WO2007097111A1 - 車載光通信システムおよび車載光送信機 - Google Patents

車載光通信システムおよび車載光送信機 Download PDF

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WO2007097111A1
WO2007097111A1 PCT/JP2006/326201 JP2006326201W WO2007097111A1 WO 2007097111 A1 WO2007097111 A1 WO 2007097111A1 JP 2006326201 W JP2006326201 W JP 2006326201W WO 2007097111 A1 WO2007097111 A1 WO 2007097111A1
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optical
vehicle
emitting laser
layer
communication system
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PCT/JP2006/326201
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English (en)
French (fr)
Inventor
Masayoshi Tsuji
Hiroshi Hatakeyama
Kimiyoshi Fukatsu
Takayoshi Anan
Naofumi Suzuki
Kenichiro Yashiki
Original Assignee
Nec Corporation
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Priority to JP2008501630A priority patent/JPWO2007097111A1/ja
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    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
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    • H04B10/112—Line-of-sight transmission over an extended range
    • H04B10/1123—Bidirectional transmission
    • H04B10/1125—Bidirectional transmission using a single common optical path
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18311—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation
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    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34306—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000nm, e.g. InP based 1300 and 1500nm lasers

Definitions

  • the present invention relates to an in-vehicle optical communication system and an optical transmitter thereof.
  • an in-vehicle optical communication system in which various devices are connected by optical transmission lines.
  • an electric signal to be transmitted is converted into an optical signal by a light source device having an LED or the like, and passes through an optical transmission line.
  • the transmission speed in such an in-vehicle optical communication system is currently about 25 to 50 Mbps. However, improvement in transmission speed is required, and it is thought that the transmission speed will approach 1 Gbps in the future.
  • the in-vehicle optical communication system When an in-vehicle optical communication system is mounted in a vehicle, the in-vehicle optical communication system is used in a harsh environment. In other words, resistance in an environment of about 125 ° C is required. However, a surface emitting laser with an oscillation wavelength of 850 nm band mounted on a conventional in-vehicle optical communication system has poor resistance under an environment of about 125 ° C.
  • An object of the present invention is to provide an on-vehicle optical communication system having high reliability.
  • a mobile communication system is an in-vehicle optical communication system that is mounted on a vehicle and transmits data using an optical signal, and includes a first optical transmitter and an optical receiver. is doing.
  • the first optical transmitter has a multiple quantum well structure in which the active layer has an In x Ga ix As (0.15 ⁇ x ⁇ 0.35) quantum well layer, and the oscillation wavelength is 1 OOOnm or more.
  • a first surface emitting laser having a wavelength of 11 OOnm or less is provided.
  • the first optical transmitter and the optical receiver are installed in the vehicle and are connected to each other via the first optical transmission line.
  • the first optical transmitter transmits an optical signal generated by the first surface emitting laser.
  • the optical receiver receives the optical signal transmitted from the first optical transmitter via the first optical transmission line.
  • FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the oscillation wavelength of a surface emitting laser and reliability.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an in-vehicle optical communication system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a cross section of a surface emitting laser.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a package.
  • FIG. 5 is a graph showing the temperature dependence of the modulation operation of the surface emitting laser mounted in the in-vehicle optical communication system of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an in-vehicle optical communication system according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a light receiving element of an in-vehicle optical communication system according to a second embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a surface emitting laser of an in-vehicle optical communication system according to a second embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing an in-vehicle optical communication system according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a light receiving element of an in-vehicle optical communication system that works according to a third embodiment.
  • the active layer is generally composed of a GaAs quantum well layer and A1
  • the present inventors examined the relationship between the growth of crystal defects and the oscillation wavelength (that is, the In composition ratio in the InGaAs layer constituting the quantum well layer). It was possible to obtain the conclusions shown.
  • FIG. 1 simulates the time it takes for the light intensity to decrease by 20% when a surface-emitting laser with each In composition ratio (oscillation wavelength) is assumed and a predetermined current is passed.
  • the reliability on the vertical axis shows the time taken for the light intensity to decrease by 20% as a relative value. In Fig. 1, the reliability value on the vertical axis is required to be 48 or more. Note that the In composition ratio of the quantum well layer of the surface emitting laser with an oscillation wavelength of 850 nm in FIG.
  • Fig. 1 shows the case where the environmental temperature is set to 100 ° C and the transmission speed is 1 Gbps. However, it can be understood that the same result can be obtained when the environmental temperature is set to 125 ° C. It is.
  • An in-vehicle optical communication system includes an optical transmission unit including a light source device, a transmission unit that transmits light from the optical transmission unit, and an optical reception unit that receives light transmitted by the transmission unit. It has.
  • the in-vehicle optical communication system performs high-speed data transmission of lGbps or more.
  • the light source device has a surface emitting laser having a GaAs substrate and an active layer formed on the GaAs substrate, and the active layer is an InGa_As (0.15 ⁇ x ⁇ 0.35) quantum well.
  • the multi-quantum well structure has a layer, and the oscillation wavelength of the surface-emitting laser is 1000 nm or more and l lOOnm or less.
  • the active layer of the surface emitting laser has an In Ga_As (0.15 ⁇ x ⁇ 0.35) amount. It has a subwell layer, and the oscillation wavelength of the surface emitting laser is set to lOOOnm or more and llOOnm or less. Therefore, such a surface emitting laser has high reliability even under a severe temperature environment. Therefore, by using such a surface emitting laser for an in-vehicle optical communication system, an in-vehicle optical communication system having high reliability can be provided.
  • an active layer having an InGaAs quantum well layer is used.
  • FIG. 2 shows an in-vehicle optical communication system 1 according to the present invention.
  • the in-vehicle optical communication system 1 includes an optical transmission unit 11 including a light source device 14, a transmission unit 12 that transmits light from the optical transmission unit 11, and an optical reception that receives light transmitted by the transmission unit 12.
  • the unit 13 is provided for high-speed data transmission of lGbps or more.
  • the light source device 14 includes a surface emitting laser 15 having a GaAs substrate 151 and an active layer 154 formed on the GaAs substrate 151.
