JP3064839B2 - 空間光伝送装置および光ビーム偏向器 - Google Patents
空間光伝送装置および光ビーム偏向器Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自由空間を伝搬する光
ビームによって信号伝送を行う空間光伝送装置および出
射光ビームの方向を特定方向に偏向させる光ビーム偏向
器に関するものである。
ビームによって信号伝送を行う空間光伝送装置および出
射光ビームの方向を特定方向に偏向させる光ビーム偏向
器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自由空間を伝搬する光ビームによって信
号伝送を行う空間光伝送装置としては、従来より広く用
いられている赤外線リモコンがある。この赤外線リモコ
ンについては特に説明を要しないと思われるが、赤外光
ビームを出射する発光ダイオードを搭載した送信装置、
いわゆるリモコンによって遠隔機器をオン・オフする等
の制御を行うものである。この赤外線リモコンは簡単な
制御信号を送信するだけなので、信号の変調速度は非常
に遅い。これより高速の信号伝送を行う例として、近年
ワイヤレスヘッドフォンやビデオ・テレビ間空間光伝送
装置が商品化されている。ワイヤレスヘッドフォンでは
音声信号、ビデオ・テレビ間空間光伝送装置では映像信
号が伝送されており、信号の変調速度は数十ＫＨｚから
数ＭＨｚに拡大されている。
号伝送を行う空間光伝送装置としては、従来より広く用
いられている赤外線リモコンがある。この赤外線リモコ
ンについては特に説明を要しないと思われるが、赤外光
ビームを出射する発光ダイオードを搭載した送信装置、
いわゆるリモコンによって遠隔機器をオン・オフする等
の制御を行うものである。この赤外線リモコンは簡単な
制御信号を送信するだけなので、信号の変調速度は非常
に遅い。これより高速の信号伝送を行う例として、近年
ワイヤレスヘッドフォンやビデオ・テレビ間空間光伝送
装置が商品化されている。ワイヤレスヘッドフォンでは
音声信号、ビデオ・テレビ間空間光伝送装置では映像信
号が伝送されており、信号の変調速度は数十ＫＨｚから
数ＭＨｚに拡大されている。
【０００３】以上述べた空間光伝送装置では、送信ビー
ムは比較的広い放射角で出射される。これは送信ビーム
の方向制御を容易にするためであるが、この結果、送信
装置から出射される光パワーに対する受信装置で受光さ
れる光パワーの比率は非常に小さくなる。一般に、変調
速度が小さい場合には小さな受光パワーでも復調可能で
あるが、変調速度が大きくなるほど復調に必要な受光パ
ワーは大きくなる。すなわち、空間光伝送装置で高速の
信号伝送を行うには、出射パワーに対する受光パワーの
比率が小さい上に高い受光パワーが必要となり、送信装
置からの出射パワーを非常に大きくしなければならな
い。これは送信装置全体の消費電力増大という結果をも
たらす。
ムは比較的広い放射角で出射される。これは送信ビーム
の方向制御を容易にするためであるが、この結果、送信
装置から出射される光パワーに対する受信装置で受光さ
れる光パワーの比率は非常に小さくなる。一般に、変調
速度が小さい場合には小さな受光パワーでも復調可能で
あるが、変調速度が大きくなるほど復調に必要な受光パ
ワーは大きくなる。すなわち、空間光伝送装置で高速の
信号伝送を行うには、出射パワーに対する受光パワーの
比率が小さい上に高い受光パワーが必要となり、送信装
置からの出射パワーを非常に大きくしなければならな
い。これは送信装置全体の消費電力増大という結果をも
たらす。
【０００４】次に、本願第２の発明である光ビーム偏向
器に関する従来の技術を述べる。光ビームを偏向する方
法としては、ポリゴンミラー等の光学素子を機械的に変
位させるというものと、回折格子等の光学素子の屈折率
を電気光学効果等で変化させるというものに大別され
る。一般に、前者はビーム偏向による光パワーの損失が
小さく、大きな偏向角度が得られるという利点を有する
が、装置全体が大きくなり、動作速度が遅いという欠点
がある。一方、後者は小型化・高速化が期待されるもの
のまだ開発段階にあり、効率・偏向角度については改善
の余地が大きい。後者の例として、例えば刀根他、「面
出射型光偏向素子の特性改善」、第３６回応用物理学会
関係連合講演会（平成元年４月１日〜４日、千葉大
学）、講演予稿集第３分冊、９２６頁（講演番号２ｐ−
ＰＢ−１５）記載の図５に示すものがある。
器に関する従来の技術を述べる。光ビームを偏向する方
法としては、ポリゴンミラー等の光学素子を機械的に変
位させるというものと、回折格子等の光学素子の屈折率
を電気光学効果等で変化させるというものに大別され
る。一般に、前者はビーム偏向による光パワーの損失が
小さく、大きな偏向角度が得られるという利点を有する
が、装置全体が大きくなり、動作速度が遅いという欠点
