JP2002040305A - 光を用いた両方向信号伝送装置 - Google Patents
光を用いた両方向信号伝送装置Info
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Abstract
レーザを採用して互いに対応する光素子間の信号の送受
信が同一のチャンネルを通じてなされるようにした光を
用いた両方向信号伝送装置を提供する。 【解決手段】 表面光レーザ部及び前記表面光レーザ部
と一体にこの表面光レーザー部の周辺に設けられたフォ
トダイオード部を備える少なくとも一つの第1及び第2
光素子と、互いに対応する第1及び第2光素子間に配置
された少なくとも一つの光ファイバと、光ファイバの入
出力端と第1及び第2光素子の間に各々配置されて入射
する光を選択的に回折させ光ファイバから出力された光
がフォトダイオード部で受光される効率を高めうるよう
になった回折素子を備える光学ユニットと、第1光素子
を制御する第1回路ユーニットと、第2光素子を制御す
る第2回路ユニットとを備える。
Description
変換して伝送し、伝送された光信号をさらに電気信号に
変換するように設けられて、両機器間の両方向信号の送
受信のために採用される光を用いた両方向信号伝送装置
に係り、より詳細には、光素子としてフォトダイオード
一体型表面光レーザ(Vertical Cavity
Surface Emitting Laser)を採用
して光信号の送受信が同一のチャンネルを通じて行われ
得るようになった光を用いた両方向信号伝送装置に関す
る。
向になされるのが通常であるが、一本または二本の電気
線に沿って両方向に電気信号の伝送を必要とする場合も
多い。例えば、デスクトップモニターとグラフィックカ
ードとの間の互換を容易にするために使用されるI2C
シリアルバスやユニバーサルシリアルバス(USB)ラ
インなどは両方向の電気信号の伝送を必要とする。
送速度の限界により長距離伝送が難しく、電磁波障害の
問題などが生じうる。したがって、両方向信号の伝送の
ために高速伝送が可能であり、しかも、電磁波の障害問
題がない光信号伝送方式が採用されている。
ャンネルのための光ファイバと受信用チャンネルのため
の光ファイバを別々に備え、光信号の送信及び受信を別
々に行う。しかし、このように、送信用チャンネル及び
受信用チャンネルを別々に備えると、ハードウェアの構
成が複雑になり、製造コストが高いため、光信号伝送方
式の各種の長所にも拘わらず、このような光信号伝送方
式の実用化が難しくなる。
れたように、同一のチャンネルを通じて光信号を両方向
に伝送し得るようになった両方向信号伝送装置が提案さ
れている。
装置は、光を出射し、入射した光を受光する第1及び第
2光素子1及び5と、前記光素子にその入出力端が対向
するように設けられた光ファイバ4とを備える。前記第
1及び第2光素子1及び5は、入射した光を受光する第
1及び第2受光素子2及び6と、この第1及び第2受光
素子2及び6の中央部に各々ダイディングにより取り付
けられた第1及び第2表面光レーザ3及び7とよりな
る。
に電気信号が入力されると、入力された電気信号によっ
て第1表面光レーザ3からは光信号が出射され、この光
信号は光ファイバ4を通じて伝送されて対応する第2受
光素子6に受光される。そして、第2受光素子6は受光
される光量に比例する電気信号を出力し、この電気信号
は他の機器(図示せず)に伝達される。反対方向の信号
の伝送も、第2表面光レーザ7及び第1受光素子2を用
いて、前述のような過程で光ファイバ4を通じてなされ
る。
は、単一光ファイバ4を送信用チャンネル及び受信用チ
ャンネルとして兼用する。
号伝送装置は、光ファイバ4の出力端から出射する光が
通常の光ファイバ中心部に光量が集中しているため、表
面光レーザの外方にある受光素子の受光領域2a、6a
に受光される光量が小さく、受光信号のS/N比が低い
という短所がある。
る場合、受光素子には光ファイバ4を通じて伝送されて
きた光だけでなく、この受光素子上に取り付けられた表
面光レーザから出射され、光ファイバ4の入力端で一部
が反射された光が受光されて検出信号にクロストークを
引き起こし、これにより、受光信号のS/N比が大いに
劣化するという短所がある。
た表面光レーザから出射され、光ファイバ4を通じて伝
送されてきた光の一部が入力されるため、その表面光レ
ーザの相対的な強度ノイズが悪化し、高速で同時にデュ
アルタイムで信号の送受信を行う場合、信号ビット率
(Bit Error Rate;BER)が悪くなると
いう問題がある。
