(57)【要約】【課題】低コストかつ光安定性に優れた光モジュール、電子機器および空間通信システムを提供すること。【解決手段】本発明は、ベース層上に形成された量子ドットと、量子ドットを覆うカバー層と、を有する量子ドットレーザ６０と、一定の駆動電流を前記量子ドットレーザに供給する駆動回路６２と、を具備する光モジュールである。本発明によれば、量子ドットレーザを用いるため、ＡＰＣ回路を用いなくとも光出力を一定にすることができる。【選択図】図３
2009188216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース層上に形成された量子ドットと、前記量子ドットを覆うカバー層と、を有する量子ドットレーザと、
一定の駆動電流を前記量子ドットレーザに供給する駆動回路と、
を具備することを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記駆動回路は、前記量子ドットレーザの光出力をフィードバックしていないことを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
【請求項３】
前記ベース層はＧａＡｓからなり、前記カバー層はＩｎＧａＡｓからなり、前記量子ドットはＩｎＡｓからなることを特徴とする請求項１または２記載の光モジュール。
【請求項４】
前記量子ドットレーザは空間通信のための光を出射することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の光モジュール。
【請求項５】
前記量子ドットレーザの出力波長は、１．２μｍから１．６μｍであることを特徴とする請求項４記載の光モジュール。
【請求項６】
ベース層上に形成された量子ドットと前記量子ドットを覆うカバー層とを有し、空間に１．２μｍから１．６μｍの波長の光を出射する量子ドットレーザと、一定の駆動電流を前記量子ドットレーザに供給する駆動回路と、を有する空間通信用送信部と、
空間から１．２μｍから１．６μｍの波長の光を受光する受光素子を有する空間通信用受信部と、
を具備する電子機器。
【請求項７】
ベース層上に形成された量子ドットと、前記量子ドットを覆うカバー層と、を有し空間に１．２μｍから１．６μｍの波長の光を出射する量子ドットレーザと、一定の駆動電流を前記量子ドットレーザに供給する駆動回路と、を有する第１装置と、
空間から前記送信装置の前記量子ドットレーザが出射した光を受光する受光素子を有する第２装置と、
を具備する空間通信システム。
【請求項８】
ベース層上に形成された量子ドットと、前記量子ドットを覆うカバー層と、を有し空間に１．２μｍから１．６μｍの波長の光を出射する量子ドットレーザを有する第１装置と、
空間から前記送信装置の前記量子ドットレーザが出射した光を受光する受光素子を有する第２装置と、
を具備する空間通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュール、電子機器および空間通信システムに関し、特に量子ドットレーザを有する光モジュール、電子機器および空間通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を出射する光モジュールは、ＦＴＴＨ（fiber to the home）等の光ファイバを用いた光通信システムや光を用いた空間通信システム等の通信システムに用いられている。
【０００３】
一方、近年、特許文献１、非特許文献１のように、量子ドットを有する半導体レーザが開発されている。
【特許文献１】特開２００１−８５６６５号公報
【非特許文献１】Electronics Letters 2007 Vol.43 pp670-672
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の光モジュールの課題について説明する。光ファイバを用いた光通信では光ファイバの光分散特性から波長が１．３μｍ帯または１．５５μｍ帯のレーザ光が用いられる。また、空間通信においては、眼へのダメージの小さい波長が１．２μｍから１．６μｍのレーザ光を用いることが好ましい。図１は、これらの波長で用いられるＩｎＰ系半導体を用いたファブリペロ半導体レーザの駆動電流に対する光出力を各温度に対し示した模式図である。図１において、破線は、製造直後の電流−光出力特性であり、実線は、長期間使用し（つまり長時間通電し）劣化した後の電流−光出力特性である。このように、半導体レーザの電流−光出力特性は、半導体レーザの温度および通電時間に依存し一定ではない。
【０００５】
このように半導体レーザの電流−光出力特性は一定ではない。光通信システムにおいては、光モジュールからの光出力が安定していることが求められる。また、空間に光を出射する場合、レーザ光が眼に照射された際の安全性の観点から、光モジュールからの光出力を一定値保つことが求められる。
【０００６】
