JP5190262B2

JP5190262B2 - 出力光の制御された偏光状態を有するデバイス、デバイスを駆動する方法、デバイスにおけるセルの使用方法、光ルータ、光の偏光状態を制御又は変更する方法、およびディスプレイデバイス

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Publication number: JP5190262B2
Application number: JP2007518712A
Authority: JP
Inventors: コールズ・ハリー・ジェイ．; コールズ・マーカス・ジェイ．; ブロートン・ベンジャミン・ジェイ．; モリス・スティーブン・エム．
Original assignee: Cambridge Enterprise Ltd
Current assignee: Cambridge Enterprise Ltd
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2025-07-04
Also published as: EP1766461A1; CN101023391A; US8330931B2; KR20070059057A; DE602005009831D1; KR101211869B1; ATE408855T1; US20090167970A1; EP1766461B1; CN100489598C; GB0414882D0; WO2006003441A1; JP2008504586A

Description

本発明は液晶デバイスに関し、特に、電気通信及びその他のアプリケーションにおいて有効な偏光状態コントローラとして機能する液晶デバイス、及びそのデバイスを使用する方法に関する。

液晶材料はディスプレイアプリケーションにおいて非常に有効に利用されているが、光ファイバーシステムのための電気通信デバイスにおける液晶材料の可能性は最近になって広範な研究の焦点となった（参考文献１，２，３，４，５，６，１３）。サーモトロピック液晶は、高複屈折性、高光透過性、低電力消費、非機械式動作、及び製造において安価及び単純である点において、ニオブ酸リチウムのような従来の電気光学的電気通信材料に対する利点を有している。

液晶デバイスが比較において劣っている主な点は、通常数十ミリセカンドという比較的低いスイッチング速度である。将来性のある液晶電気通信デバイスが、強誘電効果及び電傾効果のような単純なフレデリクス転移よりも高速な液晶電気光学効果を利用するか（参考文献１３）、スイッチング可能な相互接続（参考文献１，２）、アドドロップマルチプレクサ（参考文献３）、又は偏光制御（参考文献４，５，６，１１）等、システムのビットレートをはるかに下回る速度のスイッチングしか求められないアプリケーションに取り組むか、どちらかを試みようとしているのはこのためである。

しかしながら、撓電光学効果（参考文献８，９）は、特定の材料におけるネマチック範囲に渡って線形な電界応答性及び温度依存性を有する非常に高速なスイッチング機構であるにもかかわらず、電気通信の見地から調査されていない。これは、おそらく、純粋にセルの平面内における光軸のスイッチングでは、一貫した効果をもたらすためには、デバイスに入った光の偏光の状態の慎重な制御を必要としており、これはファイバ光学システムにおいて好ましくないからであろう。

本発明の一態様に従って、透過光の偏光状態を制御するためのデバイスであり、電界がない場合ほぼ一様に配列された螺旋軸、及び螺旋軸に対してほぼ垂直な電界を印加するための電極を有する液晶材料の層を囲む第１及び第２のセル壁を備えるデバイスを提供する。

使用においては、螺旋軸はデバイスを通って伝送する光の方向とほぼ平行に向けられる。

キラルネマチック（コレステリック）材料が、特に好適な液晶材料である。便宜上この好適な実施形態を参照して本発明をここに記述する。本発明は、ガラス壁の面にある分子を有するグランジャン（平面）テクスチャのキラルネマチック及び螺旋軸をセルにおいて上から下まで配列することによって先行技術のデバイスの問題のいくつかを克服する。セルの面の電界を印加すること（従って螺旋軸に対して垂直である）によって撓電変形が起き、ランダムに偏光された（例えばファイバからの）入力光が任意の望ましい出力偏光に変換されるのを可能にする。特に好適な実施形態では、キラルネマチック螺旋のピッチ長さはデバイスへの入射光の波長よりも実質的に短くすることで回転分散効果を減少、又は最小にしている。この場合、入射光によって実行された液晶分子の複屈折は層のバルク複屈折として表現される。入射光の伝搬方向と平行な螺旋軸を有する、不かく乱グランジャンテクスチャの場合、螺旋構造内で分子ディレクタの“一回転の”すりこぎ運動のために、このバルク複屈折はゼロになる傾向がある。ピッチ長さの温度変動は動作波長に比べて重要でないため、光の波長よりも小さい螺旋ピッチを使用することで、デバイスは実質的に温度の影響を受けなくなる。キラルネマチックの反射バンドから十分離れた波長、例えば１５５０ｎｍのテレコムウィンド（ＴｅｌｅｃｏｍｓＷｉｎｄｏｗ）でセルを作動することによって、光における最小の光学活性が実現できる。螺旋軸に対して直角な電界がシステムに印加されると、撓電結合が螺旋を歪め、入射光の偏光状態を制御できるバルク複屈折が誘発される。面内の電界は光軸を、伝送の方向に傾いた状態からいくつかの成分が光の偏光平面に存在する状態に偏向する。

知られている限りでは、グランジャンテクスチャにおける撓電光学ディレクタ変形の透過効果に関する文献は存在しなかった。ここでは、この構成の、通信波長における電気光学効果の存在を実証し、その性質を特徴付けた。その効果は偏光コントローラにおいて特に有用であり、ＰｉＰｈｏｔｏｎｉｃｓＬｔｄが偏光コントローラの単純なネマチックバージョンを開発しており（参考文献５，６，１２，１７）、本実験研究において使用された“カートホイール（Ｃａｒｔｗｈｅｅｌ）”セルはそのために設計された。

理論
撓電理論によると、液晶を備える、非対称形状の、分子からなる自発電気双極子は、電界が印加されると、材料がバルク電気偏光を得るために、材料において傾斜及び／又は屈曲といった変形が誘導され（参考文献７）、変形の度合いは誘導させられた分極に比例する：
Ｐ＝ｅ_ｓＳ＋ｅ_ｂＢ
ここでＰは誘電偏光であり、Ｓ及びＢは傾斜及び屈曲変形ベクトルであり、それぞれｎ＾（▽・ｎ＾）及びｎ＾×（▽×ｎ＾）である。上記の式では、ｎ＾はローカルネマチックディレクタ単位ベクトルであり、ｅ_s及びｅ_bは傾斜及び屈曲それぞれのための撓電係数である。

キラルネマチックでは、もし電界が螺旋軸に対して垂直に印加されると、ディレクタが形成する螺旋の変形によって傾斜及び屈曲の組合せが実現されるので、分子はＢｏｕｌｉｇａｎｄ断面にある（参考文献８）。これを図１に示す。

