JP7033194B2 - 波長選択スイッチ、配向方向取得方法ならびに液晶オンシリコンおよびその製造方法 - Google Patents

波長選択スイッチ、配向方向取得方法ならびに液晶オンシリコンおよびその製造方法 Download PDF

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Description

本出願は光通信の分野に関し、特に、波長選択スイッチ、配向方向取得方法ならびに液晶オンシリコンおよびその製造方法に関する。
ネットワークトラフィックおよび帯域幅の急激な増加にともない、最下層の波長分割多重ネットワークのインテリジェントスケジューリング機能について通信業者に対する要求がますます切迫している。この結果、ＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ－Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ、再構成可能光挿入／分岐マルチプレクサ）がますます多くのハイエンドの通信業者のネットワークで徐々に用いられている。ＲＯＡＤＭがネットワークに導入された後は、通信業者は波長レベルのサービスを迅速に提供することにより、ネットワーク計画を容易にして運用コストを削減し、メンテナンスを容易にしてメンテナンスコストを削減することができる。
一般的なＣ（ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ、カラーレス）Ｄ（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｌｅｓｓ、ディレクションレス）Ｃ（ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎｌｅｓｓ、コンテンションレス）ＲＯＡＤＭノードは回線側モジュールとクライアント側モジュールとを含む。回線側モジュールは複数の波長選択スイッチ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｗｉｔｃｈ，ＷＳＳ）をスタックさせて相互に接続することによって形成される。ネットワークアーキテクチャのネットワークおよびワイヤレスのメッシュ化（ＭＥＳＨ）の容量増大にともない、ＲＯＡＤＭノードに対する寸法要件が増加しており、それに応じて波長選択スイッチのポート数を増やす必要がある。
しかし、現在、液晶オンシリコン（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ，ＬＣＯＳ）をベースにした波長選択スイッチの周辺のポートの損失値は、中央のポートの損失値よりもはるかに大きく、システムのパフォーマンスに対する波長選択スイッチの影響は主に最大挿入損失のポートに対するものである。したがって、波長選択スイッチのパフォーマンスが悪化し、システム損失が生じる。
本出願の実施形態では、波長選択スイッチ、配向方向取得方法ならびに液晶オンシリコンおよびその製造方法を提供する。
上記の目的を達成するために、以下の技術的解決手段が本出願の実現例で用いられる。
第１の態様に係れば、本出願の一実施形態では波長選択スイッチに適用される液晶オンシリコンを提供する。液晶オンシリコンは、直線偏光状態の入射ビームを回折させて偏向ビームを形成するのに用いられる。波長選択スイッチの光スイッチングエンジンとして、液晶オンシリコンは位相変調効果を実施するのに用いられ、液晶オンシリコンの異なる領域に入射するビームの回折偏向方向を独立制御する。
波長選択スイッチは、少なくとも１つの入射ポートと、入射ポートに対応する少なくとも１つの出射ポート群と、偏光変換ユニットと、波長分割デマルチプレクサ（たとえば回折格子）と、レンズとをさらに含む。各出射ポート群は、少なくとも２つの出射ポート（たとえば出射光ファイバ）を含む。入射ポートを通る入射ビームを多波長信号が形成する。偏光変換ユニットは入射ビームを液晶オンシリコンの動作偏光状態に対応する直線偏光に変換する。直線偏光は波長分割デマルチプレクサに入射し、波長分割デマルチプレクサが異なる角度に波長を散乱した後、散乱したビームをレンズが液晶オンシリコンの異なる箇所に入射する平行ビームに変化させる。異なる波長のビームは液晶オンシリコンの異なる領域に集光され、回折されて偏向され、回折ビームは偏光変換ユニットを用いることによって元の偏光状態に復元され、異なる波長のビームがその目的の出射ポートにカップリングされる。異なる波長のビームの回折偏向方向が液晶オンシリコンの異なる領域で別々に制御されるので、液晶オンシリコンは波長の任意の組み合せを任意の出射ポートにスイッチングすることができる。波長選択スイッチは反射器をさらに含み、反射器は光線を反射するのに用いられる。
液晶オンシリコンは、直線偏光状態の入射ビームを回折させて偏向ビームを形成するのに用いられる。液晶オンシリコンは、第１のパネル、第２のパネル、液晶層、駆動回路および２層の配向膜を含む。第１のパネルと第２のパネルとは対向配置されており、第１のパネルは第２のパネルに平行である。第１のパネルはシリコンバックプレーンであってもよく、第２のパネルは半透明のガラス基板であってもよい。液晶層は第１のパネルと第２のパネルとの間に配置される。駆動回路は、液晶層中の液晶の偏向を制御する電界を発生させるように構成されている。２層の配向膜は液晶層の２つの対向側に配置される。具体的には、配向膜の一方の層が液晶層と第１のパネルとの間に配置され、配向膜の他方の層が液晶層と第２のパネルとの間に配置される。配向膜は、液晶層中の液晶が初期の向きを持つのを可能にするのに用いられる。
適宜、駆動回路は第１の電極層および第２の電極層を含む。第１の電極層は液晶層と第１のパネルとの間に配置され、第２の電極層は液晶層と第２のパネルとの間に配置される。特に、第１の電極層は液晶層に面する第１のパネルの一方の側に形成され、第２の電極層は液晶層に面する第２のパネルの一方の側に形成され、２層の配向膜は第１の電極層と第２の電極層との間に配置される。第１の電極層および第２の電極層が通電されると、液晶層中の液晶の偏向は垂直配向駆動方式で制御される。
第１の電極層および第２の電極層に電圧がかけられて第１の電極層と第２の電極層との間に電界が形成されると、液晶層中の液晶が偏向される。一実施形態では、液晶層中の液晶の液晶長軸が第１のパネルにほぼ平行な方向から第１のパネルとほぼ直交する方向に偏向される。別の実施形態では、上記とは異なり、液晶層の液晶長軸が第１のパネルとほぼ直交する方向から第１のパネルにほぼ平行な方向に偏向されてもよい。液晶は複屈折材料であるので、液晶の偏向が等価屈折率の変化をもたらすことにより、位相変調効果を実現することができる。さらに、液晶分子が偏向される角度は、第１の電極層および第２の電極層にかけられる電圧の値に関係する。したがって、異なる電圧をかけることによって異なる位相変調量が実施されてもよい。
波長選択スイッチは異なる波長のビームに対して出射ポートをスイッチングする必要があり、異なる波長のビームが液晶オンシリコンの表面に入射するときに異なる波長のビームは異なる領域を占める。電圧情報が駆動回路にかけられるとき、異なる位相周期を持つ位相格子それぞれを形成するように、ポートスイッチング方向の異なる波長チャンネルに対応する画素領域それぞれの電圧情報が異なる。この位相格子は、ビームの回折光エネルギが既定の方向に集中するように、すなわち、スペクトル次数（たとえば、＋１次）に集中するように、２πステップ変化を用いる反射ブレーズド格子である。この方向から検出する場合にスペクトル強度が最大になる。格子の回折効果により、異なる位相周期の格子は異なる回折角を実施することができるので、対応する信号が異なるポートで出射される。液晶オンシリコンの回折原理は、格子式Λ１（ｓｉｎθ＋ｓｉｎＢｍ）＝ｍλにしたがって、信号光（ｍ＝＋１次）の回折角Ｂｍが位相周期Λ１を制御することによって実施され得ることが分かるというものであり、ここで、θは入射角である。出射ポート群はＮ個の出射ポートを含み（Ｎは２以上の整数）、Ｎ個の出射ポートに対応する偏向ビームによって必要とされる回折角は異なる。たとえば、中央領域に配置されている出射ポートに対応する偏向ビームによって必要とされる回折角は比較的小さい一方で、周辺領域に配置されている出射ポートに対応する偏向ビームによって必要とされる回折角は大きい。より周辺にあるポートはより大きい回折角を必要とし、より小さい位相格子周期に対応する。液晶分子のねじれ効果により、位相格子周期がきわめて短くて電圧勾配がきわめて大きい場合、液晶層中の液晶分子は第１のパネルと直交する平面内で偏向されるだけでなく、第１のパネルに平行な平面内でも回転する。この結果、偏向ビームの偏光状態の回転が起こり、この偏向ビームにより、偏光損失および回折不足損失が発生する可能性がより高くなる。これにより、波長選択スイッチの損失が増大する。
液晶オンシリコンは第１の画素領域を有する。第１の画素領域には複数の第１の小画素領域があり、異なる波長の入射ビームが異なる小画素領域に入射する。液晶層は、第１の画素領域に配置されている第１の液晶を含む。第１の液晶は、第１の画素領域に配置されている液晶層のすべての液晶である。電界の制御中に、第１の液晶は第１のパネルと直交する平面内で偏向される。この場合、液晶オンシリコンは第１の画素領域において、異なる位相周期を持つ複数の第１の位相格子を形成し、複数の第１の位相格子は複数の第１の小画素領域と１対１に対応し、複数の第１の位相格子は異なる波長の入射ビームを回折させるのに用いられる。このようにして、異なる波長の入射ビームは、異なる回折偏向方向を持つ偏向ビームを形成するように偏向される。電界の制御中に、第１の液晶は、第１のパネルに平行な平面内で第１の方向の方にさらに偏向される。この場合、位相周期および電圧勾配が異なるので、異なる第１の小画素領域に配置されている第１の液晶の異なる部分の偏向角が異なり、その一方で、偏向方向は同じであり、具体的には、すべての異なる部分が第１の方向の方に偏向される。配向膜は、第１の画素領域に配置されている第１の部分配向膜を含む。第１の部分配向膜の配向方向は入射ビームの偏光方向に対して第２の方向の方に偏向されている。偏向ビームの損失を減少させるために、第２の方向は第１の方向とは反対である。
