JP3395360B2 - 光変調素子 - Google Patents
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
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- G02B2006/12142—Modulator
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光を光によって変調す
ることができる広義の変調素子に関する。本発明の変調
素子には、光強度変調素子、光増幅素子、光アナログ−
ディジタル変換素子等が含まれる。
ることができる広義の変調素子に関する。本発明の変調
素子には、光強度変調素子、光増幅素子、光アナログ−
ディジタル変換素子等が含まれる。
【０００２】
(1）全光型光変調素子
全光型変調素子は、搬送波、制御信号を共に光とする変
調素子であり、電界により光学的特性の変化する電気光
学素子と、光照射で電圧を発生する光起電力素子の組み
合わせにより構成されている。その光変調素子は、大き
く分けて、次の２種類の型がある。
調素子であり、電界により光学的特性の変化する電気光
学素子と、光照射で電圧を発生する光起電力素子の組み
合わせにより構成されている。その光変調素子は、大き
く分けて、次の２種類の型がある。
【０００３】ａタイプ
方向性結合器型の電気光学素子と、半導体の斜め蒸着膜
（CdTe,GaAs,Si等) を利用し単独で光照射により数10Ｖ
以上の電圧を発生する異常光起電力素子とを組み合わせ
た全光型の光変調素子が知られている（特公昭60-44647
号) 。 ｂタイプ マハツェンダー型光変調器の電気光学素子と0.8V程度の
光起電力を有する非結晶Si型の直列接続による集積化し
た光起電力素子の組み合わせによる全光型の光変調素子
が知られている(Apply Physic Letter Vol. 45, No. 3,
p. 214(1984))。
（CdTe,GaAs,Si等) を利用し単独で光照射により数10Ｖ
以上の電圧を発生する異常光起電力素子とを組み合わせ
た全光型の光変調素子が知られている（特公昭60-44647
号) 。 ｂタイプ マハツェンダー型光変調器の電気光学素子と0.8V程度の
光起電力を有する非結晶Si型の直列接続による集積化し
た光起電力素子の組み合わせによる全光型の光変調素子
が知られている(Apply Physic Letter Vol. 45, No. 3,
p. 214(1984))。
【０００４】このうち、ａタイプの方向性結合器型は、
光起電力素子に入射させる制御光の強度が小さくて良い
ことと、光ファイバーの損失が少ない近赤外域の半導体
レーザ光を使用できることに特徴がある。しかし、この
型は、光起電力素子の内部抵抗が大きいため、スイッチ
ング時間、特に、光制御型の光スイッチの遮断時間が遅
い（数min)という問題がある。特に、CdTe、GaAs等を光
起電力素子として用いた場合には、立ち上がりは秒のオ
ーダーであるが、立ち下がり時間は数分であった。
光起電力素子に入射させる制御光の強度が小さくて良い
ことと、光ファイバーの損失が少ない近赤外域の半導体
レーザ光を使用できることに特徴がある。しかし、この
型は、光起電力素子の内部抵抗が大きいため、スイッチ
ング時間、特に、光制御型の光スイッチの遮断時間が遅
い（数min)という問題がある。特に、CdTe、GaAs等を光
起電力素子として用いた場合には、立ち上がりは秒のオ
ーダーであるが、立ち下がり時間は数分であった。
【０００５】ｂタイプのマハツェンダー型は、応答時間
が早い（μ秒）ことに特徴があるが、Si太陽電池の単一
層では0.8V程度しか光起電力を発生しないという問題が
ある。したがって、非晶質Siの太陽電池を数10個直列に
集積化して必要な電圧を得る必要があり、非晶質Siの太
陽電池の集積化の工程が必要となり、製造が複雑とな
る。又、非晶質Siの太陽電池は700nm 以上の近赤外域で
感度がなく、光ファイバーでの損失が少なくしかも通常
良く使用されている波長830nm の半導体レーザ光を用い
ることができないという問題がある。
が早い（μ秒）ことに特徴があるが、Si太陽電池の単一
層では0.8V程度しか光起電力を発生しないという問題が
ある。したがって、非晶質Siの太陽電池を数10個直列に
集積化して必要な電圧を得る必要があり、非晶質Siの太
陽電池の集積化の工程が必要となり、製造が複雑とな
る。又、非晶質Siの太陽電池は700nm 以上の近赤外域で
感度がなく、光ファイバーでの損失が少なくしかも通常
良く使用されている波長830nm の半導体レーザ光を用い
ることができないという問題がある。
【０００６】(2) 全光型ＡＤ変換器
光ＡＤ変換器としては、光双安定素子を利用する方法が
