(57)【要約】      （修正有）【課題】電力消費を低減しつつ高速駆動が可能な面発光型半導体レーザの駆動方法を提供する。【解決手段】ＶＣＳＥＬは、光を発生する活性領域、当該活性領域を挟み込むように配置された共振器構造、および活性領域に電力を供給する駆動電極とを含み、駆動電極に印加される電圧と電流によって規定される内部抵抗を有している。このＶＣＳＥＬの駆動方法は、ローレベルの電流値ＩＬとハイレベルの電流値ＩＨで規定される電流値振幅ＩＦを持つ変調信号をＶＣＳＥＬの駆動電極へ印加するステップを含んでおり、変調信号は、内部抵抗が電流増に対して減少する負勾配領域内にある。【選択図】図８
2009021459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生する活性領域、当該活性領域を挟み込むように配置された共振器構造、および活性領域に電力を供給する駆動電極とを含み、前記駆動電極に印加される電圧と電流によって規定される内部抵抗を有する面発光型半導体レーザの駆動方法であって、
第１の電流値と当該第１の電流値よりも大きい第２の電流値で規定される電流値振幅を持つ変調信号を前記駆動電極へ印加するステップを含み、
前記変調信号は、前記内部抵抗が電流増に対して減少する負勾配領域内にある、面発光型半導体レーザの駆動方法。
【請求項２】
前記内部抵抗は、印加される電圧と電流の関係を微分することにより規定される、請求項１に記載の駆動方法。
【請求項３】
第１の電流値は、前記内部抵抗の減少が飽和に向かう屈曲点よりも小さい、請求項１に記載の駆動方法。
【請求項４】
第1の電流値は、面発光型半導体レーザのしきい値電流よりも大きい、請求項３に記載の駆動方法。
【請求項５】
第２の電流値は、前記内部抵抗の屈曲点よりも大きい、請求項１に記載の駆動方法。
【請求項６】
前記電流値振幅は、２ｍＡ以下である、請求項１に記載の駆動方法。
【請求項７】
前記変調信号の周波数は１ＧＨｚ以上である、請求項６に記載の駆動方法。
【請求項８】
前記変調信号を出力する駆動回路と面発光型半導体レーザの駆動電極とを接続する伝送路の距離が２ｍｍ以下である、請求項６または７に記載の駆動方法。
【請求項９】
第１の電流値に対応する第１の内部抵抗は、前記伝送路の抵抗よりも高い、請求項８に記載の駆動方法。
【請求項１０】
前記内部抵抗は、少なくとも８０Ωである、請求項１に記載の駆動方法。
【請求項１１】
第１の電流値における内部抵抗値と、第２の電流値における内部抵抗値の差が２０％以上である、請求項１記載の駆動方法。
【請求項１２】
面発光型半導体レーザおよび面発光型半導体レーザを駆動する駆動回路を備え、面発光型半導体レーザの駆動により光信号を送信する光送信装置と、光送信装置から送信された光信号を伝送する光伝送媒体と、光伝送媒体によって伝送された光信号を受信する光受信装置とを含む光伝送モジュールであって、
前記面発光型半導体レーザは、光を発生する活性領域、当該活性領域を挟み込むように配置された共振器構造、および活性領域に電力を供給する駆動電極とを含み、前記駆動電極に印加される電圧と電流によって規定される内部抵抗を有しており、
前記駆動回路は、第１の電流値と当該第１の電流値よりも大きい第２の電流値で規定される電流値振幅を持つ変調信号を前記駆動電極へ印加し、前記変調信号は、前記内部抵抗が電流増に対して減少する負勾配領域にある、
光伝送モジュール。
【請求項１３】
前記駆動回路は、変調信号を少なくとも１ＧＨｚの変調信号を面発光型半導体レーザへ供給し、変調信号の電流値振幅は、２ｍＡ以下である、請求項１２に記載の光伝送モジュール。
【請求項１４】
前記駆動回路と面発光型半導体レーザの駆動電極とを接続する伝送路の距離は２ｍｍ以下であり、前記光伝送媒体は、約３０ｃｍ以下である、請求項１３に記載の光伝送モジュール。
