JPH0228852B2 - - Google Patents
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- JPH0228852B2 JPH0228852B2 JP56167912A JP16791281A JPH0228852B2 JP H0228852 B2 JPH0228852 B2 JP H0228852B2 JP 56167912 A JP56167912 A JP 56167912A JP 16791281 A JP16791281 A JP 16791281A JP H0228852 B2 JPH0228852 B2 JP H0228852B2
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- liquid crystal
- electrode
- switch
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/315—Digital deflection, i.e. optical switching based on the use of controlled internal reflection
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光伝送や光情報処理の分野で使用され
る導波形光スイツチに関するものである。
る導波形光スイツチに関するものである。
全反射を利用した導波形光スイツチとして
LiNbO3を用いたものが多数報告されている。代
表的な光スイツチの構造を第１図に示す。第１図
において、１はLiNbO3基板、２は導波路、３は
電極、４は電源、５は入射光、６―１，６―２は
それぞれ非スイツチ出射光、スイツチ出射光であ
る。導波路２は三つの部分に分割されており、導
波路２―１と２―３の等価屈折率N1とN3（＝
NA）が、導波路２―２の等価屈折率N2より大き
くなるように形成されている。導波路２―２の等
価屈折率N2は、電極３に電源４から電圧を印加
すると、電気光学効果のためN2＋ΔN2に増加す
る。
LiNbO3を用いたものが多数報告されている。代
表的な光スイツチの構造を第１図に示す。第１図
において、１はLiNbO3基板、２は導波路、３は
電極、４は電源、５は入射光、６―１，６―２は
それぞれ非スイツチ出射光、スイツチ出射光であ
る。導波路２は三つの部分に分割されており、導
波路２―１と２―３の等価屈折率N1とN3（＝
NA）が、導波路２―２の等価屈折率N2より大き
くなるように形成されている。導波路２―２の等
価屈折率N2は、電極３に電源４から電圧を印加
すると、電気光学効果のためN2＋ΔN2に増加す
る。
入射光５と電極３のなす角度を入射角度θとす
る。電圧無印加時の全反射角度θc（OFF）は、θc
（OFF）＝cos-1（N2／N1）となる。電圧印加時の
全反射角度θc（ON）は、θc（ON）＝cos-1｛（N2＋
ΔN2）／N1｝となるので、θc（OFF）＞θc（ON）
である。入射角度θをθc（OFF）＞θ＞c（ON）に
なるように選定すれば、電圧無印加時には入射光
５は全反射されて非スイツチ光６―１になり、電
圧印加時には導波路２―２を透過してスイツチ光
６―２になる。このように電圧印加の有無によつ
て、入射光５の光路が切り換えられる。
る。電圧無印加時の全反射角度θc（OFF）は、θc
（OFF）＝cos-1（N2／N1）となる。電圧印加時の
全反射角度θc（ON）は、θc（ON）＝cos-1｛（N2＋
ΔN2）／N1｝となるので、θc（OFF）＞θc（ON）
である。入射角度θをθc（OFF）＞θ＞c（ON）に
なるように選定すれば、電圧無印加時には入射光
５は全反射されて非スイツチ光６―１になり、電
圧印加時には導波路２―２を透過してスイツチ光
６―２になる。このように電圧印加の有無によつ
て、入射光５の光路が切り換えられる。
LiNbO3による光スイツチでは、電圧印加によ
る等価屈折率変化が小さいので、非スイツチ出射
光６―１とスイツチ光６―２の間のスイツチ角度
φが数度〜12度と小さい。このためスイツチ光を
分離しにくいので、光スイツチの製作が困難であ
る。またLiNbO3は結晶材料であるから基板の大
きさに制限があり、前記スイツチ角度が小さいこ
