JP2005049830A - 光信号伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】 長寿命のＶＣＳＥＬ光源と効率よく導光路に結合し、１ギガｂｐｓ以上の高速伝送を可能とする光信号伝送システムを提供することが目的である。
【解決手段】
ＶＣＳＥＬ２４が発光点２８を複数備えているため、発光点２８が１個の場合に比較して、発光点１個当たりの発熱を少なくでき、長寿命となる。ＧＩ−ＰＯＦ１８のコア口径を２００μｍ以上に設定し、ＶＣＳＥＬ２４の発光点２８をＧＩ−ＰＯＦ１８の端面の外周よりも内側に配設しているので、結合の際の軸ずれに対して結合損失の悪化を抑制できる。光信号を伝送する光ファイバーとしてＧＩ−ＰＯＦ１８を用い、ＧＩ−ＰＯＦ１８のコアを構成する重合組成物を重水素化されたポリメタクリル酸エステルを含む化合物で構成し、ＶＣＳＥＬ２４の光ビームの波長を７７０〜８１０ｎｍの範囲内としたので、伝送損失が小さくなり、１Ｇｂｐｓ以上の高速光伝送を確実に行なえる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光信号伝送システムに係り、特に１ギガｂｐｓ（bit per second）以上の高速光データ伝送を可能とする光信号伝送システムに関する。

光信号伝送システムにおいて、垂直共振型面発光レーザダイオード（以下ＶＣＳＥＬとする）光源の長寿命化と低い電流でもＶＣＳＥＬの出力をカバーするため、複数の光源を用い、導光路端面内より小さい範囲内に光源を配置するものとして特許文献１などの例がある。
特開２００３−１５２２８４号公報

しかしながら、１ギガｂｐｓ以上の高速伝送をマルチモード伝送で可能とするには導光路としてステップインデックス型（ＳＩ型）のＰＯＦでは不可能であり、また、ＧＩ−ＰＯＦ（Ｇｒａｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ型プラスチックファイバ）でも上市されている全フッ素化されたファイバー径の小さいものでは、モード雑音が発生するため伝送不良が発生していた。さらに、ファイバー径が小さいので複数のＶＣＳＥＬ光源から効率よく導光路端面に結合することが困難であり、コストが高かった。

本発明は上記問題を解決すべく成されたもので、長寿命のＶＣＳＥＬ光源と効率よく導光路に結合し、１ギガｂｐｓ以上の高速伝送をモード雑音の発生を抑えて可能とする光信号伝送システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の光通信伝送システムは、一端から入射された光信号を他方から出射するコア口径が２００μｍ以上である屈折率分布型の光ファイバと、前記光ファイバの一端に配置され、前記光ファイバの端面に向けて光ビームを出射する複数の発光点を有し、前記光ファイバの伝送損失が小となる波長に略一致した波長を有する光ビームを前記発光点から出射する垂直共振型面発光レーザダイオードと、前記光ファイバの他端側に配置され、前記光ファイバの端面から出射された光信号を受ける受光素子と、を備えたことを特徴としている。

次に、請求項１に記載の光信号伝送システムの作用を説明する。

請求項１に記載の光信号伝送システムでは、垂直共振型面発光レーザダイオードの複数の発光点から光信号（光ビーム）が出射され、光信号は導光路の屈折率分布型の光ファイバの一端から入射する。

入射した光信号は屈折率分布型の光ファイバを通って他端から出射し、受光素子が屈折率分布型の光ファイバから出射した光信号を受ける。

この光信号伝送システムでは、光源に複数の発光点を有する垂直共振型面発光レーザダイオードを用いているため、光出力を同じとした場合、発光点が１個の場合に比較して、発光点１個当たりの発熱を少なくでき、長寿命となる。

この光信号伝送システムでは、屈折率分布型の光ファイバのコア口径を２００μｍ以上に設定したので、結合の際の軸ずれに対して結合損失の悪化を抑制でき、かつ屈折率分布型の光ファイバと垂直共振型面発光レーザダイオードとの位置合わせ、屈折率分布型の光ファイバと受光素子との位置合わせも容易となる。

なお、光ファイバのコア口径は、軸ずれに対しては大きい方が好ましいが、１０００μｍを超えると材料使用量が多くなり過ぎてコスト高となり、軸ずれに対するメリットも頭打ちとなる。

さらに、この光信号伝送システムでは、垂直共振型面発光レーザダイオードが屈折率分布型の光ファイバの伝送損失が小となる波長に略一致した波長を有する光ビームを発光点から出射するので、１Ｇｂｐｓ以上の高速光伝送を確実に行なえる。