【請求項１５】
面発光型半導体レーザは、マルチモードのレーザ光を出力し、前記光伝送媒体がマルチモードの光伝送媒体である、請求項１２ないし１４いずれか１つに記載の光伝送モジュール。
【請求項１６】
前記内部抵抗は、少なくとも８０Ωである、請求項１２に記載の光伝送モジュール。
【請求項１７】
請求項１２ないし１６いずれか１つに記載の光伝送モジュールを含む携帯型電子装置。
【請求項１８】
携帯型電子端末は、本体部と、本体部に接続部を介して接続された表示部とを含み、前記本体部は光送信装置を含み、前記表示部は光受信装置を含み、前記光伝送媒体は前記接続部を通過する、請求項１７に記載の携帯型電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光型半導体レーザの駆動方法および光伝送モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ギガ周波数帯以上の高速で変調される光伝送モジュールでは、内部抵抗が小さくなるように設計された面発光型半導体レーザ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode：以下、ＶＣＳＥＬと呼ぶ）が用いられている。シングルモードの一部のＶＣＳＥＬでは、５０オームよりも大きな数百ないし数千オームの内部抵抗を有しているが、このような高抵抗のＶＣＳＥＬでは、駆動回路系や配線系で通常用いられている抵抗値、例えば５０オームよりも大きいため、インピーダンスの不整合が生じてしまう。
【０００３】
こうした問題に鑑み、特許文献１や特許文献２は、高速変調のためにＶＣＳＥＬの抵抗を５０オーム以下にする技術を開示している。特許文献３は、内部抵抗が高い半導体レーザを高速スイッチングするため、半導体レーザと並列に抵抗を設け、負荷のインピーダンスを低下する技術を開示している。特許文献４は、信号線とＶＣＳＥＬとの間に介在する終端抵抗と、ＶＣＳＥＬに並列に接続された抵抗とを設けることで、内部抵抗の高いＶＣＳＥＬでも広帯域にわたり反射損失が少なく高周波駆動することができる技術を開示している。さらに、特許文献５は、内部抵抗が数百オームのＶＣＳＥＬを高速駆動するために電圧駆動方式を用いる技術を開示している。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２８３７９１号公報
【特許文献２】特開２００２−３５３５６８号公報
【特許文献３】特開２００３−１０１１２７号公報
【特許文献４】特開２００４−２７３５８４号公報
【特許文献５】特開２００２−３３５０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
携帯端末など電磁ノイズに敏感な機器では、信号の伝送の光源にＶＣＳＥＬを用いた光伝送モジュールが検討されている。そこでの最大の技術的課題は、ＶＣＳＥＬの消費電力の低減である。低電力化のためには、ＶＣＳＥＬのしきい値電流を下げ、駆動電流を低下させることが一つの方法であるが、通常、しきい値電流を下げると、内部抵抗が高くなってしまい、ＶＣＳＥＬを高速駆動することが困難になってしまう。また、特許文献３や特許文献４は、高抵抗のＶＣＳＥＬの駆動方法を提案しているが、これらの駆動方法は、ＶＣＳＥＬに並列に低抵抗を設けるものであり、この抵抗により電力が消費されてしまうため、携帯端末の低電力化には適していない。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、電力消費を低減しつつ高速駆動が可能な面発光型半導体レーザの駆動方法を提供することを目的とする。
