JPH0878783A - 光カプラ及び並列光インターコネクション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速なデジタルデータ伝送が可能であり、簡
易で小型な光カプラ及び並列光インターコネクション装
置を提供することを目的とする。 【構成】 光信号によりデジタルデータを転送する装置
において、電気信号を並列光信号へと光電変換する面発
光レーザダイオードアレイ２３と、受光した並列光信号
を電気信号へと変換するフォトディテクタアレイ２４
と、前記面発光レーザダイオードアレイ２３と前記フォ
トディテクタアレイ２４とを光結合する光学系３２ａ，
３２ｂとを具備するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、デジタルデータをボー
ド間或いは装置間で並列に光信号として送受信する光カ
プラ及び並列光インターコネクション装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ボード間或いは装置間でデジタル
データを転送する方法としては、例えば、図７に示すよ
うにな方法が用いられている。この方法は、パーソナル
コンピュータ相互或いはパーソナルコンピュータと測定
機器、プリンタ等の周辺機器とを接続する方法を示した
ものである。

【０００３】同図に示すように、パーソナルコンピュー
タ１０１と周辺機器１０１ａ、１０１ｂとの間でデジタ
ルデータのやりとりがある場合、８ビット程度の小並列
の信号でデータバス１０３を介して各装置１０１，１０
１ａ，１０１ｂは通信を行う。ここで、データバス１０
３は電気接続であり、通常良く用いられる方式として、
ＲＳ−２３２Ｃ又はＧＰ−ＩＢ等が挙げられるが、その
伝送レートは数ｋｂｐｓ(Kiro Bits Per Second)から数
Ｍｂｐｓ(Mega Bits Per Second)程度であり、伝送でき
る距離は数ｍ〜数１０ｍである。

【０００４】更に、スーパーコンピュータ或いは交換器
の装置間配線は、Ｇｂｐｓ(Giga Bits Per Second)の伝
送レートであるが、これを電気技術のみによって飛躍的
に高めることは困難である。また、上記の電気的な伝送
装置に加え、１組から数組の受発光素子と光ファイバと
を組み合わせた光カプラ及びデータ伝送装置があるが、
伝送レートとしては上記の電気的な装置の伝送レートと
同程度である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
の技術において、ボード間或いは装置間でデジタルデー
タを転送する方法としては、最高技術をもってしても伝
送レートは高々Ｇｂｐｓ程度である。このため、ボード
間或いは装置間のデータの通信に対して、従来の技術に
よるデータ伝送量は不十分であった。本発明は、上記従
来技術に鑑みてなされたものであり、高速なデジタルデ
ータ伝送が可能であり、簡易で小型な光カプラ及び並列
光インターコネクション装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の光カプラは、光信号をキャリアとして、デジタル
データを転送する装置において、電気信号を並列光信号
へと光電変換する面発光レーザダイオードアレイと、受
光した並列光信号を電気信号へと光電変換するフォトデ
ィテクタアレイと、前記面発光レーザダイオードアレイ
と前記フォトディテクタアレイとを光結合する光学系と
を具備することを特徴とする。ここで、上記光カプラに
おいて、前記フォトディテクタアレイへの信号を前記面
発光レーザレーダアレイの駆動回路へフィードバックす
る自動出力制御回路を具備し、前記面発光レーザダイオ
ードアレイとして、ＧaＡs基板上に作製した面発光レー
ザダイオードアレイを用い、前記光学系として、フリー
スペース型結像光学系を用いることを特徴とする。

【０００７】また、上記目的を達成する本発明の並列光
インターコネクション装置は、光信号をキャリアとし
て、デジタルデータを転送する装置において、電気信号
を並列光信号へと光電変換する面発光レーザダイオード
アレイと、受光した並列光信号を電気信号へと光電変換
するフォトディテクタアレイと、前記面発光レーザダイ
オードアレイと前記フォトディテクタアレイとを光結合
する光学系と、差動データ信号を生成し、該差動データ
信号を前記面発光レーザダイオードアレイに印加する差
動データ信号生成回路と、前記フォトディテクタアレイ
で受光した前記差動データ信号を復号化する差動データ
信号復号回路とを具備することを特徴とする。

