(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一基板上に少なくとも１つの発光部と少なくとも１つの受光部とを備え、
前記発光部は、下部多層膜反射鏡とその上に形成された活性層とを少なくとも含み、
前記発光部の上部には、前記発光部の発光波長よりも小さい寸法を持つ複数の開口部が形成された金属層が設けられ、
前記受光部の上部には、前記発光部の発光波長よりも小さい寸法を持つ複数の開口部が形成された他の金属層が設けられ、
前記発光部における前記金属層の開口部と前記受光部における前記他の金属層の開口部とはそれぞれ、互いに異なる２つの格子間隔を有する長方格子状に配置されており、
前記発光部と前記受光部との組合せが２組設けられており、
前記２組のうち第１の組を構成する前記発光部における前記金属層の開口部が短い格子間隔で配列されている方向と、前記第１の組を構成する前記受光部における前記他の金属層の開口部が短い格子間隔で配列されている方向とは同一であり、
前記２組のうち第２の組を構成する前記発光部における前記金属層の開口部が短い格子間隔で配列されている方向と、前記第２の組を構成する前記受光部における前記他の金属層の開口部が短い格子間隔で配列されている方向とは同一であり、
前記第１の組を構成する前記発光部における前記金属層の開口部が短い格子間隔で配列されている方向と、前記第２の組を構成する前記発光部における前記金属層の開口部が短い格子間隔で配列されている方向とは互いに直交することを特徴とする光送受信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光送受信装置において、
前記発光部の上面での反射率は前記受光部の上面での反射率よりも高いことを特徴とする光送受信装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光送受信装置において、
前記下部多層膜反射鏡は、前記発光部及び前記受光部に共通に形成されていることを特徴とする光送受信装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光送受信装置において、
前記受光部における前記活性層の表面には凹凸が形成されていることを特徴とする光送受信装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光送受信装置において、
前記受光部における前記他の金属層の開口部の寸法は、前記発光部における前記金属層の開口部の寸法よりも大きいことを特徴とする光送受信装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光送受信装置において、
前記金属層及び前記他の金属層のそれぞれの少なくとも一部は、銀、金、白金又はアルミニウムからなることを特徴とする光送受信装置。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光送受信装置において、
前記発光部における前記金属層の前記発光部の発光波長に対する反射率は、前記受光部における前記他の金属層の前記発光部の発光波長に対する反射率よりも高いことを特徴とする光送受信装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の光送受信装置において、
前記発光部における前記活性層と前記金属層との間に上部多層膜反射鏡が形成されていることを特徴とする光送受信装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光送受信装置において、
前記上部多層膜反射鏡は、前記受光部にも設けられていることを特徴とする光送受信装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の光送受信装置において、
前記発光部における前記上部多層膜反射鏡の層数は、前記受光部における前記上部多層膜反射鏡の層数よりも多いことを特徴とする光送受信装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の光送受信装置において、
前記受光部における前記上部多層膜反射鏡の表面には凹凸が形成されていることを特徴とする光送受信装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光送受信装置において、
前記発光部における前記金属層の開口部は、互いに異なる２つの格子間隔を有する長方格子状に配置されており、
前記２つの格子間隔のうち短い格子間隔及び長い格子間隔をそれぞれＰ1 及びＰ2 、前記金属層の誘電率をε1 、前記金属層の上面又は下面と接する媒質の誘電率をε2 、前記発光部の発光波長をλ、ｉ及びｊを負でない整数としたときに、Ｐ1 が、
０．９×Ｐ1 ≦λ×（ｉ2 ＋ｊ2 ）1/2 ／（ε1 ε2 ／（ε1 ＋ε2 ））1/2 ≦１．１×Ｐ1 
の関係を満たし、Ｐ2  が、
１．１×Ｐ2 ≧λ×（ｉ2 ＋ｊ2 ）1/2 ／（ε1 ε2 ／（ε1 ＋ε2 ））1/2 
の関係を満たしていることを特徴とする光送受信装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光送受信装置において、
前記発光部における前記金属層の開口部が格子状に配列されている当該格子の少なくとも１つの方向において、当該開口部が前記発光部の発光波長以下の周期で配置されていることを特徴とする光送受信装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光送受信装置において、
前記発光部と前記受光部とは、前記基板上における直径１５０μｍ以下の領域内に形成されていることを特徴とする光送受信装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の光送受信装置において、
前記発光部の発光面積は前記受光部の受光面積よりも小さいことを特徴とする光送受信装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の光送受信装置を用いた光通信システムであって、
前記光送受信装置が光ファイバの両端にそれぞれ配置されており、
前記光ファイバ内において直線偏光方向の異なる複数の光信号が伝送されることを特徴とする光通信システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の光通信システムであって、
前記光ファイバの両端に配置された前記光送受信装置のそれぞれは、複数の発光部及び複数の受光部を有し、
前記複数の発光部のそれぞれから、互いに異なる直線偏光方向の光信号が発光されることを特徴とする光通信システム。
【請求項１８】
請求項１６又は１７に記載の光通信システムであって、
前記光信号は時間分割又は波長分割された信号であり、当該信号は前記光ファイバ内において双方向に伝送されることを特徴とする光通信システム。
【請求項１９】
請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の光通信システムであって、
前記光ファイバは偏波保持光ファイバであることを特徴とする光通信システム。
【請求項２０】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の光送受信装置を用いた光通信システムであって、
前記光送受信装置が複数個配置されており、
前記複数個の光送受信装置間において直線偏光方向の異なる複数の光信号が、空間又は光導波路を介して伝送される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、偏波多重方式の光通信に用いる光送受信装置及びそれを用いた光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、急速な情報化に伴い、基幹通信網におけるデータ通信量が急増するのと同時に民生機器や端末におけるデータ通信量も急増しており、通信速度の高速化及び通信容量の大容量化が求められている。そのため、従来は基幹通信網にのみ用いられていた、発光素子である半導体レーザや受光素子であるフォトダイオードなどの電気信号と光信号とを相互に変換する素子を用いた光通信技術が、従来は電気信号による低速な通信方式を用いていた民生機器などの様々な機器にも広く普及しつつある。しかしながら、民生機器などでは基幹通信網などと比較して低コスト化に対する要求が強いため、単一のチャネルについて非常に高速な発光素子や受光素子を利用することは、各素子が非常に高価であり且つ周辺システムの高度化も必要となるために適していない。このため、単一の素子としては、比較的低速ではあるものの、波長や偏波などを多重化することにより通信容量を大容量化した素子が検討されている。特に、相異なる偏波状態の光信号を１本の光ファイバを用いて同時に伝送する偏波多重方式は、偏波状態の数だけチャネルを増やすことができ、通信容量を増大させることを可能とするものであるため、安価且つ高速な通信手段として期待されている。
【０００３】
図１４は、偏波多重光信号を発生させる手段として特許文献１に記載されている従来の光通信システムの一例を示す図である。図１４において、両矢印は偏波の向きを示している。
【０００４】
図１４に示すように、２つのレーザ装置の出力である水平偏波１０１及び垂直偏波１０２がそれぞれ伝送される２本の偏波保持光ファイバ１０４Ａ及び１０４Ｂは、互いに偏波が９０度異なる方向となるように偏波合波器１００の入力側に接続されている。偏波合波器１００の出力側から偏波保持光ファイバ１０４Ｃに取り出された信号は、互いに偏波が９０度異なる２つの偏波状態の光信号を含む直交偏波多重光１０３となる。
【特許文献１】特開２００３−１２４９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述の従来の構成を用いる場合、偏波多重光信号を発生させる手段として、偏波合波器と、その入力側に設けられた２本の偏波保持光ファイバと、その出力側に設けられた１本の偏波保持光ファイバとが必要となるため、部品点数が増大し、システムが大型化すると共にコストが増大するという問題がある。
