JP2003222915A - Waveguide type liquid crystal optical switch - Google Patents

Waveguide type liquid crystal optical switch

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JP2003222915A
JP2003222915A JP2002020024A JP2002020024A JP2003222915A JP 2003222915 A JP2003222915 A JP 2003222915A JP 2002020024 A JP2002020024 A JP 2002020024A JP 2002020024 A JP2002020024 A JP 2002020024A JP 2003222915 A JP2003222915 A JP 2003222915A
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JP
Japan
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liquid crystal
optical switch
cores
waveguide type
type liquid
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Application number
JP2002020024A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinji Kawamoto
眞司 河本
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Publication date
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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical switch which has low electric power consumption and low insertion loss, is inexpensive, and further has no dependence on a polarized wave. <P>SOLUTION: The optical switch is provided with an optical waveguide having a pair of closely arranged cores 1A and 1B, and an optical path is switched over between both the cores. The waveguide type liquid crystal optical switch is provided with a crystal liquid layer 4 in which a space which is covered by the pair of cores or a space which strides over both the cores and covers only the upper face of the cores is filled with a nematic liquid crystal, a first pair of electrodes 2A and 2B which are arranged opposed to the pair of cores in an outer horizontal direction of the cores, a second pair of electrodes which are placed opposite to each other to cover the liquid crystal layer in the direction perpendicular to the first pair of electrodes and controlled independent of the first pair of electrodes, and a clad 3 which integrally encloses the core, the liquid crystal layer, the first pair of electrodes and the second pair of electrodes. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、例えば光通信シス
テムに用いられる光スイッチに関し、より詳細には導波
路間での光路の切り換えを液晶により制御する導波路型
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 an optical switch used in, for example, an optical communication system, and more particularly to a waveguide type liquid crystal optical switch for controlling switching of an optical path between waveguides by a liquid crystal.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信は、大量の情報を高速で送受信で
きることから、近年では一般家庭にも普及しつつある。
この光通信は光ファイバによる伝送システムであるが、
各端末に光信号を分配するために、ファイバ型の光カプ
ラや光導波路型の光合分岐器、光合分波器、光スイッチ
などさまざまな光部品の開発がなされている。
2. Description of the Related Art Optical communication has become widespread in general households in recent years because it can transmit and receive a large amount of information at high speed.
This optical communication is a transmission system using optical fiber,
In order to distribute an optical signal to each terminal, various optical parts such as a fiber type optical coupler, an optical waveguide type optical multiplexer / demultiplexer, an optical multiplexer / demultiplexer, and an optical switch have been developed.

【0003】これらの中で、光スイッチは光線路の切り
替え機能を有しており、光通信用交換器として重要とな
っている。光通信用に用いられる光スイッチは従来、種
々のものが知られているが、そのうち光導波路を使用
し、各種の物理現象を利用して光の伝搬経路を切り換え
る方式は、機械的な可動部を持たないため、信頼性が高
く、高速であるという利点を有する。このような方式と
して、例えば、電気光学効果あるいは音響光学効果をも
つLiNbO3等の誘電体結晶導波路、キャリア注入を
利用した半導体導波路、熱光学効果を利用するシリカ系
導波路等を利用した光スイッチが知られている。
Among these, the optical switch has an optical line switching function and is important as a switch for optical communication. Conventionally, various types of optical switches used for optical communication are known. Among them, a method of using an optical waveguide and switching the propagation path of light by utilizing various physical phenomena is a mechanical movable part. Therefore, it has the advantages of high reliability and high speed. As such a method, for example, a dielectric crystal waveguide such as LiNbO 3 having an electro-optic effect or an acousto-optic effect, a semiconductor waveguide utilizing carrier injection, a silica-based waveguide utilizing thermo-optic effect, etc. are utilized. Optical switches are known.

【0004】また、同様の光導波路を備える光スイッチ
において、液晶を用いたものも知られている。液晶は、
電界印加により屈折率が変化する広義の電気光学効果を
有する。また、低電圧で駆動が可能であること、ディス
プレイ等で実績があるように信頼性が高いこと、生産性
も高く低価格化も可能であること等の特性を有する。こ
のような導波路型液晶光スイッチとして、例えば、特開
平5−165068号公報には、下層クラッド上に2本
の平行し、その一部が接近した結合部分を備えるシング
ルモード光コアパターンを形成し、更に結合部分の下層
クラッド上に下部電極を形成し、結合部分を配向した液
晶で満たし、上部電極を有するガラス板で封止した構成
の導波路型液晶光スイッチが記載されている。
In addition, an optical switch using a liquid crystal is also known as an optical switch having a similar optical waveguide. The liquid crystal is
It has an electro-optic effect in a broad sense in which the refractive index is changed by applying an electric field. Further, it has characteristics such that it can be driven at a low voltage, it has high reliability as it has a track record in displays, etc., it has high productivity, and it can be manufactured at low cost. As such a waveguide type liquid crystal optical switch, for example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-165068, a single mode optical core pattern having two parallel and partially close coupling portions is formed on a lower clad. Further, there is described a waveguide type liquid crystal optical switch in which a lower electrode is formed on the lower clad of the coupling portion, the coupling portion is filled with oriented liquid crystal, and the glass plate having the upper electrode is sealed.

