JP2003069131A - レーザモジュール - Google Patents

レーザモジュール

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JP2003069131A JP2001259979A JP2001259979A JP2003069131A JP 2003069131 A JP2003069131 A JP 2003069131A JP 2001259979 A JP2001259979 A JP 2001259979A JP 2001259979 A JP2001259979 A JP 2001259979A JP 2003069131 A JP2003069131 A JP 2003069131A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザモジュール内に配置された複数の温調
モジュールが互いに接触することによって生じる干渉を
防止する。 【解決手段】 パッケージ1内部の底面上に温調モジュ
ール2および温調モジュール3が配置されている。温調
モジュール2上にはプリズム12、波長フィルタ13、
フォトダイオード15を保持するマウント14が配置さ
れ、これらにより波長モニタ部を形成する。温調モジュ
ール3上にはアイソレータ7、レンズ5を保持するレン
ズホルダー6、レーザ素子9を固着するレーザマウント
8、レンズ11を保持するレンズホルダー10が配置さ
れ、レーザ発光部を形成する。温調モジュール2と、温
調モジュール3との間に絶縁板4を配置することによ
り、温調モジュール2と温調モジュール3との間に接触
が生じることを防止し、干渉が起こることを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、パッケージ内部に
配置された複数の温調モジュールと、この複数の温調モ
ジュール上に配置されたレーザ素子と、アイソレータ
と、波長フィルタと、光電変換手段とを有するレーザモ
ジュールに関し、特に、複数の温調モジュールが互いに
接触することで温調モジュールの特性に影響を与えるこ
とを防止するレーザモジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、光データ通信用等の光源として半
導体レーザ素子を用いたレーザモジュールが知られてい
る。特に、光データ通信においては近年、波長分割多重
(以下、「WDM」と言う)システムの進展に伴い、レ
ーザ光の発振波長は数pmのオーダーで波長の制御をお
こなうことが要求されている。したがって、レーザモジ
ュール内部にはレーザ素子や必要な光学系に加えて波長
モニタ部が設けられ、波長モニタ部で得られた情報に基
づいて制御部が、レーザ素子の発振波長を所定の値に安
定化している。
【0003】図10は、波長モニタ部を有するレーザモ
ジュールの構造を示す模式図である。このレーザモジュ
ールは、パッケージ70内にレーザ素子69、光学系7
7、波長モニタ部66を有し、蓋部67によりパッケー
ジ70の内部が密閉された構造を有する。そして、レー
ザマウント68に保持されたレーザ素子69から前方
(図10における右方向)に出射したレーザ光をレンズ
等からなる光学系77、ボールレンズ73により収束さ
せ、光ファイバ76に導くことにより、前方出射光を信
号光として利用する。
【0004】一方で、後方(図10における左方向)に
出射したレーザ光は波長モニタ部66へと導かれて、波
長のモニタに用いられる。具体的には、後方へ出射した
レーザ光は、波長モニタ部66内に設けられたフィルタ
を通過し、フォトダイオードに入射する。フォトダイオ
ードは入射した光を電流に変換することから、レーザ光
のうちフィルタを通過した特定波長成分の強度を電気的
に測定することができる。ここで、レーザ光の波長が特
定波長から変化した場合には、フィルタの働きにより、
フォトダイオードに入射する光の量が変化するため、フ
ォトダイオードから出力される電流をモニタリングする
ことでレーザ光の波長の変化が検出される。フォトダイ
オードによってレーザ光の波長の変化が検出された場
合、図示しない制御部が温調モジュール64に流す電流
の量を変化させることでレーザ素子69の温度が調整さ
れ、レーザ素子69の発振波長が所定の値に戻される。
【0005】ここで、波長モニタ部66内に設けられた
フィルタは、一般に波長と透過率の特性波長弁別特性が
温度依存性を有し、フィルタの温度が変化すると、波長
と波長モニタPD電流の特性(波長弁別特性という)が
ドリフトする。これにしたがって波長をロックするポイ
ントも所定波長からドリフトしてしまう。そこで波長弁
別特性を安定にするために、フィルタの温度を一定に制
御すればよい。波長モニタ部66は温調モジュール65
上に配置され、温調モジュール65は波長モニタ部66
の温度が一定に保たれるように温度の制御をおこなう。
【0006】これに対して、レーザ素子69について
は、あくまで発振波長を一定に保つことが制御の目的で
あるため、レーザ素子69の温度は必ずしも一定に保つ
必要はない。例えば、レーザ素子69に対する注入電流
の値が増大した場合には温度が一定でも発振波長は長波
長側にシフトするため、温調モジュール64を制御して
レーザ素子69の温度を下げる必要がある。
【0007】このように、波長モニタ部66の温度制御
とレーザ素子69の温度制御とは、その内容が異なるこ
とから、レーザモジュールは温調モジュールを複数有す
る構造からなり、それぞれの温調モジュール64、65
が別個独立に温度の調整をおこなっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
パッケージ70の内部に2つの温調モジュール64、6
5を配置することで新たな問題が生ずる。レーザモジュ
ールは通常、パッケージ70として14ピンのバタフラ
イパッケージを用いており、パッケージ70の内部底面
は例えば18mm×8mm程度の広さしかない。これに
対し、温調モジュールは1個あたり、小さいもので6m
m×5mm程度の広さを有する。したがって、パッケー
ジ70の内部は、2つの温調モジュール64、65を配
置するには十分な広さとはいえず、温調モジュール64
と温調モジュール65との間には、設計上でも1mm程
度の空隙しか存在しないことが多々ある。温調モジュー
ル64、65の固定は通常は半田付けなどによっておこ
