(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力情報の高速通信のため、
前記入力情報を表す位相反転電気信号の組を生成するステップと、
共通コレクタ構成で３端子傾斜荷電発光素子を提供するステップと、
前記位相反転電気信号の１つを前記傾斜荷電発光素子のベース−コレクタ入力に、前記位相反転電気信号の他を前記傾斜荷電発光素子のエミッタ−コレクタ入力に与え、前記位相反転電気信号の両方の関数として光信号を生成するステップと、
受信位置に前記光信号を通信するステップと、
前記受信位置で前記光信号を受信し、前記入力情報を表す出力電気信号に前記光信号を変換するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記位相反転電気信号の両方の関数である前記光信号は、前記位相反転電気信号の絶対値の和と比例する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記３端子傾斜荷電発光素子を提供するステップは、発光トランジスタを提供することを備える請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記３端子傾斜荷電発光素子を提供するステップは、トランジスタレーザを提供することを備える請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記受信位置に前記光信号を通信するステップは、ファイバ光導波管で前記光信号を通信することを備える請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記傾斜荷電発光素子に前記位相反転電気信号を与える前に前記位相反転電気信号の前記組のそれぞれ１つを第１と第２の等化機能に与えるステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の等化機能に与えるステップは、第１の型の周波数フィルタリングを与えることを含み、前記第２の等化機能に与えるステップは、前記第１の型の周波数フィルタリングと異なる第２の型の周波数フィルタリングを与えることを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の型の周波数フィルタリングはローパスフィルタリングを備え、前記第２の型の周波数フィルタリングはハイパスフィルタリングを備える請求項７に記載の方法。
【請求項９】
入力情報を表す位相反転電気信号の組を含む入力電気信号が受信位置に通信される光信号に変換され、前記入力情報を表す出力電気信号に変換される、高速通信のためのシステムに使用するため、
共通コレクタ構成で３端子傾斜荷電発光素子を提供するステップと、
前記位相反転電気信号の１つを前記傾斜荷電発光素子のベース−コレクタ入力に、前記位相反転電気信号の他を前記傾斜荷電発光素子のエミッタ−コレクタ入力に与え、前記位相反転電気信号の両方の関数として光信号を生成するステップと、
を備える前記入力電気信号を前記光信号に変換する方法。
【請求項１０】
前記位相反転電気信号の両方の関数である前記光信号は、前記位相反転電気信号の絶対値の和と比例する請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記３端子傾斜荷電発光素子を提供するステップは、発光トランジスタを提供することを備える請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記３端子傾斜荷電発光素子を提供するステップは、トランジスタレーザを提供することを備える請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記傾斜荷電発光素子に前記位相反転電気信号を与える前に前記位相反転電気信号の前記組のそれぞれ１つを第１と第２の等化機能に与えるステップをさらに備える請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の等化機能に与えるステップは、第１の型の周波数フィルタリングを与えることを含み、前記第２の等化機能に与えるステップは、前記第１の型の周波数フィルタリングと異なる第２の型の周波数フィルタリングを与えることを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の型の周波数フィルタリングはローパスフィルタリングを備え、前記第２の型の周波数フィルタリングはハイパスフィルタリングを備える請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はデータ通信リンクの分野に、および存在しているいわゆる銅線通信リンクの改良に、および改良された電気−光通信リンクと技術、および改良された電気−光差分信号技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ケーブルリンクは、通常、電力の送信と電気信号の送信の機能を提供する。信号を送信するために使用されたとき、ケーブルリンクはデータ相互接続と呼ばれる。ケーブルリンク媒体が電気的伝導材料から作られる場合、慣習的に、金属が厳密な銅、またはアルミニウム若しくは合金のような他の導電体であるかに関わらず、これは銅線データ相互接続または銅線リンクと呼ばれる。この慣習はここでも用いられる。
【０００３】
