JP2004246362A - 光ビームを空間変調する装置および対応する用途 - Google Patents

Abstract

【課題】ポリマー分散形液晶（ＰＤＬＣ）素子から成る、光ビームを空間変調する装置において、偏光依存性の無い光変調素子を実現する。
【解決手段】前記素子は、少なくとも２つの電極を有するシステムを用いて互いに別個にアドレス指定することができる少なくとも２つの領域を含み、前記電極は、前記少なくとも２つの電極間に少なくとも１つの横方向の電界が発生することによる偏光に対して、前記装置の感度を低減させるように選択された所定の非線形パターン有しており、前記装置は、少なくとも１つの異方性の位相遅延板を含み、偏光に対する感度を低減させる光学手段も含む。
【選択図】図３

Description

本発明の分野は、光通信である。より正確に言うと、本発明は、入射する光ビームの偏光の影響を受けないように光を空間変調する液晶装置に関する。

この種の装置は、一般に光変調器と呼ばれ、現在の通信システムにおける重要な構成部品である。それらの装置は、スペクトル等化（spectrum equalization）やビーム整形の目的のために光ビームの動的な減衰もしくは空間的な位相シフトなどの機能を実行するため、または可変の遅延線やチューナブルフィルタを得るために使用できる。

これらの様々な機能を実行できる何種類かの変調器はよく知られているが、これらの変調器において、本発明は、特に、光ビームの全てまたは一部の位相を減衰またはシフトさせるために使用される液晶素子を含む光変調器に適用できる。

これらの変調器のいくつかは電圧変調式液晶セルを使用する。これは、セルの端子に印加された電圧が、結晶の光軸を光の伝搬方向に平行な方向からそれに垂直な方向に向かって、またはその逆に回転させることによって、セルを通過する光の位相を変化させる方式である。例えば、この種の効果は、XTELLUS社の名前による国際特許出願第ＷＯ０２／０７１１３３Ａ２号の中に示された光減衰器において使用されている。

新しい種類の変調器が最近開発されている。この変調器では、液晶素子がポリマー分散形液晶（polymer dispersed liquid crystal：以下、「ＰＤＬＣ」）とよばれる液晶とポリマーの混合体とを含むセルに置き換えられている。

この種のＰＤＬＣセルの動作原理は、図１ａおよび図１ｂを参照して下記のように説明される。液晶の小滴１０は、ホストポリマー材料（host polymer material）１１の中で形成される。ポリマー内のこれらの小滴の向きは、休止している場合（図１ａ）、換言すると、セルの端子に電圧が印加されていない場合は不定である。液晶とポリマーとの極めて大きい指数の間の光学指数（optical index）における相違により、セル１３を通過する光１２は多数のディフューザの間を通過することになる、すなわち、小滴が光の波長（ナノＰＤＬＣという用語が使用される、一般に、１０ｎｍから１００ｎｍ）に比べて小さい場合には、図１ａの矢印によって示すように、多くの遅れによってゲートがかけられる。

電圧１４がセルの端子に印加されると（図１ｂ）、液晶の小滴１０は、このようにして作られた電界の中で整列される。そして、通常の指数（ordinary index）の液晶のみが光１２によって見ることができる。この指数はポリマーの指数と同程度であるため、媒体は図１ｂの矢印に示すように透明になる。

このため、この種のＰＤＬＣセルを使用することによって得られた光ビームの減衰すなわち位相シフト効果は、従来の液晶セルの中で使用される特性とは極めて異なった特性を使用する。ＰＤＬＣセルの中で使用される特性は、液晶の小滴が存在することによって発生した光の拡散特性、すなわち遅延特性であり、従来の液晶セルの場合のような結晶の光軸の回転に関連する特性ではない。

ＰＤＬＣセルの電圧制御は、通常、セルの幾つかの領域すなわちピクセルを独立してアドレス指定するモジュールまたはマトリックスの形式で編成された電極のシステムを用いて加えられる。

空間光変調器の通常の構成では、言い換えると、ＰＤＬＣ材料に加えられた電界が光学的な波動ベクトルと同一線上にある場合には、この種の装置は、基本のディフューザ（言い換えると、液晶の小滴）の数と、形状と、寸法とが正確に選択されるならば、偏光にはほとんど影響を受けないと考えられている。

