JP2009175751A - Liquid crystal variable-wavelength filter device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶を用いた可変波長フィルタ装置に関し、さらに詳しくは光ファイバを用いた波長多重(WDM)通信方式・光化ネットワークに用いる液晶を用いた可変波長フィルタ装置およびその駆動方法に関する。 The present invention relates to a variable wavelength filter device using a liquid crystal, and more particularly to a variable wavelength filter device using a liquid crystal used in a wavelength division multiplexing (WDM) communication method / optical network using an optical fiber and a driving method thereof.
今日の光ファイバを用いた波長多重(WDM)通信方式は、電気―光のハイブリッドシステムであり、さらに信号を光のまま処理する全光化ネットワークに向けて技術が進歩している。波長選択を可能とする可変波長フィルタは、この光化ネットワークにおいて重要な役割を担うと考えられている。可変波長フィルタの用途としては、例えば動的なアド/ドロップマルチプレクサや波長ルータが挙げられる。 Today's wavelength division multiplexing (WDM) communication systems using optical fibers are electro-optical hybrid systems, and the technology has advanced toward an all-optical network that processes signals as they are. The variable wavelength filter that enables wavelength selection is considered to play an important role in this optical network. Examples of the use of the variable wavelength filter include a dynamic add / drop multiplexer and a wavelength router.
従来、可変波長フィルタとして、光路長を機械的に制御する方式(MEMSを含む)や光導波路と熱―光学効果を組み合わせたマッハ・ツェンダー型あるいは音響光学効果を用いたフィルタなど様々な方式が提案されている(例えば、非特許文献1および非特許文献2参照。)。
Conventionally, various methods have been proposed as a variable wavelength filter, such as a method that mechanically controls the optical path length (including MEMS), a Mach-Zehnder type that combines an optical waveguide and a thermo-optic effect, or a filter that uses an acoustooptic effect. (See, for example, Non-Patent
このような様々な方式の中でも液晶を用いたチューナブルフィルタは、機械的な可動部を持たないことや電力消費が少ないことから光化ネットワークに適用可能なチューナブルフィルタとして期待されている。その代表例として、液晶層をキャビティに用いたファブリ―ペロー型フィルタについて説明する(例えば、非特許文献3参照。)。 Among such various systems, a tunable filter using liquid crystal is expected as a tunable filter applicable to an optical network because it does not have a mechanical movable part and consumes less power. As a representative example, a Fabry-Perot filter using a liquid crystal layer as a cavity will be described (for example, see Non-Patent Document 3).
図21にその基本的な液晶ファブリ―ペローフィルタの断面図を示す。液晶ファブリ―ペローフィルタ1000は第1の誘電体多層膜ミラー1017と第2の誘電体多層膜ミラー1019とに挟まれたネマティック液晶材料1001を満たしたキャビティ層1003から構成される。ネマティック液晶材料1001は図21の断面図に平行に並ぶように第1の配向膜1013と第2の配向膜1015で配向する。このとき、第1の配向膜1013と第2の配向膜1015の表面はラビング処理により異方性を付与している。さらに、前記キャビティ層1003が所定のギャップを保つようにスペーサ1021で第1のフィルタ基板1005と第2のフィルタ基板1007とを固定している。そして、ネマティック液晶材料1001に電場を印加するように第1の透明導電膜1009と第2の透明導電膜1011が形成される。
FIG. 21 shows a sectional view of the basic liquid crystal Fabry-Perot filter. The liquid crystal Fabry-
この液晶ファブリ−ペローフィルタ1000は、共振器を形成する前記キャビティ層1003の屈折率を変化させ、光路長となる屈折率とキャビティ層との積を変化させることで共振波長を変化させるものである。その液晶ファブリ―ペローフィルタ1000の共振波長λmは、
λm=2neff(V)・d/m (1)
で与えられる。ここで、neff(V)はキャビティ層1003の実効的な異常光屈折率であり印加電圧Vの関数であることを示す。dはキャビティギャップ、そして、mは整数である。図21において、上方から垂直入射した断面図に平行な入射直線偏光1031の光のうち式(1)の共振波長λmに相当する波長の光だけが出射直線偏光1033となって液晶ファブリ―ペローフィルタ1000を透過する。ネマティック液晶材料1001に電場を印加しないときの実効的な異常光屈折率neff(0)は、液晶ダイレクタ1041のプレティルト角をθ0としたとき、キャビティ層1003では一定値を取り、
neff(0)=(sin2θ0/n02+cos2θ0/ne2)-1/2 (2)
となる。n0は常光屈折率、neは異常光屈折率を示す。
This liquid crystal Fabry-
λm = 2neff (V) · d / m (1)
Given in. Here, neff (V) is an effective extraordinary refractive index of the
neff (0) = (sin 2 θ0 / n0 2 + cos 2 θ0 / ne 2 ) −1/2 (2)
It becomes. n0 represents an ordinary light refractive index, and ne represents an extraordinary light refractive index.
電場をネマティック液晶材料1001に印加した場合は、印加電圧に応じてキャビティ層1003の厚み方向の中央部ではプレティルト角θpは大きな値となり、第1の配向膜1013と第2の配向膜1015に近づくにしたがいθpはθ0に近づく。したがって、電場Vをネマティック液晶材料1001に印加したとき、キャビティ層1003の実効的な異常光屈折率neff(V)の厚み方向の平均値は、電場無印加時と比較し小さな値をとり、同一次数mの共振波長λmで比較したとき共振波長λmの値は、式(1)でわかるように短波長側にシフトする。このように所定の波長を選択的に透過させることができる液晶ファブリ―ペローフィルタ1000をチューナブルフィルタに用いることができる。
When an electric field is applied to the nematic
しかしながら、図21に代表される液晶ファブリ―ペローフィルタ1000の場合、キャビティ層1003を液晶セルとして構成するため、構造上キャビティ層が単層となる。したがって、液晶ファブリ−ペローフィルタの透過率と波長との関係は、図22の特性2201となってしまい、透過帯域に近いストップバンドのアイソレーション特性が低く、しかも鋭いピークの透過帯域特性となってしまう。これに対し、チューナブルフィルタを用いる場合の理想特性2203(1.6nm間隔(200GHz)のフィルタ特性の一例)は、透過帯域に近いストップバンドの高アイソレーション特性が実現されており、平坦な透過帯域特性(フラットトップ)を持つフィルタであることがわかる。このように、特性2201においては、この理想特性2203からかけ離れた特性しか得られておらず、これが液晶ファブリ−ペローフィルタを用いたチューナブルフィルタが高密度波長多重(WDM)通信システムには適用できない原因となっている。
However, in the case of the liquid crystal Fabry-
さらに、図21においては、ネマティック液晶材料1001でキャビティ層1003を形成するため、液晶セル内部に誘電体多層膜ミラー1017,1019を形成する必要が生じる。誘電体多層膜ミラー1017、1019は、例えば高屈折率材料として五酸化タンタル(Ta2O5)、低屈折率材料として二酸化シリコン(SiO2)を用いた光学的1/4波長膜の積層膜で構成する。光通信に用いられる1.55μm帯用では、誘電体多層膜ミラー1017,1019の厚みはそれぞれ数ミクロン程度必要となり、液晶ファブリ−ペローフィルタ1000のギャップ制御および電極形成など液晶セル作製を難しくする。
Further, in FIG. 21, since the
本発明の目的は上記のような課題を解決し、液晶セルを単純な構造にできる高品位な光ファイバ通信用途に適する液晶を用いた可変波長フィルタ装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide a variable wavelength filter device using a liquid crystal suitable for high-quality optical fiber communication that can make a liquid crystal cell a simple structure.
