(57)【要約】【課題】消光比の高いアイソレータを得る。【解決手段】透光性基板４、５上に形成された複屈折性材料層を加工して、断面形状が凹凸状の周期構造を有する回折格子１、２をそれぞれ作製し、回折格子１、２の凹部に複屈折性材料層の常光屈折率に等しい屈折率を有する等方性透明材料３を充填して偏光性の回折格子を構成して、それぞれの偏光性の回折格子と透光性基板６とを積層して複層回折型偏光子１００を得て、アイソレータとして用いる。【選択図】図１
2011191787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、偏光子と、集光レンズとを備えるアイソレータであって、
前記偏光子として、第１の偏光方向を有する入射光に対しては回折格子として作用せず直進透過し、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を有する入射光に対しては回折格子として作用して回折する、複屈折性材料を備える偏光性の回折格子を、少なくとも２つ積層した複層回折格子で形成された複層回折型偏光子を備え、
第１の偏光方向を有する入射光は、前記偏光子を直進透過して前記集光レンズにより、前記集光レンズの光軸の焦点面上に焦点を結び、
第２の偏光方向を有する入射光は、前記偏光子により回折されて前記集光レンズにより、前記集光レンズの光軸外の焦点面上に焦点を結ぶ
ことを特徴とするアイソレータ。
【請求項２】
電極付き透光性基板間に液晶層が挟持されてなる液晶セルの少なくとも一方の透光性基板表面に、第１の偏光方向を有する入射光に対しては回折格子として作用せず直進透過し、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を有する入射光に対しては回折格子として作用して回折する、複屈折性材料を備える偏光性の回折格子を、少なくとも２つ積層した複層回折格子で形成された複層回折型偏光子を積層した複合型液晶素子を備え、
前記液晶層に印加する電圧によって特定偏光方向の直進透過光量を調整する
ことを特徴とする電圧可変アッテネータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アイソレータおよび電圧可変アッテネータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ、ＤＶＤなど光ディスクの情報読み出し用光ヘッド装置において、例えば図１０に示す偏光性の回折格子４００が偏光ビームスプリッタとして用いられている。透光性基板４であるガラス基板の片面に、常光屈折率ｎｏおよび異常光屈折率ｎｅ（ｎｏ≠ｎｅ）を有する複屈折性材料層で回折格子１を形成し、断面形状が凹凸状で段差ｄの周期構造となるようにする。
【０００３】
周期構造の凹凸部を埋めるように常光屈折率ｎｏとほぼ等しい屈折率ｎｓの等方性透明材料３を充填し、透光性基板５であるガラス基板を等方性透明材料３に重ねて偏光性の回折格子４００を形成する。ここで、｜ｎｅ−ｎｓ｜×ｄが入射光の波長λの半分とすることにより、常光偏光（常光屈折率を与える偏光方向）の入射光は回折されずに直進透過し、異常光偏光（異常光屈折率を与える偏光方向）の入射光は回折されて直進透過しない、偏光性の回折格子となる。
【０００４】
このような偏光性の回折格子を、波長帯域１４００〜１７００ｎｍの光通信用のアイソレータとして使用したとき、消光比が充分得られない問題があった。すなわち、特定の単一波長λ０に着目すると、直進透過する第１の直線偏光（例えば常光偏光）の光量をＩ１、第１の直線偏光と直交する偏光方向を有する第２の直線偏光（異常光偏光）の回折されずに直進透過する光量をＩ２とするとき、比率Ｉ２／Ｉ１（以下、消光比という）が−２０ｄＢ以下となる。しかし、異常光偏光の直進透過光の透過率はｃｏｓ２（０．５×π×λ０／λ）で記述されるため、波長λがλ０と異なるほど入射光に対しては回折されないで直進透過する成分が発生し消光比が劣化する。