なお、「前記光ファイバの伝送損失が小となる波長」とは、光ファイバの伝送損失が５００ｄＢ/ｋｍ以下となる波長を言い、好ましくは３００ｄＢ／ｋｍ以下、より好ましくは２００ｄＢ／ｋｍ以下である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光信号伝送システムにおいて、前記垂直共振型面発光レーザダイオードから出射される光ビームの波長が７７０〜８１０ｎｍの範囲内にある、ことを特徴としている。

次に、請求項２に記載の光信号伝送システムの作用を説明する。

例えば、コアを構成する重合組成物が重水素化されたポリメタクリル酸エステルを含む化合物からなる屈折率分布型の光ファイバは、波長が略７７０〜８１０ｎｍの範囲にて、伝送損失を小さくすることができる。このため、垂直共振型面発光レーザダイオードから出射される光ビームの波長を７７０〜８１０ｎｍとすることにより、伝送損失を小さくできる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の光信号伝送システムにおいて、前記複数の発光点が前記ファイバの端面のコア外周よりも内側に配設されている、ことを特徴としている。

次に、請求項３に記載の光信号伝送システムの作用を説明する。

発光点からは、光ビームが若干拡散して出射する。したがって、複数の発光点をファイバの端面のコア外周よりも内側に配設することで、発光点から出射した光をファイバの端面で効率的に受けることが出来る。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の光信号伝送システムにおいて、前記光ファイバが屈折率分布型プラスチックファイバであり、コア高分子中のＣ−Ｈ結合の軽水素含有率が高分子１ｇ当たり６０ｍｇ以下である、ことを特徴としている。

次に、請求項４に記載の光信号伝送システムの作用を説明する。

この光信号伝送システムでは、ファイバーに合成樹脂製である屈折率分布型の光ファイバを用いたので、ガラスファイバーに比較して振動や曲げに強く、敷設が容易となる。

光ファイバを屈折率分布型プラスチックファイバとし、コア高分子中のＣ−Ｈ結合の軽水素含有率を高分子１ｇ当たり６０ｍｇ以下とすると、７７０ｎｍ以上の近赤外光源を用いた場合に、伝送損失を生じる波長域を長波長化することができ、伝送信号光の損失を軽減できる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の光信号伝送システムにおいて、前記光ファイバのコア高分子中のＣ−Ｈ結合の軽水素が重水素化もしくはハロゲン化された高分子からなる、ことを特徴としている。

次に、請求項５に記載の光信号伝送システムの作用を説明する。

光ファイバのコア高分子中のＣ−Ｈ結合の軽水素を、重水素化もしくはハロゲン化された高分子とすることで、請求項４の作用を安価に実現できる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の光信号伝送システムにおいて、前記高分子が重水素化されたポリ（メタ）アクリル酸エステル化合物である、ことを特徴としている。

次に、請求項６に記載の光信号伝送システムの作用を説明する。

高分子を重水素化されたポリ（メタ）アクリル酸エステル化合物とすることにより、製造コスト、及び材料コストを安価に抑えることが出来、特に７７０〜８１０ｎｍ範囲内に光ビームの波長を有する垂直共振型面発光レーザダイオードとの組み合わせで伝送損失を小さく出来る。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の光信号伝送システムにおいて、前記受光素子がＭＳＭ型フォトダイオードである、ことを特徴としている。

次に、請求項７に記載の光信号伝送システムの作用を説明する。

受光素子をＭＳＭ型フォトダイオードとすることにより、高速で光信号を受信することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の光信号伝送システムにいおて、前記光ファイバのコア口径が２５０〜９００μｍの範囲内である、ことを特徴としている。

次に、請求項８に記載の光信号伝送システムの作用を説明する。

屈折率分布型の光ファイバのコア口径を２５０〜９００μｍの範囲内に設定することで、コストと軸ずれ対策とのバランスが取れる。

請求項９に記載の光信号伝送システムは、光信号を伝送する光ファイバと、前記光ファイバの一端側に配置され、前記光ファイバの端面に向けて光ビームを出射する垂直共振型面発光レーザダイオードと、前記光ファイバの他端側に配置され、前記光ファイバの端面から出射された光ビームを受ける受光素子とを備え、前記垂直共振型面発光レーザダイオードが、光ビームを同時に出射する複数の発光点を有し、出射する光ビームの広がり角が２３度以下である、ことを特徴としている。

