(57)【要約】【課題】本願発明者により見出された新規な光スイッチ動作原理を応用した、新規な光スイッチを提供する。【解決手段】  半導体レーザ素子１００は、サブマウント１３上にジャンクションを下にして接続され、前端面１１はサブマウント１３の端面よりもＬ（１００μｍ）だけ前に突き出してダイボンドされている。半導体レーザ素子１００を搭載したサブマウント１３は金属ブロック１４上にボンディングされている。駆動回路２１０は、電流バイアス回路部と、変調回路部とを備えている。電流バイアス回路部は、リードピン３６を介して金線１５と金属ブロック１４の間に一定のバイアス電流Ｉｂを流すための回路部であり、変調回路部は、更にこのバイアス電流に変調電流ΔＩを重畳するための回路部である。駆動回路２１０の入力端子へ入力されるスイッチ信号（変調信号）に基づいて変調電流ΔＩを生成し、バイアス電流Ｉｂに重畳する。【選択図】図３
2013143493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱用の台座と、
共振器端面を含む端部が前記台座から突き出た半導体レーザ素子とを備え、
前記半導体レーザ素子における前記台座から突き出た部分の長さが、前記半導体レーザ素子に供給する駆動電流が閾値を超えると前記半導体レーザ素子の光出力が可逆的に低下する程度の長さであることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
前記半導体レーザ素子に前記駆動電流を供給し、前記駆動電流を前記閾値の前後で変化させることにより前記半導体レーザ素子の光出力をオン／オフさせる駆動回路を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記台座の温度を調節する温度調節素子を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記半導体レーザ素子に前記閾値を超える駆動電流を供給する駆動回路と、
前記台座の温度を調節する温度調節素子とを更に備え、
前記台座の温度が第１の温度の場合には、前記駆動電流が前記閾値を超えると前記半導体レーザ素子の光出力が可逆的に低下し、
前記台座の温度が前記第１の温度より低い第２の温度の場合には、前記駆動電流が前記閾値を超えても前記半導体レーザ素子の光出力が低下せず、
前記温度調整素子は、前記台座の温度を前記第１の温度と前記第２の温度の間で変化させることにより前記半導体レーザ素子の光出力をオン／オフさせることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項５】
前記半導体レーザ素子における前記台座から突き出た部分の長さが、前記閾値を上限として前記半導体レーザ素子の駆動電流が増大するほど前記半導体レーザ素子の光出力が増大する第１駆動電流領域と、前記閾値を超えると前記半導体レーザ素子の光出力が低下又は実質的にゼロとなる第２駆動電流領域と、を含む電流光出力特性が得られる程度の長さであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光スイッチ。
【請求項６】
前記半導体レーザ素子における前記台座から突き出た部分の長さが、前記半導体レーザ素子の共振器長の１／１５以上であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の光スイッチ。
【請求項７】
前記半導体レーザ素子における前記台座から突き出た部分が接合され、前記台座よりも熱抵抗が大きい材料からなる補助台座を更に備えることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の光スイッチ。
【請求項８】
前記半導体レーザ素子における前記台座から突き出た部分が接合され、前記台座との間で断熱され、かつ熱伝導性材料からなる補助台座と、
前記補助台座に取り付けられた温度調節素子と、
を更に備えることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の光スイッチ。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか１項に記載された光スイッチを備え、
変調信号に基づいて、前記光スイッチの駆動電流を前記閾値の前後で変化させることを特徴とする光変調器。
【請求項１０】
請求項４に記載された光スイッチを備え、
変調信号に基づいて、前記光スイッチの台座の温度を前記第１の温度と前記第２の温度の間で変化させることを特徴とする光変調器。
【請求項１１】
請求項１〜８の何れか１項に記載の光スイッチを備え、前記光スイッチによる光出力のオン／オフを用いて光信号を送信することを特徴とする光通信デバイス。
【請求項１２】
半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の光共振器方向側の端部の温度と前記半導体レーザ素子の中央部の温度との間に温度差を生じさせるように、前記端部の温度を上昇させる手段と、
を備え、
前記半導体レーザ素子への駆動電流の供給中に、前記端部の温度が、前記端部の光吸収波長が前記半導体レーザ素子のレーザ光の波長以上の長さとなる閾温度に達することを特徴とする光スイッチ。
【請求項１３】
前記手段を制御することによって前記端部の温度を前記閾温度の前後で変化させることにより前記半導体レーザ素子の光出力をオン／オフさせる制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１２に記載の光スイッチ。
【請求項１４】
レーザ光が出射する前端面を有する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の前記前端面側の端部を加熱する手段と、
を備え、
前記半導体レーザ素子への駆動電流の供給中に、前記前端面側の端部の温度が、前記半導体レーザ素子の前記前端面側の端部の屈折率が前記半導体レーザ素子のレーザ光が前記前端面で全反射する屈折率となる閾温度に達することを特徴とする光スイッチ。
【請求項１５】
前記手段を制御することによって前記前端面側の端部の温度を前記閾温度の前後で変化させることにより前記半導体レーザ素子の光出力をオン／オフさせる制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１４に記載の光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子を用いた光スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体レーザのレーザ光のオン／オフ機能を備えた各種の光スイッチが知られており、下記の各先行技術文献にもその一例が記載されている。半導体レーザを用いた光スイッチの方式として様々な公知技術がある。一つの方式は、半導体レーザ素子の通常のオンオフ機能を利用するものであり、駆動電流をレーザ発振閾値の前後で調節して半導体レーザ素子の光出力をオンオフするものである。
