JP2003101134A

JP2003101134A - 発光モジュール

Info

Publication number: JP2003101134A
Application number: JP2001289525A
Authority: JP
Inventors: Toshio Takagi; 敏男高木; Takashi Kato; 隆志加藤; Jiro Shinkai; 次郎新開; Hiroyuki Yabe; 弘之矢部
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2003-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】動作状態において発生される光の波長及びパ
ワーが調整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１ａは、第１及び第２の
端面を有する半導体発光素子１６と、半導体発光素子１
６の光のパワーをモニターするための光検出器２０ａお
よびその光の波長をモニターするための光検出器２０ｂ
とを含む受光デバイス２０と、半導体発光素子１６の第
１の端面から光検出器２０ａへ向かう光の経路上に位置
する第１の部分と、第１の端面から光検出器２０ｂへ向
かう光の経路上に位置する第２の部分とを有するウエッ
ジエタロン１８と、光検出器２０ｂがモニターする光の
波長に基づいて、半導体発光素子１６の温度を調整可能
なように配置された熱電子冷却器３４と、を備え、光検
出器２０ａ及び２０ｂは、第１の部分における透過率の
波長依存性が第２の部分における透過率の波長依存性よ
り小さくなるように配置されている。

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
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】１．５５μｍ帯のＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅ
ｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎ
ｇ）システムにおいては、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以上の精度で制御する
ことを必要とする。このために好適な半導体レーザとし
ては、ＤＦＢ型半導体レーザ、ＤＢＲ型半導体レーザが
利用できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの半導体レーザ
では、鋭い発振スペクトルが得られるけれども、発振波
長は、レーザ製造段階でレーザチップ内に作成される回
折格子によって決定されてしまう。所望の発振波長を安
定に、また精度良く得ることは、プロセス要因の影響を
受けるため簡単なことではなかった。

【０００４】これを実現するために、以下のような試み
がある。半導体レーザチップを発光モジュールに組み立
てた後に、その使用に際して、光モジュールからの出力
光を分岐して、その分岐光を光スペクトラムアナライザ
といった大掛かりな装置でモニターする。このモニター
情報に基づいて、半導体レーザチップの温度又は注入電
流を調整する。

【０００５】しかしながら、ＷＤＭシステムでは、複数
の波長を用いて１６チャネル又は３２チャネルでデータ
を並列に伝送するので、ＷＤＭシステムに実用的に適用
可能な発光モジュールを実現することは容易なことでは
ない。

【０００６】そこで本発明は、光スペクトラムアナライ
ザといった装置を使用することなく、発生される光の波
長及びパワーをモニターでき、その光の波長及びパワー
が調整可能な発光モジュールを提供することを課題とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者は、このような発
光モジュールを実現するために、半導体レーザを例示と
してさまざまな検討を重ねた。動作状態で発振波長の調
整を行なうためには、発振光を取り出してこの波長を監
視する必要がある。しかしながら、光カプラ等の光分岐
器を発光モジュールの出力とを結合させることは装置の
大型化を招く。

【０００８】このような検討に基づいて、以下の技術的
な課題があることが明らかになった。（１）半導体レー
ザといった半導体発光素子からの光を監視するために光
学的な結合手段が必要である。（２）結合手段から得た
光をいくつかの波長成分に分離する手段が必要である。
（３）分離手段からの光を電気信号に変換するための変
換手段が必要である。（４）変換手段はその用途に即し
た波長成分を受け取るように配置することが好ましい。
発明者は、このような課題を鑑みて、本発明を次のよう
な構成とした。

【０００９】本発明の発光モジュールは、第１及び第２
の端面を有する半導体発光素子と、半導体発光素子の光
のパワーをモニターするための第１の光検出器および半
導体発光素子の光の波長をモニターするための第２の光
検出器とを含む受光デバイスと、半導体発光素子の第１
の端面から第１の光検出器へ向かう光の経路上に位置す
る第１の部分と、半導体発光素子の第１の端面から第２
の光検出器へ向かう光の経路上に位置する第２の部分と
を有するウエッジエタロンと、第２の光検出器がモニタ
ーする半導体発光素子の光の波長に基づいて、半導体発
光素子の温度を調整可能なように配置された熱電子冷却
器と、を備え、第１および第２の光検出器は、第１の部
分における透過率の波長依存性が第２の部分における透
過率の波長依存性より小さくなるように配置されてい
る。