さらに本発明は、携帯端末等の低消費電力化に適した光伝送モジュール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】
【０００７】
本発明に係る面発光型半導体レーザの駆動方法は、光を発生する活性領域、当該活性領域を挟み込むように配置された共振器構造、および活性領域に電力を供給する駆動電極とを含み、前記駆動電極に印加される電圧と電流によって規定される内部抵抗を有する面発光型半導体レーザにおいて、第１の電流値と当該第１の電流値よりも大きい第２の電流値で規定される電流値振幅を持つ変調信号を前記駆動電極へ印加するステップを含み、前記変調信号は、前記内部抵抗が電流増に対して減少する負勾配領域内にある。
【０００８】
内部抵抗は、印加される電圧と電流の関係を微分することにより規定される。第１の電流値は、好ましくは内部抵抗の変化が飽和に向かう屈曲点よりも小さく、さらに面発光型半導体レーザのしきい値電流よりも幾分だけ大きくてもよい。第２の電流値は、前記内部抵抗の屈曲点よりも大きくしてもよい。好ましくは電流値振幅は、２ｍＡ以下であり、変調信号の周波数は１ＧＨｚ以上であり、変調信号を出力する駆動回路と面発光型半導体レーザの駆動電極とを接続する伝送路の距離は２ｍｍ以下であることが望ましい。さらに、第１の電流値に対応する第１の内部抵抗は、伝送路の抵抗よりも高くてもよく、第１の内部抵抗は、少なくとも８０Ωである。さらに、第２の電流値に対応する面発光型半導体レーザの光出力は、光リンク全体のパワーバジェットに依存するが、例えば０.４ｍＷ以上である。
【０００９】
本発明に係る光伝送モジュールは、面発光型半導体レーザおよび面発光型半導体レーザを駆動する駆動回路を備え、面発光型半導体レーザの駆動により光信号を送信する光送信装置と、光送信装置から送信された光信号を伝送する光伝送媒体と、光伝送媒体によって伝送された光信号を受信する光受信装置とを含むものであって、前記面発光型半導体レーザは、光を発生する活性領域、当該活性領域を挟み込むように配置された共振器構造、および活性領域に電力を供給する駆動電極とを含み、前記駆動電極に印加される電圧と電流によって規定される内部抵抗を有しており、前記駆動回路は、第１の電流値と当該第１の電流値よりも大きい第２の電流値で規定される電流値振幅を持つ変調信号を前記駆動電極へ印加し、前記変調信号は、前記内部抵抗が電流増に対して減少する負勾配領域にある。
【００１０】
好ましくは、駆動回路は、変調信号を少なくとも１ＧＨｚの変調信号を面発光型半導体レーザへ供給し、変調信号の電流値振幅は、２ｍＡ以下である。また、駆動回路と面発光型半導体レーザの駆動電極とを接続する伝送路の距離は２ｍｍ以下であり、前記光伝送媒体は、約３０ｃｍ以下であることが好ましい。さらに、好ましくは、面発光型半導体レーザは、マルチモードのレーザ光を出力し、前記光伝送媒体は、プラスチック光ファイバである。
【００１１】
さらに本発明に係る携帯型電子装置は、上記の光伝送モジュールを含む。好ましくは、携帯型電子端末は、本体部と、本体部に接続部を介して接続された表示部とを含み、前記本体部は光送信装置を含み、前記表示部は光受信装置を含み、前記光伝送媒体は前記接続部を通過する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、面発光型半導体レーザの内部抵抗の負勾配領域を利用して面発光型半導体レーザを駆動するが、負勾配領域は、しきい値近傍であるため、変調時の平均電流値もしきい値近傍の低電流となり、低電力化が可能である。また、負勾配領域を利用することで、変調時に電流が流れ易くなり、立ち上がり時のジッターが発生しにくく、高速変調が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は、本発明の実施例に係る光伝送モジュールの代表的な構成例を示す図である。図１Ａに示すように、光伝送モジュール１０は、光信号を送信する光送信装置２０、送信された光信号を伝送する光伝送媒体３０と、伝送された光信号を受信する光受信装置４０とを含んで構成される。
