JPH03190290A - Frequency detector - Google Patents

Frequency detector

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JPH03190290A
JPH03190290A JP1328454A JP32845489A JPH03190290A JP H03190290 A JPH03190290 A JP H03190290A JP 1328454 A JP1328454 A JP 1328454A JP 32845489 A JP32845489 A JP 32845489A JP H03190290 A JPH03190290 A JP H03190290A
Authority
JP
Japan
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light
frequency
superconductor
semiconductor
frequency detector
Prior art date
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Pending
Application number
JP1328454A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kensuke Ogawa
憲介 小川
Masashi Kawasaki
雅司 川崎
Toshiyuki Usagawa
利幸 宇佐川
Toshio Katsuyama
俊夫 勝山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP1328454A priority Critical patent/JPH03190290A/en
Publication of JPH03190290A publication Critical patent/JPH03190290A/en
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  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable frequency change of a light source to be detected highly efficiently in a very small space by allowing frequency of light to be detected by using the semiconductor/superconductor proximity effect. CONSTITUTION:When white parallel rays 9 are allowed to enter a comb-type cycle structure 4 which is formed with a metal or a dielectric body as a material at a constant angle, the reflected rays differ in terms of wavelength and frequency according to the reflection angle. By using this phenomenon and semiconductor/superconductor proximity effect, light wavelength or light speed are divided by wavelength, thus enabling obtained frequency to be detected. Therefore, frequency change of light source can be detected highly efficiently in a very small space.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[産業上の利用分野] 本発明は、光照射下での電子もしくは正孔の濃度変化に
より、半導体/超伝導体近接効果を制御し、高分解能で
光の周波数を検出する素子に関し、特に光通信ネットワ
ークや光集積回路に用いて好適な超小型低入力動作の周
波数検出器に関する。
[Industrial Application Field] The present invention relates to an element that controls the semiconductor/superconductor proximity effect by changing the concentration of electrons or holes under light irradiation and detects the frequency of light with high resolution. The present invention relates to an ultra-compact, low-input frequency detector suitable for use in communication networks and optical integrated circuits.

【従来の技術】[Conventional technology]

超高速低消費電力の電子集積回路への応用を目指し、半
導体/超伝導体近接効果を利用した超伝導トランジスタ
に関しての研究が盛んに行われている。上記トランジス
タは、半導体中への超伝導クーパー対の波動関数の滲み
だし長を半導体中の電子または正孔の濃度を変化させる
ことで制御することを原理としている。この原理に関し
ては固体物理23巻(19884) 153頁において
詳しく論述されている。 この原理に基づくと、超伝導体にはさまれた半導体中の
電子または正孔の濃度をゲート電圧を印加することによ
り変化させ、半導体両端の超伝導体からの、クーパー対
の波動関数の滲みだし長部分の重なりにより生じる超伝
導トンネル電流を制御し、トランジスタ動作を行うこと
ができる。 このようにして動作する超伝導トランジスタの基本概念
は、ジャーナル オブ アプライド フィジックス(J
、Appl、Phys、)第51巻、 (1980) 
p p 2736−2743に報告され、その後、フィ
ジカル レビュー(Phys。 Rev、)第833巻(1986) p 2042にお
いて動作確認が報告されている。 フィジカル レビュー レター(Phys。 Rev、Lett、)第20巻(1968) p p 
1286−1289においては、ゲート電圧を印加する
代わりに、光照射による電子および正孔注入によって電
子または正孔密度を変化させ超伝導トンネル電流を制御
する試みがなされ、pb/cdS/Pb接合を作製し、
半導体であるCdS層に光照射することにより、超伝導
体pb間のトンネル電流を変化させることに成功したと
の報告がある。
Aiming for application to ultra-high-speed, low-power electronic integrated circuits, research is actively being conducted on superconducting transistors that utilize semiconductor/superconductor proximity effects. The principle of the above-mentioned transistor is to control the leakage length of the wave function of the superconducting Cooper pair into the semiconductor by changing the concentration of electrons or holes in the semiconductor. This principle is discussed in detail in Solid State Physics, Volume 23 (19884), page 153. Based on this principle, the concentration of electrons or holes in a semiconductor sandwiched between superconductors is changed by applying a gate voltage, and the wave function of the Cooper pair is smeared from the superconductor at both ends of the semiconductor. It is possible to control the superconducting tunnel current caused by the overlap of the long portions and perform transistor operation. The basic concept of a superconducting transistor that operates in this way is published in the Journal of Applied Physics (J
, Appl, Phys,) Volume 51, (1980)
p. p. 2736-2743, and the operation confirmation was subsequently reported in Physical Review (Phys. Rev.) Vol. 833 (1986) p. 2042. Physical Review Letters (Phys. Rev, Lett,) Volume 20 (1968) p p
1286-1289, an attempt was made to control the superconducting tunnel current by changing the electron or hole density by injecting electrons and holes by light irradiation instead of applying a gate voltage, and fabricated a pb/cdS/Pb junction. death,
It has been reported that the tunneling current between superconductors PB was successfully changed by irradiating the CdS layer, which is a semiconductor, with light.

