石くれと砂粒の世界

アクセスカウンタ

zoom RSS 光変調素子

<<   作成日時 : 2016/09/25 15:45   >>

ブログ気持玉 0 / トラックバック 0 / コメント 0

 つぎは光変調素子を取り上げてみます。この光変調素子は一般の半導体デバイスの教科書にはあまり取り上げられていません。その理由は後で触れることにして、まずは光変調素子の概要をみておきましょう。

1.光変調素子はなぜ必要か
 光信号による通信は日常生活のなかにも広く使われています。テレビやエアコンはリモート・コントロール(略してリモコン)で遠隔操作するのが普通になっていますが、あれは信号を載せた赤外線を空中に飛ばして機器との通信を行う光通信の一種です。

 手元のボタン操作により、決められた順序(コード)に従って赤外線LEDを点滅させ光信号を送出しています。このコードに従って点滅信号を作るのが光変調です。

 ところがこのリモコンには光変調素子は使われていません。それは発光ダイオード(LED)や半導体レーザ(LD)は電極から注入する電流によって発光するので、この電流をオンオフすれば出射光を点滅(変調)できるからです。これを直接変調と呼んでいます。

 それではなぜ光変調素子が必要なのでしょうか。LEDやLDの直接変調はあまり高速にはできないからです。その主な原因はつぎのように説明されます。LEDやLDの発光は電極から入ってきた電子と正孔が再結合して起こります。この電子と正孔は電流をオフにしてもすぐにいなくならないので、どうしても消灯までに時間がかかってしまいます。といってもこの時間はナノ秒程度なので、それほど遅いわけではなく、たいていの目的なら十分です。に

 ところが光通信のもっとも高速なものはギガビット/秒つまり109bit/secという速さの信号を使っています。これは10-9sec以下の時間周期の信号に対応します。そのような高速の場合には直接変調は難しくなります。

 そこで図Aに示すように、一定強度の光を出す光源と高速動作ができる光変調素子を組み合わせる必要が出てくるというわけです。
画像

2.光変調とは
 光変調の基本を少し説明しておきます。一般に変調というと電気信号の変調を意味すると言ってよいと思います。コンピュータ内を伝わる電気信号は直流電流がオンオフするデジタル信号ですし、スピーカのボイスコイルを流れる電流は音声信号によって電圧が変化するアナログ信号です。一方、空中を伝わる電磁波を使う無線通信の場合は、一定周波数、一定振幅の電磁波(搬送波といいます)に対してオンオフなど変調をする必要があります。光も電磁波の一種ですから光の変調もまったく同じに考えられます。

 上記のように変調にはデジタル変調とアナログ変調があります。デジタル信号は1と0の2種類の信号からなり、このデジタル信号をつくるのがデジタル変調です。アナログ信号は例えば音声信号のように連続的に変化する信号です。このアナログ信号をつくるのがアナログ変調です。以後取り上げる光変調素子は主としてデジタル変調用です。

 光変調の場合、デジタル信号は光の強度が強いときを「1」、弱いときを「0」に対応させればよいので、光変調素子は一定強度の入力光を信号に従ってオンオフする機能をもつことになります。光の強度を信号の通りに変化させることを強度変調または振幅変調(AM)といいます。図Aはこの強度変調を表したものです。

 変調にはこの強度変調のほかに位相変調をいうのがあります。これは波としての光の位相を信号によって変化させるものです。また光の周波数を変調する周波数変調(FM)もあります。FMは電磁波による放送に使われているのでよく知られています。

 電磁波(光)の場合、デジタル変調した信号波形は図Bのように1つのオン波形のなかに光のもともとの振動がいくつか入っていることになります。変調が高速になってくると信号のオンの時間が光の振動周期に近づいてきます。振動周期より変調信号の周期を短くすることは原理的にできませんから、光通信といえども高速化には限界があります。
画像

 上記のように光変調素子は主として超高速用で、家庭用の機器などには使われない特殊な素子です。またこれまでの光変調素子は主として強誘電体など半導体でない材料を使った素子が主流でした。このような理由で、半導体デバイスの教科書などにはあまり取り上げられてこなかったと思われます。

 しかし近年、半導体を使った実用的な光変調素子が登場していますし、光変調に応用される半導体の性質は基本的で興味深いものが多いと思います。そこで以上を基礎に次回以降デバイスを紹介していきます。

テーマ

関連テーマ 一覧


月別リンク

ブログ気持玉

クリックして気持ちを伝えよう!
ログインしてクリックすれば、自分のブログへのリンクが付きます。
→ログインへ

トラックバック(0件)

タイトル (本文) ブログ名/日時

トラックバック用URL help


自分のブログにトラックバック記事作成(会員用) help

タイトル
本 文

コメント(0件)

内 容 ニックネーム/日時

コメントする help

ニックネーム
本 文
光変調素子 石くれと砂粒の世界/BIGLOBEウェブリブログ
文字サイズ:       閉じる