CN115220153B - 光器件及光*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新型光器件。该光器件具备：至少一个磁性元件，其具有第一铁磁性层、第二铁磁性层、和被所述第一铁磁性层与所述第二铁磁性层夹持的间隔层；基板；以及波导，所述波导及所述磁性元件处于所述基板之上或上方，在所述波导中传播的光的至少一部分向所述磁性元件照射。

Description

光器件及光***
技术领域
本发明涉及一种光器件及光***。
背景技术
近年来，使用波导的光器件备受关注。例如，平面光波电路(Planar LightwaveCircuit：PLC)是光器件的一例，用于增强现实(AR)眼镜或小型投影仪。另外，例如，光调制器是光器件的一例，用于光通信。
例如，在专利文献1中记载了作为光器件的一例的波分复用电路。专利文献1所记载的波分复用电路将半导体光电二极管(PD)用作可变波长光源的波长监视器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-223738号公报
发明内容
发明所要解决的问题
作为单独部件制作的半导体光电二极管需要对光器件的波导调整光轴。另外，作为单独部件制作的半导体光电二极管的尺寸较大。为了光器件的进一步发展，需要新的突破。
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种新型的光器件。
用于解决问题的技术手段
为了解决上述课题，提供以下技术手段。
(1)第一方式提供一种光器件，其具备：至少一个磁性元件，其具有第一铁磁性层、第二铁磁性层、和被所述第一铁磁性层与所述第二铁磁性层夹持的间隔层；基板；以及波导，所述波导及所述磁性元件处于所述基板之上或上方，在所述波导中传播的光的至少一部分向所述磁性元件照射。
(2)根据上述方式的光器件，也可以是，还具备：电极，从所述电极向所述波导的至少一部分，能够施加基于来自所述磁性元件的电信号的电场。
(3)根据上述方式的光器件，也可以是，还具备：反射器，所述反射器将所述光的至少一部分朝向所述磁性元件反射。
(4)在上述方式的光器件中，也可以是，所述光的至少一部分从与所述磁性元件的层叠方向交叉的方向向所述磁性元件照射。
(5)在上述方式的光器件中，也可以是，所述光的至少一部分从所述磁性元件的层叠方向向所述磁性元件照射。
(6)在上述方式的光器件中，也可以是，所述波导还具备：监测波导，所述光的至少一部分在所述监测波导中传播。
(7)根据上述方式的光器件，也可以是，还具备：激光二极管和光调制元件。所述激光二极管与所述波导光学连接，所述光调制元件处于所述激光二极管与所述波导之间，调制到达所述波导的光的强度。
(8)在上述方式的光器件中，也可以是，所述至少一个磁性元件为多个磁性元件，向所述多个磁性元件中的第一磁性元件照射在所述波导中沿从所述激光二极管朝向所述波导的方向传播的光的至少一部分，向所述多个磁性元件中的第二磁性元件照射从所述波导输出且由被照射体反射的光的至少一部分。
(9)第二方式提供一种光***，其具备上述方式的光器件、和将从所述光器件输出的光导光至被照射体的光学***。
发明效果
上述方式的光器件及光***能够以新的原理来检测光。
附图说明
图1是第一实施方式的光器件的框图。
图2是第一实施方式的光调制元件的俯视图。
图3是第一实施方式的光调制元件的截面图。
图4是第一实施方式的光调制元件的磁性元件附近的立体图。
图5是第一实施方式的光调制元件的磁性元件附近的截面图。
图6是第一实施方式的光调制元件的监测电路的一例。
图7是第一实施方式的光调制元件的监测电路的另一例。
图8是第一实施方式的磁性元件的截面图。
图9是用于对第一实施方式的磁性元件的第一机制进行说明的图。
图10是用于对第一实施方式的磁性元件的第二机制进行说明的图。
图11是第二实施方式的光调制元件的磁性元件附近的立体图。
图12是第二实施方式的光调制元件的磁性元件附近的截面图。
图13是第二实施方式的光调制元件的磁性元件附近的另一截面图。
图14是第三实施方式的光调制元件的俯视图。
图15是第三实施方式的光调制元件的磁性元件附近的第一例的立体图。
图16是第三实施方式的光调制元件的磁性元件附近的第二例的立体图。
图17是第一变形例的光调制元件的磁性元件附近的截面图。
图18是第二变形例的光调制元件的磁性元件附近的截面图。
图19是第三变形例的光调制元件的俯视图。
图20是第三变形例的光调制元件的截面图。
图21是第四变形例的光调制元件的截面图。
图22是第五变形例的光调制元件的俯视图。
图23是第五变形例的光调制元件的截面图。
图24是第六变形例的光器件的俯视图。
图25是第六变形例的光调制元件的截面图。
图26是第七变形例的光调制元件的俯视图。
图27是第七变形例的光调制元件的磁性元件附近的截面图。
图28是第七变形例的另一例的光调制元件的磁性元件附近的截面图。
图29是第七变形例的另一例的光调制元件的磁性元件附近的截面图。
图30是第七变形例的另一例的光调制元件的磁性元件附近的立体图。
图31是第八变形例的光器件的俯视图。
图32是使用光器件的光***的概念图。
图33是第九变形例的光***的概念图。
具体实施方式
以下，在实施方式中，适当地参照图详细地进行说明。在以下的说明中使用的附图有时为了方便而将成为特征的部分放大表示，以使特征容易理解，各构成要素的尺寸比率等有时与实际不同。在以下的说明中例示的材料、尺寸等为一例，本发明不限于此，在实现本发明的效果的范围内能够适当地变更而实施。
对方向进行定义。将基板10(参照图3)扩展的面内的一方向设为x方向，将与x方向正交的面内的方向设为y方向。将与基板10的正交的方向(与x方向及y方向正交的方向)设为Z方向。以下，有时将+Z方向表达为“上”，将-Z方向表达为“下”。上下不一定与施加重力的方向一致。
“第一实施方式”
图1是第一实施方式的光器件200的框图。光器件200具备光调制元件100和控制部150。控制部150例如具有驱动电路160、直流偏压施加电路170以及控制电路180。光器件200例如是光调制器。
图1所示的光调制元件100将电信号转换为光信号。光调制元件100根据调制信号Sm将输入的输入光Lin转换为输出光Lout。本说明书中的光不限于可见光线，也包含波长比可见光线长的红外线或波长比可见光线短的紫外线。可见光线的波长例如为380nm以上且小于800nm。红外线的波长例如为800nm以上1mm以下。紫外线的波长例如为200nm以上且小于380nm。
驱动电路160将与调制信号Sm相应的调制电压Vm施加到光调制元件100的电极(后述的电极41及电极42)。直流偏压施加电路170将直流偏压电压Vdc施加到光调制元件100的电极(后述的电极43及电极44)。控制电路180接收来自光调制元件100具有的磁性元件30的电信号Sf，将基于电信号Sf的信号送到直流偏压施加电路170。
图2是第一实施方式的光调制元件100的俯视图。图3是第一实施方式的光调制元件100的截面图，是沿着图2中的A-A’切断的截面。在图2中组合表示电源161、171及终端电阻R。
光调制元件100具备基板10、波导20、磁性元件30、以及电极41、42、43、44。
电极41的第一端41a及电极42的第一端42a例如与电源161连接。电极41的第二端41b及电极42的第二端42b例如与终端电阻R连接。电源161是驱动电路160的一部分。
电极43的第一端43a及电极44的第一端44a例如与电源171连接。电源171是直流偏压施加电路170的一部分。
基板10例如含有氧化铝。基板10例如是蓝宝石。基板10也可以是硅等的半导体基板。
波导20形成在基板10上。波导20例如具有第一波导21、第二波导22、输入波导23、输出波导24、分支部25、结合部26、监测波导27。
输入波导23具有输入输入光Lin的输入端，与分支部25相连。分支部25处于输入波导23和第一波导21及第二波导22之间。
第一波导21及第二波导22例如沿x方向延伸。第一波导21和第二波导22的x方向的长度例如大致相同。
结合部26处于第一波导21及第二波导22和输出波导24之间。输出波导24与结合部26相连，具有输出输出光Lout的输出端。
