JPH03501065A - 電気光学的導波路デバイス - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 電気光学的導波路デバイス 本発明は、光ビームの案内（ｏｐｔｉｃａｌ　ｂｅａｗｈ　ｓｔｅｅｒｉｎｇ） に特に適した種類の電気光学的導波路デバイスに係る。

電気機械的運動に基づく光ビームの案内デバイスは当業界で公知である。代表的 な装置は、を流駆動される移動コイルに装着されたミラーを含む、電気機械的シ ステムは本来的に、約１ｋＨｚまでの低応答周波数に限定されている。

音響光学的な光ビームの案内デバイスも公知であり、例えば、５ｕｈａｒ３　Ｎ ｏｚａｋｉ及びＮ１５ｈｉｂａｒａがＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ■ ｔｈ　Ｅｕｒｏｐｅａｎ　ＣｏｎＥｅｒｅｎａｅ　ｏｎ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ 　０ｐｔｉｃｓに発表したものがある。該デバイスは、櫛形音響変換器と光萬東 性回折格子結合器とを上面に備えたＴｉドープＬｉＮｂ０ｚから成る光導波路を 含む、格子結合器は凹面状であり、光出力を集束せしめる変動性（ｃｈｉｒｐｅ ｄ）空間周波数を有する。無線周波（ＲＦ）信号が変換器に与えられ、該変換器 が導波路内で光の伝播方向に対して横方向の表面超音波を発生させる。

音波は導波路の屈折率を変調し、光伝播と相互作用する。

格子結合器の出力焦点は、変換器に与えられたＲＦ信号の周波数掃引によってラ スクスキャンされるかまたはビーム案内される。偏向角は周波数にほぼ比例する 。変換器は中心周波数的５００ＭＨｚ及びバンド幅３３０ＭＩ’ｌｚを有する。

このビーム案内デバイスは光分解能が極めて高い、しかしながら、出力ビームの 最大案内速度は、変換器からでた音波の導波路内での伝播速度に依存し、約ＩＮ ）Ｉｚである。更に、周波数掃引されるＲＦ信号源はコスト高であり、またディ ジタル電子回路部品とのインタフェースをとるのが難しい、ディジタル信号に応 じたビームの位置決めを達成するためには、信号を音響変換器のバンド幅内部の ＲＦ周波数に変換する回路部品を配備することが必要であろう。

電気光学的ビーム案内デバイスは、Ｒ６＾、　Ｍｅｙｅｒによって八ｐｐｌｉｅ ｄ　０ｐｔｉｃｓ、　Ｖｏｌ、　１１．　ｐｐ６１３〜６１６．　Ｍａｒｃｈ　 ｔ９７２に記載されている。該デバイスは、厚さ０．１ｍ鱗、幅２３ｍｍ及び長 さ１５ｅｍの矩形ブロックの形状のＬｉＴａ０．結晶から成る。結晶の２３＋＊ ｍＸ　１５＋ｓ＋ｅの面は、各々が幅０．２ｍｍを有し中心間距離０．５ｍｍの 平行な４６個の電極を担持している。電極の長手方向は結晶の長手方向に平行で ある。平行光が２３ｍｍＸ０．１＋＊ｍの結晶面に入力され電極の長手方向に平 行に伝播する。結晶は電気光学的特性を有し、従ってその屈折率は電極電圧の関 数である。結晶からの光出力の光学相も電極電圧に従って可変である。電極の中 心直下の結晶領域からの光出力は、電極電圧に依存する。電極の縁端及び電極間 領域で電界が不均一なので、結晶の対応する部分で伝播する先は不均一に位相変 ｆｌｓＩされその偏光状態が変化する。ｔＮ下方の中央領域に光出力を限定する ために結晶がマスクで遮蔽されている。マスクは、１００μに平方の開孔群の直 線状アＬ、　イを有する９ Ｍｅｙｅｒは、彼の装置のビ・−ム案内性能について入手し易い情報を提供して いないが、訊装置は約０，２°にわたってビームを案内し得ると考えられる。ビ ーム案内の範囲は、格子ローブ間の間隔によって設定される。これらの格子ロー ブは、１つのエレメントまたはマスクの開孔だけから生じた回折像の主要ローブ 内部の個々の回折極大である、角度的なビーム案内範囲が小さいことが欠点であ る。有効な程度のビーム位置の線形シフトを得るためには、受光面がデバイスか らかなりの距離に配置される必要がある。更に、デバイスの寸法が長さ数ｃｍに 及ぶという欠点がある、即ち、デバイスが嵩張った光学素子を構成する。これは 、集積技術による製造、または別の電気光学的デバイス及び集積回路を備えた単 一半導体ウェーハに組み込むために適当でない。

ビームの案内用の電気光学的導波路デバイスは欧州特許出願筒０．１．３０，８ ５９号（ＥＰ＾０１３０８５９）及び英国特許第１，５９２゜０５０号（［；Ｂ 　１５９２０５０）に記載されている。これらの特許の各々は、電気光学的材料 ブロック中での個別光導性路のアレイの形成を記載している。導波路は夫々の電 極を備える。

ブロックの電気光学的特性によって、電圧変化が導波路の屈折率の変化及び光路 長の変化を生ｌ二させるので、各導波路から放出される光の光学的位相は電極電 圧によって制御される。導波路の出力は、互いに調整自在な相対位相を有するコ ヒーレント光の光源アレイを構成し、一連の回折開口群として作用する。従って これらの出力は回折格子と同様の遠視野回折像を与える。像は、個々のビームを オーバーラツプさせる十分に大きい導波路出力から十分に離間した領域に形成さ れる。

ＥＰ＾０１３０８５９は可視領域及び近赤外領域で動作するようにニオブ酸リチ ウムにチタンを拡散させた導波路アレイの形成を提案している。　Ｇａ、＾１ｔ −ｘ＾Ｓの使用にも言及している。

１つの共通電極を形成するブロック内に導波路を拡散させる。各導波路は夫々に 重合する夫々の第２電極を有する。

約１００個り９１〜１０１）の導波路を設け、各導波路を対応する第２電極より 長くすることが提案されている。（導波路／電８ｉ）相互作用長さは４０ｍｍで あり、電極制御電圧は±５０Ｖであろう、この文献の第１図がほぼ案分比例で作 成されていると仮定すると、長さ９０ｍｍ以上の導波路が１７＋ｎ＋ｎ以上ずつ 離間している。従って、１００個の導波路のアレイは幅１７００ｍｍ以上になり 、これは１−をはるかに上回る。これらのパラメータは、引用されているただ１ つの寸法要因である電極長さに比例する割合にに計算されている。遠視野回折像 はこの種の導波路アレイの幅の１０倍〜１００倍の範囲の最小距離に形成される と考えてよい、この距離は個々の導波路の寸法に応じて異なる。従って、確認で きる限りでは、ＥＰ＾０１３０８５９はメートルのオーダの長さをもち数十メー トルの遠方に遠視野回折像を形成するＧａＡｌＡｓデバイスを開示していると考 えられる。これは電気光学的集積回路の製造に使用するためにはあまりにも大き い、従来の半導体のリソグラフィー加工と適合できるように、電気光学的半導体 デバイスは典型的半導体ウェーハの直径である１００ｗｌ以下の長さを有してい なければならない、更に、光源及びアレイ出力デテクタのごときその他の構成素 子と共に導波路がウェーハに集積される必要があるときは、アレイとその遠視野 回折像との双方がウェーハの寸法以内に維持されなければならない。

ＥＰ＾０１３０８５９のデバイスは寸法があまりにも大きいので、実用化が全く 不可能であることは明らかであろう。

ＧＢ　１５９２０５０は、ニオブ酸リチウムにチタンを拡散させることによって 形成された電気光学的導波路アレイを開示している。アレイは、各々が長さ１８ ｍｍで幅８μ論の光学的に不連続な１２個の導波路を有し、これらの導波路が中 心間距離即ちピッチ４０μ輪で配置されたものである。隣合う導波路の間、即ち アレイの平面内にバイアス電極が配置されている。

動作特性値は示されていない、しかしながら、計算値によれば、空気中では波長 １．０６μ輪の遠視野回折像はデバイスの端部から１０ｃ１１の距離に適切に形 成されない、この距離は屈折率にほぼ比例し、従って屈折率ｎの材料中ではｎ倍 になる。

デバイスに対する光の入出力にはプリズムが使用される。

従ってデバイスは、集積光学器械には適当でない嵩高い光学素子を組み込んでい ることになる。　ＧＢ　１５９２０５０は、導波路アレイの形成にＧａＡｓを使 用する可能性に言及している。

しかしながら、ＧａＡｓデバイスの物理的寸法の問題には言及していない、公知 のごとく、ニオブ酸リチウム中の単位電界あたりの屈折率変化は［；ａＡｓ中よ りも１０倍も大きい、従つて、同様のビーム案内特性を得るためには、ＧＢ　１ ５９２０５０に従って作製されたＧａＡｓデバイスは長さ約２０ｅ−の導波路、 即ち、従来のＣａＡｓ半導体ウェーへの２倍の寸法の導波路を必要とするであろ う、　ＧａＡｓ媒質中の遠視野回折像は導波路末端から３０ｃ＋ｓ以上も離間し ているであろう、デバイスを偏向ビームデテクタのごときその他の構成素子と集 積するには直径５０ｃｍ以上の半導体ウェーハが必要であろうが、これは従来の ウェーハの５倍の直径及び２５倍の面積に対応する。

にＢ　１５９２０５０は動作波長を引用していないが、ニオブ酸リチウムは可視 領域及び近赤外領域に適していると考えられる？例えばＥＰ＾０１３０８５９参 照）、これは自由空間の最大動作波長的１μ−を意味する。従って、引用された デバイスの寸法は、幅少なくとも８λで中心間距離少なくとも４０λ［λは自由 空間動作波長コの導波路に対応する。可視域の中央で、これらのパラメータは夫 々１６λ及び８０λであろう、導波路の間隔は、隣合う導波路の間に光の相互作 用が存在しないように設計される必要がいる。即ち導波路が光学的に不連続でな ければならない、デバイスはナノ秒のオーダのスイッチング速度を有し、これら は動作周波数が数１００ＭＢｚのオーダであることを意味する。動作波長１．０ ６μ閣で計算するとデバイスは隣合う回折極大間に約１°の離間角を生じる。従 って曖昧性をなくす必要があるときはこのデバイスのビーム走査能力は上記角度 に限定される。

ＥＰＡ　０１３０８５９及びＧＯ１５９２０５０は光伝播方向に垂直な電界の不 均一の問題を抱える。双方ともブロック内に拡散によって形成された導波路を使 用しており、前者はブロックを１つの電極として使用し、重なり合う平坦金属を 他方の電極として使用している。後者は、電界が出現するブロック表面で各導波 路の両側に設けられた電極を開示している。従って、電界はブロック内の深さに 伴って減少する。これらの電極構造はいずれも、電気光学的に誘導された位相変 化を均一にするために必要な均一電界を導波路内で生じさせることができないと 考えられる。

本発明の目的は上記に代替できる形態の電気光学的導波路デバイスを提供するこ とである。

本発明は、電気光学的材料から成る電気的にバイアス可能な導波路アレイを含む 種類の電気光学的導波路デバイスを提供する０本発明デバイスの特徴は、（ａ） デバイスが多層構造であり、低屈折率を有する２つの光閉じ込め層の間にサンド イッチされた導波路コア層を含（ｂ）導波路コア層はダイオード構造の一部であ り、閉じ込め層を介して印加される逆バイアス下に荷電キャリアの空乏層を形成 し、 （ｅ）アレイの個々の導波路を形成するために導波路のコア層の少なくとも一部 に伸びる溝が設けられており、該講は隣合う導波路の間の光結合を阻止するため に導波路コア層の屈折率を少なくとも１．５下回る屈折率を有する媒質を収容し 、ており、 （ｄ）導波路は不要な空間モードの出力を阻止するように配列されている、こと である。

本発明の利点は、従来技術に比較して極めて小型化されていること及び性能が改 良されていることである０層状ダイオード構造を有するので、電圧降下が導波路 のコア層に集中する。このため、所与のバイアス電圧に対する各導波路内の電界 効果が極度に増進される。その結果として、所与の電圧に対してはるかに短い導 波路で所与の光移相が得られる。更に、電界効果が極めて均一であり導波路コア 層の厚さ方向に案内される。このため、導波路の断面における電気光学的位相変 化の偏差が生じない、溝に収容された媒質は、各導波路の近傍でかなりの屈折率 変化を与えるので、導波路の間に広い間隙の維持を要せずに高度な光学的分離を 与える。従って、屈折率変化が０．１未満の従来技術よりも密集して導波路を実 装し得る。従ってデバイス全体が極めて小型化される０本発明は、幅５λで中心 量比１ｉ２０λ未満［但し、λは自由空間動作波長］の導波路を組み込むことが 可能である。後述する本発明の１つの実施例は、幅１λで中心間距離３λで長さ １．８ｍｍの電気屈折性導波路を備えたＧａＡｓ導波路コア層を組み込んでおり 、λ＝１．０６μ論で動作する。このデバイスは空気中で０．５＋ＩＩｍ未満ま たはＧａＡｓ媒質中で１．８輪−未満の範囲に完全形の遠視野回折像を形成する 。この実施例及びその遠視野回折像は従来技術と違って、従来の半導体ウェーハ 上にその他の構成素子と共に容易に集積され得る。更に、導波路電圧２０Ｖの範 囲では２０°までにわたり曖昧性の無いビーム案内を示す、これは従来技術に比 較して１桁以上の改良に相当する。計算によれば、このデバイスはＩＧＨｚを十 分に上回る速度のビーム案内が可能である。

好ましい実施例では、溝の媒質が空気（ｎ−１）であり、本発明は少なくとも部 分的に、各々が［：ａｘＡＬ−＾Ｓ系（ｎ＞３）から成り順次に堆積された半導 体材料層から構成されている。

