光通信システム
【課題】視認による安全性が確保でき、かつ、高い結合効率を有する高速伝送システムを提供すること。
【解決手段】本発明に係る光通信システムは、屈折率がグレーデットインデックス型をしたガラス製の第１のコア１０１ａと、第１のコア１０１ａよりも屈折率が小さいガラス製の第２のコア１０１ｂと、第１及び第２のコア１０１ａ、１０１ｂを包むプラスチック製のクラッド１０１ｃと、を備えた光ファイバ１０１と、第１のコア１０１ａを伝搬する波長８５０ｎｍ以上の赤外レーザ光を発振する面発光レーザ１０２と、第２のコア１０１ｂを伝播する波長７８０ｎｍ以下の可視光を発光し、かつ、面発光レーザ１０２と一体化して形成された発光ダイオード１０３と、を備えたものである。
【解決手段】本発明に係る光通信システムは、屈折率がグレーデットインデックス型をしたガラス製の第１のコア１０１ａと、第１のコア１０１ａよりも屈折率が小さいガラス製の第２のコア１０１ｂと、第１及び第２のコア１０１ａ、１０１ｂを包むプラスチック製のクラッド１０１ｃと、を備えた光ファイバ１０１と、第１のコア１０１ａを伝搬する波長８５０ｎｍ以上の赤外レーザ光を発振する面発光レーザ１０２と、第２のコア１０１ｂを伝播する波長７８０ｎｍ以下の可視光を発光し、かつ、面発光レーザ１０２と一体化して形成された発光ダイオード１０３と、を備えたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信や光インターコネクションの分野で用いられる光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ：Plastic Optical Fiber）を用いた光伝送システムが、家庭用の音声信号の伝送や車内のマルチメディア信号の伝送、工場内の装置間内のデータ伝送等に幅広く使われている。光通信は電気通信と比べノイズ耐性が強いことや電線からファイバにすることでの軽量化が可能などの利点を有している。このような通信システムでは、主にアクリル系の樹脂のファイバを用いており、吸収のもっとも少ない赤色の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が主に使われてきていた。
【０００３】
近年、家庭内のデジタル機器、例えばパソコン、デジタル放送用のテレビやレコーダなどの普及により、家庭内でも高速なデジタル伝送を行う機会が増えてきている。また、自動車などの交通機関においても、安全や環境対策のための制御機器が増加し、高速な伝送手段が求められている。しかし、発光ダイオードは、レゾナントキャビティ型の発光ダイオードなどの高速なタイプでも１Ｇｂｐｓを超えるような高速動作が困難であり、またＰＯＦは、損失が大きく高速伝送には適していない。
【０００４】
このような高速な光伝送に適しているのが、ガラスファイバコアの伝送路と半導体レーザを用いた光通信システムである。このような光通信システムは主に、長距離・大容量化が可能なことから業務用通信システムとしてすでに幅広く応用されている。中でも比較的短距離（１００ｍ以下）の通信に適しているのが、面発光レーザとマルチモードファイバを用いた光通信システムである。この方式は、すでに高速な通信が必要とされている業務用の短距離データコム用途に使われている。このような近距離通信には、小型、低消費電力である面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が適している。すでに１０Ｇｂｐｓ程度の高速動作が可能である。
【０００５】
ところで、デジタル情報は複製しても劣化しないため、著作権保護の観点から、画像伝送では複製を禁止するための暗号化処理が必要である。安全に暗号化するには、送受それぞれのインターフェースに信頼関係を構築するため、双方向通信とする必要がある。このようなインターフェースは、すでにテレビとレコーダ間の接続等に幅広く使われているが、双方向通信が簡易な電気配線を使うものが多かった。しかし、高精細化に伴う伝送帯域の拡大に伴い、光配線化が求められている。そのようなデジタル動画伝送用の双方向通信の一例が、特許文献１に開示されている。
【０００６】
動画伝送には、画像データだけではなく、音声やアスペクト比などの制御信号、接続しているかどうか検出するホットプラグ検出、受信側のコントローラ電源供給などが必要とされている。それぞれの信号は、伝送速度や伝送品質などが異なる。電気ケーブルを用いたインターフェースでは、画像データは、３原色（ＲＧＢ）に分解されて送信され、また、クロックもそれぞれ別に送信されている。一方、光配線を用いたものでもそれぞれパラレルに送信するか、特許文献１に記載したように画像データのみシリアル化して送信するものがある。
【０００７】
また、画像伝送以外にも例えば車載用途等を考えると、低速の制御信号と高速なマルチメディア信号を一度に伝送させることなどの用途が考えられる。これらのマルチメディア信号と制御信号には、求められる信頼性が異なる。
【０００８】
画像データや音声データで構成されるマルチメディア信号では、誤り訂正符号を用いる必要がなく、データの伝送の確実性も必要がない。マルチメディア信号のわずかな誤りは、人が認識できないからである。一方、制御信号などの場合、１ビットでも誤りが許されない。そのため、リードソロモン符号を用いた誤り訂正や、データが届いていない場合の再送処理などが必要となる。このような信頼度の異なる信号をシリアル化して一度に送信するシステムでは、信頼度の必要のない信号まで信頼性のある送信形態をとることになる。
【０００９】
このようなシステムの方法として、レーザ変調光と発光ダイオード変調光を並列に送信する方法が考えられる。しかしながら、レーザ変調光と発光ダイオード変調光の伝送に別々のファイバを使用すると、コネクタ部が大きくなるなどの課題がある。さらに、伝送システムが高価になり、消費電力も増加する。
【００１０】
そのため、特許文献２や特許文献３では、レーザ変調光と発光ダイオード変調光を同時に送信する方法が提案されている。この特許文献２及び３に記載のシステムでは、同じ赤色の波長を持つ発光ダイオードと半導体レーザを使用している。ダブルコア化し、内側にはレーザ光源を外側には発光ダイオードを使用し、伝送させている。このシステムには、ＰＯＦとの互換性を維持できるという利点がある。
【特許文献１】特開２００５−６５０３４号公報
【特許文献２】特開２００６−６４７６６号公報
【特許文献３】特開２００１−１６６１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献２及び３に記載のシステムでは、１Ｇｂｐｓを超える伝送速度を達成する上での課題も多い。ＰＯＦは、赤色領域で最も損失が小さく、それ以外の波長では損失が極めて大きくなる。そのため、赤色の光源が使用される。この場合、レーザ光と発光ダイオードとが同じ波長になるため、それぞれの波長の信号のクロストークが問題となる。
【００１２】
さらに、赤色のレーザ光は、網膜に与えるダメージが大きく、アイセーフ化するために、光出力を小さくする必要がある。また、例え赤色を用いたとしてもＰＯＦによる損失が大きいため、受信側に到達できる光出力が極めて弱くなる。光出力が弱いと、よりクロストークに弱くなる上、ＳＮ比が劣化するので、高速通信を安定して行うことができない。また、ガラスファイバを用いたとしても、可視光領域は、損失が大きく、さらに波長分散も大きい。そのため、多モード発振状態で使用することが多いレーザ光源のスペクトル幅も狭くしなければならないという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、視認による安全性が確保でき、かつ、高い結合効率を有する高速伝送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る光通信システムは、
