JPS6186724A - グレ−テイング型光制御素子 - Google Patents
グレ−テイング型光制御素子Info
- Publication number
- JPS6186724A JPS6186724A JP20926084A JP20926084A JPS6186724A JP S6186724 A JPS6186724 A JP S6186724A JP 20926084 A JP20926084 A JP 20926084A JP 20926084 A JP20926084 A JP 20926084A JP S6186724 A JPS6186724 A JP S6186724A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- grating
- light
- electrode
- diffracted light
- order diffracted
- Prior art date
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- Pending
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、光情報処理用、光通信用、画像処理用、光表
示用、光記録用等の各種装置に好適な光制御素子に関す
る。
示用、光記録用等の各種装置に好適な光制御素子に関す
る。
(2)従来技術
従来から光通信、光情報処理、光演算処理等に使用する
装置の基本コンポーネントとして、光スィッチや光偏向
器等の光制御素子の開発が盛んに行なわれてきた。従来
の光制御素子として代表的なものには、ね械的方法と電
気的に制御する方法とがある。
装置の基本コンポーネントとして、光スィッチや光偏向
器等の光制御素子の開発が盛んに行なわれてきた。従来
の光制御素子として代表的なものには、ね械的方法と電
気的に制御する方法とがある。
機械的方法は機械的に光路の切換を行なうもので、確実
でコントラスト比も高いが装置を小型化することが困&
、i[であり、応答速度も比較的遅い。一方電気的に制
御する方法には、薄膜導波路型の光スィッチや液晶もし
くは結晶の電気光学効果や電気光学効果を利用した装置
等があり、薄膜導波路を用いたものは高速性に優れコン
トラスト比も高いが、実用上外部との結合が困難であり
大口径、高出力の光を制御するには不向きである。又、
液晶を利用したものは11′l成が簡便で比軟的コント
ラスト比が優れている反面、応答特性や光束利用効率に
問題があり、g:i晶を用いたものは応完は優れている
が、コントラスト比や光束利用効率に問題があった。
でコントラスト比も高いが装置を小型化することが困&
、i[であり、応答速度も比較的遅い。一方電気的に制
御する方法には、薄膜導波路型の光スィッチや液晶もし
くは結晶の電気光学効果や電気光学効果を利用した装置
等があり、薄膜導波路を用いたものは高速性に優れコン
トラスト比も高いが、実用上外部との結合が困難であり
大口径、高出力の光を制御するには不向きである。又、
液晶を利用したものは11′l成が簡便で比軟的コント
ラスト比が優れている反面、応答特性や光束利用効率に
問題があり、g:i晶を用いたものは応完は優れている
が、コントラスト比や光束利用効率に問題があった。
(3)発明の概要
本発明の目的は、従来の欠点を除去すると共に(、′q
成が簡便で、高度な機能を有する光制御素子を提供する
ことにある。
成が簡便で、高度な機能を有する光制御素子を提供する
ことにある。
本発明に係るグレーティング型光制御素子は、HiN子
をu4成するグレーティングに基づく回折効果を利用し
、入射光を回折光に変換することにより、光スィッチ、
光偏向、光分配等の制御を可能にしたことを特徴とする
。
をu4成するグレーティングに基づく回折効果を利用し
、入射光を回折光に変換することにより、光スィッチ、
光偏向、光分配等の制御を可能にしたことを特徴とする
。
出射する回折光は、前記グレーティングの形状と入射光
の入射角度及びグレーティングの変調度を変える事によ
り様々な制御が可能であり、所定の回折光間の光量和を
入射光の光量に対してほぼ一定に保ち、該回折光間の光
量比を変える事が可能である。上記のグレーティング変
調度は、グレーティングの屈折率変化と厚みの積の関数
で表わすことができる。
の入射角度及びグレーティングの変調度を変える事によ
り様々な制御が可能であり、所定の回折光間の光量和を
入射光の光量に対してほぼ一定に保ち、該回折光間の光
量比を変える事が可能である。上記のグレーティング変
調度は、グレーティングの屈折率変化と厚みの積の関数
で表わすことができる。
本紫子を構成するグレーティングは、屈折率可変媒体と
透明光つ部材もしくは二つの屈折率可変斥“12体より
