JPS62153837A

JPS62153837A - 光路切換器

Info

Publication number: JPS62153837A
Application number: JP29275385A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Gunji; 康弘郡司; Teigo Okada; 岡田　定五; Masato Isogai; 正人磯貝; Katsumi Kondo; 克己近藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-12-27
Filing date: 1985-12-27
Publication date: 1987-07-08
Anticipated expiration: 2010-05-31
Also published as: JPH0750284B2

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は液晶を用いた光路切換器に係り、特に構造の簡
略化及び性能の向上に好適な光路切換器に関する。

〔従来の技術〕

゛　一般に光ファイバを用いた光伝送、光通信システム
において光伝送路の切換器やバイパス用としての光路切
換器が必要である。

従来の液晶式光路切換器は１例えば文献オプテイクスレ
ターズ、５巻、　４．　　（１９８０年）第１４７頁か
ら第１４９頁（Ｏｐｔｉｃｓ　Ｌａｔｔｅｒｓ、　Ｖｏ
　ｎ　１５　。

＆４（１９８０）ＰＰ１４７−１４９）において、Ｒｏ
Ａ、５ｏｒａｆとＤ　、　Ｈ、ＭｃＭａｈｏｎが発表し
た［４ポートの電気光学式液晶デバイスによる無偏光フ
ァイバ光の全スイッチング」の論文に見られる。この従
来の光路切換器は、２つのガラスプリズムの間にネマチ
ック液晶を組込み、対向するプリズムの両面に設けられ
た透明電極間に交流電界を印加することにより液晶分子
の配向を変化させることにより屈折率を変化させ、入射
光を２方向に切換えるものである。

従来の液晶式光路切換器に使用されているネマチック液
晶分子の動作を第２図で説明する。１はネマチック液晶
層、１′はネマチック液晶分子である。２は透明基板（
図示せず）に設けられた透明電極である。３は交流電源
で、４は回路の途中に設けた電気スイッチである。（ａ
）は電極２間に電界を印加しない（ＯＦ　Ｆ）場合で、
液晶分子１′が平行に並んでいる。（ｂ）は電界を印加
した場合で、液晶分子１′は大部分電界方向に配向する
が、上下の界面付近の分子はＯＦＦ状態の電極に平行な
まま残存する。このため、ネマチック液晶を用いると次
の様な問題点が生じる。即ち。

（１）界面付近の分子が電界に応答しにくいため。

透過又は反射率が低下し、光路切換器としてのクロスト
ーク（漏話）を小さくすることが難しｂｌ。

（２）上記の現象を改善するためには、電圧を増加させ
なければならず、高い駆動電圧を必要とする。

（３）ネマチック液晶分子は電界切換え時の、特に電界
を除去した時の応答速度が遅い。

この様な欠点のため、ネマチック液晶を用いた光路切換
器は未だに実用化に至っていない。

上記欠点を改善するためには、液晶材料自体を高性能な
ものに変える必要がある１発明者等は、上記欠点を改善
する基本特性を有する強誘電性液晶を用い、この液晶を
透明電極ではさみ込み、電極間に直流又はパルス電圧を
印加することにより。

光路を切換えることを提案した。

この光路切換の素子としての強誘電性液晶を次に説明す
る。第３図にその動作の概念図を示す。

１１′は強誘電性液晶分子で、１２はら旋釉である。１
３及び１３′は第３図（ａ）と（ｃ）の様に、前記ら旋
釉に垂直な方向に印加した電界である。

強誘電性液晶の場合、自発分極の方向はら旋釉と液晶分
子１１′の長軸とによってできる平面に垂直である。又
、第３図（ｂ）に示すように、電界Ｅ＝Ｏの場合には、
強誘電性液晶分子１１′は。

ら旋釉１２に対してθｔの角度を有してら旋状に配向し
ている。この様に配向した強誘電性液晶分子１１′にあ
るしきい値電界Ｅｃ以上の電界Ｅ１３を印加すると、第
３図（ａ）に示すように、強誘電性液晶分子１１′は、
電界Ｅ１３の方向と垂直な平面（即ち、図の紙面）上に
ら旋釉１２に対してθｔの角度を有して配向する。又、
第３図（ａ）の電界Ｅの極性を反転させると、同図（ｃ
）に示す様に強誘電性液晶分子１１′は、電界Ｅ１３′
の方向に垂直な平面（紙面）上にら旋釉に対してθｔの
角度を有して配向する。この様に、電界Ｅを反転させる
ことによって、ら旋釉との傾き角θｔの２倍まで分子配
向を変化させることが出来る。

