JP2859112B2 - 発光アレーモジュール - Google Patents

発光アレーモジュール

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JP2859112B2 JP5295843A JP29584393A JP2859112B2 JP 2859112 B2 JP2859112 B2 JP 2859112B2 JP 5295843 A JP5295843 A JP 5295843A JP 29584393 A JP29584393 A JP 29584393A JP 2859112 B2 JP2859112 B2 JP 2859112B2
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    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
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  • Use Of Switch Circuits For Exchanges And Methods Of Control Of Multiplex Exchanges (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複数の発光素子からな
る発光アレーモジュールに関し、特に、双方向のバース
ト信号を伝送する装置に使用する送信用発光アレーモジ
ュールに関する。
【0002】
【従来の技術】並列光伝送系は、電気信号による並列伝
送系と比較して、伝送速度、伝送距離、耐EMI性(E
MIによる影響の受けにくさ)の点で優れ、伝送路とな
るケーブル自体の容積も大幅に低減できることから、コ
ンピュータのインタフェースとして広い応用が期待され
ている。この並列光伝送系では、複数の光源が不可欠で
あり、送信側の装置を小形化、経済化するためには、複
数の発光素子と光ファイバをアレー状に配列して一体化
した発光アレーモジュールが極めて有効である。
【0003】複数の発光素子を一体化した、従来の発光
アレーモジュールの構成を図6に示す。この発光アレー
モジュールは等間隔に配置された8個の発光素子1a〜
1hからなるアレー状の発光素子1とアレー状発光素子
1と等間隔にアレー状に配列された8本の光ファイバ5
a〜5hからなる光ファイバアレー5とから構成されて
いる。図6に示される発光アレーモジュールでは、発光
素子1a〜1hの出射光8a〜8hは、光ファイバ5a
〜5hの各チャネルに対応してそれぞれ光学的に結合し
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】バースト信号を伝送す
る光送受信装置では、送信装置から信号を送出するとき
だけ、装置内の発光素子にバイアス電流と変調信号電流
を印加して駆動させる。受信装置側では、実際に信号が
送信されてきたときだけ信号が受信されることになる。
ここで、発光素子が劣化して信号の送出ができなくなっ
た場合、受信側では一切信号が受信されなくなる。しか
しながら、このとき送信側から信号が送信されないこと
によるのか、本来は送信されるべきであるが発光素子の
劣化により送信不能となっているのか全く判別できない
ことになる。従って、発光素子の劣化を判断する手だて
がなく、アラームを発生することができない。また、発
光素子の劣化が判別されても、これを取り替えるか修復
させる必要があり、システムの中断が生じることにな
る。このように、従来の構成では、バースト伝送におけ
る発光素子の劣化を有効に検出する手段がないため、安
定したバースト信号伝送ができないという欠点があっ
た。
【0005】本発明の目的は、上述の欠点を解決し、発
光素子の駆動状態を必要に応じて検出することができ、
信頼性の高いバースト信号伝送ができる発光アレーモジ
ュールを提供することにある。また、発光素子の駆動状
態を検出し、必要に応じて適用する発光素子を選択的に
切換えて、安定した並列光伝送ができる発光アレーモジ
ュールの制御方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の欠点を除去するた
めに、本発明の発光アレーモジュールは、複数の光ファ
イバと、光ファイバの数よりも多い数の発光素子と、少
なくとも一つの受光素子と、発光素子と光ファイバ及び
受光素子の間に配置される光スイッチとを備えている。
