JPS6141120A - 光スイツチ - Google Patents
光スイツチInfo
- Publication number
- JPS6141120A JPS6141120A JP16339784A JP16339784A JPS6141120A JP S6141120 A JPS6141120 A JP S6141120A JP 16339784 A JP16339784 A JP 16339784A JP 16339784 A JP16339784 A JP 16339784A JP S6141120 A JPS6141120 A JP S6141120A
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- JP
- Japan
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- liquid crystal
- polarized light
- cell
- light
- crystal cell
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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】
〔発明の技術分野〕
この発明は、能動媒体として液晶セルを用い、この液晶
セルに外部よシミ圧を印加することによ)、1本又は2
本の光ファイバを伝送する光を他の2本の光ファイバの
いずれかに切シ替えることができる光スイッチに関する
ものである。
セルに外部よシミ圧を印加することによ)、1本又は2
本の光ファイバを伝送する光を他の2本の光ファイバの
いずれかに切シ替えることができる光スイッチに関する
ものである。
従来この種の光スイッチとしては、第1図(5)及び(
ロ)に示すものがあった。第1図(ト)及びCB)は、
それぞれ従来の光スイッチにおける2つの切シ替え状態
を示す構成図である。各図において、1は液晶セル、2
及び3は偏光ビームスプリッタと直角プリズムとを組み
合わせた第1及び第2の偏光プリズム、4,5及び6,
7Fi人、出力用の館1及び第2の集束性ロッドレンズ
、8,9,10.11杜人、出力用の光ファイバである
。
ロ)に示すものがあった。第1図(ト)及びCB)は、
それぞれ従来の光スイッチにおける2つの切シ替え状態
を示す構成図である。各図において、1は液晶セル、2
及び3は偏光ビームスプリッタと直角プリズムとを組み
合わせた第1及び第2の偏光プリズム、4,5及び6,
7Fi人、出力用の館1及び第2の集束性ロッドレンズ
、8,9,10.11杜人、出力用の光ファイバである
。
一般に、液晶は、液晶分子の長軸に平行な方向の誘電率
を6□1、垂直な方向の誘電率をε上とする時、ノε=
ε0、−1↓ が正又は負のいずれかに分類され、前者
をP形液晶、後者をN形液晶とそれぞれ呼んでいる。
を6□1、垂直な方向の誘電率をε上とする時、ノε=
ε0、−1↓ が正又は負のいずれかに分類され、前者
をP形液晶、後者をN形液晶とそれぞれ呼んでいる。
上記液晶セル1は、第2図(5)及び(ロ)に示す様に
InzOs 8n03膜などの透明電極12を蒸着した
ガラス基板13間に、高分子化合物などの材料を用いた
スペーサ14を挿入し、このスペーサ14によって形成
される間隔内にP形ネマテック液晶分子15を封入した
ものである。第2図(5)に示す様に、液晶セル1に電
圧が印加されていない状態においては、この液晶セル1
は、8i0xの簀め蒸着や綿布によるラビングによ如、
上記P形ネマテック液晶分子15の長11IILQ配向
方向が2つのガラス基板13間においてπ/2ねじれる
様に設定した、いわゆるツィステッド・ネマテックセル
(TNセル>を構成するものとなる。また、第2図(ロ
)に示す様に、液晶セル1の透明電極12間に電圧を印
加した状態においては、P形液晶であるためにP形ネマ
テック液晶分子15の長軸は電界方向に配向する。
InzOs 8n03膜などの透明電極12を蒸着した
ガラス基板13間に、高分子化合物などの材料を用いた
スペーサ14を挿入し、このスペーサ14によって形成
される間隔内にP形ネマテック液晶分子15を封入した
ものである。第2図(5)に示す様に、液晶セル1に電
圧が印加されていない状態においては、この液晶セル1
は、8i0xの簀め蒸着や綿布によるラビングによ如、
上記P形ネマテック液晶分子15の長11IILQ配向
方向が2つのガラス基板13間においてπ/2ねじれる
様に設定した、いわゆるツィステッド・ネマテックセル
(TNセル>を構成するものとなる。また、第2図(ロ
)に示す様に、液晶セル1の透明電極12間に電圧を印
加した状態においては、P形液晶であるためにP形ネマ
テック液晶分子15の長軸は電界方向に配向する。
さて、上記第1回内及び(ハ)に示す様に、光ファイバ
8よJ) 0.25ピツチの長さを持つ第1の集束性ロ
ッドレンズ4に光を入射させて平行光に変換し、この平
行光を、第1の偏光プリズム2でP偏光成分(第1の偏
光プリズム2の入射面に平行な直線偏光成分)の光16
