(57)【要約】【課題】光クロストークが十分に抑制された高い通信品質の一芯双方向光通信が可能な、低コストかつ小型の光通信システム及び光通信システムの製造方法を提供すること。【解決手段】本発明は、光ファイバ１０１を介して光送受信モジュール１０２及び光送受信モジュール１０３が接続されている。光送受信モジュール１０２はＶＣＳＥＬ１０４及びＰＤ１０５を有し、光送受信モジュール１０３はＶＣＳＥＬ１０６及びＰＤ１０７を有する。ＶＣＳＥＬ１０４及びＶＣＳＥＬ１０６はＤＢＲ１１２を有する。ＶＣＳＥＬ１０４のＤＢＲ１１２では、ＶＣＳＥＬ１０４で発生する信号光は反射され、ＶＣＳＥＬ１０６から入射する信号光は透過してＰＤ１０５に入射する。ＶＣＳＥＬ１０６のＤＢＲ１１２では、ＶＣＳＥＬ１０６で発生する信号光は反射され、ＶＣＳＥＬ１０４から入射する信号光は透過してＰＤ１０７に入射する。【選択図】図１
2011053520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の信号光を送信し、前記第１の信号光とは異なる波長の第２の信号光を受信する第１の光送受信モジュールと、
前記第２の信号光を送信し、前記第１の信号光を受信する第２の光送受信モジュールと、
前記第１の光送受信モジュールと前記第２の光送受信モジュールとを光学的に接続する単一の光導波路と、を備え、
前記第１の光送受信モジュールは、
前記第２の信号光を受光する第１の受光素子と、
前記光導波路と前記第１の受光素子との間に配置され、前記第１の信号光が出射される第１の発光素子と、を備え、
前記第２の光送受信モジュールは、
前記第１の信号光を受光する第２の受光素子と、
前記光導波路と前記第２の受光素子との間に配置され、前記第２の信号光が出射される第２の発光素子と、を備え、
前記第１の発光素子は、前記第１の信号光を反射し、前記第２の信号光を透過させる第１の反射鏡を備え、
前記第２の発光素子は、前記第２の信号光を反射し、前記第１の信号光を透過させる第２の反射鏡を備え、
前記第１の受光素子は、前記第１の反射鏡を介して前記第２の信号光を受光し、
前記第２の受光素子は、前記第２の反射鏡を介して前記第１の信号光を受光する、光通信システム。
【請求項２】
前記単一の光導波路はマルチモード型である、
請求項１に記載の光通信システム。
【請求項３】
前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子は面型発光素子である、
請求項１または２に記載の光通信システム。
【請求項４】
前記単一の光導波路は単芯かつ一本の光ファイバである、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光通信システム。
【請求項５】
前記第１の反射鏡及び前記第２の反射鏡はストップバンドを有し、
前記第２の信号光の波長は、前記第１の反射鏡のストップバンドの外側に位置し、
前記第１の信号光の波長は、前記第２の反射鏡のストップバンドの外側に位置する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光通信システム。
【請求項６】
前記第１の発光素子は、前記光導波路と前記第１の反射鏡との間に配置され、ストップバンドを有する第３の反射膜を更に備え、
前記第２の発光素子は、前記光導波路と前記第２の反射鏡との間に配置され、ストップバンドを有する第４の反射膜を更に備え、
前記第３の反射鏡のストップバンド中心波長は、前記第１の反射鏡のストップバンド中心波長よりも、前記第２の信号光の波長に近く、
前記第４の反射鏡のストップバンド中心波長は、前記第２の反射鏡のストップバンド中心波長よりも、前記第１の信号光の波長に近い、
請求項５に記載の光通信システム。
【請求項７】
前記第１の受光素子は、当該第１の受光素子の表面上に形成され、前記第１の発光素子から出射される前記第１の信号光を反射する反射膜を備え、
前記第２の受光素子は、当該第２の受光素子の表面上に形成され、前記第２の発光素子から出射される前記第２の信号光を反射する反射膜を備える、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光通信システム。
【請求項８】
前記第１の受光素子は、当該第１の受光素子の表面上に形成され、前記第１の発光素子から出射される前記第１の信号光を吸収する吸収膜を備え、
前記第２の受光素子は、当該第２の受光素子の表面上に形成され、前記第２の発光素子から出射される前記第２の信号光を吸収する吸収膜を備える、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光通信システム。
【請求項９】
前記第１の受光素子において、前記第１の発光素子から出射される前記第１の信号光が入射する部分は光応答性を有さず、