導線リンクの中に使用される銅線ケーブルは、本質的に損失の多い媒体であり、信号の高周波数成分は、低周波数成分より高い割合（ｄＢ／ｍ）で減衰する。減衰は、より大きい口径の金属線を使用することにより減少されることはできるが取り除くことはできない。したがって、データ割合の速さが現在使用されるチャネルあたりの３．４Ｇｂｉｔｓ／ｓ（ＨＤＭＩ）または４．８Ｇｂｉｔ／ｓ（ＵＳＢ３．０）まで増加すると、銅線ケーブル金属線は、しだいに大きく高価になり、ケーブルパッケージ全体は、５メートルより短い伝送距離でさえ、魅力的でなくなる。金属線の中での損失を補償するため、銅線送信器チップは、銅線上に信号が駆動される前にデジタル信号の高周波数成分を増幅するプリエンファシス回路を中に組み入れる。銅線受信器側でケーブル等化器が、一般にデジタル信号の高周波数成分を再増幅すること（または低周波数成分を減衰すること）を組み入れる。完全な銅線リンクは、プリエンファシスおよび等化器の両方またはいずれか一方の利用を含む。
【０００４】
例は図１に示され、送信器チップセットはブロック１１０によって表され、受信器チップセットはブロック１２０で表され、銅線ケーブル１５０は送信器と受信器の位置を接続する。送信器で入力データは、プリエンファシス回路１１４と共同で動作し、ケーブル１５０上で送信された信号を生成する駆動回路１１２によって受け取られる。受信器で受信された信号は、等化器１２２および制限増幅器および出力データを生成する駆動器１２４と結合される。
【０００５】
すでに言及した制限と欠点に加え、銅線リンクは比較的高い電力を消費し、高価なＥＭＩ遮蔽を要求し、および非リサイクル材料のかなりの量の使用を含む。
【０００６】
光リンクは、銅線リンクの一定の欠点を解消することができる。しかし、より高い初期コストとより高い電力消費がある。直接銅線チャネルからファイバケーブルの使用への置き換えは、追加のＥ−Ｏ（電気から光）変換器およびＯ−Ｅ（光から電気）変換器を要求し、これらのそれぞれは、存在する電源および、銅線送信器チップセットと銅線受信器チップセットから制御回路を使用して動作し、管理される必要がある。ファイバを通過するギガビットデータ送信のためのＥからＯへの機能は、伝統的に直接変調レーザダイオード素子の使用により、または、電気吸収変調器または光子スイッチのような外部変調で達成される。しかしながら、これらの技術は、追加のフィードバック制御集積回路（ＩＣｓ）と、かなりの電力を消費し、かなりのコストを追加する追加の駆動器（光駆動器）を要求する。銅線ケーブル等化器伝送機能が固定された受信器に対して、ＯＥ変換器から出て行く信号は、銅線ケーブル等化器に適応するため、再形成（つまり、高周波数成分信号の減衰）する必要がある。
【０００７】
図２は、銅線ケーブルが、ファイバケーブル２５０によって置き換えられ、典型的なさらに要求される回路を有する図１のデータリンクの例を示す。送信器チップセットと受信器チップセットは、同じ参照番号の図１の構成要素に対応する。図２で電気−光変換器は２３２で表され、光−電気変換器は２６２で表される。ＥＯ変換器がレーザダイオードまたはレーザダイオードと変調器の組み合わせを備えるとき、これは追加の制御および駆動回路を要求し、２３５で表される。さらに受信器チップセットの組み込み等化器は、銅線ケーブル内の損失に対して最適化されている場合、特別な伝達機能を有するため、（例えば、制限増幅器および／またはトランスインピーダンス増幅器を含む）追加の信号再形成回路は、２６５で表され、組み込み等化器にＯＥ出力特性と一致することを要求する。上記で示したように、追加の回路は高価で、比較的高い電力を消費する。したがって、短い距離（例えば３０メートルより小さい）に対して、銅線媒体上の信号の伝達が、一般にはまだその比較的低い実施コストにより、好まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の第１の側面の目的は、銅線データリンクを光ケーブルを用いるデータリンクに変換する際に関連する問題と制限に対する解決を提供することである。
【０００９】
銅線データリンクまたは相互接続上の高速送信の大部分は、差分信号方法を利用する。差分信号が、２信号である場合、大きさが同じで正確に１８０°の位相の不一致が、信号の完全性を維持するため、使用される。全てのデータ処理および生成は、電気的な素子であり、および電気信号を生成する集積回路の中のその根源を有しているため、差分信号を利用する銅線ベースの送信は、電気システムのためデータ伝達の支配的方法である。存在する差分信号伝達は図３の簡略化された図式の中に示される。銅線駆動器３３０で差分信号は、データ信号Ｖ＋とデータ信号Ｖ−を備え、これらは、この例で接地参照電位を運ぶ銅送信線またはリンク３５０上で結合される。
【００１０】
比較的長い距離で高速データ相互接続を達成または拡大することを試みるとき、レーザ、ＶＣＳＥＬまたは発光ダイオードのようなダイオード発光体を利用する光ファイバベースの相互接続が、銅線相互接続の送信線を拡張するために使用される。前に示したように、全ての現在のデータシステムは電気的処理から開始し、終了するため、光高速データ相互接続は、銅線駆動器で開始し、銅線受信器で必ず終了する。
【００１１】
図４の中で、存在する光相互接続リンク拡張器の図式が示される。図の中に、銅線駆動器４３０、等化器４３５、光駆動器４４０、ダイオード発光体４４５、ファイバ光導波管４５０、ダイオード検出器４５５、トランスインピーダンス増幅器４６０、制限増幅器４７０および銅線受信器４８０がある。この図はダイオード発光体がシングルエンド素子であるため、データ信号（Ｖ１＋）の１つのみが使用され、一方他の信号は、この例の中で５０オーム抵抗４３９を介して、終了（浪費）されること示す。銅線駆動器４３０からの信号Ｖ１＋は、等化器４３５を通過し、光駆動器４４０に送り込まれる調整済みの出力Ｖ２＋を生成する。光駆動器は入力電圧信号を等価な電流信号（Ｉ１＋）に変換する。このステップは、現在のＶＣＳＥＬ技術状態で、レーザおよびＬＥＤは電流駆動素子として動作するために必要である。電流信号はダイオード発光体に送り込まれ、光信号を生成する。放出された光信号は、光導波管４５０（つまり、ファイバ）または単に自由空間に結合される。光導波管の出力端でダイオード検出器４５５が光を光電流（Ｉ２＋）に変換する。光電流は、光電流を増幅された電圧信号に変換し、シングルエンド信号を差分信号（Ｖ３＋とＶ３−）に変換するトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）４６０に結合される。差分信号は制限増幅器４７０に送り込まれ、信号（Ｖ４＋とＶ４−）にさらに増幅される。最終的に増幅された差分信号が銅線受信器に結合され、データ伝送が完了する。
