(57)【要約】【課題】プラスチックファイバーと半導体発光素子とを組み合わせてなる伝送装置において、伝送損失を低く抑える。【解決手段】プラスチックファイバー７と、このプラスチックファイバー７を伝搬させる光を発する半導体発光素子３とを有する伝送装置において、半導体発光素子３が発する光Ｌの波長を波長調整手段１，９により調整可能とし、半導体発光素子が発した光の波長の平均値を波長検出手段４によって検出し、そして制御回路８により、波長検出手段４の出力Ｓ１に基づいて波長調整手段１，９の駆動を制御して、半導体発光素子３が発する光Ｌの波長の平均値をプラスチックファイバー７の損失窓極小値を取る波長に合致させる。【選択図】　　　　　図１
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【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させる光を発する半導体発光素子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、
前記半導体発光素子が発する光の波長を変化させる波長調整手段と、
前記半導体発光素子が発した光の波長の平均値を検出する波長検出手段と、
この波長検出手段の出力に基づいて前記波長調整手段の駆動を制御して、前記半導体発光素子が発する光の波長の平均値を、前記プラスチックファイバーの損失窓極小値を取る波長に合致させる制御回路とが設けられた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】
前記波長検出手段が、前記半導体発光素子の温度を検出する手段であ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】
前記波長検出手段が、前記半導体発光素子が発した光を分光する分光素子および、この光を検出してその分光状態に応じて出力を変える２分割光検出器からな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４】
前記波長検出手段が、前記半導体発光素子が発した光を分光する分光素子および、この光を検出してその分光状態に応じて出力を変える半導体光位置検出器からな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５】
前記波長調整手段が、前記半導体発光素子の温度を変化させる手段であ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。そこで、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（以下、ＰＯＦと称する）を光通信に用いる試みもなされている。
【０００３】
ところで光ファイバーにおいては、それを構成する素材に対して透過率の高い波長帯域、すなわち損失の窓が存在する。そのため、通常、光ファイバーを伝搬させる光を発する光源には、光ファイバーの損失窓の波長と一致する波長の光を発するものが用いられる。上記の損失窓はＰＯＦにおいても存在し、例えばＰＭＭＡをコアまたはクラッドに用いるＰＯＦにおいては、図５（文献：”ＰＯＦ−ｐｏｌｙｍｅｒ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒｓ　ｆｏｒ　ｄａｔａ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ”　Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ　（２００２）から引用）に示すように、最も損失の低い窓が５７０ｎｍ付近にあり、次に損失の低い窓が６５０ｎｍ付近に存在する。
【０００４】
他方、光信号を送受信する光送受信装置において、送信側の光源としては、直接変調が容易なこと等から、ＬＥＤ、共振キャビティＬＥＤ（ＲＣ−ＬＥＤ）、端面発光ＬＤ（端面発光半導体レーザー）、ＶＣＳＥＬ（面発光ＬＤ）等の半導体発光素子が用いられるが、上述のＰＭＭＡをコアまたはクラッドに用いるＰＯＦに対しては、波長５７０ｎｍ近辺で発光する半導体発光素子が確立されていないことから、通常、６５０ｎｍ近辺で発光するＬＥＤ、共振キャビティＬＥＤ、端面発光ＬＤ、面発光ＬＤが用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上述のＬＥＤや共振キャビティＬＥＤは高速に直接変調出来ないという問題があり、比較的高速な共振キャビティＬＥＤでも変調可能帯域は最大５００ＭＨｚ程度である。それに対して面発光ＬＤは高速に変調可能で、波長変動も小さい等の特長を有するが、熱抵抗の小さいミラー用半導体結晶の作製が困難であるという難点がある。特に波長６５０ｎｍ近辺で発光するものにおいては、発生する熱によって光出力が急速に低下するという問題が認められる。