前記第２の受光素子において、前記第２の発光素子から出射される前記第２の信号光が入射する部分は光応答性を有さない、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光通信システム。
【請求項１０】
前記第１の受光素子は、前記第１の発光素子から出射される前記第１の信号光が、当該第１の受光素子の受光部の中央に入射することのないように配置され、
前記第２の受光素子は、前記第２の発光素子から出射される前記第２の信号光が、当該第２の受光素子の受光部の中央に入射することのないように配置される、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光通信システム。
【請求項１１】
前記第１の受光素子および前記第２の受光素子はシリコンからなる、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光通信システム。
【請求項１２】
前記第１の発光素子および前記第２の発光素子の発光波長は８７０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光通信システム。
【請求項１３】
第１の信号光が出射される第１の発光素子と、前記第１の信号光と波長の異なる第２の信号光を受光する第１の受光素子と、を第１の光送受信モジュールに搭載する工程と、
前記第２の信号光が出射される第２の発光素子と、前記第１の信号光を受光する第２の受光素子と、を第２の光送受信モジュールに搭載する工程と、
前記第１の光送受信モジュールと前記第２の光送受信モジュールとを単一の光導波路で光学的に接続する工程と、を備え、
前記第１の発光素子は、前記第１の信号光を反射し、前記第２の信号光を透過させる第１の反射鏡を備え、
前記第２の発光素子は、前記第２の信号光を反射し、前記第１の信号光を透過させる第２の反射鏡を備え、
前記第１の受光素子は、前記第１の反射鏡を介して前記第２の信号光を受光し、
前記第２の受光素子は、前記第２の反射鏡を介して前記第１の信号光を受光する、光通信システムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システム及び光通信システムの製造方法に関し、特に一芯双方向の光通信に適用される光通信システム及び光送受信システムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信は、伝送路である光ファイバでの損失及び信号歪が小さいので、長距離かつ高速通信が可能である。そのため、現在の情報通信システムを支える基幹通信網において、光通信は広く用いられている。また、光ファイバは電気ケーブルに比べて細径かつ軽量であり、さらに電磁波の放射が無いという特長を有する。よって、近年、携帯電話内や車載ネットワークなどのような、配線の省スペース化や他の電子機器への影響の抑制が求められる用途への適用が検討されている。こうした用途においては、省スペース化及び低コスト化のため、一芯の光ファイバを用いた双方向の光通信（以下、一芯双方向光通信と表記）を行うことが望まれている。この一芯双方向光通信を実現する方法として、幾つかの方式が提案されている。
【０００３】
例えば、非特許文献１では、２波長を用いた光通信システムが提案されている。図１１は、非特許文献１に開示されている光通信システム５００の構成を模式的に示す平面図である。光通信システム５００は、一芯双方向光通信モジュール５０２と一芯双方向光通信モジュール５０３とが光ファイバ５０１を介して接続されている。一芯双方向光通信モジュール５０２は、発振波長８５０ｎｍの面発光レーザ（以下ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）５０４が合分波器５１０に光学的に接続されている。また、フォトダイオード（以下ＰＤ：Photo Diode）５０５が、光カットフィルタ５０８を介して合分波器５１０と光学的に接続されている。一芯双方向光通信モジュール５０３は、発振波長８０５ｎｍのＶＣＳＥＬ５０６が合分波器５１１に光学的に接続されている。また、ＰＤ２０７が、光カットフィルタ５０９を介して合分波器５１０と光学的に接続されている。この光通信システム５００では、光路５２０に示す経路で光が往還する。
【０００４】
ところで、一芯双方向光通信においては、一般に光クロストークを低減することが重要となる。これは、例えば、ＶＣＳＥＬ５０４からの信号光の一部が光ファイバ５０１の端面で反射され、その反射光が、例えばＰＤ５０５などの受光器に入射することによって生じる。この反射光は光ファイバからの光信号に対する雑音となり、伝送品質が劣化するためである。
【０００５】