次に、請求項９に記載の光信号伝送システムの作用を説明する。

請求項９に記載の光信号伝送システムでは、垂直共振型面発光レーザダイオードの複数の発光点からそれぞれ光ビームが出射される。出射された光ビームは、光ファイバの一端側の端面に入試し、光ファイバの他端側の端面から出射した光ビームを受光素子が受光する。光ビームの広がり角は小さいほど光ファイバの入射が容易となるので、広がり角を２３度以下に設定する。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の光信号伝送システムにいおて、前記出射する光ビームの広がり角が２１度以下である、ことを特徴としている。

次に、請求項１０に記載の光信号伝送システムの作用を説明する。

光ビームの広がり角を２１度以下とすることで、光ファイバの入射がさらに容易となる。

請求項１１に記載の発明は、請求項９または請求項１０に記載の光信号伝送システムにおいて、前記光ファイバが、屈折率分布型のプラスチック光ファイバである、ことを特徴としている。

次に、請求項１１に記載の光信号伝送システムの作用を説明する。

光ファイバを、屈折率分布型のプラスチック光ファイバとすることで、ガラスファイバーに比較して振動や曲げに強く、敷設が容易となる。

請求項１２に記載の発明は、請求項９乃至請求項１１の何れか１項に記載の光信号伝送システムにおいて、前記垂直共振型面発光レーザダイオードが、選択的に酸化された電流狭窄層を有し、前記電流狭窄層に形成された酸化アパチャーの径が１１μｍ以下である、ことを特徴としている。

次に、請求項１２に記載の光信号伝送システムの作用を説明する。

電流狭窄層に形成された酸化アパチャーの径を１１μｍ以下とすることで、広がり角を２３度以下に設定することができる。

以上説明したように本発明の光信号伝送システムは上記構成としたので、以下の効果がある。
（１） 光源に複数の発光点を有する垂直共振型面発光レーザダイオードを用いているため、光出力を同じとした場合、発光点が１個の場合に比較して、発光点１個当たりの発熱を少なくでき、長寿命となる。
（２） 屈折率分布型の光ファイバのコア口径を２００μｍ以上に設定したので、結合の際の軸ずれに対して結合損失の悪化を抑制でき、かつ屈折率分布型の光ファイバと垂直共振型面発光レーザダイオードとの位置合わせ、屈折率分布型の光ファイバと受光素子との位置合わせも容易となり、更に、モード雑音の発生を防ぐことができる。モード雑音はコア口径が小さく、且つ結合の際の軸ずれが大きいと発生しやすく、コア径を大きくすることで軸ずれの影響を抑えることができる。モード雑音はＳ／Ｎ比やアイパターンにおけるアイの広がりで観測することができる。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。

図１に示すように、本実施形態の光信号伝送システム１０は、送信部１２、受信部１４、及び送信部１２と受信部１４とを連結する光ファイバーケーブル１６を備えている。
（光ファイバーケーブルの詳細）
本実施形態の光ファイバーケーブル１６には、光ファイバーとしてＧＩ−ＰＯＦ１８が用いられている。

ここで、本実施形態のＧＩ−ＰＯＦ１８は、屈折率分布を有する光ファイバで、コア口径が２００μｍ以上であればいかなるものでも適用可能である。振動や曲げに強く、敷設が容易であり、端面加工適性や室内配線安全性から屈折率分布を有するプラスティックファイバ（ＧＩ−ＰＯＦ）が好ましい。さらに、７７０ｎｍ以上の近赤外光源に用いる場合は、構成するＣ−Ｈ伸縮振動の低倍音吸収に起因した吸収損失が起こるために、Ｃ−Ｈ結合の(軽)水素原子を重水素原子やハロゲン原子(例えばフッ素原子)などで置換した重合体（例えば、ＷＯ９３／０８４８８号、特開昭５８−１４９００３号、特開平１０−２９３２１５号等などに記載されているような重水素化ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ−ｄ８・ｄ５・ｄ３）、ポリメタクリル酸tert-ブチル-ｄ１４、ポリトリフルオロエチルメタクリレート（Ｐ３ＦＭＡ）、ポリヘキサフルオロイソプロピル２−フルオロアクリレート（ＨＦＩＰ ２−ＦＡ）など）からコア部を形成すると、この伝送損失を生じる波長域を長波長化することができ、伝送信号光の損失を軽減することができる。なお、特開平８−５８４８号のような全フッ素化樹脂を用いたＧＩ−ＰＯＦでも可能であるが、素材製造適性やコスト、更にはプレフォームを作成する際に溶融拡散法、又は多層ディップコート法といった精密な調整をするのに比べてＣ−Ｈ結合の軽水素含有率を下げたアクリル酸エステル系やメタアクリル酸エステル系のモノマーの重合体である系の方が好ましい。このように好ましく用いることのできる重合性モノマーとしては、（メタ）アクリル酸エステル類（フッ素不含（メタ）アクリル酸エステル、含フッ素（メタ）アクリル酸エステル）、スチレン系化合物、ビニルエステル類等を例示することができ、コア部はこれらのホモポリマー、あるいはこれらモノマーの２種以上からなる共重合体、およびホモポリマー及び／または共重合体の混合物から形成することができる。これらのうち、（メタ）アクリル酸エステル類を重合性モノマーとして含む組成を好ましく用いることができる。

