JP7172182B2 - Light emitting device, optical signal transmitter and optical transmission system - Google Patents

Light emitting device, optical signal transmitter and optical transmission system Download PDF

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Description

本発明は、発光装置、光信号送信装置及び光伝送システムに関する。 The present invention relates to a light emitting device, an optical signal transmission device and an optical transmission system.

特許文献1には、半導体レーザ保持具に嵌合された半導体レーザと、前記半導体レーザ保持具中に配置されるレンズ保持具に保持されたレンズと、前記半導体レーザ保持具に取り付けられる光ファイバ保持具に保持された光ファイバとからなり、前記半導体レーザの光出射部と、前記レンズの光軸と、前記光ファイバのコア部とを同一軸上に配置した光ファイバ結合光学系において、前記光ファイバ保持具は薄板を貫通させてレーザ溶接することにより前記半導体レーザ保持具上に固定される光ファイバ結合光学系が記載されている。 Patent Document 1 discloses a semiconductor laser fitted in a semiconductor laser holder, a lens held by a lens holder arranged in the semiconductor laser holder, and an optical fiber holder attached to the semiconductor laser holder. An optical fiber coupling optical system comprising an optical fiber held by a tool, wherein the light emitting portion of the semiconductor laser, the optical axis of the lens, and the core portion of the optical fiber are arranged on the same axis, wherein the light An optical fiber coupling optical system is disclosed in which the fiber holder is fixed on the semiconductor laser holder by penetrating a thin plate and laser welding.

特開2013-171112号公報JP 2013-171112 A

ところで、発光素子を光源として情報を伝送する光伝送システムでは、レンズによって発光素子から出射した光をファイバなどの光伝送路に結合させる。このとき、発光素子から出射した光が、ファイバ端などで反射され、戻り光となって発光素子の発光点に照射されると、発光素子の動作が不安定になって、高速な情報の伝送が阻害されるおそれがある。
本発明の目的は、レンズの光軸と発光点の中心とを一致させる場合に比べ、発光点への戻り光量が低減された発光装置などを提供する。
By the way, in an optical transmission system that transmits information using a light emitting element as a light source, a lens couples light emitted from the light emitting element to an optical transmission line such as a fiber. At this time, if the light emitted from the light-emitting element is reflected at the end of the fiber, etc., and returned to the light-emitting point of the light-emitting element, the operation of the light-emitting element becomes unstable, resulting in high-speed information transmission. may be hindered.
An object of the present invention is to provide a light emitting device or the like in which the amount of light returned to the light emitting point is reduced compared to the case where the optical axis of the lens and the center of the light emitting point are aligned.

請求項1に記載の発明は、光を出射する複数の発光点を有する発光部と、前記複数の発光点が出射する光の光路上に設けられ、当該複数の発光点が出射する光を、外部に設けられる光伝送部と結合させるレンズと、を備え、前記複数の発光点は、数が奇数であって、前記レンズの光軸に垂直な方向において、いずれも当該光軸上には配置されず、互いに当該光軸に対する対称の位置に設けられず、前記複数の発光点のそれぞれに対し、前記光軸に対する対称の位置に生じる戻り光は、他の発光点に重ならない発光装置である。
請求項2に記載の発明は、前記複数の発光点は、前記レンズの前記光軸からずれた当該光軸に平行な直線上において、前記光伝送部に対して最大の結合効率が得られる位置よりも、当該レンズの前側焦点に近い位置に設けられている請求項1に記載の発光装置である。
請求項3に記載の発明は、前記複数の発光点は、前記最大の結合効率が得られる位置での当該発光点への戻り光量に対し、戻り光量の低下が10dB以上となる位置に設けられている請求項2に記載の発光装置である。
請求項4に記載の発明は、前記複数の発光点は、前記最大の結合効率に対し、結合効率の低下が1dB以下となる位置に設けられている請求項2又は3に記載の発光装置である。
請求項5に記載の発明は、前記複数の発光点は、前記レンズの前側焦点距離に対し、0.9倍以上且つ1.3倍未満の距離に設けられている請求項1に記載の発光装置である。
請求項6に記載の発明は、前記レンズは、当該レンズの後側焦点に端部が設けられている請求項2に記載の発光装置である。
請求項7に記載の発明は、前記複数の発光点は、前記レンズの前記光軸を中心とする円に沿って配置されている請求項1に記載の発光装置である。
請求項8に記載の発明は、前記複数の発光点は、前記円に沿って等間隔に配置されている請求項7に記載の発光装置である。
請求項9に記載の発明は、前記発光部における前記複数の発光点は、面発光レーザ素子である請求項1に記載の発光装置である。
請求項10に記載の発明は、前記面発光レーザ素子は、シングルモード発振する請求項9に記載の発光装置である。
請求項11に記載の発明は、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の発光装置と、前記発光装置を駆動して、取得した電気信号を当該発光装置が備える発光点により光信号に変換させる駆動部と、を備える光信号送信装置である。
請求項12に記載の発明は、請求項11に記載の光信号送信装置と、前記光信号送信装置から出力される主光線が結合される位置に設けられた光伝送部と、を備える光伝送システムである。
The invention according to claim 1 comprises: a light emitting unit having a plurality of light emitting points for emitting light; and a lens coupled with an externally provided optical transmission unit, wherein the plurality of light emitting points are odd in number and arranged on the optical axis in a direction perpendicular to the optical axis of the lens. The light-emitting device is a light-emitting device in which return light generated at symmetrical positions with respect to the optical axis with respect to each of the plurality of light-emitting points does not overlap other light-emitting points. .
In the invention according to claim 2, the plurality of light emitting points are positioned on a straight line parallel to the optical axis deviated from the optical axis of the lens so that the maximum coupling efficiency can be obtained with respect to the optical transmission section. 2. The light-emitting device according to claim 1, wherein the light-emitting device is provided at a position closer to the front focal point of the lens.
In the invention according to claim 3, the plurality of light emitting points are provided at positions where the amount of return light decreases by 10 dB or more with respect to the amount of light returning to the light emitting points at the position where the maximum coupling efficiency is obtained. 3. The light-emitting device according to claim 2.
The invention according to claim 4 is the light-emitting device according to claim 2 or 3, wherein the plurality of light-emitting points are provided at positions where a decrease in coupling efficiency is 1 dB or less with respect to the maximum coupling efficiency. be.
The invention according to claim 5 is the light emission according to claim 1, wherein the plurality of light emitting points are provided at a distance of 0.9 times or more and less than 1.3 times the front focal length of the lens. It is a device.
The invention according to claim 6 is the light-emitting device according to claim 2, wherein the lens has an end at a rear focal point of the lens.
The invention according to claim 7 is the light-emitting device according to claim 1, wherein the plurality of light-emitting points are arranged along a circle centered on the optical axis of the lens.
The invention according to claim 8 is the light-emitting device according to claim 7, wherein the plurality of light-emitting points are arranged at regular intervals along the circle.
The invention according to claim 9 is the light-emitting device according to claim 1, wherein the plurality of light-emitting points in the light-emitting portion are surface-emitting laser elements.
The invention according to claim 10 is the light-emitting device according to claim 9, wherein the surface emitting laser element oscillates in a single mode.
<11> The light emitting device according to any one of <1> to <10>, the light emitting device is driven, and the obtained electric signal is converted into an optical signal by a light emitting point provided in the light emitting device. and a driver for converting.
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided an optical transmission system comprising: the optical signal transmission device according to the eleventh aspect; and an optical transmission section provided at a position where a principal ray output from the optical signal transmission device is coupled. System.

請求項1に記載の発明によれば、レンズの光軸と発光点の中心とを一致させる場合に比べ、発光点への戻り光量が低減される。
請求項2、3に記載の発明によれば、レンズの光軸に平行な直線上において最大の結合効率が得られる位置に設けられている場合に比べ、発光点への戻り光量が抑制される。
請求項4に記載の発明によれば、最大の結合効率に対する結合効率の低下を1dB以下に抑制した状態で、発光点への戻り光量が抑制される。
請求項5に記載の発明によれば、前側焦点距離に対し、0.9倍未満の距離に設けられている場合に比べ、結合効率が向上し、1.3倍以上の距離に設けられている場合と比較し、戻り光量が抑制される。
請求項6に記載の発明によれば、レンズの端部が後側焦点でない場合に比べ、光軸に平行な光をレンズの端部において光軸上に集光させられる。
請求項に記載の発明によれば、円に沿って配置されていない場合に比べ、発光点の配置がしやすい。
請求項に記載の発明によれば、等間隔に配置されていない場合に比べ、熱が均一に分散させられる。
請求項に記載の発明によれば、端面発光素子に比べ、レンズとの組み合わせが容易になる。
請求項1に記載の発明によれば、マルチモード発振に比べ、伝送距離を大きくできる。
請求項1に記載の発明によれば、レンズの光軸と発光点の中心とを一致させる場合に比べ、発光点への戻り光量が低減された光送信ができる。
請求項1に記載の発明によれば、レンズの光軸と発光点の中心とを一致させる場合に比べ、発光点への戻り光量が低減された光伝送ができる。
According to the first aspect of the invention, the amount of light returning to the light emitting point is reduced compared to the case where the optical axis of the lens is aligned with the center of the light emitting point.
According to the second and third aspects of the invention, the amount of light returning to the light emitting point is suppressed compared to the case where the lens is provided at a position where the maximum coupling efficiency can be obtained on a straight line parallel to the optical axis of the lens. .
According to the fourth aspect of the invention, the amount of light returning to the light emitting point is suppressed while the decrease in coupling efficiency relative to the maximum coupling efficiency is suppressed to 1 dB or less.
According to the fifth aspect of the invention, the coupling efficiency is improved compared to the case where the lens is provided at a distance of less than 0.9 times the front focal length, and the lens is provided at a distance of 1.3 times or more the front focal length. The amount of returned light is suppressed as compared with the case where
According to the sixth aspect of the present invention, light parallel to the optical axis can be condensed on the optical axis at the end of the lens, as compared with the case where the end of the lens is not the rear focal point.
According to the seventh aspect of the invention, it is easier to arrange the light-emitting points than when they are not arranged along a circle.
According to the eighth aspect of the invention, heat can be dispersed more uniformly than when they are not arranged at regular intervals.
According to the ninth aspect of the invention, it is easier to combine with a lens than with an edge-emitting element.
According to the tenth aspect of the invention, the transmission distance can be increased compared to multimode oscillation.
According to the eleventh aspect of the invention, compared with the case where the optical axis of the lens is aligned with the center of the light emitting point, optical transmission can be performed with a reduced amount of light returning to the light emitting point.
According to the invention of claims 1 and 2 , compared to the case where the optical axis of the lens coincides with the center of the light emitting point, optical transmission can be performed with a reduced amount of light returning to the light emitting point.

光伝送システムの一例を示す図である。1 illustrates an example of an optical transmission system; FIG. 光源部を説明する図である。(a)は、発光部の正面図、(b)は、(a)のIIB-IIB線での光源部の断面図である。It is a figure explaining a light source part. (a) is a front view of a light emitting part, and (b) is a cross-sectional view of a light source part taken along line IIB-IIB in (a). 発光部の表面において、発光点と、戻り光及び戻り光の光強度分布とを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing light emission points, return light, and the light intensity distribution of the return light on the surface of the light emission section; 光ファイバにおけるコアの端面の光強度分布を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a light intensity distribution on an end face of a core in an optical fiber; 発光点に照射される戻り光の光量と結合レンズから発光部までの距離との関係を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the amount of return light that irradiates a light-emitting point and the distance from a coupling lens to a light-emitting section; 光ファイバのコアへの入射光量と結合レンズから発光部までの距離との関係を説明する図である。4 is a diagram for explaining the relationship between the amount of light incident on the core of the optical fiber and the distance from the coupling lens to the light emitting section; FIG. 図6の結果を説明するために、光ファイバにおけるコアへの入射光量と結合レンズから発光部までの距離との関係を説明する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between the amount of light incident on the core of the optical fiber and the distance from the coupling lens to the light emitting section, in order to explain the results of FIG. 6; 発光部の中心が光軸からずれた場合における戻り光量を示す図である。(a)は、発光部の中心と光軸との関係を説明する図、(b)は、戻り光量である。FIG. 10 is a diagram showing the amount of returned light when the center of the light emitting portion is deviated from the optical axis; (a) is a diagram for explaining the relationship between the center of the light emitting portion and the optical axis, and (b) is the amount of return light. 3個の発光点を備える発光部の拡大図である。(a)は、発光部の上面図、(b)は、(a)のIXB-IXB線での発光部の断面図である。FIG. 4 is an enlarged view of a light-emitting part having three light-emitting points; (a) is a top view of a light-emitting portion, and (b) is a cross-sectional view of the light-emitting portion taken along line IXB-IXB of (a). 垂直共振器面発光レーザの製造方法を説明する図である。(a)は、半導体層積層体形成工程、(b)は、メサエッチング工程、(c)は、酸化領域形成工程、(d)は、p側電極形成工程及び層間絶縁層形成工程、(e)は、出射面保護層形成工程及びn側電極形成工程、(f)は、配線層形成工程である。It is a figure explaining the manufacturing method of a vertical cavity surface emitting laser. (a) is a semiconductor layer laminate forming step, (b) is a mesa etching step, (c) is an oxidized region forming step, (d) is a p-side electrode forming step and an interlayer insulating layer forming step, (e) ) is an output surface protective layer forming step and an n-side electrode forming step, and (f) is a wiring layer forming step.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
なお、以下では、アルミニウムをAlとするなど、元素記号を用いて表記する場合がある。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
In addition, below, it may describe using an element symbol, such as aluminum being Al.

