JP2001160646A - 光モジュール - Google Patents

光モジュール

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JP2001160646A
JP2001160646A JP34364699A JP34364699A JP2001160646A JP 2001160646 A JP2001160646 A JP 2001160646A JP 34364699 A JP34364699 A JP 34364699A JP 34364699 A JP34364699 A JP 34364699A JP 2001160646 A JP2001160646 A JP 2001160646A
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JP
Japan
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laser beam
main surface
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light receiving
optical module
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JP34364699A
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Inventor
Akira Fukushima
昭 福島
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Fujitsu Quantum Devices Ltd
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Fujitsu Quantum Devices Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 組み立てが容易で、かつ小型化が可能な光モ
ジュールを提供する。 【解決手段】 主表面を有する基板の主表面上に、半導
体レーザ装置が取り付けられている。第1の受光装置
が、半導体レーザ装置から放射されたレーザビームの光
路の一部を遮り、遮られた部分を伝搬するレーザビーム
を受ける。波長選択手段が、第1の受光素子で遮られな
かったレーザビームのうち、一部の波長域の成分のみを
透過させる。第2の受光素子が、波長選択手段を透過し
たレーザビームを受ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光モジュールに関
し、特に半導体レーザ装置と、放射されたレーザビーム
をモニタする受光素子とを有する光モジュールに関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、幹線系光通信網では、伝送容量を
増やすために波長多重方式を利用した通信システムの導
入が盛んになっている。多重数を増やし、伝送効率を高
めるには、周波数空間内で多重化された複数のチャネル
の波長間隔をより狭くする必要がある。このために、光
源である半導体レーザ装置の発振スペクトルを高精度に
制御する必要がある。
【0003】半導体レーザ装置として、一般的に分布帰
還型(DFB)のレーザ装置が用いられる。DFBレー
ザ装置の発振波長は、活性領域に形成された回折格子に
より決定される。活性領域の屈折率の温度依存性によ
り、発振波長が1℃あたり約0.1nmの割合で変動す
る。従って、DFBレーザ装置の発振波長の温度依存性
を利用して、発振波長を制御することができる。
【0004】図6に、半導体レーザ装置と、レーザビー
ムをモニタする受光素子とを有する従来の光モジュール
の概略平面図を示す。基板100の表面上にレーザダイ
オード101及び球レンズ102が配置されている。球
レンズ102は、レーザダイオード101の後方から放
射されたレーザビームを集束させる。球レンズ102に
より集束されたレーザビームが、ハーフミラー103に
より2本のレーザビームに分割される。
【0005】ハーフミラー103で反射したレーザビー
ムは、受光素子104に入射する。ハーフミラー103
を透過したレーザビームは、バンドパスフィルタ105
で周波数選択され、受光素子106に入射する。バンド
パスフィルタ105の透過波長帯域は、中心波長よりも
やや短波長側に設定されている。
【0006】受光素子104は、出力強度のモニタとし
て機能する。出力強度が低下すると、例えばレーザダイ
オード101の駆動電流を増加させる。受光素子106
の出力信号の低下は、発振波長の長波長ずれを意味す
る。このとき、レーザダイオード101の温度を下げ、
発振波長が短波長側へシフトするように制御する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図6に示す従来の光モ
ジュールでは、基板100、ハーフミラー103、受光
