JPS63235904A - 導波型グレ−テイング素子 - Google Patents
導波型グレ−テイング素子Info
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- JPS63235904A JPS63235904A JP6970887A JP6970887A JPS63235904A JP S63235904 A JPS63235904 A JP S63235904A JP 6970887 A JP6970887 A JP 6970887A JP 6970887 A JP6970887 A JP 6970887A JP S63235904 A JPS63235904 A JP S63235904A
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/1326—Liquid crystal optical waveguides or liquid crystal cells specially adapted for gating or modulating between optical waveguides
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/124—Geodesic lenses or integrated gratings
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は導波型グレーティング素子を外部電界により制
御する高機能化に関する。
御する高機能化に関する。
従来の導波型グレーティング素子は導波層もしくは導波
層に接する媒質面の屈折率を周期的に変化させたもの、
導波層の表面に周期的な凸凹をつけたものに大別される
。これらはカップラー、光路変換、フィルター、モード
変換、レンズ等の作用を行なうことを目的に作製されて
いる。しかし、これらは単一機能の素子であり、外部信
号によって制御できるものは少ない。例外的に表面弾性
波を導波層に伝播させ、導波光の方向制御を行なう素子
が知られている。（例えば特開昭６０−１４４７０４号
、ＴＥＦ：Ｅ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ
ＣＡＳ、 ＣＡＳ−２６（１９７３）Ｐ、１１１３） 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、前述の導波型グレーティング素子は、表面弾性
波を誘起するための高周波増巾器を必要とし、導波路材
料は大きな音響光学性能指数を持つものに特定される。
層に接する媒質面の屈折率を周期的に変化させたもの、
導波層の表面に周期的な凸凹をつけたものに大別される
。これらはカップラー、光路変換、フィルター、モード
変換、レンズ等の作用を行なうことを目的に作製されて
いる。しかし、これらは単一機能の素子であり、外部信
号によって制御できるものは少ない。例外的に表面弾性
波を導波層に伝播させ、導波光の方向制御を行なう素子
が知られている。（例えば特開昭６０−１４４７０４号
、ＴＥＦ：Ｅ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ
ＣＡＳ、 ＣＡＳ−２６（１９７３）Ｐ、１１１３） 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、前述の導波型グレーティング素子は、表面弾性
波を誘起するための高周波増巾器を必要とし、導波路材
料は大きな音響光学性能指数を持つものに特定される。
またトランスデユーサが必要であり、素子としては高価
なものであった。また、表面弾性波に誘起される屈折率
のグレーティングを用いるため、常にトランスデユーサ
に電力を供給する必要がある。
なものであった。また、表面弾性波に誘起される屈折率
のグレーティングを用いるため、常にトランスデユーサ
に電力を供給する必要がある。
そこで本発明は、導波型グレーティング素子の問題点を
解決するもので、その目的とするところは、複雑な駆動
装置を必要としない。新規な機能性導波型クレーティン
グ素子を提供するところにある。
解決するもので、その目的とするところは、複雑な駆動
装置を必要としない。新規な機能性導波型クレーティン
グ素子を提供するところにある。
本発明の導波型グレーティング素子は、光導波構造に微
細な周期構造を有する導波型グレーティング素子におい
て、液晶からなる導波層と、液晶に電解を印加する電極
とを有することを特徴とする。
細な周期構造を有する導波型グレーティング素子におい
て、液晶からなる導波層と、液晶に電解を印加する電極
とを有することを特徴とする。
本発明の上記の構成によれば、導波層を形成する液晶の
屈折率を外部電界によって変化させ、グレーティングに
よる光波の結合４ｋ 態を制御させることができる。こ
れにより、偏向素子、可変焦点レンズ等の外部制御が可
能な導波型グレーティング米子を構成することができる
。
屈折率を外部電界によって変化させ、グレーティングに
