JP2935478B2 - 純光学的光変調器 - Google Patents
純光学的光変調器Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
- G02F1/017—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
- G02F1/01716—Optically controlled superlattice or quantum well devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信などの分野で好
適に用いられ、純光学的な手段により高速度の光の変調
を可能とする光変調器ないし光スイッチに関する。
適に用いられ、純光学的な手段により高速度の光の変調
を可能とする光変調器ないし光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、短い波長（例えば８００ｎｍ）の
光に載った情報を長い波長（例えば１．５５μｍ）のビ
ームに変換して載せる方法として、幾つか提案されてい
る。１つの例は、短波長光が光検出器で検出され、これ
が接続された制御回路により長波長発振レーザからのレ
ーザ光を電気的に変調して長波長変調光を得るものであ
る。これには、直接的に長波長発振レーザの駆動電流を
変調して発振光を変調するものと、長波長発振レーザを
一定電流で連続発振させておいて、位相シフトや光吸収
などを行なって光を変調する外部変調器（電気光学結晶
などを用いる）を用いるものとがある。
光に載った情報を長い波長（例えば１．５５μｍ）のビ
ームに変換して載せる方法として、幾つか提案されてい
る。１つの例は、短波長光が光検出器で検出され、これ
が接続された制御回路により長波長発振レーザからのレ
ーザ光を電気的に変調して長波長変調光を得るものであ
る。これには、直接的に長波長発振レーザの駆動電流を
変調して発振光を変調するものと、長波長発振レーザを
一定電流で連続発振させておいて、位相シフトや光吸収
などを行なって光を変調する外部変調器（電気光学結晶
などを用いる）を用いるものとがある。
【０００３】しかし、こうした例では、光検出器、制御
ロジック、変調器、レーザなどを１つの基板に全て集積
化するには幾つか困難がある。１つは、１．５５μｍの
波長に関係するレーザや変調器（ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＳ
ｂなどで構成される）が８００ｎｍの波長で機能するも
の（ＡｌＧａＡｓなどの材料で構成される）とは異なる
材料で構成されるので、これらの素子を集積化するには
問題があると言うことである。これらは、材料のバンド
ギャップが接近しているので光の吸収が問題になり、ま
た材料が格子不整合であるので作製上問題が起こって結
晶構造の劣化が生じ、結局、変調を受ける光の散乱が起
こって好ましくない。
ロジック、変調器、レーザなどを１つの基板に全て集積
化するには幾つか困難がある。１つは、１．５５μｍの
波長に関係するレーザや変調器（ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＳ
ｂなどで構成される）が８００ｎｍの波長で機能するも
の（ＡｌＧａＡｓなどの材料で構成される）とは異なる
材料で構成されるので、これらの素子を集積化するには
問題があると言うことである。これらは、材料のバンド
ギャップが接近しているので光の吸収が問題になり、ま
た材料が格子不整合であるので作製上問題が起こって結
晶構造の劣化が生じ、結局、変調を受ける光の散乱が起
こって好ましくない。
【０００４】更に、１．５５μｍのレーザを直接変調す
る場合、変調速度は波長のチャーピングやその他の好ま
しくない緩和効果で制限されてしまう。
る場合、変調速度は波長のチャーピングやその他の好ま
しくない緩和効果で制限されてしまう。
【０００５】連続発振（ＣＷ）される１．５５μｍのレ
ーザと外部変調器を用いる場合、上記の直接変調の場合
と同様、変調器のＲＣ時定数により変調速度が制限され
る。これらのことは、１．５５μｍのビームを８００ｎ
ｍのビームで制御する電気・光システムを構成する時に
常に解決しなければならない問題である。
ーザと外部変調器を用いる場合、上記の直接変調の場合
と同様、変調器のＲＣ時定数により変調速度が制限され
る。これらのことは、１．５５μｍのビームを８００ｎ
ｍのビームで制御する電気・光システムを構成する時に
常に解決しなければならない問題である。
【０００６】従来の純光学的ないしそれに準ずるシステ
ムにはこうした欠点が無い。しかし、これらは同じ様な
波長領域のビームを用いていて、制御ビームから左程離
れた波長のビームの制御・変調をするものではない。１
例として、ＳＥＥＤ（Ｓｅｌｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔ
ｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）がある。これでは、光ビームが入
射するとデバイスに直列的に接続された外部抵抗を介し
てフォトカレントが流れ、これにより誘起される電圧降
下が利用されている。この電圧降下は、バンドエネルギ
ー構造の傾斜を変化させて吸収端をシフトさせ、これで
この入射ビーム自身或は他の光ビームが強度変調され
る。しかし、ＳＥＥＤデバイスを用いては、１．５５μ
ｍのビームは８００ｎｍのビームでは強度変調できな
い。結局、屈折率変化を誘起する為に電圧の変化を用い
ることは出来ても、外部抵抗回路を用いているのでＲＣ
時定数が大きく、困難な問題が生じる。
ムにはこうした欠点が無い。しかし、これらは同じ様な
波長領域のビームを用いていて、制御ビームから左程離
れた波長のビームの制御・変調をするものではない。１
例として、ＳＥＥＤ（Ｓｅｌｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔ
ｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）がある。これでは、光ビームが入
射するとデバイスに直列的に接続された外部抵抗を介し
てフォトカレントが流れ、これにより誘起される電圧降
下が利用されている。この電圧降下は、バンドエネルギ
ー構造の傾斜を変化させて吸収端をシフトさせ、これで