【０００８】ここで、上記並列光インターコネクション
装置において、前記フォトディテクタアレイへの信号を
前記面発光レーザレーダアレイの駆動回路へフィードバ
ックする自動出力制御回路を具備し、前記面発光レーザ
ダイオードアレイとして、ＧaＡs基板上に作製した面発
光レーザダイオードアレイを用い、前記光学系として、
フリースペース型結像光学系を用いることを特徴とす
る。さらに、上記並列光インターコネクション装置にお
いて、前記光学系として、光ファイバアレイを用いるこ
と、前記フォトディテクタアレイへの信号を前記面発光
レーザダイオードアレイの駆動回路へフィードバックす
る自動出力制御回路を具備すること、前記差動データ信
号とともにクロック光を送受信するクロック同期回路を
具備することを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明の光カプラにおいては、面発光レーザダ
イオードアレイによりもとの電気信号が並列光信号へと
光電変換され、面発光レーザダイオードアレイとフォト
ディテクタアレイとを光結合する光学系によりフォトデ
ィテクタアレイへ結合された後、更に、フォトディテク
タアレイにより受光された並列光信号がもとの電気信号
に光電変換されることになる。

【００１０】本発明の並列光インターコネクション装置
においては、差動データ信号生成回路及び差動データ信
号復号回路を前記光カプラに組み込んだため、差動デー
タ信号生成回路によりもとの電気信号を差動データ信号
に生成した後に、更に、面発光レーザダイオードアレイ
により並列光信号へと光電変換し、また、フォトディテ
クタアレイにより受光された並列光信号がもとの差動デ
ータ信号に光電変換された後、更に、差動データ信号復
号回路により、その差動データ信号がもとの電気信号に
復号されることになる。従って、本発明では、ボード間
或いは装置間のデータ伝送において、簡易で小型の光カ
プラ及び高速でビットエラーが少なく、スループットが
大きい並列光インターコネクション装置が実現できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。 〔実施例１〕本発明の第１の実施例に係る光カプラを図
１に示す。本実施例は、光学系としてフリースペース型
結像光学系を用いたものである。図１に示すように、回
路基板１ａ，１ｂの間には筺体２２が橋渡しされると共
に、筺体２２はその両側下部に具備されたソケット２１
ａ，２１ｂにて両回路基板１ａ，１ｂに固定され、且
つ、電気的に接続されている。このため、ソケット２１
ａ，２１ｂがリジッドとなり、強固に接続される利点が
ある。

【００１２】筺体２２の上面には、データが流れる順
に、窒化アルミニウム基板３１ａ、面発光レーザダイオ
ードアレイ駆動回路２９、面発光レーザダイオードアレ
イ２３、棒状の分布屈折率レンズ３２ａ，３２ｂ、フォ
トディテクタアレイ２４、フォトディテクタアレイ用ア
ンプ３０、窒化アルミニウム基板３１ｂが配置されてい
る。本実施例では、フリースペース型結像光学系とし
て、分布屈折率レンズ３２ａ，３２ｂを用いた。実際に
は、筺体２２の強度を確保すると共に外部からの迷光を
遮断するカバーが筺体２２上に取り付けられているが、
図中では省略した。

【００１３】ここで、送信側である面発光レーザダイオ
ードアレイ２３及び面発光レーザダイオードアレイ駆動
回路２９は、図２に示すように実装されている。即ち、
窒化アルミニウム基板３１ａ上には、面発光レーザダイ
オードアレイ２３及び面発光レーザダイオードアレイ駆
動回路２９のチップパターンと配線パターンに合わせた
パターニングを施した金の配線電極２７ａ，２７ｂが形
成されている。

【００１４】この配線電極２７ａ，２７ｂ上に、インジ
ウムを含むはんだであるはんだバンプ２６を介して面発
光レーザダイオードアレイ２３、面発光レーザダイオー
ドアレイ駆動回路２９が実装されている。図２に示す実
装形態は、次のような手順により行う。先ず、面発光レ
ーザダイオードアレイ２３のｐ型オーミック電極４８及
びｎ型オーミック電極４１上に選択的にはんだバンプ２
６を形成し、窒化アルミニウム基板３１ａ上に置く。ま
た、面発光レーザダイオードアレイ駆動回路２９の電極
２８にも同様にはんだバンプ２６を形成し、窒化アルミ
ニウム基板３１ａの上に置く。

【００１５】次に、全体を摂氏１２０度で熱処理するこ
とにより、はんだバンプ２６を溶融させ、面発光レーザ
ダイオードアレイ２３、面発光レーザダイオードアレイ
駆動回路２９をそれぞれセルフアラインで接合する。こ
れにより、窒化アルミニウム基板３１ａの上に、面発光
レーザダイオードアレイ２３及び面発光レーザダイオー
ドアレイ駆動回路２９が機械的に接続されると共に電気
的にも接続される。

