(57)【要約】【課題】プラスチックファイバーと半導体受光素子とを組み合わせてなる伝送装置において、高い受光効率と高速応答性を両立して実現する。【解決手段】プラスチックファイバー１と、このプラスチックファイバー１を伝搬して来た光を検出する光検出器１０とを有するプラスチックファイバーを用いた伝送装置において、光検出器１０として、それぞれの受光面積がプラスチックファイバー１のコア２の断面積より小さくて、受光感度域が互いに等しい複数の半導体受光素子１１、１２、１３、１４からなるものを用いる。【選択図】　　　　　図１
2004031574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチックファイバーと、
このプラスチックファイバーを伝搬して来た光を検出する光検出器とを有するプラスチックファイバーを用いた伝送装置において、
前記光検出器として、それぞれの受光面積が前記プラスチックファイバーのコアの断面積より小さくて、受光感度域が互いに等しい複数の半導体受光素子からなるものが用いられていることを特徴とするプラスチックファイバーを用いた伝送装置。
【請求項２】
前記複数の半導体受光素子として、それら全体の受光面積が前記プラスチックファイバーの断面積と略等しいものが用いられ、
これら複数の半導体受光素子が、前記プラスチックファイバーから光学系を介さずに直接出射光を受光するように配設されていることを特徴とする請求項１記載のプラスチックファイバーを用いた伝送装置。
【請求項３】
前記複数の半導体受光素子が、１ＧＨｚ以上の応答帯域を有するものであることを特徴とする請求項１または２記載のプラスチックファイバーを用いた伝送装置。
【請求項４】
前記複数の半導体受光素子が、互いに同一基板上に形成されたものであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のプラスチックファイバーを用いた伝送装置。
【請求項５】
前記複数の半導体受光素子に対して、それぞれ個別の増幅器が接続されていることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載のプラスチックファイバーを用いた伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システム等に利用される、プラスチックファイバーを用いた伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、光通信における光の伝搬路としては、石英ガラスを主材料としたシングルモード型、もしくはマルチモードファイバーが用いられる。これらのファイバーの直径は２００μｍ以下であり、アライメントにおいてもミクロン単位の高い位置合わせ精度が求められる。そのため、工事現場等の一般環境下におけるファイバー敷設作業は容易ならざるものがあり、この点が、さらなる普及を妨げる大きな要因となっている。
【０００３】
その一方、敷設作業が比較的容易になされ得る大直径のプラスチックファイバーも開発されているが、これらは製造上の問題から主にステップインデックス型の構造を有し、高いビットレートの信号を遠距離まで伝送することができない。つまり、ステップインデックス型のファイバーに図８（１）に示すような光パルスを入力させた場合は、長距離の伝搬後に、同図（２）に示すように出射端で光パルスの波形が崩れて広がってしまう現象が認められる。そのため、図９（１）に示すように連続したパルス光をファイバーに入力して伝送させると、時間軸上で前後のパルスが重なりあって、ファイバーの出射端においては同図（２）に示すように、０レベルにおいても完全に消光しない状態となる。言い換えれば、短いパルス幅の信号列は伝送後、信号の０，１の判定がし難くなるということであり、大容量の光通信には不向きであることが分かる（「プラスチックオプティカルファイバの基礎と実際」小池康博、宮田清蔵　監修、株式会社エヌ・ティー・エス、ｐｐ．８４−８７　（２０００）参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上述の問題を解消するために、大きな直径を有し、かつ、伝送後もパルス幅の広がらないグレーデッドインデックス（分布屈折率）型のファイバーが提案され、実用化が期待されているが、一方でその種のファイバーにおいては以下の問題が明らかになってきた。
【０００５】
プラスチックファイバーの特徴はその口径が大きいことにあるが、このことは、そこを伝搬して来た信号光を検出して電気信号に変換するに当たり、信号光を効率良く検出するために、図７に示すようにプラスチックファイバー１のコア２の断面積に見合った大きな面積の受光部４を有する光検出器５が必要になることを意味する（なお、同図中の３はクラッドである）。しかし、一般に５００μｍ以上になるプラスチックファイバーのコア径に見合うような大面積の受光部を有する受光素子は、電気容量が大きく、高速変調されている信号光に追随してそれを電気信号に変換することが難しいという問題を有する。
【０００６】
すなわち、図１０（１）に示すような連続パルス光がファイバーに入力された場合、それをファイバー出力端で大面積の受光部を有する受光素子で検出すると、検出信号の波形は同図（２）にＡで示すように、光量の０レベルに対して０レベルまで低下しない、０，１の判定が難しいものとなる。
【０００７】
