JPH06500408A - Tunable liquid crystal etalon filter - Google Patents

Tunable liquid crystal etalon filter

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JPH06500408A JP3513647A JP51364791A JPH06500408A JP H06500408 A JPH06500408 A JP H06500408A JP 3513647 A JP3513647 A JP 3513647A JP 51364791 A JP51364791 A JP 51364791A JP H06500408 A JPH06500408 A JP H06500408A
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 同調可能な液晶エタロンフィルタ 発明の分野 本発明は光フィルタ、特に液晶の光フィルタに関する。[Detailed description of the invention] Tunable liquid crystal etalon filter field of invention The present invention relates to optical filters, particularly liquid crystal optical filters.

発明の背景 現在、コスト安な同調可能な光フィルタに対する必要性か高まっている。例えば 光ファイバによる将来の電話網のために提案されているアーキテクチャは、WD M (波長多重)を利用するものである。WDMでは、種々の通信チャネルのデ ータ(例えば多重音声チャネル、ビデオチャネル、高速データチャネルなと)は 異なる波長の光キャリアを変調し、全ての光キャリアは1本の光フアイバ中に詰 め込まれる。多重化された光信号は全て、各々自分のレシーバを有している多数 のユーザへと伝送されるもので、各レシーバはそれら多重化信号から1つを取り 出すことができるものでなければならない。直接検波法においては、光フィルタ は選択された光キャリアだけしか通過せず、したかって光検出器はフィルタされ た光キャリアの時間変化する(データで変調された)強度を検出することになる 。こうしたフィルタは別々のデータチャネルを容易に選択することができるよう に同調可能なものであることが好ましい。lnmという狭いチャネル間隔か、1 .3〜1.5μmの赤外線域に提案されている。Background of the invention There is currently a growing need for inexpensive tunable optical filters. for example The proposed architecture for future telephone networks based on optical fibers is WD M (wavelength multiplexing) is used. In WDM, the design of various communication channels is data (e.g. multiple audio channels, video channels, high-speed data channels) Modulating optical carriers of different wavelengths, all optical carriers are packed into one optical fiber. I get sucked into it. All multiplexed optical signals are sent to multiple receivers, each with its own receiver. each receiver picks up one of these multiplexed signals. It must be something that can be produced. In the direct detection method, an optical filter allows only selected photocarriers to pass through, so the photodetector is filtered. The time-varying (data-modulated) intensity of the optical carriers is detected. . These filters allow easy selection of separate data channels. Preferably, it is tunable. Channel spacing as narrow as lnm or 1 .. It has been proposed for the infrared region of 3 to 1.5 μm.

回折格子は一つの問題解決策ではあるか、あまりにも高価であり、またユーザ使 用を前提としたとき破損の危険もある。また同調性か要求されるのであるか、こ れは純電気的てあ゛って機械的な動きを伴わないことが好ましい。そこで音響光 フィルタか提案された。該フィルタは高い分解能、同調範囲および堅牢さを有し ている。しかしその価格は比較的高くあり、また該フィルタは高価なRF電力を 多量に消費するものでもある。Diffraction gratings are either a solution or are too expensive and user-intensive. There is also a risk of damage when intended for use. Also, is synchrony required? Preferably, this is purely electrical and does not involve any mechanical movement. So the acoustic light A filter was suggested. The filter has high resolution, tuning range and robustness. ing. However, its price is relatively high, and the filter requires expensive RF power. It is also something that is consumed in large quantities.

液晶光変調器か5undersに交付された米国特許第4779959号ならび に5undersらにより「サブミリ秒のスイッチングかできる液晶デバイス用 の新規な光セルの設計」と題して0ptical andQuantum El ectronicの1986年、第18巻、426〜430頁に発表されている ものに記載されている。変調器とは入射光を阻止するか通過させるもので、フィ ルタとは周波数を広い入カスベクトルから選択することによって一定の成分を通 過させると同時に他の成分を阻止するというように、より複雑に機能する。5u nderSは2枚の部分的に反射する金属ミラー間に10μmの光共振器を作り 、この共振器をネマチック液晶で満たしている。ミラーは、印加されたバイアス が液晶方向を再配向する、標準の液晶ディスプレイ機器構成にとっての電極とし ても機能する。しかし5undersのエタロン構成では、印加されたバイアス で、液晶の実効屈折率が変化するに伴い共振器の共振条件も変化する。Liquid Crystal Light Modulator U.S. Pat. No. 4,779,959 issued to 5unders and In 5unders et al., ``For liquid crystal devices capable of sub-millisecond switching. 0ptical and Quantum El Published in electronic, 1986, volume 18, pages 426-430. written on the item. A modulator is something that blocks or passes incident light; A router is a filter that passes certain components by selecting frequencies from a wide input vector. It functions in a more complex way, allowing chemicals to pass through while simultaneously blocking other components. 5u nderS creates a 10 μm optical cavity between two partially reflective metal mirrors. , this resonator is filled with nematic liquid crystal. The mirror has an applied bias serves as an electrode for standard LCD device configurations, reorienting the liquid crystal direction. It also works. However, in a 5unders etalon configuration, the applied bias As the effective refractive index of the liquid crystal changes, the resonance conditions of the resonator also change.

この関係はバイアス依存性の光フイルタリングを示す。5underSは、2つ の強度間のよく限定された周波数のビームを強度変調するため、この効果を用い ている。This relationship indicates bias-dependent optical filtering. There are two 5unders. This effect can be used to intensity modulate a beam of well-defined frequencies between the intensities of ing.

5undersの液晶変調器は広帯域信号のための同調可能なフィルタとして使 うように変更し得る。しかしその操作性は低いものであろう。簡単なファブリ・ ペローエタロンについては、面に垂直に入射する光にとって所定波長λにおける 透過率は次式ただし、δ−φ+kQdn0ここでτとρは透過率と反射率、φは 反射により変化する位相すれ、dは一軸材料の厚さ、nはディレクタ軸上の屈折 率、koはその層外の波数ベクトルの強さである。式(1)は透過ピーク幅Δλ がその面の反射率に本質的に依存し、一方、全体の透過は吸収損失により左右さ れていることを示している。5undersは85〜90%の反射率かある銀ミ ラーを使用している。同氏が描いた約50%における透過ピークは、限定的には 応用することができる値だが、このピークは比較的広いものである。この広さは 、よく限定された波長のための変調器としてそれか使用されるときは殆ど問題な いか、5undersのピーク間隔は、そのピーク幅の数倍しか離されていない 。従って同氏の装嘗はきわめて少ない数のチャネルをフィルタリングするのにし か有効でない。例えば多重チャネル系で使えるような実際上使えるデバイスのた めには、ミラーの反射率は95%以上に維持されていなければならない。5unders' liquid crystal modulator can be used as a tunable filter for wideband signals. It can be changed to suit. However, its operability will be low. Easy fabrication For the Perot etalon, for light incident perpendicularly to the surface, at a given wavelength λ, Transmittance is calculated using the following formula. However, δ-φ+kQdn0 where τ and ρ are transmittance and reflectance, and φ is The phase shift that changes due to reflection, d is the thickness of the uniaxial material, and n is the refraction on the director axis. The coefficient, ko, is the strength of the wave vector outside that layer. Equation (1) is the transmission peak width Δλ essentially depends on the reflectance of that surface, while the overall transmission is dominated by absorption losses. This indicates that the 5unders is a silver mirror with a reflectance of 85-90%. I am using ra. The transmission peak at about 50% that he drew is limited to Although this value is applicable, this peak is relatively broad. This width is , it poses little problem when used as a modulator for well-defined wavelengths. The distance between the peaks of 5unders is only several times the peak width. . His design therefore filters a very small number of channels. or not valid. For example, for practical devices that can be used in multichannel systems. For this reason, the reflectance of the mirror must be maintained at 95% or higher.

5undersのピーク幅は、銀ミラーの厚さを増すことによって減らし得、ひ いてはミラーの反射率を90%以上に向上させることかできる。しかし増やされ た厚さはそのミラーの吸収損失をピーク透過率か許容範囲を超えて低下される点 にまで増加させる危険かある。The peak width of 5unders can be reduced by increasing the thickness of the silver mirror, In this case, the reflectance of the mirror can be improved to 90% or more. but increased The thickness is such that the absorption loss of the mirror is reduced to the point where the peak transmittance is reduced beyond an acceptable range. There is a danger that it may increase.

これまで提案されてきた液晶光フィルタでは、フィルタに向けられる入射光は、 その液晶分子の方向に関係する特定の方向に直線的に偏波させなければならなか った。そうしないとフィルタは電気的に同調され得ない。応用例によっては、フ ィルタに向けられた光に課せられるこの偏波要求は簡単に充足されるか、伝搬光 がほぼ楕円偏波する光フアイバ通信システムのような別の応用例では、この偏波 要求は好ましくなく不利な限界をなす。In the liquid crystal optical filters that have been proposed so far, the incident light directed to the filter is It must be linearly polarized in a specific direction related to the direction of the liquid crystal molecules. It was. Otherwise the filter cannot be electrically tuned. Depending on the application, This polarization requirement imposed on the light directed to the filter is easily met or In other applications, such as fiber optic communication systems where the polarization is approximately elliptically polarized, The requirement constitutes an unfavorable and disadvantageous limitation.

多くの応用例、特に光フアイバ通信網における応用例では、光フィルタか偏波に 左右されないことか要求される、つまり、フィルタのスペクトル特性がフィルタ を通る光の偏波から影響を受けないことが必要である。In many applications, especially in fiber optic communication networks, optical filters or polarization It is required that the spectral characteristics of the filter It is necessary to be unaffected by the polarization of the light passing through it.

発明の概要 本発明の第1実施例は、液晶が2枚の誘電体多層膜ミラー間にはさまれた光共振 器をつくる液晶エタロン光フィルタであると要約することができる。各ミラーに 接続している電極は、液晶にバイアスを印加し、それによってその誘電特性を変 化させ、こうして光共振器の共振条件を変化させる。好ましくは、これら電極は ミラーの裏側に配置し、吸収損失を避けるのがよい。Summary of the invention The first embodiment of the present invention is an optical resonator in which a liquid crystal is sandwiched between two dielectric multilayer mirrors. It can be summarized as a liquid crystal etalon optical filter. on each mirror The connecting electrodes apply a bias to the liquid crystal, thereby changing its dielectric properties. , thus changing the resonance conditions of the optical resonator. Preferably these electrodes are It is better to place it behind the mirror to avoid absorption loss.

電極に印加するバイアスの変化はフィルタ通過周波数を電気的に変化させる。Changes in the bias applied to the electrodes electrically change the filter passing frequency.

本発明の第2実施例によれば、ファブリ・ベローエタロンにあるネマチック液晶 材料の分子の方向は、電気的に同調できる偏波無感受性の光フィルタをなすよう に後に詳述する方法でねしられている。具体的には、液晶の分子に付与されるね じれはnπ/2にされる。ここてnは正の奇数の整数である。According to a second embodiment of the invention, a nematic liquid crystal in a Fabry-Bérot etalon The orientation of the material's molecules is such that it forms an electrically tunable, polarization-insensitive optical filter. It has been rejected in a manner detailed below. Specifically, it is attached to the molecules of liquid crystal. The deviation is set to nπ/2. Here, n is a positive odd integer.

本発明の第3実施例は、2枚の端面ミラー間につくられているファブリ・ペロー 共振器を満たす液晶からなる液晶エタロンフィルタない]7変調器であると要約 することかできる。この共振器の端にある配向層[aligna+ent 1a yer]の1つは、その配向層の面内て直角に該液晶が配向するように2領域に パターニングされる平行配向処理剤[homogeneous alignin g agent]である。A third embodiment of the present invention is a Fabry-Perot mirror formed between two end mirrors. A liquid crystal etalon filter consisting of a liquid crystal that fills a resonator] 7 modulators I can do something. The alignment layer [aligna+ent1a] at the end of this resonator one of the two areas so that the liquid crystal is aligned at right angles within the plane of the alignment layer. Parallel alignment treatment agent for patterning [homogeneous alignin] g agent].