とも影響して、大規模なマトリツクススイツチの
製作が困難である。
る等価屈折率変化が小さいので、非スイツチ出射
光６―１とスイツチ光６―２の間のスイツチ角度
φが数度〜12度と小さい。このためスイツチ光を
分離しにくいので、光スイツチの製作が困難であ
る。またLiNbO3は結晶材料であるから基板の大
きさに制限があり、前記スイツチ角度が小さいこ
とも影響して、大規模なマトリツクススイツチの
製作が困難である。
本発明はこれらの欠点を解決するため、液晶を
利用した導波形光スイツチを提供するものであ
り、以下図面により詳細に説明する。
利用した導波形光スイツチを提供するものであ
り、以下図面により詳細に説明する。
第２図は本発明の第１の実施例を示し、ａは斜
視図、ｂは平面図である。第２図において、７は
基板、８は下部電極、９はバツフア層、１０は導
波層、１１は液晶層、１２は上部電極板である。
視図、ｂは平面図である。第２図において、７は
基板、８は下部電極、９はバツフア層、１０は導
波層、１１は液晶層、１２は上部電極板である。
下部電極８には、ガラス基板上にIn2O3，Cr，
Ag等を全面に蒸着した導電膜を用いる。下部電
極８が導電性のために生ずる光吸収の影響を除く
ためにバツフア層９を設けている。上部電極板１
２の下面には、下部電極８と同様の導電膜を用い
るが、第２図に示す斜線部のように、斜めにパタ
ーン化したパターン電極１３を設ける。
Ag等を全面に蒸着した導電膜を用いる。下部電
極８が導電性のために生ずる光吸収の影響を除く
ためにバツフア層９を設けている。上部電極板１
２の下面には、下部電極８と同様の導電膜を用い
るが、第２図に示す斜線部のように、斜めにパタ
ーン化したパターン電極１３を設ける。
パターン電極１３と下部電極８の間に電圧を印
加しない時の液晶層１１の分子配向を規定するた
めに、導波層１０の表面と上部電極板１２の下面
には液晶分子を配向させる平行配向処理を施して
ある。平行配向処理方法としては、液晶表示製造
で通常行われているラビング法や、斜め蒸着法を
用いることができる。このような平行配向処理に
より、電圧無印加時の液晶分子の長軸をｘ軸方向
に配向させておく。電圧印加時には電圧の増加と
ともに閾値を境としてパターン電極１３下の液晶
分子がＺ軸方向に回転し始め、充分な電圧を印加
すると、液晶分子の長軸がＺ軸方向に揃う。印加
する電圧としては、直流電圧または１〜10KHz程
度の交番電圧を用いることができるが、交番電圧
の方が電極の劣化を招かない点から望ましい。液
晶分子は長軸方向と短軸方向で屈折率が異なり、
前者の屈折率nLeの方が後者の屈折率nLpより大き
い。
加しない時の液晶層１１の分子配向を規定するた
めに、導波層１０の表面と上部電極板１２の下面
には液晶分子を配向させる平行配向処理を施して
ある。平行配向処理方法としては、液晶表示製造
で通常行われているラビング法や、斜め蒸着法を
用いることができる。このような平行配向処理に
より、電圧無印加時の液晶分子の長軸をｘ軸方向
に配向させておく。電圧印加時には電圧の増加と
ともに閾値を境としてパターン電極１３下の液晶
分子がＺ軸方向に回転し始め、充分な電圧を印加
すると、液晶分子の長軸がＺ軸方向に揃う。印加
する電圧としては、直流電圧または１〜10KHz程
度の交番電圧を用いることができるが、交番電圧
の方が電極の劣化を招かない点から望ましい。液
晶分子は長軸方向と短軸方向で屈折率が異なり、
前者の屈折率nLeの方が後者の屈折率nLpより大き
い。
バツフア層９と導波層１０の屈折率nbとngは、
ng＞（nb，nLe）の関係が保たれるように選定す
る。バツフア層９と液晶層１１の厚さは、下部電
極８とパターン電極１３の光吸収の影響が導波層
１０を通過する伝搬光に対して無視できる厚さに
選定する。
ng＞（nb，nLe）の関係が保たれるように選定す
る。バツフア層９と液晶層１１の厚さは、下部電
極８とパターン電極１３の光吸収の影響が導波層
１０を通過する伝搬光に対して無視できる厚さに
選定する。
以下動作を説明する。第２図ｂは第２図ａを上
面から見た図であり、光路が分かり易いようにし
てある。上部電極板１２にパターン電極１３が無
い領域の導波路を導波路、パターン電極が付い
ている領域を導波路とする。前述のようにパタ
ーン電極１３と下部電極８の影響が無い程度にバ
