JP2002111124A

JP2002111124A - 発光モジュール

Info

Publication number: JP2002111124A
Application number: JP2000300157A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kato; 隆志加藤; Akira Yamaguchi; 章山口; Kenichi Kitayama; 賢一北山
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-04-12
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: JP4626042B2

Abstract

(57)【要約】【課題】発生される光の波長をロックするためのロッ
ク波長を容易に設定することが可能な発光モジュールを
提供する。【解決手段】発光モジュールは、光出射面１６ａおよ
び光反射面１６ｂを有する半導体レーザ素子１６と、半
導体レーザ素子１６の光反射面１６ｂからの光を受ける
第１および第２の光検出器１７ａ、１７ｂ並びにファブ
リペロ型の光共振器１７ｊを有する受光デバイス１７と
を備える。この受光デバイス１７において、第１の光検
出器１７ａは光共振器１７ｊ内に配置されている。発光
モジュール１ａでは、半導体レーザ１６からの光はファ
ブリペロ型光共振器１７ｊで干渉する。この干渉光の強
度は光の波長に対して変化する。第１の光検出器１７ａ
はファブリペロ型光共振器１７ｊを介して半導体レーザ
１６からの光を受ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光モジュールに
関する。

【０００２】

【従来の技術】１．５５μｍ帯の波長分割多重（ＷＤ
Ｍ）光伝送システムでは、隣接するチャネルの波長間隔
は０．８ｎｍであると規定されている。これは、チャネ
ル波長の絶対精度を±０．１ｎｍ程度の精度で制御する
ことを必要とする。ＷＤＭ光伝送システムでは、このよ
うな波長間隔でチャネル波長成分の光を得るために複数
の発光モジュールが使用される。

【０００３】従来の発光モジュールに関する文献として
は、例えば特開平１０−７９７２３号公報がある。この
公報には、チャネル波長を上記の精度で制御することが
可能な発光モジュールが記載されている。この発光モジ
ュールでは、エタロンが、半導体レーザから光検出器に
向かう軸に対して所定角度で傾斜している。このエタロ
ンには、半導体レーザから放出された非コリメート光が
入射される。エタロンを透過した光は、近接に配置され
た２つの光検出器において受光される。この発光モジュ
ールでは、これらの光検出器からの出力をフィードバッ
クすることによって、半導体レーザにおいて発せられる
光の波長を所望のロック波長に安定化している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の発光モジュール
では、一方の光検出器はエタロンを介した透過光を受け
ると共に、他方の光検出器もそのエタロンを介した透過
光を受ける。半導体レーザ光がロックされるロック波長
は、２つの特性曲線の交点として規定される。一方の曲
線は、一方の光検出器が受ける透過光の強度の波長特性
を示し、他方の曲線は、他方の光検出器が受ける透過光
の強度の波長特性を示す。このロック波長を所望の波長
に調整するために、組立に際してエタロンの傾きが調整
される。

【０００５】しかしながら、エタロンの傾きを変化させ
ると、透過光の強度に関する波長特性が両方とも変化し
てしまう。従って、このような波長特性に基づいてロッ
ク波長を所望の波長に設定することは容易でなかった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、所望の波長にロ
ック波長を容易に調整できる発光モジュールを提供する
こととした。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の係る発光モジュ
ールは、半導体レーザ素子の出力モニタ光をそれぞれ受
ける第１および第２の光検出器、並びにファブリペロ型
の光共振器を有する受光デバイスを備える。この受光デ
バイスにおいて、第１の光検出器は光共振器内に配置さ
れている。

【０００８】この発光モジュールでは、半導体レーザか
らの光はファブリペロ型光共振器で干渉する。この干渉
光の強度は光の波長に対して変化する。第１の光検出器
はファブリペロ型光共振器を介して半導体レーザからの
光を受ける一方で、第２の光検出器は半導体レーザから
の光を受ける。このため、光共振器の特性の変化は、第
１の光検出器が受ける光のみに影響を与え、第２の光検
出器が受ける光には影響しない。この結果、第１の光検
出器が受ける光の波長特性は、第２の光検出器が受ける
光の波長特性とは独立して調整可能となる。

【０００９】本発明に係る発光モジュールおいて、第１
および第２の光検出器には、単一の半導体チップに含ま
れるフォトダイオードを適用できる。２つのフォトダイ
オードが単一の半導体チップに含まれるので、光検出特
性が揃っている。

【００１０】本発明に係る発光モジュールの受光デバイ
スは、次のような形態を有することができる。

【００１１】受光デバイスは、一対の面を持つ半導体チ
ップを有する。一対の面のうち一方は、半導体レーザ素
子の出射モニタ光を受ける光入射面であり、この光入射
面は所定の反射率を有する。一対の面のうち他方は、第
１の反射膜、および第１の反射膜に比べて低い反射率を
示す反射抑制手段を有する。この半導体チップにおいて
は、第１の光検出器は第１の反射膜と光入射面との間に
配置され、第２の光検出器は反射抑制手段と光入射面と
の間に配置されている。

【００１２】なお、反射抑制手段は、第１の反射膜の反
射率よりも低い反射率の反射膜を含むことができる。

【００１３】この発光モジュールでは、第１および第２
の光検出器は半導体チップに設けられる。光共振器は第
１の反射膜および光入射面によって構成され、且つ第１
の反射膜の反射率は反射抑制手段の反射率より大きい。
このため、第１の光検出器からの信号の強度は、波長に
対して依存性の点において、第２の光検出器からの信号
の強度と異なる。

【００１４】また、受光デバイスは半導体チップを有す
る。この半導体チップは、第１の光検出器を挟むように
設けられた第１の一対の面、および、第２の光検出器を
挟むように設けられた第２の一対の面を持つ。第１の一
対の面のうちの一方は、半導体レーザ素子の出射モニタ
光を受けると共に、所定の反射率を有する。第２の一対
の面のうちの一方は、半導体レーザ素子の出射モニタ光
を受ける。第１の一対の面のうちの他方は、その上に第
２の反射膜を有する。第２の一対の面のうちの一方は、
他方の面に対して相対的に傾斜している。

