JP2001264821A - 偏光制御装置 - Google Patents
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Abstract
答時間が10msのオーダーの範囲の偏光制御装置を提
供すること。 【解決手段】 レンズ系によって導かれた入射光は、受
光した光をほぼ平行な光線にするように働く。平行にさ
れた光は、液晶セル10内の液晶材料22を通過して導
かれ、フォーカシングレンズによって光ファイバにフォ
ーカシングされる。液晶セル10内の電極14および1
6に加えられる電圧は、液晶材料22を介して導かれる
電界を発生させ、液晶分子に電気的な双極子を誘導して
液晶材料22の配列を変化させる。すなわち、液晶材料
の配列の変化により、液晶材料22を通過する光の偏光
状態を変化させる。電極14および16間の電界は、液
晶分子の屈折率楕円の最初の配列に平行な小さなベクト
ル成分を備えており、電極14および電極16間の電界
が増加する際に、液晶分子に対する回転の向きが決定す
る。
Description
おける光の特性を制御する装置に係り、特に、光通信シ
ステムにおける光の偏光状態を制御する装置に関する。
な試験および測定機器とともに光ファイバ通信システム
に応用されている。光の偏光状態を制御する装置の大部
分は、光ファイバ又は他の光学部材を手動で回転させる
ことにより作動させられ、あるいは、固体デバイスにお
ける電極光学効果(electrode-optic effect)を用いて
作動させられる。一般に、それらの偏光制御装置は、任
意の偏光状態の入力を所望の偏光状態に出力に変換でき
るものである。しかし、機械式の偏光制御装置の応答時
間は、1000msのオーダーと遅く、サイズが大きく
(一般に数10cm3)、光学部材に必要とされる動作
を供給するモータを駆動させるために100mV以上の
電力を消費する。
液晶ベースの偏光コントローラを用いることである。こ
のようなコントローラは、任意の偏光状態の入力から限
定された範囲の偏光状態の出力への変換を可能にする。
例えば、このような偏光制御装置の一つが、コロラド
州,フレデリックのメドウラーク・コーポレイション
(Meadowlark Corporation, Frederick, Colorado)に
よって製造されており、偏光制御装置を形成するために
可変リターダンスを備えた固定された配列において一連
の液晶波長板を用いるものである。このメドウラーク社
製の装置は、液晶デバイスの境界面に直交する変調電界
を用いる。
ラーク型の装置には、任意の偏光状態の入力を所望の偏
光状態の出力に変換することができないという問題があ
る。さらに、このタイプの装置は、長い応答時間を必要
とする上に、比較的大きな電力を消費してしまう。
されたものであり、従来の偏光制御装置における電力消
費を大きく減少させ得るとともに、応答時間を10ms
のオーダーの範囲にすることを目的とする。
一つの実施例において、偏光制御装置は、光学的異方性
を備えるとともにニュートラルな電界状態においてほぼ
ホメオトロピック配列である分子を備えた液晶材料を含
む液晶デバイスと、ニュートラルな電界状態における前
記液晶材料の配列からそれらの分子の配向を変化させる
ために電界をかける複数の電極と、前記電極に電圧を加
えるための回路と、前記液晶材料を通過して光を導くた
めの光学系とを有している。
イスが、2枚の平行な整列板を備え、その間に液晶材料
を配置しており、および、電極が、導かれる光の一方の
側において整列板の一方に隣接して配置される少なくと
も一方の電極と、導かれる光の他方の側において整列板
の他方に隣接して配置される少なくとも他方の電極とを
備え、整列板にほぼ平行な電界を発生させるように励起
されるが、前記整列板に直交する電界成分を備えている
ようにされる。
光検出器が、液晶材料を透過する光を受光するとともに
液晶材料から受けた光の偏光に基づいた信号を生成する
ように配置されるように設けられ、そして、偏光に基づ
いた信号を受信し、制御信号を生成し、電極に電圧を加
えるための回路に該制御信号を供給して前記電極の電圧
特性を制御するフィードバック回路が設けられている。
状態にあるときにホメオトロピックに配列された分子を
備えた液晶材料を含む液晶デバイスを設けるステップ
と、前記液晶デバイスに電界を発生させるステップと、
