JPS6343121A - 磁気電気光効果光変調器 - 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】 （ト）技術分野 この発明は、中赤外光用の光変調器に関する。

特に、磁気電気光効果を利用した光変調器に関する。

光通信に於て、光源、通信媒体、受光素子などとともに
、光源の性質に変調をかける変調器が必要である。

０．８１１ｍ〜１．５７４ｍの光は、発光ダイオード、
レーザダイオードが既に存在するから、内部変調により
変調をかけることができる。

ここで変調というのは強度変調、位相変調、周波数変調
など広い意味で使っている。

上記の光は、光ファイバも低損失のものが作られており
、実用的に価値あるものが構築されている。しかし、こ
れらの波長の光は、大気中での減衰が極めて大きい。大
気を通信媒質とする光通信に、上記の近赤外、可視域の
光を使う事ができないＱ 波長が８〜１４７１ｍ　の赤外光は、大気中での減衰が
少ない。このため、大気を媒質とする光無線通信用の周
波数帯域として、８〜１４７１ｍ　の光が注目されてい
る。

この帯域の光を出す光源としてＣ０２レーザがある。Ｃ
Ｏ□レーザは、いくつかの波長の光を発振させる事がで
きる。特に１０．６／ｊｆｆｌ　の光は強力なパワーが
容易に得られ、量子効率も高い。機械加工、医療用とし
て、広い用途が拓かれつつある。

光源があっても、これを変調する変調器がなければ、光
通信に使う事ができない。

この帯域の光に対しては、従来、変調器が存在しなかっ
た。

変調器が存在しないので、８〜１４μｍの光は、これま
で光通信に用いる事ができなかった。

本発明は、この帯域で良好に機能する光変調器を初めて
提供するものである。

（イ）従来技術 光通信システムに於て、音声情報その他の情報を１．搬
送波としての光波にのせるのに必要な技術手段が、光変
調である。

光の性質を変調させるには、変調器を用いる外部変調と
、光源自体の作用により変調させろ内部変調がある。

ＣＯ２レーザなどの場合１．内部変調はできない。

そこで９、変調器を用いる。

変調は、変調器の物理的性質を適当に変える事によって
行なわれる。この中でも、電気的な手段によって変調す
るのが最も良い。高速応答性に優れているからである。

光変調器として、従来、カー効果、ポッケルス効果、フ
ァラデイ回転などを用いたものが既に知られている。

カー効果は変調器媒質の屈折率が電場の二乗に比例して
変化する現象である。これを利用したカーセル（Ｋｅｒ
ｒ　Ｃａ１ｌ　）が変調器として使われる。

ポッケルス効果は変調器媒質の屈折率が電場の一乗に比
例して変化する現象である。

ファラデイ回転は、光の進行方向に磁場を印加すること
により、光の偏波面が回転する（　ＦａｒａｄａｙＲｏ
ｔａｔｉｏｎ　）現象である。磁場の大きさを変える事
により、光変調する事ができる。このために、コイル電
流を変化させる。

磁気光学的な現象を用いる変調器であるが、実際には電
流が変調の手段となっている。

このように、電気光学効果、磁気光学効果を用いた変調
器は既に存在する。しかし、これは可視光、近赤外光の
変調に使われるだけである。より艮い波長の光の変調に
用いる事ができない。

これは、その波長の光をよく透過し、かつ、電気光学効
果、磁気光学効果を持つような材料が現在のところ存在
しないからである。

２〜２２μｍの波長の赤外域では、Ｇｅのｐｎ接合を用
いた変調器が提案されている。

Ｇｅの自由電子吸収は、自由電子数に比例する。

そこでｐｎ接合にかける順方向電圧を変化させると、。

ｐｎ接合に於て生じる自由電子数が増減する。

このため、光の吸収も増減する。

これは、光の吸収の変化を利用し、直接に強度変調する
ものである。

この方法は、光の吸収の変化を利用するものであるから
、吸収による損失が大きい、という難点がある。また、
応答速度が遅いという欠点もある。

このようなわけで、Ｇｅの吸収変調法は、未だ実用的な
価値をもたない。

結局、２１１ｍより長い赤外域に於て、役に立つ光変調
器は、未だ存在しなかった、という事ができる。

特に１０．６１１ｍのＣＯ２レーザ光を変調する場合、
入射光のパワーが極めて大きいので、吸収損失の大きい
変調器であれば、熱によって破壊され、使いものにはな
らない。

（つ）ＪＸＨ力 以後、ＪＸＨ力という簡易な表現をしばしば用いる。

Ｊは電流、Ｈは磁場であり、これはローレンツ力を表現
している。

本発明者が用いるのは、ＪとＨと光との結晶中での相互
作用である。

これを１．最も簡単に表わすのはｒＪＸＨ力」という表
現である。

ＪＸＨ力を使って、光変調器を構成した例はない。従っ
てＪＸＨ力という表現は、本発明の構成を簡潔に表わす
と同時に、本発明の新規性の中心を明瞭に表わしている
。

Ｊ　Ｘ　Ｈ力によって生ずる効果を磁気電気光効果と呼
ぶことにする。

に）磁気電気光効果 電気光学効果というのは、既に明確な定義を持つ言葉で
ある。

ところが、本発明者がここで用いる磁気電気光効果とい
う言葉は、本発明者が造ったものであるから、簡単に説
明する。

ファラデイ効果は、光の進行方向と、磁場の方向が平行
になる。そして偏波面を回転させるものである。

これは、ここでいう磁気電気光効果には入らない０ ７、ｔ−１１−効果（ＶＯ４ＧＴ　ＥＦ’ＦＥＣＴ　）
　　ハ光（７）　進行方向と、磁場の方向を直角にする
ことにより生ずるものである。このようにすると、通常
光モード（ｏｒｄｉｎａｒｙ　ｍｏｄｅ　）に対する波
数と、異常光モード（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ　ｍ
ｏｄｅ　）に対する波数とが異なる。

波数が異なるので、両モードに対して位相差を生ずる事
ができる。偏光子を用いろ事により、強度変調をするこ
とができる。

ここで通常光モードというのは、電界ベクトルが磁場に
平行なモードである。これは磁場の影響を直接には受け
ない。

異常光モードというのは、電界ベクトルが磁場に対して
直角なモードである。これは磁場の影響を受ける。電子
、正孔が磁場に対して直角な面に於て、サイクロトロン
運動するから、実効的な誘電率が磁場によって変化する
。

これをＶＯＩＧＴ　ＥＦＦＥＣＴといい公知の現象であ
る。

両モードの光に対し位相差が生ずるから、直ちに、光変
調器として使えそうであるが、そうではない。強磁場を
かけているにも拘らず、位相差が小さすぎるのである。

位相差が小さすごて、実用的な変調器としては使用でき
ない。

磁場を強くすればよいが、実用的な限界というものがあ
る。

フォークト効果は光と磁場（ｋｌＨ）の相互作用である
。

本発明者はさらに、磁場に対して直角、光の進行方向に
対しても直角になるように大電流Ｊを流す１、という事
と考えた。ｋ／ＪＸＩ（１Ｊ上に、　Ｊ±Ｈである。ｋ
は光の波数で、ここでは波数ベクトルとして、進行方向
を表わしている。

