(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力インピーダンスと装置量子効率を有し、２つ又はそれ以上の出力放射ビームを入力電子電流から生成し、出力電気信号を生成するための光学結合トランジスタ（１８）であって、
前記入力電子電流を少なくとも２つの出力放射ビームに変換する少なくとも２つの発光手段（２ａ、２ｂ）であって、前記発光手段の各々がそれぞれの光出力チャンネルを有し、インピーダンスと個々の量子効率とを有する発光手段（２ａ、２ｂ）を備え、
前記発光手段（２ａ、２ｂ）は、発光装置（１）の前記入力インピーダンスが前記発光手段（２ａ、２ｂ）の前記インピーダンスの総計に実質的に等しいように、かつ、前記発光装置（１）の量子効率が前記発光手段の前記量子効率の総計に実質的に等しいように電気的に直列に接続されており、
前記発光手段（２ａ、２ｂ）は、付加回路またはインピーダンス整合素子なしで前記発光装置の入力インピーダンスが実質的にマイクロ波回路のインピーダンスに等しくなるように電気的に接続されており、
さらに、
前記発光装置（１）からの出力放射ビーム（２９）を検出し、前記出力放射ビーム（２９）を電気的な出力電流（Ｉｃ）に変換する少なくとも一つのフォト検出器（２３）を備え、
前記発光装置（１）と前記少なくとも一つのフォト検出器（２３）は、前記少なくとも一つのフォト検出器（２３）から前記発光装置（１）への電気的なフィードバックが存在しないように配置されており、
前記光学結合トランジスタは交流と直流の電流利得を生じさせることができることを特徴とする光学結合トランジスタ（１８）。
【請求項２】
少なくとも１つの前記発光手段（２ａ、２ｂ）は、電気的に並列に接続されている少なくとも２つの発光素子を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学結合トランジスタ（１８）。
【請求項３】
前記各発光手段（２ａ、２ｂ）は、上限変調周波数を有し、前記発光装置（１）の入力インピーダンスは前記各発光手段（２ａ、２ｂ）の実質的に直流から上限変調周波数の周波数帯域にわたり、実質的に５０Ωに等しい請求項１に記載の光学結合トランジスタ（１８）。
【請求項４】
前記発光手段（２ａ、２ｂ）はp-n接合（４、５、６）である請求項１に記載の光学結合トランジスタ（１８）。
【請求項５】
前記一つまたはそれ以上のフォト検出器がフォトダイオード装置（２３）である請求項１に記載の光学結合トランジスタ（１８）。
【請求項６】
少なくとも２つのフォト検出器を備え、前記フォト検出器が直列、並列または直列／並列接続のいずれかで接続されている請求項１に記載の光学結合トランジスタ（１８）。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、広帯域変調周波数にわたり高い量子効率で作動可能なレーザー装置に関する。特に、これは複雑なインピーダンス整合を必要とすることなく、固定されたインピーダンス（５０Ω）マイクロ波回路で達成される。本発明は、複雑なインピーダンス整合を必要とすることなく、広帯域周波数にわたり電流利得を伝達可能なトランジスタ型装置に関する。本発明は光ファイバー通信および伝送分野と、その広帯域特性と電流利得を発生する能力とによってＲＦ応用で利点を有する。
発明の背景
一般のベース・バイポーラトランジスタの作用は従来技術で公知であり、例えば、W.Shockley,Bell Syst.Technology,J.28,435,1949を参照。このトランジスタの素晴らしい特徴点は、薄い（ベース）半導体層を横切る少数キャリア拡散による低インピーダンス入力（ベース／エミッタ）から高インピーダンス出力（ベース／コレクタ）へ電流が流れることである。従って逆バイアスのコレクタ出力は電流を比較的高いインピーダンス負荷抵抗に伝達できる。