及びS偏光成分(第1の偏光プリズム20入射面に垂直
な直線偏光成分)の光17に分離し、この内、S偏光成
分の光17を直角プリズムで全反射させ、各々を液晶セ
ル1に垂直に入射させる。第1図に示す様に液晶セル1
に電圧を印加しない状態では、第2回内に示す様に、P
形ネマテック液晶分子15の長軸がガラス基板13間で
π/2ねじれているため、直線偏光の光が液晶−1−ル
1を通過すると、この直線偏光の偏光面がπ/2回転し
て、P偏光成分の光16はS偏光成分の光17に、また
、8偏光成分の光174−1F偏光成分の光16に変換
される。この様にして、偏光方向が変換された光を再び
第2の偏光プリズム3に入射させると、P偏光成分の光
16は透過し、S偏光成分の光17は反射するので、2
つの各P、S偏光成分の光16,17は合成さ、れて第
2の集束性ロッドレンズ6に入射し、光ファイバ10に
集光されて出力される。
8よJ) 0.25ピツチの長さを持つ第1の集束性ロ
ッドレンズ4に光を入射させて平行光に変換し、この平
行光を、第1の偏光プリズム2でP偏光成分(第1の偏
光プリズム2の入射面に平行な直線偏光成分)の光16
及びS偏光成分(第1の偏光プリズム20入射面に垂直
な直線偏光成分)の光17に分離し、この内、S偏光成
分の光17を直角プリズムで全反射させ、各々を液晶セ
ル1に垂直に入射させる。第1図に示す様に液晶セル1
に電圧を印加しない状態では、第2回内に示す様に、P
形ネマテック液晶分子15の長軸がガラス基板13間で
π/2ねじれているため、直線偏光の光が液晶−1−ル
1を通過すると、この直線偏光の偏光面がπ/2回転し
て、P偏光成分の光16はS偏光成分の光17に、また
、8偏光成分の光174−1F偏光成分の光16に変換
される。この様にして、偏光方向が変換された光を再び
第2の偏光プリズム3に入射させると、P偏光成分の光
16は透過し、S偏光成分の光17は反射するので、2
つの各P、S偏光成分の光16,17は合成さ、れて第
2の集束性ロッドレンズ6に入射し、光ファイバ10に
集光されて出力される。
一方、第1図(ロ)に示す様に液晶セル1に電圧を印加
した状態では、上記第1図(5)で説明したと同様に、
液晶セル1には各P、8偏光成分の光16゜17が垂直
に入射するが、第2図(ロ)に示す様に1P形ネマテッ
ク液晶分子15の長軸は光の進行方向と平行となル、直
線偏光の光拡そのまま通過する。このため、P偏光成分
の光16もS偏光成分の光17も共に変化せずに液晶セ
ル1を通過して第2の偏光プリズム3に入射するので、
2つの各P、8偏光成分の光16.17は合成されて第
2の集束性ロッドレンズ7に入射し、光ファイバ11に
集光されて出力される。
した状態では、上記第1図(5)で説明したと同様に、
液晶セル1には各P、8偏光成分の光16゜17が垂直
に入射するが、第2図(ロ)に示す様に1P形ネマテッ
ク液晶分子15の長軸は光の進行方向と平行となル、直
線偏光の光拡そのまま通過する。このため、P偏光成分
の光16もS偏光成分の光17も共に変化せずに液晶セ
ル1を通過して第2の偏光プリズム3に入射するので、
2つの各P、8偏光成分の光16.17は合成されて第
2の集束性ロッドレンズ7に入射し、光ファイバ11に
集光されて出力される。
以上述べた様に、光ファイバ8を伝搬する光は、液晶セ
ルIK印加する電圧をオフにすると光ファイバ10に、
また、オンにすると光ファイバ11にそれぞれ切シ替え
られる。なお、光ファイバ9を伝搬する光は、同様の動
作原理によ〕、液晶セル1に印加する電圧をオフにする
と光ファイバ11に、また、オンにすると光ファイバ1
0にそれぞれ切9替えられる。
ルIK印加する電圧をオフにすると光ファイバ10に、
また、オンにすると光ファイバ11にそれぞれ切シ替え
られる。なお、光ファイバ9を伝搬する光は、同様の動
作原理によ〕、液晶セル1に印加する電圧をオフにする
と光ファイバ11に、また、オンにすると光ファイバ1
0にそれぞれ切9替えられる。
ところで、上記した元スイッチの切シ替え時間は、液晶
セル1の応答時間によル規定される。一般に、液晶セル
1の応答時間tは下記の第(1)式によって与えられる
。
セル1の応答時間によル規定される。一般に、液晶セル
1の応答時間tは下記の第(1)式によって与えられる
。
ここで、ηは液晶の粘性、Kは液晶の弾性定数、kは波
数、Δε社液晶分子の長軸方向と短軸方向との比誘電率
差、goは真空中の誘電率、■は印加電圧、dは液晶セ
ル1の厚みである。上記したTNセルの構成で鉱、波数
には近似的にx/dと考えられるので、応答時間tQ立
ち上多時間1゜及び立ち下がり時間1(を、透過光強度
が定常値の10%から90%になるまでの時間及びその
逆の時間とすると、各tr、tfは各々下記の第(2)
式、第(3)式となる。
数、Δε社液晶分子の長軸方向と短軸方向との比誘電率
差、goは真空中の誘電率、■は印加電圧、dは液晶セ
ル1の厚みである。上記したTNセルの構成で鉱、波数
には近似的にx/dと考えられるので、応答時間tQ立
ち上多時間1゜及び立ち下がり時間1(を、透過光強度
が定常値の10%から90%になるまでの時間及びその