【００１２】
本発明のさらなる側面の目的は、記載された型の高速電気−光データ相互接続に対する改良を提供し、より効果的でより低コストで、これらを作成することを含む。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の形態は、第１の位置と第２の位置との間の通信リンクの達成に使用する適用を有し、第１の位置は通信される入力データを受け入れる電気的駆動回路を有し、および第２の位置は入力データを表現する出力データを生成するため電気的受信回路を有する。方法の実施形態は以下のステップを含むことが明記され、前記第１の位置に傾斜荷電発光素子を提供し、前記傾斜荷電発光素子によって生成された光が入力データの関数となる前記駆動回路と結合されること、前記第１の位置と前記第２の位置との間に光ファイバを提供すること、前記傾斜荷電発光素子からの光を前記光ファイバ内に結合すること、および前記第２の位置に前記光ファイバと前記受信回路と結合した光検出器を提供することを含み、前記入力データを表現する電気信号は、前記受信回路から出力される。
【００１４】
本発明のこの形態の他の実施形態は、第１の位置と第２の位置との間の通信リンクの達成に使用する適用を有し、第１の位置は通信される入力データを受け入れる送信器チップセットを有し、第２の位置は入力データを表現する出力データを生成するための受信器チップセットを有する。方法は以下のステップを含むことが明記され、前記第１の位置に傾斜荷電発光素子を提供すること、前記傾斜荷電発光素子によって生成された光が入力データの関数となる前記送信器チップセットと結合されること、前記第１と前記第２の位置との間に光ファイバを提供すること、前記傾斜荷電発光素子からの光を前記光ファイバ内に結合すること、および前記第２の位置に前記光ファイバと前記受信器と結合した光検出器を提供することを含み、前記入力データを表現する電気信号は、前記受信器チップセットから出力される。本発明のこの形状の実施形態の中で、送信器チップセットは駆動回路を含み、送信器チップセットと結合した傾斜荷電発光素子を提供するステップは、前記傾斜荷電発光素子を前記駆動回路と直接結合することを含む。この実施形態の形状で駆動回路は開コレクタトランジスタを含み、前記駆動回路と結合した傾斜荷電発光素子を提供するステップは、前記トランジスタのコレクタを前記傾斜荷電発光素子と結合することを含む。
【００１５】
本発明のこの形態の他の実施形態は、第１の位置と第２の位置との間の通信リンクの改良に使用する適用を有し、第１の位置は通信される入力データを受け入れる電気的駆動回路を有し、第２の位置は前記入力データを表現する出力データを生成するための電気的受信回路を有する。前記リンクは、前記電気的駆動回路と前記電気的受信回路の間を結合した電気的導電ケーブルを有することに適応する。方法は以下のステップを含むことが明記され、前記電気的導電ケーブルを取り除くこと、前記第１の位置に傾斜荷電発光素子を提供すること、前記傾斜荷電発光素子によって生成された光が入力データの関数となる前記駆動回路と結合され、前記第１と前記第２の位置との間に光ファイバを提供すること、前記傾斜荷電発光素子からの光を前記光ファイバに結合すること、および前記第２の位置に前記光ファイバと前記受信回路と結合した光検出器を提供することを含み、前記入力データを表現する電気信号は、前記受信回路から出力される。
【００１６】
本発明のさらなる形態によれば、技術は入力情報の高速通信のため、以下のステップを含むことが明記され、前記入力情報を表す位相反転電気信号の組を生成すること、共通コレクタ構成で３端子傾斜荷電発光素子を提供すること、前記位相反転信号の１つを前記傾斜荷電発光素子のベース−コレクタ入力に、前記位相反転信号の他を前記傾斜荷電発光素子のエミッタ−コレクタ入力に与えること、前記位相反転信号の両方の関数として光信号を生成すること、受信位置に前記光信号を通信すること、および前記受信位置で前記光信号を受信し、前記光信号を前記入力情報を表現する出力電気信号に変換することを含む。前記位相反転信号の両方の関数である光信号は、前記位相反転信号の絶対値の和と比例する。
【００１７】
本発明のこの形態の実施形態は、さらに前記傾斜荷電発光素子に前記位相反転信号を与える前に前記位相反転電気信号の組のそれぞれ１つを第１と第２の等化機能に与えるステップをさらに備える。この実施形態で、前記第１の等化機能に与えるステップは、第１の型の周波数フィルタリングを与えることを含み、前記第２の等化機能に与えるステップは、前記第１の型の周波数フィルタリングと異なる第２の型の周波数フィルタリングを与えることを含む。前記第１の型の周波数フィルタリングはローパスフィルタリングを備え、前記第２の型の周波数フィルタリングはハイパスフィルタリングを備え、帯域幅拡大がこれにより達成される。
【００１８】
本発明のさらなる特徴と効果は、添付の図と共同して、以下の詳細な記載から順次明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】銅線ケーブルを用いる従来の通信リンクの簡略化されたブロック図を示す。