【０００３】
他の一つの方式は、半導体レーザ素子のほかに、そのレーザ光を遮るための光スイッチ構造を別途設ける方式である。これに関連して、非特許文献１には、複数の光導波路を交差させた交差導波路と、この交差導波路の交差部に設けた電極と、を備えた全反射形光スイッチが記載されている。この全反射形光スイッチでは、電界印加により交差部の屈折率を制御することにより光スイッチ動作が実現される。
【０００４】
さらに他の一つの方式として、特許文献１に記載された方式もある。特許文献１に記載された光発光装置は、注入電流の値に応じてレーザ光の偏光方向がＴＥとＴＭとで切り替わる半導体レーザ素子、およびＴＥモードの光のみ透過させる偏光子を備えている。偏光子がＴＥモードの光を選択的に通過させることで、光スイッチ動作が実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２８８３６４号公報
【特許文献２】特開平６−０２９６２５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】土屋、三上編著、「半導体フォトニクス工学」、コロナ社、１９９５年、ｐ．４３７−４３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、従来、各種の光スイッチ動作原理に基づく様々な光スイッチが知られており、更なる研究開発が進められている。本願発明者は、上述したものを含む公知の光スイッチ動作原理とは異なる原理によっても光スイッチ動作を実現できることを実験を通じて見出した。本願発明者は、鋭意研究により、半導体レーザ素子と台座との位置関係の定量的な分析や、光出力特性と半導体レーザ素子の温度状態との関係についても検討し、これらの研究成果を応用した新規な光スイッチを発明した。
【０００８】
本発明は、本願発明者により見出された新規な光スイッチ動作原理を応用した、新規な光スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、光スイッチであって、
放熱用の台座と、
共振器端面を含む端部が前記台座から突き出た半導体レーザ素子とを備え、
前記半導体レーザ素子における前記台座から突き出た部分の長さが、前記半導体レーザ素子に供給する駆動電流が閾値を超えると前記半導体レーザ素子の光出力が可逆的に低下する程度の長さであることを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、光スイッチであって、
半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の光共振器方向側の端部の温度と前記半導体レーザ素子の中央部の温度との間に温度差を生じさせるように、前記端部の温度を上昇させる手段と、
を備え、
前記半導体レーザ素子への駆動電流の供給中に、前記端部の温度が、前記端部の光吸収波長が前記半導体レーザ素子のレーザ光の波長以上の長さとなる閾温度に達することを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、光スイッチであって、
レーザ光が出射する前端面を有する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の前記前端面側の端部を加熱する手段と、
を備え、
前記半導体レーザ素子への駆動電流の供給中に、前記前端面側の端部の温度が、前記半導体レーザ素子の前記前端面側の端部の屈折率が前記半導体レーザ素子のレーザ光が前記光出射端面で全反射する屈折率となる閾温度に達することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、本願発明者により見出された光スイッチ動作原理を用いて光出力をオン／オフできる新規な光スイッチが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光スイッチ素子の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光スイッチ素子本体の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる光スイッチ素子内部の半導体レーザ素子近傍の拡大図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる光スイッチ素子の半導体レーザ素子の斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態１にかかる光スイッチの構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態１にかかる光スイッチのスイッチ動作に関する実験結果を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１にかかる光スイッチのスイッチ動作に関する実験結果を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１にかかる光スイッチのスイッチ動作に関する実験結果を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１にかかる光スイッチのスイッチ動作に関する実験結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２にかかる光スイッチの構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態２にかかる光スイッチの動作を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態３にかかる光スイッチにおける半導体レーザ素子近傍の拡大図である。
【図１３】本発明の実施の形態４にかかる光スイッチにおける半導体レーザ素子近傍の拡大図である。
【図１４】本発明の実施の形態５にかかる光スイッチにおける半導体レーザ素子近傍の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
［実施の形態１の光スイッチ］
以下、実施の形態１にかかる光スイッチ素子２０およびこれを内蔵した光スイッチ２００を説明する。先ず図１〜４を用いて光スイッチ素子２０の構成を説明し、続いて図５のブロック図を用いて光スイッチ２００の構成を説明する。
【００１５】