入射光の偏光の影響を受けないというこの特性は、通信領域において極めて重要になる。この通信領域では、通常、偏光による分散損失が低いこと（polarisation dispersion loss：以下、「ＰＤＬ」とよぶ）が求められている。

ＰＤＬＣセルが、適当な電極システムが独立してアドレス指定することができる幾つかの基本領域すなわちピクセルに分割される場合には、偏光に影響されないというこの特性は各基本ピクセルの中心領域内では通常満足されるが、ピクセル間の領域では満足されない。

２つのアドレス指定された隣接するピクセル間の相対的な電位差は、液晶の小滴に対して光学的な波動ベクトルに垂直な優越方位（preferential orientation）を与える効果を有する横方向の電界を発生する。

明らかに、この現象はセル内の異なったピクセル間の相対的な電圧に依存し、その発現はＰＤＬＣセルの全ての基本領域が同じ電圧になるときに最小になる。

セルの基本領域を仕切りすることができない場合（これは、例えば、光信号が各ピクセルを個別に照射するのではなく変調器全体を照射しているときに、変調器が光信号を連続的に減衰させるために使用される場合）には、この現象の効果は、巨視的な光学異方性（optical anisotropy）を再度導入することにある。この光学異方性によってＰＤＬ全体が増加され、変調器が現代の光通信システムの制約とは無関係にされる。

この入射光の偏光に対する感度の現象は、ピクセルがピクセル間の領域よりも小さい場合には、ピクセルの有用な領域で発生することもある。この構成では、ピクセル上で作られた電界の効果は、隣接するピクセルに敏感であるか、またはピクセル間の領域を超えることもある。

横方向の電界が作られることによって引き起こされたこの不要な現象は、図２に関連してより詳細に示されている。

空間的光変調器は、一方のガラスプレートが対電極２０によってカバーされ、他方が透明電極２２のネットワークでカバーされた２つのガラスプレートから構成すると考えられており、それらのプレートの間にＰＤＬＣ形の材料２３が挿入されている。そして、各電極はこの材料に局所的にアドレス指定する電圧を与え、光ビームの波動ベクトルと同一線上にある電界が形成されてこの変調器を照射する。ネットワーク内の各電極の電位は特定の値まで増加され、その結果、図２において領域２１および２７の力線に示すように、（例えば、電極２４、２５、２６などの）電極間の相対的な電圧変動が引き起こされて、横方向の電圧が生じる。

電極の変調が変動することと液晶のしきい値電圧が高いこととに起因するこれらの横方向の電圧を減らすことは難しい。しかしながら、これらの電圧は、電極間領域の横方向の電界の大きさに依存し、ＰＤＬＣ材料の複屈折を引き起こす液晶の小滴の優越方位を発生する原因となる。

この特許出願の発明者らは、液晶素子の異なる領域のアドレス指定電圧の値とピクセル間の領域の寸法が小さいこととを考慮すると、大抵の場合には、これらの発生した横方向の電圧は、電極のネットワークに垂直な平均の優越方位を作り出すために十分な大きさであることに気付いた。

特に、本発明の別の目的は、この現象を補正するために光を空間的に変調する技術を提供し、これにより、入射光の偏光とは無関係にこの技術を実行させることである。

光学的液晶装置の偏光に依存する問題は、例えば、前述したXTELLUS社が出願人である国際特許出願第ＷＯ／０２／０７１１３３Ａ２号において検討されている。しかしながら、この種の装置に現れる偏光による現象は、前述したように使用される材料（従来の液晶またはＰＤＬＣ）の性質が異なるため、本発明が解決しようとしている現象とは極めて異なっている。従来の液晶セルの中で使用される特性は、液晶の光軸の回転特性（複屈折軸の変調）であることに留意してほしい。他方、ＰＤＬＣセルでは、小滴は、光ビームのディフューザ、つまり遅延ゲートを形成する。

さらに、XTELLUS社の資料において特に考えられた解決策は、この装置の構成が反射形または透過形であるかどうかにより、４分の１波長板または２分の１波長板を挿入することから成る。