(光伝送システム1)
図1は、光伝送システム1の一例を示す図である。光伝送システム1は、例えば、コンピュータ、サーバなどの電子装置間でデータなどのデジタル信号の伝送を、光通信技術を用いて行うシステムである。データセンタなど、複数のコンピュータやサーバを備えるシステムでは、複数のコンピュータやサーバなどの電子装置を架に搭載し、それらの電子機器を並列に動作させるとともに、それらの間で高速にデジタル信号の伝送が行われる。この電子装置間のデジタル信号の伝送を、光を用いた光通信で行うことで、電気信号を用いて行う場合に比べ、高速化が達成できるとともに、ノイズの影響を受けにくくなる。
(Optical transmission system 1)
FIG. 1 is a diagram showing an example of an optical transmission system 1. As shown in FIG. The optical transmission system 1 is, for example, a system that uses optical communication technology to transmit digital signals such as data between electronic devices such as computers and servers. In a system with multiple computers and servers, such as a data center, multiple computers, servers, and other electronic devices are mounted on racks, and these electronic devices operate in parallel while transmitting digital signals at high speed between them. is done. By performing optical communication using light for the transmission of digital signals between electronic devices, it is possible to achieve higher speeds and to be less susceptible to noise than in the case of using electrical signals.

光伝送システム1は、光信号送信装置10と、光ファイバ20と、信号処理装置30とを備える。
光信号送信装置10は、光源部11と、信号変調部12とを備える。なお、光源部11は、発光装置の一例、そして、信号変調部12は、駆動部の一例である。また、光ファイバ20が、光伝送部の一例である。
The optical transmission system 1 includes an optical signal transmitter 10 , an optical fiber 20 and a signal processor 30 .
The optical signal transmission device 10 includes a light source section 11 and a signal modulation section 12 . The light source unit 11 is an example of a light emitting device, and the signal modulation unit 12 is an example of a driving unit. Also, the optical fiber 20 is an example of an optical transmission section.

(光信号送信装置10)
光信号送信装置10が備える光源部11は、発光点(後述する図2の発光点110)を備える。
信号変調部12は、信号処理装置30が処理した電気信号を取得し、光源部11を駆動してデジタル信号に対応する光信号に変換する。光源部11は、信号変調部12によって駆動され、発光点から光ファイバ20のコア21に向けて光信号を出射する。
(Optical signal transmitter 10)
The light source unit 11 included in the optical signal transmitting device 10 includes a light emitting point (light emitting point 110 in FIG. 2, which will be described later).
The signal modulation unit 12 acquires the electrical signal processed by the signal processing device 30, drives the light source unit 11, and converts it into an optical signal corresponding to a digital signal. The light source section 11 is driven by the signal modulation section 12 and emits an optical signal from the light emitting point toward the core 21 of the optical fiber 20 .

(光ファイバ20)
光ファイバ20は、コア21とクラッド22とを備える。コア21は、クラッド22に比べて屈折率が小さい部材で構成されている。コア21に入射した光信号は、コア21とクラッド22との境界で反射を繰り返しながら、コア21内を伝搬する。
ここでは、光ファイバ20は、一例としてマルチモードであるとする。マルチモードの光ファイバ20では、コア21の直径は50μmなどである。なお、光ファイバ20は、マルチモードに比べてコア21の径が小さい、シングルモードであってもよい。
なお、光ファイバ20の代わりに、他の領域と異なる屈折率に設定された導光領域が設けられた導光デバイスであってもよい。
(optical fiber 20)
The optical fiber 20 has a core 21 and a clad 22 . The core 21 is made of a material having a smaller refractive index than the clad 22 . An optical signal that has entered the core 21 propagates through the core 21 while being repeatedly reflected at the boundary between the core 21 and the clad 22 .
Here, as an example, the optical fiber 20 is assumed to be multimode. In the multimode optical fiber 20, the diameter of the core 21 is, for example, 50 μm. Note that the optical fiber 20 may be of a single mode, in which the diameter of the core 21 is smaller than that of a multimode.
It should be noted that instead of the optical fiber 20, a light guiding device provided with a light guiding region having a refractive index different from that of other regions may be used.

(信号処理装置30)
信号処理装置30は、データなどのデジタル信号を処理する機能を有する。信号処理装置30は、例えばコンピュータやサーバである。これらは、CPU、ROM、RAM、入出力ポートなどを備え、RAM上に実行可能な状態に展開されたプログラムによって、データなどのデジタル信号を処理する。この場合のデジタル信号は、電気信号である。そして、信号処理装置30は、他の信号処理装置で処理させるために、処理したデジタル信号を入出力ポートに接続された光信号送信装置10に電気信号として出力する。
(Signal processing device 30)
The signal processing device 30 has a function of processing digital signals such as data. The signal processing device 30 is, for example, a computer or a server. These include a CPU, ROM, RAM, input/output ports, etc., and process digital signals such as data by a program developed in an executable state on the RAM. The digital signal in this case is an electrical signal. Then, the signal processing device 30 outputs the processed digital signal as an electrical signal to the optical signal transmitting device 10 connected to the input/output port so that it can be processed by another signal processing device.

なお、図1に記載しないが、光ファイバ20によって、伝送された光信号は、受光部、信号復調部を備える信号受信装置によって受信される。受光部は、光信号を受光して光信号に対応する電気信号に変換する。信号復調部は、受光部から光信号に対応する電気信号を取得し、他の信号処理装置が処理可能なデジタル信号に変換する。
そして、信号受信装置に接続された他の信号処理装置により、デジタル信号がデータなどとして処理される。
Although not shown in FIG. 1, the optical signal transmitted through the optical fiber 20 is received by a signal receiver having a light receiving section and a signal demodulating section. The light receiving unit receives an optical signal and converts it into an electrical signal corresponding to the optical signal. The signal demodulator acquires an electrical signal corresponding to the optical signal from the light receiver and converts it into a digital signal that can be processed by another signal processing device.
Then, the digital signal is processed as data or the like by another signal processing device connected to the signal receiving device.

(光源部11)
光源部11は、発光部100と、結合レンズ200とを備える。
図2は、光源部11を説明する図である。図2(a)は、発光部100の正面図、図2(b)は、図2(a)のIIB-IIB線での光源部11の断面図である。
図2(a)に示すように、光源部11の発光部100は、一例として3個の発光点110を備える。ここでは、3個の発光点110をそれぞれ区別する場合は、発光点110-1、110-2、110-3と表記する。発光点110-1、110-2、110-3は、中心Oの半径rの円111上に等間隔に配列されている。中心Oを発光部100の中心と表記する。
ここでは発光点110と表記するが、発光点110は点でなく、光を発光する発光素子において、予め定められた面積を有して、光を出射する部分(後述する図9に示す出射面112)をいう。なお、発光点110の中心を発光点110の中心Cとする。つまり、隣接する2個の発光点110の中心Cは、中心Oに対して中心角120°に配置されている。
(Light source unit 11)
The light source section 11 includes a light emitting section 100 and a coupling lens 200 .
FIG. 2 is a diagram for explaining the light source unit 11. As shown in FIG. 2(a) is a front view of the light emitting unit 100, and FIG. 2(b) is a sectional view of the light source unit 11 taken along line IIB-IIB in FIG. 2(a).
As shown in FIG. 2A, the light emitting section 100 of the light source section 11 has three light emitting points 110 as an example. Here, when distinguishing between the three light emitting points 110, they are denoted as light emitting points 110-1, 110-2, and 110-3. The light emitting points 110-1, 110-2, and 110-3 are arranged at regular intervals on a circle 111 having a center O and a radius r. The center O is referred to as the center of the light emitting section 100 .
Here, the light emitting point 110 is referred to as a light emitting point 110. However, the light emitting point 110 is not a point, but a portion of a light emitting element that emits light having a predetermined area from which light is emitted (an emission surface shown in FIG. 9 to be described later). 112). Note that the center of the light emitting point 110 is defined as the center C of the light emitting point 110 . That is, the center C of two adjacent light emitting points 110 is arranged at a central angle of 120° with respect to the center O. FIG.

結合レンズ200は、平凸レンズ部210と円柱部220とを備える。平凸レンズ部210とは、一方の面が凸レンズ状の凸面であり、他方の面が平面になったレンズである。平凸レンズ部210が光を集光する作用を有する。円柱部220は、円柱状の両端部が平面状の平面になっている。そして、平凸レンズ部210の平面が、円柱部220の一方の平面に接するように構成されている。そして、円柱部220の中心軸が平凸レンズ部210の光軸に一致している。ここでは、平凸レンズ部210と円柱部220とは、発光部100の発光点110が発光する光を透過する光学ガラスにより一体形成されている。ここでは、円柱部220の中心軸を結合レンズ200の光軸OAと表記する。なお、結合レンズ200の平凸レンズ部210及び円柱部220のそれぞれの直径は、発光点110が配列された円の直径(2×r)より大きく設定されている。 The coupling lens 200 comprises a plano-convex lens portion 210 and a cylinder portion 220 . The plano-convex lens portion 210 is a lens in which one surface is a convex lens-like convex surface and the other surface is a flat surface. The plano-convex lens portion 210 has the function of condensing light. Both end portions of the cylindrical portion 220 are flat surfaces. A plane of the plano-convex lens portion 210 is configured to be in contact with one plane of the cylindrical portion 220 . The central axis of the cylindrical portion 220 coincides with the optical axis of the plano-convex lens portion 210 . Here, the plano-convex lens portion 210 and the cylindrical portion 220 are integrally formed of optical glass that transmits the light emitted by the light emitting point 110 of the light emitting portion 100 . Here, the central axis of the cylindrical portion 220 is referred to as the optical axis OA of the coupling lens 200. FIG. The diameters of the plano-convex lens portion 210 and the cylindrical portion 220 of the coupling lens 200 are each set larger than the diameter (2×r) of the circle in which the light emitting points 110 are arranged.

発光部100の中心Oを、結合レンズ200の光軸OAが通る。また、光軸OAと光ファイバ20のコア21の光軸とが一致するように光ファイバ20が設けられている。つまり、結合レンズ200の光軸OA上に、光ファイバ20のコア21の光軸があり、3個の発光点110を有する発光部100の中心Oがある。つまり、3個の発光点110は、いずれもが、光軸OA上に配置されておらず、光軸OAに垂直な方向において、光軸OAからずらして配置されている。 The optical axis OA of the coupling lens 200 passes through the center O of the light emitting section 100 . Further, the optical fiber 20 is provided so that the optical axis OA and the optical axis of the core 21 of the optical fiber 20 are aligned. That is, the optical axis of the core 21 of the optical fiber 20 is on the optical axis OA of the coupling lens 200, and the center O of the light emitting section 100 having the three light emitting points 110 is present. In other words, none of the three light emitting points 110 are arranged on the optical axis OA, and are arranged to be shifted from the optical axis OA in the direction perpendicular to the optical axis OA.

ここでは、発光点110は、面発光レーザ素子の一例としての垂直共振器面発光レーザVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)によって構成されているとする。そして、発光点110として機能する出射面112(後述する図9、10参照)の大きさは、シングルモードでレーザ発振するように小さく設定されている。出射面112の直径は、例えば5μmや7μmなどに設定されている。よって、上記において例示した、コア21の直径50μmに比べて、発光面の直径5μm、7μmは、点とみなされる。なお、垂直共振器面発光レーザVCSELをシングルモードでレーザ発振するために設定される出射面112の直径は、出射するレーザ光の波長などによって異なる。よって、予め定められた波長のレーザ光がシングルモードで発振するように、出射面112などの垂直共振器面発光レーザVCSELの構造を設定すればよい。ここで、出射面112の中心が発光点110の中心Cになる。 Here, it is assumed that the light emitting point 110 is configured by a vertical cavity surface emitting laser VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) as an example of a surface emitting laser element. The size of the emission surface 112 (see FIGS. 9 and 10, which will be described later) that functions as the light emitting point 110 is set small so that the laser oscillates in a single mode. The diameter of the exit surface 112 is set to, for example, 5 μm or 7 μm. Therefore, the diameters of the light emitting surface of 5 μm and 7 μm are regarded as a point compared to the diameter of the core 21 of 50 μm exemplified above. Note that the diameter of the emission surface 112, which is set for single-mode laser oscillation of the vertical cavity surface emitting laser VCSEL, varies depending on the wavelength of emitted laser light. Therefore, the structure of the vertical cavity surface emitting laser VCSEL, such as the emission surface 112, should be set so that laser light of a predetermined wavelength oscillates in a single mode. Here, the center of the emission surface 112 is the center C of the light emitting point 110 .

