JPH0463374B2 - - Google Patents
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- JPH0463374B2 JPH0463374B2 JP63275913A JP27591388A JPH0463374B2 JP H0463374 B2 JPH0463374 B2 JP H0463374B2 JP 63275913 A JP63275913 A JP 63275913A JP 27591388 A JP27591388 A JP 27591388A JP H0463374 B2 JPH0463374 B2 JP H0463374B2
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- electro
- light
- optic crystal
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- crystal plates
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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
- G02F1/01—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 intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/0136—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 intensity, phase, polarisation or colour for the control of polarisation, e.g. state of polarisation [SOP] control, polarisation scrambling, TE-TM mode conversion or separation
-
- 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
- G02F1/01—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 intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/03—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 intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
- G02F1/0305—Constructional arrangements
- G02F1/0322—Arrangements comprising two or more independently controlled crystals
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、自然光、蛍光などのインコヒーレン
ト光画像を電気光学結晶板に入力し、電圧印加に
よつてその偏光状態を変化させ、出力側に電圧の
印加状態に応じて異なつた偏光状態の画像を得る
ための偏光制御素子に関するものである。
ト光画像を電気光学結晶板に入力し、電圧印加に
よつてその偏光状態を変化させ、出力側に電圧の
印加状態に応じて異なつた偏光状態の画像を得る
ための偏光制御素子に関するものである。
従来、偏光を制御するデバイスとして、偏光プ
リズム、偏光フイルタなどが知られている。ま
た、電圧で偏光を制御できるものとして、KDP
結晶を用いたいわゆるポツケルスセルと呼ばれる
ものがある。これは、レーザ光(コヒーレント
光)のQスイツチ用として使われるもので、結晶
のZ軸方向に電界を印加すると、Z軸方向に進む
光は複屈折を生ずる。この複屈折の位相差が1/2
波長になるような条件にしておくと、結晶を通過
した光は90゜の偏光を受ける。従つて、偏光子と
組み合わせることにより、電圧印加時にレーザ発
振を停止させることができるものである。
リズム、偏光フイルタなどが知られている。ま
た、電圧で偏光を制御できるものとして、KDP
結晶を用いたいわゆるポツケルスセルと呼ばれる
ものがある。これは、レーザ光(コヒーレント
光)のQスイツチ用として使われるもので、結晶
のZ軸方向に電界を印加すると、Z軸方向に進む
光は複屈折を生ずる。この複屈折の位相差が1/2
波長になるような条件にしておくと、結晶を通過
した光は90゜の偏光を受ける。従つて、偏光子と
組み合わせることにより、電圧印加時にレーザ発
振を停止させることができるものである。
しかしながら、偏光プリズム、偏光フイルタな
どのデバイスは機械的に動作させるため、高速に
偏光特性の異なる現象を観測することが困難であ
