(57)【要約】【目的】  ビームスプリッタ等の、高価で精密な取り扱いを要する光学部品を用いることなく、さらに略単一波長を出力する光源を用いて、中短距離の半ニ重光通信を実現する、光通信装置を提供する。【解決手段】  一方の面発光型半導体レーザ５０１は、受信状態では、直流成分として０．５ｍＷ程度の強度で発光させている。この面発光型半導体レーザ５０１にから０．３ｍＷ程度の強い光を照射することで、発光状態を乱す。発光状態が乱れた面発光型半導体レーザ５０１の発光強度は例えば０．１ｍＷくらいにまで低下する。この発光強度の変化を光センサ５０３で受信する。また、他方の光通信装置５１１に割り込みをかける時には、一方の面発光型半導体レーザ５０１の発光強度を上げて、他方の面発光型半導体レーザ５０２の発光状態を乱すことで割り込みを伝達する。【選択図】      図５
2006196568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自局の半導体レーザと、前記自局の半導体レーザからの光の一部を受光する自局の光センサと、前記自局の光センサから信号を抽出し、かつ前記自局の半導体レーザを駆動する自局の駆動回路と、を備えた自局の光通信装置と、
前記自局の半導体レーザと光学的に結合された他局の半導体レーザと、前記他局の半導体レーザからの光の一部を受光する他局の光センサと、他局の駆動回路からなる、前記自局の光通信装置と略同一の構成をもつ他局の光通信装置を有し、
（１）前記自局の光通信装置を用いて、前記他局の光通信装置からの信号を受信する場合には、
前記他局の半導体レーザは、前記自局の半導体レーザが受ける、温度変化と経時変化による擾乱の時定数で規定される低い周波数よりも短い時定数で規定される高い周波数からなる変調信号を送信するよう駆動され、
前記自局の半導体レーザは前記自局の駆動回路を用いて、時間平均では弱いレーザ発光状態を保つよう駆動され、
前記自局の半導体レーザに、前記他局の半導体レーザから弱い光が入射された場合には、前記自局のレーザ発光状態は影響を受けず、強い光が入射された場合には、前記自局のレーザ発光状態が乱れることで、前記自局の半導体レーザの発光出力が低下する現象を用いて、前記他局の発光強度の強弱を、前記自局の半導体レーザの発光出力の強弱に反映させ、
前記他局の発光強度が弱の場合には前記自局の半導体レーザの発光出力は「弱」、前記他局の発光強度が強の場合には弱より弱い「微弱」となる前記自局の半導体レーザの発光出力を前記自局の光センサにより受けて、
前記自局の半導体レーザの発光出力の一部を受ける前記自局の光センサの出力のうち、前記他局から送られてくる変調信号の周波数未満の低周波成分は、前記自局の半導体レーザの発光強度の擾乱成分として扱い、除去するよう前記自局の半導体レーザの駆動電力を制御し、前記他局から送られてくる変調信号の周波数以上の高周波成分を前記他局の光通信装置からの信号として出力し、
（２）前記自局の光通信装置を用いて、前記他局の光通信装置からの信号を送信しているときに前記他局の光通信装置に割り込みを入れる場合には、時間平均では弱いレーザ発光状態を保つよう駆動されている受信状態から、強いレーザ発光状態に切り替えることで、前記他局の半導体レーザに「強」の信号を送信し、前記他局の半導体レーザの駆動状態が強弱信号の「弱」状態の場合に生じる「微弱」の状態にし、前記他局の光センサが「微弱」発光出力を受光した場合に、割り込みが発生したと判断し、
（３）前記自局の光通信装置を用いて、前記他局の光通信装置へ信号を送信する場合には、（１）の自局と他局とを入れ替えて実行し、
（４）前記自局の光通信装置を用いて、前記他局の光通信装置からの信号を送信しているときに前記他局に割り込みを入れる場合には、（２）の自局と他局とを入れ替えて実行する、ことを特徴とする光通信装置。
【請求項２】
前記弱状態の光強度は、前記別の光通信装置から強い光が入力された場合に生じる、前記半導体レーザの発光状態が乱される現象を用いて、前記別の光通信装置から強い光が入力された場合に、前記別の光通信装置から強い光が入力されない場合と比べ、前記弱状態よりも発光強度が低下する範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
【請求項３】
前記半導体レーザは、面発光型半導体レーザであることを特徴とする請求項１または２に記載の光通信装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の前記光通信装置を２つ備え、半ニ重通信を行なうことを特徴とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザから出射された光の一部を、光出力を所定の値に保つためのモニタ光と、光信号源として用いる光通信装置、及び光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザは、光通信などの用途に対してその活用が期待されている。特に、面発光型半導体レーザは、例えば１ｍＡ程度という低い閾値でレーザ発光が行なえることや、発光面が端面発光型半導体レーザに比べ大きく、光ファイバ等の光学系とのカップリング性が良い等の利点を有していることから、中短距離での光通信に適していると言われている。