  • the active layer 154 has a multiple quantum well structure having an InGaAs (0.15 ⁇ x ⁇ 0.35) quantum well layer, and the oscillation wavelength of the surface emitting laser 15 is not less than lOOOnm and not more than llOOnm.
  • the optical transmitter 11 is mounted on, for example, a camera for photographing a video outside the vehicle, and an electrical signal based on an image captured by the camera is introduced.
  • the optical transmission unit 11 includes a light source device 14 and a drive circuit 16 that drives the light source device 14.
  • An electric signal based on an image captured by the camera is introduced into the drive circuit 16, and this Based on the electrical signal, the light emission of the surface emitting laser 15 of the light source device 14 is modulated.
  • the surface emitting laser 15 includes a GaAs substrate 151 as a semiconductor substrate, a first DBR (Distributed Bragg Reflector) layer 152 provided on the GaAs substrate 151, and a first DBR (Distributed Bragg Reflector) layer 152.
  • a cladding layer 153 provided on one DBR (Distributed Bragg Reflector) layer 152; an active layer 154 provided on the cladding layer 153; a second cladding layer 155 provided on the active layer 154;
  • a current confinement layer 156 provided on the second clad layer 155, and a second DBR (Distributed Bragg Reflector) layer 157 provided on the current confinement layer 156.
  • This surface emitting laser 15 is a vertical resonator type.
  • the first DBR layer 152 is an n-type semiconductor multilayer film in which n-type AlGaAs films and n-type GaAs films are alternately stacked.
  • the clad layer 153 is, for example, a GaAs layer.
  • the active layer 154 is an MQW (Multiple quantum well) layer in which In Ga As (0.15 ⁇ x ⁇ 0.35) quantum well layers and GaAs barrier layers are alternately stacked.
  • the quantum well layer is composed of an InGaAs layer, and the surface emitting laser 15
  • the oscillation wavelength is 1070nm.
  • the second cladding layer 155 is, for example, a GaAs layer.
  • the current confinement layer 156 is an AlAs layer. In the current confinement layer 156, a low resistance region 156A is formed. The low resistance region 156A has a higher resistance value than the low resistance region 156A, and is formed so as to be sandwiched between high resistance regions (oxidation regions) 156B formed by a steam oxidation process.
  • the second DBR layer 157 is a p-type semiconductor multilayer film in which p-type AlGaAs films and p-type GaAs films are alternately stacked.
  • An upper electrode 158 is disposed on the second DBR layer 157, and a lower electrode 159 is disposed on the first DBR layer 152.
  • Such a surface emitting laser 15 is formed by sequentially laminating layers 152 to 157 on a GaAs substrate 151 by MOVPE (Metal—Organic Vapor Phase Epi taxy) or gas source MBE (Molecular Beam Epitaxy). Is done.
  • MOVPE Metal—Organic Vapor Phase Epi taxy
  • gas source MBE Molecular Beam Epitaxy
  • the surface emitting laser 15 and the drive circuit 16 of the light source device 14 are sealed in a package 17 as shown in FIG.
  • the knock 17 is made of plastic or metal and has a cylindrical shape.
  • a surface emitting laser 15 and a drive circuit 16 are fixed to the bottom surface of the package 17.
  • An electrically insulating liquid or gel (for example, silicon-based liquid or gel) is injected into the anode / cage 17.
  • the transmission unit 12 transmits an optical signal from the surface emitting laser 15 of the light source device 14, and is, for example, an optical fiber such as a polymer clad optical fiber (PCF).
  • PCF polymer clad optical fiber
  • the optical receiver 13 receives the optical signal from the transmitter 12, and includes a light receiving element 131, an amplifier circuit 132, and a code forming circuit 133.
  • the light receiving element 131 can receive light of lOOOnm ⁇ : LlOOnm emitted from the surface emitting laser 15.
  • the light signal is converted into an electric signal by the light receiving element 131, and the electric signal converted by the light receiving element 131 is decoded through the amplifier circuit 132 and the code forming circuit 133.
  • the optical receiver 13 is mounted on, for example, a monitor installed in the vehicle. Then, the electrical signal decoded by the optical receiver 13 is transmitted to a monitor or the like installed in the vehicle.
  • the active layer 154 of the surface-emitting laser 15 has an InGa_As (0.15 ⁇ x ⁇ 0.35) quantum well layer, and the oscillation wavelength of the surface-emitting laser 15 is lOOOnm Above, l lOOnm or less. For this reason, such a surface emitting laser 15 can be used in a severe temperature environment. Even with high reliability. Therefore, by using such a surface emitting laser 15 for the in-vehicle optical communication system 1, the in-vehicle optical communication system 1 having high reliability can be provided.
  • the surface emitting laser 15 and the drive circuit 16 are accommodated in a package 17, and further, in the package 17, there is an electrically insulating liquid or Gel is being injected.
  • the liquid or gel in the package 17 can absorb vibrations in the vehicle body.
  • the liquid or gel in the knock 17 is used as a silicon-based liquid or gel. Since the silicon-based liquid or gel has excellent thermal conductivity, the heat generated in the active layer 154 of the surface emitting laser 15 can be quickly diffused. As a result, the surface emitting laser 15 can be reliably prevented from being deteriorated.
  • the silicon-based liquid or gel has a refractive index larger than 1, the light emitted from the surface emitting laser 15 goes straight without spreading in the laser / cage 17 and the light from the transmission unit 12
  • the coupling loss with the fiber can be reduced.
  • the coupling loss can be halved from 2 dB to 1 dB as compared with the case where the no-cage / cage 17 is not provided.
  • the in-vehicle optical communication system 2 includes an optical transmission unit 11 including the light source device 14 similar to the above-described embodiment, a transmission unit 12 that transmits light from the optical transmission unit 11, and a transmission unit 12. Therefore, the second transmission unit 21 includes the optical receiver 23 that receives the transmitted light, the second optical transmission unit 21 that includes the second light source device, and the second transmission that transmits the light from the second optical transmission unit 21. Part 22 is included.
  • the optical transmitter 11 is fixed in a camera 33 attached to the side mirror 31 of the car 3, the front part of the vehicle body 32 of the car 3, and the rear part.