【０００６】
他方、端面発光ＬＤは、１ＧＨｚ以上の高速直接変調が可能で、高い光出力が得られる等の特長を有するが、温度変動、直接変調、戻り光の有無等の各種要因で波長が変動するという問題がある。このように光源の波長が変動してＰＯＦの損失窓の極小値からずれると、それに従ってＰＯＦ損失が増大し、伝送信号が劣化するので、光源の波長変動幅はＰＯＦの損失窓極小値を取る波長から一定の範囲以内に抑える必要がある。使用用途、ＰＯＦ特性により差異はあるが、一般的なＰＯＦの伝送損失特性を考慮すると、発光波長６５０ｎｍの光源に許容される波長変動幅は６５０ｎｍを中心として±５ｎｍ程度である。
【０００７】
しかし、ホーム、オフィス、ファクトリー等の使用環境において端面発光ＬＤを用いた場合、前記各種要因から発生する端面発光ＬＤの波長変動幅は容易に±５ｎｍを超えてしまう。例えば温度変動による波長変動のみを考えた場合、端面発光ＬＤの温度当りの波長変動幅は通常０．２ｎｍ／ｄｅｇ程度であり、この条件下で波長変動幅を±５ｎｍとするならば許容温度幅は約±２５ｄｅｇ、全体で５０ｄｅｇ程度となるが、上記使用環境においては５０ｄｅｇを超える温度変動が想定され、実際起こり得る。
【０００８】
以上の通り、端面発光ＬＤのように発光波長が変動しやすい半導体発光素子を用いた場合は、伝搬光の波長変動のためにＰＯＦ伝送損失が許容範囲を超えるほどに増大し、それによって伝送信号が劣化し、高品位の信号伝送が困難になるという問題があった。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑み、大口径のコアを形成可能なＰＯＦと半導体発光素子とを組み合わせてなる伝送装置において、ＰＯＦ伝送損失を低く抑えて、光信号を劣化無く伝送可能にすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による伝送装置は、ＰＯＦと、このＰＯＦを伝搬させる光を発する半導体発光素子とを有するＰＯＦを用いた伝送装置において、
前記半導体発光素子が発する光の波長を変化させる波長調整手段と、
前記半導体発光素子が発した光の波長の平均値を検出する波長検出手段と、
この波長検出手段の出力に基づいて前記波長調整手段の駆動を制御して、前記半導体発光素子が発する光の波長の平均値を、前記プラスチックファイバーの損失窓極小値を取る波長に合致させる制御回路とが設けられたことを特徴とするものである。
【００１１】
ここで、上述した「波長の平均値」とは、半導体発光素子が複数波長の光を発する場合は、それらの光の波長を各々の強度で重み付けをして平均した波長を示すものとし、半導体発光素子が単一波長の光を発する場合はその波長自身を示すものとする。例えば半導体発光素子が図６に示すようにλ１、λ２の２波長の光を発する場合、「波長の平均値」は（λ１＋λ２）／２ではなく、同図にλｍで示すようなものとなる。
【００１２】
なお上記の波長検出手段としては、前記半導体発光素子の温度を検出する温度検出素子を好適に用いることができる。そのような温度検出素子として、具体的にはサーミスタ、測温抵抗体、熱電対等が挙げられる。
【００１３】
また上記の波長検出手段として、前記半導体発光素子が発した光を分光する分光素子および、この光を検出してその分光状態に応じて出力を変える２分割光検出器からなるものを用いることもできる。
【００１４】
さらには、上記の波長検出手段として、前記半導体発光素子が発した光を分光する分光素子および、この光を検出してその分光状態に応じて出力を変える半導体光位置検出器からなるものを用いることもできる。
【００１５】
他方、上記の波長調整手段としては、前記半導体発光素子の温度を変化させる手段を好適に用いることができる。
【００１６】
また本発明で用いられる半導体発光素子は端面発光ＬＤ、特に縦シングルモード端面発光ＬＤであることが望ましい。