物質の中のキャリヤ濃度を測定するために、ホール効果
ＨＡＬＬ　ＥＦＦＥＣＴ　　が用いられる。これは電流
Ｊを磁場に対して直角な方向に流し、ＪとＨに対して直
角な面に生ずる電圧Ｖを測定するものである。

Ｈａｌｌ効果に於ては、光波が存在しない。

本発明者は、磁場Ｈ１電流Ｊを加えた材料に光（ｋ）を
通し、光がＨ，Ｊにより変化するような効果を磁気電気
光効果といっている。

同じことであるが、フォークト効果という事に力点を置
けばｒＪｘＨ力による異常ＶＯＩＧＴ効果」という事も
できる。

ＶＯＩ　ＣＴ効果に大電流Ｊを加えたものが、本発明者
のいう磁気電気光効果なのである。

フォークト効果とは著しく異なる点もあるから、前記の
異常フォークト効果という名称は好ましくないかもしれ
ない。

一方、Ｈａｌｌ効果に光波を加えたものが、本発明者の
いう磁気電気光効果といえるかもしれない。

しかし、この現象は強磁場励起で電子、正孔がほぼ等し
い濃度となり、ホール電場が消失してしまうので、Ｈａ
ｌｌ効果とは物理的な意義が全熱＋Ｊ′？：なっている
。量子Ｈａｌｌ効果でもない。

このようなわけで、フォークト効果、或はホール効果の
修正された方法というように表現する事は、適当でない
。

そこで、本発明者は、磁気電気光効果という言葉を新し
く採用したのである。

しかし、さらに進んでいえば、磁気電気光効果という用
語も必ずしも適当でないかもしれない。

なぜなら、本発明者が既に、同じ材料、同じ配位に於て
、レーザダイオード、発光ダイオードなどの発光素子及
び光増幅器を製作するのに成功しているからである。

光変調器としての用途はここで初めて提案するものであ
るが、発光素子、光増幅器として、同じものが既に公知
となっている。

（４）赤外レーザダイオード 本発明者が例として用いる材料は、以前から赤外用材料
として広く知られていたＩｎＳｂ単結晶である。

レーザダイオードは、数多くのものが製作され提案され
ている。ＧａＡｌＡｓ　１ＧａＰ　、　　ＩｎＰ　　な
ど（７）１−■族化合物半導体により、発光ダイオード
、レーザダイオードを製作することができる。いずれも
、可視光から近赤外光しか出ない。

２μｍ以上の赤外光を出す実用的な半導体レーザは、未
だ存在しない。

本発明者は、ｐｎ接合による励起を用いる事なく、電流
Ｊと磁場Ｈにより、電子、正孔を励起する事により、Ｉ
ｎＳｂ単結晶を半導体レーザとするという着想を得た。

特開昭５７−５８３７６（Ｓ５７．４．８）は本発明者
のｆｎｓｂ半導体レーザに関する。

単結晶に強磁場を印加し、これに直角に電流を流す。

すると、ローレンツ力により、電子、正孔ともに、磁場
Ｈと電流Ｊに直角な方向に押しやられる。

この方向をｙ軸とする単結晶の寸法は小さいから、ｙ軸
に直角な２つの面の一方では、電子、正孔分布が増え、
他方では減少する。

つまり、ｙ軸方向にそって、電子、正孔の分布が一様で
なく、増加することになる。

電子、正孔対が増えると、これらが再結合して光を放射
する。再結合と光の放射とが、位相を揃えて連続的に行
なわれることになれば、これは、レーザ発振をしている
という事になる。

誘導放出を行なわない場合でも光は出る。つまり、発光
ダイオードとして機能する。前述の特開昭５７−５８３
７６では「磁気赤外発光ダイオード」と命名している。

これは必ずしも適当な名称ではない。

これらはＩ　ｎＳｂ単結晶のバルクを用いており、ｐｎ
接合を用いていないからである。

ｐｎ接合がないので、ダイオードとはいえない。

半導体発光素子の場合、ｐｎ接合を用いるのが一般的で
あり、この場合ダイオードになっている。

これにならって、ダイオードと呼んだものである。

電子、正孔の分布を強制的に高めている。ボンピングエ
ネルギーを与えるのは電流なのであるが、ｐｎ接合を順
方向に通る電流というのとは全く異なる。

ガスレーザや固体レーザの場合、レベル間の遷移によっ
てレーザ発振を起こさせる。上位のレベルの分布を大き
くし、下位のレベルの分布を小さくする。この状態を反
転分布（ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ　１ｎｖｅｒｓｉｏｎ　
）という。

いずれも電子のレベルであるから、このように表現する
。

半導体レーザの場合、電子のレベル間遷移ではなく、電
子、正孔の再結合を利用する。

ｐｎ接合に順方向に電流と流し９、少数キャリヤ全注入
し、電子、正孔の再結合を可能とする。

これを反転分布という事は少ないが、本質的には反転分
布といってよい。

０１ｊ記の赤外レーザは、ＩｎＳｂ単結晶に於て、Ｊ×
Ｈの力により分布反転を作り出す、という事がでＩ　ｎ
Ｓｂのバンドギャップが狭いから、赤外光レーザが得ら
れる。

また、赤外光発光素子が得られる。

ただし、ＩｎＳｂについて、ｐｎ接合を作り、電流励起
したレーザダイオードの提案は、既になされている。つ
まり、ＩｎＳｂ半導体レーザの提案は、既に古いもので
ある。

しかし、バンドギャップが狭いので、よほどの低温でな
ければｐｎ接合タイプのＩ　ｎＳｂレーザは発振しない
。

初期のレーザダイオードは全て、低温で間欠発振であっ
た。

このようなレーザは、実用的価値がない。

１９７１年に室温連続発振が可能になってはじめて、レ
ーザダイオードは実用的なものになつ六０２１ＩＩｎ以
上の波長の光を得るといっても、７７に以下に冷却しな
けｎばならないＩｎＳｂ　ｐｎ接合タイプのダイオード
は、実用的には無意義である。

本発明者は、ＩｎＳｂバルク単結晶にＪＸＨ力により、
ボンピングを行なうことによりレーザ発振させたもので
、画期的なものである。

（イ）赤外光増幅器 Ｉ　ｎＳｂ単結晶にＪＸＨの力を加える事により、赤外
発光素子を作製するのに成功した本発明者は、同じもの
を用いて光増幅器を構成する事としな。

ＪＸ）Ｉの力により、ＩｎＳｂ単結晶のＪにもＨにも直
角な方向に電子、正孔の分布が生じる。一方の端面近く
では、電子、正孔の数が極めて大きくなる。熱平衡時の
キャリヤ数の何百倍にもなる。