逆の時間とすると、各tr、tfは各々下記の第(2)
式、第(3)式となる。
6′ ・・・・・・・・・・(3)tf=
Kr” 第3図は、第2図(5)及び(ロ)の液晶セルの応答時
間と液晶セルの厚みとの関係を、印加電圧をパラメータ
として示した特性図である。第3図には、液晶セ/I/
1として、例えばメルク社JlIZLI−1557を用
いた場合に、室温T=20℃において、応答時間tの立
ち上夛時間tr及び立ち下がプ時間tlと液晶セル1の
厚みdとの関係を、印加電圧■をパラメータとして計算
した例が示されている。第3図及び上記第(2)式、第
(3)式から明らかな様に、光スイッチを高速に切り替
えるには、粘性が小さく、誘電異方性の大きい液晶材料
を用いると共に、液晶セル1の厚み金薄くすれば良い。
Kr” 第3図は、第2図(5)及び(ロ)の液晶セルの応答時
間と液晶セルの厚みとの関係を、印加電圧をパラメータ
として示した特性図である。第3図には、液晶セ/I/
1として、例えばメルク社JlIZLI−1557を用
いた場合に、室温T=20℃において、応答時間tの立
ち上夛時間tr及び立ち下がプ時間tlと液晶セル1の
厚みdとの関係を、印加電圧■をパラメータとして計算
した例が示されている。第3図及び上記第(2)式、第
(3)式から明らかな様に、光スイッチを高速に切り替
えるには、粘性が小さく、誘電異方性の大きい液晶材料
を用いると共に、液晶セル1の厚み金薄くすれば良い。
しかるに1液晶セ/I/1の厚みを余シ薄くするとツィ
ステッド・ネマテック効果が減少し、りpストークが増
大するので、このクロストークを一20dB以下になる
様に実現するためには、液晶セル1の厚みは6μm程度
が限界となる。第3図において、液晶セ、A/1の厚み
d=6μmの場合、印加電圧■を12V以上にすると、
応答時間tの立ち上シ時間1.をl m s以下Kまで
できるが、立ち下υ時間tl は印加電圧■に依存せ
ず一定であり9 m s程度である。この時、パルス応
答の立ち下シ部分には、液晶分子がπ/2ねじれて再配
向するために要する約10m5の遅れ時間tdが存在す
る。
ステッド・ネマテック効果が減少し、りpストークが増
大するので、このクロストークを一20dB以下になる
様に実現するためには、液晶セル1の厚みは6μm程度
が限界となる。第3図において、液晶セ、A/1の厚み
d=6μmの場合、印加電圧■を12V以上にすると、
応答時間tの立ち上シ時間1.をl m s以下Kまで
できるが、立ち下υ時間tl は印加電圧■に依存せ
ず一定であり9 m s程度である。この時、パルス応
答の立ち下シ部分には、液晶分子がπ/2ねじれて再配
向するために要する約10m5の遅れ時間tdが存在す
る。
したがって、全立ち下シ時間は’f + ’(1= 1
9m5となる。ところが、液晶の粘性ηは、第4図に示
す様に強い温度依存性を持ち、温度0℃では温度20℃
の場合に比べて、上記したメルク社製ZLI−1557
の液晶セ/L/1では、約2.7倍の粘性が高い。この
九め、温度θ℃では、立ち上り時間は2.7−@s、
、立ち下)時間は51m5と−ab、高速に光スイッチ
の切シ替えを実現することは難しいという欠点があった
。また、光スイッチのクロストークを一20dB以下に
低減するためには、液晶セ/I/1の厚みを6μm以上
にする必要があり、−例として液晶セル1の厚みを6μ
mから8μmにすると、応答時間は約1.8倍長くなシ
、この結果、クロストーク特性やスイッチング特性を同
時に改善して、光スイッチの性能の向上を図ることは困
難であるなどの欠点があった。
9m5となる。ところが、液晶の粘性ηは、第4図に示
す様に強い温度依存性を持ち、温度0℃では温度20℃
の場合に比べて、上記したメルク社製ZLI−1557
の液晶セ/L/1では、約2.7倍の粘性が高い。この
九め、温度θ℃では、立ち上り時間は2.7−@s、
、立ち下)時間は51m5と−ab、高速に光スイッチ
の切シ替えを実現することは難しいという欠点があった
。また、光スイッチのクロストークを一20dB以下に
低減するためには、液晶セ/I/1の厚みを6μm以上
にする必要があり、−例として液晶セル1の厚みを6μ
mから8μmにすると、応答時間は約1.8倍長くなシ
、この結果、クロストーク特性やスイッチング特性を同
時に改善して、光スイッチの性能の向上を図ることは困
難であるなどの欠点があった。
この発明は、上記の様な従来のものの欠点を改善する目
的でなされたもので、液晶セルに外部よ)電圧を印加す
ることにより、1本又は2本の光ファイバを伝送する光
を他の2本の光ファイバのいずれかに切り替えることが
できる光スイッチにおいて、液晶セルは、液晶を封入す
るガラス基板の両面に同一方向の斜め蒸着又はラビング
を施して、ネマテック液晶分子の長軸がガラス基板の両
面で逆チルト状態で所定のチルド角管成す様に配向させ
て構4.p 、液晶セルに垂直に直線偏光の光を入射さ
せる際に、ネマテック液晶分子の配向方向と直線偏光の
偏光面とがπ/4の傾きを!b−′)様に入射させ、液
晶セルの出射側でリターデーションπを発生させ、出射
する直線偏光の偏光面が入射させた直線偏光の偏光面に