【図２】図１のシステムの銅線リンクに対して、典型的に要求される回路を含むファイバ光リンクによる従来の置き換えのブロック図を示す。
【図３】差分信号を利用する銅伝送線を有する通信システムの簡略化されたブロック図を示す。
【図４】差分信号を利用する従来のファイバ光通信システムの例のブロック図を示す。
【図５】銅線通信リンクの置き換えのため理想的ファイバリンクの簡略化されたブロック図を示す。
【図６】銅線通信リンクための従来の駆動器と受信器の簡略化された図式を示す。
【図７】本発明の実施形態によるファイバ光通信リンクの図式を示す。
【図８】本発明の他の実施形態によるファイバ光通信リンクの図式を示す。
【図９】本発明の実施形態の使用のため構成された発光トランジスタと関連した回路の図式を示す。
【図１０】本発明の実施形態による差分信号を用いるファイバ光通信システムの、部分的ブロックでの図式を示す。
【図１１】本発明の実施形態を利用する二重ファイバ光通信リンクの、部分的ブロックでの図式を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図５は、図１に図示された銅線リンクの送信器チップセット１１０（図１と同じ）と受信器チップセット１２０（図１と同じ）と間を接続する理想的ファイバリンクの図式を示す。しかし、銅線ケーブルはファイバリンク５５０、電気−光（ＥＯ）変換器５３２、および光−電気（ＯＥ）変換器５６２で置き換えられる。しかしながら、記載されたように、例えば図２と同様に、実質的な追加の回路が、銅線ケーブルからファイバリンクへの変換と併せて現在要求される。ここでの課題は、追加の回路のいくつかまたは全ての必要性を削減することであり、また、存在する銅線送信器および銅線受信器チップセットによって電力を供給される（外部から供給されない）ＥＯおよびＯＥ変換器を有することでもあり、現在必要とされるコスト的なインタフェース回路の追加なしで存在するチップセットの中に、存在する組み込みプリエンファシスおよび銅線等化器と直接調和することである。理想的に、（銅線駆動器および受信器信号調節器を比較可能で見るため）ＥＯ−ファイバケーブル−ＯＥリンクは銅線ケーブルの伝達機能を置き換えるべきであり、より少ないまたは同じ程度の電力を消費し、銅線の解決策よりもコストが同程度またはより少なくなるべきである。
【００２１】
本発明の実施形態は、いわゆる「傾斜荷電発光素子」を利用する。発光トランジスタ、トランジスタレーザ、およびある２端子発光体とレーザは、最近数年間に発展し、（素子バンドダイアグラム上で見られるような）「傾斜」ベース荷電分布のため、「傾斜荷電」素子として、時々言及される。「傾斜」ベース荷電分布は、反転バイアスコレクタまたはドレイン接合で荷電「収集」の「競争」の中で、ベース電子−ホール再結合を固定し、したがって、ピコ秒のオーダの実効生存期間で、（１つまたは複数の量子サイズ領域によって助けられた）ベースの中の「高速」再結合のみを選択し（フィルタし）、可能とする。ここで使用したように、用語「傾斜荷電発光体」または「傾斜荷電発光素子」または同様の用語は、記載された「傾斜」ベース荷電分布を有する発光トランジスタ、トランジスタレーザ、およびある２端子発光体とレーザを含むことが意図される。参照文献は、米国特許番号7,091,082, 7,286,583, 7,354,780, 7,535,034 および7,693,195; 米国特許出願公開番号US2005/0040432,US2005/0054172, US2008/0240173, US2009/0134939, US2010/0034228, US2010/0202483, および US2010/0202484; およびＰＣＴ国際出願公開番号WO/2005/020287 and WO/2006/093883である。参照文献は以下の刊行物にもある。Light-Emitting Transistor: Light Emission From InGaP/GaAs Heterojunction Bipolar Transistors, M. Feng, N. Holonyak, Jr., and W. Hafez, Appl. Phys. Lett. 84, 151 (2004); Quantum-Well-Base Heterojunction Bipolar Light-Emitting Transistor, M. Feng, N. Holonyak, Jr., and R. Chan, Appl. Phys. Lett. 84, 1952 (2004); Type-ll GaAsSb/lnP 
Heterojunction Bipolar Light-Emitting Transistor, M. Feng, N. Holonyak, Jr.,B. Chu-Kung, G. Walter, and R. Chan, Appl. Phys. Lett. 84, 4792 (2004); Laser Operation Of A Heterojunction Bipolar Light-Emitting Transistor, G. Walter, N. Holonyak, Jr., M. Feng, and R. Chan, Appl. Phys. Lett. 85, 4768 (2004) ; Microwave Operation And Modulation Of A Transistor Laser, R. Chan, M. Feng, N. Holonyak, Jr., and G. Walter, Appl. Phys. Lett. 86, 131114 (2005) ; Room Temperature