前記液晶材料を介して光を導くステップとを備える偏光
を制御するための偏光制御方法である。
た偏光制御装置に関するものである。本発明の制御装置
は、低電力消費で、実質上任意の偏光状態の入力を実質
上任意の偏光状態の出力に変換することができるもので
ある。好適には、応答時間は10msの範囲であり、電
力消費は1mW以下である。さらに、本発明の実施形態
の大きさ及びコストは、その他の解決方法のそれに比し
て非常に小さく、コストが低い。
係る液晶セル10を示す構成図である。同図において、
開示されている実施形態は、カバーガラス11および1
2と、線および回路17によって適切な電圧で接続され
ている電極14および16と、整列層18および20
と、液晶材料22とを備えて構成されている。好適に
は、カバーガラス11および12は、装置の均一なセル
ギャップ(cell gap)を提供するように平行である。所
定のギャップにおいて、加えられる電界により液晶の異
方性の配列を制御する。カバーガラス11および12間
のギャップは、充分な量の位相シフトを生じるように充
分に厚くなければならない。例えば、このギャップは、
1〜10ミクロンの範囲である。しかしながら、好まし
い厚さ/ギャップは、液晶に用いられている液晶材料2
2の光学異方性に基づいて決定する。液晶材料22は、
単軸複屈折性(uniaxially birefringent)であること
が好ましい。液晶材料22の屈折率は、楕円体(ellips
oid)として説明される。液晶材料22は、カバーガラ
ス境界に対して当初は直交している液晶配列の同様な整
列を可能にする液晶位相を備えたネマチック位相液晶材
料およびその他の液晶を含む種々の材料によって構成す
ることができる。正の誘電体異方性(positive dielect
ric anisotropy)を提供するこのような液晶材料は、M
erck ZLI−4792およびMLC13300−
000という製造名で、ニュージャージー州,ホワイト
ハウス・ステーションのメルク(Merck, Whitehouse St
ation, NewJersey)によって製造されている。
を備えた適切な材料によりガラスカバー11および12
上の選択された領域をコーティングすることによって形
成される。図面にはコーティングが示されていないが、
説明を容易にするために、電極を分離した部材として示
していることに注意すべきである。なお、ガラスカバー
板11および12の表面に形成されている電極14およ
び16は、以下で説明される方向に液晶材料22を通過
するように電界を加える。
び20の間の液晶分子を特定の方向に整列させるように
誘導する。整列層は、電界が加えられていないときに、
液晶材料22における楕円の長軸の配列がガラスカバー
板11および12に対して直交するように選択されてい
る。整列層18および20を実現するために用いられる
材料は、用いられる液晶材料22に依存して決定する。
上述したように、整列層18および20は特定の方向へ
の整列を行うために表面に接触する液晶分子を優先的
(preferentially)に付勢する。本発明においては、こ
の特定の方向は、液晶分子の長軸が整列層18および2
0の面にほぼ直交するようなホメオトロピック配列であ
る。例えば、これに限定されるものではないが、それら
の整列層18および20に適した材料は、デュポン,イ
ーエム,ニッサンケミカル(DuPont、EM、Nissan Chemi
cal)等の多くの企業から入手可能なポリイミドとする
ことができる。このような材料の特定のサンプルは、テ
キサス州,ヒューストンのニッサンケミカル・アメリカ
・コーポレーション(Nissan Chemical America Corpor
ation)から入手可能なSE7511LおよびSE25
11Lである。好適には、整列層は、カバーガラス11
および12並びに電極14および16に付着(deposi
t)させることができる。本発明にとって好ましい基本
的なホメオトロピック配列は、液晶材料22とカバーガ
ラスに付着したポリイミド整列層18および20の分子
との間の相互作用により実現される。光は、矢印24の
方向に液晶材料22を通過するように導かれる。
御装置を示す概略図である。入射光は、レンズ系32に
導かれる。この入射光は、種々の伝播媒体を経由してレ
ンズ系に導かれる。例えば、これに限定されるものでは
ないが、入射光は、光ファイバ30を介して導くことが