【０００６】
さらに、偏波合波器と光ファイバとを結合させる結合部が必要となるため、結合ロスにより長距離通信が困難になる。また、２本の光ファイバを互いに偏波が９０度異なる方向となるように偏波合波器と接続させなければならないため、光ファイバの位置及び光ファイバと偏波合波器との結合角度等を調整する工程が必要となるので、低コスト化が困難になるという問題がある。
【０００７】
また、前述の従来の構成を用いて多チャネルの偏波多重光信号を受信する場合には、偏波多重光信号に含まれる偏波状態の数だけ検光子及び受光装置を設ける必要があるので、受信側の構成を簡略化することができないという問題もある。さらに、この場合、偏波多重光信号をプリズム等により分割する必要があり、その結果、信号強度が低下するため、Ｓ／Ｎ比が悪化する等の問題もある。
【０００８】
また、前述の従来の構成を用いて双方向に信号を伝送しようとしたときには、信号の送信側及び受信側のシステム並びに信号を伝送する偏波合波器及び光ファイバがそれぞれ複数必要となるため、システムの大型化及びコストの増大が避けられない。
【０００９】
前記に鑑み、本発明は、部品点数が少なく、簡便な調整のみによって実装でき、且つ偏波多重光信号の送受信が可能な双方向光送受信装置及びそれを用いた偏波多重の光通信システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明に係る光送受信装置は、同一基板上に発光部と共に受光部を設け、且つ当該発光部から出射する光の偏波方向を金属ホールアレイを用いて任意に制御する構成を有する。
【００１１】
具体的には、本発明に係る光送受信装置は、同一基板上に少なくとも１つの発光部と少なくとも１つの受光部とを備え、前記発光部は、下部多層膜反射鏡とその上に形成された活性層とを少なくとも含み、前記発光部の上部には、前記発光部の発光波長よりも小さい寸法を持つ複数の開口部が形成された金属層が設けられている。
【００１２】
尚、本発明において、金属ホールアレイとなる金属層における開口部の寸法とは、例えば開口部の平面形状が円形であれば直径、開口部の平面形状が方形であれば対角線等のように、開口部の平面形状の最大寸法を意味するものとする。
【００１３】
本発明の光送受信装置によれば、同一基板上に発光部と受光部とを備えるため、部品点数が少ない光送受信装置を実現できる。また、発光部と受光部とを近接して配置することにより、光ファイバ等の光導波路に一度のアライメントによって発光部と受光部とを直接結合させることができるため、実装コスト及びアライメントコストを大幅に削減することができる。さらに、同一基板上に受光部と共に設けた発光部から出射する光の偏波方向を金属ホールアレイを用いて任意に制御できるので、偏波多重光信号の双方向光送受信を容易に実現することができる。
【００１４】
本発明の光送受信装置において、前記発光部の上面での反射率は前記受光部の上面での反射率よりも高いことが好ましい。このようにすると、発光部は効率よくレーザ発振を行うことが可能となり、受光部は信号光を効率よく受光することか可能となる。
【００１５】
本発明の光送受信装置において、前記下部多層膜反射鏡は、前記発光部及び前記受光部に共通に形成されていることが好ましい。このようにすると、本発明の光送受信装置の製造が容易になる。この場合、前記受光部における前記活性層の表面には凹凸が形成されていると、受光部表面での信号光の反射が抑制されるので、受光効率を高めることが可能となる。
【００１６】
本発明の光送受信装置において、前記受光部の上部には、前記発光部の発光波長よりも小さい寸法を持つ複数の開口部が形成された他の金属層が設けられていることが好ましい。このようにすると、任意の一の方向に制御された直線偏波のみを出射する発光部と、任意の他の方向に直線偏波制御された信号光のみを受光する受光部とを備えているため、２つの光送受信装置を光ファイバ等の光導波路又は空間を介して対に配置することによって、双方向に情報を伝送することができる。さらに、それぞれの光送受信装置の発光部から出射する信号光の直線偏波方向を互いに直交させると共に、それぞれの光送受信装置の受光部については特定の直線偏波のみを受光する構造を用いることにより、双方向に伝送される信号同士が干渉することのない、戻り光などの雑音に影響されることのない信頼性の高い双方向通信を実現することができる。
【００１７】
この場合、前記受光部における前記他の金属層の開口部の寸法は、前記発光部における前記金属層の開口部の寸法よりも大きいことが好ましい。このようにすると、受光部の受光効率を高めることが可能となる。
【００１８】
また、この場合、前記発光部における前記金属層の開口部と前記受光部における前記他の金属層の開口部とはそれぞれ、互いに異なる２つの格子間隔を有する長方格子状に配置されており、前記発光部における前記金属層の開口部が短い格子間隔で配列されている方向と、前記受光部における前記他の金属層の開口部が短い格子間隔で配列されている方向とは、互いに４５度以上異なることが好ましい。このようにすると、発光部が出射する直線偏波と受光部が受信する直線偏波との混信が抑制されるので、信頼性の高い光送受信装置を実現することが可能となる。
【００１９】
また、この場合、前記金属層及び前記他の金属層のそれぞれの少なくとも一部は、銀、金、白金又はアルミニウムからなることが好ましい。このようにすると、各金属層を非常に高い反射率を有する反射鏡として機能させ、且つ各金属層に非常に強い表面プラズモン共鳴効果を生じさせることが可能となる。
【００２０】
また、この場合、前記発光部における前記金属層の前記発光部の発光波長に対する反射率は、前記受光部における前記他の金属層の前記発光部の発光波長に対する反射率よりも高いことが好ましい。このようにすると、発光部においてはレーザ発振を行うのに適した反射率を任意に制御することが可能となると共に、受光部においては信号光を最も効率よく受光するのに適した反射率を任意に制御することが可能となるので、光送受信の効率の最大化を図ることができる。
【００２１】
本発明の光送受信装置において、前記発光部における前記活性層と前記金属層との間に上部多層膜反射鏡が形成されていることが好ましい。このようにすると、発光部が効率よくレーザ発振を行うことが可能となる。この場合、前記上部多層膜反射鏡は、前記受光部にも設けられていることが好ましい。このようにすると、受光部が信号光を効率よく受光することが可能となる。前記上部多層膜反射鏡が前記受光部にも設けられている場合、前記発光部における前記上部多層膜反射鏡の層数は、前記受光部における前記上部多層膜反射鏡の層数よりも多いことが好ましい。このようにすると、発光部においてレーザ発振に必要な反射率を容易に得ることが可能となると共に、受光部において最も効率よく信号光を受光できる反射率を得ることが可能となる。また、前記上部多層膜反射鏡が前記受光部にも設けられている場合、前記受光部における前記上部多層膜反射鏡の表面には凹凸が形成されていることが好ましい。このようにすると、受光部表面での信号光の反射が抑制されるので、受光効率を高めることが可能となる。
【００２２】
本発明の光送受信装置において、前記発光部における前記金属層の開口部は正方格子状に配置されており、当該開口部の格子間隔をＰ、前記金属層の誘電率をε1 、前記金属層の上面又は下面と接する媒質の誘電率をε2 、前記発光部の発光波長をλ、ｉ及びｊを負でない整数としたときに、Ｐが、
０．９×Ｐ≦λ×（ｉ2 ＋ｊ2 ）1/2 ／（ε1 ε2 ／（ε1 ＋ε2 ））1/2 ≦１．１×Ｐ
の関係を満たしていることが好ましい。このようにすると、金属層において表面プラズモン共鳴効果を確実に発生させることが可能となる。
【００２３】
本発明の光送受信装置において、前記発光部における前記金属層の開口部は、互いに異なる２つの格子間隔を有する長方格子状に配置されており、前記２つの格子間隔のうち短い格子間隔及び長い格子間隔をそれぞれＰ1 及びＰ2 、前記金属層の誘電率をε1 、前記金属層の上面又は下面と接する媒質の誘電率をε2 、前記発光部の発光波長をλ、ｉ及びｊを負でない整数としたときに、Ｐ1 が、
０．９×Ｐ1 ≦λ×（ｉ2 ＋ｊ2 ）1/2 ／（ε1 ε2 ／（ε1 ＋ε2 ））1/2 ≦１．１×Ｐ1 
の関係を満たし、Ｐ2  が、
１．１×Ｐ2 ≧λ×（ｉ2 ＋ｊ2 ）1/2 ／（ε1 ε2 ／（ε1 ＋ε2 ））1/2 
の関係を満たしていることが好ましい。このようにすると、短い格子間隔で開口部が配列されている方向においてのみ表面プラズモン共鳴効果を発生させることが可能となるので、特に偏波比の高い出射光を得ることが可能となる。
【００２４】
本発明の光送受信装置において、前記発光部における前記金属層の開口部が正方格子状又は長方格子状に配列されている場合、当該格子の少なくとも１つの方向において、当該開口部が前記発光部の発光波長以下の周期で配置されていることが好ましい。このようにすると、金属層において強い表面プラズモン共鳴効果を得ることができるので、特定の波長の光のみを選択的に出射させることが可能となる。
【００２５】
本発明の光送受信装置において、前記発光部と前記受光部とは、前記基板上における直径１５０μｍ以下の領域内に形成されていることが好ましい。このようにすると、発光部と受光部とを単一の光ファイバ等の光導波路に良好に結合することができる。
【００２６】
本発明の光送受信装置において、前記受光部は前記発光部を囲むように配置されていることが好ましい。このようにすると、発光部と受光部とを単一の光ファイバ等の光導波路に良好に結合することができる。
【００２７】
本発明の光送受信装置において、前記発光部の発光面積は前記受光部の受光面積よりも小さいことが好ましい。このようにすると、発光部において発光パターンの形状制御及び動作速度の高速化を達成できると共に、受光部において感度を向上させることが可能となる。