この実施例で、導波路、’ｉｌｌ界面の屈折率変化は２以上であり、隣合う導波 路の間に許容できない程度の光結合を生じることなく導波路の間隔をより接近さ せることが可能である。

ダイオード構造は種々の形態のショットキーバリアーダイオード構造でもよい、 この場合、１つの光閉じ込め層が、導波路コア層との間にショットキー接触を形 成する金属から成ってもよい、導波路コア層はＧａＡｓでよく、第２の光閉じ込 め層はＧａ、Ａｊ！、−、Ａｓでよい６個々の導波路ショットキー接触を隔離す るために渭が設けられ、各ショットキー接触は°夫々のバイアス手段に接続され ている。

またはダイオード構造がＰＩＮ構造でもよい、この場合、導波路コア層は互いに 反対の導電形を有し低屈折率を有する２つの半導体光閉じ込め層の間の１領域で ある。光閉じ込め層の１つは、各導波路に共通でもよい、この構造はＧａ、Ａｔ ’＋−ｘ＾Ｓから成る光閉じ込め層または導波路クラツディング層の間に実質的 に非ドープのＧａＡｓ導波路コア層を含む。

１つの実施例においては導波路コア層が、使用光学波長で（電界吸収性の反対の ）電界屈折性の材料から成る。この実施例では、本発明デバイスが電気的に制御 されたフェーズドアレイ（ｐｈａ、ｓｅｄ　ａｒｒａｙ）として作用し、該アレ イからの出力ビームの方向は導波路アレイの電圧変化によって案内される。

本発明は、導波路からの光を空気のごとき異なる媒質に出力するように設計され た不連続デバイスである。この場合、導波路は好ましくは導波路コア層の共通性 開面に光出力面を有する。ニオブ酸リチウムのごとき材料はこの種の檗開面を有 していないので、極めて高い精度の研削及び研摩が必要であり、檗開面よりも不 完全な光学品質の出力面しか得られない。

導波路アレイは、半導体材料ウェーハの第１領域に形成され得る。該ウェーハは アレイの光出力が出現する第２領域を有する。第２領域は、夫々のビーム案内角 で導波路アレイによって生成された主要回折極大を受容するように配置され且つ 寸法的に整合した夫々の入力を各々が有する個々の受信導波路を組み込んでいる 。

２次元の光ビーム案内を行なうために本発明のデバイスを２つ以上組み合わせて 装置を構成してもよい０本発明の個々のデバイスは、アレイに沿って非線形変化 する導波路アレイの出力ビームに位相シフトを与えるように配置された導波路の 電圧源と結合され得る。この結果、凹状の波面が得られる。この波面は必要に応 じて１つ以上の焦点に集束されてもよくまたは光学収差の補償に使用されてもよ い。

本発明は、電気光学的アナログ−ディジタルコンバータ（八〇Ｃ）を形成するよ うに設計され得る。この場合、本発明は、共通入力に接続され夫々の長さｎＬ［ 但し、Ｌは最も短い電極の長さであり、ｎは１から−である］を有する夫々のバ イアス電極を有する一個の導波路を組み込んでいる。アレイの出力ビームはデテ クタアレイのいずれか１つに形成され、アレイに沿ったその偏向は共通入力のア ナログ信号の振幅（ａ＋ａｇｎｉｔｕｄｅ）に従う、ピークの受信デテクタの位 置は所要のディジタル出力に対応する。導波路は夫々の校正電極を有し、予め配 列されたアレイの１つのデテクタで入力アナログ電圧０の出力ビームを形成する ために、校正を極に電圧が印加される。デテクタアレイは２次元でもよく直接デ ィジタル出力を与えるように符号化されてもよい。

導波路コア層は、光源波長で電界吸収性の材料から成ってもよい、この場合、本 発明は、ディジタル−アナログコンバータ、パルスアナライザまたは時間集積相 関器を形成し得る。ディジタル−アナログコンバータは、個々の導波路がバイナ リダブリングスキーム（ｂｉｎａｒｙ　ｄｏｕｂｌｉｎｇ　ｓｅｈｅ−ｍｅ）で 変化する夫々の出力光強度を与える導波路アレイを含み得る。導波路は夫々の電 極及び電極アドレシング電圧を有し、電極アドレシング電圧は二進数に対応する ２つの値のいずれかであり、導波路を吸収性または透過性にするように編成され ている。導波路の出力信号は、検出手段によって検出及び加算され、導波路電極 のディジタルアドレシング電圧に対応するアナログ出力を与える。パルスアナラ イザの実施例は、導波路電極群に接続され無線周波（ＲＦ）遅延線を与えるイン ダクタチェーンを含む、パルス化レーザからの出力は導波路群の間で分割され、 該導波路の出力が夫々のデテクタによって検出される。　ＲＦ信号は遅延線に与 えられ、その長さにわたって分配される０個々の導波路内部のレーザパルス成分 は、夫々のＲＦ信号レベルに従って減衰し、従って遅延線上のＲＦ信号のプロフ ィルがデテクタアレイでサンプリングされる６時間集積相関器は、レーザが基準 信号によって変調される実質的に連続的なデバイスを形成していることを除いて は、パルスアナライザと同様の構造である。基準信号と遅延線信号との間の相関 によって、電気信号と光信号との同期が得られた導波路に結合したデテクタにピ ーク信号が生じる。

導波路アレイは、各導波路に接続された夫々のボンドバッドと導線とを有するバ イアス手段によってバイアスされ得る。ボンドパッドは導波路を含むデバイスの 領域の周囲に配置され、導線はデバイスの光入力領域に配線され得る。

本発明をより十分に理解するために、本発明のいくつかの実施例を添付図面に基 づいて非限定的に以下に説明する。

第１図は本発明の電気光学的導波路デバイスの概略部分斜視図である。

第２図は第１図のデバイスの導波路材料の電気光学的特性彰示すグラフである。

第３図は第１図のデバイスの評価に使用される光学系の概略ブロック図であや。

第４図及び第５図は光ビームの案内を示す光強度対角度の関係を示すグラフであ る。

第６図から第９図は第１図に示すデバイスの実施例の全体または部分を示す顕微 鏡写真の複写である。

第１０図は第１図のデバイスの端面の理想形を寸法パラメータと共に示す斜視図 である。

第１１図は第１図のデバイスによって生じる遠視野回折像の複写である。

第１２図は二次元ビーム案内用に設計された本発明の別の実施例の概゛略図であ る。

第１３図はＰＩＮダイオードアセンブリを含む本発明の変形例の概略斜視図であ る。

第１４図は第１３図のデバイスの端面の理想形を寸法パラメータと共に示す斜視 図である。

第１５図は光学読取り用の本発明デバイスの使用例の説明図である。

第１６図は単極多方向光スィッチとして設計された本発明の実施例の概略平面図 である。

第１７図は第１６図のデバイスの受光導波路構造の変形例を示す概略平面図であ る。

第１８図から第２１図は本発明のデバイスによる光波面の制御を示す説明図であ る。

第２２図から第２４図はアナログ−ディジタル変換に使用される本発明の実施例 を示す説明図である。

第２５図はディジタル−アナログコンバータに使用される本発明の実施例を示す 説明図である。

第２６図はパルスアナライザに使用される本発明の実施例を示す概略説明図であ る。

第２７図は本発明のデバイスに対して光の入出力を行なうパラボラ形導波路ホー ンの説明図である。

第１図は、本発明の電気光学的導波路デバイス１０の部分のく案分比例でない） 概略斜視図である０点線１２はデバイス１０の隣接領域を示す、デバイス１０は ｎ゛形（高度にドープされたｎ形）にｌｌＡｓ基板１４を含み、この基板のＳｉ ドーパント濃度は１×１０目ｅ１ｍ−’である。ｎ＋形Ｇａｏ、＊＾ｐ０．１＾ Ｓから成る厚さ１．２μ簡の導波路クラツディング層１６が基板１４に重層して 設けられている。クラツディング層は同種及び同濃度のドーパントでドープされ ている。

同じく厚さ１．２μ輪の導波路コア層１８がクラツディング層１６に重層して設 けられている０層１８はｎ−形（非ドープ残留ｎ−形）ＧａＡｓから成り、Ｓｉ ドーパント濃度はｔｘ　１０”ｃｍ−３であく、層１４及び１８ではｘ＝１であ り、層１６ではｘ＝０．９である。

長さ１．８■、深さ１μ−及び幅２μ−の渭２０が層１８の上面２２に設けられ ている。溝２０は、デバイスｌＯの前面２４から出発し水平な縁端２６及び垂直 な縁端２８を有する（図示しない）平行な背面近くまで伸びているが背面に到達 はしていない、渭Ｚ０の終点は背面の縁端２６から４００ハ離関している０幅１ ハ及び長さ１．８ｍｍのリブ状導波路３０が溝２０の間に形成されている。

各導波路３０の上面はアルミニウム層３２で被覆され、この層は部分３３を介し て電極ボンドバッド３４まで延びている。

層３２及びバッド３４を各１つずつ図示している。デバイス１０は１１個の渭２ ０によって形成された合計１０個の導波路を有しており、第１図では２つの導波 路と３つの溝を図示している。各導波路３０は夫々のアルミニウム層３２とボン ドパッド３４とを有し、各ボンドパッドは、夫々のＤＣバイアス電圧源に接続さ れている。バイアス電圧源を１つだけ符号３６で示す。基板１４はアース３８に 接続されている。

デバイス１０の前面２４及び背面２６／２８は光学品質の表面を与えるように慎 重に璧開されている。従って、導波路コア層１８は結晶質ＣａＡｓの舅開面から 成る縁端領域を前面及び背面に有するにオブ酸リチウムのごとき材料ではこれが 不可能である）、　Ｎｄ：ＹＡにレーザ（図示せず）からの矢印４０で示される 波長１．０６μ論の光が前面を照明する。光４０は前面２６／２８の領域の導波 路層１８に直径１μ船のスポット（図示せず）として興束される。このスポット は導波路の入力端から４００μｍ離間している０次に光はスポットから導波路３ ０まで発散する、デバイスの背面２６／２８と導波ｆｌ＠３０との間の領域４１ で光の発散が生じる。領域４１はスラブ状導波路を形成し、導波路の共通入力手 段を構成する。導波路３０から放出される光ビームは発散矢印４２で示される。

ビーム４２は結合しデバイス１０から自由空間内の最小距１ｌ１００ｕに共通の 遠視野回折像４４を形成する。像４４は、中央の光強度極大４６と２つの副次的 極大４８．５０とを有する。−２０°から＋４０°の角目盛り５２は、デバイス 面２４から５００μ鶴の距離でのの極大４６と５０との間の隔たりを示す。

デバイス１０の動作モードを以下に説明する。各導波路３０は、波長１．０６μ 順で屈折率ｎ＝３．４６のｒｌ−形ＧａＳから成る。該導波路は、両側面（溝） が空気（ｎ＝１）、第３の面（上面）がアルミニウム（ｎ＜１）、第４の面（下 面）がｎ１形ＧａＡｌＡｓと境界を接している。従って各導波路３０は４つの面 全部が低屈折率の媒質と境界を接しており、導波路の内部を進む光は内部全反射 によって種々の程度に閉じ込められる０本発明のいくつかの実施例においては、 溝２０にポリマーまたは酸化物材料を充填するのが適当である。その場合、導波 路３０の間の光結合を阻止するように、消材料は導波路コア層１８の屈折率を少 なくとも１．５下回る屈折率を有していなければならない、空気充填７１１２０ を用いるときに導波路３０の光学的分離が最大である。

各導波路３０内の光は水平方向では溝の側面の空気によって閉じ込められ、垂直 方向ではアルミニウム電極３２及びＧａＡｌＡｓ層１６によって閉じ込められる 。各導波路がほぼ矩形の横断面を有するので、モード電界強度Ｅ（ｘ、ｙ）は、 水平成分Ｅｈ　（ｘ）　（ｘの単独関数）と垂直成分Ｅｖ（ｙ）（ｙの単独関数 ）との積として定義される。（このモードの記述を簡単にするために電界のベク トル性を無視しＥ（ｘ、ｙ）、Ｅｈ（Ｘ）及びＥｖ（ｙ）をスカラー関数と仮定 する）、所与の導波路モードの水平成分Ｅｈ（Ｘ）は「水平モード」と考えてよ く、垂直成分Ｅｖ（ｙ）は対応する「垂直モード」と考えてよい、このため、二 次元関数を２つの一次元関数の積に変換することによって導波路モードの記述を 簡単にする。（水平または垂直の）かかるモードが関連導波路から遠方即ち＋ま たは−の無限大で指数関数的に０に近付くとき、これは閉じ込めモードと呼ばれ る。

関連導波路から遠方で０に接近せず、（＋または−の無限大に向かって）正弦波 として続くときは、モードは閉じ込めモードでない、従って導波路から逸脱した 伝播即ち「リーク」が生じる。

各導波路３０は原則として、水平及び垂直の光伝播モード、即ち上記に定義され たように導波路コア層１８の厚み方向に夫々垂直及び平行なモードを支える。こ れらのモードのうち、最も低次の垂直モードがエバネッセントモードである。

即ち、指数間数的に減衰し、アルミニウム層及び（、ａＡｉ’Ａｓ層内で０に近 付き、従って導波路内部に閉じ込められる。アルミニウム層３２においである程 度減衰が生じるが、それ以外には導波路に沿った伝播中に他からの影響を実質的 に受けない、後述する本発明の実施例では上記の減衰を阻止できる。

各導波路３０内の最も低次の垂直モードに閉じ込められない光強度は、アルミニ ウム中ではエバネッセントであり、ＧａＡ１＾Ｓ層１６内ではエバネッセントで あるかまたは伝播する。

しかしながらＧａＡｌＡｓ層１６の厚さは、最も低次の垂直モードに閉じ込めら れないモードは、この層から基板にリークする、即ち伝播するような値である。

従って導波路は実質的に最も低次の垂直モードだけを伝送する。

垂直モードの様相と対照的に、導波路３０は必ずしも最も低次の水平モードに限 定されない、隣接導波路相互間の光クロストークを阻止する要件と相客れないの で単一水平モードの動作を実現することが実際には難しいからである。

