JPWO2007097110A1 - 光通信システムおよび光送信機 - Google Patents
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Abstract
光信号でデータ伝送を行なう光通信システムであって第１の光送信機と第１の光受信機とを有している。第１の光送信機は、活性層がＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）量子井戸層を有する多重量子井戸構造であり、発振波長が１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である第１の面発光レーザを備え、その第１の面発光レーザで生成した光信号を送信する。第１の光受信機は、第１の光伝送路を介して第１の光送信機と接続され、第１の光送信機から送信された光信号を第１の光伝送路を介して受信する。
Description
本発明は、電子機器間を接続する光通信システムに関する。
近年、コンピュータ等の電子機器間を光接続して情報を伝送する光通信システムがオフィスや家庭等に設けられている。
このような光通信システムの光源装置としては、面発光レーザが使用される。８５０ｎｍ帯の面発光レーザは、すでに高速ＬＡＮであるイーサネット（登録商標）などで実用化されている（特開２００５−０９３７０４号公報参照）。
ここで、オフィスや家庭等に光通信システムを設置する場合には、環境温度を厳密に管理することが難しいため、０℃〜１００℃程度の環境下での耐性が求められることとなる。
しかしながら、従来の光通信システムに搭載される発振波長８５０ｎｍ帯の面発光レーザは、０℃〜１００℃程度の環境下での耐性が悪い。
そのため、発振波長８５０ｎｍ帯の面発光レーザを使用した場合には、光通信システムの信頼性を向上させることが困難となっている。
本発明の目的は、高い信頼性を有する光通信システムを提供することである。
上記目的を達成するために、本発明の光通信システムは、光信号でデータ伝送を行なう光通信システムであって、第１の光送信機と第１の光受信機とを有している。
第１の光送信機は、活性層がＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）量子井戸層を有する多重量子井戸構造であり、発振波長が１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である第１の面発光レーザを備えている。
第１の光送信機と第１の光受信機とは第１の光伝送路を介して相互に接続される。第１の光送信機は、第１の面発光レーザで生成した光信号を送信する。第１の光受信機は、第１の光送信機から送信された光信号を第１の光伝送路を介して受信する。
本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本発明者らは、過酷な環境下で面発光レーザの耐性が悪化する原因としては、温度上昇に伴う活性層内での結晶欠陥の増殖があげられると考えた。
過酷な環境下で高い信頼性を有する光通信システムを提供するためには、面発光レーザの活性層内での結晶欠陥の増殖速度を抑制することが重要であると考えた。
従来の８５０ｎｍ帯の面発光レーザでは、一般に活性層は、ＧａＡｓ量子井戸層と、ＡｌＧａＡｓ障壁層とで構成されているため、結晶欠陥が増殖し易くなっていることがわかった。特に、環境温度が上がったり、電流密度が上昇したりした場合には、結晶欠陥の増殖は顕著に増加し、面発光レーザの寿命は顕著に低下する。
そこで、本発明者らは、結晶欠陥の増殖と、発振波長（すなわち、量子井戸層を構成するＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ層中のＩｎ組成比）との関係を検討した結果、図１に示す結論を得ることができた。
図１に示すように、Ｉｎ組成比を増加させ、Ｉｎ組成比を０．１５≦ｘ≦０．３５とし、発振波長１０００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下とすることで、面発光レーザの信頼性が大きく改善できることを見出した。図１は、各Ｉｎ組成比（発振波長）の面発光レーザを想定し、所定値の電流を流した場合に、光の強度が２０％低下するまでにかかる時間をシミュレーションしたものである。縦軸の信頼性は、光の強度が２０％低下するまでにかかる時間を相対値で示している。なお、図１の発振波長８５０ｎｍの面発光レーザの量子井戸層のＩｎ組成比は０である。また、図１においては、縦軸の信頼性の値が４８以上であることが必要とされている。
