(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
面型半導体光素子に含まれる半導体多重量子井戸層の励起子を励起させる際に、制御光を円偏光とし、該円偏光の右回り又は左回りに対応する一方のスピン状態のみを励起し、直線偏光の信号光に含まれる右回り又は左回りの円偏光に対する該半導体多重量子井戸層の吸収特性を変化させてスイッチングを行う面型光−光スイッチにおいて、
前記制御光を、直交する２つの直線偏光に分離し、該分離した２偏光のうち１偏光のみの偏光方向を回転させてもう一方の偏光方向に合わせ、爾後、両者ともに円偏光に変え、該円偏光を前記面型半導体光素子上の２点に集光させ、
前記信号光は、直交する２つの直線偏光に分離し、該分離した２偏光のうち１偏光のみの偏光方向を回転させてもう一方の偏光方向に合わせ、爾後、２つの該直線偏光を前記面型半導体光素子上の制御光が集光された２点にそれぞれ集光させ、該２点にてスイッチングを行うことを特徴とする面型光−光スイッチ。
【請求項２】
請求項１に記載の面型光−光スイッチにおいて、オン信号とオフ信号とを偏光素子により分離し、爾後、該オン信号が、前記信号光のとる光路と平行な光路を逆向きに進み、再度、１つのビームに合波されることを特徴とする面型光−光スイッチ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の面型光−光スイッチにおいて、前記面型半導体光素子は、基板の一方の面に半導体多重量子井戸層を形成し、該半導体多重量子井戸層上に金反射ミラー層を設け、前記基板の他方の面に無反射コート層を施した簡易型光素子であることを特徴とする面型光−光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面型光−光スイッチに関する。詳しくは、光データ・情報処理或いは光通信システムの分野において、光分離、波長変換、モード変換、位相変調、及び、光スイッチングなどを行うための光学装置及び光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光−光スイッチは光通信システム等の構築に有効なキーデバイスであり、研究開発が精力的に進められている。
そのなかで、超格子構造を持つ半導体多重量子井戸層（ＭＱＷ）の可飽和吸収効果を利用した面型光−光スイッチが提案され、高いポテンシャルを示してきた。
図７にこの面型光−光スイッチ素子の構成図を示す。
構造は、Ｆｅドープ（添加）のＩｎＰ基板１２上にＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰの分布ブラッグ反射（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）層１３を形成し、次いでＢｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓの半導体多重量子井戸層１４、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＰの超格子（Ｓｕｐｅｒ  Ｌａｔｔｉｃｅ：ＳＬ）層１５を形成し、その超格子層１５の外面に金反射ミラー層１６を設けたものとなっている。
ＦｅドープのＩｎＰ基板１２の外面には無反射（ＡＲ）コート層１１が施してある。
【０００３】
今、光パワーの比較的小さな信号光１７が入射する場合を考える。
このときは、信号光１７の大部分が半導体多重量子井戸層１４に吸収されてしまい、金反射ミラー層１６に反射されて戻ってくる信号光は殆ど観測されない（オフ状態）。
ところが、制御光を入射させるとキャリアが励起され吸収飽和が起こるため信号光１７の吸収が減少する。
そして、制御光が大きくなると次第に吸収係数が小さくなって信号光１７が透過するようになる（オン状態）。
つまり、制御光がある時のみ信号光が素子から反射されてくるという光−光スイッチが出来上がることとなる。
【０００４】
なお、制御光がないときでも（オフ状態）、わずかながら信号光１７は半導体多重量子井戸層１４を透過し、金反射ミラー層１６により反射して戻ってくるので、スイッチングのオン／オフ比を向上させるためには、オフ時の信号光（オフ信号）の戻りを出来るだけ抑え込むことが重要となる。
