(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックボーンの有線の光通信サブネットワークと移動局との間で自由空間を介して光信号を送受する光通信ネットワークの当該移動局に用いられる光信号放出装置において、
自然放出光発生手段と、
前記自然放出光発生手段からの光を峡帯域化する光学的波長峡帯域化手段と、
前記自然放出光発生手段からの光を外部信号にしたがって変調する変調手段と、
前記自然放出光発生手段からの光を光学的に増幅する光増幅手段とを有し、
前記自然放出光発生手段から発生された光を前記光学的波長峡帯域化手段により峡帯域化することによって、前記光増幅手段による光増幅時に自然放出光による雑音が発生しないようにし、さらに、
前記光増幅手段により増幅された光を自由空間に放射することを特徴とする移動局用光信号送出装置。
【請求項２】
バックボーンの有線の光通信サブネットワークと移動局との間で自由空間を介して光信号を送受する光通信ネットワークの当該移動局に用いられる光信号放出装置において、
自然放出光発生手段と、
前記自然放出光発生手段からの光を峡帯域化する光学的波長峡帯域化手段と、
前記自然放出光発生手段からの光を外部信号にしたがって変調する変調手段と、
前記自然放出光発生手段からの光を光学的に増幅する光増幅手段と、
複数の峡帯域化され、かつ変調された光信号を波長多重化する波長多重化手段とを有し、
前記自然放出光発生手段から発生された光を前記光学的波長峡帯域化手段により峡帯域化することによって、前記光増幅手段による光増幅時に自然放出光による雑音が発生しないようにし、さらに、上記光増幅手段により増幅された光を自由空間に放射することを特徴とする移動局用光信号送出装置。
【請求項３】
固定局が固定して接続されたバックボーンの有線の光通信サブネットワークと移動局との間で自由空間を介して光信号を送受する光通信ネットワークの当該固定局に用いられる光信号放出装置において、
自然放出光発生手段と、
前記自然放出光発生手段からの光を峡帯域化する光学的波長峡帯域化手段と、
前記自然放出光発生手段からの光を外部信号にしたがって変調する変調手段と、
前記自然放出光発生手段からの光を光学的に増幅する光増幅手段とを有し、
前記自然放出光発生手段から発生された光を前記光学的波長峡帯域化手段により峡帯域化することによって、前記光増幅手段による光増幅時に自然放出光による雑音が発生しないようにし、さらに、
前記光増幅手段により増幅された光を自由空間に放射することを特徴とする固定局用光信号送出装置。
【請求項４】
上記光増幅手段は、
液相エピタキシ法で成長した下部クラッド層と、
有機金属気相成長法もしくは分子線エピタキシ法で成長した活性領域と、
液相エピタキシ法で成長した上部クラッド層とを有する請求項１または２のいずれかに記載の移動局用光信号送出装置。
【請求項５】
前記下部クラッド層ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．６≦ｘ≦０．９）からなり、前記活性領域がＡｌＧａＩｎＰ系材料からなり、前記上部クラッド層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．６≦ｘ≦０．９）からなる請求項４記載の移動局用光信号送出装置。
【請求項６】
ダイクロイックミラーを備えた請求項４または５記載の移動局用光信号送出装置。
【請求項７】
固定局が固定的に接続されたバックボーンの有線の光通信サブネットワークと移動局との間で自由空間を介して光信号を送受する光通信ネットワークにおいて、
上記有線の光通信サブネットワークに接続された上記固定局は、請求項３記載の固定局用光信号送出装置を有し、
上記有線の光通信サブネットワークは、上記固定局用光信号送出装置に光ファイバを介して接続される受動型光分配手段を有し、
上記移動局は、請求項１、２、４、５または６のいずれかに記載の移動局用光信号送出装置を有し、
上記有線の光通信サブネットワークと上記移動局の光信号送出装置との間で自由空間を介して光信号を送受することを特徴とする光通信ネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用変調光源、波長多重光送受信器、光増幅器、および光通信ネットワークに関する。