【0005】しかし、この導波路型液晶光スイッチで
は、下層クラッドの略全体を覆うように液晶及び電極が
形成されているため、クラッドの広い範囲で屈折率が変
化して導波モードに乱れが生じ、スイッチとしては致命
的とも言える程大きなクロストークが発生してしまう。
しかも、導波路コアの結合部分もその3面が液晶に接し
ていることから、所定方向に配向されない液晶分子があ
ると、それによる散乱損失も大きくなる。また、下部電
極が導波路の結合部分の極く近くに存在するために、下
部電極による損失が非常に大きくなる。更に、電極が上
下一対しか配置できない構造であることから、偏波依存
性が大きいという問題もある。
However, in this waveguide type liquid crystal optical switch, since the liquid crystal and the electrode are formed so as to cover almost the entire lower clad, the refractive index changes in a wide range of the clad and the waveguide mode is disturbed. As a result, a large amount of crosstalk is generated that is fatal to the switch.
In addition, since the coupling core of the waveguide core has its three faces in contact with the liquid crystal, if there are liquid crystal molecules that are not aligned in a predetermined direction, the scattering loss due to the liquid crystal molecules increases. In addition, since the lower electrode exists very close to the coupling portion of the waveguide, the loss due to the lower electrode becomes very large. Further, since the electrodes have a structure in which only a pair of upper and lower electrodes can be arranged, there is a problem that polarization dependence is large.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような状
況に鑑みてなされたものであり、低消費電力、低価格及
び高信頼性という利点を有する導波路型液晶光スイッチ
において、クロストークや挿入損失を改善し、更には偏
波依存性の無い導波路型液晶光スイッチを提供すること
を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and in a waveguide type liquid crystal optical switch having the advantages of low power consumption, low price and high reliability, crosstalk and It is an object of the present invention to improve the insertion loss and to provide a waveguide type liquid crystal optical switch having no polarization dependence.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、一対の近接したコアを有する光導波路を
備え、両コア間で光路の切り替えを行う光スイッチであ
って、一対のコアで挟まれる空間、もしくは両コアに跨
りコアの上面のみを覆う空間にネマチック液晶を充填し
てなる液晶層と、一対のコアの水平方向外方にてコアと
対向して配置される第1の電極対と、第1の電極対と直
交する方向にて液晶層を挟むように対向配置され、かつ
第1の電極対とは独立に制御される第2の電極対と、コ
ア、液晶層、第1の電極対及び第2の電極対を一括して
包囲するクラッドとを備えることを特徴とする導波路型
液晶光スイッチを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention is an optical switch which comprises an optical waveguide having a pair of adjacent cores and which switches an optical path between the cores. A liquid crystal layer that is filled with nematic liquid crystal in a space sandwiched between the cores or a space that extends over both cores and covers only the upper surface of the cores; Second electrode pair, which is arranged so as to sandwich the liquid crystal layer in a direction orthogonal to the first electrode pair and is controlled independently of the first electrode pair, the core, and the liquid crystal layer. And a cladding that collectively surrounds the first electrode pair and the second electrode pair, and provides a waveguide type liquid crystal optical switch.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、本発明に関して図面を参照
して詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0009】図1は本発明の導波路型液晶光スイッチ1
0の一実施形態を示す平面図(但し、上方の配向膜7A
及び電極6Aは除いてある)であり、図2は図1のAA
断面図である。図示されるように、導波路型液晶光スイ
ッチ10は、上基板8Aと下基板8Bとに2分割され、
下基板8Bには、その軸線方向に沿って一対のコア1
A,1Bが埋設されている。コア1A,1Bは、中央部
分で所定長さにわたり接近して平行となっており、両端
縁に向かって漸次間隔が広くなっている。この接近平行
部分が、所謂方向性結合器を形成する。
FIG. 1 shows a waveguide type liquid crystal optical switch 1 of the present invention.
0 is a plan view showing one embodiment (however, the upper alignment film 7A
And electrode 6A are omitted), and FIG. 2 is AA of FIG.
FIG. As shown, the waveguide type liquid crystal optical switch 10 is divided into an upper substrate 8A and a lower substrate 8B,
The lower substrate 8B has a pair of cores 1 along its axial direction.
A and 1B are buried. The cores 1A and 1B are close and parallel to each other for a predetermined length in the central portion, and the intervals gradually increase toward both end edges. This close parallel part forms a so-called directional coupler.

【0010】上基板8A及び下基板8Bは、コア1A,
1Bを形成する材料よりも低い屈折率を有する材料から
形成され、例えば屈折率1.523の(SiO2−TiO2
とすることができる。また、下基板8Bは、コア1A,
1Bを包囲してクラッド3として機能する。一方、コア
1A,1Bは、例えば屈折率1.530の(SiCl4−Ti
Cl4)とすることができる。
The upper substrate 8A and the lower substrate 8B are composed of cores 1A,
1B is formed of a material having a refractive index lower than that of the material forming 1B, for example, (SiO 2 —TiO 2 ) having a refractive index of 1.523.
Can be Further, the lower substrate 8B includes the core 1A,
It surrounds 1B and functions as a clad 3. On the other hand, the cores 1A and 1B have, for example, (SiCl 4 -Ti) having a refractive index of 1.530.
Cl 4 ).

