(57)【要約】    【課題】  用途に合わせ屈折率を自在に空間的に再設定することのできるコアを有する光導波路を実現する。    【解決手段】  クラッド１２内の中空コア領域１４に非均一サイズの粒状のスペーサ部材を充填し、次いで誘電体材料１８を充填する。その後、熱的、化学的な方法等によりスペーサ部材を除去し、誘電体材料１８の固体マトリクスを形成する。スペーサ部材が除去されてできた空孔により、誘電体材料１８は連通気泡を有する海綿状構造を有するようになる。その海綿状構造内の空孔に液晶材料２２を充填することにより、光ファイバ１０内を伝播する光の偏光に依存しない屈折率を有するコア２４が形成される。光ファイバ１０の外部から配向規定場を印加して液晶材料２２の配向を変化させると、コア２４の屈折率を所望の空間的パターンで設定することができる。    【選択図】    図１Ｅ
2004354988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路であって、
クラッドがコア領域の少なくとも一部を囲繞するように構成される、クラッド及びコア領域と、
前記コア領域内に配置され、誘電体材料をマトリクス配置した非一様分布液晶材料を含むコアであって、偏光に依存しない空間的に再設定可能な屈折率を有するコアと、
を備えることを特徴とする光導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概ね光装置に係り、より詳しくは偏光に依存しない空間的に再設定可能な縦方向屈折率を備えたコアを有する光導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信技術は、ここ数年著しく進歩した。今日、多くの情報は光ファイバを介して搬送される。光ファイバは、現在のところ毎秒数十億ビットを超えるデータレートで情報を転送することができる。光ファイバを用いて通信を可能にする技術の一部に、信号光を光ファイバへ導いてその光を適切に切り替える能力がある。また、光ファイバを通過する信号光を選択的に濾波する能力を有することも望ましいものである。
【０００３】
現在、光ファイバ回折格子（ＦＢＧ；ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  ｇｒａｔｉｎｇ）は通常、光ファイバを伝搬する信号光の特定波長の濾波をもたらすのに用いられる。ＦＢＧは、ファイバの長さ沿いにコアの屈折率が高値と低値の間で繰り返し交互する光ファイバ領域内にある。ＦＢＧは、紫外光（ＵＶ）レーザからの光を、位相マスクを通過させて生成した光パターンをもって感光性光ファイバを適時照明することで製作される。得られた交互照明強度のパターンは、光ファイバ内に前述の如くコアの屈折率が交互する領域を生成する。屈折率が交互する領域が残り、固定された光濾波特性をもったＦＢＧとして機能する。ＦＢＧは、ノッチフィルタや広帯域フィルタ等の様々なフィルタ特性を生成する構成とすることができる。１以上のＦＢＧを組み込んだ光ファイバは通常、例えば固定された付加／ドロップマルチプレクサやエルビウムをドープ処理したファイバ増幅器（ＥＤＦＡ；ｅｒｂｉｕｍ  ｄｏｐｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）利得平坦化器や分光補償器やレーザファイバに用いられる。
【０００４】
ＦＢＧは、ファイバの加熱及び／又は機械的伸長により光ファイバを機械的に細長くすることで調整することができる。ファイバを細長くすることで、交互屈折率領域の空間周波数、すなわちＦＢＧがもたらす光学フィルタ特性が変化する。残念なことに、光ファイバを機械的に延長することは、ファイバの長期安定性を著しく減退させることがある。さらに、光ファイバを機械的に細長くして交互屈折率領域の空間的周波数を変更することで、フィルタ特性の中心周波数のみが変化する。機械的な伸長は、フィルタ通過帯域特性を変更するのに用いることはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それ故、前述の用途や別の用途に合わせ屈折率を自在に空間的に再設定することのできるコアを有する光導波路に対する必要性が存在する。