JP2003233054A - Liquid crystal optical switch and method for driving the same - Google Patents

Liquid crystal optical switch and method for driving the same

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JP2003233054A
JP2003233054A JP2002031637A JP2002031637A JP2003233054A JP 2003233054 A JP2003233054 A JP 2003233054A JP 2002031637 A JP2002031637 A JP 2002031637A JP 2002031637 A JP2002031637 A JP 2002031637A JP 2003233054 A JP2003233054 A JP 2003233054A
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Japan
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liquid crystal
optical switch
light
polarization
polarized light
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Application number
JP2002031637A
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Japanese (ja)
Inventor
Masashi Ide
昌史 井出
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Citizen Watch Co Ltd
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Citizen Watch Co Ltd
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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarization controlling type liquid crystal optical switch which is applicable to optical fiber communications, is suitable for being arrayed owing to a simple structure and a simple driving method and furthermore is applicable to an optical attenuator. <P>SOLUTION: The liquid crystal optical switch is provided with a liquid crystal polarization rotator 317 consisting of a plurality of liquid crystal cells and a birefringent plate 331 disposed either between a plurality of the liquid crystal cells or outside thereof. Liquid crystals in a plurality of the liquid crystal cells are aligned so as to make liquid crystal layers, respectively sandwiched between two substrates, uniformly be in an antiparallel or in a parallel state. The ratios of cell thickness to retardation of the liquid crystal layers of a plurality of the liquid crystal cells are almost equal among themselves. Furthermore, respective azimuthal angles of liquid crystal directors adjacent to the two substrates are set to be nearly identical to each other. The birefringent plate is constructed in such a way that an advanced phase axis of the birefringent plate and the azimuthal angles of the liquid crystal directors are made to be nearly parallel to each other. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信用偏光制御
型液晶光スイッチとその駆動方法に関し、更に詳しくは
光ファイバを用いた波長多重(WDM)通信方式・光化
ネットワークに用いる偏光制御型液晶光スイッチとその
駆動方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization control type liquid crystal optical switch for optical communication and a method of driving the same, and more particularly to a polarization control type liquid crystal optical switch using an optical fiber and a polarization control type used in an optical network. A liquid crystal optical switch and a driving method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】ネマティック液晶を用いた偏光制御型光
変調器は、これまで液晶ディスプレイ用途で実用化が進
んできた。その偏光制御型光変調器で使用される偏光回
転子の代表例として90°ツイステッドネマティック
(TN)型液晶が挙げられる。TN型液晶セルは、基本
的にコントラスト比を大きくするのには適しているが、
そのセル厚が応答速度の2乗に比例するため、応答速度
を高速化するために液晶セル厚を薄くする必要がある。
ここで、λは波長、Δnは液晶の屈折率異方性、dは液
晶セルのセル厚とすると、いわゆるモーガン(Maugui
n)条件、λ/2がΔn・dに対して充分に小さい条件
を満たさなくなるためウェーブガイド効果が小さくな
る。その結果、コントラスト比が劣化するという現象が
生じる。この問題を解決するために今日の高速応答TN
型ディスプレイは、式 d=(λ/2)・(u/Δn) のモーガンパラメータuを立方根に設定した液晶ディス
プレイのノーマリーブラックモードで言うファースト
(first: 以下1stと記載する)ミニマム条件にセル
パラメータを決めてセル化をする場合が多い。
2. Description of the Related Art A polarization control type optical modulator using a nematic liquid crystal has been put into practical use for liquid crystal display applications. A typical example of the polarization rotator used in the polarization control type optical modulator is a 90 ° twisted nematic (TN) type liquid crystal. Although the TN type liquid crystal cell is basically suitable for increasing the contrast ratio,
Since the cell thickness is proportional to the square of the response speed, it is necessary to reduce the liquid crystal cell thickness in order to increase the response speed.
Here, λ is the wavelength, Δn is the anisotropy of the refractive index of the liquid crystal, and d is the cell thickness of the liquid crystal cell.
Since the condition n), that is, the condition that λ / 2 is sufficiently small with respect to Δn · d is not satisfied, the waveguide effect becomes small. As a result, the phenomenon that the contrast ratio deteriorates occurs. To solve this problem, today's fast response TN
The type display is a cell that meets the minimum (first: 1st) minimum condition in a normally black mode of a liquid crystal display in which the Morgan parameter u of the formula d = (λ / 2) · (u / Δn) is set to a cube root. In many cases, parameters are decided and cells are formed.

【0003】前記、ファーストミニマム条件を採用した
TN型液晶を光ファイバ通信用の2×2スイッチに応用
した例として、参考文献は例えば(Y. Hakamata, T. Yo
shizawa and T. Kodaira, “A 1.3 μm Single-Mode 2X
2 Liquid Crystal Optical Switch”, IEICE Trans. Co
mmun., Vol. E77-B, No.10 October 1994)がある。こ
の文献では、シングルモード光ファイバをコリメータで
平行光に変換する入出力部を有し、偏光分離器と全反射
ミラーとを一体化したプリズムと波長1.3μm帯でフ
ァーストミニマム条件を満たすように設計された2つの
該プリズムで挟持されたTN型液晶からなる2×2スイ
ッチが示されている。
As an example of applying the above-mentioned TN type liquid crystal adopting the first minimum condition to a 2 × 2 switch for optical fiber communication, a reference document is, for example, (Y. Hakamata, T. Yo.
shizawa and T. Kodaira, “A 1.3 μm Single-Mode 2X
2 Liquid Crystal Optical Switch ”, IEICE Trans. Co
mmun., Vol. E77-B, No.10 October 1994). In this document, a single mode optical fiber is provided with an input / output unit for converting it into parallel light by a collimator, and a prism in which a polarization separator and a total reflection mirror are integrated and a wavelength of 1.3 μm band satisfy the first minimum condition. A 2 × 2 switch composed of a TN type liquid crystal sandwiched between two designed prisms is shown.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記文
献の例でも示されているとおり、光ファイバ通信で用い
られる波長は近赤外域であり、ディスプレイとして用い
る場合の可視域の使用波長(例:緑で550nm)と異
なり1300nm帯や1550nm帯が使用されること
が多い。したがって、その使用波長が長いため、前記セ
ル厚dが結果的に厚くなってしまう。このため、従来の
TN型液晶セルを光ファイバ通信用の偏光制御型光スイ
ッチに使用すると、応答速度が遅くなってしまうことが
問題となる。例えば、同期光ネットワーク(SONE
T)や同期デジタルハイアラーキ(SDH)などの規格
では、ネットワークに障害が起こったときに復帰時間と
して50m秒以下であることが規定されている。したが
って、システムの光化が今後進展していく場合も、従来
からのネットワークとの親和性が重要であり、光スイッ
チの応答時間は少なくとも50m秒より短くする必要が
生じる。この様な、前記規格に順ずる偏光制御型光変調
器に、従来のTN型液晶をそのまま液晶光スイッチに適
用することができなかった。以下にその詳細について述
べる。
However, as shown in the example of the above document, the wavelength used in optical fiber communication is in the near infrared region, and the wavelength used in the visible region when used as a display (example: green However, the 1300 nm band and the 1550 nm band are often used. Therefore, since the wavelength used is long, the cell thickness d becomes thick as a result. Therefore, when the conventional TN type liquid crystal cell is used in a polarization control type optical switch for optical fiber communication, there is a problem that the response speed becomes slow. For example, a synchronous optical network (SONE
The standards such as T) and Synchronous Digital Hierarchy (SDH) stipulate that the recovery time is 50 ms or less when a network failure occurs. Therefore, even when the opticalization of the system is advanced in the future, affinity with the conventional network is important, and the response time of the optical switch needs to be shorter than at least 50 msec. The conventional TN type liquid crystal could not be directly applied to the liquid crystal optical switch in such a polarization control type optical modulator conforming to the above standard. The details will be described below.

【0005】まず、光スイッチの偏光回転子をTN型液
晶技術を用いて実現することを考える。中心波長を光フ
ァイバ通信で多用されている1550nmとした場合、
前記1stミニマム条件を満たすセル厚は、液晶をZL
I−4792(メルクジャパンの商品名)を使用すると
Δn(液晶の屈折率異方性)を0.09としたときに、
液晶セル厚dはほぼ15μmとなる。このとき立ち上が
り応答時間τrは、液晶セルに印加する電場の大きさの
2乗に逆比例する。よって、セル厚が厚くても印加電圧
を大きくすれば50m秒以下にすることが可能となる
が、立ち下り応答時間τdは、液晶のセル厚の2乗に比
例するため、室温近傍において150m秒以上になって
しまい、従来の構成の液晶セルのままでは光通信に用い
られる光スイッチには実用上適さない。
First, it is considered that the polarization rotator of the optical switch is realized by using the TN type liquid crystal technology. When the center wavelength is 1550 nm, which is widely used in optical fiber communication,
The cell thickness that meets the above-mentioned 1st minimum is ZL
When I-4792 (trade name of Merck Japan) is used and Δn (refractive index anisotropy of liquid crystal) is 0.09,
The liquid crystal cell thickness d is approximately 15 μm. At this time, the rising response time τr is inversely proportional to the square of the magnitude of the electric field applied to the liquid crystal cell. Therefore, even if the cell thickness is large, it is possible to reduce the applied voltage to 50 ms or less by increasing the applied voltage. However, since the fall response time τd is proportional to the square of the cell thickness of the liquid crystal, it is 150 ms near room temperature. As described above, the liquid crystal cell having the conventional configuration is not practically suitable for an optical switch used for optical communication.

【0006】また、偏光回転子に、液晶セルを0次の半
波長板として用いた光スイッチで実現することを考えた
場合、アンチパラレル又はパラレル配向の液晶セルが半
波長板となるためのセル厚は、 d=λ/(2・Δn) となる。ここで、前記ZLI−4792のΔn=0.0
9とし、中心波長λを1550nmとしたときに、セル
厚dは約8.6μmとなる。この場合、TN型液晶セル
より立ち下り応答時間τdは高速になり、約60m秒が
得られるが50m秒以下とするのは容易でない。
When it is considered that the polarization rotator is realized by an optical switch using a liquid crystal cell as a zero-order half-wave plate, a cell for an anti-parallel or parallel alignment liquid crystal cell to become a half-wave plate. The thickness is d = λ / (2 · Δn). Here, Δn of ZLI-4792 = 0.0.
9 and the central wavelength λ is 1550 nm, the cell thickness d is about 8.6 μm. In this case, the fall response time τd becomes faster than that of the TN type liquid crystal cell, and about 60 msec can be obtained, but it is not easy to set it to 50 msec or less.

【0007】本発明の目的は上記のような課題を解決
し、光ファイバ通信に適用可能な、単純な構造で駆動法
も簡単でアレイ化に適し、更に光減衰器にも応用可能な
偏光制御型液晶光スイッチとその駆動方法を提供するこ
とである。
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is applicable to optical fiber communication, has a simple structure, is easy to drive, is suitable for arraying, and is also applicable to an optical attenuator. Type liquid crystal optical switch and its driving method.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、基本的には、下記に記載されたような技術
構成を採用するものである。
In order to achieve the above object, the present invention basically employs the technical constitution as described below.

【0009】すなわち、本発明において上記課題を解決
するための第1の手段は、複数の液晶セルと、その複数
の液晶セルの間または外側のいずれかの位置に配した複
屈折板からなる液晶偏光回転子を備え、前記複数の液晶
セルは、光入射側基板と光出射側基板とで狭持された液
晶層をアンチパラレルまたはパラレルのいずれかに統一
して配向させるとともに、前記光出射側基板と光入射側
基板に接するそれぞれの液晶ダイレクタ方位角がほぼ等
しくなるように設定されており、前記複屈折板は、その
複屈折板の進層軸と前記液晶ダイレクタ方位角がほぼ平
行となるように構成された構成とすることであり、第2
の手段は、前記複数の液晶セルのセル厚と該液晶層のリ
タデーションの比がほぼ等しく設定した構成を採用する
ことである。
That is, the first means for solving the above-mentioned problems in the present invention is a liquid crystal comprising a plurality of liquid crystal cells and a birefringent plate arranged at any position between or outside the plurality of liquid crystal cells. The plurality of liquid crystal cells are provided with a polarization rotator, and the liquid crystal layer sandwiched between the light incident side substrate and the light emitting side substrate is uniformly oriented in either anti-parallel or parallel, and the light emitting side is arranged. The azimuths of the liquid crystal directors contacting the substrate and the substrate on the light incident side are set to be substantially equal to each other, and the birefringent plate has the advance axis of the birefringent plate and the liquid crystal director azimuth angle substantially parallel to each other. It is to be a configuration configured as
The means is to adopt a configuration in which the cell thickness of the plurality of liquid crystal cells and the retardation ratio of the liquid crystal layer are set to be substantially equal.

