JPH01100506A - 光ファイバ結合器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光ファイバ結合器に係わり、特に光ファイバに
対する入力光の強度を連続的に制御することができる光
ファイバ結合器に関するものである。

［従来の技術〕 従来、光ファイバに光を入力するためには、入力光をレ
ンズ等で収束して光ファイバの端面に集光することによ
り行う方法がある。特に、一つの光線を多数の光ファイ
バに分岐する方法として、微細なレンズを多数集積した
マイクロレンズアレイを利用して光ファイバに結合する
方法があり、各々のマイクロレンズにより各光ファイバ
にそれぞれ入力光を集光して光ファイバに入力を行うも
のである。また、前記マイクロレンズアレイとして平板
状のガラスまたはプラスチック基板内に屈折率が場所的
に変化している分布屈折率形のマイクロレンズアレイを
用いるものである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記のマイクロレンズアレイにより光フ
ァイバに入力する方法では、結合する全部の光ファイバ
に常に一定の強度で光入力を行うものであり、各光ファ
イバに対する入力光を適宜可変したり、光ファイバ間で
入力光の切り換えを行ったりすることはできない。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記問題点に鑑み案出されたもので、導電性被
膜を付けたガラス基板またはプラスチック基板の少なく
とも一方の導電性被膜に開口部を設けた２枚の基板を一
定の間隔に保ちその間に液晶を封入して液晶分子を一方
向に配向させた液晶セルと光ファイバとから成り、前記
導電性被膜間に電圧を印加して液晶内に不均一電界を作
り、この不均一電界による液晶分子の配向効果に基づく
屈折率の場所的な変化によるレンズ作用を利用して光フ
ァイバに対する入力光強度を制御するものである。

そして、本発明は導電性被膜に設けた開口部が線状に配
列するようにした複数の導電性被膜を一方の基板上に互
いに平行になるようにつけ、前記開口部を有する導電性
被膜に直交し前記開口部に重なるように相対し且つ互い
に平行になるように他方の基板上に複数の導電性被膜を
付けたマトリクス構造となるようにすることができる。

［作用コ 少なくとも一方の基板上の導電性被膜に導電性を持たな
い開口部を設けている、すなわち導電性被膜が付着して
いない領域を設けているので、この開口部を有する導電
性被膜と対向する基板上の導電性被膜との間に電圧を印
加すると、液晶に加わる実効的な電界強度は場所的に変
化することになり、不均一な電界となる。したがって、
この不均一電界による液晶分子の配向状態が場所的に一
様でなくなるので、液晶の屈折率が場所的に不均一とな
る。たとえば、開口部の形状が円形であれば、前記導電
性被膜間に電圧を印加するとレンズ効果が生じて、印加
電圧の大きさを調節することにより開口部に入射する光
を集光することができる。したがって、開口部と光ファ
イバとの相対位置を調節して、導電性被膜間に電圧を印
加することにより生じた入射光の集光する位置に光ファ
イバを配置することにより、入射光を光ファイバに入れ
る、すなわち結合することができる。開口部と光ファイ
バの相対位置を一定とすると、印加電圧の大きさを可変
することにより光ファイバに入る光量を制御することが
できる。

また、液晶セルにおける２枚の基板上にそれぞれ平行に
付けた複数の導電性被膜がそれぞれ直交し、開口部に重
なるように相対するように配置したマトリクス構造とす
ることにより、各々の開口部を互いに独立に選択できる
ので、単一の入力光を各光ファイバにそれぞれ独立に分
岐し、且つそれぞれの光ファイバに対する入力強度を制
御することができる。

［実施例コ 液晶装置は、一般に少なくとも一方が透明な２枚の電極
板の間に液晶物質を入れ、画電極基板が短絡しないよう
に数ミクロンから数１０ミクロン程度の厚みのスペーサ
を挟み、湿気や酸化などによる液晶の劣化を防ぐために
周辺部を密封するようにして組み立てられている。液晶
装置の電極の形状としては、たとえば数字の表示等で使
われている「日」の字形の７セグメント表示があり、一
方の基板の内面上の各セグメント電極と裏側の基板の内
面上の共通電極との間に電圧を加えることで表示を行う
。

