JP2004153149A - 発光モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】駆動素子を半導体発光素子に近づけることができ、伝送速度の高速化を図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１では、第１のビームスプリッタ３０が、半導体発光素子１２の光出射面１２ａからの前面光を分岐し、出力光とモニタ光を生成する。モニタ光は、第２のビームスプリッタ３４によって更に分岐され、強度モニタ光と波長モニタ光が生成される。波長検出器５０は、第２のビームスプリッタ３４からの波長モニタ光を受ける。発光モジュール１では、波長検出器５０が半導体発光素子１２からの前面光を受けることができるので、半導体発光素子１２の後方に設けられた第３の領域１１ｃにおいて駆動素子１４を半導体発光素子１２に近づけて配置することができる。したがって、伝送速度の高速化を実現した発光モジュール１が提供される。
【選択図】 図１
【解決手段】発光モジュール１では、第１のビームスプリッタ３０が、半導体発光素子１２の光出射面１２ａからの前面光を分岐し、出力光とモニタ光を生成する。モニタ光は、第２のビームスプリッタ３４によって更に分岐され、強度モニタ光と波長モニタ光が生成される。波長検出器５０は、第２のビームスプリッタ３４からの波長モニタ光を受ける。発光モジュール１では、波長検出器５０が半導体発光素子１２からの前面光を受けることができるので、半導体発光素子１２の後方に設けられた第３の領域１１ｃにおいて駆動素子１４を半導体発光素子１２に近づけて配置することができる。したがって、伝送速度の高速化を実現した発光モジュール１が提供される。
【選択図】 図１
Description
【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】
発光モジュールは、一般に半導体レーザ等の半導体発光素子と、この半導体発光素子を収容するハウジングとを備えている。発光モジュールは、例えば複数の波長成分を用いる波長多重（ＷＤＭ）伝送システムに用いられる。ＷＤＭ通信システムでは、チャネル毎に異なる波長が付与されているので、半導体発光素子からの出力波長は、固定される必要がある。そのため、発光モジュールは、半導体発光素子の光反射面からの背面光を受ける波長モニタを有している。（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２２３７４７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
発光モジュールの伝送速度を高速化するための研究において、発明者は、発光モジュールの伝送速度を高速化するためには、半導体発光素子を駆動する駆動素子もハウジングに収容し、半導体発光素子と駆動素子とを近づけて配置することが必要であることを見出した。しかしながら、上記した従来の発光モジュールでは、波長モニタが半導体発光素子の背面光を受けるように配置されているため、駆動素子を半導体発光素子に近づけることができないという問題点を有していた。
【０００５】
そこで、本発明は、駆動素子を半導体発光素子に近づけることができ、伝送速度の高速化を図ることが可能な発光モジュールを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る発光モジュールは、ハウジングと、半導体発光素子と、第１のビームスプリッタと、波長検出器と駆動素子と、を備える。ハウジングは所定軸に沿って設けられた第１、第２及び第３の領域を有する。半導体発光素子は、前面光が出射される光出射面と背面光が出射される光反射面を有し、第２の領域に設けられている。駆動素子は、第３の領域に設けられ、半導体発光素子を駆動する。第１のビームスプリッタは、第１の領域に設けられ、半導体発光素子の光出射面からの光を分岐して、モニタ光と出力光を生成する。波長検出器は、ハウジングに収容され、モニタ光を受けてその波長に応じた光電流を出力する。
【０００７】
この発光モジュールでは、第１のビームスプリッタが半導体発光素子からの前面光を分岐することによって生成されるモニタ光を波長検出器が受けるので、半導体発光素子の光反射面の後方にある第３の領域において、駆動素子を半導体発光素子の近くに配置することが可能となる。
【０００８】
また、本発明の発光モジュールにおいては、波長検出器は、エタロンと、エタロンを透過した光を受ける第１の半導体受光素子とを有することを特徴としても良い。
【０００９】
また、本発明の発光モジュールにおいては、ハウジングは孔を有し、第１のビームスプリッタは孔を密閉するように配設されることが好ましい。
【００１０】
この発明によれば、第１のビームスプリッタが孔を密閉する機能を兼ねるので、発光モジュールの小型化が実現される。
【００１１】
また、本発明の発光モジュールにおいては、モニタ光を更に分岐して、強度モニタ光と波長モニタ光を生成する第２のビームスプリッタと、強度モニタ光を受ける第２の半導体受光素子とを更に備え、第２のビームスプリッタ及び第２の半導体受光素子はハウジングに収容され、波長検出器は、波長モニタ光を受けることを特徴とすることが好適である。
【００１２】
この発光モジュールでは、第１のビームスプリッタからのモニタ光が、第２のビームスプリッタによって更に分岐され、強度モニタ光と波長モニタ光が生成される。強度モニタ光は第２の半導体受光素子によって受光され、波長モニタ光は波長検出器によって受光される。このように、第２の半導体受光素子によって半導体発光素子の前面光の強度を検出できるので、この発光モジュールは、波長検出器によって出力される光電流の変動に基づいて半導体発光素子を制御する際に、半導体発光素子の出力変動に起因する影響を除くことができる。
【００１３】
また、本発明の発光モジュールにおいては、半導体発光素子は、分布帰還型の半導体レーザと当該半導体発光素子からの光を変調する電界吸収型変調素子とを有しても良い。
【００１４】
分布帰還型の半導体レーザ（以下、「ＤＦＢ半導体レーザ」と呼ぶ。）と電界吸収型変調素子（以下、「ＥＡ素子」と呼ぶ。）とを有する半導体発光素子（以下、「ＥＡ−ＤＦＢ型半導体発光素子」と呼ぶ。）では、ＤＦＢ半導体レーザからの光がＥＡ素子によって変調される。したがって、ＤＦＢ半導体レーザからの背面光を監視することによっては、ＥＡ素子の光吸収量の変化に起因する前面光の強度変動を検出することができない。この発光モジュールは、ＥＡ−ＤＦＢ型半導体発光素子による前面光、すなわちＥＡ素子を透過した光の強度を検出できるので、ＥＡ−ＤＦＢ型半導体発光素子の出力を的確に制御できる。
【００１５】
また、本発明の発光モジュールにおいては、上記半導体発光素子の光反射面からの光を受ける第３の半導体受光素子を更に備えることが好適である。
【００１６】
この発光モジュールでは、ＥＡ−ＤＦＢ型半導体発光素子の光反射面からの背面光が、更に第３の半導体受光素子によって受光される。したがって、この発光モジュールでは、第３の半導体受光素子によって受光された背面光の強度と、上述したように検出される前面光の強度とに基づいて、ＥＡ素子の光吸収量を検出することができる。その結果、例えば、ＥＡ素子の劣化を検出することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態にかかる発光モジュールについて説明する。なお、以下の実施形態に関する説明においては、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を附し、重複する説明は省略する。
【００１８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる発光モジュール１について添付の図面を参照して説明する。図１は発光モジュール１の一部破断斜視図である。また、図２は、発光モジュール１における部品間の光学的な結合及び電気的な結合を示す平面図である。発光モジュール１は、ハウジング１０と、半導体発光素子１２と、駆動素子１４と、コリメートレンズ２８と、第１のビームスプリッタ３０と、第２のビームスプリッタ３４と、光アイソレータ３６と、半導体受光素子４０と、波長検出器５０と、光ファイバ６０とを備える。
【００１９】
ハウジング１０は、所定軸Ｘ（図２のＸ）に交差する前壁部１０ａと後壁部１０ｃと、所定軸Ｘに沿って伸びる一対の側壁部１０ｂとを有する。側壁部１０ｂのそれぞれには、複数のリード端子１０ｄが設けられ、後壁部１０ｃには、複数のリード端子１０ｅが設けられている。
【００２０】