もう一方の配向層も同様にパターニングされた平行配向層、または好ましくは、 その配向層に垂直に液晶を配向した垂直配向層[homeotropic al ignment 1ayer]でもよい。入射ビームは、液晶の2領域間に分割 され、その偏波状態の両方がフィルタリングされるようにされる。好ましくは、 偏波が入射ビームを対応する偏波を伴ってフィルタの横方向の側に分割するよう に、方解石のような複屈折結晶をフィルタの入射側に固定させるとよい。The other alignment layer is also a similarly patterned parallel alignment layer, or preferably, A vertical alignment layer in which liquid crystals are aligned perpendicular to the alignment layer [homeotropic ignment 1 ayer]. The incident beam is split between two regions of the liquid crystal and both of its polarization states are filtered. Preferably, Polarization splits the incident beam into the lateral sides of the filter with the corresponding polarization. In addition, it is recommended to fix a birefringent crystal such as calcite on the input side of the filter.

図面の簡単な説明 以下、本発明の実施例を示す図面を参照して詳細に説明する。Brief description of the drawing Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の液晶エタロンフィルタの第1実施例の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of a liquid crystal etalon filter of the present invention.

図2は図1のフ1ルタの2つのバイアス電圧における透過率のスペクトル依存性 を示rグラ−7である。Figure 2 shows the spectral dependence of the transmittance of the filter in Figure 1 at two bias voltages. This is shown in Figure 7.

図3は図1のフィルタの透過ピークのバイアス依存性を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the bias dependence of the transmission peak of the filter of FIG.

図4は第2実施例の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of the second embodiment.

図5は第3実施例の配向層の平面図である。FIG. 5 is a plan view of the alignment layer of the third embodiment.

図6は、本発明の第4実施例に従い作られた光フィルタのダイヤグラム的な概略 側面図である。FIG. 6 is a diagrammatic overview of an optical filter made according to a fourth embodiment of the present invention. FIG.

図7は図6の配列中に含まれる液晶分子の長軸の輪郭を概略描いたものである。FIG. 7 schematically depicts the outline of the long axes of the liquid crystal molecules included in the arrangement of FIG.

図8は本発明の液晶エタロンフィルタの第5実施例の断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a fifth embodiment of the liquid crystal etalon filter of the present invention.

図9は、図8および図11の切断線9−9におけるパターニングされた配向層の 平面図である。FIG. 9 shows the patterned alignment layer at section line 9-9 in FIGS. 8 and 11. FIG.

図10は、本発明の1例のための電圧の関数としての透過波長を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating transmission wavelength as a function of voltage for an example of the invention.

図11は本発明の第6実施例の断面図である。FIG. 11 is a sectional view of a sixth embodiment of the present invention.

図12は本発明の偏波ダイバシティフィルタを使った光ドロップ回路の概略図で ある。Figure 12 is a schematic diagram of an optical drop circuit using the polarization diversity filter of the present invention. be.

図13は図8および図11の切断線9−9における並べられた配向層の平面図で ある。FIG. 13 is a plan view of the aligned alignment layers taken along section line 9-9 in FIGS. 8 and 11. be.

好ましい実施例の詳細な説明 本発明の第1実施例の光フィルタは、光共振器の端面ミラーか極めて反射率の高 い、好ましくは誘電干渉ミラーの、液晶エタロンフィルタである。DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS The optical filter according to the first embodiment of the present invention uses an end mirror of an optical resonator or an extremely high reflectance mirror. A liquid crystal etalon filter, preferably a dielectric interference mirror.

例1 本発明の第1実施例の第1例を図1−に断面図で示す。ソーダ石灰カラスからで きた1゜62mm厚の2枚のカラス板10.12を基板として使用する。酸化イ ンジウム−ススの透明な電極1・1.16をこれらの基板10.12上に蒸着す る。誘電体多層膜ミラー18.20を電極14.16上に形成する。ミラー18 .20はフロリダ州ポートリッキイのVirgo 0ptics、In0社から 購入することかできる。この場合には既存装置と併置する。あるいはスパッタリ ングにより電極14.16上に蒸着してもよい。蒸着したミラー18.20は1 .5μm帯の赤外線フィルタ用に作られる。もっとも発明者らは0.3μm帯お よび1.9μm帯のものも製造している。これら発明者らが製造したミラーは異 なる屈折率、具体的にはA1203(絶縁体)とSiの4分の1波長厚の4対の 層からなる。1.5μm帯のミラーにとってAl2O3層は〜240nm厚てS i層は〜120nm厚てあった。後述するが、図2の透過率曲線はミラーの反射 率を含む理論値に適合させられる。そのように計算されたミラーの反射率は〜9 8%てあり、5undersの変調器の最大反射率90%と比較すると差か明確 である。このように必要とされる95%か十分に満足されている。Example 1 A first example of the first embodiment of the present invention is shown in cross-sectional view in FIG. From soda lime crow Two glass plates 10 and 12 each having a thickness of 1° and 62 mm are used as substrates. Oxidation transparent electrodes 1 and 1.16 of tin-tin are deposited on these substrates 10.12. Ru. A dielectric multilayer mirror 18.20 is formed on the electrode 14.16. mirror 18 .. 20 is from Virgo 0ptics, In0 of Port Rickey, Florida. You can purchase it. In this case, it will be installed alongside the existing equipment. Or spatter It may be deposited on the electrodes 14.16 by evaporation. The deposited mirror 18.20 is 1 .. Made for 5μm band infrared filters. However, the inventors We also manufacture products in the 1.9 μm band. The mirrors manufactured by these inventors are different. Specifically, the refractive index is 4 pairs of A1203 (insulator) and Si with a quarter wavelength thickness. Consists of layers. For a mirror in the 1.5 μm band, the Al2O3 layer is ~240 nm thick and S The i-layer was ~120 nm thick. As will be explained later, the transmittance curve in Figure 2 is based on the reflection of the mirror. fitted to theoretical values including the rate. The reflectance of the mirror so calculated is ~9 8%, and the difference is clear when compared with the maximum reflectance of 90% for the 5unders modulator. It is. In this way, the required 95% is fully satisfied.

それらの誘電体ミラーは周知である。例えばYooらは1990年4月19日出 願の米国特許出願第071510960号に面発光の半導体レーザのための光共 振器の両端を限定する2枚の干渉ミラーについて開示している。そのうちの1枚 はSlとAl2O3の交互層でてき、もう1枚は、半導体AlAsとGaAsと の交互層でてきている。These dielectric mirrors are well known. For example, Yoo et al. published on April 19, 1990. No. 0,715,10960 discloses a method for optical communication for surface-emitting semiconductor lasers. Two interference mirrors are disclosed that define the ends of the shaker. one of them is made of alternating layers of Sl and Al2O3, and the other is made of semiconductors AlAs and GaAs. Alternating layers are emerging.

配向層22.24はPatelらかFerroelectricsの第59巻、 1984年、137〜144頁に「スメクチック液晶のための信頼性の高い配向 性」と題して発表した方法によって誘電体多層膜18.20上に形成されている 。2つの組み合わせた構造体か次に記載する方法によりそれら構造体間に正確に 間隔をおいて組み合わせられる。紫外線で硬化するエポキシドツトの4つを、該 構造体の1つの配向層24上の四隅に置く。このエポキシは、ニューヨーク州ホ ーソーンのEM Chemicals社から入手できる10μmのロッドスペー サで予め混合されたものである。2つ目の構造体は、平行に並べられた2枚の配 向層22.24の配向方向にエポキシを持つ1つ目の構造体上に置かれる。単色 光下で光干渉パターンを観察しながら、これら構造体を手で軽く押す。干渉縞は 最小限にされる。この構造体を紫外線放射にさらすことによって紫外線で硬化す るエポキシを固めることによりこの構造体を得る。組み合わせた構造体を約10 0°Cに加熱し、液晶26を毛細管現象により上記間隔中に流し込む。EM C heI[llcals社から入手できるネマチック液晶、E7(商標)を、その 等方性状態において使う。間隔は、誘電体多層膜18.20間に約11μmのフ ァブリ・ペロー共振器長を作るものと推定される。The alignment layers 22,24 are as described in Patel et al. Ferroelectrics, Volume 59, 1984, pp. 137-144, “Reliable alignment for smectic liquid crystals.” It is formed on a dielectric multilayer film 18.20 by the method published under the title . between two combined structures or by the method described below. Can be combined at intervals. Four types of epoxy dots that are cured by ultraviolet rays are Place it at the four corners on one alignment layer 24 of the structure. This epoxy is - Thorn's EM 10μm rod space available from Chemicals It is pre-mixed in a sacer. The second structure consists of two arrays arranged in parallel. The orientation layer 22.24 is placed on the first structure with the epoxy in the orientation direction. monochromatic Gently press these structures with your hand while observing the optical interference pattern under light. The interference fringes are minimized. This structure is UV cured by exposing it to UV radiation. This structure is obtained by hardening the epoxy. Approximately 10 combined structures It is heated to 0° C. and the liquid crystal 26 is poured into the space by capillary action. EM C A nematic liquid crystal, E7 (trademark) available from heI [llcals, Inc. Used in isotropic conditions. The gap is approximately 11 μm between the dielectric multilayer films 18 and 20. It is estimated that this creates a Fabry-Perot cavity length.

配向層22.24は、液晶材料26中の液晶分子28を、ミラー18.20に対 し平行になるように長軸を揃えると共に、短軸の一組をミラー18.20に平行 に揃え同時に長軸に直交するようにする。このような方向付けはバイアスか印加 されていないものにのみ行われる。この実施例では、あるミラーから別のミラー へ液晶分子のねじれが有意にあるようなことはない。The alignment layer 22.24 aligns the liquid crystal molecules 28 in the liquid crystal material 26 with respect to the mirror 18.20. Align the long axes so that they are parallel to each other, and align one set of short axes parallel to the mirrors 18 and 20. and at the same time perpendicular to the long axis. Such orientation can be achieved by applying a bias or It will only be done to those who have not been. In this example, from one mirror to another There is no significant twisting of the liquid crystal molecules.

電気的導線が電極および電源29間に接続される。この実験で使った電源29は 、1kHzで方形波を作るWavetek Mode175(商標)の様なコン ピュータ制御のプログラム可能な電圧源であった。Electrical leads are connected between the electrodes and a power source 29. The power supply 29 used in this experiment is , a controller such as Wavetek Model 175 (trademark) that creates a square wave at 1kHz. computer-controlled programmable voltage source.

偏波板30は、分子28の長袖にその偏波方向を揃えてカラス基板10または1 2のいずれかの外側に形成することができる。しかしこの実験で使ったフィルタ は偏波を制御するのに偏波させていない光か、外的手段を使った。さらにフィル タは偏波板の必要性をなくす放射帯域中で操作するように作ることも可能である 。The polarizing plate 30 is attached to the glass substrate 10 or 1 with its polarization direction aligned with the long sleeve of the molecules 28. It can be formed outside either of the two. However, the filter used in this experiment used unpolarized light or external means to control polarization. more fill The device can also be made to operate in the radiation band, eliminating the need for polarizers. .

]−15μm帯で光を出す発光グイオートを、図1の実施例のフィルタをテスト するのに光源32として使った。最初のテストでは、偏波板は一切使わず、図2 にグラフで示したように、透過スペクトルを印加したOvおよび4■の交流バイ アスにつき測定した。透過単位は任意のものとし、ベースラインは削除しである 。] Testing the filter of the example shown in Figure 1 on the light-emitting guioto that emits light in the -15 μm band. I used it as a light source 32 to do this. In the first test, we did not use any polarizers, as shown in Figure 2. As shown in the graph, the transmission spectrum is applied to the AC bias of Ov and 4■. Measured per as. The transmission unit is arbitrary, and the baseline is deleted. .

いくつかのピークがバイアスとともにシフトし、残りのいくつかほぼは一定に保 持されていることか観察される。別の実験により、それら一定のピークは液晶分 子28の短軸に平行に偏波された光に対応し、同調可能なピークは長軸に平行に 偏波された光に対応することが判明した。その結果、このフィルタは、狭帯域偏 波板としても考えることができる。Some peaks shift with bias and some others remain approximately constant. It is observed that the person is being held. Another experiment showed that these constant peaks were caused by liquid crystal content. corresponds to light polarized parallel to the short axis of the beam 28, and the tunable peak is parallel to the long axis. It turned out that it corresponds to polarized light. As a result, this filter has a narrow band bias. It can also be thought of as a corrugated sheet.

誘電体多層膜18.20の高い反射率ゆえに、透過ピークの幅Δλは比較的小さ く、半値全幅として〜11−2nである。Due to the high reflectivity of the dielectric multilayer film 18.20, the width of the transmission peak Δλ is relatively small. The full width at half maximum is ~11-2n.

