JPH02129616A - 光変調装置と方法 - Google Patents

光変調装置と方法

Info

Publication number
JPH02129616A
JPH02129616A JP1211540A JP21154089A JPH02129616A JP H02129616 A JPH02129616 A JP H02129616A JP 1211540 A JP1211540 A JP 1211540A JP 21154089 A JP21154089 A JP 21154089A JP H02129616 A JPH02129616 A JP H02129616A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
incident light
incident
absorption
light
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP1211540A
Other languages
English (en)
Inventor
Reuben T Collins
リユーベン・セオドレ・コリンズ
John R Kirtley
ジヨン・ロバート・カートレイ
Thomas N Theis
トーマス・ニコラス・タイス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Publication of JPH02129616A publication Critical patent/JPH02129616A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • 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
    • G02F1/0155—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 modulating the optical absorption
    • G02F1/0157—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 modulating the optical absorption using electro-absorption effects, e.g. Franz-Keldysh [FK] effect or quantum confined stark effect [QCSE]
    • 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
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/10—Function characteristic plasmon

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

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】 A、産業上の利用分野 本発明は電子光学装置、より詳細に言えば光変調器に関
する。
B、従来の技術 吸収帯のエツジ付近の制限された量子のシュタルク効果
(quantum confined 5tark e
ffect )に従って動作される量子井戸は、現在の
ところ、常温収態の半導体において測定される最大の光
学的非直線性を表わす。この特性は、例えば光変調器、
光検波器、光スィッチなどを含む種々の電子光学装置を
製造するのに関係がある量子井戸構造を作る。電子光学
的デバイスの一般的な記載は、ケムラ(D、S、Che
mla )の「電子光学用の量子井戸」(Quantu
m Wells For Photonics )、現
在の物理(Physics Today ) 1985
年5月、57頁乃至64頁を参照されたい。制限された
量子のシュタルク効果に関する詳細な記載は、ミラー(
D、A、B。
Miller)等の「量子井戸構造のパシド・ギャップ
付近の光吸収の電界への依存性J (Electric
Field Dependence of 0ptic
al Absorption Nearthe Ban
d Gap of Quantum−well 5tr
uctures ) 、フィジカル・レビュー(Phy
sical Review )、第32巻第2号、19
85年6月15日、1043頁乃至1060頁を参照さ
れたい。
長波長の光を変調するために、量子井戸デバイスを使用
するための文献は、ワキタ(K、Wakita )等の
「複数の量子井戸における長波長の光変調」(Long
−Wavelength 0ptical Modul
ation inMultiple Quantum 
Wells )、表面科学(5urfaceScien
ce )、174号(1986年)、233頁乃至23
7頁を参照されたい。
電子光学的量子井戸デバイスは、従来から2つのモード
で使用されている。第1のモードは、入射光線が、多層
のへテロ構造の面に対してほぼ平行に差し向けられる、
「エツジ・オン(edge−on ) Jモードである
。このような量子井戸デバイスに関する記載は、ワイナ
ー(J、S、Wefner )等のrGaAs/AlG
aAsの量子井戸の導波管中の強い偏光感知性の電子的
吸収J (Stror+gPolarization−
Sensitive Electroabsorpti
on in GaAs/AIGaAsQuantum 
Well Waveguides)、応用物理レター(
Appl ied Physics Letter )
第47巻第11号、1985年12月、1148頁乃至
1150頁を参照されたい。第2のモードは、入射光線
がペテロ構造の面に対してほぼ垂直に差し向けられるも
のである。
米国特許第4525687号は、エツジ・オンで動作さ
れるデバイスと、垂直な入射光線で動作するデバイスと
を含む量子井戸デバイスを記載している。更に、この米
国特許は、デバイスの面に対して平行な電界と、垂直な
電界の両方で動作するデバイスを開示している。この特
許は光吸収変調器、光位相変調器、電気的に同調された
ファプリー/ベロー空洞、偏光変調器及び光スィッチを
開示している。
米圓特許第4620214号は、G a A s及びG
a 1−XA lxA sが交互に積層された複数の層