しかしながら、導波路３０から、水平方向の次元及び垂直方向の次元で主として 最も低次の空間モードから成る単一モードに限定された出力を得ることは重要で ある。

不要な高次の水平モードで導波部０からかなりの光強度が出力されることを防止 するために、これらのモードの入力分を無視できる程度に受容するように導波路 に光結合する。これは以下のごとくして得られる。デバイス１０の背面２６／２ ８に入射する光４０は、比較的高い開口数を有する（図示しない）顕微鏡レンズ から受容される。光４０は、表面２６／２８上の直径１μｌの光スポットを「頂 点」とした項半角約４５°のコーンの形状である。光は、空気−半導体界面２６ ／２８で屈折さ第２のコーンの水平方向範囲は、入力面２６／２８に対して約４ °（半角２°）を成す導波８３０の照射に必要な範囲よりも大きい、導波路３０ はこの第２コーンの中央領域に配置され、該第２コーンでは光強度がほぼ均一で ある。従って各導波路３０は、伝播中実軸に対して３°未満の傾角で入力光の強 度を受容する。

導波路３０の水平モードの分析は、導波路の軸に対して３゜未満の角度の光入力 に対して二次以上の高次モードの光強度が実質的に存在しないことを示す、従っ て入力光は実質的に水平面内の最も低次の空間モードだけを励起する。導波路３ ０に沿ったその後の伝播中に、導波路材料及びその境界の欠陥は少量のエネルギ を二次及びより高次の水平モードに逸脱させる。理想的な導波路ではこのような 逸脱は生じない。

要約すると、欠陥に敏感でない導波路３０は、最も低次の水平及び垂直モードに 実質的に閉じ込められた出力光強度を生じる。より高次の垂直モードの出力は、 バッファ層１６の空間濾過作用によって阻止され、より高次の水平モードの出力 はｌ光入力の編成によって阻止される。その結果、組み合わせ導波路３０は、実 質的に最も低次の空間モードかモードから得られる回折像は有意な強度で出現し ないので、オーバーラツプによって回折像４４がぼやけることもない。

第１図のデバイスは出力光強度の９５％以上を最も低次のモードで生じさせるこ とが判明した。

より詳細に後述するごとく、導波路コア層材料が電気光学的特性（即ち電界屈折 性）を有するので各導波路３０内の屈折率及び光路長は電界依存性である。従っ て、任意の導波路のアルミニウム層３２における電圧変化は、その光出力の位相 を変化させる。遠視野回折像４４は、導波路からの位相要素及び振幅要素のベク トル和であり、主要極大４６の位置は導波路電圧の変更によって可変である。し かしながら、この場合、前記に説明したように、回折像のオーバーラツプを避け ることが重要である。その理由は、種々の導波路モード及びそれらの回折像が導 波路の電圧の変化によって異なる影響を受けるからである０種々の回折次数のオ ーバーラツプを回避できない場合、最も低次の案内に高次の要素が混入する。

各導波路３０において光路長りは式 ％式％（１） 〔式中、ｎは導波路層１８の屈折率、ｄは導波路長〕で示される。しかしながら ｎは電界依存性でｎ＝ｎ、十ｎＥ　（２） （ｎｏは印加電界が無いときの屈折率、ｎＥは印加電界Ｅによって生じた屈折率 の変化〕 で示される。より詳細に後述するごと（、ｎＥは２つの成分を有する。一方の成 分の変化は電界の１乗に比例して変化しくポッケルス効果）、他方の成分は電界 の２乗に比例して変化する（カー効果）、これらの成分は同じ符号を有してもよ く異なる符号を有してもよい、この実施例ではこれらの成分が加算成分である。

これは２つの編成の組み合わせによって得られる。まず、各導波路３０の長さに 沿った光伝播方向に［０１１］結晶軸をもつように導波路層１８を配置する。

次に、各導波路内の光を層１８の（平面に垂直な）［０１１］結晶軸に平行に偏 光する。

各導波路３０の光路長は、夫々のアルミニウム層３２に印加される電圧を変化さ せることによって変化する。アルミニウム層３２は導波Ｂ３０に対するショット キーバリアー接触を形成しており、金属７半導体の組み合わせ３２／３０の各々 がショットキーバリアーダイオードである。どの場合にも各アルミニウム層３２ はどの場合にも適当な電圧源３６によってアースに対して負にバイアスされてい る。これは夫々のショットキーバリアーダイオードを逆バイアスし、ダイオード の空乏領域を強化し、各導波路内の電界を増加する。これが導波路の屈折率及び 光路長を変化させる。

各導波路の出力で光学位相を完全に制御するために、アルミニウム層３２に印加 される電圧に応じて出力位相を３６０゜即ち２πだけ変化できる必要がある。勿 論、特定の用途に対しては本発明のフェーズドアレイを、完全以下即ち２π未満 の位相制御を行なうように設計してもよい、出力位相の２πの変化は、光導波路 の１波長の変化に対応する。即ち等式（１）及び（２）で定義したパラメータを 使用し、導波路３０の内部の波長の数は、屈折率ｎがｎｏからｎｏ＋ｎＥに変化 するのに応じて、（必ずしも整数でない）ｍから易＋１の値にある程度変化する 必要がある１才命；即ち、論＝ｎ６ｄ／λ　（３） 及び ｍ　＋　１　＝　（ｎ、　＋　ＨＥ）ｄ／λ　（４）〔式中、λは自由空間の光 学波長〕。

（４）から（３）を減算すると １＝ｎＥｄ／λ 即ち ｎＥ 向を有するこの実施例においては、アルミニウム層３２に印加される電圧がＯ■ から２１Ｖに変化すると、波長１．０６μ−での屈折率の変化ｎＥは５．！ｌｘ 　ｔｏ−’であった８式（５）のλ及びｎＥに数値を代入すると 従って、第１図の実施例では、導波路長１．８ｍｏ＋で０■から２１Ｖまで（３ ０Ｖ；；満）のバイアス電圧変化に対して２π即ち３６０’の完全位相サイクル にわたる導波路出力位相の同調が可能である。かかる同調は導波路出力位相の完 全制御を得るために必要であるが、デバイス１０のある種の用途ではかかる制御 が不要である。

屈折率の変化ｎＥは式 ％式％（６） 〔式中、「は導波路層１８の内部で案内される光強度の割合を示す導波路閉じ込 め係数、 Ｅは導波路内の電界、 ｒ４１は一次電気光学係数（ポッケルス効果）、ＲＩ２は二次電気光学係数〕。

導波路層１８の材料がロー形ＧａＡｓの場合、ｒ４１及びＲ１２はいずれも負の 値である。更に、等式（６）のｒ４１の前の土符号は、第１図の実施例のように ［０１１］結晶方向の伝播及び［０１，１］方向に沿った偏光の場合には一符号 で置換される。この結果、等式（６）の括弧内の項が加算になり、ｎＥが十にな り、ｎＥの極大が得られる。

比較のために本発明の第２の実施例を製造した。第１実施例との唯一の違いは、 伝播方向及び整列方向が入れ代わるように導波路層の結晶配向（ｏｒｉｅｎｔａ ｔｉｏｎ）が交換されていることである。即ち、伝播は結晶の［０１１］方向に 沿って生じ、偏光は［０１，ｌ　］方向に平行に生じた。この場合、等式（６） の項ｒ４よ十符号がつき、括弧内の項は減算類になる。

項ｒ４１が項ＲＩ２よりも大きいので、結果的として、より小さい値のｎＥが負 の値になる。屈折率は電界の増加に伴って減少し、非零電界での大きさは第１実 施例よりも小さい。

次に第２図は本発明の前記の２つの実施例における導波路の出力位相変化の絶対 値１Δφ１（左縦座標軸）を電圧（下横座標軸）の関数として示すグラフである 。実線グラフ６０゜６２は、十字印及び角印で夫々示された実験データに最もぴ ったりと一致した理論的計算値である０点線６４は式（６）の−次項ｒ４１Ｅの ポッケルス効果を示し、グラフ６０．６２の湾曲は二次項Ｒ＋４２の効果を示す 。

第２図の左上半部に定義したｎＥの絶対値は分かり易いようにグラフ６０〜６４ で示されている。厳密に言えば、グラフ６０及び６２は夫々十及び−の座標軸に 対してプロットされるべきである。更に、グラフ６４はグラフ６０または６２の いずれに比較するかに従って＋または−になる。しかしながら、この説明で重要 なのは絶対値だけである。

グラフ６０は前述の本発明の第１の実施例に対応する。該実施例では各導波路３ ０の［０１１］結晶方向に光が伝播する。

グラフ６２は第２実施例の［０１１］方向の伝播に対応する。

いかなる特定の導波路バイアス電圧においてもグラフ６０の導波路出力の位相変 化がグラフ６２よりも大きい、またグラフ間の差は電圧増加に伴って増加してい る。従って、ＧａＡｓ導波路にはグラフ６０の伝播方向［０１１］（偏光［０１ １］）が好ましい、その理由は、所与の印加電圧に対する位相変化が最大になる ため、また、所与の印加電圧で所与の位相変化を得るために必要な導波路の長さ が最小に短縮できるからである。このためデバイス１０の製造が容易で導波路の キャパシタンスも減少する。結晶軸に対するこれらの伝播方向及びくの■−■族 及び■−■族の化合物半導体にも最適である。

第２図の上部の座標軸は、導波路３０の電界に関する目盛りを示し、右側の座標 軸は電圧または電界に伴う屈折率変化ｎＥを示す、　ｎＥ＝５．９Ｘ１０−’は 印加バイアス電圧２１Ｖに対応する。これは導波路長さく１．８ｍｍ）に対する 適当な設計基準として前述した。

次に第３図は、本発明のデバイス１０によるビーム案内を証明するために編成さ れた光学系７０の概略ブロック図である。いくつかの寸法が１０ｃ＋ａのオーダ であり且つ残りの寸法が数１００μのオーダであるため、光学系、７０の寸法は 案分比例で図示されてはいない０図の上部に装置の寸法を示す。

既出の部分は同じ参照符号で示す。

システム７０は、米国の会社ＣＶＩ　Ｉｎｃ、、によって製造されたＣ９５モデ ルのＮｄ−ＹＡ／レーザ７２を含む、レーザ７０は、直径２■で波長１．０６ｍ ｍの０．５Ｗの出力ビームフ４を発生する。ビーム７４は開口数０．１５及び倍 率５倍の第１顕微鏡レンズ（ＭＯ）７６に入り、３０Ｃ輪離れた距離でビーム直 径５−に拡大される（１／ｅ”強度点間で測定）、ＭＯ７６は長さ０．５０−で レンズ７２から３ｃ−離間している。第１Ｍ０７６からの光８０は、３０ｃｍ離 間した第２Ｍ０８２に入る。第２Ｍ０８２は倍率２０倍で開口数０．５４であり ビーム案内デバイス１０から２１１１ｉ間している。

該レンズはレーザ光を、デバイス１０の背面即ち入力面で直径１μ−のスボッス を一束させる。８６でデバイス１０がらでる光は、第２Ｍ０８２に等しい光学パ ラメータを有する約０．０５ｃｍ（５００μ−）Ｍ間した第３のＭｏ２Ｂに収集 される。第３Ｍ０８８はデバイス１０からの光をコリメートし、導波路３０を通 らなかった迷光を排除する。該レンズは光を５０ｃ−離間した赤外カメラ９０に 中継する。カメラは、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）アレイを組み込んでおり、日 本の会社Ｈａｍａａａｔｓｕ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓに、に、によって製造された ものである。

システム７０の素子を軸合わせするためには従来の手順を採用する。３つのＭ　 Ｏ７６，８２，８８はすべてＸ方向及びＹ方向に可動な調整自在なサポートに装 着されている０Ｍ０８２゜８８は更に、Ｚ方向にも可動である８図に符号９２で 示すように、Ｘ方向は図の平面に垂直で、Ｚ方向はシステムの光学軸即ち光ビー ムの方向に平行で、Ｙ方向は図の平面内に存されるように調整されている。第２ のＭＯ８２は、偏向されない集束スポットがデバイス１０に生じるように調整さ れている。スポットは実質的に回折制限されている。第３のＭ２Ｂ５は、迷光を 排除し導波路３０によって生成された遠視野回折像から光を収集するように調整 されている。遠視野はデバイス１０から１００μｍ以上離間した距離に対応する 。

Ｍ２Ｂ５の光入力面とデバイス１０とは互いに５００μ鑓（０，０５ｃ＋＊）離 間しており、この距離は、迷光の排除と導波路３０によって伝送された光の収集 とに適した距離である。カメラ９０の寸法が許せばカメラをデバイス１０にもっ と接近して配置してもよく、その場合、回折像全体を記録する第３ＭＯが不要に なるであろう。

第３図ではデバイス１０の複数の導波路が共通光源７０によって照明される。こ れが典型的な設計である。変形としては、レーザがデバイス１０と同じ半導体ウ ェー八に累積されてもよい、この場合、光は多岐マニホルド導波路構造によって 個々の導波路に分配され得る。しかしながら、複数の光源が互いに位相コヒーレ ントであるならば、複数の導波路が別々の光源によって照明されてもよい。

次に第４図及び第５図は、光強度（任意の単位）対回折角度（°）の関係を示す グラフである。夫々の図において、上方の図面は第３図のシステム７０を用いた 実験によって得られた値を示し、下部の図面は理論的に計算された値を示す。

第４図において、上部のグラフ１００は、全部が実質的に互いに位相合わせされ た導波路の光出力を発生する導波路３０に電圧が作用したときのデバイス１０が らの出力光強度の角度依存性を示す、このグラフは０°に極大、即ち導波路の長 手方向に平行またはデバイス１０の出力前面２４に垂直に極大１０２を生じる。

この場合、導波＃１３０は定格的にはすべて同じ長さを有する。導波路３０から の出力は、全部の電極ボンドバッド３４に等しい電圧を印加したときに互いに同 位相になることが要求されるが、波長の数分の１の単位まで正確に等しい長さの 導波路を製造することは不可能である。

