特開 2022-155469 光デバイス及び光システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022155469

(43)【公開日】2022-10-13

(54)【発明の名称】光デバイス及び光システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 43/08 20060101AFI20221005BHJP

   G02B 6/12 20060101ALI20221005BHJP

   G02F 1/035 20060101ALN20221005BHJP

【ＦＩ】

H01L43/08 U

G02B6/12 301

H01L43/08 Z

G02F1/035

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021206036

(22)【出願日】2021-12-20

(31)【優先権主張番号】P 2021056795

(32)【優先日】2021-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100163496

【弁理士】

【氏名又は名称】荒 則彦

(74)【代理人】

【識別番号】100169694

【弁理士】

【氏名又は名称】荻野 彰広

(74)【代理人】

【識別番号】100114937

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 裕幸

(72)【発明者】

【氏名】柴田 哲也

(72)【発明者】

【氏名】福澤 英明

(72)【発明者】

【氏名】菊川 隆

(72)【発明者】

【氏名】水野 友人

【テーマコード（参考）】

2H147

2K102

5F092

【Ｆターム（参考）】

2H147AB02

2H147AB06

2H147AB16

2H147AB17

2H147AC01

2H147BA05

2H147BA15

2H147BD03

2H147BG01

2H147CA13

2H147CB03

2H147CB05

2H147EA05A

2H147EA10D

2H147EA12A

2H147EA13A

2H147EA13C

2H147EA14B

2H147EA15B

2H147EA15C

2K102AA21

2K102BA01

2K102BB01

2K102BB04

2K102BC04

2K102BD08

2K102CA00

2K102DA04

2K102DB04

2K102DD05

2K102EA02

2K102EB22

5F092AA20

5F092AB10

5F092AC08

5F092AC12

5F092AD23

5F092BB08

5F092BB10

5F092BB22

5F092BB23

5F092BB26

5F092BB31

5F092BB34

5F092BB35

5F092BB36

5F092BB37

5F092BB42

5F092BB43

5F092BB53

5F092BC04

5F092BC07

(57)【要約】

【課題】新規な光デバイスを提供する。
【解決手段】この光デバイスは、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とに挟まれたスペーサ層と、を有する少なくとも一つの磁性素子と、基板と、導波路と、を備え、前記導波路及び前記磁性素子は、前記基板の上又は上方にあり、前記導波路を伝搬する光の少なくとも一部は、前記磁性素子に照射される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とに挟まれたスペーサ層と、を有する少なくとも一つの磁性素子と、
基板と、
導波路と、を備え、
前記導波路及び前記磁性素子は、前記基板の上又は上方にあり、
前記導波路を伝搬する光の少なくとも一部は、前記磁性素子に照射される、光デバイス。

【請求項2】

電極をさらに備え、
前記電極から前記導波路の少なくとも一部に、前記磁性素子からの電気信号に基づいた電界を印加可能である、請求項１に記載の光デバイス。

【請求項3】

リフレクタをさらに備え、
前記リフレクタは、前記光の少なくとも一部を前記磁性素子に向かって反射する、請求項１又は２に記載の光デバイス。

【請求項4】

前記光の少なくとも一部は、前記磁性素子の積層方向と交差する方向から前記磁性素子に照射される、請求項１～３のいずれか一項に記載の光デバイス。

【請求項5】

前記光の少なくとも一部は、前記磁性素子の積層方向から前記磁性素子に照射される、請求項１～３のいずれか一項に記載の光デバイス。

【請求項6】

前記導波路は、モニタリング導波路をさらに備え、
前記光の少なくとも一部は、前記モニタリング導波路を伝搬する、請求項１～５のいずれか一項に記載の光デバイス。

【請求項7】

レーザーダイオードと光変調素子とをさらに備え、
前記レーザーダイオードは、前記導波路と光学的に接続され、
前記光変調素子は、前記レーザーダイオードと前記導波路との間にあり、前記導波路に至る光の強度を変調する、請求項１～６のいずれか一項に記載の光デバイス。

【請求項8】

前記少なくとも一つの磁性素子は、複数の磁性素子であり、
前記複数の磁性素子のうち第１磁性素子には、前記導波路を前記レーザーダイオードから前記導波路へ向かう方向に伝搬する光の少なくとも一部が照射され、
前記複数の磁性素子のうち第２磁性素子には、前記導波路から出力され、被照射体で反射された光の少なくとも一部が照射される、請求項７に記載の光デバイス。

【請求項9】

請求項７又は８に記載の光デバイスと、前記光デバイスから出力された光を被照射体まで導光する光学系と、を備える、光システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光デバイス及び光システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、導波路を用いた光デバイスに注目が集まっている。例えば、平面光波回路（Planar Lightwave Circuit:PLC）は光デバイスの一例であり、拡張現実（ＡＲ）グラスや小型プロジェクタに用いられている。また例えば、光変調器は光デバイスの一例であり、光通信に用いられている。

【0003】

例えば、特許文献１には、光デバイスの一例である波長分割多重回路が記載されている。特許文献１に記載の波長分割多重回路は、半導体フォトダイオード（ＰＤ）を可変波長光源の波長モニタとして用いている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－２２３７３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

別部材として作製された半導体フォトダイオードは、光デバイスの導波路に対して光軸の調整が必要である。また、別部材として作製された半導体フォトダイオードは、サイズが大きい。光デバイスの更なる発展のためには、新たなブレイクスルーが求められている。

【0006】

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、新規な光デバイス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】

【0007】

上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

【0008】

（１）第１の態様にかかる光デバイスは、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とに挟まれたスペーサ層と、を有する少なくとも一つの磁性素子と、基板と、導波路と、を備え、前記導波路及び前記磁性素子は、前記基板の上又は上方にあり、前記導波路を伝搬する光の少なくとも一部は、前記磁性素子に照射される。

【0009】

（２）上記態様にかかる光デバイスは、電極をさらに備え、前記電極から前記導波路の少なくとも一部に、前記磁性素子からの電気信号に基づいた電界を印加可能であってもよい。

【0010】

（３）上記態様にかかる光デバイスは、リフレクタをさらに備え、前記リフレクタは、前記光の少なくとも一部を前記磁性素子に向かって反射してもよい。

【0011】

（４）上記態様にかかる光デバイスにおいて、前記光の少なくとも一部は、前記磁性素子の積層方向と交差する方向から前記磁性素子に照射される構成でもよい。

【0012】

（５）上記態様にかかる光デバイスにおいて、前記光の少なくとも一部は、前記磁性素子の積層方向から前記磁性素子に照射される構成でもよい。

【0013】

（６）上記態様にかかる光デバイスにおいて、前記導波路は、モニタリング導波路をさらに備え、前記光の少なくとも一部は前記モニタリング導波路を伝搬してもよい。

【0014】

（７）上記態様にかかる光デバイスは、レーザーダイオードと光変調素子とをさらに備えてもよい。前記レーザーダイオードは、前記導波路と光学的に接続され、前記光変調素子は、前記レーザーダイオードと前記導波路との間にあり、前記導波路に至る光の強度を変調する。

【0015】

（８）上記態様にかかる光デバイスにおいて、前記少なくとも一つの磁性素子は、複数の磁性素子であり、前記複数の磁性素子のうち第１磁性素子には、前記導波路を前記レーザーダイオードから前記導波路へ向かう方向に伝搬する光の少なくとも一部が照射され、前記複数の磁性素子のうち第２磁性素子には、前記導波路から出力され、被照射体で反射された光の少なくとも一部が照射されてもよい。

【0016】

（９）第２の態様にかかる光システムは、上記態様にかかる光デバイスと、前記光デバイスから出力された光を被照射体まで導光する光学系と、を備える。

【発明の効果】

【0017】

上記態様にかかる光デバイス及び光システムは、新規な原理で光をモニタリングできる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】第１実施形態に係る光デバイスのブロック図である。

【図2】第１実施形態に係る光変調素子の平面図である。

【図3】第１実施形態に係る光変調素子の断面図である。

【図4】第１実施形態に係る光変調素子の磁性素子近傍の斜視図である。

【図5】第１実施形態に係る光変調素子の磁性素子近傍の断面図である。

【図6】第１実施形態に係る光変調素子のモニタリング回路の一例である。

【図7】第１実施形態に係る光変調素子のモニタリング回路の別の例である。

【図8】第１実施形態に係る磁性素子の断面図である。

【図9】第１実施形態に係る磁性素子の第１メカニズムを説明するための図である。

【図10】第１実施形態に係る磁性素子の第２メカニズムを説明するための図である。

【図11】第２実施形態に係る光変調素子の磁性素子近傍の斜視図である。

【図12】第２実施形態に係る光変調素子の磁性素子近傍の断面図である。

【図13】第２実施形態に係る光変調素子の磁性素子近傍の別の断面図である。

【図14】第３実施形態に係る光変調素子の平面図である。

【図15】第３実施形態に係る光変調素子の磁性素子近傍の第１例の斜視図である。

【図16】第３実施形態に係る光変調素子の磁性素子近傍の第２例の斜視図である。

【図17】第１変形例に係る光変調素子の磁性素子近傍の断面図である。

【図18】第２変形例に係る光変調素子の磁性素子近傍の断面図である。

【図19】第３変形例に係る光変調素子の平面図である。

【図20】第３変形例に係る光変調素子の断面図である。

【図21】第４変形例に係る光変調素子の断面図である。

【図22】第５変形例に係る光変調素子の平面図である。

【図23】第５変形例に係る光変調素子の断面図である。

【図24】第６変形例に係る光デバイスの平面図である。

【図25】第６変形例に係る光変調素子の断面図である。

【図26】第７変形例に係る光変調素子の平面図である。

【図27】第７変形例に係る光変調素子の磁性素子近傍の断面図である。

【図28】第７変形例の別の例に係る光変調素子の磁性素子近傍の断面図である。

【図29】第７変形例の別の例に係る光変調素子の磁性素子近傍の断面図である。

【図30】第７変形例の別の例に係る光変調素子の磁性素子近傍の斜視図である。

【図31】第８変形例に係る光デバイスの平面図である。

【図32】光デバイスを用いた光システムの概念図である。

【図33】第９変形例に係る光システムの概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。

【0020】

方向について定義する。基板１０（図３参照）が広がる面内の一方向をｘ方向、ｘ方向と直交する面内の方向をｙ方向とする。基板１０と直交する方向（ｘ方向及びｙ方向と直交する方向）をｚ方向とする。以下、＋ｚ方向を「上」、－ｚ方向を「下」と表現する場合がある。上下は、必ずしも重力が加わる方向とは一致しない。

【0021】

「第１実施形態」
図１は、第１実施形態に係る光デバイス２００のブロック図である。光デバイス２００は、光変調素子１００と制御部１５０とを備える。制御部１５０は、例えば、駆動回路１６０と直流バイアス印加回路１７０と制御回路１８０とを有する。光デバイス２００は、例えば、光変調器である。

【0022】

図１に示す光変調素子１００は、電気信号を光信号に変換する。光変調素子１００は、入力された入力光Ｌ_ｉｎを変調信号Ｓｍに応じて出力光Ｌ_ｏｕｔに変換する。本明細書における光とは、可視光線に限らず、可視光線よりも波長の長い赤外線や、可視光線よりも波長の短い紫外線も含む。可視光線の波長は例えば、３８０ｎｍ以上８００ｎｍ未満である。赤外線の波長は例えば、８００ｎｍ以上１ｍｍ以下である。紫外線の波長は例えば、２００ｎｍ以上３８０ｎｍ未満である。

