JP2009253654A - Optical communication system - Google Patents

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Masayoshi Fukatsu
公良 深津
Masayoshi Tsuji
正芳 辻
Takayoshi Anami
隆由 阿南
Takafumi Suzuki
尚文 鈴木
Kenichiro Yashiki
健一郎 屋敷
Masaru Hatakeyama
大 畠山
Takeshi Akagawa
武志 赤川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-speed visible transmission system which enables two-way communication. <P>SOLUTION: An optical communication system 100 uses an optical fiber 107 having a glass first core 203 with a Graded index type refractive index, a glass second core 203 with a constant refractive index which is smaller than that of the first core 203, and a plastic cladding 201 covering the first and second cores. A signal obtained by modulating infrared laser light with a wavelength of 850 nm or longer is propagated to the first core 203, and a signal obtained by modulating light from a first visible light-emitting diode with a wavelength of 780 nm or shorter to the second core 202. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光通信や光インターコネクションの分野で用いられる光通信システムに関する。   The present invention relates to an optical communication system used in the fields of optical communication and optical interconnection.

プラスチック光ファイバ(POF:Plastic Optical Fiber)を用いた光伝送システムが、家庭用の音声信号の伝送や車内のマルチメディア信号の伝送、工場内の装置間内のデータ伝送等に幅広く使われている。光通信は電気通信と比べノイズ耐性が強いことや電線からファイバにすることでの軽量化が可能などの利点を有している。このような通信システムでは、主にアクリル系の樹脂のファイバを用いており、吸収のもっとも少ない赤色の発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)が主に使われてきていた。   Optical transmission systems using plastic optical fibers (POF) are widely used for home audio signal transmission, in-car multimedia signal transmission, and data transmission between devices in factories. . Optical communication has advantages such as higher noise resistance compared to telecommunication, and weight reduction by using an electric wire as a fiber. In such a communication system, an acrylic resin fiber is mainly used, and a red light emitting diode (LED: Light Emitting Diode) having the least absorption has been mainly used.

近年、家庭内のデジタル機器、例えばパソコン、デジタル放送用のテレビやレコーダなどの普及により、家庭内でも高速なデジタル伝送を行う機会が増えてきている。また、自動車などの交通機関においても、安全や環境対策のための制御機器が増加し、高速な伝送手段が求められている。しかし、発光ダイオードは、レゾナントキャビティ型の発光ダイオードなどの高速なタイプでも1Gbpsを超えるような高速動作が困難であり、またPOFは、損失が大きく高速伝送には適していない。   In recent years, with the spread of home digital devices such as personal computers, digital broadcasting televisions and recorders, etc., there are increasing opportunities for high-speed digital transmission even in homes. Also, in transportation facilities such as automobiles, the number of control devices for safety and environmental measures is increasing, and high-speed transmission means are required. However, even if the light emitting diode is a high-speed type such as a resonant cavity type light emitting diode, it is difficult to operate at a high speed exceeding 1 Gbps, and POF has a large loss and is not suitable for high-speed transmission.

このような高速な光伝送に適しているのが、ガラスファイバコアの伝送路と半導体レーザを用いた光通信システムである。このような光通信システムは主に、長距離・大容量化が可能なことから業務用通信システムとしてすでに幅広く応用されている。中でも比較的短距離(100m以下)の通信に適しているのが、面発光レーザとマルチモードファイバを用いた光通信システムである。この方式は、すでに高速な通信が必要とされている業務用の短距離データコム用途に使われている。このような近距離通信には、小型、低消費電力である面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)が適している。すでに10Gbps程度の高速動作が可能である。   An optical communication system using a glass fiber core transmission path and a semiconductor laser is suitable for such high-speed optical transmission. Such an optical communication system is already widely applied as a commercial communication system mainly because of its long distance and large capacity. Among them, an optical communication system using a surface emitting laser and a multimode fiber is suitable for communication over a relatively short distance (100 m or less). This method is used for commercial short-range datacom applications that already require high-speed communication. For such short-range communication, a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) having a small size and low power consumption is suitable. Already, high-speed operation of about 10 Gbps is possible.

ところで、デジタル情報は複製しても劣化しないため、著作権保護の観点から、画像伝送では複製を禁止するための暗号化処理が必要である。安全に暗号化するには、送受それぞれのインターフェースに信頼関係を構築するため、双方向通信とする必要がある。このようなインターフェースは、すでにテレビとレコーダ間の接続等に幅広く使われているが、双方向通信が簡易な電気配線を使うものが多かった。しかし、高精細化に伴う伝送帯域の拡大に伴い、光配線化が求められている。そのようなデジタル動画伝送用の双方向通信の一例が、特許文献1に開示されている。   By the way, since digital information is not deteriorated even if it is copied, from the viewpoint of copyright protection, encryption processing for prohibiting copying is necessary in image transmission. For secure encryption, in order to establish a trust relationship between the transmission and reception interfaces, it is necessary to use bidirectional communication. Such an interface has already been widely used for the connection between a television and a recorder, but many of them use electric wiring for easy bidirectional communication. However, with the expansion of the transmission band accompanying higher definition, optical wiring is required. An example of such two-way communication for digital moving image transmission is disclosed in Patent Document 1.

動画伝送には、画像データだけではなく、音声やアスペクト比などの制御信号、接続しているかどうか検出するホットプラグ検出、受信側のコントローラ電源供給などが必要とされている。それぞれの信号は、伝送速度や伝送品質などが異なる。電気ケーブルを用いたインターフェースでは、画像データは、3原色(RGB)に分解されて送信され、また、クロックもそれぞれ別に送信されている。一方、光配線を用いたものでもそれぞれパラレルに送信するか、特許文献1に記載したように画像データのみシリアル化して送信するものがある。   For moving picture transmission, not only image data but also control signals such as sound and aspect ratio, hot plug detection for detecting connection, supply of controller power on the receiving side, and the like are required. Each signal differs in transmission speed, transmission quality, and the like. In an interface using an electric cable, image data is transmitted after being separated into three primary colors (RGB), and a clock is also transmitted separately. On the other hand, some of them using optical wiring are transmitted in parallel with each other, or as described in Patent Document 1, only image data is serialized and transmitted.

その場合、それぞれ異なるファイバを複数本必要とし、またコネクタ部が大きくなるなどの課題がある。また、画像伝送以外にも例えば車載用途等を考えると、低速の制御信号と高速なマルチメディア信号を一度に伝送させることなどの用途が考えられる。これらのマルチメディア信号と制御信号には、求められる信頼性が異なる。   In this case, there are problems such as requiring a plurality of different fibers and an increase in the connector portion. In addition to image transmission, for example, in-vehicle use, it is possible to use a low-speed control signal and a high-speed multimedia signal at a time. The required reliability differs between these multimedia signals and control signals.

画像データや音声データで構成されるマルチメディア信号では、誤り訂正符号を用いる必要がなく、データの伝送の確実性も必要がない。マルチメディア信号のわずかな誤りは、人が認識できないからである。一方、制御信号などの場合、1ビットでも誤りが許されない。そのため、リードソロモン符号を用いた誤り訂正や、データが届いていない場合の再送処理などが必要となる。このような信頼度の異なる信号をシリアル化して一度に送信するシステムでは、信頼度の必要のない信号まで信頼性のある送信形態をとることになる。そのため、伝送システムが高価になり、消費電力も増加する。   In a multimedia signal composed of image data and audio data, it is not necessary to use an error correction code, and there is no need for certainty of data transmission. This is because slight errors in the multimedia signal cannot be recognized by humans. On the other hand, in the case of a control signal or the like, even one bit does not allow an error. Therefore, error correction using a Reed-Solomon code, retransmission processing when data has not arrived, and the like are required. In such a system that serializes signals having different degrees of reliability and transmits them at a time, even a signal that does not require reliability takes a reliable transmission form. Therefore, the transmission system becomes expensive and the power consumption increases.

