面から出力される走査ビームaとポンプ光bとを分離して、走査ビームaのみを透過させる波長選択フィルタ素子としての機能を有している。更に、この光分離素子7bは、反射面7b’で波長の異なるポンプ光bを全反射させて電気光学素子5の出射端面方向へ集光させるように構成されている。なお、この光分離素子7bとして、実施形態2の光分離素子7aとしての偏向フィルタ機能を有する偏向離素子に同様に凹状の反射面を設けた構成のものでもよい。 The light separation element 7b of the present embodiment separates the scanning beam a and the pump light b output from the emission surface of the electro-optic element 5 in the same manner as the light separation element 7 of the first embodiment, so that only the scanning beam a is obtained. It has a function as a wavelength selective filter element to transmit. Further, the light separating element 7 b is configured to totally reflect the pump light b having a different wavelength by the reflecting surface 7 b ′ and condense it toward the emission end face of the electro-optic element 5. The light separating element 7b may have a configuration in which a concave reflecting surface is provided similarly to the deflecting / separating element having the deflection filter function as the light separating element 7a of the second embodiment.
反射面7b’で反射されたポンプ光bは、集光されて電気光学素子5の出射端面側から入射される。 The pump light b reflected by the reflecting surface 7 b ′ is collected and incident from the emission end face side of the electro-optic element 5.
上記したようにポンプ光bの光強度が大きいほどスクリーニング効果による自由空間電荷の誘導は高速になり、走査ビームaのビーム形状歪みの抑制に好ましい。よって、本実施形態のように、反射面7b’で反射されたポンプ光bを集光して電気光学素子5の出射端面側から入射させることによって、ポンプ光bを効率よく電気光学素子5の電気光学結晶基板8を構成する電気光学材料に再結合させることができる。 As described above, the higher the light intensity of the pump light b, the faster the induction of free space charge by the screening effect, which is preferable for suppressing the beam shape distortion of the scanning beam a. Therefore, as in the present embodiment, the pump light b reflected by the reflecting surface 7 b ′ is collected and incident from the emission end face side of the electro-optical element 5, thereby efficiently pumping the pump light b of the electro-optical element 5. The electro-optic crystal substrate 8 can be recombined with the electro-optic material.
これにより、実効的なポンプ光bの光強度を高めることが可能となるので、電気光学素子5の出射端面から出力される走査ビームaのビーム形状歪みを良好に抑制することができる。 As a result, the effective light intensity of the pump light b can be increased, so that the beam shape distortion of the scanning beam a output from the emission end face of the electro-optic element 5 can be satisfactorily suppressed.
なお、電気光学素子5の出射端面から出力される走査ビームaの偏向角(走査角)は10度程度と小さく、光分離素子7bの反射面7b’の凹面形状の曲率半径が大きくても光分離素子7bのサイズは大きくならない。例えば、電気光学素子5の出射端面から出力される走査ビームaの偏向角が全角10度、光分離素子7b(反射面7b’)の曲率半径が10mmであるとき、X軸方向のビーム変位量は1.7mmであり、光分離素子7bのX軸方向の幅を2mm程度以上にすればよい。 Note that the deflection angle (scanning angle) of the scanning beam a output from the emission end face of the electro-optic element 5 is as small as about 10 degrees, and even if the concave curvature radius of the reflecting surface 7b ′ of the light separating element 7b is large, the light beam The size of the separation element 7b does not increase. For example, when the deflection angle of the scanning beam a output from the emission end face of the electro-optic element 5 is 10 degrees in all angles and the radius of curvature of the light separation element 7b (reflection surface 7b ′) is 10 mm, the amount of beam displacement in the X-axis direction Is 1.7 mm, and the width of the light separating element 7b in the X-axis direction may be about 2 mm or more.