监测波导27例如与输出波导24连接。在输出波导24中传播的光的至少一部分向监测波导27传播。以下，有时将在波导20中传播的光的至少一部分称为监测光。监测波导27也可以与想要监测光的状态的部分组合，且与波导20的输出波导24以外的部分连接。
如图3所示，第一波导21及第二波导22由平板20S的一部分和脊形状部20T构成。平板20S在基板10上扩展。脊形状部20T从平板20S的上表面突出。平板20S提高向波导20施加的电场强度。
平板20S及脊形状部20T含有铌酸锂作为主成分。因此，波导20含有铌酸锂作为主成分。铌酸锂的一部分元素也可以置换成其它元素。波导20例如由包覆层28包覆。包覆层28例如为SiO2、Al2O3、MgF2、La2O3、ZnO、HfO2、MgO、Y2O3、CaF2、In2O3等或它们的混合物。平板20S及脊形状部20T的材料及包覆层28的材料不限于该例。例如，平板20S及脊形状部20T在硅或氧化硅中添加了氧化锗，包覆层28也可以是氧化硅。输入波导23、输出波导24、分支部25、结合部26、监测波导27也由与第一波导21及第二波导22同样的结构构成。
磁性元件30处于照射监测光的位置。磁性元件30例如处于监测波导27的输出端的前端(监测波导27的延伸方向)。磁性元件30为第一磁性元件的一例。
图4是第一实施方式的光调制元件100的磁性元件30的附近的立体图。图5是第一实施方式的光调制元件100的磁性元件30的附近的截面图。
在波导20内传播的光的至少一部分(监测光)例如从与磁性元件30的层叠方向交叉的方向对磁性元件30照射。监测光例如向磁性元件30的侧面照射。磁性元件30在与形成有波导20的基板10相同的基板10上形成。即，磁性元件30和波导20组装到一个物品之中。波导20及磁性元件30处于基板10之上或基板10的上方。
磁性元件30例如与电极51、52、通孔配线53、54、输入端子55、输出端子56电连接。
电极51与磁性元件30的第一面连接。电极52与磁性元件30的第二面连接。第一面和第二面在磁性元件30的层叠方向上相互相对。
电极51、52包含具有导电性的材料。电极51、52由例如Cu、Al、Au或Ru等金属构成。也可以在这些金属的上下层叠Ta或Ti。另外，也可以使用Cu和Ta的层叠膜、Ta、Cu以及Ti的层叠膜、Ta、Cu以及TaN的层叠膜作为电极51、52。另外，也可以使用TiN或TaN作为电极51、52。
电极51、52也可以对向磁性元件30照射的光的波段具有透射性。例如，电极51、52也可以是含有氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟镓锌(IGZO)等氧化物的透明电极材料的透明电极。另外，也可以将电极51、52设为在这些透明电极材料中具有多个柱状金属的结构。
通孔配线53将输入端子55和电极51或电极52相连。输入端子55例如是两个。向输入端子55的一方输入电流或电压，输入端子55的另一方与基准电位连接。输入端子55例如露出到包覆层28的上表面。通孔配线54将输出端子56和电极51或电极52相连。输出端子56例如是两个。从输出端子56的一方输出信号，输出端子56的另一方与基准电位连接。输出端子56例如露出到包覆层28的上表面。通孔配线53、54、输入端子55及输出端子56含有具有导电性的材料。能够使用与作为电极51、52的例子举出的材料相同的材料作为通孔配线53、54、输入端子55及输出端子56的材料。
图6及图7是使用第一实施方式的光调制元件100的磁性元件30的光的监测电路的一例。在图6及图7中，电极51例如与输入端子Pin及输出端子Pout连接。在图6及图7中，电极52例如与基准电位端子PG连接。输入端子Pin与图4及图5中的输入端子55的一方对应。输出端子Pout与图4及图5中的输出端子56的一方对应。基准电位端子PG与图4及图5中的输入端子55的另一方及输出端子56的另一方对应。图6及图7中的基准电位是地线G。地线G也可以设置于光调制元件100的外部。基准电位也可以是地线G以外。
磁性元件30将照射的光(监测光L)的状态的变化替换成电信号。来自磁性元件30的输出电压或输出电流根据照射的光(监测光L)的强度而变化。
输入端子Pin与电流源PS1或电压源PS2连接。电流源PS1及电压源PS2例如处于光调制元件100的外部。在输入端子Pin与电流源PS1连接的情况下，输出端子Pout将磁性元件30的层叠方向的电阻值作为电压输出。在输入端子Pin与电压源PS2连接的情况下，输出端子Pout将磁性元件30的层叠方向的电阻值作为电流输出。在无需从外部向磁性元件30施加电流或电压的情况下，也可以没有输入端子Pin及电流源PS1或电压源PS2。
图8是第一实施方式的磁性元件30的截面图。在图8中，同时图示出电极51、52，用箭头表示铁磁性体的初始状态下的磁化的方向。
磁性元件30至少具有第一铁磁性层31、第二铁磁性层32以及间隔层33。间隔层33处于第一铁磁性层31与第二铁磁性层32之间。除了这些，磁性元件30也可以具有第三铁磁性层34、磁耦合层35、基底层36、垂直磁化感应层37、盖层38、侧壁绝缘层39等。磁性元件30来自层叠方向的俯视下的最长宽度例如为2000nm以下。磁性元件30来自层叠方向的俯视下的最长宽度例如为10nm以上。
磁性元件30例如是间隔层33由绝缘材料构成的MTJ(Magnetic Tunnel Junction)元件。在该情况下，就磁性元件30而言，层叠方向的电阻值(使电流沿层叠方向流动时的电阻值)根据第一铁磁性层31的磁化M31的状态和第二铁磁性层32的磁化M32的状态的相对变化而变化。也将这样的元件称为磁阻效应元件。
第一铁磁性层31是如果从外部照射光则磁化的状态变化的光探测层。也将第一铁磁性层31称为磁化自由层。磁化自由层是包含施加了来自规定的外部的能源时磁化的状态变化的磁性体的层。来自规定的外部的能源例如是从外部照射的光(监测光L)、沿磁性元件30的层叠方向流动的电流、外部磁场。第一铁磁性层31的磁化M31根据向第一铁磁性层31照射的光(监测光L)的强度而状态变化。
第一铁磁性层31包含铁磁性体。第一铁磁性层31至少含有例如、Co、Fe或Ni等磁性元素中的任一种。第一铁磁性层31也可以与如上所述的磁性元素一起含有B、Mg、Hf、Gd等非磁性元素。第一铁磁性层31例如也可以是含有磁性元素和非磁性元素的合金。第一铁磁性层31也可以由多个层构成。第一铁磁性层31例如是CoFeB合金，由Fe层夹着CoFeB合金层的层叠体、由CoFe层夹着CoFeB合金层的层叠体。
第一铁磁性层31可以是在膜面内方向上具有易磁化轴的面内磁化膜，也可以是在膜法线方向(磁性元件30的层叠方向)上具有易磁化轴的垂直磁化膜。
第一铁磁性层31的膜厚例如为1nm以上5nm以下。第一铁磁性层31的膜厚例如优选为1nm以上2nm以下。在第一铁磁性层31为垂直磁化膜的情况下，如果第一铁磁性层31的膜厚薄，则来自处于第一铁磁性层31的上下的层的垂直磁各向异性施加效果增强，第一铁磁性层31的垂直磁各向异性提高。即，如果第一铁磁性层31的垂直磁各向异性高，则磁化M31要回到膜法线方向(原来的状态)的力增强。另一方面，如果第一铁磁性层31的膜厚厚，则来自处于第一铁磁性层31的上下的层的垂直磁各向异性施加效果相对减弱，第一铁磁性层31的垂直磁各向异性减弱。
如果第一铁磁性层31的膜厚变薄，则作为铁磁性体的体积变小，如果变厚，则作为铁磁性体的体积变大。施加了来自外部的能源时的第一铁磁性层31的磁化M31的反应容易度与第一铁磁性层31的磁各向异性(Ku)和体积(V)的积(KuV)成反比。即，如果第一铁磁性层31的磁各向异性和体积的积变小，则对于光的反应性提高。从这样的观点来看，为了提高对于光的反应，优选在适当地设计第一铁磁性层31的磁各向异性之后减小第一铁磁性层31的体积。
在第一铁磁性层31的膜厚比2nm厚的情况下，也可以将例如由Mo、W构成的***层设置在第一铁磁性层31内。即，也可以将铁磁性层、***层、铁磁性层依次层叠的层叠体作为第一铁磁性层31。由于***层和铁磁性层的界面上的界面磁各向异性而第一铁磁性层31整体的垂直磁各向异性提高。***层的膜厚例如为0.1nm～0.6nm。
第二铁磁性层32是磁化固定层。磁化固定层是由磁性体构成的层，上述磁性体在施加了来自规定的外部的能源时磁化的状态比磁化自由层更不易变化。例如，磁化固定层在施加了来自规定的外部的能源时磁化的方向比磁化自由层更不易变化。另外，例如，磁化固定层在施加了来自规定的外部的能源时磁化的大小比磁化自由层更不易变化。第二铁磁性层32的矫顽力例如比第一铁磁性层31的矫顽力大。第二铁磁性层32例如在与第一铁磁性层31相同的方向上具有易磁化轴。第二铁磁性层32可以是面内磁化膜，也可以是垂直磁化膜。
