(57)【要約】【課題】信号光源である半導体レーザーの動作温度が変化しても、ファイバー出口から高出力の信号光を送出することができる光通信用モジュールを得る。【解決手段】伝搬損失が伝搬光の波長に応じて変化する１本のマルチモード光ファイバー１８に、共通温度下での発光波長が互いに異なる複数の半導体レーザー１１、１２が発する信号光としてのレーザービーム１３、１４を入射させ、これらのレーザービーム１３、１４は変調手段２０によって共通に変調する。そして、半導体レーザー１１、１２の温度を温度検出手段２２により検出し、この温度検出手段２２から検出温度を示す信号Ｓ２を受ける駆動切替手段２１により、複数の半導体レーザー１１、１２の中から、該検出温度下での発光波長が上記伝搬損失を最低にする波長となる半導体レーザーを選んで駆動させる。【選択図】　　　　　図１
2004111526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝搬損失が伝搬光の波長に応じて変化する１本のマルチモード光ファイバーと、
このマルチモード光ファイバーに信号光としてのレーザービームを入射させる、共通温度下での発光波長が互いに異なる複数の半導体レーザーと、
前記複数の半導体レーザーからそれぞれ出射するレーザービームを、所定の情報に基づいて互いに共通に変調する変調手段と、
前記半導体レーザーの温度を検出する温度検出手段と、
この温度検出手段から検出温度を示す信号を受けて、前記複数の半導体レーザーの中から、該検出温度下での発光波長が前記伝搬損失を最低にする波長となる半導体レーザーを選んで駆動させる駆動切替手段とからなる光通信用モジュール。
【請求項２】
伝搬損失が伝搬光の波長に応じて変化する１本のマルチモード光ファイバーと、
このマルチモード光ファイバーに信号光としてのレーザービームを入射させる、共通温度下での発光波長が互いに異なる複数の半導体レーザーと、
前記複数の半導体レーザーからそれぞれ出射するレーザービームを、所定の情報に基づいて互いに共通に変調する変調手段とからなる光通信用モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザーから発せられるレーザービームを変調させ、この変調されたレーザービームをマルチモード光ファイバーを介して伝送させる光通信用モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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光ファイバー、もしくはマルチモード光ファイバーが一般に用いられている。この種の光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精度の位置合わせが必要となっている。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、これが一段の普及への大きな妨げとなっている。そこで近時、直径の大きなプラスチックファイバーも種々開発されるに至っている。非特許文献１には、この種のプラスチックファイバーの一つが開示されている。
【０００３】
他方、光ファイバーを伝搬させる光を発生させる光源としては、小型軽量で直接変調も可能な半導体レーザーが多く適用されている。
【０００４】
【非特許文献１】
小池康博、宮田清蔵監修、「プラスチックオプティカルファイバの基礎と実際」、株式会社エヌ・ティー・エス、２０００年、ｐ．８４−８７
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を基本材料にしたプラスチックファイバーでは、低損失で伝送に適した波長が６５０ｎｍ近傍に限られるため、半導体レーザーを光源に用いる場合は以下の問題が認められる。
【０００６】
半導体レーザーの基本的な性質として、動作温度が変化すると発光波長が変化することが良く知られている。具体的にＧａＡｓ系半導体レーザでは、動作温度が上昇するにつれて発光波長は０．２ｎｍ／℃程度の割合で長波長化する。そして、この発光波長の変化が以下の問題を招く。
【０００７】