ハウジング１０は、所定軸Ｘに沿って順に設けられた第１の領域１１ａ、第２の領域１１ｂ及び第３の領域１１ｃを有している。ハウジング１０には、搭載部材２０と搭載部材２４とが収容されている。搭載部材２０は搭載面２０ａを有している。搭載部材２０には、熱伝導性に優れた材料を用いることができる。搭載部材２０の搭載面２０ａには、半導体発光素子１２、コリメートレンズ２８、第１のビームスプリッタ３０、第２のビームスプリッタ３４、光アイソレータ３６、半導体受光素子４０及び波長検出器５０が搭載されている。半導体発光素子１２、コリメートレンズ２８、第１のビームスプリッタ３０及び光アイソレータ３６は、所定軸Ｘに沿って設けられており、半導体発光素子１２は第２の領域１１ｂに、第１のビームスプリッタ３０は第１の領域１１ａにそれぞれ配置されている。搭載部材２０は、ペルチエ素子２２に搭載されている。ペルチエ素子２２は、搭載部材２０の搭載面２０ａに搭載された半導体発光素子１２の温度を制御する。ペルチエ素子２２によって温度が制御されることによって、半導体発光素子１２の出力波長が制御される。
【００２１】
半導体発光素子１２は、駆動素子１４によって変調信号を与えられ、この変調信号に基づいて変調された光を発生する。半導体発光素子１２としては、変調信号によって半導体レーザを直接ＯＮ／ＯＦＦさせる直接変調型の半導体発光素子を用いることができる。また、半導体発光素子１２としては、分布帰還型（以下、「ＤＦＢ型」と呼ぶ。）の半導体レーザと電界吸収型変調素子（以下、「ＥＡ素子」と呼ぶ。）がモノシリックに形成されたＥＡ−ＤＦＢ型半導体発光素子も適用可能である。半導体発光素子１２は、ヒートシンク２６を介して搭載部材２０の搭載面２０ａに支持されている。半導体発光素子１２の一電極は電源電位線に、他電極は駆動素子１４に、それぞれボンディングワイヤを介して接続されている。
【００２２】
駆動素子１４は、搭載部材２４に搭載されており、ハウジング１０内の第３の領域１１ｃにおいて、半導体発光素子１２の近くに配置されている。駆動素子１４は、リード端子１０ｅを介して供給される変調信号を増幅する。駆動素子１４は、増幅した変調信号を半導体発光素子１２に与えて、半導体発光素子１２を駆動する。
【００２３】
配線基板１６は、一対の伝送路（図２の１６ａ及び１６ｂ）を有する。伝送路１６ａ及び１６ｂの一端は、ボンディングワイヤ１８を介して駆動素子１４と電気的に接続されている。伝送路１６ａ及び１６ｂの他端はハウジング１０のリード端子１０ｅと、ボンディングワイヤ（図示せず）を介して電気的に接続されている。
【００２４】
コリメートレンズ２８は、半導体発光素子１２の光出射面１２ａと光学的に結合されている。半導体発光素子１２の光出射面１２ａから出射されるコリメートレンズ２８を透過して第１のビームスプリッタ３０へ向かう。
【００２５】
第１のビームスプリッタ３０は、コリメートレンズ２８を透過した光を分岐して、出力光とモニタ光を生成する。出力光は、コリメートレンズ２８を透過した光が第１のビームスプリッタ３０を透過した光であり、この出力光は光アイソレータ３６へと向かう。モニタ光は、コリメートレンズ２８を透過した光が第１のビームスプリッタ３０によって反射された光であり、このモニタ光は第２のビームスプリッタ３４へと向かう。第１のビームスプリッタ３０としては、例えば、ハーフミラーやキューブビームスプリッタを用いることができる。
【００２６】
光アイソレータ３６は、入射面５２ａ及び出射面５２ｂを有する。入射面５２ａは、第１のビームスプリッタを介して、半導体発光素子１２の光出射面１２ａと光学的に結合されている。出射面５２ｂは、光ファイバ６０の一端面６０ａと光学的に結合されている。光アイソレータ３６は、第１のビームスプリッタ３０を透過した光、すなわち出力光を、光ファイバ６０の一端面６０ａに向けて透過する。光アイソレータ３６は、入射面５２ａから入射する光のみを透過する機能を有し、出射面５２ｂからの戻り光を防止する。
【００２７】
ハウジング１０の前壁部１０ａには、所定軸Ｘに交差する孔１０ｆが設けられている。孔１０ｆには、略リング状の保持部材６４が配置されており、保持部材６４はハーメチックガラス６２を保持している。このように、孔１０ｆにハーメチックガラス６２を保持した保持部材６４が配置されることによって、ハウジング１０の気密が確保される。保持部材６４の一端には、円筒状のレンズ保持部材６８の一端面が接している。レンズ保持部材６８は、集光レンズ６６を保持している。集光レンズ６６は、第１のビームスプリッタ３０、光アイソレータ３６、及びハーメチックガラス６２を介して、半導体発光素子１２の光出射面１２ａと光学的に結合されている。集光レンズ６６は、半導体発光素子１２の光出射面１２ａから出射された光を、光ファイバ６０の一端面６０ａに集光する。レンズ保持部材６８の他端面には、フェルールホルダ７２の一端面が接している。フェルールホルダ７２はフェルール７０を保持している。フェルール７０には、光ファイバ６０が挿入されている。保持部材６４、レンズ保持部材６８、及びフェルールホルダ７２は、保護部材７４によって覆われている。
【００２８】
第２のビームスプリッタ３４は、第１のビームスプリッタ３０によって反射された光、すなわちモニタ光を分岐して、強度モニタ光と波長モニタ光を生成する。強度モニタ光は、第１のビームスプリッタ３０からのモニタ光が第２のビームスプリッタを透過した光であり、この強度モニタ光は半導体受光素子４０へ向かう。波長モニタ光は、第１のビームスプリッタ３０からのモニタ光が第２のビームスプリッタによって反射された光であり、この波長モニタ光は波長検出器５０へ向かう。第２のビームスプリッタとしては、第１のビームスプリッタと同様に、例えば、ハーフミラーやキューブビームスプリッタを用いることができる。
【００２９】
半導体受光素子４０は、第１のビームスプリッタ３０と第２のビームスプリッタ３４を介して、半導体発光素子１２の光出射面１２ａと光学的に結合されている。半導体受光素子４０としては、例えば、フォトダイオードを用いることができる。半導体受光素子４０は、第２のビームスプリッタ３４によって生成された強度モニタ光を受光し、受光した光の光量に応じたモニタ電流を出力する。半導体受光素子４０からのモニタ電流は、半導体発光素子１２の前面光の光量に応じて変化するので、このモニタ電流に基づいて半導体発光素子１２の前面光の強度を検出することができる。
【００３０】
波長検出器５０は、第２のビームスプリッタ３４によって生成された波長モニタ光を受け、この波長モニタ光の波長に応じたモニタ電流を出力する。波長検出器５０は、エタロン５２と、半導体受光素子５４を有する。エタロン５２は、第２のビームスプリッタ３４によって生成された波長モニタ光を受ける。エタロン５２は、入射面５２ａと出射面５２ｂを有し、入射面５２ａは第１のビームスプリッタと第２のビームスプリッタを介して、半導体発光素子１２の光出射面１２ａと光学的に結合されている。出射面５２ｂは半導体受光素子５４と光学的に結合されている。エタロン５２は、バンドパスフィルタの一種であり、所定波長にピークをもつ透過スペクトルを有する。この所定波長は、エタロン５２の入射面５２ａと出射面５２ｂとの光学的な距離によって決定される。エタロン５２に入射する光は、その波長とエタロン５２の透過スペクトルとの相対的な関係によって定まる強度の光となってエタロン５２を透過する。したがって、エタロン５２を透過した光は、その波長変動に応じて強度が変化する。半導体受光素子５４は、エタロン５２を透過した光を受ける。半導体受光素子５４は、受光する光の強度に応じたモニタ電流を出力する。半導体受光素子５４としては、例えばフォトダイオードを用いることができる。半導体受光素子５４によって出力されるモニタ電流は半導体発光素子１２からの前面光の波長の変動に応じて変化するので、このモニタ電流の変化を監視することによって、半導体発光素子１２からの前面光の波長変動を検出することができる。
【００３１】
次に、発光モジュール１の動作について図３及び図４を参照しつつ説明する。図３は、発光モジュール１における部品間の光学的な結合を示す図である。また、図４は、発光モジュール１の制御系の構成を示す図である。発光モジュール１において、半導体発光素子１２は、駆動素子１４によって与えられる変調信号に基づいて変調された前面光Ａを、光出射面１２ａから出射する。前面光Ａは、第１のビームスプリッタ３０によって分岐され、出力光Ｂとモニタ光Ｃが生成される。出力光Ｂは、光アイソレータ３６、ハーメチックガラス６２及び集光レンズ６６を介して、光ファイバ６０の一端面６０ａに入射する。一方、モニタ光Ｃは第２のビームスプリッタ３４に入射し、第２のビームスプリッタ３４によって強度モニタ光Ｄと波長モニタ光Ｅとに分岐される。強度モニタ光Ｄは、半導体受光素子４０に入射し、半導体受光素子４０によってその光量に応じたモニタ電流Ｉ１が出力される。一方、波長モニタ光Ｅは、エタロン５２を透過することによって、光Ｆとなる。光Ｆは、半導体受光素子５４に入射する。半導体受光素子５４は、光Ｆの光量に応じたモニタ電流Ｉ２を出力する。モニタ電流Ｉ１とモニタ電流Ｉ２はハウジング１０の側壁部１０ｂに設けられたリード端子１０ｄを介して制御回路８０へ出力される。モニタ電流Ｉ２の電流値は、半導体発光素子１２の出力波長が長波長側に変化することによって変化し、半導体発光素子１２の出力波長が短波長側にずれることによって、その増減が長波長側への変動とは逆に変化する。制御回路８０は、モニタ電流Ｉ２の変化から半導体発光素子１２の波長変動を検出する。このとき、制御回路８０は、モニタ電流Ｉ１によって半導体発光素子１２の出力変動を検出することができ、モニタ電流Ｉ２の変化から半導体発光素子１２の出力変動による影響を除いて、半導体発光素子１２の波長変動を検出することもできる。制御回路８０は、半導体発光素子１２の波長変動を検出した場合に、ペルチエ素子２２に温度制御信号を送出し、また、駆動素子１４へ電流制御信号を送出する。ペルチエ素子２２は、温度制御信号に応じて吸熱或いは発熱し、半導体発光素子１２の温度を制御する。駆動素子１４は、電流制御信号に応じて半導体発光素子１２への注入電流を制御する。以上によって、半導体発光素子１２の出力波長は、所望の出力波長に制御される。
