JPH01918A - light modulation element - Google Patents

light modulation element

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JPH01918A
JPH01918A JP62-155463A JP15546387A JPH01918A JP H01918 A JPH01918 A JP H01918A JP 15546387 A JP15546387 A JP 15546387A JP H01918 A JPH01918 A JP H01918A
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JP
Japan
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light
superconductor
modulation element
optical
magnetic field
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JP62-155463A
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浩行 峯邑
佐藤 美雄
坪井 信義
小柳 広明
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株式会社日立製作所
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光の強度変調を行う光変調素子に関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a light modulation element that modulates the intensity of light.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、光ファイバを用いた光通信システムが実用性の段
階も抑え、基本的な構成部品即ち光源、伝送路、及び受
光器から成る光システムの開発が進んでいる。前記の基
本的構成部品に次いで光スィッチ、光変調素子等の開発
はより高度の光システムの実現のために強く望まれてい
る。
In recent years, optical communication systems using optical fibers have reached the stage of practical use, and development of optical systems consisting of basic components, ie, a light source, a transmission path, and a light receiver, is progressing. In addition to the above-mentioned basic components, the development of optical switches, optical modulation elements, etc. is strongly desired in order to realize more sophisticated optical systems.

光スィッチは光伝送路や受発光素子の障害時の切換えや
将来の光交換に用いられ、(1)機械式。
Optical switches are used for switching in the event of failures in optical transmission lines or light receiving/emitting elements, and for future optical exchange. (1) Mechanical type.

(2)電気光学式、(3)音響光学式、(4)磁気光学
式、(5)熱光学式、(6)分子配向利用方式、等に分
けられる。
It can be divided into (2) electro-optical type, (3) acousto-optical type, (4) magneto-optical type, (5) thermo-optical type, (6) method using molecular orientation, etc.

光スィッチとしてはPLZT導波層内にいくつかのポー
トを設け、電圧印加によるPLZTの屈折率変化を利用
して光路を切換えるものが考えられている。この種の光
スイツjとして、例えば電子通信学会技術研究報告、オ
ー・キュー・イー・84−16.(1984年)第57
頁〜に記載されているものがある。
As an optical switch, an optical switch is considered in which several ports are provided in a PLZT waveguide layer and the optical path is switched using a change in the refractive index of PLZT due to voltage application. This type of optical switch is described in, for example, Technical Research Report of the Institute of Electronics and Communication Engineers, OQE 84-16. (1984) No. 57
There are some listed on pages.

光変調素子としてはLiNb○3導波路を用いる進行波
型のものが各種研究されている。この種の光変調素子と
して1例えば電子通信学会誌69巻(1986年)第1
41頁〜に記載されているものがある。
Various types of traveling wave type optical modulation elements using LiNb○3 waveguides have been studied. As an example of this type of optical modulation element, for example, Journal of the Institute of Electronics and Communication Engineers Vol. 69 (1986) No. 1
Some of them are listed on page 41.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

従来開発されているこれらの光変調素子のうち応答が1
μS以下の高速のものは、電気光学効果及び磁気光学効
果に伴う物質の屈折率の変化を利用している。しかし、
これらの屈折率変化は数%以内であるため、主に導波路
内を伝搬する光の強度変調しかできなかった。
Among these conventionally developed light modulation elements, only one with a response of 1
High-speed devices below μS utilize changes in the refractive index of materials associated with electro-optic and magneto-optic effects. but,
Since these refractive index changes are within a few percent, it has only been possible to mainly modulate the intensity of light propagating within the waveguide.

本発明の目的は導波路を用いなくとも動作する簡素な構
成の光変調素子を堤供することにある。
An object of the present invention is to provide an optical modulation element with a simple configuration that operates without using a waveguide.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明では第2種超伝導体の混合領域におけるマイスナ
ー性の連続的な変化が、光学的な屈折率の変化に対応す
ることを利用して光変調素子に構成することにより、上
記目的を達成する。
In the present invention, the above object is achieved by constructing an optical modulation element by utilizing the fact that the continuous change in the Meissner property in the mixed region of the second type superconductor corresponds to the change in the optical refractive index. do.