がある。一方、後者は小型化・高速化が期待されるもの
のまだ開発段階にあり、効率・偏向角度については改善
の余地が大きい。後者の例として、例えば刀根他、「面
出射型光偏向素子の特性改善」、第３６回応用物理学会
関係連合講演会（平成元年４月１日〜４日、千葉大
学）、講演予稿集第３分冊、９２６頁（講演番号２ｐ−
ＰＢ−１５）記載の図５に示すものがある。
【０００５】ＧａＡｓ基板５０１上にバッファ層５０
２、第１クラッド層５０３、活性層５０４、バリア層５
０５、ガイド層５０６、第２クラッド層５０７、コンタ
クト層５０８が積層されており、ガイド層５０６上に回
折格子５０９が形成されている。回折格子５０９は入射
光ビーム５１０に対して、ほぼ２次の回折格子となって
おり、回折された出射光ビーム５１１が上方に出力され
る。ここで、活性層５０４に電流注入するとその屈折率
が変化し、回折格子の実効的なピッチが変化する。この
結果、出射光ビーム５１１の出射方向が変化することに
なる。実験結果として約０．５°の偏向が確認されてい
る。
２、第１クラッド層５０３、活性層５０４、バリア層５
０５、ガイド層５０６、第２クラッド層５０７、コンタ
クト層５０８が積層されており、ガイド層５０６上に回
折格子５０９が形成されている。回折格子５０９は入射
光ビーム５１０に対して、ほぼ２次の回折格子となって
おり、回折された出射光ビーム５１１が上方に出力され
る。ここで、活性層５０４に電流注入するとその屈折率
が変化し、回折格子の実効的なピッチが変化する。この
結果、出射光ビーム５１１の出射方向が変化することに
なる。実験結果として約０．５°の偏向が確認されてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術で述べ
たように、現在の空間光伝送装置の変調速度は数ＭＨｚ
程度である。しかし、今後開発が期待される空間光イン
ターコネクションで携帯型コンピュータと周辺装置を接
続する等の応用を考えると、数百Ｍｂｐｓ以上の伝送レ
ートあるいは並列伝送が必要となる。高速の信号伝送を
行おうとすると、送信装置からの出射パワーを大きくし
なければならず、送信装置全体の消費電力が増大する。
この問題を解決するためには出射パワーに対する受光パ
ワーの比率を大きくすればよいが、送信ビームの放射角
を小さくして平行光に近付けると送信ビームの厳密な方
向制御が必要となる。本願発明はこの厳密な方向制御を
容易に行う方法を提供し、送信装置に要求される出射パ
ワーの低減を可能にするものである。また、従来の発散
性の送信ビームによる空間光伝送では並列伝送は困難で
あるが、本願発明では送信ビームが平行光であってもよ
く、並列伝送も可能となる。一方、従来の光ビーム偏向
器に関しては、機械的変位によるものは装置全体が大き
くなるという欠点があり、屈折率変化を用いるものは偏
向角度が小さいという課題がある。本願発明では偏向角
度が大きく、かつ発光素子と同程度の大きさに小型化可
能な光ビーム偏向器の構成を提供する。
たように、現在の空間光伝送装置の変調速度は数ＭＨｚ
程度である。しかし、今後開発が期待される空間光イン
ターコネクションで携帯型コンピュータと周辺装置を接
続する等の応用を考えると、数百Ｍｂｐｓ以上の伝送レ
ートあるいは並列伝送が必要となる。高速の信号伝送を
行おうとすると、送信装置からの出射パワーを大きくし
なければならず、送信装置全体の消費電力が増大する。
この問題を解決するためには出射パワーに対する受光パ
ワーの比率を大きくすればよいが、送信ビームの放射角
を小さくして平行光に近付けると送信ビームの厳密な方
向制御が必要となる。本願発明はこの厳密な方向制御を
容易に行う方法を提供し、送信装置に要求される出射パ
ワーの低減を可能にするものである。また、従来の発散
性の送信ビームによる空間光伝送では並列伝送は困難で
あるが、本願発明では送信ビームが平行光であってもよ
く、並列伝送も可能となる。一方、従来の光ビーム偏向
器に関しては、機械的変位によるものは装置全体が大き
くなるという欠点があり、屈折率変化を用いるものは偏
向角度が小さいという課題がある。本願発明では偏向角
度が大きく、かつ発光素子と同程度の大きさに小型化可
能な光ビーム偏向器の構成を提供する。
【０００７】
【０００８】
【０００９】
【課題を解決するための手段】 本発明の空間光伝送装置
は、半導体基板と、前記半導体基板上の一部領域に順次
積層された下部反射器、下部クラッド層、活性層、上部
クラッド層および上部反射器によって形成された面発光
レーザと、前記半導体基板上の前記面発光レーザが形成
された以外の一部領域に順次積層された前記下部反射
器、前記下部クラッド層、前記活性層および前記上部ク
ラッド層によって形成された発光ダイオードとを有す
る。
は、半導体基板と、前記半導体基板上の一部領域に順次
積層された下部反射器、下部クラッド層、活性層、上部