分布ブラッグ反射層１３と超格子層１５とはそのために設けたものであり、分布ブラッグ反射層１３は、入射した信号光１７の一部を反射させ、金反射ミラー層１６から反射して戻ってくるオフ信号と打ち消しあわせるための層である。
超格子層１５は、分布ブラッグ反射層１３により反射した信号光１７と金反射ミラー層１６から反射して戻ってくるオフ信号とが効率よく打ち消しあえるように、金反射ミラー層１６から反射して戻ってくるオフ信号の位相を調整するための層である。
【０００５】
しかしながら、このようにしてオフ信号強度を低減させてもスイッチングのオン／オフ比は１０ｄＢ程度にとどまるという問題があった。
そこで、これを解決すべく考え出されたのが、スピン分極を利用するというスイッチである（特願平１０−１９２７９２、面型光−光スイッチ）。
このスイッチング原理は、図８に示すエネルギ状態図にて説明できる。
図中、上下方向はエネルギ準位を示し、ＬＨは軽い正孔、ＨＨは重い正孔、ＣＢは伝導帯を示している。
この図８にあって、電子や正孔は一つのエネルギ状態に対し量子数ｍにて表わされるように、例えば、−１／２、＋１／２のアップスピンとダウンスピンの二つの状態が縮退して存在する。
【０００６】
ここで、電子と重い正孔との励起予遷移を考えるとき、図８（ｂ）に示すように円偏光の信号光が入射した場合には一方のスピンのみを励起し、直線偏光の信号光が入射した場合には、直線偏光が図８（ｃ）に示すように右回りと左回りの円偏光の和と考えられるから、図８（ａ）に示すように両方のスピンを励起することになる。
その結果、直線偏光のポンプ光で励起するときは、任意の偏光状態の信号光に対し吸収飽和が引き起こされるが、円偏光の制御光で励起した場合には、制御光と同じ偏光状態の信号光のみが選択的に変調される。
それゆえ、図９に示すように、信号光３１の透過率のみならず偏光状態をも制御光３２によって変化させることができるので、制御光３２のない状態で信号光に対してクロスニコルになる配置にすれば、スイッチングのオン／オフ比の大幅な向上が可能となる。
【０００７】
尚、実際の構成では、光スイッチ素子は反射型として使用するが、ここでは、説明の簡明化のために透過型として表わした。
図１０にスピン分極利用理の面型光−光スイッチの実際の構成例を示す。
制御光４１は、λ／４波長板からなる偏光特性調整部４３ａにより円偏光とした後に、ウォラストンプリズムよりなる偏光分離部４５によって２つの直交する直線偏光とし、再び各々を偏光特性調整部４３ｂにより各偏光成分に応じた円偏光に変え、集光レンズ４７により光スイッチ素子４８上の２つのスポットに集光させている。
一方、信号光４２は、偏光分離部４５によって２つの直交する直線偏光に分離し、それぞれをスイッチ素子４８上で制御光と同じ２点に集光させている。
【０００８】
この構成では、スピン分極によるスイッチングにより高いオン／オフ比が実現できるのみならず、上記光スイッチ素子４８上の２点でスイッチングを行っていることから、いかなる偏光状態の信号光４２を用いても、一定のスイッチング信号を得ることができる。
スイッチング信号は、ハーフミラーよりなる制御光／信号光分離部４６により制御光と分離され、その後、オフ信号との偏光状態の相違を利用してウォラストンプリズムよりなるオン／オフ信号分離部４９によりオフ信号と分離される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上記面型光−光スイッチは、高速牲と高オン／オフ比を同時に実現し、しかも、信号光として如何なる偏光状態のものを用いても一定強度の信号が得られるという特長を有している。
しかしながら、このスイッチ構成においても、いくつかの問題があった。
第一の問題は、スイッチング信号を取り出すためにハーフミラーよりなる制御光／信号光分離部４６を用いている点である。
信号光はハーフミラーを透過と反射を各１回づつ行うことから光パワーが１／４程度に減少する。
制御光もハーフミラーを１回透過するために光パワーが１／２に減少する。
【００１０】
第二の問題は、図１０に示す通り、集光レンズ４７上のビーム数が合計４個になるということである。