本実施形態では、配向膜の第１の部分配向膜の配向方向が入射ビームの偏光方向に対して第２の方向の方に偏向されており、第２の方向は第１の方向とは反対である。したがって、液晶オンシリコンが通電されて第１の液晶が第１のパネルに平行な平面内で第１の方向の方に偏向されると、配向膜によってもたらされる第１の液晶の初期の向きにより、第１のパネルに平行な平面内で第１の液晶の偏向角の少なくとも一部が相殺される。このようにして、第１の液晶と入射ビームの偏光方向との間の偏向角が縮小され、偏向ビームの偏光状態の回転角が縮小されるので、偏向ビームの偏光損失および回折不足損失が比較的低くなり、波長選択スイッチの損失は比較的小さくなり、波長選択スイッチのパフォーマンスが最適化される。
配向膜の配向方向が既存の配向プロセス（たとえば、ラビング配向、化学配向または光学配向）を用いて実施されてもよく、一切のハードウェアデバイスが付加される必要がないことが分かる。したがって、コストの追加がない。さらに、液晶オンシリコンの作製プロセスが変更される必要はなく、配向プロセスのパラメータのみが変更されることで済む。したがって、配向方法は、高い実現可能性、低コストおよび広範な適用範囲を示す。配向方向は配向膜中のポリマー分子の向きである。配向方向は液晶層中の液晶の初期の向きに影響する。一実施形態では、配向膜の第１の部分配向膜がラビング配向方式で配向される。ラビング配向方式を用いるラビングローラ（ｒｕｂｂｉｎｇ ｒｏｌｌｅｒ）のラビング進行方向が第１の部分配向膜の配向方向と同じである。第２の方向が第１の方向と反対であることは、２つの方向の偏向の向きが反対であることを意味する。たとえば、第２の方向が反時計回りの偏向である場合に第１の方向が時計回りの偏向であるか、第２の方向が時計回りの偏向である場合に第１の方向が反時計回りの偏向である。
上記とは別に、動作電圧が液晶オンシリコンに印加されると、第１の液晶は第１のパネルと直交する平面内で偏向され、第１のパネルに平行な平面内で第１の方向の方に偏向されることで、異なる位相周期を持つ複数の第１の位相格子が第１の画素領域で形成される。動作電圧は複数の第１の位相格子の位相周期に対応する。テスト液晶オンシリコンが設けられ、このテスト液晶オンシリコンと液晶オンシリコンとには、配向膜の配向方向が異なる点で違いがある。初期方向に沿ってテスト液晶オンシリコンの配向膜が配向し、このテスト液晶オンシリコンはテスト液晶を有する。動作電圧と同じテスト電圧がテスト液晶オンシリコンに印加されるので、テスト液晶は第１の液晶と同じ偏向動作を行なう。テスト液晶の偏向方向が検出されて、その方向とは反対の第２の方向が取得される。第２の方向に基づいて第１の部分配向膜の配向方向が決められる。
特に、第１の液晶は電界の制御中に複数の第１の位相格子を形成し、第１の部分配向膜の配向方向取得方法は、
テスト液晶オンシリコンを設けるステップであって、テスト液晶オンシリコンの配向膜は初期方向に沿って配向する、ステップと、
テスト位相格子を形成するためにテスト液晶オンシリコンにテスト電圧をかけるステップであって、テスト位相格子は第１の位相格子と同じである、ステップと、
テスト液晶オンシリコンに直線偏光入射ビームを伝送するステップであって、入射ビームの偏光方向は初期方向と同じである、ステップと、
テスト液晶オンシリコンによって回折された偏向ビームの偏光方向がテスト方向であることを検出するステップと、
第１の部分配向膜の配向方向を取得するステップであって、初期方向に対する第１の部分配向膜の配向方向の偏向方向が初期方向に対するテスト方向の偏向方向とは反対である、ステップと
を含む。
適宜選択可能な実施形態では、第１の液晶は電界の制御中に複数の第１の位相格子を形成する。複数の第１の位相格子のうち、最小位相周期を持つ位相格子が第１の周辺位相格子である。複数の第１の位相格子では、偏向ビームを最周辺の出射ポートに入射させるように、第１の周辺位相格子に対応する偏向ビームの回折角が最大である。駆動回路の電界の下、第１の周辺位相格子を形成する液晶（第１の液晶の一部であり、以下、第１の周辺液晶と称する）が第１の方向の方に第１の角度だけ偏向される。第１の周辺位相格子以外の別の第１の位相格子を形成する液晶（第１の液晶の一部であり、以下、第１の非周辺液晶と称する）が第１の方向の方に第１の角度未満の角度だけ偏向される。第１の部分配向膜の配向方向と入射ビームの偏光方向との間に第２の角度が形成される。第２の角度は第１の角度に基づいて決められ、第２の角度は第１の角度に近い。一実施形態では、第１の角度に対する第２の角度の比は０．８～１．２である。たとえば、第２の角度は第１の角度に等しい。
本実施形態では、第２の角度は第１の角度に近い。したがって、液晶オンシリコンが通電されて第１の液晶が第１のパネルに平行な平面内で第１の方向の方に偏向されると、配向膜によってもたらされ、第１の周辺液晶に用いられる初期の向きにより、第１のパネルに平行な平面内で第１の周辺液晶の偏向角が完全にまたはほぼ完全に相殺される。第１の周辺位相格子によって回折される偏向ビームの偏光方向の回転が起こらず、この結果、偏光損失および回折不足損失の発生が避けられるので、波長選択スイッチの最周辺の出射ポートの損失が減少する。このようにして、波長選択スイッチの出射ポートそれぞれの損失のバランスが保たれ、波長選択スイッチの全体損失が比較的小さくなり、波長選択スイッチのパフォーマンスが最適化される。
配向膜の第１の部分配向膜のそれぞれの配向方向が同じであり、第１の非周辺液晶が第１の方向の方に偏向される角度すべてが第１の角度未満であることが分かる。したがって、液晶オンシリコンが通電されて第１の液晶が第１のパネルに平行な平面内で第１の方向の方に偏向されると、配向膜の第１の部分配向膜によってもたらされる第１の非周辺液晶の初期の向きにより、第１のパネルに平行な平面内で第１の非周辺液晶の偏向角が相殺されるだけでなく、第１の非周辺液晶の液晶長軸方向と入射ビームの偏向方向との間に所定の角度も形成される。第１の周辺位相格子以外の別の第１の位相格子によって回折される偏向ビームの偏光方向の回転が起こることにより、偏光損失および回折不足損失が発生する。さらに、必要な回折角が小さい偏光ビームほど、配向膜によって発生する損失が大きくなる。しかし、ビームには波長選択スイッチの伝送プロセスにおける別の損失（たとえば、液晶オンシリコンの回折損失、システムカップリング損失、各構成要素の伝送損失やモジュールアセンブリ損失）がさらに生じ、大きい回折角が必要な周辺の出射ポート（第１の周辺液晶に対応）の損失は小さい回折角が必要な中間の出射ポート（第１の非周辺液晶に対応）の損失よりもはるかに大きい。したがって、中間の出射ポートからのビーム出射に偏光損失および回折不足損失が生じる場合であっても、波長選択スイッチの中間の出射ポートから出射するビームの総損失はやはり波長選択スイッチの周辺の出射ポートから出射するビームの総損失未満であるか、ほぼ等しい。波長選択スイッチのポートそれぞれの損失のバランスが保たれることにより、最適システムパフォーマンスが実現される。液晶オンシリコンにより、波長選択スイッチの出射ポートに対応するビームそれぞれの損失を平準化することができる。したがって、これは波長選択スイッチの複数の出射ポートを設計するのに有用である。
適宜選択可能な実施形態では、液晶オンシリコンは第２の画素領域をさらに有する。この場合、少なくとも２つの入射ポートがあり、少なくとも２つの出射ポート群があり、第１の画素領域および第２の画素領域で回折されて偏向された後、２つの入射ポートのビームは２つの出射ポート群の異なる出射ポートに入射する。第２の画素領域には複数の第２の小画素があり、異なる小画素領域に異なる波長の入射ビームが入射する。液晶層は、第２の画素領域に配置されている第２の液晶をさらに含む。第２の液晶は、第２の画素領域に配置されている液晶層のすべての液晶である。電界の制御中に、第２の液晶は第１のパネルと直交する平面内で偏向される。この場合、液晶オンシリコンは第２の画素領域において、異なる位相周期を持つ複数の第２の位相格子を形成し、複数の第２の位相格子は複数の第２の小画素領域と１対１に対応し、複数の第２の位相格子は異なる波長の入射ビームを回折させるのに用いられる。このようにして、異なる波長の入射ビームは、異なる回折偏向方向を持つ偏向ビームを形成するように偏向される。電界の制御中に、第２の液晶は、第１のパネルに平行な平面内で第３の方向の方に偏向される。この場合、位相周期および電圧勾配が異なるので、異なる第２の小画素領域に配置されている第２の液晶の異なる部分の偏向角が異なり、その一方で、偏向方向は同じであり、具体的には、異なる部分が第３の方向の方に偏向される。配向膜は、第２の画素領域に配置されている第２の部分配向膜をさらに含む。第２の部分配向膜の配向方向はビームの偏光方向に対して第４の方向の方に偏向されている。偏向ビームの損失を減少させるために、第４の方向は第３の方向とは反対である。
本実施形態では、配向膜の第２の部分配向膜の配向方向が入射ビームの偏光方向に対して第４の方向の方に偏向されており、第４の方向は第３の方向とは反対である。したがって、液晶オンシリコンが通電されて第２の液晶が第１のパネルに平行な平面内で第３の方向の方に偏向されると、配向膜によってもたらされる第２の液晶の初期の向きにより、第１のパネルに平行な平面内で第２の液晶の偏向角の少なくとも一部が相殺される。このようにして、第２の液晶と入射ビームの偏光方向との間の偏向角が縮小され、偏向ビームの偏光状態の回転角が縮小されるので、偏向ビームの偏光損失および回折不足損失が比較的低くなり、波長選択スイッチの損失が比較的小さくなり、波長選択スイッチのパフォーマンスが最適化される。
液晶オンシリコンが２つの入射ポート（たとえば、第１の入射ポートおよび第２の入射ポート）から発生する入射ビームを回折させて偏向させて偏向ビームの２つの部分を形成することができることが分かる。偏向ビームは２つの出射ポート群（たとえば、第１の出射ポート群および第２の出射ポート群）に入射させられる。配向膜の第１の部分配向膜が第１の画素領域内の第１の液晶の偏向に基づいて設計され、第２の部分配向膜が第２の画素領域内の第２の液晶の偏向に基づいて設計される。したがって、第１の部分配向膜および第２の部分配向膜はその画素領域内の液晶の初期の向きの要件を満たすことができ、互いに影響しない。このようにして、液晶オンシリコンは多数の出射ポート群についての要件を満たすことができる。