面光レーザ3、7がダイボンディングにより受光素子
2、6上に取り付けられる構造を有するため、ダイボン
ディング工程に際し、組立て誤り及びボンディングエラ
ーによる歩留まりの減少が引き起こされるという問題が
ある。
みて成されたものであり、その目的は、光素子として半
導体製造工程で表面光レーザ及びフォトダイオードが一
体に形成されたフォトダイオード一体型表面光レーザを
採用し、光素子と光ファイバの入出力端との間に光ファ
イバから出力されて入射する光を回折させて受光素子の
受光領域に向かわせる回折素子を採用して受光効率を高
め得るようにした光を用いた両方向信号伝送装置を提供
するところにある。
に、本発明による光を用いた両方向信号伝送装置は、半
導体物質層の積層方向に光を出射する表面光レーザ部及
び前記表面光レーザ部と一体にこの表面光レーザ部の周
辺に設けられて入射する光を受光するフォトダイオード
部を備える少なくとも一つの第1及び第2光素子と、互
いに対応する第1及び第2光素子の間に配置されて光信
号を伝送する少なくとも一つの光ファイバと、前記光フ
ァイバの入出力端と第1及び第2光素子間に各々配置さ
れて入射する光を選択的に回折させて前記光ファイバか
ら出力された光がフォトダイオード部で受光される効率
を高めうる回折素子を備える光学ユニットと、第1機器
からの電気的信号が前記第1光素子で光信号に変換さ
れ、前記光ファイバを通じて伝送されてきた光信号が第
1光素子で電気的信号に変換されて前記第1機器に伝達
されるように、前記第1光素子を制御する第1回路ユニ
ットと、第2機器からの電気的信号が前記第2光素子で
光信号に変換され、前記光ファイバを通じて伝送されて
きた光信号が第2光素子で電気的信号に変換されて前記
第2機器に伝達されるように、前記第2光素子を制御す
る第2回路ユニットと、を備え、互いに対応する第1及
び第2光素子間の信号の送受信が同一のチャンネルを通
じてなされるようにしたことを特徴とする。
は、入射する光を+1次及び/または-1次に回折させる
回折格子またはホログラム素子であることが好ましい。
る第1及び第2光素子は略互いに直交する偏光の光を出
射し、前記回折素子は、表面光レーザ部側から入射する
一偏光の光は直進透過させて光ファイバに入力させ、光
ファイバ側から入射する他の偏光の光は+1次及び/ま
たは-1次に回折透過させてフォトダイオード部に向か
わせる偏光回折素子であることが好ましい。このとき、
前記偏光回折素子の光軸方向は対向する表面光レーザ部
から出射した光の線偏光方向と略直交する。
々は、表面光レーザ部を駆動するドライバと、フォトダ
イオード部から出力された電流信号を増幅する増幅器
と、を備える。
各々は、前記増幅器及びドライバと機器の間に設けられ
て、機器から出力された電気信号をドライバを制御する
のに適した信号に変換し、増幅器から出力された信号を
機器に適した信号に変換するコントローラをさらに備え
ることが好ましい。
ットは、前記コントローラとドライバ及び増幅器の間に
設けられて、前記ドライバ及び/または増幅器を選択的
にオン、オフさせるスイッチをさらに備えることが好ま
しい。
る光学ユニットを採用した、光を用いた両方向信号伝送
装置の概略図である。図2を参照するに、本発明による
光を用いた両方向信号伝送装置は、電気信号を光信号に
変換して伝送し、伝送されてきた光信号を電気信号に変
換する第1及び第2光素子31、37を備えて両方向に
信号を伝送し得るようになった光学ユニット30と、前
記第1光素子31を制御して第1機器10から出力され
た電気信号によって前記第1光素子31を駆動させ、前
記第1光素子31から出力された電気信号を前記第1機
器10に適した信号に変換する第1回路ユニット20
と、前記第2光素子37を制御して第2機器50から出
力された電気信号によって前記第2光素子37を駆動さ
せ、前記第2光素子37から出力された電気信号を前記
第2機器50に適した信号に変換する第2回路ユニット
40を含んでなる。
号に変換し、光信号を電気信号に変換するようになった
第1及び第2光素子31、37と、第1及び第2光素子
31、37間に配置されて入射する光を伝送する光ファ
イバ35と、光ファイバ35の入出力端35a、35b
と第1及び第2光素子31、37間に配置される第1及
び第2回折素子34、36を備える。
は、同一のチャンネルを通じて信号を送受信し得るよう
にフォトダイオード一体型表面光レーザを備えることが
好ましい。このフォトダイオード一体型表面光レーザ
は、半導体物質層の積層方向に光を出射する表面光レー