【０００５】
また、特定の単一波長に対して高い消光比を実現するためには、凹凸状の周期構造の段差ｄを正確に加工する必要があり、再現性よく消光比の高い偏光性の回折格子を得ることは困難であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述の実情に鑑み、安定して高い消光比が実現できるアイソレータおよび電圧可変アッテネータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、少なくとも、偏光子と、集光レンズとを備えるアイソレータであって、前記偏光子として、第１の偏光方向を有する入射光に対しては回折格子として作用せず直進透過し、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を有する入射光に対しては回折格子として作用して回折する、複屈折性材料を備える偏光性の回折格子を、少なくとも２つ積層した複層回折格子で形成された複層回折型偏光子を備え、第１の偏光方向を有する入射光は、前記偏光子を直進透過して前記集光レンズにより、前記集光レンズの光軸の焦点面上に焦点を結び、第２の偏光方向を有する入射光は、前記偏光子により回折されて前記集光レンズにより、前記集光レンズの光軸外の焦点面上に焦点を結ぶことを特徴とするアイソレータを提供する。
【０００８】
また、本発明は、電極付き透光性基板間に液晶層が挟持されてなる液晶セルの少なくとも一方の透光性基板表面に、第１の偏光方向を有する入射光に対しては回折格子として作用せず直進透過し、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を有する入射光に対しては回折格子として作用して回折する、複屈折性材料を備える偏光性の回折格子を、少なくとも２つ積層した複層回折格子で形成された複層回折型偏光子を積層した複合型液晶素子を備え、前記液晶層に印加する電圧によって特定偏光方向の直進透過光量を調整することを特徴とする電圧可変アッテネータを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複層回折型偏光子が、広い波長帯域の入射光に対して高い消光比を有するので、この複層回折型偏光子を用いることにより、高性能のアイソレータが得られる。また、この複層回折型偏光子と液晶セルを一体化した複合型液晶素子は、液晶セルに印加する電圧を所定の大きさに設定することにより、特定偏光方向の直進透過光量を所望の大きさに調整できるため、この複合型液晶素子を用いることにより、高性能の電圧可変アッテネータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施態様の複層回折型偏光子の構成例を示す側面図。
【図２】図１に示す複層回折型偏光子に異常光偏光が入射した場合の作用を示す側面図。
【図３】図１に示す複層回折型偏光子に常光偏光が入射した場合の作用を示す側面図。
【図４】図１に示す複層回折型偏光子を構成する２種の回折格子パターンの一例を示す平面図。
【図５】図１に示す複層回折型偏光子が直進透過光と回折光とを分離する光学系を構成する一例を示す側面図。
【図６】図１に示す複層回折型偏光子を透過した光の、集光レンズの焦点面における直進透過光と回折光の集光位置の一例を示す平面図。
【図７】本発明の複層回折型偏光子における異常光偏光透過率の波長依存性（計算値）の一例を示すグラフ。
【図８】本発明の第３の実施態様の複合型液晶素子の構成例を示す側面図。
【図９】本発明の複合型液晶素子の他の構成例を示す側面図。
【図１０】従来の複層回折型偏光子の構成例を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、まず、第１の偏光方向を有する入射光に対しては回折格子として作用せず直進透過し、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を有する入射光に対しては回折格子として作用して回折する複屈折性材料を備える偏光性の回折格子を得て、この偏光性の回折格子を２つ以上積層した複層回折型偏光子を得る。複層回折型偏光子をこのように構成することにより、消光比を高くする効果を生ずる。
【００１２】
［第１の実施態様］
図１は本発明の複層回折型偏光子の構成の第１の実施態様を示す側面図である。透光性基板４および透光性基板５のそれぞれの片面に、常光屈折率ｎｏおよび異常光屈折率ｎｅ（ｎｏ≠ｎｅ）の複屈折性材料層を、その進相軸（常光屈折率を示す方向）が図１のＸ軸方向に揃うように形成する。次に複屈折性材料層を、断面形状が段差ｄ１かつ格子ピッチｐ１の凹凸状の周期構造を有する回折格子１と、断面形状が段差ｄ２かつ格子ピッチｐ２の凹凸状の周期構造を有する回折格子２とに加工する。
【００１３】
その後、少なくともそれぞれの凹部に屈折率ｎｓ（常光屈折率ｎｏまたは異常光屈折率ｎｅに等しい）の等方性透明材料３を充填して偏光性の回折格子を透光性基板４および透光性基板５上に形成した後、透光性基板４と透光性基板５と透光性基板６とを積層して、複層回折型偏光子１００とする。ここで、少なくともそれぞれの凹部にという意味は、凹部のみを充填してもよいし、凹凸部を埋めるように充填してもよい。なお等方性透明材料とは、屈折率が等方的な透明材料のことである。格子凹部の溝方向である格子長手方向は、透光性基板４と透光性基板５との間で、平行であってもよいし、直交していてもよいし、所定の角度をなしていてもよい。回折格子により発生する回折光は格子長手方向に直交する方向であるため、回折格子１と回折格子２の格子長手方向を所定の角度とすることにより回折光を所望の方向に発生させることができる。
【００１４】
ここで、例えば屈折率ｎｓが常光屈折率ｎｏとほぼ等しい等方性透明材料３を用い、リタデーション値｜ｎｅ−ｎｓ｜×ｄ１および｜ｎｅ−ｎｓ｜×ｄ２が入射光の波長の（ｍ＋１／２）倍（ｍは０または正の整数）となる段差ｄ１およびｄ２とすることが次の理由により好ましい。その理由とは、第２の偏光方向を有する入射光に対する直進透過光の光量比が最小となり、高い消光比が得られるためである。ここで、（ｍ＋１／２）倍とは、（ｍ＋１／２）の±１０％以内の倍率変化を含んでいてもよく、本発明における効果は変わらない。
【００１５】
このような複層回折型偏光子１００に、異常光偏光（Ｓ偏光）が入射した場合、図２に示すように本発明における回折格子１および回折格子２からなるそれぞれの偏光性の回折格子は、凹凸状の周期構造により屈折率ｎｅと屈折率ｎｓの位相変調型回折格子として作用し回折光が発生する。以下において、回折格子１とは、回折格子１からなる偏光性の回折格子１を意味し、回折格子２についても同様である。
【００１６】
複層回折型偏光子において、回折効率の波長依存性を抑制できるようにし、かつ加工段差を浅くできるようにするため、リタデーション値｜ｎｅ−ｎｓ｜×ｄ１および｜ｎｅ−ｎｓ｜×ｄ２は出射光の波長の１／２倍（ｍ＝０に相当）とすることが好ましい。ここでも上述のように、１／２倍の±１０％以内の倍率変化を含んでいてもよい。すなわち、０．５５〜０．４５の範囲の倍率であればよい。
【００１７】
ここで、回折格子１で回折されずに直進透過した異常光偏光（Ｓ偏光）の一部は回折格子２で回折されるため、複層回折型偏光子１００を直進透過する異常光偏光は極めてわずかとなる。
【００１８】
一方、複層回折型偏光子１００に常光偏光（Ｐ偏光）が入射した場合、図３に示すように本発明における回折格子１および回折格子２は、凹凸状の周期構造を有していても屈折率ｎｓの媒質と同等となり、入射光は回折されず直進透過する。
【００１９】
したがって、常光偏光の透過率が９０％以上で、常光偏光の偏光方向と直交する偏光方向を有する異常光偏光の透過率が５％以下である回折格子１と回折格子２とを積層することにより、異常光偏光の入射光においては直進透過光が入射光の０．５％以下である複層回折型偏光子が得られる。
