JPH0588122A - 光電子スイツチ - Google Patents
光電子スイツチInfo
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- JPH0588122A JPH0588122A JP4321092A JP4321092A JPH0588122A JP H0588122 A JPH0588122 A JP H0588122A JP 4321092 A JP4321092 A JP 4321092A JP 4321092 A JP4321092 A JP 4321092A JP H0588122 A JPH0588122 A JP H0588122A
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- pockel cell
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-
- 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
- G02F3/00—Optical logic elements; Optical bistable devices
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/78—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled
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- Nonlinear Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】スイッチされた光を光エネルギーから電気エネ
ルギーに変換する必要のない、光スイッチを製造するこ
とにある。 【構成】本発明によれば、ヘテロ接合光スイッチが提供
される。要約すれば、ポッケル・セルの形の複屈折を使
用して、ポッケル・セルにバイアスをかけると光がポッ
ケル・セルを透過できるようにする。好ましくは、光検
出器に光が入射すると、ポッケル・セルに逆バイアスが
かかり、その結果、異なる光源からの光がポッケル・セ
ルを透過することができるように、光検出器と抵抗器を
ポッケル・セルと並列に設ける。このようにして、ポッ
ケル・セルが真の光スイッチとして機能する。
ルギーに変換する必要のない、光スイッチを製造するこ
とにある。 【構成】本発明によれば、ヘテロ接合光スイッチが提供
される。要約すれば、ポッケル・セルの形の複屈折を使
用して、ポッケル・セルにバイアスをかけると光がポッ
ケル・セルを透過できるようにする。好ましくは、光検
出器に光が入射すると、ポッケル・セルに逆バイアスが
かかり、その結果、異なる光源からの光がポッケル・セ
ルを透過することができるように、光検出器と抵抗器を
ポッケル・セルと並列に設ける。このようにして、ポッ
ケル・セルが真の光スイッチとして機能する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光電子スイッチに関す
るものであり、詳細には光検出器に電気的に相互接続さ
れたポッケル・セルを使用し、光検出器に光が入射する
とポッケル・セルに逆バイアスが供給され、これにより
今度は、ポッケル・セルに入射した光がポッケル・セル
を透過するようにした光電子スイッチに関するものであ
る。
るものであり、詳細には光検出器に電気的に相互接続さ
れたポッケル・セルを使用し、光検出器に光が入射する
とポッケル・セルに逆バイアスが供給され、これにより
今度は、ポッケル・セルに入射した光がポッケル・セル
を透過するようにした光電子スイッチに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】情報処理システムにおいて、光通信の使
用が増大している。しかし、光通信の重大な欠点の１つ
は、光データを直接ゲートまたはスイッチする能力であ
る。さらに詳細には、光情報を各接合部、スイッチ、ま
たは論理点で、受信し、電気信号に変換し、操作し、光
信号に再変換する必要がある場合が多い。このため、広
い帯域幅、高速度など、光通信に固有の利点が大幅に減
少する。
用が増大している。しかし、光通信の重大な欠点の１つ
は、光データを直接ゲートまたはスイッチする能力であ
る。さらに詳細には、光情報を各接合部、スイッチ、ま
たは論理点で、受信し、電気信号に変換し、操作し、光
信号に再変換する必要がある場合が多い。このため、広
い帯域幅、高速度など、光通信に固有の利点が大幅に減
少する。