適宜選択可能な実施形態では、第２の液晶は電界の制御中に複数の第２の位相格子を形成する。複数の第２の位相格子のうち、最小位相周期を持つ位相格子が第２の周辺位相格子である。複数の第２の位相格子では、偏向ビームを最周辺の出射ポートに入射させるように、第２の周辺位相格子に対応する偏向ビームの回折角が最大である。駆動回路の電界の下、第２の周辺位相格子を形成する液晶（第２の液晶の一部であり、以下、第２の周辺液晶と称する）が第３の方向の方に第３の角度だけ偏向される。第２の周辺位相格子以外の別の第２の位相格子を形成する液晶（第２の液晶の一部であり、以下、第２の非周辺液晶と称する）が第３の方向の方に第３の角度未満の角度だけ偏向される。第２の部分配向膜の配向方向とビームの偏光方向との間に第４の角度が形成される。第４の角度は第３の角度に基づいて決められ、第４の角度は第３の角度に近い。一実施形態では、第３の角度に対する第４の角度の比は０．８～１．２である。たとえば、第４の角度は第３の角度に等しい。
本実施形態では、第４の角度は第３の角度に近い。したがって、液晶オンシリコンが通電されて第２の液晶が第１のパネルに平行な平面内で第３の方向の方に偏向されると、配向膜によってもたらされ、第２の周辺液晶に用いられる初期の向きにより、第１のパネルに平行な平面内で第２の周辺液晶の偏向角が完全にまたはほぼ完全に相殺される。第２の周辺位相格子によって回折される偏向ビームの偏光方向の回転が起こらず、この結果、偏光損失および回折不足損失の発生が避けられるので、波長選択スイッチの最周辺の出射ポートの損失が減少する。このようにして、波長選択スイッチの出射ポートそれぞれの損失のバランスが保たれ、波長選択スイッチの全体損失が比較的小さくなり、波長選択スイッチのパフォーマンスが最適化される。
適宜選択可能な実施形態では、第３の方向は第１の方向とは反対である。たとえば、第１の入射ポートから入射されるビームが、第１の画素領域で発生する複数の第１の位相格子で上方への回折および偏向を行なって、形成された偏向ビームが第１の出射ポート群に出射される。第２の入射ポートから入射されるビームが、第２の画素領域で発生する複数の第２の位相格子で下方への回折および偏向を行なって、形成された偏向ビームが第２の出射ポート群に出射される。本実施形態では、液晶オンシリコンは異なる偏向方向の回折要件を満たすことができる。
配向膜の第１の部分配向膜および第２の部分配向膜がラビング配向方式で配向される場合、ラビング配向方式を用いた第１の部分配向膜上でのラビングローラ（ｒｕｂｂｉｎｇ ｒｏｌｌｅｒ）のラビング進行方向が第１の部分配向膜の配向方向と同じであり、第２の部分配向膜のラビング進行方向が第２の部分配向膜の配向方向と同じである。
適宜選択可能な実施形態では、第３の方向が第１の方向と同じである。第２の液晶は電界の制御中に複数の第２の位相格子を形成する。複数の第２の位相格子のうち、最小位相周期を持つ位相格子が第２の周辺位相格子であり、第２の周辺位相格子を形成する液晶が第３の方向の方に第３の角度だけ偏向され、ここで、第３の角度は第１の角度と同じであり、第２の部分配向膜の配向方向は第１の部分配向膜の配向方向と同じである。本実施形態では、第１の画素領域に対応する第１の出射ポート群の設計と、第２の画素領域に対応する第２の出射ポート群の設計とは同じでも異なってもよい。たとえば、必要な最大回折角が同じである場合に出射ポートの個数が異なってもよい。これとは異なり、必要な最大回折角が同じで、出射ポートの個数も同じである場合にいくつかのポートによって必要とされる回折角が異なる。第２の部分配向膜の配向方向と第１の部分配向膜の配向方向とが同じであるので、配向膜の配向プロセスが単純化されることが可能であり、配向膜の配向コストが減少することが可能であることが分かる。
適宜選択可能な実施形態では、第３の入射ポートおよび第３の出射ポート群の回折偏向要件を満たすように、液晶オンシリコンは第３の画素領域をさらに含んでもよい。第３の画素領域に対応する配向膜の第３の部分配向膜の設計方法については、第１の部分配向膜の設計方法および／または第２の部分配向膜の設計方法を参照する。当然、液晶オンシリコンはより多くの画素領域をさらに含んでもよい。
第２の態様に係れば、本出願の一実施形態では上記の液晶オンシリコンを含む波長選択スイッチをさらに提供する。波長選択スイッチの出射ポートの損失が比較的低くなり、出射ポートの損失のバランスが比較的保たれ、波長選択スイッチのシステム損失が比較的低くなる。
第３の態様に係れば、本出願の一実施形態では液晶オンシリコンの配向膜に適用される配向方向取得方法をさらに提供する。上記の実施形態における配向膜の第１の部分配向膜、第２の部分配向膜および第３の部分配向膜の配向方向が配向方向取得方法を用いて取得されることが可能である。
配向方向取得方法は、
テスト液晶オンシリコンを設けるステップであって、テスト液晶オンシリコンの配向膜は初期方向に沿って配向する、ステップと、
テスト位相格子を形成するためにテスト液晶オンシリコンにテスト電圧をかけるステップと、
テスト液晶オンシリコンに直線偏光入射ビームを伝送するステップであって、入射ビームの偏光方向は初期方向と同じであり、直線偏光状態の入射ビームを形成するようにポラライザを用いて入射ビームが調節され、ポラライザの偏光方向が初期方向と同じである、ステップと、
テスト液晶オンシリコンによって回折された偏向ビームの偏光方向がテスト方向であることを検出し、＋１次回析光強度が最大である角度をロータリアナライザを用いて記録し、その角度でテスト方向を取得するステップと、
液晶オンシリコンの配向膜の配向方向を取得するステップであって、初期方向に対する配向方向の偏向方向が初期方向に対するテスト方向の偏向方向とは反対である、ステップと
を含む。具体的には、テスト方向が初期方向に対して第１の方向の方に偏向される場合に配向方向は初期方向に対して第２の方向の方に偏向され、第２の方向は第１の方向とは反対である。
本実施形態では、配向膜の配向方向を取得するために偏向ビームの偏向方向が検出される。この取得方法は高効率かつ高正確度の方法であり、異なる回折偏向要件に基づいて配向膜に対応する配向方向を取得するステップは高い柔軟性および広範な適用幅を示す。
適宜選択可能な実施形態では、テスト液晶オンシリコンは同じ回折指向方向を持つ複数の位相格子を有し、複数の位相格子の位相周期が位相周期範囲を形成する。具体的には、テスト液晶オンシリコンは同じ回折指向方向を持つ複数の位相格子を形成するのに用いられ、これらの位相格子に対応する位相周期がまとまって位相周期範囲を形成し、テスト位相格子の位相周期は位相周期範囲での最小値である。格子式によれば、大きい回折角が小さい位相周期を示す。したがって、位相周期範囲での最小値は最大回折角を生じさせる位相格子に対応する。最大回折角に対応する位相格子がテスト位相格子として選択される。このようにして、偏向ビームの偏光方向および偏向角がより正確に取得されることが可能であることにより、配向方向取得方法の正確度を改善することが容易になる。
適宜選択可能な実施形態では、テスト方向と初期方向との間に第１の角度が形成され、配向方向と初期方向との間に第２の角度が形成され、第２の角度は第１の角度に近い。一実施形態では、第１の角度に対する第２の角度の比は０．８～１．２である。たとえば、第２の角度は第１の角度に等しい。第２の角度が第１の角度に近いので、この配向方向で配向膜を用いれば、液晶オンシリコンの液晶は第１のパネルに平行な平面内で液晶の偏向角が相殺されるように良好な初期の向きを持つことができる。このようにして、最大回折角を持つ偏向ビームの偏光方向の回転が起こらず、偏光損失および回折不足損失の発生が避けられるので、波長選択スイッチの最周辺にある出射ポートの損失が減少する。このようにして、波長選択スイッチの出射ポートそれぞれの損失のバランスが保たれ、波長選択スイッチの全体損失が比較的小さくなり、波長選択スイッチのパフォーマンスが最適化される。
第４の態様に係れば、本出願の一実施形態では液晶オンシリコンの製造方法をさらに提供する。液晶オンシリコンの製造方法は、上記の実施形態の液晶オンシリコンを製造するのに用いられてもよい。液晶オンシリコンは、直線偏光状態の入射ビームを回折させて偏向ビームを形成するのに用いられる。液晶オンシリコンの製造方法は、
上記の実施形態に係る配向方向取得方法を用いて配向方向を取得するステップであって、配向方向は入射ビームの偏光方向に対して第２の方向の方に偏向される、ステップと、
第１のパネルを設け、第１のパネルに配向膜の第１の層をコーティングし、配向膜の第１の層の配向方向が入射ビームの偏光方向に対して第２の方向の方に偏向されるように配向膜の第１の層を配向させるステップと、
第２のパネルを設け、第２のパネルに配向膜の第２の層をコーティングし、配向膜の第２の層を配向させるステップであって、配向膜の第２の層の配向方向は配向膜の第１の層の配向方向と同じである、ステップと、
第１のパネルと第２のパネルとを積層し、液晶オンシリコンを形成するために第１のパネルと第２のパネルとの間に液晶層を充填するステップであって、第１のパネルの回路と第２のパネルの回路とがまとまって駆動回路を形成し、駆動回路によって発生する電界の下、液晶層中の液晶が第１のパネルと直交する平面内で偏向され、第１のパネルに平行な平面内で第１の方向の方に偏向され、第１の方向は第２の方向とは反対である、ステップと
を含む。
本実施形態では、配向膜の第１の層の配向方向および配向膜の第２の層の配向方向が入射ビームの偏光方向に対して第２の方向の方に偏向され、第２の方向は第１の方向とは反対である。したがって、液晶オンシリコンが通電されて液晶層中の液晶が第１のパネルに平行な平面内で第１の方向の方に偏向されると、配向膜によってもたらされる液晶層の初期の向きにより、第１のパネルに平行な平面内で液晶の偏向角の少なくとも一部が相殺される。このようにして、液晶層中の液晶と入射ビームの偏光方向との間の偏向角が縮小され、偏向ビームの偏光状態の回転角が縮小されるので、偏向ビームの偏光損失および回折不足損失が比較的低くなり、波長選択スイッチの損失が比較的小さくなり、波長選択スイッチのパフォーマンスが最適化される。
第１のパネルと第２のパネルとが積層された後に液晶層が充填されてもよい。これの代わりに、プラスチックフレームを用いて第１のパネルに液晶充填領域が画定されてもよく、その後、液晶層を形成するように、液晶充填領域に液晶が充填された後に第１のパネルと第２のパネルとが積層される。