【０００２】
【背景技術】
本発明者らは、ワイヤレス通信用光送受信器および能動型スターカプラを用いた新規な光通信ネットワークを考案している。ここでは、まず背景技術としてこの新規なネットワークについて説明する。図１０において、このネットワークは相互接続可能な受動型４端子スターカプラ５１同士を光ファイバ５２、双方向性光中継増幅器５３を介して接続して構成した有線ネットワーク５８によって、自由空間伝送光によって構成したセル５５を統合したネットワークである。セル５５内にある移動局５７からの光信号５９あるいは、移動局５７への光信号５９は自由空間伝送光と導波光とを中継する光中継増幅器５４を介して有線ネットワーク５８とリンクする。この構成によって、移動局５７と有線ネットワーク５８中の固定局（サーバなど）５６とで交信する事ができるし、また、移動局５７と図示しない別の移動局との交信も可能である。双方向性光中継増幅器５３は光信号を電気信号に変換してから増幅し、その後再び光信号に変換する方式、いわゆる再生中継増幅器を採用している。自由空間伝送光と導波光とを中継する光中継増幅器５４も再生中継増幅器の構造を用いている。なお、図１０の構成は基本的には本特許出願時未公知であるが、この構成の内、有線ネットワーク５８に係わる、相互接続可能な受動型スターカプラおよび、このスターカプラを双方向性光中継増幅器を介して接続して構成した有線ネットワークについては既に公知である（特開平５−３４５７号公報、米国特許明細書第５，２８２，２５７号、文献Ｔａｋｅｓｈｉ  Ｏｔａ：  “Ｆｏｕｒ−ｐｏｒｔ  ｍａｕｌｔｉｍｏｄｅ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔａｂｅｌ  ｓｔａｒ  ｃｏｕｐｌｅｒ“，  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．  Ｌｅｔｔ．，  Ｖｏｌ．２９  ｐｐ９１９−９２０（１９９３）参照）。
【０００３】
図１０のネットワークにおいて、双方向性光中継増幅器５３ないし自由空間伝送光と導波光とを中継する光中継増幅器５４に光増幅器を採用することも考えられる。しかし、自由空間光伝送では、人間の目への健康被害を防ぐ必要があるため図１０のネットワークでは光信号を発生させる光源としてレーザ光を用いることができない。このため、図１０のネットワークには光増幅器を採用することが困難であった。なぜなら、光増幅器は自然放出光を常に放出しているので、ＬＥＤ光のような帯域幅の広い光を光信号の光源として用いると、増幅された光に対して光増幅器の放出する自然放出光がノイズとなってしまうからである。レーザ光は峡帯域であるので光学的フィルタを用いて光増幅器の放出する自然放出光を除去することが可能であるが、ＬＥＤ光を光源とした場合はこの方法が使えないのである。図１３（ａ）にレーザ光を光増幅器で増幅した場合の光増幅器出力スペクトラムを、図１３（ｂ）にＬＥＤ光を光増幅器で増幅した場合の光増幅器出力スペクトラムをそれぞれ示す。図１３（ｂ）では信号光自体が、いわゆる増幅された自然放出光（ＡＳＥ：  Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）となってしまうわけである。
【０００４】
また、近年、分布屈折率（ＧＩ）型のプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）の発達が著しい。コア径５００μｍ、開口値（ＮＡ）０．５、伝送帯域６００ＭＨｚ・ｋｍのＧＩ型ＰＯＦが報告されている（Ｔ．Ｉｓｈｉｇｕｒｅ  ｅｔ  ａｌ．，  ：“Ｈｉｇｈ−Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ，  Ｈｉｇｈ−Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｇｒａｄｅｄ−Ｉｎｄｅｘ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  ＯｐｉｔｃａｌＦｏｂｅｒ“，  ＩＥＥＥ  Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．