図８の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ光ファイバー入口、出口での光出力を示すものであるが、室温において光ファイバーの伝搬損失が低い（つまり伝搬効率が高い）波長で発光する半導体レーザーを用いた場合は、それらの図に実線で示す様に、室温下ではファイバー出口における光出力も大きく、良好な通信が可能である。ところが、環境温度は当然季節等に応じて変化し、また半導体レーザーが設置された機器自身の発熱による温度上昇もあるので、半導体レーザーの動作温度は一定ではない。例えば、半導体レーザーの環境動作温度が上昇した場合、発光波長は同図に破線で示すように長波長側に変化する。その結果、光ファイバーを低損失で伝搬できる最適波長から外れ、ファイバー出口で光出力は大幅に低下し、通信が困難となる。
【０００８】
上述の理由による光出力の低下を、半導体レーザーの駆動電流を上げて、光出力を増大させることで補う手法も考えられているが、そのようにした場合は、半導体レーザーの寿命が短くなるという問題を招く。
【０００９】
また、ペルチェ素子等を用いて半導体レーザーの動作温度を一定に制御することで、発光波長を最適波長に維持することも考えられるが、その場合は温度制御のために多大なコストを要し、それが通信コストを増大させる要因になってしまう。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑み、信号光源である半導体レーザーの動作温度が変化しても、ファイバー出口から高出力の信号光を送出することができる光通信用モジュールを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の光通信用モジュールは、
伝搬損失が伝搬光の波長に応じて変化する１本のマルチモード光ファイバーと、
このマルチモード光ファイバーに信号光としてのレーザービームを入射させる、共通温度下での発光波長が互いに異なる複数の半導体レーザーと、
前記複数の半導体レーザーからそれぞれ出射するレーザービームを、所定の情報に基づいて互いに共通に変調する変調手段と、
前記半導体レーザーの温度を検出する温度検出手段と、
この温度検出手段から検出温度を示す信号を受けて、前記複数の半導体レーザーの中から、該検出温度下での発光波長が前記伝搬損失を最低にする波長となる半導体レーザーを選んで駆動させる駆動切替手段とからなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明による第２の光通信用モジュールは、
伝搬損失が伝搬光の波長に応じて変化する１本のマルチモード光ファイバーと、
このマルチモード光ファイバーに信号光としてのレーザービームを入射させる、共通温度下での発光波長が互いに異なる複数の半導体レーザーと、
前記複数の半導体レーザーからそれぞれ出射するレーザービームを、所定の情報に基づいて互いに共通に変調する変調手段とからなることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の効果】
本発明による第１の光通信用モジュールは、共通温度下での発光波長が互いに異なる複数の半導体レーザーを光源として用いるとともに、それらの半導体レーザーの中から、検出温度下での発光波長がマルチモード光ファイバーの伝搬損失を最低にする波長となる半導体レーザーを選んで駆動させるように構成されているので、半導体レーザーの動作温度が変化しても、ファイバー出口から常に高出力の信号光を送出することが可能になる。
【００１４】
以下、上記の点について、図面を参照してさらに詳しく説明する。半導体レーザーを一例として２個用い、一方の半導体レーザーＡは第１の温度のときマルチモード光ファイバーの伝搬損失を最低にする波長（以下これを「最適波長」という）で発光し、別の半導体レーザーＢは、上記第１の温度より高温の第２の温度のとき上記最適波長で発光するものとする。ちなみに、半導体半導体レーザーの発光波長は一般に温度が上昇すると長波長化するので、半導体レーザーＡ、Ｂを同じ温度で駆動させると、前者が長波長側で、後者が短波長側で発光することになる。
【００１５】