【０００３】論理スイッチングに関する初期の試みは、
米国特許第３０５０６３３号明細書に見られる。この参
考文献の重大な欠点は、実際のスイッチング点で、電気
信号から非電気信号への変換が必要なことである。米国
特許第３１４５３０２号明細書および米国特許第３１５
７７９２号明細書は、そのタスクを実行するために電気
エネルギーから光エネルギーへの変換を必要とする点
で、上記の特許と類似しており、その結果、同様の欠点
を有する。米国特許第３３４８０６４号明細書も、論理
演算が光領域ではなく電気領域で行われる点で、同様の
欠点を有する。
米国特許第３０５０６３３号明細書に見られる。この参
考文献の重大な欠点は、実際のスイッチング点で、電気
信号から非電気信号への変換が必要なことである。米国
特許第３１４５３０２号明細書および米国特許第３１５
７７９２号明細書は、そのタスクを実行するために電気
エネルギーから光エネルギーへの変換を必要とする点
で、上記の特許と類似しており、その結果、同様の欠点
を有する。米国特許第３３４８０６４号明細書も、論理
演算が光領域ではなく電気領域で行われる点で、同様の
欠点を有する。
【０００４】米国特許第３４７０４９１号明細書は、カ
ー・セルを使用することにより、光情報を光領域でスイ
ッチしようと試みている。しかし、カー・セルによるス
イッチングは、高速集積回路には適していず、しかもき
わめて精密な製造技術を必要とし、したがって現在の技
術には適していない。米国特許第３６１１２０７号明細
書には、ポッケル効果を使用した半導体が開示されてい
る。しかし、この参考文献は、光のスイッチングではな
く、光の変調のみを扱ったもので、スイッチングについ
ては教示も示唆もしていない。
ー・セルを使用することにより、光情報を光領域でスイ
ッチしようと試みている。しかし、カー・セルによるス
イッチングは、高速集積回路には適していず、しかもき
わめて精密な製造技術を必要とし、したがって現在の技
術には適していない。米国特許第３６１１２０７号明細
書には、ポッケル効果を使用した半導体が開示されてい
る。しかし、この参考文献は、光のスイッチングではな
く、光の変調のみを扱ったもので、スイッチングについ
ては教示も示唆もしていない。
【０００５】米国特許第３７８１０８１号明細書、米国
特許第３９９５３１１号明細書、および米国特許第４１
２８３００号明細書では、「電極」の使用に外部電界を
必要とする。したがって、これらの必要な電極は、極端
に大きく、製造費が高いため、ＶＬＳＩ製造技術には向
いていない。他の論理スイッチングの試みは、米国特許
第３８１８４５１号明細書に見られる。しかし、この方
法も、デバイスの両端で光エネルギーから電気エネルギ
ーへの変換を必要とする欠点がある。
特許第３９９５３１１号明細書、および米国特許第４１
２８３００号明細書では、「電極」の使用に外部電界を
必要とする。したがって、これらの必要な電極は、極端
に大きく、製造費が高いため、ＶＬＳＩ製造技術には向
いていない。他の論理スイッチングの試みは、米国特許
第３８１８４５１号明細書に見られる。しかし、この方
法も、デバイスの両端で光エネルギーから電気エネルギ
ーへの変換を必要とする欠点がある。
【０００６】米国特許第４０５３７６３号明細書では、
光パルスを効果的に再構成するためにポッケル・セルを
使用している。しかし、まだ多くの外部デバイスおよび
光スイッチング素子を必要とし、したがってＶＬＳＩ製
造には不適である。米国特許第４５０６１５１号明細書
は、光に応答するガリウムヒ素電界効果トランジスタを
使用した複雑な方法を提供し、したがって単に光エネル
ギー自体をスイッチするのではなく、光電インターフェ
ースを使用している。米国特許第４５５５７８５号明細
書では、同一構造中で光を受信し、発生させることによ
り「光スイッチング」を行う集積回路デバイスを使用し
ている。しかし、このデバイスも、実際に受信した光エ
ネルギーを単に通過させるのではなく、光を「再変換」
している。同様に、米国特許第４６０６０３２号明細書
のデバイスも、中継器として機能し、したがって上記の
米国特許第４５５５７８５号明細書のデバイスと同様の
欠点を有する。
光パルスを効果的に再構成するためにポッケル・セルを
使用している。しかし、まだ多くの外部デバイスおよび
光スイッチング素子を必要とし、したがってＶＬＳＩ製
造には不適である。米国特許第４５０６１５１号明細書
は、光に応答するガリウムヒ素電界効果トランジスタを
使用した複雑な方法を提供し、したがって単に光エネル
ギー自体をスイッチするのではなく、光電インターフェ
ースを使用している。米国特許第４５５５７８５号明細
書では、同一構造中で光を受信し、発生させることによ