【００１７】
【発明の効果】
本発明のＰＯＦを用いた伝送装置においては、半導体発光素子が発する光の波長を変化させる波長調整手段と、半導体発光素子が発した光の波長の平均値を検出する波長検出手段と、この波長検出手段の出力に基づいて上記波長調整手段の駆動を制御して、半導体発光素子が発する光の波長の平均値をＰＯＦの損失窓極小値を取る波長に合致させる制御回路とが設けられたことにより、半導体発光素子が発する光の波長の平均値が常にＰＯＦの損失窓極小値と一致する状態となるので、ＰＯＦにおける伝送損失を低く抑えて、光信号を劣化無く伝送可能となる。
【００１８】
また本発明のＰＯＦを用いた伝送装置において、特に半導体発光素子として端面発光ＬＤが用いられた場合は、波長が変動しやすいという問題を上記構成により解決して、高速直接変調が可能で、高い光出力が得られるというその特長を活かして、高速で信号劣化の無い伝送が実現される。またその端面発光ＬＤが特に縦シングルモードＬＤである場合は、ＰＯＦの損失窓から外れる光の光量がより少なくなるので、ＰＯＦにおける伝送損失を低く抑える効果がより顕著なものとなる。
【００１９】
【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。
【００２０】
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を示す一部破断側面図である。この伝送装置は図示の通り、ペルチェ素子１と、このペルチェ素子１の冷却面すなわち図中の上面に固定された銅ブロック等からなるマウント２と、このマウント２に実装されたチップ状態の縦シングルモード端面発光ＬＤ（半導体レーザー）３と、この端面発光ＬＤ３の近傍において上記マウント２に固定された温度検出手段４と、端面発光ＬＤ３が発したレーザー光Ｌを集光する集光レンズ５と、ペルチェ素子１の上に閉空間を形成してこの空間内に上記各要素２〜５を収納するパッケージ６と、一端部がこのパッケージ６の中に挿通されたＰＯＦ（プラスチックファイバー）７とを有している。またパッケージ６の外には、上記温度検出手段４が出力する温度検出信号Ｓ１が入力される波長制御回路８と、上記ペルチェ素子１を駆動するペルチェ素子駆動回路９とが設けられている。
【００２１】
上記端面発光ＬＤ３は、温度１５℃、出力３ｍＷにおける発振波長が６５０ｎｍで、発振波長の温度依存性が約０．２ｎｍ／ｄｅｇのものである。一方ＰＯＦ７はＰＭＭＡからなるコア７ａを有するものであり、そのコア径は７００μｍ、クラッドを含む直径は９００μｍである。またこのＰＯＦ７は、前述の図５に示す通りの損失特性を持つもので、波長６５０ｎｍ付近に１つの損失窓を有する。端面発光ＬＤ３から発せられたレーザー光Ｌは、集光レンズ５によりＰＯＦ７のコア７ａの端面で収束するように集光されてコア７ａ内に入射し、そこをマルチモードで導波、伝搬する。
【００２２】
端面発光ＬＤ３の温度は、波長調整手段としてのペルチェ素子１およびその駆動回路９と、波長検出手段としての温度検出手段４と、波長制御回路８とによって、目標値の１５℃に設定される。すなわち波長制御回路８は、温度検出手段４から出力される温度検出信号Ｓ１に基づいて駆動回路９に駆動制御信号Ｓ２を入力し、それにより、駆動回路９からペルチェ素子１に供給される駆動電流が制御されて、端面発光ＬＤ３の温度が１５℃に維持される。
【００２３】
端面発光ＬＤ３は図示しないＡＰＣ回路により出力３ｍＷに制御し、また伝送信号に基づいて直接変調駆動される。その場合、該端面発光ＬＤ３の温度が１５℃に維持されると、その発振波長は上記の通り６５０ｎｍとなる。この波長６５０ｎｍは、上述したＰＯＦ７の損失窓において損失極小値を取る値である（図５参照）。したがって、このように端面発光ＬＤ３の発振波長が制御されれば、ＰＯＦ７における伝送損失を低く抑えて、光信号を劣化無く伝送可能となる。
【００２４】
また本実施の形態では、半導体発光素子として端面発光ＬＤ３を用いているので、高速直接変調が可能で、高い光出力が得られるというその特長を活かして、高速で信号劣化の無い伝送が実現される。またこの端面発光ＬＤ３は特に縦シングルモードＬＤであるので、ＰＯＦ７の損失窓から外れる光の光量が少なく抑えられ、それにより、伝送損失を低く抑える効果がより顕著となる。
【００２５】