考えられる。光双安定素子においては、入力光強度の増
加に対して階段状の出力光の変化が得られ、この特性を
利用すれば、アナログ的な入力光信号をデジタルの出力
信号に変換できる。しかし、現状では、階段状に変化す
るための入力光強度のしきい値は、極めて大きく通常用
いる光強度の範囲では階段状の出力光変化が得られない
ため、実用化されていない。
考えられる。光双安定素子においては、入力光強度の増
加に対して階段状の出力光の変化が得られ、この特性を
利用すれば、アナログ的な入力光信号をデジタルの出力
信号に変換できる。しかし、現状では、階段状に変化す
るための入力光強度のしきい値は、極めて大きく通常用
いる光強度の範囲では階段状の出力光変化が得られない
ため、実用化されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の課題を
解決するために成されたものであり、その目的は、光変
調素子において、応答速度を向上させることである。
又、他の目的は、アナログ光信号の強度に対応した数の
光パルス信号を生成する光ＡＤ変換器を実現することで
あり、入力するアナログ光信号の強度が小さくても光Ａ
Ｄ変換を可能とすることである。さらに、一次元分布を
有するインコヒーレントな光を振幅の大きなコヒーレン
トな光に変換することを可能とすることである。
解決するために成されたものであり、その目的は、光変
調素子において、応答速度を向上させることである。
又、他の目的は、アナログ光信号の強度に対応した数の
光パルス信号を生成する光ＡＤ変換器を実現することで
あり、入力するアナログ光信号の強度が小さくても光Ａ
Ｄ変換を可能とすることである。さらに、一次元分布を
有するインコヒーレントな光を振幅の大きなコヒーレン
トな光に変換することを可能とすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の請求項１に記載の発明は、基板と、基板上に形成され
搬送光を導く導波路と、導波路の一部であって、電気光
学的効果を有し搬送光を変調する変調部と、その変調部
において電界を発生させるように配置された一対の電極
と、制御光を受光し制御電圧信号に変換してその制御電
圧信号を前記一対の電極に印加するための基板に形成さ
れた光電変換膜とを有する光変調素子において、光電変
換膜を、異常光起電力効果を有する半導体と導電性物質
との複合物質で形成したことである。
の請求項１に記載の発明は、基板と、基板上に形成され
搬送光を導く導波路と、導波路の一部であって、電気光
学的効果を有し搬送光を変調する変調部と、その変調部
において電界を発生させるように配置された一対の電極
と、制御光を受光し制御電圧信号に変換してその制御電
圧信号を前記一対の電極に印加するための基板に形成さ
れた光電変換膜とを有する光変調素子において、光電変
換膜を、異常光起電力効果を有する半導体と導電性物質
との複合物質で形成したことである。
【０００９】請求項２の発明は、基板と、基板上に形成
され搬送光を導く導波路と、導波路の一部であって、電
気光学的効果を有し搬送光を変調する変調部と、その変
調部において電界を発生させるように配置された一対の
電極と、制御光を受光し制御電圧信号に変換してその制
御電圧信号を前記一対の電極に印加するための基板に形
成された光電変換膜とを有する光変調素子において、光
電変換膜を、CdSxTe1-x (0.4＜ｘ＜0.7)としたことであ
り、請求項３の発明は、その光電変換膜を、CdS とCdTe
との２つを蒸着源とする斜め蒸着により形成したことを
特徴とする。
され搬送光を導く導波路と、導波路の一部であって、電
気光学的効果を有し搬送光を変調する変調部と、その変
調部において電界を発生させるように配置された一対の
電極と、制御光を受光し制御電圧信号に変換してその制
御電圧信号を前記一対の電極に印加するための基板に形
成された光電変換膜とを有する光変調素子において、光
電変換膜を、CdSxTe1-x (0.4＜ｘ＜0.7)としたことであ
り、請求項３の発明は、その光電変換膜を、CdS とCdTe
との２つを蒸着源とする斜め蒸着により形成したことを
特徴とする。
【００１０】請求項４の発明は、制御光の振幅値を対応
する数のパルス状の光とすることで、光のアナログ−デ
ィジタル変換を可能とするものであり、搬送光を変調し
た後の変調搬送光の強度の電界に対する特性を、電界の
増加に対して正弦波的に周期的に変化する特性としたこ
とを特徴とし、且つ、制御光を光電変換膜に照射する
時、又は、照射を停止する時の過渡期において変調搬送
光の強度が周期的に変化する時の変動数を制御光の強度
のディジタル値とすることを特徴としたものである。
する数のパルス状の光とすることで、光のアナログ−デ
ィジタル変換を可能とするものであり、搬送光を変調し
た後の変調搬送光の強度の電界に対する特性を、電界の