できる。図1(a)に示す実施形態において、レンズ系
32はコリメーティングレンズ32であって、受光した
光をほぼ平行な光線34にするように働く。平行にされ
た光34は、液晶セル10内の液晶材料22を通過して
導かれ、フォーカシングレンズ36によって光ファイバ
38にフォーカシングされる。液晶セル10内の電極1
4および16に加えられる電圧は、液晶材料22を介し
て導かれる電界(図2(b)に示されている)を発生さ
せ、液晶分子に電気的な双極子を誘導して液晶材料22
の配列を変化させる。言い換えれば、液晶材料の配列に
おけるこの変化は、液晶材料22を通過する光の偏光状
態を変化させることになる。好適には、液晶材料22
は、液晶材料の配列を迅速に変化できる液晶セル10に
用いられる。液晶材料の配列の滑らかで迅速な変化が、
液晶材料の加熱によって達成されることに注目すべきで
ある。しかし、要求される温度変化は選択された液晶材
料に依存するものであり、最も高い温度でもネマチック
等方性位相転移には及ばないことに注目すべきである。
ネマチック位相は、液相と固相との間の液***相の一つ
であり、材料の選択に依存する。
料22の配列が変化を開始する前に、しきい値電圧を電
極14および16に加える必要があることを忘れてはな
らない。一般的に、電極14および16に加えられる電
界が大きくなればなるほど、得られる配列の変化が大き
くなる。用語「ニュートラルな電界状態」は、液晶分子
のホメオトロピック配列を実現するために必要な場を意
味している。ほとんどの場合、このニュートラルな電界
状態は、0ボルトの電界である。
を加えられ、それにより液晶材料22に電界を加えられ
た液晶セル10を示す構成断面図である。この電界は、
液晶分子の屈折率楕円(the refractive index ellips
e)の最初の配列(最初の配列は、カバーガラス11お
よび12の面にほぼ直交する)に平行な小さなベクトル
成分を備えており、電極14および電極16間の電界が
増加する際に、液晶分子に対する回転の向きが決定す
る。本発明は、特定のタイプの電圧に限定されるもので
はなく、従って、直流電圧および交流電圧の両方が加え
ることができるが、AC電圧またはその他の対称波形を
持つ電圧が加えて、電荷が液晶材料22内で移動するこ
とがないようにすることが好ましい。加えられる電界が
液晶分子の屈折率楕円の最初の配列に平行で小さなベク
トル成分を備えていない場合に、次にAC電圧が与えら
れたときに液晶分子の回転の好ましい方向が存在しない
ので、ドメイン境界が材料22に設定されて偏光制御の
性能に劣化が生じることに注意すべきである。液晶分子
の屈折率楕円の最初の配列に平行な電界成分を提供する
ために、少なくとも一対の電極を有する電極構造が用い
られ、該電極構造は、カバーガラス11の表面に配置さ
れた一対の電極における一方の電極14と、カバーガラ
ス11上の電極14の位置に対してカバーガラス12の
他端の位置においてカバーガラス12の表面に配置され
た一対の電極における他方の電極16とを備えており、
電極14および16は、図2(a)および図2(b)に
示すように液晶材料22を通過して伝播される光線24
の両側にまたがって存在する。この非対称性は、整列層
あるいは整列板18および20の表面に直交する電界の
小さな成分を与える。電極14および16によって発生
した電界の方向とx軸との間の角度Φは、図2(b)に
示すように、説明の目的もあって非常に誇張されてい
る。最も好ましい構成において、y方向における液晶セ
ル10の大きさは、カバーガラス11および12間のx
方向の大きさよりも遥かに大きく、液晶分子屈折率楕円
の最初のほぼ平行な(x軸に平行な)配列に対して平行
な電界の成分は、この最初の配列に直交する電界成分に
対して小さい。
を通過する光線24の光路が重なり合うことを回避する
形状であることが好ましいことに注目すべきである。適
切な形状を備えた電極14および16は、光学的な損失
および反射を最小限にする。電極14および16の配置
および形状は、与えられた領域における電界の均一性を
制御する。従って、様々な異なる電極対の配置および形
状は、この電界の均一性の必要なレベルを実現させるた
めに使用できることになる。例えば、必要な電界の均一
性は、液晶材料の特定の領域について0.1%である。
液晶材料22を通過する光を導くために用いられる光学
