JP2936880B2 - 偏光子およびそれを用いたデジタル変調器 - Google Patents
偏光子およびそれを用いたデジタル変調器Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電界制御により任意の
偏光状態の光を無変換状態と直線偏光変換状態の２態を
制御する光通信・光センサ・光演算器等に利用される偏
光子およびそれを用いた光デジタル変調器に関する。
偏光状態の光を無変換状態と直線偏光変換状態の２態を
制御する光通信・光センサ・光演算器等に利用される偏
光子およびそれを用いた光デジタル変調器に関する。
【０００２】
【従来の技術】グリッド偏光器としては、例えば図７に
示すように、絶縁基板１上にピッチｄの間隔で、金属線
１６を平行に設けた構造を有している。ここで、ｄは入
射光の波長よりも短い幅（数百ｎｍ）であり、金属線の
幅ａは数ｎｍ程度である。ここで、光路８上の方向４に
進む無偏波入射光１９（ＴＥ波６とＴＭ波７からなる）
が入射した場合、入射光１９は、金属線１６に平行なＴ
Ｅ波６に対しては金属線内部の自由電子が散乱光を放出
し透過光と散乱光が干渉してその電磁波エネルギーをほ
ぼ１００％流さないのに対し、金属線１６に対して垂直
なＴＭ波７に対しては金属線内部の自由電子は動けない
ため電磁波はほぼ１００％透過する。このような原理か
ら、グリッド偏光器を利用することにより直線偏光２３
（ＴＭ波７）を得ることができる。
示すように、絶縁基板１上にピッチｄの間隔で、金属線
１６を平行に設けた構造を有している。ここで、ｄは入
射光の波長よりも短い幅（数百ｎｍ）であり、金属線の
幅ａは数ｎｍ程度である。ここで、光路８上の方向４に
進む無偏波入射光１９（ＴＥ波６とＴＭ波７からなる）
が入射した場合、入射光１９は、金属線１６に平行なＴ
Ｅ波６に対しては金属線内部の自由電子が散乱光を放出
し透過光と散乱光が干渉してその電磁波エネルギーをほ
ぼ１００％流さないのに対し、金属線１６に対して垂直
なＴＭ波７に対しては金属線内部の自由電子は動けない
ため電磁波はほぼ１００％透過する。このような原理か
ら、グリッド偏光器を利用することにより直線偏光２３
（ＴＭ波７）を得ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、グリッド偏光
器通過後の光は強度の差はあるが常に直線偏光の１つの
モードであるため、容易に入射光に対して、無変換（入
射光のまま）と直線偏光変換の選択ができない。
器通過後の光は強度の差はあるが常に直線偏光の１つの
モードであるため、容易に入射光に対して、無変換（入
射光のまま）と直線偏光変換の選択ができない。
【０００４】この発明は、従来のものがもつ上記のよう
な課題を解決させ、可動部のない簡単な方法で、しかも
液晶とは異なり偏光特性変換に対して応答速度が格段に
速い偏光子を提供することを目的とする。
な課題を解決させ、可動部のない簡単な方法で、しかも
液晶とは異なり偏光特性変換に対して応答速度が格段に
速い偏光子を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、光路に対する垂直面上に屈折率に近い絶縁体
と半導体の接合面をお互いが平行になるように複数に配
置し、無電界の時は入射光の偏光特性を変化させず、電
界印加の時はＭＯＳ形トランジスタの原理と同様に、絶
縁体と半導体の接合面に反転層が生じ接合面に沿ってグ
リッド偏光器の金属線に相当する２次元良電導体が現わ
れグリッド偏光器と等価な効果をもつこと利用して、電
界の制御により偏光状態を操作すること特徴とする偏光
子である。
本発明は、光路に対する垂直面上に屈折率に近い絶縁体
と半導体の接合面をお互いが平行になるように複数に配
置し、無電界の時は入射光の偏光特性を変化させず、電
界印加の時はＭＯＳ形トランジスタの原理と同様に、絶
縁体と半導体の接合面に反転層が生じ接合面に沿ってグ
リッド偏光器の金属線に相当する２次元良電導体が現わ
れグリッド偏光器と等価な効果をもつこと利用して、電
界の制御により偏光状態を操作すること特徴とする偏光
子である。
【０００６】
【作用】上記のような偏光子を使用すると、電界の制御
のみで入射光の偏光状態を操作でき、液晶とは異なりＭ
ＯＳ形トランジスタの応答速度（ＧＨｚ程度）で偏光状
態の制御ができる。
のみで入射光の偏光状態を操作でき、液晶とは異なりＭ
ＯＳ形トランジスタの応答速度（ＧＨｚ程度）で偏光状
態の制御ができる。
【０００７】
【実施例】（実施例１） 以下、具体例について詳細に述べる。図１に本偏光子の
第１の実施例の概要図を示し、図２（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）にその原理説明図を示す。絶縁体基板１、例えば
ＳｉＯ2基板の表面近傍にストライプ状のｐ形半導体部
分２を絶縁体基板上に形成する。具体的なプロセスとし
ては、サファイヤ（Ａｌ2Ｏ3）基板上に真性Ｓｉ半導体
層を形成し、ストライプ上にｐ形半導体を形成し、残り