【００１５】
光送信装置２０は、電気信号を光信号に変換するものであり、ＶＣＳＥＬ５０と、ＶＣＳＥＬ５０を駆動するための駆動回路６０を含んで構成される。ＶＣＳＥＬ５０は、光信号の伝送距離に応じた波長のレーザ光を出射し、伝送距離が短い場合には、例えば８５０ｎｍのレーザ光を出力する。また、レーザ光は、シングルモードまたはマルチモードの何れであっても良いが、伝送距離が比較的短い場合には、マルチモードのレーザ光を用いることが望ましい。
【００１６】
光伝送媒体３０は、光導波路や光ファイバ等から構成される。ＶＣＳＥＬ５０からマルチモードのレーザ光が出力される場合には、マルチモードのＰＯＦ（プラスチック光ファイバ）やマルチモードの光導波路を用いることができる。ＰＯＦで曲げ性を要求される場合には、マルチコアのＰＯＦを用いることが望ましい。
【００１７】
光受信装置４０は、伝送された光信号を電気信号に変換するものであり、光信号を受光しこれを電気信号に変換するフォトダイオード７０と、変換された電気信号を増幅するアンプ８０とを含んで構成される。勿論、フォトダイオード７０の代わりに増幅機能を有するフォトトランジスタを用いても良い。
【００１８】
図１Ｂに示す光伝送モジュール１０Ａは、並行して光信号を伝送する光電複合配線の例を示している。この場合、光送受信装置９０Ａは、光信号を送信するためにＶＣＳＥＬ５０と駆動回路６０を含み、さらに光信号を受信するためにフォトダイオード７０およびアンプ８０を含む。光送受信装置９０Ｂも同様に、ＶＣＳＥＬ５０および駆動回路６０と、フォトダイオード７０およびアンプ８０とのセットを含んでいる。この場合、光伝送媒体３０は、双方向の光通信用の伝送路を提供する。
【００１９】
図１Ｃは、光送信装置２０の他の構成例を示す図である。光送信装置２０Ａは、ＶＣＳＥＬ５０から出力されるレーザ光を集光するレンズやミラー等の光学系２２を含むものであってもよい。上記した図１Ａないし図１Ｃに示す光送信装置、光伝送媒体および光受信装置の構成は、例示であり、本発明は、これらに限定されることを意図するものではない。
【００２０】
また、上記した光伝送モジュールにおいて、ＶＣＳＥＬ５０は、単一の光源をもつシングルスポットタイプであってもよいし、複数の光源をもつマルチスポットタイプであってもよい。シングルスポットタイプのＶＣＳＥＬを用いた場合には、単一光源から発せられる光信号がシリアル伝送される。これに対して、マルチスポットタイプのＶＣＳＥＬアレイを用いた場合には、複数光源から発せられる光信号がパラレル伝送される。ＶＣＳＥＬアレイの各々が異なる波長で駆動される場合には、光伝送媒体３０は光信号を多重伝送することができる。
【００２１】
図２は、光送信装置の構成を示す図である。駆動回路６０は、データ信号を受信するインターフェース（Ｉ／Ｆ）部１００と、Ｉ／Ｆ部１００で受信されたディジタルデータ信号に応じてＶＣＳＥＬ５０に駆動電流を供給する駆動部１１０と、制御信号等に基づき駆動部１１０を制御する制御部１２０とを有する。制御部１２０は、周囲温度によってＶＣＳＥＬの駆動条件を変化させる場合には、温度を検出するセンサや、各温度の駆動条件を定めたメモリとを備えることができる。これらは、光モジュール内に設けることが望ましいが、光モジュール外に設けて制御信号として受け取ることも可能である。さらに制御部１２０は、ＶＣＳＥＬの光出力が一定となるような制御を行うことも可能である。この場合、制御部１２０は、ＶＣＳＥＬ５０の光出力を検出するセンサからの出力信号をモニタする。