Continuous Wave Operation Of A Heterojunction Bipolar Transistor Laser, M. Feng, N. Holonyak, Jr., G. Walter, and R. Chan, Appl. Phys. Lett. 87, 131103 (2005); Visible Spectrum Light-Emitting Transistors, F. Dixon, R. Chan, G. Walter, N. Holonyak, Jr., M. Feng, X. B. Zhang, J. H. Ryou, and R. D. Dupuis, Appl. Phys. Lett. 88, 012108 (2006); The Transistor Laser, N. Holonyak and M Feng, Spectrum, IEEE Volume 43, Issue 2, Feb. 2006; Signal Mixing In A Multiple Input Transistor Laser Near Threshold, M. Feng, N. Holonyak, Jr., R. Chan, A. James, and G. Walter, Appl. Phys. Lett. 88, 063509 (2006); and Collector Current Map Of Gain And Stimulated Recombination On The Base Quantum Well Transitions Of A Transistor Laser, R. Chan, N. Holonyak, Jr., A. James , and G. Walter, Appl. Phys. Lett. 88, 14508 (2006); Collector Breakdown In The Heterojunction Bipolar Transistor Laser, G. Walter, A. James, N. Holonyak, Jr., M. Feng, and R. Chan, Appl. Phys. Lett. 88, 232105 (2006); High-Speed (/spl ges/1 GHz) Electrical And Optical Adding, Mixing, And Processing Of Square-Wave Signals With A Transistor Laser, M. Feng, N. Holonyak, Jr., R. Chan, A. James, and G. Walter, Photonics Technology Letters, IEEE Volume: 18 Issue: 11 (2006); Graded-Base InGaN/GaN Heterojunction Bipolar Light-Emitting Transistors, B. F. Chu-Kung et al., Appl. Phys. Lett. 89, 082108 (2006); Carrier Lifetime And Modulation Bandwidth Of A Quantum Well AIGaAs/lnGaP/GaAs/lnGaAs Transistor Laser, M. Feng, N. Holonyak, Jr., A. James, K. Cimino, G. Walter, and R. Chan, Appl. Phys. Lett. 89, 113504 (2006) ; Chirp In A Transistor Laser, Franz-Keldysh Reduction of The Linewidth Enhancement, G. Walter, A. James, N. Holonyak, Jr., and M. Feng, Appl. Phys. Lett. 90, 091109 (2007); Photon-Assisted Breakdown, Negative Resistance, And Switching In A Quantum-Well Transistor Laser, A. James, G. Walter, M. Feng, and N. Holonyak, Jr., Appl. Phys. Lett. 90, 152109 (2007) ; Franz-Keldysh Photon-Assisted Voltage-Operated Switching of a Transistor Laser, A. James, N. Holonyak, M. Feng, and G. Walter, Photonics Technology Letters, IEEE Volume: 19 Issue: 9 (2007); Experimental Determination Of The Effective Minority Carrier Lifetime In The Operation Of A Quantum-Well n-p-n Heterojunction Bipolar Light-Emitting Transistor Of Varying Base Quantum-Well Design And Doping, H.W. Then, M. Feng, N. Holonyak, Jr., and C. H. Wu, Appl. Phys. Lett. 91 , 033505 (2007); Charge Control Analysis Of Transistor Laser Operation, M. Feng, N. Holonyak, Jr., H. W. Then, and