JPS6083014A - 光スイツチ - Google Patents
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- JPS6083014A JPS6083014A JP19128483A JP19128483A JPS6083014A JP S6083014 A JPS6083014 A JP S6083014A JP 19128483 A JP19128483 A JP 19128483A JP 19128483 A JP19128483 A JP 19128483A JP S6083014 A JPS6083014 A JP S6083014A
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- optical axis
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- 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
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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
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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
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- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、外部制御信号に基づいて、１本の光ファイ
バを伝送して来た光を他の２本の光ファイバのいずれか
に切シ替えることができる光スィッチに関するものであ
る。
バを伝送して来た光を他の２本の光ファイバのいずれか
に切シ替えることができる光スィッチに関するものであ
る。
従来のこの種装置は、第１図に示すように機械的な構成
のものであった。図において、光軸方向に特定の距離を
おいて設置した集束性ロッド・レンズ（１１及び（２）
の両端に、光ファイバ（３）、 （４１、（５１。
のものであった。図において、光軸方向に特定の距離を
おいて設置した集束性ロッド・レンズ（１１及び（２）
の両端に、光ファイバ（３）、 （４１、（５１。
（６）が光軸から等間隔で、かつ倍率１倍の結像関係に
なるように配置されている８この光学系に対し。
なるように配置されている８この光学系に対し。
電磁石（力及びレバー（８）からなる駆動手段により反
射鏡（９）を集束性ロッド・レンズ（１）及び（２）の
間隙に出し入れするようになっている。
射鏡（９）を集束性ロッド・レンズ（１）及び（２）の
間隙に出し入れするようになっている。
第１図（Ａ）は、上記反射鏡（９）を挿入していない状
態を示しておシ、この状態では光ファイバ（３）から入
射された光は９倍率１倍の像変換を行う２個の集束性ロ
ッド・レンズ（１１，（２１を通シ光ファイバ（４）に
結合されている。同様に、光ファイバ（５）から入射さ
れた光は、光ファイバ（６）に結合されている。
態を示しておシ、この状態では光ファイバ（３）から入
射された光は９倍率１倍の像変換を行う２個の集束性ロ
ッド・レンズ（１１，（２１を通シ光ファイバ（４）に
結合されている。同様に、光ファイバ（５）から入射さ
れた光は、光ファイバ（６）に結合されている。
次に、第１図（Ｂ）のように上記反射鏡（９）を挿入す
ると、この状態では光ファイバ（３）から入射された光
は、集束性ロッド・レンズ（１１を通シ平行光腺に変換
