JPS61169818A - 光変調装置 - Google Patents

光変調装置

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JPS61169818A
JPS61169818A JP1050285A JP1050285A JPS61169818A JP S61169818 A JPS61169818 A JP S61169818A JP 1050285 A JP1050285 A JP 1050285A JP 1050285 A JP1050285 A JP 1050285A JP S61169818 A JPS61169818 A JP S61169818A
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JP
Japan
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light
grating
diffracted light
transparent
optical
Prior art date
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Pending
Application number
JP1050285A
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English (en)
Inventor
Hajime Sakata
肇 坂田
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 (1)  技術分野 本発明は、光表示用、光記録用、光結合用、光通信用、
光演算用等の各種装置に好適な光変調装置に関する。
(2)従来技術 従来、光変調装置として代表的なものKViPLZT、
BSO等の電気光学結晶や液晶を利用した装置があった
電気光学結晶を利用した装置には、スライスした電気光
学結晶面上に交差した櫛状電極を設けて前記電気光学結
晶の前後忙偏光子及び検光子を備え、前記櫛状電極I/
cWIIL界を印加する事により結晶内の複屈折性を変
化させて偏光子、電気光学結晶、検光子より成る装置を
透過する光束の制御を行なう装置がある。この装置は比
較的応答特性に優れて単色光に対するコントラスト比も
高いが、通常、駆動電圧100vから数KVと非常に高
く、しかも大面積化が困難であるという欠点を有してい
た。
又、液晶を利用した装置としては、互いに直交する方向
に配向処理を施した透明電極間に液晶を充填して液晶を
螺旋状に配向させ、静的状態では互いに直交する偏光板
を光束が透過し、電界印加時は液晶が電界方向に配向さ
れ光束が出射端側に設置された偏光板で遮断されて透過
が不可能となる装置がある。この様な液晶を利用した装
置は駆動電圧が低く比較的材料が安価であるが、スイッ
チング応答速度や温度安定性等に問題があシ、コントラ
スト比や光利用効率なども満足できるものではなかった
上記従来の光変調装置の欠点を除去する為に、本件出願
人による特願59−207742の発明を利用した液晶
スイッチがある。この液晶スイッチは、グレーティング
により配向された液晶圧電界等を印加し、液晶の入射光
に対する屈折率を変化させてグレーティングの位相変化
量を制御する事により回折光の変調を行なうものであシ
、応答特性や光利用効率及びコントラスト比等に優れた
特性を有する光変調装置である。しかしながら、所定次
数の回折光、例えば零次回折光を変調光として用いる場
合他の回折光、この場合特に±1次の回折光は迷光とな
り、装置としてのコントラスト比を低下させる要因とな
っていた。
(3)  発明の概要 本発明の目的は、上記従来例の欠点を除去し、優れ九コ
ントラスト比を有する光変調装置を提供する事にある。
上記目的を達成する為に、本発明に係る光変調装置は二
つの物質の界面でグレーティングを形成し、前記二つの
物質量の屈折率差を変える事により前記グレーティング
で回折される光束の回折効率を制御して光束の変調を行
なう光変調装置の光束出射側に、所定次数の回折光は透
過せしめ前記所定次数の回折光以外の回折光は遮蔽せし
める光導波体を備えた事を特徴としている。
前記二つの物質の少なくとも一方は屈折率可変媒体であ
り、電界、磁界、圧力、温度等により屈折率を制御でき
るものである。又、両物質共使用する光束に対しては透
明性を有している。前記屈折率可変媒体には、例えば、
液晶、PLZT、LiNbO5、LiTaO5、cal
、(Moo4 )s、B14Tl・0■、Bin St
ew、 CuC4GaAst ZnTe5 Ass S
ew、Se。
AsGe5eS1P M M A s Babies 
、 Ties %CCl4、KDP%   DKDPv
  ADP%   Zn01MnB11 Ba+NaN
M)s、M N A 、 m N A %U RE A
 、フェトレジスト、EdO,CS、等が挙げられる。
特に、正置電性ネマチ、り液晶や強誘電性スメクチ、り
液晶等は屈折率差Δn(異常屈折率と常屈折率の差)が
大きく、制御方法が簡単である為に好適な物質である。
又、前記グレーティングの作成方法には、フォトリリグ
ラフィーとドライエ、チングを組み合わせた方法、熱硬
