WO2004013685A1 - 導波路型液晶可変光減衰器 - Google Patents

導波路型液晶可変光減衰器 Download PDF

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WO2004013685A1
WO2004013685A1 PCT/JP2003/008932 JP0308932W WO2004013685A1 WO 2004013685 A1 WO2004013685 A1 WO 2004013685A1 JP 0308932 W JP0308932 W JP 0308932W WO 2004013685 A1 WO2004013685 A1 WO 2004013685A1
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liquid crystal
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waveguide type
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Shinji Kawamoto
Hirohiko Iwase
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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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
    • 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
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/48—Variable attenuator

Definitions

  • the present invention relates to a waveguide-type liquid crystal used in the field of optical communication, which is used for adjusting the light output after optical amplification and for adjusting the optical output for equalizing the optical signal intensity in a plurality of optical paths. It relates to an optical attenuator. Background technology>
  • variable optical attenuator for continuously attenuating the output power of such incident light
  • This Faraday effect type variable optical attenuator includes a Faraday rotator and an electromagnet that applies a horizontal magnetic field to the Faraday rotator, and attenuates the intensity of incident light according to the strength of the magnetic field applied to the Faraday rotator.
  • the configuration is such that
  • variable optical attenuator using a liquid crystal is known.
  • Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2002-501012 discloses a first cell wall and a second cell wall which are opposed to each other.
  • a variable optical attenuator is described in which a liquid crystal material is disposed between the first and second cell walls, and the orientation of the liquid crystal material is adjusted to attenuate the light incident from the first cell wall and exit from the second cell wall.
  • a variable optical attenuator using a micro electro mechanical system (MEMS) and a thermo-optic effect as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-125014, are used.
  • MEMS micro electro mechanical system
  • thermo-optic effect as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-125014
  • variable optical attenuator has a problem that it is not suitable for integration such as arraying because the structure is complicated because the rotation of polarization by a magnetic field is used, and a magnet is required and the size is increased.
  • variable optical attenuator described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-501012 has a complicated structure like a Faraday-type variable optical attenuator due to the use of polarized light. Has a problem that the extinction ratio (variable range of attenuation) is small.
  • variable optical attenuator described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-125250 can be integrated, but is expensive because it makes full use of high-precision semiconductor processing technology.
  • reliability is low due to the presence of moving parts.
  • the thermo-optic effect type variable optical attenuator can be integrated and has no moving parts, but it consumes a large amount of power due to heating, is complicated and expensive, and has a polarization dependent loss (PDL). There is also the problem of being big.
  • the present invention has been made in view of such a situation, is easy to form an array, is inexpensive, has no moving parts, has high reliability, and has low power consumption and polarization-dependent loss. It is an object of the present invention to provide a waveguide type liquid crystal variable optical attenuator capable of suppressing PDL). Invention disclosure>
  • the present invention provides the following waveguide type liquid crystal variable optical attenuator.
  • a first electrode arranged to cover the sub-core on the opposite side of the main core with the sub-core therebetween, and a second electrode and a third electrode forming a pair with the first electrode interposed therebetween.
  • An electrode, a main core, a sub core, and a clad surrounding the electrodes collectively.
  • the waveguide type liquid crystal variable optical attenuator according to (1) is the waveguide type liquid crystal variable optical attenuator according to (1).
  • the clad is divided into a first clad surrounding the main core and a second clad surrounding the sub-core and each electrode, and the refractive index of the first clad is equal to that of the second clad.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing a first embodiment of a waveguide type liquid crystal variable optical attenuator of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the operation principle of the waveguide type liquid crystal variable optical attenuator shown in FIG. 4, and
  • FIG. 4 shows the separation distance (G LC ) between the main core and the sub core, and the main core and the sub core.
  • FIG. 5A and 5B are a top view and a cross-sectional view, respectively, showing a waveguide-type liquid crystal variable optical attenuator used to examine the effect of the crossing angle on the amount of attenuation
  • FIG. is a graph for explaining the relationship between the distance (G LC) and the cross angle ( "MAX)
  • Figure 6 is a distance between the main core and the splint ⁇ (G LC) and the secondary core index width
  • Fig. 7 is a graph for measuring the change in light intensity in the main core due to the difference in the refractive index between the first and second clads.
  • Fig. 8 is a cross-sectional view showing a design example of the waveguide type liquid crystal variable optical attenuator used.
  • FIG. 8 shows the results of measuring the change in light intensity in the main core due to the difference in refractive index between the first and second claddings.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a waveguide type liquid crystal variable optical attenuator according to a second embodiment of the present invention.