り「光スイッチング」を行う集積回路デバイスを使用し
ている。しかし、このデバイスも、実際に受信した光エ
ネルギーを単に通過させるのではなく、光を「再変換」
している。同様に、米国特許第４６０６０３２号明細書
のデバイスも、中継器として機能し、したがって上記の
米国特許第４５５５７８５号明細書のデバイスと同様の
欠点を有する。
【０００７】米国特許第４６７５５１８号明細書のデバ
イスも、光スイッチとして機能するが、受信した実際の
光エネルギーが、スイッチされる光エネルギーではな
く、電気的に再構成される点で、上記の米国特許第４５
５５７８５号明細書のデバイスと同様の欠点を有する。
米国特許第４６８９７９３号明細書では、直接分極スイ
ッチを使用しており、したがって、受信した光をゲート
またはスイッチするのではなく、光学的に経路変更する
もので、分極を変えるために光エネルギーを必要とす
る。米国特許第４７８２２２３号明細書は、ポッケル・
セルの利点を利用するのではなく、フォトダイオードを
使用する光スイッチに関するものである。米国特許第４
８０２１７５号明細書には、注入電流の値に関して、入
力光の量に関する差動ゲイン特性を有することにより、
光スイッチングを行うデバイスが開示されている。した
がって、受信した光は実際にスイッチされない。
イスも、光スイッチとして機能するが、受信した実際の
光エネルギーが、スイッチされる光エネルギーではな
く、電気的に再構成される点で、上記の米国特許第４５
５５７８５号明細書のデバイスと同様の欠点を有する。
米国特許第４６８９７９３号明細書では、直接分極スイ
ッチを使用しており、したがって、受信した光をゲート
またはスイッチするのではなく、光学的に経路変更する
もので、分極を変えるために光エネルギーを必要とす
る。米国特許第４７８２２２３号明細書は、ポッケル・
セルの利点を利用するのではなく、フォトダイオードを
使用する光スイッチに関するものである。米国特許第４
８０２１７５号明細書には、注入電流の値に関して、入
力光の量に関する差動ゲイン特性を有することにより、
光スイッチングを行うデバイスが開示されている。した
がって、受信した光は実際にスイッチされない。
【０００８】以上のように、上記の方法はすべて光を
「スイッチ」しようとしたものであるが、これらはすべ
て複雑であるか、あるいはスイッチされた光エネルギー
をいずれかの点で電気エネルギーに効果的に変換する必
要がある。
「スイッチ」しようとしたものであるが、これらはすべ
て複雑であるか、あるいはスイッチされた光エネルギー
をいずれかの点で電気エネルギーに効果的に変換する必
要がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、スイ
ッチされた光を、光エネルギーから電気エネルギーに変
換する必要のない光スイッチを製造することにある。本
発明の他の目的は、容易に集積して小規模および大規模
集積回路デバイスにすることのできるデバイスを作成す
ることにある。本発明の他の目的は、帯域幅が大きく、
きわめて高速に光をスイッチ出来る能力を有する光スイ
ッチを作成することにある。
ッチされた光を、光エネルギーから電気エネルギーに変
換する必要のない光スイッチを製造することにある。本
発明の他の目的は、容易に集積して小規模および大規模
集積回路デバイスにすることのできるデバイスを作成す
ることにある。本発明の他の目的は、帯域幅が大きく、
きわめて高速に光をスイッチ出来る能力を有する光スイ
ッチを作成することにある。
【００１０】本発明の他の目的は、かなりの外部回路を
使用することなく、制御可能なデバイスを作成すること
にある。本発明の他の目的は、きわめてコンパクトなデ
バイスを作成することにある。
使用することなく、制御可能なデバイスを作成すること
にある。本発明の他の目的は、きわめてコンパクトなデ
バイスを作成することにある。
【００１１】本発明の他の目的は、スイッチされた光の
光エネルギーをほとんど減少させない光スイッチを作成
することにある。本発明の他の目的は、追加の光源によ
って制御できる光スイッチを作成することにある。
光エネルギーをほとんど減少させない光スイッチを作成
することにある。本発明の他の目的は、追加の光源によ
って制御できる光スイッチを作成することにある。
【００１２】本発明の他の目的は、ガリウムヒ素技術の
速度を利用した光スイッチを作成することにある。本発
明の他の目的は、複数の論理機能、すなわちインバー
タ、ＡＮＤ、ＯＲ、および同種の論理デバイスとともに
容易に使用できる光スイッチを作成することにある。
速度を利用した光スイッチを作成することにある。本発
明の他の目的は、複数の論理機能、すなわちインバー