を含むデバイスを開示している。この米国特許は、光線
がペテロ構造のエツジに入射するように差し向けられた
「エツジ・オン」検波器が示されている。
公開欧州特許出願EPA第249645号は、GaAs
基体上に形成され、光吸収体として作用する量子井戸構
造と、G a A s基体上に形成され、且つ埋め込ま
れた反射器として作用する超格子(5uperlatt
ice )とを含む電子光学的電圧制御変調器を開示し
ている。光ビームは、埋め込まれた反射器から量子井戸
構造を通って反射されるように、ペテロの層デバイスに
対して垂直に投射される。制御電圧は、光吸収体によっ
て行われる吸収の程度を決め、反射光線を変調するため
に、デバイスに跨がって印加されている。
米国特許第4218143号は、入射光線の波長を測定
するのに使用される複数の層で不整合の格子構造を持つ
半導体デバイスを開示している。
この装置は、GaAs1−8SbX(7)複数の層を持
つ構造を含んでいる。入射単色光線はショットキ・バリ
ヤ接点の半導体デバイスを通って反射される。変調され
た電界が、入射光線の変調を行うように印加され、これ
により、格子構造におけるエネルギ・ギャップにおいて
吸収光を検波する。この特許において、入射光線は複数
の層構造に対してほぼ垂直に差し向けられている。
1966年4月の18Mテクニカル・ディスクロージャ
・ブレティン第8巻第11号、1557頁乃至1559
頁の「電子写真の光増幅器」(Electrophot
ographic Light Amplifier 
)は、光導電体材料と、シュタルク変調用材料の積層体
とを含む複数の層構造を含む光増幅器が示されている。
アルカワ(Y、 Arkawa)等の「内部空洞のモノ
リシック損失変調器を持つGaAs/AlGaAsの複
数の量子井戸のレーザにおける活動Qスイッチング」(
Active Q Switching in a G
aAs/AIGaAsMultiquantum We
ll La5er with an Intraeav
ityMonolithic Loss Modula
tor ) 、応用物理レター(Applied Ph
ysics Letter ) l 986年3月3日
、第48巻第9号、561頁乃至563頁は、制限され
た量子のシュタルク効果を示す変調器部分を含む複数の
量子レーザを示している。
上述したタイプのへテロ構造の複数の量子井戸を使用し
たデバイスが、入射光線に使用された時、幾つかの問題
がある。これをより詳細に言えば、垂直(または水平)
の入射光線に対して設計されたタイプのデバイスは、入
射光線の吸収を大きくするために、多数の量子井戸を必
要とすることである。このことは、上述の公開欧州特許
出願に示されたデバイスが、入射光線がデバイスを一度
通過し、更に反射光線がもう一度通過するデバイスのよ
うに、吸収層を2度通過する反射式のデバイスでさえも
当て嵌まることである。
従って、そのようなデバイスにおいては、ヘテロ構造を
、可成りの厚さに成長させる必要があること、即ち、ヘ
テロ構造に多くの量子井戸を構成することが必要である
。結果としての厚いデバイスは、シュタルク・シフトを
発生させるために、大きな電界を必要とし、そのため、
デバイスをバイアスするために、高い電圧が必要である
。
平行入射光線を変調するように設計されたデバイス、即
ちエツジ・オンのデバイスにおいて、通常、光線の波長
は量子井戸の厚さよりも道かに大きな長さの波長である
。従って、厚さの大きなヘテロ構造を成長することを必
要とするか、または、薄いヘテロ構造中に入射光線を結
合するために、大きな努力を払うことになる。そのよう
な努力は、例えば、ヘテロ構造の表面に光学的導波管を
形成することを含む。
正の誘電率から負の誘電率への不連続性を持つ半導体の
境界において、表面ポラリトンに転換することによって
、部分的な磁界を設定することが出来ることが従来から
知られている。このプロセスは、部分的に高いエネルギ
密度を持つ領域中の境界に光源の投射を集中するのに使
用することが出来る。この現象については、ミルズ(D
、L、Mills )等の「媒体の電磁モードJ (T
he ElecromagnetieModes of
 Media )と題するRep、Prog、Phys
、37.817(1974年)の文献を参照されたい。
同様な系統の文献として、レークス(B、Laks )
等の「小さな凹凸のあるトンネル接合からのホトン・エ
ミッションJ (Photon EmissionFr
om Slightly Roughened Tun
nel Junctions ) 、フィジカル・レビ
ュー(Physical Review ) 1979
年12月、第20巻第12号、4962頁乃至4980
頁を参照されたい、格子を使用して、同様な現象を記載
した文献として、カートレイ(Kirtley )等の
「トンネル接合からの光エミッションでエンハンスされ
た屈折型格子」 (Diffraction−Grating−Enha
nced Light EmissionFrom T
unnel Junctions )、応用物理レター
 1980年9月、第37巻第5号、435頁乃至43
7頁を参照されたい。
米国特許第4025939号は、狭いバンド・ギャップ
領域を含んだレーザ活動領域を持つ量子井戸を用いた半
導体レーザ・デバイスを開示している。この特許におい
て、光を反射させて、レーザの周波数を制御するために
、周期的に凹凸を付された面が、光学的な制限領域の境
界に設けられている。この特許に示された凹凸面は必要
な誘電率の不連続性を与えていないので、表面ポラリト
ンは放出されない。
C0発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、光エネルギを変調するための新規な方
法及び装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、薄い電子光学的構造を使用して垂
直に入射する光線の照度を大きく変化させる方法及び装
置を提供することにある。
本発明の他の目的は、従来の装置に比べて、高い電圧と
か、または複雑な入射光線結合を必要としない方法及び
装置を提供することにある。
D4問題点を解決するための手段 本発明に従って、半導体基体に入射する光線を変調する
方法は、半導体基体の境界面において、面プラズモン・
ポラリトン・モード(surfaceplasmon 
plariton mode )に入射光線を結合する