【００２８】
本発明に係る第１の光通信システムは、本発明の光送受信装置を用いた光通信システムであって、前記光送受信装置が光ファイバの両端にそれぞれ配置されており、前記光ファイバ内において直線偏光方向の異なる複数の光信号が伝送される。
【００２９】
本発明の第１の光通信システムによると、双方向に伝送される信号が互いに混信することがないので、信頼性の高い双方向光通信システムを実現することができる。
【００３０】
本発明の第１の光通信システムにおいて、前記光ファイバの両端に配置された前記光送受信装置のそれぞれは、複数の発光部及び複数の受光部を有し、前記複数の発光部のそれぞれから、互いに異なる直線偏光方向の光信号が発光されることが好ましい。このようにすると、部品点数の少ない構成によって、偏波多重信号を双方向に伝送することが可能な光通信システムを実現することができる。
【００３１】
本発明の第１の光通信システムにおいて、前記光信号は時間分割又は波長分割された信号であり、当該信号は前記光ファイバ内において双方向に伝送されることが好ましい。このようにすると、互いに直交する２つの直線偏波により形成された偏波多重信号を双方向に伝送することが可能となる。
【００３２】
本発明の第１の光通信システムにおいて、前記光ファイバは偏波保持光ファイバであることが好ましい。このようにすると、簡単な装置構成と１本の光ファイバとによって、信頼性の高い双方向通信を低コストで実現することができる。
【００３３】
本発明に係る第２の光通信システムは、本発明の光送受信装置を用いた光通信システムであって、前記光送受信装置が複数個配置されており、前記複数個の光送受信装置間において直線偏光方向の異なる複数の光信号が、空間又は光導波路を介して伝送される。
【００３４】
本発明の第２の光通信システムによると、簡単な装置構成と容易な光軸のアライメントとによって、双方向通信を低コストで実現することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、部品点数が少なく、簡便な調整のみによって実装でき、且つ偏波多重光信号の送受信が可能な双方向光送受信装置及びそれを用いた偏波多重の光通信システムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る光送受信装置について、図面を参照しながら説明する。図１は第１の実施形態に係る光送受信装置の平面構成を示し、図２は図１のＸ−Ｘ’線における断面構成を示す。尚、図１においては、後述する発光部２０に形成される金属ホールアレイ２６の開口部２６ａを模式的に示している。また、図１において、両矢印は偏波の方向を示している。
【００３７】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る光送受信装置５は、主として、出射信号光１を送信する発光部２０と入射信号光２を受信する受光部３０とから構成されている。
【００３８】
また、図２に示すように、本実施形態の光送受信装置において、発光部２０及び受光部３０は同一の基板１０上に形成されている。発光部２０及び受光部３０はそれぞれ個別に上部電極２５及び３５を有しており、これにより発光部２０及び受光部３０をそれぞれ独立して駆動させることができる。尚、発光部２０から送信される出射信号光１は、発光部２０の上部に形成された金属ホールアレイ（アレイ状にホールが設けられた金属層）２６によって任意の方向に制御された直線偏波である。
【００３９】
次に、本実施形態の光送受信装置の構造及び動作原理について詳細に説明する。本実施形態に係る光送受信装置は、発光部２０及び受光部３０に共通する構造として、基板１０上に順次形成された下地層１１及び下部多層膜反射鏡１２並びに基板１０の下面に形成された下部電極１３を有している。
【００４０】
発光部２０を構成する構造として、下部多層膜反射鏡１２上に順次形成された発光層（活性層）２１、電流狭窄層２２、上部多層膜反射鏡２３、コンタクト層２４及び金属ホールアレイ２６を有している。ここで、電流狭窄層２２は電流狭窄領域２２ａとそれを囲む酸化物高抵抗領域２２ｂとからなる。金属ホールアレイ２６はコンタクト層２４上に中間層２７を介して形成されていると共に、金属ホールアレイ２６を覆うようにキャップ層２８が形成されている。また、コンタクト層２４の周縁部上には金属ホールアレイ２６を囲むように上部電極２５が形成されている。
【００４１】
受光部３０を構成する構造として、下部多層膜反射鏡１２上に順次形成された受光層（活性層）３１、電流狭窄層３２、上部多層膜反射鏡３３及びコンタクト層３４を有している。ここで、電流狭窄層３２は電流狭窄領域３２ａとそれを囲む酸化物高抵抗領域３２ｂとからなる。コンタクト層３４の周縁部上には上部電極３５が形成されている。
【００４２】
本実施形態において、基板１０は例えばｎ型のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）からなり、下地層１１は基板１０上に例えばｎ型のＧａＡｓを結晶成長させることにより形成されている。下部多層膜反射鏡１２は、例えばｎ型のＡｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.90Ｇａ0.10Ａｓ層とが交互に積層された多層膜である。ここで、下部多層膜反射鏡１２を構成する各層には、ｎ型の不純物としてシリコンがドーピングされている。また、当該各層の膜厚はλ／４ｎ（λはレーザ発振波長（発光部２０の発光波長）であり、ｎは媒質の屈折率である（以下同じ））であり、当該各層は３４．５周期積層されている。
【００４３】
また、発光層２１及び受光層３１としては、例えばノンドープＧａＡｓ層からなる井戸層と、Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓ層からなる障壁層と、Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓ層からなる下部スペーサ層及び上部スペーサ層とが積層された量子井戸構造を用いている。ここで、井戸層の数は３周期であり、発光層２１及び受光層３１のそれぞれの膜厚はλ／ｎである。
【００４４】
また、電流狭窄層２２及び電流狭窄層３２は、例えばｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層からなり、後述する上部多層膜反射鏡２３及び上部多層膜反射鏡３３内のｐ型Ａｌ0.90Ｇａ0.10Ａｓ層の一部を置き換えるようにして形成されている。
【００４５】
また、上部多層膜反射鏡２３及び上部多層膜反射鏡３３は、例えばｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.98Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.90Ｇａ0.10Ａｓ層とが交互に積層された多層膜である。ここで、上部多層膜反射鏡２３及び上部多層膜反射鏡３３を構成する各層には、ｐ型の不純物としてカーボンがドーピングされている。また、当該各層の膜厚はλ／４ｎであり、当該各層は９．５周期積層されている。
【００４６】
また、コンタクト層２４及びコンタクト層３４は、例えばｐ型ＧａＡｓ層からなり、上部電極２５及び３５との接触抵抗を低減するために、当該ｐ型ＧａＡｓ層には、ｐ型不純物であるカーボンが１×１０19ｃｍ-3以上の高濃度でドーピングされている。
【００４７】
以下、本実施形態の発光部２０について詳細に説明する。発光部２０は、当該発光部２０を構成しているコンタクト層２４、上部多層膜反射鏡２３、電流狭窄層２２、発光層２１及び下部多層膜反射鏡１２の表面部を、下部多層膜反射鏡の１２が部分的に露出する状態まで選択的に除去することにより形成された凹部によって周辺（つまり受光部３０）と隔てられている。また、発光部２０は、例えば直径が約２０μｍ程度の円柱状の構造を有している。発光部２０において、コンタクト層２４の表面と部分的に接触するように上部電極２５が形成されている。コンタクト層２４の表面の中心部には、金属反射鏡として利用する金属ホールアレイ２６が中間層２７を介して形成されており、金属ホールアレイ２６はキャップ層２８によって覆われている。本実施形態では、金属ホールアレイ２６の材料として例えば膜厚が２００ｎｍの銀（Ａｇ）、中間層２７の材料として例えば膜厚が１１３ｎｍの酸化珪素（ＳｉＯ2 ）、キャップ層２８の材料として例えば膜厚が２００ｎｍの酸化窒素（ＳｉＮ）を用いる。
【００４８】
金属ホールアレイ２６においては、円形状の複数の開口部が格子状に形成されている。尚、開口部の平面形状は、出射光の波長（発光部２０の発光波長）よりも短い寸法を有していれば特に限定されるものではなく、例えば楕円形状、長方形状、正方形状又は菱形状などであってもよい。
【００４９】
具体的には、本実施形態の金属ホールアレイ２６においては、複数の開口部が、互いに異なる２つの格子間隔を有する長方格子状に配置されている。ここで、当該２つの格子間隔のうち短い格子間隔（短軸方向の格子間隔）Ｐ1 は例えば３７５ｎｍであり、長い格子間隔（長軸方向の格子間隔）Ｐ2 は例えば５２５ｎｍである。また、短軸方向の格子間隔Ｐ1 については、下記式（１）に示す表面プラズモン共鳴条件を満たすことが好ましい。
【００５０】
０．９×Ｐ1 ≦λ×（ｉ2 ＋ｊ2 ）1/2 ／（ε1 ε2 ／（ε1 ＋ε2 ））1/2 ≦１．１×Ｐ1 
・・・式（１）  尚、式（１）において、λはレーザ光の波長（発光部２０の発光波長）、ｉ及びｊは負でない整数（０、１、２、・・・）、ε1 は金属ホールアレイ２６（金属部分）の誘電率、ε2 は金属ホールアレイ２６の上面又は下面と接する媒質の誘電率である（金属ホールアレイ２６の上面又は下面の少なくとも一方と接する媒質の誘電率について式（１）が満たされていればよい）。
【００５１】
