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公開番号2025098525
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-02
出願番号2023214718
出願日2023-12-20
発明の名称光素子、レーザモジュール、網膜投影装置、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 20060101AFI20250625BHJP(光学)
要約【課題】可視光の偏波モードを変換可能な光素子、レーザモジュール、網膜投影装置、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】光素子は、主面31aを有する基板31と、主面31a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32であって、X軸方向に延びる導波路51を有するコア層32と、X軸方向に延び、導波路51と並列に設けられた金属体52と、を備える。導波路51及び金属体52は、可視光の偏波モードを、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偏波モードから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偏波モードに変換するモード変換器35Rを構成する。金属体52は、Y軸方向における端縁52cを有する。端縁52cは、Z軸方向から見て、導波路51と重なっている。
【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であって、前記主面に沿った第１方向に延びる導波路を有する前記コア層と、
前記第１方向に延び、前記導波路と並列に設けられた金属体と、
を備え、
前記導波路及び前記金属体は、可視光の偏波モードを、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偏波モードから前記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偏波モードに変換するモード変換器を構成し、
前記導波路は、前記第１偏波モードの前記可視光が入射する入射端と、前記第２偏波モードの前記可視光を出射する出射端と、を有し、
前記金属体は、前記第１方向と交差するとともに前記主面に沿った第２方向における端縁を有し、
前記端縁は、前記主面と交差する第３方向から見て、前記導波路と重なっている、光素子。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記導波路は、前記主面と向かい合う底面と、前記第３方向において前記底面と反対側に設けられる頂面と、を有し、
前記金属体は、前記第３方向において、前記端縁、前記頂面、及び前記底面の順に並ぶように配置されている、請求項１に記載の光素子。
【請求項３】
前記導波路の前記第２方向における中心と前記端縁との前記第２方向における距離は、０ｎｍ以上であり、かつ、前記導波路の前記第２方向における長さの半分以下である、請求項１又は請求項２に記載の光素子。
【請求項４】
前記金属体は、銀、金、銅、アルミニウム、クロム、マンガン、チタン、バナジウム、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、モリブデン、パラジウム、タンタル、タングステン、白金、鉛、及びビスマスからなる組から選択された少なくとも１つの元素を含む金属によって構成されている、請求項１又は請求項２に記載の光素子。
【請求項５】
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又は請求項２に記載の光素子。
【請求項６】
前記第１モード変換器の前記導波路の前記第３方向における長さ、前記第２モード変換器の前記導波路の前記第３方向における長さ、及び前記第３モード変換器の前記導波路の前記第３方向における長さは互いに同じである、請求項５に記載の光素子。
【請求項７】
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５に記載の光素子。
【請求項８】
請求項５に記載の光素子と、
前記第１偏波モードの前記赤色光を出射する第１光源と、
前記第１偏波モードの前記緑色光を出射する第２光源と、
前記第１偏波モードの前記青色光を出射する第３光源と、
を備える、レーザモジュール。
【請求項９】
ニアアイウェアラブル装置に搭載される網膜投影装置であって、
請求項８に記載のレーザモジュールと、
前記レーザモジュールから出射された前記レーザ光を用いた走査を行う可動ミラーと、
前記可動ミラーを経由した前記レーザ光を反射して前記ニアアイウェアラブル装置を装着するユーザの網膜に反射光を照射することで、前記網膜に画像を投影する反射体と、
を備える、網膜投影装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の網膜投影装置と、
前記反射体が設けられたレンズと、
を備える、ニアアイウェアラブル装置。

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、網膜投影装置、及びニアアイウェアラブル装置に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
光導波路を伝搬する光の偏波モードには、基板に対して水平方向の主電界を有する偏波モードであるＴＥ（Transverse Electric）モードと、基板に対して垂直方向の主電界を有する偏波モードであるＴＭ（Transverse Magnetic）モードとがある。これらの偏波モードを変換する光素子が知られている。例えば、非特許文献１には、ＩｎＰ材料上に設けられたＩｎＧａＡｓＰのリッジ型導波路と、上部クラッドに設けられた金属層と、を含む偏波回転子が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
Shinmo An and O-Kyun Kwon, “Integrated InPpolarization rotator using the plasmonic effect”,Optics Express, 2018年, Vol. 26, No. 2, pp. 1305-1314
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１に記載の偏波回転子は、１．５５μｍの波長を有する光の偏波モードを変換している。しかしながら、可視光については考慮されていない。
【０００５】
本開示は、可視光の偏波モードを変換可能な光素子、レーザモジュール、網膜投影装置、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】
【０００６】
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であって、主面に沿った第１方向に延びる導波路を有するコア層と、第１方向に延び、導波路と並列に設けられた金属体と、を備える。導波路及び金属体は、可視光の偏波モードを、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偏波モードから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偏波モードに変換するモード変換器を構成する。導波路は、第１偏波モードの可視光が入射する入射端と、第２偏波モードの可視光を出射する出射端と、を有する。金属体は、第１方向と交差するとともに主面に沿った第２方向における端縁を有する。端縁は、主面と交差する第３方向から見て、導波路と重なっている。
【０００７】
この光素子においては、導波路と金属体とが並列に設けられており、第３方向から見て、金属体の第２方向における端縁が導波路と重なっている。金属体は負の誘電率を有するので、金属体の表面に表面プラズモンが励起される。このため、導波路を伝搬する可視光の偏波モードは、表面プラズモンと相互作用し、金属体の端縁の位置に応じて回転する。これにより、導波路の金属体と並列する部分において、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。第１混在モードの伝搬定数と第２混在モードの伝搬定数との間に差があるので、上記部分の長さに応じて、第１混在モードの位相と第２混在モードの位相との間に位相差が生じる。可視光が上記部分から出射する際に第１混在モード及び第２混在モードが１つのモードに結合され、可視光の偏波モードは、第１偏波モードから第２偏波モードに変換され得る。以上のことから、上記光素子によれば、可視光の偏波モードを変換することが可能となる。
【０００８】
導波路は、主面と向かい合う底面と、第３方向において底面と反対側に設けられる頂面と、を有してもよい。金属体は、第３方向において、端縁、頂面、及び底面の順に並ぶように配置されてもよい。この場合、混在モードの光軸と基板の主面に平行な平面との間の回転角を４５°に近づけることができるので、変換効率を向上させることができる。
【０００９】
導波路の第２方向における中心と端縁との第２方向における距離は、０ｎｍ以上であり、かつ、導波路の第２方向における長さの半分以下であってもよい。この場合、混在モードの光軸と基板の主面に平行な平面との間の回転角を４５°に近づけることができるので、変換効率を向上させることができる。
【００１０】
金属体は、銀、金、銅、アルミニウム、クロム、マンガン、チタン、バナジウム、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、モリブデン、パラジウム、タンタル、タングステン、白金、鉛、及びビスマスからなる組から選択された少なくとも１つの元素を含む金属によって構成されてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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