【００２２】
駆動部１１０は、通常の電流駆動の回路のほか、電圧駆動の回路、およびこれらの複合回路であってもよい。電流駆動の場合、駆動部１１０は、受信したデータ信号のローレベル、またはハイレベルに応じた変調信号を伝送ライン１３０を介してＶＣＳＥＬ５０へ印加する。ＶＣＳＥＬを駆動するための変調信号の周波数は、伝送速度や信号処理能力に応じて適宜決定されるが、本実施例の光伝送モジュールは、１ＧＨｚ以上の高周波数でＶＣＳＥＬ５０を駆動することを可能とする。
【００２３】
図３は、ＶＣＳＥＬと駆動回路の実装例を示す図である。図３Ａに示すように、ＶＣＳＥＬ５０を構成する半導体素子５０Ａと駆動回路６０を構成する半導体素子６０Ａが回路基板１４０上に実装され、半導体素子６０Ａの出力用の電極がボンディングワイヤ１３０Ａを介して半導体素子５０Ａの駆動電極に接続される。
【００２４】
図３Ｂは、他の実装例である。半導体素子５０Ａおよび半導体素子６０Ａをそれぞれ樹脂封止またはセラミック封止した半導体パッケージ５０Ｂ、６０Ｂを回路基板１３０に実装する。例えば、半導体パッケージ５０Ｂ、６０Ｂは、その表面に形成されたバンプ電極を回路基板１４０の配線パターン１３０Ｂにフリップチップ実装またはフェイスダウン実装される。ここで、ボンディングワイヤ１３０Ａ、または配線パターン１３０Ｂは、駆動回路６０からＶＣＳＥＬ５０への伝送ライン１３０を構成する。
【００２５】
次に、本実施例に用いられるＶＣＳＥＬの構成例を図４に示す。同図は、ＶＣＳＥＬ５０の構成を示す断面図である。同図に示すように、ｎ側の下部電極層２１０が形成されたＧａＡｓ基板２００上に、ｎ型の下部半導体多層反射鏡２１２、活性領域２１４、ｐ型のＡｌＡｓ層２１６、ｐ型の上部半導体多層反射鏡２１８の順で半導体薄膜が堆積されている。上部多層反射鏡２１８の最上層には、ｐ型のＧａＡｓからなるコンタクト層２２０が形成されている。上部多層反射鏡２１８から下部多層反射鏡２１２の一部に至るまで、円柱状のメサ２０２が形成されている。メサ２０２は高温の水蒸気下で熱処理され、メサ２０２内のＡｌＡｓ層２１６の周囲には酸化領域２２８が形成され、これにより、ＡｌＡｓ層２１６内に光閉じ込め領域、兼電流狭窄層が形成される。
【００２６】
メサ１０２の底部、側面、および頂部の一部は、層間絶縁膜２２２によって覆われている。メサ２０２の頂部において、層間絶縁膜２２２にはコンタクトホールが形成され、この上からｐ側の電極層２２４がコンタクト層２２０にオーミック接続されている。ｐ側の電極層２２４の中央には、レーザ光を出射するための円形状の開口２２６が形成されている。
【００２７】
ｎ型の下部半導体多層反射鏡２１２は、例えば、Ａｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓとを交互に複数の周期で積層し、各層の厚さは、λ／４ｎｒ（但し、λは発振波長、ｎｒは媒質の屈折率）である。活性領域２１４は、例えば、アンドープ下部Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓスペーサ層とアンドープ量子井戸活性層とアンドープ上部Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓスペーサ層とで構成される。ｐ型の上部半導体多層反射鏡２１８は、例えば、Ａｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓとを交互に複数の周期で積層し、各層の厚さは、媒質内波長の１／４とである。上部半導体多層反射鏡２１８の最下層には、低抵抗のｐ型ＡｌＡｓ層２１６が含まれ、さらに、上部半導体多層反射鏡２１８の最上部に、例えば、キャリア濃度が１×１０19cm-3となるｐ型のＧａＡｓコンタクト層２２０が積層される。ｐ側の電極層２２４は、例えばＡｕから構成され、ｎ側の電極層２１０は、例えばＡｕ／Ｇｅから構成される。層間絶縁膜２２２は、例えばＳｉＮｘから構成される。図４に示すＶＣＳＥＬ５０は、約８５０ｎｍの波長のマルチモードのレーザ光を出力することができる。