ここに、分布反転が生じている、という事ができる。

このような状態の単結晶に、他の光源からの光を入れる
。この光は単結晶の中で、電子、正孔を運動させるが、
この運動により、電子、正孔が衝突し再結合する。この
時に光を生ずる。この光は入射光を強めるように働く。

従って、光増幅器として機能している事になる。

もつとも、光増幅器として機能するには、いくつかの条
件がある。

入射光が入る事により、分布反転状態から誘導放出が起
こるわけである。誘導放出であって、位相が合致するの
で、入射光を強める事ができる。

このために、バンドギャップが、入射光のエネルギー（
ｈｖ）　　と合致しなければならない。これはかなり厳
しい条件である。

光の波長により、光増幅器の活性媒質を変えなければな
らない。

電流Ｊヤ磁場Ｈの大きさを変えて、波及可変、とする事
は容易にはできない。すなわちＬＯＴの強磁場でもたか
だか１０％程度の変化である。

（至）　ＪｘＨ力半導体素子 ｌ′１１Ｉ節までに、ＪＸＨ力を用いた半導体レーザ、
光増幅器について述べた。

ｆｎｓｂ単結晶を例としたが、バンドギャップの狭い、
赤外域に対応するものであればどのような半導体であっ
てもよいわけである。

たとえば、ＨｇＣｄＴｅ　、　Ｐｂ５ｎＴｅ　、　Ｐｂ
５ｎＳｅ　１ＢｉＳｂ　１１ｎＡｓなどがある。Ｉ　ｎ
Ａｓ以外は混晶であって、組成比を変える事により、バ
ンドギャップを変化させることができる。

これらの物質を用いて、半導体レーザを作る事ができる
。

これを本発明者は、既に提案している。本発明者の半導
体レーザはｐｎ接合を用いないから、ｐｎ接合を作る必
要がない。

ｐｎ接合を作りにくい半導体であっても、本発明者の半
導体レーザとする事ができる。

また、バンドギャップＥｇは材料を選ぶことにより変え
ることができる。つまり発振波長についても、いくつか
の半導体レーザを得る事ができる。

このタイプの半導体レーザは、ＪｘＨ力によりボンピン
グするから、Ｊ又はＨを変えて内部変調できる。

Ｈは２０　ｋＧ程度の強磁場でなければならない。

容易に変動させ難いパラメータである。

そこで、Ｊを変化させて、半導体レーザの出力を強度変
調する事ができる。

これは内部変調であるから、別に変調器は要らない。

しかし、どのような材料を選ぶにしても、全てのバンド
ギャップエネルギーが連続的に得られるわけではない。

従って、２１１ｍ〜２０Ｉｌｏ　の光に限定しｋとして
も、全ての光と自由に変調できる、という事にはならな
い。

また、本発明者はＪＸＨ力を使った光増幅器を提案した
。

増幅器は強度変調器の一種とも考えられる。変調器とし
て使用する事ができる。

しかし、この場合も、変調器を構成する材料のバンドギ
ャップにより、変調できる光の波長が決まってしまう。

つまり、２μｍ以上の全ての波長の光について、自在に
変調でせたい、という場合、本発明者が提案したＪＸＨ
力利用の半導体レーザ、光増幅器はいずれも不十分であ
るという事が分る。

材Ｆ）のバンドギャップＥｇとこれにより変調又は発振
しつる尤の波［Ａの間には、よく知られたの関係がある
からである。ただし、Ｅｇの単位はｅＶ　。

１〜の単位は１１１１１である。

Ｅｇが決まっているから、処理できる光の波長Ａも決ま
る。

どのような波長の光に対しても、変調器として動作しつ
るものが望まれる。

たとえばＣＯ２レーザの光を高速に変調できれば、多く
の用途が開かれる。ＩＯ，５１１ｍ　　に合うバンドギ
ャップを持つ物質は、今のところ適当なものがない。

その他の波長の赤外光に対しても１．波長によらず、自
由に変調のできるような変調器があれば極めて便利であ
る。

００　　　目　　　　　　　　　的 ２１１ｍより長い波長の赤外光に対し、波長によらず有
効に機能する光変調器を提供することが本発明の第１の
目的である。

光通信に於ても使えるような高速応答性を持った光変調
器を提供する事が本発明の第２の目的である。

絶対零度近辺から３００にの、低温から室温に至る広い
温度範囲で機能する光変調器を提供する事が本発明の第
３の目的である。

（り）　フォークト効果 本発明の光変調器の原理図を第１図に示す。

平板状の半導体試料は、赤外光を十分通す材料である。

試料の面に立てた法線方向をｙとする。

側面の方向に２軸を取る。上下面の方向にＸ軸を取る。

Ｚ軸方向に磁場Ｈを印加する。

Ｘ軸方向に電流密度がＪの電流を流す。

試料の一トｙ面から−ｙ面に向かって入射光を入れる。

電界ベクトルをＥｒｒ　　とする。

入射光が直線偏光であったとしても、出射光は楕円偏光
となる。

Ｈに平行な電界をもつ光を通常モード（ｏｒｄｉｎａｒ
ｙｍｏｄｅ　）という。これはＨの影響全殆ど受けない
。

Ｈ９こ直ｆ’＋　ｔｉ−電界（Ｘ方向）をもつ光を異常
モード（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ　ｍｏｄｅ　）と
いう。これは、Ｈの影響を強く受ける。

通常モードの光の波数をｋ。と書く。

異常モードの光の波数をｋｅと書く。

磁場Ｈが存在するとき、この波数が異なる。磁場Ｈの二
乗に比例した差が存在する。

Ｈの存在により、ｋｏとｋｅとが異なるという事が、Ｖ
ｏｉｇｔ効果である。

本発明者の思想は、これに電流Ｊｉ加えたものである。

Ｊの存在しないＶｏｉｇｔ効果について、波数の差δを
考える。

δ　＝に、−ｋ。　　　　　　　　（２）光により、電
子、正孔が運動する。

電子の運動を簡単に考察する。

通常光に対して、電場は２成分しか持たず、磁場の影響
を受けない。

電子は集団運動分するものとし、平衡位置からのズレｉ
ｚで表わす。Ｚ軸方向の運動を考えるからである。

Ｚの変位があると、これにより、反電場Ｅｄを生ずる。

分極Ｐ１電子電荷ｅ（正とする〕、電子密度をｎ（ｏｎ
）として、 Ｐ　　＝　　−ｎｅｚ　　　　　　　　　　（３）Ｅａ
　＝−４πＰ（４） となる。こねにより（−ｅＥｄ）の力を受ける。