本発明は上記目的を達成するため、基本的には、以下に記載されたような技術構成を採用するものである。 In order to achieve the above object, the present invention basically employs a technical configuration as described below.
本発明の液晶可変波長フィルタ装置は、第1の基板と第2の基板との間に液晶層を備えThe liquid crystal variable wavelength filter device of the present invention includes a liquid crystal layer between the first substrate and the second substrate.
た液晶ビーム偏向器と、この液晶ビーム偏向器の出射光側に配置したバンドパスフィルタとを有し、液晶ビーム偏向器における第1の基板または第2の基板には、液晶ビーム偏向器の面に対して、水平方向にストライプ状の電界が発生するように複数の電極を設け、バンドパスフィルタは、液晶ビーム偏向器の面に対して、垂直方向に所定の角度(α)で傾けて固定し、これら複数の電極に印加する電圧を可変することにより、液晶ビーム偏向器からの出射する光の出射角度(θ)が、液晶ビーム偏向器の面に対して、垂直方向に変化して、この変化した光が前記バンドパスフィルタに入射することを特徴とする。また、液晶ビーム偏向器とバンドパスフィルタとの間には、定の角度(α)を有するくさび状プリズムが配置されていることを特徴とする。A liquid crystal beam deflector and a band-pass filter disposed on the output light side of the liquid crystal beam deflector. The first substrate or the second substrate of the liquid crystal beam deflector has a surface of the liquid crystal beam deflector. In contrast, a plurality of electrodes are provided so that a stripe-shaped electric field is generated in the horizontal direction, and the bandpass filter is fixed at a predetermined angle (α) in the vertical direction with respect to the surface of the liquid crystal beam deflector. Then, by changing the voltage applied to the plurality of electrodes, the emission angle (θ) of the light emitted from the liquid crystal beam deflector changes in the vertical direction with respect to the surface of the liquid crystal beam deflector, The changed light is incident on the bandpass filter. A wedge-shaped prism having a constant angle (α) is disposed between the liquid crystal beam deflector and the bandpass filter.
また、複数の電極には、任意の勾配を持たせた電圧をそれぞれに印加して、任意の勾配を有する相対位相差を一定のピッチで周期的に発生させ、任意の勾配を持たせた電圧を変調して、ピッチを可変することにより、出射光の出射角度(θ)が変化することを特徴とする。この水平方向にストライプ状の電界が発生するように設けられた複数の電極は、第1の基板または第2の基板に設けた複数のストライプ状の個別電極であることを特徴とする。In addition, a voltage having an arbitrary gradient is applied to each of the plurality of electrodes, a relative phase difference having an arbitrary gradient is periodically generated at a constant pitch, and a voltage having an arbitrary gradient is generated. The emission angle (θ) of the emitted light is changed by changing the pitch and changing the pitch. The plurality of electrodes provided so as to generate a stripe-shaped electric field in the horizontal direction are a plurality of stripe-shaped individual electrodes provided on the first substrate or the second substrate.
また、複数の電極は、複数の群に分けられ、群におけるそれぞれの個別電極は、共通の集電極で束ねられ、集電極の両端に一対の信号電極が接続されており、一対の信号電極に電圧を印加することによって、群におけるそれぞれの個別電極に、任意の勾配を持たせた電圧を印加することを特徴とする。さらに、液晶ビーム偏向器を2つ有し、該2つの液晶ビーム偏向器の間にバンドパスフィルタを配置することを特徴とする。The plurality of electrodes are divided into a plurality of groups, and each individual electrode in the group is bundled by a common collector electrode, and a pair of signal electrodes are connected to both ends of the collector electrode. By applying a voltage, a voltage having an arbitrary gradient is applied to each individual electrode in the group. Further, two liquid crystal beam deflectors are provided, and a band pass filter is disposed between the two liquid crystal beam deflectors.
以上の説明から明らかなように、本発明の液晶可変波長フィルタ装置において、従来の液晶を用いたチューナブルフィルタで実現できなかった透過帯域に近いストップバンドの高アイソレーション特性と平坦な透過帯域特性を有し、仕様に応じた理想特性を有する任意のフィルタを透過および反射特性を実現するために用いることが可能となり、しかも単純な構造で、駆動においても単純に制御可能な光ファイバ通信に適する可変波長フィルタ装置を実現することができる。 As is clear from the above description, in the liquid crystal tunable wavelength filter device of the present invention, a high isolation characteristic of a stop band close to a transmission band and a flat transmission band characteristic that could not be realized by a conventional tunable filter using liquid crystals. It is possible to use an arbitrary filter having ideal characteristics according to specifications to realize transmission and reflection characteristics, and is suitable for optical fiber communication with a simple structure and simple control even in driving. A variable wavelength filter device can be realized.
また、本発明の液晶可変波長フィルタ装置への入射直線偏光と出射直線偏光とを平行に保つことは、入射光および出射光が光ファイバとコリメータとで構成される微小光学系への光結合係数を大きく保ち、結合損失を最小に押えることができるため有効である。 Further, keeping the incident linearly polarized light and the outgoing linearly polarized light in the liquid crystal variable wavelength filter device of the present invention in parallel means that the optical coupling coefficient to the micro optical system in which the incident light and the emitted light are composed of an optical fiber and a collimator. Is effective because the coupling loss can be minimized and the coupling loss can be minimized.
なお、本発明の範囲はここに述べる装置により限定されないで、自由空間光通信やその他の光信号処理システムに適用するための液晶可変波長フィルタ装置への応用も可能である。 Note that the scope of the present invention is not limited by the devices described herein, and can be applied to a liquid crystal variable wavelength filter device for application to free space optical communication and other optical signal processing systems.