【００３２】
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。図５は、第１実施形態の発光モジュールの変形態様にかかる発光モジュール１ｂの平面図である。発光モジュール１では、図２に示すように、第２のビームスプリッタ３４、半導体受光素子４０、波長検出器５０が、所定軸Ｘからみて搭載面２０ａの片側に配設されている。これに対して、発光モジュール１ｂにおいて、第２のビームスプリッタ３４、半導体受光素子４０、及び波長検出器５０のそれぞれの光学的な結合関係は、発光モジュール１と同様であるが、図５に示すように、波長検出器５０と第２のビームスプリッタ３４との間に所定軸Ｘが位置している。すなわち、発光モジュール１ｂでは、第２のビームスプリッタ３４によって反射される光（光Ｅ）は、所定軸Ｘと交差する方向に向かい、波長検出器５０によって受光される。このように、第１のビームスプリッタ３０、第２のビームスプリッタ３４、半導体受光素子４０及び波長検出器５０のそれぞれの光学的な結合関係が維持され得る様々な変形例を構成できる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態にかかる発光モジュール２について説明する。図６は発光モジュール２の一部破断斜視図である。また、図７は、発光モジュール２における部品間の光学的な結合及び電気的な結合を示す平面図である。発光モジュール２は、ハウジング１０と、半導体発光素子１２と、駆動素子１４と、コリメートレンズ２８と、第１のビームスプリッタ３２と、第２のビームスプリッタ３４と、半導体受光素子４０と、波長検出器５０と、光ファイバ６０とを備える。発光モジュール２では、第１のビームスプリッタ３２が、孔１０ｆ（第１の領域１１ａ）の内部に収容されている。発光モジュール２において、第１のビームスプリッタと第２のビームスプリッタ３４、第２のビームスプリッタ３４と半導体受光素子４０、第２のビームスプリッタ３４と波長検出器５０のそれぞれの光学的な結合関係や、その他の部品の構成は発光モジュール１と同様であるので、これらの説明は省略する。
【００３４】
発光モジュール２では、第１のビームスプリッタ３２が、保持部材６５に保持されており、ハウジング１０の前壁部１０ａに設けられた孔１０ｆ（第１の領域１１ａ）に配置されている。第１のビームスプリッタ３２は、保持部材６５によって保持されている。このように、発光モジュール２では、保持部材６５によって保持された第１のビームスプリッタ３２が、ハウジング１０の気密を確保する機能を兼ねている。そのため、発光モジュール２は、第１実施形態の発光モジュール１より部品点数が削減されるので、その小型化が図られている。第１のビームスプリッタ３２は、コリメートレンズ２８を介して半導体発光素子１２の光出射面１２ａと光学的に結合されている。第１のビームスプリッタ３２は、半導体発光素子１２からの前面光を分岐して、出力光とモニタ光を生成する。出力光は第１のビームスプリッタ３２を透過した光であり、モニタ光は第１のビームスプリッタ３２によって反射された光である。第１のビームスプリッタ３２によって生成された出力光は、光ファイバ６０の一端面６０ａへと向かい、第１のビームスプリッタ３２によって生成されたモニタ光は、第２のビームスプリッタ３４へ向かう。第１のビームスプリッタ３２としては、例えば、サファイアから形成され、光入射面と光出射面とを有する光学部品を用いることができる。この場合、第１のビームスプリッタ３２の光入射面が、半導体発光素子１２からの前面光を分岐して、出力光とモニタ光を生成する。また、第１のビームスプリッタ３２の光入射面は、ＨＲ膜を有することもできる。
【００３５】
次に、発光モジュール２の動作について図８及び図９を参照しつつ説明する。図８は、発光モジュール２におえる部品間の光学的な結合を示す平面図である。図９は、発光モジュール２の制御系の構成を示す図である。発光モジュール２において、半導体発光素子１２は、駆動素子１４によって与えられる変調信号に基づいて変調された前面光Ａを、光出射面１２ａから出射する。前面光Ａは、第１のビームスプリッタ３２によって分岐され、出力光Ｂとモニタ光Ｃが生成される。出力光Ｂは、集光レンズ６６を介して、光ファイバ６０の一端面６０ａに入射する。一方、モニタ光Ｃは、第２のビームスプリッタ３４に入射し、第２のビームスプリッタ３４によって強度モニタ光Ｄと波長モニタ光Ｅとに分岐される。強度モニタ光Ｄは半導体受光素子４０に入射し、半導体受光素子４０によって強度モニタ光Ｄの光量に応じたモニタ電流Ｉ１が出力される。一方、波長モニタ光Ｅは、エタロン５２を透過することによって、光Ｆとなる。光Ｆは、半導体受光素子５４に入射する。半導体受光素子５４は、光Ｆの光量に応じたモニタ電流Ｉ２を出力する。モニタ電流Ｉ１とモニタ電流Ｉ２はハウジング１０の側壁部１０ｂに設けられたリード端子１０ｄを介して制御回路８０へ出力される。モニタ電流Ｉ２の電流値は、半導体発光素子１２の出力波長が長波長側に変化することによって変化し、半導体発光素子１２の出力波長が短波長側にずれることによって、その増減が長波長側への変動とは逆に変化する。制御回路８０は、モニタ電流Ｉ２の変化から半導体発光素子１２の波長変動を検出する。このとき、制御回路８０は、モニタ電流Ｉ１によって半導体発光素子１２の出力変動を検出することができ、モニタ電流Ｉ２の変化から半導体発光素子１２の出力変動による影響を除いて、半導体発光素子１２の波長変動を検出することもできる。制御回路８０は、半導体発光素子１２の波長変動を検出した場合に、ペルチエ素子２２に温度制御信号を送出し、また、駆動素子１４へ電流制御信号を送出する。ペルチエ素子２２は、温度制御信号に応じて吸熱或いは発熱し、半導体発光素子１２の温度を制御する。駆動素子１４は、電流制御信号に応じて半導体発光素子１２への注入電流を制御する。以上によって、半導体発光素子１２の出力波長は、所望の出力波長に制御される。
【００３６】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態にかかる発光モジュール３について説明する。図１０は発光モジュール３の一部破断斜視図である。また、図１１は、発光モジュール３における部品間の光学的な結合及び電気的な結合を示す平面図である。発光モジュール３は、ハウジング１０と、半導体発光素子１３と、駆動素子１４と、コリメートレンズ２８と、第１のビームスプリッタ３０と、第２のビームスプリッタ３４と、半導体受光素子４０と、半導体受光素子４４と、波長検出器５０と、光ファイバ６０とを備える。発光モジュール３では、半導体発光素子として、ＥＡ−ＤＦＢ型の半導体発光素子１３が用いられている。また、発光モジュール３では、半導体発光素子１３の光反射面からの背面光をうける半導体受光素子４４が設けられている。発光モジュール３において、第１のビームスプリッタ３０と第２のビームスプリッタ３４、第２のビームスプリッタ３４と半導体受光素子４０、第２のビームスプリッタ３４と波長検出器５０のそれぞれの光学的な結合関係や、その他の部品の構成は発光モジュール１と同様であるので、これらの説明は省略する。
【００３７】
半導体発光素子１３は、ＤＦＢ型半導体レーザとＥＡ素子がモノリシックに光集積された半導体発光素子である。ＥＡ−ＤＦＢ型半導体発光素子では、ＤＦＢ型半導体レーザが定常的に動作し、ＤＦＢ型半導体レーザからの光をＥＡ素子が変調する。
【００３８】
半導体受光素子４４は、搭載部材２０の搭載面２０ａに設けられている。半導体受光素子４４としては、例えばフォトダイオードを用いることができる。半導体受光素子４４は、半導体発光素子１３の光反射面１３ｂと光学的に結合されており、光反射面１３ｂからの背面光を受光して、背面光の光量に応じたモニタ電流を出力する。
【００３９】