ツフア層９と液晶層１１を厚くした場合には、等
価屈折率Ｎは３層導波路の固有値方程式で求ま
る。（固有値方程式は、たとえばD.Marcuse；
Theory of Dielectric Optical Waveguide，
Academic Press1974，PP.1〜19に導出されてい
る。） tan-1ζ2 1γ／Ｋ＋tanζ2 2δ／Ｋ＝KWg−mπ (1) ここで ζ1＝｛1 ……TEモード （ng／nb）2 ……TMモード ζ1＝｛1 ……TEモード （ng／nLn）2 ……TMモード Ｋ＝kp（ng 2−N2）1/2 γ＝kp（nb 2−N2）1/2 δ＝kp（nL 2−N2）1/2 kp＝2π／λ であり、nLnはTMモードのときの液晶層１１の
屈折率、nLはTEモードまたはTMモードの伝搬
光に対する液晶層１１の屈折率、λは伝搬光の波
長、Wgは導波層の膜厚、ｍはモードの次数であ
る。
面から見た図であり、光路が分かり易いようにし
てある。上部電極板１２にパターン電極１３が無
い領域の導波路を導波路、パターン電極が付い
ている領域を導波路とする。前述のようにパタ
ーン電極１３と下部電極８の影響が無い程度にバ
ツフア層９と液晶層１１を厚くした場合には、等
価屈折率Ｎは３層導波路の固有値方程式で求ま
る。（固有値方程式は、たとえばD.Marcuse；
Theory of Dielectric Optical Waveguide，
Academic Press1974，PP.1〜19に導出されてい
る。） tan-1ζ2 1γ／Ｋ＋tanζ2 2δ／Ｋ＝KWg−mπ (1) ここで ζ1＝｛1 ……TEモード （ng／nb）2 ……TMモード ζ1＝｛1 ……TEモード （ng／nLn）2 ……TMモード Ｋ＝kp（ng 2−N2）1/2 γ＝kp（nb 2−N2）1/2 δ＝kp（nL 2−N2）1/2 kp＝2π／λ であり、nLnはTMモードのときの液晶層１１の
屈折率、nLはTEモードまたはTMモードの伝搬
光に対する液晶層１１の屈折率、λは伝搬光の波
長、Wgは導波層の膜厚、ｍはモードの次数であ
る。
この実施例では伝搬光をTEモードに選定する。
導波路との等価屈折率を、電圧無印加時には
それぞれN1（OFF）とN2（OFF）とし、電圧印加
時にはそれぞれN1（ON）とN2（ON）とする。電
圧無印加時には導波路との液晶分子はすべて
ｘ軸方向に配向しているので、TEモードが実効
的に感ずる屈折率は、液晶の長軸方向の屈折率
nLeであり、導波路との間で差異が無いので、
N1（OFF）＝N2（OFF）である。その結果、入射
光１４は導波路からに直進して非スイツチ出
射光１５―１になる。
導波路との等価屈折率を、電圧無印加時には
それぞれN1（OFF）とN2（OFF）とし、電圧印加
時にはそれぞれN1（ON）とN2（ON）とする。電
圧無印加時には導波路との液晶分子はすべて
ｘ軸方向に配向しているので、TEモードが実効
的に感ずる屈折率は、液晶の長軸方向の屈折率
nLeであり、導波路との間で差異が無いので、
N1（OFF）＝N2（OFF）である。その結果、入射
光１４は導波路からに直進して非スイツチ出
射光１５―１になる。
一方、充分な電圧を印加すると、導波路の液
晶分子がＺ軸方向に揃うので、TEモードの入射
光は、液晶の短軸方向の小さい屈折率nLpを感ず
るようになる。そのためN1（ON）＞N2（ON）と
なる。入射光１４の入射角度θを全反射角度θc＝
cos-1｛N2（ON）／N1（ON）｝より小さくすれば、
入射光１４は導波路との境界、すなわちパタ
ーン電極１３の端部の位置で全反射して、スイツ
チ出射光１５―２となる。スイツチ角度φは2θで
ある。このように電圧無印加時には入射光１４は
直進し、電圧印加時には全反射されて光路が切り
換えられる。
晶分子がＺ軸方向に揃うので、TEモードの入射
光は、液晶の短軸方向の小さい屈折率nLpを感ず
るようになる。そのためN1（ON）＞N2（ON）と
なる。入射光１４の入射角度θを全反射角度θc＝
cos-1｛N2（ON）／N1（ON）｝より小さくすれば、
入射光１４は導波路との境界、すなわちパタ
ーン電極１３の端部の位置で全反射して、スイツ
チ出射光１５―２となる。スイツチ角度φは2θで
ある。このように電圧無印加時には入射光１４は
直進し、電圧印加時には全反射されて光路が切り