成り、該屈折率可変媒体の屈折率を電界、U界、i′:
、’・は等によって変化させることによって該グレーテ
ィングの変調度を制御する事が可能であり、ひいて//
′i回折光の伏線を制御する事ができる。該屈折率可変
媒体としては、004.、’l:to、、PMMA。
透明光つ部材もしくは二つの屈折率可変斥“12体より
成り、該屈折率可変媒体の屈折率を電界、U界、i′:
、’・は等によって変化させることによって該グレーテ
ィングの変調度を制御する事が可能であり、ひいて//
′i回折光の伏線を制御する事ができる。該屈折率可変
媒体としては、004.、’l:to、、PMMA。
0、H,OH等の熱によって屈折率を変化させるもの、
MnB1.EuO等の磁界によって屈折率を変化させる
%(D、O82,二)ロベンゼン等の光によって屈折率
を変化させるもの、及び液晶、lr iNb Oa g
ZnOyPLZ’!’、KIIP、ADP、BSO等
の電界によって屈折率を変化させるものなどが挙げられ
る。又、本光制御素子に使用する光源は単色光又はLE
D等の波長域に幅のある光源で購わない。
MnB1.EuO等の磁界によって屈折率を変化させる
%(D、O82,二)ロベンゼン等の光によって屈折率
を変化させるもの、及び液晶、lr iNb Oa g
ZnOyPLZ’!’、KIIP、ADP、BSO等
の電界によって屈折率を変化させるものなどが挙げられ
る。又、本光制御素子に使用する光源は単色光又はLE
D等の波長域に幅のある光源で購わない。
(4)実施例
第1図は本発明に係るグレーティング型光制御素子の基
本構成を示す。1は屈折率可変媒体、2は第2の屈折率
可変媒体、3は透明光学部材を示す。
本構成を示す。1は屈折率可変媒体、2は第2の屈折率
可変媒体、3は透明光学部材を示す。
第X1(a)及び(0)は屈折率可変媒体1及び透明光
学部材3によってグレーティングを構成したもの、第1
図(b)は屈折率可変媒体l及び2によってグレーティ
ングを構成したものである。
学部材3によってグレーティングを構成したもの、第1
図(b)は屈折率可変媒体l及び2によってグレーティ
ングを構成したものである。
第1図(−〜(0)に示されているように該グレーティ
ングの断面形状は矩形状、鋸歯状もしくは正弦波状等ど
のような形状であっても購わない。以下第1図(C)の
米子を用いて本発明に係るグレーティング型光制御素子
の(t1龍を説明する。
ングの断面形状は矩形状、鋸歯状もしくは正弦波状等ど
のような形状であっても購わない。以下第1図(C)の
米子を用いて本発明に係るグレーティング型光制御素子
の(t1龍を説明する。
、gJ 2図は本グレーティング型光制御素子の機能を
示した図であり、4は入射光、5は0次回折光、6(は
高次回折光を示す。
示した図であり、4は入射光、5は0次回折光、6(は
高次回折光を示す。
本素子に入射角0で光束を入射する場合、屈折率可変媒
体lの屈折率を変化葛せることにより、畝屈折率可変媒
体1と透明光学部材3によって構成されたグレーティン
グの変調度を制御し、0次回折光5の光量を調たjする
ことが可能である。又これに伴ない高次回折光6の光量
も変化するため、0次及び所定の開広回折光との光量比
を変える事も可能である。この時、入射光の波長をλ。
体lの屈折率を変化葛せることにより、畝屈折率可変媒
体1と透明光学部材3によって構成されたグレーティン
グの変調度を制御し、0次回折光5の光量を調たjする
ことが可能である。又これに伴ない高次回折光6の光量
も変化するため、0次及び所定の開広回折光との光量比
を変える事も可能である。この時、入射光の波長をλ。
、グレーティングの厚さをT%Mグレーティングのピッ
すれば、前記各パラメータを所定の値に設定することに
より、0次と1次の回折光のみを出射させて釣用射光の
間で光制御が可能となる。以下その条f1・を(1)〜
(7)式に示す。
すれば、前記各パラメータを所定の値に設定することに
より、0次と1次の回折光のみを出射させて釣用射光の
間で光制御が可能となる。以下その条f1・を(1)〜
(7)式に示す。
λO
P < −−−−(3)
1−sinθ
上記(υ式は1次回折光が存在する条件、(2)式は2
次回折光が存在しない条件、(3)式は一1次回折光が
存在しない条件を示している。
次回折光が存在しない条件、(3)式は一1次回折光が
存在しない条件を示している。
上記3式を同時に満足すれば、0次と1次の回折光のみ
が出射する。第3図にPとθの条件範囲を示す。又、次
の(4)〜(7)式の条件を満足することにより、0次
もしくは1次の回折光の一方だけを出射させることが可
能である。
が出射する。第3図にPとθの条件範囲を示す。又、次
の(4)〜(7)式の条件を満足することにより、0次
もしくは1次の回折光の一方だけを出射させることが可
能である。
My :’:Z16 −−一(4)(顯−n>