【００１５】この発光モジュールでは、第１および第２
の光検出器は半導体チップに設けられ、光共振器は第２
の反射膜および光入射面によって構成される。第２の一
対の面がファブリペロー型光共振器として作用しないよ
うに、第２の対の面において一方の面が、他方の面に対
して相対的に傾斜しているようにしてもよく、あるいは
無反射コーティングされていてもよい。このため、第１
の光検出器からの信号の強度は、波長に対して依存性の
点において、第２の光検出器からの信号の強度と異な
る。

【００１６】これまで説明してきた発光モジュールは、
半導体レーザと受光デバイスとの間に配置されたコリメ
ート用レンズを更に備えることができる。

【００１７】また、本発明の別の側面に係る発光モジュ
ールは、下記の特徴を備えることもできる。

【００１８】本発明に係る発光モジュールは、第１の光
検出器と、第２の光検出器と、エタロンとを備える。第
１の光検出器は、半導体レーザの出射モニタ光を受ける
と共に、半導体レーザの出射モニタ光の一部を透過す
る。第２の光検出器は、第１の光検出器を透過した光を
受ける。エタロンは、第１の光検出器と第２の光検出器
との間に設けられている。

【００１９】この発光モジュールでは、エタロンが第１
の光検出器と第２の光検出器との間に配置されている。
エタロンの傾きを変えた場合、エタロンを介して第２の
光検出器が受ける透過光の波長特性は変化する。しかし
ながら、第１の光検出器が受ける光の波長特性は変化し
ない。この結果、第１の光検出器が受ける光の波長特性
は、第２の光検出器が受ける光の波長特性とは独立して
調整可能となる。このことにより、第１の光検出器で半
導体レーザの出力光のパワーをモニタできると共に、第
２の光検出器と組み合わせて出力波長の変動をモニタす
る手段を提供できる。

【００２０】また、第１の光検出器からの信号の強度
は、波長に対する依存性の点において、第２の光検出器
からの信号の強度と異なる。故に、これらの信号の差に
基づいて、半導体レーザにおける発振波長、つまりロッ
ク波長が調整可能となる。

【００２１】本発明に係る発光モジュールでは、エタロ
ンは、第１の光検出器と光学的に結合された光入射面お
よび第２の光検出器と光学的に結合された光透過面とを
有する。このエタロンにおいて、光透過面は光入射面に
対して相対的に傾斜しているので、エタロンの厚みは所
定方向に変化している。第２の光検出器に対してエタロ
ンを所定の方向に移動させると、光が透過する位置にお
けるエタロン厚が変化する。

【００２２】本発明に係る発光モジュールでは、第１お
よび第２の光検出器の各々はフォトダイオードを含む。
また、本発明に係る発光モジュールでは、半導体レーザ
と第１の光検出器との間に配置されたコリメート用レン
ズを更に備える。

【００２３】これまでに説明してきた発光モジュール
は、さらに以下の特徴を備えることができる。本発明に
係る発光モジュールでは、半導体レーザが発生する光の
波長を第１および第２の光検出器からの信号に基づいて
変更するための波長変更手段を更に備えることができ
る。波長変更手段は、温度変更手段を備えることがで
き、さらに制御回路を備えることができる。この波長変
更手段は、第１および第２の光検出器からの電気信号に
基づいて半導体レーザの温度を調整することができ、こ
れによって、半導体レーザが発生する光の波長を変更す
ることができる。制御回路は、第１および第２の光検出
器から提供される電気信号から、半導体レーザが発生す
る光の波長を調整するための制御信号を生成する。温度
変更手段は、制御信号に基づいて半導体レーザの温度を
調整する。温度変更手段は、例えばペルチェ素子があ
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
に係る発光モジュールの好適な実施形態について説明す
る。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する
説明を省略する。

【００２５】(第１の実施の形態)図１は、本発明に係る
発光モジュールを適用した第１の実施形態に係る半導体
レーザモジュールを示す斜視図であり、図２は、この半
導体レーザモジュールの主要部を示す断面図である。図
１および図２に示すように、半導体レーザモジュール１
ａは、半導体レーザモジュール主要部１０とハウジング
１２とを備える。

【００２６】本実施形態においてハウジング１２は、い
わゆるバタフライ型のパッケージである。半導体レーザ
モジュール主要部１０は、このハウジング１２内の底面
上に配置されている。そして、半導体レーザモジュール
主要部１０は、不活性ガス、例えば窒素ガスが封入され
た状態でハウジング１２内に封止されている。ハウジン
グ１２は、半導体レーザレーザモジュール主要部１０を
収納している本体部１２ａ、光ファイバ１４を主要部１
０に導く筒状部１２ｂ、および複数のリードピン１２ｃ
を備える。

【００２７】半導体レーザモジュール主要部１０は、搭
載部材２４、２６、２８、３０と、レンズ（図２の３２
ａ）を保持するレンズ保持部材３２とを有する。

【００２８】搭載部材２４、２６、２８、３０は、半導
体レーザ１６、半導体受光素子１７といった受光デバイ
ス、コリメートレンズ２１及び信号処理素子部２２を搭
載する。これら搭載部材２６、２８、３０は搭載部材２
４上に配置されており、この搭載部材２４は熱電子冷却
器（サーモエレクトリッククーラ）３４上に配置されて
いる。熱電子冷却器３４は、受けた電流に応じて熱エネ
ルギを取り出すことができ、これによって温度を制御で
きる。熱電子冷却器３４としては、例えば、ペルチェ効
果を利用した温度制御素子が実用化されている。搭載部
材２４上には、半導体レーザ１６が配置されているの
で、熱電子冷却器３４は、半導体レーザ１６の温度を制
御するための温度変更手段として機能する。このため、
搭載部材２４の材料は、チップキャリアに利用されてい
る窒化アルミニウム（ＡｌＮ）といった熱良導体が好ま
しい。