ザ部32及びこの表面光レーザ部32と一体にその周辺
に入射する光を受光するように設けられたフォトダイオ
ード部33よりなる。
は、半導体製造工程を通じて一体に製造される。例え
ば、フォトダイオード一体型表面光レーザは、半導体基
板上に表面光レーザの基本的な半導体積層構造を形成し
た後に、表面光レーザ部32及びフォトダイオード部3
3を電気的に分離するために表面光レーザ部32の周辺
をエッチングし、フォトダイオード部33領域の一部の
層をエッチング及び/または一部の層を積層する工程を
通じてフォトダイオード部33の半導体構造を形成した
後に、表面光レーザ部32及びフォトダイオード部33
に電極パターンを形成して製造される。図2は、フォト
ダイオード部33が表面光レーザ部32に比べて突設さ
れ、表面光レーザ部32とフォトダイオード部33との
間に電気的な絶縁のための空間部Sが形成された例を示
している。ここで、前記空間部Sには絶縁物質が塗布さ
れることがある。表面光レーザ部32及びフォトダイオ
ード部33の半導体積層構造は周知の通りであるため、
その詳細な図示及び説明は省略する。
述のようにフォトダイオード一体型表面光レーザを採用
すると、ダイボンディングなどの別途の組立て工程が不
要であるため、従来の両方向信号伝送装置のように、ダ
イボンディング工程時の組立て誤差及びボンディングエ
ラーによる歩留まりの減少のような問題が生じないとい
う利点がある。
光素子31、37側から入力された光を伝送する。前記
光ファイバ35としては、ガラス材質の光ファイバに比
べて低価であり、その直径が大きくて相対的に光カップ
リングがし易いプラスチック光ファイバを採用すること
が好ましい。このように、前記光ファイバ35としてプ
ラスチック光ファイバ35を採用すると、外部の衝撃に
よる光ファイバ35の損傷を低減できるという利点があ
る。
光ファイバ35の入出力端35a、35bと第1及び第
2光素子31、37の間に各々配置される。この第1及
び第2回折素子34、36としては、入射する光を+1
次及び/または-1次に回折させる回折格子またはホロ
グラム素子を備える。この第1及び第2回折素子34、
36は、光ファイバ35から出力された光が表面光レー
ザ部32の周辺に位置したフォトダイオード部33の受
光領域33aに最大限にカップリングされるようにし
て、光ファイバ35を通じて伝送されてきた光の受光効
率を高めることで、S/N比の高い受光信号を検出可能
にする。
ァイバ35の光軸上に光の強度が集中して略ガウシアン
強度分布をもつ。したがって、前述のように、光ファイ
バ35から出力される光を+1次及び/または-1次に回
折させると、ほとんどの光は表面光レーザ部32の周辺
に位置したフォトダイオード部33の受光領域33aに
受光される。したがって、本発明による光を用いた両方
向信号伝送装置では、従来の両方向信号伝送装置でほと
んどの光が中心部に位置した表面光レーザに向かって生
じていた受光効率が低かった問題や、表面光レーザに光
が入射してその表面光レーザの相対的な強度ノイズを悪
化させていた問題が生じない。
6は光ファイバ35の入出力端35a、35bから出力
される光だけでなく、表面光レーザ部32から出射され
て光ファイバ35の入出力端35a、35bに向かう光
も+1次及び/または-1次に回折させる。したがって、
前記第1及び第2回折素子34、36は、第1及び第2
光素子31、37よりも光ファイバ35の入出力端35
a、35bに近く配置されるのが好ましい。この場合、
表面光レーザ部32から出射した光が前記第1及び第2
回折素子34、36により+1次及び/または-1次に回
折されるが、第1及び第2回折素子34、36が光ファ
イバ35の入出力端35a、35bに近接しているの
で、十分な光量が光ファイバ35に入力できる。また、
第1及び第2回折素子34、36が第1及び第2光素子
31、37から相対的に十分な間隔で離れているため、
+1次及び/または-1次に回折された光はほとんどフォ
トダイオード部33の受光領域33aに受光できる。
36が入射光を+1次及び/または-1次に回折させ、0
次には回折させないことは、回折パターンのパターン深
さ、例えば、回折格子の格子深さが半波長の位相差をも
つように調節して0次光を除去することで可能である。
ィ比が0.5であり、回折パターン、すなわち、格子パ
ターンの断面形状が角形である回折格子の回折各θは式
(1)のように表わされ、0次回折光効率η0及び±1
次回折光効率η±1は式(2)のように表わされる。
kは回折次数、例えば、0、±1、±2、±3,...