构成第二铁磁性层32的材料例如与第一铁磁性层31同样。第二铁磁性层32例如也可以是0.4nm～1.0nm的厚度的Co、0.1nm～0.5nm的厚度的Mo、0.3nm～1.0nm的厚度的CoFeB合金、0.3nm～1.0nm的厚度的Fe依次层叠的层叠体。
第二铁磁性层32的磁化M32例如也可以通过与经由磁耦合层35的第三铁磁性层34的磁耦合而固定。在该情况下，也有时将第二铁磁性层32、磁耦合层35及第三铁磁性层34组合的层称为磁化固定层。
第三铁磁性层34例如与第二铁磁性层32磁耦合。磁耦合例如是反铁磁性耦合，通过RKKY相互作用而产生。构成第三铁磁性层34的材料例如与第一铁磁性层31同样。磁耦合层35例如是Ru、Ir等。
间隔层33是配置于第一铁磁性层31和第二铁磁性层32之间的非磁性层。间隔层33以由导电体、绝缘体或者半导体构成的层或在绝缘体中包含由导体构成的通电点的层构成。间隔层33的膜厚能够根据后述的初始状态下的第一铁磁性层31的磁化M31和第二铁磁性层32的磁化M32的取向方向而调整。
例如，在间隔层33由绝缘体构成的情况下，磁性元件30具有由第一铁磁性层31、间隔层33以及第二铁磁性层32构成的磁隧道结(MTJ：Magnetic Tunnel Junction)。将这样的元件称为MTJ元件。在该情况下，磁性元件30能够表现隧道磁阻(TMR：TunnelMagnetoresistance)效应。在间隔层33由金属构成的情况下，磁性元件30能够表现巨磁阻(GMR：Giant Magnetoresistance)效应。将这样的元件称为GMR元件。磁性元件30有时由于间隔层3的构成材料而名称与MTJ元件、GMR元件等不同，但也总称为磁阻效应元件。
在间隔层33由绝缘材料构成的情况下，能够使用含有氧化铝、氧化镁、氧化钛或氧化硅等的材料。另外，这些绝缘材料也可以含有Al、B、Si、Mg等元素或Co、Fe、Ni等磁性元素。调整间隔层33的膜厚，以在第一铁磁性层31和第二铁磁性层32之间表现高的TMR效应，由此，获得高的磁阻变化率。为了高效地利用TMR效应，可以将间隔层33的膜厚设为0.5～5.0nm左右，也可以设为1.0～2.5nm左右。
在由非磁性导电材料构成间隔层33的情况下，能够使用Cu、Ag、Au或Ru等导电材料。为了高效地利用GMR效应，可以将间隔层33的膜厚设为0.5～5.0nm左右，也可以设为2.0～3.0nm左右。
在由非磁性半导体材料构成间隔层33的情况下，能够使用氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化锗、氧化镓或ITO等材料。在该情况下，也可以将间隔层33的膜厚设为1.0～4.0nm左右。
在应用包含由非磁性绝缘体中的导体构成的通电点的层作为间隔层33的情况下，也可以设为在由氧化铝或氧化镁构成的非磁性绝缘体中包含由Cu、Au、Al等非磁性导体构成的通电点的结构。另外，也可以由Co、Fe、Ni等磁性元素构成导体。在该情况下，也可以将间隔层33的膜厚设为1.0～2.5nm左右。通电点例如为从与膜面垂直的方向观察时的直径为1nm以上5nm以下的柱状体。
基底层36处于第二铁磁性层32和电极52之间。基底层36是籽晶层或缓冲层。籽晶层提高在籽晶层上层叠的层的结晶性。籽晶层例如是Pt、Ru、Hf、Zr、NiFeCr。籽晶层的膜厚例如为1nm以上5nm以下。缓冲层是缓和不同的结晶间的晶格失配的层。缓冲层例如是Ta、Ti、W、Zr、Hf或这些元素的氮化物。缓冲层的膜厚例如为1nm以上5nm以下。
盖层38处于第一铁磁性层31和电极51之间。盖层38在工艺过程中防止对下层的损伤，并且在退火时提高下层的结晶性。盖层38的膜厚例如为3nm以下，以向第一铁磁性层31照射足够的光。盖层38例如是MgO、W、Mo、Ru、Ta、Cu、Cr或它们的层叠膜等。
垂直磁化感应层37在第一铁磁性层31为垂直磁化膜的情况下形成。垂直磁化感应层37层叠在第一铁磁性层31上。垂直磁化感应层37感应第一铁磁性层31的垂直磁各向异性。垂直磁化感应层37为例如氧化镁、W、Ta、Mo等。在垂直磁化感应层37为氧化镁的情况下，为了提高导电性，优选的是，氧化镁缺氧。垂直磁化感应层37的膜厚例如为0.5nm以上2.0nm以下。
侧壁绝缘层39覆盖包含第一铁磁性层31及第二铁磁性层32的层叠体的周围。侧壁绝缘层39例如是Si、Al、Mg的氧化物、氮化物、氮氧化物。
磁性元件30通过各层的层叠工序、退火工序以及加工工序而制作。首先，在基板10上(包覆层28的一部分上)依次层叠电极52、基底层36、第三铁磁性层34、磁耦合层35、第二铁磁性层32、间隔层33、第一铁磁性层31、垂直磁化感应层37、盖层38。基板10与形成有波导20的基板相同。各层例如通过溅射而成膜。
接下来，对层叠膜进行退火。退火温度例如为250℃～450℃。之后，通过光刻及蚀刻将层叠膜加工成规定的柱状体。柱状体可以是圆柱，也可以是棱柱。例如，可以将从层叠方向观察柱状体时的最短宽度设为10nm以上2000nm以下，也可以设为30nm以上500nm以下。
接下来，以包覆柱状体的侧面的方式形成绝缘层。绝缘层成为侧壁绝缘层39。侧壁绝缘层39也可以多次层叠。接下来，通过化学机械研磨(CMP)从侧壁绝缘层39露出盖层38的上表面，在盖层38上制作电极51。通过上述工序，获得磁性元件30。磁性元件30能够不依赖于构成基底的材料而制作。因此，磁性元件30能够不经由粘接层等而在形成有波导20的基板10上直接制作。磁性元件30能够与波导20一起通过相同基板10上的工艺而形成。例如，波导20及磁性元件30能够在相同的基板10上通过真空成膜工艺而形成。
电极41、42、43、44处于能够对波导20的至少一部分施加电场的位置(参照图2、图3)。能够分别从电极41、43向第一波导21施加电场。电极41、43分别处于例如在来自z方向的俯视下与第一波导21重叠的位置。电极41、43分别处于第一波导21的上方。能够分别从电极42、44向第二波导22施加电场。电极42、44分别处于例如在来自z方向的俯视下与第二波导22重叠的位置。电极42、44分别处于第二波导22的上方。
接下来，对光器件200的动作进行说明。在光器件200的动作中存在将电信号转换成光信号的光调制动作和监测光调制状态并调整光调制状态的调整动作。
首先，对光调制动作进行说明。光器件200将电信号转换成光信号。光调制元件100将输入光Lin调制成输出光Lout。
从输入波导23输入的输入光Lin分支到第一波导21和第二波导22并传播。在第一波导21中传播的光和在第二波导22中传播的光的相位差在分支的时刻为零。
如果在电极41和电极42之间施加电压，则向第一波导21及第二波导22施加电场，由于电光效应而第一波导21及第二波导22的折射率变化。向电极41及42施加与调制信号Sm相应的调制电压Vm。与调制信号Sm相应的调制电压Vm例如通过电源161施加。例如，第一波导21的折射率从基准的折射率n进行+△n变化，第二波导22的折射率从基准的折射率n进行-△n变化。向电极41和电极42施加的电压例如是绝对值相同、正负相反、互不异相的差分电压。
如果第一波导21和第二波导22的折射率不同，则在第一波导21中传播的光和在第二波导22中传播的光之间产生相位差。在第一波导21及第二波导22中的传播的光在输出波导24中合流，作为输出光Lout输出。
输出光Lout使在第一波导21中传播的光和在第二波导22中传播的光重合。输出光Lout的强度根据在第一波导21中传播的光和在第二波导22中传播的光的相位差而变化。例如，在相位差为π的偶数倍的情况下，光相互加强，在为π的奇数倍的情况下，光相互削弱。通过这样的步骤，光调制元件100根据电信号将输入光Lin调制成输出光Lout。
接下来，对调整动作进行说明。在调整动作中，例如，调整光调制元件100的动作点。动作点是成为调制电压振幅的中心的电压。动作点有时由于使用环境的温度等而变动。在使用中动作点变动的情况下，利用直流偏压施加电路170及控制电路180进行修正。控制电路180例如根据监测光的状态修正的动作点的变动。监测光的状态由磁性元件30检测。