（光スイッチ素子２０）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる光スイッチ素子２０の全体構成の斜視図である。図２は本発明の実施の形態１にかかる光スイッチ素子本体２４の斜視図である。本実施の形態では、光スイッチ素子２０にＣＡＮパッケージ構造を採用している。図１において、光スイッチ素子２０は、光スイッチ素子本体２４とこの光スイッチ素子本体２４にかぶせられた蓋状体としてのキャップ２８とから構成されている。光スイッチ素子本体２４とキャップ２８とは、キャップ２８の鍔部２８ａと光スイッチ素子本体２４の基体としてのステム３２とは電気溶接により固着され、キャップ２８に覆われた内部は気密封止されている。封止ガスは、空気、ドライガス又は窒素などである。
【００１６】
図２において、光スイッチ素子本体２４のステム３２には棒状端子としてのリードピン３６が固着されている。ここに示された光スイッチ素子本体２４は一例としてリードピン３６が４本の場合であるが、さらに多くの本数のリードピン３６が配設されている場合もある。
ステム３２は金属製、例えば直径が３〜１０ｍｍ程度の鉄製の円板でリードピン３６が挿入される貫通孔４０がリードピン３６の個数に対応して、４個穿孔されている。リードピン３６はガラス製のハーメチック４４によりステム３２に固着される。またこのハーメチックにより貫通孔４０とリードピン３６との隙間が封止されている。ステム３２の第１の主面としての表面３２ａの上には金属ブロック１４がハンダで固着され、この金属ブロック１４の上にさらにサブマウント１３がハンダで固着され、このサブマウント１３に半導体レーザ素子１００がハンダにより固着されている。
この半導体レーザ素子１００は、信号線としての金線１５によりステム３２の表面３２ａ側でリードピン３６と接続される。
【００１７】
金属製のキャップ２８は鍔部２８ａとキャップ本体２８ｂとを有し、キャップ本体２８ｂはステム３２の表面３２ａ側にあるリードピン３６の突出部、金線１５、金属ブロック１４、サブマウント１３、および半導体レーザ素子１００などの光スイッチ素子本体２４の構成部分を覆う。キャップ２８の鍔部２８ａとステム３２の表面とは電気溶接により封止され、キャップ本体２８ｂ内部の空間は気密封止される。キャップ本体２８ｂの頂部はガラス製の窓２８ｃが設けられており、この窓２８ｃからレーザ光が出射される。
【００１８】
本実施の形態では、好ましい形態として、ペルチエ素子５０が、金属ブロック１４の側面に取り付けられている。ペルチエ素子５０は、金線１５によりステム３２の表面３２ａ側でリードピン３６と接続される。ペルチエ素子５０は、金属ブロック１４の温度を一定とするための温度調節素子である。なお、ペルチエ素子５０は、ステム３２の表面３２ａに取り付けられてもよい。また、キャップ２８の内側でなくキャップ２８の外部において、ステム３２の裏面等に取り付けられても良い。
【００１９】
図３は、本発明の実施の形態１にかかる光スイッチ素子２０における半導体レーザ素子（レーザダイオード、ＬＤ）１００近傍の拡大図である。実施の形態１では、半導体レーザ素子１００を搭載する台座を、サブマウント１３と金属ブロック１４の積層構造とする。サブマウント１３および金属ブロック１４は「熱伝導性材料で形成された台座」を構成している。この台座は、半導体レーザ素子１００の放熱に用いられる。つまり台座が放熱機能を有している。
半導体レーザ素子１００はサブマウント１３上にジャンクションを下にして接続されている。半導体レーザ素子１００の中央部はサブマウント１３に接合されており、かつ、前端面１１がサブマウント１３の端面よりもＬだけ前に突き出た状態でダイボンドがなされている。実施の形態１では、Ｌを１００μｍとする。
【００２０】
半導体レーザ素子１００を搭載したサブマウント１３は、金属ブロック１４上にボンディングされている。半導体レーザ素子１００の上面には金線１５がワイヤボンドされている。サブマウント１３は、半導体レーザ素子１００と金属ブロック１４の間の熱応力の緩和や半導体レーザ素子１００の放熱を行うために設けられる。
サブマウント１３の材料は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である。金属ブロック１４の材料は、銅（Ｃｕ）である。サブマウント１３と金属ブロック１４とを固着するハンダは、材料をＡｕＳｎとする低融点半田である。サブマウント１３の材料を炭化珪素（ＳｉＣ）としても良い。
【００２１】
図４は、本発明の実施の形態１にかかる光スイッチにおける半導体レーザ素子１００の斜視図である。半導体レーザ素子１００は、６４０ｎｍブロードエリア型の半導体レーザ素子である。ブロードエリア型半導体レーザ素子においては、電流狭窄部の幅Ｗｓ（ストライプ幅）が、通常の半導体レーザ素子（シングルモードの半導体レーザ素子）よりも大きい。この電流狭窄部の幅Ｗｓは、半導体レーザ素子１００内において複数の水平横モードを許容できる幅に設計されている。
【００２２】
半導体レーザ素子１００は、ｎ電極１と、ｎ型ＧａＡｓ基板２と、層厚１．０μｍのｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層３と、層厚１２０ｎｍのアンドープ（Ａｌ０．６Ｇａ０．４）０．５Ｉｎ０．５Ｐガイド層４と、層厚１２ｎｍのアンドープＧａ０．６Ｉｎ０．４Ｐ引張歪活性層５と、層厚１２０ｎｍのアンドープ（Ａｌ０．６Ｇａ０．４）０．５Ｉｎ０．５Ｐガイド層６と、層厚１．０μｍのｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層７と、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８と、絶縁膜９と、ｐ電極１０とを備えている。図３に示すように、光スイッチ素子２０ではｐ電極１０がサブマウント１３にダイボンドされている。
【００２３】
半導体レーザ素子１００は、前端面１１および後端面１２とを備えている。半導体レーザ素子１００は、前端面１１と後端面１２とを共振器端面とするファブリペロー型半導体レーザ素子であり、その共振器長は１５００μｍである。共振器長に対する突き出し量Ｌの割合は、１００μｍ／１５００μｍであり、実施の形態１では突き出し量Ｌが共振器長の１／１５である。
【００２４】
（光スイッチ２００）
図５は、本発明の実施の形態１にかかる光スイッチ２００の構成を示すブロック図である。光スイッチ２００は、上記の光スイッチ素子２０と、この光スイッチ素子２０を駆動する駆動回路２１０を備えている。駆動回路２１０はレーザドライバＩＣであり、光スイッチ素子２０のリードピン３６が駆動回路２１０の出力端子と接続されることで、半導体レーザ素子１００と駆動回路２１０とが電気的に接続される。駆動回路２１０には、スイッチ信号の入力端子が設けられている。光スイッチ２００は、入力されたスイッチ信号に従って光出力をオン／オフできる。入力端子への電気信号を、光信号へと変換（光変調）することもできる。
【００２５】