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良な形態における液晶可変波長フィルタ装置およびその駆動方法を説明する。 Hereinafter, a liquid crystal variable wavelength filter device and a driving method thereof in the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
はじめに本発明の実施形態における液晶可変波長フィルタ装置の構成を、図1を用いて説明する。図1は本発明の実施形態における液晶可変波長フィルタ装置130の構成を説明するための断面図である。
First, the configuration of a liquid crystal variable wavelength filter device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the configuration of a liquid crystal variable
図1に示すように、本発明の液晶可変波長フィルタ装置130は、互いに平行に配置した第1の液晶ビーム偏向器101と第2の液晶ビーム偏向器103との間に、所定の角度αだけ傾けて誘電体多層膜からなるバンドパスフィルタ111をくさび状の第1のウェッジプリズム121と第2のウェッジプリズム123とで挟持することにより構成している。第1の液晶ビーム偏向器101には第1の駆動装置141を接続し、第2の液晶ビーム偏向器103には第2の駆動装置143を接続する。
As shown in FIG. 1, the liquid crystal variable
この第1、第2の液晶ビーム偏向器101,103はともに、平行ストライプ状の透明導電膜からなる複数の個別電極と共通電極とで液晶層を挟んだ構成であり、複数の個別電極に所定の電圧を印加することで、液晶層に空間的な屈折率変調領域を誘起して、ブレーズド型回折格子を実現させることができる。
Each of the first and second liquid
その第1の液晶ビーム偏向器101は、バンドパスフィルタ111に入射する特定の偏光成分の入射角を制御し、そのバンドパスフィルタ111への入射角制御で液晶可変波長フィルタ装置130の透過帯域特性を変えることができる。さらに、第2の液晶ビーム偏向器103は、第1の液晶ビーム偏向器101と逆方向に特定の偏光成分のビームを偏向する作用をする。したがって、第1の液晶ビーム偏向器101への入射光と第2の液晶ビーム偏向器103からの出射光とを平行に保つことが出来る。
The first liquid
次に、本発明の液晶可変フィルタ装置130への特定の偏光成分の入射光151の導光経路をさらに詳細に説明する。図1に示すように、第1の液晶ビーム偏向器101に入射する図1の紙面に平行な振動面を持つ入射光151は、第1の液晶ビーム偏向器101で偏向しない場合は、その第1の液晶ビーム偏向器101からの出射角θが0度となり、バンドパスフィルタ111で波長選択された成分だけが第1の経路161に沿って第2の液晶ビーム偏向器103に入射する。このとき、第2の液晶ビーム偏向器103も第1の経路161の光を偏向しないで第1の出射光153として出力する。
Next, the light guide path of the
また、入射光151が正方向に+θだけ、第1の液晶ビーム偏向器101で偏向された場合、バンドパスフィルタ111を透過する波長成分は、第2の経路163を通り、第2の液晶ビーム偏向器103に入射する。第2の液晶ビーム偏向器103は負方向に−θだけ第2の経路を通過した光を偏向して、第2の出射光155として出力する。
When the
さらに、入射光151が負方向に−θだけ、第1の液晶ビーム偏向器101で偏向された場合、バンドパスフィルタ111を透過する波長成分は、第3の経路165を通り、第2の液晶ビーム偏向器103に入射する。第2の液晶ビーム偏向器103は正方向に+θだけ第3の経路165を通過した光を偏向して、第3の出射光157として出力する。入射光151と第1、第2および第3の出射光153,155,157は平行光である。
Further, when the
このように、第1の液晶ビーム偏向器101は入射光151を図1に示すように所定の角度±θだけ偏向する作用をおこなう。ここで、図1でθを反時計方向に大きくする場合をプラス方向として、θの可変範囲の最大値をθmaxと置くと、θの可変範囲を最大限有効活用することを考慮してα≧θmaxとなるように第1、第2のウェッジプリズム121,123の角度αを決める必要がある。
As described above, the first liquid
図2は、図1における第1の液晶ビーム偏向器101とバンドパスフィルタ111付近の要部拡大図である。第1の液晶ビーム偏向器101の第2の透明基板203のネマティック液晶層501に接する面を基準とした出射角θとバンドパスフィルタ111の入射角βとの関係は、
θ=+θのとき、β=α−θ
θ=0のとき、β=α
θ=−θのとき、β=α+θ
となる。ただし、α≧θmaxである。
FIG. 2 is an enlarged view of a main part in the vicinity of the first liquid
When θ = + θ, β = α-θ
When θ = 0, β = α
When θ = −θ, β = α + θ
It becomes. However, α ≧ θmax.
このように、バンドパスフィルタ111を2つの液晶ビーム偏向器に対して角度αだけ傾けることで、第1の液晶ビーム偏向器101により角度θだけ入射直線偏光を偏向させてバンドパスフィルタ111に対する所定の正の入射角βの光に変換することができる。
In this way, by tilting the
次に前記バンドパスフィルタの具体的な構成の一例を示す。前記バントバスフィルタ111は、以下に記すように仕様に応じて誘電体多層膜からなる所定の光学フィルタを選択できる。光ファイバ通信では、1300nm帯や1550nm帯の光信号が多用されるので、以下中心波長を1550nmとした場合について説明する。例えば入射角βが0度のとき中心波長1550nmとなる4キャビティ構成の誘電体多層膜とした場合を次に示す。バンドパスフィルタ111の構成は、例えば高屈折率膜Hを五酸化タンタル、低屈折率膜Lを二酸化シリコンを選び、それぞれを交互に積層して構成した。このとき、一つの膜設計例としてHを高屈折率膜の1550nmで光路長が四分の一波長となる膜と表し、Lを低屈折率膜の1550nmで光路長が四分の一波長となる膜と表すと、
ガラス/1.3H/L/(HL)6/H/10L/H/(LH)6/L/(HL)
7/H/10L/H/(LH)7/L/(HL)7/H/8L/H/(LH)7/L
/(HL)7/H/4L/H/(LH)7/ガラス
といった構成を用いることができる。このように、波長多重通信に適する特性のフィルタが実現できれば他の構成であっても構わない。
Next, an example of a specific configuration of the bandpass filter is shown. As the band-
Glass / 1.3H / L / (HL) 6 / H / 10L / H / (LH) 6 / L / (HL)
7 / H / 10L / H / (LH) 7 / L / (HL) 7 / H / 8L / H / (LH) 7 / L
A configuration of / (HL) 7 / H / 4L / H / (LH) 7 / glass can be used. In this way, other configurations may be used as long as a filter having characteristics suitable for wavelength multiplexing communication can be realized.