ステップと、面プラズモン・ポラリトン・モードからの
入射光線を減結合するように、半導体による大射光線の
吸収を選択的に変化させるステップとで構成されている
。
本発明の実施例において、入射光線の吸収を変化させる
ステップは、半導体基体の中の制限された量子の光学的
吸収領域を設定するステップと、制限された量子の光学
的吸収領域のシュタルク・シフトを発生するステップと
を含んでいる。
本発明に従った半導体基体に投射する光線を変調する装
置は、半導体基体の境界面において、面プラズモン・ポ
ラリトン・モードに入射光線を結合する手段と、面プラ
ズモン・ポラリトン・モードからの入射光線を減結合す
るように、半導体によって入射光線の吸収を選択的に変
化させる手段とを含んでいる。
本発明の実施例において、入射光線の吸収を変化させる
手段は、半導体基体の中の制限された量子の光学的吸収
領域を設定する手段と、制限された量子の光学的吸収領
域のシュタルク・シフトを発生する手段とを含んでいる
。
E、実施例 第1図を参照すると、N+でドープされたGaAsの基
体12を含む本発明に従って作られた光変調器10が示
されている。基体12の主面13上に、A I xG 
a 1− 、 A sのエピタキシャル層16と、Ga
Asのエピタキシャル層18と、AlXGa1−XAS
のエピタキシャル層20とを含む制限された量子の光学
的吸収領域のへテロ層14がある。層20は格子面21
を与えるための多くの公知の技術の1つを使用して作ら
れ、第1図では、周期性がAで、振幅がHの正弦波形で
構成された格子面を持つ実施例が示されている。
量子井戸構造゛14は、以下に説明されるバンド・ギャ
ップ特性を示すように、選択的ドーピングを使用するこ
との出来る任意の半導体材料の積層構造を持っているこ
とは注意を払う必要がある。これらの層に用いられる適
当な材料は、例えばII −■族、またはIII −V
l族の半導体材料である。基体12は光変調器デバイス
10の動作周波数を広げるために、AlXGa1−XA
Slまたは蝕刻された開口を含ませることが出来る。更
に、層20の格子面21には、例えば三角形の格子を含
む任意の他の格子構造にすることが出来る。
例えば、光の低損失材料である、銀、銅または金のよう
な反射性で、非誘電体材料の被覆22が層20の格子面
21の上に形成される。第1図に示された実施例におい
て、層22は銀で作られている。例えばM g F 2
を含む無反射性の被覆24が、主面13の対向する基板
の主面26の上に形成されている。電池、即ち電源27
及びスイッチ29のような手段が、量子井戸構造14の
中の層16.18.20の面に対して垂直な電界を選択
的に設定するために、基体12と被覆22との間に接続
されている。単色の光線28が、デバイスの主面に垂直
な線に対して角度θで光変調器10に入射される。単色
の光ビーム28は、以下に詳細に説明されるように、量
子井戸構造14のバンド・ギャップよりも小さなエネル
ギを持つように選択されている。
第2図を参照すると、エネルギの大きさを示す縦軸と、
光変調器の面24の垂直線に沿って測った距離Xを表わ
す横軸を含むグラフ30が示されている。量子井戸構造
14は、第2図のグラフ30において夫々プロット32
.34によって示されているように、この分野で公知の
価電子帯及び導電帯の特性、即ちバンド・ギャップ特性
を有している。また、この分野で公知のように、層16
.18及び20の厚さと、層16及び20の「X」の値
は、量子「井戸」内の制限された量子のレベル闇の所望
の光学的遷移エネルギEを与えるように選択される。層
20及び22の間の境界面に現われるバンドの曲りによ
って、小さな規模の個有な電界が量子井戸構造14中に
作られる。この電界は、以下に説明されるように、電圧
源27及びスイッチ29を使用することによって設定さ
れる電界に対して非常に小さい。
本発明に従って、量子井戸構造14及び格子面21の特
性は、単色の光ビーム28が量子井戸の吸収波長におけ
る格子の境界の面プラズモン・ポラリトン・モードに結
合されるように選択される。
これは、格子面21によって、位相整合入射光ビーム2
8と、量子井戸14の吸収波長における表面ブラスモン
とを位相結合させることによって達成される。物理学で
知られている原理に従って、この位相整合は次の数式(
1)に従って達成される。
(nω/c)sinθ=k ±(2rc n / A 
)p 上式において、nω/Cは単色光ビーム28の光波番号
であり、 k は放出された表面ブラスモンの光波番号でp あり、 Aは格子面21の周期性であり、 nは整数であり、 θは光変調器10の垂直線に対する光ビームの入射角で
ある。
第3図を参照すると、被覆22を持つ層20の格子面2
1における面プラズモン・ポラリトン・モードに対する
光ビームの位相整合のための一次の(即ち、n=1)u
態を表わすグラフ38が示されている。グラフ38の縦
軸は、電子ボルト単位でエネルギEを表わしており、他
方、横軸は光波番号を表わしている。プロット40は、
垂直線に平行な光ビーム28の光波ベクトルと、格子周
期性2π/Aとを加算した値(即ち、(nω/c)si
nθ+2π/A)を表わしている。プロット42は格子
面21と被覆22の境界面における表面ブラスモンの理
論的な光波ベクトル(即ちksp>e表わしている。
本発明の実施例を説明する目的で、層16.18及び2
0の電界を設定する厚さ及びrXJの値は、1,4電子
ボルト(eV)の最小限の光学的遷移エネルギEを与え
るように選ばれているものとする。従って、単色光ビー
ム28は1.4電子ボルト、または8300オングスト
ロームの波長を持つように選択されている。光ビーム2
8のエネルギ・レベルが選択された後、数式(1)が、
格子面21の周期性と、入射光ビームの入射角θとを選
択するのに使用される0図示の実施例において、角度θ
はO″に選択される。格子面21は200ナノメートル
の周期性を持つように選択されている。格子面の振幅H
は、5ナノメートルの長さ、即ち表面ブラスモンに対し
て良好な結合を与えるのに十分な長さであり、且つ表面
ブラスモンを減衰する長さではない寸法に選ばれている
。
第2図に戻って説明を続けると、光ビーム28、量子井
戸構造14及び格子面21の変数が上述したような値に
選択された時、光ビームは面プラズモン・ポラリトン・
モードに結合するように位相整合されて、金属層22に
隣接した領域にフォトン・フィールドを励起する。格子
面21の境界から延びているフォトン・フィールドの衰