【発明が解決しようとする課題】[Problem to be solved by the invention]

上記従来技術は、半導体/超伝導体近接効果をゲート電
圧もしくは光照射により制御しトランジスタ動作を行う
ものである。 半導体/超伝導体近接効果は、超伝導電流の持つ高速性
や無損失という性質を生かして、従来の電子集積回路と
は全く異なる機能を有する素子へも応用の可能性を追及
される必要がある。 本発明の目的は、上記従来技術の範囲内では網羅されて
いなかった、半導体/超伝導体近接効果を用いて光の周
波数を検出するという、新規な周波数検出器を提供する
ことにある。光通信や光集積回路の分野では、単色性の
高いレーザ光源を用いて通信、光変調や論理演算を行う
ことが必要とされる。そのような場合、光源からの波長
、言い替えると周波数が変動することは動作特性に重大
な影響を与える1本発明に基づく素子を用いて、光源の
周波数変化を、高効率かつ微小なスペースで検出できる
The above-mentioned conventional technology performs transistor operation by controlling the semiconductor/superconductor proximity effect by gate voltage or light irradiation. It is necessary to pursue the possibility of applying the semiconductor/superconductor proximity effect to devices with functions completely different from those of conventional electronic integrated circuits, taking advantage of the high-speed and lossless properties of superconducting current. be. An object of the present invention is to provide a novel frequency detector that detects the frequency of light using the semiconductor/superconductor proximity effect, which has not been covered within the scope of the prior art described above. In the fields of optical communications and optical integrated circuits, it is necessary to perform communications, optical modulation, and logical operations using highly monochromatic laser light sources. In such cases, fluctuations in the wavelength, or in other words, frequency, from the light source have a significant impact on the operating characteristics.Using the element based on the present invention, changes in the frequency of the light source can be detected with high efficiency and in a small space. can.

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

本発明の1局面によれば、半導体/超伝導体接合からな
り、線状の超伝導体が周期的に反復された構造を有し、
係る周期的構造とその近傍に平行光を照射するとき、平
行光の入射の上記接合面に対する角度が一義的であり、
上記平行光の照射による半導体中での電子および正孔等
の荷電担体の生成とそれによる超伝導体中のクーパー対
の半導体中への滲み出し長の増加が特定の波長または周
波数の平行光にたいしてのみ共鳴的に生じ、この際に上
記超伝導体の周期的構造に流れる電流を検知することに
より、上記平行光の波長もしくは周波数を知る周波数検
出器が提供される。上記平行光の周波数が半導体の光吸
収端周波数とほぼ等しいか少し高い場合が好ましい。 本発明の限定された局面によれば、前記周波数検出器が
平行光を光ファイバまたはロッドレンズによって導く手
段を有する周波数検出器が提供される。平行光が周期構
造にだいし斜めに入射することが望ましい。 本発明の他の限定された局面によれば、前記周波数検出
器が高温超伝導材料を超伝導体として含む周波数検出器
が提供される。上記検出器は、液体窒素温度以下の温度
で動作させることが好ましい。 本発明の更に他の限定された局面によれば、前記周波数
検出器において超伝導体/半導体界面に他の金属層を少
なくとも一つ有する周波数検出器が提供される。 本発明の他の限定された局面によれば、前記周波数検出
器が半導体表面に形成された段差構造を用いて光ファイ
バまたはレンズを固定し、入射光の位置決めを行う手段
を有する周波数検出器が提供される。上記段差は1mm
程度あることが望ましい。 〔作用] 金属や誘電体などを材料として形成された櫛型周期構造
物に、白色の平行光線をある一定の角度で入射すると、
反射光線は反射角度に応じて波長もしくは周波数が異な
るという現象が見られる。 この現象を用いて、任意の周波数を含む光のスペクトル
を得る装置を作製することができる。 この現象は光の回折に基づいている。この現象と半導体
/超伝導体近接効果を利用して光の波長もしくは光速度
を波長で割り、得られる周波数を検出できる。 第1図を用いて、本発明における周波数検出の原理を説
明する。半導体などの光吸収体上に、超伝導体膜を櫛状
に加工して作った回折格子を設けた素子を作製する。こ
の素子に、第1図(、)(b)の様に、波長λ。、周波
数ν。の単色の平行光線を入射する。この際、入射光の
平行度に注意する必要がある。平行度が悪いと周波数の
分解能が下がるためである。 光吸収体表面の法線から計った入射角度をθとする。今
、入射光が上記回折格子で回折され、光吸収体中へと進
入するためには、各格子上で回折される光の位相差が2
πの整数倍でなければならない。進入角度が上記法線よ
り計ってφである時、その条件は次式の様になる。 d(sinθ−(1/n)sinφ)=N・λ。 ここで、d、n、Nは、各々、回折格子の単位長、光吸
収体の屈折率、および正の整数である。一般にNが1よ
り大きい高次項は非常に弱く、無視してよい。また、超
伝導体の膜厚が入射波長よりも大きければφはほとんど
ゼロである。そこで上式%式% となる。dは素子作製時に決まるから、θとλ。 は一対一に対応し、θを固定すると上式は唯一のλ。に
対してのみ成立する。上式が成立する条件(以下2回折