である。式(2)において、φ=π/(λ×(n-1)×
d)であり、このとき、dは格子深さを、nは屈折率を
表わす。
折素子34、36において、図3に示されたように、デ
ューティ比が0.5であり、第1及び第2光素子31、
37で出射される光波長λに対して0次回折光効率が0
にならせる格子深さd及び屈折率nをもつ角形回折格子
を備える場合、前記第1及び第2回折素子34、36に
より回折された+1次回折光及び-1次回折光を合わせた
最大の光効率は約82%であり、0次にはほとんど回折
されない。
4、36では、回折光効率をさらに高め得るように、図
4に示されたように、その回折パターンの断面形状がブ
レーズ形である回折格子を備えることも可能である。ブ
レーズ形回折格子は入射光を例えば、+1次に回折さ
せ、8段階にブレーズドされているなら、その+1次回
折光の効率は約95%になる。
36としてブレーズ形回折格子を採用すると、入射光を
1次に回折させる効率が角形回折格子に比べて高いの
で、より大きいS/N比を得ることができる。前記第1
及び第2回折素子34、36としてその回折パターンの
断面形状が角形またはブレーズ形であるホログラム素子
を備える場合にも同様であることはもちろんである。図
2は、前記第1及び第2回折素子34、36がその断面
形状が角形である回折パターンよりなる回折格子または
ホログラム素子を備えた例を示している。
1及び第2回折素子34、36に代えて、図5に示され
たように、第1及び第2偏光回折素子134、136を
備えることもできる。このとき、第1及び第2光素子3
1、37は略互いに直交する方向に偏光された光を出射
するように配置される。通常、表面光レーザは略一方向
に線偏光された光を出射するので、前記第1及び第2光
素子31、37はその表面光レーザ部32から出射され
る光の線偏光方向が互いに直交するように配置される
と、互いに直交する方向に偏光された光を出射できる。
36としては、図6に示されたように、屈折率変換型回
折素子を備えることができる。前記屈折率変換型回折素
子は、複屈折媒質、例えば、LiNBO3よりなるプレ
ート135(以下、複屈折プレート)に回折格子または
ホログラム回折パターンの形で陽性子交換層137を形
成し、その陽性子交換層137上に誘電体フィルム13
9を形成してなる。
光に対しては屈折率変化を起こさず、異常光に対しては
屈折率変化を起こして+1次、-1次回折光を生成する。
及び誘電体フィルム139の屈折率を差動した屈折率を
経て直進する。これは、複屈折プレート135の部分と
陽性子交換層137及び誘電体フィルム139の部分の
間の常光が感じる屈折率の差がほとんどないからであ
る。これに対し、異常光は前記陽性子交換層137及び
誘電体フィルム139の屈折率を合算した屈折率を経て
+1次、-1次に回折される。これは、複屈折プレート1
35の部分と陽性子交換層137及び誘電体フィルム1
39の部分の間の異常光が感じる屈折率の差が大きくな
るからである。
前記複屈折プレート135の光軸が互いに直交する場合
であり、異常光は入射する光の線偏光方向と前記複屈折
プレート135の光軸が互いに平行する場合である。
子134、136はその複屈折プレート135の光軸方
向が互いに直交するように配置されると共に、その各々
の複屈折プレート135の光軸方向が対向して配置され
た第1及び第2光素子31、37から出射される光の線
偏光方向と直交するように配置される。
は、第1光素子31の表面光レーザー部32から出射さ
れた第1方向に線偏光された光は0次に回折させ、光フ
ァイバ35の入出力端35a、35bに向かわせ、第2
光素子37から出射され光ファイバ35を通じて伝送さ
れた前記第1方向と直交する第2方向に線偏光された光
は+1次及び/または-1次に回折させて第1光素子31
のフォトダイオード部33に向かわせる。
第2光素子37の表面光レーザ部32から出射された第
2方向に線偏光された光は0次に回折させて光ファイバ
35の入出力端35a、35bに向かわせ、第1光素子
31から出射され光ファイバ35を通じて伝送された第
1方向に線偏光された光は+1次及び/または-1次に回
折させて第2光素子37のフォトダイオード部33に向
かわせる。
5a、35bから出力された光はほとんどがこの第1及
び第2偏光回折素子134、136で+1次及び/また
は-1次に回折されて第1及び第2光素子31、37の
フォトダイオード部33に受光される。
光回折素子134、136を備えた光学ユニット30を
採用すると、高速で同時にデュアルタイムでデジタル通
信を行う場合にも、相手側に位置した表面光レーザ部か