【００２０】
ここで、図４の２種の回折格子パターンおよび図１に示すように、回折格子１を格子ピッチｐ１で格子長手方向の角度がＸ軸に対してθ１の直線格子とし、回折格子２を格子ピッチｐ２で格子長手方向の角度がＸ軸に対してθ２の直線格子とする。
【００２１】
一般に回折格子１で回折された光が回折格子２でも回折されて、直進透過光に重畳すると結果的に直進透過光成分が増加して消光比が劣化する。しかし、格子ピッチｐ１と格子ピッチｐ２が異なるように、または格子長手方向の角度θ１と角度θ２とが異なるようにすれば、このような消光比の変化を防げる。すなわち、構成要素である各回折格子の格子ピッチまたは格子長手方向が一致しないように設定することが、回折格子１と回折格子２との多重回折光が直進透過光に重畳せず、消光比の劣化を招かず好ましい。たとえそれぞれの回折格子の段差ｄ１とｄ２とが同じであっても、ｐ１とｐ２、またはθ１とθ２とが異なっていれば、消光比は劣化しない。
【００２２】
図５は本発明の複層回折型偏光子１００を用いて、消光比の高いアイソレータとする場合の光学系構成の一例を示す側面図である。複層回折型偏光子１００に常光偏光と異常光偏光とが混在した平行光が入射し、出射側に集光レンズ７を配置した場合、複層回折型偏光子１００を直進透過した常光偏光は集光レンズ７の光軸上の焦点面に集光される。一方、複層回折型偏光子１００で回折された異常光偏光は集光レンズ７の光軸外の焦点面に集光される。
【００２３】
したがって、集光レンズ７の光軸上の焦点面に開口部を有する開口絞り８を配置することにより、常光偏光のみを透過し異常光偏光を遮断するアイソレータとなる。ここで、開口絞り８の代わりに開口部に相当する受光部を有する光検出器を配置することにより常光偏光の成分のみを検出できる。また、光伝送用の光ファイバーのコア部を開口部の代わりに配置すれば常光偏光のみを伝送できる。
【００２４】
図４に示す、格子長手方向の角度θ１で格子ピッチｐ１の回折格子１と格子長手方向の角度θ２で格子ピッチｐ２の回折格子２において、θ１＝θ２＝０゜とし、ｐ２をｐ１の２倍とした場合、図５の集光レンズ７の焦点面に発生する直進透過光と回折光の集光位置の一例を図６に示す。
【００２５】
常光偏光（Ｐ偏光）は回折格子１および回折格子２により回折されず（０次回折光がさらに、０次回折光となって）光軸上の◎で示される位置に集光される。これを、０次×０次と表現する。また、回折格子１および回折格子２により、同じ符号でかつ同じ次数の光として回折された（±１次回折光がさらに回折されて、それぞれ±１次回折光となった）異常光偏光（Ｓ偏光）は△または▽で示される位置に集光される。これを、１次×１次、−１次×−１次と表現する。以下、同様である。また、回折格子１により±１次光として回折されるが、回折格子２により回折されずに０次回折光となった異常光偏光は○で示される位置に集光される。
【００２６】
また、回折格子２により±１次光として回折されるが、回折格子１により回折されない（０次回折光）異常光偏光と、回折格子１および回折格子２により異なる符号でかつ、異なる次数で回折された（＋１次回折光が回折されて、−１次回折光となる、または−１次回折光が回折されて＋１次回折光となる）異常光偏光は□で示される位置に集光される。
【００２７】
異常光偏光の回折方向は回折格子１と回折格子２の格子長手方向の角度θ１、θ２により定まり、回折光の集光位置の光軸からの距離は入射光の波長、格子ピッチｐ１、ｐ２および集光レンズ７の焦点距離により定まる。
【００２８】
［第２の実施態様］
次に、回折格子１と回折格子２を構成する複屈折性材料層の段差ｄ１とｄ２とを異なるようにすることが好ましい。さらに、入射光の波長がλ１〜λ２の範囲にあるとき波長λ１、λ２と、複屈折性材料層の常光屈折率と異常光屈折率との差△ｎとの比、λ１／（２×△ｎ）とλ２／（２×△ｎ）との間にｄ１およびｄ２が存在することが好ましい。このように構成することが広い波長帯域の入射光に対しても比較的高い消光比が得られる。