素子104及び106の相対的な位置を調整する必要が
ある。レーザダイオード101を発振させ、受光素子1
04及び106の出力信号をモニタしながら、位置の調
整を行う必要がある。また、レーザビームを2分割し、
分割されたレーザビームの光路上に受光素子を配置する
ため、小型化が困難である。
【0008】本発明の目的は、組み立てが容易で、かつ
小型化が可能な光モジュールを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、主表面を有する基板と、前記基板の主表面上に取り
付けられた半導体レーザ装置と、前記半導体レーザ装置
から放射されたレーザビームの光路の一部を遮り、遮ら
れた部分を伝搬するレーザビームを受ける第1の受光素
子と、前記第1の受光素子で遮られなかったレーザビー
ムのうち、一部の波長域の成分のみを透過させる波長選
択手段と、前記波長選択手段を透過したレーザビームを
受ける第2の受光素子とを有する光モジュールが提供さ
れる。
【0010】レーザビームを分割することなく、第1及
び第2の受光素子でレーザビームを受けることができ
る。このため、光軸調整を容易に行うことができ、ま
た、小型化を図ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1〜4を参照して、本発明の第
1の実施例による光モジュールについて説明する。
【0012】図1(A)は、第1の実施例による光モジ
ュールの平面図を示し、図1(B)は、図1(A)の一
点鎖線B1−B1における断面図を示す。サーモエレク
トリッククーラ(TEC)基板1の表面上に、シリコン
(Si)基板10が固着されている。TEC基板1は、
ペルチェ効果を利用してSi基板10の温度を下げるこ
とができる。
【0013】Si基板10の主表面上に、レーザダイオ
ード11が固定されている。レーザダイオード11は、
前方(図1(A)において、図の右方)及び後方(図1
(A)において、図の左方)にレーザビームを放射す
る。レーザビームは、シリコン基板10の主表面にほぼ
平行な方向に伝搬する。球レンズ12が、シリコン基板
10の主表面に形成された逆四角錐台の凹部14によっ
て位置決めされており、レーザダイオード11の後方に
放射されたレーザビームを集束させる。球レンズ12の
表面は、無反射コーティングされている。レーザダイオ
ード11の前方に放射されたレーザビームは、例えば光
ファイバに入射する。
【0014】レーザダイオード11の後方から放射さ
れ、球レンズ12で集束されたレーザビーム17の光路
に沿って、シリコン基板10の主表面に溝16が形成さ
れている。溝16と凹部14との間に、レーザビーム1
7の光路と直交する方向に延在する溝15が形成されて
いる。レーザビーム17の一部分17aは、シリコン基
板10の主表面よりも低い位置を通過し、他の一部分1
7bは、シリコン基板10の主表面よりも高い位置を通
過する。溝15及び16は、レーザビーム17の一部1
7aを遮らないようにするためのものである。
【0015】斜面入射型フォトダイオード13が、溝1
6を跨ぐように、シリコン基板10の主表面上に固定さ
れており、レーザビーム17の一部17bの光路を遮
る。レーザビーム17の一部17bが、斜面入射型フォ
トダイオード13に入射し、電気信号に変換される。
【0016】レーザビーム17の一部17aは、斜面入
射型フォトダイオード13で遮られることなく、溝16
内を通過する。溝16内を通過したレーザビーム17b
の光路上にバンドパスフィルタ20及び表面入射型フォ
トダイオード25が配置されている。レーザビーム17
bは、バンドパスフィルタ20に入射する。バンドパス
フィルタ20は、レーザビーム17bのある波長成分の
みを透過させる。バンドパスフィルタ20を透過したレ
ーザビームは、表面入射型フォトダイオード25に入射
し、電気信号に変換される。
【0017】シリコン基板10及びバンドパスフィルタ
20は、サーモエレクトリッククーラ(TEC)基板1
に固定されている。表面入射型フォトダイオード25
は、保持板24を介してTEC基板1に固定されてい
る。TEC基板1は、ペルチェ効果により寒冷を発生
し、レーザダイオード11等の温度を制御する。
【0018】図2は、斜面入射型フォトダイオード13
の断面図を示す。図2に示された斜面入射型フォトダイ
オードは、特開平8−316506号公報の図2に示さ
れたものであり、その構造及び製造方法は、当該公報に
詳しく説明されている。ここでは、その構造について簡
単に説明する。
【0019】n型InP基板30の、レーザダイオード
側の端面30aと下主面30bとが交わる稜に沿って斜
面33cが形成されている。レーザビーム17bが、斜
面33cに入射し、斜面33cで屈折してInP基板3
0内に導入される。
【0020】InP基板30の上主面上に、n型InP
層31、ノンドープのInGaAs層32、及びn-
InP層33が、この順番に積層されている。n-型I
nP層33のうち、InP基板30内に導入されたレー
ザビームの入射する部分が、p型領域33aとされ、他