次に、発光モジュール３の動作について図１２及び図１３を参照しつつ説明する。図１２は、発光モジュール３における部品間の光学的な結合を示す図である。また、図１３は、発光モジュール３の制御系の構成を示す図である。発光モジュール３においては、半導体発光素子１３は、駆動素子１４によって与えられる変調信号に基づいて変調された前面光Ａを光出射面１３ａから出射し、光反射面１３ｂから背面光Ｇを出射する。背面光Ｇは、半導体受光素子４４に入射し、半導体受光素子４４によって背面光Ｇの光量に応じたモニタ電流Ｉ３が制御回路８０に出力される。前面光Ａは、第１のビームスプリッタ３０によって分岐され、出力光Ｂとモニタ光Ｃが生成される。出力光Ｂは、光アイソレータ３６、ハーメチックガラス６２及び集光レンズ６６を介して、光ファイバ６０の一端面６０ａに入射する。一方、モニタ光Ｃは、第２のビームスプリッタ３４に入射し、第２のビームスプリッタ３４によって強度モニタ光Ｄと波長モニタ光Ｅとに分岐される。強度モニタ光Ｄは、半導体受光素子４０に入射し、半導体受光素子４０によって強度モニタ光Ｄの光量に応じたモニタ電流Ｉ１が出力される。一方、波長モニタ光Ｅは、エタロン５２を透過することによって、光Ｆとなる。光Ｆは、半導体受光素子５４に入射する。半導体受光素子５４は、光Ｆの光量に応じたモニタ電流Ｉ２を出力する。モニタ電流Ｉ１とモニタ電流Ｉ２はハウジング１０の側壁部１０ｂに設けられたリード端子１０ｄを介して制御回路８０へ出力される。モニタ電流Ｉ２の電流値は、半導体発光素子１２の出力波長が長波長側に変化することによって変化し、半導体発光素子１２の出力波長が短波長側にずれることによって、その増減が長波長側への変動とは逆に変化する。制御回路８０は、モニタ電流Ｉ２の変化から半導体発光素子１２の波長変動を検出する。このとき、制御回路８０は、モニタ電流Ｉ１によって半導体発光素子１２の出力変動を検出することができ、モニタ電流Ｉ２の変化から半導体発光素子１２の出力変動による影響を除いて、半導体発光素子１２の波長変動を検出することもできる。制御回路８０は、半導体発光素子１２の波長変動を検出した場合に、ペルチエ素子２２に温度制御信号を送出し、また、駆動素子１４へ電流制御信号を送出する。ペルチエ素子２２は、温度制御信号に応じて吸熱或いは発熱し、半導体発光素子１２の温度を制御する。駆動素子１４は、電流制御信号に応じて半導体発光素子１２への注入電流を制御する。以上によって、半導体発光素子１２の出力波長は、所望の出力波長に制御される。また、発光モジュール３では、制御回路８０が、半導体受光素子４０からのモニタ電流Ｉ１と半導体受光素子４４からのモニタ電流Ｉ３とを比較することによって、ＥＡ素子の光吸収量を検出することができる。制御回路８０によってＥＡ素子の光吸収量が検出されることによってＥＡ素子の変動を検出することができ、発光モジュール３のメンテナンスを行うことができる。
【００４０】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態として、図１に示した第１実施形態の発光モジュール１の組立方法を説明する。発光モジュール１の組立方法としては、まず、半導体発光素子１２をヒートシンク２６に搭載し、ヒートシンク２６を搭載部材２０の搭載面２０ａにダイボンドする。半導体発光素子１２は、画像認識されることによって搭載面２０ａの第２の領域１１ｂに配置される。次に、ＵＶ接着剤を用いて、コリメートレンズ２８を搭載部材２０の搭載面２０ａに固定する。コリメートレンズ２８の位置の調整には、半導体発光素子１２を発光させ、コリメートレンズ２８を透過した光のＩＲカメラによる像を観察することによってコリメートレンズ２８の位置を調整する方法を用いる。次に、第１のビームスプリッタ、第２のビームスプリッタ、半導体受光素子４０、半導体受光素子５４及び光アイソレータ３６をＵＶ接着剤によって搭載面２０ａに固定する。次に、半導体受光素子５４の前方にエタロン５２を配置し、ＵＶ接着剤により固定する。エタロン５２の位置及び角度の調整には、半導体発光素子１２を所定の波長で発振させることによって、半導体受光素子５４から最適なモニタ電流が出力されるようにエタロン５２を配置する方法を用いる。次に、搭載部材２０に半導体発光素子１２等が搭載されたサブアセンブリを、予めペルチエ素子２２が配置されたハウジング１０に組み込む。そして、駆動素子１４を搭載した搭載部材２４をハウジング１０に組み込む。次に、ワイヤボンディングによって、半導体発光素子１２と駆動素子１４といった部品間を電気的に接続する。次に、ハウジング１０にその上壁部を接合する。そして、ハウジング１０の孔１０ｆに、ハーメチックガラス６２を保持した保持部材６４を配置し、保持部材６４をＹＡＧレーザによって固定する。次に、光ファイバ６０から所定の出力が得られるように、レンズ保持部材６８、フェルールホルダ７２を配置することによって、集光レンズ６６と光ファイバ６０を調芯する。そして、保持部材６４とレンズ保持部材６８、レンズ保持部材６８とフェルールホルダ７２を、互いにＹＡＧレーザによって固定する。最後に、保護部材７４によって、保持部材６４、レンズ保持部材６８、フェルールホルダ７２を覆う。以上によって、発光モジュール１の組立が完了する。
【００４１】
以上、第１、第２及び第３の実施形態として説明した上述の発光モジュールでは、第１のビームスプリッタが、半導体発光素子の光出射面の前方に配置され、半導体発光素子の前面光を分岐して、出力光とモニタ光とを生成する。第１のビームスプリッタからのモニタ光は第２のビームスプリッタ３４によって更に分岐され、強度モニタ光と波長モニタ光が生成される。波長検出器５０は第２のビームスプリッタからの波長モニタ光を受ける。したがって、波長検出器５０は半導体発光素子の光出射面からの前面光を受けることができるので、第３の領域１１ｃにおいて半導体発光素子に近づけて駆動素子１４を配置することができる。その結果、伝送速度の高速化を実現した発光モジュールが提供される。
【００４２】
また、半導体受光素子４０が半導体発光素子の前面光の光量に応じたモニタ電流を出力するので、半導体発光素子の前面光の強度を検出できる。波長検出器５０の半導体受光素子５４から出力されるモニタ電流には、半導体発光素子の出力強度の変動と出力波長の変動の両者が反映されるが、半導体発光素子の出力強度を半導体受光素子４０によって別個に検出できるので、半導体発光素子の出力強度の変動による影響を除いて、半導体発光素子の波長変動を検出できる。このように、本発明の実施形態にかかる発光モジュールは、半導体発光素子の波長変動を検出できる結果、半導体発光素子への注入電流や半導体発光素子の温度を制御することによって、半導体発光素子の出力波長を安定に制御することができる。
【００４３】
また、半導体発光素子としてＥＡ−ＤＦＢ型半導体発光素子を用いた場合に、ＥＡ素子によって変調された前面光を波長検出器５０によって観察できるので、背面光を波長検出器によって受けることによって波長変動を検出する場合に比して、ＥＡ素子による光吸収量に変動があっても、半導体発光素子を的確に制御することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体発光素子を駆動する駆動素子を半導体発光素子に近づけて配置できるので、伝送速度の高速化が図られた発光モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１実施形態にかかる発光モジュールの一部破断斜視図である。
【図２】図２は、第１実施形態にかかる発光モジュールにおける部品間の光学的な結合及び電気的な結合を示す平面図である。
【図３】図３は、第１実施形態にかかる発光モジュールにおける部品間の光学的な結合を示す平面図である。
【図４】図４は、第１実施形態にかかる発光モジュールの制御系の構成を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態の変形態様にかかる発光モジュールを示す平面図である。
【図６】図６は、第２実施形態にかかる発光モジュールの一部破断斜視図である。
【図７】図７は、第２実施形態にかかる発光モジュールにおける部品間の光学的な結合及び電気的な結合を示す平面図である。
【図８】図８は、第２実施形態にかかる発光モジュールにおける部品間の光学的な結合を示す平面図である。
【図９】図９は、第２実施形態にかかる発光モジュールの制御系の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、第３実施形態にかかる発光モジュールの一部破断斜視図である。
【図１１】図１１は、第３実施形態にかかる発光モジュールにおける部品間の光学的な結合及び電気的な結合を示す平面図である。
【図１２】図１２は、第３実施形態にかかる発光モジュールにおける部品間の光学的な結合を示す平面図である。
【図１３】図１３は、第３実施形態にかかる発光モジュールの制御系の構成を示す図である。
【符号の説明】
１〜３…発光モジュール、１０…ハウジング、１０…半導体発光素子、１２，１３…半導体発光素子、１４…駆動素子、１６…配線基板、２０…チップキャリア、２２…ペルチエ素子、２６…ヒートシンク、２８…コリメートレンズ、３０，３２…第１のビームスプリッタ、３４…第２のビームスプリッタ、３６…光アイソレータ、４０…半導体受光素子、５０…波長検出器、５２…エタロン、５４…半導体受光素子、６０…光ファイバ、６２…ハーメチックガラス、６４，６５…保持部材、６６…集光レンズ、６８…レンズ保持部材、７０…フェルール、７２…フェルールホルダ、７４…保護部材
【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】