対して直交する方向と危る様にすることにより、光スイ
ッチの切り替え速度の高速化とり日ストークの低減を同
時に実現できる光スイッチを提供するものである。
的でなされたもので、液晶セルに外部よ)電圧を印加す
ることにより、1本又は2本の光ファイバを伝送する光
を他の2本の光ファイバのいずれかに切り替えることが
できる光スイッチにおいて、液晶セルは、液晶を封入す
るガラス基板の両面に同一方向の斜め蒸着又はラビング
を施して、ネマテック液晶分子の長軸がガラス基板の両
面で逆チルト状態で所定のチルド角管成す様に配向させ
て構4.p 、液晶セルに垂直に直線偏光の光を入射さ
せる際に、ネマテック液晶分子の配向方向と直線偏光の
偏光面とがπ/4の傾きを!b−′)様に入射させ、液
晶セルの出射側でリターデーションπを発生させ、出射
する直線偏光の偏光面が入射させた直線偏光の偏光面に
対して直交する方向と危る様にすることにより、光スイ
ッチの切り替え速度の高速化とり日ストークの低減を同
時に実現できる光スイッチを提供するものである。
以下、この発明の実施例を図について説明する。
第5図はこの発明の光スイッチに用いるπセルの動作原
理図である。図に示す様に、2軸のz = Qからz=
dにわた)液晶分子15の長軸は、X軸に対し一様な方
向に配向されており、これ忙偏光方向がX軸方向に平行
な直線偏光の光18を2軸方向に入射する。この時、Q
(z(dにおいて、X軸及びy軸方向の電界成分をEx
、Eyと表わすと、下記の第(4)式の通シとなる。
理図である。図に示す様に、2軸のz = Qからz=
dにわた)液晶分子15の長軸は、X軸に対し一様な方
向に配向されており、これ忙偏光方向がX軸方向に平行
な直線偏光の光18を2軸方向に入射する。この時、Q
(z(dにおいて、X軸及びy軸方向の電界成分をEx
、Eyと表わすと、下記の第(4)式の通シとなる。
ただし、E@d電界強度、ωは光の角周波数、nsx
m n上 は各々液晶分子15の長軸及び短軸方向の屈
折率である。上記第(4)式を書き換えて一=π/4を
代入すると、 m=社り止コシ用 ・・・・・・・・・・(6)λ となシ、リターデーションδによ〕直線偏光の光18が
2軸方向に伝搬するにっれて、第5図に示す様に、偏光
状態が楕円9円、楕円、直線の各偏光に変化し、これに
よル直線偏光の方向も変わる。
m n上 は各々液晶分子15の長軸及び短軸方向の屈
折率である。上記第(4)式を書き換えて一=π/4を
代入すると、 m=社り止コシ用 ・・・・・・・・・・(6)λ となシ、リターデーションδによ〕直線偏光の光18が
2軸方向に伝搬するにっれて、第5図に示す様に、偏光
状態が楕円9円、楕円、直線の各偏光に変化し、これに
よル直線偏光の方向も変わる。
したがって、J千にとなる様に液晶分子15の長軸と短
軸方向の屈折率(n□、−nよ)及び液晶セル1の厚み
dを適当力値に設定すると、液晶セル1を透過する直線
偏光の光の偏光方向をπ/2回転させることがSきる。
軸方向の屈折率(n□、−nよ)及び液晶セル1の厚み
dを適当力値に設定すると、液晶セル1を透過する直線
偏光の光の偏光方向をπ/2回転させることがSきる。
上記した様に、リターデーション4を生じる液晶セル1
となるので、これをπセルと呼んでいる。
となるので、これをπセルと呼んでいる。
第6回内は、第5図のπセルにおける液晶分子の配向状
態を説明するための液晶セルの構成を示す断面図である
。図に示すに−kJyは、ガラス基板13に、対して数
置の所定のチルト角tとなる様に斜め蒸着又はラビング
処理を施し、上記ガラス基板130両面で逆チルト状態
になる様に液晶セルを構成したものである。これに対し
て比較のために、第6図(ロ)は、従来のTNセルにお
ける液晶分子の配向状態を説明するための液晶セルの構
成を示す断面図である。
態を説明するための液晶セルの構成を示す断面図である
。図に示すに−kJyは、ガラス基板13に、対して数
置の所定のチルト角tとなる様に斜め蒸着又はラビング
処理を施し、上記ガラス基板130両面で逆チルト状態
になる様に液晶セルを構成したものである。これに対し
て比較のために、第6図(ロ)は、従来のTNセルにお
ける液晶分子の配向状態を説明するための液晶セルの構
成を示す断面図である。
いま、第6図(5)及び(ハ)に示す様に、πセル及び
TNセルにそれぞれ電圧Vを印加すると、両セル共P形
ネマテック液晶を封入しているので、液晶分子15の長
、軸線、透明電極12の近傍から離れた領域では、第6
回内及び(ハ)に明示される様に電界方向に配向する・
この状態において電圧Vをオフにすると、両セルにおい
て、各第6図に)及び(ハ)に矢印で示す方向に復元力
が働く。第6図0に示すTNセルで社、ガラス基板13
0両面で液晶分子15とも反対方向の復元力が働くため
、復元力紘弱められてゆつく〕と電圧Vの印加以前の配
向状態にもどる。これに対し、第6回内に示す「セルで
は、全ての液晶分子15に同一方向の復元力が働くため
、高速に電圧Vの印加以前の配向状態にもどる。このた
め、この発明による光スイッチで紘、従来の光スイッチ
と比べて切シ替え時間が大幅に短縮できる。