【００２８】
図５Ａは、ＶＣＳＥＬの駆動電流（横軸：ｍＡ）と駆動電圧（縦軸：Ｖ）の関係を示したグラフであり、図５Ｂは、ＶＣＳＥＬの駆動電流（横軸：ｍＡ）と内部抵抗（縦軸：Ω）の関係を示すグラフである。ＶＣＳＥＬのｐ側電極層２２４およびｎ側電極層２１０に順方向の駆動電圧および駆動電流を印加したとき、図５Ａに示すように、駆動電流が一定の大きさＩｃまで増加するとき、駆動電圧はほぼ比例するように一定の大きさＶｃまで増加するが、駆動電流が一定の大きさＩｃを超えると駆動電圧の変化は徐々に小さくなり、飽和へ向かう。
【００２９】
図５Ｂは、駆動電流と駆動電圧の関係を微分したものである。本明細書では、図５Ｂに示す抵抗をＶＣＳＥＬの内部抵抗として定義する。図からも明らかなように、駆動電流が小さいとき、ＶＣＳＥＬの内部抵抗は非常に高く、駆動電流が増加するにつれて内部抵抗は減少する。そして、屈曲点Ｋを越えると、内部抵抗の減少は徐々に小さくなり、飽和へ向かう。ここで屈曲点Ｋは、内部抵抗が急激な減少から飽和に向かう間の点であり、図５Ｂに示すように、抵抗値が飽和する領域付近で２本の漸近線を引いたときに、それらの交点を頂角とする２等分線と内部抵抗曲線が交わる点として定義することとする。
【００３０】
次に、ＶＣＳＥＬの駆動方法について説明する。本実施例の光伝送モジュールは、典型的には、８０Ω〜２５０Ω程度の内部抵抗を備えるＶＣＳＥＬを用いながら、変調信号の電流の範囲を、ＶＣＳＥＬの内部抵抗が電流増に対して減少する負勾配領域において概ね負勾配領域内の微小な電流振幅で、ＶＣＳＥＬを変調駆動することを特徴とする。図６は、負勾配領域を説明するグラフである。負勾配領域は、ＶＣＳＥＬの内部抵抗の電流依存性が負の勾配を持つ電流領域であり、このときの負勾配領域の範囲を電流ＩＲ１で表している。より好ましくは、電流依存性が顕著に表れる、初期の負勾配を外装した付近の電流Ｉｓの２倍以下の電流ＩＲ２までの範囲である。
【００３１】
図７は、ＶＣＳＥＬを駆動するときの変調信号の波形である。変調信号は、ローレベルの電流値ＩＬとハイレベルの電流値ＩＨで規定される電流値振幅ＩＦを有する。本実施例では、ローレベルの電流値ＩＬとハイレベルの電流値ＩＨは、図６に示した負勾配領域内に設定される。この設定は、駆動回路６０の制御部１２０によって行われ、駆動回路６０は、図７に示す変調信号を伝送ライン１３０を介してＶＣＳＥＬ５０に供給する。
【００３２】
図８Ａは、本実施例のＶＣＳＥＬの駆動方法を示し、図８Ｂは、従来のＶＣＳＥＬの駆動方法を説明する図である。これらの図には、駆動電流と内部抵抗の関係に併せて、駆動電流と光出力との関係が示されている。先ず、本実施例のＶＣＳＥＬと従来のＶＣＳＥＬの特性を比較すると、本実施例のＶＣＳＥＬは、しきい値電流ＩＴＨが従来のものよりも小さく設定されている。さらに、本実施例のＶＣＳＥＬは、駆動電流に対する光出力の傾き（スロープ効率）を、従来のＶＣＳＥＬよりも高くしている。しきい値およびスロープ効率は、ＶＣＳＥＬの電流狭窄層２１６のアパーチャー径等の構造を適宜変更することで所望のものを選択することが可能である。スロープ効率は、例えば、０.５Ｗ／Ａ以上であることが望ましい。
【００３３】