ら出力された光が表面光レーザ部にカップリングされる
のを防止できるので、従来の構造のように相手側に位置
した表面光レーザ部から出力された光がカップリングさ
れて表面光レーザ部の相対的な強度ノイズを悪化させ、
これにより、信号のビットエラー率を悪くする現象が生
じない。のみならず、光素子の表面光レーザ部から出射
された光のうち光ファイバ35の入出力端から一部反射
されてそのフォトダイオード部に向かう光を遮断できる
ので、光ファイバの入出力端で一部反射された光による
検出信号のクロストークが生じない。
発明による光学ユニット30は、表面光レーザ部32か
ら出射された光の光ファイバ35へのカップリング効率
をより高めうるように、図7に示されたように、第1回
折素子(34または134)と光ファイバ35の入出力
端35aとの間、第2回折素子(36または136)と
光ファイバ35の入出力端35bとの間に入射光を集束
させるレンズ238、239をさらに具備できる。ま
た、このレンズ238、239は、図8に示されたよう
に、第1光素子31と第1回折素子34との間、第2光
素子37と第2回折素子36との間に配置される場合も
ある。
2回路ユニット20、40は、第1及び第2光素子3
1、37の表面光レーザ部32を駆動する第1及び第2
ドライバ25、45と、第1及び第2光素子31、37
のフォトダイオード部33から出力された電流信号を増
幅する第1及び第2増幅器27、47を具備する。
は、前記第1増幅器27及び第1ドライバ25と第1機
器10の間に設置される第1コントローラ21と、第2
増幅器47及び第2ドライバ45と第2機器50の間に
設けられる第2コントローラ41をさらに備えることが
好ましい。また、前記第1及び第2回路ユニット20、
40は、第1ドライバ25及び第1増幅器27と第1コ
ントローラ21の間に設けられる第1スイッチ23と、
第2ドライバ45及び第2増幅器47と第2コントロー
ラ41の間に設けられる第2スイッチ43をさらに備え
ることが好ましい。
は、第1及び第2機器10、50側から入力された電気
信号を第1及び第2ドライバ25、45を制御するのに
適した信号フォーマットに変え、第1及び第2増幅器2
7、47から出力された信号を第1及び第2機器10、
50に適した信号フォーマットに変える。
は、図9に示されたように、第1及び第2機器10、5
0から入力された電気信号を符号化して適切な信号フォ
ーマットに変える符号化器123と、前記符号化器12
3で符号化された信号を第1及び第2ドライバ25、4
5を制御するのに適した信号フォーマットに変えて第1
及び第2ドライバ25、45に入力させるドライバコン
トロールコア125と、第1及び第2増幅器27、47
から入力された信号を復号化して第1及び第2機器1
0、50に適した信号フォーマットに変える復号化器1
27を含んでなる。また、前記第1及び第2コントロー
ラ21、41は、図10に示されたように、前記符号化
器123とドライバコントロールコア125との間にマ
ルチプレクサ129(MUX)をさらに備えることが好
ましい。このマルチプレクサ129は、フォトダイオー
ド部33で検出された信号をドライバコントロールコア
125またはドライバ(25または45)にフィードバ
ックして前記検出された信号で表面光レーザ部32を制
御する。
スイッチ23、43は第1及び第2コントローラ21、
41の制御によって互いに対応的に作動されてドライバ
25、45及び増幅器27、47を選択的にオン、オフ
させる。
43を備えた本発明による光を用いた信号伝送装置は、
下記のように第1及び第2機器10、50の間に採用さ
れる場合、前記第1及び第2機器10、50が互いに適
切な信号をやり取り可能にする。
0が同時に両方向に信号の送受信をしつつも、必要に応
じて選択的に交代に信号をやり取り可能なシステムの場
合、本発明による光を用いた信号伝送装置に採用する
と、受信信号のS/N比の劣化が激しく生じたり、一方
で信号を伝送した後に他方でこれに対応する信号を伝送
するモード時にも、第1及び第2コントローラ21、4
1の制御によって第1及び第2スイッチ23、43が互
いに対応的に作動することで、信号を交代にやり取り可
能になる。
両方向に信号の送受信するシステムの場合、本発明によ
る光を用いた信号伝送装置を採用すると、信号のS/N
比の劣化が生じたときにも、コントローラ21、41の
制御によって第1及び第2スイッチ23、43が互いに
対応的に作動されて、信号のS/N比を増大させるの
で、データの伝送エラー率を低減できる。
うち少なくとも一側の光素子の表面光レーザ部32から