TNセルにそれぞれ電圧Vを印加すると、両セル共P形
ネマテック液晶を封入しているので、液晶分子15の長
、軸線、透明電極12の近傍から離れた領域では、第6
回内及び(ハ)に明示される様に電界方向に配向する・
この状態において電圧Vをオフにすると、両セルにおい
て、各第6図に)及び(ハ)に矢印で示す方向に復元力
が働く。第6図0に示すTNセルで社、ガラス基板13
0両面で液晶分子15とも反対方向の復元力が働くため
、復元力紘弱められてゆつく〕と電圧Vの印加以前の配
向状態にもどる。これに対し、第6回内に示す「セルで
は、全ての液晶分子15に同一方向の復元力が働くため
、高速に電圧Vの印加以前の配向状態にもどる。このた
め、この発明による光スイッチで紘、従来の光スイッチ
と比べて切シ替え時間が大幅に短縮できる。
第7図は、第6図に)及び(ロ)のπセルとTNセルに
おける応答時間の比較を示す特性図である。第7図は、
−例として上記メルク社製ZLI−1557のネマテッ
ク液晶を用いた場合に、冨セλとTNセルの応答時間を
液晶セルの厚みdを変えて測定した特性図を示している
。図中、実線がπセルを、破線がTN−にルをそれぞれ
示している。例えば液晶セルの厚みdが6μmの場合、
応答時間tの立ち上シ時間1.は、πセルがTNセルに
比べて約172倍、また、立ち下シ時間Tfは、前述の
どと(TN″′:P!/において、液晶分子15をガラ
ス基板13の両画でπ/2ねじっていることによる遅れ
時間14が生じるため、TN−+cルでは立ち下シ時間
をt、 + t4で評価する必要があ〕、このことを考
慮すると、πセルはTNセルに比べて約1/10に短縮
でき、光スイッチの高速な切シ替えを実現できる。
おける応答時間の比較を示す特性図である。第7図は、
−例として上記メルク社製ZLI−1557のネマテッ
ク液晶を用いた場合に、冨セλとTNセルの応答時間を
液晶セルの厚みdを変えて測定した特性図を示している
。図中、実線がπセルを、破線がTN−にルをそれぞれ
示している。例えば液晶セルの厚みdが6μmの場合、
応答時間tの立ち上シ時間1.は、πセルがTNセルに
比べて約172倍、また、立ち下シ時間Tfは、前述の
どと(TN″′:P!/において、液晶分子15をガラ
ス基板13の両画でπ/2ねじっていることによる遅れ
時間14が生じるため、TN−+cルでは立ち下シ時間
をt、 + t4で評価する必要があ〕、このことを考
慮すると、πセルはTNセルに比べて約1/10に短縮
でき、光スイッチの高速な切シ替えを実現できる。
第8図は、第6園内のπセルにおける透過光強度と印加
電圧との関係を示す特性図である。第8図は、上記πセ
ルを偏光子と検光子の間に入れ、平行ニコル状態(実線
)と直交ニコル状態(一点鎖線)において、透過光強度
と印加電圧との関係を測定した特性図を示している。な
お、液晶セルの厚みdは6μm1駆動電圧の周波数fは
10kHzの場合である。図よシ明らかな様に、透過光
強度は印加電圧によ〕周期的に変化する。平行ニコル状
態では、透過光強度の最大値が、上記第5図において説
明したりタープ−ジョンδ= 2 mπ(m=Q、l、
3・欅・)の場合に、ま九、透過光強度の最小値が、リ
ターデーションJ=(2m+1)πの場合にそれぞれ和
尚する。上記透過光強度の最大値、最小値を与える電圧
をVL、V□とすると、各電圧vL、vHをスイッチン
グするととKより光スイッチを構成できる。この時、ク
ロストークは、各電圧vL、vHにおける平行ニコル状
態と直交ニコル状態での透過光強度の差に相当し、いず
れの場合にもフロストークを一20dB以下にできるこ
とを示している。
電圧との関係を示す特性図である。第8図は、上記πセ
ルを偏光子と検光子の間に入れ、平行ニコル状態(実線
)と直交ニコル状態(一点鎖線)において、透過光強度
と印加電圧との関係を測定した特性図を示している。な
お、液晶セルの厚みdは6μm1駆動電圧の周波数fは
10kHzの場合である。図よシ明らかな様に、透過光
強度は印加電圧によ〕周期的に変化する。平行ニコル状
態では、透過光強度の最大値が、上記第5図において説
明したりタープ−ジョンδ= 2 mπ(m=Q、l、
3・欅・)の場合に、ま九、透過光強度の最小値が、リ
ターデーションJ=(2m+1)πの場合にそれぞれ和
尚する。上記透過光強度の最大値、最小値を与える電圧
をVL、V□とすると、各電圧vL、vHをスイッチン
グするととKより光スイッチを構成できる。この時、ク
ロストークは、各電圧vL、vHにおける平行ニコル状
態と直交ニコル状態での透過光強度の差に相当し、いず
れの場合にもフロストークを一20dB以下にできるこ
とを示している。
#I9図^及び(ハ)は、それぞれこの発明の一実施例
である光スイッチの2つの状態を示す構成図である。各
図において、19はπセル、20は駆動回路である。そ
の他の各符号2〜11及び16゜17で示す各構成は、
上記第1図に示す従来の光スイッチで説明したものと同
じである。第9図内は、πセル19に駆動回路20よシ
ミ圧vL1周波数fの交流電圧を印加した状態を示し、
第9図(ハ)は、πセ/I/19に駆動回路20よシミ