系32は、ほぼ均一な電界の領域のみを通過する光を導
くように最適化されていればよい。
RMS値にのみ応答するのに十分な高さの周波数により
液晶セル10を駆動するように加えられる。AC電圧に
対する好ましい周波数範囲は、1kHz−10kHzで
ある。しかし、AC電圧に対する実際の周波数は、選択
された液晶材料に対応して定められる。
示す構成図である。この実施例において、電圧V1およ
びV2がスポーク状の電極14aおよび電極14bに加
えられ、それらの電極はカバーガラス11に対して直交
して配置されている。同様に、電圧−V1および−V2
がスポーク状の電極16aおよび16bにそれぞれ加え
られ、それらの電極はカバーガラス12に対して直交し
て配置されており、電極14aおよび電極14bに対し
てそれぞれ電極対の他方端を形成している。このような
電極の構成は、液晶分子における最初の屈折率楕円に関
して傾斜した電界を生じさせる。この液晶分子の方向
は、電界によって変化させられる。好適には、液晶材料
22は電界のRMS値に対応しているので、電圧振幅の
比V2/V1は、液晶分子の方位配列(azimuthal orie
ntation)を決定し、これに対して、絶対電圧値は、液
晶分子の最初の直交配列からの傾きを決定する。液晶分
子の複屈折および液晶セル10に対するセルギャップと
ともに傾きの角度は、セルを通過する光線34において
強制される位相のずれを決定する。
液晶デバイスを通過する位置における電界の均一性を増
加させるために、図示されている数よりも増やすことが
できる。図3には、説明の便宜上、14a−14bおよ
び16a−16bの2組の電極対のみが示されている。
とができる本発明による光学的な複屈折材料は、やは
り、0°〜180°の間の位相ずれを生じさせることが
でき、任意の偏光状態の入力を所望の偏光状態の出力に
変換する。
御装置に用いられるレンズ系のその他の実施可能な実施
例を示す構成図である。このレンズ系は、光線が液晶材
料22を通過して導かれる際に光線の形状を制御して、
電界の領域の均一性に適合させる。図1(b)におい
て、2個のレンズの代わりに単一レンズ40のみを用い
て、光ファイバ30から放射された光を第2の光ファイ
バ38にフォーカシングし、その際、液晶セル10は、
レンズ40と光ファイバ38との間の光路内に、そして
レンズ40よりも光ファイバ38に接近して配置されて
いる。レンズ40によって液晶セル10上に導かれる光
線の領域は、液晶セルの配置に対応して図1(a)に示
される平行化された光線による領域よりも小さくなるよ
うに制御される。
セル10上の非常に小さな領域に光線をフォーカシング
するために液晶セル10に対して使用される。この構成
において、光はフォーカシングレンズ50によって液晶
セル10の非常に小さな領域にフォーカシングされ、液
晶セル10を通過した光は、レンズ52により受光され
て光ファイバ38にフォーカシングされる。図1(b)
および図(c)に示されている構成は、均一な電界を小
さな領域に発生させなければならないために、より小さ
な液晶セルおよび/またはより簡単な電極構造を可能に
するために好都合である。
成図である。この実施例において、偏光制御は、液晶材
料62を充填された中空の光ファイバ60を用いるとと
もに電界を加えるように配置された複数の電極を用いる
ことにより行われる。図5、図6および図7は、4対の
電極の使用を示している。第1の電極対64a−64b
は、第1の方向80に電界を発生させ、これは、図6に
おいて電極64a−64b間の電界線によって示されて
いる。図示されているものに直交する電界は、図7に示
すように電極68aと電極68bとの間に加えられる。
第2の電極対70aおよび70bは、方向80に対して
別の方向に電界を発生させるように適宜設置される。さ
らに、電極対66aおよび66bは、電極対68aおよ
び68bによって加えられる電界とは異なる方向に電界
を発生させるように配置されている。
は、光ファイバ60の方向に平行するように整列させら
れている。電圧は、光ファイバの方向に直交する基本的
なベクトル成分と、前述したような理由で光ファイバの
方向に平行な小さなベクトル成分とを持つ電界を発生さ
せるように電極に印加される。この光ファイバベースの
偏光制御装置の動作は、前述した動作と同じである。こ
のような光ファイバ偏光制御構造の利点は、システムの
小型化および省部品化である。