出力された光が回折素子34、36、134、136及
び/またはレンズ238、239などの光学素子や光フ
ァイバ35の入出力端35a35bで反射されてその光
素子のフォトダイオード部33に受光されることで、反
対側に位置した光素子から光ファイバ35を通じて伝送
されてきたフォトダイオード部33に受光された信号に
深刻な劣化を生じる場合、第1及び第2コントローラ2
1、41の制御によって互いに対応する前記第1及び第
2スイッチ23、43は交代に第1及び第2ドライバ2
5、45と第2及び第1増幅器47、27をオン、オフ
させるように作動されて、第1及び第2機器10、50
間の信号伝送が交代になされるようにする。このよう
に、信号の伝送が交代になされると、第1及び第2機器
10、50間の信号伝送速度は遅くなるが、大きいS/
N比で信号の受信が可能なので、データ伝送エラー率を
低減できるという利点がある。
単方向の信号伝送をするシステムの場合、本発明による
光を用いた信号伝送装置を採用すると、1スイッチはド
ライバに駆動信号を伝達すると共に、増幅器をオフ状態
に保ち続け、対応する他のスイッチはドライバをオフさ
せ、増幅器をオン状態に保ち続けるように作動されて単
方向に信号の伝送をすることができる。
が交代に信号をやり取りするシステムの場合、本発明に
よる光を用いた信号伝送装置を採用すると、前記第1及
び第2スイッチ23、43は第1及び第2ドライバ2
5、45と第2及び第1増幅器47、27を互いに対応
するように交代にオン、オフさせて、交代に信号をやり
取りできる。
が必ず同時に両方向に信号の送受信をする必要があるシ
ステムの場合、本発明による光を用いた信号伝送装置を
採用すると、前記第1及び第2スイッチ23、43は第
1及び第2ドライバ25、45と第1及び第2増幅器2
7、47をオン状態に保ち続けるように作動されて、同
時に両方向に信号の送受信をすることができる。
0が常にデュアルタイムで同時に信号をやり取りしなけ
ればならないシステムの場合、本発明による光を用いた
信号伝送装置に、図11に示されたように、スイッチの
ない構造の第1及び第2回路ユニット20、40を採用
することもできる。
用いた信号伝送装置において、光学ユニット30は単一
モジュール化されたものが好ましい。このように、光学
ユニット30が単一モジュール化されると、第1及び第
2機器10、50と前記光学ユニット30との間は電気
的に分離/接続される。
付きコネクターと光ファイバ付きコネクターの着脱によ
り機器どうしを接続する構造をもって、両コネクター間
の着脱を繰り返すことにより、光素子と光ファイバとの
間の光学的な整列誤差が生じ、これにより、データエラ
ー及び光信号の振幅サイズの変化などがもたらされるの
とは異なって、本発明の装置では、このような問題が生
じないため、信頼性を確保できる。
た光学ユニット30を採用すると、通常の電気接続を通
じて信号を伝送可能になった機器に応用するとき、後述
するように、光学ユニット30と第1及び第2機器1
0、50の間に第1及び第2回路ユニット20、40が
多様に結合される場合にも、機器のポート構造を変更し
なくて良いので、汎用の機器に互換できるという利点が
ある。
0、40は前記光学ユニット30と共に単一モジュール
化できる。すなわち、第1機器10に電気的に接続可能
に設けられた第1コネクター(図示せず)に第1回路ユ
ニット20及び光学ユニット30の第1光素子31、回
折素子及び光ファイバ35の一側端部を設け、第2機器
50に電気的に接続可能に設けられた第2コネクター
(図示せず)に第2回路ユニット40及び光学ユニット
30の第2光素子37、回折素子及び光ファイバ35の
反対側端部を設けることができる。この場合、第1機器
10及び第2機器50に前記第1及び第2コネクターを
嵌め込むと、本発明による光を用いた信号伝送装置は第
1及び第2機器10、50に電気的に結合され、第1及
び第2機器10、50から出力された電気信号を光信号
に変換した後に、光ファイバ35を通じて伝送しさらに
電気信号に変換して反対側に位置した第2及び第1機器
50、10に伝送する。
0、40はその一部の構成要素、例えば、ドライバ及び
増幅器のうち少なくとも一つが光学ユニット30とモジ
ュール化され、残りの構成要素は第1及び第2機器1
0、50に設けられる場合もある。
0、40はその構成要素が両方とも第1及び第2機器1
0、50に設けられる場合もあるが、この場合、第1及
び第2機器10、50と光学ユニット30は電気的に接
続されて第1及び/または第2機器10、50に設けら
れた回路ユニットのドライバから出力された駆動信号は