タ、ＡＮＤ、ＯＲ、および同種の論理デバイスとともに
容易に使用できる光スイッチを作成することにある。
【００１３】本発明の他の目的は、ポッケル・セルおよ
びポッケル・セルに電気的に相互接続した光検出器を備
え、これにより光検出器に入射した光エネルギーがポッ
ケル・セルに逆バイアスをかけて複屈折を起こさせ、光
エネルギーがポッケル・セルを透過できるようにした光
スイッチを作成することにある。
びポッケル・セルに電気的に相互接続した光検出器を備
え、これにより光検出器に入射した光エネルギーがポッ
ケル・セルに逆バイアスをかけて複屈折を起こさせ、光
エネルギーがポッケル・セルを透過できるようにした光
スイッチを作成することにある。
【００１４】
【実施例】ポッケル・セルの理論は学術的に論じられて
おり、たとえば、アムノン・ヤリフ（Amnon Yariv）
著、"Quantum Electronics" 第３版、ウィレイ（Wile
y）社刊、１４章、ｐ．２９８以下に示されている。ポ
ッケル・セルは、複屈折現象を利用したデバイスであ
る。複屈折物質とは、２つの異なる屈折率を有する物質
である。ポッケル・セルでは、これら２つの屈折率は互
に直交している。複屈折の効果は、光が材料中を伝播す
る際に光の電界ベクトルの極性を変えることである。複
屈折材料の厚みによって屈折率が決まる。すなわち、複
屈折材料の厚みがλ／２であれば、電界ベクトルは９０
度回転する。ポッケル・セルでは、複屈折は両端間に電
位差が印加されたときにのみ生じる。この電界は、要す
るにポッケル・セル中の双極子モーメントを整列させ
る。したがって、ポッケル・セルの両端間に電位差がな
い場合は、材料は複屈折性がなく、光はこれを透過しな
い。
おり、たとえば、アムノン・ヤリフ（Amnon Yariv）
著、"Quantum Electronics" 第３版、ウィレイ（Wile
y）社刊、１４章、ｐ．２９８以下に示されている。ポ
ッケル・セルは、複屈折現象を利用したデバイスであ
る。複屈折物質とは、２つの異なる屈折率を有する物質
である。ポッケル・セルでは、これら２つの屈折率は互
に直交している。複屈折の効果は、光が材料中を伝播す
る際に光の電界ベクトルの極性を変えることである。複
屈折材料の厚みによって屈折率が決まる。すなわち、複
屈折材料の厚みがλ／２であれば、電界ベクトルは９０
度回転する。ポッケル・セルでは、複屈折は両端間に電
位差が印加されたときにのみ生じる。この電界は、要す
るにポッケル・セル中の双極子モーメントを整列させ
る。したがって、ポッケル・セルの両端間に電位差がな
い場合は、材料は複屈折性がなく、光はこれを透過しな
い。
【００１５】図１は本発明の基本的光スイッチの概略図
で、この光スイッチを１０で示す。スイッチ１０は、以
下光検出器１４と称する光電子センサと並列なポッケル
・セル１２から構成される。ポッケル・セル１２および
光検出器１４と並列に抵抗１６が設けられ、以下に詳細
に説明するように、適切なスイッチング・レベルが得ら
れたときだけ光がスイッチされるようにするために使用
される。ポッケル・セル１２および光検出器１４は、２
つのＰＮ接合構造（ＰＩＮ構造も使用可能）で形成さ
れ、本発明の好ましい実施例では、以下に詳細に説明す
るようにガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を使用して製造され
る。動作中は、トリガ光２２を光検出器１４に当てる
と、バイアス電圧と称する電圧が発生する。この結果、
もちろん抵抗１６中を電子が流れ、その両端間に電圧を
発生させる。光検出器１４は、この電子が流れている間
に、ポッケル・セル１２の両端間に逆バイアス状態が生
成するように構成されている。ポッケル・セル１２の両
端間にこのような逆バイアスが形成されると、入力光１
８はポッケル・セル１２を透過することができ、スイッ
チされた光２０として出てくる。このようにして、入力
光１８は、トリガ光２２が光検出器１４に入射したとき
だけ、ポッケル・セル１２を透過することができる。ト
リガ光２２が取り除かれると直ちに、ポッケル・セル１
２の両端間の逆バイアス状態はなくなり、スイッチ入力
光１８は透過できなくなる。したがって、非常に簡単な
光スイッチング状態が形成される。本発明は、ポッケル
・セルの光電効果の精巧さを、フォトセルまたはフォト
ダイオードとともに利用したものである。
で、この光スイッチを１０で示す。スイッチ１０は、以
下光検出器１４と称する光電子センサと並列なポッケル
・セル１２から構成される。ポッケル・セル１２および
光検出器１４と並列に抵抗１６が設けられ、以下に詳細
に説明するように、適切なスイッチング・レベルが得ら