材料の光軸は分子の長軸に対して常に垂直であるので、この変形は印加された電界及び材料の光軸の両方に対して垂直な光軸の回転を引き起こす。ＵＬＨテクスチャにキラルネマチックを含有する、ガラス板の間に印加された電界を有する標準的なセルでは、これはセルの平面における光軸の回転をもたらす。回転度は以下の式によって与えられる。

ここでｋは螺旋波動ベクトルでありｋ＝２ｎ／Ｐ（Ｐ＝螺旋ピッチ）、Ｅは印加された電界、Ｋは傾斜及び屈曲の弾性定数；それぞれｋ_１１及びｋ_３３の平均であり、ｅは撓電係数の平均である。撓電材料の性能指数は従ってｅ／Ｋ、つまり平均撓電係数の平均弾性定数に対する比、又はフレキソ弾性比である。この効果のより詳細な記述については参考文献８を参照する。

この効果は、特性スイッチング時間が少なく（数十マイクロ秒）、また光軸の偏向は印加された電界に線形に比例し、ネマチック範囲に渡って温度とほぼ無関係であるので、ポテンシャルデバイス、及び材料最適化（参考文献１５）の両方において高い関心を持たれている。また、光傾斜角２２．５°、かつセルが半波長板であるような厚みを有する交差する偏光子の間に置かれたデバイスは入射光の１００％変調を実現する。

しかしながら、ここで提案されるデバイスの中心となる思想は、セル内のキラルネマチックの形状および電界方向を回転させ、電界が式（１）に従う光軸を偏向させることであるが、セルの平面における電界によって光軸は伝搬の方向に横たわる状態（ゼロ復屈折）から電傾斜角に横たわる状態に変化しており、それによって伝搬の方向に垂直な成分を有し、複屈折を誘発している。これによってセルは、ＵＬＨより信頼度の高いグランジャン（起立（Ｓｔａｎｄｉｎｇ）螺旋）テクスチャに位置合せされることができる。もしセルが赤外線で照らされたならば、典型的な短ピッチのキラルネマチックの光学活性は最小であるので、切替えられたデバイスは直接的な部分波長板として働く。提案されたセル構造を図２に示す。セルの両側に電極が示されているが、図２における電界はページのｙ方向に向けられていることに留意されたい。

スイッチングされたセルの光軸は（傾斜角が９０°である場合を除いて）伝搬の方向のままであるコンポーネントを有するので、セルは複屈折によってウォークオフプレートとしても働くが、ビームの横方向並進は厚さ１０μｍのセルにおいて最小でなくてはならない。

キラルネマチックの螺旋軸に沿って伝搬する線形偏光された光の回転は以下の式によって得られる。

ψは回転角であり、Ｐは螺旋ピッチ、ｄはセル厚、そしてn_‖及びn_┴はそれぞれディレクタに平行及び垂直な微小屈折率である。屈折率の典型的な値、即ち、５００ｎｍ及び１５５０ｎｍの光のピッチでは、これは１０μｍの厚みのセルにおいて約０．２°の回転をもたらす。従って光の回転は無視することができ、線形偏光された光は、初期の偏光方向に関わらず、セルを介する伝搬時に、螺旋のピッチにおいて正弦曲線的にn_‖からn_┴へと変化する屈折率の影響を受けたと考えられる。

電気的に誘導された複屈折の原因は、伝搬の方向に垂直な平面における螺旋の断面を考察することによって説明できる（図３）。電界が印加されない状態で、偏向されないディレクタの回転は一回転し、電界が印加されると、電界に対して垂直な軸を有するディレクタは、ｘ方向における成分を減少しながら、平面から外へ傾けられる。一方、電界に対して平行な長軸を有するディレクタは長軸を中心に回転し、結果的に偏光のこの方向において光に作用する屈折率楕円体動作の値に変化は起きない。そして、セルを通る伝送の際のディレクタの“一回転”すりこぎ運動は、印加された電界に対して垂直な方向に圧縮されて楕円を形成し、結果的に複屈折を生じる。セルを通って進行する際の、ｘ方向に偏光された光の理論上変化する屈折率を、電界が印加されている場合およびされていない場合について図４に示す。

セルで誘導された複屈折の大きさは、平均屈折率の印加された電界に対して平行な成分と垂直な成分の差異によって与えられる。

複屈折材料を用いた交差する偏光子を通る光の透過についての式は以下の通りである。

Ｉ／Ｉ_０は透過された入射強度の分数、ψは材料の光軸と偏光子との間の角度、そしてλは入射光の波長である。もし光軸が偏光子のいずれかに対して平行ならば、この式はいずれの遅延特性にもゼロの透過率を与え、偏光子に対して４５°の光軸で最大透過率及び波長の半分と等しい遅延特性を与える。与えられた傾斜角度に対して、交差した偏光子を通るキラルネマチックの予想される透過に関する予備的な分析を、偏光の面における屈折率楕円体楕円の投影のジョーンズマトリックス表示を使用して行った。この投影は、推定された赤外線の屈折率及び平均５００μｍのピッチ長に対して、撓電光学理論から楕円の回転を計算しており、その結果を図１１に示す。

もし、４Ｖ／μｍバイポーラ三角波及び、上記で使用される典型的な材料パラメータに対して、図１１によって予測されたΔｎを取り、セルの面における成分を有する誘導された光軸角を偏光子に対してψ＝４５°、セルの厚みを１０μｍと仮定すれば、図５に示すように電気光学的応答が予測される。

図５は、０Ｖ／μｍで１サイクルに２回光学的に中立な垂直位置を通過する、バイポーラ電界における光軸のメトロノームのようなアクションによって引き起こされる周波数２倍応答の予測図を示す。図５は誘導された小さな複屈折による非常に小さい応答（８％総合変調）の予測図も示す。図５は材料応答時間を無視した理想的なものだが、デバイスが生成すべき応答はこれである。

本発明のデバイスは、特に光ファイバーシステムにおける、偏波モード分散補償のための高速に止めどなく回転可能な波長板として使用できる。デバイスは、何らかの望ましい波長板として、例えば、あらゆる方向への４分の１波長板又は２分の１波長板として機能できる。アプリケーションには光ルータ及びドロップマルチプレクサも含まれる。偏光感度を有する先行技術のデバイスとは異なり、本発明のデバイスは入力光偏光に対して感受性がなく、またピッチを調整してもよいので、いかなる望ましい入力波長にも最適化できる。