，  Ｖｏｌ．１３，  Ｎｏ．８．  ｐｐ１６８６−１６９１（１９９５）参照）。コア径の大きく開口値の大きい光ファイバを用いれば、自由空間伝送光と光ファイバを伝わる光を直接結合させることが容易になることが期待される。しかしながら、コア径の大きい光ファイバに適合する光増幅器は製作が困難であった。ファイバ型光増幅器では一定の励起光密度を得るためには、コア径の２乗に比例して励起光強度を増加させねばならず、非現実的である。半導体レーザ増幅器においては、ストライプ幅は比較的容易に広げられるものの、レーザ増幅器の厚さを厚くすることは製造プロセス上困難な面があった。
【０００５】
また、図１１に示すような波長多重光送受信器が知られている（特開平６−８５３７４号公報参照）。この波長多重光送受信器は、光導波路を集積化した集積回路基板１１、回折格子基板１４、フォトダイオードアレイ１５、半導体レーザーアレイ１６、光ファイバー２０とから構成されている。そして、集積回路基板１１上には第１のスラブ導波路（送信用）１２、第２のスラブ導波路（受信用）１３、第１の光カプラー１７、第２の光カプラー１８、さらに配線用光導波路１９ａ〜１９ｋが形成されている。回折格子基板４上には二組のフレネル反射鏡１４ａ、１４ｂが形成されており、それぞれ第１のスラブ導波路１２と第２のスラブ導波路１３に対応するように取り付けられている。
【０００６】
第１のスラブ導波路と片側の端面を無反射コートした半導体レーザーアレイ１６とは配線用光導波路１９ａ〜１９ｅによって接続されている。配線用光導波路１９ａ〜１９ｅは第１のスラブ導波路のポリクロメーター部２４と接続されている。半導体レーザーアレイ２６には５個の半導体レーザー素子が配設されている。半導体レーザーアレイ１６は片側の端面に無反射コートが施されており、その無反射コートした面がガラス基板１１側になるように取り付けられている。第１のスラブ導波路の出力部（共通部）２３は第１の光カプラー１７と接続され、光カプラー１７の一方の分岐は配線用光導波路１９ｅによって半導体レーザーアレイ１６に、もう一方の分岐は配線用光導波路１９ｅによって第２の光カプラー１８とそれぞれ接続されている。光カプラー１８の共通端子は光ファイバー１０に接続されている。
【０００７】
半導体レーザーアレイ１６と第１のスラブ導波路１２とフレネル反射鏡１４ａとで、波長多重化したレーザー光を発生することができる。スラブ導波路１２の出力部（共通部）２３からのレーザー光は第１の光カプラー１７によって分岐されて、光出力の一部が第２の光カプラー１８を通って光ファイバー２０に出力される。
【０００８】
第２のスラブ導波路１３とフォトダイオードアレイ１５はやはり配線用光導波路１９ｈ〜１９ｋによって接続されている。フォトダイオードアレイ１５には４個のフォトダイオードが並べられている。第２のスラブ導波路１３の入力部共通部２５と第２の光カプラー１８とは配線用光導波路１９ｇによって接続されている。また、配線用光導波路１９ｈ〜１９ｋは第２のスラブ導波路のポリクロメーター部２６と接続されている。
【０００９】
外部から光ファイバー２０を伝わって送られてきた光信号は第２の光カプラー１８によって分岐されて、配線用光導波路１９ｇを経て第２のスラブ導波路に導かれる。光信号はフレネル反射鏡１４ｂによって分光及び結像された後、配線用光導波路１９ｈ〜１９ｋを通ってフォトダイオードアレイ１５によって電気信号に変換される。
【００１０】
図１１に示した波長多重光送受信器の送信部に採用されている波長多重レーザ発振機はキャビティ長が長いため、高速変調できないことが報告されている（Ｍ．Ｚｉｎｇｂｌ  ｅｔ  ａｌ．，  ：  “Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｍｕｌｔｉｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｒｏｕｔｅｒ  Ｌａｓｅｒ“，  ＩＥＥＥ，  Ｐｈｏｔｏｎ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｌｅｔｔ．，  Ｖｏｌ．６，  Ｎｏ．９，  ｐｐ１０８２−１０８４（１９９４）参照）。