本発明のコア組成物は、上述のような重合性モノマーと、重合開始剤と、該重合性モノマーとは異なる屈折率を有する化合物とを少なくとも含有する重合性組成物から重合形成されることが好ましい。

以下に、好ましい態様として本発明に用いる、コア部とクラッド部とを有する屈折率分布型プラスチックファイバの実施の形態について説明する。

本実施形態は、主として２種類あるが、以下の実施形態に限定されるわけではない。

まず、第一の実施形態は、クラッド部用重合性組成物を重合してクラッド部となる円筒管を作製する第１の工程と、前記円筒管の中空部でコア部形成用重合性組成物を界面ゲル重合させることによりコア部となる領域を形成し、コア部およびクラッド部に各々対応する領域からなるプリフォームを作製する第２の工程と、得られたプリフォームを所望の形態に加工する第３の工程とを含むプラスチック光学部材の製造方法である。例えばＷＯ９３／０８４８８号等を参考にすることができる。

次に、第二の実施形態は、クラッド部に相当する、例えばポリフッ化ビニリデン樹脂のような含フッ素樹脂からなる円筒管の中空部で、アウターコア用重合性組成物を回転重合法により重合して、該円筒管の内壁面にアウターコア層を形成し、２層からなる円筒管を作製する第１の工程と、前記円筒管のさらに中空部でインナーコア部形成用重合性組成物を界面ゲル重合させて、インナーコア部となる領域を形成し、クラッド部、アウターコア部およびインナーコア部に各々対応する領域からなるプリフォームを作製する第２の工程と、および得られたプリフォームを所望の形態に加工する第３の工程とを含むプラスチック光学部材の製造方法である。例えば特開平１０−２９３２１５号等を参考にすることができる。

後者の実施形態においては、２層からなる同心円筒状パイプを作製する際、上記のように段階的ではなく、フッ素樹脂とアウターコア用重合組成物の重合体を溶融共押し出しの方法の一段階で作製する方法もある。

前記クラッド部あるいはアウターコア部形成用重合性組成物は、重合性モノマーとして好ましくは重水素化ポリメタクリル酸エステル、該重合性モノマーの重合を開始させる重合開始剤の他に、連鎖移動剤などを含有してもよい。

次に、前記コア部あるいはインナーコア部形成用重合性組成物は、重合性モノマーとして同様に好ましくは重水素化ポリメタクリル酸エステル、該重合性モノマーの重合を開始させる重合開始剤、連鎖移動剤、および所望により前記モノマーの屈折率と異なる屈折率を有する化合物（屈折率調整成分：ドーパント）を含有する。

第二の実施形態では、クラッド部とコア部との間にアウターコア部を形成することによって、クラッド部とコア部との材質の違いによる接着性の低下および生産性の低下などを軽減させている。

本実施形態では、クラッド部は疎水性が高く、且つコア部との屈折率差を大きくすることができる含フッ素樹脂を用いるのが好ましく、具体的には、ポリフッ化ビニリデン樹脂等が好ましい。

クラッド部に相当する円筒形状の管は、例えば、市販されているフッ素樹脂を溶融押出しにより、所望の径と厚みのパイプに成形することで作製することができる。

さらに、得られたパイプの中空部で上記重合性組成物を回転重合させ、その内壁にアウターコア層を形成することができる。また、その他、前記フッ素樹脂と前記重合性組成物からなる重合体を共押し出しすることによっても同様の構造体を作製することもできる。

本実施形態の重合性組成物を用いて光学部材を作製する際に、屈折率調整成分を用い、その濃度に傾斜を持たせることによっても、屈折率分布型の光学部材を作製することができる。

屈折率調整成分の濃度に傾斜を持たせる方法としては、国際公開ＷＯ９３／０８４８８号パンフレット、国際公開ＷＯ０３／０１９２５２号パンフレット、特開２００３−７５６５６号公報、特開２００３−１４９４６３号公報等に記載されている界面ゲル重合を利用する方法等がある。