本発明のその他の態様に従えば、
ａ）電界がない場合にセル壁の内面に対してほぼ垂直な光軸を有するキラルネマチック（コレステリック）又はキラルティルテッドスメクチック液晶材料の層を囲む第１及び第２のセル壁、及び液晶層の光入力領域の周囲に配置された複数の電極を備えるセルであり、各電極は前記光入力領域に渡って横電界を印加するために選択的にアドレス可能であり、それによってセル壁の内面とほぼ平行な複数の選択可能な方向のいずれにも前記電界を印加できるセルと
ｂ）前記第１のセル壁を介して前記光入力領域を通過するように光を向けるように配置された光源と
ｃ）複数の光出力キャリアであり、各光出力キャリアは、光が偏光の特定の状態及び／又は方向の時に前記第２のセル壁を介して前記光入力領域から前記光を受けるように配置および調整され、前記特定の状態及び／又は方向は各光出力キャリアそれぞれに対して異なるような複数の光出力キャリア
を備える光ルータが提供される。

好ましくは少なくとも４個の電極があるが、必要とされる出力の数によって、いずれの望ましい個数、例えば、６、８、又は１０個としてもよい。

光出力キャリアは異なるデバイスまたはコンポーネントへの接続のための光ファイバを備えてもよい。光源は、適当な波長範囲、特に約１５３０ｎｍから約１５６３ｎｍの電気通信に向けた範囲の発光体に結合した光ファイバを備えてもよい。

本発明のその他の様態及び効果は以下の明細書、図面、及び特許請求の範囲において明らかになる。

これから、以下の図面を参照して、例を用いて本発明を更に記述する。
サンプルの準備
３つの別個のキラルネマチック混合物を準備してテストした。３つの内最初の２つは、図６に示された構造の（ＦＦＯ−９−ＯＣＢとして知られる）非対称ビメソゲンα‐（２’，４‐ジフルオロビフェニル‐４’‐イルオキシ）‐ω‐（４‐シアノビフェニル‐４’‐イルオキシ）ノナンで構成し、高フレキソ弾性率及び低誘電異方性の最適化された撓電特性のために特にインハウスで合成した（参考文献１４）。ビメソゲン液晶混合物に基づく液晶システムにおいてはるかに大きな撓電光学効果を見ることができることを示している（参考文献１６）。ＦＦＯ−９−ＯＣＢを高ねじり力キラルドーパントＢＤＨ１２８１（ＭｅｒｃｋＮＢ−Ｃ）と第１及び第２の混合物それぞれにおいて２％ｗ／ｗ及び３％の割合で混合した。第３の混合物は、その構成及び撓電光学特性がよく知られた４−ヘプチルーアルキルオキシ−４’−シアノビフェニル（７ＯＣＢ）（参考文献１５）、及び３％（ｗ／ｗ）ＢＤＨ１２８１で構成され、制御混合物として生成された。完全な混合を可能にするため３つの混合物の各々を２４時間の間加熱して等方相にし、等方相においてキャピラリー充填してテストセルにした。混合物はそれぞれ偏光顕微鏡法を使用して特徴付けられた層であり、紫外線可視分光光度計を使用してそれらのＮ＊層における反射バンドを計測した。これは、おおよその平均屈折率１．６を取りながら、材料のピッチ長さを推定するために使用でき、上記の順番で混合物それぞれにつき４８５ｎｍ、３００ｎｍ、及び４１０ｎｍのピッチを与えることが分かった。

ＰｉＰｈｏｔｏｎｉｃｓＬｔｄが、ホメオトロピック配向したネマチック回転波長板の開発のためにテストセルを製造した。この目的のため、テストセルは直径５０μｍの活性領域に４つの電極を集中して持つように設計され、４つ全ての電極への電圧を変えることによって、活性領域の中心の電界がセルの平面におけるいずれの方向にも印加できるようになり、光軸は望ましい方位に回転された。セルの電極レイアウトを図７に示す。

これらの初期の実験では、この自由度は必要とされず、電界は２つの中心電極の間に印加され、プローブビームはこれらの間のチャネルの狭い（５０μｍ）部分に向けられ、図では囲まれたように見える。これによって、電界の均一性に対する信頼性は最大になる。電極は厚さ１０μｍの金で堆積され、セルの蓋を接着し、その厚みを規定するためのスペーサとしても働く。

セルは、１％のＰＶＡ水溶液でスピンコートされ、蒸着してネマチックディレクタの平面配向を促進する配向層を付着する。その層は電極の存在によって摩擦できず、液晶分子はセルにおいて平らに置かれるが、セルの平面内におけるそれらの配向にとって優先的な方向はない。厚み１００μｍの顕微鏡カバースリップの２ｍｍ^２のへき開部で構成される蓋がセルの上に置かれ、一方向に摩擦されたＰＴＦＥのアラインメントによって覆われる。これが、ＰＶＡよりも信頼度が高いアラインメント及びより優れたテクスチャを提供することが分かる。そして、毛管現象を利用してその蓋をセルに固定し、紫外線硬化接着剤をチャネルには充填せずに電極上に引き、露出して固める。蓋を固定したことによって、キラルネマチック自身はチャネルを通って毛細現象により充填されてセルを満たすことができ、セルは蓋の縁周りへの接着剤の第２の塗布によって封止される。そして、セルがキラルネマチック範囲に至った時、偏光顕微鏡を使用して必要なグランジャンテクスチャの存在を確認する。

実験
次に、充填及び封止されたセルは、マイクロメータスクリューを使用してコンタクトを４つの電極にクランプするプローブステーションに置かれ、プローブステーションはプローブビームにおけるセルの位置を操作する。プローブステーションは、増幅信号発生器の出力に接続されており、発生器の出力パルスの形状及び幅を変化させることができ、振幅は４００Ｖｐｐまで変化させることができる。出力はセルの全域に印加できる。プローブステーションは、セルを特定の温度に維持できる加熱エレメント及び温度計も備える。プローブビームは１５５０ｎｍのファイバーローンチドＤＦＢレーザーである。

セルは交差した偏光子および顕微鏡対物レンズの間に置かれ、出現したビームは偏光され、セルの関連する部分を通って直接焦点を合わされ、第２の直交する偏光子を通って再平行化され、パワーメータに焦点が合わされる。次にパワーメータからの出力は、デジタルフォスフォアシロスコープにおいてセルに印加された電子パルスと並行して見ることができる。この配置を図８に示す。