  • 1 is the main core
  • 3 is the clad
  • 3A is the first clad
  • 3B is the second clad
  • 4 is the sub-core
  • 5 is the incident light
  • 6A is the second electrode
  • 6B is a first electrode
  • 6C is a third electrode
  • 7A and 7B are alignment films
  • 8A is a lower substrate
  • 8B is an upper substrate
  • 10 is a waveguide type liquid crystal variable optical attenuator
  • 1 1 is an optical adhesive.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing a first embodiment of a waveguide type liquid crystal variable optical attenuator of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
  • the waveguide type liquid crystal variable optical attenuator 10 includes a clad 3 divided into a lower substrate 8A and an upper substrate 8B.
  • a main core 1 that extends linearly along the center line in the width direction is buried at the position of the depth.
  • the material of the main core 1 is not limited, but is S i 0.
  • Inorganic materials such as ⁇ resin such as polyimide it can.
  • a concave portion having a rectangular cross section is formed linearly so as to intersect the main core 1 at a predetermined angle on the projection plane.
  • An alignment film 7B is provided on the bottom surface (the upper surface in FIG. 2) of the concave portion, and a nematic liquid crystal is filled thereon.
  • the lower substrate 8A is provided with a compound film 7A so as to cover the entire surface on the upper substrate side, and the lower substrate 8A and the upper substrate 8B are joined with an appropriate optical adhesive 11. As a result, the nematic liquid crystal is sealed, and the sub-core 4 is formed.
  • the type of the nematic liquid crystal is not limited, and for example, for example, 4- (4-pentylcyclohexyl) cyanobenzene can be used.
  • the alignment film 7A and the alignment film 7B may both be known ones. For example, a rubbed polyamide film or the like can be used.
  • the upper substrate 8B is provided with a first electrode 6B so as to cover almost the entire surface of the sub-core 4 immediately above the sub-core 4, and further, on both sides of the first electrode 6B, A second electrode 6A and a third electrode 6C are formed.
  • the first electrode 6B, the second electrode 6A and the third electrode 6C can be controlled independently of each other, and the second electrode 6A and the third electrode 6C
  • the alignment direction of the liquid crystal molecules and the alignment directions of the alignment films 7A and 7B are defined to be orthogonal.
  • Is an electrode material, other transparent conductive material such as S n 0 2 and ITO, can be gold, copper, a metal such as aluminum.
  • the voltage and phase applied to the first to third electrodes 6A to 6C are adjusted to control the alignment of the liquid crystal molecules of the sub-core 4.
  • the attenuation of light propagating through the main core 1 can be adjusted.
  • FIG. 3 (A) by applying a potential in the same phase as the first electrode 6B to the second electrode 6A and the third electrode 6C, the main core 1 and the The electric field perpendicular to the first to third electrodes 6A to 6C is dominant in the portion where the sub-core 4 overlaps. Thereby, the change in the coupling coefficient with respect to TM polarization becomes dominant. Further, as shown in FIG.
  • both the TM polarized light and the TE polarized light can be adjusted.
  • FIG. 1 (B) shows a state in which the above-described voltage is applied, and a part of the optical signal 5 incident on the main core 1 is transferred to the sub-core 4, and as a result, Outputs an attenuated optical signal (ON state).
  • the relationship between the voltage and phase and the increase / decrease of the light intensity is different between the case where the nematic liquid crystal filled in the sub-core 4 has the positive dielectric anisotropy and the case where the nematic liquid crystal has the negative dielectric anisotropy. Is reversed.
  • the intersection angle between the main core 1 and the sub-core 4 and the main core 1 and the sub-core 4 It is preferable to set the separation distance as follows.
  • a waveguide type liquid crystal variable optical attenuator 10 was fabricated by changing the distance (GLC) and intersection angle ( ⁇ ) between the sub-core 4 having a height (H LC ) 2 / m to extinction ratio (maximum variation width of the light intensity) was measured, the combination determined meta with distance (G LC) and the intersecting angle extinction ratio is maximized ( ⁇ ⁇ ⁇ ).
  • AX is considerably smaller than 0.3 °, and as a result, the overall length of the waveguide-type liquid crystal variable optical attenuator 10 (the length in the left-right direction in FIG. 4 (A)) is increased and the size is increased. .
  • FIG. 6 is a graph plotting a combination of a separation distance ( GLc ) between the main core 1 and the sub-core 4 at which an extinction ratio equal to or higher than the specified value is obtained, and a refractive index width of the sub-core 4.
