JPH0222630A - Optical phase distribution control element - Google Patents

Optical phase distribution control element

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JPH0222630A
JPH0222630A JP17234188A JP17234188A JPH0222630A JP H0222630 A JPH0222630 A JP H0222630A JP 17234188 A JP17234188 A JP 17234188A JP 17234188 A JP17234188 A JP 17234188A JP H0222630 A JPH0222630 A JP H0222630A
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JP
Japan
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light
waveguide
control
phase distribution
distribution control
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Application number
JP17234188A
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Japanese (ja)
Inventor
Seiji Mukai
向井 誠二
Hiroyoshi Yajima
矢嶋 弘義
Masanobu Watanabe
正信 渡辺
Hideo Ito
日出男 伊藤
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/29Devices 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 position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/295Analog deflection from or in an optical waveguide structure]

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Abstract

PURPOSE:To obtain the element which has no mechanically moving parts, is small in size and make space modulation of the light controllable from the outside by providing a carrier density distribution control means which can form carriers of the density distribution of the prescribed pattern nonuniform along the transverse direction orthogonal with a light propagation direction. CONSTITUTION:The density distribution of the carriers generated in a light guide 13 to allow the passage of the light to be space-modulated by using a stock capable of generating the carriers is controlled to control the phase distribution of the light propagating in the waveguide. The optical phase distribution control element 10 is formed by using an n-GaAs substrate as a substrate 11, and laminating an n-AIxGa1-xAs layer 12 having a low refractive index as a lower light confining layer, an AIyGa1-yAs layer 13 having a high refractive index as the light guide, and p-AIzGa1-zAs layer 14 having a low refractive index as an upper light confining layer. The deflection angle is controllable by the current ratio to be impressed to a pair of control electrodes 21-1, 21-2 in this case. The light phase distribution control element with which the high- speed operation can be expected and which allows the easy control from the outside while the size is small is obtd. in this way.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は光を空間的に変調する固体素子、すなわち光の
偏向方向を走査、スイッチングしたり、あるいはまた収
束させるときの焦点を可変にするとか、逆に発散時の拡
がり角を可変にする等の固体素子に関し、特に、外部か
らの電気制御信号とか光制御信号の印加により、機械的
な可動部分を用いずとも上記のような種々の空間変調機
能を営めるように、光導波路中の光位相分布を制御する
べく改良した素子に関する。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention relates to a solid-state element that spatially modulates light, that is, it scans or switches the deflection direction of light, or changes the focal point when converging. On the other hand, regarding solid-state devices that can vary the divergence angle during divergence, in particular, by applying external electrical control signals or optical control signals, the various types described above can be achieved without using mechanically movable parts. This invention relates to an element improved to control the optical phase distribution in an optical waveguide so as to perform a spatial modulation function.

〈従来の技術〉 情報伝達媒体として、光は将来的にも大いに嘱望されて
いるが、こうした光信号を取扱う場合、これを所定方向
に偏向させたり走査する装置とか、収束位置、すなわち
焦点を可変にしたり、逆に発散角を可変にしたりする装
置が必要となってくる。
<Prior art> Light is highly anticipated as an information transmission medium in the future, but when dealing with such optical signals, it is necessary to use devices that deflect or scan the light in a predetermined direction, or to change the convergence position, that is, the focal point. A device that can make the divergence angle variable or conversely, a device that can make the divergence angle variable is required.

しかるに従来、これに応える装置として開発されてきた
ものを見ると、偏向、走査に関しては反射鏡を回転させ
る装置、超音波による媒体疎密波を利用する装置があり
、また、収束、発散の角度制御に関しては、収束ないし
発散レンズを光軸方向に移動調整する装置があった。
However, looking at the devices that have been developed to meet this need, there are devices that rotate a reflecting mirror for deflection and scanning, devices that use medium compression waves using ultrasonic waves, and devices that use angle control for convergence and divergence. Regarding this, there was a device that moved and adjusted a converging or diverging lens in the optical axis direction.

〈発明が解決しようとする問題点〉 既述のように、この種の分野における従来装置は、超音
波媒体疎密波を利用する装置を除き、反射鏡を回転させ
るとかレンズを移動させる等、いずれも機械系の世話に
なっている。
<Problems to be Solved by the Invention> As mentioned above, conventional devices in this type of field, except for devices that utilize compression waves in an ultrasonic medium, do not require any methods such as rotating a reflecting mirror or moving a lens. It is also taken care of by the mechanical system.

そのため、こうした機械系の常として、光信号を取扱う
ようなオーダでの速度に比すと、それらの動作速度は問
題とならない程に遅いから、いくら光信号がその高速性
を売り物にした所で、こうした装置をまで含めて一つの
システムを構成した場合、実際上、そうした長所は全く
にして失わわてしまう。
Therefore, as is usual for such mechanical systems, their operating speed is so slow that it does not pose a problem compared to the speed at which optical signals are handled, so no matter how high-speed optical signals are promoted, However, if a single system is constructed that includes such devices, all of these advantages will actually be lost.

また、このような機械系は、光信号を用いる回路系にお
ける各幾何的な寸法オーダに比すと、その角度分解能や
精度においても問題があり、第、故障要因も多く、メイ
ンテナンスも大変で、信頼性に乏しい。
In addition, such mechanical systems have problems in their angular resolution and accuracy compared to the geometrical dimension orders of circuit systems that use optical signals.First, there are many causes of failure, and maintenance is difficult. Poor reliability.

これに対し、超音波疎密波を利用する偏向、走査装置は
、唯一、いわゆるソリッド・ステート・デバイスであっ
て、機械的な可動部分を有さない。
In contrast, deflection and scanning devices that utilize ultrasonic compression waves are the only so-called solid-state devices, and do not have mechanically movable parts.

したがって、この装置はその点では望ましいのであるが
、偏向角が小さいこと、素子の小型化が難しいこと等の
欠点があり、余り実用的な素子とは言えない。
Therefore, although this device is desirable in that respect, it has drawbacks such as a small deflection angle and difficulty in miniaturizing the device, so it cannot be said to be a very practical device.

本発明はこのような実情に鑑みて成されたもので、光を
空間変調する素子として、 ■機械的な可動部分のないこと。
The present invention was made in view of the above circumstances, and as an element that spatially modulates light, (1) there are no mechanically movable parts;

■外部からの電気制御信号や光制御信号により、偏向方
向や収束焦点位置、発散角等を簡単かつル制御性良く制
御可能なこと。
- Deflection direction, convergence focal point position, divergence angle, etc. can be controlled easily and with good controllability using external electrical control signals and optical control signals.

■木質的に素子自体の小型化を阻む要因のないこと。■There are no wood-related factors that hinder the miniaturization of the element itself.