【００１１】
また、最近ＭＯＰＡ（Ｍａｓｔｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）と呼ばれる技術が発達しつつある。これは、図１２に模式的に示すようなもので、主発振器（Ｍａｓｔｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）６１からの光を（パワー）光増幅器６４によって増幅して出力光６５として取り出すものである。主発振器としてはＤＦＢレーザのような峡帯域化されたレーザ光源が用いられることが多い。ＭＯＰＡは主にレーザ出力を向上させる目的で行われることが多い（例えばＡｌａｎ  Ｍａｒ  ｅｔ  ａｌ．，  ：  “Ｍｏｄｅ−Ｌｏｃｋｅｄ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｍａｓｔｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ“，  ＩＥＥＥ，  Ｐｈｏｔｏｎ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｌｅｔｔ．，  Ｖｏｌ．６，  Ｎｏ．９，  ｐｐ１０６７−１０６９（１９９４）参照）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、例えば、図１０に示したような光ファイバ伝送と自由空間伝送を融合したネットワークにおいて、有線網上の中継増幅器並びに光ファイバと自由空間のインターフェイス部の中継増幅器に光増幅器を適用可能にすることにある。  本発明の目的は、より具体的には、前述のような目への健康被害を避けることと光増幅器から発生する自然放出光に基づくノイズの除去という課題を同時に解決することを目的とする。
【００１３】
本発明の別の目的は、光ファイバと自由空間を直接結合させるような構造を提供することである。
【００１４】
本発明のさらに他の目的は、図１１に示したような波長多重光送受信器において、キャビティ長が長いことによって決まる変調速度の上限を向上せしめることである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の光通信光源は、自然放出光発生手段と光学的波長峡帯域化手段と光変調手段と光増幅手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
また本発明の波長多重光送受信器は、上記構成に加えて波長多重化手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また本発明の光増幅器は、液相エピタキシ法で成長した下部クラッド層、有機金属気相成長法もしくは分子線エピタキシ法で成長した活性領域、液相エピタキシ法で成長した上部クラッド層を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また本発明の光通信ネットワークは前記光通信光源と、前記光増幅器と受動型光分配手段と光ファイバを備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の光通信光源によれば、峡帯域化されてかつ空間コヒーレンスの低い光信号を発生させることができる。
【００２０】
また本発明の波長多重光送受信器によれば、レーザ発振を用いないで波長多重化された光信号を発生させることができる。
【００２１】
また本発明の光増幅器によれば、厚いクラッド層を有する半導体レーザ増幅器が得られるのでコア径の大きなプラスチック光ファイバと大きな結合効率で結合する光増幅器を実現できる。
【００２２】
さらに本発明の光通信ネットワークによれば、自由空間伝送する可能性のある光信号を光増幅することができる。また、自由空間伝送する光信号が人間の目に与える悪影響を防ぐことができる。
【００２３】
【発明の実施の態様】
［原理の説明］