この入射ビーム自身或は他の光ビームが強度変調され
る。しかし、ＳＥＥＤデバイスを用いては、１．５５μ
ｍのビームは８００ｎｍのビームでは強度変調できな
い。結局、屈折率変化を誘起する為に電圧の変化を用い
ることは出来ても、外部抵抗回路を用いているのでＲＣ
時定数が大きく、困難な問題が生じる。
【０００７】更に、強度変調を可能とするものとして、
光学的に誘起される屈折率格子を利用して変調ビームを
偏向するものがある。この場合、大きなｏｎ／ｏｆｆコ
ントラスト比を得るには、格子の回折効率は相当の大き
さである必要がある。これを実現する為には、大強度の
光或は大きな電気光学係数を持つ強誘電体物質を用いね
ばならない。しかし、使用可能な強誘電体物質は秒のオ
ーダー或はそれより遅いレスポンス速度しか有しないの
で、光通信システムに用いるのは全く不適当である。
光学的に誘起される屈折率格子を利用して変調ビームを
偏向するものがある。この場合、大きなｏｎ／ｏｆｆコ
ントラスト比を得るには、格子の回折効率は相当の大き
さである必要がある。これを実現する為には、大強度の
光或は大きな電気光学係数を持つ強誘電体物質を用いね
ばならない。しかし、使用可能な強誘電体物質は秒のオ
ーダー或はそれより遅いレスポンス速度しか有しないの
で、光通信システムに用いるのは全く不適当である。
【０００８】次に、ＰＲ効果を利用するものがある。Ｐ
Ｒ効果即ち光誘起屈折率効果（ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃ
ｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔ）とは、或る不純物準位（通
常、浅い準位であるドナー準位やアクセプタ準位に対し
て室温の熱エネルギー（２６ｍｅＶ）に比べ十分大きな
エネルギーギャップを持つ深い準位と呼ばれるもの）に
ある電子を光学的に伝導帯に励起した時の該電子の伝導
帯での拡散及びドリフトと、その後の捕獲準位（通常は
該不純物準位のイオン化準位）での捕獲により生じる空
間電界を利用して、電気光学的効果（ポッケルス効果）
を介して起こる現象である非線形屈折率変化現象であ
る。ＰＲ効果を持つ半導体を用いれば応答時間が相当速
くなって良いが、しかし残念ながら、回折効率が低くて
低コントラストの純光学的デバイスとなってしまう。こ
うした屈折率格子デバイス（光誘起屈折率結晶）の更な
る欠点は、グレーティングを書くのに２つのコヒーレン
トな光束を必要とすることである。８００ｎｍの信号光
は、通常、集積化された導波路に閉じ込められているの
で、これら導波路を含むデバイスを２ビーム屈折率格子
デバイスに接続することは困難である。
Ｒ効果即ち光誘起屈折率効果（ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃ
ｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔ）とは、或る不純物準位（通
常、浅い準位であるドナー準位やアクセプタ準位に対し
て室温の熱エネルギー（２６ｍｅＶ）に比べ十分大きな
エネルギーギャップを持つ深い準位と呼ばれるもの）に
ある電子を光学的に伝導帯に励起した時の該電子の伝導
帯での拡散及びドリフトと、その後の捕獲準位（通常は
該不純物準位のイオン化準位）での捕獲により生じる空
間電界を利用して、電気光学的効果（ポッケルス効果）
を介して起こる現象である非線形屈折率変化現象であ
る。ＰＲ効果を持つ半導体を用いれば応答時間が相当速
くなって良いが、しかし残念ながら、回折効率が低くて
低コントラストの純光学的デバイスとなってしまう。こ
うした屈折率格子デバイス（光誘起屈折率結晶）の更な
る欠点は、グレーティングを書くのに２つのコヒーレン
トな光束を必要とすることである。８００ｎｍの信号光
は、通常、集積化された導波路に閉じ込められているの
で、これら導波路を含むデバイスを２ビーム屈折率格子
デバイスに接続することは困難である。
【０００９】最近、２つのコヒーレントなビームを使っ
て格子を書くことを要求しない新しい光誘起屈折率効果
が見出された。これでは、グレーディドギャップ（バン
ドギャップがバリア層方向に変化している構造）量子井
戸構造の屈折率の変化が光電場によるキャリア発生によ
り誘起される。キャリアはグレーディドギャップで生じ
た内部電場により走行し最終的に量子井戸でトラップさ
れる。また、対応する正孔もこうしたプロセスで、しか
しもっと遅い速さで走行し、よって電子と正孔間に空間
電荷分離が生じ、過渡的に空間電界が生じ電気光学効果
を介して屈折率の変化が起きる。これについては、「Ｒ
ａｌｐｈ ｅｔ．ａｌ．，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉ
ｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ ６３ ２２７２−２２７５（１
９８９）」を参照されたい。しかし、この提案例では、
屈折率変化を起こすのに２つのビームは必要としなくな
ったが、キャリアが励起位置からトラップ位置である井
戸まで走行する時間などによりレスポンスタイムが制限
されるので、未だこの問題が解決されたとは言えない。
て格子を書くことを要求しない新しい光誘起屈折率効果
が見出された。これでは、グレーディドギャップ（バン
ドギャップがバリア層方向に変化している構造）量子井
戸構造の屈折率の変化が光電場によるキャリア発生によ
り誘起される。キャリアはグレーディドギャップで生じ
た内部電場により走行し最終的に量子井戸でトラップさ
れる。また、対応する正孔もこうしたプロセスで、しか
しもっと遅い速さで走行し、よって電子と正孔間に空間
電荷分離が生じ、過渡的に空間電界が生じ電気光学効果
を介して屈折率の変化が起きる。これについては、「Ｒ
ａｌｐｈ ｅｔ．ａｌ．，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉ
ｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ ６３ ２２７２−２２７５（１
９８９）」を参照されたい。しかし、この提案例では、
屈折率変化を起こすのに２つのビームは必要としなくな
ったが、キャリアが励起位置からトラップ位置である井
戸まで走行する時間などによりレスポンスタイムが制限