そして、光スイッチは、発光素子からの出射光がそれぞ
れ入力される複数の入力端と、光ファイバと受光素子に
それぞれ光学的に結合する複数の出力端とを有し、入力
端と出力端との間の光路を切換えることを特徴としてい
る。
【0007】また、発光素子は規則的な間隔で並列に配
置され、光スイッチは、入力端に各発光素子のそれぞれ
に光学的に結合する光導波路と、出力端に規則的な間隔
で形成された複数の光導波路と、入力端の光導波路と出
力端の光導波路との間で光路を切換える光スイッチ部と
を備えた導波路型光スイッチであり、出力端には光導波
と同じ間隔で配列された光ファイバが配置されている
ことを特徴としている。
【0008】さらに上記構成で、出力側の光導波路の数
が、光導波路に光学的に結合する光ファイバの数よりも
多く、光ファイバに結合しない残余の出力側の光導波路
の数が少なくとも1つあり、残余の光導波路には、光導
波路からの出射光を受光する受光素子を配置したことを
特徴としている。
【0009】本発明はまた、複数の発光素子と、この発
光素子から出射される光の光路を切換える光スイッチ
と、光スイッチを通過する光に光学的に結合する光ファ
イバと、光スイッチを通過する光を受光する少なくとも
一つの受光素子とを備え、発光素子からの出射光の光路
を光スイッチにより切換えて、受光素子に受光して電気
信号に変換し、この電気信号により対応する発光素子の
発光状態から使用可否を判別する制御回路を備えてい
る。
【0010】ここで、上記電気信号により発光素子の発
光状態から使用可否を判別し使用不可と判別された発光
素子については、制御回路により光スイッチの光路を切
換えて、この使用否の発光素子に代えて使用可と選択さ
れた発光素子から出射される光だけを光ファイバに結合
するようにすることを特徴としている。
【0011】
【作用】アレー状に配列された複数の発光素子を、光ス
イッチを介して光ファイバアレーの各光ファイバに結合
させるようにすることによって、発光素子を選択して使
用することができる。特に、光スイッチの出力側には光
ファイバアレーのほかに受光素子を配置し、光スイッチ
により各発光素子からの出射光の光路を受光素子側に切
換えることによって、各発光素子の発光状態を監視した
り、劣化を判別したりすることができる。信号を送出す
るための光源として用いるときは、適宜所望の光ファイ
バに結合するように光路を切換えれば良い。
【0012】また、各発光素子からの出射光を受光素子
によって受けて、その劣化状態を順次判別し、使用可能
な発光素子だけを選択して光ファイバアレーに結合させ
ることも可能である。あらかじめ、光ファイバアレーの
光ファイバの本数よりも多い発光素子を備えておけば、
光送信装置の信頼性をより高めるための冗長系を構成す
ることもできる。
【0013】
【実施例】次に図面を参照して本発明の一実施例を詳細
に説明する。
【0014】図1(a)は本発明の発光アレーモジュー
ルの一実施例の上面図を示す。本実施例の発光アレーモ
ジュールは、アレー状発光素子1、光スイッチ2、光フ
ァイバアレー5および受光素子3からなる。アレー状発
光素子1は、300μmの間隔で等間隔に配置された8
個の発光素子1a〜1hからなり、光スイッチ2の入力
側の光導波路4a〜4hは、アレー状発光素子1の各発
光素子1a〜1hの間隔と同じ間隔で形成されている。
また、光ファイバアレー5は、7本の光ファイバ5a〜
5gが等間隔に配列されている。
【0015】光スイッチ2はLiNbO3 導波路型光ス
イッチであり、LiNbO3 を材料とする基板6上に形
成されたTi膜からなる光スイッチパターンを1050
℃の高温で約8時間熱拡散して形成されている。さら
に、基板6の表面にSiO2 膜を介して形成されたCr
−Pt−Au膜からなる電極を備えている。この光スイ
ッチ2は、1入力あるいは2入力の光路を1出力または
2出力の光路に切換える光スイッチエレメントを64個
備えている(図1における矩形で示した部分)。これら
の各光スイッチエレメントによって切換えられる光路を
組合せることによって、入力側の8本の光導波路4a〜
4hと出力側の7本の光導波路7a〜7gと受光素子3
への光路を任意に選択することができる。このようなマ
トリクス状の光スイッチのとしては、例えば、NISH
IMOTO et.al.,“Polarizatio
n Indepent LiNbO3 8×8 Mat
rix Switch” IEEE PHOTONIC
S TECHNOLOGYLETTERS VOL.