【0023】

駆動回路１６０は、変調信号Ｓｍに応じた変調電圧Ｖｍを光変調素子１００の電極（後述する電極４１および電極４２）に印加する。直流バイアス印加回路１７０は、直流バイアス電圧Ｖｄｃを光変調素子１００の電極（後述する電極４３および電極４４）に印加する。制御回路１８０は、光変調素子１００が有する磁性素子３０からの電気信号Ｓｆを受信し、電気信号Ｓｆに基づいた信号を直流バイアス印加回路１７０に送る。

【0024】

図２は、第１実施形態に係る光変調素子１００の平面図である。図３は、第１実施形態に係る光変調素子１００の断面図であり、図２におけるＡ－Ａ’に沿って切断した断面である。図２には、電源１６１、１７１及び終端抵抗Ｒを合わせて図示している。

【0025】

光変調素子１００は、基板１０と導波路２０と磁性素子３０と電極４１、４２、４３、４４とを備える。

【0026】

電極４１の第１端４１ａ及び電極４２の第１端４２ａは、例えば、電源１６１に接続されている。電極４１の第２端４１ｂ及び電極４２の第２端４２ｂは、例えば、終端抵抗Ｒに接続されている。電源１６１は、駆動回路１６０の一部である。

【0027】

電極４３の第１端４３ａ及び電極４４の第１端４４ａは、例えば、電源１７１に接続されている。電源１７１は、直流バイアス印加回路１７０の一部である。

【0028】

基板１０は、例えば、酸化アルミニウムを含む。基板１０は、例えば、サファイアである。基板１０は、シリコン等の半導体基板でもよい。

【0029】

導波路２０は、基板１０上に形成されている。導波路２０は、例えば、第１導波路２１と第２導波路２２と入力導波路２３と出力導波路２４と分岐部２５と結合部２６とモニタリング導波路２７とを有する。

【0030】

入力導波路２３は、入力光Ｌ_ｉｎが入力される入力端を有し、分岐部２５に繋がる。分岐部２５は、入力導波路２３と第１導波路２１及び第２導波路２２との間にある。

【0031】

第１導波路２１及び第２導波路２２は、例えば、ｘ方向に延びる。第１導波路２１と第２導波路２２のｘ方向の長さは、例えば、略同一である。

【0032】

結合部２６は、第１導波路２１及び第２導波路２２と出力導波路２４との間にある。出力導波路２４は、結合部２６に繋がり、出力光Ｌ_ｏｕｔが出力される出力端を有する。

【0033】

モニタリング導波路２７は、例えば、出力導波路２４に接続されている。モニタリング導波路２７には、出力導波路２４を伝搬する光の少なくとも一部が伝搬する。以下、導波路２０を伝搬する光の少なくとも一部をモニタリング光と称する場合がある。モニタリング導波路２７は、光の状態をモニタリングしたい部分に合わせて、導波路２０の出力導波路２４以外の部分に接続されていてもよい。

【0034】

図３に示すように、第１導波路２１及び第２導波路２２は、スラブ２０Ｓの一部とリッジ形状部２０Ｔによって構成されている。スラブ２０Ｓは、基板１０上に広がる。リッジ形状部２０Ｔは、スラブ２０Ｓの上面から突出する。スラブ２０Ｓは、導波路２０に印加する電界強度を高める。

【0035】

スラブ２０Ｓ及びリッジ形状部２０Ｔは、主成分としてニオブ酸リチウムを含む。したがって、導波路２０は、主成分としてニオブ酸リチウムを含む。ニオブ酸リチウムの一部元素は、他の元素に置換されていてもよい。導波路２０は、例えば、クラッド２８で被覆されている。クラッド２８は、例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２、Ｌａ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＨｆＯ_２、ＭｇＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＣａＦ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３等又はこれらの混合物である。スラブ２０Ｓ及びリッジ形状部２０Ｔの材料およびクラッド２８の材料はこの例に限られない。例えば、スラブ２０Ｓ及びリッジ形状部２０Ｔがシリコン又は酸化シリコンに酸化ゲルマニウムを添加したもので、クラッド２８が酸化シリコンでもよい。入力導波路２３、出力導波路２４、分岐部２５、結合部２６、モニタリング導波路２７も第１導波路２１及び第２導波路２２と同様の構成からなる。

【0036】

磁性素子３０は、モニタリング光が照射される位置にある。磁性素子３０は、例えば、モニタリング導波路２７の出力端の先（モニタリング導波路２７の延在方向）にある。磁性素子３０は、第１磁性素子の一例である。

【0037】

図４は、第１実施形態に係る光変調素子１００の磁性素子３０の近傍の斜視図である。図５は、第１実施形態に係る光変調素子１００の磁性素子３０の近傍の断面図である。

【0038】

導波路２０内を伝搬する光の少なくとも一部（モニタリング光）は、例えば、磁性素子３０に対して磁性素子３０の積層方向と交差する方向から照射される。モニタリング光は、例えば、磁性素子３０の側面に照射される。磁性素子３０は、導波路２０が形成された基板１０と同一の基板１０上に形成されている。すなわち、磁性素子３０と導波路２０とは、一つの物品の中に組み込まれている。導波路２０及び磁性素子３０は、基板１０の上又は基板１０の上方にある。

【0039】

磁性素子３０は、例えば、電極５１、５２と、ビア配線５３、５４と、入力端子５５と、出力端子５６と、電気的に接続されている。

【0040】

電極５１は、磁性素子３０の第１面に接続されている。電極５２は、磁性素子３０の第２面に接続されている。第１面と第２面とは、磁性素子３０の積層方向において互いに対向する。

【0041】

電極５１、５２は、導電性を有する材料を含む。電極５１、５２は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｕまたはＲｕなどの金属により構成される。これらの金属の上下にＴａやＴｉを積層してもよい。また電極５１、５２として、ＣｕとＴａの積層膜、ＴａとＣｕとＴｉの積層膜、ＴａとＣｕとＴａＮの積層膜を用いてもよい。また電極５１、５２として、ＴｉＮやＴａＮを用いてもよい。

【0042】

電極５１、５２は、磁性素子３０に照射される光の波長域に対して透過性を有してもよい。例えば、電極５１、５２は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）等の酸化物の透明電極材料を含む透明電極でもよい。また電極５１、５２は、こられの透明電極材料の中に複数の柱状金属を有する構成としてもよい。

【0043】

ビア配線５３は、入力端子５５と電極５１又は電極５２とを繋ぐ。入力端子５５は、例えば２つある。入力端子５５の一方には電流又は電圧が入力され、入力端子５５の他方は基準電位に接続されている。入力端子５５は、例えば、クラッド２８の上面に露出している。ビア配線５４は、出力端子５６と電極５１又は電極５２とを繋ぐ。出力端子５６は、例えば２つある。出力端子５６の一方からは信号が出力され、出力端子５６の他方は基準電位に接続されている。出力端子５６は、例えば、クラッド２８の上面に露出している。ビア配線５３、５４、入力端子５５及び出力端子５６は、導電性を有する材料を含む。ビア配線５３、５４、入力端子５５及び出力端子５６の材料としては、電極５１、５２の例として挙げたものと同じものを用いることができる。

【0044】

図６及び図７は、第１実施形態に係る光変調素子１００の磁性素子３０を用いた光のモニタリング回路の一例である。図６及び図７において、電極５１は、例えば、入力端子Ｐ_ｉｎ及び出力端子Ｐ_ｏｕｔに接続されている。図６及び図７において、電極５２は、例えば、基準電位端子Ｐ_Ｇに接続されている。入力端子Ｐ_ｉｎは、図４及び図５における入力端子５５の一方に対応する。出力端子Ｐ_ｏｕｔは、図４及び図５における出力端子５６の一方に対応する。基準電位端子Ｐ_Ｇは、図４及び図５における入力端子５５の他方及び出力端子５６の他方に対応する。図６及び図７における基準電位は、グラウンドＧである。グラウンドＧは光変調素子１００の外部に設けられてもよい。基準電位は、グラウンドＧ以外でもよい。

【0045】

磁性素子３０は、照射される光（モニタリング光Ｌ）の状態の変化を電気信号に置き換える。磁性素子３０からの出力電圧又は出力電流は、照射される光（モニタリング光Ｌ）の強度によって変化する。

【0046】

入力端子Ｐ_ｉｎは、電流源ＰＳ１又は電圧源ＰＳ２に接続されている。電流源ＰＳ１及び電圧源ＰＳ２は、例えば、光変調素子１００の外部にある。入力端子Ｐ_ｉｎが電流源ＰＳ１に接続されている場合、出力端子Ｐ_ｏｕｔは、磁性素子３０の積層方向の抵抗値を電圧として出力する。入力端子Ｐ_ｉｎが電圧源ＰＳ２に接続されている場合、出力端子Ｐ_ｏｕｔは、磁性素子３０の積層方向の抵抗値を電流として出力する。磁性素子３０に外部から電流または電圧を印加する必要が無い場合は、入力端子Ｐ_ｉｎおよび電流源ＰＳ１または電圧源ＰＳ２は無くてもよい。

【0047】

図８は、第１実施形態に係る磁性素子３０の断面図である。図８では、電極５１、５２を同時に図示し、強磁性体の初期状態における磁化の向きを矢印で表している。

【0048】

磁性素子３０は、少なくとも第１強磁性層３１と第２強磁性層３２とスペーサ層３３とを有する。スペーサ層３３は、第１強磁性層３１と第２強磁性層３２との間に位置する。磁性素子３０は、これらの他に、第３強磁性層３４、磁気結合層３５、下地層３６、垂直磁化誘起層３７、キャップ層３８、側壁絶縁層３９等を有してもよい。磁性素子３０は、積層方向からの平面視における最長幅が、例えば２０００ｎｍ以下である。磁性素子３０は、積層方向からの平面視における最長幅が、例えば１０ｎｍ以上である。

【0049】

磁性素子３０は、例えば、スペーサ層３３が絶縁材料で構成されたＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）素子である。この場合、磁性素子３０は、第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１の状態と第２強磁性層３２の磁化Ｍ３２の状態との相対的な変化に応じて、積層方向の抵抗値（積層方向に電流を流した場合の抵抗値）が変化する。このような素子は磁気抵抗効果素子とも呼ばれる。

【0050】

第１強磁性層３１は、外部から光が照射されると磁化の状態が変化する光検知層である。第１強磁性層３１は、磁化自由層とも呼ばれる。磁化自由層は、所定の外部からのエネルギーが印加された際に磁化の状態が変化する磁性体を含む層である。所定の外部からのエネルギーは、例えば、外部から照射される光（モニタリング光Ｌ）、磁性素子３０の積層方向に流れる電流、外部磁場である。第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１は、第１強磁性層３１に照射される光（モニタリング光Ｌ）の強度に応じて、状態が変化する。

【0051】

第１強磁性層３１は、強磁性体を含む。第１強磁性層３１は、例えば、Ｃｏ、ＦｅまたはＮｉ等の磁性元素のいずれかを少なくとも含む。第１強磁性層３１は、上述のような磁性元素と共に、Ｂ、Ｍｇ、Ｈｆ、Ｇｄ等の非磁性元素を含んでもよい。第１強磁性層３１は、例えば、磁性元素と非磁性元素とを含む合金でもよい。第１強磁性層３１は、複数の層から構成されていてもよい。第１強磁性層３１は、例えば、ＣｏＦｅＢ合金、ＣｏＦｅＢ合金層をＦｅ層で挟んだ積層体、ＣｏＦｅＢ合金層をＣｏＦｅ層で挟んだ積層体である。