装置の「ベース」層を横切って伝達する前に少数キャリアを光子に変換した後に、出力時点で光子を電流に戻すことで電流の伝達を達成する、光束トランジスタＢＯＬＴ（R.Rediker et al.,Proc.IEEE 51,218 1963）を使用することが提案されている。しかし、このような装置では光学伝達が効率的に得られず、常に電流損失があるので電流利得を得られない。従来のマイクロ波技術では、電流利得を得るために多数の独立トランジスタを並列に接続して高周波のマイクロ波出力を高めている。このような小型の装置は高速で作動するが、並列配置の抵抗が小さい。マイクロ波生成器、送信器、受信器およびケーブル機器の大部分が５０Ωのインピーダンスであるマイクロ波回路では、各装置の低いインピーダンスを広い周波数帯域に亘って５０Ωハードウエアに一致させることが困難である。従来の電子トランジスタは３つの電極を備えているので、これらは並列結合のみが可能である。このことは熱処理の実現性を制限するものである。
電子トランジスタに関連する他の問題点は、生成された変位電流がトランジスタの動作速度を制限することである。さらに、入力回路と出力回路とが結合されているので、出力回路から入力回路へのフィードバックの問題も現れる。
本発明のトランジスタは電子および光学トランジスタ装置で知られた問題点を解決するものである。さらに、その特性とデザインを、光ファイバー通信や、位相アレイレーダなどの電子装置での無線周波数、マイクロ波、ミリ波およびディジタル信号の光学伝達への応用に適合させるものである。光ファイバー網の分野では、従来型の半導体レーザーが一般に使用される。直接変調、広帯域、高速光ファイバー網を達成するための最新の技術が主としてディジタル通信システムのために改良されてきた。一般に、このような光ファイバー網は、入力信号に対するレーザーの応答性により定められた上限周波数約１０ＧＨｚで作動する。しかし、従来の広帯域光ファイバー網は信号経路に電子または光増幅器のどちらかを含まないと信号利得を伝達できない。さらに、マイクロ波回路のような固定されたインピーダンス状態での使用に際して、信号損失を最小限にするために低いインピーダンスレーザーに一致させるための比較的狭帯域のインピーダンス変換を必要とする。
本発明は、従来のレーザーに関連した狭帯域の制限を解消するものであり、インピーダンス変換を必要としないものである。直流から一般的に３０ＧＨｚまでの変調周波数の広帯域に亘って電流利得を提供するために、レーザーはトランジスタ装置で使用することもできる。ここの説明では、周波数基準としてはレーザーの光放射周波数よりもむしろ平均変調周波数を選択するべきである。したがって、このような装置は従来のトランジスタが５０Ωマイクロ波回路で使用された際に直面するインピーダンス変換の問題を解消する。このレーザーは発光ダイオードと結合して従来のレーザーでは伝達できない、交流と直流の両信号利得を提供することができる。
発明の目的および要約
本発明の一つの態様によれば、入力電子電流から２又はそれ以上の出力放射ビームを生成するために、入力インピーダンスと装置量子効率を有する発光装置であって、
入力電子電流を出力放射ビームに変換する少なくとも２つの発光手段であって、前記発光手段のそれぞれは、それぞれの光導波路を有し、インピーダンスと装置量子効率を有している、そのような発光手段を備え、
前記発光手段は、
（ｉ）前記発光装置の前記入力インピーダンスが前記発光手段の前記インピーダンスの総計に実質的に等しいように、かつ、前記装置の前記量子効率が前記発光手段の個々の量子効率の総計に実質的に等しいように、電気的に直列に接続されており、
（ｉｉ）前記発光手段が共通の光導波路を共有しないように光学的に配置されていることを特徴とする発光装置が提供される。
発光手段は、並列接合または並列接合のいずれかで電気的に接続されてもよい。
本発明の好適な実施の態様によれば、発光手段は、付加回路またはインピーダンス整合素子なしで発光装置の入力インピーダンスが実質的に５０に等しくなるように電気的に接続されてもよい。