【００２９】
この本発明の複層回折型偏光子における第２の実施態様について説明する。本態様の複層回折型偏光子に波長λの異常光偏光が入射した場合、回折格子１および回折格子２によって回折されない直進透過光（０次回折光）の透過率η０は、η０＝（ｃｏｓ（φ／２））２により近似的に記述される。ここで、φ＝２×π×△ｎ×ｄ／λ、△ｎ＝｜ｎｅ−ｎｓ｜＞０で、ｎｏとｎｓはほぼ等しく、また、回折格子１ではｄ＝ｄ１、回折格子２ではｄ＝ｄ２とする。
【００３０】
入射光の波長がλ１〜λ２の範囲にあるとき、この波長帯域で高い回折効率を実現するためには、ｄ１およびｄ２をλ１／（２×△ｎ）とλ２／（２×△ｎ）との間の異なる値とすることが有効である。入射光の波長が１４００〜１７００ｎｍの範囲にあるとき、△ｎ＝０．１５の複屈折性材料を用いて凹凸状の周期構造を形成し、段差をｄ１＝４．８μｍおよびｄ２＝５．５μｍとした場合、異常光偏光の直進透過率η０の波長依存性を計算した結果を図７に示す。なお、λ１／（２×△ｎ）＝４．６７μｍ、λ２／（２×△ｎ）＝５．６７μｍであり、ｄ１およびｄ２はその間の値となっている。
【００３１】
図７において、単体の回折格子１および回折格子２に対する異常光偏光の直進透過率η０をそれぞれ△と□とで、複層回折型偏光子１００全体の異常光偏光の直進透過率η０を○で表わした。常光偏光の入射光はほとんど回折されず、入射光の９０％以上が直進透過するため、１４００〜１７００ｎｍの波長帯域で−３５ｄＢ以下の消光比を有するアイソレータとなる。
【００３２】
なお、本発明の複層回折型偏光子１００を直列にさらに積層することにより、いっそう高い消光比が得られる。
【００３３】
［第３の実施態様］
次に、図８に複層回折型偏光子１１０および１２０を液晶セル１３０と組み合わせた本発明の第３の実施態様である複合型液晶素子の構成例の側面図を示す。液晶セル１３０は、基板片面に例えばＩＴＯからなる透明電極膜７１、７２および配向処理された例えばポリイミドからなる配向膜（図示せず）がそれぞれ形成された透光性基板６１と透光性基板６２とを用い、液晶分子の配向方向が揃った例えばネマティック液晶の液晶層９がシール材１０によりセル化封入されて構成されている。
【００３４】
図８に示すように、電極付き透光性基板間に液晶層が挟持されてなる液晶セルの少なくとも一方の透光性基板表面に、上記の実施態様で説明した複層回折型偏光子が積層されている複合型液晶素子構成とすることは、素子の小型化および安定した消光比が得られるため好ましい。
【００３５】
ここで、透明電極膜７１、７２には外部交流電源１１より例えば、矩形波状の交流電圧が印加される。また、配向膜の配向処理方向を図８のＸ軸方向とすることで、電圧無印加時に液晶分子が液晶セル１３０内で基板面に対して平行でかつ、Ｘ軸方向に配向する。液晶分子の常光屈折率ｎｏ（ＬＣ）と異常光屈折率ｎｅ（ＬＣ）との差を△ｎ（ＬＣ）とすると、液晶層の厚さｄ（ＬＣ）を入射光の波長λに対して、△ｎ（ＬＣ）×ｄ（ＬＣ）＝λ／２としている。
【００３６】
また、液晶セル１３０に透明接着剤（図示せず）などを用いて接合された複層回折型偏光子１１０および１２０は、上記の第１および第２の実施形態で説明した複層回折型偏光子であり、各複層回折型偏光子を構成する複屈折性材料層の進相軸方向（常光屈折率を与える方向）が図８のＸＹ平面内でＸ軸方向に対して、複層回折型偏光子１１０では４５゜の角度をなすように、複層回折型偏光子１２０では１３５゜の角度をなすように形成されている。すなわち、複層回折型偏光子１１０の２つの回折格子は直線状格子であり、その格子長手方向はＸ軸方向に対していずれも４５゜の角度をなし、複層回折型偏光子１２０の２つの回折格子も直線状格子で、その格子長手方向はいずれもＸ軸方向に対して１３５゜の角度をなしている。
【００３７】
