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JP2024155732A - Optical detection device and signal processing method - Google Patents

Optical detection device and signal processing method Download PDF

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JP2024155732A
JP2024155732A JP2024019192A JP2024019192A JP2024155732A JP 2024155732 A JP2024155732 A JP 2024155732A JP 2024019192 A JP2024019192 A JP 2024019192A JP 2024019192 A JP2024019192 A JP 2024019192A JP 2024155732 A JP2024155732 A JP 2024155732A
Authority
JP
Japan
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signal
magnetic element
output
ferromagnetic layer
irradiated
Prior art date
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Pending
Application number
JP2024019192A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
健量 山根
哲也 柴田
武司 野尻
維昊 張
英明 福澤
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TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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Abstract

Figure 2024155732000001

【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

Figure 2024155732000001

There are provided a light detection device and a signal processing method in which the fall time of the output after irradiation with pulsed light is short.
[Solution] This photodetection device includes a first photoelectric conversion element that outputs a first output when irradiated with a light pulse, and a second photoelectric conversion element that outputs a second output when irradiated with the light pulse. The photodetection device is configured to combine a first signal resulting from the first output and a second signal resulting from the second output when the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are irradiated with the same light pulse, in a state that satisfies a first condition and a second condition. The first condition is that the time position of the peak of the first signal is different from the time position of the peak of the second signal. The second condition is that the positive and negative of the amount of change until the first signal reaches its peak is different from the positive and negative of the amount of change until the second signal reaches its peak.
[Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、光検知装置及び信号処理方法に関する。 The present invention relates to a light detection device and a signal processing method.

光電変換素子は、様々な用途で用いられている。 Photoelectric conversion elements are used for a variety of purposes.

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。 For example, Patent Document 1 describes a receiving device that receives an optical signal using a photodiode. The photodiode is, for example, a pn junction diode that uses a semiconductor pn junction, and converts light into an electrical signal.

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。 For example, Patent Document 2 discloses a novel receiving device, receiving system, transmitting/receiving device, communication system, and photodetector element that uses a magnetic element. This receiving device, receiving system, transmitting/receiving device, communication system, and photodetector element enable high-speed communication.

特開2001-292107号公報JP 2001-292107 A 特開2022-069387号公報JP 2022-069387 A

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。 To achieve high-speed communication, there is a demand for further improvements in the high-speed response of photoelectric conversion devices. To improve the high-speed response of photoelectric conversion devices, when a pulsed light is irradiated onto a photoelectric conversion element, the output from the photoelectric conversion element needs to rise and fall at high speed. The fall time of the output from a photoelectric conversion element is often longer than the rise time, and there is a demand for improvements in the fall characteristics of the output from the photoelectric conversion element.

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。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and aims to provide a light detection device and a signal processing method that have a short fall time of the output after irradiation with pulsed light.

上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。 To solve the above problems, the following measures are provided:

(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。 (1) A photodetection device according to a first aspect includes a first photoelectric conversion element that outputs a first output when irradiated with a light pulse, and a second photoelectric conversion element that outputs a second output when irradiated with the light pulse. The photodetection device is configured to combine a first signal resulting from the first output and a second signal resulting from the second output when the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are irradiated with the same light pulse, in a state that satisfies a first condition and a second condition. The first condition is that the time position of the peak of the first signal is different from the time position of the peak of the second signal. The second condition is that the positive and negative of the amount of change until the first signal reaches the peak is different from the positive and negative of the amount of change until the second signal reaches the peak.

(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。 (2) In the light detection device according to the above aspect, the first photoelectric conversion element may be a first magnetic element, and the second photoelectric conversion element may be a second magnetic element. The first magnetic element and the second magnetic element each include a first ferromagnetic layer to which the light pulse is irradiated, a second ferromagnetic layer, and a spacer layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer.

(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。 (3) The light detection device according to the above aspect may further include a delay circuit. The delay circuit delays the signal resulting from the second output.

(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。 (4) In the optical detection device according to the above aspect, when the first magnetic element and the second magnetic element are not irradiated with the light pulse, the relationship between the magnetization directions of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer of the first magnetic element may be different from the relationship between the magnetization directions of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer of the second magnetic element.

(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。 (5) In the light detection device according to the above aspect, the polarity of the DC power source connected to the output terminal side surface of the first magnetic element may be configured to be different from the polarity of the DC power source connected to the output terminal side surface of the second magnetic element.

(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。 (6) In the light detection device according to the above aspect, the polarity of the DC power source connected to the output terminal side surface of the first magnetic element may be configured to be the same as the polarity of the DC power source connected to the output terminal side surface of the second magnetic element.

(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。 (7) The light detection device according to the above aspect may further include an inversion circuit. The inversion circuit inverts the polarity of the signal resulting from the second output.

(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。 (8) In the optical detection device according to the above aspect, the first optical distance until the optical pulse is irradiated to the first photoelectric conversion element may be different from the second optical distance until the optical pulse is irradiated to the second photoelectric conversion element.

(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。 (9) The light detection device according to the above aspect may have a light irradiation surface onto which the light pulse is irradiated, a first intermediate layer between the light irradiation surface and the first photoelectric conversion element, and a second intermediate layer between the light irradiation surface and the second photoelectric conversion element. The first intermediate layer and the second intermediate layer have different refractive indices.

(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。 (10) The light detection device according to the above aspect may further include a first optical waveguide and a second optical waveguide. The first optical waveguide is configured to propagate the light pulse to the first photoelectric conversion element. The second optical waveguide is configured to propagate the light pulse to the second photoelectric conversion element. The first optical waveguide has a different length from the second optical waveguide.

(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。 (11) The light detection device according to the above aspect may further include a first optical waveguide and a second optical waveguide. The first optical waveguide is configured to propagate the light pulse to the first photoelectric conversion element. The second optical waveguide is configured to propagate the light pulse to the second photoelectric conversion element. The refractive index of the first optical waveguide is different from the refractive index of the second optical waveguide.

(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。 (12) A photodetection device according to a second aspect includes a first photoelectric conversion element that outputs a first output when irradiated with a light pulse. The photoelectric conversion device is configured to combine a first signal and a second signal resulting from the first output when the first photoelectric conversion element is irradiated with the light pulse in a state that satisfies a first condition and a second condition. The first condition is that the time position of the peak of the first signal is different from the time position of the peak of the second signal. The second condition is that the positive and negative of the amount of change until the first signal reaches its peak is different from the positive and negative of the amount of change until the second signal reaches its peak.

(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。 (13) In the light detection device according to the above aspect, the first photoelectric conversion element is a first magnetic element. The first magnetic element includes a first ferromagnetic layer to which the light pulse is irradiated, a second ferromagnetic layer, and a spacer layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer.

(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。 (14) The light detection device according to the above aspect may further include a delay circuit. The delay circuit delays one of the signals resulting from the first output.

(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。 (15) The light detection device according to the above aspect may further include an inversion circuit. The inversion circuit inverts the polarity of at least one of the signals resulting from the first output.

(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。 (16) A signal processing method according to a third aspect combines a first signal resulting from a first output output from a first photoelectric conversion element and a second signal resulting from a second output output from a second photoelectric conversion element when the same optical pulse is irradiated, in a state where a first condition and a second condition are satisfied. The first condition is that the time position of the peak of the first signal is different from the time position of the peak of the second signal. The second condition is that the positive and negative of the amount of change until the first signal reaches its peak is different from the positive and negative of the amount of change until the second signal reaches its peak.

(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。 (17) A signal processing method according to a fourth aspect combines a first signal and a second signal resulting from a first output output from a first photoelectric conversion element when the first photoelectric conversion element is irradiated with an optical pulse, in a state where a first condition and a second condition are satisfied. The first condition is that the time position of the peak of the first signal is different from the time position of the peak of the second signal. The second condition is that the positive and negative of the amount of change until the first signal reaches its peak is different from the positive and negative of the amount of change until the second signal reaches its peak.

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。 The optical detection device and signal processing method according to the above aspect have a short fall time in the output after irradiation with pulsed light.

第1実施形態に係る光検知装置の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of the light detection device according to the first embodiment. 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。2 is a perspective view of the vicinity of a first magnetic element and a second magnetic element of the photodetector according to the first embodiment. FIG. 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。3 is a cross-sectional view of the vicinity of a first magnetic element and a second magnetic element according to the first embodiment. FIG. 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。5A to 5C are diagrams illustrating an example of the operation of the first magnetic element according to the first embodiment. 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。5A to 5C are diagrams for explaining an example of operation of the first magnetic element according to the first embodiment. 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。3 is a schematic diagram showing output characteristics of the light detection device according to the first embodiment with respect to a light pulse. FIG. 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。11 is a graph showing measured values of a first signal resulting from a first output from a first magnetic element, a second signal resulting from a second output from a second magnetic element, and a total output from the optical detection device of the first embodiment. 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。13 is a graph showing a first signal resulting from a first output from a first magnetic element, a second signal resulting from a second output from a second magnetic element, and a total output from the photodetector according to the first embodiment, each normalized by its respective peak value. 第2実施形態に係る光検知装置の回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram of a light detection device according to a second embodiment. 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。FIG. 11 is a cross-sectional view of the vicinity of a first magnetic element and a second magnetic element according to a second embodiment. 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。13 is a graph showing measured values of a first signal resulting from a first output from a first magnetic element, a second signal resulting from a second output from a second magnetic element, and a total output from the optical detection device of the second embodiment. 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。13 is a graph showing a first signal resulting from a first output from a first magnetic element, a second signal resulting from a second output from a second magnetic element, and a total output from the photodetector according to a second embodiment, each normalized by its respective peak value. 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。13 is a cross-sectional view of the vicinity of a first magnetic element and a second magnetic element according to a first modified example of the second embodiment. FIG. 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。13 is a cross-sectional view of the vicinity of a first magnetic element and a second magnetic element according to a second modified example of the second embodiment. FIG. 第3実施形態に係る光検知装置の回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram of a light detection device according to a third embodiment. 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。13 is a graph showing measured values of a first signal resulting from a first output from a first magnetic element, a second signal resulting from a second output from a second magnetic element, and a total output from the optical detection device of the third embodiment. 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。13 is a graph showing a first signal resulting from a first output from a first magnetic element, a second signal resulting from a second output from a second magnetic element, and a total output from the photodetector according to a third embodiment, each normalized by its respective peak value. 第4実施形態に係る光検知装置の回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram of a light detection device according to a fourth embodiment. 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。FIG. 13 is a cross-sectional view of the vicinity of a first magnetic element and a second magnetic element of a light detection device according to a fourth embodiment. 第5実施形態に係る光検知装置の平面図である。FIG. 13 is a plan view of a light detection device according to a fifth embodiment. 第5実施形態に係る光検知装置の断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of a light detection device according to a fifth embodiment. 第5実施形態に係る光検知装置の別の断面図である。FIG. 13 is another cross-sectional view of the light detection device according to the fifth embodiment. 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。FIG. 23 is a plan view of a light detection device according to a first modified example of the fifth embodiment. 第6実施形態に係る光検知装置の回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram of a light detection device according to a sixth embodiment. 第1適用例にかかる送受信装置のブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of a transceiver device according to a first application example. 通信システムの一例の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of an example of a communication system.

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。 The following describes the embodiments in detail with reference to the drawings as appropriate. The drawings used in the following description may show characteristic parts in an enlarged scale for the sake of clarity, and the dimensional ratios of each component may differ from the actual ones. The materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited to them. They may be modified as appropriate within the scope of the effects of the present invention.

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。 The directions are defined as follows. One direction in the plane of the surface on which the substrate Sub extends is the x-direction, and the direction perpendicular to the x-direction in the plane is the y-direction. The direction perpendicular to the substrate Sub is the z-direction. The z-direction is an example of the stacking direction of the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20. Hereinafter, the +z direction may be expressed as "up" and the -z direction as "down". The +z direction is the direction from the second ferromagnetic layer to the first ferromagnetic layer. Up and down do not necessarily coincide with the direction in which gravity is applied.

「第1実施形態」
図1は、第1実施形態に係る光検知装置100の回路図である。図1では、光検知装置100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。
"First embodiment"
Fig. 1 is a circuit diagram of a photodetection device 100 according to the first embodiment. In Fig. 1, the direction of magnetization of a ferromagnetic material when the photodetection device 100 is not irradiated with light is indicated by an arrow.