レーザーの出力を調整して約１００μＷの総合電力をゼロ電界が印加されたセルを有する検出器及び交差を解かれた第２の偏光子に伝送する。テスト波長に対するグランジャンテクスチャにおける光学活性及び複屈折の欠如を確認しながら、交差された偏光子を有するゼロ電界での送電もチェックされ、全偏光子の角度で５μＷを下回っていることが検出された。しかしながら、これは、ビームによってサンプリングされたセルの領域において複屈折“オイリーストリーク”回位がないことが条件である。

次に、電圧パルスの印加が螺旋を変形し、材料の光軸を印加された電界に対して垂直な、セルの面におけるある成分への伝搬の方向に沿って横たわる状態から傾け、複屈折を誘導する。次に、式４に従って、入射光の一部が交差した偏光子を通過するように透過される。

ここでψは偏光子と光軸の間の角度であり、もし媒体とδが誘導された位相遅延特性であれば、以下の式に等しい。

Δｎは誘導された複屈折、ｄはセルの厚み、λはプローブ波長である。偏光子は印加された電界に対して４５°で向けられているため、次のように減少する：

次に、パルス中に透過された光の一部から誘導された複屈折が予測できる。印加された電圧は、すべての計測において２ｍｓの継続時間及び５Ｈｚの繰り返し率のバイポーラ方形波の形を取り、使用された応答トレースは平均１６パルスである。等価周波数での連続バイポーラ方形波の印加は結果的にＮ^＊テクスチャの不安定及び複屈折回位の進行及び移動を引き起こし、セルの光学的応答を変化させてしまうので繰り返し率は意図的に低く維持した。しかしながら、５Ｈｚのパルス応答では、グランジャンテクスチャが非常に安定したままで、セルは数時間の間、応答の形状又は大きさにおいて著しい変化のない状態のまま維持された。

結果及び考察
図１０には、Ｎ＊−Ｉ遷移における５℃での７ＯＣＢ+３％ＢＤＨ１２８１サンプルの、±３Ｖ／μｍ継続期間２ｍｓのバイポーラ方形波に対する応答が示されている。これは、キラルカートホイールセルからの特性応答を示しており、その形状は、テストされる全ての材料に共通であり、そこから、以下の測定が行われた。
１）応答の振幅：測定されＩ／Ｉ_０を与えるよう調節された入力電力に対して正規化される。
２）効果の応答時間：前縁での立ち上がり時間に対し、Ｉ／Ｉ_０値の１０％と９０％との間の時間間隔、且つ後縁で９０から１０％の間隔。

図に示されるように、応答は、高速（〜１００μｍ）であり、電界の方向とは無関係である。撓電光学理論から予測されるように、電界の値が変化すると光軸も電界に従って変化することが透過におけるディップから分かるが、透過は光軸の傾きにのみ依存し、方向には依存しない。撓電光学軸の傾きは、式４によって与えられ、ここで、φは、誘導された傾き角度、ｅ／Ｋは、フレキソ弾性率であり、且つＰは、材料の螺旋ピッチである。

正接関数は、予測された傾き角度の範囲に対してほぼ線形であり、よって、このシステムの透過は、光の偏光面における有効屈折率が所与の傾きに対し如何に変化するかに依存し、それは、結局、屈折率楕円体の形状に基づく。所与の傾き角度に対する透過の予測に関する予備解析が、偏光面の屈折楕円体の楕円の投影のジョーンズ（Ｊｏｎｅｓ）マトリックス表示を使用して実行された。この投影は、推定された赤外線屈折率と５００μｍの平均ピッチ長に対して、撓電光学理論からの楕円の回転に対して計算され、その結果が、図１１に示されている。

４Ｖ／μｍまでの電界に対する３つの混合物全てに対する応答の大きさを、図１２に示す。（７ＯＣＢ混合物は除く。印加電圧が３Ｖ／μｍを超えるとＵＬＨ撓電光学測定で観察されるように（参考文献１５）、螺旋巻き戻しに誘発された誘電結合によると思われる信号歪みが起きるからである。）透過は、式７に従って、ピッチ長の増加に従って増加するように見えるが、高電界における透過は全ての混合物において、予測されたものより大きく、図１１の理論から得られる角度、すなわちＵＬＨテクスチャにおける同じ材料に対して測定されたものよりもかなり大きな傾き角度を暗示している。

配列条件の変更が、撓電結合の非常に大きな増加を引き起こすと考えられる根拠はなく、更なる研究が必要である。基本的に、明確な測定には、１５５０ｎｍでの屈折率と、カノウエッジ（Ｃａｎｏｗｅｄｇｅ）セルを使用しての明確なピッチ長と、封止されたセルのセル厚みが必要である。使用されるセルの大きな電極領域は、十分な光がＵＶ可視分光光度計で標準のエタロン（ｅｔａｌｏｎ）方法によって測定されるべきセルの厚みを通過するのを防止する。しかしながら、この問題は、誘導された複屈折の明確な測定、従って、暗示された傾き角度を得るために、克服されなければならない。しかしながら、セルに誘導される全遅延の大きさは、存在しうる全ての偏光状態へのアクセスを提供するために動作波長でλ／２遅延を必要とする偏光制御デバイスに対して良好なポテンシャルを提供するのに十分な大きさ（＞λ／３）であるという事実が残る。

図１３は、デバイスの交差偏光器を通過して透過される最大強度の、偏光器に対する印加電界角度への依存を示す。予測されたｓｉｎ²（２ψ）応答が、式３と４に従って観察される。

混合物の応答時間は、Ｉ−Ｎ＊遷移を下回る温度範囲での３Ｖ／μの印加電界の印加と除去に対して図１４および図１５にそれぞれ示される。応答時間は、予測されたようにピッチ長の増加に従って増加し、冷却によって僅かな増加を示すように見える。留意すべきことは、電界の除去による緩和時間が、電界の印加に対する応答よりも一般的に速く、それは液晶効果においてはかなり珍しいことであり、それに対する説明は今のところないことである。しかしながら、一般的に、応答時間は、容易にミリ秒未満であることが知られており、それは、電気通信波長に対する高速応答偏光制御デバイスの開発の可能性に可能性をもたらしている。

結論として、撓電光学効果が、グランジャンテクスチャに配列された短ピッチのキラルネマチック材料で動作し、電気通信波長（それ以外では配座が光学的に中立になる）で、材料中の複屈折を誘導する能力を有することを示した。この効果の応答時間は、撓電光学効果に基づく従来のＵＬＨからの予測に沿って、高速（〜１００μｍ）であるが、特に、７ＯＣＢでの応答の大きさは、期待されるよりもかなり大きい（δ＞２ｎ／３）ことが示された。