このような構成の複合型液晶素子２００に波長λの光が複層回折型偏光子１１０側から入射すると、偏光方向がＸ軸と４５゜の角度をなす第１の直線偏光は、複層回折型偏光子１１０により回折されずに透過し、偏光方向がＸ軸と１３５゜の角度をなす第２の直線偏光は、複層回折型偏光子１１０により回折されて透過し、それぞれ液晶セル１３０に入射する。
【００３８】
液晶セル１３０への電圧無印加時には、第１および第２の入射直線偏光に対して液晶セル１３０は位相差πの位相板として作用する。すなわち、１／２波長板として作用するため、複層回折型偏光子１１０により回折されない直進透過光はＸ軸と１３５゜の角度をなす直線偏光に変換され、複層回折型偏光子１１０により回折された透過光はＸ軸と２２５゜の角度をなす直線偏光に変換される。
【００３９】
その結果、複層回折型偏光子１１０により回折されない直進透過光は複層回折型偏光子１２０に常光偏光として入射するため、回折されずに直進透過する。一方、複層回折型偏光子１１０により回折された光は複層回折型偏光子１２０に異常光偏光として入射するため、回折される。したがって、複合型液晶素子２００への入射光のうち、第１の直線偏光は回折されずに直進透過し、第１の直線偏光の偏光方向に直交する偏光方向を有する第２の直線偏光は回折されて出射する。ここで、複層回折型偏光子１１０を構成する回折格子と複層回折型偏光子１２０を構成する回折格子の格子長手方向とは異なるため、発生する多重回折光は直進透過する光軸上の光に重畳しない。
【００４０】
また、液晶セル１３０への電圧印加時には、透明電極７１、７２に電圧が印加されるため、液晶セル１３０内の液晶分子のダイレクター（異常光屈折率ｎｅ（ＬＣ）が基板面に対して垂直方向に揃う。したがって、液晶層は入射光の偏光方向に関係なくほぼ均一な常光屈折率ｎｏ（ＬＣ）層として作用するため、入射光は位相差変化を生じず偏光状態を保ったまま出射する。
【００４１】
その結果、複層回折型偏光子１１０により回折されない直進透過光は複層回折型偏光子１２０に異常光偏光として入射するため回折される。一方、複層回折型偏光子１１０により回折された透過光は複層回折型偏光子１２０に常光偏光として入射するため回折されない。したがって、複合型液晶素子２００への入射光の、第１の直線偏光および第２の直線偏光のいずれも回折されて出射する。すなわち、入射光はその偏光状態にかかわらず回折され、直進透過する光軸上には存在しない。
【００４２】
したがって、液晶セル１３０に印加する電圧をオン・オフすることにより直進透過光と回折光とを分離する図５に示す。図５において複層回折型偏光子１００の代わりに複合型液晶素子２００を配置することにより、消光比の高い偏光性のスイッチング素子が実現できる。また、印加電圧をオン・オフせずに、所定の大きさの電圧を設定することにより特定偏光方向の直進透過光量を所望の大きさに調整できるため、電圧可変アッテネータとして機能する。
【００４３】
図９に複層回折型偏光子１２０と液晶セル１３０とを組み合わせた複合型液晶素子３００の他の構成例を示す。複合型液晶素子３００の光入射側に、偏光分離膜１２と全反射ミラー１３が形成されたプリズムに１／２波長板１４が接合された偏光変換素子１５が配置されている。
【００４４】
偏光変換素子１５に入射する２つの直線偏光のうち、一方の直線偏光は偏光分離膜１２を透過し、偏光方向が直交する他方の直線偏光は偏光分離膜１２と全反射ミラー膜１３により反射された後１／２波長板１４により偏光面（偏光方向）が９０°回転し、一方と同じ偏光方向を有する直線偏光となって複合型液晶素子３００に入射する。その結果、入射光の偏光状態にかかわらず挿入損失の少ないスイッチング素子やアッテネータが実現できる。
【００４５】
本実施態様では液晶セルの液晶分子の配向方向を平行としたが、透光性基板６１と透光性基板６２のそれぞれの配向膜の配向処理方向を特定の角度をなすようにすることにより、液晶層の厚さ方向の軸の回りに液晶分子の配向がツイストした構造としてもよい。また、配向膜の配向処理方法と液晶材料との選択により、液晶分子の配向方向が一方の透光性基板面に対して垂直で、他方の透光性基板面に対して平行となるいわゆるハイブリッド配向構造としてもよい。