  • the transmission unit 12 connects the optical transmission unit 11 in each camera 33 and the switching control unit 34.
  • the switching control unit 34 and the front monitor F are connected.
  • the switching control unit 34 switches the connection between the front monitor F and the optical transmission unit 11 in each camera 33.
  • the switching control unit 34 is configured by, for example, an optical switch.
  • an optical receiver 23 is installed in the front monitor F.
  • the optical signal is converted into an electrical signal, and the image captured by the camera 33 is displayed on the front monitor F.
  • the front monitor F and the switching control unit 34 are shown as separate forces. These may be combined together.
  • the light receiving unit 23 includes a light receiving element 234 as shown in FIG. 7 in place of the light receiving element 131 of the above embodiment.
  • the optical receiving unit 23 has the same configuration as the optical receiving unit 13 of the above embodiment in other points.
  • the light receiving element 234 can receive light having a wavelength in the 850 nm band and light having a wavelength of 1000 to: LlOOnm.
  • the light receiving element 234 includes an n-type InP substrate 234A that is a semiconductor substrate, a light absorption layer 234B provided on the InP substrate 234A, and a cap layer 234C provided on the light absorption layer 234B. .
  • the light absorption layer 234B is composed of an InGaAs layer lattice-matched to the InP substrate 234A.
  • the cap layer 234C is made of a semiconductor material having a forbidden band width of 1.46 eV or more, for example, InAlAs.
  • a p-side electrode 234E is provided on the cap layer 234C.
  • An n-side electrode 234D is provided on the back surface of the InP substrate 234A.
  • the second optical transmission unit 21 is for transmitting an optical signal in the 850 nm band.
  • the second optical transmission unit 21 is attached to each device of the TV tuner 36, the DVD device 37, and the NAVI device 38. Yes.
  • the second optical transmission unit 21 includes a drive circuit that receives electrical signals generated by the devices 36, 37, and 38, and a second light source device that is driven by the drive circuit.
  • the second light source device has a surface emitting laser 24 as shown in FIG.
  • the surface emitting laser 24 includes a GaAs substrate 241 as a semiconductor substrate, a first DBR (Distributed Bragg Reflector) layer 242 provided on the GaAs substrate 241, and a first DBR layer 242.
  • a lower clad layer 243 provided on the lower clad layer 243, an active layer 244 provided on the lower clad layer 243, an upper clad layer 245 provided on the active layer 244, and an upper clad layer 245 provided on the upper clad layer 245.
  • a current confinement layer 246, and a second DBR (Distributed Bragg Reflector) layer 247 provided on the current confinement layer 246.
  • the first DBR layer 242 is, for example, an n- type semiconductor multilayer film in which A10. IGaO. 9As and A10.9 GaO.
  • the lower cladding layer 243 is, for example, an AlGaAs layer.
  • the active layer 244 is an MQW in which GaAs quantum well layers and AlGaAs barrier layers are alternately stacked.
  • the upper cladding layer 245 is, for example, an AlGaAs layer.
  • the current confinement layer 246 is an AlAs layer. In this current confinement layer 246, a low resistance region 246A is formed. The low resistance region 246A has a higher resistance value than the low resistance region 246A, and is formed so as to be sandwiched between high resistance regions (oxidation regions) 246B formed by a steam oxidation process.
  • the second DBR layer 247 is a p-type semiconductor in which Al Ga As and Al Ga As are alternately stacked.
  • a p-side electrode 248 is provided on the second DBR layer 247, and an n-side electrode 249 is provided on the back surface of the GaAs substrate 241.
  • the surface emitting laser 24 has an oscillation wavelength in the 850 nm band. Although not shown, the surface emitting laser 24 is accommodated in a package filled with a liquid or gel having the same electrical insulating properties as the surface emitting laser 15.
  • the second transmission unit 22 includes a ring-shaped optical fiber and a linear optical fiber connected to the ring-shaped optical fiber.
  • the second transmission unit 22 is connected to the above-described TV tuner 36, DVD device 37, NAVI device 38, monitor M, front monitor F, and second switching control unit 35.
  • the second switching control unit 35 performs switching control of connection between the second optical transmission unit 21 in the TV tuner, DVD device, or NAVI device and the monitor M or the front monitor F.
  • the second switching control unit 35 can also be constituted by, for example, an optical switch.
  • optical receiver 23 is also installed in the monitor M.
  • an electrical signal is generated based on the captured image, and this electrical signal is arranged in the camera 33.
  • the drive circuit 16 receives the electrical signal, and the drive circuit 16 drives the surface emitting laser 15.
  • the light of 100 00 ⁇ : L lOOnm oscillated from the surface emitting laser 15 is transmitted to the switching control unit 34 through the transmission unit 12.
  • Then, light is transmitted to the front monitor F via the switching control unit 34.
  • the light receiving element 234 of the light receiving unit 23 in the front monitor F receives the optical signal and converts it into an electrical signal.
  • the converted electric signal is decoded through the amplifier circuit 132 and the code forming circuit 133. As a result, an image is displayed on the front monitor F.
  • the light receiving element 234 receives the optical signal and converts the optical signal into an electric signal.
  • the converted electric signal is decoded through the amplifier circuit 132 and the code forming circuit 133. As a result, an image is displayed on the front monitor F or the monitor M.
  • the transmission speed was 1 Gbps at an environmental temperature of 40 ° C to 125 ° C.
  • the reliability of the surface-emitting laser 15 is 5000 hours at an environmental operating temperature of 100 ° C. (At this time, the ambient temperature of the surface emitting laser 24 was set to 50 ° C.) According to such an in-vehicle optical communication system 2, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In addition, the following effects can be achieved.
  • Information transmitted by the vehicle includes information that is important for promptness related to the safety of the user in the vehicle, and information that is not promptly used for entertainment.
  • information transmitted in the same wavelength band there may be a delay in the transmission of information related to user safety depending on the capacity of the information.
  • information related to the safety of the user is converted into an optical signal by the surface-emitting laser 15, and information that oscillates at lOOOnm ⁇ : LlOOnm and is used for entertainment is provided. 24 is used to oscillate with 850nm optical signal.