圧V□、周波数fの交流電圧を印加した状態を示してい
る。
である光スイッチの2つの状態を示す構成図である。各
図において、19はπセル、20は駆動回路である。そ
の他の各符号2〜11及び16゜17で示す各構成は、
上記第1図に示す従来の光スイッチで説明したものと同
じである。第9図内は、πセル19に駆動回路20よシ
ミ圧vL1周波数fの交流電圧を印加した状態を示し、
第9図(ハ)は、πセ/I/19に駆動回路20よシミ
圧V□、周波数fの交流電圧を印加した状態を示してい
る。
この発明による光スイッチでは、第1及び第2の各偏向
プリズム2及び3t−πセル19を中心として左右対称
に1し、光ファイバ8から入力した光を第1の集束性ロ
ッドレンズ4で平行光に変換した後、第1の偏向プリズ
ム2でP偏光成分の光16と8偏光成分の光17とに分
離している。この様にして分離され九各々の直線偏光の
光は、第9図(5)に示すもの社、上記第8図の特性図
で説明した様にリターデーションδが2mπの状態に相
幽し、偏光方向が変化せずに透過するため、P偏光及び
S偏光共にπセル19をそのまま通過し、再び第2の偏
向プリズム3で合成されて第2の集束性ロンドレンズ6
に入力し、光ファイバ10に集光されて出力される。一
方、第9図(ハ)に示すものは、上記第8図の特性図で
説明した様にリターデーションaが(2m+1 )xの
状態に相当し、偏光方向はπセ/I/19の入射側と出
射側とでπ/2回転するため、P偏光が8偏光に、また
、S偏光がP偏光に変換される。その後、第2の偏光プ
リズム3で合成されて1III2の集束性ロッドレンズ
7に入力し、光ファイバ11に集光されて出力される。
プリズム2及び3t−πセル19を中心として左右対称
に1し、光ファイバ8から入力した光を第1の集束性ロ
ッドレンズ4で平行光に変換した後、第1の偏向プリズ
ム2でP偏光成分の光16と8偏光成分の光17とに分
離している。この様にして分離され九各々の直線偏光の
光は、第9図(5)に示すもの社、上記第8図の特性図
で説明した様にリターデーションδが2mπの状態に相
幽し、偏光方向が変化せずに透過するため、P偏光及び
S偏光共にπセル19をそのまま通過し、再び第2の偏
向プリズム3で合成されて第2の集束性ロンドレンズ6
に入力し、光ファイバ10に集光されて出力される。一
方、第9図(ハ)に示すものは、上記第8図の特性図で
説明した様にリターデーションaが(2m+1 )xの
状態に相当し、偏光方向はπセ/I/19の入射側と出
射側とでπ/2回転するため、P偏光が8偏光に、また
、S偏光がP偏光に変換される。その後、第2の偏光プ
リズム3で合成されて1III2の集束性ロッドレンズ
7に入力し、光ファイバ11に集光されて出力される。
なお、光ファイバ、9から光が入力した場合には、上記
したと同様な動作原理により、第9図内に示す状態では
光ファイバ11に、また、第9図CB)に示す状態では
光7アイパ10にそれぞれ出力される。ここで、駆動回
路20としては、消費電力を低くするため、例えばC−
MOSを用いて発振回路、ゲート回路、供給電圧安定化
回路等を構成し、入力されるオン・オフ制御信号により
規定の電圧vL及びvHの交流電圧を発生するものであ
る。
したと同様な動作原理により、第9図内に示す状態では
光ファイバ11に、また、第9図CB)に示す状態では
光7アイパ10にそれぞれ出力される。ここで、駆動回
路20としては、消費電力を低くするため、例えばC−
MOSを用いて発振回路、ゲート回路、供給電圧安定化
回路等を構成し、入力されるオン・オフ制御信号により
規定の電圧vL及びvHの交流電圧を発生するものであ
る。
第10図は、第9図(5)及び(ロ)の光スイッチにお
けるスイッチング特性を示す各部の波形図である。
けるスイッチング特性を示す各部の波形図である。
各図において、21は駆動回路200Å力電圧波形を、
22はπセル19の駆動電圧波形を、23゜24は、第
9図(5)及び(B)に示す様に、光ファイバ8から光
が入力して各党ファイバ10.11に出力した時の透過
光の波形をそれぞれ示したものであり、これにより、光
スイッチにおける高速な切シ替えを実現できることが分
かる。
22はπセル19の駆動電圧波形を、23゜24は、第
9図(5)及び(B)に示す様に、光ファイバ8から光
が入力して各党ファイバ10.11に出力した時の透過
光の波形をそれぞれ示したものであり、これにより、光
スイッチにおける高速な切シ替えを実現できることが分
かる。
なお、上記実施例では、2×2マトリツクス状の光スイ
ッチの場合について説明したが、この発明の光スイッチ
はこれに限定されることなく、1×2双投型光スイツチ
及びオン・オフ光スイッチ等の場合にも十分に適用でき
る仁とは云うまでもない。
ッチの場合について説明したが、この発明の光スイッチ
はこれに限定されることなく、1×2双投型光スイツチ
及びオン・オフ光スイッチ等の場合にも十分に適用でき
る仁とは云うまでもない。
この発明は以上説明した様に、液晶セルに外部より電圧
を印加することにより、1本又は2本の光ファイバを伝
送する光を他の2本の光ファイバのいずれかに切シ替え