屈折率が偏光に依存しないコアを有する光導波路についても、必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、偏光に依存しない空間的に再設定可能な屈折率を備えるコアを有する光導波路を提供するものである。一実施形態では、光導波路は光伝搬媒体とこの光伝搬媒体の一部に配置した誘電体材料のマトリクス内に配置した非一様分布液晶材料を備える。導波路のコアの屈折率は、光屈折効果と電気光学効果を含む手段により確立される空間的設定を有する。光屈折効果と電気光学効果を含む手段はまた、コアの屈折率の空間的設定を自在に変化させるのに用いることができる。かくして、コアの屈折率は空間的に再設定可能なものとして正確に記述することができる。
【０００７】
コア内の非一様分布液晶材料は、導波路を伝搬する信号光の波長よりも小さな一定範囲の大きさを有するほぼ球形の液滴をなす液晶材料を分布させることで達成することができる。非一様分布液晶材料が、信号光の偏光に依存しない導波路コアの屈折率を造る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
特許請求の範囲に規定する如く、本発明は以下の図面を参照することでより良く理解されよう。図面内の構成要素は必ずしも互いに同じスケールで描かれている訳ではなく、本発明を明瞭に図解することに重きが置かれている。
【０００９】
本発明は、偏光に依存しない空間的に再設定可能な屈折率を備えたコアを有する光導波路を提供するものである。光導波路は様々な導波路構造のうちのいずれかを有することができ、偏光に依存しない空間的に再設定可能な屈折率を備えるコアを有する光導波路を希望する様々な用途に用いることができる。かかる用途には、例えば波長分割多重システム用フィルタや可調整レーザファイバやダイナミック波長イコライザやＥＤＦＡ利得平坦化器や光スイッチや分光補償器が含まれる。さらに、後述する如く、光導波路のコアの屈折率の空間的設定は、先ずは光屈折効果や、電気光学効果や、光導波路のコア材料の一部を形成する液晶材料の屈折率に、光導波路の長手方向に沿って空間的変動を与え得る或る種の他の方法により確立することができる。かかる手段は、コアの屈折率の空間的設定を自由に変更するのにも用いることができる。
【００１０】
以下の説明を簡単にするため、光ファイバとして構成した光導波路の一例を説明するものとする。光導波路は、図示した以外の構造を有することもできる。
【００１１】
図１Ａ乃至図１Ｅは、本発明になる偏光に依存しない空間的に再設定可能な屈折率を備えるコアを有する光導波路の一実施形態を製作するための本発明になる方法の例示実施形態を示す一連の概略図である。完成した光ファイバ１０が図１Ｅに示してあり、これについては以下でさらに詳細に説明する。光ファイバ１０は単独の光ファイバとすることもできるが、通常は従来の固定屈折率コアを有する、実質的により長い光ファイバ（図示せず）の一部とするか或いはそれに取り付けられる。
【００１２】
図１Ａは、偏光に依存しない空間的に再設定可能な屈折率を備えるコアを有する光ファイバ１０を製作するための出発点を構成するクラッド１２を例示する概略図である。前記した如く、偏光に依存しない空間的に再設定可能な屈折率を備える光ファイバは本発明になるコア等を有する光導波路の一例である。クラッド１２は細長い筒状中空をなし、その内部に偏光に依存しない空間的に再設定可能な屈折率を備えるコアを製作せんとする細長い筒状のコア領域１４を画成している。クラッド１２の材料は通常、ガラスかプラスチックか又は別の適当な材料である。クラッドの材料は、コア領域１４内に製作せんとするコアの最大実効屈折率よりも僅かに小さい屈折率を有する。
【００１３】