次に第1の液晶ビーム偏向器101によりバンドバスフィルタ111の入射角βを変化させたときの液晶可変波長フィルタ装置130の透過率特性グラフを図3に示す。前記入射角βが0度のときバンドパスフィルタ111の第1の透過曲線301は、1550nm近傍でフラットトップ特性313となる。また、バンドパスフィルタ111への入射角βを基準に考えると、入射角βが4度のときは第2の透過曲線303となり、入射角βが6度のときは第3の透過曲線305となる。このように、前記フラットトップ特性とともに、従来技術における液晶ファブリ−ペローフィルタ1000(図21)では実現できなかったストップバンドの高アイソレーションを理想特性に近づけることができることを確認した。
Next, FIG. 3 shows a transmittance characteristic graph of the liquid crystal variable
次に、図3で説明したバンドパスフィルタ111の入射角βと本発明の液晶可変波長フィルタ装置130の中心波長との関係を図4に示す。入射角βが大きくなるにしたがって、入射角依存特性401に示すように液晶可変波長フィルタ装置130の中心波長は短波長側にシフトすることがわかる。このとき第1の液晶ビーム偏向器101の出射角θとバンドパスフィルタ111への入射角βとの関係は、例えば、第1のウェッジプリズム121の角度αを3度、θmaxも3度としたとき、
β=0度のとき、θ=3度
β=3度のとき、θ=0度
β=4度のとき、θ=−1度
β=6度のとき、θ=−3度
となる。つまり、第1の液晶ビーム偏向器101の出射光θを3度から−3度まで変化させれば、バンドパスフィルタ111への入射角が0から6度となり、図3における中心波長を1546.5nmから1550nm帯域内で任意に選択することができるのである。なお、図3および図4に示した特性は、特定の偏光成分の光としてP偏光(TM波)を用いた場合を示したが、入射角βが、10度以下程度の場合は、S偏光(TE波)でもほぼ同じ特性となる。
Next, FIG. 4 shows the relationship between the incident angle β of the
When β = 0 °, θ = 3 ° When β = 3 °, θ = 0 ° When β = 4 °, θ = −1 ° When β = 6 °, θ = −3 °. That is, if the outgoing light θ of the first liquid
続けて、図5を用いて第1の液晶ビーム偏向器101の構造を説明する。なお、第2の液晶ビーム偏向器103の構造は第1の液晶ビーム偏向器101と同じであるため、第1の液晶ビーム偏向器101だけを本実施例では説明する。
Next, the structure of the first liquid
ネマティック液晶層501は、第1の液晶ビーム偏向器101の第1の透明基板201の複合電極211の上と第2の透明基板203の共通電極213の上とに形成した配向層217によって電場印加時のp型(ポジ型)液晶分子のダイレクタ207のティルト角209が5度以下となるようにホモジニアス配向させる。図5で示す第1の液晶ビーム偏向
器101の場合、入射直線偏光511は、紙面に対して平行な成分となるようにする。この入射直線偏光511は後段のバンドパスフィルタ111からみるとP偏光となる。
The nematic
第1の液晶ビーム偏向器101では入射光成分の内、ネマティック液晶層501のダイレクタ207に平行な成分である前記P偏光だけが位相変調可能な光となる。したがって、図1で示した入射光151の特定の偏光成分も図1の構成で示した第1の液晶ビーム偏向器101を用いた場合は、P偏光となる。
In the first liquid
図5には明示しないがネマティック液晶層501が数μmから数十μmの所定の一定厚みを保持するように第1の透明基板201と第2の透明基板203をスペーサを介して固定する。また、図5には示していないが複合電極211と共通電極213が短絡するのを防ぐために複合電極211の上か共通電極213の上または両方に、五酸化タンタル(Ta2O5)や二酸化シリコン(SiO2)などの透明絶縁膜を形成しても良い。また、透明絶縁膜を高屈折率膜と低屈折率膜からなる誘電体多層膜として透過率を向上することも望ましい。第2の透明基板203上に形成する共通電極213は透明導電膜からなる全面電極で良い。なお、複合電極211の構造は後述する。
Although not clearly shown in FIG. 5, the first
前記複合電極211の光路部分および共通電極213を形成する透明導電膜に酸化インジウムスズ(ITO)を用いるときは、膜厚を50nm以下として、さらに、1.3μm〜1.6μmの近赤外域での透過率を向上するために、成膜時に酸素濃度を多くしたシート抵抗数百Ωから1kΩ程度の膜を使用することが望ましい。
When indium tin oxide (ITO) is used for the transparent conductive film forming the optical path portion of the
ITOのほかに透明導電膜としては、酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)などの薄膜が使用可能である。この場合も、膜厚は50nm以下として、シート抵抗は数百Ωから1kΩ程度の膜を使うことが望ましい。 In addition to ITO, thin films such as indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), and zinc oxide (ZnO) can be used as the transparent conductive film. In this case as well, it is desirable to use a film with a film thickness of 50 nm or less and a sheet resistance of about several hundred Ω to 1 kΩ.
また、ガラスからなる第1の透明基板201または第2の透明基板203のネマティック液晶層501と反対の面のうち空気層と接触する面には空気と透明基板界面での反射を防止するため必要に応じて無反射コート215を形成する。無反射コート215は例えば五酸化タンタル(Ta2O5)と二酸化シリコン(SiO2)の誘電体多層膜からなるコーティング層を用いることができる。
Further, the surface of the first
図1で示した入射光151または図5の入射直線偏光511は後段のバンドパスフィルタ111からみてP偏光となる場合の構成を代表して示したが、入射直線偏光511が後段のバンドパスフィルタ111からみてS偏光となる場合の液晶ビーム偏向器101の構成を図6に示す。ネマティック液晶層501のダイレクタ207の向きを入射直線偏光511のS偏光と平行にすること以外は、図5と同様の構造である。そのP偏光、S偏光における液晶ビーム偏向器の使い分けは、その仕様と用途によって構成を決めればよい。
The incident light 151 shown in FIG. 1 or the incident linearly
次に第1の液晶ビーム偏向器101のブレーズド型回折格子を形成するための第1の複合電極の構造について図7を用いて詳細に説明する。第1の複合電極211aは、第1の要素格子751と第2の要素格子761の2つの回折格子領域を第1の活性領域671に配した電極の平面図である。図7において第1の要素格子751は第1の個別電極721から第Nの個別電極730を有する。また、第2の要素格子761は第N+1の個別電極731から第2Nの個別電極740を有する。この第1の複合電極211aでは、説明を容易とするために便宜上N=10とした。また、第1の個別電極721から第2Nの個別電極740は前述の膜厚と抵抗値を有するITOなどの透明導電膜により形成する。