■既存の技術でも確実に製造可能なこと。■Can be reliably manufactured using existing technology.

という主たる要件を全て満たした固体素子を提供せんと
するものである。
The objective is to provide a solid-state device that satisfies all of the following main requirements.

く問題点を解決するための手段〉 本発明は上記目的を達成するため、空間変調すべき光を
通す先導波路にキャリア発生可能な素材を用い、当該先
導波路に発生させたキャリアの密度分布を制御して、導
波路中を伝搬する光の位相分布を制御する装置を提案す
る。
Means for Solving the Problems> In order to achieve the above object, the present invention uses a material capable of generating carriers in a leading wave path that passes light to be spatially modulated, and changes the density distribution of carriers generated in the leading wave path. We propose a device that controls the phase distribution of light propagating in a waveguide.

すなわち、こうした装置により、当該キャリアの密度分
布に関し、少なくとも光伝搬方向とは直交する一次元方
向にその形状を制御し、望ましくは光伝搬方向に沿う形
状も考慮に入れ、二次元的に所定の分布パターンを形成
することにより、光の偏向、走査制御や収束焦点位置、
発散角の可変制御をする。
In other words, with such a device, the shape of the carrier density distribution can be controlled at least in one-dimensional direction perpendicular to the light propagation direction, and desirably, the shape along the light propagation direction can be taken into consideration, and a predetermined two-dimensional shape can be obtained. By forming a distribution pattern, you can control light deflection, scanning control, convergence focus position,
Variable control of divergence angle.

また、上記のように光導波路中にキャリアを発生させた
り、その密度分布を制御するには、当該導波路に対し、
キャリア注入可能に設けた電極に電圧を印加し、所定量
の電流を注入することでなすことができるし、あるいは
所定の先導波路部位に開けた所定形状の窓を介し、必要
な強さの制御光を照射することによってもなすことがで
きる。
In addition, in order to generate carriers in the optical waveguide and control its density distribution as described above, for the waveguide,
This can be done by applying a voltage to an electrode provided to allow carrier injection and injecting a predetermined amount of current, or by controlling the necessary strength through a window of a predetermined shape opened in a predetermined waveguide region. This can also be done by irradiating light.

〈作用および効果〉 本発明では、光導波路中にあって意図的に発生させたキ
ャリアの密度分布を所定のパターンに制御する。
<Operations and Effects> In the present invention, the density distribution of carriers intentionally generated in an optical waveguide is controlled to a predetermined pattern.

したがって例えば、導波路中を伝搬する光の伝搬方向と
直交する横方向の一次的な分布形状をのみ考えても、当
該横方向にキャリア密度が変われば、導波路中の当該横
方向の屈折率分布や利得分布等も、このときのキャリア
密度パターンに応じて変わる。
Therefore, for example, even if we consider only the linear distribution shape in the lateral direction perpendicular to the propagation direction of light propagating in the waveguide, if the carrier density changes in the lateral direction, the refractive index in the lateral direction in the waveguide The distribution, gain distribution, etc. also change depending on the carrier density pattern at this time.

屈折率が横方向に変化していると、これに応じて導波路
中を伝搬する光の位相も当該各横方向位置で相対的に進
相、遅相し、全体的に見た位相分布が変化する。
When the refractive index changes in the lateral direction, the phase of the light propagating in the waveguide also relatively advances or lags at each lateral position, and the overall phase distribution changes. Change.

こうなれば、その位相分布、結局は発生させたキャリア
密度分布の形状に応じ、光はある角度向がったり、収束
、発散したりする。
If this happens, the light will be directed at a certain angle, converged, or diverged depending on the phase distribution and ultimately the shape of the generated carrier density distribution.

与えられたキャリア密度分布に応じ、光導波路中の利得
分布が変化した場合も、光強度が不均一となるから、そ
れがその点以降の光位相分布に影響し、やはり偏向、収
束、発散可能となる。
Even if the gain distribution in the optical waveguide changes according to the given carrier density distribution, the optical intensity will become non-uniform, which will affect the optical phase distribution from that point onwards, allowing for deflection, convergence, and divergence. becomes.

換言すれば、上記のようなメカニズムが期待されるため
、本発明の素子を光位相分布制御素子と呼んだのである
。つまり、光導波路中のキャリア分布を制御するという
出発点は同じであっても、途中のメカニズムとして屈折
率の分布形状の変化なのか、利得分布の変化なのかの相
違や、あるいは双方が相乗的に作用するのか等の各場合
があるため、先導波路に対しての屈折率分布制御素子と
か利得分布制御素子等の名称よりも、むしろ、最終的に
光に空間変調を掛ける理由となる光自体の位相分布に着
目した名称が適当と思えるのである。
In other words, since the above mechanism is expected, the element of the present invention is called an optical phase distribution control element. In other words, even if the starting point of controlling the carrier distribution in the optical waveguide is the same, there are differences in the intermediate mechanism, whether it is a change in the shape of the refractive index distribution or a change in the gain distribution, or whether both are synergistic. Because there are various cases such as whether the light acts on the waveguide, rather than the name of the refractive index distribution control element or gain distribution control element for the leading waveguide, it is rather the light itself that is the reason for spatially modulating the light. It seems appropriate to use a name that focuses on the phase distribution of .

もちろん、上記説明中における横方向の一次元的な位相
分布制御は、二次元的に展開し、光の伝搬方向に沿って
も連続して与えれば、その結果としての光の偏向、収束
、発散機能はより一層、高められる。これには、制御電
圧(電流)印加用の電極や制御光照射用の窓を、導波路
の長さ方向に沿って連続して設ける等の手法を採用でき
、また、当該光伝搬方向(光軸方向)に沿う各点での横
方向キャリア密度分布を電極形状や窓形状に応じて他の
点とは異なるように制御可能として置けば、より広い制
御性や設計自由度を得ることができる。
Of course, the horizontal one-dimensional phase distribution control in the above explanation can be expanded two-dimensionally, and if it is applied continuously along the light propagation direction, the resulting light deflection, convergence, and divergence. Functionality is further enhanced. This can be accomplished by providing electrodes for applying control voltage (current) and windows for controlling light irradiation continuously along the length of the waveguide. If the lateral carrier density distribution at each point along the axial direction can be controlled differently from other points depending on the electrode shape and window shape, wider controllability and design freedom can be obtained. .

いずれにしても、このような本発明の光位相分布制御素
子によれば、入射光に予定の空間変調を掛けて照射する
固体素子として、既述した従来例の持っていた各欠点を
全て解消することができる。改めて本発明の効果を列記
すれば次のようになる。
In any case, according to the optical phase distribution control element of the present invention, as a solid-state element that applies predetermined spatial modulation to incident light and irradiates it, all of the drawbacks of the conventional examples described above can be eliminated. can do. The effects of the present invention can be listed as follows.