る。また、ポツケルスセルのようなデバイスは
KDP結晶を用いているため、結晶に潮解性があ
るので加工しにくく、オイル中に浸しておく必要
があること、および印加電圧が6KV以上の高電
圧になるという欠点がある。また、使用する波長
も単一レーザ波長に限られる。さらに、液晶を利
用する方法も考えられるが、液晶の応答速度が遅
い(10msec以上)ので、高速現象あるいはビデ
オレートでの動作では利用できない。
どのデバイスは機械的に動作させるため、高速に
偏光特性の異なる現象を観測することが困難であ
る。また、ポツケルスセルのようなデバイスは
KDP結晶を用いているため、結晶に潮解性があ
るので加工しにくく、オイル中に浸しておく必要
があること、および印加電圧が6KV以上の高電
圧になるという欠点がある。また、使用する波長
も単一レーザ波長に限られる。さらに、液晶を利
用する方法も考えられるが、液晶の応答速度が遅
い(10msec以上)ので、高速現象あるいはビデ
オレートでの動作では利用できない。
本発明は上記欠点を克服するためになされたも
ので、化学的に安定であつて、制御用の印加電圧
を低くし、かつ広い波長範囲のインコヒーレント
光を使用できるとともに、高速応答可能にした偏
光制御素子を提供するものである。
ので、化学的に安定であつて、制御用の印加電圧
を低くし、かつ広い波長範囲のインコヒーレント
光を使用できるとともに、高速応答可能にした偏
光制御素子を提供するものである。
本発明に係る偏光制御素子は、略同じ厚さの自
然複屈折性を有する電気光学結晶板4枚を、2枚
づつのペア(第1、第2の電気光学結晶板ペア)
とし、これらを組み合せて構成される。ここで、
各々のペアの2枚の電気光学結晶板は、それぞれ
の屈折率楕円体の配向関係によつて常光と異常光
の光路分離が補償される様に配置され、かつ、第
1の電気光学結晶板ペアによつて生じる常光と異
常光の位相差が補償されるように、第2の電気光
学結晶板ペアは、結晶板の面の垂線を軸として第
1の電気光学結晶板ペアに対し90゜回転する様に
配置される。そして、4枚の電気光学結晶板のう
ちの少なくとも1枚の結晶板の両面には、入射し
た所定波長幅のインコヒーレント光の偏光状態を
制御するための制御電圧印加用の透明導電膜が施
される。
然複屈折性を有する電気光学結晶板4枚を、2枚
づつのペア(第1、第2の電気光学結晶板ペア)
とし、これらを組み合せて構成される。ここで、
各々のペアの2枚の電気光学結晶板は、それぞれ
の屈折率楕円体の配向関係によつて常光と異常光
の光路分離が補償される様に配置され、かつ、第
1の電気光学結晶板ペアによつて生じる常光と異
常光の位相差が補償されるように、第2の電気光
学結晶板ペアは、結晶板の面の垂線を軸として第
1の電気光学結晶板ペアに対し90゜回転する様に
配置される。そして、4枚の電気光学結晶板のう
ちの少なくとも1枚の結晶板の両面には、入射し
た所定波長幅のインコヒーレント光の偏光状態を
制御するための制御電圧印加用の透明導電膜が施
される。
本発明によれば、化学的に安定な各電気光学結
晶板ペアで、偏光成分の自然複屈折に起因する光
路分離の補償がなされる。しかも、一方の電気光
学結晶板ペアで生じた自然複屈折に起因する位相
差が他方の電気光学結晶板ペアによつて補償され
る。したがつて、透明導電膜に印加する電圧の制
御によつて、蛍光や自然光のような所定波長幅を
有するインコヒーレント光等の偏光状態を容易か
つ安定に制御することができる。
晶板ペアで、偏光成分の自然複屈折に起因する光
路分離の補償がなされる。しかも、一方の電気光
学結晶板ペアで生じた自然複屈折に起因する位相
差が他方の電気光学結晶板ペアによつて補償され
る。したがつて、透明導電膜に印加する電圧の制
御によつて、蛍光や自然光のような所定波長幅を
有するインコヒーレント光等の偏光状態を容易か
つ安定に制御することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を
説明する。
説明する。
第1図は本発明の一実施例の全体構成と作用
を、斜視図にて示している。図示の通り、実施例
の偏光制御素子は4枚の電気光学結晶板LN1〜
LN4を所定の位置関係で配置して構成される
が、このように配置される理由を第2図および第
3図により説明する。第2図は電気光学結晶板
LNのカツト方向を示す図であり、第3図は電気
光学結晶板LNにおける自然複屈折を示す図であ
る。
を、斜視図にて示している。図示の通り、実施例
の偏光制御素子は4枚の電気光学結晶板LN1〜
LN4を所定の位置関係で配置して構成される
が、このように配置される理由を第2図および第
3図により説明する。第2図は電気光学結晶板
LNのカツト方向を示す図であり、第3図は電気
光学結晶板LNにおける自然複屈折を示す図であ
る。
まず、化学的に非常に安定で、可視領域の光に
対して透明なLiNbO3結晶を、電気光学結晶板
LNの材料として選定する。次に、この結晶への