来自磁性元件30的输出电压或输出电流根据向第一铁磁性层31照射的光(监测光)的强度而变化。监测光是输出光Lout的一部分分支而成的光，为与输出光Lout同样的状态。
来自磁性元件30的输出电压或输出电流由于光的照射而变化的严格机制尚未明确，但例如考虑以下的两个机制。
图9是用于对第一实施方式的磁性元件30的动作的第一机制进行说明的图。在图9的上方的坐标图中，纵轴是向第一铁磁性层31照射的光的强度，横轴是时间。在图9的下方的坐标图中，纵轴是磁性元件30的层叠方向的电阻值，横轴是时间。
首先，在将第一强度的光照射至第一铁磁性层31的状态(以下，称为初始状态)下，第一铁磁性层31的磁化M31和第二铁磁性层32的磁化M32处于平行的关系，磁性元件30的层叠方向的电阻值表示第一电阻值R1，来自磁性元件30的输出电压或输出电流的大小表示第一值。第一强度也可以是向第一铁磁性层31照射的光的强度为零的情况。
例如，如果使感应电流沿磁性元件30的层叠方向流动，则在磁性元件30的层叠方向的两端产生电压，根据其电压值，使用欧姆定律求出磁性元件30的层叠方向的电阻值。来自磁性元件30的输出电压产生于电极51和电极52之间。在图9所示的例子的情况下，优选使感应电流从第一铁磁性层31朝向第二铁磁性层32流动。通过使感应电流沿该方向流动，与第二铁磁性层32的磁化M32相同方向的自旋转移扭矩作用于第一铁磁性层31的磁化M31，在初始状态下，磁化M31和磁化M32平行。另外，通过使感应电流沿该方向流动，能够防止第一铁磁性层31的磁化M31在动作时反转。
接下来，向第一铁磁性层31照射的光的强度变化。第一铁磁性层31的磁化M31通过光的照射形成的来自外部的能源而从初始状态倾斜。未向第一铁磁性层31照射光的状态下的第一铁磁性层31的磁化M31的方向和照射了光的状态下的磁化M31的方向的角度均大于0°小于90°。
如果第一铁磁性层31的磁化M31从初始状态倾斜，则磁阻效应元件30的层叠方向的电阻值变化。而且，来自磁性元件30的输出电压或输出电流变化。例如，向磁性元件30照射的光(监测光L)的强度越大，磁化M31相对于初始状态的倾斜越大。例如，根据第一铁磁性层31的磁化M31的倾斜，磁性元件30的层叠方向的电阻值变为第二电阻值R2、第三电阻值R3、第四电阻值R4，来自磁性元件30的输出电压或输出电流变为第二值、第三值、第四值。电阻值按照第一电阻值R1、第二电阻值R2、第三电阻值R3、第四电阻值R4的顺序变大。来自磁性元件30的输出电压按照第一值、第二值、第三值、第四值的顺序变大。在磁性元件30与恒定电压源连接的情况下，来自磁性元件30的输出电流按照第一值、第二值、第三值、第四值的顺序变小。
就磁性元件30而言，在向磁性元件30照射的光(监测光L)的强度变化时，来自磁性元件30的输出电压或输出电流(磁性元件30的层叠方向的电阻值)变化。因此，磁性元件30能够将监测光L的强度作为来自磁性元件30的输出电压或输出电流(磁性元件30的电阻值)进行检测。
因为与第二铁磁性层32的磁化M32相同方向的自旋转移扭矩作用于第一铁磁性层31的磁化M31，所以如果向第一铁磁性层31照射的光的强度回到第一强度，则从初始状态倾斜的磁化M31回到初始状态。如果磁化M31回到初始状态，则磁性元件30的层叠方向的电阻值回到第一电阻值R1，来自磁性元件30的输出电压或输出电流回到第一值。
在此，以在初始状态下磁化M31和磁化M32平行的情况为例进行了说明，但在初始状态下磁化M31和磁化M32也可以反平行。在该情况下，磁化M31越倾斜(从磁化M31的初始状态开始的角度变化越大)，磁性元件30的层叠方向的电阻值越小。在将磁化M31和磁化M32反平行的情况设为初始状态的情况下，感应电流优选从第二铁磁性层32朝向第一铁磁性层31流动。通过使感应电流沿该方向流动，与第二铁磁性层32的磁化M32相反方向的自旋转移扭矩作用于第一铁磁性层31的磁化M31，在初始状态下磁化M31和磁化M32反平行。
图10是用于对第一实施方式的磁性元件30的动作的第二机制进行说明的图。在图10的上方的坐标图中，纵轴是向第一铁磁性层31照射的光的强度，横轴是时间。在图10的下方的坐标图中，纵轴是磁性元件30的层叠方向的电阻值，横轴是时间。
图10所示的初始状态与图9所示的初始状态同样。即使在图10所示的例子的情况下，也优选使感应电流从第一铁磁性层31朝向第二铁磁性层32流动。通过使感应电流沿该方向流动，与第二铁磁性层32的磁化M32相同方向的自旋转移扭矩作用于第一铁磁性层31的磁化M31，维持初始状态。
接下来，向第一铁磁性层31照射的光(监测光)的强度变化。第一铁磁性层31的磁化M31的大小通过光的照射形成的来自外部的能源而从初始状态变小。如果第一铁磁性层31的磁化M31从初始状态变小，则磁阻效应元件30的层叠方向的电阻值变化。而且，来自磁性元件30的输出电压或输出电流变化。例如，向磁性元件30照射的光(监测光L)的强度越大，磁化M31的大小越小。例如，根据第一铁磁性层31的磁化M31的大小，磁性元件30的层叠方向的电阻值变为第二电阻值R2、第三电阻值R3、第四电阻值R4，来自磁性元件30的输出电压或输出电流变为第二值、第三值、第四值。电阻值按照第一电阻值R1、第二电阻值R2、第三电阻值R3、第四电阻值R4的顺序变大。来自磁性元件30的输出电压按照第一值、第二值、第三值、第四值的顺序变大。在磁性元件30与恒定电压源连接的情况下，来自磁性元件30的输出电流按照第一值、第二值、第三值、第四值的顺序变小。
如果向第一铁磁性层31照射的光的强度回到第一强度，则第一铁磁性层31的磁化M31的大小复原，磁性元件30回到初始状态。即，磁性元件30的层叠方向的电阻值回到第一电阻值R1，来自磁性元件30的输出电压或输出电流回到第一值。
在图10中，也可以在初始状态下将磁化M31和磁化M32设为反平行。在该情况下，磁化M31的大小越小，磁性元件30的层叠方向的电阻值越小。在将磁化M31和磁化M32反平行的情况设为初始状态的情况下，感应电流优选从第二铁磁性层32朝向第一铁磁性层31流动。
经过上述的步骤，能够将输出光Lout的状态作为来自磁性元件30的输出电压或输出电流(磁性元件30的层叠方向的电阻值)进行读取。
控制电路180接收来自磁性元件30的输出电压或输出电流(磁性元件30的层叠方向的电阻值)，即来自磁性元件30的电信号，将基于其结果的信号向直流偏压施加电路170发送。直流偏压施加电路170基于来自控制电路180的信号，在电极43和电极44之间施加直流偏压电压Vdc，对第一波导21及第二波导22施加电场，调整光调制元件100的动作点。直流偏压电压Vdc例如通过电源171施加。这样，控制部150将基于来自磁性元件30的电信号调整了大小的电场从电极43和电极44向第一波导21及第二波导22施加。
如上所述，在第一实施方式的光器件200中，能够从电极43和电极44向波导20(第一波导21及第二波导22)的至少一部分施加基于来自磁性元件30的电信号的电场。通过如上所述的反馈动作，能够调整从光器件200输出的信号(输出光Lout)的状态。
另外，第一铁磁性层31的体积越小，第一铁磁性层31的磁化M31越容易相对于光的照射而变化。即，第一铁磁性层31的体积越小，第一铁磁性层31的磁化M31越容易由于光的照射而倾斜，或越容易由于光的照射而变小。换句话说，如果减小第一铁磁性层31的体积，则即使以微小的光量的光也能够使磁化M31变化。即，第一实施方式的磁性元件30能够高灵敏度地探测光。
更准确而言，磁化M31的变化容易度由第一铁磁性层31的磁各向异性(Ku)和体积(V)的积(KuV)的大小确定。KuV越小，即使在更微小的光量下，磁化M31也变化，KuV越大，如果不是更大的光量，则磁化M31不变化。即，根据在应用中使用的从外部照射的光的光量，设计第一铁磁性层31的KuV。在假定如非常微小的光量检测这样的事情的情况下，通过减小第一铁磁性层31的KuV，能够检测这些微小的光量的光。在以往的pn结的半导体中，越减小元件尺寸，这样的微小的光量的光的检测越难，因此，为大的缺点。通过减小第一铁磁性层31的体积，能够减小KuV。
“第二实施方式”
图11是第二实施方式的光调制元件101的磁性元件30附近的立体图。图12是第二实施方式的光调制元件101的磁性元件30附近的截面图。图13是第二实施方式的光调制元件101的磁性元件30附近的另一截面图。在第二实施方式中，与第一实施方式同样的结构标注同样的符号，并省略说明。