増加に対して正弦波的に周期的に変化する特性としたこ
とを特徴とし、且つ、制御光を光電変換膜に照射する
時、又は、照射を停止する時の過渡期において変調搬送
光の強度が周期的に変化する時の変動数を制御光の強度
のディジタル値とすることを特徴としたものである。
【００１１】請求項５の素子は、一次元分布の光を増幅
し、又は、一次元分布の光をパルス列の一次元分布の光
に変換し、インコヒーレントな一般光をコヒーレントな
光に変換する素子である。即ち、請求項１又は請求項２
に記載の光変調素子を複数個直線上に並列に配列し、制
御光を直線方向の１次元分布を有するインコヒーレント
な光とし、搬送光をコヒーレントな光としたことを特徴
とする素子である。
し、又は、一次元分布の光をパルス列の一次元分布の光
に変換し、インコヒーレントな一般光をコヒーレントな
光に変換する素子である。即ち、請求項１又は請求項２
に記載の光変調素子を複数個直線上に並列に配列し、制
御光を直線方向の１次元分布を有するインコヒーレント
な光とし、搬送光をコヒーレントな光としたことを特徴
とする素子である。
【００１２】
【作用及び発明の効果】請求項１の発明では、光電変換
膜を、異常光起電力効果を有する半導体と導電性物質と
の複合物質で形成したので、光電変換膜の内部抵抗を小
さくすることができる。よって、制御光に対する発生起
電力の応答特性を向上させることができる。この結果、
制御光に対する出力される変調搬送光の応答特性が向上
する。
膜を、異常光起電力効果を有する半導体と導電性物質と
の複合物質で形成したので、光電変換膜の内部抵抗を小
さくすることができる。よって、制御光に対する発生起
電力の応答特性を向上させることができる。この結果、
制御光に対する出力される変調搬送光の応答特性が向上
する。
【００１３】請求項２、３の発明では、光電変換膜がCd
SxTe1-x で構成されているので、光ファイバーの損失の
少ない近赤外波長830nm の半導体レーザを制御光に用い
ることができる。
SxTe1-x で構成されているので、光ファイバーの損失の
少ない近赤外波長830nm の半導体レーザを制御光に用い
ることができる。
【００１４】請求項４、５の発明では、応答速度が高速
になる結果、高速応答の光ＡＤ変換、光増幅を行うこと
ができる。又、入力するアナログ信号の強度が小さくて
も光ＡＤ変換を可能にすることができる。
になる結果、高速応答の光ＡＤ変換、光増幅を行うこと
ができる。又、入力するアナログ信号の強度が小さくて
も光ＡＤ変換を可能にすることができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。第１実施例 第１実施例は搬送光の強度を制御光の強度で変調する光
強度変調素子に関する。図１に本発明の光変調素子１０
の構成を示す。基板１はZcut-LiNbO3 で形成され、その
基板１の表面には、Tiの熱拡散による導波路２が形成さ
れている。その導波路２は入力端２ａ側では１本であ
り、途中でＹ型に分岐され、再び、出力端２ｂ側で１本
に合流された形状をしている。この導波路２はマハツェ
ンダー型光干渉計を構成している。
明する。第１実施例 第１実施例は搬送光の強度を制御光の強度で変調する光
強度変調素子に関する。図１に本発明の光変調素子１０
の構成を示す。基板１はZcut-LiNbO3 で形成され、その
基板１の表面には、Tiの熱拡散による導波路２が形成さ
れている。その導波路２は入力端２ａ側では１本であ
り、途中でＹ型に分岐され、再び、出力端２ｂ側で１本
に合流された形状をしている。この導波路２はマハツェ
ンダー型光干渉計を構成している。
【００１６】導波路２の中央部の変調部Ａには一対の電
極３ａ、３ｂが形成されている。この電極３ａ、３ｂは
位相変調用の電極である。又、この電極３ａ、３ｂに直
接接合してCdSxTe1-x 光電変換膜６が形成されている。
この光電変換膜６はCdS とCdTeとの２蒸着源を用いた斜
め蒸着で形成されている。この光電変換膜６は制御光Ｌ
ｃを受けて電圧を発生する素子であり、その発生した電
圧は電極３ａ、３ｂに印加されて、搬送光Ｌａの変調信
号となる。
極３ａ、３ｂが形成されている。この電極３ａ、３ｂは
位相変調用の電極である。又、この電極３ａ、３ｂに直
接接合してCdSxTe1-x 光電変換膜６が形成されている。
この光電変換膜６はCdS とCdTeとの２蒸着源を用いた斜
め蒸着で形成されている。この光電変換膜６は制御光Ｌ
ｃを受けて電圧を発生する素子であり、その発生した電
圧は電極３ａ、３ｂに印加されて、搬送光Ｌａの変調信
号となる。
【００１７】尚、光電変換膜６は、CdS とCdTeの２種類
の異なる物質をターゲットとして用い、そのターゲット
を基板１の面法線に対し３０から８０度傾斜させて、そ
れぞれ法線に対して対称に配置して、同時に斜めスパッ
タ蒸着を行うことで形成した。
の異なる物質をターゲットとして用い、そのターゲット
を基板１の面法線に対し３０から８０度傾斜させて、そ
れぞれ法線に対して対称に配置して、同時に斜めスパッ
タ蒸着を行うことで形成した。
【００１８】以下に、光変調の原理を説明する。搬送光
Ｌａが導波路２の入力端２ａから入力する。この搬送光
Ｌａは２分されて変調部Ａに進行する。その変調部Ａに
電極３ａ、３ｂにより電界が印加されると、２分された
搬送光Ｌａは電気光学効果に起因して異なる量の位相推
移を受ける。導波路２の出力端２ｂ側で合成されて、変
調搬送光Ｌｂとして出力端２ｂから出力される。この変
調搬送光Ｌｂは、位相の異なる２つの光が合成されたも
のであるから、位相推移量に応じて、その強度が正弦波
的に変化する。変調部Ａにおける位相推移量は電極３
ａ、３ｂに印加される電圧の大きさによって制御でき
る。この電圧の大きさは光電変換膜６に入射する制御光
Ｌｃの強度にほぼ比例する。
Ｌａが導波路２の入力端２ａから入力する。この搬送光
Ｌａは２分されて変調部Ａに進行する。その変調部Ａに
電極３ａ、３ｂにより電界が印加されると、２分された
搬送光Ｌａは電気光学効果に起因して異なる量の位相推
移を受ける。導波路２の出力端２ｂ側で合成されて、変
調搬送光Ｌｂとして出力端２ｂから出力される。この変
調搬送光Ｌｂは、位相の異なる２つの光が合成されたも
のであるから、位相推移量に応じて、その強度が正弦波
的に変化する。変調部Ａにおける位相推移量は電極３
ａ、３ｂに印加される電圧の大きさによって制御でき
る。この電圧の大きさは光電変換膜６に入射する制御光
Ｌｃの強度にほぼ比例する。
【００１９】図２に、変調部Ａに直流電場を印加した時
の光変調素子１０の光変調特性を示す。横軸は印加電圧
で、縦軸は変調搬送光Ｌｂの強度である。図２に示すよ
うに、この光変調素子１０は、一般に、最大の変調度を
得るのに２〜４Ｖ程度の電圧で十分である。従って、制
御光Ｌｃの必要な強度はその電圧を発生する程度の小さ
い光強度で十分である。又、電圧の大きさが増加するに
連れて変調搬送光Ｌｂの強度は正弦波的に変化している
のが理解される。
の光変調素子１０の光変調特性を示す。横軸は印加電圧
で、縦軸は変調搬送光Ｌｂの強度である。図２に示すよ
うに、この光変調素子１０は、一般に、最大の変調度を
得るのに２〜４Ｖ程度の電圧で十分である。従って、制
御光Ｌｃの必要な強度はその電圧を発生する程度の小さ
い光強度で十分である。又、電圧の大きさが増加するに
連れて変調搬送光Ｌｂの強度は正弦波的に変化している
のが理解される。
【００２０】従来技術として開示したａタイプとｂタイ
プの応答時間と、上記実施例にかかる光変調素子１０の
応答時間とを図８に示す。上記実施例の光変調素子１０
は、光電変換膜６が低光量の近赤外の半導体レーザ光に
対して感度が高く、応答速度も速いことが理解される。
プの応答時間と、上記実施例にかかる光変調素子１０の
応答時間とを図８に示す。上記実施例の光変調素子１０
は、光電変換膜６が低光量の近赤外の半導体レーザ光に
対して感度が高く、応答速度も速いことが理解される。
【００２１】次に、光電変換膜６をCdTe単体で形成した
場合と、CdTeとCdS との複合物質で形成した場合とに関
して、抵抗率、光起電圧、応答時間を測定した。その結
果を図９に示す。CdTeとCdS との複合物質の場合には、
抵抗率で４桁、応答速度で３桁小さくなっているのが分
かる。
場合と、CdTeとCdS との複合物質で形成した場合とに関
して、抵抗率、光起電圧、応答時間を測定した。その結
果を図９に示す。CdTeとCdS との複合物質の場合には、
抵抗率で４桁、応答速度で３桁小さくなっているのが分
かる。
【００２２】尚、光電変換膜６をCdTeとCdS の２源斜め
蒸着により形成した場合に、光電変換膜６のCdSxTe1-x
の組成比ｘは、CdTeターゲットとCdS ターゲットへの蒸
着時に投入する電力値を制御することにより制御するこ
とができる。その組成比ｘを変化させた場合の、光電変
換膜６の光起電圧、抵抗率、応答時間を測定した。その
結果を図１０に示す。
蒸着により形成した場合に、光電変換膜６のCdSxTe1-x
の組成比ｘは、CdTeターゲットとCdS ターゲットへの蒸
着時に投入する電力値を制御することにより制御するこ
とができる。その組成比ｘを変化させた場合の、光電変
換膜６の光起電圧、抵抗率、応答時間を測定した。その
結果を図１０に示す。
【００２３】図１０から、応答速度を０．１秒以下とす
るには、ｘ≧０．５７とするのが望ましい。又、光起電
圧を０．２Ｖ以上とするには、ｘ≦０．６７とするのが
望ましい。よって、最も望ましいｘの範囲は、０．５７
≦ｘ≦０．６７である。特に、応答速度の観点から望ま
しい範囲は、０．６≦ｘ≦０．６７である。しかし、後
述するように光ＡＤ変換器として用いる場合には、光電
変換膜６の発生する光起電圧が大きい方が望ましい。従
って、０．４＜ｘ＜０．７で各種の光変調素子として使
用することが可能である。又、０．５１＜ｘ＜０．６７
の範囲は、応答速度、起電圧の双方の観点から望ましく
使用できる。
るには、ｘ≧０．５７とするのが望ましい。又、光起電
圧を０．２Ｖ以上とするには、ｘ≦０．６７とするのが
望ましい。よって、最も望ましいｘの範囲は、０．５７
≦ｘ≦０．６７である。特に、応答速度の観点から望ま
しい範囲は、０．６≦ｘ≦０．６７である。しかし、後
述するように光ＡＤ変換器として用いる場合には、光電
変換膜６の発生する光起電圧が大きい方が望ましい。従
って、０．４＜ｘ＜０．７で各種の光変調素子として使
用することが可能である。又、０．５１＜ｘ＜０．６７
の範囲は、応答速度、起電圧の双方の観点から望ましく
使用できる。
【００２４】又、組成比ｘを０．２９，０．４０，０と
したCdSxTe1-x の光電変換膜６の入射光の波長と光起電
圧との関係を測定した。その結果を図３に示す。この材
料は、近赤外域でも感度があり、光回路で頻繁に使用さ
れる低出力の近赤外域の半導体レーザ光を制御光として
用いることができる。
したCdSxTe1-x の光電変換膜６の入射光の波長と光起電
圧との関係を測定した。その結果を図３に示す。この材
料は、近赤外域でも感度があり、光回路で頻繁に使用さ
れる低出力の近赤外域の半導体レーザ光を制御光として
用いることができる。
【００２５】尚、光電変換膜６は２源の斜蒸着で形成し
たが、CdSxTe1-x の蒸着でも製造可能である。又、光電
変換膜６をCdTeターゲットとCdS ターゲットの２源の斜
蒸着で形成しているが、３元混晶が形成されていても、
CdTeとCdS との混在した状態であっても良い。
たが、CdSxTe1-x の蒸着でも製造可能である。又、光電
変換膜６をCdTeターゲットとCdS ターゲットの２源の斜
蒸着で形成しているが、３元混晶が形成されていても、
CdTeとCdS との混在した状態であっても良い。
【００２６】又、光電変換膜６はCdSxTe1-x で構成した
が、その他、単独で光起電力を有する半導体（例えば、
CdTe,GaAs,Si,Ge,PbS,ZnSe,ZnS,InP,HgTe,Sb2S3 等) と
導電性物質（例えばCdS,In2O3,SnO2,In2O3+SnO2(ITO),m
etal(Au,Ag) 等) との混合物あるいは、それらの構成元
素の混晶物から成る材料であっても良い。上記の各複合
物質の場合にも、２蒸着源を用いた斜め蒸着で光電変換
膜を形成することができる。
が、その他、単独で光起電力を有する半導体（例えば、
CdTe,GaAs,Si,Ge,PbS,ZnSe,ZnS,InP,HgTe,Sb2S3 等) と
導電性物質（例えばCdS,In2O3,SnO2,In2O3+SnO2(ITO),m
etal(Au,Ag) 等) との混合物あるいは、それらの構成元
素の混晶物から成る材料であっても良い。上記の各複合
物質の場合にも、２蒸着源を用いた斜め蒸着で光電変換
膜を形成することができる。
【００２７】これらの材料は、低照射光量で異常光起電
圧を発生し、しかも単独の半導体の斜め蒸着膜よりも内
部抵抗が小さいため、光に対する応答性が速い。尚、上
記の材料では組成比を適切に選択することで大きな光起
電圧を発生させることができるので、従来技術で開示し
たｂタイプの変調器のように光起電力素子を集積化させ
る必要がないため製造が簡単である。
圧を発生し、しかも単独の半導体の斜め蒸着膜よりも内
部抵抗が小さいため、光に対する応答性が速い。尚、上
記の材料では組成比を適切に選択することで大きな光起
電圧を発生させることができるので、従来技術で開示し
たｂタイプの変調器のように光起電力素子を集積化させ
る必要がないため製造が簡単である。
【００２８】第２実施例
第２実施例は、第１実施例の光変調素子１０を用いた光
ＡＤ変換器であり、構造は図１に示すものと同一であ
る。以下に、この光ＡＤ変換器の動作原理を説明する。
光変調素子１０に、図４の（ａ）に示すように、一定の
強度を保持するステップパルスの制御光Ｌｃを入射させ
たとする。発生する光起電圧の増加に伴い（図４の
（ｂ））光変調素子１０から出力される変調搬送光Ｌｂ
の強度は正弦波的に変化する。よって、変調搬送光Ｌｂ
の強度は、図４の（ｃ）に示すように、時間に対して正
弦波的に変化して、一定の値となる。
ＡＤ変換器であり、構造は図１に示すものと同一であ
る。以下に、この光ＡＤ変換器の動作原理を説明する。
光変調素子１０に、図４の（ａ）に示すように、一定の
強度を保持するステップパルスの制御光Ｌｃを入射させ
たとする。発生する光起電圧の増加に伴い（図４の
（ｂ））光変調素子１０から出力される変調搬送光Ｌｂ
の強度は正弦波的に変化する。よって、変調搬送光Ｌｂ
の強度は、図４の（ｃ）に示すように、時間に対して正
弦波的に変化して、一定の値となる。
【００２９】上記の正弦波的に変化する変調搬送光Ｌｂ
のピークの数は、制御光Ｌｃの強度のディジタル値であ
る。このようにして、制御光Ｌｃをその強度の数のシリ
アルパルス列に変換することができる。尚、この時の量
子化単位は、１波長の位相推移が可能な電圧幅となる。
又、最大値と最小値とで２パルスと計数すれば、量子化
単位は半波長の位相推移が可能な電圧幅となる。
のピークの数は、制御光Ｌｃの強度のディジタル値であ
る。このようにして、制御光Ｌｃをその強度の数のシリ
アルパルス列に変換することができる。尚、この時の量
子化単位は、１波長の位相推移が可能な電圧幅となる。
又、最大値と最小値とで２パルスと計数すれば、量子化
単位は半波長の位相推移が可能な電圧幅となる。
【００３０】図５に、第２実施例にかかる素子の光電変
換膜６の制御光の照射強度と発生する光起電圧の関係を
示す。このように、光起電圧は制御光Ｌｃの強度の増加
に伴い増大するため、図４の（ｂ）に示す変調搬送光Ｌ
ｂの強度ピークの数は、制御光Ｌｃの強度に依存して変
動する。
換膜６の制御光の照射強度と発生する光起電圧の関係を
示す。このように、光起電圧は制御光Ｌｃの強度の増加
に伴い増大するため、図４の（ｂ）に示す変調搬送光Ｌ
ｂの強度ピークの数は、制御光Ｌｃの強度に依存して変
動する。
【００３１】従来の光双安定素子を利用する光ＡＤ変換
器は、入力信号光をデジタル信号に変換するためにかな
り高光量のアナログ光を必要としたが、本発明の光ＡＤ
変換器は、低光量(0.1W/cm2 以下) のアナログ光をデジ
タル信号に変換できる利点がある（従来のものは数10〜
20W/cm2)。
器は、入力信号光をデジタル信号に変換するためにかな
り高光量のアナログ光を必要としたが、本発明の光ＡＤ
変換器は、低光量(0.1W/cm2 以下) のアナログ光をデジ
タル信号に変換できる利点がある（従来のものは数10〜
20W/cm2)。
【００３２】第３実施例
第３実施例は、１次元分布を有する光を増幅、又は、Ａ
Ｄ変換する素子である。第３実施例の光変調素子１００
は、図６に示すように、上記第１実施例の光変調素子１
０を直線上に１列に配列したものである。そして、搬送
光Ｌａにコヒーレントなレーザ光を用い、制御光Ｌｃに
インコヒーレントな通常光を用いている。この素子によ
り、図７に示すように、１次元分布の制御光Ｌｃを１次
元分布のコヒーレントな変調搬送光Ｌｂに変換すること
ができる。
Ｄ変換する素子である。第３実施例の光変調素子１００
は、図６に示すように、上記第１実施例の光変調素子１
０を直線上に１列に配列したものである。そして、搬送
光Ｌａにコヒーレントなレーザ光を用い、制御光Ｌｃに
インコヒーレントな通常光を用いている。この素子によ
り、図７に示すように、１次元分布の制御光Ｌｃを１次
元分布のコヒーレントな変調搬送光Ｌｂに変換すること
ができる。
【００３３】そして、図２に示す特性において、１周期
内で上記の素子を使用すれば、１次元分布の光増幅器、
アナログ光変換器に使用できる。又、図２の特性の多周
期の領域で使用すれば、第２実施例と同様に、１次元分
布の光ＡＤ変換器として使用することができる。
内で上記の素子を使用すれば、１次元分布の光増幅器、
アナログ光変換器に使用できる。又、図２の特性の多周
期の領域で使用すれば、第２実施例と同様に、１次元分
布の光ＡＤ変換器として使用することができる。
【図１】本発明の具体的な実施例にかかる光変調素子の
構造を示した斜視図。
構造を示した斜視図。
【図２】光変調素子の変調部に印加される電圧と出力さ
れる搬送光の強度との関係を示した特性図。
れる搬送光の強度との関係を示した特性図。
【図３】光変調素子の光電変換膜に入射される制御光の
波長と光電変換膜で発生される光起電圧との関係を示し
た特性図。
波長と光電変換膜で発生される光起電圧との関係を示し
た特性図。
【図４】第２実施例にかかる光ＡＤ変換器の動作を説明
するための特性図。
するための特性図。
【図５】第２実施例にかかる光ＡＤ変換器の光電変換膜
に入射する制御光の強度と光電変換膜で発生される光起
電圧との関係を示した特性図。
に入射する制御光の強度と光電変換膜で発生される光起
電圧との関係を示した特性図。
【図６】第３実施例にかかる光変調素子の構成を示した
斜視図。
斜視図。
【図７】第３実施例にかかる光変調素子の構成及び動作
を説明するための説明図。
を説明するための説明図。
【図８】本発明光変調素子と比較例光変調素子の応答時
間及び特徴を示した説明図。
間及び特徴を示した説明図。
【図９】本発明光変調素子と比較例光変調素子の応答時
間及びそれらの素子の光電変換膜における抵抗率、光起
電圧を測定した測定図。
間及びそれらの素子の光電変換膜における抵抗率、光起
電圧を測定した測定図。