前記クラッド部、アウターコア部およびコア部形成用重合性組成物は、国際公開ＷＯ９３／０８４８８号パンフレット、国際公開ＷＯ０３／０１９２５２号パンフレット、特開平１０−２９３２１５号公報、特開２００３−７５６５６号公報、特開２００３−１４９４６３号公報等に記載されている様な重合開始剤、連鎖移動剤と、コア部形成用重合性組成物についてはさらに屈折率調整成分等を含んで構成することができる。

次に、各工程の製法については、国際公開ＷＯ９３／０８４８８号パンフレット、国際公開ＷＯ０３／０１９２５２号パンフレット、特開２００３−７５６５６号公報、特開２００３−１４９４６３号公報等に記載されている方法をはじめ、その他に公知の技術や、特願２００２−３４６２５０号明細書、特願２００２−１８８１８１号明細書等記載の技術を用いることができる。

ＧＩ−ＰＯＦ１８のコア口径は、２００〜１０００μｍ、好ましくは２５０〜９００μｍ、特に好ましくは３００〜８００μｍの範囲内である。
（送信部の詳細）
送信部１２は、筐体２０、送信基板２２を備えている。

送信基板２２には、ＶＣＳＥＬ２４、電気信号入力部２６、電気信号を光信号に変換し、ＶＣＳＥＬ２４を駆動する回路（図示せず）等が設けられている。

ＶＣＳＥＬ２４としては、例えば、特開２００３−１５２２８４号公報、特開平１１−１２１８６７号公報等に記載の技術を用いることが出来る。

本実施形態のＶＣＳＥＬ２４は、中心波長が７８０ｎｍ、約３ｍＷのレーザ光を出射するものである。図２に示すように、本実施形態のＶＣＳＥＬ２４は、発光点２８の数が４個（２×２の格子状配列）で５０μｍピッチ（Ｐ）で配置されている。図４、５は、本実施形態のＶＣＳＥＬ２４の構造の概要を示す図である。一つの発光点は、直径２７μｍの円柱状のメサ構造をなし、駆動電流を供給するための上部メタル電極６２、出射される光ビームを透過して上部メタル電極６２からの電流を注入する上部コンタクト層６４、上部ＤＢＲミラー層６６、メサ側面から内側の略直径９μｍまで選択的に酸化された電流狭窄層６８（ここで前記中央部を「酸化アパチャー７０」という）、活性層７２などの各層から構成されている。図６は、図４に示したＶＣＳＥＬ２４の回路図である。基板上の４つの発光点は、同一の駆動信号により同時に駆動される。なお、図６において、符号７４はマイクロコンピュータ、符号７６は駆動信号を生成する駆動制御回路、符号７８は発光点を示している。

電流狭窄層６８心部の酸化されていない領域（酸化アパチャー７０）は、直径が８μｍ乃至１１μｍであって、光ビームを広がり角が略２１度で出射する。ここで広がり角はピーク値の１／ｅ２の強度となる角度をいう。広がり角は小さいほど光ファイバの入射は容易となるが、一方で、そのためには酸化アパチャーが小径となるため短寿命となりやすい。したがって、広がり角は２３度以下、好ましくは２１度以下、さらに好ましくは１９度以下とするのが実用的である。

ここで、光ファイバが異なる場合は、例えば、さらに大径の場合には、ＶＣＳＥＬ２４の発光点は、特開２００３−１５２２８４に開示されているように、４×４の格子状に配列されたものでもよいし、同心円状に配列されていても良いし、その他の配列でも良い。この場合でも、発光点同士のピッチ（Ｐ）４０μｍ乃至５０μｍとすれば、単一の発光点のＶＣＳＥＬ２４と実質的に同様な光ビームを得ることができる。

また、図１では、メタルカンパッケージに封止されたＶＣＳＥＬが示されているが、これに限定されるものではない。

図１に示すように、光ファイバーケーブル１６は、図示しないコネクタを用いて筐体２０に接続されている。

ここで、ＧＩ−ＰＯＦ１８とＶＣＳＥＬ２４とは、例えば、直接ＶＣＳＥＬ２４の出射面をＧＩ−ＰＯＦ１８に結合するバットカップリングを用いることが出来るが、非球面レンズやボールレンズを用いて光束を平行にし、導光路に導くことも出来るし、光路を収束させて結合することも出来る。

図２に示すように、複数の発光点２８は、ＧＩ−ＰＯＦ１８の端面の外周（２点鎖線の円で図示）よりも内側に配設されている。

図１に示すように、本実施形態では、ＶＣＳＥＬ２４とＧＩ−ＰＯＦ１８の端面との間にボールレンズ３０を配置している。

また、ＶＣＳＥＬ２４から出射された光束は、ボールレンズ３０を用いてＧＩ−ＰＯＦ１８の入射端面に等倍に結像されている。
（受信部の詳細）
受信部１４は、筐体３２、受信基板３４を備えている。