光调制元件101具有反射器60。反射器60将在波导20中传播的光的至少一部分朝向磁性元件30反射。例如，反射器60将从监测波导27输出的监测光朝向磁性元件30反射。反射器60处于监测光从监测波导27的输出端前进方向的位置。反射器60具有相对于监测光的前进方向倾斜的倾斜面。
反射器60反射光。反射器60例如是反射镜。
磁性元件30形成于在包覆层28上形成的绝缘层61内。绝缘层61例如为与侧壁绝缘层39同样的材料。磁性元件30处于基板10的上方。磁性元件30处于与波导20不同的高度位置，并处于比波导20更远离基板10的位置。磁性元件30例如处于反射器60的上方。
由反射器60反射的光(监测光)例如从磁性元件30的层叠方向向磁性元件30照射。在该情况下，电极52相对于向磁性元件30照射的光的波段具有透射性。通过电极52透过监测光的一部分，向磁性元件30照射监测光。在此，例示了电极52配置于比电极51更靠反射器60侧的例子，但电极51也可以配置于比电极52更靠反射器60侧(第一铁磁性层31也可以配置于比第二铁磁性层32更靠反射器60侧)。在该情况下，电极51相对于向磁性元件30照射的光的波段具有透射性。如果电极51配置于比电极52更靠反射器60侧，则监测光向第一铁磁性层31的照射效率提高。
第二实施方式的光器件实现与光器件200同样的效果。另外，能够通过反射器60自由设计监测光相对于磁性元件30的照射方向。例如，如果从层叠方向对磁性元件30照射监测光，则能够较大地确保磁性元件30的受光面积。
“第三实施方式”
图14是第三实施方式的光调制元件102的俯视图。在图14中组合示出电源161、171及终端电阻R。在第三实施方式中，与第一实施方式及第二实施方式同样的结构标注同样的符号，并省略说明。
波导20A例如具有第一波导21、第二波导22、输入波导23、输出波导24、分支部25、结合部26。波导20A没有监测波导27。
图15是第三实施方式的光调制元件102的磁性元件30附近的第一例的立体图。在图15中，输出波导24具有分成两个的输出端24t1和24t2。输出端24t1处于与输出端24t2在x方向上的不同位置。
在来自输出端24t1的光的前进方向的前端有反射器60。由反射器60反射的光作为监测光向磁性元件30照射。即，从输出波导24的输出端输出的光的一部分作为监测光向磁性元件30照射。输出端24t2露出到外部。从输出端24t2输出输出光Lout。
图16是第三实施方式的光调制元件102的磁性元件30附近的第二例的立体图。在图16中，输出波导24具有分成两个的输出端24t3和24t4。输出端24t3处于与输出端24t4在z方向上的不同位置。
在来自输出端24t3的光的前进方向的前端有反射器60。由反射器60反射的光作为监测光向磁性元件30照射。即，从输出波导24的输出端输出的光的一部分作为监测光向磁性元件30照射。输出端24t4露出到外部。从输出端24t4输出输出光Lout。
第三实施方式的光器件实现与光器件200同样的效果。另外，因为光调制元件102将来自输出波导24的输出光Lout的一部分直接作为监测光进行测量，所以不易受噪声等的影响。
至此，参照附图对关于第一实施方式～第三实施方式的一例进行了详述，但第一实施方式不限于该例。
“第一变形例”
图17是第一变形例的光调制元件的磁性元件附近的截面图。如图17所示，磁性元件30的层叠方向也可以相对于z方向倾斜。在该情况下，监测光向磁性元件30的侧面及磁性元件30的电极51侧的第一面照射。
“第二变形例”
图18是第二变形例的光调制元件的磁性元件附近的截面图。例如，如图18所示，相对于磁性元件30的输入端子和输出端子也可以共同。图18所示的磁性元件30例如与电极51、52、通孔配线58、输入输出端子57电连接。
通孔配线58将输入输出端子57和电极51或电极52相连。输入输出端子57例如为两个。向输入输出端子57的一方输入电流或电压，并且从输入输出端子57的一方输出信号。输入输出端子57的另一方与基准电位连接。
“第三变形例”
图19是第三变形例的光调制元件103的俯视图。图20是第三变形例的光调制元件103的截面图。图20是沿着图19的C-C’的截面。在图19中组合示出电源161A、171A、161B、171B、控制电路181A、181B、182A、182B及终端电阻R。在第三变形例中，与第一实施方式及第二实施方式同样的结构标注同样的符号，并省略说明。
光调制元件103具备基板10、波导20、磁性元件30、电极45、46、47。波导20和磁性元件30处于基板10之上或基板10的上方。在光调制元件103中，与第一实施方式或第二实施方式同样，将在监测波导27内传播的监测光向磁性元件30照射。如图19所示，电极45、46、47的形状、连接关系也可以与第一实施方式～第三实施方式的电极41、42、43、44不同。
光调制元件103中的波导20由在基板10上形成的平板70的一部分和从平板70突出的脊形状部71构成。
电极45、46处于能够向波导20的至少一部分施加电场的位置。能够从电极45向第一波导21施加电场。能够从电极46向第二波导22施加电场。电极45例如处于第一波导21的上方。电极46例如处于第二波导22的上方。电极47例如处于电极45、46的侧方。
电极45的第一端例如与电源161A、171A连接，第二端与终端电阻R连接。电极46的第一端例如与电源161B、171B连接，第二端与终端电阻R连接。电极47与电源161A、171A、161B、171B的基准电位和终端电阻R连接。基准电位例如为地线。
电源161A、161B是驱动电路160的一部分。电源171A、171B是直流偏压施加电路170的一部分。控制电路181A、181B、182A、182B是控制电路180的一部分。在该情况下，图1所示的控制电路180也与驱动电路160连接。控制电路181A、181B、182A、182B分别接收来自磁性元件30的电信号。
从电源161A及电源171A向电极45施加电压。电源161A向电极45施加调制电压。电源161A由控制电路181A控制。电源171A向电极45施加直流偏压电压。电源171A由控制电路182A控制。从电源161B及电源171B向电极46施加电压。电源161B向电极46施加调制电压。电源161B由控制电路181B控制。电源171B向电极46施加直流偏压电压。电源171B由控制电路182B控制。即，能够单独控制向电极45施加的电压和向电极46施加的电压。如果在电极45和电极47之间施加电压，则对第一波导21施加电场，由于电光效应而第一波导的折射率变化。如果在电极46和电极47之间施加电压，则对第二波导22施加电场，由于电光效应而第一波导的折射率变化。
光器件基于来自磁性元件30的输出电压或输出电流(磁性元件30的层叠方向的电阻值)，即来自磁性元件30的电信号检测输出光Lout的状态。将来自磁性元件30的电信号向控制电路181A、182A、181B、182B发送。控制电路181A、182A、181B、182B分别接收来自磁性元件30的电信号，将基于其结果的信号向电源161A、电源171A、电源161B或电源171B发送。
电源161A基于来自控制电路181A的信号向电极45施加调制电压。电源161B基于来自控制电路181B的信号向电极46施加调制电压。电源171A基于来自控制电路182A的信号向电极45施加直流偏压电压。电源171B基于来自控制电路182B的信号，向电极46施加直流偏压电压。
控制电路181A及控制电路181B通过调整向电极45及电极46施加的调制电压，将在第一波导21中传播的光和在第二波导22中传播的光的相位差调整为π(180°)。控制电路182A及控制电路182B通过调整向电极45及电极46施加的直流偏压电压，将在第一波导21中传播的光和在第二波导22中传播的光的相位差调整为0(0°)。
光调制元件103当在第一波导21中传播的光和在第二波导22中传播的光的相位差为0(0°)的情况下输出的输出光Lout成为最大，当在第一波导21中传播的光和在第二波导22中传播的光的相位差为π(180°)的情况下输出的输出光Lout成为最小。
在理想条件下，在不向电极45及电极46施加电压的情况下，在第一波导21中传播的光和在第二波导22中传播的光的相位差成为0(0°)。此时，从光调制元件103输出的输出光Lout成为最大。理想条件是指去除了温度、噪声、DC漂移等对第一波导21及第二波导22的折射率造成影响的参数的条件。