従って実際には、０°に極大１０２を生じるようにバッド３４の電圧を相対的に 調整した。

主要極大１０２はバンド幅（半値の全幅）１．５°を有する。この極大１０２と 同時に夫々的＋２０゛及び−２０°の角距離即ち回折角により高次の回折極大１ ０４，１０６が存在する。

下部のグラフ１００゛において上部グラフ１００に対応する数値はプライム記号 （゛）を付けて示す、極大１０２，１０６と極大１０２’　、１０８’との位置 が十分に一致することが理解されよう。

次に第５図も実験的及び理論的なグラフ１１０，１１０“を示し、第４図と同様 にグラフ１１０°においてグラフ１１０に対応する数値はプライム記号（°）を 付けて示す、グラフ１１０には２つの主要な極大１１２及び１１４が出現し、こ れらは夫々回折角約−１０゛及び＋１０°に存在する。２つの高次回折極大１１ ６，１１８は解像直後に（ｊｕｓｔ　ｒｅｓｏｌｖｅｄ）約−３０＠及び＋３０ ℃に出現する。グラフ１１０は、各導波路の光出力と隣接導波路の光出力とが反 位相になるような導波路電圧を使用して得られた。

即ち、ｎ番目の導波路の光出力は位相（ｎ−１）π十ψ〔但し、ψは定数〕を有 していた。

グラフ１００，１１０を作成するためにデバイス１０の特定実施例に使用された 導波路電圧を表１に示す、これらの電圧は本発明の別のデバイス一般には適当で ないかもしれないことを指摘しておく、その理由は、製造公差によって導波路の 長さにばらつきがでるからである。

退」− 導波路電圧（Ｖ） 導波路番号　グラフ１００（第４図）　グラフ１１０（第５図）同位相導波路０ ／ＰＳ　交番位相導波路０７ＰＳ１　１．５　６．８ ２３゜４５．９ ３　４．６　９．９ ４　７．４　９．１ ５　２０．９　３．２ ６　１８．９　ｉ３．５ ７　７．２　０．８ ８６．５２１．３ ９　２３．６　１６．５ １０　１８．９　２．５ 第４図及び第５図は、導波路３０に印加する電圧を変化させることによってデバ イス１０がＯｏから±１０°まで案内可能な出力ビームを発生し得ることを証明 する。これは１つのビームを２つに分割するためまたは１つのビームを角度１０ °だけ案内するために使用され得る。従ってデバイス１０は、電子制御された１ 方向もしくは２方向のスイッチと考えることもでき、またはビーム偏向デバイス と考えることもできる。更に、これらの応用は、２つの電圧を組み合わせて導波 路３０に印加するだけで得られる。その他の電圧の組み合わせによってその他の 多くの応用、例えば１つの角度範囲にわたる漸進的案内が可能である。第４図及 び第５図の実験と理論との一致からも明らかなようにデバイス１０は工学的設計 のために予め計算された通りの性能を発揮できる。

デバイス１０の導波路アレイは極めて高速で動作し得る。

電極／導波路キャパシタンスの計算はＩＧＨｚ以上及び約１０Ｃ［Ｉｚのスイッ チング速度を示す、これは当業界の既存の高速ディジタル電気回路よりも１桁速 い速度である。従って、本発明の使用は、デバイス本来の特性によって制約を受 けることはないが、従来の電子素子の欠点に起因する制約を受けると考えられる 。デバイス１０の全体速度は、ボンドバッド及びリード３３／３４によって低下 する。しかしながら、公知の絶縁技術によって、導波路アレイの動作速度に近い 動作速度を得るように改良することが可能であろう。

第４図及び第５図は、デバイス１０が幅１．５°の光ビームを２０°案内し得る ことを示す、より狭くより接近した導波路をより多数組み込んだ同様のデバイス は幅０．１°未溝のビームを８０°以上にわたって案内し得るであろう。

デバイス１０を以下のごとく作製した。基板１４は市販のＧａＡｓ単結晶材料か ら成る。金属有機物化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）によってクラツディング層１６及び 導波路層１８を基板に順次成長させた。この技術は半導体材料の業界で当業者に 公知の完成した半導体成長技術であるからここでは詳細に説明しない、導波路層 １８を電子ビーム（ｅ−）レジストで被覆し、電子ビームリソグラフィー（ＥＢ Ｌ）装置でレジストを照射して１０個のボンドパッド３４の領域を形成した０次 に照射済みのレジストを除去してＴｉ／Ｐｄ／＾Ｕ合金で被覆するためにパター ン化レジスト層を形成した。被覆したレジストをアセトンに溶解し、導波路層１ ８にデポジットされたボンドバッド３４を残した。これは「リフトオフ（ｌ　１ ｆｔ−ｏｆｆ）」法と呼ばれる。

次いで、導波路層１８に第２のｅ−レジスト層をデポジットし、レジストにＥＢ Ｌを殖財して導波路電極領域と導波路／ボンドパッド接続領域とを形成した。照 射済みのレジストを除去して導波路層１８のレジスト非含有領域を形成した。パ ターン化レジストの表面を蒸着アルミニウムで被覆し、非照射レジスト及びその 不要なアルミニウムをアセトンに浸漬して除去した。この処理で、導波路電極３ ２及びボンドバッド３４への結！！３３が形成された１次いで導波路層をレジス トで再度被覆し、溝２０の形成が必要な領域からレジストを除去した０次いで基 板１４を反応性イオンエツチング装置に入れ、ＣＣｌ２ｚＦｚエツチヤントを用 いて７ｓ２０を形成した。アルミニウム電極３２は導波路３０にイオン遮蔽を与 え、レジストはボンドバッド３４及び結線３３にイオン遮蔽を与えた０反応性イ オンエツチングは完成した技術であるからここでは詳細に説明しない６次いで、 デバイス１０にダイヤモンド針で筋を引き、支持縁に沿って切断して導波路の出 力面２４及びデバイスの背面２６７２８を形成した。導波路を損傷しないように 導波路自体には筋を入れなかった。

次に第６図から第９図は、第４図及び第５図に示す結果を得るために使用された デバイス１０の顕微鏡写真のコピーを示す、説明済みの部分は同じ参照符号で示 す、第６図は倍率１０１倍のデバイス１０の平面図である。ボンドバッド３４及 びそれらの結９３３が視認できるが渭ＺＯ及び導波路３０は視認できない、第７ 図はアルミニウム導波路電極３２とボンドバッド３４（図示せず）への結線３３ との間の相互接続領域を示す、第８図は第７図には存在しない導波路電極の部分 を示す。第７図及び第８図は倍率１０１５倍である。

第９図はデバイス１０の部分の斜視図を示す倍率約４０００倍の走査型電子顕微 鏡写真である。襞開された導波路出力面２４、導波路３０、溝２０及びアルミニ ウム導波路電極３２がはっきりと視認できる。

自由空間中で波長１．０６μ−の光でデバイス１０を使用した場合を説明した６ クラツデイング［１６はＧａ１−、＾１．Ａｓ（ｘ＝１（屈折率ｎ　”　３．４ ０＞）であり、導波路層１８は非ドープＧａＡｓ（ｎ＝　３．４６）である、ま たはクラツディング層が別のＧａＡ１＾Ｓ系の三元化合物、例えばｘ＝　０．３ （ｎ＝　３．２８）の化合物から成ってもよい。

次に第１０図は、デバイス１０の端面２４の部分の斜視図を示す、説明済みの部 分は同じ参照符号で示す。この図に示されたデバイスの寸法ｈ１〜ｈ３及び−ト Ｉ３は以下を意味する。

ｈｌ−導波路コア層１８の厚さ、 ｈｌ−クラツディング層１６の厚さ、 ｈ３＝（アルミニウム３２の厚さを無視した）層１８の講２０の深さ＋１１−導 波路３０の幅、 ｗ２＝溝２０の幅、 ■−−導波路の長さ、 Ｄ＝ニブバイス力面２Ｂ／２８から導波路３０までの距離、Ｐ＝ニブバイス１が ら空気中で遠視野回折像が形成されるまでの最小距離（焦点合わせ不在）。

表２は使用光の自由空間波長λに関する値ｈ１〜Ｐの設計データを示す、但しλ は１〜１０μ−である、導波路コア層１８はＧａＡｓである。

表２の設計パラメータは臨界的なものでなく指標的なものである。設計に関する より一般的な条件に関しては後述する。デバイス１０の背面２６／２８に入力焦 点の線を形成するために円柱レンズを使用する場合には、Ｄの値を小さくし得る 。　ｈｌ〜ｈ３はバッファ層の組成に依存するが、ｗ１〜Ｐは少なくとも最初の 近似式までは依存しないことに注目されたい。

宍≦し 渭２０は導波路コア層１８の５７６の範囲まで延びている。これは特定の導波路 ピッチと動作波長とを調整した値である。

即ち、相反する２つの要件を以下のように折り合わせる必要がある。導波路コア 層１８のエツチング深度が増加すると光分ｉｌｌ！（ｏｐｔｉｃａｌ　１ｓｏｌ ａｔｉｏｎ）が強化され、隣合う導波路の間のクロストーク即ち光結合が減少す る。エツチング深度の増加は逆に、各導波路間の化学腐食表面の面積を増加させ 、かかる表面での光散乱を増加させ、その結果として、不要な光学モードを励起 し、光損失を増加させる。従って、適当な光分離を達成するために必要な最小限 のエツチング深度を選択する必要がある。導波路間の離間（ｗ２）が大きいほど 所要エツチング深度が減少し、また光分離も改良される。特定の設計に関する出 力回折像を観察することによって空間モードの分量（ｃｏｎｔｅｎｔ）を試験し 得る。更に、スラブ状入力導波路４１を除去するために導波路入力でデバイス１ ０を襞間することによって１つの導波路の入力に光を集束させ、光結合を測定す るために全部の導波路の出力をモニタし得る。２つ以上の導波路からの有意な出 力が存在すると、渭の深度及び／または導波路間の間隔を増加させる必要がある 。

表２の値はＧａＡ１！ＡＳ上のＧａＡｓ導波路に関して得られた値である。別の 導波路材料を使用する場合、設計パラメータは屈折率及び／または電気光学係数 に合わせて適当に調整される。このような条件は電気光学の業界でよく知られて いるのでここでは詳細に説明しない。

より一般的に、本発明で考慮すべき設計条件を以下に説明する。適当な性能を維 持しながら寸法をできるだけ小さくするのが望ましい、導波路の中心間距離（ア レイピッチｗｌ＋ｗ２）の減少に伴って不要なサイドローブ（より高次の回折） の回折角が増加する。メインロープがＯｏ（照準線）に存在するとき、１つの光 学波長のアレイピッチは±９０°にサイドロープを生成する。該当する光学波長 は、アレイの光出力を受容する媒質（例えば空気）中の波長である。主ビーム即 ちメインロープの案内の結果、導波路内部での内部全アレイピッチは主ビームの 全案内角度に対して不要なサイドロープ全部の内部全反射を生じさせる。Ｏ０５ 波長を下回るようなアレイピッチの減少は、アレイの回折特性を改良せず製造を 難しくするだけである。アレイピッチが一定である必要はない、アレイの回折特 性は、デバイスｌＯの出力端面２４のアレイピッチによって制御される。従って デバイスは、出力端面でピッチが減少した導波路アレイを組み込んでもよい、こ の場合、光結合を減少させるように端面がら遠くなるに伴って導波路間の間隔を 拡大してもよい。

アレイピッチ（ｗｌ十ｗ２）の極大値は、ビーム走査角度の最小許容範囲によっ て規定される。その理由は、この範囲がピッチの増加に件って減少するからであ る。２０波長のアレイピッチはデバイスに３°の範囲の走査角を与える。１０波 長以下のアレイピッチの場合には、隣合う導波路群の光分離に必要な急激な屈折 率変化を与えるために、導波路の内部渭２０に空気が充填されるのが望ましい、 製造の観点からは講２０を５ｉＯｚまたはその他の絶縁材のごとき材料で充填す るのが好都合である。その場合、充填材ができるだけ低い屈折率を有する必要が あり、いかなる場合にも導波路コア層１８の屈折率を少なくとも１．５下回る値 でなければならない。

直径１０ｃｍの領域の単一半導体ウェーハ上にその他の構成素子と共に集積でき る十分に小さいビーム案内デバイスを製造することが強く要望されている。案内 されたビームをウェーハから送受信する２つの動作が必要な場合には、デバイス 及びその遠視野回折像の両方がウェーハより小さくなければならない、　ｗｌ＝ ０．３μ−及び（ｗｌ＋ｗ２）＝０．８μ舞で波長１．０６μ鴫で動作する２０ 個の導波管を備えた本発明のデバイスは、出力面２４がら空気中で１００ｕ■の 距離にほぼ完全形の遠視野回折像を形成する０ｗ＝３μ−及びｗ２＝１０μ−の 同様のデバイスでは前記距離６ｍｍである。ＧａＡｓ媒質中に出力される場合に は、これらの距離は約３．６倍になる。これに比較して、英国特許第１，５９２ ，０５０号の従来技術のデバイスは幅８μ難でピッチ４０μ閣の導波路を使用し ている。かかる導波路２０個を使用した場合、動作波長１゜０６μ−で遠視野回 折像は空気中で１０ｅｍ以上遠方に生じる。

個々の導波路の＠ｗｌを縮小すると、より広いより均一な回折像エンベロープが 生じ、案内角に伴う主ビーム強度の変化が小さくなる。　ｍｌの最適値は導波路 出力を受信する媒質中で０．５波長であるが、導波路内部の内部反射損の増加を 代償としてｗｌの値を更に縮小することも可能である。導波路の妥当な最小幅は ０．３波長である。