〈実施形態4〉
図6は、本発明の実施形態4に係る光ビーム走査装置の要部構成を示す概略側面図である。なお、実施形態1の光ビーム走査装置と同一機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
<Embodiment 4>
FIG. 6 is a schematic side view showing a main configuration of a light beam scanning apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. Note that members having the same functions as those of the light beam scanning apparatus according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図6に示すように、本実施形態の光ビーム走査装置1cは、電気光学素子5の出射端面側に、光分離素子7cとしてプリズム素子を配置した構成である。また、この光分離素子7cの出射端面側のポンプ光bの通過位置に光吸収体12が配置されている。他の構成は実施形態1の光ビーム走査装置と同様である。 As shown in FIG. 6, the light beam scanning device 1 c of the present embodiment has a configuration in which a prism element is disposed as the light separation element 7 c on the emission end face side of the electro-optic element 5. In addition, the light absorber 12 is disposed at the passage position of the pump light b on the emission end face side of the light separation element 7c. Other configurations are the same as those of the light beam scanning apparatus according to the first embodiment.
実施形態1〜3では、走査ビームaのみを光分離素子で透過させてポンプ光bを光分離素子で反射させて筐体外に出力させないようにしていたが、走査ビームaとポンプ光bのZ軸方向に対する伝播角度を異ならせて互いを分離させ、走査ビームaのみを筐体外に出力させるようにしてもよい。 In the first to third embodiments, only the scanning beam a is transmitted by the light separation element and the pump light b is reflected by the light separation element so as not to be output outside the housing. However, the Z of the scanning beam a and the pump light b is not used. The propagation angle with respect to the axial direction may be made different from each other so that only the scanning beam a is output to the outside of the housing.
即ち、走査ビームaとポンプ光bの波長が異なるため、本実施形態のように、光分離素子7cとしてプリズム素子を用いて2つの光(走査ビームaとポンプ光b)を分離するようにした。そして、光分離素子7cで分離された走査ビームaのみが、窓材11を通じて筐体2の外側へ出力される。一方、光分離素子7cで分離されたポンプ光bは、光吸収体12で吸収され、筐体2外に出力されることはない。 That is, since the wavelengths of the scanning beam a and the pump light b are different, as in this embodiment, a prism element is used as the light separation element 7c to separate the two lights (the scanning beam a and the pump light b). . Only the scanning beam a separated by the light separation element 7 c is output to the outside of the housing 2 through the window member 11. On the other hand, the pump light b separated by the light separation element 7 c is absorbed by the light absorber 12 and is not output outside the housing 2.
〈実施形態5〉
前記実施形態4では光分離素子7cとしてプリズム素子を用いて2つの光(走査ビームaとポンプ光b)を分離する構成であったが、図7に示すように、本実施形態の光ビーム走査装置1dは、電気光学素子5の出射端面側に、光分離素子7dとして回折光学素子を配置した構成である。他の構成は実施形態4の光ビーム走査装置と同様である。
<Embodiment 5>
In the fourth embodiment, a prism element is used as the light separating element 7c to separate two lights (scanning beam a and pump light b). However, as shown in FIG. 7, the light beam scanning according to the present embodiment is performed. The apparatus 1d has a configuration in which a diffractive optical element is disposed as the light separating element 7d on the emission end face side of the electro-optical element 5. Other configurations are the same as those of the light beam scanning apparatus according to the fourth embodiment.
走査ビームaとポンプ光bは波長が異なり、異なる波長によって回折光の回折角度が異なるため、本実施形態のように、光分離素子7dとして回折光学素子を用いて2つの光(走査ビームaとポンプ光b)を分離するようにした。そして、光分離素子7cで分離された走査ビームaのみが、窓材11を通じて筐体2の外側へ出力される。一方、光分離素子7cで分離されたポンプ光bは、光吸収体12で吸収され、筐体2外に出力されることはない。 Since the scanning beam a and the pump light b have different wavelengths and the diffraction angle of the diffracted light differs depending on the different wavelengths, two light beams (scanning beam a and scanning beam a) are used as the light separating element 7d as in the present embodiment. The pump light b) was separated. Only the scanning beam a separated by the light separation element 7 c is output to the outside of the housing 2 through the window member 11. On the other hand, the pump light b separated by the light separation element 7 c is absorbed by the light absorber 12 and is not output outside the housing 2.
このように、実施形態4、5の光ビーム走査装置1c、1dにおいても、同様に電気光学素子5の出射端面から出力される走査ビームaのビーム形状歪みを良好に抑制することができる。 As described above, also in the light beam scanning devices 1c and 1d of the fourth and fifth embodiments, similarly, the beam shape distortion of the scanning beam a output from the emission end face of the electro-optic element 5 can be satisfactorily suppressed.