集光レンズ４７に４個のビームを集めるためには、各ビームのビーム径を小さくせざるを得ず、このため、開口角が小さくなり、スイッチ素子上でのスポットサイズを小さくすることが困難となる。
ハーフミラーによる損失や、スイッチ素子上においてビームのスポットサイズを小さくできないことは、スイッチ素子の駆動パワーの低減化にとっては大きな障害である。
本発明は、この従来例の抱える問題点を解決し、高速、高オン／オフ比のスイッチング動作を高効率にしかも信号光の偏光状態によることなく行える光スイッチ素子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために本発明は、次の発明特定事項を有する。
第１の発明は、面型半導体光素子に含まれる半導体多重量子井戸層の励起子を励起させる際に、制御光を円偏光とし、該円偏光の右回り又は左回りに対応する一方のスピン状態のみを励起し、直線偏光の信号光に含まれる右回り又は左回りの円偏光に対する前記半導体多重量子井戸層の吸収特性を変化させてスイッチングを行う面型光−光スイッチにおいて、前記制御光を、直交する２つの直線偏光に分離し、該分離した２偏光のうち１偏光のみの偏光方向を回転させてもう一方の偏光方向に合わせ、爾後、両者ともに円偏光に変え、該円偏光を前記面型半導体光素子上の２点のスポットに集光させ、前記信号光を、直交する２つの直線偏光に分離し、該分離した２偏光のうち１偏光のみの偏光方向を回転させてもう一方の偏光方向に合わせ、爾後、２つの該直線偏光を前記前記面型半導体光素子上の前記制御光と同じ２つのスポットにそれぞれ集光させ、該２点のスポットにてスイッチングさせることを特徴とする。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明の面型光−光スイッチにおいて、オン信号とオフ信号とを偏光素子により分離し、爾後、該オン信号が、前記信号光のとる光路と平行な光路を逆向きに進み、再度、１つのビームに合波されることを特徴とする。
第３の発明は、第１又は第２の発明の面型光−光スイッチにおいて、前記面型半導体光素子は、基板の一方の面に半導体多重量子井戸層を形成し、該半導体多重量子井戸層上に金反射ミラー層を設け、前記基板の他方の面に無反射コート層を施した簡易型光素子であることを特徴とする。
【００１３】
〔作用）
本発明によれば、高速かつ高オン／オフ比の光スイッチング動作を、しかも、信号光の偏光状態に依存しないで実現することが可能である。
さらに、本発明によれば、従来型の光スイッチに比べて小さなパワーで動作可能な装置が提供できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではなく、例えば、方解石の代わりにこれと均等な光学特性、機能を有する他の複屈折利用型の偏光素子に置換する等、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更であることは言うまでもない。
【００１５】
〔実施例１〕
図１は、本発明の第１の実施例に係るスピン分極による面型光−光スイッチの光学系を示すものである。
ただし、横から見た図１（ｂ）には、制御光５１と信号光５２の光路を別々に示し、また、両者ともに、光スイッチ素子５６に照射されるまでの過程のみを示した。
図１に示したように、制御光５１、信号光５２ともに、偏光分離部５３により２方向に分離される。
その後、分離した２つのビームは、制御光５１、信号光５２ともに、集光レンズ５７上でそれぞれ１点づつとなるように、偏光特性調整部５４により、ビームの進む角度が調整されている。
【００１６】
光スイッチ素子５６上でのスポット数は、制御光５１、信号光５２ともに、横からの図１（ｂ）に示すように、それぞれ２点づつである。
光スイッチ素子５６としては、従来例にて説明した図７に示す面型光−光スイッチ素子を用いている。
オン信号５８ａは、制御光／信号光分離部５５により取り出され、オン／オフ信号分離部５９によりオフ信号５８ｂと分離される。
オン／オフ信号分離部５９の直前にはスリットを設け、制御光５１が信号光５２の光路に侵入しないようにしてある。
【００１７】
なお、図１中、⇔印は、紙面に対して平行な偏光を示し、・印は紙面に対して垂直な偏光を表わす。
本実施例のポイントは、集光レンズ５７上でのビームを２つに集約させたことにある。
ここでは、制御光５１は、入力ポートより入射後、方解石からなる偏光分離部５３により直交する２つの直線偏光に分離する。
次に、偏光特性調整部５４により、分離させた２つの直線偏光のうち１つの直線偏光のみをλ／２板に通して偏光方向を回転させ、もう一方の直線偏光に揃え、その後、両者をλ／４板により同一の円偏光にしている（従来例では、お互いに直交する２つの直線偏光となっている信号光に合わせてそれぞれスピン分極によるスイッチングが行えるように、制御光の円偏光は右回りと左回りの２通りとなっている）。
【００１８】
制御光５１は、偏光特性調整部５４のなかに装備したウエッジ板により、集光レンズ５７上でのビーム数が１となるように光路の傾きを調整して進ませ、最後に、集光レンズ５７により光スイッチ素子５６上の２点に集光される。
一方、信号光５２は、偏光分離部５３により直交する２つの直線偏光に分離し、続いて、偏光特性調整部５４により、分離させた２つの直線偏光のうち１つの直線偏光のみをλ／２板に通して偏光方向を回転させ、もう一方の直線偏光に合わせることにより、集光レンズ５７上での偏光状態を一通りとし（従来例では、信号光はお互いに直交する２つの直線偏光となっている）、さらに、集光レンズ５７上でのビーム数を１となるように調整し、その後、光スイッチ素子５６上で制御光と同じ２つのスポットに集光される。
【００１９】
この光スイッチ構成では、偏光分離部５３により２つに分離する制御光５１の強度比を１：１とすれば、上記２点でスピン分極によるスイッチングが行われるために、いかなる偏光状態の入射光を用いても、一定の出力信号を得ることができる。
本実施例のスイッチ構成では、上から見た図１（ａ）に示したように、ハーフミラーよりなる制御光／信号光分離都５５により、信号光は、オン信号５８ａ、オフ信号５８ｂともに、左方向に導かれ、その後、オン信号５８ａには、オフ信号５８ｂに対して直交する偏光成分が生じてくることを利用して、この直交成分のみを偏光素子を使って取り出すこととなる。
【００２０】
本実施例において、該偏光素子としてグラントムソンプリズムを用いてオン／オフ信号の強度比を調べたところ、３０ｄＢ以上が十分確保できることが判明した。
ただし、この構成では、オン信号５８ａは、上から見た図１（ａ）で言うと、上下２つに分かれたビームとして取り出されるので、それらを１つに合波させる機構が、別途、必要である。
本実施例では、オン／オフ信号分離部５９の後部に、ウエッジ板を用いることにより、これに対処した。
本実施例で構成した光スイッチを用いてスイッチング速度を検証した結果を図２に示す。
【００２１】
信号光５１、制御光５２には、波長がともに１．５３５μｍの光パルスを用いた。パルス幅は１５０ｆｓ、繰り返し周波数は８２ＭＨｚである。
光パワーは、信号光が０．１ｐＪ、制御光が１５ｐＪであった。
スイッチング信号（オン信号）の立ち下がりは極めて急速であり、スイッチング速度は３５０ｆｓと高速であることが確認された。
スイッチングのオン／オフ比は３０ｄＢであった。
また、信号光５２の偏光状態を種々変えてオン、オフ信号５８ａ，５８ｂの強度を調べたところ、信号光５２の偏光状態に依らないでオン信号５８ａの強度が一定であることも確認された。
なお、スイッチング実験を行う際に、上述の本発明のポイントとする改良による効果が顕著に観測された。
【００２２】
従来例のように集光レンズ５７上に４つのビームがある場合に比べて、本実施例の場合は、集光レンズ５７上でのビーム数が２に減少しているから、そこでのビームサイズを大きくとれ、その結果、光スイッチ素子５６上でのビームスポットサイズを従来例の１／１．５倍にまで小さく絞り込むことができたため、光パワー密度が２倍に向上した。
信号光強度は、従来例に比べて、同じ制御光パワーのときに得られる値に比べて２倍以上に増加させることができた。
【００２３】
〔実施例２〕
図３は、本発明においてさらにスイッチング効率を向上させるべく構成した本発明の第２の実施例に係るスピン分極による面型光−光スイッチの光学系を示すものである。
ただし、横から見た図３（ｂ）には、制御光７１と信号光７２の光路を別々に示し、また、両者ともに、光スイッチ素子７６に照射されるまでの過程のみを示した。
オン信号７８ａは、光スイッチ素子７６から反射された後は、オン／オフ信号分離部７５を（上から見た図３（ａ）で）直進することの他は、信号光７２と同様の光路を平行に逆向きに進む。
【００２４】
図３に示したように、制御光７１、信号光７２ともに、偏光分離部７３により２方向に分離される。
その後、分離した２つのビームは、制御光７１、信号光７２ともに、集光レンズ７７上でそれぞれ１点づつとなるように、偏光特性調整部７４により、ビームの進む角度が調整されている。
光スイッチ素子７６上でのスポット数は、制御光７１、信号光７２ともに、横からの図３（ｂ）に示すように、それぞれ２点づつである。
ここでも、光スイッチ素子７６としては、従来例にて説明した図７に示す面型光−光スイッチ素子を用いた。
【００２５】
なお、図中、⇔印は、紙面に対して平行な偏光を示し、・印は紙面に対して垂直な偏光を表わす。
本実施例のポイントは、（１）集光レンズ上でのビームを２つに集約させたことに加えて、（２）ハーフミラーを用いないでオン／オフ信号を分離させたことにもある。
本実施例でも、制御光７１は、入力ポートより入射後、方解石からなる偏光分離部７３により直交する２つの直線偏光に分離する。
次に、偏光特性調整部７４により、分離させた２つの直線偏光のうち１つの直線偏光のみをλ／２板に通して偏光方向を回転させ、もう一方の直線偏光に揃え、その後、両者をλ／４板により同一の円偏光にしている（従来例では、お互いに直交する２つの直線偏光となっている信号光７２に合わせてそれぞれスピン分極によるスイッチングが行えるように、制御光７１の円偏光は右回りと左回りの２通りとなっている）。
【００２６】
制御光７１は、偏光特性調整部７４のなかに装備したウエッジ板により、集光レンズ７７上でのビーム数が１となるように光路の傾きを調整して進ませ、最後に、集光レンズ７７により光スイッチ素子７６上の２点に集光される。
また、信号光７２も、偏光分離部７３により直交する２つの直線偏光に分離し、続いて、偏光特性調整部７４により、分離させた２つの直線偏光のうち１つの直線偏光のみをλ／２板に通して偏光方向を回転させ、もう一方の直線偏光に合わせることにより、集光レンズ７７上での偏光状態を一通りとし（従来例では、信号光はお互いに直交する２つの直線偏光となっている）、さらに、集光レンズ７７上でのビーム数を１になるように調整し、その後、光スイッチ素子７６上で制御光７１と同じ２つのスポットに集光される。
【００２７】
この光スイッチ構成でも、偏光分離部７３により２つに分離する制御光７１の強度比を１：１とすれば、上記２点でスピン分極によるスイッチングが行われるために、いかなる偏光状態の入射光を用いても、一定の出力信号を得ることができる。
本実施例では、信号光７２の偏光状態を一通りとしたことを活用し、ハーフミラーを用いないでオン／オフ信号の分離させた。
即ち、本実施例による構成では、スイッチングした信号（オン信号５８ａ）には、そのビームの２つとも、同じ方向にスイッチングしていない信号（オフ信号５８ｂ）に対して直交する偏光成分が生じてくるから、この直交成分を、オン／オフ信号分離部７５に装備した方解石の複屈折を利用してオフ信号と分離させることにより、オン、オフ信号７８ａ，７８ｂの光路を異ならせ、オン信号のみを出力ポート７９に導いたのである。
【００２８】
これを実現させるために、本実施例では、オン／オフ信号分離部７５に、方解石の他に、λ／２板とファラデーローデーターをも装備した。
光スイッチ素子７６を反射直後のオン信号７８ａは、スイッチングの結果、入射信号光７２と垂直な偏光成分を有しているが、オン／オフ信号分離部７５を通過後は、ファラデーローデーターの作用により、入射信号光７２と同じ偏光方向を有することができるようになる。
それゆえ、オン信号７８ａは、オフ信号７８ｂと分離後は、偏光特性調整部７４、偏光分離部７３内において、入射信号光７２に平行の光路を逆向きに進み、この際、２つに分離された信号ビームは、再び１つのビームに合波されて出力ポート７９から出力されるようになる。
【００２９】
なお、ここでは、オン／オフ信号分離部７５を通過する前の入射信号光７２は、上記目的のために、上から見た図３（ａ）において紙面に垂直方向の偏光方向を有しているが、オン／オフ信号分離部７５を通過後は、λ／２板によって紙面に対して平行な偏光成分を有するように調整してある。
１つのビームにするために、別途、ウエッジ板や方解石及びウォラストンプリズムなどの合波用の光学素子を設けるまでもないことも、ハーフミラーを用いないで信号光７２を取り出してその強度を損なわなかったことに加えて、本実施例の強調点である。
本実施例においては、スイッチングの際のオン／オフ信号の強度比として３０ｄＢ以上が十分確保できた。
本実施例で構成した光スイッチを用いても、スイッチング速度を検証した。
【００３０】
実施例１と同様に、信号光７２、制御光７１には、波長がともに１．５３５μｍの光パルスを用いた。
パルス幅は１５０ｆｓ、繰り返し周波数は８２ＭＨｚである。
光パワーは、信号光７２が０．１ｐＪ、制御光７１が１５ｐＪであった。
ここでも、実施例１と同様に、スイッチング信号（オン信号）の立ち下がりは極めて急速であり、スイッチング速度は３５０ｆｓと高速であることが確認された。
スイッチングのオン／オフ比も３０ｄＢであった。
ここでの実験を行う際にも、上述した発明のポイント（１）及び（２）の改良による効果が顕著に観測された。
即ち、本実施例の場合、従来例のように集光レンズ上に４つのビームがある場合に比べて、ビームスポットサイズが１／１．５倍となったため、制御光７１、信号光７２ともに、光密度が２倍に向上した。
【００３１】
また、ハーフミラーを用いていないので、取り出されたオン信号の強度が４倍に向上した。
さらに、制御光７１がハーフミラーを通過しないことから、その光スイッチ素子上での光パワーが２倍になり、結局、これらの効果を合計して、本実施例では、従来例に比べて、入射ポートでの制御光パワーを同じにしたときに得られる信号光強度が１桁程度増加した。
図４は、本実施例で構成した光スイッチを用いて、スイッチングのオン／オフ比の制御光パワー依存性を調べた結果である。
信号光７２のパワーは０．１ｐＪである。
制御光パワーを上げていくとオン／オフ比は次第に増大し、制御光パワーが１５ｐＪ以上の領域ではオン／オフ比が３０ｄＢ以上になることが判明した。
【００３２】
図５は、本実施例の光スイッチにおいて、オン、オフ信号強度に対する信号光７２の偏光状態依存性を調べた結果である。制御光パワーは１５ｐＪとした。
ここでは、信号光７２の偏光状態を横軸の⇔印に示すように変えてオン、オフ信号の強度をプロットした。
図５から信号光７２の偏光状態に依らないでオン信号の強度が一定であることが確認された。
なお、本実施例に用いた光スイッチ素子でのスイッチング速度は、スピン緩和時間とキャリア寿命の短い方で決定される。
一般に使われる５００℃で成長した半導体多重量子井戸層の場合、キャリア寿命はナノ秒オーダーであるため、数１０ｐｓ秒のスピン緩和時間がスイッチ速度を決定することとなる。
【００３３】
しかし、本発明では、２００℃の低温で成長させ、しかも、ドーパントとしてＢｅを７．８×１０１７ｃｍ−３添加させることによりキャリア寿命を１ｐｓを大きく下回る領域にまで高速化した半導体多重量子井戸層を用いたために、上述したような高速なスイッチを構成することが可能となった。
キャリア寿命とドーパント量には相関関係があり、本発明において、半導体多重量子井戸層の成長温度を１５０℃〜４００℃として、キャリア寿命がドーパント量に対してどのように変化するかを調べたところ、キャリア寿命はドーパント量の増加とともに短くなり、Ｂｅを始めとするｐ型元素からなるドーパントの量を１０１７ｃｍ−３以上にすると、光通信システムの構築に十分な１０ｐｓ以下のキャリア寿命を実現できることが確認された。
また、本発明では、Ｂｅを１０１７ｃｍ−３から１０１９ｃｍ−３の濃度ドープし、かつ、成長温度が１５０℃〜４００℃、特に２００℃近辺で成長させた場合に、好適な高速応答性、スイッチング効率を提示することが確認された。
【００３４】
〔実施例３〕
本実施例は、光スイッチ素子として図６に示したものを用いて、上記実施例１及び実施例２と同様の実験も行った。
図６に示した素子は、図７に示す素子の簡略型をしており、オフ時の信号光の戻りを低減させるための分布ブラッグ反射層と超格子層とが除かれている。