なうが、固定の際に1mm程度の位置のずれが生じてし
まうことで、2つの温調モジュールが互いに接触する場
合がある。このことにより、以下の問題が生じる。
【0009】まず、2つの温調モジュール64、65の
間に熱のやりとりが発生するという問題がある。上述の
ように、波長モニタ部66を保持する温調モジュール6
5は一定の温度に保たれているが、レーザ素子69を保
持する温調モジュール64は、レーザ光の波長を一定に
保つために温度を変化させる場合があり、その際には温
調モジュール64と65との間には温度差が生じること
となる。このような環境のもとで両者が近傍に位置す
る、もしくは接触すると、温調モジュール64と温調モ
ジュール65との間で容易に熱の移動が起こる。したが
って、所定の温度を維持するためには新たに流れ込む熱
による温度変化を抑える必要があり、温調モジュール6
4、65に余分な電流を流さなくてはならない。その結
果、レーザモジュールの消費電力が増大するという問題
が生じる。また、温調モジュール64と温調モジュール
65との間の温度差が非常に大きい場合には、大量の熱
の移動が発生するために温度の制御そのものが不可能と
なり、レーザモジュールとしての使用ができなくなる問
題も生じる。
【0010】また、2つの温調モジュール64、65の
間に導通が生ずるという問題がある。温調モジュール
は、温度を電流で制御することから温調モジュールには
電気回路が内蔵されている。そのため、温調モジュール
64と温調モジュール65が接触することにより、両者
に内蔵された電気回路も接触して電気的にショートする
という問題もある。また、温調モジュール同士が接触し
なくとも、他の部材を介して導通することや、電気回路
形成時等に用いられる半田により導通することもあり得
る。この場合には、温調モジュールに内蔵された電気回
路に正しい電流が流せなくなり、温調モジュール64と
温調モジュール65は所定の温度制御をおこなうことが
できない。したがって、レーザモジュールとしての使用
は不可能となる。
【0011】これらの問題点を解決するために、パッケ
ージ70を内部の底面積が大きなものとすることが考え
られる。しかし、レーザモジュールは小型化の要請が強
く、限界がある。また、通常のパッケージと異なる大き
さのパッケージを用いることで、通信システム全体の設
計を変更する必要が生じるという問題が新たに生じる。
【0012】また、他の対策として、温調モジュール6
4および温調モジュール65を小型化することが考えら
れる。しかし、現状では温調モジュールを小型化すると
温度制御機能が低下してしまうため、実用的ではない。
【0013】さらに、図10の従来技術では温調モジュ
ールを2つ配置した構造を示すが、他にも例えば、図1
0における光学系77をレーザ素子69と別の温調モジ
ュール上に配置する構造など、温調モジュールを3つ以
上配置する構造が考えられる。この場合には、温調モジ
ュール同士が接触する可能性はさらに増大するため、温
調モジュール同士の接触を防止する手段がさらに必要と
なる。
【0014】本発明は上記従来技術の欠点に鑑みてなさ
れたものであって、パッケージ内部に配置された複数の
温調モジュールが、互いの特性に影響を与えることを防
止することができるレーザモジュールを提供することを
目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するため、請求項1に係るレーザモジュール
は、パッケージ内部に配置された第1の温調モジュール
と、第2の温調モジュールと、該第1の温調モジュール
上に配置されたレーザ素子と、該第2の温調モジュール
上に配置された波長モニタ部を有し、該レーザ素子から
出射された光の波長を該波長モニタ部で検知するレーザ
モジュールにおいて、前記第1、第2の温調モジュール
間に配置され、各温調モジュールを分離する素子分離部
材を備えたモジュール分離手段を有することを特徴とす
る。
【0016】この請求項1の発明によれば、第1の温調
モジュールと第2の温調モジュールがパッケージ内に配
置されていた場合、それら温調モジュール間にモジュー
ル分離手段を配置することで、温調モジュール同士の接
触を防ぐことができる。
【0017】また、請求項2に係るレーザモジュール
は、上記の発明において、前記モジュール分離手段は絶
縁性の部材を有することを特徴とする。
【0018】この請求項2の発明によれば、モジュール
分離手段が絶縁性を有するため、温調モジュール同士の
間で互いに導通することがなく、各温調モジュールが別
個独立に温度調節をおこなうことができる。
【0019】また、請求項3に係るレーザモジュール
は、上記の発明において、前記モジュール分離手段が断
熱性の部材を有することを特徴とする。
【0020】この請求項3の発明によれば、モジュール
分離手段が断熱性を有するため、温調モジュール同士の
間で熱の移動が生じることを防ぐことができ、温度の調
整に費やす消費電力を低く抑えることができる。
【0021】また、請求項4に係るレーザモジュール
は、上記の発明において、前記モジュール分離手段は絶
縁性および断熱性の部材を有することを特徴とする。
【0022】この請求項4の発明によれば、モジュール
分離手段が絶縁性および断熱性を有するため、温調モジ
ュール同士の間で導通することがなく、熱の移動を防止
することができる。
【0023】また、請求項5に係るレーザモジュール
は、上記の発明において、前記モジュール分離手段がパ
ッケージと一体的に形成されていることを特徴とする。
【0024】この請求項5の発明によれば、モジュール
分離手段がパッケージと一体的に形成されることによっ
て、レーザモジュールを従来と同様の工程で製造でき、
かつ、温調モジュール同士が接触することを防止でき
る。
【0025】また、請求項6に係るレーザモジュール
は、上記の発明において、前記モジュール分離手段がレ
ーザ光通過窓を有することを特徴とする。
【0026】この請求項6の発明によれば、モジュール
分離手段がレーザ光通過窓を有することによって、レー
ザ素子から発振されるレーザ光の進行を妨げることなく
温調モジュール同士の接触を防ぐことができる。
【0027】また、請求項7に係るレーザモジュール
は、上記の発明において、前記温調モジュールは、外部
制御手段によって電流を印加されることにより温度制御
をおこなうものであって、該温調モジュールの側面に固