また連続する透過ピーク間の波長の分離であるフリースベクトルレンジ(FSR )は、比較的大きく、〜75nmである。それは、エタロンの光学的な厚みn− dおよび動作されるスペクトル領域によって決定される。この領域は干渉計の動 作される次数に依存するもので、次式により与えられる。Also, the Fries Vector Range (FSR) is the wavelength separation between successive transmission peaks. ) is relatively large, ~75 nm. It is the optical thickness of the etalon n- d and the spectral region to be operated on. This region is the area where the interferometer moves. It depends on the order created and is given by the following equation.

ここでmは次数である。液晶の屈折率は通常1.5〜1.7の範囲である。こう して1.5μmの光は、エタロンが22番目の次数で使われるとき11μmの間 隔があるエタロンを通過する。Here m is the order. The refractive index of liquid crystal is usually in the range of 1.5 to 1.7. like this 1.5 μm light is transmitted over 11 μm when the etalon is used in the 22nd order. Pass through a spaced etalon.

この波長レンジでは、11μmのエタロンのフリースベクトルレンジは、約75 nmであろう。11μm厚を使うことを選択するのは、単に実際のデバイスの製 造上の便宜のために過ぎない。この厚さは理想的には問題の波長範囲がフリース ベクトルレンジと同じであるように選択されるべきものである。同調範囲は、屈 折率的0.2の変化に対応する2 00 nmのオーダーと見積られる。屈折率 の最大変化は車軸液晶の複屈折率に等し図1のフィルタの同調性は、図3のグラ フに示すようにピーク波長のバイアス依存性により示される。鎖線は液晶分子2 8の車軸に沿った偏波かある光の透過を表している。これらピークには実質的に 少しも同調性かなく、したかってこの偏波は同調できるようにフィルタリングさ れることはない。実線は液晶分子28の長袖に沿った偏波のある光の透過を表す 。それ以下は波長シフトが全く見られないしきい値かある。このプラトーはFr eedricks効果によるもので、5undersらによっても観察されたも のである。これは両面の配向ベクトルがそれら面に平行なときに観察される。こ のしきい値を除去することは可能であり、分子の面傾斜を変えることでその特性 を制御することができる。例えば、これら面のうち一つにおける液晶分子はある 面に平行に存在し、その他の面における液晶分子は垂直に存在するようなハイブ リッド的に配向されたサンプルでは、しきい値は少しも観察されない。垂直配向 はオクタデシルトリエトキシシランのような垂直配向処理剤を使用することで得 ることができる。低電圧下におけるこのような構造では、屈折率は印加された電 界にほぼ直線的に従って変化する。In this wavelength range, the fleece vector range of the 11 μm etalon is approximately 75 μm. It would be nm. Choosing to use 11 μm thickness is simply a matter of actual device fabrication. It's just for architectural convenience. This thickness ideally covers the wavelength range in question. It should be chosen to be the same as the vector range. The tuning range is It is estimated to be on the order of 200 nm, corresponding to a change in refractive index of 0.2. refractive index The maximum change in is equal to the birefringence of the axle liquid crystal, and the tunability of the filter in Figure 1 is equal to the graph in Figure 3. This is indicated by the bias dependence of the peak wavelength, as shown in Fig. The dashed line is liquid crystal molecule 2 The polarization along the axle of 8 represents the transmission of light. These peaks have essentially There is no tunability at all, and this polarization must be filtered to be tunable. It won't happen. The solid line represents the transmission of polarized light along the long sleeve of the liquid crystal molecules 28 . There is a threshold below which no wavelength shift is observed. This plateau is Fr This is due to the eedricks effect, which was also observed by 5unders et al. It is. This is observed when the orientation vectors of both sides are parallel to those planes. child It is possible to remove the threshold of , and by changing the plane tilt of the molecule, its properties can be controlled. For example, the liquid crystal molecules in one of these planes are A hive that exists parallel to one plane, and liquid crystal molecules in other planes are perpendicular. No threshold is observed for lid-like oriented samples. vertical orientation can be obtained by using a vertical alignment agent such as octadecyltriethoxysilane. can be done. In such a structure under low voltage, the refractive index changes with the applied voltage. It changes almost linearly with the field.

フィルタの同調動作については図3から理解することができる。もしバイアス電 圧か約1.6vと2.6v間で変化させられたら、その他の干渉ピークから干渉 を受けることなく一つの透過ピークは約1.528μmと1.472μm間で変 化し、同調性は56nmである。1.529μm〜1.532μmのレンジ以上 の同調性を得るには、偏波板40により1.537μmのピークを除去すること か必要であろう。こうした同調レンジは、シフトすることかでき、製造設計の最 適化によって広げることかできる。The tuning operation of the filter can be understood from FIG. If the bias voltage If the pressure is varied between approximately 1.6v and 2.6v, interference from other interference peaks will occur. One transmission peak varies between approximately 1.528 μm and 1.472 μm without any and the tunability is 56 nm. Over the range of 1.529μm to 1.532μm In order to obtain the tunability of It would be necessary. These tuning ranges can be shifted and optimized for manufacturing design. It can be expanded through optimization.

計算した透過スペクトルを図2の透過データに適合させる。The calculated transmission spectrum is fitted to the transmission data in FIG.

零の電界にとって、通常屈折率は、no=1.5で、異常屈折率は、n、=1. 7である。一方、11.32μmの間隔に4vを印加したものについては、no =1.5でn;(E)= 1.536である。ただしne!fは実効屈折率であ る。For zero electric field, the normal refractive index is no=1.5 and the extraordinary refractive index is n,=1. It is 7. On the other hand, when 4V was applied at intervals of 11.32μm, no = 1.5 and n; (E) = 1.536. However, ne! f is the effective refractive index Ru.

フィルタ動作に必要な電力は、マイクロワットのレンジと推定されている。スイ ッチング速度は、ミリ秒のオーダである。The power required for filter operation is estimated to be in the microwatt range. Sui The cutting speed is on the order of milliseconds.

本発明のフィルタはElectronics Letters第27巻、10〜 12頁、1991年の「ファイバ偏波スクランブルに基づく新しい偏波無感受性 方向付法」と題して公表されたMaedaらの偏波スクランブラについて実験す るのに使用されたものである。The filter of the present invention is described in Electronics Letters Vol. 27, 10- “A new polarization-insensitive method based on fiber polarization scrambling”, p. 12, 1991. We conducted an experiment on the polarization scrambler by Maeda et al. It was used to

図1の液晶エタロンフィルタは、横方向にパターニングされておらず、本発明に はかかる限定がない。The liquid crystal etalon filter of FIG. 1 is not laterally patterned, and the present invention There is no such limitation.

図4に示したものは、1次元または2次元フィルタ列の液晶エタロンの第2実施 例である。これは、電極の少なくとも1つか基板12を越えて伸びる画素40中 にパターニングされている点で図1のフィルタと異なるものである。画素40は フィルタ構造の側面にそれぞれ接触することかできる。もし組合わされた誘電体 多層膜20が電極の画素40の上に蒸着されるならば、平坦化層42は誘電体多 層膜20の光学的平滑度を保証するために最初に蒸着されなければならない。What is shown in Figure 4 is a second implementation of a liquid crystal etalon with a one-dimensional or two-dimensional filter array. This is an example. This means that at least one of the electrodes in the pixel 40 extends beyond the substrate 12. This filter differs from the filter shown in FIG. 1 in that it is patterned into a pattern. Pixel 40 is It is possible to touch each side of the filter structure. If combined dielectric If the multilayer film 20 is deposited over the electrode pixel 40, the planarization layer 42 is a dielectric multilayer film 20. To ensure the optical smoothness of the layer 20, it must be deposited first.

第3実施例ては、配向層22.24のうち一方は少lぎく占もパターニングされ でいる。配向の手順は、Patelらにより述へられているか、基板上にナイロ ンの配向化材料を付着させてから液晶分子が向く方向に配向化材料をこすること によって行・)、、。In the third embodiment, one of the alignment layers 22 and 24 is slightly patterned. I'm here. The orientation procedure is as described by Patel et al. After applying the alignment material on the liquid crystal molecules, rubbing the alignment material in the direction in which the liquid crystal molecules are oriented. By row・),,.

図5は配向層44を示しており、最初の部分46を最初の方向にこすり、二番目 の部分48を異なった方向−\、好ましくは屋切の方向と直角にこする。区別し てこすることは、ナイロンや。FIG. 5 shows the alignment layer 44, with the first portion 46 rubbed in the first direction and the second portion 46 rubbed in the first direction. 48 in a different direction, preferably perpendicular to the direction of the cut. distinguish The lever is made of nylon.

1.4ポリブチレンテレフタレートのような配向化材料では容易に達成される。This is easily achieved with oriented materials such as 1.4 polybutylene terephthalate.

全体の配向層44は定められた方向に、つまり最初の方向にこする。そうすると 最初の部分46は正しく配向される。それから、全体の構造はフォトレジストで 覆われて、フォトレジスト材料で覆われた最初の部分46を保つように標準的な りソグラフィ技術を使い処理される。さらされた二番目の部分は、すてにこすら れた最初の部分46をフォトレジストで守ったまま2番目の方向にこすられる。The entire alignment layer 44 is rubbed in a defined direction, ie in the initial direction. Then The first portion 46 is correctly oriented. Then, the entire structure was made of photoresist. covered, to keep the first portion 46 covered with photoresist material. processed using lithographic techniques. The second exposed area should be thoroughly rubbed. The first portion 46 of the photoresist is then rubbed in the second direction while protecting it with photoresist.

フォトレジストの除去はこすられた最初と二番目の場所46.48の配向に影響 しない。Removal of photoresist affects the orientation of the first and second rubbed locations 46.48 do not.

二番目の配向層22または24はパターニングされた配向層44と同様に配向を パターニングしてつくることかできる。二つの構造をそれから組合わせるとき、 対立する部分の配向方向は平行にする。これには、二つの配向層22と24の正 確な物理的配置が要求される。あるいはまた、二番目の配向層は液晶の垂直方向 を均一に誘導すようにつくることができ、つまり配向層に垂直に向く。すてに述 へた垂直配向処理剤はこの効果を与える。パターニングの必要のない垂直配向処 理剤か要求される。The second alignment layer 22 or 24 has an alignment similar to the patterned alignment layer 44. It can be created by patterning. When the two structures are then combined, The orientation directions of the opposing parts are parallel to each other. This requires the alignment of two alignment layers 22 and 24. Precise physical location is required. Alternatively, the second alignment layer is in the vertical direction of the liquid crystal. can be made to guide uniformly, ie oriented perpendicular to the alignment layer. All mentioned The vertical alignment treatment agent provides this effect. Vertical alignment process that does not require patterning Physical medicine is required.

図5の第3実施例は単一モード光ファイバのための偏肢無依存性同調可能ソイル タに都合のよいものである。フィルタは所望の波長同調範囲以外では、同調でき ない通過帯(図3の点線)を配置するように設計しであると仮定する。ファイバ の出力上の分布屈折率レンズは、対になった一番目と二番目の部分46.48の 間の境界に配置される。そうするとそれぞれの部分46.48は光強度の半分を 受ける。部分46または48の一つは一つ目の光の偏波を妨げるが同調により二 番目の偏波を通す。同様にもう一方の部分46または48は二番目の偏波を妨げ るが、同調により一番目の偏波を通す。単一光検出器は両方の部分を通った光の 強度を検出する。あるいはまた、二つの周波数フィルタを通った偏波を二番目の 単一モードファイバ上に分布屈折率レンズにより再結合することができる。両方 の部分46.48を通り抜けた強度は光の偏波には無依存である。3dB損失を この偏波変化方式では受ける。The third embodiment of FIG. 5 is a polarization-independent tunable soil for a single mode optical fiber. It is convenient for Ta. The filter cannot be tuned outside the desired wavelength tuning range. It is assumed that the design is such that a passband (dotted line in FIG. 3) is arranged. fiber The distributed index lens on the output of the paired first and second parts 46.48 placed on the border between Then, each part 46.48 has half the light intensity. receive. One of the sections 46 or 48 disturbs the polarization of the first light, but due to tuning the polarization of the second light is Pass the th polarized wave. Similarly, the other portion 46 or 48 blocks the second polarization. However, due to tuning, the first polarized wave passes through. A single photodetector detects the light passing through both parts. Detect intensity. Alternatively, the polarized waves passing through two frequency filters can be It can be recombined by a gradient index lens onto a single mode fiber. both The intensity transmitted through portions 46 and 48 is independent of the polarization of the light. 3dB loss In this polarization changing method, it is received.