駆動回路２１０は、電流バイアス回路部と、変調回路部とを備えている。電流バイアス回路部は、リードピン３６を介して金線１５と金属ブロック１４の間に一定のバイアス電流Ｉｂを流すための回路部であり、変調回路部は、更にこのバイアス電流に変調電流ΔＩを重畳するための回路部である。変調回路部は、駆動回路２１０の入力端子へ入力されるスイッチ信号（変調信号）に基づいて変調電流ΔＩを生成し、バイアス電流Ｉｂに重畳する。
【００２６】
光スイッチ２００の動作時には、駆動回路２１０により金線１５と金属ブロック１４の間にバイアス電流Ｉｂが流れる。さらに、バイアス電流Ｉｂに、スイッチ信号のオン／オフに応じて変調電流ΔＩが重畳される。本実施の形態では、Ｉｂ＝１，７Ａ、ΔＩ＝０．１Ａとする。実施の形態１では、スイッチ信号が「オン」のときには変調電流ΔＩが重畳されない（つまりＩ＝Ｉｂとなる）。変調電流ΔＩが重畳されないときは、１．７Ａの駆動電流に応じて、半導体レーザ素子１００から約１．３Ｗ程度の大きさの光出力が得られる。一方、実施の形態１では、スイッチ信号が「オフ」のときには変調電流ΔＩが重畳される。変調電流ΔＩを重畳した場合は、駆動電流Ｉが１．７Ａ＋０．１Ａ＝１．８Ａとなって、半導体レーザ素子１００からの光出力が約ゼロとなる。このように、光スイッチ２００によれば、０．１Ａの電流重畳の有無により、約１．３Ｗの光出力のオン／オフを切り替えることが可能となる。なお、本発明は上記具体的数値に限定されるものではなく、バイアス電流Ｉｂを１．７Ａ以上又は未満としたり、変調電流ΔＩを０．１Ａ以上又は未満としたりしてもよい。
【００２７】
光スイッチ２００は、ペルチエ素子５０の制御用の温度制御回路２１６を備えている。温度制御回路２１６の出力端子は、リードピン３６を介してペルチエ素子５０と接続する。
【００２８】
光スイッチ２００は温度モニタ素子２１８を備えている。温度モニタ素子２１８は、金属ブロック１４の温度を測定するための素子である。温度モニタ素子として公知の温度検知素子を使用して、ステム３２の温度を計測し、間接的に金属ブロック１４の温度を測定する。なお、キャップ２８内部に直接温度モニタ素子２１８を取り付けても良く、この場合は貫通穴４０およびリードピン３６の数を増やす。いずれにしろ、金属ブロック１４の温度測定には各種公知の温度検知技術を用いればよいため、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００２９】
温度制御回路２１６は、金属ブロック１４を温度Ｔｃに保持するようにペルチエ素子５０の電流を制御する。本実施の形態では、このＴｃを１５℃とする。金属ブロック１４（又はステム３２）の温度が１５℃で保持されるように、温度制御回路２１６が温度モニタ素子２１８の出力信号をペルチエ素子５０の電流値にフィードバックする。
【００３０】
サブマウント１３の熱伝導率は高いので、金属ブロック１４とサブマウント１３の温度はほぼ同じ温度であると考えることができる。このため、金属ブロック１４の温度を一定に保持したり、或いは変化させたりすることは、サブマウント１３の温度を変えることに相当する。
【００３１】
［実施の形態１にかかる光スイッチ動作］
（実験結果の説明）
図６〜８は、本発明の実施の形態１にかかる光スイッチの光スイッチ動作に関する実験結果を示す図である。金属ブロック１４の温度を変えるとともに金線１５と金属ブロック１４間に電流を流して、光出力−電流特性を詳細に調べた結果を図示している。測定時の金属ブロック１４の温度は、１５℃、２０℃、２５℃の３つの温度である。突き出し量Ｌは、０〜２００μｍの範囲で異ならしめた。図６〜８は、このような範囲で金属ブロック１４の温度と突き出し量Ｌを相違させて、半導体レーザ素子の光出力−電流特性を調べたものである。サンプルは図４で示した半導体レーザ素子１００を用いており、突き出し量Ｌ以外の寸法や条件は同一である。
【００３２】
図６〜８において、横軸が半導体レーザ素子１００の駆動電流値を示し、縦軸が光出力を示す。実験の結果、突き出し量Ｌに応じて異なる出力−電流特性が得られている。実験結果から、突き出し量Ｌに応じて、光出力−電流特性が図６〜８に示す異なる３つの態様を示すことが判明している。
【００３３】
突き出し量Ｌが８０μｍ未満の場合には、図６に示す通常の電流光出力特性が得られている。図６では、光出力が電流増大に応じてほぼリニアに上昇している。光出力が電流増大に応じてほぼリニアに上昇するという傾向は、半導体レーザの電流光出力特性として通常見られるものである。
【００３４】
一方、突き出し量Ｌが８０μｍ以上１００μｍ未満の場合には、図７に示す光出力−電流特性または図８に示す光出力−電流特性が混在している。図７および図８に示す電流光出力特性には、本願発明者が見出した新規な光スイッチ動作が表れている。
図７に示すグラフのうち、温度が１５℃のグラフは、電流がおおよそ１．８Ａ程度で光出力が急激に減少しており光スイッチ動作が十分に発現していることがわかる。ただし、温度が２０℃および２５℃のグラフではそのような急峻な光スイッチ動作は認められず、温度１５℃の場合とは異なり、非可逆の劣化が認められている。
【００３５】
突き出し量Ｌが１００μｍ以上の場合には、図８の光出力−電流特性が得られている。図８においては、いずれの温度においても特定の電流値において光出力が大きく立ち下がっており、光出力のオン／オフが切り替わる光スイッチ動作が安定的に得られている。特定の電流値とはすなわち図８のＩｔｈ１、Ｉｔｈ２、Ｉｔｈ３である。
【００３６】
図８に示す光スイッチ動作は、可逆的なものである。例えば金属ブロック１４の温度が１５℃の場合に、駆動電流がＩｔｈ１を超えると光出力が１．３Ｗ近傍から急峻に低下するものの、その後に駆動電流をＩｔｈ１より小さくすれば再び１．３Ｗ近傍の光出力が得られる。急峻な光出力低下を示す電流値を「閾値」とし、駆動電流値をその閾値以上の電流値とすることで、光出力を可逆的に低下又はオフすることができる。更に、駆動電流値をその閾値未満の電流値とすることで、光出力を再びオンとすることができる。このようなオンとオフとを半導体レーザ素子１００の駆動電流制御で切り替えることにより、光スイッチ動作が実現される。これが、本願発明者が見出した新規な光スイッチ動作である。
【００３７】
実施の形態１にかかる光スイッチ２００は、この新規な光スイッチ動作を利用している。つまり、金属ブロック１４の温度が１５℃の状態で、閾値Ｉｔｈ１を超える第１の駆動電流（例えば１．８Ａ以上）と、閾値Ｉｔｈ１を超えない第２の駆動電流（例えば１．７Ａ以下）と、を切り替えることで、光スイッチ動作が実現されている。金属ブロック１４の温度が２０℃ときには、Ｉｔｈ２を閾値として用いて駆動電流を与えればよく、金属ブロック１４の温度が２５℃のときには、Ｉｔｈ３を閾値として用いて駆動電流を与えればよい。なお、これらの温度に限らず、各温度での閾値Ｉｔｈを境にして、駆動電流を変化させることができる。
【００３８】
（突き出し量Ｌと光スイッチ動作の関係）