【0010】また、第3の手段は、前記液晶偏光回転子
は、その液晶偏光回転子へ入射する所定の波長に対し半
波長板として動作する構成とすることであり、第4の手
段は、前記複数の液晶セルはn個で構成されており、各
液晶セルにおける液晶層のリタデーションが、前記所定
の波長に対し1/(2n)波長条件である構成とするこ
とであり、第5の手段は、前記液晶偏光回転子の光入射
側と光出射側に、偏光分離器を設けた構成とすることで
あり、第6の手段は、前記液晶偏光回転子の光入射側と
光出射側に、偏光分離器と全反射ミラーを設けた構成と
することであり、第7の手段は、前記各液晶セルに形成
された電極を任意の数に分割して、それぞれ別々に制御
が可能な複数の液晶偏光回転素子部を液晶セルに設けた
構成とすることであり、第8の手段は、前記複屈折板の
リタデーションが、前記液晶パネルの電極にオン電圧を
印加した際に発生する残留複屈折成分よりも少なくとも
大きい構成とすることである。
A third means is that the liquid crystal polarization rotator operates as a half-wave plate for a predetermined wavelength incident on the liquid crystal polarization rotator, and the fourth means is The plurality of liquid crystal cells are configured by n pieces, and the retardation of the liquid crystal layer in each liquid crystal cell is configured to be a 1 / (2n) wavelength condition with respect to the predetermined wavelength. Is a configuration in which a polarization separator is provided on the light incident side and the light emitting side of the liquid crystal polarization rotator, and the sixth means is on the light incident side and the light emitting side of the liquid crystal polarization rotator. The seventh means is to provide a polarization separator and a total reflection mirror, and the seventh means is to divide the electrodes formed in each liquid crystal cell into an arbitrary number and to separately control the electrodes. By configuring the liquid crystal polarization rotator part of Ri, eighth means, the retardation of the birefringent plate, is to at least larger configuration than the residual birefringence component generated upon application of the electrode to the ON voltage of the liquid crystal panel.

【0011】さらに、第9の手段は、前記液晶光スイッ
チの駆動方法において、前記複数の液晶セルに印加する
所定の駆動波形の実効値をアナログ変調し、連続的に偏
光回転量および入射光の楕円偏光を制御する構成とする
ことである。
Further, the ninth means is, in the method of driving the liquid crystal optical switch, analog-modulates the effective value of a predetermined drive waveform applied to the plurality of liquid crystal cells, and continuously modulates the polarization rotation amount and the incident light. The configuration is to control elliptically polarized light.

【0012】〔作用〕本発明の偏光制御型液晶光スイッ
チにおいては、該光スイッチを構成する偏光回転子とし
て機能する、同じ光軸方向のアンチパラレルまたはパラ
レル配向のいずれかに統一された少なくとも2枚以上の
複数の液晶セルを多段に配置し、位相を補正するための
複屈折板を光路に挿入した構造である。前記複数の液晶
セルの最も光入射側に位置する第1の液晶セルの光入射
側基板に接する液晶のダイレクタ方位角を基準としたと
き、第i番目の液晶セルの光入射側基板に接する液晶の
ダイレクタ方位角は、第i−1番目の液晶セルの光出射
側基板に接する液晶のダイレクタ方位角にほぼ等しくな
るように配置する。さらに、前記複屈折板の進相軸を液
晶のダイレクタ方向にほぼ平行とした構造とする。
[Operation] In the polarization control type liquid crystal optical switch of the present invention, at least two unified anti-parallel or parallel alignments in the same optical axis direction functioning as a polarization rotator constituting the optical switch. This is a structure in which a plurality of liquid crystal cells are arranged in multiple stages and a birefringent plate for correcting the phase is inserted in the optical path. When the director azimuth angle of the liquid crystal in contact with the light incident side substrate of the first liquid crystal cell located closest to the light incident side of the plurality of liquid crystal cells is used as a reference, the liquid crystal in contact with the light incident side substrate of the i-th liquid crystal cell The director azimuth angle is set to be substantially equal to the director azimuth angle of the liquid crystal in contact with the light emission side substrate of the (i-1) th liquid crystal cell. Further, the birefringent plate has a fast axis substantially parallel to the director direction of the liquid crystal.

【0013】また、この複数の液晶セルの第1から第k
番目までの液晶セルについて、初期配向時のそれぞれの
液晶セルの実効的な屈折率異方性Δniとセル厚di
の積であるリターデーション(ここで、iは1からkま
でとする)φiの和をセル厚diで割った値を一定値と
し、複数の液晶セルにおける個々のΔnが等しいセルを
用いることが好ましい。
The first to kth liquid crystal cells of the plurality of liquid crystal cells are also provided.
Retardation, which is the product of the effective refractive index anisotropy Δni and the cell thickness d i of each liquid crystal cell in the initial alignment (up to the first liquid crystal cell), where i is 1 to k. A value obtained by dividing the sum of φ i by the cell thickness d i is set to a constant value, and it is preferable to use cells having the same Δn among a plurality of liquid crystal cells.

【0014】まず、本発明に適用する液晶セルのセル厚
dについて考察する。アンチパラレルまたはパラレル配
向型液晶素子で良く知られているように、液晶セルを所
定の波長λにおいてスイッチング可能な半波長板として
用いるときのセル厚の条件は、 d=λ/(2・Δn) (1) となる。dはセル厚、Δnは液晶の屈折率異方性、λは
波長である。しかし、本発明の構造では、前述の通り、
光スイッチの光路に複屈折板を挿入するので、液晶セル
と複屈折板の複合素子からなる液晶偏光回転子が半波長
板として作用する場合のセル厚dは、 d=λ/(2・Δn)+(ΔnB/Δn)dB (2) を満たすように設定することが好ましい。ここで、Δn
Bは複屈折板の複屈折率であり、dBは複屈折板の厚さで
ある。(2)式においては、複屈折板の複屈折率を遅相
軸の屈折率から進相軸の屈折率を引いた値として定義す
るためΔnBはいつも正の値である。
First, the cell thickness d of the liquid crystal cell applied to the present invention will be considered. As is well known for anti-parallel or parallel alignment type liquid crystal elements, when the liquid crystal cell is used as a half-wave plate capable of switching at a predetermined wavelength λ, the cell thickness condition is d = λ / (2 · Δn) (1) d is the cell thickness, Δn is the refractive index anisotropy of the liquid crystal, and λ is the wavelength. However, in the structure of the present invention, as described above,
Since the birefringent plate is inserted in the optical path of the optical switch, the cell thickness d when the liquid crystal polarization rotator composed of the composite element of the liquid crystal cell and the birefringent plate acts as a half-wave plate is d = λ / (2 · Δn ) + (Δn B / Δn) d B (2) is preferably satisfied. Where Δn
B is the birefringence of the birefringent plate, and d B is the thickness of the birefringent plate. In the expression (2), the birefringence of the birefringent plate is defined as a value obtained by subtracting the refraction index of the fast axis from the refraction index of the slow axis, so Δn B is always a positive value.

【0015】ここで、上記(2)式を満たし、全ての液
晶セルのダイレクタ方位角を同じくし、多段に配した複
数の液晶セルの作用について説明する。本発明の液晶光
スイッチは、それぞれの液晶セルの電極に電場を印加し
ない場合は、半波長板条件と光学的には等価となる。し
たがって、所定の波長で第1の液晶セルの入射側ダイレ
クタ方位角とπ/4かその奇数倍だけ傾いた方位角を持
つ入射直線偏光は、第k番目の液晶セルの出射側で楕円
偏光となることなく、入射直線偏光の方位角に対して出
射直線偏光の方位角をπ/2ラジアン回転させることが
できる。
Here, the operation of a plurality of liquid crystal cells which satisfy the above formula (2) and have the same director azimuth angle of all the liquid crystal cells and are arranged in multiple stages will be described. The liquid crystal optical switch of the present invention is optically equivalent to the half-wave plate condition when no electric field is applied to the electrodes of each liquid crystal cell. Therefore, incident linearly polarized light having an azimuth angle of π / 4 or an odd multiple thereof with respect to the incident side director azimuth angle of the first liquid crystal cell at a predetermined wavelength becomes elliptically polarized light on the exit side of the kth liquid crystal cell. It is possible to rotate the azimuth angle of the outgoing linearly polarized light by π / 2 radian with respect to the azimuth angle of the incident linearly polarized light.

【0016】それに対し、第1から第k番目の各液晶セ
ルに所定の電場を印加した場合は、各液晶セルのリター
デーションが小さくなり、更に各液晶セルの残留複屈折
分を複屈折板でほぼ消失することができるため、入射直
線偏光は、方位角を回転することなく第k番目のセルか
ら出射させることができる。したがって、本発明の偏光
制御型液晶光スイッチにおいては出射側に偏光ビームス
プリッタや複屈折結晶を用いた偏光ビームセパレータな
どを配置し、上述の如く電圧印加、無印加を制御するこ
とで、入射直線偏光の方路変更および所定の出射方向へ
の出射光強度を可変とすることが可能となり、光スイッ
チに適用できる。
On the other hand, when a predetermined electric field is applied to each of the first to kth liquid crystal cells, the retardation of each liquid crystal cell becomes small, and the residual birefringence of each liquid crystal cell is further reduced by the birefringent plate. Since it can almost disappear, the incident linearly polarized light can be emitted from the k-th cell without rotating the azimuth angle. Therefore, in the polarization control type liquid crystal optical switch of the present invention, by arranging a polarization beam splitter or a polarization beam separator using a birefringent crystal on the exit side, and controlling voltage application or non-application as described above, the incident linear It is possible to change the direction of the polarized light and to change the emitted light intensity in a predetermined emitting direction, which is applicable to an optical switch.

【0017】次に、本発明の液晶光スイッチの応答速度
について説明する。簡単のため、液晶偏光回転子が、等
しいセル厚みを持つ2枚の液晶セルと、複屈折板で合成
したリターデーション(Δn・d)が4分の1波長板条
件からなる本発明の偏光制御型の液晶光スイッチとした
場合について考察する。
Next, the response speed of the liquid crystal optical switch of the present invention will be described. For simplicity, the liquid crystal polarization rotator of the present invention has two liquid crystal cells having the same cell thickness and the retardation (Δn · d) synthesized by the birefringent plate is a quarter wavelength plate condition. Consider the case of a liquid crystal optical switch of the type.

【0018】従来の液晶セル1枚からなる半波長板液晶
セルにおいて、セル厚dは(1)式の通り、 d=λ/(2・Δn) としている。本発明の偏光回転子が2枚の4分の1波長
板条件の液晶セルからなる偏光制御型液晶光スイッチの
場合は、2枚の液晶セルでセル厚dを2分割できるた
め、一枚あたりのセル厚をほぼd/2とすることができ
る。アンチパラレルまたはパラレル配向の半波長条件の
液晶セルにおいて、電場無印加から電場印加時の立ち上
がり応答時間τrは、印加電圧をVとすると近似的にτ
r が(d/V)2 に比例するという関係が知られてい
る。また、電場印加状態から電場無印加時の立ち下り応
答時間(τd)は、近似でτd が d2 に比例するこ
とが知られている。したがって、従来技術と比較して本
発明の液晶偏光回転子が2枚のほぼ4分の1波長板条件
の液晶セルと複屈折板からなる偏光制御型液晶光スイッ
チの場合、同一液晶材料で比較すると、それぞれの応答
速度を4倍程度にまで高速にできる。ここで、厚み方向
の分割数を増やして、一枚あたりのセル厚を薄くすれば
さらに高速化が可能となり、従来技術における構成では
達成できなかった立ち上がり応答時間τrと、立ち下り
応答時間τdをともに20m秒以下にすることが容易と
なる。
In the conventional half-wave plate liquid crystal cell consisting of one liquid crystal cell, the cell thickness d is set to d = λ / (2 · Δn) according to the equation (1). In the case of a polarization control type liquid crystal optical switch in which the polarization rotator of the present invention is composed of two liquid crystal cells under the condition of a quarter wavelength plate, since the cell thickness d can be divided into two by two liquid crystal cells, The cell thickness can be approximately d / 2. In a liquid crystal cell under anti-parallel or parallel-alignment half-wavelength conditions, the rise response time τr from when no electric field is applied to when an electric field is applied is approximately τ when the applied voltage is V.
It is known that r is proportional to (d / V) 2 . Also, falling response time when the electric field non-application of an electric field applied state (.tau.d) is, .tau.d is known to be proportional to d 2 approximation. Therefore, in the case of the polarization control type liquid crystal optical switch in which the liquid crystal polarization rotator of the present invention is composed of two liquid crystal cells under the condition of a quarter wavelength plate and the birefringent plate, compared with the prior art, the same liquid crystal material is used for comparison. Then, the response speed of each can be increased up to about 4 times. Here, if the number of divisions in the thickness direction is increased to reduce the cell thickness per sheet, the speed can be further increased, and the rise response time τr and the fall response time τd, which cannot be achieved by the configuration of the conventional technique, can be obtained. Both can easily be set to 20 msec or less.

【0019】更に、本発明の液晶スイッチを構成する液
晶偏光回転子は、液晶セルに電圧を印加したときに残る
残留複屈折成分を光路に挿入する複屈折板により、等価
的に0に近づけることができる。このため、光スイッチ
のクロストークアッテネーションを低減することが可能
である。
Further, the liquid crystal polarization rotator constituting the liquid crystal switch of the present invention is made to approach 0 equivalently by a birefringent plate which inserts the residual birefringent component remaining when a voltage is applied to the liquid crystal cell into the optical path. You can Therefore, it is possible to reduce the crosstalk attenuation of the optical switch.

【0020】以上の説明で明らかなように、本発明の液
晶光スイッチおよび液晶可変光減衰器とその駆動方法で
は、単純な構成で簡便な駆動方法により高機能な光スイ
ッチおよび可変光減衰器を実現できる。また、本発明の
目的は、光ファイバを用いた波長多重(WDM)通信や
光化ネットワークに用いる偏光制御型液晶光スイッチと
その駆動方法を提供することだが、本発明の範囲はここ
に述べる装置により限定されないで、例えば自由空間光
通信装置用の液晶光変調器への応用も可能であることは
言うまでもない。
As is apparent from the above description, in the liquid crystal optical switch and the liquid crystal variable optical attenuator of the present invention and the driving method thereof, a high-performance optical switch and a variable optical attenuator can be provided by a simple structure and a simple driving method. realizable. Further, an object of the present invention is to provide a polarization control type liquid crystal optical switch used for wavelength division multiplexing (WDM) communication using an optical fiber and an optical network, and a driving method thereof, but the scope of the present invention is an apparatus described here. It is needless to say that the present invention can be applied to, for example, a liquid crystal light modulator for a free space optical communication device, without being limited thereto.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を実施
するための最良な形態における液晶光スイッチおよび液
晶可変光減衰器とその駆動方法の構成を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The configurations of a liquid crystal optical switch, a liquid crystal variable optical attenuator, and a driving method thereof in the best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】はじめに、本発明の実施形態における液晶
光スイッチの構成を図面を用いて説明する。図2は本発
明の実施形態における液晶光スイッチを構成する液晶セ
ル220の構成を説明するための構造断面図である。
First, the structure of the liquid crystal optical switch according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a structural cross-sectional view for explaining the configuration of the liquid crystal cell 220 that constitutes the liquid crystal optical switch in the embodiment of the present invention.