図１（ａ）に本発明の光通信光源の原理を示す。自然放出光発生手段１からの光を光学的波長峡帯域化手段２、光変調手段３、光増幅手段４を経て、出力光５を取り出す、というのが本発明の原理である。
【００２４】
自然放出光発生手段１は具体的には発光ダイオード（ＬＥＤ）、ランプなどである。光学的波長峡帯域化手段２は具体的には回折格子、エタロン、干渉フィルタ、ダイクロイックミラーなどである。光変調手段３は具体的には、電気光学変調器、音響光学変調器、電気光学吸収変調器などである。光増幅手段４は半導体レーザ増幅器、ファイバ光増幅器などである。また、光変調手段３と光増幅手段４とを統合することもできる。光増幅手段４に半導体レーザ増幅器を採用し、半導体レーザ増幅器の駆動電流を変調するというような方法が例として挙げる事ができる。
【００２５】
代表的な構成としては、自然放出光発生手段１として発光ダイオード（ＬＥＤ）、光学的波長峡帯域化手段２として干渉フィルタ、光変調手段３として量子閉じ込め効果を用いたＡｌＧａＡｓ系量子井戸電気光学吸収変調器、光増幅手段４として半導体レーザ増幅器を用いる構成がある。
【００２６】
発光ダイオードなどの自然放出光発生手段１からの光は干渉フィルタなどで峡帯域化してもそのコヒーレンスはレーザに比べれば遥かに小さい。したがって、自由空間に放出しても人間の目も網膜上に回折限界のスポットを生じるようなことはない。これは、自然放出光を峡帯域化しても時間的コヒーレンスは増大しても空間的コヒーレンスは増大しないこと、時間的コヒーレンスにしても同一波長で位相がさまざまな成分が含まれていて完全にコヒーレントには成り得ないことによる。一方、光増幅器から発生する自然放出光除去には、単に波長スペクトラムが峡帯域化していればそれだけで目的は達成できる。
【００２７】
図１において、光学的波長峡帯域化手段２、光変調手段３、光増幅手段４の順番は変えることもできる。図１（ｂ）に示すように光変調手段３と光増幅手段４の間に光学的波長峡帯域化手段２を入れても良いし、図１（ｃ）に示すように光学的波長峡帯域化手段２、光増幅手段４、光変調手段３という順番であっても構わない。
【００２８】
本発明と図１２に示したＭＯＰＡとの相違点は光源に自然放出光を用いていること、波長の峡帯域化手段を設けたこと、光変調手段を設けたことである。この相違によって、人間の目へ健康被害を与える危険が少なく、かつ、光増幅する際の自然放出光による雑音の発生を防ぐことができるという格別の効果が生じるのである。
【００２９】
［波長多重レーザ発振器の実施例］
図１に示した原理を図１１の波長多重光送受信器に適用した構成を図２に示す。図１１と図２の相違点は、半導体レーザーアレイ１６に代えて面発光型ＬＥＤ光源２６と面出射型ＡｌＧａＡｓ系量子井戸電気光学吸収変調器２７を用いたこと、出力光ファイバ２０と光カプラ１８の間に半導体レーザ光増幅器２８を設けたことである。出力光ファイバ２０としてはコア径５００μｍのＧＩ−ＰＯＦを用いることができる。また、図１１の構成において存在した、光カプラ１７と光導波路１９ｅは省かれている。光カプラ１７と光導波路１９ｅはレーザ発振のための光帰還系のための構成であり、本実施例では不要となったものである。出力光ファイバ２０として、前述のコア径５００μｍ、開口値（ＮＡ）０．５分布屈折率（ＧＩ）型のプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）を適用した。
【００３０】
図３は、面発光型ＬＥＤ光源２６、面出射型ＡｌＧａＡｓ系量子井戸電気光学吸収変調器２７、半導体レーザ光増幅器２８、および受光素子アレイ１５と光導波路基板１１との配置関係を示す構成斜視図である。図４は面発光型ＬＥＤ光源２６、面出射型ＡｌＧａＡｓ系量子井戸電気光学吸収変調器２７の詳細を示す断面図である。面発光型ＬＥＤ光源２６はＡｌＧａＡｓ系ダブルヘテロ型ＬＥＤであり、３０は活性層である。面出射型ＡｌＧａＡｓ系量子井戸電気光学吸収変調器２７は４個の光変調器アレイであり、活性層３２をイオン注入層３３によって分離している。３１は面出射型ＡｌＧａＡｓ系量子井戸電気光学吸収変調器２７の基板裏面に設けた光取り出し用のエッチング部である。なお、光導波路１９ａないし１９ｋの導波路幅ｗ２は４０μｍ、基板１１の厚さｈは４００μｍ、半導体レーザ光増幅器２８と結合する部分の導波路幅は４００μｍである。ただし、この寸法は代表例である。導波路幅は好ましくは２００〜１０００μｍにする。