【0052】

第１強磁性層３１は、膜面内方向に磁化容易軸を有する面内磁化膜でも、膜面直方向（磁性素子３０の積層方向）に磁化容易軸を有する垂直磁化膜でもよい。

【0053】

第１強磁性層３１の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。第１強磁性層３１の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることが好ましい。第１強磁性層３１が垂直磁化膜の場合、第１強磁性層３１の膜厚が薄いと、第１強磁性層３１の上下にある層からの垂直磁気異方性印加効果が強まり、第１強磁性層３１の垂直磁気異方性が高まる。つまり、第１強磁性層３１の垂直磁気異方性が高いと、磁化Ｍ３１が膜面直方向に（元の状態に）戻ろうとする力が強まる。一方、第１強磁性層３１の膜厚が厚いと、第１強磁性層３１の上下にある層からの垂直磁気異方性印加効果が相対的に弱まり、第１強磁性層３１の垂直磁気異方性が弱まる。

【0054】

第１強磁性層３１の膜厚が薄くなると強磁性体としての体積は小さくなり、厚くなると強磁性体としての体積は大きくなる。外部からのエネルギーが加わったときの第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１の反応しやすさは、第１強磁性層３１の磁気異方性（Ｋｕ）と体積（Ｖ）との積（ＫｕＶ）に反比例する。つまり、第１強磁性層３１の磁気異方性と体積との積が小さくなると、光に対する反応性が高まる。このような観点から、光に対する反応を高めるためには、第１強磁性層３１の磁気異方性を適切に設計したうえで第１強磁性層３１の体積を小さくすることが好ましい。

【0055】

第１強磁性層３１の膜厚が２ｎｍより厚い場合は、例えばＭｏ，Ｗからなる挿入層を第１強磁性層３１内に設けてもよい。すなわち、強磁性層、挿入層、強磁性層が順に積層された積層体を第１強磁性層３１としてもよい。挿入層と強磁性層との界面における界面磁気異方性により第１強磁性層３１全体の垂直磁気異方性が高まる。挿入層の膜厚は、例えば、０．１ｎｍ～０．６ｎｍである。

【0056】

第２強磁性層３２は、磁化固定層である。磁化固定層は、所定の外部からのエネルギーが印加された際に磁化の状態が磁化自由層よりも変化しにくい磁性体からなる層である。例えば、磁化固定層は、所定の外部からのエネルギーが印加された際に磁化の向きが磁化自由層よりも変化しにくい。また、例えば、磁化固定層は、所定の外部からのエネルギーが印加された際に磁化の大きさが磁化自由層よりも変化しにくい。第２強磁性層３２の保磁力は、例えば、第１強磁性層３１の保磁力よりも大きい。第２強磁性層３２は、例えば第１強磁性層３１と同じ方向に磁化容易軸を有する。第２強磁性層３２は、面内磁化膜でも、垂直磁化膜でもよい。

【0057】

第２強磁性層３２を構成する材料は、例えば、第１強磁性層３１と同様である。第２強磁性層３２は、例えば、０．４ｎｍ～１．０ｎｍの厚みのＣｏ、０．１ｎｍ～０．５ｎｍの厚みのＭｏ、０．３ｎｍ～１．０ｎｍの厚みのＣｏＦｅＢ合金、０．３ｎｍ～１．０ｎｍの厚みのＦｅが順に積層された積層体でもよい。

【0058】

第２強磁性層３２の磁化Ｍ３２は、例えば、磁気結合層３５を介した第３強磁性層３４との磁気結合によって固定してもよい。この場合、第２強磁性層３２、磁気結合層３５及び第３強磁性層３４を合わせたものを磁化固定層と称する場合もある。

【0059】

第３強磁性層３４は、例えば、第２強磁性層３２と磁気結合する。磁気結合は、例えば、反強磁性的な結合であり、ＲＫＫＹ相互作用により生じる。第３強磁性層３４を構成する材料は、例えば、第１強磁性層３１と同様である。磁気結合層３５は、例えば、Ｒｕ、Ｉｒ等である。

【0060】

スペーサ層３３は、第１強磁性層３１と第２強磁性層３２との間に配置される非磁性層である。スペーサ層３３は、導電体、絶縁体もしくは半導体によって構成される層、又は、絶縁体中に導体によって構成される通電点を含む層で構成される。スペーサ層３３の膜厚は、後述する初期状態における第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１と第２強磁性層３２の磁化Ｍ３２の配向方向に応じて調整できる。

【0061】

例えば、スペーサ層３３が絶縁体からなる場合は、磁性素子３０は、第１強磁性層３１とスペーサ層３３と第２強磁性層３２とからなる磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｕｎｎｅｌ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を有する。このような素子はＭＴＪ素子と呼ばれる。この場合、磁性素子３０はトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を発現することができる。スペーサ層３３が金属からなる場合は、磁性素子３０は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を発現することができる。このような素子はＧＭＲ素子と呼ばれる。磁性素子３０は、スペーサ層３の構成材料によって、ＭＴＪ素子、ＧＭＲ素子などと呼び名が異なることがあるが、総称して磁気抵抗効果素子とも呼ばれる。

【0062】

スペーサ層３３が絶縁材料で構成される場合、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン又は酸化ケイ素等を含む材料を用いることができる。また、これら絶縁材料に、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉ、Ｍｇなどの元素や、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどの磁性元素を含んでもよい。第１強磁性層３１と第２強磁性層３２との間に高いＴＭＲ効果が発現するようにスペーサ層３３の膜厚を調整することで、高い磁気抵抗変化率が得られる。ＴＭＲ効果を効率よく利用するためには、スペーサ層３３の膜厚は、０．５～５．０ｎｍ程度としてもよく、１．０～２．５ｎｍ程度としてもよい。

【0063】

スペーサ層３３を非磁性導電材料で構成する場合、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ又はＲｕ等の導電材料を用いることができる。ＧＭＲ効果を効率よく利用するためには、スペーサ層３３の膜厚は、０．５～５．０ｎｍ程度としてもよく、２．０～３．０ｎｍ程度としてもよい。

【0064】

スペーサ層３３を非磁性半導体材料で構成する場合、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫、酸化ゲルマニウム、酸化ガリウム又はＩＴＯ等の材料を用いることができる。この場合、スペーサ層３３の膜厚は１．０～４．０ｎｍ程度としてもよい。

【0065】

スペーサ層３３として非磁性絶縁体中の導体によって構成される通電点を含む層を適用する場合、酸化アルミニウムまたは酸化マグネシウムによって構成される非磁性絶縁体中に、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌなどの非磁性の導体によって構成される通電点を含む構造としてもよい。また、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどの磁性元素によって導体を構成してもよい。この場合、スペーサ層３３の膜厚は、１．０～２．５ｎｍ程度としてもよい。通電点は、例えば、膜面に垂直な方向からみたときの直径が１ｎｍ以上５ｎｍ以下の柱状体である。

【0066】

下地層３６は、第２強磁性層３２と電極５２との間にある。下地層３６は、シード層又はバッファ層である。シード層は、シード層上に積層される層の結晶性を高める。シード層は、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｈｆ、Ｚｒ、ＮｉＦｅＣｒである。シード層の膜厚は、例えば１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。バッファ層は、異なる結晶間の格子不整合を緩和する層である。バッファ層は、例えば、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ又はこれらの元素の窒化物である。バッファ層の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。

【0067】

キャップ層３８は、第１強磁性層３１と電極５１との間にある。キャップ層３８は、プロセス過程で下層へのダメージを防ぐと共に、アニール時に下層の結晶性を高める。キャップ層３８の膜厚は、第１強磁性層３１に十分な光が照射されるように、例えば３ｎｍ以下である。キャップ層３８は、例えば、ＭｇＯ、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒまたはこれらの積層膜などである。

【0068】

垂直磁化誘起層３７は、第１強磁性層３１が垂直磁化膜の場合に形成される。垂直磁化誘起層３７は、第１強磁性層３１上に積層される。垂直磁化誘起層３７は、第１強磁性層３１の垂直磁気異方性を誘起する。垂直磁化誘起層３７は、例えば酸化マグネシウム、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ等である。垂直磁化誘起層３７が酸化マグネシウムの場合は、導電性を高めるために、酸化マグネシウムが酸素欠損していることが好ましい。垂直磁化誘起層３７の膜厚は、例えば、０．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下である。

【0069】

側壁絶縁層３９は、第１強磁性層３１及び第２強磁性層３２を含む積層体の周囲を覆う。側壁絶縁層３９は、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇの酸化物、窒化物、酸窒化物である。

【0070】

磁性素子３０は、各層の積層工程、アニール工程、加工工程によって作製される。まず基板１０上（クラッド２８の一部の上）に、電極５２、下地層３６、第３強磁性層３４、磁気結合層３５、第２強磁性層３２、スペーサ層３３、第１強磁性層３１、垂直磁化誘起層３７、キャップ層３８の順に積層する。基板１０は、導波路２０が形成されている基板と同一である。各層は、例えば、スパッタリングにより成膜される。

【0071】

次いで、積層膜をアニールする。アニール温度は、例えば、２５０℃から４５０℃である。その後、積層膜をフォトリソグラフィ及びエッチングにより所定の柱状体に加工する。柱状体は、円柱でも角柱でもよい。例えば、柱状体を積層方向から見た際の最短幅は、１０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下としてもよく、３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下としてもよい。

【0072】

次いで、柱状体の側面を被覆するように、絶縁層を形成する。絶縁層は、側壁絶縁層３９となる。側壁絶縁層３９は、複数回に亘って積層してもよい。次いで、化学機械研磨（ＣＭＰ）により側壁絶縁層３９からキャップ層３８の上面を露出し、キャップ層３８上に、電極５１を作製する。上記工程により、磁性素子３０が得られる。磁性素子３０は、下地を構成する材料によらず作製できる。そのため、磁性素子３０は、接着層等を介さずに、導波路２０が形成された基板１０上に直接作製できる。磁性素子３０は、導波路２０と共に同じ基板１０上のプロセスにより形成することができる。例えば、導波路２０及び磁性素子３０は、同一の基板１０上に、真空成膜プロセスにより形成することが可能である。

【0073】

電極４１、４２、４３、４４は、導波路２０の少なくとも一部に電界を印加できる位置にある（図２、図３参照）。第１導波路２１には、電極４１、４３のそれぞれから電界を印加できる。電極４１、４３はそれぞれ、例えば、第１導波路２１とｚ方向からの平面視で重なる位置にある。電極４１、４３はそれぞれ、第１導波路２１の上方にある。第２導波路２２には、電極４２、４４のそれぞれから電界を印加できる。電極４２、４４はそれぞれ、例えば、第２導波路２２とｚ方向からの平面視で重なる位置にある。電極４２、４４はそれぞれ、第２導波路２２の上方にある。

【0074】

次いで、光デバイス２００の動作について説明する。光デバイス２００の動作には、電気信号を光信号に変換する光変調動作と、光変調状態をモニタリングし光変調状態を調整する調整動作とがある。

【0075】

まず光変調動作について説明する。光デバイス２００は、電気信号を光信号に変換する。光変調素子１００は、入力光Ｌ_ｉｎを出力光Ｌ_ｏｕｔに変調する。

【0076】

入力導波路２３から入力された入力光Ｌ_ｉｎは、第１導波路２１と第２導波路２２に分岐して伝搬する。第１導波路２１を伝搬する光と第２導波路２２を伝搬する光との位相差は、分岐した時点ではゼロである。

【0077】

電極４１と電極４２との間に電圧を印加すると、第１導波路２１及び第２導波路２２に電界が印加され、電気光学効果により第１導波路２１及び第２導波路２２の屈折率は変化する。電極４１及び４２には、変調信号Ｓｍに応じた変調電圧Ｖｍが印加される。変調信号Ｓｍに応じた変調電圧Ｖｍは、例えば、電源１６１によって印加される。例えば、第１導波路２１の屈折率は、基準の屈折率ｎから＋Δｎ変化し、第２導波路２２の屈折率は、基準の屈折率ｎから－Δｎ変化する。電極４１と電極４２とに印加する電圧は、例えば、絶対値が同じで、正負が反対であり、位相が互いにずれていない差動電圧である。

【0078】

第１導波路２１と第２導波路２２との屈折率が異なると、第１導波路２１を伝搬する光と第２導波路２２を伝搬する光との間に位相差が生じる。第１導波路２１及び第２導波路２２を伝搬した光は、出力導波路２４で合流し、出力光Ｌ_ｏｕｔとして出力される。

【0079】

出力光Ｌ_ｏｕｔは、第１導波路２１を伝搬する光と第２導波路２２を伝搬する光とを重ね合わせたものである。出力光Ｌ_ｏｕｔの強度は、第１導波路２１を伝搬する光と第２導波路２２を伝搬する光の位相差に応じて変化する。例えば、位相差がπの偶数倍の場合は光が強め合い、πの奇数倍の場合は光が弱め合う。このような手順で、光変調素子１００は、電気信号に応じて、入力光Ｌ_ｉｎを出力光Ｌ_ｏｕｔに変調する。

【0080】

次いで、調整動作について説明する。調整動作では、例えば、光変調素子１００の動作点を調整する。動作点は、変調電圧振幅の中心となる電圧である。動作点は、使用環境の温度等で変動する場合がある。使用中に動作点が変動した場合は、直流バイアス印加回路１７０及び制御回路１８０で補正する。制御回路１８０は、例えば、モニタリング光の状態に応じて、動作点の変動を補正する。モニタリング光の状態は、磁性素子３０で検出する。

【0081】

磁性素子３０からの出力電圧又は出力電流は、第１強磁性層３１に照射される光（モニタリング光）の強度により変化する。モニタリング光は、出力光Ｌ_ｏｕｔの一部が分岐したものであり、出力光Ｌ_ｏｕｔと同様の状態である。

【0082】

磁性素子３０からの出力電圧又は出力電流が光の照射によって変化する厳密なメカニズムはまだ明確になっていないが、例えば、以下の２つのメカニズムが考えられる。

【0083】

図９は、第１実施形態に係る磁性素子３０の動作の第１メカニズムを説明するための図である。図９の上のグラフは、縦軸が第１強磁性層３１に照射される光の強度であり、横軸が時間である。図９の下のグラフは、縦軸が磁性素子３０の積層方向の抵抗値であり、横軸が時間である。

【0084】

まず第１強磁性層３１に第１強度の光が照射された状態（以下、初期状態と称する）において、第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１と第２強磁性層３２の磁化Ｍ３２とは平行の関係にあり、磁性素子３０の積層方向の抵抗値は第１抵抗値Ｒ_１を示し、磁性素子３０からの出力電圧又は出力電流の大きさは第１の値を示す。第１強度は、第１強磁性層３１に照射される光の強度がゼロの場合でもよい。

【0085】

磁性素子３０の積層方向の抵抗値は、例えば、磁性素子３０の積層方向にセンス電流を流すと、磁性素子３０の積層方向の両端に電圧が発生し、その電圧値からオームの法則を用いて求められる。磁性素子３０からの出力電圧は、電極５１と電極５２との間に発生する。図９に示す例の場合、センス電流を第１強磁性層３１から第２強磁性層３２に向かって流すことが好ましい。この方向にセンス電流を流すことで、第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１に対して、第２強磁性層３２の磁化Ｍ３２と同じ方向のスピントランスファートルクが作用し、初期状態において磁化Ｍ３１と磁化Ｍ３２とが平行になる。また、この方向にセンス電流を流すことで、第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１が動作時に反転することを防止することができる。

【0086】

次いで、第１強磁性層３１に照射される光の強度が変化する。光の照射による外部からのエネルギーによって第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１は初期状態から傾く。第１強磁性層３１に光が照射されていない状態における第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１の方向と、光が照射された状態における磁化Ｍ３１の方向との角度は、いずれも０°より大きく９０°より小さい。

【0087】

第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１が初期状態から傾くと、磁気抵抗効果素子３０の積層方向の抵抗値は変化する。そして、磁性素子３０からの出力電圧又は出力電流は変化する。例えば、磁性素子３０に照射される光（モニタリング光Ｌ）の強度が大きくなるほど、磁化Ｍ３１の初期状態に対する傾きは大きくなる。例えば、第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１の傾きに応じて、磁性素子３０の積層方向の抵抗値は、第２抵抗値Ｒ_２、第３抵抗値Ｒ_３、第４抵抗値Ｒ_４と変化し、磁性素子３０からの出力電圧又は出力電流は第２の値、第３の値、第４の値と変化する。第１抵抗値Ｒ_１、第２抵抗値Ｒ_２、第３抵抗値Ｒ_３、第４抵抗値Ｒ_４の順に抵抗値は大きくなる。第１の値、第２の値、第３の値、第４の値の順に磁性素子３０からの出力電圧は大きくなる。磁性素子３０が定電圧源に接続されている場合、第１の値、第２の値、第３の値、第４の値の順に磁性素子３０からの出力電流は小さくなる。

【0088】

磁性素子３０は、磁性素子３０に照射される光（モニタリング光Ｌ）の強度が変化した際に、磁性素子３０からの出力電圧又は出力電流（磁性素子３０の積層方向の抵抗値）が変化する。したがって、磁性素子３０は、モニタリング光Ｌの強度を磁性素子３０からの出力電圧又は出力電流（磁性素子３０の抵抗値）として検出できる。

【0089】

第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１には第２強磁性層３２の磁化Ｍ３２と同じ方向のスピントランスファートルクが作用するので、第１強磁性層３１に照射される光の強度が第１強度に戻ると、初期状態から傾いた磁化Ｍ３１は、初期状態に戻る。磁化Ｍ３１が初期状態に戻ると、磁性素子３０の積層方向の抵抗値は、第１抵抗値Ｒ_１に戻り、磁性素子３０からの出力電圧又は出力電流は第１の値に戻る。

【0090】

ここでは初期状態において磁化Ｍ３１と磁化Ｍ３２とが平行な場合を例に説明したが、初期状態において磁化Ｍ３１と磁化Ｍ３２とが反平行でもよい。この場合、磁性素子３０の積層方向の抵抗値は、磁化Ｍ３１が傾くほど（磁化Ｍ３１の初期状態からの角度変化が大きくなるほど）小さくなる。磁化Ｍ３１と磁化Ｍ３２とが反平行な場合を初期状態とする場合は、センス電流は第２強磁性層３２から第１強磁性層３１に向かって流すことが好ましい。この方向にセンス電流を流すことで、第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１に対して、第２強磁性層３２の磁化Ｍ３２と反対方向のスピントランスファートルクが作用し、初期状態において磁化Ｍ３１と磁化Ｍ３２とが反平行になる。

【0091】

図１０は、第１実施形態に係る磁性素子３０の動作の第２メカニズムを説明するための図である。図１０の上のグラフは、縦軸が第１強磁性層３１に照射される光の強度であり、横軸が時間である。図１０の下のグラフは、縦軸が磁性素子３０の積層方向の抵抗値であり、横軸が時間である。

【0092】

図１０に示す初期状態は、図９に示す初期状態と同様である。図１０に示す例の場合も、センス電流を第１強磁性層３１から第２強磁性層３２に向かって流すことが好ましい。この方向にセンス電流を流すことで、第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１に対して、第２強磁性層３２の磁化Ｍ３２と同じ方向のスピントランスファートルクが作用し、初期状態が維持される。

【0093】

次いで、第１強磁性層３１に照射される光（モニタリング光）の強度が変化する。光の照射による外部からのエネルギーによって第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１の大きさは初期状態から小さくなる。第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１が初期状態から小さくなると、磁気抵抗効果素子３０の積層方向の抵抗値は変化する。そして、磁性素子３０からの出力電圧又は出力電流は変化する。例えば、磁性素子３０に照射される光（モニタリング光Ｌ）の強度が大きくなるほど、磁化Ｍ３１の大きさは小さくなる。例えば、第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１の大きさに応じて、磁性素子３０の積層方向の抵抗値は、第２抵抗値Ｒ_２、第３抵抗値Ｒ_３、第４抵抗値Ｒ_４と変化し、磁性素子３０からの出力電圧又は出力電流は第２の値、第３の値、第４の値と変化する。第１抵抗値Ｒ_１、第２抵抗値Ｒ_２、第３抵抗値Ｒ_３、第４抵抗値Ｒ_４の順に抵抗値は大きくなる。第１の値、第２の値、第３の値、第４の値の順に磁性素子３０からの出力電圧は大きくなる。磁性素子３０が定電圧源に接続されている場合、第１の値、第２の値、第３の値、第４の値の順に磁性素子３０からの出力電流は小さくなる。

【0094】

第１強磁性層３１に照射される光の強度が第１強度に戻ると、第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１の大きさは元に戻り、磁性素子３０は初期状態に戻る。すなわち、磁性素子３０の積層方向の抵抗値は、第１抵抗値Ｒ_１に戻り、磁性素子３０からの出力電圧又は出力電流は第１の値に戻る。

【0095】

図１０においても、初期状態において磁化Ｍ３１と磁化Ｍ３２とが反平行としてもよい。この場合、磁性素子３０の積層方向の抵抗値は、磁化Ｍ３１の大きさが小さくなるほど、小さくなる。磁化Ｍ３１と磁化Ｍ３２とが反平行な場合を初期状態とする場合は、センス電流は第２強磁性層３２から第１強磁性層３１に向かって流すことが好ましい。

【0096】

上述の手順を経て、出力光Ｌ_ｏｕｔの状態を磁性素子３０からの出力電圧又は出力電流（磁性素子３０の積層方向の抵抗値）として読み取ることができる。

【0097】

制御回路１８０は、磁性素子３０からの出力電圧又は出力電流（磁性素子３０の積層方向の抵抗値）、すなわち磁性素子３０からの電気信号を受信し、その結果に基づいた信号を直流バイアス印加回路１７０に送る。直流バイアス印加回路１７０は、制御回路１８０からの信号に基づき、電極４３と電極４４との間に直流バイアス電圧Ｖｄｃを印加し、第１導波路２１および第２導波路２２に電界を印加して光変調素子１００の動作点を調整する。直流バイアス電圧Ｖｄｃは、例えば、電源１７１によって印加される。このように、制御部１５０は、磁性素子３０からの電気信号に基づいて大きさを調整した電界を、電極４３と電極４４から第１導波路２１および第２導波路２２に印加する。

【0098】

上述のように、第１実施形態に係る光デバイス２００では、電極４３と電極４４とから、導波路２０（第１導波路２１および第２導波路２２）の少なくとも一部に磁性素子３０からの電気信号に基づいた電界を印加できる。上述のようなフィードバック動作により、光デバイス２００から出力される信号（出力光Ｌ_ｏｕｔ）の状態を調整できる。

【0099】

また第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１は、第１強磁性層３１の体積が小さいほど光の照射に対して変化しやすくなる。つまり、第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１は、第１強磁性層３１の体積が小さいほど光の照射により傾きやすい、又は、光の照射により小さくなりやすい。換言すると、第１強磁性層３１の体積を小さくすると、わずかな光量の光でも磁化Ｍ３１を変化させることができる。すなわち、第１実施形態に係る磁性素子３０は、高感度に光を検知できる。

【0100】

より正確には、磁化Ｍ３１の変化しやすさは、第１強磁性層３１の磁気異方性（Ｋｕ）と体積（Ｖ）との積（ＫｕＶ）の大きさで決定される。ＫｕＶが小さいほどより微小な光量でも磁化Ｍ３１は変化し、ＫｕＶが大きいほどより大きな光量でないと磁化Ｍ３１は変化しない。つまり、アプリケーションで使用する外部から照射する光の光量に応じて、第１強磁性層３１のＫｕＶを設計することになる。極めて微小な光量検出のようなことを想定した場合には、第１強磁性層３１のＫｕＶを小さくすることで、これらの微小な光量の光の検出が可能となる。このような微小な光量の光の検出は、従来のｐｎ接合の半導体では素子サイズを小さくすると難しくなるため、大きなメリットである。第１強磁性層３１の体積を小さくすることで、ＫｕＶを小さくできる。

【0101】

「第２実施形態」
図１１は、第２実施形態に係る光変調素子１０１の磁性素子３０近傍の斜視図である。図１２は、第２実施形態に係る光変調素子１０１の磁性素子３０近傍の断面図である。図１３は、第２実施形態に係る光変調素子１０１の磁性素子３０近傍の別の断面図である。第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。

【0102】

光変調素子１０１は、リフレクタ６０を有する。リフレクタ６０は、導波路２０を伝搬する光の少なくとも一部を磁性素子３０に向かって反射する。例えば、リフレクタ６０は、モニタリング導波路２７から出力されるモニタリング光を磁性素子３０に向かって反射する。リフレクタ６０は、モニタリング導波路２７の出力端からモニタリング光の進行方向の位置にある。リフレクタ６０は、モニタリング光の進行方向に対して傾斜する傾斜面を有する。

【0103】

リフレクタ６０は、光を反射するものである。リフレクタ６０は、例えば、反射鏡である。

【0104】

磁性素子３０は、クラッド２８上に形成された絶縁層６１内に形成されている。絶縁層６１は、例えば、側壁絶縁層３９と同様の材料である。磁性素子３０は、基板１０の上方にある。磁性素子３０は、導波路２０と異なる高さ位置にあり、導波路２０より基板１０から離れた位置にある。磁性素子３０は、例えば、リフレクタ６０の上方にある。

【0105】

リフレクタ６０で反射された光（モニタリング光）は、例えば、磁性素子３０に、磁性素子３０の積層方向から照射される。この場合、電極５２は、磁性素子３０に照射される光の波長域に対して透過性を有する。電極５２がモニタリング光の一部を透過することで、磁性素子３０にモニタリング光が照射される。ここでは、電極５２が電極５１よりリフレクタ６０側に配置される例を例示したが、電極５１が電極５２よりリフレクタ６０側に配置されてもよい（第１強磁性層３１が第２強磁性層３２よりリフレクタ６０側に配置されてもよい）。この場合、電極５１は、磁性素子３０に照射される光の波長域に対して透過性を有する。電極５１が電極５２よりリフレクタ６０側に配置されると、第１強磁性層３１へのモニタリング光の照射効率が高まる。

【0106】

第２実施形態にかかる光デバイスは、光デバイス２００と同様の効果を奏する。またリフレクタ６０により磁性素子３０に対するモニタリング光の照射方向を自由に設計できる。例えば、磁性素子３０に対して積層方向からモニタリング光が照射されると、磁性素子３０の受光面積を広く確保できる。

【0107】

「第３実施形態」
図１４は、第３実施形態に係る光変調素子１０２の平面図である。図１４には、電源１６１、１７１及び終端抵抗Ｒを合わせて図示している。第３実施形態において、第１実施形態及び第２実施形態と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。

【0108】

導波路２０Ａは、例えば、第１導波路２１と第２導波路２２と入力導波路２３と出力導波路２４と分岐部２５と結合部２６とを有する。導波路２０Ａは、モニタリング導波路２７を有さない。

【0109】

図１５は、第３実施形態に係る光変調素子１０２の磁性素子３０近傍の第１例の斜視図である。図１５では、出力導波路２４は、２つに分かれた出力端２４ｔ１、２４ｔ２を有している。出力端２４ｔ１は、出力端２４ｔ２とｘ方向の異なる位置にある。

【0110】

出力端２４ｔ１からの光の進行方向の先には、リフレクタ６０がある。リフレクタ６０で反射した光は、モニタリング光として磁性素子３０に照射される。すなわち、出力導波路２４の出力端から出力される光の一部が、モニタリング光として磁性素子３０に照射される。出力端２４ｔ２は、外部に露出する。出力端２４ｔ２から出力光Ｌ_ｏｕｔが出力される。

【0111】

図１６は、第３実施形態に係る光変調素子１０２の磁性素子３０近傍の第２例の斜視図である。図１６では、出力導波路２４は、２つに分かれた出力端２４ｔ３、２４ｔ４を有している。出力端２４ｔ３は、出力端２４ｔ４とｚ方向の異なる位置にある。

【0112】

出力端２４ｔ３からの光の進行方向の先には、リフレクタ６０がある。リフレクタ６０で反射した光は、モニタリング光として磁性素子３０に照射される。すなわち、出力導波路２４の出力端から出力される光の一部が、モニタリング光として磁性素子３０に照射される。出力端２４ｔ４は、外部に露出する。出力端２４ｔ４から出力光Ｌ_ｏｕｔが出力される。

【0113】

第３実施形態にかかる光デバイスは、光デバイス２００と同様の効果を奏する。また光変調素子１０２は、出力導波路２４からの出力光Ｌ_ｏｕｔの一部を直接モニタリング光として計測するため、ノイズ等の影響を受けにくい。

【0114】

ここまで、第１実施形態から第３実施形態についての一例を、図面を参照して詳述したが、第１実施形態はこの例に限られるものではない。

【0115】

「第１変形例」
図１７は、第１変形例に係る光変調素子の磁性素子近傍の断面図である。図１７に示すように、磁性素子３０の積層方向がｚ方向に対して傾斜していてもよい。この場合、モニタリング光は、磁性素子３０の側面及び磁性素子３０の電極５１側の第１面に照射される。

【0116】

「第２変形例」
図１８は、第２変形例に係る光変調素子の磁性素子近傍の断面図である。例えば、図１８に示すように、磁性素子３０に対する入力端子と出力端子とが共通になっていてもよい。図１８に示す磁性素子３０は、例えば、電極５１、５２と、ビア配線５８と、入出力端子５７と、電気的に接続されている。

【0117】

ビア配線５８は、入出力端子５７と電極５１又は電極５２とを繋ぐ。入出力端子５７は、例えば２つある。入出力端子５７の一方には電流又は電圧が入力されるとともに、入出力端子５７の一方からは信号が出力される。入出力端子５７の他方は基準電位に接続される。

【0118】

「第３変形例」
図１９は、第３変形例に係る光変調素子１０３の平面図である。図２０は、第３変形例に係る光変調素子１０３の断面図である。図２０は、図１９のＣ－Ｃ’に沿った断面である。図１９には、電源１６１Ａ、１７１Ａ、１６１Ｂ、１７１Ｂ、制御回路１８１Ａ、１８１Ｂ、１８２Ａ、１８２Ｂ及び終端抵抗Ｒを合わせて図示している。第３変形例において、第１実施形態および第２実施形態と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。

【0119】

光変調素子１０３は、基板１０と導波路２０と磁性素子３０と電極４５、４６、４７とを備える。導波路２０と磁性素子３０は、基板１０の上又は基板１０の上方にある。光変調素子１０３においては、第１実施形態または第２実施形態と同様に、モニタリング導波路２７内を伝搬するモニタリング光は、磁性素子３０に照射される。図１９に示すように、電極４５、４６、４７の形状、接続関係は、第１実施形態から第３実施形態に係る電極４１、４２、４３、４４と異なっていてもよい。

【0120】

光変調素子１０３における導波路２０は、基板１０上に形成されたスラブ７０の一部と、スラブ７０から突出するリッジ形状部７１とからなる。

【0121】

電極４５、４６は、導波路２０の少なくとも一部に電界を印加できる位置にある。第１導波路２１には、電極４５から電界を印加できる。第２導波路２２には、電極４６から電界を印加できる。電極４５は、例えば、第１導波路２１の上方にある。電極４６は、例えば、第２導波路２２の上方にある。電極４７は、例えば、電極４５、４６の側方にある。

【0122】

電極４５の第１端は、例えば、電源１６１Ａ、１７１Ａに接続され、第２端は終端抵抗Ｒに接続されている。電極４６の第１端は、例えば、電源１６１Ｂ、１７１Ｂに接続され、第２端は終端抵抗Ｒに接続されている。電極４７は、電源１６１Ａ、１７１Ａ、１６１Ｂ、１７１Ｂの基準電位と終端抵抗Ｒに接続されている。基準電位は、例えば、グラウンドである。

【0123】

電源１６１Ａ、１６１Ｂは、駆動回路１６０の一部である。電源１７１Ａ、１７１Ｂは、直流バイアス印加回路１７０の一部である。制御回路１８１Ａ、１８１Ｂ、１８２Ａ、１８２Ｂは、制御回路１８０の一部である。この場合、図１に示す制御回路１８０は、駆動回路１６０にも接続される。制御回路１８１Ａ、１８１Ｂ、１８２Ａ、１８２Ｂのそれぞれは、磁性素子３０からの電気信号を受信できる。

【0124】

電極４５には、電源１６１Ａ及び電源１７１Ａから電圧が印加される。電源１６１Ａは、電極４５に変調電圧を印加する。電源１６１Ａは、制御回路１８１Ａで制御される。電源１７１Ａは、電極４５に直流バイアス電圧を印加する。電源１７１Ａは、制御回路１８２Ａで制御される。電極４６には、電源１６１Ｂ及び電源１７１Ｂから電圧が印加される。電源１６１Ｂは、電極４６に変調電圧を印加する。電源１６１Ｂは、制御回路１８１Ｂで制御される。電源１７１Ｂは、電極４６に直流バイアス電圧を印加する。電源１７１Ｂは、制御回路１８２Ｂで制御される。すなわち、電極４５に印加される電圧と電極４６に印加される電圧とは個別に制御できる。電極４５と電極４７との間に電圧を印加すると、第１導波路２１に電界が印加され、電気光学効果により第１導波路の屈折率が変化する。電極４６と電極４７との間に電圧を印加すると、第２導波路２２に電界が印加され、電気光学効果により第１導波路の屈折率が変化する。