所与の任意のアレイピッチにおける個々の導波路の最大−りを生じることなく少 なくともほぼ（９０％以上）単一モードの出力を得るための条件によって規定さ れる。導波路の幅は好ましくは、アレイピッチの１７２以下である。即ち一１≦ １７２（ｗｌ＋ｗ２）または響１≦ｗ２である。１０波長のピ・ソチアレイに対 する智１の妥当な最大値は３波長である０回折エンベロープは狭くなり、主ビー ム強度は出力面の導波路幅を増加させるためにビーム角度に伴ってより大きく変 化する。

ボンドパッド３４が絶縁されておりキャパシタンスに寄与しないと仮定すると− デバイス１０は導波路の長さ１ｍｍあたり０．１ＰＦのキャパシタンスを有する 。　５０ｏｈ＠の抵抗を伴う長さ２−の導波路は、周波数１００ＧＨｚに制限さ れる。しかしながら、Ｇ：ａＡｓ中の５０（Ｈｚの信号の波長は約２ｍｍであり 、信号の正及び負の半サイクルは互いの効果を相殺し得る。この結果、３ｄＢの 遮断周波数が約２５ＧＨｚに低下し得る。これに比較して、英国特許第１，５９ ２，０５０号のデバイスの計算遮断周波数は約２．２ＧＨｚ以下である。従って 本発明は、動作周波数を少なくとも１桁改良し得る。

次に、第１１図は、第４図及び第５図の強度／角度のグラフ１００及び１１０の 基になる遠視野回折像の２つの写真のコピーである。前記の特性値（ｆｅａｔｕ ｒｅｓ）を同じ参照符号で示す。

上方の写真１４０では０°に極大１０２が存在し±２０”の角度を隔てて副次的 極大１０４，１０６が存在する。下部の写真工４２では±１０”に極大１１２， １１４が存在する。第４図及び第５図のより微弱な特性値は検出されない、第１ １図は、デバイス１０が水平面、即ち導波＃１３０の軸を含む平面内に極大の精 細度及び分解能を生じることを示す、しかしながらデバイス１０は、直交方向の 強度の範囲を顕著に確定してはいない、これは、極大１０２、等が第１！図の垂 直方向にに拡大していることから明らかである。かかる拡大を抑制するために、 アレイ出力をコリメートまたは収束させる円柱レンズを使用してもよい、レンズ の円柱軸は導波路の平面内に存在し導波路の長さ方向に垂直であろう。

デバイス１０の光出力処理能力を波長１．０６μ−で試験した。

各導波路３０は少なくとも２０１を許容し、デバイス１ｏの１０個の導波路は合 計で２００ｍｋを与える。デバイス１０と同様であるがより長い波長用に設計さ れた本発明の実施例は、波長に比例して設定された線形寸法を有するであろう、 波長１０．６μ皺の００２レーザー光線の場合、導波路の断面積は１００倍も大 きくなり、原則として導波路あたり少なくとも２−の出力処理能力を与える。従 って、多数の導波路を備えた実施例は、高出力レーザーを案内するなめに必要な 大きい出力容量を有するであろう、デバイス１０及び同様の実施例の制約はアル ミニウム層３２の加熱によって規定される。アルミニウム層は導波路３０の内部 から放射線を吸収し、約１０ｄＢの損失を与える。第１３図に基づいて後述する 本発明のＰＩＮダイオードの実施例ではこの制約を解消できる。デバイス１０と 後述するデバイスの両方の利点は、所与のビーム案内性能に必要な電力が極めて 少なく、従来技術のデバイスよりもはるかに少ないことである。

次に、記載済みの部分を同じ参照符号で示す第１２図は、本発明の２つのデバイ ス１０ａ　、　１０ｂの部分概略図である。デバイス１０ａ及び１０ｂは、同一 平面内に端面即ち導波路出力面２４ｍ、２４ｂを有するように編成されている。

しかしながら、導波路アレイは互いに直角に配置されてＴ形構造を形成している 。即ち導波路３０ｂは、導波路３０ａを含む水平面の中央の上方に垂直に順次配 列されている。、：の設計では、適当な導波路バイアス電圧で２つの方向で案内 可能なほぼ円形の主要回折極大が生じる。

第１２図と同様のその他の設計も可能である。１つの可能性はＬ形構造である。

即ち、前記同様に２つのデバイス１０が、同一平面上に端面２４を有し導波路が 互いに垂直になるように配置されるが、導波路が端端接続されている。または、 中空の方形を有するように４つのデバイスを編成してもよい、または、４つのデ バイス１０を、２つのＬ形装置の頂点を互いに接続した構造と等価のＸ構造に編 成してもよい、いずれの場合にも４つのデバイス１０は中央支柱に集成される。

導波路のバイアス電圧を調整することによって対称性からの逸脱をある程度調整 できる。実際、設計の幾何学的な逸脱が単なるバイアス電圧の調整によって改善 できることは本発明の重要な利点である。導波路のバイアス電圧を変化させるこ とによって、デバイスの理想形からの幾何学的な逸脱によって生じた導波路の出 力位相のずれを補正し得る。

第１２図の構造、及び同様のＬ形、中空方形及びＸ形構造は、前記のごとく構成 された個々のデバイス１０のアセンブリから製造され得る。デバイス１０を１つ または複数の別のデバイスに対して相対的に調整するために公知のマイクロ操作 装置を用いる。調整後、デバイスアセンブリを樹脂に封入し得る。かかるアセン ブリの個々のデバイスは、組み合わせ光出力を観察することによって相対的に位 置決めされ得る。各デバイスは、導波路電圧調整によって所与の回折像を生じる ように編成され得る。

正確に相対位置決めされたデバイスから得られる２つの組み合わせ像は、予め設 定可能な組み合わせ像を生じるであろう、従って、所望の組み合わせ像が得られ るまで一方のデバイスを他方のデバイスに対して相対移動させるだけでよい、勿 論、各デバイスの各導波路への光入力がデバイスの作動中に変化しないことが重 要である。

アセンブリ中の個々のデバイス１０は分岐ファイバ光結合器を介して単一光源か ら入力光を受容し得る。

次に第１３図は、本発明の変形例１５０の一部を（案分比例でない）部分斜視図 で示す、デバイス１５０は、両側に隣接溝１５めに導波路を１つだけ図示したが 、実際にはデバイス１０に関して前述したように多数の導波路／溝構造が使用さ れる。

デバイス１５０は、厚さｌｌ１ｍのｐ形ＧａＡｓバッファ層１５８を担持するｐ 形ＧａＡｓ基板１５６を有する０層１５８は任意であり削除してもよい、この組 み合わせに、Ｚｎドーパント濃度５ｘｉｏ”ｃ「３を有するｐ形Ｇａ、、、八！ 。、１＾Ｓから成る厚さ１μ論の下部クラツディング層１６０が積層されている ０層１６０はドーパント濃度１０１０１ＳＣ’を有するπ形（非ドープだが残留 ｐ形）ＧａＡｓの導波路層１６２を担持している０層１６２は導波路１５２のコ ア層を形成しこの領域で厚さ１μ謡である。また、溝１５４の底面を形成しこの 領域では厚さ０．２μ−である、Ｓｉドーパント濃度１０Ｉ？ＣＩ−’を有する ｎ形Ｇａ＠、ｇ＾１０．、＾Ｓから成る厚さ１μ−の上部クラツディング層１６ ２が層１６２の導波路領域に積層されている。この層はＳｉドーパント濃度３ｘ 　１０”ａｍ−コを有する厚さ０．３μ−のｎ”　ＣａＡｓ層１６６を担持して いる。＾ｕ／Ｇｅ合金のオーミック接触層１６８がｎ１層１６６を被覆している 。

導波路１５２はＰＩＮダイオード構造を構成しており、層１６０．１６２及び１ ６４は夫々Ｐ、Ｉ及びＮ領域を構成している。光はダイオードのＩ領域部ち層１ ６２に案内される。動作中にダイオードは逆バイアスされ、層１６２のＩ領域に 高電界が生じる。

多数の渭／導波路構造に拡張されたデバイス１５０の動作は、デバイス１０に関 して前述した動作と同様である。デバイス１５０の利点は、デバイス１０と違っ て、透過された光強度の減衰を生じさせる導波路層１６２と接触した金属層が存 在しないことである。勿論、吸収を阻止するために導波路コア層１８とアルミニ ウム層３２との間に層１６４と等価の非ドープ上部クラツディング層を導入する ことも可能である。

実用的なデバイス１５０の実施例では、多数の導波路１５２と、背面２６／２８ と導波路入力との間でデバイス１０の背面領域４１と等価の入力領域に光結合さ れた？１ｔ１５４とが組み込まれるであろう　ｎ　４層１６６の存在によってデ バイス１５０の背面領域は、電極３３とボンドバッド３４との間の等価の結線３ ３を一緒に短絡させるであろうが、この解決は容易である。各導波ｎ１５２の光 入力端で層１６６にノツチを設け、このノツチを層１６４の途中まで到達させる ０次にｎ゛層１６６の背面領域（導波路１５２でない処）をポリイミドのごとき 誘電体で被覆し、ノツチにも該誘電体を充填する。前述のエレメント３３／３４ と等価の金属化ボンドパッド及びその結線を背面領域の誘電性被膜の上に形成し 、個々の導波路とのオーミック接触１６８との接続を維持して互いに絶縁させる 。

第１４図はデバイス１５０の好ましい設計パラメータを示す。

前記に記載の部分は同じ参照符号で示す、この図は、デバイス１５０の端面１７ ０の斜視図であり、パラメータｈ１〜ｈ４、−１及び−２を示す、デバイスは更 に、図示しないパラメータし、Ｄ及びＰを有する。　ｈ４以外のパラメータに関 してはデバイス１０において説明した。パラメータｂ２、ｈ３、ｗｌ、ｗｌ、し 、Ｄ及びＰは表２に示した値である。デバイス１５０のパラメータｈ１は、デバ イス１０のｈｌとは異なる値であり、０．５λ〜１．０λの範囲である。パラメ ータｈ４は０１層１６６の厚さであり、０．５λ以上でなければならない。

本発明の光ビーム案内装置は、光学的読取り及び書込み用に使用され得る。書込 みの際には、回折ビームを受容す光感受性表面を有する前記の実施例のいずれか を使用するだけでよい、不要な回折次数は導波路出力のコリメーションによって 除去され得る。または、より密集して実装されたより多数の導波路をデバイスに 組み込んでもよい、この結果、より幅の狭い主要極大を得ることができ、副次的 極大はより大きい回折角でシフトする。

第１５図は、本発明のデバイス１０を組み込んだ光読取装置の概略平面図を示す 、光読取装置全体が符号１８０で示される。読取装置１８０は、デバイス１０か ら焦点距離ｆ１だけ離間した第１の球面レンズ１８２を有する。デバイス１０か らでた光はレンズ１８２を介して傾斜４５８のビームスプリッタ１８４に入り、 そこから焦点圧１１ｉｆｌの円柱レンズに入る。レンズ１８６の湾曲軸は図の平 面内に存在し、レンズの中心とデバイス１０とを結ぶ線に垂直である。光はレン ズ１８６を経由し、読取るべきデータを記憶した光ディスク１８８に入る。レン ズ１８６／デイスク１８８の離間距離はｆｌに等しい、ディスク１８８から反射 された光はレンズ１８６を通って戻り、ビームスプリツムスプリッタ１８４から の光をＧａ１ｎＡｓ光ダイオードデテクタ１９２の４０μ纏×１０μ鴎の大きさ の光感受性領域（図示せず）に集光読取装置１８０は以下のごとく動作する。第 ３レンズ１９０によってデバイス１０からの光を平行にしコリメートして不要な 副次的極大を除去する０円柱レンズ１８６はディスク１８８の表面の小スポット に光を集束する。即ちレンズ１８６は、第１１図のごとく発生する筈のデバイス １０の平面に垂直な方向のビームの発散を消去させる。デバイス１０の導波路出 力の実像が第３レンズ１９０によってデテクタ１９２の表面に形成される。像の 大きさはデバイス１０の光出力領域の大きさのｆ２／Ｈ倍である。入射光が集束 される場所で光ディスクが反射性であるか否かに従って、像の強度に高低が生じ る。

従ってデテクタ１９２は、ディスク１８８の当該場所の符号化ビット値に対応し て高い値または低い値になるディジタル電圧出力を与える。デバイス１０に印加 される導波路電圧を変化させることによって光焦点が１方向に〈図の平面内で） 走査される。この結果、ディスク１８８の隣接する符号化ビットが順次読取られ 、デテクタ１９２から出力される。別の情報を読取るために引き続いてディスク １８８を回転させる。第１２図の装置を使用すると２次元の電気光学的読取りが 可能なのでディスク１８８を回転させる必要がない。

光読取装置１８０またはその他の用途でビームの案内または走査を行なうために 、デバイス１０の各導波路３０の出力位相をディジタル電子制御してもよい、逐 次走査を反復する場合、各導波路は夫々のメモリからディジタル導波路電圧情報 を受信する夫々のディジタル／アナログコンバータ（Ｄ／＾）から一連のバイア ス電圧を受容する。これに応じて、メモリに与えられるクロック信号は導波路出 力ビームの位相値を順次生成する。従って、全部のメモリが同期的にクロックさ れると、第４図及び第５図に関して前記に説明したようにデバイス１０の遠視野 回折像に主極大位置が順次出現する。

第１５図のデバイス１８０のデテクタ１９２は少なくとも５ＧＨｚの動作速度が 可能な公知のデテクタである。キャパシタンス条件から考慮すると、デバイス１ ０は１にＨｚ以上の速度で印加導波路電圧に応答し得る。導波路電圧を与えるた めにメモリ及びＤ／＾コンバータを使用すると、公知のディジタル電子素子で０ ．３にＨｚまでのメモリクロック速度を実現し得る。

光ビーム案内速度の限定要因は従来の電子素子にあり、本発明には起因しない。

次に案分比例でない第１６図は、１〜Ｎ方向スイツチと考えてもよい本発明の別 のデバイス２００の概略図である。デバイス２００は平面図で示されており、第 １図の順次積層（図示せず）を有する半導体多１ｕｌｌ造である。