〔作用〕[Effect]

超伝導状態の物質に光を照射するとマイスナー効果によ
って光は反射される0次に、温度、電流。
When light is irradiated onto a superconducting material, the light is reflected by the Meissner effect.The zero-order, temperature, and current.

及び磁界等によって物質を常伝導状態に転移させるとマ
イスナー効果は消失して反射光量が減少する。第2種超
伝導体では混合領域において、超伝導性(マイスナー性
)と常伝導性が混在しており、それは印加する磁界によ
って連続的に変えることができる。つまり混合領域にお
いて反射光量を連続的に変えることが可能となる。また
超伝導体の膜厚を適当に選ぶことによって、反射光量あ
るいは透過光量の変化の幅、言換えれば変調のダイナミ
ックレンジを任意に設定することも可能である。
When the substance is transferred to a normal conduction state by a magnetic field or the like, the Meissner effect disappears and the amount of reflected light decreases. In a type 2 superconductor, superconductivity (Meissner property) and normal conductivity coexist in the mixed region, and this can be continuously changed by the applied magnetic field. In other words, it is possible to continuously change the amount of reflected light in the mixed region. Furthermore, by appropriately selecting the thickness of the superconductor, it is possible to arbitrarily set the range of change in the amount of reflected light or transmitted light, in other words, the dynamic range of modulation.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第1図を用いて説明する1図
中、10は透明な基板20上に形成された超伝導体の薄
膜を示す、超伝導体とは臨界温度Tc以下に冷却すると
完全導電性及び完全反磁性を示す物質で、磁気的性質に
応じて第1種及び第2種に分けられる。第2図(a)に
示す第1種超伝導体では、磁界Hを印加すると臨界値H
cで完全反磁性の状態(マイスナー状態)が壊れ、常伝
導状態への転移が生じる。このようなものにはPb、I
n、Sn等の単元素金属が多い、また第2図(b)に示
す第2種超伝導体では磁界を印加=2.lX10” (
Wb)で量子化された磁束線vortexが侵入し、混
合状態となる。さらに磁界を強めていくと上部臨界磁界
Hc xで常伝導状態へ転移する。このようなものには
NbTi、NbaSn等の合金や化合物材料が多い、マ
イスナー状態においては、完全導体における電磁波の反
射ごとく超伝導体表面で光は反射される。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be explained using FIG. 1. In FIG. 1, numeral 10 indicates a thin film of a superconductor formed on a transparent substrate 20. It is a substance that exhibits complete conductivity and complete diamagnetism when cooled, and is divided into type 1 and type 2 depending on its magnetic properties. In the type 1 superconductor shown in Figure 2(a), when a magnetic field H is applied, the critical value H
At c, the completely diamagnetic state (Meissner state) is broken and a transition to the normal conduction state occurs. These include Pb, I
In the type 2 superconductor shown in FIG. 2(b), which has many single-element metals such as n and Sn, the magnetic field is applied = 2. lX10” (
The magnetic flux line vortex quantized by Wb) enters and becomes a mixed state. When the magnetic field is further strengthened, the state transitions to a normal conduction state at the upper critical magnetic field Hc x. Many of these materials include alloys and compound materials such as NbTi and NbaSn. In the Meissner state, light is reflected on the surface of a superconductor like the reflection of electromagnetic waves in a perfect conductor.