クラッド層および上部反射器によって形成された面発光
レーザと、前記半導体基板上の前記面発光レーザが形成
された以外の一部領域に順次積層された前記下部反射
器、前記下部クラッド層、前記活性層および前記上部ク
ラッド層によって形成された発光ダイオードとを有す
る。
【００１０】本発明の光ビーム偏向器は、半導体基板
と、前記半導体基板の一主面上の一部開口領域を除く周
辺領域に順次堆積された第１および第２の薄膜と、前記
開口領域内に、前記第２の薄膜に連続して形成され、前
記第２の薄膜と同一の材料で構成され、スプリング機能
を有す支持架と、前記支持架に連続して形成され、前記
第２の薄膜と同一の材料で構成された光学素子と、前記
支持架に対向して形成され、前記支持架を静電力によっ
て、前記第２の薄膜の主面に平行な方向に変位させる電
極とを有する。
と、前記半導体基板の一主面上の一部開口領域を除く周
辺領域に順次堆積された第１および第２の薄膜と、前記
開口領域内に、前記第２の薄膜に連続して形成され、前
記第２の薄膜と同一の材料で構成され、スプリング機能
を有す支持架と、前記支持架に連続して形成され、前記
第２の薄膜と同一の材料で構成された光学素子と、前記
支持架に対向して形成され、前記支持架を静電力によっ
て、前記第２の薄膜の主面に平行な方向に変位させる電
極とを有する。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【作用】 本発明の空間光伝送装置は、面発光レーザと発
光ダイオードを同一半導体基板上に形成する方法を提供
する。上記第１の構成において、送信と受信を同時に行
おうとすると、各送受信装置が送信ビームを出射する面
発光レーザとガイドビームを出射する発光ダイオードを
有している必要があり、本第３の構成が有用である。こ
こでは、前記半導体基板上の一部領域に下部反射器、下
部クラッド層、活性層、上部クラッド層および上部反射
器を積層して面発光レーザとするが、同様の積層構造か
ら上部反射器を除去することで発光ダイオードとする。
実際の作製においては、半導体基板全面に下部反射器、
下部クラッド層、活性層、上部クラッド層および上部反
射器を結晶成長し、発光ダイオードを形成する領域の上
部反射器をエッチング除去する。最後に、面発光レーザ
および発光ダイオードとなる部分を残してメサエッチン
グを施すことで、非常に簡便に面発光レーザと発光ダイ
オードを同一半導体基板上に形成することができる。
光ダイオードを同一半導体基板上に形成する方法を提供
する。上記第１の構成において、送信と受信を同時に行
おうとすると、各送受信装置が送信ビームを出射する面
発光レーザとガイドビームを出射する発光ダイオードを
有している必要があり、本第３の構成が有用である。こ
こでは、前記半導体基板上の一部領域に下部反射器、下
部クラッド層、活性層、上部クラッド層および上部反射
器を積層して面発光レーザとするが、同様の積層構造か
ら上部反射器を除去することで発光ダイオードとする。
実際の作製においては、半導体基板全面に下部反射器、
下部クラッド層、活性層、上部クラッド層および上部反
射器を結晶成長し、発光ダイオードを形成する領域の上
部反射器をエッチング除去する。最後に、面発光レーザ
および発光ダイオードとなる部分を残してメサエッチン
グを施すことで、非常に簡便に面発光レーザと発光ダイ
オードを同一半導体基板上に形成することができる。
【００１５】本発明の光ビーム偏向器は、半導体の微細
加工技術によって機械部品を作製するいわゆるマイクロ
メカニクスによって形成される。すなわち、半導体基板
上にアクチュエータを作製し、同じく半導体基板上に形
成された光学素子を変位させることで光ビームを偏向す
る。より具体的には、例えばシリコンよりなる半導体基
板の一主面の一部開口領域を除く周辺領域上に第１およ
び第２の薄膜を堆積する。第１の薄膜は例えばシリコン
酸化膜よりなり、第２の薄膜は例えばポリシリコンより
なる。一方、開口領域内には第２の薄膜によって形成さ
れた反射鏡あるいはホログラムレンズ等の光学素子があ
り、支持架によって周辺領域上の第２の薄膜に接続・支
持されている。この支持架はスプリング機能を有してお
り、浮遊状態の光学素子は開口領域内で遊動する。ここ
で、電気信号によって支持架を変位させる、例えば静電
引力によって支持架を吸引することで、光学素子の位置
を水平方向あるいは垂直方向に変位させることができ
る。本構成によれば、偏向角度が大きくかつ発光素子と
同程度の大きさに小型化可能な光ビーム偏向器が実現さ
れる。この光ビーム偏向器が形成された半導体基板の第
２主面上に面発光レーザ等の発光素子を形成すること
で、モノリシックな光ビーム偏向発光素子を構成するこ
とも可能である。
加工技術によって機械部品を作製するいわゆるマイクロ
メカニクスによって形成される。すなわち、半導体基板
上にアクチュエータを作製し、同じく半導体基板上に形