本発明のフィルタは短光パルス発生器として使うことかできる。レーザのような 狭い帯域の光源32が、波長λの単色の連続光として同調可能な液晶エタロンフ ィルタを照らす。フィルタは、例えば、図1が少なくとも制限された同調範囲が λの一方からもう一方へ広かっているように設計する。光源32の帯域幅は好ま しくはフィルタの透過ピークの幅より狭くあるべきCある。光パルスをつくるに は、2周りに限定された同調範囲をカバーするように、ステップ関数の直流バイ アスが電源29から電極に印加される。フィルタか狭帯域光を透過させるため、 短いか有限の時間か有限幅の透過ピークをλか通過するために要求される。The filter of the present invention can be used as a short optical pulse generator. like a laser A narrow band light source 32 is a liquid crystal etalonfon which can be tuned as a monochromatic continuous light of wavelength λ. Illuminate the filter. For example, the filter shown in FIG. 1 has at least a limited tuning range. Design it so that λ widens from one side to the other. The bandwidth of light source 32 is preferably In other words, C should be narrower than the width of the filter's transmission peak. to create light pulses The DC bias of the step function is set to cover a tuning range limited around 2 As is applied to the electrode from a power source 29. Filter or narrow band light to pass through, λ is required to pass through a transmission peak of short or finite time or finite width.

本発明の第4実施例では、二つの配向層間の液晶に90度(またはその奇数倍) のねじれを与えることにより、液晶フィルタを偏波に無感受性にすることかでき る。In a fourth embodiment of the present invention, the liquid crystal between the two alignment layers is tilted at 90 degrees (or an odd multiple thereof). It is possible to make the liquid crystal filter insensitive to polarization by giving it a twist of Ru.

図6に具体的に示した光フィルタ60は、本発明の第4実施例の原理にしたかう ものである。光源62からの光信号は、点線矢印64によって示されるように、 フィルタ60の左側に示されている。例えば光源62は、標準的な発光ダイオー ドとフィルタ60に信号を与えるために組合わされた光ファイバである。The optical filter 60 specifically shown in FIG. 6 is based on the principle of the fourth embodiment of the present invention. It is something. The optical signal from light source 62 is, as indicated by dotted arrow 64, Shown to the left of filter 60. For example, light source 62 may be a standard light emitting diode. an optical fiber that is combined to provide a signal to the card and filter 60.

図6の光源62は同時に、多重の入力波長、例えば、1.4μm〜から〜1.6 μmの波長を供給する。これらの波長から選択された一つの波長だけがフィルタ 60を通過し、利用デバイス68へ矢印66方向へと伝送される。デバイス68 は、例えば従来の波長分割多重(WDM)通信システムを含む光ファイバなとで ある。The light source 62 of FIG. 6 simultaneously supports multiple input wavelengths, e.g. Provides a wavelength of μm. Only one wavelength selected from these wavelengths is filtered 60 and is transmitted to the usage device 68 in the direction of arrow 66. device 68 is used in optical fibers, including, for example, traditional wavelength division multiplexing (WDM) communication systems. be.

本発明では、図6に示す制御信号源70はフィルタ60に電気的な制御信号を印 加するために用いられている。印加される制御信号かないときは、フィルタ60 はデバイス68に、フィルタ60の構成部品の特性ならびに配置関係により゛決 定される特定波長の光信号を通過させる。指定された動作しきい値以上ては、光 源62から供給された各々関係する波長かフィルタ60を通りデバイス68へ行 くように、フィルタ60に印加される制御電圧はその電気光学的特性を変化させ ることに効果的である。こうして電気的に同調可能な光フィルタか実現される。In the present invention, a control signal source 70 shown in FIG. 6 applies an electrical control signal to the filter 60. It is used to add When no control signal is applied, the filter 60 is determined by the characteristics and arrangement of the components of the filter 60. It allows optical signals of specific wavelengths to pass through. Above the specified operating threshold, the light Each associated wavelength provided from a source 62 passes through a filter 60 to a device 68. As shown, the control voltage applied to the filter 60 changes its electro-optical characteristics. It is particularly effective. In this way, an electrically tunable optical filter is realized.

入力された光信号を伝えて通過する左側のガラス板72と出力光信号を伝えて通 過する右側の別のカラス板74とを有する第4実施例のフィルタ60か図6に示 しである。カラス板72.74の内側または表面上に配置された光学的に透明な それぞれの電極76.78は、例えば標準的な酸化インジウム−スズの膜からな る。図6に示しであるように、電線80.81はそれぞれ電極76.78を制御 信号源70につなぐものである。The left glass plate 72 transmits the input optical signal and passes through, and the glass plate 72 transmits the output optical signal and passes through. A fourth embodiment of the filter 60 having another glass plate 74 on the right side, shown in FIG. It is. an optically transparent material placed inside or on the surface of the glass plate 72.74; Each electrode 76,78 may be made of, for example, a standard indium-tin oxide film. Ru. As shown in FIG. 6, wires 80,81 control electrodes 76,78, respectively. It is connected to the signal source 70.

図6のフィルタ60は、さらにミラー82.83も有している。図面上、ミラー 各々は、公知の誘電体材料の多層膜を有している。例えば、ミラー82.83は 各々、フィルタ60て透過される波長の領域において約94%から99.99% の反射率を持つように設計される。Filter 60 of FIG. 6 also includes mirrors 82,83. On the drawing, mirror Each has multiple layers of known dielectric materials. For example, mirror 82.83 is Approximately 94% to 99.99% in the range of wavelengths transmitted by the filter 60, respectively. It is designed to have a reflectance of

図6のフィルタ60は、間隔を空けて設けれたミラー82.83と共に、ファブ リ・ペローエタロンとしての効果を有する。The filter 60 of FIG. 6, with spaced mirrors 82, 83, It has the effect of a Li-Perot etalon.

周知のように、こうしたデバイスの配置関係は特定の波長(そして、その倍数の 波長)において共振するように設計することかできる。このように本デバイスは 特定の周波数においてのみ出力するように利用することかできる。As is well known, the alignment of these devices depends on a particular wavelength (and its multiples). It can be designed to resonate at certain wavelengths. In this way, this device It can be used to output only at specific frequencies.

本発明によれば、図6のフィルタ60はミラー82.83間に挟まれた液晶材料 の層84の電気工学的特性の変化により電急曲に同調可能である。さらに、液晶 材料の分子の特定の方向の初めの状態(後述する)により、同調範囲を越えたと きのフィルタ60の動作は入力光信号の偏波に無依存性である。・換言すれば、 フィルタ60を透過するように制御信号源70により選択された波長は、入力光 信号の偏波如何にかかわらず、同し出力強度で利用デバイス68に伝えられる。According to the invention, the filter 60 of FIG. By changing the electrical properties of the layer 84, it is possible to tune to the electric curve. In addition, LCD Depending on the initial state of the material's molecules in a specific direction (described later), the tuning range may be exceeded. The operation of the filter 60 is independent of the polarization of the input optical signal. ·In other words, The wavelength selected by the control signal source 70 to pass through the filter 60 is the wavelength of the input light. Regardless of the polarization of the signal, it is transmitted to the utilization device 68 with the same output strength.

図6に示した液晶材料の層84は、当然ながら公知のスペーサとシーリング部材 (図示せず)により図示の箇所に保持されている。具体的には例えば、層84は 正誘電非等方性の細長い棒状分子の標準的なネマチック液晶材料から構成される 。−具体例として、図面上Z方向における層84の厚さはたかだか約10μmで ある。The layer 84 of liquid crystal material shown in FIG. (not shown) is held in place as shown. Specifically, for example, the layer 84 is Consists of a standard nematic liquid crystal material of elongated rod-shaped molecules with positive dielectric anisotropy . - As a specific example, the thickness of the layer 84 in the Z direction in the drawing is approximately 10 μm at most. be.

図6の液晶層84とミラー82.83とに挟まれた部分は、いわゆる配向層[a lignment 1ayerslである。液晶と共に用いるのに適した様々な 配向材料か当業者に周知である。具体的には、ミラー82はその右側に公知の配 向材料の層86を持ち、ミラー83はその左側に公知の配向材料の層88を持っ ている。The portion sandwiched between the liquid crystal layer 84 and the mirrors 82 and 83 in FIG. 6 is a so-called alignment layer [a The lignment is 1ayersl. Various types suitable for use with LCD Oriented materials are well known to those skilled in the art. Specifically, the mirror 82 has a known arrangement on its right side. The mirror 83 has on its left side a layer 88 of a known alignment material. ing.

配向層86.88のそれぞれは、液晶層84に隣接する部分において分子に一定 の方向を付けることに効果的である。具体的には、配向層86と88のそれぞれ は、初めに、隣接する液晶分子に対応する方向へ定位させるため一定方向へこす られる。Each of the alignment layers 86 and 88 has a molecularly constant state in the portion adjacent to the liquid crystal layer 84. It is effective in giving direction. Specifically, each of alignment layers 86 and 88 First, the liquid crystal molecules are rubbed in a certain direction to localize them in the direction corresponding to the adjacent liquid crystal molecules. It will be done.

このような液晶材料の分子方向を制御するための配向層のこすりは当業者に周知 の技術である。Rubbing the alignment layer to control the molecular orientation of such liquid crystal materials is well known to those skilled in the art. This is the technology of

本発明によれば、図6の配向層86.88は、静止している特定のねじれた構造 を液晶層84にある液晶分子に与える。このねしれの性質を概略的に図7に示す 。配向層86.88間に配向した棒状の液晶分子の一部分を描いである。 ′具 体的には、図7の液晶層84の液晶分子は配向層86.88間に90”すなわち π/2ねじれている。このねじれた定位では、左側の配向層86の表面にある分 子は、図示のX軸に平行にその長軸を確定させるか、右側の配向層88の表面に ある分子は、図示のY軸に平行に長軸を確定している。図示のように、これら二 つの表面にある分子の長軸はお互いには90°ねしられて配置されている。これ らの面間で、液晶分子の長軸はZ方向に進むにつれてX軸方向からY軸方向に徐 々に変化している。According to the invention, the alignment layer 86,88 of FIG. is given to the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 84. The nature of this twisting is schematically shown in Figure 7. . A portion of rod-shaped liquid crystal molecules oriented between alignment layers 86 and 88 is depicted. Ingredients Physically, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 84 in FIG. It is twisted by π/2. In this twisted orientation, the portion on the surface of the left alignment layer 86 is The child has its long axis defined parallel to the X-axis shown or on the surface of the right alignment layer 88. Some molecules have defined long axes parallel to the illustrated Y-axis. As shown, these two The long axes of the molecules on the two surfaces are oriented 90° to each other. this Between these planes, the long axis of the liquid crystal molecules gradually changes from the X-axis direction to the Y-axis direction as it advances in the Z direction. It is changing rapidly.

本発明によれば、光フイルタ中の液晶分子に与えられるねじれ量はnπ/2によ り決定される。図7に示した具体的な例では、nは1である。もっと一般的に説 明すれば、nはいかなる正の奇数の整数でもよい。このように例えばn=3では 、液晶分子の長軸は図7の液晶層84において配向層86.88の面間のZ方向 に270°の回転を受ける。According to the present invention, the amount of twist given to the liquid crystal molecules in the optical filter is determined by nπ/2. will be determined. In the specific example shown in FIG. 7, n is 1. more generally To be clear, n may be any positive odd integer. In this way, for example, if n=3 , the long axis of the liquid crystal molecules is in the Z direction between the planes of the alignment layers 86 and 88 in the liquid crystal layer 84 in FIG. undergoes a rotation of 270°.

図6と図7の光フィルタ60の電極76.78に電気的な制御電圧が印加されな いとき、直交する偏波のどちらの成分もが、例えばミラーの間隔と液晶層84の 電気光学的特性により決定されるファブリ・ベローエタロンにより共振する特定 の波長(そして、その倍数の)はないであろう。共振するある特定の波長だけか 、フィルタ60の出力に現れるか、どちらの偏波条件に対しでも異なりた波長の 共振か選択される。No electrical control voltage is applied to the electrodes 76, 78 of the optical filter 60 in FIGS. 6 and 7. When both components of the orthogonal polarized waves are Identification of resonance by the Fabry-Bérot etalon determined by electro-optical properties There will be no wavelength (and multiples thereof) of Is it only a certain wavelength that resonates? , appear in the output of the filter 60, or have different wavelengths for either polarization condition. Resonance is selected.