第3図を用いて本発明の光変調素子の動作を説明する6
図中、10は超伝導体、20は基板、100は入射光、
110は反射光、120は透過光をそれぞれ表す、第2
図(b)に示したように第2種超伝導体では印加磁界H
がH(Hc tのときマイスナー状態にある。このため
電磁波である入射光100は超伝導体10の内部に侵入
できずに反射され5反射光110が最大となる。これを
off状態とする。印加磁界Hを大きくしてHc 1<
 H< He zとすると混合状態となり、超伝導体の
内部に入射光100が侵入し始める。このとき透過光1
20が現れ、反射光110は次第に減少する。さらに印
加磁界を大きくしてHCZ<Hとすると常伝導状態とな
りマイスナー性は消失して反射光110が最小、透過光
120が最大となる。これをon状態とする。on状態
とoff状態の間の透過光量や反射光量の連続的な変化
を用いて入、射光を強度変調することができる。
The operation of the light modulation element of the present invention will be explained using FIG. 6.
In the figure, 10 is a superconductor, 20 is a substrate, 100 is incident light,
110 represents reflected light, 120 represents transmitted light, and the second
As shown in figure (b), in a type 2 superconductor, the applied magnetic field H
When H (Hc t), the superconductor is in the Meissner state. Therefore, the incident light 100, which is an electromagnetic wave, cannot enter the inside of the superconductor 10 and is reflected, and the reflected light 110 becomes the maximum. This is set as the OFF state. By increasing the applied magnetic field H, Hc 1<
When H< He z, a mixed state occurs, and the incident light 100 begins to enter the inside of the superconductor. At this time, transmitted light 1
20 appears, and the reflected light 110 gradually decreases. When the applied magnetic field is further increased so that HCZ<H, the state becomes normal conduction, the Meissner property disappears, and the reflected light 110 becomes the minimum and the transmitted light 120 becomes the maximum. This is set to the on state. Intensity modulation of incident and emitted light can be performed using continuous changes in the amount of transmitted light and reflected light between the on state and the off state.

on状態とoff状態の間の反射率や透過率の変化は超
伝導体の膜厚によって変えることができる。透過光量を
例として以下にこれを説明する。
Changes in reflectance and transmittance between the on state and the off state can be changed by changing the thickness of the superconductor. This will be explained below using the amount of transmitted light as an example.

超伝導体の磁界侵入深さλBは λa= (m/e”μons)”/z     (1)
で表わされる。このときmは電子の質量、−eは電子の
電荷、μ0は真空中の透磁率、n s / 2は超伝導
電子対の密度をそれぞれ表す。光は電磁波であるため、
光の侵入深さλBはλ8二λBである。
The magnetic field penetration depth λB of the superconductor is λa = (m/e”μons)”/z (1)
It is expressed as In this case, m represents the mass of the electron, -e represents the charge of the electron, μ0 represents the magnetic permeability in vacuum, and ns/2 represents the density of the superconducting electron pair. Since light is an electromagnetic wave,
The light penetration depth λB is λ82λB.

今、超伝導体の膜厚をdとし、off状態の透過光量’
rantについて考える。d)λBのときT’ozt=
0である。dを次第に小さくしていくとd二λSのとき
透過光が現れ始めTozz>Oとなる。
Now, let the film thickness of the superconductor be d, and the amount of transmitted light in the off state'
Think about rant. d) When λB, T'ozt=
It is 0. As d is gradually reduced, transmitted light begins to appear when d2λS, and Tozz>O.

さらにdを小さくするとd(λBのときToLi二1と
なる。T o t iとdの関係を第4図(a)に示す
If d is further reduced, ToLi becomes 21 when d(λB). The relationship between T o t i and d is shown in FIG. 4(a).

on状態では超伝導体は常伝導状態にあるので、マイス
ナー効果を生じないため、光の侵入深さλ、はλ、〉λ
Bとなる。膜厚dと透過光量T o nの関係は第4図
(b)のようになる、このとき消光比(Toll/ T
att )は第4図(c)のような特性となり、d=d
oにおいて最大値をとる。光変調素子としては一般に消
光比の大きなものが望まれるので超伝導体の膜厚はdo
が好ましい、また用途によって消光比を設定したい場合
には超伝導体の膜厚を変えて対応することができる。そ
の際、0 < d < d oとすればdo<dに比べ
てT o nが大きいので光源のパワーが小さくてすむ
In the on state, the superconductor is in a normal conduction state, so the Meissner effect does not occur, so the light penetration depth λ, is λ,〉λ
It becomes B. The relationship between the film thickness d and the amount of transmitted light T on is as shown in Figure 4 (b). At this time, the extinction ratio (Toll/T
att ) has the characteristics as shown in Figure 4(c), and d=d
The maximum value is taken at o. Generally, a light modulation element with a large extinction ratio is desired, so the film thickness of the superconductor should be
is preferable, and if it is desired to set the extinction ratio depending on the application, it can be done by changing the thickness of the superconductor. At this time, if 0 < d < d o, T on is larger than do < d, so the power of the light source can be small.