ところで、高速なレーザ変調光を用いたデータ通信では、赤外光が用いられることが多い。それは、ガラスによる損失が低く、また、高速かつ信頼性の高い半導体素子が作りやすいからである。一方、可視光を用いて視認できる方が、信号の有無を直感的に判断できて望ましい。特に、光ファイバ等の光伝送路は電気伝送路に比べ破損しやすく、接続されているだけでは信号の伝送が正常に行われているか判断できない。また、このような光システムを装置に組み込むときにも視認可能な方が、作業性の向上など利点が多い。しかも、現在のPOFを用いた通信システムでも、可視の発光ダイオードが使用されている。そのため、それを高速化したシステムでも、互換性を維持するために、視認できることが望ましい。   By the way, infrared light is often used in data communication using high-speed laser-modulated light. This is because loss due to glass is low, and a high-speed and highly reliable semiconductor element can be easily manufactured. On the other hand, visual recognition using visible light is desirable because it can intuitively determine the presence or absence of a signal. In particular, an optical transmission line such as an optical fiber is more easily damaged than an electric transmission line, and it cannot be determined whether a signal is normally transmitted only by being connected. Further, there are many advantages such as improvement in workability when the optical system is visible when the optical system is incorporated in the apparatus. Moreover, visible light emitting diodes are also used in communication systems using current POF. For this reason, it is desirable that even a system that speeds it up can be visually recognized in order to maintain compatibility.

このようなシステムの方法として、レーザ変調光と発光ダイオード変調光を同時に送信する方法が考えられる(例えば、特許文献2及び3参照)。特許文献2及び3に記載のシステムでは、同じ赤色の波長を持つ発光ダイオードと半導体レーザを使用している。ダブルコア化し、内側にはレーザ光源を外側には発光ダイオードを使用し、伝送させている。このシステムには、POFとの互換性を維持できるという利点がある。
特開2005−65034号公報 特開2006−64766号公報 特開2001−166172号公報
As a method of such a system, a method of simultaneously transmitting laser-modulated light and light-emitting diode-modulated light is conceivable (see, for example, Patent Documents 2 and 3). In the systems described in Patent Documents 2 and 3, a light emitting diode and a semiconductor laser having the same red wavelength are used. A double core is used, and a laser light source is used on the inner side and a light emitting diode is used on the outer side for transmission. This system has the advantage that compatibility with POF can be maintained.
JP 2005-65034 A JP 2006-64766 A JP 2001-166172 A

しかしながら、特許文献2及び3に記載のシステムでは、1Gbpsを超える伝送速度を達成する上での課題も多い。POFは、赤色領域で最も損失が小さく、それ以外の波長では損失が極めて大きくなる。そのため、赤色の光源が使用される。この場合、レーザ光と発光ダイオードとが同じ波長になるため、それぞれの波長の信号のクロストークが問題となる。   However, the systems described in Patent Documents 2 and 3 have many problems in achieving a transmission rate exceeding 1 Gbps. POF has the smallest loss in the red region, and the loss becomes extremely large at other wavelengths. Therefore, a red light source is used. In this case, since the laser light and the light emitting diode have the same wavelength, crosstalk of signals of the respective wavelengths becomes a problem.

さらに、赤色のレーザ光は、網膜に与えるダメージが大きく、アイセーフ化するために、光出力を小さくする必要がある。また、例え赤色を用いたとしてもPOFによる損失が大きいため、受信側に到達できる光出力が極めて弱くなる。光出力が弱いと、よりクロストークに弱くなる上、SN比が劣化するので、高速通信を安定して行うことができない。また、ガラスファイバを用いたとしても、可視光領域は、損失が大きく、さらに波長分散も大きい。そのため、多モード発振状態で使用することが多いレーザ光源のスペクトル幅も狭くしなければならないという問題があった。   Further, the red laser light has a large damage to the retina, and it is necessary to reduce the light output in order to make the eye safe. Even if red is used, since the loss due to POF is large, the light output that can reach the receiving side becomes extremely weak. If the optical output is weak, the crosstalk becomes weaker and the SN ratio deteriorates, so high-speed communication cannot be performed stably. Even if a glass fiber is used, the visible light region has a large loss and further has a large chromatic dispersion. Therefore, there is a problem that the spectral width of a laser light source that is often used in a multimode oscillation state must be narrowed.

本発明は上記を鑑みなされたものであり、双方向通信であって、視認性のある高速な伝送システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a high-speed transmission system that is bidirectional communication and has visibility.

本発明に係る光通信システムは、
屈折率がグレーデットインデックス型をしたガラス製の第1のコアと、
一定の屈折率を有し、かつ、前記第1のコアよりも屈折率が小さいガラス製の第2のコアと、
前記第1及び第2のコアを包むプラスチック製のクラッドと、を備えた光ファイバを用いた光通信システムであって、
前記第1のコアには、波長850nm以上の赤外レーザ光を変調した信号を伝搬させ、前記第2のコアには波長780nm以下の第1の可視発光ダイオードによる光を変調した信号を伝搬させることを特徴とするものである。
An optical communication system according to the present invention includes:
A first core made of glass with a refractive index of graded index type;
A second core made of glass having a constant refractive index and having a refractive index lower than that of the first core;
An optical communication system using an optical fiber comprising: a plastic clad surrounding the first and second cores;
A signal obtained by modulating infrared laser light having a wavelength of 850 nm or more is propagated to the first core, and a signal obtained by modulating light from the first visible light emitting diode having a wavelength of 780 nm or less is propagated to the second core. It is characterized by this.

本発明によれば、双方向通信であって、視認性のある高速な伝送システムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a high-speed transmission system that is bidirectional communication and has visibility.

本発明に係る通信システムでは、高速な信号と低速な信号を1本のファイバにより伝送する。それぞれ、複数本必要であったファイバを一本にまとめることで低コスト化が可能になる。   In the communication system according to the present invention, a high-speed signal and a low-speed signal are transmitted by a single fiber. Costs can be reduced by combining multiple fibers that are necessary for each.

低速信号には可視発光ダイオードを、光束信号には赤外レーザを使用する。可視発光ダイオードを使用することにより、信号が出ているかどうかを視認できる上、赤色の発光ダイオードとPOFを用いた現行のシステムとの互換性を有する。視認可能であるため、信号が出ているかどうかの判断が即時にでき、異常や故障の判断などが容易になる。また、これらの光通信システムを組み込む装置、例えば車などの組み立て時に信号が出ているかどうかが特別な装置なしで瞬時に判断でき、生産性の向上が期待できる。また、故障時や破損時の修理作業の効率の向上なども期待できる。   A visible light emitting diode is used for the low-speed signal, and an infrared laser is used for the light flux signal. By using a visible light emitting diode, it is possible to visually recognize whether a signal is being output, and it is compatible with a current system using a red light emitting diode and POF. Since it can be visually recognized, it is possible to immediately determine whether a signal is output, and it is easy to determine abnormality or failure. In addition, it is possible to instantaneously determine whether or not a signal is output when assembling such an optical communication system, for example, a car or the like, without any special device, and an improvement in productivity can be expected. It can also be expected to improve the efficiency of repair work at the time of failure or damage.

高速な光伝送には、変調速度の制限から発光ダイオードではなく、半導体レーザを用いる必要がある。ここでは、高速な信号として1Gbpsを想定している。特に、赤外線の半導体レーザは、高速動作に適し、光通信等の実績から信頼性にも優れている。その上、長波長であるほど、人間の目に直接は入った場合のダメージが少ない。さらに、高速な光伝送には、低速用途に比べて高出力化が求められていることや、波長が短い方が光電気の変換効率が悪化することなどを考慮すると、可視でなく赤外のレーザを用いるのが望ましい。   For high-speed optical transmission, it is necessary to use a semiconductor laser instead of a light emitting diode due to the limitation of the modulation speed. Here, 1 Gbps is assumed as a high-speed signal. In particular, an infrared semiconductor laser is suitable for high-speed operation, and is excellent in reliability due to achievements in optical communication and the like. In addition, the longer the wavelength, the less damage it will have when entering the human eye directly. Furthermore, considering that high-speed optical transmission requires higher output than low-speed applications, and that the conversion efficiency of photoelectricity deteriorates when the wavelength is shorter, it is not visible but infrared. It is desirable to use a laser.

半導体レーザとしては、低消費電力動作が可能で、高速変調にも適している面発光レーザが好ましい。その波長としては、人間の目に影響が少なく、面発光レーザの製造に適している850〜1600nmがよい。この波長よりも短いと、共振器を形成しているDBRの組成が制限され、高い反射率が得難くなり、面発光レーザの効率や帯域が落ちてしまう。一方、1600nmを越えると、発光素子、受光素子ともに作製が難しい。また、850〜1310nmがさらに望ましい。この波長帯であれば、GaAs基板上に高性能な面発光レーザを容易に作製できる。   As the semiconductor laser, a surface emitting laser that can operate with low power consumption and is suitable for high-speed modulation is preferable. The wavelength is preferably 850 to 1600 nm, which has little influence on human eyes and is suitable for manufacturing a surface emitting laser. If the wavelength is shorter than this wavelength, the composition of the DBR forming the resonator is limited, it becomes difficult to obtain a high reflectance, and the efficiency and band of the surface-emitting laser are lowered. On the other hand, if it exceeds 1600 nm, it is difficult to produce both the light emitting element and the light receiving element. Further, 850 to 1310 nm is more desirable. Within this wavelength band, a high performance surface emitting laser can be easily fabricated on a GaAs substrate.