另外，在理想条件下，例如，在向电极45施加在第一波导21中传播的光的相位进行+π/2(+90°)变化的电压，向电极46施加在第二波导22中传播的光的相位进行-π/2(-90°)变化的电压的情况下，在第一波导21中传播的光和在第二波导22中传播的光的相位差成为π(180°)。此时，从光调制元件103输出的输出光Lout成为最小。此外，也可以向电极45施加在第一波导21中传播的光的相位进行-π/2(-90°)变化的电压，向电极46施加在第二波导22中传播的光的相位进行+π/2(+90°)变化的电压。
在实际条件下，受到温度、噪声、DC漂移等影响，在第一波导21及第二波导22中传播的光的相位变化不理想，有时产生位移。
例如，在不对电极45及电极46施加电压的情况下，在第一波导21中传播的光和在第二波导22中传播的光的相位差有时从0(0°)偏离。另外，例如，在理想条件下，在以在第一波导21中传播的光和在第二波导22中传播的光的相位差成为π(180°)的方式将电压施加至电极45及电极46的情况下，在第一波导21中传播的光和在第二波导22中传播的光的相位差有时从π(180°)偏离。
当在第一波导21中传播的光和在第二波导22中传播的光的相位差从0(0°)偏离的情况下，控制电路182A、182B基于来自磁性元件30的电信号控制电源171A、171B，由此，电源171A、171B向电极45和电极46中的至少一方施加直流偏压电压，使得输出光Lout成为最大。
例如，当在第一波导21中传播的光的相位向比在第二波导22中传播的光的相位靠正侧位移的情况下，向电极45施加负的电压，使得在第一波导21中传播的光的相位向负侧变化，向电极46施加正的电压，使得在第二波导22中传播的光的相位向正侧变化。相反，例如，当在第一波导21中传播的光的相位向比在第二波导22中传播的光的相位靠负侧位移的情况下，向电极45施加正的电压，使得在第一波导21中传播的光的相位向正侧变化，向电极46施加负的电压，使得在第二波导22中传播的光的相位向负侧变化。
当在第一波导21中传播的光和在第二波导22中传播的光的相位差从π(180°)偏离的情况下，控制电路181A、181B基于来自磁性元件30的电信号控制电源161A、161B，由此，电源161A、161B向电极45和电极46中的至少一方施加调制电压，使得输出光Lout成为最小。
这样，具有电源161A、171A、161B、171B及控制电路181A、181B、182A、182B的控制部150将基于来自磁性元件30的电信号调整了大小的电场从电极45向第一波导21施加，从电极46向第二波导22施加。
通过上述动作，第三变形例的光器件在实际条件下能够将在第一波导21中传播的光和在第二波导22中传播的光的相位差设为0(0°)或π(180°)，能够将输出光Lout设为最大或最小。其结果，第三变形例的光器件能够利用输出光Lout从最大成为最小的范围。另外，第三变形例的光器件能够补偿实际条件下的温度、噪声、DC漂移等影响，能够改善信号和噪声的比(S/N比)。
如上所述，在具有第三变形例的光调制元件103的光器件中，能够从电极45或电极46向波导20(第一波导21或第二波导22)的至少一部分施加基于来自磁性元件30的电信号的电场。通过如上所述的反馈动作，能够调整从具有光调制元件103的光器件输出的信号(输出光Lout)的状态。
在第三变形例中，与第一实施方式及第二实施方式同样地例示了波导20具有监测波导27且在监测波导27内传播的监测光向磁性元件30照射的情况。第三变形例不限于该情况，也可以与第三实施方式同样，是将从输出波导24的输出端输出的光的一部分作为监测光向磁性元件30照射的结构。
“第四变形例”
图21是第四变形例的光调制元件104的截面图。在第四变形例中，与第三变形例的结构同样的结构标注同样的符号，并省略说明。
如图21所示，光波导的截面结构也可以与上述的结构不同。图21所示的光调制元件104是利用半导体量子阱中的折射率变化的光调制元件。
光调制元件104具有第一包覆层层73、芯75、第二包覆层层76、电介质77、电极45、46、47。第一包覆层73层例如是n型半导体，是n型lnP。第一包覆层层73具有向z方向突出的脊形状部74。
芯75处于脊形状部74上。芯75例如形成半导体多重量子阱。芯75例如是InGaAs和InAlAs的多层膜或InGaAsP和InP的多层膜。芯75是波导20。
第二包覆层76处于芯75上。第二包覆层76例如是p型半导体，是p型lnP。在第二包覆层76上有电极45、46。如果对电极45、46施加电压，则具有半导体多重量子阱的芯75的折射率变化。电介质77是例如有机电介质材料、陶瓷电介质材料等。有机电介质材料为例如苯并环丁烯系树脂等。陶瓷电介质材料为例如氧化硅、氧化铝等。
与第三变形例同样，在第四变形例的光调制元件104中，电极45或电极46处于能够向波导20(第一波导21或第二波导22)的至少一部分施加电场的位置。能够从电极45向第一波导21施加电场。能够从电极46向第二波导22施加电场。将基于来自磁性元件30的电信号调整了大小的电场从电极45向第一波导21施加，从电极46向第二波导22施加的动作与第三变形例同样。
光调制元件104能够基于来自磁性元件30的输出电压或输出电流(磁性元件30的层叠方向的电阻值)，即来自磁性元件30的电信号检测输出光Lout的状态。
“第五变形例”
图22是第五变形例的光调制元件105的俯视图。在图22中组合图示电源161C及控制电路181C。图23是第五变形例的光调制元件105的截面图。图23是沿着图22的D-D’的截面。在第五变形例中，与第一实施方式及第二实施方式的结构同样的结构标注同样的符号，并省略说明。
图22所示的光调制元件105是使用环形谐振器80的环形调制元件。如图22所示，光调制元件的结构也可以与上述的结构不同。
光调制元件105具有环形谐振器80、波导20B以及磁性元件30。环形谐振器80、波导20B及磁性元件30均处于基板10之上或基板10的上方。
波导20B具有第一波导29和监测波导27。输入至第一波导29的第一端的光从第一波导29的第二端输出。监测波导27在与第一波导29的环形谐振器80对应的位置和第二端之间的位置与第一波导29连接。在第一波导29中传播的光的一部分向监测波导27传播。与第一实施方式或第二实施方式同样，在监测波导27内中传播的监测光向磁性元件30照射。波导20B例如为半导体，为例如硅、硅锗、磷化铟、砷化镓等。波导20B由SiO2等包覆层包覆。
环形谐振器80具有环形状的波导81和处于波导81的内侧和外侧的掺杂区域82、83。波导81为半导体，为例如硅、硅锗、磷化铟、砷化镓等。掺杂区域82、83是掺杂有载体的半导体。掺杂区域82、83中的一方是n型半导体，另一方是p型半导体。电极48与掺杂区域82连接，电极49与掺杂区域83连接。波导81、掺杂区域82、83及电极48、49由SiO2等包覆层85覆盖。
电源161C与电极48及电极49连接。电源161C是驱动电路160的一部分。控制电路181C是控制电路180的一部分。在该情况下，图1所示的控制电路180也与驱动电路160连接。控制电路181C能够接收来自磁性元件30的电信号。控制电路181C基于来自磁性元件30的电信号控制电源161C。
环形谐振器80当在第一波导29中传播的光信号的频率和环形谐振器80的谐振频率一致的情况下将该频率的光信号的光封入环形谐振器80内。因此，当在第一波导29中传播的光信号的频率在该谐振频率的附近的情况下，光的吸收增大，输出光的强度减小。环形谐振器80的谐振频率根据沿着波导81的圆周的光路长度而确定。另外，在电极48和电极49之间施加电压并向波导81施加电场，向波导81内注入载体，改变波导81的折射率，由此，能够使环形谐振器80的谐振频率变化。例如，在光调制元件105中，在电极48和电极49之间施加电压，使环形谐振器80的谐振频率和在第一波导29中传播的光信号的频率不同，由此，能够增大输出光的强度。这样，在光调制元件105中，因为能够改变特定的频率的光信号的输出光的强度，所以能够调制光。
第五变形例的光器件能够基于来自磁性元件30的输出电压或输出电流(磁性元件30的层叠方向的电阻值)，即来自磁性元件30的电信号检测输出光Lout的状态。将来自磁性元件30的电信号向控制电路181C发送。控制电路181C接收来自磁性元件30的电信号，并将基于其结果的信号向电源161C发送。