【0011】コア1A,1Bの平行部分の隙間には、下
基板8Bの表面からコア1A,1Bの形成位置よりも深
い位置まで溝が形成されており、この溝をネマチック液
晶が充填して液晶層4を形成している。溝の底部には下
方配向膜7Bが形成されており、液晶層4は下基板8B
の全面を覆う上方配向膜7Aにより封止される。尚、下
方配向膜7Bの形成は困難であることが多いことから、
上方配向膜7Aのみとすることも可能である。
A groove is formed in the gap between the parallel portions of the cores 1A and 1B from the surface of the lower substrate 8B to a position deeper than the position where the cores 1A and 1B are formed, and the groove is filled with nematic liquid crystal to form a liquid crystal. Forming layer 4. A lower alignment film 7B is formed on the bottom of the groove, and the liquid crystal layer 4 is formed on the lower substrate 8B.
Is sealed with an upper alignment film 7A that covers the entire surface of. Since it is often difficult to form the lower alignment film 7B,
It is also possible to use only the upper alignment film 7A.

【0012】液晶層4を形成する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−(4−ペンチル
シクロヘキシル)シアノベンゼン等を使用できる。ま
た、上方配向膜7A及び下方配向膜7B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。
The type of nematic liquid crystal forming the liquid crystal layer 4 is not limited and, for example, 4- (4-pentylcyclohexyl) cyanobenzene or the like can be used. Further, both the upper alignment film 7A and the lower alignment film 7B may be known ones, and for example, a rubbing-treated polyamide film or the like can be used.

【0013】また、コア1A,1Bの外方には、液晶層
4の全長にわたり、コア1A,1Bと対面するように一
対の電極(以下、「第1の電極対」という)2A,2B
が設けられている。ここで、コア1A、1Bと第1の電
極対2A,2Bとの離間距離Dは、コア1A,1Bの幅
Wの半分以上とすることが好ましい。第1の電極対2
A,2BはITO等の透明電極とすることができるが、
伝送媒体として赤外線を使用すると、吸収がかなり大き
くなる。そのため、電極とコアとの距離Dをこのように
規定することにより、この吸収による損失を抑えること
ができる。
Outside the cores 1A and 1B, a pair of electrodes (hereinafter referred to as "first electrode pair") 2A and 2B are provided over the entire length of the liquid crystal layer 4 so as to face the cores 1A and 1B.
Is provided. Here, it is preferable that the separation distance D between the cores 1A and 1B and the first electrode pair 2A and 2B be at least half the width W of the cores 1A and 1B. First electrode pair 2
A and 2B can be transparent electrodes such as ITO,
The use of infrared radiation as the transmission medium results in much greater absorption. Therefore, by defining the distance D between the electrode and the core in this way, the loss due to this absorption can be suppressed.

【0014】更に、第1の電極対2A,2Bと直交し、
液晶層4をその長手方向にわたって覆うように一対の電
極(以下、「第2の電極対」という)6A,6Bが形成
されている。第2の電極対6A,6Bにおいて、上方の
電極6Aは、上方配向膜7Aの上面に形成され、下方の
電極6Bは、下方配向膜7B(もしくは、液晶層4を充
填する溝の底部)の下方に所定距離離間して形成され
る。この第2の電極対6A,6Bも、コア1A,1Bに
対してコア1A,1Bの幅Wの半分以上の間隔で配置さ
れることが好ましく、また電極材料も第1の電極対2
A,2Bと同様にITO等の透明電極とすることができ
る。
Further, it is orthogonal to the first electrode pair 2A, 2B,
A pair of electrodes (hereinafter, referred to as “second electrode pair”) 6A and 6B are formed so as to cover the liquid crystal layer 4 in the longitudinal direction thereof. In the second electrode pair 6A, 6B, the upper electrode 6A is formed on the upper surface of the upper alignment film 7A, and the lower electrode 6B is formed on the lower alignment film 7B (or the bottom of the groove filling the liquid crystal layer 4). It is formed below by a predetermined distance. This second electrode pair 6A, 6B is also preferably arranged at an interval of at least half the width W of the core 1A, 1B with respect to the core 1A, 1B, and the electrode material is also the first electrode pair 2
Similar to A and 2B, a transparent electrode such as ITO can be used.

【0015】また、第1の電極対2A,2Bによる液晶
分子の配向方向及び第2の電極対6A,6Bによる液晶
分子の配合方向のそれぞれに直交するように、両配向膜
7A,7Bの配向方向が規定されている。例えば、第1
の電極対2A,2Bが紙面左右方向に、第2の電極対6
A,6Bが紙面上下方向にそれぞれ液晶分子を配向させ
る場合、両配向膜7A,7Bの配向方向は紙面と垂直方
向に規定される。
Further, the alignment layers 7A and 7B are aligned so as to be orthogonal to the alignment direction of the liquid crystal molecules by the first electrode pair 2A and 2B and the compounding direction of the liquid crystal molecules by the second electrode pair 6A and 6B. The direction is specified. For example, the first
Electrode pair 2A, 2B of the second electrode pair 6
When A and 6B respectively align liquid crystal molecules in the vertical direction on the paper surface, the alignment directions of both alignment films 7A and 7B are defined to be perpendicular to the paper surface.

