JP2000356763A - Liquid crystal optical switch - Google Patents

Liquid crystal optical switch

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JP2000356763A
JP2000356763A JP11168706A JP16870699A JP2000356763A JP 2000356763 A JP2000356763 A JP 2000356763A JP 11168706 A JP11168706 A JP 11168706A JP 16870699 A JP16870699 A JP 16870699A JP 2000356763 A JP2000356763 A JP 2000356763A
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liquid crystal
polarized light
cell
twisted nematic
light
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Hideki Takahashi
英樹 高橋
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Yazaki Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the deterioration of important characteristics such as an extinction ratio or cross talk and to attain a speed up of the response speed in switching of optical paths. SOLUTION: The liquid crystal optical switch is provided with a polarized light separation means 4 on which incident light L1 is made incident, a liquid crystal cell 1 on which both P polarized light and S polarized light, separated in the polarized light separation means 4, are made incident and a polarized light composition means 5 which combines the P polarized light and S polarized light into outgoing light L2 and emits it to the outside. The liquid crystal cell 1 is constituted so that two 45 deg. twisted nematic liquid crystal cells 2, 3, of which the sum total of cell gaps is equal to the cell gap of a 90 deg. twisted nematic liquid crystal cell are laminated so that rubbing directions c, d of their mutually adjacent insides 2a, 3a coincide with each other or be placed opposite to each other by 180 deg., and the voltages applied to the two 45 deg. twisted nematic liquid crystal cells are simultaneously turned on and off.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光情報通信
に用いられ、液晶分子の配列状態の変化を利用して光路
切換を行う液晶光スイッチに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal optical switch used for optical information communication, for example, for switching an optical path by utilizing a change in the arrangement state of liquid crystal molecules.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4および図5に、従来の液晶光スイッ
チA1を示す。この液晶光スイッチA1は、偏光ビーム
スプリッタからなる偏光分離手段4と偏光合成手段5と
の間に、誘電率異方性が正であるネマチック液晶のツイ
スト角が90°となるようにラビング処理され、使用波
長帯に最適化されたギャップを有する液晶セル10が配
置されて大略構成されており、この液晶セル10の印可
電圧のOFF状態およびON状態をそれぞれ図4および
図5に示した。液晶セル10の印可電圧は、スイッチ1
1によりOFF状態およびON状態が得られる。
2. Description of the Related Art FIGS. 4 and 5 show a conventional liquid crystal optical switch A1. This liquid crystal optical switch A1 is subjected to a rubbing treatment between a polarization separating means 4 comprising a polarizing beam splitter and a polarization synthesizing means 5 so that the twist angle of a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy becomes 90 °. The liquid crystal cell 10 having a gap optimized for the wavelength band to be used is arranged and roughly configured. The OFF state and the ON state of the applied voltage of the liquid crystal cell 10 are shown in FIGS. 4 and 5, respectively. The applied voltage of the liquid crystal cell 10 is determined by the switch 1
1 provides an OFF state and an ON state.

【0003】この液晶光スイッチA1によれば、ファイ
バコリメータ6(または7)より出射された入射光L1
(赤外域波長光)は、偏光分離手段4により互いに光軸
方向が垂直であるS偏光S,P偏光Pに分離され液晶セ
ル10に入射する。入射された光は、液晶セル10への
電圧のON(図5),OFF(図4)によりS偏光S及
びP偏光Pのそれぞれの光軸方向を、90°左に回転さ
せてS偏光SをP偏光Pに、およびP偏光PをS偏光S
に変換させ(図4)、またはそのまま(図5)通過す
る。
According to the liquid crystal optical switch A1, the incident light L1 emitted from the fiber collimator 6 (or 7)
The (infrared wavelength light) is separated by the polarization separation means 4 into S-polarized light S and P-polarized light P whose optical axis directions are perpendicular to each other, and enters the liquid crystal cell 10. The incident light rotates the respective optical axes of the S-polarized light S and the P-polarized light P to the left by 90 ° by turning ON (FIG. 5) and OFF (FIG. 4) the voltage to the liquid crystal cell 10 so that the S-polarized light S To P-polarized light P and P-polarized light P to S-polarized light S
(FIG. 4) or pass as it is (FIG. 5).

【0004】このように液晶セル10への電圧のON,
OFFにより光軸の回転の有無をコントロールすること
により、再び偏光合成手段5で合波された出射光L2
は、ファイバコリメータ8(図4)または9(図5)へ
任意に出射方向を切り替えることができる。なお、図4
および図5中、符号4aおよび4bは、偏光分離手段4
の入射部であり、符号5aおよび5bは、偏光合成手段
5の出射部である。
As described above, when the voltage is applied to the liquid crystal cell 10,
By controlling the presence or absence of rotation of the optical axis by turning OFF, the output light L2 multiplexed by the polarization combining means 5 again.
Can arbitrarily switch the emission direction to the fiber collimator 8 (FIG. 4) or 9 (FIG. 5). FIG.
5, in FIG. 5, reference numerals 4a and 4b denote polarization separating means 4.
Reference numerals 5a and 5b denote emission portions of the polarization combining means 5.