この解決策では、本発明が特に適用可能である、ＰＤＬＣベースの空間変調器の中で発生する偏光に依存する問題を満足に解決できない。

このため、本発明の目的は、電極間に横方向の電界が発生する影響を最小にする電極システムによって制御されたＰＤＬＣ形の液晶セルに基づいた、光を空間的に変調する技術を提供することである。

より正確には、本発明の１つの目的は、簡単で安価に実現できる技術を提供することである。

本発明の別の目的は、考えられる用途の種類の機能として容易に適合することができる技術を実現することである。

本発明の別の目的は、光通信分野の信頼性に対する要求事項を満足させる小形の空間変調器を設計できるような技術を提供することである。

これらの目的および後述する別の目的は、ＰＤＬＣ素子を含む光ビームを空間的に変調する装置を用いて実現される。前記素子は、少なくとも２つの電極を有するシステムを用いて互いに別個にアドレス指定することができる少なくとも２つの領域を含む。

本発明によれば、前記電極は、前記少なくとも２つの電極間に少なくとも１つの電界が発生することによる偏光に対して、前記装置の感度を低減するように選択された所定の非線形パターンを有し、前記装置は、少なくとも１つの異方性の位相遅延板を含む、偏光に対する感度を低減させる光学手段も含む。

このため、本発明は、ＰＤＬＣセルに基づいた光の空間的変調に対する完全に新規で創意に富んだ方式に基づいている。液晶セルを有する従来の変調器に対して過去に考えられた偏光に対して感度を低減させるための技術は、通常、変調器を４分の１波長板または複屈折プリズムタイプ等の１つ以上の適当な光学素子に結合させる技術を含む。他方、本願において説明されるこの方式では、セル電極のパターン上で直接に動作することによって、そのような変調装置は偏光に対して影響を受けないようにされる。

このため、本発明は、電極間の電界の優先的な整列（preferential alignment）を避けるように、（通常は直線である）電極の規則的な配列を壊すことから成る。この優先的な整列は、変調器の領域（またはピクセル）の端部において液晶の小滴を整列方向に導くことなり、その結果、この装置のＰＤＬを増加させる原因になっている。

特に、ゼロ平均（zero average）をもつ電極パターンは、発生した様々な横方向の電界を統計的に最小にし、これによって液晶の小滴の有害な優先的整列を低減するために好ましい。

この装置の偏光に対する不感受性をさらに高めるために、電極のこの特別なパターンは、４分の１波長板または２分の１波長板形の位相遅延板を使用することに関係している。位相遅延板と非線形な電極パターンとを組み合わせて使用することにより、偏光に対して本発明による装置が事実上影響を受けないことが保証される。

前記所定のパターンはゼロ平均を有することが好ましい。

そして、その結果として液晶の小滴の優越方位を発生する横方向の電界が統計的に相殺される。

前記液晶がナノＰＤＬＣ形であり、前記ポリマー内に分散された前記液晶の小滴の直径が約１０ｎｍと約１００ｎｍとの間にあることが好ましい。

本発明の第１の好ましい変形例によれば、前記所定の電極パターンは正弦波である。

本発明の第２の好ましい変形例によれば、前記所定の電極パターンは鋸歯状波（saw tooth pattern）である。

第１の好ましい実施形態によれば、前記装置は反射形の構成であり、前記位相遅延板は４分の１波長板である。

有利には、前記システムは少なくとも１つの対電極から成る少なくとも２つの電極を有し、前記４分の１波長板は、前記電極の方向から約４５°に向けられ、前記対電極とミラーとの間に挿入される。

第２の好ましい実施形態によれば、この装置は透過形の構成であり、前記位相遅延板は２分の１波長板である。

有利には、本発明のこの第２の実施形態では、前記２分の１波長板は、２つの隣接する液晶素子の間に挿入される。

本発明による装置のこれらの種々の特徴は、以下に説明するような多様な構成による偏光ダイバーシティ装置（polarisation diversity device）の使用と組み合わせることができる。

本発明による装置の第１の好ましい構造によれば、前記装置は、透明形の構成であり、
−頂部から底部まで取り付けられた２つの線形の複屈折プリズムと、
−前記電極の方向から約４５°に向けられた第１の２分の１波長板と、
−前記プリズムの１つの出射部において前記ビームの屈折された配列の光路上に配置された第２の２分の１波長板と
を含んでなり、
前記液晶素子が前記プリズムの間に挿入される。