  • G LC separation distance between the main core 1 and the sub-core 4
  • W width of the main core 1
  • the distance between the main core 1 and the sub-core 4 is determined from the relationship between the distance (G LC ) between the main core 1 and the sub-core 4 and the intersection angle ( ⁇ ) and the refractive index width of the sub-core 4.
  • distance (G L c) can be said that it is preferably not more than the main core 1 of the width (W).
  • the electrode material other transparent conductive material such as S n 0 2 or ITO in cormorants I described above, gold, copper, aluminum or the like metal
  • the sub-core 4 and each of the electrodes 6A to 6C should be formed to have a width (W) of at least half the width (W) of the main core 1 and preferably It is preferable that they are separated by the same degree.
  • the applied voltage for aligning the liquid crystal molecules of the sub-core 4 must be increased, and the power cost for operation increases accordingly.
  • a lower substrate 8A surrounding the main core 1 is formed.
  • the refractive index of the material is made larger than the refractive index of the material forming the upper substrate 8B surrounding the sub-core 4 and the electrodes 6A to 6C.
  • the lower substrate 8A is referred to as a first clad 3A
  • the upper substrate 8B is referred to as a second clad 3B.
  • the refractive index of the first clad 3 A N CL i, the refractive index of the second clad 3 B and N CL 2 Then, the main core 1 from the electrode side to the earthenware pots by the light from leaking (the vertical direction in the figure) (NCLI - N CL 2)> 0 Tosureba well, the size is (N CL i- N CL 2) The more light leaks, the less light leaks.
  • the first cladding 3A and the second cladding 3B were connected to each electrode 6 to 6 (using a material having a refractive index difference ( ANCL ) of 0.04 ). Is formed about 2 ⁇ m away from the surface of the first cladding 3 A to form the second cladding 3 B. Since the light intensity on the electrode surface attenuates to 0.1% or less in the core Thus, the absorption of light by the electrodes can be almost ignored.
  • ANCL refractive index difference
  • the waveguide type liquid crystal variable optical attenuator 10 of the present invention may be provided with a temperature control means in order to eliminate the influence of a change in external environment temperature. More preferred.
  • a temperature control means a Peltier element is preferable because of its small size and easy temperature control.
  • the location of the temperature control means is not limited, but it is preferable that the temperature control means is provided near the sub-core 4, for example, on the upper surface of the upper substrate 8B. By suppressing the temperature fluctuation in this way, it is possible to obtain a waveguide-type liquid crystal variable optical attenuator 10 having a low crosstalk and a low loss. Also, since the waveguide-type liquid crystal variable optical attenuator 10 itself generates almost no heat, it is integrated with the temperature control device, and by insulating the whole, the power consumption for temperature control is kept low. Can be
  • FIG. 9 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the waveguide type liquid crystal variable optical attenuator of the present invention.
  • the first power supply in the first embodiment is used.
  • T JP2003 / 008932 There is no electrode corresponding to the electrode 6B, and the second electrode 6A and the third electrode 6C are arranged close to each other.
  • the sub-core 4 extends to the outside of the second electrode 6 A and the third electrode 6 C, and the function of the second electrode 6 A and the third electrode 6 C is extended. Only the range functions as sub-core 4, and the other parts function as the clad.
  • Reference numeral 21 denotes a liquid crystal molecule.
  • the electrodes can be driven at a lower voltage because the electrode interval is narrow, and the operating cost can be reduced.
  • the driving style is simplified and the number of parts (electrodes) can be reduced, resulting in lower product costs.
  • the extinction ratio can be further increased.
  • an array may be formed by using a plurality of the above-mentioned waveguide type liquid crystal variable optical attenuators 10 to form a so-called multi-channel waveguide type liquid crystal variable optical attenuator.
  • the present invention also includes this multi-channel waveguide type liquid crystal variable optical attenuator.
  • the waveguide-type liquid crystal variable optical attenuator of the present invention is easy to form an array, inexpensive, has no moving parts, has high reliability, and has low power consumption and polarization dependent loss ( PDL) can be kept low.