【００３１】
図５は半導体レーザ光増幅器２８の構成を示す斜視図である。半導体レーザ光増幅器２８は、液相エピタキシ（ＬＰＥ）によって形成された下部クラッド層４１、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）あるいは分子線エピタキシ（ＭＢＥ）によって形成された活性領域４２、液相エピタキシ（ＬＰＥ）によって形成された上部クラッド層４４から成っている。活性領域４２には量子井戸構造の活性層４３が含まれている。ＧａＡｓ基板上にＬＰＥによって形成されたＡｌＧａＡｓ下部クラッド層４１を形成後、ＭＯＣＶＤによって量子井戸構造の活性層４３を含む活性領域４２を形成し、次いで再びＬＰＥによってＡｌＧａＡｓ上部クラッド層４４を形成してから、ＧａＡｓ基板を除去することによって、図５の構造は得られる。ＬＰＥを用いれば、数百μｍの厚さのエピタキシャル層を成長させることができる。一方、ＭＯＣＶＤによれば量子井戸構造のような微細な構造を作ることができる。したがって、この２種類の結晶成長方法の組み合わせによって、コア径５００μｍのＧＩ−ＰＯＦに適用可能な半導体レーザ光増幅器を作ることができる。半導体レーザ光増幅器２８の幅Ｗは５００μｍ、長さＬは１ないし５ｍｍ、高さＨは５００μｍである。また活性領域４２の厚さは２０μｍである。ただし、この寸法は代表例である。活性領域４２の厚さは５〜５０μｍにすることが好ましい。
【００３２】
なお、活性領域４２はＡｌＧａＩｎＰ系の材料で構成することもできる。ＰＭＭＡ系プラスチック光ファイバは波長６５０ｎｍ前後に窓（吸収損失の小さい領域）が存在し、波長６５０ｎｍ前後を増幅可能なＡｌＧａＩｎＰ系の材料で活性領域４２を構成することは望ましいことだからである。ＡｌＧａＩｎＰ系の材料は熱力学的には準安定な状態なので、液相エピタキシ法では成長ができないことが知られている。したがって、液相エピタキシ法によってＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（組成範囲：０．６≦ｘ≦０．９）の数百μｍの厚さのクラッド層を形成した後、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなる活性領域４２を有機金属気相成長法あるいは分子線エピタキシ法によって成長することによって、０．５ｍｍ程度の大きなコア径を有するＰＭＭＡ系プラスチック光ファイバに適合した光増幅器を製作するのに適した方法である。
【００３３】
図２において、面発光型ＬＥＤ光源２６が図１の自然放出光発生手段１に、面出射型ＡｌＧａＡｓ系量子井戸電気光学吸収変調器２７が光変調手段３に、フレネルレンズ型回折格子１４ａが光学的波長峡帯域化手段２に、半導体レーザ光増幅器２８が光増幅手段４に、それぞれ対応している。面発光型ＬＥＤ光源２６からの光は一種の空間変調器として作動する面出射型ＡｌＧａＡｓ系量子井戸電気光学吸収変調器２７によって変調された後、４つの光導波路１９ａないし１９ｄに結合する。各光導波路に結合した光は同じ波長分布を有しているが、異なる信号で変調された状態になっている。４つの光導波路１９ａないし１９ｄを伝搬したそれぞれの光信号は第１のスラブ導波路１２とフレネル反射鏡１４ａによって形成される分光器によって分光されて、光導波路１９ｆに結合する。この時、４つの光導波路１９ａないし１９ｄから光導波路１９ｆには、光導波路１９ａないし１９ｄに対応した固有の波長の光だけが結合する。すなわち、光導波路１９ａには波長λ１、光導波路１９ｂには波長λ２、光導波路１９ｃには波長λ３、光導波路１９ｄに波は波長λ４、というように結合する。光導波路１９ｆからの波長多重化光信号は半導体レーザ光増幅器２８を経て出力光ファイバ２０に送られる。なお、自由空間光伝送を行う場合は出力光ファイバ２０を省略することもできる。
【００３４】
［光通信ネットワークの実施例］