発光モジュールは、一般に半導体レーザ等の半導体発光素子と、この半導体発光素子を収容するハウジングとを備えている。発光モジュールは、例えば複数の波長成分を用いる波長多重（ＷＤＭ）伝送システムに用いられる。ＷＤＭ通信システムでは、チャネル毎に異なる波長が付与されているので、半導体発光素子からの出力波長は、固定される必要がある。そのため、発光モジュールは、半導体発光素子の光反射面からの背面光を受ける波長モニタを有している。（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２２３７４７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
発光モジュールの伝送速度を高速化するための研究において、発明者は、発光モジュールの伝送速度を高速化するためには、半導体発光素子を駆動する駆動素子もハウジングに収容し、半導体発光素子と駆動素子とを近づけて配置することが必要であることを見出した。しかしながら、上記した従来の発光モジュールでは、波長モニタが半導体発光素子の背面光を受けるように配置されているため、駆動素子を半導体発光素子に近づけることができないという問題点を有していた。
【０００５】
そこで、本発明は、駆動素子を半導体発光素子に近づけることができ、伝送速度の高速化を図ることが可能な発光モジュールを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る発光モジュールは、ハウジングと、半導体発光素子と、第１のビームスプリッタと、波長検出器と駆動素子と、を備える。ハウジングは所定軸に沿って設けられた第１、第２及び第３の領域を有する。半導体発光素子は、前面光が出射される光出射面と背面光が出射される光反射面を有し、第２の領域に設けられている。駆動素子は、第３の領域に設けられ、半導体発光素子を駆動する。第１のビームスプリッタは、第１の領域に設けられ、半導体発光素子の光出射面からの光を分岐して、モニタ光と出力光を生成する。波長検出器は、ハウジングに収容され、モニタ光を受けてその波長に応じた光電流を出力する。
【０００７】
この発光モジュールでは、第１のビームスプリッタが半導体発光素子からの前面光を分岐することによって生成されるモニタ光を波長検出器が受けるので、半導体発光素子の光反射面の後方にある第３の領域において、駆動素子を半導体発光素子の近くに配置することが可能となる。
【０００８】
また、本発明の発光モジュールにおいては、波長検出器は、エタロンと、エタロンを透過した光を受ける第１の半導体受光素子とを有することを特徴としても良い。
【０００９】
また、本発明の発光モジュールにおいては、ハウジングは孔を有し、第１のビームスプリッタは孔を密閉するように配設されることが好ましい。
【００１０】
この発明によれば、第１のビームスプリッタが孔を密閉する機能を兼ねるので、発光モジュールの小型化が実現される。
【００１１】
また、本発明の発光モジュールにおいては、モニタ光を更に分岐して、強度モニタ光と波長モニタ光を生成する第２のビームスプリッタと、強度モニタ光を受ける第２の半導体受光素子とを更に備え、第２のビームスプリッタ及び第２の半導体受光素子はハウジングに収容され、波長検出器は、波長モニタ光を受けることを特徴とすることが好適である。
【００１２】
この発光モジュールでは、第１のビームスプリッタからのモニタ光が、第２のビームスプリッタによって更に分岐され、強度モニタ光と波長モニタ光が生成される。強度モニタ光は第２の半導体受光素子によって受光され、波長モニタ光は波長検出器によって受光される。このように、第２の半導体受光素子によって半導体発光素子の前面光の強度を検出できるので、この発光モジュールは、波長検出器によって出力される光電流の変動に基づいて半導体発光素子を制御する際に、半導体発光素子の出力変動に起因する影響を除くことができる。
【００１３】
また、本発明の発光モジュールにおいては、半導体発光素子は、分布帰還型の半導体レーザと当該半導体発光素子からの光を変調する電界吸収型変調素子とを有しても良い。
【００１４】
分布帰還型の半導体レーザ（以下、「ＤＦＢ半導体レーザ」と呼ぶ。）と電界吸収型変調素子（以下、「ＥＡ素子」と呼ぶ。）とを有する半導体発光素子（以下、「ＥＡ−ＤＦＢ型半導体発光素子」と呼ぶ。）では、ＤＦＢ半導体レーザからの光がＥＡ素子によって変調される。したがって、ＤＦＢ半導体レーザからの背面光を監視することによっては、ＥＡ素子の光吸収量の変化に起因する前面光の強度変動を検出することができない。この発光モジュールは、ＥＡ−ＤＦＢ型半導体発光素子による前面光、すなわちＥＡ素子を透過した光の強度を検出できるので、ＥＡ−ＤＦＢ型半導体発光素子の出力を的確に制御できる。
【００１５】
また、本発明の発光モジュールにおいては、上記半導体発光素子の光反射面からの光を受ける第３の半導体受光素子を更に備えることが好適である。
【００１６】
この発光モジュールでは、ＥＡ−ＤＦＢ型半導体発光素子の光反射面からの背面光が、更に第３の半導体受光素子によって受光される。したがって、この発光モジュールでは、第３の半導体受光素子によって受光された背面光の強度と、上述したように検出される前面光の強度とに基づいて、ＥＡ素子の光吸収量を検出することができる。その結果、例えば、ＥＡ素子の劣化を検出することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態にかかる発光モジュールについて説明する。なお、以下の実施形態に関する説明においては、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を附し、重複する説明は省略する。
【００１８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる発光モジュール１について添付の図面を参照して説明する。図１は発光モジュール１の一部破断斜視図である。また、図２は、発光モジュール１における部品間の光学的な結合及び電気的な結合を示す平面図である。発光モジュール１は、ハウジング１０と、半導体発光素子１２と、駆動素子１４と、コリメートレンズ２８と、第１のビームスプリッタ３０と、第２のビームスプリッタ３４と、光アイソレータ３６と、半導体受光素子４０と、波長検出器５０と、光ファイバ６０とを備える。
【００１９】
ハウジング１０は、所定軸Ｘ（図２のＸ）に交差する前壁部１０ａと後壁部１０ｃと、所定軸Ｘに沿って伸びる一対の側壁部１０ｂとを有する。側壁部１０ｂのそれぞれには、複数のリード端子１０ｄが設けられ、後壁部１０ｃには、複数のリード端子１０ｅが設けられている。
【００２０】
ハウジング１０は、所定軸Ｘに沿って順に設けられた第１の領域１１ａ、第２の領域１１ｂ及び第３の領域１１ｃを有している。ハウジング１０には、搭載部材２０と搭載部材２４とが収容されている。搭載部材２０は搭載面２０ａを有している。搭載部材２０には、熱伝導性に優れた材料を用いることができる。搭載部材２０の搭載面２０ａには、半導体発光素子１２、コリメートレンズ２８、第１のビームスプリッタ３０、第２のビームスプリッタ３４、光アイソレータ３６、半導体受光素子４０及び波長検出器５０が搭載されている。半導体発光素子１２、コリメートレンズ２８、第１のビームスプリッタ３０及び光アイソレータ３６は、所定軸Ｘに沿って設けられており、半導体発光素子１２は第２の領域１１ｂに、第１のビームスプリッタ３０は第１の領域１１ａにそれぞれ配置されている。搭載部材２０は、ペルチエ素子２２に搭載されている。ペルチエ素子２２は、搭載部材２０の搭載面２０ａに搭載された半導体発光素子１２の温度を制御する。ペルチエ素子２２によって温度が制御されることによって、半導体発光素子１２の出力波長が制御される。
【００２１】
半導体発光素子１２は、駆動素子１４によって変調信号を与えられ、この変調信号に基づいて変調された光を発生する。半導体発光素子１２としては、変調信号によって半導体レーザを直接ＯＮ／ＯＦＦさせる直接変調型の半導体発光素子を用いることができる。また、半導体発光素子１２としては、分布帰還型（以下、「ＤＦＢ型」と呼ぶ。）の半導体レーザと電界吸収型変調素子（以下、「ＥＡ素子」と呼ぶ。）がモノシリックに形成されたＥＡ−ＤＦＢ型半導体発光素子も適用可能である。半導体発光素子１２は、ヒートシンク２６を介して搭載部材２０の搭載面２０ａに支持されている。半導体発光素子１２の一電極は電源電位線に、他電極は駆動素子１４に、それぞれボンディングワイヤを介して接続されている。
【００２２】
駆動素子１４は、搭載部材２４に搭載されており、ハウジング１０内の第３の領域１１ｃにおいて、半導体発光素子１２の近くに配置されている。駆動素子１４は、リード端子１０ｅを介して供給される変調信号を増幅する。駆動素子１４は、増幅した変調信号を半導体発光素子１２に与えて、半導体発光素子１２を駆動する。
【００２３】
配線基板１６は、一対の伝送路（図２の１６ａ及び１６ｂ）を有する。伝送路１６ａ及び１６ｂの一端は、ボンディングワイヤ１８を介して駆動素子１４と電気的に接続されている。伝送路１６ａ及び１６ｂの他端はハウジング１０のリード端子１０ｅと、ボンディングワイヤ（図示せず）を介して電気的に接続されている。