この種の構造の利点は、それが２つの光路の平衡を保つため、ＰＭＤを残さないことにある。出力の偏光方向は横方向または縦方向のいずれかであり、その状態は線形の複屈折の自然の状態すなわち直線偏光と同じである。

この種の装置が、前記プリズムの入射部および出射部において前記ビームを平行にする手段も含むことが好ましい。これにより、ビームを分離することができる。

本発明による装置の第２の好ましい構造によれば、前記装置は、反射形の構成を有し、
−線形の複屈折プリズムと、
−前記プリズムからの出射部において前記ビームの第１の屈折された配列の光路上に配置された２分の１波長板と、
−前記プリズムからの出射部において前記ビームの第２の屈折された配列の光路上に配置された遅延手段と、
−ミラーと
を含んでなり、
前記液晶素子は、前記プリズムと前記２分の１波長板と前記遅延手段とを含むアセンブリと、前記ミラーとの間に配置される。

例えば、このプリズムは方解石のプリズムである。遅延手段は、戻りの光路の差を補正するために使用される。

本発明による装置の第３の好ましい構造によれば、この装置は、
−頂部から底部まで取り付けられた２つの線形の複屈折プリズムと、
−前記プリズムに接続する偏光セパレータキューブ（polarisation separator cube）と、
−前記プリズムの異常出射（extraordinary output）および正常入射（ordinary input）上にそれぞれ配置された２つの２分の１波長板と
を含んでなり、
前記液晶素子は、前記２分の１波長板と前記偏光セパレータキューブとの間に配置される。

このより複雑な第３の構造は、光路の釣り合いを取ることを目的にしている。それは、入力と出力とを分離できるようにして、サーキュレータが使用される可能性を防止する。

本発明の１つの好適な特徴によれば、前記システムは少なくとも１つの対電極を含む少なくとも２つの電極を有し、前記対電極は、それぞれがピクセルと呼ばれる少なくとも２つの基本領域へと分割された少なくとも２つの電極を含む。

前記液晶素子の前記少なくとも２つの領域は、前記領域の整列方向に垂直な方向の少なくとも２つの下位領域へとそれぞれ分割されることが好ましい。

有利には、前記装置は、前記下位領域のアドレス指定電圧を制御する手段を含み、これにより前記装置の偏光に対する感度を相補的に低減することができる。

第１の好適な変形例によれば、前記制御手段は、２つの隣接する下位領域間のアドレス指定電圧の差を最大にする。

このため、完全に横方向に向けられたディフューザの数がより多くなり、小滴の方位が増加することにより、偏光に対する感度を低減させるための本発明による方法の効率が増加する。

２つの隣接する下位領域は、交互にアドレス指定する電圧を有することが好ましい。そのような交番電圧は、横方向の電界を存在させないようにする手段を提供する。

第２の好ましい変形例によれば、前記制御手段は、２つの隣接する下位領域間のアドレス指定電圧の差を最小にする。その結果、隣接する下位領域間の横方向の電界は最小にされる。

前記下位領域のアドレス指定電圧は、ほぼ均一にされることが好ましい。

本発明による装置は、
−光ビームの減衰と、
−光ビームの少なくとも部分的な位相シフトと、
−スペクトルの等化と、
−光ビームの整形と、
−可変の遅延線の設計と、
−同調可能なフィルタの設計と、
−スペクトルバンドの選択と、
−光学的アドドロップマルチプレクサ（Optical Add Drop Multiplexer：以下、「ＯＡＤＭ」とよぶ）と
を含むグループに属する分野の用途に好適に使用される。

本発明の別の特徴および利点は、単純な例証的であるが限定するものではない実施例および添付した図面として与えられた以下の好ましい実施形態の説明を読むことにより一層明らかになるであろう。

本発明の一般原理は、変調器の電極間に横方向の電界が生じることに起因する、液晶の小滴の有害な整列を減らすために、特別な電極パターンを設計することに基づいている。

図３は、本発明による電極パターンの実施例を示す。

例えば、変調装置は、ＰＤＬＣセルの８個の領域（またはピクセル）を別個にアドレス指定できる８個の電極３１〜３８を含む。これらの電極は、魚骨形パターン（herring bone pattern）３０をそれぞれ有する。このパターンでは、各山形の角度は約９０°に等しく、（例えば、電極３１と３２との間の）ピクセル間領域では横方向の電界の発生による液晶の２つの優先的な整列方向は直交する。これにより、横方向の電界は、互いに補正されて相殺される。