ステムを示すブロック図である。説明を簡略化するため
に、本発明の特徴と直接関係しない構成要素については
省略している。図示されている構成要素は、液晶セル1
0、偏光状態検出器90およびフィードバックドライバ
制御回路96である。動作に際して、第1の偏光状態で
ある光92は、前述したように液晶セル10の電極対を
横切って必要な電界を作用させる適当な電気的なドライ
バを含む液晶セル10を備える偏光制御モジュールに入
射する。偏光制御システムは、光92の偏光状態を第2
の偏光状態94に変換する。この光94は、偏光状態検
出器90により検出され、この偏光状態検出器90は、
電極に加えられる電圧を制御するための制御信号を生成
させるために、フィードバックドライバ制御回路96に
該検出された偏光状態を示す電気的なフィードバック信
号を供給する。なお、偏光状態検出器90は、種々の異
なる構成を備えることができる。例えば、偏光状態検出
器90は、光を実質上伝播するが、偏光状態を検出する
ために光の一部分を使用するためのビームスプリッタを
備えることができる。偏光状態検出器の一つのタイプ
は、カリフォルニア州,パロアルトにあるヒューレット
・パッカード社(Hewlett Packard)によって製造され
ている。1つの実施例において、この偏光状態検出器9
0は、第2の偏光状態を特徴付ける少なくとも3つの電
気信号(ストークスのパラメータに比例してベクトルを
定めている)を発生させる。第2の偏光状態におけるス
トークスのパラメータに比例する電気信号は、フィード
バックドライバ制御回路96に供給され、所望の偏光状
態を表わすベクトルとストークスのパラメータに比例す
る電気信号とが比較される。この比較によって生じた差
異は、液晶セル10における種々の電極対に対して印加
される電圧の比および大きさを制御するために用いら
れ、所望の偏光状態を実現する。
光状態の出力に変換可能なシステムの種々の実施例およ
び方法が示された。本発明のそれぞれの実施例によれ
ば、従来の装置における電力消費を大きく減少させ得る
とともに応答時間を10msのオーダーの範囲にするこ
とができる。
を備えた単一向き付け可能な波長板(orientable wavep
late)を用いて二つの任意の偏光状態間における変換を
可能にする1つの解決アルゴリズムを示す。完全な偏光
状態を、図9に示されるようなポアンカレ空間の表面上
の点によって特定することができる。ベクトルsは、物
理的な空間(zは光の伝播方向である)内の偏光ベクト
ルa=(ax,ayeiδ)の振幅および位相に関係する
ポアンカレ球における成分(si,sj,sk)を備えて
いる。その適切な関係は、 si=a2 x−a2 y sj=2axaycosδ sk=2axaysinδ である。
ルであり、axおよびayは、正の数である。偏光のx成
分およびy成分の相対的な位相は、位相δによって決定
され、aの全体的な位相は、システムの偏光状態を表現
するためには必要ではない。
y)面においてその遅軸(slow axis)を備えるととも
に前記遅軸に平行に偏光させられる光と前記遅軸に直交
に偏光させられる光との間の相対的な位相ずれΦを生じ
させる複屈折板が、i軸に関して2θの角度で配置され
た(i,j)面における軸回りにΦの回転によって、ポ
アンカレ球での偏光状態を変換する。これは、ポアンカ
レ球における偏光状態の変換の特に単純な例である。
態を他方の状態に変換する単一の複屈折板変換を得るこ
とができる。球のラチチュード(latitude)におけるい
かなる二つの点も、そのラチチュードが基準としている
極の回りに回転することによって変換可能である。その
ラチチュードは、極に直交する面の球の面との交差によ
って定められる。問題は、(i,j)面に位置するとと
もに接続されるべき二つの状態を示すポアンカレ球上の
二つの点を含むこの極に直交する面を備えている「極」
(すなわち、径方向のベクトル)にある。その半径の方
向は、適切な変換のために必要な複屈折板の遅軸の配置
を定め、および、二つの点(この半径によって定められ
る「極」を基準として)の経度方向(longitudinal)の
角度的な分離(angular separation)が必要な板の遅延
を定める。
る二つの偏光状態は、s1=(s1i,s1j,s1k)およ
びs2=(s2i,s2j,s2k)である。Δs=s1−s2
は、点(s1i,s1j,s1k)および(s2i,s2j,