の一部がp型領域33bとされている。p型領域33
a、InGaAs層32、及びn型InP層31が受光
ダイオードD1を構成し、p型領域33b、InGaA
s層32、及びn型InP層31が駆動ダイオードD2
を構成する。
【0021】p型領域33aに電極34が接続され、p
型領域33bに電極35が接続されている。動作時に
は、駆動ダイオードD2に順方向バイアスが印加される
ように、電極34と35との間に電圧を印加する。斜面
33cから入射したレーザビームが受光ダイオードD1
を照射すると、電極34と35との間に電流が流れる。
斜面入射型フォトダイオード13で、レーザビーム17
bを受光することにより、図1に示すレーザダイオード
11の発光強度を監視することができる。
【0022】図3は、レーザダイオード11から放射さ
れたレーザビームのスペクトルと、バンドパスフィルタ
20の波長選択性を示すグラフである。横軸は波長を表
し、曲線a1及び破線a2はレーザビームの強度を表
し、実線bはバンドパスフィルタ20の透過特性を表
す。バンドパスフィルタ20の透過帯域は、レーザビー
ムのピーク波長よりもやや長波長側に設定されている。
レーザビームのうち、ピーク波長よりもやや長波長側の
裾の部分が、バンドパスフィルタ20を透過する。
【0023】レーザダイオード11の発振波長が長波長
側にシフトすると、レーザビームのスペクトルが図3の
曲線a1から破線a2にシフトする。このため、バンド
パスフィルタ20を透過する光の強度が増加する。バン
ドパスフィルタ20を透過したレーザビームの強度を、
表面入射型フォトダイオード25で監視することによ
り、レーザダイオード11の発振波長のずれを検出する
ことができる。発振波長が所望の波長からずれると、所
望の波長に近づくように、TEC基板1によりレーザダ
イオード11の温度を制御する。
【0024】次に、図4を参照して図1に示した第1の
実施例による光モジュールの製造方法について説明す
る。
【0025】図4は、図1のシリコン基板1の、チップ
単位への分離前の平面図を示す。図4の破線は、スクラ
イブライン、すなわち、ひとつのチップの外周を示す。
シリコン基板の表面上にSiO2膜を形成し、その上に
所望の配線やパッドをAuで、バンプをAuSn合金で
形成する。このSiO2膜に、凹部14に対応した開口
及び溝16に対応した開口を形成する。
【0026】これらの開口を通して、シリコン基板を異
方性エッチングする。異方性エッチングのためのエッチ
ャントとして、例えばKOHを用いることができる。こ
のとき、溝16の端部が凹部14に接しないように両者
を配置する。溝16と凹部14とが連続すると、アンダ
ーエッチングが起こり、所望の形状の溝を形成すること
ができなくなるからである。溝16と凹部14との間に
残った基板の主表面をダイシングし、溝15を形成す
る。溝15を介して、溝16と凹部14とが接続され
る。
【0027】シリコン基板10をスクライブし、チップ
単位に分割した後、シリコン基板10の主表面上に、図
1に示すレーザダイオード11及び斜面入射型フォトダ
イオード13を、ダイボンディングする。球レンズ12
を凹部14内に配置し、紫外線硬化型樹脂で固定する。
レーザダイオード11及び斜面入射型フォトダイオード
13の各電極と、シリコン基板10の主表面上のパッド
とをワイヤボンディングにより接続する。
【0028】上記第1の実施例による光モジュールで
は、図1に示すレーザダイオード11及び斜面入射型フ
ォトダイオード13が、ダイボンディングされるため、
高精度に位置決めすることができる。また、球レンズ1
2が、異方性エッチングにより形成された凹部14によ
り位置決めされるため、位置決め精度を高めることがで
きる。レーザビームをモニタしながら位置調整を行う必
要がないため、組み立てが容易になる。
【0029】図1の溝16の内面上に、レーザビームを
反射する反射膜、例えば金膜等をコーティングしてもよ
い。反射膜で反射したレーザビームが表面入射型フォト
ダイオード25に入射するため、S/N比を改善するこ
とができる。
【0030】次に、図5を参照して、本発明の第2の実
施例による光モジュールについて説明する。
【0031】図5は、第2の実施例による光モジュール
の概略断面図を示す。シリコン基板10aの主表面に、
凹部14、溝15及び16が形成され、主表面上にレー
ザダイオード11、球レンズ12、斜面入射型フォトダ
イオード13が固定されている。これらの配置及び固定
方法は、図1に示す第1の実施例の場合と同様である。
【0032】第1の実施例では、図1(B)に示すよう
に、バンドパスフィルタ20がTEC基板1上に固定さ
れていたが、第2の実施例では、バンドパスフィルタ2
0が、シリコン基板10aの主表面に形成された溝17
内に挿入されて固定されている。溝17は、ダイシング
により形成される。
【0033】レーザダイオード11の前方(図5におい
て、図の右方)に放射されたレーザビームの光路上に球
レンズ40が配置されている。球レンズ40は、シリコ
ン基板10aの主表面に形成された凹部41により位置