適宜選択可能な実施形態では、配向膜の第１の層の配向方向取得方法は、
テスト液晶オンシリコンを設けるステップであって、テスト液晶オンシリコンの配向膜は初期方向に沿って配向する、ステップと、
テスト位相格子を形成するためにテスト液晶オンシリコンにテスト電圧をかけるステップと、
テスト液晶オンシリコンに直線偏光入射ビームを伝送するステップであって、入射ビームの偏光方向は初期方向と同じである、ステップと、
テスト液晶オンシリコンによって回折された偏向ビームの偏光方向がテスト方向であることを検出するステップと、
配向膜の第１の層の配向方向を取得するステップであって、初期方向に対する配向膜の第１の層の配向方向の偏向方向が初期方向に対するテスト方向の偏向方向とは反対である、ステップと
を含む。
本実施形態では、配向膜の第１の層の配向方向を取得するために偏向ビームの偏向方向が検出される。この取得方法は高効率かつ高正確度の方法であり、異なる回折偏向要件に基づいて配向膜に対応する配向方向を取得するステップは高い柔軟性および広範な適用幅を示す。
テスト液晶オンシリコンは同じ回折指向方向を持つ複数の位相格子を有し、複数の位相格子の位相周期は位相周期範囲を形成し、テスト位相格子の位相周期は位相周期範囲での最小値である。格子式によれば、大きい回折角が小さい位相周期を示す。したがって、位相周期範囲での最小値は最大回折角を生じさせる位相格子に対応する。最大回折角に対応する位相格子がテスト位相格子として選択される。このようにして、偏向ビームの偏光方向および偏向角がより正確に取得されることが可能であることにより、配向方向取得方法の正確度を改善することが容易になる。
テスト方向と初期方向との間に第１の角度が形成され、配向方向と初期方向との間に第２の角度が形成され、第１の角度に対する第２の角度の比は０．８～１．２である。たとえば、第２の角度は第１の角度に等しい。第２の角度が第１の角度に近いので、この配向方向で配向膜を用いれば、液晶オンシリコンの液晶は第１のパネルに平行な平面内で液晶の偏向角が相殺されるように良好な初期の向きを持つことができる。このようにして、最大回折角を持つ偏向ビームの偏光方向の回転が起こらず、偏光損失および回折不足損失の発生が避けられるので、波長選択スイッチの最周辺にある出射ポートの損失が減少する。このようにして、波長選択スイッチの出射ポートそれぞれの損失のバランスが保たれ、波長選択スイッチの全体損失が比較的小さくなり、波長選択スイッチのパフォーマンスが最適化される。
本出願の一実施形態に係る波長選択スイッチの概略図である。 図１に示されている波長選択スイッチの液晶オンシリコンの概略構造図である。 図２に示されている液晶オンシリコンにおける液晶回転の概略図である。 図２に示されている液晶オンシリコン上の入射ビームの配置および回折の概略図である。 図４の領域Ｂ１の位相格子の概略図である。 図４の領域Ｂ２の位相格子の概略図である。 図４の領域Ｂ３の位相格子の概略図である。 図２に示されている液晶オンシリコンの使用状態の概略図である。 図８の線ＩＸ‐ＩＸに沿った概略構造図である。 図９の第１の液晶中の第１の周辺液晶が通電されているときの偏向の概略図である。 図８の配向膜の第１の部分配向膜の配向の概略図である。 図９の第２の液晶中の第２の周辺液晶が通電されているときの偏向の概略図である。 図８の配向膜の第１の部分配向膜および第２の部分配向膜の配向の概略図である。 図１に示されている波長選択スイッチの一実現例の概略図である。 本出願の一実施形態に係る配向方向取得方法の概略図である。
以下、本出願の実施形態の添付の図面を参照して本出願の実施形態を説明する。
図１を参照して、本出願の一実施形態では、波長選択スイッチ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｗｉｔｃｈ，ＷＳＳ）１００を提供する。波長選択スイッチ１００はＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ－Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ、再構成可能光挿入／分岐マルチプレクサ）に適用されてもよい。波長選択スイッチ１００は液晶オンシリコン１を含む。液晶オンシリコン１（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ，ＬＣＯＳ）は波長選択スイッチ１００の光スイッチングエンジンとして用いられ、位相変調効果を実現するのに用いられて、液晶オンシリコン１の異なる領域に入射するビームの回折偏向方向を独立制御する。
波長選択スイッチ１００は、少なくとも１つの入射ポート１０１（たとえば入射光ファイバ）と、入射ポート１０１に対応する少なくとも１つの出射ポート群と、偏光変換ユニット１０３と、波長分割デマルチプレクサ１０４（たとえば回折格子）と、レンズ１０５とをさらに含む。各出射ポート群は、少なくとも２つの出射ポート１０２（たとえば出射光ファイバ）を含む。図１に示されているように、図のビーム伝送経路は往復する経路である。入射ポート１０１を通る入射ビームを多波長信号が形成する。偏光変換ユニット１０３は入射ビームを液晶オンシリコン１の動作偏光状態に対応する直線偏光に変換する。直線偏光は波長分割デマルチプレクサ１０４に入射し、波長分割デマルチプレクサ１０４が異なる角度に波長を散乱した後、散乱したビームをレンズ１０５が液晶オンシリコン１の異なる箇所に入射する平行ビームに変化させる。異なる波長のビームは液晶オンシリコン１の異なる領域に集光され、回折されて偏向され、回折ビームは偏光変換ユニット１０３を用いることによって元の偏光状態に復元され、異なる波長のビームがその目的の出射ポート１０２にカップリングされる。異なる波長のビームの回折偏向方向が液晶オンシリコン１の異なる領域で別々に制御されるので、液晶オンシリコン１は波長の任意の組み合せを任意の出射ポート１０２にスイッチングすることができる。波長選択スイッチ１００は反射器１０６をさらに含み、反射器１０６は光線を反射するのに用いられる。
図２を参照して、本出願の一実施形態では波長選択スイッチ１００に適用可能な液晶オンシリコン１をさらに提供する。液晶オンシリコン１は、直線偏光状態の入射ビームを回折させて偏向ビームを形成するのに用いられる。液晶オンシリコン１は偏光感応デバイスであり、１つの偏光方向（すなわち、動作偏光方向）でのみ動作することが可能であり、入射ビームの偏光方向が液晶オンシリコン１の動作偏光方向である。液晶オンシリコン１は、第１のパネル１１、第２のパネル１２、液晶層１３、駆動回路１４および２層の配向膜（Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）１５を含む。第１のパネル１１と第２のパネル１２とは対向配置されており、第１のパネル１１は第２のパネル１２に平行である。第１のパネル１１はシリコンバックプレーン（ｓｉｌｉｃｏｎ ｂａｃｋｐｌａｎｅ）であってもよく、第２のパネル１２は半透明のガラス基板（ｇｌａｓｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）であってもよい。液晶層１３は第１のパネル１１と第２のパネル１２との間に配置される。駆動回路１４は、液晶層１３中の液晶の偏向を制御する電界を発生させるように構成されている。２層の配向膜１５は液晶層１３の２つの対向側に配置される。具体的には、配向膜１５の一方の層が液晶層１３と第１のパネル１１との間に配置され、配向膜の他方の層が液晶層１３と第２のパネル１２との間に配置される。配向膜１５は、液晶層１３中の液晶が初期の向きを持つのを可能にするのに用いられる。
適宜、駆動回路１４は第１の電極層１４１および第２の電極層１４２を含む。第１の電極層１４１は液晶層１３と第１のパネル１１との間に配置され、第２の電極層１４２は液晶層１３と第２のパネル１２との間に配置される。特に、第１の電極層１４１は液晶層１３に面する第１のパネル１１の一方の側に形成され、第２の電極層１４２は一方の側（液晶層１３に面する第２のパネル１２）に形成され、２層の配向膜１５は第１の電極層１４１と第２の電極層１４２との間に配置される。第１の電極層１４１および第２の電極層１４２が通電されると、液晶層１３中の液晶の偏向は垂直配向（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ－ａｌｉｇｎｅｄ，ＶＡ）駆動方式で制御される。
図２および図３を参照して、第１の電極層１４１および第２の電極層１４２に電圧がかけられて第１の電極層１４１と第２の電極層１４２との間に電界が形成されると、液晶層１３中の液晶が偏向される（偏向平面は図３のＸＹ平面、すなわち、第１のパネル１１と直交する平面）。一実施形態では、液晶層１３中の液晶は図３の左の図の状態から図３の右の図の状態に偏向され、具体的には、液晶長軸が第１のパネル１１にほぼ平行な方向から第１のパネル１１とほぼ直交する方向に偏向される。これは本出願の説明の一例として用いられる。別の実施形態では、上記とは異なり、液晶層１３の液晶長軸が第１のパネル１１とほぼ直交する方向から第１のパネル１１にほぼ平行な方向に偏向されてもよい。液晶は複屈折材料であるので、液晶の偏向が等価屈折率の変化をもたらすことにより、位相変調効果を実現することができる。さらに、液晶分子が偏向される角度は、第１の電極層１４１および第２の電極層１４２にかけられる電圧の値に関係する。したがって、異なる電圧をかけることによって異なる位相変調量が実施されてもよい。