着し、隣接される温調モジュールとの間を分離するモジ
ュール分離手段を有することを特徴とする。
【0028】この請求項7の発明によれば、あらかじめ
温調モジュールの側面にモジュール分離手段を固着する
ことで、従来形状のパッケージを用いても、温調モジュ
ール同士が接触することのないレーザモジュールを提供
することができる。
【0029】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
実施の形態に係るレーザモジュールについて詳細に説明
する。図面の記載において同一あるいは類似部分には同
一あるいは類似の符号を付している。また、図面は模式
的なものであり、装置の構成部分の大きさ、比率等は現
実のものとは異なることに留意するべきである。また、
図面の相互の間でも互いの寸法の関係や比率が異なる部
分が含まれていることはもちろんである。
【0030】実施の形態1.実施の形態1に係るレーザ
モジュールについて、図1〜図3を用いて説明する。こ
こで、図1は、実施の形態1に係るレーザモジュールの
構造を示す断面図であり、図2は、実施の形態1に係る
レーザモジュールの構造を示す上面図である。また、図
3は、レーザモジュールを構成する温調モジュールの構
造を示す図である。実施の形態1に係るレーザモジュー
ルは、図1に示すようにパッケージ1の内部底面上に温
調モジュール2および温調モジュール3が配置されてい
る。また、温調モジュール2上にはプリズム12、波長
フィルタ13、マウント14と、マウント14上に固定
されたフォトダイオード15、23が配置されている。
また、温調モジュール3上には、アイソレータ7と、レ
ーザマウント8と、レンズホルダー6、10が配置さ
れ、レーザマウント8上にはレーザ素子9が配置され、
レンズホルダー6、10にはそれぞれレンズ5、11が
保持されている。さらに、温調モジュール2と温調モジ
ュール3との間には絶縁板4が配置され、温調モジュー
ル2と温調モジュール3は電気的に分離されている。
【0031】パッケージ1は、上部および前方(図1に
おいて右方向)に開口部を有する構造を有し、内部底面
において温調モジュール2、3を配置することができる
構造を有する。前方の開口部はレーザ光を光ファイバ2
2に結合するために設けられたものであり、この開口部
にはレンズホルダー18を介してボールレンズ19が固
定され、さらにフェルールスリーブ20、フェルール2
1を介して光ファイバ22が接続されている。また、パ
ッケージ1の上部開口部は、蓋部16によって覆われ、
パッケージ1の内部は外部と遮蔽された密閉空間を形成
する。
【0032】レーザマウント8は、レーザ素子9を固定
し、レーザ素子9で発生した熱を温調モジュール3に伝
達するためのものである。したがって、レーザマウント
8は熱伝導性に優れた部材からなり、たとえば、窒化ア
ルミニウム(AlN)結晶から構成される。
【0033】レーザ素子9は、例えば、活性層近傍に回
折格子を有し、単一縦モード発信するDFB(Distribu
ted Feed Back)レーザ等の半導体レーザ素子からな
る。本実施の形態1ではレーザ素子9として、活性層が
InPからなる二重ヘテロ接合レーザ(DHレーザ)を
用いるが、シングルヘテロ構造であってもよいし、他の
半導体からなるレーザを用いても良い。なお、本実施の
形態1では、レーザ素子9は共振器を形成する二つの反
射面の双方から前方および後方にレーザ光を出射する。
前方に出射したレーザ光は光ファイバ22に導入され、
後方に出射したレーザ光は波長のモニタに用いられる。
【0034】レンズ5は、レーザ素子9から前方に出射
されたレーザ光を図示しない光ファイバに結合するため
のものである。レンズ5はレンズホルダー6によって温
調モジュール3上において、レーザマウント8の前方に
配置されている。
【0035】アイソレータ7は、いったん光ファイバ2
2へと出射されたレーザ光のうち、光ファイバ22から
反射してレーザモジュール内部に戻ってきた光を遮断す
るためのものである。
【0036】レンズ11は、レーザ素子9から後方に出
射されたレーザ光を平行光にするためのものである。レ
ンズ11はレンズホルダー10によって温調モジュール
3上において、レーザマウント8の後方に配置されてい
る。
【0037】プリズム12は、図2に示すように、プリ
ズム12はフォトダイオード15およびフォトダイオー
ド23に対してレーザ光が入射するように、レーザ素子
9から後方に出射したレーザ光を分離する構造となって
いる。プリズム12の部材としてはガラスの他、各種樹
脂を用いることが可能である。
【0038】波長フィルタ13は、プリズム12によっ
て分離されたうちの1方向のレーザ光について、特定の
波長のみを透過するためのものである。波長フィルタ1
3は、例えば誘電体多層膜フィルタからなり、波長フィ
ルタ13に対する入射角度によって、透過波長が変化す
る性質を有する。そのため、波長フィルタ13は図示し
ないホルダーによって温調モジュール2上に保持され、
このホルダーは波長フィルタ13が鉛直方向を回転軸と
して回転することが可能な構造を有する。
【0039】フォトダイオード15は、レーザ素子9か
ら後方に出射し、プリズム12によって分離されたレー
ザ光のうち、波長フィルタ13を通過した特定波長の光
の強度を測定する。具体的には、フォトダイオード15
は照射された光の強度に応じた電流を出力するため、図
示しない外部回路に接続して電流値を測定し、レーザ光
のうち信号光として用いる波長の光の強度変化をモニタ
する。
【0040】フォトダイオード23は、マウント14上
に配置されており、レーザ素子9から後方に出射し、プ
リズム12で分離された2方向のレーザ光のうち、波長
フィルタ13を通過しないレーザ光の強度を測定する。
【0041】温調モジュール2、3は、ペルチェ素子か
ら構成される。図3に示したように、ペルチェ素子は平
板状のセラミック板43a、43b間にn型半導体3
1、35、39とp型半導体33、37、41が交互に
配置され、相互の半導体の間は金属配線30、32、3
4、36、38、40、42によって電気的に接続され
ている。
【0042】n型半導体31、35、39はシリコン
(Si)結晶に燐(P)原子などのn型不純物を拡散さ
せたものからなり、p型半導体33、37、41はSi
結晶に硼素(B)原子などのp型不純物を拡散させたも
のである。