【0005】ところで、この液晶光スイッチA1におい
て、光路切り替え速度は、電圧を印加し液晶分子が立ち
上がるまでの立上り時間(Tr)、または印加電圧をO
FFにして液晶分子が元の状態に復元するまでの立下り
時間(Td)で表わされる。この立上り時間Tr、立下
り時間Tdは、光路切り替え時に図6に示すように、横
軸の時間t(ms)に対して縦軸に透過光量T(%)を
とった場合、電圧を印加しその透過光量が10%から9
0%に変化するまでの時間、逆に90%から10%に変
化するまでの時間をそれぞれ表している。
In the liquid crystal optical switch A1, the optical path switching speed is determined by the rise time (Tr) from when a voltage is applied to the rise of liquid crystal molecules, or when the applied voltage is O.
It is expressed as a fall time (Td) until the liquid crystal molecules are restored to the original state by setting it to FF. As shown in FIG. 6, the rising time Tr and the falling time Td are obtained by applying a voltage when the amount of transmitted light T (%) is taken on the vertical axis with respect to the time t (ms) on the horizontal axis as shown in FIG. The transmitted light amount is 10% to 9
The time required to change to 0% and the time required to change from 90% to 10% are shown.

【0006】従来の液晶光スイッチA1では、1.55
μm波長帯光、屈折率Δn=0.12である液晶を用い
た場合において最適化されたギャップ約11μmのセル
は、立上り時間Tr約10ms、立下り時間Td約50
msであることが知られている。
In the conventional liquid crystal optical switch A1, 1.55
A cell with a gap of about 11 μm optimized in the case of using a liquid crystal having a μm wavelength band light and a refractive index Δn = 0.12 has a rise time Tr of about 10 ms and a fall time Td of about 50.
ms.

【0007】因みに、特開平3−148639号公報に
は、「上記構成の液晶光切替スイッチを用いて波長1.
3μmの半導体レーザを単一モード光ファイバに接続し
て応答速度…を測定した結果…5〜10ms…が得ら
れ」(公報第4頁、右下欄第12行乃至第15行)なる
記載があり、この記載から公報記載の液晶光切替スイッ
チは、そのセルギャップが、6〜9μmと推定され、か
つ立上り時間Trが、公報記載の通り5〜10msで、
立下り時間Tdが、前記セルギャップの値から16〜3
5msであると推定される。
[0007] Incidentally, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-148639 discloses that "a wavelength of 1.
The response speed was measured by connecting a 3 μm semiconductor laser to a single mode optical fiber, and the result was 5 to 10 ms. ”(Publication, page 4, lower right column, lines 12 to 15). According to this description, the liquid crystal light changeover switch described in the publication has a cell gap estimated to be 6 to 9 μm, and a rise time Tr of 5 to 10 ms as described in the publication.
The fall time Td is 16 to 3 from the value of the cell gap.
It is estimated to be 5 ms.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
液晶光スイッチA1においては、この立上り時間Tr、
および立下り時間Tdを短くすることが困難で、このた
め光路切り替え時の応答速度の高速化を達成できない、
と言う課題を有している。
However, in the conventional liquid crystal optical switch A1, the rise time Tr,
And it is difficult to shorten the fall time Td, so that it is not possible to achieve a high response speed at the time of optical path switching.
It has the problem of saying.

【0009】すなわち、従来の90°ツイストネマチッ
ク液晶セル10の応答速度について検討する場合、既知
である次のような特性を考慮する必要がある。
That is, when examining the response speed of the conventional 90 ° twisted nematic liquid crystal cell 10, it is necessary to consider the following known characteristics.

【0010】応答速度に関係する要因には次のようなこ
とが知られている。
The following factors are known as factors relating to the response speed.

【0011】液晶層厚さ(セルギャップ):d…Tr∝
2,Td∝d2 印加電圧:E…Tr∝E2 液晶粘度:η…Tr∝η,Td∝η 螺旋ピッチ:P…d/p 温度依存 上記式に示されるように応答速度の高速化に最も効果的
であり、かつ液晶剤そのものを変えずに高速化できる液
晶層厚(セルギャップ)dの改善について考える。
Liquid crystal layer thickness (cell gap): d ... Tr∝
d 2 , Td∝d 2 Applied voltage: E… Tr∝E 2 Liquid crystal viscosity: η… Tr∝η, Td∝η Spiral pitch: P… d / p Temperature dependence As shown by the above equation, the response speed is increased. Considering the improvement of the liquid crystal layer thickness (cell gap) d which is the most effective and can increase the speed without changing the liquid crystal agent itself.

【0012】クロスニコル下において90°ツイストネ
マチック液晶セルのギャップdと透過率に対して、次ぎ
の式1のような特性が知られており、これらを考慮しな
ければ光スイッチとしての十分な特性は得られない。
With respect to the gap d and the transmissivity of a 90 ° twisted nematic liquid crystal cell under crossed Nicols, characteristics such as the following expression 1 are known, and if these are not taken into consideration, sufficient characteristics as an optical switch can be obtained. Cannot be obtained.