さらに又、この強誘電性液晶を第２図と同様な構成で駆
動させた場合、液晶層厚を薄く（例えば１．５　μｍ）
し、且つ液晶界面及び液晶組成を適宜調整することによ
り１分子配向にメモリー性をもたせることが出来る。こ
の状態に於いては、強誘電性液晶の界面近傍の分子まで
完全にスイッチングし、ネマチック液晶に於ける問題点
（１）。

（２）を解決する。尚、交番する電界を与え続けるネマ
チック液晶に比べ、液晶分子のメモリー効果を利用して
、パルス状の印加電界のみでスイッチングすることも可
能であり、より一層の低電力化をはかることが出来る。

分子配向の応答速度に関しては、強誘電性液晶の場合は
、絶対値として等しい正及び負の電界を印加する駆動モ
ードとなるため、ネマチック液晶の場合の様な電界除去
時に極端に応答速度が遅くなる様な状態は生じず、どち
らのスイッチング動作もネマチック液晶に於ける電界印
加時と同程度もしくはそれ以上の応答速度を示す。

以上の様に、ネマチック液晶の光路スイッチング素子と
しての３つの問題点は、液晶に強誘電性液晶を用いるこ
とにより著しく改善出来ることが明らかである。

第４図及び第５図は、強誘電性液晶を用いた光路スイッ
チングの原理の１例を示す、第４図は素子の基本構成を
示し、第５図は２種の電圧印加による強誘電性液晶の分
子配向状態及び結果として生じる光路（透過又は全反射
）を示す、ここで、入射光２３は、入射面（図の紙面）
に垂直な電界成分のみの光を考えるものとする。

第４図において、基本構成は強誘電性液晶１１とそれを
はさみ込む基板となる上下の透明基板２１、そして、強
誘電性液晶１１に面する透明基板境界面に設けられた透
明なべた電極２及び直流電源２２より成る。又、電圧印
加時に第５図の様な所要の分子配向を得るため、予め、
液晶分子１１′を所定の方向に配向させておく必要があ
り、実際には、強誘電性液晶１１との境界面、即ち電極
面には配向膜が設けであるが、ここでは図面が煩雑にな
るのを避けるため省略した。

一般に液晶の様な光学的に一軸性の物質に直線偏光を入
射した場合、入射方向と光軸とのなす角度が変わること
により屈折率が変化する。第５図は電界印加により分子
長軸方向、即ち光軸方向を変えることで入射光の屈折率
を変えることができ、その結果、典型的な例として、入
射光を全反射させたり、透過させたりできることを示す
。

なお、第５図（ａ）及び（ｂ）に示す分子配向の変化は
、第３図に示した（ａ）又は（ｃ）に対応しており、従
って、分子の長軸はべた電極２による電界の方向に常に
垂直となる。即ち、分子配向は透明電極２に常に蛮行で
あり、この点においてネマチック液晶を用いた光路切換
器と全く異なる０分子配向の角度変化は、前述した如く
ら錠軸からの傾き角θ、の２倍に等しい。ここで仮に典
型的な例として、θｔ＝４５”、即ち、角度変化が９０
°とし、第５図の様に入射面（図の紙面）に垂直及び平
行の配向状態を想定すれば、（ａ）の液晶層１１の屈折
率は異常光屈折率ｎθに、又、（ｂ）の液晶層１１の屈
折率は常光屈折率ｎｏに等しくなる（ｎｅ＞ｎｏ）、従
って、この場合、前述した条件を満足する入射角θの範
囲は次式で表される。

ｎｇ　　　　　　　　　　　　　　　　　ｎｇｎｓ　：
透明基板の屈折率例えば、透明基板２１の材料として５ＦＩＯを用いた場
合の一例として、ｎ　ｇ　”　Ｌ　＋　８　１　ｎ　ｅ
　＝１．７　　、　ｎｏ　＝１．５　　であり、入射角
θ＝５６．４〜７０．８　となり、１４．４＠　の余裕
がある。