■光の空間変調に、当該光を通す導波路内においてのキ
ャリア発生、その密度分布制御という手続を採用してい
るため、従来の機械系を用いた変調装置とは比べものに
ならない程の高速動作が期待でき、光信号自体の持つ基
本的な長所である高速性を損うことがない。
■For spatial modulation of light, a procedure of generating carriers in the waveguide through which the light passes and controlling its density distribution is adopted, resulting in high-speed operation that is incomparable to modulation devices using conventional mechanical systems. This can be expected without compromising the fundamental advantage of optical signals themselves, which is high speed.

■機械的な可動部分がないから、素子構成を簡便にし得
、故障要因も大いに低減するため、十分な信頼性を得る
ことができる。原理的に小型化を阻む要因もない。
■Since there are no mechanically moving parts, the element configuration can be simplified, and failure factors are greatly reduced, so sufficient reliability can be achieved. In principle, there is no factor that prevents miniaturization.

■光位相分布の制御は結局、制御電極に印加する電圧な
いし素子内に通す制御電流の値や位置、電極形状、ある
いは制御光の強さやこれを照射する位置、形状等に応じ
、外部から簡単に制御できる。
■Optical phase distribution can be easily controlled from the outside depending on the voltage applied to the control electrode or the value and position of the control current passed through the element, the shape of the electrode, the intensity of the control light, the position and shape of the control light, etc. can be controlled.

■光導波路に対し、本発明で要求する最低限の事項は、
それがキャリア発生可能な素材であることという事実の
みなので、これを適当なる半導体製とすれば、本発明素
子を半導体レーザその他の光集積回路素子と共通基板上
に、ないしは組合せて用いることができ、いわゆるオプ
トICとかOE−I C等として、極めて多機能、高性
能なデバイスの実現に寄与することができる。
■The minimum requirements of the present invention for optical waveguides are:
The only fact is that it is a material that can generate carriers, so if it is made of a suitable semiconductor, the device of the present invention can be used on a common substrate or in combination with semiconductor lasers and other optical integrated circuit devices. , it can contribute to the realization of extremely multi-functional, high-performance devices such as so-called opto ICs and OE-ICs.

■所定の材料層に電流を印加したり光を照射することに
より、当該材料層にキャリアを発生させるという原理や
構造例は周知であるので、これら既存の技術を利用する
ことにより、本発明素子の製造自体は簡単である。
■The principles and structural examples of generating carriers in a predetermined material layer by applying a current or irradiating it with light are well known, so by utilizing these existing techniques, the device of the present invention The manufacture itself is simple.

(実 施 例) 第1図には本発明に従って構成された光位相分布制御素
子IOの一実施例が示されている。
(Embodiment) FIG. 1 shows an embodiment of an optical phase distribution control element IO constructed according to the present invention.

本発明においては、既述のように、本発明素子内に用い
る光導波路13に最低限要求される事項は、その内部に
キャリアを発生可能な材質であるということであるが、
一般には半導体製であることがその取扱いや製造、加工
等に鑑みても望ましく、シリコン系等も適当であるもの
の、この実施例では、昨今、富に注目されているAlG
aAs系を用いている。
In the present invention, as mentioned above, the minimum requirement for the optical waveguide 13 used in the device of the present invention is that it be made of a material that can generate carriers therein.
In general, it is preferable to use semiconductors in view of handling, manufacturing, processing, etc., and silicon-based materials are also suitable, but in this example, AlG, which has been attracting a lot of attention recently, is
The aAs system is used.

これに即し具体的な材質例をも挙げながら第1図示の素
子構造例につき説明すると、まず、基板11としてはn
−GaAs基板を用い、この上に順次、下側光閉じ込め
層(クラッド層)として低屈折率のn−AlxGa+−
xAs層12、光導波路として高屈折率のAI、Ga、
−、AS層13、上側光閉じ込め層(クラッド層)とし
て低屈折率のp−A1.Ga+−、As層14を積層形
成している。
In accordance with this, the example of the element structure shown in the first drawing will be explained while giving specific examples of materials. First, as the substrate 11, n
- Using a GaAs substrate, a lower optical confinement layer (cladding layer) of n-AlxGa+- with a low refractive index is sequentially formed on the substrate.
xAs layer 12, high refractive index AI, Ga,
-, AS layer 13, p-A1 with a low refractive index as an upper optical confinement layer (cladding layer). Ga+- and As layers 14 are laminated.

通常の光導波路装置構造であれば、上記の上下光閉じ込
め層12.14とその間に挟まれた相対的に高屈折率の
導波路層13があれば良く、特にその導電型については
考慮する必要がないが、本発明のこの実施例では、まず
、電流注入により、導波路13にキャリアを注入ないし
発生させることを考えているので、上記のように、上下
の光閉じ込め層12.14はpn接合を形成するように
なっている。
In the case of a normal optical waveguide device structure, it is sufficient to have the above-mentioned upper and lower optical confinement layers 12 and 14 and a waveguide layer 13 with a relatively high refractive index sandwiched between them, and it is necessary to take into account the conductivity type in particular. However, in this embodiment of the present invention, carriers are first injected or generated into the waveguide 13 by current injection, so as mentioned above, the upper and lower optical confinement layers 12 and 14 are pn It is adapted to form a junction.

また、同様に電流を流して使うという理由から、後述す
る電流注入兼キャリア分布制御用の制御電極21−、 
、21−2に対し、良好なオーミック接触を採るため、
上側光閉じ込め層14の上には導電層としてのp−Ga
As高導電高導電率層形5され、その上にSiN保護絶
縁膜16が形成されている一方、基板11の裏面にはゲ
ルマニウム添加の金その他、適当な材質の共通電極20
がオーミック接触するように設けられている。
In addition, since it is used by passing a current in the same way, a control electrode 21- for current injection and carrier distribution control, which will be described later, is used.
, 21-2, in order to make good ohmic contact,
On the upper optical confinement layer 14 is a p-Ga conductive layer.
A high conductivity layer 5 of As is formed, and a SiN protective insulating film 16 is formed thereon, while a common electrode 20 made of germanium-doped gold or other suitable material is formed on the back surface of the substrate 11.
are provided for ohmic contact.