  • the light receiving element 234 installed in the front monitor F an element capable of receiving both light of 850 ⁇ m band and light of 1000 to L lOOnm is employed. Therefore, compared with the case where the light receiving elements that receive light of each wavelength are arranged on the front monitor F, the space for installing the light receiving elements can be reduced.
  • the in-vehicle optical communication system 4 of the present embodiment includes an optical transmission unit 41 including the surface-emitting laser 15 and the surface-emitting laser 24 similar to those of the second embodiment, and transmits light from the optical transmission unit 41 And a light receiving unit 43 that receives the light transmitted by the transmission unit 12.
  • the optical transmission unit 41 includes a drive circuit similar to that in each of the above embodiments. This drive circuit drives the surface emitting laser 15 and the surface emitting laser 24. These surface emitting lasers 15 and 24 are accommodated in a package filled with an electrically insulating liquid or gel, as in the above embodiment.
  • the optical transmitter 41 is attached to the camera 33, the TV tuner 36, the DVD device 37, and the NAVI device 38.
  • the acquired image data is divided by a data dividing unit (not shown), and various additional information (data name, transmission / reception) is added to each divided data.
  • the packetized data is transmitted to the drive circuit of the optical transmitter 41 as an electrical signal.
  • the surface emitting laser 15 and the surface emitting laser 24 are driven by the drive circuit.
  • An optical signal corresponding to the transmission header is generated by the surface emitting laser 24, and an optical signal corresponding to the data body is generated by the surface emitting laser 15.
  • the optical signal corresponding to the transmission header and the optical signal corresponding to the data body are transmitted in synchronization.
  • An optical signal corresponding to the data body can be transmitted at lGbps to 5 Gb ps.
  • the transmission unit 12 includes a ring-shaped optical fiber and a linear optical fiber connected to the ring-shaped optical fiber.
  • a camera 33, a TV tuner 36, a DVD device 37, a NAVI device 38, and a control unit 44 are connected to the transmission unit 12.
  • the control unit 44 controls the transmission destination of the optical signal from each device 33, 36, 37, 38, and monitors the optical signal from each device 33, 36, 37, 38. Decide whether to send to any of F.
  • the control unit 44 includes an optical receiving unit 43.
  • the optical receiver 43 includes a light receiving element 434 shown in FIG. 10, an amplifier circuit similar to each of the embodiments, and a code forming circuit (not shown).
  • the light receiving element 434 includes an n-type InP substrate 434A that is a semiconductor substrate, a light absorption layer 434B provided on the InP substrate 434A, a cap layer 434C provided on the light absorption layer 434B, An insulating layer 434D provided on the cap layer 434C, an n-type InP layer 434E which is a semiconductor layer provided on the insulating layer 434D, a light absorption layer 434 F provided on the InP layer 434E, and the light A cap layer 434G provided on the absorption layer 434F.
  • An n-side electrode 434H is formed on the back side of the InP substrate 434A.
  • the light absorption layer 434B is composed of an InGaAs layer lattice-matched to the InP substrate 434A.
  • the cap layer 434C is made of a semiconductor material having a forbidden band width of 1.46 eV or more, for example, p-type InP.
  • the insulating layer 434D is, for example, a Ru-doped InP layer.
  • the light absorption layer 434F is made of a semiconductor material having a forbidden band width larger than 1.15 eV, for example, InAlGaAs.
  • the cap layer 434G is made of a semiconductor material having a forbidden band width greater than 1.49 eV, for example, p-type InAlAs.
  • a p-side electrode 434K is provided on the cap layer 434G.
  • the light absorption layer 434B is provided to cover substantially the entire surface of the InP substrate 434A
  • the cap layer 434C is also provided to cover substantially the entire surface of the light absorption layer 434B.
  • planar shape of the insulating layer 434D and the InP layer 434E is smaller than the planar shape of the cap layer 434C, and the portion of the cap layer 434C that is not covered by the insulating layer 434D and InP layer 434E has a p-side electrode 4341. Is provided! /
  • planar shape of the light absorbing layer 434F and the cap layer 434G is smaller than the planar shape of the InP layer 434E.
  • An n-side electrode 43 J is installed in the region not covered with the light absorbing layer 434F and the cap layer 434G of the InP layer 434E.
  • the light absorption layer 434B can receive light of 1000 to: LlOOnm, and the light absorption layer 434F can receive light in the 850 nm band.
  • the optical signal oscillated from the optical transmission unit 41 has an optical signal in the 850 nm band corresponding to the transmission header and an optical signal in the 1000-: LlOOnm band corresponding to the data body. Therefore, the light receiving element 434 can separate and receive an optical signal of 1000 ⁇ : LlOOnm and an optical signal of 850 nm band. Each separated optical signal is converted into an electric signal and decoded through an amplifier circuit and a code forming circuit.
  • control unit 44 the electric signal corresponding to the transmission header is analyzed, and it is determined whether the electric signal corresponding to the data body is transmitted to the monitor M or the front monitor F.
  • the optical transmitter 41 oscillates an optical signal in the 850 nm band corresponding to the transmission header and an optical signal in the 1000 ⁇ : LOO nm band corresponding to the data body.
  • the transmission header has a low capacity and can be transmitted at a low speed, it is possible to ensure the reliability of the surface emitting laser 24 in which the surface emitting laser 24 hardly generates heat.
  • the structure of the light receiving element 434 includes a light absorption layer 434F made of a semiconductor material having a forbidden band width larger than 1.15 eV, and a light absorption layer 434B made of an InGaAs layer. Therefore, 1000 ⁇ : L lOOnm optical signal and 850nm optical signal can be separated and received. As a result, optical signals in a plurality of wavelength bands can be separated by a single light receiving element 434, and each optical signal can be decoded.
  • the surface-emitting lasers 15 and 24 are not limited to this force that is accommodated in the package 17.
  • the surface emitting lasers 15 and 24 may not be accommodated in the package 17.