また、電子の衝突から衝突への緩和時間をτとする。電
子質量をｍとすると、 となる。電磁単位については以後Ｃ，ｇ、Ｓ、ガウス単
位を用いる。

（５）式の第２項は電子の緩和時間を含み、電子運動に
対する抵抗を表現する。

第３項は電子が集団運動、つまりプラズマ運動すること
による反力を表わしている。

Ｄは電束密度である。

Ｄ　　＝　　ｔＥ　　　　　　　　　　（６Ｙである。

Ｄが角周波数ωで振動する。これは入射光の角周波数で
ある。（５）式の定常解は容易シこ求められる。

ただし、プラズマ運動によろ反力が優越し、第２項が無
視できるとする。極めて単純な仮定に採用する。

すると、（５）式から となる。これから分極Ｐを求められるが、ｑπ である。ε。はω→■の極限での試料の誘電率である。

（３）、（６）、（７）から、 ただしω、はプラズマ周波数で によって求められる。

（８）式は電子だけについての表式である、正孔につい
てのプラズマ周波数をω９とする。これは、（９）と同
じように与えられるが、キャリヤ密度ｎと、実効質量ｍ
とが異なる。

電子と正孔の両方が存在する時εは（８）のかわりに となる。

ωは赤外光の角周波数である。これは電子の運動である
プラズマ運動の角周波数ω１、ωｑよりずっと大きい値
である。

（８）式は、物質の中に自由電子ガスが存在しており、
これがプラズマ運動している場合の、理想的な誘電率の
表現である。

簡単な式であるから、よく用いられる。

以上は、２方向に電界をもつ光がひき起こす電子運動で
あった。誘電率は、電子のプラズマ運動によってモディ
ファイされるだけである。

次にＸ方向に電界をもつ光のモードについて考える。異
常モードである。

これは磁場によるローレンツ力を受ける。第１図でＪは
流れていない（Ｊ＝Ｏ）としているから、Ｊの影響は、
ここでは考えない。

電子の運動はｘｙ平面に於て考えなければならない。

磁場ＨはＸ方向に働いている。

電子の座標をｘｌｙとする。

（５）式と同様であるが、新しくローレンツ力による項
が入る。このため電子はサイクｏｌ・ロン運動？する。

衝突項（抵抗項）をはじめから無視して、Ｘ座標に関す
る運動は である。第３項がローレンツ環である。負号が付くが、
これはｅを正にしているからである。Ｃは光速である。

ガウス単位系だから、これが付く。

（５）、（１１ンの右辺は単に電束りと書いているが、
（５）式はＤの２成分、（１１）式はＤのＸ成分である
。

すぐに分る事であるから、煩雑になるのを避けるため、
サフィックスを省略している。

Ｘ座標については、 となる。右辺がＯであるのは、電束りのＸ成分が０であ
るからである。つまり入射光の進行方向がｙ方向であり
、ＥｘＸ成分ついて考えているから、Ｄｙが０であるの
である。

光の角周波数をωとすると、電束密度りの変化はＤ　ｏ
ＳＩＩＩωｔによって表現できる。

これを（１１）に代入する。

さらに、（ＩＩＬ　（１２）式をひとつの式にするため
ｗ　　＝　　ｘ＋ｉｙ　　　　　　　　（１３）という
複素表示を用いる。

（１１〕、（１２）式はＷを用いることによりとなる。

（１４）の定常解を求める。Ｗが５１１１ωｔ　の形の
変化をするから、（１４）の左辺は、 （−ｗ２−ｔ−ｃｕｐ２）　ｓｉｎωｔ　＋ｉΩＣｏＪ
ＣＯＳ（ＪＪｔ（ｌりという形にかける。

ここでΩＣは、サイクロトロン角周波数（ｃｙｃｌｏｔ
ｒｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　） である。

（１４）の定常解を求める。

ｗ　　＝　　Ａｓ１ｎωｔ　−１−Ｂｃｏｓｃｕｔ　　
　　　　　　　（１７）の形の解がある。これを代入す
ると Ａ　（（−ω２＋ω、”　）　５ｉｌｌωｔ　＋ｉΩｃ
　ｃｕｃｏｓＯＪｔ　）十　Ｂ　（（−ω２＋ωｐ２）
ｃｏｓ　ωｔ−ｉ　ΩＣ（ｊＪｓ！口ｃｕｔ）＝　　−
ｅＤ　ｏ：、ｉｎ　ｗｔ　　　　　　　　　　　　　（
１８）となる。ｓｉｎωｔ、ｃｏｓωｔ　の係数を合わ
せる事により、“−咋 これを（１８）に代入して となる。

前例と同じように、 Ｐ　　＝　　−ｎｅｘ　　　　　　　　　　　（２１）
ε−ε父 Ｐ　　＝　　−Ｅ　　　　　　　　　Ｃ２２）４π Ｄ　＝　εＥ　　　　　　　　　　　　（２３）という
定義から、 という事になる。

（２，１）式は、電子に対するものである。

正孔による寄与がある。正孔のサイクロトロン角周波数
１ｆｌｄとすると、（２４）のカッコの中は、電子と正
孔の寄ＩＪ−を含めて、 となる。

透磁率を１とすると、波数にとεの間にはという関係が
ある。

通常光の波数ｋ。は、（１０ン式のεを用いてとなる。

異常光の波数ｋａについても、（２４）、（２５）から
、弐と得る。

単位長さあたりの位相差δによって、フォークト効果を
評価する。

δ　＝ｋｏ−にθ　　　　　　　　（２８）である。

ω）ω　Ωｃ１ω９、Ωｄ　という関係にあるから、ｐ
〜 近似的に、（２８）を計算できる。

となる。右辺の第１項は電子による項であり、第２項は
正孔による項である。

両者の寄与−が相加的に表われている。

電子密度などは、プラズマ周波数の中に入っている。磁
場の影響はサイクロトロン周波数の中に入っている。

磁場の二乗に比例して、異常モードの波数が減少してゆ
く。

つまり、単位長さあたりの位相差が磁場の二乗に比例し
て現われる。

これは、電子−正孔の２−バンドモデルに対するフォー
クト効果の一般的な表穴である。

通常モードと異常モードの位相速度が異なる。

このため、出射端面では、両モードの間に位相差が現わ
れる。

直線偏光にした光を入射させても、位相差があるので、
半導体試料を通り抜ける間に偏波面が回転し、楕円偏光
になる。

光の角振動数をωとすると、これはプラズマ角振動数ω
、より大きい。、また、結晶中を吸収されずに進行する
には、 の関係がある。

これは、通常のフォークト効果についての説明である。

半導体はｎ型であっても、ｐ型であってもよいし１．真
性半導体（ｎ−２）であってもよい。

（２９）式は一般式であるが、電子と正孔の数が等しい
中性プラズマを仮定すると１．電子、正孔の有効質量を
ｍｌ、ｍ２として、実際には、プラズマ角周波数は、電
子について によって表わされる。ｎは電子密度である。ε。