屈折率がグレーデットインデックス型をしたガラス製の第１のコアと、前記第１のコアよりも屈折率が小さいガラス製の第２のコアと、前記第１及び第２のコアを包むプラスチック製のクラッドと、を備えた光ファイバと、
前記第１のコアを伝搬する波長８５０ｎｍ以上の赤外レーザ光を発振する面発光レーザと、
前記第２のコアを伝播する波長７８０ｎｍ以下の可視光を発光し、かつ、前記面発光レーザと一体化して形成された発光ダイオードと、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、視認による安全性が確保でき、かつ、高い結合効率を有する高速伝送システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１
以下に、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るダブルコアファイバを用いた光通信システムを説明する。図１（ａ）は、光通信システムを示す模式的断面図である。図１（ｂ）は、当該光通信システムを構成するダブルコア光ファイバ１０１の横断面図である。なお、図１（ａ）では、ダブルコア光ファイバ１０１の縦断面図が示されている。この光通信システムは、高速送信データと低速送信データを同時に一本のファイバで伝送させるシステムである。この通信システムは、ダブルコア光ファイバ１０１、赤外面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）１０２、可視発光ダイオード（ＬＥＤ）１０３、ヒートシンク１０４、高速光信号用半導体受光素子（ＰＤ）１０５、低速光信号用半導体受光素子（ＰＤ）１０６を備える。
【００１７】
本発明に係る通信システムでは、高速信号用光源である赤外ＶＣＳＥＬ１０２と低速信号用光源である可視ＬＥＤ１０３とを集積し、１本のダブルコア光ファイバ１０１により伝送する。それぞれ、複数必要であった光源、ファイバを一つにまとめることで低コスト化が可能であり、結合効率を向上することも可能である。
【００１８】
図１に示すように、低速信号には可視ＬＥＤ１０３を、高速信号には赤外ＶＣＳＥＬ１０２を使用する。可視ＬＥＤ１０３を使用することにより、信号が出ているかどうかを視認できる上、赤色ＬＥＤとＰＯＦを用いた現行のシステムとの互換性を有する。視認可能であるため、信号が出ているかどうかの判断が即時にでき、異常や故障の判断などが容易になる。また、これらの光通信システムを組み込む装置、例えば車などの組み立て時に信号が出ているかどうかが特別な装置なしで瞬時に判断でき、生産性の向上が期待できる。また、故障時や破損時の修理作業の効率の向上なども期待できる。
【００１９】
高速な光伝送には、変調速度の制限からＬＥＤではなく、半導体レーザを用いる必要がある。ここでは、高速な信号として１Ｇｂｐｓ以上を想定している。特に、赤外線の半導体レーザは、高速動作に適し、光通信等の実績から信頼性にも優れている。その上、長波長であるほど、人間の目に直接は入った場合のダメージが少ない。さらに、高速な光伝送には、低速用途に比べて高出力化が求められていることや、波長が短い方が光電気の変換効率が悪化することなどを考慮すると、可視でなく赤外のレーザを用いるのが望ましい。
【００２０】
半導体レーザの中でも、本発明に係る赤外ＶＣＳＥＬ１０２は、低消費電力動作が可能で、高速変調にも適している。その波長としては、人間の目に影響が少なく、ＶＣＳＥＬの製造に適している８５０〜１６００ｎｍがよい。波長８５０ｎｍ未満では、共振器を形成しているＤＢＲの組成が制限され、高い反射率が得難くなり、ＶＣＳＥＬの効率や帯域が落ちてしまう。一方、波長１６００ｎｍを越えると、発光素子、受光素子ともに作製が難しい。また、波長８５０〜１３１０ｎｍがさらに望ましい。この波長帯であれば、ＧａＡｓ基板上に高性能なＶＣＳＥＬ１０２を容易に作製できる。
【００２１】
可視ＬＥＤ１０３には、人間の目で視認でき、また、赤外ＶＣＳＥＬ１０２との信号分離には波長差をつける必要がある。そのため、波長４００〜７８０ｎｍのものが適している。４００ｎｍ未満では、紫外光となり視認できない上、プラスチッククラッドやガラス等による損失が増える。低速信号を伝送するＬＥＤと高速信号を伝送する半導体レーザの波長差を大きくすれば、それを実現する素子の集積化が容易になる。また、信号のクロストークなどの干渉を抑えられ、安定した通信が可能になる。
【００２２】
低速信号に関しては、双方向通信とすることで、高速信号の変調状態の制御や高速な信号源を持つ機器のコントロールなどに応用できる。また、さらに安全のために、高速な信号の受信側から送信側への信号をホットプラグ検出として利用する。ホットプラグ検出がされない場合、送信側のレーザ出射を止め、より安全にすることができる。その上、送信側のＬＳＩや受信側のＬＳＩの電源をオフにすることで、低消費電力化も可能である。
【００２３】
さらに、ヒートシンク１０４上に赤外ＶＣＳＥＬ１０２と可視ＬＥＤ１０３とをファイバ方向に集積すなわち一体化して形成することで、結合効率を大幅に向上することができる。この場合、ダブルコアのファイバの大きさ・構成に自由度をもたせることができる。
【００２４】
ファイバ１０１の受光側には、Ｓｉヒートシンクを兼ねる第１のフォトダイオード１０５上に、第２のフォトダイオード１０６を集積する。これにより、赤外レーザ光の信号を第２のフォトダイオード１０６で、ＬＥＤ信号を第１のフォトダイオード１０５で受信することができる。
【００２５】
ダブルコア光ファイバ１０１は、グレーデットインデックス（ＧＩ：Graded Index）型の第１のコア１０１ａ、ステップインデックス（ＳＩ：Step Index）型の第２のコア１０１ｂ、例えばフッ化アクリレート樹脂からなるプラスチック製クラッド１０１ｃを備える。屈折率は、高い方から順に第１のコア１０１ａ、第２のコア１０１ｂ、プラスチック製クラッド１０１ｃとなっている。
【００２６】
レーザ変調光は、第１のコア１０１ａと第２のコア１０１ｂとに屈折率差があるので、第１のコア１０１ａ中を伝搬させることができる。ＬＥＤ光は、硬質プラスチック製クラッド１０１ｃよりも第１のコア１０１ａと第２のコア１０１ｂの方が、屈折率が高いので、この中に光を閉じ込めて伝搬することができる。第１のコア１０１ａには、ゲルマニウムを適量添加することで屈折率を第２のコア１０１ｂよりも高めている。また、第１のコア１０１ａの屈折率の形状は、最もモード帯域が高くなるように、ほぼ放物線関数（２乗）としている。
【００２７】
第１のコア１０１ａの直径は、１０Ｇ以上の高速な信号を通す必要がある場合には、広帯域なモード帯域をえられるために５０μｍとする。また、１Ｇ程度の速度の場合には実装容易性などを考慮して、１２０μｍ程度とするのが望ましい。第２のコア１０１ｂは、第１のコア１０１ａよりも大きくする必要があるので少なくとも市販されているハードプラスチッククラッドと同じ２００μｍ程度とする。高速伝送をつかさどる光素子との実装上の問題があれば４００μｍ程度に広げても問題はない。広くし過ぎると一本のプリフォームといわれるファイバの加工元からのとれる長さが短くなってしまうので、せいぜい４００μｍ程度にとどめておくのが経済性の観点から望ましい。
【００２８】