【0016】上記のように第1の電極対2A,2B及び
第2の電極対6A,6Bにより、液晶層4は、その4つ
の面が電極と対向する。また、第1の電極対2A,2B
と、第2の電極対6A,6Bとは互いに独立して制御可
能とされており、液晶層4における液晶分子の配向状態
を三次元的に制御できるように構成されている。そのた
め、TE偏光及びTM偏光の屈折率を制御することが可
能になり、偏波依存性が無くなる。
As described above, the liquid crystal layer 4 has its four surfaces opposed to the electrodes by the first electrode pair 2A, 2B and the second electrode pair 6A, 6B. Also, the first electrode pair 2A, 2B
And the second electrode pair 6A, 6B can be controlled independently of each other, and the alignment state of liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 4 can be three-dimensionally controlled. Therefore, it becomes possible to control the refractive index of the TE polarized light and the TM polarized light, and the polarization dependence disappears.

【0017】上記の如く構成される導波路型液晶光スイ
ッチ10では、第1の電極対2A,2B及び第2の電極
対6A,6Bに印加する電圧を調整して液晶層4の液晶
分子の配向を制御することにより、コア1A,1B間で
光路の切り換え(スイッチング)を行うことができる。
例えば、図3(A)に示すように、光信号5A,5B
を、それぞれ入射側のコアから液晶層4に透過させ、更
に他方のコアへと移行させたり、図3(B)に示すよう
に、他方のコアに移行した光信号を再び液晶層4に透過
させ、更に入射側のコアへと移行させることができる。
尚、以降の説明において、入射した光信号を同一のコア
から出射させる場合を「ON状態」(図3(B))とい
い、入射した光信号を他方のコアから出射させる場合を
「OFF状態」(図3(A))という。
In the waveguide type liquid crystal optical switch 10 configured as described above, the voltage applied to the first electrode pair 2A, 2B and the second electrode pair 6A, 6B is adjusted to control the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 4. By controlling the orientation, it is possible to switch the optical path between the cores 1A and 1B.
For example, as shown in FIG. 3A, the optical signals 5A and 5B are
Are transmitted to the liquid crystal layer 4 from the respective cores on the incident side and are further transmitted to the other core, or the optical signal transmitted to the other core is transmitted to the liquid crystal layer 4 again as shown in FIG. 3B. Then, the light can be further moved to the core on the incident side.
In the following description, the case where the incident optical signal is emitted from the same core is called the “ON state” (FIG. 3B), and the case where the incident optical signal is emitted from the other core is the “OFF state”. (FIG. 3 (A)).

【0018】一般に、液晶の屈折率変化は、コア1A,
1Bを形成する材料とクラッド3を形成する材料の屈折
率差と比較して数十倍大きいため、上記のスイッチング
を少ない電圧で、確実に行うことができる。また、液晶
層4は、その両側面のみがコア1A,1Bと接触してお
り、クロストークも無く、損失も少ない。
Generally, the change in the refractive index of the liquid crystal depends on the core 1A,
Since the difference in refractive index between the material forming 1B and the material forming the cladding 3 is several tens of times larger, the above switching can be reliably performed with a small voltage. Further, the liquid crystal layer 4 is in contact with the cores 1A and 1B only on both side surfaces thereof, has no crosstalk, and has a small loss.

【0019】尚、上記のスイッチング様式は、液晶層4
に使用されるネマチック液晶が正の屈折率変化を示す場
合と、負の屈折率変化を示す場合とでは逆になる。
Incidentally, the above switching mode is based on the liquid crystal layer 4
The case where the nematic liquid crystal used in the above shows a positive change in the refractive index and the case where the nematic liquid crystal shows a negative change in the refractive index is opposite.

【0020】本発明においては、上記したような液晶の
屈折率変化が大きいことを利用して、種々の変更が可能
である。例えば、スイッチング様式を図4に示すよう
に、液晶層4に透過させることなく、各光信号をそれぞ
れ同一のコアで入・出射させて「ON状態」とすること
ができる。
In the present invention, various changes can be made by utilizing the large change in the refractive index of the liquid crystal as described above. For example, as shown in FIG. 4 in a switching mode, each optical signal can be input and output by the same core without being transmitted through the liquid crystal layer 4 to be in the “ON state”.

【0021】また、構造自体も変更可能であり、例えば
図5に図2と同様の断面図で示すように、液晶層4の底
部をコア1A,1Bの中央付近までとすることができ
る。これにより、ネマチック液晶の充填量を少なくでき
る。
Further, the structure itself can be changed. For example, as shown in the sectional view similar to FIG. 2 in FIG. 5, the bottom of the liquid crystal layer 4 can be extended to the vicinity of the center of the cores 1A and 1B. As a result, the filling amount of nematic liquid crystal can be reduced.

【0022】更に、図6に同様の断面図で示すように、
コア1A,1Bの上面のみを覆うように液晶層4を形成
することができる。尚、液晶層4の下方配向膜7Bは、
コア1A,1Bの上面と接していてもよいが、下方配向
膜7Bによる光学的な影響が懸念される場合には、コア
1A,1Bの上面と下方配向膜7Bとの間に極く僅かな
隙間を設けてもよい。
Further, as shown in a similar sectional view in FIG.
The liquid crystal layer 4 can be formed so as to cover only the upper surfaces of the cores 1A and 1B. The lower alignment film 7B of the liquid crystal layer 4 is
Although it may be in contact with the upper surfaces of the cores 1A and 1B, when there is a concern about the optical influence of the lower alignment film 7B, there is a very small amount between the upper surfaces of the cores 1A and 1B and the lower alignment film 7B. A gap may be provided.

