JPH0786604B2 - 光スイッチ - Google Patents
光スイッチInfo
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- JPH0786604B2 JPH0786604B2 JP62253469A JP25346987A JPH0786604B2 JP H0786604 B2 JPH0786604 B2 JP H0786604B2 JP 62253469 A JP62253469 A JP 62253469A JP 25346987 A JP25346987 A JP 25346987A JP H0786604 B2 JPH0786604 B2 JP H0786604B2
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- optical
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- optical switch
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- 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
- G02F1/13—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 liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/1326—Liquid crystal optical waveguides or liquid crystal cells specially adapted for gating or modulating between optical waveguides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K19/00—Liquid crystal materials
- C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
- C09K19/06—Non-steroidal liquid crystal compounds
- C09K19/08—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings
- C09K19/30—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing saturated or unsaturated non-aromatic rings, e.g. cyclohexane rings
- C09K19/3001—Cyclohexane rings
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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
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- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
- G02F1/3131—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure in optical fibres
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光信号の伝搬制御に利用する。特に、光信号の
断続または伝搬路の切替を行う光スイッチに関する。さ
らに詳しくは、液晶の分子配向を変化させることにより
光信号の切替を行う光スイッチに関する。
断続または伝搬路の切替を行う光スイッチに関する。さ
らに詳しくは、液晶の分子配向を変化させることにより
光信号の切替を行う光スイッチに関する。
本発明は、光路領域に接して液晶が配置され、この液晶
の屈折率変化を利用して上記光路領域を伝搬する光を制
御する光スイッチにおいて、 液晶の分子配向に広がり（splay）をもたせることによ
り、 偏光無感応性の光スイッチを提供するものである。
の屈折率変化を利用して上記光路領域を伝搬する光を制
御する光スイッチにおいて、 液晶の分子配向に広がり（splay）をもたせることによ
り、 偏光無感応性の光スイッチを提供するものである。
光信号の断続または伝搬路の切替を行う光スイッチとし
て、液晶を利用したものが知られている。このような光
スイッチは、光信号を伝反する一以上の光路領域を含
み、この光路領域が閉じ込め領域により囲まれ、この閉
じ込め領域内または二つの光路領域の間の領域に液晶領
域が設けられ、さらに、液晶領域に接して電極が設けら
れている。この電極から液晶に制御電圧を印加すること
により光スイッチを動作させることができる。
て、液晶を利用したものが知られている。このような光
スイッチは、光信号を伝反する一以上の光路領域を含
み、この光路領域が閉じ込め領域により囲まれ、この閉
じ込め領域内または二つの光路領域の間の領域に液晶領
域が設けられ、さらに、液晶領域に接して電極が設けら
れている。この電極から液晶に制御電圧を印加すること
により光スイッチを動作させることができる。
電極の状態を「電界オン」および「電界オフ」に変化さ
せると、これにより液晶の分子配向が変化し、その屈折
率が変化する。この屈折率変化により閉じ込め領域の効
果が変化する。
せると、これにより液晶の分子配向が変化し、その屈折
率が変化する。この屈折率変化により閉じ込め領域の効
果が変化する。
光路領域が一本の光スイッチは、放射光を光路領域に閉
じ込める状態、すなわちオン状態と、放射光が散逸する
状態、すなわちオフ状態とを切り替えることができる。
このような光スイッチを以下「断続スイッチ」という。
また、液晶領域が二つの光路領域に挟まれた構造の光ス
イッチは、屈折率の変化により、二つの光路領域間にお
けるエネルギ交換の許容または防止を行うことができ
る。このような光スイッチを以下「結合スイッチ」とい
う。
じ込める状態、すなわちオン状態と、放射光が散逸する
状態、すなわちオフ状態とを切り替えることができる。
このような光スイッチを以下「断続スイッチ」という。