図示の場合、保護絶縁膜16上に形成される。電流注入
兼キャリア分布制御用の制御電極は一対あって、符号2
1−r、21−zが付されているが、これらは互いには
光の伝搬方向と直交する方向に幾何的に離間し、電気的
に絶縁関係を保ったまま、光の伝搬方向に沿っては共に
平行に伸びている。その材質は任、αであるが、クロム
と金との積層材等であって良い。
In the illustrated case, it is formed on the protective insulating film 16. There is a pair of control electrodes for current injection and carrier distribution control.
1-r and 21-z are attached, but these are geometrically spaced apart from each other in the direction perpendicular to the light propagation direction, and are electrically insulated along the light propagation direction. both extend parallel to each other. The material is chromium and α, but it may be a laminated material of chromium and gold.

ただし、各制御電極2L、、2L2において、実際に先
導波路13に対し、各制御電流1. 、 I2を注入す
るに有効となる面積領域は、その下の絶縁膜16に開け
られた開口を介し、さらにその下の導電層15にオーミ
ック接触している面積領域である。第1図においては、
この有効電極部分2L、、2L2の端面部分が表れてい
る。
However, in each control electrode 2L, 2L2, each control current 1. The effective area for implanting I2 is the area that is in ohmic contact with the conductive layer 15 below through the opening made in the insulating film 16 below. In Figure 1,
The end face portions of the effective electrode portions 2L, 2L2 are shown.

そしてまた、この面積領域に相当する導波路13中の直
下の面積領域は、後の説明で用いるため、同様に第1図
中において、太い矢印で模式的に示す入射光Llの中心
軸からそれぞれ±x2.±×2だけ離れた各二点で限ら
れる端面領域として示されている。
Furthermore, since the area immediately below the waveguide 13 corresponding to this area is used in the later explanation, similarly in FIG. ±x2. It is shown as an end face area defined by two points each separated by ±×2.

ただし、キャリア密度分布制御手段としての制御電極を
電流の流れ方向に対として考えるならば、第1図示素子
の裏面に設けらている共通電極20は上面に設けられて
いる各制御電極2L、、2L2の双方に対しベアをなす
ものである。
However, if the control electrodes as carrier density distribution control means are considered as a pair in the current flow direction, the common electrode 20 provided on the back surface of the first illustrated element is replaced by each control electrode 2L provided on the top surface. 2L2.

なお、導波路の光軸方向両端面には、この種の光導波技
術で通常設けられるように、適当なる材質から成る反射
防止膜17.17も付されている。
Incidentally, antireflection films 17 and 17 made of a suitable material are also attached to both end surfaces of the waveguide in the optical axis direction, as is normally provided in this type of optical waveguide technology.

先に作用の項でも説明したように、第1図示構造の導波
路13に入射する入射光Llは、当該導波路13中の横
方向屈折率分布が変われば、当該導波路中を伝搬するに
際してその位相分布も横方向各部における進相、遅相関
係により不均一なものとなり、その結果、対向端面から
の出射光し。は、入射光軸に対し、偏向したり、収束、
発散するものとなる。これは導波路中の利得分布が変わ
っても同様である。
As previously explained in the section of the function, if the lateral refractive index distribution in the waveguide 13 changes, the incident light Ll entering the waveguide 13 of the first illustrated structure will change as it propagates through the waveguide. The phase distribution also becomes non-uniform due to the phase leading and slowing relationships in each part in the lateral direction, and as a result, light is emitted from the opposing end face. is deflected, converged, or
It becomes something that emanates. This holds true even if the gain distribution in the waveguide changes.

一方、こった屈折率分布や利得分布は、伝搬光の波長と
導波路内のキャリア密度により決定ないし制御される。
On the other hand, the refractive index distribution and gain distribution are determined or controlled by the wavelength of propagating light and the carrier density within the waveguide.

そこで、第1図示の素子lOを用い、各制御電極2L+
、21−2から共通電極20に向けて流す電流量を調整
すると、次に説明するような動作を生起させることかで
きる。
Therefore, using the element lO shown in the first figure, each control electrode 2L+
, 21-2 toward the common electrode 20, the following operation can be caused.

まず、両制御電極2L、、2L2から上下光閉じ込め層
14.12を順バイアスする極性で同じ値の電流ff1
I+、hを対称的に供給すると、導電層15、上側光閉
じ込め層14の電気抵抗が適切に作られていた場合、注
入された電流はこれらの層中で均一に拡がり、そのため
、第2図(A)に示されるように、その下の導波路13
にあって光軸中心からそれぞれ±x1.±×2だけ離れ
た二点で限定される電流注入直下の領域に対し、その間
の領域においてもキャリア密度は一様なものとなる。
First, a current ff1 with the same polarity and the same value forward biases the upper and lower optical confinement layers 14.12 from both control electrodes 2L, 2L2.
When I+ and h are supplied symmetrically, if the electrical resistances of the conductive layer 15 and the upper optical confinement layer 14 are properly made, the injected current will spread uniformly in these layers, so that as shown in FIG. As shown in (A), the waveguide 13 below
±x1. respectively from the optical axis center. With respect to the region immediately under the current injection which is defined by two points separated by ±×2, the carrier density becomes uniform in the region between them.

こうした状態下では、当該領域−X2<x<X2におい
て屈折率、利得は共に一様となり、したがって、入射光
り、は特に偏向等の空間変調を受けずに伝搬し、出射光
り。はその光軸方向や幅において入射光L1とほぼ同一
となる。
Under these conditions, the refractive index and gain are both uniform in the region -X2<x<X2, and therefore the incident light propagates without being particularly subjected to spatial modulation such as deflection, and the outgoing light. is almost the same as the incident light L1 in its optical axis direction and width.

しかるに、試みに一方の電極21−1を介して本素子に
注入する電流量を大きくし、他方の制御電極21−2を
介して注入する電流との関係で言わば非対称とすると、
第2図(B)に示されるように、導波路13内のキャリ
ア分布は同じ領域−X2<x<X2にあっても傾きを持
ち、制御電極22−9の直下領域X2< X < −X
 Iの方が他の部分よりキャリア濃度が濃くなって、一
種の単峰性の横方向分布パターンとなる。
However, if we try to increase the amount of current injected into the device through one electrode 21-1 and make it asymmetrical in relation to the current injected through the other control electrode 21-2, then
As shown in FIG. 2(B), the carrier distribution within the waveguide 13 has a slope even in the same region -X2<x<X2, and the region immediately below the control electrode 22-9 is X2<X<-X.
The carrier concentration is higher in I than in other parts, resulting in a kind of unimodal lateral distribution pattern.

このようになっている状態下の導波路13中を伝搬する
光は、すでに述べたように、位相分布が対応的な変調を
受けることによって対応する角度、偏向される。換言す
ると、その偏向角度は、一対の制御電極2L、、2L2
に印加する電流比によって制御可能である。
The light propagating in the waveguide 13 under such conditions is deflected by a corresponding angle by subjecting the phase distribution to corresponding modulation, as described above. In other words, the deflection angle is the same as that of the pair of control electrodes 2L, 2L2.
It can be controlled by the current ratio applied to.

