JP2003101135A

JP2003101135A - 発光モジュール

Info

Publication number: JP2003101135A
Application number: JP2001289536A
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、その光のパワーを
モニターするための第１の光検出器２０ａ及び光の波長
をモニターするための第２の光検出器２０ｂを含む受光
デバイス２０と、光を受ける入射面及び受光デバイス２
０と光学的に結合された透過面を有し、入射面は第１の
方向に透過面に対して傾斜しているウエッジエタロン１
８と、第２の光検出器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、ウエッジエタロン１
８の透過率は、半導体発光素子１６が発生する光の波長
帯域内の波長成分に対し、所定の周期で変化しており、
第１の光検出器２０ａの第１の方向に沿った第１の幅
は、所定の周期の半分より大きい。

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、その光の波長又はパワー
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の光検出器と、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、半導体発光素子からの光
を受ける入射面及び前記受光デバイスと光学的に結合さ
れた透過面を有し、入射面は第１の方向に透過面に対し
て傾斜してい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、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、第１の方向に沿って所定の周期で変化しており、第
１の光検出器の第１の方向に沿った第１の幅は、所定の
周期の半分より大きい。

【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の方向
に沿ってウエッジエタロンの厚みが異なるので、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、ウエッジエタロンの各部分を
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】光のパワーをモニターするための第１の光
検出器は、波長の変化に敏感に反応する必要がないの
で、第１の方向に沿った長さを比較的長くすることが好
ましい。第１の方向に沿った第１の幅を大きくすれば受
光量が増大し、受光量を確保することが可能だからであ
る。また、第１の光検出器の第１の幅を、ウエッジエタ
ロンの透過率が変化する周期の半分よりも大きくすれ
ば、例えば、半周期分の光の出力を示す値を積分できる
ので波長成分をキャンセルしつつ出力をモニターでき、
波長依存性をより低減できる。特に、第１の幅を、その
周期の整数倍とすれば、より波長依存性を低減できる。

【００１２】また本発明の発光モジュールは、第２の光
検出器の第１の方向に沿った第２の幅は、所定の周期の
半分より小さいようにしてもよい。光の波長をモニター
するための第２の光検出器の第１の方向に沿った第２の
幅を小さくすれば、波長感度が上昇する。特に、第２の
幅をその周期の３０％程度とすれば、より波長感度を高
めることができる。

【００１３】また本発明の発光モジュールは、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
路上に位置するウエッジエタロンの第１の部分の透過率
が、極大値又は極小値とならないように第２の光検出器
を配置しているようにしてもよい。第２の幅が所定の周
期の半分よりも小さい第２の光検出器をこのように配置
すれば、ウエッジエタロンの透過率の変化が急峻な部分
に対応して配置されることとなるので、より波長感度を
高めることができる。

【００１４】また本発明の発光モジュールは、受光デバ
イスが、第３の光検出器を有しており、第３の光検出器
は第１の方向に沿った第３の幅を有し、第１の光検出器
の第１の幅と、第３の光検出器の第３の幅との和は、所
定の周期の半分より大きいようにしてもよい。例えば、
第３の光検出器で光のパワーをモニターすれば、受光量
が増大し、受光量を確保することが可能となる。また、
例えば、２以上の受光領域を備える第３の光検出器の、
それぞれの受光領域を分散させて配置すれば、受講する
光の偏りを排除できる。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【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２０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２０ａと光検出器２０ｂとはそれぞれアス
ペクトレシオ（縦横比）が異なっている。光検出器２０
ａの横方向（Ｘ方向）の最大長Ｗ₁は、光検出器２０ｂ
のＸ方向の最大長Ｗ₂よりも長く、光検出器２０ａのＸ
方向に直交するＹ方向の最大長Ｈ₁は、光検出器２０ｂ
のＹ方向の最大長Ｈ₂よりも短い。また、光検出器２０
ａはＷ₁を長辺の長さ、Ｈ₁を短辺の長さとする楕円形を
しており、光検出器２０ｂはＨ₂を長辺の長さ、Ｗ₂を短
辺の長さとする楕円形をしている。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ＩｎＧａＡｓ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】光検出器２０ａの形態は、特に、ウエッジ
エタロン１８と共に用いて、光のパワーをモニターする
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。
光のパワーをモニターするためには波長依存性を極力低
くする必要があり、そのための方策の一例としては、光
検出器２０ａのＸ方向の最大長Ｗ₁を極力小さくし、縦
方向の最大長Ｈ₁を極力大きくするといった方策があ
る。しかしながら、そのような形態をとった場合でも、
受光する光の波長成分を完全になくすることはできず、
何らかの波長依存性を低減する処理が必要となる。本実
施形態では全く逆の発想で、光検出器２０ａの縦方向の
最大長Ｈ₁を受光に支障のない範囲で小さくし、横方向
の最大長Ｗ₁をある程度の受光量が得られる程度に長く
している。このようにすれば、受光する光のデータを波
長方向に沿って積分することができ、受光する光の波長
依存性を有意にキャンセルできる。また、Ｘ方向の最大
長Ｗ₁を、ウエッジエタロン１８を透過する光の透過率
の周期に対応する長さにあわせて、例えばその周期の整
数倍といった長さにすれば、１周期分の波長成分を積分
することができ、波長依存性をより低減できる。より具
体的には、その周期の９０％から１１０％に対応する長
さにあわせることが好ましい。

【００３５】光検出器２０ｂ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２０ｂの光検出領域の幅Ｗ₂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２０ｂ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２
０ｂを構成した。また、Ｘ方向の最大長Ｗ₂を、ウエッ
ジエタロン１８を透過する光の透過率の半周期より短く
すれば好ましく、その透過率の周期の３０％より短い長
さとすれば更に好ましい。

【００３６】実際に使用される際には、光検出器２０
ａ、２０ｂは、ウエッジエタロン１８に対して図４
（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）に示すように配置され
る。なお、図４（ａ）〜（ｄ）においては、光検出器２
０ａ、２０ｂの光検出領域は、楕円形となるよう構成さ
れているが、例えば、それぞれの縦方向及び横方向の最
大長に対応するような矩形を成すように形成されてもよ
い。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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５を用いて説明する。図５は、半導体発
光素子部１６、ウエッジエタロン１８、球形レンズ２
１、及びフォトダイオードチップ２０の配置を模式的に
示す。

【００４０】図５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Ｇ、
Ｈ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。

【００４１】図５に示されたウエッジエタロン１８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にウエッジエタロン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。

【００４２】ここで、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６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７
１のように周期的に変動する。つまり、横方向Ｘ₂、Ｘ₆
の位置において透過率Ｔは極大値Ｔ_maxをとり、横方向
Ｘ₄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。

【００４３】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５に戻って、光検出器２０ａの左端の位
置Ｘ_aは、フォトダイオードチップ２０の端面からの距
離がＸ₂となり、右端の位置Ｘ_bは、フォトダイオード２
０の端面からの距離がＸ₆となるように配置されてい
る。光検出器２０ｂの中心位置Ｘ_cは、フォトダイオー
ドチップ２０の端面からの距離がＸ₇となるように配置
されている。また、光検出器２０ｂの幅Ｗ₂は、Ｘ₄−Ｘ
₂の長さよりも短い。つまり、光検出器２０ａは、透過
率Ｔの１周期分に対応するように配置されており、光検
出器２０ｂは、ウエッジエタロン１８の波長変動率の大
きい部分に対応するように位置している。また、光検出
器２０ｂの幅Ｗ₂は、透過率の周期の半分よりも短くな
るように構成されている。

【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を極力排除する方が好ましく、この
ように透過率の１周期分に対応するように配置すれば、
波長の変動にかかわらず光のパワーをモニターできる。

【００４５】図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）に
は、図６でを用いて説明したフォトダイオードチップ２
０の他の実施形態を示している。図７（ａ）に示すフォ
トダイオードチップ７０は、矩形の光検出器７０ａ、７
０ｂを備える。光検出器７０ａはフォトダイオードチッ
プ７０の上辺に沿うように配置されており、光検出器７
０ｂは、光検出器７０ａの下方に配置されている。光検
出器７０ａの左端の位置Ｘ_dは、フォトダイオードチッ
プ７０の端面からの距離が図６で説明したＸ₂となり、
右端の位置Ｘ_fは、フォトダイオード７０の端面からの
距離が図６で説明したＸ₆となるように配置されてい
る。光検出器７０ｂの中心位置Ｘ_eは、フォトダイオー
ドチップ７０の端面からの距離がＸ₃となるように配置
されている。また、光検出器７０ｂの幅Ｗ₄は、Ｘ₄−Ｘ
₂の長さよりも短い。つまり、光検出器７０ａは、透過
率Ｔの１周期分に対応するように配置されており、光検
出器７０ｂは、ウエッジエタロン１８の波長変動率の大
きい部分に対応するように位置している。また、光検出
器７０ｂの幅Ｗ₄は、透過率の周期の半分よりも短くな
るように構成されている。

【００４６】このように構成するのは、フォトダイオー
ドチップ２０の場合と同様に、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を極力排除する方が好まし
く、このように透過率の１周期分に対応するように配置
すれば、波長の変動にかかわらず光のパワーをモニター
できる。

【００４７】図７（ｂ）に示すフォトダイオードチップ
８０は、光検出器８０ａ、８０ｂ、８０ｃを備える。光
検出器８０ａ及び光検出器８０ｂはそれぞれ同じ形状の
ものであり、光検出器８０ａの幅Ｗ₅と光検出器８０ｂ
の幅Ｗ₆とはほぼ同寸法であり、光検出器８０ａの高さ
Ｈ₅と光検出器８０ｂの高さＨ₅ともほぼ同寸法である。
光検出器８０ａ及び光検出器８０ｂはそれぞれ楕円形を
しており、幅方向が長辺に、高さ方向が短辺になるよう
に構成されている。光検出器８０ｃも楕円形状であり、
高さＨ₇は光検出器８０ａの高さＨ₅よりも長く、幅Ｗ₇
は光検出器８０ａの高さＨ₅よりも短いように構成され
ている。

【００４８】光検出器８０ａ及び光検出器８０ｂは、互
いに隣接して配置されている。光検出器８０ａの左端の
位置Ｘ_gは、フォトダイオードチップ８０の端面からの
距離が図６で説明したＸ₁となり、光検出器８０ｂの右
端の位置Ｘ_hは、フォトダイオードチップ８０の端面か
らの距離が図６で説明したＸ５となるように配置されて
いる。つまり、光検出器８０ａと光検出器８０ｂとを電
気的に並列に接続してそれぞれの出力を合算すると、透
過率Ｔの１周期分の出力を得ることができる。光検出器
８０ｃの中心位置Ｘ_iは、フォトダイオードチップ８０
端面からの距離がＸ₇となるように配置されている。ま
た、光検出器８０ｂの幅Ｗ₇は、Ｘ₄−Ｘ₂の長さよりも
短い。従って、光検出器８０ａ及び光検出器８０ｂは、
透過率Ｔの１周期分に対応するように配置されており、
光検出器８０ｃは、ウエッジエタロン１８の波長変動率
の大きい部分に対応するように位置している。また、光
検出器８０ｃの幅Ｗ₇は、透過率の周期の半分よりも短
くなるように構成されている。

【００４９】図７（ｃ）に示すフォトダイオードチップ
９０は、図７（ｂ）を用いて説明したフォトダイオード
チップ８０の光検出器８０ａ〜８０ｃの配置を変えたも
のである。

【００５０】光検出器８０ａの左端の位置Ｘ_jは、フォ
トダイオードチップ９０の端面からの距離が図６で説明
したＸ₁となり、光検出器８０ｂの左端の位置Ｘ_mは、フ
ォトダイオードチップ９０の端面からの距離が図６で説
明したＸ₇となるように配置されている。光検出器８０
ａの幅Ｗ₅及び光検出器８０ｂの幅Ｗ₆は、それぞれ透過
率Ｔの半周期に対応しているので、光検出器８０ａと光
検出器８０ｂとの出力を合算すると、透過率Ｔの１周期
分の出力を得ることができる。光検出器８０ｃの中心位
置Ｘ_kは、フォトダイオードチップ９０端面からの距離
がＸ₅となるように配置されている。従って、光検出器
８０ａ及び光検出器８０ｂは、透過率Ｔの１周期分に対
応するように配置されており、光検出器８０ｃは、ウエ
ッジエタロン１８の波長変動率の大きい部分に対応する
ように位置している。

【００５１】本実施形態では、光のパワーをモニターす
るための光検出器として、光検出器８０ａと光検出器８
０ｂとの２つを用いているが、例えば、光検出器８０ｂ
の受光領域を２つ以上に分割し、それぞれを分散させて
配置させてもよい。また、別の光検出器を増設し、その
増設した光検出器を用いて光のパワーをモニターしても
同様である。

【００５２】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。

【００５３】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
出力とがほぼ釣り合うような位置に搭載部材２８を固定
する。

【００５４】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。

【００５５】

【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。

【００５６】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）及び図４（ｄ）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６】図６は、図３のエタロンの透過率の特性を示し
た図である。

【図７】図７（ａ）〜図７（ｃ）は、光検出器の別の実
施形態を示した図である。

【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 2H048 GA01 GA13 GA23 GA48 GA62 5F073 AA64 AB27 AB28 AB30 BA01 CA12 EA03 EA04 FA02 FA06

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の光検出器と、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からの光を受ける入射面及び前記受
光デバイスと光学的に結合された透過面を有し、前記入
射面は第１の方向に前記透過面に対して傾斜しているウ
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、前記第１
の方向に沿って所定の周期で変化しており、前記第１の光検出器の前記第１の方向に沿った第１の幅
は、前記所定の周期の半分より大きい、発光モジュー
ル。
【請求項２】前記第２の光検出器の前記第１の方向に
沿った第２の幅は、前記所定の周期の半分より小さい、
請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項３】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前記ウ
エッジエタロンの第１の部分の透過率が、極大値又は極
小値とならないように前記第２の光検出器を配置してい
る、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、第３の光検出器を
有しており、前記第３の光検出器は前記第１の方向に沿った第３の幅
を有し、前記第１の光検出器の第１の幅と、前記第３の光検出器
の第３の幅との和は、前記所定の周期の半分より大き
い、請求項１から３のいずれか１項に記載の発光モジュ
ール。
【請求項５】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４に
記載の発光モジュール。
【請求項６】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５の
いずれか１項に記載の発光モジュール。
【請求項７】前記レンズが透過する光は、前記第１の
方向の幅が、当該幅に交差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６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。