【0023】上記の如く構成される導波路型液晶光スイ
ッチ10は、例えば以下のようにして作製される。尚、
ここでは、図1及び図2に示した導波路型液晶光スイッ
チを例示する。
The waveguide type liquid crystal optical switch 10 configured as described above is manufactured, for example, as follows. still,
Here, the waveguide type liquid crystal optical switch shown in FIGS. 1 and 2 is exemplified.

【0024】先ず、CVD法等により、クラッド材料
(例えば、SiO2−TiO2)を第2の電極対の下方電
極6Bを形成する位置にまで堆積させる。次いで、電極
材料(例えば、ITO)からなる薄膜を成膜し、パター
ニングして下方電極6Bを形成する。その後、コア1
A,1Bの形成位置にまでクラッド材料を再び堆積さ
せ、その上にCVD法等によりコア材料(例えば、Si
Cl4−TiCl4)を所定厚さ堆積し、パターニグして
コア1A,1Bを形成する。次いで、CVD法により所
定厚さとなるようにクラッド材料を更に堆積させて下基
板8Bを形成する。
First, a clad material (eg, SiO 2 —TiO 2 ) is deposited up to the position where the lower electrode 6B of the second electrode pair is formed by the CVD method or the like. Then, a thin film made of an electrode material (for example, ITO) is formed and patterned to form the lower electrode 6B. Then core 1
The clad material is redeposited to the formation positions of A and 1B, and the core material (for example, Si
Cl 4 —TiCl 4 ) is deposited to a predetermined thickness and patterned to form cores 1A and 1B. Next, the lower substrate 8B is formed by further depositing a clad material by the CVD method so as to have a predetermined thickness.

【0025】次いで、下基板8Bのコア1A,1Bより
も外方にて平行に垂直溝を形成し、電極材料(例えば、
ITO)を充填して第1の電極対2A,2Bを形成す
る。その後、コア1A,1Bの平行部分の隙間に沿って
所定深さの溝を形成し、ネマチック液晶(例えば、4−
(4−ペンチルシクロヘキシル)シアノベンゼン)を充
填し、上方配向膜7A(例えば、ラビング処理したポリ
アミド膜)により下基板8Bの全面を覆って液晶層4を
封止する。尚、図6に示した構造とするには、液晶層4
を形成する溝を、コア1A,1Bの上面が露出するよう
に形成する。
Next, a vertical groove is formed in parallel to the outside of the cores 1A and 1B of the lower substrate 8B, and an electrode material (for example,
ITO) is filled to form the first electrode pair 2A, 2B. After that, a groove having a predetermined depth is formed along the gap between the parallel portions of the cores 1A and 1B, and a nematic liquid crystal (for example, 4-
(4-pentylcyclohexyl) cyanobenzene) is filled, and the entire surface of the lower substrate 8B is covered with the upper alignment film 7A (for example, a rubbing-treated polyamide film) to seal the liquid crystal layer 4. In addition, in order to obtain the structure shown in FIG.
Is formed so that the upper surfaces of the cores 1A and 1B are exposed.

【0026】そして、上方配向膜7Aの液晶層4と対向
する位置に第2の電極対の上方電極6A(例えば、IT
O膜)を形成し、その上にCVD法によりクラッド材料
を堆積して上基板8Aを形成することにより、導波路型
液晶光スイッチ10が完成する。
Then, the upper electrode 6A (for example, IT) of the second electrode pair is formed at a position of the upper alignment film 7A facing the liquid crystal layer 4.
An O film) is formed, and a clad material is deposited on the O film to form the upper substrate 8A, whereby the waveguide type liquid crystal optical switch 10 is completed.

【0027】また、上記した導波路型液晶光スイッチ1
0は、その偶数個を接続し、全体として単一の光スイッ
チと同様に一対の入力端及び一対の出力端を備える構成
とすることができる。本発明においては、偶数個の導波
路型液晶光スイッチ10を接続し、全体として単一の光
スイッチとして機能する構成としたものを「ダブルゲー
ト型光スイッチ」と定義する。
Further, the above-mentioned waveguide type liquid crystal optical switch 1
0 can be configured to connect an even number thereof and to have a pair of input ends and a pair of output ends as a single optical switch as a whole. In the present invention, a configuration in which an even number of waveguide type liquid crystal optical switches 10 are connected to function as a single optical switch as a whole is defined as a "double gate type optical switch".

