JP2953392B2 - 面発光素子を用いた波長多重伝送方式 - Google Patents

面発光素子を用いた波長多重伝送方式

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光を用いた大容量の
データ伝送やデータ通信を提供する波長多重伝送方式に
関し、特に発光源に面発光素子を用いた伝送方式に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近い将来、光ファイバが各家庭にも敷設
されることが予定されており、加入者系という性格上、
大容量かつ安価な伝送方式を提供することが必要とな
る。他方、コンピュータ間を結ぶデータリンクに関して
も、大容量かつ安価な伝送方式を提供することが必要と
される。大容量という点に関しては、現行の時間多重方
式よりも多重度が大きく、伝送容量の大きな通信が可能
となるため、光のもつ波長多重性を利用して複数の波長
に情報をのせて伝送することが検討されている。また、
安価な技術という点に関しては、面発光素子を用いるこ
とで、低コストな光源を得ることができる。面発光素子
は端面発光素子に比べ、劈開が不要であることから歩留
まりが向上する点、ウェハ上での検査が可能であること
から検査費用が安価な点等により、デバイスコストが安
くなることが期待できる。面発光素子はアレイ伝送が可
能であることから、アレイ全体でのスループットが大き
くなり、大容量伝送に適している。こうした面発光素子
については、伊賀らによって先駆的な研究が行われ、彼
らの一連の研究成果は1988年発光の伊賀他著のジャ
ーナル・オブ・クァンタム・エレクトロニクス(Journa
l of Quantum Electronics)第24巻1845〜185
5ページ記載の論文に歴史的な経緯を含めてまとめられ
ている。
【0003】以上の点から、面発光素子を波長多重伝送
することが安価かつ大容量の伝送に対する有効な手段と
なる。そこで、小倉らは面発光素子を波長多重光源とし
て、各々異なった発振波長を有する面発光素子でアレイ
を構成し、それを石英光ファイバに結合させることで、
波長多重伝送を行うことを提案した。これらに関して
は、1995年発光の小倉他著のアイ・イー・アイ・シ
ー・イートランサクションズ・オン・エレクトロニクス
(IEICE Transactions on Electronics )第E78−C
巻22〜27ページ記載の論文に詳細に記述されてい
る。図5はその概念を示す図であり、発振波長が各々λ
1〜λ9の異なる面発光素子D1〜D9を9個、3×3
アレイに形成する。これちの面発光素子D1〜D9を1
つの石英ファイバFに結合させ、各面発光素子からの光
を合波して波長多重伝送するというものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
式では、各面発光素子の光が相互に干渉されないよう
に、各面発光素子の発光波長の制御をかなり厳格に行う
必要があり、しかも各面発光素子を1つのファイバに結
合するために、これられをアレイ状に実装する必要があ
った。波長制御を所望通りに行うのは、高価な波長制御
システムを必要とすることになり、かつ個々の面発光素
子の製造歩留まりも、所定の波長というパラメータが加
わることで低下する。また、個々の波長の素子を切り出
すことは、アレイで用いるという面発光素子の特徴と相
反する手法であり、低コスト化には適さない。
【0005】この点で、モノリシックに波長制御された
素子を形成する方法として、斉藤らにマスクシャッタ法
というものがある。これは結晶成長時にウェハ上にマス
クをすることで、マスクのない部分のみを成長し、この
マスクを何回かに分けて移動させてマスクのない部分を
ずらしていくことで、その成長ごとに積層される膜厚が
異なり多波長光源となるとしたものである。しかしなが
ら、これもマスクの構成等かなり高度な技術が必要とな
り、成長時間も従来より何倍もかかるため経済的ではな
い。
【0006】本発明の目的は、デバイスコストの安価な
面発光素子を用いて波長多重伝送方式を低コストで提供
することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の波長多重伝送方
式は、同一基板上に配列形成され、かつそれぞれスペク
トル幅の広い光を発光する複数個の発光部を有する面発
光素子と、前記各発光部にそれぞれ個別に光結合され、
それぞれが異なる波長透過領域を有する複数本の光プラ
スチックファイバと、前記複数本の光プラスチックファ