換えられる。
スイツチ作用を確認するために製作した光スイ
ツチではネサ膜（In2O3）を付けたガラス基板上
に、バツフア層９としてSiO2スパツタ膜（nb＝
1.46）を積層し、その上に導波層１０としてSiO2
−Ta2O5系スパツタ膜（ng＝1.75）を積層し、そ
の上に液晶層としてメルク社のPCH1132（nLe＝
1.61，nLp＝1.48）をネサ膜のパターン電極１３を
有する上部電極板１２と導波層１０の間に封入し
た。
ツチではネサ膜（In2O3）を付けたガラス基板上
に、バツフア層９としてSiO2スパツタ膜（nb＝
1.46）を積層し、その上に導波層１０としてSiO2
−Ta2O5系スパツタ膜（ng＝1.75）を積層し、そ
の上に液晶層としてメルク社のPCH1132（nLe＝
1.61，nLp＝1.48）をネサ膜のパターン電極１３を
有する上部電極板１２と導波層１０の間に封入し
た。
バツフア層９の膜厚を2μｍ、液晶層１１の膜
厚を10μｍにしたところ、下部電極８とパターン
電極１３の光吸収の影響は認められなかつた。
厚を10μｍにしたところ、下部電極８とパターン
電極１３の光吸収の影響は認められなかつた。
ところで非スイツチ出射光１５―１とスイツチ
出射光１５―２の間のスイツチ角度φnは全反射
角度θcの２倍である。この最大スイツチ角度φnは
導波層１０の膜厚Wgに依存する。
出射光１５―２の間のスイツチ角度φnは全反射
角度θcの２倍である。この最大スイツチ角度φnは
導波層１０の膜厚Wgに依存する。
式(1)を用いて計算した最大スイツチ角度φnと
膜厚Wgの関係を第３図に示す。膜厚Wgが薄くな
る程、最大スイツチ角度φnが大きくなる。しか
し膜厚Wgが薄くなると伝搬損が増加するので、
光スイツチの製作では膜厚を0.2μｍとした。20V
の交番電圧を印加して、基本モードであるTEpモ
ードの入射光をスイツチすることができた。最大
スイツチ角度は21度が得られ、第３図の結果と良
い一致を示した。
膜厚Wgの関係を第３図に示す。膜厚Wgが薄くな
る程、最大スイツチ角度φnが大きくなる。しか
し膜厚Wgが薄くなると伝搬損が増加するので、
光スイツチの製作では膜厚を0.2μｍとした。20V
の交番電圧を印加して、基本モードであるTEpモ
ードの入射光をスイツチすることができた。最大
スイツチ角度は21度が得られ、第３図の結果と良
い一致を示した。
液晶は本来、光の散乱体であり、液晶の中に光
を伝搬させた場合には、数〜10dB／cmという大
きな散乱損失のため光が大幅に減衰してしまうの
で、液晶層を導波層として用いた場合、実用的な
導波形光デバイスを実現できない。そこで本発明
では、光の界分布の大部分は損失の極めて小さい
導波層に存在し、界分布の裾のわずかの部分のみ
を液晶層にしみ出させ、その界分布の裾の部分が
液晶の屈折率変化を感じて光路を切り換えるよう
に工夫してある。そのため、導波光の損失は、格
段に小さくなり、実用的な1dB／cm以下にするこ
とができる。液晶層には導波光の界分布の裾の部
分しかしみ出していないので、液晶の大きな屈折
率変化を100％利用することはできないが、もと
もとその屈折率変化が極めて大きいので、実用上
十分な大きさの光路切り換え角度が得られる。す
なわち、電圧印加による液晶の屈折率変化の値は
約0.1であり、LiNbO3などの無機材料に比べて２
桁以上も大きく、それによつて本発明の全反射利
用の光スイツチでは、光路切り換え角度が約20゜
と大きくなり、従来の無機材料を使つた導波形光
スイツチの光路切り換え角度の約2゜に比べて格段
に改善されている。
を伝搬させた場合には、数〜10dB／cmという大
きな散乱損失のため光が大幅に減衰してしまうの
で、液晶層を導波層として用いた場合、実用的な
導波形光デバイスを実現できない。そこで本発明
では、光の界分布の大部分は損失の極めて小さい
導波層に存在し、界分布の裾のわずかの部分のみ
を液晶層にしみ出させ、その界分布の裾の部分が
液晶の屈折率変化を感じて光路を切り換えるよう
に工夫してある。そのため、導波光の損失は、格
段に小さくなり、実用的な1dB／cm以下にするこ
とができる。液晶層には導波光の界分布の裾の部
分しかしみ出していないので、液晶の大きな屈折
率変化を100％利用することはできないが、もと
もとその屈折率変化が極めて大きいので、実用上