なお本実施の形態では、温度検出手段４によって端面発光ＬＤ３の発振波長を間接的に検出しているものであるが、そのような温度検出手段４として具体的には、サーミスタ、測温抵抗体、熱電対等の公知のものを適宜使用することができる。
【００２６】
次に図２を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。なおこの図２において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要のない限り省略する（以下、同様）。
【００２７】
図２は、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の一部破断側面形状を示すものである。この伝送装置は図１に示したものと比べると、端面発光ＬＤ３の発振波長を検出する手段が異なるものである。すなわち本実施の形態では、端面発光ＬＤ３の後方出射光Ｌｏを受ける位置に集光レンズ１１が配設されるとともに、この集光レンズ１１による後方出射光Ｌｏの収束位置に２分割フォトダイオード１３が配され、そしてそれら両者の間には、分光素子としての透過型グレーティング１２が設けられている。また上記２分割フォトダイオード１３の各フォトダイオード部分１３ａ、１３ｂの出力を受ける差動増幅器１４が設けられ、以上の要素１１、１２、１３および１４によって発振波長検出手段が構成されている。
【００２８】
上記の構成において後方出射光Ｌｏの波長（つまりＰＯＦ７に入射するレーザー光Ｌの波長）が変化すると、透過型グレーティング１２による該後方出射光Ｌｏの回折状態が変化して、その２分割フォトダイオード１３上における収束スポット位置がフォトダイオード部分１３ａ、１３ｂの並び方向、すなわち図２の上下方向に変化する。すると、各フォトダイオード部分１３ａ、１３ｂの検出光量が変化するので、それらの出力を受ける差動増幅器１４の出力信号Ｓ３が変化する。
【００２９】
集光レンズ１１、透過型グレーティング１２および２分割フォトダイオード１３は、後方出射光Ｌｏの波長が前述の６５０ｎｍであるときに、その収束スポットがフォトダイオードの２分割線上に入射して、差動増幅器１４の出力信号Ｓ３が０（ゼロ）値となるように位置調整されている。したがって、この差動増幅器１４の出力Ｓ３の極性および大きさは、後方出射光Ｌｏの波長を示すものとなる。
【００３０】
差動増幅器１４の出力信号Ｓ３が入力される波長制御回路１８は、この出力信号Ｓ３の極性に応じて、あるいは極性および大きさに応じて、それを０値側に戻すようになる駆動制御信号Ｓ２を駆動回路９に入力する。それにより、駆動回路９からペルチェ素子１に供給される駆動電流が制御されて、端面発光ＬＤ３の温度が、その発振波長が６５０ｎｍとなる温度に維持される。
【００３１】
以上の通りにして本実施の形態でも、端面発光ＬＤ３の発振波長が、ＰＯＦ７の損失窓において損失極小値を取る値である６５０ｎｍに制御されるので、ＰＯＦ７における伝送損失を低く抑えて、光信号を劣化無く伝送可能となる。
【００３２】
そして本実施の形態では、分光素子を利用して発振波長を直接的に検出しているので、前述した第１の実施の形態と比べれば、波長検出精度が高く、よって波長制御精度が高いという利点がある。
【００３３】
なお分光素子として用いるグレーティングは、入射光を波長毎に空間分離する機能を有するものであれば何でも適用可能であり、透過型に限らず反射型のグレーティングを用いることもできる。また、光ファイバー内にグレーティングが形成されてなるファイバーグレーティングや、集光レンズと一体化されたタイプのグレーティングを用いることも可能である。
【００３４】
さらに、このような分光素子としてはグレーティングに限らず、プリズムや、あるいは多層膜によって入射光を波長毎に空間分離する素子等を用いることもできる。
【００３５】
次に図３を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。図３は、本発明の第３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一部破断側面形状を示すものである。この伝送装置は図２に示したものと比べると、分光された後方出射光Ｌｏを検出する手段が異なるものである。すなわち本実施の形態では、集光レンズ１１および透過型グレーティング１２を通過した後方出射光Ｌｏの収束位置に、半導体光位置検出器（ＰＳＤ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）２３が配設されている。