図６に本発明の光通信ネットワークを示す。図１０の光通信ネットワークとの相違点は双方向性光中継増幅器に光増幅器７１に置き換えたこと、光ファイバと自由空間光伝送のインターフェイス部も光増幅器７２に置き換えたこと、そして移動局を図１に示した原理に従う光信号源を備えた移動局７４に置き換えたことの３点である。
【００３５】
図７に光増幅器７１の構成を示す。図５に示した半導体レーザ光増幅器２８をダイクロイクックミラー７３でサンドイッチにした構造である。ダイクロイクックミラーには透過しない波長の光を別方向に反射する性質があることを利用したものである。もし図７において、ダイクロイクックミラーに代えて干渉フィルタを用いたとすると、透過しない光は反射されてしまうので、レーザ発振が生じてしまうからである。なお、光ファイバ２はコア径５００ミクロンのＧＩ−ＰＯＦである。
【００３６】
図８に光増幅器７２の構成を示す。図７の光増幅器７１を構成した時と同じ考え方に沿って構成してある。半導体レーザ光増幅器２８をダイクロイクックミラー７３でサンドイッチにした構造である。ただし、ダイクロイクックミラーの方向が図７とは一部異なる。
【００３７】
図９は、光中継増幅器７２ａ、７３、７２ｂにどの程度の利得が必要かを見積もるために示した図である。光中継増幅器７２ａ、７２ｂが例えば高さｈｈ＝３ｍの天井に設置されている場合を考える。光ファイバ５２にコア径５００ミクロン、ＮＡ＝０．５のＧＩ−ＰＯＦを採用すると考える。移動局７４ａの自由空間光放射特性もＮＡ＝０．５の真円状であるとする。この場合、移動局７４ａの出力Ｐ０が光中継増幅器７２ａ、７３、７２ｂ、スターカプラ５１、光ファイバ５２などを介して、最終的に光中継増幅器７２ｂから出力Ｐ１で出力されるとする。
【００３８】
ここで、ネットワーク中継の利得配分の一つの例として、Ｐ０＝Ｐ１となる場合を想定する。移動局７４ａの出力Ｐ０は面積Ｓ０＝  （ｈｈ・ＮＡ）２×π  ＝  （１．５ｍ）２×３．１４  ＝７．０７ｍ２に拡散することになる。一方、光中継増幅器７２ａの受光面積Ｓ１はコア径５００ミクロンのＧＩ−ＰＯＦと等しいと考えられるので、Ｓ１＝（０．５ｍｍ／２）２×π  ＝  ０．１９６ｍｍ２となる。以上から、光中継増幅器７２ａの受光電力はＰ０×Ｓ１／Ｓ０である。前述のようにＰ０＝Ｐ１であるから、スターカプラ５１、光ファイバ５２などの挿入損失を無視した場合の必要な全利得Ｇ＝Ｐ０／Ｐ１＝Ｓ０／Ｓ１＝  ７．０７ｍ２／０．１９６ｍｍ２  ＝  ３．６×１０７倍＝７６ｄＢと求まる。スターカプラ５１、光ファイバ５２などの挿入損失を１５ｄＢと見込めば、必要な利得は９０ｄＢとなり、これを光中継増幅器７２ａ、７２ｂにそれぞれ、利得Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３として配分すれば良い。一例としてはＧ１＝Ｇ２＝Ｇ３  ＝３０ｄＢとすれば良い。
【００３９】
本実施例によれば、中継増幅器を全て光増幅器とすることができるので、極めて高速の光通信ネットワークを構成することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の光通信光源によれば、峡帯域化されてかつ空間コヒーレンスの低い光信号を発生させることができる。
【００４１】
また、本発明の波長多重光送受信器によれば、レーザ発振を用いないで波長多重化された光信号を発生させることができる。
【００４２】
また、本発明の光増幅器によれば、厚いクラッド層を有する半導体レーザ増幅器が得られるのでコア径の大きなプラスチック光ファイバと大きな結合効率で結合する光増幅器を実現できる。
【００４３】
さらに本発明の光通信ネットワークによれば、自由空間伝送する可能性のある光信号を光増幅することができる。また、自由空間伝送する光信号が人間の目に与える悪影響を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光通信光源の原理を示す概略図である。
【図２】本発明の波長多重光送受信器の構成を示す平面図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【図４】図２の面発光型ＬＥＤ光源２６、面出射型ＡｌＧａＡｓ系量子井戸電気光学吸収変調器２７の詳細を示す断面図である。