十分な大きさの光路切り換え角度が得られる。す
なわち、電圧印加による液晶の屈折率変化の値は
約0.1であり、LiNbO3などの無機材料に比べて２
桁以上も大きく、それによつて本発明の全反射利
用の光スイツチでは、光路切り換え角度が約20゜
と大きくなり、従来の無機材料を使つた導波形光
スイツチの光路切り換え角度の約2゜に比べて格段
に改善されている。
第４図は本発明の第２の実施例の説明図であつ
て、TMモードの入射光をスイツチする例を示
す。光スイツチの構造と液晶分子の配向方向は第
１図と同様であるが、パターン電極１３の位置を
逆にしてある。入射光１４は導波路の端部に図
示のように入射角度θで入れる。電圧無印加時に
は、液晶分子がｘ軸方向に配向しており、基本モ
ードであるTMpモードの光が感ずる屈折率はnLp
であり、導波路との間で差異が無いので、等
価屈折率N1（OFF）とN2（OFF）は等しくなる。
このため入射光１４はそのまま直進して非スイツ
チ出射光１５―１になる。一方、電圧を印加する
と、導波路の液晶はＺ軸方向に揃うので、
TMpモードに対する屈折率が上昇してnLeになる
から、等価屈折率はN1（ON）＜N2（ON）になる。
従つて入射光１４の入射角度θを全反射角度θc＝
cos-1｛N1（ON）／N2（ON）｝より小さくすれば、
入射光１４は導波路の端部で全反射して、スイ
ツチ出射光１５―２になる。
て、TMモードの入射光をスイツチする例を示
す。光スイツチの構造と液晶分子の配向方向は第
１図と同様であるが、パターン電極１３の位置を
逆にしてある。入射光１４は導波路の端部に図
示のように入射角度θで入れる。電圧無印加時に
は、液晶分子がｘ軸方向に配向しており、基本モ
ードであるTMpモードの光が感ずる屈折率はnLp
であり、導波路との間で差異が無いので、等
価屈折率N1（OFF）とN2（OFF）は等しくなる。
このため入射光１４はそのまま直進して非スイツ
チ出射光１５―１になる。一方、電圧を印加する
と、導波路の液晶はＺ軸方向に揃うので、
TMpモードに対する屈折率が上昇してnLeになる
から、等価屈折率はN1（ON）＜N2（ON）になる。
従つて入射光１４の入射角度θを全反射角度θc＝
cos-1｛N1（ON）／N2（ON）｝より小さくすれば、
入射光１４は導波路の端部で全反射して、スイ
ツチ出射光１５―２になる。
以上述べたように、TMモードの入射光は電圧
無印加時には直進し、印加時には全反射によつて
光路を切り換えることができる。最大スイツチ角
度φnは第１の実施例の場合と同様に、導波層膜
厚Wgに依存する。
無印加時には直進し、印加時には全反射によつて
光路を切り換えることができる。最大スイツチ角
度φnは第１の実施例の場合と同様に、導波層膜
厚Wgに依存する。
第３図に第１の実施例と同様の材料を用いた場
合のTMpモードについての最大スイツチ角度φn
と導波層膜厚Wgの関係を示す。第１の実施例と
同様の材料と膜厚を用いて製作した光スイツチに
おいて、TMpモードの入射光のスイツチが可能
であつた。
合のTMpモードについての最大スイツチ角度φn
と導波層膜厚Wgの関係を示す。第１の実施例と
同様の材料と膜厚を用いて製作した光スイツチに
おいて、TMpモードの入射光のスイツチが可能
であつた。
以上の説明では、液晶分子の配向方向がｘ軸方
向であつたが、ｙ軸方向に配向させても、同様の
スイツチ機能を得られることは容易に理解でき
る。
向であつたが、ｙ軸方向に配向させても、同様の
スイツチ機能を得られることは容易に理解でき
る。
第５図は本発明の第３の実施例を説明するため
の図であつて、２×３マトリクス光スイツチの平
面図である。I1，I2は入射ポート、O1，O2，O3は
出射ポートである。S11〜S13およびS21〜S23はス
イツチ素子、P11〜P13およびP21〜P23はスイツチ
素子駆動端子である。入射光１６―１，１６―２
と出射光１７―１，１７―２，１７―３の交点に
スイツチ素子S11〜S13およびS21〜S23を図示のよ
うに配置する。入射光１６―１，１６―２と出射
光１７―１，１７―２，１７―３はスイツチ角度
φに等しくなるように設定する。下部電極８は入
射光１６―１，１６―２と平行で、かつスイツチ
素子S11，S12，S13およびS21，S22，S23をそれぞ