図３～図５を参照して、波長選択スイッチ１００は異なる波長のビームに対して出射ポート１０２をスイッチングする必要があり、異なる波長のビームが液晶オンシリコン１の表面に入射するときに異なる波長のビームは異なる領域を占める。図４に示されているように、入射ビームＡ１に対応する波長チャンネルは領域Ｂ１の画素を占め、入射ビームＡ２に対応する波長チャンネルは領域Ｂ２の画素を占め、入射ビームＡ３に対応する波長チャンネルは領域Ｂ３の画素を占め、ここで、入射ビームＡ１、入射ビームＡ２および入射ビームＡ３の波長は互いに異なる。電圧情報が駆動回路１４にかけられるとき、Ｚ方向（ポートスイッチング方向）に異なる位相周期を持つ位相格子それぞれを形成するように、Ｚ方向の異なる波長チャンネルに対応する画素領域それぞれの電圧情報が異なる。この位相格子は、ビームの回折光エネルギが既定の方向に集中するように、すなわち、スペクトル次数（たとえば、＋１次）に集中するように、２πステップ変化を用いる反射ブレーズド（ｂｌａｚｅ）格子である。この方向から検出する場合にスペクトル強度が最大になる。領域Ｂ１の位相格子が図５に示されており、領域Ｂ２の位相格子が図６に示されており、領域Ｂ３の位相格子が図７に示されている。３つの位相格子の周期が異なり、ブレーズ角が異なる。格子の回折効果により、異なる位相周期の格子は異なる回折角を実施することができるので、対応する信号が異なるポートで出射される。図４に示されているように、入射ビームＡ１が回折後に偏向ビームＣ１を形成し、入射ビームＡ２が回折後に偏向ビームＣ２を形成し、入射ビームＡ３が回折後に偏向ビームＣ３を形成する。偏向ビームＣ１、偏向ビームＣ２および偏向ビームＣ３の回折角は異なる。液晶オンシリコン１の回折原理は、格子式Λ１（ｓｉｎθ＋ｓｉｎＢｍ）＝ｍλにしたがって、信号光（ｍ＝＋１次）の回折角Ｂｍが位相周期Λ１を制御することによって実施され得ることが分かるというものであり、ここで、θは入射角である。出射ポート群はＮ個の出射ポート１０２を含み（Ｎは２以上の整数）、Ｎ個の出射ポート１０２に対応する偏向ビームによって必要とされる回折角は異なる。たとえば、中央領域に配置されている出射ポート１０２に対応する偏向ビームによって必要とされる回折角は比較的小さい一方で、周辺領域に配置されている出射ポート１０２に対応する偏向ビームによって必要とされる回折角は大きい。より周辺にあるポートはより大きい回折角を必要とし、より小さい位相格子周期に対応する。液晶分子のねじれ効果により、Ｚ方向の位相格子周期がきわめて短くて電圧勾配がきわめて大きい場合、液晶層１３中の液晶分子はＸＹ平面内で偏向されるだけでなく、ＸＺ平面（すなわち、第１のパネル１１に平行な平面）内でも回転する。この結果、偏向ビームの偏光状態の回転が起こり、この偏向ビームにより、偏光損失および回折不足損失が発生する可能性がより高くなる。これにより、波長選択スイッチ１００の損失が増大する。
図８～図１１を参照して、液晶オンシリコン１は第１の画素領域２０を有する。第１の画素領域２０には複数の第１の小画素領域２０１があり、異なる波長の入射ビーム２０２が異なる第１の小画素領域２０１に入射する。液晶層１３は、第１の画素領域２０に配置されている第１の液晶１３１を含む。第１の液晶１３１は、第１の画素領域２０に配置されている液晶層１３のすべての液晶である。電界の制御中に、第１の液晶１３１は第１のパネル１１と直交する平面内で偏向される。この場合、液晶オンシリコン１は第１の画素領域２０において、異なる位相周期を持つ複数の第１の位相格子を形成し、複数の第１の位相格子は複数の第１の小画素領域２０１と１対１に対応し、複数の第１の位相格子は異なる波長の入射ビーム２０２を回折させるのに用いられる。このようにして、異なる波長の入射ビーム２０２は、異なる回折偏向方向を持つ偏向ビーム２０３を形成するように偏向される。図１０に示されているように、電界の制御中に、第１の液晶１３１は、第１のパネル１１に平行な平面内で第１の方向Ｄ１の方にさらに偏向される。この場合、位相周期および電圧勾配が異なるので、異なる第１の小画素領域２０１に配置されている第１の液晶１３１の異なる部分の偏向角が異なり、その一方で、偏向方向は同じであり、具体的には、すべての異なる部分が第１の方向Ｄ１の方に偏向される。配向膜１５は、第１の画素領域２０に配置されている第１の部分配向膜１５１を含む。第１の部分配向膜１５１の配向方向Ｒ１は入射ビーム２０２の偏光方向Ｐ１に対して第２の方向Ｄ２の方に偏向されている。偏向ビーム２０３の損失を減少させるために、第２の方向Ｄ２は第１の方向Ｄ１とは反対である。
本実施形態では、配向膜１５の第１の部分配向膜１５１の配向方向Ｒ１が入射ビーム２０２の偏光方向Ｐ１に対して第２の方向Ｄ２の方に偏向されており、第２の方向Ｄ２は第１の方向Ｄ１とは反対である。したがって、液晶オンシリコン１が通電されて第１の液晶１３１が第１のパネル１１に平行な平面内で第１の方向Ｄ１の方に偏向されると、配向膜１５によってもたらされる第１の液晶１３１の初期の向きにより、第１のパネル１１に平行な平面内で第１の液晶１３１の偏向角の少なくとも一部が相殺される。このようにして、第１の液晶１３１と入射ビーム２０２の偏光方向との間の偏向角が縮小され、偏向ビーム２０３の偏光状態の回転角が縮小されるので、偏向ビーム２０３の偏光損失および回折不足損失が比較的低くなり、波長選択スイッチ１００の損失は比較的小さくなり、波長選択スイッチ１００のパフォーマンスが最適化される。
配向膜１５の配向方向が既存の配向プロセス（たとえば、ラビング配向、化学配向または光学配向）を用いて実施されてもよく、一切のハードウェアデバイスが付加される必要がないことが分かる。したがって、コストの追加がない。さらに、液晶オンシリコン１の作製プロセスが変更される必要はなく、配向プロセスのパラメータのみが変更されることで済む。したがって、配向方法は、高い実現可能性、低コストおよび広範な適用範囲を示す。配向方向は配向膜１５中のポリマー分子の向きである。配向方向は液晶層１３中の液晶の初期の向きに影響する。一実施形態では、図１１に示されているように、配向膜１５の第１の部分配向膜１５１がラビング配向方式で配向される。ラビング配向方式を用いるラビングローラ（ｒｕｂｂｉｎｇ ｒｏｌｌｅｒ）のラビング進行方向が第１の部分配向膜１５１の配向方向Ｒ１と同じであり、ラビング進行方向と入射ビーム２０２の偏光方向Ｐ１との間に所定の角度が形成される。第２の方向Ｄ２が第１の方向Ｄ１と反対であることは、２つの方向の偏向の向きが反対であることを意味する。図１０および図１１に示されているように、第１の方向Ｄ１が反時計回りの偏向である場合に第２の方向Ｄ２が時計回りの偏向であるか、第１の方向Ｄ１が時計回りの偏向である場合に第２の方向Ｄ２が反時計回りの偏向である。
上記とは別に、図１１および図８～図１５を参照して、動作電圧Ｖが液晶オンシリコン１に印加されると、第１の液晶１３１は第１のパネル１１と直交する平面内で偏向され、第１のパネル１１に平行な平面内で第１の方向Ｄ１の方に偏向されることで、異なる位相周期を持つ複数の第１の位相格子が第１の画素領域２０で形成される。動作電圧Ｖは複数の第１の位相格子の位相周期に対応する。テスト液晶オンシリコン５が設けられ、このテスト液晶オンシリコン５と液晶オンシリコン１とには、配向膜の配向方向が異なる点で違いがある。初期方向に沿ってテスト液晶オンシリコン５の配向膜が配向し、このテスト液晶オンシリコン５はテスト液晶を有する。動作電圧Ｖと同じテスト電圧Ｖ’がテスト液晶オンシリコン５に印加されるので、テスト液晶は第１の液晶１３１と同じ偏向動作を行なう。テスト液晶の偏向方向が検出されて、その方向とは反対の第２の方向が取得される。第２の方向に基づいて第１の部分配向膜１５１の配向方向Ｒ１が決められる。
特に、第１の液晶１３１は電界の制御中に複数の第１の位相格子を形成し、第１の部分配向膜１５１の配向方向取得方法は、
テスト液晶オンシリコン５を設けるステップであって、テスト液晶オンシリコン５の配向膜は初期方向に沿って配向する、ステップと、
テスト位相格子を形成するためにテスト液晶オンシリコン５にテスト電圧Ｖ’をかけるステップであって、テスト位相格子は第１の位相格子と同じであり、テスト電圧Ｖ’は、液晶オンシリコンの第１の液晶に印加される動作電圧Ｖと同じである、ステップと、
テスト液晶オンシリコン５に直線偏光入射ビーム５１を伝送するステップであって、入射ビーム５１の偏光方向は初期方向と同じであり、直線偏光状態の入射ビーム５１を形成するようにポラライザ５３を用いて入射ビームが調節され、ポラライザ５３の偏光方向が初期方向と同じである、ステップと、
テスト液晶オンシリコン５によって回折された偏向ビーム５２の偏光方向がテスト方向であることを検出することであって、テスト方向は初期方向に対して偏向されている、ことを行ない、＋１次回析光強度が最大である角度をロータリアナライザ５４を用いて記録し、その角度でテスト方向を取得することであって、テスト電圧Ｖ’が動作電圧Ｖと同じであるので、初期方向に対するテスト方向の偏向方向が第１の方向と同じある、すなわち、電界の下の液晶オンシリコンの第１の液晶１３１の偏向方向と同じである、ことを行なうステップと、
第１の部分配向膜１５１の配向方向を取得するステップであって、初期方向に対する第１の部分配向膜１５１の配向方向の偏向方向が初期方向に対するテスト方向の偏向方向とは反対である、ステップと
を含む。具体的には、初期方向に対するテスト方向の偏向方向の反対方向が第２の方向であり、初期方向に対して第２の方向の方に配向方向が偏向される。
上記とは別に、図８～図１１を参照して、第１の液晶１３１は電界の制御中に複数の第１の位相格子を形成する。複数の第１の位相格子のうち、最小位相周期を持つ位相格子が第１の周辺位相格子である。複数の第１の位相格子では、偏向ビームを最周辺の出射ポート１０２に入射させるように、第１の周辺位相格子に対応する偏向ビーム２０３の回折角が最大である。駆動回路１４の電界の下、第１の周辺位相格子を形成する液晶（第１の液晶１３１の一部であり、以下、第１の周辺液晶と称する）が第１の方向の方に第１の角度α（図１０に示されている）だけ偏向される。第１の周辺位相格子以外の別の第１の位相格子を形成する液晶（第１の液晶１３１の一部であり、以下、第１の非周辺液晶と称する）が第１の方向の方に第１の角度α未満の角度だけ偏向される。第１の部分配向膜１５１の配向方向Ｒ１と入射ビーム２０２の偏光方向Ｐ１との間に第２の角度β（図１１に示されている）が形成される。第２の角度βは第１の角度αに基づいて決められ、第２の角度βは第１の角度αに近い。一実施形態では、第１の角度αに対する第２の角度βの比は０．８～１．２である。たとえば、第２の角度βは第１の角度αに等しい。
本実施形態では、第２の角度βは第１の角度αに近い。したがって、液晶オンシリコン１が通電されて第１の液晶１３１が第１のパネル１１に平行な平面内で第１の方向の方に偏向されると、配向膜１５によってもたらされ、第１の周辺液晶に用いられる初期の向きにより、第１のパネル１１に平行な平面内で第１の周辺液晶の偏向角が完全にかほぼ完全に相殺される。第１の周辺位相格子によって回折される偏向ビーム２０３の偏光方向の回転が起こらず、この結果、偏光損失および回折不足損失の発生が避けられるので、波長選択スイッチ１００の最周辺の出射ポート１０２の損失が減少する。このようにして、波長選択スイッチ１００の出射ポート１０２それぞれの損失のバランスが保たれ、波長選択スイッチ１００の全体損失が比較的小さくなり、波長選択スイッチ１００のパフォーマンスが最適化される。