Next, the structure of the first composite electrode for forming the blazed diffraction grating of the first liquid
また、第1の個別電極721から第2Nの個別電極740は、第1の活性領域671の外部で複数の群(図7では2つの群)にまとめられ、各群内における各個別電極を、個別
電極と同じ材料であるITO等の共通の集電極で接続する。図7においては、第1の個別電極721から第Nの個別電極730を第1の活性領域671の外部で第1の集電極701で接続し、第N+1の個別電極731から第2Nの個別電極740は、同じように第2の集電極703で接続する。さらに、第1の集電極701の両端に、MoやAg合金などの低抵抗金属材料からなる第1の信号電極711と第2の信号電極713をそれぞれ接続し、第2の集電極703に、第3の信号電極715と第4の信号電極717をそれぞれ接続している。なお、前記集電極をシート抵抗数百〜1kΩの膜だけでなく、膜厚を更に薄くしたり、その電極幅を狭くして電極の長辺方向に線形の抵抗を有するように構成しても構わない。
Further, the first N-th
図7では便宜上、第1の要素格子751と第2の要素格子761の2つの回折格子領域だけを示したが、実際の第1の液晶ビーム偏向器101においては、第1の活性領域671に入射ビーム径に応じた所定の数の要素格子を形成する必要がある。一例として、入射光として1550nm帯を用いるときの具体的な設計例として、第1の活性領域671にシングルモード光ファイバからの光をコリメータにより平行光として入射する場合を仮定して説明する。このとき平行光のガウシアンビーム径を300μmとした場合、第1の活性領域の幅Lを400μmから1.5mmとする。また、各要素格子の複数の個別電極は、入射光の波長を考慮して2μm以下のラインアンドスペースが望ましく、要素格子のピッチP0を50μmから100μmとしたとき第1の複合電極211aの幅Wは、800μmから2mm程度が望ましい。したがって、ピッチP0を50μmとしたとき要素格子の数は、16個から40個となり、ピッチP0を100μmとしたときは、要素格子の数は、8個から20個となる。ここで、第1の複合電極211aの幅Wは、図1で示したように、出射光がビーム偏向角が+θのときDuだけ、また、ビーム偏向角が−θのときDdだけビームを偏向しない場合(θが0度の時)からずれるため、このビームのずれ分に応じてその幅を決める必要がある。
In FIG. 7, for convenience, only two diffraction grating regions of the first element grating 751 and the second element grating 761 are shown. However, in the actual first liquid
前述の説明で明らかなように、ブレーズド型回折格子を形成する第1の液晶ビーム偏向器101においては一つの回折格子領域がN本の個別電極からなる場合にも、駆動回路からの制御信号に接続する信号電極の数は、集電極の両端にそれぞれ一対の信号電極を接続することにより、要素格子の数(M個)に対し2M本で済む。この構成は、特に個別電極の数が増えた場合に信号電極の数を大幅に削減することが可能となるという利点を有する。
As is clear from the above description, in the first liquid
次に第1の液晶ビーム偏向器101の動作原理について図11を用いて説明する。x−z面内に平行な方向にダイレクタ207がホモジニアス配向した状態で外部電場を印加した場合、ダイレクタの長軸方向が電場方向に平行になるように配向するp型(ポジ型)ネマティック液晶を用いた液晶ビーム偏向器101に、x軸に平行な方向に振動する直線偏光1110がz軸方向に入射することを考える。液晶ビーム偏向器101に入射する前の入射波面1113は平面である。液晶ビーム偏向器101に電界を印加し所定の屈折率分布となるようにダイレクタの面内分布を制御すると、入射波面1113を所定の角度θだけ偏向した平面波の出射波面1123に変換させることができる。
Next, the operation principle of the first liquid
この現象を更に詳細に図12を用いて説明する。液晶ビーム偏向器101のネマティック液晶層501の出射側の平面をx−y平面とし、液晶は、x−z平面に平行となるように配向させる。このとき、入射直線偏光1201がネマティック液晶層501に垂直に入射される。このネマティック液晶層501内には位置xの関数である異常光屈折率ne(x)の分布1211が要素格子のピッチPにおけるa−b間で直線的に変化するように予め動作点を決めておく。また、ネマティック液晶層501の厚みdは一定であるが、屈折率ne(x)がピッチPで直線的に変化しているため、ネマティック液晶層501中を伝搬する入射直線偏光1201は、場所によって異なるリターデーションΔn(x)・dの
変調を受けることになる。ここで、n0を液晶の常光屈折率とおくと、
Δn(x)=ne(x)−n0 (3)
である。
This phenomenon will be described in more detail with reference to FIG. The plane on the emission side of the nematic
Δn (x) = ne (x) −n0 (3)
It is.
前記入射直線偏光1201は前記ネマティック液晶中、つまり誘電体媒質中を伝搬する場合、リターデーションが大きいところでは遅く、逆にリターデーションが小さい個所では速く伝搬する。このため、ネマティック液晶層501を出射した出射直線偏光1203は、波面が
tanθ=δΔn・d/P (4)
だけ傾くことになる。ここで、δΔnは、a点とb点でのリターデーションΔn(x)の差を次式のように計算した値である。
δΔn=Δn(a)−Δn(b) (5)
このように、液晶ビーム偏向器のネマティック液晶層501における異常光屈折率ne(x)の分布1211が直線的であれば、入射直線偏光1201と同様に出射直線偏光1203の波面も平面となり、結果的に入射直線偏光1201に対して出射直線偏光1203はθだけ偏向させることができる。
When the incident linearly polarized light 1201 propagates in the nematic liquid crystal, that is, in a dielectric medium, the incident linearly polarized light 1201 propagates slowly where the retardation is large, and conversely, propagates quickly where the retardation is small. Therefore, the output linearly polarized light 1203 emitted from the nematic
Will just lean. Here, δΔn is a value obtained by calculating the difference between retardations Δn (x) at point a and point b as in the following equation.