【0023】図2に示すように、本発明の液晶光変調装
置の液晶セル220は、信号電極211を形成した第1
の基板203と共通電極213を形成した第2の基板2
05の間にネマティック液晶層201を挟持することに
より構成している。このネマティック液晶層201は、
第1の基板203の信号電極211の上と第2の基板2
05の共通電極213の上とに形成した配向層217に
よって電場無印加時のポジ(p)型液晶分子のダイレク
タ207のプレティルト角209が、0.5度から20
度となるようにアンチパラレル配向とする。ここで、配
向層217はポリイミドで形成し、ラビング法により液
晶分子を所定の方向に配向させる。また図2では、アン
チパラレル配向の場合を示したがダイレクタ207はパ
ラレル配向としても良い。
As shown in FIG. 2, the liquid crystal cell 220 of the liquid crystal light modulating device of the present invention has a first electrode in which a signal electrode 211 is formed.
Substrate 203 and second substrate 2 on which common electrode 213 is formed
It is constituted by sandwiching the nematic liquid crystal layer 201 between 05. This nematic liquid crystal layer 201 is
Above the signal electrode 211 of the first substrate 203 and the second substrate 2
The alignment layer 217 formed on the common electrode 213 of No. 05 causes the pretilt angle 209 of the director 207 of the positive (p) type liquid crystal molecule when an electric field is not applied to be 0.5 degrees to 20 degrees.
The anti-parallel orientation is adopted so that the degree becomes high. Here, the alignment layer 217 is formed of polyimide and the liquid crystal molecules are aligned in a predetermined direction by a rubbing method. Although FIG. 2 shows the case of anti-parallel alignment, the director 207 may have parallel alignment.

【0024】図2には明示しないが、第1の基板203
と第2の基板205は、ネマティック液晶層201が数
μmの所定の一定厚みを保持するようにスペーサを介し
て液晶セル220周辺部をシール材で固定する。また図
2には示していないが、信号電極211と共通電極21
3が短絡するのを防ぐために、信号電極211の上か共
通電極213の上または両方に五酸化タンタル(Ta2
5)や二酸化シリコン(SiO2)などの透明絶縁膜を
配向層217の下に形成しても良い。
Although not explicitly shown in FIG. 2, the first substrate 203
The second substrate 205 is fixed with a sealing material around the liquid crystal cell 220 via a spacer so that the nematic liquid crystal layer 201 maintains a predetermined constant thickness of several μm. Although not shown in FIG. 2, the signal electrode 211 and the common electrode 21
In order to prevent the short circuit of 3 on the signal electrode 211, the common electrode 213, or both, tantalum pentoxide (Ta 2
A transparent insulating film such as O 5 ) or silicon dioxide (SiO 2 ) may be formed under the alignment layer 217.

【0025】第1の基板203上に形成する信号電極2
11と第2の基板205上に形成する共通電極213
は、アレイ化する場合など必要に応じて透明導電膜から
なる所定のパターンを形成する。ITOのほかに透明導
電膜としては、酸化インジウム(In23)、酸化スズ
(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)などの薄膜が使用可
能である。
Signal electrode 2 formed on the first substrate 203
11 and the common electrode 213 formed on the second substrate 205.
Is formed with a predetermined pattern made of a transparent conductive film as needed, for example, when forming an array. In addition to ITO, a thin film of indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), or the like can be used as the transparent conductive film.

【0026】ガラスからなる第1の基板203および第
2の基板205のネマティック液晶層201と反対の面
には、空気と基板界面での反射を防止するため必要に応
じて無反射コート215を形成する。また、図2では無
反射コート215は第1の基板203上だけに形成した
場合を示したが、第2の基板205の下にも必要に応じ
て形成する。
An antireflection coating 215 is formed on the surfaces of the first substrate 203 and the second substrate 205 made of glass, which are opposite to the nematic liquid crystal layer 201, to prevent reflection at the interface between the air and the substrate, if necessary. To do. Further, although FIG. 2 shows the case where the antireflection coating 215 is formed only on the first substrate 203, it is also formed below the second substrate 205 as necessary.

【0027】次に本発明の液晶偏光回転子を液晶セルの
セル厚およびプレティルト角の等しいアンチパラレル配
向液晶セル2段で構成した場合について、図3および図
4を用いて説明する。図3は第1の液晶セル301と第
2の液晶セル303および複屈折板331から構成した
液晶偏光回転子317を模式的に示す図である。図3に
おいて、第1の液晶セル301は、第1のガラス基板3
19と第2のガラス基板321とで第1の液晶層305
を挟持した構造とする。また、第2の液晶セル303
は、第3のガラス基板323と第4のガラス基板325
とで第2の液晶層307を挟持した構造とする。第1の
液晶セル301の第1のセル厚みd1と第2の液晶セル
303の第2のセル厚みd2は等しくする。さらに、第1
の液晶セル301と第2の液晶セル303との間に複屈
折板331を配置する。本実施例では第1の液晶セル3
01と第2の液晶セル303との間に前記複屈折板を配
置する例を示したが、液晶偏光回転子317の光路内で
あれば、第1の液晶セル301の直前や第2の液晶セル
303の直後などに配置しても構わない。また、図3に
は、明示しないが第1の液晶セル301および第2の液
晶セル305は、図2で説明した液晶セル220と同じ
構成とする。
Next, a case where the liquid crystal polarization rotator of the present invention is constituted by two stages of antiparallel alignment liquid crystal cells having the same cell thickness and pretilt angle of the liquid crystal cell will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a diagram schematically showing a liquid crystal polarization rotator 317 composed of a first liquid crystal cell 301, a second liquid crystal cell 303, and a birefringent plate 331. In FIG. 3, the first liquid crystal cell 301 is the first glass substrate 3
19 and the second glass substrate 321 form the first liquid crystal layer 305.
The structure is sandwiched between. In addition, the second liquid crystal cell 303
Is a third glass substrate 323 and a fourth glass substrate 325.
The second liquid crystal layer 307 is sandwiched between and. The first cell thickness d 1 of the first liquid crystal cell 301 and the second cell thickness d 2 of the second liquid crystal cell 303 are made equal. Furthermore, the first
A birefringent plate 331 is arranged between the liquid crystal cell 301 and the second liquid crystal cell 303. In this embodiment, the first liquid crystal cell 3
01 and the second liquid crystal cell 303, an example in which the birefringent plate is arranged is shown. However, if the birefringent plate is in the optical path of the liquid crystal polarization rotator 317, it is immediately before the first liquid crystal cell 301 or the second liquid crystal cell 301. It may be arranged immediately after the cell 303. Although not explicitly shown in FIG. 3, the first liquid crystal cell 301 and the second liquid crystal cell 305 have the same configuration as the liquid crystal cell 220 described in FIG.

【0028】図3における第1の液晶層305と第2の
液晶層307中の矢印は、液晶分子の配向状態を示すた
めのものであり、液晶のダイレクタを模式的に示したも
のである。ここで、第1の液晶セル301において、第
1のガラス基板319と第1の液晶層305との界面を
第1の界面309とし、同様に第2のガラス基板321
と第1の液晶層305との界面を第2の界面311とす
る。さらに第2の液晶セル303において、第3のガラ
ス基板323と第2の液晶層307との界面を第3の界
面313とし、第4のガラス基板325と第2の液晶層
307との界面を第4の界面315とする。ここで、x
−y−z座標系において、x軸の正の方向からy軸の正
の方向に時計回りの方向を正の方位角とした場合に、第
1の液晶セル301の第1の界面309側の液晶ダイレ
クタの方位角をπ/4ラジアンにとり、厚み方向をz軸
に平行となるように選ぶことにする。
Arrows in the first liquid crystal layer 305 and the second liquid crystal layer 307 in FIG. 3 are for indicating the alignment state of liquid crystal molecules, and schematically show the director of the liquid crystal. Here, in the first liquid crystal cell 301, an interface between the first glass substrate 319 and the first liquid crystal layer 305 is a first interface 309, and similarly, a second glass substrate 321 is used.
The interface between the first liquid crystal layer 305 and the first liquid crystal layer 305 is referred to as a second interface 311. Further, in the second liquid crystal cell 303, an interface between the third glass substrate 323 and the second liquid crystal layer 307 is set as a third interface 313, and an interface between the fourth glass substrate 325 and the second liquid crystal layer 307 is set. This is the fourth interface 315. Where x
In the −yz coordinate system, when the clockwise direction from the positive direction of the x-axis to the positive direction of the y-axis is a positive azimuth angle, the first interface 309 side of the first liquid crystal cell 301 The azimuth angle of the liquid crystal director is π / 4 radians, and the thickness direction is selected to be parallel to the z axis.

【0029】次に各界面309,311,313,31
5での液晶ダイレクタの方向と複屈折板の進相軸の方向
を、それぞれ図4(a)〜(e)の平面図に示す。以
下、図3と図4とを交互に参照しながら説明する。図4
(a)に示す第1の界面309においては、第1の液晶
ダイレクタ401のx軸から測った方位角α1をπ/4
ラジアンとし、図4(b)に示す第1の液晶セル301
は、アンチパラレル配向としてあるので、第2の界面3
11においては、第2の液晶ダイレクタ403の方位角
α2もπ/4ラジアンとなる。さらに、図4(c)に示
す複屈折板331の進相軸421の方位角αBも、π/
4ラジアンとする。次に図4(d)における第3の界面
313の第3の液晶ダイレクタ405の方位角α3は、
第2の液晶ダイレクタ403と平行にするため、π/4
ラジアンとなり、図4(e)における第2の液晶セル3
02もアンチパラレル配向としてあるので、第4の界面
315における第4の液晶ダイレクタ407の方位角α
4はπ/4ラジアンとなる。この様な構成とすること
で、前記液晶パネルへ電圧無印加状態で、図4(a)に
おける入射直線偏向410を、図4(e)における出射
直線偏向413の方位角をπ/2ラジアン回転させるこ
とができる。また、電圧印加状態で、前記方位角を回転
させることなく出射させることができることがわかる。
Next, each interface 309, 311, 313, 31
The directions of the liquid crystal director and the direction of the fast axis of the birefringent plate at 5 are shown in the plan views of FIGS. Hereinafter, description will be given with reference to FIG. 3 and FIG. 4 alternately. Figure 4
At the first interface 309 shown in (a), the azimuth angle α 1 measured from the x-axis of the first liquid crystal director 401 is π / 4.
The first liquid crystal cell 301 shown in FIG.
Has an antiparallel orientation, so the second interface 3
In 11, the azimuth α 2 of the second liquid crystal director 403 is also π / 4 radian. Further, the azimuth angle α B of the fast axis 421 of the birefringent plate 331 shown in FIG.
4 radians. Next, the azimuth angle α 3 of the third liquid crystal director 405 at the third interface 313 in FIG.
In order to make it parallel to the second liquid crystal director 403, π / 4
It becomes radians, and the second liquid crystal cell 3 in FIG.
02 also has an anti-parallel orientation, so that the azimuth angle α of the fourth liquid crystal director 407 at the fourth interface 315 is
4 becomes π / 4 radians. With such a configuration, the incident linear deflection 410 in FIG. 4A and the outgoing linear deflection 413 in FIG. 4E are rotated by π / 2 radian with no voltage applied to the liquid crystal panel. Can be made. Further, it can be seen that in the voltage applied state, the light can be emitted without rotating the azimuth angle.