そこで、半導体レーザの光出力を目標の光出力に一定に保つためＡＰＣ（Auto Power Control）回路を用いている。図２は従来の光モジュールのブロック図である。図２を参照に、光モジュール１００は、半導体レーザ６０ａ、駆動回路６２ａ、光検出部６４、ＡＰＣ回路６６および入力部６８を有している。入力部６８は外部から送信データ信号７８を受信し、駆動回路６２に送信データ信号を出力する。駆動回路６２ａは、制御信号７６に基づき駆動電流７２の大きさを制御し、半導体レーザ６０ａに駆動電流７２を出力する。駆動回路６２ａは送信データ信号により駆動電流７２を変調する。半導体レーザ６０ａは駆動電流７２に応じた光出力でレーザ光を出射する。駆動電流７２が変調されているため、レーザ光７０は変調されている。
【０００７】
例えばフォトダイオードからなる光検出部６４は、半導体レーザ６０ａから出射された光の一部を検知し、半導体レーザ６０ａの光出力に応じたモニタ電流７４をＡＰＣ回路６６に出力する。ＡＰＣ回路６６は、モニタ電流７４と基準電流とを比較し、制御信号７６を駆動回路６２ａに出力する。
【０００８】
このように、従来の光モジュールにおいては、光出力を一定に保つためＡＰＣ回路６６を用いている。しかしながら、従来の光モジュールにおいては、ＡＰＣ回路６６ａを用いるため低コスト化が難しいという課題がある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、低コストかつ光安定性に優れた光モジュール、電子機器および空間通信システム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】
【００１０】
本発明は、ベース層上に形成された量子ドットと、前記量子ドットを覆うカバー層と、を有する量子ドットレーザと、一定の駆動電流を前記量子ドットレーザに供給する駆動回路と、を具備することを特徴とする光モジュールである。本発明によれば、量子ドットレーザを用いるため、ＡＰＣ回路を用いなくとも光出力を一定にすることができる。よって、低コストかつ光安定性に優れた光モジュールを提供することができる。
【００１１】
上記構成において、前記駆動回路は、前記量子ドットレーザの光出力をフィードバックしていない構成とすることができる。この構成によれば、安価な光モジュールを提供することができる。
【００１２】
上記構成において、前記ベース層はＧａＡｓからなり、前記カバー層はＩｎＧａＡｓからなり、前記量子ドットはＩｎＡｓからなる構成とすることができる。この構成によれば、量子ドットレーザの光出力の温度依存性を一層抑制することができる。よって、一層光安定性に優れた光モジュールを提供することができる。
【００１３】
上記構成において、前記量子ドットレーザは空間通信のための光を出射する構成とすることができる。空間通信に用いる光は安全性の観点から、光出力を一定値保つことが求められる。この構成においては、光出力が一定なため、安全性を確保できる。
【００１４】
上記構成において、前記量子ドットレーザの出力波長は、１．２μｍから１．６μｍである構成とすることができる。この構成においては、眼へのダメージを抑制することができる。
【００１５】
本発明は、ベース層上に形成された量子ドットと前記量子ドットを覆うカバー層とを有し、空間に１．２μｍから１．６μｍの波長の光を出射する量子ドットレーザと、一定の駆動電流を前記量子ドットレーザに供給する駆動回路と、を有する空間通信用送信部と、空間から１．２μｍから１．６μｍの波長の光を受光する受光素子を有する空間通信用受信部と、を具備することを特徴とする電子機器である。本発明によれば、空間に出射する光として１．２μｍから１．６μｍの波長の光を用いるため、眼へのダメージを抑制することができる。また量子ドットレーザを用いているため、出力を一定値保つことができ、さらなる安全性を確保することができる。また、ＡＰＣ回路を用いなくともよいため、製造コストを削減することができる。
【００１６】
本発明は、ベース層上に形成された量子ドットと、前記量子ドットを覆うカバー層と、を有し空間に１．２μｍから１．６μｍの波長の光を出射する量子ドットレーザと、一定の駆動電流を前記量子ドットレーザに供給する駆動回路と、を有する第１装置と、空間から前記送信装置の前記量子ドットレーザが出射した光を受光する受光素子を有する第２装置と、を具備することを特徴とする空間通信システムである。本発明によれば、安全性に優れ、低コストな空間通信システムを提供することができる。
【００１７】