【０００３】
面発光型半導体レーザには、レーザ発光中に光が入力された場合、発光状態が乱れ、発光強度が低下する現象が見られることが知られており、通常、面発光型半導体レーザの光学系は、外部からの光が入力されないように形成されている。
【０００４】
また、面発光型半導体レーザの駆動回路は、例えば、雰囲気温度の変化や、面発光型半導体レーザそのものが持つばらつきを補正して、光強度の時間平均値を所定の値に保つための回路構成を備えていることが必要である。
【０００５】
光強度の時間平均値を所定の値に保つために、例えば、面発光型半導体レーザからの光の一部をモニタ用の光センサに与えて得られる信号を処理して、面発光型半導体レーザを駆動する電流にフィードバックし、光センサからの光強度の時間平均値が所定の値となるよう、面発光型半導体レーザを駆動する電流を制御する回路構成が知られている。
【０００６】
この回路を用いることで、温度変化などの要因で発光強度が不安定となり易い面発光型半導体レーザの光強度の時間平均値を所定の値に保つことができ、安定した状態で外部との情報の授受を、光の強弱を用いて送受信することができる。
【０００７】
ここで、情報を授受する環境の整備に必要なコストを削減するためには、一本の光ファイバを用い、かつ単一の半導体レーザ、単一の光センサを用いて双方向通信を可能とする半ニ重通信を行なうことが有効であり、半ニ重通信を行なうために、いくつかの通信システムが提案されている。
【０００８】
例えば、特許文献１に示すように２種類の、発光波長が異なる光源と、前記２種類の光源に対応した光検出系を用いることで、半ニ重通信を一本の光ファイバで実現するシステムが知られている。
【０００９】
また、特許文献２に示すように、パケット衝突時に無線電波を用いて衝突状態を解消し、通信を復旧することで、半ニ重通信を実現するシステムが知られている。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−２４３００６号公報（第３〜８頁、図１、図１０）
【特許文献２】特開平２００２−２７１３４４号公報（第４〜６頁、図１）
【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１に記載のシステムでは、半ニ重通信を行なうために２種類の波長を持つ２種類の光源と、２種類の波長に対応した２種類の光センサを必要とするため、コストが高くなることに加え、分光器等の、光を前記光の波長毎に分離する光のバンドパスフィルタが別途必要になり、光学部品の数が増え、機械的に位置合わせを必要とする調整個所も増えるため、コスト高に加えシステムとしての信頼性が低くなる。
【００１２】
また、特許文献２に記載のシステムでは、パケット衝突時に無線電波を用いて衝突状態を解消するため、光以外に無線通信を行なうことが必要となる。そのため、距離が離れた２つの端末間では無線電波が届かなくなり、通信が行なえなくなるという問題点を有している。
【００１３】
そこで本発明は、電波等光以外の通信手段を用いず、またビームスプリッタ等の、高価で精密な取り扱いを要する光学部品を用いることなく、さらに多波長の光源を用いずに、中短距離の半ニ重光通信を実現する、光通信装置、及び光通信システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明の光通信装置は、自局の半導体レーザと、前記自局の半導体レーザからの光の一部を受光する自局の光センサと、前記自局の光センサから信号を抽出し、かつ前記自局の半導体レーザを駆動する自局の駆動回路と、を備えた自局の光通信装置と、前記自局の半導体レーザと光学的に結合された他局の半導体レーザと、前記他局の半導体レーザからの光の一部を受光する他局の光センサと、他局の駆動回路からなる、前記自局の光通信装置と略同一の構成をもつ他局の光通信装置を有し、（１）前記自局の光通信装置を用いて、前記他局の光通信装置からの信号を受信する場合には、前記他局の半導体レーザは、前記自局の半導体レーザが受ける、温度変化と経時変化による擾乱の時定数で規定される低い周波数よりも短い時定数で規定される高い周波数からなる変調信号を送信するよう駆動され、前記自局の半導体レーザは前記自局の駆動回路を用いて、時間平均では弱いレーザ発光状態を保つよう駆動され、前記自局の半導体レーザに、前記他局の半導体レーザから弱い光が入射された場合には、前記自局のレーザ発光状態は影響を受けず、強い光が入射された場合には、前記自局のレーザ発光状態が乱れることで、前記自局の半導体レーザの発光出力が低下する現象を用いて、前記他局の発光強度の強弱を、前記自局の半導体レーザの発光出力の強弱に反映させ、前記他局の発光強度が弱の場合には前記自局の半導体レーザの発光出力は「弱」、前記他局の発光強度が強の場合には弱より弱い「微弱」となる前記自局の半導体レーザの発光出力を前記自局の光センサにより