光導波路アレイを用いた光記録装置

【課題】
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提供する。
【解決手段】
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、前記コア部の材質はＳｉＯ_２にＡｌ_２Ｏ_３を含むことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２９９７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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、ＳｉＯ_２などのガラス材料で製作されている。コア部はＧｅＯ_２やＴｉＯ_２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ＧｅＯ_２やＴｉＯ_２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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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ＳｉＯ_２にＡｌ_２Ｏ_３を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
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ＳｉＯ_２にＡｌ_２Ｏ_３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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
石英ガラス上にＳｉＯ_２にＡｌ_２Ｏ_３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、ＳｉＯ_２にＡｌ_２Ｏ_３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。
【００１６】
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ＳｉＯ_２にＡｌ_２Ｏ_３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。
【００１７】
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。
【００１８】
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ＳｉＯ_２を形成させる。その後、入出射端面の研磨を行う。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】光ファイバ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、光記録するレーザプリンタの光学系を示した説明図である。
【図２】光ファイバアレイの断面を示した説明図である。
【図３】複数のレーザ光を感光材料上に走査する走査方法を示した説明図である。
【図４】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、光記録するレーザプリンタの光学系を示した説明図である。
【図５】光導波路アレイのコア部パターンを示した説明図である。
【図６】光導波路の構造を示した説明図である。
【図７】光導波路アレイに複数本のレーザ光を導く実施方法を示した説明図である。
【図８】光導波路アレイの製作プロセスを示した説明図である。
【図９】光導波路アレイに複数本のレーザ光を導く実施方法を示した説明図である。
【図１０】光導波路アレイに複数本のレーザ光を導く実施方法を示した説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
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。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記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ＳｉＯ_２にＡｌ_２Ｏ_３を含むことを特徴とする光導波路アレイを用いた光記録装置。
【請求項２】
前記コア部の材質は、ＳｉＯ_２に５ｗ％以下のＡｌ_２Ｏ_３を含むことを特徴とする請求項１記載の光導波路アレイを用いた光記録装置。
【請求項３】
前記アンダークラッド層は石英ガラス板であることを特徴とする請求項１記載の光導波路アレイを用いた光記録装置。
【請求項４】
前記アンダークラッド層はＳｉウエハー上の熱酸化膜であることを特徴とする請求項１記載の光導波路アレイを用いた光記録装置。
【請求項５】
前記オーバークラッド層はＳｉＯ_２であることを特徴とする請求項１記載の光導波路アレイを用いた光記録装置。
【請求項６】
前記光導波路アレイの各々の入射端面に、各々の半導体レーザから直接レーザ光を入射していることを特徴とする請求項１記載の光導波路アレイを用いた光記録装置。
【請求項７】
前記光導波路アレイの各々の入射端面に、各々の半導体レーザから出射するレーザ光をレンズを用いて集光して入射していることを特徴とする請求項１記載の光導波路アレイを用いた光記録装置。
【請求項８】
前記光導波路アレイの入射端面に光ファイバアレイ出射面を接続し、該光ファイバアレイの各々の光ファイバ入射面に各々の半導体レーザから出射するレーザ光を入射することによって、光導波路アレイにレーザ光を導いていることを特徴とする請求項１記載の光導波路アレイを用いた光記録装置。

【図１】