ここで、電気的な制御電圧か図示のフィルタにZ方向の電界を与えるように印加 された、と仮定する。すると液晶層84中の電界の大きさか公知のFreedr icks Lきい値に到達するまでは、図7に示した分子の方向は実質上変化せ ずにとどまる。そのしきい値以上(例えば10μm厚の液晶層84についてはお よそ?、Ov以上)では、液晶層84の中央部の分子の長軸はZ方向に配向を始 める。しかし配向層86.88の表面の分子は、これらの表面の強力な力のため 、印加された電界によっては影響を受けずにととまる。影響を全く受けないか殆 ど受けない液晶層84の表面の領域の厚さは、印加電界の大きさの関数である。Here, apply an electrical control voltage to the filter shown in the figure to give an electric field in the Z direction. Assume that Then, the magnitude of the electric field in the liquid crystal layer 84 is determined by the well-known Freedr icks Until the L threshold is reached, the direction of the molecules shown in Figure 7 does not substantially change. stay without. For example, if the liquid crystal layer 84 is 10 μm thick, Outside? , Ov or more), the long axes of molecules in the center of the liquid crystal layer 84 begin to align in the Z direction. Melt. However, the molecules on the surface of the alignment layer 86,88 are , remains unaffected by the applied electric field. Not affected at all or almost The thickness of the area of the surface of the liquid crystal layer 84 that is not exposed to water is a function of the magnitude of the applied electric field.

このように、Freedrieksのしきい値以上の印加された制御電圧に応し て、配向層86.88のそれぞれの表面とその近傍に界依存性のある可変な厚さ の複屈折の二つの領域を液晶層84は有している。重要なことは、このような領 域の一つにおける主要な光軸はもう一方の領域における主要な光軸に対し90° に交わって配列するということである。それゆえ入力光信号の直交する成分の偏 波の状態のそれぞれは、入力した偏波の状態に拘わらず同し大きさの効果を受け る。Thus, in response to an applied control voltage above the Freedrieks threshold, The alignment layer 86, 88 has a field-dependent variable thickness on each surface and in its vicinity. The liquid crystal layer 84 has two regions of birefringence. What is important is that these areas The main optical axis in one of the regions is 90° to the main optical axis in the other region. This means that they are arranged so that they intersect with each other. Therefore, the polarization of the orthogonal components of the input optical signal Each wave state is subject to an effect of the same magnitude regardless of the input polarization state. Ru.

Freedricksのしきい値以上(例えば、液10μm厚の液晶層84では 、EM Chemicals社、 Hawthorne、 N、Y、から入手で きるET (ilffi標)ネマチック液晶材料で、1kHzにおいて、およそ 2、OV RMS以上)の動作電界の強さて、前に特定した複屈折の領域の厚さ と電気光学特性は、実質上同じであり、印加された制御または同調電圧をさらに 上げていくにしたかつて、それぞれ追従する。結果として、動作電圧以上または 高い電界の値の領域では、ここで述へたフィルタ構造は同し位相変化を入力光信 号の直交する偏波に与える。このようにして本フィルタ構造を通過する波長は、 印加電圧の特定の値によって決定され、入力の偏波の状態には無依存性となる。Freedricks threshold or higher (for example, in the liquid crystal layer 84 with a thickness of 10 μm) , EM Chemicals, Hawthorne, N.Y. Kiru ET (ilffi mark) nematic liquid crystal material, at 1kHz, approx. 2. The strength of the operating electric field (over OV RMS) and the thickness of the birefringence region identified previously and the electro-optical properties are virtually the same, further increasing the applied control or tuning voltage Once I decided to raise it, I followed each one. As a result, the operating voltage or In the region of high electric field values, the filter structure described here does not change the phase of the input optical signal. to the orthogonal polarization of the signal. The wavelength that passes through this filter structure in this way is It is determined by the specific value of the applied voltage and is independent of the state of input polarization.

複屈折領域の一つでは入力偏波の成分の一つは、もう一方の複屈折領域からは影 響を受けていないか、影響を受けているある領域の液晶分子の主要な軸に平行に 近似的に向く。入力光信号のもう一方の、または直交する偏波の成分は、別の複 屈折領域で影響を受けるので、最初の領域では実質的に影響を受けない。同調可 能な偏波無感受性の光フィルタかそれによって実現される。このようなフィルタ では、選択された波長と対応する特定の印加電圧はその偏波条件に拘わらず同じ 強度レベルを透過させる。In one of the birefringent regions, one of the components of the input polarization is shadowed by the other birefringent region. parallel to the major axes of the liquid crystal molecules in an unaffected or affected region. Approximately oriented. The other, or orthogonally polarized, component of the input optical signal is Since it is affected in the refractive region, it is essentially unaffected in the first region. Tunable polarization-insensitive optical filters. filter like this , the selected wavelength and corresponding specific applied voltage are the same regardless of its polarization conditions. Transparent intensity levels.

ここに示した本発明の具体例は、10μm厚の図7に示した種類のねじれたネマ チック液晶層84を含む。このような層の屈折率は、2Vから10vの範囲の高 電界動作電圧の印加により、近似的に1.5と1.7の間を変化する。(本実施 例においてFreedricksのしきい値電圧はおよそ2vである)。選択さ れた入力波長のそれぞれには、特定の入力波長が透過することを可能にする、フ ィルタに印加する対応する動作電圧がある。特定な量による制御電圧の変化によ り、別の入力波長か透過できるように選択することになる。具体例として、15 r+mの同調範囲における2nm分かれている波長は、それぞれ制御電圧をおよ そ0.5V変化させることにより選択される。このようなフィルタを通った波長 はおよそinmのスペクトル通過帯域幅によって特徴づけられる。The embodiment of the invention shown here is based on a twisted nematic film of the type shown in Figure 7 that is 10 μm thick. The liquid crystal layer 84 includes a liquid crystal layer 84. The refractive index of such a layer is high, ranging from 2V to 10V. The applied electric field operating voltage varies approximately between 1.5 and 1.7. (This implementation In the example Freedricks threshold voltage is approximately 2v). selected Each input wavelength has a filter that allows that particular input wavelength to pass through. There is a corresponding operating voltage applied to the filter. By changing the control voltage by a specific amount Therefore, a different input wavelength may be selected to be transmitted. As a specific example, 15 The wavelengths separated by 2 nm in the r+m tuning range are each controlled by a control voltage. It is selected by changing it by 0.5V. Wavelength passed through such a filter is characterized by a spectral passband width of approximately inm.

上記の種類の光フィルタでは、ある波長を通過させる条件から別の波長を通過さ せる条件に比較的早く切り替えることができる。そのスイッチング速度は、最初 にとのくらい速く液晶層84の液晶分子が向きを変えるかによって決まる。次に 、これは、液晶材料の誘電非等方性や制御電圧の値や液晶層84の厚さのような 様々な要素にも左右される。事実、ミリ秒オーダーのスイッチングスピードか可 能である。また、切り替えに要求される電力は、このようなコンパクトな小型フ ィルタでは典型的にはマイクロワット以下である。In the above types of optical filters, the conditions for passing one wavelength change to the condition for passing another wavelength. conditions can be changed relatively quickly. Its switching speed is initially It depends on how fast the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 84 change direction. next , this depends on factors such as the dielectric anisotropy of the liquid crystal material, the value of the control voltage, and the thickness of the liquid crystal layer 84. It also depends on various factors. In fact, switching speeds on the order of milliseconds are possible. It is Noh. Additionally, the power required for switching is For filters, it is typically less than a microwatt.

最後に、以上で述べた配置は、ここに示した本発明の第4実施例の原理を述べる に過ぎないことが理解されなければならない。この原理にしたがって多数の変形 例か考案され得る。例えば、偏波無感受性フィルタの変更されたものの一つは、 それぞれが物理的に分離された液晶材料の二つの眉を結合することで達成される 。この変形例では、二つの層は前に述べたミラーと電極構造によって形成される 光共振器を含み、そして三つの間隔を空けたガラス板を含むサンドイッチ構造に よって決まった場所に保たれる。二つの層の光軸はそれぞれお互いに直交して配 置されて、いかなる偏波の光も同じ位相変化を与えられる。Finally, the arrangement described above illustrates the principle of the fourth embodiment of the invention presented herein. It must be understood that this is nothing more than Numerous variations according to this principle An example can be devised. For example, one modification of the polarization insensitive filter is This is achieved by combining two eyebrows of liquid crystal material, each of which is physically separated. . In this variant, the two layers are formed by the previously mentioned mirror and electrode structures. In a sandwich structure containing an optical cavity and containing three spaced glass plates Therefore, it is kept in a fixed place. The optical axes of the two layers are orthogonal to each other. , so that light of any polarization is given the same phase change.

この変更では、二つの液晶層の厚さか同じであることか偏波無感受性動作を保証 するために重要である。This modification ensures that the two liquid crystal layers have the same thickness or polarization-insensitive operation. It is important to

加えて、ここで述へられたデバイスは偏波無感受性の空間光変調器として利用で きることは明白である。ある電圧は、選択された波長かデバイスを通過伝搬する ことがてきるよう゛に選び、別の動作電圧は選択された波長が通り抜けるのを阻 止するようにデバイスを設計する。Additionally, the device described here can be used as a polarization-insensitive spatial light modulator. It is clear that it can be done. A voltage propagates through a selected wavelength or device Another operating voltage is selected to prevent the selected wavelength from passing through. Design devices to stop

前に述べた第3実施例の変形の一つは、偏波無依存性の同調可能な液晶フィルタ を製造するために、対向する配向層で垂直と水平の液晶の配向を必要とする。P atelらはApplied PhysicsLetters、 volume  57.1990. pI)、 1718−1720に「電気的同調可能なファ ブリ・ペローエタロン中に液晶を用いた赤外波長用光フィルタ」として同様の発 表を行っている。この概念は、図8に断面を示した偏波無依存性の同調可能な液 晶フィルタ110の第5実施例のさらなる拡大である。フィルタ110は、透明 な酸化インジウム−スズ電極116と118を付着させた二つのガラス基板11 2.114上に作られる。誘電体多層膜ミラー120.122は電極116.1 18の上に形成され、それぞれは目的の波長に対して干渉ミラーとなる、異なっ た屈折率である四分の一波長厚の層の組を多層化したものである。One variation of the third embodiment described above is a polarization-independent tunable liquid crystal filter. requires vertical and horizontal alignment of liquid crystals with opposing alignment layers. P Atel et al. Applied Physics Letters, volume 57.1990. pI), 1718-1720. A similar emission filter was developed as an "infrared wavelength optical filter using liquid crystal in the Burri-Perot etalon." I'm doing a table. This concept is based on a polarization-independent tunable liquid whose cross section is shown in Figure 8. 5 is a further enlargement of the fifth embodiment of the crystal filter 110. Filter 110 is transparent two glass substrates 11 on which indium tin oxide electrodes 116 and 118 are attached; Created on 2.114. Dielectric multilayer mirror 120.122 is electrode 116.1 18, each serving as an interference mirror for the wavelength of interest. It is made up of a multilayer set of layers with a thickness of a quarter wavelength, which is a refractive index.

平行配向層124と垂直配向層126はそれぞれの誘電体多層膜ミラー120, 122上に付着され、こすられる。配向層124.126は液晶分子がそれぞれ の配向層のとなりへ配置されるように特定の方向へ向けられる。特に、ネマチッ ク液晶は液晶分子の長軸の平均の方向が配向ベクトルnと呼ばれる方向へ向くよ うに特徴づける。配向層124.126は液晶の表面において配向ベクトルnを 確定する。配向ベクトルnはそれから滑らかに二つの配向層124と126の間 の液晶の中を変化する。もし電界か液晶を横切って印加されると配向ベクトルn は、たんだん配向層124と126の間の間隙の電界に配向する。The parallel alignment layer 124 and the vertical alignment layer 126 are connected to the respective dielectric multilayer mirrors 120, 122 and rubbed. The alignment layers 124 and 126 are composed of liquid crystal molecules, respectively. oriented in a particular direction so as to be placed next to the orientation layer. In particular, nematic Liquid crystals are designed so that the average direction of the long axes of liquid crystal molecules points in a direction called the orientation vector n. Characterize sea urchins. The alignment layers 124 and 126 set the alignment vector n on the surface of the liquid crystal. Determine. The orientation vector n then smoothly moves between the two orientation layers 124 and 126. changes in the liquid crystal. If an electric field is applied across the liquid crystal, the orientation vector n gradually becomes oriented in the electric field in the gap between the alignment layers 124 and 126.