また、液晶領域が二つの光路領域に挟まれた構造の光ス
イッチは、屈折率の変化により、二つの光路領域間にお
けるエネルギ交換の許容または防止を行うことができ
る。このような光スイッチを以下「結合スイッチ」とい
う。
第22図は従来例光スイッチの一例の断面図を示す。ここ
では、光路領域がほぼ円筒形の場合を例に説明する。
では、光路領域がほぼ円筒形の場合を例に説明する。
この光スイッチは半結合器ブロック20を備え、この半結
合器ブロック20に、光路領域10とクラッディング領域11
とが設けられている。光路領域10はGeO2がドープされた
SiO2で製造され、クラッディング領域11はドープされて
いないSiO2で製造されている。半結合器ブロック20の表
面には電極13が設けられ、電極13と第二の電極15との間
に液晶領域12が配置される。クラッディング領域11と液
晶領域12により閉じ込め領域が形成される。双方の電極
13、15の表面はHT処理が施され、この処理により分子が
これらの表面に直角に配向する。分子配向を破線で示
す。
合器ブロック20に、光路領域10とクラッディング領域11
とが設けられている。光路領域10はGeO2がドープされた
SiO2で製造され、クラッディング領域11はドープされて
いないSiO2で製造されている。半結合器ブロック20の表
面には電極13が設けられ、電極13と第二の電極15との間
に液晶領域12が配置される。クラッディング領域11と液
晶領域12により閉じ込め領域が形成される。双方の電極
13、15の表面はHT処理が施され、この処理により分子が
これらの表面に直角に配向する。分子配向を破線で示
す。
液晶を用いた光スイッチは従来から多くの構造が提案さ
れているが、これらには共通の問題がある。それは、ネ
マチック液晶が光学的に一軸性を示すことによる。一軸
性の材料では、すべての偏光が同一の屈折率を「感じ
る」方向は一つしかなく、他のすべての方向では、偏光
毎に屈折率が異なってしまう。このため、光スイッチに
偏光感応性が生じる。したがって、従来の光スイッチで
は、ひとつの偏光の断続および切替を行うことしかでき
なかった。
れているが、これらには共通の問題がある。それは、ネ
マチック液晶が光学的に一軸性を示すことによる。一軸
性の材料では、すべての偏光が同一の屈折率を「感じ
る」方向は一つしかなく、他のすべての方向では、偏光
毎に屈折率が異なってしまう。このため、光スイッチに
偏光感応性が生じる。したがって、従来の光スイッチで
は、ひとつの偏光の断続および切替を行うことしかでき
なかった。
偏光感応性をなくして入力光のすべての偏光に対して同
一の屈折率を得るには、二つの方向に液晶領域を設け、
これらの領域の屈折率を別々に制御する必要がある。こ
のため、構造が複雑となり光スイッチが大型化する欠点
があった。
一の屈折率を得るには、二つの方向に液晶領域を設け、
これらの領域の屈折率を別々に制御する必要がある。こ
のため、構造が複雑となり光スイッチが大型化する欠点
があった。
本発明は、小型で偏光感応性が少なく、しかも10dB以上
の光強度変化が得られる光スイッチを提供することを目
的とする。
の光強度変化が得られる光スイッチを提供することを目
的とする。
本発明の光スイッチは、光信号を伝搬する１以上の光導
波領域と、これらの光導波領域に接して設けられ二つの
屈折率状態が切り替え可能な液晶領域と、この液晶領域
に切り替え可能な静電界を印加して光導波領域に伝搬す
る光信号のスイッチングを行う制御電極とを備えた光ス
イッチにおいて、制御電極は光導波領域と液晶領域とが
接する光界面とは異なる位置に設けられ、液晶領域は、
光界面および制御電極の面を含む周辺面により囲まれ、
この周辺面により分子配向が影響を受けて二つの屈折率
状態の少なくとも一方においてその分子配向が各光導波
領域から離れる方向に広がる状態をとる液晶を含むこと
を特徴とする。
波領域と、これらの光導波領域に接して設けられ二つの
屈折率状態が切り替え可能な液晶領域と、この液晶領域
に切り替え可能な静電界を印加して光導波領域に伝搬す
る光信号のスイッチングを行う制御電極とを備えた光ス
イッチにおいて、制御電極は光導波領域と液晶領域とが
接する光界面とは異なる位置に設けられ、液晶領域は、
光界面および制御電極の面を含む周辺面により囲まれ、
この周辺面により分子配向が影響を受けて二つの屈折率
状態の少なくとも一方においてその分子配向が各光導波
領域から離れる方向に広がる状態をとる液晶を含むこと
を特徴とする。
周辺面にはその表面に接する液晶の分子配向に影響を与
える被膜を施こすことがよい。被膜としてはホメオトロ
ピック被膜を用い、液晶には負の誘電異方性を示す材料
を用いることがよい。
える被膜を施こすことがよい。被膜としてはホメオトロ
ピック被膜を用い、液晶には負の誘電異方性を示す材料
を用いることがよい。
制御電極の数を２とすることがよい。
二つの光路領域とひとつの液晶領域とを設け、二つの光
路領域の間に液晶領域を配置することができる。
路領域の間に液晶領域を配置することができる。
本発明の光スイッチの動作モードを理解するために必要
な主な因子について説明する。
な主な因子について説明する。
（１） 屈折率 液晶組成物の分子は、一つの方向の長さが他の方向より
長い。この方向を以下「分子軸」という。すべての分子
がその分子軸に平行に配向すると、その液晶は異常屈折
率を示す。すなわち、分子配向の方向における屈折率が
他の方向における屈折率より大きくなる。
長い。この方向を以下「分子軸」という。すべての分子
がその分子軸に平行に配向すると、その液晶は異常屈折
率を示す。すなわち、分子配向の方向における屈折率が
他の方向における屈折率より大きくなる。
（２） 双極子モーメント 分子はすべて双極子モーメントをもち、電界を印加する
と、双極子モーメントの相互作用により光スイッチが動
作する。双極子モーメントが分子軸に垂直のときには、
液晶は負の誘電異方性を示す。このような液晶を以下
「NDA液晶」という。双極子モーメントが分子軸に平行
なときには、液晶は正の誘電異方性を示す。このような
液晶を以下「PDA液晶」という。一般に、正の誘電異方
性を示す材料では通常光線の速度が異常光線の速度より
大きくなり、負の誘電異方性を示す材料ではこの逆とな
る。
と、双極子モーメントの相互作用により光スイッチが動
作する。双極子モーメントが分子軸に垂直のときには、
液晶は負の誘電異方性を示す。このような液晶を以下
「NDA液晶」という。双極子モーメントが分子軸に平行
なときには、液晶は正の誘電異方性を示す。このような
液晶を以下「PDA液晶」という。一般に、正の誘電異方
性を示す材料では通常光線の速度が異常光線の速度より
大きくなり、負の誘電異方性を示す材料ではこの逆とな
る。
（３） 電界 電界を印加すると、双極子モーメントは電界に平行に配
向しようとする。したがって、NDA液晶の分子はその軸
を印加された電界に直角に向け、PDA液晶の分子はその
軸を電界と同じ方向に向ける。幾何学的に便利なことか
ら、通常は光路領域に直角な電界を印加する。したがっ
て、NDA液晶は電界が「オフ」のときに「オフ」とな
り、PDA液晶は電界が「オン」のときに「オフ」とな
る。
向しようとする。したがって、NDA液晶の分子はその軸
を印加された電界に直角に向け、PDA液晶の分子はその
軸を電界と同じ方向に向ける。幾何学的に便利なことか
ら、通常は光路領域に直角な電界を印加する。したがっ
て、NDA液晶は電界が「オフ」のときに「オフ」とな
り、PDA液晶は電界が「オン」のときに「オフ」とな
る。
「オフ」状態のときには、広がりのある配向、すなわち
分子により異なる配向を生じさせる必要がある。このた
め、PDA液晶の場合には、「曲げ」のある電界または方
向的に不均一な電界が必要である。これは非平面電極に
より実現できる。
分子により異なる配向を生じさせる必要がある。このた
め、PDA液晶の場合には、「曲げ」のある電界または方
向的に不均一な電界が必要である。これは非平面電極に
より実現できる。
（４） 表面処理 分子の配向はまた、液晶に接する表面に施した化学的処
理によって影響を受ける。ホメオトロピック処理（HT処
理）を行った場合には、その表面に対して液晶の分子軸
を直角に配向させることができる。これに対してホモジ
ニアス処理（HG処理）を行った場合には、その表面に対
して分子軸を平行に配向させることができる。表面処理
は液晶素子には重要な処理である。これは、その処理に
よる生じる化学的な力が制御メカニズムの主要な点とな
るからである。
理によって影響を受ける。ホメオトロピック処理（HT処
理）を行った場合には、その表面に対して液晶の分子軸
を直角に配向させることができる。これに対してホモジ
ニアス処理（HG処理）を行った場合には、その表面に対
して分子軸を平行に配向させることができる。表面処理
は液晶素子には重要な処理である。これは、その処理に
よる生じる化学的な力が制御メカニズムの主要な点とな
るからである。
通常は、光路領域の方向と平行な表面に上述の処理を行
う。
う。
HT処理を行った場合には、分子が光路領域と直角に配向
し、電界が「オフ」のときに「オフ」状態となる光スイ
ッチが得られる。したがって、HT処理は通常はNDA液晶
と組み合わせて使用される。偏光感応性をなくすために
必要な「広がり」を生じさせるために、液晶を取り囲む
周辺面を異なる方向に向けることが必要である。
し、電界が「オフ」のときに「オフ」状態となる光スイ
ッチが得られる。したがって、HT処理は通常はNDA液晶
と組み合わせて使用される。偏光感応性をなくすために
必要な「広がり」を生じさせるために、液晶を取り囲む
周辺面を異なる方向に向けることが必要である。
HG処理は、表面を摩擦して分子をその方向に配向させる
処理を含む。液晶領域の周辺面を摩擦することにより、
電界が「オフ」のときに「オン」となる光スイッチを実
現できる。したがって、HG処理は通常はPDA液晶と組み
合わせて使用される。
処理を含む。液晶領域の周辺面を摩擦することにより、
電界が「オフ」のときに「オン」となる光スイッチを実
現できる。したがって、HG処理は通常はPDA液晶と組み
合わせて使用される。
素子が小さい場合には摩擦による配向が困難なので、ND
A液晶を使用することが便利である。
A液晶を使用することが便利である。
液晶は、電界を印加したときに、上述した電界と表面処
理との組み合わせにより影響を受けるが、電界が印加さ
れないときには表面処理による影響しか受けない。これ
らの二つの異なる状況における配向の差が、この光スイ
ッチを動作させる異なる屈折率を提供する。一つの状態
では、分子が光路領域と直角に配向するように設定さ
れ、この状態で、偏光無感応性を得るために、分子に十
分な広がりをもたせる必要がある。
理との組み合わせにより影響を受けるが、電界が印加さ
れないときには表面処理による影響しか受けない。これ
らの二つの異なる状況における配向の差が、この光スイ
ッチを動作させる異なる屈折率を提供する。一つの状態
では、分子が光路領域と直角に配向するように設定さ
れ、この状態で、偏光無感応性を得るために、分子に十
分な広がりをもたせる必要がある。
本発明者は、液晶領域が周囲を化学的制御を生じる壁
（周辺面）により取り囲まれている構成により、光スイ
ッチの偏光無感応性を達成できることを発見した。例え
ば、周囲の壁全体に同じ処理、例えばすべてHT処理を行
うとよい。HT処理は、単に浸漬工程と乾燥工程とを含む
だけなので、簡単に実施することができる。
（周辺面）により取り囲まれている構成により、光スイ
ッチの偏光無感応性を達成できることを発見した。例え
ば、周囲の壁全体に同じ処理、例えばすべてHT処理を行
うとよい。HT処理は、単に浸漬工程と乾燥工程とを含む
だけなので、簡単に実施することができる。
周辺面を環状にして、この内部に液晶を配置することも
できる。この周辺面の一部に電極および光路領域の表面
を配置する。
できる。この周辺面の一部に電極および光路領域の表面
を配置する。
光スイッチの性能は、同じ強度の入力光に対して、二つ
の状態において出力ポートから出力される光の強度の比
を測定することにより得られる。光スイッチの性能が低
い場合には、出力回路に設けられた検出器（この検出器
は遠い位置に配置される）の誤り速度が許容できない程
度に大きくなる。出力強度比が約10dB、望ましくは15dB
以上のときに誤り速度が良好な値となる。非常に高い切
替性能が必要な場合には、30dBまたはそれ以上の出力強
度比が必要である。
の状態において出力ポートから出力される光の強度の比
を測定することにより得られる。光スイッチの性能が低
い場合には、出力回路に設けられた検出器（この検出器
は遠い位置に配置される）の誤り速度が許容できない程
度に大きくなる。出力強度比が約10dB、望ましくは15dB
以上のときに誤り速度が良好な値となる。非常に高い切
替性能が必要な場合には、30dBまたはそれ以上の出力強
度比が必要である。
本発明の実施例について図面を参照して説明する。以下
の実施例では、光路領域10が図面に垂直でほぼ円筒形で
ある光スイッチを例に説明する。光路領域10はGeO2がド
ープされたSiO2で製造され、クラッディング領域11はド
ープされていないSiO2で製造されることが望ましい。
の実施例では、光路領域10が図面に垂直でほぼ円筒形で
ある光スイッチを例に説明する。光路領域10はGeO2がド
ープされたSiO2で製造され、クラッディング領域11はド
ープされていないSiO2で製造されることが望ましい。
第１図は本発明第一実施例光スイッチの断面図である。
この光スイッチは、光路領域10と、この光路領域10に光
を閉じ込める閉じ込め領域とを備える。閉じ込め領域
は、屈折率が固定されているクラッディング領域11と、
分子配向の変化により二つの異なる屈折率状態を示す液
晶領域12と、この液晶領域12の状態を制御する液晶制御
領域とを含む。光路領域10およびクラッディング領域11
は半結合器ブロック20により提供される。液晶制御領域
は、電極13、15、半結合器ブロック20と液晶領域12とが
接する光界面14、および電極13、15を電気的に分離する
絶縁部19を含む。
を閉じ込める閉じ込め領域とを備える。閉じ込め領域
は、屈折率が固定されているクラッディング領域11と、
分子配向の変化により二つの異なる屈折率状態を示す液
晶領域12と、この液晶領域12の状態を制御する液晶制御
領域とを含む。光路領域10およびクラッディング領域11
は半結合器ブロック20により提供される。液晶制御領域
は、電極13、15、半結合器ブロック20と液晶領域12とが
接する光界面14、および電極13、15を電気的に分離する
絶縁部19を含む。
本実施例の特徴は、液晶制御領域の断面形状が三角形で
あり、その内側面が組み立て前にHT処理され、液晶領域
12にはNDA液晶が配置されたことにある。したがって、N
DA液晶は「オフ」状態で分子配向が広がりを示す。
あり、その内側面が組み立て前にHT処理され、液晶領域
12にはNDA液晶が配置されたことにある。したがって、N
DA液晶は「オフ」状態で分子配向が広がりを示す。
第２図は本発明第二実施例光スイッチの断面図を示す。
この実施例は、液晶制御領域の断面形状が半円形である
ことが第一実施例と異なる。
この実施例は、液晶制御領域の断面形状が半円形である
ことが第一実施例と異なる。
これらの光スイッチは、電極13、15の間に電界を発生さ
せたときに「オン」状態となり、電界がないときに「オ
フ」状態となる。これらの二つの状態は、光路領域10の
偏光に対して実質的に無感応性となる。
せたときに「オン」状態となり、電界がないときに「オ
フ」状態となる。これらの二つの状態は、光路領域10の
偏光に対して実質的に無感応性となる。
周辺面がそれぞれHT処理されていることから、「オフ」
状態では分子が周辺面に対して直立し、これにより液晶
の分子が第１図および第２図に示した破線に沿って配向
する。これが広がりをもった配向であり、「オフ」状態
が偏光無感応性となる。
状態では分子が周辺面に対して直立し、これにより液晶
の分子が第１図および第２図に示した破線に沿って配向
する。これが広がりをもった配向であり、「オフ」状態
が偏光無感応性となる。
電極13、15に電圧を加えると、分子は、それにより生じ
る電界に対して直角方向、すなわち光路領域10に平行な
方向に配向する。しかし、表面処理の効果があるため
に、配向しないものは広がりがあり、「オン」状態が偏
光無感応性となる。
る電界に対して直角方向、すなわち光路領域10に平行な
方向に配向する。しかし、表面処理の効果があるため
に、配向しないものは広がりがあり、「オン」状態が偏
光無感応性となる。
以上の実施例と第22図に示した従来例とは重要な差異が
ある。従来例では電極13、15が平行に設けられ、表面処
理による化学的な力は、分子の配向を実質的に界面に直
交させている。これが偏光感応性の原因である。さら
に、従来例では、電極13が光路領域10と液晶領域12との
間に挿入されているのに対し、本実施例では電極13、15
が光路領域10および液晶領域12の外側に配置される。
ある。従来例では電極13、15が平行に設けられ、表面処
理による化学的な力は、分子の配向を実質的に界面に直
交させている。これが偏光感応性の原因である。さら
に、従来例では、電極13が光路領域10と液晶領域12との
間に挿入されているのに対し、本実施例では電極13、15
が光路領域10および液晶領域12の外側に配置される。
第３図および第４図は、それぞれ本発明第三実施例およ
び第四実施例の光スイッチの断面図を示す。これらの実
施例は、それぞれ第一実施例および第二実施例と実質的
に同じ構成であるが、異なる点は、周辺面がHG処理さ
れ、液晶はPDA液晶である。また、第３図および第４図
では、化学的な力ではなく、線31により「曲がった」電
界を示す。
び第四実施例の光スイッチの断面図を示す。これらの実
施例は、それぞれ第一実施例および第二実施例と実質的
に同じ構成であるが、異なる点は、周辺面がHG処理さ
れ、液晶はPDA液晶である。また、第３図および第４図
では、化学的な力ではなく、線31により「曲がった」電
界を示す。
液晶の分子配向に広がりをもたせることにより光無感応
性が得られることについて説明する。この理論は、少な
くともより良い理論が提案されるまで、動作モードの有
用な見方を与えるものであり、本発明は理論の正さに制
限されるものではない。
性が得られることについて説明する。この理論は、少な
くともより良い理論が提案されるまで、動作モードの有
用な見方を与えるものであり、本発明は理論の正さに制
限されるものではない。
第５図および第６図は光スイッチの理想構造を示す。第
５図は光スイッチがオフとなるための理想的な分子配向
を示し、第６図はオンとなるための理想的な分子配向を
示す。
５図は光スイッチがオフとなるための理想的な分子配向
を示し、第６図はオンとなるための理想的な分子配向を
示す。
光路領域10は液晶領域12により完全に取り囲まれてい
る。第５図の状態では、すべての分子が放射状に配向し
ている。この状態では、液晶の異常方向がすべての位置
で伝搬方向と直交し、すべての偏光が高い異常屈折率に
より制御される。このため光スイッチは「オフ」状態と