条件と呼ぶ)で、光吸収体における光強度がゼロではな
くなり、半導体/超伝導体近接効果によってトンネル電
流が流れる。 超伝導回折格子を直流電極と電流計に接続し、このトン
ネル電流を検出することにより回折条件の成立を知るこ
とができる。入射光の周波数、即ち上式における波長λ
。が変動していると、検出電流が著しく変動する。これ
を利用して波長の変化を知ることができる。第1図(c
)に、入射周波数を変化した時の電流応答を示す。素子
の回折条件をヤ。が半導体レーザの周波数に一致するよ
うに設定しておき、半導体レーザの電流を微小変化させ
て周波数を変化させたものである。Δνは素子の周波数
分解能を示す。1.5μmの波長即ち2X105GHz
の光源に対して、θを20度とすると、dは4.4μm
程度になる。検出電圧を増幅し他の半導体レーザを駆動
することも出来る。この場合、周波数変動を光強度の変
動としてモニターできる。 【実施例1 以下実施例により本発明の詳細な説明する。 実施例1 第1図(a)(b)の様に、基板1としてInPを用い
、光吸収体2としてIn。4□SGa、’□5A s、
 、’ pH’3層をMBE (分子線エピタキシー)
法により2μmの厚みまで成長させる。次いで、3μm
厚のNb膜を光吸収体2上に、スパッタリング法により
成長する。電子ビーム露光とドライエツチングを用いて
、超伝導体層を、500本の細線状部3を含む回折格子
部4および電極部5に加工する。電極部5にAu 14
を300nm形成する。 発振波長1.5μm即ち2X10sGHzの周波数の光
を放出する半導体レーザからの光を光ファイバ6により
取り出す。取り出し光7をロッドレンズ8により平行光
9とし、回折格子部4に照射する。回折格子の単位周期
長dは4.39μm、入射角θは20度であり、周波数
2 X10’GHzの光に回折条件が合う様にしている
。細線状部30幅は2.5μmである。液体ヘリウム温
度で、この光を照射することによって、光吸収体2中に
電子および正孔12が生成され、回折格子部4を形成す
る超伝導体間にトンネル電流が流れる。 電極部5間を直流電源10および電流計11と接続し、
この電流を検出する。半導体レーザに注入する電流を変
化させ、入射光の周波数を変化させたところ、第1図(
C)に示すような結果が得られた。9.は2X105G
Hz、Δヤは500GHzであり、周波数分解能は50
0 G Hz、Δv/ ’sr 0は0.25%である
。電流の最大値は100μAである。今後、微細加工技
術が進歩するにつれ、周波数分解能をさらに向上するこ
とができ、Δv/ v、を0.01%程度にすることが
可能である。 本実施例では、InP系の化合物半導体を材料としたも
のについて示したが、基板1に半絶縁性G a A s
、光吸収体2にG a A s層を用いても同様な素子
を実現できる。この場合、入射光の波長および周波数は
、850nm、3.5X105GHzとなる。以下の実
施例では、特定の材料によるものを示すが、ここでのコ
メントは同様にあてはまる。 実施例2 本実施例では、第2図のように細線状部27の超伝導材
料として、高温超伝導体YBC○膜26を用いて回折格
子部28を作製した。実施例1と同様に、基板21にI
nPを用い、光吸収体22には2μm厚のI n、’□
sGa、番2 S A S 0番p 、43層をMBE
法により作製した。その上に、バッファ金属として、W
Si23を3Qnm、Mo24を30層m、さらにAu
25を80層mスパッタ法で成長し、実施例1と同様の
素子を作製する。液体窒素温度での特性は、実施例1と
同様である。 実施例3 本実施例では、入射光の角度を正確に設定するために、
第3図のようにメサ型にエツチングされた側壁36にロ
ッドレンズ35が接するような形で設置した。側壁の高
さは1 m mである。InP基板31をメサ型に加工
しその上に、0.5μmのInPバッファ層32および
2μm厚のI n O’75 G a a’zs A 
S a’、Pl、41層33をMBE法により作製し、
超伝導材料としてNb膜を用いたものを使用して回折格
子34を構成した。液体へリウム温度での特性は、実施
例1と同様である。 実施例4 第4図(、)に示すように、先導波路42を伝搬する信
号光47の一部を検出光48として取り出し、先導波路
43を伝搬させる。光導波路43の端面には、周波数検
出のための超伝導回折格子が設けられている。第4図(
a)は、素子を上方より眺めた図である。超伝導細線4
6の幅は2.5μm、超伝導細線46と光吸収体44か
らなる回折格子の一周期長は、実施例1と同じ<4.3
9μmであり、入射角度は20度で、1.5μmの波長
即ち2X10sGHzの光に回折条件が合うようになっ
ている。InP基板41上にIn、’。 G a o’5 A S II’s P 1)’5層を
成長し、通常のリソグラフィーとエツチング技術を用い
て加工し、光導波路42.43を形成する。先導波路4
2は厚み幅とも2μmである。一方、先導波路43の厚
みおよび幅は2μmおよび10μmである。次いで、N
b膜をスパッタリングにより基板上に作製し、電子ビー
ム露光とドライエツチングを用いて第4図に示した形状
に加工する。光吸収体44として、I n。’7.G 
aO’□、A sO’、 PO’、層をMBE法により
2μmの厚みまで成長させ、エツチング加工で図のよう
な形状に加工する。電極45用として、Auを30nm
形成する。第4図(b)は上記回折格子の部分を斜め上
から見た図を示す。半導体レーザからの1.5μmの波
長即ち2X10’GHzの光を入射し、注入電流変化に
より周波数を変化させたところ、液体ヘリウム温度で実
施例1と同様の結果を得た。 実施例5 実施例1の素子を用いて周波数変化を光強度変化で取り
出すための素子を構成した。 第5図(a)の様に、周波数2X10’GHzの光を光
ファイバ51で光増幅器53に導き、増幅された光を光
ファイバ52を通してロッドレンズ54に入射し、平行
光55にした後、周波数検出器50に入射する。周波数
検出器50に直流電源56と抵抗57を接続し、抵抗5
7における電圧変化分を増幅器58を通して増幅し他の
半導体レーザ59の駆動電圧として供給する。出力光6
0の強度を測定しながら入射光の周波数を変化させると
、第5図(b)に示す強度スペクトルを得る。最大強度
は10mWである。他の特性は実施例1と同様である。 [発明の効果1 本発明によれば、半導体/超伝導近接効果を用いて光の
周波数を検出することができる。
According to one aspect of the present invention, the semiconductor/superconductor junction has a structure in which linear superconductors are periodically repeated;
When irradiating such a periodic structure and its vicinity with parallel light, the angle of incidence of the parallel light with respect to the bonded surface is unique;