【0013】[0013]

【数1】 T=1/2・Sin2(π/2√(1+U2))/(1+U2)……(式1) U=2dΔn/λ Δn=n0−ne ,n0:常光屈折率,ne:異常光屈折
率 ここでT(透過率)は、液晶光スイッチの重要な特性で
ある消光比、クロストークに直接関係する値である。こ
の値は、式1中のUの関数として表わされるがこのUの
値は、同じ液晶剤を使用する場合、屈折率、使用する光
源の波長は一定であるからUの値はセルのギャップdの
関数として考えられる。つまりT(透過率)は、ギャッ
プdの関数として表わすことができ、液晶セルの応答時
間、消光比、クロストーク等の特性として最適なギャッ
プdは、式1に対して任意の数値を代入して得られる、
図7に示す曲線中の第1極小位置(1st.min)で
ある。従って、この条件でギャップdの値を小さくする
ことはできない。
[Number 1] T = 1/2 · Sin 2 (π / 2√ (1 + U 2)) / (1 + U 2) ...... ( Equation 1) U = 2dΔn / λ Δn = n 0 -n e, n 0: ordinary light Refractive index, ne : extraordinary light refractive index Here, T (transmittance) is a value directly related to the extinction ratio and crosstalk which are important characteristics of the liquid crystal optical switch. This value is expressed as a function of U in Equation 1. When the same liquid crystal agent is used, the value of U is constant because the refractive index and the wavelength of the light source used are constant. As a function of That is, T (transmittance) can be expressed as a function of the gap d. The optimum gap d as a characteristic such as the response time, the extinction ratio, or the crosstalk of the liquid crystal cell is obtained by substituting an arbitrary numerical value into Equation 1. Obtained
It is the first minimum position (1st.min) in the curve shown in FIG. Therefore, the value of the gap d cannot be reduced under this condition.

【0014】また、式1から屈折率Δnが大きい液晶剤
を使用することでもギャップdを小さくすることが可能
であるが、効果は小さい。
From equation (1), it is possible to reduce the gap d by using a liquid crystal agent having a large refractive index Δn, but the effect is small.

【0015】従って、90°ツイストネマチック液晶セ
ルを用いた従来の液晶光スイッチA1では、応答速度の
高速化を図ることは困難である。
Therefore, it is difficult to increase the response speed of the conventional liquid crystal optical switch A1 using the 90 ° twisted nematic liquid crystal cell.

【0016】そこで本発明は、消光比、クロストーク等
の重要な特性を低下させること無く、かつ光路切り替え
時の応答速度の高速化を達成することができる液晶光ス
イッチを提供することを目的としている。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid crystal optical switch capable of achieving a high response speed at the time of optical path switching without deteriorating important characteristics such as an extinction ratio and crosstalk. I have.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】前記した目的を達成する
ため請求項1に記載の発明は、外部から入射する光をP
偏光とS偏光とに分離する偏光分離手段と、この偏光分
離手段で分離されたP偏光とS偏光が共に入射する液晶
セルと、この液晶セルを通ったP偏光とS偏光を共に入
射させると共に合波して外部へ出射する偏光合成手段と
を備え、前記液晶セルに印加される電圧のON,OFF
により前記偏光合成手段の光の出射箇所の切換を行う液
晶光スイッチにおいて、前記液晶セルは、トータルセル
ギャップが、90°ツイストネマチック液晶セルの使用
波長帯に最適化されたセルギャップと略同等となる2枚
の45°ツイストネマチック液晶セルを、相互に隣接す
る内側のラビング方向が一致または180°反対になる
ように積層すると共に、前記2枚の45°ツイストネマ
チック液晶セルに印加される電圧のON,OFFを同時
に行うように構成したことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a light emitting device, comprising:
Polarization separating means for separating polarized light and s-polarized light, a liquid crystal cell on which both p-polarized light and s-polarized light separated by the polarized light separating means are incident, and both p-polarized light and s-polarized light passing through the liquid crystal cell A polarization synthesizing means for multiplexing and outputting the multiplexed light to the outside;
In the liquid crystal optical switch for switching the light emission portion of the polarization combining means, the liquid crystal cell has a total cell gap substantially equal to a cell gap optimized for a wavelength band used in a 90 ° twisted nematic liquid crystal cell. The two 45 ° twisted nematic liquid crystal cells are stacked so that the inner rubbing directions adjacent to each other are the same or 180 ° opposite to each other, and the voltage applied to the two 45 ° twisted nematic liquid crystal cells is It is characterized in that ON and OFF are performed simultaneously.

