(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】P2024155732
(43)【公開日】2024-10-31
(54)【発明の名称】光検知装置及び信号処理方法
(51)【国際特許分類】
H10N 50/20 20230101AFI20241024BHJP
H10N 50/10 20230101ALI20241024BHJP
【ＦＩ】
H10N50/20
H10N50/10 U
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024019192
(22)【出願日】2024-02-13
(31)【優先権主張番号】P 2023068930
(32)【優先日】2023-04-20
(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】100114937
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 裕幸
(72)【発明者】
【氏名】山根 健量
(72)【発明者】
【氏名】柴田 哲也
(72)【発明者】
【氏名】野尻 武司
(72)【発明者】
【氏名】張 維昊
(72)【発明者】
【氏名】福澤 英明
【テーマコード（参考）】
5F092
【Ｆターム（参考）】
5F092AA01
5F092AA03
5F092AC08
5F092AC12
5F092AD23
5F092AD24
5F092AD25
5F092AD30
5F092BB10
5F092BB22
5F092BB23
5F092BB31
5F092BB35
5F092BB36
5F092BB37
5F092BB42
5F092BB43
5F092BB53
5F092BB55
5F092BC07
5F092BC13
5F092CA02
5F092CA07
5F092CA08
(57)【要約】
【課題】パルス光が照射された後の出力の立下り時間が短い、光検知装置及び信号処理方法を提供する。
【解決手段】この光検知装置は、光パルスが照射されると第１出力を出力する第１光電変換素子と、前記光パルスが照射されると第２出力を出力する第２光電変換素子と、を備える。光検知装置は、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とに同一の前記光パルスが照射された際の前記第１出力に起因する第１信号と前記第２出力に起因する第２信号とを、第１条件と第２条件を満たす状態で合成するように構成されている。前記第１条件は、前記第１信号のピークの時間位置と前記第２信号のピークの時間位置とが異なるという条件である。前記第２条件は、前記第１信号のピークに達するまでの変化量の正負と、前記第２信号のピークに達するまでの変化量の正負と、が異なるという条件である。
【選択図】図１
【解決手段】この光検知装置は、光パルスが照射されると第１出力を出力する第１光電変換素子と、前記光パルスが照射されると第２出力を出力する第２光電変換素子と、を備える。光検知装置は、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とに同一の前記光パルスが照射された際の前記第１出力に起因する第１信号と前記第２出力に起因する第２信号とを、第１条件と第２条件を満たす状態で合成するように構成されている。前記第１条件は、前記第１信号のピークの時間位置と前記第２信号のピークの時間位置とが異なるという条件である。前記第２条件は、前記第１信号のピークに達するまでの変化量の正負と、前記第２信号のピークに達するまでの変化量の正負と、が異なるという条件である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光パルスが照射されると第１出力を出力する第１光電変換素子と、
前記光パルスが照射されると第２出力を出力する第２光電変換素子と、を備え、
前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とに同一の前記光パルスが照射された際の前記第１出力に起因する第１信号と前記第２出力に起因する第２信号とを、第１条件と第２条件を満たす状態で合成するように構成され、
前記第１条件は、前記第１信号のピークの時間位置と前記第２信号のピークの時間位置とが異なるという条件であり、
前記第２条件は、前記第１信号のピークに達するまでの変化量の正負と、前記第２信号のピークに達するまでの変化量の正負と、が異なるという条件である、光検知装置。
前記光パルスが照射されると第２出力を出力する第２光電変換素子と、を備え、
前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とに同一の前記光パルスが照射された際の前記第１出力に起因する第１信号と前記第２出力に起因する第２信号とを、第１条件と第２条件を満たす状態で合成するように構成され、
前記第１条件は、前記第１信号のピークの時間位置と前記第２信号のピークの時間位置とが異なるという条件であり、
前記第２条件は、前記第１信号のピークに達するまでの変化量の正負と、前記第２信号のピークに達するまでの変化量の正負と、が異なるという条件である、光検知装置。
【請求項2】
前記第１光電変換素子は、第１磁性素子であり、
前記第２光電変換素子は、第２磁性素子であり、
前記第１磁性素子と前記第２磁性素子とはそれぞれ、前記光パルスが照射される第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るスペーサ層と、を備える、請求項１に記載の光検知装置。
前記第２光電変換素子は、第２磁性素子であり、
前記第１磁性素子と前記第２磁性素子とはそれぞれ、前記光パルスが照射される第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るスペーサ層と、を備える、請求項１に記載の光検知装置。
【請求項3】
遅延回路をさらに備え、
前記遅延回路は、前記第２出力に起因する信号を遅延させる、請求項１に記載の光検知装置。
前記遅延回路は、前記第２出力に起因する信号を遅延させる、請求項１に記載の光検知装置。
【請求項4】
前記第１磁性素子及び前記第２磁性素子に前記光パルスが照射されていない状態において、前記第１磁性素子の前記第１強磁性層と前記第２強磁性層の磁化方向の関係は、前記第２磁性素子の前記第１強磁性層と前記第２強磁性層の磁化方向の関係と異なる、請求項２に記載の光検知装置。
【請求項5】
前記第１磁性素子の出力端子側の面に接続される直流電源の極性が、前記第２磁性素子の出力端子側の面に接続される直流電源の極性と異なるように構成された、請求項２に記載の光検知装置。
【請求項6】
前記第１磁性素子の出力端子側の面に接続される直流電源の極性は、前記第２磁性素子の出力端子側の面に接続される直流電源の極性と同じであるように構成された、請求項４に記載の光検知装置。
【請求項7】
反転回路をさらに備え、
前記反転回路は、前記第２出力に起因する信号の極性を反転させる、請求項１に記載の光検知装置。
前記反転回路は、前記第２出力に起因する信号の極性を反転させる、請求項１に記載の光検知装置。
【請求項8】
前記光パルスが前記第１光電変換素子に照射されるまでの第１光学距離と、前記光パルスが前記第２光電変換素子に照射されるまでの第２光学距離と、が異なる、請求項１に記載の光検知装置。
【請求項9】
前記光パルスが照射される光照射面を有し、
前記光照射面と前記第１光電変換素子との間に、第１中間層を有し、
前記光照射面と前記第２光電変換素子との間に、第２中間層を有し、
前記第１中間層と前記第２中間層とは、屈折率が異なる、請求項８に記載の光検知装置。
前記光照射面と前記第１光電変換素子との間に、第１中間層を有し、
前記光照射面と前記第２光電変換素子との間に、第２中間層を有し、
前記第１中間層と前記第２中間層とは、屈折率が異なる、請求項８に記載の光検知装置。
【請求項10】
第１光導波路と第２光導波路とをさらに備え、
前記第１光導波路は、前記光パルスを前記第１光電変換素子に伝搬するように構成され、
前記第２光導波路は、前記光パルスを前記第２光電変換素子に伝搬するように構成され、
前記第１光導波路は、前記第２光導波路と長さが異なる、請求項８に記載の光検知装置。
前記第１光導波路は、前記光パルスを前記第１光電変換素子に伝搬するように構成され、
前記第２光導波路は、前記光パルスを前記第２光電変換素子に伝搬するように構成され、
前記第１光導波路は、前記第２光導波路と長さが異なる、請求項８に記載の光検知装置。
【請求項11】
第１光導波路と第２光導波路とをさらに備え、
前記第１光導波路は、前記光パルスを前記第１光電変換素子に伝搬するように構成され、
前記第２光導波路は、前記光パルスを前記第２光電変換素子に伝搬するように構成され、
前記第１光導波路の屈折率は、前記第２光導波路の屈折率と異なる、請求項８に記載の光検知装置。
前記第１光導波路は、前記光パルスを前記第１光電変換素子に伝搬するように構成され、
前記第２光導波路は、前記光パルスを前記第２光電変換素子に伝搬するように構成され、
前記第１光導波路の屈折率は、前記第２光導波路の屈折率と異なる、請求項８に記載の光検知装置。
【請求項12】
光パルスが照射されると第１出力を出力する第１光電変換素子を備え、
前記第１光電変換素子に前記光パルスが照射された際の前記第１出力に起因する第１信号と第２信号とを、第１条件と第２条件を満たす状態で合成するように構成され、
前記第１条件は、前記第１信号のピークの時間位置と前記第２信号のピークの時間位置とが異なるという条件であり、
前記第２条件は、前記第１信号のピークに達するまでの変化量の正負と、前記第２信号のピークに達するまでの変化量の正負と、が異なるという条件である、光検知装置。
前記第１光電変換素子に前記光パルスが照射された際の前記第１出力に起因する第１信号と第２信号とを、第１条件と第２条件を満たす状態で合成するように構成され、
前記第１条件は、前記第１信号のピークの時間位置と前記第２信号のピークの時間位置とが異なるという条件であり、
前記第２条件は、前記第１信号のピークに達するまでの変化量の正負と、前記第２信号のピークに達するまでの変化量の正負と、が異なるという条件である、光検知装置。
【請求項13】
前記第１光電変換素子は、第１磁性素子であり、
前記第１磁性素子は、前記光パルスが照射される第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るスペーサ層と、を備える、請求項１１に記載の光検知装置。
前記第１磁性素子は、前記光パルスが照射される第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るスペーサ層と、を備える、請求項１１に記載の光検知装置。
【請求項14】
遅延回路をさらに備え、
前記遅延回路は、前記第１出力に起因する信号のうちの一つの信号を遅延させる、請求項１１に記載の光検知装置。
前記遅延回路は、前記第１出力に起因する信号のうちの一つの信号を遅延させる、請求項１１に記載の光検知装置。
【請求項15】
反転回路をさらに備え、
前記反転回路は、前記第１出力に起因する信号のうちの一つの信号の極性を反転させる、請求項１１に記載の光検知装置。
前記反転回路は、前記第１出力に起因する信号のうちの一つの信号の極性を反転させる、請求項１１に記載の光検知装置。
【請求項16】
第１光電変換素子と第２光電変換素子とに同一の光パルスが照射された際の前記第１光電変換素子から出力された第１出力に起因する第１信号と、前記第２光電変換素子から出力された第２出力に起因する第２信号とを、第１条件と第２条件を満たす状態で合成し、
前記第１条件は、前記第１信号のピークの時間位置と前記第２信号のピークの時間位置とが異なるという条件であり、
前記第２条件は、前記第１信号のピークに達するまでの変化量の正負と、前記第２信号のピークに達するまでの変化量の正負と、が異なるという条件である、信号処理方法。
前記第１条件は、前記第１信号のピークの時間位置と前記第２信号のピークの時間位置とが異なるという条件であり、
前記第２条件は、前記第１信号のピークに達するまでの変化量の正負と、前記第２信号のピークに達するまでの変化量の正負と、が異なるという条件である、信号処理方法。
【請求項17】
第１光電変換素子に光パルスが照射された際の前記第１光電変換素子から出力された第１出力に起因する第１信号と第２信号とを、第１条件と第２条件を満たす状態で合成し、
前記第１条件は、前記第１信号のピークの時間位置と前記第２信号のピークの時間位置とが異なるという条件であり、
前記第２条件は、前記第１信号のピークに達するまでの変化量の正負と、前記第２信号のピークに達するまでの変化量の正負と、が異なるという条件である、信号処理方法。
前記第１条件は、前記第１信号のピークの時間位置と前記第２信号のピークの時間位置とが異なるという条件であり、
前記第２条件は、前記第１信号のピークに達するまでの変化量の正負と、前記第２信号のピークに達するまでの変化量の正負と、が異なるという条件である、信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光検知装置及び信号処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
光電変換素子は、様々な用途で用いられている。
【0003】
例えば、特許文献１には、フォトダイオードを用いて、光信号を受信する受信装置が記載されている。フォトダイオードは、例えば、半導体のｐｎ接合を用いたｐｎ接合ダイオード等であり、光を電気信号に変換する。
【0004】
また例えば、特許文献２には、磁性素子を用いた新規な受信装置、受信システム、送受信装置、通信システム及び光検知素子が開示されている。この受信装置、受信システム、送受信装置、通信システム及び光検知素子は、高速通信を可能とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００１－２９２１０７号公報
【特許文献2】特開２０２２－０６９３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
高速通信を実現するためには、光電変換装置の高速応答性の更なる向上が求められている。光電変換装置の高速応答性を向上させるためには、パルス光が光電変換素子に照射された際に、光電変換素子からの出力が高速で立ち上がると共に、高速で立ち下がる必要がある。光電変換素子からの出力の立下り時間は、立ち上がり時間より長い場合が多く、光電変換素子からの出力の立下り特性の改善が求められている。
【0007】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、パルス光が照射された後の出力の立下り時間が短い、光検知装置及び信号処理方法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】
【0008】
上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
【0009】
（１）第１の態様にかかる光検知装置は、光パルスが照射されると第１出力を出力する第１光電変換素子と、前記光パルスが照射されると第２出力を出力する第２光電変換素子と、を備える。光検知装置は、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とに同一の前記光パルスが照射された際の前記第１出力に起因する第１信号と前記第２出力に起因する第２信号とを、第１条件と第２条件を満たす状態で合成するように構成されている。前記第１条件は、前記第１信号のピークの時間位置と前記第２信号のピークの時間位置とが異なるという条件である。前記第２条件は、前記第１信号のピークに達するまでの変化量の正負と、前記第２信号のピークに達するまでの変化量の正負と、が異なるという条件である。
【0010】
（２）上記態様にかかる光検知装置において、前記第１光電変換素子は、第１磁性素子であり、前記第２光電変換素子は、第２磁性素子でもよい。前記第１磁性素子と前記第２磁性素子とはそれぞれ、前記光パルスが照射される第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るスペーサ層と、を備える。
【0011】
（３）上記態様にかかる光検知装置は、遅延回路をさらに備えてもよい。前記遅延回路は、前記第２出力に起因する信号を遅延させる。
【0012】
（４）上記態様にかかる光検知装置は、前記第１磁性素子及び前記第２磁性素子に前記光パルスが照射されていない状態において、前記第１磁性素子の前記第１強磁性層と前記第２強磁性層の磁化方向の関係が、前記第２磁性素子の前記第１強磁性層と前記第２強磁性層の磁化方向の関係と異なってもよい。
【0013】
（５）上記態様にかかる光検知装置において、前記第１磁性素子の出力端子側の面に接続される直流電源の極性が、前記第２磁性素子の出力端子側の面に接続される直流電源の極性と異なるように構成されていてもよい。
【0014】
（６）上記態様にかかる光検知装置において、前記第１磁性素子の出力端子側の面に接続される直流電源の極性は、前記第２磁性素子の出力端子側の面に接続される直流電源の極性と同じであるように構成されていてもよい。
【0015】
（７）上記態様にかかる光検知装置は、反転回路をさらに備えてもよい。前記反転回路は、前記第２出力に起因する信号の極性を反転させる。
【0016】
（８）上記態様にかかる光検知装置において、前記光パルスが前記第１光電変換素子に照射されるまでの第１光学距離と、前記光パルスが前記第２光電変換素子に照射されるまでの第２光学距離と、が異なってもよい。
【0017】
（９）上記態様にかかる光検知装置は、前記光パルスが照射される光照射面を有し、前記光照射面と前記第１光電変換素子との間に、第１中間層を有し、前記光照射面と前記第２光電変換素子との間に、第２中間層を有してもよい。前記第１中間層と前記第２中間層とは、屈折率が異なる。
【0018】
（１０）上記態様にかかる光検知装置は、第１光導波路と第２光導波路とをさらに備えてもよい。前記第１光導波路は、前記光パルスを前記第１光電変換素子に伝搬するように構成されている。前記第２光導波路は、前記光パルスを前記第２光電変換素子に伝搬するように構成されている。前記第１光導波路は、前記第２光導波路と長さが異なる。
【0019】
（１１）上記態様にかかる光検知装置は、第１光導波路と第２光導波路とをさらに備えてもよい。前記第１光導波路は、前記光パルスを前記第１光電変換素子に伝搬するように構成されている。前記第２光導波路は、前記光パルスを前記第２光電変換素子に伝搬するように構成されている。前記第１光導波路の屈折率は、前記第２光導波路の屈折率と異なる。
【0020】
（１２）第２の態様にかかる光検知装置は、光パルスが照射されると第１出力を出力する第１光電変換素子を備える。前記光電変換装置は、前記第１光電変換素子に前記光パルスが照射された際の前記第１出力に起因する第１信号と第２信号とを、第１条件と第２条件を満たす状態で合成するように構成されている。前記第１条件は、前記第１信号のピークの時間位置と前記第２信号のピークの時間位置とが異なるという条件である。前記第２条件は、前記第１信号のピークに達するまでの変化量の正負と、前記第２信号のピークに達するまでの変化量の正負と、が異なるという条件である。
【0021】
（１３）上記態様にかかる光検知装置において、前記第１光電変換素子は、第１磁性素子である。前記第１磁性素子は、前記光パルスが照射される第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るスペーサ層と、を備える。
【0022】
（１４）上記態様にかかる光検知装置は、遅延回路をさらに備えてもよい。前記遅延回路は、前記第１出力に起因する信号のうちの一つの信号を遅延させる。
【0023】
（１５）上記態様にかかる光検知装置は、反転回路をさらに備えてもよい。前記反転回路は、前記第１出力に起因する信号のうちの少なくとも一つの信号の極性を反転させる。
【0024】
（１６）第３の態様にかかる信号処理方法は、同一の光パルスが照射された際の第１光電変換素子から出力された第１出力に起因する第１信号と、第２光電変換素子から出力された第２出力に起因する第２信号とを、第１条件と第２条件を満たす状態で合成する。前記第１条件は、前記第１信号のピークの時間位置と前記第２信号のピークの時間位置とが異なるという条件である。前記第２条件は、前記第１信号のピークに達するまでの変化量の正負と、前記第２信号のピークに達するまでの変化量の正負と、が異なるという条件である。
【0025】
（１７）第４の態様にかかる信号処理方法は、第１光電変換素子に光パルスが照射された際の前記第１光電変換素子から出力された第１出力に起因する第１信号と第２信号とを、第１条件と第２条件を満たす状態で合成する。前記第１条件は、前記第１信号のピークの時間位置と前記第２信号のピークの時間位置とが異なるという条件である。前記第２条件は、前記第１信号のピークに達するまでの変化量の正負と、前記第２信号のピークに達するまでの変化量の正負と、が異なるという条件である。
【発明の効果】
【0026】
上記態様にかかる光検知装置及び信号処理方法は、パルス光が照射された後の出力の立下り時間が短い。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】第１実施形態に係る光検知装置の回路図である。
【図2】第１実施形態に係る光検知装置の第１磁性素子及び第２磁性素子の近傍の斜視図である。
【図3】第１実施形態に係る第１磁性素子及び第２磁性素子の近傍の断面図である。
【図4】第１実施形態に係る第１磁性素子の動作例を説明するための図である。
【図5】第１実施形態に係る第１磁性素子の動作例を説明するための図である。
【図6】第１実施形態に係る光検知装置の光パルスに対する出力特性を示す模式図である。
【図7】第１実施例に係る光検知装置における、第１磁性素子からの第１出力に起因する第１信号と、第２磁性素子からの第２出力に起因する第２信号と、光検知装置からの合計出力と、のそれぞれの測定値を示すグラフである。
【図8】第１実施例に係る光検知装置における、第１磁性素子からの第１出力に起因する第１信号と、第２磁性素子からの第２出力に起因する第２信号と、光検知装置からの合計出力と、のそれぞれを、それぞれのピーク値で規格化したグラフである。
【図9】第２実施形態に係る光検知装置の回路図である。
【図10】第２実施形態に係る第１磁性素子及び第２磁性素子の近傍の断面図である。
【図11】第２実施例に係る光検知装置における、第１磁性素子からの第１出力に起因する第１信号と、第２磁性素子からの第２出力に起因する第２信号と、光検知装置からの合計出力と、のそれぞれの測定値を示すグラフである。
【図12】第２実施例に係る光検知装置における、第１磁性素子からの第１出力に起因する第１信号と、第２磁性素子からの第２出力に起因する第２信号と、光検知装置からの合計出力と、のそれぞれを、それぞれのピーク値で規格化したグラフである。
【図13】第２実施形態の第１変形例に係る第１磁性素子及び第２磁性素子の近傍の断面図である。
【図14】第２実施形態の第２変形例に係る第１磁性素子及び第２磁性素子の近傍の断面図である。
【図15】第３実施形態に係る光検知装置の回路図である。
【図16】第３実施例に係る光検知装置における、第１磁性素子からの第１出力に起因する第１信号と、第２磁性素子からの第２出力に起因する第２信号と、光検知装置からの合計出力と、のそれぞれの測定値を示すグラフである。
【図17】第３実施例に係る光検知装置における、第１磁性素子からの第１出力に起因する第１信号と、第２磁性素子からの第２出力に起因する第２信号と、光検知装置からの合計出力と、のそれぞれを、それぞれのピーク値で規格化したグラフである。
【図18】第４実施形態に係る光検知装置の回路図である。
【図19】第４実施形態に係る光検知装置の第１磁性素子及び第２磁性素子の近傍の断面図である。
【図20】第５実施形態に係る光検知装置の平面図である。
【図21】第５実施形態に係る光検知装置の断面図である。
【図22】第５実施形態に係る光検知装置の別の断面図である。
【図23】第５実施形態の第１変形例に係る光検知装置の平面図である。
【図24】第６実施形態に係る光検知装置の回路図である。
【図25】第１適用例にかかる送受信装置のブロック図である。
【図26】通信システムの一例の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
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。
【0029】
方向について定義する。基板Ｓｕｂが広がる面の面内の一方向をｘ方向、面内でｘ方向と直交する方向をｙ方向とする。また基板Ｓｕｂと直交する方向をｚ方向とする。ｚ方向は、第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０の積層方向の一例である。以下、＋ｚ方向を「上」、－ｚ方向を「下」と表現する場合がある。＋ｚ方向は、第２強磁性層から第１強磁性層へ向かう方向である。上下は、必ずしも重力が加わる方向とは一致しない。
【0030】
【0031】
光検知装置１００は、例えば、第１磁性素子１０と第２磁性素子２０と遅延回路４０とコンデンサ９１とインダクタ９２と出力端子ｔ１と基準電位端子ｔ２とを備える。光検知装置１００は、電源３１及び電源３２を備えてもよく、電源３１及び電源３２は光検知装置１００の外部にあってもよい。第１磁性素子１０は、第１光電変換素子の一例であり、第２磁性素子２０は、第２光電変換素子の一例である。第１光電変換素子（第１磁性素子１０）は光パルスが照射されると第１出力を出力し、第２光電変換素子（第２磁性素子２０）は光パルスが照射されると第２出力を出力する。第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０は、ｐｎ接合型のフォトダイオード等の公知の光電変換素子と置き換えてもよい。この場合、第１光電変換素子としての半導体フォトダイオードのカソードが電源３１の正端子に接続され、アノードが電源３１の負端子に接続され、第２光電変換素子としての半導体フォトダイオードのカソードが電源３２の正端子に接続され、アノードが電源３２の負端子に接続される。第１磁性素子１０と第２磁性素子２０と電源３１と電源３２と遅延回路４０とコンデンサ９１とインダクタ９２と出力端子ｔ１と基準電位端子ｔ２との間はそれぞれ、線路で接続されている。
【0032】
出力端子ｔ１は、光検知装置１００からの信号が出力される端子である。光検知装置１００は、例えば、第１磁性素子１０と第２磁性素子２０との合成抵抗、合成電位等を出力端子ｔ１から出力する。
【0033】
基準電位端子ｔ２は、基準電位に接続され、光検知装置１００の基準電位を決める。基準電位端子ｔ２は、例えば、第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０のそれぞれに接続されている。図１に示す基準電位は、グラウンドである。グラウンドは光検知装置１００の外部に設けられてもよい。基準電位は、グラウンド以外でもよい。
【0034】
電源３１は、直流電源であり、第１磁性素子１０に接続されている。電源３１は、公知の物を用いることができる。電源３１は、例えば、一定の直流電流を発生可能な直流電流源でもよい。電源３１は、発生する直流電流値の大きさが変化可能な直流電流源でもよい。第１光電変換素子および第２光電変換素子がｐｎ接合型のフォトダイオードの場合は、電源３１および後述する電源３２は、一定の直流電圧を印加可能な直流電圧源でもよい。電源３１は、第１磁性素子１０に直流電流又は直流電圧を印加する。光検知装置１００は、例えば、第１磁性素子１０の出力端子ｔ１側の第１面１０Ａが、電源３１の負の端子に接続され、第１磁性素子１０の第１面１０Ａと対向する第２面１０Ｂが、電源３１の正の端子に接続されるように構成されている。
【0035】
電源３２は、直流電源であり、第２磁性素子２０に接続されている。電源３２は、電源３１と同様のものを用いることができる。電源３２は、第２磁性素子２０に直流電流又は直流電圧を印加する。光検知装置１００は、例えば、第２磁性素子２０の出力端子ｔ１側の第１面２０Ａが、電源３２の正の端子に接続され、第２磁性素子２０の第１面２０Ａと対向する第２面２０Ｂが、電源３２の負の端子に接続されるように構成されている。
【0036】
光検知装置１００は、第１磁性素子１０の出力端子ｔ１側の第１面１０Ａに接続される電源３１の極性（正負）が、第２磁性素子２０の出力端子ｔ１側の第１面２０Ａに接続される電源３２の極性（正負）と異なるように構成されている。ここでは、第１面１０Ａが電源３１の負の端子に接続され、第２面１０Ｂが電源３１の正の端子に接続され、第１面２０Ａが電源３２の正の端子に接続され、第２面２０Ｂが電源３２の負の端子に接続される例を示したが、第１面１０Ａが電源３１の正の端子に接続され、第２面１０Ｂが電源３１の負の端子に接続され、第１面２０Ａが電源３２の負の端子に接続され、第２面２０Ｂが電源３２の正の端子に接続されてもよい。
【0037】
インダクタ９２は、例えば、電源３１と第１磁性素子１０との間、及び、電源３２と第２磁性素子２０との間のそれぞれにある。インダクタ９２には、例えば、チップインダクタ、パターン線路によるインダクタ、インダクタ成分を有する抵抗素子等を用いることができる。
【0038】
コンデンサ９１は、例えば、第１磁性素子１０と出力端子ｔ１との間、及び、第２磁性素子２０と出力端子ｔ１との間のそれぞれにある。コンデンサ９１には、公知のものを用いることができる。コンデンサ９１は、第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０の出力電圧の変化の高周波成分のみを出力端子ｔ１に向かって通過させる。
【0039】
図２は、第１実施形態に係る光検知装置１００の第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０の近傍の斜視図である。
【0040】
光検知装置１００は、照射される光Ｌを電気信号に置き換える。第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０には、光Ｌが照射される。
【0041】
光Ｌ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。光Ｌは、例えば、光パルスとして第１磁性素子１０および第２磁性素子に照射される。光Ｌは、例えば、高周波で繰り返される複数の光パルスにより構成される高周波の光信号を含む。高周波の光信号は、例えば、１００ＭＨｚ以上の周波数を有する信号である。光Ｌはレーザー光であってもよい。
【0042】
第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０は、それぞれ柱状体である。第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０は、円柱でも四角柱でも三角柱でもよい。ｚ方向から見た際の第１磁性素子１０の第１強磁性層１１の面積は、ｚ方向から見た際の第２磁性素子２０の第１強磁性層２１の面積と、同じでも異なってもよい。
【0043】
第１磁性素子１０は、第１電極１４と第２電極１５と接続されている。第１電極１４は、第１磁性素子１０の光Ｌの照射面に接する。第２電極１５は、第１磁性素子１０の光照射面と対向する面に接する。第１電極１４と第２電極１５とは、第１磁性素子１０をｚ方向に挟む。
【0044】
第１電極１４は、導電性を有する材料からなる。第１電極１４は、例えば、使用波長帯域の光に対して透過性を有する透明電極である。第１電極１４は、例えば、使用波長帯域の光の８０％以上を透過することが好ましい。第１電極１４は、例えば、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）等の酸化物である。第１電極１４は、これらの酸化物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。第１電極１４として上記のような透明電極材料を用いることは必須ではなく、Ａｕ、ＣｕまたはＡｌなどの金属材料を薄い膜厚で用いることで、照射される光Ｌを第１磁性素子１０の第１強磁性層１１に到達させるようにしてもよい。第１電極１４の材料として金属を用いる場合、第１電極１４の膜厚は、例えば、３～１０ｎｍである。また第１電極１４は、光が照射される照射面に反射防止膜を有してもよい。
【0045】
第２電極１５は、第１磁性素子１０を挟んで第１電極１４と反対側にある。第２電極１５は、導電性を有する材料からなる。第２電極１５は、例えば、Ｃｕ、ＡｌまたはＡｕ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、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、第２電極１５として、ＴｉＮやＴａＮを用いてもよい。第２電極１５の膜厚は、例えば２００ｎｍ～８００ｎｍである。
【0046】
第２電極１５は、第１磁性素子１０に照射される光Ｌに対して透過性を有するようにしてもよい。第２電極１５の材料として、第１電極１４と同様に、例えば、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用いてもよい。第１電極１４のほうから光が照射される場合においても、光の強度によっては光が第２電極１５まで到達する場合もありうるが、この場合、第２電極１５が酸化物の透明電極材料を含んで構成されていることで、第２電極１５が金属で構成されている場合に比べて、第２電極１５とそれに接する層との界面における光の反射を抑制できる。
【0047】
第２磁性素子２０は、第１電極２４と第２電極２５と接続されている。第１電極２４は、第２磁性素子２０の光Ｌの照射面に接する。第２電極２５は、第２磁性素子２０の光照射面と対向する面に接する。第２電極２５は、第２電極１５と一体化されていてもよい。第１電極２４と第２電極２５とは、第２磁性素子２０をｚ方向に挟む。第１電極２４は第１電極１４と同様の材料を用いることができ、第２電極２５は、第２電極１５と同様の材料を用いることができる。
【0048】
【0049】
第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０の周囲は、例えば、絶縁層９３で被覆されている。絶縁層９３は、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇの酸化物、窒化物、酸窒化物である。絶縁層９３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）等である。
【0050】
第１磁性素子１０は、例えば、第１強磁性層１１と第２強磁性層１２とスペーサ層１３とを有する。スペーサ層１３は、第１強磁性層１１と第２強磁性層１２との間に位置する。第１磁性素子１０は、これらの他に、他の層を有してもよい。第１磁性素子１０には、第１強磁性層１１側から光Ｌが照射される。第１強磁性層１１は、第２強磁性層１２より第１電極１４の近くにある。第２強磁性層１２は、第１強磁性層１１より第２電極１５の近くにある。
【0051】
第２磁性素子２０は、例えば、第１強磁性層２１と第２強磁性層２２とスペーサ層２３とを有する。スペーサ層２３は、第１強磁性層２１と第２強磁性層２２との間に位置する。第２磁性素子２０は、これらの他に、他の層を有してもよい。第２磁性素子２０には、第１強磁性層２１側から光Ｌが照射される。第１強磁性層２１は、第２強磁性層２２より第１電極２４の近くにある。第２強磁性層２２は、第１強磁性層２１より第２電極２５の近くにある。
【0052】
図３に示す第１磁性素子１０は、第１磁性素子１０に光が照射されていない状態において、第１強磁性層１１の磁化Ｍ１１と第２強磁性層１２の磁化Ｍ１２とが反平行の関係にある。図３に示す第２磁性素子２０は、第２磁性素子２０に光が照射されていない状態において、第１強磁性層２１の磁化Ｍ２１と第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２とが反平行の関係にある。第１実施形態では、第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０に光が照射されていない状態において、第１磁性素子１０の第１強磁性層１１と第２強磁性層１２の磁化方向の関係は、第２磁性素子２０の第１強磁性層２１と第２強磁性層２２の磁化方向の関係と同じである。ここでは、第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０に光が照射されていない状態において、第１磁性素子１０の第１強磁性層１１と第２強磁性層１２の磁化方向の関係、及び、第２磁性素子２０の第１強磁性層２１と第２強磁性層２２の磁化方向の関係がいずれも反平行である例を示したが、これらの磁化方向の関係は平行でもよく、また例えば、第１強磁性層１１の磁化Ｍ１１または第１強磁性層２１の磁化Ｍ２１の方向が積層方向および面内方向に対して傾いている状態のように、これらの磁化方向の関係が平行及び反平行とは異なる関係でもよい。
【0053】
第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０は、例えば、スペーサ層１３、２３が絶縁材料で構成されたＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）素子である。第１磁性素子１０は、例えば、第１強磁性層１１の磁化の状態と第２強磁性層１２の磁化の状態との相対的な変化に応じて、ｚ方向の抵抗値（ｚ方向に電流を流した場合の抵抗値）が変化する素子である。このような素子は磁気抵抗効果素子ともいう。第２磁性素子２０も同様に、例えば、第１強磁性層２１の磁化の状態と第２強磁性層２２の磁化の状態との相対的な変化に応じて、ｚ方向の抵抗値（ｚ方向に電流を流した場合の抵抗値）が変化する素子である。
【0054】
第１磁性素子１０は、第１磁性素子１０に照射される光Ｌの強度が変化すると、光Ｌの強度の変化に応じて、第１磁性素子１０から出力される電圧（第１電極１４と第２電極１５との間の電位差）が変化する。第１磁性素子１０は光パルスが照射されると第１出力を出力する。第１出力の電圧の変化量（光パルスが照射されていない状態における第１磁性素子１０からの出力電圧を基準とした変化量）は、出力端子ｔ１から出力される。例えば、第１出力の電圧の変化は、第１出力に起因した第１信号として出力端子ｔ１から出力される。
【0055】
第２磁性素子２０は、第２磁性素子２０に照射される光Ｌの強度が変化すると、光Ｌの強度の変化に応じて、第２磁性素子２０から出力される電圧（第１電極２４と第２電極２５との間の電位差）が変化する。第２磁性素子２０は光パルスが照射されると第２出力を出力する。第２出力の電圧の変化量（光パルスが照射されていない状態における第２磁性素子２０からの出力電圧を基準とした変化量）は、第１出力に起因した第１信号より遅延して、出力端子ｔ１から出力される。例えば、第２出力の電圧の変化を抽出し遅延させた信号は、第２出力に起因した第２信号として出力端子ｔ１から出力される。
【0056】
第１強磁性層１１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１１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Ｌ、第１強磁性層１１のｚ方向に流れる電流、外部磁場である。第１強磁性層１１の磁化は、第１強磁性層１１に照射される光Ｌの強度に応じて、状態が変化する。
【0057】
第１強磁性層１１は、強磁性体を含む。第１強磁性層１１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１１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１１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１１は、複数の層から構成されていてもよい。第１強磁性層１１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。一般的に、「強磁性」は「フェリ磁性」を含む。第１強磁性層１１は、フェリ磁性を示してもよい。一方、第１強磁性層１１は、フェリ磁性ではない強磁性を示してもよい。例えば、ＣｏＦｅＢ合金は、フェリ磁性ではない強磁性を示す。
【0058】
第１強磁性層１１は、膜面内方向（ｘｙ面内のいずれかの方向）に磁化容易軸を有する面内磁化膜でも、膜面直方向（ｚ方向）に磁化容易軸を有する垂直磁化膜でもよい。
【0059】
第１強磁性層１１の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。第１強磁性層１１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１１が垂直磁化膜の場合、第１強磁性層１１の膜厚が薄いと、第１強磁性層１１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１１の垂直磁気異方性が高まる。つまり、第１強磁性層１１の垂直磁気異方性が高いと、磁化がｚ方向に戻ろうとする力が強まる。一方、第１強磁性層１１の膜厚が厚いと、第１強磁性層１１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１１の垂直磁気異方性が弱まる。
【0060】
第１強磁性層１１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１１の磁化の反応しやすさは、第１強磁性層１１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１１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１１の磁気異方性を適切に設計したうえで第１強磁性層１１の体積を小さくすることが好ましい。
【0061】
第１強磁性層１１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１１内に設けてもよい。すなわち、ｚ方向に強磁性層、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１１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１１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。
【0062】
第２強磁性層１２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１２の保磁力は、例えば、第１強磁性層１１の保磁力よりも大きい。第２強磁性層１２は、例えば第１強磁性層１１と同じ方向に磁化容易軸を有する。第２強磁性層１２は、面内磁化膜でも、垂直磁化膜でもよい。
【0063】
第２強磁性層１２を構成する材料は、例えば、第１強磁性層１１と同様である。第２強磁性層１２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。
【0064】
第２強磁性層１２の磁化は、例えば、磁気結合層を介した第３強磁性層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１２、磁気結合層及び第３強磁性層を合わせたものを磁化固定層と称する場合もある。
【0065】
第３強磁性層は、例えば、第２強磁性層１２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強磁性層を構成する材料は、例えば、第１強磁性層１１と同様である。磁気結合層は、例えば、Ｒｕ、Ｉｒ等である。
【0066】
スペーサ層１３は、第１強磁性層１１と第２強磁性層１２との間に配置される非磁性層である。スペーサ層１３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１３の膜厚は、後述する初期状態における第１強磁性層１１の磁化と第２強磁性層１２の磁化の配向方向に応じて調整できる。
【0067】
例えば、スペーサ層１３が絶縁体からなる場合は、第１磁性素子１０は、第１強磁性層１１とスペーサ層１３と第２強磁性層１２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、第１磁性素子１０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。例えば、スペーサ層１３が金属からなる場合は、第１磁性素子１０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。
【0068】
スペーサ層１３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１１と第２強磁性層１２との間に高いＴＭＲ効果が発現するようにスペーサ層１３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１３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。
【0069】
スペーサ層１３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１３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。
【0070】
スペーサ層１３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１３の膜厚は１．０～４．０ｎｍ程度としてもよい。
【0071】
スペーサ層１３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１３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。上述のように、第１磁性素子１０は、スペーサ層１３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。
【0072】
第１磁性素子１０は、この他、下地層、キャップ層、垂直磁化誘起層等を有してもよい。下地層は、第２強磁性層１２の下側にある。下地層は、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。
【0073】
キャップ層は、第１強磁性層１１の上側にある。キャップ層は、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。キャップ層の膜厚は、第１強磁性層１１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。
【0074】
垂直磁化誘起層は、第１強磁性層１１が垂直磁化膜の場合に形成される。垂直磁化誘起層は、第１強磁性層１１上に積層される。垂直磁化誘起層は、第１強磁性層１１の垂直磁気異方性を誘起する。垂直磁化誘起層は、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。垂直磁化誘起層の膜厚は、例えば、０．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下である。
【0075】
第２磁性素子２０における第１強磁性層２１は、第１磁性素子１０における第１強磁性層１１に対応する。第１強磁性層２１の構成材料、膜厚、層構成等は、第１強磁性層１１と同様にすることができる。第２磁性素子２０における第２強磁性層２２は、第１磁性素子１０における第２強磁性層１２に対応する。第２強磁性層２２の構成材料、膜厚、層構成等は、第２強磁性層１２と同様にすることができる。第２磁性素子２０におけるスペーサ層２３は、第１磁性素子１０におけるスペーサ層１３に対応する。スペーサ層２３の構成材料、膜厚、層構成等は、スペーサ層１３と同様にすることができる。また第２磁性素子２０は、第１磁性素子１０と同様に、下地層、キャップ層、垂直磁化誘起層等を有してもよい。
【0076】
第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０は、例えば、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。各層は、例えば、スパッタリングにより成膜される。アニールは、例えば、２５０℃以上４５０℃以下で行う。積層膜の加工は、例えば、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて行う。第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０をｚ方向から見た際の最短幅は、例えば、１０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下としてもよく、３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下としてもよい。
【0077】
図３では第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０の一例を示したが、磁性素子は光の照射により磁化の状態が変化する強磁性体を有し、磁化の状態の変化に伴い抵抗値が変化するものであればよい。磁性素子には、例えば、上述のＭＴＪ素子及びＧＭＲ素子のほか、異方性磁気抵抗（AMR：Anisotronipic Magnetoresistance)効果素子、超巨大磁気抵抗（CMR：Colossal Magnetoresistance）効果素子等を用いることができる。
【0078】
遅延回路４０は、例えば、第２磁性素子２０と出力端子ｔ１との間にある。遅延回路４０は、第２磁性素子２０からの第２出力に起因する信号（この例では、第２出力の電圧の変化が抽出された信号）を遅延させる。遅延回路４０は、公知のものを用いることができる。
【0079】
次いで、光検知装置１００の動作について説明する。第１磁性素子１０に光パルスが照射されると第１磁性素子１０は、第１出力を出力する。第１出力の電圧の変化（光パルスが照射されていない状態における第１磁性素子１０からの出力電圧を基準とした電圧変化）が、出力端子ｔ１から出力される。第１出力の電圧の変化は、上述のように、第１信号の一例である。同様に、第２磁性素子２０に光パルスが照射されると第２磁性素子２０は、第２出力を出力する。第２出力の電圧の変化（光パルスが照射されていない状態における第２磁性素子２０からの出力電圧を基準とした電圧変化）は、第１出力に起因した第１信号より遅延して、出力端子ｔ１から出力される。第２出力の電圧の変化を抽出し遅延させた信号が、上述のように、第２信号の一例である。つまり、第１磁性素子１０と第２磁性素子２０とに同一の光パルスが照射された際の、第１出力の電圧の変化（第１信号）と第２出力の電圧の変化を抽出し遅延させた信号（第２信号）とが合成された電圧が、出力端子ｔ１から出力される。
【0080】
光検知装置１００は、所定の信号処理方法に従って、第１出力と第２出力とを合成して、出力端子ｔ１から出力する。光検知装置１００は、第１磁性素子１０と第２磁性素子２０とに同一の光パルスが照射された際の第１出力に起因する第１信号と第２出力に起因する第２信号とを、第１条件と第２条件を満たす状態で、合成する。図１に示す例では、第１磁性素子１０と出力端子ｔ１との間の線路と、第２磁性素子２０と出力端子ｔ１との間の線路とを単純に接続しているが、これらの線路の長さが長い場合は、適切なパワーコンバイナーを用いてこれらの線路を接続することで、信号の反射等の問題の発生を抑制するようにしてもよい。第１信号は、第１出力に起因するものであり、例えば、第１出力の電圧の変化を抽出したものであってもよいし、第１出力そのものであってもよいし、第１出力の電圧の変化を抽出し極性を反転させたものであってもよいし、第１出力の強度を変更したものであってもよい。第２信号は、第２出力に起因するものであり、例えば、第２出力の電圧の変化を抽出したものであってもよいし、第２出力そのものであってもよいし、第２出力の電圧の変化を抽出し極性を反転させたものであってもよいし、第２出力の強度を変更したものであってもよいし、これらを遅延させたものでもよい。
【0081】
図１に示す例では、光検知装置１００は、第１磁性素子１０と第２磁性素子２０とに同一の光パルスが照射された際の、第１出力の電圧の変化（第１信号）と第２出力の電圧の変化を抽出し遅延させた信号（第２信号）とを合成した電圧を、出力端子ｔ１から出力する。第１条件は、第１信号のピークの時間位置と第２信号のピークの時間位置とが異なるという条件である。第２条件は、第１信号のピークに達するまでの変化量の正負と、第２信号のピークに達するまでの変化量の正負と、が異なるという条件である。
【0082】
まず、第１磁性素子１０に光パルスが照射されると、第１磁性素子１０から第１出力が出力される原理、及び、第２磁性素子２０に光パルスが照射されると、第２磁性素子２０から第２出力が出力される原理について説明する。第１磁性素子１０と第２磁性素子２０の動作の原理は同等なので、以下、第１磁性素子１０の動作を例に説明する。
【0083】
第１強磁性層１１には、光パルスが照射される。第１磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は、光が第１強磁性層１１に照射されることにより変化する。第１磁性素子１０からの出力電圧は、光が第１強磁性層１１に照射されることにより変化する。
【0084】
図４及び図５は、第１実施形態に係る第１磁性素子１０の動作例を説明するための図である。図４は、動作例の第１メカニズムを説明するための図であり、図５は、動作例の第２メカニズムを説明するための図である。図４及び図５の上のグラフは、縦軸が第１強磁性層１１に照射される光の強度であり、横軸が時間である。図４及び図５の下のグラフは、縦軸が第１磁性素子１０のｚ方向の抵抗値であり、横軸が時間である。
【0085】
まず第１強磁性層１１に第１強度Ｗ１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１１の磁化Ｍ１１と第２強磁性層１２の磁化Ｍ１２とは反平行の関係にあり、第１磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は第２抵抗値Ｒ２を示す。ここで、第１強磁性層１１に照射される光の強度がゼロの場合を、第１強度Ｗ１の光が照射された状態としてもよい。
【0086】
第１磁性素子１０のｚ方向にセンス電流Ｉｓを流すことで、第１磁性素子１０のｚ方向の両端に電圧が発生する。第１磁性素子１０からの出力電圧は、第１電極１４と第２電極１５との間に発生する。
【0087】
図４に示す例において、センス電流Ｉｓは第２強磁性層１２から第１強磁性層１１に向かって流すことが好ましい。この方向にセンス電流Ｉｓを流すことで、第１強磁性層１１の磁化Ｍ１１に対して、第２強磁性層１２の磁化Ｍ１２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Ｍ１１と磁化Ｍ１２とが反平行の状態になりやすくなる。
【0088】
次いで、第１強磁性層１１に照射される光の強度が第１強度Ｗ１から第２強度Ｗ２に変化する。例えば、光パルスが第１磁性素子１０に照射されると、第１強磁性層１１に照射される光の強度は、第１強度Ｗ１から第２強度Ｗ２に変化する。第２強度Ｗ２の光は、第１強度Ｗ１の光より強度が大きい。
【0089】
第２強度Ｗ２は、第１強度Ｗ１より大きく、第１強磁性層１１の磁化Ｍ１１は初期状態から変化する。第１強磁性層１１に光が照射されていない状態における第１強磁性層１１の磁化Ｍ１１の状態と、第２強度Ｗ２の光が照射された第１強磁性層１１の磁化Ｍ１１の状態とは異なる。磁化Ｍ１１の状態とは、例えば、ｚ方向に対する傾き角、大きさ等である。
【0090】
例えば、図４に示すように、第１強磁性層１１に照射される光の強度が第１強度Ｗ１から第２強度Ｗ２に変化すると、磁化Ｍ１１はz方向に対して傾く。また例えば、図５に示すように、第１強磁性層１１に照射される光の強度が第１強度Ｗ１から第２強度Ｗ２に変化すると、磁化Ｍ１１の大きさが小さくなる。例えば、第１強磁性層１１の磁化Ｍ１１が光の照射強度によってｚ方向に対して傾く場合、その傾き角度は、例えば０°より大きく９０°より小さい。
【0091】
光パルスの第１磁性素子１０に対する照射により第１強磁性層１１の磁化Ｍ１１が初期状態から変化すると、第１磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は第１抵抗値Ｒ１を示し、第１磁性素子１０からの出力電圧の大きさが第１の値から第２の値へ変化する（第１磁性素子１０が第１出力を出力する）。第１抵抗値Ｒ１は、第２抵抗値Ｒ２より小さい。第２の値は第１の値より小さい。第１抵抗値Ｒ１は、磁化Ｍ１１と磁化Ｍ１２とが反平行である場合の抵抗値（第２抵抗値Ｒ２）と、磁化Ｍ１１と磁化Ｍ１２とが平行である場合の抵抗値との間である。
【0092】
図４に示す場合は、第１強磁性層１１の磁化Ｍ１１には第２強磁性層１２の磁化Ｍ１２と反対方向のスピントランスファートルクが作用している。したがって、磁化Ｍ１１は磁化Ｍ１２に対して反平行状態になるように戻ろうとし、第１強磁性層１１に照射される光の強度が第２強度から第１強度に変化すると、磁化Ｍ１１は磁化Ｍ１２に対して反平行状態に戻る。図５に示す場合は、第１強磁性層１１に照射される光の強度が第１強度Ｗ１に戻ると、第１強磁性層１１の磁化Ｍ１１の大きさは元に戻り、第１磁性素子１０は初期状態に戻る。いずれの場合も第１磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は、第２抵抗値Ｒ２に戻る。つまり、第１強磁性層１１に照射される光の強度が第２強度Ｗ２から第１強度Ｗ１に変化した際に、第１磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は、第１抵抗値Ｒ１から第２抵抗値Ｒ２へ変化する。
【0093】
図４及び図５に示すように、第１強磁性層１１に照射される光の強度が第２強度Ｗ２から第１強度Ｗ１に変化した際に、第１磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は第１抵抗値Ｒ１から第２抵抗値Ｒ２へ変化する。第１磁性素子１０のｚ方向の抵抗値が第１抵抗値Ｒ１から第２抵抗値Ｒ２へ変化し、第１磁性素子１０からの出力電圧の大きさが第２の値から第１の値へ変化するのに要する時間（立下り時間）は、第１強磁性層１１に照射される光の強度が第２強度Ｗ２から第１強度Ｗ１に変化するのに要する時間よりも長く、第１磁性素子１０からの出力電圧の大きさが第１の値から第２の値へ変化するのに要する時間（立上り時間）よりも長い。
【0094】
ここでは初期状態において磁化Ｍ１１と磁化Ｍ１２とが反平行な場合を例に説明したが、初期状態において磁化Ｍ１１と磁化Ｍ１２とは平行でもよい。この場合、第１磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は、磁化Ｍ１１の状態が変化するほど（例えば、磁化Ｍ１１の初期状態からの角度変化が大きくなるほど）大きくなる。磁化Ｍ１１と磁化Ｍ１２とが平行な場合を初期状態とする場合は、センス電流Ｉｓは第１強磁性層１１から第２強磁性層１２に向かって流すことが好ましい。この方向にセンス電流Ｉｓを流すことで、第１強磁性層１１の磁化Ｍ１１に対して、第２強磁性層１２の磁化Ｍ１２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Ｍ１１と磁化Ｍ１２とが平行になる。なお、初期状態において磁化Ｍ１１と磁化Ｍ１２とが反平行の関係な方が、初期状態において磁化Ｍ１１と磁化Ｍ１２とが平行の関係にある場合より、光パルスの照射後に磁性素子からの出力電圧が元の状態に戻るまでの立下り時間は短い。
【0095】
第１磁性素子１０からの出力電圧は、第１強磁性層１１に照射される光の強度に対応して変化する。第１磁性素子１０は、照射される光の強度を第１磁性素子１０からの出力電圧に変換することができ、また、照射される光の強度の変化を第１磁性素子１０からの出力電圧の変化に変換することができる。コンデンサ９１は、出力電圧のうち高周波成分のみを通過させるため、初期状態における第１磁性素子１０からの出力電圧を基準とした第１出力の電圧の変化量が、出力端子ｔ１から第１信号として出力される。
【0096】
同様に、第２磁性素子２０からの出力電圧は、第１強磁性層２１に照射される光の強度に対応して変化する。第２磁性素子２０は、照射される光の強度を第２磁性素子２０からの出力電圧の変化に変換することができ、また、照射される光の強度の変化を第２磁性素子２０からの出力電圧の変化に変換することができる。コンデンサ９１は、出力電圧のうち高周波成分のみを通過させるため、初期状態における第２磁性素子２０からの出力電圧を基準とした第２出力の電圧の変化量が、出力端子ｔ１から出力される。
【0097】
光検知装置１００は、第１磁性素子１０と第２磁性素子２０とに同一の光パルスが照射された際に生じる第１信号と第２信号とを、第１条件と第２条件とを満たす状態で合成する。
【0098】
第１条件は、例えば、遅延回路４０によって満たされる。遅延回路４０は、第２出力に起因する信号（この例では、第２出力の電圧の変化が抽出された信号）を遅延させる。第２出力に起因する信号は、遅延回路４０によって遅延し、第２信号となる。出力端子ｔ１において、第１信号のピークの時間位置と第２信号のピークの時間位置とが異なる。ここで、ピークの時間位置とは、信号の値がピークとなる時刻である。遅延回路４０は、例えば、出力端子ｔ１において、第１信号のピークの時間位置が第２信号のピークの時間位置より前になるようにする。第１信号のピークの時間位置と第２信号のピークの時間位置との差の時間は、第１信号の立下り部分において、第１信号のピークから、第１信号の値が第１信号のピーク値の３０％の値になるまでの時間より短いことが好ましい。第２信号のピークの時間位置は、第１信号の立下りの傾きの絶対値が大きい時間位置にあることが好ましいためである。
【0099】
また第２条件は、第１実施形態に係る光検知装置１００においては、第１磁性素子１０の出力端子ｔ１側の第１面１０Ａに接続される電源３１の極性（正負）と、第２磁性素子２０の出力端子ｔ１側の第１面２０Ａに接続される電源３２の極性（正負）とが異なることで、満たされる。
【0100】
第１磁性素子１０と第２磁性素子２０とは、センス電流Ｉｓの流れる方向が異なる。光パルスの第１磁性素子１０に対する照射による第１磁性素子１０からの第１出力の変化量ΔＶ１０は、ΔＶ１０＝ΔＲ１０×Ｉで求められる。式中Ｉは、センス電流Ｉｓの電流量の絶対値である。光パルスの第２磁性素子２０に対する照射による第２磁性素子２０からの第２出力の変化量ΔＶ２０は、ΔＶ２０＝ΔＲ２０×－Ｉで求められる。ΔＲ１０は、光パルスの第１磁性素子１０に対する照射による第１磁性素子１０のｚ方向の抵抗値の変化量である。ΔＲ２０は、光パルスの第２磁性素子２０に対する照射による第２磁性素子２０のｚ方向の抵抗値の変化量である。
【0101】
第１磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は、第１強磁性層１１に照射される光の強度が第１強度から第２強度に変化した際に第２抵抗値Ｒ２から第１抵抗値Ｒ１に減少し、第１強磁性層１１に照射される光の強度が第２強度から第１強度に変化した際に第１抵抗値Ｒ１から第２抵抗値Ｒ２に増加する。同様に、第２磁性素子２０のｚ方向の抵抗値は、第１強磁性層２１に照射される光の強度が第１強度から第２強度に変化した際に減少し、第１強磁性層２１に照射される光の強度が第２強度から第１強度に変化した際に増加する。すなわち、第１磁性素子１０と第２磁性素子２０とは、光パルスの照射による抵抗値の変化量の正負が同じである。
【0102】
第１磁性素子１０と第２磁性素子２０とは、センス電流Ｉｓの流れる方向が異なり、光パルスの照射による抵抗値の変化量の正負が同じであるため、光パルスの照射による第１磁性素子１０からの第１出力の変化量の正負と、光パルスの照射による第２磁性素子２０からの第２出力の変化量の正負とは、反対となる。
【0103】
第１磁性素子１０からの第１出力の強度と、第２磁性素子２０からの第２出力の強度とは、同じでも異なっていてもよい。第１出力の強度は、電源３１が供給する電流の値を変えることで変化する。電源３１が第１磁性素子１０に供給する電流の値が大きいほど、第１出力は大きくなり、第１信号の強度も大きくなる。同様に、第２出力及び第２信号の強度は、電源３２が供給する電流値を変えることで変化する。そのため、電源３１と電源３２が供給する電流の値を調整することで、第１信号のピークに達するまでの変化量の絶対値と、第２信号のピークに達するまでの変化量の絶対値とを調整できる。
【0104】
図６は、第１実施形態に係る光検知装置１００の光パルスに対する出力特性を示す。第１信号Ｓ１は、第１磁性素子１０からの第１出力に起因した信号であり、第１出力の電圧の変化が抽出されたものである。第２信号Ｓ２は、第２磁性素子２０からの第２出力に起因した信号であり、第２出力の電圧の変化を抽出し遅延させた信号である。図６に示すように、光Ｌが第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０にパルス状に照射されると、第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２が出力される。光パルスの照射による第１信号Ｓ１のピークに達するまでの変化量ΔＶ１０ｍは正であり、光パルスの照射による第２信号のピークに達するまでの変化量ΔＶ２０ｍは負である。このように、光検知装置１００は第２条件を満たす。また遅延回路４０は、第２信号Ｓ２のピークの時間位置ｔｂを第１信号Ｓ１のピークの時間位置ｔａより遅らせる。第１信号Ｓ１のピークの時間位置ｔａと第２信号Ｓ２のピークの時間位置ｔｂとは異なる。このように、光検知装置１００は第１条件を満たす。
【0105】
光検知装置１００は、第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２とを合成する。第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２とは正負が反対であるため、この処理は第１信号Ｓ１の大きさ（絶対値）と第２信号Ｓ２の大きさ（絶対値）との差分を求める処理に対応する。第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２のそれぞれは、ピークに達してから元の値に戻るまでの立下り時間が長いが、第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２とを合成した光検知装置１００からの合計出力信号Ｓは立下り時間が短い。第１磁性素子１０と第２磁性素子２０とに同一の光パルスが照射された際に生じる第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２とを、第１条件と第２条件を満たす状態で合成することで、合計出力信号Ｓの立下り部分は、第１信号Ｓ１の立下り部分と第２信号Ｓ２のピーク部分を含む部分とが相殺されることで絶対値が小さくなる一方、合計出力信号Ｓのピーク部分は、第１信号Ｓ１のピーク部分から第２信号の立ち上がり部分が差し引かれるだけであるので、絶対値はあまり小さくならないからである。つまり、第１実施形態に係る光検知装置１００は、パルス光が照射された後の出力の立下り時間が短い。
【0106】
パルス光が照射された後の出力の立下り時間が長いと、連続するパルス光が照射された際に、前のパルス光に由来する出力が立下り切る前に、次のパルス光が照射される場合がある。この場合、連続パルスに対して光検知装置１００の出力変化が追い付かなくなり、光検知装置１００の出力変化が時間の経過とともに小さくなる。これに対し、パルス光が照射された後の出力の立下り時間が短い光検知装置１００は、連続してパルス光が入射した場合でも、出力の変化が時間の経過とともに小さくなることを抑制できる。
【0107】
【0108】
図７は、光検知装置１００の出力端子ｔ１からの出力（合計出力信号Ｓ）と、出力端子ｔ１からの出力のうちの、第１磁性素子１０からの第１出力に起因する出力（第１信号Ｓ１）と、第２磁性素子２０からの第２出力に起因する出力（第２信号Ｓ２）と、の測定値を示すグラフである。図８は、第１信号Ｓ１と、第２信号Ｓ２と、光検知装置１００からの合計出力信号Ｓと、のそれぞれを、それぞれのピーク値で規格化したグラフである。
【0109】
図７及び図８のグラフに示される例では、第１磁性素子１０を直径２００ｎｍの円柱とし、電源３１から第１磁性素子１０に印加する直流電流の大きさを０．７６ｍＡとし、第２磁性素子２０を直径２００ｎｍの円柱とし、電源３２から第２磁性素子２０に印加する直流電流の大きさを０．７６ｍＡとした。第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０に光が照射されていない状態において、第１磁性素子１０は、第１強磁性層１１の磁化Ｍ１１と第２強磁性層１２の磁化Ｍ１２とが反平行の関係であり、第２磁性素子２０は、第１強磁性層２１の磁化Ｍ２１と第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２とが反平行の関係である。第２信号Ｓ２の第１信号Ｓ１に対する遅延時間は、４．４ｎｓｅｃとした。第１信号Ｓ１のピークに達するまでの変化量の絶対値と、第２信号Ｓ２のピークに達するまでの変化量の絶対値とは同一とした。
【0110】
【0111】
「第２実施形態」
図９は、第２実施形態に係る光検知装置１０１の回路図である。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。図９では、光検知装置１０１に光が照射されていない状態における強磁性体の磁化の向きを矢印で表している。
図９は、第２実施形態に係る光検知装置１０１の回路図である。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。図９では、光検知装置１０１に光が照射されていない状態における強磁性体の磁化の向きを矢印で表している。
【0112】
光検知装置１０１は、例えば、第１磁性素子１０と第２磁性素子２０とコンデンサ９１とインダクタ９２と出力端子ｔ１と基準電位端子ｔ２と磁場印加部５１と磁場印加部５２とを備える。光検知装置１０１は、電源３１及び電源３３を備えてもよく、電源３１及び電源３３は光検知装置１０１の外部にあってもよい。
【0113】
【0114】
第２実施形態に係る第２磁性素子２０は、第２磁性素子２０に光が照射されていない状態において、第１強磁性層２１の磁化Ｍ２１と第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２とが平行である点が、第１実施形態に係る第２磁性素子２０と異なる。
【0115】
第２実施形態では、第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０に光が照射されていない状態において、第１磁性素子１０の第１強磁性層１１と第２強磁性層１２の磁化方向の関係は、第２磁性素子２０の第１強磁性層２１と第２強磁性層２２の磁化方向の関係と異なる。例えば、第１磁性素子１０の第１強磁性層１１と第２強磁性層１２の磁化方向の関係は反平行であり、第２磁性素子２０の第１強磁性層２１と第２強磁性層２２の磁化方向の関係は平行である。第２実施形態はこの例に限られず、第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０に光が照射されていない状態において、第１磁性素子１０の第１強磁性層１１と第２強磁性層１２の磁化方向の関係が平行で、第２磁性素子２０の第１強磁性層２１と第２強磁性層２２の磁化方向の関係が反平行でもよい。
【0116】
電源３３は、直流電源であり、第２磁性素子２０に接続されている。電源３３は、電源３１と同様のものを用いることができる。電源３３は、第２磁性素子２０に直流電流又は直流電圧を印加する。光検知装置１０１は、例えば、第２磁性素子２０の出力端子ｔ１側の第１面２０Ａが、電源３３の負の端子に接続され、第２磁性素子２０の第１面２０Ａと対向する第２面２０Ｂが、電源３３の正の端子に接続されるように構成されている。
【0117】
光検知装置１０１は、第１磁性素子１０の出力端子ｔ１側の第１面１０Ａに接続される電源３１の極性（正負）が、第２磁性素子２０の出力端子ｔ１側の第１面２０Ａに接続される電源３３の極性（正負）と同じであるように構成されている。ここでは、第１面１０Ａが電源３１の負の端子に接続され、第２面１０Ｂが電源３１の正の端子に接続され、第１面２０Ａが電源３３の負の端子に接続され、第２面２０Ｂが電源３３の正の端子に接続される例を示したが、第１面１０Ａが電源３１の正の端子に接続され、第２面１０Ｂが電源３１の負の端子に接続され、第１面２０Ａが電源３３の正の端子に接続され、第２面２０Ｂが電源３３の負の端子に接続されてもよい。
【0118】
磁場印加部５１は、第１磁性素子１０を例えば膜面内方向（図１０の例ではｘ方向）に挟む位置にある。第１強磁性層１１の磁化Ｍ１１は、磁場印加部５１からの漏れ磁場がバイアス磁場として印加されることで、第１磁性素子１０に光が照射されていない状態において、第２強磁性層１２の磁化Ｍ１２に対して反平行な向きに配向する。磁場印加部５１は、第１磁性素子１０に照射される光を遮らない位置にある。磁場印加部５１は、例えば、硬磁性体を含む。
【0119】
磁場印加部５２は、第２磁性素子２０を例えば膜面内方向（図１０の例ではｘ方向）に挟む位置にある。第１強磁性層２１の磁化Ｍ２１は、磁場印加部５２からの漏れ磁場がバイアス磁場として印加されることで、第２磁性素子２０に光が照射されていない状態において、第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２と平行な向きに配向する。磁場印加部５２は、第２磁性素子２０に照射される光を遮らない位置にある。磁場印加部５２は、例えば、硬磁性体を含む。
【0120】
次いで、光検知装置１０１の動作について説明する。第１磁性素子１０に光パルスが照射されると第１磁性素子１０は、第１出力を出力し、初期状態における第１磁性素子１０からの出力電圧を基準とした第１出力の電圧の変化が、出力端子ｔ１から第１信号として出力される。第１信号は第１出力に起因する信号である。同様に、第２磁性素子２０に光パルスが照射されると第２磁性素子２０は、第２出力を出力し、初期状態における第２磁性素子２０からの出力電圧を基準とした第２出力の電圧の変化が、出力端子ｔ１から出力される。第２出力の電圧の変化は出力端子ｔ１に至るまでに遅延し、第２信号となる。第２信号は第２出力に起因する信号である。
【0121】
光検知装置１０１は、所定の信号処理方法に従って、第１信号と第２信号とを合成して、出力端子ｔ１から出力する。光検知装置１０１は、第１磁性素子１０と第２磁性素子２０とに同一の光パルスが照射された際の第１信号と第２信号とを、第１条件と第２条件を満たす状態で合成する。
【0122】
第１条件は、例えば、遅延回路４０によって満たされる。遅延回路４０によって第２出力に起因する信号（この例では、第２出力の電圧の変化が抽出された信号）を遅延させることで、出力端子ｔ１において第１信号のピークの時間位置と第２信号のピーク値の時間位置とが異なるようにすることができる。
【0123】
また第２条件は、第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０に光が照射されていない状態において、第１磁性素子１０の第１強磁性層１１と第２強磁性層１２の磁化方向の関係が、第２磁性素子２０の第１強磁性層２１と第２強磁性層２２の磁化方向の関係と異なることで、満たすことができる。
【0124】
第１磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は、第１強磁性層１１に照射される光の強度が第１強度から第２強度に変化した際に第２抵抗値Ｒ２から第１抵抗値Ｒ１に減少し、第１強磁性層１１に照射される光の強度が第２強度から第１強度に変化した際に第１抵抗値Ｒ１から第２抵抗値Ｒ２に増加する。これに対し、第２磁性素子２０のｚ方向の抵抗値は、第１強磁性層２１に照射される光の強度が第１強度から第２強度に変化した際に増加し、第１強磁性層２１に照射される光の強度が第２強度から第１強度に変化した際に減少する。すなわち、第１磁性素子１０と第２磁性素子２０とは、光パルスの照射による抵抗値の変化量の正負が異なる。
【0125】
第１磁性素子１０と第２磁性素子２０とは、センス電流Ｉｓの流れる方向が同じであり、光パルスの照射による抵抗値の変化量の正負が異なるため、光パルスの照射による第１磁性素子１０からの第１出力に起因する第１信号の変化量の正負と、光パルスの照射による第２磁性素子２０からの第２出力に起因する第２信号の変化量の正負とが、反対となる。そのため、第２実施形態に係る光検知装置１０１では、第１磁性素子１０と第２磁性素子２０とに同一の光パルスが照射された際に生じる第１信号と第２信号について、第１信号のピークの時間位置と第２信号のピークの時間位置とが異なり、第１信号のピークに達するまでの変化量と第２信号のピークに達するまでの変化量とは正負が反対であり、これらを合成することで、パルス光が照射された後の光検知装置１０１の出力の立下り時間が短い。
【0126】
【0127】
図１１は、光検知装置１０１の出力端子ｔ１からの出力（合計出力信号Ｓ’）と、出力端子ｔ１からの出力のうちの、第１磁性素子１０からの第１出力に起因する出力（第１信号Ｓ１’）と、第２磁性素子２０からの第２出力に起因する出力（第２信号Ｓ２’）と、の測定値を示す。図１２は、第１信号Ｓ１’と、第２信号Ｓ２’と、光検知装置１０１からの合計出力信号Ｓ’と、のそれぞれを、それぞれのピーク値で規格化したグラフである。
【0128】
図１１及び図１２のグラフに示される例では、第１磁性素子１０を直径２００ｎｍの円柱とし、電源３１から第１磁性素子１０に印加する直流電流の大きさを０．７６ｍＡとし、第２磁性素子２０を直径２００ｎｍの円柱とし、電源３３から第２磁性素子２０に印加する直流電流の大きさを０．３４ｍＡとした。第１磁性素子１０に印加する直流電流の大きさと第２磁性素子２０に印加する直流電流の大きさとが異なるため、第１信号のピークに達するまでの変化量の絶対値と、第２信号のピークに達するまでの変化量の絶対値とは異なる。第２信号の第１信号に対する遅延時間は、１２ｎｓｅｃとした。
【0129】
【0130】
ここまで、第２実施形態の一例を例示したが、第２実施形態に係る光検知装置１０１はこの例に限られない。
【0131】
例えば、図１３は、第２実施形態に係る光検知装置の第１変形例の第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０の近傍の断面図である。図１３では、第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０に光が照射されていない状態における強磁性体の磁化の向きを矢印で表している。
【0132】
光検知装置１０１Ａは、光検知装置１０１の磁場印加部５１に代えて、磁場印加部５３が設けられている。
【0133】
磁場印加部５３は、第１磁性素子１０とｚ方向に重なる位置にある。磁場印加部５３は、例えば、基板Ｓｕｂと絶縁層９３の間の中間層９５内に配置される。第１強磁性層１１の磁化Ｍ１１は、磁場印加部５３からの漏れ磁場がバイアス磁場として印加されることで、第１磁性素子１０に光が照射されていない状態において、第２強磁性層１２の磁化Ｍ１２に対して反平行な向きに配向する。磁場印加部５３は、第１磁性素子１０に照射される光を遮らない位置にある。磁場印加部５３は、例えば、硬磁性体を含む。
【0134】
光検知装置１０１Ａは、第１条件及び第２条件を満たして第１信号と第２信号とを合成するため、第２実施形態に係る光検知装置１０１と同様の効果を奏する。図１３では、光検知装置１０１の磁場印加部５１に代えて磁場印加部５３を設ける例を示したが、磁場印加部５２に変えて第２磁性素子２０とｚ方向に重なる位置に磁場印加部を設けてもよい。
【0135】
また例えば、図１４は、第２実施形態に係る光検知装置の第２変形例の第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０の近傍の断面図である。図１４では、第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０に光が照射されていない状態における強磁性体の磁化の向きを矢印で表している。
【0136】
光検知装置１０１Ｂは、磁場印加部５１と磁場印加部５２を有さない点が、光検知装置１００と異なる。また光検知装置１０１Ｂは、第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０に光が照射されていない状態において、第１磁性素子１０の第２強磁性層１２の磁化Ｍ１２の方向と、第２磁性素子２０の第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２の方向とが反対である。第２強磁性層１２及び第２強磁性層２２の磁化の配向方向は、製造時に設計できる。また第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０に光が照射されていない状態において、第１強磁性層１１の磁化Ｍ１１と第２強磁性層１２の磁化Ｍ１２とは反平行の関係であり、第１強磁性層２１の磁化Ｍ２１と第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２とは平行の関係である。
【0137】
光検知装置１０１Ｂは、第１条件及び第２条件を満たして第１信号と第２信号とを合成するため、第２実施形態に係る光検知装置１０１と同様の効果を奏する。
【0138】
「第３実施形態」
図１５は、第３実施形態に係る光検知装置１０２の回路図である。第３実施形態において、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。図１５では、光検知装置１０２に光が照射されていない初期状態における強磁性体の磁化の向きを矢印で表している。
図１５は、第３実施形態に係る光検知装置１０２の回路図である。第３実施形態において、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。図１５では、光検知装置１０２に光が照射されていない初期状態における強磁性体の磁化の向きを矢印で表している。
【0139】
光検知装置１０２は、例えば、第１磁性素子１０と第２磁性素子２０と遅延回路４０と反転回路４１とコンデンサ９１とインダクタ９２と出力端子ｔ１と基準電位端子ｔ２とを備える。光検知装置１０２は、電源３１及び電源３３を備えてもよく、電源３１及び電源３３は光検知装置１０２の外部にあってもよい。
【0140】
第３実施形態に係る第２磁性素子２０は、第２磁性素子２０に光が照射されていない状態において、第１強磁性層２１の磁化Ｍ２１と第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２とが反平行の関係にある点が、第２実施形態に係る第２磁性素子２０と異なる。第３実施形態では、第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０に光が照射されていない状態において、第１磁性素子１０の第１強磁性層１１と第２強磁性層１２の磁化方向の関係は、第２磁性素子２０の第１強磁性層２１と第２強磁性層２２の磁化方向の関係と同じである。
【0141】
反転回路４１は、例えば、第２磁性素子２０と出力端子ｔ１との間にある。反転回路４１は、第１磁性素子１０と出力端子ｔ１との間にあってもよい。反転回路４１は、反転回路４１に入力された入力信号の極性を反転させて出力する。反転回路４１は、例えば、反転増幅回路（例えば、オペアンプ）である。
【0142】
第１磁性素子１０に光パルスが照射されると、第１磁性素子１０は第１出力を出力し、初期状態における第１磁性素子１０からの出力電圧を基準とした第１出力の電圧の変化が、出力端子ｔ１から第１信号として出力される。第１信号は第１出力に起因する信号である。第２磁性素子２０に光パルスが照射されると、第２磁性素子２０は第２出力を出力し、初期状態における第２磁性素子２０からの出力電圧を基準とした第２出力の電圧の変化がコンデンサ９１によって抽出され、第２出力の電圧の変化を抽出した信号の極性を反転回路４１によって反転させた信号を、遅延回路４０によって遅延させた信号が、出力端子ｔ１から第２信号として出力される。第２信号は第２出力に起因する信号である。光検知装置１０２は、所定の信号処理方法に従って、第１信号と第２信号とを合成し、出力端子ｔ１から出力する。光検知装置１０２は、第１磁性素子１０と第２磁性素子２０とに同一の光パルスが照射された際に生じる第１信号と第２信号とを、第１条件と第２条件を満たす状態で合成する。
【0143】
第１条件は、例えば、遅延回路４０によって満たされる。遅延回路４０が第２出力に起因する信号（この例では、第２出力の電圧の変化を抽出した信号の極性を反転回路６０によって反転させた信号）を遅延させることで、出力端子ｔ１において第１信号のピークの時間位置と第２信号のピークの時間位置とが異ならせることができる。
【0144】
また第２条件は、第２磁性素子２０からの第２出力に起因する信号の極性を反転回路４１で反転させることで、満たすことができる。この場合、第２信号は、第２出力の電圧の変化を抽出した信号の極性を反転させ、更に遅延させたものとなる。
【0145】
第１磁性素子１０からの第１出力に起因する第１信号と、第２磁性素子２０からの第２出力に起因する第２信号とは、出力端子ｔ１において、第１条件と第２条件とを満たす。そのため、光検知装置１０２は、第１条件及び第２条件を満たした状態で、第１信号と第２信号とを合成するため、第１実施形態に係る光検知装置１００と同様の効果を奏する。
【0146】
【0147】
図１６は、光検知装置１０２の出力端子ｔ１からの出力（合計出力信号Ｓ’’）と、出力端子ｔ１からの出力のうちの、第１磁性素子１０からの第１出力に起因する出力（第１信号Ｓ１’’）と、第２磁性素子２０からの第２出力に起因する出力（第２信号Ｓ２’’）と、の測定値を示す。図１７は、第１信号Ｓ１’’と、第２信号Ｓ２’’と、光検知装置１０２からの合計出力信号Ｓ’’と、のそれぞれを、それぞれのピーク値で規格化したグラフである。
【0148】
図１６及び図１７のグラフに示される例では、第１磁性素子１０を直径２００ｎｍの円柱とし、電源３１から第１磁性素子１０に印加する直流電流の大きさを０．７６ｍＡとし、第２磁性素子２０を直径２００ｎｍの円柱とし、電源３３から第２磁性素子２０に印加する直流電流の大きさを０．７６ｍＡとした。第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０に光が照射されていない状態において、第１磁性素子１０は、第１強磁性層１１の磁化Ｍ１１と第２強磁性層１２の磁化Ｍ１２とが反平行の関係であり、第２磁性素子２０は、第１強磁性層２１の磁化Ｍ２１と第２強磁性層２２の磁化Ｍ２２とが反平行の関係である。第２信号の第１信号に対する遅延時間は、１１．４ｎｓｅｃとした。また反転回路４１の利得は、０．４倍とした。
【0149】
【0150】
「第４実施形態」
図１８は、第４実施形態に係る光検知装置１０３の回路図である。第４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。図１８では、光検知装置１０３に光が照射されていない状態における強磁性体の磁化の向きを矢印で表している。
図１８は、第４実施形態に係る光検知装置１０３の回路図である。第４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。図１８では、光検知装置１０３に光が照射されていない状態における強磁性体の磁化の向きを矢印で表している。
【0151】
光検知装置１０３は、例えば、第１磁性素子１０と第２磁性素子２０とコンデンサ９１とインダクタ９２と出力端子ｔ１と基準電位端子ｔ２とを備える。光検知装置１０３は、電源３１及び電源３２を備えてもよく、電源３１及び電源３２は光検知装置１０３の外部にあってもよい。光検知装置１０３は、光検知装置１００における遅延回路４０を有さない。
【0152】
【0153】
光検知装置１０３には、光パルスが照射される。光検知装置１０３の光が照射される面を光照射面ＬＳと称する。光検知装置１０３は、光照射面ＬＳと第１磁性素子１０との間に、第１中間層６１を有する。また光検知装置１０３は、光照射面Ｓ１と第２磁性素子２０との間に、第２中間層６２を有する。
【0154】
第１中間層６１は、例えば、第１磁性素子１０上にある。第２中間層６２は、例えば、第２磁性素子２０上にある。第１中間層６１と第２中間層６２とは、屈折率が異なる。第１中間層６１と第２中間層６２と屈折率が異なると、光パルスが第１磁性素子１０に照射されるまでの第１光学距離と、光パルスが第２磁性素子２０に照射されるまでの第２光学距離と、が異なる。例えば、第２中間層６２の屈折率は、第１中間層６１の屈折率より大きい。この場合、光パルスが第２磁性素子２０に照射されるまでの第２光学距離は、光パルスが第１磁性素子１０に照射されるまでの第１光学距離より長い。
【0155】
第１磁性素子１０に光パルスが照射されると、第１磁性素子１０は第１出力を出力し、初期状態における第１磁性素子１０からの出力電圧を基準とした第１出力の電圧の変化が、出力端子ｔ１から第１信号として出力される。第１信号は第１出力に起因する信号である。第２磁性素子２０に光パルスが照射されると、第２磁性素子２０は第２出力を出力し、初期状態における第２磁性素子２０からの出力電圧を基準とした第２出力の電圧の変化が、出力端子ｔ１から第２信号として出力される。第２信号は第２出力に起因する信号である。光検知装置１０３は、所定の信号処理方法に従って、第１信号と第２信号とを合成して、出力端子ｔ１から出力する。光検知装置１０３は、第１磁性素子１０と第２磁性素子２０とに同一の光パルスが照射された際の第１出力に起因する第１信号と第２出力に起因する第２信号とを、第１条件と第２条件を満たす状態で、合成する。
【0156】
第１条件は、例えば、第１光学距離と第２光学距離とが異なることで満たされる。第１光学距離と第２光学距離とが異なることで、出力端子ｔ１において第１信号のピークの時間位置と第２信号のピークの時間位置とが異なる。
【0157】
また第２条件は、第４実施形態に係る光検知装置１０３においては、第１磁性素子１０の出力端子ｔ１側の第１面１０Ａに接続される電源３１の極性（正負）と、第２磁性素子２０の出力端子ｔ１側の第１面２０Ａに接続される電源３２の極性（正負）とが異なることで、満たされる。
【0158】
第１磁性素子１０からの第１出力に起因する第１信号と、第２磁性素子２０からの第２出力に起因する第２信号とは、出力端子ｔ１において、第１条件と第２条件とを満たす。そのため、光検知装置１０３は、第１条件及び第２条件を満たして第１信号と第２信号とを合成するため、第１実施形態に係る光検知装置１００と同様の効果を奏する。
【0159】
「第５実施形態」
図２０は、第５実施形態に係る光検知装置１０４の特徴部分の平面図である。図２１及び図２２は、第５実施形態に係る光検知装置１０４の特徴部分の断面図である。図２１は、図２０のＡ－Ａ線に沿った断面であり、図２２は、図２０のＢ－Ｂ線に沿った断面である。第５実施形態に係る光検知装置１０４の回路図は、光検知装置１０３の回路図と同等である。第５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。図２１及び図２２では、光検知装置１０４に光が照射されていない状態における強磁性体の磁化の向きを矢印で表している。
図２０は、第５実施形態に係る光検知装置１０４の特徴部分の平面図である。図２１及び図２２は、第５実施形態に係る光検知装置１０４の特徴部分の断面図である。図２１は、図２０のＡ－Ａ線に沿った断面であり、図２２は、図２０のＢ－Ｂ線に沿った断面である。第５実施形態に係る光検知装置１０４の回路図は、光検知装置１０３の回路図と同等である。第５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。図２１及び図２２では、光検知装置１０４に光が照射されていない状態における強磁性体の磁化の向きを矢印で表している。
【0160】
光検知装置１０４は、例えば、第１光導波路６５と第２光導波路６６とクラッド６７とを有する。光パルスは、光検知装置１０４の光照射面ＬＳに照射される。第１光導波路６５は、光パルスを第１磁性素子１０に伝搬するように構成されている。第２光導波路６６は、光パルスを第２磁性素子２０に伝搬するように構成されている。第１光導波路６５と第２光導波路６６とは長さが異なる。
【0161】
第１光導波路６５の少なくとも一部は、例えば、第１磁性素子１０上にある。第２光導波路６６の少なくとも一部は、例えば、第２磁性素子２０上にある。第１光導波路６５及び第２光導波路６６は、クラッド６７で被覆されている。第１光導波路６５及び第２光導波路６６は、例えば、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。クラッド６７は、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ２、Ｌａ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＨｆＯ２、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＣａＦ２、Ｉｎ２Ｏ３等又はこれらの混合物である。第１光導波路６５及び第２光導波路６６の材料およびクラッド６７の材料はこの例に限られない。例えば、第１光導波路６５及び第２光導波路６６を構成するコア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６７が酸化シリコンでもよい。
【0162】
第１光導波路６５と第２光導波路６６とは長さが異なるため、光パルスが第２磁性素子２０に照射されるまでの第２光学距離は、光パルスが第１磁性素子１０に照射されるまでの第１光学距離と異なる。例えば、光パルスが第２磁性素子２０に照射されるまでの第２光学距離は、光パルスが第１磁性素子１０に照射されるまでの第１光学距離より長い。
【0163】
第１磁性素子１０に光パルスが照射されると、第１磁性素子１０は第１出力を出力し、初期状態における第１磁性素子１０からの出力電圧を基準とした第１出力の電圧の変化が、出力端子ｔ１から第１信号として出力される。第１信号は第１出力に起因する信号である。第２磁性素子２０に光パルスが照射されると、第２磁性素子２０は第２出力を出力し、初期状態における第２磁性素子２０からの出力電圧を基準とした第２出力の電圧の変化が、出力端子ｔ１から第２信号として出力される。第２信号は第２出力に起因する信号である。光検知装置１０４は、所定の信号処理方法に従って、第１信号と第２信号とを合成して、出力端子ｔ１から出力する。光検知装置１０４は、第１磁性素子１０と第２磁性素子２０とに同一の光パルスが照射された際の第１出力に起因する第１信号と第２出力に起因する第２信号とを、第１条件と第２条件を満たす状態で、合成する。
【0164】
第１条件は、例えば、第１光導波路６５と第２光導波路６６とは長さが異なることで満たされる。第１光導波路６５と第２光導波路６６とは長さが異なると、第１光学距離と第２光学距離とが異なり、出力端子ｔ１において第１信号のピークの時間位置と第２信号のピークの時間位置とが異なる。
【0165】
また第２条件は、第５実施形態に係る光検知装置１０４においては、第１磁性素子１０の出力端子ｔ１側の第１面１０Ａに接続される電源３１の極性（正負）と、第２磁性素子２０の出力端子ｔ１側の第１面２０Ａに接続される電源３２の極性（正負）とが異なることで、満たされる。
【0166】
第１磁性素子１０からの第１出力に起因する第１信号と、第２磁性素子２０からの第２出力に起因する第２信号とは、出力端子ｔ１において、第１条件と第２条件とを満たす。そのため、光検知装置１０４は、第１条件及び第２条件を満たして第１信号と第２信号とを合成するため、第１実施形態に係る光検知装置１００と同様の効果を奏する。
【0167】
ここでは、第１光導波路６５と第２光導波路６６との長さを変えることで、第１条件を満たす例を示したが、第１条件を満たすための構成は、この例に限られない。例えば、図２３に示す第１変形例に係る光検知装置１０４Ａのように、第１光導波路６５と第２光導波路６６との長さを同じとして、第１光導波路６５と第２光導波路６６との屈折率を変えてもよい。第１光導波路６５の屈折率と第２光導波路６６の屈折率が異なると、第１光学距離と第２光学距離とが異なり、出力端子ｔ１において第１信号のピークの時間位置と第２信号のピークの時間位置とが異なる。
【0168】
「第６実施形態」
図２４は、第６実施形態に係る光検知装置１０５の回路図である。第６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。図２４では、光検知装置１０５に光が照射されていない状態における強磁性体の磁化の向きを矢印で表している。
図２４は、第６実施形態に係る光検知装置１０５の回路図である。第６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。図２４では、光検知装置１０５に光が照射されていない状態における強磁性体の磁化の向きを矢印で表している。
【0169】
光検知装置１０５は、例えば、第１磁性素子１０と遅延回路４０と反転回路４１とコンデンサ９１とインダクタ９２と出力端子ｔ１と基準電位端子ｔ２とを備える。反転回路４１は、第２実施形態におけるものと同様である。光検知装置１０５は、電源３１を備えてもよく、電源３１は光検知装置１０５の外部にあってもよい。
【0170】
図２４に示す光検知装置１０５は、第１磁性素子１０と出力端子ｔ１とを結ぶ線路が、第１線路７１と第２線路７２とに分岐している。第１磁性素子１０からの第１出力は、第１線路７１と第２線路７２のそれぞれに伝搬する。
【0171】
遅延回路４０は、第１線路７１と第２線路７２とのうちいずれか一方にのみ接続されている。反転回路４１は、第１線路７１と第２線路７２とのうちいずれか一方にのみ接続されている。遅延回路４０と反転回路４１とは、同じ線路に接続されていてもよいし、異なる線路に接続されていてもよい。例えば図２４に示す例では、遅延回路４０及び反転回路４１は、第２線路７２に接続されている。
【0172】
光検知装置１０５は、所定の信号処理方法に従って、第１信号と第２信号とを合成して、出力端子ｔ１から出力する。光検知装置１０５では、第１磁性素子１０に光パルスが照射された際に、第１線路７１を介して出力端子ｔ１に至る第１信号と第２線路７２を介して出力端子ｔ１に至る第２信号とが生じる。光検知装置１０５は、第１条件と第２条件を満たす状態で、第１信号と第２信号を合成する。第１条件は、第１信号のピークの時間位置と第２信号のピークの時間位置とが異なるという条件である。第２条件は、前記第１信号のピークに達するまでの変化量の正負と、前記第２信号のピークに達するまでの変化量の正負と、が異なるという条件である。
【0173】
まず、第１磁性素子１０に光パルスが照射されると、第１磁性素子１０は第１出力を出力する。コンデンサ９１により第１出力の電圧の変化が抽出された信号が、第１線路７１と第２線路７２に分配される。第１出力が第１線路７１と第２線路７２とに分配される分配率は、等分でもよいし、異なってもよい。第１線路７１に分配された信号は第１信号となる。第２線路７２に分配された信号は、反転回路４１で極性が反転し、遅延回路４０で遅延することで、第２信号となる。
【0174】
第１条件は、例えば、遅延回路４０によって満たされる。遅延回路４０が、第１磁性素子１０からの第１出力に起因すると共に第２線路７２を伝搬する信号を遅延させると、出力端子ｔ１において、第１信号のピークの時間位置と、第２信号のピークの時間位置と、が異なるようになる。
【0175】
また第２条件は、第１磁性素子１０からの第１出力に起因すると共に第２線路７２を伝搬する信号を反転回路４１で反転させることで、満たすことができる。反転回路４１が第１磁性素子１０からの第１出力に起因すると共に第２線路７２を伝搬する信号の極性を反転させると、出力端子ｔ１において、第１信号のピークに達するまでの変化量の正負と、第２信号のピークに達するまでの変化量の正負と、が異なるようになる。
【0176】
第１信号と、第２信号とは、出力端子ｔ１において、第１条件と第２条件とを満たす。光検知装置１０５は、第１条件及び第２条件を満たして、第１信号と第２信号とを合成するため、第１実施形態に係る光検知装置１００と同様の効果を奏する。
【0177】
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。
【0178】
例えば、第１実施形態及び第３実施形態から第５実施形態において、磁場印加部を設けてもよい。また例えば、第４実施形態から第５実施形態において遅延回路を組み合わせてもよい。また例えば、第４実施形態から第５実施形態において、電源３３及び反転回路４１を用いてもよい。
【0179】
また例えば、上述の第１実施形態から第５実施形態では、コンデンサ９１を用いることで、第１出力及び第２出力の電圧の変化分を抽出している例を示したが、コンデンサ９１を設けずに、第１出力そのものと第２出力そのものとを用いてもよい。同様に、第６実施形態では、コンデンサ９１を用いることで、第１出力の変化分を抽出している例を示したが、コンデンサ９１を設けずに、第１出力そのものを用いてもよい。
【0180】
上記の実施形態及び変形例にかかる光検知装置は、通信システムの送受信装置等に適用できる。
【0181】
図２５は、第１適用例にかかる送受信装置１０００のブロック図である。送受信装置１０００は、受信装置２００と送信装置３００とを備える。受信装置２００は光信号Ｌ１を受信し、送信装置３００は光信号Ｌ２を送信する。
【0182】
受信装置２００は、例えば、光検知装置１００と信号処理部１１０とを備える。光検知装置１００は、上述の別の実施形態又は変形例と置き換えてもよい。受信装置２００において、第１磁性素子１０及び第２磁性素子２０には、高周波で繰り返される複数の光パルスが照射される。光信号Ｌ１は、これらの複数の光パルスにより構成される。光検知装置１００は、光信号Ｌ１を電気信号に変換する。信号処理部１１０は、光検知装置１００で変換した電気信号を処理する。信号処理部１１０は、光検知装置１００から生じる電気信号を処理することにより、光信号Ｌ１に含まれる信号を受信する。受信装置２００は、光信号Ｌ１に含まれる信号を、光検知装置１００からの出力信号に基づいて受信する。
【0183】
送信装置３００は、例えば、光源３０１と電気信号生成素子３０２と光変調素子３０３とを備える。光源３０１は、例えば、レーザー素子である。光源３０１は、送信装置３００の外部にあってもよい。電気信号生成素子３０２は、送信情報に基づき電気信号を生成する。電気信号生成素子３０２は、信号処理部１１０の信号変換素子と一体となっていてもよい。光変調素子３０３は、電気信号生成素子３０２で生成された電気信号に基づき、光源３０１から出力された光を変調し、光信号Ｌ２を出力する。
【0184】
【0185】
端末装置５００のそれぞれは、受信装置２００と送信装置３００とを備える。一方の端末装置５００の送信装置３００から送信された光信号を、他方の端末装置５００の受信装置２００で受信する。端末装置５００間の送受信に使用される光は、例えば可視光である。受信装置２００は、光検知装置１００を有する。上述の光検知装置１００は、信号の立下り時間が短いため、高速通信を行っても、出力が飽和することを抑制できる。
【符号の説明】
【0186】
１０…第１磁性素子、１０Ａ，２０Ａ…第１面、１０Ｂ，２０Ｂ…第２面、１１，２１…第１強磁性層、１２，２２…第２強磁性層、１３，２３…スペーサ層、１４，２４…第１電極、１５，２５…第２電極、２０…第２磁性素子、３１，３２，３３…電源、４０…遅延回路、４１…反転回路、５１，５２，５３…磁場印加部、６１…第１中間層、６２…第２中間層、６５…第１光導波路、６６…第２光導波路、６７…クラッド、７１…第１線路、７２…第２線路、９１…コンデンサ、９２…インダクタ、９３…絶縁層、１００，１０１，１０２，１０２Ａ，１０２Ｂ，１０３，１０４，１０５…光検知装置、１１０…信号処理部、２００…受信装置、３００…送信装置、３０１…光源、３０２…電気信号生成素子、３０３…光変調素子、５００…端末装置、１０００…送受信装置
【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】