しかしながら、今まで述べた液晶層の厚さ方向にのみ電
界を印加する方式の光路切換器においては、入射面に垂
直な成分は光（Ｓ偏光）しか切換えることができない。

従って、最近急速にニーズが高まりつつあるＦＡやＯＡ
などの光ＬＡＮに使われる無偏光の性質をもったＬＥＤ
などの光源には適用できないという欠点がある。そこで
、無偏光（多モード光）をスイッチングするためには、
まず、入射面に平行な電界振動をもつＰ偏光をスイツチ
ングさせなければならない。そのための条件を述べる。

第５図の分子配向状態においては、Ｐ偏光が臨界角で入
射した場合（光は液晶中を界面と平行に走る）を考える
と、（ａ）及び（ｂ）の両方の分子配向状態とも、液晶
の屈折率はｎｏ　　（偏波面が分子長軸と直角に交わる
）となり、屈折率変化が生じず、透過及び全反射のスイ
ッチングは出来ない、このことかられかる様に、Ｐ偏光
のスイッチングは、分子長軸の液晶界面内変化だけでは
起こらず、界面に対し斜めに配向することが必要条件と
なる。

この条件を満足させるためには、第３図（ｂ）かられか
る様に、（ａ）及び（ｃ）以外の電界印加方向ならばよ
く、その内でも界面との交さ角が最も大きいのは液晶界
面と平行な方向に電界を印加した場合である。従って、
この電界状態を液晶セルの中に作ればＰ偏光もスイッチ
ング可能となる。

次に、Ｓ偏光のスイッチングも含めて強誘電性液晶のら
錠軸と入射光の最適な初期配置を求める。

ここで、入射角θを大きく選び、はぼ界面と平行方向に
光が入射する場合を考える。第６図かられかる様に、液
晶分子３５の動く円錐軌道３４上の２状態で、Ｓ偏光と
Ｐ偏光の両方に対して屈折率差が最大となるのは、強誘
電性液晶のら錠軸３３を入射面３１に一致させた場合で
、しかも、液晶分子３５が液晶界面と平行な面３２に含
まれた位１！　３５　ａ及び入射面３１に含まれた位置
３５ｂにある場合である。

この３５ａと３５ｂの２状態でＳ偏光及びＰ偏光に対し
各々屈折率差を与え、光路を切換えるわけである。この
原理を用いた無偏光の光路切換器の一構成例を第７図に
示す、この構造は、２つの台形プリズム１０１で強誘電
性液晶１１をはさみ、図示した様に光を２度液晶層に通
す（２クツシヨン）ものである。１度目の通過部分に相
当する左半分には、第４図に示したようなべた電極２を
設け（即ち、液晶分子を第６図の３５ａの状態に配向さ
せる）、光をＳ偏光（透過光）とＰ偏光（反射光）に分
ける。残りの２度目の通過部分を含む右半分には、第６
図に示した液晶分子の３５ａと３５ｂの２状態を切り換
えることのできる電極構造（この構造は本発明の電極構
造と共通するので、後で説明する）を設け、Ｓ偏光とＰ
偏光を３５ａの配向状態で９２ｂのボートへ、また、３
５ｂの配向状態で９２ｄのポートへ各々合流させるよう
にする。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術においては、光路を形成しているプリズム
面の面精度及び角度精度などに高い精度が要求される。

特に、第７図のような台形状のプリズムでは、プリズム
への光の入射面及び出射面、並びに液晶をはさみ、全反
射及び透過を切換える台形の下底面に加え、台形の上底
面の全反射を生じさせる面についても高い精度が要求さ
れる。また、上側及び下側の台形プリズムに分離した光
を再び結合させる方式であるため、上下の台形プリズム
の寸法精度の悪化は、直接、再結合部での光軸ずれとな
って損失及びクロストークを増大させる。このように、
台形プリズムを用いたこの方式は、面精度、角度精度及
び寸法精度の点でより高精度になり、従ってこの方式は
材料自体が高価となる上、その組立ても高精度を要し、
困難を極める。また、単純にプリズム内の伝搬光路を比
較しても、台形プリズムを用いた方式は光路が長くなり
、伝搬損失が大きくなるのは避けられない。