【0043】また、金属配線30、42はペルチェ素子
に電流を導入するために外部電源と電気的に接続されて
いる。外部電源と接続するため、金属配線30、42は
ペルチェ素子の側面に露出して配置されている。なお、
金属配線30、32、34、36、38、40、42は
Si結晶とオーミック接合する金属からなり、例えば金
を材料とする。
【0044】セラミック板43a、43bは、同一形状
からなる2枚の板状体である。温調モジュール2、3と
接触する物体を急速に加熱若しくは冷却するために、セ
ラミック板43a、43bは熱伝導率の高い部材からな
る。したがって、熱伝導性に優れた物質であって、上部
に物体を配置するのに十分な強度を有するものであれば
必ずしもセラミックに限定されない。なお、セラミック
板43a、43bは、接触する物体に対して熱伝導もし
くは熱吸収を効率的におこなうためにできるだけ大きな
表面積を有する必要がある。したがって、セラミック板
43a、43bはペルチェ素子の側面にまで達する構造
となっている。
【0045】絶縁板4は、図1に示すように、温調モジ
ュール2と、温調モジュール3とを電気的に絶縁分離す
るためのものである。絶縁板4の材料としては、プリン
ト基板に用いられるガラスクロス強化エポキシ樹脂やポ
リイミド樹脂の他、紙フェノール樹脂、雲母、ガラス等
を用いることができる。これら以外にも、エポキシ樹
脂、ポリエチレン、テフロン(登録商標)など絶縁性を
示すものであれば絶縁板4の材料として用いることがで
きる。
【0046】次に、本実施の形態1に係るレーザモジュ
ールの動作について、説明する。本実施の形態1に係る
レーザモジュールは、主として光ファイバ通信における
信号光源として利用される。具体的には、レーザ素子9
から前方に出射したレーザ光を信号光として前方に設け
られた開口部を通して光ファイバ22に出射する。ここ
で、レーザ光を信号光として用いるためには、出力強度
および波長が安定していることが必要条件である。
【0047】一方で、レーザ素子9から出射するレーザ
光の出力強度は、基本的にはレーザ素子9の活性層に注
入する電流値に対して単調増加し、活性層の温度に対し
て単調減少する。また、発振波長は、注入電流および活
性層の温度に対して単調増加する。したがって、レーザ
素子9の活性層に注入する電流および活性層の温度を制
御することで、レーザ光の出力強度および波長を安定化
することができる。
【0048】ここで、波長を安定化するために、レーザ
素子9の後方から出射したレーザ光を利用する。図2に
示すように、レーザ素子9の後方から出射したレーザ光
は、レンズ11を通過する際に平行光となり、プリズム
12に入射する。そして、プリズム12に入射したレー
ザ光は2つの方向へ分離され、そのうちの1方向に進ん
だレーザ光は波長フィルタ13に入射する。この際に、
所定の波長のレーザ光のみが波長フィルタ13を透過
し、透過したレーザ光はフォトダイオード15へ入射す
る。フォトダイオード15は、入射した光の強度に応じ
た電流を出力するため、上記の所定の波長が信号光の波
長と同一波長となるように波長フィルタ13を設定して
おくことで、信号光として用いる波長成分の強度を測定
することができる。ここで、プリズム12によって分離
された他方のレーザ光を、参照光としてフォトダイオー
ド23によって強度を測定することで注入電流の揺らぎ
などによるノイズを除去する。レーザ素子9から出射す
るレーザ光の波長が所定の波長からシフトした場合、フ
ォトダイオード15から出力される電流の値は低下する
ため、図示しない制御部によって制御される温調モジュ
ール3によってレーザ素子9の温度を調整することによ
り、レーザ素子9の発振波長を所定波長へ戻すことがで
きる。
【0049】次に、温調モジュール2、3による温度制
御について説明する。温調モジュール2、3は上述した
ようにペルチェ素子からなり、ペルチェ素子はペルチェ
効果に基づき温度の調整をおこなう。具体的には、ペル
チェ素子は図3に示す構造からなり、n型半導体31か
らp型半導体33に向かって電流を流すと、ペルチェ効
果によりn型半導体31とp型半導体33との間の金属
配線32で熱の吸収が起こる。同様の理由から、金属配
線36、40においても熱の吸収が起こる。ペルチェ素
子上部に配置されたセラミック板43aは金属配線3
2、36、40に接触するため、図3に示す方向に電流
を流すと、セラミック板43a上に配置された物体は熱
を吸収され、温度は低下する。
【0050】その一方で、p型半導体33からn型半導
体35に向かって電流が流れることから、金属配線34
では熱の放出が起こる。同様に、金属配線38でも熱の
放出が起こる。セラミック板43bは金属配線34、3
8の下に配置されているため、図3に示す方向に電流を
流した場合に、セラミック板43bの下面に接触する物
体の温度は上昇する。
【0051】なお、熱の吸収、放出の量はペルチェ素子
に流した電流の大きさに比例する。また、電流を流す方
向を図3に示す向きと逆にした場合は、熱の移動は逆方
向に生じ、セラミック板43aでは熱の放出が起こり、
セラミック板43bでは熱の吸収がおこなわれる。この
ように、ペルチェ素子は接触する物体の温度制御を素子
に流す電流の大きさおよび方向によって制御することが
できる。したがって、レーザ素子9、波長フィルタ13
等の温度を精密に制御するためには温調モジュール2、
3に流れる電流を正確に制御する必要がある。
【0052】そのため、本実施の形態1においては、温
調モジュール2と温調モジュール3との間に絶縁板4を
配置して、温調モジュール2と温調モジュール3との間
に導通が生じることを防止する。これは、温調モジュー
ル2、3を構成するペルチェ素子は、図3に示すように
金属配線が側面に露出した構造となっているため、温調
モジュール2と温調モジュール3が接触した場合、互い
の金属配線が導通して温調モジュール2と温調モジュー
ル3との間で電流が流れてしまう。そうすると、外部回
路からの温度制御が不可能となり、温調モジュールとし
ての機能を果たすことができない。したがって、絶縁板
4を配置することで、このような事態を確実に避けて、
温調モジュール2、3上に配置されたレーザ素子9等の
温度制御を正確におこなうことが可能となる。
【0053】実施の形態2.次に、実施の形態2につい
て説明する。図4は、実施の形態2に係るレーザモジュ
ールの構造を示す断面図であり、図5は、実施の形態2