【００１０】ウエッジエタロンの厚みの異なる部分では
異なる波長成分の光が透過するので、同じ波長成分の光
で見れば、その波長成分の光の透過率がウエッジエタロ
ンの厚みに応じて変化していることとなる。第１の部分
及び第２の部分は厚みが異なるので、それぞれ異なる波
長成分の光が透過する。半導体発光素子の光の波長成分
が変化すれば、第１の部分及び第２の部分を透過する波
長成分の光の強度が変化する。この光の強度の変化は、
第１の光検出器及び第２の光検出器によって電気信号に
変換され、電気信号の変化が半導体発光素子において発
生された光の波長の変化を示している。従って、第１の
光検出器及び第２の光検出器によって変換された電気信
号の差信号を一定にするように半導体発光素子を制御す
れば、結果として半導体発光素子部において発生された
光の波長及びパワーが一定になるように制御できる。特
に、第２の光検出器がモニターする光の波長を電気信号
に変換すれば、その差信号を一定にするように熱電子冷
却器の温度を調整でき、結果として半導体発光素子にお
いて発生する光の波長が一定になるように制御できる。

【００１１】第１の光検出器及び第２の光検出器は、第
１の部分における透過率の波長依存性が第２の部分にお
ける透過率の波長依存性より小さくなるように配置され
ているので、第１の光検出器が受光する光は波長依存性
が小さく、安定して光のパワーをモニターできる。ま
た、第２の光検出器が受光する光は波長依存性が大きい
ので、波長の検出感度を上げることができる。従って、
双方の光検出器が検出する光のパワー及び波長を示すデ
ータの精度がより一層上がることとなり、それに伴って
半導体発光素子を制御する精度がより一層上がることと
なる。

【００１２】また本発明の発光モジュールは、受光デバ
イスは、第３の光検出器を有しており、ウエッジエタロ
ンは、半導体発光素子の第１の端面から第３の光検出器
へ向かう光の経路上に位置する第３の部分とを有してお
り、第３の光検出器は、第３の部分における透過率の波
長依存性が第２の部分における透過率の波長依存性より
小さくなるように配置されているようにしてもよい。第
３の光検出器は、第３の部分における透過率の波長依存
性が第２の部分における透過率の波長依存性より小さく
なるように配置されているので、第３の光検出器が受光
する光は波長依存性が小さく、安定して光のパワーをモ
ニターできる。

【００１３】また本発明の発光モジュールは、第３の光
検出器を有しており、ウエッジエタロンは、半導体発光
素子の第１の端面から第３の光検出器へ向かう光の経路
上に位置する第３の部分とを有しており、ウエッジエタ
ロンの透過率は、半導体発光素子が発生する光の波長帯
域内の波長成分に対して所定の周期で変化しており、第
１の光検出器及び第３の光検出器は、それぞれ、第１の
部分が第３の部分から半周期の奇数倍だけ離れるように
配置されているようにしてもよい。第１の部分及び第３
の部分の間隔が半周期の奇数倍になっているので、第１
の光検出器及び第３の光検出器が検出する波長変動成分
が互いにキャンセルされる方向になり、光のパワーを検
出する際の波長依存性がより低減される。

【００１４】また本発明の発光モジュールは、第１及び
第３の光検出器を電気的に並列に接続する接続手段を更
に備えるようにしてもよい。電気的に並列に接続すれ
ば、第１の光検出器及び第３の光検出器の電気的出力の
和をとることができる。

【００１５】また本発明の発光モジュールは、半導体発
光素子とウエッジエタロンとの間に配置され、半導体発
光素子からの光をコリメートするレンズを更に備えるよ
うにしてもよい。ウエッジエタロンへの光をコリメート
光として入射させれば、ウエッジエタロンの波長特性を
的確に活用できる。

【００１６】また本発明の発光モジュールは、レンズが
透過する光は、第１の部分から前２の部分に向かう方向
の幅が、当該幅に直交する方向の幅よりも広くなるよう
なビームサイズであるようにしてもよい。第１の光検出
器及び第２の光検出器、又は、第３の光検出器はそれぞ
れウエッジエタロンの第１の部分から第２の部分に向か
う方向に沿って配置されているので、各光検出器に透過
光を分配できる。

【００１７】また本発明の発光モジュールは、第２の光
検出器は、第１の部分から第２の部分に向かう方向の最
大長よりも、当該幅に直交する方向の最大長が長いよう
にしてもよい。第２の光検出器の第１の方向に沿った長
さを比較的短くなるように構成しているので、第２の光
検出器の波長感度を高めることができる。また、第２の
光検出器の第２の方向に沿った長さを比較的長くなるよ
うに構成しているので、第２の光検出器の受光量を確保
できる。

【００１８】また本発明の発光モジュールは、半導体発
光素子の第２の端面に光学的に結合された光ファイバを
更に備えるようにしてもよい。半導体発光素子の光を光
ファイバに伝播することができる。