【００１６】一方、受信側であるフォトディテクタアレ
イ２４及びフォトディテクタアレイ用アンプ３０も窒化
アルミニウム基板３１ｂ上に同様の方法により実装す
る。窒化アルミニウム基板の代わりに、セラミック基板
又は半導体基板も用いることができる。

【００１７】面発光レーザダイオードアレイ２３の構造
を図３（ａ）に示す。この面発光レーザダイオードアレ
イ２３は、次のようにして作製される。先ず、ｎ型Ａl
ＧaＡs基板４２の上に、ｎ型分布屈折ミラー（ＤＢＲ）
４３、ｎ型クラッド４４、ｉ型多重量子井戸構造（ＭＱ
Ｗ）の活性層４５、ｐ型クラッド４６、ｐ型分布屈折ミ
ラー４７を順に積層した。ｎ型分布屈折ミラー４３は、
図３（ｂ）に示すように、光学波長が発振波長の１／４
であるＡlＧaＡs高屈折率層４３１とＡlＡs低屈折率層
４３２とを交互に３０対積層して構成した。

【００１８】ｐ型分布屈折ミラー４７は、図３（ｃ）に
示すように、光学波長が発振波長の１／４であるＡlＧa
Ａs高屈折率層４７１とＡlＡs低屈折率層４７２とを交
互に２０対積層して構成した。次に、レーザピクセル構
成のため利得ガイド部以外のｐ型分布屈折ミラー４７か
ら活性層（レーザキャビティ）４５までに水素イオンを
注入してイオン注入部４９を成形し、電気的に絶縁し
た。

【００１９】引続き、ｐ型分布屈折ミラー４７の上にｐ
型オーミック電極４８を形成する一方、ｎ型ＡlＧaＡs
基板４２にｎ型オーミック電極４１を蒸着した。尚、ｎ
型オーミック電極４１は、基板端面部の下面でｐ型オー
ミック電極４８と同じ高さの部分に引き出した。このよ
うにして、直径１０ミクロンの円形レーザピクセルを２
５０ミクロン間隔で縦横それぞれ８×８＝６４個作製し
た。ｐ型分布屈折ミラー４７はｐ型オーミック電極４８
と合わせて、ｎ型分布屈折ミラー４３より高反射率であ
るため、図３（ａ）において発振したレーザ光は上向き
に発振する。

【００２０】尚、この構造の他、水素イオン注入の代わ
りに酸素イオン注入を行った面発光レーザダイオードア
レイ、ｎ型ＡlＧaＡs基板とｎ型分布屈折ミラーとの間
にｎ型ＧaＡsのバッファ層を挟んだ構造の面発光レーザ
ダイオードアレイを作製したが、何れも良好なレーザ特
性を示すことを確認した。発振波長は約８５０ミクロン
であった。

【００２１】図１に示すように、面発光レーザダイオー
ドアレイ２３は電気的にはフリップチップボンディング
により筺体２２と接続され、印加される電気信号はソケ
ット２１ａを介して回路基板１ａから供給され、この電
気信号は並列光信号に光電変換されて分布屈折率レンズ
３２ａ，３２ｂへ出力される。面発光レーザダイオード
アレイ２３、分布屈折率レンズ３２ａ，３２ｂ、フォト
ディテクタアレイ２４の関係は、１ｆ−２ｆ−１ｆのテ
レセントリックな関係である。但し、ｆは焦点距離であ
る。従って、データを搬送する６４本の並列光信号であ
るレーザ光は、面発光レーザダイオードアレイ２３から
フォトディテクタアレイ２４に送られることになる。

【００２２】一方、フォトディテクタアレイ２４は、Ｓ
i−ｐｉｎフォトダイオードで、縦横８×８＝６４個が
集積されており、受光した並列光信号を個別に光電流に
光電変換して取り出すことができる。この光電流は、筺
体２２、ソケット２１ｂを介して回路基板１ｂへ流れ
る。回路基板２１ｂで、増幅・識別され、データ伝送は
完了する。尚、本実施例では、位置合わせ精度向上のた
め、棒状の分布屈折率レンズ３２ａ及び３２ｂを用いた
が、特にこれに限るものではなく、普通のレンズを使用
することができる。また、光学系はそれぞれ２ｆ−４ｆ
−２ｆの結像光学系レンズ、レンズ１枚の２ｆ−２ｆの
結像光学系であっても構わない。