〈実施形態6〉
図8(a)は、本発明の実施形態6に係る光ビーム走査装置の構成を示す概略側面図、図8(b)は、この光ビーム走査装置の構成を示す概略平面図である。なお、実施形態1の光ビーム走査装置と同一機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
<Embodiment 6>
FIG. 8A is a schematic side view showing the configuration of the light beam scanning apparatus according to Embodiment 6 of the present invention, and FIG. 8B is a schematic plan view showing the configuration of the light beam scanning apparatus. Note that members having the same functions as those of the light beam scanning apparatus according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
前記した各実施形態では、ポンプ光bは走査ビームaと同一方向(Z軸方向)から電気光学素子5の入射端面に入力する構成であったが、電気光学素子5に入力される走査ビームaとポンプ光bとの伝播方向がそれぞれ異なっていても、ポンプ光L2の照射による前記光スクリーニング効果は変わらない。 In each of the above-described embodiments, the pump light b is input to the incident end face of the electro-optical element 5 from the same direction (Z-axis direction) as the scanning beam a. However, the scanning beam a input to the electro-optical element 5 is used. Even if the propagation directions of the pump light b are different from each other, the light screening effect by the irradiation of the pump light L2 does not change.
そこで、図8(a),(b)に示すように、本実施形態の光ビーム走査装置1eは、ポンプ光発生源4を筐体2内の電気光学素子5の上方側(図8(a)の上側)に配置して、ポンプ光bを電気光学素子5の上方側からレンズ13を通して照射させるようにした。走査ビームaは、前記した各実施形態と同様にレーザ光発生源3からZ軸方向に沿って電気光学素子5に入力される。よって、走査ビームaとポンプ光bは、電気光学素子5に対して互いに直交する方向に伝播する。 Therefore, as shown in FIGS. 8A and 8B, the light beam scanning apparatus 1e of the present embodiment places the pump light generation source 4 above the electro-optic element 5 in the housing 2 (FIG. 8A). The pump light b is irradiated from above the electro-optical element 5 through the lens 13. The scanning beam a is input from the laser light source 3 to the electro-optic element 5 along the Z-axis direction as in the above embodiments. Therefore, the scanning beam a and the pump light b propagate in directions orthogonal to the electro-optic element 5.
また、電気光学素子5に照射されるポンプ光bは、図8(b)に示すように、電気光学素子5(電気光学結晶基板8)の長手方向(Z軸方向)に沿った全域を略覆うような照射範囲となるように設定されている。なお、電気光学素子5に照射されたポンプ光bは、電気光学素子5(電気光学結晶基板8)から出た後は、ポンプ光発生源4と反対側の筐体2の内周面付近等で吸収される。よって、本実施形態では、電気光学素子5と窓材11との間に光分離素子を設ける必要はない。 Further, the pump light “b” irradiated to the electro-optical element 5 substantially covers the entire area along the longitudinal direction (Z-axis direction) of the electro-optical element 5 (electro-optical crystal substrate 8), as shown in FIG. 8B. The irradiation range is set to be covered. The pump light b irradiated to the electro-optical element 5 is emitted from the electro-optical element 5 (electro-optical crystal substrate 8), and then the vicinity of the inner peripheral surface of the housing 2 on the side opposite to the pump light generation source 4 or the like. Absorbed in. Therefore, in this embodiment, it is not necessary to provide a light separation element between the electro-optic element 5 and the window material 11.
そして、電気光学素子5に入力された走査ビームaは、電気光学素子5の電気光学結晶基板8内の伝播に伴い、所定の偏向角を与えられて出射端面から出力され、筐体2に設けた透明な窓材11を通じて筐体2の外側へ出力される。 The scanning beam a input to the electro-optic element 5 is given a predetermined deflection angle as the electro-optic element 5 propagates in the electro-optic crystal substrate 8 and is output from the emission end face. It is output to the outside of the housing 2 through the transparent window material 11.