【００１９】また本発明の発光モジュールは、第１の光
検出器がモニターする半導体発光素子の光のパワーに基
づいて、半導体発光素子の光のパワーを制御する制御手
段を備えるようにしてもよい。制御手段は、第１の光検
出器及び第３の光検出器といった複数の半導体発光素子
の光のパワーをモニターする光検出器が設けられている
場合には、それぞれの光検出器がモニターする半導体発
光素子の光のパワーに基づいて、半導体発光素子の光の
パワーを制御する。第１の光検出器がモニターする光の
パワーを電気信号に変換すれば、その電気信号の差信号
を一定にするように制御手段が半導体発光素子を制御で
き、結果として半導体発光素子において発生する光のパ
ワーが一定になるように制御できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の知見は、例示のみのため
に示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮
することによって容易に理解することができる。引き続
いて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説
明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を
付して、重複する説明を省略する。

【００２１】本実施形態では、本発明の発光モジュール
が半導体レーザモジュールに適用されるけれども、本発
明は、このような実施の形態に限定されるものではな
い。図１は、半導体レーザモジュール１ａの斜視図であ
る。図２は、半導体レーザモジュール主要部１０を示す
断面図である。図１及び図２を参照すると、半導体レー
ザモジュール１ａは、半導体レーザモジュール主要部１
０と、ハウジング１２とを備える。

【００２２】ハウジング１２は、図１に示された実施例
では、バタフライ型パッケージといった容器である。パ
ッケージ１２内の底面上に半導体レーザモジュール主要
部１０が配置されている。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
態でパッケージ１２内に封止されている。ハウジング１
２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１０に
導く筒状部１２ｂ、及び複数のリードピン１２ｃを備え
る。

【００２３】半導体レーザモジュール主要部１０は、搭
載部材２４、２６、２８と、レンズ（図２の３２ａ）を
保持するレンズ保持部材３２とを有する。

【００２４】搭載部材２４は、搭載部材２６を搭載し、
更に、搭載部材２６は、搭載部材２８を搭載している。
搭載部材２６は、半導体発光素子部１６、光検出器２０
ａ、２０ｂ、ウエッジエタロン１８、球形レンズ２１、
電子半導体チップ（制御手段）２２を搭載する。また、
半導体レーザモジュール主要部１０では、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
の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
って温度を制御することができる。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上には搭載部材２６
を介して、半導体発光素子部１６が配置されているの
で、熱電子冷却器３４は、半導体発光素子部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）等の熱良導体が好ま
しい。

【００２５】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、ハーメチックガラス３６で封
止された光学的な窓が形成されている。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。この貫通孔には、半導体発光素子部１６から光ファ
イバ１４の端部（図示せず）へ向かって伝搬する光が通
過する。筒状部１２ｂ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。レンズ保持部材３８と筒状部１２ｂとの間には、光
アイソレータ４０を設けることができる。光アイソレー
タ４０は、光ファイバ１４からの逆方向の光を遮断す
る。

【００２６】筒状部１２ｂの先端部分からは光ファイバ
１４が導入される。光ファイバ１４は、フェルール４２
によって先端部分が覆われ保護されている。レンズ保持
部３８は、スリーブ４４を保持している。フェルール４
２は、スリーブ４４に挿入されると、パッケージ１２に
対して光学的に位置決めされる。つまり、光ファイバ１
４、レンズ保持部材４０のレンズ、及び半導体レーザモ
ジュール主要部１０が位置合わせされる。

【００２７】図２を参照すると、半導体レーザモジュー
ル主要部１０では、搭載部材２４は、素子搭載部２４ａ
及びレンズ支持部２４ｂを含む。レンズ支持部２４ｂ
は、素子搭載部２４ａの一主面上に設けられる。レンズ
支持部２４ｂは、レンズ保持部材３２を受け入れるため
のガイド孔を有する。ガイド孔には、レンズ保持部材３
２が挿入され、レンズ保持部材３２は素子搭載部２４ａ
に搭載される半導体発光素子部１６からの光を集光する
ためのレンズ３２ａを保持する。ガイド孔内におけるレ
ンズ保持部材３２の位置を移動させることによって、半
導体発光素子部１６とレンズ３２ａとの距離を調整する
ことができる。

【００２８】半導体発光素子部１６は、搭載部材２６上
に搭載されている。半導体発光素子部１６は、光共振器
を構成することができる光出射面１６ａ及び光反射面１
６ｂを備える。光出射面１６ａの光反射率は光反射面１
６ｂの光反射率より低いので、光出射面１６ａからレー
ザ発振光を取り出すことができる。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。

【００２９】半導体発光素子部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。ＤＦＢレーザに限られるものではなく、ファブリペ
ロー型半導体レーザにも同様に適用できる。