G. Walter, Appl. Phys. Lett. 91 , 053501 (2007); Optical Bandwidth Enhancement By Operation And Modulation Of The First Excited State Of A Transistor Laser, H. W. Then, M. Feng, and N. Holonyak, Jr., Appl. Phys. Lett. 91 , 183505 (2007); Modulation Of High Current Gain ([beta]>49) Light-Emitting InGaN/GaN Heterojunction Bipolar Transistors, B. F. Chu- Kung, C. H. Wu, G. Walter, M. Feng, N. Holonyak, Jr., T. Chung, J.-H. Ryou, and R. D. Dupuis, Appl. Phys. Lett. 91 , 232 14 (2007); Collector Characteristics And The Differential Optical Gain Of A Quantum-Well Transistor Laser, H. W. Then, G. Walter, M. Feng, and N. Holonyak, Jr., Appl. Phys. Lett. 91 , 243508 (2007); Transistor Laser With Emission Wavelength at 1544 nm, F. Dixon, M. Feng, N. Holonyak, Jr., Yong Huang, X. B. Zhang, J. H. Ryou, and R. D. Dupuis, Appl. Phys. Lett. 93, 02 1 1 (2008); Optical Bandwidth Enhancement Of Heterojunction Bipolar Transistor Laser Operation With An Auxiliary Base Signal, H.W. Then, G. Walter, M. Feng, and N. Holonyak, Jr. Appl. Phys. Lett. 93, 163504 (2008); Bandwidth Extension By Trade-Off Of Electrical And Otical Gain In A Transistor Laser: Three-Terminal Control, H. W. Then, M. Feng, and N. Holonyak, Jr. Appl. Phys. Lett. 94, 013509 (2009); Tunnel Junction Transistor Laser, M. Feng, N. Holonyak, Jr., H. W. Then, C. H. Wu, and G. Walter Appl. Phys. Lett. 94, 041118 (2009); Electrical-Optical Signal Mixing And Multiplication (2->22 GHz) With A Tunnel Junction Transistor Laser, H. W. Then, C. H. Wu, G. Walter, M. Feng, and N. Holonyak, Jr. Appl. Phys. Lett.94, 10 1 14 (2009); Scaling Of Light Emitting Transistor For Multigigahertz Optical Bandwidth, C. H. Wu, G. Walter, H. W. Then, M. Feng, and N. Holonyak, Jr. Appl. Phys. Lett. 94, 171 01 (2009). Device Performance Of Light Emitting Transistors With C-Doped And Zn- Doped Base Layers, Huang, Y., Ryou, J.-H., Dupuis, R.D., Dixon, F., Holonyak, N., Feng, M., Indium Phosphide & Related Materials, 2009; IPRM [Omicron]9. IEEE International Conference, 10-14 May 2009, Pages 387 - 390; Tilted-Charge High Speed (7 GHz) Light Emitting Diode, G. Walter, C. H. Wu, H. W. Then, M. Feng, and N. Holonyak, Jr. Appl. Phys. Lett. 94, 231 125 (2009); 4.3 GHz Optical Bandwidth Light Emitting Transistor, G. Walter, C. H. Wu, H. W. Then, M. Feng, and N. Holonyak, Jr. Appl. Phys. Lett. 94, 241101 (2009); and Resonance-Free Frequency Response Of A Semiconductor Laser, M. Feng, H. W. Then, N. Holonyak, Jr., G. Walter, and A. James Appl. Phys. Lett. 95, 033509 (2009).