受信側では、大口径のシリコン製の低速光信号用ＰＤ１０６の中心に、小口径のＧａＡｓ製の高速光信号用ＰＤ１０５を置けばよい。高速光信号用ＰＤ１０５はできるだけ小さく加工し、低速光信号用ＰＤ１０６上にフリップチップ実装する。高速な変調光は、第１のコア１０１ａを伝搬してくるので、モードフィールド径が小さく、小さく集光することができる。この集光した光を高速光信号用ＰＤ１０５で受けて電気信号に変換する。この高速光信号用ＰＤ１０５には、ＬＥＤ１０３の光を電気信号に変換しないように、フィルタ層を設けておく。具体的には、半導体組成の禁制帯幅が、８５０ｎｍと６５０ｎｍの中間の組成にすることで、そのフィルタ層で吸収させることができる。また、この高速光信号用ＰＤ１０５を第２のコア１０１ｂの直径よりも十分に小さくすることで、低速光信号用ＰＤ１０６に第２のコア１０１ｂを伝搬してきた光を入射させて、ＬＥＤ１０３の変調信号を電気信号に復元することができる。
【００２９】
光通信システムに用いる半導体素子は、図２に示すように、第１の基板２０１上に下部コンタクト層２０２、第１の下部電極２０３、第１の下部クラッド層２０４、第１の発光層２０５、第１の上部クラッド層２０６、上部コンタクト層２０７、第１の上部電極２０８を順次積層されたＬＥＤ１０３を備える。また、このＬＥＤ１０３上に、第２の基板２０９、下部反射鏡構造２１０、第２の下部電極２１１、第２の下部クラッド層２１２、第２の発光層２１３、第２の上部クラッド層２１４、酸化電流狭窄部形成層２１５、上部反射鏡構造２１６、第２の上部電極２１７を順次積層したＶＣＳＥＬ１０２を備える。ここで、ＶＣＳＥＬ１０２とＬＥＤ１０３とが、それぞれ独立した電極により電流注入されるため、ＶＣＳＥＬ１０２を高速通信用とし、ＬＥＤ１０３を低速通信用とすることができる。
【００３０】
本実施の形態では、第１の基板２０１上に形成された第１の発光層２０５を有するＬＥＤ１０３上に、第２の発光層２１３を有する裏面出射型ＶＣＳＥＬ１０２が貼付されている。ここで、ＬＥＤ１０３を構成する材料のバンドギャップが、ＶＣＳＥＬ１０２を構成する材料のバンドギャップより大きいと、光の吸収を効果的に抑制することができ、好ましい。例えば、発光層２０５をＧａＮ基板２０１上に成長したＩｎＧａＮ／ＧａＮからなる重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）を有する第１の発光層２０５を備えたＬＥＤ１０３を作製する。その上部にＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓからなるＭＱＷやＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓからなるＭＱＷを有する第２の発光層２１３を備えた裏面出射型ＶＣＳＥＬ１０２を貼付する。その場合、ＬＥＤ１０３からは波長４０５ｎｍ程度の青色可視光が出射され、ＶＣＳＥＬ１０２からは１．１μｍ帯や０．８５μｍ帯の赤外レーザ光が出射される。
【００３１】
また、図２に示すように、ＶＣＳＥＬ１０２の出射側にＬＥＤ１０３を配置するのが好ましい。このような構成により、ＶＣＳＥＬ１０２から出射される光とＬＥＤ１０３から出射される光とを同軸にすることができる。ここで、ＬＥＤ１０３を構成している各層のバンドギャップは、波長１．１μｍ帯や０．８５μｍ帯に比べて大きくすると、ＶＣＳＥＬ１０２から出射される光の吸収が発生せず、好ましい。また、ＶＣＳＥＬ１０２の下部を、熱伝導率の高いＧａＮ系材料により構成すると、放熱性にも優れ、好ましい。
【００３２】
本発明の第１の効果は、高速伝送と低速伝送とを複雑な信号処理なしに、高い結合効率で伝送できることである。第２の効果は、高速な光伝送も可能なシステムでありながら、低速信号にＬＥＤを用いることで、信号の有無が視認できることである。第３の効果は、低速信号の双方向通信により、暗号データの送受やホットプラグ検出などもできることである。第４の効果は、自動車などの応用面は、事故などによる破損から修理する場合、視認可能な信号を用いることで、信号の破損箇所を容易に診断できることなどである。
【００３３】
次に、図２の半導体素子の製造方法を説明する。
まず、第１の基板２０１上に、下部コンタクト層２０２、第１の下部クラッド層２０４、第１の発光層２０５、第１の上部クラッド層２０６、上部コンタクト層２０７を有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法もしくは分子線エピタキシー成長（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法により順次積層する（工程１）。
【００３４】
次に、所望の形状のエッチングマスクを形成する。これは例えば、円形形状のエッチングマスクや楕円型などの所望の柱状で良いし、長方形などにしてもよい。次いで、エッチング工程により、下部コンタクト層２０２の表面が露出するまでエッチングを行い、メサを形成する（工程２）。
【００３５】
次に、蒸着工程とリフトオフ工程を施すことで、第１の下部電極２０３を下部コンタクト層２０２の上面に、第１の上部電極２０８を上部コンタクト層２０７の上面に形成する（工程３）。以上により、第１の基板２０１上に、ＬＥＤ１０３が形成される。
【００３６】
一方、第２の基板２０９上に、屈折率の異なる２つの材料を一対の基本単位として複数積層した下部反射鏡構造２１０、第２の下部クラッド層２１２、第２の発光層２１３、第２の上部クラッド層２１４、酸化電流狭窄部形成層２１５、屈折率の異なる２つの材料を一対の基本単位として複数積層した上部反射鏡構造２１６を有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法もしくは分子線エピタキシー成長（ＭＢＥ）法により順次積層する（工程４）。
【００３７】
各々の反射鏡では、高屈折率層と低屈折率層のそれぞれの膜厚は、これら媒質内の各々の光路長が発振波長のほぼ１／４になるように設定する。又は、高屈折率層の厚みと低屈折率層の厚みの合計の膜厚を、光路長が発振波長の１／２となるように設定してもよい。
【００３８】
次に、上部反射鏡構造２１６上に円形など所望の形状のエッチングマスクを形成する。このエッチングマスクの形状は、酸化電流狭窄部形成層の非酸化領域の形状に影響し、それが出力光の断面形状を決定する。必要に応じて楕円型などの所望の断面形状をもつ出力光を出射するようにしてもよい。このためには、例えば、円形形状のエッチングマスクを、楕円型などの所望の柱状に形成すればよい。次いで、エッチング工程により、下部反射鏡構造２１０の表面が露出するまでエッチングを行い、円柱状構造のメサを形成する（工程５）。
【００３９】
次に、水蒸気雰囲気中の炉内において、酸化電流狭窄部形成層２１５が酸化される温度において、所望の非酸化領域が形成される時間加熱を行う（工程６）。これにより、酸化電流狭窄部形成層２１５が円環状に選択的に同時に酸化される。この酸化により、酸化電流狭窄部形成層２１５の中心部には所望の大きさの非酸化領域が形成される。この酸化電流狭窄部形成層２１５に形成された、酸化領域と非酸化領域からなる構成を電流狭窄部と称する。電流狭窄部は、電流を非酸化領域とほぼ同じ幅の活性層領域に集中して流すために設けている。
【００４０】
次に、上部反射鏡構造２１６の上面の一部に第２の上部電極２１７を形成する（工程７）。まず、全面にフォトレジストを塗布した後、リソグラフィによりメサ上面中心部のフォトレジストのみを残す。次に、蒸着工程、スパッタ工程やメッキ工程などを施すことで、上部反射鏡構造２１６の上面に金属を形成し、フォトレジストを除去してリフトオフする。もちろん、上記金属形成の工程を複数実施することや、上記以外の金属形成方法の実施やアニール処理を加えることを行ってよい。
【００４１】