  • not only the surface emitting lasers 15 and 24 but also the light receiving elements 131, 234 and 434 of the light receiving sections 13, 23 and 43 may be accommodated in the package 17 filled with an electrically insulating liquid or gel. Good. Even in this case, the coupling loss with the optical fiber can be halved from 2 dB to ldB as compared with the case where it is not accommodated in the knock 17.
  • the light receiving element 234 that receives light having a wavelength of 850 nm band and light having a wavelength of 1000 to: L lOOnm by one light absorption layer 234B is used.
  • the light receiving element 434 shown in the embodiment may be used.
  • the power transmitted to the monitor M or the front monitor F is not limited thereto. Send optical signals to monitor M or front monitor F! /.
  • control unit separates the optical signal corresponding to the transmission header and the optical signal corresponding to the data main body from the optical signal transmitted from the optical transmission unit 41.
  • the optical signal corresponding to the transmission header is converted into an electrical signal by the light receiving element.
  • the control unit then monitors the optical signal corresponding to the data body based on the electrical signal corresponding to the transmission header. Or it transmits to a front monitor.
  • the control unit unlike the third embodiment, the control unit only needs to have a light receiving element that can receive an optical signal corresponding to the transmission header (an optical signal in the 850 nm band).
  • the monitor or front monitor should have a light receiving element that can receive the optical signal corresponding to the data body (1000 ⁇ : L lOOnm optical signal)! /.
  • data can be transmitted between the control unit and the monitor M or between the control unit and the front monitor F by an optical signal.
  • the data transmission speed between the control unit and the front monitor F can be improved.
  • the TV tuner 36, the DVD device 37, and the NAVI device 38 are equipped with an optical transmission unit.
  • the device 37 and the NAVI device 38 are equipped with an optical receiver.

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Abstract

　車両に搭載され光信号でデータ伝送を行なう車載光通信システムは、第１の光送信機と光受信機とを有している。第１の光送信機は、車両に設置され、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。光受信機は、車両に設置され、第１の光送信機と第１の光伝送路を介して接続され、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

明 細 書
車載光通信システムおよび車載光送信機
技術分野
[0001] 本発明は、車載光通信システムおよびその光送信機に関する。
背景技術
[0002] 従来、車両には、オーディオ機器、ナビゲーシヨンシステム、車外映像撮影用のカメ ラ等、多種にわたるデバイスが搭載されることが多くなつている。このような多数のデ バイスを搭載する際、各種デバイス間を光伝送路で接続した車載光通信システムが 構築される。ここで、このような車載光通信システムでは、伝達されるべき電気信号は LED等を有する光源装置により光信号に変換され、光伝送路を通過する。
[0003] このような車載光通信システムにおける伝送速度は、現状では、 25〜50Mbps程 度である。しかしながら、伝送速度の向上が求められており、今後、伝送速度は 1Gb psに近づくと考えられる。
[0004] そこで、このような伝送速度の高速ィ匕の要求に対し、 LEDにかえて面発光レーザを 使用する試みが研究開発レベルで行なわれている（特開 2005— 26770号公報参 照)。
発明の開示
[0005] 車両内に車載光通信システムを搭載した場合には、過酷な環境下で車載光通信 システムが使用されることとなる。すなわち、 125°C程度で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、従来の車載光通信システムに搭載される発振波長 8 50nm帯の面発光レーザは、 125°C程度の環境下での耐性が悪い。
[0006] 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、車載光通信 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。
[0007] 本発明の目的は、高 、信頼性を有する車載光通信システムを提供することである。
[0008] 上記目的を達成するために、本発明の移動通信システムは、車両に搭載され光信 号でデータ伝送を行なう車載光通信システムであって第 1の光送信機と光受信機と を有している。 [0009] 第 1の光送信機は、活性層が InxGai 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 1 OOOnm以上 11 OOnm以下である第 1の 面発光レーザを備えて 、る。
[0010] 第 1の光送信機と光受信機とは車両に設置され、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。 光受信機は、第 1の光送信機カゝ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。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]面発光レーザの発振波長と、信頼性との関係を示す図である。
[図 2]本発明の第 1の実施形態にカゝかる車載光通信システムを示す模式図である。
[図 3]面発光レーザの断面を示す模式図である。
[図 4]パッケージを示す斜視図である。
[図 5]第 1の実施形態の車載光通信システムに搭載された面発光レーザの変調動作 の温度依存性を示すグラフである。
[図 6]本発明の第 2の実施形態にカゝかる車載光通信システムを示す模式図である。
[図 7]第 2の実施形態の車載光通信システムの受光素子を示す模式図である。
[図 8]第 2の実施形態の車載光通信システムの面発光レーザを示す模式図である。
[図 9]本発明の第 3の実施形態にカゝかる車載光通信システムを示す模式図である。
[図 10]第 3の実施形態に力かる車載光通信システムの受光素子を示す模式図である 発明を実施するための最良の形態
[0012] 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。
[0013] 本発明者らは、過酷な環境下で面発光レーザの耐性が悪ィ匕する原因としては、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。
[0014] 過酷な環境下で高い信頼性を有する車載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を抑制することが重要であると考えた。
[0015] 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、 A1
GaAs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つていることがわか つた。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。
[0016] 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 In Ga As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 ることがでさた。
[0017] 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 波長を lOOOnm以上 l lOOnm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 レーシヨンしたものである。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。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。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。
