JP3149121B2 - 可変波長液晶光フィルタ - Google Patents

可変波長液晶光フィルタ

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JP3149121B2
JP3149121B2 JP13298094A JP13298094A JP3149121B2 JP 3149121 B2 JP3149121 B2 JP 3149121B2 JP 13298094 A JP13298094 A JP 13298094A JP 13298094 A JP13298094 A JP 13298094A JP 3149121 B2 JP3149121 B2 JP 3149121B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、波長多重された光信号
の中から任意の波長の光信号のみを通過させるための液
晶を用いた可変波長液晶光フィルタに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図1は、従来のこの種の光フィルタの基
本構成を示す平面図である。図中符号21および22
は、光軸に対して直交し、かつ、一定の間隔をもって互
いに対向する位置に配置された一対の複屈折板である。
これら複屈折板21および22の各対向面の一部には1
/2波長板11および12が貼り付けられている。ま
た、両複屈折板21および22の間の空間にはファブリ
ペローエタロン構造の液晶セル31が光軸に垂直に配置
されている。
【0003】図2は、上記液晶セル31の構成を示す概
略断面図である。図2に示すように、液晶セル31は、
一定のギャップをもって互いに対向する一対の透明基板
41および42と、これら透明基板41および42の各
対向面上に形成された透明電極としてのITO(酸化イ
ンジウム・錫化合物)膜51および52と、これらIT
O膜51および52上に設けられた誘電体からなるミラ
ー膜61および62と、これらミラー膜61および62
上に設けられた液晶の配向膜71および72と、これら
配向膜71および72間のギャップ内に充填された液晶
81とから概略構成されている。配向膜71および72
は各配向方向が互いに平行になるように形成されてお
り、液晶81はホモジニアス配列で電界制御複屈折効果
(ECB)モードとなるように充填されている。また、
ITO膜51および52間には所定の電圧を印加する電
源装置40が接続されている。
【0004】光ビームが、上記のような構成のネマチッ
ク液晶セル31を透過するとき、ITO膜51および5
2に印加される電圧の大きさに応じて液晶81の屈折率
が変化するため、共振波長が変化し、光ビームのうち特
定の波長の光だけが選択されて透過する。従って、この
液晶セル31は可変な光フィルタとして機能する。
【0005】しかし、実際には液晶のもつ複屈折性のた
めに、透過する光ビームの偏波状態によって同じ電圧で
も共振波長が大きく異なる。
【0006】図1に示した光フィルタは、液晶セル31
の偏波依存性の解消をねらいとしたものである。この光
フィルタにおいては、複屈折板21に入射された光ビー
ムAは直進する偏波成分Pと屈折する偏波成分Sとに分
かれる。偏波成分Pはそのまま液晶セル31に入るが、
偏波成分Sは1/2波長板11を透過してP偏波に変更
されてから液晶セル31に入り、光ビームAはすべて同
一偏波で液晶セル31を透過し波長選択され、それぞれ
の光ビームは1/2波長板12と複屈折板22を透過す
ることによって一つの光ビームBとなって出射される。
【0007】このような構成となっているため、液晶セ
ル31を透過する光ビームは共に同一偏波であるため偏
波依存性は発生しない。しかし、2つの光ビームが透過
する液晶セル31内の位置が異なるため、それぞれの透
過位置における液晶セル31のギャップが厳密に一致し
ていない場合には選択される波長に違いが生じ、入力す
る光の偏波状態の違いによって損失が変動するなどの問
題があった。このため、光フィルタに用いられる液晶セ
ルのギャップの均一性を精密に制御するなどのセル作製
上の問題が生じ、組立の際の調整などが技術的に困難で
あった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、液晶
セルギャップを厳密に制御しない汎用精度で作製された
液晶セルを用いても、偏波依存性のない可変波長液晶光
フィルタを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、可変波長液晶光フィルタで
あって、入射光を、偏波状態の異なる第1の光ビームと
第2の光ビームとに分離する偏波スプリッタと、該偏波
スプリッタにより分離された前記第1の光ビームを透過
する第1の磁気光学素子と、該第1の磁気光学素子を透
過した前記第1の光ビームを透過する第1の旋光子と、
該第1の旋光子を透過した前記第1の光ビームの進行方
向を変更する第1の光学部品と、該第1の光学部品によ
り進行方向を変更した前記第1の光ビームが入射される
ファブリペローエタロン構造の液晶セルと、前記偏波ス
プリッタにより分離された前記第2の光ビームを透過す