光通信システム５００では、波長選択性を有する光カットフィルタ５０８及び光カットフィルタ５０９が、それぞれＰＤ５０５及びＰＤ５０７の前に設けられている。光カットフィルタ５０８は波長８５０ｎｍの光の透過を阻止する。また、光カットフィルタ５０９は波長８０５ｎｍの光の透過を阻止する。すなわち、これらの光カットフィルタは、光ファイバからの入射光は通過させるが、同じモジュール内のＶＣＳＥＬからの光は反射する。これにより、光クロストークを防ぐことが可能である。
【０００６】
この他にも、２波長を用いた光通信システムが特許文献１〜３に開示されている。
【０００７】
一方、非特許文献２では、１波長のみで一芯双方向光通信を行うシステムが提案されている。本構成によれば、光フィルタや光導波路による合分波器を用いないため、小型で安価なモジュールを実現できるとしている。本構成では、光クロストークを防ぐために、ＶＣＳＥＬから光ファイバへの入射光に角度をつけている。すなわち、光ファイバからＰＤに入射する光の光軸と、ＶＣＳＥＬから光ファイバに入射する光の光軸をずらすことにより、光ファイバ端面で反射された光がＰＤに入る割合を減少させ、光クロストークの低減を図っている。
【０００８】
また、特許文献４には、電磁結合に起因する送受信間のクロストークを低減する、光通信システムに用いられる送受信フォトニックＩＣが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−１９１１２５号公報
【特許文献２】特開平１１−３０５０７８号公報
【特許文献３】特開２００４−２００３６６号公報
【特許文献４】特開平１１−４０４６号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】田中聡、外２名、「組付けの簡易化を図った一芯双方向光通信モジュール」、電子情報通信学会総合大会、２００８年、Ｃ−３−８５
【非特許文献２】川合裕輝、外３名、「フィルタレス一芯双方向光通信モジュール」、電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、２００８年、Ｃ−３−６
【非特許文献３】Connie J. Chang-Hasnain et al., "High-Contrast Grating VCSELs", IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, 2009, vol.15, no.3, p869-878.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
非特許文献１で提案された光通信システムは、コストの高い光フィルタ及び光合分波器を使用しなければならない。そのため、システム全体のコストが高く、また小型化が難しいという欠点がある。
【００１２】
特許文献１及び特許文献４では、各モジュールが送信および受信する光の波長の大小関係に応じて、光ファイバ、ＬＤ（Laser Diode）及びＰＤの配置を変更する必要がある。そのため、光ファイバの両端でそれぞれ異なる構成の光送受信モジュールや送受信フォトニックＩＣを用意しなくてはならないので、コスト増加に繋がる。
【００１３】
特許文献２及び特許文献３でも、上記と同様に光ファイバ両端でモジュール構成を変える必要がある。光ファイバとＰＤとの間にＬＤを配置した光送受信モジュールにおいて、ＬＤの発振波長をλ１、ＰＤの受光波長をλ２とすると、λ１＜λ２である場合には、入射した波長λ２の光は、ＬＤを透過してＰＤに到達する。これに対し、λ１＞λ２である場合には、入射した波長λ２の光は、ＬＤで吸収されてしまい、ＰＤには十分に到達しない。よって、後者の場合には光送受信モジュールとしては機能しなくなるため、構成の変更が必要となる。
【００１４】
非特許文献２で提案された光通信システムは、光フィルタ及び光合分波器などの高コスト部材を使用しておらず、小型化も可能である。しかし、本構成では、光クロストーク抑制が十分ではないという欠点がある。すなわち、ＶＣＳＥＬから光ファイバへの入射光の角度を大きくするほど光クロストークは抑制できるものの、ＶＣＳＥＬから光ファイバへの光結合効率は低くなる。つまり、光クロストーク抑制と光結合効率向上とはトレードオフの関係である。そのため、光通信システムにおいては、一定以上の光結合効率が必要となるため、の光クロストークを十分に抑制することが出来ない。従って、本構成では、送信側のＶＣＳＥＬをＯＮした場合、ＯＦＦの場合に比べて大きなパワーペナルティが生じる。
【００１５】
よって、上述のいずれの構成によっても、光クロストークを十分に抑制して高い通信品質を確保しつつ、低コスト化及び小型化を実現できる光通信システムを得ることはできない。