[0018] 発振波長 lOOOnm以上、 l lOOnm以下の領域においては、 In添加効果により、結 晶欠陥の増殖力 Sピンユングされ、結晶欠陥の増殖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、信頼性が 飛躍的に高まったとも考えられる。
[0019] なお、図 1は、環境温度を 100°C、伝送速度 lGbpsと設定した場合のものであるが 、環境温度を 125°Cとした場合にも同様の結果が得られることがわ力つている。
[0020] 本発明の実施形態による車載光通信システムは、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 受信部を備えている。そして、車載光通信システムは、 lGbps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 In Ga _ As (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、前記面発光レーザの発振波長が 1000 nm以上、 l lOOnm以下である。
[0021] この構成によれば、面発光レーザの活性層が In Ga _ As (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 lOOOnm以上、 l lOOnm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車載光通信システムに使用することで、 高い信頼性を有する車載光通信システムを提供することができる。
[0022] なお、特開平 10— 233559号に示すように、 In Ga As量子井戸層を有する活
0. 2 0. 8
性層を備えた面発光レーザは知られて 、る。し力しながら、 In Ga As量子井戸層 の In組成比を 0. 15≤x≤0. 35とし、発振波長を lOOOnm以上、 l lOOnm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、 In Ga _ As (0. 15≤x≤0 . 35)量子井戸層を有し、発振波長が lOOOnm以上、 l lOOnm以下の面発光レー ザを車載光通信システムに適用することで、高 ヽ信頼性を有する車載光通信システ ムを提供することができるということは、従来、全く想定できな力つたのである。
[0023] 以下、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。
[0024] (第 1の実施形態）
図 2に本発明にかかる車載光通信システム 1が示されて 、る。
[0025] この車載光通信システム 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、 lGbps以上の高速データ伝送を行なうものである。
[0026] 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 In Ga A s (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 lOOOnm以上、 l lOOnm以下である。
[0027] 以下に、車載光通信システム 1の詳細について述べる。
[0028] 光送信部 11は、例えば、車外映像撮影用のカメラに搭載されており、前記カメラで 撮像した画像に基づく電気信号が導入されるものである。
[0029] 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、前記カメラで撮像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。
[0030] 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 1 52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 1 57と、を備える。
[0031] この面発光レーザ 15は、垂直共振器型である。
[0032] 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。
[0033] クラッド層 153は、例えば、 GaAs層である。
[0034] 活性層 154は、 In Ga As (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、 In Ga As層で構成され、面発光レーザ 15の
0. 25 0. 75
発振波長は 1070nmである。
[0035] また第 2のクラッド層 155は、例えば、 GaAs層である。
[0036] 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。
[0037] 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。
[0038] 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。
[0039] このような面発光レーザ 15は、 MOVPE (Metal— Organic Vapor Phase Epi taxy)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。 [0040] 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。ノ 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。ノ¾ /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 、る。
[0041] 再度、図 2を参照して説明する。
[0042] 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。
[0043] 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。
[0044] 受光素子 131は、面発光レーザ 15から発振される lOOOnm〜： L lOOnmの光を受 光できるものであればょ 、。
[0045] 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。
[0046] ここで、光受信部 13は、例えば、車両内に設置されたモニタ等に搭載される。そし て、光受信部 13で復号化された電気信号は、車両内に設置されたモニタ等に伝達さ れることとなる。
[0047] このような車載光通信システム 1において、伝送部 12を 10mのポリマークラッド光フ アイバ（PCF)としたところ、環境温度 40°C〜 125°Cにお!/、て伝送速度 lGbpsとす ることができた。また、環境温度 100°C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時間力かった）を得ることができた。
[0048] さらに、以上のような車載光通信システム 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。
[0049] 結果を図 5に示す。 150°C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。
[0050] 本実施形態によれば、面発光レーザ 15の活性層 154が In Ga _ As (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 lOOOnm以上、 l lOOnm 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を車載光通信システム 1に使用することで、高い信頼性を有する車載光通信システム 1を提供することができ る。
[0051] 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。
[0052] また、本実施形態では、ノ 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 、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。
[0053] 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の出射光がノ¾ /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、ノ 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、ノ¾ /ケージ 17を設けない場合に比べ、結合損失 を 2dBから ldBに半減させることができる。
[0054] (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。
[0055] 本実施形態の車載光通信システム 2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 つて伝送された光を受信する光受信部 23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 21、第 2の光送信部 21からの光を伝送する第 2の伝送部 22を有す る。
[0056] この車載光通信システム 2では、 lGbps以上の高速データ通信が行なわれる。
[0057] 光送信部 11は、車 3のサイドミラー 31、車 3の車体 32のフロント部分、およびリア部 分に取り付けられたカメラ 33内に固定されている。なお、図 6に示す符号 Tは車 3のタ ィャを示す。
[0058] 伝送部 12は、各カメラ 33内の光送信部 11と、切替制御部 34とを接続するとともに 、切替制御部 34とフロントモニタ Fとを接続するものである。
[0059] 切替制御部 34は、フロントモニタ Fと、各カメラ 33内の光送信部 11との接続の切り 替えを行なうものである。この切替制御部 34は例えば、光スィッチにより構成されて いる。
[0060] フロントモニタ F内には、光受信部 23が設置されている。これにより光信号が電気信 号に変換され、フロントモニタ Fにカメラ 33で撮像した画像が表示される。なお、本実 施形態では、フロントモニタ Fと切替制御部 34とを別体で示している力 これらは、一 体ィ匕されていてちょい。