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Description

明 細 書 導波路型液晶可変光減衰器 <技術分野 >
本発明は、 光通信分野において、 光増幅後の光強度の調整や、 複数の光路での 光信号強度の一様化等のために光出力を調整するために使用される導波路型液晶 可変光減衰器に関する。 ぐ背景技術〉
光通信分野では、 複数の入射光をスィ ツチングして他へ出力することが行われ ているが、 その際入射光の強度が入射経路によ り異なっていることが多いため、 スイッチング動作をより確実に安定して行うために、 スイ ッチング手段の前段で 一様な強度に調整することが行われている。 その際、 複数の入射光の中で、 最も 強度の低い入射光の強度に合わせて他の入射光の強度を減衰させることが一般に 行われる。
このよ うな入射光の出射出力を連続的に減衰させる可変光減衰器と して、 従来 では、 例えば特開 2 0 0 1 — 9 1 9 0 1号公報ゃ特開 2 0 0 1 — 2 4 9 3 1 3号 公報に記載されているよ うな、 ファラデー効果 （磁気光学効果） を利用したもの が知られている。 このファラデー効果型可変光減衰器は、 ファラデー回転子と、 このファラデー回転子に水平磁界を印加する電磁石とを備えており、 ファラデー 回転子に印加する磁場の強度に応じて入射光の強度を減衰させる構成となってい る。
また、 液晶を用いた可変光減衰器も知られており、 例えば特表 2 0 0 2— 5 0 1 2 1 0号公報には、 対向配置された第 1 のセル壁と第 2のセル壁との間に液晶 材料を配置し、 この液晶材料の配向を調整して第 1 のセル壁から入射する光を減 衰させて第 2のセル壁から出射する可変光減衰器が記載されている。 その他にも、 特開 2 0 0 1 — 1 2 5 0 1 4号公報に記載されているよ うな、 微 小電気機械システム （MEM S) を利用した可変光減衰器や、 熱光学効果を利用 した可変光減衰器も知られている。
しかしながら、 上述した従来の可変光減衰器のうち、 特開 2 0 0 1 — 9 1 9 0 1号公報ゃ特開 2 0 0 1 — 2 4 9 3 1 3号公報に記載されているファラデー効果 型可変光減衰器では、 磁界による偏光の回転を利用するため構造が複雑になり、 また磁石が必要で大型化することから、 ァレイ化等の集積化に不向きである とい う問題がある。 また、 特表 2 0 0 2— 5 0 1 2 1 0号公報に記載されている可変 光減衰器では、 偏光を利用することからファラデー型可変光減衰器と同様に構造 が複雑であり、 更には消光比 （減衰量の可変範囲） が小さいという問題もある。 また、 特開 2 0 0 1 — 1 2 5 0 1 4号公報に記載された可変光減衰器では、 集積 化が可能であるが、 高精度な半導体の加工技術を駆使するため、 高価であること に加えて、 可動部があるため信頼性が低いという問題がある。 また、 熱光学効果 型可変光減衰器は、 集積化が可能で可動部も無いが、 加熱するため消費電力が大 きく、 また構造が複雑で高価であり、 更には偏光依存損失 （P D L) も大きいと いう問題もある。
本発明はこのよ うな状況に鑑みてなされたものであり、 アレイ化が容易で、 か つ、 安価なものでありながら、 可動部が無く信頼性も高く 、 消費電力及ぴ偏光依 存損失 （P D L) を低く抑えることができる導波路型液晶可変光減衰器を提供す ることを目的とする。 く発明の開示 >
上記の目的を達成するために、 本発明は下記に示す導波路型液晶可変光減衰器 を提供する。
( 1 ) 光の入出射を行う主コアに近接して、 ネマチック液晶を充填してなる副コ ァを配置して構成される光導波路を備え、 副コアの屈折率を変化させることによ り、 主コアを伝播する光を減衰させることを特徴とする導波路型液晶可変光減衰 器。
( 2) 副コアを挟んで主コアの反対側にて副コアを覆う よ う に配置される第 1 の 電極と、 第 1 の電極を挟んで対をなす第 2の電極及ぴ第 3の電極と、 主コア、 副 コア及ぴ各電極を一括して包囲するクラッ ドとを備えるこ とを特徴とする上記
( 1 ) 記載の導波路型液晶可変光減衰器。
( 3) 副コアを挟んで主コアの反対側にて副コアを覆う よ う に配置される一対の 電極と、 主コア、 副コア及び一対の電極を一括して包囲するクラッ ドとを備える ことを特徴とする上記 （ 1 ) 記載の導波路型液晶可変光減衰器。