【0030】ここまででは、等しいセル厚を持った2枚
の液晶セル301,303および複屈折板331で液晶
偏光回転子317を構成する場合を説明したが、液晶セ
ルを3枚以上のk枚で本発明を構成することもできる。
この場合、その全セル厚dは、第1のセル厚d1から第
kのセル厚dkとおいたとき、 d=d1+d2+...dk (3) となる。使用する液晶材料の異常光屈折率をne、常光
屈折率をnoとしたとき実効異常光屈折率neffは、液晶
セルのプレティルト角をθとしたとき、 neff=(sin2θ/no 2+cos2θ/ne 2)-1/2 (4) となる。ここで、本発明の液晶光スイッチにおける各液
晶セルのプレティルト角θは、等しくしてあるので、 Δn=neff−no (5) とおいて、所定の波長λにおいて3枚以上の液晶セルで
構成された全セル厚は、前記(2)式 d=λ/(2・Δn)+(ΔnB/Δn)dB を満たす。ここで、ΔnBは複屈折板の複屈折率であ
り、dBは複屈折板の厚さである。また、液晶偏光回転
子が前記(2)式の条件を満たす場合、前記複屈折板は
光学的には良く知られているように、水晶などの光学結
晶で作製した0次の半波長板と等価である。(参考文
献:例えばPochi Yeh and Claire Gu, Optics of Liqui
d Crystal Displays, Wiley, 1999)
Up to this point, the case where the liquid crystal polarization rotator 317 is constituted by the two liquid crystal cells 301 and 303 having the same cell thickness and the birefringent plate 331 has been described. The present invention can also be configured as follows.
In this case, the total cell thickness d is d = d 1 + d 2 +., Where the first cell thickness d 1 to the kth cell thickness d k . . . It becomes d k (3). When the extraordinary refractive index of the liquid crystal material used is n e and the ordinary refractive index is n o , the effective extraordinary refractive index n eff is n eff = (sin 2 θ / when the pretilt angle of the liquid crystal cell is θ. n o 2 + cos 2 θ / n e 2) a -1/2 (4). Here, since the pretilt angle θ of each liquid crystal cell in the liquid crystal optical switch of the present invention is made equal, Δn = n eff −n o (5) is set, and three or more liquid crystal cells at a predetermined wavelength λ are used. The configured total cell thickness satisfies the equation (2) d = λ / (2 · Δn) + (Δn B / Δn) d B. Here, Δn B is the birefringence of the birefringent plate, and d B is the thickness of the birefringent plate. When the liquid crystal polarization rotator satisfies the condition of the expression (2), the birefringent plate is a zero-order half-wave plate made of an optical crystal such as quartz, as is well known optically. Are equivalent. (Reference: For example, Pochi Yeh and Claire Gu, Optics of Liqui
d Crystal Displays, Wiley, 1999)

【0031】また、液晶セル2枚で構成された液晶偏光
回転子と同様に、第1から第2kまでの界面での液晶ダ
イレクタの方位角αkは、第1の液晶ダイレクタの方位
角α1と全て等しくする必要がある。例えば、 α1=π/4ラジアンとしたときに α1=α2 α2=α3 ... α2k-1=α2k となるように設定する。上記の様に、(2)式を満た
し、かつ3枚以上の複数の液晶セルのそれぞれのダイレ
クタの方位角をほぼ同一とすることで、2枚の液晶セル
で構成された液晶偏光回転子と同じ様に、偏光制御型液
晶光スイッチに適用できることがわかった。なお、作用
欄での説明の如く、3枚以上の液晶セルであっても本発
明の構成とすれば、その分セル厚を薄くして応答速度を
高速化できる。その応答速度を考慮して、n個の液晶セ
ルで本発明の液晶偏向回転子を構成した場合に、各液晶
セルのリタデーションを1/2n波長とする形態が最も
好ましい。
Further, similarly to the liquid crystal polarization rotator, which is composed of two liquid crystal cells, the azimuth angle alpha k of the liquid crystal director at the interface from the first to 2k-th, the azimuth angle alpha 1 of the first liquid crystal director And all must be equal. For example, when α 1 = π / 4 radians, α 1 = α 2 α 2 = α 3 . . . Set so that α 2k-1 = α 2k . As described above, a liquid crystal polarization rotator composed of two liquid crystal cells is obtained by satisfying the formula (2) and making the azimuth angles of the directors of the three or more liquid crystal cells substantially the same. Similarly, it has been found that it can be applied to a polarization control type liquid crystal optical switch. It should be noted that, as described in the action column, even if there are three or more liquid crystal cells, if the configuration of the present invention is adopted, the cell thickness can be reduced by that much and the response speed can be increased. In consideration of the response speed, when the liquid crystal deflecting rotator of the present invention is constituted by n liquid crystal cells, it is most preferable that the retardation of each liquid crystal cell is 1 / 2n wavelength.

【0032】次に、本発明の液晶偏光回転子の具体的な
構成について詳細に説明する。図3において、液晶偏光
回転子317を構成する液晶セルの全セル厚dは、半波
長板としてのセル厚d0と複屈折板の補正セル厚dnの和
と考えて、前述の通り、 d=d0+dn =λ/(2・Δn)+(ΔnB/Δn)dB となる。ここで、液晶セルに電圧を印加したときに残る
残留複屈折成分を等価的にキャンセルできれば良いの
で、例えば複屈折板331に0次の約14分の1波長で
厚みdBが12μmの水晶波長板を用いた構成例につい
て説明する。この水晶波長板のΔnBは約0.009で
ある。また、液晶セルは、中心波長λを1550nm、
プレティルト角を1°として、例えば液晶材料にZLI
−4792(メルクジャパンの商品名)を用いた場合、
Δnは約0.09であるから、上記式によると、 d=9.8 [μm] となる。したがって、液晶偏光回転子317を2枚の液
晶セルで構成する場合、第1の液晶セル301のセル厚
1および第2の液晶セル303のセル厚d2は、少なく
とも、 d1=d2=4.9 [μm] と設定すれば良いことがわかる。実際は、d1=d2=5
[μm]程度として完全に電圧無印加とするのではなく、
若干のバイアスを印加することで、液晶偏光回転子31
7を半波長板として動作させることが望ましい。これ
は、小バイアスを印加することで、温度等の変化による
液晶セルのリターデーションの変化を最小とし、液晶偏
光回転子317を常時半波長板として動作することに役
立つ。
Next, the specific constitution of the liquid crystal polarization rotator of the present invention will be described in detail. In FIG. 3, the total cell thickness d of the liquid crystal cell forming the liquid crystal polarization rotator 317 is considered to be the sum of the cell thickness d 0 as the half-wave plate and the correction cell thickness d n of the birefringent plate, and as described above, d = d 0 + d n = λ / (2 · Δn) + (Δn B / Δn) d B. Since it is sufficient equivalently canceling residual birefringence component remains when a voltage is applied to the liquid crystal cell, for example, quartz crystal wave thickness d B is 12μm at one wavelength of the birefringent plate 331 zero order to about 14 minutes A configuration example using a plate will be described. The Δn B of this quartz wave plate is about 0.009. The liquid crystal cell has a center wavelength λ of 1550 nm,
With a pretilt angle of 1 °, for example, ZLI is used for liquid crystal materials.
When -4792 (trade name of Merck Japan) is used,
Since Δn is about 0.09, according to the above equation, d = 9.8 [μm]. Therefore, when configuring the liquid crystal polarization rotator 317 with two liquid crystal cells of the cell thickness d 2 of the first cell thickness d 1 and a second liquid crystal cell 303 of the liquid crystal cell 301, at least, d 1 = d 2 It can be seen that it suffices to set = 4.9 [μm]. Actually, d 1 = d 2 = 5
Instead of completely applying no voltage at about [μm],
By applying a slight bias, the liquid crystal polarization rotator 31
It is desirable to operate 7 as a half-wave plate. By applying a small bias, this minimizes the change in retardation of the liquid crystal cell due to changes in temperature and the like, and is useful for always operating the liquid crystal polarization rotator 317 as a half-wave plate.

【0033】なお、上述の具体例における複屈折板のリ
タデーションが、約14分の1波長である場合について
説明したが、このリタデーションが、液晶セルの電圧印
加状態で残る残留複屈折成分よりも少なくとも大きいも
のを用いれば、液晶偏向回転子が有する残留複屈折成分
を等価的に0に近づけることができる。よって、残留複
屈折成分を考慮して市販の複屈折板(例えば1/4波長
条件)を任意に適用することができる。
Although the retardation of the birefringent plate in the above-mentioned specific example is about 1/14 wavelength, this retardation is at least higher than the residual birefringent component remaining in the liquid crystal cell under voltage application. If a large one is used, the residual birefringence component of the liquid crystal deflection rotator can be made to approach 0 equivalently. Therefore, a commercially available birefringent plate (for example, 1/4 wavelength condition) can be arbitrarily applied in consideration of the residual birefringence component.

【0034】つぎに、前記構成における液晶セルに印加
する最適なバイアス値について説明する。図9は液晶セ
ル厚を5μmとしたときの液晶セル一枚あたりの駆動電
圧―リターデーション(Δn・d)特性を示すグラフで
ある。中心波長1550nmにおいて、小バイアス印加
時は、液晶偏光回転子317の全体のリターデーション
を1.55[μm]の半分の約0.78[μm]とする必要
がある。したがって、液晶セル一枚あたりでは 0.78/2+0.054=約0.44[μm] の補正が必要となる。このときに液晶セル301,30
3には、図9より小バイアスとして1.8[V]印加すれ
ば良いことがわかる。
Next, the optimum bias value applied to the liquid crystal cell having the above structure will be described. FIG. 9 is a graph showing drive voltage-retardation (Δn · d) characteristics per liquid crystal cell when the liquid crystal cell thickness is 5 μm. At the center wavelength of 1550 nm, when a small bias is applied, the retardation of the entire liquid crystal polarization rotator 317 needs to be about 0.78 [μm], which is half of 1.55 [μm]. Therefore, a correction of 0.78 / 2 + 0.054 = about 0.44 [μm] is required for each liquid crystal cell. At this time, the liquid crystal cells 301, 30
It is understood from FIG. 9 that a small bias of 1.8 [V] may be applied to the No. 3 transistor.

【0035】以上のように構成した液晶偏光回転子31
7に、図9より求めた小バイアス1.8[V]を印加し
た場合を考える。図4(a)における第1の界面309
の第1の液晶ダイレクタ401に対して方位角が−π/
4だけ傾いた方位角β1=0ラジアンの入射直線偏光4
10を入射すると、図4(e)における第4の界面31
5の平面を出射する出射直線偏光413は第4の液晶ダ
イレクタ407に対して+π/4だけ傾いた方位角β2
=π/2ラジアンで振動する直線偏光とすることができ
る。つまり、2枚の第1および第2の液晶セル301,
303と複屈折板331からなる液晶偏光回転子317
は、入射直線偏光410の方位角をπ/2回転させて出
射直線偏光413に偏光を回転する0次の半波長板の働
きをすることがわかる。
The liquid crystal polarization rotator 31 constructed as described above
Consider the case where the small bias 1.8 [V] obtained from FIG. The first interface 309 in FIG.
With respect to the first liquid crystal director 401 of
Incident linearly polarized light with azimuth angle β 1 = 0 radian inclined by 4 4
When 10 is incident, the fourth interface 31 in FIG.
The outgoing linearly polarized light 413 that exits the plane of No. 5 is azimuth β 2 which is tilted by + π / 4 with respect to the fourth liquid crystal director 407.
The linearly polarized light vibrating at π / 2 radians can be used. That is, the two first and second liquid crystal cells 301,
Liquid crystal polarization rotator 317 including 303 and birefringent plate 331
Can function as a 0th-order half-wave plate that rotates the azimuth angle of the incident linearly polarized light 410 by π / 2 and rotates the polarized light to the outgoing linearly polarized light 413.

【0036】つぎに、作用欄で説明した、光スイッチの
クロストークアッテネーションについて説明するため
に、図8における本発明の複屈折板に0次の半波長板条
件で作製した液晶偏光回転子特性803と、従来技術の
1stミニマム条件で作製した90°TN型偏光回転子
特性801のアイソレーション特性の比較を示す。図8
は、出射直線偏光413に直交する漏れ光成分の波長依
存性を示している。前述の通り、本発明の構成で小バイ
アス1.8[V]を印加した場合、アイソレーション特
性が理想的な偏光回転子として機能すれば、図4(a)
における入射直線偏光410は、図4(e)における出
射直線偏光413に全て変換されるはずである。しかし
ながら、実際は出射直線偏光413に直交する成分も同
時に生じてしまい、光スイッチのクロストーク成分とな
ってしまう。
Next, in order to explain the crosstalk attenuation of the optical switch described in the action section, the liquid crystal polarization rotator characteristic 803 produced in the birefringent plate of the present invention in FIG. And a comparison of the isolation characteristics of the 90 ° TN type polarization rotator characteristic 801 produced under the conventional 1st minimum condition. Figure 8
Shows the wavelength dependence of the leaked light component orthogonal to the outgoing linearly polarized light 413. As described above, when a small bias of 1.8 [V] is applied in the configuration of the present invention, if the isolation characteristic functions as an ideal polarization rotator, FIG.
The incident linearly polarized light 410 in FIG. 4 should be entirely converted into the outgoing linearly polarized light 413 in FIG. However, in reality, a component orthogonal to the outgoing linearly polarized light 413 is also generated, and becomes a crosstalk component of the optical switch.

【0037】一例として、実用的に考えてアイソレーシ
ョンが−30dBより大きくなる波長範囲を動作波長範
囲と見なして比較した場合、中心波長を1550[nm]
で比べたときに、従来技術の90°TN型偏光回転子特
性801の−30dB範囲810が約80[nm]に対し
て、本発明の半波長板型の液晶偏光回転子特性803に
おける−30dB範囲813は、約60[nm]と3/4
位となっているが、両者とも十分な帯域を持っているた
め、光スイッチとしての動作上の問題はない。よって、
半波長板として機能する本発明の光スイッチは、全セル
厚dをTN型と比較しておよそ1/31/2だけ薄く出来
る特長から、特に高速スイッチが必要な場合はこの半波
長板型の構成が適していることがわかる。
As an example, when considering practically, the wavelength range in which the isolation is larger than −30 dB is regarded as the operating wavelength range and compared, the center wavelength is 1550 [nm].
When compared with, the -30 dB range 810 of the 90 ° TN type polarization rotator characteristic 801 of the prior art is about 80 [nm], whereas the -30 dB range of the half-wave plate type liquid crystal polarization rotator characteristic 803 of the present invention is -30 dB. The range 813 is about 60 [nm] and 3/4
However, since both have sufficient bandwidth, there is no problem in operation as an optical switch. Therefore,
The optical switch of the present invention, which functions as a half-wave plate, has a feature that the total cell thickness d can be reduced by about 1/3 1/2 as compared with the TN type. It can be seen that the configuration of is suitable.