配向膜１５の第１の部分配向膜１５１のそれぞれの配向方向が同じであり、第１の非周辺液晶が第１の方向の方に偏向される角度すべてが第１の角度α未満であることが分かる。したがって、液晶オンシリコン１が通電されて第１の液晶１３１が第１のパネル１１に平行な平面内で第１の方向Ｄ１の方に偏向されると、配向膜１５の第１の部分配向膜１５１によってもたらされる第１の非周辺液晶の初期の向きにより、第１のパネル１１に平行な平面内で第１の非周辺液晶の偏向角が相殺されるだけでなく、第１の非周辺液晶の液晶長軸方向と入射ビーム２０２の偏向方向との間に所定の角度も形成される。第１の周辺位相格子以外の別の第１の位相格子によって回折される偏向ビーム２０３の偏光方向の回転が起こることにより、偏光損失および回折不足損失が発生する。さらに、必要な回折角が小さい偏光ビームほど、配向膜１５によって発生する損失が大きくなる。しかし、ビームには波長選択スイッチ１００の伝送プロセスにおける別の損失（たとえば、液晶オンシリコン１の回折損失、システムカップリング損失、各構成要素の伝送損失やモジュールアセンブリ損失）がさらに生じ、大きい回折角が必要な周辺の出射ポート１０２（第１の周辺液晶に対応）の損失は小さい回折角が必要な中間の出射ポート１０２（第１の非周辺液晶に対応）の損失よりもはるかに大きい。したがって、中間の出射ポートからのビーム出射に偏光損失および回折不足損失が生じる場合であっても、波長選択スイッチ１００の中間の出射ポート１０２から出射するビームの総損失はやはり波長選択スイッチ１００の周辺の出射ポート１０２から出射するビームの総損失未満であるか、ほぼ等しい。波長選択スイッチ１００のポートそれぞれの損失のバランスが保たれることにより、最適システムパフォーマンスが実現される。液晶オンシリコン１により、波長選択スイッチ１００の出射ポート１０２に対応するビームそれぞれの損失を平準化することができる。したがって、これは波長選択スイッチ１００の複数の出射ポート１０２を設計するのに有用である。たとえば、波長出射ポート１０２は、１（入射）×２０（出射）、１（入射）×４０（出射）などであってもよい。
適宜選択可能な実施形態では、図８、図９、図１２および図１３を参照して、液晶オンシリコン１は第２の画素領域３０をさらに有する。この場合、少なくとも２つの入射ポート１０１があり、少なくとも２つの出射ポート群があり、第１の画素領域２０および第２の画素領域３０で回折されて偏向された後、２つの入射ポートのビームは２つの出射ポート群の異なる出射ポート１０２に入射する。第２の画素領域３０には複数の第２の小画素領域３０１があり、異なる小画素領域３０１に異なる波長の入射ビーム３０２が入射する。液晶層１３は、第２の画素領域３０に配置されている第２の液晶１３２をさらに含む。第２の液晶１３２は、第２の画素領域３０に配置されている液晶層１３のすべての液晶である。電界の制御中に、第２の液晶１３２は第１のパネル１１と直交する平面内で偏向される。この場合、液晶オンシリコン１は第２の画素領域３０において、異なる位相周期を持つ複数の第２の位相格子を形成し、複数の第２の位相格子は複数の第２の小画素領域３０１と１対１に対応し、複数の第２の位相格子は異なる波長の入射ビーム３０２を回折させるのに用いられる。このようにして、異なる波長の入射ビーム３０２は、異なる回折偏向方向を持つ偏向ビーム３０３を形成するように偏向される。図１２に示されているように、電界の制御中に、第２の液晶１３２は、第１のパネル１１に平行な平面内で第３の方向Ｄ３の方に偏向される。この場合、位相周期および電圧勾配が異なるので、異なる第２の小画素領域３０１に配置されている第２の液晶１３２の異なる部分の偏向角が異なり、その一方で、偏向方向は同じであり、具体的には、異なる部分が第３の方向Ｄ３の方に偏向される。配向膜１５は、第２の画素領域３０に配置されている第２の部分配向膜１５２をさらに含む。図１３に示されているように、第２の部分配向膜１５２の配向方向Ｒ２は入射ビーム３０２の偏光方向Ｐ２に対して第４の方向Ｄ４の方に偏向されている。偏向ビーム３０３の損失を減少させるために、第４の方向Ｄ４は第３の方向Ｄ３とは反対である。
本実施形態では、配向膜１５の第２の部分配向膜１５２の配向方向Ｒ２が入射ビーム３０２の偏光方向Ｐ２に対して第４の方向Ｄ４の方に偏向されており、第４の方向Ｄ４は第３の方向Ｄ３とは反対である。したがって、液晶オンシリコン１が通電されて第２の液晶１３２が第１のパネル１１に平行な平面内で第３の方向Ｄ３の方に偏向されると、配向膜１５によってもたらされる第２の液晶１３２の初期の向きにより、第１のパネル１１に平行な平面内で第２の液晶１３２の偏向角の少なくとも一部が相殺される。このようにして、第２の液晶１３２と入射ビーム３０２の偏光方向Ｐ２との間の偏向角が縮小され、偏向ビーム３０３の偏光状態の回転角が縮小されるので、偏向ビーム３０３の偏光損失および回折不足損失が比較的低くなり、波長選択スイッチ１００の損失が比較的小さくなり、波長選択スイッチ１００のパフォーマンスが最適化される。
図１４に示されているように、液晶オンシリコン１が２つの入射ポート１０１（たとえば、第１の入射ポート１０１１および第２の入射ポート１０１２）から発生する入射ビームを回折させて偏向させて偏向ビームの２つの部分を形成することができることが分かる。偏向ビームは２つの出射ポート群（たとえば、第１の出射ポート群１０２１および第２の出射ポート群１０２２）に入射させられる。第１の入射ポート１０１１からのビームによって占められる液晶オンシリコン１の画素領域は、第２の入射ポート１０１２からのビームによって占められる液晶オンシリコン１の画素領域とは異なる。
配向膜１５の第１の部分配向膜１５１が第１の画素領域２０内の第１の液晶１３１の偏向に基づいて設計され、第２の部分配向膜１５２が第２の画素領域３０内の第２の液晶１３２の偏向に基づいて設計される。したがって、第１の部分配向膜１５１および第２の部分配向膜１５２はその画素領域内の液晶の初期の向きの要件を満たすことができ、互いに影響しない。このようにして、液晶オンシリコン１は多数の出射ポート群についての要件を満たすことができる。
上記とは別に、図８、図９、図１２および図１３を参照して、第２の液晶１３２は電界の制御中に複数の第２の位相格子を形成する。複数の第２の位相格子のうち、最小位相周期を持つ位相格子が第２の周辺位相格子である。複数の第２の位相格子では、偏向ビームを最周辺の出射ポート１０２に入射させるように、第２の周辺位相格子に対応する偏向ビーム３０３の回折角が最大である。駆動回路１４の電界の下、第２の周辺位相格子を形成する液晶（第２の液晶１３２の一部であり、以下、第２の周辺液晶と称する）が第３の方向Ｄ３の方に第３の角度γだけ偏向される。第２の周辺位相格子以外の別の第２の位相格子を形成する液晶（第２の液晶１３２の一部であり、以下、第２の非周辺液晶と称する）が第３の方向Ｄ３の方に第３の角度γ未満の角度だけ偏向される。第２の部分配向膜１５２の配向方向Ｒ２とビームの偏光方向Ｐ２との間に第４の角度δが形成される。第４の角度δは第３の角度γに基づいて決められ、第４の角度δは第３の角度γに近い。一実施形態では、第３の角度γに対する第４の角度δの比は０．８～１．２である。たとえば、第４の角度δは第３の角度γに等しい。
本実施形態では、第４の角度δは第３の角度γに近い。したがって、液晶オンシリコン１が通電されて第２の液晶１３２が第１のパネル１１に平行な平面内で第３の方向Ｄ３の方に偏向されると、配向膜１５によってもたらされ、第２の周辺液晶に用いられる初期の向きにより、第１のパネル１１に平行な平面内で第２の周辺液晶の偏向角が完全にまたはほぼ完全に相殺される。第２の周辺位相格子によって回折される偏向ビーム３０３の偏光方向Ｐ２の回転が起こらず、この結果、偏光損失および回折不足損失の発生が避けられるので、波長選択スイッチ１００の最周辺の出射ポート１０２の損失が減少する。このようにして、波長選択スイッチ１００の出射ポート１０２それぞれの損失のバランスが保たれ、波長選択スイッチ１００の全体損失が比較的小さくなり、波長選択スイッチ１００のパフォーマンスが最適化される。
一実施形態では、図８、図１０および図１４～図１２を参照して、第３の方向Ｄ３は第１の方向Ｄ１とは反対である。たとえば、第１の入射ポート１０１１から入射されるビーム２０２が、第１の画素領域２０で発生する複数の第１の位相格子で上方への回折および偏向を行なって、形成された偏向ビーム２０３が第１の出射ポート群１０２１に出射される。第２の入射ポート１０１２から入射されるビーム３０２が、第２の画素領域３０で発生する複数の第２の位相格子で下方への回折および偏向を行なって、形成された偏向ビーム３０３が第２の出射ポート群１０２２に出射される。本実施形態では、液晶オンシリコン１は異なる偏向方向の回折要件を満たすことができる。
図１３に示されているように、配向膜１５の第１の部分配向膜１５１および第２の部分配向膜１５２がラビング配向方式で配向される場合、ラビング配向方式を用いた第１の部分配向膜１５１上でのラビングローラ（ｒｕｂｂｉｎｇ ｒｏｌｌｅｒ）のラビング進行方向が第１の部分配向膜１５１の配向方向Ｒ１と同じであり、第２の部分配向膜１５２のラビング進行方向が第２の部分配向膜１５２の配向方向Ｒ２と同じである。
別の実施形態では、第３の方向Ｄ３が第１の方向Ｄ１と同じである。第２の液晶１３２は電界の制御中に複数の第２の位相格子を形成する。複数の第２の位相格子のうち、最小位相周期を持つ位相格子が第２の周辺位相格子であり、第２の周辺位相格子を形成する液晶が第３の方向Ｄ３の方に第３の角度γだけ偏向され、ここで、第３の角度γは第１の角度αと同じであり、第２の部分配向膜１５２の配向方向Ｒ２は第１の部分配向膜１５１の配向方向Ｒ１と同じである。本実施形態では、第１の画素領域２０に対応する第１の出射ポート群１０２１の設計と、第２の画素領域３０に対応する第２の出射ポート群１０２２の設計とは同じでも異なってもよい。たとえば、必要な最大回折角が同じである場合に出射ポート１０２の個数が異なってもよい。これとは異なり、必要な最大回折角が同じで、出射ポート１０２の個数も同じである場合にいくつかのポートによって必要とされる回折角が異なる。第２の部分配向膜１５２の配向方向Ｒ２と第１の部分配向膜１５１の配向方向Ｒ１とが同じであるので、配向膜１５の配向プロセスが単純化されることが可能であり、配向膜１５の配向コストが減少することが可能であることが分かる。