例えば、レーザ光の発光波長（発光部２０の発光波長）λが８５０ｎｍであり、Ａｇからなる金属ホールアレイ２６の誘電率ε1 が−３２であり、金属ホールアレイ２６の上面と接するキャップ層２８を構成するＳｉＮ層の誘電率ε2 が４であり、（ｉ2 ＋ｊ2 ）＝１であるとすると、式（１）に示す表面プラズモン共鳴条件を満たす開口部の短軸方向の格子間隔Ｐ1 の範囲は３５５ｎｍ〜４３５ｎｍとなる。従って、前述の本実施形態の短軸方向の格子間隔Ｐ1 の値３７５ｎｍは、式（１）に示す表面プラズモン共鳴条件を満たすものである。本願発明者らは、金属ホールアレイ２６の材料であるＡｇとキャップ層２８の材料であるＳｉＮとによる表面プラズモン共鳴効果が、ＡｇとＳｉＯ2 との共鳴効果と比べて、より強いことを実験的に見出しており、前述の本実施形態の構成例によって、短軸方向の直線偏波光がより強く金属ホールアレイ２６を透過することが可能となる。
【００５２】
以上のように、金属ホールアレイ２６に表面プラズモン共鳴条件を満たすように開口部を配置することにより、本実施形態の光送受信装置における共振器（発光部２０）内において発振した８５０ｎｍの光が、金属ホールアレイ２６の表面において表面プラズモンに効率良く変換される。また、この変換された表面プラズモンは金属ホールアレイ２６のキャップ層２８側で再び光に変換されて共振器外部に出射される。
【００５３】
以下、本実施形態の受光部３０について詳細に説明する。発光部２０及びその周辺の凹部を囲むように配置されている受光部３０は、当該受光部３０を構成しているコンタクト層３４、上部多層膜反射鏡３３、電流狭窄層３２、受光層３１及び下部多層膜反射鏡１２の表面部を、下部多層膜反射鏡の１２が部分的に露出する状態まで選択的に除去することにより形成されている。受光部３０において、コンタクト層３４と部分的に接触するように上部電極３５が形成されている。上部多層膜反射鏡３３はｐ型、受光層３１は不純物をドーピングしないｉ型、下部多層膜反射鏡１２はｎ型という構成によって、受光部３０をＰＩＮフォトダイオードとして機能させることが可能である。
【００５４】
尚、図２においては、受光部３０の上部多層膜反射鏡３３の層数が発光部２０の上部多層膜反射鏡２３の層数と等しい場合を示しているが、受光部３０の上部多層膜反射鏡３３の層数が発光部２０の上部多層膜反射鏡２３の層数よりも少なくてもよい。このようにすると、発光部２０においてレーザ発振に必要な反射率を容易に得ることが可能となると共に、受光部３０において最も効率よく信号光を受光できる反射率を得ることが可能となる。或いは、受光部３０には上部多層膜反射鏡３３を設けなくてもよい。
【００５５】
また、図２においては、受光部３０の表面が平坦に形成されている場合を示しているが、受光層３１、電流狭窄層３２、上部多層膜反射鏡３３又はコンタクト層３４のいずれかに凹凸が形成されていてもよい。このようにすると、受光部３０での信号光の反射が抑制されるので、受光効率を高めることが可能となる。
【００５６】
図３は、本実施形態に係る光送受信装置を用いた光通信システムの一例を示している。尚、図３においては、図１と同じ構成要素等に同じ符号を付すことにより、重複する説明を省略する。また、図３において、発光部２０Ａ及び２０Ｂのそれぞれに形成される金属ホールアレイ２６の開口部２６ａ及び２６ｂを模式的に示している。図３に示すように、信号を伝送する線路として用いる光ファイバ４０の一端には、水平偏波（信号光１）を出力する発光部２０Ａ及び垂直偏波（信号光２）を受信する受光部３０Ａを有する本実施形態の一の光送受信装置が配置されていると共に、光ファイバ４０の他端には、垂直偏波（信号光２）を出力する発光部２０Ｂ及び水平偏波（信号光１）を受信する受光部３０Ｂを有する本実施形態の他の光送受信装置が配置されている。図３に示す光通信システムによると、信号の送信を行う発光部２０と信号の受信を行う受光部３０とを１本の光ファイバ４０に一度の軸調整によって結合することができる。さらに、１本の光ファイバ４０において互いに逆方向に伝送される２つの信号が互いに異なる偏波方向を有するため、両信号間の干渉つまり混信を防止しながら双方向に信号を伝送することができる。すなわち、信頼性の高い双方向光通信システムを実現することができる。尚、図３に示す光通信システムにおいて、光ファイバ４０としては、偏波保持光ファイバを用いることが好ましい。このようにすると、簡単な装置構成と１本の光ファイバとによって、信頼性の高い双方向通信を低コストで実現することができる。また、図３に示す光通信システムにおいて、光ファイバ４０に代えて、他の光導波路を用いてもよい（ご確認下さい）。
【００５７】
図４は、本実施形態に係る光送受信装置を用いた光通信システムの一例を示している。尚、図４においては、図１と同じ構成要素等に同じ符号を付すことにより、重複する説明を省略する。また、図４において、発光部２０Ａ及び２０Ｂのそれぞれに形成される金属ホールアレイ２６の開口部２６ａ及び２６ｂを模式的に示している。図４に示すように、光学素子４２Ａを通して水平偏波（信号光１）を出力する発光部２０Ａ及び垂直偏波（信号光２）を受信する受光部３０Ａを有する本実施形態の一の光送受信装置と、光学素子４２Ｂを通して垂直偏波（信号光２）を出力する発光部２０Ｂ及び水平偏波（信号光１）を受信する受光部３０Ｂを有する本実施形態の他の光送受信装置とが空間を挟んで配置されている。すなわち、図４に示す光通信システムのように、光ファイバや光導波路などの伝送線路を用いることなく、空間中において信号を伝送することも可能である。ここで、水平偏波を出力する発光部２０Ａ及び垂直偏波を出力する発光部２０Ｂのそれぞれから出力される信号は互いに直線偏波の方向が直交しているので、同一の空間を伝送しても、互いに干渉することはない。また、発光部２０と受光部３０とは互いに隣接して形成されていることから、二つの光送受信装置間の軸調整が一度で済むため、光通信システムを構成するために必要な調整にかかるコストを大幅に削減することが可能となる。
【００５８】
以上に説明したように、本実施形態の光送受信装置によれば、同一基板１０上に発光部２０と受光部３０とを備えるため、部品点数が少ない光送受信装置を実現できる。また、発光部２０と受光部３０とを近接して配置することにより、光ファイバ等の光導波路に一度のアライメントによって発光部２０と受光部３０とを直接結合させることができるため、実装コスト及びアライメントコストを大幅に削減することができる。さらに、同一基板１０上に受光部３０と共に設けた発光部２０から出射する光の偏波方向を金属ホールアレイ２６を用いて任意に制御できるので、偏波多重光信号の双方向光送受信を容易に実現することができる。
【００５９】
また、本実施形態の光送受信装置によれば、下部多層膜反射鏡１２等を、発光部２０及び受光部３０に共通に形成しているため、光送受信装置の製造が容易になる。
【００６０】
また、本実施形態の光送受信装置によれば、発光部２０及び受光部３０のそれぞれが上部多層膜反射鏡２３及び３３を有するため、発光部２０が効率よくレーザ発振を行うことが可能となり、受光部３０が信号光を効率よく受光することが可能となる。
【００６１】
尚、本実施形態の光送受信装置において、発光部２０の上面での反射率は受光部３０の上面での反射率よりも高いことが好ましい。このようにすると、発光部２０は効率よくレーザ発振を行うことが可能となり、受光部３０は信号光を効率よく受光することか可能となる。
【００６２】
また、本実施形態の光送受信装置において、下部多層膜反射鏡１２等を、発光部２０及び受光部３０に共通に形成したが、これに代えて、受光部３０として、一般的なフォトダイオード等を用いてもよい。
【００６３】
また、本実施形態の光送受信装置において、金属ホールアレイ２６の材料として、銀を用いたが、これに代えて、金、白金又はアルミニウム等を用いてもよい。
【００６４】
また、本実施形態の光送受信装置において、金属ホールアレイ２６において、複数の開口部を長方格子状に配置した際に、短軸方向の格子間隔Ｐ1 について式（１）に示す表面プラズモン共鳴条件を満たすように設定したが、これに加えて、長軸方向の格子間隔Ｐ2 について下記式（２）に示す表面プラズモン共鳴条件を満たすように設定することが好ましい。
【００６５】
１．１×Ｐ2 ≧λ×（ｉ2 ＋ｊ2 ）1/2 ／（ε1 ε2 ／（ε1 ＋ε2 ））1/2     ・・・式（２）
このようにすると、短い格子間隔で開口部が配列されている方向においてのみ表面プラズモン共鳴効果を発生させることが可能となるので、特に偏波比の高い出射光を得ることが可能となる。
【００６６】
また、金属ホールアレイ２６において、複数の開口部を長方格子状に配置する代わりに、正方格子状に配置してもよい。この場合、当該開口部の格子間隔Ｐについて下記式（３）に示す表面プラズモン共鳴条件を満たすように設定することが好ましい。
【００６７】
０．９×Ｐ≦λ×（ｉ2 ＋ｊ2 ）1/2 ／（ε1 ε2 ／（ε1 ＋ε2 ））1/2 ≦１．１×Ｐ
・・・式（３）
このようにしても、金属ホールアレイ２６において表面プラズモン共鳴効果を確実に発生させることが可能となる。
【００６８】
また、本実施形態の光送受信装置において、金属ホールアレイ２６の開口部が正方格子状又は長方格子状に配列されている場合、当該格子の少なくとも１つの方向において、当該開口部が発光部２０の発光波長以下の周期で配置されていることが好ましい。このようにすると、金属ホールアレイ２６において強い表面プラズモン共鳴効果を得ることができるので、特定の波長の光のみを選択的に出射させることが可能となる。
【００６９】
また、本実施形態の光送受信装置において、発光部２０と受光部３０とは、基板１０上における直径１５０μｍ以下の領域内に形成されていることが好ましい。このようにすると、発光部２０と受光部３０とを単一の光ファイバ等の光導波路に良好に結合することができる。
【００７０】
また、本実施形態の光送受信装置において、受光部３０は発光部２０を囲むように配置されていることが好ましい。このようにすると、発光部２０と受光部３０とを単一の光ファイバ等の光導波路に良好に結合することができる。
【００７１】