図９は、上記の図６〜８の測定結果に基づいて、突き出し量Ｌと電流光出力特性の態様との関係をまとめたものである。図９では、横軸が突き出し量Ｌを示し、縦軸が光出力−電流特性を示す。図９は、突き出し量Ｌに応じて測定データをグループＦ、ＳＷ、Ｇの３つに分けて、各グループの測定データ数および突き出し量をまとめたものである。図９では、各グループＦ、ＳＷ、Ｇごとに、突き出し量Ｌを横軸方向にとって各測定データをプロットしている。図９の各点の数は、測定した半導体レーザ素子１００の個数に対応している。
【００３９】
グループＧには、図６に示す通常の光出力−電流特性のサンプルのデータがまとめられている。グループＧは、突き出し量Ｌが８０μｍ未満のデータで占められている。
グループＦには、図７に示す光出力−電流特性のサンプルのデータがまとめられている。グループＦに属するデータでは、光出力が非可逆に低下する何らかの劣化が観測されている。グループＦには、突き出し量Ｌが８０μｍ以上であって１００μｍ未満の範囲内にあるサンプルのデータで占められている。
グループＳＷには、図８に示す光出力−電流特性のサンプルのデータがまとめられている。グループＳＷに属するデータでは、１５℃、２０℃、２５℃のいずれにおいても、光出力の急峻な減少を示す可逆的な光スイッチ動作が観測されている。グループＳＷは、突き出し量Ｌが１００μｍ以上であるサンプルのデータで、ほぼ占められている。なお、少数であるが、８０μｍ以上１００μｍ未満のものもグループＳＷに含まれている。これは、突き出し量Ｌが８０μｍ以上１００μｍ未満の範囲では、非可逆的に劣化するものと可逆的にスイッチするものとが、混在するためと考えられる。
【００４０】
図９に示す実験結果により、光出力−電流特性が突き出し量Ｌによって大きく変化することが実証されている。図９からは、突き出し量Ｌがある程度（１００μｍ程度）以上に大きくなると光スイッチ動作が得られ、逆に突き出し量Ｌが小さければ光スイッチ動作は発現しないという結果が得られている。ここで開示された突き出し量Ｌと光スイッチ動作の関係に基づけば、突き出し量Ｌを光スイッチ動作が十分に得られる程度の大きさに定めることが可能である。
【００４１】
図８に示す電流光出力特性には、駆動電流が増大するほど光出力が増大する領域（以下、「第１駆動電流領域」とも称す）と、第１駆動電流領域の上限を超えた電流で光出力が低下又は実質的にゼロとなる領域（以下、「第２駆動電流領域」とも称す）とが含まれている。例として、図８に、金属ブロック１４の温度を１５℃とした場合における、第１駆動電流領域および第２駆動電流領域を明記している。金属ブロック１４の温度を１５℃とした場合は、第１駆動電流領域は、駆動電流が約０．５Ａ〜Ｉｔｈ１の範囲の領域であり、第２駆動電流領域は、駆動電流がＩｔｈ１以上の領域である。このような第１駆動電流領域および第２駆動電流領域を含む電流光出力特性が得られる程度に、突き出し量Ｌを大きく取ればよい。
【００４２】
なお、半導体レーザ素子１００において、光出力が表れるレーザ発振の閾値電流は、図６〜８に示すように約０．４Ａである。上記の閾値Ｉｔｈ１、Ｉｔｈ２、Ｉｔｈ３は、レーザ発振の閾値電流とは異なるものであり、レーザ発振の閾値電流値よりも高い駆動電流領域に存在している。
【００４３】
（半導体レーザ素子の温度状態変化に伴う光スイッチ動作）
本願発明者は、上記説明した実験結果に基づいて、光スイッチ動作の原因について検討を行った。検討の結果、本願発明者は、上記の光スイッチ動作は、下記の原因（１）若しくは原因（２）、又はその両方の影響によるものであると考えている。いずれも、半導体レーザ素子を構成する半導体材料の光学特性（屈折率、バンドギャップ、光吸収特性）に、温度依存性（温度特性）があることに起因している。
【００４４】
（１）屈折率の温度変化
サブマウント１３からの突き出し量Ｌが大きいと、レーザ光出力中に、半導体レーザ素子１００の前端面近傍部分の温度が高くなる。突き出した部分はサブマウント１３と接触しておらず、放熱性が低いからである。半導体レーザ素子１００の前端面１１近傍部分の屈折率が高くなると、ある温度において、半導体レーザ素子１００内の光が前端面で全反射条件を満足する状態となる。この全反射条件が満たされた状況下では、半導体レーザ素子１００外部（共振器外）にレーザ光を取り出せなくなる。なお、全反射条件を満足するかどうかは、半導体レーザ素子１００の前端面１１側部分の屈折率、半導体レーザ素子１００の外側雰囲気の屈折率（つまりパッケージの封止ガスの屈折率であり、空気、ドライガス又は窒素など）等によって決まる。
【００４５】
（２）光吸収特性の温度変化
突き出し量Ｌが大きいと、レーザ光出力中に、半導体レーザ素子１００の前端面１１近傍部分の温度が、半導体レーザ素子１００の中央部の温度と比べて相対的に高くなる。突き出した部分はサブマウント１３と接触しておらず、放熱性が低いからである。
前端面１１近傍部分の温度が上昇すると、前端面１１の近傍部分のバンドギャップが狭くなる。その一方で、サブマウント１３等の放熱により、半導体レーザ素子１００の中央部の温度は低い。このような状況下で前端面１１近傍部分の温度がある程度高くなると、半導体レーザ素子１００内の光が前端面１１近傍部分で吸収されるようになる。つまり前端面１１近傍部分のバンドギャップから決まる光吸収波長が、半導体レーザ素子１００のレーザ光の波長以上の長さとなる。前端面１１側で光吸収が生ずることにより、レーザ発振が妨げられて、図８に示すように光出力が大きく低下する。
【００４６】
以上説明したように、実施の形態１によれば、上記説明した光スイッチ動作を利用した新規な光スイッチとして、光スイッチ素子２０および光スイッチ２００が提供される。光スイッチ２００によれば、微小な電流増減（０．１Ａ幅の増減）によって、ある程度の大きさの光出力（約１．３Ｗ）を瞬時にオン／オフすることができる。また、光スイッチ素子２０はサブマウント１３の端面から一定値以上突き出すことで光スイッチ動作を得ているので、光スイッチを簡素かつ小型軽量な構成として提供できる。
【００４７】
さらに、本実施の形態では、好ましい形態として、金属ブロック１４の温度を一定とするための温度調節素子（ペルチエ素子５０）を金属ブロック１４に取り付けている。図６〜８に示すように、実験結果によれば、金属ブロック１４の温度に応じて異なる光スイッチ特性が表れている。金属ブロック１４の温度が異なると、光スイッチ素子２０でオン／オフが切り替わる電流値やオン／オフが切り替わる光出力値が異なってしまう。この点、実施の形態１によれば、ペルチエ素子５０、温度制御回路２１６および温度モニタ素子２１８によって光スイッチ２００の温度管理が可能となり、より安定かつ正確な光スイッチ動作や光変調を実現することができる。
【００４８】
［実施の形態１の変形例］