s2k)を含むすべての表面に対して平行である。必要な
極に対応するベクトルは、p=(pi,pj,pk)であ
る。pが(i,j)面に位置しているという要求は、p
k=0を意味している。pがs1およびs2によって定め
られる点を含む面に直交すべきであるときは、やはりΔ
sに対して直交すべきである。この直交条件p・Δs=
0=pi(s2i−s1 i)+pj(s2j−s1j)が、θをx
軸に関して必要な複屈折板における遅軸の角度としたと
き、下記に示す数1を生じさせることにより解決され
る。
件を満たし、従って、潜在的なあいまいさがあることに
注意すべきである。選択の一つによって遅延角度0<Φ
<≦πを導けるが、この点においてどのような選択がさ
れるべきかを決めることはできない。従って、このあい
まいさは、pj>0を求めることによって一時的に解決
される。必要な遅延角度が>πのときは、極の方向の選
択は逆になる。さらに、pが正規化されることが必要で
ある。
(s1i,s1j,s1k)を通過するベクトルm1⊥pおよ
び(s2i,s2j,s2k)を通過するベクトルm2⊥pの
間に定められる。図10を検討すると、適切なベクトル
は、α=1、2としたとき、mα=sα−(sα・p)
pであることが明らかである。
=m1m2cosΦ12である(数2として、以下にΦ12を
示す)。従って、s1をs2に変換するために必要な波長
板の位相ずれは、知られていない。
であったかどうかが決定される。これを行うために(s
1×s2)・pを考慮する。この量が>0であるときは、
正しい選択が行われ、<0のときは、回転方向は、−p
となるように選択されねばならない。ポアンカレ空間に
おけるこの配列の変更は、θ+π/2の角度において波
長板の遅軸を配列することに対応する。
は、図示と説明のために行われたものである。本発明を
開示されたものに精緻に限定する意図はなく、従って、
修正や変更は、以上の説明に照らして容易に行ない得る
ものであり、本発明の実施から得られるものである。実
施例は、本発明の原理を説明するために選ばれて記述さ
れたものであり、当該技術に通常の知識を備えたもので
あれば、特定の意図のもとに種々の実施の形態において
および種々の修正を加えることによって本発明を利用す
ることは実務上の問題であろう。本発明の技術的な範囲
は、記述されている特許請求の範囲の記載により定めら
れるものである。
もにニュートラルな電界状態でほぼホメオトロピック配
列である分子を備えた液晶材料を含む液晶デバイスと、
ニュートラルな電界状態における前記液晶材料の配列か
らそれらの分子の配向を変化させるために電界を加える
電極と、前記電極に電圧を印加するための回路と、前記
液晶材料を通過して光を導く光学系と、を備える偏光制
御装置。
合うことをほとんど回避するような形状にされていると
ともに前記導かれる光の両側に配置されている少なくと
も一対の電極を備える上記1に記載の偏光制御装置。
配置されている少なくとも一対のスポーク電極を備える
上記1に記載の偏光制御装置。
させる整列板を備え、前記整列板にほぼ平行な前記電極
が電界を発生させるが、前記整列板に直交する電界成分
を備える上記1に記載の偏光制御装置。
バイスを配置した2枚の平行な整列板を備え、前記電極
が、前記導かれる光の一方の側において前記整列板の一
方に隣接して配置される少なくとも一方の電極と、前記
導かれる光の他方の側において前記整列板の他方に隣接
して配置される少なくとも他方の電極とを有し、前記整
列板にほぼ平行な電界を発生するが、前記整列板に直交
する電界成分を備える上記1に記載の偏光制御装置。
れらの電極対が、前記導かれる光の両側の周囲および両
側に異なる配列で配置されている上記5に記載の偏光制
御装置。
1に記載の偏光制御装置。
における前記液晶材料の前記ホメオトロピックに配列さ
れた分子のホメオトロピック配列に平行にするように前
記電界のベクトル成分を生じさせるように配置されてい
る上記1に記載の偏光制御装置。
が、前記液晶材料が前記電圧のRMS値のみに応答する
ような周波数で前記電極に電圧を加える上記1に記載の
偏光制御装置。
光ファイバから前記液晶材料に光を導くレンズと、を備
える上記1に記載の偏光制御装置。
の光を平行光に形成するように設計され、平行にされた
光を前記液晶材料に導く上記10に記載の偏光制御装
置。
前記液晶材料に光をフォーカシングするように設計され
