JPH0659289A - 導波型光機能装置 - Google Patents

導波型光機能装置

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Publication number
JPH0659289A
JPH0659289A JP22920892A JP22920892A JPH0659289A JP H0659289 A JPH0659289 A JP H0659289A JP 22920892 A JP22920892 A JP 22920892A JP 22920892 A JP22920892 A JP 22920892A JP H0659289 A JPH0659289 A JP H0659289A
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JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
layer
light
waveguide
refractive index
Prior art date
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Pending
Application number
JP22920892A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroaki Abe
博明 阿部
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Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0659289A publication Critical patent/JPH0659289A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 一つの素子により多種の光機能を有する導波
型光機能装置を得る。 【構成】 液晶導波路型素子30aの右半分に光が照射
された場合、この光はガラス基板31及び透明電極32
を透過して、光伝導層33に照射され、この部分の抵抗
値Rexpは光が照射されない部分の抵抗値Rに比較して
減少する。よって、光照射部分の液晶層35に印加され
る電圧は、光未照射部分に印加される電圧より増加す
る。光照射部分の液晶層35の液晶分子35aは層方向
に対し垂直に配向し、未照射部分の液晶分子35aは層
方向に対し水平方向に配向されたままとなる。液晶分子
35aが垂直に配向すると、この部分の液晶層35の屈
折率が減少し、この部分の導波層37の等価屈折率Nex
pが、未照射部分の等価屈折率Nより減少する。この屈
折率の異なる部分により、偏光機能,光スイッチ機能,
レンズ機能等の多種の機能を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光導波層に光を入射さ
せ、この導波層内で光に偏向角等を与えて出射させるよ
うにした導波型光機能装置に関し、特に光偏向機能、光
スイッチ機能等の多種の機能を有する導波型光機能装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の光機能素子として、光導波部材を
用いた光偏向素子、スイッチング素子、レンズ素子が開
発されている。以下図面を参照してこれらの素子の一例
を説明する。図6は光導波部材を用いた光偏向素子を示
す斜視図、図7(a),(b)はそれぞれ光導波部材を
用いたスイッチング素子を示す斜視図および上面図、図
8(a)は光導波部材を用いたレンズ素子を示す斜視
図、同図(b)はレンズ素子の作用を説明するための図
である。
【0003】図6は音響光学効果を用いたブラッグ回折
型の光偏向素子1を示している。この光偏向素子1は、
LiNbO3製の基板2と、この基板2の上面に形成さ
れた光導波層3と、適宜間隔を開けて光導波層3上に対
向配置されたプリズム4,4と、前記プリズム4の間に
形成された櫛型電極5から概略構成されている。この光
偏向素子1は、前記櫛型電極5に印加する高周波電力の
周波数を変化させることにより表面弾性波を発生させ、
入射光Liに偏向角を与えて出射光Loを出射する。
【0004】図7に示す光スイッチング素子11は、シ
リコン基板12の上に、バッファ層13,導波層14,
液晶層15,電極層16が成膜形成されている。この光
スイッチング素子11では、下部電極となるシリコン基
板12と電極層16との間に電界を印加して、液晶層1
5の配向状態を変化させると、配向状態が変化した部分
(図中ハッチング部)での誘電率が変化し、この部分に
接している導波層14内での実効屈折率が変化する。そ
して、実効屈折率が変化した領域と変化しない領域の境
界部分での入射光Liの全反射を利用して出射光Loに
スイッチング動作を生じさせる。
【0005】図8に示すレンズ素子21は、基板22に
形成されたスラブ導波路23に実効屈折率の異なるレン
ズ状の領域24が予め形成されたものであり、この領域
での入射光Liの屈折により集束された出射光Loを出
射してレンズ作用を生じさせている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
素子にはそれぞれ以下に述べる問題がある。まず図6に
示した前記偏向素子1では、光導波層3内を進む光に対
する偏向角を2〜3度程度にしかできず、しかも消費電
力が数100mWないし数Wと大きなものとなってしま
う。
【0007】図7に示すスイッチング素子11では、導
波層14内の屈折率が相違する境界線に対する入射光L
iの入射角を、臨界角より大きくするような調整が必要