本発明の目的は、強誘電性液晶を用い、上記問題点を改
善すべく、構成の簡単な多モード光にも使用できる光路
切換器を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、対向配置された２枚の透明基板と該透明基
板の対向面の各々に設けられた電極の間に、強誘電性液
晶を介在させたものにおいて、該強誘電性液晶の分子の
ら錠軸が光の入射面と所定の角度（およそ強誘電性液晶
のもつチルト角）をもって交わるように初期配向させ、
強誘電性液晶の分子長軸を液晶界面にほぼ平行となる第
１の配向及びそれと所定の角度をもつ第２の配向の２つ
の配向状態の間を切換えることにより達成される。

【作用〕

第８図に上記強誘電性液晶分子の動作状態を示す。この
図は、第６図に示した液晶分子のら錠軸１２′を、界面
３２上でチルト角θｔだけ回転させた状態に相当する。

上記強誘電性液晶の一方の分子長軸３５ａ’は、液晶層
の厚さ方向の電界３７ａ′で液晶層界面に平行な位置に
配向する。また、他方の分子長軸３５ｂ′は、液晶層界
面に平行方向の電界３７ｂ′で液晶層界面に平行でない
位置に配向する。強誘電性液晶分子のら錠軸１２′は、
光の入射面３１とおよそ液晶材料のもつチルト角０７分
だけずらして初期配向しであるため、液晶層界面に平行
な分子配向状態３５ａ′では、光はほぼ液晶分子の長軸
方向、即ち、光軸方向に入射することとなり。

例えば正の誘電異方性をもつ液晶の場合、Ｓ偏光及びＰ
偏光は共に常光線の屈折率ｎｏ　（Ｉｌｋ小）になる。

もう一つの状態である液晶層界面に平行でない分子配向
状態３５ｂ′では、液晶の分子長軸は、Ｓ偏光方向及び
Ｐ偏光方向の両方向に対し斜めに配向するため、Ｓ偏光
及びＰ偏光共同時に屈折率を増加させることができる。

前者の低屈折率状態３５８′を全反射モードに設定して
おき、後者の高屈折率状態３５ｂ′を透過モードにすれ
ば、Ｓ偏光及びＰ偏光即ち５多モード光を一度にスイッ
チングすることが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の第１の実施例を第１図により説明する。

第１図（ｃ）は、光の入射面３１と強誘電性液晶分子の
ら錠軸１２’　　（くし形電極長手方向）との交差状態
を、第１図（ａ）及び（ｂ）をそのまま上から見て描い
たものである。

上記交差角θＣは、今までぼぼθｔに等しいと考えてき
たが、実際には、屈折率変化が最大となる最適値はある
角度Δθだけずれたところに存在し、最適な交差角θＣ
は θＣ＝θ、＋Δθ　　　　　　　　　・・・・・・（２
）（但し、０、・・・強誘電性液晶分子のチルト角）で
表され、この時のΔθをθｔ”３５＠の場合を例にあげ
てここで求めておく、計算の簡単化のために、液晶層中
の光線は液晶界面に平行に進むと近似し、強誘電性液晶
分子の常光屈折率ｎ０を１．５゜異常光屈折率ｎｏを１
．７、強誘電性液晶分子のチルト角θｔを３５＃とおく
と屈折率楕円体の式から第９図のような結果が得られる
。グラフ中の（ａ）及び（ｂ）は、第８図における液晶
分子配向状態ａ及びｂと各々対応している。このグラフ
から、Ｓ偏光及びＰ偏光の両偏光に対して最大の屈折率
変化を与えるのは、Δθ＝１０°であることがわかり、
（２）式よりθＣ＝３５＋１Ｏ＝４５″′が最適値とな
る。

このようにして求められた最適な交差角θＣだけ光の入
射面から回転させた方向に、強誘電性液晶分子のら錠軸
を向けて初期配向させ、また同じ方向にくし形電極を配
列させることになる。

前述したように、強誘電性液晶分子の２状態、即ち第８
図の第１の配向３５ａ′及び第２の配向３５ｂ′を切換
えることにより、多モード光の光路切換が液晶層への一
度の入射で達成される。以下、第１．１０，１１．１２
図では、第８図３７ａ′及び３７ｂ′の電界状態を作り
出すための電極構造の実施例を示す。これらの図は、全
て第１図（ｃ）に示したように、光の入射面３１からθ
Ｃだけ回転させた方向から見た断面図であり、また第８
図３５ａ′の状態を（ａ）に３５ｂ′の状態を（ｂ）に
各々示している。