され２反射鏡（９）で反射されて再び集束性ロッド・レ
ンズ（１）を通り、光ファイバ（６）に結合される。
ると、この状態では光ファイバ（３）から入射された光
は、集束性ロッド・レンズ（１１を通シ平行光腺に変換
され２反射鏡（９）で反射されて再び集束性ロッド・レ
ンズ（１）を通り、光ファイバ（６）に結合される。
同様にして、光ファイバ（５）から入射された光は。
光ファイバ（４）Ｋ結合される。
ところで、上記の従来の光スィッチでは２反射鏡（９）
を電磁石（力とレバー（８）と音用いて機械的に移動さ
せているため、大型で消費電力が大きくなシ。
を電磁石（力とレバー（８）と音用いて機械的に移動さ
せているため、大型で消費電力が大きくなシ。
かつ動作寿命も短く応答速度も低かった。さらに。
一旦光ファイバから集束性ロッド・レンズに入射した光
を空気層の間隙を介して、再び集束性ロッド・レンズに
入射させているため反射損失が大きく、光スィッチの挿
入損失の低減が困ＩＩｎであった。
を空気層の間隙を介して、再び集束性ロッド・レンズに
入射させているため反射損失が大きく、光スィッチの挿
入損失の低減が困ＩＩｎであった。
この発明はこれらの欠点を除去するため、光学的異方性
を有するネマチック液晶に外部から電界を印加すると、
その分子長軸の配列が変化することによシ、直線偏光に
対する屈折率が変化し、入射する光ビームを全反射又は
透過させる性質を利用して光路の切シ替えを電子的に行
うようにしたものであり２％に小型化、長寿命化並びに
消費電力の低減を図ったものである。その構造について
は２倍率１倍の正立結像系を形成するのに必要な長さを
有する集束性ロッド・レンズを光ＩＮ！＋を含む平面で
２等分し、その２分割されたレンズ間に所定の間隔を設
け、上記ネマチック液晶を封入するとともに、その集束
性ロッド・レンズの両側の像面上において、２分割され
たレンズの断面に垂直かつ光軸に対称な位置に各々２本
の光ファイバを設置したものである。
を有するネマチック液晶に外部から電界を印加すると、
その分子長軸の配列が変化することによシ、直線偏光に
対する屈折率が変化し、入射する光ビームを全反射又は
透過させる性質を利用して光路の切シ替えを電子的に行
うようにしたものであり２％に小型化、長寿命化並びに
消費電力の低減を図ったものである。その構造について
は２倍率１倍の正立結像系を形成するのに必要な長さを
有する集束性ロッド・レンズを光ＩＮ！＋を含む平面で
２等分し、その２分割されたレンズ間に所定の間隔を設
け、上記ネマチック液晶を封入するとともに、その集束
性ロッド・レンズの両側の像面上において、２分割され
たレンズの断面に垂直かつ光軸に対称な位置に各々２本
の光ファイバを設置したものである。
以下２図面にしだがって詳細に説明する。
第２図は、この発明による光スィッチの実施例の構成を
示したものであシ、（Ａ）と（Ｂ）は切シ替えの２つの
状態を表わしている。
示したものであシ、（Ａ）と（Ｂ）は切シ替えの２つの
状態を表わしている。
一般に、集束性ロッド・レンズに光ビームを入射すると
、入射位置が光軸に一致する場合、ビーム径は周期的に
変化し２また。入射位置が光軸から偏心している場合、
ビームは蛇行し進行するにしたがって入射位置と同じ偏
心位置に戻る。この長さを、１ピツチと定義している。
、入射位置が光軸に一致する場合、ビーム径は周期的に
変化し２また。入射位置が光軸から偏心している場合、
ビームは蛇行し進行するにしたがって入射位置と同じ偏
心位置に戻る。この長さを、１ピツチと定義している。
通常、集束性ロッド・レンズの長さｌは、ピッチｐを用
いて。
いて。
第（１）式で与えられる。
Ｊ＝２πｐ／β ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・ （１）ここで、〆Ａは集束性ロッ