【0018】このため請求項1に記載の発明では、積層
された2枚の45°ツイストネマチック液晶セルは、従
来の90°ツイストネマチック液晶セルと同様の光軸回
転機能を奏することができる。つまり積層された2枚の
45°ツイストネマチック液晶セルにおいて、2枚の液
晶層のトータルの厚さは変更せず、セル1枚当たりのセ
ルギャップを半分にし、それぞれのセルに45°ずつ光
軸回転機能を分担させることができる。このとき、光路
切り替え時の立上り時間Trおよび立下り時間Tdは、
セルギャップの2乗に比例するため、セルギャップを半
分にすることにより1/4倍となり、これにより応答速
度の高速化を達成することができる。
Therefore, according to the first aspect of the present invention, the two stacked 45 ° twisted nematic liquid crystal cells can exhibit the same optical axis rotation function as the conventional 90 ° twisted nematic liquid crystal cell. That is, in the two stacked 45 ° twisted nematic liquid crystal cells, the total thickness of the two liquid crystal layers is not changed, the cell gap per cell is halved, and the optical axis is set at 45 ° for each cell. The rotation function can be shared. At this time, the rise time Tr and the fall time Td at the time of switching the optical path are:
Since it is proportional to the square of the cell gap, halving the cell gap results in a quarter of the cell gap, whereby a higher response speed can be achieved.

【0019】また、積層された液晶セルのトータルの液
晶層の厚さ(トータルセルギャップ)を、従来の90°
ツイストネマチック液晶セルと等しくなるようにギャッ
プ設計をしたので、消光比、クロストーク等の特性を従
来通り維持することができる。
The total thickness of the liquid crystal layer (total cell gap) of the stacked liquid crystal cells is set to 90 °
Since the gap is designed to be equal to that of the twisted nematic liquid crystal cell, characteristics such as extinction ratio and crosstalk can be maintained as before.

【0020】また、請求項2に記載の発明は、請求項1
に記載の液晶光スイッチであって、前記2枚の45°ツ
イストネマチック液晶セルは、それぞれ90°ツイスト
ネマチック液晶セルの1/2のセルギャップになるよう
に構成されていることを特徴とする。
The invention described in claim 2 is the same as the invention described in claim 1.
Wherein the two 45 ° twisted nematic liquid crystal cells are each configured to have a cell gap of 1 / of a 90 ° twisted nematic liquid crystal cell.

【0021】このため請求項2に記載の発明では、2枚
の45°ツイストネマチック液晶セルのセルギャップ
は、1:1つまり一枚当たりの回転角が45°となって
いる。このとき、光路切り替え時の立上り時間Trおよ
び立下り時間Tdは、セルギャップを1/2にしたので
1/4倍となり、これにより応答速度の高速化を達成す
ることができる。
For this reason, in the second aspect of the invention, the cell gap between the two 45 ° twisted nematic liquid crystal cells is 1: 1, that is, the rotation angle per cell is 45 °. At this time, the rise time Tr and the fall time Td at the time of switching the optical path are reduced to 1/4 since the cell gap is reduced to 1/2, thereby achieving a higher response speed.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、図4および図5と同一部材
または同一機能のものは同一符号で示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 4 and 5 are denoted by the same reference numerals.

【0023】図1は、本発明の一実施形態としての液晶
光スイッチAを示す。この液晶光スイッチAは、外部か
ら入射する光(入射光L1)をP偏光PとS偏光Sとに
分離する偏光分離手段4と、この偏光分離手段4で分離
されたP偏光PとS偏光Sが共に入射する液晶セル1
と、この液晶セル1を通ったP偏光PとS偏光Sを共に
入射させると共に合波して、出射光L2として外部へ出
射する偏光合成手段5とを備え、液晶セル1に印加され
る電圧のON,OFFにより偏光合成手段5の出射光L
2の出射箇所の切換を行うように構成されている。
FIG. 1 shows a liquid crystal optical switch A according to an embodiment of the present invention. The liquid crystal optical switch A includes a polarization separating unit 4 that separates light incident from outside (incident light L1) into a P-polarized light P and an S-polarized light S, and the P-polarized light P and the S-polarized light separated by the polarized light separating unit 4. Liquid crystal cell 1 to which S is incident
And polarization combining means 5 for causing the P-polarized light P and the S-polarized light S that have passed through the liquid crystal cell 1 to be both incident and multiplexed, and emitting the emitted light L2 to the outside. ON and OFF, the output light L of the polarization combining means 5
It is configured to switch the two emission points.

【0024】このとき、偏光分離手段4および偏光合成
手段5は、それぞれ2個の入射部4a,4bおよび出射
部5a,5bを備えた偏光ビームスプリッタで構成され
ており、ファイバコリメータ6および7が入射部4aお
よび4bに、ファイバコリメータ8および9が出射部5
aおよび5bにそれぞれ対応させて設けられている。
At this time, the polarization splitting means 4 and the polarization synthesizing means 5 are each constituted by a polarization beam splitter having two incident parts 4a, 4b and emission parts 5a, 5b. Fiber collimators 8 and 9 are provided at the entrances 4a and 4b, respectively.
a and 5b, respectively.