されるので、未だこの問題が解決されたとは言えない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】よって、本発明の目的
は、上記の課題に鑑み、量子井戸構造でのキャリアの実
励起による空間電界生成を用いて電気光学効果を介して
量子井戸構造の光学的屈折率異方性を励起し、この光学
的屈折率異方性により量子井戸構造を伝搬する光の偏光
状態を変化させることで十分応答時間が速くそして高い
ｏｎ／ｏｆｆコントラスト比を得られる様に構成された
光変調器ないし光スイッチを提供することにある。
は、上記の課題に鑑み、量子井戸構造でのキャリアの実
励起による空間電界生成を用いて電気光学効果を介して
量子井戸構造の光学的屈折率異方性を励起し、この光学
的屈折率異方性により量子井戸構造を伝搬する光の偏光
状態を変化させることで十分応答時間が速くそして高い
ｏｎ／ｏｆｆコントラスト比を得られる様に構成された
光変調器ないし光スイッチを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明による光変調器ないし光スイッチにおいては、半導体
量子井戸構造部を有し、静電界の印加された該量子井戸
構造部中にポンプ光を導いて実励起を起こし、これによ
る静電界スクリーニング現象を用いて該量子井戸構造部
での電気光学効果（ポッケルス効果）を介して該量子井
戸構造部を伝搬するプローブ光の偏光状態を変化せし
め、このプローブ光の変調を純光学的に行なう様に構成
されたことを特徴とする純光学的光変調器となってい
る。
明による光変調器ないし光スイッチにおいては、半導体
量子井戸構造部を有し、静電界の印加された該量子井戸
構造部中にポンプ光を導いて実励起を起こし、これによ
る静電界スクリーニング現象を用いて該量子井戸構造部
での電気光学効果（ポッケルス効果）を介して該量子井
戸構造部を伝搬するプローブ光の偏光状態を変化せし
め、このプローブ光の変調を純光学的に行なう様に構成
されたことを特徴とする純光学的光変調器となってい
る。
【００１２】より具体的には、前記ポンプ光とプローブ
光は独立に前記量子井戸構造部に入射させられたり、前
記ポンプ光とプローブ光は同一であったり、前記プロー
ブ光の偏光状態ないし位相シフト状態の変化を光強度の
変化に変換する為に、偏光子と位相板を備えたり、前記
量子井戸構造部は、ｎ−ドープＧａＡｓ基板、ｎ−ドー
プＧａＡｓバッファ層、ノンドープＡｌＧａＡｓないし
ＡｌＡｓ下部クラッド層、ノンドープ多重量子井戸構造
層（ＭＱＷ）、ノンドープＡｌＧａＡｓないしＡｌＡｓ
上部クラッド層、ｐ−ドープＡｌＡｓ層、ｐ−ドープＡ
ｌＧａＡｓないしＧａＡｓキャップ層、デバイス上下面
側に積層された電極を有する半導体デバイス中に形成さ
れていたり、１．５５μｍの波長のプローブ光が、前記
ＭＱＷのバンドギャップに対応する波長（〜８００ｎ
ｍ）の情報を載せたポンプ光により強度変調されたり、
純光学的に変調されるプローブ光に対して、殆ど吸収損
失が無い様に前記量子井戸構造部が形成されていたり、
前記ポンプ光の強度のみに依存する前記量子井戸構造部
の屈折率変化を利用してプローブ光を変調したりする。
上記構成では、実励起された電子・正孔対が半導体量
子井戸構造部に印加された静電界の為に空間的に分離さ
れ、電荷分極が生じる現象を利用するので、十分に速い
応答速度が得られ、更に実励起に関わるので左程の強度
のポンプ光を用いなくても十分なｏｎ／ｏｆｆコントラ
スト比の変調が達成できる。
光は独立に前記量子井戸構造部に入射させられたり、前
記ポンプ光とプローブ光は同一であったり、前記プロー
ブ光の偏光状態ないし位相シフト状態の変化を光強度の
変化に変換する為に、偏光子と位相板を備えたり、前記
量子井戸構造部は、ｎ−ドープＧａＡｓ基板、ｎ−ドー
プＧａＡｓバッファ層、ノンドープＡｌＧａＡｓないし
ＡｌＡｓ下部クラッド層、ノンドープ多重量子井戸構造
層（ＭＱＷ）、ノンドープＡｌＧａＡｓないしＡｌＡｓ
上部クラッド層、ｐ−ドープＡｌＡｓ層、ｐ−ドープＡ
ｌＧａＡｓないしＧａＡｓキャップ層、デバイス上下面
側に積層された電極を有する半導体デバイス中に形成さ
れていたり、１．５５μｍの波長のプローブ光が、前記
ＭＱＷのバンドギャップに対応する波長（〜８００ｎ
ｍ）の情報を載せたポンプ光により強度変調されたり、
純光学的に変調されるプローブ光に対して、殆ど吸収損
失が無い様に前記量子井戸構造部が形成されていたり、
前記ポンプ光の強度のみに依存する前記量子井戸構造部
の屈折率変化を利用してプローブ光を変調したりする。
上記構成では、実励起された電子・正孔対が半導体量
子井戸構造部に印加された静電界の為に空間的に分離さ
れ、電荷分極が生じる現象を利用するので、十分に速い
応答速度が得られ、更に実励起に関わるので左程の強度
のポンプ光を用いなくても十分なｏｎ／ｏｆｆコントラ
スト比の変調が達成できる。
【００１３】本発明は実励起を用いるものであるが、こ
れを仮想励起のものと比較してみる。この仮想励起のも
のでは、バンドギャップから少し離調したエネルギに対
応する波長のポンプ光ビームにより仮想キャリアが発生
し、これを利用する。仮想キャリアはピコ秒以下で外部
ＤＣ電界により空間的に分離される。この空間分離され
た電荷による電界は外部ＤＣ電界と反対方向を向いてお
り、よってこの外部電界をスクリーンして電圧変化を生
じさせる。この電圧変化は電気光学効果を介して屈折率
を変化させ、これが、例えば、１．５５μｍのビームで
検出される。レスポンスタイムはサブピコ秒が可能であ
り、屈折率変化を起こすのに１つの制御ビームが必要と
されるのみである。また、ＡｌＧａＡｓ材料システムを
用いれば１．５５μｍでの吸収は非常に低い。しかし、
ポンプ光の強度としてＧＷ／ｃｍ2オーダーのものが必
要とされ、プローブ光の位相変化も比較的小さくなる
（例えば、０．０１°オーダー）。これに対し、本発明
では次の様になる。光ディスクなどの８００ｎｍの光で
コード化された情報を伝送するデバイスを考えると、ソ
ースの情報信号光が適度のレートで変調されているので
フェトム秒ｆｓほどの応答時間は必要としない。このこ
とは、現在のローカルエリアネットワーク、コンパクト
ディスクプレーヤー、レーザディスクプレーヤなどでも
そうである。本発明では、仮想キャリアタイプと同様の
構成を用いるが、バンドギャップエネルギ以上の波長の
ポンプ光を用いて実キャリアを生じさせる。この方法に