δΔn = Δn (a) −Δn (b) (5)
Thus, if the
次に本発明に用いるネマティック液晶層501の異常光屈折率ne(x)が直線近似できる条件について考察した。入射直線偏光は図13に示すような印加電圧−実効複屈折率特性によって決まる変調を受ける。図13において横軸はネマティック液晶層501への印加電圧の実効値、縦軸は実効複屈折率Δnを示す。電気光学応答曲線の形状は、使用する液晶の弾性定数、誘電率異方性特性や電場無印加時の配向膜層によって決まるプレティルト角などのパラメータから決まる。この印加電圧−実効複屈折率特性はメルク社のネマティック液晶材料BL007(商品名)のものである。またこの特性はΔnmax=0.287、液晶層の厚さを20μmとして求めた理論曲線である。図13において横軸は、ホモジニアス配向セルへの印加電圧1501を示し、縦軸は液晶分子の実効複屈折率Δn1503を示す。図13には、プレティルト角が0.5度、2度、5度および10度の場合の特性を示した。前記第1の複合電極211aを持つ液晶ビーム偏向器101として用いる場合は、図12で説明した作用を得るために1次曲線を近似できる直線領域1520近傍を用いる必要がある。よって、前記ネマティック液晶のプレティルト角は直線領域1520を広く取るため5度以下、さらに好ましくは2度以下が望ましいことがわかる。
Next, the conditions under which the extraordinary refractive index ne (x) of the nematic
次に前記第1の複合電極211aを持った液晶ビーム偏向器101の駆動方法および集電極の電位勾配の発生現象について説明する。初めに、第1の要素格子751の部分を取り出して説明する。図14に駆動波形を示す。第1の駆動波形1601を第1の信号電極711に印加し、第2の駆動波形1603を第2の信号電極713に印加する。第1の駆動波形1601と第2の駆動波形1603は互いに周波数と位相が等しく電圧のみが異なっており、第2の駆動波形1603の方が第1の駆動波形1601より電圧を大きくする。また、期間t1においては第1の駆動波形1601は+V1[V]であり、第2の駆動波形1603は+V2[V]である。ここで、共通電極213を0[V]とする。したがって、透明導電膜など線形の抵抗材料で形成した第1の集電極701によって電位が分割されるため第1の活性領域671に形成した第1の要素格子751の複数の個別電極には、それぞれ第1の信号電極711と第2の信号電極713に印加した電圧が配置位置によって直線的に分割されることとなる。ここで、個別電極の長手方向については個別電極がネマティック液晶層501のインピーダンスと比較して低抵抗材料で形成されるためほぼ同電位とすることができる。さらに、必要に応じて共通電極にバイアス交流電圧を印加する期間を期間1および期間2と別に設けても良い。
Next, a driving method of the liquid
続けて前記第1の複合電極211a(図7)における集電極701上の電位勾配と、各個別電極の電位との関係を更に詳細に説明する。図14に示す期間t1においては第1の
信号電極711と第2の信号電極713とを接続する第1の集電極701の電位分布は、前述の説明の如く、図15の第1の電位分布1801で示す直線状の電位分布となる。図14に示す期間t2においては第1の集電極701の電位分布は、図15の第2の電位分布1803となる。ここで、図15の点aは、第1の信号電極711に接続される個別電極の位置に対応し、点bは、第2の信号電極713に接続される個別電極の位置に対応している。図14に示した駆動波形が50%デューティの矩形波の場合は図15で示す2つの第1および第2の電位分布1801、1803を交互に時間的に繰り返すことになる。したがって、0[V]に維持した共通電極213を介してネマティック液晶層501に印加される電圧は、どの個別電極の位置においても交番電圧化され、ネマティック液晶層501に直流成分が加わることはない。また、ネマティック液晶は実効値応答のため第1の信号電極711側には、実効値で常時V1[V]が印加され、第2の信号電極713には、V2[V]の電圧が印加され、さらに第1の集電極701で分割された電位が各個別電極に印加されると考えれば良い。
Next, the relationship between the potential gradient on the collecting electrode 701 in the first composite electrode 211a (FIG. 7) and the potential of each individual electrode will be described in more detail. In the period t1 shown in FIG. 14, the potential distribution of the first collector electrode 701 that connects the
次に前記集電極に発生する位相分布について説明する。図16に液晶にBL007(メルク・ジャパン社製:商品名)を使用してプレティルト角を1度に設定したときの液晶に印加する電圧[Vrms]と相対位相差Δとの関係のグラフを示す。特性曲線1711は1.5〜2[V]近傍で直線近似領域1701を持つことがわかる。液晶層の厚さdを30[μm]とし、波長λを1550[nm]とした時を考える。なお、相対位相差Δは、実効複屈折率をΔnとおいて、
Δ=Δn・d/λ (6)
で定義する。図16の相対位相差Δの直線近似領域1701から、λ=1550nmにおいて直線可変調範囲1705が波長λで2波長以上、つまり位相で4π程度取れることがわかる。このように、プレティルト角によって異常光屈折率の直線近似ができると同時にそのプレティルト角の範囲内における、直線近似領域1701内で動作する動作電圧範囲1703以内の電圧を印加すれば、第1の複合電極211aの第1の活性領域671に、各個別電極の位置に比例する位相分布を実現することができる。
Next, the phase distribution generated in the collector electrode will be described. FIG. 16 is a graph showing the relationship between the voltage [Vrms] applied to the liquid crystal and the relative phase difference Δ when BL007 (trade name, manufactured by Merck Japan Ltd.) is used as the liquid crystal and the pretilt angle is set to 1 degree. . It can be seen that the
Δ = Δn · d / λ (6)
Defined in From the
次に、先の駆動方法を用いて、前記第1の複合電極211aを持つ液晶ビーム偏向器101で任意の偏向角を実現する具体的な方法を図17を用いて説明する。この場合、要素格子のピッチをP0とし、最大偏向角θmaxを
tanθmax=λ/P0 (7)
と定義する。このときのθmaxの位相変調曲線2001のときの最大位相変調量は、要素格子のピッチP0の距離で一波長分つまり2πとなる。前記第1の複合電極211aの場合、第1、第2の信号電極の位置が予め決められているので、位相を変えるために任意の電極位置で、2πだけのリセットを掛けることが不可能である。そこで、所定の位置でリセットを掛けるために、まずθmaxより少し小さい角度θpを高次光の発生無く振るために、θpの位相変調曲線2003においては、λ〜2λの間でリセットを掛ける必要がある。このように、第1の複合電極211aを用いて特定の偏光成分の光を所定の偏向角に制御するためには、所定の要素格子の内、位相変調量がλ以上2λ未満に入る要素格子毎にリセットを掛ける駆動方法を用いてなくてはならない。
Next, a specific method for realizing an arbitrary deflection angle with the liquid
It is defined as At this time, the maximum phase modulation amount for the phase modulation curve 2001 of θmax is one wavelength, that is, 2π, at the distance P0 of the element grating. In the case of the first composite electrode 211a, since the positions of the first and second signal electrodes are determined in advance, it is impossible to apply a reset of 2π at any electrode position in order to change the phase. is there. Therefore, in order to perform resetting at a predetermined position, first, in order to swing an angle θp slightly smaller than θmax without generation of high-order light, it is necessary to perform resetting between λ and 2λ in the
次に前記第1の複合電極211aを持った液晶ビーム偏向器101の別の駆動方法について説明する。図18は、一つの要素格子に配置した信号電極端子への波形印加期間を示した図である。この駆動方法においては、1フレームを期間1と期間2に分けて駆動する。具体的には、ネマティック液晶層501の劣化を防ぐため、平均値が0となるような交番電圧の駆動信号2101を第1の信号電極711に印加し、第2の信号電極713を共通電極213と同電位となるように0[V]とする期間1と、第2の信号電極713に交番電圧の駆動信号2101を印加し、第1の信号電極711を共通電極213と同電位となるように0[V]とする期間2を交互に設けた駆動方法である。このような駆動方法を
用いることで、期間1と期間2を足した1フレームの要素格子に生じる液晶電位分布は、それぞれの期間の実効値の和となる。期間1および期間2の印加波形は、任意で良く、例えば電圧の異なる2つの波形を印加できる。また、パルス幅変調により、実効値を制御した波形でも良い。さらに、必要に応じて共通電極にバイアス交流電圧を印加する期間を期間1および期間2と別に設けても良い。
Next, another driving method of the liquid
次にブレーズド型回折格子を形成するための複合電極211の他の構造について図8を用いて詳細に説明する。先に説明した第1の複合電極211a(図7)の構造に加えて第2の複合電極211bは、第1の活性領域671の外部で複数の個別電極の群の両端に集電極を配する構成を採用する。図8においては、第1の活性領域671の外部で第1の集電極の個別電極を介して対向する位置に第3の集電極801を、第2の集電極703と個別電極を介して対向する位置に第4の集電極803を配する。さらに、第3の集電極801はMoやAg合金などの低抵抗金属材料からなる第5の信号電極811と第6の信号電極813に接続し、第4の集電極803は第7の信号電極815と第8の信号電極817に接続している。
Next, another structure of the
この第2の複合電極構造では第1の信号電極711と第5の信号電極811、第2の信号電極713と第6の信号電極813、第3の信号電極715と第7の信号電極815、および第4の信号電極717と第8の信号電極817のペアは外部で短絡して駆動する。なお、第2の複合電極211bを用いた液晶ビーム偏向器の駆動方法は、先に説明した駆動方法をそのまま適用することができる。
In the second composite electrode structure, the
図8に示した液晶ビーム偏向器を形成するための第2の複合電極211bの構造は、個別電極が細くまた長くした場合などに、ネマティック液晶層の駆動周波数でのインピーダンスに比較して個別電極のインピーダンスが、無視できなくなる程大きくなる場合に特に有効である。 The structure of the second composite electrode 211b for forming the liquid crystal beam deflector shown in FIG. 8 is different from the impedance at the driving frequency of the nematic liquid crystal layer when the individual electrode is thin or long. This is particularly effective when the impedance of the signal becomes so large that it cannot be ignored.