受信基板３４には、受光素子３６、光信号を電気信号に変換する回路（図示せず）、電気信号出力部３８等が設けられている。

受光素子３６としては、フォトダイオード（ＰＤ）、例えば、高速なシリコン系、またはガリウムヒ素系のＰＩＮフォトダイオード、或は、ＭＳＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）型フォトダイオードを用いることが出来るが、その他の素子であって良い。

本実施形態では、受光素子３６としては、受光面直径が１００μｍのガリウムヒ素系のＰＩＮフォトダイオードを用いている。

光ファイバーケーブル１６は、図示しないコネクタを用いて筐体３２に接続されている。

ここで、ＧＩ−ＰＯＦ１８と受光素子３６とは、例えば、ＧＩ−ＰＯＦ１８からの出射光を直接受光素子３６に結合するバットカップリングを用いることが出来るが、非球面レンズやボールレンズを用いて光束を平行にし、導光路に導くことも出来るし、光路を収束させて結合することも出来る。

本実施形態では、受光素子３６とＧＩ−ＰＯＦ１８の端面との間に非球面レンズ（凸）４０を配置して３：１の縮小系結合としており、ＧＩ−ＰＯＦ１８から出射した光ビームが非球面レンズ（凸）４０で収束されて受光素子３６の受光面に入射する。

また、本実施形態では、例えば受光面直径２５０μｍのＭＳＭ型フォトダイオードなど、高速動作が可能で受光面直径の大きいフォトダイオードを用いることもできる。この場合、レンズ４０の縮小倍率を小さくでき、ＧＩ−ＰＯＦのコア径によっては、等倍結合の低コストのレンズを用いたり、レンズの無いバットカップリングを実現できるなどの効果がある。
（作用）
次に、本実施形態の光信号伝送システム１０の作用を説明する。

本実施形態の光信号伝送システム１０は、例えば、コンピュータから出力される情報量の多い映像信号をディスプレーに伝送する場合に好適である。

図１に示すように、送信部１２の電気信号入力部２６に電気ケーブルを介してコンピュータの映像信号出力部（図示せず）を接続し、受信部１４の電気信号出力部３８に電気ケーブルを介してディスプレーの映像信号入力部（図示せず）を接続する。

送信部１２では、電気信号が光信号に変換されＶＣＳＥＬ２４の各発光点２８から光信号（光ビーム）が出射され、ボールレンズ３０、光ファイバーケーブル１６（ＧＩ−ＰＯＦ１８）を介して受信装置１４へ伝送される。

受信装置１４では、光信号は、非球面レンズ（凸）４０を介して受光素子３６に入力し、電気信号に変換され、ディスプレーへ出力される。

本実施形態の光信号伝送システム１０では、ＶＣＳＥＬ２４が発光点２８を複数備えているため、発光点２８が１個の場合に比較して、発光点１個当たりの発熱を少なくでき、長寿命となる。

ＧＩ−ＰＯＦ１８のコア口径を２００μｍ以上に設定し、ＶＣＳＥＬ２４の発光点２８をＧＩ−ＰＯＦ１８の端面の外周よりも内側に配設しているので、結合の際の軸ずれに対して結合損失の悪化を抑制できる。また、ＧＩ−ＰＯＦ１８とＶＣＳＥＬ２４との位置合わせ、ＧＩ−ＰＯＦ１８と受光素子３６との位置合わせも容易となる。

光ファイバーケーブル１６は、光ファイバーとして合成樹脂製であるＧＩ−ＰＯＦ１８を用いているので、ガラスファイバーを用いた場合に比較して振動や曲げに強く、敷設が容易である。

光ファイバーとしてＧＩ−ＰＯＦ１８を用い、ＧＩ−ＰＯＦ１８のコアを構成する重合組成物を重水素化されたポリメタクリル酸エステルを含む化合物で構成し、ＶＣＳＥＬ２４の光ビームの波長を７７０〜８１０ｎｍの範囲内としたので、伝送損失が小さくなり、１Ｇｂｐｓ以上の高速光伝送を確実に行なえる。

本発明の効果を確かめるために、本発明の適用された実施例の光信号伝送システムと、比較例の光信号伝送システムとを試作し、伝送損失、帯域、結合効率、及び光源寿命の比較を行なった。
（試験用システムの説明）
・実施例１
ＶＣＳＥＬには中心波長７８０ｎｍのものを用いた。