を熱酸化等により絶縁体ＳｉＯ2を形成する。絶縁体基
板１（サファイヤとＳｉＯ2をまとめての呼び方）表面
上の絶縁体基板１の面とｐ形半導体２の面は、必ずしも
揃っている必要はない。ただし、絶縁体基板１とｐ形半
導体２の接合面３’はお互いが平行になるように構成
し、ｐ形半導体２の幅ｄｓ（図中番号１０）は数百ｎ
ｍ、絶縁体基板１の幅ｄｉ（図中番号９）はｄｉ＜＜ｄ
ｓとして、ｐ形半導体幅ｄｓと絶縁体幅ｄｉの合計（ｄ
ｉ＋ｄｓ）が従来例に示したグリッド偏光器の金属線ピ
ッチｄ（１８）と同程度になるようにする。また、絶縁
体基板１の屈折率とｐ形半導体２の屈折率は同程度が望
ましいが、ｄｉ＜＜ｄｓの状態で偏光状態だけを問題に
するのであれば必ずしも同程度にする必要もない。配置
については、方向４に沿って進む任意の偏光状態（無偏
光状態）の光１９の光路８上に消光する直線偏光成分方
向に対して前記絶縁体基板１とｐ形半導体２の接合面
３’が平行になるようにし、前記接合面３’に対して垂
直に各接合面３’において絶縁体基板１側がｐ形半導体
２よりも高電位になるように外部電界を加える。この外
部電界は、絶縁体基板１の両端に電極を設けるなどし、
外部から制御可能なものとする。
第１の実施例の概要図を示し、図２（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）にその原理説明図を示す。絶縁体基板１、例えば
ＳｉＯ2基板の表面近傍にストライプ状のｐ形半導体部
分２を絶縁体基板上に形成する。具体的なプロセスとし
ては、サファイヤ（Ａｌ2Ｏ3）基板上に真性Ｓｉ半導体
層を形成し、ストライプ上にｐ形半導体を形成し、残り
を熱酸化等により絶縁体ＳｉＯ2を形成する。絶縁体基
板１（サファイヤとＳｉＯ2をまとめての呼び方）表面
上の絶縁体基板１の面とｐ形半導体２の面は、必ずしも
揃っている必要はない。ただし、絶縁体基板１とｐ形半
導体２の接合面３’はお互いが平行になるように構成
し、ｐ形半導体２の幅ｄｓ（図中番号１０）は数百ｎ
ｍ、絶縁体基板１の幅ｄｉ（図中番号９）はｄｉ＜＜ｄ
ｓとして、ｐ形半導体幅ｄｓと絶縁体幅ｄｉの合計（ｄ
ｉ＋ｄｓ）が従来例に示したグリッド偏光器の金属線ピ
ッチｄ（１８）と同程度になるようにする。また、絶縁
体基板１の屈折率とｐ形半導体２の屈折率は同程度が望
ましいが、ｄｉ＜＜ｄｓの状態で偏光状態だけを問題に
するのであれば必ずしも同程度にする必要もない。配置
については、方向４に沿って進む任意の偏光状態（無偏
光状態）の光１９の光路８上に消光する直線偏光成分方
向に対して前記絶縁体基板１とｐ形半導体２の接合面
３’が平行になるようにし、前記接合面３’に対して垂
直に各接合面３’において絶縁体基板１側がｐ形半導体
２よりも高電位になるように外部電界を加える。この外
部電界は、絶縁体基板１の両端に電極を設けるなどし、
外部から制御可能なものとする。
【０００８】次に、本実施例の原理を図２を使って説明
する。図２（ａ）は上記で説明した偏光子を接合面３’
に垂直（電界５に平行）に切った場合の垂直断面図およ
び接合面３’近傍の拡大図である。ｐ形半導体２は絶縁
体基板１内に接合面３’が絶縁体基板１にほぼ垂直にな
るように形成される。このような構造では、電子の振舞
いは、ＭＯＳ形トランジスタのゲート下の絶縁体とｐ形
半導体の接合面でのそれと同様になる。すなわち、電界
５が零の場合、接合面３’近傍のバンド状態は図２
（ｂ）に示す通り、ｐ形半導体２のバンドギャップの中
線１３はフェルミ準位１４よりもエネルギーレベルが高
く接合面３’近傍には電荷は現われない。しかし、各接
合面３’近傍において絶縁体基板１がｐ形半導体２より
も高電位側になるように電界を加えると、接合面３’近
傍のバンド状態は図２（ｃ）に示す通り、ｐ形半導体２
のバンドギャップの中線１３は電界方向５と逆方向に傾
き、空乏層１１’が生じる反面接合面３’に近い所では
フェルミ準位１４よりもエネルギーレベルが低くなり反
転層１１ができ接合面３’近傍には電子層が接合面３’
に沿って現われる。一方、入射波１９は、電気双極子に
よる平面電磁波が接合面３’に平行に垂直入射するＴＥ
波６と前記電気双極子と同じ方向に振動する磁気双極子
による垂直入射のＴＭ波７の合成と考えることができ
る。この入射光１９が本第１の実施例の偏光子に垂直入
射した場合、無電界の場合は偏光子は全く絶縁体と同様
にＴＥ波６およびＴＭ波７の両者に対して相互作用する
電気双極子および磁気双極子を持たないため、入射波１
９は偏光状態を変えずそのまま素通りする。それに対
し、電界を印加した場合は反転層３に生じた電子は従来
例のグリッド偏光子の金属線１６内の自由電子と同様に
振舞い、ＴＥ波６はほぼ１００％透過できないのに対し
ＴＭ波７波ほぼ１００％透過する。このように、電界の
有無によって入射光１９の偏光特性が簡単に制御でき
る。
する。図２（ａ）は上記で説明した偏光子を接合面３’
に垂直（電界５に平行）に切った場合の垂直断面図およ
び接合面３’近傍の拡大図である。ｐ形半導体２は絶縁
体基板１内に接合面３’が絶縁体基板１にほぼ垂直にな