本発明の第5実施例によると、図9に示した平行な配向層124は界面134に より二つの部分130.132に分割される。とちらの部分130.132も平 行配向処理剤、例えば、ナイロンか1.4ポリブチレンテレフタレートのような ポリエステルで形成される。それは、その場所の配向ベクトルnを決め、それゆ え隣接の液晶分子か配向層124の表面に水平に配向するようにする。しかしな がら、二つの部分130.132は垂直な方向へこすられ、一方の平行配向部分 130は液晶を界m1134に垂直に配向させ、もう一方の平行配向部分132 は界面134に水平にそれを配向する。異なったこする手順についての詳細は既 に論じた通りである。一方で、もう一方の配向層126は垂直配向処理剤、例え ば、オクタデシルトリエトキシシランで形成され、これは配向ベクトルnを決め 、隣接の液晶分子を配向層126の表面に垂直に配向させる。According to a fifth embodiment of the present invention, the parallel alignment layers 124 shown in FIG. It is further divided into two parts 130 and 132. Tochira part 130.132 is also flat Row alignment agents, such as nylon or 1.4 polybutylene terephthalate Made of polyester. It determines the orientation vector n at that location and Adjacent liquid crystal molecules are aligned horizontally to the surface of the alignment layer 124. However However, the two parts 130 and 132 are rubbed in the perpendicular direction, and one parallel oriented part 130 aligns the liquid crystal perpendicularly to the boundary m1134, and the other parallel alignment part 132 orients it horizontally to interface 134. Details about the different scrubbing steps are already available. As discussed in . On the other hand, the other alignment layer 126 contains a vertical alignment treatment agent, e.g. For example, it is formed from octadecyltriethoxysilane, which determines the orientation vector n. , aligning adjacent liquid crystal molecules perpendicularly to the surface of the alignment layer 126.

大切な配向層124.126を構成したら、二つの基板112.114がこれら 二つの配向層間に約10μmの間隔を空けた部品に形成され、ネマチック液晶1 36がこの間隔中に満たされる。After constructing the important alignment layers 124, 126, the two substrates 112, 114 are A nematic liquid crystal 1 is formed in a component with a gap of about 10 μm between two alignment layers. 36 are filled during this interval.

電圧源138を電極116.118に接続すると、加えられた電界は配向ベクト ルnの向きに偏波した光の液晶136の実効屈折率を変化させる。このようにし て二つのミラー120.122間に形成されたファブリ・ペロー共振器の実効的 な光路長に影響を与える。光の進行方向に横向きの配向ベクトルnの向きは、平 行配向部分130または132の配向の方向により決定される。電界は、一方て 配向ベクトルの向きに垂直な方向に偏波した光に対する屈折率には何の影響もな い。このため、実効的な屈折率の変化は光の偏波に強く依存する。配向層124 の異なったこする方向により、部分130を通り抜ける光は界面134に垂直で ある電気的な偏波成分によってのみ影響され、一方で、部分132を通り抜ける 光は、界面134に平行な電気的な偏波成分によってのみ影響される。それぞれ の部分130.132、そして液晶136の対応する部分を偏波成分か通過する とき、対称性のゆえに偏波成分のどちらも印加される電圧によって等しく影響さ れる。When a voltage source 138 is connected to the electrodes 116, 118, the applied electric field The effective refractive index of the liquid crystal 136 of the light polarized in the direction of n is changed. Do it like this The effective value of the Fabry-Perot resonator formed between two mirrors 120 and 122 is This affects the optical path length. The direction of the orientation vector n, which is horizontal to the direction in which the light travels, is flat. It is determined by the direction of orientation of the row orientation portions 130 or 132. On the other hand, the electric field There is no effect on the refractive index for light polarized in the direction perpendicular to the direction of the orientation vector. stomach. Therefore, the change in effective refractive index strongly depends on the polarization of light. Orientation layer 124 Due to the different rubbing directions, the light passing through section 130 is perpendicular to interface 134. is influenced only by certain electrical polarization components, while passing through section 132 The light is influenced only by electrical polarization components parallel to interface 134. Each The polarized wave components pass through portions 130 and 132 of , and the corresponding portions of the liquid crystal 136. When, due to symmetry, both polarization components are equally affected by the applied voltage. It will be done.

同調可能な液晶エタロンフィルタ110は、平行配向層124の界面134に入 力光ファイバ140を光学的に配向することによって使用することができる。図 8に概略水したように、ロフト型のグレーデットインデクスレンズ142は、等 量の光エネルギが二つの部分130.132上に当たるようにビームを分散させ る。出力側では、対応するレンズ144が出力光ファイバ146にフィルタされ た光を再結合する。A tunable liquid crystal etalon filter 110 enters the interface 134 of the parallel alignment layer 124. It can be used by optically orienting the optical fiber 140. figure 8, the loft type graded index lens 142 is Spread the beam so that an amount of light energy falls on the two parts 130.132 Ru. On the output side, a corresponding lens 144 is filtered into an output optical fiber 146. recombining the light that was lost.

例2 二偏波液晶エタロンフィルタ110を上述の手順に従って製作した。セル間隔は 10μmである。横方向の寸法は1cmX1、 C[T1てある。ポリ1.4ブ チLノンテレフタレートとオフタデ゛・ル[−り」−トキシシランを配向処理剤 として用いている。ネマツーツク液晶はすてに述へたE7 (商標)である。液 晶は真空充填技術により1−0μmのセル間隔中に等方性状態で満たした。配向 層は絶対的には液晶分子の配向方向を決定できない。というのは、平行配向部分 130,132のそれぞれにおいて多重な領域か形成されているような平行配向 処理剤の中では、平行と非平行は縮退しているからである。多重な領域は、平行 配向層124の有限な傾き角により対称性を破ることで避けることができる。し かしながら、本例では、等方性相中の液晶136で隙間を満たしてから、電極1 16.118によって電界を直交方向に印加しながら冷却することで、平行な部 分130と132のそれぞれにおいて単一な領域を得ている。Example 2 A dual polarization liquid crystal etalon filter 110 was manufactured according to the procedure described above. The cell spacing is It is 10 μm. The lateral dimensions are 1cm×1, C[T1. Poly 1.4b Aligning treatment agent using thiol non-terephthalate and ophthalate-toxysilane It is used as The Nematzuk liquid crystal is the previously mentioned E7 (trademark). liquid The crystals were filled isotropically into the cell spacing of 1-0 μm by vacuum filling technique. orientation The layer cannot absolutely determine the alignment direction of the liquid crystal molecules. That is, the parallel orientation part Parallel orientation where multiple regions are formed in each of 130 and 132 This is because parallel and non-parallel are degenerate in processing agents. Multiple regions are parallel This can be avoided by breaking the symmetry with a finite tilt angle of the alignment layer 124. death However, in this example, after filling the gap with the liquid crystal 136 in the isotropic phase, the electrode 1 16. By cooling while applying an electric field in the orthogonal direction, the parallel parts A single area is obtained at each of minutes 130 and 132.

デバイスは、光スペクトルアナライザと、光源として1.5μmの発光ダイオー ド、また、多モード光ファイバを用いて室温においてデバイスの特性を測定した 。多モードファイバと分布屈折率ロフトレンズは、およそ400μmの直径にコ リメートする。単一モードファイバの利用はおよそ250μmの直径のビームを 作り出す。プログラミングできるコンピュータ制御の電源により1kHzの方形 波を作る。透過ピークの最大値となるスペクトルの位置を印加電圧の関数として 図10のグラフに示した。透過ピークはおよそ0.9nmの幅またはパスバント を持つ。透過スペクトルには、二つのバントPとQが見える。The device consists of an optical spectrum analyzer and a 1.5 μm light emitting diode as a light source. We also measured the characteristics of the device at room temperature using a multimode optical fiber. . The multimode fiber and graded index loft lens have a diameter of approximately 400 μm. Remate. The use of single mode fiber produces a beam with a diameter of approximately 250 μm. produce. 1kHz square with programmable computer-controlled power supply make waves Spectral position of maximum transmission peak as a function of applied voltage This is shown in the graph of FIG. The transmission peak is approximately 0.9 nm wide or passband have. Two bands P and Q are visible in the transmission spectrum.

Pバントは電圧では変化せず配向ベクトルnに垂直に偏波するものに対応する。The P band corresponds to something that does not change with voltage and is polarized perpendicular to the orientation vector n.

Qバントは、しかしなから、電圧により有意の変化をする。これは、配向ベクト ルnに平行な偏波に対応する。Pバンドの位置は以下の共振条件により決定され る。Q-band, however, varies significantly with voltage. This is the orientation vector corresponds to polarization parallel to n. The position of the P band is determined by the following resonance conditions. Ru.

mλ=n、d、 (3) ここて■はモードナンバーで、λは光の波長、n、は液晶の短軸方向の屈折率、 dはファブリ・ペロー共振器の物理的厚さである。印加電圧はnsを12%変化 させる。図からQピークの同調範囲はおよそ1100nで、フリースベクトルレ ンジはおよそ70nmである。入力側に偏波板を入れて再びスペクトルを測定し た。光が、界面134に垂直に偏波している場合と平行に偏波している場合のど ちらもスペクトルは図10のものと大きくは異ならなかった。mλ=n, d, (3) Here ■ is the mode number, λ is the wavelength of light, n is the refractive index in the short axis direction of the liquid crystal, d is the physical thickness of the Fabry-Perot cavity. Applied voltage changes ns by 12% let From the figure, the tuning range of the Q peak is approximately 1100n, and the fleece vector level is approximately 1100n. The wavelength is approximately 70 nm. Insert a polarizing plate on the input side and measure the spectrum again. Ta. When the light is polarized perpendicularly to the interface 134 and when is it parallel to the interface 134? The spectra in both cases were not significantly different from those in FIG.

Pバンドは、同調的なフィルタではないので、フィルタは、このバンドを除く望 ましいフリースベクトルレンジで設計される必要がある。Since the P-band is not a tunable filter, the filter should not be able to remove this band. It needs to be designed with a desirable fleece vector range.

図8のフィルタは、フィルタされていない偏波またはPバンドとの関連で3dB の損失があるという不利を被る。つまり、レンズ142は二つの部分130.1 32に両方の光の偏波を等しい量分配する。しかしながら、それぞれの部分13 0または132ては、選択的にこすられた方向に対応する偏波だけが、その波長 を許容する。もう一方の偏波は、印加電界には影響されず、したがって、もちろ ん遮断される。The filter of Figure 8 is 3 dB relative to the unfiltered polarization or P-band. The disadvantage is that there is a loss. That is, the lens 142 has two parts 130.1 Equal amounts of both polarizations are distributed to 32. However, each part 13 0 or 132, only the polarized light corresponding to the selectively rubbed direction will have that wavelength. is allowed. The other polarization is unaffected by the applied electric field and therefore of course It will be blocked.

この3dBの損失を避ける一般的な方法はレンズ142か偏波無感受性の空間ビ ームスプリッタとして働(ようにすることである。入力ビームを偏波にしたかっ て二つのビームに分離する偏波ビームスプリッタとしては多くの種類か知られて いる。A common way to avoid this 3 dB loss is to use lens 142 or a polarization-insensitive spatial beam. act as a beam splitter.If you want the input beam to be polarized, There are many types of polarization beam splitters that split into two beams. There is.

例えば、Wollastonプリズムである。このような偏波ビームスプリンタ は入力光ファイバ140から光を受けて、その偏波をフィルタする各部分130 と132に、それぞれの偏波成分を伝える。For example, a Wollaston prism. Polarized beam splinter like this are sections 130 that receive light from an input optical fiber 140 and filter its polarization. and 132, transmit the respective polarization components.

本発明の第6実施例は、特に優れた同調可能な二偏波の液晶エタロンフィルタ1 50に関する。これは、図11に断面を示したように偏波ビームスプリッタを用 いる。これは偏波状態によってビームを分離する複屈折材料の基板152.15 4上に形成されている。入力側では、複屈折基板152は入力ファイハからのビ ームを常光線156と異常光線158に分離する。The sixth embodiment of the present invention is a particularly excellent tunable dual-polarization liquid crystal etalon filter 1. Regarding 50. This uses a polarized beam splitter as shown in the cross section in Figure 11. There is. This is a substrate 152.15 of birefringent material that separates the beams according to their polarization state. It is formed on 4. On the input side, a birefringent substrate 152 absorbs the bits from the input filter. The beam is separated into an ordinary ray 156 and an extraordinary ray 158.