まず第１図は、透明基板２１にくし形透明電極４２とく
し状のすき間を蛇行させた透明電極４３を設け、その上
に強誘電性液晶分子の初期配向を決める配向膜（煩雑に
なるため図には省略した）を形成させたものを２つ対向
させて、間に強誘電性液晶１１を介在させている。

第１図（ａ）は、上下のくし形透明電極４２及び蛇行し
た透明電極４３の両電極により液晶層の厚さ方向（３７
ａ’）に電界を印加し、第８図３５ａ′の分子配向を得
ており、第１図（ｂ）は、くし形電極４２のみにより、
３７ｂ′の方向に電界を印加し、３５ｂ′の分子配向を
得ている。

ここで問題となるのは、第１図（ｂ）においては隣り合
うくし形電極間では反対の極性の電界になっていること
である。このため隣り合う電極間で液晶分子が上下に向
いてしまい、光線が２つ以上の電極間に入射する場合は
、各々の電極間で屈折率が異って光線方向がばらつく恐
れがある。しかし、強誘電性液晶層１１での屈折角は透
明基板２１の屈折率ｎｉとの兼ね合いでほとんど水平に
液晶層中を通過させることができる。従って、液晶分子
は上下に向いていても、上下対称になっていることから
屈折率はあまり変化しないと考えられる。その上、強誘
電性液晶層１１の厚さは１〜５μｍと非常に薄いため、
その間での屈折率変化に基づく光線方向のばらつきはほ
とんど無視出来る程度のものと考えられる。

この実施例は、パターンは複雑であるが、一層の電極構
造のみで（ａ）及び（ｂ）の電界状態が得られることが
特徴である。

次に電極を二層構造にした第２の実施例を第１０図に示
す、構造は、透明基板２１に透明なべた電極２を蒸着さ
せ、その上に強誘電性液晶分子の初期配向を決める配向
１ｇＩ４１（絶縁膜の役割も兼ねる）を形成させ、その
上に又、くし形の電極４２を形成させたものを２つ対向
させて、間に強誘電性液晶を入れている。

即ち、第１０（ａ）においては、べた電極２により液晶
層の厚さ方向（３７ａ’）に電界を印加し、３５８′の
分子配向を得ており、第１０図（ｂ）は、くシ形電極４
２により３７ｂ′の方向に電界を印加し、３５ｂ′の分
子配向を得ている。

最後に、この第１，１ｏ図（ｂ）の様なくし形の電極で
は、印加電界は第８図３７ｂ′の様に曲線状になり、そ
れにより、３５ｂ′の分子配向状態が不完全になる恐れ
がある。これを防止する方法として、第１１図及び第１
２図に示した実施例を以下説明する。

第１１図に示した実施例は、第１２図のくし形電極４２
だけを透明基板間に渡した帯状電極５１に置き換えたも
のである。製法としては、配向膜４１の上に導電膜を形
成させ、その後イオンミーリングなどで所定の形状の帯
状電極以外の部分を削りとる方法が考えられるが、くし
形電極の製法と比較して難しいと言える。しかし、印加
電界は（ｂ）に示す様に直線的にかかり、３５ｂ′の完
全な分子配向状態が期待出来る。

第１２図に示した実施例は、より簡単に３５ｂ′の完全
な分子配向状態を実現するためのものである。即ち、第
１０図のくし形電極及び第１１図の帯状電極の代わりに
、非常に細い（例えば２μｍ程度）導電線を所定の間隔
で平行配列させたものである。この構造により、第１２
図に示す様な２つの完全な分子配向状態がより簡単に実
現できる。

次に、このような原理的なスイッチング素子を用いたよ
り実用的な多モード用光路切換器の構成例を第１３図及
び第１４図に示す、第１３図に示す光路切換器は、一般
にバルク型と呼ばれるもので、第１．１０，１１．１２
図に示した液晶セル構造７５′を２つのガラスプリズム
７１１と７１２ではさんだ構成である。この時、第１図
（ｃ）に示したように、光の入射面３１と液晶のら錠軸
１２′は（２）式のθ。で交わるようにセットする。ま
た、入出射ポートとして、レンズ７４ａ〜ｄを備えた多
モード光ファイバ７３　ａ　＝　ｄが取付けられている
。ここで液晶層１１の厚さは５μｍ程度にする必要があ
り、そのスペースを保つ役割と液晶層１１の閉じ込めの
ために、液晶１１が入る部分を打ちぬいた薄い膜、例え
ばマイラフィルム７２などをはさみ込む、また底面には
液晶層１１に入射する際の反射損失を最低限に抑えるた
めに無反射コーティング（図示せず）を施す。