本発明は、ベース層上に形成された量子ドットと、前記量子ドットを覆うカバー層と、を有し空間に１．２μｍから１．６μｍの波長の光を出射する量子ドットレーザを有する第１装置と、空間から前記送信装置の前記量子ドットレーザが出射した光を受光する受光素子を有する第２装置と、を具備することを特徴とする空間通信システムである。本発明によれば、安全性に優れ、低コストな空間通信システムを提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、量子ドットレーザを用いるため、ＡＰＣ回路を用いなくとも光出力を一定にすることができる。よって、低コストかつ光安定性に優れた光モジュール、電子機器および空間通信システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参考に本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２０】
図３は実施例１に係る光モジュールのブロック図である。図３を参照に、実施例１に係る光モジュール１００は受光素子およびＡＰＣ回路を有していない。半導体レーザ６０ａとして、量子ドットレーザを用いている。
【００２１】
以下に量子ドットレーザの構造および特徴を説明する。図４は量子ドットファブリペロレーザ５０の断面模式図である。図４を参照に、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０上にＧａＡｓベース層１２および量子ドット活性層が５層積層されている。ベース層１２上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４が形成されている。ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４は孤立しており、量子ドットレーザ５０はリッジ構造を有している。ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４上にはｎ電極１６、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０下にはｐ電極１８が形成されている。ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４の幅は１．８μｍ、長さは０．２５ｍｍである。
【００２２】
図５は、量子ドット活性層およびベース層１２を拡大した図である。膜厚が約５０ｎｍのＧａＡｓベース層１２上に、膜厚が約２ｎｍの第１ＩｎＧａＡｓ層２２が形成されている。第１ＩｎＧａＡｓ層２２上にＩｎＡｓからなる複数の量子ドット３０が形成されている。量子ドット３０を覆うように、膜厚が６ｎｍの第２ＩｎＧａＡｓ層２４が形成されている。第１ＩｎＧａＡｓ層２２および第２ＩｎＧａＡｓ層２４はカバー層２０を構成しており、それぞれのＩｎ組成比は、０．１５、０．２である。第２ＩｎＧａＡｓ層２４上にＧａＡｓベース層１２が形成されている。
【００２３】
図６は、量子ドットレーザ５０の各温度における電流−光出力特性を示す図である。図６のように、量子ドットレーザ５０の電流−光出力特性の温度依存性は小さい。このように、ベース層１２がＧａＡｓからなり、カバー層２０がＩｎＧａＡｓからなり、量子ドット３０がＩｎＡｓからなる。これにより、光出力の温度依存性を抑制することができる。
【００２４】
図７（ａ）は、量子ドットレーザ５０に通電することによる光出力の劣化を示す図であり、量子ドットレーザ５０を図２の光モジュールの半導体レーザ６０ａとして用い、駆動電流Ｉを経過時間に対し図示している。図７（ｂ）は、駆動電流Ｉの通電開始時の駆動電流Ｉｓｔａｒｔからの変化量（Ｉ−Ｉｓｔａｒｔ）とＩｓｔａｒｔとの比を示した図である。環境温度が９０℃において、２ｍＷの光出力を得られるようにＡＰＣ回路６６で駆動電流を制御している。図７（ａ）および図７（ｂ）における複数の線は、それぞれ複数の量子ドットレーザ５０の駆動電流Ｉを示している。図７（ａ）および図７（ｂ）より、通電試験を行っても量子ドットレーザ５０の駆動電流Ｉはほぼ一定である。言い換えれば、量子ドットレーザ５０の駆動電流Ｉを一定として通電しても光出力はほぼ一定である。以上のように、量子ドットレーザ５０は温度および通電時間に対し電流−光出力特性がほぼ一定である。
【００２５】
実施例１に係る光モジュール１００は、図３のように、量子ドットレーザ５０と、一定の駆動電流７２を量子ドットレーザ６０に供給する駆動回路６２と、を有している。このように、半導体レーザとして量子ドットレーザ５０を用いることにより、一定の駆動電流７２を量子ドットレーザ５０に供給する駆動回路６２を用いても量子ドットレーザ５０は一定の光出力でレーザ光を出力することができる。よって、図２のようなＡＰＣ回路が不要となる。つまり、駆動回路６２は、量子ドットレーザ６０の光出力をフィードバックしていない。このため、光出力が一定でかつ低コスト化が可能となる。
【実施例２】
【００２６】