【0028】図7はこのようなダブルゲート型光スイッ
チの一例を示すものであり、4個の導波路型液晶光スイ
ッチ10で構成したダブルゲート型光スイッチを模式的
に示す図である。図示されるダブルゲート型光スイッチ
は、第1の導波路型液晶光スイッチ10Aの一方の出力
端cと第2の導波路型液晶光スイッチ10Bの一方の入
力端e、第1の導波路型液晶光スイッチ10Aの他方の
出力端dと第4の導波路型液晶光スイッチ10Dの一方
の入力端m、第3の導波路型液晶光スイッチ10Cの一
方の出力端kと第2の導波路型液晶光スイッチ10Bの
他方の入力端f、第3の導波路型液晶光スイッチ10C
の他方の出力端lと第4の導波路型液晶光スイッチ10
Dの他方の入力端nとを、それぞれ光導波路20で接続
して構成されている。また、第1の導波路型液晶光スイ
ッチ10Aの一方の入力端aを第1の入力ボート(IN
1)、第3の導波路型液晶光スイッチ10Cの一方の入
力端jを第2の入力ポート(IN2)とし、更に第2の
導波路型液晶光スイッチ10Bの一方の出力端gを第1
の出力ポート(OUT1)とし、第4の導波路型液晶光
スイッチ10Dの他方の出力端pを第2の出力ポート
(OUT2)としており、それとともに、第2の導波路
型液晶光スイッチ10Bの他方の出力端hがダミーポー
ト1として、第4の導波路型液晶光スイッチ10Dの他
方の出力端oがダミーポート2としてそれぞれターミネ
ートされている。
FIG. 7 shows an example of such a double gate type optical switch, and is a diagram schematically showing a double gate type optical switch composed of four waveguide type liquid crystal optical switches 10. The illustrated double-gate type optical switch includes one output end c of the first waveguide type liquid crystal optical switch 10A, one input end e of the second waveguide type liquid crystal optical switch 10B, and the first waveguide type optical switch. The other output end d of the liquid crystal optical switch 10A, one input end m of the fourth waveguide type liquid crystal optical switch 10D, one output end k of the third waveguide type liquid crystal optical switch 10C and the second waveguide. Type liquid crystal optical switch 10B, the other input end f, third waveguide type liquid crystal optical switch 10C
Of the other output end l of the fourth waveguide type liquid crystal optical switch 10
The other input end n of D is connected by an optical waveguide 20. Further, one input end a of the first waveguide type liquid crystal optical switch 10A is connected to the first input port (IN
1), one input end j of the third waveguide type liquid crystal optical switch 10C is set as the second input port (IN2), and one output end g of the second waveguide type liquid crystal optical switch 10B is set as the first
Output port (OUT1) of the second waveguide type liquid crystal optical switch 10B, and the other output end p of the fourth waveguide type liquid crystal optical switch 10D is used as a second output port (OUT2). The other output end h is terminated as a dummy port 1, and the other output end o of the fourth waveguide type liquid crystal optical switch 10D is terminated as a dummy port 2.

【0029】このダブルゲート型光スイッチにおいて
も、上記した導波路型液晶光スイッチに倣い(図3参
照)、第1の入力ポートIN1から入射した光信号が第
2の出力ポートOUT1から出射し、第2の入力ポート
IN2から入射した光信号が第2の出力ポートOUT2
から出射する状態を「ON状態」、逆に第1の入力ポー
トIN1から入射した光信号が第2の出力ポートOUT
2から出射し、第2の入力ポートIN2から入射した光
信号が第1の出力ポートOUT1から出射する状態を
「OFF状態」とする。また、ON状態またはOFF状
態において、各出力ポートから出射されるべき光信号の
強度と、出射されるべきでない光信号(迷光)の強度と
の比を「消光比」と定義する。
Also in this double gate type optical switch, following the above-mentioned waveguide type liquid crystal optical switch (see FIG. 3), the optical signal incident from the first input port IN1 is emitted from the second output port OUT1. The optical signal incident from the second input port IN2 is transmitted to the second output port OUT2.
The state of being emitted from the "ON state", conversely, the optical signal incident from the first input port IN1 is output to the second output port OUT.
A state in which an optical signal emitted from the second input port IN2 and emitted from the second input port IN2 is emitted from the first output port OUT1 is referred to as an “OFF state”. Further, in the ON state or the OFF state, the ratio between the intensity of the optical signal to be emitted from each output port and the intensity of the optical signal (stray light) that should not be emitted is defined as an "extinction ratio".

【0030】上記ダブルゲート型光スイッチにおいて、
ON状態にするには全ての導波路型液晶光スイッチ10
A〜10DをON状態にする。それにより、第1の入力
ポートIN1に入射した光信号は第1の導波路型液晶光
スイッチ10Aの出力端cから出射し、第2の導波路型
液晶光スイッチ10Bの入力端eに入射して出力端g、
即ち第1の出力ポートOUT1から出射する。その際、
迷光が存在しても、第1の導波路型液晶光スイッチ10
Aにおいては出力端dから出射され、ダミーポート2に
至り、第2の導波路型液晶光スイッチ10Bにおいては
ダミーポート1に至り、それぞれ本来の出力ポートから
は出射されず、高消光比を実現できる。
In the above double gate type optical switch,
To turn on, all waveguide type liquid crystal optical switches 10
Turn on A to 10D. As a result, the optical signal incident on the first input port IN1 exits from the output end c of the first waveguide type liquid crystal optical switch 10A and enters the input end e of the second waveguide type liquid crystal optical switch 10B. Output end g,
That is, the light is emitted from the first output port OUT1. that time,
Even if stray light exists, the first waveguide type liquid crystal optical switch 10
In A, the light is emitted from the output end d and reaches the dummy port 2, and in the second waveguide type liquid crystal optical switch 10B, it reaches the dummy port 1 and is not emitted from the respective original output ports, thus realizing a high extinction ratio. it can.

【0031】一方、OFF状態にするには、全ての導波
路型液晶光スイッチ10A〜10DをOFF状態にすれ
ばよく、その場合も迷光はダミーポート1またはダミー
ポート2から出射される。
On the other hand, to turn it off, all the waveguide type liquid crystal optical switches 10A to 10D may be turned off. In that case as well, stray light is emitted from the dummy port 1 or the dummy port 2.