例えば、正弦波の電極パターン等のどのような他のゼロ平均の電極パターンも使用できる。

入射光ビーム変調装置は、図４に示したように、本発明による反射形の変調器の構成の中に４分の１波長板を挿入することによって、前述した特別な電極パターンを使用せずに、偏光の影響を一層無くすことができる。

変調器４１は、例えば、図３に関連して上記のように示したパターンを有する９個の電極４１１〜４１９を含む。本発明による変調装置は、ＰＤＬＣセル４２および対電極４３も含む。電極４１１〜４１９の方向から４５°に方向付けられた４分の１波長板が、変調器の対電極４３と誘電ミラー４５との間に挿入される。

下記の計算により、そのような変調装置の偏光に対する不感受性（insensitivity）が実証される。

変調器は、電極に垂直な向きを有するダイクロイック（dichroic、または２色性）のものであると考えられ、下記のジョーンズのマトリックス（Jones matrix）によって定義される。

この向きから４５°に方向付けられた４分の１波長板に対するジョーンズのマトリックスは、下記のようになる。

ダイクロイックと４分の１波長板とミラーとの構成は、反射の場合には次のような結果を生ずる。

このため、減衰は、入力偏光の２つの構成部品に対して同等に行われる。この場合には、減衰は、まだ等方性であるが、入力の偏光に関係なくどのようなＰＤＬももはや存在しない。この式は、状態や方向を制御することができないような入力の偏光に対して、この装置が影響を受けないことを実証している。

図５は、透過形の変調装置が使用される、性能に関しては同等の構成を示す。

図５に示すように、本発明に従う２つの変調装置５２と５３との間に挿入された２分の１波長板５１を用いることによって、図４におけると同等の機能をこのように得ることができる。光ビームの伝搬方向は、矢印５４で示されている。

ここで図６ａおよび図６ｂを参照して、本発明の変形した実施形態を示す。この実施形態では、偏光に対する変調装置の不感受性が、液晶素子の領域またはピクセルの特別な構造により向上される。

この構想は、二次元の変調装置を設計すること、言い換えると、液晶素子のピクセル形成方向に直交する方向に利用できる追加の自由度を用いることにある。

従って、この変形した実施形態は二次元の変調器を使用する。この変調器では、１つの領域またはピクセルは、ピクセルの整列方向に直交する方向に配置された「下位ピクセル（sub-pixel）」の集合によって置き換えられる。このため、横方向に整列した（図６ａ）ＰＤＬＣセルの領域６１、６２、６３を検討すると、これらの各領域（例えば、領域６１）は、（例えば、下位領域６１０、６１１、６１２−図６ｂのように）縦方向の３つの下位領域へと分割される。

その結果、光ビームを減衰させるために空間変調器を使用する場合には、この減衰は、構造体の「下位ピクセル」（６１０、６１１、６１２）を選択的にアドレス指定することによって行われる。アドレス指定されたピクセルの選択とこれらのピクセルに対して所定の減衰レベルになるように加えられた電圧値とを最適にすることによって、横方向の電界の選択分布をより少なくすることができ、これにより、偏光に対する変調装置の依存性を著しく低下させることができる。

そのような変形した実施形態が使用されない場合には、面電界６４および６５が、例えば、ピクセル６２と、ピクセル６１および６３とのそれぞれの間のピクセル間領域において横方向に沿って発生する可能性がある。

これに対して、ピクセル６１、６２、６３のそれぞれが３つの下位ピクセル６１０〜６１８に分割される場合には、これらの各下位ピクセルに印加されるアドレス指定電圧であるＶ１、Ｖ’２、Ｖ”２、Ｖ”’２、Ｖ３は、例えば、下位ピクセル６１４とその隣接する下位ピクセルのそれぞれとの間に生ずる横向きの電界６２０〜６２７の方向の等方性を低下させるように選択することができる。このように、３つの下位ピクセル６１３、６１４、６１５の１つにそれぞれ加えられる３つのアドレス指定電圧Ｖ’２、Ｖ”２、Ｖ”’２の集合によって、電極６２に印加されるアドレス指定電圧Ｖ２を置き換えるよう決定することができる。