よれば、キャリアにより十分なスクリーニング電界を得
るのに、ポンプ光の強度は仮想励起のものよりずっと小
さくて良い。サブピコ秒の応答時間は得られないが、共
鳴ポンプを用い実キャリアを達成することで、キャリア
で生じるスクリーニングは仮想キャリアのものと比べて
ずっと大きくなる。これにより、屈折率が大きく変化し
プローブ光には大きな位相シフトが生じる。この位相シ
フト手段を強度変調装置に用いると、量子井戸構造部で
の全位相シフトが増大できてｏｎ／ｏｆｆコントラスト
比が向上する。本発明の構成では、例えば、１．４５°
の位相シフトが得られる。プローブ光を、例えば、ＭＱ
Ｗコアで形成されたシングルモード導波路の層に平行に
通すと、相互作用の距離が長くなり、全位相シフトが大
きく増加する。従って、応答時間に対する要求が、それ
ほど厳しくなく適度なものであるが、外部回路のＲＣ時
定数による制限を持つデバイスでは満足できない程高い
時は、吸収が小さい波長のビームの変調は本発明のデバ
イスで好適に行なわれる。また、適度に応答時間が遅い
ということで、ポンプ光やプローブ光が超短パルスであ
る場合でも、波長の違いによる分散によってポンプ光に
よる屈折率変化がプローブ光で検知されなくなると言う
様な問題も起こりにくくしている。
れを仮想励起のものと比較してみる。この仮想励起のも
のでは、バンドギャップから少し離調したエネルギに対
応する波長のポンプ光ビームにより仮想キャリアが発生
し、これを利用する。仮想キャリアはピコ秒以下で外部
ＤＣ電界により空間的に分離される。この空間分離され
た電荷による電界は外部ＤＣ電界と反対方向を向いてお
り、よってこの外部電界をスクリーンして電圧変化を生
じさせる。この電圧変化は電気光学効果を介して屈折率
を変化させ、これが、例えば、１．５５μｍのビームで
検出される。レスポンスタイムはサブピコ秒が可能であ
り、屈折率変化を起こすのに１つの制御ビームが必要と
されるのみである。また、ＡｌＧａＡｓ材料システムを
用いれば１．５５μｍでの吸収は非常に低い。しかし、
ポンプ光の強度としてＧＷ／ｃｍ2オーダーのものが必
要とされ、プローブ光の位相変化も比較的小さくなる
（例えば、０．０１°オーダー）。これに対し、本発明
では次の様になる。光ディスクなどの８００ｎｍの光で
コード化された情報を伝送するデバイスを考えると、ソ
ースの情報信号光が適度のレートで変調されているので
フェトム秒ｆｓほどの応答時間は必要としない。このこ
とは、現在のローカルエリアネットワーク、コンパクト
ディスクプレーヤー、レーザディスクプレーヤなどでも
そうである。本発明では、仮想キャリアタイプと同様の
構成を用いるが、バンドギャップエネルギ以上の波長の
ポンプ光を用いて実キャリアを生じさせる。この方法に
よれば、キャリアにより十分なスクリーニング電界を得
るのに、ポンプ光の強度は仮想励起のものよりずっと小
さくて良い。サブピコ秒の応答時間は得られないが、共
鳴ポンプを用い実キャリアを達成することで、キャリア
で生じるスクリーニングは仮想キャリアのものと比べて
ずっと大きくなる。これにより、屈折率が大きく変化し
プローブ光には大きな位相シフトが生じる。この位相シ
フト手段を強度変調装置に用いると、量子井戸構造部で
の全位相シフトが増大できてｏｎ／ｏｆｆコントラスト
比が向上する。本発明の構成では、例えば、１．４５°
の位相シフトが得られる。プローブ光を、例えば、ＭＱ
Ｗコアで形成されたシングルモード導波路の層に平行に
通すと、相互作用の距離が長くなり、全位相シフトが大
きく増加する。従って、応答時間に対する要求が、それ
ほど厳しくなく適度なものであるが、外部回路のＲＣ時
定数による制限を持つデバイスでは満足できない程高い
時は、吸収が小さい波長のビームの変調は本発明のデバ
イスで好適に行なわれる。また、適度に応答時間が遅い
ということで、ポンプ光やプローブ光が超短パルスであ
る場合でも、波長の違いによる分散によってポンプ光に
よる屈折率変化がプローブ光で検知されなくなると言う
様な問題も起こりにくくしている。
【００１４】
【実施例】先ず、量子井戸中での電荷分極励起の現象に
ついて説明する（山西正道 応用物理 第５８巻１９６
９−１７０７（１９８９）参照）。図１はＤＣ（静）電
界Ｅext が印加されたＭＱＷ構造の傾斜したエネルギー
バンドを示す（ここでは１つの井戸１８とこれに接する
バリア１４のみを示す）。今、８００ｎｍの波長域の情
報担持（信号）光（ポンプ光）１９が、この特定の使用
波長のところに吸収ピークを持つ様に設定されたＭＱＷ
構造に入射する場合を考える。こうした吸収ピークは、
井戸１８の厚さを適当に選ぶことで達成される。ポンプ
光１９はキャリア１３、１５（正孔１３、電子１５）を
発生し、これらのキャリアは図１に示す如く外部電界で
互いに反対方向に駆動されて井戸１８の厚さだけ空間的
に分離して井戸１８内に閉じ込められ（バリア１４はこ
れを可能にする程十分高い）、外部電界Ｅextをスクリ
ーニングする方向に反電界ないしスクリーン電界Ｅsを
生み出す。通常、ＭＱＷ域に隣接する層はドープされて
いて、電圧降下の殆どがアンドープＭＱＷ域で生じる様
に設計されている。理想的には、この為にＭＱＷ層に隣
接する層は多くドープされねばならない。しかし、層に
平行にポンプ光とプローブ光ビームのうちの１つ又は両
方が伝搬する時には、ＭＱＷ層の導波特性については、
導波ＭＱＷ層に接するクラッド層が大きくドープされて
いるとここでの光損失が大きくなることを考慮する必要
がある。従って、こうした場合は導波ＭＱＷ層に接する
クラッド層もまたアンドープとなっているのが良い。た
だ、これらのクラッド層は非常に薄いので、電圧降下の
殆どはいずれにせよＭＱＷ層で起こる。
ついて説明する（山西正道 応用物理 第５８巻１９６
９−１７０７（１９８９）参照）。図１はＤＣ（静）電
界Ｅext が印加されたＭＱＷ構造の傾斜したエネルギー
バンドを示す（ここでは１つの井戸１８とこれに接する
バリア１４のみを示す）。今、８００ｎｍの波長域の情
報担持（信号）光（ポンプ光）１９が、この特定の使用
波長のところに吸収ピークを持つ様に設定されたＭＱＷ
構造に入射する場合を考える。こうした吸収ピークは、
井戸１８の厚さを適当に選ぶことで達成される。ポンプ
光１９はキャリア１３、１５（正孔１３、電子１５）を
発生し、これらのキャリアは図１に示す如く外部電界で
互いに反対方向に駆動されて井戸１８の厚さだけ空間的
に分離して井戸１８内に閉じ込められ（バリア１４はこ