また、本実施形態の光送受信装置において、発光部２０の発光面積は受光部３０の受光面積よりも小さいことが好ましい。このようにすると、発光部２０において発光パターンの形状制御及び動作速度の高速化を達成できると共に、受光部３０において感度を向上させることが可能となる。
【００７２】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る光送受信装置について、図面を参照しながら説明する。図５は第２の実施形態に係る光送受信装置の断面構成を示す。尚、本実施形態に係る光送受信装置の平面構成は、図１に示す第１の実施形態に係る光送受信装置の平面構成と基本的に同じである。
【００７３】
図５に示すように、本実施形態に係る光送受信装置は、主として出射信号光１を送信する発光部２０と入射信号光２を受信する受光部３０とから構成されている。
【００７４】
また、図５に示すように、本実施形態の光送受信装置において、発光部２０及び受光部３０は同一の基板１０上に形成されている。発光部２０及び受光部３０はそれぞれ個別に上部電極２５及び３５を有しており、これにより発光部２０及び受光部３０をそれぞれ独立して駆動させることができる。尚、発光部２０から送信される出射信号光１は、発光部２０の上部に形成された金属ホールアレイ（アレイ状にホールが設けられた金属層）２６によって任意の方向に制御された直線偏波である。
【００７５】
次に、本実施形態の光送受信装置の構造及び動作原理について詳細に説明する。本実施形態に係る光送受信装置は、発光部２０及び受光部３０に共通する構造として、基板１０上に順次形成された下地層１１及び下部多層膜反射鏡１２並びに基板１０の下面に形成された下部電極１３を有している。
【００７６】
発光部２０を構成する構造として、下部多層膜反射鏡１２上に順次形成された発光層（活性層）２１、電流狭窄層２２、上部多層膜反射鏡２３、コンタクト層２４及び金属ホールアレイ２６を有している。ここで、電流狭窄層２２は電流狭窄領域２２ａとそれを囲む酸化物高抵抗領域２２ｂとからなる。金属ホールアレイ２６はコンタクト層２４上に中間層２７を介して形成されていると共に、金属ホールアレイ２６を覆うようにキャップ層２８が形成されている。また、コンタクト層２４の周縁部上には金属ホールアレイ２６を囲むように上部電極２５が形成されている。
【００７７】
受光部３０を構成する構造として、下部多層膜反射鏡１２上に順次形成された受光層（活性層）３１、電流狭窄層３２、上部多層膜反射鏡３３及びコンタクト層３４を有している。ここで、電流狭窄層３２は電流狭窄領域３２ａとそれを囲む酸化物高抵抗領域３２ｂとからなる。コンタクト層３４の中心部上には中間層３７が形成されていると共に、コンタクト層３４の周縁部上には上部電極３５が形成されている。
【００７８】
本実施形態において、基板１０は例えばｎ型のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）からなり、下地層１１は基板１０上に例えばｎ型のＧａＡｓを結晶成長させることにより形成されている。下部多層膜反射鏡１２は、例えばｎ型のＡｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.90Ｇａ0.10Ａｓ層とが交互に積層された多層膜である。ここで、下部多層膜反射鏡１２を構成する各層には、ｎ型の不純物としてシリコンがドーピングされている。また、当該各層の膜厚はλ／４ｎ（λはレーザ発振波長（発光部２０の発光波長）であり、ｎは媒質の屈折率である（以下同じ））であり、当該各層は３４．５周期積層されている。
【００７９】
また、発光層２１及び受光層３１としては、例えばノンドープＧａＡｓ層からなる井戸層と、Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓ層からなる障壁層と、Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓ層からなる下部スペーサ層及び上部スペーサ層とが積層された量子井戸構造を用いている。ここで、井戸層の数は３周期であり、発光層２１及び受光層３１のそれぞれの膜厚はλ／ｎである。
【００８０】
また、電流狭窄層２２及び電流狭窄層３２は、例えばｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層からなり、後述する上部多層膜反射鏡２３及び上部多層膜反射鏡３３内のｐ型Ａｌ0.90Ｇａ0.10Ａｓ層の一部を置き換えるようにして形成されている。
【００８１】
また、上部多層膜反射鏡２３及び上部多層膜反射鏡３３は、例えばｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.98Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.90Ｇａ0.10Ａｓ層とが交互に積層された多層膜である。ここで、上部多層膜反射鏡２３及び上部多層膜反射鏡３３を構成する各層には、ｐ型の不純物としてカーボンがドーピングされている。また、当該各層の膜厚はλ／４ｎであり、当該各層は９．５周期積層されている。
【００８２】
また、コンタクト層２４及びコンタクト層３４は、例えばｐ型ＧａＡｓ層からなり、上部電極２５及び３５との接触抵抗を低減するために、当該ｐ型ＧａＡｓ層には、ｐ型不純物であるカーボンが１×１０19ｃｍ-3以上の高濃度でドーピングされている。
【００８３】
以下、本実施形態の発光部２０について詳細に説明する。発光部２０は、当該発光部２０を構成しているコンタクト層２４、上部多層膜反射鏡２３、電流狭窄層２２、発光層２１及び下部多層膜反射鏡１２の表面部を、下部多層膜反射鏡の１２が部分的に露出する状態まで選択的に除去することにより形成された凹部によって周辺（つまり受光部３０）と隔てられている。また、発光部２０は、例えば直径が約２０μｍ程度の円柱状の構造を有している。発光部２０において、コンタクト層２４の表面と部分的に接触するように上部電極２５が形成されている。コンタクト層２４の表面の中心部には、金属反射鏡として利用する金属ホールアレイ２６が中間層２７を介して形成されており、金属ホールアレイ２６はキャップ層２８によって覆われている。本実施形態では、金属ホールアレイ２６の材料として例えば膜厚が２００ｎｍの銀（Ａｇ）、中間層２７の材料として例えば膜厚が１１３ｎｍの酸化珪素（ＳｉＯ2 ）、キャップ層２８の材料として例えば膜厚が２００ｎｍの酸化窒素（ＳｉＮ）を用いる。
【００８４】
金属ホールアレイ２６においては、円形状の複数の開口部が格子状に形成されている。尚、開口部の平面形状は、出射光の波長（発光部２０の発光波長）よりも短い寸法を有していれば特に限定されるものではなく、例えば楕円形状、長方形状、正方形状又は菱形状などであってもよい。
【００８５】
具体的には、本実施形態の金属ホールアレイ２６においては、複数の開口部が、互いに異なる２つの格子間隔を有する長方格子状に配置されている。ここで、当該２つの格子間隔のうち短い格子間隔（短軸方向の格子間隔）Ｐ1 は例えば３７５ｎｍであり、長い格子間隔（長軸方向の格子間隔）Ｐ2 は例えば５２５ｎｍである。また、短軸方向の格子間隔Ｐ1 については、下記式（１）に示す表面プラズモン共鳴条件を満たすことが好ましい。
【００８６】
０．９×Ｐ1 ≦λ×（ｉ2 ＋ｊ2 ）1/2 ／（ε1 ε2 ／（ε1 ＋ε2 ））1/2 ≦１．１×Ｐ1 
・・・式（１）  尚、式（１）において、λはレーザ光の波長（発光部２０の発光波長）、ｉ及びｊは負でない整数（０、１、２、・・・）、ε1 は金属ホールアレイ２６（金属部分）の誘電率、ε2 は金属ホールアレイ２６の上面又は下面と接する媒質の誘電率である（金属ホールアレイ２６の上面又は下面の少なくとも一方と接する媒質の誘電率について式（１）が満たされていればよい）。
【００８７】
例えば、レーザ光の発光波長（発光部２０の発光波長）λが８５０ｎｍであり、Ａｇからなる金属ホールアレイ２６の誘電率ε1 が−３２であり、金属ホールアレイ２６の上面と接するキャップ層２８を構成するＳｉＮ層の誘電率ε2 が４であり、（ｉ2 ＋ｊ2 ）＝１であるとすると、式（１）に示す表面プラズモン共鳴条件を満たす開口部の短軸方向の格子間隔Ｐ1 の範囲は３５５ｎｍ〜４３５ｎｍとなる。従って、前述の本実施形態の短軸方向の格子間隔Ｐ1 の値３７５ｎｍは、式（１）に示す表面プラズモン共鳴条件を満たすものである。本願発明者らは、金属ホールアレイ２６の材料であるＡｇとキャップ層２８の材料であるＳｉＮとによる表面プラズモン共鳴効果が、ＡｇとＳｉＯ2 との共鳴効果と比べて、より強いことを実験的に見出しており、前述の本実施形態の構成例によって、短軸方向の直線偏波光がより強く金属ホールアレイ２６を透過することが可能となる。
【００８８】
以上のように、金属ホールアレイ２６に表面プラズモン共鳴条件を満たすように開口部を配置することにより、本実施形態の光送受信装置における共振器（発光部２０）内において発振した８５０ｎｍの光が、金属ホールアレイ２６の表面において表面プラズモンに効率良く変換される。また、この変換された表面プラズモンは金属ホールアレイ２６のキャップ層２８側で再び光に変換されて共振器外部に出射される。
【００８９】
以下、本実施形態の受光部３０について詳細に説明する。発光部２０及びその周辺の凹部を囲むように配置されている受光部３０は、当該受光部３０を構成しているコンタクト層３４、上部多層膜反射鏡３３、電流狭窄層３２、受光層３１及び下部多層膜反射鏡１２の表面部を、下部多層膜反射鏡の１２が部分的に露出する状態まで選択的に除去することにより形成されている。受光部３０において、コンタクト層３４と部分的に接触するように上部電極３５が形成されている。上部多層膜反射鏡３３はｐ型、受光層３１は不純物をドーピングしないｉ型、下部多層膜反射鏡１２はｎ型という構成によって、受光部３０をＰＩＮフォトダイオードとして機能させることが可能である。
【００９０】
本実施形態が、第１の実施形態と異なっている点は、コンタクト層３５上における上部電極３５により囲まれた領域に中間層３７が形成されていることである。これにより、第１の実施形態と同様の効果に加えて、受光部３０への入射信号光２のコンタクト層３５表面での反射損失を抑制することが可能になるという効果が得られる。