るように形成される。このような構造では、電子の振舞
いは、ＭＯＳ形トランジスタのゲート下の絶縁体とｐ形
半導体の接合面でのそれと同様になる。すなわち、電界
５が零の場合、接合面３’近傍のバンド状態は図２
（ｂ）に示す通り、ｐ形半導体２のバンドギャップの中
線１３はフェルミ準位１４よりもエネルギーレベルが高
く接合面３’近傍には電荷は現われない。しかし、各接
合面３’近傍において絶縁体基板１がｐ形半導体２より
も高電位側になるように電界を加えると、接合面３’近
傍のバンド状態は図２（ｃ）に示す通り、ｐ形半導体２
のバンドギャップの中線１３は電界方向５と逆方向に傾
き、空乏層１１’が生じる反面接合面３’に近い所では
フェルミ準位１４よりもエネルギーレベルが低くなり反
転層１１ができ接合面３’近傍には電子層が接合面３’
に沿って現われる。一方、入射波１９は、電気双極子に
よる平面電磁波が接合面３’に平行に垂直入射するＴＥ
波６と前記電気双極子と同じ方向に振動する磁気双極子
による垂直入射のＴＭ波７の合成と考えることができ
る。この入射光１９が本第１の実施例の偏光子に垂直入
射した場合、無電界の場合は偏光子は全く絶縁体と同様
にＴＥ波６およびＴＭ波７の両者に対して相互作用する
電気双極子および磁気双極子を持たないため、入射波１
９は偏光状態を変えずそのまま素通りする。それに対
し、電界を印加した場合は反転層３に生じた電子は従来
例のグリッド偏光子の金属線１６内の自由電子と同様に
振舞い、ＴＥ波６はほぼ１００％透過できないのに対し
ＴＭ波７波ほぼ１００％透過する。このように、電界の
有無によって入射光１９の偏光特性が簡単に制御でき
る。
【０００９】（実施例２）次に、第１の実施例に示した
構造・原理を用いた偏光子の応用例を述べる。従って、
基本的な構造および原理は第１の実施例と同様なので、
以下の説明では、異なる部分だけを説明することとす
る。
構造・原理を用いた偏光子の応用例を述べる。従って、
基本的な構造および原理は第１の実施例と同様なので、
以下の説明では、異なる部分だけを説明することとす
る。
【００１０】まず、電界印加方法を検討した偏光子の第
２の実施例を説明する。その概要図を図３に示す。各接
合面３’に対し同一の電界５で対応した第１実施例とは
異なり、ここでは図３に示すように各ｐ形半導体２に電
極を設け各ｐ形半導体２をコンデンサ２１等の静電容量
を介して接続し、両端のコンデンサの両端に電位方向に
注意して直列接続のスイッチ２１’’と電源２１’をつ
なぐ。ただし、最も高電位のｐ形半導体に対しては、そ
れが入射光１９のおよぶ範囲であれば、更に高電位側に
電極板２０を設けそれを端としてコンデンサ２１を接続
し、入射光１９のおよぶ範囲外の時は、電極板２０の必
要性はない。このような構成で、スイッチ２１’’が常
にＯＮ状態であれば、出射光２３の偏光状態は第１実施
例と同様、電源２１’がＯＦＦでは無変換で、ＯＮでは
直線偏光となる。次に、最初スイッチ２１’’と電源２
１’がＯＮ状態で、少なくともスイッチ２１’’の１つ
をＯＦＦにすると各コンデンサ２１は電位差を保持した
状態を保つため、電源をＯＦＦにした状態でも偏光特性
を保持する。また、偏光子を無変換状態に戻すには、ス
イッチ２１’’をＯＮにする等コンデンサ２１の電荷を
消電あるいは放電すればよい。このように、電位保持機
構を設けると、偏光状態を記憶でき、メモリとしても利
用できる。
２の実施例を説明する。その概要図を図３に示す。各接
合面３’に対し同一の電界５で対応した第１実施例とは
異なり、ここでは図３に示すように各ｐ形半導体２に電
極を設け各ｐ形半導体２をコンデンサ２１等の静電容量
を介して接続し、両端のコンデンサの両端に電位方向に
注意して直列接続のスイッチ２１’’と電源２１’をつ
なぐ。ただし、最も高電位のｐ形半導体に対しては、そ
れが入射光１９のおよぶ範囲であれば、更に高電位側に
電極板２０を設けそれを端としてコンデンサ２１を接続
し、入射光１９のおよぶ範囲外の時は、電極板２０の必
要性はない。このような構成で、スイッチ２１’’が常
にＯＮ状態であれば、出射光２３の偏光状態は第１実施
例と同様、電源２１’がＯＦＦでは無変換で、ＯＮでは
直線偏光となる。次に、最初スイッチ２１’’と電源２
１’がＯＮ状態で、少なくともスイッチ２１’’の１つ
をＯＦＦにすると各コンデンサ２１は電位差を保持した
状態を保つため、電源をＯＦＦにした状態でも偏光特性
を保持する。また、偏光子を無変換状態に戻すには、ス
イッチ２１’’をＯＮにする等コンデンサ２１の電荷を
消電あるいは放電すればよい。このように、電位保持機
構を設けると、偏光状態を記憶でき、メモリとしても利
用できる。
【００１１】その他、接合面３’に電界を印加する方法
としては、各接合面３’の両側の絶縁体１とｐ形半導体
２に電極を設けそれに電圧を加える方法もある。
としては、各接合面３’の両側の絶縁体１とｐ形半導体
２に電極を設けそれに電圧を加える方法もある。
【００１２】（実施例３）次に、本発明の偏光子を複数
使用する例として、本発明の偏光子を２個、縦列した偏