受けて、前記自局の半導体レーザの発光出力の一部を受ける前記自局の光センサの出力のうち、前記他局から送られてくる変調信号の周波数未満の低周波成分は、前記自局の半導体レーザの発光強度の擾乱成分として扱い、除去するよう前記自局の半導体レーザの駆動電力を制御し、前記他局から送られてくる変調信号の周波数以上の高周波成分を前記他局の光通信装置からの信号として出力し、（２）前記自局の光通信装置を用いて、前記他局の光通信装置からの信号を送信しているときに前記他局の光通信装置に割り込みを入れる場合には、時間平均では弱いレーザ発光状態を保つよう駆動されている受信状態から、強いレーザ発光状態に切り替えることで、前記他局の半導体レーザに「強」の信号を送信し、前記他局の半導体レーザの駆動状態が強弱信号の「弱」状態の場合に生じる「微弱」の状態にし、前記他局の光センサが「微弱」発光出力を受光した場合に、割り込みが発生したと判断し、（３）前記自局の光通信装置を用いて、前記他局の光通信装置へ信号を送信する場合には、（１）の自局と他局とを入れ替えて実行し、（４）前記自局の光通信装置を用いて、前記他局の光通信装置からの信号を送信しているときに前記他局に割り込みを入れる場合には、（２）の自局と他局とを入れ替えて実行する、ことを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、自局の光センサから出力された信号を、高い周波数成分を持つ他局からの信号と、低い周波数成分を持つ、自局に起因する発光強度の擾乱成分とに分離することで、他局から送信されてきた信号と、自局の半導体レーザの自動出力調整用の信号とを一つの光センサから取り出すことができる。
【００１６】
また自局の光通信装置を用いて、他局の光通信装置からの信号を送信しているときに他局の光通信装置に割り込みを入れる場合には、時間平均では弱いレーザ発光状態を保つよう駆動されている受信状態から、強いレーザ発光状態に切り替えることで、他局の半導体レーザに「強」の信号を送信し、前記他局の半導体レーザの駆動状態が強弱信号の「弱」状態の場合に生じる「微弱」の状態にし、前記他局の光センサが「微弱」発光出力を受光した場合に、割り込みが発生したと判断させることで割り込みを行なえるため、パケット衝突を避けて半ニ重通信を行なうことが可能となる。
【００１７】
また、上記した本発明の光通信装置は、前記弱状態の光強度は、前記別の光通信装置から強い光が入力された場合に生じる、前記半導体レーザの発光状態が乱される現象を用いて、前記別の光通信装置から強い光が入力された場合に、前記別の光通信装置から強い光が入力されない場合と比べ、前記弱状態よりも発光強度が低下する範囲に設定されていることを特徴とする。
【００１８】
この弱状態の範囲であれば、別の光通信装置からの光信号の強弱が、前記半導体レーザの発光状態の乱れにより、強弱が反転した信号として得られる。
【００１９】
また、上記した本発明の光通信装置は、前記半導体レーザは、面発光型半導体レーザであることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、面発光型半導体レーザは、発光・受光領域の面積が端面発光型半導体レーザと比べ広いため、光学系の位置合わせを容易に行なうことができる。
【００２１】
また、上記した本発明の光通信システムは前記光通信装置を２つ備え、半ニ重通信を行なうことを特徴とする。
【００２２】
この構成を用いることで、上記で説明した特徴をもつ半ニ重通信を行なえる光通信システムを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。
【００２４】
＜実施形態１＞
１−１．光通信装置の光学系
図１は、本発明に係る第１の実施形態の光通信装置の光学系を模式的に示す断面図である。以下、この断面図を用いて光学的動作について説明する。
【００２５】
ステム１０３と透光板１０４からなるカンパッケージ１０７に実装された面発光型半導体レーザ１０１から発射された光は、透光板１０４を通り、集光レンズ１０５により集光されて、光ファイバ１０６に導かれる。ここで、カンパッケージ１０７を構成している透光板１０４を通る際に、面発光型半導体レーザ１０１から発射された光の一部はカンパッケージ１０７を構成している透光板１０４により反射されて、光センサ１０２に入射される。このようにして、面発光型半導体レーザ１０１から発射された光は、光ファイバ１０６と光センサ１０２に分配される。なお、光センサ１０２への入射光量を増やすためには、透光板１０４に通常のガラスよりも高い反射率を持つ誘電体多層膜等を用いても良い。また、光ファイバ１０６を通して結合される別の光通信装置の特性に合わせて、別の光通信装置との結合効率を制御するための光学的アッテネータ機能を有する材質を用いても良い。本実施形態では、透光板１０４には反射率５０％、透過率５０％程度の誘電体多層膜を用いている。
【００２６】
また、光ファイバ１０６と集光レンズ１０５との間、若しくは集光レンズと透光板１０４との間に、別の光通信装置との結合効率を制御するための光学的アッテネータ（図示せず）を挿入して外部からの光強度を調節するようにしても良い。