成された光学素子を変位させることで光ビームを偏向す
る。より具体的には、例えばシリコンよりなる半導体基
板の一主面の一部開口領域を除く周辺領域上に第１およ
び第２の薄膜を堆積する。第１の薄膜は例えばシリコン
酸化膜よりなり、第２の薄膜は例えばポリシリコンより
なる。一方、開口領域内には第２の薄膜によって形成さ
れた反射鏡あるいはホログラムレンズ等の光学素子があ
り、支持架によって周辺領域上の第２の薄膜に接続・支
持されている。この支持架はスプリング機能を有してお
り、浮遊状態の光学素子は開口領域内で遊動する。ここ
で、電気信号によって支持架を変位させる、例えば静電
引力によって支持架を吸引することで、光学素子の位置
を水平方向あるいは垂直方向に変位させることができ
る。本構成によれば、偏向角度が大きくかつ発光素子と
同程度の大きさに小型化可能な光ビーム偏向器が実現さ
れる。この光ビーム偏向器が形成された半導体基板の第
２主面上に面発光レーザ等の発光素子を形成すること
で、モノリシックな光ビーム偏向発光素子を構成するこ
とも可能である。
【００１６】
（実施例１）図１は本発明の一実施例の空間光伝送装置
の構成図である。本空間光伝送装置は基本的に送信装置
１０１と受信装置１０２よりなる。送信装置１０１は第
１の発光素子１０３、光ビーム偏向器１０４および入射
方向検出器１０５を含んでいる。第１の発光素子１０３
は面発光レーザであり、光ビーム偏向器１０４は第１の
レンズ１０６とアクチュエータ１０７によって構成され
ている。また、入射方向検出器１０５は電荷結合素子
（ＣＣＤ）１０８および第２のレンズ１０９によって構
成されている。受信装置１０２は第２の発光素子１１０
および受光素子１１１を含んでいる。第２の発光素子１
１０は発光ダイオードであり、発散性のガイドビーム１
１２を出射する。第２のレンズ１０９に入射したガイド
ビーム１１２は集光され、電荷結合素子１０８上に結像
する。この結像位置はガイドビーム１１２の入射方向に
対応しているので、電荷結合素子１０８からの出力信号
によって送信装置から見た受信装置の方向を識別するこ
とができる。第１の発光素子１０６は送信信号によって
変調された送信ビーム１１３を出射する。この送信ビー
ム１１３は第１のレンズ１０６によって平行光に変換さ
れると同時に偏向される。この偏向方向は第１のレンズ
１０６をアクチュエータ１０７によって変位させること
で制御可能である。従って、電荷結合素子１０８からの
出力信号によってアクチュエータ１０７を制御すること
で、受信装置の方向へ向けて送信ビーム１１３を出射す
ることができる。この送信ビーム１１３は受信装置１０
９の受光素子１１１によって受光される。
の構成図である。本空間光伝送装置は基本的に送信装置
１０１と受信装置１０２よりなる。送信装置１０１は第
１の発光素子１０３、光ビーム偏向器１０４および入射
方向検出器１０５を含んでいる。第１の発光素子１０３
は面発光レーザであり、光ビーム偏向器１０４は第１の
レンズ１０６とアクチュエータ１０７によって構成され
ている。また、入射方向検出器１０５は電荷結合素子
（ＣＣＤ）１０８および第２のレンズ１０９によって構
成されている。受信装置１０２は第２の発光素子１１０
および受光素子１１１を含んでいる。第２の発光素子１
１０は発光ダイオードであり、発散性のガイドビーム１
１２を出射する。第２のレンズ１０９に入射したガイド
ビーム１１２は集光され、電荷結合素子１０８上に結像
する。この結像位置はガイドビーム１１２の入射方向に
対応しているので、電荷結合素子１０８からの出力信号
によって送信装置から見た受信装置の方向を識別するこ
とができる。第１の発光素子１０６は送信信号によって
変調された送信ビーム１１３を出射する。この送信ビー
ム１１３は第１のレンズ１０６によって平行光に変換さ
れると同時に偏向される。この偏向方向は第１のレンズ
１０６をアクチュエータ１０７によって変位させること
で制御可能である。従って、電荷結合素子１０８からの
出力信号によってアクチュエータ１０７を制御すること
で、受信装置の方向へ向けて送信ビーム１１３を出射す
ることができる。この送信ビーム１１３は受信装置１０
９の受光素子１１１によって受光される。
【００１７】送信ビーム１１３は広がり角が小さいの
で、第１の発光素子１０３からの出射パワーに対する受
光素子１１１での受光パワーの比率は高く、送信ビーム
１１３が高速で変調されていても低い出射パワーで信号
伝送が可能である。一方、ガイドビーム１１２は単に入
射方向の判別に使われるだけなので、原理的には無変調
であってもよい。しかし、実際には背景光が雑音となっ
て誤動作するのを防ぐために、受信側で判別し易い変調
を行う。ガイドビーム１１２は発散性であるが、この変
調は低速でよいので出射パワーは小さくてもよい。すな
わち、本実施例では、通常の送信ビーム１１３に加えて