【００２３】また、筺体２２には、２種のデータを送受
信間でやりとりさせる電気バス２５が設けられている。
その１種は、クロック信号で、面発光レーザダイオード
アレイ２３側のクロックをフォトディテクタアレイ２４
へ伝える。他の１種は面発光レーザダイオードアレイ２
３の出力制御信号である。更に、光出力制御のため、面
発光レーザダイオードアレイ及びフォトディテクタアレ
イの６４個のうちの一つを出力モニターとしている。即
ち、１個のレーザ・ピクセルはデータを搬送せず、直流
又は矩形波で駆動し、対するフォトダイオード・ピクセ
ルで出力をモニターしている。

【００２４】この電流を電気バス２５を介して面発光レ
ーザダイオードアレイ駆動回路２９へ出力制御信号とし
てフィードバックすることにより、自動的に出力を制御
することができる。本実施例の光カプラでは、１チャン
ネル当たり１５０Ｍｂｐｓのレートで６３チャンネルの
並列光伝送を行い、良好な伝送結果を得た。このときの
総合的な伝送レートは９．５Ｇｂｐｓで、非常に高スル
ープットである。

【００２５】〔実施例２〕本発明の第２の実施例に係る
並列光インターコネクション装置を図４に示す。尚、前
記実施例と基本的構成が共通しているため、同一部分に
ついての説明を割愛する。本実施例は、デジタル信号
０，１をレーザ光の明暗で表現する前記実施例と異な
り、二つのレーザピクセルを一組として、その組み合わ
せが「明暗」なら１、「暗明」なら０という差動データ
信号にコーディングしてデータ伝送するものである。

【００２６】即ち、差動データ信号生成回路により図４
（ａ）の上段に示す元の電気信号０を、同図（ｂ）の上
段に示す差動データ信号“０１”に符号化する。この差
動データ信号“０１”のうちの左側の０に対応して、図
４（ｃ）の上段に示すように、面発光レーザダイオード
アレイ２３のレーザピクセルＡには発振閾値以下の電流
を印加し、また、差動データ信号用“０１”のうち右側
の１に対応して面発光レーザダイオードアレイ２３のレ
ーザピクセルＢには発振閾値以上の電流を印加する。

【００２７】このとき、フォトディテクタアレイ２４中
でのフォトダイオードピクセルでは、レーザピクセルＡ
に対しては光電流が発生せず、また、レーザピクセルＢ
に対しては光電流が発生する。この信号対は、図４
（ｄ）の上段に示すように、差動データ信号復号回路で
再び０に復号される。同様にして、図４（ａ）の下段に
示す１は、同図（ｂ）の下段に示す差動データ信号とし
て“１０”に符号化され、これに対応して、同図（ｃ）
の下段に示すように、面発光レーザダイオードアレイ２
３ではレーザピクセルＣは発光するのに対してレーザピ
クセルＤは発光しない。

【００２８】これにより、フォトディテクタアレイ２４
では、レーザピクセルＣに対しては光電流が発生せず、
レーザピクセルＤに対しては光電流が発生し、同図
（ｄ）の下段に示すように１に復号される。本実施例に
おける差動データ信号生成回路としては面発光レーザダ
イオードアレイ駆動回路２９で兼用し、また、差動デー
タ信号復号回路としてはフォトディテクタアレイ用アン
プ３０で兼用した。

【００２９】本実施例では、伝送できるデータレート
は、前記実施例と比較して半減するものの、面発光レー
ザダイオードアレイの発振特性のバラツキ、同温度依存
性に対する耐性が非常に強く、ビットエラーの発生が著
しく抑えられ、温度調節装置がなくても安定な動作が得
られるという利点がある。前記実施例と同様の面発光レ
ーザダイオードアレイ、フォトディテクタアレイを用い
て、フリースペース型光接続回路を製作したところ、上
記特性が確認され、約５Ｇｂｐｓの伝送が確認された。

【００３０】〔実施例３〕本発明の第３の実施例に係る
並列光インターコネクション装置を図５に示す。本実施
例は、光学系として光ファイバアレイ５１を用いたもの
である。図５に示すように、回路基板１ａ，１ｂにはそ
れぞれソケット２１ａ，２１ｂを介して窒化アルミニウ
ム基板３１ａ，３１ｂが搭載されると共に電気的に接続
されている。