ここでは透過光を利用する場合を示したが1反射光を利
用することも可能である。その際、入射角度を変える・
ことによって、入射光と反射光の光軸を分離すれば、透
過光と反射光の両方を利用し、かつ各光が干渉し合ない
光変調素子を実現することができる。
Although the case where transmitted light is used is shown here, it is also possible to use one reflected light. At that time, change the angle of incidence.
By separating the optical axes of incident light and reflected light, it is possible to realize a light modulation element that utilizes both transmitted light and reflected light and in which the respective lights do not interfere with each other.

実用の光変調素子では、第1図及び第3図に示した構成
の他に、導波層や保護層を組合せて用いることが多い。
In practical optical modulation elements, in addition to the configurations shown in FIGS. 1 and 3, a waveguide layer and a protective layer are often used in combination.

本発明の要点は第2種超伝導体を用い、その混合領域の
状態変化を光の強度変調に利用する点、及び(1)で超
伝導体の膜厚を(1)式で表わされる磁界侵入深さλB
  (二λs< 2−n)程度として、膜厚を変えて消
光比を変える点にある。
The main points of the present invention are that a type 2 superconductor is used and the state change of the mixed region is used to modulate the intensity of light; Penetration depth λB
(2λs<2−n), and the extinction ratio can be changed by changing the film thickness.

また導波路型でなくても実現できるため、波長の異なる
光も強度変調が可能である。さらに、ジョセフソン素子
に代表されるように超伝導体を用いた素子の動作の高速
なので、本発明の光変調素子は磁界の立上り、立下りが
スイッチ時間となる。
Furthermore, since it can be realized without using a waveguide type, intensity modulation of light having different wavelengths is also possible. Furthermore, since devices using superconductors, such as Josephson devices, operate at high speed, the switching time in the optical modulation device of the present invention is the rise and fall of the magnetic field.

かかる磁界の立上り、立下り時間は従来のポッケルスセ
ル等に要求される高電圧のスイッチ時間よりはるかに短
かくなし得るため光変調素子は高速動作が可能である。
The rise and fall times of such a magnetic field can be made much shorter than the high voltage switching time required for conventional Pockels cells, so the optical modulation element can operate at high speed.

第5図は本発明の光変調素子を動作する方法の実施例を
示す。図中、10は超伝導体、20は基板、30は磁界
発生部、31は電源、32はスイッチ、33は可変抵抗
、100は入射光をそれぞれ表す、スイッチ32を閉じ
ると磁界発生部30に電流が流れ、超伝導体10に磁界
Hを印加することができる。磁界発生部30に流れる電
流を可変抵抗で調整して印加磁界Hの大きさを変えるこ
とができる。この構成により前述の動作原理に従って入
射光100の強度変調を実施することができる。
FIG. 5 shows an embodiment of a method of operating a light modulation element of the invention. In the figure, 10 is a superconductor, 20 is a substrate, 30 is a magnetic field generator, 31 is a power source, 32 is a switch, 33 is a variable resistor, and 100 is incident light. When the switch 32 is closed, the magnetic field generator 30 A current flows and a magnetic field H can be applied to the superconductor 10. The magnitude of the applied magnetic field H can be changed by adjusting the current flowing through the magnetic field generating section 30 using a variable resistor. With this configuration, intensity modulation of the incident light 100 can be performed according to the operating principle described above.