図１Ｂは、スペーサで満たしたコア領域１４を示す。典型的なスペーサが、符号１６で示してある。このスペーサは通常ほぼ球形であるが、別の三次元形状あるいは他の三次元形状をもたせることもできる。スペーサ１６の材料は、ゴムやポリスチレンやラテックスや他の任意の材料とすることができる。本発明の一実施形態によれば、スペーサ１６は形状が球形をなし、直径が数ナノメートル（ｎｍ）から、光ファイバ内の通過が予想される信号光の一つの波長（λ）よりも概ね小さな最大値までの範囲にある。別の実施形態では、スペーサ１６は全て直径を揃えてある。しかしながら、一定範囲内の異なる直径を有するスペーサが不均一にコア領域１４を充填していることが、後述する如く望まれる。コア領域１４にスペーサ１６を満たすのに用いることのできる製造工程は、ジュディス・イー・ジィー・ジェイ・ヴィンホーフェン（Ｊｕｄｉｔｈ  Ｅ．Ｇ．Ｊ．Ｗｉｊｎｈｏｖｅｎ）及びウィレム・エル・フォス（Ｗｉｌｌｅｍ  Ｌ．Ｖｏｓ）著、「酸化チタン内での空気球体からなる光結晶の調製」、サイエンス（ＳＣＩＥＮＣＥ）、８０２−８０４（１９９８年８月７日）に記載されている。
【００１４】
１．５μｍの波長を有する信号光を伝搬させる最適化された実施形態における一例とし、スペーサ１６は５０ｎｍ乃至１００ｎｍの直径を有する。コア領域１４を充填するのに用いるスペーサ１６の量は、スペーサがコア領域１４の体積の一定比率を占めるよう計算される。コア領域１４の体積中の、スペーサで占められる比率は、その後に液晶材料が占有することになるコア領域の体積の一部を画成する。コア領域１４の体積中、液晶材料で占有される比率は、実質的に独立した液滴として存在する液晶物質と整合する、出来る限り大きなものでなければならない。コア領域１４の体積中、液晶材料で占有される比率を最大化することで、光ファイバのコアの屈折率の変動可能範囲を広くすることができる。
【００１５】
図１Ｃは、コア領域の体積中で、スペーサ１６が占有していない部分満たすべくコア領域１４へ追加された誘電体材料１８を示す。誘電体材料１８は、クラッド１２の内壁１３とともにスペーサ１６を封入している。コア領域１４の空き空間を誘電体材料１８で満たすのに用いることのできる一つの方法が、二酸化チタン（ＴｉＯ2）或いは二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）を前駆物質として用いる従来公知のゾル−ゲル法である。コア領域１４の空き空間を誘電体材料で満たすのに適した例示製造工程は、ジュディス・イー・ジィー・ジェイ・ヴィンホーフェン（Ｊｕｄｉｔｈ  Ｅ．Ｇ．Ｊ．Ｗｉｊｎｈｏｖｅｎ）及びウィレム・エル・フォス（Ｗｉｌｌｅｍ  Ｌ．Ｖｏｓ）著、「酸化チタン内での空気球体からなる光結晶の調製」、サイエンス（ＳＣＩＥＮＣＥ）、８０２−８０４（１９９８年８月７日）に記載されている。
【００１６】
図１Ｄは、コア領域１４から取り除いたスペーサ１６を示す。このスペーサは、それらが気化する温度まで加熱することでコア領域１４から取り除くことができる。スペーサは、例えば蒸発や昇華や分解により気化する。あるいは、スペーサはスペーサ１６を溶解する液体中にクラッド１２を浸すことでコアから取り除くことができる。
【００１７】
スペーサ１６を取り除いた後、誘電体材料１８は互いに連なっている複数の空孔が非一様に分布したものを含む固い海綿状構造をコア領域１４内に画成する（連通気泡の固い海綿状構造をコア領域１４内に画成する）。例示の空孔は、参照符号２０により示してある。海綿状構造はまた、コア領域１４を満たすばらばらに配列された空孔として説明することもできる。
【００１８】
図１Ｅは、液晶材料２２で満たした空孔２０を示す。空孔を液晶材料で満たすことで、光ファイバ１０のコア領域１４内でのコア２４の製作が完了する。コア２４は、偏光に依存しない空間的に再設定可能な屈折率を有する。空孔２０内には、例えば真空充填製造工程により液晶材料２２が充填される。適切な真空充填製造工程は、従来公知である。
【００１９】
コア２４は、コア領域１４内の誘電体材料１８内の空孔２０内に位置する液晶材料２２の非一様分布（すなわち、ばらばらな配列）を備える。液晶材料２２は、コア領域１４の体積の大半の部分を占める。誘電体材料１８により、液晶材料は誘電体材料内の空孔２０で画成された複数の液滴へと分割される。コア２４内の液晶材料の非一様分布は、コア領域１４内でスペーサ１６が非一様に充填された結果、もたらされる。スペーサの非一様分布は、その中に液晶材料を配置する空孔２０の非一様分布をもたらす。
【００２０】