が分母に付く。

正孔については、正孔密度をＰとして、である。これと
サイクロトロン角振動数を代入して、さらに中性プラズ
マの条件ｎ＝ｐを入れると、となる。

こうして、位相差が磁場Ｈの２乗に比例する。。

という表穴が得られる。

多くの場合、このままではδの値が小さすぎて役に立た
ない。

また、ｎ＝ｐという条件下ではファラデー効果は０にな
る。

ケ’＋　　ＪｘＨ力の効果 さて本発明に於ては、フォークト効果に加え、電流Ｊ　
ｆ（、磁場Ｈ１光の方向ｋに対して直角に流す。

これによる効果は２つある。

（１）光の透過方向は−ｙ力方向あり、ＪＸＨに平行で
ある。

電子、正孔ともに同じドリフト速度Ｖｄで−ｙ方向に駆
動される。

ドツプラー効果により、電子、正孔が感じる光の周波数
は、ω′−ω±ｋｖｄにシフトする。

しかし、ω〉０）、である場合、ω））ｋ　ｖ　ｄであ
る。シフト分は極めて小さいから無視できる。

（２）　　もうひとつのＪｘＨ力の効果はこの力により
、キャリヤ濃度が著しく増加するという事である。

ＪＸＨＯ力を電子が受ける。キャリヤ数をｎとすると、
電子ひとつあたりの電流はＪ／ｎｃである。電子の受け
ろ力は、 である。これが、−ｙ方向へ向かう力となる。

従って、これは、電子の−ｙ力方向沿うポテンシャルを
形成する。

ポテンシャルエネルギーは、試料の厚みをｄとして、ｙ
　＝　ｄ／２を起点とすれば、と書けるポテンシャルを
形成する。

同じことは正孔についてもいえる。ＪｘＨ力により、。

正孔も−ｙ方向へ移動する。ｙ　＝　−ｄ／２で、電子
密度が！α大になる。同じことは正孔の分布についても
言えることで、ｙ＝−ｄ／２で、正孔密度が最大になる
。

これはバンドギャップが変わるという事ではない。ｙ　
＝　ｄ／２では電子、正孔の密度ともに小さいが、ｙが
減少するにつれて、電子、正孔の密度が増加する。

このように、電子、正孔対を発生させるのはローレンツ
力である。

正孔についても、ｙ方向に（３４）と同様なポテンシャ
ルが生ずる。

熱平衡状態に於て電子の分布ｎ　（ｙ’）は近似的にと
書くことができろ。これはさらに となる。Ｎｏ１Ｎｏは定数である。

半導体の電子音、度ｎ、正孔密度Ｐとは、その温度での
真性半導体のキャリヤ密度ｎｉに対し、熱平衡状態に於
て ｎｐ　　＝　　ｎｌ（Ｔ）　　　　　　　　　（３７）
という関係がある。

この関係は、光励起が強い時キャリヤ密度が最小である
ｙ　＝　ｄ／２の面すなわち照射面に於て成立する。し
かし、ｙ　＞　ｄ／２に於ては、ｎ１ｐともにｙ　＝　
ｄ／２の値より大きくなるから、（３７）式よりずれて
くる。

第２図に光励起によって発生した電子、正孔対濃度が小
さいときの場合について、ｙ軸方向の電子、正孔分布を
図示する。ｙ　＝−ｄ／２のキャリヤ分布は、ｙ　＝　
ｄ／２の分布の何倍にもなる。

この倍率にηとすると、 である。但しく３８）はｄ　（（ＬｄｉｆＴのとき１戊
立する。

（Ｌｄｉｆｆ　：拡散艮ン これがＪｘＨ力の直接の効果である。キャリヤ密度が極
めて大きくなる。

（３２）式のフォークト効果の式に於て、電子、正孔密
度ｎが一乗の形で入っている。

真性半導体の場合ｎの値は極めて、少ない。

ところが、本発明者は、ＪＸＨ力をかけて、電子、正孔
を大量に発生させるから、電子、正孔密度は極めて大き
くなる。

ＪＸＨ力が働いている時の電子、正孔の密度＊ をｎ　で表現する。

これを有効キャリヤ濃度という。

＊ （３２）式のｎのかわりに、ｎを代入すると、本発明の
位相差が求められる。

である。ＪＸＨ力で、このようなδの値がｎ＊０）値を
通して、著しく増大する。実用的に役に立つ値になるの
である。

（３８）式に於て、制御可能な変数は電流ＪとＨである
。

Ｈは陽に入っている。

Ｈの２乗に比例して１．δは増加する。

第５図、第６図は、電流Ｉとδの関係を示す例である。

Ｈはパラメータになっている。これからもＨの２乗に比
例しているという事が確かめられる。

さて、実際の制御変数は電流密度Ｊである。

＊ Ｊはｎ　の中に入っている。

＊ ｎ　とＪの関係は、簡単なものではない。

＊ ｎ　とＪの直接の関係は、分らなくても実際には差支え
のない事である。

電流Ｊを変えて、位相差δを測定し、Ｊとδの関係を実
験に上って求めればよいのである。

しかし、Ｊによるδの制御可能性をより明確にするため
、（３６）式の単純化された仮定を使って、Ｊとδの関
係を、簡単に説明する。

（３８）式は近似的に成立する場合のｙ　＝　−ｄ／２
の値であって、実際には、ｙ　＝−ｄ／２〜ｄ／２　　
まで電子は分布している。

そこでＯ＜　１’　＜　１の係数Ｆを仮定し、（３８）
式に１゛を入れて、 というような式を得る。

これは、Ｊとδの大体の傾向を見るためのものであって
、厳密なものではない。

これを（３９）に代入すると、 となる。こうして、電流密度Ｊを増やすと、δも増える
事が分る。またその関係は、指数関係に近いという事も
分る。

実際にはｌ゛はｄの函数でありＩ’　（ｄ）と書くべき
ものである。励起が強い時に於て、かつ非線型なＶ−Ｉ
特性の領域では、第２図に示すものよりも、（ｙ＝−ｄ
の近傍でンよりフラットな分布になる。

これはブレイクスルーがさかんに起こっているからであ
る。

（ロ）実験例（Ｖ−Ｉ特性ン ｎ型ＩｎＳｂ単結晶にＨＸＪを印加し、（ｉ）Ｖ−Ｉ特
性 （ｉｉ）Ｉ−δ特性 を調べた。温度は８０　Ｋ１２９３　Ｋである。

ＩｎＳｂ単結晶は直方体形状である。第１図の配置ｎに
於て、 長さくＸ方向）　　　４鴫 幅　（２方向）　　　　０．５５０ 厚さｄ（ｙ方向）　　　　　Ｏ−２ｍｍである。