(4) 副コアの屈折率を、 各電極への印加電圧、 印加時間及び位相の少なく とも 1つを制御することによ り変化させることを特徴とする上記 （ 1 ) 〜 （ 3 ) の何 れか 1項に記載の導波路型液晶可変光減衰器。
( 5) 主コアと副コアとの離間距離が、 主コアの副コアと対面する面の幅よ り も 小さいことを特徴とする上記 （ 1 ) 〜 （ 4 ) の何れか 1項に記載の導波路型液晶 可変光減衰器。
( 6 ) 主コアと副コアとが立体交差され、 かつ、 その交差角度が 0. 3° 以上 5° 以下であることを特徴とする上記 （ 1 ) 〜 （ 5 ) の何れか 1項に記載の導波路型 液晶可変光減衰器。
( 7 ) クラッ ドが、 主コアを包囲する第 1 クラッ ドと、 副コア及び各電極を包囲 する第 2クラッ ドとに分割されており、 第 1 クラッ ドの屈折率が第 2クラッ ドの 屈折率よ り も高いことを特徴とする上記 （ 2 ) または （ 3 ) 記載の導波路型液晶 可変光減衰器。
( 8 ) 光導波路の温度を一定に維持するための温度制御手段を備えたことを特徴 とする上記 （ 1 ) 〜 （ 7 ) の何れか 1項に記載の導波路型液晶可変光減衰器。
( 9) 上記 （ 1 ) 〜 （ 8 ) の何れか 1項に記載の導波路型液晶可変光減衰器を、 複数並べたことを特徴とする多チャンネル導波路型液晶可変光減衰器。 く図面の簡単な説明 > 第 1 図は本発明の導波路型液晶可変光減衰器の第 1実施形態を示す概略平面図 であり 、 第 2図は第 1図の A— A断面図であり、 第 3図は第 1 図に示した導波路 型液晶可変光減衰器の動作原理を説明するための概略断面図であり、 第 4図は主 コアと副コアとの離間距離 （G L C ) 並びに主コアと副コアとの交差角度が減衰量 に及ぼす影響を調べるために用いた導波路型液晶可変光減衰器を示す上面図（A ) 及び断面図 （B ) であり、 第 5図は主コアと副コアとの離間距離 （G L C ) と交差 角度 （ " M A X ) との関係を説明するためのグラフであり、 第 6図は主コアと副コ ァとの離間距離 （G L C ) と副コア屈折率幅との関係を説明するためのグラフであ り、 第 7図は第 1 クラッ ドと第 2 クラッ ドの屈折率差による主コア内の光強度の 変化を測定するために用いた導波路型液晶可変光減衰器の設計例を示す断面図で あり、 第 8図は第 1 クラッ ドと第 2クラッ ドの屈折率差による主コア内の光強度 の変化を測定した結果を示すグラフであり 、 第 9図は本発明の導波路型液晶可変 光減衰器の第 2実施形態を示す概略断面図である。
尚、 図中の符号、 1 は主コア、 3はクラッ ド、 3 Aは第 1 クラッ ド、 3 Bは第 2クラッ ド、 4は副コア、 5は入射光、 6 Aは第 2の電極、 6 Bは第 1 の電極、 6 Cは第 3の電極、 7 A , 7 Bは配向膜、 8 Aは下基板、 8 Bは上基板、 1 0は 導波路型液晶可変光減衰器、 1 1 は光学接着剤である。
<発明を実施するための最良の形態 >
以下、 本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
(第 1 の実施形態）
第 1 図は、 本発明の導波路型液晶可変光減衰器の第 1 の実施形態を示す概略平 面図であり、 第 2図は第 1図の A A断面図である。 図示されるよ う に、 導波路型 液晶可変光減衰器 1 0は、 下基板 8 Aと上基板 8 B とに 2分割されたクラッ ド 3 を備えており、 下基板 8 Aの表面から所定の深さの位置には、 幅方向中心線に沿 つて直線状に延びる主コア 1が埋設されている。 尚、 主コア 1 の材料は、 制限さ れるものではないが、 S i 0。等の無機材料ゃポリイ ミ ド等の樹脂とするこ とが できる。
また、 上基板 8 Bの下基板 8 Aと対向する側の表面には、 断面矩形状の凹部が 主コア 1 と投影面上で所定の各度で交差するよ う に直線状に形成されており、 こ の凹部の底面 （第 2図中、 上面） には配向膜 7 Bが設けられ、 その上にネマチッ ク液晶が充填される。 また、 下基板 8 Aには、 その上基板側の全面を覆う よ うに 配合膜 7 Aが設けられており、 下基板 8 Aと上基板 8 B とを適当な光学接着剤 1 1で接合して一体化することによ り、 ネマチック液晶が封止され、 副コア 4が形 成される。 尚、 ネマチック液晶の種類は制限されるものではなく 、 例えば 4一 （ 4 —ペンチルシク ロへキシル） シァノベンゼン等を使用できる。 また、 配向膜 7 A 及び配向膜 7 Bはともに公知のもので構わず、 例えばラビング処理したポリ アミ ド膜等を使用できる。