液晶材料２２をかかる非一様構造内に分散させることで、最大の空孔２０の大きさよりも小さな寸法で空間的に変化する屈折率を有するコア２４が生まれる。しかしながら、最大の空孔の大きさよりも大きな寸法においては、コアの屈折率はほぼ一様のままである。最大の空孔のサイズを上回る大きさの空間的な変動は、光ファイバ１０を誘電体フィルタ或いは結晶性材料として機能させる。これらの特性はどれも、意図する用途にとって必要なものではない。スペーサ１６の当初の充填構成は、空孔２０の非一様分布をもたらし、スペーサ１６を備えるコア領域１４の体積の大半を満たす。その結果、コア領域１４の大半はその屈折率が可変である液晶材料２２で充填される。こうして得られる液晶材料２２の非一様分布により、光ファイバ１０のコアの屈折率を、光ファイバ１０中を伝搬する信号光の偏光に依存しないものとすることができる。
【００２１】
光ファイバ１０中を伝搬する信号光は、コア２４の長さに沿う各点において面積加重平均屈折率にさらされる（ｅｘｐｏｓｅｄ）。面積加重平均屈折率は、その点におけるコア１４の断面内に位置する各物質の屈折率ｎiと物質が占める断面の面積の分率Ａiとの積の総和、すなわち
【００２２】
【数１】
2004354988.tif 000003
となり、ここでｎaνは面積加重平均屈折率であり、Ｎは断面内の物質の数である。コア内の物体は誘電体材料１８と液晶材料２２であり、それらは空孔２０を充填する液滴として実施してある。光ファイバ１０を伝搬する信号光が遭遇する屈折率は、コア２４の断面内の全ての物質が信号光の波長よりも小さい場合は、面積加重平均屈折率となるだけである。
【００２３】
二つの異なる大きさだけを有するスペーサ１６を図１Ｂに示した製造工程内に使用する例では、（二種類の大きさを有する）スペーサ１６が共に充填されて高密度のランダムな構造を形成する。構造が乱れるため、スペーサ１６間の間隙は一様でない大きさをもつことになる。しかしながら、スペーサ１６間の殆どの間隙は二つの大きさのスペーサのうち、小さな方よりも大きくはなく、何故ならより小さい方のスペーサの一つが恐らくその大きさよりも大きな間隙を埋めることになろうからである。それ故、図１Ｃに示した製造工程で誘電体材料１８が充填されているスペーサ間の間隙は、スペーサとほぼ同じ特徴的な大きさを有する。従って、スペーサが信号光の波長よりも小さい限り、誘電体材料のどの領域も、また液晶材料のどの液滴も信号光の波長よりも大きくなることはなく、導波路を伝搬する信号光は前述の面積加重平均屈折率にされされることになる。
【００２４】
液晶材料は、液体と同様に流れることのできる異方性液晶で構成してある。結晶は通常、三つの主要な屈折率を有する。液晶の三つの主要な屈折率は、慣例によりｎe、ｎo、ｎoと名付けられ、ここでｎは屈折率を表わす変数であり、添え字ｅとｏは屈折率がそれぞれ異常（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ）と通常（ｏｒｄｉｎａｒｙ）に属することを示すものである。屈折率のうち二つは同一であり、何故なら個々の液晶が互いに等しい幅（屈折率ｎoに関連）と高さ（屈折率ｎoに関連）を有し、幅および高さが長さ（屈折率ｎeに関連）よりも実質的に小さい、異方性形状を有するからである。個々の液晶は、幅と高さと長さに沿う軸を有すると考えることができる。長さに沿う軸は、一般に主軸と呼ばれる。
【００２５】
前記した如く、誘電体材料１８は一般にその空孔を液晶材料２２で満たした海綿状構造を形成している。コア２４の長さに沿う各点で、光ファイバ１０を伝搬する信号光は液晶材料２２の液滴で満たした誘電体材料１８内の空孔を含む海綿状構造の二次元薄片に当てられる（透過する）。海綿状の構造は、誘電体材料１８と液晶材料２２の屈折率の面積加重平均に等しい屈折率を有する。光導波路１０に対し電界や磁界等の配向規定場を一切印加していない状態では、液晶２２の液滴中の液晶主軸は、後でより詳細に説明する如く、図４Ａの領域８２に示す如くばらばらに配向されている。その結果、液晶材料２２の屈折率は液晶の屈折率の空間的平均値となる。
【００２６】