発振波長１０００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下の領域においては、Ｉｎ添加効果により、結晶欠陥の増殖がピンニングされ、結晶欠陥の増殖速度が抑制されたと考えられる。これに加え、ＩｎＧａＡｓ自身の微分利得の高さから面発光レーザの駆動電流量が大幅に低減でき、これにより、面発光レーザの活性層中の温度の上昇が抑制され、これにより、信頼性が飛躍的に高まったとも考えられる。
なお、図１は、環境温度を１００℃、伝送速度１Ｇｂｐｓと設定した場合のものである。
本発明の実施形態による光通信システムは、光源装置を備えた光送信部、光送信部からの光を伝送する伝送部、及び伝送部によって伝送された光を受信する光受信部を備えており、屋内に配置される。そして、光通信システムは、１Ｇｂｐｓ以上の高速データ伝送を行なうものである。光源装置は、ＧａＡｓ基板と、このＧａＡｓ基板上に形成された活性層とを有する面発光レーザを有し、活性層がＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）量子井戸層を有する多重量子井戸構造であり、面発光レーザの発振波長が１０００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下である。
この構成によれば、面発光レーザの活性層がＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）量子井戸層を有し、面発光レーザの発振波長を１０００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下としている。そのため、このような面発光レーザは、過酷な温度環境下においても高い信頼性を有する。従って、このような面発光レーザを屋内に配置される光通信システムに使用することで、高い信頼性を有する光通信システムを提供することができる。
なお、特開平１０−２３３５５９号に示すように、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ量子井戸層を有する活性層を備えた面発光レーザは知られている。しかしながら、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ量子井戸層のＩｎ組成比を０．１５≦ｘ≦０．３５とし、発振波長を１０００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下とすることで、環境温度に対する耐性が上昇し、過酷な温度環境下においても高い信頼性を示すことは従来全く知られていなかった。すなわち、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）量子井戸層を有し、発振波長が１０００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下の面発光レーザを屋内に配置される光通信システムに適用することで、高い信頼性を有する光通信システムを提供することができるということは、従来、全く想定できなかったのである。
本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
（第１の実施形態）
図２に示す光通信システム１は、光源装置１４を備えた光送信部１１、光送信部１１からの光を伝送する伝送部１２、及び伝送部１２によって伝送された光を受信する光受信部１３を備え、１Ｇｂｐｓ以上の高速データ伝送を行なうものである。
図２に示す光通信システム１は、光源装置１４を備えた光送信部１１、光送信部１１からの光を伝送する伝送部１２、及び伝送部１２によって伝送された光を受信する光受信部１３を備え、１Ｇｂｐｓ以上の高速データ伝送を行なうものである。
この光通信システム１は、家庭用あるいはオフィス用に使用されるものであり、ビル等の建物内に設置される。
光源装置１４は、図３に示すように、ＧａＡｓ基板１５１と、このＧａＡｓ基板１５１上に形成された活性層１５４とを有する面発光レーザ１５を有する。活性層１５４はＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）量子井戸層を有する多重量子井戸構造であり、面発光レーザ１５の発振波長が１０００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下である。
以下に、光通信システム１の詳細について述べる。
光送信部１１は、例えば、ビデオオンディマンド中継器に搭載されており、画像に基づく電気信号が導入されるものである。
光送信部１１は、光源装置１４と、この光源装置１４を駆動する駆動回路１６とを備える。駆動回路１６には、ビデオオンディマンド中継器で取得した画像に基づく電気信号が導入され、この電気信号に基づいて、光源装置１４の面発光レーザ１５の発光が変調される。