れを可能にする程十分高い）、外部電界Ｅextをスクリ
ーニングする方向に反電界ないしスクリーン電界Ｅsを
生み出す。通常、ＭＱＷ域に隣接する層はドープされて
いて、電圧降下の殆どがアンドープＭＱＷ域で生じる様
に設計されている。理想的には、この為にＭＱＷ層に隣
接する層は多くドープされねばならない。しかし、層に
平行にポンプ光とプローブ光ビームのうちの１つ又は両
方が伝搬する時には、ＭＱＷ層の導波特性については、
導波ＭＱＷ層に接するクラッド層が大きくドープされて
いるとここでの光損失が大きくなることを考慮する必要
がある。従って、こうした場合は導波ＭＱＷ層に接する
クラッド層もまたアンドープとなっているのが良い。た
だ、これらのクラッド層は非常に薄いので、電圧降下の
殆どはいずれにせよＭＱＷ層で起こる。
【００１５】ところで、量子井戸構造を構成する半導体
は、通常、静電界 Ｅextに対する構成原子配置での電気
光学効果（ポッケルス効果）を有しているので、もとも
と印加されているＤＣ電界による電気光学効果に加えて
上記の反電界Ｅsによって電気光学効果の変化が生じる
ことになる。このことは、既にＤＣ電界の印加により誘
起されている上記量子井戸構造の光学的異方性が反電界
Ｅsの発生により更に変化することを意味する。
は、通常、静電界 Ｅextに対する構成原子配置での電気
光学効果（ポッケルス効果）を有しているので、もとも
と印加されているＤＣ電界による電気光学効果に加えて
上記の反電界Ｅsによって電気光学効果の変化が生じる
ことになる。このことは、既にＤＣ電界の印加により誘
起されている上記量子井戸構造の光学的異方性が反電界
Ｅsの発生により更に変化することを意味する。
【００１６】各井戸１８でのこの反電界Ｅsによる電圧
降下変化Ｖで生じる光学的異方性による屈折率の相対変
化量Δｎは次式で与えられる。 Δｎ＝１／２・ｑｎ3 0ｒ effＶ・・・・・・（１）
ここで、ｎ0は電圧降下前の屈折率、ｑは結晶方位
とＤＣ電界Ｅextとの相対関係に依存する定数、ｒeffは
実効的な電気光学係数（ｍ／Ｖ）である。
降下変化Ｖで生じる光学的異方性による屈折率の相対変
化量Δｎは次式で与えられる。 Δｎ＝１／２・ｑｎ3 0ｒ effＶ・・・・・・（１）
ここで、ｎ0は電圧降下前の屈折率、ｑは結晶方位
とＤＣ電界Ｅextとの相対関係に依存する定数、ｒeffは
実効的な電気光学係数（ｍ／Ｖ）である。
【００１７】ポンプ光１９がオン状態にあるかぎり、キ
ャリア１３、１５は井戸１８内にある。ポンプ光がオフ
になると、キャリア１３、１５はその状況での寿命で決
められるレートで再結合する。寿命は実際の電界強度に
依存する。上記の相対的な屈折率変化量はプローブ光で
検出されるが、ここで注意すべきことは、ＡｌＧａＡｓ
などのＭＱＷ構造物質が、バンドギャップに対応する波
長よりずっと大きい波長に対しては十分透明であること
である。上記屈折率変化はプローブ光で検出され、その
時の相対位相変化量Δψは次式で与えられる。 Δψ＝２π／λ・ｑｎ3 0ｒeffＶ・・・・・・（２） ここで、λはプローブ光の真空中での波長である。
ャリア１３、１５は井戸１８内にある。ポンプ光がオフ
になると、キャリア１３、１５はその状況での寿命で決
められるレートで再結合する。寿命は実際の電界強度に
依存する。上記の相対的な屈折率変化量はプローブ光で
検出されるが、ここで注意すべきことは、ＡｌＧａＡｓ
などのＭＱＷ構造物質が、バンドギャップに対応する波
長よりずっと大きい波長に対しては十分透明であること
である。上記屈折率変化はプローブ光で検出され、その
時の相対位相変化量Δψは次式で与えられる。 Δψ＝２π／λ・ｑｎ3 0ｒeffＶ・・・・・・（２） ここで、λはプローブ光の真空中での波長である。
【００１８】ここで、図２に沿って位相変調部であるＭ
ＱＷ構造を含むデバイスの具体例を説明する。＜００１
＞方位のｎ+−ＧａＡｓ基板２４（負の導電極性のドー
パントはＳｉであり、ｎ+濃度は２×１０18ｃｍ-3）上
には、ｎ+−ＧａＡｓバッファ層２５が０．２μｍの厚
さで、ｎ−ＡｌＡｓ電極層２６が５μｍの厚さで、φ−
ＡｌＡｓ下部クラッド層２７が０．４μｍの厚さで、φ
−多重量子井戸構造（ＭＱＷ）領域２８（１２０Å厚の
井戸２１と８０Å厚のバリア２２とが２００周期積層さ
れて成る）が４μｍの厚さで、φ−ＡｌＡｓ上部クラッ
ド層２９が０．４μｍの厚さで、ｐ−電極層３０が０．
５μｍの厚さで、積層されている。更にその上には、ｐ
+−ＧａＡｓキャップ層３１、及び０．２５μｍ厚のＣ
ｒ３２と０．２５μｍ厚のＡｕ３３からなる０．５μｍ
厚の電極が設けられている。基板２４の裏面には、もう
一方の電極２３が積層されている。ｎ、ｐ、及びｐ+の
ドーピング濃度は、夫々、２×１０17、２×１０17、２
×１０18ｃｍ-3であり、ｐドーパントはＢｅである。
ＱＷ構造を含むデバイスの具体例を説明する。＜００１
＞方位のｎ+−ＧａＡｓ基板２４（負の導電極性のドー
パントはＳｉであり、ｎ+濃度は２×１０18ｃｍ-3）上
には、ｎ+−ＧａＡｓバッファ層２５が０．２μｍの厚
さで、ｎ−ＡｌＡｓ電極層２６が５μｍの厚さで、φ−
ＡｌＡｓ下部クラッド層２７が０．４μｍの厚さで、φ
−多重量子井戸構造（ＭＱＷ）領域２８（１２０Å厚の
井戸２１と８０Å厚のバリア２２とが２００周期積層さ
れて成る）が４μｍの厚さで、φ−ＡｌＡｓ上部クラッ
ド層２９が０．４μｍの厚さで、ｐ−電極層３０が０．
５μｍの厚さで、積層されている。更にその上には、ｐ
+−ＧａＡｓキャップ層３１、及び０．２５μｍ厚のＣ
ｒ３２と０．２５μｍ厚のＡｕ３３からなる０．５μｍ
厚の電極が設けられている。基板２４の裏面には、もう
一方の電極２３が積層されている。ｎ、ｐ、及びｐ+の
ドーピング濃度は、夫々、２×１０17、２×１０17、２
×１０18ｃｍ-3であり、ｐドーパントはＢｅである。
【００１９】上記デバイスを含む強度変調器の全体構造
が図３に示されている。ポンプ光３５とプローブ光３６
が、外部ＤＣ電界３７でバイアスされた図２に示す如き
位相変調デバイス３４に入射される。位相変調光は位相
板３９及び偏光子３８を通り、強度変調出力４０に変換
される。こうして、ＤＣ電界３７の印加された量子井戸
構造を持つ材料３４に、前記の実励起電荷分極が誘起さ
れる適当な波長と光強度を有するポンプ光３５を入射さ
せ、これによりこの量子井戸構造に電圧変化を誘起させ
る。この電圧変化による上記の相対位相変化Δψ（上記