本発明による変調装置は、電極間電圧を低下させるために２つのピクセル化された電極（pixellised electrode）に液晶素子の対電極を置き換えることによって、偏光の影響を一層受けないようにすることができる。この場合には、共通の対電極を用いて２分の１に割られることによって、対電極の各ピクセルに印加される電圧は、解決策に等しい（また、これにより、減衰レベルに等しい）縦方向の電界を得る。横方向の電界は、それに対応して低減される。

この変形した実施形態は、液晶素子の領域が下位領域へと分割されるような図６に関連して説明された変形した実施形態と組み合わせることができるか、または組み合わせることができない場合がある。それは、本発明に基づいて構成の中に４分の１波長板または２分の１波長板を挿入することにより構成される図４および図５に関連して前に説明された変形した実施形態の１つと組み合わせることもできるか、または組み合わせることができない場合がある。

ここで、図６に関連して示された変形した実施形態に対する改良を示す。

前述したように、（ピクセル化の方向に）変調器の軸に沿ってピクセルを空間的にオーバーサンプリングすることによって、必要な減衰レベルを得るために下位ピクセルに加えられた電圧とは無関係に、付加的な自由度を得ることができる。このため、同じスペクトルの分解能に対して、ピクセルを照射する波長またはスペクトル帯域が、幾つかの下位ピクセルをカバーし、横方向の電界を大きく減らすためにこれらの自由度を使用することができる。

通常期待されることとは異なり、第１の解決策では、隣接する下位ピクセル間の電位差を最大にすることによって、優先権を横方向の電界に与える。その結果、完全に横方向に向けられたディフューザ（または液晶の小滴）の数は、オーバーサンプリングが行われない場合（つまり、ピクセルが幾つかの下位ピクセルに分割されない場合）よりも大きくなる。図４および図５に関連して前述したように、（４分の１波長板または２分の１波長板などの）位相遅延板は、システムが偏光の影響を受けないようにするために使用される必要があるが、小滴の向きを大きくすればそれだけこの方法が効率的になる。

この第１の解決策を図７ａおよび図７ｂに示す。図７ａでは、ＰＤＬＣセル（図示せず）が、電極７１〜７４および対電極７５の集合を用いてアドレス指定されることがわかる。図７ｂの変形した実施形態では、各ピクセル７１〜７４が数個の下位ピクセルへと分割され、その中の３つのみが簡略化するために参照番号７６〜７８でマークされている。対向する矢印７０および７９に示すように、ピクセル間の領域内に横方向の電界が存在しないようにするために、交番電圧がこれらの下位ピクセルに印加される。

第２の対向する解決策は、下位ピクセル間の横方向の電界を最小にしようとするために、これらの自由度を使用することから成る。

自由度（つまり、下位ピクセルに対するアドレス指定電圧）の数を増加して、それを制約（つまり、減衰すべきチャネルレベル）の数よりも大きくすることによって、この装置を偏光に一層影響されないようにすることができる。このため、例えば、この解決策では、下位ピクセル間に規則正しく電圧を加える。

ここで、図８ａ〜図８ｃに関連付けて、線形の複屈折プリズムを使用することによる、本発明の別の変形した実施形態を示す。これらの技術的な解決策は、図３に示した特別な電極パターンまたは図４から図７に示した他の技術の１つと組み合わせることに加え、単独で使用することができる。

これらの解決策は、入射光の偏光方向が制御されるような構成のより一般的な状況の範囲内にある。

入射ビームが線形に偏光される場合には、本発明による変調装置内の電極の方向に平行または垂直な２つの方向の１つに沿って、この実施形態を方向付けることができる。本発明による装置の偏光に対する感度をより小さくさせるために、もはや４分の１波長板を図４の構成の中で示したように変調器とミラーとの間に配置する必要はない。一方、偏光状態が任意である場合には、状態は図１に関連して前に説明した場合に等しい。つまり、４分の１波長板によってこの装置が偏光に対して影響を受けないようさらに改良され、入射部における偏光の向きは任意とすることができる。