【００９１】
尚、図５においては、受光部３０の上部多層膜反射鏡３３の層数が発光部２０の上部多層膜反射鏡２３の層数と等しい場合を示しているが、受光部３０の上部多層膜反射鏡３３の層数が発光部２０の上部多層膜反射鏡２３の層数よりも少なくてもよい。このようにすると、発光部２０においてレーザ発振に必要な反射率を容易に得ることが可能となると共に、受光部３０において最も効率よく信号光を受光できる反射率を得ることが可能となる。或いは、受光部３０には上部多層膜反射鏡３３を設けなくてもよい。
【００９２】
また、図５においては、受光部３０の表面が平坦に形成されている場合を示しているが、受光層３１、電流狭窄層３２、上部多層膜反射鏡３３、コンタクト層３４又は中間層３７のいずれかに凹凸が形成されていてもよい。このようにすると、受光部３０での信号光の反射が抑制されるので、受光効率を高めることが可能となる。
【００９３】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る光送受信装置について、図面を参照しながら説明する。図６は第３の実施形態に係る光送受信装置の断面構成を示す。尚、本実施形態に係る光送受信装置の平面構成は、受光部が金属ホールアレイを有している点を除いて、図１に示す第１の実施形態に係る光送受信装置の平面構成と基本的に同じである。
【００９４】
図６に示すように、本実施形態に係る光送受信装置は、主として出射信号光１を送信する発光部２０と入射信号光２を受信する受光部３０とから構成されている。
【００９５】
また、図６に示すように、本実施形態の光送受信装置において、発光部２０及び受光部３０は同一の基板１０上に形成されている。発光部２０及び受光部３０はそれぞれ個別に上部電極２５及び３５を有しており、これにより発光部２０及び受光部３０をそれぞれ独立して駆動させることができる。尚、発光部２０から送信される出射信号光１は、発光部２０の上部に形成された金属ホールアレイ（アレイ状にホールが設けられた金属層）２６によって任意の方向に制御された直線偏波である。
【００９６】
次に、本実施形態の光送受信装置の構造及び動作原理について詳細に説明する。本実施形態に係る光送受信装置は、発光部２０及び受光部３０に共通する構造として、基板１０上に順次形成された下地層１１及び下部多層膜反射鏡１２並びに基板１０の下面に形成された下部電極１３を有している。
【００９７】
発光部２０を構成する構造として、下部多層膜反射鏡１２上に順次形成された発光層（活性層）２１、電流狭窄層２２、上部多層膜反射鏡２３、コンタクト層２４及び金属ホールアレイ２６を有している。ここで、電流狭窄層２２は電流狭窄領域２２ａとそれを囲む酸化物高抵抗領域２２ｂとからなる。金属ホールアレイ２６はコンタクト層２４上に中間層２７を介して形成されていると共に、金属ホールアレイ２６を覆うようにキャップ層２８が形成されている。また、コンタクト層２４の周縁部上には金属ホールアレイ２６を囲むように上部電極２５が形成されている。
【００９８】
受光部３０を構成する構造として、下部多層膜反射鏡１２上に順次形成された受光層（活性層）３１、電流狭窄層３２、上部多層膜反射鏡３３、コンタクト層３４及び金属ホールアレイ３６を有している。ここで、電流狭窄層３２は電流狭窄領域３２ａとそれを囲む酸化物高抵抗領域３２ｂとからなる。金属ホールアレイ３６はコンタクト層３４上に中間層３７を介して形成されていると共に、金属ホールアレイ３６を覆うようにキャップ層３８が形成されている。また、コンタクト層３４の周縁部上には金属ホールアレイ３６を囲むように上部電極３５が形成されている。
【００９９】
本実施形態において、基板１０は例えばｎ型のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）からなり、下地層１１は基板１０上に例えばｎ型のＧａＡｓを結晶成長させることにより形成されている。下部多層膜反射鏡１２は、例えばｎ型のＡｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.90Ｇａ0.10Ａｓ層とが交互に積層された多層膜である。ここで、下部多層膜反射鏡１２を構成する各層には、ｎ型の不純物としてシリコンがドーピングされている。また、当該各層の膜厚はλ／４ｎ（λはレーザ発振波長（発光部２０の発光波長）であり、ｎは媒質の屈折率である（以下同じ））であり、当該各層は３４．５周期積層されている。
【０１００】
また、発光層２１及び受光層３１としては、例えばノンドープＧａＡｓ層からなる井戸層と、Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓ層からなる障壁層と、Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓ層からなる下部スペーサ層及び上部スペーサ層とが積層された量子井戸構造を用いている。ここで、井戸層の数は３周期であり、発光層２１及び受光層３１のそれぞれの膜厚はλ／ｎである。
【０１０１】
また、電流狭窄層２２及び電流狭窄層３２は、例えばｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層からなり、後述する上部多層膜反射鏡２３及び上部多層膜反射鏡３３内のｐ型Ａｌ0.90Ｇａ0.10Ａｓ層の一部を置き換えるようにして形成されている。
【０１０２】
また、上部多層膜反射鏡２３及び上部多層膜反射鏡３３は、例えばｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.98Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.90Ｇａ0.10Ａｓ層とが交互に積層された多層膜である。ここで、上部多層膜反射鏡２３及び上部多層膜反射鏡３３を構成する各層には、ｐ型の不純物としてカーボンがドーピングされている。また、当該各層の膜厚はλ／４ｎであり、当該各層は９．５周期積層されている。
【０１０３】
また、コンタクト層２４及びコンタクト層３４は、例えばｐ型ＧａＡｓ層からなり、上部電極２５及び３５との接触抵抗を低減するために、当該ｐ型ＧａＡｓ層には、ｐ型不純物であるカーボンが１×１０19ｃｍ-3以上の高濃度でドーピングされている。
【０１０４】
以下、本実施形態の発光部２０について詳細に説明する。発光部２０は、当該発光部２０を構成しているコンタクト層２４、上部多層膜反射鏡２３、電流狭窄層２２、発光層２１及び下部多層膜反射鏡１２の表面部を、下部多層膜反射鏡の１２が部分的に露出する状態まで選択的に除去することにより形成された凹部によって周辺（つまり受光部３０）と隔てられている。また、発光部２０は、例えば直径が約２０μｍ程度の円柱状の構造を有している。発光部２０において、コンタクト層２４の表面と部分的に接触するように上部電極２５が形成されている。コンタクト層２４の表面の中心部には、金属反射鏡として利用する金属ホールアレイ２６が中間層２７を介して形成されており、金属ホールアレイ２６はキャップ層２８によって覆われている。本実施形態では、金属ホールアレイ２６の材料として例えば膜厚が２００ｎｍの銀（Ａｇ）、中間層２７の材料として例えば膜厚が１１３ｎｍの酸化珪素（ＳｉＯ2 ）、キャップ層２８の材料として例えば膜厚が２００ｎｍの酸化窒素（ＳｉＮ）を用いる。
【０１０５】
金属ホールアレイ２６においては、円形状の複数の開口部が格子状に形成されている。尚、開口部の平面形状は、出射光の波長（発光部２０の発光波長）よりも短い寸法を有していれば特に限定されるものではなく、例えば楕円形状、長方形状、正方形状又は菱形状などであってもよい。
【０１０６】
具体的には、本実施形態の金属ホールアレイ２６においては、複数の開口部が、互いに異なる２つの格子間隔を有する長方格子状に配置されている。ここで、当該２つの格子間隔のうち短い格子間隔（短軸方向の格子間隔）Ｐ1 は例えば３７５ｎｍであり、長い格子間隔（長軸方向の格子間隔）Ｐ2 は例えば５２５ｎｍである。また、短軸方向の格子間隔Ｐ1 については、下記式（１）に示す表面プラズモン共鳴条件を満たすことが好ましい。
【０１０７】
０．９×Ｐ1 ≦λ×（ｉ2 ＋ｊ2 ）1/2 ／（ε1 ε2 ／（ε1 ＋ε2 ））1/2 ≦１．１×Ｐ1 
・・・式（１）  尚、式（１）において、λはレーザ光の波長（発光部２０の発光波長）、ｉ及びｊは負でない整数（０、１、２、・・・）、ε1 は金属ホールアレイ２６（金属部分）の誘電率、ε2 は金属ホールアレイ２６の上面又は下面と接する媒質の誘電率である（金属ホールアレイ２６の上面又は下面の少なくとも一方と接する媒質の誘電率について式（１）が満たされていればよい）。
【０１０８】
例えば、レーザ光の発光波長（発光部２０の発光波長）λが８５０ｎｍであり、Ａｇからなる金属ホールアレイ２６の誘電率ε1 が−３２であり、金属ホールアレイ２６の上面と接するキャップ層２８を構成するＳｉＮ層の誘電率ε2 が４であり、（ｉ2 ＋ｊ2 ）＝１であるとすると、式（１）に示す表面プラズモン共鳴条件を満たす開口部の短軸方向の格子間隔Ｐ1 の範囲は３５５ｎｍ〜４３５ｎｍとなる。従って、前述の本実施形態の短軸方向の格子間隔Ｐ1 の値３７５ｎｍは、式（１）に示す表面プラズモン共鳴条件を満たすものである。本願発明者らは、金属ホールアレイ２６の材料であるＡｇとキャップ層２８の材料であるＳｉＮとによる表面プラズモン共鳴効果が、ＡｇとＳｉＯ2 との共鳴効果と比べて、より強いことを実験的に見出しており、前述の本実施形態の構成例によって、短軸方向の直線偏波光がより強く金属ホールアレイ２６を透過することが可能となる。
【０１０９】
以上のように、金属ホールアレイ２６に表面プラズモン共鳴条件を満たすように開口部を配置することにより、本実施形態の光送受信装置における共振器（発光部２０）内において発振した８５０ｎｍの光が、金属ホールアレイ２６の表面において表面プラズモンに効率良く変換される。また、この変換された表面プラズモンは金属ホールアレイ２６のキャップ層２８側で再び光に変換されて共振器外部に出射される。