【００３０】ウエッジエタロン１８は、搭載部材２６上
に搭載されている。ウエッジエタロン１８は、その入射
面１８ａにおいて、半導体発光素子部１６の光反射面１
６ｂと光学的に結合している。このために、ウエッジエ
タロン１８の入射面１８ａは、半導体発光素子部１６の
光反射面１６ｂと対面することができる。ウエッジエタ
ロン１８は、その出射面１８ｂにおいて、第１及び第２
の光検出器２０ａ、２０ｂといった光電変換手段２０に
光学的に結合されている。このために、出射面１８ｂ
は、第１及び第２の光検出器２０ａ、２０ｂと対面する
ことができる。

【００３１】次に、ウエッジエタロン１８について説明
する。図３は、本実施形態におけるウエッジエタロン１
８を示す図である。図３を参照すると、ウエッジエタロ
ン１８において、光学的平面である受光面１８ａ及び透
過面１８ｂは、微小な角度αを成して相対的に傾斜して
いる。ここで角度αは、ウエッジエタロン１８に入射し
た光が受光面１８ａと透過面１８ｂとの間で多重干渉を
起こす範囲に設定される。具体的には、角度αは０．０
１°以上０．１°以下であることが好適である。

【００３２】また、ウエッジエタロン１８は、受光面１
８ａを形成するように設けられた多重層反射膜１８ｃ
と、透過面１８ｂを形成するように設けられた多重層反
射膜１８ｄとを有している。この多重層反射膜１８ｃ、
１８ｄにより受光面１８ａ及び透過面１８ｂの反射率が
調整される。本実施形態の場合は、受光面１８ａ及び透
過面１８ｂの反射率は３０％程度に設定している。ウエ
ッジエタロン１８の透過率の変動が正弦波状に周期的に
なるようにするためには、受光面１８ａ及び透過面１８
ｂの反射率を３０％から４０％程度にすることが好まし
い。

【００３３】続いて、光検出器２０ａ、２０ｂについて
説明する。図４（ａ）を参照すると、光検出器２０ａ、
２０ｂは、フォトダイオードチップ（受光デバイス）２
０上に一方向に沿って配列され、半導体発光素子部１６
から放射されるレーザ光の波長を含む波長域に対して受
光感度を有している。また、光検出器２０ａ、２０ｂの
各々は、これら２つの光検出器２０ａ、２０ｂが並置さ
れている方向（第１の方向）における最大長Ｗよりも、
この第１の方向と直交する方向における最大長Ｌが長く
なっている。この形態は、特に、ウエッジエタロン１８
と共に用いる場合に好適である。すなわち、ウエッジエ
タロン１８では、受光面１８ａは透過面１８ｂに対して
傾斜しているため、透過光の波長が傾斜方向に沿って変
化している。このような状況の下では、光検出器２０
ａ、２０ｂの光検出領域の幅（第１の方向の最大長）が
小さい程、受光する光の単色性が向上するので、光検出
器２０ａ、２０ｂ各々の出力信号は、波長に対して急峻
に変化するようになる。しかし、単に光検出領域の幅を
小さくすると受光強度が低下してしまうという問題があ
る。そこで、ウエッジエタロン１８の傾斜方向と直交す
る方向には波長が変化しない点、つまり波長分散がない
点に着目し、波長分散が生じる方向（ウエッジエタロン
１８の傾斜方向）には短くすると共に、この方向と直交
する方向には長い光検出器２０ａ、２０ｂを構成した。
実際に使用される際には、光検出器２０ａ、２０ｂは、
ウエッジエタロン１８に対して図４（ｂ）及び図４
（ｃ）に示すように配置される。なお、図４（ａ）〜
（ｃ）においては、光検出器２０ａ、２０ｂの光検出領
域は、矩形となるよう構成されているが、例えば、並列
方向に短く、並列方向と直交する方向に長い楕円を成す
ように形成されてもよい。本実施形態の光検出器２０ａ
及び光検出器２０ｂは、ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎ
ＧａＡｓ半導体層を受光窓とするＩｎＧａＡｓ−ｐｉｎ
型ＰＤを用いて形成している。