退の長さは、層20の中に500ナノメートル、そして
層22の中に200ナノメートルであると計算されてい
る。第1図の参照数字14で示された単一の量子井戸構
造は、500ナノメートルの深さの井戸の厚さで製造す
ることが出来るから、この構造は第2図の44で示した
ように、励起されたフォトン・フィールドの範囲内に設
けることが出来る。
第4図を参照すると、量子井戸構造14の透過率Ttr
:縦軸に、そしてエネルギEを横軸に取ったグラフ46
が示されている。光ビーム28の1゜4電子ボルトのエ
ネルギが破線で示されている。
第1のプロット48は外部電圧が印加されていない時に
おける量子井戸構造14の透過率を示している。上述し
たような量子井戸構造の特性において、構造14は急峻
で、狭い吸収範囲を持っており、選択された1、4電子
ボルトのエネルギ・レベルにおいて最小の透過率を生じ
る。然しながら、電池27とスイッチ29によって量子
井戸構造14に跨がって電圧が印加された時、1.4電
子ボルトから離れた吸収エネルギ・レベルにシフトする
ように、シュタルク・シフトが作用する。このシュタル
ク・シフトは、第4図のプロット50の破線で示されて
いる。従って、量子井戸構造14は、同じ1.4電子ボ
ルトのエネルギ・レベルにおいて実質的に高い透過率を
呈する。第4図のグラフ46は、量子井戸構造14の透
過率の実測値とか、計算値を示すために意図したもので
はなく、単に、上述した光変調器10中で生じるシュタ
ルク・シフトの概念を示すためのものであることは注意
を要する。第1図に示したタイプの単一の量子井戸構造
14の実際の作用は、非常に小さい。
第5図を参照すると、光変調器10に入射された光ビー
ムの比A(吸収された光エネルギ/入射された光エネル
ギの比)を縦軸に、そしてエネルギEを横軸に取ったグ
ラフ51を示している。光ビーム28に対して選択され
た1、4電子ボルトのエネルギが細線で示されている。
動作について説明すると、第4図のプロット50によっ
て示されたように、シュタルク・シフトが量子井戸構造
14に跨がって作用し、量子井戸構造の吸収が光ビーム
28の1.4電子ボルトのレベルからシフトした時、光
ビームの結合によって、格子面21の面ブラズモシ・ポ
ラリトン・モードに入射光ビーム28の大部分の吸収が
達成される。面プラズモン・ポラリトン・モード中への
この吸収は、理論上、十分に大きな格子振幅Hに対して
殆ど100%近いものと計算されている。グラフ51の
プロット54は、シュタルク・シフトが、量子井戸構造
14に跨がって発生された時、デバイス10によって達
成される相対的に大きな吸収を示している。
印加された電圧27が除去されることによって、第4図
のプロット48によって示されたように、シュタルク・
シフトが光ビーム28の1.4電子ボルトのエネルギ・
レベルに量子井戸構造の吸収をシフトした時、光ビーム
の入射エネルギ及び反射エネルギは、量子井戸構造によ
って最小の率で吸収される。制限された量子の光学的吸
収が、入射光ビーム28の1.4N子ボルトのエネルギ
から離れてシュタルク・シフトされた時、単一の量子井
戸構造14だけが使用されているので、この吸収は入射
光の約14%であると計算されている。
然しながら、量子井戸構造14によって影響される吸収
は小さいけれども、これは、表面ブラスモン・ブラリト
ン・モードから入射光ビーム28を減結合するのに十分
であることを、本発明の発明者が見出している。この減
結合は面プラズモン・ポラリトン・モードの比例的に大
きくなる吸収効果を除去し、そして、光変調器10によ
る入射光ビームの吸収を実質的に減小する。光変調器1
0による入射光ビーム28の吸収に対するこの減小は、
第5図のプロット52で示されている。
本発明の動作を要約すると、部分的に高い磁界によって
、入射光源を半導体領域に集中することによって、半導
体領域の吸収特性の小さな変化が、非常に大きな電子光
学的効果を生じることを本発明の発明者が見出したこと
である。良好な実施例において、強い磁界の領域は、層
20及び被覆22の面の面プラズモン・ポラリトン・モ
ード中に入射光ビーム28を結合することによって与え
られる。境界21から延びるポラリトン・フィールドの
減衰距離は、層20の中に約500ナノメートル、そし
て被W22の中に約200ナノメートルであり、厚さが
75乃至120オングストロームの単一の量子井戸構造
も、反射エネルギ中の上述した大きな変調に影響するの
に使用することが出来る。
本発明は、大きな変調を与えるのに、単一で非常に薄い
量子井戸構造が使用出来るので、以下の利点を持ってい
る。即ち、それらは、デバイスの層の成長時間が短いこ
と、本質的に小型であること、電界発生用の電位及びバ
イアス用電位が低くてすむこと、従来の装置に比べて、
動作速度が高速であることである。更に、光変調器10
は垂直入射光対平行人射光で動作する。この特性は、デ
ィスクリート・デバイスの技術に対して互換性を持つと
考えられる。
本発明は、上述したように動作した時、光増幅変調器と
して使用することが明らかになったが、本発明の装置は
偏光変調器としても使用することが出来る。より詳細に
言えば、量子井戸構造14の吸収特性が入射光ビーム2
8のエネルギ・レベルに同調された時、pに偏光された
光は反射され、Sに偏光された光は弱く吸収される。
このように、本発明によって、従来の電子光学的デバイ
スに比較して良好な動作特性を与える新規な電子光学的
デバイスが与えられる。本発明の装置は、特に光増幅変
調器に適しているが、偏光変調器にも使用することが出
来る。本発明のデバイスは通常の半導体製造技術を用い
て製造することが出来る。
F9発明の効果 上述したように、電子光学的の薄膜構造を使用して、垂
直の入射光線の照度を大きく変化させる本発明のデバイ
スは、デバイスの層の成長時間が短く、本質的に小型で
あり、電界発生用の電位及びバイアス用電位が低くてす
み、従来の装置に比べて、動作速度が高速であることな
どの効果を持つている。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用した光変調器の構造を示す模式図
、第2図は第1図の光変調器の中での量子井戸と、磁界
の作用を説明するためのグラフ、第3図はエネルギに対
して表面プラズモン・ポラリトンの波長を示す図、第4
図は第1図の量子井戸構造14の吸収特性を説明するた
めの模式図、第5図は第1図の光変調器10の吸収特性
を説明するためのグラフである。 10・・・・光変調器、12・・・・基体、14・・・
・量子井戸構造、21・・・・格子面、22・・・・反
射性被覆、24・・・・無反射性被覆、27・・・・電
源、28・・・・単色光ビーム、29・・・・スイッチ
。 出 願 人  インターナショナル・ビジネス・マシー
ンズ・コーポレーション 代 理 人  弁理士  山  本  仁  朗(外1
名) E(eV) G4 −8・

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体の基体に入射する光を変調するための方法
    であつて、 (a)上記基体の界面で、上記入射光を面プラズモン・
    ポラリトン・モードに結合する段階と、(b)上記入射
    光を上記面プラズモン・ポラリトン・モードから減結合
    するように、上記基体による上記入射光の吸収を選択的
    に変化させる段階を有する、 光変調方法。
  2. (2)半導体の基体に入射する光を変調するための装置
    であつて、 (a)上記基体の界面で、上記入射光を面プラズモン・
    ポラリトン・モードに結合するための手段と、 (b)上記入射光を上記面プラズモン・ポラリトン・モ
    ードから減結合するように、上記基体による上記入射光
    の吸収を選択的に変化させるための手段とを具備する、 光変調装置。
  3. (3)(a)正の誘電率と、周期的な格子面をもつ半導
    体基体と、 (b)上記周期的な格子面を覆う負の誘電率の金属層と
    、 (c)上記周期的な格子面に近接し、上記周期的な格子
    面にほぼ平行な、上記半導体基体中の第2のバンドギャ
    ップ材料の間に挟まれた第1のバンドギャップ材料を有
    する少なくとも1つの量子井戸と、 (d)上記半導体基体を横切るように電界を印加するた
    めの手段とを具備する、 光変調装置。
JP1211540A 1988-10-27 1989-08-18 光変調装置と方法 Pending JPH02129616A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US263743 1988-10-27
US07/263,743 US4915482A (en) 1988-10-27 1988-10-27 Optical modulator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH02129616A true JPH02129616A (ja) 1990-05-17

Family

ID=23003060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1211540A Pending JPH02129616A (ja) 1988-10-27 1989-08-18 光変調装置と方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4915482A (ja)
EP (1) EP0365766B1 (ja)
JP (1) JPH02129616A (ja)
DE (1) DE68920541T2 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11330503A (ja) * 1998-04-10 1999-11-30 Fr Telecom 信号処理の光電子工学方法、その実施装置と用途
JP2000180903A (ja) * 1998-12-18 2000-06-30 Xerox Corp 非鏡面表示装置
JP2007188107A (ja) * 2002-01-07 2007-07-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 面型光変調器
JP2007273832A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Nec Corp フォトダイオードとその製造方法
JP2008053615A (ja) * 2006-08-28 2008-03-06 Canon Inc 光電変換素子およびその製造方法
WO2008075542A1 (ja) * 2006-12-20 2008-06-26 Nec Corporation フォトダイオード、光通信デバイスおよび光インタコネクションモジュール

Families Citing this family (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5026148A (en) * 1989-12-26 1991-06-25 Hughes Aircraft Company High efficiency multiple quantum well structure and operating method
US5067788A (en) * 1990-03-21 1991-11-26 Physical Optics Corporation High modulation rate optical plasmon waveguide modulator
DE4310025A1 (de) * 1993-03-27 1994-09-29 Boehringer Mannheim Gmbh Vorrichtung zur lateral aufgelösten Untersuchung einer lateral heterogenen ultradünnen Objektschicht
US5625729A (en) * 1994-08-12 1997-04-29 Brown; Thomas G. Optoelectronic device for coupling between an external optical wave and a local optical wave for optical modulators and detectors
US5747791A (en) * 1996-04-25 1998-05-05 Coroy; Trenton G. Method and devices for wavelength and power demodulation based on the use of a quantum well electroabsorption filtering detector