【0025】また、液晶セル1は、トータルセルギャッ
プが、90°ツイストネマチック液晶セル(図4および
図5の液晶セル10に相当する)の使用波長帯に最適化
されたセルギャップと同等となる2枚の45°ツイスト
ネマチック液晶セル2,3を、相互に隣接する内側2
a,3aのラビング方向が一致または180°反対にな
るように積層すると共に、2枚の45°ツイストネマチ
ック液晶セル2,3に印加される電圧のON,OFFを
同時に行うように構成されている。
The liquid crystal cell 1 has a total cell gap equivalent to a cell gap optimized for a used wavelength band of a 90 ° twisted nematic liquid crystal cell (corresponding to the liquid crystal cell 10 in FIGS. 4 and 5). The two 45 ° twisted nematic liquid crystal cells 2 and 3 are connected to the inner 2 adjacent to each other.
The layers are laminated so that the rubbing directions of a and 3a are the same or opposite by 180 °, and the voltages applied to the two 45 ° twisted nematic liquid crystal cells 2 and 3 are simultaneously turned ON and OFF. .

【0026】図2には、2枚の45°ツイストネマチッ
ク液晶セル2,3が、相互に隣接する内側2a,3aの
ラビング方向c,dを180°反対になるように積層さ
せて構成されている実施形態を示している。なお、図2
において、符号bおよびeは、2枚の45°ツイストネ
マチック液晶セル2および3の各外側のラビング方向を
示しており、符号aおよびfは、それぞれ入射光L1お
よび出射光L2のPおよびS偏光の光軸を示している。
In FIG. 2, two 45 ° twisted nematic liquid crystal cells 2 and 3 are stacked so that the rubbing directions c and d of the inner sides 2a and 3a adjacent to each other are opposite by 180 °. FIG. Note that FIG.
, The symbols b and e indicate the rubbing directions on the outside of each of the two 45 ° twisted nematic liquid crystal cells 2 and 3, and the symbols a and f indicate the P and S polarizations of the incident light L1 and the emitted light L2, respectively. 3 shows the optical axis.

【0027】この2枚の45°ツイストネマチック液晶
セル2,3を積層状態にするには、各液晶セル2,3に
使用されているガラス基板の屈折率に近い屈折率を有す
る接着剤(屈折率整合接着剤)で固定するか、あるい
は、使用する波長帯に合わせて設計された無反射コーテ
ィングを施した内側2a,3aを相互に対向させて液晶
セル2,3を対向配置する。
In order to form the two 45 ° twisted nematic liquid crystal cells 2 and 3 in a laminated state, an adhesive (refractive index) having a refractive index close to the refractive index of the glass substrate used for each of the liquid crystal cells 2 and 3 is used. The liquid crystal cells 2 and 3 are fixed to each other by fixing them with a rate matching adhesive) or making the inner sides 2a and 3a provided with an anti-reflection coating designed for the wavelength band to be used face each other.

【0028】また、本実施形態では、2枚の45°ツイ
ストネマチック液晶セル2,3の印可電圧は、スイッチ
11により同時にOFF状態またはON状態とすること
ができる。
In this embodiment, the applied voltage of the two 45 ° twisted nematic liquid crystal cells 2 and 3 can be simultaneously turned off or on by the switch 11.

【0029】具体的には、45°ツイストネマチック液
晶セル2,3は、液晶のツイスト角が45°となるよう
にラビング処理を施したセルに、90°ツイストネマチ
ック液晶セルに使用したものと同様の左旋性液晶を注入
して構成される。そして、これら2枚の45°ツイスト
ネマチック液晶セル2,3は、前述したようにラビング
方向が2枚のセルの内側2a,3aで一致もしくは18
0°反対になるように積層する。これにより従来の90
°ツイストネマチック液晶セルと同様の光軸回転機能を
持たせることができる。
More specifically, the 45 ° twisted nematic liquid crystal cells 2 and 3 are the same as those used for the 90 ° twisted nematic liquid crystal cell in the cells rubbed so that the twist angle of the liquid crystal becomes 45 °. Is formed by injecting levorotatory liquid crystal. As described above, the two 45 ° twisted nematic liquid crystal cells 2 and 3 have the rubbing directions coincident with each other on the inside 2a and 3a of the two cells.
Laminate so as to be 0 ° opposite. As a result, the conventional 90
° The optical axis rotation function similar to that of the twisted nematic liquid crystal cell can be provided.