実施の形態１では、金属ブロック１４の温度を一定にするように温度管理を行っている。さらに好ましい形態として、温度制御回路２１６において、金属ブロック１４の温度Ｔｃを意図的に切り替えるようにしてもよい。つまり、温度制御回路２１６が、金属ブロック１４の温度を所定の複数の温度（例えば１５℃、２０℃、２５℃の３段階）の間で切り替えるように、ペルチエ素子５０の電流値を調節してもよい。図８において、２５℃、２０℃、１５℃の順で、スイッチ動作が発揮される電流値（閾値Ｉｔｈ３、Ｉｔｈ２、Ｉｔｈ１）が大きくなっている。また、２５℃、２０℃、１５℃の順で、光スイッチ動作でオフとなるときの光出力値も大きくなっている。そこで、金属ブロック１４の温度をこれらの３つの温度の間で調節することにより、光スイッチ素子２０および光スイッチ２００において、オン／オフが切り替わる電流値やオン／オフが切り替わる光出力値を所望の値に変更してもよい。なお、この３つの温度１５℃、２０℃、２５℃は例示であり、これに限られず金属ブロック１４を所望の温度に調節してもよい。また、金属ブロック１４の温度制御は、温度Ｔｃを複数の設定温度から選択的に切り替える制御（複数段階にステップ的に切り替える制御）でもよく、或いは所定温度範囲のなかで連続的に温度Ｔｃを変化させる制御でも良い。
【００４９】
なお、実施の形態１では、好ましい形態として、温度管理用の構成（ペルチエ素子５０、温度制御回路２１６、温度モニタ素子２１８）を設けている。しかしながら本発明はこれに限られるものではない。これらの温度管理用の構成を有しない光スイッチとしてもよく、駆動回路２１０により閾値前後で駆動電流を変化させる制御を行えばよい。また、温度モニタ素子２１８を省略して、ペルチエ素子５０および温度制御回路２１６でフィードフォワード制御を行っても良い。
【００５０】
なお、半導体レーザ素子１００の共振器長は１５００μｍであり、突き出し量Ｌが共振器長の１／１５となっている。しかしながら、本発明はこれに限られない。
図９の結果からは、共振器長１５００μｍの半導体レーザ素子において、突き出し量Ｌが１００μｍ以上（つまり１００μｍ≦Ｌ）で、光スイッチ動作が認められている。より好ましいＬの範囲は、図８に示す特性が良好に得られた１００μｍ≦Ｌ≦２００μｍである。一方、図９に示された突き出し量Ｌの最大値は約２００μｍであるが、基本的に、突き出し量Ｌが大きいほど先端部の温度が高温となりやすい。従って、実施の形態１にかかる光スイッチ素子２０においては、突き出し量Ｌが２００μｍ以上の場合でも光スイッチ動作が実現されると考えられる。このため、突き出し量Ｌを、２００μｍ以上あるいは共振器長の２／１５以上としてもよい。一方、上限については、Ｌは共振器長未満の値に設定される。突き出し量Ｌの原理的な上限は共振器長（本実施の形態では１５００μ）だと考えられるからである。
【００５１】
実施の形態１にかかる光スイッチ素子２０では、半導体レーザ素子１００を搭載する台座を、サブマウント１３および金属ブロック１４の積層構造としている。しかしながら、低融点ハンダを用いるなどして、半導体レーザ素子１００を、直接に金属ブロック１４にダイボンドしてもよい。この場合は、半導体レーザ素子１００の前端面１１の突き出し量Ｌは、金属ブロック１４の前端面を基準として決まる。なお、金属ブロックに代えて、金属以外の高熱伝導率材料（セラミックス等）からなる放熱ブロックを用いても良い。
【００５２】
また、実施の形態１では、半導体レーザ素子１００が、ＧａＩｎＰ引張歪活性層を備え６４０ｎｍブロードエリア型のファブリペロー半導体レーザ素子である。しかしながら本発明はこれに限るものではなく、ブロードエリア半導体レーザ素子ではない通常のシングルモードの半導体レーザ素子であってもよい。ブロードエリア半導体レーザ素子を用いる場合も、複数の水平横モードが許容可能なものであればよく、活性層の歪の無いものや６４０ｎｍ以外の発振波長のものであってもよい。なお、前述した原因（１）の屈折率変化に伴う全反射を利用して光スイッチ動作を行う観点からは、シングルモードの半導体レーザ素子に比してブロードエリア半導体レーザ素子のほうが光スイッチ動作をより確実に達成できる。
【００５３】
なお、実施の形態１では、光スイッチ素子２０のパッケージ構造をＣＡＮパッケージとしている。しかしながら、台座（サブマウント１３および金属ブロック１４）上において半導体レーザ素子１００の前端面１１側を突き出すように配置することは、従来の各種パッケージ内でも同様に行うことができる。従って、ＣＡＮパッケージ以外の、例えばフラットパッケージ、バタフライ型パッケージ、表面実装パッケージその他の各種の公知の光モジュール用パッケージを用いても良い。
【００５４】
光スイッチ２００は各種の用途に使用可能である。例えば、光スイッチ２００は、光変調器や光通信デバイス（光送信モジュール）に使用可能であり、光ファイバを用いた光通信機器に使用可能である。通信以外の用途でもよく、光スイッチ機能を用いる各種装置、機器に使用されても良い。
【００５５】
特に、実施の形態１にかかる光スイッチ２００を光変調器として用いた場合には、従来の光変調器と比べて、下記に述べる有利な効果が得られる。直接変調方式では、電気信号を光信号に変換するにあたり、電気信号に基づいて半導体レーザ素子の駆動電流を制御する。一方、外部変調方式では、半導体レーザ素子に安定なレーザ光を発振させたうえで、その後に外部変調器を用いて変調（つまりレーザ光のオン／オフ切替）を行う。
直接変調方式では、一般に、外部変調方式と比べて高速化や長距離伝送が難しいとされ、その一方で、小型および低消費電力等の利点があるとされる。この点、光スイッチ２００を用いた光変調器では、半導体レーザ素子１００に対して十分に高いバイアス電流に微小な変調電流ΔＩを重畳させた駆動電流を与えることによって光変調を実現することができる。よって、高い駆動電流領域において半導体レーザ素子１００に安定なレーザ光を発振させたうえで、前端面１１近傍部分の光学的特性の温度変化現象を利用して光スイッチ動作を実現することができる。このような実施の形態１にかかる光変調方式は、高速動作等の面で、従来の直接変調方式よりも有利な効果を発揮すると考えられる。
【００５６】
このような高速変調の利点および簡易かつ小型軽量の利点などを活かして、実施の形態１にかかる光スイッチ２００を、各種の光通信デバイスおよび光通信システムに適用可能である。光スイッチ２００が、光通信向けの伝送用モジュールとして提供されても良い。光スイッチ素子２０を光ファイバと結合させてもよい。光スイッチ素子２０と光ファイバを含む各種光導波路とを直接的に結合させてもよいし、１つ以上のレンズを介して光スイッチ素子２０と光ファイバ等との結合をとってもよい。ユーザは光スイッチ２００の光出力を所望の態様で使用することができる。
【００５７】
実施の形態２．
［実施の形態２の構成］
図１０は、本発明の実施の形態２にかかる光スイッチ３００の構成を示すブロック図である。実施の形態２にかかる光スイッチ３００は、温度制御回路２１６に代えて温度制御回路３１６を備えている点を除き、実施の形態１にかかる光スイッチ２００と同様の構成を備えている。