) 、T!=λo/2 −−=(5)ny=ne−−
(6) (n)−no) 、T=λo/2−(7)上記(4)及
び(6)式を満足する場合、入射光は全て透過し0次回
折光となり、(5)及び(7)式を満足する場合Fio
次回折光は発生せず全て1次回折光となる。
) 、T!=λo/2 −−=(5)ny=ne−−
(6) (n)−no) 、T=λo/2−(7)上記(4)及
び(6)式を満足する場合、入射光は全て透過し0次回
折光となり、(5)及び(7)式を満足する場合Fio
次回折光は発生せず全て1次回折光となる。
以下、屈折率可変媒体として液晶を用いて透明絶縁体と
グレーティングを形成し、電界により該グレーティング
の変調度を制御するグレーティング型光制御素子の作成
過程と性能評価の結果を示す。
グレーティングを形成し、電界により該グレーティング
の変調度を制御するグレーティング型光制御素子の作成
過程と性能評価の結果を示す。
第4図は本発明に係るグレーティング型光制御、:ζ子
の作成過程を示し、7は透明基板、8は透明亀砿、9は
透明絶縁体、lOは液晶、11は櫛状透明亀杼、12は
接地電極、13は電界印加電極を示す。
の作成過程を示し、7は透明基板、8は透明亀砿、9は
透明絶縁体、lOは液晶、11は櫛状透明亀杼、12は
接地電極、13は電界印加電極を示す。
テンパックス、ガラス(ショット製25 X 25×1
id)の両面をニュートンリング数本以内の平面Ujに
研心した後、メタノール、トリクレン、アセトン、純水
による通常の超音波洗浄を行ない、音素ガスを吹きつけ
て乾燥させ、さらに窒素中120℃、20分間のベーキ
ングを行なった。続いて上記ガラス板に、イオン、ブレ
ーティング法を用いて工Tol1%を1000 Aの厚
さに成膜した。該工TollQの面抵抗20Q/sf、
波長400〜900 nm の光に対する6過率は、
80%以上であった。上記工TO膜にエツチングを行な
い第4図(荀に示すような電極形状とした。続いて電子
ビーム蒸χf法によりショット8329蒸着用ガラス(
ショット製)をすμmの厚さに成膜した後、RD−zo
ooN(日立製作所製ネガ型レジスト)をスピナー塗布
し厚さ2μmのレジスト膜を得た。140℃、20分間
のプリベーキング後、遠紫外光を用いたマスク露光を行
なってピッチ1μmのレリーフ状レジストグレーティン
グを形成した。続いてイオン、ミリング法により該レジ
ストグレーティング脹を深さ1.46μmまで食刻を行
ない第4図(b)に示す基板を得た。
id)の両面をニュートンリング数本以内の平面Ujに
研心した後、メタノール、トリクレン、アセトン、純水
による通常の超音波洗浄を行ない、音素ガスを吹きつけ
て乾燥させ、さらに窒素中120℃、20分間のベーキ
ングを行なった。続いて上記ガラス板に、イオン、ブレ
ーティング法を用いて工Tol1%を1000 Aの厚
さに成膜した。該工TollQの面抵抗20Q/sf、
波長400〜900 nm の光に対する6過率は、
80%以上であった。上記工TO膜にエツチングを行な
い第4図(荀に示すような電極形状とした。続いて電子
ビーム蒸χf法によりショット8329蒸着用ガラス(
ショット製)をすμmの厚さに成膜した後、RD−zo
ooN(日立製作所製ネガ型レジスト)をスピナー塗布
し厚さ2μmのレジスト膜を得た。140℃、20分間
のプリベーキング後、遠紫外光を用いたマスク露光を行
なってピッチ1μmのレリーフ状レジストグレーティン
グを形成した。続いてイオン、ミリング法により該レジ
ストグレーティング脹を深さ1.46μmまで食刻を行
ない第4図(b)に示す基板を得た。
次に相対する基板を得るため、テンパックスガラス板を
用いて前記と同様の方法で工TO膜よりなる櫛状電極を
、第4図(C)に示すように作成し、上記2枚の基板を
グレーティングの溝方向と櫛状電極方向が直交するよう
に、透明電極面を向い合わせて液晶を充填後シールした
。該液晶は正誘電性のネマチック液晶ZL工1285
(メルク製)を用いた。最後に透明電極にリード朽Iを
ポンディングして′riL源と接続した。
用いて前記と同様の方法で工TO膜よりなる櫛状電極を
、第4図(C)に示すように作成し、上記2枚の基板を
グレーティングの溝方向と櫛状電極方向が直交するよう
に、透明電極面を向い合わせて液晶を充填後シールした
。該液晶は正誘電性のネマチック液晶ZL工1285
(メルク製)を用いた。最後に透明電極にリード朽Iを
ポンディングして′riL源と接続した。
上記液晶の配向方向を制御する電界印加方法を以下に説
明する。
明する。
グレーティング(5’)造を有する基板の透明電極8に
t、i ′t3時1′ニー庄が印加してあり、対向する
柵状を極11it接地1;L極12と電界印加電極13
によっても“り成されている。電界印加電513に透明
電(す38と同相の電圧を印加すると、電界は電界印加