ガイドビーム１１２を用いるが、双方とも出射パワーは
小さくてもよいので全体の消費電力を低減可能である。
また、従来の発散性の送信ビームによる空間光伝送では
並列伝送は困難であるが、本構成では送信ビームが平行
光であってもよく、並列伝送も可能となる。
で、第１の発光素子１０３からの出射パワーに対する受
光素子１１１での受光パワーの比率は高く、送信ビーム
１１３が高速で変調されていても低い出射パワーで信号
伝送が可能である。一方、ガイドビーム１１２は単に入
射方向の判別に使われるだけなので、原理的には無変調
であってもよい。しかし、実際には背景光が雑音となっ
て誤動作するのを防ぐために、受信側で判別し易い変調
を行う。ガイドビーム１１２は発散性であるが、この変
調は低速でよいので出射パワーは小さくてもよい。すな
わち、本実施例では、通常の送信ビーム１１３に加えて
ガイドビーム１１２を用いるが、双方とも出射パワーは
小さくてもよいので全体の消費電力を低減可能である。
また、従来の発散性の送信ビームによる空間光伝送では
並列伝送は困難であるが、本構成では送信ビームが平行
光であってもよく、並列伝送も可能となる。
【００１８】（実施例２）図２は本発明の第２の実施例
の空間光伝送装置の構成図である。本実施例は、ガイド
ビームの入射方向に送信ビームを偏向・出射する方法を
提供する。本実施例は上記第１の実施例における送信装
置の第２の構成を示すものであるが、一般の双方向空間
光伝送装置にも適用可能である。本実施例では発光素子
２０１と受光素子２０２が隣接して支持基板２０３上に
搭載されている。発光素子２０１からの出射ビーム２０
４は第１のレンズ２０５を通過する。受光素子２０２へ
の入射ビーム２０６は第２のレンズ２０７を通過する。
第１のレンズ２０５と第２のレンズ２０７はレンズアレ
イ２０８として一体化されており、アクチュエータ２０
９によって駆動される。図２では、発光素子２０１と第
１のレンズ２０５が２個ずつある２チャンネル並列伝送
の構成となっているが、それぞれが１個あるいは３個以
上であってもよい。第１のレンズ２０５と第２のレンズ
２０７を同一の焦点距離とし、その焦点位置に発光素子
２０１と受光素子２０２を配置するとともに両者の間隔
をレンズの中心間隔に一致させておけば、受光素子２０
２上に入射する入射ビーム２０６の方向と発光素子２０
１からの出射ビーム２０４の方向は一致する。従って、
受光素子２０２に入射する入射光量が最大となるように
レンズアレイ２０８の水平位置を調整することで、発光
素子２０１からの出射ビーム２０４を入射ビーム２０６
の入射方向に偏向することができる。
の空間光伝送装置の構成図である。本実施例は、ガイド
ビームの入射方向に送信ビームを偏向・出射する方法を
提供する。本実施例は上記第１の実施例における送信装
置の第２の構成を示すものであるが、一般の双方向空間
光伝送装置にも適用可能である。本実施例では発光素子
２０１と受光素子２０２が隣接して支持基板２０３上に
搭載されている。発光素子２０１からの出射ビーム２０
４は第１のレンズ２０５を通過する。受光素子２０２へ
の入射ビーム２０６は第２のレンズ２０７を通過する。
第１のレンズ２０５と第２のレンズ２０７はレンズアレ
イ２０８として一体化されており、アクチュエータ２０
９によって駆動される。図２では、発光素子２０１と第
１のレンズ２０５が２個ずつある２チャンネル並列伝送
の構成となっているが、それぞれが１個あるいは３個以
上であってもよい。第１のレンズ２０５と第２のレンズ
２０７を同一の焦点距離とし、その焦点位置に発光素子
２０１と受光素子２０２を配置するとともに両者の間隔
をレンズの中心間隔に一致させておけば、受光素子２０
２上に入射する入射ビーム２０６の方向と発光素子２０
１からの出射ビーム２０４の方向は一致する。従って、
受光素子２０２に入射する入射光量が最大となるように
レンズアレイ２０８の水平位置を調整することで、発光
素子２０１からの出射ビーム２０４を入射ビーム２０６
の入射方向に偏向することができる。
【００１９】（実施例３）図３は本発明の第３の実施例
の空間光伝送装置の断面図である。本実施例は、面発光
レーザと発光ダイオードを同一半導体基板上に形成する
方法を提供する。上記第１の実施例において、送信と受
信を同時に行おうとすると、各送受信装置が送信ビーム
を出射する面発光レーザとガイドビームを出射する発光
ダイオードを有している必要がある。本第３の実施例は
この際有用となる構成を提供するが、これ以外の応用も
可能である。図３に示す通り、半導体基板上３０１上に
下部反射器３０２、下部クラッド層３０３、活性層３０
４、上部クラッド層３０５および上部反射器３０６が積
層されている。これら積層構造全体で、面発光レーザ３
０７が構成されている。一方、同様の積層構造から上部
反射器３０６を除去することで発光ダイオード３０８が
構成されている。