続いて蒸着工程、スパッタ工程やメッキ工程などにより、第２の下部電極２１１を形成する（工程８）。もちろん、この金属形成も上記工程を複数実施することや、上記以外の金属形成方法の実施やアニール処理を加えることを行ってよい。以上により、第２の基板２０９上に、ＶＣＳＥＬ１０２が形成される。
【００４２】
最後に、第１の基板２０１上に形成されたＬＥＤ１０３上に、第２の基板２０９上に形成されたＶＣＳＥＬ１０２を搭載し、接着する（工程９）。接着には、ワックスなどを用いてもよいし、あらかじめ金属を蒸着しておき、高温環境下で合金化してもよい。また、原子ビーム照射を用いた表面不純物の除去による表面活性化を利用して、常温接合を行ってもよい。あるいは、あらかじめポリイミド等の樹脂を塗布しておき、硬化させて接合することも可能である。
【００４３】
次に、本ダブルコア光ファイバ１０１の製造方法について説明する。このダブルクラッドコアをもつファイバではあるが、構造的には、通常のグレーデットインデックスファイバに、ハードプラスチッククラッドを施したものに相当する。第１及び第２のコア１０１ａ、１０１ｂは、ＰＣＶＤ法で作製した光ファイバプリフォームを線引炉により線引し、紡糸することで作製することができる。その作製したグレーデットインデックスファイバにフッ化アクリレート樹脂性クラッド１０１ｃを被覆し、その外側に保護用の被覆を行って作製する。
【００４４】
実施の形態２
上記実施の形態１において、光ファイバ１０１の断面における、第１のコア１０１ａの外周を構成する円の中心と、第２のコア１０１ｂの外周を構成する円の中心とが一致していない構成とすることができる。そのための構成を、第２の実施の形態として図３に示す。図３（ａ）は、光通信システムを示す模式的断面図である。図３（ｂ）は、当該光通信システムを構成するダブルコア光ファイバ１０１の横断面図である。なお、図３（ａ）では、ダブルコア光ファイバ１０１の縦断面図が示されている。本実施の形態２では、ダブルコアの光ファイバ１０１の大きさ・構成に自由度をもたせることができる。
【００４５】
また、図４（ａ）に示すように、光源をファイバ軸方向に集積せずに、ファイバ軸方向に対して垂直な方向に配置しても、充分な結合効率を実現できる。図４（ａ）は、光通信システムを示す模式的断面図である。図４（ｂ）は、当該光通信システムを構成するダブルコア光ファイバ１０１の横断面図である。なお、図４（ａ）では、ダブルコア光ファイバ１０１の縦断面図が示されている。これにより、赤外ＶＣＳＥＬ１０２と可視ＬＥＤ１０３とを張り合わせるプロセスを削減できる。
【００４６】
図４のような素子配置が可能な理由について説明する。まず、高速伝送用のＶＣＳＥＬ１０２は、その光が第１のコア１０１ａの中心に直接入るように実装する必要がある。結合ずれによって伝送特性が悪化することがあることや、ファイバのＮＡが大きくできないので結合効率が悪化してしまうためである。一方、第２のコア１０１ｂを伝搬させるＬＥＤ１０３の光は、ずれて入射しても伝送特性上も結合特性上も問題が生じない。そのため、ＶＣＳＥＬ１０２を第１のコア１０１ａの中心において、ＬＥＤ１０３は第２のコア１０１ｂの端に実装してもよい。
【００４７】
実施の形態３
第３の実施の形態に係る光通信システムに用いる半導体素子は、図５に示すように、ＶＣＳＥＬ２０２上に第３の下部クラッド層２１８、吸収層２１９、第３の下部電極２２０、第３の上部クラッド層２２１、第３の上部電極２２２が順次積層されてなる受光素子をさらに備える。レーザ光の出射方向の反対方向に受光素子を集積し、レーザ光の漏れ光を検知できている構成とすることができる。この場合、赤外レーザ光を変調した信号が出力されていない場合に可視ＬＥＤ１０３の信号を停止するような機構を設けることができ、視認による安全性の確保が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光通信システムの概念図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光通信システムに用いる半導体素子の断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光通信システムの概念図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る他の光通信システムの概念図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る光通信システムに用いる半導体素子の断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０１ａ 第１のコア
１０１ｂ 第２のコア
１０１ｃ プラスチック製クラッド
１０２ 面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）
１０３ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
１０４ ヒートシンク
１０５ 高速光通信用フォトダイオード
１０６ 低速光通信用フォトダイオード
２０１ 第１の基板
２０２ 下部コンタクト層
２０３ 第１の下部電極
２０４ 第１の下部クラッド層
２０５ 第１の発光層
２０６ 第１の上部クラッド層
２０７ 上部コンタクト層
２０８ 第１の上部電極
２０９ 第２の基板
２１０ 下部反射鏡構造
２１１ 第２の下部電極
２１２ 第２の下部クラッド層
２１３ 第２の発光層
２１４ 第２の上部クラッド層
２１５ 酸化電流狭窄部形成層
２１６ 上部反射鏡構造
２１７ 第２の上部電極
２１８ 第３の下部クラッド層
２１９ 吸収層
２２０ 第３の下部電極
２２１ 第３の上部クラッド層
２２２ 第３の上部電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信や光インターコネクションの分野で用いられる光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ：Plastic Optical Fiber）を用いた光伝送システムが、家庭用の音声信号の伝送や車内のマルチメディア信号の伝送、工場内の装置間内のデータ伝送等に幅広く使われている。光通信は電気通信と比べノイズ耐性が強いことや電線からファイバにすることでの軽量化が可能などの利点を有している。このような通信システムでは、主にアクリル系の樹脂のファイバを用いており、吸収のもっとも少ない赤色の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が主に使われてきていた。
【０００３】
近年、家庭内のデジタル機器、例えばパソコン、デジタル放送用のテレビやレコーダなどの普及により、家庭内でも高速なデジタル伝送を行う機会が増えてきている。また、自動車などの交通機関においても、安全や環境対策のための制御機器が増加し、高速な伝送手段が求められている。しかし、発光ダイオードは、レゾナントキャビティ型の発光ダイオードなどの高速なタイプでも１Ｇｂｐｓを超えるような高速動作が困難であり、またＰＯＦは、損失が大きく高速伝送には適していない。
【０００４】
このような高速な光伝送に適しているのが、ガラスファイバコアの伝送路と半導体レーザを用いた光通信システムである。このような光通信システムは主に、長距離・大容量化が可能なことから業務用通信システムとしてすでに幅広く応用されている。中でも比較的短距離（１００ｍ以下）の通信に適しているのが、面発光レーザとマルチモードファイバを用いた光通信システムである。この方式は、すでに高速な通信が必要とされている業務用の短距離データコム用途に使われている。このような近距離通信には、小型、低消費電力である面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が適している。すでに１０Ｇｂｐｓ程度の高速動作が可能である。