【0038】次に、本発明の光スイッチとして駆動する
ための具体的な方法について詳述する。まず、第1と第
2の液晶セル301,303に十分大きな電場を印加し
た場合の動作を説明する。第1の液晶セル301と第2
の液晶セル303に十分大きな所定の電圧を印加した場
合、各セルの液晶分子は、電場方向に並ぶため異方性が
小さくなる。図9は液晶セル厚を5μmとしたときの液
晶セル一枚あたりの駆動電圧―リターデーション(Δn
・d)特性901を示すグラフであり、中心波長155
0nmにおいて、約14分の1波長の複屈折板を用いた
場合のリターデーションは0.108[μm]であるか
ら、液晶セルでは一枚あたり0.054[μm]の補正が
必要となる。また、このときに液晶セル301,303
には、図9より十分大きな電場として9[V]を印加すれ
ば良いことがわかる。したがって、このとき液晶偏光回
転子317は、常光と異常光との区別が無くなり複屈折
に起因する位相差を生じなくなる。この結果、入射直線
偏光410は、出射しても方位角を入射時とおなじ0ラ
ジアンとすることができる。
Next, a specific method for driving the optical switch of the present invention will be described in detail. First, the operation when a sufficiently large electric field is applied to the first and second liquid crystal cells 301 and 303 will be described. First liquid crystal cell 301 and second
When a sufficiently large predetermined voltage is applied to the liquid crystal cell 303, the liquid crystal molecules in each cell are aligned in the direction of the electric field, so that the anisotropy becomes small. FIG. 9 shows the drive voltage-retardation (Δn) per liquid crystal cell when the thickness of the liquid crystal cell is 5 μm.
-D) is a graph showing the characteristic 901, and the central wavelength 155
At 0 nm, the retardation is 0.108 [μm] when a birefringent plate with a wavelength of about 1/4 is used. Therefore, in the liquid crystal cell, correction of 0.054 [μm] is required for each liquid crystal cell. At this time, the liquid crystal cells 301 and 303
It can be seen that it is sufficient to apply 9 [V] as a sufficiently large electric field from FIG. Therefore, at this time, the liquid crystal polarization rotator 317 does not discriminate between ordinary light and extraordinary light and no phase difference due to birefringence occurs. As a result, even if the incident linearly polarized light 410 is emitted, the azimuth angle can be set to 0 radian, which is the same as that at the time of incidence.

【0039】更に、液晶偏光回転子317に電場を印加
する場合、第1の液晶セル301と第2の液晶セル30
3に同時に十分大きな電場(前記の例においては9
[V])を印加するようにする。また、液晶偏光回転子
317を小バイアス印加状態(前記の例の場合は1.8
[V])にする場合も、第1の液晶セル301と第2の
液晶セル303へ印加している電場を同時に取り去るよ
うにする。このような駆動方法を採用することで、スイ
ッチング時間は単個の液晶セルで任意に決められるた
め、液晶偏光回転子317の高速スイッチングが可能と
なる。
Furthermore, when an electric field is applied to the liquid crystal polarization rotator 317, the first liquid crystal cell 301 and the second liquid crystal cell 30 are used.
3 simultaneously with a sufficiently large electric field (9 in the above example)
[V]) is applied. In addition, the liquid crystal polarization rotator 317 is applied with a small bias (in the above example, 1.8).
Also in the case of [V]), the electric fields applied to the first liquid crystal cell 301 and the second liquid crystal cell 303 are removed at the same time. By adopting such a driving method, the switching time can be arbitrarily determined by a single liquid crystal cell, so that the liquid crystal polarization rotator 317 can be switched at high speed.

【0040】以上の説明で明らかなように、本発明の液
晶偏光回転子を用いた偏光制御型液晶光スイッチにおい
ては偏光回転時(小バイアス印加)の入射直線偏光が偏
光回転後に楕円偏光となることがなく、光学特性を最適
にすることが可能であるとともに、偏光非回転時(電場
印加時)も入射直線偏光が楕円偏光となることがなく光
学特性を最適にすることが可能であり、さらに応答時間
を短縮することが可能となる。
As is apparent from the above description, in the polarization control type liquid crystal optical switch using the liquid crystal polarization rotator of the present invention, the incident linearly polarized light at the time of polarization rotation (small bias application) becomes elliptically polarized light after the polarization rotation. It is possible to optimize the optical characteristics without causing the incident linearly polarized light to be elliptically polarized light even when the polarization is not rotated (when an electric field is applied). Furthermore, the response time can be shortened.

【0041】(実施例1)次に、前記偏光制御型の液晶
光スイッチの全体の構成について図1を用いて詳細に説
明する。図1は本発明の偏光制御型の液晶光スイッチ3
20を模式的に示す図である。前記液晶偏光回転子31
7は、第1の液晶セル301と第2の液晶セル303お
よびここでは図示しないが複屈折板とから構成する。第
1の液晶セル301には、第1の信号源131を第1の
スイッチ135を介して接続する。同様に第2の液晶セ
ル303には、第2の信号源133を第2のスイッチ1
37を介して接続する。図1では、理解しやすくするた
め液晶セルへの信号の印加、小バイアス印加の制御を第
1のスイッチ135と第2のスイッチ137のオンとオ
フに対応させて説明するが、実際はスイッチの代りに信
号源をトランジスタやダイオードまたはICを用いて電
子的に制御することは言うまでもない。
(Embodiment 1) Next, the overall configuration of the polarization control type liquid crystal optical switch will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 shows a polarization control type liquid crystal optical switch 3 of the present invention.
It is a figure which shows 20 typically. The liquid crystal polarization rotator 31
Reference numeral 7 is composed of a first liquid crystal cell 301, a second liquid crystal cell 303, and a birefringent plate (not shown here). A first signal source 131 is connected to the first liquid crystal cell 301 via a first switch 135. Similarly, in the second liquid crystal cell 303, the second signal source 133 is connected to the second switch 1
Connect via 37. In FIG. 1, for ease of understanding, control of signal application to the liquid crystal cell and control of application of a small bias are described by corresponding to ON and OFF of the first switch 135 and the second switch 137. It goes without saying that the signal source is electronically controlled by using a transistor, a diode or an IC.

【0042】本発明の偏光制御型の液晶光スイッチ32
0は、第1の偏光分離器121と第2の偏光分離器12
3とで液晶偏光回転子317の第1の領域145を両側
から挟む構成とする。また、第1の全反射ミラー125
と第2の全反射ミラー127とで液晶偏光回転子317
の第2の領域147を両側から挟む構造とする。このよ
うに構成した液晶光スイッチ320は、入力Aおよび入
力Bと出力Cおよび出力Dを備え、2×2の光スイッチ
の構成とすることができる。なお、前記偏向分離器と全
反射ミラーの位置は図1に示す構成に限らず、第1の領
域145の光出射側に全反射ミラー127を、第2の領
域147の光出射側に第2の偏向分離器123を配した
構成としても構わない。この構成とすることで、本発明
の液晶光スイッチ320に入射する、入力A,Bと、出
力C,Dの全ての光路長を同じとすることができる。
The polarization control type liquid crystal optical switch 32 of the present invention
0 is the first polarization separator 121 and the second polarization separator 12
3, the first region 145 of the liquid crystal polarization rotator 317 is sandwiched from both sides. In addition, the first total reflection mirror 125
And the second total reflection mirror 127, the liquid crystal polarization rotator 317.
The second region 147 is sandwiched from both sides. The liquid crystal optical switch 320 configured as described above includes the inputs A and B, the outputs C and D, and can be configured as a 2 × 2 optical switch. The positions of the deflection separator and the total reflection mirror are not limited to those shown in FIG. 1, and the total reflection mirror 127 is provided on the light emission side of the first region 145 and the second position is provided on the light emission side of the second region 147. The deflection separator 123 may be arranged. With this configuration, all the optical path lengths of the inputs A and B and the outputs C and D incident on the liquid crystal optical switch 320 of the present invention can be made the same.

【0043】次に本発明の液晶光スイッチ320の動作
について説明する。以下では、複屈折板331の作用が
液晶セル301および303の残留複屈折成分を除去す
るためであり、スイッチング特性の動作説明には本質的
でないため複屈折板331の働きを省略して説明する。
はじめに、液晶偏光回転子317を構成する第1の液晶
セル301と第2の液晶セル303とに小バイアス印加
で液晶偏光回転子317が偏光を回転する作用をする場
合を、図1を用いて説明する。
Next, the operation of the liquid crystal optical switch 320 of the present invention will be described. In the following, the function of the birefringent plate 331 is to remove the residual birefringent component of the liquid crystal cells 301 and 303 and is not essential to the description of the operation of the switching characteristics. .
First, referring to FIG. 1, a case where the liquid crystal polarization rotator 317 acts to rotate polarized light by applying a small bias to the first liquid crystal cell 301 and the second liquid crystal cell 303 which constitute the liquid crystal polarization rotator 317 will be described. explain.

【0044】まず、入力Aに第1の入力光101を入射
することを考える。図1には明示しないが第1の入力光
101は、光ファイバから出射した光をコリメータで平
行光とした光とする。第1の入力光101は、第1の偏
光分離器121に対するP偏光となる第1の直線偏光1
03とS偏光となる第2の直線偏光105とに分けて考
える。以降は、P偏光を図面上、垂直か水平の矢印で示
し、S偏光を図面上、斜めの矢印で示すことにする。
First, consider that the first input light 101 is incident on the input A. Although not clearly shown in FIG. 1, the first input light 101 is light emitted from the optical fiber and made into parallel light by a collimator. The first input light 101 is the first linearly polarized light 1 which is P-polarized light to the first polarization separator 121.
03 and the second linearly polarized light 105 which is S-polarized light will be considered separately. Hereinafter, P-polarized light will be indicated by vertical or horizontal arrows on the drawing, and S-polarized light will be indicated by diagonal arrows on the drawing.

【0045】第1の偏光分離器121に入射した第1の
直線偏光103は、P偏光のため第1の偏光分離器12
1を透過し、液晶偏光回転子317の第1の領域145
を通る第1の光路141に従って液晶偏光回転子317
中を進む。第1の直線偏光103は、液晶偏光回転子3
17を構成する第1の液晶セル301と第2の液晶セル
303が小バイアス印加状態であり、図1に図示しない
が、P偏光の方位角と第1の液晶セル301の入射側の
液晶ダイレクタの方位角とのなす角が45°のため、第
1の領域145を出射したときは、方位角を90°回転
してS偏光となる。S偏光となった第1の直線偏光10
3は、第2の偏光分離器123で進行方向を直角に変え
て出力Dから出射する。
Since the first linearly polarized light 103 incident on the first polarization separator 121 is P-polarized light, the first polarization separator 12
1 through the first region 145 of the liquid crystal polarization rotator 317.
A liquid crystal polarization rotator 317 according to a first optical path 141 through
Go inside. The first linearly polarized light 103 is the liquid crystal polarization rotator 3
Although not shown in FIG. 1, the first liquid crystal cell 301 and the second liquid crystal cell 303 which form 17 are in a state in which a small bias is applied, and the azimuth angle of P-polarized light and the liquid crystal director on the incident side of the first liquid crystal cell 301. Since the angle with the azimuth angle of is 45 °, when the light is emitted from the first region 145, the azimuth angle is rotated by 90 ° to become S-polarized light. First linearly polarized light 10 which has become S-polarized light
The third polarization splitter 123 changes the traveling direction to a right angle and emits the output 3 from the output D.

【0046】一方、入力Aに入った第2の直線偏光10
5は、S偏光のため第1の偏光分離器121で直角に向
きを変えて第1の全反射ミラー125に入射し、更に直
角に向きを変えてS偏光のまま液晶偏光回転子317の
第2の領域147を通る第2の光路143に従って液晶
偏光回転子317中を伝搬する。第2の直線偏光105
は、液晶偏光回転子317を構成する第1の液晶セル3
01と第2の液晶セル303が小バイアス印加状態であ
り、第2の領域147を出射したときは、液晶偏光回転
子317が半波長板として働くため方位角を90°回転
してP偏光となる。
On the other hand, the second linearly polarized light 10 input to the input A
Since 5 is S-polarized light, the first polarization separator 121 changes its direction to a right angle and makes it incident on the first total reflection mirror 125, and further changes its direction to a right angle and remains as S-polarized light in the liquid crystal polarization rotator 317. It propagates in the liquid crystal polarization rotator 317 according to the second optical path 143 passing through the second region 147. Second linearly polarized light 105
Is the first liquid crystal cell 3 that constitutes the liquid crystal polarization rotator 317.
01 and the second liquid crystal cell 303 are in a small bias application state, and when the light is emitted from the second region 147, the liquid crystal polarization rotator 317 functions as a half-wave plate, so that the azimuth angle is rotated by 90 ° and P polarization is obtained. Become.

【0047】第2の領域147を出射した第2の直線偏
光105は、第2の全反射ミラー127で直角に向きを
変え、更に第2の偏光分離器123では向きを変えるこ
となく透過するため、出力DにP偏光として到達する。
したがって、出力Dでは、第1の領域145を伝搬して
S偏光となった第1の直線偏光103と、第2の領域1
45を伝搬してP偏光となった第2の直線偏光105と
を合成した第1の出力光113として出射する。第1の
出力光113は、図示しないが必要に応じてコリメータ
レンズを介して光ファイバと結合する。
The second linearly polarized light 105 emitted from the second region 147 changes its direction at a right angle by the second total reflection mirror 127, and passes through the second polarization separator 123 without changing its direction. , Reaches the output D as P-polarized light.
Therefore, in the output D, the first linearly polarized light 103 that has propagated through the first region 145 to become S-polarized light and the second region 1
The second linearly polarized light 105 that has propagated through 45 and becomes P-polarized light is combined and emitted as the first output light 113. Although not shown, the first output light 113 is coupled with an optical fiber via a collimator lens as necessary.