垂直共振器面発光レーザVCSELは、一例であって、垂直共振器面発光レーザVCSEL以外のレーザ素子や発光ダイオード(LED)など、光を出射する発光素子によって、発光点110が構成されてもよい。また、垂直共振器面発光レーザVCSELをシングルモードでレーザ発振させるとしたが、マルチモードで発振させてもよい。なお、発光ダイオード(LED)よりもレーザ素子のほうが戻り光の影響を受けやすい。 The vertical cavity surface emitting laser VCSEL is an example, and the light emitting point 110 may be configured by a light emitting element that emits light, such as a laser element other than the vertical cavity surface emitting laser VCSEL or a light emitting diode (LED). . Also, although the vertical cavity surface emitting laser VCSEL is oscillated in a single mode, it may be oscillated in a multimode. Laser elements are more susceptible to return light than light emitting diodes (LEDs).

図2(b)の断面図に示すように、発光部100の発光点110側に、発光点110に結合レンズ200の平凸レンズ部210の凸面が対向するように、結合レンズ200が設けられている。そして、結合レンズ200の円柱部220の平面に対向するように、光ファイバ20のコア21が設けられている。なお、発光部100には、発光点110-1が示されている。 As shown in the cross-sectional view of FIG. 2B , a coupling lens 200 is provided on the light emitting point 110 side of the light emitting section 100 so that the convex surface of the plano-convex lens portion 210 of the coupling lens 200 faces the light emitting point 110 . there is A core 21 of the optical fiber 20 is provided so as to face the plane of the cylindrical portion 220 of the coupling lens 200 . A light emitting point 110-1 is shown in the light emitting section 100. As shown in FIG.

一例として、発光点110は、結合レンズ200の光軸OA上の前側焦点FFから光軸OAに垂直に設けた前側焦点面FFP上に設けられている。ここでは、結合レンズ200の平凸レンズ部210の凸面の光軸OAとの交点は、結合レンズ200の前側主点となっている。また、一例として、結合レンズ200のコア21側の平面は、光軸OA上の後側焦点RFから光軸OAに垂直に設けた後側焦点面RFP上に設けられている。そして、光ファイバ20のコア21の光が入射する端面23は、結合レンズ200の後側焦点面RFPからz方向にギャップZf離して設けられている。
なお、ギャップZfを「0」に設定してもよい。但し、ギャップZfを「0」にした場合に、コア21に入射する光量が最も高くなるとは限らない。よって、コア21に入射する光量が多くなるように、つまり結合効率が高くなる値にギャップZfを設定すればよい。
As an example, the light emitting point 110 is provided on the front focal plane FFP provided perpendicular to the optical axis OA from the front focal point FF on the optical axis OA of the coupling lens 200 . Here, the intersection of the convex surface of the plano-convex lens portion 210 of the coupling lens 200 with the optical axis OA is the front principal point of the coupling lens 200 . Further, as an example, the plane of the coupling lens 200 on the core 21 side is provided on the rear focal plane RFP provided perpendicularly to the optical axis OA from the rear focal point RF on the optical axis OA. The end face 23 of the core 21 of the optical fiber 20 on which the light is incident is provided with a gap Zf in the z direction away from the rear focal plane RFP of the coupling lens 200 .
Note that the gap Zf may be set to "0". However, when the gap Zf is set to "0", the amount of light incident on the core 21 is not necessarily the highest. Therefore, the gap Zf should be set to a value that increases the amount of light incident on the core 21, that is, increases the coupling efficiency.

上記の配置とすることで、発光点110-1から出射した光は、実線で示す光路を進み、結合レンズ200によって平行光になって、光ファイバ20におけるコア21の端面23に照射される。つまり、太い実線で示す光軸OAに平行に進む光線は、後側焦点RFに進む。つまり、光軸OAに平行に進む光線は、光ファイバ20におけるコア21の端面23の中心に照射される。ここで、後側焦点RFを通る光線を主光線とする。そして、主光線が光ファイバ20におけるコア21の端面23の中心に照射されるように、光信号送信装置10からの主光線と光ファイバ20とが結合している。 With the above arrangement, the light emitted from the light emitting point 110 - 1 travels along the optical path indicated by the solid line, becomes parallel light by the coupling lens 200 , and irradiates the end face 23 of the core 21 in the optical fiber 20 . That is, light rays traveling parallel to the optical axis OA indicated by the thick solid line travel to the rear focal point RF. In other words, the light beam traveling parallel to the optical axis OA is irradiated to the center of the end surface 23 of the core 21 in the optical fiber 20 . Here, let the ray passing through the back focal point RF be the principal ray. The principal ray from the optical signal transmitting device 10 and the optical fiber 20 are coupled so that the principal ray is irradiated to the center of the end surface 23 of the core 21 in the optical fiber 20 .

そして、コア21の端面23に照射された光の内、コア21に入力した光が、光ファイバ20のコア21内を伝搬する。しかし、コア21の端面23に照射された光の内、一部の光は、コア21に入力せず、端面23で反射され反射光となって、発光部100に戻る。この反射光は、破線で示す光路を進み、結合レンズ200によって集束されて、発光部100に照射される。このとき、集束された反射光は、発光部100の中心Oに対して対称な位置に照射される。ここで、光ファイバ20のコア21の端面23で反射され、発光部100の表面に戻る反射光を戻り光120と表記する。戻り光120とは、発光部100の表面に戻り光が照射される位置である。図2で示す戻り光120は、発光点110-1から出射した光による戻り光であるので、戻り光120-1と表記する。なお、発光点110-2から出射した光による戻り光は、戻り光120-2と表記し、発光点110-3から出射した光による戻り光は、戻り光120-3と表記する。 Of the light irradiated to the end surface 23 of the core 21 , the light input to the core 21 propagates through the core 21 of the optical fiber 20 . However, part of the light irradiated to the end surface 23 of the core 21 does not enter the core 21 and is reflected by the end surface 23 to return to the light emitting section 100 . This reflected light travels along the optical path indicated by the dashed line, is converged by the coupling lens 200 , and illuminates the light emitting section 100 . At this time, the converged reflected light is applied to symmetrical positions with respect to the center O of the light emitting unit 100 . Here, the reflected light that is reflected by the end face 23 of the core 21 of the optical fiber 20 and returns to the surface of the light emitting section 100 is referred to as return light 120 . The return light 120 is a position where the surface of the light emitting unit 100 is irradiated with the return light. The return light 120 shown in FIG. 2 is referred to as return light 120-1 because it is light emitted from the light emitting point 110-1. The return light emitted from the light emitting point 110-2 is referred to as return light 120-2, and the return light emitted from the light emission point 110-3 is referred to as return light 120-3.

発光点110と前側焦点面FFPとの位置の関係は、後述するように、上記に限定されない。また、ギャップZfも、後述する値に限定されない。
ここでは、結合レンズ200は、平凸レンズ部210と円柱部220とで構成されているとしたが、他の形状のレンズであってもよい。例えば、結合レンズ200は、円柱部220を備えない平凸レンズ、両凸レンズなどであってもよい。
The positional relationship between the light emitting point 110 and the front focal plane FFP is not limited to the above, as will be described later. Also, the gap Zf is not limited to a value described later.
Here, although the coupling lens 200 is composed of the plano-convex lens portion 210 and the cylindrical portion 220, it may be a lens of another shape. For example, the coupling lens 200 may be a plano-convex lens, a biconvex lens, or the like without the cylindrical portion 220 .

図3は、発光部100の表面において、発光点110と、戻り光120及び戻り光120の光強度分布とを示す図である。光強度分布は、シミュレーションによって求めた。ここでは、光強度分布を白黒のグラディエーションで示す。つまり、白い部分が光強度の強い部分、黒い部分が光強度の弱い部分である。中央部において光強度が強く、周辺部にいくにしたがい光強度が低くなっている。また、発光部100の中心Oと発光点110との距離である円111の半径rは、0.020mmである。 FIG. 3 is a diagram showing a light emitting point 110, return light 120, and light intensity distribution of the return light 120 on the surface of the light emitting section 100. As shown in FIG. The light intensity distribution was obtained by simulation. Here, the light intensity distribution is shown by black and white gradation. In other words, white portions are portions with high light intensity, and black portions are portions with low light intensity. The light intensity is strong in the central portion, and the light intensity decreases toward the peripheral portion. Also, the radius r of the circle 111, which is the distance between the center O of the light emitting section 100 and the light emitting point 110, is 0.020 mm.

発光点110-1、110-2、110-3は、中心Oから半径rの円111上に等間隔に配置されていた。そして、戻り光120-1、120-2、120-3は、発光点110-1、110-2、110-3に対して中心Oを対称の中心とする位置に生じる、よって、戻り光120-1、120-2、120-3も、中心Oから半径rの円111上に等間隔に配列されている。つまり、隣接する戻り光120は、中心Oに対して中心角120°に配置されている。そして、隣接する発光点110と戻り光120とは、中心Oに対して中心角60°の位置にある。 The light-emitting points 110-1, 110-2, and 110-3 are evenly spaced on a circle 111 with a radius r from the center O. FIG. The returned lights 120-1, 120-2, and 120-3 are generated at positions symmetrical about the center O with respect to the light-emitting points 110-1, 110-2, and 110-3. -1, 120-2, and 120-3 are also arranged at regular intervals on a circle 111 with a radius r from the center O. In other words, adjacent return beams 120 are arranged at a central angle of 120° with respect to the center O. FIG. The adjacent light emitting point 110 and return light 120 are positioned at a central angle of 60° with respect to the center O. FIG.

そして、図3に示すように、戻り光120-1は、発光点110-2、110-3に隣接した位置に生じているが、発光点110-2、110-3に重なることがない。しかも、光強度分布に示すように、戻り光120-1は、発光点110-2、110-3の円111に沿った中間に位置するため、光強度の強い部分は、発光点110-2、110-3に重ならない。さらに、光強度分布から分かるように、光強度の弱い部分も発光点110-2、110-3に重なりにくくなっている。これは、奇数個の発光点110を中心Oの円111上に等間隔に配置していることによる。これにより、光ファイバ20におけるコア21の端面23からの反射光が、発光点110の中心Oに対して対象の位置、つまり、発光点110が設けられていない位置に生じる。これにより、反射光が、発光点110に重なることが抑制される。しかも、発光部100の発光点110を、結合レンズ200の前側焦点面FFPに配置しているので、戻り光120は、発光部100の表面に発光点110と同様な点状又は小さな面積に集光される。これにより、発光部100の表面に戻り光120が集光されずに広がって、光強度が強い部分が、発光点110に重なるように広がることが抑制される。 As shown in FIG. 3, the return light 120-1 is generated at positions adjacent to the light emitting points 110-2 and 110-3, but does not overlap the light emitting points 110-2 and 110-3. Moreover, as shown in the light intensity distribution, the return light 120-1 is located in the middle of the circle 111 between the light emitting points 110-2 and 110-3, so the portion with the high light intensity is the light emitting point 110-2. , 110-3. Furthermore, as can be seen from the light intensity distribution, portions with weak light intensity are less likely to overlap the light emitting points 110-2 and 110-3. This is because the odd number of light emitting points 110 are arranged on a circle 111 centered at O at regular intervals. As a result, reflected light from the end face 23 of the core 21 in the optical fiber 20 is generated at a symmetrical position with respect to the center O of the light emitting point 110, that is, at a position where the light emitting point 110 is not provided. This suppresses reflected light from overlapping the light emitting point 110 . Moreover, since the light-emitting point 110 of the light-emitting unit 100 is arranged on the front focal plane FFP of the coupling lens 200, the return light 120 is focused on the surface of the light-emitting unit 100 in a point shape similar to that of the light-emitting point 110 or in a small area. be illuminated. As a result, the return light 120 is prevented from being condensed on the surface of the light emitting section 100 and spreads, so that a portion with high light intensity spreads so as to overlap the light emitting point 110 .

なお、発光点110に戻り光120が照射されると、戻り光120が発光点110を構成する垂直共振器面発光レーザVCSELなどの発光素子に照射されることになる。発光素子は、出射する波長で設定されたバンドギャップを有する発光層(後述する図9の発光層412参照)を有している。そして、発光点110が出射する光と戻り光120とは、波長が同じである。このため、戻り光120が発光素子に照射されると、電子正孔ペアが励起されて、予期しない発光が生じるなど、発光素子の動作に悪影響を与えるおそれがある。すなわち、高速な情報の伝送が阻害されるおそれがある。 When the light emitting point 110 is irradiated with the return light 120 , the light emitting element such as the vertical cavity surface emitting laser VCSEL constituting the light emitting point 110 is irradiated with the return light 120 . The light-emitting element has a light-emitting layer (see light-emitting layer 412 in FIG. 9 to be described later) having a bandgap set by the wavelength of emitted light. The light emitted from the light emitting point 110 and the return light 120 have the same wavelength. Therefore, when the light-emitting element is irradiated with the return light 120, electron-hole pairs are excited, which may adversely affect the operation of the light-emitting element, such as unexpected light emission. That is, there is a risk that high-speed information transmission will be hindered.