【０００５】
ところで、デジタル情報は複製しても劣化しないため、著作権保護の観点から、画像伝送では複製を禁止するための暗号化処理が必要である。安全に暗号化するには、送受それぞれのインターフェースに信頼関係を構築するため、双方向通信とする必要がある。このようなインターフェースは、すでにテレビとレコーダ間の接続等に幅広く使われているが、双方向通信が簡易な電気配線を使うものが多かった。しかし、高精細化に伴う伝送帯域の拡大に伴い、光配線化が求められている。そのようなデジタル動画伝送用の双方向通信の一例が、特許文献１に開示されている。
【０００６】
動画伝送には、画像データだけではなく、音声やアスペクト比などの制御信号、接続しているかどうか検出するホットプラグ検出、受信側のコントローラ電源供給などが必要とされている。それぞれの信号は、伝送速度や伝送品質などが異なる。電気ケーブルを用いたインターフェースでは、画像データは、３原色（ＲＧＢ）に分解されて送信され、また、クロックもそれぞれ別に送信されている。一方、光配線を用いたものでもそれぞれパラレルに送信するか、特許文献１に記載したように画像データのみシリアル化して送信するものがある。
【０００７】
また、画像伝送以外にも例えば車載用途等を考えると、低速の制御信号と高速なマルチメディア信号を一度に伝送させることなどの用途が考えられる。これらのマルチメディア信号と制御信号には、求められる信頼性が異なる。
【０００８】
画像データや音声データで構成されるマルチメディア信号では、誤り訂正符号を用いる必要がなく、データの伝送の確実性も必要がない。マルチメディア信号のわずかな誤りは、人が認識できないからである。一方、制御信号などの場合、１ビットでも誤りが許されない。そのため、リードソロモン符号を用いた誤り訂正や、データが届いていない場合の再送処理などが必要となる。このような信頼度の異なる信号をシリアル化して一度に送信するシステムでは、信頼度の必要のない信号まで信頼性のある送信形態をとることになる。
【０００９】
このようなシステムの方法として、レーザ変調光と発光ダイオード変調光を並列に送信する方法が考えられる。しかしながら、レーザ変調光と発光ダイオード変調光の伝送に別々のファイバを使用すると、コネクタ部が大きくなるなどの課題がある。さらに、伝送システムが高価になり、消費電力も増加する。
【００１０】
そのため、特許文献２や特許文献３では、レーザ変調光と発光ダイオード変調光を同時に送信する方法が提案されている。この特許文献２及び３に記載のシステムでは、同じ赤色の波長を持つ発光ダイオードと半導体レーザを使用している。ダブルコア化し、内側にはレーザ光源を外側には発光ダイオードを使用し、伝送させている。このシステムには、ＰＯＦとの互換性を維持できるという利点がある。
【特許文献１】特開２００５−６５０３４号公報
【特許文献２】特開２００６−６４７６６号公報
【特許文献３】特開２００１−１６６１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献２及び３に記載のシステムでは、１Ｇｂｐｓを超える伝送速度を達成する上での課題も多い。ＰＯＦは、赤色領域で最も損失が小さく、それ以外の波長では損失が極めて大きくなる。そのため、赤色の光源が使用される。この場合、レーザ光と発光ダイオードとが同じ波長になるため、それぞれの波長の信号のクロストークが問題となる。
【００１２】
さらに、赤色のレーザ光は、網膜に与えるダメージが大きく、アイセーフ化するために、光出力を小さくする必要がある。また、例え赤色を用いたとしてもＰＯＦによる損失が大きいため、受信側に到達できる光出力が極めて弱くなる。光出力が弱いと、よりクロストークに弱くなる上、ＳＮ比が劣化するので、高速通信を安定して行うことができない。また、ガラスファイバを用いたとしても、可視光領域は、損失が大きく、さらに波長分散も大きい。そのため、多モード発振状態で使用することが多いレーザ光源のスペクトル幅も狭くしなければならないという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、視認による安全性が確保でき、かつ、高い結合効率を有する高速伝送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る光通信システムは、
屈折率がグレーデットインデックス型をしたガラス製の第１のコアと、前記第１のコアよりも屈折率が小さいガラス製の第２のコアと、前記第１及び第２のコアを包むプラスチック製のクラッドと、を備えた光ファイバと、
前記第１のコアを伝搬する波長８５０ｎｍ以上の赤外レーザ光を発振する面発光レーザと、
前記第２のコアを伝播する波長７８０ｎｍ以下の可視光を発光し、かつ、前記面発光レーザと一体化して形成された発光ダイオードと、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、視認による安全性が確保でき、かつ、高い結合効率を有する高速伝送システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１
以下に、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るダブルコアファイバを用いた光通信システムを説明する。図１（ａ）は、光通信システムを示す模式的断面図である。図１（ｂ）は、当該光通信システムを構成するダブルコア光ファイバ１０１の横断面図である。なお、図１（ａ）では、ダブルコア光ファイバ１０１の縦断面図が示されている。この光通信システムは、高速送信データと低速送信データを同時に一本のファイバで伝送させるシステムである。この通信システムは、ダブルコア光ファイバ１０１、赤外面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）１０２、可視発光ダイオード（ＬＥＤ）１０３、ヒートシンク１０４、高速光信号用半導体受光素子（ＰＤ）１０５、低速光信号用半導体受光素子（ＰＤ）１０６を備える。
【００１７】
本発明に係る通信システムでは、高速信号用光源である赤外ＶＣＳＥＬ１０２と低速信号用光源である可視ＬＥＤ１０３とを集積し、１本のダブルコア光ファイバ１０１により伝送する。それぞれ、複数必要であった光源、ファイバを一つにまとめることで低コスト化が可能であり、結合効率を向上することも可能である。
【００１８】
図１に示すように、低速信号には可視ＬＥＤ１０３を、高速信号には赤外ＶＣＳＥＬ１０２を使用する。可視ＬＥＤ１０３を使用することにより、信号が出ているかどうかを視認できる上、赤色ＬＥＤとＰＯＦを用いた現行のシステムとの互換性を有する。視認可能であるため、信号が出ているかどうかの判断が即時にでき、異常や故障の判断などが容易になる。また、これらの光通信システムを組み込む装置、例えば車などの組み立て時に信号が出ているかどうかが特別な装置なしで瞬時に判断でき、生産性の向上が期待できる。また、故障時や破損時の修理作業の効率の向上なども期待できる。
【００１９】
高速な光伝送には、変調速度の制限からＬＥＤではなく、半導体レーザを用いる必要がある。ここでは、高速な信号として１Ｇｂｐｓ以上を想定している。特に、赤外線の半導体レーザは、高速動作に適し、光通信等の実績から信頼性にも優れている。その上、長波長であるほど、人間の目に直接は入った場合のダメージが少ない。さらに、高速な光伝送には、低速用途に比べて高出力化が求められていることや、波長が短い方が光電気の変換効率が悪化することなどを考慮すると、可視でなく赤外のレーザを用いるのが望ましい。
【００２０】