【００３１】窒化アルミニウム基板３１ａには、自動出
力制御回路用フォトディテクタ５２、面発光レーザダイ
オードアレイ（ＳＥＬＤＡ）２３及び面発光レーザダイ
オードアレイ用駆動回路２９が実装される一方、窒化ア
ルミニウム３１ｂには、フォトディテクタアレイ（ＰＤ
Ａ）２４及びフォトディテクタアレイ用アンプ３０が実
装されている。

【００３２】これら窒化アルミニウム基板３１ａ，３１
ｂの間には、面発光レーザダイオードアレイ２３とフォ
トディテクタアレイ２４とを光結合する光ファイバアレ
イ５１が橋渡しされている。従って、回路基板１ａから
回路基板１ｂへとデータが流れる順は、窒化アルミニウ
ム基板３１ａ、面発光レーザダイオードアレイ駆動回路
２９、面発光レーザダイオードアレイ２３、光ファイバ
アレイ５１、フォトディテクタアレイ２４、フォトディ
テクタアレイ用アンプ３０、窒化アルミニウム基板３１
ｂとなる。

【００３３】ここで、送信側である面発光レーザダイオ
ードアレイ２３及び面発光レーザダイオードアレイ駆動
回路２９は、図２に示すようにフリップチップボンディ
ングにより窒化アルミニウム基板３１ａに実装されてい
る。即ち、窒化アルミニウム基板３１ａ上には、面発光
レーザダイオードアレイ２３及び面発光レーザダイオー
ドアレイ駆動回路２９のチップパターンと配線パターン
に合わせたパターニングを施した金の配線電極２７ａ，
２７ｂが形成されている。

【００３４】この配線電極２７ａ，２７ｂ上に、インジ
ウムを含むはんだであるはんだバンプ２６を介して面発
光レーザダイオードアレイ２３、面発光レーザダイオー
ドアレイ駆動回路２９が実装されている。図２に示す実
装形態は、次のような手順により行う。先ず、面発光レ
ーザダイオードアレイ２３のｐ型オーミック電極４８及
びｎ型オーミック電極４１上に選択的にはんだバンプ２
６を形成し、窒化アルミニウム基板３１ａ上に置く。ま
た、面発光レーザダイオードアレイ駆動回路２９の電極
２８にも同様にはんだバンプ２６を形成し、窒化アルミ
ニウム基板３１ａの上に置く。

【００３５】次に、全体を摂氏１２０度で熱処理するこ
とにより、はんだバンプ２６を溶融させ、面発光レーザ
ダイオードアレイ２３、面発光レーザダイオードアレイ
駆動回路２９をそれぞれセルフアラインで接合する。こ
れにより、窒化アルミニウム基板３１ａの上に、面発光
レーザダイオードアレイ２３及び面発光レーザダイオー
ドアレイ駆動回路２９が機械的に接続されると共に電気
的にも接続される。

【００３６】一方、受信側であるフォトディテクタアレ
イ２４及びフォトディテクタアレイ用アンプ３０も窒化
アルミニウム基板３１ｂ上に同様の方法により実装す
る。窒化アルミニウム基板の代わりに、セラミック基板
又は半導体基板も用いることができる。面発光レーザダ
イオードアレイ２３の構造を図３（ａ）に示す。この面
発光レーザダイオードアレイ２３は、次のようにして作
製される。

【００３７】先ず、ｎ型ＡlＧaＡs基板４２の上に、２
０対のｎ−ＡlＡsとｎ−ＡlＧaＡsの層からなるｎ型分
布屈折ミラー（ＤＢＲ）４３、ｎ型クラッド層４４、ｉ
型多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層４５、ｐ型クラ
ッド層４６、３０対のｐ−ＡlＡsとｐ−ＡlＧaＡsの層
からなるｐ型分布屈折ミラー４７を順にエピタキシ成長
した。但し、それぞれの膜厚は、分布屈折ミラー４３，
４７の各１層の光学長が発振波長の１／４とし、ｎ型ク
ラッド層４４とｉ型多重量子井戸構造の活性層４５とｐ
型クラッド層４６の光学長の和が発振波長の１波長分と
した。

【００３８】次に、レーザピクセル構成のためこのエピ
タキシ基板を利得ガイド部以外のｐ型分布屈折ミラー４
７から活性層（レーザキャビティ）４５までに水素イオ
ンを注入してイオン注入部４９を成形し、ピクセル間を
電気的に絶縁した。この後、ｐ型分布屈折ミラー４７の
上にｐ型オーミック電極４８を形成する一方、ｎ型Ａl
ＧaＡs基板４２の上にｎ型オーミック電極４１を蒸着し
た。尚、ｎ型オーミック電極４１は、基板端面部の下面
でｐ型オーミック電極４８と同じ高さの部分に引き出し
た。