デバイスへの応用
これらの実験は、面内電界とグランジャンテクスチャに関して、大きな撓電係数を有するキラルネマチックの光軸が、セルの面にある角度だけ偏向されることができ、光軸回転の大きさと方向が、電界の大きさと方向に依存していることを強調するために実行された。これらは、エンドレスで回転可能な波長板において必要なものであり、光ファイバ通信システムにおける偏波モード分散（ＰＭＤ）の問題に対する有望な解決策の一つである。ＰＭＤ補償器は、振動、温度変化等によってファイバに誘導される一時的複屈折に起因する長い通信ファイバからの出力である偏光のランダムに変動する状態（ＳＯＰ）を取り、それを最小のロスで望ましい偏光状態へ変換することができなければならない。これは、π／２、π、及びπ／２遅延の直列の３個の回転波長板よって可能とされる（参考文献１１）。液晶は、以前シンプルなネマチック（参考文献５，６，１２）及び高速エレクトロクリニックスイッチング機構（参考文献１３）を使用していたデバイスを製造するために利用されてきたが、最も効果的な解決策を提供するためには信頼できるセル構造体において速度又は全体の遅延を改良することが望ましい。ここで実証されるグランジャン撓電光学機構が、これらの改良を提供できると考えられる。３つの開発が、商用デバイスにおけるこの新規な効果を最適化することが望まれる。
１：デバイスの遅延を増加する。これは、１５５０ｎｍで原料の複屈折を増加すること、より大きな印加電圧を利用すること、より大きな傾き角度を有する材料を使用して利用可能な複屈折の大部分にアクセスすることによって、もしくは単に厚いセルを使用して光路長を増加することによって、達成できる。
２：光軸を回転する。この機能のためにカートホイールセルが設計されているのであるが、これらの測定は、電極の角拡散を、電界をあらゆる方向への印加に利用しなかった。電極は対にされ、電界はその効果の基本的証明のために単独で一方向に印加される。光軸を回転し且つ最大角速度を測定するために、ＰＭＤ補償器に対する臨界実験では、セルが、大きな電界に対してより安定であることが望ましい。好適な実施の形態において、液晶のテクスチャは、アクティブ領域の外側の電界の大きな不均一性によって引き起こされるフローの影響を防止又は減少するためにポリマーによって安定化される。ポリマーの安定化は、液晶媒体の粘度を高め、セルに対する応答時間の僅かな増加を引き起こすが、グランジャンテクスチャの安定性と温度サイクリング信頼性を高める。
３：交流電圧に対してセルを最適化する。撓電光学効果は直流効果であり、即ち、光軸の回転方向は、印加される電界の方向と極性に依存する。これは、設定された位置に光軸を保持するために直流電圧が必要であることを意味する。これは交流磁界のｒ．ｍ．ｓ．に通常応答する液晶デバイスでは望ましくない。なぜなら直流電界が材料の不純物を導電性にし、デバイスを破壊する電荷が増加するからである。従って、好適な実施の形態においてはデバイスは、背中合わせとなった二つ以上のカートホイールセルよりなり、それは互いに位相が４分の１サイクルずれた同一の波形によって駆動され、その波形の形状は、２個のセルの各々において誘導された複屈折の合計が、各セルの光軸の前後への揺動にもかかわらず、一定であるようにされている。次に、光軸の方向は、互いに同一あるいは反対方向に回転して、望ましい効果を実現する。これには、幾つかの複雑な駆動エレクトロニクスが必要であるが、エレクトロニクスの熟練技術者であれば実現可能である。交流電界で光軸を安定に保つ手段の提供に加えて、この構成は、アセンブリをより高速で動作させることを可能とする。

デバイスのポリマー安定化
上で示された結果に続いて、更なる結果が、キラルネマチック混合物を更に３つ使用して得られた。この混合物の各々は、少ない割合（３〜６％ｗ／ｗ）の反応性メソゲンＲＭ２５７（Ｍｅｒｃｋ−ＮＢ−Ｃ）とフォトイニシエイターＩｒｇａｃｕｒｅ８１９（１％ｗ／ｗ）を含む。これによって、ＵＶ放射への露出による液晶テクスチャ内での安定化ポリマーネットワークの形成が可能となった。このサポートされたネットワークは、ＵＶ露光時に液晶テクスチャの構造、従って、架橋サポート後のそれの構造を持つ（この場合、グランジャン）。これらの安定化混合物が、上述のようにセルに使用されると、耐久性を提供して、テクスチャの崩壊なしに、高電圧での連続交流方形波電界の印加を可能とすることが発見された。使用された材料とこの方法から得られる結果の詳細は、以下に概説される。

３つの別個のキラルネマチック混合物を準備してテストした。
混合物４：ＦＦＯ１１ＯＣＢ＋３．４８％ＢＤＨ１２８１高ねじれ力キラルドーパント（Ｍｅｒｃｋ、ＮＢ−Ｃ）＋５．８４％反応性メソゲンモノマーＲＭ２５７（Ｍｅｒｃｋ、ＮＢ−Ｃ）；
混合物５：［ＦＦＯ９ＯＦＦ＋ＦＦＯ１１ＯＦＦ］（５０／５０）＋２％ＢＤＨ１２８１＋３％ＲＭ２５７；
混合物６：［ＦＦＥ９ＥＦＦ＋ＦＦＥ１１ＥＦＦ＋ＦＦＯ９ＯＦＦ＋ＦＦＯ１１ＯＦＦ］（２５／２５／２５／２５）＋１．７８％ＢＤＨ１２８１＋４．３６％ＲＭ２５７。

上記の全てのパーセンテージは重量の比率である。これらの混合物で使用されるビメソゲン材料は略称で記述し、以下の化学物質に対応する。α‐（２’，４‐ジフルオロビフェニル‐４’‐イルオキシ）‐ω‐（４‐シアノビフェニル‐４’‐イルオキシ）ウンデカン（ＦＦＯ１１ＯＣＢ）；α‐（２’，４‐ジフルオロビフェニル‐４’‐イルオキシ）‐ω‐（２’，４‐ジフルオロビフェニル‐４’‐イルオキシ）ノナン（ＦＦＯ９ＯＦＦ）；α‐（２’，４‐ジフルオロビフェニル‐４’‐イルオキシ）‐ω‐（２’，４‐ジフルオロビフェニル‐４’‐イルオキシ）ウンデカン（ＦＦＯ１１ＯＦＦ）；α‐（２’，４‐ジフルオロビフェニル‐４’‐エステル）‐ω‐（２’，４‐ジフルオロビフェニル‐４’‐エステル）ノナン（ＦＦＥ９ＥＦＦ）及びα‐（２’，４‐ジフルオロビフェニル‐４’‐エステル）‐ω‐（２’，４‐ジフルオロビフェニル‐４’‐エステル）ウンデカン（ＦＦＥ１１ＥＦＦ）。材料の構造は図１６に示す。