半導体レーザの中でも、本発明に係る赤外ＶＣＳＥＬ１０２は、低消費電力動作が可能で、高速変調にも適している。その波長としては、人間の目に影響が少なく、ＶＣＳＥＬの製造に適している８５０〜１６００ｎｍがよい。波長８５０ｎｍ未満では、共振器を形成しているＤＢＲの組成が制限され、高い反射率が得難くなり、ＶＣＳＥＬの効率や帯域が落ちてしまう。一方、波長１６００ｎｍを越えると、発光素子、受光素子ともに作製が難しい。また、波長８５０〜１３１０ｎｍがさらに望ましい。この波長帯であれば、ＧａＡｓ基板上に高性能なＶＣＳＥＬ１０２を容易に作製できる。
【００２１】
可視ＬＥＤ１０３には、人間の目で視認でき、また、赤外ＶＣＳＥＬ１０２との信号分離には波長差をつける必要がある。そのため、波長４００〜７８０ｎｍのものが適している。４００ｎｍ未満では、紫外光となり視認できない上、プラスチッククラッドやガラス等による損失が増える。低速信号を伝送するＬＥＤと高速信号を伝送する半導体レーザの波長差を大きくすれば、それを実現する素子の集積化が容易になる。また、信号のクロストークなどの干渉を抑えられ、安定した通信が可能になる。
【００２２】
低速信号に関しては、双方向通信とすることで、高速信号の変調状態の制御や高速な信号源を持つ機器のコントロールなどに応用できる。また、さらに安全のために、高速な信号の受信側から送信側への信号をホットプラグ検出として利用する。ホットプラグ検出がされない場合、送信側のレーザ出射を止め、より安全にすることができる。その上、送信側のＬＳＩや受信側のＬＳＩの電源をオフにすることで、低消費電力化も可能である。
【００２３】
さらに、ヒートシンク１０４上に赤外ＶＣＳＥＬ１０２と可視ＬＥＤ１０３とをファイバ方向に集積すなわち一体化して形成することで、結合効率を大幅に向上することができる。この場合、ダブルコアのファイバの大きさ・構成に自由度をもたせることができる。
【００２４】
ファイバ１０１の受光側には、Ｓｉヒートシンクを兼ねる第１のフォトダイオード１０５上に、第２のフォトダイオード１０６を集積する。これにより、赤外レーザ光の信号を第２のフォトダイオード１０６で、ＬＥＤ信号を第１のフォトダイオード１０５で受信することができる。
【００２５】
ダブルコア光ファイバ１０１は、グレーデットインデックス（ＧＩ：Graded Index）型の第１のコア１０１ａ、ステップインデックス（ＳＩ：Step Index）型の第２のコア１０１ｂ、例えばフッ化アクリレート樹脂からなるプラスチック製クラッド１０１ｃを備える。屈折率は、高い方から順に第１のコア１０１ａ、第２のコア１０１ｂ、プラスチック製クラッド１０１ｃとなっている。
【００２６】
レーザ変調光は、第１のコア１０１ａと第２のコア１０１ｂとに屈折率差があるので、第１のコア１０１ａ中を伝搬させることができる。ＬＥＤ光は、硬質プラスチック製クラッド１０１ｃよりも第１のコア１０１ａと第２のコア１０１ｂの方が、屈折率が高いので、この中に光を閉じ込めて伝搬することができる。第１のコア１０１ａには、ゲルマニウムを適量添加することで屈折率を第２のコア１０１ｂよりも高めている。また、第１のコア１０１ａの屈折率の形状は、最もモード帯域が高くなるように、ほぼ放物線関数（２乗）としている。
【００２７】
第１のコア１０１ａの直径は、１０Ｇ以上の高速な信号を通す必要がある場合には、広帯域なモード帯域をえられるために５０μｍとする。また、１Ｇ程度の速度の場合には実装容易性などを考慮して、１２０μｍ程度とするのが望ましい。第２のコア１０１ｂは、第１のコア１０１ａよりも大きくする必要があるので少なくとも市販されているハードプラスチッククラッドと同じ２００μｍ程度とする。高速伝送をつかさどる光素子との実装上の問題があれば４００μｍ程度に広げても問題はない。広くし過ぎると一本のプリフォームといわれるファイバの加工元からのとれる長さが短くなってしまうので、せいぜい４００μｍ程度にとどめておくのが経済性の観点から望ましい。
【００２８】
受信側では、大口径のシリコン製の低速光信号用ＰＤ１０６の中心に、小口径のＧａＡｓ製の高速光信号用ＰＤ１０５を置けばよい。高速光信号用ＰＤ１０５はできるだけ小さく加工し、低速光信号用ＰＤ１０６上にフリップチップ実装する。高速な変調光は、第１のコア１０１ａを伝搬してくるので、モードフィールド径が小さく、小さく集光することができる。この集光した光を高速光信号用ＰＤ１０５で受けて電気信号に変換する。この高速光信号用ＰＤ１０５には、ＬＥＤ１０３の光を電気信号に変換しないように、フィルタ層を設けておく。具体的には、半導体組成の禁制帯幅が、８５０ｎｍと６５０ｎｍの中間の組成にすることで、そのフィルタ層で吸収させることができる。また、この高速光信号用ＰＤ１０５を第２のコア１０１ｂの直径よりも十分に小さくすることで、低速光信号用ＰＤ１０６に第２のコア１０１ｂを伝搬してきた光を入射させて、ＬＥＤ１０３の変調信号を電気信号に復元することができる。
【００２９】
光通信システムに用いる半導体素子は、図２に示すように、第１の基板２０１上に下部コンタクト層２０２、第１の下部電極２０３、第１の下部クラッド層２０４、第１の発光層２０５、第１の上部クラッド層２０６、上部コンタクト層２０７、第１の上部電極２０８を順次積層されたＬＥＤ１０３を備える。また、このＬＥＤ１０３上に、第２の基板２０９、下部反射鏡構造２１０、第２の下部電極２１１、第２の下部クラッド層２１２、第２の発光層２１３、第２の上部クラッド層２１４、酸化電流狭窄部形成層２１５、上部反射鏡構造２１６、第２の上部電極２１７を順次積層したＶＣＳＥＬ１０２を備える。ここで、ＶＣＳＥＬ１０２とＬＥＤ１０３とが、それぞれ独立した電極により電流注入されるため、ＶＣＳＥＬ１０２を高速通信用とし、ＬＥＤ１０３を低速通信用とすることができる。
【００３０】
本実施の形態では、第１の基板２０１上に形成された第１の発光層２０５を有するＬＥＤ１０３上に、第２の発光層２１３を有する裏面出射型ＶＣＳＥＬ１０２が貼付されている。ここで、ＬＥＤ１０３を構成する材料のバンドギャップが、ＶＣＳＥＬ１０２を構成する材料のバンドギャップより大きいと、光の吸収を効果的に抑制することができ、好ましい。例えば、発光層２０５をＧａＮ基板２０１上に成長したＩｎＧａＮ／ＧａＮからなる重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）を有する第１の発光層２０５を備えたＬＥＤ１０３を作製する。その上部にＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓからなるＭＱＷやＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓからなるＭＱＷを有する第２の発光層２１３を備えた裏面出射型ＶＣＳＥＬ１０２を貼付する。その場合、ＬＥＤ１０３からは波長４０５ｎｍ程度の青色可視光が出射され、ＶＣＳＥＬ１０２からは１．１μｍ帯や０．８５μｍ帯の赤外レーザ光が出射される。
【００３１】
また、図２に示すように、ＶＣＳＥＬ１０２の出射側にＬＥＤ１０３を配置するのが好ましい。このような構成により、ＶＣＳＥＬ１０２から出射される光とＬＥＤ１０３から出射される光とを同軸にすることができる。ここで、ＬＥＤ１０３を構成している各層のバンドギャップは、波長１．１μｍ帯や０．８５μｍ帯に比べて大きくすると、ＶＣＳＥＬ１０２から出射される光の吸収が発生せず、好ましい。また、ＶＣＳＥＬ１０２の下部を、熱伝導率の高いＧａＮ系材料により構成すると、放熱性にも優れ、好ましい。
【００３２】