以上説明したように、本実施の形態では、発光点110の中心を結合レンズ200の光軸OAの垂直方向にずらすことで、発光点110への戻り光120の光量を低減させている。このとき、発光点110を前側焦点面FFPに配置することで、戻り光120を集束して拡がることを抑制している。これにより、発光点110への戻り光120の光量を低減させている。なお、戻り光120の光量を戻り光量と表記する場合がある。 As described above, in the present embodiment, by shifting the center of the light emitting point 110 in the direction perpendicular to the optical axis OA of the coupling lens 200, the light amount of the return light 120 to the light emitting point 110 is reduced. At this time, by arranging the light emitting point 110 on the front focal plane FFP, the return light 120 is suppressed from converging and spreading. This reduces the light amount of the return light 120 to the light emitting point 110 . Note that the light amount of the return light 120 may be referred to as the return light amount.

なお、発光点110の数は、1個であってもよい。この場合、発光点110は、中心Oではなく、光軸OAから垂直な方向にずれた位置、例えば前述した中心Oの半径rの円111上にあればよい。発光点110が3個の場合と同様に、戻り光120は、発光点110に重なることが抑制される。また、戻り光120が発光部100の表面に集光されるので、戻り光120の光強度が強い部分が、発光点110に重なるように拡がることが抑制される。 Note that the number of light emitting points 110 may be one. In this case, the light emitting point 110 may be located not at the center O but at a position perpendicular to the optical axis OA, for example, on the circle 111 having the radius r of the center O described above. As in the case where there are three light emitting points 110 , the return light 120 is suppressed from overlapping the light emitting points 110 . In addition, since the return light 120 is condensed on the surface of the light emitting unit 100 , the portion of the return light 120 with high light intensity is prevented from spreading so as to overlap the light emitting point 110 .

また、発光点110の数は、3以外の奇数個であってもよい。この場合も、発光点110は、中心Oの半径rの円111上に等間隔で配置されることがよい。戻り光120は、円111上において隣接する発光点110の間に集束して照射される。なお、発光点110は、中心Oの複数の半径の円、つまり中心Oの同心円上に配置されてもよい。奇数個の発光点110を円111上に等間隔で配置することにより、発光部100が発生する熱が均一に分散される。
なお、集束とは、光線が1点など狭い面積に集まることである。なお、集光すると表記することがある。
Also, the number of light emitting points 110 may be an odd number other than three. Also in this case, the light-emitting points 110 are preferably arranged at regular intervals on a circle 111 having a center O and a radius r. The returned light 120 is converged and irradiated between adjacent light emitting points 110 on the circle 111 . Note that the light emitting points 110 may be arranged on circles having a plurality of radii around the center O, that is, on concentric circles around the center O. FIG. By arranging the odd number of light emitting points 110 on the circle 111 at regular intervals, the heat generated by the light emitting section 100 is uniformly distributed.
It should be noted that convergence means that light rays converge on a narrow area such as one point. In addition, it may be described as condensing.

さらに、発光点110の数は、偶数個であってもよい。発光点110が中心Oの半径rの円111上に配置されている場合、各発光点110は、他の発光点110の中心Oに対する対称の位置に設けられていないことがよい。そして、発光点110は、戻り光120の光強度が強い部分が発光点110に重なることが抑制される位置に配置されるようにすればよい。
また、発光点110は、中心Oの半径rの円上に設けられていなくてもよい。
以上説明したように、発光点110が中心Oから離れて配置され、発光部100の表面における戻り光120が、発光点110を構成する発光素子の動作に悪影響を与えにくい位置に設定されていればよい。
Furthermore, the number of light emitting points 110 may be an even number. When the light-emitting points 110 are arranged on the circle 111 having the center O and the radius r, each light-emitting point 110 is preferably not provided at a symmetrical position with respect to the center O of the other light-emitting points 110 . Then, the light-emitting point 110 may be arranged at a position where it is suppressed that a portion of the return light 120 having a high light intensity overlaps with the light-emitting point 110 .
Further, the light emitting point 110 does not have to be provided on the circle of the center O and the radius r.
As described above, the light-emitting point 110 is arranged away from the center O, and the return light 120 on the surface of the light-emitting section 100 is set at a position where it is unlikely to adversely affect the operation of the light-emitting elements that constitute the light-emitting point 110. Just do it.

図4は、光ファイバ20におけるコア21の端面23の光強度分布を示す図である。光強度分布は、シミュレーションによって求めた。コア21の直径は、前述したように、50μmである。ここでは、図3と同様に、光強度分布を等高線で示す。そして、等高線で示された中央部において光強度が高く、周辺部にいくにしたがい光強度が低くなっている。ここでは、図3に示した3個の発光点110-1、110-2、110-3が同時に光を出射している。 FIG. 4 is a diagram showing the light intensity distribution on the end face 23 of the core 21 in the optical fiber 20. As shown in FIG. The light intensity distribution was obtained by simulation. The diameter of the core 21 is 50 μm as described above. Here, similarly to FIG. 3, the light intensity distribution is shown by contour lines. The light intensity is high in the central portion indicated by the contour lines, and the light intensity decreases toward the peripheral portion. Here, the three light emitting points 110-1, 110-2 and 110-3 shown in FIG. 3 emit light simultaneously.

前述したように、光ファイバ20におけるコア21の端面23は、結合レンズ200の後側焦点面RFPに近く配置されている。このため、発光点110から出射した光は、結合レンズ200によって、平行光になって、コア21の端面23に照射される。
しかし、図4に示すように、コア21の端面23に照射された光は、光強度が強い部分がコア21の内側に含まれ、コア21の外側に照射される光量が抑制されている。よって、コア21に入射させるために、コア21の端面23に光を集束することを要しない。つまり、発光部100を結合レンズ200の前側焦点面FFPに設置し、コア21の端面23を後側焦点面RFPに設置して、平行光をコア21の端面23に照射することを可能としている。
As mentioned above, the end face 23 of the core 21 in the optical fiber 20 is located near the back focal plane RFP of the coupling lens 200 . Therefore, the light emitted from the light emitting point 110 is collimated by the coupling lens 200 and radiated onto the end surface 23 of the core 21 .
However, as shown in FIG. 4, the light irradiated to the end face 23 of the core 21 includes a portion with high light intensity inside the core 21, and the amount of light irradiated to the outside of the core 21 is suppressed. Therefore, it is not necessary to focus the light on the end surface 23 of the core 21 in order to make it incident on the core 21 . That is, the light emitting unit 100 is placed on the front focal plane FFP of the coupling lens 200, and the end face 23 of the core 21 is placed on the rear focal plane RFP, so that the end face 23 of the core 21 can be irradiated with parallel light. .

上記したように、複数の発光点110を並行して駆動させることで、光ファイバ20により伝送される光量が増加する。なお、複数の発光点110は、並列接続により並行して駆動する構成であってもよく、直列接続により並行して駆動する構成であってもよい。また、複数の発光点110を独立に駆動する構成であってもよい。 As described above, by driving the plurality of light emitting points 110 in parallel, the amount of light transmitted through the optical fiber 20 is increased. The plurality of light emitting points 110 may be configured to be driven in parallel by connecting in parallel, or may be configured to be driven in parallel by being connected in series. Moreover, the structure which drives the several light emission point 110 independently may be sufficient.

上記では、発光部100は、結合レンズ200の前側焦点面FFPに設置されているとした。しかし、発光部100は、必ずしも結合レンズ200の前側焦点面FFPに設置されていなくてもよい。
図5は、発光点110に照射される戻り光の光量と結合レンズ200から発光部100までの距離Dとの関係を説明する図である。図5において横軸は、結合レンズ200の端から発光部100までの距離D(mm)である。なお、図2において、右方向に+z方向としたので、距離Dは、負で表記される。ここでは、結合レンズ200の前側焦点面FFPは、結合レンズ200から距離Dで-0.26mmにある。そして、縦軸は、戻り光の光量(dBm)である。なお、図5では、戻り光の光量を戻り光量(dBm)と表記する。そして、結合レンズ200と光ファイバ20におけるコア21の端面23とのギャップZfは、0.6mmに設定されている。そして、発光点110が配置された円111の半径rとして、0.020mm、0.022mm、0.024mmの3つの場合を示している。
図5に示した、発光点110に照射される戻り光の光量と結合レンズ200から発光部100までの距離Dとの関係は、シミュレーションによって得た。
In the above description, it is assumed that the light emitting unit 100 is installed on the front focal plane FFP of the coupling lens 200 . However, the light emitting unit 100 does not necessarily have to be placed on the front focal plane FFP of the coupling lens 200 .
FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the amount of return light applied to the light emitting point 110 and the distance D from the coupling lens 200 to the light emitting section 100. As shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 5 is the distance D (mm) from the end of the coupling lens 200 to the light emitting section 100 . In addition, in FIG. 2, since the right direction is the +z direction, the distance D is expressed as a negative value. Here, the front focal plane FFP of the coupling lens 200 is at a distance D from the coupling lens 200 of −0.26 mm. The vertical axis represents the amount of return light (dBm). In FIG. 5, the amount of return light is expressed as the amount of return light (dBm). A gap Zf between the coupling lens 200 and the end face 23 of the core 21 in the optical fiber 20 is set to 0.6 mm. Three cases of 0.020 mm, 0.022 mm, and 0.024 mm are shown as the radius r of the circle 111 on which the light emitting points 110 are arranged.
The relationship shown in FIG. 5 between the amount of return light applied to the light emitting point 110 and the distance D from the coupling lens 200 to the light emitting section 100 was obtained by simulation.

図5に示すように、いずれの半径rにおいても、距離Dが-0.307mm~-0.235mmの範囲において、戻り光量が-60dBm以下になる。なお、距離Dが-0.5mmなど、戻り光量が-30dBmであるのは、戻り光120が発光点110に照射される場合である。つまり、結合レンズ200から発光部100までの距離Dを、-0.307mm~-0.235mmの範囲とすれば、発光点110に照射される戻り光120は、-30dB以下になる。 As shown in FIG. 5, at any radius r, the amount of returned light is -60 dBm or less in the range of the distance D from -0.307 mm to -0.235 mm. The distance D is -0.5 mm and the return light amount is -30 dBm when the light emitting point 110 is irradiated with the return light 120 . In other words, if the distance D from the coupling lens 200 to the light emitting unit 100 is in the range of -0.307 mm to -0.235 mm, the return light 120 irradiated to the light emitting point 110 is -30 dB or less.

つまり、前側焦点面FFPを0mmとすると、前側焦点面FFPから-0.047mm~0.024mmの範囲であれば、発光部100が前側焦点面FFPからずれて設けられてもよい。 In other words, if the front focal plane FFP is 0 mm, the light emitting unit 100 may be provided offset from the front focal plane FFP within a range of -0.047 mm to 0.024 mm from the front focal plane FFP.

上記したように、発光部100は、結合レンズ200の前側焦点面FFPに設置されているとした。そして、図4に示したように、発光部100を結合レンズ200の前側焦点面FFPに設置した場合、光ファイバ20におけるコア21外に照射される光があることが分かっている。そこで、光ファイバ20のコア21へ入射する光量(以下では、入射光量と表記する。)と結合レンズ200から発光部100までの距離Dとの関係を説明する。 As described above, it is assumed that the light emitting unit 100 is installed on the front focal plane FFP of the coupling lens 200 . As shown in FIG. 4, it is known that when the light emitting unit 100 is installed on the front focal plane FFP of the coupling lens 200, there is light irradiated outside the core 21 of the optical fiber 20. FIG. Therefore, the relationship between the amount of light incident on the core 21 of the optical fiber 20 (hereinafter referred to as the amount of incident light) and the distance D from the coupling lens 200 to the light emitting section 100 will be described.

図6は、光ファイバ20のコア21への入射光量と結合レンズ200から発光部100までの距離Dとの関係を説明する図である。図6における横軸は、図5と同様に、結合レンズ200の端から発光部100までの距離D(mm)である。縦軸は、光ファイバ20のコア21への入射光量(dBm)である。なお、結合レンズ200と光ファイバ20におけるコア21の端面23までのギャップZfは、0.6mmに設定されている。
そして、図6でも、発光点110が配置された円111の半径rとして、0.020mm、0.022mm、0.024mmの3つの場合を示している。
図6に示した、光ファイバ20のコア21への入射光量と結合レンズ200から発光部100までの距離Dとの関係は、シミュレーションによって得た。
FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the amount of light incident on the core 21 of the optical fiber 20 and the distance D from the coupling lens 200 to the light emitting section 100. As shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 6 is the distance D (mm) from the end of the coupling lens 200 to the light emitting section 100, as in FIG. The vertical axis represents the amount of light incident on the core 21 of the optical fiber 20 (dBm). A gap Zf between the coupling lens 200 and the end face 23 of the core 21 in the optical fiber 20 is set to 0.6 mm.
FIG. 6 also shows three cases of 0.020 mm, 0.022 mm, and 0.024 mm as the radius r of the circle 111 on which the light emitting points 110 are arranged.
The relationship between the amount of light incident on the core 21 of the optical fiber 20 and the distance D from the coupling lens 200 to the light emitting section 100 shown in FIG. 6 was obtained by simulation.