もし複屈折の光軸が平行配向層124の表面134の長軸に垂直に、望ましくは 入力光軸に45°に設定されていると、異常光線158が偏っても、常光線15 6は偏らない。常光線156の光は、電気的に界面]−34に平行に偏波され、 異常光線158は垂直に偏波される。複屈折基板152と透明電極1−16の間 の界面では、二つのビーム156.158はそれぞれの最初の方向に向いて、そ して適切に配向されている平行配向処理剤を含む二つの部分130.132をそ れぞれ通り抜ける。重要なことは、二つのビーム156.158はこの段階にお いて十分離されていることて、入射ビームの直径と位置は問題てはない。液晶1 36を通り抜けた後、二つのビームは複屈折な光軸か最初の複屈折基板152の 鏡映になるように配置された別の複屈折基板154て再結合する。無偏波ビーム 結合器を代わりに用いることもてきるが、二つの複屈折基板152.154は容 易に合わせられ、そして一体的な構成をなすようにされている。複屈折基板を使 わないで複屈折層をガラス基板上に不変的に固定してもよい。液晶二偏波フィル タ150は全ての偏波成分を完全にフィルタできるか部分130または132に 伝達するので、3dBの損失を避けることかできる。このフィルタ150はPバ ントが除去されるという利点まで持ち合わせている。もし広い面積の光検出器か 使えるならば、出力側の複屈折層154は必要なくなる。If the optical axis of birefringence is perpendicular to the long axis of surface 134 of parallel alignment layer 124, preferably If the input optical axis is set at 45°, even if the extraordinary ray 158 is biased, the ordinary ray 15 6 is not biased. The light of the ordinary ray 156 is electrically polarized parallel to the interface ]-34, Extraordinary ray 158 is vertically polarized. Between the birefringent substrate 152 and the transparent electrode 1-16 At the interface, the two beams 156, 158 are oriented in their respective initial directions The two portions 130 and 132 containing parallel alignment agents that are properly oriented as shown in FIG. Pass through each. Importantly, the two beams 156 and 158 are at this stage. The diameter and location of the incident beam does not matter, as long as the beams are sufficiently far apart. LCD 1 After passing through the birefringent substrate 152, the two beams are directed toward the birefringent optical axis or the first birefringent substrate 152. They are recombined using another birefringent substrate 154 arranged in a mirrored manner. unpolarized beam A coupler could be used instead, but the two birefringent substrates 152 and 154 are They are designed to be easily matched and form an integral structure. Using a birefringent substrate The birefringent layer may be permanently fixed on the glass substrate without bending. LCD dual polarization filter The filter 150 can completely filter all polarization components. 3 dB loss can be avoided. This filter 150 It also has the advantage of eliminating the If the photodetector has a large area If it can be used, the birefringent layer 154 on the output side will not be necessary.

例3 偏波ビームスプリッタと結合器を持った、集積二偏波液晶フィルタは、例2の二 偏波液晶フィルタのソーダ石灰ガラス基板112.114の外側に4mmの厚さ の方解石の板を留めることで実現することができる。このフィルタはレーザから のビームを入力し、出力を検出することで検査することかできた。入力光の偏波 方向を手操作の偏波制御装置で回転させると、出力強度のばらつきは1dB以下 であった。一方、偏波板を入力ビームを横切って付加的に挿入すると、出力強度 には25dBのばらつきか出た。Example 3 An integrated dual-polarization liquid crystal filter with a polarization beam splitter and a coupler is shown in Example 2. 4mm thickness on the outside of the soda lime glass substrate 112, 114 of the polarized liquid crystal filter This can be achieved by fixing calcite plates. This filter is It was possible to inspect by inputting the beam and detecting the output. Polarization of input light When the direction is rotated using a manually operated polarization control device, the output intensity variation is less than 1 dB. Met. On the other hand, if a polarizer is additionally inserted across the input beam, the output intensity There was a variation of 25 dB.

図11の二偏波フィルタ150は偏波無感受性であるので、光ドロップ回路に有 利に用いることができる。WDM通信システムは一本の光ファイバに対し波長群 λ111.λ、の多重光信号かあることに特徴かある。N多重の光信号はΣλて 表される。Since the dual polarization filter 150 in FIG. 11 is polarization insensitive, it is useful for optical drop circuits. It can be used for profit. A WDM communication system uses a group of wavelengths for one optical fiber. λ111. It is characteristic that there is a multiplexed optical signal of λ. N multiplexed optical signals are Σλ expressed.

様々な種類のフィルタを用いてΣλのNチャネルからチャネルλ2を選択する。Channel λ2 is selected from the N channels of Σλ using various types of filters.

しかしなから、簡単なフィルタは、他のN−1チヤネルを捨ててしまう。光ドロ ップ回路でも電気のドロップ回路と同等にλ、のチャネルはファイバから除去さ れるか、他のN−1チヤネルはファイバ中に残るというのか都合がよい。However, the simple filter discards the other N-1 channels. light mud In a drop circuit, a channel of λ, equivalent to an electrical drop circuit, is removed from the fiber. Conveniently, the other N-1 channels may remain in the fiber.

図12に示した光ドロップ回路]70は第7実施例であるが、これはこのような 機能を果たすものである。The optical drop circuit shown in FIG. 12] 70 is the seventh embodiment, which is It is something that fulfills a function.

入力ファイバ172はWDM信号Σλを運ぶか、このWDM信号Σλは第」−の 偏波ビームスプリッタ174により第1のビーム176と第2のビーム178に 分けられる。図示した種類の偏波ビームスプリッタ174は平坦な表面を形成す るように立方体の石英を対角に沿って分離したものである。表面は−または多層 の誘電体層で覆われて立方体が組み立てられている。表面に平行に偏波した光は 、90°に反射され、直交した偏波は透過する。第1のビーム176は、最初、 図面に平行に偏波したWDM信号の偏波した成分を運び、第2のビーム178は 直交した偏波成分を運ぶ。第1のビーム176が4分の1波長板」−80を通り 抜けると、全ての周波数成分は円偏波になる。円偏波ビーム176は図11のフ ィルタ150の構造を持つ第1の液晶二偏波フィルタ182に入射し、波長λ、 を選択するように同調される。フィルタ182は円偏波の第1のビーム176を 二つの直線偏波成分に空間的に分離し、両方のλ。The input fiber 172 carries a WDM signal Σλ, or this WDM signal Σλ is A polarized beam splitter 174 splits the beam into a first beam 176 and a second beam 178. Can be divided. A polarizing beam splitter 174 of the type shown forms a flat surface. This is a cube of quartz separated along the diagonal so that it looks like this. surface - or multilayer A cube is assembled by covering it with a dielectric layer. Light polarized parallel to the surface is , 90°, and orthogonal polarized waves are transmitted. The first beam 176 initially A second beam 178 carries the polarized component of the WDM signal polarized parallel to the drawing. It carries orthogonal polarization components. The first beam 176 passes through a quarter wave plate '-80. Once out, all frequency components become circularly polarized waves. Circularly polarized beam 176 is shown in FIG. The wavelengths λ, is tuned to select. Filter 182 filters circularly polarized first beam 176. Spatially separate into two linearly polarized components, both λ.

の直線偏波成分を通す。そしてλ、の円偏波ビームの成分に再結合する。もう一 つの4分の1波長板184は円偏波したλ、のチャネルを元の偏波に垂直な、つ まり図面上垂直な、直線偏波に変換する。 別のN−1の光チャネルΣλ−λ3 はフィルタ182を通り抜けず、最小の損失エネルギーで反則する。Passes the linearly polarized wave component. It is then recombined into a circularly polarized beam component of λ. Another one The quarter-wave plate 184 splits the channel of the circularly polarized wave, λ, perpendicular to the original polarization. Converts to linear polarization, which is perpendicular to the drawing. Another N-1 optical channels Σλ-λ3 does not pass through filter 182 and is violated with minimal energy loss.

第1の4分の1波長板180を逆に通り抜けると、元の偏波に対し垂直な直線偏 波になる。それゆえ、偏波ビームスプリッタ174はそれらを出力ファイバ18 8に受けられる非選択の出力ビーム186に反射する。Passing through the first quarter-wave plate 180 in reverse, the linearly polarized wave is perpendicular to the original polarization. Become a wave. Therefore, polarization beam splitter 174 directs them to output fiber 18 unselected output beam 186 received by 8.

4分の1波長板J、80.184は、光ビームの直線偏波を45°回転させ、逆 方向に伝達するビームを同じ角度回転させるという二度通って90°回転する磁 気光学素子て置き換えてもよい。それにより、二つの偏波の等量がフィルタ18 2に与えられ、偏波ビームスプリッタ174は入力ビームから、ビームを離すよ うに反射することになる。第2の磁気光学素子は、必要なら、元の偏波方向に戻 す。The quarter-wave plate J, 80.184 rotates the linear polarization of the light beam by 45° and reverses it. A magnetic field that passes through the beam twice and rotates by 90 degrees, rotating the beam transmitted in the same direction by the same angle. An air optic element may be used instead. Thereby, equal amounts of the two polarizations are transmitted to the filter 18. 2, and the polarization beam splitter 174 separates the beam from the input beam. It will be reflected by sea urchins. The second magneto-optical element returns to the original polarization direction, if necessary. vinegar.

以上で述べた構造は、WDM信号が直線偏波て制御されている場合、光ドロップ 回路として働く。しかしながら、このような制御かないときの補償のため、第2 のビーム178に直交した偏波成分のフィルタリングと反射を行う同様な4分の 1彼長板190.192と二偏波フィルタ194が必要である。反射成分は、回 転した直線偏波を持っているので、出力ファイバ188に向けて第1の偏波ビー ムスプリッタ174を通り抜けることになる。つまり、ビームスプリッタ−17 4は非選択信号Σλ−λ、の二つの直線偏波成分の結合器としても働く。ミラー 196.198は選択されたチャネルλ、の二つの偏波成分を第2の偏波ビーム スプリッタ200に導く、するとこのスプリッタ200はもう一つの出力ファイ バ204から受けた選択された出力ビーム202へと結合する。トロンブ回路1 70は入力されたチャネル群Σλの偏波状態にかかわらず、選択された出カビ− A 202の同様な選択と、非選択出力ビーム186の同様な反射を行う。The structure described above is suitable for optical drop when the WDM signal is controlled by linear polarization. Works as a circuit. However, in order to compensate for the absence of such control, the second A similar quadrant filters and reflects orthogonal polarization components of beam 178. One long plate 190, 192 and two polarization filters 194 are required. The reflected component is The first polarized beam is directed to the output fiber 188. It will pass through the splitter 174. In other words, beam splitter 17 4 also acts as a combiner of two linearly polarized components of the non-selected signal Σλ-λ. mirror 196.198 converts the two polarization components of the selected channel λ into the second polarization beam splitter 200, and this splitter 200 connects another output fiber. The selected output beam 202 is coupled to the selected output beam 202 received from the bar 204 . Trombe circuit 1 70 indicates the selected output signal regardless of the polarization state of the input channel group Σλ. A similar selection of A 202 and a similar reflection of the unselected output beam 186 is performed.

図13に平面図で示した一つの配列の実施例において、平行配向層124は直交 にこすられた平行配向部分130.132の複数に分割されている。図8の二偏 波フィルタ110に図13の配列を結合すると134と160の界面で3つのビ ームをフィルタできる。しかしながら、図11の二偏波フィルタ150は、同一 の界面134において2つだけのビームをフィルタできるに過ぎない。別の配列 の実施例においては、多重なビームが二つの配向層の部分130.132の間の 界面134に沿って配列している。一つの電極116または118は、これらビ ームに対し分割された電極となるようにバターニングされている。In one arrangement embodiment, shown in plan view in FIG. 13, the parallel alignment layers 124 are orthogonal. It is divided into a plurality of parallel oriented sections 130, 132 rubbed on the surface. Bilateral figure 8 When the array of FIG. 13 is combined with the wave filter 110, three bits are formed at the interface between 134 and 160. You can filter the However, the dual polarization filter 150 of FIG. Only two beams can be filtered at the interface 134. another array In the embodiment, multiple beams are distributed between the two alignment layer sections 130 and They are arranged along the interface 134. One electrode 116 or 118 is The electrodes are patterned so that they are divided into electrodes for each arm.