イバを透過された光を光結合して伝送する伝送手段とを
備えたものであり、面発光素子をモノリシックに構成す
ることが可能となり、低コスト化を実現することが可能
となる。この場合、各発光部で発光される光は、複数本
の光プラスチックファイバの各波長透過領域を含むスペ
クトル幅でかつ同一特性となるように構成される。ま
た、複数本の光プラスチックファイバはその一端部にお
いてそれぞれが前記各発光部に光結合され、かつ他端部
において光カプラにより一体的に伝送用光ファイバに光
結合されることが好ましい。一方、複数本の光ファイバ
は光透過プラスチックで形成され、それぞれに添加され
る物質の添加量の相違により各光ファイバの波長透過領
域が設定される構成とすることが好ましい。
【0008】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図1は本発明による伝送方式
の実施形態を示す概念構成図である。モノリシック構成
の面発光素子1と、この面発光素子1にそれぞれ形成さ
れた複数個、ここでは3個の発光部2A,2B,2Cに
各一端部が光結合する3本の光ファイバ3A,3B,3
Cと、これら光ファイバ3A,3B,3Cの他端部に接
続される光カプラ4と、この光カプラ4により前記各光
ファイバ3と光結合される伝送用の光ファイバ5とで構
成される。
【0009】前記面発光素子1の発光部2A,2B,2
Cの構成は、図2に示すとおりであり、ここでは波長9
80nmに共振波長がくるように設計した面発光素子2
Aについて説明する。まず、n型GaAs基板11上に
n型AlAs層12およびn型GaAs層13を各々8
2.9nm,69.5nmの膜厚で交互に、例えば18
周期積層し、これによりn型半導体多層膜14を形成す
る。次に、このn型半導体多層膜14の上に、n型クラ
ッド層15として例えばAl0.25Ga0.75As層を14
5.7nm形成する。このn型クラッド層15上に活性
層16として例えばIn0.2 Ga0.8 Asを幅10nm
で3層形成する。この活性層16の上にp型クラッド層
17としてAl0.25Ga0.75As層を145.7nm形
成する。
【0010】さらに、このp型クラッド層17上の一部
にp型AlAs層18およびp型GaAs層19を各々
82.9nm,69.5nmの膜厚で交互に、例えば1
5周期積層し、p型半導体多層膜20を形成する。p電
極21はこのp型半導体多層膜20の上にクロム、金を
蒸着して形成し、n電極22は前記p型クラッド層17
の他の一部をn型半導体多層膜14までエッチングして
開口し、この開口内にAuGeNi/Auを蒸着するこ
とで得る。なお、前記p型半導体多層膜20のメサ構造
や、n電極22の開口を形成する際の各エッチングは塩
素ガスを用いたドライエッチングにより作製する。
【0011】こうして面発光素子のメササイズにより横
モードの数を制御することができ、25ミクロン程度で
図3に示すような広いスペクトル幅を得ることができ
る。この広いスペクトル幅を有するレーザ光が面発光素
子の前記n型GaAs基板11側から出射される。
【0012】一方、前記3本の光ファイバ3A,3B,
3Cはそれぞれ同一素材のプラスチックファイバで構成
されているが、それぞれに添加されるフッ素の添加量を
相違させたものを用いる。この結果、各光ファイバは、
図4(a)〜(b)に示すように、それぞれ異なる伝搬
損失の波長依存性を有するものとして構成される。ここ
で、伝搬損失はある波長域において非常に狭い窓が開く
ことがわかる。この窓となる波長は、プラスチックファ
イバに添加するフッ素のドーピング量に依存しており、
図4に示すようにその波長はフッ素添加量で制御するこ
とができる。なお、この実施形態では、光ファイバ3A
では波長975nmを中心に、光ファイバ3Bでは波長
978nmを中心に、光ファイバ3Cでは波長981n
mを中心に、それぞれ狭い領域に窓が開かれ、各光ファ
イバはこれらの波長領域の光を透過させることになる。
【0013】これにより、面発光素子1の各発光部2
A,2B,2Cからは図3に示したスペクトル特性のレ
ーザ光が出射され、それぞれ光結合された光ファイバ3
A,3B,3Cに入射される。そして、各光ファイバを
透過する際に、図4に示した各光ファイバの透過特性に
従って、それぞれ異なる波長領域の光のみが透過され
る。このことは、換言すれば、3個の発光部2A,2
B,2Cで異なる波長のレーザ光が発光されて光ファイ
バを透過されたのと等価な状態となる。そして、各光フ
ァイバ3A,3B,3Cの他端では、各光ファイバを透
過された光をカプラ4により結合することにより、各光