【００２７】
また、光ファイバ１０６と面発光型半導体レーザ１０１との光結合を集光レンズ１０５のみにより行なっているが、これはより高度な光学系、例えば非点収差等を抑えることができる組合わせレンズ（図示せず）や、非球面レンズ（図示せず）等を用いてもよい。
【００２８】
また、光センサ１０２には、フォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード、フォトトランジスタ、アバランシェフォトダイオード等を用いることができる。特にフォトダイオードを用いた場合には、光子数と略比例した線形性の高い電流信号を発生するため、光強度を正確に知ることができる。
【００２９】
また、ＰＩＮフォトダイオードを用いた場合は、フォトダイオードの線形性の高さという利点に加え、接合容量を小さくできるため、高速応答性に優れた光センサとなる。
【００３０】
また、フォトトランジスタは、フォトダイオードで得られた光電流をベース電流として、増幅した電流を供給するもので、光強度が低い場合にも大きな光電流を得ることができ、フォトトランジスタを用いることで高感度の光センサが提供可能となる。
【００３１】
また、アバランシェフォトダイオードは、フォトダイオードで得られた光電流を元に電子のなだれ現象を起こさせ、光電流を増倍させて信号を得るもので、アバランシェフォトダイオードを用いることで、高速、高感度特性を有する光センサが提供可能となる。
【００３２】
１−２．光通信装置の回路系（ＡＰＣ：自動出力制御）
図２は、図１で示された光学系を用いて、演算増幅器による電気的処理を行なうための回路図である。以下、この回路図を参照し、光センサ１０２が受信する光の直流成分を所定の値に維持するための電気的処理について説明する。
【００３３】
図１に示したように、光学ブロック１００の光センサ１０２には、面発光型半導体レーザ１０１から、カンパッケージ１０７を構成している透光板１０４により反射されてきた光が入射される。
【００３４】
光センサ１０２は受信した光強度に略比例した電流を出力する。この電流は、抵抗２０７によりオームの法則に従い、電圧信号に変換される。
【００３５】
そして、図２に示すように、電圧信号に変換された信号のうち、直流成分は、インダクタ２０６を経由してＯＰアンプ２０１の非反転入力に印加され、また信号成分はコンデンサ２０９を経由してＯＰアンプ２０８の反転入力に印加される。ＯＰアンプ２０１の反転入力には、参照電圧が印加されている。なお、外部から入力されている光の変調方式には、直流成分が十分抑圧されている８−１６変調方式等が用いられている。従って、信号の粗密による直流レベルの変動は無視できるため、外部からの信号の粗密は、ＡＰＣ動作の誤差要因とはならない。
【００３６】
ここで同図に示す回路が、面発光型半導体レーザ１０１の発光強度の直流成分を安定化させるＡＰＣ動作をしていることについて説明する。
【００３７】
ここでは、簡単化のために、外部からの光が入射されていない場合について説明するが、先に述べたように外部から注入された光信号の時間平均値が略一定値となる８−１６変調方式等を用いているため、外部からの信号の粗密がＡＰＣ動作に影響を与えることはなく、外部からの光が入射されている場合でも同様にしてＡＰＣ動作が行なわれる。
【００３８】
例えば、面発光型半導体レーザ１０１の発光強度の直流成分が周辺の温度変動等で若干増加したと仮定する。面発光型半導体レーザ１０１の発光強度の直流成分が増加すると、面発光型半導体レーザ１０１から出射されたレーザ光の一部である、透光板１０４により反射されてきた光も増加する。そのため、光センサ１０２が出力する直流電流が増え、抵抗２０７に生じる直流電圧が増加する。すると、インダクタ２０６を経由してＯＰアンプ２０１の非反転入力に加わる電圧が上昇する。
【００３９】
ＯＰアンプ２０１の非反転入力に加わる電圧が上昇するため、ＯＰアンプ２０１の出力は正方向の電圧を供給するよう動作する。
【００４０】
ＯＰアンプ２０１の出力電位が正方向になるため、負電位が与えられており、負電流で駆動されている面発光型半導体レーザ１０１に加えられる電流の絶対値は減少する。
【００４１】
そのため、面発光型半導体レーザ１０１の発光強度の直流成分もまた減少し、ＯＰアンプ２０１の反転入力に加えられた電圧と、非反転入力に加えられた電圧とが等しくなるよう動作し、変動は打ち消される。従って、面発光型半導体レーザ１０１の直流出力は温度変化等の要因を受けることなく、参照電圧によってのみ制御される、いわゆるＡＰＣ動作が実現されている。
【００４２】
１−３．光通信装置の回路系（光通信装置外部から入力された光信号の受信）
図１は、光通信装置の光学系を模式的に示す断面図であり、同図に示されるように、光センサ１０２は、面発光型半導体レーザ１０１からの光信号と、外部からの光信号とを重畳して受信し、電気信号として出力する。
【００４３】
図２は、面発光型半導体レーザをＡＰＣ動作させると共に、電気的に信号処理を行ない、外部からの強度変調された光信号を抽出するための回路図である。