【0030】つまり2枚の45°ツイストネマチック液
晶セル2,3の液晶層の、トータルの厚さは変更せず、
セル1枚当たりのセルギャップを半分にし、それぞれの
液晶セル2,3に45°ずつ光軸回転機能を分担させ
る。このとき、2枚の液晶セル2,3の回転角(ギャッ
プ)の分配比は、2枚の液晶セル2,3の内側2a,3
aのラビング方向c,dが一致するように重ね合わせれ
ば任意に変えることが可能であるが、応答速度は、セル
ギャップの厚い方に従うため、1:1つまり液晶セル1
枚当たりの回転角を45°にすることが望ましい。この
場合、2枚の45°ツイストネマチック液晶セル2,3
は、それぞれ使用波長帯に最適化されたセルギャップを
有する90°ツイストネマチック液晶セルの1/2のセ
ルギャップになるように構成される。この構成によれ
ば、立上り時間Trおよび立下り時間Tdは、前述した
ようにセルギャップの2乗に比例するため、1/4倍と
なり、これにより応答速度の高速化を図ることができ
る。
That is, the total thickness of the liquid crystal layers of the two 45 ° twisted nematic liquid crystal cells 2 and 3 is not changed.
The cell gap per cell is halved, and the liquid crystal cells 2 and 3 are assigned an optical axis rotation function by 45 °. At this time, the distribution ratio of the rotation angle (gap) of the two liquid crystal cells 2 and 3 is set to the inside 2a and 3 of the two liquid crystal cells 2 and 3.
The rubbing directions c and d can be arbitrarily changed if they are overlapped so that the rubbing directions c and d coincide with each other. However, since the response speed follows the thicker cell gap, the response speed is 1: 1.
It is desirable that the rotation angle per sheet be 45 °. In this case, two 45 ° twisted nematic liquid crystal cells 2 and 3
Are configured to have a cell gap of の of a 90 ° twisted nematic liquid crystal cell having a cell gap optimized for each wavelength band used. According to this configuration, since the rise time Tr and the fall time Td are in proportion to the square of the cell gap as described above, they become 1/4 times, thereby making it possible to increase the response speed.

【0031】また、積層された液晶セル2,3のトータ
ルの液晶層の厚さ(トータルセルギャップ)を、90°
ツイストネマチック液晶セルと等しくなるようにギャッ
プ設計をしたので、消光比、クロストーク等の特性を従
来通り維持することができる。
The total liquid crystal layer thickness (total cell gap) of the stacked liquid crystal cells 2 and 3 is set to 90 °.
Since the gap is designed to be equal to that of the twisted nematic liquid crystal cell, characteristics such as extinction ratio and crosstalk can be maintained as before.

【0032】このようにして構成された液晶光スイッチ
Aの液晶セル1の印可電圧のOFF状態において、ファ
イバコリメータ6より出射された赤外域波長光(入射光
L1)は、入射部4aから偏光分離手段4に入射し、こ
の偏光分離手段4によりP,S偏光に分離される。次い
でP,S偏光の光軸の方向aに対して入射側液晶セルの
ラビング方向bが光軸と平行または垂直となるように4
5°ツイストネマチック液晶セル2が配置されており、
この液晶セル2により光軸を左に45°回転されたP,
S偏光は、その光軸方向にラビング方向dが一致するよ
うに配置された45°ツイストネマチック液晶セル3に
よってさらに45°左に光軸を回転する。
In the OFF state of the applied voltage of the liquid crystal cell 1 of the liquid crystal optical switch A thus configured, the infrared wavelength light (incident light L1) emitted from the fiber collimator 6 is polarized and separated from the incident portion 4a. The light enters the means 4 and is separated into P and S polarized lights by the polarized light separating means 4. Next, the rubbing direction b of the incident side liquid crystal cell is set to be parallel or perpendicular to the optical axis direction a with respect to the optical axis direction a of the P and S polarized lights.
5 ° twist nematic liquid crystal cell 2 is arranged,
P, whose optical axis has been rotated 45 ° to the left by this liquid crystal cell 2,
The S-polarized light is further rotated left by 45 ° by the 45 ° twisted nematic liquid crystal cell 3 arranged so that the rubbing direction d coincides with the optical axis direction.

【0033】このようにトータルで90°光軸を回転し
たP,S偏光は、方向fの光軸となり偏光合成手段5に
入射し、この偏光合成手段5により合波されて出射光L
2として出射部5aから出射し、ファイバコリメータ8
に入射する。
The P and S polarized lights whose optical axes have been rotated by 90 ° in total become the optical axis in the direction f, enter the polarization combining means 5, are multiplexed by the polarization combining means 5, and are emitted from the output light L.
The light is emitted from the emission part 5a as 2 and the fiber collimator 8
Incident on.

【0034】また、液晶光スイッチAの液晶セル1の印
可電圧のON状態においては、P,S偏光は、液晶セル
1内での光軸の回転を伴うことなく、方向aの光軸のま
ま液晶セル1を通過して偏光合成手段5に入射し、この
偏光合成手段5により合波されて出射光L3として出射
部5bから出射し、ファイバコリメータ9に入射する。
In the ON state of the applied voltage of the liquid crystal cell 1 of the liquid crystal optical switch A, the P and S polarized lights remain in the optical axis in the direction a without rotating the optical axis in the liquid crystal cell 1. The light passes through the liquid crystal cell 1 and is incident on the polarization synthesizing means 5, is multiplexed by the polarization synthesizing means 5, exits from the emission section 5 b as emission light L 3, and enters the fiber collimator 9.