る第2の磁気光学素子と、該第2の磁気光学素子を透過
した前記第2の光ビームを透過する第2の旋光子と、該
第2の旋光子を透過して前記第1の光ビームと同一の偏
波状態となる前記第2の光ビームを、前記第1の光ビー
ムの入射位置と同一の位置に前記第1の光ビームとは反
対方向から前記液晶セルに入射させるように、前記第2
の光ビームの進行方向を変更する第2の光学部品とを含
むことを特徴とする。
【0010】即ち、本発明は、偏波スプリッタで分けた
2つの光ビームをそれぞれ磁気光学素子と旋光子を透過
させて同一の偏波状態とした後、それぞれ直角プリズム
により2つの光ビームを互いに反対方向から液晶セルの
同一位置に入射させることを最も主要な特徴とする。従
来の技術においては、液晶セルに2つの光ビームが同じ
方向から入射し、液晶セルの異なる位置に入射するよう
にしていたが、本発明では偏波分離後の2つの光ビーム
が液晶セルに入る際に、液晶セルの異なる位置ではなく
同一位置にしかも互いに反対方向から入るようにした点
で異なる。
【0011】
【作用】本発明においては、偏波スプリッタにより分離
された2つの光ビームを、同一の偏波状態で、液晶セル
の同一位置に互いに反対方向から透過することにより、
各光ビームに対して全く同一の波長選択を行うことがで
きる。このため、ギャップの平行精度を厳密に制御して
いない汎用の液晶セルを用いても、出射光ビームの広が
りを抑えることができ、かつ、分離の解消を行うことが
できる。
【0012】また、偏波スプリッタで分離された2つの
ビームが、向きは反対であるが同一の経路を通りそれぞ
れ同一の光学素子を1回づつ透過することになるため、
個々の光学部品の特性のバラツキから生ずる光ビームの
位相のズレ等を補償する作用がある。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【0014】図3は、本発明の可変波長液晶光フィルタ
の基本原理を説明するための平面図である。図中符号9
1は偏波スプリッタであり、101および102は+π
/4回転の磁気光学素子であり、201は+π/4回転
の旋光子であり、202は−π/4回転の旋光子であ
り、301および302は直角プリズムであり、31は
図1および2に示した液晶セルと同一の構成を有する液
晶セルである。これら各構成要素は、図3のそれぞれ点
線で示す光軸に対して直交するように配置されている。
【0015】このような構成の可変波長液晶光フィルタ
においては、直交する偏波成分S1とP2からなる光ビ
ームがコリメートレンズ501から入射されると、まず
偏波スプリッタ91で光ビームはS1成分とP2成分と
に分離される。分離されたS1成分は磁気光学素子10
1を透過することによって+π/4回転させられ、さら
に旋光子201を透過することによりさらに+π/4回
転させられるため、合計+π/2の回転となり直交する
偏波に変換されてP1となる。このP1成分は、直角プ
リズム301により、その進行方向を液晶セル31に向
けられる。P1成分は、液晶セル31を透過することに
より波長選択されてP1′成分となり、直角プリズム3
02を通過して旋光子202に入り−π/4回転させら
れ、次に磁気光学素子102に入る。この磁気光学素子
102の透過が逆方向の透過であるため、−π/4回転
させられ、結果的として−π/2回転させられることと
なり、再び直交する偏波に変換されてS1′成分とな
り、偏波スプリッタ91に戻ってコリメートレンズ50
2を経て光ファイバ401から出射される。
【0016】一方、偏波スプリッタ91で分離されたP
2成分は磁気光学素子102を透過することにより+π
/4回転させられるが、旋光子202で−π/4回転す
るため元のままの偏光状態となる。このP2成分は直角
プリズム302により、その進行方向を向けられる。P
2成分は液晶セル31により波長選択されてP2′成分
となって直角プリズム301を通過し旋光子201に入
る。この旋光子201によりP2′成分の光ビームは+
π/4回転させられ、次に磁気光学素子101に入る
が、この場合も逆方向の透過のため−π/4回転し、元
のままの偏波状態のP2′の状態で偏波スプリッタ91
に戻ってコリメートレンズ502を経て光ファイバ40
2から出射される。
【0017】このように、液晶セル31を透過する2つ
の光ビームは、液晶セル31の同一の位置を同一の偏波
状態で透過するため液晶セル31に電源装置40により
電圧を印加してもそれぞれの光ビームに対して全く同一
の波長選択が行われる。従って、液晶セル31として汎
用の表示用液晶セルギャップ程度の平行精度の液晶セル
の使用が可能となり、そのような液晶セルを用いても、
本発明の目的である出射光ビームの広がりを抑えること
ができ、かつ、分離の解消を行うことができる。
【0018】図3の配置においては、偏波スプリッタで
分離された2つのビームが、向きは反対であるが同一の
経路を通りそれぞれ同一の光学素子を1回づつ透過する
ことになる。したがって個々の光学部品の特性のバラツ
キから生ずる光ビームの位相のズレ等を補償する作用が
ある。
【0019】(実施態様例)図4は、本発明の可変波長
液晶光フィルタの実施態様例を説明するための概略斜視