デバイス２００は、光入力縁２０２と両端が閉鎖された第１組のＰＡ２０４（斜 線領域）とを有する。？１１間領域にビーム案内導波路２０６が形成され、前述 のごとく（図示しない）埋設された導波路下部クラツディング層までエツチング されている。

分かり易いように、５つの溝２０４と４つの導波路２０６とだけを図示するが、 デバイス２００は、第１図及び第６図がら第９図に関して説明したデバイス１０ と同様に１０個の導波路を有する。溝２０４は入力縁２０２から０，３Ｉ離間し ７、両者間に光拡大領域２０８が存在する。入力光が渭２０４にバイパスされな いように、（図示しない）開口停止手段を設けてもよい、？１を及び導波路の寸 法は表２に示した値である。導波路２０６は、ボンドパッド２１２に接続された 電極２１０を有し、電極及びボンドパッドは各２つずつ図示されている。エレメ ント２０２〜２１２はデバイス１０と等価のビーム案内デバイス２１４を形成す る。

第２組の８つの溝２２０は、埋設クラツディング層までエツチングされ７つの受 容導波路２２２を形成している。受容導波路２２２はビーム案内導波ｎ２０６か ら光を受容するように設計され、長さ１．８１の溝のない中央領域２２４によっ て導波路２０６から隔てられている。渭２２０及び導波路２２２は長さ３１で幅 １０ｐｍであり、深さ方向の寸法に関しては溝２０４及び導波処 路２０６と同様である。受ｌ導波路２２２は縁２２６を有するデバイス２００の 端面で終了し、ここから光出力が得られる０点！１２２８で示すように、デバイ ス２１４の中央は中央の受容導波路２２２゜に軸合わせされている。線２２８は 非偏向出力ビームの方向に対応する。

デバイス２００は、以下のごとく動作する。矢印２３０で示される光は縁２０２ を有する端面に集束される。光は、拡大領域２０８で発散し、ビーム案内用導波 路２０６に到達する。中央領域２２４に導波路２０６から出力されるビームは、 電１Ｉｉ２１０に印加される電圧によって方向制御される。第４図及び第５図に 関して前述したように、デバイス２１４がらでた中央回折極大は＋１０°〜−１ ０°までの２０°の範囲にわたって案内可能である。非偏向出力方向２２８に対 する１０°の角度は、受容導波路２２２で８０μ論以上の偏向に対応する。しか しながら、中央受容導波路２２０゜から最も外側の導波路までの偏向は６０μ− の偏向しか要しない、更に、デバイス２１４はバンド幅１．５゜を有し、この幅 は受容導波路２２２の各々がビーム案内導波路２０６に対して形成する角度にほ ぼ等しい、従って、デバイス２１４からの出力ビームは一度に１つだけの受容導 波路２２２によって受容され、ビームはボンドパッド２１に適当な電圧を印加す ることによって受容導波路のいずれか１つにスイッチングされ得る。従ってデバ イスは、電子的に作動する１〜７方向光学スイツチとして機能する。

光は、受容導波路２２２の終点となる端面２６でデバイス２００から放出される 。光は、ボンドパッド電圧に従って選択された導波路２２２の１つに閉じ込めら れる。デバイス２００は、付加的な光学処理または電気光学的処理を組み込んだ より大きい（図示しない）半導体チップまたはウェーハの一部でもよい、特に、 受容導波管２２２の終点が、以後の処理用電気信号を与える夫々のデテクタであ ってもよい。

次に、第１７図は、デバイス２００の受容導波路構造の変形例２３０を示ず、構 造２３０は、個別導波路２３２を有する。中央導波路２３２ｏは真っ直ぐである が、その他の導波路２３４は湾曲した入力領域と真っ直ぐな領域とを有し、入力 領域の湾曲の効果は、以後の光学的及び／または電気光学的処理に適するように 隣接導波管出力２３８の間の分離を強化することである。これはまた、特に広い 偏向角の受容導波路による高い光収集効率を確保する。

本発明の実施例であるデバイス１０及び１５０は、２種以上の半導体材料を含む ヘテロ構造であり、夫々非ドープの導波路３０及び１５２を有する。しかしなが ら本発明の実施例が、電気光学的特性を強化し且つより短い導波路を使用できる ドープ導波路を組み込むように設計されてもよい。ＧａＡｓ導波路にはＳｉを濃 度１０”ｃｍ−’でドープし得る。または各導波路が、多重量子井戸構造でもよ く、これも電気光学的特性を改良し得る。

本発明はまた、例えばシリコンに半導体へテロ構造として形成されてもよい、シ リコンは一次電気光学効果を有していないが、二次効果及びドーピング効果を使 用し得る。

低屈折率の媒質と境界を接したコアを有する導波路を形成する必要があり、ドー ピングの増加によって屈折率を低下させ得る。可能なシリコン構造の１つはｐ゛ −ｎ−ｎ′楕構造あり、軽度にドープされた中央導波路領域が、縮退的に（〜１ ０”ｃｍ−’に）ドープされた互いに反対の導電形を有する層の間にサンドイッ チされている。水平面内で導波路は前述の実施例と同様の中間溝によって分離さ れている。または、分離領域自体が屈折率を低下するようにドープされてもよい ８しかしながら、この場合には、導波路電極が短絡しないように、導波路電極を 分離用領域から絶縁する必要がある。ドーピングレベルの変化及び／または絶縁 はプロトン絶縁法（ｐｒｏｔｏｎ　ｉｓｏ！ａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ） によって得られる。

本発明は、Ｇａ１ＷＡｓ以外の■−■族材料系、例えばＧａ１ｎＡｓＰ■−■族 半導体材料によって製造され得る。ＣｄＴｅはＧａＡｓの約４倍のかなり強力な 電気光学効果を与え、ＣｄＨｇＴｅ材料系はより長い波長の赤外領域に適してい る。　Ｚｎ５ｅ導波路は約５００ｎｍの可視波長の青−縁領域に使用され得る。

前記に説明した本発明のデバイス１０は波長１，０６μ輸で動作する。より一般 的には、同様の方法で同じ材料から製造され異なる幾何学形の導波路を有するデ バイスは、１２μｍまでの波長に使用するように構成され得る。このためにはよ り長い導波路が必要であろうが、これは、従来のリソグラフィー技術の範囲で処 理できる。この種のデバイスは、３〜５μ醜及び８〜１１ハの領域で動作する赤 外線システムでも使用可能であろう。

前記では本発明の用途がビーム案内に限定されている。

更に、デバイスの導波路を進行する光に強度変調を与え回折から生じるフーリエ 変換特性を利用することによってデバイスを光信号処理にも使用できる。デバイ ス１０はまた、ＧａＡｓが電界吸収性を示す波長、即ち波長１μ第で動作すると きは吸収変調器を構成し得る。この場合デバイスは、振幅または位相を制御する 空間光変調器として機能する。本発明はまた、超小型光学分光計を構成し得る。

デバイス１０を例えば単一受容導波路で使用してもよく、回折像のビーム案内は 受容導波路の入力光の波長走査を生じるであろう。

または、単一波長で動作する装置は、ビーム偏向または幅制御を使用して受容導 波路で光強度の変調を生じるプログラム可能な光学波形発生器を構成することも 可能であろう。

本発明はまた、第１６図のデバイス２００と同様の波長多重化分離デバイス（ｗ ａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎ＋ｒ　ｄｅｖｉｃｅ＞を提供 し得る６個々の波長の混合から成る光ビームが導波路２０６を通過する。このと き、各受容導波路２２２が夫々の単一波長を受容するように導波路電圧を調整す る。これにより出発多重波長ビームは、単一波長を各々が有する個別ビームに分 割され、その結果として多重化分離が得られる。

前述の本発明の実施例において、デバイス１０の導波路３０からの光出力は平面 波の形状であり、この波形は、導波路バイアス電圧の調整によって得られたもの である。光学素子または器具における収差を補正するために１つ以上の光焦点を 生成させるのが必要な場合には、バイアス電圧制御によって平面でない波面を発 生させることも可能である。

波面の形状に関する制御は、アレイ中の導波路の数を増加させ、これら導波路の 幅及び間隔を小さくすることによって強化される。波長１．０６μ輸で使用する ための波面制御アレイは、各々が幅１μｍ未満の数１００個の導波路を隣合う導 波路間の中心間路Ｍ２μ翔未満で組み込むように構成され得る。

このような基準を用いると、高次の回折がアレイの照準線（非偏向）方向に対し て広い角度を成すことが確保される。

従って、高次の回折が主要な光ビームと干渉しない。各導波路の不連続性は問題 にならない。これらの条件下にアレイは、電子的に制御される光源面発生器とし て作用するようにバイアスされ得る。隣合う導波路間のピッチ即ち中心間距離が 自由空間光学波長の１７２以下に等しいとき、アレイ中の導波路の不連続性は完 全に無視してよく、より高次の回折は存在しなくなる。

第１８図から第２１図は、それぞれの光学波面を生成する種々の導波路バイアス 条件下の導波路アレイ３００の概略図である。これらの図中、同じ素子は同じ参 照符号で示される。

波長１．０６ｔｔ＠の光を使用する緊密に接近したり＜２μｍ）幅の狭い（〈１ μ…）数１００個の導波路を含むアレイによる波面制御が示される６第１８図に おいて、（詳細には図示しない）アレイ導波路に沿って進行する光３０１は、符 号３０２で示すような平固液状の光出力波面を生成する。これらは矢印３０４で 示すように、アレイ照＊Ｕ方向即ち非偏向方向に対して傾斜した方向に進行する 。非偏向方向３０６に対して傾斜した平面波３０２は、導波路出力の位相がアレ イ３００の横断方向の距離の一次関数として変化するときに得られる。

第１９図は、非偏向方向３０６から偏移した焦点３１２に集束する湾曲波面３１ ０を発生させるアレイ３００を示す、波面３１０は、導波路の出力位相がアレイ ３００にわたって非線形の単調変化を示すように導波路をバイアスさせることに よって発生する。このような集束は、アレイ３００と回折像のメインローブ形成 との間の距離を短縮するために使用される。また、サイドローブはある程度抑制 される。第２０図は、同様の状態を示すが、ここではアレイ３００が、夫々の焦 点３２４及び３２６に集束する独立した２組の湾曲波面３２０及び３２２を形成 する。

この場合、アレイ３００は２つの部分で有効である。各部分で導波路の出力位相 は非線形の単調変化を生じる。

第２１図は、光学素子３３０の収差を補償するように編成されたアレイ３００を 示す、素子３３０は、平坦面３３２と一部凸状及び一部門状の第２面３３４とを 有する。このため、素子を通過する（図示しない）平面波に波面の歪みが必然的 に生じる６個々の導波路のアレイ出力位相は、アレイ３００が、平面波でない出 力波面３３６を与えるように制御される。波面３３６は、素子３３０によって平 面波に与えられる位相変化に共役の位相変化を有するように構成されている。波 面３３６が素子３３０を通過すると、その位相変化が相殺され平面波３３８が生 じる。または、アレイ３００が素子３３０によって与えられる位相歪みに共役の 位相歪みが重畳された収束波に対応する波面を生成するように構成されてもよい 、この場合、素子３３０から放出される波面は収束性である。

第１８図に示す平面波を中央方向３０６の両側に偏向角ＺＯ°以下で発生させる ためには、アレイから距離Ｓの有効バンド幅すの近似値は、式 ６式中、ｄはアレイの幅（導波路の中心間距離の和）、λは自由空間波長〕で計 算できる。

第１９図のごとき集束のためには、回折限定バンド幅ト°の近似値は、式 で計算できる。

式（））及び（８）は、アレイ幅ｄに比較して回折限定バンド幅ｂ゛が小さい距 離Ｓでビーム集束が生じるのが有利であることを示す０例えば、ｄ−１ｃ＋ｓで λ＝１０−’ａｍ（’１μ論）の場合、Ｓ＝３００ｃｍならば、ｂ＝１．０ｃ− 及びｂ’　＝　０．０３５ｃ醜であるが、５＝１０’ｅｍではｂ＝２．２ｅ輸及 びｂ’　＝　１．２ｅ−である。

本発明のデバイスによる位相制御集束の利点は、照明強度を増加し且つアレイか ら遠い走査視野でより微細な細部をアドレスするのが可能なことである。これは 、撮像（ｉｍａｇｉｎｇ）及び光学的記憶装置において重要な利点である。

更に、焦点の位置は、照準線方向からの偏向及びアレイからの距ｍ＜ズーミング ）の双方に関して変更し得る。ズーミング即ち焦点距離の変更によって、物体か ら反射された光強度の変化率の測定値から遠視野の物体の範囲を確認し得る。ま たは、パルス−エコー法を使用してもよい、この方法では、光パルスの発信と着 信との間の時間遅延を測定する。

第１９図に示すアレイ３００の集束作用によれば、より狭い受容波長を使用でき るので、ｌ〜Ｎ方向スイッチ（第１６図参照）の場合にも有利であろう。

次に第２２図は、全体を符号４００で示すアナログ−ディジタルコンバータ（Ａ ＤＣ）の形態の本発明の別の実施例の概略説明図である。八〇Ｃ４００は第１図 と同様の光ビーム案内デバイス４０２を組み込んでいるが、デバイスの長さが延 長されまた異なる電ｆ！構造を有している。デバイス４０２は７つの電気光学的 導波路を有しており、各導波路の内側領域が点線Ｈ１〜Ｈ７で示されている。導 波路−ｎ（ｎ＝１〜７）の各々に夫々の位相校正電極ＣＮと位相変更電極νｎと が装着され、各電極対Ｃｎ−Ｖｎはどの場合にも、各導波路の長手方向の互いに 対向する両端に配置されている０校正電極０１〜Ｃ７は等しい長さを有している が位相変更電＆Ｖ１〜ｖ７は導波路番号ｎに比例する長さを有している。即ち、 １ＶｉｉＶｎの長さはｎに比例している０位相変更電極は、（図示しない）導波 路間の溝にまたがって配置されたＢのごときブリッジリンクによって一緒に接続 され、共通ボンドバッドＰに接続されている。