面発光レーザ１５は、図３に示すように、半導体基板としてのＧａＡｓ基板１５１と、このＧａＡｓ基板１５１上に設けられた第１のＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）層１５２と、この第１のＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）層１５２上に設けられたクラッド層１５３と、クラッド層１５３上に設けられた活性層１５４と、活性層１５４上に設けられた第２のクラッド層１５５と、第２のクラッド層１５５上に設けられた電流狭窄層１５６と、電流狭窄層１５６上に設けられた第２のＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）層１５７と、を備える。
この面発光レーザ１５は、垂直共振器型である。
第１のＤＢＲ層１５２は、ｎ型ＡｌＧａＡｓ膜と、ｎ型のＧａＡｓ膜とを交互に積層したｎ型半導体多層膜である。
クラッド層１５３は、例えば、ＧａＡｓ層である。
活性層１５４は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）量子井戸層と、ＧａＡｓ障壁層とが交互に積層されたＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ：多重量子井戸）層である。本実施形態では、量子井戸層は、Ｉｎ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ層で構成され、面発光レーザ１５の発振波長は１０７０ｎｍである。
また第２のクラッド層１５５は、例えば、ＧａＡｓ層である
電流狭窄層１５６は、ＡｌＡｓ層である。この電流狭窄層１５６には、低抵抗領域１５６Ａが形成されている。この低抵抗領域１５６Ａは、低抵抗領域１５６Ａよりも抵抗値が高く、水蒸気酸化工程によって形成される高抵抗領域（酸化領域）１５６Ｂに挟まれるようにして形成されている。
電流狭窄層１５６は、ＡｌＡｓ層である。この電流狭窄層１５６には、低抵抗領域１５６Ａが形成されている。この低抵抗領域１５６Ａは、低抵抗領域１５６Ａよりも抵抗値が高く、水蒸気酸化工程によって形成される高抵抗領域（酸化領域）１５６Ｂに挟まれるようにして形成されている。
第２のＤＢＲ層１５７は、ｐ型のＡｌＧａＡｓ膜と、ｐ型のＧａＡｓ膜とを交互に積層したｐ型半導体多層膜である。
第２のＤＢＲ層１５７上には、上部電極１５８が配置され、また、第１のＤＢＲ層１５２上に下部電極１５９が設置されている。
このような面発光レーザ１５は、ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）やガスソースＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）等により、ＧａＡｓ基板１５１上に各層１５２〜１５７を順に積層することで形成される。
ここで、光源装置１４の面発光レーザ１５と、駆動回路１６とは、図４に示すように、パッケージ１７内に密閉されている。パッケージ１７は、プラスチック製あるいは金属製であり、円筒形状である。このパッケージ１７の底面に面発光レーザ１５と、駆動回路１６とが固定されている。パッケージ１７内には、電気的絶縁性を有する液体あるいはゲル（例えば、シリコン系の液体あるいはゲル）が注入されている。
再度図２に示すように、伝送部１２は、光源装置１４の面発光レーザ１５からの光信号を伝送するものであり、例えば、ポリマークラッド光ファイバ（ＰＣＦ）等の光ファイバである。
光受信部１３は、伝送部１２からの光信号を受信するものであり、受光素子１３１と、増幅回路１３２と、符号形成回路１３３とを有する。
受光素子１３１は、面発光レーザ１５から発振される１０００ｎｍ〜１１００ｎｍの光を受光できるものであればよい。
受光素子１３１にて、光信号が電気信号に変換され、受光素子１３１にて変換された電気信号が、増幅回路１３２、符号形成回路１３３を通じて復号される。
ここで、光受信部１３は、室内に配置されたＴＶ装置等に搭載されるものである。この光受信部１３で復号化された電気信号は、ＴＶ装置に画像として表示されることとなる。
このような光通信システム１において、伝送部１２を１０ｍのポリマークラッド光ファイバ（ＰＣＦ）としたところ、環境温度−４０℃〜１２５℃において伝送速度１Ｇｂｐｓとすることができた。また、環境温度１００℃においては、５０００時間の信頼性（光の強度が２０％低下するまでに５０００時間かかった）を得ることができた。