光调制元件105在环形谐振器80的谐振频率和在第一波导29中传播的光信号的频率一致的情况下，输出的输出光Lout成为最小。在不向电极48及电极49施加电压时的环形谐振器80的谐振频率和在第一波导29中传播的光信号的频率一致的设计的情况下，在理想条件下，在不向电极48及电极49施加电压时从波导20B输出的输出光Lout成为最小。
然而，在实际条件下，受到温度、噪声、DC漂移等影响，即使在不向电极48及电极49施加电压的情况下，从波导20B输出的输出光Lout也可以不是最小。
在从波导20B输出的输出光Lout不是最小的情况下，控制电路181C基于来自磁性元件30的电信号控制电源161C，电源161C在电极48和电极49之间施加电压，使得输出光Lout成为最小。
这样，具有电源161C及控制电路181C的控制部150将基于来自磁性元件30的电信号调整了大小的电场从电极48及电极49向波导81施加。
通过上述动作，第五变形例的光器件在实际条件下能够将输出光Lout设为最小。其结果，第五变形例的光器件能够在输出光Lout的调制中增大输出光Lout的变化幅度。另外，第五变形例的光器件能够补偿实际条件下的温度、噪声、DC漂移等影响，能够改善信号和噪声的比(S/N比)。
如上所述，在具有第五变形例的光调制元件105的光器件中，能够从电极48及电极49向波导81的至少一部分施加基于来自磁性元件30的电信号的电场。通过如上所述的反馈动作，能够调整从具有光调制元件105的光器件输出的信号(输出光Lout)的状态。
在第五变形例中，与第一实施方式及第二实施方式同样地例示了波导20B具有监测波导27且在监测波导27内传播的监测光向磁性元件30照射的情况。第五变形例不限于该情况，也可以与第三实施方式同样，是将从第一波导29的输出端输出的光的一部分作为监测光向磁性元件30照射的结构。
“第六变形例”
图24是第六变形例的光器件201的俯视图。在第六变形例中，与第一实施方式及第二实施方式的结构同样的结构标注同样的符号，并省略说明。
光器件201具有多个激光二极管91、92、93、波导20C以及磁性元件30。光器件201是用于增强现实(AR)眼镜或小型投影仪的平面光波电路。如第六变形例所示的光器件201那样，光器件不限于光调制器。
多个激光二极管91、92、93分别输出激光。作为一例，激光二极管91、92、93分别是红、绿、蓝的三色激光器。激光二极管的数量、输出的波段等不限于该情况。
波导20C例如具有输入波导21C、22C、23C、合波路24C、输出波导25C、监测波导27。图25是第六变形例的光器件201的波导20C的截面图，是沿着图24中的E-E’切断的截面。输入波导21C、22C、23C处于基板10上，例如由包覆层28包覆。波导20C和磁性元件30处于相同基板之上或相同基板的上方。磁性元件30处于照射监测光的位置。与第一实施方式或第二实施方式同样，在监测波导27内传播的监测光向磁性元件30照射。
从激光二极管91、92、93中的各个出射的光向输入波导21C、22C、23C中的各个输入。在输入波导21C、22C、23C的各个中传播的光在合波路24C合流。在合波路24C合流的光在输出波导25C中传播。从输出波导25C的一端输出在合波路24C合流的光。
在输出波导25C中传播的光的至少一部分分支到监测波导27。分支的光作为监测光在监测波导27内传播，向磁性元件30照射。
来自磁性元件30的输出电压或输出电流(磁性元件30的层叠方向的电阻值)根据向第一铁磁性层31照射的监测光的强度而变化。光器件201能够基于来自磁性元件30的输出电压或输出电流(磁性元件30的电阻值)，即来自磁性元件30的电信号读出监测光的强度。
光器件201能够基于来自磁性元件30的输出电压或输出电流(磁性元件30的层叠方向的电阻值)，即来自磁性元件30的电信号测定从激光二极管91、92、93中的各个输出的光的强度。
从输出波导25C的一端输出的光是将从各个激光二极管91、92、93输出的光组合的光。通过调整从各个激光二极管91、92、93输出的光的强度，光器件201能够调整输出光的白平衡。通过将来自磁性元件30的输出的测定结果反馈到各个激光二极管11、12、13，能够调整从各个激光二极管91、92、93输出的光的强度。
在第六变形例中，与第一实施方式及第二实施方式同样地例示了波导20C具有监测波导27且在监测波导27内传播的监测光向磁性元件30照射的情况。第六变形例不限于该情况，也可以与第三实施方式同样，是将从输出波导25C的输出端输出的光的一部分作为监测光向磁性元件30照射的结构。
“第七变形例”
图26是第七变形例的光调制元件110的俯视图。图27是第七变形例的光调制元件110的磁性元件30附近的截面图。在第七变形例中，与第一实施方式的结构同样的结构标注同样的符号，并省略说明。
光调制元件110具有支撑磁性元件30的支撑体95。支撑体95是与形成有波导20D的基板10分开的部件。支撑体95和基板10例如固定在共同的支撑体上。磁性元件30处于支撑体95之上或上方。至此，示出了波导20和磁性元件30形成于相同基板之上或相同基板的上方的例子，但在第七变形例中，波导20D和磁性元件30形成在不同的部件上。
支撑体95例如是与基板10同样的材料。磁性元件30处于在支撑体95上形成的绝缘层96内。绝缘层96例如是与侧壁绝缘层39同样的材料。
在图27所示的例子中，磁性元件30的z方向的高度位置与监测波导27的输出端的z方向的高度位置匹配。
另外，如图28所示，支撑体95也可以处于基板10之上。磁性元件30处于基板10的上表面S2的上方且支撑体95上。波导20(监测波导27)处于基板10的上表面S1上。
另外，如图29所示，来自监测波导27的输出端的监测光的前进方向和磁性元件30的层叠方向也可以一致。支撑体95例如设置为层叠磁性元件30时的支撑体95的侧面与基板10的上表面S2相对。监测光例如从磁性元件30的层叠方向向磁性元件30照射。在该情况下，电极51相对于向磁性元件30照射的光的波段具有透射性。通过电极51透过监测光的一部分，向磁性元件30照射监测光。
如图30所示，电极51与输入端子55A及输出端子56A连接。电极52经由通孔配线53与输入端子55A连接，经由通孔配线54与输出端子56A连接。输入端子55A及输出端子56形成于支撑体95的侧面。
即使在波导20和磁性元件30形成在不同的部件上的情况下，光调制元件110也能够使用磁性元件30监测在波导20D中传播的光的至少一部分。
“第八变形例”
图31是第八变形例的光器件202的俯视图。在图31中，与图24所示的光器件201同样的结构标注同样的符号，并省略说明。
光器件202具有多个激光二极管91、92、93、94、波导20D、多个磁性元件30以及光调制元件100。
激光二极管94输出激光。激光二极管94与波导20D进行光学连接。例如，激光二极管94是输出780nm以上2500nm以下的波段的光(近红外线)的近红外线激光器。
光器件202的波导20D的形状与光器件201的波导20C不同。波导20D的截面结构与波导20C的截面结构同样。波导20D具有输入波导21C、22C、23C、21D、合波路24D、输出波导25C、多个监测波导27A、27B。
输入波导21D与激光二极管94进行光学连接。例如，从激光二极管94输出的光在输入波导21D中传播。合波路24D处于输入波导21C、22C、23C、21D和输出波导25C之间。在输入波导21C、22C、23C、21D的各个中传播的光在合波路24D合流。输出波导25C与合波路24D连接。输出波导25C经由合波路24D与输入波导21C、22C、23C、21D连接，向输出波导25C传播来自输入波导21C、22C、23C、21D的光。
多个监测波导27A、27B的各个与输出波导25C连接。也可以设为具有多个监测波导27A，各个监测波导26D与输入波导21C、22C、23C、21D的各个个别地连接。向监测波导27A传播在输入波导21C、22C、23C、21D和输出波导25C中的至少一方中传播的光的至少一部分。向监测波导27B传播在输出波导25C中传播的光的至少一部分。