【００４６】
また、本実施態様では複層回折型偏光子１１０と複層回折型偏光子１２０の複屈折性材料層の進相軸が互いに直交する構成としたが、互いに平行な構成としてもよい。この場合、直進透過光の透過率が液晶セルへの電圧非印加時に最小で、電圧印加時に最大となる。また、液晶セルの透明電極膜７１、７２をパターニングして各パターン電極に独立に電圧を印加することにより、パターニング形状に応じた直進透過光の空間的な透過率を調整できる。
【実施例】
【００４７】
本実施例の複層回折型偏光子について、図１を用いて説明する。ガラス基板からなる透光性基板４および透光性基板５のそれぞれの片面上に、複屈折性材料層として常光屈折率ｎｏ＝１．５５および異常光屈折率ｎｅ＝１．７０の高分子液晶層を形成し、フォトリソグラフィーとエッチングの技術により直線状の回折格子１、２を形成した。回折格子１と２の格子ピッチｐ１、ｐ２はそれぞれ２０μｍと４０μｍとし、それぞれの格子長手方向は平行とし、回折格子１と２の高分子液晶層のそれぞれの凹部深さ、すなわち段差ｄ１およびｄ２をそれぞれ４．８μｍおよび５．６μｍとした。
【００４８】
さらに、屈折率ｎｓ＝１．５５の均質透明樹脂からなる等方性透明材料３を高分子液晶層の凹凸状に加工された凹部に充填し、ガラス基板からなる透光性基板６を積層して、回折格子１からなる偏光性の回折格子と回折格子２からなる偏光性の回折格子とが積層された複層回折型偏光子１００を作製した。ここで高分子液晶層は、配向膜（配向処理済み）が形成された基板間に液晶モノマーの溶液を注入し、紫外線を照射して液晶モノマーを重合固化することにより作製した。また、透光性基板４および透光性基板６と、空気との界面には反射防止膜が形成されている。
【００４９】
このようにして得られた複層回折型偏光子１００に波長が１４００〜１７００ｎｍ帯域の平行光を入射したところ、常光偏光はほとんど回折されず入射光の９７％が直進透過し、偏光方向が常光偏光と直交する異常光偏光はほとんど回折され０．０５％以下が直進透過した。図５に示すように集光レンズ７を用いて複層回折型偏光子１００の透過光を焦点面に集光し、光軸上の直進透過光のみが光ファイバのコア部（図示せず）に結像するようにした。その結果、１４００〜１７００ｎｍの波長帯域で、異常光偏光の常光偏光に対する消光比が−３０ｄＢ以下の高い消光比を有するアイソレータとなった。
【００５０】
以上説明したように、上述の複層回折型偏光子は、広い波長帯域の入射光に対して高い消光比を有するので、このような複層回折型偏光子を用いることにより、高性能のアイソレータが得られる。
【００５１】
さらに、この複層回折型偏光子と液晶セルを一体化した複合型液晶素子は、液晶セルに印加する電圧をオン・オフすることにより高い消光比を有するスイッチング動作が実現できるため、このような複合型液晶素子を用いることにより、高性能のスイッチング素子が得られる。また、印加する電圧を所定の大きさに設定することにより、特定偏光方向の直進透過光量を所望の大きさに調整できるため、このような複合型液晶素子を用いることにより、高性能の電圧可変アッテネータが得られる。
【符号の説明】
【００５２】
１、２  偏光性の回折格子
３  等方性透明材料
４、５、６、６１、６２  透光性基板
７  集光レンズ
８  開口絞り
９  液晶層
１０  シール材
１１  外部交流電源
１２  偏光分離膜
１３  全反射ミラー
１４  １／２波長板
１５  偏光変換素子
７１、７２  透明電極膜
１００、１１０、１２０、３００  複層回折型偏光子
１３０  液晶セル
２００  複合型液晶素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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