【００２９】パッケージ本体部１２ａの内壁には、筒状
部１２ｂに通じる部分に光学的な窓が設けられ、光学的
な窓は、例えば封止されたハーメチックガラス３６から
なる。パッケージ１２の筒状部１２ｂは、本体部１２ａ
に通じる貫通孔を有する。よって、半導体レーザ１６か
ら出射された光は、この貫通孔内を通って光ファイバ１
４の端部（図示せず）へ向かって伝搬する。筒状部１２
ｂの先端部分には、レンズ（図２の３８ａ）を保持する
レンズ保持部材３８が設けられている。

【００３０】半導体レーザ１６は、搭載部材２６上に搭
載されている。この半導体レーザ１６は、光反射面１６
ｂおよび光出射面１６ａを有している。光出射面１６ａ
には、反射率を下げるための低反射コート膜が施されて
おり、また光反射面１６ｂは、光反射率を上げるための
光反射コート膜が施されている。これら光出射面１６ａ
と光反射面１６ｂとにより、半導体レーザ１６の光共振
器が構成される。かかる低反射コート膜および光反射コ
ート膜は、例えばＳｉＮ、ａ−Ｓｉの多層膜の膜厚を調
整して得ることができる。光出射面１６ａの光反射率は
光反射面１６ｂの光反射率より低いため、光出射面１６
ａからレーザ発振光を取り出しできる。光出射面１６ａ
は、レンズ３２ａ、３８ａを介して光ファイバ１４と光
学的に結合している。

【００３１】半導体レーザ１６としては、例えば分布帰
還型（ＤＦＢ）半導体レーザを用いることができる。ま
た、ＤＦＢレーザに限られるものではなく、ＤＢＲレー
ザなどの単一モード半導体レーザも同様に適用すること
ができる。

【００３２】半導体受光素子１７は、搭載部材２８を介
して搭載部材２４上に搭載されている。図３(ａ)は、半
導体受光素子１７の断面図を示す。半導体受光素子１７
は、第１および第２の光検出器１７ａ、１７ｂを含む。
これらの光検出器１７ａ、１７ｂは、基板１７ｃ上に形
成された半導体層１７ｄに形成されている。半導体受光
素子１７のチップは、距離ｄ1で離間された一対の面１
７ｅ、１７ｆを有し、これらの面は略平行に配置されて
いる。一対の面のうち一方１７ｅは、半導体レーザ素子
１６の光反射面(モニタ光出射面)１６ｂからの光を受け
る光入射面であり、この光入射面は所定の反射率を有す
る。一対の面のうち他方１７ｆ上には、第１の反射膜１
７ｇおよび第２の反射膜１７ｈが設けられている。第１
の光検出器１７ａは、第１の反射膜１７ｇと光入射面１
７ｅとの間に配置され、また第２の光検出器１７ｂは第
２の反射膜１７ｈと光入射面１７ｅとの間に配置されて
いる。第１の反射膜１７ｇの反射率は、半導体レーザ素
子１６に係わる光の波長領域において第２の反射膜１７
ｈの反射率より大きい。第１の反射膜１７ｇの反射率
は、第１の反射膜１７ｇと光入射面１７ｅとを組合せた
ものが光共振器１７ｊとして動作可能なように決定され
ている。光共振器１７ｊの共振器長はｄ₁である。一
方、第２の反射膜１７ｈの反射率は、第２の反射膜１７
ｈと光入射面１７ｅとを組み合せたものが光共振器とし
て実効的に動作しないように決定されている。

【００３３】図３(ａ)では、第１および第２の光検出器
１７ａ、１７ｂはフォトダイオードであって、単一の半
導体基板１７ｃ上に設けられている。第１および第２の
光検出器１７ａ、１７ｂが同一半導体基板上に設けられ
ているので、これらの光検出器の特性が揃う。また、一
回の位置合わせによって、第１および第２の光検出器の
配置が決定される。

【００３４】図３(ｂ)は、半導体レーザ１６、コリメー
ト用レンズ２１、および半導体受光素子１７の光学的な
結合の関係を示す図面である。半導体レーザ１６の光出
射面１６ａからは、光通信のための信号光Ａが放出さ
れ、また光反射面(モニタ光出射面)１６ｂからは、モニ
タ光Ｂが放出される。コリメート用レンズ２１は、半導
体受光素子１７の光軸に沿うようにコリメートされた光
Ｃ、Ｄをモニタ光Ｂから生成する。コリメート光Ｃは第
１の光検出器１７ａに向けて進むと共に、コリメート光
Ｄは第２の光検出器１７ｂに向けて進む。コリメート光
Ｃが半導体受光素子１７に入射すると、この光Ｃは高反
射膜１７ｇに反射され光Ｆとなる。光Ｆは、光入射面１
７ｅに反射され光Ｅとなる。このような反射が光共振器
１７ｊにおいて繰り返されることによって生じた干渉光
が第１の光検出器１７ａに検知される。一方、コリメー
ト光Ｄの一部は、第２の光検出器１７ｂを透過し、光Ｇ
となる。しかし、光Ｇは、低光反射膜１７ｈによって殆
ど反射されないので、第２の光検出器１７ｂは、半導体
レーザ１６の発振スペクトルが反映されたコリメート光
Ｄを検知する。

【００３５】なお、所望の反射率を有する反射膜を得る
ために、例えばａ−Ｓｉ／ＳｉＮからなる多層膜、Ｓｉ
Ｎ膜が適用される。また、低反射膜１７ｈに代えて、高
反射膜１７ｇ反射率より低い反射率を示す反射抑制手段
を備えることができる。このような反射抑制手段として
は、高反射膜１７ｇ反射率より低い反射率を示すように
表面が表面処理された面、例えば凹凸を設けて入射光を
乱反射させる面があり、他の例が第２の実施形態にも開
示されている。

【００３６】光共振器１７ｊを得るために好適な厚さｄ
₁は、数十μｍから数百μｍ程度であり、また上限とし
ては数ｍｍ程度であってもよい。

【００３７】再び、図１および図２を参照すると、信号
処理素子部２２は、搭載部材３０上に搭載されている。
信号処理素子部２２は、例えば熱電子冷却器３４を駆動
するための温度調整部、半導体レーザ１６を駆動するた
めのパワー調整部を含む。温度調整部は、第１および第
２の光検出器２０ａ、２０ｂからの電気信号を受け、こ
れに基づいて熱電子冷却器３４への電気信号を調整し、
半導体レーザ１６の発振波長を制御する。パワー調整部
は、第１および第２の光検出器２０ａ、２０ｂからの電
気信号を受け、これに基づいて半導体レーザ１６への駆
動電流を調整し、半導体レーザ１６の発振パワーを制御
する。

【００３８】この信号処理素子部２２は、ハウジング１
２内に収納されることなく、半導体レーザモジュール１
ａと別個に設けてもよい。この場合には、ハウジング１
２の端子１２ｃを介して、電気信号の送受を行うことが
できる。第１および第２の光検出器１７ａ、１７ｂから
の電気信号は、端子１２ｃを介して信号処理素子部２２
に送られ、信号処理素子部２２からの信号は、端子１２
ｃを介して半導体レーザ１６および／または熱電子冷却
器３４に送られる。

【００３９】図４は、光検出器１７ａ、１７ｂにより受
光されるモニタ光の波長が変化したときの波長特性を示
す。図４において横軸は光の波長を示し、縦軸は光検出
器からの電流値Ｉを示す。光検出器１７ａにおいて受光
された光を光電変換することによって得られた電流値Ｉ
_PD1は、光共振器１７ｊの光学特性が反映された波長依
存性を示している。これに対して、光検出器１７ｂにお
いて受光された光を光電変換することによって得られた
電流値Ｉ_PD2は、実質的に波長依存性を示さない。

【００４０】本実施形態に係る半導体レーザモジュール
１ａでは、図４に示すように、差ΔＩ＝Ｉ_PD2−Ｉ_PD1が
一定となる波長λ_r1、λ_r2、・・・・でレーザ発振され
る光の波長をロックするように制御できる。あるいは、
図５に示すように、差信号Ｉ _PD1−αＩ_PD2（αは定数）
を示すグラフが横軸と交差する波長λ_r1、λ_r2、・・・
・でレーザ発振される光の波長をロックするように制御
できる。この場合、αの値は、以下のような様々な方法
によって調整できる。例えば、第２の光検出器１７ｂに
入射する光量により調整してもよいし、信号処理素子部
２２において電気的に調整してもよい。第２の光検出器
１７ｂに入射する光量の調整は、例えば半導体レーザと
第２の光検出器１７ｂとの間にアッテネータを配置した
り、第２の光検出器１７ｂとしてのフォトダイオードの
径を変えたり、第１の光検出器２０ａの位置を変えたり
して行うことができる。

【００４１】これまで説明してきた実施形態に係る半導
体レーザモジュール１ａでは、一方の光検出器１７ａの
みを光共振器１７ｊ内に配置すると共に、他方の光検出
器１７ｂを光共振器１７ｊ外に配置している。このた
め、光共振器１７ｊの特性を変更しても、光検出器１７
ｂにおいて受光される光の波長特性は変化しない。つま
り、この形態によれば、光検出器１７ａにより受光され
る光の波長特性とは独立して、光検出器１７ｂの信号を
モニタすることにより半導体レーザ１６の出射光Ａのパ
ワーを制御できる。その結果、半導体レーザ１６から発
せられる光の波長をロックするためのロック波長を所望
の波長に容易に設定することが可能となる。

【００４２】次いで、発振スペクトルを調整する手法を
説明する。この調整は、半導体レーザ１６の発振スペク
トル内において異なる波長特性を示す２つのモニタ光の
強度の情報に基づいて行われる。図６(ａ)〜図６(ｃ)
は、半導体レーザの発振スペクトルを示す模式図であ
る。横軸は、光の波長を示す。縦軸はスペクトル強度
（パワー）を示している。

【００４３】発振されるべきレーザ光の発振スペクトル
における中心波長をλ₀とする。このレーザ発振スペク
トル内であって、中心波長λ₀の短波長側あるいは長波
長側のいずれかに、少なくとも１個の監視波長（波長領
域）λ_bを選択する。本実施形態に係る半導体レーザモ
ジュール１ａの光共振器１７ｊでは、中心波長λ₀の短
波長側に波長λ_bが選択された。光共振器１７ｊによっ
て選択された光が第１の光検出器１７ａに入力される。
一方、第２の光検出器１７ｂには、半導体レーザ１６が
発振している中心波長λ_aの光が入力される。

【００４４】実際の光検出器１７ａ、１７ｂには、半導
体レーザ１６から光検出器１７ａ、１７ｂを見込む立体
角中に放射される光のみが到達し得る。特に、第２の光
検出器１７ｂには、半導体レーザ１６の発振波長に限ら
ず、常に一定のパワーが入射する。このように、一定の
パワーであることを表現するために、図６(ａ)〜図６
(ｃ)においては、半導体レーザの発振スペクトルのピー
ク値を、一定のパワーに対応する値とみなしている。一
方、第１の光検出器１７ａには、光共振器１７ｊによっ
て選択された波長の光が入射する。