に係るレーザモジュールの構造を示す上面図である。な
お、実施の形態1と共通する部分については同一または
類似の符号を付すこととする。
【0054】実施の形態2に係るレーザモジュールは、
パッケージ1内部の底面上に、温調モジュール2、温調
モジュール3が配置されており、温調モジュール2と温
調モジュール3との間には、断熱板24が配置されてい
る。温調モジュール2上にはレーザマウント44が配置
され、レーザマウント44上にはレーザ素子45が配置
されている。また、温調モジュール3上にはアイソレー
タ49と、波長モニタ部48とが配置され、さらにレン
ズホルダー46に保持されたレンズ47が配置されてい
る。そして、パッケージ1の内部空間は不活性ガスなど
によって満たされ、蓋部16をパッケージ上部開口部に
配置して、外部からの影響を排除する構造としている。
【0055】断熱板24は、温調モジュール2と温調モ
ジュール3とを熱的に分離するために配置されたもので
ある。断熱板24の形状は平坦な板状体からなる。ま
た、断熱板24の材料としては、ガラス繊維、セラミッ
ク繊維、ロックウール、発泡セメントなど、多孔質体か
らなるものが用いられ、他にも発泡ウレタン、発泡ポリ
スチレンなどを材料として用いることができる。この他
の材料でも、断熱性が良好な場合、断熱板24の材料と
して用いることが可能である。
【0056】実施の形態2に係るレーザモジュールは、
実施の形態1と異なり、波長モニタ部48をレーザ素子
45の前方(図4における右方向)に配置し、レーザ素
子45から前方に出射されたレーザ光の一部を用いて波
長のモニタをおこなう。また、アイソレータ49を、レ
ーザ素子45が配置された温調モジュール2上ではな
く、温調モジュール3上に配置している。
【0057】波長モニタ部48は、図5に示すように、
レーザ素子45の前方にハーフミラー50、51が配置
され、ハーフミラー50によって反射される一部のレー
ザ光の進路上に波長フィルタ55と、波長フィルタ55
の延長上にマウント53上に固定されたフォトダイオー
ド54が配置されている。ハーフミラー51によって反
射される一部のレーザ光の進路上にはマウント56上に
固定されたフォトダイオード54が配置されている。
【0058】波長モニタ部48をレーザ素子45の前方
に設けることで、次の利点が生じる。まず、波長モニタ
部48を前方に設けることにより、レーザ素子45の後
方にレーザ光を平行光にするためのレンズを配置しなく
てすむ。このことにより、部品の数を減らせるという利
点が生じる。また、波長モニタ部48を前方に設けるこ
とで、レーザ素子45は後方に設けられ、温調モジュー
ル2上にレーザマウント44を介して配置できる。その
一方で、アイソレータ49は、レーザモジュールと接続
する光ファイバ22に近接した場所に配置する必要があ
るためにレーザ素子45と異なり、温調モジュール3上
に配置される。
【0059】なお、波長モニタ部48は、前方に出射し
たレーザ光の一部を取り出して波長のモニタをおこな
う。具体的には、ハーフミラー50によってレーザ光の
一部を取り出し、特定の波長のみを通過させる波長フィ
ルタ55を介してフォトダイオード54に入射させる。
フォトダイオード54に入射したレーザ光は電流に変換
されて出力される。特定波長のレーザ光の強度を電気的
信号として検出し、別のハーフミラー51によって取り
出されたレーザ光を参照光としてフォトダイオード57
で電気的信号として検出することで波長のモニタをおこ
なう。
【0060】アイソレータ49は、外部からレーザモジ
ュール内部に入射してくるレーザ光を遮断するためのも
のであるが、遮断する波長および遮断する効率は温度に
よって変化する。したがって、レーザモジュールの動作
を安定化するためには、アイソレータ49の温度を一定
に保つことがさらに望ましい。一方、レーザ素子45の
温度は、波長の安定化のためにあえて変化させる場合も
あり、通常の温度とは異なる温度範囲でレーザ素子45
の温度を制御する。したがって、アイソレータ49をレ
ーザ素子45とは異なる温調モジュール上に配置するこ
とで、さらに効果的に外部からの光を遮断することが可
能となる。
【0061】実施の形態2に係るレーザモジュールで
は、レーザ素子45と、アイソレータ49および波長フ
ィルタを含む波長モニタ部48とが異なる温調モジュー
ル2、3上に配置されているため、レーザ素子45の温
度を大きく変化させてもレーザモジュール全体の性能に
影響を与えない。したがって、温調モジュール2はレー
ザ素子45から出射するレーザ光を所定の波長に安定化
するだけでなく、レーザ素子45の温度を積極的に変化
させることで、異なる波長のレーザ光を発振する状態で
発振波長を安定化することが可能である。
【0062】このように、本実施の形態2に係るレーザ
モジュールでは、温調モジュール2と温調モジュール3
のそれぞれ上部に配置されたセラミック板の温度が異な
る場合が予想される。セラミック板は、熱伝導率の高い
部材であるため、温調モジュール2と温調モジュール3
とが接触した場合に、一方から他方へ熱が伝わるおそれ
がある。したがって、温調モジュール2と温調モジュー
ル3との間に断熱板24を配置して、温調モジュール2
と温調モジュール3との間の熱の移動を遮断する。断熱
板24を配置することで、温調モジュール2と温調モジ
ュール3との間の干渉を排除し、別個独立の温度制御が
できる。
【0063】また、断熱板24を温調モジュール2と温
調モジュール3との間に配置することで、レーザモジュ
ールの消費電力を低く抑えるという利点も存在する。す
なわち、温調モジュール2と温調モジュール3との間で
熱の移動が生じた場合、それぞれ所定の温度を維持する
ためにペルチェ素子に流す電流の量を増やす必要が生じ
る。断熱板24を配置することで、このような電流を流
す必要がなくなるため、消費電力を低く抑えることがで
きる。
【0064】また、温調モジュール2と温調モジュール
3との温度差が大きい場合において、温調モジュール同
士が接触していると、ペルチェ素子で制御しても熱が流
入もしくは流出し続けるため温度制御をおこなうことが
不可能となり、製品として使用することができない。断
熱板24を温調モジュール2と温調モジュール3との間
に配置することでこのような事態を防ぐことができるた
め、本実施の形態2に係るレーザモジュールは歩留まり
の向上を図ることができる。 実施の形態3.
【0065】次に、実施の形態3について図6を用いて
説明する。図6は、実施の形態3に係るレーザモジュー
ルの構造を示す断面図である。なお、本実施の形態にお
いて、実施の形態1、2と同一若しくは類似の部分につ
いては同一の符号を付し、説明を省略する。
【0066】実施の形態3に係るレーザモジュールは、
パッケージ1と、パッケージ1内部の底面上に配置され
た温調モジュール2と、温調モジュール3とを有し、温
調モジュール2上にはレーザマウント44を介してレー
ザ素子45が配置されている。また、温調モジュール3
上には、アイソレータ49と、波長モニタ部48と、レ
ンズホルダー46に保持されたレンズ47とが配置され
ている。また、パッケージ1の上部開口部において蓋部
16が配置されており、パッケージ1内部は密閉されて
外部と遮断されている。さらに、パッケージ1内部の底
面上であって、温調モジュール2と温調モジュール3と
の間には絶縁板59と、断熱板58とが配置されてい
る。
【0067】上述したように、温調モジュール2はレー
ザ素子45から発振するレーザ光の波長を一定にするの
が目的であり、一方、温調モジュール3は波長モニタ部
48内部に設けられた波長フィルタおよびアイソレータ
49の温度を一定にすることが目的である。したがっ
て、温調モジュール2の温度と温調モジュール3の温度
とは一般に相違し、温調モジュール2を構成するペルチ
ェ素子に流れる電流の大きさと温調モジュール3を構成
するペルチェ素子に流れる電流の大きさとは相違する。
【0068】これに対して、温調モジュール2と温調モ
ジュール3とが接触すると、ペルチェ素子の構造から、
互いの間に電気的な導通が生じる。電気的な導通が生じ
た場合には、温調モジュール2と温調モジュール3とを
独立に制御することが不可能となるため、絶縁板59を
配置して絶縁を確保している。しかし、温調モジュール
2と温調モジュール3とが電気的に絶縁分離されていて
も、相互の間で熱の移動が生じる場合にはそれぞれの温
調モジュールを構成するペルチェ素子の消費電力が増大
する等の問題が生じてしまう。したがって、絶縁板59
の他に、温調モジュール2と温調モジュール3との間に
断熱板58を配置することで温調モジュール2と温調モ
ジュール3とを熱的に分離することができ、温度制御を
効率良くおこなうことができる。
【0069】なお、絶縁板59、断熱板58を別々に温
調モジュール2と温調モジュール3との間に配置するの
ではなく、絶縁機能および断熱機能を有する1枚の板を
配置しても良い。このような機能を有する材料として
は、たとえば、焼結度が低く多孔質のアルミナが挙げら
れる。この他にも、断熱板の材料として上述したものの
中には絶縁体として機能する材料が存在する。1枚の板
で絶縁機能および断熱機能を有する場合には、実施の形
態3に係るレーザモジュールの製造において工程が単純
化でき、パッケージ1内部の底面を有効利用できるとい
う利点を有する。
【0070】実施の形態4.次に、実施の形態4に係る
レーザモジュールについて図7および図8を用いて説明
する。図7は実施の形態4に係るレーザモジュールの構
造を示す断面図を示し、図8は実施の形態4に係るレー
ザモジュールのうちレーザ光の光軸方向から見たモジュ
ール分離板60の構造を示す。
【0071】実施の形態4に係るレーザモジュールは、
上部および右側面に開口部を有するパッケージ1内部の
底面上に、開口部を有する側面から左方向へ順に温調モ
ジュール3と、温調モジュール2とが配置されている。
温調モジュール3上には開口部を有する側面から左方向
へアイソレータ7、レンズホルダー6に保持されたレン
ズ5と、レーザマウント8を介して配置されたレーザ素
子9と、レンズホルダー10に保持されたレンズ11と
が配置されている。また、温調モジュール2上には温調
モジュール3に近い方から順にプリズム12、波長フィ
ルタ13、フォトダイオード15を保持するマウント1
4が配置されている。また、温調モジュール3と温調モ
ジュール2との間にはモジュール分離板60が配置さ
れ、パッケージ1の上部開口部は蓋部16によって閉じ
られており、パッケージ1の内部空間は不活性ガスなど
で満たされて外気から遮断されている。
【0072】モジュール分離板60は、温調モジュール
2、3の間に配置されている平板上の部材からなり、そ
の高さは温調モジュール2、3の高さよりも高く、蓋部
16にまで達していても良い。モジュール分離板60の
材質は絶縁性若しくは断熱性を備えるものからなるが、
たとえば、ガラス繊維や発泡セメントのように絶縁性お
よび断熱性双方の性質を有するものでも良い。また、モ
ジュール分離板60は、その上部部分において、レーザ
素子9から後方に出射したレーザ光を遮断することのな
いように窓が開けられている。
【0073】本実施の形態4において、モジュール分離
板60を設けることにより、実施の形態1〜3の場合と
同様に温調モジュール2と温調モジュール3とを分離す
るため、温調モジュール2と温調モジュール3とが接触
することによる熱の移動若しくは相互間の導通を防止す
ることができる。そして、モジュール分離板60の高さ
を温調モジュール2、3の高さよりも高くすることによ
り次の効果が生ずる。
【0074】本実施の形態4に係るレーザモジュール
は、一般に光データ通信の信号光源として用いられ、た
とえば、WDM光通信システムの信号光源として用いら
れる。この場合、複数のレーザモジュールにより信号光
源を構成するため、自他のレーザモジュールから出射さ
れたレーザ光の一部が光コネクタによる反射等により本
実施の形態4に係るレーザモジュール内部に入射するこ
とがある。また、レーザ素子9の前方から出射されたレ
ーザ光の一部がパッケージ内で乱反射をおこす場合もあ
る。これらの光がフォトダイオード15に入射した場
合、レーザ素子9から後方に出射したレーザ光の波長を
検出するという波長モニタの機能が損なわれることとな
る可能性がある。ここで、モジュール分離板60を配置
することで、これらの光をフォトダイオード15に入射
することを防ぐことができる。これらの迷光はレーザ素
子9よりも図7において右側で生ずるものであるため、
モジュール分離板60を配置することでモジュール分離
板60よりも左側の空間領域にこれらの迷光が侵入する
ことを防止できるためである。したがって、モジュール
分離板60の高さを高くすることで精度の高い波長モニ
タをおこなうことができる。
【0075】また、パッケージ1内部の空間は不活性ガ
スなどの気体により密封されている。このため、たとえ
ばレーザ素子9の温度が上昇することでパッケージ1内
部空間において対流が生じるおそれがある。したがっ
て、温調モジュール2と温調モジュール3との間を分離
し、輻射電熱を防止したとしても波長フィルタ13の温
度が変化する懸念があり、モジュール分離板60を設け
ることで、対流によって温度の高い気体が波長フィルタ
13に接触し、電熱することを防止できる。この観点で
は、モジュール分離板60は、蓋部16に完全に接触さ
せることが好ましい。
【0076】なお、モジュール分離板60によってレー
ザ素子9から後方に出射されたレーザ光が遮断される
と、フォトダイオード15において波長のモニタができ
なくなる。したがって、モジュール分離板60の上部に
は、後方に出射されたレーザ光を通過させるための窓が
設けられている。この窓の形状を図8に示す。図8
(a)は楕円形のレーザ光透過窓61を有する場合を示
し、図8(b)は上部に切込部62を有する場合のモジ
ュール分離板60の構造を示す。これらレーザ光透過窓
61や切込部62によって形成される空隙部分をレーザ
光は通過して波長フィルタ13およびフォトダイオード
15へと入射する。したがってレーザ光が十分透過する
構造であればよく、モジュール分離板60の形状は図8
(a)、(b)に限定されない。たとえば、レーザ光透
過窓61は円形でもよく、切込部62が三角形ではなく
四角形からなっても良い。さらに、モジュール分離板6
0は、レーザ素子9の後方から出射するレーザ光以外の
光を効果的に遮断できるならば、ある程度レーザ光を遮
断する形状からなっても良い。波長のモニタはフォトダ
イオード15に照射されるレーザ光強度の変化を検知す
ることによりおこなわれ、一定の割合でレーザ光を透過
できれば波長のモニタは十分可能なためである。
【0077】なお、本実施の形態4において、レーザ光
透過窓61および切込部62は空隙からなるが、この領
域をレーザ光透過性の部材、たとえば板ガラスにより構
成されていても良い。この場合には、温調モジュール2
が配置された空間と、温調モジュール3が配置された空
間が互いに分離され、上述した対流による熱伝導をさら
に効率良く防止できる。
【0078】実施の形態5.次に、実施の形態5につい
て、図9を用いて説明する。図9は、実施の形態5に係
る温調モジュールの構造を示す模式図である。図3に示
す実施の形態1における温調モジュールと同様の部分に
ついては同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0079】実施の形態5に係る温調モジュールは、ペ
ルチェ素子から構成されている。温調モジュールの側面
にはモジュール分離板63が固着されている。ここで、
モジュール分離板63は絶縁性もしくは断熱性の材料か
らなるが、両方の性質を有する材料を用いても良い。
【0080】また、モジュール分離板63は、レーザモ
ジュール内に複数配置される温調モジュール同士の間を
分離するためのものである。たとえば、本実施の形態5
に係る温調モジュールを図10における温調モジュール
65の代わりに用いた場合、温調モジュール64はモジ
ュール分離板63により実施の形態5に係る温調モジュ
ールと完全に分離することができる。
【0081】レーザモジュールを構成するパッケージに
モジュール分離板をあらかじめ配置する構造とするので
なく、温調モジュール自体にモジュール分離板63を固
着することによって次の利点が生ずる。すなわち、パッ
ケージにモジュール分離板を配置した場合には、モジュ
ール分離板をパッケージ内部の底面上に固着するための
工程が必要となる。これに対して実施の形態5に係る温
調モジュールを用いれば、モジュール分離板を配置する
工程は必要なく、従来通りの方法で製造することが可能
で、しかも、確実に温調モジュール同士を素子分離する
ことができる。したがって、本実施の形態5を用いてレ
ーザモジュールを製造した場合、従来の製造方法で歩留
まりを高めることができる。
【0082】なお、本実施の形態5に係る温調モジュー
ルについて、モジュール分離板63を配置する側面はペ
ルチェ素子の左側でも良く、また1つの側面にのみ固着
せずに、複数の側面においてモジュール分離板を固着し
ても良い。さらに、モジュール分離板63の形状も、ペ
ルチェ素子側面を覆うのに十分な高さを有する場合のみ
ならず、ペルチェ素子側面の高さよりも低い構造からな
っても良い。たとえばペルチェ素子を構成するセラミッ
ク板43aがモジュール分離板63によって覆われてい
なくとも、モジュール分離板63が存在することで他の
温調モジュールとの間に間隔を保つことができるためで
ある。また、逆にモジュール分離板63の高さがペルチ
ェ素子の高さよりも高くても構わない。この場合は、実
施の形態4におけるモジュール分離板60の機能を果た
すことが可能となる。
【0083】なお、上述のように本発明を実施の形態1
から実施の形態5によって説明をおこなったが、この発
明の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定
するものであると理解するべきではない。この開示から
当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技
術が明らかになると思われる。たとえば、実施の形態1
において、断熱効果を重視して、絶縁板4の代わりに断
熱性を有する部材によって温調モジュール2と温調モジ
ュール3とを分離しても良い。さらに、絶縁板4の代わ
りに断熱性と絶縁性を兼ね備えた部材からなる平板を配
置しても良い。
【0084】また、実施の形態1〜4に係るレーザモジ
ュールは、温調モジュール2、3がペルチェ素子からな
るものに限定されるのではない。温度調節を電気的にお
こない、複数の温調モジュールが接触することで互いに
導通するおそれのある素子であれば、絶縁板4を温調モ
ジュール2、3間に配置することで、正確な温度制御を
おこなうことが可能である。また、相互の温調モジュー
ルを接触した場合に熱伝導が生じる構造からなる素子を
用いた場合には断熱板24を利用することが可能であ
る。同様に、実施の形態5に係る温調モジュールについ
ても、ペルチェ素子以外の温調モジュールに適用するこ
とが可能である。
【0085】また、実施の形態1および実施の形態4に
おいては、レーザ素子9から後方へ出射する光をプリズ
ム12で2方向の光に分離するが、プリズム12のかわ
りに、ハーフミラーを用いても良い。レーザ光を分離す
るという点では機能が共通するためである。
【0086】さらに、レーザモジュール全体の構造が異
なるものであっても、レーザモジュール内において、複
数の温調モジュールによって異なる温度制御をおこなう
場合には、本発明を適用することが可能である。たとえ
ば、波長モニタ部を有さないが、レーザ素子9とアイソ
レータ7を備え、これらを別々に温度制御するレーザモ
ジュールの場合にも本発明を適用して温度制御をおこな
うことが可能である。同様に、レーザモジュールの用途
についても、光通信の信号光源に限られず、光通信の励
起源に用いても良いし、その他光ピックアップ装置の光
源や、半導体装置の製造における露光装置の光源につい
て用いることも可能である。
【0087】また、絶縁板4、59、断熱板24、5
8、モジュール分離板60はパッケージと別個独立な部
材であり、レーザモジュールの製造に際してパッケージ
に固着するものとしても良いが、可能ならばパッケージ
とこれらの板を一体的に形成しても良い。この場合、こ