発光ダイオードには、人間の目で視認でき、また、半導体レーザとの信号分離には波長差をつける必要があることから、400〜780nmのものが適している。400nm未満では、紫外光となり視認できない上、プラスチッククラッドやガラス等による損失が増える。低速信号を伝送する発光ダイオードと高速信号を伝送する半導体レーザの波長差を大きくすれば、それを実現する素子の集積化が容易になる。また、信号のクロストークなどの干渉を抑えられ、安定した通信が可能になる。   A light emitting diode having a wavelength of 400 to 780 nm is suitable because it can be visually recognized by the human eye and needs to have a wavelength difference for signal separation from the semiconductor laser. If it is less than 400 nm, it becomes ultraviolet light and cannot be seen, and the loss due to plastic clad or glass increases. If the wavelength difference between the light-emitting diode that transmits a low-speed signal and the semiconductor laser that transmits a high-speed signal is increased, it is easy to integrate elements that realize the wavelength difference. In addition, interference such as signal crosstalk can be suppressed, and stable communication is possible.

低速信号に関しては、双方向通信とすることで、高速信号の変調状態の制御や高速な信号源を持つ機器のコントロールなどに応用できる。また、さらに安全のために、高速な信号の受信側から送信側への信号をホットプラグ検出として利用する。ホットプラグ検出がされない場合、送信側のレーザ出射を止め、より安全にすることができる。その上、送信側のLSIや受信側のLSIの電源をオフにすることで、低消費電力化も可能である。   For low-speed signals, bidirectional communication can be applied to control the modulation state of high-speed signals and to control devices with high-speed signal sources. For further safety, a signal from the high-speed signal receiving side to the transmitting side is used as hot plug detection. When hot plug detection is not performed, laser emission on the transmission side can be stopped to make it safer. In addition, power consumption can be reduced by turning off the power of the transmission-side LSI and the reception-side LSI.

この通信システムに適用するダブルコアの光ファイバは、半導体レーザを変調して高速な信号を伝送させる第1のコアは、モード帯域が高い必要がある。また、受光素子の受光面積も小さくする必要がある。そのため、コア面積を小さくする必要がある。大きくても120μm以下にする必要があり、望ましくは通常のマルチモードファイバと同じ62.5μmか50μmがよい。50μmにすることで、少なくとも500MHz−km以上のモード帯域のあるファイバの作製が可能であり、10Gで50m程度の伝送が可能になる。どのコア径のファイバを用いるかは伝送速度に合わせて適宜選択すればよい。ガラスコアを持つファイバは、可視領域から赤外の広い範囲内で損失を低減することができるため、このようなファイバには適している。クラッドを含めてすべてをガラス化するとPOFと比べて、高コストになってしまうため、クラッド部はプラスチック系の材料を用いることが望ましい。   In the double core optical fiber applied to this communication system, the first core that modulates the semiconductor laser and transmits a high-speed signal needs to have a high mode band. In addition, it is necessary to reduce the light receiving area of the light receiving element. Therefore, it is necessary to reduce the core area. Even if it is large, it is necessary to make it 120 μm or less. By setting the thickness to 50 μm, it is possible to manufacture a fiber having a mode band of at least 500 MHz-km or more, and transmission of about 50 m at 10 G is possible. What core diameter fiber to use may be appropriately selected according to the transmission speed. A fiber having a glass core is suitable for such a fiber because loss can be reduced within a wide range from the visible region to the infrared region. If everything including the clad is vitrified, the cost becomes higher than that of POF. Therefore, it is desirable to use a plastic material for the clad portion.

発光ダイオードを変調させて信号を伝搬させるファイバでは、第1のコアを内側にもつため、第1のコアよりも大きい必要がある。そこを伝送させる信号は低速なので、コア径が大きくてもモード帯域は問題がないが、マルチモードファイバの原型であるプリフォームからとれる長さが短くなり、高コストになる。そのため、第1のコアよりも大きいが、400μm以下にする必要があり、望ましくは200μm程度がよい。また、第1のコアは、ダブルコアファイバの中心からずらしてもよい。ずらすことによって、第1のコアを伝送させる半導体レーザと発光ダイオード集積化などの光源の実装性を向上させることができる。   The fiber that modulates the light emitting diode and propagates the signal has the first core on the inner side, and therefore needs to be larger than the first core. Since the signal transmitted there is low speed, there is no problem in the mode band even if the core diameter is large, but the length that can be taken from the preform, which is the prototype of the multimode fiber, is shortened and the cost is increased. Therefore, although it is larger than the first core, it is necessary to make it not more than 400 μm, and preferably about 200 μm. Further, the first core may be shifted from the center of the double core fiber. By shifting, it is possible to improve the mountability of a light source such as a semiconductor laser that transmits the first core and an integrated light emitting diode.

本発明の第1の効果は、高速伝送と低速伝送とを複雑な信号処理なしに、伝送できることである。第2の効果は、高速な光伝送も可能なシステムでありながら、低速信号に発光ダイオードを用いることで、信号の有無が視認できることである。第3の効果は、低速信号の双方向通信により、暗号データの送受やホットプラグ検出などもできることである。第4の効果は、自動車などの応用面は、事故などによる破損から修理する場合、視認可能な信号を用いることで、信号の破損箇所を容易に診断できることなどである。   The first effect of the present invention is that high-speed transmission and low-speed transmission can be transmitted without complicated signal processing. The second effect is that the presence or absence of a signal can be visually recognized by using a light emitting diode for a low-speed signal, even though the system is capable of high-speed optical transmission. A third effect is that encrypted data can be transmitted and received and hot plug detection can be performed by bidirectional communication of low-speed signals. The fourth effect is that, when an application such as an automobile is repaired from damage due to an accident or the like, the signal damage portion can be easily diagnosed by using a visually recognizable signal.

実施の形態1
以下に、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態に係るダブルコアファイバを用いた光通信システムを説明する。この光通信システム100は、高速送信データ101と低速送信データ102を同時に一本のファイバで伝送させるシステムである。この通信システム100は、高速な信号を信号多重する高速信号多重回路103、低速な信号を信号多重する低速信号多重回路104、高速な信号を変調する半導体レーザ(LD)105、低速な信号を変調する発光ダイオード(LED)106、ダブルコア光ファイバ107、高速な光信号を電気信号に変換する半導体受光素子(PD)108、低速な光信号を電気信号に変換する半導体受光素子(PD)109、伝送した信号をもとのデータにもどす高速信号分離回路110及び低速信号分離回路111を備える。このシステムによって、高速送信データ101と低速送信データ102は、高速受信データ112、低速受信データ113として伝送される。
Embodiment 1
An optical communication system using a double core fiber according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The optical communication system 100 is a system that transmits high-speed transmission data 101 and low-speed transmission data 102 simultaneously using a single fiber. The communication system 100 includes a high-speed signal multiplexing circuit 103 that multiplexes high-speed signals, a low-speed signal multiplexing circuit 104 that multiplexes low-speed signals, a semiconductor laser (LD) 105 that modulates high-speed signals, and a low-speed signal modulation. Light-emitting diode (LED) 106, double-core optical fiber 107, semiconductor light-receiving element (PD) 108 that converts a high-speed optical signal into an electric signal, semiconductor light-receiving element (PD) 109 that converts a low-speed optical signal into an electric signal, transmission A high-speed signal separation circuit 110 and a low-speed signal separation circuit 111 for returning the processed signal to the original data. By this system, the high-speed transmission data 101 and the low-speed transmission data 102 are transmitted as high-speed reception data 112 and low-speed reception data 113.