さらに、以上のような光通信システム１に搭載された面発光レーザ１５の変調動作の温度依存性に関する実験を行なった。
結果を図５に示す。１５０℃の高温下においても４Ｇｂｐｓの高速動作を行なうことができることが確認できる。
本実施形態によれば、面発光レーザ１５の活性層１５４がＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）量子井戸層を有し、面発光レーザ１５の発振波長を１０００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下としている。そのため、このような面発光レーザ１５は、過酷な温度環境下においても高い信頼性を有する。従って、このような面発光レーザ１５を屋内に配置される光通信システム１に使用することで、高い信頼性を有する光通信システム１を提供することができる。
さらに、本実施形態では、面発光レーザ１５と、駆動回路１６とは、パッケージ１７内に収容されており、さらに、このパッケージ１７内には、電気的絶縁性を有する液体あるいはゲルが注入されている。このパッケージ１７内の液体あるいはゲルにより、車体内での振動を吸収することができる。
さらには、本実施形態では、パッケージ１７内の液体あるいはゲルを、シリコン系の液体あるいはゲルとしている。シリコン系の液体あるいはゲルは熱伝導性に優れるため、面発光レーザ１５の活性層１５４で発生した熱をすばやく拡散することができる。これにより、面発光レーザ１５の劣化を確実に防止することができる。
また、シリコン系の液体あるいはゲルは、屈折率が１よりも大きいため、面発光レーザ１５の出射光がパッケージ１７内で拡がらずに直進し、伝送部１２の光ファイバとの結合損失を低減させることができる。具体的には、パッケージ１７内にシリコン系の液体あるいはゲルを注入することで、パッケージ１７を設けない場合に比べ、結合損失を２ｄＢから１ｄＢに半減させることができる。
（第２の実施形態）
図６を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。
図６を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。
本実施形態の光通信システム２は、光受信部１３を複数、例えば、２つ有している。光送信部１１から送信された光信号は、分岐されて各光受信部１３に送信される。
伝送部２２は、ネオジウムドープファイバ２２１を有しており、このネオジウムドープファイバ２２１で光送信部１１からの光の増幅を行なっている。増幅された光信号は、各光受信部１３で受光される。
このような本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、ネオジウムドープファイバ２２１で光送信部１１からの光の増幅を行なっているので、各光受信部１３に送信される光信号の強度の低下を防止することができる。
（第３の実施形態）
図７を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。
図７を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。
本実施形態の光通信システム３は、前記実施形態と同様の光源装置１４を備えた光送信部１１、光送信部１１からの光を伝送する伝送部１２、及び伝送部１２によって伝送された光を受信する光受信部３３を備えるとともに、第２の光源装置を備えた第２の光送信部３１、第２の光送信部３１からの光を伝送する第２の伝送部３２、第２の伝送部３２からの光を受信する第２の光受信部３５を有する。
この光通信システム３では、１Ｇｂｐｓ以上の高速データ通信が行なわれる。
光送信部１１は、ビデオオンディマンド中継器３６に搭載されている。
伝送部１２は、ビデオオンディマンド中継器３６と、建物内の各部屋に設置されたＴＶ装置３７とを接続するものであり、例えば、光ファイバである。なお、図７において破線は各部屋のくぎりを示す。
光受信部３３は、ＴＶ装置３７に搭載されており、受光素子３３４（図８参照）と、前記実施形態と同様の増幅回路と、符号形成回路とを有する。受光素子３３４により、光信号が電気信号に変換され、受光素子３３４にて変換された電気信号が、増幅回路、符号形成回路を通じて復号される。この光受信部３３で復号化された電気信号は、ＴＶ装置３７に画像として表示されることとなる。
ここで、受光素子３３４の構造について説明する。受光素子３３４の構造を図８に示す。
受光素子３３４は、８５０ｎｍ帯の波長の光と、１０００〜１１００ｎｍの波長の光とを受光することができる。
受光素子３３４は、半導体基板であるｎ型のＩｎＰ基板３３４Ａと、ＩｎＰ基板３３４Ａ上に設けられた光吸収層３３４Ｂと、この光吸収層３３４Ｂ上に設けられたキャップ層３３４Ｃとを有する。
