JPS63244004A - 導波型グレ−テイング素子 - Google Patents

導波型グレ−テイング素子

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JPS63244004A
JPS63244004A JP7823287A JP7823287A JPS63244004A JP S63244004 A JPS63244004 A JP S63244004A JP 7823287 A JP7823287 A JP 7823287A JP 7823287 A JP7823287 A JP 7823287A JP S63244004 A JPS63244004 A JP S63244004A
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JP
Japan
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liquid crystal
grating
electric field
layer
waveguide
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Pending
Application number
JP7823287A
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English (en)
Inventor
Tomio Sonehara
富雄 曽根原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS63244004A publication Critical patent/JPS63244004A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/01Devices 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 
    • G02F1/13Devices 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
    • G02F1/1326Liquid crystal optical waveguides or liquid crystal cells specially adapted for gating or modulating between optical waveguides
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light 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
    • G02B6/122Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/124Geodesic 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分骨〕 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。
〔従来の技術〕
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、外部信号によりて制御できるも
のは少ない0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、 X Fi K ]
!f  TranlllLOtiOn 0nOAf9,
0AS−24(1973)P、1115  )〔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、常にトランスデ為−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
動装置を心安としない、新規な機能性導波型グレーティ
ング素子を提供するところにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の導波型グレーティング素子は、導波型グレーテ
ィング素子のクラッド層に液晶を用い、さらに液晶層に
電界を印加するための電極を設置したことを特徴とする
〔作用〕
本発明の上記の構成によれば、クラッド層(含むグレー
ティング[)を形成する液晶層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状態を
制御することができる。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素
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、光波が位相整合条件を満たした上でモード間でパワ
ーを配分するものである企ら、位相整合条件(1)式が
常に成立する。
7b=7α+9玉   ・・・・・・・・・(1)γα
、7″b:光波α、bの伝搬ベクトルl    ニゲレ
ーティングの格子ベクトル・q    :0.±1.±
2 結合次数ここでグレーティングは第2図のように設
けられ、光波αは2方向に伝搬しているとする。2方向
について(1)式の伝搬ベクトルを考えると、βb=β
α+qK    ・・・・・・・・・(2)となる。
光波αを平面波と考え、等側屈折率Nを用いてβαを表
わすと、 βα=hx k=2′e   λ=狭波 長スー N=ルハiθ Sf:導波層屈折率 θ:クラッドへの入射角 これから βb=Nk+qK     ・・・・・・(8)を満足
する光波すと結合する。いまNが外部電界Eの関数N(
1!りであれば βb=HcR>k+qK  ・・・(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、
伝搬する光波αと結合する光波すの伝搬ベクトルを制御
することができる。
〔実施例〕
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は導波層であり、上下をグレーティング
104が設けられたノ(ツファ層102とクラッドを形
成する液晶層105に挾まれている。105は液晶層に
電界を印加するための電極である。106は本カップラ
を支持する基板、107は対向する基板である。また1
11は外部電圧源であり、下部電極と105間に電圧を
与える。
具体的には第1表に示す構成とした。
液晶は導波光の伝搬方向と垂直に分子軸を揃えるように
配向処理されている。第2図は液晶分子201の配向の
様子を模式力に簿いたものである、第2図(α)は無電
界状M、K2図(6)は電界印加状態を示す、無電界状
類において導波層を伝搬する光波10Bは、τKaモー
ドであるため、クラッド層の屈折率として液晶の異常光
屈折率ne=:178を感受する。一方、電界が印加さ
れ、液晶分子が電界方向に再配列を行なうと(第2図(
b))クラッド層の屈折率として正常光屈折率nΔ= 
1.54を感受する。
このクラッド層の屈折率変化によりて、導波層の等側屈
折率を変え、導波光と結合出力光の結合状態を制御でき
る。一方、外部出力光の方向θと(4)式の位相整合条
件とは(52式によって関係づけられる。
nc&sinθ= Wb + q)K     °゛°
°°°(5)nC:り乏ツド層の屈折率 θ:出射角 つまり nc=nc(E) N=M(K)   であることから となり、出射角θは外部電界Eによりて制御される。第
3図は第1表の条件で製作された液晶グレーティングカ
ップラのクラッチ°側出射角θと外部印加電圧の関係を
示したものである。このように外部印加電圧によって外
部出力光の角度を制御することができた。
第1図の基本構造を持つ液晶グレーティング素子は、グ
レーティングの形状、格子ベクトルの方向、導波層の厚
さ、を変更することにより、結合器の他に、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
しても動作させることができる。
その中の一例として反射率変関梨の反射器の例を説明す
る。第4図はその断面図を示している。
基本的には第1図と同じ構成である。導波光108は7
805m  TyH,モードである。グレーティングエ
リア長は1.5 wmと十分長くとり、グレーティング
のピッチはα20μ、導波層は1.0μ厚、材料は第1
表に準じている。この反射器は無電界時に等側屈折率N
 = 1.9であり、この時はぼ100%導波光を反射
するように位置設定されている、401は反射光を示す
0次に外部電圧が印加され、第2図(A)のように液晶
が再配列すると、等側屈折率が若干低下する。この結果
、位[11合条件がずれ、反射光強度が減少する。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。
以上述べた実施例ではTl1fモードの伝搬の場合を示
したが、7Mモードについても液晶分子の配向方向を変
えることにより対応することができる、さらに、液晶材
料としてここではネマチック液晶を使用したが、クラッ
ド層の屈折率が変化すればよいことから、強誘電性液晶
の使用も勿論可能である。
[発明の効果〕 本発明によれば、導波型グレーティング素子のクラッド
層に液晶を用いることにより、外部電圧により制御可能
なグレーティング素子を実現することができた。さらに
本発明は高周波電源等の駆動回路を必要とせず、等側屈
折率の変化を用いるため、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。
【図面の簡単な説明】
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わした模式図であり、(α
)は無電界時の図、Cb)は電界印加時の図を示す。 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
出射光角度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。 101・・・・・・導波層 102・・・・・・グレーティングバッファ層105・
・・・・・液晶クラッド層 104・・・・・・グレーティング 105・・・・・・透明電極 106・・・・・・支持基板 107・・・・・・対向基板 108・・・・・・導波光 111・・・・・・外部電圧源 以上 出願人 セイコーエプソン株式会社 第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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、一方のクラッド層が液晶から成り、
    液晶に電界を印加するための電極を有することを特徴と
    する導波型グレーティング素子。
JP7823287A 1987-03-31 1987-03-31 導波型グレ−テイング素子 Pending JPS63244004A (ja)

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