【００４４】
図３は、外部からの光が与えられた場合に、光センサが出力する電流波形の時間推移を示したグラフである。
【００４５】
以下、これらの図面やグラフを用いて、外部からの光が与えられた場合に信号を抽出する方法について説明する。なお、外部からの信号がない状態では、面発光型半導体レーザ１０１は例えば０．５ｍＷで直流的にレーザ発光している状態に保持されているものとする。
【００４６】
図３（Ａ）は、光学ブロック１００の外部から光ファイバ１０６、集光レンズ１０５を経由して面発光型半導体レーザ１０１に与えられた、光強度信号を示すものである（図１参照）。
【００４７】
面発光型半導体レーザ１０１上での光強度は、弱光量状態で０．０５ｍＷ、強光量状態で０．３ｍＷである。
【００４８】
なお、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の横軸は時間であり、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）間で同期している。
【００４９】
図３（Ａ）の縦軸には、光ファイバ１０６を経由して光学ブロック１００に入り、集光レンズ１０５を経由して供給された光強度を取っており、図３上ではＬ（外部）と図示している。図３（Ｂ）の縦軸には、面発光型半導体レーザ１０１が出力するレーザの光強度を取っており、Ｌ（ＬＤ）と図示している。図３（Ｃ）の縦軸は光センサ１０２から出力される光電流強度を取っており、Ｉ（ＰＤ）と図示している。
【００５０】
弱光量状態では、面発光型半導体レーザ１０１の発光状況に与える影響は小さく、発光状態は殆ど変化しない。そのため、面発光型半導体レーザ１０１は、外部からの信号がない状態と同様に０．５ｍＷの光を出力している。
【００５１】
強光量状態では、面発光型半導体レーザ１０１の発光状況に与える影響が顕著となり、面発光型半導体レーザ１０１の発光出力は低下し、例えば０．１ｍＷにまで低下してしまう。
【００５２】
図３（Ａ）、（Ｂ）は、外部からの光の強弱によって、面発光型半導体レーザ１０１の発光出力が受ける影響の時間推移を示したグラフで、外部からの強い光を面発光型半導体レーザ１０１に入力することで、面発光型半導体レーザ１０１の光出力が低下することが図示されている。
【００５３】
図３（Ｃ）は、面発光型半導体レーザ１０１の光出力が低下することで、光センサ１０２に発生する光電流の低下の時間推移を示すグラフである。
【００５４】
以上述べたように、光通信装置２００の面発光型半導体レーザ１０１に外部からの光を入力することで、別の光強度の強弱に対応した電流出力が得られることが示される。入力された光強度が弱光量の場合は、例えば光センサ１０２の出力電流は５０μＡ、入力された光強度が強光量の場合は、１０μＡと低下するため、光通信装置２００の外部から送られてきた光信号を受信することができる。
【００５５】
１−４．光通信装置の回路系（駆動電流変調起因の光センサ出力変動の抑制）
光通信装置２００の面発光型半導体レーザ１０１に加える電流を変調し光強度を変化させると、光センサ１０２で受ける光量も変動するため、光センサ１０２の電流出力も変動する。そのため、光信号を送信している状態では、外部からの受信信号、例えば割り込み等を検知することは困難である。
【００５６】
そこで、面発光型半導体レーザ１０１に加える電流の変調に起因する光センサ１０２の電流出力の変動と、面発光型半導体レーザ１０１に加える電流とを演算して、打ち消すことが外部からの信号を検知するために必要となる。
【００５７】
以下、図２と図４を用いて、面発光型半導体レーザ１０１に加える電流の変調に起因する光センサ１０２の電流出力の変動を、面発光型半導体レーザ１０１に加えられる電流の変動を用いて打ち消す方法について説明する。
【００５８】
図４は、外部からの光が与えられた場合に、光センサが出力する電流波形の時間推移を示したグラフである。
【００５９】
図２に示されるように、光通信装置２００は、直流的な動作点を一定値に定めるためのＯＰアンプ２０１と、信号源２０４からの信号を重畳して面発光型半導体レーザ１０１を駆動している。なお、インダクタ２０２は、ＯＰアンプ２０１へ信号源２０４の信号の流入を避けるためのハイカットフィルタであり、コンデンサ２０３はＯＰアンプ２０１からの直流成分の流入を避けるためのローカットフィルタである。
【００６０】
次に、信号源２０４が発生している電流信号を可変抵抗器２０５で電圧に変換し、さらに分圧してＯＰアンプ２０８の反転入力端子に入力する。
【００６１】
図４（Ｂ）は面発光型半導体レーザ１０１の駆動電流の時間推移を示したグラフである。また、図４（Ａ）は、面発光型半導体レーザ１０１の駆動電流の時間推移を示したグラフである。
【００６２】