第3図はこれを証明する実験の一特性例(遠視野像)を
示しており、上下光閉じ込め層12.14に関しては逆
バイアスとなる電流値1.=−10mAから当該電流値
I、をl0IIIAステツプで9011+Aまで増加さ
せ、一方、他方の電流値■2は90+aAから10mA
ステップで減少させて同様に上下光閉じ込め層12 、
14に関しては逆バイアスとなる電流値I2=  IO
ImAまで変化させた組合せを七通り採っている。
FIG. 3 shows an example of the characteristics (far-field image) of an experiment to prove this, and for the upper and lower optical confinement layers 12 and 14, the current value 1. The current value I is increased from =-10mA to 9011+A in 10IIIA steps, while the other current value 2 is increased from 90+aA to 10mA.
The upper and lower optical confinement layers 12 are similarly reduced in steps,
Regarding 14, the current value that becomes reverse bias is I2 = IO
Seven combinations were taken, varying up to ImA.

明らかなように、電流値11の10mAステップごとの
増加、したがって電流値12の10mAステップごとの
減少に連れ、光は+3°程度から一3°程度まで、その
偏向角が連続的かつ良好な対応性を保ちながら可変制御
されている。
As is clear, as the current value 11 increases every 10 mA step and therefore the current value 12 decreases every 10 mA step, the deflection angle of the light changes continuously and favorably from about +3° to about 13°. It is variably controlled while maintaining its properties.

こうしたことから、本発明の位相分布制御素子IOは、
光ビームの偏向角可変装置とか、各電流値1、 、 I
2を上記の例のように走査することにより、光ビームの
面内走査装置として利用できることが分かる。
For these reasons, the phase distribution control element IO of the present invention has the following characteristics:
Light beam deflection angle variable device, each current value 1, , I
It can be seen that by scanning 2 as in the above example, it can be used as a light beam in-plane scanning device.

一方、第1図示の素子lOにおいて、導電層15やその
下の上側光閉じ込め層14の電気抵抗を意図的に大きく
したり、あるいはこの目的のため、積極的に、各有効電
極部分2L、 、 22−2が接する部分の下の対応す
る寸法の面積領域にイオン注入やエツチングを施し、局
所的な高抵抗部分を形成すると、導波路13への注入電
流は当該電流注入直下の部分に集中し、第2図(C) 
、 (D)に示されるように、そのキャリア分布は中央
部(光軸中心部)に凹みを持つ双峰性のもになる。
On the other hand, in the device IO shown in FIG. 1, the electrical resistance of the conductive layer 15 and the upper optical confinement layer 14 thereunder is intentionally increased, or for this purpose, each effective electrode portion 2L, , When ion implantation or etching is performed on a region of corresponding size under the part where 22-2 contacts to form a local high resistance part, the current injected into the waveguide 13 is concentrated in the part directly under the current injection. , Figure 2 (C)
, As shown in (D), the carrier distribution is bimodal with a concavity in the center (center of the optical axis).

このようになると、導波路13中を伝搬する光は収束な
いし発散作用を受け、したがって本素子10は一種のレ
ンズ作用を営むが、第2図(C)と(D)との関係に示
されるように、電流注入量を大きくして各峰の高さ(そ
の点におけるキャリア濃度)を高くする程、焦点位置は
短くなり、発散角は拡がる。
In this case, the light propagating in the waveguide 13 is subjected to convergence or divergence, and therefore the present element 10 performs a kind of lens action, as shown in the relationship between FIGS. 2(C) and 2(D). Thus, as the amount of current injection increases and the height of each peak (carrier concentration at that point) increases, the focal position becomes shorter and the divergence angle becomes wider.

これを実証するため、本素子を可変焦点素子として機能
させた場合の一実験特性が第4図に示されている。
To demonstrate this, FIG. 4 shows experimental characteristics when this element functions as a variable focus element.

各制御電極z1−+、2L2を介して供給する制御電流
量り、12を共に30mAとした場合では、本素子の出
射端面からの光軸方向離間距1150μmの位置にほぼ
焦点が来ているが、両電流I、、I、を増大させ、共に
60+aAとした場合には、約30−1にまで、焦点距
離が短くなっている。
When the amount of control current supplied through each control electrode z1-+ and 2L2 is both 30 mA, the focus is almost at a position 1150 μm apart in the optical axis direction from the output end face of this element. When both currents I, , I are increased to 60+aA, the focal length is shortened to about 30-1.

こうしたことから、本素子10は、外部電気信号の制御
による光ビームの可変焦点素子として使えることも分か
る。
From these facts, it can be seen that the present element 10 can also be used as a variable focus element for a light beam controlled by an external electric signal.

また、図示はしていないが、新たな制御電極を制御電極
2L、、212の間に設け、この中央電極に集中的に電
流を流し、中央に山のあるキャリア分布を形成すると、
光ビーム発散素子として利用でき、その発散角も電気信
号で制御可能となる。
Furthermore, although not shown, if a new control electrode is provided between the control electrodes 2L, 212, and a current is intensively passed through this central electrode, a carrier distribution with a peak in the center is formed.
It can be used as a light beam divergent element, and its divergence angle can also be controlled by electrical signals.

さらに、第2  (A) 、 (B)図と同図(C) 
、 (D)の関係を併せ利用し、例えば可変焦点で可変
偏向角を得られる装置も本素子lOの使い方の一つとし
て考えることができる。
Furthermore, Figure 2 (A), (B) and the same figure (C)
, (D) can be used in conjunction with a device that can obtain a variable deflection angle with a variable focal point, for example, as one way to use this element IO.

制御電極についても、例えば光軸に関し、第2図(C)
 、 (D)に示されるような横方向に対称的なキャリ
ア分布を得れば良い場合には、第1図示の一対の制御電
極は導波路に影響を与えないようなどこか適当な個所、
または適当なる細さの導電線路パターンで導波路をまた
ぐように互いに電気的に接続されていて良い。
Regarding the control electrode, for example, regarding the optical axis, Fig. 2 (C)
, If it is sufficient to obtain a carrier distribution that is symmetrical in the horizontal direction as shown in (D), the pair of control electrodes shown in FIG.
Alternatively, they may be electrically connected to each other so as to straddle the waveguide using a conductive line pattern of an appropriate thickness.

もっとも、このような場合には、実質的に単一の制御電
極を用い、そのパターン形状を双峰性のキャリア密度分
布形成に適当な形態にしたと見ることもできる。
However, in such a case, it can be considered that a substantially single control electrode is used and its pattern shape is appropriate for forming a bimodal carrier density distribution.