次に高速応答が必要な応用の場合に特に有効である他の構成の第3の複合電極について説明する。図9はブレーズド型回折格子を実現するための第1の活性領域671と第3の複合電極211cの関係を示す平面図である。図9において第3の複合電極211cは、複合電極を構成するITOなどの透明導電膜により形成した第1のストライブ電極621から第Nの個別電極640(便宜上N=20としている)により形成している。
Next, a third composite electrode having another configuration that is particularly effective in the case of an application that requires high-speed response will be described. FIG. 9 is a plan view showing the relationship between the first
ビーム偏向を行なうためのブレーズド型回折格子を第1の活性領域671に実現するために第3の複合電極211cには所定の電圧をそれぞれの個別電極621〜640に印加する必要がある。電圧パターンへの印加手段は、第1の個別電極621から第Nの個別電極640を図9に示すように別々に形成して各個別電極を独立にICなどの駆動回路で駆動して、各個別電極に段階的な電位差を生じさせる。
In order to realize a blazed diffraction grating for performing beam deflection in the first
その第3の複合電極211cを用いた液晶ビーム偏向器101を用いて任意の偏向角を実現する方法を図19を用いて説明する。第3の複合電極211cにおいては、それぞれの個別電極は独立に直接駆動回路により任意の電圧を印加できる。したがって、可変調量が最小で2π(一波長)まで取れる場合、任意の偏向角を実現することが可能となる。例えば、第1の位相変調波形1901を、第1の活性領域671に実現するような電圧を各個別電極に印加したとき、偏向角θ1は、
tanθ1=λ/P1 (8)
で与えられる値を取る。ここで、λは一波長分の相対位相差を示す。また、x軸方向を個別電極に直交する方向とした。本構成を用いることで、所定の個別電極を束ねたピッチP1において、位相を一波長分リセットすることにより、回折効率を100パーセントに近づけることが可能となる。次に、第2の位相変調波形1903を、第1の活性領域671
に実現するような電圧を各個別電極に印加したとき、偏向角θ2は、
tanθ2=λ/P2 (9)
で与えられる値を取る。このように、位相をリセットする所定のピッチP1を変更することで、任意の偏向角θを容易に実現することが可能となる。
A method for realizing an arbitrary deflection angle by using the liquid
tan θ1 = λ / P1 (8)
Takes the value given by. Here, λ represents a relative phase difference for one wavelength. In addition, the x-axis direction was a direction orthogonal to the individual electrode. By using this configuration, it is possible to bring the diffraction efficiency closer to 100% by resetting the phase by one wavelength at the pitch P1 in which predetermined individual electrodes are bundled. Next, the second
Is applied to each individual electrode, the deflection angle θ2 is
tan θ2 = λ / P2 (9)
Takes the value given by. As described above, it is possible to easily realize an arbitrary deflection angle θ by changing the predetermined pitch P1 for resetting the phase.