適宜選択可能な実施形態では、第３の入射ポートおよび第３の出射ポート群の回折偏向要件を満たすように、液晶オンシリコン１は第３の画素領域４０をさらに含んでもよい。第３の画素領域４０に対応する配向膜１５の第３の部分配向膜１５３の設計方法については、第１の部分配向膜１５１の設計方法および／または第２の部分配向膜１５２の設計方法を参照する。当然、液晶オンシリコン１はより多くの画素領域をさらに含んでもよい。
図１および図１５を参照して、本出願では液晶オンシリコン１の配向膜１５に適用される配向方向取得方法をさらに提供する。配向方向取得方法を用いて上記の実施形態の配向膜１５の第１の部分配向膜１５１、第２の部分配向膜１５２および第３の部分配向膜１５３の配向方向が取得されることが可能である。
配向方向取得方法は以下のステップを含む。
Ｓ０１：テスト液晶オンシリコン５を設け、テスト液晶オンシリコン５の配向膜は初期方向に沿って配向し、このステップでは、テスト液晶オンシリコン５が１×４０個の波長選択スイッチに対応する例が用いられ、テスト液晶オンシリコン５に必要な最大回折角が４°である。
Ｓ０２：テスト位相格子を形成するためにテスト液晶オンシリコン５にテスト電圧をかけ、テスト電圧がかけられるテスト液晶オンシリコン５は周期が６であるブレーズド格子を形成し、このブレーズド格子は４°の回折角に対応する。
Ｓ０３：テスト液晶オンシリコン５に直線偏光入射ビーム５１を伝送し、入射ビーム５１の偏光方向は初期方向と同じであり、直線偏光状態の入射ビーム５１を形成するようにポラライザ５３を用いて入射ビームが調節され、ポラライザ５３の偏光方向が初期方向と同じである。
Ｓ０４：テスト液晶オンシリコン５によって回折された偏向ビーム５２の偏光方向がテスト方向であることを検出し、＋１次回析光強度が最大である角度をロータリアナライザ５４を用いて記録し、その角度でテスト方向を取得する。
Ｓ０５：液晶オンシリコン１の配向膜１５の配向方向を取得し、初期方向に対する配向方向の偏向方向が初期方向に対するテスト方向の偏向方向とは反対である。具体的には、テスト方向が初期方向に対して第１の方向の方に偏向される場合に配向方向は初期方向に対して第２の方向の方に偏向され、第２の方向は第１の方向とは反対である。
本実施形態では、配向方向取得方法では、配向膜１５の配向方向を取得するために偏向ビーム５２の偏向方向が検出される。この取得方法は高効率かつ高正確度の方法であり、異なる回折偏向要件に基づいて配向膜１５に対応する配向方向を取得するステップは高い柔軟性および広範な適用幅を示す。
適宜選択可能な実施形態では、テスト液晶オンシリコン５は同じ回折指向方向を持つ位相周期範囲を持つ。具体的には、テスト液晶オンシリコン５は同じ回折指向方向を持つ複数の位相格子を形成するのに用いられ、これらの位相格子に対応する位相周期がまとまって位相周期範囲を形成する。テスト位相格子の位相周期は位相周期範囲での最小値である。格子式によれば、大きい回折角が小さい位相周期を示す。したがって、位相周期範囲での最小値は最大回折角を生じさせる位相格子に対応する。最大回折角に対応する位相格子がテスト位相格子として選択される。このようにして、偏向ビーム５２の偏光方向および偏向角がより正確に取得されることが可能であることにより、配向方向取得方法の正確度を改善することが容易になる。
上記とは別に、テスト方向と初期方向との間に第１の角度が形成され、配向方向と初期方向との間に第２の角度が形成され、第２の角度は第１の角度に近い。一実施形態では、第１の角度に対する第２の角度の比は０．８～１．２である。たとえば、第２の角度は第１の角度に等しい。第２の角度が第１の角度に近いので、この配向方向で配向膜１５を用いれば、液晶オンシリコン１の液晶は第１のパネル１１に平行な平面内で液晶の偏向角が相殺されるように良好な初期の向きを持つことができる。このようにして、最大回折角を持つ偏向ビーム５２の偏光方向の回転が起こらず、偏光損失および回折不足損失の発生が避けられるので、波長選択スイッチ１００の最周辺にある出射ポート１０２の損失が減少する。このようにして、波長選択スイッチ１００の出射ポート１０２それぞれの損失のバランスが保たれ、波長選択スイッチ１００の全体損失が比較的小さくなり、波長選択スイッチ１００のパフォーマンスが最適化される。
配向方向取得方法では、より正確な配向方向を取得するために、補助テストを実行するのに、コリメートレンズ５５、球面レンズ５６および間隔検出器５７が用いられてもよい。
図１～図１５を参照して、本出願の一実施形態では液晶オンシリコンの製造方法をさらに提供する。液晶オンシリコンの製造方法は、上記の実施形態の液晶オンシリコン１を製造するのに用いられてもよい。液晶オンシリコン１は、直線偏光状態の入射ビームを回折させて偏向ビームを形成するのに用いられる。液晶オンシリコンの製造方法は、
第１のパネル１１を設け、第１のパネル１１に配向膜の第１の層をコーティングし、配向膜の第１の層の配向方向が入射ビームの偏光方向に対して第２の方向の方に偏向されるように配向膜の第１の層を配向させるステップと、
第２のパネル１２を設け、第２のパネル１２に配向膜の第２の層をコーティングし、配向膜の第２の層を配向させるステップであって、配向膜の第２の層の配向方向は配向膜の第１の層の配向方向と同じである、ステップと、
第１のパネル１１と第２のパネル１２とを積層し、液晶オンシリコン１を形成するために第１のパネル１１と第２のパネル１２との間に液晶層１３を充填するステップであって、第１のパネル１１の回路と第２のパネル１２の回路とがまとまって駆動回路１４を形成し、駆動回路１４によって発生する電界の下、液晶層１３中の液晶が第１のパネル１１と直交する平面内で偏向され、第１のパネル１１に平行な平面内で第１の方向の方に偏向され、第１の方向は第２の方向とは反対である、ステップと
を含む。
本実施形態では、配向膜の第１の層および配向膜の第２の層の配向方向が入射ビームの偏光方向に対して第２の方向の方に偏向され、第２の方向は第１の方向とは反対である。したがって、液晶オンシリコン１が通電されて液晶層１３中の液晶が第１のパネル１１に平行な平面内で第１の方向の方に偏向されると、配向膜の第１の層および配向膜の第２の層によってもたらされる液晶層１３中の液晶の初期の向きにより、第１のパネル１１に平行な平面内で液晶の偏向角の少なくとも一部が相殺される。このようにして、液晶層１３中の液晶と入射ビームの偏光方向との間の偏向角が縮小され、偏向ビームの主要偏光状態の回転角が縮小されるので、偏向ビームの偏光損失および回折不足損失が比較的低くなり、波長選択スイッチの損失が比較的小さくなり、波長選択スイッチのパフォーマンスが最適化される。
第１のパネル１１と第２のパネル１２とが積層された後に液晶層１３が充填されてもよい。これの代わりに、プラスチックフレームを用いて第１のパネル１２に液晶充填領域が画定されてもよく、その後、液晶層１３を形成するように、液晶充填領域に液晶が充填された後に第１のパネル１１と第２のパネル１２とが積層される。
適宜選択可能な実施形態では、図１５を参照して、配向膜の第１の層の配向方向取得方法は、
テスト液晶オンシリコン５を設けるステップであって、テスト液晶オンシリコン５の配向膜は初期方向に沿って配向する、ステップと、
テスト位相格子を形成するためにテスト液晶オンシリコン５にテスト電圧をかけるステップであって、テスト位相格子は、液晶オンシリコンによって発生させられる必要がある位相格子と同じである、ステップと、
テスト液晶オンシリコン５に直線偏光入射ビーム５１を伝送するステップであって、入射ビーム５１の偏光方向は初期方向と同じである、ステップと、
テスト液晶オンシリコン５によって回折された偏向ビーム５２の偏光方向がテスト方向であることを検出するステップと、
配向膜の第１の層の配向方向を取得するステップであって、初期方向に対する配向膜の第１の層の配向方向の偏向方向が初期方向に対するテスト方向の偏向方向とは反対である、ステップと
を含む。
本実施形態では、配向膜の第１の層の配向方向を取得するために偏向ビーム５２の偏向方向が検出される。この取得方法は高効率かつ高正確度の方法であり、異なる回折偏向要件に基づいて配向膜に対応する配向方向を取得するステップは高い柔軟性および広範な適用幅を示す。
テスト液晶オンシリコンは同じ回折指向方向を持つ複数の位相格子を有し、複数の位相格子の位相周期は位相周期範囲を形成し、テスト位相格子の位相周期は位相周期範囲での最小値である。格子式によれば、大きい回折角が小さい位相周期を示す。したがって、位相周期範囲での最小値は最大回折角を生じさせる位相格子に対応する。最大回折角に対応する位相格子がテスト位相格子として選択される。このようにして、偏向ビームの偏光方向および偏向角がより正確に取得されることが可能であることにより、配向方向取得方法の正確度を改善することが容易になる。
テスト方向と初期方向との間に第１の角度が形成され、配向方向と初期方向との間に第２の角度が形成され、第１の角度に対する第２の角度の比は０．８～１．２である。たとえば、第２の角度は第１の角度に等しい。第２の角度が第１の角度に近いので、この配向方向で配向膜の第１の層および配向膜の第２の層を用いれば、液晶オンシリコン１の液晶は第１のパネル１１に平行な平面内で液晶の偏向角が相殺されるように良好な初期の向きを持つことができる。このようにして、最大回折角を持つ偏向ビームの偏光方向の回転が起こらず、偏光損失および回折不足損失の発生が避けられるので、波長選択スイッチの最周辺にある出射ポートの損失が減少する。このようにして、波長選択スイッチの出射ポートそれぞれの損失のバランスが保たれ、波長選択スイッチの全体損失が比較的小さくなり、波長選択スイッチのパフォーマンスが最適化される。
上記の説明は本出願の特定の実現例にすぎず、本出願の保護範囲を限定することを意図していない。本出願で開示されている技術的範囲内で当業者によって容易に理解される一切の変形や置換も本出願の保護範囲に含まれる。したがって、本出願の保護範囲は請求項の保護範囲に従属する。