電流をＸ方向に流すために、ｙｚ面（上下）に、Ｑ　、
　ｌ　ｍｍφの銀線がコンデンサ放電により点溶接しで
ある。これは良好なオーミックコンタクトが得られてい
る。

この試料の７７　Ｋに於ける電子密度ｎ。、ホール易動
度μは ｎｏ　＝　１．５　Ｘ　１０　ｔ＊ ｐ　　＝　　３　Ｘ　１０　ｉ／Ｖｓ であった。

この試料の２９３Ｋ（室温）に於ける値はｎｏ＝２．１
×１０ｃ′Ｉｎ μ＝　　６．Ｉ　Ｘ　１０　ｃｄ／ＶＳであった。

第３図にＨをパラメータとして、０．５ｋＧ１１０ｋＧ
　、　２０ｋＧ　、！：し、電圧（Ｘ方向ンｖと、電流
Ｊ（Ｘ方向）の関係を調べたものである。光はこの場合
通していない。磁気抵抗効果を見ているだけである。

磁場Ｈが小さいうち、ＩはＶに比例する。オーミックな
性質がある。

抵抗はＨが大きいほど大きいから、Ｈ＝　２０ｋＧは、
Ｖ−Ｉカーブに於て、より水平に近いものとなる。

Ｖ−Ｉ特性の測定は、Ｘ方向に （１）パ／ｌ／　７．幅　　　　２７ｚＳ６ｃ（１１）
　　繰返し周波数　　　　　４０Ｈｚのパルス電流を流
し、この時の電圧、電流を測定した。小さい試料に大電
力が連続的に与えられると加熱され破壊されるのでこの
ようにしている。

Ｈ＝Ｏの時の電流・電圧特性は、ある電圧で、■が増加
し、これ以上電圧が上らないようになっている。実効抵
抗がほぼＯになっている。

Ｈが５ｋＧ　１１ＱｋＧ　　と増えてゆくと、これによ
って、電子、正孔がｘｙ平面内でねじ曲げられるので、
抵抗が増える。

このような事は、電流値が低い範囲に於て言える事であ
る。

さらに、電圧をあげようとすると、ある電圧値から負性
抵抗が現われる。

この負性抵抗について、本発明者等は、ＴｏＭｏｒｉｍ
ｏｔｏ　ａｎｄ　Ｍ、　Ｃｈｉｂａ　：　Ｐｈｙｓ、　
Ｒｅｖ、　Ｌｅｔｔ。

（ｔｏ　ｂｅ　ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ　）に於て説明をし
ている。

ここでは、簡単に説明する。

この負性抵抗の原因として、本発明者は次のように考え
た。

強磁場を印加した時、大電流密度の電流領域で、という
条件が満たされた時に、価電子帯から伝導電子帯にブレ
イクスルーが起こるために生じる。

ここで、臨界電流値Ｊｃは、ｄＥ／ｄＪ＝ｏとなる場合
の電流密度である。

第３図から、Ｈ＝　２０ｋＧ　′″′ｃＪｃ　＝　４．
５ｋＡ／ｄ　、　Ｈ＝１ｏｋＧでＪｃ　＝　７ｋＡ／ｃ
ｍ　、　Ｈ＝　５ｋＧでＪｃ　＝　１１ｋＡ／’１＊ であった。ｎ　は既に述べた有効キャリヤ密度である。

＊ ｅ（６）は有効両極性拡散距離である。−Ｘ方向に作用
するＪＸＨ力によって励起された過剰な電子が、再結合
によって消滅するまでに、その力線方向（−Ｘ方向９に
移動しうる距離である。

フト ｅ（６）の値は、５．１０．２０ｋＧの磁場の値に対し
て、それぞれ１．３μｍ１０．８μｍ１Ｑ、５μｍと見
禎られる。

これらの値は、再結合確率の磁場依存性を考慮すれば、
極めて妥当なものである。

第４図は２９３Ｋに於ける電圧、電流の測定結果を示す
グラフである。

磁場Ｈはｏ、１ｏｌｃｃ　、　　１５ｋＧ　、　２ｏｋ
Ｇ　　と変化させた。

いずれも、ｖｌ　工の小さい内は、抵抗が一定である。

オーミックな領域がある。Ｈが大きい方が、抵抗も太き
い。これは当然である。

第３図と第４図では横軸の尺度がちがう。縦軸Ｊは同じ
である。２９３にでは、抵抗が減少している。これはキ
ャリヤの増加に起因している。

さらに、２９３にの場合、負性抵抗が出現しない。

電圧、電流を増してゆくと、微分抵抗率は減少してゆく
が、０にはならない。

負性抵抗が出現しないので、２９３にでは（４２）が成
立するような臨界電流密度Ｊｃが存在しない。

抵抗率ｄｖ／ｄＪカ、２９３　Ｋ　Ｋ於ても、Ｊととも
に減少してゆく。

という事は、やはり、価電子帯から、伝導電子帯へのブ
レイクスルーが起こり、キャリヤ濃度が増加しているた
めと考えられる。

第３図の８０　Ｋに於けるＶ−Ｉの曲線から、有効キャ
リヤ濃度を評価する事ができる。

２方向に強磁場がかかり、Ｘ方向に大電流が流れている
時、−Ｘ方向へ生ずるＪＸＨ力に等価な＊ 有効電場をＥ　とする。

これは、 によって定義される。

臨界電流密度に於て、この値を評価する。

＊ Ｈ＝　２０ｋＧ　１Ｊｃ　＝　４，５ｋＡ／ｄ　　とす
ると、Ｅ　の値は４．９ｋＶ／Ｃ′Ｉｎのような大きい
値になる。

ところが、この時縦電場（Ｘ方向の電場〕は、５５０Ｖ
／ａｎに過ぎない。

−ｙ方向のＪＸＨ力による有効電場の方が約１０倍大き
い。

＊ このように大きい電場Ｅ　の作用により、ＩｎＳｂのよ
うな狭いバンドギャップ（０，２３ｅＶ）　　をもつ半
導体で、バンド間ブレイクスルーが起こる、というのは
理解しやすい事である。

価電子帯の電子が、伝導帯へ上るので、有効キ＊　　　
　＊ ヤリャ濃度ｎ１ｐが急徴に増加する。

有効キャリヤ濃度は第３図のＶ−Ｉ特性から、Ｈ＝　２
ＱｋＧ　ＸＪ　＝　３０ｋＡ／ｄの値に対し８０　Ｋで
、１．８ＸＩＯ”α−３と評価される。

７７　Ｋでｎｏ＝　１，５　Ｘ　ＩＱ”ｚ−３の試料で
あるから、キャリヤ濃度は約１２倍になっている。

キャリヤ濃度はｎ。より増えているとはいえ、少な過ぎ
るように思えるかも知れない。（３８）式から見てその
ような感じがする。

この点は次のように考えられる。

本発明者は、同じ原理でＪＸＨ力によるＩｎＳｂ単結晶
のレーザ発振に成功している（特開昭５７−５８３７６
　）。

このレーザ発振の波形を観測したところ、ＪＸＨ力によ
る殆ど瞬間的な高速励起と、再結合（発光）による緩和
が短い周期でもって交互に起こる事が明らかになってい
る。

このような事を考慮すると、ｎ＊の値は、励起時に於け
るピーク値ではなく、励起時と緩和時を通した時間平均
である、というふうに考えるべきである。だから、比較
的、低い倍率になっている。