【０１１０】
以下、本実施形態の受光部３０について詳細に説明する。発光部２０及びその周辺の凹部を囲むように配置されている受光部３０は、当該受光部３０を構成しているコンタクト層３４、上部多層膜反射鏡３３、電流狭窄層３２、受光層３１及び下部多層膜反射鏡１２の表面部を、下部多層膜反射鏡の１２が部分的に露出する状態まで選択的に除去することにより形成されている。受光部３０において、コンタクト層３４と部分的に接触するように上部電極３５が形成されている。上部多層膜反射鏡３３はｐ型、受光層３１は不純物をドーピングしないｉ型、下部多層膜反射鏡１２はｎ型という構成によって、受光部３０をＰＩＮフォトダイオードとして機能させることが可能である。
【０１１１】
本実施形態が、第１の実施形態と異なっている点は、コンタクト層３４の表面の中心部には、金属ホールアレイ３６が中間層３７を介して形成されており、金属ホールアレイ３６はキャップ層３８によって覆われていることである。これにより、第１の実施形態と同様の効果に加えて、次のような効果が得られる。
【０１１２】
まず、本実施形態では、金属ホールアレイ３６、中間層３７及びキャップ層３８のそれぞれの材料構成は、発光部２０に形成した金属ホールアレイ２６、中間層２７及びキャップ層２８のそれぞれの材料構成と同様であるため、発光部２０及び受光部３０のそれぞれの対応する構成要素毎に同一の工程で同時に作成することが可能となり、低コスト化に有利である。
【０１１３】
また、本実施形態の金属ホールアレイ３６においては、円形状の複数の開口部が、互いに異なる２つの格子間隔を有する長方格子状に配置されている。尚、金属ホールアレイ３６の開口部の平面形状は、出射光の波長（発光部２０の発光波長）よりも短い寸法を有していれば特に限定されるものではなく、例えば楕円形状、長方形状、正方形状又は菱形状などであってもよい。また、前記２つの格子間隔のうち短い格子間隔（短軸方向の格子間隔）Ｐ1 は例えば３７５ｎｍであり、長い格子間隔（長軸方向の格子間隔）Ｐ2 は例えば５２５ｎｍである。但し、受光部３０に形成された金属ホールアレイ３６と発光部２０に形成された金属ホールアレイ２６との間では、それぞれの短軸方向及び長軸方向が互いに９０度異なっている。このような構造とすることにより、受光部３０に隣接する発光部２０から出力される出力信号光１に対して９０度回転した直線偏波光を入射信号光２として選択的に受光することが可能となる。言い換えると、発光部２０が出射する直線偏波と受光部３０が受信する直線偏波との混信が抑制される。このため、光学系で発生する戻り光ノイズなどの影響を受けにくい信頼性の高い偏波多重双方向通信が実現可能となる。また、以上の効果は、受光部３０における金属ホールアレイ３６の短軸方向と、発光部２０における金属ホールアレイ２６の短軸方向とが４５度以上１３５度以下異なっていれば得ることができる。
【０１１４】
尚、図６においては、受光部３０の上部多層膜反射鏡３３の層数が発光部２０の上部多層膜反射鏡２３の層数と等しい場合を示しているが、受光部３０の上部多層膜反射鏡３３の層数が発光部２０の上部多層膜反射鏡２３の層数よりも少なくてもよい。このようにすると、発光部２０においてレーザ発振に必要な反射率を容易に得ることが可能となると共に、受光部３０において最も効率よく信号光を受光できる反射率を得ることが可能となる。或いは、受光部３０には上部多層膜反射鏡３３を設けなくてもよい。
【０１１５】
また、図６においては、受光部３０の表面が平坦に形成されている場合を示しているが、受光層３１、電流狭窄層３２、上部多層膜反射鏡３３、コンタクト層３４又は中間層３７のいずれかに凹凸が形成されていてもよい。このようにすると、受光部３０での信号光の反射が抑制されるので、受光効率を高めることが可能となる。
【０１１６】
また、図６においては、発光部２０における金属ホールアレイ２６の開口部の寸法と、受光部３０における金属ホールアレイ３６の開口部の寸法とが等しい場合を示している。しかし、受光部３０における金属ホールアレイ３６の開口部の寸法が、発光部２０における金属ホールアレイ２６の開口部の寸法よりも大きくてもよい。このようにすると、受光部３０の受光効率を高めることが可能となる。
【０１１７】
また、本実施形態において、金属ホールアレイ２６及び３６（金属本体部分）のそれぞれの少なくとも一部は、銀、金、白金又はアルミニウムからなることが好ましい。このようにすると、各金属ホールアレイ２６及び３６を非常に高い反射率を有する反射鏡として機能させ、且つ各金属ホールアレイ２６及び３６に非常に強い表面プラズモン共鳴効果を生じさせることが可能となる。
【０１１８】
また、本実施形態において、発光部２０における金属ホールアレイ２６の発光部２０の発光波長に対する反射率は、受光部３０における金属ホールアレイ３６の発光部２０の発光波長に対する反射率よりも高いことが好ましい。このようにすると、発光部２０においてはレーザ発振を行うのに適した反射率を任意に制御することが可能となると共に、受光部３０においては信号光を最も効率よく受光するのに適した反射率を任意に制御することが可能となるので、光送受信の効率の最大化を図ることができる。
【０１１９】
図７は、本実施形態に係る光送受信装置を用いた光通信システムの他例を示している。尚、図７においては、図６と同じ構成要素等に同じ符号を付すことにより、重複する説明を省略する。また、図７において、発光部２０Ａ及び２０Ｂのそれぞれに形成される金属ホールアレイ２６の開口部２６ａ及び２６ｂ、並びに受光部３０Ａ及び３０Ｂのそれぞれに形成される金属ホールアレイ３６の開口部３６ａ及び３６ｂを模式的に示している。図７に示すように、信号を伝送する線路として用いる光ファイバ４０の一端には、水平偏波（信号光１）を出力する発光部２０Ａ及び垂直偏波（信号光２）を受信する受光部３０Ａを有する本実施形態の一の光送受信装置が配置されていると共に、光ファイバ４０の他端には、垂直偏波（信号光２）を出力する発光部２０Ｂ及び水平偏波（信号光１）を受信する受光部３０Ｂを有する本実施形態の他の光送受信装置が配置されている。図７に示す光通信システムによると、信号の送信を行う発光部２０と信号の受信を行う受光部３０とを１本の光ファイバ４０に一度の軸調整によって結合することができる。また、１本の光ファイバ４０において互いに逆方向に伝送される２つの信号が互いに異なる偏波方向を有するため、両信号間の干渉つまり混信を防止しながら双方向に信号を伝送することができる。すなわち、信頼性の高い双方向光通信システムを実現することができる。さらに、垂直偏波（信号光２）を受信する受光部３０Ａと水平偏波（信号光１）を受信する受光部３０Ｂとはそれぞれ特定の偏波のみを受信する構成を有しているため、受光部３０Ａ又は３０Ｂと隣接する発光部２０Ａ又は２０Ｂからの光がファイバ結合部や光学部品などの光学系からの戻り光として受光部３０Ａ又は３０Ｂに入射しようとしても、受光部３０Ａ又は３０Ｂが受信する偏波の方向と、隣接する発光部２０Ａ又は２０Ｂが出射する偏波の方向とが異なることから、受光部３０Ａ又は３０Ｂがノイズの影響を受けることはない。このため、非常に信頼性の高い信号伝送が可能となる。尚、図７に示す光通信システムにおいて、光ファイバ４０としては、偏波保持光ファイバを用いることが好ましい。このようにすると、簡単な装置構成と１本の光ファイバとによって、信頼性の高い双方向通信を低コストで実現することができる。また、図７に示す光通信システムにおいて、光ファイバ４０を伝送線路として用いたが、光ファイバに限定されることなく、シリコンや高分子材料等を用いた光導波路を伝送線路として利用することも可能である。
【０１２０】
図８は、本実施形態に係る光送受信装置を用いた光通信システムの他例を示している。尚、図８においては、図６と同じ構成要素等に同じ符号を付すことにより、重複する説明を省略する。また、図８において、発光部２０Ａ及び２０Ｂのそれぞれに形成される金属ホールアレイ２６の開口部２６ａ及び２６ｂ、並びに受光部３０Ａ及び３０Ｂのそれぞれに形成される金属ホールアレイ３６の開口部３６ａ及び３６ｂを模式的に示している。図８に示すように、光学素子４２Ａを通して水平偏波（信号光１）を出力する発光部２０Ａ及び垂直偏波（信号光２）を受信する受光部３０Ａを有する本実施形態の一の光送受信装置と、光学素子４２Ｂを通して垂直偏波（信号光２）を出力する発光部２０Ｂ及び水平偏波（信号光１）を受信する受光部３０Ｂを有する本実施形態の他の光送受信装置とが空間を挟んで配置されている。すなわち、図８に示す光通信システムのように、光ファイバや光導波路などの伝送線路を用いることなく、空間中において信号を伝送することも可能である。ここで、水平偏波を出力する発光部２０Ａ及び垂直偏波を出力する発光部２０Ｂのそれぞれから出力される信号は互いに直線偏波の方向が直交しているので、同一の空間を伝送しても互いに干渉することはない。また、発光部２０と受光部３０とは互いに隣接して形成されていることから、二つの光送受信装置間の軸調整が一度で済むため、光通信システムを構成するために必要な調整にかかるコストを大幅に削減することが可能となる。
【０１２１】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る光送受信装置について、図面を参照しながら説明する。図９は第４の実施形態に係る光送受信装置の平面構成を示す。尚、図９においては、後述する発光部５０Ａ及び５０Ｂ並びに受光部６０Ａ及び６０Ｂのそれぞれに形成される金属ホールアレイの開口部５６ａ、５６ｂ、６６ａ、６６ｂを模式的に示している。また、図９において、両矢印は偏波の方向を示している。
【０１２２】