在第一监测波导27A和输出波导25C的连接部，第一监测波导27A与+x方向所成的角例如小于90°。在第二监测波导27B和输出波导25C的连接部，第二监测波导27B与+x方向所成的角例如大于90°。+x方向例如是在输出波导25C中从激光二极管91、92、93、94输出的光朝向输出波导25C的输出端的方向。
监测光在第一监测波导27A和第二监测波导27B的各个中传播。沿从激光二极管91、92、93、94朝向输入波导21C、22C、23C、21D或输出波导25C的方向传播的光的至少一部分从激光二极管91、92、93、94向第一监测波导27A输出，在输入波导21C、22C、23C、21D和输出波导25C中的至少一方中传播。从输出波导25C向外部输出且由被照射体反射的光的至少一部分向第二监测波导27B传播。以下，有时将监测光中从激光二极管91、92、93、94输出且在输入波导21C、22C、23C、21D和输出波导25C中的至少一方中沿从激光二极管91、92、93、94朝向输入波导21C、22C、23C、21D或输出波导25C的方向传播的光的至少一部分称为第一监测光，将从输出波导25C向外部输出且由被照射体反射的光的至少一部分称为第二监测光。
多个磁性元件30分别为上述的磁性元件30。将磁性元件30内的一个称为第一磁性元件30A，将另一个称为第二磁性元件30B。第一磁性元件30A位于照射第一监测光的位置。第一磁性元件30A处于第一监测波导27A的输出端的前端。第二磁性元件30B处于照射第二监测光的位置。第二磁性元件30B处于第二监测波导27B的输出端的前端。向第一磁性元件30A照射第一监测光，向第二磁性元件30B照射第二监测光。
光调制元件100例如与输入波导21C、22C、23C中的各个光学连接。光调制元件100例如是图2所示的光调制元件。光调制元件100也能够替换为其他光调制元件。另外，也可以从光调制元件100去除磁性元件30及监测波导27。
光调制元件100能够在将激光二极管91、92、93的输出保持为恒定的状态下调整到达合波路24D的各个光的强度。使用光调制元件100调整光的强度的结构与直接调整激光二极管91、92、93的输出的结构相比，能够抑制耗电量。
光器件202通过使用第二磁性元件30B测定来自被照射体的反射光的强度，能够测定被照射体的状态变化。
图32是使用光器件202的光***300的概念图。光***300例如能够安装于眼镜1000。
光***300具有光器件202、光学***210、驱动器220、221、控制器230。光学***210例如具有准直透镜211、狭缝212、ND滤波器213、光学扫描镜214。光学***210将从光器件202输出的光引导至被照射体(该例中的眼睛)。光学扫描镜214例如是将激光的反射方向变为水平方向及垂直方向的2轴MEMS镜。光学***210为一例，不限于该例。驱动器220控制激光二极管91、92、93、94各自的输出。驱动器221是移动光学扫描镜214的控制***。控制器230控制驱动器220、221。
从光器件202的激光二极管91、92、93、94输出的光LG在光学***210中传播，由眼镜1000的透镜反射，入射至眼睛。在此，示出了由眼镜1000的透镜反射光的例子，但也可以直接向眼睛照射。
从激光二极管91、92、93的各个出射的红色、绿色、蓝色的光LG显示图像。通过由光调制元件100调整激光二极管91、92、93的各个的输出强度，能够自由控制图像。基于来自照射从激光二极管91、92、93的各个输出的可见光线的第一磁性元件30A的输出的测定结果，能够调整激光二极管91、92、93的各个的输出强度。此外，也可以不使用光调制元件100，直接调整激光二极管91、92、93的输出。
从光器件202的激光二极管94出射的近红外线由眼睛的瞳孔反射。由眼睛的瞳孔反射的反射光LR通过与光LG相同的光轴，到达光器件202。在光器件202中，作为近红外线的反射光LR的至少一部分从输出波导25C的输出端开始在第二监测波导27B中传播，向第二磁性元件30B照射。第二磁性元件30B测定反射光LR的强度。光***300能根据由光学扫描镜214调整的近红外线的照射位置和反射光LR的强度，能够特定视线的位置(注视点)的移动。反射光LR不限于由眼睛的瞳孔反射的光，也可以是由眼睛的角膜反射的光或由眼睛的巩膜反射的光。
在此，例示出能够进行图像显示和眼球追踪双方的***作为光***的一例，但不限于该例。
例如，也可以从上述的光***去除眼球追踪用的激光二极管94。在该情况下，光***成为图像显示用的***。在该情况下，能够从光器件202去除激光二极管94、输入波导21D、第二监测波导27B、第二磁性元件30B。
“第九变形例”
图33是第九变形例的光***500的概念图。光***500具有发送侧器件510和接收侧器件520。发送侧器件510和接收侧器件520例如由光纤FB连接，并经由光纤FB收发信号。光***500例如是光通信***。
发送侧器件510具有多个驱动器511、多个光调制元件103、多个滤波器512、合路器513。在合路器513上例如连接有两个由驱动器511、光调制元件103以及滤波器512构成的单元。
光调制元件103为一例，也可以取代光调制元件103而替换为其他光调制元件100～102、104、105、110。驱动器511例如与光调制元件103的电源161A、161B连接，变更电极45、46、47的电位。滤波器512的各个例如为带通滤波器、带除滤波器。能够通过各个滤波器512的光信号的频带不同。合路器513将通过滤波器512的各个的光合波。合波的光经由光纤FB向接收侧器件520传播。
接收侧器件520具有分波器521、多个滤波器522以及多个接收器523。在分波器521上例如连接有两个由滤波器522和接收器523构成的单元。
分波器521针对每个频带分离经由光纤FB传播的光信号。分波器521例如对每个通过滤波器512的各个的频带分离光信号。由分波器521分离的光信号经由滤波器522，由接收器523的各个解调。滤波器522能够使用与滤波器512同样的滤波器。
第九变形例的光***500是频率复用方式的光通信***，能够一次发送许多信息。
以上，本发明不限于上述实施方式及变形例，在记载于权利要求的范围内的本发明的主旨的范围内能够进行各种变形和变更。例如，也可以将上述实施方式及变形例的特征结构分别组合。
符号说明
10……基板
20、20A、20B、20C、20D、20E……波导
27……监测波导
30……磁性元件
30A……第一磁性元件
30B……第二磁性元件
41、42、43、44、45、46、47、48、49……电极
60……反射器
100、101、102、103、104，105、110……光调制元件
150……控制部
200、201、202……光器件
210……光学***
300、500……光***

Claims (7)

1.一种光器件，其中，
具备：
至少一个磁性元件，其具有第一铁磁性层、第二铁磁性层、和被所述第一铁磁性层与所述第二铁磁性层夹持的间隔层；
基板；
波导；以及
电极，
所述波导还具备：监测波导，
光的至少一部分在所述监测波导中传播，
所述波导及所述磁性元件处于所述基板之上或上方，
在所述监测波导中传播的光的至少一部分向所述磁性元件照射，
从所述电极向所述波导的至少一部分，能够施加基于来自所述磁性元件的电信号的电场。
2.根据权利要求1所述的光器件，其中，
还具备：反射器，
所述反射器将所述光的至少一部分朝向所述磁性元件反射。
3.根据权利要求1所述的光器件，其中，
所述光的至少一部分从与所述磁性元件的层叠方向交叉的方向向所述磁性元件照射。
4.根据权利要求1所述的光器件，其中，
所述光的至少一部分从所述磁性元件的层叠方向向所述磁性元件照射。
5.根据权利要求1所述的光器件，其中，
还具备：激光二极管和光调制元件，
所述激光二极管与所述波导光学连接，
所述光调制元件处于所述激光二极管与所述波导之间，调制到达所述波导的光的强度。
6.根据权利要求5所述的光器件，其中，
所述至少一个磁性元件为多个磁性元件，
向所述多个磁性元件中的第一磁性元件照射在所述波导中沿从所述激光二极管朝向所述波导的方向传播的光的至少一部分，
向所述多个磁性元件中的第二磁性元件照射从所述波导输出且由被照射体反射的光的至少一部分。
7.一种光***，其中，
具备权利要求5或6所述的光器件、和将从所述光器件输出的光导光至被照射体的光学***。
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