ピーク眞でいえば数百倍に達する事もある。

（７）実験例（ニーδ） 同じＩｎＳｂ試料について、Ｈをパラメータとし、電流
Ｉと位相差δ（ｄｅｇｒｅｅｓ　／α）の関係について
８０　Ｋと２９３にで測定を行なった。

本発明に於て、この実験が最も重要である。

変調すべき光は、ＣＯ□レーザの１０．６１１ｍの光と
した。

第５図は２９３Ｋに於ける実験結果を示すグラフである
。

横下軸は電流■で、横上軸は電流密度Ｊである。

縦軸は単位長さ当りの位相差δである。

Ｈ＝　ｌ（ｌ　ｋＧの場合、ｉ＝Ｑで３８）であり、工
が３Ａまで不変であるが、この後リニヤに増え、Ｉ　＝
　２５Ａで１００°／ｃＭニナル。

Ｈ＝　１５　ｋＧの場合、Ｉ＝Ｑで約８７麹であり、Ｉ
　＝　２５　Ａで約２３８°／ｃＩＲになる。

Ｈ＝　２０　ｋＣ，の場合、Ｉ＝Ｏで約１５２麹であり
、Ｉ　＝　２５　Ａで約４２６カである。

３つのグラフは、同じ傾向を示している。これはδがＨ
の２乗に比例するとした（３９）式の表穴とよく一致す
る。

また、Ｊの効果はｎ＊に入っているわけである。

Ｊに関しては、不正確ではあるが、（４１）式にその依
存性を示している。δはＪの変化に対して指数置化をし
ているのが（４１）式である。

これは、第５図の実験結果からもうかがえる事である。

δはＪに対しほぼ指数変化をしている。

位相差の最大が１８０°″′Ｃあれば、広い範囲で強度
変調する事ができる。

例えば、Ｈ：　２０　ｋＧの場合、Ｉ　＝　１ＯＡでδ
＝２０７°’／ｃｍ、　　Ｉ　＝　２５　Ａでδ＝４２
７’／４である。

δの差は２２０殉である。位相差を１８０°まで連続′
的に起こす事ができるためには、試料のｙ方向の厚みｄ
が約８．２門あれば良い、という事になる。

このような試料に２０ＫＧの磁場を加え、電流密度が８
ｋＡ／ｃＩＡ〜２２ｋＡ／ｃｄで変動させれば０〜１８
００の任意の位相差を実現する事ができる。

第６図は８０　Ｋに於けるＩ−δ特性の実験結果を示す
。

δがＨ２に比例しているという事が分る。また、Ｊに対
して、δがほぼ指数変化をする、という点も、同様であ
る。

ただし、２９３にの結果に比べて、位相差が少い。

これは有効キャリヤ濃度ｎ＊、ｐ＊が少いからである。

シ）　適　用　　範　　囲 ＩｎＳｂ単結晶のバンドギャップＥ　は０．２８　ｅＶ
である。

ＣＯ２レーザの１０．６　μｍの光は、（１）式から、
０，１ｅ’／にあたる。また、プラズマ運動のエネルギ
ーπａＪ　ｐはＥの約１／１０である。

従ッテ、ＩｎＳｂに対し、Ｃ０２レーザの光は、（３０
）式の不等式を満足する。

結晶中を吸収されずに進行し得る光である。

そうすると、光の波長の下限が制限される、というよう
に見える。

そうではない。

πωはＥを越えても良いのである。この場合、吸収が起
こるからではなく、増幅が起るからである。増幅される
のはＪＸＨ力による反転分布（第２図）が存在するから
である。

すなわち、本発明は（３０）式の範囲だけでなく、Ｅ−
Ｅ＞五ω　：＞　　Ｅ　　　　（４４）ＦＩ　　　　　
Ｆ２　　　　　　　　　　　　　　ｇにまで拡張する事
ができる。

ただし、Ｅｌ、は電子の擬フエルミ準位（ｑｕａｓｉＦ
ｅｒｍｉ　１ｅｖｅｌ　）である。ＥＦ２は正孔の擬フ
エルミ準位である。

（４４）の範囲の光は、位相シフトと同時に、誘導放出
による光増幅作用も受ける。

光増幅の増幅率は電流密度Ｊによる。

位相差δも電流密度Ｊによる。

従って、δとＪの関係は、第５図、第６図に示すような
関係から外れてくる。

しかし、それも差支えのない事である。増幅、位相シフ
トの効果が、自動的に相乗されて変調器の出力に現われ
る。Ｊとδの関係は、測定値から較正する事ができる。

（スフ　発明の構成 第１図に本発明の詳細な説明した。

本発明の構成を第７図によって説明する。

永久磁石１は、１万ガウス以上の強磁場を発生する磁石
である。これは電磁石で置き換えても良い。

永久磁石１の磁極間に平板状の半導体素子２を位置させ
る。

磁場の方向と直角な方向に電流を流すため、半導体素子
２の端面に電極３．４を設ける。電源５と、電極３．４
とをリード線で接続する。

この電源５は、電流バイアス電流と、変調電流の和であ
る。

半導体素子の、磁場、電流の方向に平行な端面に、所望
の赤外入射光を入射させる。そして、反射側の端面から
出射光を取り出す。

磁石１に、光を通すための穴１０がある。これはＵ字型
の磁石をこのように置いたから必要になる。他の配置で
あれば、穴を穿つ必要はない。

入射光の偏光器の角度を０１とする。出射光の偏光器の
角度を０２とする。θ、≠０２であり、この差異を電流
Ｊの値によって変化させる。

偏光子をいくつか用いると、偏光器の回転を光の強度変
化として取り出す事ができる。

こうして、光変調器を構成する事ができる。

この光変調器は室温で動作する。

第１表　本発明の磁気電気光効果光変調器に適した半導
体 液体窒素温度（７７Ｋ　）でも使用可能である。液体ヘ
リウム温度（４，２Ｋ　）であっても使用可能である。

本発明の光変調器の半導体素子として使えるものは、Ｉ
ｎＳｂ　、　　ＩｎＡｓ　ＳＨｇＣｄＴｅ　、　Ｐｂ５
ｎＴｅ　１ＰｂＳｎＳｅなどである。後王者は混晶であ
る。それぞれの半導体材料のバンドギャップと、これに
対応する波長を第１表に示す。