[0061] ここで、本実施形態では、光受信部 23は、前記実施形態の受光素子 131にかえて 図 7に示すような受光素子 234を有する。光受信部 23は、他の点においては、前記 実施形態の光受信部 13と同様の構成である。
[0062] 受光素子 234は、 850nm帯の波長の光と、 1000〜： L lOOnmの波長の光とを受光 することができる。
[0063] 受光素子 234は、半導体基板である n型の InP基板 234Aと、 InP基板 234A上に 設けられた光吸収層 234Bと、この光吸収層 234B上に設けられたキャップ層 234C とを有する。
[0064] なお、光吸収層 234Bと InP基板 234A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。
[0065] 光吸収層 234Bは、 InP基板 234Aに格子整合した InGaAs層で構成されている。
[0066] キャップ層 234C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 234C上には p側電極 234Eが設置されている。
[0067] InP基板 234Aの裏面には、 n側電極 234Dが設けられている。
[0068] 第 2の光送信部 21は、 850nm帯の光信号を送信するためのものであり、本実施形 態では、 TVチューナ 36、 DVD装置 37、 NAVI装置 38の各機器に取り付けられて いる。
[0069] この第 2の光送信部 21は、図示しないが各機器 36, 37, 38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。
[0070] 第 2の光源装置は、図 8に示すような面発光レーザ 24を有する。 [0071] この面発光レーザ 24は、半導体基板としての GaAs基板 241と、この GaAs基板 24 1上に設けられた第 1の DBR (Distributed Bragg Reflector)層 242と、この第 1 の DBR層 242上に設けられた下部クラッド層 243と、下部クラッド層 243上に設けら れた活性層 244と、活性層 244上に設けられた上部クラッド層 245と、この上部クラッ ド層 245上に設けられた電流狭窄層 246と、電流狭窄層 246上に設けられた第 2の DBR (Distributed Bragg Reflector)層 247と、を備える。
[0072] 第 1の DBR層 242は例えば、 A10. IGaO. 9Asと A10. 9GaO. lAsを交互に積層 した n型半導体多層膜である。
[0073] 下部クラッド層 243は、例えば、 AlGaAs層である。
[0074] 活性層 244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。
[0075] 上部クラッド層 245は、例えば、 AlGaAs層である。
[0076] 電流狭窄層 246は、 AlAs層である。この電流狭窄層 246には、低抵抗領域 246A が形成されている。この低抵抗領域 246Aは、低抵抗領域 246A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) 246Bに挟まれるよう にして形成されている。
[0077] 第 2の DBR層 247は Al Ga Asと Al Ga Asとを交互に積層した p型半導体
0. 1 0. 9 0. 9 0. 1
多層膜である。
[0078] また、第 2の DBR層 247上には、 p側電極 248が設けられ、 GaAs基板 241の裏面 には n側電極 249が設けられている。
[0079] この面発光レーザ 24の発振波長は 850nm帯である。この面発光レーザ 24は、図 示しないが、面発光レーザ 15と同じぐ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。
[0080] 再度図 6を参照して説明する。
[0081] 第 2の伝送部 22は、リング状の光ファイバと、このリング状の光ファイバに接続され た直線状の光ファイバとを有する。この第 2の伝送部 22には、前述した TVチューナ 3 6、 DVD装置 37、 NAVI装置 38、さらには、モニタ M、フロントモニタ F、第 2の切替 制御部 35が接続されている。 [0082] 第 2の切替制御部 35は、 TVチューナ、 DVD装置、 NAVI装置内の第 2の光送信 部 21と、モニタ Mあるいは、フロントモニタ Fとの接続の切替制御を行なうものである。 第 2の切替制御部 35も例えば、光スィッチで構成することができる。
[0083] なお、モニタ M内にも光受信部 23が設置されている。
[0084] このような車載光通信システム 2では、カメラ 33で撮像が行なわれると、撮像した画 像に基づいて電気信号が発生し、この電気信号がカメラ 33内に配置された光送信 部 11に送信される。光送信部 11では、駆動回路 16で電気信号を受信し、駆動回路 16により面発光レーザ 15が駆動することとなる。面発光レーザ 15から発振された 10 00〜： L lOOnmの光は、伝送部 12を通り切替制御部 34に送信される。そしてこの切 替制御部 34を介してフロントモニタ Fに光が送信されることとなる。フロントモニタ F内 の光受信部 23の受光素子 234では、光信号を受信し、電気信号に変換する。変換 された電気信号は、増幅回路 132、符号形成回路 133を通じて復号される。これによ り、フロントモニタ Fに画像が映し出されることとなる。
[0085] 一方、 TVチューナ 36でデジタル衛星放送等の受信を行った場合や、 DVD装置 3 7や、 NAVI装置 38で画像を取得した場合には、 TVチューナ 36、 DVD装置 37、 N AVI装置 38で映像信号、音声信号等の電気信号が生成される。これらの電気信号 は、第 2の光送信部 21の駆動回路に送信され、この駆動回路により面発光レーザ 24 力 S駆動されることとなる。面発光レーザ 24では、 850nm帯の光が発振され、この光信 号は第 2の伝送部 22を介して第 2の切替制御部 35に送信される。そして、第 2の切 替制御部 35にて送出先が決定され、モニタ Mあるいはフロントモニタ Fに光信号が 送信される。
[0086] モニタ Mあるいはフロントモニタ Fでは、受光素子 234により光信号を受信し、光信 号を電気信号に変換する。変換された電気信号は、増幅回路 132、符号形成回路 1 33を通じて復号される。これにより、フロントモニタ Fあるいはモニタ Mに画像が映し 出されることとなる。
[0087] 以上のような本実施形態の車載光通信システム 2では、環境温度 40°C〜125°C において、伝送速度 lGbpsであることが確認された。
[0088] さらには、面発光レーザ 15の環境動作温度 100°C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 24の環境温度は 50°Cとした。） このような車載光通信システム 2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。
[0089] 車両で送信される情報には、車両内のユーザの安全に関わる速報性が重要となる 情報と、エンターテインメントに使用されるような速報性の低い情報とがある。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、ユーザの安全に関わ る情報の伝達の遅延が発生する場合がある。
[0090] そこで、本実施形態では、ユーザの安全に関わる情報を面発光レーザ 15で光信号 に変換し、 lOOOnm〜： L lOOnmで発振するとともに、エンターテインメントに使用され るような情報を面発光レーザ 24を使用して 850nm帯の光信号で発振している。
[0091] このように、情報の速報性に応じて、異なる波長帯域を使用することで、ユーザの安 全に関わる情報の伝達の遅延を防止することができる。
[0092] さらに、本実施形態では、フロントモニタ Fに設置される受光素子 234として、 850η m帯の光および 1000〜： L lOOnmの光の双方を受光できるものを採用している。従つ て、フロントモニタ Fに各波長の光を受光する受光素子をそれぞれ配置する場合に比 ベ、受光素子の設置スペースの省スペース化を図ることができる。
[0093] (第 3の実施形態）
図 9を参照して、本発明の第 3の実施形態について説明する。
[0094] 本実施形態の車載光通信システム 4は、第 2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 24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。
[0095] 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 24を駆動するものである。これらの面発光レーザ 15, 24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。
[0096] 光送信部 41は、カメラ 33、 TVチューナ 36、 DVD装置 37、 NAVI装置 38に取り付 けられている。カメラ等の各機器では、取得した画像データ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ィ匕する。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 24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 24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、 lGbps〜5Gb psで伝送することができる。
[0097] 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に接続された直線 状の光ファイバとを有する。伝送部 12には、カメラ 33、 TVチューナ 36、 DVD装置 3 7、 NAVI装置 38、制御部 44が接続されている。
[0098] 制御部 44は、各機器 33, 36, 37, 38からの光信号の送信先を制御するものであり 、各機器 33, 36, 37, 38からの光信号をモニタ Mあるいはフロントモニタ Fのいずれ かに送信するかを決定する。
[0099] 制御部 44は、光受信部 43を備える。
[0100] 光受信部 43は、図 10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。
[0101] 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 434 F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。