今、例えば７３ａを入射ポートとして動作例を説明する
。単一モード光かもしくは多モード光が多モード光ファ
イバ７３ａから入射すると、レンズ７４ａにおいてそれ
は平行光に変換され、プリズム７１内へ投入される。そ
して、第９図に示したような屈折率変化に対応して、透
過及び全反射を切換えることができる入射角θで強誘電
性液晶層１１に入射し、印加電界により、７４ｄへ透過
したり、７４ｂへ全反射したりすることになる。

出射光は７４ｂ及び７４ｄのレンズで集光され、各々７
３ｂ及び７３ｄの出射ポートへ出る。二二で４つのポー
ト７３　ａ　”　ｄは、各々入射または出射ポートのい
ずれにでも用いることができ、従って、双方向のスイッ
チングが可能であることは言うまでもない。

第１４図に他の実施例として、バルク型と比較して集積
化可能な光導波路型の光路切換器を示す。

同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図である。

基本構造は、第１３図のバルク型と同様で、２Ｘ２の光
導波路の交差部に第１．１０，１１．１２図のような液
晶セルフ５′を埋め込んだ形をとっている。即ち、第１
３図のプリズム７１及びポート部７３．７４が、基板８
１上の光導波路８２ａ〜ｄに置換された形になっており
、第１３図で説明したのと同様な原理により、光スイッ
チングできる。

現在の強誘電性液晶材料を実用的な低電圧レベルで駆動
させようとすると、第１．１０，１１゜１２図に示した
界面方向（３７ｂ’）に印加するための電極の印加方向
間隔を入射光のビーム径より大きく出来ない、従って、
入射光は電極部分にかかり、それにより漏話が増大する
可能性がある。

しかし、今後、液晶材料の電界に対する感度が増大して
、入射光のビーム径より電極間隔を大きく出来るように
なれば、第１．１０，１１．１２図に示した電極の１ピ
ンチの簡単な電極構造で低クロストークの光路切換器が
構成出来る。

〔実施例の効果〕

この改善された実際の性能値を第１表に示す。

使用した強誘電性液晶の組成及び相変化を第１７図に示
し、また、強誘電性液晶分子のら族ピッチと傾き角の温
度依存性を第１５図に示す。

表１に示したネマチック液晶（２クツシヨン）は、従来
例のところで説明した５ｏｒｓｆらのデータであり、第
７図のような台形プリズムを用いた２クッション方式で
ある。また強誘電性液晶（２クツシヨン）は第７図で説
明したそのもののデータであり、１クツシヨンの方は１
本発明の第１３図のプリズム構成に第１図の液晶セルを
組込んだもののデータである。

第１表に示したように、強誘電性液晶を用いたことによ
り、駆動電圧をネマチック液晶使用時の半分にしても、
ネマチック液晶における電圧除去時のスイッチング時間
（τ０１１　）の著しい遅延に相当するような現象は生
じず、２つのスイッチング状態ともネマチック液晶にお
ける電圧印加時のスイッチング時間（τＯｎ）の半分程
度の０．０５ｍ５という高速で切換えることができる。

クロストークについては、液晶材料の性能の違いに加え
て、素子構成の簡単化（１クツシヨン）による効果が顕
著に表れている。

伝搬損失に関しても同様であり、１クツシヨン化による
光路の短縮の効果は顕著に表れている。

また、これらの改善されたデータに用いた駆動電圧は１
強誘電性液晶のメモリー性を利用したパルス状（５ｍＳ
）の電圧であり、ネマチック液晶を用いた場合より駆動
電力の面でも著しい改善がなされている。そのパルス状
電圧によるスイッチング動作状態を第１６図に示す。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ネマチック液晶
に比較して優れた性質をもつ強誘電性液晶を２枚の透明
基板ではさみ、光の入射面に体して所定の角度方向に液
晶のら旋軸を初期配向させ。

