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光通信用の半導体レーザー技術

光通信には主に2種類の半導体レーザーが使われています。DFBレーザーとFPレーザーです。

DFBレーザーは、長距離通信で使われています。例えば日本とアメリカを結ぶ通信などです。FPレーザーは、近距離通信・高速インターネットで使われています。

DFBレーザー

1波長の光しかでないレーザーです。通信時に光信号の波長がずれることがないので、高速・遠距離通信が可能です。(通信速度は1秒間に10Gb送れます。つまり、1秒間に100億回の光を点滅します。それは電話を1度に約15万本通話させることができる速さです。)

・DFBレーザーの構造

DFBレーザー

・どうしてDFBレーザーは1波長しかでてこないのでしょうか

N型半導体の山切りカットされていることがポイントなのです。

N型半導体の山切りカットされたそれぞれの山にレーザー光が当たり、跳ね返ります。
山の周期2倍の幅(0.4ミクロン)を持つ波長は、進んできた光の波と跳ね返った光の波が重なりあって、強め合います。
(山切りカットは専門用語では回折格子と呼ばれています。また0.4ミクロン幅にする理由は、1.3ミクロン帯の波長を使った光通信を例にしているからです。半導体レーザー部品内と空気中とでは、光の屈折率が違うため、波長が0.4ミクロンだったレーザー光は、空気中に出ると波長が1.3ミクロンになります。)

DFBレーザーの原理図

山の周期2倍の幅(0.4ミクロン)を持つ波長以外の光は進んできた光と、跳ね返った光の波のタイミングがずれるので、少しずつ打ち消し合います。

FPレーザー

複数の波長の光がでてくるレーザーです。そのため、通信速度がDFBレーザーよりも遅いですが、値段が安く作れます。(通信速度は1秒間に1Gb送れます。つまり、1秒間に10億回の光を点滅しています。それは電話を1度に約1万5千本通話させることができる速さです。)

・FPレーザーの構造

光は反射鏡の間(結晶のへき開などで形成した反射面)に閉じこめられて往復します。 (へき開とは、結晶の特定方向へ割れやすい箇所を表す結晶学用語です)

反射鏡・ファブリペローレーザー

ワンポイント

波長が1つだけ出てくるDFBレーザーの通信速度は高速なのに、複数の波長が出てくるFPレーザーの通信速度はなぜ遅いのでしょうか。

・DFBレーザー
1波長しかないため、0(ゼロ)と1(イチ)の信号を判断しやすいので、送信速度を速くできます。

・FPレーザー
複数の波長を同時に出します。波長によって速度が違うため、送信速度を速くしすぎると信号が重なりあってしまう恐れがあるので、DFBレーザーよりも遅くなります。

山切りカットの作り方

半導体のあんなに細い山切りカットはどうやって作っているのかな。

インジウムリンにレジストを塗布します。次に露光し、レジストで現像します。次にエッチングしたあと、レジストをはがせば山切りカットの完成です。

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