3個の発光点110が出射する光が全て光ファイバ20のコア21に入射されるとすると、光ファイバ20への入射光量は、4.7dBmと算出される。つまり、光ファイバ20への入射光量は、距離Dが-0.5mmであれば、4.5dBmから4.7dBmであって、3個の発光点110が出射する光量のほとんど全て光ファイバ20に入射する状態になることを示している。 Assuming that all the lights emitted from the three light emitting points 110 are incident on the core 21 of the optical fiber 20, the amount of light incident on the optical fiber 20 is calculated to be 4.7 dBm. That is, the amount of light incident on the optical fiber 20 is 4.5 dBm to 4.7 dBm when the distance D is -0.5 mm, and almost all the amount of light emitted from the three light emitting points 110 enters the optical fiber 20. It shows that it will be in a state of incidence.

これに対し、図6に示すように、距離Dが-0.307mm~-0.235mmの範囲において、光ファイバ20への入射光量は、3.6~3.9dBmである。つまり、光ファイバ20のコア21の外に照射される光があることが分かる。しかし、この入射光量の低下は、3個の発光点110が出射する光量の全てが光ファイバ20に入射する状態に比べて、0.8dB~1.1dBである。このことは、3個の発光点110が出射する全てが光ファイバ20に入射する場合の光量である4.7dBmの約80%が光ファイバ20におけるコア21に入射することになる。発光点110が出射する光のうち、光ファイバ20におけるコア21に入射する割合を、結合効率と呼ぶ。上記の場合、結合効率は約80%である。 On the other hand, as shown in FIG. 6, the amount of light incident on the optical fiber 20 is 3.6 to 3.9 dBm when the distance D is in the range of -0.307 mm to -0.235 mm. In other words, it can be seen that there is light irradiated outside the core 21 of the optical fiber 20 . However, this decrease in the amount of incident light is 0.8 dB to 1.1 dB compared to the state in which all the amounts of light emitted from the three light emitting points 110 are incident on the optical fiber 20 . This means that about 80% of the light amount of 4.7 dBm when all the three light emitting points 110 are incident on the optical fiber 20 is incident on the core 21 of the optical fiber 20 . The ratio of the light emitted from the light emitting point 110 that enters the core 21 of the optical fiber 20 is called coupling efficiency. In the above case, the coupling efficiency is approximately 80%.

図7は、図6の結果を説明するために、光ファイバ20におけるコア21への入射光量と結合レンズ200から発光部100までの距離との関係を説明する図である。
図7では、前側焦点FF、前側焦点面FFP、後側焦点RF、後側焦点面RFPに加えて、結合レンズ200から前側焦点FF側に、2倍前側焦点FF2及び2倍前側焦点面FFP2を表記している。さらに、図7では、結合レンズ200から後側焦点RF側に、2倍後側焦点RF2及び2倍後側焦点面RFP2を表記している。つまり、2倍前側焦点FF2は、結合レンズ200の光軸OA上において、前側焦点FFに対する前側焦点距離の2倍の位置である。また、2倍前側焦点面FFP2は、2倍前側焦点FF2における光軸OAに垂直な面である。同様に、2倍後側焦点RF2は、結合レンズ200の光軸OA上において、後側焦点RFに対する後側焦点距離の2倍の位置である。また、2倍後側焦点面RFP2は、2倍後側焦点RF2における光軸OAに垂直な面である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between the amount of light incident on the core 21 of the optical fiber 20 and the distance from the coupling lens 200 to the light emitting section 100, in order to explain the results of FIG.
In FIG. 7, in addition to the front focal point FF, the front focal plane FFP, the rear focal point RF, and the rear focal plane RFP, a 2× front focal point FF2 and a 2× front focal plane FFP2 are arranged from the coupling lens 200 toward the front focal point FF. It is written. Further, in FIG. 7 , a 2× back focus RF2 and a 2× back focal plane RFP2 are indicated from the coupling lens 200 to the back focus RF side. That is, the 2× front focal point FF2 is located on the optical axis OA of the coupling lens 200 at a position that is twice the front focal length of the front focal point FF. The 2x front focal plane FFP2 is a plane perpendicular to the optical axis OA at the 2x front focus FF2. Similarly, the 2x back focus RF2 is located on the optical axis OA of the coupling lens 200 at twice the back focal length relative to the back focus RF. Also, the 2x rear focal plane RFP2 is a plane perpendicular to the optical axis OA at the 2x rear focus RF2.

本実施の形態に対応する、前側焦点面FFPにおいて、中心Oより半径r離れた点P1から出射する光は、結合レンズ200から平行光となって出射した。一方、2倍前側焦点面FFP2において、中心Oより半径r離れた点P2から出射する光は、結合レンズ200から2倍後側焦点面RFP2に向かって集束する光となって出射する。よって、光ファイバ20におけるコア21の端面23には、2倍後側焦点面RFP2に向かって集束する光が入射する。 On the front focal plane FFP corresponding to the present embodiment, light emitted from a point P1 at a radius r away from the center O is emitted from the coupling lens 200 as parallel light. On the other hand, on the 2x front focal plane FFP2, the light emitted from the point P2, which is a radius r away from the center O, is emitted from the coupling lens 200 as converged light toward the 2x rear focal plane RFP2. Therefore, light converging toward the double rear focal plane RFP2 is incident on the end face 23 of the core 21 in the optical fiber 20 .

このため、点P2から出射する光は、点P1から出射する光に比べ、光ファイバ20のコア21への入射光量が多くなる。これは、図6で示したように、2倍前側焦点面FFP2に対応する距離Dが-0.5mm近傍であれば、距離Dが-0.307mm~-0.235mmの範囲である場合に比べて大きい。つまり、距離Dが-0.5mm近傍は、最大の結合効率が得られる位置である。 Therefore, the light emitted from the point P2 has a larger amount of light incident on the core 21 of the optical fiber 20 than the light emitted from the point P1. As shown in FIG. 6, if the distance D corresponding to the 2× front focal plane FFP2 is around −0.5 mm, the distance D is in the range of −0.307 mm to −0.235 mm. big in comparison. That is, the distance D near -0.5 mm is the position where the maximum coupling efficiency is obtained.

しかし、距離Dを-0.5mmとすると、つまり、図7において2倍前側焦点面FFP2に発光点110を設置すると、光ファイバ20におけるコア21の端面23で反射して発光部100への戻り光120が、発光部100の表面おいて集束せず、拡がって照射される。このため、戻り光120が発光点110に照射され、垂直共振器面発光レーザVCSELなどの発光素子の動作が不安定になるおそれがある。 However, if the distance D is −0.5 mm, that is, if the light emitting point 110 is placed on the double front focal plane FFP2 in FIG. The light 120 is not converged on the surface of the light emitting unit 100 but spreads out. As a result, the return light 120 irradiates the light emitting point 110, which may destabilize the operation of the light emitting element such as the vertical cavity surface emitting laser VCSEL.

しかし、発光素子の動作が不安定にならなければ、発光点110を2倍前側焦点面FFP2よりも、前側焦点面FFPに近い位置に設けてもよい。例えば、最大の結合効率が得られる位置における戻り光量に比べて、戻り光量の低下が10dB以上であれば、垂直共振器面発光レーザVCSELなどの発光素子の動作が不安定になりにくい。つまり、最大の結合効率が得られる位置における戻り光量に比べて、戻り光量の低下が10dB以上である位置に発光点110を設ければよい。 However, if the operation of the light emitting element does not become unstable, the light emitting point 110 may be provided at a position closer to the front focal plane FFP than the double front focal plane FFP2. For example, if the decrease in the amount of return light is 10 dB or more compared to the amount of return light at the position where the maximum coupling efficiency is obtained, the operation of a light-emitting element such as a vertical cavity surface emitting laser VCSEL is less likely to become unstable. In other words, the light emitting point 110 may be provided at a position where the return light amount is reduced by 10 dB or more compared to the return light amount at the position where the maximum coupling efficiency is obtained.

また、結合効率の低下は、小さいほどよいが、発光点110を2倍前側焦点面FFP2よりも、前側焦点面FFPに近い位置に設ければ、図6に示したように、最大の結合効率が得られる位置に対して、結合効率の低下が、つまり結合損失が1dB以下となる。 Further, the smaller the decrease in coupling efficiency, the better. is obtained, the coupling efficiency decreases, that is, the coupling loss becomes 1 dB or less.

上記の範囲は、図5、図6から、距離Dが-0.235mm以上且つ-0.338mm未満の範囲である。すなわち、前側焦点FFの前側焦点距離である-0.26mmに対し、0.9倍以上且つ1.3倍未満の距離Dであればよい。 According to FIGS. 5 and 6, the above range is a range in which the distance D is -0.235 mm or more and less than -0.338 mm. That is, the distance D should be 0.9 times or more and less than 1.3 times the front focal length of the front focal point FF of −0.26 mm.

なお、発光点110を2倍前焦点面FFP2に配置した場合、光ファイバ20におけるコア21の端面23が2倍後焦点面RFP2に配置されると、光ファイバ20におけるコア21の端面23には、集束された光が入射する。このため、発光点110と光ファイバ20との結合効率がよいと考えられる。しかし、光ファイバ20におけるコア21の端面23で反射した戻り光は、発光点110に戻って、発光点110を照射することになる。つまり、垂直共振器面発光レーザVCSELなどの発光素子の動作が不安定になるおそれがある。 When the light-emitting point 110 is placed on the 2x front focal plane FFP2 and the end face 23 of the core 21 in the optical fiber 20 is placed on the 2x back focal plane RFP2, the end face 23 of the core 21 in the optical fiber 20 is , where the focused light is incident. Therefore, it is considered that the coupling efficiency between the light emitting point 110 and the optical fiber 20 is good. However, the return light reflected by the end face 23 of the core 21 in the optical fiber 20 returns to the light emitting point 110 and illuminates the light emitting point 110 . In other words, the operation of a light emitting device such as a vertical cavity surface emitting laser VCSEL may become unstable.

これまでは、3個の発光点110の中心Oが、光軸OA上にあるとして説明した。しかし、発光点110の中心Oは、光軸OAからずれるおそれがある。
図8は、発光部100の中心Oが光軸OAからずれた場合における戻り光量を示す図である。図8(a)は、発光部100の中心Oと光軸OAとの関係を説明する図、図8(b)は、戻り光量である。図8(b)において、横軸は、中心Oの光軸OAに対するずれ量であるy方向オフセットS(μm)、縦軸は、戻り光量(dBm)である。
So far, the explanation has been given on the assumption that the center O of the three light emitting points 110 is on the optical axis OA. However, the center O of the light emitting point 110 may deviate from the optical axis OA.
FIG. 8 is a diagram showing the amount of returned light when the center O of the light emitting unit 100 is deviated from the optical axis OA. FIG. 8(a) is a diagram for explaining the relationship between the center O of the light emitting unit 100 and the optical axis OA, and FIG. 8(b) is the amount of return light. In FIG. 8B, the horizontal axis is the y-direction offset S (μm), which is the amount of deviation of the center O from the optical axis OA, and the vertical axis is the amount of return light (dBm).

図8(a)に示すように、図2(a)と同様に、中心Oの円111上に配置された3個の発光点110-1、110-2、110-3が等間隔で配置されている。ここで、図8(a)に示すように、発光点110-1から発光点110-2、110-3の間を通る方向がy方向であるので、光軸OAと中心Oとの間のずれ量であるオフセットS(μm)は、y方向のずれ量である。よって、y方向オフセットS(μm)とした。なお、図8(b)では、発光部100における発光点110の中心Oから円111の半径rは、0.020mmとした。そして、発光部100の結合レンズ200からの距離Dが-0.25mm、0.26mm、0.27mmの場合を示す。すると、図8(b)に示すように、発光部100と結合レンズ200との距離Dにかかわらず、y方向のオフセットSが-3μmから3μmの範囲において、戻り光量の増加は、10dB以内に抑制されている。よって、図5に示した、戻り光量が最大の結合効率が得られる位置における戻り光量より30dB以下となる距離D(-0.307mm~-0.235mm)の範囲においては、上記した戻り光量が10dB増加しても、垂直共振器面発光レーザVCSELなどの発光素子の動作への影響が抑制される。 As shown in FIG. 8(a), similarly to FIG. 2(a), three light emitting points 110-1, 110-2, 110-3 arranged on a circle 111 centered at O are arranged at equal intervals. It is Here, as shown in FIG. 8A, since the direction passing between the light emitting point 110-1 and the light emitting points 110-2 and 110-3 is the y direction, the distance between the optical axis OA and the center O The offset S (μm), which is the amount of deviation, is the amount of deviation in the y direction. Therefore, the y-direction offset is S (μm). In FIG. 8B, the radius r of the circle 111 from the center O of the light emitting point 110 in the light emitting section 100 is 0.020 mm. Also shown are cases where the distance D from the coupling lens 200 of the light emitting unit 100 is -0.25 mm, 0.26 mm, and 0.27 mm. Then, as shown in FIG. 8B, regardless of the distance D between the light emitting unit 100 and the coupling lens 200, the increase in the return light amount is within 10 dB when the offset S in the y direction is in the range of -3 μm to 3 μm. suppressed. Therefore, in the range of distance D (-0.307 mm to -0.235 mm) where the amount of returned light is 30 dB or less than the amount of returned light at the position where the maximum coupling efficiency is obtained, as shown in FIG. Even with an increase of 10 dB, the effect on the operation of a light-emitting element such as a vertical cavity surface emitting laser VCSEL is suppressed.