また、上基板 8 Bには、副コア 4の直上にて副コア 4のほぼ全面を覆う よ うに、 第 1 の電極 6 Bが設けられており 、 更に第 1 の電極 6 Bの両側に、 第 2 の電極 6 Aと第 3の電極 6 Cとが形成されている。 第 1 の電極 6 B、 第 2 の電極 6 A及ぴ 第 3の電極 6 Cは、 それぞれ独立に制御可能と されており、 また、 第 2 の電極 6 Aと第 3の電極 6 Cとによる液晶分子の配向方向と配向膜 7 A , 7 Bの配向方向 とは直交するよ う に規定されている。 電極材料と しては、 S n 0 2や I T O等の 透明導電材料の他、 金、 銅、 アルミニウム等の金属が可能である。
上記の如く構成される導波路型液晶光スィ ッチ 1 0では、 第 1〜第 3 の電極 6 A〜 6 Cに印加する電圧、 位相を調整して副コア 4の液晶分子の配向を制御する ことによ り、 主コア 1 を伝播する光の減衰量を調整するこ とができる。 例えば、 第 3図 （A ) に示すよう に、 第 2 の電極 6 A及ぴ第 3の電極 6 Cに第 1 の電極 6 B と同位相の電位をかけることによ り、 主コア 1 と副コア 4 とが重複する部分で 第 1〜第 3の電極 6 A〜 6 Cに垂直な電界が支配的となる。 これによ り 、 T M偏 光に対する結合係数の変化が支配的となる。 また、 第 3図 （B ) に示すよ う に、 第 2の電極 6 A及び第 3の電極 6 Cに第 1 の中央電極 6 B と逆位相の電位をかけ ることによ り、 主コア 1 と副コア 4 とが重複する部分で第 1〜第 3 の電極 6 A〜 6 Cに平行な電界が支配的となる。 これによ り、 T E偏光に対する結合係数の変 化が支配的となる。
このよ うに、 第 1 の電極 6 Bに対する、 第 2の電極 6 A及び第 3の電極 6 Cの 電圧、 位相及ぴ印加時間を調整することによ り、 TM偏光及び T E偏光の双方に 対して、 主コア 1から副コア 4への光エネルギーの乗り移り量を調整するこ とが 可能となり、 結果と して主コア 1 を伝播する光の減衰量を変化させて出力側での 光強度を調整することができる。 即ち、 再ぴ第 1 図を参照する と、 第 1 図 （A) は上記のよ うな電圧印加の無い状態であり、 主コア 1 に入射した光信号 5は、 減 衰もせずに入射強度を維持して出力される （O F F状態）。 これに対して、 第 1 図 ( B ) は上記のような電圧印加をした状態であり、 主コア 1 に入射した光信号 5 の一部が副コア 4に移行し、 その結果主コア 1からは減衰した光信号が出力され る （O N状態）。
尚、副コア 4に充填されるネマチック液晶が正の誘電率異方性を有する場合と、 負の誘電率異方性を有する場合とでは、 上記した電圧及び位相と光強度の増減と の関係が逆となる。
また、 上記の O N状態における入射光 5の主コア 1から副コア 4への移行をよ り確実に行うために、 主コア 1 と副コア 4 との交差角度及び主コア 1 と副コア 4 との離間距離を以下のよ う に設定することが好ましい。
即ち、 第 4図 （A)、 ( B ) に示すよ うに、 断面形状で幅 （W) 及び高さ （H) と も 6 . 5 μ πιの主コア 1 と、 断面形状で幅 （WL C) 1 6 /i mで、 高さ （H L C) 2 / mの副コア 4 とを、 両者の離間距離 （G L C) 及び交差角度 （ ο を変えて導 波路型液晶可変光減衰器 1 0を作製して消光比（光強度の最大変化幅）を測定し、 消光比が最大となる離間距離 （G L C) と交差角度 （ α ΜΑ Χ) との組み合わせを求 めた。 第 5図はその測定結果を示すグラフであるが、 主コア 1 と副コア 4 とが接 近するほど、 交差角度 （ α ΜΑ Χ) が大きく なることがわかる。 しかし、 主コア 1 と副コア 4 とが接している場合 （G L C = 0 ) でも交差角度 （ α MA X) が 5 ° であ り、 主コア 1 と副コア 4 との交差角度（α)は最大でも 5 ° である といえる。 また、 測定に用いた導波路型液晶可変光減衰器 1 oでは、 主コア 1の幅 （w = 6 . 5 μ τη) よ り も副コア 4の幅 （"^^<；= 1 6 111) をかなり大き く設定して消 光比がよ り大きくなるよ うに設計してある。 しかし、 主コア 1 と副コア 4 との離 間距離 （G が主コア 1 の幅 （W) である 6 mを超える と、 交差角度 （ a M