スポット数は４個（２×２の格子状）で５０μｍピッチで配置されている。

ＧＩ−ＰＯＦには以下の組成物を用いた。

ＭＭＡ−ｄ８を原料としたＧＩ−ＰＯＦの製造について説明する。

呉羽化学製ＫＦ−８５０を用いて押し出し成形によって作製されたフッ化ビニリデン樹脂パイプ（内径２２ｍｍおよび長さ６００ｍｍ、底部もＫＦ−８５０で作製されている）に、重合性モノマーとして、重水素化メチルメタクリレート（ＭＭＡ−ｄ８：重合禁止剤としてのハイドロキノンモノメチルエーテルを除去し、水分を８０ｐｐｍ以下まで除去したもの）を所定量注入した。

重合開始剤として、ジメチルアゾビスイソブチレート(MAIB)をモノマー溶液に対して０．５質量％、連鎖移動剤としてｎ−ラウリルメルカプタンをモノマー溶液に対して０．４質量％配合した混合溶液を所定量注入した。

上記モノマー混合溶液の注入された重合容器を、７０°Ｃ湯浴中に入れ、震盪を加えながら２時間予備重合を行った。

その後、該重合容器を６５°Ｃ下１時間、更に７０°Ｃ下３時間にて水平状態（円筒の高さ方向が水平となる状態）に保持し、３０００ｒｐｍにて回転させながら３時間加熱重合した。その後、９０°Ｃで２４時間の熱処理し、上記重合体からなる円筒管を得た。

次に、コア部の原料であるモノマー（ＭＭＡ−ｄ８（上記同様に、重合禁止剤としてのハイドロキノンモノメチルエーテルを除去し、水分を８０ｐｐｍ以下まで除去したもの））と、ドーパントとしてジフェニルスルフィドをモノマー溶液に対して７質量％混合した。

この混合溶液を、精度０．２μｍの四フッ化エチレン製メンブランフィルターで濾過しつつ、作製した円筒管の中空部に濾液を直接注入した。

開始剤として、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシド（ＰＢＤ）をモノマー混合溶液に対し０．０１６質量％、連鎖移動剤としてｎ−ラウリルメルカプタンをモノマー混合溶液に対し０．２７重量％配合した（この系における連鎖移動係数は０．８）。

この混合溶液等を注入した該円筒管を、該円筒管外径に対し９％だけ広い内径を持つガラス管内に挿入した状態で、加圧重合容器に垂直に静置した。

その後、加圧重合容器内を窒素雰囲気に置換した後、０．００５Ｍｐａまで加圧し、１００°Ｃで、４８時間加熱重合した。

その後、加圧状態を維持しながら１２０°Ｃで、２４時間加熱重合および熱処理し、その後に除冷することでプリフォームを得た。

得られたプリフォームには、重合完了時に体積収縮による気泡の混入はなかった。

このプリフォームを２３０°Ｃの熱延伸により線引きを行い、コア直径約３００μｍのプラスチック光ファイバ素線を製造した。延伸工程において、プリフォームには気泡の発生は観察されなかった。

図３に示すように、この素線４８を、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）を用い、常法のクロスヘッドダイを備えた被覆装置にて１２０°Ｃで被覆して、第１被覆層５０が芯線に密着した外径１．２ｍｍの被覆光ファイバコードを得た。

この被覆ファイバコード２本を、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）を用い、第１次被覆５０と異なるダイを備えた被覆装置にて１３０°Ｃで被覆して、シース層５２の短径が３．２ｍｍ、長径が６．２ｍｍの２芯光ファイバケーブルを得た。また、その中空部分にアラミド繊維をテンションメンバとして縦添えした２芯光ケーブルを得た。
・比較例１
ＧＩ−ＰＯＦ：コア組成物に通常の重水素化されていないポリメチルメタクリレートを用いた以外は実施例１と同様。
・比較例２
コア径１２０μｍでコア組成物に全フッ素化樹脂を用いたＧＩ−ＰＯＦ（旭硝子株式会社製のルキナ（品名））を用いた。さらにこの樹脂に適した光源波長８５０ｎｍで発光点が１個のＶＣＳＥＬ光源を用いた。なお、これら以外は実施例１と同様。
・比較例３
ＧＩ−ＰＯＦの代わりにコア径２５０μｍの、三菱レイヨン株式会社製ＳＩ−ＰＯＦ（品名：ＳＫ−１０）の素線を用いた以外は実施例１と同様。
・比較例４
光源波長７８０ｎｍで発光点が１個のＶＣＳＥＬ光源を用いた。なお、これら以外は実施例１と同様。
（試験方法）
２芯光ケーブルの一方のファイバに対して、以下の方法で試験を実施した。