セルには、セルとセルにフィットするようへき開された１００μｍ厚のカバースリップより成る蓋の両方が配向層でコートされ、セル表面での液晶のプレーナアラインメントを促進することを除いて、前記と同様に構成されている。バルク電極は、層の機械的摩擦を防止するので、線形光重合フォトポリマー（ＬＰＰ）（Ｒｏｂｉｃｉｎｃ．）が、セルと蓋上にスピンコーティングされ、アラインメント方向は、偏光ＵＶ光での指向性架橋によって誘導された。これによって、セル表面との物理的接触なしで十分な品質の配向層が提供された。位置合せされると、蓋は、ＵＶ硬化接着剤が硬化する前に毛管作用を介してバルク電極の表面と蓋との間で濡らされることによって、セルに固定された。次に、セルギャップは、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ干渉技術を用いて測定された。そしてセルは、キラルネマチック混合物が充填され、望ましいグランジャンテクスチャがＵＶ露光によって得られ且つ安定化されて反応性メソゲンを架橋した。

セルは、先と同じ実験装置に配され、連続交流方形波電圧が印加された。

全ての混合物は、周波数依存性の電界従属応答を示すことが発見された。低周波では、光軸は、その撓電的に誘導された値へ自由に傾斜し、そこで、光軸は、電界が極性を逆転するまでそのままであり、この逆転の時点で、光軸は、逆の方向の同じ値へスイッチングする。ゼロ電界交差点で降下する複屈折が観測されたことにより、自身が光応答において電界従属成分であることを明白にしている。

応答がこれらの遷移で降下する度合いは、先に議論されたように、誘電螺旋の巻き戻しが、“ベースライン”複屈折を生成する度合いに依存しており、これは電界遷移点において一定である。このベースラインは、高周波（＞２ＫＨｚ）トレースで現れ、そこでは、光軸の撓電光学移動はあまりにゆっくりのため電界振動に追従できない。この状態で、光軸は、螺旋軸周りで僅かに振動し、観察された複屈折は、交流波形にわたってほぼ一定である。連続方形波から得られる、キラルネマチック螺旋構造体における撓電光学と誘電変形の異なる影響が、図１７に描かれている。また、これは、両方の変形が、如何に同様の複屈折になるかを示しており、それらの影響を分離するためには駆動周波数の交換を必要であることを示している。結果として発生する複屈折の源を描くために、変形の影響を螺旋軸に沿って（上の図）、且つ螺旋軸に対して垂直（下の図）に示す。図示するために、２つの撓電例それぞれにおいて方向が異なる電界が必要であった。

３つの混合物に対する高及び低周波方形波に対する光応答を、図１８から図２０に示す。

理論的な考察は省略するが、低周波数応答がゼロ電界交差点で高周波数ベースラインまで降下しない理由は、使用された増幅器が、高周波数で方形波形を正確に複製するために使用できず、有効ｒ．ｍ．ｓ．電界値での降下となったことであると考えられる。この考えは、オシロスコープでは方形波が歪むように見え、第３の混合物からの応答において、低周波数応答における特性ディップがゼロ複屈折にまで至るという事実によって裏付けされる。また、これは、この超低Δε材料（Δε_≒０．９）において、誘電結合が重要ではなく、且つ螺旋巻き戻しの影響が除去されることを証明している。

実際、研究されたこの３つの混合物は、誘電ベースライン低減の良好な進行と低周波数における撓電光学変調の増加を示しており、［ＦＦＥ９ＥＦＦ+ＦＦＥ１１ＥＦＦ+ＦＦＯ９ＯＦＦ+ＦＦＯ１１ＯＦＦ］（２５／２５／２５／２５）+１．７８％ＢＤＨ１２８１+４．３６％ＲＭ２５７混合物の全体的撓電光学応答を最大にしている。複屈折にのみ基づく、このセルで観察さる、０．０１３５の、最大撓電光学は、２９μｍ厚のセルで半波長板変調を行うのに十分である。これは、従来の液晶セル厚標準よりも大きいが、セルを満たし且つ面内電界を提供するバルク電極は、光路長の増加が、電極分離の増加を必要としないことを意味し、ガラスＩＴＯコートプレーナセルにおける応答回数の大きな増加を引き起こす通常のセルギャップの増加における問題は当てはまらない。また、イソチオシアナトベースの添加剤を使用して、赤外線において大きな複屈折を有する混合物の製造できる可能性があり、より薄いセルによる所望の位相偏移の実現も考えられる。面内電界セルの最大印加電界が、増幅器の限界（即ち、１０ＫＨｚで３４０Ｖ）及び５０μｍ電極孔に起因しいて６．８Ｖ／μｍであり、撓電光学傾斜角度は、これらのビメソゲンで達成され得る最大ではなかった。従って、これは、Δｎの増加のためのもう１つの有効な手段である。

各材料に対する撓電光学傾斜角度は、ＵＬＨテクスチャセルにおいて６．８Ｖ／μｍで測定された。図１８から図２０の各々に対する“ａ”トレースにおける変調の単純な振幅である、誘導された複屈折の電界従属（撓電光学）成分は、ＵＬＨにおいて撓電光学傾斜角度に対してプロットされ（図２１）、良好な相関が検出される。これは、同じ撓電光学変形が、この影響のこの部分に対して関与していることを裏付けしている。この図では、約８度以下の傾斜角度に対してゼロ複屈折となる傾向が見られる。これは、観察可能な効果に対する“閾値”傾斜角度と考えられる。図２１の結果は、ＵＬＨテクスチャにおけるより大きな傾斜角度を有する材料は、実際、グランジャンデバイスにおいて撓電的に誘導されたより大きな複屈折を現すことを示している。

また、各セル構成における４Ｖ／μｍスイッチに対する応答時間を比較すると、同じ温度と同じ電界強度に対して、以下の表Ｉに示されるように、良好な相関が観察される。この表から、測定された全ての応答時間は、Ｔｃ−１０でミリ秒未満であり、それは、通常は１０ｍ秒のオーダーである、典型的なネマチックデバイスでのディレクタ再配向の典型的応答よりもかなり速い。これは、最終的用途として高速動作アクティブ波長板の意図された成果の裏づけを示している。