ている上記10に記載の偏光制御装置。
定の領域に前記光をフォーカシングするように設計され
ている上記10に記載の偏光制御装置。
前記液晶材料から受けた前記光の偏光に依存したベクト
ル信号を発生させるように配置されている偏光検出器
と、前記ベクトル信号を受信し、制御信号を生成し、前
記電極に電圧を加える前記回路に前記制御信号を供給し
て、これに従って前記電極の電圧特性を制御するように
したフィードバック回路と、をさらに設ける上記1に記
載の偏光制御装置。
を備え、前記フィードバック回路が、前記対の電極に加
えられる電圧の割合を制御する上記14に記載の偏光制
御装置。
せず、または、前記光を前記液晶材料上にフォーカシン
グしない上記10に記載の偏光制御装置。
ファイバを備え、前記液晶材料が、前記中空コアの光フ
ァイバの中空内部に配置されている上記1に記載の偏光
制御装置。
イバの両側に配置された前記対の電極内に配置されてい
る上記17に記載の偏光制御装置。
らに設ける上記1に記載の偏光制御装置。
オトロピックに配列された分子を有する液晶材料を備え
る液晶デバイスを設けるステップと、前記液晶デバイス
に電界を発生させるステップと、前記液晶材料を通過し
て光を導くステップと、を備える偏光を制御するための
偏光制御方法。
前記液晶デバイス内の整列板にほぼ平行な電界を発生さ
せるが、前記整列板に直交する電界成分を有する上記2
0に記載の偏光制御方法。
によれば、従来の偏光制御装置における電力消費を大き
く減少させ得るとともに、応答時間を10msのオーダ
ーの範囲にすることができる。
であり、(b)は、液晶デバイスに関連するレンズの異
なる構成を示す構成図であり、(c)は、液晶デバイス
の一つの領域に光をフォーカシングするためのレンズを
備えた液晶デバイスを示す構成図である。
構成断面図である。(b)は、「オン」状態にある液晶
デバイスの構成断面図である。
の構造を示す構成図である。
面における偏光制御システムを示す構成図である。
の構成を示す側面図である。
の構成を示す側面図である。
におけるその他の場面の構成図である。
構成図である。
Claims (1)
- 【請求項1】偏光制御装置において、光学的異方性を備
えるとともにニュートラルな電界状態でほぼホメオトロ
ピック配列である分子を備えた液晶材料を含む液晶デバ
イスと、ニュートラルな電界状態における前記液晶材料
の配列からそれらの分子の配向を変化させるために電界
を加える電極と、前記電極に電圧を印加するための回路
と、前記液晶材料を通過して光を導く光学系と、を備え
ることを特徴とする偏光制御装置。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005024678A (ja) * | 2003-06-30 | 2005-01-27 | Asahi Glass Co Ltd | 偏波制御素子 |
JP2005189529A (ja) * | 2003-12-25 | 2005-07-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 偏波制御素子およびその駆動方法 |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030214713A1 (en) * | 2001-12-21 | 2003-11-20 | Edward Collett | Method and device to calculate and display the transformation of optical polarization states |
FR2841003B1 (fr) * | 2002-06-14 | 2004-09-24 | Thales Sa | Systeme de controle de polarisation sans butee dans une liaison optique |
US7974510B2 (en) * | 2003-05-29 | 2011-07-05 | Agilent Technologies, Inc. | Optical waveguide having a core with a polarization-independent, spatially reconfigurable refractive index |