【0125】

光デバイスは、出力光Ｌ_ｏｕｔの状態を磁性素子３０からの出力電圧又は出力電流（磁性素子３０の積層方向の抵抗値）、すなわち磁性素子３０からの電気信号に基づいて検出する。磁性素子３０からの電気信号は、制御回路１８１Ａ、１８２Ａ、１８１Ｂ、１８２Ｂに送られる。制御回路１８１Ａ、１８２Ａ、１８１Ｂ、１８２Ｂのそれぞれは、磁性素子３０からの電気信号を受信し、その結果に基づいた信号を、電源１６１Ａ、電源１７１Ａ、電源１６１Ｂまたは電源１７１Ｂに送る。

【0126】

電源１６１Ａは、制御回路１８１Ａからの信号に基づき、電極４５に変調電圧を印加する。電源１６１Ｂは、制御回路１８１Ｂからの信号に基づき、電極４６に変調電圧を印加する。電源１７１Ａは、制御回路１８２Ａからの信号に基づき、電極４５に直流バイアス電圧を印加する。電源１７１Ｂは、制御回路１８２Ｂからの信号に基づき、電極４６に直流バイアス電圧を印加する。

【0127】

制御回路１８１Ａ及び制御回路１８１Ｂは、電極４５及び電極４６に印加される変調電圧を調整することで、第１導波路２１を伝搬する光と第２導波路２２を伝搬する光の位相差がπ（１８０°）となるように調整する。制御回路１８２Ａ及び制御回路１８２Ｂは、電極４５及び電極４６に印加される直流バイアス電圧を調整することで、第１導波路２１を伝搬する光と第２導波路２２を伝搬する光の位相差が０（０°）となるように調整する。

【0128】

光変調素子１０３は、第１導波路２１を伝搬する光と第２導波路２２を伝搬する光の位相差が０（０°）の場合に出力される出力光Ｌ_ｏｕｔが最大となり、第１導波路２１を伝搬する光と第２導波路２２を伝搬する光の位相差がπ（１８０°）の場合に出力される出力光Ｌ_ｏｕｔが最小となる。

【0129】

理想的な条件下において、電極４５及び電極４６に電圧を印加しない場合、第１導波路２１を伝搬する光と第２導波路２２を伝搬する光の位相差は０（０°）となる。この際、光変調素子１０３から出力される出力光Ｌ_ｏｕｔは最大となる。理想的な条件とは、温度、ノイズ、ＤＣドリフト等の第１導波路２１及び第２導波路２２の屈折率に影響を及ぼすパラメータを除いた条件である。

【0130】

また理想的な条件下において、例えば、電極４５に第１導波路２１を伝搬する光の位相が＋π／２（＋９０°）変化する電圧を印加し、電極４６に第２導波路２２を伝搬する光の位相が－π／２（－９０°）変化する電圧を印加した場合、第１導波路２１を伝搬する光と第２導波路２２を伝搬する光の位相差はπ（１８０°）となる。この際、光変調素子１０３から出力される出力光Ｌ_ｏｕｔは最小となる。なお、電極４５に第１導波路２１を伝搬する光の位相が－π／２（－９０°）変化する電圧を印加し、電極４６に第２導波路２２を伝搬する光の位相が＋π／２（＋９０°）変化する電圧を印加してもよい。

【0131】

実条件下では、温度、ノイズ、ＤＣドリフト等の影響を受けて、第１導波路２１及び第２導波路２２を伝搬する光の位相変化が理想通りにならず、シフトする場合がある。

【0132】

例えば、電極４５及び電極４６に電圧を印加しない場合において、第１導波路２１を伝搬する光と第２導波路２２を伝搬する光の位相差が０（０°）からずれる場合がある。また例えば、理想条件下において第１導波路２１を伝搬する光と第２導波路２２を伝搬する光の位相差がπ（１８０°）となるように電極４５及び電極４６に電圧を印加した場合において、第１導波路２１を伝搬する光と第２導波路２２を伝搬する光の位相差がπ（１８０°）からずれる場合がある。

【0133】

第１導波路２１を伝搬する光と第２導波路２２を伝搬する光の位相差が０（０°）からずれる場合は、磁性素子３０からの電気信号に基づいて、制御回路１８２Ａ、１８２Ｂが電源１７１Ａ、１７１Ｂを制御することにより、電源１７１Ａ、１７１Ｂは、出力光Ｌ_ｏｕｔが最大となるように、電極４５と電極４６とのうち少なくとも一方に、直流バイアス電圧を印加する。

【0134】

例えば、第１導波路２１を伝搬する光の位相が、第２導波路２２を伝搬する光の位相よりプラス側にシフトしている場合は、第１導波路２１を伝搬する光の位相がマイナス側に変化するように電極４５にマイナスの電圧を印加し、第２導波路２２を伝搬する光の位相がプラス側に変化するように電極４６にプラスの電圧を印加する。この逆に、例えば、第１導波路２１を伝搬する光の位相が、第２導波路２２を伝搬する光の位相よりマイナス側にシフトしている場合は、第１導波路２１を伝搬する光の位相がプラス側に変化するように電極４５にプラスの電圧を印加し、第２導波路２２を伝搬する光の位相がマイナス側に変化するように電極４６にマイナスの電圧を印加する。

【0135】

第１導波路２１を伝搬する光と第２導波路２２を伝搬する光の位相差がπ（１８０°）からずれる場合は、磁性素子３０からの電気信号に基づいて、制御回路１８１Ａ、１８１Ｂが電源１６１Ａ、１６１Ｂを制御することにより、電源１６１Ａ、１６１Ｂは、出力光Ｌ_ｏｕｔが最小となるように、電極４５と電極４６とのうち少なくとも一方に変調電圧を印加する。

【0136】

このように、電源１６１Ａ、１７１Ａ、１６１Ｂ、１７１Ｂおよび制御回路１８１Ａ、１８１Ｂ、１８２Ａ、１８２Ｂを有する制御部１５０は、磁性素子３０からの電気信号に基づいて大きさを調整した電界を、電極４５から第１導波路２１に印加し、電極４６から第２導波路２２に印加する。

【0137】

上記動作により第３変形例にかかる光デバイスは、実条件下において、第１導波路２１を伝搬する光と第２導波路２２を伝搬する光の位相差を０（０°）又はπ（１８０°）とすることができ、出力光Ｌ_ｏｕｔを最大又は最小とすることができる。その結果、第３変形例にかかる光デバイスは、出力光Ｌ_ｏｕｔが最大から最小となる範囲を利用することができる。また第３変形例にかかる光デバイスは、実条件下における温度、ノイズ、ＤＣドリフト等の影響を補償することができ、シグナルとノイズの比（Ｓ／Ｎ比）を改善できる。

【0138】

上述のように、第３変形例に係る光変調素子１０３を有する光デバイスでは、電極４５又は電極４６から、導波路２０（第１導波路２１又は第２導波路２２）の少なくとも一部に磁性素子３０からの電気信号に基づいた電界を印加できる。上述のようなフィードバック動作により、光変調素子１０３を有する光デバイスから出力される信号（出力光Ｌ_ｏｕｔ）の状態を調整できる。

【0139】

第３変形例では、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、導波路２０がモニタリング導波路２７を有し、モニタリング導波路２７内を伝搬するモニタリング光が磁性素子３０に照射される場合を例示した。第３変形例は、この場合に限られるものではなく、第３実施形態と同様に、出力導波路２４の出力端から出力される光の一部が、モニタリング光として磁性素子３０に照射される構成でもよい。

【0140】

「第４変形例」
図２１は、第４変形例に係る光変調素子１０４の断面図である。第４変形例において、第３変形例の構成と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。

【0141】

図２１に示すように、光導波路の断面構成は上述の構成と異なっていてもよい。図２１に示す光変調素子１０４は、半導体量子井戸における屈折率変化を利用した光変調素子である。

【0142】

光変調素子１０４は、第１クラッド層７３とコア７５と第２クラッド層７６と誘電体７７と電極４５、４６、４７とを有する。第１クラッド７３層は、例えば、ｎ型半導体であり、ｎ型ＩｎＰである。第１クラッド層７３は、ｚ方向に突出するリッジ形状部７４を有する。

【0143】

コア７５は、リッジ形状部７４上にある。コア７５は、例えば、半導体多重量子井戸を形成する。コア７５は、例えば、ＩｎＧａＡｓとＩｎＡｌＡｓとの多層膜又はＩｎＧａＡｓＰとＩｎＰとの多層膜である。コア７５が導波路２０である。

【0144】

第２クラッド７６は、コア７５上にある。第２クラッド７６は、例えば、ｐ型半導体であり、ｐ型ＩｎＰである。第２クラッド７６上に電極４５、４６がある。電極４５、４６に電圧が印加されると、半導体多重量子井戸を有するコア７５の屈折率が変化する。誘電体７７は、例えば、有機誘電体材料、セラミック誘電体材料等である。有機誘電体材料は、例えば、ベンゾシクロブテン系樹脂等である。セラミック誘電体材料は、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等である。

【0145】

第３変形例と同様に、第４変形例に係る光変調素子１０４において、電極４５又は電極４６は、導波路２０（第１導波路２１又は第２導波路２２）の少なくとも一部に電界を印加できる位置にある。第１導波路２１には、電極４５から電界を印加できる。第２導波路２２には、電極４６から電界を印加できる。磁性素子３０からの電気信号に基づいて大きさを調整した電界を、電極４５から第１導波路２１に印加し、電極４６から第２導波路２２に印加する動作は、第３変形例と同様である。

【0146】

光変調素子１０４は、出力光Ｌ_ｏｕｔの状態を磁性素子３０からの出力電圧又は出力電流（磁性素子３０の積層方向の抵抗値）、すなわち磁性素子３０からの電気信号に基づいて検出できる。

【0147】

「第５変形例」
図２２は、第５変形例に係る光変調素子１０５の平面図である。図２２には、電源１６１Ｃ及び制御回路１８１Ｃを合わせて図示している。図２３は、第５変形例に係る光変調素子１０５の断面図である。図２３は、図２２のＤ－Ｄ’に沿った断面である。第５変形例において、第１実施形態および第２実施形態の構成と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。

【0148】

図２２に示す光変調素子１０５は、リング共振器８０を用いたリング変調素子である。図２２に示すように、光変調素子の構成は上述の構成と異なっていてもよい。

【0149】

光変調素子１０５は、リング共振器８０と導波路２０Ｂと磁性素子３０とを有する。リング共振器８０、導波路２０Ｂ及び磁性素子３０は、いずれも基板１０の上又は基板１０の上方にある。

【0150】

導波路２０Ｂは、第１導波路２９とモニタリング導波路２７とを有する。第１導波路２９の第１端に入力した光は、第１導波路２９の第２端から出力される。モニタリング導波路２７は、第１導波路２９のリング共振器８０に対応する位置と第２端との間の位置で第１導波路２９に接続されている。モニタリング導波路２７には、第１導波路２９を伝搬する光の一部が伝搬する。第１実施形態または第２実施形態と同様に、モニタリング導波路２７内を伝搬するモニタリング光は、磁性素子３０に照射される。導波路２０Ｂは、例えば、半導体であり、例えばシリコン、シリコンゲルマニウム、インジウムリン、ガリウムヒ素等である。導波路２０Ｂは、ＳｉＯ２等のクラッドで被覆されている。

