(１)次の文章は、光通信に用いられるＬＤの特徴などについて述べたものである。
ＬＤは、その構造の違いにより、端面発光型及び面発光型に分類される。
端面発光型には、ファブリペロー型ＬＤ(ＦＰ－ＬＤ)、分布帰還型ＬＤ(ＤＦＢ－ＬＤ)などがある。
ＦＰ－ＬＤは、多数の縦モードで発振することから、放射された光が光ファイバ中を伝搬すると波長分散の影響によりパルス幅が広がるため【符号間干渉】を引き起こす。このため、長距離・高速伝送の光通信システムの光源には、一般に、【単一】モードで発振するＤＦＢ－ＬＤが用いられる。
端面発光型のＬＤから放射された光は、一般に、楕円形の広がりをもつことから、断面が円形である光ファイバとの結合においては、ＬＤと光ファイバとの間にロッドレンズや円柱レンズを配置するなどして、光を【集束する】必要がある。
一方、面発光型のＬＤは、【ＶＣＳＥＬ】ともいわれ、基板面に対して垂直方向にレーザ光を放射する。【ＶＣＳＥＬ】から放射された光は、端面発光型のＬＤとは異なり、円形の広がりをもち、設計によって放射光のモードフィールド径を光ファイバと同程度にできるため、レンズなしで光ファイバと結合することも可能である。
メモ：
ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）：垂直共振器面発光レーザ
(２)次の文章は、光通信システムで用いられる光変調方式、ＬＤの制御方式、多重化方式などについて述べたものである。
(ⅰ)光変調方式の特徴などについて述べた次の文章のうち、正しいものは、【④】である。
①電気信号によりＬＤの出力光を強度変調する方式には、直接変調方式と外部変調方式がある。外部変調方式【直接変調方式】は、駆動回路においてＬＤにバイアス電流と変調信号を印加することにより変調光を得る方式である。
②直接変調方式では、変調速度が増すと波長チャーピングが生ずることによりＳＮ比【信号】が劣化し、伝送距離が制限される。このため、変調速度が数Ｇbit／sを超える場合には、一般に、光源と変調回路を分離し、ＬＮ変調器、ＥＡ変調器などを用いた外部変調方式が採用される。
メモ：チャーピングとは高速で変調した場合に光の波長が変動する現象
③ＬＮ変調器は、導波路構造のマッハツェンダ干渉計構成をとり、電極に電圧を印加したとき、ポッケルス効果により導波路のブラッグ波長【光の位相】が変化し、光の干渉状態が変わることを利用して出力光をオン／オフしている。
④ＥＡ変調器は、ＰＮ接合のダブルヘテロ構造を持つダイオードに逆バイアスを印加したとき、電界吸収効果により導波層を通過する光が吸収されることを利用して出力光をオン／オフしている。
(ⅱ)ＬＤの温度制御、強度制御、波長制御などについて述べた次の文章のうち、誤っているものは、【①】である。
①温度変化による発振波長の変動を補償する温度制御(ＡＴＣ)は、抵抗値の温度依存性が大きいアバランシホトダイオード(ＡＰＤ)サーミスタをＬＤ近傍に配置し、ＡＰＤの抵抗値の変動を監視し、その変動量をフィードバックさせることにより、ＬＤの温度を一定に保つものである。
②経年劣化などによる出力強度の低下を補償する強度制御(ＡＰＣ)は、ＬＤの端面近傍にモニタＰＤを配置し、モニタＰＤの受光電流の変動を監視し、その変動量をフィードバックさせることにより、ＬＤの出力強度を一定に保つものである。
③高い波長安定性が求められるＷＤＭシステムなどにおいては、一般に、ＡＴＣに加えて、波長制御(ＡＦＣ)が行われる。ＡＦＣは、ＬＤの出力光の波長変動を監視し、その変動量をフィードバックさせることにより、ＬＤの出力波長を一定に保つものである。
④ＬＤの発振波長は、用いられる半導体材料によって決まるが、波長可変ＬＤでは、温度制御、電流注入制御などにより屈折率を変化させる方法、共振器長を変化させる方法などにより、発振波長を制御することができる。
(ⅲ)光通信システムで用いられる多重化方式について述べた次の文章のうち、正しいものは、【③】である。
①光パルスをフレームごとに少しずつ時間をずらして多重化する方式はＴＤＭといわれ、多重化後の信号のパルス幅は多重化前より広く【狭く】なり、ビットレートは多重化数に応じて上昇する。
②信号形態や伝送速度が異なる複数の波長の光を１本の光ファイバケーブルで伝送する方式はＷＤＭといわれ、多重する波長数により、百波【十数波】程度を多重化するＣＷＤＭと十数波【百波】程度を多重化するＤＷＤＭに分類される。
③ＷＤＭで使用される波長は、ＩＴＵ－Ｔ勧告で規定されており、ＤＷＤＭでは、一般的なＥＤＦＡの増幅帯域のほぼ中央の周波数である１９３.１ＴＨzを中心に、一定の間隔で配列されている。
④中継系の光通信システムでは、ＷＤＭ【ＴＤＭ】技術により多重化された複数の光信号をさらにＴＤＭ【ＷＤＭ】技術を用いて一括して多重化する方法により、１心の光ファイバで数Ｔbit／sの高速伝送を実現している。
(ⅳ)フォトニック結晶光ファイバ(ＰＣＦ)について述べた次のＡ～Ｃの文章は、【ＡＢが正しい】。
Ａクラッド部に空孔を周期的に配列した構造の光ファイバは、一般に、ＰＣＦといわれ、光の導波原理により、屈折率導波型又はフォトニックバンドギャップ型に分類される。
Ｂ屈折率導波型ＰＣＦは、一般に、コア部とクラッド部が同じガラス素材で構成されているが、クラッド部に設けられた空孔によりクラッド部の実効的な屈折率がコア部の屈折率と比較して小さくなるため、全反射によって光を閉じ込めて伝搬させることができる。
Ｃフォトニックバンドギャップ型ＰＣＦは、中空のコアにフレネル反射【ブラッグ反射】によって光を閉じ込めて伝搬するため、ガラスの欠点である損失や分散による影響を小さくできる特徴がある。
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