第6図は超伝導体の臨界条件を示す。図に示された温度
T、磁界H2電流Iで表わされる体積の内部は超伝導状
態、外部は常伝導状態の条件をそれぞれ表す0図に見ら
れるように超伝導状態から常伝導状態に転移する条件は
温度、磁界、電流の大きさによって異る。第5図に示し
た実施例では磁界のみによって光変調素子を動作する場
合を示したが、温度や電流と組合せても動作させること
も可能である0例えば、光変調素子の動作温度Tに比べ
て臨界温度Tcが非常に大きい場合には、超伝導体をT
c付近まで加熱することにより小さな磁界で動作するこ
とが可能となる。超伝導体に流れる電流を変えても同様
の効果を得ることができる。また外部磁場を一定に保つ
場合には、温度や電流を変えることにより臨界条件が変
わり、相対的に印加磁界を増減させたのと同じ効果が得
られるので、光変調素子を動作することが可能となる。
Figure 6 shows the critical conditions for superconductors. The inside of the volume represented by temperature T and magnetic field H2 and current I shown in the figure is in a superconducting state, and the outside is in a normal conducting state. Conditions vary depending on temperature, magnetic field, and current magnitude. Although the embodiment shown in FIG. 5 shows the case in which the optical modulation element is operated only by a magnetic field, it is also possible to operate it in combination with temperature and current. If the critical temperature Tc is very large, the superconductor can be
By heating to around c, it becomes possible to operate with a small magnetic field. A similar effect can be obtained by changing the current flowing through the superconductor. Furthermore, when keeping the external magnetic field constant, changing the temperature or current changes the critical conditions, producing the same effect as relatively increasing or decreasing the applied magnetic field, making it possible to operate the optical modulation element. becomes.

第7図は光を熱源として本発明の光変調素子を動作させ
る方法の実施例を示す。図中、10は超伝導体、2oは
基板、21は光吸収膜、100は入射光、200はスイ
ッチを動作させるための制御光をそれぞれ表す。光吸収
膜21は入射光100を吸収せず、制御光200を吸収
することができる。具体的手段としては、(1)入射光
100に比較して制御光200の強度を十分強くする。
FIG. 7 shows an embodiment of a method for operating the light modulation element of the present invention using light as a heat source. In the figure, 10 represents a superconductor, 2o represents a substrate, 21 represents a light absorption film, 100 represents incident light, and 200 represents control light for operating a switch. The light absorption film 21 does not absorb the incident light 100 but can absorb the control light 200. Specifically, (1) the intensity of the control light 200 is made sufficiently strong compared to the incident light 100;

(2)2つの光の波長を変える、等がある。このような
構成において、制御光200の強度を変えると光の吸収
量が変わり光吸収膜21の温度が変化し、熱伝導によっ
て超伝導10の温度が制御できる。
(2) Changing the wavelengths of two lights, etc. In such a configuration, when the intensity of the control light 200 is changed, the amount of light absorbed changes and the temperature of the light absorption film 21 changes, so that the temperature of the superconductor 10 can be controlled by heat conduction.

これを臨界温度Tcの付近で行なえば光変調素子を動作
することが可能となる。
If this is done near the critical temperature Tc, it becomes possible to operate the optical modulation element.

第8図は光が電磁波であることを利用して本発明の光変
調素子を動作させる方法の実施例を示す。
FIG. 8 shows an embodiment of a method for operating the optical modulation element of the present invention by utilizing the fact that light is an electromagnetic wave.