各発光手段は、上限変調周波数を有し、発光装置の入力インピーダンスは各発光手段の実質的に直流から上限変調周波数の周波数帯域にわたり、実質的に５０に等しい。
発光手段はp-n接合であってもよく、例えばp-n接合は少なくともレーザーダイオードまたは発光ダイオードであってよく、代表的にはレーザーダイオード装置はAlGaAs,AlGaInP,AlGaInAsまたはAlGaInAsPレーザーダイオード装置のいずれか一つであってよい。p-n接合の各々の一端はミラー・コーティングで被覆された面を有してもよい。
本発明の一つの態様によれば、電気的信号を生成する光学的に結合されたトランジスタであって、
少なくとも２つの出力放射ビームを発するためのここで説明された発光装置と、発光装置からの出力放射ビームを検出し、出力放射ビームを電気的な出力電流に変換する少なくとも一つのフォト検出器とを備え、
前記発光装置と前記少なくとも１つのフォト検出器は、前記少なくとも１つのフォト検出器から前記発光装置へ電気的なフィードバックが存在しないように配置されていることを特徴とする光学結合トランジスタが提供される。
光学結合トランジスタの一実施例においては、一つまたはそれ以上のフォト検出器がフォトダイオード装置であってもよい。
例えば光学結合トランジスタは少なくとも２つのフォト検出器を備えてもよく、フォト検出器が直列、並列または直列／並列接続のいずれかで接続されている。
出力放射ビームを一つまたはそれ以上のフォト検出器へ伝送する一つまたはそれ以上の光ファイバーを備えてもよい。
本発明の別の実施の態様によれば、入力端面と出力端面とを有する一つまたはそれ以上の光ファイバを備え、さらにここで説明された発光装置を備える光ファイバー網であって、発光装置からの出力放射ビームが一つまたはそれ以上の光ファイバに入力されるよう、発光装置が一つまたはそれ以上の光ファイバの入力端面に配置されている光ファイバー網である。
本発明の別の実施の態様によれば、入力信号を出力チャンネルに分配する方法であって、（ｉ）少なくとも２つの発光手段を備え、ここで説明された発光装置からの２つまたはそれ以上の出力放射ビームを出力し、（ii）前記２つまたはそれ以上の出力放射ビームを前記出力チャンネルに入力するステップを含んでいる方法が提供される。
本発明の別の実施の態様によれば、入力信号を複数の出力チャンネルに分配する方法であって、（ｉ）少なくとも２つの発光手段を備え、ここで説明された発光装置からの２つまたはそれ以上の出力放射ビームを出力し、（ii）各々の前記２つまたはそれ以上の出力放射ビームを前記出力チャンネルの別の１つに入力するステップを含む方法が提供される。
本発明の別の実施の態様によれば、光学入力信号を受信し、一つまたはそれ以上の光学出力信号を生成する光学中継器であって、光学入力信号を受信し光学入力信号を電気信号に変換するフォト検出器と、前記電気信号を受信し一つまたはそれ以上の光学信号を出力するここで説明された発光装置とを備えた光学中継器である。
本発明の好適な実施の態様によれば、フォト検出器から出力された電気信号を増幅する増幅手段を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
本発明は、以下の図面を参照して実施例でのみ説明される。
図１は、本発明のレーザー装置のエピタキシャル構造を示す。
図２は、図１で示された装置の代表的な寸法を示す。
図３は、図１で示されたレーザー装置の３次元図を示す。
図４は、本発明で使用できるAlGaAsレーザーダイオードに関する電気回路を示す。
図５は、従来のベース接地の電子トランジスタの図を示す。
図６（ａ），（ｂ）は、図１に示されたレーザー装置を含む、光学的に結合されたトランジスタ（ＯＣＴ）の回路図を示す。
図７は、ten-elementレーザー装置の光学的に結合されたトランジスタの電流伝達結果を示す。
図８は、ten-elementレーザー装置の光学的に結合されたトランジスタの周波数特性を示す。
図９は、図１で示された発光装置を含む光学中継器の図を示す。
発明の実施の形態
図１を参照して、発明の一つの実施例において、レーザー装置１はアレイ中に多数の離散型のp-i-nレーザーダイオード素子２ａ，２ｂを含むことができる。図では２つのレーザーダイオードのみが示されているが、実際には、非常に多数のレーザーダイオードを装置中に含むことができる。例えば、各個々のレーザーダイオード２ａ，２ｂは、適度にドープされた上部被覆層４上に高度にドープされた低抵抗のｐ型GaAsの上層３を含むAlGas p-i-nレーザーダイオードである。これはドープされておらず下部被覆層６上に形成されたウエーブガイド層５上に形成されており、ここで、ウエーブガイド層５は、上部または下部被覆層４，６のどちらかに比べて低いバンドギャップ（band gap）を有している。ウエーブガイド層５には光学利得を与える２つの１０ｎｍのGaAs量子壁（図示せず）が埋め込まれている。上部と下部被覆層４，６の接合は、光子とキャリアとをドープされていないウエーブガイド層５に閉じ込める２つのヘテロ接合バリア層を形成する。
代表的に、層３はｐ型GaAs（代表的厚さ０．１μｍ、代表的なドープ濃度は５×１０19ｃｍ-3）であってよく、上部被覆層４はAlGaAs（４０％）（代表的厚さ１．５μｍ、代表的なドープ濃度は５×１０17ｃｍ-3）であってもよく、下部被覆層６はｎ型AlGaAs（４０％）（代表的厚さ１．５μｍ、代表的なドープ濃度は５×１０17ｃｍ-3）であってもよい。ウエーブガイド層５は代表的にドープドープされていないAlGaAs（２０％）（代表的厚さ０．２３μｍ）であってもよい。
各レーザー素子２ａ，２ｂの被覆層６は、レーザーダイオード２ａ，２ｂとの低抵抗のGaAsコンタクトを形成する高度にドープされたｎ型層７上に置かれている。代表的に被覆層７は０．５から１．０μｍの厚さで、２×１０18ｃｍ-3のドープ濃度を有するGaAs層であってよい。このパーセンテージ表示は層中のAlのパーセンテージを参照するものである。各レーザーダイオード２ａ，２ｂはメサ（mesa）を覆う、例えばポリイミドのような絶縁層と、これを覆う板状導電層９とを有している。ｐ型層３は接合点１０で板状導電層９に接触しており、ｎ型層７は接合点１１で板状導電層９に接触している。レーザーアレイ１は、当業者には公知の集積フォトニクス技術を用いて構成できる。
レーザー素子２ａ，２ｂを必要以上のＲＦノイズなしに作動させるために、光学ウエーブガイドの作動は単一モードでなければならない。図２に単一モード光学ウエーブガイド作用を有したレーザーの代表的な寸法が示されている。この実施例では、いわゆる「リッジ」ウエーブガイド（すなわち層３で、４の上部領域）が３．５μｍの幅を有し、さらにレーザーを発する際に単一モードのみを支持する。リッジはメサ（層５，６で、４の下部領域）上に支持されており、代表的には２５μｍの幅を有している。リッジは支持された光学モードが、同様に高いモードを別の方法で支持するメサのエッジに影響を受けないような幅を持つ必要がある。代表的に、層７はその片側でメサの幅を超えて約５０μｍ延びている。単一モードレーザーは高周波作動の必要があるが、モードノイズがあるので低周波では装置にマルチモードレーザーまたは発光ダイオードを使用してもよい。
個々のレーザーへの低抵抗GaAsコンタクトを形成する高度にドープされたｎ型層７は、各レーザー素子２ａ，２ｂの一方側へ完全に移動されている。これは、半絶縁GaAs基質層７により各レーザーを隣のものから電気的に絶縁された状態にする。レーザーダイオード２ａ，２ｂは金属層９により直列に接続されている。