入射部における偏光を制御するために、幾つかの技術を使用することができる。

第１の解決策は、偏光ダイバーシティ装置を使用することから成る。

この場合には、３つの構成が可能である。第１の透過形の構成が図８ｃに示されている。この構成は、例えば、その間にＰＤＬＣ変調器８３が配置され、頂部から底部まで取り付けられた２つの線形の（例えば、方解石などの）複屈折プリズム８１および８２を使用する。２分の１波長板８４が、電極の向きから４５°の角度に配置され、２分の１波長板８５が、直交する方向に沿って再度方向付けることができるように、２つの屈折された配列の１つである第１のプリズム８１からの出力上に４５°の角度で配置される。

この種のアセンブリは、好適にも２つの光路の平衡を保つため、偏光モードの分散（polarisation mode dispersion：以下、「ＰＭＤ」とよぶ）が残らない。出力の偏光方向は横方向または縦方向のいずれかであり、その状態は、線形の複屈折８１の自然の状態、つまり直線偏光と同じである。実際に分離するために、プリズムの入射部および出射部においてマイクロレンズ８０を用いてビームを平行にする必要がある。

２つの別の反射形の構成が、図８ａおよび図８ｂに示されている。図８ｂの構成では、（マイクロレンズ８０を用いてビームを平行にする）１つの方解石のプリズム８１と、（図８ｃに関連して前に示した原理に基づく）プリズム８１からの屈折された配列の出力の後段にある２分の１波長板８５と、帰路の光路差を補償するための別の配列上の遅延部８６とが使用される。そして、変調器８３がミラー８７の前面に配列される。

図８ａの構成は、光路の平衡を取るように設計されたより複雑な構成を使用する。図４に関連して前に示されたシステムと比較すると、この構成も入射および出射を分離できるようにするため、サーキュレータを使用するという潜在的な必要性が回避される。２つの線形の複屈折プリズム８１および８２が、頂部から底部まで偏光セパレータキューブ８８に接続される。１つの２分の１波長板８４がその異常出射上に配置され、別の２分の１波長板８５が正常入射上に配置される。変調器８３は、図４に説明された構成と同一の構成内に配列され、４分の１波長板８９とミラー８７とに結合される。

光ビームが最初に通過すると、任意の偏光が、分解されて、ピクセル間の電界の線に平行に方向付けられる。このビームが４分の１波長板８９と変調器８３とを２回目に通過した後に、ビームの偏光方向は９０°回転されるため、ビームは複屈折の出射プリズム８２へと向けられる。

線形偏光の場合の入射偏光を制御するための第２の解決策は、光学的偏光維持増幅器（optical polarisation maintenance amplifier）を使用することにある。この場合には、本発明による装置に入射する光ビームの偏光方向は制御されて、電極の方向に直交する方向または垂直な方向のいずれかに沿った方向に向けることができる。

本発明による変調装置が偏光に対する感受性を低下させるために本明細書中に示された種々の解決策が、変調器の性能に対する改良を最適にするように互いに組み合わせることができるか、または電極間領域内に横方向の電界が発生することを低減できる電極パターンと組み合わせて他の解決策とは無関係に各解決策を使用することができることは、当業者には明白であることがわかるであろう。

図１ａおよび図１ｂは、本発明による変調装置の中で使用されるＰＤＬＣ形の液晶セルの動作原理を示す図である。 図１のセルの電極間領域の中で横方向の電界が発生する現象を説明する図である。 本発明に適合する電極パターンの実施例を示す図である。 本発明の第１の変形した実施形態を示す図である。この図では、偏光に対する感度が４分の１波長板を使用することによりさらに低減される。 透過構造の中に２分の１波長板を使用する、本発明の第２の変形した実施形態を示す図である。 図６ａおよび図６ｂは、第３の変形した実施形態を示す図である。この場合には、横方向の電界の方向等方性を低減するために、偏光に対する感度は二次元構造の変調器ピクセル（modulator pixel）を使用することによってさらに減少される。 図７ａ〜図７ｂは、図６の変形例を改良した図である。 図８ａ〜図８ｃは、線形の複屈折プリズムの使用に基づいた、本発明の別の変形例を示す図である。

Claims (21)

1. 少なくとも２つの電極を有するシステムを用いて互いに別個にアドレス指定することができる少なくとも２つの領域を含むポリマー分散形液晶（ＰＤＬＣ）素子を含む、光ビームを空間変調する装置であって、
   前記電極間に少なくとも１つの横方向の電界が発生することによる偏光に対する前記装置の感度を低減させるように選択された所定の非線形パターンを前記電極が有しており、
   少なくとも１つの異方性の位相遅延板を含み、偏光に対する感度を低減させる光学手段も含むことを特徴とする装置。
2. 前記所定のパターンが、ゼロ平均を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記液晶が、ナノＰＤＬＣ形であり、前記ポリマー内に分散された前記液晶の小滴の直径が１０ｎｍと１００ｎｍとの間にあることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか記載の装置。
4. 前記所定の電極パターンが、正弦波であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の装置。
5. 前記所定の電極パターンが、鋸歯状波であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の装置。
6. 前記装置は反射形の構成であり、前記位相遅延板は４分の１波長板であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の装置。
7. 少なくとも２つの電極を有する前記システムが少なくとも１つの対電極も有し、前記４分の１波長板が、前記電極の方向から４５°の方位に向けられ、前記対電極とミラーとの間に挿入されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記装置は透過形の構成であり、前記位相遅延板は２分の１波長板であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の装置。
9. 前記２分の１波長板が、２つの隣接する液晶素子の間に挿入されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 透明形の構成を有しており、
    頂部から底部まで取り付けられた２つの線形の複屈折プリズムと、
    前記電極の方向から４５°の方位に向けられた第１の２分の１波長板と、
    前記プリズムの１つの出射部において前記ビームの屈折された配列の光路上に配置された第２の２分の１波長板と
    を含んでなり、
    前記液晶素子が前記プリズムの間に挿入されることを特徴とする、請求項１から請求項５と、請求項８と、請求項９とのいずれか１つに記載の装置。
11. 前記プリズムの入射部および出射部において前記ビームを平行にする手段をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 反射形の構成を有しており、
    線形の複屈折プリズムと、
    前記プリズムからの出射部において前記ビームの第１の屈折された配列の光路上に配置された２分の１波長板と、
    前記プリズムからの出射部において前記ビームの第２の屈折された配列の光路上に配置された遅延手段と、
    ミラーと
    を含んでなり、
    前記液晶素子が、前記プリズムと前記２分の１波長板と前記遅延手段とを含むアセンブリと、前記ミラーとの間に配置されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の装置。
13. 頂部から底部まで取り付けられた２つの線形の複屈折プリズムと、
    前記プリズムと接続する偏光セパレータキューブと、
    前記プリズムの異常出射および正常入射上にそれぞれ配置された２つの２分の１波長板と
    を含んでなり、
    前記液晶素子が、前記４分の１波長板と前記偏光セパレータキューブとの間に配置されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
14. 少なくとも２つの電極を備え、少なくとも１つの対電極をさらに含んでおり、該対電極がピクセルと呼ばれる少なくとも２つの基本領域へとそれぞれ分割された少なくとも２つの電極を含むことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１つに記載の装置。
15. 前記液晶素子の前記少なくとも２つの領域が、前記領域の整列方向に垂直な方向の少なくとも２つの下位領域へとそれぞれ分割されることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１つに記載の装置。
16. 前記装置の偏光に対する感度を相補的に低減できるようにする、前記下位領域のアドレス指定電圧を制御する手段を含むことを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１つに記載の装置。
17. 前記制御手段が、２つの隣接する下位領域間のアドレス指定電圧の差を最大にすることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. ２つの隣接する下位領域が、交互にアドレス指定する電圧を有することを特徴とする請求項１７に記載の装置。
19. 前記制御手段が、２つの隣接する下位領域間のアドレス指定電圧の差を最小にすることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
20. 前記下位領域のアドレス指定電圧がほぼ均一にされることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
21. 光ビームの減衰と、
    光ビームの少なくとも部分的な位相シフトと、
    スペクトルの等化と、
    光ビームの整形と、
    可変の遅延線の設計と、
    同調可能なフィルタの設計と、
    スペクトルバンドの選択と、
    光学的アドドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）と
    を含むグループに属する分野における、請求項１から請求項２０のいずれか１つに記載の装置の用途。

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