2.NO.9.SEPTEMBER 1990 記載の
光スイッチがある。
【0016】ここで、個々の光スイッチエレメントの構
造と動作原理について説明する。図1(b)は、光スイ
ッチエレメント単体の構造を示している。例えば、光ス
イッチエレメント29の場合、入力はA、Bの2ポート
あり、出力もC、Dの2ポートあり、Aから入力された
光をDに出力し、Bから入力された光をCに出力する状
態と、Aから入力された光をCに出力し、Bから入力
された光をDに出力する状態の2つの状態に切換える
ことができる。上述のように光スイッチエレメントは、
LiNbO3 基板に形成されており、表面に形成された
電極に電圧が印加されていないとの状態が保たれ、ま
た、電圧が印加されると基板のもつ電気光学効果により
光導波路の屈折率が変化し結合状態が変化して、の状
態に切換えられる。
【0017】図2は、アレー状発光素子1と入力側光導
波路4が結合されている部分の構造を示している。図1
に示されるアレー状発光素子1a〜1hの出射光8a〜
8hは、入力側光導波路4a〜4hに各ポート毎に光学
的に結合している。本実施例では、発光素子1a〜1h
には、同一の基板上に結晶成長され、アレー状に形成さ
れた半導体レーザダイオードアレーが用いられている。
各半導体レーザダイオードから出射された光は、その端
面近傍に配置されたマイクロレンズアレー(図示省略)
により、それぞれ集光されて、対応する入力側光導波路
4a〜4hに光学的に結合されている。ここで用いられ
ているマイクロレンズアレーは、所望の間隔で形成され
た円形のマスクパターンを有する多成分ガラス基板をイ
オン交換して、屈折率分布をつけてレンズ効果をもたせ
たものである。
【0018】本実施例では、光ファイバアレー5は7本
の光ファイバ5a〜5gにより構成されており、8個の
発光素子1a〜1hから出射された光は、光スイッチ2
を介して選択されて7本の光ファイバ5a〜5gに出力
される。ここで、図3に示されるように、出力側光導波
路7の7aから7gまでは、光ファイバ5a〜5gにそ
れぞれ接続されているが、残余の1本の出力側光導波路
7hは、受光素子3に結合されている。従って、8個の
発光素子1a〜1hのうち、常に1個は受光素子3に結
合されることになる。光スイッチ2の光路を切換えるこ
とにより、各発光素子から出射される光を順次受光する
ことができる。
【0019】以上のように、並列光伝送用の光源として
用いられる、複数の発光素子からの出射光を複数の光フ
ァイバに結合させた発光アレーモジュールにおいて、各
発光素子と各光ファイバ間に光スイッチを配置して出射
光の光路切換えができるようにすることによって、任意
に発光素子を選択して使用することができる。特に、光
ファイバの数よりも発光素子の数を多くしておくことに
より、冗長にして、光源の信頼性を向上させることがで
きる。また、光スイッチの出力側の一部のポートに受光
素子を配置して、各発光素子からの出射光を受光するこ
とにより、発光状態を監視したり、劣化を判別すること
もできるようになる。
【0020】次に、上述の本発明の実施例の発光アレー
モジュールを双方向のバースト信号を伝送する送受信装
置に適用する場合の動作について説明する。
【0021】図4は、バースト信号伝送用の送受信装置
の構成を示すブロック図である。図4において、発光ア
レーモジュールには、図1に示されたものと同様の構成
をもつモジュールが用いられている。送信されるべき並
列電気信号S1〜S7は、一旦タイミング抽出回路13
に入力され、各電気信号の送信/休止状態が監視され
る。この電気信号は、送信/休止状態が確認された後
は、そのまま切換回路14に入力される。切換回路14
では、アレー状発光素子の各発光素子を駆動する駆動回
路15に接続される回線が選択される。すなわち、各電
気信号S1〜S7をアレー状発光素子のどの発光素子に
それぞれ接続するかが、回線を切り換えることによって
決定される。通常、どの発光素子にも異常がない場合
は、S1は発光素子1aに、S2は1bというように接
続される。なお、切換回路14における切換は電気的な
切換であり、リレー等によりいかようにも構成し得る。
【0022】各電気信号S1〜S7に接続される発光素
子が決まれば、対応する各発光素子1a〜1gに駆動回
路15からバイアス電流と変調信号電流が印加され、各
発光素子から変換された光信号が光スイッチ2に送出さ
れる。ここで、いずれの発光素子にも異常がなければ、
本実施例の場合、発光素子1hは予備となる。
【0023】光スイッチ2では、各発光素子1a〜1g
から入力された各光信号の光路、すなわち光ファイバ5
を構成する各光ファイバ5a〜5gのどの光ファイバに
接続されるかが決められる。ここでは、各電気信号S1
〜S7がそれぞれ光ファイバ5a〜5gに対応するよう
に光路が選定される。従って、いずれの発光素子にも異
常がない場合には、光路は切り換えられずそのまま対応
する各光ファイバに接続される。
【0024】受光素子3は光スイッチ2の各スイッチエ
レメントの光路を切換える制御回路12に接続されてい