【００４５】図６(ａ)は、半導体レーザ１６が発振すべ
き中心波長λ₀において発振しているときのスペクトル
を示している。このとき、第２の光検出器１７ｂに入力
される光のパワーは中心波長λ_a＝λ₀の光のうち所定立
体角内の全パワーである。一方、第１の光検出器１７ａ
に入力される光パワーは波長がλ_bの光である。このと
き、第１および第２の光検出器１７ａ、１７ｂからの信
号の差信号Ｖ（λ_a）−Ｖ（λ_b）は値Ｋ１となる。

【００４６】図６(ｂ)は、半導体レーザ１６が発振すべ
き中心波長λ₀よりも短波長において発振しているとき
のスペクトルを示している。このとき、これらの差信号
Ｖ（λ_a）−Ｖ（λ_b）はＫ１より小さい所定の値Ｋ２と
なる。これらの差信号の差Ｋ１−Ｋ２は、半導体レーザ
１６の発振波長を長波長側へシフトさせる必要があるこ
とを示している。この信号に基づいて、ペルチェ素子３
４によって半導体レーザ１６の温度を変更する。この場
合には、半導体レーザ１６の温度を上昇させる必要があ
るので、ペルチェ素子３４への電流を減少する。

【００４７】図６(ｃ)は、半導体レーザ１６が発振すべ
き波長λ₀よりも長波長において発振しているときのス
ペクトルを示している。このとき、これらの差信号Ｖ
（λ_a）−Ｖ（λ_b）はＫ１より大きい所定の値Ｋ３とな
る。これらの差信号の差Ｋ１−Ｋ３は、半導体レーザ１
６の発振波長を短波長側へシフトさせる必要があること
を示している。この信号に基づいて、ペルチェ素子３４
によって半導体レーザ１６の温度を変更する。この場合
には、半導体レーザ１６の温度を降下させる必要がある
ので、ペルチェ素子３４への電流を上昇する。

【００４８】このように、発振スペクトル内の所定波長
成分の光強度と、発振スペクトルの全波長の強度とを監
視すると共に、これらの光強度の差情報に基づいて負帰
還制御を行えば、発振スペクトルの調整を行うことがで
きる。上記の例では、レーザ発振すべき中心波長λ₀の
短波長側に一波長λ_bを選択したけれども、制御手法は
これに限られるものではない。中心波長λ₀よりも長波
長側に監視波長λ_bを選ぶこともできる。なお、半導体
レーザ１６の発振波長の温度変化の係数を例示的に示す
と、０．１ｎｍ／℃程度である。

【００４９】また、光検出器１７ｂからの信号強度Ｖ
（λ_a）に基づいて、半導体レーザ１６の発振パワーを
自動制御（ＡＰＣ制御）できる。つまり、信号強度Ｖ
（λ_a）の値が一定になるように半導体レーザ１６の駆
動電流を制御する。

【００５０】図７は、上記の波長制御を実現できる例示
的な回路である。光検出器１７ａ、１７ｂからの電流信
号は、それぞれ電流電圧変換器１０１、１０２によって
電圧信号Ｖ₁、Ｖ₂に変換される。この電圧信号Ｖ₁、Ｖ₂
は、プリアンプ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃによって
増幅され、それぞれ電圧信号Ｖ₃、Ｖ₄、Ｖ₅を生成す
る。電圧信号Ｖ₃、Ｖ₄は差信号生成回路１０４に入力さ
れて、ペルチェ素子３４を駆動するために電流信号に変
換される。

【００５１】電圧信号Ｖ₅は、レーザ駆動信号生成回路
１０５に入力されて、半導体レーザ１６を駆動するため
の電流信号に変換される。

【００５２】差信号生成回路１０４は、入力された電圧
信号Ｖ₃を抵抗Ｒ₁の一端に受ける。抵抗Ｒ₁の他端は、
演算増幅器（ＯｐＡｍｐ１）の負入力および抵抗Ｒ₂の
一端にそれぞれ接続される。抵抗Ｒ₂の他端は演算増幅
器（ＯｐＡｍｐ１）の出力に接続されている。差信号生
成回路１０４は、入力された電圧信号Ｖ₄を抵抗Ｒ₃の一
端に受ける。抵抗Ｒ₃の他端は、演算増幅器（ＯｐＡｍ
ｐ１）の正入力および抵抗Ｒ₄の一端にそれぞれ接続さ
れる。抵抗Ｒ₄の他端は、基準電位（接地）に接続され
ている。演算増幅器（ＯｐＡｍｐ１）の出力には、
Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄の抵抗が等しい時には、入力信号Ｖ
₃、Ｖ₄の差を示す電圧が現れる。この差信号をペルチェ
素子駆動回路１０６に入力し、ペルチェ素子３４を駆動
する。なお、演算増幅器（ＯｐＡｍｐ１）の出力を演算
増幅器（ＯｐＡｍｐ２）の正入力に加え、演算増幅器
（ＯｐＡｍｐ２）の出力をペルチェ素子駆動回路１０６
の入力に加えることができる。そして、演算増幅器（Ｏ
ｐＡｍｐ２）負入力には、ロック波長にオフセットを加
えることを可能にするためにオフセット調整用の電圧源
Ｖ_OFF1を接続すれば、ペルチェ素子３４を好適に駆動で
きる。

【００５３】レーザ駆動信号生成回路１０５は、入力さ
れた電圧信号Ｖ₅を半導体レーザ１６の駆動回路１０７
に入力し、半導体レーザ１６を駆動する。なお、電圧信
号Ｖ ₅を演算増幅器（ＯｐＡｍｐ４）の正入力に加え、
演算増幅器（ＯｐＡｍｐ４）の出力を半導体レーザ１６
の駆動回路１０７の入力に加えることができる。演算増
幅器（ＯｐＡｍｐ４）の負入力には、オフセット調整用
の電圧源Ｖ_OFF2を接続すれば、半導体レーザ１６を適切
に駆動できる。

【００５４】図７に示された信号処理部２２は、集積回
路、および抵抗、キャパシタといった受動素子を用いて
小型に実現される。このため、これらの構成物は同一の
ハウジング内に収納されることもでき、ハウジング外に
配置されることもできる。

【００５５】(第２に実施の形態)続いて、半導体受光素
子１９といった受光デバイスの別の実施例を説明する。

【００５６】半導体受光素子１９は、図１の半導体受光
素子１７と同様に、搭載部材２８を介して搭載部材２４
上に搭載されている。図８は、半導体受光素子１９の断
面図を示す。半導体受光素子１９は、第１および第２の
光検出器１９ａ、１９ｂを含む。これらの光検出器１９
ａ、１９ｂは、基板１９ｃ上に形成された半導体層１９
ｄ内に形成されている。半導体受光素子１９の半導体チ
ップは、距離ｄ1で離間された一対の面１９ｅ、１９ｆ
を有する。一対の面のうち一方１９ｅは、半導体レーザ
素子１６の光反射面１６ｂからの光を受ける光入射面で
あり、この光入射面は所定の反射率を有する。一対の面
のうち他方１９ｆ上には、反射膜１９ｈが設けられてい
る。第１の光検出器１９ａは、反射膜１９ｈ(面１９ｆ)
と光入射面１７ｅとの間に配置され、また第２の光検出
器１９ｂは反射膜１９ｈ(面１９ｇ)と光入射面との間に
配置されている。反射膜１９ｈの反射率は、半導体レー
ザ素子１６に係わる光の波長領域において、反射膜１９
ｈと光入射面１９ｅとを組合せたものが光共振器１９ｊ
として動作可能なように決定されている。光共振器１７
ｊの共振器長はｄ₁である。一方、裏面１９ｇは、光入
射面１９ｅに対して傾斜しているので、裏面１９ｇと光
入射面１９ｅとを組合せたものが光共振器として実効的
に動作しない。

【００５７】図８では、第１および第２の光検出器１９
ａ、１９ｂは、半導体受光素子１７と同様に、フォトダ
イオードであって、単一の半導体基板１９ｃ上に設けら
れている。また、図３(ｂ)に示される半導体受光素子１
７と同様に、半導体受光素子１９は、コリメート用レン
ズ２１を介して半導体レーザ１６と光学的に結合されて
いる。

【００５８】半導体受光素子１９において、基板１９ｃ
及び半導体層１９ｄは、半導体レーザ１６が発生する光
を透過する。これらは、半導体受光素子１７においても
同様に適用される。つまり、半導体基板１７ｃおよび半
導体層１７ｄのバンドギャップは、半導体レーザ１６が
発生する光のエネルギに比べて大きい。

【００５９】(第３に実施の形態)次に、本発明に係る発
光モジュールの第３の実施形態について説明する。

【００６０】図９は、本発明に係る発光モジュールを適
用した第３の実施形態に係る半導体レーザモジュール１
ｂを示す斜視図であり、図１０は、この半導体レーザモ
ジュールの主要部を示す断面図である。

【００６１】図９および図１０に示すように、本実施形
態に係る半導体レーザモジュール１ｂは、エタロン１８
並びに第１および第２の光検出器２３，２５の配置が異
なる以外は、上記した第１の実施形態に係る半導体レー
ザモジュール１ａとほぼ同一の構造を有する。

【００６２】すなわち、図９および図１０に示すよう
に、本実施形態に係る半導体レーザモジュール１ａで
は、光ファイバ１４、レンズ３８ａ、３２ａ、半導体レ
ーザ１６、コリメートレンズ２１、第１の光検出器２
５、エタロン１８、および第２の光検出器２３が、所定
の軸４６に沿って順に配置されている。エタロン１８
は、光入射面１８ａと光透過面１８ｂとが厚さｄで略平
行に設けられている構造を有することができ、または光
入射面１８ａと光透過面１８ｂとが角度γをなすくさび
型構造を有することができる。

【００６３】第２の光検出器２３の受光面２３ｂは、半
導体レーザ１６の光反射面１６ｂと光学的に結合されて
いる。第２の光検出器２３は、受光面２３ｂにおいて受
光した光の一部を出射面２３ｃから出射する機能を有す
るフォトダイオードである。第１の光検出器２５の受光
面２５ｂは、第２の光検出器２３の出射面２３ｂと光学
的に結合されている。エタロン１８は、これら第２の光
検出器２３と第１の光検出器２５との間に配置され、エ
タロン１８の光入射面１８ａは第２の光検出器２３の出
射面２３ｂと光学的に結合されていると共に、エタロン
１８の光出射面１８ｂは第１の光検出器２５の受光面２
５ｂと光学的に結合されている。半導体レーザ１６から
第２の光検出器２３に至る光路上にはコリメートレンズ
２１が配置されている。

【００６４】次に、本実施形態に係る半導体レーザモジ
ュール１ｂにおける光の流れを説明する。図１１は、半
導体レーザモジュール１ｂにおける光の流れを示した模
式図である。図１１に示すように、所定の軸４６に沿っ
て、光ファイバ１４、半導体レーザ１６、コリメートレ
ンズ２１、、第２の光検出器２３、エタロン１８、第１
の光検出器２５が順に配置されている。半導体レーザ１
６の光出射面１６ａから取り出された光Ａは、光ファイ
バ１４に到達する。

【００６５】一方、半導体レーザ１６の光反射面１６ｂ
から取り出された光Ｄは、コリメート用レンズ２１を通
過することによってコリメートされて光Ｈとなる。コリ
メート光Ｈは、受光面２３ｂを通して第２の光検出器２
３に入射する。その一部は、光検出器２３によって電気
信号に変換されると共に、残りの光Ｉが出射面２３ｃか
ら放出される。光Ｉは、エタロン１８の光入射面１８ａ
に入力され、光透過面１８ｂからは光Ｊが放出される。
エタロン１８の光透過面１８ｂから放出された光Ｊは、
受光面２５ｂを介して第１の光検出器２５に入力され、
光検出器２５において電気信号に変換される。

【００６６】ここで、第１および第２の光検出器２５、
２３により受光される光の波長特性は、第１の実施形態
に係る半導体レーザモジュール１ａと同様に、図４に示
すようになる。半導体レーザ１６から第２の光検出器２
３に至る光路上にはエタロンが配置されていないので、
第２の光検出器２３において受光された光を光電変換し
て得られた電流値Ｉ_PD2は波長依存性を有していない。
これに対して、第２の光検出器２３を介して第１の光検
出器２５に至る光路上にはエタロン１８が配置されてい
るため、第１の光検出器２５において受光された光を光
電変換して得られた電流値Ｉ_PD1はエタロン１８の分光
特性が反映されている。

【００６７】本実施形態に係る半導体レーザモジュール
１ｂにおいても、これに限定されるものではないが、例
えば図４に示すように、Ｉ_PD1とＩ_PD2との差ΔＩが一定
となる波長λ_r1、λ_r2、・・・・でレーザ発振される光
の波長をロックするように制御できる。すなわち、図５
に示すように、Ｉ_PD2とαＩ_PD1（αは定数）との差信号
Ｉ_PD2−αＩ_PD1を示すグラフが横軸と交差する波長
λ_r1、λ_r2、・・・・でレーザ発振される光の波長をロ
ックするように制御できる。

【００６８】ここで、第１の光検出器２５により受光さ
れる光の波長特性は、エタロン１８の屈折率およびエネ
ルギー反射率といった特性、並びに光が透過する部分に
おけるエタロン厚により変化する。従って、エタロン１
８を任意の傾斜角で配置したとき、波長特性を示す波形
の山や谷の頂上にロック波長が存在する場合がある。し
かし、この場合には、波長をロックするためのフィード
バック制御が不安定になってしまう。そこで、図１２
(ａ)に示すように、平行型エタロン１８では、Ｙ軸（Ｘ
軸及びＺ軸と直交している）を中心として傾斜角θ₀だ
けにエタロン１８を回転する。エタロン１８を回転する
と、光が透過する部分におけるエタロンの厚みが変化す
る。また、図１２(ｂ)に示すように、くさび型エタロン
１８では、搭載部材２８のＸ方向に沿ってエタロン１８
を移動させ、光が透過する部分におけるエタロンの厚み
を変化させる。そして、第１の光検出器２５により受光
される光の波長特性を示す波形の中腹程度にロック波長
が来るように波長特性を調整する。

【００６９】このように、本実施形態に係る半導体レー
ザモジュール１ｂでは、第２の光検出器２３から第１の
光検出器２５に至る光路上にのみエタロン１８を配置し
た。故に、エタロン１８の傾斜角を調整することによっ
て光が透過する部分におけるエタロン１８の光学的厚さ
を変化させても、第２の光検出器２３により受光される
光の波長特性は変化しない。このため、第２の光検出器
２３により受光される光の波長特性とは独立して、第１
の光検出器２５により受光される光の波長特性を変更で
きる。その結果、半導体レーザ１６から発せられる光の
波長をロックするためのロック波長を所望の波長に容易
に設定可能となる。

【００７０】また、エタロンの小型化を図ることが可能
となり、製造コストの低減を図ることが可能となる。

【００７１】本実施形態に係る半導体レーザモジュール
１ｂにおいても、第１および第２の光検出器２５、２３
は、半導体レーザ１６の光反射面１６ｂから出射される
背面光を受光する。すなわち、第２の光検出器２３では
コリメートレンズ２１を介して半導体レーザ１６の光反
射面１６ｂから出射される背面光を直接受光し、第１の
光検出器２５ではエタロン１８を介して背面光を受光す
る。

【００７２】このようにして、半導体レーザ１６の波長
スペクトルうち、所定の立体角中に放射される光の波長
成分と、この光からエタロン１８によって選択された光
の波長成分という２つの波長領域の光信号を得る。これ
らの光信号の強度差情報に基づいて、半導体レーザ１６
のロック波長を設定できる。このために、半導体レーザ
の温度を調整する。これによって、レーザ発振波長を所
望の値に調整できる。また、これらの光信号に基づい
て、半導体レーザ１６の駆動電流を調整すれば、レーザ
発振パワーを所望の値に調整できる。

【００７３】以上の説明では、図面を参照しながら、本
発明に係わる実施の形態を説明していたが、本発明の発
光モジュールは実施の形態にのみに限定されるべきでは
ない。例えば、エタロンに入射される光が、略平行な場
合を主に説明してきたが、本発明の発光デバイスは発散
的な光、収束的な光のいずれにも同様に適用することが
できる。

【００７４】

【発明の効果】以上、説明してきたように、本発明に係
る発光モジュールでは、第１の光検出器はファブリペロ
型光共振器を介して半導体レーザからの光を受けると共
に、第２の光検出器は半導体レーザからの光を受ける。
このため、光共振器の特性を変化させると、第１の光検
出器が受ける光のみが変更され、第２の光検出器が受け
る光は変化しない。この結果、第１の光検出器が受ける
光の波長特性は、第２の光検出器が受ける光の波長特性
とは独立して調整可能となる。

【００７５】また、本発明に係る発光モジュールでは、
エタロンが第１の光検出器と第２の光検出器との間に配
置されている。エタロンの傾きを変えた場合、エタロン
を介して第１の光検出器が受ける透過光の波長特性は変
化する。しかしながら、第１の光検出器が受ける光の波
長特性は変化しない。この結果、第１の光検出器が受け
る光の波長特性は、第２の光検出器が受ける光の波長特
性とは独立して調整可能となる。

【００７６】したがって、所望の波長にロック波長を容
易に調整できる発光モジュールが提供された。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、第１の実施形態に係る半導体レーザモ
ジュールの斜視図であり、その内部の様子が明らかにな
るように一部破断図になっている。