【図１０】光変調素子における光電変換膜CdSxTe1-x の
組成比に対する光起電圧、抵抗率、光変調素子の応答時
間を示した測定図。
組成比に対する光起電圧、抵抗率、光変調素子の応答時
間を示した測定図。
１０，１００…光変調素子
１…基板
２…導波路
３ａ、３ｂ…電極
Ａ…変調部
６…光電変換膜
Ｌａ…搬送光
Ｌｂ…変調搬送光
Ｌｃ…制御光
フロントページの続き
(72)発明者 元廣 友美
愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41
番地の１ 株式会社豊田中央研究所内
(72)発明者 日置 辰視
愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41
番地の１ 株式会社豊田中央研究所内
(56)参考文献 特開 昭63−24227（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−24219（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−49336（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−282826（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−241736（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−231522（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−90136（ＪＰ，Ａ)
特公 昭60−44647（ＪＰ，Ｂ２)
Ｈ．Ｙａｊｉｍａ ｅｔ ａｌ．，Ａ
ｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．45，Ｎｏ．３，ｐ
ｐ．214−216（1984)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02F 1/00 - 7/00
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (5)
- 【請求項１】 基板と、基板上に形成され搬送光を導く
導波路と、前記導波路の一部であって、電気光学的効果
を有し前記搬送光を変調する変調部と、その変調部にお
いて電界を発生させるように配置された一対の電極と、
制御光を受光し制御電圧信号に変換してその制御電圧信
号を前記一対の電極に印加する前記基板に形成された光
電変換膜とを有する光変調素子において、 前記光電変換膜は、異常光起電力効果を有する半導体と
導電性物質との複合物質で形成されていることを特徴と
する光変調素子。 - 【請求項２】 基板と、基板上に形成され搬送光を導く
導波路と、前記導波路の一部であって、電気光学的効果
を有し前記搬送光を変調する変調部と、その変調部にお
いて電界を発生させるように配置された一対の電極と、
制御光を受光し制御電圧信号に変換してその制御電圧信
号を前記一対の電極に印加する前記基板に形成された光
電変換膜とを有する光変調素子において、 前記光電変換膜は、CdSxTe1-x (0.4＜ｘ＜0.7)であるこ
とを特徴とする光変調素子。 - 【請求項３】 前記光電変換膜は、CdS とCdTeとの２つ
を蒸着源とする斜め蒸着により形成される請求項２に記
載の光変調素子。 - 【請求項４】 前記光変調素子は、前記搬送光を変調し
た後の変調搬送光の強度の前記変調部に印加される前記
電界に対する特性は、前記電界の増加に対して正弦波的
に周期的に変化する特性であり、前記制御光を前記光電
変換膜に照射する時、又は、照射を停止する時の過渡期
において前記変調搬送光の強度が周期的に変化する時の
最大値又は最小値の数を前記制御光の強度のディジタル
値とすることで制御光をパルス列光信号に変換する素子
であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれ
か１項に記載の光変調素子。 - 【請求項５】 請求項１又は請求項２に記載の光変調素
子を複数個直線上に並列に配列し、前記制御光を前記直
線方向の１次元分布を有するインコヒーレントな光と
し、前記搬送光をコヒーレントな光とすることで、１次
元分布を有するインコヒーレントな光を１次元分布を有
するコヒーレントな光に変換することを特徴とする光変
調素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13368894A JP3395360B2 (ja) | 1994-05-23 | 1994-05-23 | 光変調素子 |