（２）式参照）は次の如く検出される。
が図３に示されている。ポンプ光３５とプローブ光３６
が、外部ＤＣ電界３７でバイアスされた図２に示す如き
位相変調デバイス３４に入射される。位相変調光は位相
板３９及び偏光子３８を通り、強度変調出力４０に変換
される。こうして、ＤＣ電界３７の印加された量子井戸
構造を持つ材料３４に、前記の実励起電荷分極が誘起さ
れる適当な波長と光強度を有するポンプ光３５を入射さ
せ、これによりこの量子井戸構造に電圧変化を誘起させ
る。この電圧変化による上記の相対位相変化Δψ（上記
（２）式参照）は次の如く検出される。
【００２０】即ち、該量子井戸構造材料３４に対して十
分に透明な波長で且つ該量子井戸構造材料３４の結晶軸
方向に対して適当な偏光状態（例えば、図３のｚ軸を＜
００１＞方位とするとｘ軸の＜１１０＞方位とｙ軸＜１
００＞方位に同じ大きさの成分を有する偏光）のプロー
ブ光３６で該量子井戸構造での位相変化Δψを検出す
る。この場合、該プローブ光３６は、この量子井戸構造
材料３４で光吸収を受けないが電気光学効果に対して十
分感度のある波長を用いる様にするのが好ましい。こう
して、プローブ透過光４０は、位相板３９と偏光板３８
により、その位相変化が光強度の変化として検出される
が、この光強度は、次式で書くことができる。 Ｉ＝１／２・Ｉ0｛１＋ｓｉｎ２θ・ｃｏｓψ｝・・・・（３） ここで、Ｉ0は位相シフトが無い時のプローブ透過光の
全強度、θはｘ軸方向に対する偏光板３８の透過軸方位
の角度、ψは、位相板３９のｘ軸方位とｙ軸方位との相
対位相差をφとして入射プローブ光３６のｘ軸方位とｙ
軸方位との相対位相差をρ、そして量子井戸構造材料３
４での入射プローブ光がないときの光学的異方性のｘ軸
方位とｙ軸方位との相対位相差をεとすると、 ψ＝Δψ＋ρ＋φ＋ε・・・・（４） と表わせる。従って、偏光板３８の透過軸方位の角度θ
＝π／４として位相板３９の位相差φを、 φ＝−ρ−ε±π／２・・・・（５） となる様に設定すると、 Ｉ＝１／２・Ｉ0｛１±ｓｉｎΔψ｝・・・・（６） となる。ここで注意することは、相対位相変化量Δψの
変化を最も感度良くする為にバイアス点をψ＝±π／２
に設定したことである。上述の例では、プローブ光の両
直交偏光成分の位相差を任意としていたが、（５）式を
満足する様に予め位相差ρを与えておいても良い。こう
した場合には、位相板３９は図３の位置に置く必要は無
くなる。即ち、位相板３９を量子井戸構造材料３４より
も前に置いて（５）式を満たす様にしても良い。
分に透明な波長で且つ該量子井戸構造材料３４の結晶軸
方向に対して適当な偏光状態（例えば、図３のｚ軸を＜
００１＞方位とするとｘ軸の＜１１０＞方位とｙ軸＜１
００＞方位に同じ大きさの成分を有する偏光）のプロー
ブ光３６で該量子井戸構造での位相変化Δψを検出す
る。この場合、該プローブ光３６は、この量子井戸構造
材料３４で光吸収を受けないが電気光学効果に対して十
分感度のある波長を用いる様にするのが好ましい。こう
して、プローブ透過光４０は、位相板３９と偏光板３８
により、その位相変化が光強度の変化として検出される
が、この光強度は、次式で書くことができる。 Ｉ＝１／２・Ｉ0｛１＋ｓｉｎ２θ・ｃｏｓψ｝・・・・（３） ここで、Ｉ0は位相シフトが無い時のプローブ透過光の
全強度、θはｘ軸方向に対する偏光板３８の透過軸方位
の角度、ψは、位相板３９のｘ軸方位とｙ軸方位との相
対位相差をφとして入射プローブ光３６のｘ軸方位とｙ
軸方位との相対位相差をρ、そして量子井戸構造材料３
４での入射プローブ光がないときの光学的異方性のｘ軸
方位とｙ軸方位との相対位相差をεとすると、 ψ＝Δψ＋ρ＋φ＋ε・・・・（４） と表わせる。従って、偏光板３８の透過軸方位の角度θ
＝π／４として位相板３９の位相差φを、 φ＝−ρ−ε±π／２・・・・（５） となる様に設定すると、 Ｉ＝１／２・Ｉ0｛１±ｓｉｎΔψ｝・・・・（６） となる。ここで注意することは、相対位相変化量Δψの
変化を最も感度良くする為にバイアス点をψ＝±π／２
に設定したことである。上述の例では、プローブ光の両
直交偏光成分の位相差を任意としていたが、（５）式を
満足する様に予め位相差ρを与えておいても良い。こう
した場合には、位相板３９は図３の位置に置く必要は無
くなる。即ち、位相板３９を量子井戸構造材料３４より
も前に置いて（５）式を満たす様にしても良い。
【００２１】ここで、この構造で可能な最大相対位相シ
フトを計算する。最大位相変調深さは、外部ＤＣ電界が
キャリア誘起された反電界により完全にスクリーンされ
る時に起こる。よって、井戸構造内の全電界の最大変化
は、最大バイアスＤＣ電界強度で決められ、これは降伏
電界ＥBD＝３００ｋＶ・ｃｍ-1で与えられる。今の構造
の場合、１２０Åの厚さのＧａＡｓ井戸２１と８０Åの
厚さのＡｌＡｓバリア２２が２００周期形成され、全電
圧降下がＭＱＷ領域２８で起きると仮定すると、井戸構
造内のキャリアを用いて外部電界を完全にスクリーンで
きる時に、電界強度の最大変化が起こる。そのために
は、印加可能な最大外部電界と同じ大きさの強度の反電
界を誘起する必要がある（即ち、３００ｋＶ・ｃｍ-1の
反電界）。これは、ポアッソン方程式によりこの反電界
と対応付けられる一定のキャリア密度を井戸構造内に生
じさせる必要があることを意味する。
フトを計算する。最大位相変調深さは、外部ＤＣ電界が
キャリア誘起された反電界により完全にスクリーンされ
る時に起こる。よって、井戸構造内の全電界の最大変化
は、最大バイアスＤＣ電界強度で決められ、これは降伏
電界ＥBD＝３００ｋＶ・ｃｍ-1で与えられる。今の構造
の場合、１２０Åの厚さのＧａＡｓ井戸２１と８０Åの
厚さのＡｌＡｓバリア２２が２００周期形成され、全電
圧降下がＭＱＷ領域２８で起きると仮定すると、井戸構
造内のキャリアを用いて外部電界を完全にスクリーンで
きる時に、電界強度の最大変化が起こる。そのために
は、印加可能な最大外部電界と同じ大きさの強度の反電
界を誘起する必要がある（即ち、３００ｋＶ・ｃｍ-1の
反電界）。これは、ポアッソン方程式によりこの反電界
と対応付けられる一定のキャリア密度を井戸構造内に生
じさせる必要があることを意味する。
【００２２】このキャリア密度を達成するのに要される
ポンプ光強度Ｉ0を計算する。井戸端で誘起される電荷
ΔＱは次の式で与えられる。 ΔＱ＝（ｅＩ0τr／（ｈｃ／λ））｛１−ｅｘｐ（−αＬz）｝ ここで、αは吸収係数、Ｌzは井戸の厚さである。上記