電極13と接地rdr FjE 12の間で発生し、液
晶lOはグレーティング11・一方向に配向される。又
、電界印加電極13に電圧を印加しない賜金は、電界は
電極面に垂直に発生して液晶10はグレーティング溝平
面に匣直に配向される。
t、i ′t3時1′ニー庄が印加してあり、対向する
柵状を極11it接地1;L極12と電界印加電極13
によっても“り成されている。電界印加電513に透明
電(す38と同相の電圧を印加すると、電界は電界印加
電極13と接地rdr FjE 12の間で発生し、液
晶lOはグレーティング11・一方向に配向される。又
、電界印加電極13に電圧を印加しない賜金は、電界は
電極面に垂直に発生して液晶10はグレーティング溝平
面に匣直に配向される。
Er54 図0の素子に、グレーティング溝方向に偏光
させた半導体レーザ光(λo==8200A )を入射
角θ−24°で入射して1oka、 、 3oV、、の
矩形状交流電圧を印加したところ、0次回折光から1次
回折光への切換え応答時間は1msθQ、1次回折光か
らO次回折光への切換え応答時間は0.5 m s e
cであった。
させた半導体レーザ光(λo==8200A )を入射
角θ−24°で入射して1oka、 、 3oV、、の
矩形状交流電圧を印加したところ、0次回折光から1次
回折光への切換え応答時間は1msθQ、1次回折光か
らO次回折光への切換え応答時間は0.5 m s e
cであった。
又、この時の光束利用効率は80%以上であり、コント
ラスト比は100:l であった。
ラスト比は100:l であった。
:4″34図に示した素子における櫛状電極を平面電極
に替えた基板とグレーティングを有する基板を用いて作
成したグレーティング型光制御素子に強r ?性液晶を
充填し、素子全体の湿度を60℃に保って入射角24°
でグレーティング溝方向に偏光したHe −Meレーザ
ー光(λo==6328A)を入射させたところ、正負
のパルス電圧を電極間に印加することにより、前記同様
O次回折光と1次回折光の切替えが可能であった。この
時光束利用効率は80%以上、コントラスト比け100
:1.0次光と1次光間の切り替え応答時間は共に20
μ8eCであった。
に替えた基板とグレーティングを有する基板を用いて作
成したグレーティング型光制御素子に強r ?性液晶を
充填し、素子全体の湿度を60℃に保って入射角24°
でグレーティング溝方向に偏光したHe −Meレーザ
ー光(λo==6328A)を入射させたところ、正負
のパルス電圧を電極間に印加することにより、前記同様
O次回折光と1次回折光の切替えが可能であった。この
時光束利用効率は80%以上、コントラスト比け100
:1.0次光と1次光間の切り替え応答時間は共に20
μ8eCであった。
前記実施例ではO次回折光及び1次回折光の間での光量
変化を利用した光制御素子を示したが、以下に0次回折
光と二次以上の高次回折光の間での光量変化を利用した
光制御素子の一例を示す。
変化を利用した光制御素子を示したが、以下に0次回折
光と二次以上の高次回折光の間での光量変化を利用した
光制御素子の一例を示す。
第5図はブレーズド、グレーティングを有するグレーテ
ィング型光制御素子の概略を示し、符号は第4図と同様
の意味を有する。
ィング型光制御素子の概略を示し、符号は第4図と同様
の意味を有する。
図に示されたブレーズ角αは62.5°とし、入射光は
グレーティング溝方向に偏光させて素子に垂直入射した
。この時、入射光のエネルギーFio次回折光と3次の
回折光に集中して出射光の大r3’ls分は両回折光と
なって出射する。該グレーティング型光制御素子に、1
0kHz 、 30Vpp の矩形状交流電圧を印加
したところ、0次回折光から3次回折光への切換え応答
時間は1m5ec、 3′次回折光から0次回折光への
切換え応答時間は0.5 m5eaであり、光束利用効
率は80%以上、フントラスト比は100:1であった
。
グレーティング溝方向に偏光させて素子に垂直入射した
。この時、入射光のエネルギーFio次回折光と3次の
回折光に集中して出射光の大r3’ls分は両回折光と
なって出射する。該グレーティング型光制御素子に、1
0kHz 、 30Vpp の矩形状交流電圧を印加
したところ、0次回折光から3次回折光への切換え応答
時間は1m5ec、 3′次回折光から0次回折光への
切換え応答時間は0.5 m5eaであり、光束利用効
率は80%以上、フントラスト比は100:1であった
。
(5)発明の詳細
な説明したように、本発明に係るグレーティング型光制
御、素子は、簡便な溝数で応答特性、コントラスト比に
優れ、光束利用効率が高く、広範囲の用途に対して好適
な素子である。
御、素子は、簡便な溝数で応答特性、コントラスト比に
優れ、光束利用効率が高く、広範囲の用途に対して好適
な素子である。