れたときだけ光がスイッチされるようにするために使用
される。ポッケル・セル１２および光検出器１４は、２
つのＰＮ接合構造（ＰＩＮ構造も使用可能）で形成さ
れ、本発明の好ましい実施例では、以下に詳細に説明す
るようにガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を使用して製造され
る。動作中は、トリガ光２２を光検出器１４に当てる
と、バイアス電圧と称する電圧が発生する。この結果、
もちろん抵抗１６中を電子が流れ、その両端間に電圧を
発生させる。光検出器１４は、この電子が流れている間
に、ポッケル・セル１２の両端間に逆バイアス状態が生
成するように構成されている。ポッケル・セル１２の両
端間にこのような逆バイアスが形成されると、入力光１
８はポッケル・セル１２を透過することができ、スイッ
チされた光２０として出てくる。このようにして、入力
光１８は、トリガ光２２が光検出器１４に入射したとき
だけ、ポッケル・セル１２を透過することができる。ト
リガ光２２が取り除かれると直ちに、ポッケル・セル１
２の両端間の逆バイアス状態はなくなり、スイッチ入力
光１８は透過できなくなる。したがって、非常に簡単な
光スイッチング状態が形成される。本発明は、ポッケル
・セルの光電効果の精巧さを、フォトセルまたはフォト
ダイオードとともに利用したものである。
【００１６】したがって、信号として機能する光検出器
１４の目的は、ポッケル・セル１２に電界を供給するこ
とである。なお、状況によっては、本発明の趣旨および
範囲から逸脱することなく、ポッケル・セル１２に電界
を供給するために光検出器１４の代わりに付随する回路
（図示されていない）を使用することもできる。さら
に、トリガ光２２は、スイッチされた光２０から分離さ
れているので、２個の光源１８、２２は完全に独立して
いる。したがって、この両者の間のゲイン装置は完全に
独立し、この点では完全に随意である。このため、様々
な分野、たとえばクランプ／クローバー回路やアバラン
シェ型デバイスに利用できる。
１４の目的は、ポッケル・セル１２に電界を供給するこ
とである。なお、状況によっては、本発明の趣旨および
範囲から逸脱することなく、ポッケル・セル１２に電界
を供給するために光検出器１４の代わりに付随する回路
（図示されていない）を使用することもできる。さら
に、トリガ光２２は、スイッチされた光２０から分離さ
れているので、２個の光源１８、２２は完全に独立して
いる。したがって、この両者の間のゲイン装置は完全に
独立し、この点では完全に随意である。このため、様々
な分野、たとえばクランプ／クローバー回路やアバラン
シェ型デバイスに利用できる。
【００１７】本発明の好ましい実施例では、ポッケル・
セル１２は、ヘテロ接合材料、好ましくはガリウムヒ素
（ＧａＡｓ）、ガリウム・リン（ＧａＰ）、ニオブ酸リ
チウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴ
ａＯ3）で形成する。さらに、光検出器１４は、上述の
ように、本発明の趣旨および範囲から逸脱することな
く、付随する回路でもよく、またフォトダイオード、フ
ォトディテクタ、フォトコンダクタ、フォトトランジス
タ、または同様のデバイスでもよい。図１に示すデバイ
スを通って流れる電流を記述する式は下記のとおりであ
る。
セル１２は、ヘテロ接合材料、好ましくはガリウムヒ素
（ＧａＡｓ）、ガリウム・リン（ＧａＰ）、ニオブ酸リ
チウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴ
ａＯ3）で形成する。さらに、光検出器１４は、上述の
ように、本発明の趣旨および範囲から逸脱することな
く、付随する回路でもよく、またフォトダイオード、フ
ォトディテクタ、フォトコンダクタ、フォトトランジス
タ、または同様のデバイスでもよい。図１に示すデバイ
スを通って流れる電流を記述する式は下記のとおりであ
る。
【数１】
【数２】
【００１８】上式で、 ＩR＝抵抗１６を通る電流 ＩS＝光検出器１４の飽和電流 ｑ＝電子の電荷 Ｖ＝電圧 ｋ＝ボルツマン定数 Ｔ＝絶対温度 ＩL＝光検出器１４が発生する電流 η＝発生する電子空孔対の効率（量子効率という） Ｐｏｐ＝入射光力 ｈ＝プランク定数 ν＝入射光線の周波数
【００１９】次に、図２を参照して、本発明の光スイッ
チをインバータ２４として使用する場合について説明す
る。図から分かるように、インバータ２４の動作は、電
源２６を除けば図１のスイッチ１０の動作と同じであ
る。電源２６の目的は、ポッケル・セルの逆バイアスを
保持し、したがって「オン」の状態を保持することであ