ド・レンズの屈折率分布定数で、レンズの直径、開口数
及び波長に依存する値である。
・・・・・・・・・ （１）ここで、〆Ａは集束性ロッ
ド・レンズの屈折率分布定数で、レンズの直径、開口数
及び波長に依存する値である。
第２図に示した集束性ロッド・レンズ０〔は、長さＪ＝
２π／への倍率１倍の正立結１宏系を構成するロッド・
レンズであり、この集束性ロッド・レンズ００を光軸を
含む平面で２等分し、切断された２つのレンズ間にブＣ
学的異方性を示すネマチック液晶０υを数ミクロンの厚
みになるように封入し。
２π／への倍率１倍の正立結１宏系を構成するロッド・
レンズであり、この集束性ロッド・レンズ００を光軸を
含む平面で２等分し、切断された２つのレンズ間にブＣ
学的異方性を示すネマチック液晶０υを数ミクロンの厚
みになるように封入し。
その半分の断面積に透明電極ａのを蒸着等により設け、
上記ネマチック液晶ａυに電圧を印加できるようにした
ものである。第２図（Ａ）は電圧を印加しない場合、第
２図ＦＢ＋は電圧を印加した場合を各々示したものであ
る。
上記ネマチック液晶ａυに電圧を印加できるようにした
ものである。第２図（Ａ）は電圧を印加しない場合、第
２図ＦＢ＋は電圧を印加した場合を各々示したものであ
る。
また、０３１からＯｅは光ファイバであるが２その配置
位置は、集束性ロッド・レンズ（１１の切断面に垂直で
、かつ光軸を通る平面内で光軸から距離ｒｆの位置に、
光軸と平行に設置したものである。設置に際しては、光
ファイバと集束性ロッド・レンズの屈折率にほぼ等しい
屈折率をもつ接着剤を用いて接着しである。
位置は、集束性ロッド・レンズ（１１の切断面に垂直で
、かつ光軸を通る平面内で光軸から距離ｒｆの位置に、
光軸と平行に設置したものである。設置に際しては、光
ファイバと集束性ロッド・レンズの屈折率にほぼ等しい
屈折率をもつ接着剤を用いて接着しである。
この発明による光スィッチでは、光ファイバＯＪ。
Ｏａから光ビームを入射させ、光ファイバｕｓ、ｕｅよ
り出射させる場合と反対方向から入射し出射させる場合
も動作説明が同じになるので、以下では。
り出射させる場合と反対方向から入射し出射させる場合
も動作説明が同じになるので、以下では。
光ファイバα１ｕ４）から入射し、光ファイバｏｎｅよ
シ出射させる場合を例にとり説明する。まだ、光ファイ
バ０りから入射する場合と光ファイバ■から入射する場
合とでは、出射させる元ファイバが反対になるだけであ
シ、以下では説明を＋ｒｒｊ単にするだめ、光ファイバ
Ｏｊから入射させる場合を例にとり説明する。
シ出射させる場合を例にとり説明する。まだ、光ファイ
バ０りから入射する場合と光ファイバ■から入射する場
合とでは、出射させる元ファイバが反対になるだけであ
シ、以下では説明を＋ｒｒｊ単にするだめ、光ファイバ
Ｏｊから入射させる場合を例にとり説明する。
ところで、この発明による光スィッチに用いるネマチッ
ク液晶Ｕとして、その分子長軸に平行な方向の屈折率を
”ｅｙ 垂直な方向の屈折率を”Ｏｒ集束性ロッド・レ
ンズ０〔の屈折率をｎｇ と表わすときに２次の＠（２
）式を満足する液晶材料を選定する。
ク液晶Ｕとして、その分子長軸に平行な方向の屈折率を
”ｅｙ 垂直な方向の屈折率を”Ｏｒ集束性ロッド・レ
ンズ０〔の屈折率をｎｇ と表わすときに２次の＠（２
）式を満足する液晶材料を選定する。
ｎｅ） ｎｇ ） ｎ□ ・・曲曲曲・・・曲・・・（
２）このネマチック液晶αυの分子長軸の配列は、第３
図で詳細に説明するように第２図ＦＡ）の状態では。
２）このネマチック液晶αυの分子長軸の配列は、第３
図で詳細に説明するように第２図ＦＡ）の状態では。
集束性ロッド・レンズｕｌを２等分した断面に平行で、
かつ光軸に垂直な方向に配向しておき、第２図（川の状