図中、10は超伝導体、20は基板、22は導波層10
0は入射光、200は制御光をそれぞれ表す。光は電磁
波であるから磁界HがH) HC1となるものを用いれ
ば光スィッチを動作することができる。第8図(a)は
制御光200の光軸を入射光100と変えて斜め入射さ
せた場合を示す。制御光200の強度を調整して光変調
素子を動作することができる。第8図(b)は制御光を
直接超伝導体に入射しない構成の実施例を示す。制御光
200は超伝導体10に隣接して設けられた導波層22
中を通る。このとき制御光200の電磁界は y = k o !      (2)で表すされる侵
入深さγ程度だけ超伝導体10内に浸み込む。ここでk
oは制御光200の真空中の波数、Nは導波層22の等
側屈折率、nは超伝導体10の屈折率をそれぞれ表す。
In the figure, 10 is a superconductor, 20 is a substrate, and 22 is a waveguide layer 10.
0 represents incident light, and 200 represents control light. Since light is an electromagnetic wave, an optical switch can be operated by using a magnetic field H (H) HC1. FIG. 8(a) shows a case where the optical axis of the control light 200 is changed from that of the incident light 100 and the control light 200 is made to enter obliquely. The light modulation element can be operated by adjusting the intensity of the control light 200. FIG. 8(b) shows an embodiment in which the control light is not directly incident on the superconductor. The control light 200 is transmitted through a waveguide layer 22 provided adjacent to the superconductor 10.
Go inside. At this time, the electromagnetic field of the control light 200 is y = k o! It penetrates into the superconductor 10 by a penetration depth γ expressed by (2). here k
o represents the wave number of the control light 200 in vacuum, N represents the isolateral refractive index of the waveguide layer 22, and n represents the refractive index of the superconductor 10, respectively.

γを超伝導体1oの膜厚より大きくすれば、制御光20
0の電磁界によって本発明の光変調素子を動作すること
ができる。この構成により広い面積を一様に動作するこ
とが可能となる。また導波層中の制御光が定在波となる
ようなモードで使用すると、磁界強度が面内に正弦波状
に分布しマイスナー性の高い領域と低い領域が交互に現
れる。これを表面弾性波による音響光学効果と同様に、
屈折率分布による回折格子として利用することも可能で
ある。
If γ is made larger than the film thickness of the superconductor 1o, the control light 20
The light modulation element of the present invention can be operated with an electromagnetic field of zero. This configuration allows uniform operation over a wide area. Furthermore, when used in a mode in which the control light in the waveguide layer becomes a standing wave, the magnetic field strength is distributed sinusoidally in the plane, and regions with high and low Meissner characteristics appear alternately. Similar to the acousto-optic effect caused by surface acoustic waves,
It is also possible to use it as a diffraction grating with a refractive index distribution.

第7図及び第8図に示した実施例を実際に光変調素子と
して用いる場合には、光源、制御系等が必要となる。ま
た第8図(b)の実施例においては、導波M22と超伝
導体10の間にバッファ層を用いて導波モードを変える
ことも可能である。
When the embodiment shown in FIGS. 7 and 8 is actually used as a light modulation element, a light source, a control system, etc. are required. In the embodiment shown in FIG. 8(b), it is also possible to change the waveguide mode by using a buffer layer between the waveguide M22 and the superconductor 10.

本発明の要点は、光を熱源として、あるいはその電磁界
を利用して超伝導体を状態変化させて、光変調素子を動
作することにある。
The gist of the present invention is to operate a light modulation element by changing the state of a superconductor using light as a heat source or using its electromagnetic field.

第9図は本発明の光変調素子を用いた光減衰器のブロッ
ク図である0図中、制御部70は光変調素子60に印加
する磁界強度を変えることができる。入射光100の強
度を工0とすると、透過光120の強度工は、O< I
 −c−< I (I −axe I 。
FIG. 9 is a block diagram of an optical attenuator using the optical modulation element of the present invention. In FIG. 9, the control section 70 can change the strength of the magnetic field applied to the optical modulation element 60. If the intensity of the incident light 100 is 0, then the intensity of the transmitted light 120 is O<I
-c-<I (I-axe I.

の範囲で連続的に変えられる。ここでI 1lln及び
I waxは光変調素子60の超伝導体がマイスナー状
態及び常伝導状態にある場合の透過光量をそれぞれ表す
can be changed continuously within the range. Here, I 1lln and I wax represent the amount of transmitted light when the superconductor of the light modulation element 60 is in the Meissner state and the normal conduction state, respectively.