【0032】また、図8に示すように、導波路型液晶光
スイッチ10を2個接続し、全体として単一の光スイッ
チを構成することができる。この構成では、第1の導波
路型液晶光スイッチ10Aの一方の出力端cと第2の導
波路型液晶光スイッチ10Bの一方の入力端eとを光導
波路20で接続しており、第1の導波路型液晶光スイッ
チ10Aの一方の入力端aを第1の入力ポートIN1と
し、第2の導波路型液晶光スイッチ10Bの他方の入力
端fを第2の入力ポートIN2とし、第2の導波路型液
晶光スイッチ10Bの一方の出力端gを第1の出力ポー
トOUT1とし、第1の導波路型液晶光スイッチ10A
の他方の出力端dを第2の出力ポートOUT2としてい
る。また、第2の導波路型液晶光スイッチ10Bの他方
の出力端hをダミーポートとしている。
Further, as shown in FIG. 8, two waveguide type liquid crystal optical switches 10 can be connected to form a single optical switch as a whole. In this configuration, one output end c of the first waveguide type liquid crystal optical switch 10A and one input end e of the second waveguide type liquid crystal optical switch 10B are connected by the optical waveguide 20. Of the waveguide type liquid crystal optical switch 10A is used as a first input port IN1, and the other input end f of the second waveguide type liquid crystal optical switch 10B is used as a second input port IN2. One output end g of the waveguide type liquid crystal optical switch 10B is used as a first output port OUT1, and the first waveguide type liquid crystal optical switch 10A is used.
The other output terminal d of is used as the second output port OUT2. The other output end h of the second waveguide type liquid crystal optical switch 10B is used as a dummy port.

【0033】このダブルゲート型光スイッチにおいて、
ON状態とするには、第1の導波路型液晶光スイッチ1
0A及び第2の導波路型液晶光スイッチ10BともにO
N状態とする。それにより、第1の入力ポートIN1に
入射した光信号は、第1の導波路型液晶光スイッチ10
Aの出力端cから出射し、第2の導波路型液晶光スイッ
チ10Bの入力端eに入射して出力端g、即ち第1の出
力ポートOUT1から出射する。その際、迷光が存在す
ると、第1の導波路型液晶光スイッチ10Aの他方の出
力端dに至り第2の出力ポートOUT2から出射される
ため、消光比は導波路型液晶光スイッチ単体の場合と同
じになる。
In this double gate type optical switch,
To turn on, the first waveguide type liquid crystal optical switch 1
0A and the second waveguide type liquid crystal optical switch 10B are both O
Set to N state. As a result, the optical signal incident on the first input port IN1 is transmitted to the first waveguide type liquid crystal optical switch 10
The light exits from the output end c of A, enters the input end e of the second waveguide type liquid crystal optical switch 10B, and exits from the output end g, that is, the first output port OUT1. At that time, if stray light exists, it reaches the other output end d of the first waveguide type liquid crystal optical switch 10A and is emitted from the second output port OUT2. Therefore, the extinction ratio is in the case of the waveguide type liquid crystal optical switch alone. Will be the same as

【0034】一方、OFF状態にするには、第1の導波
路型液晶光スイッチ10A及び第2の導波路型液晶光ス
イッチ10BともにOFF状態とする。それにより、第
1の入力ポートIN1及び第2の入力ポートIN2に入
射した光信号の迷光は何れもダミーポート2から出力さ
れる。
On the other hand, to turn it off, both the first waveguide type liquid crystal optical switch 10A and the second waveguide type liquid crystal optical switch 10B are turned off. As a result, both the stray light of the optical signal that has entered the first input port IN1 and the second input port IN2 is output from the dummy port 2.

【0035】上記のように、2個の導波路型液晶光スイ
ッチ10A,10Bから構成されるダブルゲート型光ス
イッチでは、導波路型液晶光スイッチの数が少なくて済
み安価であるが、第2の入力ポートIN2から第2の出
力ポートOUT2への出力はできないため、ON状態で
第2の出力ポートOUT2を使用しない構成とする必要
がある。
As described above, in the double gate type optical switch composed of the two waveguide type liquid crystal optical switches 10A and 10B, the number of the waveguide type liquid crystal optical switches is small and the cost is low. Since it is not possible to output from the input port IN2 to the second output port OUT2, it is necessary to have a configuration in which the second output port OUT2 is not used in the ON state.

【0036】尚、上記ダブルゲート型光スイッチは、同
一基板上に全ての導波路型液晶光スイッチを光導波路で
接続して集積した構成が望ましいが、個別に形成された
導波路型液晶光スイッチを光ファイバで接続した構成と
することもできる。
The double-gate type optical switch is preferably constructed by connecting all the waveguide type liquid crystal optical switches on the same substrate by connecting them with optical waveguides, but the waveguide type liquid crystal optical switches are individually formed. Can also be configured to be connected by an optical fiber.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来の導波路型液晶光スイッチと比べて、低挿入損失
で、偏波依存性の無い高性能の導波路型液晶光スイッチ
が提供できる。
As described above, according to the present invention,
As compared with the conventional waveguide type liquid crystal optical switch, a high performance waveguide type liquid crystal optical switch with low insertion loss and no polarization dependence can be provided.

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

【図1】本発明の導波路型液晶光スイッチの一実施形態
を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a waveguide type liquid crystal optical switch of the present invention.

【図2】図1のAA断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】図1に示した導波路型液晶光スイッチにおける
光路の切り換え状態の一例を示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing an example of an optical path switching state in the waveguide type liquid crystal optical switch shown in FIG.