【0048】次に、入力Bに入射した第2の入力光10
7について考える。第2の入力光107は、第1の偏光
分離器121に対するP偏光となる第3の直線偏光10
9とS偏光となる第4の直線偏光111とに分けて考え
る。
Next, the second input light 10 incident on the input B is input.
Think about 7. The second input light 107 is the third linearly polarized light 10 which is P-polarized light with respect to the first polarization separator 121.
9 and the fourth linearly polarized light 111 which becomes S-polarized light will be considered separately.

【0049】第1の偏光分離器121に入射した第3の
直線偏光109は、P偏光のため第1の偏光分離器12
1を透過し、第1の全反射ミラー125で直角に向きを
変えて液晶偏光回転子317の第2の領域147を通る
第2の光路143に従って液晶偏光回転子317中を進
む。第3の直線偏光109は、液晶偏光回転子317を
構成する第1の液晶セル301と第2の液晶セル303
が小バイアス印加状態であり、図1に図示しないがP偏
光の方位角と、第1の液晶セル301における入射側の
液晶ダイレクタの方位角との成す角が45°のため、第
2の領域147を出射したときは、方位角を90°回転
してS偏光となる。S偏光となった第3の直線偏光10
9は、第2の全反射ミラー127で直角に向きを変え、
更に第2の偏光分離器123に入射する。しかし、S偏
光のため第2の偏光分離器123で進行方向を直角に変
えて出力Cから出射する。
The third linearly polarized light 109 that has entered the first polarization separator 121 is P-polarized light, and therefore the first polarization separator 12
1 through the liquid crystal polarization rotator 317 along the second optical path 143 passing through the second region 147 of the liquid crystal polarization rotator 317 after being turned at a right angle by the first total reflection mirror 125. The third linearly polarized light 109 is composed of the first liquid crystal cell 301 and the second liquid crystal cell 303 which constitute the liquid crystal polarization rotator 317.
Is a small bias applied state, and although not shown in FIG. 1, the azimuth angle of P-polarized light and the azimuth angle of the liquid crystal director on the incident side in the first liquid crystal cell 301 are 45 °, the second region When the light exits from 147, the azimuth angle is rotated by 90 ° to become S-polarized light. Third linearly polarized light 10 which has become S-polarized light
9 is a second total reflection mirror 127, which is turned at a right angle,
Further, it is incident on the second polarization separator 123. However, since it is S-polarized light, the traveling direction is changed to a right angle by the second polarization separator 123 and the light is emitted from the output C.

【0050】一方、入力Bに入った第4の直線偏光11
1は、S偏光のため第1の偏光分離器121で直角に向
きを変えて、S偏光のまま液晶偏光回転子317の第1
の領域145を通る第1の光路141に従って偏光回転
子317中を伝搬する。
On the other hand, the fourth linearly polarized light 11 input to the input B
Since 1 is S-polarized light, the direction is changed at a right angle by the first polarization separator 121, and the S-polarized light is used as the first liquid crystal polarization rotator 317.
Propagating in the polarization rotator 317 according to the first optical path 141 passing through the region 145 of FIG.

【0051】第4の直線偏光111は、液晶偏光回転子
317を構成する第1の液晶セル301と第2の液晶セ
ル303が小バイアス印加状態であり、第1の領域14
5を出射したときは、液晶偏光回転子317が半波長板
として働くため、方位角を90°回転してP偏光とな
る。第1の領域145を出射した第4の直線偏光111
は、第2の偏光分離器123で向きを変えることなく透
過するため、出力CにP偏光として到達する。したがっ
て、出力Cでは、第2の領域147を伝搬してS偏光と
なった第3の直線偏光109と、第1の領域145を伝
搬してP偏光となった第4の直線偏光111とを合成し
た第2の出力光115として出射する。第2の出力光1
15は、図示しないが必要に応じてコリメータレンズを
介して光ファイバと結合する。
In the fourth linearly polarized light 111, the first liquid crystal cell 301 and the second liquid crystal cell 303 which constitute the liquid crystal polarization rotator 317 are in a small bias application state, and the first region 14
When 5 is emitted, the liquid crystal polarization rotator 317 functions as a half-wave plate, so that the azimuth angle is rotated by 90 ° to become P-polarized light. Fourth linearly polarized light 111 emitted from the first region 145
Passes through the second polarization separator 123 without changing its direction, and reaches the output C as P-polarized light. Therefore, in the output C, the third linearly polarized light 109 that has propagated through the second region 147 and has become S-polarized light and the fourth linearly polarized light 111 that has propagated through the first region 145 and have become P-polarized light 111. The light is emitted as the combined second output light 115. Second output light 1
Although not shown, 15 is coupled with an optical fiber via a collimator lens, if necessary.

【0052】次に、第1の信号源131の第1のスイッ
チ135と、第2の信号源133の第2のスイッチ13
7とをオン状態とし、液晶偏光回転子317を構成する
第1の液晶セル301と第2の液晶セル303とに十分
大きな電圧(駆動電圧)を印加して液晶偏光回転子31
7が偏光回転しない場合について図5を用いて説明す
る。この図5では、図1と同一構成要素には同一符号を
付けている。まず、入力Aに第1の入力光101を入射
することを考える。第1の入力光101は、第1の偏光
分離器121に対するP偏光となる第1の直線偏光10
3とS偏光となる第2の直線偏光105とに分けて考え
る。
Next, the first switch 135 of the first signal source 131 and the second switch 13 of the second signal source 133.
7 is turned on, and a sufficiently large voltage (driving voltage) is applied to the first liquid crystal cell 301 and the second liquid crystal cell 303 forming the liquid crystal polarization rotator 317 to apply the liquid crystal polarization rotator 31.
The case where 7 does not rotate the polarization will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. First, consider inputting the first input light 101 to the input A. The first input light 101 is the first linearly polarized light 10 which is P-polarized light to the first polarization separator 121.
3 and the second linearly polarized light 105 that becomes S-polarized light will be considered separately.

【0053】第1の偏光分離器121に入射した第1の
直線偏光103は、P偏光のため第1の偏光分離器12
1を透過し、液晶偏光回転子317の第1の領域145
を通る第1の光路141に従って液晶偏光回転子317
中を進む。第1の直線偏光103は、液晶偏光回転子3
17を構成する第1の液晶セル301と第2の液晶セル
303が駆動電圧の印加状態であり、液晶偏光回転子3
17では方位角の回転が起こらないため、第1の領域1
45を出射したときもP偏光のままである。したがっ
て、第1の直線偏光103は、第2の偏光分離器123
をそのまま透過して出力Cから出射する。
Since the first linearly polarized light 103 incident on the first polarization separator 121 is P-polarized light, the first polarization separator 12
1 through the first region 145 of the liquid crystal polarization rotator 317.
A liquid crystal polarization rotator 317 according to a first optical path 141 through
Go inside. The first linearly polarized light 103 is the liquid crystal polarization rotator 3
The first liquid crystal cell 301 and the second liquid crystal cell 303, which form part 17, are in a state in which a drive voltage is applied, and the liquid crystal polarization rotator 3
No rotation of azimuth occurs at 17, so the first area 1
Even when the light exits from 45, it remains P-polarized. Therefore, the first linearly polarized light 103 is converted into the second polarized light separator 123.
Through the output C and output from the output C.

【0054】一方、入力Aに入った第2の直線偏光10
5は、S偏光のため第1の偏光分離器121で直角に向
きを変えて第1の全反射ミラー125に入射し、更に直
角に向きを変えてS偏光のまま液晶偏光回転子317の
第2の領域147を通る第2の光路143に従って液晶
偏光回転子317中を伝搬する。
On the other hand, the second linearly polarized light 10 input to the input A
Since 5 is S-polarized light, the first polarization separator 121 changes its direction to a right angle and makes it incident on the first total reflection mirror 125, and further changes its direction to a right angle and remains as S-polarized light in the liquid crystal polarization rotator 317. It propagates in the liquid crystal polarization rotator 317 according to the second optical path 143 passing through the second region 147.

【0055】第2の直線偏光105は、液晶偏光回転子
317を構成する第1の液晶セル301と第2の液晶セ
ル303が駆動電圧印加状態であり、第2の領域147
を出射したときも、偏光状態を変えずにS偏光のままで
ある。したがって、第2の領域147を出射した第2の
直線偏光105は、第2の全反射ミラー127で直角に
向きを変え、更に第2の偏光分離器123で直角に向き
を変えて、出力CにS偏光のまま到達する。したがっ
て、出力Cでは、第1の領域145を伝搬してP偏光で
ある第1の直線偏光103と、第2の領域147を伝搬
してS偏光である第2の直線偏光105とを合成した第
2の出力光115として出射する。第2の出力光115
は、図示しないが必要に応じてコリメータレンズを介し
て光ファイバと結合する。
In the second linearly polarized light 105, the first liquid crystal cell 301 and the second liquid crystal cell 303 which form the liquid crystal polarization rotator 317 are in a driving voltage applied state, and the second region 147 is applied.
Even when the light is emitted, it remains S-polarized without changing the polarization state. Therefore, the second linearly polarized light 105 emitted from the second region 147 is turned at a right angle by the second total reflection mirror 127, is turned at a right angle by the second polarization separator 123, and the output C To S-polarized light. Therefore, in the output C, the first linearly polarized light 103 propagating in the first region 145 and being P-polarized light and the second linearly polarized light 105 propagating in the second region 147 and being S-polarized light are combined. It is emitted as the second output light 115. Second output light 115
Is coupled to the optical fiber through a collimator lens, though not shown.

【0056】次に、入力Bに入射した第2の入力光10
7について考える。第2の入力光107は、第1の偏光
分離器121に対するP偏光となる第3の直線偏光10
9とS偏光となる第4の直線偏光111とに分けて考え
る。第1の偏光分離器121に入射した第3の直線偏光
109は、P偏光のため第1の偏光分離器121を透過
し、第1の全反射ミラー125で直角に向きを変えて液
晶偏光回転子317の第2の領域147を通る第2の光
路143に従って液晶偏光回転子317中を進む。
Next, the second input light 10 incident on the input B is input.
Think about 7. The second input light 107 is the third linearly polarized light 10 which is P-polarized light with respect to the first polarization separator 121.
9 and the fourth linearly polarized light 111 which becomes S-polarized light will be considered separately. The third linearly polarized light 109 that has entered the first polarization separator 121 is P-polarized light, is transmitted through the first polarization separator 121, and is changed in direction at right angles by the first total reflection mirror 125 to rotate the liquid crystal polarization. Travel through the liquid crystal polarization rotator 317 according to a second optical path 143 through the second region 147 of the child 317.

【0057】第3の直線偏光109は、液晶偏光回転子
317を構成する第1の液晶セル301と第2の液晶セ
ル303が駆動電圧印加状態であり、偏光回転機能を消
失しているため、第2の領域147を出射したときもP
偏光を維持している。第2の領域147を出射した第3
の直線偏光109は、第2の全反射ミラー127で直角
に向きを変え、次に第2の偏光分離器123に入射す
る。しかし、P偏光のため第2の偏光分離機123をそ
のまま透過して出力Dから出射する。
In the third linearly polarized light 109, since the first liquid crystal cell 301 and the second liquid crystal cell 303 constituting the liquid crystal polarization rotator 317 are in the driving voltage applied state and the polarization rotation function is lost, Even when the second area 147 is emitted, P
The polarization is maintained. Third exiting second area 147
The linearly polarized light 109 of (1) is turned at a right angle by the second total reflection mirror 127, and then enters the second polarization separator 123. However, since it is P-polarized light, it passes through the second polarization separator 123 as it is and is emitted from the output D.

【0058】一方、入力Bに入った第4の直線偏光11
1は、S偏光のため第1の偏光分離器121で直角に向
きを変えて、S偏光のまま液晶偏光回転子317の第1
の領域145を通る第1の光路141に従って液晶偏光
回転子317中を伝搬する。第4の直線偏光111は、
液晶偏光回転子317を構成する第1の液晶セル301
と第2の液晶セル303が駆動電圧印加状態であり、偏
光回転機能を消失しているため、第1の領域145を出
射したときもS偏光を維持する。第1の領域145を出
射した第4の直線偏光111は、第2の偏光分離器12
3で直角に向きを変えて出力DにS偏光として到達す
る。したがって出力Dでは、第2の領域147を伝搬し
たP偏光の第3の直線偏光109と、第1の領域145
を伝搬したS偏光の第4の直線偏光111とを合成した
第1の出力光113として出射する。第1の出力光11
3は、図示しないが必要に応じてコリメータレンズを介
して光ファイバと結合する。
On the other hand, the fourth linearly polarized light 11 input to the input B
Since 1 is S-polarized light, the direction is changed at a right angle by the first polarization separator 121, and the S-polarized light is used as the first liquid crystal polarization rotator 317.
Propagates in the liquid crystal polarization rotator 317 according to the first optical path 141 passing through the area 145 of FIG. The fourth linearly polarized light 111 is
First liquid crystal cell 301 constituting the liquid crystal polarization rotator 317
Since the second liquid crystal cell 303 is in the driving voltage applied state and the polarization rotation function is lost, the S polarization is maintained even when the light is emitted from the first region 145. The fourth linearly polarized light 111 emitted from the first region 145 is reflected by the second polarization separator 12
It turns at right angles at 3 and reaches the output D as S-polarized light. Therefore, at the output D, the P-polarized third linearly polarized light 109 propagating through the second region 147 and the first region 145
Of the S-polarized fourth linearly polarized light 111 propagated as a first output light 113 and is emitted. First output light 11
Although not shown, 3 is coupled with an optical fiber via a collimator lens, if necessary.