なお、光吸収層３３４ＢとＩｎＰ基板３３４Ａとの間にバッファ層、増倍層、電界緩和層等があってもよい。
光吸収層３３４Ｂは、ＩｎＰ基板３３４Ａに格子整合したＩｎＧａＡｓ層で構成されている。
キャップ層３３４Ｃは、禁制帯幅が１．４６ｅＶ以上の半導体材料、例えば、ＩｎＡｌＡｓで構成されている。キャップ層３３４Ｃ上にはｐ側電極３３４Ｅが設置されている。
ＩｎＰ基板３３４Ａの裏面には、ｎ側電極３３４Ｄが設けられている。
再度図７に示すように、第２の光送信部３１は、８５０ｎｍ帯の光信号を送信するためのものであり、エアコンＡおよび冷蔵庫Ｒを制御するコントローラ３８に設けられている。
第２の光送信部３１は、コントローラ３８を操作することで発生する電気信号を受信する駆動回路と、この駆動回路により駆動される第２の光源装置を有する。
第２の光源装置は、図９に示すような面発光レーザ３４を有する。
この面発光レーザ３４は、半導体基板としてのＧａＡｓ基板３４１と、このＧａＡｓ基板３４１上に設けられた第１のＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）層３４２と、この第１のＤＢＲ層３４２上に設けられた下部クラッド層３４３と、下部クラッド層３４３上に設けられた活性層３４４と、活性層３４４上に設けられた上部クラッド層３４５と、この上部クラッド層３４５上に設けられた電流狭窄層３４６と、電流狭窄層３４６上に設けられた第２のＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）層３４７と、を備える。
第１のＤＢＲ層３４２は例えば、Ａｌ０．１Ｇａ０．９ＡｓとＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓを交互に積層したｎ型半導体多層膜である。
下部クラッド層３４３は、例えば、ＡｌＧａＡｓ層である。
活性層３４４は、ＧａＡｓ量子井戸層と、ＡｌＧａＡｓ障壁層とが交互に積層されたＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ：多重量子井戸）層である。
上部クラッド層３４５は、例えば、ＡｌＧａＡｓ層である。
電流狭窄層３４６は、ＡｌＡｓ層である。この電流狭窄層３４６には、低抵抗領域３４６Ａが形成されている。この低抵抗領域３４６Ａは、低抵抗領域３４６Ａよりも抵抗値が高く、水蒸気酸化工程によって形成される高抵抗領域（酸化領域）３４６Ｂに挟まれるようにして形成されている。
第２のＤＢＲ層３４７はＡｌ０．１Ｇａ０．９ＡｓとＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓとを交互に積層したｐ型半導体多層膜である。
また、第２のＤＢＲ層３４７上には、ｐ側電極３４８が設けられ、ＧａＡｓ基板３４１の裏面にはｎ側電極３４９が設けられている。
この面発光レーザ３４の発振波長は８５０ｎｍ帯である。この面発光レーザ３４は、図示しないが、面発光レーザ１５と同じく、電気的絶縁性を有する液体あるいはゲルが充填されたパッケージ内に収容されている。
再度図７に示すように、第２の伝送部３２は、第２の光送信部３１からの光を伝送する光ファイバであり、コントローラ３８と、建物内に設置されたエアコンＡや冷蔵庫Ｒとを接続するものである。ここでは、第２の伝送部３２はリング状の光ファイバと、このリング状の光ファイバからのびる直線状の光ファイバとを有する。
第２の伝送部３２に接続されたエアコンＡや冷蔵庫Ｒには、第２の光受信部３５が搭載されている。この第２の光受信部３５は、光受信部３３と同様の受光素子３３４と、増幅回路と、符号形成回路とを有する。
受光素子３３４により、光信号が電気信号に変換され、受光素子３３４にて変換された電気信号が、増幅回路、符号形成回路を通じて復号される。この第２の光受信部３５で復号化された電気信号は、エアコンＡや、冷蔵庫Ｒの駆動を制御することとなる。
以上のような本実施形態の光通信システム３では、環境温度−４０℃〜１２５℃において、伝送速度１Ｇｂｐｓであることが確認された。
さらには、面発光レーザ１５の環境動作温度１００℃において５０００時間の信頼性を得ることができた（このとき、面発光レーザ３４の環境温度は５０℃とした。）
このような光通信システム３によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏することができるうえ、以下の効果を奏することができる。
このような光通信システム３によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏することができるうえ、以下の効果を奏することができる。