さらに、第3の複合電極211cを用いた液晶ビーム偏向器101の場合、例えば、図16に示す直線近似領域1701だけでなく、特性曲線1711の全域を利用することが可能となり、液晶セルの厚みを薄くして高速応答化をする上で有利である。これは、それぞれの個別電極に任意の電圧を印加できるため特性曲線1711の非線形性を印加電圧の重み付けにより吸収することが可能なためである。
Further, in the case of the liquid
最後に本発明の液晶可変波長フィルタ装置130を実際の光ファイバ通信でよく用いられるコリメータ間に配置した場合のモジュール構成320を図20を用いて説明する。図20では基本構成を示した図1の側面部から見た様子を示す。本発明の液晶可変波長フィルタ装置130は、第1の液晶ビーム偏向器101と第2の液晶ビーム偏向器103との間に所定の角度αだけ傾けて誘電体多層膜からなるバンドパスフィルタ111を第1のウェッジプリズム121と第2のウェッジプリズム123とで挟持することにより構成している。第1の液晶ビーム偏向器101には第1の駆動装置141を接続し、第2の液晶ビーム偏向器103には第2の駆動装置143を接続する。
Finally, a
まず、入力Aに入力光171を入射することを考える。図20には明示しないが入力光171は、光ファイバから出射した光をコリメータで平行光とした光とする。入力光171は、第1の偏光分離器131に対するP偏光となる第1の直線偏光104と第1の偏光分離器131に対するS偏光となる第2の直線偏光105とに分けて考える。以降は、第1の偏光分離器131に対するP偏光を図面上、垂直の矢印で示し、第1の偏光分離器131に対するS偏光を図面上、黒丸で示すことにする。
First, consider that the
第1の偏光分離器131に入射した第1の直線偏光104は、P偏光のため第1の偏光分離器131を透過する。次に第1の半波長板181によって方位角が90°回転し、第1の偏光分離器131に対するS偏光と同一方向に振動する偏光に変換される。さらに、第1の液晶ビーム偏向器101の第1の活性領域145を通りバンドパスフィルタ111に達する。ここで、第1の液晶ビーム偏向器101および第2の液晶ビーム偏向器103の配向膜のラビング方向を、入射偏光と平行になるように配向処理しておく。つぎに第1の直線偏光104の内、第1の液晶ビーム偏向器101で入射角が選択されバンドパスフィルタ111を透過する成分は、第2の液晶ビーム偏向器103で、バンドパスフィルタ111への入射偏向角と逆方向に偏向される。つまり、第1の液晶ビーム偏向器101が+θだけ偏向した場合、第2の液晶ビーム偏向器103では、−θだけ偏向する。第2の液晶ビーム偏向器103を出射した光は、第2の半波長板183によって方位角を90°回転し第2の偏光分離器133に対するP偏光に変換され第3の直線偏光113として出力Bから出射する。
The first linearly polarized light 104 incident on the first polarization separator 131 passes through the first polarization separator 131 because it is P-polarized light. Next, the first half-wave plate 181 rotates the azimuth by 90 °, and the first half-wave plate 181 is converted into polarized light that vibrates in the same direction as the S-polarized light with respect to the first polarization separator 131. Further, it passes through the first
一方、入力Aに入った第2の直線偏光105は、S偏光のため第1の偏光分離器131で直角に向きを変えて、第1の全反射ミラー125に入射し、更に、直角に向きを変えてS偏光のまま、第1の液晶ビーム偏向器101の第2の活性領域147を通りバンドパスフィルタ111に達する。ここで、第1の液晶ビーム偏向器101および第2の液晶ビーム偏向器103の配向膜のラビング方向を、入射偏光と平行になるように配向処理しておく。つぎに第2の直線偏光105の内、第1の液晶ビーム偏向器101で入射角を選択されバンドパスフィルタ111を透過する成分は、第2の液晶ビーム偏向器103で、バンドパスフィルタ111への入射偏向角と逆方向に偏向される。
On the other hand, the second linearly
つまり、第1の液晶ビーム偏向器101が+θだけ偏向した場合、第2の液晶ビーム偏向器103では、−θだけ偏向する。第2の液晶ビーム偏向器103を出射した光は、第2の全反射ミラー127で直角に向きを変え、さらに第2の偏光分離機133でもう一度直角に向きを変えて第4の直線偏光115として出力Bから出射する。2つの直線偏光113、115が合成された出力光173は、図示しないが必要に応じてコリメータレンズを介して光ファイバと結合する。
That is, when the first liquid
このように、第1の活性領域145と第2の活性領域147を通る光がバンドパスフィルタ111と交差する点は、バンドパスフィルタ111上で異なった点となる。そこで、バンドパスフィルタ111の反射および透過特性は、面内でばらつくことが多いため、第1の液晶ビーム偏向器101および第2の液晶ビーム偏向器103の複合電極は、例えば、図10に示す第4の複合電極ように、2領域に分割し、駆動回路により独立に制御する機能を付加することが望ましい。
Thus, the point where the light passing through the first
図10は、第1の活性領域671と第2の活性領域673を有する第4の複合電極211dの平面図である。第1の活性領域671と第2の活性領域673とを、独立に制御するため、この第4の複合電極211dにおいては、図7で示した第1の複合電極211aを2つ平面内に配置した構造としている。第1の活性領域671は、前記第1の複合電極211aの通りであり、第4の複合電極構造は、第2の活性領域673に、第3の要素格子951と第4の要素格子961を有する。その第3の要素格子951は駆動波形を印加するための第9の信号電極911と第10の信号電極913を、さらに第4の要素格子961は第11の信号電極915と第12の信号電極917を有する。なお、第4の複合電極211dでは、説明を簡単にするため第1および第2の活性領域671、673を構成する要素格子はそれぞれ2つとして説明したが、仕様に応じて要素格子の数を増やしても構わない。以上の説明の如く、本構成の第4の複合電極211dは、液晶可変波長フィルタ装置への入力を分割して制御したい場合に有効な構造である。
FIG. 10 is a plan view of the fourth composite electrode 211 d having the first
以上、液晶ビーム偏向器へ入射した特定の偏光成分の光を直線偏光成分とし、その成分の光の利用効率を高くした場合について説明したが、他の成分の光であっても本発明の構成を適用できることは云うまでもない。 In the above, the case where the light of a specific polarization component incident on the liquid crystal beam deflector is a linearly polarized light component and the use efficiency of the light of the component is increased has been described. It goes without saying that can be applied.
101 第1の液晶ビーム偏向器
103 第2の液晶ビーム偏向器
111 バンドパスフィルタ
121 第1のウェッジプリズム
123 第2のウェッジプリズム
130 液晶可変波長フィルタ装置
141 第1の駆動装置
143 第2の駆動装置
151 入射光
153 第1の出射光
155 第2の出射光
157 第3の出射光
161 第1の経路
163 第2の経路
165 第3の経路
201 第1の透明基板
203 第2の透明基板
207 ダイレクタ
209 ティルト角
211 複合電極
213 共通電極
501 ネマティック液晶層
621〜640 個別電極
721〜740 個別電極
751 第1の要素格子
761 第2の要素格子
951 第3の要素格子
961 第4の要素格子
DESCRIPTION OF
Claims (6)
該液晶ビーム偏向器の出射光側に配置したバンドパスフィルタとを有し、A bandpass filter disposed on the outgoing light side of the liquid crystal beam deflector,
前記液晶ビーム偏向器における前記第1の基板または前記第2の基板には、前記液晶ビーム偏向器の面に対して、水平方向にストライプ状の電界が発生するように複数の電極を設け、A plurality of electrodes are provided on the first substrate or the second substrate of the liquid crystal beam deflector so that a stripe-shaped electric field is generated in a horizontal direction with respect to the surface of the liquid crystal beam deflector,
前記バンドパスフィルタは、前記液晶ビーム偏向器の面に対して、垂直方向に所定の角度(α)で傾けて固定し、The bandpass filter is tilted and fixed at a predetermined angle (α) in the vertical direction with respect to the surface of the liquid crystal beam deflector,
前記複数の電極に印加する電圧を可変することにより、前記液晶ビーム偏向器からの出射する光の出射角度(θ)が、前記液晶ビーム偏向器の面に対して、垂直方向に変化して、前記変化した光が前記バンドパスフィルタに入射することを特徴とする液晶可変波長フィルタ装置。By varying the voltage applied to the plurality of electrodes, the emission angle (θ) of the light emitted from the liquid crystal beam deflector changes in a direction perpendicular to the surface of the liquid crystal beam deflector, The liquid crystal variable wavelength filter device, wherein the changed light is incident on the band pass filter.
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- 2009-03-31 JP JP2009085225A patent/JP2009175751A/en active Pending
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