液晶材料２２の屈折率の空間的平均値は、時として実効屈折率と呼ばれ、（ｎe＋２ｎo）／３で与えられる。誘電体材料１８はｎdで与えられる屈折率を有し、ここでｎは屈折率を表わす変数であり、添え字ｄは屈折率が誘電体材料（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍａｔｅｒｉａｌ）１８に属することを示すものである。かくして、配向規定場が不在の場合、コア２４の屈折率は誘電体材料の屈折率ｎdと液晶材料２２の実効屈折率（ｎe＋２ｎo）／３の面積加重平均値となる。
【００２７】
光ファイバ１０に適当な方向に印加する配向規定場は、通常は電界或いは磁界であり、これが液晶材料２２を構成する液滴内の液晶の主軸を、光ファイバ中を信号光が伝搬する方向に平行な方向に配向する。信号光は、前述した如く、誘電体材料１８の屈折率ｎdと液晶材料２２の屈折率との面積加重平均である屈折率にさらされる。しかしながら、液晶材料２２の屈折率はここで液晶の整列配向の結果としてｎoに等しくなる。
【００２８】
液晶材料２２に入射するどんな偏光の信号光も、配向規定場が光導波路１０に印加されるかどうかに拘わらず、同一の屈折率にさらされる。誘電体材料もまた、偏光に依存しない屈折率を有する。かくして、任意の偏光の信号は同一の屈折率にさらされ、コア２４の屈折率と光導波路１０の光学的属性は偏光に依存しなくなる。
【００２９】
スペーサ１６の大きさで、スペーサがコア領域１４中を占める体積の比率が制御される。スペーサ１６を除去し、空孔２０を残し、液晶材料２２で空孔を満たすことで、液晶の物性を一切もたず前述の如く動作する非晶質構造が形成される。液晶材料の屈折率は、配向規定場を印加することで変更することができる。それ故、図１Ｅに示した光ファイバ１０は、配向規定場により幅広い範囲に亙り空間的に設定することのできる屈折率を有するコア２４を含む。例えば、コア２４の長さに沿ってその強度が周期的に変化する配向規定場を印加することで、光ファイバ１０の長さに沿って周期的に変化するコアの屈折率が設定される。屈折率が光ファイバの長さに沿って周期的に変化するコアは、ブラッグ回折格子ファイバ（光ファイバ回折格子）の特性をもった光ファイバをもたらす。さらに、屈折率の空間的設定は単に配向規定場の空間的波長を変更することで自由に変えることができる。配向規定場の空間的波長を変更することで、ブラッグ回折格子ファイバの光学的特性が変わる。
【００３０】
コア２４の屈折率の空間的設定を規定する配向規定場は、光屈折効果や電気光学効果や別の適当な効果を用いて確立することができる。空孔２０を満たすのに用いる液晶材料の形成は、使用する効果に依存する。例えば、光屈折効果を用いる実施形態では、液晶材料はローダミン６Ｇ（Ｒ６Ｇ）等の有機染料でドープ処理するか、又はペリレンやＮ，Ｎ’−ジ（ｎ−オクチル）−１，４，５，８−ナフタレンジアミド等の電子ドナー／アクセプター対でもってドープ処理することができる。この種の実施形態では、光ファイバ１０のコア２４の屈折率の空間的設定を規定する配向規定場は、ドーパント（ドープ剤）の吸収波長に合致する波長を有する制御光を用いて光ファイバ１０を照明することで確立される。
【００３１】
制御光は、発光ダイオードやレーザ等の外部制御光源（図示せず）により生成される。液晶材料の屈折率は、図２を参照して後述する如く制御光が液晶材料を照らす箇所のコア領域内で変化する。本例では、光屈折効果がコア２４の屈折率を空間的に設定する電気的な配向規定場を確立する。液晶材料２２へのドーパントの追加により、液晶材料内に光屈折応答が生ずる。
【００３２】
ドーパントは光ファイバ１０を伝搬する光信号の波長に対しては「透明」でなくてはならないが、制御光の波長は吸収しなければならない。ドーパントによる制御光の吸収がドーパントをイオン化し、そのことが電荷の分離を生み出す。この電荷分離が、液晶材料内に静電界を確立する。静電界は液晶材料２２の液滴内の液晶の主軸の配向を規定する配向規定場として機能し、かくして前述の如く液晶材料の実効屈折率を変化させる。
【００３３】
別の実施形態では、光ファイバ１０のコア２４の屈折率を規定する配向規定場は電気光学効果により確立された電界とされる。この種の実施形態では、電極（図示せず）が光導波路１０に電界を印加する。電界は、液晶材料２２用の配向規定場として機能する。あるいは、光導波路１０すなわち液晶材料２２に配向規定場として磁界を印加する。配向規定場が液晶材料２２の液滴内の液晶の主軸の配向を規定し、かくして前述の如く液晶材料の実効屈折率を変化させる。