【0151】

リング共振器８０は、リング状の導波路８１と、導波路８１の内側と外側にあるドープ領域８２、８３とを有する。導波路８１は、半導体であり、例えばシリコン、シリコンゲルマニウム、インジウムリン、ガリウムヒ素等である。ドープ領域８２、８３は、キャリアがドープされた半導体である。ドープ領域８２、８３のうちの一方はｎ型半導体であり、他方はｐ型半導体である。電極４８は、ドープ領域８２に接続され、電極４９はドープ領域８３に接続されている。導波路８１、ドープ領域８２、８３及び電極４８、４９は、ＳｉＯ２等のクラッド８５で覆われている。

【0152】

電源１６１Ｃは、電極４８及び電極４９に接続されている。電源１６１Ｃは、駆動回路１６０の一部である。制御回路１８１Ｃは、制御回路１８０の一部である。この場合、図１に示す制御回路１８０は、駆動回路１６０にも接続される。制御回路１８１Ｃは、磁性素子３０からの電気信号を受信できる。制御回路１８１Ｃは、磁性素子３０からの電気信号に基づいて、電源１６１Ｃを制御する。

【0153】

リング共振器８０は、第１導波路２９を伝搬する光信号の周波数と、リング共振器８０の共振周波数が一致する場合に、その周波数の光信号の光をリング共振器８０内に閉じ込める。そのため、第１導波路２９を伝搬する光信号の周波数が、この共振周波数の近傍の場合に、光の吸収が大きくなり、出力光の強度が小さくなる。リング共振器８０の共振周波数は、導波路８１の円周に沿った光路長に応じて決定される。またリング共振器８０の共振周波数は、電極４８と電極４９との間に電圧を印加して導波路８１に電界を印加し、導波路８１内にキャリアを注入し、導波路８１の屈折率を変えることで変化させることができる。例えば、光変調素子１０５では、電極４８と電極４９との間に電圧を印加して、リング共振器８０の共振周波数と第１導波路２９を伝搬する光信号の周波数とを異ならせることにより、出力光の強度を大きくすることができる。このように、光変調素子１０５では、特定の周波数の光信号の出力光の強度を変化させることが出来るため、光を変調することが可能である。

【0154】

第５変形例にかかる光デバイスは、出力光Ｌ_ｏｕｔの状態を磁性素子３０からの出力電圧又は出力電流（磁性素子３０の積層方向の抵抗値）、すなわち磁性素子３０からの電気信号に基づいて検出できる。磁性素子３０からの電気信号は、制御回路１８１Ｃに送られる。制御回路１８１Ｃは、磁性素子３０からの電気信号を受信し、その結果に基づいた信号を、電源１６１Ｃに送る。

【0155】

光変調素子１０５は、リング共振器８０の共振周波数と第１導波路２９を伝搬する光信号の周波数とが一致する場合に、出力される出力光Ｌ_ｏｕｔが最小となる。電極４８及び電極４９に電圧を印加しない場合のリング共振器８０の共振周波数と、第１導波路２９を伝搬する光信号の周波数とが一致するような設計の場合、理想的な条件下において、電極４８及び電極４９に電圧を印加しない場合、導波路２０Ｂから出力される出力光Ｌ_ｏｕｔは最小となる。

【0156】

しかしながら、実条件下では、温度、ノイズ、ＤＣドリフト等の影響を受けて、電極４８及び電極４９に電圧を印加しない場合においても、導波路２０Ｂから出力される出力光Ｌ_ｏｕｔは最小とならない場合がある。

【0157】

導波路２０Ｂから出力される出力光Ｌ_ｏｕｔが最小とならない場合は、磁性素子３０からの電気信号に基づいて、制御回路１８１Ｃが電源１６１Ｃを制御し、電源１６１Ｃは、出力光Ｌ_ｏｕｔが最小となるように、電極４８と電極４９と間に電圧を印加する。

【0158】

このように、電源１６１Ｃおよび制御回路１８１Ｃを有する制御部１５０は、磁性素子３０からの電気信号に基づいて大きさを調整した電界を、電極４８および電極４９から導波路８１に印加する。

【0159】

上記動作により第５変形例にかかる光デバイスは、実条件下において、出力光Ｌ_ｏｕｔを最小とすることができる。その結果、第５変形例にかかる光デバイスは、出力光Ｌ_ｏｕｔの変調において出力光Ｌ_ｏｕｔの変化幅を大きくできる。また第５変形例にかかる光デバイスは、実条件下における温度、ノイズ、ＤＣドリフト等の影響を補償することができ、シグナルとノイズの比（Ｓ／Ｎ比）を改善できる。

【0160】

上述のように、第５変形例に係る光変調素子１０５を有する光デバイスでは、電極４８および電極４９から、導波路８１の少なくとも一部に磁性素子３０からの電気信号に基づいた電界を印加できる。上述のようなフィードバック動作により、光変調素子１０５を有する光デバイスから出力される信号（出力光Ｌ_ｏｕｔ）の状態を調整できる。

【0161】

第５変形例では、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、導波路２０Ｂがモニタリング導波路２７を有し、モニタリング導波路２７内を伝搬するモニタリング光が磁性素子３０に照射される場合を例示した。第５変形例は、この場合に限られるものではなく、第３実施形態と同様に、第１導波路２９の出力端から出力される光の一部が、モニタリング光として磁性素子３０に照射される構成でもよい。

【0162】

「第６変形例」
図２４は、第６変形例に係る光デバイス２０１の平面図である。第６変形例において、第１実施形態および第２実施形態の構成と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。

【0163】

光デバイス２０１は、複数のレーザーダイオード９１、９２、９３と導波路２０Ｃと磁性素子３０とを有する。光デバイス２０１は、拡張現実（ＡＲ）グラスや小型プロジェクタに用いられる平面光波回路である。第６変形例に示す光デバイス２０１のように、光デバイスは光変調器に限られない。

【0164】

複数のレーザーダイオード９１、９２、９３のそれぞれは、レーザー光を出力する。レーザーダイオード９１、９２、９３のそれぞれは、一例として赤、緑、青の３色のレーザーである。レーザーダイオードの数、出力する波長域等はこの場合に限られない。

【0165】

導波路２０Ｃは、例えば、入力導波路２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃと合波路２４Ｃと出力導波路２５Ｃとモニタリング導波路２７とを有する。図２５は、第６変形例に係る光デバイス２０１の導波路２０Ｃの断面図であり、図２４におけるＥ－Ｅ’に沿って切断した断面である。入力導波路２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃは、基板１０上にあり、例えば、クラッド２８で被覆されている。導波路２０Ｃと磁性素子３０は、同じ基板の上又は同じ基板の上方にある。磁性素子３０は、モニタリング光が照射される位置にある。第１実施形態または第２実施形態と同様に、モニタリング導波路２７内を伝搬するモニタリング光は、磁性素子３０に照射される。

【0166】

レーザーダイオード９１、９２、９３のそれぞれから出射された光は、入力導波路２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃのそれぞれに入力される。入力導波路２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃのそれぞれを伝搬する光は、合波路２４Ｃで合流する。合波路２４Ｃで合流した光は、出力導波路２５Ｃを伝搬する。出力導波路２５Ｃの一端からは、合波路２４Ｃで合流した光が出力される。

【0167】

出力導波路２５Ｃを伝搬する光の少なくとも一部は、モニタリング導波路２７に分岐する。分岐した光は、モニタリング光として、モニタリング導波路２７内を伝搬し、磁性素子３０に照射される。

【0168】

磁性素子３０からの出力電圧又は出力電流（磁性素子３０の積層方向の抵抗値）は、第１強磁性層３１に照射されるモニタリング光の強度により変化する。光デバイス２０１は、モニタリング光の強度を磁性素子３０からの出力電圧又は出力電流（磁性素子３０の抵抗値）、すなわち磁性素子３０からの電気信号に基づいて読み出すことができる。

【0169】

光デバイス２０１は、磁性素子３０からの出力電圧又は出力電流（磁性素子３０の積層方向の抵抗値）、すなわち磁性素子３０からの電気信号に基づいて、レーザーダイオード９１、９２、９３のそれぞれから出力される光の強度を測定できる。

【0170】

出力導波路２５Ｃの一端から出力される光は、それぞれのレーザーダイオード９１、９２、９３から出力される光を合わせたものである。それぞれのレーザーダイオード９１、９２、９３から出力される光の強度を調整することで、光デバイス２０１は出力光のホワイトバランスを調整できる。それぞれのレーザーダイオード９１、９２、９３から出力される光の強度は、磁性素子３０からの出力の測定結果を、それぞれのレーザーダイオード１１、１２、１３にフィードバックすることで調整できる。

【0171】

第６変形例では、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、導波路２０Ｃがモニタリング導波路２７を有し、モニタリング導波路２７内を伝搬するモニタリング光が磁性素子３０に照射される場合を例示した。第６変形例は、この場合に限られるものではなく、第３実施形態と同様に、出力導波路２５Ｃの出力端から出力される光の一部が、モニタリング光として磁性素子３０に照射される構成でもよい。

【0172】

「第７変形例」
図２６は、第７変形例に係る光変調素子１１０の平面図である。図２７は、第７変形例に係る光変調素子１１０の磁性素子３０近傍の断面図である。第７変形例において、第１実施形態の構成と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。

【0173】

光変調素子１１０は、磁性素子３０を支持する支持体９５を有する。支持体９５は、導波路２０Ｄが形成された基板１０とは別の部材である。支持体９５と基板１０とは、例えば、共通の支持体上に固定されている。磁性素子３０は支持体９５の上又は上方にある。ここまで導波路２０と磁性素子３０とが同一基板の上又は同一基板の上方に形成されている例を示したが、第７変形例では導波路２０Ｄと磁性素子３０とが異なる部材上に形成されている。

【0174】

支持体９５は、例えば、基板１０と同様の材料である。磁性素子３０は、支持体９５上に形成された絶縁層９６内にある。絶縁層９６は、例えば、側壁絶縁層３９と同様の材料である。

【0175】

図２７に示す例では、磁性素子３０のｚ方向の高さ位置は、モニタリング導波路２７の出力端のｚ方向の高さ位置に合わせている。

【0176】

また図２８に示すように、支持体９５は、基板１０の上にあってもよい。磁性素子３０は、基板１０の上面Ｓ２の上方、かつ、支持体９５上にある。導波路２０（モニタリング導波路２７）は、基板１０の上面Ｓ１上にある。

【0177】

また図２９に示すように、モニタリング導波路２７の出力端からのモニタリング光の進行方向と、磁性素子３０の積層方向とが一致していてもよい。支持体９５は、例えば、磁性素子３０を積層する際の支持体９５の側面が、基板１０の上面Ｓ２と対向するように設置されている。モニタリング光は、例えば、磁性素子３０に磁性素子３０の積層方向から照射される。この場合、電極５１は、磁性素子３０に照射される光の波長域に対して透過性を有する。電極５１がモニタリング光の一部を透過することで、磁性素子３０にモニタリング光が照射される。

【0178】

図３０に示すように、電極５１は、入力端子５５Ａ及び出力端子５６Ａと接続されている。電極５２は、ビア配線５３を介して入力端子５５Ａに、ビア配線５４を介して出力端子５６Ａに接続されている。入力端子５５Ａ及び出力端子５６は、支持体９５の側面に形成されている。

【0179】

導波路２０と磁性素子３０とが異なる部材上に形成されている場合でも、光変調素子１１０は導波路２０Ｄを伝搬する光の少なくとも一部を、磁性素子３０を用いてモニタリングできる。

【0180】

「第８変形例」
図３１は、第８変形例に係る光デバイス２０２の平面図である。図３１において、図２４に示す光デバイス２０１と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。

【0181】

光デバイス２０２は、複数のレーザーダイオード９１、９２、９３、９４と導波路２０Ｄと複数の磁性素子３０と光変調素子１００とを有する。

【0182】

レーザーダイオード９４は、レーザー光を出力する。レーザーダイオード９４は、導波路２０Ｄと光学的に接続されている。例えば、レーザーダイオード９４は、７８０ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の波長域の光（近赤外線）を出力する近赤外レーザーである。

【0183】

光デバイス２０２の導波路２０Ｄの形状は、光デバイス２０１の導波路２０Ｃと異なる。導波路２０Ｄの断面構造は、導波路２０Ｃの断面構造と同様である。導波路２０Ｄは、入力導波路２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃ、２１Ｄと合波路２４Ｄと出力導波路２５Ｃと複数のモニタリング導波路２７Ａ、２７Ｂとを有する。

【0184】

入力導波路２１Ｄは、レーザーダイオード９４と光学的に接続されている。例えば、レーザーダイオード９４から出力された光は、入力導波路２１Ｄを伝搬する。合波路２４Ｄは、入力導波路２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃ、２１Ｄと出力導波路２５Ｃとの間にある。入力導波路２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃ、２１Ｄのそれぞれを伝搬する光は、合波路２４Ｄで合流する。出力導波路２５Ｃは、合波路２４Ｄに接続されている。出力導波路２５Ｃは、合波路２４Ｄを介して入力導波路２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃ、２１Ｄと接続され、出力導波路２５Ｃには、入力導波路２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃ、２１Ｄからの光が伝搬する。

【0185】

複数のモニタリング導波路２７Ａ、２７Ｂのそれぞれは、出力導波路２５Ｃに接続されている。モニタリング導波路２７Ａを複数有し、それぞれのモニタリング導波路２６Ｄが入力導波路２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃ、２１Ｄのそれぞれに個別に接続されるようにしてもよい。モニタリング導波路２７Ａには、入力導波路２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃ、２１Ｄと出力導波路２５Ｃとのうち少なくとも一方を伝搬する光の少なくとも一部が伝搬する。モニタリング導波路２７Ｂには、出力導波路２５Ｃを伝搬する光の少なくとも一部が伝搬する。

【0186】

第１モニタリング導波路２７Ａと出力導波路２５Ｃとの接続部において、第１モニタリング導波路２７Ａが＋ｘ方向に対してなす角は、例えば、９０°より小さい。第２モニタリング導波路２７Ｂと出力導波路２５Ｃとの接続部において、第２モニタリング導波路２７Ｂが＋ｘ方向に対してなす角は、例えば、９０°より大きい。＋ｘ方向は、例えば、出力導波路２５Ｃにおいて、レーザーダイオード９１、９２、９３、９４から出力された光が出力導波路２５Ｃの出力端に向かう方向である。

【0187】

第１モニタリング導波路２７Ａと、第２モニタリング導波路２７Ｂのそれぞれには、モニタリング光が伝搬する。第１モニタリング導波路２７Ａには、レーザーダイオード９１、９２、９３、９４から出力され、入力導波路２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃ、２１Ｄと出力導波路２５Ｃとのうち少なくとも一方を、レーザーダイオード９１、９２、９３、９４から入力導波路２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃ、２１Ｄまたは出力導波路２５Ｃへ向かう方向に伝搬する光の少なくとも一部が伝搬する。第２モニタリング導波路２７Ｂには、出力導波路２５Ｃから外部に出力され、被照射体で反射された光の少なくとも一部が伝搬する。以下、モニタリング光のうちレーザーダイオード９１、９２、９３、９４から出力され、入力導波路２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃ、２１Ｄと出力導波路２５Ｃとのうち少なくとも一方を、レーザーダイオード９１、９２、９３、９４から入力導波路２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃ、２１Ｄまたは出力導波路２５Ｃへ向かう方向に伝搬する光の少なくとも一部を第１モニタリング光と称し、出力導波路２５Ｃから外部に出力され、被照射体で反射された光の少なくとも一部を第２モニタリング光と称する場合がある。

【0188】

複数の磁性素子３０のそれぞれは、上述の磁性素子３０である。磁性素子３０の内の一つを第１磁性素子３０Ａと称し、別の一つを第２磁性素子３０Ｂと称する。第１磁性素子３０Ａは、第１モニタリング光が照射される位置にある。第１磁性素子３０Ａは、第１モニタリング導波路２７Ａの出力端の先にある。第２磁性素子３０Ｂは、第２モニタリング光が照射される位置にある。第２磁性素子３０Ｂは、第２モニタリング導波路２７Ｂの出力端の先にある。第１磁性素子３０Ａには第１モニタリング光が照射され、第２磁性素子３０Ｂには第２モニタリング光が照射される。

【0189】

光変調素子１００は、例えば、入力導波路２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃのそれぞれと光学的に接続されている。光変調素子１００は、例えば、図２に示す光変調素子である。光変調素子１００は、その他の光変調素子と置き換えることもできる。また光変調素子１００から磁性素子３０及びモニタリング導波路２７を除いてもよい。

【0190】

光変調素子１００は、レーザーダイオード９１、９２、９３の出力を一定に保ったまま、合波路２４Ｄに至るそれぞれの光の強度を調整できる。光変調素子１００を用いて光の強度を調整する構成は、レーザーダイオード９１、９２、９３の出力をダイレクトに調整する構成より消費電力を抑えることができる。

【0191】

光デバイス２０２は、第２磁性素子３０Ｂを用いて被照射体からの反射光の強度を測定することで、被照射体の状態変化を測定できる。

【0192】

図３２は、光デバイス２０２を用いた光システム３００の概念図である。光システム３００は、例えば、メガネ１０００に実装できる。

【0193】

光システム３００は、光デバイス２０２と光学系２１０とドライバ２２０、２２１とコントローラー２３０とを有する。光学系２１０は、例えば、コリメータレンズ２１１、スリット２１２、ＮＤフィルター２１３、光走査ミラー２１４を有する。光学系２１０は、光デバイス２０２から出力された光を被照射体（この例では目）まで導光する。光走査ミラー２１４は、例えば、レーザー光の反射方向を水平方向及び垂直方向に変える２軸ＭＥＭＳミラーである。光学系２１０は、一例であり、この例に限られない。ドライバ２２０は、レーザーダイオード９１、９２、９３、９４それぞれの出力を制御する。ドライバ２２１は、光走査ミラー２１４を動かす制御系である。コントローラー２３０は、ドライバ２２０、２２１を制御する。

【0194】

光デバイス２０２のレーザーダイオード９１、９２、９３、９４から出力された光Ｌ_Ｇは、光学系２１０を伝搬し、メガネ１０００のレンズで反射し、目に入射する。ここでは、光をメガネ１０００のレンズで反射する例を示したが、直接、目に照射してもよい。

【0195】

レーザーダイオード９１、９２、９３のそれぞれから出射した赤色、緑色、青色の光Ｌ_Ｇは、画像を表示する。画像は、レーザーダイオード９１、９２、９３のそれぞれの出力強度を光変調素子１００で調整することで自由に制御できる。レーザーダイオード９１、９２、９３のそれぞれの出力強度は、レーザーダイオード９１、９２、９３のそれぞれから出力される可視光線が照射される第１磁性素子３０Ａからの出力の測定結果に基づいて調整することができる。なお、光変調素子１００を用いず、ダイレクトにレーザーダイオード９１、９２、９３の出力を調整してもよい。

【0196】

光デバイス２０２のレーザーダイオード９４から出射した近赤外線は、目の瞳孔で反射する。目の瞳孔で反射した反射光Ｌ_Ｒは、光Ｌ_Ｇと同じ光軸を通過して、光デバイス２０２に至る。光デバイス２０２において、近赤外線である反射光Ｌ_Ｒの少なくとも一部は、出力導波路２５Ｃの出力端から第２モニタリング導波路２７Ｂを伝搬し、第２磁性素子３０Ｂに照射される。第２磁性素子３０Ｂは、反射光Ｌ_Ｒの強度を測定する。光システム３００は、光走査ミラー２１４で調整された近赤外線の照射位置と反射光Ｌ_Ｒの強度から視線の場所（注視点）の動きを特定できる。反射光Ｌ_Ｒは、目の瞳孔で反射した光に限られず、目の角膜で反射した光、または目の強膜で反射した光でもよい。

【0197】

ここでは、光システムの一例として、画像表示とアイトラッキングの両方を行うことができるシステムを例示したが、この例に限られない。

【0198】

例えば、上記の光システムからアイトラッキング用のレーザーダイオード９４を除いてもよい。この場合、光システムは、画像表示用のシステムとなる。この場合、光デバイス２０２からレーザーダイオード９４、入力導波路２１Ｄ、第２モニタリング導波路２７Ｂ、第２磁性素子３０Ｂを除くことができる。

【0199】

「第９変形例」
図３３は、第９変形例に係る光システム５００の概念図である。光システム５００は、送信側デバイス５１０と受信側デバイス５２０とを有する。送信側デバイス５１０と受信側デバイス５２０とは、例えば、光ファイバーＦＢで接続され、光ファイバーＦＢを介して信号を送受信する。光システム５００は、例えば、光通信システムである。

【0200】

送信側デバイス５１０は、複数のドライバ５１１と複数の光変調素子１０３と複数のフィルター５１２と合波器５１３とを有する。合波器５１３には、例えば、ドライバ５１１と光変調素子１０３とフィルター５１２とからなるユニットが２つ接続されている。

【0201】

光変調素子１０３は一例であり、光変調素子１０３に代えて他の光変調素子１００～１０２、１０４、１０５、１１０と置き換えてもよい。ドライバ５１１は、例えば、光変調素子１０３の電源１６１Ａ、１６１Ｂに接続され、電極４５、４６、４７の電位を変更する。フィルター５１２のそれぞれは、例えば、バンドパスフィルター、バンドエリミネートフィルターである。それぞれのフィルター５１２を通過できる光信号の周波数帯域は異なる。合波器５１３は、フィルター５１２のそれぞれを通過した光を合波する。合波された光は、光ファイバーＦＢを介して、受信側デバイス５２０に伝搬する。

【0202】

受信側デバイス５２０は、分波器５２１と複数のフィルター５２２と複数の受信機５２３とを有する。分波器５２１には、例えば、フィルター５２２と受信機５２３からなるユニットが２つ接続されている。

【0203】

分波器５２１は、光ファイバーＦＢを介して伝搬した光信号を周波数帯域毎に分離する。分波器５２１は、例えば、フィルター５１２のそれぞれを通過した周波数帯域ごとに、光信号を分離する。分波器５２１で分離された光信号は、フィルター５２２を介し、受信機５２３のそれぞれで復調される。フィルター５２２は、フィルター５１２と同様のものを用いることができる。

【0204】

第９変形例にかかる光システム５００は、周波数多重方式の光通信システムであり、多くの情報を一度に送信することができる。

【0205】

以上、本発明は上記の実施形態及び変形例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、上記の実施形態及び変形例の特徴的な構成をそれぞれ組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0206】

１０…基板、２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ…導波路、２７…モニタリング導波路、３０…磁性素子、３０Ａ…第１磁性素子、３０Ｂ…第２磁性素子、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９…電極、６０…リフレクタ、１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１１０…光変調素子、１５０…制御部、２００、２０１，２０２…光デバイス、２１０…光学系、３００，５００…光システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】