【００３４】本実施の形態の別の例である、光検出器５
０ａ、５０ｂ、５０ｃについて説明する。図５（ａ）を
参照すると、光検出器５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、フォ
トダイオードチップ５０上に一方向に沿って配列され、
半導体発光素子部１６から放射されるレーザ光の波長を
含む波長域に対して受光感度を有している。光検出器５
０ｂは、各光検出器５０ａ、５０ｂ、５０ｃが並置され
ている方向（第１の方向）における最大長Ｗ₁よりも、
この第１の方向と直交する方向における最大長Ｌ₁が長
くなっており、Ｗ₁を長辺とし、Ｌ₁を短辺とした楕円形
状となっている。一方、光検出器５０ａ、５０ｃはそれ
ぞれ同形状であり、第１の方向における最大長Ｗ₂と、
この第１の方向と直交する方向における最大長Ｌ₂とが
ほぼ同じ長さとなっており、Ｗ₂（Ｌ₂）を直径とする円
形状となっている。光検出器５０ｂの形状がウエッジエ
タロン１８と共に用いる場合に好適であることは既に述
べた通りである。光検出器５０ａ、５０ｃをそれぞれ単
独で見た場合には、光検出領域が狭まっており受光強度
が低下してしまうこととなるが、光検出器５０ａ、５０
ｃの各々の出力信号を合算して取り扱うことで受光強度
の低下といった問題に対処することができる。加えて、
光検出器５０ａ、５０ｃはそれぞれ分離して設けられて
いるので、例えば受光する光の特性に合わせてそれぞれ
の配置を適宜変更することができる。

【００３５】電子半導体チップ２２は、熱電子冷却器３
４を駆動するための温度調整部、半導体発光素子部１６
を駆動するためのパワー調整部を含む。温度調整部は、
光検出器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、半導体発光素
子部１６の発振波長を制御する。パワー調整部は、光検
出器２０ａからの電気信号を受け、これに基づいて半導
体発光素子部１６への駆動電流を調整し、半導体発光素
子部１６の発振パワーを制御する。

【００３６】また電子半導体チップ２２は、ハウジング
１２内に収納されることなく、半導体レーザモジュール
１ａと別個に設けることができる。この場合には、ハウ
ジング１２のリードピン１２ｃを介して、電気信号の送
受を行うことができる。光検出器２０ａ、２０ｂからの
電気信号は、リードピン１２ｃを介して電子半導体チッ
プ２２に送られ、電気半導体チップ２２からの信号は、
リードピン１２ｃを介して熱電子冷却器３４及び／又は
半導体発光素子部１６に送られる。

【００３７】ウエッジエタロン１８に対する光検出器の
配置について図６を用いて説明する。図６（ａ）は、半
導体発光素子部１６、ウエッジエタロン１８、球形レン
ズ２１、及びフォトダイオードチップ２０の配置を模式
的に示す。また、図６（ｂ）は、半導体レーザ１６、ウ
エッジエタロン１８、球形レンズ２１、及びフォトダイ
オードチップ５０の配置を模式的に示す。

【００３８】図６（ａ）では、半導体発光素子部１６の
光反射面１６ｂから出射される発散的な光Ｂは球形レン
ズ２１によって実質的なコリメート光（平行光）Ｃ、Ｄ
にされた後にウエッジエタロン１８に入射する。コリメ
ート光Ｃ、Ｄは、ウエッジエタロン１８の厚さがｄ１
（第１の厚さ）の第１の位置、及び厚さｄ２（第２の厚
さ）の第２の位置に主要に入射する。これらのコリメー
ト光Ｃ、Ｄのうち、入射部分のウエッジエタロン１８の
厚さｄ１又はｄ２に依存した波長成分がそれぞれコリメ
ート光Ｅ、Ｆとして透過する。

【００３９】図６（ａ）に示されたウエッジエタロン１
８は、受光面１８ａと透過面１８ｂとが角度αを成すく
さび型のエタロンである。この傾斜によって、ウエッジ
エタロン１８の第１の位置において厚さｄ１を実現し、
第２の位置において厚さｄ２を実現している。このウエ
ッジエタロン１８では、横方向Ｘにエタロン１８を移動
させると、第１及び第２の部分における厚さが変化す
る。このため、透過スペクトルが変化する。

【００４０】ここで、ウエッジエタロン１８の横方向Ｘ
に対する透過率Ｔの相関関係について図７を用いて説明
する。図７は、横方向Ｘと透過率Ｔとの相関関係を示し
た図である。波長λのコリメート光が球形レンズ２１か
らウエッジエタロン１８に対して入射すると、その入射
するコリメート光がウエッジエタロン１８を透過する透
過率と、ウエッジエタロン１８の横方向Ｘとの相関関係
は曲線７１のように周期的に変動する。つまり、横方向
Ｘ₁、Ｘ₃の位置において透過率Ｔは極大値Ｔ_ma _xをと
り、横方向Ｘ₂の位置において透過率Ｔは極小値Ｔ_minを
とる。コリメート光の波長をλ＋Δλとすると曲線７２
のように周期的に変動する。曲線７１と曲線７２とは波
形がほぼ同じで位相が異なるものである。透過率Ｔが極
大値Ｔ_maxをとるＸ₁及びＸ₃において、コリメート光の
波長がλからλ＋Δλへ変化した場合の透過率Ｔの減少
分の絶対値は、透過率Ｔが極小値Ｔ_minをとるＸ₂におけ
る透過率Ｔの増加分の絶対値と同じ値であり、ウエッジ
エタロン１８の他の部分の増減分の絶対値以下となって
いる。つまり、横方向ＸがＸ₁、Ｘ₂、Ｘ₃に対応するウ
エッジエタロン１８の各部分は、ウエッジエタロン１８
に入射する光の波長変動に対する透過率の変動の小さい
領域であるといえる。

【００４１】横方向ＸがＸ₁、Ｘ₂、Ｘ₃に対応するウエ
ッジエタロン１８の各部分の透過率Ｔは、極大値若しく
は極小値であるから、それぞれの部分近傍の透過率Ｔの
変化率は他の部分の変化率以下である。逆に透過率Ｔの
変化率が他の部分以上である場所の例としては横方向Ｘ
がＸ₄及びＸ₅に対応するウエッジエタロン１８の各部分
が挙げられる。Ｘ₄は、Ｘ₁及びＸ₂のほぼ中間に位置
し、Ｘ₅は、Ｘ₂及びＸ₃のほぼ中間に位置している。こ
のＸ₄及びＸ₅に対応するウエッジエタロン１８の各部分
は、ウエッジエタロン１８に入射するコリメート光の波
長がλからλ＋Δλへ変化した場合の透過率Ｔの増加分
又は減少分の絶対値がそれぞれほぼ同じ値であり、ウエ
ッジエタロン１８の他の部分の増減分の絶対値以上とな
っている。つまり、横方向ＸがＸ₄、Ｘ₅に対応するエタ
ロン１８の各部分は、エタロン１８に入射する光の波長
変動に対する透過率の変動の大きい領域であるといえ
る。

【００４２】このようなウエッジエタロン１８の横方向
Ｘに対する透過率Ｔの相関関係に鑑みて、本実施形態で
は光検出器２０ａ及び光検出器２０ｂの配置を次のよう
にしている。図６（ａ）に戻って、光検出器２０ａの中
心位置Ｘａは、図７に示すＸ ₁となるようにしており、
光検出器２０ｂの中心位置Ｘ_bは、図７に示すＸ₄となる
ようにしている。つまり、光検出器２０ａは、ウエッジ
エタロン１８の波長依存性の小さい部分に対応するよう
に位置し、光検出器２０ｂは、エタロン１８の波長依存
性の大きい部分に対応するように位置している。

【００４３】別の見方をすれば、光検出器２０ａは、同
じ波長の光に対するウエッジエタロン１８の位置依存性
の小さい部分に対応するように位置し、光検出器２０ｂ
は、同じ波長の光に対するウエッジエタロン１８の位置
依存性の大きい部分に対応するように位置している。更
に、本実施形態では光検出器２０ａ及び２０ｂのそれぞ
れが配置されている部分の特性を生かすべく、光検出器
２０ａを光のパワーをモニターするためのものとして、
光検出器２０ｂを光の波長をモニターするためのものと
して用いている。光検出器２０ａがモニターしている光
のパワーを示すデータは、半導体レーザモジュール１ａ
の外部に設けられているドライバデバイス（図示しな
い）に送られて、そのドライバデバイスからの信号によ
って半導体発光素子部１６の光の出力が制御される。ま
た、光検出器２０ｂがモニターしている光の波長をモニ
ターするためのデータに基づいて、熱電子冷却器３４が
半導体発光素子部１６の温度を制御することで、半導体
発光素子部１６の光の波長を制御する。

【００４４】これは、光の波長をモニターする光検出器
は波長変動に対して敏感である必要があるために、波長
依存性や位置依存性が大きい部分に配置した方がより的
確な検出が可能となるためであり、一方、光のパワーを
モニターする光検出器は波長変動に対してむしろ鈍感で
ある方が好ましく、波長依存性や位置依存性が小さい部
分に配置した方がより的確な検出が可能となるためであ
る。

【００４５】図６（ｂ）では、図６（ａ）のフォトダイ
オードチップ２０を図５を用いて説明したフォトダイオ
ードチップ５０に置き換えた実施形態を示している。フ
ォトダイオードチップ５０に設けられた光検出器５０ａ
の中心位置Ｘ_cは、図７のＸ₁に対応するように、光検出
器５０ｂの中心位置Ｘ_dは、図７のＸ₄に対応するよう
に、光検出器５０_cの中心位置Ｘ_eは、図７のＸ₂に対応
するようにそれぞれ配置されている。このように配置す
れば、光検出器５０ａ及び５０ｃは、ウエッジエタロン
１８の波長依存性の小さい部分に対応するように位置
し、光検出器５０ｂは、ウエッジエタロン１８の波長依
存性の大きい部分に対応するように位置している。

【００４６】別の見方をすれば、光検出器５０ａ、５０
ｃは、同じ波長の光に対するウエッジエタロン１８の透
過率の位置依存性の小さい部分に対応するように位置
し、光検出器５０ｂは、同じ波長の光に対するウエッジ
エタロン１８の透過率の位置依存性の大きい部分に対応
するように位置している。更に、本実施形態では光検出
器５０ａ〜５０ｃのそれぞれが配置されている部分の特
性を生かすべく、光検出器５０ａ、５０ｃを光のパワー
をモニターするためのものとして、光検出器５０ｂを光
の波長をモニターするためのものとして用いている。

【００４７】既に図５を用いて説明したように、光検出
器５０ｂは縦長の楕円形をしている。このような形状を
しているのは、波長感度を高めるためであり、波長変動
の大きい領域に配置することによりその効果はより発揮
される。また、光検出器５０ｂ全体として受光量を確保
してＳ／Ｎ比を良好にする必要があるために、波長感度
に影響を与えない縦方向に伸ばすことによって受光量を
確保している。

【００４８】光検出器５０ａ、５０ｃは、それぞれ透過
率の変動方向が逆になるように、透過率の変動周期の１
／２に対応する距離だけ離れて位置している。このよう
にすることで、光検出器５０ａ、５０ｃがそれぞれ検出
する光出力の波長成分が相殺することとなり、より効果
的に光のパワーをモニターできる。

【００４９】図６（ｃ）では、図６（ｂ）のフォトダイ
オードチップ５０の各光検出器の位置を変更したフォト
ダイオードチップ５１を用いた実施形態を示している。
フォトダイオードチップ５１に設けられた光検出器５０
ａの中心位置Ｘ_fは、図７のＸ₁に対応するように、光検
出器５０ｂの中心位置Ｘ_hは、図７のＸ₅に対応するよう
に、光検出器５０ｃの中心位置Ｘ_gは、図７のＸ₂に対応
するようにそれぞれ配置されている。このように配置す
れば、光検出器５０ａ及び５０ｃは、ウエッジエタロン
１８の波長依存性の小さい部分に対応するように位置
し、光検出器５０ｂは、ウエッジエタロン１８の波長依
存性の大きい部分に対応するように位置している。

【００５０】半導体レーザモジュール主要部１０の組立
方法の概要について説明する。半導体レーザモジュール
主要部１０を構成する搭載部材２４に搭載部材２６を配
置する。搭載部材２６上に半導体発光素子部１６を実装
し、球形レンズ２１を仮固定する。この状態で半導体半
導体発光素子部１６を発光させ、球形レンズ２１を透過
するコリメート光をモニターしながら球形レンズ２１の
位置を決定し、ＵＶ接着剤等で固定する。

【００５１】次に、光検出器２０ａ、２０ｂが形成され
たフォトダイオードチップ２０が取り付けられた搭載部
材２８を搭載部材２４上に載置し、光検出器２０ａで検
出される光の出力と、光検出器２０ｂで検出される光の
パワーとがほぼ釣り合うような位置に搭載部材２８を固
定する。

【００５２】球形レンズ２１と光検出器２０ａ、２０ｂ
の間にウエッジエタロン１８を配置し、光検出器２０
ａ、２０ｂの出力をモニターしながらウエッジエタロン
１８を横方向にスライドさせる。前提として、ウエッジ
エタロン１８の角度αと、光検出器２０ａ及び光検出器
２０ｂの間隔とはそれぞれ最適値をとるように設定され
ているので、例えば光検出器２０ａの出力が極大となる
位置にウエッジエタロン１８の位置を調整して固定す
る。

【００５３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に発
光モジュールによれば、発光デバイスの一端から取り出
された光をエタロンデバイスを用いて分光するようにし
た。このエタロンデバイスの出力からの分光された複数
の光の各々を光電変換し電気信号を生成した。この電気
信号は光電変換された光の強度を示している。光信号が
処理されて得られる電気信号は、発光デバイスの発光状
態を反映している。これらの電気信号に基づいて発光デ
バイスを調整すれば、発光デバイスにおいて発生される
光の波長やパワーを制御することができる。

【００５４】従って、発光される光の波長やパワーを動
作状態において調整可能な発光モジュールが提供され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、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、半導体レーザモジュール主要部を表し
図１のＩ−Ｉ断面における断面図である。

【図３】図３は、エタロンの一例を示す斜視図である。

【図４】図４（ａ）は、光電変換手段の正面図である。
図４（ｂ）は、図４（ａ）の光電変換素子を図３のエタ
ロンと共に用いる例を示す平面模式図である。図４
（ｃ）は、図４（ａ）の光電変換手段を図３のエタロン
と共に用いる例を示す側面模式図である。

【図５】図５（ａ）は、光電変換手段の正面図である。
図５（ｂ）は、図５（ａ）の光電変換素子を図３のエタ
ロンと共に用いる例を示す平面模式図である。図５
（ｃ）及び図５（ｄ）は、図５（ａ）の光電変換手段を
図３のエタロンと共に用いる例を示す側面模式図であ
る。

【図６】図６（ａ）〜図６（ｃ）は、搭載部材上に配置
された半導体レーザ、レンズ、エタロン及び光検出器を
示す側面図である。

【図７】図７は、図３のエタロンの透過率の特性を示し
た図である。

【符号の説明】

１ａ…半導体レーザモジュール、１０…半導体レーザモ
ジュール主要部、１２…ハウジング、１４…光ファイ
バ、１６…半導体発光素子部、１８…ウエッジエタロ
ン、２１…レンズ、２４、２６、２８…搭載部材、３２
…レンズ保持部材、３４…熱電子冷却器、３８…レンズ
保持部、４０…光アイソレータ、４２…フェルール、４
４…スリーブ。

フロントページの続き (72)発明者新開次郎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 (72)発明者矢部弘之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） 2H037 AA01 BA03 CA00 DA03 DA38 5F073 AB25 AB27 AB28 FA02 FA07 FA08 FA25 GA12 GA22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１及び第２の端面を有する半導体発光
素子と、前記半導体発光素子の光のパワーをモニターするための
第１の光検出器及び前記半導体発光素子の光の波長をモ
ニターするための第２の光検出器とを含む受光デバイス
と、前記半導体発光素子の第１の端面から前記第１の光検出
器へ向かう光の経路上に位置する第１の部分と、前記半
導体発光素子の第１の端面から前記第２の光検出器へ向
かう光の経路上に位置する第２の部分とを有するウエッ
ジエタロンと、前記第２の光検出器がモニターする前記半導体発光素子
の光の波長に基づいて、前記半導体発光素子の温度を調
整可能なように配置された熱電子冷却器と、を備え、前記第１及び第２の光検出器は、前記第１の部分におけ
る透過率の波長依存性が前記第２の部分における透過率
の波長依存性より小さくなるように配置されている、発
光モジュール。
【請求項２】前記受光デバイスは、第３の光検出器を
有しており、前記ウエッジエタロンは、前記半導体発光素子の第１の
端面から前記第３の光検出器へ向かう光の経路上に位置
する第３の部分とを有しており、前記第３の光検出器は、前記第３の部分における透過率
の波長依存性が前記第２の部分における透過率の波長依
存性より小さくなるように配置されている、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、第３の光検出器を
有しており、前記ウエッジエタロンは、前記半導体発光素子の第１の
端面から前記第３の光検出器へ向かう光の経路上に位置
する第３の部分とを有しており、前記ウエッジエタロンの透過率は、前記半導体発光素子
が発生する光の波長帯域内の波長成分に対して所定の周
期で変化しており、前記第１の光検出器及び第３の光検出器は、それぞれ、
前記第１の部分が前記第３の部分から半周期の奇数倍だ
け離れるように配置されている、請求項１に記載の発光
モジュール。
【請求項４】前記第１及び前記第３の光検出器を電気
的に並列に接続する接続手段を更に備える、請求項２又
は３に記載の発光モジュール。
【請求項５】前記半導体発光素子と前記ウエッジエタ
ロンとの間に配置され、前記半導体発光素子からの光を
コリメートするレンズを更に備える、請求項１から４の
いずれか１項に記載の発光モジュール。
【請求項６】前記レンズが透過する光は、前記第１の
部分から前記第２の部分に向かう方向の幅が、当該幅に
直交する方向の幅よりも広くなるようなビームサイズで
ある、請求項５に記載の発光モジュール。
【請求項７】前記第２の光検出器は、前記第１の部分
から前記第２の部分に向かう方向の最大長よりも、当該
幅に直交する方向の最大長が長い、請求項１から６のい
ずれか１項に記載の発光モジュール。
【請求項８】前記半導体発光素子の第２の端面に光学
的に結合された光ファイバを更に備える、請求項１から
７のいずれか１項に記載の発光モジュール。
【請求項９】前記第１の光検出器がモニターする前記
半導体発光素子の光のパワーに基づいて、前記半導体発
光素子の光のパワーを制御する制御手段を備える、請求
項１から８のいずれか１項に記載の発光モジュール。