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tと基準電位端子t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tと基準電位端子tとの間はそれぞれ、線路で接続されている。 The light detection device 100 includes, for example, a first magnetic element 10, a second magnetic element 20, a delay circuit 40, a capacitor 91, an inductor 92, an output terminal t1, and a reference potential terminal t2 . The light detection device 100 may include a power supply 31 and a power supply 32, and the power supplies 31 and 32 may be external to the light detection device 100. The first magnetic element 10 is an example of a first photoelectric conversion element, and the second magnetic element 20 is an example of a second photoelectric conversion element. The first photoelectric conversion element (first magnetic element 10) outputs a first output when irradiated with a light pulse, and the second photoelectric conversion element (second magnetic element 20) outputs a second output when irradiated with a light pulse. The first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 may be replaced with known photoelectric conversion elements such as pn junction type photodiodes. In this case, the cathode of the semiconductor photodiode serving as the first photoelectric conversion element is connected to the positive terminal of the power supply 31, and the anode is connected to the negative terminal of the power supply 31, and the cathode of the semiconductor photodiode serving as the second photoelectric conversion element is connected to the positive terminal of the power supply 32, and the anode is connected to the negative terminal of the power supply 32. The first magnetic element 10, the second magnetic element 20, the power supplies 31 and 32, the delay circuit 40, the capacitor 91, the inductor 92, the output terminal t1 , and the reference potential terminal t2 are each connected by a line.

出力端子t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tから出力する。 The output terminal t1 is a terminal that outputs a signal from the photodetector 100. The photodetector 100 outputs, for example, a combined resistance, a combined potential, etc. of the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 from the output terminal t1 .

基準電位端子t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t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。 The reference potential terminal t2 is connected to a reference potential and determines the reference potential of the photodetector 100. The reference potential terminal t2 is connected to, for example, each of the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20. The reference potential shown in Fig. 1 is ground. The ground may be provided outside the photodetector 100. The reference potential may be something other than ground.

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t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。 The power supply 31 is a DC power supply and is connected to the first magnetic element 10. The power supply 31 may be a known one. The power supply 31 may be, for example, a DC current source capable of generating a constant DC current. The power supply 31 may be a DC current source capable of changing the magnitude of the generated DC current value. When the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are pn junction type photodiodes, the power supply 31 and a power supply 32 described later may be DC voltage sources capable of applying a constant DC voltage. The power supply 31 applies a DC current or a DC voltage to the first magnetic element 10. The light detection device 100 is configured such that, for example, the first surface 10A of the first magnetic element 10 on the output terminal t1 side is connected to the negative terminal of the power supply 31, and the second surface 10B of the first magnetic element 10 facing the first surface 10A is connected to the positive terminal of the power supply 31.

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t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。 The power supply 32 is a DC power supply and is connected to the second magnetic element 20. The power supply 32 may be the same as the power supply 31. The power supply 32 applies a DC current or a DC voltage to the second magnetic element 20. The light detection device 100 is configured such that, for example, the first surface 20A of the second magnetic element 20 on the output terminal t1 side is connected to the positive terminal of the power supply 32, and the second surface 20B of the second magnetic element 20 facing the first surface 20A is connected to the negative terminal of the power supply 32.

光検知装置100は、第1磁性素子10の出力端子t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t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。 The light detection device 100 is configured such that the polarity (positive/negative) of the power source 31 connected to the first surface 10A on the output terminal t1 side of the first magnetic element 10 is different from the polarity (positive/negative) of the power source 32 connected to the first surface 20A on the output terminal t1 side of the second magnetic element 20. Here, an example is shown in which the first surface 10A is connected to the negative terminal of the power source 31, the second surface 10B is connected to the positive terminal of the power source 31, the first surface 20A is connected to the positive terminal of the power source 32, and the second surface 20B is connected to the negative terminal of the power source 32, but the first surface 10A may be connected to the positive terminal of the power source 31, the second surface 10B may be connected to the negative terminal of the power source 31, the first surface 20A may be connected to the negative terminal of the power source 32, and the second surface 20B may be connected to the positive terminal of the power source 32.

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。 The inductor 92 is, for example, between the power supply 31 and the first magnetic element 10, and between the power supply 32 and the second magnetic element 20. For example, a chip inductor, an inductor formed by a pattern line, or a resistive element having an inductor component can be used as the inductor 92.

コンデンサ91は、例えば、第1磁性素子10と出力端子tとの間、及び、第2磁性素子20と出力端子t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tに向かって通過させる。 The capacitor 91 is, for example, between the first magnetic element 10 and the output terminal t1 , and between the second magnetic element 20 and the output terminal t1 . A known capacitor can be used for the capacitor 91. The capacitor 91 passes only high-frequency components of the change in the output voltage of the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 toward the output terminal t1 .

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。 Figure 2 is a perspective view of the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 of the light detection device 100 according to the first embodiment.

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。 The optical detection device 100 converts the irradiated light L into an electrical signal. The first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are irradiated with the light L.

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。 The light L is not limited to visible light, but also includes infrared light, which has a longer wavelength than visible light, and ultraviolet light, which has a shorter wavelength than visible light. The wavelength of visible light is, for example, 380 nm or more and less than 800 nm. The wavelength of infrared light is, for example, 800 nm or more and 1 mm or less. The wavelength of ultraviolet light is, for example, 200 nm or more and less than 380 nm. The light L is, for example, irradiated to the first magnetic element 10 and the second magnetic element as light pulses. The light L includes, for example, a high-frequency optical signal composed of multiple light pulses repeated at a high frequency. The high-frequency optical signal is, for example, a signal having a frequency of 100 MHz or more. The light L may be laser light.

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。 The first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are each a columnar body. The first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 may be a cylinder, a rectangular prism, or a triangular prism. The area of the first ferromagnetic layer 11 of the first magnetic element 10 when viewed from the z direction may be the same as or different from the area of the first ferromagnetic layer 21 of the second magnetic element 20 when viewed from the z direction.

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。 The first magnetic element 10 is connected to a first electrode 14 and a second electrode 15. The first electrode 14 contacts the surface of the first magnetic element 10 that is irradiated with light L. The second electrode 15 contacts the surface of the first magnetic element 10 that faces the light irradiated surface. The first electrode 14 and the second electrode 15 sandwich the first magnetic element 10 in the z direction.

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。 The first electrode 14 is made of a material having electrical conductivity. The first electrode 14 is, for example, a transparent electrode that is transparent to light in the wavelength band used. The first electrode 14 preferably transmits, for example, 80% or more of the light in the wavelength band used. The first electrode 14 is, for example, an oxide such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), zinc oxide (ZnO), or indium gallium zinc oxide (IGZO). The first electrode 14 may be configured to have a plurality of columnar metals in the transparent electrode material of these oxides. It is not essential to use the above-mentioned transparent electrode material for the first electrode 14, and a metal material such as Au, Cu, or Al may be used with a thin film thickness to allow the irradiated light L to reach the first ferromagnetic layer 11 of the first magnetic element 10. When a metal is used as the material for the first electrode 14, the film thickness of the first electrode 14 is, for example, 3 to 10 nm. The first electrode 14 may also have an anti-reflection film on the irradiation surface to which light is irradiated.

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。 The second electrode 15 is located on the opposite side of the first electrode 14 across the first magnetic element 10. The second electrode 15 is made of a conductive material. The second electrode 15 is made of a metal such as Cu, Al, or Au. Ta or Ti may be laminated above and below these metals. A laminated film of Cu and Ta, a laminated film of Ta, Cu, and Ti, or a laminated film of Ta, Cu, and TaN may also be used. TiN or TaN may also be used as the second electrode 15. The film thickness of the second electrode 15 is, for example, 200 nm to 800 nm.

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。 The second electrode 15 may be transparent to the light L irradiated to the first magnetic element 10. As the material of the second electrode 15, similar to the first electrode 14, for example, a transparent electrode material of an oxide such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), zinc oxide (ZnO), or indium gallium zinc oxide (IGZO) may be used. Even when light is irradiated from the first electrode 14, the light may reach the second electrode 15 depending on the intensity of the light. In this case, since the second electrode 15 is composed of a transparent electrode material of an oxide, the reflection of light at the interface between the second electrode 15 and the layer in contact with it can be suppressed compared to when the second electrode 15 is composed of a metal.

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。 The second magnetic element 20 is connected to a first electrode 24 and a second electrode 25. The first electrode 24 contacts the surface of the second magnetic element 20 that is irradiated with light L. The second electrode 25 contacts the surface of the second magnetic element 20 that faces the light irradiated surface. The second electrode 25 may be integrated with the second electrode 15. The first electrode 24 and the second electrode 25 sandwich the second magnetic element 20 in the z direction. The first electrode 24 can be made of the same material as the first electrode 14, and the second electrode 25 can be made of the same material as the second electrode 15.

図3は、第1実施形態に係る第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3では、光検知装置100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。 Figure 3 is a cross-sectional view of the vicinity of the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 according to the first embodiment. In Figure 3, the arrows indicate the direction of magnetization of the ferromagnetic material when no light is irradiated onto the light detection device 100.

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(SiO)、窒化シリコン(SiN)、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(Al)、酸化ジルコニウム(ZrO)等である。 The periphery of the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 is covered with, for example, an insulating layer 93. The insulating layer 93 is, for example, an oxide, nitride, or oxynitride of Si, Al, or Mg. The insulating layer 93 is, for example, silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), silicon carbide (SiC), chromium nitride (CrN), silicon carbonitride (SiCN), silicon oxynitride (SiON), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO x ), or the like.

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。 The first magnetic element 10 has, for example, a first ferromagnetic layer 11, a second ferromagnetic layer 12, and a spacer layer 13. The spacer layer 13 is located between the first ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 12. The first magnetic element 10 may have other layers in addition to these. Light L is irradiated onto the first magnetic element 10 from the first ferromagnetic layer 11 side. The first ferromagnetic layer 11 is closer to the first electrode 14 than the second ferromagnetic layer 12. The second ferromagnetic layer 12 is closer to the second electrode 15 than the first ferromagnetic layer 11.

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。 The second magnetic element 20 has, for example, a first ferromagnetic layer 21, a second ferromagnetic layer 22, and a spacer layer 23. The spacer layer 23 is located between the first ferromagnetic layer 21 and the second ferromagnetic layer 22. The second magnetic element 20 may have other layers in addition to these. Light L is irradiated onto the second magnetic element 20 from the first ferromagnetic layer 21 side. The first ferromagnetic layer 21 is closer to the first electrode 24 than the second ferromagnetic layer 22. The second ferromagnetic layer 22 is closer to the second electrode 25 than the first ferromagnetic layer 21.

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。 In the first magnetic element 10 shown in Fig. 3, the magnetization M11 of the first ferromagnetic layer 11 and the magnetization M12 of the second ferromagnetic layer 12 are antiparallel to each other when the first magnetic element 10 is not irradiated with light. In the second magnetic element 20 shown in Fig. 3, the magnetization M21 of the first ferromagnetic layer 21 and the magnetization M22 of the second ferromagnetic layer 22 are antiparallel to each other when the second magnetic element 20 is not irradiated with light. In the first embodiment, when the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are not irradiated with light, the relationship between the magnetization directions of the first ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 12 of the first magnetic element 10 is the same as the relationship between the magnetization directions of the first ferromagnetic layer 21 and the second ferromagnetic layer 22 of the second magnetic element 20. Here, an example has been shown in which, when the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are not irradiated with light, the relationship between the magnetization directions of the first ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 12 of the first magnetic element 10 and the relationship between the magnetization directions of the first ferromagnetic layer 21 and the second ferromagnetic layer 22 of the second magnetic element 20 are all anti-parallel. However, the relationship between these magnetization directions may be parallel, or the relationship between these magnetization directions may be different from parallel and anti-parallel, such as a state in which the direction of the magnetization M11 of the first ferromagnetic layer 11 or the magnetization M21 of the first ferromagnetic layer 21 is inclined with respect to the stacking direction and the in-plane direction.