上記したように本実施例の変調信号は、図８Ａに示すように、内部抵抗の負勾配領域内に設定されている。好ましくは、ローレベルの電流値ＩＬとハイレベルの電流値ＩＨの電流値振幅ＩＦの範囲は、２ｍＡ以下であり、ローレベルの電流値ＩＬは、内部抵抗の屈曲点Ｋの電流値ＩＫよりも小さい。さらに、ローレベルの電流値ＩＬは、しきい値電流ＩＴＨよりも僅かに大きくしてもよい。これは、ＶＣＳＥＬを高速駆動するときの応答性を高めるためであり、このときの光出力は非常に小さい。さらに、ハイレベルの電流値ＩＨは、屈曲点Ｋの電流値ＩＫよりも大きく、好ましくは、図６に示した電流値ＩＲ２よりも小さい。ローレベルの電流値ＩＬの内部抵抗は、おおよそ８０オーム以上である。
【００３４】
他方、従来のＶＣＳＥＬの駆動方法は、図８Ｂに示すように、変調信号は、内部抵抗の負勾配領域内に設定されていない。すなわち、変調信号のローレベルの電流値ＩＬとハイレベルの電流値ＩＨは、内部抵抗の双曲線のほぼ飽和した領域、言い換えれば、ローレベルの電流値ＩＬとハイレベルの電流値ＩＨにおいて内部抵抗の差が実質的に生じないようにしている。また、ＶＣＳＥＬのスロープ効率を小さくし、ローレベルの電流値ＩＬとハイレベルの電流値ＩＨの電流値振幅ＩＦは、本実施例よりも大きく、約５ｍＡである。
【００３５】
本実施例の駆動方法によれば、従来の高速駆動で必要とされた５０Ω以下の内部抵抗ではなく、５０Ωを越え、典型的には８０Ω以上の内部抵抗のＶＣＳＥＬを用いることで、低しきい値、高スロープ効率のＶＣＳＥＬを実現でき、低電流でのＶＣＳＥＬの駆動が可能となる。このようなＶＣＳＥＬを、従来の内部抵抗の飽和領域における大振幅の電流で駆動しようとすると高速駆動が困難であったが、本実施例では、内部抵抗の負勾配領域における小振幅電流駆動であるため、高速駆動が可能となる。
【００３６】
ローレベルの電流値ＩＬからハイレベルの電流値ＩＨに信号変調されるときは、電流が増加すると共に内部抵抗値が減少するため、勾配がゼロの飽和領域と比べて電流が流れやすく、立ち上がり時のジッターが発生しにくく高速変調可能である。他方、ハイレベルの電流値ＩＨからローレベルの電流値ＩＬに信号変調される時は、発光しているハイレベル付近の内部抵抗が相対的に低いので、比較的高速で光変調が可能である。さらに、電流値の変調範囲は、負勾配領域の微小領域に限定されるので、全体的に内部抵抗が高くとも高速変調が可能である。また、ハイレベルの電流値ＩＨにおける内部抵抗と、ローレベルの電流値ＩＬにおける内部抵抗との差は、２０％以上開いていることが望ましい。
【００３７】
図９は、本実施例のＶＣＳＥＬと従来のＶＣＳＥＬの特性をより詳細に説明する図であり、横軸に駆動電流、縦軸に光出力を表している。上記したように、本実施例のＶＣＳＥＬの変調信号を負勾配領域に設定した場合、負勾配領域は、しきい値電流ＩＴＨを含む範囲に存在するため、変調時の平均電流値もしきい値電流ＩＴＨ付近の低電流となり、低電力化が可能である。
【００３８】
さらに本実施例のＶＣＳＥＬのしきい値電流ＩＴＨは、従来のしきい値電流ＩＴＨ0より小さいため、この点からも低電力駆動が可能である。また、単純に電流値振幅範囲を下げたのでは発光光量も低下してしまうが、スロープ効率を大きくすることで、これを補うことが可能である。図９では、変調時の光出力をＰＨとＰＬで示し、従来のＶＣＳＥＬと同一の光出力となるように本実施例のＶＣＳＥＬのスロープ効率を大きくしている。これにより、低電力駆動を行っても十分な光信号の光量を得ることができる。
【００３９】
さらにＶＣＳＥＬの内部抵抗が８０Ω以上になると、インピーダンスのミスマッチングや浮遊容量の影響が懸念されるが、駆動回路１００からＶＣＳＥＬ５０の発光点までの距離（伝送ライン１３０）を、２ｍｍ以下とすることでこのような悪影響を最小化することができる。
【００４０】