る。したがって、ポッケル・セルの両端間に電位がある
ため、光は通常ポッケル・セルを透過する。しかし、入
力光１８が光検出器１４に当たると、ポッケル・セル１
２に逆バイアスがかからなくなり、その結果光はポッケ
ル・セル１２を透過しなくなる。逆バイアスは、他の様
々な方法、たとえば、光検出器１４と極性が反対の第２
の光検出器を使用するなどの方法でかけてもよい。この
ようにして、インバータのゲーティングを実現すること
ができる。
チをインバータ２４として使用する場合について説明す
る。図から分かるように、インバータ２４の動作は、電
源２６を除けば図１のスイッチ１０の動作と同じであ
る。電源２６の目的は、ポッケル・セルの逆バイアスを
保持し、したがって「オン」の状態を保持することであ
る。したがって、ポッケル・セルの両端間に電位がある
ため、光は通常ポッケル・セルを透過する。しかし、入
力光１８が光検出器１４に当たると、ポッケル・セル１
２に逆バイアスがかからなくなり、その結果光はポッケ
ル・セル１２を透過しなくなる。逆バイアスは、他の様
々な方法、たとえば、光検出器１４と極性が反対の第２
の光検出器を使用するなどの方法でかけてもよい。この
ようにして、インバータのゲーティングを実現すること
ができる。
【００２０】次に、図３を参照して、本発明の光スイッ
チをＡＮＤゲート２８として使用する場合について説明
する。図から容易に分かるように、ゲート２８は、２個
の光検出器１４を使用することを除けば、図１の光スイ
ッチ１０と同じである。光検出器はそれぞれ、ポッケル
・セル１２を適正に逆バイアスするために、抵抗１６の
両端間に十分な電圧降下を与えるのに必要な電流の半分
だけを供給するように作成されている。したがって、入
射光１８がスイッチ光２０としてポッケル・セルから出
るようにポッケル・セル１２を正しく完全にバイアスす
るには、論理入力光"Ａ"３０と、論理入力光"Ｂ"３２の
両方が存在しなければならない（"ＡＮＤ"構成）。別法
として、１方の光（たとえば"Ａ"）だけが光検出器１４
に入射したとき、抵抗１６両端間の電圧降下が、したが
ってバイアス状態がポッケル・セル１２をバイアスする
には不十分となるように、抵抗１６の値を調節すること
もできる。その後は、光"Ａ"が存在し、光"Ｂ"が導入さ
れる限り、抵抗１６を通る電流が十分に増大し、これに
より抵抗１６両端間の電圧降下によって、ポッケル・セ
ル１２の両端間に適正なバイアス電圧が発生し、光がポ
ッケル・セル１２を透過できるようになる。他の変更態
様は、単に単一の検出器１４を使用するもので、すべて
の論理ＡＮＤ入力からの全光エネルギーがすべて検出器
１４に衝突して初めて、必要な電流ＩLが発生するよう
に作成されている。
チをＡＮＤゲート２８として使用する場合について説明
する。図から容易に分かるように、ゲート２８は、２個
の光検出器１４を使用することを除けば、図１の光スイ
ッチ１０と同じである。光検出器はそれぞれ、ポッケル
・セル１２を適正に逆バイアスするために、抵抗１６の
両端間に十分な電圧降下を与えるのに必要な電流の半分
だけを供給するように作成されている。したがって、入
射光１８がスイッチ光２０としてポッケル・セルから出
るようにポッケル・セル１２を正しく完全にバイアスす
るには、論理入力光"Ａ"３０と、論理入力光"Ｂ"３２の
両方が存在しなければならない（"ＡＮＤ"構成）。別法
として、１方の光（たとえば"Ａ"）だけが光検出器１４
に入射したとき、抵抗１６両端間の電圧降下が、したが
ってバイアス状態がポッケル・セル１２をバイアスする
には不十分となるように、抵抗１６の値を調節すること
もできる。その後は、光"Ａ"が存在し、光"Ｂ"が導入さ
れる限り、抵抗１６を通る電流が十分に増大し、これに
より抵抗１６両端間の電圧降下によって、ポッケル・セ
ル１２の両端間に適正なバイアス電圧が発生し、光がポ
ッケル・セル１２を透過できるようになる。他の変更態
様は、単に単一の検出器１４を使用するもので、すべて
の論理ＡＮＤ入力からの全光エネルギーがすべて検出器
１４に衝突して初めて、必要な電流ＩLが発生するよう
に作成されている。
【００２１】次に、図４を参照して、本発明の光スイッ
チをＯＲゲート３４として使用する場合について説明す
る。図から分かるように、この場合も、ＯＲゲート３４
の動作は、「ファンイン」導波管３６を追加したことを
除けば、図１の光スイッチ１０と同じである。この導波
管３６は、論理入力光"Ａ"３０と論理入力光"Ｂ"３２が
通過して、光検出器１４に入射できるようにする。この
ようにして、入力光"Ａ ＯＲ Ｂ"３０、３２が、図１
に関して説明したのとほぼ同様にして、ポッケル・セル
１２中での光の透過を許したり、抑制したりする。