【図２】図２は、第１の実施形態に係る半導体レーザモ
ジュールの主要部を表し、図１のI−I線断面における断
面図である。

【図３】図３(ａ)は、受光デバイスの断面図であり、図
３(ｂ)は受光デバイス、レンズ、半導体レーザの光学的
な結合を示す図面である。、

【図４】図４は、第１および第２の光検出器がそれぞれ
受光する光の波長特性を示すグラフであり、横軸が波長
を示し縦軸が電流値を示している。

【図５】図５は、第１および第２の光検出器がそれぞれ
受光する光の波長特性を示すグラフであり、横軸が波長
を示し縦軸が電流値の差を示している。

【図６】図６(ａ)は、半導体レーザから出射された光の
発振スペクトルを示すグラフであり、所望の中心波長λ
₀で発振している状態を示している。図６(ｂ)は半導体
レーザから出射された光の発振スペクトルを示すグラフ
であり、所望の中心波長λ₀より短波長側で発振してい
る状態を示している。図６(ｃ)は、半導体レーザから出
射された光の発振スペクトルを示すグラフであり、所望
の中心波長λ₀より長波長側で発振している状態を示し
ている。

【図７】図７は、波長調整のためのアルゴリズムを実現
できる回路を例示的に示す回路図である。

【図８】図８は、第２の実施形態に係る半導体レーザモ
ジュールのための別の受光デバイスの断面図である。

【図９】図９は、第３の実施形態に係る半導体レーザモ
ジュールの斜視図であり、その内部の様子が明らかにな
るように一部破断図になっている。

【図１０】図１０は、第３の実施形態に係る半導体レー
ザモジュールの主要部を表し、図９のII−II 線断面に
おける断面図である。の光の流れを示す模式図である。

【図１１】図１１は、第３の実施形態に係る半導体レー
ザモジュールの光の流れを示す模式図である。

【図１２】図１２(ａ)および図１２(ｂ)は、エタロン並
びに第１および第２の光検出器の組合せにおいてエタロ
ンの移動を示した図面である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ…半導体レーザモジュール、１４…光ファイ
バ、１６…半導体レーザ、１６ａ…光出射面、１６ｂ…
光反射面、１７、１９…半導体受光素子、１７ａ、１９
ａ、２５…第１の光検出器、１７ｂ、１９ｂ、２３…第
２の光検出器、１８…エタロン、１８ａ…光入射面、１
８ｂ…光透過面、２１…コリメートレンズ、２２…信号
処理素子部、３４…熱電子冷却器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北山賢一神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内Ｆターム(参考） 5F073 AA64 AA83 AB27 AB28 BA01 EA03 FA02 FA06 FA25 FA29 GA02 5F089 AA10 AB03 CA15 GA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザ素子の出力モニタ光をそれ
ぞれ受ける第１および第２の光検出器、並びにファブリ
ペロ型の光共振器を有すると共に、前記第１の光検出器
が前記光共振器内に配置された受光デバイスを備える発
光モジュール。
【請求項２】前記第１および第２の光検出器は、単一
の半導体チップに設けられたフォトダイオードである請
求項１に記載の発光モジュール。
【請求項３】前記受光デバイスは一対の面を持つ半導
体チップを有し、前記一対の面のうち一方は前記半導体
レーザ素子の出力モニタ光を受け所定の反射率を有する
光入射面であると共に、前記一対の面のうち他方は、第
１の反射膜、および第１の反射膜に比べて低い反射率を
示す反射抑制手段を有し、前記半導体チップにおいては、前記第１の光検出器は前
記第１の反射膜と前記光入射面との間に配置されると共
に、前記第２の光検出器は前記反射抑制手段と前記光入
射面との間に配置されている、請求項１または請求項２
に記載の発光モジュール。
【請求項４】前記受光デバイスは、前記第１の光検出
器を挟むように設けられた第１の一対の面、および、前
記第２の光検出器を挟むように設けられた第２の一対の
面を持つ半導体チップを有し、前記第１の一対の面のうちの一方は前記半導体レーザ素
子のモニタ光出射面からの光を受け所定の反射率を有
し、前記第２の一対の面のうちの一方は前記半導体レーザ素
子のモニタ光出射面からの光を受け、前記第１の一対の面のうちの他方はその上に第２の反射
膜を有し、前記第２の反射膜および前記光入射面によっ
て前記光共振器が構成され、前記第２の一対の面のうちの一方は他方の面に対して相
対的に傾斜している、請求項１〜請求項３のいずれかに
記載の発光モジュール。
【請求項５】前記半導体レーザと前記受光デバイスと
の間に配置されたコリメート用レンズを更に備える、請
求項１〜４のいずれかに記載の発光モジュール。
【請求項６】半導体レーザの出力モニタ光を受けると
共に、前記半導体レーザのモニタ光出射面から出射され
た光の一部を透過する第１の光検出器と、前記第１の光検出器を透過した光を受ける第２の光検出
器と、前記第１の光検出器と前記第２の光検出器との間に設け
られたエタロンと、を備える発光モジュール。
【請求項７】前記エタロンは、前記第１の光検出器と
光学的に結合された光入射面および前記第２の光検出器
と光学的に結合された光透過面とを有し、前記光透過面
は前記光入射面に対して相対的に傾斜している、請求項
６に記載の発光モジュール。
【請求項８】前記第１および第２の光検出器の各々は
フォトダイオードを含む、請求項６または請求項７に記
載の発光モジュール。
【請求項９】前記半導体レーザと前記第１の光検出器
との間に配置されたコリメート用レンズを更に備える、
請求項６〜８のいずれかに記載の発光モジュール。
【請求項１０】前記半導体レーザが発生する光の波長
を前記第１および第２の光検出器からの信号に基づいて
変更するための波長調整手段を更に備える、請求項１〜
９のいずれかに記載の発光モジュール。