る。また、制御回路12は光スイッチ2に接続されると
ともに、電気信号S1〜S7の回線を切換える切換回路
14と発光素子1a〜1hを駆動する駆動回路15にも
接続されている。
【0025】次に、本発明の発光アレーモジュールを用
いた送信装置の動作について説明する。
【0026】図5は、バースト信号伝送における本発明
による発光素子の発光状態の監視と制御を示す状態図で
ある。バースト信号伝送において、タイミング抽出回路
13によりいずれかひとつでも信号が送出されている間
は、発光素子に劣化がなければ、発光素子1a〜1gは
それぞれ光ファイバ5a〜5gにそれぞれ対応して結合
されている。そして、発光素子1hのみが受光素子3に
接続されていることになる。この状態では、光スイッチ
2は上述の通り、いずれの光スイッチエレメントも光路
切換えがなされていない。
【0027】次に、タイミング抽出回路13により、す
べての信号が無信号状態になったとき、すなわち休止状
態になったと判別されたときには、タイミング抽出回路
13より制御回路12に制御信号Aが出される。これを
受けて、制御回路12からは光スイッチ2に制御信号D
が出され、光スイッチ2の光路が順次切換えられる。こ
れと同時に、制御回路12から駆動回路15に制御信号
Cが出され、受光素子3と接続状態にある発光素子を駆
動される。このような手順により、まず、発光素子1a
が受光素子3に結合され、発光状態が監視され、劣化が
生じていないか判別される。次に、発光素子1bが、さ
らに1c、1d、・・・と順次同様の判別が各発光素子
について行われる。一通り判別がなされ、いずれの発光
素子にも劣化がない場合には、最初に設定された状態に
接続状態が復帰されて通信が再開される。
【0028】ところが、万が一いずれかの発光素子、例
えば1cが劣化しており、使用不可と判定されたときに
は、制御回路12から出された制御信号Bにより、切換
回路14の回線が切換えられて、信号S3の回線が発光
素子1hに接続される。これと同時に、制御回路12の
制御信号Dにより、光スイッチ2の光路が切換えられ
て、発光素子1hの光路は光ファイバ5cに接続され
る。また、制御回路12から駆動回路15に制御信号C
が出されて、発光素子1cは停止され、発光素子1hが
新たに駆動されるようになる。信号が送出されない休止
状態になれば、必要に応じて再び上述の回線と光路切換
により、各発光素子の監視を行えばよい。
【0029】以上述べた各発光素子の監視と、劣化と判
別された場合の切換回路14と光スイッチ2による接続
の切換えは、タイミング抽出回路13により無信号状態
が確認されればいつでも行える。通常は、並列伝送にお
いては、各回線の信号の送出は同時に行われるので、タ
イミング抽出は容易にできる。また、各回線の信号送出
のタイミングが異なっていても、バースト伝送における
実際の信号送出の時間的な比率は小さいので、同時にす
べての回線が休止状態になるタイミングを検出するのも
十分可能である。さらに、ある発光素子を受光素子に接
続するために光スイッチ2により光路切換する場合に、
光スイッチ2を構成する光スイッチエレメントが動作さ
れないチャネルについては、信号の送出が行われていて
もよい。従って、タイミング抽出回路13により、各信
号の送信/休止状態を監視して、切換ようとするチャネ
ルと、光路を切換える際に動作させなければならない光
スイッチエレメントに係るチャネルのみが休止している
ことを確認して、上述の発光素子の監視、判別を行うこ
とも可能である。なお、本実施例では、一旦送出された
電気信号をタイミング抽出回路で受けて、信号の送信/
休止を確認しているが、この確認と制御回路の送出は電
気信号を送出する回路側で行ってもよいことはいうまで
もない。
【0030】以上説明したように、発光素子と光ファイ
バの間に光スイッチを配置し、予備の発光素子を備えて
おくことにより、すべての発光素子の発光状態を監視す
るとともに、ある発光素子に異常が生じたときは即座に
予備用の発光素子に切換えることができる。これによ
り、並列光伝送用の光源の信頼性を大幅に向上させるこ
とができる。
【0031】なお、上述の実施例では、発光素子と入力
側光導波路の結合にはマイクロレンズを用いたが、レン
ズを用いずに直接的に結合してもよい。また、発光素子
間の間隔は等間隔としたが、これに限るものではない。
さらに、本実施例では、発光素子の数は8で、光ファイ
バの数は7としたが、これらの数に限るものではなく、
これらを同数としてもよいし、逆に発光素子の数を光フ
ァイバの数よりもさらに多くしてより冗長にしてもよ
い。また、監視用の受光素子も1としたが、2以上と
し、同時に複数の発光素子の監視を行ってもよい。
【0032】光スイッチには、LiNbO3 導波路型光
スイッチを用いた例を示したが、メカニカル光スイッチ
や石英導波路型光スイッチを用いてもよい。さらに、全
体の構成においても、発光素子、光スイッチ、受光素子
はハイブリッド構造としたが、半導体基板を用いて、上
記構成要素を集積・一体化させてもよい。
【0033】また、本発明の発光アレーモジュールの動
