(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の状態を備え、前記第１の状態において、所定の路に沿って光を導くようにした双安定の切り換え可能な導波路において、
ガイド層が、材料の層を有し、前記材料の分子が、第１の方向に整合されるとき、第１の屈折率を備え、及び、前記分子が第２の方向に整合されるとき、第２の屈折率を備え、
前記ガイド層に接触する第１及び第２の面を設け、前記ガイド層が、前記第１及び第２の面間に挟持され、前記第１の面が、前記第１の面に隣接する前記ガイド層の前記分子を前記第１の方向に整合するようにし、前記第２の面が第１及び第２の領域を備え、該第１及び第２の領域では前記第２の面が前記第２の面に隣接する前記ガイド層の前記分子を前記第１の方向に整合するようにし、
前記第２の面が、更に、前記第１の領域と前記第２の領域との間に第３の領域を備え、該第３の領域では前記第２の面が、前記分子に外部電界が存在しないとき、前記第２の面に隣接する前記ガイド層の前記分子を前記第２の方向に整合するようにし、
第１及び第２の電極であって、該第１の電極と該第２の電極との間にポテンシャル差が適用されている場合に、前記ガイド層の前記分子を前記第３の領域と前記第１の面とによって境界づけられた領域内で前記第２の方向に整合する第１及び第２の電極を備え、
更に、第３及び第４の電極であって、該第３の電極と該第４の電極との間にポテンシャル差が適用されている場合に、前記ガイド層の前記分子を前記第３の領域と前記第１の面とによって境界づけられた領域内で前記第１の方向に整合する第３及び第４の電極を備えていることを特徴とする導波路。
【請求項２】
前記第１の方向が、前記第２の方向に直交するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の導波路。
【請求項３】
前記材料が、液晶を含むようにしたことを特徴とする請求項１に記載の導波路。
【請求項４】
前記第２の面が、前記第３の領域において光に対して透明であるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の導波路。
【請求項５】
前記第１及び第２の電極が、前記ガイド層の同じ側に配置され、前記第３の領域が、前記第１及び第２の電極の間に配置されているようにしたことを特徴とする請求項１に記載の導波路。
【請求項６】
前記第３及び第４の電極が、前記ガイド層の前記同じ側に配置され、前記第１及び第２の電極に直交する方向で配置されていることを特徴とする請求項５に記載の導波路。
【請求項７】
前記第１及び第２の電極が、前記ガイド層の異なる側に配置され、前記第３の領域と前記第１の面とによって境界づけられた領域が、当該第１及び第２の電極の間に配置されているようにしたことを特徴とする請求項１に記載の導波路。
【請求項８】
前記第３及び第４の電極が、前記ガイド層の異なる側に配置され、前記ガイド層を挟んで前記第１及び第２の電極に対向するように配置されていることを特徴とする請求項７に記載の導波路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路に関し、更に詳しくは、液晶を用いる光導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学ファイバを利用したデータ通信システムは、電気システムを基礎とするシステムよりも非常に広い帯域幅を提供する。不運なことに、入力ファイバと複数の出力ファイバ間の光信号を切り換えるスイッチング装置が遅れている。そのために、光信号は、通常、スイッチングの前に電気信号に戻される。電気信号は、次いで、従来のパケットスイッチング技術によりスイッチされて出力ファイバに入る前に光信号に再変換される。この電気的なスイッチング技術は、ファイバのすべてのデータ帯域幅の認識を妨げる。従って、光信号を電気信号に戻すという変換を回避するために、非常の多くの研究が、光スイッチの開発に向けられている。
【０００３】
光路間に光信号を切り換える１つの見込みのある方法は、位置を電気的に制御できる導波路に頼ることである。導波路は、光が進行する通路に沿って媒体の屈折率を変化させることにより形成され、必要な通路は、周囲の媒体よりも高い屈折率を持っている。液晶層に低周波数のＡＣ電界を印加することによって液晶に生じる所定の偏光に対する大きな屈折率の変化のために、液晶を用いる装置が、特に魅力的である。液晶層の面上で一組の電極を励起するとともにもう一対の電極を非励起状態にすることによって、簡単なスイッチング装置が構成できる。励起された電極間の領域は、導波路を構成し、光信号が液晶層内を伝わる方向を特定する。
【０００４】
層を交差する方向のＡＣ電界は、光路を維持するために維持されていなければならない。電力が遮断されると、導波路は消滅し、装置は作動を停止する。これは、光路に関連する電力量を増加させ、電力異常を生じてシステム設備位置におけるこのような光導波路の展開を妨げる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
広い意味で、本発明の目的は、光学的なスイッチング装置を改善することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、作動のために電力を連続的に供給する必要のない光学的なスイッチング装置を提供することにある。
【０００７】
本発明のこれらの目的及びその他の目的は、以下に行われる本発明についての詳細な説明と添付の図面から、当該技術について通常の知識を有する者には明らかなこととなるであろう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１及び第２の状態を備えた双安定状態の切り換え可能な導波路に関するものである。導波路は、第１の状態において所定の通路に沿って光を導き、第２の状態においては光を導かない。導波路は、材料の層であって、前記材料の分子が第１の方向に整合されるときに第１の屈折率を備え、及び、前記分子が第１の方向に直交する方向に整合されるときに第２の屈折率を備える材料の層を含むガイド層を有する。ガイド層は、このガイド層に接触する第１及び第２の面間に挟まれる。第１の面は、第１の面に隣接するガイド層の分子を第１の方向に整列させる。第2の面は、第1及び第2の領域を備え、その中で第2の面は、第2の面に隣接するガイド層の分子を第１の方向に整列させる。この第2の面は、また、第3の領域を含み、その中で第2の面は、第2の面に隣接するガイド層の分子を第2の方向に整列させる。導波路は、第1及び第2の電極を備えてガイド層の分子を第3の領域と第1の面によって境界づけられた領域にある第2の方向である第2の方向に整合させる。導波路は、また、第3及び第4の電極を備えてガイド層の分子を第3の領域と第1の面によって境界づけられた領域にある第1の方向に平行な方向に整合させる。ガイド層は、液晶材料から構成されることが好ましい。
【０００９】
即ち、本発明の光導波路装置によれば、液晶を挟み込んでガイド層を構成する対向面の一方の面は、液晶を第１の方向に方向付けするよう作用し、他方の面は、液晶を第１の方向に方向付けする部分と第２の方向に方向付けする部分とを含む。第２の方向に方向付けする部分の外側近傍には、それに対向するように一対の電極が設けられ、一方、第１の面には、それらの電極と関連して動作する一対の電極が、交差するように、即ち位置を逆にして設けられ、特定の電極の組を動作させることによって、光導波路を変更することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明がどのように有効であるかは、入力ファイバ１０１からファイバ１０２あるいは１０３に光信号を切り換える従来周知のスイッチング装置１００の平面図である図１を参照すると容易に理解できる。スイッチは、２つの通路が電極１０５−１０７に適切な電位を与えることによって形成できるようにした液晶層１１０を用いている。第１の通路は、電極１０５と１０６によって光導波路を発生させることによりファイバ１０１と１０２を接続する。第２の通路は、電極１０５と１０７によって光導波路を発生させることによりファイバ１０１と１０３を接続する。
【００１１】
図１における１１１−１１２線に沿って見たスイッチング装置の断面図である図２を参照する。液晶導波路は、励起された電極下の領域を発生させるように作動して屈折率が周囲の液晶媒体の屈折率よりも高くなるようにする。ＡＣ電界が液晶層１１０の一部分に与えられて１４で示されるように与えられた電界内での液晶分子の向きを変化させる。この電界は、電極１０７と１１２間に適当な信号発生器を接続することにより発生される。液晶整合層が、室の壁に与えられて電界の存在しない部分１１３に示されるように液晶を整合する。電界が与えられると、壁上の結晶に接触していない液晶は、電界の方向に再び向けられる。電界が除去されると、液晶は、室の壁に接触している結晶と共にそれ自身で再び向きを変える。ＤＣ電界は時間の経過で電極の１つに向かってドリフトする液晶内のイオンを生じるので、ＡＣ電界が向きの方向の変化のために使われる。
【００１２】
このようにして、電極間での電界の発生は、液晶の向きに直交する偏光を備えた光に対して高い屈折率を有する領域を生じるので、この領域を通過するこの偏光が導かれることになる。必要な偏光のみが確実に存在するように偏光フィルタを使うことができる。電界が与えられないとき、光導波効果は生じない。
【００１３】
液晶整合層の発生は従来周知であるので、詳細な説明は省略する。本発明の目的のために、室の壁が、液晶の分子が壁において特定の向きを取れるような模様の構成を備えていれば十分である。例えば、分子が壁面に平行な向きを取ることを想定するときは、小さな溝を発生させるように摩擦することにより模様構成されている材料を塗布すればよい。液晶が壁面を湿らせるような材質のときは、液晶分子はそれ自身で溝内に整列する。湿りを与えない塗布材質のときは、液晶分子はそれ自身で壁に直交して壁との相互作用を小さくする。
【００１４】
本発明による実施形態となる双安定の導波路要素２００の断面図で示す図３を参照する。導波路２００は、液晶の整合が２つの安定状態を備える領域２１０を発生させることによって作動する。領域２１０の外の領域において、すなわち、領域２０６−２０９において、室の壁は、液晶が２２０で示されるように壁に関して＋４５度の角度で整合するような模様に構成されている。この模様化は、従来周知の製版印刷技術によって形成できる。模様化された面は、適当な湿潤剤を塗布されて液晶分子それ自身がこの模様化された面と確実に整合するようにする。これらの領域は同じ整合を生じるので、液晶分子は、電界が存在しないときに対して＋４５度の角度で常に整合する。
【００１５】
領域２１０は、領域２０６−２０９とは異なっていて、導波路の対向する壁の模様が異なる液晶の向きを示している。例えば、電界が存在しないとき、領域２１１は、＋４５度の向きを生じ、領域２１２は、−４５度の向きを生じる。電極２０１−２０４は、一時的に電界を与えて領域２１０において液晶にほぼ＋４５度あるいは−４５度の角度にそれ自身を向けさせるように使われる。電極は、異なるスイッチング電位が与えられるときの導波路２００の断面図である図４と図５に示されるように対で使われる。電界は短時間加えられれば良く、ＤＣ電界が使えることに留意すべきである。電界が除去されると、選ばれた向きに適した液晶分子のバルク相互作用と壁の面相互作用の組み合わせが、領域２１０で壁に整合するように液晶を配列する。
【００１６】
本発明による双安定光導波路の他の実施形態の斜視図である図６を参照する。導波路３００は、電界が加えられていないとき、液晶分子の向きを制御するように模様化された壁３０１と３０２を備えている。壁３０１は、３２２−３２４において示されている３つの部分に分割されており、壁３０２は、部分３２５−３２７に分割されている。これらの部分は、３３１−３３６において示される方向に液晶分子の整合を補強するように模様化されている。壁部分３２４と３２６間の双安定部分は、液晶分子のいずれかの向きを支持する。双安定部分における液晶分子の向きは、電極３１１と３１２あるいは電極３１３と３１４に電位を与えることによって設定される。上述したように、電位が取り除かれると、液晶は、生じさせられた整合状態にとどまっている。
【００１７】
双安定領域における壁部分は、本発明の実施例においては透明である。光は、壁部分３２４に直交する方向において双安定領域に入射する。光の偏光が３３５に示される方向に平行な方向を向いているとする。液晶分子もこの方向に向いているように双安定部分が設定されているとき、光はこの双安定領域に導かれて壁部分３２６から射出する。他方で、液晶分子は、３３２において示される方向に平行な方向に向けられ、導波路の周囲部分に関して屈折率に差がないので、光束は導かれない。壁３０１と３０２間の距離が十分に大きいとき、導かれることのない光束は消滅し、非常にわずかな光が壁部分３２６から射出する。
【００１８】
本発明に対する様々な修正は、前述の説明と添付の図面から当該技術に通常の知識を有する者には明かなことであろう。従って、本発明は、特許請求の範囲によってのみ定められるものである。
【００１９】
上述の実施形態に即して、本発明を説明すると、本発明は、第１及び第２の状態を備え、前記第１の状態において、所定の路に沿って光を導くようにした双安定の切り換え可能な導波路（２００、３００）において、ガイド層（１１０）が、材料の層を有し、前記材料の分子が、第１の方向に整合されるとき、第１の屈折率を備え、及び、前記分子が第２の方向に整合されるとき、第２の屈折率を備え、前記ガイド層（１１０）に接触する第１及び第２の面を設け、前記ガイド層（１１０）が、前記第１及び第２の面間に挟持され、前記第１の面が、前記第１の面に隣接する前記ガイド層（１１０）の前記分子を前記第１の方向に整合するようにし、及び、前記第２の面が第１及び第２の領域（２０７、２０９）を備え、該第１及び第２の領域（２０７、２０９）では前記第２の面が前記第２の面に隣接する前記ガイド層（１１０）の前記分子を前記第１の方向に整合するようにし、前記第２の面が、更に、第３の領域（２１２）を備え、該第３の領域（２１２）では前記第２の面が前記第２の面に隣接する前記ガイド層（１１０）の前記分子を前記第２の方向に整合するようにし、及び、第１及び第２の電極（２０１、２０４）を設け、前記ガイド層（１１０）の前記分子を前記第３の領域（２１２）と前記第１の面とによって境界づけられた領域内に前記第２の方向に優先的に整合されるようにしたことを特徴とする導波路（２００、３００）を提供する。
【００２０】
好ましくは、前記第１の方向が、前記第２の方向に直交するように構成する。
【００２１】
好ましくは、更に、前記ガイド層（１１０）の前記分子を前記第３の領域（２１２）と前記第１の面とによって境界づけられた領域内に前記第１の方向に優先的に整合されるようにした第３及び第４の電極（２０２、２０３）を設けるようにする。
【００２２】
好ましくは、前記材料が、液晶を含むようにする。
【００２３】
好ましくは、前記第２の面が、前記第３の領域において光に対して透明であるようにする。
【００２４】
好ましくは、前記第１及び第２の電極（３１３、３１４）が、前記ガイド層（１１０）の同じ側に配置され、前記第３の領域（３２４）が、前記第１及び第２の電極（３１３、３１４）の間に配置されているようにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】入力ファイバからそれぞれのファイバに光信号を切り換える従来周知のスイッチング装置の平面図。
【図２】図１における、１１１−１１２線に沿う位置の光導波路装置を示す断面図。
【図３】本発明による一実施形態となるスイッチング光導波路装置を示す断面図。
【図４】電極対を介して所定の電界が与えられたときの導波路を示す断面図。
【図５】電極対を介して図４とは異なる電界が与えられたときの導波路を示す断面図。
【図６】本発明による双安定導波路の他の実施形態を示す斜視図。
【符号の説明】
１１０  ガイド層
２００  導波路
２０７  第１の領域
２０９  第２の領域
２１２  第３の領域
３００  導波路
【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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