キャリア密度に対応するスクリーン電界Ｅsは、ポアッ
ソン方程式を解いて次の如く求められる。 ΔＱ＝ε0εDCＥS ここでε0、εDC、ＥSは、夫々、真空誘電率、ＧａＡｓ
のＤＣ誘電率（＝１３．１）、所望のスクリーン電界強
度である。Ｉ0についてこれら２つの方程式を解くこと
で、３００ｋＶ／ｃｍのスクリーン電界ＥSを生じるの
に必要なポンプ光強度Ｉ0が求まる。これは、キャリア
の寿命τrが５０ｎｓとすると、適当な集光で通常の半
導体レーザから簡単に得られる値である２７５Ｗ・ｃｍ
-2となる。５０ｎｓのキャリアの寿命は、電界全部のス
クリーニングが起きる時は実際にはもっと短い（１０ｎ
ｓ）。１０ｎｓの再結合時間は、おおよそ１００Ｍｂ／
ｓのビットレートに対応し、これは上記の本発明の適用
例のいずれのものより速い。
ポンプ光強度Ｉ0を計算する。井戸端で誘起される電荷
ΔＱは次の式で与えられる。 ΔＱ＝（ｅＩ0τr／（ｈｃ／λ））｛１−ｅｘｐ（−αＬz）｝ ここで、αは吸収係数、Ｌzは井戸の厚さである。上記
キャリア密度に対応するスクリーン電界Ｅsは、ポアッ
ソン方程式を解いて次の如く求められる。 ΔＱ＝ε0εDCＥS ここでε0、εDC、ＥSは、夫々、真空誘電率、ＧａＡｓ
のＤＣ誘電率（＝１３．１）、所望のスクリーン電界強
度である。Ｉ0についてこれら２つの方程式を解くこと
で、３００ｋＶ／ｃｍのスクリーン電界ＥSを生じるの
に必要なポンプ光強度Ｉ0が求まる。これは、キャリア
の寿命τrが５０ｎｓとすると、適当な集光で通常の半
導体レーザから簡単に得られる値である２７５Ｗ・ｃｍ
-2となる。５０ｎｓのキャリアの寿命は、電界全部のス
クリーニングが起きる時は実際にはもっと短い（１０ｎ
ｓ）。１０ｎｓの再結合時間は、おおよそ１００Ｍｂ／
ｓのビットレートに対応し、これは上記の本発明の適用
例のいずれのものより速い。
【００２３】上記の最大スクリーニング電界Ｅsmaxは井
戸構造層での全電圧降下７２Ｖを生じる（７２Ｖ＝Ｅ
smax×２００×１２０Å）。上記方程式から、対応する
位相シフトは、ｑ＝１とすると１．４４度になる。これ
は０．１１ｄＢの強度コントラストに対応する。この値
はまだ低いが、仮想励起のものよりは大きい。この原理
により働く理想的な変調器は１８０度の位相シフトを実
現できる。今の場合、プローブ光は層に垂直に伝搬する
ので、位相シフトを起こす相互作用距離は僅か２００×
１２０Å＝２．４μｍである。よって、対応する位相シ
フトは６０００°・ｃｍ-1である。ポンプビームは層に
平行でも垂直でも、プローブ光は導波路内を平行に伝搬
させることができるので、この伝搬方式を用いると、単
位長さ当りの上記位相シフト量を用いて、３００μｍの
長さのデバイスで１８０°の相対位相シフトを生じさせ
得ることが分かる。これは理論的に可能な最大コントラ
ストである。
戸構造層での全電圧降下７２Ｖを生じる（７２Ｖ＝Ｅ
smax×２００×１２０Å）。上記方程式から、対応する
位相シフトは、ｑ＝１とすると１．４４度になる。これ
は０．１１ｄＢの強度コントラストに対応する。この値
はまだ低いが、仮想励起のものよりは大きい。この原理
により働く理想的な変調器は１８０度の位相シフトを実
現できる。今の場合、プローブ光は層に垂直に伝搬する
ので、位相シフトを起こす相互作用距離は僅か２００×
１２０Å＝２．４μｍである。よって、対応する位相シ
フトは６０００°・ｃｍ-1である。ポンプビームは層に
平行でも垂直でも、プローブ光は導波路内を平行に伝搬
させることができるので、この伝搬方式を用いると、単
位長さ当りの上記位相シフト量を用いて、３００μｍの
長さのデバイスで１８０°の相対位相シフトを生じさせ
得ることが分かる。これは理論的に可能な最大コントラ
ストである。
【００２４】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、Ｄ
Ｃ（静）電界印加した量子井戸を有する半導体量子井戸
構造において、例えば超短パルスの光により量子井戸中
に電荷（電子・正孔対）を実励起して量子井戸中でのＤ
Ｃ電界を該超短パルスにより変調することで、該変調さ
れた電界により該量子井戸を構成する半導体が有する電
気光学効果を介して該量子井戸構造の光学的異方性の大
きさを変調し、該量子井戸構造中を伝搬する光の偏光状
態を変調する様にしているので、比較的速い応答時間の
光の位相及び強度変調が高いコントラスト比で可能とな
る純光学的光変調器ないしスイッチが実現できる。
Ｃ（静）電界印加した量子井戸を有する半導体量子井戸
構造において、例えば超短パルスの光により量子井戸中
に電荷（電子・正孔対）を実励起して量子井戸中でのＤ
Ｃ電界を該超短パルスにより変調することで、該変調さ
れた電界により該量子井戸を構成する半導体が有する電
気光学効果を介して該量子井戸構造の光学的異方性の大
きさを変調し、該量子井戸構造中を伝搬する光の偏光状
態を変調する様にしているので、比較的速い応答時間の
光の位相及び強度変調が高いコントラスト比で可能とな
る純光学的光変調器ないしスイッチが実現できる。
【００２５】また、８００ｎｍの波長のシステムでコー
ド化された情報を１．５５μｍの波長に変換するものが
適用例として考えられる。具体的には、光ディスクメモ
リから取り出されたデータを電話回線ネットワークファ
イバ（１．５５μｍ）で伝送したり、アナログビデオ、
デジタルサウンド、その他適度の変調速度しか要求しな
いソースを、標準的な１．５５μｍの電話ネットワーク
を使用している加入者に直接（ファイバから家庭へ）供
給したりする時に用いられる。一般に、遠隔又は通信シ
ステムの条件が１．５５μｍの波長を除き全てのシステ
ムを使えないものとする時、そして伝送されるべき情報
が８００ｎｍでコード化されている場合などに、上記デ
バイスは力を発揮するものとなる。
ド化された情報を１．５５μｍの波長に変換するものが
適用例として考えられる。具体的には、光ディスクメモ
リから取り出されたデータを電話回線ネットワークファ
イバ（１．５５μｍ）で伝送したり、アナログビデオ、
デジタルサウンド、その他適度の変調速度しか要求しな
いソースを、標準的な１．５５μｍの電話ネットワーク
を使用している加入者に直接（ファイバから家庭へ）供
給したりする時に用いられる。一般に、遠隔又は通信シ
ステムの条件が１．５５μｍの波長を除き全てのシステ
ムを使えないものとする時、そして伝送されるべき情報