また、文字や数字の他に複雑な図形等も表示できるよう
に、一方の基板の上に多数の帯状の電極（Ｘ電極）を付
け、相対する基板上にこれと直交するように帯状の電極
（Ｘ電極）を配置するマトリクス表示がある。マトリク
ス表示では各帯状電極に所定の電圧を加えることにより
、各々表示すべき箇所を交点とするＸ電極とＸ電極に電
圧を加えて表示を行う。この表示部分を画素という。ま
た、各画素にトランジスタやダイオード等の非線形素子
を配置して表示の切り換えを行うアクティブマトリクス
方式も行われている。

このような液晶装置において、第１図および第２図に示
すように少なくとも一方の基板１上の導電性被膜３の一
部分を円形にそれぞれ除去して多数の開口部５を形成す
る。一方、マトリクス構造では例えばＸ電極となる導電
性被膜のＸ電極と交差する位置の一部分を円形に除去し
て各々開口部を形成すればよい。光ファイバ６は開口部
５の中心に位置し、基板１から適宜な間隔を保つように
固定する。

ここで、開口部５の直径を７５０ミクロンとし、液晶セ
ルを構成する２枚の基板１．２の表面に液晶分子がその
長軸を基板に平行に一方向に揃うような配向（ホモジニ
アス配向）処理を施し、５０ミクロン程度の間隔に保ち
なから誘電異方性が正であるネマティック液晶（シアノ
ペンチルビフェニル、ＣＰＢ）を封入する。なお、誘電
異方性が正である他の液晶を使用することもできるし、
誘電異方性が負の液晶を使用する場合には液晶分子が基
板に垂直（ホメオトロピック）な配向となるような配向
処理を行えばよい。

開口部５の直径は７５０ミクロンに限らず、これよりも
大きくても、また小さくてもよい。液晶層７の厚みも５
０ミクロンに限らず、この値より厚くても薄くてもよい
。液晶層７の厚みと開口部５の直径とに依存して集光特
性が変わり、また開口部５の直径と光ファイバ６の有効
径との相対的な関係により光ファイバに入射する光量の
可変範囲が変わることになる。また、一方の基板の導電
性被膜のみならず、両方の基板上の導電性被膜を除去し
て開口部を形成することもできるに のような導電性被膜に複数の開口部を有する液晶セルに
おいて、一つの開口部５を横切る断面を第３図に示す。

上下の導電性被膜３．４間に電圧（液晶中のイオンが移
動しない程度の周波数のものであればよい。また、正弦
波、方形波等いずれの波形でもよい）を加えると、液晶
セル中の電界強度の分布は第３図に線分で示すようにな
り、不均一な電界が形成される。なお、第３図における
線分の長さは電界強度に対応し、またその方向は電界の
方向を表している。

また、液晶にしきい値以上の電界が加わると誘電異方性
が正であるネマティック液晶分子は電界方向にその長軸
方向を向けるような力を受ける。

一方、液晶分子はその配向状態が変化することに起因す
る歪みに伴う弾性的な力の効果も受け、この弾性的な力
と電界による力とが丁度釣り合う位置（エネルギーが最
小となる）に配向することになる。したがって、液晶分
子の長軸の方位に偏光した入射光に対する実効的な屈折
率が場所的に変化することになる。つまり、前記の不均
一電界がしきい値以上となると、電圧が加わらない−様
な分子配向状態の場合に比べて、導電性被膜３における
開口部５に伴う不均一電界により屈折率が変化する領域
が生じる。

液晶分子が基板１．２に平行に配向（ホモジニアス配向
）している場合には、開口部５の中央部では電界強度が
小さいので液晶分子が基板１．２にそのまま平行になっ
ており、異常光に対する実効的な屈折率が大きく、開口
部５の周辺に近くなると共に電界強度が大きくなるので
液晶分子が基板１．２に平行な方向から垂直な方向にそ
の長軸方向を変えるので実効的な屈折率が小さくなり、
したがって屈折率が開口部５の中心に向かって次第に大
きくなるような屈折率分布となる。