化樹脂あるいは紫外線硬化樹脂などを用いたンプリカ法
、ルーリングエンジンを用いた切削法あるいはエンボス
法郷の各種方法がある。
前記光導波体KFi有限の開口数を有するファイバープ
レート、屈折率分布型レンズ、層状平面光導波路等を用
い、前記光変調素子の光束出射端から所定の距離を隔て
て設置するか密着させる。特に装置の小型化の為には密
着させるのが良い。
前記光導波体に対して垂直もしくは前記光導波体の開口
数が有する受容半角以下の入射角で入射する光束は前記
光導波体中を導波して出射するが、前記受容半角以上の
入射角を持つ光束は導波される事なく前記光導波体中で
そのエネルギーを失ない、迷光として出射する事は殆ど
ない。
(4)  実施例 第1図は本発明に係る光変調装置の構成例を示し、1は
屈折率可変媒体、2は透明光学部材、3゜3は透明電極
、4は透明グレーティング部材、5は光導波体、6は透
明ヒーターである。
第1図(A)の装置は、透明グレーティング部材4のグ
レーテイング面に透明電極3が設けられて透明電極3!
/c対向する平面透明電極3との間に屈折率可変媒体1
が配置されている。屈折率可変媒体1は透明電極3.3
間に印加される電界により屈折率を制御される。又、先
導波体5は透明グレーティング部材4と密着してシシ、
光束は透明光学部材2の側から本装置に入射する。
第1図(B)の装置は、透明グレーティング部材4と透
明ヒーター60間に熱によって屈折率が変化する屈折率
可変媒体1が配置され、(A)同様光導波体5が透明グ
レーティング部材4に密着している。第1図(A)及び
(B)に示される光導波体5は、例えば有限の開口数を
有するファイバープレートから成り、透明グレーティン
グ部材4のグレーティングピッチ及びグレーティング形
状から決定される所定次数の回折光を透過せしめ、それ
以外の回折光は遮蔽する。以下、第1図(A)に示した
本光変調装置の作成方法と性能評価の結果を述べる。
第2図は本光変調装置の作成過程を示し、1は液晶、第
1図と同様の部材には同番号を付す。
コア径25μm1開口数0.3から成るファイバープレ
ートをファイバーの光軸方向に直交する面でスライスし
た後、両面研磨を行ない第2図(A)に示す50X25
X2−の基板5を作成した。その後、紫外線硬化性樹脂
を基板5の所定部分に滴下し、予めルーリングエンジン
で切削加工し製作したグレーティングマスターを紫外線
硬化性樹脂の上から押しつけ、紫外線照射後マスターを
剥離してグレーティング状樹脂膜4をファイバーを有す
る基板5上に形成した。本実施例で作成したグレーティ
ングはグレーティングピッチ1.87μm1グレーテイ
ングの深さ2.26 pmの二等辺三角形状である。続
いて、第2図(B) K示す様にITO膜3をグレーテ
ィング領域を含め帯状に厚さ1000^で成膜した。次
に、50X25X1−の透明ガラス板2KITO膜3を
帯状に蒸着した後、スペーサーを兼ねた接着材を用いて
ITO膜3及び3が対向する様に上記二枚の基板を接着
し、間隙部に正誘岨性ネマチック液晶1を充填して第2
図(C)に示される装置を作成した。
第3図は上記方法で作成した本光変調装置の性能評価に
用いた方法を示し、7は光源、8は偏光器、9は本光変
調装置、10は受光器、11は駆動電源、12は光出力
表示器である。
光源7からの出射光は偏光器8により本光変調装置9の
グレーティング溝方向に偏光した光と成膜、本光変調装
置9のグレーティング領域に入射される。駆動電源11
を用いて本光変調装置の液晶に電界を印加する事により
零次(回折)光として出射する光の出射制御を行ない、
電界印加の有無に応じて受光器10に達する光を検出し
て光出力表示器12により観察した。
電界が印加されていない静的状態では、液晶は本又、電
界を印加した状態では、液晶は電界方向、絢、グレーテ
ィングの深さをTとすれば、第2図(C)に示された二
等辺三角形状のグレーティングに於ける零次透過回折光
の回折動車qdti・次の(1)式で示される。
η9 の屈折率抛が一致する場合はηo = 1となシ、入射
光は全て零次透過回折光として出射する。又、ΔnT 
= mλ(m==1.2.3m  −・・)の場合t7
o=0となシ零次透過回折光は出射せず、入射光は全て
高次の回折光として出射する。
本実施例では、正置電性ネマチ、り液晶RO−He −
Neレーザ(λ= 633 nm)を用いた。透明樹脂
の屈折率は1.53であり、波長633nmの入η9 射光忙対して透明樹脂の屈折率掬と電界印加時ηO の液晶の屈折率、即ち常屈折率蜘とは一致して、(1)
式よルηo = 1となる。又、電界を印加しない率の
差Δ =lne−T191=を(1)弐に代入すればη
0=Oとなる。この時、高次の回折光が生じ、特に零次
方向に近接する±1次の回折光が零次方向と成す空気中
出射角は各々19.8’である。従って本実施例で用い
た光導波体、つまりファイバープレートの開口数FiO
,3、空気中における受容半角は17.5°である為、
零次以外の高次回折光は全てファイバープレートで遮断
される。
本実施例において、周波数IKHz、  実効電圧15
Vの矩形電圧を本光変調装置に印加した時、応答速度は
立ち上がシ時間0.5 m5ecs立ち下シ時間2 m
5ecであり、コントラスト比は100:1以上、零次
透過光の光束利用効率#:tso%以上となった。