【００１６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、光クロストークが十分に抑制された高い通信品質での一芯双方向光通信が可能な、低コストかつ小型の光通信システム及び光通信システムの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一態様である光通信システムは、第１の信号光を送信し、前記第１の信号光とは異なる波長の第２の信号光を受信する第１の光送受信モジュールと、前記第２の信号光を送信し、前記第１の信号光を受信する第２の光送受信モジュールと、前記第１の光送受信モジュールと前記第２の光送受信モジュールとを光学的に接続する単一の光導波路と、を備え、前記第１の光送受信モジュールは、前記第２の信号光を受光する第１の受光素子と、前記光導波路と前記第１の受光素子との間に配置され、前記第１の信号光が出射される第１の発光素子と、を備え、前記第２の光送受信モジュールは、前記第１の信号光を受光する第２の受光素子と、前記光導波路と前記第２の受光素子との間に配置され、前記第２の信号光が出射される第２の発光素子と、を備え、前記第１の発光素子は、前記第１の信号光を反射し、前記第２の信号光を透過させる第１の反射鏡を備え、前記第２の発光素子は、前記第２の信号光を反射し、前記第１の信号光を透過させる第２の反射鏡を備え、前記第１の受光素子は、前記第１の反射鏡を介して前記第２の信号光を受光し、前記第２の受光素子は、前記第２の反射鏡を介して前記第１の信号光を受光するものである。
【００１８】
本発明の一態様である光通信システムの製造方法は、第１の信号光が出射される第１の発光素子と、前記第１の信号光と波長の異なる第２の信号光を受光する第１の受光素子と、を第１の光送受信モジュールに搭載する工程と、前記第２の信号光が出射される第２の発光素子と、前記第１の信号光を受光する第２の受光素子と、を第２の光送受信モジュールに搭載する工程と、前記第１の光送受信モジュールと前記第２の光送受信モジュールとを単一の光導波路で光学的に接続する工程と、を備え、前記第１の発光素子は、前記第１の信号光を反射し、前記第２の信号光を透過させる第１の反射鏡を備え、前記第２の発光素子は、前記第２の信号光を反射し、前記第１の信号光を透過させる第２の反射鏡を備え、前記第１の受光素子は、前記第１の反射鏡を介して前記第２の信号光を受光し、前記第２の受光素子は、前記第２の反射鏡を介して前記第１の信号光を受光するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光クロストークが十分に抑制された高い通信品質での一芯双方向光通信が可能な、低コストかつ小型の光通信システム及び光通信システムの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１にかかる光通信システムの構成を示す平面図である。
【図２】実施の形態１にかかるＶＣＳＥＬの構造を示す断面図である。
【図３Ａ】実施の形態１にかかるＶＣＳＥＬのＤＢＲにおける反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図３Ｂ】実施の形態１にかかるＶＣＳＥＬのＤＢＲにおける反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図４】実施の形態２にかかる光通信システムの構成を示す平面図である。
【図５】実施の形態２にかかるＶＣＳＥＬの構造を示す断面図である
【図６】実施の形態２にかかる光送受信モジュールの構造を示す断面図である。
【図７】実施の形態２にかかるＰＤの斜視図である。
【図８】実施の形態３にかかる光通信システムの構成を示す平面図である。
【図９】実施の形態３にかかる光通信システムの変形例の構成を示す平面図である。
【図１０】実施の形態４にかかるＶＣＳＥＬのＤＢＲにおける反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図１１】非特許文献１にかかる光通信システムの構成を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。以下では、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明については省略する。
【００２２】
実施の形態１
まず、実施の形態１にかかる光通信システムの構成について説明する。図１は、本実施の形態にかかる光通信システム１００の構成を示す平面図である。図１に示すように、単一かつ一芯の光ファイバ１０１の両端を介して、光送受信モジュール１０２及び光送受信モジュール１０３が光学的に接続されている。光送受信モジュール１０２は、ＶＣＳＥＬ１０４及びＰＤ１０５を有する。光送受信モジュール１０３は、ＶＣＳＥＬ１０６及びＰＤ１０７を有する。ここで、ＶＣＳＥＬ１０４で発生する信号光の発振波長は９８０ｎｍであり、ＶＣＳＥＬ１０６で発生する信号光の発振波長は９１０ｎｍである。ここで、光ファイバ１０１は、マルチモード型の光ファイバを使用している。