図６に示す素子を用いてスイッチング実験を行うと、相当量のオフ信号の存在によりスイッチングのオン／オフ比が劣化することが懸念されるが、本発明によるスピン分極を利用するタイプのスイッチ構成では、オフ時の信号はクロスニコル配置の光学系をとることにより殆どゼロに抑えることが可能であるから、実施例１及び実施例２と同様な高オン／オフ比が実現可能と考えられる。
実際、実施例１及び実施例２と同じ構成にして、スイッチングのオン／オフ比を調べたところ、共に図４と同様な結果が得られた。
【００３５】
また、スイッチング速度を検証したところ、図２と同様な高速応答が見られ、信号光の偏光状態に依らないスイッチング動作も、図５と同様な特性で実現できることが判明した。
なお、ここでも、半導体多重量子井戸層の成長を行う際に、Ｂｅを１０１７ｃｍ−３から１０１９ｃｍ−３の濃度ドープし、かつ、成長温度が１５０℃〜４００℃、特に２００℃近辺にすると、好適な高速応答性、スイッチング効率を提示することが確認された。
【００３６】
〔実施例４〕
上記の実施例１から実施例３のすべての実験は、信号光及び制御光の波長を１．５３５μｍとして行ったが、ここでは、図７及び図６に示す構造を有する光スイッチ素子を用いて、使用する波長を変化させて、スイッチング速度、スイッチングのオン／オフ比及びスイッチング強度の偏光依存性を調べた。
実験を行った結果、１．５２５〜１．５５５μｍの幅３０ｎｍの比較的広い波長範囲において、実施例１から実施例３の全てとほぼ同様なスイッチング特性が得られることが確認できた。
【００３７】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明の光スイッチは高速なスイッチング処理を比較的広い波長範囲で行うことができ、しかも、そのスイッチングのオン／オフ比を改善することが可能であり、また、信号光の偏光状態に依らない動作を従来例よりも高効率に行うことができる。これらのことは、本発明の光スイッチが、ディマルチプレクサなど高速処理システムの実用に供し得るという特長を有し、また、本発明の光スイッチが広い波長領域において動作できるということを活用すれば、波長分割多重技術への適用も十分に可能であるということを示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１において構成したスピン分極利用型の光−光スイッチに関し、図１（ａ）はスイッチを上から見た正面図、図１（ｂ）は横から見た側面図である。
【図２】本発明の実施例１において、スイッチング速度を調べた実験結果を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例２において構成したスピン分極利用型の光−光スイッチに関し、図３（ａ）はスイッチを上から見た正面図、図３（ｂ）は横から見た側面図である。
【図４】本発明の実施例２において、スイッチングのオン／オフ強度比を調べた実験結果を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例２において、オン、オフ信号強度の信号光偏光状態依存性を調べた実験結果を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例３において構成した光スイッチ素子を示す説明図である。
【図７】面型光−光スイッチ素子の構成図である。
【図８】偏光状態によるスピン励起の説明図である。
【図９】スピン分極による光スイッチング動作の原理の説明図である。
【図１０】スピン分極利用型の光−光スイッチ構成の従来例を示す説明図である。
【符号の説明】
１１  無反射コート層
１２  ＩｎＰ基板
１３  分布ブラッグ反射層
１４  半導体多重量子井戸層
１５  超格子層
１６  金反射ミラー層
５１，７１  制御光
５２，７２  信号光
５３，７３  偏光分離部
５４，７４  偏光特性調整部
５５  制御光／信号光分離部
５６，７６  光スイッチ素子
５７，７７  集光レンズ
５８ａ，７８ａ  オン信号
５８ｂ，７８ｂ  オフ信号
５９，７５  オン／オフ信号分離部
７９  出力ポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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