本発明の第１の効果は、高速伝送と低速伝送とを複雑な信号処理なしに、高い結合効率で伝送できることである。第２の効果は、高速な光伝送も可能なシステムでありながら、低速信号にＬＥＤを用いることで、信号の有無が視認できることである。第３の効果は、低速信号の双方向通信により、暗号データの送受やホットプラグ検出などもできることである。第４の効果は、自動車などの応用面は、事故などによる破損から修理する場合、視認可能な信号を用いることで、信号の破損箇所を容易に診断できることなどである。
【００３３】
次に、図２の半導体素子の製造方法を説明する。
まず、第１の基板２０１上に、下部コンタクト層２０２、第１の下部クラッド層２０４、第１の発光層２０５、第１の上部クラッド層２０６、上部コンタクト層２０７を有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法もしくは分子線エピタキシー成長（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法により順次積層する（工程１）。
【００３４】
次に、所望の形状のエッチングマスクを形成する。これは例えば、円形形状のエッチングマスクや楕円型などの所望の柱状で良いし、長方形などにしてもよい。次いで、エッチング工程により、下部コンタクト層２０２の表面が露出するまでエッチングを行い、メサを形成する（工程２）。
【００３５】
次に、蒸着工程とリフトオフ工程を施すことで、第１の下部電極２０３を下部コンタクト層２０２の上面に、第１の上部電極２０８を上部コンタクト層２０７の上面に形成する（工程３）。以上により、第１の基板２０１上に、ＬＥＤ１０３が形成される。
【００３６】
一方、第２の基板２０９上に、屈折率の異なる２つの材料を一対の基本単位として複数積層した下部反射鏡構造２１０、第２の下部クラッド層２１２、第２の発光層２１３、第２の上部クラッド層２１４、酸化電流狭窄部形成層２１５、屈折率の異なる２つの材料を一対の基本単位として複数積層した上部反射鏡構造２１６を有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法もしくは分子線エピタキシー成長（ＭＢＥ）法により順次積層する（工程４）。
【００３７】
各々の反射鏡では、高屈折率層と低屈折率層のそれぞれの膜厚は、これら媒質内の各々の光路長が発振波長のほぼ１／４になるように設定する。又は、高屈折率層の厚みと低屈折率層の厚みの合計の膜厚を、光路長が発振波長の１／２となるように設定してもよい。
【００３８】
次に、上部反射鏡構造２１６上に円形など所望の形状のエッチングマスクを形成する。このエッチングマスクの形状は、酸化電流狭窄部形成層の非酸化領域の形状に影響し、それが出力光の断面形状を決定する。必要に応じて楕円型などの所望の断面形状をもつ出力光を出射するようにしてもよい。このためには、例えば、円形形状のエッチングマスクを、楕円型などの所望の柱状に形成すればよい。次いで、エッチング工程により、下部反射鏡構造２１０の表面が露出するまでエッチングを行い、円柱状構造のメサを形成する（工程５）。
【００３９】
次に、水蒸気雰囲気中の炉内において、酸化電流狭窄部形成層２１５が酸化される温度において、所望の非酸化領域が形成される時間加熱を行う（工程６）。これにより、酸化電流狭窄部形成層２１５が円環状に選択的に同時に酸化される。この酸化により、酸化電流狭窄部形成層２１５の中心部には所望の大きさの非酸化領域が形成される。この酸化電流狭窄部形成層２１５に形成された、酸化領域と非酸化領域からなる構成を電流狭窄部と称する。電流狭窄部は、電流を非酸化領域とほぼ同じ幅の活性層領域に集中して流すために設けている。
【００４０】
次に、上部反射鏡構造２１６の上面の一部に第２の上部電極２１７を形成する（工程７）。まず、全面にフォトレジストを塗布した後、リソグラフィによりメサ上面中心部のフォトレジストのみを残す。次に、蒸着工程、スパッタ工程やメッキ工程などを施すことで、上部反射鏡構造２１６の上面に金属を形成し、フォトレジストを除去してリフトオフする。もちろん、上記金属形成の工程を複数実施することや、上記以外の金属形成方法の実施やアニール処理を加えることを行ってよい。
【００４１】
続いて蒸着工程、スパッタ工程やメッキ工程などにより、第２の下部電極２１１を形成する（工程８）。もちろん、この金属形成も上記工程を複数実施することや、上記以外の金属形成方法の実施やアニール処理を加えることを行ってよい。以上により、第２の基板２０９上に、ＶＣＳＥＬ１０２が形成される。
【００４２】
最後に、第１の基板２０１上に形成されたＬＥＤ１０３上に、第２の基板２０９上に形成されたＶＣＳＥＬ１０２を搭載し、接着する（工程９）。接着には、ワックスなどを用いてもよいし、あらかじめ金属を蒸着しておき、高温環境下で合金化してもよい。また、原子ビーム照射を用いた表面不純物の除去による表面活性化を利用して、常温接合を行ってもよい。あるいは、あらかじめポリイミド等の樹脂を塗布しておき、硬化させて接合することも可能である。
【００４３】
次に、本ダブルコア光ファイバ１０１の製造方法について説明する。このダブルクラッドコアをもつファイバではあるが、構造的には、通常のグレーデットインデックスファイバに、ハードプラスチッククラッドを施したものに相当する。第１及び第２のコア１０１ａ、１０１ｂは、ＰＣＶＤ法で作製した光ファイバプリフォームを線引炉により線引し、紡糸することで作製することができる。その作製したグレーデットインデックスファイバにフッ化アクリレート樹脂性クラッド１０１ｃを被覆し、その外側に保護用の被覆を行って作製する。
【００４４】
実施の形態２
上記実施の形態１において、光ファイバ１０１の断面における、第１のコア１０１ａの外周を構成する円の中心と、第２のコア１０１ｂの外周を構成する円の中心とが一致していない構成とすることができる。そのための構成を、第２の実施の形態として図３に示す。図３（ａ）は、光通信システムを示す模式的断面図である。図３（ｂ）は、当該光通信システムを構成するダブルコア光ファイバ１０１の横断面図である。なお、図３（ａ）では、ダブルコア光ファイバ１０１の縦断面図が示されている。本実施の形態２では、ダブルコアの光ファイバ１０１の大きさ・構成に自由度をもたせることができる。
【００４５】
また、図４（ａ）に示すように、光源をファイバ軸方向に集積せずに、ファイバ軸方向に対して垂直な方向に配置しても、充分な結合効率を実現できる。図４（ａ）は、光通信システムを示す模式的断面図である。図４（ｂ）は、当該光通信システムを構成するダブルコア光ファイバ１０１の横断面図である。なお、図４（ａ）では、ダブルコア光ファイバ１０１の縦断面図が示されている。これにより、赤外ＶＣＳＥＬ１０２と可視ＬＥＤ１０３とを張り合わせるプロセスを削減できる。
【００４６】
図４のような素子配置が可能な理由について説明する。まず、高速伝送用のＶＣＳＥＬ１０２は、その光が第１のコア１０１ａの中心に直接入るように実装する必要がある。結合ずれによって伝送特性が悪化することがあることや、ファイバのＮＡが大きくできないので結合効率が悪化してしまうためである。一方、第２のコア１０１ｂを伝搬させるＬＥＤ１０３の光は、ずれて入射しても伝送特性上も結合特性上も問題が生じない。そのため、ＶＣＳＥＬ１０２を第１のコア１０１ａの中心において、ＬＥＤ１０３は第２のコア１０１ｂの端に実装してもよい。
【００４７】
実施の形態３