光学ユニット30に伝達され、光学ユニット30から出
力された電気信号は第1及び/または第2機器10、5
0に設けられた回路ユニットの増幅器に入力される。
部の構成だけがモジュール化され、残りの構成は第1及
び/または第2機器10、50に設けられる場合もあ
る。例えば、第1及び第2光素子31、37は第1及び
第2回路ユニット20、40と共に各々第1及び第2機
器10、50に設けられ、回折素子(34、36または
134、136)及び光ファイバ35だけがモジュール
化される場合もある。この場合、第1及び第2機器1
0、50とは別途にモジュール化された光学ユニット3
0の部分は光接続のためのポート構造をもつ。また、第
1機器10に限って第1光素子31及び第1回折素子
(34または134)が設けられ、残りの構成要素がモ
ジュール化されることもある。この場合、モジュール化
された光学ユニット30の部分と第1機器10は光接続
のためのポート構造をもち、第2機器50とは電気接続
される。
20、第1光素子31及び回折素子が設けられ、第2機
器50に第2回路ユニット40、第2光素子37及び回
折素子が設けられる場合もある。この場合、第1及び第
2機器10、50は光ファイバ35の入出力端35a、
35bと光接続可能なポート構造をもつ。
送装置が一対の第1及び第2光素子及びこれに対応する
ように配置された単一光ファイバを備えて単一チャンネ
ルの信号送受信を行う場合を例に説明した。このよう
に、本発明による光を用いた信号伝送装置は、前記第1
及び第2光素子をアレイに配置し、互いに対応する第1
及び第2光素子の間に各々光ファイバを設けると、簡単
に多重チャンネル用に変形できる。したがって、本発明
による光を用いた信号伝送装置が多重チャンネル用であ
る場合には、単一チャンネル用の構成から十分に類推可
能なので、その詳細な図示及び説明を省略する。
信号伝送装置は、光ファイバの入出力端と光素子との間
に回折素子を備えるので、光ファイバから出射された光
が+1次及び/または-1次に回折されて光素子のフォト
ダイオード部に向かうので、S/N比の高い受光信号を
検出できる。
次及び/または-1次に回折されて光素子のフォトダイ
オード部に向かうので、従来の構造において、表面光レ
ーザの反対側に位置した表面光レーザから出射され光フ
ァイバを通じて伝送されてきた光の一部が入射されて、
その表面光レーザの相対的な強度ノイズが悪化する問題
が生じない。したがって、高速で同時にデュアルタイム
で信号の送受信を行う場合にも、良好な信号ビット率を
得ることができる。
一体に製造されるフォトダイオード一体型表面光レーザ
を採用するので、ダイボンディング工程などを省略で
き、その結果、従来の構造において、ダイボンディング
による組立て誤差及びボンディングエラーによる歩留ま
りの減少の問題が生じない。
を採用すると、光素子の表面光レーザ部から出射された
光が光ファイバの入出力端で一部反射されてそのフォト
ダイオード部に向かう光を遮断できるので、光ファイバ
の入出力端で一部反射された光による検出信号のクロス
トークの問題が生じない。
した図である。
した光を用いた両方向信号伝送装置の全体構造を概略的
に示した図である。
ンの断面形状を概略的に示した図である。
ンの断面形状を概略的に示した図である。
略的に示した図である。
る。
概略的に示した図である。
概略的に示した図である。
に示した図である。
的に示した図である。
の実施形態を概略的に示した図である。
Claims (17)
- 【請求項1】 半導体物質層の積層方向に光を出射する
表面光レーザ部及び前記表面光レーザ部と一体にこの表
面光レーザ部の周辺に設けられて入射する光を受光する
フォトダイオード部を備える少なくとも一つの第1及び
第2光素子と、互いに対応する第1及び第2光素子間に
配置されて光信号を伝送する少なくとも一つの光ファイ
バと、前記光ファイバの入出力端と第1及び第2光素子
との間に各々配置されて入射する光を選択的に回折させ
て前記光ファイバから出力された光がフォトダイオード
部で受光される効率を高め得る回折素子を備える光学ユ
ニットと、 第1機器からの電気的信号が前記第1光素子で光信号に
変換され、前記光ファイバを通じて伝送されてきた光信
号が第1光素子で電気的信号に変換されて前記第1機器
に伝達されるように、前記第1光素子を制御する第1回
路ユニットと、 第2機器からの電気的信号が前記第2光素子で光信号に
変換され、前記光ファイバを通じて伝送されてきた光信
号が第2光素子で電気的信号に変換されて前記第2機器
に伝達されるように、前記第2光素子を制御する第2回