【００２２】
本発明の実施形態の以下の例の中で、図７と図８と併せて記載されたように、商用のＨＤＭＩ１．３ａ銅線リンクが開始点として使用される。開コレクタ素子は、銅線リンクを横切る信号を駆動するもっとも共通の方法の１つである。ＨＤＭＩ、ＤＶＩおよびＰＣＩｅのような存在する銅線相互接続標準の中で広く使用されている。チップとチップ間の相互接続でもっとも共通の駆動方法でもある。図６の中で、従来技術の単終端接続がどのように信号が従来、駆動器端から受信器端に伝達されるかを実演で示している。図６の中で駆動器はトランジスタ６１５、およびこのエミッタ回路内の電流源６２０を含む。データ信号（１または０）はトランジスタのベースに与えられ、トランジスタのコレクタは銅線ケーブルと結合する。受信器で、信号は、Ｒによって表される抵抗要素を用いて、「０」（＝Ｖｃｃ）または「１」（＝Ｖｃｃ−ＩＲ）のいずれかを表す電圧に変換される。このような単終端接続の組は、従来の銅線チャネルに対して、（以下でさらに記載される）差分組を形成するために使用される。ＨＤＭＩ標準では、Ｖｃｃは一般に３．３ボルトである。ＨＤＭＩは４つの高速銅線チャネルを含む。
【００２３】
図７は、どのように傾斜荷電発光トランジスタと、光トランジスタのような光受信器が、ＨＤＭＩ１．３ａ標準の中で使用されるような開コレクタ銅線素子に基づいた銅線チャネルを直接置き換えるために使用されるかを示す。図７の中で駆動器と受信器は図６の銅線チャネルで示されたものと同じである。この例のトランジスタ６１５はＮＰＮトランジスタである。傾斜荷電発光素子６４０は、電気−光変換器として効果的に利用される。図示した実施形態の中で、傾斜荷電発光素子６４０はＰＮＰ発光トランジスタであり、例えば、米国特許No. 7,535,034, of G. Walter, et alに開示された型であることができる。駆動入力は、発光トランジスタ６４０のベース端と結合される。このエミッタは電圧Ｖｓでバイアスされ、発光は、銅線ケーブルを置き換えた光ファイバリンク６５０の中に結合される。傾斜荷電素子に電力を供給するために要求された電圧（Ｖｓ）は、直接、ＨＤＭＩ送信器チップセットによって提供された＋５Ｖ電源供給に接続される。受信端で、本実施形態の中で、ＰＮＰ光トランジスタ６６０は、光信号を電気信号に変換するため動作する。この光トランジスタは銅線リンクに電力を供給する同じ電圧Ｖｃｃによって直接電力が供給される。この例の中で光リンクは、銅線チャネルを形成する２つの可能な銅線接続の１つのみを利用する。他の銅線接続は接続されないまま、または傾斜荷電発光素子に電力を供給するために使用される。
【００２４】
図８の実施形態の中で、電気−光変換のために使用された傾斜荷電発光素子は、傾斜荷電発光ダイオードであり、例えば米国特許公開No. US2010/0202483 of G. Walter, et alに記載された型であることができる。前のように、傾斜荷電素子、光ファイバ、および光トランジスタとしての光受信器は、ＨＤＭＩ１．３ａ標準の中で使用されたような開コレクタ銅線駆動器に基づいた銅線チャネルを直接置き換えるために使用されることができる。前のように、傾斜荷電素子に電力を供給するために要求された電圧（Ｖｓ）は、直接、ＨＤＭＩ送信器チップセットによって提供された＋５Ｖ電源に接続される。
【００２５】
記載された高速光データリンクは、単一（片方向）および二重（両方向）のデータリンクの両方で使用することができる。単一のデータリンク応用標準の例は、ＨＤＭＩ、ＤＶＩおよびディスプレイポートである。二重のデータリンク応用標準の例は、インフィニバンド、ファイバチャネル、ギガビットイーサネット、ＵＳＢ、ＸＡＵＩ、ＰＣＩ−ｅ、ＳＡＳ、ＳＡＴＡである。両方向通信のため、各端には送信器と受信器の組または複数の組がある。
【００２６】
本発明のさらなる側面は、電気から光の電圧微分器を利用する一意な電気−光通信技術を包含する。図９は、ＮＰＮ発光トランジスタの形状での傾斜荷電発光素子の図である（上記参照特許および刊行物を参照）。この図で示されたように、素子は共通コレクタ構成であり、ＲＦ源Ｖ１がベース−コレクタ入力ポートに与えられ、ＲＦ源Ｖ２がエミッタ−コレクタ入力ポートに与えられる。ＲＦ信号Ｖ１はコンデンサＣ    １を介して与えられ、ＲＦ信号Ｖ２はコンデンサＣ２を介して与えられる。ベースは誘電子Ｌ１を介して電圧ＶＢでバイアスされ、エミッタは誘電子Ｌ２を介して電圧ＶＥでバイアスされる。
【００２７】
共通コレクタ傾斜荷電素子の両方の電気的ポート（ＢＣポートおよびＥＣポート）が、それぞれＲＦ信号で送り込まれたとき、出力光信号（Ｐｈｖ）は２つの入力信号電圧の差に比例する。示されたようにバイアスされると、共通コレクタ傾斜荷電素子は電気から光の電圧微分器として動作する。もし、Ｖ２がＶ１と１８０°位相反転と特徴づけられた場合、結果はＰｈｖ∝｜Ｖ１｜＋｜Ｖ２｜である。図９の構成の中でＮＰＮ傾斜荷電素子は、結合ターンオン電圧より大きいＶＢ−ＶＥ（ＶＢＥ）およびＶＢＣ結合のターンオン電圧よ小さいＶＢ−ＶＣ（ＶＢＣ）でバイアスされる。