そして前記駆動切替手段は、上記第１の温度と第２の温度との間に設定された所定温度において、駆動させる半導体レーザーの切り替えを行うようにする（勿論ながら、第１の温度近傍では半導体レーザーＡを、第２の温度近傍では半導体レーザーＢを駆動させる）。具体的により望ましくは、（ａ）、（ｂ）にそれぞれ光ファイバー入口、出口での光出力を示す図２に表示するように、半導体レーザーＡ、Ｂがともに駆動したとき、それらからのレーザービームが互いに同程度の損失で伝搬するようになる温度近傍が切り替え温度として選ばれる。なおこの図２および後述の図３〜５では、半導体レーザーＡ、Ｂの光出力を各々Ａ、Ｂと表示してある。また図３〜５でも図２と同様に、（ａ）、（ｂ）にそれぞれ光ファイバー入口、出口での光出力を示す。
【００１６】
次に、上記構成における動作を説明する。ここでは、動作環境温度が低温から高温へ変化して行く場合について説明する。まず低温領域では、半導体レーザーＡが駆動される（図３中の実線）。このとき、発光波長はファイバーの低損失領域にあるので、良好な通信が行われる。なお、仮に半導体レーザーＢが発光した場合は、同図に破線で示す発光波長となる。
【００１７】
そこから動作環境温度が上昇すると、それに伴って半導体レーザーＡの発光波長は長波長側に変化して行く。こうして温度が切り替え温度に到達すると、図４に示すように半導体レーザーＢが駆動される。前述した通りこの半導体レーザーＢは、元々、切り替え温度より高い温度のとき最適波長で発光するものである。そこで、さらに温度が上昇しても、図５から明らかなように、半導体レーザーＡを駆動させた場合よりも強い信号光がファイバー出口から出射するようになり、良好な通信状態が維持される。
【００１８】
なお、駆動する半導体レーザーが上記のように切り替えられても、それらの半導体レーザーは所定の情報に基づいて互いに共通に変調されるようになっているから、この切り替えがなされても、通信自体はエラーや途切れを招くことなく正常になされ得る。
【００１９】
また、本発明による第２の光通信用モジュールは、上記第１の光通信用モジュールから温度検出手段および駆動切替手段が省かれた形のものである。すなわちこの第２の光通信用モジュールにおいては、最適波長あるいはそれに近い波長の信号光がマルチモード光ファイバーを伝搬するのに加えて、それから外れた波長の信号光も比較的大きな損失の下にマルチモード光ファイバーを伝搬するだけのことであって、この場合も、低温から高温に至る範囲で高強度の信号光をマルチモード光ファイバーから送出可能であるという上述の効果をそのまま得ることができる。
【００２０】
以上説明の通り本発明によれば、ペルチェ素子のような高価な部品を使うことなく、低温から高温に至るまで、光ファイバーの損失を低く抑え得る波長の信号光を供給可能となり、良好な通信を維持することができる。そして、このような本発明の光通信用モジュールを用いることで、大口径の光ファイバーによる大容量光通信も可能となる。
【００２１】
【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説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施の形態による光通信用モジュールの概略構成を示すものである。この光通信用モジュールは、第１の半導体レーザー１１および第２の半導体レーザー１２と、これらの半導体レーザー１１および１２からそれぞれ発散光として射出された信号光としてのレーザービーム１３、１４を各々平行光化するコリメーターレンズ１５、１６と、平行光となったレーザービーム１３、１４を１点に収束させる集光レンズ１７と、これらのレーザービーム１３、１４の収束位置に入射端１８ａが位置するように配置されたマルチモード光ファイバー１８とを有している。
【００２３】
また、１つの変調駆動回路２０が出力する変調駆動信号Ｓ１が、駆動切替回路２１を介して上記半導体レーザー１１、１２の１つに択一的に入力されるようになっている。そしてこの駆動切替回路２１には、半導体レーザー１１、１２の温度を検出する例えばサーミスタ等からなる温度検出手段２２が接続されている。駆動切替回路２１はこの温度検出手段２２が出力する温度検出信号Ｓ２に基づいて、変調駆動信号Ｓ１を入力する半導体レーザー１１、１２を切り替えるように構成されている。
【００２４】
したがって、変調駆動信号Ｓ１が半導体レーザー１１に入力された場合は、この変調駆動信号Ｓ１に基づいて変調された信号光としてのレーザービーム１３がマルチモード光ファイバー１８のコア１８ｂに入射してそこを伝搬し、変調駆動信号Ｓ１が半導体レーザー１２に入力された場合は、この変調駆動信号Ｓ１に基づいて変調された信号光としてのレーザービーム１４がマルチモード光ファイバー１８のコア１８ｂに入射してそこを伝搬する。