れ含むように形成した２本のストライプ状導電膜
を有する。
の図であつて、２×３マトリクス光スイツチの平
面図である。I1，I2は入射ポート、O1，O2，O3は
出射ポートである。S11〜S13およびS21〜S23はス
イツチ素子、P11〜P13およびP21〜P23はスイツチ
素子駆動端子である。入射光１６―１，１６―２
と出射光１７―１，１７―２，１７―３の交点に
スイツチ素子S11〜S13およびS21〜S23を図示のよ
うに配置する。入射光１６―１，１６―２と出射
光１７―１，１７―２，１７―３はスイツチ角度
φに等しくなるように設定する。下部電極８は入
射光１６―１，１６―２と平行で、かつスイツチ
素子S11，S12，S13およびS21，S22，S23をそれぞ
れ含むように形成した２本のストライプ状導電膜
を有する。
上部電極板１２には、各スイツチ素子の位置に
所定の形状の導電膜から成るパターン電極３１―
１を配置する。引き出し線１３―２は下部電極８
と重ならないようにして、電圧印加時に引き出し
線によつて液晶分子の配向が乱れないようにす
る。下部電極８を接地し、スイツチ素子駆動端子
P11〜P13およびP21〜P23に選択的に電圧を印加す
れば、所望のスイツチ素子によつて入射光が全反
射されて、所望の入射ポートが接続される。たと
えばスイツチ素子駆動端子P12に電圧を印加すれ
ば、I1とO2が接続される。
所定の形状の導電膜から成るパターン電極３１―
１を配置する。引き出し線１３―２は下部電極８
と重ならないようにして、電圧印加時に引き出し
線によつて液晶分子の配向が乱れないようにす
る。下部電極８を接地し、スイツチ素子駆動端子
P11〜P13およびP21〜P23に選択的に電圧を印加す
れば、所望のスイツチ素子によつて入射光が全反
射されて、所望の入射ポートが接続される。たと
えばスイツチ素子駆動端子P12に電圧を印加すれ
ば、I1とO2が接続される。
パターン電極１３―１の形状は入射光１６―
１，１６―２がTEモードかTMモードかによつ
て異なる。スイツチ素子S11を例にして説明する。
１，１６―２がTEモードかTMモードかによつ
て異なる。スイツチ素子S11を例にして説明する。
第６図ａはTEモード用のものである。液晶分
子は第５図のｘ軸方向に配向しておく。またパタ
ーン電極１３―１の端部の位置を入射光１６―１
の全反射の位置とし、これを全反射端部１９―１
とする。入射光１６―１と全反射端部１９―１の
なす角をスイツチ角度φの1/2になるようにする
と、第１の実施例で説明したように、電圧無印加
時には入射光１６―１は非スイツチ出射光１８に
なり、電圧印加時にはスイツチされた出射光１７
―３になる。
子は第５図のｘ軸方向に配向しておく。またパタ
ーン電極１３―１の端部の位置を入射光１６―１
の全反射の位置とし、これを全反射端部１９―１
とする。入射光１６―１と全反射端部１９―１の
なす角をスイツチ角度φの1/2になるようにする
と、第１の実施例で説明したように、電圧無印加
時には入射光１６―１は非スイツチ出射光１８に
なり、電圧印加時にはスイツチされた出射光１７
―３になる。
第６図ｂはTMモード用のパターン電極の例を
示す。液晶分子は第５図のｘ軸またはｙ軸方向に
配向処理しておく。全反射端部１９―１と入射光
１６―１のなす角がスイツチ角φの1/2にならる
ようにする。パターン電極１３―１の入射側端部
１９―２と出射側端部１９―３は入射光１６―１
を出射光１７―３のそれぞれに対して垂直になる
ようにし、電圧印加時の液晶層１１の屈折率増加
によつて、入射光１６―１と出射光１７―３の光
路がスネルの法則に従つた屈折によつて変化しな
いようにしてある。第２の実施例と同様に電圧無
印加時には入射光１６―１が非スイツチ出射光１
８になり、電圧印加時にはスイツチされた出射光
１７―３になる。第１の実施例と同様の材料を用
いた２×３マトリクス光スイツチを製作して、
TEおよびTMモードともスイツチ機能を確認し
た。
示す。液晶分子は第５図のｘ軸またはｙ軸方向に
配向処理しておく。全反射端部１９―１と入射光
１６―１のなす角がスイツチ角φの1/2にならる
ようにする。パターン電極１３―１の入射側端部
１９―２と出射側端部１９―３は入射光１６―１
を出射光１７―３のそれぞれに対して垂直になる
ようにし、電圧印加時の液晶層１１の屈折率増加