以上説明したように、本実施の形態における光信号送信装置10では、発光点110への戻り光量が30dB以下となるとともに、結合効率の低下が1dB以下になる。 As described above, in the optical signal transmission device 10 according to the present embodiment, the amount of light returned to the light emitting point 110 is 30 dB or less, and the reduction in coupling efficiency is 1 dB or less.

以下では、発光点110が垂直共振器面発光レーザVCSELで構成されているとして、垂直共振器面発光レーザVCSELの構造と、製造方法を説明する。
(垂直共振器面発光レーザVCSELの構造)
図9は、3個の発光点110を備える発光部100の拡大図である。図9(a)は、発光部100の上面図、図9(b)は、図9(a)のIXB-IXB線での発光部100の断面図である。発光部100は、外形が四角形状のチップとして構成されているとしたが、他の形状であってもよい。
In the following, the structure and manufacturing method of a vertical cavity surface emitting laser VCSEL will be described on the assumption that the light emitting point 110 is composed of the vertical cavity surface emitting laser VCSEL.
(Structure of Vertical Cavity Surface Emitting Laser VCSEL)
FIG. 9 is an enlarged view of the light emitting section 100 having three light emitting points 110. FIG. 9(a) is a top view of the light emitting section 100, and FIG. 9(b) is a sectional view of the light emitting section 100 along line IXB-IXB of FIG. 9(a). Although the light emitting unit 100 is configured as a chip with a rectangular outer shape, it may have another shape.

ここでは、図9(a)の上面図により、発光点110が垂直共振器面発光レーザVCSELで構成されるとして説明する。よって、以下では発光点110の代わりに、垂直共振器面発光レーザVCSELと表記する。ここでは、発光点110は、一例として3個であるとして、3個の垂直共振器面発光レーザVCSELをそれぞれ区別する場合、垂直共振器面発光レーザVCSEL-1、VCSEL-2、VCSEL-3と表記する。 Here, it is assumed that the emission point 110 is composed of a vertical cavity surface emitting laser VCSEL with reference to the top view of FIG. 9A. Therefore, hereinafter, the vertical cavity surface emitting laser VCSEL is referred to instead of the light emitting point 110 . Here, as an example, there are three light-emitting points 110, and three vertical cavity surface emitting lasers VCSEL-1, VCSEL-2, and VCSEL-3 are used to distinguish between the three vertical cavity surface emitting lasers. write.

図9(a)に示すように、3個の垂直共振器面発光レーザVCSELは、中心Oの円111に沿って、等間隔で配置されている。そして、図9(b)では、垂直共振器面発光レーザVCSEL-2、VCSEL-3の断面を示している。
なお、3個の垂直共振器面発光レーザVCSELは、同じ構造を有しているので、以下では1個の垂直共振器面発光レーザVCSEL、ここでは、垂直共振器面発光レーザVCSEL-2を例に説明する。なお、垂直共振器面発光レーザVCSEL-2を垂直共振器面発光レーザVCSELと表記する。
As shown in FIG. 9A, the three vertical cavity surface emitting lasers VCSELs are arranged along a circle 111 around the center O at equal intervals. FIG. 9B shows cross sections of the vertical cavity surface emitting lasers VCSEL-2 and VCSEL-3.
Since the three vertical cavity surface emitting lasers VCSEL have the same structure, one vertical cavity surface emitting laser VCSEL, here, the vertical cavity surface emitting laser VCSEL-2 is taken as an example. to explain. The vertical cavity surface emitting laser VCSEL-2 is referred to as a vertical cavity surface emitting laser VCSEL.

図9(a)に示すように、垂直共振器面発光レーザVCSELは、上面から見た場合、外形が円形に構成されている。そして、円形の中央部は、垂直共振器面発光レーザVCSELが光を外部に出射する出射面112である。なお、出射面112が発光点110であるとしてもよい。発光部100の上面は、出射面112を除いて配線層419で覆われている。
なお、垂直共振器面発光レーザVCSELの上面から見た外形は、円形でなくともよく、楕円、四角形、多角形など他の形状であってもよい。
As shown in FIG. 9A, the vertical cavity surface emitting laser VCSEL has a circular outer shape when viewed from above. The central portion of the circle is an emission surface 112 from which the vertical cavity surface emitting laser VCSEL emits light to the outside. Note that the emission surface 112 may be the light emitting point 110 . The upper surface of the light emitting section 100 is covered with a wiring layer 419 except for the emission surface 112 .
The outer shape of the vertical cavity surface emitting laser VCSEL as viewed from above does not have to be circular, and may be elliptical, rectangular, polygonal, or any other shape.

次に、図9(b)に示す断面図により、垂直共振器面発光レーザVCSELの断面構造を説明する。
垂直共振器面発光レーザVCSELは、例えばGaAsによるn型の基板410の一方の面(これを、表面と表記する。)上に、n型の下部分布ブラッグ反射層411と、活性層412と、酸化狭窄層413と、p型の上部分布ブラッグ反射層414と、p型のコンタクト層415と、p側電極416と、層間絶縁層417と、出射面保護層418と、配線層419とを備える。なお、分布ブラッグ反射層は、DBR(Distributed Bragg Reflector)層と呼ばれることから、以下では、n型の下部分布ブラッグ反射層411を下部DBR層411と、p型の上部分布ブラッグ反射層414を上部DBR層414と表記する。
Next, the cross-sectional structure of the vertical cavity surface emitting laser VCSEL will be described with reference to the cross-sectional view shown in FIG. 9(b).
The vertical cavity surface emitting laser VCSEL has an n-type lower distributed Bragg reflection layer 411, an active layer 412, and an n-type lower distributed Bragg reflection layer 411 on one surface (this is referred to as the surface) of an n-type substrate 410 made of, for example, GaAs. It comprises an oxidized constricting layer 413 , a p-type upper distributed Bragg reflection layer 414 , a p-type contact layer 415 , a p-side electrode 416 , an interlayer insulating layer 417 , an emission surface protective layer 418 , and a wiring layer 419 . . Since the distributed Bragg reflector layer is called a DBR (Distributed Bragg Reflector) layer, hereinafter, the n-type lower distributed Bragg reflector layer 411 is referred to as the lower DBR layer 411, and the p-type upper distributed Bragg reflector layer 414 is referred to as the upper DBR layer 411. It is written as a DBR layer 414 .

そして、発光部100における3個の垂直共振器面発光レーザVCSELは、いわゆるメサエッチングによって作成されたメサ構造、つまりメサ113によって分離されている。つまり、垂直共振器面発光レーザVCSELは、n型の基板410の表面に、n型の下部DBR層411、活性層412、酸化狭窄層413、p型の上部DBR層414、コンタクト層415が順に積層された構成を有している。そして、出射面112及びp側電極416を除く表面(メサ113の側面を含む)に層間絶縁層417が設けられている。上面から見た場合、出射面112を囲むようにp側電極416が設けられ、中央部に出射面保護層418が設けられている。さらに、層間絶縁層417上に、出射面112を除いて、配線層419が設けられている。なお、配線層419は、複数の垂直共振器面発光レーザVCSELのp側電極416と接続されている。 The three vertical cavity surface emitting lasers VCSELs in the light emitting section 100 are separated by a mesa structure, that is, a mesa 113 created by so-called mesa etching. That is, the vertical cavity surface emitting laser VCSEL has an n-type lower DBR layer 411, an active layer 412, an oxidized constriction layer 413, a p-type upper DBR layer 414, and a contact layer 415 on the surface of an n-type substrate 410 in this order. It has a laminated construction. An interlayer insulating layer 417 is provided on the surface (including the side surface of the mesa 113) excluding the emission surface 112 and the p-side electrode 416. FIG. When viewed from above, a p-side electrode 416 is provided so as to surround the emission surface 112, and an emission surface protective layer 418 is provided in the central portion. Furthermore, a wiring layer 419 is provided on the interlayer insulating layer 417 except for the output surface 112 . Note that the wiring layer 419 is connected to the p-side electrodes 416 of the plurality of vertical cavity surface emitting lasers VCSELs.

また、n型の基板410の他方の面(裏面)上に、n型の基板410とオーミックコンタクトするn側電極420を備える。なお、この構成は、n型の基板を用いた場合であって、p型の基板を用いる場合には、pとnとの極性が逆になり、電圧、電流の向きも逆になる。 Also, an n-side electrode 420 that makes ohmic contact with the n-type substrate 410 is provided on the other surface (rear surface) of the n-type substrate 410 . This configuration is for the case of using an n-type substrate, and when using a p-type substrate, the polarities of p and n are reversed, and the directions of voltage and current are also reversed.

そして、基板410の裏面に設けられたn側電極420に基準電位(GNDなど)が印加され、配線層419を介してp側電極416に正の駆動電位が印加されると、垂直共振器面発光レーザVCSELは、レーザ発振して、出射面112からレーザ光を出射する。レーザ光は、出射面112に垂直方向、つまり基板410に垂直方向にレーザ光を出射する。なお、出射面112の中心を、発光点110の中心Cとする。なお、出射面112は、必ずしも円形であることを要しない。出射面112の形状が、楕円形、三角形、四角形、四角形を超える多角形などである場合には、発光点110の中心Cは、出射面112が板状であるとした場合の重心である。 Then, when a reference potential (such as GND) is applied to the n-side electrode 420 provided on the back surface of the substrate 410, and a positive drive potential is applied to the p-side electrode 416 via the wiring layer 419, the vertical resonator plane The light emitting laser VCSEL performs laser oscillation and emits laser light from the emission surface 112 . The laser light is emitted in a direction perpendicular to the emission surface 112 , that is, in a direction perpendicular to the substrate 410 . Note that the center of the emission surface 112 is the center C of the light emitting point 110 . Note that the exit surface 112 does not necessarily need to be circular. When the shape of the output surface 112 is an ellipse, a triangle, a square, a polygon exceeding a square, or the like, the center C of the light emitting point 110 is the center of gravity when the output surface 112 is plate-shaped.

以下では、図9(b)に示した各層の構成について説明する。
基板410は、n型のGaAsを例として説明するが、不純物を添加していないイントリンシック(i)のGaAsでもよい。また、InP、GaN、InAs、その他III-V族、II-VI材料からなる半導体基板、サファイア、Si、Geなどでもよい。基板を変更した場合、基板上にモノリシックに積層される材料は、基板の格子定数に略整合(歪構造、歪緩和層、メタモルフィック成長を含む)する材料を用いる。ただし、基板410が電気絶縁性である場合には、基準電位(GNDなど)を供給する配線を別途設けることが必要となる。また、基板410を除く半導体層積層体を他の支持基板に張り付け、他の支持基板上に半導体層積層体を設ける場合は、支持基板と格子定数が整合している必要はない。これらについての詳細な説明は、省略する。
Below, the structure of each layer shown in FIG.9(b) is demonstrated.
The substrate 410 is described using n-type GaAs as an example, but may be intrinsic (i) GaAs to which no impurity is added. Also, semiconductor substrates made of InP, GaN, InAs, other III-V group, II-VI materials, sapphire, Si, Ge, etc. may be used. If the substrate is modified, the material that is monolithically deposited on the substrate uses materials that approximately match the lattice constant of the substrate (including strained structures, strain-relaxed layers, and metamorphic growth). However, if the substrate 410 is electrically insulating, it is necessary to separately provide wiring for supplying a reference potential (such as GND). In addition, when the semiconductor layer laminate other than the substrate 410 is adhered to another support substrate and the semiconductor layer laminate is provided on the other support substrate, it is not necessary to match the lattice constant with the support substrate. A detailed description of these will be omitted.

下部DBR層411は、屈折率が互いに異なる2つの半導体層が交互に積層されて構成されている。つまり、屈折率が互いに異なる2つの半導体層は、垂直共振器面発光レーザVCSELの発振波長をλ、媒質である半導体層の屈折率をnとした場合、それぞれの膜厚が0.25λ/nとなるように設定されている。このようにすることで、下部DBR層411は、波長λの光を、選択的に反射する反射層、つまり誘電体ミラーとして機能する。 The lower DBR layer 411 is formed by alternately stacking two semiconductor layers having different refractive indices. In other words, two semiconductor layers having different refractive indices have a film thickness of 0.25λ/n, where λ is the oscillation wavelength of the vertical cavity surface emitting laser VCSEL, and n is the refractive index of the semiconductor layer as a medium. is set to be By doing so, the lower DBR layer 411 functions as a reflective layer that selectively reflects light of wavelength λ, that is, as a dielectric mirror.