屋内における情報通信においては、画像伝送のように大容量の情報の伝送を必要とする場合と、エアコンＡや冷蔵庫Ｒ等の制御に使用される小容量の情報の伝送を必要とする場合とがある。これらの情報を同一波長帯で発信した場合には、情報の容量によって、情報の伝達の遅延が発生する場合がある。
そこで、本実施形態では、画像情報を面発光レーザ１５で光信号に変換し、１０００ｎｍ〜１１００ｎｍで発振するとともに、制御情報のような小容量の情報を面発光レーザ３４を使用して８５０ｎｍ帯の光信号で発振している。
このように、情報の容量に応じて異なる波長帯域を使用することで、情報の伝達の遅延を防止することができる。
さらに、本実施形態では、受光素子として、８５０ｎｍ帯の光および１０００〜１１００ｎｍの光の双方を受光できるものを採用している。従って、各波長の光を受光する受光素子をそれぞれ設置する場合に比べ、コストの低減を図ることができる。
（第４の実施形態）
図１０を参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。
図１０を参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。
本実施形態の光通信システム４は、第３の実施形態と同様の面発光レーザ１５および面発光レーザ３４を備えた光送信部４１と、この光送信部４１からの光を伝達する伝送部１２と、伝送部１２によって伝送された光を受信する光受信部４３とを備える。
光送信部４１は、前記各実施形態と同様の駆動回路を備える。この駆動回路は、面発光レーザ１５および面発光レーザ３４を駆動するものである。これらの面発光レーザ１５，３４は、前記実施形態と同様に、電気的絶縁性を有する液体あるいはゲルが充填されたパッケージ内に収容されている。
この光送信部４１は、ビデオオンディマンド中継器３６、コントローラ３８にそれぞれ搭載されている。
ビデオオンディマンド中継器３６、コントローラ３８等では、画像データや制御信号を図示しないデータ分割部により分割し、さらに、分割された各データに様々な付帯情報（データ名、送受信アドレス、送信時刻等）からなる伝送ヘッダを付加してパケット化する。パケット化されたデータは、電気信号として光送信部４１の駆動回路に送信される。そして、駆動回路により面発光レーザ１５および面発光レーザ３４が駆動される。伝送ヘッダに対応する光信号が面発光レーザ３４で生成され、データ本体に対応する光信号が面発光レーザ１５で生成される。伝送ヘッダに対応する光信号と、データ本体に対応する光信号とは、同期化して伝送される。データ本体に対応する光信号は、１Ｇｂｐｓ〜５Ｇｂｐｓで伝送することができる。
伝送部１２は、リング状の光ファイバと、このリング状の光ファイバから直線状にのびる直線状の光ファイバとを有する。このリング状の光ファイバには、直線状の光ファイバを介して、ビデオオンディマンド中継器３６、コントローラ３８、切替制御部４４が接続されている。
切替制御部４４は、各機器３６，３８からの光信号の送信先を制御するものである。切替制御部４４は、光受信部４３を備える。
光受信部４３は、図１１に示す受光素子４３４と、図示しないが、前記各実施形態と同様の増幅回路と、符号形成回路とを有する。
受光素子４３４は、半導体基板であるｎ型のＩｎＰ基板４３４Ａと、ＩｎＰ基板４３４Ａ上に設けられた光吸収層４３４Ｂと、この光吸収層４３４Ｂ上に設けられたキャップ層４３４Ｃと、このキャップ層４３４Ｃ上に設けられた絶縁層４３４Ｄと、絶縁層４３４Ｄ上に設けられた半導体層であるｎ型のＩｎＰ層４３４Ｅと、ＩｎＰ層４３４Ｅ上に設けられた光吸収層４３４Ｆと、この光吸収層４３４Ｆ上に設けられたキャップ層４３４Ｇとを有する。
ＩｎＰ基板４３４Ａの裏面側には、ｎ側電極４３４Ｈが形成されている。
光吸収層４３４Ｂは、ＩｎＰ基板４３４Ａに格子整合したＩｎＧａＡｓ層で構成されている。
キャップ層４３４Ｃは、禁制帯幅が１．４６ｅＶ以上の半導体材料、例えば、ｐ型のＩｎＰで構成されている。
絶縁層４３４Ｄは、例えば、ＲｕドープＩｎＰ層である。
光吸収層４３４Ｆは、禁制帯幅が１．１５ｅＶよりも大きい半導体材料、例えば、ＩｎＡｌＧａＡｓで構成されている。
キャップ層４３４Ｇは、禁制帯幅が１．４９ｅＶよりも大きい半導体材料、例えば、ｐ型のＩｎＡｌＡｓで構成されている。このキャップ層４３４Ｇ上には、ｐ側電極４３４Ｋが設置されている。
ここで、光吸収層４３４Ｂは、ＩｎＰ基板４３４Ａの表面の略全面を覆うように設けられており、キャップ層４３４Ｃも光吸収層４３４Ｂの表面の略全面を覆うように設けられている。
絶縁層４３４Ｄ、ＩｎＰ層４３４Ｅの平面形状は、キャップ層４３４Ｃの平面形状よりも小さく、キャップ層４３４Ｃの絶縁層４３４Ｄ，ＩｎＰ層４３４Ｅで覆われていない部分には、ｐ側電極４３４Ｉが設けられている。