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。 The first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are, for example, MTJ (Magnetic Tunnel Junction) elements in which the spacer layers 13, 23 are made of insulating materials. The first magnetic element 10 is, for example, an element in which the resistance value in the z direction (resistance value when a current is passed in the z direction) changes depending on the relative change between the magnetization state of the first ferromagnetic layer 11 and the magnetization state of the second ferromagnetic layer 12. Such an element is also called a magnetoresistance effect element. Similarly, the second magnetic element 20 is, for example, an element in which the resistance value in the z direction (resistance value when a current is passed in the z direction) changes depending on the relative change between the magnetization state of the first ferromagnetic layer 21 and the magnetization state of the second ferromagnetic layer 22.

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t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tから出力される。 When the intensity of the light L irradiated to the first magnetic element 10 changes, the voltage (potential difference between the first electrode 14 and the second electrode 15) output from the first magnetic element 10 changes in response to the change in the intensity of the light L. When an optical pulse is irradiated, the first magnetic element 10 outputs a first output. The amount of change in the voltage of the first output (the amount of change based on the output voltage from the first magnetic element 10 in a state where no optical pulse is irradiated) is output from the output terminal t1 . For example, the change in the voltage of the first output is output from the output terminal t1 as a first signal caused by the first output.

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t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tから出力される。 When the intensity of the light L irradiated to the second magnetic element 20 changes, the voltage (potential difference between the first electrode 24 and the second electrode 25) output from the second magnetic element 20 changes in response to the change in the intensity of the light L. When an optical pulse is irradiated, the second magnetic element 20 outputs a second output. The amount of change in the voltage of the second output (the amount of change based on the output voltage from the second magnetic element 20 in a state where no optical pulse is irradiated) is delayed from the first signal caused by the first output and is output from the output terminal t1 . For example, a signal obtained by extracting and delaying the change in the voltage of the second output is output from the output terminal t1 as the second signal caused by the second output.

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。 The first ferromagnetic layer 11 is a light detection layer whose magnetization state changes when irradiated with light from the outside. The first ferromagnetic layer 11 is also called a magnetization free layer. The magnetization free layer is a layer containing a magnetic material whose magnetization state changes when a specific external energy is applied. The specific external energy is, for example, light L irradiated from the outside, a current flowing in the z direction of the first ferromagnetic layer 11, or an external magnetic field. The magnetization state of the first ferromagnetic layer 11 changes depending on the intensity of the light L irradiated to the first ferromagnetic layer 11.

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。 The first ferromagnetic layer 11 includes a ferromagnetic material. The first ferromagnetic layer 11 includes at least one of magnetic elements such as Co, Fe, or Ni. The first ferromagnetic layer 11 may include a nonmagnetic element such as B, Mg, Hf, or Gd in addition to the magnetic elements described above. The first ferromagnetic layer 11 may be, for example, an alloy including a magnetic element and a nonmagnetic element. The first ferromagnetic layer 11 may be composed of multiple layers. The first ferromagnetic layer 11 may be, for example, a CoFeB alloy, a laminate in which a CoFeB alloy layer is sandwiched between Fe layers, or a laminate in which a CoFeB alloy layer is sandwiched between CoFe layers. In general, "ferromagnetic" includes "ferrimagnetic". The first ferromagnetic layer 11 may exhibit ferrimagnetic properties. On the other hand, the first ferromagnetic layer 11 may exhibit ferromagnetic properties that are not ferrimagnetic. For example, a CoFeB alloy exhibits ferromagnetic properties that are not ferrimagnetic.

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。 The first ferromagnetic layer 11 may be an in-plane magnetized film having an axis of easy magnetization in the in-plane direction (any direction in the x-y plane) or a perpendicular magnetized film having an axis of easy magnetization perpendicular to the film plane (z-direction).

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。 The thickness of the first ferromagnetic layer 11 is, for example, 1 nm or more and 5 nm or less. The thickness of the first ferromagnetic layer 11 is preferably, for example, 1 nm or more and 2 nm or less. When the first ferromagnetic layer 11 is a perpendicular magnetization film, if the thickness of the first ferromagnetic layer 11 is thin, the perpendicular magnetic anisotropy application effect from the layers above and below the first ferromagnetic layer 11 is strengthened, and the perpendicular magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 11 is enhanced. In other words, if the perpendicular magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 11 is high, the force that causes the magnetization to return to the z direction is strengthened. On the other hand, if the thickness of the first ferromagnetic layer 11 is thick, the perpendicular magnetic anisotropy application effect from the layers above and below the first ferromagnetic layer 11 is relatively weak, and the perpendicular magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 11 is weakened.

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。 When the thickness of the first ferromagnetic layer 11 is reduced, its volume as a ferromagnetic body is reduced, and when the thickness is increased, its volume as a ferromagnetic body is increased. The responsiveness of the magnetization of the first ferromagnetic layer 11 when external energy is applied is inversely proportional to the product (KuV) of the magnetic anisotropy (Ku) and the volume (V) of the first ferromagnetic layer 11. In other words, when the product of the magnetic anisotropy and the volume of the first ferromagnetic layer 11 is reduced, the responsiveness to light is increased. From this perspective, in order to increase the responsiveness to light, it is preferable to reduce the volume of the first ferromagnetic layer 11 after appropriately designing the magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 11.

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。 If the thickness of the first ferromagnetic layer 11 is greater than 2 nm, an insertion layer made of, for example, Mo or W may be provided within the first ferromagnetic layer 11. That is, the first ferromagnetic layer 11 may be a laminate in which a ferromagnetic layer, an insertion layer, and a ferromagnetic layer are stacked in this order in the z direction. The interfacial magnetic anisotropy at the interface between the insertion layer and the ferromagnetic layer enhances the perpendicular magnetic anisotropy of the entire first ferromagnetic layer 11. The thickness of the insertion layer is, for example, 0.1 nm to 0.6 nm.

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。 The second ferromagnetic layer 12 is a magnetization fixed layer. The magnetization fixed layer is a layer made of a magnetic material in which the state of magnetization is less likely to change than the magnetization free layer when a predetermined external energy is applied. For example, the magnetization direction of the magnetization fixed layer is less likely to change than the magnetization free layer when a predetermined external energy is applied. Also, for example, the magnitude of magnetization of the magnetization fixed layer is less likely to change than the magnetization free layer when a predetermined external energy is applied. The coercive force of the second ferromagnetic layer 12 is, for example, greater than the coercive force of the first ferromagnetic layer 11. The second ferromagnetic layer 12 has an easy magnetization axis in the same direction as the first ferromagnetic layer 11, for example. The second ferromagnetic layer 12 may be an in-plane magnetization film or a perpendicular magnetization film.

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。 The material constituting the second ferromagnetic layer 12 is, for example, the same as that of the first ferromagnetic layer 11. The second ferromagnetic layer 12 may be, for example, a laminate in which Co is 0.4 nm to 1.0 nm thick, Mo is 0.1 nm to 0.5 nm thick, a CoFeB alloy is 0.3 nm to 1.0 nm thick, and Fe is 0.3 nm to 1.0 nm thick, stacked in this order.

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。 The magnetization of the second ferromagnetic layer 12 may be fixed, for example, by magnetic coupling with the third ferromagnetic layer via a magnetic coupling layer. In this case, the combination of the second ferromagnetic layer 12, the magnetic coupling layer, and the third ferromagnetic layer may be referred to as a magnetization fixed layer.

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。 The third ferromagnetic layer is, for example, magnetically coupled to the second ferromagnetic layer 12. The magnetic coupling is, for example, an antiferromagnetic coupling, which occurs due to RKKY interaction. The material constituting the third ferromagnetic layer is, for example, the same as that of the first ferromagnetic layer 11. The magnetic coupling layer is, for example, Ru, Ir, etc.

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。 The spacer layer 13 is a non-magnetic layer disposed between the first ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 12. The spacer layer 13 is composed of a layer made of a conductor, an insulator, or a semiconductor, or a layer containing a current-carrying point made of a conductor in an insulator. The thickness of the spacer layer 13 can be adjusted according to the orientation direction of the magnetization of the first ferromagnetic layer 11 and the magnetization of the second ferromagnetic layer 12 in the initial state described later.

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。 For example, when the spacer layer 13 is made of an insulator, the first magnetic element 10 has a magnetic tunnel junction (MTJ) consisting of the first ferromagnetic layer 11, the spacer layer 13, and the second ferromagnetic layer 12. Such an element is called an MTJ element. In this case, the first magnetic element 10 can exhibit a tunnel magnetoresistance (TMR) effect. For example, when the spacer layer 13 is made of a metal, the first magnetic element 10 can exhibit a giant magnetoresistance (GMR) effect. Such an element is called a GMR element.

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。 When the spacer layer 13 is made of an insulating material, a material containing aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, silicon oxide, or the like can be used. These insulating materials may also contain elements such as Al, B, Si, Mg, or magnetic elements such as Co, Fe, Ni. A high magnetoresistance change rate can be obtained by adjusting the film thickness of the spacer layer 13 so that a high TMR effect is generated between the first ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 12. To efficiently utilize the TMR effect, the film thickness of the spacer layer 13 may be about 0.5 to 5.0 nm, or about 1.0 to 2.5 nm.

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。 When the spacer layer 13 is made of a non-magnetic conductive material, conductive materials such as Cu, Ag, Au, or Ru can be used. To efficiently utilize the GMR effect, the thickness of the spacer layer 13 may be about 0.5 to 5.0 nm, or about 2.0 to 3.0 nm.

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。 When the spacer layer 13 is made of a non-magnetic semiconductor material, materials such as zinc oxide, indium oxide, tin oxide, germanium oxide, gallium oxide, or ITO can be used. In this case, the thickness of the spacer layer 13 may be about 1.0 to 4.0 nm.

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。 When a layer including a current-carrying point formed by a conductor in a nonmagnetic insulator is used as the spacer layer 13, a structure including a current-carrying point formed by a nonmagnetic conductor such as Cu, Au, or Al in a nonmagnetic insulator made of aluminum oxide or magnesium oxide may be used. The conductor may also be made of magnetic elements such as Co, Fe, or Ni. In this case, the thickness of the spacer layer 13 may be about 1.0 to 2.5 nm. The current-carrying point is, for example, a columnar body with a diameter of 1 nm to 5 nm when viewed from a direction perpendicular to the film surface. As described above, the first magnetic element 10 may be called an MTJ element, a GMR element, or the like, depending on the material of the spacer layer 13, but is also collectively called a magnetoresistance effect element.

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。 The first magnetic element 10 may also have an underlayer, a cap layer, a perpendicular magnetization induction layer, and the like. The underlayer is located below the second ferromagnetic layer 12. The underlayer is a seed layer or a buffer layer. The seed layer enhances the crystallinity of the layer stacked on the seed layer. The seed layer is, for example, Pt, Ru, Hf, Zr, or NiFeCr. The thickness of the seed layer is, for example, 1 nm or more and 5 nm or less. The buffer layer is a layer that relieves lattice mismatch between different crystals. The buffer layer is, for example, Ta, Ti, W, Zr, Hf, or a nitride of these elements. The thickness of the buffer layer is, for example, 1 nm or more and 5 nm or less.

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。 The cap layer is located above the first ferromagnetic layer 11. The cap layer prevents damage to the lower layer during the process and improves the crystallinity of the lower layer during annealing. The thickness of the cap layer is, for example, 3 nm or less so that sufficient light is irradiated to the first ferromagnetic layer 11. The cap layer is, for example, MgO, W, Mo, Ru, Ta, Cu, Cr, or a laminated film of these.

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。 The perpendicular magnetization induced layer is formed when the first ferromagnetic layer 11 is a perpendicular magnetization film. The perpendicular magnetization induced layer is laminated on the first ferromagnetic layer 11. The perpendicular magnetization induced layer induces perpendicular magnetic anisotropy in the first ferromagnetic layer 11. The perpendicular magnetization induced layer is, for example, magnesium oxide, W, Ta, Mo, etc. When the perpendicular magnetization induced layer is magnesium oxide, it is preferable that the magnesium oxide has oxygen deficiency in order to increase the conductivity. The film thickness of the perpendicular magnetization induced layer is, for example, 0.5 nm or more and 2.0 nm or less.

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。 The first ferromagnetic layer 21 in the second magnetic element 20 corresponds to the first ferromagnetic layer 11 in the first magnetic element 10. The constituent material, film thickness, layer structure, etc. of the first ferromagnetic layer 21 can be the same as those of the first ferromagnetic layer 11. The second ferromagnetic layer 22 in the second magnetic element 20 corresponds to the second ferromagnetic layer 12 in the first magnetic element 10. The constituent material, film thickness, layer structure, etc. of the second ferromagnetic layer 22 can be the same as those of the second ferromagnetic layer 12. The spacer layer 23 in the second magnetic element 20 corresponds to the spacer layer 13 in the first magnetic element 10. The constituent material, film thickness, layer structure, etc. of the spacer layer 23 can be the same as those of the spacer layer 13. The second magnetic element 20 may also have an underlayer, a cap layer, a perpendicular magnetization induction layer, etc., like the first magnetic element 10.

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。 The first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are fabricated, for example, by a lamination process, an annealing process, and a processing process for each layer. Each layer is formed, for example, by sputtering. Annealing is performed, for example, at 250°C or higher and 450°C or lower. The laminated film is processed, for example, by photolithography and etching. The shortest width of the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 when viewed from the z direction may be, for example, 10 nm or higher and 2000 nm or lower, or 30 nm or higher and 500 nm or lower.

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。 Although FIG. 3 shows an example of the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20, the magnetic element may have a ferromagnetic material whose magnetization state changes when irradiated with light, and the resistance value may change with the change in the magnetization state. In addition to the above-mentioned MTJ element and GMR element, the magnetic element may be, for example, an anisotropic magnetoresistance (AMR) effect element, a colossal magnetoresistance (CMR) effect element, or the like.

遅延回路40は、例えば、第2磁性素子20と出力端子t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。 The delay circuit 40 is, for example, between the second magnetic element 20 and the output terminal t1 . The delay circuit 40 delays a signal resulting from the second output from the second magnetic element 20 (in this example, a signal in which a change in the voltage of the second output is extracted). The delay circuit 40 may be a known one.

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t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t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tから出力される。 Next, the operation of the light detection device 100 will be described. When the first magnetic element 10 is irradiated with a light pulse, the first magnetic element 10 outputs a first output. A change in the voltage of the first output (a voltage change based on the output voltage from the first magnetic element 10 in a state where no light pulse is irradiated) is output from the output terminal t1 . As described above, the change in the voltage of the first output is an example of a first signal. Similarly, when the second magnetic element 20 is irradiated with a light pulse, the second magnetic element 20 outputs a second output. A change in the voltage of the second output (a voltage change based on the output voltage from the second magnetic element 20 in a state where no light pulse is irradiated) is delayed from the first signal caused by the first output and is output from the output terminal t1 . As described above, a signal obtained by extracting and delaying the change in the voltage of the second output is an example of a second signal. In other words, when the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are irradiated with the same light pulse, a voltage that is a combination of the change in voltage of the first output (first signal) and a signal (second signal) that is obtained by extracting and delaying the change in voltage of the second output is output from output terminal t1 .

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t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tとの間の線路と、第2磁性素子20と出力端子t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。 The optical detection device 100 combines the first output and the second output according to a predetermined signal processing method and outputs the result from the output terminal t1 . The optical detection device 100 combines the first signal resulting from the first output and the second signal resulting from the second output when the same optical pulse is irradiated to the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 , in a state where the first condition and the second condition are satisfied. In the example shown in FIG. 1, the line between the first magnetic element 10 and the output terminal t1 and the line between the second magnetic element 20 and the output terminal t1 are simply connected, but if the length of these lines is long, the occurrence of problems such as signal reflection may be suppressed by connecting these lines using an appropriate power combiner. The first signal is caused by the first output, and may be, for example, an extracted voltage change of the first output, the first output itself, an extracted voltage change of the first output with the polarity inverted, or the intensity of the first output changed. The second signal is caused by the second output, and may be, for example, an extracted change in voltage of the second output, or the second output itself, or an extracted change in voltage of the second output with the polarity inverted, or a modified intensity of the second output, or any of these delayed.

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t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。 In the example shown in Fig. 1, the photodetector 100 outputs from the output terminal t1 a voltage obtained by combining a voltage change in the first output (first signal) and a signal (second signal) obtained by extracting and delaying a voltage change in the second output when the same optical pulse is irradiated to the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20. The first condition is that the time position of the peak of the first signal is different from the time position of the peak of the second signal. The second condition is that the positive and negative of the amount of change until the first signal reaches its peak is different from the positive and negative of the amount of change until the second signal reaches its peak.

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。 First, the principle of outputting a first output from the first magnetic element 10 when an optical pulse is irradiated to the first magnetic element 10 and the principle of outputting a second output from the second magnetic element 20 when an optical pulse is irradiated to the second magnetic element 20 will be described. The principles of operation of the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are the same, so the operation of the first magnetic element 10 will be described below as an example.

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。 A light pulse is irradiated to the first ferromagnetic layer 11. The resistance value in the z direction of the first magnetic element 10 changes when the first ferromagnetic layer 11 is irradiated with light. The output voltage from the first magnetic element 10 changes when the first ferromagnetic layer 11 is irradiated with light.

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。 Figures 4 and 5 are diagrams for explaining an example of operation of the first magnetic element 10 according to the first embodiment. Figure 4 is a diagram for explaining a first mechanism of the example of operation, and Figure 5 is a diagram for explaining a second mechanism of the example of operation. In the upper graphs of Figures 4 and 5, the vertical axis represents the intensity of light irradiated to the first ferromagnetic layer 11, and the horizontal axis represents time. In the lower graphs of Figures 4 and 5, the vertical axis represents the resistance value of the first magnetic element 10 in the z direction, and the horizontal axis represents time.

まず第1強磁性層11に第1強度W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R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Wの光が照射された状態としてもよい。 First, in a state where the first ferromagnetic layer 11 is irradiated with light of a first intensity W1 (hereinafter referred to as an initial state), the magnetization M11 of the first ferromagnetic layer 11 and the magnetization M12 of the second ferromagnetic layer 12 are in an antiparallel relationship, and the resistance value in the z direction of the first magnetic element 10 indicates a second resistance value R2 . Here, a case where the intensity of the light irradiated to the first ferromagnetic layer 11 is zero may be regarded as a state where light of a first intensity W1 is irradiated.

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。 By passing a sense current Is through the first magnetic element 10 in the z direction, a voltage is generated across both ends of the first magnetic element 10 in the z direction. The output voltage from the first magnetic element 10 is generated between the first electrode 14 and the second electrode 15.

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。 4, it is preferable to flow the sense current Is from the second ferromagnetic layer 12 toward the first ferromagnetic layer 11. By flowing the sense current Is in this direction, a spin transfer torque in the opposite direction to the magnetization M12 of the second ferromagnetic layer 12 acts on the magnetization M11 of the first ferromagnetic layer 11, and the magnetization M11 and the magnetization M12 tend to be antiparallel to each other in the initial state.

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Wから第2強度W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Wから第2強度Wに変化する。第2強度Wの光は、第1強度Wの光より強度が大きい。 Then, the intensity of the light irradiated to the first ferromagnetic layer 11 changes from the first intensity W1 to the second intensity W2 . For example, when a light pulse is irradiated to the first magnetic element 10, the intensity of the light irradiated to the first ferromagnetic layer 11 changes from the first intensity W1 to the second intensity W2 . The light of the second intensity W2 is greater than the light of the first intensity W1 .

第2強度Wは、第1強度W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W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。 The second intensity W2 is greater than the first intensity W1 , and the magnetization M11 of the first ferromagnetic layer 11 changes from its initial state. The state of the magnetization M11 of the first ferromagnetic layer 11 when the first ferromagnetic layer 11 is not irradiated with light is different from the state of the magnetization M11 of the first ferromagnetic layer 11 when irradiated with light of the second intensity W2 . The state of the magnetization M11 refers to, for example, the inclination angle or magnitude with respect to the z direction.

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Wから第2強度W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Wから第2強度W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。 For example, as shown in Fig. 4, when the intensity of light irradiated to the first ferromagnetic layer 11 changes from the first intensity W1 to the second intensity W2 , the magnetization M11 tilts with respect to the z direction. Also, for example, as shown in Fig. 5, when the intensity of light irradiated to the first ferromagnetic layer 11 changes from the first intensity W1 to the second intensity W2 , the magnitude of the magnetization M11 decreases. For example, when the magnetization M11 of the first ferromagnetic layer 11 tilts with respect to the z direction due to the irradiation intensity of light, the tilt angle is, for example, greater than 0° and smaller than 90°.

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R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Rは、第2抵抗値Rより小さい。第2の値は第1の値より小さい。第1抵抗値R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R)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。 When the magnetization M11 of the first ferromagnetic layer 11 changes from its initial state by irradiating the first magnetic element 10 with a light pulse, the resistance value in the z direction of the first magnetic element 10 indicates a first resistance value R1 , and the magnitude of the output voltage from the first magnetic element 10 changes from a first value to a second value (the first magnetic element 10 outputs a first output). The first resistance value R1 is smaller than the second resistance value R2 . The second value is smaller than the first value. The first resistance value R1 is between the resistance value (second resistance value R2 ) when the magnetization M11 and the magnetization M12 are antiparallel and the resistance value when the magnetization M11 and the magnetization M12 are parallel.

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W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R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Wから第1強度W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Rから第2抵抗値Rへ変化する。 In the case shown in Fig. 4, a spin transfer torque in the opposite direction to the magnetization M12 of the second ferromagnetic layer 12 acts on the magnetization M11 of the first ferromagnetic layer 11. Therefore, the magnetization M11 tries to return to an antiparallel state to the magnetization M12 , and when the intensity of the light irradiated to the first ferromagnetic layer 11 changes from the second intensity to the first intensity, the magnetization M11 returns to an antiparallel state to the magnetization M12 . In the case shown in Fig. 5, when the intensity of the light irradiated to the first ferromagnetic layer 11 returns to the first intensity W1 , the magnitude of the magnetization M11 of the first ferromagnetic layer 11 returns to the original, and the first magnetic element 10 returns to the initial state. In either case, the resistance value in the z direction of the first magnetic element 10 returns to the second resistance value R2 . In other words, when the intensity of the light irradiated to the first ferromagnetic layer 11 changes from the second intensity W2 to the first intensity W1 , the resistance value in the z-direction of the first magnetic element 10 changes from the first resistance value R1 to the second resistance value R2 .

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Wから第1強度W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Rから第2抵抗値R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Rから第2抵抗値R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Wから第1強度W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。 4 and 5, when the intensity of the light irradiated to the first ferromagnetic layer 11 changes from the second intensity W2 to the first intensity W1 , the resistance value in the z direction of the first magnetic element 10 changes from the first resistance value R1 to the second resistance value R2 . The time (fall time) required for the resistance value in the z direction of the first magnetic element 10 to change from the first resistance value R1 to the second resistance value R2 and for the magnitude of the output voltage from the first magnetic element 10 to change from the second value to the first value is longer than the time required for the intensity of the light irradiated to the first ferromagnetic layer 11 to change from the second intensity W2 to the first intensity W1 , and is longer than the time (rise time) required for the magnitude of the output voltage from the first magnetic element 10 to change from the first value to the second value.

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。 Here, the case where the magnetization M11 and the magnetization M12 are antiparallel in the initial state has been described as an example, but the magnetization M11 and the magnetization M12 may be parallel in the initial state. In this case, the resistance value in the z direction of the first magnetic element 10 increases as the state of the magnetization M11 changes (for example, as the angle change from the initial state of the magnetization M11 increases). When the magnetization M11 and the magnetization M12 are parallel in the initial state, it is preferable to flow the sense current Is from the first ferromagnetic layer 11 toward the second ferromagnetic layer 12. By flowing the sense current Is in this direction, a spin transfer torque in the same direction as the magnetization M12 of the second ferromagnetic layer 12 acts on the magnetization M11 of the first ferromagnetic layer 11, and the magnetization M11 and the magnetization M12 become parallel in the initial state. In addition, when the magnetization M11 and the magnetization M12 are in an anti-parallel relationship in the initial state, the fall time until the output voltage from the magnetic element returns to its original state after irradiation with a light pulse is shorter than when the magnetization M11 and the magnetization M12 are in a parallel relationship in the initial state.

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tから第1信号として出力される。 The output voltage from the first magnetic element 10 changes in response to the intensity of light irradiated to the first ferromagnetic layer 11. The first magnetic element 10 can convert the intensity of the irradiated light into the output voltage from the first magnetic element 10, and can also convert a change in the intensity of the irradiated light into a change in the output voltage from the first magnetic element 10. The capacitor 91 passes only high-frequency components of the output voltage, so that the amount of change in the voltage of the first output based on the output voltage from the first magnetic element 10 in the initial state is output as a first signal from the output terminal t1 .

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tから出力される。 Similarly, the output voltage from the second magnetic element 20 changes in response to the intensity of light irradiated to the first ferromagnetic layer 21. The second magnetic element 20 can convert the intensity of the irradiated light into a change in the output voltage from the second magnetic element 20, and can also convert a change in the intensity of the irradiated light into a change in the output voltage from the second magnetic element 20. The capacitor 91 passes only high-frequency components of the output voltage, and therefore the amount of change in the voltage of the second output based on the output voltage from the second magnetic element 20 in the initial state is output from the output terminal t1 .

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。 The optical detection device 100 combines the first and second signals generated when the first and second magnetic elements 10 and 20 are irradiated with the same optical pulse in a state that satisfies the first and second conditions.

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t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t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。 The first condition is satisfied by, for example, a delay circuit 40. The delay circuit 40 delays a signal resulting from the second output (in this example, a signal in which a change in the voltage of the second output is extracted). The signal resulting from the second output is delayed by the delay circuit 40 to become the second signal. At the output terminal t1 , the time position of the peak of the first signal is different from the time position of the peak of the second signal. Here, the time position of the peak is the time when the value of the signal becomes a peak. For example, the delay circuit 40 makes the time position of the peak of the first signal precede the time position of the peak of the second signal at the output terminal t1 . It is preferable that the difference between the time position of the peak of the first signal and the time position of the peak of the second signal is shorter than the time from the peak of the first signal to the value of the first signal becoming 30% of the peak value of the first signal in the falling part of the first signal. This is because the time position of the peak of the second signal is preferably at a time position where the absolute value of the falling slope of the first signal is large.

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t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t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。 In addition, in the photodetection device 100 according to the first embodiment, the second condition is satisfied by the fact that the polarity (positive/negative) of the power source 31 connected to the first surface 10A on the output terminal t1 side of the first magnetic element 10 is different from the polarity (positive/negative) of the power source 32 connected to the first surface 20A on the output terminal t1 side of the second magnetic element 20.

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。 The first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 have different directions in which the sense current Is flows. The change amount ΔV 10 of the first output from the first magnetic element 10 due to irradiation of the first magnetic element 10 with a light pulse is calculated by ΔV 10 = ΔR 10 × I. In the formula, I is the absolute value of the current amount of the sense current Is. The change amount ΔV 20 of the second output from the second magnetic element 20 due to irradiation of the second magnetic element 20 with a light pulse is calculated by ΔV 20 = ΔR 20 × -I. ΔR 10 is the change amount of the resistance value in the z direction of the first magnetic element 10 due to irradiation of the first magnetic element 10 with a light pulse. ΔR 20 is the change amount of the resistance value in the z direction of the second magnetic element 20 due to irradiation of the second magnetic element 20 with a light pulse.

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Rから第1抵抗値R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Rから第2抵抗値R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。 The resistance value in the z direction of the first magnetic element 10 decreases from the second resistance value R2 to the first resistance value R1 when the intensity of the light irradiated to the first ferromagnetic layer 11 changes from the first intensity to the second intensity, and increases from the first resistance value R1 to the second resistance value R2 when the intensity of the light irradiated to the first ferromagnetic layer 11 changes from the second intensity to the first intensity. Similarly, the resistance value in the z direction of the second magnetic element 20 decreases when the intensity of the light irradiated to the first ferromagnetic layer 21 changes from the first intensity to the second intensity, and increases when the intensity of the light irradiated to the first ferromagnetic layer 21 changes from the second intensity to the first intensity. That is, the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 have the same positive and negative change in resistance value due to irradiation with a light pulse.

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。 The first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 have different directions of flow of the sense current Is, and the change in resistance value due to irradiation with a light pulse is the same in sign, so the change in the first output from the first magnetic element 10 due to irradiation with a light pulse is opposite to the change in the second output from the second magnetic element 20 due to irradiation with a light pulse.

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。 The intensity of the first output from the first magnetic element 10 and the intensity of the second output from the second magnetic element 20 may be the same or different. The intensity of the first output is changed by changing the value of the current supplied by the power supply 31. The larger the value of the current supplied by the power supply 31 to the first magnetic element 10, the larger the first output and the larger the intensity of the first signal. Similarly, the intensity of the second output and the second signal is changed by changing the value of the current supplied by the power supply 32. Therefore, by adjusting the values of the current supplied by the power supplies 31 and 32, the absolute value of the amount of change until the first signal reaches its peak and the absolute value of the amount of change until the second signal reaches its peak can be adjusted.

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。 FIG. 6 shows the output characteristic of the photodetector 100 according to the first embodiment with respect to the optical pulse. The first signal S1 is a signal caused by the first output from the first magnetic element 10, and is obtained by extracting and delaying the voltage change of the first output. The second signal S2 is a signal caused by the second output from the second magnetic element 20, and is a signal obtained by extracting and delaying the voltage change of the second output. As shown in FIG. 6, when the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are irradiated with light L in a pulsed manner, the first signal S1 and the second signal S2 are output. The change amount ΔV 10m until the first signal S1 reaches a peak due to irradiation of the optical pulse is positive, and the change amount ΔV 20m until the second signal S1 reaches a peak due to irradiation of the optical pulse is negative. In this way, the photodetector 100 satisfies the second condition. The delay circuit 40 delays the time position tb of the peak of the second signal S2 from the time position ta of the peak of the first signal S1. The time position ta of the peak of the first signal S1 is different from the time position tb of the peak of the second signal S2. In this manner, the photodetection device 100 satisfies the first condition.

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。 The optical detection device 100 combines the first signal S1 and the second signal S2. Since the first signal S1 and the second signal S2 have opposite polarities, this process corresponds to a process of finding the difference between the magnitude (absolute value) of the first signal S1 and the magnitude (absolute value) of the second signal S2. The first signal S1 and the second signal S2 each have a long fall time from reaching a peak to returning to their original value, but the total output signal S from the optical detection device 100, which is a combination of the first signal S1 and the second signal S2, has a short fall time. By combining the first signal S1 and the second signal S2 generated when the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are irradiated with the same light pulse in a state that satisfies the first and second conditions, the absolute value of the falling portion of the total output signal S becomes small because the falling portion of the first signal S1 and the portion including the peak portion of the second signal S2 cancel each other out, while the absolute value of the peak portion of the total output signal S does not become very small because the rising portion of the second signal is simply subtracted from the peak portion of the first signal S1. In other words, the photodetection device 100 according to the first embodiment has a short fall time of the output after being irradiated with pulsed light.

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。 If the fall time of the output after irradiation with pulsed light is long, when successive pulsed light is irradiated, the next pulsed light may be irradiated before the output from the previous pulsed light has completely fallen. In this case, the output change of the optical detection device 100 cannot keep up with the successive pulses, and the output change of the optical detection device 100 becomes smaller over time. In contrast, an optical detection device 100 with a short fall time of the output after irradiation with pulsed light can suppress the output change from becoming smaller over time, even when successive pulsed light is incident.

図7及び図8は、第1実施例に係る光検知装置の光パルスに対する出力特性を示す。図7及び図8は、図1に示す回路図の構成で、光検知装置100の出力特性を求めた結果である。 Figures 7 and 8 show the output characteristics of the optical detection device of the first embodiment with respect to optical pulses. Figures 7 and 8 show the results of determining the output characteristics of the optical detection device 100 with the circuit diagram configuration shown in Figure 1.

図7は、光検知装置100の出力端子tからの出力(合計出力信号S)と、出力端子t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。 Fig. 7 is a graph showing measured values of the output (total output signal S) from output terminal t1 of the photodetector 100 , the output (first signal S1) resulting from the first output from the first magnetic element 10, and the output (second signal S2) resulting from the second output from the second magnetic element 20, among the outputs from output terminal t1. Fig. 8 is a graph showing the first signal S1, the second signal S2, and the total output signal S from the photodetector 100 normalized by their respective peak values.

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。 7 and 8, the first magnetic element 10 is a cylinder having a diameter of 200 nm, the magnitude of the direct current applied from the power source 31 to the first magnetic element 10 is 0.76 mA, the second magnetic element 20 is a cylinder having a diameter of 200 nm, and the magnitude of the direct current applied from the power source 32 to the second magnetic element 20 is 0.76 mA. In a state in which the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are not irradiated with light, the first magnetic element 10 has a magnetization M11 of the first ferromagnetic layer 11 and a magnetization M12 of the second ferromagnetic layer 12 in an antiparallel relationship, and the second magnetic element 20 has a magnetization M21 of the first ferromagnetic layer 21 and a magnetization M22 of the second ferromagnetic layer 22 in an antiparallel relationship. The delay time of the second signal S2 with respect to the first signal S1 was 4.4 nsec. The absolute value of the amount of change until the first signal S1 reaches a peak is set to be the same as the absolute value of the amount of change until the second signal S2 reaches a peak.

図7及び図8に示すように、第1実施形態に係る光検知装置100は、第1磁性素子10又は第2磁性素子20が単独の場合と比較して、パルス光が照射された後の出力の立下り時間が短い。 As shown in Figures 7 and 8, the photodetection device 100 according to the first embodiment has a shorter fall time of the output after irradiation with pulsed light compared to when the first magnetic element 10 or the second magnetic element 20 is used alone.

「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。
Second Embodiment
Fig. 9 is a circuit diagram of a photodetection device 101 according to the second embodiment. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In Fig. 9, the magnetization direction of the ferromagnetic body when the photodetection device 101 is not irradiated with light is indicated by an arrow.

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tと基準電位端子t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。 The photodetector 101 includes, for example, a first magnetic element 10, a second magnetic element 20, a capacitor 91, an inductor 92, an output terminal t1 , a reference potential terminal t2 , a magnetic field application unit 51, and a magnetic field application unit 52. The photodetector 101 may include a power supply 31 and a power supply 33, or the power supply 31 and the power supply 33 may be external to the photodetector 101.

図10は、第2実施形態に係る第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10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。 Figure 10 is a cross-sectional view of the vicinity of the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 according to the second embodiment. In Figure 10, the arrows indicate the direction of magnetization of the ferromagnetic material when no light is irradiated onto the light detection device 101.

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。 The second magnetic element 20 according to the second embodiment differs from the second magnetic element 20 according to the first embodiment in that, when the second magnetic element 20 is not irradiated with light, the magnetization M21 of the first ferromagnetic layer 21 and the magnetization M22 of the second ferromagnetic layer 22 are parallel to each other.

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。 In the second embodiment, in a state where the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are not irradiated with light, the relationship between the magnetization directions of the first ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 12 of the first magnetic element 10 is different from the relationship between the magnetization directions of the first ferromagnetic layer 21 and the second ferromagnetic layer 22 of the second magnetic element 20. For example, the relationship between the magnetization directions of the first ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 12 of the first magnetic element 10 is antiparallel, and the relationship between the magnetization directions of the first ferromagnetic layer 21 and the second ferromagnetic layer 22 of the second magnetic element 20 is parallel. The second embodiment is not limited to this example, and in a state where the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are not irradiated with light, the relationship between the magnetization directions of the first ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 12 of the first magnetic element 10 may be parallel, and the relationship between the magnetization directions of the first ferromagnetic layer 21 and the second ferromagnetic layer 22 of the second magnetic element 20 may be antiparallel.

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t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。 The power supply 33 is a DC power supply and is connected to the second magnetic element 20. The power supply 33 may be the same as the power supply 31. The power supply 33 applies a DC current or a DC voltage to the second magnetic element 20. The light detection device 101 is configured such that, for example, the first surface 20A of the second magnetic element 20 on the output terminal t1 side is connected to the negative terminal of the power supply 33, and the second surface 20B of the second magnetic element 20 facing the first surface 20A is connected to the positive terminal of the power supply 33.

光検知装置101は、第1磁性素子10の出力端子t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t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。 The light detection device 101 is configured so that the polarity (positive/negative) of the power source 31 connected to the first surface 10A on the output terminal t1 side of the first magnetic element 10 is the same as the polarity (positive/negative) of the power source 33 connected to the first surface 20A on the output terminal t1 side of the second magnetic element 20. Here, an example is shown in which the first surface 10A is connected to the negative terminal of the power source 31, the second surface 10B is connected to the positive terminal of the power source 31, the first surface 20A is connected to the negative terminal of the power source 33, and the second surface 20B is connected to the positive terminal of the power source 33, but the first surface 10A may be connected to the positive terminal of the power source 31, the second surface 10B may be connected to the negative terminal of the power source 31, the first surface 20A may be connected to the positive terminal of the power source 33, and the second surface 20B may be connected to the negative terminal of the power source 33.

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。 The magnetic field application units 51 are positioned to sandwich the first magnetic element 10, for example, in an in-plane direction (x-direction in the example of FIG. 10). When a leakage magnetic field from the magnetic field application units 51 is applied as a bias magnetic field, the magnetization M11 of the first ferromagnetic layer 11 is oriented anti-parallel to the magnetization M12 of the second ferromagnetic layer 12 in a state in which the first magnetic element 10 is not irradiated with light. The magnetic field application units 51 are positioned so as not to block the light irradiated to the first magnetic element 10. The magnetic field application units 51 include, for example, a hard magnetic material.

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。 The magnetic field application units 52 are positioned to sandwich the second magnetic element 20, for example, in an in-plane direction (x-direction in the example of FIG. 10 ). When a leakage magnetic field from the magnetic field application units 52 is applied as a bias magnetic field, the magnetization M21 of the first ferromagnetic layer 21 is oriented in a direction parallel to the magnetization M22 of the second ferromagnetic layer 22 in a state in which the second magnetic element 20 is not irradiated with light. The magnetic field application units 52 are positioned so as not to block the light irradiated to the second magnetic element 20. The magnetic field application units 52 include, for example, a hard magnetic material.

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t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tから出力される。第2出力の電圧の変化は出力端子t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。 Next, the operation of the light detection device 101 will be described. When an optical pulse is irradiated to the first magnetic element 10, the first magnetic element 10 outputs a first output, and a change in the voltage of the first output based on the output voltage from the first magnetic element 10 in the initial state is output from the output terminal t1 as a first signal. The first signal is a signal caused by the first output. Similarly, when an optical pulse is irradiated to the second magnetic element 20, the second magnetic element 20 outputs a second output, and a change in the voltage of the second output based on the output voltage from the second magnetic element 20 in the initial state is output from the output terminal t1 . The change in the voltage of the second output is delayed until it reaches the output terminal t1 , and becomes a second signal. The second signal is a signal caused by the second output.

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t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。 The photodetector 101 combines the first signal and the second signal according to a predetermined signal processing method and outputs the combined signal from the output terminal t 1. The photodetector 101 combines the first signal and the second signal obtained when the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are irradiated with the same light pulse in a state that satisfies the first condition and the second condition.

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t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。 The first condition is satisfied, for example, by the delay circuit 40. By delaying the signal resulting from the second output (in this example, a signal in which a change in the voltage of the second output is extracted) by the delay circuit 40, it is possible to make the time position of the peak of the first signal and the time position of the peak value of the second signal at the output terminal t1 different.

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。 The second condition can be satisfied when, in a state in which the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are not irradiated with light, the relationship between the magnetization directions of the first ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 12 of the first magnetic element 10 is different from the relationship between the magnetization directions of the first ferromagnetic layer 21 and the second ferromagnetic layer 22 of the second magnetic element 20.

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Rから第1抵抗値R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Rから第2抵抗値R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。 The resistance value in the z direction of the first magnetic element 10 decreases from the second resistance value R2 to the first resistance value R1 when the intensity of the light irradiated to the first ferromagnetic layer 11 changes from the first intensity to the second intensity, and increases from the first resistance value R1 to the second resistance value R2 when the intensity of the light irradiated to the first ferromagnetic layer 11 changes from the second intensity to the first intensity. In contrast, the resistance value in the z direction of the second magnetic element 20 increases when the intensity of the light irradiated to the first ferromagnetic layer 21 changes from the first intensity to the second intensity, and decreases when the intensity of the light irradiated to the first ferromagnetic layer 21 changes from the second intensity to the first intensity. That is, the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 have different positive and negative changes in resistance value due to irradiation with a light pulse.

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。 The first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 have the same direction of the sense current Is flowing, and the change in resistance value due to irradiation with a light pulse is different in sign, so the change in the first signal due to the first output from the first magnetic element 10 due to irradiation with a light pulse and the change in the second signal due to the second output from the second magnetic element 20 due to irradiation with a light pulse are opposite in sign. Therefore, in the photodetector 101 according to the second embodiment, for the first signal and the second signal generated when the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are irradiated with the same light pulse, the time position of the peak of the first signal and the time position of the peak of the second signal are different, and the change in the first signal to reach the peak and the change in the second signal to reach the peak are opposite in sign, and by combining these, the fall time of the output of the photodetector 101 after irradiation with a pulsed light is short.

図11及び図12は、第2実施例に係る光検知装置の光パルスに対する出力特性を示す。図11及び図12は、図9に示す回路図の構成で、光検知装置101の出力特性を求めた結果である。 Figures 11 and 12 show the output characteristics of the photodetector according to the second embodiment with respect to optical pulses. Figures 11 and 12 show the results of determining the output characteristics of the photodetector 101 in the circuit configuration shown in Figure 9.

図11は、光検知装置101の出力端子tからの出力(合計出力信号S’)と、出力端子t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。 Fig. 11 shows measured values of the output (total output signal S') from output terminal t1 of the photodetector 101 , the output (first signal S1') resulting from the first output from the first magnetic element 10, and the output (second signal S2') resulting from the second output from the second magnetic element 20, among the outputs from output terminal t1. Fig. 12 is a graph showing the first signal S1', the second signal S2', and the total output signal S' from the photodetector 101 normalized by their respective peak values.

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。 In the example shown in the graphs of Figures 11 and 12, the first magnetic element 10 is a cylinder with a diameter of 200 nm, the magnitude of the DC current applied from the power source 31 to the first magnetic element 10 is 0.76 mA, the second magnetic element 20 is a cylinder with a diameter of 200 nm, and the magnitude of the DC current applied from the power source 33 to the second magnetic element 20 is 0.34 mA. Since the magnitude of the DC current applied to the first magnetic element 10 is different from the magnitude of the DC current applied to the second magnetic element 20, the absolute value of the amount of change until the first signal reaches its peak is different from the absolute value of the amount of change until the second signal reaches its peak. The delay time of the second signal relative to the first signal was 12 nsec.

図11及び図12に示すように、第2実施形態に係る光検知装置101は、第1磁性素子10又は第2磁性素子20が単独の場合と比較して、パルス光が照射された後の出力の立下り時間が短い。 As shown in Figures 11 and 12, the photodetector 101 according to the second embodiment has a shorter fall time of the output after irradiation with pulsed light compared to when the first magnetic element 10 or the second magnetic element 20 is used alone.

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。 So far, an example of the second embodiment has been illustrated, but the light detection device 101 according to the second embodiment is not limited to this example.

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。 For example, FIG. 13 is a cross-sectional view of the vicinity of the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 of the first modified example of the photodetector according to the second embodiment. In FIG. 13, the arrows indicate the direction of magnetization of the ferromagnetic material when the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are not irradiated with light.

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。 The optical detection device 101A is provided with a magnetic field application unit 53 instead of the magnetic field application unit 51 of the optical detection device 101.

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。 The magnetic field application unit 53 is located at a position overlapping with the first magnetic element 10 in the z direction. The magnetic field application unit 53 is disposed, for example, in an intermediate layer 95 between the substrate Sub and the insulating layer 93. When a leakage magnetic field from the magnetic field application unit 53 is applied as a bias magnetic field, the magnetization M11 of the first ferromagnetic layer 11 is oriented in a direction antiparallel to the magnetization M12 of the second ferromagnetic layer 12 in a state in which the first magnetic element 10 is not irradiated with light. The magnetic field application unit 53 is located at a position that does not block the light irradiated to the first magnetic element 10. The magnetic field application unit 53 includes, for example, a hard magnetic material.

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。 The photodetection device 101A satisfies the first and second conditions to combine the first and second signals, and therefore has the same effect as the photodetection device 101 according to the second embodiment. In FIG. 13, an example is shown in which a magnetic field application unit 53 is provided instead of the magnetic field application unit 51 of the photodetection device 101, but a magnetic field application unit may be provided in a position overlapping the second magnetic element 20 in the z direction instead of the magnetic field application unit 52.

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。 For example, FIG. 14 is a cross-sectional view of the vicinity of the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 of a second modified example of the light detection device according to the second embodiment. In FIG. 14, the arrows indicate the direction of magnetization of the ferromagnetic material when the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are not irradiated with light.

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。 The photodetector 101B is different from the photodetector 100 in that it does not have the magnetic field application unit 51 and the magnetic field application unit 52. In addition, in the photodetector 101B, when the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are not irradiated with light, the direction of the magnetization M12 of the second ferromagnetic layer 12 of the first magnetic element 10 is opposite to the direction of the magnetization M22 of the second ferromagnetic layer 22 of the second magnetic element 20. The orientation direction of the magnetization of the second ferromagnetic layer 12 and the second ferromagnetic layer 22 can be designed at the time of manufacture. In addition, when the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are not irradiated with light, the magnetization M11 of the first ferromagnetic layer 11 and the magnetization M12 of the second ferromagnetic layer 12 are in an antiparallel relationship, and the magnetization M21 of the first ferromagnetic layer 21 and the magnetization M22 of the second ferromagnetic layer 22 are in a parallel relationship.

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。 The optical detection device 101B combines the first signal and the second signal while satisfying the first and second conditions, and therefore has the same effect as the optical detection device 101 according to the second embodiment.

「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。
"Third embodiment"
Fig. 15 is a circuit diagram of a light detection device 102 according to the third embodiment. In the third embodiment, the same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In Fig. 15, the magnetization direction of the ferromagnetic body in the initial state in which the light detection device 102 is not irradiated with light is indicated by an arrow.

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tと基準電位端子t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。 The photodetector 102 includes, for example, a first magnetic element 10, a second magnetic element 20, a delay circuit 40, an inverting circuit 41, a capacitor 91, an inductor 92, an output terminal t1, and a reference potential terminal t2 . The photodetector 102 may include a power supply 31 and a power supply 33, or the power supply 31 and the power supply 33 may be external to the photodetector 102.

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。 The second magnetic element 20 according to the third embodiment differs from the second magnetic element 20 according to the second embodiment in that the magnetization M21 of the first ferromagnetic layer 21 and the magnetization M22 of the second ferromagnetic layer 22 are antiparallel to each other when the second magnetic element 20 is not irradiated with light. In the third embodiment, when the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are not irradiated with light, the relationship between the magnetization directions of the first ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 12 of the first magnetic element 10 is the same as the relationship between the magnetization directions of the first ferromagnetic layer 21 and the second ferromagnetic layer 22 of the second magnetic element 20.

反転回路41は、例えば、第2磁性素子20と出力端子tとの間にある。反転回路41は、第1磁性素子10と出力端子t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。 The inversion circuit 41 is, for example, between the second magnetic element 20 and the output terminal t1 . The inversion circuit 41 may be between the first magnetic element 10 and the output terminal t1 . The inversion circuit 41 inverts the polarity of an input signal input to the inversion circuit 41 and outputs the inverted signal. The inversion circuit 41 is, for example, an inverting amplifier circuit (e.g., an operational amplifier).

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t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t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t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。 When the first magnetic element 10 is irradiated with an optical pulse, the first magnetic element 10 outputs a first output, and a change in the voltage of the first output based on the output voltage from the first magnetic element 10 in the initial state is output as a first signal from the output terminal t1 . The first signal is a signal caused by the first output. When the second magnetic element 20 is irradiated with an optical pulse, the second magnetic element 20 outputs a second output, and a change in the voltage of the second output based on the output voltage from the second magnetic element 20 in the initial state is extracted by the capacitor 91, and a signal obtained by inverting the polarity of the signal obtained by extracting the change in the voltage of the second output by the inversion circuit 41 and delaying the signal by the delay circuit 40 is output as a second signal from the output terminal t1 . The second signal is a signal caused by the second output. The optical detection device 102 combines the first signal and the second signal according to a predetermined signal processing method and outputs the result from the output terminal t1 . The optical detection device 102 combines a first signal and a second signal generated when the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are irradiated with the same optical pulse in a state that satisfies a first condition and a second condition.