次に、それぞれの機能について説明する。高速信号多重回路103、低速信号多重回路104は、複数の高速な信号列と低速な信号とをそれぞれ多重する装置である。この信号多重回路103、104は、データのみではなく、クロックも同時に伝送する。図1では、高速信号多重回路103がデータ1、2及びクロックを伝送し、低速信号多重回路104がデータ3及びクロックを伝送している。ここで、データ列から信号分離をしやすくするために、データ列を8B10B変換してもよい。この方法は、8ビットの信号から10ビットの信号を生成する方法である。このコーディングにより、長い信号列をなくすことができるので、クロックを復元しやすくなる。   Next, each function will be described. The high-speed signal multiplexing circuit 103 and the low-speed signal multiplexing circuit 104 are devices that respectively multiplex a plurality of high-speed signal trains and low-speed signals. The signal multiplexing circuits 103 and 104 transmit not only data but also a clock at the same time. In FIG. 1, the high-speed signal multiplexing circuit 103 transmits data 1 and 2 and the clock, and the low-speed signal multiplexing circuit 104 transmits data 3 and the clock. Here, in order to facilitate signal separation from the data string, the data string may be subjected to 8B10B conversion. This method is a method of generating a 10-bit signal from an 8-bit signal. By this coding, it is possible to eliminate a long signal sequence, so that the clock can be easily restored.

次に、多重化された信号で高速な信号を半導体レーザ105により変調する。この半導体レーザ105には、面発光レーザが適している。面発光レーザは低消費電力かつ、高速変調に適しているためである。動作速度としては10Gbps程度の速度まで対応できる。ここでは発振波長として850nm帯の面発光レーザを用いている。この波長はデータコム用途などの短距離マルチモード伝送などで幅広く使われており入手性に優れている。   Next, a high-speed signal is modulated by the semiconductor laser 105 using the multiplexed signal. A surface emitting laser is suitable for the semiconductor laser 105. This is because the surface emitting laser has low power consumption and is suitable for high-speed modulation. The operating speed can be up to about 10 Gbps. Here, a surface emitting laser having an 850 nm band as an oscillation wavelength is used. This wavelength is widely used in short-distance multimode transmission for datacom applications and the like, and is highly available.

一方、低速なデータ信号には、発振波長が650nm帯の赤色の発光ダイオード106を用いる。その発光ダイオードでも数十Mbps程度の速度までは対応が可能である。それぞれレーザ変調光と発光ダイオード変調光をマルチモードのダブルコア光ファイバ107に結合する。ダブルコア光ファイバ107により伝送後に、高速なレーザ光と低速な発光ダイオード変調光を分離させる。この方法について、ファイバの構造と合わせて後述する。   On the other hand, a red light emitting diode 106 having an oscillation wavelength of 650 nm band is used for a low-speed data signal. Even the light emitting diode can cope with a speed of about several tens of Mbps. Laser-modulated light and light-emitting diode-modulated light are coupled to a multimode double-core optical fiber 107, respectively. After transmission by the double core optical fiber 107, the high-speed laser light and the low-speed light emitting diode modulated light are separated. This method will be described later together with the structure of the fiber.

分離した光を、高速信号用の受光素子108と低速信号用の受光素子109により電気信号に変換される。高速信号用の受光素子108にはGaAs製の面入射型の受光素子を用いる。一方、低速信号用の受光素子109にはシリコン製の受光素子を用いる。変換部ではそれぞれ、アンプなどをつかって信号を増幅する手段を用いてもよい。電気信号に変換した後、信号分離回路/CDR部110、111において、信号からクロックを抽出し、そのクロックをもとに信号を分離することで元に高速受信データ112及び低速受信データ113を得ることができる。   The separated light is converted into an electric signal by the light receiving element 108 for high speed signal and the light receiving element 109 for low speed signal. As the light receiving element 108 for high-speed signals, a surface incident type light receiving element made of GaAs is used. On the other hand, a light receiving element made of silicon is used as the light receiving element 109 for low-speed signals. Each of the conversion units may use means for amplifying a signal using an amplifier or the like. After conversion to an electrical signal, the signal separation circuits / CDR units 110 and 111 extract a clock from the signal and separate the signal based on the clock to obtain the high-speed reception data 112 and the low-speed reception data 113 based on the clock. be able to.

このように高速な信号と低速な信号とを分離して送信するメリットは、例えば伝送プロトコルやとトポロジーを柔軟に分ける用途や、伝送品質がことなる場合に有益である。例えば、音声や画像データのようなものと機器制御などに使う信号ではデータ品質が大きく異なる。音声データや画像データは、受信側でディスプレイやスピカーから映像や音声として出力されるが、ごくわずかな信号に誤りがあったとしても映像、音声上の差を識別できないので問題がない。一方、機器制御などでは誤りがあると、誤動作などの原因になるため、確実なデータ伝送が求められる。   The merit of transmitting a high-speed signal and a low-speed signal separately in this way is useful, for example, when the transmission protocol and the topology are flexibly divided, or when the transmission quality is different. For example, the quality of data differs greatly between audio and image data and signals used for device control. Audio data and image data are output as video or audio from a display or a speaker on the receiving side, but there is no problem because a difference in video and audio cannot be identified even if there is a slight error in the signal. On the other hand, if there is an error in device control or the like, it may cause a malfunction, so that reliable data transmission is required.

一般には、画像や音声などのマルチメディア信号には、高速性が要求されることが多く、本発明の場合、高速なデータ信号には誤り訂正やデータの再送機能などが不要になる。これに対し、低速なデータ信号には確実なデータ伝送が必要となる。低速な信号の伝送の方がジッタなどのマージンが大きくできるなど品質が高めやすいし、低速なので誤り訂正信号等を付与しても制御用のLSIへの負担、ここでは回路規模や消費電力への影響が少ない。一方、低速な信号と高速な信号を多重化した場合は、全ての信号にデータ品質を保証する必要が生じ、高速な信号での複雑な誤り訂正は多重化や分離回路などを形成するLSIの消費電力や回路規模が大きくことや伝送遅延が生じるなどデメリットが多い。従って、低速な信号と高速な信号で求められる品質やデータ内容が異なる場合、分離したまま送受信することには大きなメリットがある。   In general, multimedia signals such as images and voices are often required to have high speed, and in the case of the present invention, error correction and data retransmission functions are not required for high-speed data signals. On the other hand, reliable data transmission is required for low-speed data signals. Transmission of low-speed signals makes it easier to improve the quality by increasing margins such as jitter, and because it is low-speed, even if an error correction signal etc. is applied, the burden on the control LSI, here the circuit size and power consumption There is little influence. On the other hand, when a low-speed signal and a high-speed signal are multiplexed, it is necessary to guarantee the data quality for all signals, and complex error correction with a high-speed signal is performed by an LSI that forms a multiplexing or separation circuit. There are many demerits such as large power consumption and circuit scale and transmission delay. Therefore, when the quality and data content required for the low-speed signal and the high-speed signal are different, there is a great merit in transmitting and receiving while separating them.

次に、本光通信システム100で使われるダブルコア光ファイバ107について、図2を参照して説明する。このマルチモードのダブルコア光ファイバ107は、ハードプラスチッククラッドダブルガラスコアファイバである。このダブルコア光ファイバ107は、フッ化アクリレート樹脂性クラッド201、ステップインデックスガラス製コア202、ゲルマニウム添加グレーデットインデックスコア203を備える。それぞれの屈折率は図2の下に示した通りである。屈折率は、高い方から順にグレーデットインデックスコア203、ステップインデックスコア202、プラスチッククラッド201となっている。図2(a)は、グレーデットインデックスコア203、ステップインデックスコア202の外周円の中心が一致している場合、図2(b)は、一致していない場合を示している。   Next, the double core optical fiber 107 used in the optical communication system 100 will be described with reference to FIG. The multimode double core optical fiber 107 is a hard plastic clad double glass core fiber. The double core optical fiber 107 includes a fluorinated acrylate resin clad 201, a step index glass core 202, and a germanium-added graded index core 203. Each refractive index is as shown in the lower part of FIG. The refractive index is graded index core 203, step index core 202, and plastic clad 201 in descending order. FIG. 2A shows a case where the centers of the outer circumference circles of the graded index core 203 and the step index core 202 match, and FIG. 2B shows a case where they do not match.