【００３４】
図２は、光屈折効果を用いて屈折率が空間的に設定されるコアを含む光導波路の例示実施形態を示す概略図である。図示した光導波路の例は、光ファイバ３８として構成したものである。光ファイバ３８は、設定可能な空間的パターンで制御光を照射する制御システム３０内に配置して図示してある。制御システム３０には、光ファイバ３８上へ設定可能なパターンでもって制御光を投射する幾つかの異なる構造のうちの一つを組み込むことができる。制御システム３０が生成する制御光の設定可能なパターンは、先ず光ファイバ３８のコアの屈折率の空間的構成を設定し、その後さらに屈折率の空間的設定を自由に変更することができる。
【００３５】
制御システム３０の例は、光源３２と照明光学系３３と空間的光変調器３６と結像光学系３５で構成してある。照明光学系３３と空間的光変調器３６と結像光学系３５は、光源と光ファイバ３８の間に順に整列配置してある。
【００３６】
光源３２は、矢印で示す制御光３４を照射する。制御光３４が、照明光学系３３を照らす。照明光学系は、制御光３４の以下の一般的な１以上の特性を変更するよう構成してある。すなわち、ビーム寸法と開口数と強度である。照明光学系３３からの制御光３４は、空間的光変調器３６を照らす。空間的光変調器３６は、制御光３４の強度及び／又は位相を空間的に変調し、結像光学系３５により光ファイバ３８上へ投射される制御光のパターンを画成する。
【００３７】
光ファイバ３８は、図１Ａ乃至図１Ｅに示した光ファイバ１０に類似しており、偏光に依存しない空間的に再設定可能な屈折率を有するコアを含む。この例では、光ファイバ３８のコア内に位置する液晶材料４０は前述の如く有機染料をもってドープ処理してある。
【００３８】
光源３２は、光ファイバ３８を介して伝搬する信号光の波長範囲とは異なる波長の制御光３４を発生する。液晶材料４０の一部を形成する有機染料は、制御光３４の波長の光を吸収するが、信号光の波長は透過させる。信号光の伝搬方向は、矢印５５で示してある。
【００３９】
制御光３４は、領域４２、４４、４６内の光ファイバ３８を照らす。光ファイバの領域４２、４４、４６を制御光３４でもって照らすことで確立される電界は、これらの領域内の液晶材料４０の液滴内の液晶の主軸を整列配置する。光ファイバ３８の非照明領域４８、５０、５２、５４内の液晶の主軸は、ばらばらに配向されたままである。その結果、領域４２、４４、４６内の液晶材料の屈折率は、領域４８、５０、５２、５４内の液晶材料のそれとは異なるものとなる。
【００４０】
図２の一部を形成するグラフ５６内の曲線５８は、光ファイバ３８のコアの屈折率の空間的設定を表わす。この曲線５８は、光ファイバに沿う屈折率の周期的変化を示す。屈折率は、領域４２、４４、４６にあっては光ファイバの領域４８、５０、５２におけるよりも低い。
【００４１】
空間的光変調器３６は電気信号により動的に設定可能であって、光ファイバ３８上に投射される制御光３４のパターンを画成する。これにより、最初に光ファイバ３８のコアの屈折率を空間的に設定し、その後いつでも自由に変更できるようになる。制御光のパターンは、静的とすることができる。制御光のこの種の静的パターンは、光ファイバ３８を特定用途向けに設定する。さもなくば、制御光のパターンは動的に変化させ、光ファイバ３８のコアの屈折率の空間的設定を再設定して切り替えや制御や追尾やマルチプレクシングやデマルチプレクシングや濾波等の操作が遂行するようにできる。
【００４２】
光ファイバ３８のコアの屈折率を設定することのできる範囲は、必要に応じて電極６４、６６を付加することにより増やすことができる。電極６４、６６は、光ファイバ３８すなわち液晶材料４０に静電界を印加するのに用いられる。この静電界は、後述する如く、光電気的に印加する配向規定場の効果を増すものである。
【００４３】