[0102] InP基板 434Aの裏面側には、 n側電極 434Hが形成されている。
[0103] 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。
[0104] 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。
[0105] 絶縁層 434Dは、例えば、 Ruドープ InP層である。
[0106] 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、 InAlG aAsで構成されている。 [0107] 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。
[0108] 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
[0109] 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 4341が設けられて!/、る。
[0110] 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 よりも小さぐ 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 43 Jが設置されている。
[0111] このような受光素子 434では、光吸収層 434Bで 1000〜： L lOOnm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。
[0112] 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〜： L lOOnm帯の光信号とを有している。従って、受 光素子 434では、 1000〜： L lOOnm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。
[0113] 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 る電気信号をモニタ Mあるいはフロントモニタ Fの 、ずれかに送信するかを判別する
[0114] フロントモニタ Fあるいはモニタ Mでは、制御部 44から送信された電気信号に基づ いて、画像が表示されることとなる。
[0115] 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。
[0116] 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〜： L lOOnm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 24 が発熱しにくぐ面発光レーザ 24の信頼性を確保することができる。
[0117] 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〜： L lOOnm 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、車載光通 信システム 4の信頼性を確保することができる。
[0118] 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〜： L lOOnm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。
[0119] なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなぐ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。
[0120] 例えば、前記各実施形態では、面発光レーザ 15, 24は、パッケージ 17内に収容さ れているとした力 これに限られるものではない。面発光レーザ 15, 24をパッケージ 1 7内に収容しなくてもよい。また、面発光レーザ 15, 24のみならず、光受信部 13, 23 , 43の受光素子 131, 234, 434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、ノ 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 ldBに半減させることができる。
[0121] さらに、第 2の実施形態では、 850nm帯の波長の光と、 1000〜： L lOOnmの波長の 光とをひとつの光吸収層 234Bで受光する受光素子 234を使用したが、第 3の実施 形態に示した受光素子 434を使用してもよい。
[0122] また、第 3の実施形態では、制御部 44で光信号を電気信号に変換した後、この電 気信号をモニタ Mあるいはフロントモニタ Fに送信した力 これに限らず、制御部 44 力 光信号をモニタ Mあるいはフロントモニタ Fに送信してもよ!/、。
[0123] 具体的には、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、伝送へッ 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、制御部はこの 伝送ヘッダに対応する電気信号に基づ ヽて、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 3の実施形態とは異なり、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、モニタあるいはフロントモニタは、データ本体に対応する光信号 ( 1000〜： L lOOnmの光信号）を受光できる受光素子を有して 、ればよ！/、。
[0124] このように制御部と、モニタ Mとの間、あるいは、制御部とフロントモニタ Fとの間の データの送信を光信号で行なうことができるので、制御部と、モニタ Mとの間、あるい は、制御部とフロントモニタ Fとの間のデータの送信速度を向上させることができる。
[0125] さらに、第 2の実施形態、第 3の実施形態では、 TVチューナ 36、 DVD装置 37、 N AVI装置 38に光送信部が搭載されていた力 これに限らず、 TVチューナ 36、 DVD 装置 37、 NAVI装置 38に光受信部が搭載されて 、てもよ 、。
[0126] 例えば、モニタに光送信部を搭載させ、 TVチューナ 36、 DVD装置 37、 NAVI装 置 38に光受信部を搭載させることで双方向の信号の伝達が行なえるものとしてもよ い。

Claims

請求の範囲
[1] 車両に搭載され光信号でデータ伝送を行なう車載光通信システムであって、
前記車両に設置され、活性層が In Ga As (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 lOOOnm以上 l lOOnm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、
前記車両に設置され、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 る光受信機と、を有する車載光通信システム。
[2] 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に記載の車載 光通信システム。
[3] 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に記載の車 載光通信システム。
[4] 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の光送信機を更に有し、
前記光受信機は、更に、前記第 2の光送信機と第 2の光伝送路を介して接続され、 前記第 2の光送信機から送信された前記光信号を前記第 2の光伝送路を介して受信 する、請求項 1に記載の車載光通信システム。
[5] 前記第 1の光送信機で送信する情報よりも速報性の低い情報の送信に前記第 2の 光送信機を用いる、請求項 4に記載の車載光通信システム。
[6] 前記光受信機は、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または 4に記 載の車載光通信システム。
[7] 前記光受信機は、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 ヤ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または 4に 記載の車載光通信システム。
[8] 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 ヽる、請求項 1に記載の車載光通信システム。
[9] 車両に搭載され光信号でデータ伝送を行なう光通信システムの車載光送信機であ つて、
活性層が In Ga As (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 lOOOnm以上 l lOOnm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、を有する車載光送信機。
[10] 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 9に記載の車載光 送信機。
[11] 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 10に記載の車載光送信機。
[12] 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 、はゲルが注入されて ヽる、請求項 9に 記載の車載光送信機。
[13] 車両に搭載され光信号でデータ伝送を行なう光通信システムの車載光受信機であ つて、
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、 850nm帯の第 1の光信号と lOOOnm以上 l lOOnm以下の第 2の光信号の双方を受信し、電気信号に変換する 受光素子と、
前記受光素子から前記電気信号を受信して増幅する増幅回路と、を有する車載光 受信機。
車両に搭載され光信号でデータ伝送を行なう光通信システムの車載光受信機であ つて、
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、 850nm帯の第 1の光信号 と lOOOnm以上 l lOOnm以下の第 2の光信号の双方を受信し、電気信号に変換す る受光素子と、
前記受光素子から前記電気信号を受信して増幅する増幅回路と、を有する車載光 受信機。
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