そして、単一の電極という観点から見ると、例えば第2
図(B)に示されているような単峰性の特性を持つ偏向
装置として利用するにあたり、特殊な場合、すなわち出
射光ビームL。を非偏向状態から左右いずれか片方にの
み、偏向可能であれば良いような用途には、第1図示の
制御電極21−、 。
And from the point of view of a single electrode, for example, the second
When used as a deflection device with unimodal characteristics as shown in Figure (B), there is a special case, that is, the output light beam L. For applications where it is only necessary to be able to deflect from the non-deflected state to either the left or right side, the control electrode 21-, shown in the first figure.

21−2のいずれか一方を設けない構成も考えられる。A configuration in which either one of 21-2 is not provided is also conceivable.

逆に、キャリア分布をより精密に制御するには、例えば
光軸直交方向に配されている第1図示の一対の制御電極
21−+、2L2をそれぞれ互いに独立して並設された
複数個から構成することもできる。
On the other hand, in order to control the carrier distribution more precisely, for example, the pair of control electrodes 21-+ and 2L2 shown in the first figure arranged in the direction perpendicular to the optical axis can be formed from a plurality of control electrodes arranged in parallel independently of each other. It can also be configured.

さらに、光伝搬方向に沿う形状変化も考慮に入れ、制御
電極自体の形状を特殊な幾何パターンにすることも考え
られえる。第5図(A) 、 (B)はそうした場合の
例を示しており、同図(A)においては一対の制御電極
2L+ 、 21−2は光軸方向に見て連続する三角波
ないしプリズム形状をし、互いには溝により分離されて
いる。
Furthermore, taking into consideration the change in shape along the light propagation direction, it may be possible to form the shape of the control electrode itself into a special geometric pattern. FIGS. 5(A) and 5(B) show an example of such a case, and in FIG. 5(A), the pair of control electrodes 2L+ and 21-2 have a continuous triangular wave or prism shape when viewed in the optical axis direction. However, they are separated from each other by a groove.

こうした場合には、第1図示構成例のように、光軸方向
に沿って横方向キャリア密度分布が連続して形成され、
進行波が進む程に積分的にその特定のキャリア密度分布
の影響を受は続けて行くのに対し、入射光り、は例えば
電流■2の流されている領域に対応する相対的に低極性
率領域から、電流■1の流されている相対的に高極性率
領域に入る三角形状の輪郭部分を横切るたびごとにしか
偏向されないが、この波形状の数を増し、光がこの輪郭
部分を横切る回数を増やしてやれば、十分な偏向角を得
ることができる。
In such a case, as in the first illustrated configuration example, the lateral carrier density distribution is continuously formed along the optical axis direction,
As the traveling wave progresses, it continues to be integrally influenced by the specific carrier density distribution, whereas the incident light has a relatively low polarity that corresponds to the area where the current ■2 is flowing, for example. From the area, the light is deflected only every time it crosses a triangular contour part that enters a relatively high polarity area where the current 1 is flowing, but the number of these wave shapes increases and the light crosses this contour part. By increasing the number of times, a sufficient deflection angle can be obtained.

同様に、第5図(B)に示されるように、制御電極を光
軸方向に所定の間隔で複数個配された凸レンズ状の電極
部分21−2と、それらの周囲を溝を置いて取囲む部分
21−1とから構成すると、各制御電極に与える電流量
ないし電流比を制御することにより、出射光し。に関し
その焦点位置f。が可変であったり、発散角が可変であ
るような素子を実現可能なことも確認している。
Similarly, as shown in FIG. 5(B), a plurality of control electrodes are arranged in convex lens-shaped electrode portions 21-2 arranged at predetermined intervals in the optical axis direction, and grooves are placed around them. When configured from the surrounding portion 21-1, light is emitted by controlling the amount of current or current ratio given to each control electrode. With respect to its focal position f. It has also been confirmed that it is possible to realize an element with a variable divergence angle or a variable divergence angle.

これから推して、必要に応じ、種々の個数、形状のII
J御電極電極い得ることは、本発明が開示された以上、
当業者には自明の事項となる。
From now on, II of various numbers and shapes can be prepared as necessary.
Now that the present invention has been disclosed, what can be achieved with the J control electrode is:
This will be obvious to those skilled in the art.

ところで、本発明に用いる導波路13の材質は、先にも
何度か述べたように、その内部にキャリアを発生可能な
ものであれば良いが、これを第1図示の材質組合せ等、
適当なる半導体製に選ぶと、半導体レーザや光検出器等
の半導体デバイスとの一体成形とか集積化、そうでない
にしても機械的な組合せや結合が簡単になる。
By the way, the material of the waveguide 13 used in the present invention may be any material as long as it can generate carriers inside it, as mentioned several times before, but it may be used as a material combination such as the material combination shown in the first figure.
If a suitable semiconductor is selected, integral molding or integration with semiconductor devices such as semiconductor lasers and photodetectors, and even if not mechanical combinations and connections, will be facilitated.

第6図はそうした場合の幾つかの例を模式的に示したも
のである。ただし本図においては、本発明による素子I
Oに関し、その導波路13や、せいぜい一端面側に反射
防止膜17があること等だけで、概略的にしか示してい
ない。本素子自体の構造的な改変例を示すものではない
からである。
FIG. 6 schematically shows some examples of such cases. However, in this figure, the element I according to the present invention
Regarding O, only the waveguide 13 and the presence of an antireflection film 17 on one end surface are shown only schematically. This is because the present invention does not indicate an example of structural modification of the device itself.

しかるにまず、第6図(A)に示される構造は、反射機
構31に回折格子を用いるとか、屈折率の所定繰返し周
期を用いるとかすることにより、端面に反射鏡を設ける
必要のない分布ブラッグ反射型(DBR)型や、分布帰
還型(DFB)の半導体レーザ30の出力端面に本発明
の光位相分布制御素子10を一体に作り込んだ場合を示
している。
However, first, the structure shown in FIG. 6(A) uses a diffraction grating for the reflection mechanism 31 or uses a predetermined repetition period of the refractive index, thereby achieving distributed Bragg reflection that does not require a reflection mirror on the end face. This figure shows a case in which the optical phase distribution control element 10 of the present invention is integrated into the output end face of a semiconductor laser 30 of a type (DBR) type or a distributed feedback type (DFB).