第1図は本発明に係るグレーティング型光制御素子の基
本構成を示す図。第2図は本グレーティング型光制御素
子の機能を示す図。第3図は0次及び1次の回折光のみ
を出射させるためのpとθの範囲を示す図。第4図は本
グレーティング型光制御素子の作成過程を示す図。第5
図はブレーズド、グレーティングを有するグレーティン
グ型光制御素子の概略図。 1−−一屈折率可変媒体、2−一一第2の屈折率可変媒
体、3− a明光学部材、4−一一人射光、5−−
−0次回折光、6一−−高次回折光、7−−−透明基板
、8−m−透明電極、9−−−6明細縁体、lO−m−
液晶、1l−−−q口状透明電極、12−m−接地電極
、13−m−電界印加電極
本構成を示す図。第2図は本グレーティング型光制御素
子の機能を示す図。第3図は0次及び1次の回折光のみ
を出射させるためのpとθの範囲を示す図。第4図は本
グレーティング型光制御素子の作成過程を示す図。第5
図はブレーズド、グレーティングを有するグレーティン
グ型光制御素子の概略図。 1−−一屈折率可変媒体、2−一一第2の屈折率可変媒
体、3− a明光学部材、4−一一人射光、5−−
−0次回折光、6一−−高次回折光、7−−−透明基板
、8−m−透明電極、9−−−6明細縁体、lO−m−
液晶、1l−−−q口状透明電極、12−m−接地電極
、13−m−電界印加電極
Claims (1)
- (1)所定の異なる回折光の光量和が、入射光束の光量
に対してほぼ一定に保たれる構成を有し、グレーテイン
グ変調度を変化させることにより、所定の異なる回折光
間の光量比を変化せしめると共に前記所定の回折光の光
量をほぼ一定に保つ事を特徴とするグレーテイング型光
制御素子。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20926084A JPS6186724A (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | グレ−テイング型光制御素子 |
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 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20926084A JPS6186724A (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | グレ−テイング型光制御素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6186724A true JPS6186724A (ja) | 1986-05-02 |
Family
ID=16570003
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20926084A Pending JPS6186724A (ja) | 1984-10-03 | 1984-10-04 | グレ−テイング型光制御素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6186724A (ja) |
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WO2002042839A1 (en) * | 2000-11-21 | 2002-05-30 | Konovalov Victor A | Multidomain liquid crystal display and method for manufacturing thereof |
JP2011154370A (ja) * | 2010-01-25 | 2011-08-11 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc | 回折格子を利用した光学装置 |
JP2014006529A (ja) * | 2012-06-22 | 2014-01-16 | Seereal Technologises Sa | スイッチング可能な体積回折格子を有する光変調器 |
WO2018150662A1 (ja) * | 2017-02-17 | 2018-08-23 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 光学デバイス及び光学システム |
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1984
- 1984-10-04 JP JP20926084A patent/JPS6186724A/ja active Pending
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