【００２３】
続いて、ＶＣＳＥＬの構造について説明する。図２は、ＶＣＳＥＬ１０４の構造を示す断面図である。なお、ＶＣＳＥＬ１０４とＶＣＳＥＬ１０６とは、信号光の発振波長の違いに対応して僅かに各層の厚さなどが異なるものの、基本的な構造は同じであるので、以下のＶＣＳＥＬ１０４についての説明をもってＶＣＳＥＬ１０６の説明を兼ねる。
【００２４】
ＶＣＳＥＬ１０４は、半導体基板１１１上にＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）１１２及び活性層を含む共振部１１３が順に形成されている。共振部１１３の上部には、酸化層からなる電流狭窄層１１６が形成されている。その上には、ＤＢＲ１１４が形成されている。共振部１１３、電流狭窄層１１６及びＤＢＲ１１４は、半径約２０μｍの円筒状のメサ型構造１１５として成形されている。メサ型構造１１５の上部には、電極である金属膜１１７が形成されている。また、露出したＤＢＲ１１２上の一部には、電極１１８が形成されている。
【００２５】
鏡面研磨された半導体基板１１１の下面には、反射防止膜１１９が形成されている。反射防止膜１１９は、ＶＣＳＥＬ１０４から出射される波長９８０ｎｍの信号光およびＶＣＳＥＬ１０６から出射される波長９１０ｎｍの信号光のいずれに対しても反射率が低くなるように形成される。同様に、ＶＣＳＥＬ１０６における反射防止膜１１９も、波長９１０ｎｍおよび９８０ｎｍのいずれの光に対しても反射率が低くなるように形成される。
【００２６】
ＶＣＳＥＬ１０４及びＶＣＳＥＬ１０６は、電流狭窄層１１６近傍の活性層でレーザ光が発生し、そのレーザ光は半導体基板１１１の下面側から信号光として出射される。すなわち、ＶＣＳＥＬ１０４及びＶＣＳＥＬ１０６は、いわゆる裏面出射型の素子である。
【００２７】
続いて、光通信システム１００の製造方法について説明する。まず、光送受信モジュール１０２にＶＣＳＥＬ１０４及びＰＤ１０５を搭載し、光送受信モジュール１０３にＶＣＳＥＬ１０６及びＰＤ１０７を搭載する。そして、光ファイバ１０１により、光送受信モジュール１０２と光送受信モジュール１０３とを光学的接続して、光通信システム１００が作製される。
【００２８】
続いて、光通信システム１００における光クロストーク抑制の原理について説明する。図３Ａは、ＶＣＳＥＬ１０４のＤＢＲ１１２における反射率の波長依存性を示すグラフである。ＶＣＳＥＬ１０４のＤＢＲ１１２では、図３Ａに示すように、ＶＣＳＥＬ１０４の発振波長である９８０ｎｍはストップバンド内に入っており、９９％以上の高い反射率を有している。一方、ＶＣＳＥＬ１０６の発振波長である９１０ｎｍはストップバンドの外にあるので、その反射率は低い。このため、ＤＢＲ１１２は光フィルタとして機能する。
【００２９】
図１に示すように、光通信システム１００では、光ファイバ１０１、ＶＣＳＥＬ１０４、ＰＤ１０５が直列に配置されている。よって、ＶＣＳＥＬ１０４から出射された信号光は、マルチモード型の光ファイバ１０１を通じて光送受信モジュール１０３に入射する。光ファイバ１０１はマルチモード型の光ファイバであるので、光ファイバ１０１から出射される信号光のビーム径は大きくなり、ビーム径範囲はメサ型構造１１５よりも大きくなる。よって、光ファイバ１０１から出射される信号光の一部は金属膜１１７に遮られることなく、ＶＣＳＥＬ１０４のＤＢＲ１１２にも直接入射することができる。これは、例えばシングルモード型の光ファイバの使用を前提としている特許文献２の光送受信モジュールまたは特許文献４に記載の送受信フォトニックＩＣでは実現できない、本発明特有の効果である。
【００３０】
一方、ＶＣＳＥＬ１０４から出射された信号光の一部は光ファイバ１０１の光送受信モジュール１０３側の端面で反射されて、光送受信モジュール１０２側への戻り光となり、ＶＣＳＥＬ１０４に照射される。この戻り光の波長は９８０ｎｍであるので、ＶＣＳＥＬ１０４のＤＢＲ層１１２で反射され、ＰＤ１０５には到達しない。一方、光送受信モジュール１０３のＶＣＳＥＬ１０６から出射された信号光は、光ファイバ１０１を通じて光送受信モジュール１０２に入射する。この信号光の波長は９１０ｎｍであるので、ＶＣＳＥＬ１０４のＤＢＲ層１１２を通過して、ＰＤ１０５に入射する。
【００３１】
つまり、ＶＣＳＥＬ１０４のＤＢＲ層１１２は光フィルタとして機能し、ＶＣＳＥＬ１０４から出射された信号光に起因する戻り光の大部分の入射を阻止し、通信相手である光送受信モジュール１０３のＶＣＳＥＬ１０６から出射された信号光の大部分を通過させる。これにより、光クロストークを抑制することが可能となる。