によつて、入射光１６―１と出射光１７―３の光
路がスネルの法則に従つた屈折によつて変化しな
いようにしてある。第２の実施例と同様に電圧無
印加時には入射光１６―１が非スイツチ出射光１
８になり、電圧印加時にはスイツチされた出射光
１７―３になる。第１の実施例と同様の材料を用
いた２×３マトリクス光スイツチを製作して、
TEおよびTMモードともスイツチ機能を確認し
た。
以上説明したように本発明の導波形光スイツチ
は、導波層の上に液晶層を積層した構造のため液
晶による散乱損失を大幅に抑制し、かつ光導波路
の全反射作用と液晶の大きな屈折率変化を利用し
た導波形光スイツチであるから、低損失で20゜以
上の大きなスイツチ角度が得られる利点があり、
光スイツチを小型化することができる。そのため
大規模なマトリクス光スイツチを容易に構成でき
る利点がある。また液晶を用いているので、20V
以下、数μW以下の低電圧・低電力で光スイツチ
を駆動できる利点がある。
は、導波層の上に液晶層を積層した構造のため液
晶による散乱損失を大幅に抑制し、かつ光導波路
の全反射作用と液晶の大きな屈折率変化を利用し
た導波形光スイツチであるから、低損失で20゜以
上の大きなスイツチ角度が得られる利点があり、
光スイツチを小型化することができる。そのため
大規模なマトリクス光スイツチを容易に構成でき
る利点がある。また液晶を用いているので、20V
以下、数μW以下の低電圧・低電力で光スイツチ
を駆動できる利点がある。
また本発明の導波形光スイツチは、従来の
LiNbO3の光スイツチのように大きさに制限を受
け易い結晶材料を使う必要がなく、ガラス等非晶
質材料による大きな基板を用いて光スイツチを製
作できるので、一活して多数の単体光スイツチを
製作でき、また大規模なマトリクス光スイツチも
製作できる利点がある。
LiNbO3の光スイツチのように大きさに制限を受
け易い結晶材料を使う必要がなく、ガラス等非晶
質材料による大きな基板を用いて光スイツチを製
作できるので、一活して多数の単体光スイツチを
製作でき、また大規模なマトリクス光スイツチも
製作できる利点がある。
第１図は従来の代表的光スイツチの構造を示す
斜視図、第２図ａは本発明の第１の実施例の構造
を示す斜視図、第２図ｂは第２図ａの平面図、第
３図は導波層膜厚Wgと最大スイツチ角度φnとの
関係を示す図、第４図は本発明の第２の実施例の
構造を示す平面図、第５図は本発明の第３の実施
例の説明図、第６図ａはTEモード用のスイツチ
素子のパターン電極の例を示す図、第６図ｂは
TEモード用のスイツチ素子のパターン電極の例
を示す図である。 １……LiNbO3基板、２……導波路、３……電
極、４……電源、５……入射光、６―１……非ス
イツチ出射光、６―２……スイツチ出射光、７…
…基板、８……下部電極、９……バツフア層、１
０……導波層、１１……液晶層、１２……上部電
極板、１３……パターン電極、１４……入射光、
１５―１……非スイツチ出射光、１５―２……ス
イツチ出射光、１６―１，１６―２……入射光、
１７―１，１７―２，１７―３……出射光、１８
……非スイツチ出射光、１９―１……全反射端
部、１９―２……入射側端部、１９―３……出射
側端部。
斜視図、第２図ａは本発明の第１の実施例の構造
を示す斜視図、第２図ｂは第２図ａの平面図、第
３図は導波層膜厚Wgと最大スイツチ角度φnとの
関係を示す図、第４図は本発明の第２の実施例の
構造を示す平面図、第５図は本発明の第３の実施
例の説明図、第６図ａはTEモード用のスイツチ
素子のパターン電極の例を示す図、第６図ｂは
TEモード用のスイツチ素子のパターン電極の例
を示す図である。 １……LiNbO3基板、２……導波路、３……電
極、４……電源、５……入射光、６―１……非ス
イツチ出射光、６―２……スイツチ出射光、７…
…基板、８……下部電極、９……バツフア層、１
０……導波層、１１……液晶層、１２……上部電
極板、１３……パターン電極、１４……入射光、
１５―１……非スイツチ出射光、１５―２……ス
イツチ出射光、１６―１，１６―２……入射光、
１７―１，１７―２，１７―３……出射光、１８
……非スイツチ出射光、１９―１……全反射端
部、１９―２……入射側端部、１９―３……出射
側端部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基板上に、一様な導電膜から成る下部電極