第３の実施の形態に係る光通信システムに用いる半導体素子は、図５に示すように、ＶＣＳＥＬ２０２上に第３の下部クラッド層２１８、吸収層２１９、第３の下部電極２２０、第３の上部クラッド層２２１、第３の上部電極２２２が順次積層されてなる受光素子をさらに備える。レーザ光の出射方向の反対方向に受光素子を集積し、レーザ光の漏れ光を検知できている構成とすることができる。この場合、赤外レーザ光を変調した信号が出力されていない場合に可視ＬＥＤ１０３の信号を停止するような機構を設けることができ、視認による安全性の確保が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光通信システムの概念図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光通信システムに用いる半導体素子の断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光通信システムの概念図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る他の光通信システムの概念図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る光通信システムに用いる半導体素子の断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０１ａ 第１のコア
１０１ｂ 第２のコア
１０１ｃ プラスチック製クラッド
１０２ 面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）
１０３ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
１０４ ヒートシンク
１０５ 高速光通信用フォトダイオード
１０６ 低速光通信用フォトダイオード
２０１ 第１の基板
２０２ 下部コンタクト層
２０３ 第１の下部電極
２０４ 第１の下部クラッド層
２０５ 第１の発光層
２０６ 第１の上部クラッド層
２０７ 上部コンタクト層
２０８ 第１の上部電極
２０９ 第２の基板
２１０ 下部反射鏡構造
２１１ 第２の下部電極
２１２ 第２の下部クラッド層
２１３ 第２の発光層
２１４ 第２の上部クラッド層
２１５ 酸化電流狭窄部形成層
２１６ 上部反射鏡構造
２１７ 第２の上部電極
２１８ 第３の下部クラッド層
２１９ 吸収層
２２０ 第３の下部電極
２２１ 第３の上部クラッド層
２２２ 第３の上部電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率がグレーデットインデックス型をしたガラス製の第１のコアと、前記第１のコアよりも屈折率が小さいガラス製の第２のコアと、前記第１及び第２のコアを包むプラスチック製のクラッドと、を有する光ファイバと、
前記第１のコアを伝搬する波長８５０ｎｍ以上の赤外レーザ光を発振する面発光レーザと、
前記第２のコアを伝播する波長７８０ｎｍ以下の可視光を発光し、かつ、前記面発光レーザと一体化して形成された発光ダイオードと、を備えた光通信システム。
【請求項２】
前記光ファイバの断面において、前記第１のコアの外周を構成する円の中心と、前記第２のコアの外周を構成する円の中心とが一致していないことを特徴とする光ファイバを用いた請求項１に記載の光通信システム。
【請求項３】
前記面発光レーザと前記発光ダイオードとを、レーザ光の出射方向に対して垂直な方向に並べて配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の光通信システム。
【請求項４】
前記面発光レーザと前記発光ダイオードとを、レーザ光の出射方向に重ねて配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の光通信システム。
【請求項５】
前記発光ダイオードが、前記面発光レーザの出射側に形成され、前記面発光レーザが発光する光は、前記発光ダイオードを介して出射されることを特徴とする請求項４に記載の光通信システム。
【請求項６】
前記発光ダイオードを構成する材料の熱伝導率が、前記面発光レーザを構成する材料の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項４に記載の光通信システム。
【請求項７】
前記発光ダイオードのバンドギャップが、前記面発光レーザのバンドギャップより大きいことを特徴とする請求項５又は６に記載の光通信システム。
【請求項８】
前記発光ダイオードがＧａＮ基板上に形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光通信システム。
【請求項９】
前記面発光レーザの出射方向反対側に受光部が形成され、当該受光部が受光した信号に基づいて前記発光ダイオードの動作を決定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光通信システム。
【請求項１】
屈折率がグレーデットインデックス型をしたガラス製の第１のコアと、前記第１のコアよりも屈折率が小さいガラス製の第２のコアと、前記第１及び第２のコアを包むプラスチック製のクラッドと、を有する光ファイバと、
前記第１のコアを伝搬する波長８５０ｎｍ以上の赤外レーザ光を発振する面発光レーザと、
前記第２のコアを伝播する波長７８０ｎｍ以下の可視光を発光し、かつ、前記面発光レーザと一体化して形成された発光ダイオードと、を備えた光通信システム。
【請求項２】
前記光ファイバの断面において、前記第１のコアの外周を構成する円の中心と、前記第２のコアの外周を構成する円の中心とが一致していないことを特徴とする光ファイバを用いた請求項１に記載の光通信システム。
【請求項３】
前記面発光レーザと前記発光ダイオードとを、レーザ光の出射方向に対して垂直な方向に並べて配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の光通信システム。
【請求項４】
前記面発光レーザと前記発光ダイオードとを、レーザ光の出射方向に重ねて配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の光通信システム。
【請求項５】
前記発光ダイオードが、前記面発光レーザの出射側に形成され、前記面発光レーザが発光する光は、前記発光ダイオードを介して出射されることを特徴とする請求項４に記載の光通信システム。
【請求項６】
前記発光ダイオードを構成する材料の熱伝導率が、前記面発光レーザを構成する材料の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項４に記載の光通信システム。
【請求項７】
前記発光ダイオードのバンドギャップが、前記面発光レーザのバンドギャップより大きいことを特徴とする請求項５又は６に記載の光通信システム。
【請求項８】
前記発光ダイオードがＧａＮ基板上に形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光通信システム。
【請求項９】
前記面発光レーザの出射方向反対側に受光部が形成され、当該受光部が受光した信号に基づいて前記発光ダイオードの動作を決定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２８３０５（Ｐ２０１０−２８３０５Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８５０２７（Ｐ２００８−１８５０２７）
【出願日】平成２０年７月１６日（２００８．７．１６）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１６日（２００８．７．１６）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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