レーザ変調光は、ステップインデックスコア202とグレーデットインデックスコア203に屈折率差があるので、グレーデットインデックスコア203中を伝搬させることができる。発光ダイオード光は、ハードプラスチッククラッド201よりもグレーデットインデックスコア203とステップインデックスコア202の方が、屈折率が高いので、この中に光を閉じ込めて伝搬することができる。グレーデットインデックスコア203には、ゲルマニウムを適量添加することで屈折率をステップインデックスコア202よりも高めている。グレーデットインデックスコア203の屈折率の形状は、最もモード帯域が高くなるように、ほぼ放物線関数(2乗)としている。   The laser-modulated light can propagate through the graded index core 203 because there is a difference in refractive index between the step index core 202 and the graded index core 203. Since the graded index core 203 and the step index core 202 have a higher refractive index than the hard plastic clad 201, the light emitting diode light can be propagated by confining the light therein. The graded index core 203 has a refractive index higher than that of the step index core 202 by adding an appropriate amount of germanium. The shape of the refractive index of the graded index core 203 is approximately a parabolic function (square) so that the mode band is the highest.

グレーデットインデックスコア203の直径は、10G以上の高速な信号を通す必要な場合には、広帯域なモード帯域をえられために50μmとする。また、1G程度の速度の場合には実装容易性などを考慮して、120μm程度とするのが望ましい。ステップインデックスコア202は、グレーデットインデックスコア203よりも大きくする必要があるので少なくとも市販されているハードプラスチッククラッドファイバと同じ200μm程度とする。高速伝送をつかさどる光素子との実装上の問題があれば400μm程度に広げても問題はない。広くしすぎると一本のプリフォームといわれるファイバの加工元からのとれる長さが短くなってしまうので、せいぜい400μm程度にとどめておくのが経済性の観点から望ましい。なお、図2(b)に示すように、グレーデットインデックスコア203が、ステップインデックスガラス製コア202の中心でなく、外側にずれた位置に形成されていてもかまわない。   The diameter of the graded index core 203 is set to 50 μm in order to obtain a wide mode band when a high-speed signal of 10 G or more is required. In the case of a speed of about 1G, it is desirable to set the thickness to about 120 μm in consideration of ease of mounting. Since the step index core 202 needs to be larger than the graded index core 203, it is at least about 200 μm, which is the same as a commercially available hard plastic clad fiber. If there is a problem in mounting with an optical element that controls high-speed transmission, there is no problem even if it is expanded to about 400 μm. If the width is too large, the length taken from the processing source of the fiber, which is called a single preform, is shortened. Therefore, it is desirable to keep it at about 400 μm at most from the viewpoint of economy. In addition, as shown in FIG.2 (b), the graded index core 203 may be formed not in the center of the step index glass core 202 but in the position shifted | deviated outside.

次に、ダブルコア光ファイバ107とそれぞれの光素子との結合について説明する。高速伝送用の半導体レーザ105の光がグレーデットインデックスコア203の中心に直接入るように実装する必要がある。その理由は、結合ずれによって伝送特性が悪化することがあることや、ファイバのNAが大きくできないので結合効率が悪化してしまうためである。   Next, the coupling between the double core optical fiber 107 and each optical element will be described. It is necessary to mount so that the light of the semiconductor laser 105 for high-speed transmission enters directly into the center of the graded index core 203. This is because the transmission characteristics may be deteriorated due to the coupling deviation, and the coupling efficiency is deteriorated because the NA of the fiber cannot be increased.

一方、ステップインデックスコア202を伝搬させる発光ダイオード106の光は、ずれて入射しても伝送特性上も結合特性上も問題が生じない。そのため、半導体レーザ105をグレーデットインデックスコア203の中心において、発光ダイオード106はステップインデックスコア202の端に実装すればよい。   On the other hand, the light of the light emitting diode 106 propagating through the step index core 202 does not cause a problem in terms of transmission characteristics and coupling characteristics even if it is incident with a deviation. Therefore, the light emitting diode 106 may be mounted on the end of the step index core 202 at the center of the graded index core 203 with the semiconductor laser 105.

一方、受信側では、シリコン製の大口径受光素子109の中心に、小型で小口径のGaAs製の受光素子108を置けばよい。この小型の受光素子108はできるだけ小さく加工し、シリコン製の受光素子109上にフリップチップ実装する。高速な変調光は、グレーデットインデックスコア203を伝搬してくるので、モードフィールド径が小さく、小さく集光することができる。この集光した光を小型のGaAs製の受光素子108で受けて電気信号に変換する。この受光素子108には、発光ダイオードの光を電気信号に変換しないように、フィルタ層を設けておく、これは、半導体組成の禁制帯幅が、850nmと650nmの中間の組成にすることで、そのフィルタ層で吸収させることができる。また、この受光素子108をステップインデックスコア202の直径よりも十分に小さくすることで、シリコン製の受光素子109にステップインデックスコア202を伝搬してきた光を入射させて、発光ダイオードの変調信号を電気信号に復元することができる。   On the other hand, on the receiving side, a small and small-diameter GaAs light-receiving element 108 may be placed in the center of the large-diameter light-receiving element 109 made of silicon. The small light receiving element 108 is processed as small as possible and is flip-chip mounted on the silicon light receiving element 109. Since the high-speed modulated light propagates through the graded index core 203, the mode field diameter is small and can be condensed. The condensed light is received by a small GaAs light receiving element 108 and converted into an electric signal. The light receiving element 108 is provided with a filter layer so as not to convert the light of the light emitting diode into an electric signal. This is because the forbidden band width of the semiconductor composition is an intermediate composition between 850 nm and 650 nm. It can be absorbed by the filter layer. Further, by making the light receiving element 108 sufficiently smaller than the diameter of the step index core 202, the light propagating through the step index core 202 is made incident on the silicon light receiving element 109, and the modulation signal of the light emitting diode is electrically generated. The signal can be restored.

次に、本ダブルコア光ファイバ107の製造方法について説明する。このダブルクラッドコアをもつファイバではあるが、構造的には、通常のグレーデットインデックスファイバに、ハードプラスチッククラッドを施したものに相当する。グレーデットインデックスファイバは、PCVD法で作製した光ファイバプリフォームを線引炉により線引し、紡糸することで作製することができる。その作製したグレーデットインデックスファイバにフッ化アクリレート樹脂性クラッドを被覆し、その外側に保護用の被覆を行って作製する。   Next, a method for manufacturing the double core optical fiber 107 will be described. Although it is a fiber having this double clad core, it is structurally equivalent to a normal graded index fiber with a hard plastic clad. The graded index fiber can be produced by drawing and spinning an optical fiber preform produced by the PCVD method using a drawing furnace. The prepared graded index fiber is coated with a fluorinated acrylate resin clad, and the outer side is coated with a protective coating.

実施の形態2
次に、第2の実施の形態として、低速な信号を双方向にした光通信システムについて図3を参照して説明する。実施の形態1と同一の構成要素は、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
Embodiment 2
Next, as a second embodiment, an optical communication system in which a low-speed signal is bidirectional will be described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

この光通信システム100では、高速送信データ101と低速送信データ102a、及び逆方向の低速送信データ102bを同時に一本のファイバで伝送させるシステムである。この通信システムは、高速な信号を信号多重する高速信号多重回路103、低速な信号を信号多重する低速信号多重回路104、高速な信号を変調する半導体レーザ(LD)105、低速な信号を変調する発光ダイオード(LED)106a、106b、ダブルコア光ファイバ107、高速な光信号を電気信号に変換する半導体受光素子(PD)108、低速な光信号を電気信号に変換する半導体受光素子(PD)109a、109b、伝送した信号を元のデータに戻す高速信号分離回路110及び低速信号分離回路111を備える。   The optical communication system 100 is a system that simultaneously transmits high-speed transmission data 101, low-speed transmission data 102a, and low-speed transmission data 102b in the reverse direction through a single fiber. This communication system includes a high-speed signal multiplexing circuit 103 that multiplexes a high-speed signal, a low-speed signal multiplexing circuit 104 that multiplexes a low-speed signal, a semiconductor laser (LD) 105 that modulates a high-speed signal, and a low-speed signal. Light-emitting diodes (LEDs) 106a and 106b, a double-core optical fiber 107, a semiconductor light-receiving element (PD) 108 that converts a high-speed optical signal into an electric signal, a semiconductor light-receiving element (PD) 109a that converts a low-speed optical signal into an electric signal, 109b includes a high-speed signal separation circuit 110 and a low-speed signal separation circuit 111 that return the transmitted signal to the original data.

このシステムによって、第1の実施の形態と同様、高速送信データ101と低速送信データ102aとが、高速受信データ112、低速受信データ113aとして伝送される。さらに、本第2の実施の形態では、低速送信データ102bが低速受信データ113bとして逆方向に伝送される。   As in the first embodiment, this system transmits high-speed transmission data 101 and low-speed transmission data 102a as high-speed reception data 112 and low-speed reception data 113a. Furthermore, in the second embodiment, the low-speed transmission data 102b is transmitted in the reverse direction as the low-speed reception data 113b.

第2の実施の形態では、低速なデータ信号が2つであるため、発振波長が650nm帯の赤色の発光ダイオード106aと470nmの青色発光ダイオード106bとを用いる。色を変えることで、信号の送受の役割をはっきりさせることができる。それぞれレーザ変調光と2つの発光ダイオード変調光をマルチモードのダブルコア光ファイバ107に結合する。ダブルコア光ファイバ107は、実施の形態1と同様である。   In the second embodiment, since there are two low-speed data signals, a red light emitting diode 106a having an oscillation wavelength of 650 nm band and a blue light emitting diode 106b having a wavelength of 470 nm are used. By changing the color, the role of signal transmission and reception can be clarified. Each of the laser modulated light and the two light emitting diode modulated lights is coupled to a multimode double core optical fiber 107. The double core optical fiber 107 is the same as that of the first embodiment.

伝送された光を分離し、高速信号用の受光素子108と低速信号用の受光素子109a、109bにより電気信号に変換する。実施の形態1と同様、高速信号用の受光素子108にはGaAs製の面入射型の受光素子を用いる。一方、低速信号用の受光素子109aにはシリコン製の受光素子を用いる。電気信号に変換した後、信号分離回路/CDR部110、111において、信号からクロックを抽出し、そのクロックを元に信号を分離することで高速受信データ112及び低速受信データ113aを得ることができる。ここで、データ受信側から送信される低速送信データ102bは、送信側から送信されてきた信号のクロックに同期しているため、送信側では受信する低速受信データ113bからクロックを抽出する必要がない。   The transmitted light is separated and converted into an electric signal by the light receiving element 108 for high speed signals and the light receiving elements 109a and 109b for low speed signals. As in the first embodiment, a GaAs surface-incidence light-receiving element is used as the light-receiving element 108 for high-speed signals. On the other hand, a light receiving element made of silicon is used as the light receiving element 109a for low-speed signals. After conversion to an electrical signal, the signal separation circuits / CDR units 110 and 111 extract a clock from the signal and separate the signal based on the clock to obtain the high-speed reception data 112 and the low-speed reception data 113a. . Here, since the low-speed transmission data 102b transmitted from the data reception side is synchronized with the clock of the signal transmitted from the transmission side, there is no need to extract the clock from the low-speed reception data 113b received on the transmission side. .

このように高速な信号と低速な信号を分離して送信し、かつ受信側からも信号を送る効果は、実施の形態1に記載した内容に加え次のようなものがある。まず、第1に、ホットプラグ検出が挙げられる。受信側からの光信号の返信がない場合、送信側ではレーザの発信を止め、完全なアイセーフを実現することができる。さらに、高速な信号多重回路のような消費電力の大きなLSIの電源もオフにするなどにより、消費電力化にも貢献できる。第2に、送信側の装置のコントロールや、送信回路の制御ができる。第3に、通信の安全が確保できる。送受信の低速な信号間で、お互いの情報交換することで、送受の相手側の信頼関係が確認でき、暗号化のための鍵の交換などを行うことができる。従って、高速なデータ通信の内容を安全に送信することが可能になる。   In addition to the contents described in the first embodiment, the effect of transmitting a high-speed signal and a low-speed signal separately and transmitting a signal from the receiving side is as follows. First, hot plug detection is mentioned. When there is no optical signal returned from the receiving side, the transmitting side can stop laser transmission and realize a complete eye-safe. Furthermore, it is possible to contribute to power consumption by turning off the power of an LSI with high power consumption such as a high-speed signal multiplexing circuit. Secondly, it is possible to control the transmission side device and the transmission circuit. Third, communication safety can be ensured. By exchanging information between low-speed signals for transmission and reception, it is possible to confirm the trust relationship of the other party of transmission and reception, and to exchange keys for encryption. Therefore, it is possible to safely transmit the contents of high-speed data communication.

第2の実施の形態に係る実施例として、デジタル画像伝送システムを例に、図4を参照して説明する。このデジタル画像システムは、デジタル放送録画機から高精細テレビ間の画像伝送などに使われているHDMI形式を準拠したものである。   As an example according to the second embodiment, a digital image transmission system will be described as an example with reference to FIG. This digital image system is compliant with the HDMI format used for image transmission between a digital broadcast recorder and a high-definition television.

この通信システム100は、画像のピクセルデータと音声信号が多重化されている高速送信データ101を信号多重化する高速信号多重回路103、画像のアスペクト比などのデータ、機器制御信号、暗号化キー信号などの低速送信データ102aを信号多重化する低速信号多重回路104a、受信側から送信されてきた低速送信データ102bを信号多重化する低速信号多重回路104b、高速な信号を変調する半導体レーザ(LD)105、低速な信号を変調する発光ダイオード(LED)106a、106b、ダブルコア光ファイバ107、高速な光信号を電気信号に変換する半導体受光素子(PD)108、低速な光信号を電気信号に変換する半導体受光素子(PD)109a、109b、伝送した信号を元のデータに戻す高速信号分離回路110及び低速信号分離回路111a、111bを備える。さらに、高速送信データ101及び低速送信データ102aを8B10B変換する8B10B変換回路401、402、受信したクロックデータをリカバリーするCDR回路403、404を備える。   The communication system 100 includes a high-speed signal multiplexing circuit 103 that multiplexes high-speed transmission data 101 in which image pixel data and audio signals are multiplexed, data such as image aspect ratio, device control signals, and encryption key signals. The low-speed signal multiplexing circuit 104a that multiplexes the low-speed transmission data 102a and the like, the low-speed signal multiplexing circuit 104b that multiplexes the low-speed transmission data 102b transmitted from the reception side, and the semiconductor laser (LD) that modulates the high-speed signal 105, light-emitting diodes (LEDs) 106a and 106b that modulate low-speed signals, double-core optical fiber 107, semiconductor light-receiving element (PD) 108 that converts high-speed optical signals into electrical signals, and low-speed optical signals that are converted into electrical signals Semiconductor light receiving elements (PD) 109a and 109b, high-speed signals for returning the transmitted signals to the original data Releasing circuit 110 and the low-speed signal separation circuit 111a, it comprises a 111b. Furthermore, 8B10B conversion circuits 401 and 402 for performing 8B10B conversion on the high-speed transmission data 101 and the low-speed transmission data 102a, and CDR circuits 403 and 404 for recovering the received clock data are provided.

このシステムによって、画像や音声データなどの高速送信データ101(図4におけるデータ1〜3及びクロック)と、アスペクト比や暗号化キーデータなどの画像フォーマットデータのシリアルデータであるDDC(Display Data Channel)信号、機器の制御に使われるCEC(Consumer Electric Control)信号及びDDCクロックを含む低速送信データ102aとが、それぞれ高速受信データ112、低速受信データ113aとして伝送される。さらに、ホットプラグ検出用データ信号、制御信号・暗号化キーデータ(図4におけるホットプラグ検出及びDDCデータ出力)などの低速送信データ102bが低速受信データ113bとして逆方向に伝送される。   With this system, DDC (Display Data Channel) which is serial data of high-speed transmission data 101 (data 1 to 3 and clock in FIG. 4) such as image and audio data and image format data such as aspect ratio and encryption key data. Signals, CEC (Consumer Electric Control) signals used for device control, and low-speed transmission data 102a including a DDC clock are transmitted as high-speed reception data 112 and low-speed reception data 113a, respectively. Further, the low-speed transmission data 102b such as the data signal for hot plug detection, the control signal / encryption key data (hot plug detection and DDC data output in FIG. 4) is transmitted in the reverse direction as the low-speed reception data 113b.