第10図は本発明の光変調素子を用いた光増幅器の実施
例である。検出部80で検出した信号光130の強度情
報を制御部70に入力し、光変調素子60を動作させる
。入射光100は信号光130に比べて十分大きな強度
をもった直流光であるとすると、透過光120は信号光
130を増幅したものとなる。増倍率は制御部70及び
入射光100の強度によって設定することができる。
FIG. 10 shows an embodiment of an optical amplifier using the optical modulation element of the present invention. Intensity information of the signal light 130 detected by the detection section 80 is input to the control section 70, and the light modulation element 60 is operated. Assuming that the incident light 100 is DC light with sufficiently greater intensity than the signal light 130, the transmitted light 120 is an amplified version of the signal light 130. The multiplication factor can be set by the control unit 70 and the intensity of the incident light 100.

同じ構成で、入射光100を強度変調することによって
、掛は算器とすることもできる。また入射光100と信
号光130の波長を変えることによって、波長変換器と
することも可能である。
With the same configuration, the multiplier can also be used as a calculator by intensity modulating the incident light 100. Furthermore, by changing the wavelengths of the incident light 100 and the signal light 130, it is also possible to use it as a wavelength converter.

第11図は光で直接動作する光増幅器の例である。光変
調素子60には第9図及び第10図で示したもの等を用
いる。機能は第10図で説明した光増幅器と同じである
。電気回路系を含まないのでノイズに強く高速動作が期
待できる。
FIG. 11 is an example of an optical amplifier that operates directly with light. As the light modulation element 60, the one shown in FIGS. 9 and 10 is used. The function is the same as the optical amplifier explained in FIG. Since it does not include an electrical circuit system, it is expected to be resistant to noise and operate at high speed.

本発明の光調素子は第2種超伝導体の状態変化を利用し
ているため、これを光学的な屈折率の変化として考えれ
ば、導波路型の光変調素子も構成できる。
Since the light modulating element of the present invention utilizes the state change of the second type superconductor, if this is considered as a change in the optical refractive index, a waveguide type light modulating element can also be constructed.

本発明を実施するのに好適な超伝導材料は(1)室温で
超伝導性を示すもの、(2)光との相互作用の強さが転
移によって大きく変化するもの、等が望ましい。従来知
られている材料系として、NbTi 。
Superconducting materials suitable for carrying out the present invention are preferably those that (1) exhibit superconductivity at room temperature, and (2) those whose interaction strength with light changes significantly due to transition. NbTi is a conventionally known material system.

Nb5Sn 等の合金系はTcが低く(<30K)、常
伝導状態でも電気伝導性があるので、光との相互作用の
強さの変化があまり大きくない。これらに比入、La−
Ba−Cu−○、Y−Ba−Cu−〇系に代表される酸
化物系の超伝導物質はTcが高< (>77K)、常伝
導状態では絶縁体なので、転移に伴なう光との相互作用
の変化が大きい。
Alloy systems such as Nb5Sn have a low Tc (<30K) and are electrically conductive even in a normal conduction state, so the strength of interaction with light does not change significantly. In addition to these, La-
Oxide-based superconducting materials represented by Ba-Cu-○ and Y-Ba-Cu-○ systems have a high Tc <(>77K) and are insulators in the normal conduction state, so they are difficult to absorb light due to transition. There is a large change in the interaction between