実施例２は、実施例１を用いた空間通信システムの例である。図８は、実施例２に係る空間通信システムのブロック図である。図８を参照に、空間通信システム１２０は、第１装置８０ａおよび第２装置８０ｂを有している。第１装置８０ａおよび第２装置８０ｂはそれぞれ送信部８２ａおよび８２ｂ、受信部８４ａおよび８４ｂ並びに制御部８６ａおよび８６ｂを有している。送信部８２ａおよび８２ｂは実施例１の光モジュールであり、制御部８６ａからの送信データ信号を光に変換し、空間に波長が１．２μｍから１．６μｍ、好ましくは、１．２５μｍから１．３５μｍ、例えば１．３１μｍのレーザ光８８ａおよび８８ｂを出射する。受信部８４ａおよび８４ｂは、フォトダイオードである受光素子９０と、受光素子９０が出力する電流を増幅する増幅器９２とを有している。受信部８４ａおよび８４ｂは、送信部８２ｂおよび８２ａが出射した波長が１．２μｍから１．６μｍ、例えば１．３１μｍの光８８ｂおよび８８ａをそれぞれ空間から受光し、受信データ信号として制御部８６ａおよび８６ｂに出力する。
【００２７】
例えば、量子ドットレーザが、１０Ｇｂｐｓ光通信用のレーザである場合のデータ転送速度を計算する。１時間のＤＶＤのＭＰＥＧ４−ＡＶＣ方式で圧縮された画像データは１Ｍｂｐｓであるから、３６００秒分のデータは３．６Ｇｂｉｔとなる。すなわち、空間通信システム１２０を用いれば、１秒以下でこのデータを転送することが可能である。
【００２８】
さらに、実施例２においては、用いる光の波長が１．２μｍから１．６μｍであり、眼にダメージを与えにくいため、安全性を確保できる。しかしながら、このような波長を用いる場合も、さらなる安全性の観点から、光出力を一定基準以下とすることが求められる。実施例２では、送信部８２ａおよび８２ｂに量子ドットレーザを用いているため、ＡＰＣ回路を用いず安定な光出力を得ることができる。よって、光出力を安全性が確保可能な一定基準以下としかつ低コスト化が可能となる。
【００２９】
実施例２においては、第１装置８０ａおよび第２装置８０ｂとも同じ送信部８２ａおよび８２ｂ、受信部８４ａおよび８４ｂを有している例を説明したが、第１装置８０ａは送信部８２ａを有し受信部８４ａを有さず、第２装置８０ｂは受信部８４ｂを有し送信部８２ｂを有さなくてもよい。
【００３０】
本空間通信システム１２０として、第１装置８０ａおよび第２装置８０ｂをそれぞれパーソナルコンピュータとすることができる。これにより、パーソナルコンピュータ間で高速のデータ通信が可能となる。また、例えば、第１装置８０ａを携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器とし、第２装置８０ｂをパーソナルコンピュータ等の電子機器とすることができる。これにより、画像データを第１装置８０ａから第２装置８０ｂに短時間で転送することができる。さらに、第１装置８０ａをパーソナルコンピュータ、第２装置８０ｂをプロジェクタとしてもよい。これにより、パーソナルコンピュータからプロジェクタに高速に画像データを転送することができる。さらに、第１装置８０ａを車両に搭載し、第２装置８０ｂを路上や地上に設置してもよい。これにより、例えば車両の監視カメラが撮影した画像データを車両の記憶装置に一時記憶し、画像データを定期的に路上や地上の装置に送信することができる。
【００３１】
以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、従来の半導体レーザの電流−光出力特性を示す模式図である。
【図２】図２は、従来の光モジュールを示すブロック図である。
【図３】図３は、実施例１に係る光モジュールのブロック図である。
【図４】図４は、実施例１の量子ドットレーザの断面図である。
【図５】図５は、実施例１の量子ドットレーザの量子ドット付近の拡大断面図である。
【図６】図６は、量子ドットレーザにおける電流−光出力特性の温度依存を示す図である。
【図７】図７（ａ）および図７（ｂ）は、量子ドットレーザにおける通電時間に対する劣化を調査した結果の図である。
【図８】図８は、実施例２に係る空間通信システムのブロック図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０          ｐ型クラッド層
１２          ベース層
１４          ｎ型クラッド層
２０          カバー層
３０          量子ドット
５０          量子ドットレーザ
６０          量子ドットレーザ
６２          駆動回路
８０ａ        第１装置
８０ｂ        第２装置
８２ａ、８２ｂ  送信部
８４ａ、８４ｂ  受信部
９０          フォトダイオード
１００        光モジュール
１２０        空間通信システム
【図１】
2009188216.tif 000003
【図２】
2009188216.tif 000004
【図３】
2009188216.tif 000005
【図４】
2009188216.tif 000006
【図５】
2009188216.tif 000007
【図６】
2009188216.tif 000008
【図７】
2009188216.tif 000009
【図８】
2009188216.tif 000010