【００５８】
図１０に示すように、光スイッチ３００においても、光スイッチ素子２０にペルチエ素子５０が取り付けられている。ペルチエ素子５０は、金属ブロック１４の温度を変化させるための温度調節素子として機能する。
【００５９】
温度制御回路３１６は、ペルチエ素子５０の電流を調節して、金属ブロック１４を温度Ｔｃに制御する回路である。温度Ｔｃは、温度バイアス成分であるＴｂに、スイッチ信号に基づいて変化する温度成分ΔＴが加えられた温度である（Ｔｃ＝Ｔｂ＋ΔＴ）。便宜上、このΔＴを「変調温度」とも称す。実施の形態２では、Ｔｂ＝１５℃とし、ΔＴ＝５℃とする。温度制御回路３１６は、外部からのスイッチ信号の入力を受ける入力端子を備えている。温度制御回路３１６は、入力端子からのスイッチ信号に基づいて、ペルチエ素子５０の電流を変化させる回路を備えている。
【００６０】
［実施の形態２の光スイッチ動作］
実施の形態２にかかる光スイッチ３００の使用時には、先ず、金属ブロック１４と金線１５の間に１．７Ａの電流（バイアス電流Ｉｂ）を流した状態とし、さらに、金属ブロックの温度がバイアス温度（Ｔｂ＝１５℃）となるようにペルチエ素子５０の電流値を調節する。この状態で、更に、スイッチ信号に基づいて金属ブロック１４の温度が５℃上昇するように（つまり金属ブロック１４の温度が１５℃と２０℃との間で変化するように）、ペルチエ素子５０の電流が調節される。
【００６１】
図１１は、本発明の実施の形態２にかかる光スイッチ３００の動作を説明するための図である。図１１中の各グラフは図８と同一である。
金属ブロック１４の温度Ｔｃが２０℃の場合には、駆動電流が閾値Ｉｔｈ２（＝１．６Ａ）を超えると半導体レーザ素子１００の光出力が可逆的に低下する。金属ブロック１４の温度Ｔｃが１５℃の場合には、駆動電流が閾値Ｉｔｈ２（＝１．６Ａ）を超えても半導体レーザ素子１００の光出力が低下しない。このため、ペルチエ素子５０が金属ブロック１４の温度を第１の温度（Ｔｃ＝２０℃）と第２の温度（Ｔｃ＝１５℃）の間で変化させることにより、半導体レーザ素子１００の光出力のオンとオフを切り替えることができる。
【００６２】
特に、実施の形態２においては、駆動電流が１．７Ａ程度であって金属ブロック１４の温度が１５℃の場合には、半導体レーザ素子１００の光出力は約１．３Ｗとなる（図１１のＰ１）。金属ブロック１４の温度を５℃高くした場合（つまり２０℃とした場合）には、駆動電流が１．７Ａでは半導体レーザ素子１００からの出力がほぼゼロとなる（図１１のＰ２）。一方、金属ブロック１４の温度を１５℃に戻した場合には、駆動電流が１．７Ａでは半導体レーザ素子１００からの出力が約１．３Ｗに戻る。このように１．７Ａのバイアス電流および１５℃のバイアス温度を与えた状態においてさらに５℃の温度変化を加えることで、図１１の点Ｐ１と点Ｐ２の間で光出力を切り替えることができ、約１．３Ｗの光出力を速やかにオン／オフすることが可能となる。
【００６３】
このような温度変化に伴う可逆的な光出力低下を、光スイッチ動作に利用することができる。なお、本発明は上記具体的数値に限定されるものではなく、バイアス温度Ｔｂを１５℃以上又は未満としたり、変調温度ΔＴを５℃以上又は未満としたりしてもよい。
【００６４】
なお、実施の形態２にかかる光スイッチ３００も、実施の形態１の場合と同様に各種の用途に用いることができる。スイッチ信号として変調信号を与えて、変調信号に基づいて温度制御回路３１６の温度制御を実施するようにすれば、光スイッチ３００を光変調器として用いることができる。
【００６５】
実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３にかかる光スイッチ素子４００の斜視図であり、光スイッチ素子４００が有する半導体レーザ素子１００近傍の拡大図である。光スイッチ素子４００は、実施の形態１にかかる光スイッチ素子２０と同様に半導体レーザ素子１００（図４参照）を備えると共に、サブマウント４１３および金属ブロック４１４を備えている。実施の形態１では前端面１１を台座（サブマウント１３の端面）から突き出したが、実施の形態３では、逆に、後端面１２を台座（サブマウント４１３の端面）から突き出すものである。
【００６６】
半導体レーザ素子１００は、サブマウント４１３上にジャンクションを下にして接続され、後端面１２はサブマウント４１３の端面よりもＬだけ後ろに突き出してダイボンドされている。実施の形態３では、このＬを１００μｍとする。半導体レーザ素子１００を搭載したサブマウント４１３は金属ブロック４１４上にボンディングされている。半導体レーザ素子１００の上面には金線４１５がワイヤボンドされている。サブマウント４１３は、サブマウント１３と同様に、熱応力の緩和や半導体レーザ素子１００の放熱を行うために設けられる。
【００６７】
実施の形態３における後端面１２側部分は、サブマウント４１３と接触していないので、実施の形態１における前端面１１側部分と同様に、放熱性が低い。後端面１２近傍部分の温度がある程度高くなることで、後端面１２の近傍部分のバンドギャップが狭くなる。その一方で、半導体レーザ素子１００の中央部の温度は、サブマウント４１３等の放熱により、後端面１２近傍部分の温度よりも低い。
実施の形態１で述べた原因（２）で述べた知見に基づけば、このような状況下では、半導体レーザ素子１００のレーザ光が後端面１２近傍部分で吸収されて、光出力の可逆的な低下（光スイッチ動作）を生じさせることができる。
【００６８】
なお、実施の形態３にかかる光スイッチ素子４００に対しても、実施の形態１で述べた各種の変形を行うことができる。例えば突き出し量Ｌを、共振器長の１／１５以上の値としてもよい。
【００６９】
なお、実施の形態３ではパッケージ構造の図示を省略しているが、例えばフラットパッケージ、バタフライ型パッケージ、表面実装パッケージ等の各種の公知のパッケージ構造を光スイッチ素子４００に採用すればよい。これらのパッケージ構造中において、台座（サブマウント又は金属ブロック）の端部から後端面側に突き出して半導体レーザ素子１００を配置すればよい。台座（サブマウント又は金属ブロック）の共振器長方向の寸法を小さめに設計して、後端面１２側への突き出し構造を実現してもよい。ＣＡＮパッケージの場合は、台座と半導体レーザ素子１００の後端面１２側部分とを非接触とするために、台座の後端面１２側部分に凹部や開口等を設けてもよい。
【００７０】
なお、実施の形態１では半導体レーザ素子１００を前端面１１側に突き出し、実施の形態３では半導体レーザ素子１００を後端面１２側に突き出している。しかしながら、前端面１１側と、後端面１２側の両方に突き出してもよい。
【００７１】
実施の形態４．