【0035】同様にファイバコリメータ7から出射する
入射光は、図示しないが入射部4bから偏光分離手段4
に入射し、次いで液晶セル1を経て偏光合成手段5に入
射し、この偏光合成手段5により合波されて出射光とし
て出射する。この出射光は、液晶セル1の印可電圧がO
FF状態であるときは、偏光合成手段5の出射部5bか
ら出射してファイバコリメータ9に入射し、液晶セル1
の印可電圧がON状態であるときは、偏光合成手段5の
出射部5aから出射してファイバコリメータ8に入射す
る。
Similarly, although not shown, incident light emitted from the fiber collimator 7 is transmitted from the incident portion 4b to the polarization separating means 4
, And then enter the polarization combining means 5 through the liquid crystal cell 1 and are multiplexed by the polarization combining means 5 and emitted as outgoing light. The emitted light has an applied voltage of the liquid crystal cell 1 of O
When the liquid crystal cell 1 is in the FF state, the light is emitted from the emission part 5b of the polarization combining means 5 and is incident on the fiber collimator 9;
When the applied voltage is in the ON state, the light is emitted from the emission section 5a of the polarization combining means 5 and enters the fiber collimator 8.

【0036】このように液晶光スイッチAは、液晶セル
1を構成する2枚の45°ツイストネマチック液晶セル
2,3への電圧の印加を同時にON,OFFすることに
よりファイバコリメータ8又は9に任意に出射方向(出
射箇所)を切り替えることができる。
As described above, the liquid crystal optical switch A is arbitrarily applied to the fiber collimator 8 or 9 by simultaneously turning on and off the application of voltage to the two 45 ° twisted nematic liquid crystal cells 2 and 3 constituting the liquid crystal cell 1. The emission direction (emission location) can be switched in the following manner.

【0037】図3は、実験で得られた液晶光スイッチA
(本発明品)および90°ツイストネマチック液晶セル
を用いた従来の液晶光スイッチ(比較品)の性能を示
す。
FIG. 3 shows a liquid crystal optical switch A obtained in the experiment.
The performance of a liquid crystal optical switch (comparative product) using (a product of the present invention) and a 90 ° twisted nematic liquid crystal cell is shown.

【0038】本実験の液晶は、MLC−6019−00
0(S009)(メルク社製)、Δn=0.12(1.
55μm 波長帯換算値)を使用し、比較品としての9
0°ツイストネマチック液晶セルに11.7μm、本発
明品としての45°ツイストネマチック2層液晶セルに
5.5μmのファイバスペーサを使用した。
The liquid crystal used in this experiment was MLC-6019-00.
0 (S009) (Merck), Δn = 0.12 (1.
55 μm wavelength band conversion value) and 9
A fiber spacer of 11.7 μm was used for a 0 ° twisted nematic liquid crystal cell, and a 5.5 μm fiber spacer was used for a 45 ° twisted nematic two-layer liquid crystal cell of the present invention.

【0039】図3から明らかなように本発明品は、消光
比、クロストーク共に比較品とほぼ同等の値が得られ、
応答速度は、立上り時間Trおよび立下り時間Tdの比
較から解るように本発明品が比較品の約4倍に向上し
た。
As is apparent from FIG. 3, the product of the present invention has almost the same values of the extinction ratio and the crosstalk as the comparative product.
As can be seen from the comparison between the rise time Tr and the fall time Td, the response speed of the product of the present invention is about four times that of the comparative product.

【0040】因みに、本発明を、前述した公報記載の従
来技術と同様に使用波長1.3μmに対して適用すれ
ば、立上り時間Trが、5〜10msの1/4(1.2
5〜2.5ms)で、立下り時間Tdが、16〜35m
sの1/4(4〜8.75ms)となる応答速度を得る
ことができる。
Incidentally, if the present invention is applied to a used wavelength of 1.3 μm in the same manner as in the prior art described in the above-mentioned publication, the rise time Tr becomes 1/4 (1.2 times) of 5 to 10 ms.
5 to 2.5 ms) and the fall time Td is 16 to 35 m
A response speed of 1/4 of s (4 to 8.75 ms) can be obtained.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば次の効果を奏することができる。
As described in detail above, according to the present invention, the following effects can be obtained.

【0042】すなわち、請求項1に記載の発明によれ
ば、積層された2枚の45°ツイストネマチック液晶セ
ルにおいて、2枚の液晶層のトータルの厚さは従来通り
で変更せず、セル1枚当たりのセルギャップを半分に
し、それぞれのセルに45°ずつ光軸回転機能を分担さ
せることができるので、光路切り替え時の立上り時間お
よび立下り時間の短縮化を図ることができ、これにより
応答速度の高速化を達成することができると共に、消光
比、クロストーク等の特性を従来の90°ツイストネマ
チック液晶セル通りに維持することができる。
That is, according to the first aspect of the present invention, in the two stacked 45 ° twisted nematic liquid crystal cells, the total thickness of the two liquid crystal layers is not changed as in the prior art, and the cell 1 Since the cell gap per cell can be halved and the optical axis rotation function can be assigned to each cell by 45 °, the rise time and the fall time at the time of switching the optical path can be shortened, and the response time can be shortened. Higher speed can be achieved, and characteristics such as extinction ratio and crosstalk can be maintained as in a conventional 90 ° twisted nematic liquid crystal cell.