また、混合物１におけるように、スイッチにおける大きな度合いの誘電結合の存在は、表Ｉに見られるように、応答時間に悪影響を及ぼさないことに留意すべきである。

表Ｉは、グランジャンテクスチャ面内電界セルとＵＬＨテクスチャ撓電光学セルの両方において、平均１０％から９０％及び９０％から１０％応答時間が観察されたことを示している。全ての時間は、グランジャンの場合、０Ｖから４Ｖ／μｍ及びその逆方向への、及びＵＨＬの場合では−４から+４Ｖ／μｍ及びその逆方向へのスイッチに対して、Ｔｃ−１０°で測定される。

結論として、一連のビメソゲンの、短ピッチの、キラルネマチック混合物が造られ、電気通信波長、即ち、１５５０ｎｍにおける撓電光学効果に対してテストを行った。材料は、面内電界の印加が可能になるように設計されたセルのグランジャンテクスチャ内に配置された。測定された応答は、撓電光学及び誘電結合効果の組み合わせであった。これらの効果からの相対的成果は、印加された電界の周波数に対するそれらの異なる依存性によって識別できる。従来の均一な螺旋テクスチャにおける非常に大きな撓電光学特性を有するように設計された、今回使用された混合物は、誘電効果すべてにわたって、この効果の促進を実現する。単独で撓電結合に起因する複屈折を誘導する最大電界は、０．０１３５であり、全ての混合物は、１ミリ秒未満の応答時間を示した。これらの両測定値は、より高速のアクティブ波長板デバイスのための機構の実現への可能性を示す。

明瞭化のために、別々の実施の形態の文脈において記述された本発明の幾つかの特徴は、単一の実施の形態において組み合わせで実行してもよい。逆に、簡潔にするために、単一の実施の形態の文脈において記述された本発明の種々の特徴は、個別に、或いは任意の適切な組み合わせで実行してもよい。

特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更、変更、及び／又は追加を上述された部品の構成及び配置に対して実施してもよいことは容易に理解できることである。

参考文献
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１７）ＷＯ２００４／０２１０７３

光軸を角度φだけ回転させるＢｏｕｌｉｇａｎｄ断面における分子の存在を可能にする、キラルネマチックの螺旋の変形を示す。螺旋軸に沿う光伝搬及びセルの平面における印加された電界と共に、グランジャンテクスチャにおいてキラルネマチックを伴う撓電光学効果を示す。初期状態及び変形状態での、螺旋のｘ−ｙ平面における断面である。印加された電界を有する、及び有さない、n_⊥＝１．５、n_‖＝１．７、ピッチ長５００ｎｍを有する材料に対する伝送の方向に沿った屈折率プロファイルの予測値を示す。式（９）及び（１０）に従う、４Ｖ／μｍバイポーラ三角波、および所与の典型的な材料パラメータに対するグランジャン撓電効果の電気光学応答の予測値のグラフを示す。（ＦＦＯ−９−ＯＣＢとして知られる）非対称ビメソゲンα‐（２’，４‐ジフルオロビフェニル‐４’‐イルオキシ）‐ω‐（４‐シアノビフェニル‐４’‐イルオキシ）ノナンの化学構造を示す。中央のボックスに活性領域を有する電極パターンを示す、ＰｉＰｈｏｔｏｎｉｃｓのカートホイールセルの写真、及びデバイス形状の概略図である。実験装置の概略図である。１１０℃で４Ｖ／μｍ、０．８ｋＨｚの三角波によって駆動された、１５５０ｎｍでのカートホイールセルの電気光学的応答を示す。 I−Ｎ＊遷移を下回る５℃での７ＯＣＢ＋３％ＢＤＨ１２８１サンプルを含有する、図７のカートホイールセルにおいて印加された電圧パルス及び結果として起こるプローブビームの強度透過を示す、デジタルフォスフォアシロスコープのトレースである。撓電光学傾斜角度の強度透過の予備理論的依存性を示す。 I−Ｎ＊遷移を下回る１０℃での３つの混合物の各々に印加された電界の、関数としての交差した偏光子を介して図７のセルによって透過した強度の割合のグラフを示す。偏光子に対し印加された電界の角度の関数としてのカートホイールセルの電気光学的応答の振幅の、理論値と比較したグラフを示す。 I−Ｎ＊遷移を下回る温度の関数としての、３Ｖ／μｍの電界の印加に対する、３つの混合物１０％から９０％の応答時間を示す。 I−Ｎ＊遷移を下回る温度の関数としての、３Ｖ／μｍの電界の除去に対する、３つの混合物９０％から１０％の応答時間を示す。３つの別個の重合キラルネマチック混合物の生成に使用される、５つのビメソゲン材料の化学構造を与える。キラルネマチック螺旋ディレクタ構造体（ａ）の変形の概略図であり、螺旋軸に対して直角に印加された電界との結合による、（ｂ）は撓電光学による変形、（ｃ）は誘電による変形である。Ｔ_ｃ−１０＝１１８℃、（Ｔ_ｃ＝１２８℃）での混合物４に対する異なる電界振幅及び周波数での電界誘導複屈折を示す。Ｔ_ｃ−１０＝５６℃、（Ｔ_ｃ＝６６℃）での混合物５に対する異なる電界振幅及び周波数での電界誘導複屈折を示す。Ｔ_ｃ−１０＝５９℃、（Ｔ_ｃ＝６９℃）での混合物６に対する異なる電界振幅及び周波数での電界誘導複屈折を示す。６．８Ｖ／μｍでの３つの混合物において、均一に置かれた螺旋（ＵＬＨ）テクスチャで計測された撓電光学的傾斜角の関数としての、グランジャンテクスチャのセルにおける誘導された複屈折の電界従属（撓電的に誘導された）部分を示す。