活性層412は、下部DBR層411側から、下部スペーサ層412a、量子井戸活性層412b、上部スペーサ層412cを備える。量子井戸活性層412bは、例えば、4層のGaAsで構成される障壁層と、それぞれが障壁層の間に設けられた3層のInGaAsで構成された量子井戸層とで構成される。下部スペーサ層412aは、量子井戸活性層412bと下部DBR層411との間にあり、上部スペーサ層412cは、量子井戸活性層412bと酸化狭窄層413との間にある。なお、酸化狭窄層413は、上部DBR層414の一部ととらえてよく、上部DBR層414の内部に設けられてもよい。下部スペーサ層412a及び上部スペーサ層412cは、下部DBR層411と上部DBR層414との間にあって、共振器の長さを調整するとともに、キャリアを閉じ込めるクラッドとして機能する。 The active layer 412 includes, from the lower DBR layer 411 side, a lower spacer layer 412a, a quantum well active layer 412b, and an upper spacer layer 412c. The quantum well active layer 412b is composed of, for example, four barrier layers made of GaAs and three quantum well layers made of InGaAs each provided between the barrier layers. The lower spacer layer 412 a is between the quantum well active layer 412 b and the lower DBR layer 411 , and the upper spacer layer 412 c is between the quantum well active layer 412 b and the oxide confinement layer 413 . Note that the oxidized constricting layer 413 may be regarded as part of the upper DBR layer 414 and may be provided inside the upper DBR layer 414 . The lower spacer layer 412a and the upper spacer layer 412c are located between the lower DBR layer 411 and the upper DBR layer 414, adjust the length of the resonator, and function as clads for confining carriers.

活性層412上に設けられた酸化狭窄層413は、非酸化領域413aと酸化領域413bとを備える。なお、後述するように、酸化領域413bは、メサ113の側面から形成されるので、上面から見た場合、垂直共振器面発光レーザVCSELの周辺部から中央部に向かって形成される。そして、中央部が非酸化領域413aとなる。後述するように、酸化領域413bは、電流が流れにくい領域であり、非酸化領域413aは、電流が流れやすい領域である。つまり、酸化狭窄層413は、垂直共振器面発光レーザVCSELにおける電流の流れる経路を狭窄する。 The oxidized constricting layer 413 provided on the active layer 412 comprises an unoxidized region 413a and an oxidized region 413b. As will be described later, the oxidized region 413b is formed from the side surface of the mesa 113, so that when viewed from above, it is formed from the periphery to the center of the vertical cavity surface emitting laser VCSEL. The central portion becomes the non-oxidized region 413a. As will be described later, the oxidized region 413b is a region where current does not easily flow, and the non-oxidized region 413a is a region where current easily flows. In other words, the oxidized constricting layer 413 constricts the current flow path in the vertical cavity surface emitting laser VCSEL.

メサ113の周辺部は、メサエッチングに起因した欠陥が多いため、非発光再結合が起こりやすい。このため、酸化領域413bを設けないと、垂直共振器面発光レーザVCSELの発振が不安定になりやすいとともに、電力が非発光再結合に消費される。よって、酸化領域413bを設けることで、中央部の非酸化領域413aに電流を集中させやすく、非発光再結合に消費される電力が抑制されて、低消費電力化及び光取り出し効率の向上が図れる。さらに、垂直共振器面発光レーザVCSELのレーザ発振が安定する。 Since the periphery of the mesa 113 has many defects due to mesa etching, non-radiative recombination is likely to occur. Therefore, if the oxidized region 413b is not provided, oscillation of the vertical cavity surface emitting laser VCSEL tends to become unstable, and power is consumed for non-radiative recombination. Therefore, by providing the oxidized region 413b, the current can be easily concentrated in the central non-oxidized region 413a, and the power consumed for non-radiative recombination can be suppressed, thereby reducing the power consumption and improving the light extraction efficiency. . Furthermore, laser oscillation of the vertical cavity surface emitting laser VCSEL is stabilized.

つまり、垂直共振器面発光レーザVCSELでは、非酸化領域413aにおいてレーザ発振が生じる。よって、非酸化領域413aの直径を5μm、7μmなどと小さくすることで、垂直共振器面発光レーザVCSELは、シングルモードで発振する。 That is, in the vertical cavity surface emitting laser VCSEL, laser oscillation occurs in the non-oxidized region 413a. Therefore, by reducing the diameter of the non-oxidized region 413a to 5 μm, 7 μm, or the like, the vertical cavity surface emitting laser VCSEL oscillates in a single mode.

上部DBR層414は、下部DBR層411と同様に、屈折率が互いに異なる2つの半導体層が交互に積層されて構成されている。つまり、屈折率が互いに異なる2つの半導体層は、それぞれの膜厚が0.25λ/nとなるように設定されている。このようにすることで、上部DBR層414は、波長λの光を、選択的に反射する反射層、つまり誘電体ミラーとして機能する。そして、下部DBR層411との間で共振器を構成し、波長λの光を閉じ込める。 Like the lower DBR layer 411, the upper DBR layer 414 is formed by alternately stacking two semiconductor layers having different refractive indices. In other words, the two semiconductor layers having different refractive indices are each set to have a film thickness of 0.25λ/n. By doing so, the upper DBR layer 414 functions as a reflective layer that selectively reflects light of wavelength λ, that is, as a dielectric mirror. A resonator is formed with the lower DBR layer 411 to confine light of wavelength λ.

コンタクト層415は、p側電極416とオーミックコンタクトしやすくするための層である。
p側電極416は、上面から見た場合に、メサの中心部を囲むように設けられる。p側電極416は、p型であるコンタクト層415とオーミックコンタクトがとりやすい金属材料で構成されている。
The contact layer 415 is a layer for facilitating ohmic contact with the p-side electrode 416 .
The p-side electrode 416 is provided so as to surround the center of the mesa when viewed from above. The p-side electrode 416 is made of a metal material that facilitates ohmic contact with the p-type contact layer 415 .

そして、層間絶縁層417は、出射面112及びp側電極416の形成された部分を除いて、垂直共振器面発光レーザVCSELの表面(メサ113の側面を含む)を覆うように設けられている。層間絶縁層417は、例えば、シリコン窒化膜で構成されている。なお、層間絶縁層417は、シリコン窒化膜の他、シリコン酸化(SiO)膜、シリコン酸窒化(SiON)膜などであってもよい。 The interlayer insulating layer 417 is provided so as to cover the surface of the vertical cavity surface emitting laser VCSEL (including the side surface of the mesa 113) except for the portion where the emission surface 112 and the p-side electrode 416 are formed. . The interlayer insulating layer 417 is composed of, for example, a silicon nitride film. Note that the interlayer insulating layer 417 may be a silicon oxide (SiO 2 ) film, a silicon oxynitride (SiON) film, or the like, in addition to the silicon nitride film.

出射面保護層418は、上面から見た場合に、p側電極416で囲まれたメサの中心部の領域である出射面112に、活性層412が出射する波長λの光に対して透過率が高い材料で構成されている。出射面保護層418は、例えば、シリコン窒化(SiN)膜で構成されている。なお、層間絶縁層417と出射面保護層418とを同時に形成してもよい。この場合、層間絶縁層417と出射面保護層418とは、同じ材料で構成される。 The output surface protective layer 418 has a transmittance of light having a wavelength λ emitted from the active layer 412 to the output surface 112, which is a central region of the mesa surrounded by the p-side electrode 416 when viewed from above. is made up of high quality materials. The output surface protective layer 418 is composed of, for example, a silicon nitride (SiN) film. Note that the interlayer insulating layer 417 and the output surface protective layer 418 may be formed at the same time. In this case, the interlayer insulating layer 417 and the output surface protective layer 418 are made of the same material.

そして、層間絶縁層417上に設けられた配線層419は、垂直共振器面発光レーザVCSELの出射面112を除いて、垂直共振器面発光レーザVCSELの表面を覆うように設けられている。そして、配線層419は、各垂直共振器面発光レーザVCSELのp側電極416を並列に接続するように、発光部100の表面を覆うように設けられている。 A wiring layer 419 provided on the interlayer insulating layer 417 is provided so as to cover the surface of the vertical cavity surface emitting laser VCSEL except for the emission surface 112 of the vertical cavity surface emitting laser VCSEL. A wiring layer 419 is provided to cover the surface of the light emitting section 100 so as to connect the p-side electrodes 416 of the vertical cavity surface emitting lasers VCSELs in parallel.

(垂直共振器面発光レーザVCSELの製造方法)
次に、垂直共振器面発光レーザVCSELの製造方法を説明する。
図10は、垂直共振器面発光レーザVCSELの製造方法を説明する図である。図10(a)は、半導体層積層体形成工程、図10(b)は、メサエッチング工程、図10(c)は、酸化領域形成工程、図10(d)は、p側電極形成工程及び層間絶縁層形成工程、図10(e)は、出射面保護層形成工程及びn側電極形成工程、図10(f)は、配線層形成工程である。
(Manufacturing method of vertical cavity surface emitting laser VCSEL)
Next, a method for manufacturing a vertical cavity surface emitting laser VCSEL will be described.
FIG. 10 is a diagram for explaining a method of manufacturing a vertical cavity surface emitting laser VCSEL. 10(a) is a semiconductor layer laminate forming step, FIG. 10(b) is a mesa etching step, FIG. 10(c) is an oxidized region forming step, FIG. 10(d) is a p-side electrode forming step and FIG. 10(e) is an output surface protective layer forming step and an n-side electrode forming step, and FIG. 10(f) is a wiring layer forming step.

図10(a)に示す半導体層積層体形成工程では、n型のGaAsである基板410上に、n型の下部DBR層411、活性層412、酸化狭窄層413、p型の上部DBR層414、p型のコンタクト層415を連続して積層して、半導体層積層体を形成する。 In the step of forming a semiconductor layer stack shown in FIG. 10A, an n-type lower DBR layer 411, an active layer 412, an oxidized constricting layer 413, and a p-type upper DBR layer 414 are formed on a substrate 410 of n-type GaAs. , p-type contact layers 415 are successively stacked to form a semiconductor layer stack.

n型の下部DBR層411は、例えば、有機金属気相成長(MOCVD)法により、キャリア濃度が1×1018cm-3のAlAsとGaAsとをそれぞれの膜厚が0.25λ/nとなるように交互に30周期積層して形成されている。なお、図10(a)では、図9(b)と異なり、多層構造で示さない。 The n-type lower DBR layer 411 is formed of AlAs and GaAs with a carrier concentration of 1×10 18 cm −3 by, for example, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method so that each film thickness is 0.25λ/n. are alternately stacked for 30 cycles. Note that unlike FIG. 9B, FIG. 10A does not show a multi-layer structure.

活性層412は、不純物をドープしていないアンドープのAl0.22Ga0.78Asの下部スペーサ層412a、アンドープの量子井戸活性層412b、アンドープのAl0.22Ga0.78Asの上部スペーサ層412cを積層して形成されている。なお、量子井戸活性層412bは、膜厚80nmのInGaAsの量子井戸層が3層と、膜厚150nmのGaAsの障壁層が4層とで構成されている。そして、活性層412は、膜厚がλ/nに設定されている。 The active layer 412 includes an undoped Al 0.22 Ga 0.78 As lower spacer layer 412a, an undoped quantum well active layer 412b, and an undoped Al 0.22 Ga 0.78 As upper spacer layer 412a. It is formed by stacking layers 412c. The quantum well active layer 412b is composed of three InGaAs quantum well layers with a thickness of 80 nm and four GaAs barrier layers with a thickness of 150 nm. The thickness of the active layer 412 is set to λ/n.

そして、酸化狭窄層413は、キャリア濃度が1×1018cm-3のAlAsである。そして、酸化狭窄層413は、膜厚が0.25λ/nに設定されている。 The oxidized constricting layer 413 is AlAs with a carrier concentration of 1×10 18 cm −3 . The thickness of the oxidized constricting layer 413 is set to 0.25λ/n.

上部DBR層414は、キャリア濃度が1×1018cm-3のAl0.9Ga0.1AsとGaAsとをそれぞれの膜厚が0.25λ/nとなるように、交互に22周期積層して形成されている。なお、総膜厚は、約2μmとなるように設定されている。
前述したように、酸化狭窄層413は、上部DBR層414の一部としてもよい。
The upper DBR layer 414 is formed by alternately laminating Al 0.9 Ga 0.1 As having a carrier concentration of 1×10 18 cm −3 and GaAs so that each layer has a thickness of 0.25λ/n for 22 cycles. It is formed by The total film thickness is set to be about 2 μm.
As previously mentioned, the oxidized constricting layer 413 may be part of the upper DBR layer 414 .

p型のコンタクト層415は、キャリア濃度が1×1019cm-3のGaAsである。p型のコンタクト層415は、膜厚がλ/nに設定されている。 The p-type contact layer 415 is GaAs with a carrier concentration of 1×10 19 cm −3 . The thickness of the p-type contact layer 415 is set to λ/n.

なお、MOCVD法における原料ガスとして、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、アルシンを用いた。また、不純物(ドーパント)材料として、p型用にシクロペンタジニウムマグネシウム、n型用にシランを用いた。基板温度を750℃とし、真空を破ることなく、原料ガスを順次切り替えながら、連続して各層を積層して半導体層積層体を形成した。 Trimethylgallium, trimethylaluminum, trimethylindium, and arsine were used as raw material gases in the MOCVD method. As impurity (dopant) materials, cyclopentazinium magnesium was used for p-type and silane was used for n-type. The substrate temperature was set to 750.degree.