ファイバ3A,3B,3Cのレーザ光は波長多重され、
この波長多重された光が伝送用光ファイバ5によって伝
送されることになる。
【0014】このように、この波長多重伝送方式では、
複数本の光ファイバ3A,3B,3Cにフィルタ特性が
保有されており、面発光素子1の各発光部2A,2B,
2Cは複数の光ファイバの透過波長領域を含むスペクト
ル特性の光を発光するように構成することで、波長多重
伝送が実現できる。そして、光ファイバの異なるフィル
タ特性は、光ファイバに添加するフッ素添加量によって
容易に制御することができる。また、面発光素子1はモ
ノリシック構成の複数の発光部2A,2B,2Cが全て
同じ発光特性であるため、その製造は極めて容易に実現
できる。この結果、面発光素子および光ファイバのそれ
ぞれを容易にかつ安価に製造でき、低コストな波長多重
伝送方式が実現可能となる。
【0015】ここで、面発光素子の構成は、複数本の光
ファイバのフィルタ特性を含むスペクトル特性のレーザ
光を発光するものであれば、前記した実施形態のものに
限られるものではない。また、光ファイバは所要のフィ
ルタ特性を得ることができるものであれば、プラスチッ
クファイバに添加する物質も前記した実施形態のフッ素
に制限されるものではない。さらに、発光部および光フ
ァイバの数も必要に応じて任意の数に設定できることは
言うまでもない。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、同一基板
上に配列形成され、かつそれぞれスペクトル幅の広い光
を発光する複数個の発光部を有する面発光素子と、前記
各発光部に光結合され、それぞれが異なる波長透過領域
を有する複数本の光ファイバと、これら複数の光ファイ
バを透過された光を光結合して伝送する伝送手段とを備
えた構成であるために、面発光素子の複数の発光部に異
なる波長領域の発光機能をもたせる必要がなく、これに
より複数の発光部をモノリシックに構成することが可能
となり、その製造が容易になるとともに低コスト化が実
現でき、大容量な情報処理の可能な波長多重伝送を安価
に構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を説明するための概念構成図
である。
【図2】面発光素子の断面構成図である。
【図3】面発光素子で発光される光のスペクトル特性図
である。
【図4】光ファイバのフィルタ特性を示す図である。
【図5】従来の波長多重伝送方式の概念を説明するため
の図である。
【符号の説明】
1 面発光素子 2A,2B,2C 発光部 3A,3B,3C 光ファイバ 4 光カプラ 5 伝送用光ファイバ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H04J 14/00 14/02 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/10,3/094,3/18 H04B 10/00 G02B 6/00 306 G02B 6/42

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一基板上に配列形成され、かつそれぞ
    れスペクトル幅の広い光を発光する複数個の発光部を有
    する面発光素子と、前記各発光部にそれぞれ個別に光結
    合され、それぞれが異なる波長透過領域を有する複数本
    の光プラスチックファイバと、前記複数本の光プラスチ
    ックファイバを透過された光を光結合して伝送する伝送
    手段とを備えることを特徴とする面発光素子を用いた波
    長多重伝送方式。
  2. 【請求項2】 前記各発光部で発光される光は、複数本
    の光プラスチックファイバの各波長透過領域を含むスペ
    クトル幅でかつ同一特性である請求項1に記載の波長多
    重伝送方式。
  3. 【請求項3】 前記複数本の光プラスチックファイバは
    その一端部においてそれぞれが前記各発光部に光結合さ
    れ、かつ他端部において光カプラにより一体的に伝送用
    光ファイバに光結合される請求項2に記載の波長多重伝
    送方式。
  4. 【請求項4】 前記複数本の光ファイバは光透過プラス
    チックで形成され、それぞれに添加される物質の添加量
    の相違により各光ファイバの波長透過領域が設定される
    請求項1ないし3のいずれかに記載の波長多重伝送方
    式。
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