次にそれぞれの機能について説明する。高速信号多重回路103は、画像信号(RGB信号又はYUV信号)に音声信号があらかじめ多重化された3ch分のTMDS(図4におけるデータ1〜3)をさらに多重化する。画像信号と音声信号の多重化は、本システムの外部の画像処理システムLSIで行う。本発明のシステムには、あらかじめ多重化された3ch分のTMDS信号を多重化するところから扱う。また、低速信号多重回路104aはアスペクト比や暗号化キーデータDDC信号と機器制御用CEC信号を多重する。信号多重回路103、104aではデータ列は、クロック(図4におけるクロック及びDDCクロック)をもとに信号を多重化する。この通信システムは、クロック信号は、データ信号に埋め込んで伝送し、受信側受けたデータ信号から、クロックを復元する。画像伝送などの場合ピクセルデータは同じデータ列が続く可能性が高いので、信号からクロックを抽出しやすくかつ、マーク確率を0.5に近づけるために、データ列を8B10B変換回路401、402により変換する。この方法は、8ビットの信号から10ビットの信号を生成する方法である。このコーディングにより、長い信号列をなくすことができるので、受信側でクロックを復元しやすくなる。   Next, each function will be described. The high-speed signal multiplexing circuit 103 further multiplexes 3 channels of TMDS (data 1 to 3 in FIG. 4) in which the audio signal is multiplexed in advance with the image signal (RGB signal or YUV signal). The multiplexing of the image signal and the audio signal is performed by an image processing system LSI outside the system. In the system of the present invention, the TMDS signals for 3 channels multiplexed in advance are handled from being multiplexed. The low-speed signal multiplexing circuit 104a multiplexes the aspect ratio and encryption key data DDC signal and the device control CEC signal. In the signal multiplexing circuits 103 and 104a, the data string is multiplexed on the basis of a clock (clock and DDC clock in FIG. 4). In this communication system, a clock signal is embedded in a data signal and transmitted, and the clock is restored from the data signal received on the receiving side. In the case of image transmission or the like, the pixel data is likely to be followed by the same data string. Therefore, the data string is converted by the 8B10B conversion circuits 401 and 402 in order to easily extract the clock from the signal and bring the mark probability close to 0.5. To do. This method is a method of generating a 10-bit signal from an 8-bit signal. By this coding, it is possible to eliminate a long signal sequence, and it is easy to restore the clock on the receiving side.

次に、多重化された信号で高速な信号を半導体レーザ105により変調する。この半導体レーザには、面発光レーザが適している。面発光レーザは低消費電力かつ、高速変調に適しているためである。動作速度としては10Gbps以上の速度まで対応が可能である。HDMI1.3規格の1920×1080、60fps程度のいわゆるフルハイビジョン相当の映像まで送信させることが可能である。ここでは発振波長として850nm帯の面発光レーザを用いている。この波長は高速なデータコム用途などの短距離マルチモード伝送などで幅広く使われており入手性に優れている。   Next, a high-speed signal is modulated by the semiconductor laser 105 using the multiplexed signal. A surface emitting laser is suitable for this semiconductor laser. This is because the surface emitting laser has low power consumption and is suitable for high-speed modulation. The operating speed can be up to 10 Gbps or higher. It is possible to transmit a video corresponding to so-called full high-definition of about 1920 × 1080, 60 fps of the HDMI 1.3 standard. Here, a surface emitting laser having an 850 nm band as an oscillation wavelength is used. This wavelength is widely used in short-distance multimode transmission for high-speed datacom applications, and is highly available.

一方、低速なデータ信号102a、102bには、それぞれ発振波長が650nm帯の赤色の発光ダイオードと470nmの青色発光ダイオードとを用いる。その発光ダイオードでも数十Mbps程度の速度までは対応が可能である。色を変えることで、信号の送受の役割をはっきりさせることができる。それぞれレーザ変調光と発光ダイオード変調光をマルチモードのダブルコア光ファイバ107に結合させる。   On the other hand, for the low-speed data signals 102a and 102b, a red light emitting diode with an oscillation wavelength of 650 nm band and a blue light emitting diode with 470 nm are used. Even the light emitting diode can cope with a speed of about several tens of Mbps. By changing the color, the role of signal transmission and reception can be clarified. Laser-modulated light and light-emitting diode-modulated light are coupled to the multimode double-core optical fiber 107, respectively.

伝送された光を分離し、高速信号用の受光素子108と低速信号用の受光素子109aにより電気信号に変換する。実施の形態1と同様、高速信号用の受光素子108にはGaAs製の面入射型の受光素子を用いる。一方、低速信号用の受光素子109aにはシリコン製の受光素子を用いる。変換部ではそれぞれ、トランスインピーダンスアンプをつかって信号を増幅する。電気信号に変換したあと、クロックデータリカバリー(CDR:Clock Data Recovery)回路403、404で、クロックとデータを抽出する。そのクロック信号とデータ信号をもとに信号分離回路/8B10B変換回路110、111aにおいて、信号分離と復号化し画像データ及び音声データなどの高速受信データ112及びアスペクト比や制御信号・暗号化キーデータなどの低速受信データ113aを得ることができる。ここで、データ受信側から送信される低速送信データ102bは、送信側からおくられてきた信号のクロックに同期しているため、送信側では受信する低速受信データ113bからクロックを抽出する必要がない。   The transmitted light is separated and converted into an electrical signal by the light receiving element 108 for high speed signals and the light receiving element 109a for low speed signals. As in the first embodiment, a GaAs surface-incidence light-receiving element is used as the light-receiving element 108 for high-speed signals. On the other hand, a light receiving element made of silicon is used as the light receiving element 109a for low-speed signals. Each conversion unit amplifies the signal using a transimpedance amplifier. After conversion to an electrical signal, clock and data are extracted by clock data recovery (CDR) circuits 403 and 404. In the signal separation circuit / 8B10B conversion circuits 110 and 111a based on the clock signal and the data signal, the signal is separated and decrypted, and the high-speed received data 112 such as image data and audio data, the aspect ratio, the control signal / encrypted key data, etc. Low-speed received data 113a can be obtained. Here, since the low-speed transmission data 102b transmitted from the data reception side is synchronized with the clock of the signal sent from the transmission side, there is no need to extract the clock from the low-speed reception data 113b received on the transmission side. .

このように画像及び音声信号と制御信号等を分離して送信し、かつ受信側からも信号を送ることにより、HDMI機器で必須のホットプラグ検出が可能になる。このとき信号送信側においては、受信側からの光信号がない場合、レーザの発信を止めて、完全なアイセーフ化することができる。さらに、レーザだけではなく、高速な信号多重回路のような消費電力の大きなLSIの電源をオフにすることなどによって消費電力化にも貢献することができる。また、高精細テレビから録画機の制御なども可能になる。さらに、安全の通信が確保できることである。高精細な映像デジタル情報は、コピーしても劣化しないため、著作権管理の観点からコピー制御をおこなう必要がある。送受信が可能なことからお互いの機器の信頼関係が確認でき、暗号化のための鍵の交換などが行え、画像データを安全に送信することが可能になる。   In this way, by transmitting the image and audio signals separately from the control signals and the like and sending the signals also from the receiving side, it is possible to detect hot plugs that are essential in the HDMI device. At this time, on the signal transmission side, when there is no optical signal from the reception side, it is possible to stop laser transmission and make it completely eye-safe. Furthermore, not only the laser but also the power consumption of an LSI with high power consumption such as a high-speed signal multiplexing circuit can be turned off, thereby contributing to power consumption. In addition, it is possible to control a recorder from a high-definition television. Furthermore, secure communication can be ensured. Since high-definition video digital information does not deteriorate even if it is copied, it is necessary to perform copy control from the viewpoint of copyright management. Since transmission / reception is possible, the mutual trust relationship between the devices can be confirmed, a key for encryption can be exchanged, and the image data can be transmitted safely.

次に、この光通信システムを構築するに当たり、それぞれの光素子とダブルコア光ファイバ107との結合について説明する。高速伝送用の半導体レーザ105は、その光がグレーデットインデックスコア203の中心に直接入るように実装する必要がある。その理由は、結合ずれによって伝送特性が悪化することがあることや、ファイバのNAが大きくできないので結合効率が悪化してしまうためである。   Next, in constructing this optical communication system, the coupling between each optical element and the double core optical fiber 107 will be described. The semiconductor laser 105 for high-speed transmission needs to be mounted so that the light directly enters the center of the graded index core 203. This is because the transmission characteristics may be deteriorated due to the coupling deviation, and the coupling efficiency is deteriorated because the NA of the fiber cannot be increased.

一方、ステップインデックスコア202を伝搬させる発光ダイオード106aからの光は、ずれて入射しても伝送特性上も結合特性上も問題が生じない。そのため、半導体レーザ105をグレーデットインデックスコア203の中心において、発光ダイオード106aはステップインデックスコア202の端に実装すればよい。   On the other hand, the light from the light emitting diode 106a propagating through the step index core 202 does not cause a problem in terms of transmission characteristics and coupling characteristics even if it is incident with a deviation. For this reason, the light emitting diode 106 a may be mounted on the end of the step index core 202 at the center of the graded index core 203 with the semiconductor laser 105.

この半導体レーザ105と発光ダイオード106aとをシリコン製の受光素子109b上に実装する。シリコン製のヒートシンクは、可視光を吸収するので、受信側からおくられてきた低速な信号を電気信号にもどすことができ、熱伝導率も高いのでヒートシンクとしての役割も果たすことができる。なお、受光素子109b上に十分な光がはいるようにするために、例えば図2(b)のようにグレーデットインデックスコア203をステップインデックスコア202の中心からずらして形成するか、発光ダイオード106aをもう一方側にずらして実装する。   The semiconductor laser 105 and the light emitting diode 106a are mounted on a silicon light receiving element 109b. Since the heat sink made of silicon absorbs visible light, a low-speed signal sent from the receiving side can be returned to an electric signal, and since it has high thermal conductivity, it can also serve as a heat sink. In order to allow sufficient light to enter the light receiving element 109b, for example, as shown in FIG. 2B, the graded index core 203 is formed by being shifted from the center of the step index core 202, or the light emitting diode 106a. Shift to the other side to implement.

一方、信号の受信側では、シリコン製の大口径受光素子109aの中心に、小型で小口径のGaAs製の受光素子108と発光ダイオード106bを配置する。この小型の受光素子108はできるだけ小さく加工し、シリコン製の受光素子109a上にフリップチップ実装する。高速な変調光は、グレーデットインデックスコア203を伝搬してくるので、モードフィールド径が小さく、小さく集光することができる。この集光した光を小型のGaAs製の受光素子108で受けて電気信号に変換する。この受光素子108には、発光ダイオードの光を電気信号に変換しないように、フィルタ層を設けておく。これは、半導体組成の禁制帯幅が、850nmと650nmの中間の組成にすることで、そのフィルタ層で吸収させることができる。また、この受光素子108をステップインデックスコア202の直径よりも十分に小さくすることで、シリコン製の受光素子109aにステップインデックスコア203を伝搬してきた光を入射させて、発光ダイオードの変調信号を電気信号に復元することができる。また、発光ダイオード106bは、シリコン受光素子109aの中心をさけて実装し、シリコン受光素子109aへの光の吸収を妨げないように実装する。   On the other hand, on the signal receiving side, a small and small-diameter GaAs light-receiving element 108 and a light-emitting diode 106b are arranged in the center of the large-diameter light-receiving element 109a made of silicon. The small light receiving element 108 is processed as small as possible and flip-chip mounted on the silicon light receiving element 109a. Since the high-speed modulated light propagates through the graded index core 203, the mode field diameter is small and can be condensed. The condensed light is received by a small GaAs light receiving element 108 and converted into an electric signal. The light receiving element 108 is provided with a filter layer so that light from the light emitting diode is not converted into an electric signal. This can be absorbed by the filter layer when the forbidden band width of the semiconductor composition is an intermediate composition between 850 nm and 650 nm. Further, by making the light receiving element 108 sufficiently smaller than the diameter of the step index core 202, the light propagating through the step index core 203 is incident on the silicon light receiving element 109a, and the modulation signal of the light emitting diode is electrically converted. The signal can be restored. The light emitting diode 106b is mounted away from the center of the silicon light receiving element 109a so as not to prevent light absorption into the silicon light receiving element 109a.

本発明の第1の実施の形態に係る光通信システムの構成図である。1 is a configuration diagram of an optical communication system according to a first embodiment of the present invention. 本発明の光通信システムで用いる光ファイバの断面図である。It is sectional drawing of the optical fiber used with the optical communication system of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る光通信システムの構成図である。It is a block diagram of the optical communication system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施例に係る光通信システムの構成図である。1 is a configuration diagram of an optical communication system according to a first embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 光通信システム
101 高速送信データ
102、102a、102b 低速送信データ
103 高速信号多重回路
104、104a、104b 低速信号多重回路
105 半導体レーザ(LD)
106、106a、106b 発光ダイオード(LED)
107 ダブルコア光ファイバ
108 受光素子(PD)
109、109a、109b 受光素子(PD)
110、110a、110b 高速信号分離回路
111、111a、111b 低速信号分離回路
112、112a、112b 高速受信データ
113、113a、113b 低速受信データ
201 フッ化アクリレート樹脂性クラッド
202 ステップインデックスコア
203 グレーデットインデックスコア
401、402 8B10B変換回路
403、404 CDR回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Optical communication system 101 High speed transmission data 102, 102a, 102b Low speed transmission data 103 High speed signal multiplexing circuit 104, 104a, 104b Low speed signal multiplexing circuit 105 Semiconductor laser (LD)
106, 106a, 106b Light emitting diode (LED)
107 Double-core optical fiber 108 Light-receiving element (PD)
109, 109a, 109b Light receiving element (PD)
110, 110a, 110b High-speed signal separation circuit 111, 111a, 111b Low-speed signal separation circuit 112, 112a, 112b High-speed reception data 113, 113a, 113b Low-speed reception data 201 Fluoroacrylate resin clad 202 Step index core 203 Graded index core 401, 402 8B10B conversion circuit 403, 404 CDR circuit

Claims (7)

屈折率がグレーデットインデックス型をしたガラス製の第1のコアと、
一定の屈折率を有し、かつ、前記第1のコアよりも屈折率が小さいガラス製の第2のコアと、
前記第1及び第2のコアを包むプラスチック製のクラッドと、を備えた光ファイバを用いた光通信システムであって、
前記第1のコアには、波長850nm以上の赤外レーザ光を変調した信号を伝搬させ、前記第2のコアには波長780nm以下の第1の可視発光ダイオードによる光を変調した信号を伝搬させることを特徴とする光通信システム。
A first core made of glass with a refractive index of graded index type;
A second core made of glass having a constant refractive index and having a refractive index lower than that of the first core;
An optical communication system using an optical fiber comprising: a plastic clad surrounding the first and second cores;
A signal obtained by modulating infrared laser light having a wavelength of 850 nm or more is propagated to the first core, and a signal obtained by modulating light from the first visible light emitting diode having a wavelength of 780 nm or less is propagated to the second core. An optical communication system.
前記第1のコア部の直径が120μm以下、前記第2のコアの直径が400μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の光通信システム。   2. The optical communication system according to claim 1, wherein a diameter of the first core portion is 120 μm or less, and a diameter of the second core is 400 μm or less. 前記光ファイバの断面において、前記第1のコアの外周を構成する円の中心と、前記第2のコアの外周を構成する円の中心とが一致していないことを特徴とする請求項1又は2に記載の光通信システム。   The center of a circle constituting the outer periphery of the first core and the center of a circle constituting the outer periphery of the second core do not coincide with each other in the cross section of the optical fiber. The optical communication system according to 2. 前記赤外レーザ光を生成するために面発光レーザを用いることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の光通信システム。   The optical communication system according to claim 1, wherein a surface emitting laser is used to generate the infrared laser light. 前記第1の可視発光ダイオードによる光とは波長の異なる第2の可視発光ダイオードによる光を変調した信号を、前記第2のコアに逆方向に伝搬させ、双方向に通信を行う請求項1〜4のいずれか一項に記載の光通信システム。   A signal obtained by modulating light from a second visible light emitting diode having a wavelength different from that of light from the first visible light emitting diode is propagated in the opposite direction to the second core to perform bidirectional communication. 5. The optical communication system according to claim 4. 前記赤外レーザ光を変調した信号の受信側から送信側へ、当該信号を受信したことを示す信号が届かない場合、前記レーザ光の出射を停止する機構を設けたことを特徴とする請求項5に記載の光通信システム。   A mechanism is provided for stopping emission of the laser light when a signal indicating that the signal has been received does not reach from the reception side of the signal modulated with the infrared laser light to the transmission side. 5. An optical communication system according to 5. 前記第1及び第2の可視発光ダイオードとして、赤色の発光ダイオード、青色の発光ダイオード、緑色の発光ダイオードのうち2つの発光ダイオードを用いることを特徴とする請求項5又は6に記載の光通信システム。   7. The optical communication system according to claim 5, wherein two light emitting diodes among a red light emitting diode, a blue light emitting diode, and a green light emitting diode are used as the first and second visible light emitting diodes. .
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