ファイバの軸をＶＣＳＥＬに合わせてボールレンズを用いてＶＣＳＥＬ出射面に等倍に結合した。このときの結合効率は０．８ｄＢであった。

伝送損失測定：光源波長でのカットバック測定法による。

ファイバの帯域測定：タイムドメイン法で５０ｍ長測定。

光源寿命測定条件：２ｍＷ出力６０°Ｃでの加速試験。

結合効率（ＶＣＳＥＬ出射側）：ボールレンズ等倍系を用い故意にファイバーの軸をＸＹ方向（軸直角方向）に８０μｍずらして結合させ測定した。

モード雑音：３Ｇｂｐｓにおけるアイパターンでアイ開口周辺のノイズレベルで評価した。

実施例１、比較例１、及び比較例３は、複数の発光点を有するＶＣＳＥＬ光源を用いているため、２ｍＷ出力で１０万時間以上の寿命を６０°Ｃの加速試験で確認した。

一方、比較例４の発光点の数が１個のＶＣＳＥＬ光源では２ｍＷ出力で１万時間以下の寿命しか得られなかった。

重水素化アクリル樹脂を用いたファイバの帯域は５０ｍ長で５．６ＧＨｚであり、１ギガｂｐｓ以上の高速伝送に用いるのに十分であることが分かる。

本発明の一実施形態に係る光信号伝送システムの概略構成図である。 ＶＣＳＥＬの正面図である。 ２芯被覆光ファイバケーブルの断面図である。 ＶＣＳＥＬの発光点を示す平面図である。 発光点の断面図である。 図４に示したＶＣＳＥＬの回路図である。

符号の説明

１０ 光信号伝送システム
１８ ＧＩ−ＰＯＦ
２４ ＶＣＳＥＬ（垂直共振型面発光レーザダイオード）
２８ 発光点
３６ 受光素子

Claims (12)

1. 一端から入射された光信号を他方から出射するコア口径が２００μｍ以上である屈折率分布型の光ファイバと、
   前記光ファイバの一端に配置され、前記光ファイバの端面に向けて光ビームを出射する複数の発光点を有し、前記光ファイバの伝送損失が小となる波長に略一致した波長を有する光ビームを前記発光点から出射する垂直共振型面発光レーザダイオードと、
   前記光ファイバの他端側に配置され、前記光ファイバの端面から出射された光信号を受ける受光素子と、
   を備えたことを特徴とする光信号伝送システム。
2. 前記垂直共振型面発光レーザダイオードから出射される光ビームの波長が７７０〜８１０nmの範囲内にある、ことを特徴とする請求項１に記載の光信号伝送システム。
3. 前記複数の発光点が前記ファイバの端面のコア外周よりも内側に配設されている、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光信号伝送システム。
4. 前記光ファイバが屈折率分布型プラスチックファイバであり、コア高分子中のＣ−Ｈ結合の軽水素含有率が高分子１ｇ当たり６０ｍｇ以下である、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の光信号伝送システム。
5. 前記光ファイバのコア高分子中のＣ−Ｈ結合の軽水素が重水素化もしくはハロゲン化された高分子からなる、ことを特徴とする請求項４に記載の光信号伝送システム。
6. 前記高分子が重水素化されたポリ（メタ）アクリル酸エステル化合物である、ことを特徴とする請求項５に記載の光信号伝送システム。
7. 前記受光素子がＭＳＭ型フォトダイオードである、ことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の光信号伝送システム。
8. 前記光ファイバのコア口径が２５０〜９００μｍの範囲内である、ことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の光信号伝送システム。
9. 光信号を伝送する光ファイバと、前記光ファイバの一端側に配置され、前記光ファイバの端面に向けて光ビームを出射する垂直共振型面発光レーザダイオードと、前記光ファイバの他端側に配置され、前記光ファイバの端面から出射された光ビームを受ける受光素子とを備え、
   前記垂直共振型面発光レーザダイオードが、光ビームを同時に出射する複数の発光点を有し、出射する光ビームの広がり角が２３度以下である、ことを特徴とする光信号伝送システム。
10. 前記出射する光ビームの広がり角が２１度以下である、ことを特徴とする請求項９に記載の光信号伝送システム。
11. 前記光ファイバが、屈折率分布型のプラスチック光ファイバである、ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の光信号伝送システム。
12. 前記垂直共振型面発光レーザダイオードが、選択的に酸化された電流狭窄層を有し、前記電流狭窄層に形成された酸化アパチャーの径が１１μｍ以下である、ことを特徴とする請求項９乃至請求項１１の何れか１項に記載の光信号伝送システム。

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