（ホ）作　用 種々の異なったバンドギャップを持つ半導体ヲ用いる事
により、広範囲の波長のλの位相シフト量を、試料に流
す電流工の値によって任意に制御できる。

偏光子と組合わせる事により、光信号に強度変調をかけ
る事ができる。

（１）　　　効　　　果 （１）赤外光を光変調する事ができる。

（２）８〜１４μｍの赤外光を用いた無線光通信への応
用が開かれる。

（３）　　ＣＯ２レーザの１０．６μｍの光を変調でき
る。ＣＯ□レーザは既に広く使用されているから、これ
を変調できれば、さらに新しい用途が生ずる。

（４）　ｐｎ接合を持たない半導体素子である。このた
め狭いバンドギャップの半導体を用いながら室温で動作
する。

（５）吸収型の変調器でないから、微弱な信号光に対し
ても有効である。

（６）　　ωの大きい光に対しては増幅作用があるから
、極めて微弱な光信号をも変調できる。

り）実施例 本発明の光変調器のＩｎＳｂを用いた実施例を、第８図
によって説明する。

ＩｎＳｂ単結晶を直方体に形成した半導体素子２を用い
る。図に於て、下から上へ電源５から電流を流す。

電流工とは直角な方向に強磁場Ｈを加える。磁石の図示
は省略した。

入射光はＣＯ２レーザの１０．６μｍの光である。

入９１側偏光子６によって入射光を直線偏光にする。

入射光がもともと直線偏光であれば、入射側偏光子６は
不要である。

１７４波長位相板により、偏光器を４５６回転させる。

このような光が半導体素子２に入射し、透過する。

電源５は、直流バイアス電源９と変調電源１１とを含み
、全電流は常に正であるが、変調された部分を含む制御
電流を生じる。

半導体素子２を透過する事によって光の偏光器が回転す
る。この光が出射側偏光子８を透過する。

出射側偏光子８の偏波面は、入射側偏光子の偏波面に対
して直角である。

ＩｎＳｂ半導体素子２で、偏波面が回転しなければ１／
４波長位相板７を出た光の偏光器と、出射側偏光子８の
偏波面とは４５°の角をなす。

このため、５０％の透過率がある。

ここで、直流バイアスを流す。透過光の偏光器はいずれ
かへ回転する。このため５０％の透過率からいずれかに
ずれる。

このずれの範囲は±２０％程度である。

コウシて、出射光のパワーの基準と、偏光角の基準が設
定される。

この点を中心にして、変調電流工′を重畳する。

これにより、偏光角が基準点から増減する。

従って、透過率が変わり、出射光のパワーが増減する。

つまり、光が強度変調された事になる。

１／４　　波長位相板７を欠いていても良い。直流バイ
アス電流のみで動作させる事もできる。

この場合は、出射側偏光子８と入射側偏光子６の偏光角
は４５°付近に設定する必要がある。

本発明によれば、赤外光を光強度変調する事ができる。

音声電流で光変調を行なう事も可能である。

Ｃ０２レーザ光を用いた光無線通信用の変調器として利
用する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光変調器の基礎をなす半導体中のＪＸ
Ｈ力を説明するための斜視図。 第２図はＪｘＨ力によって生ずる伝導帯、価電子帯の電
子、正孔分布図。 第３図はｎ型ＩｎＳｂ単結晶に電流Ｊ１電圧ｖ１磁場Ｈ
を加えた時の）（＝Ｑ、へ　１０．２０　　ｋＧ　に於
ける電流電圧特性の実験結果（８０Ｋ　）を示すグラフ
。ただしＪＩＨである。 第４図はｎ型１ｎＳｂ単結晶に電流Ｊ１電圧Ｖ１磁場Ｈ
を加えた時の）（＝Ｑ、１０．１５．２０　ｋＧに於け
る電流電圧特性の実験結果（２９３Ｋ　）を示すグラフ
。ただしＪ土Ｈである。 第５図はＩｎＳｂ単結晶に電流Ｊ１磁場Ｈ（ＪＩＨ）を
加え、ＣＯ□レーザの１０．６μｍの光をＪｘＨの方向
に入射させた場合の単位長さあたりの位相差δと電流Ｊ
の関係を、Ｈ＝１０．１５．２０ｋＧに於て測定した結
果を示すグラフ（２９３Ｋ　’）。 第６図は第５図と同様であるが；量産を８０Ｋにしたも
のである。 第７図は磁気電気光効果光変調器の購成を示す概略図。 第８図は本発明の実施例に係るＩｎＳｂを用いた赤外光
変調器の構成図。 １・・・・・・・・・磁　石 ２　・・・・・・・・・　半導体素子 ３．４・・・・・・・・・　　電　　　極５　　・・・
・・・・・・　　電　　　源６　・・・・・・・・・　
入射側偏光子７　・・・・・・・・・　１／４波長位相
板８　・・・・・・・・・　出射側偏光子発　　明　　
者　　　森　　本　　　　　　武第　　　　　３　　　
　　図 Ｅ　（Ｖｏｌｔｓ　／　ｃｍ　） Ｖ　　（ｖｏｌｔｓ　） 第　　　　　４　　　　　図 ！：　　（ｖｏｌｔｓ／ｍ　） Ｖ　　（ｖｏｌｔｓ　　） 第　　　　　５　　　　　図 Ｊ　　（ｋＡ／ｒｊ） 第　　　　　６　　　　　図 Ｊ（ｋＡ／ｃ１１り 第　　　　　　　　　８ ６入射側偏光子　　７１イ波長位相板 ：゛瞥１１ｊ ゝ「−一

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）赤外光のエネルギーに対応するバンドギャップを
   持ち、ｎ型、ｐ型又は真性半導体であるｐｎ接合を持た
   ない直方体形状の半導体素子２と、該半導体素子２に磁
   場Ｈを加える磁石１と、該半導体素子２の磁場の方向と
   ほぼ直角な方向に電流を流すために設けられた電極３、
   ４と、該電極３、４に対して、変調のための電流を流す
   ための電源５と、赤外光を透過しこれを直線偏光にする
   ための該半導体素子２の前方に設けられた入射側偏光子
   ６と、赤外光を透過し、これを直線偏光にするための該
   半導体素子２の後方に設けられ前記入射側偏光子と異な
   る方向に偏光器を有する出射側偏光子８とより構成され
   る事を特徴とする磁気電気光効果光変調器。
2. （２）半導体素子がＩｎＳｂ単結晶である事を特徴とす
   る特許請求の範囲第（１）項記載の磁気電気光効果光変
   調器。
3. （３）半導体素子がＩｎＡｓ単結晶である事を特徴とす
   る特許請求の範囲第（１）項記載の磁気電気光効果光変
   調器。
4. （４）半導体素子がＨｇ＿１＿−＿ｘＣｄ＿ｘＴｅ混晶
   で混晶比ｘが０．１５＜ｘ≦０．５である事を特徴とす
   る特許請求の範囲第（１）項記載の磁気電気光効果光変
   調器。
5. （５）半導体素子がＰｂ＿１＿−＿ｘＳｎ＿ｘＴｅ混晶
   で混晶比ｘが０≦ｘ≦１である事を特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項記載の磁気電気光効果光変調器。
6. （６）半導体素子がＰｂ＿１＿−＿ｘＳｎ＿ｘＳｅ混晶
   で混晶比ｘが０≦ｘ≦０．５である事を特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項記載の磁気電気光効果光変調器。