第4図は本光変調装置に用いるグレーティングの別形状
を示し、図中Aはグレーティングピッチ、αはグレーテ
ィングの傾き角、TFiグレーティングの深さを表わす
。ここではA = 5.0μm1α=66゜心=11.
2μmで、所謂ブレーズドグレーティングである。
第4図に示すグレーティングを備えた光変調装置を前記
実施例と同様の方法で作成し測定を行なった。尚、第4
図に示される様なブレーズドグレーティングでは、出射
する回折光を零次回折光と所定の高次回折光の二つのみ
に制御する事が可能であり、電界のON、OFFに従い
二つの回折光間でエネルギーの移動が行なわれる。本実
施例においては透明樹脂性グレーティング側から入射光
を基板に垂直入射させ、零次光のみに着目して前記実施
例同様の測定を行なった。又、中心波長800nmのL
EDを光源として使用したが、波長800 nmにおけ
る各部材や液晶の屈折率は前記実施例とtlぼ同様であ
る。
本実施例においても、静的状態では零次透過光は出射せ
ず、しかも回折光は全て3次の回折光とな9、この時の
空気中の出射角は零次方向から28.7°傾いていた。
又、電界を印加した場合グレーティング材料即ち透明樹
脂と液晶の常屈折率が一致して出射光は全て零次回折光
であった。本実施例で用いたファイバープレートは開口
数0.35(受容半角20.5°)′f:有する為、3
次光は全て遮断され静的状態において受光器に達する迷
光は現われなかった。尚、測定結果は前記実施例とほぼ
同様である。又、本実施例の光変調装置を使用して空気
中入射角28.7°で光束を液晶側から入射させた場合
、3次回折光のみが出射して零次回折光は全て遮断され
た。変調光として3次回折光を用いた測定結果は前記二
つの実施例と同様であった(5) 発明の詳細 な説明した様に、本発明に係る光変調装置は迷光を除去
して優れたコントラスト比を有し、更に量産化も可能な
装置である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る光変調装置の構成例を示す図。第
2図は本光変調装置の作成過程を示す図。 第3図は本光変調装置の性能評価方法を示す図。 第4図は本光変調装置で用いる別のグレーティング形状
を示す図。 1・・・・・・ 屈折率可変媒体、1・・・・・・ 液
晶、2・・・・・・ 透明光学部材、3.3・・・・・
・ 透明電極、4・・・・・・透明グレーティング部材
、5・・・・・・光導波体、6・・・・・・透明ヒータ
ー、7・・・・・・光源、8・・・・・・偏光器、9・
・・・・・本光変調装置、10・・・・・・受光器、1
1・・・・・・駆動電源、12・・・・・・ 光出力表
示器第1 図 (A) (B) 第2図 (A) 第3図 策40 手続補正書(自発) 1、事件の表示 昭和60年特許願第10502号 2、発明の名称 光変調装置 3、補正をする者 事件との関係     特許出願人 住所 東京都大田区下丸子3−30−25、補正の対象 明  細  書 6、補正の内容 (1)第4頁第13行目にrcd2JとあるのをrGd
、Jと補正する。 (2)第1O頁第19行目に「光束利用効率」とあるの
を「光利用効率」と補正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)二つの物質の界面でグレーティングを形成し、前
    記二つの物質の屈折率差を変える事により前記グレーテ
    ィングで回折される光束の回折効率を制御して光束の変
    調を行なう光変調装置に於いて、該光変調装置の光束出
    射側に光導波体を備え、該光導波体により所定次数の回
    折光は透過せしめ前記所定次数の回折光以外の回折光は
    遮蔽せしめる事を特徴とする光変調装置。
JP1050285A 1984-10-03 1985-01-23 光変調装置 Pending JPS61169818A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1050285A JPS61169818A (ja) 1985-01-23 1985-01-23 光変調装置
US06/782,558 US4729640A (en) 1984-10-03 1985-10-01 Liquid crystal light modulation device
DE19853535391 DE3535391A1 (de) 1984-10-03 1985-10-03 Fluessigkristall-lichtmodulationsvorrichtung
GB8524445A GB2166562B (en) 1984-10-03 1985-10-03 Liquid crystal light modulation device

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JP1050285A JPS61169818A (ja) 1985-01-23 1985-01-23 光変調装置

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Cited By (4)

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