電圧印加により入力光の偏光状態を変化させるこ
とができ、かつその電圧印加が最小となるように
結晶のカツト方向を決める。これは、従来から知
られているように電気光学結晶板LNを、第2図
に示すような55゜カツトウエハーとすることで可
能になる。そして、この電気光学結晶板LN(厚
さd)の両面に透明導電膜(図示せず)を施し、
制御電圧を印加して光波を変調できるようにす
る。
対して透明なLiNbO3結晶を、電気光学結晶板
LNの材料として選定する。次に、この結晶への
電圧印加により入力光の偏光状態を変化させるこ
とができ、かつその電圧印加が最小となるように
結晶のカツト方向を決める。これは、従来から知
られているように電気光学結晶板LNを、第2図
に示すような55゜カツトウエハーとすることで可
能になる。そして、この電気光学結晶板LN(厚
さd)の両面に透明導電膜(図示せず)を施し、
制御電圧を印加して光波を変調できるようにす
る。
第3図bに示すように、電気光学結晶板LNの
X軸から45゜方向に偏光した光波e′を結晶板LN中
に入射すると、結晶板LN中では自然複屈折のた
めに、同図aのように入射光は常光oと異常光e
とに分かれて進む。この時、結晶板LNに電圧
(例えば、波長550nmの光に対する半波長電圧に
相当する2KV)を印加すると、常光oおよび異
常光eの間に位相差πが生じ、それらが結晶板
LNの出力面で合成されると、同図b中の破線で
示したeのような偏光となつて出力されるはずで
ある。しかし、自然複屈折のため、結晶板LN中
の2つの光(常光oと異常光e)の光路が結晶中
で分離してしまう。その時、第3図aに示す光路
分離角αは次式で示される。
X軸から45゜方向に偏光した光波e′を結晶板LN中
に入射すると、結晶板LN中では自然複屈折のた
めに、同図aのように入射光は常光oと異常光e
とに分かれて進む。この時、結晶板LNに電圧
(例えば、波長550nmの光に対する半波長電圧に
相当する2KV)を印加すると、常光oおよび異
常光eの間に位相差πが生じ、それらが結晶板
LNの出力面で合成されると、同図b中の破線で
示したeのような偏光となつて出力されるはずで
ある。しかし、自然複屈折のため、結晶板LN中
の2つの光(常光oと異常光e)の光路が結晶中
で分離してしまう。その時、第3図aに示す光路
分離角αは次式で示される。
α=tan-1{(ne′/np)2
tan(90゜−θ)} ……(1)
但し、npは、第2図に示すa軸方向の屈折率、
ne′はb′軸方向の屈折率である。55゜カツトの
LiNbO3結晶の場合、光路分離角αは2゜程度であ
る。この時、第3図aに示す2光波の分離間隔δ
は、結晶板LNの厚さがd=0.5mmの時にδ=
18μmになる。そのため、入力光が蛍光、自然光
などのインコヒーレント光の場合には、空間的コ
ヒーレンスが低いので、第3図aの光線Aの近く
に入射した光線Bとの出力面での波としての合成
が完全にできないので、偏光状態の変化はほとん
どない。
ne′はb′軸方向の屈折率である。55゜カツトの
LiNbO3結晶の場合、光路分離角αは2゜程度であ
る。この時、第3図aに示す2光波の分離間隔δ
は、結晶板LNの厚さがd=0.5mmの時にδ=
18μmになる。そのため、入力光が蛍光、自然光
などのインコヒーレント光の場合には、空間的コ
ヒーレンスが低いので、第3図aの光線Aの近く
に入射した光線Bとの出力面での波としての合成
が完全にできないので、偏光状態の変化はほとん
どない。
さらに、ある波長幅Δλを持つた光が入射する
と、自然複屈折のため波長毎に変調される度合が
異なる。すなわち、出力光の位相差がπとなる波
長差Δλは、 Δλ/λ=λ/{2(np−ne′)d} ……(2) で示され、波長λ=600nm、結晶板LNの厚さd
=0.5mmとすると、波長差Δλ=6nmとなる。これ
は、600±3nmの波長幅の光を入射しても、その
短波長端と長波長端で全く逆の偏光となつてしま
うことを示している。そのため、印加電圧により
位相差が発生したとしても、出力光の偏光状態の
波長平均は変わらず、偏波面の変化は見られない
ことになつてしまう。
と、自然複屈折のため波長毎に変調される度合が
異なる。すなわち、出力光の位相差がπとなる波
長差Δλは、 Δλ/λ=λ/{2(np−ne′)d} ……(2) で示され、波長λ=600nm、結晶板LNの厚さd
=0.5mmとすると、波長差Δλ=6nmとなる。これ
は、600±3nmの波長幅の光を入射しても、その
短波長端と長波長端で全く逆の偏光となつてしま
うことを示している。そのため、印加電圧により
位相差が発生したとしても、出力光の偏光状態の
波長平均は変わらず、偏波面の変化は見られない
ことになつてしまう。
そこで、この自然複屈折に伴う不都合を以下の
ようにして除去する。
ようにして除去する。
第1図に示すように、ほぼ同じ厚さ(例えば、
d1〜d4=0.5mm)のLiNbO3からなる4枚の電気光
学結晶板LN1〜LN4を配置する。すなわち、
第1の電気光学結晶板ペアである結晶板LN1と
LN4、第2の電気光学結晶板ペアである結晶板
LN2とLN3は、それぞれ常光と異常光の光路
分離が補償されるように、即ち+Y軸方向が反転
(180゜回転)されるように配置されている。さら
に、第1の電気光学結晶板ペアを構成する結晶板
LN1とLN4は、第2の電気光学結晶板ペアを
構成する結晶板LN2とLN3に対して、屈折率
楕円体が90゜だけZ軸に対して回転させてある。
さらに、各々の電気光学結晶板LN1〜LN4に
は図示しない透明導電膜(ITO=In2O3+SnO2)
および広い波長範囲(300〜800nm)にわたる無
反射コーテイング膜(SiO2)を両面に施してあ
る。なお、図面中の矢印Cは屈折率楕円体のC軸
(光学軸)を示す。この方向に進行する光は、そ
の振動方向にかかわらず同じ位相速度で伝搬する
ので、振動方向に起因する位相差を生じない。
d1〜d4=0.5mm)のLiNbO3からなる4枚の電気光
学結晶板LN1〜LN4を配置する。すなわち、
第1の電気光学結晶板ペアである結晶板LN1と
LN4、第2の電気光学結晶板ペアである結晶板
LN2とLN3は、それぞれ常光と異常光の光路
分離が補償されるように、即ち+Y軸方向が反転
(180゜回転)されるように配置されている。さら
に、第1の電気光学結晶板ペアを構成する結晶板
LN1とLN4は、第2の電気光学結晶板ペアを
構成する結晶板LN2とLN3に対して、屈折率
楕円体が90゜だけZ軸に対して回転させてある。
さらに、各々の電気光学結晶板LN1〜LN4に
は図示しない透明導電膜(ITO=In2O3+SnO2)
および広い波長範囲(300〜800nm)にわたる無
反射コーテイング膜(SiO2)を両面に施してあ
る。なお、図面中の矢印Cは屈折率楕円体のC軸
(光学軸)を示す。この方向に進行する光は、そ
の振動方向にかかわらず同じ位相速度で伝搬する
ので、振動方向に起因する位相差を生じない。
このような構成において、結晶板LN1〜LN
4の各々にZ軸方向へV1〜V4の電圧を印加する
と、全体を通過した後の常光と異常光の位相遅れ
Δφは次の(3)式となる。
4の各々にZ軸方向へV1〜V4の電圧を印加する
と、全体を通過した後の常光と異常光の位相遅れ
Δφは次の(3)式となる。
Δφ=Δφ1+Δφ2+Δφ3+Δφ4={2π(np
−ne′)/λ}・(d1−d2−d3+d4) −{π(np 3α−n′e 3β)/λ}・(V1−
V2−V3+V4)……(3) ここで、(3)式の第1項は自然複屈折による位相
差、第2項は電圧印加による位相差差である。ま
た、α,βはそれぞれ電気光学効果に関する定数
である。
−ne′)/λ}・(d1−d2−d3+d4) −{π(np 3α−n′e 3β)/λ}・(V1−
V2−V3+V4)……(3) ここで、(3)式の第1項は自然複屈折による位相
差、第2項は電圧印加による位相差差である。ま
た、α,βはそれぞれ電気光学効果に関する定数
である。
従つて、自然複屈折効果を補償し、低い制御電
圧を透明電極に印加することで光変調を行うため
には、 d1=d2=d3=d4 ……(4) であり、かつ V1=−V2=−V3=V4=V ……(5) とする必要がある。この場合、印加電圧V=
500V程度で動作可能となる。また、結晶板LN1
〜LN4の厚さd1〜d4に誤差がある場合(d1=d2
=d3=d4でない場合)には、コントラストの低下
となつてあられる。
圧を透明電極に印加することで光変調を行うため
には、 d1=d2=d3=d4 ……(4) であり、かつ V1=−V2=−V3=V4=V ……(5) とする必要がある。この場合、印加電圧V=
500V程度で動作可能となる。また、結晶板LN1
〜LN4の厚さd1〜d4に誤差がある場合(d1=d2
=d3=d4でない場合)には、コントラストの低下
となつてあられる。
なお、本発明については、種々の変形が可能で
ある。例えば、結晶板LN1〜LN4の配置の順番は
任意である。さらに、図1に示した実施例におい
て、偏光成分による光路分離の補償を結晶の+Z
軸方向が同一方向のペアにより行なわれる場合を
示したが、+Z軸方向が反転(180゜回転)した配
置でも、+Y軸方向が反転(180゜回転)した関係
が保たれていれば、補償可能である。また、制御
電圧の印加は1枚の結晶板に対して行なつてもよ
く、2〜3枚の結晶板に対して行なつてもよい。
ある。例えば、結晶板LN1〜LN4の配置の順番は
任意である。さらに、図1に示した実施例におい
て、偏光成分による光路分離の補償を結晶の+Z
軸方向が同一方向のペアにより行なわれる場合を
示したが、+Z軸方向が反転(180゜回転)した配
置でも、+Y軸方向が反転(180゜回転)した関係
が保たれていれば、補償可能である。また、制御
電圧の印加は1枚の結晶板に対して行なつてもよ
く、2〜3枚の結晶板に対して行なつてもよい。
以上、詳細に説明した通り本発明では、4枚の
電気光学結晶板を所定関係で配置したことによ
