並列2次元面発光レーザーアレイ用並列光接続ホログラフィック光学素子に関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750029
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: 粟辻 安浩 京都工芸繊維大学, 大学院・工芸科学研究科, 助手 (80293984)
• Keywords: 光学素子 / 光学設計 / 計算機支援設計 / ホログラフィ / ホログラフィック光学素子 / 面発光レーザー / 並列光接続 / 光インターコネクト

Research Abstract

並列2次元面発光レーザーアレイ用並列光接続ホログラフィック光学素子を実現するために,同素子を設計するための計算機支援ホログラム設計ツールの機能拡張を行った.
ホログラフィック光学素子は,光学システムを軽量・コンパクトに実現できるという特長をもつが,回折光学素子であるために,記録波長と再生波長が異なると結像位置が変化したり,収差が発生するという問題を抱えている.高い光量効率と小さい収差量を両立させた最適なホログラフィック光学素子の設計には複雑で大容量の計算を必要とするために,計算機支援設計が必要である.一方,本研究で対象とする並列2次元面発光レーザーアレイは空間的に多数のレーザーが2次元的に配置されている.各レーザーからの光を所望の位置に結像させるホログラフィック光学素子の設計が必要である.従来の計算機支援ホログラム設計ツールでは,1点の光源からの光を入力とするホログラフィック光学素子を設計する機能しか有していなかった.そこで,まず,多点光源からの光を入力とするホログラフィック光学素子を設計するプログラムを作成して,計算機支援ホログラム設計ツールの機能を拡張した.計算機支援ホログラム設計ツールを動作させるパーソナルコンピュータの性能を考慮して,最大64点の光源に対してホログラフィック光学素子の特性解析と設計を可能とした.各光源に対しては3次元空間において任意の位置と波長を設定できるようにした.
作成した計算機支援ホログラム設計ツールを用いて並列2次元面発光レーザーアレイ用並列光接続ホログラフィック光学素子を設計した.並列2次元面発光レーザーアレイとして8×8のレーザー要素をもつMODE社のGigarray(サイズ1.75mm×1.75mm,波長850nm)を設定した.ホログラフィック光学素子として1cm×1cm,その光学素子の記録には,Nd : YAGレーザ(波長532nm)を設定した.並列2次元面発光レーザーアレイとホログラフィック光学素子の間隔を3.40cm,ホログラフィック光学素子と結像面までの距離を10cm,回折角度を45°として設計した.設計された記録光学系では,物体光として点光源を45°の角度から,10cmの距離から発散する球面波を用い,参照光としてホログラフィック光学素子に垂直に3.4cm離れたところに収斂する球面波を用いることが明らかとなった.最適設計したホログラフィック光学素子の結像待性を機能拡張した計算機支援ホログラム設計ツールで解析した.その結果,各レーザー光源に対する点像のRMSスポット半径は1.86mmで,各点が適切に結像することを確認した.

Research Products

• [Publications] Y.Awatsuji, et al.: "Analysis of imaging characteristics and design of HOE considering light efficiency using the hologram CAD tool"Proceedings of the SPIE. 4659巻. 121-128 (2002)
• [Publications] Y.Matsuura, et al.: "Analysis of the hologram illuminated by multiple point-sources using the hologram CAD tool"3rd International Conference on Optics-photonics Design and Fabrication (ODF2002). 125-126 (2002)
• [Publications] 松浦幸男 他: "ホログラムCADツールを用いた2次元面発光レーザーアレイ用HOEレンズの設計と試作"Optics Japan 2002 講演予稿集. 102-103 (2002)