| US08/446,308 US5627920A (en) | 1994-05-23 | 1995-05-22 | Optical-optical modulators |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13368894A JP3395360B2 (ja) | 1994-05-23 | 1994-05-23 | 光変調素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07318875A JPH07318875A (ja) | 1995-12-08 |
| JP3395360B2 true JP3395360B2 (ja) | 2003-04-14 |
Family
ID=15110559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13368894A Expired - Fee Related JP3395360B2 (ja) | 1994-05-23 | 1994-05-23 | 光変調素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5627920A (ja) |
| JP (1) | JP3395360B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
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|---|---|---|---|---|
| US6774578B2 (en) * | 2000-09-19 | 2004-08-10 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Self light emitting device and method of driving thereof |
| JP3827629B2 (ja) * | 2002-08-30 | 2006-09-27 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調器 |
| US7409114B2 (en) * | 2005-03-31 | 2008-08-05 | Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. | Optical modulator |
| US7999988B2 (en) * | 2009-12-30 | 2011-08-16 | Intel Corporation | Optical modulator using a dual output laser embedded in a mach zehnder interferometer |
| EP2643904B1 (en) * | 2010-11-24 | 2020-08-12 | Fianium Limited | Optical systems |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4674827A (en) * | 1982-05-20 | 1987-06-23 | Masayuki Izutsu | Slab-type optical device |
| JPS6044647A (ja) * | 1983-08-23 | 1985-03-09 | イエアン・ヴアルテルシヤイト・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング | カサ歯車伝動機構 |
| JPH05241220A (ja) * | 1992-02-28 | 1993-09-21 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 光論理素子 |
-
1994
- 1994-05-23 JP JP13368894A patent/JP3395360B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-05-22 US US08/446,308 patent/US5627920A/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｈ．Ｙａｊｉｍａ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．３，ｐｐ．２１４−２１６（１９８４） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5627920A (en) | 1997-05-06 |
| JPH07318875A (ja) | 1995-12-08 |
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