図１に戻り、第１レーザ２ａに連続的に上層３から注入された電流Ｉeは、p-i-n接合部（各々層２，５，６）を通過し、そのとき固有の領域５内の量子壁が発光する。その後、電流は第１レーザから基板層７を通って出てゆき、板状導電層９を通って直列の次の素子のメサに流れ込む。前述のように、電流は上層３から次のレーザー素子に注入されp-i-n接合部を通過する。図３は、離散型レーザー（２つのレーザー２ａ，２ｂが図示されている）アレイの一部分を３次元的に示し、レーザー素子２ａ，２ｂは直列に接続されている。また図にはｐ型コンタクトの接合部１０とｎ型コンタクトの接合部１１とが示されている。各レーザーはアレイの最初と最後のものを除いてコンタクト層９を隣接のレーザーと共有しており、共有されていないコンタクト層はアレイ全体の入力と出力コンタクトである。
図１に示されるレーザー装置１は、装置の集積バージョンの説明図であり、このものは高速で作動することが可能である。実施には、素子はどれもp-n接合の発光装置であってもよい。発光ダイオード（ＬＥＤ）にも適合する。この明細書では、用語「p-n接合」はp-i-nを含めて全てのｐ型とｎ型の構成要素を有する半導体装置構造を含むものである。レーザーの例としてはAlGaAs,AlGaInAs,AlGaInPおよびAlGaInAsP装置を使用することができる。
図１で示されたレーザー装置１は単一チップ内に構成できる集積装置である。図１に示された集積装置１の重要な特徴は、各レーザーダイオード２ａ，２ｂが絶縁基板上にあり、唯一レーザーダイオード２ａと２ｂとを直列に接続する板状金属層９により電気的に接合されている点である。しかし、本発明は集積装置に限定するように意図したものではなく、回路中で直列に接続された離散した直列の構成要素を取ることもできる。しかし、集積装置は回路のものよりも高速作動する利点を有する。
レーザー装置１の一つの機能的な利点は、アレイの外部増分量子効率が単一レーザーのものよりも高いことである。レーザーの外部増分量子効率（ηLD）は従来から光子／電子で測定され、レーザー効率の主要な基準であった。この説明では、用語「量子効率」は外部増分量子効率を意味する。レーザー装置１の総量子効率は各素子の効率の総計である。このことは、装置が１００％よりも大きな量子効率で作動することを可能にする。このことは、この効率が全体の電流または信号伝達効率を定める、トランジスタの作動または光ファイバー信号の伝達にとっての重要な利点を有するものである。
レーザー装置１のさらなる利点は、追加回路またはマッチング素子を必要とすることなく、インピーダンスを容易にマイクロ波回路の５０Ω固定インピーダンスに一致できることである。しかし、発光装置１にレーザー閾値電流以上にバイアスをかけることを可能にするバイアス・ネットワークを必要とする。適切なバイアス・ネットワークの詳細は当業者には公知でありこの明細書では説明しない。インピーダンス特性は単一のレーザーダイオードの入力インピーダンスを検討することで理解できる。例えば、図４は順方向バイアス、片側、p-n階段接合の等価回路を示す。この示された回路は、おおよそ一般的なAlGaAsレーザーダイオードと等価であり、ここで、ＲSは寄生直列抵抗を示し、ｒeは動的接合抵抗を示し、Ｃjは空乏容量を示し、Ｃdは拡散容量を示す。P-n接合の作動は、当業者には公知であり、前述の用語と、定義された量の起原は当業者が理解できる。
AlGaAsレーザーダイオードは、図４で示された等価回路を有し、約１×１０4Ａｃｍ-2の電流密度を接合面積１０-3ｃｍ2に流すと、ＲSの大きさは一般的に５Ωである。動的接合抵抗ｒeは次式で与えられる。
0004414491.tif 000002
ここで、Ｉは電流、ｑは電荷である。したがって、１００ｍＡの電流は０．２５Ωの動的接合抵抗ｒeを与える。空乏容量Ｃj（順方向バイアス１×１０4Ａｃｍ-2で）は一般的に約５ｐＦである。拡散容量Ｃdは１０ＧＨｚの周波数で約５×１０-3のインピーダンスを有する。
したがって、図４で示された電流は、約２０ＧＨｚ以下の全ての周波数であたかも単に５Ωであるかのようには振る舞う。抵抗ＲSは寄生抵抗であり、動的接合抵抗ｒeの少なくとも１０倍である。それゆえに、レーザー装置１に図１で示された１０個のレーザー要素が含まれる場合、これは５０Ωの入力インピーダンスを与える。さらに装置１は単一の素子のものに比べて１０倍大きい量子効率を有しており、５０Ωインピーダンスを維持する限り、寄生直列抵抗ＲSをさらに減少（すなわち約５Ω以下に）できれば、より多くのエミッタを含むことにより一層大きな量子効率を得ることができる。
別の方法として、単純な直列接続で５０Ωインピーダンスを得るために、レーザーは直列と並列に組み合わせることができる。例えば、レーザーが１０Ωの直列抵抗を有している場合、単純な直列結合は５つのレーザーからなる。別の方法として、２つのレーザーを５Ωのインピーダンスとなるよう並列に接続し、各並列結合のものを最終的なインピーダンスが５０Ωとなるよう直列に結合することができる。
本発明の他の態様によれば、従来のトランジスタ装置のような少数キャリアよりはむしろ光子の光学伝達に基づいて作動するトランジスタ型装置を実現するために、この装置は従来の逆バイアスでの半導体p-i-n発光ダイオードなどのフォト検出器と組み合わせることができる。
図５を参照して、従来のベース接地電子トランジスタは、一般にエミッタ１２（ｎ型領域）、ベース１３（ｐ型領域）およびコレクタ（ｎ型領域）とをを含むn-p-n接合を備えることができる。入力エミッタ１は印加電圧１５により逆バイアスをかけられ、コレクタ３の出力は印加電圧１６により逆バイアスをかけられる。電子はｐ型ベース層１３を移動し、ここでは再結合とわずかなベース電流Ｉbを引き起こすことで電子のわずかな一部分が失われる。ベース電流はＩb＝Ｉe−Ｉcにより与えられ、図に示されるようにＩeとＩcとはそれぞれベース／エミッタ入力回路とベース／コレクタ出力回路を流れる電流である。
ベース／コレクタ「出力」回路は、比較的高いインピーダンスを有することができる負荷抵抗１７（ＲL）も含む。ベース／エミッタ「入力」回路は低（直流と交流）インピーダンスであるので、逆バイアスをかけられたコレクタの出力は比較的高いインピーダンスの負荷抵抗ＲLに電流を伝達でき、従ってトランジスタは電力利得を伝達できる。
しかし、マイクロ波発生器、送信器、受信器およびケーブル機器のような５０Ωインピーダンスの回路でのトランジスタによる伝達される電力利得は電流利得を必要とする。さらに、図５で示されたバイポーラトランジスタは小さいベース電流のためコレクタ電流が常にエミッタ電流より小さいので、如何なる電流利得も伝達できない。
図６（ａ）を参照して、トランジスタ１８に関連する本発明の第２の態様では電流利得を伝達可能であり、図１に示されたレーザーダイオードを含んでいる。トランジスタはフォト検出器または、直列、並列または直列／並列配置で接続されたフォト検出器のアレイを含んでいる。当然このトランジスタは光学的に結合されたトランジスタ装置またはＯＣＴ装置として後で言及される。ＯＣＴ装置は集積チップ・モノリシック・フォトニック技術で構成できる。
ＯＣＴ装置１８は入力回路１９（「ベース／エミッタ」回路）と出力回路２０（「ベース／コレクタ」回路）とを含んでおり、これらはベース接地接続３０を有してもよい。入力回路１９は図１で示されたレーザー装置１を含んでいる。図中のレーザー装置１はp-n接合２１を含んでいる。先に説明したように、レーザー装置１はp-n型構造（先に定義したような）を有する如何なる数の半導体装置を含んでもよく、チップ上に集積された、または回路中で接続された装置を含むことも可能である。例えば、接合部２１は電気的な電流を光子に効率的に変換できるレーザーまたは発光ダイオード（LED）であってもよい。さらに、３つの接合部２１が示されているが、実際には、装置は５０Ω全インピーダンスを与える直列、並列または直列／並列のより多数の接合部２１を含んでもよい。
入力回路１９は、p-n接合部２１に順方向バイアスをかける電源２２も含んでいる。出力回路２０は電源２４により逆バイアスをかけられたp-n接合部２３を含んでいるので、これは入射光を電気的な電流に変換するフォトダイオードとして作動する。例えば、コレクタ２３はシリコン・フォトダイオード検出器でもよい。出力回路２０は比較的大きくてよい（例えば５０Ω）出力負荷抵抗（ＲL）を有している。
３つの直列p-n接合部２１の拡大図が図６（ｂ）に示されている。この実施の形態では、各接合部２１はｎ型領域２６とｐ型領域２７とを含み、一つの接合部のｐ型領域２７は隣のp-n接合のｎ型領域２６と接続しており、各接合部は直列、並列または直列／並列に接続される。
エミッタ電流Ｉe、すなわち入力回路１９を流れる電流、はp-n接合部２１を通して流れ、各々は電気的な入力電流を光子２９に変換する。光子２９は出力回路２０に伝達され、光子を等価の電気的な電流ＩCに戻すフォトダイオード２３（または複数のフォトダイオード）で集められる。本実施の形態では唯一のフォトダイオード検出器２３が示されているが、実際には多数のフォトダイオード検出器が直列、並列または直列／並列に接続される。例えば、レーザー装置1の各p-n接合部に一つのフォトダイオード検出器を持つことが好ましいであろう。単一の大型フォトダイオード検出器を有するOCTよりも複数のフォトダイオード検出器を有するOCTは高速で作動することができるであろう。
光学な変換と伝達とが機能する場合、OCTは効率的であり、装置は電流利得を伝達することができる。増分電流伝達効率ηCTは次式で定義される。
ηCT=ηLD・ηOP・ηPD
ここで、ηLDは発光装置２１の増分量子効率（光子／電子）であり、ηOPは発光装置２１と逆バイアスp-i-pフォトダイオード２３との間の光学伝達効率であり、ηPDは変換効率（電子／光子）である。例えば、各p-n接合部２１が約５０％の量子効率（ηLD）を有し、光学伝達効率とフォトダイオード効率が共に１００％の場合、３接合OCT装置はフォトダイオード２３からの３ηCTΔＩeの増分出力電流ΔＩC、つまりΔＩC＝１．５ΔＩeを発生する。ここでＩeはレーザーの電流である。従って、ＯＣＴ装置からの電流出力は入力電流のそれより大きい。ｎ個のp-n接合部をもつアレイの総伝達効率は次のようになる。
ηCT=η・（ηLD・ηOP・ηPD）
１０個の直列レーザー素子を持つアレイを含むＯＣＴ装置から得られる電流伝達の結果は、レーザーバイアス電流を関数とし（ｉ）交流フォトダイオード電流利得（ii）直流フォトダイオード電流利得との間の関係を示す図７に示されている。この結果を得るために、１０個の素子のレーザーアレイは５０Ωソースから供給されたもので、フォトダイオードは５０Ωの負荷抵抗ＲLを有していた。
アレイの閾値電流は各々のレーザー素子（〜２１ｍＡ）のものと同一であった。図７を参照して、閾値以上の約１４ｍＡの入力電流増分ΔＩeのためには、増分出力ΔＩCは約２８ｍＡであり、２の係数の（増分）電流利得を与える。増分利得はこの装置に関連のある直流、ＲＦ（動作）および光ファイバー網性能の主要なパラメータである。
１０個の直列レーザー素子を持つアレイを含むＯＣＴ装置の周波数応答性は、２５ｋＨｚから５ＭＨｚの周波数帯域での（ｉ）交流フォトダイオード電流利得（ii）交流レーザー電流利得とを示す図８に示されている。利得は約３ＭＨｚで減少することがわかる。これはＯＣＴ装置で使用されるシリコン・フォトダイオードの上限応答速度と一致する。しかし、この利得減少は測定の人為的な影響であり、ＯＣＴの上限応答速度は高速フォトダイオード装置を使用すれば高まるであろう。
OCT装置の主な利点は、その電流利得（同様に電力利得）を伝達する能力である。さらに、このことは固定インピーダンス回路の広い周波数帯域に亘って得ることができる。インピーダンス整合は直流からレーザーの作動上限まで得られるものである。
この装置の別の利点は、入力回路８と出力回路９との間の伝達は、電気的よりはむしろ光学的なものであり、変位電流が発生しない。さらに、入力回路１９と出力回路２０は非結合化（decoupled）されており、これは従来の電子トランジスタの問題である、出力回路２０から入力回路１９へのフィードバックを無効にするものである。