図である。図中符号401は光ビームの入射ファイバ、
402は光ビームの出射ファイバ、501と502はコ
リメートレンズである。図4において、図3に示したフ
ィルタを構成する各要素の構成と同一の構成を有する要
素には同一符号を符し、その部分について説明を省略す
る。本例の偏波スプリッタ91、磁気光学素子101お
よび102、旋光子201および202、直角プリズム
301および302はそれぞれ入出射光ビームに対して
直交するように配置されており、液晶セル31は反射光
が妨害とならないようやや傾けて(約1度)配置されて
いる。液晶セル31は図3に示した液晶セルと同一の構
成を有する液晶セルである。
【0020】このような構造の可変波長液晶光フィルタ
においては、種々の波長の光信号が混在した光が入射フ
ァイバ401に導入されると、コリメートレンズ501
で平行光ビームとなり、偏波スプリッタ91で2つの偏
波成分に分けられ、一方の偏波成分は、磁気光学素子1
01、旋光子102、直角プリズム301を通過した
後、液晶セル31の透過によって波長選択され、その
後、直角プリズム302、旋光子202、磁気光学素子
102を通過して偏波スプリッタ91に戻った後、コリ
メートレンズ502に入り出射ファイバ402から出射
される。偏波スプリッタ91で分けられた他方の偏波成
分は、磁気光学素子102、旋光子202、直角プリズ
ム302を通過した後、液晶セル31の透過によって波
長選択され、その後、直角プリズム301、旋光子20
1、磁気光学素子101を通過して偏波スプリッタ91
に入った後、波長選択されたもう一方の偏波成分と合流
してコリメートレンズ502に入り出射ファイバ402
から出射される。必要な波長の光信号は液晶セル31に
印加する電圧によって選択される。
【0021】この構成で、波長1520〜1580nm
の間で、選択波長半値幅0.3nmの液晶セルを用いて
フィルタ特性を調べたところ、挿入損失は3dB、偏波
依存性は0.1dB以下であった。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の可変波長
液晶光フィルタによれば、波長多重光信号の信号分離に
おいて、偏波無依存性を損なうことなく、鋭い単一の光
ビームの波長選択を汎用精度の安価な液晶セルの使用で
行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の光フィルタの基本構成を示す平面図であ
る。
【図2】ファブリペローエタロン構造の液晶セルの構成
を示す断面図である。
【図3】本発明の可変波長液晶光フィルタの一実施例を
示す平面図である。
【図4】本発明の可変波長液晶光フィルタの他の実施例
を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
11,12 1/2波長板 21,22 複屈折板 31 液晶セル 40 電源装置 41,42 透明基板 51,52 透明電極 61,62 ミラー膜 71,72 配向膜 81 液晶 91 偏波スプリッタ 101,102 磁気光学素子 201,202 旋光子 301,302 直角プリズム 401,402 光ファイバ 501,502 コリメートレンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−248515(JP,A) 特開 平5−45618(JP,A) 特開 平5−323265(JP,A) 特開 平7−325281(JP,A) 特表 平3−505013(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/13 505 G02F 1/1335 G09F 9/00 - 9/46

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入射光を、偏波状態の異なる第1の光ビ
    ームと第2の光ビームとに分離する偏波スプリッタと、
    該偏波スプリッタにより分離された前記第1の光ビーム
    を透過する第1の磁気光学素子と、該第1の磁気光学素
    子を透過した前記第1の光ビームを透過する第1の旋光
    子と、該第1の旋光子を透過した前記第1の光ビームの
    進行方向を変更する第1の光学部品と、該第1の光学部
    品により進行方向を変更した前記第1の光ビームが入射
    されるファブリペローエタロン構造の液晶セルと、前記
    偏波スプリッタにより分離された前記第2の光ビームを
    透過する第2の磁気光学素子と、該第2の磁気光学素子
    を透過した前記第2の光ビームを透過する第2の旋光子
    と、該第2の旋光子を透過して前記第1の光ビームと同
    一の偏波状態となる前記第2の光ビームを、前記第1の
    光ビームの入射位置と同一の位置に前記第1の光ビーム
    とは反対方向から前記液晶セルに入射させるように、前
    記第2の光ビームの進行方向を変更する第2の光学部品
    とを含むことを特徴とする可変波長液晶光フィルタ。
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