【００３９】このようにして、直径１０ミクロンの円形
レーザピクセルを２５０ミクロン間隔で縦横それぞれ８
×８＝６４個作製した。ｐ型分布屈折ミラー４７はｐ型
オーミック電極４８と合わせて、ｎ型分布屈折ミラー４
３より高反射率であるため、図３（ａ）において発振し
たレーザ光は上向きに発振する。尚、この構造の他、水
素イオン注入の代わりに酸素イオン注入を行った面発光
レーザダイオードアレイ、ｎ型ＡlＧaＡs基板とｎ型分
布屈折ミラーとの間にｎ型ＧaＡsのバッファ層を挟んだ
構造の面発光レーザダイオードアレイを作製したが、何
れも良好なレーザ特性を示すことを確認した。発振波長
は約８５０ミクロンであった。

【００４０】面発光レーザダイオードアレイ２３は電気
的にはフリップチップボンディングにより、窒化アルミ
ニウム基板３１ａと接続され、印加される電気信号はソ
ケット２１ａを介して回路基板１ａから供給される。面
発光レーザダイオードアレイ２３から出射されたレーザ
光は、光ファイバアレイ５１を介してフォトディテクタ
アレイ２４へ入射する。ここで、面発光レーザダイオー
ドアレイ２３には、縦横６４個のレーザピクセルが作製
されているため、データ及びクロックを搬送する６４本
のレーザ光線がフォトディテクタアレイ２４へ送られる
ことになる。

【００４１】フォトディテクタアレイ２４は、ＧaＡs−
ｐｉｎフォトダイオードで、縦横８×８の６４個が集積
されており、個別に光電流を取り出すことができる。こ
の光電流はソケット２１ｂを介して回路基板１ｂへと流
れる。回路基板１ａは、この光電流を増幅・識別し、デ
ータ電送が完了する。光ファイバアレイ５１は、面発光
レーザダイオードアレイ２３と同様に、２５０μｍ間隔
に縦横８×８の６４本をアレイとしたものである。６４
本のそれぞれは、コア径５０μｍのマルチモードファイ
バである。この光ファイバは、１Ｋｍあたり４００Ｍｂ
ｐｓの帯域を有するため、１チャンネル当たり１５０〜
６２２Ｍｂｐｓ程度のインタコネクションで１００ｍ以
下のものに対しては十分な伝送帯域である。

【００４２】光ファイバアレイ５１と面発光レーザダイ
オードアレイ２３との光学結合は、図６に示すように、
ガイドピン５５、補強板５６等を用いて行う。その製作
手順は次のとおりである。

【００４３】先ず、窒化アルミニウム基板３１ａとの接
続のため、光ファイバアレイ５１にフランジ５３をそれ
ぞれ端面を合わせて取り付ける。接着は、超音波はんだ
又は接着剤で行った。次に、フランジ５３と窒化アルミ
ニウム基板３１ａとの取付にあっては、窒化アルミニウ
ム基板３１ａには強度がないため、窒化アルミニウム基
板３１ａを補給板５６で補助した。

【００４４】その後、フランジ５３、窒化アルミニウム
基板３１ａ及び補強板５６とは、２本のガイドピン５５
にて位置決めして、４本のねじ５４にて機械的強度を保
たせた。面発光レーザダイオードアレイ２３と窒化アル
ミニウム基板３１ａとは、フリップチップボンディング
により位置合わせができているので、結果として、面発
光レーザダイオードアレイ２３と光ファイバアレイ５１
とが位置合わせされることになる。

【００４５】尚、ガイドピン５５により、面発光レーザ
ダイオードアレイ２３と光ファイバアレイ５１との端面
は、２００μｍの距離に固定し、光結合は十分であっ
た。フォトディテクタアレイ２４と光ファイバアレイ５
１との光学結合も上記同様な方法により行った。次に、
上記実施例における差動データ信号の生成、伝送及び復
号について説明する。この方法は、二つのレーザピクセ
ルを一組として、強度の組が「暗明」なら１、「明暗」
なら０という差動データ信号にコーディングしてデータ
伝送するものである。

【００４６】即ち、差動データ信号生成回路により、図
４（ａ）の上段に示す元の電気信号０を、同図（ｂ）の
上段に示す差動データ信号“０１”に符号化する。この
差動データ信号“０１”のうちの左側の０に対応して、
図４（ｃ）の上段に示すように、面発光レーザダイオー
ドアレイ２３のレーザピクセルＡには発振閾値以下の電
流を印加し、また、差動データ信号用“０１”のうち右
側の１に対応して面発光レーザダイオードアレイ２３の
レーザピクセルＢには発振閾値以上の電流を印加する。