電圧入力ＩＰはボンドバッドＰに接続されている６校正電極０１〜Ｃ７は、第１ 図に符号３３−３４で示すような（図示しない）夫々のボンドバッドへの個別の 結線を有する。

パルス化レーザ４０４は、ビームスプリッタ４０８を介してデバイス４０２に入 る光ビーム４０６を発生する。レーザ強度の−部はビームスプリッタ４０８によ って偏向されて基準ビーム４１０を形成する。デバイス４０２に入射する光は、 鎖線４１２で示すように導波路Ｈ１〜冒７の（図示しない）入力端に発散する。

導波路からの光出力は例えば線４１４によって示されており、レンズ４１６によ ってデテクタの垂直平面状アレイ４１８に集束される。デテクタの１つの水平線 だけが図示されている。

個々のデテクタは符号りに添え字１〜７を付けて示す、デテクタアレイ４１８か らの出力信号はディジタル電子プロセッサ４２０に入る。基準ビーム４１０はミ ラー４２２及び４２４によって基準デテクタの（図示しない）アレイに反射され る。各基準デテクタは、夫々のデテクタＤ１〜Ｄ７と対を成す０図は、デテクタ Ｄ７に対応する基準デテクタＤＲを示しているが、図を複雑にしないためにその 他の基準デテクタは省略されている。　Ｄ７／ＤＲのごときデテクタ対の各々は 、プロセッサ４２０に組み込まれた夫々の比較器に接続されている。このような 比較器の１つを符号４２６で示す、各比較器は高速デバイスである。

＾ＤＣ４００は以下のごとく動作する。入力ＩＰはアース電位に接続され、校正 電極０１〜Ｃ７は夫々のバイアス電位に接続され、出力光４１４をレンズ４１６ によってデテクタＤＯに集束させる。これは校正手順であり、以後、校正電極の バイアス電位は固定値に維持される０次に、アナログ電圧Ｖ＾を位相変更電ｉＶ １〜ｖ７の入力ＩＰに印加する。電極ｖ１〜■７の全部がブリッジリンクＢを介 して前記電圧を受容する。Ｋ１番目の電極Ｖｎ（ｎ＝１〜７）の長さは導波路の 番号ｎに比例する。従って、電界が作用している（従って電気光学的に屈折率変 化が誘発される）ｎ番目の導波路のＷｎの長さはｎに比例する。これらの条件下 にレンズ４１６によってデテクタアレイ４１８に生成されたビーム形状は実質的 に維持されるが、出力光ビーム４１４は図示のごとく角θだけ方向調整して案内 される。更に、θは入力電圧Ｖ＾に正比例する。これは、近似値ではθ＝　ｓｉ ｎθを意味し、−ｉに光学器械に適している。デテクタアレイ４１８では、ビー ム焦点がＶ＾に比例する距離だけデテクタＤＯから逸脱する。即ち−がＶ＾に比 例するとき、焦点〜Ｄ７のいずれが照明されたかを同定することによってＶ＾の 測定値が得られる。前述のごとく、各デテクタは例えばＤ７／ＤＲのごとく基準 デテクタと対を成し、レーザ４０４からの入力光はパルス化されている。各レー ザパルスはビームスプリッタ４０８によって２部に分割される。レーザパルスが 存在しないときは、デテクタ対りフ／ＤＲは同様の信号を比較器４２６に出力し 、比較器４２６は出力零を発生する。レーザパルスがＤＲのごとき基準デテクタ に到達すると、該デテクタの出力は零でない、この出力信号は、入力のく図示し ない〉電位除算器で除算されて比較器４２６に与えられ、中間的な値の比較器出 力電圧レベルを与える。光ビーム４１４がＤ７のごときデテクタに集束されると 高い比較器出力電圧レベルが生じる。その結果、比較器はレーザパルスの有無を 識別し、デテクタＤｇ＋の照明は、−に比例する入力電圧Ｖ＾に対応し、入力ア ナログ電圧に対応する２進ワードを発生するために使用される。これは＾ＤＣ４ ００がアナログ−ディジタル変換を行なうことを示す。

次に第２３図を参照すると、＾ＤＣ４００と組み合わせて使用するのに適した形 態の２次元符号化デテクタアレイ構造４３０が概略的に図示されている。符号化 アレイ４３０は、入力アナログ電圧Ｖ＾の２進数表現を与えるように編成されて いる。

アレイ４３０は陰影を付けた方形部分４３２及び陰影を付けない方形部分４３４ で示されており４列１６行に編成されたデテクタ位置を有する。陰影部分４３２ はデテクタに使用された位置に対応し、非陰影部分４３４は非使用位置に対応す る０列の出力端子はドツト４３６゜〜４３６．によってシミュレートされており 、比較器４２６によって処理されるデテクタ出力は図示されていない。符号化ア レイ４３０は第２２図の実施例即ち＾ＤＣ４００に対して、レンズ４１６によっ て発生した一条の光が一度に１行のデテクタ位置に気中するように編成されてい る。

デテクタ位置４３２／４３４の数字１または０で示すように、使用デテクタ位置 の照明は２進数１の出力を生じ、非使用位置の照明は２進数０の出力を生じる。

従って、入力電圧■＾による一条の光の偏向は、列出力４３６．（最下位ビット 即ちＬＳＢ）から４３６．（最上位ビット即ちＭＳＢ）でビットパラレル的に０ 〜１５の範囲の値に比例する。これは、アナログ電圧Ｖ＾がらディジタル出力へ の直接変換を示す。

符号化アレイ４３０は、光の一部が１つのデテクタにはいり一部が同じ隣接列の 対応デテクタにはいるため確実さに欠けるという欠点がある。第２３図の７と８ との間の臨界入力電圧Ｖ＾では、４つの数字全部の間で０から１または１がら０ への変化が生じる。その他の電圧では、同時に２つ以上の数字の変化が生じる。

２つ以上の数字の変化に伴って生じる確実さの欠如を防ぐなめに、第２４図のグ レイコードアレイフォーマット（Ｇｒａｙ　Ｃｏｄｅ　ａｒｒａｙ　ｆｏｒｍａ ｔ）を使用してもよい。

第２４図は、隣合う行間の一条の光の運動が２つ以上の数字の変化を決して生じ させないように編成された変形アレイ４４０を示す、これはデテクタ位置の使用 状ＷＪ　（ｏｃｃｕｐａｎｃｙ）以外は第２３図と等価であるから、詳細には説 明しない、ダレイコード出力は従来の２進フオーマツトに容易に変換できる。

八〇Ｃの実施例４００は、種々の長さの導波路阿１〜に７に一定の電界を生じさ せるために種々の長さの位相変更電ｉＶ１〜■７を使用している。一定長さの電 極を使用し夫々に異なる電圧を印加することによって同じ効果を得ることも可能 である。この場合、第１の位相変更電極には入力アナログ電圧階によって入力ア ナログ電圧を漸減する。これは、長さが直線状に減少する＾ＤＣ４００の一連の 電極に定電界を印加するのと対照的に、一定長さの電極群に直線状に減少する電 界を生じさせる効果がある。これらの２つの方法は等価であり、位相シフトが電 圧に線形比例する限り、双方が、入力電圧Ｖ＾に比例するビーム案内を行なう。

第２図に示すように、屈折率の電気光学的変化△ｉは電界に対して非線形でもよ い、この場合、第２４図のデテクタＤＯ〜Ｄ７の位置、または第２３図及び第２ ４図のデテクタの位置は補償可能に調整され得る。即ち、非線形電気光学効果を 補償するために隣合うデテクタの中心間距離を非線形に変化させるとよい。

＾ＤＣ４００はミラー４２２及び４２４を介した基準光ビーム通路を組み込んで いる。この通路は、デバイス４０２が形成された半導体ウェーハ内に導波路とし て集積されてもよい、同様に、レンズ４１６、デテクタアレイ４１８及びプロセ ッサ４２０もかかるウェーハに集積され得る。または、導波路−１〜貯に付加的 位相変化を導入することによって第２０図に示すようなレンズ機能を獲得させて もよい。

次に第２５図は、ディジタル−アナログコンバータ（Ｄ／＾）として編成された 本発明の別の実施例４５０を示す、　Ｄ／＾コンバータ４５０は、夫々の電極が 線−ト１４で示された４つのアレイ４５２を含む、導波路電極は夫々の電圧ｖ１ 〜ｖ４に接続され、各電圧はディジタル１または０に対応する：導波路脇ト１４ は、より詳細に後述する振幅調整器４５６を介してレーザーダイオード４５４か ら光を受容する。レーザ出力はレンズ４６０を介して補助デテクタ４５８によっ てモニタされ、デテクタ出力はレーザ出力源４６２を制御しレーザの振幅安定性 を与えるために使用される。光は導波路アレイ４５２から平面波として出力され 、係数２０−１で減衰する中性濃度フィルタアレイ４６４を介してｎ番目の導波 路（ｎ＝１〜４）に移行する。即ち、第１導波路の出力は減衰されないが、以後 の導波路の出力は先行導波路の１７２になる０個々のフィルタを垂直線で示して おり、各フィルタは５０％減衰を与える。フィルタアレイからの光は、レンズ４ ６６によって入射光強度に対応するように構成されたダイオードデテクタ４６８ に集束される。

振幅調整器４５６は、導波路ｌ１１１〜ｉ４の各々に対して（図示しない）夫々 のＭａｃｈ　Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉構造を含む、かかる構造の各々は、後で２つの アームに分割される入力導波路領域を含む、アームは後で再結合し、導波路−ト １４の各１つに接続された単一の出力導波路アームを形成する。各アームは夫々 のバイアス手段を有し、一方のアームにおける光の位相が電気光学的に進んでお り、他方のアームが遅れている。

その結果、分割された２つのアームからでた波の間の干渉がそれらの相対位相シ フトに伴って変化するので、出力導波路アームと夫々の導波路−〇における平均 位相は一定であるが振幅は可変である。従って、振幅調整器は導波路ｍ１〜Ｔ１ １４に対する光入力間の振幅を等化する手段を与える。ニオ造は、公知であるか らこれ以上説明しない。

レーザ４５４からの出力波長は、電界吸収を与えるように導波路霧ト１４の材料 中の半導体のバンド縁の近傍に存在するように構成されている。電界吸収は、前 述の実施例で使用した電界屈折に間接的に関係する電気光学効果である。

この作用は、電界に応じて半導体のバンド縁を移動させ、その結果としてレーザ 波長の吸収を変化させる。

従って、各導波路は、該導波路に印加電圧が存在するか否かに応じて内部の光を 透過または吸収する。導波路によって出力される強度が等しいとき、デテクタ４ ６８によって受容される強度の和Ｓは、式、 〔式中、Ａは定数、■１〜ｖ４の各々はディジタルビット値０または１〕で与え られる。その結果として、デテクタ４６８は２進ワードのディジタル入力ＶＩＶ ２Ｖ３Ｖ４に比例したアナログ出力を与える。従ってデバイス４５０は４ビツト Ｄ／＾変換を行なう、より多数のビットを収容するために付加的な導波路を配備 してもよい。

振幅調整器４５６が、導波路アレイ４５２まで順次段階で振幅（ｍａｇｎｉｔｕ ｄｅ）が倍増するように重み付けされた導波路入力強度を与えるように構成され ているとき、デバイス４５０のフィルタアレイ４６４を省略してもよい、レーザ ４５４は連続動作してもよくまたはディジタルデー″少入力と同期的にパルス化 されてもよい、更に、レーザ４５４は、デテクタ４６８における干渉作用を防止 するために「フェーズジッタ（ｐｈａｓｅｊｉｔｔｅｒｄ）Ｊされていてもよい 。

次に第２６図は、電気パルスアナライザの形態の本発明の別の実施例５００の概 略図である。パルスアナライザ５００は、平行電極線５０２１〜５０２．で示す 導波路アレイ５０２を組み込んでいる。アレイ５０２は、（図示しない）振幅調 整器を介してパルス化レーザからパルス光５０４を受容する。第２５図に関して 前述のごとく、導波路アレイ５０２は、個々の導波路内で光を電界吸収するよう に構成され、レーザの波長は導波路材料のバンド縁の近傍に存在する。光は導波 路アレイ５０２の出力く結晶＠開）面５０６から出力され、レンズ５０８によっ て線形デテクタダイオードアレイ５１０に結像される。レンズ５０８は出力面５ ０６及びデテクタアレイ５１０の双方から焦点距離の２倍だけ離間している。そ の結果として、平面５０６の導波路出力の実像はアレイ５１０中の夫々のデテク タダイオードに形成される。

チェーン５１２の無線周波（ＲＦ）インダクタ５１２１〜５１２４は、隣合う電 極対５０２．と５０２□、（ｎ＝１〜４）とを接続する。最も上部のＲＦインダ クタ５１２．はＲＦ信号入力５１４に接続されている。

パルスアナライザ５００は以下のごとく動作する。入力５１４に印加されたＲＦ 信号は式、 Ｖ　＝　（ＬＣ）−ｆｆ 〔Ｌ及びＣは夫々、単位長さあたりのチェーンのインダクタンス及びキャパシタ ンスであり、■の単位は毎秒あたりのし及びＣの測定に用いられる長さである〕 の速度でインダクタチェーン５１２に沿って伝播する。Ｃの値はチェーン５１２ が接続された導波路５０２３等のキャパシタンスに支配される。Ｌの値は、個々 のインダクタ５１２１等の長さを変更するか及び／または巻回することによって 調整され得る。これらのし及びＣ成分によって形成された人工的遅延線は実質的 に非分散性であることが必要である。即ち■が該当バンド内のＲＦ信号周波数か ら独立していなければならない。

５１４のＲＦ信号入力はインダクタチェーン５１２に沿って伝播するために有限 の時間を要するので、任意の瞬間に信号波形のサンプルセクションがチェーン長 さにわたって分布して出現する。レーザ５０４からのパルスは振幅調整器５０５ によって導波路５０２の間に均等に分割される。各レーザパルスの分割部分は、 夫々の導波路内部で電界吸収によって、該導波路でのＲＦ信号レベルに依存しで ある程度まで減衰される。