The generation of charge carriers such as electrons and holes in the semiconductor due to the irradiation of parallel light and the resulting increase in the length of the Cooper pairs in the superconductor seeping into the semiconductor are caused by the irradiation of parallel light of a specific wavelength or frequency. A frequency detector is provided which can detect the wavelength or frequency of the parallel light by detecting the current flowing through the periodic structure of the superconductor. It is preferable that the frequency of the parallel light is approximately equal to or slightly higher than the optical absorption edge frequency of the semiconductor. According to a limited aspect of the invention, there is provided a frequency detector, said frequency detector having means for directing collimated light by means of an optical fiber or a rod lens. It is desirable that the parallel light be incident on the periodic structure more or less obliquely. According to another limited aspect of the invention, a frequency detector is provided, the frequency detector comprising a high temperature superconducting material as a superconductor. Preferably, the detector is operated at a temperature below liquid nitrogen temperature. According to yet another limited aspect of the invention, there is provided a frequency detector having at least one other metal layer at the superconductor/semiconductor interface in the frequency detector. According to another limited aspect of the present invention, the frequency detector has means for positioning incident light by fixing an optical fiber or lens using a step structure formed on a semiconductor surface. provided. The above step is 1mm
A certain degree is desirable. [Operation] When a white parallel light beam is incident at a certain angle on a comb-shaped periodic structure made of metal or dielectric material,
A phenomenon is observed in which the wavelength or frequency of reflected light rays differs depending on the reflection angle. Using this phenomenon, it is possible to create a device that obtains the spectrum of light including any frequency. This phenomenon is based on light diffraction. Using this phenomenon and the semiconductor/superconductor proximity effect, it is possible to divide the wavelength of light or the speed of light by the wavelength and detect the resulting frequency. The principle of frequency detection in the present invention will be explained using FIG. An element is fabricated in which a diffraction grating made by processing a superconductor film into a comb shape is provided on a light absorber such as a semiconductor. In this element, as shown in FIG. 1(,)(b), a wavelength λ is applied. , frequency ν. A monochromatic parallel ray of light is incident. At this time, it is necessary to pay attention to the parallelism of the incident light. This is because poor parallelism reduces frequency resolution. Let θ be the angle of incidence measured from the normal to the surface of the light absorber. Now, in order for the incident light to be diffracted by the above-mentioned diffraction grating and enter the light absorber, the phase difference of the light diffracted on each grating must be 2.