ることができる光スイッチにおいて、液晶セルは、液晶
を封入するガラス基板の両面に同一方向の斜め蒸着又は
ラビングを施して、ネマテック液晶分子の長軸がガラス
基板の両面で逆チルト状態で所定のチルト角を成す様に
配向させて構成し、液晶セルに垂直に直線偏光の光を入
射させる際に、ネマテック液晶分子の配向方向と直線偏
光の偏光面とがπ/4の傾きをもつ様に入射させ、液晶
セルの出射側でリターデーションπを発生させ、出射す
る直線偏光の偏光面が入射させた直線偏光の偏光面に対
して直交する方向となる様にしたので、この種の従来の
光スイッチと比べて、液晶噸ルの厚みを増加させること
なく、印加電圧の制御のみによって、光スイッチの切シ
替え速度を高速化でき、かつり四ストークの低減を同時
に実現できるという優れた効果を奏するものである。
を印加することにより、1本又は2本の光ファイバを伝
送する光を他の2本の光ファイバのいずれかに切シ替え
ることができる光スイッチにおいて、液晶セルは、液晶
を封入するガラス基板の両面に同一方向の斜め蒸着又は
ラビングを施して、ネマテック液晶分子の長軸がガラス
基板の両面で逆チルト状態で所定のチルト角を成す様に
配向させて構成し、液晶セルに垂直に直線偏光の光を入
射させる際に、ネマテック液晶分子の配向方向と直線偏
光の偏光面とがπ/4の傾きをもつ様に入射させ、液晶
セルの出射側でリターデーションπを発生させ、出射す
る直線偏光の偏光面が入射させた直線偏光の偏光面に対
して直交する方向となる様にしたので、この種の従来の
光スイッチと比べて、液晶噸ルの厚みを増加させること
なく、印加電圧の制御のみによって、光スイッチの切シ
替え速度を高速化でき、かつり四ストークの低減を同時
に実現できるという優れた効果を奏するものである。
第1図(5)及び(ロ)は、それぞれ従来の光スイッチ
における2つの切り替え状態を示す構成図、第2図(5
)及び(ロ)は、それぞれ第1図(5)及び(ロ)の光
スイッチにおける液晶セルの構成を示す断面図、第3図
は、第2図(5)及び(ロ)の液晶セルの応答時間と液
晶セルの厚みとの関係を、印加電圧をパラメータとして
示した特性図、第4図は、第2図(5)及び但)の液晶
セルにおける液晶の粘性の温度依存性を示す特性図、第
5図はこの発明の光スイッチに用いるπセルの動作原理
図、第6図(5)は、第5図のπセルにおける液晶分子
の配向状態を説明するための液晶セルの構成を示す断面
図、第6図(B)は、従来のTNセルにおける液晶分子
の配向状態を説明するための液晶セルの構成を示す断面
図、第7図は、第6回向及び(ロ)のπセルとTNセル
における応答時間の比較を示す特性図、第8図は、第6
図(5)のπセルにおける透過光強度と印加電圧との関
係を示す特性図、第9図(5)及び(ハ)は、それぞれ
この発明の一実施例である光スイッチの2つの状態を示
す構成図、第10図は、第9回内及び(ロ)の光スイッ
チにおけるスイッチング特性を示す各部の波形図である
。 図において、1・・・液晶セル、2及び3・・・第1及
び第2の偏向プリズム、4,5及び6.7−・・・第1
及び第2の集束性ロッドレンズ% 819F10.11
・・・光ファイバ、12・・・透明電極、13・・・ガ
ラス基板、14e・・スペーサ、15・・・・P形ネマ
テック液晶分子、16・・・P偏光成分の光、17・・
・S偏光成分の光、18・・・直線偏光の光、19・・
・πセル、20・・・駆動回路である。 なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代理弛大岩増雄 (B) 第2図 (A) (B) 第 3 図 T = 20’C 表晶tルQ厚み dp机ン 第4図 温度T (’C) wJ5図 第6図 (A) (B) 第7図 T−20’C 液晶’C)l/1f)4J−1−d(P7FL)第8図 印1XJ電圧 ff) (B) 第 1012 轡罰 吟閘
における2つの切り替え状態を示す構成図、第2図(5
)及び(ロ)は、それぞれ第1図(5)及び(ロ)の光
スイッチにおける液晶セルの構成を示す断面図、第3図
は、第2図(5)及び(ロ)の液晶セルの応答時間と液
晶セルの厚みとの関係を、印加電圧をパラメータとして
示した特性図、第4図は、第2図(5)及び但)の液晶
セルにおける液晶の粘性の温度依存性を示す特性図、第
5図はこの発明の光スイッチに用いるπセルの動作原理
図、第6図(5)は、第5図のπセルにおける液晶分子
の配向状態を説明するための液晶セルの構成を示す断面
図、第6図(B)は、従来のTNセルにおける液晶分子
の配向状態を説明するための液晶セルの構成を示す断面
図、第7図は、第6回向及び(ロ)のπセルとTNセル
における応答時間の比較を示す特性図、第8図は、第6
図(5)のπセルにおける透過光強度と印加電圧との関
係を示す特性図、第9図(5)及び(ハ)は、それぞれ
この発明の一実施例である光スイッチの2つの状態を示
す構成図、第10図は、第9回内及び(ロ)の光スイッ
チにおけるスイッチング特性を示す各部の波形図である
。 図において、1・・・液晶セル、2及び3・・・第1及
び第2の偏向プリズム、4,5及び6.7−・・・第1