Claims

出力光の制御された偏光状態を有するデバイスであって、
セルと、光伝搬方向に沿って前記セルを通過して偏光された光を向けるよう配置された光源とを備え、
前記セルは、電界がない場合に前記セルを通過する前記光伝搬方向とほぼ平行な螺旋軸を有するキラルネマチック液晶材料の層を囲む第１及び第２のセル壁を備え、
前記セルは、更に、電界がない場合における前記螺旋軸の方向に対してほぼ垂直な電界を印加するための電極を備え、
前記液晶材料は、前記光源からの光の波長よりも短い螺旋ピッチを有することを特徴とするデバイス。
前記液晶材料は約１μｍ未満の螺旋ピッチを有する、請求項１に記載のデバイス。
前記螺旋ピッチは２００〜８００ｎｍの範囲である、請求項２に記載のデバイス。
前記電極は、液晶層の領域周辺に配置された少なくとも４つの電極を含み、各電極は前記領域に渡って電界を印加するために選択的にアドレス可能であり、それによって前記セル壁の内面にほぼ平行な複数の選択可能な方向のいずれに対しても前記電界を印加可能である、請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス。
前記光源は前記セル壁の内面にほぼ垂直な方向に前記第１のセル壁に光を向けるよう配置される、請求項１に記載のデバイス。
前記光源は発光体に結合した光ファイバを備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のデバイス。
前記発光体は２００〜２０００ｎｍの範囲の波長の光を発する、請求項６に記載のデバイス。
前記発光体は１４００〜１６００ｎｍの範囲の波長の光を発する、請求項７に記載のデバイス。
発光体は約１５３０〜１５６３ｎｍの電気通信用途の波長を有する光を発する、請求項８に記載のデバイス。
前記光源はマイクロ波送信器を備える、請求項１から９のいずれか一項に記載のデバイス。
前記液晶材料のテクスチャを安定させるために前記液晶材料内のポリマーネットワークを更に備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載のデバイス。
前記ポリマーネットワークは重量において３〜６％の液晶及びポリマーの層を備える、請求項１１に記載のデバイス。
前記ポリマーネットワークは重合メソゲン材料を備える、請求項１１又は請求項１２に記載のデバイス。
前記ポリマーは架橋される、請求項１１から１３のいずれか一項に記載のデバイス。
第２のセルを更に備え、前記第２のセルは、電界がない場合に前記第２のセルを通過する前記光伝搬方向とほぼ平行な螺旋軸を有するキラルネマチック液晶材料の層を囲む第１及び第２のセル壁を備え、
前記第２のセルは、更に、電界がない場合における前記螺旋軸の方向に対してほぼ垂直な電界を印加するための電極を備え、
前記セルは、互いに重なって配置され、前記第１のセルを介して伝搬する光が続いて前記第２のセルを介して伝搬するように、前記セル壁の全てが互いにほぼ平行である、請求項１に記載のデバイス。
請求項１５に記載のデバイスを駆動する方法であって、前記セルの電極に実質的に同一の波形を印加するステップを備え、前記波形は互いに位相が４分の１サイクルずれており、前記波形の形状は、各セルにおける誘導複屈折の合計がほぼ一定となる形状である方法。
前記セルの前記液晶材料の層における光軸は同じ方向或いは互いに逆に回転する、請求項１６に記載の方法。
請求項１に記載のデバイスにおけるセルの使用方法であり、前記セルによって伝達された可視光の偏光状態を制御するためのセルの使用方法であって、前記セルは、電界がない場合に前記セルを通過する前記光伝搬方向とほぼ平行な螺旋軸を有するキラルネマチック液晶材料の層を囲む第１及び第２のセル壁と、電界がない場合における前記螺旋軸の方向に対してほぼ垂直な電界を印加するための電極とを備え、前記液晶材料の螺旋ピッチは、前記可視光の波長よりも短いことを特徴とする、請求項１に記載のデバイスにおけるセルの使用方法。
ａ）電界がない場合にセル壁の内面に対してほぼ垂直且つセルを通過する光の伝搬方向に平行な螺旋軸を有する正又は負の誘電異方性のキラルネマチック液晶材料の層を囲む第１及び第２のセル壁、及び前記液晶材料の層の光入力領域の周囲に配置された複数の電極を含むセルであり、各電極は前記光入力領域に渡って電界を印加するために選択的にアドレス可能であり、それによって、伝達された光の偏光の状態及び／又は方向を制御するために、前記セル壁の内面とほぼ平行な複数の選択可能な方向のいずれに対しても前記電界を印加できるセルと、
ｂ）前記光の伝搬方向に沿って前記第１のセル壁を介して前記光入力領域を通過する偏光された光を向けるよう配置された光源と、
ｃ）複数の光出力キャリアであり、各光出力キャリアは、光が偏光の特定の状態及び／又は方向の時に前記第２のセル壁を介して前記光入力領域から前記光を受けるように配置および調整されたキャリアであり、各光出力キャリアそれぞれに対して前記特定の状態及び／又は方向が異なるキャリアと、
を備え、
ｄ）前記液晶材料の螺旋ピッチは、前記光源からの光の波長よりも短い
光ルータ。
前記液晶材料の螺旋ピッチは前記光源からの光の波長の１０％から５０％である、請求項１９に記載の光ルータ。
光入力源からの光は約１５３０〜１５６３ｎｍの電気通信用途の波長を有する、請求項１９又は２０に記載の光ルータ。
前記液晶材料は正の誘電異方性のビメソゲンキラルネマチック材料である、又は正の誘電異方性のビメソゲンキラルネマチック材料を含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載のデバイス。
前記ビメソゲンキラルネマチック材料は、α‐（２’，４‐ジフルオロビフェニル‐４’‐イルオキシ）‐ω‐（４‐シアノビフェニル‐４’‐イルオキシ）ノナンである、請求項２２に記載のデバイス。
前記液晶材料は正の誘電異方性のビメソゲンキラルネマチック材料である、又は正の誘電異方性のビメソゲンキラルネマチック材料を含む、請求項１９から２１のいずれか一項に記載の光ルータ。
前記ビメソゲンキラルネマチック材料は、α‐（２’，４‐ジフルオロビフェニル‐４’‐イルオキシ）‐ω‐（４‐シアノビフェニル‐４’‐イルオキシ）ノナンである、請求項２４に記載の光ルータ。
螺旋軸を有し、ほぼ平面のセル壁の間に挟まれた正の誘電異方性のキラルネマチック液晶の層を介して伝搬する光の偏光状態を制御又は変更する方法であって、前記光の伝搬方向は、電界がない場合に前記螺旋軸の方向に対してほぼ平行であり、前記螺旋軸に対してほぼ垂直な電界を印加することによって、印加された電界への液晶材料の分子の撓電結合を通じて液晶の螺旋構造を歪め、それによって液晶のバルク複屈折を変化させるステップを備え、
前記光は近赤外、マイクロ波、又は可視域の波長であり、螺旋構造のピッチは実質的に前記波長よりも小さいため、前記液晶のバルク複屈折は電界がない場合に実質的にゼロであることを特徴とする方法。
前記螺旋軸は前記セル壁の平面に対して垂直である、請求項２６に記載の方法。