である。またスイッチ動作も単純な切換えのみであり、
光の分岐などを行おうとしたら、複数の素子の組合わ
せ、または他の素子との組合わせが必要になる。図8に
示す前記レンズ素子21では、集光機能がレンズ状の領
域24の形状により一義的に決まってしまい、電気制御
により集光特性を変化させることができない。このよう
に、従来の各素子では種々の問題があり、また、一つの
素子で種々の機能を持たせることができないという問題
がある。
【0008】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、多種の光変換機能を発揮する導波型光機能装置を
提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成は、電極間に少なくとも導波層と液晶層
とを有する導波型光機能装置であって、前記液晶層の液
晶パターンを任意に変更する手段を有することを特徴
し、また、前記液晶パターンを変更する手段としては、
液晶層の上に設けられた光伝導層と、この光伝導層に対
して一定のパターンの明暗のある光を照射する照射手段
とすることが可能である。
【0010】
【作用】上記手段では、液晶分子が配向し液晶層に適当
なパターンが形成されると、そのパターンに対応した導
波層の部分の実効屈折率が変化する。そして、導波層に
光を入射させると、この入射光は、実効屈折率が変化し
た部分により偏向等の各種作用を受ける。前記液晶層の
パターンを任意に変更することにより、導波層に光偏向
機能、スイッチング機能、レンズ機能等の各種機能を生
じさせることができる。
【0011】また、前記液晶層の液晶パターンを変更す
る手段として、液晶層の上に設けられた光伝導層と、こ
の光伝導層に対して一定のパターンの明暗のある光を照
射させる照射手段を用いることにより、照射手段により
一定のパターンの光を光伝導層に照射すると、光が照射
された光伝導層の抵抗値が減少する。そして、例えば装
置全体に電界が印加されるとこの抵抗値が減少した部分
では、導波層と液晶層との間の電界が強くなり、この部
分にて液晶層の液晶の配向状態が変化し、導波層の実効
屈折率が変わる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は本発明の一実施例としての導波型光機能装
置を示す斜視図、図2(a)及び(b)は本発明の導波
型光機能装置の動作原理を説明するための上面図及び断
面図、図3は偏向素子として用いた場合のパターンと偏
向角の関係を説明するための平面図、図4は複数のパタ
ーンの形成による偏向角の増幅作用を説明するための平
面図、図5は本発明の一実施例の導波型光機能装置をレ
ンズ素子として適用する場合を説明する斜視図である。
【0013】図1に示す導波型光機能装置30は、液晶
導波路型素子30aと照射手段としての縮小光学系30
bとから構成されている。前記液晶導波路型素子30a
は、ガラス基板40上に、透明電極39,バッファ層3
8,導波層37,配向層36,液晶層35,配向層3
4,光伝導層33,透明電極32,ガラス基板31がそ
れぞれ適宜した作製方法、例えば成膜手段や接着手段に
より積層されて形成されている。また、前記透明電極3
9,32間には交流電源43が接続されており、所定の
交流電圧が印加されるようになっている。なお、各構成
部材の原料及び作製方法及び膜厚を表1に示す。
【0014】
【表1】
【0015】また、上記構成部材のうちの、液晶層3
5,配向層34,導波層33,バッファ層38の光学的
屈折率を表2に示す。
【0016】
【表2】
【0017】前記縮小光学系30bは、光源45と、種
々のパターンに液晶分子を配向させることができる液晶
パネル41と、この液晶パネル41を透過した光パター
ンを縮小し、前記ガラス基板31上に照射する集光レン
ズ42とから構成されている。前記液晶パネル41は、
液晶層の表裏面にマトリックス状の透明電極が形成さ
れ、ダイナミック駆動方式などにより液晶パネル41に
所望のパターンの明暗が形成されるものである。
【0018】次に、本発明の液晶導波路型素子30aの
動作原理を図2(a),(b)を参照して説明する。図
2では、液晶導波路型素子30aの紙面右側の半分に、
前記液晶パネル41を透過した光が照射され、左半分の
ハッチング部分が光の影になった場合を示している。液
晶導波路型素子30aの右半分に光が照射された場合、
この光はガラス基板31及び透明電極32を透過して、
光伝導層33に光が導かれる。光伝導層33では光が照
射された部分の導電率が増加するので、その部分の抵抗
値Rexpは、光が照射されない部分の抵抗値Rに比較し
て減少する。
【0019】これにより、光が照射された部分の液晶層
35に印加される電圧Vexpは、光が照射されない部分
に印加される電圧VLより増加する。このため、図2
(b)に示すように、液晶層35では、光照射部分の液
晶分子35aが層方向に対し垂直に配向し、未照射の部
分の液晶分子35aは層方向に対し水平方向に配向され
たままとなる。液晶分子35aが垂直に配向すると、こ
の部分の液晶層35の屈折率が減少する。クラッド層で
ある液晶層35の屈折率が減少するとこの部分の導波層
37の等価屈折率Nexpが、未照射の部分の等価屈折率
Nより減少する。
【0020】ここで、例えば光の波長λ=0.633μ
m,導波層の屈折率nf=1.75,導波層の厚さT=
0.2μm,バッファ層の屈折率nb=1.46、光が照
射されない時の液晶層の屈折率n=1.61、導波光を
TE(捻れネマティック)基本モードとする。前記ガラ
ス基板31に光が照射されると、光が照射された部分の
液晶層35の屈折率がnexp=1.48と減少して、この
部分の導波層37の等価屈折率がNexp=1.596と減