A X) が 0 . 3 ° 未満とかなり小さ く なり、 その結果、 導波路型液晶可変光減衰器 1 0の全長（第 4図 （A) の左右方向の長さ）が長く なり、 大型化する。
更に、 第 6図は、 規定値以上の消光比が得られる主コア 1 と副コア 4 との離間 距離 （ G L c ) と、 副コア 4の屈折率幅との組み合わせをプロ ッ 卜 したグラフであ るが、 ここでも主コア 1 と副コア 4 との離間距離 （G L C ) が主コア 1 の幅 （W) である 6 mを超える と、 副コア 4の屈折率幅が非常に小さく なり、 高消光比を 実現し難く、 安定した動作を行う ことが難くなる。
従って、 上記した主コア 1 と副コア 4 との離間距離 （G L C ) と、 交差角度 （ α ΜΑΧ) 及び副コア 4の屈折率幅との関係から、 主コア 1 と副コア 4 との離間距離 ( G L c) は、 主コア 1 の幅 （W) 以下であることが好ましいといえる。
尚、 本発明の導波路型液晶光スィ ッチ 1 0では、 電極材料と して、 上記したよ う に S n 02や I T O等の透明導電材料の他、 金、 銅、 アルミニウム等の金属が 使用されるが、 これらの電極材料による光吸収が起こるため、 副コア 4 と各電極 6 A〜 6 Cとを、 主コア 1の幅 （W) の半分以上、 望ましく は幅 （W) と同程度 離間させることが好ましい。 しかし、 電極との距離が大きく なる と、 その分、 副 コア 4の液晶分子を配向させるための印加電圧を増大しなければならす、 運転の ための電力コス 卜が増加する。
このような不具合を解消するためには、 各電極 6 A〜 6 Cの外側に分布する光 の強度を抑えることが有効であり、 そのためには主コア 1 を包囲する下基板 8 A を形成する材料の屈折率を、 副コア 4及び各電極 6 A〜 6 Cを包囲する上基板 8 Bを形成する材料の屈折率よ り大きくする。 尚、 以降の説明では、 都合上、 下基 板 8 Aを第 1 クラッ ド 3 Aと呼ぴ、 上基板 8 Bを第 2 クラッ ド 3 B と呼ぶ。 そし て、 第 1 クラッ ド 3 Aの屈折率を N C L i、 第 2クラッ ド 3 Bの屈折率を N C L 2と すると、 主コア 1から電極側 （図中上下方向） に光が漏れないよ う にするには （N C L I - N C L 2 ) > 0 とすればよく 、 （N C L i— N C L 2 ) が大き く なるほど光の漏 れが少なく なる。 第 7図に示す寸法及び屈折率材料にて主コア 1 、 並びに第 1 ク ラッ ド 3 A、 第 2クラッ ド 3 Bを作製し、 A N C L = N C L 1— N C L 2をパラメータ として y軸方向の光強度の減衰量を測定した結果を第 8図に示すが、 A N C L = 0. 即ち第 1 クラッ ド 3 Aと第 2クラッ ド 3 Bの屈折率が等しい場合と比べて、 屈折 率差 （A N C IJ がある と光強度の減衰が現われ、 屈折率差 （ A N C L) が大きく なるほど光強度の減衰も大きく なる、 換言すれば光の漏れが少なく なることがわ かる。
上記の実験結果から、 例えば、 第 1 クラッ ド 3 Aと第 2 クラッ ド 3 B とを、 屈 折率差 （ A N C L) が 0 . 0 4 となる材科を用い、 各電極 6 〜 6 ( を第 1 クラッ ド 3 Aの表面から 2 μ m程度離間させて第 2クラッ ド 3 Bに形成するこ とによ り . 電極表面における光強度がコア内の 0. 1 %以下に減衰するため、 電極による光 の吸収をほとんど無視できるよ う になる。
また、 一般に液晶は温度依存性が大きいことから、 本発明の導波路型液晶可変 光減衰器 1 0では外部環境の温度変化による影響を排除するために、 温度制御手 段を具備することがよ り好ましい。 温度制御手段と しては、 小型で、 温度制御が 容易であること等からペルチェ素子が好適である。 この温度制御手段の設置箇所 は制限されるものではないが、 例えば上基板 8 Bの上面等、 副コア 4の近傍に付 設するのが好ましい。 このよ うに温度変動を抑えるこ とによ り、 低クロスローク で低損失の導波路型液晶可変光減衰器 1 0 とすることができる。 また、 導波路型 液晶可変光減衰器 1 0 自体の発熱がほとんどゼロであるので、 温度制御装置と一 体化し、 更に全体を断熱することによ り、 温度制御のための消費電力を低く抑え られる。
(第 2の実施形態）