US5854864A (en) * 1996-07-16 1998-12-29 The Regents Of The University Of California In-line polymeric construct for modulators, filters, switches and other electro-optic devices
US6198580B1 (en) 1998-08-17 2001-03-06 Newport Corporation Gimballed optical mount
US6516130B1 (en) 1998-12-30 2003-02-04 Newport Corporation Clip that aligns a fiber optic cable with a laser diode within a fiber optic module
FR2790115B1 (fr) 1999-02-23 2001-05-04 Micro Controle Procede et dispositif pour deplacer un mobile sur une base montee elastiquement par rapport au sol
US6996506B2 (en) * 1999-02-23 2006-02-07 Newport Corporation Process and device for displacing a moveable unit on a base
US6511035B1 (en) 1999-08-03 2003-01-28 Newport Corporation Active vibration isolation systems with nonlinear compensation to account for actuator saturation
JP3513448B2 (ja) * 1999-11-11 2004-03-31 キヤノン株式会社 光プローブ
US7043134B2 (en) 1999-12-23 2006-05-09 Spectalis Corp. Thermo-optic plasmon-polariton devices
CA2314723A1 (en) 1999-12-23 2001-06-23 Pierre Simon Joseph Berini Optical waveguide structures
US6614960B2 (en) 1999-12-23 2003-09-02 Speotalis Corp. Optical waveguide structures
CN1468385A (zh) 2000-07-21 2004-01-14 �Ƹ��� 表面等离子体偏振子带隙结构
US6741782B2 (en) 2000-07-31 2004-05-25 Spectalis Corp. Optical waveguide structures
US6813063B2 (en) * 2000-08-18 2004-11-02 Japan Science And Technology Agency Exciton polariton optical switch
JP4585171B2 (ja) * 2001-01-30 2010-11-24 マイクロソフト インターナショナル ホールディングス ビイ.ヴイ. 光変調器
US6655840B2 (en) 2001-02-13 2003-12-02 Newport Corporation Stiff cross roller bearing configuration
US6601524B2 (en) 2001-03-28 2003-08-05 Newport Corporation Translation table with a spring biased dovetail bearing
US6791058B2 (en) 2001-04-25 2004-09-14 Newport Corporation Automatic laser weld machine for assembling photonic components
AUPR534201A0 (en) * 2001-05-30 2001-06-21 Unisearch Limited High efficiency silicon light emitting device
US6568666B2 (en) 2001-06-13 2003-05-27 Newport Corporation Method for providing high vertical damping to pneumatic isolators during large amplitude disturbances of isolated payload
WO2003001258A1 (en) * 2001-06-22 2003-01-03 Spectalis Corp. Optical waveguide structures
US6619611B2 (en) 2001-07-02 2003-09-16 Newport Corporation Pneumatic vibration isolator utilizing an elastomeric element for isolation and attenuation of horizontal vibration
US6900920B2 (en) * 2001-09-21 2005-05-31 The Regents Of The University Of California Variable semiconductor all-optical buffer using slow light based on electromagnetically induced transparency
US6966535B2 (en) * 2002-05-07 2005-11-22 Newport Corporation Snubber for pneumatically isolated platforms
US6914999B2 (en) * 2002-05-31 2005-07-05 Spectalis Corp. Electro-optic modulators
GB0217900D0 (en) 2002-08-02 2002-09-11 Qinetiq Ltd Optoelectronic devices