【0043】また、請求項2に記載の発明によれば、2
枚の45°ツイストネマチック液晶セルは、それぞれ9
0°ツイストネマチック液晶セルの1/2のセルギャッ
プになるように構成したので、光路切り替え時の立上り
時間および立下り時間は、90°ツイストネマチック液
晶セルの1/4倍となり、これにより応答速度を4倍に
することができる。
According to the second aspect of the present invention, 2
Each of the 45 ° twisted nematic liquid crystal cells has 9
Since the cell gap is configured to be half of that of the 0 ° twisted nematic liquid crystal cell, the rise time and fall time at the time of switching the optical path are 1/4 times that of the 90 ° twisted nematic liquid crystal cell. Can be quadrupled.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態としての液晶光スイッチの
模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a liquid crystal optical switch as one embodiment of the present invention.

【図2】図1の液晶光スイッチの液晶セルのラビング方
向と、光の光軸との関係を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a relationship between a rubbing direction of a liquid crystal cell of the liquid crystal optical switch of FIG. 1 and an optical axis of light.

【図3】実験により得られた本発明品と比較品の性能デ
ータを示す表である。
FIG. 3 is a table showing performance data of a product of the present invention and a comparative product obtained by experiments.

【図4】従来の液晶光スイッチで、液晶セルへの印加電
圧OFF状態時の模式図である。
FIG. 4 is a schematic view of a conventional liquid crystal optical switch when an applied voltage to a liquid crystal cell is OFF.

【図5】従来の液晶光スイッチで、液晶セルへの印加電
圧ON状態時の模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram of a conventional liquid crystal optical switch when a voltage applied to a liquid crystal cell is ON.

【図6】従来の液晶光スイッチの、光路切り替え時の立
上り時間Trおよび立下り時間Tdを示すグラフであ
る。
FIG. 6 is a graph showing a rise time Tr and a fall time Td of a conventional liquid crystal optical switch when switching an optical path.

【図7】従来の液晶光スイッチの光の透過率特性を示す
グラフである。
FIG. 7 is a graph showing light transmittance characteristics of a conventional liquid crystal optical switch.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 液晶セル 2,3 45°ツイストネマチック液晶セル 2a,3a 内側(相互に隣接する) 4 偏光分離手段 5 偏光合成手段 c,d ラビング方向(相互に隣接する内側の) A 液晶光スイッチ P P偏光 S S偏光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid crystal cell 2,3 45 degree twist nematic liquid crystal cell 2a, 3a Inside (adjacent to each other) 4 Polarization separation means 5 Polarization combining means c, d Rubbing direction (inside adjacent to each other) A Liquid crystal optical switch PP polarization S S polarized light

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Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外部から入射する光をP偏光とS偏光と
に分離する偏光分離手段と、この偏光分離手段で分離さ
れたP偏光とS偏光が共に入射する液晶セルと、この液
晶セルを通ったP偏光とS偏光を共に入射させると共に
合波して外部へ出射する偏光合成手段とを備え、前記液
晶セルに印加される電圧のON,OFFにより前記偏光
合成手段の光の出射箇所の切換を行う液晶光スイッチに
おいて、 前記液晶セルは、トータルセルギャップが、90°ツイ
ストネマチック液晶セルの使用波長帯に最適化されたセ
ルギャップと略同等となる2枚の45°ツイストネマチ
ック液晶セルを、相互に隣接する内側のラビング方向が
一致または180°反対になるように積層すると共に、
前記2枚の45°ツイストネマチック液晶セルに印加さ
れる電圧のON,OFFを同時に行うように構成したこ
とを特徴とする液晶光スイッチ。
1. A polarized light separating means for separating light incident from the outside into P-polarized light and S-polarized light, a liquid crystal cell to which both P-polarized light and S-polarized light separated by the polarized light separating means are incident. A polarization combining means for causing both the P-polarized light and the S-polarized light to enter and multiplexing the combined light and outputting the combined light to the outside; In the liquid crystal optical switch that performs switching, the liquid crystal cell includes two 45 ° twisted nematic liquid crystal cells whose total cell gap is substantially equal to a cell gap optimized for a wavelength band used by a 90 ° twisted nematic liquid crystal cell. And laminating so that the rubbing directions of the inner sides adjacent to each other are the same or 180 ° opposite,
A liquid crystal optical switch characterized in that a voltage applied to the two 45 ° twisted nematic liquid crystal cells is simultaneously turned on and off.
【請求項2】 請求項1に記載の液晶光スイッチであっ
て、 前記2枚の45°ツイストネマチック液晶セルは、それ
ぞれ90°ツイストネマチック液晶セルの1/2のセル
ギャップになるように構成されていることを特徴とする
液晶光スイッチ。
2. The liquid crystal optical switch according to claim 1, wherein each of the two 45 ° twisted nematic liquid crystal cells has a cell gap of 1 / of a 90 ° twisted nematic liquid crystal cell. A liquid crystal optical switch.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003098503A (en) * 2001-09-21 2003-04-03 Citizen Watch Co Ltd Liquid crystal optical switch and driving method therefor
JP2006120008A (en) * 2004-10-22 2006-05-11 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology Monitoring system and liquid crystal optical switch
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