このような問題を解決するためには、逆に電気容量が小さくて高速応答可能な受光素子を用いることが考えられる。しかしそのような受光素子は、プラスチックファイバーから出射する光のごく一部しか検出できないので、その検出信号は図１０（２）にＢで波形を示すように、応答性は良好であるものの、極めて微弱な信号になってしまう。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑み、大口径のコアを形成可能なプラスチックファイバーと半導体受光素子とを組み合わせてなる伝送装置において、高い受光効率と高速応答性を両立して実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によるプラスチックファイバーを用いた伝送装置は、プラスチックファイバーと、このプラスチックファイバーを伝搬して来た光を検出する光検出器とを有するプラスチックファイバーを用いた伝送装置において、前記光検出器として、それぞれの受光面積がプラスチックファイバーのコアの断面積より小さくて、受光感度域が互いに等しい複数の半導体受光素子からなるものが用いられていることを特徴とするものである。
【００１０】
なお上記プラスチックファイバーとしては、そのコア径が５００μｍ以上であるものが用いられることが望ましい。
【００１１】
また本発明装置においては、上記複数の半導体受光素子として、それら全体の受光面積が前記プラスチックファイバーの断面積と略等しいものが用いられ、これら複数の半導体受光素子が、プラスチックファイバーから光学系を介さずに直接出射光を受光するように配設されていることが望ましい。
【００１２】
また、上記複数の半導体受光素子としては、１ＧＨｚ以上の応答帯域を有する素子が用いられることが望ましい。また上記複数の半導体受光素子としては、互いに同一基板上に形成されたものを好適に用いることができる。さらに、それら複数の半導体受光素子に対しては、それぞれ個別の増幅器が接続されることが望ましい。
【００１３】
【発明の効果】
本発明のプラスチックファイバーを用いた伝送装置においては、光検出器として、それぞれの受光面積がプラスチックファイバーのコアの断面積よりも小さくて、受光感度域が互いに等しい複数の半導体受光素子が用いられたことにより、プラスチックファイバーを伝搬して来た光をそれら複数の半導体受光素子で合わせて検出できるので、高い受光効率が実現される。
【００１４】
その一方、各半導体受光素子はコアの断面積より小さいものであるので、電気容量が低く、高速で応答可能となっている。それにより本発明装置は、高速応答性にも優れたものとなる。
【００１５】
また、本発明のプラスチックファイバーを用いた伝送装置において、複数の半導体受光素子として、それら全体の受光面積がプラスチックファイバーの断面積と略等しいものが用いられ、これら複数の半導体受光素子が、プラスチックファイバーから光学系を介さずに直接出射光を受光するように配設されている場合は、プラスチックファイバーからの出射光が略全て複数の半導体受光素子に受光されるので、特に高い受光効率が実現される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態によるプラスチックファイバーを用いた伝送装置の斜視形状を示すものである。この伝送装置は図示の通り、クラッド３の中にコア２が配されてなるプラスチックファイバー１と、このプラスチックファイバー１の出射端１ａに近接して配設された光検出器１０とを備えて構成されている。
【００１８】
プラスチックファイバー１はＰＭＭＡからなるコア２を有するものであり、そのコア径は１ｍｍである。一方光検出器１０は、一例として４個の半導体受光素子１１、１２、１３および１４が共通基板の上に一体的に形成されてなるものであり、チップサイズは一辺が約３ｍｍの正方形で、厚さは５００μｍである。半導体受光素子１１、１２、１３および１４は、図中に円で示す受光部の直径が４００μｍの例えばフォトダイオードからなり、それらの受光感度域は互いに等しくて６５０ｎｍ付近にある。そしてこの光検出器１０は、プラスチックファイバー１の出射端１ａとの間に光学系を介さずに、該出射端１ａから１００μｍの距離を置いて配置されている。
【００１９】
半導体受光素子１１、１２、１３および１４は、上記基板と共通ではない側の電極が互いに電気的に分離した状態にして、該基板の上に形成されている。各半導体受光素子１１、１２、１３および１４を電気的に分離しないで並列に接続すると、それらは広い受光面積を有する半導体受光素子と電気的に同等となって応答の高速化にはつながらないが、上述の構成とすることにより、各半導体受光素子１１、１２、１３および１４は受光面積が小さくて電気容量も小さいものとなるので、高速応答が可能となる。
【００２０】
上記半導体受光素子１１、１２、１３および１４は図２に回路を示すように、それぞれの出力信号を増幅する個別の前置増幅器２１、２２、２３および２４に接続され、そしてこれらの前置増幅器２１、２２、２３および２４の出力が、１つの増幅器２５により集めて増幅されるようになっている。こうすることにより、プラスチックファイバー１を伝搬して来た光を４個の半導体受光素子１１〜１４で合わせて検出できるので、受光効率も高いものとなる。
【００２１】
すなわち、プラスチックファイバー１に図３（１）に示すような連続パルス光が入力された場合、半導体受光素子１１、１２、１３および１４の出力をそれぞれ前置増幅器２１、２２、２３および２４で増幅して得られる光検出信号の波形は同図（２）にＢで示すようなものとなるが、それらの光検出信号を増幅器２５により集めて増幅することにより該増幅器２５からは、同図（２）に波形をＣで示すように高レベルの光検出信号が得られる。また、上述の通り高速応答も可能となっているので、増幅器２５からの光検出信号は光量の０レベルに対して０レベルまで低下して、０，１の判定が確実になされ得るものとなっている。こうして本実施の形態の伝送装置によれば、光信号に正確に追随した、誤りの少ない良好な電気信号が得られる。