図３は、その屈折率が電気光学効果を用いて空間的に設定されるコアを含む光導波路の例示実施形態を示す概略図である。図示の前記導波路の光ファイバ６２の例は、図１Ａ乃至図１Ｅを参照して前述した光ファイバ１０と同様である。しかしながら、本実施形態では、光ファイバのコアの液晶材料６８は、外部から印加される電気や磁気や配向規定場に応答し、ドーパントを含まない。電極６４、６６は、光ファイバ６２の両端部に隣接配置してあり、矢印５５で示した方向に光ファイバ６２を伝搬する信号光を透過させる。他の電極構成もまた、可能である。例えば、電極は光ファイバを囲繞するリングとして構成することもできる。電極６４、６６は光ファイバの長さ方向に沿って光ファイバ内を伝搬する信号光の方向５５に平行に光ファイバの長さ方向に沿って電界を印加する。電極６４、６６間に印加される電位差は、光ファイバのコア内の液晶材料６８の液滴中の液晶を再配向させる外部配向規定電界を確立する。液晶の再配向が、液晶材料６８の屈折率を変化させる。液晶材料の屈折率の変化が、前述の如く光ファイバ６２のコアの屈折率の空間的設定を変更する。
【００４４】
図３の一部を形成するグラフ７０内の曲線７２は、光ファイバ６２のコアの屈折率の空間的設定を表わす。図示の曲線７２は、部分７４と部分７６を含む。この部分７４は、電極６４、６６間の液晶材料が部分７６で示す電極６４、６６外側の材料の屈折率とは異なることを示している。図３に例示したものよりも複雑な電極の構成を用い、図示のものよりも複雑な屈折率の空間的設定を画成することもできる。
【００４５】
図４Ａは、図２に示した光ファイバ３８の一部を示す細部に亙る概略図８０である。前述の如く、光ファイバ３８のコアは液晶材料４０の液滴を含む。制御光３４が液晶材料４０に入射する領域４２では、光屈折効果により生成された配向場が参照符号８４を用いて図示した如く、液晶材料４０の液滴内の液晶の主軸を配向し直す。領域４２内の液滴４０内の液晶の主軸は互いにほぼ平行に配向されており、その一方で配向場が一切存在しない領域４８、５０内の液滴内の液晶材料の主軸はばらばらに配向されたままとなる。かくして、領域４２へ入射する制御光３４が、領域４２内の液晶材料の屈折率を領域４８、５０内の液晶材料の屈折率とは異なるものとする。
【００４６】
図４Ｂは、図３に示した光ファイバ６２の一部を示す細部に亙る概略図９０である。この電極６４、６６が作り出す電界が液晶材料６８の液滴内の液晶の主軸を配向し直し、参照符号８４を用いて図示した電界にこの主軸を整列配置する。かくして、電界を印加した液晶材料の屈折率は、電界を一切印加しない液晶材料の屈折率とは異なるものとなる。
【００４７】
前記した如く、本発明の好適な実施形態に対し、本発明から実質的に逸脱することなく多くの改変と変形をなすことができる。例えば、図２と図４Ａに示した光屈折可調整導波路は、図３と図４Ｂに示した電気光学可調整導波路よりも小さくかつより複雑な屈折率特性を生み出すことができる。かかる改変例ならびに変形例は全て、特許請求の範囲に規定する本発明範囲内にここで包含することを意図するものである。
【００４８】
なお、本発明は例として次の態様を含む。（  ）内の数字は添付図面の参照符号に対応する。
［１］  光導波路（１０）であって、
クラッド（１２）がコア領域（１４）の少なくとも一部を囲繞するように構成される、クラッド（１２）及びコア領域（１４）と、
前記コア領域（１４）内に配置され、誘電体材料（１８）をマトリクス配置した非一様分布液晶材料（２２）を含むコア（２４）であって、偏光に依存しない空間的に再設定可能な屈折率を有するコア（２４）と、
を備えることを特徴とする光導波路。
［２］  前記非一様分布液晶材料（２２）は液晶材料の液滴（４０）を含み、該液滴（４０）が一定範囲の大きさを有することを特徴とする上記［１］に記載の光導波路（１０）。
［３］  前記液滴（４０）は、形状がほぼ球形をなすことを特徴とする上記［２］に記載の光導波路（１０）。
［４］  前記液滴（４０）の大きさは、導波路を伝搬する光の波長よりも小さいことを特徴とする上記［２］に記載の光導波路（１０）。
［５］  前記非一様分布液晶材料（２２）は、前記コア（２４）の屈折率を、前記導波路（１０）を伝搬する光の偏光に依存しないものとすることを特徴とする上記［２］に記載の光導波路（１０）。
［６］  前記コア（２４）の少なくとも一部に電界を印加してその屈折率を変更するよう配置した電極（６４、６６）をさらに備えることを特徴とする上記［１］に記載の光導波路（１０）。
［７］  前記誘電体材料（１８）が二酸化チタンを含むことを特徴とする上記［１］に記載の光導波路（１０）。