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t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。 The first condition is satisfied, for example, by the delay circuit 40. The delay circuit 40 delays a signal resulting from the second output (in this example, a signal obtained by extracting a change in the voltage of the second output and inverting the polarity of the signal by the inversion circuit 60), so that the time position of the peak of the first signal and the time position of the peak of the second signal at the output terminal t1 can be made to differ from each other.

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。 The second condition can also be satisfied by inverting the polarity of the signal resulting from the second output from the second magnetic element 20 using the inversion circuit 41. In this case, the second signal is a signal that extracts the change in the voltage of the second output, with the polarity inverted and further delayed.

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t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。 The first signal resulting from the first output from the first magnetic element 10 and the second signal resulting from the second output from the second magnetic element 20 satisfy the first condition and the second condition at the output terminal t1 . Therefore, the photodetector 102 combines the first signal and the second signal while satisfying the first condition and the second condition, and thus exerts the same effect as the photodetector 100 according to the first embodiment.

図16及び図17は、第3実施例に係る光検知装置の光パルスに対する出力特性を示す。図16及び図17は、図15に示す回路図の構成で、光検知装置102の出力特性を求めた結果である。 Figures 16 and 17 show the output characteristics of the light detection device of the third embodiment with respect to the light pulse. Figures 16 and 17 show the results of determining the output characteristics of the light detection device 102 in the circuit diagram configuration shown in Figure 15.

図16は、光検知装置102の出力端子tからの出力(合計出力信号S’’)と、出力端子t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。 Fig. 16 shows measured values of the output from output terminal t1 of the photodetector 102 (total output signal S"), and the output from output terminal t1 resulting from the first output from the first magnetic element 10 (first signal S1"), and the output resulting from the second output from the second magnetic element 20 (second signal S2"). Fig. 17 is a graph showing the first signal S1", the second signal S2", and the total output signal S" from the photodetector 102 normalized by their respective peak values.

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。 In the example shown in the graphs of Figures 16 and 17, the first magnetic element 10 is a cylinder with a diameter of 200 nm, the magnitude of the direct current applied to the first magnetic element 10 from the power source 31 is 0.76 mA, the second magnetic element 20 is a cylinder with a diameter of 200 nm, and the magnitude of the direct current applied to the second magnetic element 20 from the power source 33 is 0.76 mA. In a state in which the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are not irradiated with light, the first magnetic element 10 has a magnetization M11 of the first ferromagnetic layer 11 and a magnetization M12 of the second ferromagnetic layer 12 in an anti-parallel relationship, and the second magnetic element 20 has a magnetization M21 of the first ferromagnetic layer 21 and a magnetization M22 of the second ferromagnetic layer 22 in an anti-parallel relationship. The delay time of the second signal with respect to the first signal was 11.4 nsec. The gain of the inversion circuit 41 was 0.4 times.

図16及び図17に示すように、第3実施形態に係る光検知装置102は、第1磁性素子10又は第2磁性素子20が単独の場合と比較して、パルス光が照射された後の出力の立下り時間が短い。 As shown in Figures 16 and 17, the photodetector 102 according to the third embodiment has a shorter fall time of the output after irradiation with pulsed light compared to when the first magnetic element 10 or the second magnetic element 20 is used alone.

「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。
"Fourth embodiment"
Fig. 18 is a circuit diagram of a photodetection device 103 according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In Fig. 18, the direction of magnetization of the ferromagnetic material when the photodetection device 103 is not irradiated with light is indicated by an arrow.

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tと基準電位端子t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。 The photodetector 103 includes, for example, a first magnetic element 10, a second magnetic element 20, a capacitor 91, an inductor 92, an output terminal t1, and a reference potential terminal t2 . The photodetector 103 may include a power supply 31 and a power supply 32, or the power supplies 31 and 32 may be external to the photodetector 103. The photodetector 103 does not include the delay circuit 40 in the photodetector 100.

図19は、第4実施形態に係る第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19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。 Figure 19 is a cross-sectional view of the vicinity of the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 according to the fourth embodiment. In Figure 19, the arrows indicate the direction of magnetization of the ferromagnetic material when no light is irradiated onto the light detection device 103.

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。 The light detection device 103 is irradiated with a light pulse. The surface of the light detection device 103 that is irradiated with light is called the light irradiation surface LS. The light detection device 103 has a first intermediate layer 61 between the light irradiation surface LS and the first magnetic element 10. The light detection device 103 also has a second intermediate layer 62 between the light irradiation surface S1 and the second magnetic element 20.

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。 The first intermediate layer 61 is, for example, on the first magnetic element 10. The second intermediate layer 62 is, for example, on the second magnetic element 20. The first intermediate layer 61 and the second intermediate layer 62 have different refractive indices. When the first intermediate layer 61 and the second intermediate layer 62 have different refractive indices, the first optical distance until the light pulse is irradiated to the first magnetic element 10 and the second optical distance until the light pulse is irradiated to the second magnetic element 20 are different. For example, the refractive index of the second intermediate layer 62 is larger than the refractive index of the first intermediate layer 61. In this case, the second optical distance until the light pulse is irradiated to the second magnetic element 20 is longer than the first optical distance until the light pulse is irradiated to the first magnetic element 10.

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t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t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t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。 When the first magnetic element 10 is irradiated with an optical pulse, the first magnetic element 10 outputs a first output, and a change in the voltage of the first output based on the output voltage from the first magnetic element 10 in the initial state is output as a first signal from the output terminal t1 . The first signal is a signal caused by the first output. When the second magnetic element 20 is irradiated with an optical pulse, the second magnetic element 20 outputs a second output, and a change in the voltage of the second output based on the output voltage from the second magnetic element 20 in the initial state is output as a second signal from the output terminal t1 . The second signal is a signal caused by the second output. The optical detection device 103 combines the first signal and the second signal according to a predetermined signal processing method and outputs the result from the output terminal t1 . The optical detection device 103 combines the first signal caused by the first output and the second signal caused by the second output when the same optical pulse is irradiated to the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20, in a state that satisfies the first condition and the second condition.

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t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。 The first condition is satisfied, for example, when the first optical distance is different from the second optical distance, such that the time positions of the peaks of the first signal and the second signal at the output terminal t1 are different from each other.

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t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t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。 In addition, in the photodetector 103 according to the fourth embodiment, the second condition is satisfied by the fact that the polarity (positive/negative) of the power source 31 connected to the first surface 10A on the output terminal t1 side of the first magnetic element 10 is different from the polarity (positive/negative) of the power source 32 connected to the first surface 20A on the output terminal t1 side of the second magnetic element 20.

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t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。 The first signal resulting from the first output from the first magnetic element 10 and the second signal resulting from the second output from the second magnetic element 20 satisfy the first condition and the second condition at the output terminal t1 . Therefore, the photodetector 103 combines the first signal and the second signal while satisfying the first condition and the second condition, and thus exerts the same effect as the photodetector 100 according to the first embodiment.

「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。
Fifth Embodiment
FIG. 20 is a plan view of a characteristic portion of the light detection device 104 according to the fifth embodiment. FIGS. 21 and 22 are cross-sectional views of the characteristic portion of the light detection device 104 according to the fifth embodiment. FIG. 21 is a cross-section taken along line A-A in FIG. 20, and FIG. 22 is a cross-section taken along line B-B in FIG. 20. The circuit diagram of the light detection device 104 according to the fifth embodiment is equivalent to the circuit diagram of the light detection device 103. In the fifth embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In FIGS. 21 and 22, the magnetization direction of the ferromagnetic material in a state where the light detection device 104 is not irradiated with light is indicated by an arrow.

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。 The optical detection device 104 has, for example, a first optical waveguide 65, a second optical waveguide 66, and a cladding 67. A light pulse is irradiated onto a light irradiation surface LS of the optical detection device 104. The first optical waveguide 65 is configured to propagate the light pulse to the first magnetic element 10. The second optical waveguide 66 is configured to propagate the light pulse to the second magnetic element 20. The first optical waveguide 65 and the second optical waveguide 66 have different lengths.

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、SiO、Al、MgF、La、ZnO、HfO、MgO、Y、CaF、In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。 At least a part of the first optical waveguide 65 is on, for example, the first magnetic element 10. At least a part of the second optical waveguide 66 is on, for example, the second magnetic element 20. The first optical waveguide 65 and the second optical waveguide 66 are covered with a clad 67. The first optical waveguide 65 and the second optical waveguide 66 contain, for example, lithium niobate as a main component. Some elements of the lithium niobate may be substituted with other elements. The clad 67 is, for example, SiO 2 , Al 2 O 3 , MgF 2 , La 2 O 3 , ZnO, HfO 2 , MgO, Y 2 O 3 , CaF 2 , In 2 O 3 , or a mixture thereof. The materials of the first optical waveguide 65 and the second optical waveguide 66 and the materials of the clad 67 are not limited to this example. For example, the cores constituting the first optical waveguide 65 and the second optical waveguide 66 may be made of silicon or silicon oxide to which germanium oxide has been added, and the clad 67 may be made of silicon oxide.

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。 Since the first optical waveguide 65 and the second optical waveguide 66 have different lengths, the second optical distance until the optical pulse is irradiated to the second magnetic element 20 is different from the first optical distance until the optical pulse is irradiated to the first magnetic element 10. For example, the second optical distance until the optical pulse is irradiated to the second magnetic element 20 is longer than the first optical distance until the optical pulse is irradiated to the first magnetic element 10.

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t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t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t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。 When the first magnetic element 10 is irradiated with an optical pulse, the first magnetic element 10 outputs a first output, and a change in the voltage of the first output based on the output voltage from the first magnetic element 10 in the initial state is output as a first signal from the output terminal t1 . The first signal is a signal caused by the first output. When the second magnetic element 20 is irradiated with an optical pulse, the second magnetic element 20 outputs a second output, and a change in the voltage of the second output based on the output voltage from the second magnetic element 20 in the initial state is output as a second signal from the output terminal t1 . The second signal is a signal caused by the second output. The optical detection device 104 combines the first signal and the second signal according to a predetermined signal processing method and outputs the result from the output terminal t1 . The optical detection device 104 combines the first signal caused by the first output and the second signal caused by the second output when the same optical pulse is irradiated to the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20, in a state that satisfies the first condition and the second condition.

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t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。 The first condition is satisfied, for example, by the first optical waveguide 65 and the second optical waveguide 66 having different lengths. When the first optical waveguide 65 and the second optical waveguide 66 have different lengths, the first optical distance and the second optical distance are different, and the time positions of the peaks of the first signal and the second signal at the output terminal t1 are different.

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t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t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。 In addition, in the photodetector 104 according to the fifth embodiment, the second condition is satisfied by the fact that the polarity (positive/negative) of the power source 31 connected to the first surface 10A on the output terminal t1 side of the first magnetic element 10 is different from the polarity (positive/negative) of the power source 32 connected to the first surface 20A on the output terminal t1 side of the second magnetic element 20.

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t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。 The first signal resulting from the first output from the first magnetic element 10 and the second signal resulting from the second output from the second magnetic element 20 satisfy the first condition and the second condition at the output terminal t1 . Therefore, the photodetector 104 combines the first signal and the second signal while satisfying the first condition and the second condition, and thus exerts the same effect as the photodetector 100 according to the first embodiment.

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t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。 Here, an example has been shown in which the first condition is satisfied by changing the lengths of the first optical waveguide 65 and the second optical waveguide 66, but the configuration for satisfying the first condition is not limited to this example. For example, as in a photodetection device 104A according to a first modified example shown in Fig. 23, the lengths of the first optical waveguide 65 and the second optical waveguide 66 may be the same, and the refractive indexes of the first optical waveguide 65 and the second optical waveguide 66 may be changed. If the refractive indexes of the first optical waveguide 65 and the second optical waveguide 66 are different, the first optical distance and the second optical distance are different, and the time positions of the peaks of the first signal and the second signal at the output terminal t1 are different.

「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。
Sixth Embodiment
Fig. 24 is a circuit diagram of a photodetector 105 according to the sixth embodiment. In the sixth embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In Fig. 24, the magnetization direction of the ferromagnetic body when the photodetector 105 is not irradiated with light is indicated by an arrow.