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、第2種超伝導体の混合状態における連
続的な状態変化に伴う光との相互作用を利用するので屈
折率変化が大きく、簡素な構成の光変調素子が実現でき
る。
According to the present invention, since the interaction with light accompanying continuous state changes in the mixed state of the second type superconductor is utilized, an optical modulation element with a large refractive index change and a simple configuration can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の光変調素子の一実施例を示す断面図、
第2図は超伝導体のB−H特性を示す線図、第3図は光
変調素子の動作を示す模式図、第4図は光変調素子の消
光比と超伝導体の膜厚の関係を示す模式図、第5図は磁
界によって光変調素子を制御する一実施例を示す構成図
、第6@は超伝導体の臨界条件を表す模式図、第7図は
光を熱源として光変調素子を制御する一実施例を示す構
成図、第8図は光の電磁界を利用して光変調素子を制御
する一実施例を示す構成図、第9図は本発明の光変調素
子を用いた光減衰器のブロック図、第10図は本発明の
光変調素子を用いた光増幅器のブロック図、第11図は
光で直接動作する光増幅器のブロック図である。 1o・・・超伝導体、20・・・基板、21・・・光吸
収膜、22・・・導波層、30・・・磁界発生部、31
・・・電源、32・・・スイッチ、60・・・光スィッ
チ、70・・・制御部、8o・・・検出部、100・・
・入射光、110・・・反射光、120・・・透過光、
130・・・信号光、200第 1 巳 10・・・尾伝尊惨 乃・・・基欲 # λ 口 (^) (b) 卸力0ジH 猶 3 口 100・・・入射ル 110・・・辰#元 +20・・・邂是九 拓千口 第 5 ■ 35・・・1撞ら帆 集 7 図 2DO 不 8 n (b) 第 9 邑 第 10 8 ω
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of the light modulation element of the present invention,
Figure 2 is a diagram showing the B-H characteristics of the superconductor, Figure 3 is a schematic diagram showing the operation of the light modulation element, and Figure 4 is the relationship between the extinction ratio of the light modulation element and the film thickness of the superconductor. Fig. 5 is a schematic diagram showing an example of controlling a light modulation element by a magnetic field, Fig. 6 is a schematic diagram showing the critical conditions of a superconductor, and Fig. 7 is a diagram showing light modulation using light as a heat source. FIG. 8 is a block diagram showing an example of controlling a light modulation element using the electromagnetic field of light. FIG. FIG. 10 is a block diagram of an optical attenuator using the optical modulation element of the present invention, and FIG. 11 is a block diagram of an optical amplifier that operates directly with light. 1o... Superconductor, 20... Substrate, 21... Light absorption film, 22... Waveguide layer, 30... Magnetic field generation part, 31
...Power source, 32...Switch, 60...Optical switch, 70...Control unit, 8o...Detection unit, 100...
・Incoming light, 110...Reflected light, 120...Transmitted light,
130...Signal light, 200th 1st Snake 10...Oden Sonzanno...Basic desire # λ mouth (^) (b) Whole power 0jiH Yu 3 mouth 100... Input le 110...・Tatsu #gen + 20...Nine is the ninth taku thousand mouth 5 ■ 35...1 combination 7 Figure 2 DO Fu 8 n (b) 9th village 10th 8 ω

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、光の強度変調を行う光変調素子であつて、超伝導一
常伝導間で状態変化する第2種超伝導体を用いることを
特徴とする光変調素子。 2、特許請求の範囲第1項記載において、超伝導体の状
態変化を超伝導体の温度、超伝導体に流れる電流、及び
超伝導体に印加する磁場の1つあるいは任意の組合せに
よつて超こさせ、強度変調動作させる手段を有すること
を特徴とする光変調素子。 3、特許請求の範囲第2項記載において、強度変調され
る第1の光の他に、第2の光を光変調素子に導く構成と
し、第2の光を熱源、あるいはその電磁界を利用して動
作することを特徴とする光変調素子。 4、特許請求の範囲第1〜3項のいずれかに記載におい
て、少なくとも基板と超伝導体の薄膜から成ることを特
徴とする光変調素子。 5、特許請求の範囲第4項記載において透明な基板を用
いることを特徴とする光変調素子。
[Scope of Claims] 1. An optical modulation element that modulates the intensity of light, characterized in that it uses a type 2 superconductor whose state changes between superconductivity and normal conduction. 2. In claim 1, the state change of the superconductor is caused by one or any combination of the temperature of the superconductor, the current flowing through the superconductor, and the magnetic field applied to the superconductor. A light modulation element characterized by having a means for performing an intensity modulation operation. 3. In claim 2, in addition to the intensity-modulated first light, a second light is guided to a light modulation element, and the second light is generated using a heat source or its electromagnetic field. A light modulation element characterized by operating as follows. 4. An optical modulation element according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises at least a substrate and a superconductor thin film. 5. A light modulation element according to claim 4, characterized in that a transparent substrate is used.
JP15546387A 1987-05-25 1987-06-24 Optical modulating element Pending JPS64918A (en)

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