US7320455B2 (en) 2003-10-24 2008-01-22 Newport Corporation Instrumented platform for vibration-sensitive equipment
US7652995B2 (en) * 2003-12-19 2010-01-26 International Business Machines Corporation Autonomic reassociation of clients in a wireless local area network
JP4370945B2 (ja) * 2004-03-11 2009-11-25 ソニー株式会社 誘電率の測定方法
US7148516B2 (en) * 2004-04-08 2006-12-12 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. Color-tunable light emitter
US7425726B2 (en) * 2004-05-19 2008-09-16 Avago Technologies Fiber Ip Pte Ltd. Electroabsorption modulators and methods of making the same
US8231098B2 (en) 2004-12-07 2012-07-31 Newport Corporation Methods and devices for active vibration damping of an optical structure
CZ299489B6 (cs) * 2005-01-12 2008-08-13 Ústav fotoniky a elektroniky AV CR, v. v. i. Zpusob spektroskopie povrchových plazmonu pro senzory s povrchovými plazmony a senzorový element k provádení tohoto zpusobu
KR101233422B1 (ko) * 2005-03-03 2013-02-13 유리 페트로비치 구스쵸 광 방사선의 변조방법, 전기광학 변조기(변형) 및전기광학장치(변형)
US7298488B2 (en) * 2005-09-20 2007-11-20 National Taipei University Of Technology Surface-plasmon-resonance sensing technique using electro-optic modulation
US8866007B2 (en) * 2006-06-07 2014-10-21 California Institute Of Technology Plasmonic photovoltaics
ATE539374T1 (de) * 2008-04-08 2012-01-15 Sick Ag Optische schaltungsvorrichtung
US8094316B1 (en) 2008-05-12 2012-01-10 Institute Of Photonics And Electronics As Cr, V.V.I. Surface plasmon resonance coupler and disperser sensor
US8314985B2 (en) * 2008-10-28 2012-11-20 Boise State University Surface plasmon optical modulator
US7872233B2 (en) * 2009-01-28 2011-01-18 Massachusetts Institute Of Technology Thermo-optic infrared pixel and focal plane array
DE102009015563B4 (de) * 2009-03-30 2018-02-22 Siemens Healthcare Gmbh Röntgenstrahlungsdetektor zur Detektion von ionisierender Strahlung, insbesondere zur Verwendung in einem CT-System
JP2011076774A (ja) * 2009-09-29 2011-04-14 Sony Corp 発光装置および表示装置
EP2526457B1 (en) * 2010-01-22 2016-01-20 Vrije Universiteit Brussel Laser and method for actively modulating laser radiation
CA2873573C (en) 2013-12-10 2022-06-07 University Of Ottawa Metal-insulator-semiconductor devices based on surface plasmon polaritons

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63223614A (ja) * 1987-03-12 1988-09-19 Nec Corp 光変調器

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2517194A1 (de) * 1975-04-18 1976-10-28 Siemens Ag Spektralselektive filtervorrichtung
JPS51146196A (en) * 1975-06-11 1976-12-15 Hitachi Ltd Diode laser
US4093345A (en) * 1976-05-27 1978-06-06 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Semiconductor rib waveguide optical modulator with heterojunction control electrode cladding
US4218143A (en) * 1979-01-22 1980-08-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Lattice matching measurement device