【００２２】
具体的には、プラスチックファイバー１に１．２５Ｇｂｐｓ（毎秒１．２５ギガビット）の光信号を入力して伝送させた場合も、その光信号を４個の半導体受光素子１１〜１４で合わせて検出することにより、光量の０レベルに対して０レベルまで低下する、信号波形の崩れが少ない電気信号を得ることができる。
【００２３】
なお本実施の形態の場合、４個の半導体受光素子１１〜１４の各々の受光面積は、０．２×０．２×３．１４として約０．１３ｍｍ２となる。このような半導体受光素子１１〜１４によれば上述の通り１．２５Ｇｂｐｓの光信号を正確に電気信号に変換可能であり、また受光部の直径を本実施の形態における４００μｍの半分の２００μｍとする場合は、２．５Ｇｂｐｓの光信号を正確に電気信号に変換可能となる。したがって、グレーデッドインデックス（分布屈折率）型のプラスチックファイバーにおいて伝送可能とされている１Ｇｂｐｓ程度の高速光信号を正確に電気信号に変換するためには、大略の目安として、半導体受光素子の受光部の直径を４００μｍ以下にすればよい。
【００２４】
次に図４および５を参照して、本発明の第２の実施の形態によるプラスチックファイバーを用いた伝送装置について説明する。図４はこの伝送装置の斜視形状を示すものであり、ここでは、基板を共有せずに互いに別体とされた半導体受光素子１１、１２、１３および１４が用いられている。このような半導体受光素子１１〜１４を用いる場合でも、図中に円で示す各素子の受光部の面積がプラスチックファイバー１のコア２の断面積より小さくて、また各素子の受光感度域が互いに等しくなっていれば、第１の実施の形態におけるのと同様の効果を得ることができる。
【００２５】
なお本実施の形態では、図５に電気回路図を示す通り、半導体受光素子１１、１２、１３および１４は互いに直列に接続して使用される。このようにしても、各半導体受光素子１１〜１４の受光面積が小さいことから高速応答可能となり、その一方、プラスチックファイバー１を伝搬して来た光を４個の半導体受光素子１１〜１４で合わせて検出できるので、受光効率も高いものとなる。
【００２６】
本発明において用いられる半導体受光素子の受光部の形状は、以上説明した２つの実施の形態における円形に限られるものではなく、非対称の形状が採用されてもよい。例えば図６に示すように、概略扇形の受光部３１ａ、３２ａ、３３ａおよび３４ａをそれぞれ有する半導体受光素子３１、３２、３３および３４を用いることもできる。その場合、上記扇形の弧の部分がほぼプラスチックファイバーのコア（図示せず）の外周に沿って延びるようにしておけば、受光効率がより高くなって好ましい。
【００２７】
さらに、本発明において用いられる半導体受光素子の数も、以上説明した４個に限られるものではなく、２個以上の適宜の数を採用することができる。
【００２８】
また以上は、複数の半導体受光素子を並列に接続した実施の形態と、直列に接続した実施の形態とについて説明したが、並列と直列とを組み合わせた接続方式を適用することもできる。
【００２９】
また本発明においては、ＰＭＭＡのみからコアが形成されてなるプラスチックファイバーに限らず、ＰＭＭＡに他の物質が添加された材料からコアが形成されてなるプラスチックファイバーや、ＰＭＭＡ以外の材料からコアが形成されてなるプラスチックファイバーを用いることも可能である。
【００３０】
さらに、本発明によるプラスチックファイバーを用いた伝送装置は、一般的な光通信に使用できることは勿論、それに限らず、情報を光信号によって伝送する全てのシステムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるプラスチックファイバーを用いた伝送装置を示す斜視図
【図２】図１のプラスチックファイバーを用いた伝送装置の電気回路を示す回路図
【図３】図１のプラスチックファイバーを用いた伝送装置の効果を説明する図
【図４】本発明の第２の実施形態によるプラスチックファイバーを用いた伝送装置を示す斜視図
【図５】図４のプラスチックファイバーを用いた伝送装置の電気回路を示す回路図
【図６】本発明において用いられ得る半導体受光素子の別の例を示す平面図
【図７】従来のプラスチックファイバーを用いた伝送装置の一例を示す斜視図
【図８】従来装置の光伝送における問題を説明する図
【図９】従来装置の光伝送における問題を説明する図
【図１０】従来装置の信号光検出における問題を説明する図
【符号の説明】
１　　プラスチックファイバー
１ａ　プラスチックファイバーの出射端
２　　コア
３　　クラッド
４　　受光部
５、１０　　光検出器
１１、１２、１３、１４　　半導体受光素子
２１、２２、２３、２４　　前置増幅器
２５　　増幅器
３１、３２、３３、３４　　半導体受光素子
３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ　　受光部
【図１】
2004031574.tif 000003
【図２】
2004031574.tif 000004
【図３】
2004031574.tif 000005
【図４】
2004031574.tif 000006
【図５】
2004031574.tif 000007
【図６】
2004031574.tif 000008
【図７】
2004031574.tif 000009
【図８】
2004031574.tif 000010
【図９】
2004031574.tif 000011
【図１０】
2004031574.tif 000012