【0059】以上の説明から明らかなように、入力Aに
入射した第1の入力光101は、液晶偏光回転子317
を構成する第1の液晶セル301と第2の液晶セル30
3とに小バイアスを印加する場合、第1の出力光113
として出力Dから出射する。また、入力Aに入射した第
1の入力光101は、液晶偏光回転子317を構成する
第1の液晶セル301と第2の液晶セル303とに駆動
電圧を印加して液晶偏光回転子317が偏光回転機能を
消失した場合、第2の出力光115として出力Cから出
射する。すなわち第1の入力光101は、液晶セル30
1、303への電圧印加の有無により異なる出力Cと出
力Dからの出力光となる。
As is clear from the above description, the first input light 101 incident on the input A is the liquid crystal polarization rotator 317.
The first liquid crystal cell 301 and the second liquid crystal cell 30 constituting the
When a small bias is applied to 3 and 1, the first output light 113
Is output from the output D. Further, the first input light 101 incident on the input A is applied with a drive voltage to the first liquid crystal cell 301 and the second liquid crystal cell 303 which form the liquid crystal polarization rotator 317, and the liquid crystal polarization rotator 317 When the polarization rotation function is lost, the second output light 115 is emitted from the output C. That is, the first input light 101 is transmitted through the liquid crystal cell 30.
The output light from the output C and the output D differs depending on whether or not a voltage is applied to the light sources 1 and 303.

【0060】また、入力Bに入射した第2の入力光10
7は、液晶偏光回転子317を構成する第1の液晶セル
301と第2の液晶セル303とに小バイアスを印加す
る場合、第2の出力光115として出力Cから出射す
る。また、入力Bに入射した第2の入力光107は、液
晶偏光回転子317を構成する第1の液晶セル301と
第2の液晶セル303とに駆動電圧を印加して液晶偏光
回転子317が偏光回転機能を消失した場合、第2の出
力光115として出力Cから出射する。すなわち第2の
入力光107は、液晶セル301、303への電圧印加
の有無にかかわらず同じ出力Cと出力Dからの出力光と
なる。
In addition, the second input light 10 incident on the input B
When a small bias is applied to the first liquid crystal cell 301 and the second liquid crystal cell 303 that form the liquid crystal polarization rotator 317, the light beam 7 is emitted from the output C as the second output light 115. Further, the second input light 107 incident on the input B is applied with a drive voltage to the first liquid crystal cell 301 and the second liquid crystal cell 303 constituting the liquid crystal polarization rotator 317, and the liquid crystal polarization rotator 317 is applied. When the polarization rotation function is lost, the second output light 115 is emitted from the output C. That is, the second input light 107 becomes output light from the same output C and output D regardless of whether or not a voltage is applied to the liquid crystal cells 301 and 303.

【0061】以上の説明から、本発明の液晶光スイッチ
320は、2×2の光スイッチとして動作することがわ
かる。また、図1に示した、第1の入力光101か第2
の入力光107の片方だけを使えば1×2の光スイッチ
として使用できることは言うまでもない。
From the above description, it can be seen that the liquid crystal optical switch 320 of the present invention operates as a 2 × 2 optical switch. In addition, the first input light 101 or the second input light 101 shown in FIG.
It goes without saying that if only one of the input lights 107 of 1 is used, it can be used as a 1 × 2 optical switch.

【0062】(実施例2)次に本発明の液晶光スイッチ
320の入力光が、初めから直線偏光である場合の動作
について説明する。まず、液晶偏光回転子317を構成
する第1の液晶セル301と第2の液晶セル303とに
小バイアスを印加して液晶偏光回転子317が偏光を回
転する場合について、図7を用いて説明する。図7で
は、図1と同一構成要素には同一符号をつけている。ま
ず、入力Aに第1の入力光101を入射することを考え
る。図7には明示しないが第1の入力光101および後
述する第2の入力光107は、偏波保存光ファイバから
出射した光をコリメータで平行光とした光で良い。第1
の入力光101は、第1の偏光分離器121に対するP
偏光となる第1の直線偏光103だけからなるような偏
光とする。
(Embodiment 2) Next, the operation when the input light of the liquid crystal optical switch 320 of the present invention is linearly polarized light from the beginning will be described. First, a case in which the liquid crystal polarization rotator 317 rotates polarized light by applying a small bias to the first liquid crystal cell 301 and the second liquid crystal cell 303 forming the liquid crystal polarization rotator 317 will be described with reference to FIG. To do. In FIG. 7, the same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. First, consider inputting the first input light 101 to the input A. Although not explicitly shown in FIG. 7, the first input light 101 and the second input light 107 described later may be light emitted from the polarization maintaining optical fiber and made into parallel light by a collimator. First
Input light 101 of P
The polarized light is composed of only the first linearly polarized light 103 that is polarized light.

【0063】第1の偏光分離器121に入射した第1の
直線偏光103は、P偏光のため第1の偏光分離器12
1を透過して、液晶偏光回転子317の第1の領域14
5を通る第1の光路141に従って液晶偏光回転子31
7中を進む。第1の直線偏光103は、液晶偏光回転子
317を構成する第1の液晶セル301と第2の液晶セ
ル303が小バイアス印加状態であり、図7には図示し
ないがP偏光の方位角と第1の液晶セル301の入射側
の液晶ダイレクタの方位角との成す角が45°のため、
第1の領域145を出射したときは、方位角を90°回
転してS偏光となる。第1の入力光101であるS偏光
となった第1の直線偏光103は、第2の偏光分離器1
23で進行方向を直角に変えて出力Dから第1の出力光
113として出射する。第1の出力光113は、図示し
ないが必要に応じてコリメータレンズを介して光ファイ
バと結合する。
Since the first linearly polarized light 103 incident on the first polarized light separator 121 is P polarized light, the first polarized light separator 12
1 through the first region 14 of the liquid crystal polarization rotator 317.
Liquid crystal polarization rotator 31 according to the first optical path 141 passing through 5.
Go through 7. In the first linearly polarized light 103, the first liquid crystal cell 301 and the second liquid crystal cell 303 that form the liquid crystal polarization rotator 317 are in a state in which a small bias is applied. Since the angle formed by the azimuth of the liquid crystal director on the incident side of the first liquid crystal cell 301 is 45 °,
When the light is emitted from the first region 145, the azimuth angle is rotated by 90 ° to become S-polarized light. The first linearly polarized light 103, which has become the S-polarized light that is the first input light 101, is the second polarization separator 1
At 23, the traveling direction is changed to a right angle, and the output D is emitted as the first output light 113. Although not shown, the first output light 113 is coupled with an optical fiber via a collimator lens as necessary.

【0064】次に、入力Bに入射した第2の入力光10
7について考える。第2の入力光107は、第1の偏光
分離器121に対するS偏光となる方位角の第4の直線
偏光111であるとする。入力Bに入った第4の直線偏
光111は、S偏光のため第1の偏光分離器121で直
角に向きを変えて、S偏光のまま液晶偏光回転子317
の第1の領域145を通る第1の光路141に従って液
晶偏光回転子317中を伝搬する。
Next, the second input light 10 incident on the input B is input.
Think about 7. The second input light 107 is assumed to be the fourth linearly polarized light 111 having an azimuth angle that is S-polarized with respect to the first polarization separator 121. Since the fourth linearly polarized light 111 that has entered the input B is S-polarized light, the direction of the fourth linearly polarized light 111 is changed at a right angle by the first polarization separator 121, and the liquid crystal polarization rotator 317 remains as S-polarized light.
Propagates in the liquid crystal polarization rotator 317 according to the first optical path 141 passing through the first region 145 of

【0065】第4の直線偏光111は、液晶偏光回転子
317を構成する第1の液晶セル301と第2の液晶セ
ル303が小バイアス印加状態であり、第1の領域14
5を出射したときは、液晶偏光回転子317が半波長板
として働くため、方位角を90°回転してP偏光とな
る。第1の領域145を出射した第2の入力光107で
ある第4の直線偏光111は、第2の偏光分離器123
で向きを変えることなく透過するため、出力CにP偏光
として到達する。したがって出力Cでは、第2の出力光
115として出射する。第2の出力光115は、図示し
ないが必要に応じてコリメータレンズを介して光ファイ
バと結合する。
In the fourth linearly polarized light 111, the first liquid crystal cell 301 and the second liquid crystal cell 303 constituting the liquid crystal polarization rotator 317 are in a small bias application state, and the first region 14
When 5 is emitted, the liquid crystal polarization rotator 317 functions as a half-wave plate, so that the azimuth angle is rotated by 90 ° to become P-polarized light. The fourth linearly polarized light 111, which is the second input light 107 emitted from the first region 145, is converted into the second polarization separator 123.
Since the light is transmitted without changing its direction at, it reaches the output C as P-polarized light. Therefore, the output C is emitted as the second output light 115. Although not shown, the second output light 115 is coupled with an optical fiber via a collimator lens, if necessary.

【0066】ここで、液晶偏光回転子317を構成する
第1の液晶セル301と第2の液晶セル303とにそれ
ぞれ第1の信号源131および第2の信号源133を配
し、第1のスイッチ135と第2のスイッチ137を入
れることで、各液晶セルに所定の駆動電圧を印加する場
合を考える。この場合、液晶偏光回転子317は、入射
偏光の方位角を90°回転する作用を消失する。したが
って、第1の入力光101は出力Cに第2の出力光11
5として出射し、第2の入力光107は出力Dに第1の
出力光113として出射する。
Here, the first signal source 131 and the second signal source 133 are respectively arranged in the first liquid crystal cell 301 and the second liquid crystal cell 303 which compose the liquid crystal polarization rotator 317, and the first signal source 131 and the second signal source 133 are respectively arranged. Consider a case where a predetermined drive voltage is applied to each liquid crystal cell by turning on the switch 135 and the second switch 137. In this case, the liquid crystal polarization rotator 317 loses the effect of rotating the azimuth angle of the incident polarized light by 90 °. Therefore, the first input light 101 is output to the output C and the second output light 11 is output.
5 and the second input light 107 is emitted to the output D as the first output light 113.

【0067】以上の説明から、本発明の液晶光スイッチ
320は、液晶偏光回転子317への駆動電圧印加およ
び小バイアス印加の切り替えにより出力先を選択できる
2×2の光スイッチとして動作することがわかる。ま
た、図7に示した第1の偏光分離器121を使用せず
に、P偏光またはS偏光の第1の入力光101か第2の
入力光107のどちらか片方だけが第1の領域145に
入射するようにすれば、1×2の光スイッチとして使用
できることは言うまでもない。
From the above description, the liquid crystal optical switch 320 of the present invention can operate as a 2 × 2 optical switch in which the output destination can be selected by switching the drive voltage application and the small bias application to the liquid crystal polarization rotator 317. Recognize. Further, without using the first polarization separator 121 shown in FIG. 7, only one of the P-polarized or S-polarized first input light 101 or the second input light 107 is in the first region 145. It is needless to say that it can be used as a 1 × 2 optical switch if it is made incident on the beam.

【0068】(実施例3)次に本発明の偏光制御型の液
晶光スイッチ320を可変光減衰器として用いる場合の
構成と、その駆動方法について説明する。本構成におけ
る液晶偏向回転子は、実施例1と同じで、第1、第2の
スイッチ135,137構成と駆動方法のみが異なる。
その一具体例について説明する。
(Embodiment 3) Next, the configuration and its driving method when the polarization control type liquid crystal optical switch 320 of the present invention is used as a variable optical attenuator will be described. The liquid crystal deflecting rotator in this configuration is the same as that in the first embodiment, and is different from the first and second switches 135 and 137 configuration only in the driving method.
One specific example will be described.

【0069】例えば、図1で入力を入力Aに第1の入力
光101だけを入射するとし、出力とし出力Dから出射
する第1の出力光113だけを考える。次に第1のスイ
ッチ135と第2のスイッチ137とをそれぞれ短絡状
態にして、第1の液晶セル301に第1の信号源131
を、第2の液晶セル303に第2の信号源133をそれ
ぞれ接続する。このとき、第1の信号源131と第2の
信号源133における出力の振幅またはパルス幅を変え
るなどして、液晶セル301,303に印加する電圧実
効値をアナログ的に変えていくことを考える。
For example, in FIG. 1, assuming that only the first input light 101 is input to the input A and the first output light 113 that is output and is output from the output D is considered. Next, the first switch 135 and the second switch 137 are short-circuited, respectively, and the first signal source 131 is applied to the first liquid crystal cell 301.
And the second signal source 133 is connected to the second liquid crystal cell 303. At this time, it is considered that the effective voltage value applied to the liquid crystal cells 301 and 303 is changed in an analog manner by changing the amplitude or pulse width of the output from the first signal source 131 and the second signal source 133. .

【0070】このとき、液晶偏光回転子317の第1の
領域145と第2の領域147を出射する光は、液晶偏
光回転子317が液晶セル301,303の変調印加電
圧に応じて、偏光回転機能をアナログ的に消失するた
め、一般にはその出射する光は楕円偏光となる。このた
め、出力Dへ出射する第1の出力光113は、強度変調
を受けることになるため、第1の信号源131と第2の
信号源133の出力の実効値に応じて連続的に出力光強
度を任意に制御することが可能となる。したがって、本
実施例の構成で、偏光制御型液晶光スイッチ320を可
変光減衰器として使用することができる。
At this time, the light emitted from the first region 145 and the second region 147 of the liquid crystal polarization rotator 317 is polarized by the liquid crystal polarization rotator 317 according to the modulation applied voltage of the liquid crystal cells 301 and 303. Since the function disappears in an analog manner, the emitted light is generally elliptically polarized light. For this reason, the first output light 113 emitted to the output D is subjected to intensity modulation, so that it is continuously output according to the effective values of the outputs of the first signal source 131 and the second signal source 133. It is possible to control the light intensity arbitrarily. Therefore, with the configuration of this embodiment, the polarization control type liquid crystal optical switch 320 can be used as a variable optical attenuator.