US4525687A (en) * 1983-02-28 1985-06-25 At&T Bell Laboratories High speed light modulator using multiple quantum well structures
US4583818A (en) * 1983-08-08 1986-04-22 Gte Laboratories Incorporated Optical device with surface plasmons
US4620214A (en) * 1983-12-02 1986-10-28 California Institute Of Technology Multiple quantum-well infrared detector
DE3681164D1 (de) * 1986-06-18 1991-10-02 Ibm Optoelektronischer spannungsgesteuerter modulator.
GB8711304D0 (en) * 1987-05-13 1987-06-17 Secr Defence Electro-optic device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63223614A (ja) * 1987-03-12 1988-09-19 Nec Corp 光変調器

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11330503A (ja) * 1998-04-10 1999-11-30 Fr Telecom 信号処理の光電子工学方法、その実施装置と用途
JP2000180903A (ja) * 1998-12-18 2000-06-30 Xerox Corp 非鏡面表示装置
JP2007188107A (ja) * 2002-01-07 2007-07-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 面型光変調器
JP2007273832A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Nec Corp フォトダイオードとその製造方法
JP2008053615A (ja) * 2006-08-28 2008-03-06 Canon Inc 光電変換素子およびその製造方法
WO2008075542A1 (ja) * 2006-12-20 2008-06-26 Nec Corporation フォトダイオード、光通信デバイスおよび光インタコネクションモジュール
CN101563790B (zh) 2006-12-20 2011-10-05 日本电气株式会社 光电二极管、光通信装置及光互连模块
JP5282887B2 (ja) * 2006-12-20 2013-09-04 日本電気株式会社 フォトダイオード、光通信デバイスおよび光インタコネクションモジュール

Also Published As

Publication number Publication date
DE68920541D1 (de) 1995-02-23
EP0365766B1 (en) 1995-01-11
US4915482A (en) 1990-04-10
EP0365766A3 (en) 1991-08-14
EP0365766A2 (en) 1990-05-02
DE68920541T2 (de) 1995-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4915482A (en) Optical modulator
US5047822A (en) Electro-optic quantum well device
EP0340779B1 (en) Optical quantum interference device
US6215928B1 (en) Active wavelength selection with resonant devices
US6852203B1 (en) Three-dimensional periodical structure, its manufacturing method, and method of manufacturing film
US5016990A (en) Method of modulating an optical beam
US5101293A (en) Electrooptic device for modulation of intensity and phase of transmitted or reflected light at discrete operating wavelengths
US4900134A (en) Optical device
GB2343964A (en) A non linear optical device with a varied refractive index
US5033810A (en) Optical device
US5323019A (en) All optical multiple quantum well optical modulator
US3726585A (en) Electrically modulated radiation filters
JP2751656B2 (ja) 面発光型光第二高調波素子
JP2686219B2 (ja) 光子バンド構造のミラー
JPS62284331A (ja) 光変調器
JPS6310125A (ja) 平面型光制御素子
US5093746A (en) Current injection modulator
EP0397690A1 (en) Electrooptic modulator
GB2204961A (en) Quantum well electro-optic device
JPH04274210A (ja) 純光学的光変調器
AU652479B2 (en) Electrooptic modulator
JPH01287627A (ja) 光スイッチング方法
JPS59135424A (ja) 光変調器
Wilkinson Integrated optics-devices
Gustafson Nonlinear Photonics-Limits and Possibilities