【００４７】このとき、フォトディテクタアレイ２４中
でのフォトダイオードピクセルでは、レーザピクセルＡ
に対しては光電流が発生せず、また、レーザピクセルＢ
に対しては光電流が発生する。この信号対は、図４
（ｄ）の上段に示すように、差動データ信号復号回路で
再び０に復号される。

【００４８】同様にして、図４（ａ）の下段に示す１
は、同図（ｂ）の下段に示す差動データ信号“１０”に
符号化され、これに対応して、同図（ｃ）の下段に示す
ように、面発光レーザダイオードアレイ２３ではレーザ
ピクセルＣは発光するのに対してレーザピクセルＤは発
光しない。これにより、フォトディテクタアレイ２４で
は、レーザピクセルＣに対しては光電流が発生せず、レ
ーザピクセルＤに対しては光電流が発生し、同図（ｄ）
の下段に示すように１に復号される。

【００４９】本実施例における差動データ信号生成回路
としては面発光レーザダイオードアレイ駆動回路２９で
兼用し、また、差動データ信号復号回路としてはフォト
ディテクタアレイ用アンプ３０で兼用した。本実施例で
は、差動方式の導入により、スループットは減少する
が、面発光レーザダイオードアレイの発振特性のばらつ
き、その温度依存性に対する耐性が非常に強く、ピット
エラーの発生が著しく抑えられるため、温度調節装置が
なくても安定な動作が得られるという特徴がある。

【００５０】面発光レーザダイオードアレイ２３及びフ
ォトディテクタアレイ２４はいずれも、６４個ずつピク
セルを持っているが、このうち２個ずつはクロック同期
回路と自動出力制御回路のために、内部信号として使用
される。

【００５１】クロック同期信号について説明する。並列
光インターコネクション装置は、高並列性のため、その
わずか１チャンネルをクロック信号に割り当てても、な
お十分なスループットを持つ。また、それによりフォト
ディテクタアレイ２４側において、クロック抽出、生成
が不要となり、大幅に回路を簡略化することができる。
図中では、省略されているが、クロック信号もデータ信
号と同等に面発光レーザダイオードアレイ２３、光ファ
イバアレイ５１、フォトディテクタアレイ２４へと伝送
される。

【００５２】自動出力制御回路について説明する。面発
光レーザダイオードアレイ２３中のもう一つの余ったピ
クセルにデューティー１／２のパルスを印加しておき、
光ファイバアレイ５１の１本を窒化アルミニウム基板３
１ａ上に配置した自動出力制御回路用フォトディテクタ
２２へ入射する。このとき得られる光電流を、面発光レ
ーザダイオードアレイ用駆動回路２９で検出してフィー
ドバックし、面発光レーザダイオードアレイ２３の各ピ
クセルへ供給する電流を可変し出力光を一定に保つ。

【００５３】上述したように製作した並列光インターコ
ネクション装置では、１チャンネル当たり１５０Ｍｂｐ
ｓのレートで３１チャンネル並列伝送を行い、良好な伝
送結果を得た。このときの総合的な伝送レートは４．７
Ｇｂｐｓで非常に高スループットであった。

【００５４】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明の光カプラ及び並列光インターコネク
ション装置によれば、ボード間或いは装置間のデジタル
データの伝送を高速に行うことができ、１０Ｇｂｐｓ級
の伝送装置として非常に簡便且つ小型となる。更に、本
発明は、コンピュータ間の通信、測定器のインターフェ
ース、交換機内外のデータ伝送等の分野に広く応用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る光カプラの斜視図
である。

【図２】面発光レーザダイオードアレイの実装形態を示
す説明図である。

【図３】面発光レーザダイオードアレイの断面図であ
る。

【図４】本発明の第２の実施例に係る並列光インターコ
ネクション装置に関し、同図（ａ）は元の電気信号、同
図（ｂ）は差動データ信号用に符号化された信号、同図
（ｃ）は面発光レーザダイオードアレイ上の発光パター
ン、同図（ｄ）は復号化された電気信号を示す説明図で
ある。

【図５】本発明の第３の実施例の斜視図である。

【図６】本発明の第３の実施例で使用される面発光レー
ザダイオードアレイに関し、同図（ａ）はその平面図、
同図（ｂ）は同図（ａ）中のｃ１−ｃ１′線断面図、同
図（ｃ）は同図（ａ）中のｃ２−ｃ２′線断面図であ
る。

【図７】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ 回路基板 ２ 光カプラ ２１ａ，２１ｂ ソケット ２２ 筺体 ２３ 面発光レーザダイオードアレイ（ＳＥＬＤＡ） ２４ フォトディテクタアレイ（ＰＤＡ） ２５ 電気バス ２６ はんだバンプ ２７ａ，２７ｂ 配線電極 ２８ 電極 ２９ 面発光レーザダイオードアレイ駆動回路 ３０ フォトディテクタアレイ用アンプ ３１ａ，３１ｂ 窒化アルミニウム（ＡlＮ）基板 ３２ａ，３２ｂ 分布屈折率レンズ ４１ ｎ型オーミック電極 ４２ ｎ型ＡlＧaＡs基板 ４３ ｎ型分布屈折ミラー（ＤＢＲ） ４４ ｎ型クラッド ４５ ｉ型多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層 ４６ ｐ型クラッド ４７ ｐ型分布屈折ミラー ４８ ｐ型オーミック電極 ４３１ ｎ型分布屈折ミラーのうちの光学波長が発振波
長の１／４であるＡlＧaＡs高屈折率層 ４３２ ｎ型分布屈折ミラーのうちの光学波長が発振波
長の１／４であるＡlＡs低屈折率層 ４７１ ｐ型分布屈折ミラーのうちの光学波長が発振波
長の１／４であるＡlＧaＡs高屈折率層 ４７２ ｐ型分布屈折ミラーのうちの光学波長が発振波
長の１／４であるＡlＡs低屈折率層 ４９ イオン注入部 ５１ 光ファイバアレイ ５２ 自動出力制御回路用フォトディテクタ ５３ フランジ ５４ ねじ ５５ ガイドピン ５６ 補強板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小濱 剛孝 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光信号によりデジタルデータを転送する
   装置において、電気信号を並列光信号へと光電変換する
   面発光レーザダイオードアレイと、受光した並列光信号
   を電気信号へと光電変換するフォトディテクタアレイ
   と、前記面発光レーザダイオードアレイと前記フォトデ
   ィテクタアレイとを光結合する光学系とを具備すること
   を特徴とする光カプラ。
2. 【請求項２】 光信号によりデジタルデータを転送する
   装置において、電気信号を並列光信号へと光電変換する
   面発光レーザダイオードアレイと、受光した並列光信号
   を電気信号へと光電変換するフォトディテクタアレイ
   と、前記面発光レーザダイオードアレイと前記フォトデ
   ィテクタアレイとを光結合する光学系と、差動データ信
   号を生成し、該差動データ信号を前記面発光レーザダイ
   オードアレイに印加する差動データ信号生成回路と、前
   記フォトディテクタアレイで受光した前記差動データ信
   号を復号化する差動データ信号復号回路とを具備するこ
   とを特徴とする並列光インターコネクション装置。
3. 【請求項３】 前記フォトディテクタアレイへの信号を
   前記面発光レーザレーダアレイの駆動回路へフィードバ
   ックする自動出力制御回路を具備し、前記面発光レーザ
   ダイオードアレイとして、ＧaＡs基板上に作製した面発
   光レーザダイオードアレイを用い、前記光学系として、
   フリースペース型結像光学系を用いることを特徴とする
   請求項１記載の光カプラ。
4. 【請求項４】 前記フォトディテクタアレイへの信号を
   前記面発光レーザレーダアレイの駆動回路へフィードバ
   ックする自動出力制御回路を具備し、前記面発光レーザ
   ダイオードアレイとして、ＧaＡs基板上に作製した面発
   光レーザダイオードアレイを用い、前記光学系として、
   フリースペース型結像光学系を用いることを特徴とする
   請求項２記載の並列光インターコネクション装置。
5. 【請求項５】 前記光学系として、光ファイバアレイを
   用いることを特徴とする請求項２記載の並列光インター
   コネクション装置。
6. 【請求項６】 前記フォトディテクタアレイへの信号を
   前記面発光レーザダイオードアレイの駆動回路へフィー
   ドバックする自動出力制御回路を具備することを特徴と
   する請求項５記載の並列光インターコネクション装置。
7. 【請求項７】 前記差動データ信号とともにクロック光
   を送受信するクロック同期回路を具備することを特徴と
   する請求項６記載の並列光インターコネクション装置。