の空間光伝送装置の断面図である。本実施例は、面発光
レーザと発光ダイオードを同一半導体基板上に形成する
方法を提供する。上記第１の実施例において、送信と受
信を同時に行おうとすると、各送受信装置が送信ビーム
を出射する面発光レーザとガイドビームを出射する発光
ダイオードを有している必要がある。本第３の実施例は
この際有用となる構成を提供するが、これ以外の応用も
可能である。図３に示す通り、半導体基板上３０１上に
下部反射器３０２、下部クラッド層３０３、活性層３０
４、上部クラッド層３０５および上部反射器３０６が積
層されている。これら積層構造全体で、面発光レーザ３
０７が構成されている。一方、同様の積層構造から上部
反射器３０６を除去することで発光ダイオード３０８が
構成されている。
【００２０】面発光レーザ３０７および発光ダイオード
３０８の上部にはリング状の上部電極３０９が形成され
ており、下部電極３１０との間で電流が注入される。こ
れにより、面発光レーザ３０７からは広がり角の小さい
送信ビーム３１１が出射され、発光ダイオード３０８か
らは広がり角の大きいガイドビーム３１２が出射され
る。本実施例の製造方法としては、半導体基板３０１全
面に下部反射器３０２、下部クラッド層３０３、活性層
３０４、上部クラッド層３０５および上部反射器３０６
を結晶成長し、発光ダイオード３０８を形成する領域の
上部反射器３０６をエッチング除去する。最後に、面発
光レーザ３０７および発光ダイオード３０８となる部分
を残してメサエッチングを施すことで、非常に簡便に面
発光レーザと発光ダイオードを同一半導体基板上に形成
することができる。
３０８の上部にはリング状の上部電極３０９が形成され
ており、下部電極３１０との間で電流が注入される。こ
れにより、面発光レーザ３０７からは広がり角の小さい
送信ビーム３１１が出射され、発光ダイオード３０８か
らは広がり角の大きいガイドビーム３１２が出射され
る。本実施例の製造方法としては、半導体基板３０１全
面に下部反射器３０２、下部クラッド層３０３、活性層
３０４、上部クラッド層３０５および上部反射器３０６
を結晶成長し、発光ダイオード３０８を形成する領域の
上部反射器３０６をエッチング除去する。最後に、面発
光レーザ３０７および発光ダイオード３０８となる部分
を残してメサエッチングを施すことで、非常に簡便に面
発光レーザと発光ダイオードを同一半導体基板上に形成
することができる。
【００２１】（実施例４）図４は本発明の第４の実施例
の光ビーム偏向器の要部断面斜視図である。シリコンよ
りなる半導体基板４０１の一主面の一部開口領域４０２
を除く周辺領域４０３上に第１の薄膜４０４および第２
の薄膜４０５が堆積されている。第１の薄膜４０４は例
えばシリコン酸化膜よりなり、第２の薄膜４０５は例え
ばポリシリコンよりなる。一方、開口領域内には第２の
薄膜４０５によって形成された光学素子４０６があり、
支持架４０７によって周辺領域４０３上の第２の薄膜４
０５に接続・支持されている。この支持架４０７はスプ
リング機能を有しており、浮遊状態の光学素子４０６は
開口領域内で遊動する。ここで、電極４０８に電圧を印
加すれば、静電引力によって支持架４０７を吸引するこ
とができる。電圧印加を選択的に行えば、光学素子の位
置を水平方向あるいは垂直方向に変位させることができ
る。
の光ビーム偏向器の要部断面斜視図である。シリコンよ
りなる半導体基板４０１の一主面の一部開口領域４０２
を除く周辺領域４０３上に第１の薄膜４０４および第２
の薄膜４０５が堆積されている。第１の薄膜４０４は例
えばシリコン酸化膜よりなり、第２の薄膜４０５は例え
ばポリシリコンよりなる。一方、開口領域内には第２の
薄膜４０５によって形成された光学素子４０６があり、
支持架４０７によって周辺領域４０３上の第２の薄膜４
０５に接続・支持されている。この支持架４０７はスプ
リング機能を有しており、浮遊状態の光学素子４０６は
開口領域内で遊動する。ここで、電極４０８に電圧を印
加すれば、静電引力によって支持架４０７を吸引するこ
とができる。電圧印加を選択的に行えば、光学素子の位
置を水平方向あるいは垂直方向に変位させることができ
る。
【００２２】一方、半導体基板４０１の第２主面上には
発光素子４０９が形成されている。発光素子４０９は化
合物半導体基板を薄膜化した薄膜基板４１０上に搭載さ
れ、薄膜基板４１０は直接張合せ技術によって半導体基
板４０１に接着されている。発光素子４０９からの出射
ビーム４１１は、半導体基板４０１を透過し、光学素子
４０６に入射する。光学素子４０６はホログラムレンズ
であり、出射ビーム４１１を平行光に変換すると同時に
偏向する。この偏向方向は光学素子４０６を水平方向に
変位させることで制御可能である。なお、本実施例では
光学素子４０６をホログラムレンズとして、発光素子４
０９も集積した透過型の構成を示したが、光学素子が反
射鏡で、外部におかれた発光素子からの出射ビームを反