光子について図４の概要図を使用して説明する。図４に
示すように第１実施例の偏光子を２個各々消光する直線
偏光方向が垂直になるように配置した場合、１個の偏光
子のＯＮ（電界印加状態）とＯＦＦ（無電界状態）によ
り２種類の偏光状態の制御ができるのに対し、２個の偏
光子のＯＮとＯＦＦの組合せにより、出射光２３として
無変換状態、２種類の直線偏光状態、消光状態（出射光
無し状態）の４種類の偏光状態を制御することができ
る。
使用する例として、本発明の偏光子を２個、縦列した偏
光子について図４の概要図を使用して説明する。図４に
示すように第１実施例の偏光子を２個各々消光する直線
偏光方向が垂直になるように配置した場合、１個の偏光
子のＯＮ（電界印加状態）とＯＦＦ（無電界状態）によ
り２種類の偏光状態の制御ができるのに対し、２個の偏
光子のＯＮとＯＦＦの組合せにより、出射光２３として
無変換状態、２種類の直線偏光状態、消光状態（出射光
無し状態）の４種類の偏光状態を制御することができ
る。
【００１３】なお、複数の偏光子の消光する直線偏光方
向を同一にすると、偏光子の消光比が向上し、良質の偏
光特性が得られる。
向を同一にすると、偏光子の消光比が向上し、良質の偏
光特性が得られる。
【００１４】また、本発明の偏光子を複数使用する構成
としては、図５の第４実施例と図６の第５実施例の２例
を示す。
としては、図５の第４実施例と図６の第５実施例の２例
を示す。
【００１５】（実施例４）第４実施例は、図５に示すよ
うに、同一絶縁体基板１の両面に第一実施例と同様のｐ
形半導体２を形成する例で、複数の偏光子の一体化ある
いは部品点数の低減を狙ったものである。各面に形成す
るｐ形半導体２のパターンは、消光する直線偏光方向が
垂直の場合と同一の場合がある。また、この偏光子を複
数使用することも可能である。
うに、同一絶縁体基板１の両面に第一実施例と同様のｐ
形半導体２を形成する例で、複数の偏光子の一体化ある
いは部品点数の低減を狙ったものである。各面に形成す
るｐ形半導体２のパターンは、消光する直線偏光方向が
垂直の場合と同一の場合がある。また、この偏光子を複
数使用することも可能である。
【００１６】（実施例５）第５実施例は、図６に示すよ
うに格子状にｐ形半導体２を形成し、同一ｐ形半導体に
おいて少なくとも２つの接合面がお互いに直交し、各接
合面が同一方向に向く構造で、お互いに垂直な方向の電
界により接合面に沿ったＬ字形の反転層ができ、これは
絶縁体基板１の片面で実質的に第三実施例の偏光子と同
じ効果を提供する。更に、この偏光子を第３実施例のよ
うに複数使用したり、第４実施例に示すように絶縁体基
板１の両面に第１実施例の格子状のｐ形半導体を形成す
ることもできる。
うに格子状にｐ形半導体２を形成し、同一ｐ形半導体に
おいて少なくとも２つの接合面がお互いに直交し、各接
合面が同一方向に向く構造で、お互いに垂直な方向の電
界により接合面に沿ったＬ字形の反転層ができ、これは
絶縁体基板１の片面で実質的に第三実施例の偏光子と同
じ効果を提供する。更に、この偏光子を第３実施例のよ
うに複数使用したり、第４実施例に示すように絶縁体基
板１の両面に第１実施例の格子状のｐ形半導体を形成す
ることもできる。
【００１７】以上は、絶縁体基板表面にｐ形半導体を形
成する方法を示したが、板状絶縁体と板状ｐ形半導体を
平行に積層して各接合面に電界を加えても同じ効果が得
られる。
成する方法を示したが、板状絶縁体と板状ｐ形半導体を
平行に積層して各接合面に電界を加えても同じ効果が得
られる。
【００１８】また、上記のｐ形半導体をｎ形半導体に置
き換えて加える電界の方向をｐ形半導体の場合とは正反
対にしても同様の効果が得られる。
き換えて加える電界の方向をｐ形半導体の場合とは正反
対にしても同様の効果が得られる。
【００１９】なお、印加する電界は、各接合面において
必ずしも等しくする必要もなく、各接合面別に電界を個
別に制御することも可能である。また、電界そのものに
ついては、それを信号として使い、電気信号を光量信号
あるいは、偏光状態に変換する変調器としても応用でき
る。
必ずしも等しくする必要もなく、各接合面別に電界を個
別に制御することも可能である。また、電界そのものに
ついては、それを信号として使い、電気信号を光量信号
あるいは、偏光状態に変換する変調器としても応用でき
る。
【００２０】（実施例６）次に上記の本発明の偏光子を
用いて、デジタル信号を作る光デジタル変調器を構成し
た実施例を示す。
用いて、デジタル信号を作る光デジタル変調器を構成し
た実施例を示す。
【００２１】光を使ってデジタル信号をつくる方法とし
ては、図１１のように入射光１９の光路８上に進行方向
４に向かって順番に偏光特性不変偏光子１１２０（以下
静的偏光子と呼ぶ）、上記実施例１に示した本発明の偏
光子８０１（以下動的偏光子と呼ぶ）、光検出器８２１
を配置したものが考えられる。ただし、静的偏光子１１
２０と動的偏光子８０１の消光可能な直線偏光成分方向
は独立（直交）である。ここで、無偏波入射光１９（静
的偏光子１１２０が消光する偏光成分と動的偏光子８０
１が消光する偏光成分により構成）は静的偏光子１１２
０により直線偏光に変わり、動的偏光子８０１において
外部の制御に応じて前記直線偏光が消光するか消光しな
いかの２種類の信号（例えば２進法と同様に前者を０、
後者を１とするなど）に変換され、最終的にその光は光
検出器８２１において検出される。
ては、図１１のように入射光１９の光路８上に進行方向
４に向かって順番に偏光特性不変偏光子１１２０（以下
静的偏光子と呼ぶ）、上記実施例１に示した本発明の偏
光子８０１（以下動的偏光子と呼ぶ）、光検出器８２１
を配置したものが考えられる。ただし、静的偏光子１１
２０と動的偏光子８０１の消光可能な直線偏光成分方向
は独立（直交）である。ここで、無偏波入射光１９（静
的偏光子１１２０が消光する偏光成分と動的偏光子８０
１が消光する偏光成分により構成）は静的偏光子１１２
０により直線偏光に変わり、動的偏光子８０１において
外部の制御に応じて前記直線偏光が消光するか消光しな
いかの２種類の信号（例えば２進法と同様に前者を０、
後者を１とするなど）に変換され、最終的にその光は光
検出器８２１において検出される。
【００２２】以上本実施例によれば、単数の入射光から
無駄なく複数ビットのデジタル信号を作ることができ、
集積度も飛躍的に上げることができる。
無駄なく複数ビットのデジタル信号を作ることができ、
集積度も飛躍的に上げることができる。
【００２３】（実施例７）図８に本デジタル変調器の第
７の実施例の概要図を示し、図９にそのビットパターン
を示す。上記の本発明の動的偏光子を２枚、その消光可
能な偏光方向が互いに垂直となるように縦列し、入射側
から動的偏光子８０１、動的偏光子８０２とする。そし
て、その後ろに動的偏光子８０１の消光可能な偏光方向
７’が異常光方向、動的偏光子８０２の消光可能な偏光
方向７が常光方向となるように複屈折材料８０３（例え
ばルチル等）を配置し、最後に分離された異常光８０９
を検知する部分８１１と常光８１０を検知する部分８１
２を有する検知器８１３（例えばＰｉｎフォトダイオー
ドなどＯ／Ｅ変換機能を有するもの）を設ける。ここ
で、無偏波入射光１９を入射すると、異常光成分７’は
動的偏光子８０１によりその消光比を制御され、一方常
光成分７は動的偏光子８０２によりその消光比を制御さ
れる。例えば、図８の様に動的偏光子８０１がＯＮ状態
（電界５によりグリッド偏光子を同じの効果を表わす）
で、動的偏光子８０２がＯＦＦ状態（外部制御の電界が
零のため絶縁体８１６とｐ形半導体８１５の接合面に反
転層ができずグリッド偏光子の効果を表わさない）だ
と、常光成分７は消光されず、一方異常光成分７’は動
的偏光子８０１で消光され、結局複屈折材料８０３に入
射するのは常光成分８１０のみとなる。この場合、異常
光検知部分８１１は図８に黒く塗った様に光は届かず、
常光検知部分８１２には光が届くため検知器８１３に検
知されるのは常光成分７だけである。ここで、例えば光
が届いた場合を１、届かない場合を０とすると、常光成
分１、異常光成分０の２進法２ビットのデジタル信号と
なり、偏光状態を区別することにより各偏光成分で一つ
のデジタル信号、すなわち偏光成分の数だけのビット数
のデジタル信号が単数の入射光で作ることができる。た
だし、動的偏光子は、外部からの制御でその偏光子とし
ての消光比を制御できるものならば任意のものでよい。
また、常光、異常光として相異なる偏光成分を分離する
複屈折材料８０３は、常光、異常光の関係に拘らず前記
相異なる偏光成分を分離できるものであれば任意のもの
でよく、例えばビームスプリッターも利用可能である。
ただし、ビームスプリッターの場合は分離方向に注意す
る必要がある。光検知器８１３は、異常光検知部分８１
１と常光検知部分８１２の２つのＯ／Ｅ変換部を有して
いるが、これを一つの異常光と常光の共有Ｏ／Ｅ変換部
に置き換えて異常光と常光に重みを付けて和をとって４
値の値を区別して４進１ビットのようにする事もでき
る。例えば、前記重みをＯ／Ｅ変換部の位置の関数と
し、前記常光と異常光の共有Ｏ／Ｅ変換部の位置を例え
ば常光を検知した場合と異常光を検知した場合の強度を
それぞれ２と１にすれば、Ｏ／Ｅ変換部は０，１，２，
３の４値を出力する。
７の実施例の概要図を示し、図９にそのビットパターン
を示す。上記の本発明の動的偏光子を２枚、その消光可
能な偏光方向が互いに垂直となるように縦列し、入射側
から動的偏光子８０１、動的偏光子８０２とする。そし
て、その後ろに動的偏光子８０１の消光可能な偏光方向
７’が異常光方向、動的偏光子８０２の消光可能な偏光
方向７が常光方向となるように複屈折材料８０３（例え
ばルチル等）を配置し、最後に分離された異常光８０９
を検知する部分８１１と常光８１０を検知する部分８１
２を有する検知器８１３（例えばＰｉｎフォトダイオー
ドなどＯ／Ｅ変換機能を有するもの）を設ける。ここ
で、無偏波入射光１９を入射すると、異常光成分７’は
動的偏光子８０１によりその消光比を制御され、一方常
光成分７は動的偏光子８０２によりその消光比を制御さ
れる。例えば、図８の様に動的偏光子８０１がＯＮ状態
（電界５によりグリッド偏光子を同じの効果を表わす）
で、動的偏光子８０２がＯＦＦ状態（外部制御の電界が
零のため絶縁体８１６とｐ形半導体８１５の接合面に反
転層ができずグリッド偏光子の効果を表わさない）だ
と、常光成分７は消光されず、一方異常光成分７’は動
的偏光子８０１で消光され、結局複屈折材料８０３に入
射するのは常光成分８１０のみとなる。この場合、異常
光検知部分８１１は図８に黒く塗った様に光は届かず、
常光検知部分８１２には光が届くため検知器８１３に検
知されるのは常光成分７だけである。ここで、例えば光
が届いた場合を１、届かない場合を０とすると、常光成
分１、異常光成分０の２進法２ビットのデジタル信号と
なり、偏光状態を区別することにより各偏光成分で一つ
のデジタル信号、すなわち偏光成分の数だけのビット数
のデジタル信号が単数の入射光で作ることができる。た
だし、動的偏光子は、外部からの制御でその偏光子とし
ての消光比を制御できるものならば任意のものでよい。
また、常光、異常光として相異なる偏光成分を分離する
複屈折材料８０３は、常光、異常光の関係に拘らず前記
相異なる偏光成分を分離できるものであれば任意のもの
でよく、例えばビームスプリッターも利用可能である。
ただし、ビームスプリッターの場合は分離方向に注意す
る必要がある。光検知器８１３は、異常光検知部分８１
１と常光検知部分８１２の２つのＯ／Ｅ変換部を有して
いるが、これを一つの異常光と常光の共有Ｏ／Ｅ変換部
に置き換えて異常光と常光に重みを付けて和をとって４
値の値を区別して４進１ビットのようにする事もでき
る。例えば、前記重みをＯ／Ｅ変換部の位置の関数と
し、前記常光と異常光の共有Ｏ／Ｅ変換部の位置を例え
ば常光を検知した場合と異常光を検知した場合の強度を
それぞれ２と１にすれば、Ｏ／Ｅ変換部は０，１，２，
３の４値を出力する。
【００２４】なお、各偏光成分の有無を検知する方法と
しては、上記の様にＯ／Ｅ変換部で電気信号に変換する
必要はなく、複屈折材料８０３以後は光のままの状態で
光演算等に利用することもできる。
しては、上記の様にＯ／Ｅ変換部で電気信号に変換する
必要はなく、複屈折材料８０３以後は光のままの状態で
光演算等に利用することもできる。
【００２５】次に図８の２進法２ビットデジタル変調器
のビットパッターンを図９を使って説明する。動的偏光
子８０１の動作状態を２ビットの上位ビット、動的偏光
子８０２の動作状態を下位ビットとし、ＯＮ状態（電界
によりグリッド偏光子の効果を表わす）を１で、ＯＦＦ
状態（グリッド偏光子の効果を表わさない）を０で表わ
すと、各動的偏光子の電界の有無により図９に示す４種
類のビットパターンが得られる。ただし、動的偏光子の
ＯＮ状態は、ビットパターンの０に、ＯＦＦ状態はビッ
トパターンの１に対応している。なお、以上は異常光成
分と常光成分のデジタル信号の順列でビットパターンを
表わしたが、前記デジタル信号の組合せでビットパター
ンを作ることもできる。組合せの場合は、ちょうど順列
の場合のビットパターンの１と０の和をとる場合と同等
で、この場合は、図９の（２）と（３）は同値となり３
進法１ビットすなわち０、１、２の３値をとる。
のビットパッターンを図９を使って説明する。動的偏光
子８０１の動作状態を２ビットの上位ビット、動的偏光
子８０２の動作状態を下位ビットとし、ＯＮ状態（電界
によりグリッド偏光子の効果を表わす）を１で、ＯＦＦ
状態（グリッド偏光子の効果を表わさない）を０で表わ
すと、各動的偏光子の電界の有無により図９に示す４種
類のビットパターンが得られる。ただし、動的偏光子の
ＯＮ状態は、ビットパターンの０に、ＯＦＦ状態はビッ
トパターンの１に対応している。なお、以上は異常光成
分と常光成分のデジタル信号の順列でビットパターンを
表わしたが、前記デジタル信号の組合せでビットパター
ンを作ることもできる。組合せの場合は、ちょうど順列
の場合のビットパターンの１と０の和をとる場合と同等
で、この場合は、図９の（２）と（３）は同値となり３
進法１ビットすなわち０、１、２の３値をとる。
【００２６】（実施例８）今度は、図１０に本デジタル
変調器の第８の実施例の概要図を示し、単数の入射光で
より多くのデジタル信号を作る例を説明する。図１０
は、ちょうど第７の実施例の２進２ビットのデジタル変
調器を４個入射光に対して並列に並べた構成で、複屈折
材料８０３は各２進２ビットのデジタル変調器について
共通である。ただし、図１０に示した動的偏光子は上記
の実施例を使い、本デジタル変調器の第７実施例の動的
偏光子８０１と動的偏光子８０２を一体化したものであ
る。いま、入射光を平行光と考えると、入射光は４つの
動的偏光子対に対して各々に無偏波を入射した場合と同
等に扱ってもよく、各デジタル変調器内部での光の振舞
いは、第７実施例に説明した場合と等価である。以下、
第７実施例と同様にビットパターンを読むと、図９の場
合は（０，０）、（０，１）、（１，０）、（１，１）
の２進法８ビットのデジタル信号が得られる。ただし、
各動的偏光子のＯＮ／ＯＦＦ状態は、図９で黒く塗った
筋が反転層でＯＮ状態を表わし、逆に黒く塗っていない
ものはＯＦＦ状態を示す。この場合も、デジタル信号の
組合せで考えると、３進法４ビットの１２値となる。な
お、Ｏ／Ｅ変換部で電気信号に変換せず、複屈折材料８
０３以後は光のままの状態で光演算等に利用すると、８
ビット光演算器も実現できる。このように、複数の２進
法２ビットのデジタル変調器を並列に並べることによ
り、多ビット光デジタル変調器あるいは多ビット光演算
器が容易にできる。
変調器の第８の実施例の概要図を示し、単数の入射光で
より多くのデジタル信号を作る例を説明する。図１０
は、ちょうど第７の実施例の２進２ビットのデジタル変
調器を４個入射光に対して並列に並べた構成で、複屈折
材料８０３は各２進２ビットのデジタル変調器について
共通である。ただし、図１０に示した動的偏光子は上記
の実施例を使い、本デジタル変調器の第７実施例の動的
偏光子８０１と動的偏光子８０２を一体化したものであ
る。いま、入射光を平行光と考えると、入射光は４つの
動的偏光子対に対して各々に無偏波を入射した場合と同
等に扱ってもよく、各デジタル変調器内部での光の振舞
いは、第７実施例に説明した場合と等価である。以下、
第７実施例と同様にビットパターンを読むと、図９の場
合は（０，０）、（０，１）、（１，０）、（１，１）
の２進法８ビットのデジタル信号が得られる。ただし、
各動的偏光子のＯＮ／ＯＦＦ状態は、図９で黒く塗った
筋が反転層でＯＮ状態を表わし、逆に黒く塗っていない
ものはＯＦＦ状態を示す。この場合も、デジタル信号の
組合せで考えると、３進法４ビットの１２値となる。な
お、Ｏ／Ｅ変換部で電気信号に変換せず、複屈折材料８
０３以後は光のままの状態で光演算等に利用すると、８
ビット光演算器も実現できる。このように、複数の２進
法２ビットのデジタル変調器を並列に並べることによ
り、多ビット光デジタル変調器あるいは多ビット光演算
器が容易にできる。
【００２７】以上ように、本実施例によれば、単数の入
力光で複数のデジタル信号を作ることができ、光を使っ
たデジタル変調器の集積度を飛躍的に上げることができ
る。
力光で複数のデジタル信号を作ることができ、光を使っ
たデジタル変調器の集積度を飛躍的に上げることができ
る。
【００２８】
【発明の効果】以上ように、本発明は、電界の制御のみ
で入射光の偏光状態を操作でき、ＭＯＳ形トランジスタ
の応答速度と同等の速度で偏光状態の制御ができる。
で入射光の偏光状態を操作でき、ＭＯＳ形トランジスタ
の応答速度と同等の速度で偏光状態の制御ができる。
【００２９】また、単数の入力光で複数のデジタル信号
を作ることができ、光を使ったデジタル変調器の集積度
を飛躍的に上げることができる。
を作ることができ、光を使ったデジタル変調器の集積度
を飛躍的に上げることができる。
【図１】本発明の第１の実施例における偏光子の概要図
【図２】本発明の第１の実施例における偏光子の原理説
明図
明図
【図３】本発明の第２の実施例における偏光子の概要図
【図４】本発明の第３の実施例における偏光子の概要図
【図５】本発明の第４の実施例における偏光子の概要図
【図６】本発明の第５の実施例における偏光子の概要図
【図７】従来の偏光子の一例であるグリッド偏光器の概
要図
要図
【図８】本発明の第７の実施例におけるデジタル変調器
の概要図
の概要図
【図９】本発明の第７の実施例におけるデジタル変調器
のビットパターン
のビットパターン
【図１０】本発明の第８の実施例におけるデジタル変調
器の概要図
器の概要図
【図１１】本発明の第６の実施例におけるデジタル変調
器の概要図
器の概要図
１ 絶縁体基板 ２ ｐ形半導体 ３ 良導体部分（反転層） ４ 光の進行方向 ５ 電界方向（ＴＭ波方向） ５’ 電界方向（常光消光偏光子用） ６ ＴＥ波 ７ ＴＭ波 ８ 光路 ９ 絶縁体幅 １０ ｐ形半導体幅 １１ 良導体部分（反転層）の幅 １１’ 空乏層 １２ 伝導帯 １３ バンドギャップの中線 １４ フェルミ準位 １５ 価電子帯 １６ 金属線 １７ 金属線幅 １８ 金属線間隔 １９ 入射光（無偏光状態：ＴＥ波＋ＴＭ波） ２０ 平板電極 ２１ コンデンサ（静電容量） ２１’ 電源（電圧発生器、電圧保持器） ２１’’ スイッチ ２２ 電界方向（ＴＥ波方向） ２３ 出射光 ２４ ＴＥ波消光用偏光子 ２５ ＴＭ波消光用偏光子 ２６ 偏光子入射側 ２７ 偏光子出射側 ８０１ 動的偏光子（異常光消光用） ８０２ 動的偏光子（常光消光用） ８０３ 複屈折材料 ８０９ 異常光光路 ８１０ 常光光路 ８１１ 異常光検出器 ８１２ 常光検出器 ８１３ 光検出器 ８１４ 反転層 ８１５ ｐ形半導体 ８１６ 絶縁体部分 ８１７ 両面直交偏光子 ８１８ 共有複屈折材料 ８１９ 入射光 ８２０ 静的偏光子 ８２１ 光検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/015 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (11)