【００２４】
コリメートレンズ２８は、半導体発光素子１２の光出射面１２ａと光学的に結合されている。半導体発光素子１２の光出射面１２ａから出射されるコリメートレンズ２８を透過して第１のビームスプリッタ３０へ向かう。
【００２５】
第１のビームスプリッタ３０は、コリメートレンズ２８を透過した光を分岐して、出力光とモニタ光を生成する。出力光は、コリメートレンズ２８を透過した光が第１のビームスプリッタ３０を透過した光であり、この出力光は光アイソレータ３６へと向かう。モニタ光は、コリメートレンズ２８を透過した光が第１のビームスプリッタ３０によって反射された光であり、このモニタ光は第２のビームスプリッタ３４へと向かう。第１のビームスプリッタ３０としては、例えば、ハーフミラーやキューブビームスプリッタを用いることができる。
【００２６】
光アイソレータ３６は、入射面５２ａ及び出射面５２ｂを有する。入射面５２ａは、第１のビームスプリッタを介して、半導体発光素子１２の光出射面１２ａと光学的に結合されている。出射面５２ｂは、光ファイバ６０の一端面６０ａと光学的に結合されている。光アイソレータ３６は、第１のビームスプリッタ３０を透過した光、すなわち出力光を、光ファイバ６０の一端面６０ａに向けて透過する。光アイソレータ３６は、入射面５２ａから入射する光のみを透過する機能を有し、出射面５２ｂからの戻り光を防止する。
【００２７】
ハウジング１０の前壁部１０ａには、所定軸Ｘに交差する孔１０ｆが設けられている。孔１０ｆには、略リング状の保持部材６４が配置されており、保持部材６４はハーメチックガラス６２を保持している。このように、孔１０ｆにハーメチックガラス６２を保持した保持部材６４が配置されることによって、ハウジング１０の気密が確保される。保持部材６４の一端には、円筒状のレンズ保持部材６８の一端面が接している。レンズ保持部材６８は、集光レンズ６６を保持している。集光レンズ６６は、第１のビームスプリッタ３０、光アイソレータ３６、及びハーメチックガラス６２を介して、半導体発光素子１２の光出射面１２ａと光学的に結合されている。集光レンズ６６は、半導体発光素子１２の光出射面１２ａから出射された光を、光ファイバ６０の一端面６０ａに集光する。レンズ保持部材６８の他端面には、フェルールホルダ７２の一端面が接している。フェルールホルダ７２はフェルール７０を保持している。フェルール７０には、光ファイバ６０が挿入されている。保持部材６４、レンズ保持部材６８、及びフェルールホルダ７２は、保護部材７４によって覆われている。
【００２８】
第２のビームスプリッタ３４は、第１のビームスプリッタ３０によって反射された光、すなわちモニタ光を分岐して、強度モニタ光と波長モニタ光を生成する。強度モニタ光は、第１のビームスプリッタ３０からのモニタ光が第２のビームスプリッタを透過した光であり、この強度モニタ光は半導体受光素子４０へ向かう。波長モニタ光は、第１のビームスプリッタ３０からのモニタ光が第２のビームスプリッタによって反射された光であり、この波長モニタ光は波長検出器５０へ向かう。第２のビームスプリッタとしては、第１のビームスプリッタと同様に、例えば、ハーフミラーやキューブビームスプリッタを用いることができる。
【００２９】
半導体受光素子４０は、第１のビームスプリッタ３０と第２のビームスプリッタ３４を介して、半導体発光素子１２の光出射面１２ａと光学的に結合されている。半導体受光素子４０としては、例えば、フォトダイオードを用いることができる。半導体受光素子４０は、第２のビームスプリッタ３４によって生成された強度モニタ光を受光し、受光した光の光量に応じたモニタ電流を出力する。半導体受光素子４０からのモニタ電流は、半導体発光素子１２の前面光の光量に応じて変化するので、このモニタ電流に基づいて半導体発光素子１２の前面光の強度を検出することができる。
【００３０】
波長検出器５０は、第２のビームスプリッタ３４によって生成された波長モニタ光を受け、この波長モニタ光の波長に応じたモニタ電流を出力する。波長検出器５０は、エタロン５２と、半導体受光素子５４を有する。エタロン５２は、第２のビームスプリッタ３４によって生成された波長モニタ光を受ける。エタロン５２は、入射面５２ａと出射面５２ｂを有し、入射面５２ａは第１のビームスプリッタと第２のビームスプリッタを介して、半導体発光素子１２の光出射面１２ａと光学的に結合されている。出射面５２ｂは半導体受光素子５４と光学的に結合されている。エタロン５２は、バンドパスフィルタの一種であり、所定波長にピークをもつ透過スペクトルを有する。この所定波長は、エタロン５２の入射面５２ａと出射面５２ｂとの光学的な距離によって決定される。エタロン５２に入射する光は、その波長とエタロン５２の透過スペクトルとの相対的な関係によって定まる強度の光となってエタロン５２を透過する。したがって、エタロン５２を透過した光は、その波長変動に応じて強度が変化する。半導体受光素子５４は、エタロン５２を透過した光を受ける。半導体受光素子５４は、受光する光の強度に応じたモニタ電流を出力する。半導体受光素子５４としては、例えばフォトダイオードを用いることができる。半導体受光素子５４によって出力されるモニタ電流は半導体発光素子１２からの前面光の波長の変動に応じて変化するので、このモニタ電流の変化を監視することによって、半導体発光素子１２からの前面光の波長変動を検出することができる。
【００３１】
次に、発光モジュール１の動作について図３及び図４を参照しつつ説明する。図３は、発光モジュール１における部品間の光学的な結合を示す図である。また、図４は、発光モジュール１の制御系の構成を示す図である。発光モジュール１において、半導体発光素子１２は、駆動素子１４によって与えられる変調信号に基づいて変調された前面光Ａを、光出射面１２ａから出射する。前面光Ａは、第１のビームスプリッタ３０によって分岐され、出力光Ｂとモニタ光Ｃが生成される。出力光Ｂは、光アイソレータ３６、ハーメチックガラス６２及び集光レンズ６６を介して、光ファイバ６０の一端面６０ａに入射する。一方、モニタ光Ｃは第２のビームスプリッタ３４に入射し、第２のビームスプリッタ３４によって強度モニタ光Ｄと波長モニタ光Ｅとに分岐される。強度モニタ光Ｄは、半導体受光素子４０に入射し、半導体受光素子４０によってその光量に応じたモニタ電流Ｉ１が出力される。一方、波長モニタ光Ｅは、エタロン５２を透過することによって、光Ｆとなる。光Ｆは、半導体受光素子５４に入射する。半導体受光素子５４は、光Ｆの光量に応じたモニタ電流Ｉ２を出力する。モニタ電流Ｉ１とモニタ電流Ｉ２はハウジング１０の側壁部１０ｂに設けられたリード端子１０ｄを介して制御回路８０へ出力される。モニタ電流Ｉ２の電流値は、半導体発光素子１２の出力波長が長波長側に変化することによって変化し、半導体発光素子１２の出力波長が短波長側にずれることによって、その増減が長波長側への変動とは逆に変化する。制御回路８０は、モニタ電流Ｉ２の変化から半導体発光素子１２の波長変動を検出する。このとき、制御回路８０は、モニタ電流Ｉ１によって半導体発光素子１２の出力変動を検出することができ、モニタ電流Ｉ２の変化から半導体発光素子１２の出力変動による影響を除いて、半導体発光素子１２の波長変動を検出することもできる。制御回路８０は、半導体発光素子１２の波長変動を検出した場合に、ペルチエ素子２２に温度制御信号を送出し、また、駆動素子１４へ電流制御信号を送出する。ペルチエ素子２２は、温度制御信号に応じて吸熱或いは発熱し、半導体発光素子１２の温度を制御する。駆動素子１４は、電流制御信号に応じて半導体発光素子１２への注入電流を制御する。以上によって、半導体発光素子１２の出力波長は、所望の出力波長に制御される。
【００３２】
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。図５は、第１実施形態の発光モジュールの変形態様にかかる発光モジュール１ｂの平面図である。発光モジュール１では、図２に示すように、第２のビームスプリッタ３４、半導体受光素子４０、波長検出器５０が、所定軸Ｘからみて搭載面２０ａの片側に配設されている。これに対して、発光モジュール１ｂにおいて、第２のビームスプリッタ３４、半導体受光素子４０、及び波長検出器５０のそれぞれの光学的な結合関係は、発光モジュール１と同様であるが、図５に示すように、波長検出器５０と第２のビームスプリッタ３４との間に所定軸Ｘが位置している。すなわち、発光モジュール１ｂでは、第２のビームスプリッタ３４によって反射される光（光Ｅ）は、所定軸Ｘと交差する方向に向かい、波長検出器５０によって受光される。このように、第１のビームスプリッタ３０、第２のビームスプリッタ３４、半導体受光素子４０及び波長検出器５０のそれぞれの光学的な結合関係が維持され得る様々な変形例を構成できる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態にかかる発光モジュール２について説明する。図６は発光モジュール２の一部破断斜視図である。また、図７は、発光モジュール２における部品間の光学的な結合及び電気的な結合を示す平面図である。発光モジュール２は、ハウジング１０と、半導体発光素子１２と、駆動素子１４と、コリメートレンズ２８と、第１のビームスプリッタ３２と、第２のビームスプリッタ３４と、半導体受光素子４０と、波長検出器５０と、光ファイバ６０とを備える。発光モジュール２では、第１のビームスプリッタ３２が、孔１０ｆ（第１の領域１１ａ）の内部に収容されている。発光モジュール２において、第１のビームスプリッタと第２のビームスプリッタ３４、第２のビームスプリッタ３４と半導体受光素子４０、第２のビームスプリッタ３４と波長検出器５０のそれぞれの光学的な結合関係や、その他の部品の構成は発光モジュール１と同様であるので、これらの説明は省略する。
【００３４】
発光モジュール２では、第１のビームスプリッタ３２が、保持部材６５に保持されており、ハウジング１０の前壁部１０ａに設けられた孔１０ｆ（第１の領域１１ａ）に配置されている。第１のビームスプリッタ３２は、保持部材６５によって保持されている。このように、発光モジュール２では、保持部材６５によって保持された第１のビームスプリッタ３２が、ハウジング１０の気密を確保する機能を兼ねている。そのため、発光モジュール２は、第１実施形態の発光モジュール１より部品点数が削減されるので、その小型化が図られている。第１のビームスプリッタ３２は、コリメートレンズ２８を介して半導体発光素子１２の光出射面１２ａと光学的に結合されている。第１のビームスプリッタ３２は、半導体発光素子１２からの前面光を分岐して、出力光とモニタ光を生成する。出力光は第１のビームスプリッタ３２を透過した光であり、モニタ光は第１のビームスプリッタ３２によって反射された光である。第１のビームスプリッタ３２によって生成された出力光は、光ファイバ６０の一端面６０ａへと向かい、第１のビームスプリッタ３２によって生成されたモニタ光は、第２のビームスプリッタ３４へ向かう。第１のビームスプリッタ３２としては、例えば、サファイアから形成され、光入射面と光出射面とを有する光学部品を用いることができる。この場合、第１のビームスプリッタ３２の光入射面が、半導体発光素子１２からの前面光を分岐して、出力光とモニタ光を生成する。また、第１のビームスプリッタ３２の光入射面は、ＨＲ膜を有することもできる。
【００３５】
次に、発光モジュール２の動作について図８及び図９を参照しつつ説明する。図８は、発光モジュール２におえる部品間の光学的な結合を示す平面図である。図９は、発光モジュール２の制御系の構成を示す図である。発光モジュール２において、半導体発光素子１２は、駆動素子１４によって与えられる変調信号に基づいて変調された前面光Ａを、光出射面１２ａから出射する。前面光Ａは、第１のビームスプリッタ３２によって分岐され、出力光Ｂとモニタ光Ｃが生成される。出力光Ｂは、集光レンズ６６を介して、光ファイバ６０の一端面６０ａに入射する。一方、モニタ光Ｃは、第２のビームスプリッタ３４に入射し、第２のビームスプリッタ３４によって強度モニタ光Ｄと波長モニタ光Ｅとに分岐される。強度モニタ光Ｄは半導体受光素子４０に入射し、半導体受光素子４０によって強度モニタ光Ｄの光量に応じたモニタ電流Ｉ１が出力される。一方、波長モニタ光Ｅは、エタロン５２を透過することによって、光Ｆとなる。光Ｆは、半導体受光素子５４に入射する。半導体受光素子５４は、光Ｆの光量に応じたモニタ電流Ｉ２を出力する。モニタ電流Ｉ１とモニタ電流Ｉ２はハウジング１０の側壁部１０ｂに設けられたリード端子１０ｄを介して制御回路８０へ出力される。モニタ電流Ｉ２の電流値は、半導体発光素子１２の出力波長が長波長側に変化することによって変化し、半導体発光素子１２の出力波長が短波長側にずれることによって、その増減が長波長側への変動とは逆に変化する。制御回路８０は、モニタ電流Ｉ２の変化から半導体発光素子１２の波長変動を検出する。このとき、制御回路８０は、モニタ電流Ｉ１によって半導体発光素子１２の出力変動を検出することができ、モニタ電流Ｉ２の変化から半導体発光素子１２の出力変動による影響を除いて、半導体発光素子１２の波長変動を検出することもできる。制御回路８０は、半導体発光素子１２の波長変動を検出した場合に、ペルチエ素子２２に温度制御信号を送出し、また、駆動素子１４へ電流制御信号を送出する。ペルチエ素子２２は、温度制御信号に応じて吸熱或いは発熱し、半導体発光素子１２の温度を制御する。駆動素子１４は、電流制御信号に応じて半導体発光素子１２への注入電流を制御する。以上によって、半導体発光素子１２の出力波長は、所望の出力波長に制御される。
【００３６】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態にかかる発光モジュール３について説明する。図１０は発光モジュール３の一部破断斜視図である。また、図１１は、発光モジュール３における部品間の光学的な結合及び電気的な結合を示す平面図である。発光モジュール３は、ハウジング１０と、半導体発光素子１３と、駆動素子１４と、コリメートレンズ２８と、第１のビームスプリッタ３０と、第２のビームスプリッタ３４と、半導体受光素子４０と、半導体受光素子４４と、波長検出器５０と、光ファイバ６０とを備える。発光モジュール３では、半導体発光素子として、ＥＡ−ＤＦＢ型の半導体発光素子１３が用いられている。また、発光モジュール３では、半導体発光素子１３の光反射面からの背面光をうける半導体受光素子４４が設けられている。発光モジュール３において、第１のビームスプリッタ３０と第２のビームスプリッタ３４、第２のビームスプリッタ３４と半導体受光素子４０、第２のビームスプリッタ３４と波長検出器５０のそれぞれの光学的な結合関係や、その他の部品の構成は発光モジュール１と同様であるので、これらの説明は省略する。
【００３７】
半導体発光素子１３は、ＤＦＢ型半導体レーザとＥＡ素子がモノリシックに光集積された半導体発光素子である。ＥＡ−ＤＦＢ型半導体発光素子では、ＤＦＢ型半導体レーザが定常的に動作し、ＤＦＢ型半導体レーザからの光をＥＡ素子が変調する。
【００３８】
半導体受光素子４４は、搭載部材２０の搭載面２０ａに設けられている。半導体受光素子４４としては、例えばフォトダイオードを用いることができる。半導体受光素子４４は、半導体発光素子１３の光反射面１３ｂと光学的に結合されており、光反射面１３ｂからの背面光を受光して、背面光の光量に応じたモニタ電流を出力する。
【００３９】
次に、発光モジュール３の動作について図１２及び図１３を参照しつつ説明する。図１２は、発光モジュール３における部品間の光学的な結合を示す図である。また、図１３は、発光モジュール３の制御系の構成を示す図である。発光モジュール３においては、半導体発光素子１３は、駆動素子１４によって与えられる変調信号に基づいて変調された前面光Ａを光出射面１３ａから出射し、光反射面１３ｂから背面光Ｇを出射する。背面光Ｇは、半導体受光素子４４に入射し、半導体受光素子４４によって背面光Ｇの光量に応じたモニタ電流Ｉ３が制御回路８０に出力される。前面光Ａは、第１のビームスプリッタ３０によって分岐され、出力光Ｂとモニタ光Ｃが生成される。出力光Ｂは、光アイソレータ３６、ハーメチックガラス６２及び集光レンズ６６を介して、光ファイバ６０の一端面６０ａに入射する。一方、モニタ光Ｃは、第２のビームスプリッタ３４に入射し、第２のビームスプリッタ３４によって強度モニタ光Ｄと波長モニタ光Ｅとに分岐される。強度モニタ光Ｄは、半導体受光素子４０に入射し、半導体受光素子４０によって強度モニタ光Ｄの光量に応じたモニタ電流Ｉ１が出力される。一方、波長モニタ光Ｅは、エタロン５２を透過することによって、光Ｆとなる。光Ｆは、半導体受光素子５４に入射する。半導体受光素子５４は、光Ｆの光量に応じたモニタ電流Ｉ２を出力する。モニタ電流Ｉ１とモニタ電流Ｉ２はハウジング１０の側壁部１０ｂに設けられたリード端子１０ｄを介して制御回路８０へ出力される。モニタ電流Ｉ２の電流値は、半導体発光素子１２の出力波長が長波長側に変化することによって変化し、半導体発光素子１２の出力波長が短波長側にずれることによって、その増減が長波長側への変動とは逆に変化する。制御回路８０は、モニタ電流Ｉ２の変化から半導体発光素子１２の波長変動を検出する。このとき、制御回路８０は、モニタ電流Ｉ１によって半導体発光素子１２の出力変動を検出することができ、モニタ電流Ｉ２の変化から半導体発光素子１２の出力変動による影響を除いて、半導体発光素子１２の波長変動を検出することもできる。制御回路８０は、半導体発光素子１２の波長変動を検出した場合に、ペルチエ素子２２に温度制御信号を送出し、また、駆動素子１４へ電流制御信号を送出する。ペルチエ素子２２は、温度制御信号に応じて吸熱或いは発熱し、半導体発光素子１２の温度を制御する。駆動素子１４は、電流制御信号に応じて半導体発光素子１２への注入電流を制御する。以上によって、半導体発光素子１２の出力波長は、所望の出力波長に制御される。また、発光モジュール３では、制御回路８０が、半導体受光素子４０からのモニタ電流Ｉ１と半導体受光素子４４からのモニタ電流Ｉ３とを比較することによって、ＥＡ素子の光吸収量を検出することができる。制御回路８０によってＥＡ素子の光吸収量が検出されることによってＥＡ素子の変動を検出することができ、発光モジュール３のメンテナンスを行うことができる。
【００４０】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態として、図１に示した第１実施形態の発光モジュール１の組立方法を説明する。発光モジュール１の組立方法としては、まず、半導体発光素子１２をヒートシンク２６に搭載し、ヒートシンク２６を搭載部材２０の搭載面２０ａにダイボンドする。半導体発光素子１２は、画像認識されることによって搭載面２０ａの第２の領域１１ｂに配置される。次に、ＵＶ接着剤を用いて、コリメートレンズ２８を搭載部材２０の搭載面２０ａに固定する。コリメートレンズ２８の位置の調整には、半導体発光素子１２を発光させ、コリメートレンズ２８を透過した光のＩＲカメラによる像を観察することによってコリメートレンズ２８の位置を調整する方法を用いる。次に、第１のビームスプリッタ、第２のビームスプリッタ、半導体受光素子４０、半導体受光素子５４及び光アイソレータ３６をＵＶ接着剤によって搭載面２０ａに固定する。次に、半導体受光素子５４の前方にエタロン５２を配置し、ＵＶ接着剤により固定する。エタロン５２の位置及び角度の調整には、半導体発光素子１２を所定の波長で発振させることによって、半導体受光素子５４から最適なモニタ電流が出力されるようにエタロン５２を配置する方法を用いる。次に、搭載部材２０に半導体発光素子１２等が搭載されたサブアセンブリを、予めペルチエ素子２２が配置されたハウジング１０に組み込む。そして、駆動素子１４を搭載した搭載部材２４をハウジング１０に組み込む。次に、ワイヤボンディングによって、半導体発光素子１２と駆動素子１４といった部品間を電気的に接続する。次に、ハウジング１０にその上壁部を接合する。そして、ハウジング１０の孔１０ｆに、ハーメチックガラス６２を保持した保持部材６４を配置し、保持部材６４をＹＡＧレーザによって固定する。次に、光ファイバ６０から所定の出力が得られるように、レンズ保持部材６８、フェルールホルダ７２を配置することによって、集光レンズ６６と光ファイバ６０を調芯する。そして、保持部材６４とレンズ保持部材６８、レンズ保持部材６８とフェルールホルダ７２を、互いにＹＡＧレーザによって固定する。最後に、保護部材７４によって、保持部材６４、レンズ保持部材６８、フェルールホルダ７２を覆う。以上によって、発光モジュール１の組立が完了する。
【００４１】
以上、第１、第２及び第３の実施形態として説明した上述の発光モジュールでは、第１のビームスプリッタが、半導体発光素子の光出射面の前方に配置され、半導体発光素子の前面光を分岐して、出力光とモニタ光とを生成する。第１のビームスプリッタからのモニタ光は第２のビームスプリッタ３４によって更に分岐され、強度モニタ光と波長モニタ光が生成される。波長検出器５０は第２のビームスプリッタからの波長モニタ光を受ける。したがって、波長検出器５０は半導体発光素子の光出射面からの前面光を受けることができるので、第３の領域１１ｃにおいて半導体発光素子に近づけて駆動素子１４を配置することができる。その結果、伝送速度の高速化を実現した発光モジュールが提供される。
【００４２】
また、半導体受光素子４０が半導体発光素子の前面光の光量に応じたモニタ電流を出力するので、半導体発光素子の前面光の強度を検出できる。波長検出器５０の半導体受光素子５４から出力されるモニタ電流には、半導体発光素子の出力強度の変動と出力波長の変動の両者が反映されるが、半導体発光素子の出力強度を半導体受光素子４０によって別個に検出できるので、半導体発光素子の出力強度の変動による影響を除いて、半導体発光素子の波長変動を検出できる。このように、本発明の実施形態にかかる発光モジュールは、半導体発光素子の波長変動を検出できる結果、半導体発光素子への注入電流や半導体発光素子の温度を制御することによって、半導体発光素子の出力波長を安定に制御することができる。
【００４３】
また、半導体発光素子としてＥＡ−ＤＦＢ型半導体発光素子を用いた場合に、ＥＡ素子によって変調された前面光を波長検出器５０によって観察できるので、背面光を波長検出器によって受けることによって波長変動を検出する場合に比して、ＥＡ素子による光吸収量に変動があっても、半導体発光素子を的確に制御することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体発光素子を駆動する駆動素子を半導体発光素子に近づけて配置できるので、伝送速度の高速化が図られた発光モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１実施形態にかかる発光モジュールの一部破断斜視図である。
【図２】図２は、第１実施形態にかかる発光モジュールにおける部品間の光学的な結合及び電気的な結合を示す平面図である。
【図３】図３は、第１実施形態にかかる発光モジュールにおける部品間の光学的な結合を示す平面図である。
【図４】図４は、第１実施形態にかかる発光モジュールの制御系の構成を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態の変形態様にかかる発光モジュールを示す平面図である。
【図６】図６は、第２実施形態にかかる発光モジュールの一部破断斜視図である。
【図７】図７は、第２実施形態にかかる発光モジュールにおける部品間の光学的な結合及び電気的な結合を示す平面図である。
【図８】図８は、第２実施形態にかかる発光モジュールにおける部品間の光学的な結合を示す平面図である。
【図９】図９は、第２実施形態にかかる発光モジュールの制御系の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、第３実施形態にかかる発光モジュールの一部破断斜視図である。
【図１１】図１１は、第３実施形態にかかる発光モジュールにおける部品間の光学的な結合及び電気的な結合を示す平面図である。
【図１２】図１２は、第３実施形態にかかる発光モジュールにおける部品間の光学的な結合を示す平面図である。
【図１３】図１３は、第３実施形態にかかる発光モジュールの制御系の構成を示す図である。
【符号の説明】
１〜３…発光モジュール、１０…ハウジング、１０…半導体発光素子、１２，１３…半導体発光素子、１４…駆動素子、１６…配線基板、２０…チップキャリア、２２…ペルチエ素子、２６…ヒートシンク、２８…コリメートレンズ、３０，３２…第１のビームスプリッタ、３４…第２のビームスプリッタ、３６…光アイソレータ、４０…半導体受光素子、５０…波長検出器、５２…エタロン、５４…半導体受光素子、６０…光ファイバ、６２…ハーメチックガラス、６４，６５…保持部材、６６…集光レンズ、６８…レンズ保持部材、７０…フェルール、７２…フェルールホルダ、７４…保護部材
Claims (6)
- 所定軸に沿って順に設けられた第１、第２及び第３の領域を有するハウジングと、
前記第２の領域に設けられ、光出射面と光反射面を有する半導体発光素子と、
前記第３の領域に設けられ、前記半導体発光素子を駆動する駆動素子と、
前記第１の領域に設けられ、前記半導体発光素子の光出射面からの光を分岐して、モニタ光と出力光を生成する第１のビームスプリッタと、
前記ハウジングに収容され、前記モニタ光を受け、当該モニタ光の波長に応じた光電流を出力する波長検出器とを
備える発光モジュール。 - 前記波長検出器は、
エタロンと、
前記エタロンを透過した光を受ける第１の半導体受光素子と
を有することを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。 - 前記ハウジングは、孔を有し、
前記第１のビームスプリッタは前記孔を密閉するように配設された
ことを特徴とする請求項１または２に記載の発光モジュール。 - 前記モニタ光を更に分岐して、強度モニタ光と波長モニタ光とを生成する第２のビームスプリッタと、
前記強度モニタ光を受ける第２の半導体受光素子と
を更に備え、
前記第２のビームスプリッタ及び前記第２の半導体受光素子は前記ハウジングに収容され、
前記波長検出器は、前記波長モニタ光を受ける
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光モジュール。 - 前記半導体発光素子は、分布帰還型の半導体レーザと当該半導体発光素子からの光を変調する電界吸収型変調素子とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光モジュール。
- 前記ハウジング内に収容され、前記半導体発光素子の光反射面からの光を受ける第３の半導体受光素子を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の発光モジュール。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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