よる光波の結合４ｋ 態を制御させることができる。こ
れにより、偏向素子、可変焦点レンズ等の外部制御が可
能な導波型グレーティング米子を構成することができる
。
これをもう少し詳しく説明する。グレーティングの動作
は、光波か位相整合条件を満たした」−でモード間でパ
ワーを配分するものであるから、位相整合条件（１）式
か常に成立する。
は、光波か位相整合条件を満たした」−でモード間でパ
ワーを配分するものであるから、位相整合条件（１）式
か常に成立する。
＃ｂ＝＃ａ＋ｑＫ・・・・・・（１）
７３ａ、＃ｂ：光波ａ、ｂの伝搬ベクトルｋ ニ
ゲレーティングの格子ベクトルｑ ：０．±１．
±２ 結合次数ととでグレーティングは第２図のように
設けられ、光波ａは２方向に伝搬しているとする。Ｚ方
向について０）式の伝搬ベクトルを考えると、βｂ ＝
β６ ＋ｑ Ｋ・・・・・・（２）となる。
ゲレーティングの格子ベクトルｑ ：０．±１．
±２ 結合次数ととでグレーティングは第２図のように
設けられ、光波ａは２方向に伝搬しているとする。Ｚ方
向について０）式の伝搬ベクトルを考えると、βｂ ＝
β６ ＋ｑ Ｋ・・・・・・（２）となる。
光波１をｙ−ｚ平面内の平面波と考え、等側屈折率Ｎを
用いてβａを表わすと、 βａ ＝ ｋ Ｎ ｌり＝２π／λ λ：波長 Ｎ＝ｎｆ ５ｉｎＯ ｎｆ：導波層屈折率 ０ ：クラッドへの入射角 これから β ｂ ＝ Ｎ ｋ ＋ ｑ Ｋ
・・・ ・・・ （３）を満足する光波ｌ）と結合す
る。いまＮが外部電界Ｅの関数 Ｎ （Ｅ）であれば βｂ＝Ｎ（Ｅ）ｋ十ｐＫ ・・・・・・（４）となり
光波すも、外部電界Ｅの関数となる。
用いてβａを表わすと、 βａ ＝ ｋ Ｎ ｌり＝２π／λ λ：波長 Ｎ＝ｎｆ ５ｉｎＯ ｎｆ：導波層屈折率 ０ ：クラッドへの入射角 これから β ｂ ＝ Ｎ ｋ ＋ ｑ Ｋ
・・・ ・・・ （３）を満足する光波ｌ）と結合す
る。いまＮが外部電界Ｅの関数 Ｎ （Ｅ）であれば βｂ＝Ｎ（Ｅ）ｋ十ｐＫ ・・・・・・（４）となり
光波すも、外部電界Ｅの関数となる。
つまり、外部電界で導波層の等側屈折率Ｎを変化させ、
伝搬する光ｔＪ１ａと結合する光波すの伝搬ベクトルを
制御することかできる。
伝搬する光ｔＪ１ａと結合する光波すの伝搬ベクトルを
制御することかできる。
第１図は本発明によるグレーティングカップラの断面図
である。１０１は導波層を形成する液晶層であり、−に
下をバッファ層１０２とグレーティング１０４を設けら
れたクラツド材１０３に挾まれている。１０５は液晶層
に電界を印加するだめの電極である。１０６は本カップ
ラを形成した基板、１０７は対向基板である。また１１
１は外部電圧源である。
である。１０１は導波層を形成する液晶層であり、−に
下をバッファ層１０２とグレーティング１０４を設けら
れたクラツド材１０３に挾まれている。１０５は液晶層
に電界を印加するだめの電極である。１０６は本カップ
ラを形成した基板、１０７は対向基板である。また１１
１は外部電圧源である。
具体的には第１表の構成とした。
第１表
（７Ｊｔ子ビーム露光、エツチングによって製作した。
）
４波光 ７８０ｎｍＴＥＯモード
液晶は導波光の伝搬方向に垂直に分子軸を揃えて配向処
理されている。第２図は液晶分子２０１の配向の様子を
模式的に描いたものである。第２図（ａ）は無電界状態
、第２図（ｂ）は電界印加状態を示す。無電界状態にお
いて、（第２図（ａ））液晶層を伝搬する導波光１０８
は、ＴＥＯモードで伝搬し紙面に対し垂直な電界振幅を
持つ。このため液晶の異常光屈折率ｎｅ＝１．７８を感
受する。一方、電界が印加され、（第２図（ｂ））液晶
分子が電界方向に再配列を行なうと、導波光は正常光屈
折率ｎａ＝１．５４を感受する。実際には液晶の秩序度
、界面での液晶の不連続性、導波光がクラッド層で反射
して伝搬することから、ｎａとｎｅを完全に反映しない
。
理されている。第２図は液晶分子２０１の配向の様子を
模式的に描いたものである。第２図（ａ）は無電界状態
、第２図（ｂ）は電界印加状態を示す。無電界状態にお
いて、（第２図（ａ））液晶層を伝搬する導波光１０８
は、ＴＥＯモードで伝搬し紙面に対し垂直な電界振幅を
持つ。このため液晶の異常光屈折率ｎｅ＝１．７８を感
受する。一方、電界が印加され、（第２図（ｂ））液晶
分子が電界方向に再配列を行なうと、導波光は正常光屈
折率ｎａ＝１．５４を感受する。実際には液晶の秩序度
、界面での液晶の不連続性、導波光がクラッド層で反射
して伝搬することから、ｎａとｎｅを完全に反映しない
。
この導波層の屈折率の変化により、４波光が外部へ出射
する出力結合の出射角を制御することが可能となる。第
３図実線は基板側出射角θ−°の外部印加電圧依存性を
示す。このように外部印加電圧によってグレーティング
の結合を変化させ、外部出力光の方向を変えることがで
きた。
する出力結合の出射角を制御することが可能となる。第
３図実線は基板側出射角θ−°の外部印加電圧依存性を
示す。このように外部印加電圧によってグレーティング
の結合を変化させ、外部出力光の方向を変えることがで
きた。
第１図の基本構造を持つ液晶グレーティング素子はグレ