作説明においては、バースト伝送の場合を例に説明した
が、本発明はバースト伝送用に限らず、他の並列光伝送
装置用の光源としても適用可能なことは言うまでもな
い。
【0034】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の発光アレー
モジュールは、アレー状の発光素子を光スイッチを介し
て光ファイバアレーに結合させるとともに、一部を受光
素子に結合させる。発光素子から出射される光の光路を
切換えて受光素子に受光されるようにすることによっ
て、発光状態を監視したり、劣化を判別したりすること
ができる。また、各発光素子の使用可否を順次判別し、
使用可の発光素子のみが光ファイバアレーに結合するよ
うに選択することもできる。これにより、信頼性の高い
並列光伝送が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発光アレーモジュールの一実施例の構
成を示す上面図。
【図2】本発明のアレー状の発光素子と入力側光導波路
の結合部分を示す上面図。
【図3】本発明の出力側光導波路と光ファイバアレーお
よび受光素子との結合部分を示す上面図。
【図4】本発明の発光アレーモジュールの制御方法を示
すためのブロック図
【図5】バースト信号伝送における本発明による発光素
子の発光状態の監視と制御を示す状態図。
【図6】従来の発光アレーモジュールの構成を示す上面
図。
【符号の説明】
1 アレー状発光素子 1a〜1h 発光素子 2 光スイッチ 21〜264 光スイッチエレメント 3 受光素子 4a〜4h 入力側光導波路 5 光ファイバアレー 5a〜5h 光ファイバ 6 基板 7a〜7h 出力側光導波路 8a〜8h 発光素子からの出射光 9a〜9h 光導波路からの出射光 10 光導波路 11 電極 12 制御回路 13 タイミング抽出回路 14 切換回路 15 駆動回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−52316(JP,A) 特開 平5−79905(JP,A) 特開 平3−74890(JP,A) 特開 平5−49056(JP,A) 特開 平5−122745(JP,A) 特開 平5−218975(JP,A)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の光ファイバと、 前記光ファイバの数よりも多い数の発光素子と、 少なくとも一つの受光素子と、 前記発光素子からの出射光がそれぞれ入力される複数の
    入力端と、前記光ファイバと前記受光素子にそれぞれ
    学的に結合する複数の出力端とを有し、前記入力端と前
    記出力端との間の光路を切換える光スイッチとを備えた
    ことを特徴とする発光アレーモジュール。
  2. 【請求項2】 前記発光素子は、規則的な間隔で並列に
    配置され、 前記光スイッチは、入力端に前記各発光素子のそれぞれ
    に光学的に結合する光導波路と、出力端に規則的な間隔
    で形成された複数の光導波路と、前記入力端の光導波路
    と前記出力端の光導波路の間の光路を切換える光スイッ
    チ部とを備えた導波路型光スイッチであり、 前記光ファイバは、前記出力の複数の光導波路と同じ
    間隔で配列されていることを特徴とする請求項1記載の
    発光アレーモジュール。
  3. 【請求項3】 前記出力端の光導波路の数が、該光導波
    路に光学的に結合する前記光ファイバの数よりも多く、
    前記光ファイバに結合しない残余の出力側の光導波路の
    数が少なくとも一つあり、 前記残余の光導波路には、該光導波路からの出射光を受
    光する受光素子を配置したことを特徴とする請求項2記
    載の発光アレーモジュール。
  4. 【請求項4】 前記規則的な間隔で並列に配置された発
    光素子は、同一基板に形成された半導体レーザダイオー
    ドであることを特徴とする請求項1記載の発光アレーモ
    ジュール。
  5. 【請求項5】 複数の光ファイバと、 前記光ファイバの数よりも多い数の発光素子と、 少なくとも一つの受光素子と、 前記発光素子からの出射光がそれぞれ入力される複数の
    入力端と、前記光ファイバと前記受光素子にそれぞれ
    学的に結合する複数の出力端とを有し、前記入力端と前
    記出力端との間の光路を切換える光スイッチとを備え
    発光アレーモジ ュールであって、さらに、 前記発光素子からの出射光の光路を前記光スイッチによ
    り切換えて、前記受光素子に受光して電気信号に変換
    し、 前記電気信号により対応する前記発光素子の発光状態
    ら使用可否を判別し、使用否と判別された発光素子に代
    えて使用可と選択された発光素子から出射される光だけ
    を前記光ファイバに結合するように、前記光スイッチ
    制御して光路を切換える制御回路 を備えていることを特
    徴とする発光アレーモジュール
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