が８００ｎｍでコード化されている場合などに、上記デ
バイスは力を発揮するものとなる。
【図１】本発明の実施例における実電荷励起を説明する
為に傾斜したエネルギーバンド構造を示す図である。
為に傾斜したエネルギーバンド構造を示す図である。
【図２】多重量子井戸構造部を含むデバイスの断面を示
す図である。
す図である。
【図３】本発明による位相変調を光強度変調に変換する
為の構成を示す図である。
為の構成を示す図である。
１３ 正孔 １４，２２ バリア １５ 電子 １８，２１ 井戸 １９，３５ ポンプ光 ２４ 基板 ２５ バッファ層 ２６，３０ 電極層 ２７ 下部クラッド層 ２８ 多重量子井戸構造層 ２９ 上部クラッド層 ３１ キャップ層 ２３，３２，３３ 電極 ３４ 位相変調デバイス ３６ 入射プローブ光 ３７ 外部ＤＣ電界 ３８ 偏光板 ３９ 位相板 ４０ プローブ透過光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/015 - 1/025 G02F 1/35 ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ) ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (8)
- 【請求項１】 半導体量子井戸構造部を有し、静電界の
印加された該量子井戸構造部中にポンプ光を導いて実励
起を起こし、これによる静電界スクリーニング現象を用
いて該量子井戸構造部での電気光学効果（ポッケルス効
果）を介して該量子井戸構造部を伝搬するプローブ光の
偏光状態を変化せしめ、このプローブ光の変調を純光学
的に行なう様に構成されたことを特徴とする純光学的光
変調器。 - 【請求項２】 前記ポンプ光とプローブ光は独立に前記
量子井戸構造部に入射させられる請求項１記載の光変調
器。 - 【請求項３】 前記ポンプ光とプローブ光は同一である
請求項１記載の光変調器。 - 【請求項４】 前記プローブ光の偏光状態の変化を光強
度の変化に変換する為に、偏光子と位相板を備える請求
項１記載の光変調器。 - 【請求項５】 前記量子井戸構造部は、ｎ−ドープＧａ
Ａｓ基板、ｎ−ドープＧａＡｓバッファ層、ノンドープ
ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層、ノンドープ多重量子井戸
構造層（ＭＱＷ）、ノンドープＡｌＧａＡｓ上部クラッ
ド層、ｐ−ドープＡｌＡｓ層、ｐ−ドープＡｌＧａＡｓ
キャップ層、デバイス上下面側に積層された電極を有す
る半導体デバイス中に形成されている請求項１記載の光
変調器。 - 【請求項６】 １．５５μｍの波長のプローブ光が、前
記ＭＱＷのバンドギャップに対応する波長（〜８００ｎ
ｍ）の情報を載せたポンプ光により強度変調される請求
項５記載の光変調器。 - 【請求項７】 純光学的に変調されるプローブ光に対し
て、殆ど吸収損失が無い様に前記量子井戸構造部が形成
されている請求項１記載の光変調器。 - 【請求項８】 前記ポンプ光の強度のみに依存する前記
量子井戸構造部の屈折率変化を利用してプローブ光を変
調する請求項１記載の光変調器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3058113A JP2935478B2 (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 純光学的光変調器 |
| US07/837,974 US5289489A (en) | 1991-02-28 | 1992-02-20 | All-optical light modulating apparatus and all-optical process for modulating light |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3058113A JP2935478B2 (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 純光学的光変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04274210A JPH04274210A (ja) | 1992-09-30 |
| JP2935478B2 true JP2935478B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=13074928
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP3058113A Expired - Fee Related JP2935478B2 (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 純光学的光変調器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP2935478B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
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| US5073892A (en) * | 1989-06-12 | 1991-12-17 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor laser device |
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1991
- 1991-02-28 JP JP3058113A patent/JP2935478B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-02-20 US US07/837,974 patent/US5289489A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| US5289489A (en) | 1994-02-22 |
| JPH04274210A (ja) | 1992-09-30 |
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