ーティングの形、導波層の厚さ、グレーティングの格子
ベクトルの方向を変えることで、上述した結合路の他に
、光路変換器、反射器、モード変換器、波長分離器、導
波路レンズとじて用いることができる。その結果、外部
電圧によって光路方向の選択、反射率の変調、モード変
換率の変調、分離波長の選択、可変焦点レンズ等の制御
機能を付加できる。
ーティングの形、導波層の厚さ、グレーティングの格子
ベクトルの方向を変えることで、上述した結合路の他に
、光路変換器、反射器、モード変換器、波長分離器、導
波路レンズとじて用いることができる。その結果、外部
電圧によって光路方向の選択、反射率の変調、モード変
換率の変調、分離波長の選択、可変焦点レンズ等の制御
機能を付加できる。
次にその一例として反射器の例を説明する。第４図は反
射率変調型反射器の断面図である。グレーディングエリ
ア長は１．５ｍｍと十分長くとっである。４０１は反射
光である。構造は第１図と同様であるが、グレーティン
グのピッチが０゜２３μｍであり、７８０ｎｍ光に対し
等側屈折率１．７のもとてブラッグ反射条件を満足する
。これは無電界状態に対応し、導波光をほぼ１００％反
射している。次に外部電界が加わり、第２図（ｂ）のよ
うに液晶分子が再配列すると等側屈折率が低下する。こ
の結果、位相整合条件がずれ、仕射光強度が激減する。
射率変調型反射器の断面図である。グレーディングエリ
ア長は１．５ｍｍと十分長くとっである。４０１は反射
光である。構造は第１図と同様であるが、グレーティン
グのピッチが０゜２３μｍであり、７８０ｎｍ光に対し
等側屈折率１．７のもとてブラッグ反射条件を満足する
。これは無電界状態に対応し、導波光をほぼ１００％反
射している。次に外部電界が加わり、第２図（ｂ）のよ
うに液晶分子が再配列すると等側屈折率が低下する。こ
の結果、位相整合条件がずれ、仕射光強度が激減する。
このように外部印加電圧によって反射率の変調が可能と
なった。
なった。
第５図は」二側の電圧印加電極にグレーティング材料を
使用し、下側電極には導電性基板を用いたカップラの断
面図である。具体的には第２表の構成とした。
使用し、下側電極には導電性基板を用いたカップラの断
面図である。具体的には第２表の構成とした。
第２表
上側電極を兼ねるグレーティングはバッファ層である対
向基板上に形成されている。ここでＩＴＯの屈折率は導
波層より高いために、夏ＴＯ層の中を極力小さくシ、実
効的なグレーティング屈折率を導波層の等側屈折率より
小さくする必要がある。
向基板上に形成されている。ここでＩＴＯの屈折率は導
波層より高いために、夏ＴＯ層の中を極力小さくシ、実
効的なグレーティング屈折率を導波層の等側屈折率より
小さくする必要がある。
液晶は第２図と同様、無電界時にｊ、４波光がｎ。
を感受するように配向処理されている。第６図は無電界
的（ａ）と電界印加時（ｔ））の液晶分子２０１の配向
の様子を描いたものである。無電界時（ａ）には液晶分
子は紙面に対し垂直に分子軸を向けて配向している。こ
れに対し電界が印加されるとグレーティング１０４から
下側電極に向かう電気力線６０１（第６図（ｂ）破Ｆ／
Ｘ＞に沿うように液晶分子が再配列を行なう。この結果
、導波層の等側屈折率Ｎが減少する。さらに液晶層には
電界の分布に伴う屈折率分布型グレーティングが誘起さ
れる。この２つの変化によって、第５図のカップラの出
射角θを印加電圧によって制御することができた。第３
図の破線が出射角θの変化を示している。このように印
加電圧が有効に液晶にかかるため。低電圧で出射角を変
化させることができる。
的（ａ）と電界印加時（ｔ））の液晶分子２０１の配向
の様子を描いたものである。無電界時（ａ）には液晶分
子は紙面に対し垂直に分子軸を向けて配向している。こ
れに対し電界が印加されるとグレーティング１０４から
下側電極に向かう電気力線６０１（第６図（ｂ）破Ｆ／
Ｘ＞に沿うように液晶分子が再配列を行なう。この結果
、導波層の等側屈折率Ｎが減少する。さらに液晶層には
電界の分布に伴う屈折率分布型グレーティングが誘起さ
れる。この２つの変化によって、第５図のカップラの出
射角θを印加電圧によって制御することができた。第３
図の破線が出射角θの変化を示している。このように印
加電圧が有効に液晶にかかるため。低電圧で出射角を変
化させることができる。
以上は、液晶としてネマヂック液晶を用いたか、本発明
は導波層の等側屈折率を変化させ、グレーティングにお
ける結合を変え、導波型グレーティング素子の機能化を
するものである。したがって液晶の材料としては導波層
の屈折率を変化できるものであれば採用することができ
る。例えば強誘電性液晶の採用は、高速応答を可能とす
る。
は導波層の等側屈折率を変化させ、グレーティングにお
ける結合を変え、導波型グレーティング素子の機能化を
するものである。したがって液晶の材料としては導波層
の屈折率を変化できるものであれば採用することができ
る。例えば強誘電性液晶の採用は、高速応答を可能とす
る。
また以上はＴＥモードを伝搬する例を示したが、１Ｍモ
ードであっても液晶の配向、誘電異方性を変えることに