チをＯＲゲート３４として使用する場合について説明す
る。図から分かるように、この場合も、ＯＲゲート３４
の動作は、「ファンイン」導波管３６を追加したことを
除けば、図１の光スイッチ１０と同じである。この導波
管３６は、論理入力光"Ａ"３０と論理入力光"Ｂ"３２が
通過して、光検出器１４に入射できるようにする。この
ようにして、入力光"Ａ ＯＲ Ｂ"３０、３２が、図１
に関して説明したのとほぼ同様にして、ポッケル・セル
１２中での光の透過を許したり、抑制したりする。
【００２２】次に、図５に図１のスイッチ１０全体の水
平方向の幾何形状の平面図を示す。本発明の好ましい実
施例ではＧａＡｓを使用する。図６、図７、図８は、そ
れぞれ図５の水平方向の幾何形状の６−６、７−７、８
−８に沿って切断した断面図を示す。これらの図で、ス
イッチ１０の各部分の方向は、たとえばディープ・トレ
ンチ（ＤＴ）、導波管（ＷＧ）のように示してある。本
発明の好ましい実施例では、導波管の材料は二酸化シリ
コンＳｉＯ2であることが好ましい。これらの図には、
ドーパント材料Ｎ+、Ｐ+、およびＰも示してある。ただ
し、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、他
の種類の絶縁体も使用できる。さらに、これらのデバイ
スは、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、
不純物を含まない絶縁性材料（Ｉ）を使用せずに製造す
ることもできる。
平方向の幾何形状の平面図を示す。本発明の好ましい実
施例ではＧａＡｓを使用する。図６、図７、図８は、そ
れぞれ図５の水平方向の幾何形状の６−６、７−７、８
−８に沿って切断した断面図を示す。これらの図で、ス
イッチ１０の各部分の方向は、たとえばディープ・トレ
ンチ（ＤＴ）、導波管（ＷＧ）のように示してある。本
発明の好ましい実施例では、導波管の材料は二酸化シリ
コンＳｉＯ2であることが好ましい。これらの図には、
ドーパント材料Ｎ+、Ｐ+、およびＰも示してある。ただ
し、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、他
の種類の絶縁体も使用できる。さらに、これらのデバイ
スは、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、
不純物を含まない絶縁性材料（Ｉ）を使用せずに製造す
ることもできる。
【００２３】本発明の趣旨および範囲から逸脱すること
なく、本発明の様々な変更態様を実施することができ
る。たとえば、本発明の趣旨および範囲から逸脱するこ
となく、他の種類のデバイス製造の幾何形状を使用して
もよい。さらに、排他的ＯＲ、ＮＯＲなどいくつかの種
類の論理ゲートも、本発明の趣旨および範囲から逸脱す
ることなく、実施できる。また、導波管を変更または省
略することもできる。したがって、本発明の範囲は、好
ましい実施例のみに限定するものではなく、頭記の特許
請求の範囲によって限定される。
なく、本発明の様々な変更態様を実施することができ
る。たとえば、本発明の趣旨および範囲から逸脱するこ
となく、他の種類のデバイス製造の幾何形状を使用して
もよい。さらに、排他的ＯＲ、ＮＯＲなどいくつかの種
類の論理ゲートも、本発明の趣旨および範囲から逸脱す
ることなく、実施できる。また、導波管を変更または省
略することもできる。したがって、本発明の範囲は、好
ましい実施例のみに限定するものではなく、頭記の特許
請求の範囲によって限定される。
【００２４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光
エネルギーを電気エネルギーに変換することなくスイッ
チできる光スイッチを提供することができる。
エネルギーを電気エネルギーに変換することなくスイッ
チできる光スイッチを提供することができる。
【図１】本発明の基本的光スイッチの概略図である。
【図２】インバータ・モードで動作する本発明の光スイ
ッチの概略図である。
ッチの概略図である。
【図３】ＡＮＤ回路として機能する本発明の光スイッチ
の概略図である。
の概略図である。
【図４】ＯＲ回路として動作する本発明の光スイッチの
概略図である。
概略図である。
【図５】本発明の光スイッチの水平方向の幾何形状を示
す図である。
す図である。
【図６】図５の平面図を切断した断面図である。
【図７】図５の平面図を切断した断面図である。
【図８】図５の平面図を切断した断面図である。
Claims (9)
- 【請求項１】供給された電位に応答して第１の光を透過
させるポッケル・セルと、 上記電位を上記ポッケル・セルに供給するための第１の