電極構造を工夫することにより、単一モード光はもちろ
ん多モード光をも、より簡単な素子構成で低クロストー
ク及び低損失の光スイツチ動作が達成でき、しかも強誘
電性液晶が本来もっている高速性、低電圧駆動性を損な
うことなくスイッチングさせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のくし形電極を設けた光路切
換器の断面図（（ａ）、（ｂ））及び強誘電性液晶分子
の初期配向方向を示す図（（Ｃ））、第２図は従来のネ
マチック液晶の分子配向状態を示す概念図、第３図は本
発明に使用する強誘電性液晶の種々の電界に対する分子
配向状態を示す概念図、第４図は強誘電性液晶による単
一モード光の光路切換原理図、第５図は第４図の詳細な
説明図、第６図は従来の光路切換器に用いる強誘電性液
晶分子の２つの配向状態を示す図、第７図は強誘電性液
晶を用いた従来の方法による多モード充用光路切換器の
構成例を示す図、第８図は本発明の光路切換器に用いる
強誘電性液晶分子の２つの配向状態を示す図、第９図は
本発明の方式で生じる屈折率変化の計算例を示す図、第
１０図は本発明の第２の実施例であるくし形電極とべた
電極を備えた光路切換器の断面図、第１１図は本発明の
第３の実施例である帯状電極を設けた光路切換器の断面
図、第１２図は本発明の第４の実施例である細い導電線
を電極に用いた光路切換器の断面図。第１３図は本発明の電極構造を実装したバルク形の光路
切換器構成図、第１４図は本発明の電極構造を実装した
先導波路形の光路切換器構成図、第１５図は実際に使用
した強誘電性液晶の分子のら族ピッチと傾き角の温度依
存性を示す図、第１６図はパルス状電圧によるスイッチ
ング動作状態を示す図、第１７図は本発明に使用する強
誘電性液晶の組成及び相変化を示す図である。２・・・べた電極、１１・・・強誘電性液晶、１１′・
・・強誘電性液晶分子、１２・・・強誘電性液晶のら旋
軸、２１・・・透明基板、３１・・・光の入射面、３５
・・・強誘電性液晶分子のら旋軸、３７・・・電界、４
１・・・絶縁ＩＩＩ（配向膜）、４２・・・くし形電極
、４３・・・蛇行したｔｒｉ、５１・・帯状電極、６１
・・・細い導電線の電極、９３・・・多モード光。

Claims

【特許請求の範囲】１、対向配置された２枚の透明基板と該透明基板の対向
面の各々に設けれらた電極の間に、強誘電性液晶を介在
させ、該透明基板の液晶に対接する光路の屈折率を、該
強誘電性液晶層のもつ外部より切換えうる２つの屈折率
の内、少くとも１つより大きく選んだ光路切換器におい
て、該強誘電性液晶の分子のら旋軸を光の入射面と所定
の角度をもって交わるように設定する手段と、該強誘電
性液晶の分子長軸を、該強誘電性液晶層界面にほぼ平行
となる第１の配向及びこれと所定の角度をもった第２の
配向の２つの配向状態間に切換える手段とを備えたこと
を特徴とする光路切換器。２、２つの該配向状態の内、少くとも一方は、該透明基
板間に設けられた電極により生じる電界により配向させ
らることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光路
切換器。３、上記ら旋軸と入射面との角度を、上記液晶によって
切るら旋軸と分子長軸との角度以上に設定した第１項記
載の光路切換器。４、２つの上記配向状態の内、少くとも一方は、上記透
明基板間に設けられた電極により生じる電界により配向
させられることを特徴とする第１項記載の光路切換器。５、上記透明基板の対向面の一方に設けられた電極は、
くし形状の電極であることを特徴とする第１項記載の光
路切換器。６、上記電極は、上記透明基板の対向面の各々に設けら
れた均一な厚さの膜状の透明電極と、該透明電極の少く
とも一方の上に絶縁膜をはさんで、くし形の電極を設け
た構造であることを特徴とする第１項記載の光路切換器
。７、上記電極は、上記透明基板の対向面の各々に設けら
れた均一な厚さの膜状の透明電極と、各々の透明電極の
上に絶縁膜を設け、対向する絶縁膜間に、帯状電極を所
定の間隔で複数本平行に渡して挾持した構造であること
を特徴とする第１項記載の光路切換器。８、上記電極は、上記透明基板の対向面の各々に設けら
れた均一な厚さの膜状の透明電極と、各々の透明電極の
上に絶縁膜を設け、対向する絶縁膜間に、細い導電線を
所定の間隔で複数本平行に配列して挾持した構造である
ことを特徴とする第１項記載の光路切換器。