次に、外部からの光を入れない状態で、可変抵抗器２０５の調整を行ない、ＯＰアンプ２０８の出力に、変調出力が略現れないように調整する。この調整により、面発光型半導体レーザ１０１の交流信号となる光変調信号は、駆動電流信号との実質的な引き算（後述する）によって打ち消され、光信号として検出されなくなる。図４（Ｃ）は、この打消しを行なった後の、ＯＰアンプ２０８の出力波形であり、過渡状態での信号の乱れ以外は、ほぼ完全に打ち消しができていることが分かる。なお、抵抗２１２は、ＯＰアンプ２０８の利得を調整するものであり、この場合では利得が１０倍程度となるよう設定している。
【００６３】
このように、図２に示した、調整された光通信装置は、面発光型半導体レーザ１０１に対して交流成分の平均値が略零となる変調形式を用いた場合、電気信号を面発光型半導体レーザ１０１に加えて光強度変調をかけても、ＯＰアンプ２０８の出力には電気信号変調に起因する状態となる。
【００６４】
なお、光変調信号と、駆動電流信号との実質的な引き算とは、本実施形態の面発光型半導体レーザ１０１は負電流によって駆動されているため、負の信号が加えられると、面発光型半導体レーザ１０１を駆動する負の電流の絶対値が大きくなり、面発光型半導体レーザ１０１の光出力が増加するという負論理で動作している。従って、抵抗２１０、２１１により光強度と、駆動電流との比例係数Ｋを与えた足し算（図４（Ｃ）または（Ｅ）の縦軸Ｉ（ＰＤ）＋ＫＩ（ＬＤ）に相当）を行なうことで、光強度と、駆動電流との実質的な引き算が行なわれることを示している。
【００６５】
１−５．光通信装置の回路系（割り込み信号の検知）
光通信装置２００が、外部に信号を送信している状態にある場合に、外部からの要求に応じ、送信を一旦中断して、光通信装置２００を受信状態に移すために、割り込みという動作を行なうことが必要となる。
【００６６】
ここで、割り込みについて図２と図４を用いて説明する。
【００６７】
なお、１−４．で示したように、信号源２０４から電気信号を与えて面発光型半導体レーザ１０１に電気信号変調をかけても、ＯＰアンプ２０８の出力には電気信号変調に起因する信号が現れないように調整されており、光通信装置２００は外部に対して光信号を送信しているものとする。
【００６８】
入力光がない、あるいは入力光が小さい状態、例えば０．０５ｍＷ程度の光量では、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、面発光型半導体レーザ１０１の駆動電流変動に伴う光信号は抑圧されて、ＯＰアンプ２０８からの出力としては出力されない。
【００６９】
これに対して、入力光が大きい状態、例えば０．３ｍＷ程度の光量では、面発光型半導体レーザ１０１の光出力がデジタル信号の「高」レベルに対応する、３ｍＷ程度と大きい状態ではあまり影響を受けないが、光出力がデジタル信号の「低」レベルに対応する、０．５ｍＷ程度と小さい状態では影響を受け、図４（Ｄ）の点線で示されている波形が出力される。なお、デジタル信号の「低」レベルの光強度と、信号受信を行なう光強度を、入力された光強度に対し感度が高い、同じ値にしておくことで、ＳＮ比に優れた光通信装置２００が得られる。
【００７０】
図４（Ｄ）の実線は、入力光が小さい状態での波形を重ね書きしたもので、点線と実線の差分だけ打ち消しが掛からず、図４（Ｅ）の波形がＯＰアンプ２０８の入力電流波形として出力されるため、外部から強い入力光があったことを認知することができる。なお、ＯＰアンプ２０８の出力はこの入力電流波形と抵抗２１２の値とを掛け合わせて、符号を反転させた値が出力される（図示せず）。
【００７１】
なお、本実施形態では、受信側の時間平均値の光強度を０．５ｍＷとしたが、この数値に限定するものではなく、外部からの光を受光する場合に、外部からの光が強状態の場合、面発光型半導体レーザ１０１の光出力が低下する条件範囲であればよい。
【００７２】
以下に、実施形態１の効果について記述する。
【００７３】
（１）受信側での面発光型半導体レーザ１０１の時間平均値の光強度は１−２．で示したように、ＡＰＣを用いて０．５ｍＷ程度の弱状態に保たれる。また、１−３．で示したように、面発光型半導体レーザ１０１に外部から光を入力した場合に、面発光型半導体レーザ１０１の光強度が弱状態よりも弱くなる現象を用いることで、ＡＰＣ動作と独立して外部からの光信号を受信することとなるため、一つの光センサ１０２のみを用いて、ＡＰＣ動作と外部からの光信号の受信を同時に行なうことができる。
【００７４】
（２）面発光型半導体レーザ１０１の発光領域は端面発光型半導体レーザと比べ広いため、光学系の位置合わせを容易に行なうことができる。
【００７５】
（３）光センサ１０２により検出された光強度信号から、面発光型半導体レーザ１０１を駆動している電流値に比例係数をかけた値を打ち消すことで、光強度信号から面発光型半導体レーザ１０１の駆動電流分を取り除くことができ、外部から入射された光信号のみを分離して検出することができる。
【００７６】
（４）面発光型半導体レーザ１０１が光強度変調を行なっている送信状態でも、外部から強い光信号、例えば面発光型半導体レーザ１０１の光学面を通して光が入射されると、面発光型半導体レーザ１０１の発光状態が、強弱信号の「弱」の場合には、光出力が減少する現象が生じるため、面発光型半導体レーザ１０１が光の強弱信号を送信している状態でも、割り込み信号が送信されてきていることを認識することができる。