バイアス手段とを備える、光電子スイッチ。 - 【請求項２】上記第１のバイアス手段が、第２の光の入
射に応答して、上記電位を発生させる光検出器からなる
ことを特徴とする、請求項１のデバイス。 - 【請求項３】上記第１のバイアス手段が、フォトダイオ
ード、フォトセル、およびフォトトランジスタのうちの
１つまたは複数のデバイスからなることを特徴とする、
請求項１のデバイス。 - 【請求項４】上記第１のバイアス手段が、フォトダイオ
ード、フォトセル、およびフォトトランジスタのうちの
１つまたは複数の光検出器からなることを特徴とする、
請求項２のデバイス。 - 【請求項５】上記第１のバイアス手段が、電源を備える
ことを特徴とする、請求項１の装置。 - 【請求項６】上記第１のバイアス手段と並列な回路位置
にインピーダンス手段を備えることを特徴とする、請求
項２のデバイス。 - 【請求項７】上記第１のバイアス手段が、少なくとも２
個の光検出器からなり、上記少なくとも２個の光検出器
のそれぞれに上記光エネルギーが入射するように構成さ
れ、これにより論理ＡＮＤゲートを形成することを特徴
とする、請求項２のデバイス。 - 【請求項８】上記光検出器が、その上で少なくとも２個
の光エネルギー源を受けるようになっており、上記少な
くとも２個の光エネルギー源のうちの少なくとも１個に
光エネルギーが入射すると、上記光検出器が上記電位を
発生し、これにより論理ＯＲゲートを形成することを特
徴とする、請求項２のデバイス。 - 【請求項９】さらに、第２のバイアス手段を備え、 上記第２のバイアス手段が、上記ポッケル・セルに上記
第１のバイアス手段と極性が反対の電位を供給し、かつ
上記第１の光が上記ポッケル・セルを透過できるよう
に、上記ポッケル・セルに動作可能に接続され、これに
より、上記光検出器に上記光エネルギーが入射すると、
上記ポッケル・セルへの上記電位が減少して、上記第１
の光が上記ポッケル・セルを透過することを抑制し、こ
れにより論理インバータ・ゲートを形成することを特徴
とする、請求項２のデバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US662689 | 1991-03-01 | ||
| US07/662,689 US5130528A (en) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | Opto-photo-electric switch |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0588122A true JPH0588122A (ja) | 1993-04-09 |
| JP2628956B2 JP2628956B2 (ja) | 1997-07-09 |
Family
ID=24658774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4321092A Expired - Lifetime JP2628956B2 (ja) | 1991-03-01 | 1992-02-28 | 光スイッチ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5130528A (ja) |
| EP (1) | EP0501904A3 (ja) |
| JP (1) | JP2628956B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5837995A (en) * | 1996-11-25 | 1998-11-17 | Alan Y. Chow | Wavelength-controllable voltage-phase photodiode optoelectronic switch ("opsistor") |
| EP0954881A1 (en) * | 1997-11-26 | 1999-11-10 | Alan Y. Chow | Optoelectric voltage-phase switch using photodiodes |
| US6389317B1 (en) | 2000-03-31 | 2002-05-14 | Optobionics Corporation | Multi-phasic microphotodetector retinal implant with variable voltage and current capability |
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