なる。第６図に示したように、分子が光の伝搬方向と平
行、すわなち図面と垂直の方向に配向した場合には、す
べての偏光が通常屈折率により制御されるので「オン」
状態となる。
る。第５図の状態では、すべての分子が放射状に配向し
ている。この状態では、液晶の異常方向がすべての位置
で伝搬方向と直交し、すべての偏光が高い異常屈折率に
より制御される。このため光スイッチは「オフ」状態と
なる。第６図に示したように、分子が光の伝搬方向と平
行、すわなち図面と垂直の方向に配向した場合には、す
べての偏光が通常屈折率により制御されるので「オン」
状態となる。
「オン」状態および「オフ」状態は円筒対称であり、す
べての偏光が同じ環境により影響を受ける。このため光
スイッチが偏光無感応性となる。
べての偏光が同じ環境により影響を受ける。このため光
スイッチが偏光無感応性となる。
しかし、この光スイッチの構造では、光路領域10を取り
囲む液晶を制御するための電極を配置することが困難で
あり、したがって、他の構造を考える必要がある。
囲む液晶を制御するための電極を配置することが困難で
あり、したがって、他の構造を考える必要がある。
第７図および第８図は実用的な構造を示す。この構造は
従来例に対応する。光路領域10はクラッディング領域11
により部分的に取り囲まれる。このクラッディング領域
11は切替機能に関係しない。光路領域10、クラッディン
グ領域11は、平坦な光界面14を介して液晶領域12に接す
る。
従来例に対応する。光路領域10はクラッディング領域11
により部分的に取り囲まれる。このクラッディング領域
11は切替機能に関係しない。光路領域10、クラッディン
グ領域11は、平坦な光界面14を介して液晶領域12に接す
る。
第８図に示した「オン」状態は第６図と同等であり、分
子が伝搬方向と平行に配列される。これに対して、第７
図に示した「オフ」の場合には、分子が光界面14に垂直
（放射状ではなく）に配向する。
子が伝搬方向と平行に配列される。これに対して、第７
図に示した「オフ」の場合には、分子が光界面14に垂直
（放射状ではなく）に配向する。
説明の簡単のために、直交軸OY（光界面14および伝搬方
向の双方に直交する軸）、OX（光界面14に平行で伝搬方
向に直交する軸）を第７図および第８図に示す。第７図
の「オフ」状態では分子がすべてOY方向に配向する。こ
のためOY方向の偏光は異常屈折率により制御され、光界
面14を通過して伝搬することはない。しかし、OX方向の
偏光は、「オン」状態を選択する通常屈折率により制御
される。したがって、「オフ」状態の分子配向では一部
の偏光しか「オフ」とならない。したがって、「オフ」
状態から「オン」状態を分離する臨界値に等しい屈折率
をもつ臨界方向が存在することが示唆される。この臨界
方向を第７図ではOAで示す。角AOX内の偏光は「オン」
であり、角AOY内の偏光だけで「オフ」である。このよ
うに、液晶がOY方向に強く配向し過ぎるために、「オ
ン」状態と「オフ」状態との双方を満足することができ
ない。
向の双方に直交する軸）、OX（光界面14に平行で伝搬方
向に直交する軸）を第７図および第８図に示す。第７図
の「オフ」状態では分子がすべてOY方向に配向する。こ
のためOY方向の偏光は異常屈折率により制御され、光界
面14を通過して伝搬することはない。しかし、OX方向の
偏光は、「オン」状態を選択する通常屈折率により制御
される。したがって、「オフ」状態の分子配向では一部
の偏光しか「オフ」とならない。したがって、「オフ」
状態から「オン」状態を分離する臨界値に等しい屈折率
をもつ臨界方向が存在することが示唆される。この臨界
方向を第７図ではOAで示す。角AOX内の偏光は「オン」
であり、角AOY内の偏光だけで「オフ」である。このよ
うに、液晶がOY方向に強く配向し過ぎるために、「オ
ン」状態と「オフ」状態との双方を満足することができ
ない。
第９図は偏光無感応性になると考えられる分子配向を示
す。すべての分子がOY方向に配向するのではなく、広が
り、すなわち直角方向からいろいろな角度をもって扇形
に配置される。これは、OY方向の偏光に対する屈折率が
小さくなるが、その値はまだ「オフ」状態となるに十分
である。また、広がりによりOX方向の屈折率が増加し、
この方向の偏光を「オフ」状態にすることができる。
す。すべての分子がOY方向に配向するのではなく、広が
り、すなわち直角方向からいろいろな角度をもって扇形
に配置される。これは、OY方向の偏光に対する屈折率が
小さくなるが、その値はまだ「オフ」状態となるに十分
である。また、広がりによりOX方向の屈折率が増加し、
この方向の偏光を「オフ」状態にすることができる。
以上の説明では、光路領域10を伝搬する光をオン・オフ
する光スイッチについて説明したが、本発明は光路を切
り替える光スイッチ、すなわち結合スイッチで実施する
こともできる。結合スイッチの実施例を以下に示す。
する光スイッチについて説明したが、本発明は光路を切
り替える光スイッチ、すなわち結合スイッチで実施する
こともできる。結合スイッチの実施例を以下に示す。
第10図は本発明第五実施例光スイッチの断面図を示す。
この光スイッチは、二つの半結合器ブロック20Aおよび2
0Bと、二つの光路領域10Aおよび10Bとを備える。電極1
3、15は導線により形成され、ブロック20A、20Bの間に
配置される。導線および光路領域10A、10Bの寸法はすべ
て同一である。すべての表面はHT処理が施され、分子が
広がり、この光スイッチが偏光無感応性となる。
0Bと、二つの光路領域10Aおよび10Bとを備える。電極1
3、15は導線により形成され、ブロック20A、20Bの間に
配置される。導線および光路領域10A、10Bの寸法はすべ
て同一である。すべての表面はHT処理が施され、分子が
広がり、この光スイッチが偏光無感応性となる。
この光スイッチは、光路を切り替えることのできる結合
器として利用できる。電界を「オン」にすると、エネル
ギが、光界面14A、14Bを経由して、光路領域10Aから光
路領域10Bに、またはその逆方向に伝搬する。これに対
して電界を「オフ」にすると、エネルギはその光路領域
に閉じ込められる。
器として利用できる。電界を「オン」にすると、エネル
ギが、光界面14A、14Bを経由して、光路領域10Aから光
路領域10Bに、またはその逆方向に伝搬する。これに対
して電界を「オフ」にすると、エネルギはその光路領域
に閉じ込められる。
この光スイッチを使用する場合には、光路領域10A、10B
の一方だけにエネルギを供給する。素子が偏光無感応性
であることから、一方の光路領域の出力が非常に低強度
となり、他方の光路領域の出力は高強度となる。
の一方だけにエネルギを供給する。素子が偏光無感応性
であることから、一方の光路領域の出力が非常に低強度
となり、他方の光路領域の出力は高強度となる。
第11図は本発明第六実施例の光スイッチの断面図を示
す。この実施例は第10図の実施例を変形したものであ
り、液晶領域12が矩形である。
す。この実施例は第10図の実施例を変形したものであ
り、液晶領域12が矩形である。
第12図は光路領域10A、10B、電極13、15および液晶領域
12を拡大して示す。
12を拡大して示す。
第13図ないし第16図はさらに電極13、15の形状を変形し
た例を示す。第13図および第14図は凹面電極を示し、第
15図および第16図は凸面電極を示す。
た例を示す。第13図および第14図は凹面電極を示し、第
15図および第16図は凸面電極を示す。
これらの図面において、分子の配向方向を破線30で示
す。
す。
第12図ないし第16図に示した構造の特徴は、光路10Aお
よび10Bに直交する断面において、液晶領域12がHT処理
された周辺面に取り囲まれていることである。したがっ
て、分子の外側層は内側、すなわち周囲面に直角に配向
し、偏光無感応性を示すための広がり配向が形成され
る。
よび10Bに直交する断面において、液晶領域12がHT処理
された周辺面に取り囲まれていることである。したがっ
て、分子の外側層は内側、すなわち周囲面に直角に配向
し、偏光無感応性を示すための広がり配向が形成され
る。
この表面の効果は液晶内に短い距離、例えば約25μｍし
か及ばないので、液晶領域12の最大の寸法は約30μｍ
（直径）とする。電極13、15をこの距離に配置すること
により、素子を動作させるために必要な電圧を最小にす
ることができる。光路領域10A、10Bの直径は通常は（光
学的な理由から）約８μｍであり、これは液晶領域12に
対する最小の大きさである。光路領域10A、10Bは、正確
に、10μｍを越えない程度、例えば１〜２μｍだけ、光
界面14A、14Bから隠れている。
か及ばないので、液晶領域12の最大の寸法は約30μｍ
（直径）とする。電極13、15をこの距離に配置すること
により、素子を動作させるために必要な電圧を最小にす
ることができる。光路領域10A、10Bの直径は通常は（光
学的な理由から）約８μｍであり、これは液晶領域12に
対する最小の大きさである。光路領域10A、10Bは、正確
に、10μｍを越えない程度、例えば１〜２μｍだけ、光
界面14A、14Bから隠れている。
エネルギ伝搬は光界面14A、14Bを経由して行われ、その
光路は、光路領域10A、光界面14A、液晶領域12、光界面
14B、光路領域10Bであり、電極13、15はこの経路に挿入
されていない。結合器として使用するに適するどのよう
な構成でも、一方の光路を除去（または接続しない）こ
とにより、断続スイッチとして使用できる。
光路は、光路領域10A、光界面14A、液晶領域12、光界面
14B、光路領域10Bであり、電極13、15はこの経路に挿入
されていない。結合器として使用するに適するどのよう
な構成でも、一方の光路を除去（または接続しない）こ
とにより、断続スイッチとして使用できる。
第六実施例の組み立て方法について簡単に説明する。
第17図および第18図は光スイッチの構成部品を示し、第
19図および第20図はその組み立て方法を示す。
19図および第20図はその組み立て方法を示す。
まず、通常の内付け法（MCVD）より二つのガラス製ロッ
ド40A、40Bを形成する。このロッド40A、40Bは、GeO2が
ドープされたシリコン製のコア、すなわち光路領域10
A、10Bと、アンドープのクラッディング領域11A、11Bと
を備える。これらのロッド40A、40Bから、斜線で示した
領域41A、41Bを研磨により除去し、半結合器ブロック20
A、20Bの前駆体を形成する。ガラス・ファイバを製造す
るための慣習的な方法により、前駆体を引き伸ばして断
面寸法を小さくし、最終的な素子を形成し、第18図に示
したロッド40Bの表面をメタライズして電極13、15の前
駆体とした。この引き伸ばしおよびメタライゼーション
により、ロッド40A、40Bから半結合器ブロックが得られ
た。
ド40A、40Bを形成する。このロッド40A、40Bは、GeO2が
ドープされたシリコン製のコア、すなわち光路領域10
A、10Bと、アンドープのクラッディング領域11A、11Bと
を備える。これらのロッド40A、40Bから、斜線で示した
領域41A、41Bを研磨により除去し、半結合器ブロック20
A、20Bの前駆体を形成する。ガラス・ファイバを製造す
るための慣習的な方法により、前駆体を引き伸ばして断
面寸法を小さくし、最終的な素子を形成し、第18図に示
したロッド40Bの表面をメタライズして電極13、15の前
駆体とした。この引き伸ばしおよびメタライゼーション
により、ロッド40A、40Bから半結合器ブロックが得られ
た。
メタライゼーションの後に二つの半結合器ブロックにHT
処理を施した。この処理は、臭化セチル・トリメチル・
アンモニウムのイソプロピルアルコール溶液（100mlあ
たり0.1g）に数分間浸す工程を含む。溶液から取り出し
て半結合器ブロックを100℃で乾燥させ、長さ１ないし1
0cmに切断した。これにより、半結合器ブロック20Aの組
と半結合器ブロック20Bの組とが得られた。
処理を施した。この処理は、臭化セチル・トリメチル・
アンモニウムのイソプロピルアルコール溶液（100mlあ
たり0.1g）に数分間浸す工程を含む。溶液から取り出し
て半結合器ブロックを100℃で乾燥させ、長さ１ないし1
0cmに切断した。これにより、半結合器ブロック20Aの組
と半結合器ブロック20Bの組とが得られた。
それぞれの組のひとつを第20図に示したように並べ、溶
融した液晶組成物を毛細孔50内に注入した。この液晶組
成物を冷まして第11図に示した光スイッチを得た。
融した液晶組成物を毛細孔50内に注入した。この液晶組
成物を冷まして第11図に示した光スイッチを得た。
液晶組成物は二つの化合物の混合体であり、 CH3（CH2）nC6H10−CO−Ｏ−C6H10（CH2）mCH3 の組成式で表される。ここでC6H10は、すべてトランス
構造のシクロヘキサン残基であり、パラの位置に二つの
置換基を有する。
構造のシクロヘキサン残基であり、パラの位置に二つの
置換基を有する。
混合成分は、 モル％ ｎ ｍ 65 ２ ２ 35 ４ ２ である。この組成物は、1986年10月７日出願の英国特許
出願第8624071号およびこれを優先権の基礎として本出
願と同日に日本国に出願する「液晶組成物およびこれを
用いた光スイッチ」に開示されている。
出願第8624071号およびこれを優先権の基礎として本出
願と同日に日本国に出願する「液晶組成物およびこれを
用いた光スイッチ」に開示されている。
電圧が「オン」のときと「オフ」のときとの出力強度の
比を測定することにより切替器の性能を評価した。この
比は15dBであり、すべての偏光を切り換えることができ
た。
比を測定することにより切替器の性能を評価した。この
比は15dBであり、すべての偏光を切り換えることができ
た。
第21図は、電極13、15の構造が第15図に示した実施例と
同等であり、液晶領域12にPDA液晶を用いた場合の実施
例を示す。
同等であり、液晶領域12にPDA液晶を用いた場合の実施
例を示す。
電極13、15および光界面14A、14Bの表面はすべてHG処理
が施され、光路領域10A、10Bと平行に、すなわち図面に
直交する方向に摩擦処理されている。破線31は電極13、
15に電気を加えたときの電界の方向を示す。
が施され、光路領域10A、10Bと平行に、すなわち図面に
直交する方向に摩擦処理されている。破線31は電極13、
15に電気を加えたときの電界の方向を示す。
第21図に示した素子の「オン」状態は、電極13、15に印
加される電圧が零のときに生じる。この状態では、分子
が摩擦方向、すなわち図面と直交する方向、光路領域10
A、10Bに平行な方向に配向する傾向がある。
加される電圧が零のときに生じる。この状態では、分子
が摩擦方向、すなわち図面と直交する方向、光路領域10
A、10Bに平行な方向に配向する傾向がある。
制御電圧を印加すると、破線31で示した電界が生じ、PD
A液晶の分子がこの電界に沿って配向する。したがで、
電界の「曲がり」により配向に「曲がり」が生じる。電
界「オン」により光スイッチが「オフ」状態となり、電
界が十分に「曲がり」、液晶の分子が十分に広がって偏
光無感応性を示す。
A液晶の分子がこの電界に沿って配向する。したがで、
電界の「曲がり」により配向に「曲がり」が生じる。電
界「オン」により光スイッチが「オフ」状態となり、電
界が十分に「曲がり」、液晶の分子が十分に広がって偏
光無感応性を示す。
第21図の破線31は「曲がった」電界を示し、これに対し
て、他の図面の破線30は化学処理の効果を示す。しか
し、動作的な効果は同等であり、「オフ」状態で分子が
広がった状態となる。
て、他の図面の破線30は化学処理の効果を示す。しか
し、動作的な効果は同等であり、「オフ」状態で分子が
広がった状態となる。
第13図、第14図および第15図に示した構造は、HG処理し
た表面を光路領域と平行に摩擦したPDA液晶を用いても
同様に実施できる。
た表面を光路領域と平行に摩擦したPDA液晶を用いても
同様に実施できる。
〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明の光スイッチは、液晶を用
いて偏光方向に依存せずに光信号の断続および光路の切
替を行うことができる。本発明の光スイッチは小型軽量
であり、光通信の分野に用いて大きな効果がある。
いて偏光方向に依存せずに光信号の断続および光路の切
替を行うことができる。本発明の光スイッチは小型軽量
であり、光通信の分野に用いて大きな効果がある。
第１図は本発明第一実施例光スイッチの断面図。 第２図は本発明第二実施例光スイッチの断面図。 第３図は本発明第三実施例光スイッチの断面図。 第４図は本発明第四実施例光スイッチの断面図。 第５図は光スイッチがオフとなるための理想的な分子配
向を示す図。 第６図は光スイッチがオンとなるための理想的な分子配
向を示す図。 第７図は光スイッチがオフとなるための実用的な分子配
向を示す図。 第８図は光スイッチがオンとなるための実用的な分子配
向を示す図。 第９図は偏光無感応性が得られる分子配向を示す図。 第10図は本発明第五実施例光スイッチの断面図。 第11図は本発明第六実施例光スイッチの断面図。 第12図は拡大図。 第13図は電極の形状の変形例を示す図。 第14図は電極の形状の変形例を示す図。 第15図は電極の形状の変形例を示す図。 第16図は電極の形状の変形例を示す図。 第17図は光スイッチの構成部品を示す図。 第18図は光スイッチの構成部品を示す図。 第19図は組み立て方法を示す図。 第20図は組み立て方法を示す図。 第21図はPDA液晶を用いた実施例の断面図。 第22図は従来例光スイッチの断面図。 10、10A、10B……光路領域、11、11A、11B……クラッデ
ィング領域、12……液晶領域、13、15……電極、14、14
A、14B……光界面、19……絶縁部、20、20A、20B……半
結合器ブロック。
向を示す図。 第６図は光スイッチがオンとなるための理想的な分子配
向を示す図。 第７図は光スイッチがオフとなるための実用的な分子配
向を示す図。 第８図は光スイッチがオンとなるための実用的な分子配
向を示す図。 第９図は偏光無感応性が得られる分子配向を示す図。 第10図は本発明第五実施例光スイッチの断面図。 第11図は本発明第六実施例光スイッチの断面図。 第12図は拡大図。 第13図は電極の形状の変形例を示す図。 第14図は電極の形状の変形例を示す図。 第15図は電極の形状の変形例を示す図。 第16図は電極の形状の変形例を示す図。 第17図は光スイッチの構成部品を示す図。 第18図は光スイッチの構成部品を示す図。 第19図は組み立て方法を示す図。 第20図は組み立て方法を示す図。 第21図はPDA液晶を用いた実施例の断面図。 第22図は従来例光スイッチの断面図。 10、10A、10B……光路領域、11、11A、11B……クラッデ
ィング領域、12……液晶領域、13、15……電極、14、14
A、14B……光界面、19……絶縁部、20、20A、20B……半
結合器ブロック。
Claims (5)
- 【請求項１】光信号を伝搬する１以上の光導波領域（1
0、10A、10B）と、 これらの光導波領域に接して設けられ二つの屈折率状態
が切り替え可能な液晶領域（12）と、 この液晶領域に切り替え可能な静電界を印加して光導波
領域に伝搬する光信号のスイッチングを行う制御電極
（13、14）と を備えた光スイッチにおいて、 前記制御電極は前記光導波領域と前記液晶領域とが接す
る光界面（14、14A、14B）とは異なる位置に設けられ、 前記液晶領域は、前記光界面および前記制御電極の面を
含む周辺面により囲まれ、この周辺面により分子配向が
影響を受けて前記二つの屈折率状態の少なくとも一方に
おいてその分子配向が各光導波領域から離れる方向に広
がる状態をとる液晶を含む ことを特徴とする光スイッチ。 - 【請求項２】前記周辺面にはその表面に接する液晶の分
子配向に影響を与える被膜が施された特許請求の範囲第
（１）項に記載の光スイッチ。 - 【請求項３】前記被膜はホメオトロピック被膜であり、
前記液晶は負の誘電異方性を示す材料である特許請求の
範囲第（２）項に記載の光スイッチ。 - 【請求項４】前記制御電極の数は２である特許請求の範
囲第（１）項ないし第（３）項のいずれかに記載の光ス
イッチ。 - 【請求項５】二つの光路領域とひとつの液晶領域とを備
え、前記二つの光路領域の間に前記液晶領域が配置され
た特許請求の範囲第（１）項ないし第（４）項のいずれ
かに記載の光スイッチ。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB868624071A GB8624071D0 (en) | 1986-10-07 | 1986-10-07 | Liquid crystal compositions |
| GB8624071 | 1986-10-07 | ||
| GB878701174A GB8701174D0 (en) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | Optical switching devices |
| GB8701174 | 1987-01-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63139325A JPS63139325A (ja) | 1988-06-11 |
| JPH0786604B2 true JPH0786604B2 (ja) | 1995-09-20 |
Family
ID=26291396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62253469A Expired - Lifetime JPH0786604B2 (ja) | 1986-10-07 | 1987-10-07 | 光スイッチ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4840461A (ja) |
| EP (2) | EP0265120B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0786604B2 (ja) |
| CA (1) | CA1285643C (ja) |
| DE (1) | DE3787065T2 (ja) |
Families Citing this family (5)
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|---|---|---|---|---|
| US4974941A (en) * | 1989-03-08 | 1990-12-04 | Hercules Incorporated | Process of aligning and realigning liquid crystal media |
| US5271631A (en) * | 1989-05-31 | 1993-12-21 | Atsushi Yokouchi | Magnetic fluid seal apparatus |
| US5493426A (en) * | 1991-11-14 | 1996-02-20 | University Of Colorado Foundation, Inc. | Lateral electrode smectic liquid crystal devices |
| US6075512A (en) * | 1997-02-05 | 2000-06-13 | Tellium, Inc. | Temperature compensation of a wedge-shaped liquid-crystal cell |
| CN103869510A (zh) * | 2012-12-18 | 2014-06-18 | 福州高意通讯有限公司 | 一种可调滤波结构及滤波器 |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3674342A (en) * | 1970-12-29 | 1972-07-04 | Rca Corp | Liquid crystal display device including side-by-side electrodes on a common substrate |
| US3802760A (en) * | 1971-06-29 | 1974-04-09 | Bell Telephone Labor Inc | Devices for varying thin film waveguiding properties |
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| DE2824798A1 (de) * | 1978-06-06 | 1979-12-13 | Siemens Ag | Fluessigkristallzelle |
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| US4243295A (en) * | 1979-09-19 | 1981-01-06 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Polarization-independent optical directional coupler switch/modulator |
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