以上の実施例では、広いスペクトルの一部を分離するために、十分に狭い同調可 能なパスバンドを持ったフィルタとなっているが、本発明は比較的広く、同調可 能であるバンドの変調器へも同様に応用できる。例えば、5aundersによ って発明されたものは、ミラーか金属であり、電極と結合されているか、第5と 第6の実施例の目的から、変調器はフィルタの特別な場合として考えられるだろ う。In the above example, a sufficiently narrow tunability is used to isolate a portion of the broad spectrum. However, the present invention has a relatively wide and tunable passband. The present invention can be similarly applied to modulators for bands with high performance. For example, by 5unders Invented in For purposes of the sixth embodiment, the modulator may be considered as a special case of a filter. cormorant.

第5、第6の実施例では、平行配向層は、二つの平行配向部分130.132の 間の界面134を平行と垂直にこすっている。しかしながら、二偏波効果は、界 面に対し異なった方向で垂直にこすることで得られる。上に述べた実施例では、 第2の配向層120て平行配向処理剤を用いている。しかしなから、第2の配向 層か一番目の配向層と同様にパターニングされている垂直配向処理剤で形成され ていても同様な効果を得るこ吉かできる。そのときは、二つの配向層か、それぞ れの界面134に配向するために精密に組み立てられる必要かある。平行配向処 理剤は隙間の液晶に90°のねじれを与えるように、二つの配向層間に平行に、 または、垂直に配向できる。In the fifth and sixth embodiments, the parallel alignment layer comprises two parallel alignment parts 130, 132. The interface 134 between them is rubbed in parallel and perpendicular directions. However, the dual polarization effect Obtained by rubbing perpendicularly to the surface in different directions. In the embodiment described above, A parallel alignment treatment agent is used in the second alignment layer 120. However, the second orientation The layer is formed with a vertical alignment agent that is patterned in the same way as the first alignment layer. You can get the same effect even if you use Kokichi. In that case, two alignment layers or It must be precisely assembled to align the interface 134. Parallel orientation treatment The chemical is applied in parallel between the two alignment layers to give a 90° twist to the liquid crystal in the gap. Or it can be oriented vertically.

本発明の界面ミラーを有する液晶エタロン光フィルタは、広い電気的な同調可能 性のある狭いバスバンドを提供する。それらは、低電力で、製造上の経済性があ り、頑丈である。The liquid crystal etalon optical filter with interfacial mirror of the present invention has wide electrical tunability. Provides a flexible and narrow bass band. They are low power and economical to manufacture. It is durable and sturdy.

F″IG、i 波長(μI]) FIG、3 電圧(ACン FIG、5 FIG、7 FIG、8 FIG、9 FIG、iゴ FIG、12 FIG、ゴ3 手続補正書 平Ti5C5年6月21日F″IG,i Wavelength (μI]) FIG.3 Voltage (AC FIG.5 FIG.7 FIG.8 FIG.9 FIG, igo FIG. 12 FIG, Go3 Procedural amendment June 21, Hei Ti5C5

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.間隔を空けて置かれた2枚の界面ミラーと、これら界面ミラー問に配置され た液晶と、該液晶の屈折率を変更させる2つの電極と、を有することを特徴とす る同調可能な光フィルタ。1. Two interface mirrors placed with a gap between them, and a mirror placed between these interface mirrors. and two electrodes that change the refractive index of the liquid crystal. tunable optical filter. 2.間隔を横切って液晶の主軸にnπ/2のねじれを生じさせる手段をさらに有 することを特徴とする請求項1の同調可能な光フィルタ。2. It further includes means for creating a twist of nπ/2 in the principal axis of the liquid crystal across the interval. The tunable optical filter of claim 1, characterized in that: 3.2つの配向層に隣接する液晶の部分分子を方向づけるため、第1の配向層と 第2の配向層とが液晶と各々の界面ミラーとの間に配置されていることを特徴と する請求項1の同調可能な光フィルタ。3. In order to orient the partial molecules of the liquid crystal adjacent to the two alignment layers, the first alignment layer and a second alignment layer is disposed between the liquid crystal and each interface mirror; The tunable optical filter of claim 1. 4.第1配向層と第2配向層とが、間隔を横切って液晶分子の主軸にnπ/2の ねじれを発生させる手段を有し、該液晶分子の主軸が上記第1配向層および第2 配向層に隣接する間隔内の部分において上記第1配向層および第2配向層にほぼ 平行に配置されていることを特徴とする請求項2の同調可能な光フィルタ。4. The first alignment layer and the second alignment layer are arranged so that nπ/2 is aligned with the main axis of the liquid crystal molecules across the gap. means for generating twist, and the main axis of the liquid crystal molecules is aligned with the first alignment layer and the second alignment layer. substantially in the first alignment layer and the second alignment layer in a portion within the interval adjacent to the alignment layer. 3. Tunable optical filter according to claim 2, characterized in that they are arranged in parallel. 5.第1配向層が平行配向処理剤を有し、界面に分離されて第1、第2の部分に 分割されており、この第1部分が該第1部分の面にほぼ平行な第1の方向に隣接 の液晶を配向させ、この第2部分が該第2部分の面にほぼ平行で上記第1方向に ほぼ直交となっている第2の方向に隣接の液晶を配向させていることを特徴とす る請求項2の同調可能な光フィルタ。5. The first alignment layer has a parallel alignment treatment agent and is separated at the interface to form the first and second parts. the first portion is adjacent to the first portion in a first direction substantially parallel to the plane of the first portion; the liquid crystal is aligned, and the second portion is substantially parallel to the surface of the second portion and in the first direction. It is characterized by aligning adjacent liquid crystals in a second direction that is substantially orthogonal to each other. 3. The tunable optical filter of claim 2. 6.第1のミラーが形成される第1基板と、第2のミラーが形成される第2基板 とを有し、かつ、これら第1または第2基板の少なくとも1つが複屈折材の層で あることを特徴とする請求項5の同調可能な光フィルタ。6. A first substrate on which a first mirror is formed, and a second substrate on which a second mirror is formed. and at least one of the first or second substrate is a layer of birefringent material. 6. The tunable optical filter of claim 5. 7.第2配向層が、該第2配向層の面にほぼ直交する第3の方向に液晶を配向さ せる垂直配向処理剤を有していることを特徴とする請求項5の同調可能な光フィ ルタ。7. A second alignment layer aligns the liquid crystal in a third direction substantially perpendicular to the plane of the second alignment layer. 6. The tunable optical fiber of claim 5, further comprising a vertical alignment treatment agent that Luta. 8.入力ビームを受け同調可能である光フィルタが置かれた光軸上に該入力ビー ムの偏波成分を出力する偏波ビームスプリッタと、 上記光フィルタが入力ビームの周波数成分を選択するように同調させられたとき 、選択されなかった周波数成分が該同調可能な光フィルタによって反射されて上 記偏波ビームスプリッタが該非選択の周波数成分を入力ビームの光軸とは別の非 選択のビーム方向に出力するようにされている、上記スプリッタと上記光フィル タとの間に置かれた偏波変換手段と、を有することを特徴とする請求項5の同調 可能な光フィルタを有する光ドロップ回路。8. The input beam is placed on the optical axis on which is placed an optical filter that receives the input beam and is tunable. a polarization beam splitter that outputs polarization components of the beam; When the above optical filter is tuned to select the frequency components of the input beam , the unselected frequency components are reflected by the tunable optical filter. The polarization beam splitter splits the unselected frequency components into a non-selected frequency component that is different from the optical axis of the input beam. The above splitter and the above optical filter are adapted to output in the selected beam direction. and a polarization converting means placed between the tuning device and the tuning device according to claim 5. Optical drop circuit with possible optical filters. 9.第1のミラー、第1の電極および第1の配向層を上に形成させた第1の基板 であって、該第1配向層は平行配向処理剤を有し、界面により第1と第2の部分 に分割され、この第1の部分は該第1部分の面にほぼ平行で第1の方向にほぼ直 交する第2の方向に隣接の液晶を配向させており、1つまたは2つ以上の予め定 めた方向に隣接の液晶を配向させる、第2ミラー、第2電極および第2配向層を 上に形成させた第2の基板であって、上記第1基板と第2基板とは上記第1配向 層および第2配向層と共に予め定めた間隔を空けて対面して組合せられ、その中 に上記2つの基板の少なくとも1つが複屈折材の層を構成しており、上記間隔中 に満たされている液晶と、 を有することを特徴とする二偏波液晶エタロンフィルタ。9. a first substrate having a first mirror, a first electrode and a first alignment layer formed thereon; The first alignment layer has a parallel alignment treatment agent, and the interface separates the first and second portions. The first portion is substantially parallel to the plane of the first portion and substantially perpendicular to the first direction. Adjacent liquid crystals are aligned in a second intersecting direction, and one or more predetermined a second mirror, a second electrode, and a second alignment layer for aligning adjacent liquid crystals in the direction in which the liquid crystal is aligned; a second substrate formed on the substrate, the first substrate and the second substrate having the first orientation; layer and a second alignment layer face-to-face with a predetermined spacing therein; in which at least one of the two substrates constitutes a layer of birefringent material; The LCD is filled with A dual polarization liquid crystal etalon filter characterized by having. 10.入力ビームを受け該入力ビームの第1の偏波成分を第1の光パスへ出力す る第1の偏波ビームスプリッタであって、該第1光パスから受けた上記第1偏波 成分に直交する第2の偏波成分を上記入力ビームの光軸から分派した非選択の光 パスヘと出力するものと、 フィルタの光共振器を形成する2枚の界面ミラーを有し上記第1光パスに向けら れた偏波無感受性液晶エタロンフィルタと、 上記スプリッタとフィルタとの間の該第1光パスに向けられた第1の偏波変換手 段と、 を有することを特徴とする光ドロップ回路。10. receiving an input beam and outputting a first polarization component of the input beam to a first optical path; a first polarized beam splitter that receives the first polarized beam from the first optical path; unselected light that separates a second polarized component orthogonal to the input beam from the optical axis of the input beam; The one that outputs to the path, It has two interface mirrors forming an optical resonator of the filter and is directed toward the first optical path. polarization-insensitive liquid crystal etalon filter, a first polarization converter directed to the first optical path between the splitter and the filter; step by step, An optical drop circuit characterized by having: 11.光共振器を形成する2枚の界面ミラーを有し、第2光パスに向けられた電 気的に同調可能な偏波無感受性の第2液晶エタロンフィルタと、 第1スプリッタと第2フィルタ間の第2光パスに向けられた偏波変換手段と、 第1光パスと第2光パスとに向けられた偏波ビーム結合器と、を有することを特 徴とする、第1偏波ビームスプリッタが第2の光パス上に入力ビームの第2偏波 成分を出力する請求項10の光ドロップ回路。11. It has two interface mirrors forming an optical resonator, and an electric current directed to the second optical path. a polarization-insensitive second liquid crystal etalon filter that is mechanically tunable; polarization conversion means directed to a second optical path between the first splitter and the second filter; a polarization beam combiner directed to the first optical path and the second optical path. The first polarization beam splitter splits the second polarization of the input beam onto the second optical path. 11. The optical drop circuit according to claim 10, which outputs a component. 12.同調する電極と、各々90%以上の反射率を有する2枚の端面ミラーとが ある光液晶エタロンフィルタであって、該同調電極に印加される可変電圧により 第1の波長と第2の波長との間で同調可能なバンドパスを有するものと、該フィ ルタに放射する光源であって、上記第1波長および第2波長間の放射波長を有し 、かつ、上記第1波長および第2波長間の差よりも実質的に小さい放射帯域を有 するものと、上記可変電圧の源がフィルタのバンドパスを継続的に上記第1波長 と第2波長との間で変化させると共に上記放射波長の光がフィルタを放射する、 上記可変電圧をつくる可変電圧源と、 を有することを特徴とする光パルス発生器。12. A tuning electrode and two end mirrors each having a reflectance of 90% or more are used. A certain optical liquid crystal etalon filter is characterized by a variable voltage applied to the tuning electrode. having a tunable bandpass between the first wavelength and the second wavelength; a light source emitting light to the router, the light source having a radiation wavelength between the first wavelength and the second wavelength; , and has a radiation band substantially smaller than the difference between the first wavelength and the second wavelength. and the variable voltage source continuously shifts the bandpass of the filter to the first wavelength. and a second wavelength, and the light at the emission wavelength radiates through the filter; a variable voltage source that generates the variable voltage; An optical pulse generator characterized by having:
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