【００７７】
＜実施形態２＞
２−１．半ニ重通信を行なうための光通信システム（双方受信待ち状態）
次に、１−１．〜１−５．で説明された光通信装置を用いて、半ニ重通信を行なうための光通信システムについて説明する。この光通信システムは、図５に示すように光通信装置２００を２つ使用して、双方共に送受信を行なえるよう配置されている。また、双方を区別するため、別の番号を改めて与えている。
【００７８】
光通信装置５１０（２００）では、面発光型半導体レーザ５０１から出力された光は、透光板５０７により一部が反射されて光センサ５０３に入力される。透光板５０７を透過した光は、集光レンズ５０５を通して光ファイバ５０９に入力される。なお、光通信装置５１１（２００）でも同様の動作が行なわれ、面発光型半導体レーザ５０２から出力された光は、透光板５０８により一部が反射されて光センサ５０４に入力される。透光板５０８を透過した光は、集光レンズ５０６を通して光ファイバ５０９に入力される。
【００７９】
まず、光通信装置５１０、５１１が共に信号を送信していない場合には、面発光型半導体レーザ５０１、５０２共に弱強度で発光している状態で保持される。この場合、互いのレーザ光が他方のレーザ発光に干渉しないよう、光結合効率を適当な値、例えば１０％程度とする構造が必要となる。本実施形態では、透光板５０７、５０８の反射率を５０％程度に設定している。光通信装置５１０の面発光型半導体レーザ５０１から発せられた光のうち５０％は透光板５０７を通り、光ファイバ５０９を経由して、透光板５０８を通り、光通信装置５１１の面発光型半導体レーザ５０２に送られる。このような光路を通るため、透光板５０７、透光板５０８での反射ロスで５０％×５０％＝２５％に光強度が減衰する。この他に、例えば光ファイバ５０９との結合ロス等も加わるため、光学系の設計とも強く依存するが、本実施形態の光学系では、透光板５０７、透光板５０８の反射率を５０％とすることで面発光型半導体レーザ５０１と面発光型半導体レーザ５０２間の光結合効率を１０％程度としている。
【００８０】
なお、ここでは、光結合効率を１０％程度としたが、これは一例を示しているもので、１０％程度という値に限定するものではなく、例えば面発光型半導体レーザ５０１、５０２の構造等の変形により、１％以下の結合効率や３０％以上の結合効率が適切な場合もある。
【００８１】
また、面発光型半導体レーザ５０１、５０２の弱強度状態での光出力の適正値は、面発光型半導体レーザ５０１、５０２の構造等により異なるが、例えば０．５ｍＷ程度の値を選ぶことができる。
【００８２】
次に、光通信装置５１０が光信号の送信を開始する場合、光通信装置５１０の面発光型半導体レーザ５０１は、送信信号に呼応した強強度状態の光と弱強度状態の光とを光ファイバ５０９を経由して、光通信装置５１１の面発光型半導体レーザ５０２に光信号が伝達される。
【００８３】
面発光型半導体レーザ５０１と面発光型半導体レーザ５０２との光結合効率が１０％程度であることから、光通信装置５１０の面発光型半導体レーザ５０１が０．５ｍＷ程度の弱強度状態の場合には、面発光型半導体レーザ５０２には、実質的には０．０５ｍＷ程度の光が入射されることとなる。この場合、面発光型半導体レーザ５０２に加えられる光量が小さいため、面発光型半導体レーザ５０２の発光状況に与える影響が少なく、光通信装置５１１の面発光型半導体レーザ５０２の発光状態は変化しない。
【００８４】
２−２．半ニ重通信を行なうための光通信システム（双方受信待ち状態から送信・受信状態への変更）
続けて、光通信装置５１０を送信側、光通信装置５１１を受信側とした場合の動作について説明する。
【００８５】
まず、光通信装置５１０の面発光型半導体レーザ５０１を例えば３ｍＷ程度の強強度状態と、０．５ｍＷ程度の弱強度状態の２値を用いて通信用の信号を送信する。送信側の信号出力が弱強度状態にあたる０．５ｍＷ程度の場合では２−１．で述べたように、面発光型半導体レーザ５０２の発光状況に与える影響は少なく、発光状態は変化しない。
【００８６】
次に、面発光型半導体レーザ５０１が３ｍＷ程度の強強度状態で駆動される場合、面発光型半導体レーザ５０２には、実質的には０．３ｍＷ程度の光が入射されることとなる。この場合は面発光型半導体レーザ５０２に加えられる光量が大きいため、面発光型半導体レーザ５０２の発光状況に影響を及ぼし、光通信装置５１１の面発光型半導体レーザ５０２の発光状態を変化させ、面発光型半導体レーザ５０２のレーザ光出力は減衰する。
【００８７】
入射光量が少ない場合には、面発光型半導体レーザ５０２の発光強度は殆ど変化せず、例えば０．５ｍＷ程度の光を出力している。
【００８８】
入射光量が大きい場合には、面発光型半導体レーザ５０２の発光強度は大きく減衰し、例えば０．１ｍＷ程度の光量にまで減衰した光を出力してくる。
【００８９】