り、自然複屈折による位相差の補償と、偏光成分
による光路分離の補償が同時にされることになる
ので、蛍光などの自然光の偏光制御を電圧印加に
より容易に制御できる。特に、化学的に非常に安
定なLiNbO3結晶の如き電気光学結晶板を用いて
いるので、取り扱いが容易なだけでなく、制御の
ための印加電圧を低くし、かつ広い波長範囲のイ
ンコヒーレント光を使用できるとともに、高速応
答可能にすることができる。
電気光学結晶板を所定関係で配置したことによ
り、自然複屈折による位相差の補償と、偏光成分
による光路分離の補償が同時にされることになる
ので、蛍光などの自然光の偏光制御を電圧印加に
より容易に制御できる。特に、化学的に非常に安
定なLiNbO3結晶の如き電気光学結晶板を用いて
いるので、取り扱いが容易なだけでなく、制御の
ための印加電圧を低くし、かつ広い波長範囲のイ
ンコヒーレント光を使用できるとともに、高速応
答可能にすることができる。
第1図は、本発明の実施例の全体構成と作用を
示す斜視図、第2図は、電気光学結晶板のカツト
の方向を示す図、第3図は電気光学結晶板におけ
る自然複屈折を示す図である。 LN1〜LN4……電気光学結晶板。
示す斜視図、第2図は、電気光学結晶板のカツト
の方向を示す図、第3図は電気光学結晶板におけ
る自然複屈折を示す図である。 LN1〜LN4……電気光学結晶板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 略同一の厚さで自然複屈折性を有する2枚の
電気光学結晶板を、それぞれの屈折率楕円体の配
向関係によつて常光と異常光の光路分離が補償さ
れるように相対的に配置した第1の電気光学結晶
板ペアと、 略同一の厚さで自然複屈折性を有する2枚の電
気光学結晶板を、それぞれの屈折率楕円体の配向
関係によつて常光と異常光の光路分離が補償され
るように相対的に配置するとともに、前記第1の
電気光学結晶板ペアによつて生じる常光と異常光
の位相差が補償されるように、その結晶板の面の
垂線を軸として前記第1の電気光学結晶板ペアに
対して90゜回転した第2の電気光学結晶板ペアと、 前記第1および第2の電気光学結晶板ペアのう
ちの少なくとも1枚の両面に付着形成された制御
電圧印加用の透明導電膜とを備え、 前記第1及び第2の電気光学結晶板ペアに入射
した所定波長幅のインコヒーレント光の偏光状態
を前記透明導電膜に印加された電圧に応じて制御
することを特徴とする偏光制御素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27591388A JPH02120823A (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | 偏光制御素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27591388A JPH02120823A (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | 偏光制御素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02120823A JPH02120823A (ja) | 1990-05-08 |
| JPH0463374B2 true JPH0463374B2 (ja) | 1992-10-09 |
Family
ID=17562171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27591388A Granted JPH02120823A (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | 偏光制御素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02120823A (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5810726A (ja) * | 1981-07-14 | 1983-01-21 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | カメラ要素の制御方法 |
| JPS58140716A (ja) * | 1982-02-15 | 1983-08-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 磁界−光変換器 |
-
1988
- 1988-10-31 JP JP27591388A patent/JPH02120823A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02120823A (ja) | 1990-05-08 |
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