【図５】図２の半導体レーザ光増幅器２８の構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の光通信ネットワークを示す概略図である。
【図７】図６の光増幅器７１の構成を示す概略図である。
【図８】図６の光増幅器７２の構成を示す概略図である。
【図９】図６の光通信ネットワークにおける、各光増幅器に必要な利得を見積もるための概略図である。
【図１０】本発明の基礎となる光通信ネットワークである。
【図１１】従来例の波長多重光送受信器である。
【図１２】従来例のＭＯＰＡ（Ｍａｓｔｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  Ｐｏｗｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を示す図である。
【図１３】レーザ光である信号光を光増幅器で増幅した時の光増幅器出力のスペクトラム（ａ）、およびＬＥＤ光である信号光を光増幅器で増幅した時の光増幅器出力のスペクトラム（ｂ）を示す図である。
【符号の説明】
１…自然放出光発生手段
２…光学的波長峡帯域化手段
３…光変調手段
４…光増幅手段
５…出力光
１１…基板
１２…第１のスラブ導波路
１３…第２のスラブ導波路
１４…回折格子基板
１４ａ〜１４ｂ…フレネル反射鏡
１５…受光器アレイ
１６…半導体レーザーアレイ
１７…第１の光カプラー
１８…第２の光カプラー
１９…配線用光導波路
１９ａ〜１９ｋ…配線用光導波路
２０…（出力）光ファイバー
２３…第１のスラブ導波路の共通部
２４…第１のスラブ導波路のポリクロメーター部
２５…第２のスラブ導波路の共通部
２６…面発光型ＬＥＤ光源
２７…面出射型ＡｌＧａＡｓ系量子井戸電気光学吸収変調器
２８…半導体レーザ光増幅器
３０…面発光型ＬＥＤ光源の活性層
３１…面出射型ＡｌＧａＡｓ系量子井戸電気光学吸収変調器２７の基板裏面に設けた光取り出し用のエッチング部
３２…面出射型ＡｌＧａＡｓ系量子井戸電気光学吸収変調器の活性層
３３…イオン注入層
４１…半導体レーザ光増幅器２８の液相エピタキシ（ＬＰＥ）によって形成された下部クラッド層
４２…半導体レーザ光増幅器２８の有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）あるいは分子線エピタキシ（ＭＢＥ）によって形成された活性領域
４４…半導体レーザ光増幅器２８の液相エピタキシ（ＬＰＥ）によって形成された上部クラッド層
４３…活性領域４２中の量子井戸構造の活性層
５１…相互接続可能な受動型４端子スターカプラ
５２…光ファイバ
５３…双方向性光中継増幅器
５４…自由空間伝送光と導波光とを中継する光中継増幅
５５…セル
５６…固定局（一般のサーバなど）
５７…移動局
５８…有線ネットワーク
５９…自由空間を伝搬する光信号
６１…主発振器（Ｍａｓｔｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）
６４…（パワー）光増幅器
６５…出力光７１…光ファイバ網（有線網）中の光増幅器
７２、７２ａ、７２ｂ…自由空間伝送光と導波光とを中継する光増幅器
７３…ダイクロイクックミラー
７４、７４ａ、７４…ｂ移動局
ｗ１…光導波路１９ａないし１９ｋの導波路幅
ｗ２…半導体レーザ光増幅器との結合部の導波路幅
ｈ…基板１１の厚さ
ｈｈ…移動局７４ａ、７４ｂと自由空間伝送光と導波光とを中継する光増幅器７２ａ、７２ｂとの距離
Ｐ０…移動局７４ａの送信電力
Ｐ０…自由空間伝送光と導波光とを中継する光増幅器移動局７２ｂの送信電力
Ｇ１…光増幅器７２ａの利得
Ｇ２…光増幅器７１の利得
Ｇ３…光増幅器７２ｂの利得
【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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【図１２】
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【図１３】
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