及び第2の集束性ロッドレンズ% 819F10.11
・・・光ファイバ、12・・・透明電極、13・・・ガ
ラス基板、14e・・スペーサ、15・・・・P形ネマ
テック液晶分子、16・・・P偏光成分の光、17・・
・S偏光成分の光、18・・・直線偏光の光、19・・
・πセル、20・・・駆動回路である。 なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代理弛大岩増雄 (B) 第2図 (A) (B) 第 3 図 T = 20’C 表晶tルQ厚み dp机ン 第4図 温度T (’C) wJ5図 第6図 (A) (B) 第7図 T−20’C 液晶’C)l/1f)4J−1−d(P7FL)第8図 印1XJ電圧 ff) (B) 第 1012 轡罰 吟閘
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 外部制御信号により1本又は2本の光ファイバより入力
した光を他の2本の光ファイバのいずれかに切り替える
光スイッチにおいて、前記1本又は2本の光ファイバの
出力端側に設けられ、この光ファイバより入力した光を
平行光に変換する第1の集束性ロッドレンズと、この第
1の集束性ロッドレンズにより変換された平行光をP偏
光とS偏光の各直線偏光に分離する第1の偏光プリズム
と、液晶を封入するガラス基板の両面に同一方向の斜め
蒸着又はラビングを施して、ネマテック液晶分子の長軸
が前記ガラス基板の両面で逆チルト状態で所定のチルト
角を成す様に配向させると共に、前記ネマテック液晶分
子の配向方向に対して前記直線偏光の偏光面がπ/4の
角度をもつて入射する様に配置し、かつ印加電圧によつ
て前記直線偏光の偏光面をπ/2回転させつつ透過させ
る液晶セルと、入力するオン・オフ制御信号により発生
する所定の電圧を前記液晶セルに供給する駆動回路と、
この液晶セルを透過した直線偏光の光を再び合成する第
2の偏光プリズムと、前記他の2本の光ファイバの入力
端側にそれぞれ設けられ、 前記第2の偏光プリズムで合成した光を前記他の2本の
光ファイバに集光させゐ第2の集束性ロッドレンズとを
備えたことを特徴とする光レンズ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16339784A JPS6141120A (ja) | 1984-08-02 | 1984-08-02 | 光スイツチ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16339784A JPS6141120A (ja) | 1984-08-02 | 1984-08-02 | 光スイツチ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6141120A true JPS6141120A (ja) | 1986-02-27 |
Family
ID=15773111
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16339784A Pending JPS6141120A (ja) | 1984-08-02 | 1984-08-02 | 光スイツチ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6141120A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01137549A (ja) * | 1987-11-24 | 1989-05-30 | Nissin Electric Co Ltd | イオン注入装置 |
US6259015B1 (en) | 1994-08-10 | 2001-07-10 | Yamaha Corporation | Acoustic signal producing apparatus |
KR20030034793A (ko) * | 2001-10-27 | 2003-05-09 | (주)화이버테크 | 액정을 이용한 광경로 변환기능을 갖는 광스위치 |
-
1984
- 1984-08-02 JP JP16339784A patent/JPS6141120A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01137549A (ja) * | 1987-11-24 | 1989-05-30 | Nissin Electric Co Ltd | イオン注入装置 |
US6259015B1 (en) | 1994-08-10 | 2001-07-10 | Yamaha Corporation | Acoustic signal producing apparatus |
KR20030034793A (ko) * | 2001-10-27 | 2003-05-09 | (주)화이버테크 | 액정을 이용한 광경로 변환기능을 갖는 광스위치 |
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