図９に示すように、本実施形態に係る光送受信装置６は、主として、水平偏波を出力する第１の発光部５０Ａと、垂直偏波を出力する第２の発光部５０Ｂと、水平偏波を受信する第１の受光部６０Ａと、垂直偏波を受信する第２の受光部６０Ｂとから構成されている。すなわち、本実施形態に係る光送受信装置６においては、水平偏波を出力する第１の発光部５０Ａ及び垂直偏波を出力する第２の発光部５０Ｂよりなる２つの発光部と、水平偏波を受信する第１の受光部６０Ａ及び垂直偏波を受信する第２の受光部６０Ｂよりなる２つの受光部とが同一の基板上に形成されている。また、発光部５０Ａ及び５０Ｂ並びに受光部６０Ａ及び６０Ｂはそれぞれ個別に上部電極５１Ａ、５１Ｂ、６１Ａ及び６１Ｂを有しており、これにより発光部５０Ａ及び５０Ｂ並びに受光部６０Ａ及び６０Ｂをそれぞれ独立して駆動させることができる。尚、本実施形態の光送受信装置の各部の構造及び動作原理は、直線偏波の方向を除いて、第３の実施形態と同様である。
【０１２３】
図１０は、図９において破線により囲まれた領域（以下、図９の破線部という）の平面構成の一例を拡大して示した図である。図１０に示すように、水平偏波を出力する第１の発光部５０Ａ及び垂直偏波を出力する第２の発光部５０Ｂよりなる２つの発光部と、水平偏波を受信する第１の受光部６０Ａ及び垂直偏波を受信する第２の受光部６０Ｂよりなる２つの受光部とは互いに近接して配置されている。このような構造を用いることにより、４つの素子を１本の光ファイバに一度の軸調整で容易に結合することができると共に、前述のように、それぞれ異なる偏波の方向を有する２つの発光部と２つの受光部とを独立して駆動させることができるので、実用性の高い偏波多重通信を低コストで実現することができる。
【０１２４】
図１１は、図９の破線部の平面構成の他例を拡大して示した図である。図１１に示す平面構成が図１０に示す平面構成と異なっている点は、水平偏波を出力する第１の発光部５０Ａ及び垂直偏波を出力する第２の発光部５０Ｂよりなる２つの発光部のそれぞれの直径が、水平偏波を受信する第１の受光部６０Ａ及び垂直偏波を受信する第２の受光部６０Ｂよりなる２つの受光部のそれぞれの直径よりも小さく設定されていることである。このような構造を用いることにより、水平偏波を出力する第１の発光部５０Ａ及び垂直偏波を出力する第２の発光部５０Ｂよりなる２つの発光部の動作速度が大きく向上すると共に、水平偏波を受信する第１の受光部６０Ａ及び垂直偏波を受信する第２の受光部６０Ｂよりなる２つの受光部の受光感度が大きく向上するので、信頼性の高い偏波多重通信を実現することができる。
【０１２５】
図１２は、本実施形態に係る光送受信装置を用いた光通信システムの一例を示している。図１２に示すように、信号を伝送する線路として用いる光ファイバ４０の一端には、水平偏波（信号光１Ａ）及び垂直偏波（信号光１Ｂ）をそれぞれ出力する２つの発光部並びに水平偏波（信号光２Ａ）及び垂直偏波（信号光２Ｂ）をそれぞれ受信する２つの受光部を有する本実施形態の一の光送受信装置７０が配置されていると共に、光ファイバ４０の他端には、水平偏波（信号光２Ａ）及び垂直偏波（信号光２Ｂ）をそれぞれ出力する２つの発光部並びに水平偏波（信号光１Ａ）及び垂直偏波（信号光１Ｂ）をそれぞれ受信する２つの受光部を有する本実施形態の他の光送受信装置７１が配置されている。図１２に示す光通信システムによると、信号の送信を行う２つの発光部と信号の受信を行う２つの受光部とを１本の光ファイバ４０に一度の軸調整によって結合することができる。さらに、１本の光ファイバ４０において同一方向に伝送される２つの信号が互いに異なる偏波方向を有するため、両信号間の干渉つまり混信を防止しながら偏波多重情報伝送を行うことができる。さらには時間分割通信方式又は波長分割通信方式などを応用すれば、同様の偏波多重情報伝送を双方向において実現することができる。すなわち、信頼性の高い双方向光通信システムを実現することができる。尚、図１２に示す光通信システムにおいて、光ファイバ４０としては、偏波保持光ファイバを用いることが好ましい。このようにすると、簡単な装置構成と１本の光ファイバとによって、信頼性の高い双方向通信を低コストで実現することができる。また、図１２に示す光通信システムにおいて、光ファイバ４０を伝送線路として用いたが、光ファイバに限定されることなく、シリコンや高分子材料等を用いた光導波路を伝送線路として利用することも可能である。
【０１２６】
図１３は、本実施形態に係る光送受信装置を用いた光通信システムの他例を示している。図１３に示すように、光学素子４２Ａを通して水平偏波（信号光１Ａ）及び垂直偏波（信号光１Ｂ）をそれぞれ出力する２つの発光部並びに水平偏波（信号光２Ａ）及び垂直偏波（信号光２Ｂ）をそれぞれ受信する２つの受光部を有する本実施形態の一の光送受信装置７０と、光学素子４２Ｂを通して水平偏波（信号光２Ａ）及び垂直偏波（信号光２Ｂ）をそれぞれ出力する２つの発光部並びに水平偏波（信号光１Ａ）及び垂直偏波（信号光１Ｂ）をそれぞれ受信する２つの受光部を有する本実施形態の他の光送受信装置７１とが空間を挟んで配置されている。すなわち、図１３に示す光通信システムのように、光ファイバや光導波路などの伝送線路を用いることなく、空間中において信号を伝送することも可能である。ここで、同一の光送受信装置における水平偏波を出力する発光部及び垂直偏波を出力する発光部のそれぞれから出力される信号は互いに直線偏波の方向が直交しているので、同一の空間を伝送しても互いに干渉することはない。また、同一の光送受信装置における水平偏波を受信する受光部及び垂直偏波を受信する受光部６０も互いに干渉することなく、特定の偏波のみを受信することできる。また、各光送受信装置において各発光部と各受光部とは互いに隣接して形成されていることから、二つの光送受信装置間の軸調整が一度で済むため、光通信システムを構成するために必要な調整にかかるコストを大幅に削減することが可能となる。さらには時間分割通信方式又は波長分割通信方式などを応用すれば、同様の偏波多重情報伝送を双方向において実現することができる。すなわち、信頼性の高い双方向光通信システムを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明は、高速な動作が必要とされる光送受信装置及びそれを用いた光通信システムを低コストで実現するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係る光送受信装置の平面図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施形態に係る光送受信装置の断面図である。
【図３】図３は本発明の第１の実施形態に係る光送受信装置を用いた光通信システムの一例を示す図である。
【図４】図４は本発明の第１の実施形態に係る光送受信装置を用いた光通信システムの他例を示す図である。
【図５】図５は本発明の第２の実施形態に係る光送受信装置の断面図である。
【図６】図６は本発明の第３の実施形態に係る光送受信装置の断面図である。
【図７】図７は本発明の第３の実施形態に係る光送受信装置を用いた光通信システムの一例を示す図である。
【図８】図８は本発明の第３の実施形態に係る光送受信装置を用いた光通信システムの他例を示す図である。
【図９】図９は本発明の第４の実施形態に係る光送受信装置の平面図である。
【図１０】図１０は図９の破線部の平面構成の一例を拡大して示した図である。
【図１１】図１１は図９の破線部の平面構成の他例を拡大して示した図である。
【図１２】図１２は本発明の第４の実施形態に係る光送受信装置を用いた光通信システムの一例を示す図である。
【図１３】図１３は本発明の第４の実施形態に係る光送受信装置を用いた光通信システムの他例を示す図である。
【図１４】図１４は従来の偏波多重通信の方法を示す概念図である。
【符号の説明】
【０１２９】
１    出射信号光
１Ａ    水平偏波
１Ｂ    垂直偏波
２    入射信号光
２Ａ    水平偏波
２Ｂ    垂直偏波
５、６    光送受信装置
１０    基板
１１    下地層
１２    下部多層膜反射鏡
１３    下部電極
２０    発光部
２０Ａ    水平偏波を出力する発光部
２０Ｂ    垂直偏波を出力する発光部
２１    発光層
２２    電流狭窄層
２２ａ    電流狭窄領域
２２ｂ    酸化物高抵抗領域
２３    上部多層膜反射鏡
２４    コンタクト層
２５    上部電極
２６    金属ホールアレイ
２６ａ、２６ｂ    開口部
２７    中間層
２８    キャップ層
３０    受光部
３０Ａ    垂直偏波を受信する受光部
３０Ｂ    水平偏波を受信する受光部
３１    受光層
３２    電流狭窄層
３２ａ    電流狭窄領域
３２ｂ    酸化物高抵抗領域
３３    上部多層膜反射鏡
３４    コンタクト層
３５    上部電極
３６    金属ホールアレイ
３６ａ、３６ｂ    開口部
３７    中間層
３８    キャップ層
４０    光ファイバ
４２Ａ、４２Ｂ    光学素子
５０Ａ    水平偏波を出力する第１の発光部
５０Ｂ    垂直偏波を出力する第２の発光部
５１Ａ、５１Ｂ    上部電極
５６ａ、５６ｂ    金属ホールアレイの開口部
６０Ａ    水平偏波を受信する第１の受光部
６０Ｂ    垂直偏波を受信する第２の受光部
６１Ａ、６１Ｂ    上部電極
６６ａ、６６ｂ    金属ホールアレイの開口部
７０、７１    光送受信装置
１００    偏波合波器
１０１    水平偏波
１０２    垂直偏波
１０３    直交偏波多重光
１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ    偏波保持光ファイバ
【図１】
0004911774.tif 000002
【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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【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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