このように、本実施形態の光ビーム走査装置1eにおいても同様に、電気光学素子5の出射端面から出力される走査ビームaのビーム形状歪みを良好に抑制することができる。 As described above, similarly in the light beam scanning apparatus 1e of the present embodiment, the beam shape distortion of the scanning beam a output from the emission end face of the electro-optic element 5 can be satisfactorily suppressed.
〈実施形態7〉
図9は、本発明の実施形態7に係る光ビーム走査装置の構成を示す概略平面図である。なお、実施形態1の光ビーム走査装置と同一機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
<Embodiment 7>
FIG. 9 is a schematic plan view showing the configuration of the light beam scanning apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. Note that members having the same functions as those of the light beam scanning apparatus according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図9に示すように、本実施形態の光ビーム走査装置1fは、ポンプ光発生源4を筐体2内の電気光学素子5の電極9b側(図9の上側)に配置して、ポンプ光bを電気光学素子5の電極9b側から照射させるようにした。走査ビームaは、前記した各実施形態と同様にレーザ光発生源3からZ軸方向に沿って電気光学素子5に出力される。よって、走査ビームaとポンプ光bは、電気光学素子5に対して互いに直交する方向に伝播する。 As shown in FIG. 9, the light beam scanning device 1 f of the present embodiment arranges the pump light generation source 4 on the electrode 9 b side (upper side in FIG. 9) of the electro-optic element 5 in the housing 2 to provide pump light. b was irradiated from the electrode 9b side of the electro-optic element 5. The scanning beam a is output from the laser light generation source 3 to the electro-optic element 5 along the Z-axis direction as in the above-described embodiments. Therefore, the scanning beam a and the pump light b propagate in directions orthogonal to the electro-optic element 5.
ポンプ光発生源4として、LEDやUVランプのようなインコヒーレント光のポンプ光bを電極9b側から照射することにより、電気光学素子5(電気光学結晶基板8)の長手方向(Z軸方向)に沿った全域を略覆うような照射範囲を得ることができる。なお、ポンプ光bが照射される側の電極9bは、その表面でポンプ光bを反射することなく入力されるように、ITO(Indium Tin Oxide)やZnO(Zinc Oxide)等の透明電極材料で形成されている。他方の電極9aも同様に透明電極材料(ITOやZnO等)で形成されている。 The pump light source 4 is irradiated with incoherent pump light b such as an LED or UV lamp from the electrode 9b side, whereby the longitudinal direction (Z-axis direction) of the electro-optic element 5 (electro-optic crystal substrate 8). An irradiation range that substantially covers the entire area along the line can be obtained. The electrode 9b on the side irradiated with the pump light b is made of a transparent electrode material such as ITO (Indium Tin Oxide) or ZnO (Zinc Oxide) so that the pump light b is input without reflecting on the surface. Is formed. Similarly, the other electrode 9a is formed of a transparent electrode material (ITO, ZnO or the like).
電気光学素子5に電極9b側から照射されたポンプ光bは、電気光学素子5(電気光学結晶基板8)から出た後は、ポンプ光発生源4と反対側の筐体2の内周面付近等で吸収される。よって、本実施形態では、電気光学素子5と窓材11との間に光分離素子を設ける必要はない。 The pump light b applied to the electro-optic element 5 from the electrode 9b side is emitted from the electro-optic element 5 (electro-optic crystal substrate 8), and then the inner peripheral surface of the housing 2 on the opposite side to the pump light generation source 4. Absorbed in the vicinity. Therefore, in this embodiment, it is not necessary to provide a light separation element between the electro-optic element 5 and the window material 11.
そして、電気光学素子5に入射された走査ビームaは、電気光学素子5の電気光学結晶基板8内の伝播に伴い、所定の偏向角を与えられて出射面から出力され、筐体2に設けた透明な窓材11を通じて筐体2の外側へ出力される。 The scanning beam a incident on the electro-optic element 5 is output from the exit surface with a predetermined deflection angle as it propagates in the electro-optic crystal substrate 8 of the electro-optic element 5, and is provided in the housing 2. It is output to the outside of the housing 2 through the transparent window material 11.
このように、本実施形態の光ビーム走査装置1fにおいても同様に、電気光学素子5の出射面から出力される走査ビームaのビーム形状歪みを良好に抑制することができる。 As described above, in the light beam scanning device 1 f of this embodiment, similarly, the beam shape distortion of the scanning beam a output from the emission surface of the electro-optical element 5 can be satisfactorily suppressed.
〈実施形態8〉
図10(a)は、本発明の実施形態8に係る光ビーム走査装置の電気光学素子の走査ビーム入射面側を示す図、図10(b)は、本実施形態に係る光ビーム走査装置の電気光学素子の一部を示す概略側面図である。なお、実施形態1の光ビーム走査装置と同一機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
<Embodiment 8>
FIG. 10A is a diagram showing the scanning beam incident surface side of the electro-optic element of the light beam scanning apparatus according to the eighth embodiment of the present invention, and FIG. 10B is the light beam scanning apparatus according to the present embodiment. It is a schematic side view which shows a part of electro-optical element. Note that members having the same functions as those of the light beam scanning apparatus according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図10(a),(b)に示すように、本実施形態に係る光ビーム走査装置の電気光学素子5の電気光学結晶基板8と各電極9a,9bとの間に、電気光学結晶基板8を形成する電気光学材料より屈折率の小さい材料からなるクラッド層14a,14bを設けて光導波路構造とした。他の構成は、例えば実施形態1の光ビーム走査装置と同様である。 As shown in FIGS. 10A and 10B, the electro-optic crystal substrate 8 is disposed between the electro-optic crystal substrate 8 of the electro-optic element 5 and the electrodes 9a and 9b of the light beam scanning apparatus according to this embodiment. The clad layers 14a and 14b made of a material having a refractive index smaller than that of the electro-optic material forming the optical waveguide structure are provided. Other configurations are the same as those of the light beam scanning apparatus according to the first embodiment, for example.
一般に電気光学素子の電気光学効果による屈折率変化量は微小であり、本発明のような光ビーム走査装置における電気光学素子を駆動する際には高い印加電圧を必要とする。印加電圧を下げるためには、前記式(1)に示すように、電気光学材料の厚さを薄くすることが有効である。 In general, the amount of change in the refractive index due to the electro-optic effect of the electro-optic element is very small, and a high applied voltage is required when driving the electro-optic element in the light beam scanning apparatus as in the present invention. In order to lower the applied voltage, it is effective to reduce the thickness of the electro-optic material as shown in the above formula (1).
一方で、電気光学材料からなる電気光学結晶基板8の厚みを薄くすると、走査ビームaは電気光学結晶基板8内を自由空間伝播することが困難となる。これは走査ビームaのビーム径を電気光学結晶基板8の厚みに合わせて小さく絞ると、空間伝播時のビーム広がりが大きくなり、電気光学結晶基板8内を伝播する途中で、該電気光学結晶基板8と電極9a,9bとの境界面に達してしまうからである。 On the other hand, when the thickness of the electro-optic crystal substrate 8 made of an electro-optic material is reduced, it becomes difficult for the scanning beam a to propagate through the electro-optic crystal substrate 8 in free space. This is because when the beam diameter of the scanning beam a is reduced to match the thickness of the electro-optic crystal substrate 8, the beam spread at the time of spatial propagation increases, and the electro-optic crystal substrate is propagated in the middle of propagation through the electro-optic crystal substrate 8. This is because the boundary surface between the electrode 8 and the electrodes 9a and 9b is reached.
そこで、電気光学素子5の電気光学結晶基板8の厚みを薄くする場合には、図10(a)に示したように、電気光学結晶基板8と電極9a,9bとの間にクラッド層14a,14bを設けることが有効である。クラッド層14a,14bの条件は、透明でかつ電気光学結晶基板8を形成する電気光学材料より屈折率が小さいことである。具体的には、屈折率が1.46程度のSiO2や2.1程度のTa2O5等のガラス材料が好適であり、これらの材料の混合ガラスでも構わない。また、PMMA等のポリマー材料でクラッドを構成してもよい。 Therefore, when the thickness of the electro-optic crystal substrate 8 of the electro-optic element 5 is reduced, as shown in FIG. 10A, the clad layer 14a, between the electro-optic crystal substrate 8 and the electrodes 9a, 9b, It is effective to provide 14b. The condition of the cladding layers 14a and 14b is that the clad layers 14a and 14b are transparent and have a refractive index smaller than that of the electro-optic material forming the electro-optic crystal substrate 8. Specifically, a glass material such as SiO 2 having a refractive index of about 1.46 or Ta 2 O 5 having a refractive index of about 2.1 is suitable, and a mixed glass of these materials may be used. Moreover, you may comprise a clad with polymer materials, such as PMMA.
このように、クラッド層14a,14bを設けることにより、クラッド層14a,14bと電気光学結晶基板8との屈折率差による全反射を利用して光導波させることができるので、電気光学結晶基板8の厚みを薄くしても効率よく光伝播が可能となる。 Thus, by providing the clad layers 14a and 14b, it is possible to optically guide using total reflection due to the refractive index difference between the clad layers 14a and 14b and the electro-optic crystal substrate 8, and therefore the electro-optic crystal substrate 8 Even if the thickness is reduced, light can be efficiently transmitted.
〈実施形態9〉
図11(a)は、本発明の実施形態9に係る光ビーム走査装置の構成を示す概略側面図、図11(b)は、この光ビーム走査装置の構成を示す概略平面図である。なお、実施形態1、8の光ビーム走査装置と同一機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
<Embodiment 9>
FIG. 11A is a schematic side view showing the configuration of the light beam scanning apparatus according to Embodiment 9 of the present invention, and FIG. 11B is a schematic plan view showing the configuration of the light beam scanning apparatus. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as the light beam scanning apparatus of Embodiment 1, 8, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
前記実施形態8のように、電気光学素子5を光導波路構造とすることで電気光学結晶基板8の厚みを薄くすることが可能となる一方で、電気光学素子5の走査ビームaが入力(入射)される入射端面から走査ビームaおよびポンプ光bを入力する際の許容誤差が小さくなる。このため、特に波長の異なる走査ビームaおよびポンプ光bをともに高効率で入力することが困難となることが懸念される。 While the electro-optic crystal substrate 8 can be made thin by making the electro-optic element 5 an optical waveguide structure as in the eighth embodiment, the scanning beam a of the electro-optic element 5 is input (incident). ), The allowable error when inputting the scanning beam a and the pump light b from the incident end face is reduced. For this reason, there is a concern that it becomes difficult to input both the scanning beam a and the pump light b having different wavelengths with high efficiency.
そこで、図11(a),(b)に示すように、本実施形態に係る光ビーム走査装置1gは、電気光学素子5の走査ビームaが入力される入射端面側の一方の側面(クラッド層14b)に回折格子15を設けて、この回折格子15の斜め前方側にポンプ光発生源4を配置した構成である。他の構成は、図10(a),(b)に示した実施形態8の光ビーム走査装置と同様である。 Therefore, as shown in FIGS. 11A and 11B, the light beam scanning apparatus 1g according to the present embodiment has one side surface (cladding layer) on the incident end face side to which the scanning beam a of the electro-optic element 5 is input. 14b), the diffraction grating 15 is provided, and the pump light source 4 is disposed obliquely in front of the diffraction grating 15. Other configurations are the same as those of the light beam scanning apparatus according to the eighth embodiment shown in FIGS.
この光ビーム走査装置1gでは、レーザ光発生源3から出力された走査ビームaはZ軸方向に沿って電気光学素子5の入射端面に入力される。そして、入力された走査ビームaは、電気光学光偏向素子5の電気光学結晶基板8とクラッド層14a,14bによる光導波路構造によって伝播される。そして、電気光学結晶基板8内の伝播に伴い、所定の偏向角を与えられて出射面から出力され、光分離素子7を透過して筐体2に設けた透明な窓材11を通じて筐体2の外側へ出力される。 In the light beam scanning device 1g, the scanning beam a output from the laser light source 3 is input to the incident end face of the electro-optic element 5 along the Z-axis direction. The inputted scanning beam a is propagated by the optical waveguide structure formed by the electro-optic crystal substrate 8 and the clad layers 14a and 14b of the electro-optic light deflection element 5. As the light propagates through the electro-optic crystal substrate 8, the case 2 is given a predetermined deflection angle, is output from the exit surface, passes through the light separation element 7, and passes through the transparent window member 11 provided in the case 2. Is output outside of.
一方、ポンプ光発生源4から出力されたポンプ光bは、回折格子15による回折効果によって電気光学素子5内に入力される。回折格子15による回折効果によって電気光学素子5内に入力されたポンプ光bは電気光学結晶基板8内を伝播し、電気光学素子5の出射端面から出力される。そして、電気光学素子5の出射面から出力されたポンプ光bは、光分離素子7で全反射され、筐体2の外に出力されることはない。なお、光分離素子7で全反射されたポンプ光bは、筐体2の内周面等で吸収される。 On the other hand, the pump light b output from the pump light generation source 4 is input into the electro-optical element 5 due to the diffraction effect by the diffraction grating 15. The pump light b input into the electro-optical element 5 due to the diffraction effect by the diffraction grating 15 propagates through the electro-optical crystal substrate 8 and is output from the emission end face of the electro-optical element 5. The pump light b output from the emission surface of the electro-optical element 5 is totally reflected by the light separation element 7 and is not output outside the housing 2. The pump light b totally reflected by the light separation element 7 is absorbed by the inner peripheral surface of the housing 2 or the like.
このように、本実施形態の光ビーム走査装置1gによれば、ポンプ光bを回折格子15による回折効果によって電気光学素子5の側面側から内部に入力させる構成である。この構成により、走査ビームaとポンプ光bの電気光学素子5への入射位置を異ならせることができるので、電気光学素子5を光導波路構造として電気光学結晶基板8の厚みを薄くした場合でも、走査ビームaおよびポンプ光bをともに高効率で電気光学素子5へ入力することが可能となる。 As described above, according to the light beam scanning device 1 g of the present embodiment, the pump light b is input from the side surface side of the electro-optic element 5 by the diffraction effect by the diffraction grating 15. With this configuration, since the incident positions of the scanning beam a and the pump light b on the electro-optic element 5 can be made different, even when the electro-optic crystal substrate 8 is made thin by using the electro-optic element 5 as an optical waveguide structure, Both the scanning beam a and the pump light b can be input to the electro-optical element 5 with high efficiency.
なお、本実施形態では、ポンプ光発生源4から出力されるポンプ光bを、回折格子15による回折効果によって電気光学素子5内に入力させる構成であったが、この構成に限らず、図12(a)に示すように、ポンプ光発生源4とレーザ光発生源3の位置を逆にして、レーザ光発生源3から出力される走査ビームaを、回折格子15による回折効果によって電気光学素子5内に入力させるようにしてよい。 In the present embodiment, the pump light b output from the pump light generation source 4 is configured to be input into the electro-optical element 5 by the diffraction effect of the diffraction grating 15, but the present invention is not limited to this configuration. As shown in (a), the positions of the pump light generation source 4 and the laser light generation source 3 are reversed, and the scanning beam a output from the laser light generation source 3 is converted into an electro-optic element by the diffraction effect of the diffraction grating 15. 5 may be input.
更に、図12(b)に示すように、電気光学結晶基板8の両側にそれぞれ回折格子15を設け、レーザ光発生源3から出力される走査ビームa、およびポンプ光発生源4から出力されるポンプ光bの両方を、各回折格子15による回折効果によって電気光学素子5内に入力させるようにしてもよい。 Further, as shown in FIG. 12B, diffraction gratings 15 are provided on both sides of the electro-optic crystal substrate 8, and the scanning beam “a” output from the laser light source 3 and the pump light source 4 are output. Both pump light b may be input into the electro-optic element 5 by the diffraction effect of each diffraction grating 15.
1、1a〜1g 光ビーム走査装置
2 筐体
3 レーザ光発生源
4 ポンプ光発生源
5 電気光学素子
6 光コンバイナ
7、7a〜7d 光分離素子
8 電気光学結晶基板
9a,9b 電極
10 電圧源
14a,14b クラッド層
15 回折格子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a-1g Light beam scanning device 2 Case 3 Laser light generation source 4 Pump light generation source 5 Electro-optic element 6 Optical combiner 7, 7a-7d Light separation element 8 Electro-optic crystal substrate 9a, 9b Electrode 10 Voltage source 14a , 14b Clad layer 15 Diffraction grating
Claims (10)
前記各電極間に印加される電圧に応じて前記電気光学結晶基板に形成された屈折率変調領域の屈折率を変化させることにより、前記光ビーム光源から前記電気光学結晶基板に前記光ビームを入射させ、該電気光学結晶基板内を伝播する光ビームに対して所望の偏向角を与えて出射端面から外部へ出力する光ビーム走査装置において、
前記光ビームの波長よりも短い波長のポンプ光を前記電気光学結晶基板内に入射させるポンプ光光源を設け、
前記ポンプ光光源から出射された前記ポンプ光を、前記電気光学結晶基板内の前記光ビームが伝播する領域に入射させることを特徴とする光ビーム走査装置。 A light beam light source that emits a light beam of a predetermined wavelength, and an electro-optic element having electrodes arranged on both sides of an electro-optic crystal substrate made of an electro-optic material,
The light beam is incident on the electro-optic crystal substrate from the light beam light source by changing a refractive index of a refractive index modulation region formed on the electro-optic crystal substrate according to a voltage applied between the electrodes. A light beam scanning device that gives a desired deflection angle to the light beam propagating in the electro-optic crystal substrate and outputs the light beam from the emission end face to the outside.
Providing a pump light source that makes the pump light having a wavelength shorter than the wavelength of the light beam enter the electro-optic crystal substrate;
A light beam scanning apparatus, wherein the pump light emitted from the pump light source is incident on a region of the electro-optic crystal substrate where the light beam propagates.
前記電気光学結晶基板の前記出射端面の下流側に、前記光ビームと前記ポンプ光とを分離し、前記光ビームのみを外部へ出力させ、かつ前記ポンプ光が外部へ出力されないようにする光分離手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載の光ビーム走査装置。 The light beam and the pump light are propagated in the electro-optic crystal substrate from the incident end face to the exit end face side of the electro-optic crystal substrate,
Light separation that separates the light beam and the pump light on the downstream side of the emission end face of the electro-optic crystal substrate, outputs only the light beam to the outside, and prevents the pump light from being output to the outside. 2. The light beam scanning apparatus according to claim 1, further comprising means.
前記反射面で反射された前記ポンプ光を、前記出射端面から前記電気光学結晶基板内へ伝播させることを特徴とする請求項2または3に記載の光ビーム走査装置。 The light separating means has a reflecting surface for reflecting the pump light emitted from the emitting end face of the electro-optic crystal substrate to the emitting end face side,
4. The light beam scanning apparatus according to claim 2, wherein the pump light reflected by the reflecting surface is propagated from the emitting end surface into the electro-optic crystal substrate.
前記電気光学結晶基板に入射される前記ポンプ光のビーム幅を、前記光ビームが前記電気光学結晶基板内を伝播する方向に沿った前記電気光学結晶基板の全長よりも大きくしたことを特徴とする請求項1に記載の光ビーム走査装置。 The pump light is incident on the electro-optic crystal substrate from a direction orthogonal to the direction in which the light beam is incident on the electro-optic crystal substrate,
A beam width of the pump light incident on the electro-optic crystal substrate is set larger than a total length of the electro-optic crystal substrate along a direction in which the light beam propagates in the electro-optic crystal substrate. The light beam scanning apparatus according to claim 1.
前記ポンプ光を、一方の前記電極側から該電極を透過させて前記電気光学結晶基板に入射させることを特徴とする請求項1に記載の光ビーム走査装置。 Each electrode is formed of a transparent material,
The light beam scanning apparatus according to claim 1, wherein the pump light is transmitted from one electrode side through the electrode and is incident on the electro-optic crystal substrate.
前記ポンプ光光源から出射されたポンプ光を、前記回折格子で回折させることで前記電気光学結晶基板内に入射させることを特徴とする請求項8項に記載の光ビーム走査装置。 A diffraction grating is disposed on the surface of the electro-optic crystal substrate on the incident end surface side opposite to the emission end surface and the cladding layer is provided, and the pump light source is disposed obliquely forward of the diffraction grating. ,
9. The light beam scanning apparatus according to claim 8, wherein the pump light emitted from the pump light source is incident on the electro-optic crystal substrate by being diffracted by the diffraction grating.
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