つまり、こうしたレーザ30では、上記のようにレーザ
側出力端面に反射鏡が不要なため、第6図(A)中では
当該レーザ部分30と本発明素子lOの領域を説明する
都合上から、仮想線32で結合部を模式的に例示してい
るものの、実際にはこの結合部32は一連の半導体材料
で連続的に形成することができ、半導体レーザ30の活
性層33と本発明の導波路13とは一連の層領域として
形成することができる。そしてこれは、最も結合損失の
少ない状態が得られる点で極めて望ましい。
In other words, since such a laser 30 does not require a reflecting mirror on the laser side output end face as described above, in FIG. Although line 32 schematically illustrates a coupling portion, in reality this coupling portion 32 can be formed continuously from a series of semiconductor materials, connecting the active layer 33 of the semiconductor laser 30 and the waveguide of the present invention. 13 can be formed as a series of layer regions. This is extremely desirable in that a state with the least coupling loss can be obtained.

一方、光軸方向両端面にファブリベロー型の共振器ない
し反射鏡を要する通常の半導体レーザの場合には、第6
図(B)に示されているように、例えば半導体レーザ4
0の活性層部分43と本素子10の導波路13を一連に
形成しながら、各素子形成に必要な層構造を積層し終わ
った後、半導体レーザ40の本素子lOとの結合部分4
2に、当該半導体レーザの一方の反射鏡形成用の溝41
を反応性イオン・エツチング等により掘り作り、垂直な
壁面を形成すれば良い。
On the other hand, in the case of a normal semiconductor laser that requires Fabry-Bello type resonators or reflecting mirrors on both end faces in the optical axis direction, the sixth
As shown in Figure (B), for example, a semiconductor laser 4
After forming the active layer portion 43 of the semiconductor laser 40 and the waveguide 13 of the present device 10 in series and laminating the layer structures necessary for forming each device, the coupling portion 4 of the semiconductor laser 40 with the present device 10 is formed.
2, a groove 41 for forming one reflecting mirror of the semiconductor laser;
It is sufficient to excavate it by reactive ion etching or the like to form a vertical wall surface.

実際上、このように、臂開面に相当する垂直な壁面をエ
ツチングにより形成する技術は、従来にあってもすでに
確立しているので、こうした第6図(B)図示の構造も
無理なく得られる。
In fact, since the technique of forming a vertical wall surface corresponding to the arm opening surface by etching has already been established in the past, the structure shown in FIG. 6(B) can be easily obtained. It will be done.

さらに、DBR,DFB型半導体レーザ30や、通常の
端面共振型半導体レーザ40のいずれについても、第6
図(C)図示のようにもっと原始的に、適当なる固定台
50の上にそれらレーザ30 、40と本発明素子lO
を突き合せに固定し、位置決めして結合部42を形成し
ても良い。
Furthermore, the sixth
Figure (C) As shown in the figure, in a more primitive manner, the lasers 30, 40 and the device of the present invention are placed on a suitable fixed table 50.
The connecting portion 42 may be formed by fixing the two in a butt position and positioning them.

また、上記のような各種手法からすれば、半導体レーザ
の代わりに、フォト・ディテクタ等、その他の光電気要
素との結合も簡単に行なえることが理解されよう。
Furthermore, it will be understood that, from the various methods described above, coupling with other opto-electrical elements such as a photodetector can be easily performed in place of the semiconductor laser.

ところで、これまで述べた本発明実施例においては、い
ずれも、導波路13内にキャリアを発生させ、かつその
密度分布を制御するキャリア密度分布制御手段は、導波
路を上下に挟む上下光閉じ込め層によるpn接合と、こ
れに意図的に電流を供給するための制御電極対21−+
 、 20 : 21−2 、20を含んで構成されて
いたが、こうした電流励起型に代え、制御光という概念
を導入した光励起型の素子として本発明の光位相分布制
御素子10を稼動させることもできる。
By the way, in all of the embodiments of the present invention described so far, the carrier density distribution control means for generating carriers in the waveguide 13 and controlling the density distribution is the upper and lower optical confinement layers that sandwich the waveguide between the upper and lower sides. and a control electrode pair 21-+ for intentionally supplying current to this p-n junction.
, 20: 21-2, 20, but instead of such a current excitation type, the optical phase distribution control element 10 of the present invention may be operated as a light excitation type element that introduces the concept of control light. can.

第7図・は第1図示の電流励起型ないし電気信号による
制御を図る光位相分布制御素子を制御光信号による制御
型に変えるべく構成し直した実施例を示しており、適当
なる基板11上に順に低屈折率の下側光閉じ込め層12
、高屈折率の導波路13、低屈折率の上側光閉じ込め層
14を形成した後、その上に遮光層18を形成し、この
遮光層18に対し、第1図示実施例の有効電極部分22
−r、22−2に相当するかのような面積部分に開口な
いし窓2L、、2L2を開け、これらの窓2L、、2:
12を介して、導波路13のエネルギ・ギャップより大
きな光子エネルギを有する制御光tc−t l LC−
2を照射するようになっている。
FIG. 7 shows an embodiment in which the optical phase distribution control element of the current excitation type shown in FIG. The lower optical confinement layer 12 with a low refractive index
After forming the high refractive index waveguide 13 and the low refractive index upper optical confinement layer 14, a light shielding layer 18 is formed thereon, and the effective electrode portion 22 of the first illustrated embodiment is formed on the light shielding layer 18.
Openings or windows 2L, 2L2 are opened in areas corresponding to -r, 22-2, and these windows 2L, 2:
12, a control light tc-tlLC- having a photon energy larger than the energy gap of the waveguide 13
It is designed to irradiate 2.

もちろん、先の電流励起型と異なり、pn接合等の電流
注入機構を有する必要はないから、導波路構造やその上
下の光閉じ込め層の材質には原理的にはより広い選択範
囲が与えられる。もっとも、光励起型としても、他の半
導体レーザ等との組合せに都合の良い関係を考えると、
シリコン系とかアルミニウムーガリウム−砒素系等、半
導体系材料がやはり望ましい。
Of course, unlike the current excitation type described above, there is no need to have a current injection mechanism such as a pn junction, so in principle a wider selection range is given to the materials of the waveguide structure and the optical confinement layers above and below it. However, considering the convenient relationship in combination with other semiconductor lasers, etc., even as an optically pumped type,
Semiconductor-based materials such as silicon-based materials and aluminum-gallium-arsenic materials are desirable.

こうした構造においても、導波路13中に励起されるキ
ャリアが光励起によるという相違はあっても、すでに電
流型について記載した作用、効果、変形例がほぼそのま
ま、適用できる。
Even in such a structure, although there is a difference that carriers excited in the waveguide 13 are caused by optical excitation, the functions, effects, and modifications already described for the current type can be applied almost as they are.