【００２８】
図１０と併せてさらに記載されるように、図９に示されたとおりに構成された共通コレクタ傾斜荷電素子は、単純で光ベースの相互接続の送信側を向上する。図１０の実施形態で、銅線駆動器１０３０は、図４の銅線駆動器４３０と同様である。この場合、差分信号Ｖ１＋とＶ１−の両方は等化器１０３５を使用して等化される（図４の既存技術と異なり、差分信号の１つは捨てられる）。等化された信号Ｖ２−とＶ２＋は、光出力信号を得るため、（つまり、図９の記載で構成されバイアスされたように素子の入力Ｖ１とＶ２として）それぞれ発光トランジスタ９１０のベースとエミッタに結合される。この段階の後、システムは、ダイオード検出器４５５、トランスインピーダンス増幅器４６０、制限増幅器４７０、および銅線受信器４８０を含む、図４の既存技術のシステムと同様になる。図１０の実施形態に重要な効果が存在する。第１に、傾斜荷電素子の中で最大電圧変動が、図４の既存技術の発光ダイオード４４５のために利用可能なものより、２倍大きくなることを可能とする。これは、入力信号（Ｖ１＋）が固定され、単終端で素子が動作し、望ましい電圧変動が提供されないとき、効果的であり、およびトランジスタレーザ（３端子傾斜荷電素子はトランジスタレーザの代わりになることができる）のように低インピーダンス素子を利用するときに特に効果がある。第２に、特性が独立した２つの別々の等化器が選択的にＶ１＋とＶ１−を与えられることができ、傾斜荷電素子の中にカスタマイズした電圧差の結果となる。例えば、１つのチャネルに対して、等化器がローパスフィルタとして特徴づけられ、第２の等化器がハイパスフィルタとして特徴づけられる（この文脈のなかで使用されたように、フィルタリングは選択された周波数帯の減衰および／または増幅を意味する）。結果の光出力はより高いバンド幅を見せる。また、自発的素子、２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅ傾斜を有する傾斜荷電素子は、光バンド幅で効果的なＲＦ光出力を交換する効果的なバンド幅代償を達成するため、ハイパス等化器と結合するとき、効果的である。
【００２９】
図１１は、２つの半２重リンクから構成される、いわゆるＵＳＢ３．０の超高速成分が、ホストと装置の連結器に間に結合された通常の銅線ケーブル成分を置き換えるため、ここでの技術を使用することにどのように修正されるかを示す。ホスト１１０は送信器増幅器１１０２と受信器増幅器１１０４を含み、装置は送信器増幅器１１８２と受信器増幅器１１８４を含む。それぞれの送信器出力は、それぞれ受信器増幅器と受信された信号を結合する連結器１１２５と１１６５と容量的に結合される（ブロック１１１５と１１７５）。しかしながら、通常の銅線ケーブル成分の代わりに、傾斜荷電素子を利用する送信器と関連し、ここで記載された型の２つのファイバ光活性ケーブルサブシステムが、効果的に利用される。上記で記載されたような結果として得られる動作効率の向上と長期間のコスト削減は、このおよび他の応用のため明確である。
【００３０】
本発明は特定の好ましい実施形態を参照に記載された。しかし、本発明の概念と範囲内で変形が当業者にとって発生する。例えば、この図示された実施形態は傾斜荷電発光ダイオードと発光トランジスタの主要な使用として説明される一方、これらの素子のレーザ版（傾斜荷電レーザダイオードとトランジスタレーザ）を適切な場所で代わりに利用することもできる。
【符号の説明】
【００３１】
１１０  送信器チップセット
１１２  駆動回路
１１４  プリエンファシス回路
１２０  受信器チップセット
１２２  等化器
１２４  駆動器
１５０  銅線ケーブル
２３２  電気−光変換器
２３５  制御および駆動回路
２５０  ファイバケーブル
２６２  光−電気変換器
２６５  信号再形成回路
３３０  銅線駆動器
３５０  リンク
４３０  銅線駆動器
４３５  等化器
４３９  ５０オーム抵抗
４４０  光駆動器
４４５  ダイオード発光体
４５０  ファイバ光導波管
４５５  ダイオード検出器
４６０  トランスインピーダンス増幅器
４７０  制限増幅器
４８０  銅線受信器
５３２  電気−光（ＥＯ）変換器
５５０  ファイバリンク
５６２  光−電気（ＯＥ）変換器
６１５  トランジスタ
６２０  電流源
６４０  傾斜荷電発光素子
６５０  光ファイバリンク
６６０  ＰＮＰ光トランジスタ
９１０  発光トランジスタ
１０３０  銅線駆動器
１０３５  等化器
１１０２  送信器増幅器
１１０４  受信器増幅器
１１１５  ブロック
１１２５  連結器
１１６５  連結器
１１７５  ブロック
１１８２  送信器増幅器
１１８４  受信器増幅器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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