JPH03105310A - 光遅延器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は，光学測定器，光干渉計，光通信などの，光遅
延或は光の位相変調の方法に関する。

〔従来の技術〕

従来，光遅延を利用した例としては．高速電気サンプリ
ング法が、アプライド，フイジツクス，レター４９（６
）、（１　９　８　６年）第３５７頁から第３５９頁（
Ａｐｐ１、Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．　４　９　（　６　）
　（１９８６）ｐｐ３５７−３５９）において論じられ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、光遅延を行なう際，機械的制御を行な
うため、ステージのバックラッシュによる不確定性，ス
テージのヨーイングに伴なう反射光路の変化等の問題が
ある上、制御速度が秒程度と遅く、更に機械的故障が起
こりやすく、バルスモータ駆動回路等コスト高になり、
又、系全体が大きくなってしまう等の問題があった。

本発明は、光遅延を電圧制御により、高速度、かつ、高
確度で行なう事を目的としており、さらに、低コストで
高信頼性で，コンパクトな素子を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達或するために、本発明は液晶の一軸性に着
目し，電場印加による配向変化を用いて、屈折率を制御
し、光学距離を変化せしめる事により光遅延を行なうよ
うにしたものである。

光の偏光方向が，液晶の配向方向に垂直な成分を有する
場合、複屈折が生じる。このため、光学距離を変化させ
ると偏光状態が変化してし・まうという問題が生じる。

こけを避けるためには、光を直線偏光とし、その偏光方
向と平行に液晶分子を並べるとよい。

更に、複数の上記液晶セルを層状に重ね，それぞれのセ
ルに独立に電場をかけ、層毎に屈折率を変化させ，全体
として光路長を制御することにより印加電圧をデジタル
化でき、設計が容易になり、確度の信頼性が向上する。

〔作用〕 液晶を透明電極ではさみ、電場を印加すると、液品の配
列遷移が生じるため、屈折率が変化する。

光学距離Ｌは、幾何的距離をＱ，その屈折率をｎとする
と．Ｌ＝ｎＱで与えられ、そこを光が通過する時間Δｔ
は、Δｔ　＝　ｎ　Ｑ　／　ｃとなる。ここで、Ｃは真
空中での光速である。よって、αが一定であっても、ｎ
を変化させることにより、ΔＬを変化せしめる事が可能
である。よって、上記液品セルに電圧を印加することに
より、光遅延時間を変化させることができる。液品の遷
移は、印加電圧により連続的におこるので、屈折率は連
続的に変化する。よって，光遅延は、電圧により連続的
に制御可能である。通常、液晶遷移が生じ始めるしきい
値電圧Ｖｔｈと，遷移が完了する飽和電圧Ｖｓａｔを用
いて急峻度β＝　Ｖｓａｔ／　Ｖ　−ｈ　を定義する。

本発明の場合、βが大きい程、遅延時間の制御は容易に
なる。

しかし、用いる液品によってはβが１に近いものもあり
、又、温度による変化もある。よってこれらの困難を避
けるために、液品セルを層状に重ね、それぞれの単位セ
ルに独自に電圧を印加するようにし，飽和電圧以上の電
圧で駆動するようにする．これにより、電圧印加はデジ
タル的にでき、単位セルの屈折率も２つの状態のどちら
かをとることになる。この単位セルを層状に重ね、遷移
せしめる単位セルの数を制御することにより、全体とし
ての光学距離を制御することが可能となる．この場合、
βは１に近いものを用いる事が望ましい。これにより．
　Ｖｉｈｔ　Ｖｓａｔの温度変化やばらつきを考慮し、
印加電圧を容易に設計できるようになる． 〔実施例〕 （実施例１） 以下，本発明の一実施例を第１図から第４図により説明
する。ネサガラス１上に，ラビング法によりネマチツク
液晶２　（ＭＥＲＣＫＦ！、ＺＬＩ−１６３６）をホモ
ジニアス配向させ、その上にネサガラス１をかぶせたセ
ルを作製する。用いた液品のしきい値電圧は１．５ｖ、
飽和電圧は２．２ｖであるので．［源５により、例えば
３ｖを印加すると，第２図に示すように，液品２の配向
方向が変化する。偏向板３は、複屈折を生じさせぬため
に、ラビング方向と平行の偏光を透過するように配置し
てある。