Must be an integer multiple of π. When the approach angle is φ measured from the above normal line, the condition is as follows. d(sinθ−(1/n)sinφ)=N·λ. Here, d, n, and N are the unit length of the diffraction grating, the refractive index of the light absorber, and a positive integer, respectively. Generally, higher-order terms with N greater than 1 are very weak and can be ignored. Furthermore, if the thickness of the superconductor is larger than the incident wavelength, φ is almost zero. Therefore, the above formula % formula % is obtained. Since d is determined at the time of device fabrication, θ and λ. have a one-to-one correspondence, and if θ is fixed, the above equation is the only λ. Holds true only for. Under conditions where the above equation holds true (hereinafter referred to as 2-diffraction conditions), the light intensity in the light absorber is no longer zero, and a tunnel current flows due to the semiconductor/superconductor proximity effect. By connecting a superconducting diffraction grating to a DC electrode and an ammeter and detecting this tunnel current, it is possible to know whether the diffraction conditions are met. The frequency of the incident light, i.e. the wavelength λ in the above equation
. If the current is fluctuating, the detected current will fluctuate significantly. This can be used to determine changes in wavelength. Figure 1 (c
) shows the current response when the incident frequency is changed. Check the diffraction conditions of the element. is set to match the frequency of the semiconductor laser, and the frequency is changed by slightly changing the current of the semiconductor laser. Δν indicates the frequency resolution of the element. 1.5μm wavelength i.e. 2X105GHz
For the light source, if θ is 20 degrees, d is 4.4 μm
It will be about. It is also possible to amplify the detection voltage and drive other semiconductor lasers. In this case, frequency fluctuations can be monitored as changes in light intensity. [Example 1] The present invention will be explained in detail with reference to Examples below. Example 1 As shown in FIGS. 1(a) and 1(b), the substrate 1 was made of InP, and the light absorber 2 was made of In. 4□SGa,'□5A s,
, 'pH'3 layer MBE (molecular beam epitaxy)
The film is grown to a thickness of 2 μm using the method. Then, 3μm
A thick Nb film is grown on the light absorber 2 by sputtering. The superconductor layer is processed into a diffraction grating section 4 including 500 thin wire sections 3 and an electrode section 5 using electron beam exposure and dry etching. Au 14 on the electrode part 5
is formed to a thickness of 300 nm. Light from a semiconductor laser that emits light with an oscillation wavelength of 1.5 μm, that is, a frequency of 2×10 sGHz, is extracted through an optical fiber 6. The extracted light 7 is converted into parallel light 9 by a rod lens 8 and is irradiated onto the diffraction grating section 4 . The unit period length d of the diffraction grating is 4.39 μm, the incident angle θ is 20 degrees, and the diffraction conditions are made to match light with a frequency of 2×10' GHz. The width of the thin line portion 30 is 2.5 μm. By irradiating this light at liquid helium temperature, electrons and holes 12 are generated in the light absorber 2, and a tunnel current flows between the superconductors forming the diffraction grating section 4. Connecting between the electrode parts 5 with a DC power supply 10 and an ammeter 11,
Detect this current. By changing the current injected into the semiconductor laser and changing the frequency of the incident light, the results shown in Figure 1 (
The results shown in C) were obtained. 9. is 2X105G
Hz, ΔY is 500 GHz, and the frequency resolution is 50
0 GHz, Δv/'sr 0 is 0.25%. The maximum value of the current is 100 μA. As microfabrication technology advances in the future, it will be possible to further improve the frequency resolution, and it will be possible to reduce Δv/v to about 0.01%. In this example, an InP-based compound semiconductor is used as the material, but the substrate 1 is made of semi-insulating GaAs.
A similar device can also be realized by using a GaAs layer for the light absorber 2. In this case, the wavelength and frequency of the incident light are 850 nm and 3.5×10 5 GHz. Although the examples below refer to specific materials, the comments here apply equally. Example 2 In this example, as shown in FIG. 2, a diffraction grating portion 28 was fabricated using a high temperature superconductor YBC◯ film 26 as the superconducting material of the thin wire portion 27. As in Example 1, I was applied to the substrate 21.
nP is used, and the light absorber 22 has a thickness of 2 μm.
sGa, No. 2 S A S No. 0 p, 43rd layer MBE
It was produced by the method. On top of that, as a buffer metal, W
3Qnm of Si23, 30m of Mo24, and further Au
A device similar to that of Example 1 was produced by growing 80 layers of No. 25 by sputtering. The characteristics at liquid nitrogen temperature are the same as in Example 1. Example 3 In this example, in order to accurately set the angle of incident light,
As shown in FIG. 3, the rod lens 35 was installed so as to be in contact with a side wall 36 etched into a mesa shape. The height of the side walls is 1 mm. An InP substrate 31 is processed into a mesa shape, and a 0.5 μm InP buffer layer 32 and a 2 μm thick InP buffer layer 32 and a 2 μm thick InP buffer layer 32 are formed thereon.
A S a', Pl, 41 layer 33 is produced by MBE method,
The diffraction grating 34 was constructed using a Nb film as a superconducting material. The characteristics at liquid helium temperature are the same as in Example 1. Embodiment 4 As shown in FIG. 4(, ), a part of the signal light 47 propagating through the leading wavepath 42 is taken out as detection light 48 and propagated through the leading wavepath 43. A superconducting diffraction grating for frequency detection is provided on the end face of the optical waveguide 43. Figure 4 (
a) is a view of the device viewed from above; Superconducting thin wire 4
6 has a width of 2.5 μm, and the length of one period of the diffraction grating composed of the superconducting thin wire 46 and the light absorber 44 is <4.3, which is the same as in Example 1.
9 μm, the incident angle is 20 degrees, and the diffraction conditions are suitable for light with a wavelength of 1.5 μm, that is, 2×10 sGHz. In,' on the InP substrate 41. G ao'5 AS II's P 1)'5 layer is grown and processed using conventional lithography and etching techniques to form optical waveguides 42,43. Leading wave path 4
2 has a thickness and width of 2 μm. On the other hand, the thickness and width of the leading waveguide 43 are 2 μm and 10 μm. Then, N
A film b is formed on a substrate by sputtering, and processed into the shape shown in FIG. 4 using electron beam exposure and dry etching. As the light absorber 44, In. '7. G
The aO'□, A sO', and PO' layers are grown to a thickness of 2 μm by MBE and etched into the shape shown in the figure. For the electrode 45, 30 nm of Au
Form. FIG. 4(b) shows a view of the above-mentioned diffraction grating section viewed obliquely from above. When light with a wavelength of 1.5 μm, ie, 2×10′ GHz, from a semiconductor laser was incident, and the frequency was varied by changing the injection current, results similar to those of Example 1 were obtained at the liquid helium temperature. Example 5 Using the element of Example 1, an element for extracting frequency changes by changes in light intensity was constructed. As shown in FIG. 5(a), light with a frequency of 2 x 10' GHz is guided through an optical fiber 51 to an optical amplifier 53, and the amplified light is incident on a rod lens 54 through an optical fiber 52 to become parallel light 55. incident on the frequency detector 50. A DC power supply 56 and a resistor 57 are connected to the frequency detector 50, and the resistor 5
7 is amplified through an amplifier 58 and supplied as a driving voltage for another semiconductor laser 59. Output light 6
By changing the frequency of the incident light while measuring the zero intensity, the intensity spectrum shown in FIG. 5(b) is obtained. The maximum intensity is 10 mW. Other characteristics are the same as in Example 1. [Effect of the Invention 1 According to the present invention, the frequency of light can be detected using the semiconductor/superconducting proximity effect.

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

第1図(a)は本発明の一実施例の周波数検出器の斜視
図、同図(b)は上記検出器の要部側断面図、同図(c
)は上記検出器の動作特性を示す電流スペクトル図、第
2図(a)は本発明の他の実施例検出器の検出素子部の
断面図、同図(b)は上記素子の要部拡大断面図、第3
図は本発明のさらに他の実施例の検出器素子部の断面図
、第4図(a)は本発明のさらに他の実施例の検出器素
子部の上面図、同図(b)はその要部斜視図、第5図(
a)は本発明のさらに他の実施例の周波数検出器の概略
構成図、同図(b)は上記実施例の検出器の周波数特性
図である。 符号の説明 1・・・基板、2・・・光吸収体、3・・・細線状部、
4・・・回折格子部、5・・・電極部、6・・・光ファ
イバ、7・・・取り出し光、8・・・ロッドレンズ、9
・・・平行光、10・・・直流電源、11・・・電流計
、12・・・電子および正孔、13・・・光吸収体2の
表面に対する法線、14・・・Au、21・・・基板、
22・・光吸収体、23.24.25・・・バッファ金
属、26・・・YBCO127・・・細線状部、28・
・・回折格子部、31・・・基板、32・・・バッファ
層、33・・・光吸収体、34・・・回折格子、35・
・・ロッドレンズ、36・・メサ型にエツチングされた
側壁、41・・・基板、42.43・・・光導波路、4
4・・・光吸収体、45・・・Au、46・・・超伝導
細線、47・・・信号光、48・・・検出光、50・・
・周波数検出素子、51.52・・・光ファイバ、53
・・・光増幅器、54・・・ロッドレンズ、55・・・
平行光、56・・・直流電源、57・・・抵抗、58・
・・増幅器。
FIG. 1(a) is a perspective view of a frequency detector according to an embodiment of the present invention, FIG. 1(b) is a side sectional view of the main part of the detector, and FIG.
) is a current spectrum diagram showing the operating characteristics of the above detector, FIG. Cross section, 3rd
4(a) is a top view of the detector element portion of still another embodiment of the present invention, and FIG. 4(b) is a sectional view of the detector element portion of still another embodiment of the present invention. Perspective view of main parts, Figure 5 (
FIG. 3A is a schematic configuration diagram of a frequency detector according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a frequency characteristic diagram of the detector according to the above embodiment. Explanation of symbols 1...Substrate, 2...Light absorber, 3...Thin line part,
4... Diffraction grating section, 5... Electrode section, 6... Optical fiber, 7... Extraction light, 8... Rod lens, 9
... Parallel light, 10 ... DC power supply, 11 ... Ammeter, 12 ... Electrons and holes, 13 ... Normal to the surface of light absorber 2, 14 ... Au, 21 ···substrate,
22...Light absorber, 23.24.25...Buffer metal, 26...YBCO127...Thin line part, 28...
... Diffraction grating portion, 31... Substrate, 32... Buffer layer, 33... Light absorber, 34... Diffraction grating, 35...
...Rod lens, 36...Mesa-shaped etched side wall, 41...Substrate, 42.43...Optical waveguide, 4
4... Light absorber, 45... Au, 46... Superconducting thin wire, 47... Signal light, 48... Detection light, 50...
・Frequency detection element, 51.52... Optical fiber, 53
... Optical amplifier, 54 ... Rod lens, 55 ...
Parallel light, 56... DC power supply, 57... Resistance, 58.
··amplifier.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半導体/超伝導体接合からなり、線状の超伝導体が
周期的に反復された構造を有し、係る周期的構造とその
近傍に平行光を照射するとき、平行光の入射の上記接合
面に対する角度が一義的であり、上記平行光の照射によ
る半導体中での電子および正孔等の荷電担体の生成とそ
れによる超伝導体中のクーパー対の半導体中への滲み出
し長の増加が特定の波長または周波数の平行光にたいし
てのみ共鳴的に生じ、この際に上記超伝導体の周期的構
造に流れる電流を検知することにより、上記平行光の波
長もしくは周波数を知る周波数検出器。 2、上記平行光が、光ファイバまたはロッドレンズによ
って導かれる請求項1記載の周波数検出器。 3、上記超伝導体が高温超伝導材料からなる請求項1記
載の周波数検出器。 4、上記超伝導体/半導体界面に他の金属層を少なくと
も一つ有する請求項3記載の周波数検出器。 5、周期的に反復された半導体/超伝導体接合を有し、
光−電気変換を行う周波数検出器。 6、超伝導体を材料とする回折格子からなる周波数検出
器。 7、上記超伝導体を材料とする回折格子が半導体表面上
に形成されたことを特徴とする請求項6記載の周波数検
出器。 8、半導体表面に形成された段差構造を用いて光ファイ
バまたはレンズを固定し、入射光の位置決めを行う請求
項1記載の周波数検出器。 9、半導体面上に形成された分岐型光導波路を有し、光
導波路を伝わる光の一部を取り出し、その光の波長また
は周波数を検知する請求項1記載の周波数検出器。 10、半導体/超伝導体接合からなる周期構造が光導波
路端面に接続されている請求項9記載の周波数検出器。 11、周波数検出時に生ずる電流または電圧を用いて、
他の光源を駆動し、入射光の波長または周波数を上記他
光源の出射光の強度として検知する請求項1もしくは9
記載の周波数検出器。 12、超伝導体からなる周期構造を有し、ある光の周波
数を他の光の強度として読み取る周波数検出器。
[Claims] 1. A semiconductor/superconductor junction having a structure in which linear superconductors are periodically repeated, and when the periodic structure and its vicinity are irradiated with parallel light, The angle of incidence of the parallel light with respect to the junction surface is unique, and the generation of charge carriers such as electrons and holes in the semiconductor by the irradiation of the parallel light and the resulting transfer of Cooper pairs in the superconductor into the semiconductor. An increase in the seepage length occurs resonantly only for parallel light of a specific wavelength or frequency, and at this time, by detecting the current flowing through the periodic structure of the superconductor, the wavelength or frequency of the parallel light can be changed. Frequency detector to know. 2. The frequency detector according to claim 1, wherein the parallel light is guided by an optical fiber or a rod lens. 3. The frequency detector according to claim 1, wherein the superconductor is made of a high temperature superconducting material. 4. The frequency detector according to claim 3, further comprising at least one other metal layer at the superconductor/semiconductor interface. 5. having periodically repeated semiconductor/superconductor junctions;
A frequency detector that performs optical-to-electrical conversion. 6. Frequency detector consisting of a diffraction grating made of superconductor. 7. The frequency detector according to claim 6, wherein the diffraction grating made of the superconductor is formed on the surface of the semiconductor. 8. The frequency detector according to claim 1, wherein the optical fiber or lens is fixed using a stepped structure formed on the semiconductor surface to position the incident light. 9. The frequency detector according to claim 1, which has a branched optical waveguide formed on the semiconductor surface, extracts a part of the light traveling through the optical waveguide, and detects the wavelength or frequency of the light. 10. The frequency detector according to claim 9, wherein the periodic structure made of a semiconductor/superconductor junction is connected to the end face of the optical waveguide. 11. Using the current or voltage generated during frequency detection,
Claim 1 or 9, further comprising driving another light source and detecting the wavelength or frequency of the incident light as the intensity of the light emitted from the other light source.
Frequency detector as described. 12. A frequency detector that has a periodic structure made of superconductor and reads the frequency of one light as the intensity of another light.
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