【図4】図1に示した導波路型液晶光スイッチにおける
光路の切り換え状態の他の例を示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing another example of an optical path switching state in the waveguide type liquid crystal optical switch shown in FIG.

【図5】本発明の導波路型液晶光スイッチの他の実施形
態を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another embodiment of the waveguide type liquid crystal optical switch of the present invention.

【図6】本発明の導波路型液晶光スイッチの更に他の実
施形態を示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing still another embodiment of the waveguide type liquid crystal optical switch of the present invention.

【図7】本発明の導波路型液晶光スイッチを4個接続し
て構成されるダブルゲート型光スイッチを示す平面図で
ある。
FIG. 7 is a plan view showing a double gate type optical switch configured by connecting four waveguide type liquid crystal optical switches of the present invention.

【図8】本発明の導波路型液晶光スイッチを2個接続し
て構成されるダブルゲート型光スイッチを示す平面図で
ある。
FIG. 8 is a plan view showing a double-gate type optical switch configured by connecting two waveguide type liquid crystal optical switches of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1A,1B コア 2A,2B 第1の電極対 3 クラッド 4 液晶層 6A,6B 第2の電極対 7A,7B 配向膜 8A 上基板 8B 下基板 10 導波路型液晶光スイッチ 20 光導波路 1A, 1B core 2A, 2B First electrode pair 3 clad 4 Liquid crystal layer 6A, 6B Second electrode pair 7A, 7B Alignment film 8A upper substrate 8B lower substrate 10 Waveguide type liquid crystal optical switch 20 optical waveguide

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一対の近接したコアを有する光導波路を
備え、両コア間で光路の切り替えを行う光スイッチであ
って、 一対のコアで挟まれる空間、もしくは両コアに跨りコア
の上面のみを覆う空間にネマチック液晶を充填してなる
液晶層と、一対のコアの水平方向外方にてコアと対向し
て配置される第1の電極対と、第1の電極対と直交する
方向にて液晶層を挟むように対向配置され、かつ第1の
電極対とは独立に制御される第2の電極対と、コア、液
晶層、第1の電極対及び第2の電極対を一括して包囲す
るクラッドとを備えることを特徴とする導波路型液晶光
スイッチ。
1. An optical switch comprising an optical waveguide having a pair of adjacent cores and switching an optical path between the cores, the space being sandwiched between the pair of cores, or straddling both cores, and only the upper surface of the cores. A liquid crystal layer having a space filled with nematic liquid crystal, a first electrode pair arranged to face the cores in a horizontal direction outward of the pair of cores, and a direction orthogonal to the first electrode pair. A second electrode pair, which is arranged so as to sandwich the liquid crystal layer and is controlled independently of the first electrode pair, and the core, the liquid crystal layer, the first electrode pair, and the second electrode pair are collectively included. A waveguide type liquid crystal optical switch, comprising: a clad surrounding the waveguide.
【請求項2】 液晶層が第2の電極対と対向する少なく
とも一方の面に配向膜を有し、かつ配向膜による液晶分
子の配向方向が、第1の電極対による液晶分子の配向方
向及び第2の電極対による液晶分子の配向方向とそれぞ
れ直交していることを特徴とする請求項1記載の導波路
型液晶光スイッチ。
2. The liquid crystal layer has an alignment film on at least one surface facing the second electrode pair, and the alignment direction of the liquid crystal molecules by the alignment film is the same as the alignment direction of the liquid crystal molecules by the first electrode pair. 2. The waveguide type liquid crystal optical switch according to claim 1, which is orthogonal to the alignment direction of liquid crystal molecules by the second electrode pair.
【請求項3】 各電極が、コアの幅の半分以上の間隔で
該コアから離れていることを特徴とする請求項1または
2記載の導波路型液晶光スイッチ。
3. The waveguide type liquid crystal optical switch according to claim 1, wherein each electrode is separated from the core at an interval of at least half the width of the core.
【請求項4】 液晶層が、光導波路の光軸と平行に延び
る柱状であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1
項に記載の導波路型液晶光スイッチ。
4. The liquid crystal layer has a columnar shape extending parallel to the optical axis of the optical waveguide.
Item 2. A waveguide type liquid crystal optical switch according to item.
【請求項5】 請求項1〜4の何れか1項に記載の導波
路型液晶光スイッチ2個または4個からなり、かつ一方
の導波路型液晶光スイッチの出力端と他方の導波路型液
晶光スイッチの入力端とが光導波路もしくは光ファイバ
で接続され、全体として2つの入力端、2つの出力端、
1つまたは2つのダミー出力端を備えることを特徴とす
るダブルゲート型光スイッチ。
5. The waveguide type liquid crystal optical switch according to claim 1, comprising two or four waveguide type liquid crystal optical switches, and one waveguide type liquid crystal optical switch output end and the other waveguide type liquid crystal optical switch. The input end of the liquid crystal optical switch is connected by an optical waveguide or an optical fiber, and as a whole, two input ends, two output ends,
A double-gate optical switch having one or two dummy output terminals.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101859034A (en) * 2010-05-31 2010-10-13 哈尔滨工程大学 Double-core optical fiber switch integrated in one optical fiber
CN107688250A (en) * 2017-09-20 2018-02-13 香港理工大学深圳研究院 A kind of optical crossover interconnection devices based on liquid crystal electrooptical waveguide

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