れらの板をパッケージに固着する工程を省略することが
できるため、レーザモジュールの製造を容易化すること
ができる。
【0088】また、本実施の形態1〜4では、レーザモ
ジュール内に温調モジュール2、3を配置した構造とし
ているが、温調モジュールの数はこれに限定する必要は
なく、可能であれば3個以上の温調モジュールをレーザ
モジュール内に配置しても良い。たとえば、図1におけ
るアイソレータ7も、波長フィルタ13と同様に温度依
存性があるため、よりアイソレータ7の性能を発揮する
ためには温調モジュール3とは別の温調モジュールをレ
ーザモジュール内に設け、その上にアイソレータ7を配
置することも望ましい。この場合、新たに設けた温調モ
ジュールと、温調モジュール3との間には絶縁板を配置
するのは当然のことである。
【0089】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
よれば、第1の温調モジュールと第2の温調モジュール
がパッケージ内に配置されていた場合、それら温調モジ
ュール間にモジュール分離手段を配置する構成としたこ
とで、温調モジュール同士の接触を防ぐことができると
いう効果を奏する。
【0090】また、請求項2の発明によれば、モジュー
ル分離手段が絶縁性を有する構成としたため、温調モジ
ュール同士の間で互いに導通することがなく、各温調モ
ジュールが別個独立に温度調節をおこなうことができる
という効果を奏する。
【0091】また、請求項3の発明によれば、モジュー
ル分離手段が断熱性を有する構成としたため、温調モジ
ュール同士の間で熱の移動が生じることを防ぐことがで
き、温度の調整に費やす消費電力を低く抑えることがで
きるという効果を奏する。
【0092】また、請求項4の発明によれば、モジュー
ル分離手段が絶縁性および断熱性を有する構成としたた
め、温調モジュール同士の間で導通することがなく、熱
の移動を防止することができるという効果を奏する。
【0093】また、請求項5の発明によれば、モジュー
ル分離手段がパッケージと一体的に形成される構成とし
たことによって、レーザモジュールを従来と同様の工程
で製造でき、かつ、温調モジュール同士が接触すること
を防止できる。
【0094】また、請求項6の発明によれば、モジュー
ル分離手段がレーザ光通過窓を有する構成としたため、
レーザ素子から発振されるレーザ光を妨げずに複数の温
調モジュールの接触を防ぐことができるという効果を奏
する。
【0095】また、請求項7の発明によれば、あらかじ
め温調モジュールの側面にモジュール分離手段を固着す
る構成としたため、従来形状のパッケージを用いても、
温調モジュール同士が接触することのないレーザモジュ
ールを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1に係るレーザモジュールの構造を
示す断面図である。
【図2】実施の形態1に係るレーザモジュールの構造を
示す上面図である。
【図3】実施の形態1における温調モジュールの構造を
示す断面図である。
【図4】実施の形態2に係るレーザモジュールの構造を
示す断面図である。
【図5】実施の形態2に係るレーザモジュールの構造を
示す上面図である。
【図6】実施の形態3に係るレーザモジュールの構造を
示す断面図である。
【図7】実施の形態4に係るレーザモジュールの構造を
示す断面図である。
【図8】(a)、(b)は、実施の形態4におけるモジ
ュール分離板の構造を示す図である。
【図9】実施の形態5に係る温調モジュールの構造を示
す断面図である。
【図10】従来技術に係るレーザモジュールの構造を示
す模式図である。
【符号の説明】
1、70 パッケージ 2、3、64、65 温調モジュール 4、59 絶縁板 5、11、47 レンズ 6、10、18、46、72 レンズホルダー 7、49 アイソレータ 8、44、68 レーザマウント 9、45、69 レーザ素子 12 プリズム 13、55 波長フィルタ 14、53、56 マウント 15、23、54、57 フォトダイオード 16、67 蓋部 19、73 ボールレンズ 20、74 フェルールスリーブ 21、75 フェルール 22、76 光ファイバ 43a、43b セラミック板 30、32、34、36、38、40、42 金属配線 31、35、39 n型半導体 33、37、41 p型半導体 48、66 波長モニタ部 24、58 断熱板 50、51 ハーフミラー 60、63 モジュール分離板 61 レーザ光透過窓 62 切込部 77 光学系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F073 AB25 AB27 AB28 AB29 AB30 BA01 EA29 FA02 FA06 FA15 FA25 FA30

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パッケージ内部に配置された第1の温調
    モジュールと、第2の温調モジュールと、該第1の温調
    モジュール上に配置されたレーザ素子と、該第2の温調
    モジュール上に配置された波長モニタ部を有し、該レー
    ザ素子から出射された光の波長を該波長モニタ部で検知
    するレーザモジュールにおいて、 前記第1、第2の温調モジュール間に配置され、各温調
    モジュールを分離する素子分離部材を備えたモジュール
    分離手段を有することを特徴とするレーザモジュール。
  2. 【請求項2】 前記モジュール分離手段は絶縁性の部材
    を有することを特徴とする請求項1に記載のレーザモジ
    ュール。
  3. 【請求項3】 前記モジュール分離手段は断熱性の部材
    を有することを特徴とする請求項1に記載のレーザモジ
    ュール。
  4. 【請求項4】 前記モジュール分離手段は絶縁性および
    断熱性の部材を有することを特徴とする請求項1に記載
    のレーザモジュール。
  5. 【請求項5】 前記モジュール分離手段はパッケージと
    一体的に形成されていることを特徴とする請求項1〜4
    のいずれか一つに記載のレーザモジュール。
  6. 【請求項6】 前記モジュール分離手段がレーザ光通過
    窓を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一
    つに記載のレーザモジュール。
  7. 【請求項7】 前記温調モジュールは、外部制御手段に
    よって電流を印加されることにより温度制御をおこなう
    ものであって、該温調モジュールの側面に固着し、隣接
    される温調モジュールとの間を分離するモジュール分離
    手段を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか
    一つに記載のレーザモジュール。
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