さらに、光吸収層４３４Ｆ、キャップ層４３４Ｇの平面形状は、ＩｎＰ層４３４Ｅの平面形状よりも小さく、ＩｎＰ層４３４Ｅの光吸収層４３４Ｆ、キャップ層４３４Ｇで覆われていない領域には、ｎ側電極４３４Ｊが設置されている。
このような受光素子４３４では、光吸収層４３４Ｂで１０００〜１１００ｎｍの光を受光し、光吸収層４３４Ｆで８５０ｎｍ帯の光を受光することができる。
光送信部４１から発振された光信号は、伝送ヘッダに対応する８５０ｎｍ帯の光信号と、データ本体に対応する１０００〜１１００ｎｍ帯の光信号とを有している。従って、受光素子４３４では、１０００〜１１００ｎｍの光信号と、８５０ｎｍ帯の光信号とを分離して受光することができる。分離された各光信号は、それぞれ電気信号に変換され増幅回路、符号形成回路を通じて復号される。
切替制御部４４内では、伝送ヘッダに対応する電気信号を解析し、データ本体に対応する電気信号をＴＶ装置３７、エアコンＡ、冷蔵庫Ｒのいずれかに送信するかを判別する。
そして、ＴＶ装置３７、エアコンＡ、冷蔵庫Ｒには、切替制御部４４を介して電気信号が送信され、ＴＶ装置３７、エアコンＡ、冷蔵庫Ｒの駆動が制御されることとなる。
このような本実施形態によれば、前記各実施形態と同様の効果を奏することができるうえ、以下の効果を奏することができる。
本実施形態では、光送信部４１において伝送ヘッダに対応する８５０ｎｍ帯の光信号と、データ本体に対応する１０００〜１１００ｎｍ帯の光信号とを発振している。ここで、伝送ヘッダは、低容量であり、低速で送信することができるので、面発光レーザ３４が発熱しにくく、面発光レーザ３４の信頼性を確保することができる。
また、データ本体は、大容量であり、速報性が必要であるため、１０００〜１１００ｎｍ帯の光信号を発振する耐熱性の高い面発光レーザ１５を使用することで、光通信システム４の信頼性を確保することができる。
さらに、本実施形態では、受光素子４３４の構造を禁制帯幅が１．１５ｅＶよりも大きい半導体材料で構成される光吸収層４３４Ｆ、ＩｎＧａＡｓ層で構成された光吸収層４３４Ｂを有する構造としているので、１０００〜１１００ｎｍの光信号と、８５０ｎｍ帯の光信号とを分離して受光することができる。これにより複数の波長帯の光信号をひとつの受光素子４３４にて分離し、それぞれの光信号を復号することができる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、面発光レーザ１５、３４は、パッケージ１７内に収容されているとしたが、これに限られるものではない。面発光レーザ１５，３４をパッケージ１７内に収容しなくてもよい。また、面発光レーザのみならず、光受信部の受光素子を電気的絶縁性を有する液体あるいはゲルが充填されたパッケージ１７内に収容してもよい。この場合にも、パッケージ１７内に収容しない場合に比べ、光ファイバとの結合損失を２ｄＢから１ｄＢに半減させることができる。
また、第３の実施形態および第４の実施形態において、伝送部１２を使用したが、これに限らず、第２の実施形態と同様のネオジウムドープファイバ２２１を有する伝送部２２を使用してもよい。
さらには、第３の実施形態では、８５０ｎｍ帯の波長の光と、１０００〜１１００ｎｍの波長の光とをひとつの光吸収層３３４Ｂで受光する受光素子３３４を使用したが、第４の実施形態に示した受光素子４３４を使用してもよい。
また、第４の実施形態では、切替制御部４４で光信号を電気信号に変換した後、この電気信号をＴＶ装置３７、冷蔵庫Ｒ、あるいはエアコンＡに送信したが、これに限らず、切替制御部から光信号をＴＶ装置３７、冷蔵庫Ｒ、あるいはエアコンＡに送信してもよい。
具体的には、切替制御部にて、光送信部４１から送信された光信号のうち、伝送ヘッダに対応する光信号と、データ本体に対応する光信号とを分離する。そして、伝送ヘッダに対応する光信号を受光素子にて電気信号に変換する。その後、切替制御部はこの伝送ヘッダに対応する電気信号に基づいて、データ本体に対応する光信号をモニタあるいはフロントモニタに送信する。この場合、第４の実施形態とは異なり、切替制御部は、伝送ヘッダに対応する光信号（８５０ｎｍ帯の光信号）を受光できる受光素子を有していればよい。また、ＴＶ装置３７、冷蔵庫Ｒ、エアコンＡは、データ本体に対応する光信号（１０００〜１１００ｎｍの光信号）を受光できる受光素子を有していればよい。
このようにすれば、切替制御部とＴＶ装置３７との間、切替制御部と冷蔵庫Ｒとの間、切替制御部とエアコンＡとの間のデータの通信を光信号で行なうことができるので、切替制御部とＴＶ装置３７との間、切替制御部と冷蔵庫Ｒとの間、切替制御部とエアコンＡとの間のデータの通信速度を向上させることができる。
また、第３の実施形態、第４の実施形態では、コントローラ３８、ビデオオンディマンド中継器３６に光送信部が搭載されていたが、これに限らず、コントローラや、ビデオオンディマンド中継器に光受信部を搭載してもよい。ＴＶ装置３７、冷蔵庫Ｒ、エアコンＡに光送信部を搭載させることで、双方向の通信が可能な光通信システムとしてもよい。
Claims (13)
- 光信号でデータ伝送を行なう光通信システムであって、
活性層がＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）量子井戸層を有する多重量子井戸構造であり、発振波長が１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である第１の面発光レーザを備え、該第１の面発光レーザで生成した光信号を送信する第１の光送信機と、
第１の光伝送路を介して前記第１の光送信機と接続され、前記第１の光送信機から送信された前記光信号を前記第１の光伝送路を介して受信する第１の光受信機と、を有する光通信システム。 - 前記第１の光送信機は、更に、発振波長が８５０ｎｍ帯である第２の面発光レーザを備え、該第２の面発光レーザで生成した光信号を送信する、請求項１に記載の光通信システム。
- 前記第１の光送信機は、前記第１の面発光レーザでデータ本体の光信号を生成し、前記第２の面発光レーザで伝送ヘッダの光信号を生成する、請求項２に記載の光通信システム。
- 前記第１の光受信機は、半導体基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ層である光吸収層と、該光吸収層上に形成され禁制帯幅が１．４６ｅＶ以上であるキャップ層とを備えた受光素子を有し、該受光素子によって、前記第１の面発光レーザで生成された光信号と、前記第２の面発光レーザで生成された光信号との双方を受信する、請求項２に記載の光通信システム。
- 前記第１の光受信機は、半導体基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ層である第１の光吸収層と、該光吸収層上に形成され禁制帯幅が１．４６ｅＶ以上である第１のキャップ層と、該キャップ層上に設けられた絶縁層と、該絶縁層上に設けられた半導体層と、該半導体層上に設けられ禁制帯幅が１．１５ｅＶよりも大きい第２の光吸収層と、該第２の光吸収層上に設けられ禁制帯幅が１．４６ｅＶ以上である第２のキャップ層とを備えた受光素子を有し、該受光素子によって、前記第１の面発光レーザで生成された光信号と、前記第２の面発光レーザで生成された光信号との双方を受信する、請求項２に記載の光通信システム。
- 発振波長が８５０ｎｍ帯である第２の面発光レーザを備え、該第２の面発光レーザで光信号を生成して送信する第２の光送信機と、
前記第２の光送信機から送信された光信号を受信する第２の光受信機と、を更に有する、請求項１に記載の光通信システム。 - 前記第１の光送信機において、少なくとも前記第１の面発光レーザが密封されたパッケージに収容され、該パッケージ内には電気的絶縁性を有する液体あるいはゲルが注入されている、請求項１に記載の光通信システム。
- 前記第１の光送信機と前記第２の光受信機とが屋内に配置される、請求項１に記載の光通信システム。
- 前記光信号を伝送する伝送路にネオジウムドープ光ファイバが用いられる、請求項１に記載の光通信システム。
- 光信号でデータ伝送を行なう通信システムの光送信装置であって、
活性層がＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）量子井戸層を有する多重量子井戸構造であり、発振波長が１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である第１の面発光レーザを備え、該第１の面発光レーザで生成した光信号を送信する第１の光源装置と、
電気信号に基づいて前記第１の光源装置の前記第１の面発光レーザを駆動する駆動回路と、を有する光送信機。 - 発振波長が８５０ｎｍ帯である第２の面発光レーザを備え、該第２の面発光レーザで生成した光信号を送信する第２の光源装置を更に有する、請求項１０に記載の光送信機。
- 前記第１の面発光レーザでデータ本体の光信号を生成し、前記第２の面発光レーザで伝送ヘッダの光信号を生成する、請求項１１に記載の光送信機。
- 少なくとも前記第１の面発光レーザが密封されたパッケージに収容され、該パッケージ内には電気的絶縁性を有する液体あるいはゲルが注入されている、請求項１０に記載の光送信機。
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