態では、電圧が印加された領域の液晶のみ、その分子長
軸が電界方向に向くようにする。
かつ光軸に垂直な方向に配向しておき、第２図（川の状
態では、電圧が印加された領域の液晶のみ、その分子長
軸が電界方向に向くようにする。
このように印加電界方向に分子長軸が向く性質をもつ液
晶は、一般にＰ形と呼ばれており、Ｐ形のネマチック液
晶を用いることにょシ、上記の分子長軸の配列を容易に
実現できる。
晶は、一般にＰ形と呼ばれており、Ｐ形のネマチック液
晶を用いることにょシ、上記の分子長軸の配列を容易に
実現できる。
また、集束性ロッド・レンズα呻の入射端面がら距離２
−π２２６ｍのところで、光ファイバｔａｘｉから入射
された無偏光の光ビームａηは平行ビームとなシ光軸と
交差する。このとき、ネマチック液晶Ｕυへの光ビーム
の入射角は空間的な分布をもつが。
−π２２６ｍのところで、光ファイバｔａｘｉから入射
された無偏光の光ビームａηは平行ビームとなシ光軸と
交差する。このとき、ネマチック液晶Ｕυへの光ビーム
の入射角は空間的な分布をもつが。
その平均入射角を０．全反射が生じるだめの臨界角をθ
Ｃとすると２次の第（３）式を満足するように光ファイ
バαＪの光軸からの偏心距離ｒｆを設定しておく。
Ｃとすると２次の第（３）式を満足するように光ファイ
バαＪの光軸からの偏心距離ｒｆを設定しておく。
すると、第３図で説明するように、光ファイバ０りから
入射された無偏光の光ビーム（Ｉ７）のうち２紙面に平
行なＰ偏光成分ｕ８は反射し、垂直なＳ偏光成分α偵は
透過する。このように反射又は透過して直線偏光に変換
された各々の光ビームは２点Ｑ。
入射された無偏光の光ビーム（Ｉ７）のうち２紙面に平
行なＰ偏光成分ｕ８は反射し、垂直なＳ偏光成分α偵は
透過する。このように反射又は透過して直線偏光に変換
された各々の光ビームは２点Ｑ。
■に集光され、その後再び集束性ロッド・レンズｎｏｔ
の右半分の領域に入射される。
の右半分の領域に入射される。
このとき、第２図（Ａｌの状態、すなわちネマチック液
晶０１）に電圧を印加しない状態では、ネマチック液晶
の分子長軸の配向方向は、集束性ロッド・レンズ００の
左半分の領域と同じであるため、Ｐ偏光成分（１樽は反
射し１光ファイバＱ（ト）の位置に集光され、また、Ｓ
偏光成分けりは透過して光ファイバαωの位置に集光さ
れる。従って、光ファイバ０３から入射した光ビームは
、光ファイバαつに結合されることになる。
晶０１）に電圧を印加しない状態では、ネマチック液晶
の分子長軸の配向方向は、集束性ロッド・レンズ００の
左半分の領域と同じであるため、Ｐ偏光成分（１樽は反
射し１光ファイバＱ（ト）の位置に集光され、また、Ｓ
偏光成分けりは透過して光ファイバαωの位置に集光さ
れる。従って、光ファイバ０３から入射した光ビームは
、光ファイバαつに結合されることになる。
次に、第２図（Ｄｌの状態、すなわちネマチック液晶α
Ｄに電圧を印加した状態では、ネマチック液晶の分子長
軸の配向方向は：電界方向となるため。
Ｄに電圧を印加した状態では、ネマチック液晶の分子長
軸の配向方向は：電界方向となるため。
第３図で説明するように■）偏光成分０υは透過し。
Ｓ偏光成分Ｑ９は反射され、各々光ファイバ（ｌ［９の
位置に集光される。従って、光ファイバ（１３）から入
射した光ビームは、光ファイバ（ＩＱに結合されること
になる。
位置に集光される。従って、光ファイバ（１３）から入
射した光ビームは、光ファイバ（ＩＱに結合されること
になる。
以上述べたように、この発明による光スィッチでは、ネ
マチック液晶に印加する電圧をオン、オフすることによ
って、１本の光ファイバに入射したｍ偏光の光ビームを
他の２本の光ファイバのいずれかに損失が少ない状態で
切９替えることができる。
マチック液晶に印加する電圧をオン、オフすることによ