CN100389340C (zh) * | 2006-04-14 | 2008-05-21 | 北京高光科技有限公司 | 可定量调节光偏振态的装置及其方法 |
US10684489B2 (en) * | 2009-06-23 | 2020-06-16 | Seereal Technologies S.A. | Light modulation device for a display for representing two- and/or three-dimensional image content |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB8621438D0 (en) * | 1986-09-05 | 1986-10-15 | Secr Defence | Electro-optic device |
GB8703795D0 (en) * | 1987-02-18 | 1987-03-25 | Gen Electric Co Plc | Polarisation controller |
US5111321A (en) * | 1990-10-16 | 1992-05-05 | Bell Communications Research, Inc. | Dual-polarization liquid-crystal etalon filter |
GB2255193B (en) | 1991-04-24 | 1994-10-12 | Marconi Gec Ltd | Optical device |
US5361320A (en) * | 1993-02-19 | 1994-11-01 | University Of Colorado Foundation | Liquid crystal fiber waveguide |
US5532854A (en) * | 1994-01-25 | 1996-07-02 | Fergason; James L. | Folded variable birefringerence zeroth order hybrid aligned liquid crystal apparatus |
US5859728A (en) | 1994-10-24 | 1999-01-12 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method and apparatus for improved spatial light modulation |
US6154591A (en) * | 1998-04-20 | 2000-11-28 | British Telecommunications Public Limited Company | Tunable optical device |
JP4364332B2 (ja) * | 1998-06-23 | 2009-11-18 | シャープ株式会社 | 液晶表示装置 |
US6404537B1 (en) * | 2000-03-06 | 2002-06-11 | Corning Applied Technologies Corporation | Polarization transformer |
US6373614B1 (en) * | 2000-08-31 | 2002-04-16 | Cambridge Research Instrumentation Inc. | High performance polarization controller and polarization sensor |
-
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-
2001
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005024678A (ja) * | 2003-06-30 | 2005-01-27 | Asahi Glass Co Ltd | 偏波制御素子 |
JP2005189529A (ja) * | 2003-12-25 | 2005-07-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 偏波制御素子およびその駆動方法 |
Also Published As
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