入力回路と出力回路１９，２０を非結合化としたさらなる利点は、３電極の従来式トランジスタ（図１）と異なり、トランジスタが物理的に２つに分離され電気的に独立の２電極回路になることである。各々の２電極回路はさらなる設計の自由度を有する。従って、光学領域から得られる結合され分割される電流とともに、直列または並列構造を利用して入力回路１９と出力回路２０のインピーダンスを変更するために回路１９，２０はきわめて容易に分割できるので、電気的な不利益がない。トランジスタを２つの２電極回路に分割できる能力は電力出力、熱処理も改良できるものである。
被覆されていない装置において、光学結合効率（ηOP）は、図６（ａ）のフォトダイオードがレーザー装置１の一端からの光だけを回収するので５０％以下である。図６（ａ）に示されるＯＣＴ装置の他の実施の形態として、高反射の被覆（ミラー・コーティング）を各p-n接合素子２１の一端に行うことができ、すべての放射出力は素子の他端から放射される。これはフォトダイオードが受ける光を最大化する。別の方法として、各フォトダイオードがレーザー装置１の各端に配置された、２つのフォトダイオードをＯＣＴに含むことができる。フォトダイオードからの電流出力は並列に結合されて、単一のフォトダイオードで得られる電流の２倍の電流を与えることができる。
ＯＣＴ装置１８の他の実施の形態として、p-n接合部はキャビティの縦壁で直列に接続することができ、それらの光学出力と並列接合のコレクタフォトダイオードの上面で成長したレーザーは透明な「ベース」コンタクト層を介して伝達される。
単一のＯＣＴよりもさらに大きな電流利得を得るために、多数のＯＣＴを直列、並列または直列／並列（すなわち縦列）で接続してもよい。
入力回路と出力回路１９，２０は非結合なのでＯＣＴ装置は光ファイバー網への応用に有効である。例えば、入力回路１９と出力回路２０との間の光学伝達は約１００ｋｍ以上の遠距離でも達成できる。つまり、減少された挿入損失やおそらく利得を有する広帯域特性を備えた単一の光ファイバー網は、光ファイバー網の両端にトランジスタの入力出力回路１９，２０を設けることで実現できる。
これはファイバーへの信号挿入損失が減少される光ファイバー網の分野での特有の利点である。さらに、レーザー装置の個々の素子は干渉性をもってロックされるので、単一の光ファイバーへ入力するための単一の能動ウエーブガイド出力へのコヒーレント加算が得られる。これは光ファイバーのリボンを使用するしかないものより好都合である。
レーザー装置は多数の光ファイバーチャンネルへのＲＦ信号の分割に使用できる。従来、各チャンネル間で光学信号が分割され、その後、元の信号パワーを復元するために各分割信号が増幅（光学またはＲＦ増幅）されていた。別の方法として、増幅されたＲＦ信号を分割し各分割信号を、各々光源を有した各チャンネルに伝送することが行われていた。しかし、各レーザー素子はレーザー装置１により充分なパワーを与えられるので、増幅を必要とせずにアレイの各素子に接続された別々の光ファーバーへ伝送できる。これは信号分割の如何なる不利益をも回避するものである。
前述のＯＣＴは電気的な入力信号を光学信号に変換した後に、電気的な信号を出力する装置である。ＯＣＴの別の構成は、光学的な入力信号が電気信号に変換された後に、１つまたはそれ以上の光学出力信号に戻される光学中継器である。光学中継器に可能な構成が図９に示されている。実際にはレーザー入力回路が、光学的変換過程の低能率に対して増幅器とバイアスネットワークとを含むことが好ましい。
【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（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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