図１０は、本実施例の光伝送システムを適用した携帯電話機の概略構成を示す図である。携帯電話機３００は、表面に操作ボタン等が配列された本体部３１０と、本体部３１０にヒンジ３２０を介して回転可能に取り付けられた表示部３２０とを含み、ここには、図１Ｂに示すような光伝送モジュールが実装されている。本体部３１０の内部には、光送受信装置３３０Ａが設けられ、表示部３１０の内部には、光送受信装置３３０Ｂが設けられる。光送受信装置３３０Ａ、３３０ｂは、可撓性の光ファイバ３４０により接続されている。光送受信装置３３０Ａは、光送受信装置３３０Ｂに対して、表示部３１０に表示すべき画像データ等を送信する。他方、光送受信装置３３０Ｂは、光送受信装置３３０Ａに対して、撮像カメラによって撮像された画像データ等を送信する。
【００４１】
好ましくは、ＶＣＳＥＬは、８５０ｎｍのマルチモードのレーザ光を出射し、駆動回路６０からＶＣＳＥＬまでの伝送ライン１３０は２ｍｍ以下である。光ファイバ３４０は、ＰＯＦを用い、その長さは３０ｃｍ以下である。また、光送受信装置３３０Ａおよび３３０Ｂの駆動回路６０は、ＶＣＳＥＬを１ＧＨｚ以上の高周波数で駆動する。
【００４２】
携帯電話機等は、無線信号の送受を行うためのマイクロストリップアンテナを実装しており、アンテナによって生成される電磁ノイズは、電気信号に悪影響を及ぼすおそれがある。本実施例のように、ＶＣＳＥＬを光源とする光信号を伝送することで、アンテナからの電磁ノイズ等の影響を最小減にすることが可能である。
【００４３】
本発明の光伝送モジュールは、上記した携帯電話機のほかにも、携帯電子装置（ＰＤＡ）、ラップトップまたはノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機など電子機器において特に有効に利用することができる。さらに、本発明の光伝送モジュールは、電子機器内の信号伝送のほか、電子機器と他の外部の電子機器との間の信号伝送においても用いることができる。
【００４４】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明に係る特定の実施形態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】
【００４５】
【図１】本発明の実施例に係る光伝送モジュールの代表的な構成例を示す図である。
【図２】光送信装置の構成を示す図である。
【図３】ＶＣＳＥＬと駆動回路の実装例を示す図である。
【図４】ＶＣＳＥＬの概略構成を示す断面図である。
【図５】図５Ａは、駆動電流と駆動電圧の関係を示すグラフ、図５Ｂは、駆動電流と内部抵抗の関係を示すグラフである。
【図６】内部抵抗の負勾配領域を説明するグラフである。
【図７】変調信号の波形を示す図である。
【図８】図８Ａは、本実施例のＶＣＳＥＬの駆動方法を示し、図８Ｂは、従来のＶＣＳＥＬの駆動方法示す図である。
【図９】本実施例と従来のＶＣＳＥＬの電流と光出力の関係を比較する図である。
【図１０】本実施例の光伝送システムを適用した携帯電話機の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０、１０Ａ：光伝送モジュール
２０、２０Ａ：光送信装置
２２：光学系
３０；光伝送媒体
４０：光受信装置
５０：ＶＣＳＥＬ
６０：駆動回路
７０：フォトダイオード
８０：アンプ
９０Ａ、９０Ｂ：光送受信装置
１００：Ｉ／Ｆ部
１１０：駆動部
１２０：制御部
１３０：伝送ライン
１３０Ａ：ボンディングワイヤ
１３０Ｂ：配線パターン
１４０：回路基板
３００：携帯電話機
３１０：本体部
３２０：表示部
３３０Ａ、３３０Ｂ：光送受信装置
３４０：光ファイバ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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