第 9図は、 本発明の導波路型液晶可変光減衰器の第 2実施形態を示す概略断面 図である。 図示されるよ うに、 本実施形態では、 第 1 実施形態における第 1 の電 T JP2003/008932 極 6 Bに相当する電極がなく、 第 2の電極 6 Aと第 3の電極 6 Cとが近接して配 置されている。 また、 副コア 4が、 第 2の電極 6 A及ぴ第 3の電極 6 Cの外方ま で延在しており、 第 2の電極 6 A及ぴ第 3の電極 6 Cの作用の及ぶ範囲のみ副コ ァ 4 と して機能し、 その他の部分はクラッ ドと して機能する。 尚、 符号 2 1 は、 液晶分子を示す。
このような構成にすることによ り、 電極間隔が狭いため、 よ り低電圧での駆動 が可能となり、 運転コス トを削減できる。 また、 駆動様式が簡素化され、 部品点 数 （電極） も削減できることから製品コス トも低く なる。 更には、 副コア 4 と し て機能する領域が広いため、 消光比をよ り大きくすることが可能になる。
また、 本発明では、 図示は省略するが、 上記の導波路型液晶可変光減衰器 1 0 を複数用いてァレイ化し、 所謂多チヤンネルの導波路型液晶可変光減衰器を構成 することもできる。 本発明は、 この多チャンネル型導波路型液晶可変光減衰器も 包含するものである。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、 本発明の精神と範 囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にと つて明らかである。 く産業上の利用可能性 >
以上説明したよ う に、 本発明の導波路型液晶可変光減衰器は、 アレイ化が容易 で、 安価なものでありながら、 可動部が無く信頼性も高く、 消費電力及び偏光依 存損失 （P D L ) を低く抑えることができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 光の入出射を行う主コアに近接して、 ネマチック液晶を充填してなる副コア を配置して構成される光導波路を備え、副コアの屈折率を変化させることにより、 主コアを伝播する光を減衰させることを特徴とする導波路型液晶可変光減衰器。
2 . 副コアを挟んで主コアの反対側にて副コァを覆う よ うに配置される第 1 の電 極と、 第 1 の電極を挟んで対をなす第 2の電極及び第 3の電極と、 主コア、 副コ ァ及ぴ各電極を一括して包囲するクラッ ドとを備えることを特徴とする請求の範 囲第 1項記載の導波路型液晶可変光減衰器。
3 . 副コアを挟んで主コアの反対側にて副コアを覆う よ うに配置される一対の電 極と、 主コア、 副コア及ぴ一対の電極を一括して包囲するクラッ ドとを備えるこ とを特徴とする請求の範囲第 1項記載の導波路型液晶可変光減衰器。
4 . 副コアの屈折率を、 各電極への印加電圧、 印加時間及び位相の少なく とも 1 つを制御することにより変化させることを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 3項 の何れか 1項に記載の導波路型液晶可変光減衰器。
5 . 主コアと副コアとの離間距離が、 主コアの副コアと対面する面の幅よ り も小 さいこ とを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 4項の何れか 1項に記載の導波路型 液晶可変光減衰器。
6 . 主コアと副コアとが立体交差され、 かつ、 その交差角度が 0 . 3 ° 以上 5 ° 以下であることを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 5項の何れか 1項に記載の導 波路型液晶可変光減衰器。
7 . クラッ ドが、 主コアを包囲する第 1 クラッ ドと、 副コア及び各電極を包囲す る第 2 クラッ ドとに分割されており、 第 1 クラッ ドの屈折率が第 2 クラッ ドの屈 折率よ り も高いことを特徴とする請求の範囲第 2項または第 3項記載の導波路型 液晶可変光減衰器。
8 . 光導波路の温度を一定に維持するための温度制御手段を備えたことを特徴と する請求の範囲第 1項〜第 7項の何れか 1項に記載の導波路型液晶可変光減衰器 t
9 . 請求の範囲第 1項〜第 8項の何れか 1項に記載の導波路型液晶可変光減衰器 を、 複数並べたことを特徴とする多チャンネル導波路型液晶可変光減衰器。
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