- 【請求項１】絶縁体基板と、前記絶縁体基板の表面にあ
って光の透過方向に対して垂直方向にストライプ状に形
成された複数の半導体層と、前記半導体層に電圧を印加
する電圧印加手段とを備えた事を特徴とする偏光子。 - 【請求項２】絶縁体基板上の光の透過方向に対して垂直
な面に複数の半導体層をストライプ状に形成し、前記複
数の半導体層に電圧を印加して前記複数の半導体層と前
記絶縁体基板との接合面に自由電子移動領域を構成し、
前記複数の半導体層に印加する電圧を制御して偏光特性
を制御する偏光子。 - 【請求項３】半導体層に印加する電圧を、前記半導体層
に印加する電界の制御により制御する事を特徴とする請
求項１または２記載の偏光子。 - 【請求項４】半導体層に電極を設け、前記電極に電圧を
印加する事を特徴とする請求項１または２記載の偏光
子。 - 【請求項５】絶縁体基板と複数の半導体層の各接合面に
加わっている電位差を保持するコンデンサーを具備し、
偏光状態を記憶する事を特徴とする請求項４記載の偏光
子。 - 【請求項６】絶縁体基板の裏表に複数の半導体層を形成
した事を特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の
偏光子。 - 【請求項７】光の進行方向に対して請求項１から６のい
ずれかに記載の偏光子を複数縦列に配置する事を特徴と
する偏光子。 - 【請求項８】絶縁体基板上に四角形の半導体層を複数個
形成し、それぞれの前記四角形の各辺がそれぞれ平行に
なるように構成し、前記複数の半導体層に電圧を印加し
て、前記複数の半導体層と前記絶縁体基板との接合面に
自由電子移動領域を構成し、前記複数の半導体層に印加
する電圧を制御して、偏光特性を制御する偏光子。 - 【請求項９】互いに直交する電界を加えることにより２
種類の直線偏光成分方向各々に対して偏光特性をそれぞ
れ制御する請求項８記載の偏光子。 - 【請求項１０】請求項３に記載の偏光子を用い、半導体
層に印加する電界を信号として使用することにより、電
気信号を光の偏光状態に変換して伝送する事を特徴とす
る光変調器。 - 【請求項１１】請求項１から９のいずれかに記載の偏光
子と、光の到来方向側からみて前記偏光子の後方に設置
され、前記偏光子により偏光された光を空間分離する空
間分離手段と、前記空間分離手段の後方に設置され、前
記空間分離された偏光成分の有無を検知する検知器を具
備し、電気信号から光デジタル信号を作ることを特徴と
する光デジタル変調器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8357392A JP2936880B2 (ja) | 1992-04-06 | 1992-04-06 | 偏光子およびそれを用いたデジタル変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8357392A JP2936880B2 (ja) | 1992-04-06 | 1992-04-06 | 偏光子およびそれを用いたデジタル変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05281499A JPH05281499A (ja) | 1993-10-29 |
| JP2936880B2 true JP2936880B2 (ja) | 1999-08-23 |
Family
ID=13806255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8357392A Expired - Fee Related JP2936880B2 (ja) | 1992-04-06 | 1992-04-06 | 偏光子およびそれを用いたデジタル変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2936880B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2003202467A1 (en) | 2002-01-07 | 2003-07-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Surface type optical modulator and its manufacturing method |
| JP2015004870A (ja) * | 2013-06-21 | 2015-01-08 | キヤノン株式会社 | 偏光光学素子、その駆動方法、表示装置、画像表示装置、レンズユニットおよび撮像装置 |
-
1992
- 1992-04-06 JP JP8357392A patent/JP2936880B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05281499A (ja) | 1993-10-29 |
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