少する。この時、光が未照射の部分の液晶層35の屈折
率がnexp=1.61となり、導波層37の等価屈折率が
N=1.632となる。したがって、光照射部分と未照
射部分の等価屈折率の差はΔN=0.036になる。こ
の等価屈折率の差により、導波層37を導波してきた光
に偏向等の各種光機能を与える。
【0021】ここで照射パターンPを、例えば図1に示
すように頂角θとした三角形にすると、例えばシリンド
リカルレンズ46により集束された光が導波層37に入
射され、導波層37内を導波してパターンPに到達する
と、この光は偏向角φを与えられて出射される。表3に
三角形の照射パターンPの頂角θと偏向角φとの関係を
示す。
【0022】
【表3】
【0023】また、前記照射パターンPを図4にように
光の進行方向にM個(図4では3個)連続して形成すれ
ば偏向角がMφ度となりM倍に増幅できる。また、図5
に示すように内部に凸レンズ状の未照射部分P1を有す
るように照射パターンPを形成すれば、導波層37内で
は未照射部分P1の等価屈折率が高くなり凸レンズ同様
に作用するので、液晶導波路型素子30aはモードイン
デックスレンズ型導波路レンズ素子として機能する。
【0024】以上一実施例について詳述したが、本発明
は上記実施例に限定されず種々の変形実施が可能であ
る。例えば、上記液晶導波路型素子30aでは内部の液
晶層35の液晶分子を配向させるために、液晶パネル4
1とレンズ42とからなる縮小光学系30bを用いた構
成としたが、例えば発光デバイスとしてエレクトロルミ
ネッセンス素子を前記ガラス基板31上に形成すれば、
前記縮小光学系30bは不要となり、部品点数の減少及
び装置の小型化に寄与することができる。
【0025】また、液晶層35に電界を印加する素子と
して、例えばアクティブマトリクス型素子であるTFT
(薄膜トランジスタ)やMIM(Metal Insulator Meta
l)等を使用すれば、印加する電界の強さとこの電界の
形状を制御することができるので、縮小光学系30bに
加えて前記光伝導層33をも不要となり、さらに装置の
小型化に寄与することができるという効果も得られる。
【0026】
【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、上記実施
例のように、液晶層の配向パターンを種々に変更できる
ので、このパターンにより導波層に屈折率の異なる部分
が形成され偏向機能,光スイッチ機能,レンズ機能等の
多種の機能を一つの素子で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例としての導波型光機能装置を
示す斜視図である。
【図2】(a)及び(b)は本発明の導波型光機能装置
の動作原理を説明するための上面図及び断面図である。
【図3】偏向素子として用いた場合のパターンと偏向角
の関係を説明するための平面図である。
【図4】複数のパターンの形成による偏向角の増幅作用
を説明するための平面図である。
【図5】レンズ素子として、本発明の一実施例の導波型
光機能装置を用いた場合を説明する斜視図である。
【図6】従来の光導波部材を用いた光偏向素子を示す斜
視図である。
【図7】従来の光導波部材を用いたスイッチング素子を
示す図であり、(a)は斜視図、(b)は上面図であ
る。
【図8】従来の光導波部材を用いたレンズ素子を示す図
であり、(a)は斜視図、(b)はレンズ素子の作用を
説明するための図である。
【符号の説明】
30 導波型光機能装置 30a 液晶導波路型素子 30b 縮小光学系 31 ガラス基板 32 透明電極 33 光伝導層 34 配向層 35 液晶層 36 配向層 37 導波層 38 バッファ層 39 透明電極 40 ガラス基板 41 液晶パネル 42 レンズ 43 交流電源

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極間に少なくとも導波層と液晶層とを
    有する導波型光機能装置であって、前記液晶層の液晶パ
    ターンを任意に変更する手段を有することを特徴とする
    導波型光機能装置。
  2. 【請求項2】 前記液晶パターンを変更する手段は、液
    晶層の上に設けられた光伝導層と、この光伝導層に対し
    て一定のパターンの明暗のある光を照射する照射手段で
    あることを特徴する請求項1記載の導波型光機能装置。
JP22920892A 1992-08-04 1992-08-04 導波型光機能装置 Pending JPH0659289A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5647036A (en) * 1994-09-09 1997-07-08 Deacon Research Projection display with electrically-controlled waveguide routing
US5984881A (en) * 1995-03-31 1999-11-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Ultrasound therapeutic apparatus using a therapeutic ultrasonic wave source and an ultrasonic probe
US6334846B1 (en) 1995-03-31 2002-01-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Ultrasound therapeutic apparatus

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19990302