１ 液晶オンシリコン
５ テスト液晶オンシリコン
１１ 第１のパネル
１２ 第２のパネル
１３ 液晶層
１４ 駆動回路
１５ 配向膜
２０ 第１の画素領域
３０ 第２の画素領域
４０ 第３の画素領域
５１ 直線偏光入射ビーム
５２ 偏向ビーム
５３ ポラライザ
５４ ロータリアナライザ
５５ コリメートレンズ
５６ 球面レンズ
１００ 波長選択スイッチ
１０１ 入射ポート
１０２ 波長出射ポート
１０３ 偏光変換ユニット
１０４ 波長分割デマルチプレクサ
１０５ レンズ
１０６ 反射器
１３１ 第１の液晶
１３２ 第２の液晶
１４１ 第１の電極層
１４２ 第２の電極層
１５１ 第１の部分配向膜
１５２ 第２の部分配向膜
１５３ 第３の部分配向膜
２０１ 第１の小画素領域
２０２ 入射ビーム
２０３ 偏向ビーム
３０１ 第２の小画素領域
３０２ 入射ビーム
３０３ 偏向ビーム
１０１１ 第１の入射ポート
１０１２ 第２の入射ポート
１０２１ 第１の出射ポート群
１０２２ 第２の出射ポート群

Claims (15)

  1. 波長選択スイッチに適用される液晶オンシリコンであって、前記液晶オンシリコンは、直線偏光状態の入射ビームを回折させて偏向ビームを形成するのに用いられ、前記液晶オンシリコンは、
    対向配置されている第１のパネルおよび第２のパネルと、
    前記第１のパネルと前記第２のパネルとの間に配置されている液晶層と、
    前記液晶層中の液晶の偏向を制御する電界を発生させるように構成される駆動回路と、
    ２層の配向膜であって、前記２層の配向膜は前記液晶層の２つの対向側に配置される、２層の配向膜と
    を備え、
    前記液晶オンシリコンは第１の画素領域を有し、前記液晶層は、前記第１の画素領域に配置されている第１の液晶を備え、前記電界の制御中に、前記第１の液晶は前記第１のパネルと直交する平面内で偏向され、前記第１のパネルに平行な平面内で第１の方向の方に偏向され、前記配向膜は、前記第１の画素領域に配置されている第１の部分配向膜を備え、前記第１の部分配向膜の配向方向は前記入射ビームの偏光方向に対して第２の方向の方に偏向されており、前記偏向ビームの損失を減少させるために、前記第２の方向は前記第１の方向とは反対である、
    液晶オンシリコン。
  2. 前記第１の液晶は前記電界の前記制御中に複数の第１の位相格子を形成し、前記複数の第１の位相格子のうち、最小位相周期を持つ位相格子が第１の周辺位相格子であり、前記第１の周辺位相格子を形成する液晶が前記第１の方向の方に第１の角度だけ偏向され、
    前記第１の部分配向膜の前記配向方向と前記入射ビームの前記偏光方向との間に第２の角度が形成され、
    前記第１の角度に対する前記第２の角度の比は０．８～１．２である、請求項１に記載の液晶オンシリコン。
  3. 前記液晶オンシリコンは第２の画素領域をさらに有し、前記液晶層は、前記第２の画素領域に配置されている第２の液晶をさらに備え、前記電界の前記制御中に、前記第２の液晶は前記第１のパネルと直交する前記平面内で偏向され、前記第１のパネルに平行な前記平面内で第３の方向の方に偏向され、
    前記配向膜は、前記第２の画素領域に配置されている第２の部分配向膜をさらに備え、前記第２の部分配向膜の配向方向は前記入射ビームの前記偏光方向に対して第４の方向の方に偏向されており、前記偏向ビームの前記損失を減少させるために、前記第４の方向は前記第３の方向とは反対である、請求項２に記載の液晶オンシリコン。
  4. 前記第２の液晶は前記電界の前記制御中に複数の第２の位相格子を形成し、前記複数の第２の位相格子のうち、最小位相周期を持つ位相格子が第２の周辺位相格子であり、前記第２の周辺位相格子を形成する液晶が前記第３の方向の方に第３の角度だけ偏向され、
    前記第２の部分配向膜の前記配向方向と前記入射ビームの前記偏光方向との間に第４の角度が形成され、
    前記第３の角度に対する前記第４の角度の比は０．８～１．２である、請求項３に記載の液晶オンシリコン。
  5. 前記第３の方向は前記第１の方向とは反対である、請求項３または４に記載の液晶オンシリコン。
  6. 前記第３の方向は前記第１の方向と同じであり、前記第２の液晶は前記電界の前記制御中に複数の第２の位相格子を形成し、前記複数の第２の位相格子のうち、最小位相周期を持つ位相格子が第２の周辺位相格子であり、前記第２の周辺位相格子を形成する液晶が前記第３の方向の方に第３の角度だけ偏向され、前記第３の角度は前記第１の角度と同じであり、前記第２の部分配向膜の前記配向方向は前記第１の部分配向膜の前記配向方向と同じである、請求項３に記載の液晶オンシリコン。
  7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の液晶オンシリコンにおける前記第１の部分配向膜の配向方向を取得する方法であって、前記第１の液晶は前記電界の前記制御中に複数の第１の位相格子を形成し、前記方法は、
    テスト液晶オンシリコンを設けるステップであって、前記テスト液晶オンシリコンの配向膜は初期方向に沿って配向する、ステップと、
    テスト位相格子を形成するために前記テスト液晶オンシリコンにテスト電圧をかけるステップであって、前記テスト位相格子は前記第１の位相格子と同じである、ステップと、
    前記テスト液晶オンシリコンに直線偏光入射ビームを伝送するステップであって、前記入射ビームの偏光方向は前記初期方向と同じである、ステップと、
    前記テスト液晶オンシリコンによって回折された偏向ビームの偏光方向がテスト方向であることを検出するステップと、
    前記第１の部分配向膜の前記配向方向を取得するステップであって、前記初期方向に対する前記第１の部分配向膜の前記配向方向の偏向方向が前記初期方向に対する前記テスト方向の偏向方向とは反対である、ステップと
    を含む、方法。
  8. 請求項１から６のいずれか一項に記載の液晶オンシリコンを備える波長選択スイッチ。
  9. 液晶オンシリコンの配向膜に適用される配向方向取得方法であって、
    テスト液晶オンシリコンを設けるステップであって、前記テスト液晶オンシリコンの配向膜は初期方向に沿って配向する、ステップと、
    テスト位相格子を形成するために前記テスト液晶オンシリコンにテスト電圧をかけるステップと、
    前記テスト液晶オンシリコンに直線偏光入射ビームを伝送するステップであって、前記入射ビームの偏光方向は前記初期方向と同じである、ステップと、
    前記テスト液晶オンシリコンによって回折された偏向ビームの偏光方向がテスト方向であることを検出するステップと、
    前記液晶オンシリコンの前記配向膜の配向方向を取得するステップであって、前記初期方向に対する前記配向方向の偏向方向が前記初期方向に対する前記テスト方向の偏向方向とは反対である、ステップと
    を含む配向方向取得方法。
  10. 前記テスト液晶オンシリコンは同じ回折指向方向を持つ複数の位相格子を有し、前記複数の位相格子の位相周期が位相周期範囲を形成し、前記テスト位相格子の位相周期が前記位相周期範囲での最小値である、請求項９に記載の配向方向取得方法。
  11. 前記テスト方向と前記初期方向との間に第１の角度が形成され、前記配向方向と前記初期方向との間に第２の角度が形成され、前記第１の角度に対する前記第２の角度の比は０．８～１．２である、請求項９または１０に記載の配向方向取得方法。
  12. 液晶オンシリコンの製造方法であって、前記液晶オンシリコンは、直線偏光状態の入射ビームを回折させて偏向ビームを形成するのに用いられ、前記液晶オンシリコンの製造方法は、
    第１のパネルを設け、前記第１のパネルに配向膜の第１の層をコーティングし、前記配向膜の第１の層の配向方向が前記入射ビームの偏光方向に対して第２の方向の方に偏向されるように前記配向膜の第１の層を配向させるステップと、
    第２のパネルを設け、前記第２のパネルに配向膜の第２の層をコーティングし、前記配向膜の第２の層を配向させるステップであって、前記配向膜の第２の層の配向方向は前記配向膜の第１の層の前記配向方向と同じである、ステップと、
    前記第１のパネルと前記第２のパネルとを積層し、前記液晶オンシリコンを形成するために前記第１のパネルと前記第２のパネルとの間に液晶層を充填するステップであって、前記第１のパネルの回路と前記第２のパネルの回路とがまとまって駆動回路を形成し、前記駆動回路によって発生する電界の下、前記液晶層中の液晶が前記第１のパネルと直交する平面内で偏向され、前記第１のパネルに平行な平面内で第１の方向の方に偏向され、前記第１の方向は前記第２の方向とは反対である、ステップと
    を含む、液晶オンシリコンの製造方法。
  13. 前記配向膜の第１の層の配向方向取得方法は、
    テスト液晶オンシリコンを設けるステップであって、前記テスト液晶オンシリコンの配向膜は初期方向に沿って配向する、ステップと、
    テスト位相格子を形成するために前記テスト液晶オンシリコンにテスト電圧をかけるステップと、
    前記テスト液晶オンシリコンに直線偏光入射ビームを伝送するステップであって、前記入射ビームの偏光方向は前記初期方向と同じである、ステップと、
    前記テスト液晶オンシリコンによって回折された偏向ビームの偏光方向がテスト方向であることを検出するステップと、
    前記配向膜の第１の層の前記配向方向を取得するステップであって、前記初期方向に対する前記配向膜の第１の層の前記配向方向の偏向方向が前記初期方向に対する前記テスト方向の偏向方向とは反対である、ステップと
    を含む、請求項１２に記載の液晶オンシリコンの製造方法。
  14. 前記テスト液晶オンシリコンは同じ回折指向方向を持つ複数の位相格子を有し、前記複数の位相格子の位相周期が位相周期範囲を形成し、前記テスト位相格子の位相周期が前記位相周期範囲での最小値である、請求項１３に記載の液晶オンシリコンの製造方法。
  15. 前記テスト方向と前記初期方向との間に第１の角度が形成され、前記配向方向と前記初期方向との間に第２の角度が形成され、前記第１の角度に対する前記第２の角度の比は０．８～１．２である、請求項１３または１４に記載の液晶オンシリコンの製造方法。
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