【００３２】
さらに、光送受信モジュール１０２は金属膜１１７が形成されていることにより、ＶＣＳＥＬ１０４の活性層で発生した波長９８０ｎｍのレーザ光が、ＤＢＲ１１４を通してＰＤ１０５に入射することを防止している。このため、ＶＣＳＥＬ１０４からＰＤ１０５へ信号光が直接的に入射することによって生じる光クロストークも併せて抑制することができる。
【００３３】
他方、ＶＣＳＥＬ１０６も、ＶＣＳＥＬ１０４と同様の機能を有する。図３Ｂは、ＶＣＳＥＬ１０６のＤＢＲ１１２における反射率の波長依存性を示すグラフである。ＶＣＳＥＬ１０６のＤＢＲ１１２では、図３Ｂに示すように、ＶＣＳＥＬ１０６の発振波長である９１０ｎｍはストップバンド内に入っており、９９％以上の高い反射率を有している。一方、ＶＣＳＥＬ１０４の発振波長である９８０ｎｍはストップバンドの外にあり、その反射率は低い。
【００３４】
従って、ＶＣＳＥＬ１０６はＶＣＳＥＬ１０４と同様に、光クロストークを抑制することができる。
【００３５】
以上より、本構成によれば、合分波器などを用いることなく、光クロストークを抑制することができる。従って、本構成によれば、光クロストークを抑制できる、小型、低コストの光通信システムを実現できる。
【００３６】
実施の形態２
次に、実施の形態２にかかる光通信システムの構成について説明する。図４は、本実施の形態にかかる光通信システム２００の構成を示す図である。光通信システム２００は、単一かつ一芯の光ファイバ２０１を介して、光送受信モジュール２０２及び光送受信モジュール２０３が光学的に接続されている。光送受信モジュール２０２は、ＶＣＳＥＬ２０４及びＰＤ２０５を有する。光送受信モジュール２０３は、ＶＣＳＥＬ２０６及びＰＤ２０７を有する。ここで、ＶＣＳＥＬ２０４で発生する信号光の発振波長は９８０ｎｍであり、ＶＣＳＥＬ２０６で発生する信号光の発振波長は９１０ｎｍである。光ファイバ２０１は、光ファイバ１０１と同様に、マルチモード型の光ファイバである。
【００３７】
続いて、ＶＣＳＥＬの構造について説明する。図５は、ＶＣＳＥＬ２０４の構造を示す断面図である。なお、ＶＣＳＥＬ２０４とＶＣＳＥＬ２０６とは、発振波長の違いに対応して僅かに各層の厚さなどが異なるものの、基本的な構造は同じであるので、以下のＶＣＳＥＬ２０４についての説明をもってＶＣＳＥＬ２０６の説明を兼ねる。なお、以下では、ＶＣＳＥＬ２０４とＶＣＳＥＬ１０４との相違点についてのみ説明する。
【００３８】
ＶＣＳＥＬ２０４は、メサ型構造１１５の上部に、リング状の電極２１７が形成されている。また、メサ型構造１１５とは離隔して、メサ型構造２１５が形成されている。さらに、メサ型構造２１５を覆う、誘電体膜２１９が形成されている。誘電体膜２１９上には、パッド電極２２０が形成されている。露出したＤＢＲ１１２上の一部には、電極２１８が形成されている。電極２１８は、パッド電極２２０と接続されている。その他の構成は、図２に示すＶＣＳＥＬ１０４と同様であるので、説明を省略する。
【００３９】
ＶＣＳＥＬ２０４は、電流狭窄層１１６近傍の活性層でレーザ光が発生し、そのレーザ光は電極２１７の内側を通って信号光として出射される。すなわち、ＶＣＳＥＬ２０４は、いわゆる表面出射型の素子として構成されている。
【００４０】
続いて、光通信システム２００の製造方法について説明する。まず、光送受信モジュール２０２にＶＣＳＥＬ２０４及びＰＤ２０５を搭載し、光送受信モジュール２０３にＶＣＳＥＬ２０６及びＰＤ２０７を搭載する。そして、光ファイバ２０１により、光送受信モジュール２０２と光送受信モジュール２０３とを光学的接続して、光通信システム２００が作製される。
【００４１】
続いて、光送受信モジュールの構成について、光送受信モジュール２０２を例として説明する。図６は、光送受信モジュール２０２の構成を示す断面図である。図６に示すように、光送受信モジュール２０２は、シリコンからなるＰＤ２０５上にＶＣＳＥＬ２０４が実装されている。
【００４２】
図７は、ＰＤ２０５を上面側から見た斜視図である。ＰＤ２０５は、ｎ型の半導体基板２３１上の一部に、ｐ型ドーパントの拡散により、ドーナツ状のｐ型の拡散領域２３２が形成されている。これにより形成されるｐｎ接合部分がＰＤ２０５の受光部として機能する。拡散領域２３２に囲まれた部分の半導体基板２３１には、ＶＣＳＥＬ２０４のＤＢＲ１１２を通じて、信号光が入射する。この部分では、シリコンにより光が吸収されるものの、ｐｎ接合を有しないので、吸収された信号光は電気信号として取り出されることはない。このため、ＶＣＳＥＬからＰＤへ信号光が直接入射することにより発生する光クロストークを回避することが可能となる。光送受信モジュール２０３も光送受信モジュール２０２と同様の構成を有し、同じくＶＣＳＥＬからＰＤへ信号光が直接入射することにより発生する光クロストークを回避することができる。