決めされている。球レンズ40は、レーザダイオード1
1の前方放射光を集束する。
【0034】TEC基板1の主表面上に、シリコン基板
10a、表面入射型フォトダイオード25が取り付けら
れた保持板24、及び光アイソレータ42が固定されて
いる。表面入射型フォトダイオード25は、第1の実施
例の場合と同様に、バンドパスフィルタ20を透過した
レーザビームを受光する。
【0035】TEC基板1は、上部に開口を有するパッ
ケージ50内に装填されている。パッケージ50の開口
部は蓋51で塞がれ、その内部の気密性が確保される。
パッケージ50の側面に窓52が形成されている。球レ
ンズ40で集束されたレーザビームが、窓52を通過
し、集光用非球面レンズ62で集光され、光ファイバ6
1に入射する。
【0036】集光用非球面レンズ60は、レンズホルダ
62で保持され、光ファイバ61の端部は、ファイバガ
イド63で保持されている。レンズホルダ62はパッケ
ージ50の側面にYAGレーザ溶接され、ファイバガイ
ド63は、レンズホルダ62にYAGレーザ溶接されて
いる。
【0037】第2の実施例の場合には、バンドパスフィ
ルタ20も、シリコン基板10aの主表面に形成された
溝17で位置決めされる。このため、光学部品の調整箇
所を削減することができる。
【0038】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体レーザ装置から放射されたレーザビームのうち、
ビーム断面の一部分を通過するレーザビームを第1の受
光素子で受け、他の部分を通過するレーザビームを第2
の受光素子で受ける。ハーフミラー等を用いてレーザビ
ームを分割しないため、光学系の光軸調整等を容易に行
うことができ、かつ小型化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例による光モジュールの平面図及び
断面図である。
【図2】斜面入射型フォトダイオードの断面図である。
【図3】レーザビームのスペクトルと、バンドパスフィ
ルタの透過特性を示すグラフである。
【図4】第1の実施例による光モジュールの製造方法を
説明するためのシリコン基板の平面図である。
【図5】第2の実施例による光モジュールの断面図であ
る。
【図6】従来の光モジュールの平面図である。
【符号の説明】
1 TEC基板 10 シリコン基板 11 レーザダイオード 12、40 球レンズ 13 斜面入射型フォトダイオード 14、41 凹部 15、16 溝 17 レーザビーム 20 バンドパスフィルタ 24 保持板 25 表面入射型フォトダイオード 42 光アイソレータ 50 パッケージ 51 蓋 52 窓 60 集光用非球面レンズ 61 光ファイバ 62 レンズホルダ 63 ファイバガイド

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主表面を有する基板と、 前記基板の主表面上に取り付けられた半導体レーザ装置
    と、 前記半導体レーザ装置から放射されたレーザビームの光
    路の一部を遮り、遮られた部分を伝搬するレーザビーム
    を受ける第1の受光素子と、 前記第1の受光素子で遮られなかったレーザビームのう
    ち、一部の波長域の成分のみを透過させる波長選択手段
    と、 前記波長選択手段を透過したレーザビームを受ける第2
    の受光素子とを有する光モジュール。
  2. 【請求項2】 さらに、前記半導体レーザ装置から放射
    されたレーザビームを集光するレンズを有する請求項1
    に記載の光モジュール。
  3. 【請求項3】 前記半導体レーザ装置から放射されたレ
    ーザビームの一部は、前記基板の主表面よりも低い位置
    を通過し、該基板の主表面の、前記レーザビームの通過
    する領域に溝が形成されており、 前記第1の受光素子が、前記基板の主表面上に、前記溝
    を跨ぐように配置され、前記レーザビームのうち、該主
    表面よりも高い位置を通過する部分を遮る請求項1また
    は2に記載の光モジュール。
  4. 【請求項4】 前記溝の内面に、レーザビームを反射す
    る反射膜がコーティングされている請求項3に記載の光
    モジュール。
JP34364699A 1999-12-02 1999-12-02 光モジュール Withdrawn JP2001160646A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003303975A (ja) * 2002-04-08 2003-10-24 Opnext Japan Inc モニタ用フォトダイオード付光モジュール。

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003303975A (ja) * 2002-04-08 2003-10-24 Opnext Japan Inc モニタ用フォトダイオード付光モジュール。

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