例えば、善意23−1.2L2を介して出射する制御光
t、c−1+ Lc−zの強さを等しくしながら対称的
にその光強度を高めて行けば、第2図(C) 、 (D
)と第4図に即して説明したように、レンズ作用が期待
でき、可変焦点の光ビーム収束装置とか可変発散角の光
ビーム放射装置として応用できる。特にこの場合には、
照射すべき制御光LC−1、LC−2は、素子上面に対
する一様照射光であっても良い。
For example, if the light intensities of the control lights t, c-1+Lc-z emitted through the goodwill 23-1.2L2 are made equal and the light intensities are increased symmetrically, the results will be as shown in Fig. 2(C), ( D
) and FIG. 4, a lens effect can be expected, and it can be applied as a variable focus light beam converging device or a variable divergence angle light beam emitting device. Especially in this case,
The control lights LC-1 and LC-2 to be irradiated may be uniform irradiation light onto the upper surface of the element.

これとは逆に、各制御光LC−1+ ’C−2を各個別
にその光強度を変更可能なものとして個別の光学系から
照射すれば、その非対称性、つまりはそれらの光強度の
大きさの比に応じ、第2図(B)と第3図に即して説明
したように、偏向角可変の光ビーム出力装置ないし光ビ
ーム走査装置としての応用が可能となる。
On the contrary, if each control light LC-1+'C-2 is irradiated from an individual optical system with its light intensity individually changeable, the asymmetry of the control lights LC-1+'C-2, that is, the magnitude of their light intensities. Depending on the ratio, it becomes possible to use the device as a light beam output device or a light beam scanning device with a variable deflection angle, as explained with reference to FIGS. 2(B) and 3.

この光励起型実施例の場合にも、第5図に即して説明し
たような考えに則り、各窓部の形状を特殊なパターンに
することで電流励起型におけると同様の各種制御が可能
であり、また、第6図示のように、他の光電気要素との
集積化ないし一体化も当然、可能である。
In the case of this photo-excitation type embodiment, various controls similar to those of the current-excitation type can be performed by making the shape of each window into a special pattern based on the idea explained with reference to Fig. 5. Moreover, as shown in FIG. 6, it is of course possible to integrate or integrate with other opto-electrical elements.

さらに、制御電極部分と制御光導入用窓が併存した形態
を考えると理解されるように、電流励起と光励起の双方
を併用する素子も本発明により提供可能である。
Furthermore, as can be understood by considering the configuration in which the control electrode portion and the window for introducing control light coexist, the present invention can also provide an element that uses both current excitation and optical excitation.

なお、第一実施例の電流励起型においては、電流注入機
構の一部に上下光閉じ込め層を利用してのpn接合を用
いていたが、確かにこれが望ましいものの、必須ではな
い。これらの層が、導波路13に対し、制御電極を介し
て制御電流を注入可能な材質で構成されていれば良い。
In the current excitation type of the first embodiment, a pn junction using upper and lower optical confinement layers is used as part of the current injection mechanism, but although this is certainly desirable, it is not essential. It is sufficient that these layers are made of a material that allows control current to be injected into the waveguide 13 via the control electrode.

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

第1図は本発明の第一実施例として、光の空間変調を制
御電流により制御するように構成した光位相分布制御素
子の概略構成図。 第2図はキャリア励起エネルギ(電流)と印加部位に対
し、導波路中に得られる横方向キャリア分布の相関の説
明図。 第3図は本発明素子を光ビーム偏向装置として利用する
場合に得られる遠視野像を用いた動作説明図。 第4図は本発明素子を可変焦点光ビーム収束装置として
利用する場合の動作説明図。 第5図は制御電極形状を特殊化する場合の例の説明図。 第6図は本発明素子を半導体レーザと結合する場合の説
明図。 第7図は光の空間変調を制御光により制御するように改
変した本発明実施例における光位相分布制御素子の概略
構成図。 である。 図中、IOは全体としての本発明光位相分布制御素子、
11は基板、12は下側光閉じ込め層、13は導波路、
14は上側光閉じ込め層、15は導電層、18は遮光層
、20は制御電極の一極性側を構成する共通電極、2L
、、2L、は制御電極、22−、 、22−2は有効電
極部分、2:LI 、 2L2は制御光照射用の窓、で
ある。 指定代理人 工業技術院 電子技術総合研究所長 第3図 両度(″)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical phase distribution control element configured to control spatial modulation of light using a control current as a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram of the correlation between the carrier excitation energy (current) and the lateral carrier distribution obtained in the waveguide with respect to the application site. FIG. 3 is an explanatory diagram of the operation using a far-field image obtained when the device of the present invention is used as a light beam deflection device. FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation when the device of the present invention is used as a variable focus optical beam focusing device. FIG. 5 is an explanatory diagram of an example in which the control electrode shape is specialized. FIG. 6 is an explanatory diagram when the device of the present invention is combined with a semiconductor laser. FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an optical phase distribution control element in an embodiment of the present invention modified so that spatial modulation of light is controlled by control light. It is. In the figure, IO represents the optical phase distribution control element of the present invention as a whole;
11 is a substrate, 12 is a lower optical confinement layer, 13 is a waveguide,
14 is an upper optical confinement layer, 15 is a conductive layer, 18 is a light shielding layer, 20 is a common electrode constituting the unipolar side of the control electrode, 2L
, , 2L are control electrodes, 22-, , 22-2 are effective electrode portions, 2:LI, 2L2 are windows for control light irradiation. Designated Agent Director, Electronics Technology Research Institute, Agency of Industrial Science and Technology

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)一端面に入射した光を他端面にまで伝搬させて出
射可能な導波路と; 該導波路中、上記光の伝搬領域において、少なくとも該
光の伝搬方向と直交する横方向に沿い、非一様な所定パ
ターンの密度分布のキャリアを生成可能なキャリア密度
分布制御手段と;を有することを特徴とする光位相分布
制御素子。
(1) A waveguide capable of propagating light incident on one end surface to the other end surface and outputting the light; In the waveguide, in the light propagation region, at least along a lateral direction perpendicular to the light propagation direction, An optical phase distribution control element comprising: carrier density distribution control means capable of generating carriers having a non-uniform density distribution in a predetermined pattern.
(2)キャリア密度分布制御手段は、導波路上下を挟む
光閉じ込め層によるpn接合と、該pn接合にオーミッ
ク接触する制御電極とを有することを特徴とする請求項
1に記載の光位相分布制御素子。
(2) Optical phase distribution control according to claim 1, characterized in that the carrier density distribution control means has a pn junction formed by an optical confinement layer sandwiching the upper part of the waveguide, and a control electrode in ohmic contact with the pn junction. element.
(3)キャリア密度分布制御手段は、導波路中に制御光
を導入可能な窓手段を有することを特徴とする請求項1
に記載の光位相分布制御素子。
(3) Claim 1, wherein the carrier density distribution control means has a window means capable of introducing control light into the waveguide.
The optical phase distribution control element described in .
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