【0071】(実施例4)本発明の液晶を用いた偏光制
御型光スイッチをアレイ化する場合の構成について図6
を用いて説明する。図6は、アレイ化した液晶セルを用
いた偏光制御型の液晶光スイッチの構成を示す図であ
る。アレイ化する場合は、複数のセルからなる液晶偏光
回転子317をアレイの数に面内で分割して構成する。
その具体的な分割方法は図6には図示していないが、液
晶偏光回転子317を構成する液晶セルの透明電極を所
定の領域に電極面内で分割して、複数の液晶変更回転素
子部を構成し、その複数に分割された液晶偏向回転素子
部をそれぞれ任意に制御することで実現する。図6で
は、液晶偏光回転子317を第1の液晶偏光回転素子部
621と、第2の液晶偏光回転素子部623とに2分割
する場合を示す。
(Embodiment 4) Configuration of an array of polarization control type optical switches using the liquid crystal of the present invention FIG.
Will be explained. FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a polarization control type liquid crystal optical switch using an arrayed liquid crystal cell. In the case of forming an array, the liquid crystal polarization rotator 317 including a plurality of cells is divided into the number of arrays in the plane.
Although the specific dividing method is not shown in FIG. 6, the transparent electrode of the liquid crystal cell that constitutes the liquid crystal polarization rotator 317 is divided into predetermined regions in the electrode plane to form a plurality of liquid crystal changing rotator elements. And the liquid crystal deflecting and rotating element section divided into a plurality of sections are arbitrarily controlled. FIG. 6 shows a case where the liquid crystal polarization rotator 317 is divided into a first liquid crystal polarization rotator element section 621 and a second liquid crystal polarization rotator element section 623.

【0072】図6に示すように、第1の複合プリズム部
631を第1の偏光分離器121と第1の全反射ミラー
125により構成し、第2の複合プリズム部633を第
2の偏光分離器123と第2の全反射ミラー127によ
り構成する。アレイ化偏光制御型光スイッチは、前述の
通り、分割された複数の液晶偏向回転素子部を有する液
晶偏光回転子317を、第1の複合プリズム部631と
第2の複合プリズム部633との間に配置することで構
成する。図6では、2×2素子を2つ配置したアレイ化
素子を示す。第1の液晶偏光回転素子部621では、第
1Aの入力601と第1Bの入力603からの入射光を
制御し、第1Cの出力611および第1Dの出力613
から出射するようにする。また、第2の液晶偏光回転素
子部623では、第2Aの入力605と第2Bの入力6
07からの入射光を制御し、第2Cの出力615および
第2Dの出力617から出射するようにする。
As shown in FIG. 6, the first composite prism portion 631 is composed of the first polarization separator 121 and the first total reflection mirror 125, and the second composite prism portion 633 is composed of the second polarization splitter. And a second total reflection mirror 127. In the arrayed polarization control type optical switch, as described above, the liquid crystal polarization rotator 317 having a plurality of divided liquid crystal polarization rotator elements is provided between the first compound prism section 631 and the second compound prism section 633. It is configured by placing it in. FIG. 6 shows an arrayed element in which two 2 × 2 elements are arranged. The first liquid crystal polarization rotator element 621 controls incident light from the first A input 601 and the first B input 603, and outputs the first C output 611 and the first D output 613.
To be emitted from. Further, in the second liquid crystal polarization rotator element 623, the second A input 605 and the second B input 6 are input.
The incident light from 07 is controlled so as to be emitted from the output 615 of the second C and the output 617 of the second D.

【0073】図6では、簡単のため液晶偏光回転子31
7を2分割した1次元2アレイ構成の場合を示したが、
アレイ化は上記と同様な手法で2次元面内に展開するこ
とが可能なので、1次元2アレイには限定しないことは
言うまでもない。
In FIG. 6, the liquid crystal polarization rotator 31 is shown for simplification.
The case of a one-dimensional two-array configuration in which 7 is divided into two is shown.
It is needless to say that the arraying can be expanded in a two-dimensional plane by the same method as described above, and thus the invention is not limited to the one-dimensional two-array.

【0074】[0074]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の液晶光スイッチとその駆動方法では、単純な構成で簡
便な駆動方法により可変光減衰器としても利用可能であ
り、しかも高機能な光スイッチを実現できる。また、本
発明の構成は、光ファイバを用いた波長多重(WDM)
通信や光化ネットワークに用いる偏光制御型液晶光スイ
ッチとその駆動方法の範囲は、ここに述べた装置により
限定されないで、例えば自由空間光通信装置用の液晶光
変調器への応用も可能であることは言うまでもない。
As is apparent from the above description, the liquid crystal optical switch and the driving method thereof according to the present invention can be used as a variable optical attenuator with a simple structure and a simple driving method, and has a high function. An optical switch can be realized. In addition, the configuration of the present invention is wavelength division multiplexing (WDM) using an optical fiber.
The range of the polarization control type liquid crystal optical switch used for communication and optical network and its driving method is not limited by the device described here, and can be applied to, for example, a liquid crystal optical modulator for a free space optical communication device. Needless to say.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1または3における、偏光制御
型または可変項減衰器として用いた場合の液晶光スイッ
チの装置構成を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a device configuration of a liquid crystal optical switch when used as a polarization control type or variable term attenuator in Example 1 or 3 of the present invention.

【図2】本発明の実施形態における偏光制御型の液晶光
スイッチの液晶偏光回転子を構成する液晶セルの構造を
示す模式断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a liquid crystal cell that constitutes a liquid crystal polarization rotator of a polarization control type liquid crystal optical switch according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施形態における偏光制御型の液晶光
スイッチの液晶偏光回転子の構造を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a structure of a liquid crystal polarization rotator of a polarization control type liquid crystal optical switch according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施形態における偏光制御型の液晶光
スイッチの液晶偏光回転子を構成する液晶セルの各基板
界面での液晶ダイレクタの方位角を説明するための平面
図である。
FIG. 4 is a plan view for explaining an azimuth angle of a liquid crystal director at each substrate interface of a liquid crystal cell that constitutes a liquid crystal polarization rotator of a polarization control type liquid crystal optical switch according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の偏光制御型の液晶光スイッチおよび可
変光減衰器の実施形態における液晶偏光回転子に信号源
を接続した構成を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration in which a signal source is connected to a liquid crystal polarization rotator in an embodiment of a polarization control type liquid crystal optical switch and a variable optical attenuator of the present invention.

【図6】本発明の実施例4における、偏光制御型の液晶
光スイッチをアレイ化したときの構成を示す模式図であ
る。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of an array of polarization control type liquid crystal optical switches in Example 4 of the present invention.

【図7】本発明の実施例2における、入射光が直線偏光
に限定できる場合の偏光制御型の液晶光スイッチ構成を
示す模式断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a polarization control type liquid crystal optical switch in a case where incident light can be limited to linearly polarized light in Example 2 of the present invention.

【図8】偏光制御型の液晶光スイッチに用いる液晶セル
に、TN型を用いた場合と半波長板型を用いた場合との
アイソレーション特性の波長依存性を比較するためのグ
ラフである。
FIG. 8 is a graph for comparing the wavelength dependence of the isolation characteristics between the case of using the TN type and the case of using the half-wave plate type in the liquid crystal cell used in the polarization control type liquid crystal optical switch.

【図9】偏光制御型の液晶光スイッチに用いる液晶セル
の駆動電圧―リターデーション特性を示すグラフであ
る。
FIG. 9 is a graph showing drive voltage-retardation characteristics of a liquid crystal cell used for a polarization control type liquid crystal optical switch.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 第1の入力光 103 第1の直線偏光 105 第2の直線偏光 107 第2の入力光 109 第3の直線偏光 111 第4の直線偏光 113 第1の出力光 115 第2の出力光 121 第1の偏光分離器 123 第2の偏光分離器 125 第1の全反射ミラー 127 第2の全反射ミラー 131 第1の信号源 133 第2の信号源 141 第1の光路 143 第2の光路 145 第1の領域 147 第2の領域 301 第1の液晶セル 303 第2の液晶セル 317 液晶偏光回転子 320 液晶光スイッチ 331 複屈折板 101 First input light 103 First linearly polarized light 105 Second linearly polarized light 107 Second input light 109 Third linearly polarized light 111 Fourth linearly polarized light 113 First output light 115 Second output light 121 First polarization separator 123 Second polarization separator 125 First total reflection mirror 127 Second total reflection mirror 131 First signal source 133 Second signal source 141 First optical path 143 Second optical path 145 First area 147 Second area 301 First liquid crystal cell 303 Second liquid crystal cell 317 Liquid crystal polarization rotator 320 LCD optical switch 331 Birefringent plate

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Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の液晶セルと、その複数の液晶セル
の間または外側のいずれかの位置に配した複屈折板から
なる液晶偏光回転子を備え、前記複数の液晶セルは、光
入射側基板と光出射側基板とで狭持された液晶層をアン
チパラレルまたはパラレルのいずれかに統一して配向さ
せるとともに、前記光出射側基板と光入射側基板に接す
るそれぞれの液晶ダイレクタ方位角がほぼ等しくなるよ
うに設定されており、前記複屈折板は、その複屈折板の
進層軸と前記液晶ダイレクタ方位角がほぼ平行となるよ
うに構成されたことを特徴とする液晶光スイッチ。
1. A liquid crystal polarization rotator comprising a plurality of liquid crystal cells and a birefringent plate arranged at a position either between or outside the plurality of liquid crystal cells, wherein the plurality of liquid crystal cells are provided on a light incident side. The liquid crystal layer sandwiched between the substrate and the light emitting side substrate is uniformly oriented in either anti-parallel or parallel, and the liquid crystal director azimuth angles in contact with the light emitting side substrate and the light incident side substrate are almost the same. A liquid crystal optical switch, wherein the birefringent plates are set to be equal to each other, and the birefringent plate has an advance layer axis substantially parallel to the liquid crystal director azimuth angle.
【請求項2】前記複数の液晶セルのセル厚と該液晶層の
リタデーションの比をほぼ等しく設定したことを特徴と
する請求項1に記載の液晶光スイッチ。
2. The liquid crystal optical switch according to claim 1, wherein the cell thickness of the plurality of liquid crystal cells and the retardation ratio of the liquid crystal layer are set to be substantially equal to each other.
【請求項3】 前記液晶偏光回転子は、その液晶偏光回
転子へ入射する所定の波長に対し半波長板として動作す
ることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶光ス
イッチ。
3. The liquid crystal optical switch according to claim 1, wherein the liquid crystal polarization rotator operates as a half-wave plate for a predetermined wavelength incident on the liquid crystal polarization rotator.
【請求項4】 前記複数の液晶セルはn個で構成されて
おり、各液晶セルにおける液晶層のリタデーションが、
前記所定の波長に対し1/(2n)波長条件であること
を特徴とする請求項3に記載の液晶光スイッチ。
4. The plurality of liquid crystal cells are composed of n pieces, and the retardation of the liquid crystal layer in each liquid crystal cell is:
The liquid crystal optical switch according to claim 3, wherein the condition is 1 / (2n) wavelength with respect to the predetermined wavelength.
【請求項5】 前記液晶偏光回転子の光入射側と光出射
側に、偏光分離器を設けたことを特徴とする請求項1か
ら4のいずれか1に記載の液晶光スイッチ。
5. The liquid crystal optical switch according to claim 1, wherein a polarization separator is provided on the light incident side and the light emitting side of the liquid crystal polarization rotator.
【請求項6】 前記液晶偏光回転子の光入射側と光出射
側に、偏光分離器と全反射ミラーを設けたことを特徴と
する請求項1から4のいずれか1に記載の液晶光スイッ
チ。
6. The liquid crystal optical switch according to claim 1, wherein a polarization separator and a total reflection mirror are provided on the light incident side and the light emitting side of the liquid crystal polarization rotator. .
【請求項7】 前記各液晶セルに形成された電極を任意
の数に分割して、それぞれ別々に制御が可能な複数の液
晶偏光回転素子部を液晶セルに設けたことを特徴とする
請求項1から6のいずれか1に記載の液晶光スイッチ。
7. The liquid crystal cell is provided with a plurality of liquid crystal polarization rotator elements which can be separately controlled by dividing an electrode formed in each liquid crystal cell into an arbitrary number. 7. The liquid crystal optical switch according to any one of 1 to 6.
【請求項8】 前記複屈折板のリタデーションが、前記
液晶パネルの電極にオン電圧を印加した際に発生する残
留複屈折成分よりも少なくとも大きいことを特徴とする
請求項1から7のいずれか1に記載の液晶光スイッチ。
8. The retardation of the birefringent plate is at least larger than the residual birefringence component generated when an on-voltage is applied to the electrodes of the liquid crystal panel. Liquid crystal optical switch described in.
【請求項9】 請求項1から8のいずれか1に記載の液
晶光スイッチの駆動方法において、前記複数の液晶セル
に印加する所定の駆動波形の実効値をアナログ変調し、
連続的に偏光回転量および入射光の楕円偏光を制御する
ことを特徴とする液晶光スイッチの駆動方法。
9. The method for driving a liquid crystal optical switch according to claim 1, wherein an effective value of a predetermined drive waveform applied to the plurality of liquid crystal cells is analog-modulated,
A method for driving a liquid crystal optical switch, characterized by continuously controlling the polarization rotation amount and the elliptically polarized light of incident light.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100432819C (en) * 2004-06-10 2008-11-12 通用光讯光电技术(北京)有限公司 Optical instrument and measurement system using multiple tunable optical polarization rotators

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