と、バツフア層と、該バツフア層より屈折率が大
きい導波層と、該導波層より屈折率が小さい液晶
層と、所定の形状のパターン電極を有する上部電
極板を順次積層し、該上部電極板のパターン電極
下にある液晶の分子配向を電圧印加によつて変化
せしめ、導波光を該パターン電極の端部の位置に
おいて全反射させて光路を切り換えることを特徴
とする導波形光スイツチ。 ２ 基板上に、入射ポート数に等しい複数個のス
トライプ状導電膜から成る下部電極と、バツフア
層と、該バツフア層より屈折率が大きい導波層
と、該バツフア層より屈折率が小さい液晶層と、
該下部電極のストライプ状導電膜と対向する位置
に所定の形状の複数個のパターン電極を配した上
部電極板を順次積層し、該上部電極の所望のパタ
ーン電極に電圧を印加して、該パターン電極下の
液晶の分子配向を変化せしめ、該パターン電極に
入射している導波光を該パターン電極端部の位置
において全反射させて光路を切り換えることを特
徴とする導波形光スイツチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16791281A JPS5870216A (ja) | 1981-10-22 | 1981-10-22 | 導波形光スイツチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16791281A JPS5870216A (ja) | 1981-10-22 | 1981-10-22 | 導波形光スイツチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5870216A JPS5870216A (ja) | 1983-04-26 |
| JPH0228852B2 true JPH0228852B2 (ja) | 1990-06-26 |
Family
ID=15858349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16791281A Granted JPS5870216A (ja) | 1981-10-22 | 1981-10-22 | 導波形光スイツチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5870216A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58208727A (ja) * | 1982-05-31 | 1983-12-05 | Fujitsu Ltd | 光回路素子 |
| JPH0785143B2 (ja) * | 1985-09-19 | 1995-09-13 | セイコーエプソン株式会社 | 液晶電気光学装置 |
| JPS62127829A (ja) * | 1985-11-29 | 1987-06-10 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 導波路形液晶光マトリツクススイツチ |
| JPS62194219A (ja) * | 1986-02-21 | 1987-08-26 | Fujitsu Ltd | プログラマブル光ｉｃ |
| JPS62194236A (ja) * | 1986-02-21 | 1987-08-26 | Fujitsu Ltd | マトリクス型光スイツチ |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4925941A (ja) * | 1972-06-22 | 1974-03-07 | ||
| JPS53139551A (en) * | 1977-05-11 | 1978-12-05 | Mitsubishi Electric Corp | Photo switching board |
-
1981
- 1981-10-22 JP JP16791281A patent/JPS5870216A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5870216A (ja) | 1983-04-26 |
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