【００４３】
本実施の形態では、光ファイバから出射される光の一部は、メサ構造１１５の内部を通ってＰＤ２０５の受光部に到達するが、その際に活性層を含む共振部１１３を通過する。したがって、ＶＣＳＥＬの発光波長よりもファイバから入射される光の波長が短い場合、光の吸収が生じることとなる。光送受信モジュール２０２では、ＶＣＳＥＬ２０４の発光波長が９８０ｎｍ、ＰＤ２０５の受信波長が９１０ｎｍであるため、光送受信モジュールから出射された波長９１０ｎｍの信号光が、ＶＣＳＥＬ２０４の活性層を含む共振部を通過する際に、活性層に吸収される。しかしながら、ＶＣＳＥＬ１０４は面発光型の発光素子であるので、活性層の厚みは僅か数十ｎｍ程度でしかない。従って、数百μｍの共振器長を有する端面発光型の発光素子を用いる場合と比べて、活性層における信号光の吸収は著しく小さく、その影響はほとんど無い。
【００４４】
実施の形態３
次に、実施の形態３にかかる光通信システムの構成について説明する。図８は、本実施の形態にかかる光通信システム３００の構成を示す平面図である。光通信システム３００は、単一かつ一芯の光ファイバ３０１を介して、光送受信モジュール３０２及び光送受信モジュール３０３が光学的に接続されている。光送受信モジュール３０２は、ＶＣＳＥＬ３０４及びＰＤ３０５を有する。光送受信モジュール３０３は、ＶＣＳＥＬ３０６及びＰＤ３０７を有する。ここで、ＶＣＳＥＬ３０４で発生する信号光の発振波長は９８０ｎｍであり、ＶＣＳＥＬ３０６で発生する信号光の発振波長は９１０ｎｍである。光ファイバ３０１は、光ファイバ１０１と同様に、マルチモード型の光ファイバである。
【００４５】
光送受信モジュール３０２では、ＶＣＳＥＬ３０４の光軸からＰＤ３０５の受光部が外れるように配置されている。よって、ＰＤ３０５には、ＶＣＳＥＬ３０４から直接光が入射することを防止できる。これにより、実施の形態１にかかるＶＣＳＥＬ１０４のようにメサ型構造の上部に金属膜を設ける必要が無い。また、実施の形態２にかかるＰＤ２０５のように、ドーナツ状の拡散領域を形成する必要はなく、例えば円形の拡散領域を有する通常のＰＤを使用することができる。これは、光モジュール３０３でも同様である。
【００４６】
続いて、光通信システム３００の製造方法について説明する。まず、光送受信モジュール３０２にＶＣＳＥＬ３０４及びＰＤ３０５を搭載し、光送受信モジュール３０３にＶＣＳＥＬ３０６及びＰＤ３０７を搭載する。そして、光ファイバ３０１により、光送受信モジュール３０２と光送受信モジュール３０３とを光学的接続して、光通信システム３００が作製される。
【００４７】
また、本構成において、光ファイバとＶＣＳＥＬとの間に、さらに光結合用のレンズを配置することも可能である。図９は本実施の形態にかかる光通信システム３００の変形例である、光通信システム３１０の構成を示す平面図である。
【００４８】
図９に示すように、光通信システム３１０は、光送受信モジュール３１２及び光送受信モジュール３１３を有する。光送受信モジュール３１２は、光ファイバ３０１とＶＣＳＥＬ３０４との間に、光結合用のレンズ３０８が配置されている。光送受信モジュール３１３は、光ファイバ３０１とＶＣＳＥＬ３０６との間に、光結合用のレンズ３０９が配置されている。
【００４９】
光送受信モジュール３１２では、光ファイバ３０１、レンズ３０８、ＶＣＳＥＬ３０４及びＰＤ３０５は、一直線上に並ばないように配置されている。光送受信モジュール３１３では、光ファイバ３０１、レンズ３０９、ＶＣＳＥＬ３０６及びＰＤ３０７は、一直線上に並ばないように配置されている。
【００５０】
光通信システム３１０では、光通信システム３０１と同様に、ＶＣＳＥＬ３０４の光軸からＰＤ３０５の受光部が外れるように配置されている。よって、ＰＤ３０５には、ＶＣＳＥＬ３０４から直接光が入射することを防止できる。これにより、実施の形態１にかかるＶＣＳＥＬ１０４のようにメサ型構造の上部に金属膜を設ける必要が無い。また、実施の形態２にかかるＰＤ２０５のように、ドーナツ状の拡散領域を形成する必要はなく、例えば円形の拡散領域を有する通常のＰＤを使用することができる。これは、光モジュール３１３でも同様である。
【００５１】
従って、本構成によれば、より簡易に光クロストークを抑制できる、小型、低コストの光通信システムを実現できる。
【００５２】
実施の形態４
次に、実施の形態４にかかる光通信システムの構成について説明する。光通信システム４００は、基本的な構成は実施の形態２と同様であり、ＶＣＳＥＬの構造も実施の形態２と同様である。ただし、本実施の形態では、ＤＢＲ１１２のストップバンドの中心波長と、ＤＢＲ１１４のストップバンドの中心波長と、が異なる点が実施の形態２と相違する。
【００５３】