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tと基準電位端子t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。 The photodetector 105 includes, for example, a first magnetic element 10, a delay circuit 40, an inverting circuit 41, a capacitor 91, an inductor 92, an output terminal t1, and a reference potential terminal t2 . The inverting circuit 41 is the same as that in the second embodiment. The photodetector 105 may include a power supply 31, which may be external to the photodetector 105.

図24に示す光検知装置105は、第1磁性素子10と出力端子t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。 24, a line connecting the first magnetic element 10 and the output terminal t1 branches into a first line 71 and a second line 72. A first output from the first magnetic element 10 propagates to each of the first line 71 and the second line 72.

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。 The delay circuit 40 is connected to only one of the first line 71 and the second line 72. The inversion circuit 41 is connected to only one of the first line 71 and the second line 72. The delay circuit 40 and the inversion circuit 41 may be connected to the same line or may be connected to different lines. For example, in the example shown in FIG. 24, the delay circuit 40 and the inversion circuit 41 are connected to the second line 72.

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t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tに至る第1信号と第2線路72を介して出力端子t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。 The photodetector 105 combines the first signal and the second signal according to a predetermined signal processing method and outputs the combined signal from the output terminal t1 . In the photodetector 105, when an optical pulse is irradiated to the first magnetic element 10, a first signal is generated that reaches the output terminal t1 via the first line 71 and a second signal is generated that reaches the output terminal t1 via the second line 72. The photodetector 105 combines the first signal and the second signal in a state where a first condition and a second condition are satisfied. The first condition is that the time position of the peak of the first signal is different from the time position of the peak of the second signal. The second condition is that the positive and negative of the amount of change until the first signal reaches the peak is different from the positive and negative of the amount of change until the second signal reaches the peak.

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。 First, when an optical pulse is irradiated onto the first magnetic element 10, the first magnetic element 10 outputs a first output. A signal that represents the change in voltage of the first output is extracted by the capacitor 91 and distributed to the first line 71 and the second line 72. The distribution ratio at which the first output is distributed to the first line 71 and the second line 72 may be equal or different. The signal distributed to the first line 71 becomes the first signal. The signal distributed to the second line 72 becomes the second signal by being inverted in polarity by the inversion circuit 41 and delayed by the delay circuit 40.

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t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。 The first condition is satisfied, for example, by the delay circuit 40. When the delay circuit 40 delays the signal caused by the first output from the first magnetic element 10 and propagating through the second line 72, the time position of the peak of the first signal and the time position of the peak of the second signal at the output terminal t1 become different.

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t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。 The second condition can be satisfied by inverting the signal resulting from the first output from the first magnetic element 10 and propagating through the second line 72 with the inversion circuit 41. When the inversion circuit 41 inverts the polarity of the signal resulting from the first output from the first magnetic element 10 and propagating through the second line 72, the positive and negative amounts of change until the first signal reaches a peak at the output terminal t1 become different from the positive and negative amounts of change until the second signal reaches a peak.

第1信号と、第2信号とは、出力端子t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。 The first signal and the second signal satisfy the first condition and the second condition at the output terminal t1 . The photodetection device 105 satisfies the first condition and the second condition and combines the first signal and the second signal, and therefore has the same effect as the photodetection device 100 according to the first embodiment.

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。 The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment and modified examples, and various modifications and variations are possible within the scope of the gist of the present invention as described in the claims. For example, the characteristic configurations of the above-mentioned embodiment and modified examples may be combined.

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。 For example, in the first embodiment and the third to fifth embodiments, a magnetic field application unit may be provided. Also, for example, in the fourth to fifth embodiments, a delay circuit may be combined. Also, for example, in the fourth to fifth embodiments, a power supply 33 and an inversion circuit 41 may be used.

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。 For example, in the first to fifth embodiments described above, the capacitor 91 is used to extract the voltage change in the first output and the second output, but the first output itself and the second output itself may be used without providing the capacitor 91. Similarly, in the sixth embodiment, the capacitor 91 is used to extract the voltage change in the first output, but the first output itself may be used without providing the capacitor 91.

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。 The light detection devices according to the above embodiments and modifications can be applied to transmitters and receivers in communication systems.

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。 Figure 25 is a block diagram of a transceiver 1000 according to a first application example. The transceiver 1000 includes a receiver 200 and a transmitter 300. The receiver 200 receives an optical signal L1, and the transmitter 300 transmits an optical signal L2.

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。 The receiving device 200 includes, for example, a photodetection device 100 and a signal processing unit 110. The photodetection device 100 may be replaced with another embodiment or modification described above. In the receiving device 200, the first magnetic element 10 and the second magnetic element 20 are irradiated with a plurality of light pulses that are repeated at a high frequency. The light signal L1 is composed of these plurality of light pulses. The photodetection device 100 converts the light signal L1 into an electrical signal. The signal processing unit 110 processes the electrical signal converted by the photodetection device 100. The signal processing unit 110 receives a signal included in the light signal L1 by processing the electrical signal generated by the photodetection device 100. The receiving device 200 receives the signal included in the light signal L1 based on the output signal from the photodetection device 100.

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。 The transmitting device 300 includes, for example, a light source 301, an electrical signal generating element 302, and an optical modulation element 303. The light source 301 is, for example, a laser element. The light source 301 may be external to the transmitting device 300. The electrical signal generating element 302 generates an electrical signal based on the transmission information. The electrical signal generating element 302 may be integrated with the signal conversion element of the signal processing unit 110. The optical modulation element 303 modulates the light output from the light source 301 based on the electrical signal generated by the electrical signal generating element 302, and outputs an optical signal L2.

図26は、通信システムの一例の概念図である。図26に示す通信システムは、2つの端末装置500を有する。端末装置500は、例えば、スマートフォン、タブレット、パーソナルコンピュータ等である。 Figure 26 is a conceptual diagram of an example of a communication system. The communication system shown in Figure 26 has two terminal devices 500. The terminal devices 500 are, for example, a smartphone, a tablet, a personal computer, etc.

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。 Each of the terminal devices 500 includes a receiving device 200 and a transmitting device 300. An optical signal transmitted from the transmitting device 300 of one of the terminal devices 500 is received by the receiving device 200 of the other terminal device 500. The light used for transmission and reception between the terminal devices 500 is, for example, visible light. The receiving device 200 includes a photodetecting device 100. The photodetecting device 100 described above has a short signal fall time, so that output saturation can be suppressed even during high-speed communication.

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 10...first magnetic element, 10A, 20A...first surface, 10B, 20B...second surface, 11, 21...first ferromagnetic layer, 12, 22...second ferromagnetic layer, 13, 23...spacer layer, 14, 24...first electrode, 15, 25...second electrode, 20...second magnetic element, 31, 32, 33...power supply, 40...delay circuit, 41...inversion circuit, 51, 52, 53...magnetic field application unit, 61...first intermediate layer, 62...second intermediate layer, 65...first optical waveguide, 66...second optical waveguide, 67...clad, 71...first line, 72...second line, 91...capacitor, 92...inductor, 93...insulating layer, 100, 101, 102, 102A, 102B, 103, 104, 105...light detection device, 110...signal processing unit, 200...receiving device, 300...transmitting device, 301...light source, 302...electrical signal generating element, 303...optical modulation element, 500...terminal device, 1000...transmitting/receiving device

Claims (17)

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。
a first photoelectric conversion element that outputs a first output when irradiated with a light pulse;
a second photoelectric conversion element that outputs a second output when the light pulse is irradiated thereto;
a first signal resulting from the first output and a second signal resulting from the second output when the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are irradiated with the same optical pulse are combined in a state that satisfies a first condition and a second condition,
the first condition is a condition that a time position of a peak of the first signal is different from a time position of a peak of the second signal;
The optical detection device, wherein the second condition is that the positive and negative signs of an amount of change until the first signal reaches a peak are different from the positive and negative signs of an amount of change until the second signal reaches a peak.
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。
the first photoelectric conversion element is a first magnetic element,
the second photoelectric conversion element is a second magnetic element,
2. The optical detection device of claim 1, wherein the first magnetic element and the second magnetic element each include a first ferromagnetic layer to which the light pulse is irradiated, a second ferromagnetic layer, and a spacer layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer.
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。
A delay circuit is further provided,
2. The optical sensing device of claim 1, wherein the delay circuit delays the signal resulting from the second output.
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。 The optical detection device according to claim 2, wherein when the first magnetic element and the second magnetic element are not irradiated with the optical pulse, the relationship between the magnetization directions of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer of the first magnetic element is different from the relationship between the magnetization directions of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer of the second magnetic element. 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。 The optical detection device according to claim 2, wherein the polarity of the DC power source connected to the output terminal side surface of the first magnetic element is different from the polarity of the DC power source connected to the output terminal side surface of the second magnetic element. 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。 The optical detection device according to claim 4, wherein the polarity of the DC power source connected to the output terminal side surface of the first magnetic element is the same as the polarity of the DC power source connected to the output terminal side surface of the second magnetic element. 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。
An inverting circuit is further provided,
2. The optical sensing device of claim 1, wherein the inverting circuit inverts the polarity of the signal resulting from the second output.
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。 The optical detection device according to claim 1, wherein a first optical distance until the optical pulse is irradiated to the first photoelectric conversion element is different from a second optical distance until the optical pulse is irradiated to the second photoelectric conversion element. 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。
a light irradiation surface onto which the light pulse is irradiated,
a first intermediate layer between the light irradiation surface and the first photoelectric conversion element;
a second intermediate layer is provided between the light irradiation surface and the second photoelectric conversion element;
The optical sensing device of claim 8 , wherein the first and second intermediate layers have different refractive indices.
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。
Further comprising a first optical waveguide and a second optical waveguide,
the first optical waveguide is configured to propagate the optical pulse to the first photoelectric conversion element;
the second optical waveguide is configured to propagate the optical pulse to the second photoelectric conversion element;
9. The optical sensing device of claim 8, wherein the first optical waveguide has a different length than the second optical waveguide.
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。
Further comprising a first optical waveguide and a second optical waveguide,
the first optical waveguide is configured to propagate the optical pulse to the first photoelectric conversion element;
the second optical waveguide is configured to propagate the optical pulse to the second photoelectric conversion element;
9. The optical sensing device of claim 8, wherein the refractive index of the first optical waveguide is different from the refractive index of the second optical waveguide.
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。
a first photoelectric conversion element that outputs a first output when irradiated with a light pulse;
a first signal and a second signal resulting from the first output when the first photoelectric conversion element is irradiated with the light pulse are combined in a state where a first condition and a second condition are satisfied;
the first condition is a condition that a time position of a peak of the first signal is different from a time position of a peak of the second signal;
The optical detection device, wherein the second condition is that the positive and negative signs of an amount of change until the first signal reaches a peak are different from the positive and negative signs of an amount of change until the second signal reaches a peak.
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。
the first photoelectric conversion element is a first magnetic element,
The optical detection device of claim 11 , wherein the first magnetic element comprises a first ferromagnetic layer irradiated with the optical pulse, a second ferromagnetic layer, and a spacer layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer.
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。
A delay circuit is further provided,
12. The optical sensing device of claim 11, wherein the delay circuit delays one of the signals resulting from the first output.
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。
An inverting circuit is further provided,
12. The optical sensing device of claim 11, wherein the inverting circuit inverts the polarity of one of the signals resulting from the first output.
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。
a first signal resulting from a first output output from the first photoelectric conversion element and a second signal resulting from a second output output from the second photoelectric conversion element when the same optical pulse is irradiated to the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are combined in a state where a first condition and a second condition are satisfied;
the first condition is a condition that a time position of a peak of the first signal is different from a time position of a peak of the second signal;
The signal processing method, wherein the second condition is that the amount of change in the first signal until it reaches a peak is different in sign from the amount of change in the second signal until it reaches a peak.
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。
a first signal and a second signal resulting from a first output output from a first photoelectric conversion element when the first photoelectric conversion element is irradiated with an optical pulse are combined in a state where a first condition and a second condition are satisfied;
the first condition is a condition that a time position of a peak of the first signal is different from a time position of a peak of the second signal;
The signal processing method, wherein the second condition is that the amount of change in the first signal until it reaches a peak is different in sign from the amount of change in the second signal until it reaches a peak.
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