ＭＯ部５の形状が円形であると、しきい値以上の電圧印
加により中心対称的な屈折率分布が得られ、開口部５に
入射する光に対して集光作用が生じて、電圧可変形のレ
ンズが形成される。たとえば、前記の構造寸法の液晶セ
ルに４ｖの電圧を印加すると、基板１から７ｍｍの位置
に入射光が集光される。したがって、この位置に光ファ
イバ６を配置すれば、光ファイバ６に効率的に光を入射
させることができる。印加電圧の大きさを変化させれば
、集光する位置が変わるので、光ファイバ６と液晶セル
の配置を一定とすると光ファイバ６に入射する光量が変
化することになり、開口部５への入射光と光ファイバ６
との結合の割合を制御することができる。

しかし、導電性被膜３．４間に十分大きな電圧を加えた
場合には、開口部５の中心付近の電界強度がしきい電界
以上となり、液晶分子が基板に垂直に配向するようにな
る。一方、導電性被膜３の開口部５の周辺に近い領域で
は電界の方向が基板１に対しである角度傾いているので
、液晶分子も基板１に対しである角度傾いて配向する傾
向があり、開口部５の中心に向かうに従い屈折率が少し
低下し凹レンズ状となることもあるので、集光特性を得
るためには導電性被膜３．４間に加える電圧には最適の
範囲がある。

本発明における入力側に光ファイバを用い、その光ファ
イバに分布屈折率形のロッドレンズをつけて、この光フ
ァイバからの光を平行光線に変換し、それぞれに出射側
の光ファイバ６を配置した複数の開口部５に入射するこ
とにより、１本の光ファイバ中を通る光を多数の光ファ
イバ６に分岐することができる。また、液晶セル基板１
および基板２における平行な複数の導電性被膜をそれぞ
れ直交させたマトリクス構造とすることにより、各々の
開口部５を互いに独立に選択できるので、単一の入力光
を各光ファイバ６にそれぞれ独立に分岐し、且つそれぞ
れの光ファイバ６に対する入力強度を制御することがで
きる。また、マトリクスの交点にトランジスタやダイオ
ード等の非線形素子を配置して各開口部の切り換えを行
うことももちろん可能であり、より有効な制御が可能と
なる。

［発明の効果］ 以上のように構成された本発明は、電圧により集光特性
を可変できる液晶によるマイクロレンズアレイを利用し
ているので、光ファイバに入射する光量を印加電圧の大
きさにより容易に制御できる可変結合形の光ファイバ結
合器を構成することができる。

また、開口部を有する液晶セルをマトリクス構造とする
ことにより、各々の光ファイバへ入射する光強度をそれ
ぞれ独立に可変制御することもできる。

なお、本発明では液晶における電界効果を利用している
ので、駆動電圧が低く、利用できる周波数も広く、電流
が殆ど流れないので消費電力が少なく長寿命であり、ガ
ラスやプラスチック等によるマイクロレンズアレイに比
べて製作が容易で、コストが安い等の卓越した効果を発
揮する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の詳細な説明するためのもので第１図は導
電性被膜に開口部を有する液晶セルによるマイクロレン
ズと光ファイバとから成る光ファイバ結合器の斜視模式
図であり、第２図は同じく光ファイバ結合器の断面図で
ある。第３図は液晶セルにおける一つの開口部を横切る
断面図であり、液晶に加わる電界強度の分布例を示した
ものである。 １・・・基板 ２・・・基板 ３・・・導電性被膜 ４・・・導電性被膜 ５・・・開口部 ６・・・光ファイバ ７・・・液晶 ８・・・駆動電源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性被膜を付けたガラス基板またはプラスチッ
   ク基板の少なくとも一方の導電性被膜に開口部を設けた
   ２枚の基板を一定の間隔に保ちその間に液晶を封入して
   液晶分子を一方向に配向させた液晶セルと光ファイバと
   から成り、前記導電性被膜間に電圧を印加して液晶内に
   不均一電界を作り、この不均一電界による液晶分子の配
   向効果に基づく屈折率の場所的な変化によるレンズ作用
   を利用して光ファイバに対する入力光強度を制御するこ
   とを特徴とする光ファイバ結合器。
2. （２）導電性被膜に設けた開口部が線状に配列するよう
   にした複数の導電性被膜を一方の基板上に互いに平行に
   なるように付け、前記開口部を有する導電性被膜に直交
   し前記開口部に重なるように相対し且つ互いに平行にな
   るように他方の基板上に複数の導電性被膜を付けてマト
   リクス構造となるようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の光ファイバ結合器。