その結果として、平面５０６の導波路出力は瞬時的ＲＦ波形に従って減衰される 。アレイ５１０のデテクタは夫々の導波路出力を受容し、従って、ＲＦ濾波形従 って減衰された出力信号を発生する。従って、レーザパルスの長さが、個々の導 波路で明らかな信号レベル変化が生じる時間よりもはるかに短いならば、デテク タアレイ出力はＲＦ濾波形サンプルである。１ピコ秒のレーザパルスはＩＧｆｌ ｚを十分に上回るＲＦ周波数成分をサンプリングし得るであろう、その結果とし てパルスアナライザ５００は、ＶＨＦ波形をサンプリングする手段を提供する。

更に、アナライザ５００は、従来の全電子装置で生じたようなサンプリング信号 の劣化を誘因する電子的過渡現象を生じない。

アナライザ５００においては、波形の繰返しと同期的にパルス化されたレーザ５ ０４によって反復性ＲＦ波形がサンプリングされる。このようにして得られた多 数のサンプルを電子的に集合させて信号対雑音比を改良し得る。

前述のごとく、パルスアナライザ５００はデテクタアレイ５１０に光を結像させ るレンズ５０８を組み込んでいる。光学的倍率を与えるためにレンズは導波路出 力から焦点距離の２倍以内の処に配置され得る。または、結像用光学素子を省略 できるように、個々のデテクタを夫々の導波路出力に直接配置してもよい。

本発明はまた、時間集積相関器を提供する。この時間集積相関器は、装置として の概念はパルスアナライザ５００と同様であるが、その用途に適応するように以 下のごとく修正されている。レーザ５０４は、はるかに長いパルスを有している か、または前記のごとく連続でもよい、レーザは、その強度出力範囲の中点の周 囲でバイアスされ、入力基準信号によって該中点の周囲で強度変調される。アレ イ５０２の最も外側の導波路はインダクタチェーン５１２に接続されず、アレイ ５０２の全部の導波路が夫々の動作の中点（５０％減衰）にバイアスされる。ア レイのデテクタの各々は夫々の導波路から光を受容する。インダクタチェーンに 非接続の導波路に対応するデテクタは基準信号を与え、その他の全部のデテクタ の出力信号が（図示しない）比較器アレイによって基準信号に比較される。

波形は、前記と同様にしてインダクタチェーン５１２に入力され、波形は雑音及 び干渉によって劣化する。レーザ変調がインダクタチェーンに接続されたいずれ が１つの導波肯の信号に同期すると、該導波路に対応するデテクタにピーク信号 が出現し、入力波形中にレーザ変調信号波形が存在することを検証する。導波路 変調器のピーク伝送は常に、レーザ強度の極大と一致し、伝送最小値はレーザ強 度の極小と一致する。デテクタは、ナノ秒から秒の範囲の適当な任意の期間に受 容した夫々の光出力を集積し得る。集積はレーザパルスの長さまたはデテクタ出 力の電子的集積によって支配され得る。雑音及び非相関干渉は十分に長い集積期 間にわたって零に平均される。

次に第２７図は、本発明の前記の実施例での使用に適した導波路アレイ構造５６ ０の概略図である０分がり易いように、構造５６０は、奥行きを極度に縮小し案 分比例でない状態で示される。該構造は、３つの導波路５６２を組み込んでおり 、各導波路はパラボラ形の拡大された入力及び出力領域即ちポーン５６４及び５ ６６を有する。入力ホーン５６４は矢印の付いた波面５６８によって示されるレ ーザ光ビームを共通に受容する。出力ホーン５６６は平面光波５７２を発生する 。

パラボラ形入力及び出力導波路ホーン５６４及び５６６の使用によって多数の利 点が得られる。テーバ状導波路ホーンは公知であるが、パラボラ形ホーンはより 効率がよく導波路の所要長さも短い、出力ホーン５６６は出力ビーム５７２を拡 大し、不要な高次のモードを喪失して光エネルギを低次の空間モードに集中させ る。更に、導波路５６２から出力ホーン５６６への遷移が極めて短い物理的長さ で生じ、モード変換の可能性が小さい、導波路ホーン５６４及び５６６の主な利 点は、小さいキャパシタンスで回折効果を伴うことなく連続的光学構造の効果が シミュレートできることである。

嘱Ａ（ 国際調査報告 １Ｍｍｍ″５Ｍ１ｎ崗１７”１：０τ／ＧＢ　８Ｂ１００９２８

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. １．（ａ）デバイス（１０）が多層構造であり、低屈折率を有する２つの光閉じ 込め層（１６，３２）の間にサンドイッチされた導波路コア層（１８）を含み、 （ｂ）導波路コア層（１８）がダイオード構造（１６，１８，３２）の一部であ り、閉じ込め層（１６，３２）を介して印加された逆バイアス下に荷電キャリア 空乏層になり、 （ｃ）アレイの個々の導波路（３０）を形成する溝（２０）が導波路コア層（１ ８）の少なくとも一部に延びており、該溝（２０）が、隣合う導波路（３０）の 間の光結合を阻止するために導波路コア層（１８）の屈折率を少なくとも１．５ 下回る屈折率を有する媒質を収容しており、 （ｄ）導波路（３０）が不要な空間モードの出力を阻止するように設計されてい ることを特徴とする電気光学的材料から成る電気的にバイアス可能な導波路（３ ０）アレイを含む種類の電気光学的導波路デバイス。
2. ２．導波路（３０）が幅５λ未満を有し、隣合う導波路の中心が２０λ未満離間 しており、λがデバイス（１０）の導波路の自由空間動作波長であることを特徴 とする請求項１に記載のデバイス。
3. ３．溝の媒質が空気であることを特徴とする請求項１または２に記載のデバイス 。
4. ４．デバイス（１０，１５０）の少なくとも一部が、順次に積層されたＧａｘＡ ｌ１−ｘＡｓ系の半導体材料層（１６，１８，１５８〜１６６）から構成されて いることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス。
5. ５．光閉じ込め層（３２）の１つが、導波路コア層（１８）に対するショットキ ー接触であることを特徴とする請求項４に記載のデバイス。
6. ６．導波路コア層（１６２）が実質的に非ドープのＧａＡ３から成り、光閉じ込 め層（１６０，１６４）がＧａＡｌＡｓから成り且つ互いに反対の導電形を有す ることを特徴とする請求項４に記載のデバイス。
7. ７．光閉じ込め層（１６，１６０）の１つが、導波路（３０，１５２）の各々に 共通であることを特徴とする請求項５または６に記載のデバイス。
8. ８．導波路（３０）が、導波路コア層材料の共通結晶劈開面（２４）内に夫々の 光出力表面領域を有することを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載 のデバイス。
9. ９．導波路（３０）が、夫々のポンドパッド（３４）及び該ポンドパッドに接続 された導線（３３）を介してバイアス可能であり、ボンドパッド（３４）はデバ イス（１０）の導波路（３０）収容領域の周囲に配置され、導線（３３）はデバ イス（１０）の光入力領域（４１）にわたって延びていることを特徴とする請求 項１から８のいずれか一頓に記載のデバイス。
10. １０．受容導波路（２２２）アレイの入力領域に遠視野回折像を形成するように 設計され、像が、受容導波路（２２２）のいずれか１つによって受容可能で且つ 受容導波路アレイで案内可能なメイン回折ローブ（４６）を有することを特徴と する請求項１から９のいずれか一項に記載のデバイス。
11. １１．電気光学的受容導波路（２０６，２２２）が半導体多層構造（２００）と して形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のデバイス。
12. １２．受容導波路（２３２）が入力領域に最小相対間隔を有することを特徴とす る請求項１１に記載のデバイス。
13. １３．長さｎＬ〔ｎは１〜ｍでｎ番目の導波路または電極を示し、Ｌは第１電極 （Ｖ１）の長さを示す〕を有する夫々のバイアス電極（Ｖ１〜Ｖ７）を備えたｍ 個の導波路（Ｗ１〜Ｗ７）を組み込んでおり、電極群（Ｖ１〜Ｖ７）が共通のア ナログ電圧入力（ＩＰ）に接続され、電圧入力の変化に応じて導波路出力群が、 導波路出力焦点の通路に沿って配置されたデテクタ群（Ｄ１〜Ｄ７）を含むデテ クタアレイ（４１８）に一緒に集束され、デテクタアレイ（４１８）が、アナロ グ入力電圧に対応するディジタル出力を与えるように設計された信号処理手段（ ４２０）に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
14. １４．信号処理手段（４２０）が、各デテクタ出力信号を基準信号レベルに比較 する比較手段（４２６）を含むことを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
15. １５．導波路（Ｗ１〜Ｗ７）が夫々の第２バイアス電極（Ｃ１〜Ｃ７）を含み、 該第２バイアス電極は、アナログ入力電圧０のとき共通の導波路出力焦点を生じ させることを特徴とする請求項１３または１４に記載のデバイス。
16. １６．デテクタアレイ（４３０，４４０）が２次元であり、出力２進語を与える ように符号化されることを特徴とする請求項１３から１５のいずれか一項に記載 のデバイス。
17. １７．デテクタアレイ（４００）がグレイコードフォーマットであることを特徴 とする請求項１６に記載のデバイス。
18. １８．導波路コア層が光源波長で電界吸収性の材料から成り、導波路が、各導波 路の夫々の２進数に対応するバイアスを与えるように設計された電気バイアス手 段（ｍ１〜ｍ４、Ｖ１〜Ｖ４）に結合しており、導波路の出力強度が、導波路ア レイ（４５２）のバイナリダブリングブログレッションを形成するように重み付 けされ、各導波路は、夫々のバイアス電圧（Ｖ１〜Ｖ４）が２進数に対応する２ つの値の一方または他方のいずれの値であるかに従って不透過性または透過性に なるように編成され、導波路の出力強度は、電極電圧（Ｖ１〜Ｖ４）に対応する ２進数に従ってアナログ出力信号を与えるように設計された検出手段（４６６， ４６８）によって検出及び加算されることを特徴とする請求項１に記載のデバイ ス。
19. １９．導波路が、夫々の電極群（５０２１〜５０２５）を有し、隣合う電極対は 、ＲＦ入力（５１４）を有するチェーン（５１２）を形成する夫々の無線周波（ ＲＦ）インダクタ（５１２１〜５１２４）を介して互いに接続され、導波路は、 夫々のデテクタ（５１０）に結像された夫々の出力を有し、パルス化レーザは、 デテクタ（５１０）によって受信された信号に関するＲＦ信号をインダクタチェ ーン（５１２）でサンプリングするために、導波路材料が電界吸収性になる波長 を有する光（５０４）で導波路を照射するように設計されていることを特徴とす る請求項１に記載のデバイス。
20. ２０．アレイ（５６０）の各導波路（５６２）がパラボラ形の入出力領域（５６ ４，５６６）を有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
21. ２１．共通源（４０４）から光を受容し共通回折像を形成するように設計された 電気光学的材料から成る電気的にバイアス可能な導波路（Ｗ１〜Ｗ７）アレイを 含み、（ａ）長さｎＬ〔ｎは１〜ｍでアレイ中の導波路番号を示し、Ｌは第１電 極（Ｖ１）の長さを示す〕の導波路バイアス電極（Ｖ１〜Ｖ７）を含み、 （ｂ）電極群（Ｖ１〜Ｖ７）が共通のアナログ電圧入力（ＩＰ）に接続され、 （ｃ）入力アナログ電圧の変化に応じて導波路出力ビームが進行する通路に沿っ てデテクタアレイ（Ｄ０〜Ｄ７）が配置され、（ｄ）デテクタアレイ出力が電極 アナログ入力電圧（ＶＡ）に対応するディジタル信号を与えるように設計されて いることを特徴とすする電気光学的導波路デバイス（４００）。
22. ２２．（ａ）デテクタ出力と光源（４０４）から誘導されデバイス動作状態を派 す基準信号とを比較する比較手段（４２６）と、（ｂ）アナログ入力電圧（ＶＡ ）が０のときに１つのデテクタ（Ｄ０）に導波路出力群（４１４）を結合すべく 個別にバイアス可能な各導波路（Ｗ１〜Ｗ７）毎の第２バイアス電極（Ｃ１〜Ｃ ７）とを含み、（ｃ）デテクタアレイ（４３０，４４０）が２次元で、出力ディ ジタル信号を与えるように符号化されることを特徴とする請求項２１に記載のデ バイス。
23. ２３．共通源（４５８）から光を受容するように設計された電気的にバイアス可 能な導波路（４５２）アレイを含み、導波路が電界吸収性で、個々の導波路出力 強度を変化させるように設計された電圧バイアス手段（Ｖ１〜Ｖ４）に接続され た夫々のバイアス電極（ｍ１〜ｍ４）に結合していることを特徴とする電気光学 的導波路デバイス（４５０）。
24. ２４．バイアス手段（Ｖ１〜Ｖ４）が２進数に対応する電圧を与えるように設計 され、個々の導波路は、対応する２進数が０であるか１であるかに従って不透過 性または透過性であり、透過性のときはバイナリダブリングスキームに重み付け された夫々の出力強度を与え、導波路の出力が、バイアス手段（Ｖ１〜Ｖ４）へ のディジタル入力に対応するアナログ出力を与える共通検出手段（４６８）によ って検出及び加算されることを特徴とする請求項２３に記載のデバイス（４５０ ）。
25. ２５．隣合うバイアス電極（５０２１〜５０２５）が、信号入力（５１４）に接 続されたチェーン（５１２）を形成する夫々のインダクタ（５１２１〜５１２４ ）によって接続され、共通光源がパルス化レーザであり、導波路出力が、チェー ン（５１２）に分布した信号のサンプリングを行なうために夫々のデテクタによ って検出されることを特徴とする請求項２３に記載のデバイス（５００）。