【００２５】
ここで上記マルチモード光ファイバー１８は、一例としてＰＭＭＡを基本材料にしたプラスチックファイバーで、直径１ｍｍ、コア径２００〜５００μｍ程度、長さ１００ｍのものが使用されている。このマルチモード光ファイバー１８の伝搬損失は伝搬光の波長に応じて変化し、伝搬損失が最低となる最適波長は６５０ｎｍであり、伝搬光波長がこの最適波長から５ｎｍずれると伝搬効率は最適波長時の約４０％に、１０ｎｍずれると伝搬効率は最適波長時の約１５％に低下する。なお、上記プラスチックファイバーとしてはグレーデッドインデックス型のものを使用するのが望ましく、またその直径は一般に８００μｍ程度以上であることが好ましい。
【００２６】
本実施の形態では動作環境温度を−２０〜８０℃の範囲とし、半導体レーザー１１は−２０℃以上３０℃未満の範囲で、また半導体レーザー１２は３０〜８０℃の範囲で動作させる。つまり駆動切替回路２１は、温度検出信号Ｓ２が示す温度が３０℃未満のとき半導体レーザー１１を駆動させ、この温度が３０℃以上のとき別の半導体レーザー１２を駆動させる。
【００２７】
これらの半導体レーザー１１、１２は、共通温度下での発光波長が互いに異なるものであり、具体的に半導体レーザー１１の発光波長は−２０℃、５℃、３０℃においてそれぞれ６４５ｎｍ、６５０ｎｍ、６５５ｎｍであるのに対し、半導体レーザー１２の発光波長は３０℃、５５℃、８０℃においてそれぞれ６４５ｎｍ、６５０ｎｍ、６５５ｎｍである。なお上記から明らかな通り、半導体レーザー１１、１２の発光波長の温度特性は共に０．２ｎｍ／℃である。
【００２８】
以下、この光通信用モジュールの作用について説明する。まず低温側で半導体レーザー１１が駆動するとき、動作環境温度が−２０℃において発光波長は６４５ｎｍとなり、マルチモード光ファイバー１８の伝搬効率は最適波長時の約４０％となる。そこから温度が上昇すると、半導体レーザー１１の発光波長は長波長側にシフトして、マルチモード光ファイバー１８の損失は漸減（伝搬効率が上昇）し、動作環境温度が５℃で上記発光波長が６５０ｎｍになると損失が最低となり、ほとんど３０℃で発光波長が６５５ｎｍになると伝搬効率は最適波長時の約４０％となる。このようにして、動作環境温度が−２０℃以上３０℃未満の範囲において、マルチモード光ファイバー１８の伝搬効率は最低でも最適波長時の約４０％以上に保たれる。
【００２９】
一方、動作環境温度が３０℃以上になると半導体レーザー１２が駆動され、３０℃において発光波長は６４５ｎｍとなり、マルチモード光ファイバー１８の伝搬効率は最適波長時の約４０％となる。そこから温度が上昇すると、半導体レーザー１２の発光波長は長波長側にシフトして、マルチモード光ファイバー１８の損失は漸減し、動作環境温度が５５℃で発光波長が６５０ｎｍになると損失が最低となり、８０℃で発光波長が６５５ｎｍになると伝搬効率は最適波長時の約４０％となる。このようにして、動作環境温度が３０〜８０℃の範囲においても、マルチモード光ファイバー１８の伝搬効率は最低でも最適波長時の約４０％以上に保たれる。
【００３０】
以上の通り本実施の形態では、−２０〜８０℃の動作温度範囲において、マルチモード光ファイバー１８の伝搬効率は最低でも最適波長時の約４０％以上に保たれる。それに対して、１個の半導体レーザーを用いて−２０〜８０℃の範囲で動作させた場合には、＋／−１０ｎｍの波長変化が発生するので、マルチモード光ファイバー１８からの光出力は、最悪の場合、最適波長時の１５％にまで低下してしまう。そのような状態下では、良好な通信を行うことは困難である。
【００３１】
なお、半導体レーザー１１、１２の駆動をある１つの所定温度で切り替えるようにしておくと、たまたま温度の近傍において動作する場合、頻繁に切り替わりが発生して、通信に支障が生ずる場合もある。そこで、一般的にとられる手法であるが、ヒステリシスを持たせることで、この頻繁な切り替わりを避けることができる。
【００３２】