【００３６】
上記の構成において後方出射光Ｌｏの波長（つまりＰＯＦ７に入射するレーザー光Ｌの波長）が変化すると、透過型グレーティング１２による該後方出射光Ｌｏの回折状態が変化して、その半導体光位置検出器２３上における収束スポット位置が図３の上下方向に変化する。半導体光位置検出器２３は、半導体表面におけるＬａｔｅｒａｌ　Ｐｈｏｔｏ　Ｅｆｆｅｃｔを利用して、入射光の位置に応じた作動信号Ｓ４を出力するものである。したがってこの作動信号Ｓ４を、図２の装置におけるものと同様の波長制御回路１８に入力させ、該波長制御回路１８が出力する駆動制御信号Ｓ２を駆動回路９に入力させれば、駆動回路９からペルチェ素子１に供給される駆動電流が制御されて、端面発光ＬＤ３の温度が、その発振波長が６５０ｎｍとなる温度に維持される。
【００３７】
以上の通りにして本実施の形態でも、端面発光ＬＤ３の発振波長が、ＰＯＦ７の損失窓において損失極小値を取る値である６５０ｎｍに制御されるので、ＰＯＦ７における伝送損失を低く抑えて、光信号を劣化無く伝送可能となる。
【００３８】
次に、本発明による伝送装置を用いた通信システムの例について、図４を参照して説明する。例えば図３の構成からなる送信サブモジュール１０は、図４に示すように送受信モジュール３０内に配置され、該サブモジュール１０のＰＯＦ７（図４では省略）がコネクタ３１を用いて伝送用ＰＯＦ３２に接続される。
【００３９】
この例の場合には、双方向通信可能な送受信モジュール３０内に、送信サブモジュール１０に加えて受信用フォトダイオード等からなる受信サブモジュール４０が配置され、その受信サブモジュール４０もコネクタを３１を用いて伝送用ＰＯＦ３２に接続される。つまり本例では、２つの送受信モジュール３０がコネクタを３１を介して２本のＰＯＦ３２によって接続されることにより、双方向光通信システムが構築される。
【００４０】
以上説明した実施の形態においては、縦シングルモードの端面発光ＬＤ３が用いられているが、本発明で用いる半導体発光素子はそれに限られるものではなく、その他に、前述したＬＥＤ、共振キャビティＬＥＤ、あるいはＶＣＳＥＬ等を用いることも可能である。
【００４１】
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ＰＯＦ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ＰＯＦや、ＰＭＭＡ以外の材料からコアが形成されてなるＰＯＦを用いることも可能であり、その場合にも、各ＰＯＦの損失窓極小値を取る波長と合致するように半導体発光素子の発光波長を制御すれば、前述した本発明の効果を奏することができる。
【００４２】
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、一般的な光通信のみに限らず、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一部破断側面図
【図２】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一部破断側面図
【図３】本発明の第３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一部破断側面図
【図４】本発明の伝送装置を用いた双方向光通信システムを示す概略図
【図５】本発明に用いられるＰＭＭＡプラスチックファイバーの伝搬損失特性を示すグラフ
【図６】本発明における波長の平均値を説明する説明図
【符号の説明】
１　　ペルチェ素子
２　　マウント
３　　縦シングルモード端面発光ＬＤ
４　　温度検出手段
５　　集光レンズ
６　　パッケージ
７　　プラスチックファイバー
８　　波長制御回路
９　　ペルチェ素子駆動回路
１３　　２分割フォトダイオード
１４　　差動増幅器
１８　　波長制御回路
２３　　半導体光位置検出器
【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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