って、１本の光ファイバに入射したｍ偏光の光ビームを
他の２本の光ファイバのいずれかに損失が少ない状態で
切９替えることができる。
なお、光ファイバ（＋４＋から入射した無偏光の光ビー
ムは、同様な動作原理により、第２図（Ａ）の状態では
光ファイバ（Ｉｔ、ｌに、また、第２図（Ｂｌの状態で
は光ファイバθ９に各々結合され、切り替えができる。
ムは、同様な動作原理により、第２図（Ａ）の状態では
光ファイバ（Ｉｔ、ｌに、また、第２図（Ｂｌの状態で
は光ファイバθ９に各々結合され、切り替えができる。
第３図は、この発明による光スィッチの動作原理を更に
詳しく説明するための液晶セルの断面図である。
詳しく説明するための液晶セルの断面図である。
第３図では、説明の都合上、２分割された集束性ロッド
・レンズＯＱは平板状であるとして説明する。Ｉｎ２Ｏ
３８ｎＯ５膜などの透明電極θ′２を蒸着した２分割さ
れた集束性ロッド・レンズＱＯ）間に、高分子化合物な
どの材料を用いたスペーサ（イ）を挿入し、そのすき間
にネマチック液晶を封入した構成となっている。この液
晶セルにおけるネマチック液晶分子（２υの長軸の配向
方向が光の進行方向に垂直かつ２分割された断面に平行
になるように。
・レンズＯＱは平板状であるとして説明する。Ｉｎ２Ｏ
３８ｎＯ５膜などの透明電極θ′２を蒸着した２分割さ
れた集束性ロッド・レンズＱＯ）間に、高分子化合物な
どの材料を用いたスペーサ（イ）を挿入し、そのすき間
にネマチック液晶を封入した構成となっている。この液
晶セルにおけるネマチック液晶分子（２υの長軸の配向
方向が光の進行方向に垂直かつ２分割された断面に平行
になるように。
５ｏＯｘの斜め蒸着や綿布によるラビングによって。
透明電極表面を配向処理しておく。
第２図で説明したように、ネマチック液晶の分子長軸に
平行な方向の屈折率をｎ６． 垂直な方向の屈折率を”
Ｏｒ ガラス基板の屈折率をｎｇとし。
平行な方向の屈折率をｎ６． 垂直な方向の屈折率を”
Ｏｒ ガラス基板の屈折率をｎｇとし。
１１６ ＞ ｎｇ ＞ ｎＯとなるように、ネマチック
液晶材料を選定しておく。なお、透明電極の屈折率も考
慮する必要があるが、液晶の厚みが約６μｍに対し透明
電極の厚みが約０．０８μｍであるので、無視して考え
てよい。
液晶材料を選定しておく。なお、透明電極の屈折率も考
慮する必要があるが、液晶の厚みが約６μｍに対し透明
電極の厚みが約０．０８μｍであるので、無視して考え
てよい。
また、２分割された集束性ロッド・レンズＨよシネマチ
ック液晶層に入射する無偏光の光ビームａηの平均入射
角θを第２図で説明したように。
ック液晶層に入射する無偏光の光ビームａηの平均入射
角θを第２図で説明したように。
θ〉θｃ ＝ｓｈ＋ Ｃｎｏ／”ｇ）となるように設定
しておく。
しておく。
すると、第３図（Ａｌの状態では、Ｐ偏光に対する屈折
率はｎ１１＝０□、３偏光に対する屈折率はｎ’、４
＝ ｎｇとなるため、 Ｐ偏光成分（１枠は反射され。
率はｎ１１＝０□、３偏光に対する屈折率はｎ’、４
＝ ｎｇとなるため、 Ｐ偏光成分（１枠は反射され。
Ｓ偏光成分は透過することになる。
′次に、第３図（Ｂ）の状態では、透明電極０りに閾値
以上の電圧を印加して２図中に矢印で示す方向に電界を
印加し、ネマチック液晶分子Ｑυの長軸を電界方向に平
行に配列する。この状態では、Ｐ偏光に対する屈折率は
ｎ１ｌ−ｎｅ ｒ ８偏光に対する屈折率はｎ、−１”
” ｎＯとなるため、Ｐ偏光成分Ｑｌ１９は透過し、ｓ
−５光成分（１ｇは反射することになる。
以上の電圧を印加して２図中に矢印で示す方向に電界を
印加し、ネマチック液晶分子Ｑυの長軸を電界方向に平
行に配列する。この状態では、Ｐ偏光に対する屈折率は
ｎ１ｌ−ｎｅ ｒ ８偏光に対する屈折率はｎ、−１”
” ｎＯとなるため、Ｐ偏光成分Ｑｌ１９は透過し、ｓ
−５光成分（１ｇは反射することになる。
ところで、この発明による光スィッチに用いる集束性ロ
ッド・レンズｕＩｊでは、当然のことながら次の第（４
）式で表わされる屈折率分布ｎ（ｒｌをもっている。
ッド・レンズｕＩｊでは、当然のことながら次の第（４
）式で表わされる屈折率分布ｎ（ｒｌをもっている。
ｎ（ｒ）−ｎ（１−Ａｒ”）・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・ｆ４）ここで、■は集束性ロ
ッド・レンズの光軸上での屈折率、ｒは光軸からの距離
である。
・・・・・・・・・・・・ｆ４）ここで、■は集束性ロ
ッド・レンズの光軸上での屈折率、ｒは光軸からの距離
である。
第４図は、−例としてπ−１，６，σ−０，３３２朋。
直径２ｒＯ＝ １．８ ｍｍの集束性ロッド・レンズの
屈折率分布を示しだものである。
屈折率分布を示しだものである。
この集束性ロッド・レンズの０．２５ ピッチの長さ２
は Ｚ ＝ 法＝ ４．７３ ｍｍ である。この’ｌ＝４．７３ｍｍ近傍での光ビームは。
は Ｚ ＝ 法＝ ４．７３ ｍｍ である。この’ｌ＝４．７３ｍｍ近傍での光ビームは。
ガウス分布をなし、そのビーム半径（光強度が１／ｅ２
になる点までの中心からの距離）は０．３龍程度である
が、光スィッチの漏話量を一２０ｄＢ以下に抑えること
を考えると、°ビーム半径は光強度が１７１００になる
点までの中心からの距離を考慮する必要があシ、そのビ
ーム半径は０、５５ ｍｍと外る。
になる点までの中心からの距離）は０．３龍程度である
が、光スィッチの漏話量を一２０ｄＢ以下に抑えること
を考えると、°ビーム半径は光強度が１７１００になる
点までの中心からの距離を考慮する必要があシ、そのビ
ーム半径は０、５５ ｍｍと外る。
このとき、屈折率ｎｇは第（４）弐にπ−１，６゜υ＝
０．３３２ｇ’ 、 ｒ ＝ ０．５５朋を代入しｎｇ
−ｎ （ｒ＝ ０．５５ ｉｎ） ＝ １．５７となる
。従って、入射光が通過する領域の屈折率弛は第４図に
ハツチングで示しだ範囲の値をもつ。
０．３３２ｇ’ 、 ｒ ＝ ０．５５朋を代入しｎｇ
−ｎ （ｒ＝ ０．５５ ｉｎ） ＝ １．５７となる
。従って、入射光が通過する領域の屈折率弛は第４図に
ハツチングで示しだ範囲の値をもつ。
これに対し、ネマチック液晶の一例として、メルク社製
ＺＬＩ−１５５７を用いる場合、波長λ−〇、８５μｍ
に対し、第４図に破線で示すようにｎ８＝ １．６１．
ｎ□ ＝ １．４９であるから、第（２）式の条件を
満足する。
ＺＬＩ−１５５７を用いる場合、波長λ−〇、８５μｍ
に対し、第４図に破線で示すようにｎ８＝ １．６１．
ｎ□ ＝ １．４９であるから、第（２）式の条件を
満足する。
ｎｏ”’ １−６１ ＞ ｎｇ ＝−１−５７〜１，６
（光軸上り〉ｎｏ＝１．４９このとき、臨界角θＣは、
第（３）式よりとなる。これに対し、第２図に示した光
ファイバの光軸からの偏心距離ｒｆを０．３朋に設定す
ると平均入射角θは、第（３）式を用いて ０＝９０−一勺＝８６・４゜ となり、第（３）式の条件を満足する。
（光軸上り〉ｎｏ＝１．４９このとき、臨界角θＣは、
第（３）式よりとなる。これに対し、第２図に示した光
ファイバの光軸からの偏心距離ｒｆを０．３朋に設定す
ると平均入射角θは、第（３）式を用いて ０＝９０−一勺＝８６・４゜ となり、第（３）式の条件を満足する。
θ−＝８６．４°〉θｃ＝７Ｌ６゜
従って、第２図で説明したようなスイッチング動作が実
現できる。
現できる。
以上説明したこの発明による光スィッチでは。
集束性ロッド・レンズの長さが約２０朋、直径が約２ｍ
ｍ、これに４本の入射用及び出射用光ファイバとこれら
を収納するケースを含め体積は１ｃＴｌ以下にでき、従
来の機械式光スィッチの体積約３０ｃｒｒｔにくらべて
１Ｘ３０程度の小型化が実現できる。
ｍ、これに４本の入射用及び出射用光ファイバとこれら
を収納するケースを含め体積は１ｃＴｌ以下にでき、従
来の機械式光スィッチの体積約３０ｃｒｒｔにくらべて
１Ｘ３０程度の小型化が実現できる。
さらに、ネマチック液晶を駆動するのに＝１する電力は
、約１μｗＡ であシ、集束性ロッド・レンズを２等分
したときの断面積が約０．４ｍであるから、消費電力は
約０．４μＷとなる。これに対し従来の機械式光スィッ
チの消費電力約０．２ Ｗにくらべて１Ｘ１０程度の消
費電力の低減ができる。
、約１μｗＡ であシ、集束性ロッド・レンズを２等分
したときの断面積が約０．４ｍであるから、消費電力は
約０．４μＷとなる。これに対し従来の機械式光スィッ
チの消費電力約０．２ Ｗにくらべて１Ｘ１０程度の消
費電力の低減ができる。
次に、動作寿命については、約５年間が保証されてお９
，１秒に１回スイッチング動作を実行したとしても１．
６Ｘ１０ サイクルのスイッチング動作が実現されるの
に対し、従来の機械式光スイッチでは、高々２．５Ｘ１
０ サイクル程度であったので、約１０００倍の動作寿
命が実現できる。
，１秒に１回スイッチング動作を実行したとしても１．
６Ｘ１０ サイクルのスイッチング動作が実現されるの
に対し、従来の機械式光スイッチでは、高々２．５Ｘ１
０ サイクル程度であったので、約１０００倍の動作寿
命が実現できる。
次に、応答速度については、一般に液晶の粘性が温度依
存性を示し、低温になるほど粘性が大きくなるため、応
答時間は、粘性の値に比例して遅くなる。
存性を示し、低温になるほど粘性が大きくなるため、応
答時間は、粘性の値に比例して遅くなる。
しかし、粘性の小さくかつ温度依存性の小さい液晶材料
を選定するとともに、液晶の厚みをできる限シ薄くする
ことによシ、０℃において１０ｍ８以下の応答速度が得
られる。なお、誘電率の異方性が低周波領域で正、高周
波領域で負となる液晶を用い、これを２周波駆動するこ
とによＪ＋１ｍｓ以下の応答速度が実現できる。これに
対して、従来の機械式光スィッチの応答速度は約２０ｍ
Ｂであったので、２倍〜２０倍程度の高速化が実現でき
る。
を選定するとともに、液晶の厚みをできる限シ薄くする
ことによシ、０℃において１０ｍ８以下の応答速度が得
られる。なお、誘電率の異方性が低周波領域で正、高周
波領域で負となる液晶を用い、これを２周波駆動するこ
とによＪ＋１ｍｓ以下の応答速度が実現できる。これに
対して、従来の機械式光スィッチの応答速度は約２０ｍ
Ｂであったので、２倍〜２０倍程度の高速化が実現でき
る。
なお２以上は、光学的異方性を示す材料としてネマチッ
ク液晶を用いる場合について説明したが。
ク液晶を用いる場合について説明したが。
この発明はこれに限らずＬＩＮｂ０３のような２軸性結
晶の薄膜を用いた場合に適用できることは言うまでもな
い。
晶の薄膜を用いた場合に適用できることは言うまでもな
い。
以上のように、この発明による光スィッチでは。
電磁石とレバーを用いて反射鏡を機械的に移動させ光路
を切シ替える代わシに、光学的異方性を有するネマチッ
ク液晶を用い、これに外部より電界を印加することによ
り電子的に光路を切り替えることができ、小型、長寿命
、小消費電力及び低損失の光スィッチを実現できる利点
がある。
を切シ替える代わシに、光学的異方性を有するネマチッ
ク液晶を用い、これに外部より電界を印加することによ
り電子的に光路を切り替えることができ、小型、長寿命
、小消費電力及び低損失の光スィッチを実現できる利点
がある。
第１図は従来のこの種装置の構成図、第２図はこの発明
による光スィッチの実施例の構成図、第３図はこの発明
による光スィッチの基本原理を説明するだめの液晶セル
の断面図、第４図は集束性ロッド・レンズの屈折率分布
図である。 図中（１１（２１（Ｉ値は集束性ロッド・レンズ、 （
３） （４） （５１（６）α３１ α４１ （ＬＳＩ
（ｌＢは光７フイハ、 （７）ハ電磁石＋ （８）ｆ
ｄレバ＋（９）は反射鏡、（ＩＤはネマチック液晶、０
りは透明電極。 住ηは無偏光の入射ビーム、αＢはＰ偏光成分、 Ｑｌ
はＳ偏光成分、（２υ緘スペーサ、 Ｃ＋ｌｌはネマチ
ック液晶分子である。なお２図中、同一あるいは相当部
分には同一符号を付して示しである。 代理人大岩増雄 第 １ 図 （Ａ） （Ｂ） 第２図 （Ａ） （Ｂ） 第３図 （ＡＩ （Ｂ） 第４図 ｎ（ｒ）
による光スィッチの実施例の構成図、第３図はこの発明
による光スィッチの基本原理を説明するだめの液晶セル
の断面図、第４図は集束性ロッド・レンズの屈折率分布
図である。 図中（１１（２１（Ｉ値は集束性ロッド・レンズ、 （
３） （４） （５１（６）α３１ α４１ （ＬＳＩ
（ｌＢは光７フイハ、 （７）ハ電磁石＋ （８）ｆ
ｄレバ＋（９）は反射鏡、（ＩＤはネマチック液晶、０
りは透明電極。 住ηは無偏光の入射ビーム、αＢはＰ偏光成分、 Ｑｌ
はＳ偏光成分、（２υ緘スペーサ、 Ｃ＋ｌｌはネマチ
ック液晶分子である。なお２図中、同一あるいは相当部
分には同一符号を付して示しである。 代理人大岩増雄 第 １ 図 （Ａ） （Ｂ） 第２図 （Ａ） （Ｂ） 第３図 （ＡＩ （Ｂ） 第４図 ｎ（ｒ）
Claims (1)
- 外部制御信号によ９２本の光ファイバよシ入射した光ビ
ームを他の２本の光ファイバのいずれかに切シ替える２
人カー２出力のマトリックス状の光スィッチにおいて２
倍率１倍の正立結像系を形成するのに必要な長さを有す
る集束性ロッド・レンズを、その光軸を含む平面で２等
分し、その分割された２つのレンズ間に所定の間隔を設
けて光学的異方性を示すネマチック液晶を、その分子長
軸が上記２等分した断面に平行かつ光軸に垂直にするよ
う処理した後封入し、その封入されたネマチック液晶の
うち光軸に垂直に２分割した領域の一方の領域に外部よ
シミ圧を印加してその分子長軸を電界方向に配列するよ
うにした機能部に、上記集束性ロッド・レンズの両側の
像面で２分割されたレンズの断面に垂直かつ光軸を通る
平面内で光軸から対称な位置に４本１組の人出カ用光フ
ァイバを接続したことを特徴とする光スィッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19128483A JPS6083014A (ja) | 1983-10-13 | 1983-10-13 | 光スイツチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19128483A JPS6083014A (ja) | 1983-10-13 | 1983-10-13 | 光スイツチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6083014A true JPS6083014A (ja) | 1985-05-11 |
Family
ID=16271999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19128483A Pending JPS6083014A (ja) | 1983-10-13 | 1983-10-13 | 光スイツチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6083014A (ja) |
-
1983
- 1983-10-13 JP JP19128483A patent/JPS6083014A/ja active Pending
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