［８］  前記液晶材料（２２）が有機染料を含むことを特徴とする上記［１］に記載の光導波路。
［９］  空間的光変調器（３６）をさらに備え、制御光（３４）が前記空間的変調器（３６）を通過して前記コア（２４）の屈折率の空間的設定を変更することを特徴とする上記［８］に記載の光導波路（１０）。
［１０］  光導波路（１０）を製造する方法であって、
中空コア領域（１４）を封入するクラッド（１２）を備える光ファイバ（１０）を設けることと、
前記コア領域（１４）を異なる大きさを有する非一様分布スペーサ（１６）で満たすことと、
前記スペーサ（１６）を囲繞する前記コア領域（１４）を誘電体材料（１８）で満たすことと、
前記コア領域（１４）から前記スペーサ（１６）を取り除き、誘電体材料の固体マトリクス（１８）を形成することであって、前記マトリクス（１８）が相互接続された空孔（２０）を有する、前記個体マトリクス（１８）を形成することと、
前記空孔（２０）に液晶材料（２２）を充填し、偏光に依存しない空間的に再設定可能な屈折率を有するコア（２４）を形成することと、
を有することを特徴とする方法。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１Ａ】図１Ａは、偏光に依存しない空間的に再設定可能な屈折率を備えるコアを有する光導波路の製造方法の例示実施形態を示す概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、偏光に依存しない空間的に再設定可能な屈折率を備えるコアを有する光導波路の製造方法の例示実施形態を示す概略図であり、図１Ａに示す工程に続く工程を説明する図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、偏光に依存しない空間的に再設定可能な屈折率を備えるコアを有する光導波路の製造方法の例示実施形態を示す概略図であり、図１Ｂに示す工程に続く工程を説明する図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、偏光に依存しない空間的に再設定可能な屈折率を備えるコアを有する光導波路の製造方法の例示実施形態を示す概略図であり、図１Ｃに示す工程に続く工程を説明する図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、偏光に依存しない空間的に再設定可能な屈折率を備えるコアを有する光導波路の製造方法の例示実施形態を示す概略図であり、図１Ｄに示す工程に続く工程を説明する図である。
【図２】本発明になる偏光に依存しない空間的に再設定可能な屈折率を備えるコアを有する光導波路の例示実施形態の概略図である。
【図３】電気光学効果により動作する偏光に依存しない空間的に再設定可能な屈折率を備えるコアを有する光導波路の概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図２に示した光導波路の一部の細部を説明する概略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図３に示した光導波路の一部の細部を説明する概略図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  光ファイバ（光導波路）
１２  クラッド
１４  コア領域
１６  スペーサ
１８  誘電体材料
２０  空孔
２２  液晶材料
２４  コア
３０  光学システム
３２  光源
３３  照明光学系
３４  制御光
３５  結像光学系
３６  空間的光変調器
３８  光ファイバ
４０  液滴、液晶材料
４２、４４、４６  領域
５０、５２、５４  非照明領域
５５  矢印
５６  グラフ
５８  曲線
６２  光ファイバ
６４、６６  電極
６８  液晶材料
７０  グラフ
７２  曲線
７４、７６  部分
８２  領域
８４  配向場
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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