すなわち、第１の温度とそれより若干高い第２の温度を設定し、低温用半導体レーザー１１から高温用半導体レーザー１２には第２の温度で切り替わり、高温用半導体レーザー１２から低温用半導体レーザー１１には第１の温度で切り替わるようにする。そのように構成した場合は、一旦低温用半導体レーザー１１が動作すれば、第１の温度近傍で温度が変動してもそのまま低温用半導体レーザー１１が動作する。そして、第２の温度まで温度が上昇したところで、初めて高温用半導体レーザー１２に切り替わる。こうして、一旦高温用半導体レーザー１２が動作すれば、第２の温度近傍で温度が変動してもそのまま低温用半導体レーザー１２が動作する。
【００３３】
また、上述のように２つの半導体レーザー１１、１２を用いた場合、レーザービーム１３、１４がマルチモード光ファイバー１８に十分に入力し得るかという懸念もあるが、コア径が細い光ファイバーに光を結合する場合とは異なり、コア径の太いプラスチックファイバーにとっては大きな問題ではない。
【００３４】
次に、図６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６において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付し、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）。
【００３５】
この第２の実施の形態の光通信用モジュールは、図１のものと比べると、駆動切替回路２１および温度検出手段２２が省かれた点が異なるものである。すなわち本実施の形態では、２つの半導体レーザー１１、１２が同時に駆動される。図１の装置では、波長が６４５〜６５５ｎｍの範囲にあるレーザービーム１３あるいは１４がマルチモード光ファイバー１８を伝搬するのに対し、本実施の形態ではそのようなレーザービームに加えて、波長が６４５ｎｍ以下のレーザービーム１４あるいは波長が６５５ｎｍ以上のレーザービーム１３もマルチモード光ファイバー１８を伝搬するだけのことであって、この場合も、低温から高温に至る範囲で高強度の信号光をマルチモード光ファイバー１８から送出可能であるという本発明の効果をそのまま得ることができる。
【００３６】
次に、図７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。この第３の実施の形態の光通信用モジュールは、図１のものと比べると、２つのコリメーターレンズ１５、１６および集光レンズ１７に代わるものとして、１つの集光レンズ３０が用いられている点が異なるものである。このような集光レンズ３０を用いることにより、光学系の構成を簡素化することができる。
【００３７】
以上、２個の半導体レーザーを用いた実施の形態を示したが、本発明で用いられる半導体レーザーの数はこの２個に限られるものではなく、２個以上何個の半導体レーザーが用いられてもよい。
【００３８】
また、上記実施の形態では、個別に形成された複数の半導体レーザーが用いられているが、複数の半導体レーザーを同一基板上に作製したものを使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光通信用モジュールを示す概略構成図
【図２】本発明の光通信用モジュールの作用を説明する説明図
【図３】本発明の光通信用モジュールの作用を説明する説明図
【図４】本発明の光通信用モジュールの作用を説明する説明図
【図５】本発明の光通信用モジュールの作用を説明する説明図
【図６】本発明の第２の実施の形態による光通信用モジュールを示す概略構成図
【図７】本発明の第３の実施の形態による光通信用モジュールを示す概略構成図
【図８】従来の光通信用モジュールにおける問題を説明する説明図
【符号の説明】
１１、１２　　半導体レーザー
１３、１４　　レーザービーム
１５、１６　　コリメーターレンズ
１７　　集光レンズ
１８　　マルチモード光ファイバー
２０　　変調駆動回路
２１　　駆動切替回路
２２　　温度検出手段
３０　　集光レンズ
【図１】
2004111526.tif 000003
【図２】
2004111526.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004111526.tif 000006
【図５】
2004111526.tif 000007
【図６】
2004111526.tif 000008
【図７】
2004111526.tif 000009
【図８】
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