図１０は、本実施の形態におけるＶＣＳＥＬ２０４のＤＢＲ１１２の反射スペクトル４０１と、ＶＣＳＥＬ２０４のＤＢＲ１１４の反射スペクトル４０２を示すグラフである。図１０に示すように、ＤＢＲ１１４はＤＢＲ１１２と比べて、ストップバンドの中心波長が短い。そのため、ＤＢＲ１１４では、９８０ｎｍのみでなく、９１０ｎｍもストップバンド内に入っている。よって、光ファイバ２０１から光送受信モジュール２０２へ入射する９１０ｎｍの信号光は、ＤＢＲ１１４で大部分が反射され、ＶＣＳＥＬ２０４の活性層内に結合する光量は著しく減少する。一方、ＤＢＲ１１２では、９８０ｎｍはストップバンドに入っているものの、９１０ｎｍはストップバンドの外である。
【００５４】
従って、光ファイバ２０１から光送受信モジュール２０２へ入射する９１０ｎｍの信号光の多くはＤＢＲ１１２を通過して、ＰＤに入射することとなる。これは、光送受信モジュール２０３においても、各ＤＢＲの反射スペクトルの設定により、同様の効果を得ることができる。
【００５５】
すなわち、本実施の形態では、光ファイバから出射される光が、ＶＣＳＥＬに光結合する割合が著しく低減される。一般にレーザ内に外部からの光が結合すると、それによって発振状態が影響を受ける。外部からの光の偏光方向、各モードへの結合効率などはレーザ側で制御できないので、前記の影響はランダムなものとなり、ノイズを発生することとなる。本実施の形態では、ファイバからＶＣＳＥＬに結合する光が低減されるため、このようなノイズが抑制される。
【００５６】
その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態１〜４ではＶＣＳＥＬを光源として用いているが、光源はＶＣＳＥＬに限られず、反射率もしくは吸収率に波長選択性のある層を有するものであれば、他の光源を用いても良い。例えば、ＲＣＬＥＤ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などを用いてもよい。
【００５７】
また、実施の形態１〜４では、ＤＢＲを反射鏡として用いる場合について説明したが、例えば、非特許文献３に示されるようなＨＣＧ（Ｈｉｇｈ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ｇｒａｔｉｎｇ）などの、他の反射鏡を用いてもよい。
【００５８】
さらに、実施の形態１〜４では、光伝送媒体にマルチモード型の光ファイバを用いる場合について説明したが、例えばマルチモード型のプレーナ光導波路などの、他の一般的なマルチモード型の光導波路を用いてもよい。
【００５９】
また、光ファイバおよび光導波路は必ずしもマルチモード型に限られない。例えば、シングルモード型の光ファイバを用いても、ファイバ端面に対してやや斜めから光を入射したり、ビームウエストをファイバ端面からずらしたりすることにより、同じモジュール内のＶＣＳＥＬから直接ＰＤに光が入射することを防止しつつも、ファイバからの光の少なくとも一部をＰＤへ入射することは可能である。ただし、このような方法ではＶＣＳＥＬからの信号光がファイバへ結合する割合が低下することが避けられない。また、各部材を配置するにあたっての位置トレランスも小さくなる。したがって、マルチモード型の光ファイバが好適となる。
【００６０】
実施の形態２では、ドーナツ状の拡散領域を設けることでＰＤの中央部分が入射光に対する光応答性を有しない構成としているが、例えば、円形に形成された拡散領域の中央部分に金属膜を形成して光を遮断することにより、光応答性を有しない構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１００、２００、３００、３１０、４００、５００  光通信システム
１０１、２０１、３０１、５０１  光ファイバ
１０２、１０３、２０２、２０３、３０２、３０３  光送受信モジュール
１０４、１０６、２０４、２０６、３０４、３０６、５０４、５０６  ＶＣＳＥＬ
１０５、１０７、２０５、２０７、３０５、３０７、５０５，５０７  ＰＤ
１１１  半導体基板
１１２、１１４  ＤＢＲ
１１３  共振部
１１５、２１５  メサ型構造
１１６  電流狭窄層
１１７  金属膜
１１８、２１７、２１８  電極
１１９  反射防止膜
２１９  誘電体膜
２２０  パッド電極
２３１  ｎ型半導体基板
２３２  拡散領域
３０８、３０９  レンズ
４０１、４０２  反射スペクトル
５０２、５０３  一芯双方向光通信モジュール
５０８、５０９  光カットフィルタ
５１０、５１１  合分波器
５２０  光路
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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