実施の形態１では、半導体レーザ素子１００の台座をサブマウント１３および金属ブロック１４で構成し、この台座（サブマウント１３）の端部から半導体レーザ素子の端部を突き出し、この突き出し構造により半導体レーザ素子１００の端部の温度が高温とされている。これに対し、実施の形態４は、「半導体レーザ素子の端部近傍部分」と「台座における半導体レーザ素子の中央部側部分」とで温度差が生じるように構成された台座を用いることにより、半導体レーザ素子１００の端部の温度を高温とするものである。
【００７２】
図１３は、本発明の実施の形態４にかかる光スイッチにおける光スイッチ素子５００の構成を示す図である。図１３は、光スイッチ素子５００が有する半導体レーザ素子１００近傍の拡大図である。光スイッチ素子５００では、図１０に示すように、半導体レーザ素子１００の台座が、サブマウント１３、金属ブロック１４および補助台座５０２によって構成されている。なお、図１３で示す構成を除き、光スイッチ素子５００は、実施の形態１の光スイッチ素子２０と同様の構成を備えている。また、実施の形態４にかかる光スイッチは、光スイッチ素子２０が光スイッチ素子５００に置換されている点を除き、実施の形態１の光スイッチ２００と同様の構成を備えるものとする。
【００７３】
補助台座５０２は、サブマウント１３および金属ブロック１４よりも熱伝導率の低い材料（熱抵抗の大きい材料）からなる。補助台座５０２の材質や長さＬ２は、前端面１１の温度が実施の形態１の光スイッチ素子２０と同等になるように設計すればよい。このようにして、半導体レーザ素子１００の前端面１１近傍部分の放熱性を低下させて、前端面１１近傍部分を高温としてもよい。
【００７４】
実施の形態５．
図１４は、本発明の実施の形態５にかかる光スイッチにおける光スイッチ素子５１０の構成を示す図である。図１４は、光スイッチ素子５１０が有する半導体レーザ素子１００近傍の拡大図である。実施の形態５にかかる光スイッチは、光スイッチ素子２０が光スイッチ素子５１０に置換されている点を除き、実施の形態１の光スイッチ２００と同様の構成を備えるものとする。
【００７５】
光スイッチ素子５１０は、熱伝導性材料で形成された補助台座５１２と、補助台座５１２に取り付けられたペルチエ素子５１３とを有している。このペルチエ素子５１３で、補助台座５１２を加熱することができる。ペルチエ素子５１３の温度制御は温度制御回路５１４により行う。補助台座５１２と、サブマウント１３及び金属ブロック１４との間には、断熱性が確保できる程度の隙間が設けられる。この隙間にある封止ガス（空気等）が断熱層となって、補助台座５１２と金属ブロック１４（及び金属ブロック１４と接続するステムやパッケージ本体）との断熱が確保される。なお、隙間を設ける構成に代えて、サブマウント１３及び金属ブロック１４と補助台座５１２との間に、断熱用補助台座を配置しても良い。断熱用補助台座は、金属ブロック１４よりも十分に熱伝導率の低い材料（熱抵抗の大きい材料）で作成する。ペルチエ素子５１３により補助台座５１２を加熱し、半導体レーザ素子１００の前端面１１近傍部分を高温とすることができる。
【００７６】
本願発明者は、前述した実施の形態１にかかる光スイッチ動作が、実施の形態１で説明した２つの原因（原因（１）と原因（２））の影響によるものと考えている。前述したように、原因（１）は屈折率の温度変化であり、原因（２）は光吸収特性の温度変化である。
ここで、便宜上、「前端面１１側端部の屈折率と、半導体レーザ素子１００のレーザ光が前端面１１で全反射する屈折率とが一致するときの、前端面１１側の端部の温度」を、第１閾温度と称す。原因（１）によれば、前端面１１側の端部の温度が第１閾温度に達することで、可逆的に、光出力が低下する。この閾温度の前後で温度変化を生じさせることで、レーザ光をオン／オフできる光スイッチが提供される。
また、「半導体レーザ素子１００の端部の光吸収波長と、半導体レーザ素子１００のレーザ光の波長とが一致するときの、当該端部の温度」を、便宜上、第２閾温度と称す。原因（２）によれば、前端面１１又は後端面１２側の端部の温度がこの第２閾温度に達することで、可逆的に、光出力が低下する。
この第１閾温度や第２閾温度の前後で温度を変化させるように温度制御を行うことにより、レーザ光をオン／オフできる光スイッチ動作を実現することができる。
【００７７】
光スイッチ素子５１０によれば、ペルチエ素子５１３および温度制御回路５１４によって、スイッチ信号に基づいて前端面１１の温度（前端部温度）を上昇させることができる。また、スイッチ信号に基づいて半導体レーザ素子１００の端部と中央部との間の温度差を制御することもできる。これにより上記の各閾温度の前後で温度変化を生じさせて、光スイッチ動作を実現してもよい。また、温度制御回路５１４が変調信号に基づいて光出力をオン／オフ（又は増大／減少）することにより、光変調器も提供される。
【００７８】
なお、上記説明した複数の実施の形態は、適宜に組み合わせて用いることができる。例えば、実施の形態３または４にかかる光スイッチを、実施の形態１にかかる光スイッチ素子２０同様のＣＡＮパッケージ内にパッケージングしてもよい。また、例えば、実施の形態２にかかる光スイッチ３００において、光スイッチ素子２０を実施の形態３または４にかかる光スイッチ素子に置き換えてもよく、さらに、実施の形態１で述べた各種変形や実施の形態２で述べた各種変形を行ってもよい。
【００７９】
実施の形態４にかかる光スイッチ素子５００、および実施の形態５にかかる光スイッチ素子５１０は、前端面１１側に補助台座等を設けている。しかしながら、実施の形態２にかかる光スイッチ素子４００（図９参照）のように後端面１２を突き出す構造に対して実施の形態４を組み合わせても良い。つまり、光スイッチ素子４００の後端面１２側に、光スイッチ素子５００および光スイッチ素子５１０の補助台座等を設けても良い。
【符号の説明】
【００８０】
１  電極、２  基板、３  クラッド層、４  ガイド層、５  引張歪活性層、６  ガイド層、７  クラッド層、８  コンタクト層、９  絶縁膜、１０  電極、１１  前端面、１２  後端面、１３  サブマウント、１４  金属ブロック、１５  金線、２０  光スイッチ素子、２４  光スイッチ素子本体、２８  キャップ、２８ａ  鍔部、２８ｂ  キャップ本体、２８ｃ  窓、３２  ステム、３２ａ  表面、３６  リードピン、４０  貫通孔、４４  ハーメチック、４６  駆動回路、５０  ペルチエ素子、１００  半導体レーザ素子、２００  光スイッチ、２１０  駆動回路、２１６  温度制御回路、２１８  温度モニタ素子、３００  光スイッチ、３１６  温度制御回路、４００  光スイッチ素子、４１３  サブマウント、４１４  金属ブロック、４１５  金線、５００  光スイッチ素子、５０２  補助台座、５１０  光スイッチ素子、５１２  補助台座、５１３  ペルチエ素子、５１４  温度制御回路
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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