図10(b)に示すメサエッチング工程では、上記の半導体層積層体を下部DBR層411の途中までエッチングしてメサ113を形成する。ここでは、AlAsである酸化狭窄層413を露出させた。つまり、フォトリソグラフィにより垂直共振器面発光レーザVCSELとなる部分にフォトレジストによるエッチングマスク(レジストマスク)Rを形成し、四塩化炭素(CCl)をエッチングガスとする反応性イオンエッチングによりメサ113を形成した。 In the mesa etching step shown in FIG. 10B, the semiconductor layer stack is etched halfway down the lower DBR layer 411 to form a mesa 113 . Here, the oxidized constricting layer 413, which is AlAs, is exposed. That is, an etching mask (resist mask) R is formed by photolithography in a portion that will become the vertical cavity surface emitting laser VCSEL, and the mesa 113 is formed by reactive ion etching using carbon tetrachloride (CCl 4 ) as an etching gas. formed.

図10(c)の酸化領域形成工程では、AlAsである酸化狭窄層413を酸化して、酸化領域413bを形成する。つまり、レジストマスクRを除去したのち、約400℃の炉中において、水蒸気酸化を行いAlAsである酸化狭窄層413を、メサ113の側面から酸化した。酸化されたメサ113の周辺部が酸化領域413bとなり、酸化されなかったメサ113の中心部が非酸化領域413aとなる。つまり、酸化領域413bでは、AlAsが酸化されて、絶縁性のAlを含むようになるため、電流が流れにくくなる。一方、非酸化領域413aは、電流が流れやすい領域、つまり電流注入領域として残る。 In the oxidized region forming step of FIG. 10C, the oxidized constricting layer 413 made of AlAs is oxidized to form an oxidized region 413b. That is, after removing the resist mask R, steam oxidation is performed in a furnace at about 400° C. to oxidize the oxidized constricting layer 413 made of AlAs from the side surface of the mesa 113 . The peripheral portion of the oxidized mesa 113 becomes an oxidized region 413b, and the central portion of the mesa 113 that is not oxidized becomes an unoxidized region 413a. In other words, in the oxidized region 413b, AlAs is oxidized to include insulating Al 2 O 3 , so that current becomes difficult to flow. On the other hand, the non-oxidized region 413a remains as a region where current flows easily, that is, as a current injection region.

図10(d)のp側電極形成工程及び層間絶縁層形成工程における、p側電極形成工程では、メサ113の表面の中央部を囲むようにp側電極416を形成する。つまり、p側電極416を形成する部分を除いて、レジストマスク(不図示)を形成し、p側電極416となる金属材料を真空蒸着などにより堆積する。そして、レジストマスクとともに、レジストマスク上の金属材料を除去する、いわゆるリフトオフ法により、p側電極416を形成する。これにより、p側電極416を形成する部分にp側電極416となる金属材料が残る。なお、p側電極416には、p型のGaAsとオーミックコンタクトが形成されやすいTi/Auを用いた。 In the p-side electrode forming step in the p-side electrode forming step and interlayer insulating layer forming step of FIG. That is, a resist mask (not shown) is formed except for the portion where the p-side electrode 416 is to be formed, and a metal material that will become the p-side electrode 416 is deposited by vacuum deposition or the like. Then, the p-side electrode 416 is formed by the so-called lift-off method of removing the metal material on the resist mask together with the resist mask. As a result, the metal material that forms the p-side electrode 416 remains in the portion where the p-side electrode 416 is to be formed. The p-side electrode 416 is made of Ti/Au, which easily forms an ohmic contact with p-type GaAs.

図10(d)のp側電極形成工程及び層間絶縁層形成工程における、層間絶縁層形成工程では、p側電極416及びp側電極416で囲まれた、出射面112となる領域を除いて、層間絶縁層417を堆積する。つまり、p側電極416の形成と同様に、p側電極416及びp側電極416で囲まれた出射面112となる領域に、レジストマスク(不図示)を形成し、層間絶縁層417となる窒化シリコン(SiN)を真空蒸着などにより堆積する。そして、レジストマスクとともに、レジストマスク上の窒化シリコンを除去する(リフトオフ法)。これにより、垂直共振器面発光レーザVCSELのメサ113の側面を含む表面に層間絶縁層417が形成される。 In the interlayer insulating layer forming step in the p-side electrode forming step and the interlayer insulating layer forming step of FIG. An interlayer insulating layer 417 is deposited. That is, in the same manner as the formation of the p-side electrode 416, a resist mask (not shown) is formed in a region surrounded by the p-side electrode 416 and the emission surface 112, and a nitriding layer that becomes the interlayer insulating layer 417 is formed. Silicon (SiN) is deposited by vacuum deposition or the like. Then, along with the resist mask, the silicon nitride on the resist mask is removed (lift-off method). As a result, an interlayer insulating layer 417 is formed on the surface including the side surfaces of the mesa 113 of the vertical cavity surface emitting laser VCSEL.

図10(e)の出射面保護層形成工程及び配線層形成工程における、出射面保護層形成工程では、p側電極416で囲まれた領域に、出射面保護層418を形成する。つまり、p側電極416で囲まれた出射面112となる領域を除いて、レジストマスク(不図示)を形成し、出射面保護層418となる窒化シリコン(SiN)を真空蒸着などにより堆積する。そして、レジストマスクとともに、レジストマスク上の窒化シリコンを除去する(リフトオフ法)。これにより、p側電極416で囲まれた領域に出射面保護層418が形成される。 In the output surface protective layer forming step in the output surface protective layer forming step and wiring layer forming step of FIG. In other words, a resist mask (not shown) is formed except for a region surrounded by the p-side electrode 416 and serving as the emission surface 112, and silicon nitride (SiN) serving as the emission surface protection layer 418 is deposited by vacuum deposition or the like. Then, along with the resist mask, the silicon nitride on the resist mask is removed (lift-off method). As a result, the emission surface protective layer 418 is formed in the region surrounded by the p-side electrode 416. FIG.

図10(e)の出射面保護層形成工程及びn側電極形成工程における、n側電極形成工程では、基板410の裏面に、n側電極420を形成する。つまり、基板410の裏面側に、n側電極420となる金属材料を真空蒸着などにより堆積する。なお、n側電極420には、n型のGaAsとオーミックコンタクトが形成されやすいAu/Geを用いた。 In the n-side electrode forming step in the output surface protective layer forming step and the n-side electrode forming step of FIG. That is, a metal material to be the n-side electrode 420 is deposited on the rear surface side of the substrate 410 by vacuum deposition or the like. For the n-side electrode 420, Au/Ge, which easily forms an ohmic contact with n-type GaAs, is used.

図10(f)の配線層形成工程における、配線層形成工程では、出射面112を除く、表面にp側電極416を接続するように配線層419を形成する。配線層419は、前述したように、出射面112を除くように、垂直共振器面発光レーザVCSELの表面を覆うように形成される。 In the wiring layer forming step in the wiring layer forming step of FIG. The wiring layer 419 is formed to cover the surface of the vertical cavity surface emitting laser VCSEL, excluding the emission surface 112, as described above.

本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形を行っても構わない。 Various modifications may be made as long as they do not contradict the gist of the present invention.

1…光伝送システム、10…光信号送信装置、11…光源部、12…信号変調部、20…光ファイバ、21…コア、22…クラッド、23…端面、30…信号処理装置、100…発光部、110…発光点、111…円、112…出射面、113…メサ、120…戻り光、200…結合レンズ、210…平凸レンズ部、220…円柱部、410…基板、411…下部分布ブラッグ反射層(下部DBR層)、412…活性層、413…酸化狭窄層、413a…非酸化領域、413b…酸化領域、414…上部分布ブラッグ反射層(上部DBR層)、415…コンタクト層、416…p側電極、417…層間絶縁層、418…出射面保護層、419…配線層、420…n側電極、λ…中心波長、D…光源部と結合レンズとの間の距離、FF…前側焦点、FFP…前側焦点面、RF…後側焦点、RFP…後側焦点面、VCSEL…垂直共振器面発光レーザ、n…屈折率、r…半径 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Optical transmission system 10... Optical signal transmission apparatus 11... Light source part 12... Signal modulation part 20... Optical fiber 21... Core 22... Clad 23... End surface 30... Signal processing apparatus 100... Light emission Part 110 Light-emitting point 111 Circle 112 Output surface 113 Mesa 120 Return light 200 Coupling lens 210 Plano-convex lens 220 Cylindrical part 410 Substrate 411 Lower distribution Bragg Reflective layer (lower DBR layer) 412 Active layer 413 Oxidized constricting layer 413a Non-oxidized region 413b Oxidized region 414 Upper distributed Bragg reflector layer (upper DBR layer) 415 Contact layer 416 p-side electrode 417 interlayer insulating layer 418 output surface protective layer 419 wiring layer 420 n-side electrode λ center wavelength D distance between light source and coupling lens FF front focus , FFP... front focal plane, RF... rear focal plane, RFP... rear focal plane, VCSEL... vertical cavity surface emitting laser, n... refractive index, r... radius

Claims (12)

光を出射する複数の発光点を有する発光部と、
前記複数の発光点が出射する光の光路上に設けられ、当該複数の発光点が出射する光を、外部に設けられる光伝送部と結合させるレンズと、を備え、
前記複数の発光点は、数が奇数であって、前記レンズの光軸に垂直な方向において、いずれも当該光軸上には配置されず、互いに当該光軸に対する対称の位置に設けられず、
前記複数の発光点のそれぞれに対し、前記光軸に対する対称の位置に生じる戻り光は、他の発光点に重ならない発光装置。
a light emitting unit having a plurality of light emitting points for emitting light;
a lens provided on the optical path of the light emitted from the plurality of light emitting points and coupling the light emitted from the plurality of light emitting points with an externally provided optical transmission unit;
the plurality of light-emitting points are odd in number, none of the light-emitting points are arranged on the optical axis in a direction perpendicular to the optical axis of the lens, and they are not provided at symmetrical positions with respect to the optical axis;
A light-emitting device in which return light generated at symmetrical positions with respect to the optical axis for each of the plurality of light-emitting points does not overlap other light-emitting points .
前記複数の発光点は、前記レンズの前記光軸からずれた当該光軸に平行な直線上において、前記光伝送部に対して最大の結合効率が得られる位置よりも、当該レンズの前側焦点に近い位置に設けられている請求項1に記載の発光装置。 The plurality of light-emitting points are positioned closer to the front focal point of the lens than the position at which the maximum coupling efficiency is obtained with respect to the light transmission section on a straight line parallel to the optical axis of the lens that is displaced from the optical axis. 2. The light emitting device according to claim 1, which is provided at a close position. 前記複数の発光点は、前記最大の結合効率が得られる位置での当該発光点への戻り光量に対し、戻り光量の低下が10dB以上となる位置に設けられている請求項2に記載の発光装置。 3. The light emission according to claim 2, wherein the plurality of light emitting points are provided at positions where the amount of return light decreases by 10 dB or more with respect to the amount of light returning to the light emitting points at the position where the maximum coupling efficiency is obtained. Device. 前記複数の発光点は、前記最大の結合効率に対し、結合効率の低下が1dB以下となる位置に設けられている請求項2又は3に記載の発光装置。 4. The light-emitting device according to claim 2, wherein the plurality of light-emitting points are provided at positions where a decrease in coupling efficiency is 1 dB or less with respect to the maximum coupling efficiency. 前記複数の発光点は、前記レンズの前側焦点距離に対し、0.9倍以上且つ1.3倍未満の距離に設けられている請求項1に記載の発光装置。 2. The light emitting device according to claim 1, wherein the plurality of light emitting points are provided at a distance of 0.9 times or more and less than 1.3 times the front focal length of the lens. 前記レンズは、当該レンズの後側焦点に端部が設けられている請求項2に記載の発光装置。 3. A light emitting device according to claim 2, wherein the lens has an end at a rear focal point of the lens. 前記複数の発光点は、前記レンズの前記光軸を中心とする円に沿って配置されている請求項1に記載の発光装置。 The light-emitting device according to claim 1, wherein the plurality of light-emitting points are arranged along a circle centered on the optical axis of the lens. 前記複数の発光点は、前記円に沿って等間隔に配置されている請求項7に記載の発光装置。 8. The light-emitting device according to claim 7, wherein the plurality of light-emitting points are arranged at regular intervals along the circle. 前記発光部における前記複数の発光点は、面発光レーザ素子である請求項1に記載の発光装置。 2. The light-emitting device according to claim 1, wherein the plurality of light-emitting points in the light-emitting portion are surface-emitting laser elements. 前記面発光レーザ素子は、シングルモード発振する請求項9に記載の発光装置。 10. The light emitting device according to claim 9, wherein said surface emitting laser element oscillates in a single mode. 請求項1乃至10のいずれか1項に記載の発光装置と、
前記発光装置を駆動して、取得した電気信号を当該発光装置が備える発光点により光信号に変換させる駆動部と、
を備える光信号送信装置。
A light emitting device according to any one of claims 1 to 10;
a drive unit that drives the light emitting device and converts the acquired electrical signal into an optical signal by a light emitting point provided in the light emitting device;
An optical signal transmitter comprising:
請求項11に記載の光信号送信装置と、
前記光信号送信装置から出力される主光線が結合される位置に設けられた光伝送部と、を備える光伝送システム。
An optical signal transmission device according to claim 11;
and an optical transmission unit provided at a position where a principal ray output from the optical signal transmission device is combined.
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