JP4880901B2 - Optical recording apparatus using optical waveguide array - Google Patents
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Description
本発明は、波長420nm以下の光導波路アレイから出射する複数のレーザ光を感光材料上に変調走査し、光記録する光導波路アレイを用いた光記録装置に関するものである。 The present invention relates to an optical recording apparatus using an optical waveguide array that performs optical recording by modulating and scanning a plurality of laser beams emitted from an optical waveguide array having a wavelength of 420 nm or less onto a photosensitive material.
複数のレーザ光を感光材料上に変調走査し、光記録する技術は、レーザプリンタにおいて実用化されている。マルチビームを用いたレーザプリンタは、マルチビームの本数分、回転多面鏡の回転速度及び光変調速度を低減することができるためレーザプリンタの高速高精細化が可能となる。 A technique for modulating and scanning a plurality of laser beams on a photosensitive material to perform optical recording has been put to practical use in laser printers. A laser printer using a multi-beam can reduce the rotation speed and light modulation speed of the rotary polygon mirror by the number of multi-beams, so that the laser printer can be increased in speed and definition.
図1はマルチビーム発生素子として、光ファイバアレイを用いたレーザプリンタ光学系を示している。光ファイバアレイ8から出射するマルチビームのそれぞれのビームはコリメータレンズ7で平行光に変換された後、ビーム拡大器5、6で拡大され、ポリゴンミラー3で感光ドラム1上を走査される。
FIG. 1 shows a laser printer optical system using an optical fiber array as a multi-beam generating element. Each of the multi-beams emitted from the optical fiber array 8 is converted into parallel light by the
感光ドラム1上では光スポット列が形成されている。図3に示すように、通常、光スポットの大きさに比較し光スポットの間隔が大きいため、光スポット列の配列方向を走査方向に対して斜めになるように配置し、光走査線が連続したものになるようにする。ポリゴンミラー3前に配置した円筒レンズ4は、ポリゴンミラー3が回転中に生じる歳差運動に起因する光走査線の位置変動を抑制する機能をもつ。
A light spot array is formed on the photosensitive drum 1. As shown in FIG. 3, since the interval between the light spots is usually larger than the size of the light spot, the arrangement direction of the light spot rows is inclined with respect to the scanning direction, and the optical scanning lines are continuous. Make sure that The cylindrical lens 4 disposed in front of the
図2は光ファイバアレイ部の断面を示したものである。光ファイバ9のそれぞれは、シリコン結晶12のV溝上に正確に密着され、ガラス板13で押さえられ、接着剤14で固定されている。光ファイバコア部92が光ファイバ9の中心に存在すれば、光ファイバアレイ8から出射されるビームは正確に直線上に配列される。
FIG. 2 shows a cross section of the optical fiber array section. Each of the
実際には光ファイバは構造誤差をもっているため、光ファイバアレイから出射されるビームは正確に直線上に配列されず、配列誤差を持つ。このことが高品質な印刷を得ることができない原因の一つとなる。この問題を解決するため、マルチビーム発生素子として光導波路アレイを用いる必要が生じてくる。光導波路アレイは、狭ピッチで多数本のコア部を高精度配列で製作することが可能であり、光導波路アレイから出射する複数本のレーザ光を用いることにより、高速、高精細、高品質な印刷が可能となる。 Actually, since the optical fiber has a structural error, the beams emitted from the optical fiber array are not accurately arranged on a straight line and have an arrangement error. This is one of the reasons why high-quality printing cannot be obtained. In order to solve this problem, it is necessary to use an optical waveguide array as a multi-beam generating element. An optical waveguide array is capable of manufacturing a large number of core portions at a narrow pitch with a high precision array. By using a plurality of laser beams emitted from the optical waveguide array, high speed, high definition, and high quality are achieved. Printing is possible.
通常、短波長のレーザ光を導波させる光導波路は、樹脂系の材料で製作すると変質してしまうため、SiO2などのガラス材料で製作されている。コア部はGeO2やTiO2などを微量に含ませ、比屈折率差が0.1〜0.7%程度になるように製作される。しかし、波長が短波長になるにつれてレイリー散乱などによる散乱が大きくなり、光導波路の伝搬損失が大きくなる。特にGeO2やTiO2などの物質は波長420nm以下の短波長のレーザ光になると散乱係数が急激に大きくなり、光導波路の光利用効率が低下する。 Usually, an optical waveguide that guides a laser beam having a short wavelength is changed in quality when manufactured with a resin-based material. Therefore, the optical waveguide is manufactured with a glass material such as SiO 2 . The core part is manufactured so as to contain a small amount of GeO 2 , TiO 2, etc., and have a relative refractive index difference of about 0.1 to 0.7%. However, as the wavelength becomes shorter, scattering due to Rayleigh scattering or the like increases, and the propagation loss of the optical waveguide increases. In particular, when a material such as GeO 2 or TiO 2 becomes a short-wavelength laser beam having a wavelength of 420 nm or less, the scattering coefficient increases rapidly, and the light utilization efficiency of the optical waveguide decreases.
本発明は、波長420nm以下の光導波路アレイから出射する複数のレーザ光を感光材料上に変調走査して光記録する光記録装置において、該光導波路アレイはアンダークラッド層と、該アンダークラッド層上に在るコア部と、該コア部上面と該コア部側面とを覆うオーバークラッド層とから成り、前記コア部はSiO2にAl2O3を含み、コア径を2μm以上としたことを特徴とする。
The present invention relates to an optical recording apparatus that performs optical recording by modulating and scanning a plurality of laser beams emitted from an optical waveguide array having a wavelength of 420 nm or less onto a photosensitive material. The optical waveguide array includes an undercladding layer and an undercladding layer. a core portion located in consists overcladding layer covering the said core upper surface and the core side surface, said core portion is viewed contains the Al 2 O 3 to SiO 2, and the core diameter or greater 2μm Features.
本発明によれば、波長420nm以下の光導波路アレイから出射する複数のレーザ光を感光材料上に変調走査して光記録する光記録装置において、該光導波路アレイはアンダークラッド層と該アンダークラッド層上に在るコア部と該コア部上面と該コア部側面とを覆うオーバークラッド層とから成り、該コア部の材質をSiO2にAl2O3を含むものを用いることことにより、波長420nm以下の短波長のレーザ光を用いた場合においても、光利用効率の高い、光導波路アレイを用いた光記録装置を製作することが可能となる。 According to the present invention, in an optical recording apparatus that performs optical recording by modulating and scanning a plurality of laser beams emitted from an optical waveguide array having a wavelength of 420 nm or less onto a photosensitive material, the optical waveguide array includes an underclad layer and the underclad layer. By using an over clad layer that covers the core portion on the top, the upper surface of the core portion, and the side surface of the core portion, and using the material of the core portion containing Al 2 O 3 in SiO 2 , a wavelength of 420 nm Even when the following short-wavelength laser light is used, an optical recording apparatus using an optical waveguide array with high light utilization efficiency can be manufactured.
光導波路アレイを用いた光記録装置では、図7に示したように各々の半導体レーザ11から出射したレーザ光を光ファイバアレイの各々の光ファイバ9に入射し、光ファイバアレイ8の出射端面を光導波路アレイ入射端面に接続し、半導体レーザ光を光導波路アレイに導いている。光ファイバのクラッド径は通常125μmであるため、光ファイバアレイのピッチ間隔は150μm程度となる。通常、光スポットの大きさに比較し、光スポットの間隔が大きいため、図3に示したように光スポット列の配列方向を走査方向に対して斜めになるように配置し、光走査線が連続したものになるようにする。
In the optical recording apparatus using the optical waveguide array, the laser light emitted from each
光スポットの間隔が大きいほど、角度θを大きく取らなければならず、角度θが大きくなるほど角度誤差許容量が狭くなり、角度誤差による印刷品質の劣化が大きくなる。そこで、光ファイバアレイにより、ピッチ間隔150μmで光導波路アレイに導かれた複数のレーザ光は図5に示したように光導波路アレイでピッチ変換し、ピッチ間隔25μm程度に狭くする。これにより角度θを小さくすることができ、角度誤差による印刷品質への影響を低減することができる。 The larger the interval between the light spots, the larger the angle θ, and the larger the angle θ, the narrower the angle error tolerance, and the deterioration of the print quality due to the angle error increases. Therefore, a plurality of laser beams guided to the optical waveguide array at a pitch interval of 150 μm by the optical fiber array are pitch-converted by the optical waveguide array as shown in FIG. 5, and are narrowed to about 25 μm. Accordingly, the angle θ can be reduced, and the influence on the print quality due to the angle error can be reduced.
光導波路アレイはシングルモードにする必要があるため、コア部の比屈折率差を大きくするとコア径を小さくする必要があり、コア部の比屈折率差を小さくするとコア径を大きくすることが可能となってくる。比屈折率差を小さくしコア径を大きくすると、光導波路アレイコア部にレーザ光を導くときの軸ずれ許容量が大きくなるが、曲げ損失が大きくなり、比屈折率差を大きくしコア径を小さくすると、曲げ損失は小さくなるが、軸ずれ許容量が小さくなる。これらの関係から、最適なコア部の比屈折率差、コア径を決定する。 Since the optical waveguide array needs to be in single mode, it is necessary to reduce the core diameter if the relative refractive index difference of the core portion is increased, and the core diameter can be increased if the relative refractive index difference of the core portion is decreased. It becomes. If the relative refractive index difference is reduced and the core diameter is increased, the allowable axis deviation when guiding the laser beam to the optical waveguide array core portion increases, but the bending loss increases, the relative refractive index difference is increased and the core diameter is reduced. Then, the bending loss is reduced, but the allowable axial deviation is reduced. From these relationships, the optimum relative refractive index difference and core diameter of the core part are determined.
マーカットリィの方法により計算すると、波長420nmのレーザ光を用いた場合、コア径2μmの時、比屈折率差が0.26%以下の場合にシングルモードとなる。コア径2.5μmの場合には、比屈折率差0.17%以下の場合にシングルモードとなる。コア径2μm以下では光導波路アレイ入射端面にレーザ光を導く時の軸ずれ許容量が狭くなり、製作が困難である。コア径2μm以上でシングルモードにするための比屈折率差は、短波長化になるほど小さくなる。 When calculated by the Markutley method, when a laser beam having a wavelength of 420 nm is used, when the core diameter is 2 μm, a single mode is obtained when the relative refractive index difference is 0.26% or less. When the core diameter is 2.5 μm, a single mode is obtained when the relative refractive index difference is 0.17% or less. When the core diameter is 2 μm or less, the allowable amount of axial deviation when the laser beam is guided to the incident end face of the optical waveguide array becomes narrow, and it is difficult to manufacture. The relative refractive index difference for achieving a single mode with a core diameter of 2 μm or more becomes smaller as the wavelength becomes shorter.
石英ガラス上にSiO2にAl2O3を5w%含む蒸着物質をEB蒸着した時の蒸着膜の比屈折率差を測定した。蒸着膜の比屈折率差は、蒸着条件によっても変化するが0.4%程度であった。このことから、波長420nm以下のレーザ光を導く光導波路アレイコア部の材質は、SiO2にAl2O3が5w%以下だけ含む材質を使用した時に、コア径、比屈折率差共に最適設計の光導波路アレイを製作することが可能であることがわかる。 The relative refractive index difference of the deposited film was measured when EB deposition of a deposition material containing 5 w% Al 2 O 3 in SiO 2 on quartz glass. The relative refractive index difference of the deposited film was about 0.4% although it changed depending on the deposition conditions. From this, the material of the optical waveguide array core part for guiding laser light having a wavelength of 420 nm or less is optimally designed for both the core diameter and the relative refractive index difference when a material containing 5% by weight or less of Al 2 O 3 in SiO 2 is used. It can be seen that an optical waveguide array can be fabricated.
光導波路アレイの製作プロセスを図8を用いて説明する。まず、石英ガラスウエハー19上、または膜厚10μm以上の熱酸化膜付きシリコンウエハー19上にSiO2にAl2O3を含む物質をEB蒸着法により蒸着し、導波層22を形成する。次に導波層上にクロム膜23をスパッタ蒸着する。それからクロム膜上にフォトレジスト23のスピンコートを行い、プリベークを行った後、露光、現像を行い、クロム膜上にフォトレジストの導波路パターンを形成する。
The manufacturing process of the optical waveguide array will be described with reference to FIG. First, a material containing Al 2 O 3 in SiO 2 is deposited on the
その後、ポストベークを行い、クロム膜のウエットエッチングを行った後、フォトレジストの剥離を行う。これにより、導波層上にクロム膜の導波路パターンが作製される。その後、ドライエッチング、クロム膜のウエットエッチングのプロセスを経て、石英ガラスウエハー、または熱酸化膜付きシリコンウエハー上に光導波路アレイのコア部パターンが形成される。 Thereafter, post-baking is performed, wet etching of the chromium film is performed, and then the photoresist is peeled off. As a result, a chromium film waveguide pattern is formed on the waveguide layer. Thereafter, the core pattern of the optical waveguide array is formed on a quartz glass wafer or a silicon wafer with a thermal oxide film through processes of dry etching and wet etching of a chromium film.
次に、CVD法、火炎堆積法、スパッタ法などにより、オーバークラッド層21としてSiO2を形成させる。その後、入出射端面の研磨を行う。
Next, SiO 2 is formed as the over
光導波路アレイに複数のレーザ光を導く方法を、図7を用いて説明する。各々の半導体レーザから出射されたレーザ光はレンズ26により各々の光ファイバコア部入射端面に集光される。光ファイバアレイ出射端面は、光導波路アレイへの結合効率が最大になるように光導波路アレイ入射端面に接続される。接続固定は、UV硬化性樹脂を用いた固定、レーザ溶接を用いた固定などが用いられる。
A method of guiding a plurality of laser beams to the optical waveguide array will be described with reference to FIG. Laser light emitted from each semiconductor laser is condensed on the incident end face of each optical fiber core by the
次に、図4を用いて光導波路アレイを用いた光記録装置の光学系の説明をおこなう。光導波路アレイ15から出射するマルチビームのそれぞれのビームはコリメータレンズ7で平行光に変換された後、ビーム拡大器5、6で拡大され、ポリゴンミラー3で感光ドラム1上を走査される。感光ドラム1上では光スポット列が形成されている。
Next, the optical system of the optical recording apparatus using the optical waveguide array will be described with reference to FIG. Each of the multi-beams emitted from the
通常、光スポットの大きさに比較し、光スポットの間隔が大きいため、光スポット列の配列方向を走査方向に対して斜めになるように配置し、光走査線が連続したものになるようにする。ポリゴンミラー3前に配置した円筒レンズ4は、ポリゴンミラー3が回転中に生じる歳差運動に起因する光走査線の位置変動を抑制する機能をもつ。
Usually, since the distance between the light spots is larger than the size of the light spot, the arrangement direction of the light spot rows is inclined with respect to the scanning direction so that the light scanning lines are continuous. To do. The cylindrical lens 4 disposed in front of the
光導波路アレイに複数本のレーザ光を導く実施例を図9を用いて説明する。各々の半導体レーザ11出射端面を光導波路アレイの各々のコア部入射端面に近接させ、半導体レーザから出射したレーザ光を直接、光導波路アレイの各々のコア部に導いている。
An embodiment for guiding a plurality of laser beams to the optical waveguide array will be described with reference to FIG. The exit end face of each
光導波路アレイに複数本のレーザ光を導く実施例を図10を用いて説明する。各々の半導体レーザから出射したレーザ光をそれぞれレンズ25により光導波路アレイの各々のコア部入射端面に集光し、光導波路アレイの各々のコア部に導いている。
An embodiment in which a plurality of laser beams are guided to the optical waveguide array will be described with reference to FIG. Laser light emitted from each semiconductor laser is condensed by the
波長420nm以下の光導波路アレイから出射する複数のレーザ光を感光材料上に変調走査して光記録する光記録装置は、高速、高精細なレーザプリンタにおいて利用可能である。 An optical recording apparatus that performs optical recording by modulating and scanning a plurality of laser beams emitted from an optical waveguide array having a wavelength of 420 nm or less onto a photosensitive material can be used in a high-speed, high-definition laser printer.
1…感光ドラム、2…Fθレンズ、3…ポリゴンミラー、4…シリンドリカルレンズ、5…レンズ、6…レンズ、7…コリメータレンズ、8…光ファイバアレイ、9…光ファイバ、91…光ファイバクラッド部、92…光ファイバコア部、10…半導体レーザモジュール、11…半導体レーザ、12…シリコン結晶のV溝、13…ガラス板、14…接着剤、15…光導波路アレイ、16…光導波路コア部、17…光導波路アレイ出射端面、18…光導波路アレイ入射端面、19…アンダークラッド層、20…光導波路コア部、21…オーバークラッド層、22…導波層、23…クロム膜、24…フォトレジスト、25…レンズ、26…レンズ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Photosensitive drum, 2 ... F (theta) lens, 3 ... Polygon mirror, 4 ... Cylindrical lens, 5 ... Lens, 6 ... Lens, 7 ... Collimator lens, 8 ... Optical fiber array, 9 ... Optical fiber, 91 ... Optical fiber clad
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