射・偏向することも可能である。また、発光素子を集積
する方法としては、基板の直接張合せ以外にも半導体基
板４０１そのものを化合物半導体基板とする、あるいは
異種材料エピタキシアル成長技術によって発光素子をシ
リコン基板上に形成するということも可能である。
発光素子４０９が形成されている。発光素子４０９は化
合物半導体基板を薄膜化した薄膜基板４１０上に搭載さ
れ、薄膜基板４１０は直接張合せ技術によって半導体基
板４０１に接着されている。発光素子４０９からの出射
ビーム４１１は、半導体基板４０１を透過し、光学素子
４０６に入射する。光学素子４０６はホログラムレンズ
であり、出射ビーム４１１を平行光に変換すると同時に
偏向する。この偏向方向は光学素子４０６を水平方向に
変位させることで制御可能である。なお、本実施例では
光学素子４０６をホログラムレンズとして、発光素子４
０９も集積した透過型の構成を示したが、光学素子が反
射鏡で、外部におかれた発光素子からの出射ビームを反
射・偏向することも可能である。また、発光素子を集積
する方法としては、基板の直接張合せ以外にも半導体基
板４０１そのものを化合物半導体基板とする、あるいは
異種材料エピタキシアル成長技術によって発光素子をシ
リコン基板上に形成するということも可能である。
【００２３】
【発明の効果】本発明の空間光伝送装置によれば、高速
の信号伝送を行う際にも送信装置からの出射パワーを大
きくする必要がなく、装置全体の消費電力を低減可能で
ある。また、従来の発散性の送信ビームによる空間光伝
送では並列伝送は困難であるが、本発明では送信ビーム
が平行光であってもよく、並列伝送が可能となる。さら
に、本発明の光ビーム偏向器によれば、偏向角度が大き
く、かつ発光素子と同程度の大きさに小型化可能な光ビ
ーム偏向器が実現可能である。
の信号伝送を行う際にも送信装置からの出射パワーを大
きくする必要がなく、装置全体の消費電力を低減可能で
ある。また、従来の発散性の送信ビームによる空間光伝
送では並列伝送は困難であるが、本発明では送信ビーム
が平行光であってもよく、並列伝送が可能となる。さら
に、本発明の光ビーム偏向器によれば、偏向角度が大き
く、かつ発光素子と同程度の大きさに小型化可能な光ビ
ーム偏向器が実現可能である。
【図１】本発明の一実施例の空間光伝送装置の構成図
【図２】本発明の第２の実施例の空間光伝送装置の構成
図
図
【図３】本発明の第３の実施例の空間光伝送装置の断面
図
図
【図４】本発明の第４の実施例の光ビーム偏向器の要部
断面斜視図
断面斜視図
【図５】従来の光ビーム偏向器の斜視図
１０１ 送信装置 １０２ 受信装置 １０３ 第１の発光素子 １０４ 光ビーム偏向器 １０５ 入射方向検出器 １１０ 第２の発光素子 １１１ 受光素子 １１２ ガイドビーム １１３ 送信ビーム ２０１ 発光素子 ２０２ 受光素子 ２０３ 支持基板 ２０４ 出射ビーム ２０５ 第１のレンズ ２０６ 入射ビーム ２０７ 第２のレンズ ２０８ レンズアレイ ２０９ アクチュエータ ３０１ 半導体基板 ３０２ 下部反射器 ３０３ 下部クラッド層 ３０４ 活性層 ３０５ 上部クラッド層 ３０６ 上部反射器 ３０７ 面発光レーザ ３０８ 発光ダイオード ４０１ 半導体基板 ４０２ 開口領域 ４０３ 周辺領域 ４０４ 第１の薄膜 ４０５ 第２の薄膜 ４０６ 光学素子 ４０７ 支持架 ５０１ ＧａＡｓ基板 ５０４ 活性層 ５０９ 回折格子 ５１０ 入射光ビーム ５１１ 出射光ビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/22 (56)参考文献 特開 昭63−13433（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−276932（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−183515（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−160759（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−308327（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−195416（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−134634（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−150351（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−32583（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−3343（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−343814（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−112528（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−291421（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−69540（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04B 