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公開番号2025035807
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-14
出願番号2023143080
出願日2023-09-04
発明の名称光素子、レーザモジュール、及びニアアイウェアラブル装置
出願人TDK株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G02B 6/126 20060101AFI20250307BHJP(光学)
要約【課題】可視光の偏波モードの変換効率を向上させることができる光素子、光源モジュール、及びニアアイウェアラブル装置を提供すること。
【解決手段】光素子において、コア層C1は、主面Saに沿ったX軸方向に延び、可視光の偏波モードを変換するモード変換器42を備え、モード変換器42は、可視光をTEモード及びTMモードのうちの一方の偏波モードである第1偏波モードにて入射する導波路51と、可視光を他方の偏波モードである第2偏波モードにて出射する導波路52と、可視光を第1偏波モードから第2偏波モードに変換する導波路53と、を有し、導波路53は、Y軸方向において非対称な形状を有している。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
主面を有する基板と、
前記主面に設けられ、電気光学効果を有する材料によって構成されたコア層と、を備え、
前記コア層は、前記主面に沿った第１方向に延び、可視光の偏波モードをＴＭモードとＴＥモードとの間で変換するモード変換器を備え、
前記モード変換器は、
前記可視光を、前記ＴＥモード及び前記ＴＭモードのうちの一方の偏波モードである第１偏波モードにて入射する第１導波路と、
前記可視光を、前記ＴＥモード及び前記ＴＭモードのうちの他方の偏波モードである第２偏波モードにて出射する第２導波路と、
前記第１導波路と前記第２導波路との間に設けられ、前記可視光を前記第１偏波モードから前記第２偏波モードに変換する第３導波路と、を有し、
前記第３導波路は、前記第１方向と交差する前記主面に沿った第２方向において非対称な形状を有している、光素子。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記第３導波路は、前記主面と向かい合う底面と、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向において前記底面と反対側に設けられた頂面と、前記頂面と前記底面とをつなぐ傾斜面と、を有し、
前記第３導波路は、前記頂面から前記底面にかけて前記第２方向における長さが連続的に長くなる柱状の形状を有している、請求項１に記載の光素子。
【請求項３】
前記傾斜面と前記主面との間の傾斜角度は、７１°以上８５°以下である、請求項２に記載の光素子。
【請求項４】
前記第３導波路は、前記第２方向における長さが、前記主面に近付くにつれて段階的に長くなる階段形状を有している、請求項１に記載の光素子。
【請求項５】
前記第３導波路は、前記主面と向かい合う底面と、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向において前記底面と反対側に設けられた頂面と、を有し、
前記頂面には、前記第１方向に延びると共に前記底面に向かって窪む溝が設けられている、請求項１に記載の光素子。
【請求項６】
前記モード変換器の前記主面と接する面における前記第２方向の長さは、前記可視光の波長の３２％以上４８％以下である、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の光素子。
【請求項７】
前記モード変換器の前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向における長さは、前記可視光の波長よりも小さい、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の光素子。
【請求項８】
前記コア層は、
赤色光の偏波モードを前記第１偏波モードから前記第２偏波モードに変換する前記モード変換器である第１モード変換器と、
緑色光の偏波モードを前記第１偏波モードから前記第２偏波モードに変換する前記モード変換器である第２モード変換器と、
青色光の偏波モードを前記第１偏波モードから前記第２偏波モードに変換する前記モード変換器である第３モード変換器と、
前記赤色光、前記緑色光、及び前記青色光を合波してレーザ光を出射する合波器と、
を備える、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の光素子を含む光素子。
【請求項９】
前記第１モード変換器、前記第２モード変換器、及び前記第３モード変換器の前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向における長さは同じである、請求項８に記載の光素子を含む光素子。
【請求項１０】
前記コア層は、
前記赤色光の光強度を変調する第１変調器と、
前記緑色光の光強度を変調する第２変調器と、
前記青色光の光強度を変調する第３変調器と、
を更に備える、請求項８に記載の光素子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、光素子、レーザモジュール、及びニアアイウェアラブル装置に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
ＡＲ（Augmented Reality）グラス及びＭＲ（Mixed Reality）グラスなどのニアアイウェアラブル装置に搭載される網膜投影装置に適用されるレーザモジュールが知られている。このようなレーザモジュールは、複数のレーザダイオードと、各レーザダイオードから出射されるレーザ光を一つのレーザ光に合波する合波器とを含む。
【０００３】
上述したようなレーザモジュールは、光変調器を含む場合がある（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載の光変調器は、レーザ光源から出射された可視光を受光し、可視光の強度を変化させて可視光信号を生成する。特許文献１に記載の光変調器において、可視光を導光する光導波層は、ニオブ酸リチウム膜で構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２２－３６９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ニオブ酸リチウム膜などの電気光学効果を有する材料では、電界の主成分が光導波層の面内方向となるＴＥ（Transverse Electric）モード、及び電界の主成分が面内方向に対して垂直方向となる（磁界の主成分が面内方向となる）ＴＭ（Transverse Magnetic）モードのそれぞれに対して、実効屈折率及び変調効率といった光学的な特性が変化する。したがって、上述したような光変調器においては、可視光の偏波モードがＴＥモードかＴＭモードかに応じて、変調効率が変化し得る。このように、可視光の偏波モードを所望の偏波モードとすることが求められる場合がある。
【０００６】
一方、レーザ光源から出射される可視光には、ＴＥモードの可視光もあれば、ＴＭモードの可視光もある。このため、レーザ光源から出射される可視光の偏波モードが、所望の偏波モードと異なる場合には、可視光の偏波モードを変換する必要があり、この偏波モードの変換効率を向上させることが望まれている。
【０００７】
本開示は、可視光の偏波モードの変換効率を向上させることができる光素子、光源モジュール、及びニアアイウェアラブル装置を説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一側面に係る光素子は、主面を有する基板と、主面に設けられ、電気光学効果を有する材料によって構成されたコア層と、を備える。コア層は、主面に沿った第１方向に延び、可視光の偏波モードをＴＭモードとＴＥモードとの間で変換するモード変換器を備える。モード変換器は、可視光を、ＴＥモード及びＴＭモードのうちの一方の偏波モードである第１偏波モードにて入射する第１導波路と、可視光を、ＴＥモード及びＴＭモードのうちの他方の偏波モードである第２偏波モードにて出射する第２導波路と、第１導波路と第２導波路との間に設けられ、可視光を第１偏波モードから第２偏波モードに変換する第３導波路と、を有する。第３導波路は、第１方向と交差する主面に沿った第２方向において非対称な形状を有している。
【０００９】
上記光素子では、コア層が電気光学効果を有する材料によって構成されていることから、可視光が伝搬する導波路の形状に応じて、実効屈折率などの光学的な特性が変化する。第３導波路は、モード変換器が延びる第１方向と交差する主面に沿った第２方向において非対称な形状を有している。第３導波路がこのような形状を有することで、第３導波路を伝搬する可視光においては、ＴＥモードとＴＭモードとが混在した第１混在モード及び第２混在モードが発生し得る。そして、第１混在モードにおける水平方向の電界成分と垂直方向の電界成分とが均等になり易くなる。第２混在モードは第１混在モードと直交関係にあるので、第１混在モードと同様に、第２混在モードにおける水平方向の電界成分と垂直方向の電界成分とが均等になり易くなる。したがって、第３導波路を伝搬する可視光の偏波モードを高い変換効率において第１偏波モードから第２偏波モードに変換することができる。以上により、上記光素子によれば、可視光の偏波モードの変換効率を向上させることができる。
【００１０】
第３導波路は、主面と向かい合う底面と、第１方向及び第２方向と交差する第３方向において底面と反対側に設けられた頂面と、頂面と底面とをつなぐ傾斜面と、を有してもよい。第３導波路は、頂面から底面にかけて第２方向における長さが連続的に長くなる柱状の形状を有してもよい。この構成によれば、第３導波路の第２方向における長さが主面に近付くにつれて段階的に長くなる場合に比べ、第１混在モードにおける水平方向の電界成分と垂直方向の電界成分とが均等になり易くなる。第２混在モードは第１混在モードと直交関係にあるので、第１混在モードと同様に、第２混在モードにおける水平方向の電界成分と垂直方向の電界成分とが均等になり易くなる。したがって、第１偏波モードから第２偏波モードへの変換効率を更に向上させることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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