路ユニットと、を備え、互いに対応する第1及び第2光
素子間の信号の送受信が同一のチャンネルを通じてなさ
れることを特徴とする光を用いた両方向信号伝送装置。 - 【請求項2】 前記回折素子は、 入射する光を+1次及び/または-1次回折させる回折格
子またはホログラム素子であることを特徴とする請求項
1に記載の光を用いた両方向信号伝送装置。 - 【請求項3】 前記回折素子と光ファイバの入出力端と
の間の間隔が前記回折素子と第1及び第2光素子間の間
隔よりも近いことを特徴とする請求項2に記載の光を用
いた両方向信号伝送装置。 - 【請求項4】 前記回折素子の回折パターンは、その断
面形状が角形またはブレーズ形であることを特徴とする
請求項2に記載の光を用いた両方向信号伝送装置。 - 【請求項5】 前記回折素子と光ファイバの入出力端と
の間の間隔が前記回折素子と第1及び第2光素子間の間
隔よりも近いことを特徴とする請求項4に記載の光を用
いた両方向信号伝送装置。 - 【請求項6】 互いに対応する第1及び第2光素子は略
互いに直交する偏光の光を出射し、 前記回折素子は、 表面光レーザ部側から入射する一偏光の光は直進透過さ
せて光ファイバに入力させ、光ファイバ側から入射する
他の偏光の光は+1次及び/または−1次に回折透過さ
せてフォトダイオード部に向かわせる偏光回折素子であ
ることを特徴とする請求項1に記載の光を用いた両方向
信号伝送装置。 - 【請求項7】 前記偏光回折素子の光軸方向は、対向す
る表面光レーザ部から出射した光の線偏光方向と略直交
することを特徴とする請求項6に記載の光を用いた両方
向信号伝送装置。 - 【請求項8】 前記偏光回折素子は、 複屈折媒質よりなるプレートの回折パターン位置に陽性
子交換領域と誘電体フィルムを形成してなる屈折率変換
型回折素子であることを特徴とする請求項6に記載の光
を用いた両方向信号伝送装置。 - 【請求項9】 前記偏光回折素子の光軸方向は、対向す
る表面光レーザ部から出射した光の線偏光方向と略直交
することを特徴とする請求項8に記載の光を用いた両方
向信号伝送装置。 - 【請求項10】 前記光学ユニットは、 表面光レーザ部と回折素子との間、または回折素子と光
ファイバの入出力端との間に表面光レーザ部から出射し
た光を光ファイバにカップリングさせるためのレンズを
さらに備えることを特徴とする請求項1に記載の光を用
いた両方向信号伝送装置。 - 【請求項11】 前記光学ユニットは単一モジュール化
されて、前記第1及び第2機器と電気的に分離/接続さ
れる構成としたことを特徴とする請求項1に記載の光を
用いた両方向信号伝送装置。 - 【請求項12】 前記第1及び第2回路ユニットの少な
くとも一部の構成と前記光学ユニットは単一モジュール
化されたことを特徴とする請求項11に記載の光を用い
た両方向信号伝送装置。 - 【請求項13】 前記第1及び第2回路ユニットの各々
は、 表面光レーザ部を駆動するドライバと、 フォトダイオード部から出力された電流信号を増幅する
増幅器とを備えることを特徴とする請求項1に記載の光
を用いた両方向信号伝送装置。 - 【請求項14】 前記第1及び第2回路ユニットの各々
は、 前記増幅器及びドライバと機器の間に設けられて、機器
から出力された電気信号をドライバを制御するのに適し
た信号に変換し、増幅器から出力された信号を機器に適
した信号に変換するコントローラをさらに備えることを
特徴とする請求項13に記載の光を用いた両方向信号伝
送装置。 - 【請求項15】 前記コントローラは、機器から入力し
た電気信号を符号化して適切な信号フォーマットに変換
する符号化器と、前記符号化器で符号化された信号をド
ライバを制御するのに適した信号フォーマットに変換し
て前記ドライバに入力させるドライバコントロールコア
と、増幅器から入力された信号を復号化して機器に適し
た信号フォーマットに変換する復号化器とを含むことを
特徴とする請求項14に記載の光を用いた両方向信号伝
送装置。 - 【請求項16】 前記コントローラは、 前記符号化器とドライバコントロールコアとの間にマル
チプレクサをさらに備えることを特徴とする請求項15
に記載の光を用いた両方向信号伝送装置。 - 【請求項17】 前記第1及び/または第2回路ユニッ
トは、 前記コントローラとドライバ及び増幅器の間に設けられ
て、前記ドライバ及び/または増幅器を選択的にオン、
オフさせるスイッチをさらに備えることを特徴とする請
求項14に記載の光を用いた両方向信号伝送装置。
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