光遅延器としての動作は第３図に示す方法で確認した。

モード同期色素レーザｌ２により発生した波長５　９　
０　ｎ　ｍ　．パルス帽０．４ρｓｅｃの光パルスを、
ビームスプリツタ↓５で２つに分け、ミラー１４を用い
て一方は，上記液品セル↓■に導き、もう一方は、プリ
ズムを用いた固定式光遅延器に導き、レンズ１６にて、
ＫＤＰ１７に集光している。ＫＤＰ１７は、光線形光学
結晶であり、２つのパルス光が重なったとき，第２高調
波（ＳＨＧ）を発生するので，これを光電子増倍管１９
で検出している。フィルター１８は紫外線透過フィルタ
ーであり、基本波（波長５９０ｎｍ）をカットするため
に用いている。又、固定式光遅延器ｌ３は、２つのパル
ス光の光路長を揃える働きをしている。

液品に印加する電圧２０と，光電子増倍管１９の出力信
号・を、Ｘ−Ｙレコーダ２１で観測したところ、第４図
が得られた。この波形は、横軸が液晶セル１１への印加
電圧Ｖ、縦軸が２つのパルス光のＳＨＧ相関を表わす。

この図での横軸は、２つのパルス光の間の遅延時間に相
当するので、印加電圧Ｖにより，遅延時間を変化させる
事ができたことが解る。

用いた液品セル１］の液晶の屈折率はｎｅ　”］．．６
５０　，ｎｏ＝１．５１０であるがら、電圧印力Ｕによ
る屈折率変化は、Δｎ＝０．１４　　である。

液品層の厚み悲を３−としたので、遅延時間変化Δｔは
、 Δ　ｔ＝Δｎ　　Ｑ　／　ｃ ＝　１　．４　ｐｓｅｃ． トナり、０　．　４　ｐｓｅｃのレーザー光を測定する
のに充分である。ここでは、偏光子３を用いたが，複屈
折による偏光変化が問題にならない場合はこれを省いて
もよい。

上記実施例では、２つの光パルスをレンズでＫＤＰに集
光しているが，ハーフミラーにより重わると、マイケル
ソン干渉計となる。液品層のμＩみをうまく選ぶことに
より，干渉計の位相掃引として用いることができる。

（実施例２） 本発明の別の実施例を第５図を用いて説明する．｛；記
液晶セルを４段重ね，それぞれに電圧を印加できるよう
にした。それぞれの液品層の厚みは０．８１Ｉｎ　とし
、印加電圧は飽和値電圧を越える電圧として４ｖとした
。第３図に示した方法にて、実施例１と同様に遅延時間
を測定したところ、遅延時間を，４段階に制御できるこ
とが解った。

本実施例では，重ねる液晶セルを４段としたが、より多
くの液品セルを重ねることにより制御の分解能をさらに
上げられる。また、それぞれのセルを実施例１と同様に
アナログ的に制御し、遅延時間を大きくするために多層
に重ねてもよい。本実施例では電極にネサガラスを用い
たが，金属蒸着膜やポリアセチレンなどの合或金属を用
いてもよ（１． 〔発明の効果〕 本発明によれば、光遅延時間を電圧で制御できるので、
簡便で、消費電力を小さくできる。また、ステージを使
う場合に比べ、光路変化が無く、時間確度も向上し，系
全体がコンパクトにでき、かつ制御速度が速い。さらに
、精密機械や大容量電かれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の液晶セルの原理的構或を示
す断面図、第２図は、電圧印加時の液晶セルの配向変化
を示す断面図、第３１５ｉ１は、光遅延時１１ｌの測定
光学系を示すブロック図，第４図は上記光学系により得
られたＳ　ｌ−Ｉ　Ｑ相関波形図、第５図は本発明の別
の実施例の多層液晶セルの断面同である。 １・・・透明電極，２・液晶，３・・・偏光板，５・・
・駆動電源、１２・・・モード同期色索レーザ、１１・
・・液晶セル，１７・・・ＫＤＰ．１９・・・光電子増
倍管．Ｖ カ ５ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液晶層を透明電極ではさみ、印加電圧による液晶の
   遷移に伴なう屈折率変化により、光学距離を変化させる
   事を特徴とする光遅延器。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の光遅延器において、
   入射光を直線偏光とし、その偏光方向と平行に、ネマチ
   ツク液晶をホモジニアス配列させたことを特徴とする光
   遅延器。 ３、特許請求の範囲第１項から第２項に記載の光遅延器
   において、２枚の透明電極ではさまれた液晶セルを１単
   位とし、少なくとも２単位以上のセルを層状に重ね、各
   セルに独立に電場をかける手段を設けた事を特徴とする
   光遅延器。