よって、同様な機能を発揮することかできるものである
。
ードであっても液晶の配向、誘電異方性を変えることに
よって、同様な機能を発揮することかできるものである
。
以」二連へたように本発明によれば、導波型グレーティ
ング索子の導波層に液晶を用ることにより、外部電圧に
よって制御可能なグレーティング素子を実現することか
できた。さらに、高周波電源等の駆動回路を必要とせず
、簡便に機能化グレーティング素子を提供できる。また
、グレーティングを発生ずるのではなく、等側屈折率の
変化を用いるために偏向器以外の反射器、モート変換、
フィルタ、レンズ等の機能化グレーティング素子を容易
に実現するものである。
ング索子の導波層に液晶を用ることにより、外部電圧に
よって制御可能なグレーティング素子を実現することか
できた。さらに、高周波電源等の駆動回路を必要とせず
、簡便に機能化グレーティング素子を提供できる。また
、グレーティングを発生ずるのではなく、等側屈折率の
変化を用いるために偏向器以外の反射器、モート変換、
フィルタ、レンズ等の機能化グレーティング素子を容易
に実現するものである。
第１図は本発明による液晶グレーティングカップラの断
面図である。 第２図は液晶分子の動作を表した模式図であり、第２図
（ａ）は無電界時、第２図（１））は電界印加時を示す
図。 第３図は液晶グレーティングカップラの外部印加電圧対
１λ板側出射角特性を示す図である。 第４図は本発明の液晶グレーティング反射器の断面図で
ある。 第５図は本発明のグレーティングをＴＬ極とした液晶グ
レープィングヵソブラの断面図である。 第６図は第５図のカップラの；１ν品分子動作を表した
模式図であり、第６図（ａ）は無電界時、第６図（１）
）は電界印加時を示す図である。 １０１・・・液晶層 １０２・・・バッファ層 １０３・・・クラツド材 １０４・・・グレーティング １０５・・・電極 １０８・・・導波光 １１１・・・外部電圧源 以上
面図である。 第２図は液晶分子の動作を表した模式図であり、第２図
（ａ）は無電界時、第２図（１））は電界印加時を示す
図。 第３図は液晶グレーティングカップラの外部印加電圧対
１λ板側出射角特性を示す図である。 第４図は本発明の液晶グレーティング反射器の断面図で
ある。 第５図は本発明のグレーティングをＴＬ極とした液晶グ
レープィングヵソブラの断面図である。 第６図は第５図のカップラの；１ν品分子動作を表した
模式図であり、第６図（ａ）は無電界時、第６図（１）
）は電界印加時を示す図である。 １０１・・・液晶層 １０２・・・バッファ層 １０３・・・クラツド材 １０４・・・グレーティング １０５・・・電極 １０８・・・導波光 １１１・・・外部電圧源 以上
Claims (1)
- 光導波構造に微細な周期構造を有する導波型グレーティ
ング素子において、液晶から成る導波層と、液晶に電界
を印加する電極とを有することを特徴とする導波型グレ
ーティング素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6970887A JPS63235904A (ja) | 1987-03-24 | 1987-03-24 | 導波型グレ−テイング素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6970887A JPS63235904A (ja) | 1987-03-24 | 1987-03-24 | 導波型グレ−テイング素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63235904A true JPS63235904A (ja) | 1988-09-30 |
Family
ID=13410602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6970887A Pending JPS63235904A (ja) | 1987-03-24 | 1987-03-24 | 導波型グレ−テイング素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63235904A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2008256999A (ja) * | 2007-04-06 | 2008-10-23 | Institute Of Physical & Chemical Research | 光ヒューズ機能を有するスラブ型光導波路素子 |
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| JPWO2018193723A1 (ja) * | 2017-04-20 | 2020-02-27 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光スキャンデバイス、光受信デバイス、および光検出システム |
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