そのため、入射光量が大きい場合には「低」の信号を出力し、入射光量は小さい場合には「高」の信号を出力するインバータとして、この光通信システムは機能する。図３（Ａ）は、面発光型半導体レーザ５０２に入力された光量の時間推移を示し、図３（Ｃ）は、面発光型半導体レーザ５０２の出力を受信した光センサ５０４の出力電流の時間推移を示したグラフである。図３に示すように、双方受信待ち状態から送信・受信状態に推移できることが分かる。
【００９０】
なお、送信・受信状態から、双方受信待ち状態に推移するためには、送信を打ち切ることのみで実現できるため、説明は割愛する。
【００９１】
２−３．半ニ重通信を行なうための光通信システム（送信・受信状態に割り込みを入れて、受信・送信状態に変更）
続けて、光通信装置５１０を送信側、光通信装置５１１を受信側とし、光通信装置５１１から光通信装置５１０に割り込みを入れて、光通信装置５１０を受信側、光通信装置５１１を送信側に切り替えるための動作について説明する。
【００９２】
まず、２−２．に示したように、送信側の光通信装置５１０の面発光型半導体レーザ５０１は３ｍＷ程度の強状態の光強度と、０．５ｍＷ程度の弱状態の光強度との２値を用いて通信用の信号を送信し、受信側の光通信装置５１１の面発光型半導体レーザ５０２は、直流的には０．５ｍＷ程度の弱状態の光強度を保っており、送信側の光通信装置５１０からの信号を受信している。
【００９３】
この状態で、受信側の光通信装置５１１から信号送信をするための割り込み要求は、受信側の光通信装置５１１の面発光型半導体レーザ５０２の出力を０．５ｍＷから３ｍＷに上昇させることで行なえる。
【００９４】
以下に、割り込み信号を伝える場合の光通信装置５１０、５１１の動作について説明する。１−５．で説明したように、受信側の光通信装置５１１の面発光型半導体レーザ５０２の出力を０．５ｍＷから３ｍＷに上昇させると、面発光型半導体レーザ５０１の光出力が３ｍＷ程度の強強度状態ではあまり変動はないが、０．５ｍＷ程度の弱強度状態では、面発光型半導体レーザ５０１の光出力は低下し、例えば０．１ｍＷ程度にまで低下する。弱強度状態での光出力変動は、１−５．で説明したように検出され、光通信装置５１０は光通信装置５１１から割り込み要求が送られたことを感知する。
【００９５】
割り込み要求を感知した後、光通信装置５１０は、送信を停止するための処置を行ない、光通信装置５１１に送信停止信号を送った後、受信状態に入る。そして、送信停止信号を受け取った光通信装置５１１は、光信号の送信を開始する。
【００９６】
このように、本発明の光通信システムを用いることで、単一波長の面発光型半導体レーザ５０１、５０２と、一本の光ファイバ５０９を用いて半ニ重通信を実現することができる。
【００９７】
なお、本実施形態では、図２に示す回路を用いてハードウェア的に面発光型半導体レーザ１０１の駆動電流と光センサ１０２からの出力電流を演算したが、これは、例えばＡＤ変換を施して、ソフトウェア的に処理を行なってもよい。この場合、信号処理を行なう際に、例えば遅れ時間などを加味して処理することも可能となり、より複雑な信号処理が可能となる。
【００９８】
以下に、実施形態２の効果について記述する。
【００９９】
（１）同一の構成をもつ光通信装置５１０、５１１を２つ備えることで、上記で説明した特徴をもつ半ニ重通信を行なえる光通信システムが形成される。そのため、各々別の構造を持つ光通信装置を用いて光通信システムを構築する場合と比べ、量産性に優れた光通信システムが得られる。
【０１００】
（２）受信状態にある光通信装置５１１の面発光型半導体レーザ５０２の出力を０．５ｍＷから３ｍＷに上昇させることで割り込みを行なうため、複数の光ファイバや、同軸ケーブル、波長の異なる半導体レーザ等を用いずに割り込みを行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】光通信装置の光学系を模式的に示す断面図。
【図２】演算増幅器による電気的処理を行なうための回路図。
【図３】光センサが出力する電流波形の時間推移図。
【図４】強い光が照射された場合に光センサが出力する電流波形の時間推移図。
【図５】光通信装置２００を２つ使用して得られた光通信システムを示す概略図。
【符号の説明】
【０１０２】
１００…光学ブロック、１０１…半導体レーザとしての面発光型半導体レーザ、１０２…光センサ、１０３…ステム、１０４…透光板、１０５…集光レンズ、１０６…光ファイバ、１０７…カンパッケージ、２００…光通信装置、２０１…ＯＰアンプ、２０２…インダクタ、２０３…コンデンサ、２０４…信号源、２０５…可変抵抗器、２０６…インダクタ、２０７…抵抗、２０８…ＯＰアンプ、２０９…コンデンサ、２１０……抵抗、２１１…抵抗、２１２…抵抗、５０１…面発光型半導体レーザ、５０２…面発光型半導体レーザ、５０３…光センサ、５０４…光センサ、５０５…集光レンズ、５０６…集光レンズ、５０７…透光板、５０８…透光板、５０９…光ファイバ、５１０…光通信装置、５１１…光通信装置。
【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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