10/00 G02B 27/00 H01L 31/12 H01S 3/10
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板と、前記半導体基板上の一部
領域に順次積層された下部反射器、下部クラッド層、活
性層、上部クラッド層および上部反射器によって形成さ
れた面発光レーザと、前記半導体基板上の前記面発光レ
ーザが形成された以外の一部領域に順次積層された前記
下部反射器、前記下部クラッド層、前記活性層および前
記上部クラッド層によって形成された発光ダイオードと
を有することを特徴とする空間光伝送装置。 - 【請求項２】 半導体基板と、前記半導体基板の一主面
上の一部開口領域を除く周辺領域に順次堆積された第１
および第２の薄膜と、前記開口領域内に、前記第２の薄
膜に連続して形成され、前記第２の薄膜と同一の材料で
構成され、スプリング機能を有す支持架と、前記支持架
に連続して形成され、前記第２の薄膜と同一の材料で構
成された光学素子と、前記支持架に対向して形成され、
前記支持架を静電力によって、前記第２の薄膜の主面に
平行な方向に変位させる電極とを有する光ビーム偏向
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32028294A JP3064839B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 空間光伝送装置および光ビーム偏向器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32028294A JP3064839B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 空間光伝送装置および光ビーム偏向器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08181654A JPH08181654A (ja) | 1996-07-12 |
| JP3064839B2 true JP3064839B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=18119770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32028294A Expired - Fee Related JP3064839B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 空間光伝送装置および光ビーム偏向器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3064839B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11122179A (ja) | 1997-10-09 | 1999-04-30 | Seiko Epson Corp | 空間光伝送装置及び空間光伝送方法 |
| JP3913175B2 (ja) | 2003-01-06 | 2007-05-09 | キヤノン株式会社 | 光回路装置における情報伝達方法 |
| US8009992B2 (en) * | 2007-06-11 | 2011-08-30 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Optical interconnect |
| CN107818682B (zh) * | 2017-11-01 | 2020-04-07 | 深圳大希创新科技有限公司 | 一种基于引导光束的红外信号分区发送系统以及方法 |
-
1994
- 1994-12-22 JP JP32028294A patent/JP3064839B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08181654A (ja) | 1996-07-12 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |