CN1261778C - 光信号传输系统 - Google Patents

光信号传输系统 Download PDF

Info

Publication number
CN1261778C
CN1261778C CNB2004100697549A CN200410069754A CN1261778C CN 1261778 C CN1261778 C CN 1261778C CN B2004100697549 A CNB2004100697549 A CN B2004100697549A CN 200410069754 A CN200410069754 A CN 200410069754A CN 1261778 C CN1261778 C CN 1261778C
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
optical fiber
signal transmission
transmission system
light signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2004100697549A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1576915A (zh
Inventor
大桥雄一
松本研司
日色宏之
中村善贞
加藤三纪彦
上野修
浜田勉
经塚信也
中山秀生
马场智夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Corp
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
Fujifilm Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd, Fujifilm Corp filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
Publication of CN1576915A publication Critical patent/CN1576915A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1261778C publication Critical patent/CN1261778C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02033—Core or cladding made from organic material, e.g. polymeric material
    • G02B6/02038—Core or cladding made from organic material, e.g. polymeric material with core or cladding having graded refractive index
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/028—Optical fibres with cladding with or without a coating with core or cladding having graded refractive index
    • G02B6/0288—Multimode fibre, e.g. graded index core for compensating modal dispersion
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4249—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details comprising arrays of active devices and fibres
    • G02B6/425—Optical features
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/42—Arrays of surface emitting lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2581—Multimode transmission

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

在一种可以进行不低于1Gbps的高速传输的光信号传输系统中，垂直空腔表面发射激光二极管有光发射点。渐变折射率型塑料光纤(GI-POF)的纤芯直径设置得不低于200μm，并且垂直空腔表面发射激光二极管(VCSEL)的光发射点安排在GI-POF端面的外圆周内。构成GI-POF的纤芯的聚合化复合材料用含氘化聚甲基丙烯酸酯(deuterated polymethacrylic ester)的化合物制造。垂直空腔表面发射激光二极管的光束的波长设定在770nm至810nm的范围。

Description

光信号传输系统
技术领域
本发明涉及一种光信号传输系统，特别是涉及一种能够进行1Gbps(每秒比特)以上的高速光数据传输的光信号传输系统。
背景技术
在光信号传输系统中，为了延长垂直空腔表面发射激光二极管(Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diode，下文称为VCSEL)光源的寿命和为了即使在低电流时也能覆盖VCSEL的输出，一个例子是日本专利申请公开2003-152284。该专利申请公开了一种系统，其中使用多个光源，并且这些光源安排在小于光导路径端面的范围内。
在该技术中，为了能够以多模传输方式进行不低于1Gbps的高速传输，不能够使用阶越折射率型(SI型)塑料光纤(下文称作POF)作光导路径。用在渐变折射率型塑料光纤(GI-POF)中的全氟化光纤，因为在直径相对较小的光纤中产生模噪音而产生传输损耗。还有，因为光纤有这样小的直径，从多个VCSEL光源到光导路径端面的有效耦连是困难的，并且成本变高。
发明内容
有鉴于此，需要一种新的光信号传输系统，其中，光导路径有效地耦连到长寿命的VCSEL光源，并且可以进行不低于1Gbps的高速传输，同时模噪音的产生得到抑制。
本发明的光信号传输系统含有：一种折射率分布光纤，其中把一端入射的光信号从另一端输出的纤芯直径不低于200μm；一种安排在所述光纤一端的垂直空腔表面发射激光二极管，所述的垂直空腔表面发射激光二极管具有多个光发射点向光纤的端面输出光束，所述垂直空腔表面发射激光二极管从光发射点输出的光束的波长与其中光纤的传输损耗变小的波长基本相同；还有一安排在光纤另一端的光接收元件，所述的光接收元件接收从所述光纤端面输出的光信号。
下面说明本发明的光信号传输系统的工作。
在光信号传输系统中，光信号(光束)从VCSEL的多个光发射点发出，入射到作为光导路径的折射率分布光纤的一端。
入射的光信号经过所述折射率分布光纤从另一端输出，而光接收元件接收从所述折射率分布光纤输出的光信号。
因为在光信号传输系统中使用具有多个光发射点的VCSEL，假定每个光发射点的光输出相同，当具有多个光发射点的VCESL与具有一个光发射点的VCESL比较时，在具有多个光发射点的VCESL中每个光发射点产生的热量降低，所以可实现VCESL的较长寿命。
因为在该光信号传输系统中，折射率分布光纤的纤芯直径设定为不低于200μm，可以防止在耦连过程中轴向漂移的耦连损耗加大，并且折射率分布光纤与VCESL之间的对齐以及折射率分布光纤与光接收元件之间的对齐也更加容易。
为了对抗轴向漂移，常常增加光纤的纤芯直径。然而，当纤芯直径超过1000μm时，光纤所需要的材料量变得过大并且成本增加。因此对于轴向漂移的益处会达到饱和。
在所述的光信号传输系统中，VCSEL从光发射点发射光束，发射的光束波长大体上与其中折射率分布光纤的传输损耗变小的波长相同。用这样的发射，可以可靠地进行不低于1Gbps的高速光传输。
“其中光纤的传输损耗变小的波长”指的是其中光纤的传输损耗变得不超过500dB/Km。光纤的传输损耗优选为不超过300dB/Km，更优选为不超过200dB/Km的波长。
在本发明的光信号传输系统中，从垂直空腔表面发射激光二极管发射的光束的波长范围可以是770nm至810nm。
下面，在上述设定的情况下，说明本发明的光传输系统的效应。
例如，在构成纤芯的聚合物复合材料采用包含氘化甲基丙烯酸酯的化合物制造的折射率分布光纤中，在约770nm至约810nm的波长范围内可以降低传输损耗。因此，通过把从VCSEL发射出的光束的波长设定在770nm至810nm的范围内可以降低传输损耗。
在本发明的光信号传输系统中，所述多个光发射点可以在光纤的端面安排在纤芯的外圆周内。
下面，说明在此情况下光信号传输系统的效应。
光束从光发射点发射出，同时轻微散射。因此，通过把多个光发射点安排在光纤的端面处纤芯的外圆周内，可以在所述光纤的端面有效地接收从光发射点发射的光束。
在本发明的光信号传输系统中，所述光纤可以是折射率分布塑料纤维，并且纤芯聚合物中C-H键的轻氢含量可不超过60mg/克聚合物。
下面，说明在此情况下的光信号传输系统的效应。
由于合成树脂制造的折射率分布光纤用作光信号传输系统中的光纤，所述合成树脂制造的光纤具有抗振动性和耐弯曲性，并且与玻璃纤维相比，更易于铺设。
所述光纤山折射率分布光纤形成，并且纤芯聚合物中C-H键的轻氢含量设定为不超过60mg/克聚合物。因此当使用波长不小于770nm的近红外光源时，产生传输损耗的波长范围可以移动到更长的波长范围，以降低传输信号光束的损耗。
在本发明的光信号传输系统中，纤芯聚合物中C-H键的轻氢可以用氘化聚合物或者卤化聚合物制造。
下面，说明在此情况下的光信号传输系统的效应。
纤芯聚合物中C-H键的轻氢用氘化聚合物或者卤化聚合物制造，可以低成本地实现本案中的光信号传输系统的效应。
在本发明的光信号传输系统中，所述聚合物可以是氘化聚(甲基)丙烯酸酯化合物。
下面，说明本案中的光信号传输系统的效应。
用氘化聚(甲基)丙烯酸酯制造聚合物的方式可以把生产成本和材料成本降低。特别是，通过采用氘化聚(甲基)丙烯酸酯制造纤芯和VCSEL具有770nm至810nm范围的光束波长两者结合起来可以降低传输损耗。
在本发明的光信号传输系统中，所述光接收元件可以为MSM型光电二极管。
下面，说明本案中的光信号传输系统的效应。
通过所述光接收元件由MSM型光电二极管形成，可以高速接收光信号。
在本发明的光信号传输系统中，所述光纤的纤芯直径可以在250μm至900μm的范围内。
下面，说明在此情况下的光信号传输系统的效应。
成本和轴向漂移对策之间的平衡，通过把所述折射率分布光纤的纤芯直径设置在250μm至900μm的范围内而实现。
本发明的第二方面是一种光信号传输系统，所述的光信号传输系统含有传输光信号的光纤，设置在所述光纤的一端、用于向光纤的端面发射光束的垂直空腔表面发射激光(VCSEL)二极管，和设在光纤的另一端用于接收从光纤的端面发射的光束的光接收元件。在该系统中，所述的垂直空腔表面发射激光二极管包括多个光发射点，其中光束是同时发射的，并且射出光束的发散角等于或者小于23度。
该系统的运转如下。
在本发明的第二二方面的该系统中，VCSEL二极管的每个光发射点射出一个光束。所述射出的光束入射到光纤的一个端面上。从所述光纤的另一端面射来的光束由所述光接收元件接收。因为小的光束发散角促进光纤入射，所以所发射的光束的发散角等于或小于23度。
在某些情况下，所述的发散角可以等于或小于21度。
在该系统中，所述光纤可以是渐变折射率型塑料光纤(GI-POF)。
在该系统中，所述垂直空腔表面发射激光可以包括电流限制层，所述的限制层可以被选择性地氧化，并且可以在所述的限制层中形成一个直径等于或小于11μm的被氧化孔。
通过把所述被氧化孔的直径设置为不大于11μm，发散角可以变为等于或小于23度。
如上所述，本发明的光信号传输系统具有上述的配置，从而至少可以得到以下的效果。
(1)由于使用具有多个发射点的VCSEL作光源，假定每个光发射点的光输出是相同的，具有多个发射点的VCSEL与具有一个发射点的VCSEL相比，具有多个发射点的VCSEL中每个光发射点产生的热量可以降低，并且可以实现VCSEL的较长寿命。
(2)由于折射率分布光纤的纤芯直径设定得不小于200μm，可以防止耦连过程中轴向漂移的耦连损耗增加，折射率分布光纤与VCSEL之间的对齐和折射率分布光纤与光接收元件之间的对齐也更加容易，并且可以防止产生模噪音。当纤芯直径小而在耦连过程中的轴向漂移大时，易于产生模噪音。因此，可以通过增加纤芯直径而抑制轴向漂移的影响。可通过观察S/N比或者眼孔图样中眼孔的伸展而观察模噪音。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方案的光信号传输系统的示意图。
图2是VCSEL的前视图。
图3是双纤芯带涂层光纤缆的截面图。
图4是VCSEL的光发射点的平面图。
图5是图4所示的光发射点的截面图。
图6是图4中所示的VCSEL的电路图。
具体实施方式
下面参照附图详细地说明本发明的优选实施方案。
如图1所示，该实施方案的光信号传输系统10包括发送单元12、接收单元14、和与所述发送单元12和所述接收单元14耦连的光纤缆16。
光纤缆详述
在该实施方案的光纤缆16中，用GI-POF 18作光纤。
本实施方案的GI-POF 18是具有折射率分布的光纤。只要GI-POF具有折射率分布并且纤芯直径不小于200μm，任何GI-POF都可以用于所述光纤。从抗振动、不易弯曲、便于铺设、端面加工特性，以及内部走线安全性考虑，优选是使用所述具有折射率分布的塑料光纤(GI-POF)。当所述塑料纤维用于波长不低于770nm的近红外光源时，由于构成光纤的C-H键的伸展振动的低次谐波吸收而引起吸收损耗。因此，当在构成纤芯部分的聚合物中以重氢原子或者氟原子之类的卤素原子取代C-H键中的轻氢原子时(如在WO 93/08488、JP-A 58-149003和JP-A 10-293125中所说明的，诸如氘化聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA-d8.d5.d3)、叔丁基-d14聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸氟乙酯(P3FMA)，和聚六氟异丙基-氟代丙烯酸酯(HFIP2-FA))，可以使产生传输损耗范围的波长范围变长以降低传输信号光的传输损耗。如在JP-A 8-5848中所述，可以使用全氟化树脂制造的GI-POF。然而，在用全氟化树脂制造的GI-POF中，材料生产特性没有优势，与减少了C-H键中的轻氢含量的内烯酸酯单体或者甲基丙烯酸酯单体比较时，生产成本较高，并且在制造预制坯时精细调节，例如融合扩散法和多层浸染涂层法。因此通常使用丙烯酸酯单体或者甲基丙烯酸酯单体的聚合物，而不是全氟化树脂。(甲基)丙烯酸酯，譬如无氟(甲基)丙烯酸酯和含氟(甲基)丙烯酸酯、苯乙烯和乙烯酯之类，可以例举为常用的聚合单体。纤芯部分可以用含有至少两个上述材料的均质聚合物的共聚体或者上述材料的单体和均质聚合物和/或共聚物的混合物制造。可以使用这些含有(甲基)丙烯酸酯的组合物作为聚合单体的材料。
本发明的纤芯组合物材料通常通过聚合包括至少上述的单体、聚合引发剂、以及其折射率与所述聚合化单体不同的化合物的聚合组成物而制造。
下面说明作为本发明优选的方式使用的折射率分布塑料纤维的实施方案，所述折射率分布塑料纤维具有纤芯部分和覆层部分。
所述的实施方案主要包括两个类型。然而，本发明不限于以下的实施方案。
第一实施方案是制造塑料光构件的方法。所述的方法包括：第一工艺过程，该工艺过程聚合覆层部分的聚合组合物材料，用于产生作为覆层部分的圆管；第二工艺过程，在第二工艺过程中形成作为内纤芯部分的区域，所述作为纤芯部分的区域通过在圆管的中空部分中界面凝胶聚合纤芯部分的聚合组合物材料而形成，以产生分别具有分别对应于所述纤芯部分和所述覆层部分区域的性能；和以所需形式形成所得到的性能的第三工艺过程。例如，WO 93/08488可以引作参考。
第二实施方案是制造塑料光元件的方法。该方法包括第一工艺过程，在所述第一工艺过程中所述圆管包括两个层，这两个层通过聚合法聚合用作外覆层的聚合组合物材料，在诸如聚偏二氟乙烯之类的含氟树脂制造的圆管的内壁表面上产生一个外纤芯层而产生；第二工艺过程，在第二工艺过程中形成作为纤芯部分的区域，所述作为纤芯部分的区域通过在圆管的中空部分中界面凝胶聚合纤芯部分的聚合组合物材料而形成，以产生分别具有对应于覆层部分、外纤芯部分和内纤芯部分区域的性能；和以所需形式形成所得到的性能的第三工艺过程。例如，JP-A 10-293125可以引作参考。
在第二实施方案中，当生产同心的双层圆管时，所述管可以用融合共挤出氟树脂和外纤芯部分的聚合组合物材料的聚合物的单步方法产生，而不用上述的逐步方法。
形成所述覆层部分或所述外纤芯部分的聚合组合物材料，除常用作聚合单体的氘化聚甲基丙烯酸酯和引发聚合单体聚合的引发剂之外，可以含有链转移剂等。
形成纤芯部分或者内纤芯部分的聚合组合物材料包含：通常用作聚合单体的氘化聚甲基丙烯酸酯、引起聚合单体聚合的引发剂、链转移剂、和(如果需要时)折射率不同于所述单体的化合物(折射率控制成分：掺杂剂)。
在第二实施方案中，通过在覆层部分与纤芯部分之间形成外纤芯部分，由于覆层部分和纤芯部分的材料不同引起的粘附性能降低与生产率下降都得以减轻。
在含氟树脂中，疏水性高，并且覆层部分和纤芯部分的折射率差可以增大，含氟树脂通常在第二实施方案中用作覆层部分。特别是，常常使用聚偏二氟乙烯树脂或相类似的材料。
对应于覆层部分的圆管，可以通过融合挤出市售氟树脂形成具有所需直径和厚度的管。
可以通过在管的中空部分中旋转聚合聚合组合物材料，而在得到的管的中空部分的内壁上形成所述外纤芯层。类似的结构可以通过共同挤出含有氟树脂的聚合物和聚合组合物材料产生。
在使用该实施方案的聚合组合物材料产生光构件时，可以通过使用所述折射率控制成分在所述折射率控制成分浓度方面形成斜率而生成所述折射率分布的光构件。
在折射率控制成分浓度上造成斜率的方法，例如在WO 93/08488、WO03/019252、JP-A 2003-75656和2003-149463中说明的界面凝胶聚合的方法。
形成覆层部分和外纤芯部分的聚合组合物材料可以含有聚合引发剂和链转移剂，聚合引发剂和链转移剂在WO93/08488、WO03/019252、JP-A10-293215、2003-75656和2003-149463中说明。形成纤芯部分的聚合组合物材料可以含有聚合引发剂、链转移剂和折射率控制成分，所述聚合引发剂、链转移剂和折射率控制成分在上述参考文件中说明。
除了在WO 93/08488、WO 03/019252、JP-A 2003-75656和2003-149463中说明的方法以外，还可以将公知的技术和日本专利申请2002-346250和2002-188181中说明的技术用于每个工艺过程中的制造方法。
GI-POF 18的纤芯直径范围是200μm至1000μm。GI-POF 18的纤芯直径范围优选为250μm至900μm的范围内，更优选为在300μm至800μm的范围内。
传输单元的细节
传输单元12包括外壳20和传输基片22。
传输单元22包括VCSEL 24、电信号输入单元26、把所述电信号转换成光信号以驱动VCSEL 24的电路(未示出)。
在JP-A 2003-152284、JP-A 11-121867中说明的技术或者类似技术可以用作VCSEL 24。
本实施方案的VCSEL 24发射中心波长约780nm并且功率约3mW的激光束。如图2中所示，本实施方案的VCSEL 24具有四个光发射点28(2×2点阵形排列)，并且所述光发射点以50μm的间距(P)排列。图4和5各示出本实施方案的VCSEL 24的总体结构。光发射点之一具有圆柱形台面的结构。这个结构包括一个用于提供驱动电流的上金属电极62、一个来自上金属电极62的电流经发射的光束传送和引导到其中的上接触层64、一个上DRB镜层66、一个电流限制部分68和活化层72，所述电流限制部分68在从台面侧表面到内部在直径约9μm的部分有选择地氧化。在限制器68内部的台面结构的中心部分称为被氧化孔70。图6是图4所示的VCSEL 24的电路图。四个发射点由相同的驱动信号同时驱动。在图6中附图标记74代表微计算机，附图标记76代表产生驱动信号的驱动控制电路，而附图标记78代表发射点。
电流限制器68的核心的非氧化部分或者被氧化孔70的直径范围为8μm至11μm。在所述的非氧化部分中，光束以约21度的发散角或者说张开角发射。所述的发散角定义为其功率为峰值的1/e2处的角度。一般地，发散角越小，对光纤的入射就越容易。另一方面，当根据这一点，被氧化孔越小，纤维的寿命也就越短。对此矛盾的合理的解答是，发散角设定得不大于23度，不大于21度较好，或者不大于19度更好。
在此，当使用不同的光纤时，例如带有大得多的直径的光纤，光发射点可以按四乘四点阵形状排列，如JP-A 2003-152284所公开的。作为可取代的方案，光发射点可以同心排列或者以其它阵列排列。不论排列怎样，两个相邻的发射点之间的间距应当设定在40μm至50μm范围内，以得到在质量上大体上与VCSEL 24的单个发射点发出的光束相同的光束。
尽管在图1中示出金属罐封装的VCSEL，本发明不限于图1所示的VCSEL。
如图1所示，光纤16用连接器(未示出)耦连至外壳20。
在此，在GI-POF18与VCSEL 24之间的耦连中，可以使用对接耦连，其中VCSEL 24的输出面直接连接到GI-POF 18上。作为可替代的方案，可以通过使用非球面透镜或球透镜把光线引导成平行的，引导到光导路径中，或者所述光路会聚以耦连GI-POF 18和VCSEL 24。
如图2所示，在GI-POF 18的端面的外圆周(通过点划线示出)内排列多个光发射点28。
如图1所示，在该实施方案中，在VCSEL 24与GI-POF 18的端面之间设有球透镜30。
从VCSEL 24发射的光通过使用球透镜30以相同的放大倍数聚焦在GI-POF 18的入射端面上。
接收单元详述
接收单元14包括外壳32和接收基片34。
接收基片34包括光接收元件36、电信号输出单元38，和把光信号转换成电信号的电路(未示出)。
高速硅PIN光电二极管或者砷化镓PIN光电二极管和MSM(金属-半导体-金属)光电二极管之类的光电二极管(PD)可以用作光接收元件36。也可以使用其它光接收元件。
在该实施方案中，光接收表面直径为100μm的砷化镓PIN光电二极管用作光接收元件36。
光纤16用连接器(未示出)连接至外壳32。
在此，在GI-POF 18与光接收元件26之间的耦连中，可以使用对接耦连，其中GI-POF 18输出的光直接耦连到光接收元件36上。作为可替代的方案，可以通过使用非球面透镜或球透镜把光线引导成平行的，以引导到光导路径中，或者所述光路会聚以耦连GI-POF 18和光接收元件36。
在该实施方案中，非球面透镜(凸透镜)40安排在GI-POF 18的端面与接收元件36之间，以形成缩小比例为3∶1的耦连方式，并且从GI-POF18发射出的光束通过非球透镜(凸透镜)40聚焦入射在光接收元件36的光接收表面上。
可以进行高速运行并且具有较大直径光接收表面的光电二极管，例如具有250μm的光接收表面直径的MSM光电二极管，也可以用在本实施方案中。在此情况下，可以降低非球面透镜40的缩小比例。取决于GI-POF的纤芯直径，具有可以使用相同放大倍数的低成本透镜或者可以不用透镜实现对接耦合的优点。
操作
下面，说明该实施方案的光信号传输系统10的操作。
例如本实施方案的光信号传输系统10在具有大量信息的视频信号的情况下是优选的，所述的视频信号来自计算机，被传输到显示器。
如图1所示，计算机的视频信号输出单元(未示出)经一条电缆连接到传输单元12的电信号输入单元26，并且显示器的视频信号输入单元(未示出)经电缆连接到接收单元14的电信号输出单元38。
在传输单元12中，电信号转换成光信号，以从VCSE L24的每个光发射点28输出光信号(光束)，并且光信号经球透镜30和光纤缆16(GI-POF 18)传输到所述接收单元14。
在接收单元14中，光信号经非球面透镜(凸透镜)40输入到光接收元件36，并且光信号转换成电信号以输出到所述显示器。
在本实施方案的光信号传输系统10中，因为VCSEL 24包括多个光发射点28，与有一个光发射点28的VCSEL的情况相比，每个光发射点产生的热量可以减少，可以延长VCSE L24的寿命。
GI-POF 18的纤芯直径设定为不小于200μm，并且VCSEL 24的光发射点28安排在GI-POF 18的端面的外圆周内，从而可以防止在耦连过程中轴向漂移的耦连损耗变大。此外，GI-POF 18与VCSEL 24之间的对齐和GI-POF18与光接收元件36之间的对齐还可以变容易。
在光纤缆16中，因为以合成树脂制造的GI-POF 18作为光纤，合成树脂制造的光纤具有抗振动性和耐弯曲性，从而与玻璃纤维相比，光纤的铺设便于进行。
GI-POF 18用作光纤，构成GI-POF 18纤芯的聚合组合物材料用含氘化聚甲基丙烯酸酯的成分制造，并且VCSEL 24的光束的波长设定在770nm至810nm的范围内。因此降低了传输损耗并且能可靠地进行不低于1Gpbs的高速光传输。
实施例
为了确认本发明的效果，以试验的方式建立了应用了本发明的光信号传输系统的实施例，和对照的光信号传输系统实施例，并且对所述实施例与对照例在传输损耗、带宽、耦连效率和光源寿命方面进行了相互比较。
测试系统说明
实施例1
VCSEL使用的中心波长为780nm的光纤。
光发射点的数量是四(2×2点阵排列)并且光发射点以50μm的间距排列。
用以下组合物材料制造GI-POF。
下面对用MMA-d8作原材料制造GI-POF进行说明。
采用KF-850(Kureha Chemical Industry Co.，Ltd.的产品)挤压制造二氟乙烯树脂管，该管的内径是22mm，长度是600mm，并且管线的底部也用KF-850制造。预定量氘化甲基丙烯酸甲酯(MMA-d8)被注入到所述二氟乙烯树脂管中。在所述氘化甲基丙烯酸甲酯中去掉作为聚合抑制剂的氢醌单甲酯，并且把水份去除到不超过80ppm。
其中在单体溶液中按0.5质量％的比例加入偶氮双异丁酸酯(MAIB)用作聚合诱发剂，并且在单体溶液中按0.4质量％的比例加入n-月桂基硫醇用作链转移剂，把这样的混合溶液注进二氟乙烯树脂管中。
把注入了单体混合溶液的聚合管放在温度为70℃的热水浴中，在振动聚合管的同时进行两个小时的预聚合。
在65℃下把聚合管保持在水平状态(圆柱的高度方向变成水平的)一个小时，然后在70℃下把聚合管保持在水平状态三个小时。然后在以3000rmp的转速转动的同时加热和聚合所述的聚合管，以得到上述聚合物制造的圆管。
作为纤芯部分的原料的单体(MMA-d8)和作为掺杂剂的与单体溶液的比例为7质量％的二苯硫醚混合。类似地，在氘化甲基丙烯酸甲酯中去掉作为聚合抑制剂的氢醌单甲酯，并且把水份去除到不超过80ppm。
在用精度为0.2μm的四氟乙烯膜过滤器过滤所述混合溶液的同时，把滤液直接注入所制成的圆管的中空部分中。
在单体混合溶液中按0.016质量％的比例加入1，1-二叔丁基过氧化物(PBD)作为聚合引发剂，并且在单体溶液中按0.27质量％的比例加入n-月桂硫醇用作链转移剂(该系统中的链转移系数是0.8)。
注入了混合溶液的圆管插入内径大于所述圆管外径9％的玻璃管中，并直立在加压的聚合管中。
然后，在加压的聚合管中用氮气取代后，加压的聚合管内加压到最高0.005MPa，并且加热所述加压的聚合管以在100℃温度进行聚合48小时。
在保持加压状态的同时，在120℃进行24小时的加热聚合和热处理。然后通过缓慢冷却得到预制坯。
在完成聚合而没有由于体积压缩造成的气泡混入所得到的预制坯中。
通过在230℃热延伸进行预制坯的拉丝而制造纤芯直径约300μm的塑料光纤元件线。在此拉伸过程中，成品中没有观察到气泡产生。
如图3所示，元件线48通过使用涂覆机在120℃用低密度聚乙烯(LDPE)涂覆，所述的涂覆机包括正交十字头模具以得到外径为1.2mm的带涂层光纤绳，其中第一涂层50与芯线直接接触。
两根带涂层光纤绳通过使用涂覆机在130℃用聚氯乙烯(PVC)涂覆得到双芯光纤缆，所述涂覆机包括与用在第一涂层50中的模具不同的模具，其中鞘层52的短直径为3.2mm，而鞘层52的长直径为6.2mm。从而得到双纤芯光纤缆，其中对中空的部分纵向加入芳族聚酰胺纤维作为张力件。
对照例1
与第一实施方案一样地产生GI-POF，例外的是用于纤芯组合物材料的是非氘化的普通聚甲基丙烯酸甲酯。
对照例2
使用GI-POF(商品名：“Lucina”，Asahi Glass Co.，Ltd.制造)。纤芯直径是120μm，并且纤芯组合物材料使用全氟化树脂。此外使用适用于全氟化树脂的850nm波长、并且有一个光发射点的光源。其它的条件与第一实施方案相同。
对照例3
使用纤芯直径250μm的SI-POF(商品名：SK-10，Mitsubishi Rayon株式会社制造)代替GI-POF。其它条件与第一实施方案相同。
对照例4
使用波长780nm并且具有一个光发射点的VCSEL光源。其它条件与第一实施方案相同。
试验方法
通过以下方法对双纤芯光纤缆的一根光纤进行试验。
所述光纤的轴线与VCSEL对齐，以通过使用球透镜用相同的放大倍数耦连到VCSEL的光发射面上。在此，耦合效率是0.8dB。
传输损耗测量通过对光源波长进行削减测量的方法进行。
光纤带宽通过采用时域方法测量50m的长度进行。
光源寿命测量条件：在2mW输出和60℃温度条件下进行加速试验。
耦连效率(在VCSEL发光侧)：使用球透镜相同放大倍数系统，以有目的地向XY方向(垂直于轴线的方向)移动纤维轴线80μm，并且VCSEL和光纤相互耦连以进行测量。
模噪音通过3Gbps处眼孔图样中眼孔附近的噪音水平估算。
表1
  纤维   传输损耗
  类型   纤芯材料   纤芯直径   每50米长度带宽
 实施例1   GI-POF   氘化丙烯酸树脂   300μm   5.6GHz   100dB/Km
 对照例1   GI-POF   普通丙烯酸树脂   300μm   3.2GHz   800dB/Km
 对照例2   GI-POF   全氟化树脂   120μm   5.2GHz   80dB/Km
 对照例3   SI-POF   普通丙烯酸树脂   250μm   ≤200GHz   800dB/Km
 对照例4   GI-POF   氘化丙烯酸树脂   300μm   5.6GHz   100dB/Km
  光源波长   光发射点数   光源寿命   耦连效率   模噪音水平
量
  实施例1   780nm   4   不低于1×105小时   2.0dB   小
  对照例1   780nm   4   不低于1×105小时   2.0dB   -(不能进行3Gbps传输)
  对照例2   850nm   1   不低于1×105小时   5.0dB   大
  对照例3   780nm   4   不低于1×105小时   2.3dB   -(不能进行3Gbps传输)
  对照例4   780nm   1   不高于1×104小时   2.0dB   小
在实施例1、对照例1和对照例3中，因为使用具有多个光发射点的VCSEL光源，通过60℃的加速试验确认了2mW输出时不少于1×105小时的使用寿命。
在VCSEL光源具有一个光发射点的对照例4中，只得到不超过1×104小时的寿命。
氘化丙烯酸树脂制造的光纤50米长度的带宽是5.6GHz。试验发现用氘化丙烯酸树脂制造的光纤足以用于高速传输。

Claims (7)

1.一种光信号传输系统，其含有：
折射率分布光纤，其中把一端入射的光信号从另一端输出的纤芯直径不低于200μm；
安排在光纤一端的垂直空腔表面发射激光二极管，所述的垂直空腔表面发射激光二极管具有多个光发射点，向所述光纤的一个端面输出光束，所述垂直空腔表面发射激光二极管从光发射点输出的光束的波长与其中光纤的传输损耗变小的波长相同；以及
安排在光纤的另一端的光接收元件，所述的光接收元件接收从所述光纤的该端面输出的光信号，
其中，所述光纤是一种折射率分布塑料纤维，并且在纤芯聚合物中C-H键中轻氢的含量不超过60mg每克聚合物。
2.如权利要求1所述的光信号传输系统，其特征在于：从所述垂直空腔表面发射激光二极管发射的光束的波长的范围是从770nm至810nm。
3.如权利要求1或2所述的光信号传输系统，其特征在于：所述多个光发射点在光纤的端面安排在所述纤芯的外圆周内。
4.如权利要求1或2所述的光信号传输系统，其特征在于：在光纤的纤芯聚合物中C-H键所含的轻氢可以用氘化聚合物或者卤化聚合物取代。
5如权利要求4所述的光信号传输系统，其特征在于：所述聚合物是氘化聚甲基丙烯酸酯化合物。
6.如权利要求1、2、4和5中任一项所述的光信号传输系统，其特征在于：所述光接收元件是MSM型光电二极管。
7.如权利要求1、2、4和5中任一项所述的光信号传输系统，其特征在于：所述光纤的纤芯直径范围为250μm至900μm。
CNB2004100697549A 2003-07-14 2004-07-14 光信号传输系统 Expired - Fee Related CN1261778C (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003274332 2003-07-14
JP2003274332 2003-07-14
JP2004177296 2004-06-15
JP2004177296A JP2005049830A (ja) 2003-07-14 2004-06-15 光信号伝送システム

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2005101156380A Division CN1783756A (zh) 2003-07-14 2004-07-14 光信号传输系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1576915A CN1576915A (zh) 2005-02-09
CN1261778C true CN1261778C (zh) 2006-06-28

Family

ID=33479023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100697549A Expired - Fee Related CN1261778C (zh) 2003-07-14 2004-07-14 光信号传输系统

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7444083B2 (zh)
EP (2) EP1832906A3 (zh)
JP (1) JP2005049830A (zh)
KR (1) KR100642234B1 (zh)
CN (1) CN1261778C (zh)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1678817A1 (en) * 2003-10-21 2006-07-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. Voltage converter
JP4193709B2 (ja) 2004-01-28 2008-12-10 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザを光源に用いた光送信装置
JP4839662B2 (ja) * 2005-04-08 2011-12-21 富士ゼロックス株式会社 面発光半導体レーザアレイおよびそれを用いた光伝送システム
JP2006351799A (ja) * 2005-06-15 2006-12-28 Fuji Xerox Co Ltd 表面発光型半導体素子アレイ
JP2007027471A (ja) * 2005-07-19 2007-02-01 Fuji Xerox Co Ltd 半導体レーザ装置およびこれを用いた光送信装置
JP4844031B2 (ja) * 2005-07-20 2011-12-21 富士ゼロックス株式会社 発光モジュール
US7606499B2 (en) * 2005-08-01 2009-10-20 Massachusetts Institute Of Technology Bidirectional transceiver assembly for POF application
US20080089087A1 (en) * 2006-10-16 2008-04-17 Paul Douglas Stoner Apparatus and Method Pertaining to Light-Based Power Distribution in a Vehicle
CN101882962B (zh) * 2010-06-12 2014-04-23 深圳市中技源专利城有限公司 光传输设备及光传输方法
WO2011162745A1 (en) * 2010-06-22 2011-12-29 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Coupling of a laser source to an optical data distributing device
CN102012564B (zh) * 2010-10-28 2012-07-18 山东华光光电子有限公司 一种光纤耦合输出半导体激光器输出光斑匀化方法
US20130079633A1 (en) * 2011-09-23 2013-03-28 Tyco Electronics Corporation Diagnostic System with Hybrid Cable Assembly
US8917997B2 (en) * 2012-10-05 2014-12-23 Applied Micro Circuits Corporation Collimated beam channel with four lens optical surfaces
WO2017199501A1 (ja) * 2016-05-16 2017-11-23 ソニー株式会社 受光素子、光通信装置、および受光素子の製造方法
US10571628B2 (en) * 2017-11-20 2020-02-25 Corning Incorporated Low loss optical fiber with core codoped with two or more halogens
US10838556B2 (en) 2019-04-05 2020-11-17 Apple Inc. Sensing system for detection of light incident to a light emitting layer of an electronic device display
US11527582B1 (en) 2019-09-24 2022-12-13 Apple Inc. Display stack with integrated photodetectors
US11611058B2 (en) 2019-09-24 2023-03-21 Apple Inc. Devices and systems for under display image sensor
US11592873B2 (en) 2020-02-14 2023-02-28 Apple Inc. Display stack topologies for under-display optical transceivers
US11327237B2 (en) 2020-06-18 2022-05-10 Apple Inc. Display-adjacent optical emission or reception using optical fibers
US11487859B2 (en) 2020-07-31 2022-11-01 Apple Inc. Behind display polarized optical transceiver
US11839133B2 (en) 2021-03-12 2023-12-05 Apple Inc. Organic photodetectors for in-cell optical sensing

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58149003A (ja) 1982-03-01 1983-09-05 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 低損失プラスチツク光フアイバの製造方法
US5946121A (en) * 1996-07-02 1999-08-31 Motorola, Inc. IrDA data link with VCSEL light source
JP3783411B2 (ja) 1997-08-15 2006-06-07 富士ゼロックス株式会社 表面発光型半導体レーザ
JP2000022643A (ja) 1998-07-01 2000-01-21 Canon Inc 光インタコネクトシステム
JP2000165355A (ja) 1998-11-27 2000-06-16 Toshiba Electronic Engineering Corp 波長多重光伝送システム
US6510265B1 (en) * 1999-04-21 2003-01-21 Lucent Technologies Inc. High-speed multi mode fiber optic link
US6577658B1 (en) * 1999-09-20 2003-06-10 E20 Corporation, Inc. Method and apparatus for planar index guided vertical cavity surface emitting lasers
WO2001037386A1 (fr) * 1999-11-16 2001-05-25 The Furukawa Electric Co., Ltd. Dispositif laser a semi-conducteur a emission par la surface
JP2001284702A (ja) 2000-03-30 2001-10-12 Seiko Epson Corp 光送信モジュールおよびこれに使用される面発光レーザ
TW552435B (en) 2000-06-12 2003-09-11 Asahi Glass Co Ltd Plastic optical fiber
US6650683B2 (en) * 2000-11-20 2003-11-18 Fuji Xerox Co, Ltd. Surface emitting semiconductor laser
EP1276188A3 (en) 2001-04-05 2003-03-19 Avalon Photonics AG A vertical-cavity surface-emitting laser with enhanced transverse mode stability and polarization stable single mode output
JP2003152284A (ja) 2001-11-14 2003-05-23 Fuji Xerox Co Ltd 発光デバイスおよび光伝送装置
JP2004063707A (ja) * 2002-07-29 2004-02-26 Fuji Xerox Co Ltd 表面発光型半導体レーザ
DE10234976B4 (de) * 2002-07-31 2012-05-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh Oberflächenemittierender Halbleiterlaserchip und Verfahren zu dessen Herstellung
US6863453B2 (en) * 2003-01-28 2005-03-08 Emcore Corporation Method and apparatus for parallel optical transceiver module assembly

Also Published As

Publication number Publication date
US7444083B2 (en) 2008-10-28
US20050031354A1 (en) 2005-02-10
EP1832906A2 (en) 2007-09-12
EP1832906A3 (en) 2007-09-19
KR20050009162A (ko) 2005-01-24
CN1576915A (zh) 2005-02-09
EP1498755A1 (en) 2005-01-19
JP2005049830A (ja) 2005-02-24
KR100642234B1 (ko) 2006-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1261778C (zh) 光信号传输系统
CN1246711C (zh) 塑料光导纤维
CN1101000C (zh) 分布的折光指数型光导纤维及其制作方法和具有海一岛结构的多芯光导纤维
JP6460321B2 (ja) マルチコア光ファイバ及びマルチコア光ファイバケーブル
CN1119683C (zh) 宽频带光纤、光纤芯线、光线缆芯
JP2019074744A (ja) 光拡散性光ファイバ束、光拡散性光ファイバ束を含む照明システム及び光拡散性光ファイバ束をポリマー光ファイバに取り付ける方法
CN1213677A (zh) 折射率分布型光学树脂材料
CN1119676C (zh) 折光指数分布型光导纤维及宽带宽光导纤维和多芯光导纤维和光纤缆
US6606441B2 (en) Plastic optical fiber, optical fiber cable and optical transmission device
CN1171101C (zh) 光传输装置
JP2008511011A (ja) 光結合方法及び光送受信装置
CN1783756A (zh) 光信号传输系统
CN1828347A (zh) 光纤及光学互连系统
JP5459070B2 (ja) プラスチック光ファイバおよびプラスチック光ファイバコード
CN1823285A (zh) 塑料光纤及其制备方法
CN113267845A (zh) 塑料光纤、塑料光纤线缆、带有连接器的塑料光纤线缆、光通信系统、和塑料光纤传感器
JP2005266742A (ja) プラスチック光ファイバケーブルおよびその製造方法
WO2004021054A1 (ja) 海島構造を有する光ファイバ
JP2007256674A (ja) 光結合素子、光コネクタ、及び光伝送システム
JP2006064766A (ja) プラスチック光ファイバ，コード及び光通信システム
JP2006064767A (ja) プラスチック光ファイバコード
JP2009168974A (ja) プラスチック光ファイバテープ
JP2005517204A (ja) グレーデッド・インデックスポリマー光ファイバおよびその製造方法
CN1501619A (zh) 适于波长分割多路复用系统的光纤及其制造方法
JP2005181446A (ja) プラスチック光学部材用プリフォーム及びその製造方法並びにプラスチック光ファイバ

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20060628

Termination date: 20190714

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee