JP2004288751A - 発光素子モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、発光素子の高精度、高安定な波長制御が可能になるように、駆動回路等の放熱特性を向上させた発光素子モジュールを提供することを目的とする。また、発光素子モジュールの構成部品の筐体内部への設置を容易にして、組み立て性のよい発光素子モジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明は、発光素子モジュールの筐体の内部底面に設置されたヒートシンクと、発光素子モジュールの筐体の内部に配置されたキャリアと、該キャリアの上面に搭載された断熱材と、前記キャリアの上面に搭載され、光通信用の変調光を出射する発光素子と、前記ヒートシンクと前記断熱材とにまたがって搭載された駆動回路用基板と、駆動回路用基板に搭載され、前記発光素子を駆動する駆動回路とを有する発光素子モジュールである。
【選択図】 図４
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明は、発光素子モジュールの筐体の内部底面に設置されたヒートシンクと、発光素子モジュールの筐体の内部に配置されたキャリアと、該キャリアの上面に搭載された断熱材と、前記キャリアの上面に搭載され、光通信用の変調光を出射する発光素子と、前記ヒートシンクと前記断熱材とにまたがって搭載された駆動回路用基板と、駆動回路用基板に搭載され、前記発光素子を駆動する駆動回路とを有する発光素子モジュールである。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子と該発光素子を駆動する駆動回路とを有する発光素子モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムの構成を図１に示す。図１に示すように、光通信システムは光送信機８１と光受信機８２との間を光ファイバ８３で接続している。光送信機８１は発光素子モジュール８４を内蔵し、光受信機８２は受光素子モジュール８５を内蔵する。光送信機８１が内蔵する発光素子モジュール８４から出射した光通信用の変調光は、光ファイバ８３を伝搬する間に光ファイバの分散により歪を受ける。このため、この歪が大きいと光受信機８２の内蔵する受光素子モジュール８５では正常な信号を再生することが出来なくなる。歪は発光素子モジュール８１の出射する光通信用の変調光の波長に大きく依存するため、発光素子モジュール８１の出射する光通信用の変調光の波長を一定に維持する必要がある。波長は発光素子モジュールの温度に敏感であるため、発光素子モジュールの温度を出来る限り安定に保つことが要求される。
【０００３】
従来の発光素子モジュール８４の平面図を図２に、図２のＡ−Ａ’線での断面図を図３に示す（例えば、特許文献１参照。）。図２、図３において、１０１はモジュール筺体、１０２はペルチェクーラ、１０３は光出力部、１０４はレンズ、１０５は金属ブロック、１０７は電界吸収型変調器集積回路ＤＦＢ型のレーザ素子、１０８はモニター用受光素子、１１０はセラミック製基板、１１２は信号入力ピン、１１３は増幅回路素子、１１５はボンディングワイヤである。
【０００４】
図２、図３に示すように、モジュール筺体１０１の内部にペルチェクーラ１０２と、その上面に搭載されるレンズ１０４を取り付けた金属ブロック１０５と、レーザ素子１０７、及びモニター用受光素子１０８等を備える。これらでレーザ素子１０７の出力光強度と動作温度の制御を行う結果、光出力部１０３から得られる光出力の出力光強度と波長が安定化される。モジュール筺体１０１の外部から信号入力ピン１１２に入力された変調信号は、モジュール筺体１０１を貫通するセラミック製基板１１０の上の配線を介して増幅回路素子１１３に到達する。セラミック製基板１１０の上に搭載された増幅回路素子１１３で信号処理された後、ボンディングワイヤ１１５で結線されたレーザ素子１０７を駆動する。
【０００５】
このような構造の発光素子モジュールでは、増幅回路素子１１３で発生した熱はセラミック製基板１１０を通して外部に伝導することになるが、セラミック製基板１１０は薄いため、ヒートシンクとして十分に機能せず、この結果、増幅回路素子１１３の温度が上がり、発光素子モジュール内部の温度が上昇することになる。このため、レーザ素子１０７及びペルチェクーラ１０２が加熱され、レーザ素子１０７の高精度、高安定な波長制御が不可能になってしまう。
【０００６】
また、発光素子モジュールの組み立て工程では、モジュール筺体１０１へのセラミック製基板１１０の取り付けがペルチェクーラ１０２の取り付けに先行するため、セラミック製基板１１０が取り付けられたモジュール筺体１０１の内部にペルチェクーラ１０２、金属ブロック１０５を順次実装する際に、モジュール筺体１０１のセラミック製基板１１０が障害となる。特に、レーザ素子１０７を搭載した金属ブロック１０５をペルチェクーラ１０２上に設置するときは、レーザ素子１０７と増幅回路素子１１３とをボンディングワイヤで結線できる距離であって、レーザ素子１０７と光出力部１０３との精密な相対位置になるように金属ブロック１０５を位置決めすることが必要となる。この位置決めには、中央近くまで突き出たセラミック製基板１１０が障害となり、表面実装による自動化を図ることが不可能になる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−９１６９５号公報 （第１図、第２図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題を解決するために、発光素子の高精度、高安定な波長制御が可能になるように、駆動回路等の放熱特性を向上させた発光素子モジュールを提供することを目的とする。また、発光素子モジュールの構成部品の筐体内部への設置を容易にして、組み立て性のよい発光素子モジュールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本願第一発明は、発光素子モジュールの筐体の内部底面に設置されたヒートシンクと、発光素子モジュールの筐体の内部に配置されたキャリアと、該キャリアの上面に搭載された断熱材と、該キャリアの上面に搭載され、光通信用の変調光を出射する発光素子と、該ヒートシンクと該断熱材とにまたがって搭載された駆動回路用基板と、該駆動回路用基板に搭載され、該発光素子を駆動する駆動回路と、を有する発光素子モジュールである。
【００１０】
本願第一発明により、駆動回路等の放熱特性を向上させた発光素子モジュールとすることができ、また、発光素子モジュールの構成部品の筐体内部への設置を容易にして、組み立て性のよい発光素子モジュールとすることができる。
【００１１】
本願第二発明は、発光素子モジュールの筐体の内部底面に設置されたヒートシンクと、発光素子モジュールの筐体の内部に配置されたキャリアと、該キャリアの上面に搭載された断熱材と、該キャリアの上面に搭載されたサブキャリアと、該サブキャリアの上面に搭載され、光通信用の変調光を出射する発光素子と、該ヒートシンクと該断熱材とにまたがって搭載された駆動回路用基板と、該駆動回路用基板に搭載され、該発光素子を駆動する駆動回路と、を有する発光素子モジュールである。
【００１２】
本願第二発明により、駆動回路等の放熱特性を向上させた発光素子モジュールとすることができ、また、発光素子モジュールの構成部品の筐体内部への設置を容易にして、組み立て性のよい発光素子モジュールとすることができる。
【００１３】
本願第三発明は、本願第一又は第二発明において、駆動回路用基板とヒートシンクとの間の熱抵抗が駆動回路用基板と断熱材との間の熱抵抗よりも小さいことを特徴とする発光素子モジュールである。
本願第三発明により、駆動回路用基板からヒートシンクへの熱伝導の効率を向上させた発光素子モジュールとすることができる。
【００１４】
本願第四発明は、本願第一、第二、又は第三発明において、さらに、前記キャリアの上面に搭載され、前記発光素子からの後方光の出力強度をモニターする受光素子を有することを特徴とする発光素子モジュールである。
本願第四発明により、発光素子モジュールからの出力を安定化することができる。
【００１５】
本願第五発明は、本願第一、第二、第三、又は第四発明における発光素子は、半導体レーザと該半導体レーザからの前方光を変調する変調器とから構成されていることを特徴とする発光素子モジュールである。
本願第五発明により、発光素子モジュールの波長を安定化することができ、又半導体レーザの発振波長幅を狭くすることができる。
【００１６】
本願第六発明は、本願第一、第二、第三、第四、又第五発明において、さらに、キャリアの上面に搭載され、発光素子からの後方光の波長を検出する波長検出素子を有することを特徴とする発光素子モジュールである。
本願第六発明により、発光素子モジュールの高精度、高安定な波長制御を可能する。
【００１７】
本願第七発明は、本願第六発明の波長検出素子が、発光素子からの後方光の一部の出力強度を検出する第一の受光素子と、発光素子からの後方光の一部を波長によって異なる透過率で透過させる分光板と、分光板を透過した後方光の一部の出力強度を検出する第二の受光素子と、を備えていることを特徴とする発光素子モジュールである。
本願第七発明により、発光素子モジュールの高精度、高安定な波長制御を可能する。
【００１８】
本願第八発明は、本願第六発明の波長検出素子が、発光素子からの後方光の一部を波長によって異なる透過率で透過させ、一部を波長によって異なる反射率で反射する波長板と、波長板を透過した後方光の出力強度を検出する第一の受光素子と、波長板で反射した後方光の出力強度を検出する第二の受光素子とを備えていることを特徴とする発光素子モジュールである。
本願第八発明により、発光素子モジュールの高精度、高安定な波長制御を可能する。
【００１９】
本願第九発明は、本願第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、又は第八発明において、さらに、発光素子モジュールの筐体の内部底面に設置され、前記キャリアを搭載する温度制御素子を有することを特徴とする発光素子モジュールである。
本願第九発明により、発光素子モジュールの波長を安定化することができる。
【００２０】
本願第十発明は、本願第九発明の温度制御素子がペルチェ素子であることを特徴とする発光素子モジュールである。
本願第十発明により、発光素子モジュールの波長を安定化することができる。
なお、これらの構成は可能な限り組み合わせることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態である発光素子モジュールの内部平面図を図４に、図４におけるＡ−Ａ’
線での断面図を図５に示す。図４、図５において、１０は発光素子モジュール、１１はヒートシンク、１２は駆動回路、１３は駆動回路用基板、１４は接続基板、１５は筺体、１６は筺体の内部底面、１７はアイソレータ、１８はレンズ、２２は発光素子、２３は受光素子、２４はキャリア、２５は温度制御素子、２６は断熱材、２７は電極板である。
【００２２】
図４、図５に示すように、筺体１５の内部底面１６には温度制御素子２５が設置される。温度制御素子２５としては、ペルチェ素子又はヒータが適用できる。温度制御素子を設けることにより、発光素子２２の温度を一定に保つことができ、発光素子モジュールの波長を安定化することができた。発光素子としては、変調器集積型ＤＦＢや直接変調型ＤＦＢなどが使用できる。
【００２３】
温度制御素子２５の上面にはキャリア２４が搭載され、さらにキャリア２４の上面には発光素子２２、レンズ１８、アイソレータ１７、受光素子２３が搭載される。発光素子２２は前方と後方の両方に変調光を出射する。前方への変調光を前方光、後方への変調光を後方光と呼ぶ。前方光はレンズ１８によって集光され、アイソレータ１７を介して、発光素子モジュール１０の外部に出力する。アイソレータ１７は外部からの戻り光が発光素子２２に結合して発光素子２２の動作に影響することを防止するために設けられる。前方光と後方光は出力強度が相関関係にあるため、後方光を受光素子２３で受光して、後方光の出力強度が一定になるように制御することによって、発光素子モジュールの出力を安定化することができる。
【００２４】
発光素子２２の近傍には、サーミスタ（図示せず）が搭載され、発光素子モジュール１０の周囲温度又は発光素子モジュール１０の内部温度が変動しても、発光素子２２の動作温度が一定に保たれるように温度制御素子２５を制御する。
【００２５】
筺体の内部底面１６には温度制御素子２５と一定距離をおいてヒートシンク１１が設置される。ヒートシンク１１と筺体の内部底面１６との接合はロウ付け固定となっている。ヒートシンク１１には駆動回路用基板１３が半田付け固定で搭載され、駆動回路用基板１３には、さらに駆動回路１２が搭載される。駆動回路１２は発光素子２２を駆動する。駆動回路１２は電力消費が大きく、放熱機構がなければ駆動回路１２で発生した熱が駆動回路１２の周辺に輻射して発光素子２２を加熱、又は発光素子モジュール１０の内部に蓄積されて発光素子２２を加熱することになる。駆動回路用基板１３には、駆動回路１２で発生した熱を良好に熱伝導するために、ＣｕＷが適用されている。駆動回路用基板１３の上面は、駆動回路１２がベアチップ状態で搭載する領域、その周辺に適宜設けられる電源端子や接地端子のための領域、キャパシタ等の電子部品の搭載領域を持つ。本発明では、駆動回路１２で発生した熱は駆動回路用基板１３を介して、ヒートシンク１１に伝導し、筺体１５を通って筺体の外部に放熱される。ヒートシンク１１の材質としてはＣｕＷの表面を金メッキしたものが好適であるが、アルミニウム、金、銅などの金属あるいはセラミックスなどの熱伝導性の良好な材料であればよい。
【００２６】
一方、駆動回路用基板１３は、ヒートシンク１１と断熱材２６とにまたがって搭載される。断熱材２６は、筺体の内部底面１６に設置せず、キャリア２４の上面に搭載することによってキャリア２４のスペースを有効に利用し、発光素子モジュール全体の小型化を図っている。また、断熱材２６をヒートシンク１１に並行して設置することにより、昇温したヒートシンク１１から発光素子２２への熱輻射を遮る効果を得ることができる。断熱材２６には熱伝導率の小さいガラスが好適であるが、エンジニアリングプラスチックに代表される有機材料や断熱性セラミック材料等の低熱伝導材料であればよい。
【００２７】
駆動回路用基板１３がヒートシンク１１に面接触して密着するように、ヒートシンク１１の上面と断熱材２６の上面とはその高さが一致するか、あるいはヒートシンク１１の上面が断熱材２６の上面より若干高めになるように設定される。このように設定することにより、駆動回路用基板１３がヒートシンク１１に密着することによって、駆動回路用基板１３からヒートシンク１１への良好な熱伝導が確保される。また、前述したように、断熱材２６はヒートシンク１１よりも熱伝導率が高い材料が選定される。従って、駆動回路１２で発生した熱がキャリア２４に伝導する割合は小さく、大部分はヒートシンク１１を伝導して筺体外部に放熱されることになる。
【００２８】
さらに、駆動回路用基板１３とヒートシンク１１との間の熱抵抗を駆動回路用基板１３と断熱材２６との間の熱抵抗よりも小さくすることが好ましい。駆動回路用基板１３とヒートシンク１１との間の熱抵抗を駆動回路用基板１３と断熱材２６との間の熱抵抗よりも小さくすることによって、駆動回路１２で発生した熱が断熱材２６よりもヒートシンク１１を伝導して、筺体外部に放熱されやすくなる。例えば、駆動回路用基板１３とヒートシンク１１との接触面積を駆動回路用基板１３と断熱材２６との接触面積よりも広くすることによって、熱抵抗を小さくすることができる。
【００２９】
筺体１５の側部に設置される電極板２７は、アルミナセラミックス等の電気絶縁材料の表面に金属配線層を施したものである。電極板２７は筺体１５の側部を貫通するように嵌めこまれている。電極板２７と筺体１５の側部貫通孔内面とは銀ロウ等のロウ材を介して接合される。筺体外部から入力される信号は、電極板２７からボンディングワイヤで直接に駆動回路１２に入力されるか、又は接続基板１４が必要に応じて設けられ、電極板２７から接続基板１４を経由してボンディングワイヤで駆動回路１２に入力される。発光素子２２への変調信号は、電極板２７の入力端子（図示せず）から発光素子２２に至る距離が最短になるように、電極板２７の上面やキャリア２４の上面に設けられたマイクロストリップラインを介してボンディングワイヤで発光素子２２へ接続されることが望ましい。その他の制御信号や電源は接続基板１４など他の経路を経由して駆動回路１２に接続されてもよい。
【００３０】
本実施の形態では、駆動回路１２は電極板２７ではなく、駆動回路用基板１３に搭載することから、筺体１５の内部への電極板２７の突き出し長は、電極板２７から駆動回路用基板１３へのボンディングワイヤのボンディング領域が確保できる程度の短さでよい。このため、図２、図３に示す従来構造のような筺体の内部への突き出しがなくなり、筺体１５の内部に温度制御素子２５やキャリア２４を実装するための作業空間が確保される。
【００３１】
本発明の発光素子モジュールの製造方法について図４、図５を用いて説明する。まず、ロウ付けなどによって電極板２７が取り付けられた筺体１５を準備し、次に筺体の内部底面１６の所定の位置にヒートシンク１１をロウ付けし、さらに温度制御素子２５を所定の位置に半田付けする。次に、別工程でキャリア２４の上面に断熱材２６をロウ付けによって取り付けておき、断熱材２６の取り付いたキャリア２４を温度制御素子２５の上面に固定する。さらに、別工程で駆動回路１２を駆動回路用基板１３に搭載しておき、ヒートシンク１１と断熱材２６とにまたがって、駆動回路用基板１３を銀ペーストあるいは半田を用いて固定する。固定した駆動回路用基板１３と発光素子２２又は電極板２７との間はワイヤボンディングを実施する。このように、本実施の形態で説明する発光素子モジュールでは、電極板２７の筺体内部への突き出しは僅かであるため、ヒートシンク１１や温度制御素子２５を筺体の内部底面１６に半田付けする工程では作業が容易になる。
【００３２】
従って、本実施の形態で説明した発光素子モジュールは、駆動回路等の放熱特性を向上させることができた。また、発光素子等を搭載したキャリアを発光素子モジュールの筐体内部へ設置することを容易にして組み立て性を向上させることができた。
【００３３】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態である発光素子モジュールの内部平面図を図６に、図６におけるＡ−Ａ’
線での断面図を図７に示す。図６、図７において、１０は発光素子モジュール、１１はヒートシンク、１２は駆動回路、１３は駆動回路用基板、１４は接続基板、１５は筺体、１６は筺体の内部底面、１７はアイソレータ、１８はレンズ、１９はサブキャリア、２２は発光素子、２３は受光素子、２４はキャリア、２５は温度制御素子である。
【００３４】
図６、図７に示すように、筺体１５の内部底面１６には温度制御素子２５が設置される。温度制御素子２５としては、ペルチェ素子又はヒータが適用できる。温度制御素子２５の上面にはキャリア２４が搭載され、さらにキャリア２４の上面にはサブキャリア１９、レンズ１８、アイソレータ１７、受光素子２３が搭載される。サブキャリア１９の上面には発光素子２２が搭載される。
【００３５】
サブキャリア構成とすることにより、精密な位置合わせの必要な複数の精密光学部品を別工程でサブキャリア１９に搭載して、サブキャリア１９をさらにキャリア２４に搭載すると、発光素子モジュールの製造工程が簡易になる。また、サブキャリア構成としても、駆動回路１２で発生した熱をヒートシンク１１経由で筺体１５の外部に放熱するため特性には影響しない。
【００３６】
発光素子が半導体レーザと外部変調器で構成され、これらをサブキャリアに搭載した例を図８に示す。図８において、１９はサブキャリア、２０は半導体レーザ、２１は外部変調器、２８は金属配線である。
【００３７】
半導体レーザを信号で変調すると、波長が変動したり発振波長幅が広くなったりすることから、発光素子モジュールを高速の光通信システムに適用する場合は、半導体レーザを一定出力で駆動し、外部変調器で変調する構成が好適である。半導体レーザには波長が安定で、発振波長幅の狭いＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）型半導体レーザ等が適用されることがある。外部変調器には変調特性の良好な電界吸収型変調器が好適である。半導体レーザ２０の光出力を精密に位置決めして外部変調器２１に結合させる必要があることから、発光素子モジュールの組み立て工程とは別の工程で、サブキャリア１９上に半導体レーザ２０と外部変調器２１とを搭載して、サブキャリア１９を図６、図７で示すキャリア２４に固定すると、発光素子モジュールの製造工程が簡易になる。
【００３８】
従って、本実施の形態で説明した発光素子モジュールは、サブキャリ構成とすることにより、発光素子モジュールの製造を容易にした。また、駆動回路等の放熱特性を向上させることができた。さらに、サブキャリア等を搭載したキャリアを発光素子モジュールの筐体内部へ設置することを容易にして組み立て性を向上させることができた。
【００３９】
（実施の形態３）
本発明の発光素子モジュールは、発光素子の発振する波長を精密制御するために、発光素子からの後方光の波長を検出する波長検出素子を付加したものである。波長検出素子を付加した発光素子モジュールの実施の形態について説明する。本実施の形態に使用する波長検出素子を付加したキャリアを図９に示す。図９において、１７はアイソレータ、１８はレンズ、１９はサブキャリア、２０は半導体レーザ、２１は外部変調器、２４はキャリア、３０は分光板、３１は第一の受光素子、３２は第二の受光素子、３３はレンズである。
【００４０】
図９ではサブキャリア１９の上面に半導体レーザ２０と外部変調器２１を搭載しているが、半導体レーザ２０と外部変調器２１を直接、キャリア２４に搭載してもよい。また、外部変調器と半導体レーザが一体集積された外部変調器付半導体レーザを用いてもよく、さらに、外部変調器２１を用いることなく、半導体レーザ２０を直接変調する構成でもよい。図９に示すキャリア等が図４、図５に示す発光素子モジュール１０、又は図６、図７に示す発光素子モジュール１０の内部に配置される。
【００４１】
図９に示すように、半導体レーザ２０の後方に、半導体レーザ２０からの後方光を平行ビームにするレンズ３３と、平行ビームの一部に挿入される分光板３０と、分光板３０の後方に分光板３０を透過してきた光を受光する第一の受光素子３１と、レンズ３３から分光板３０を透過せずに直接到達する光を受光する第二の受光素子３２とが配置されている。分光板３０は平行ビームの波長によって透過率が異なる特性であればよい。例えば、エタロンを分光板として適用することができる。
【００４２】
第二の受光素子３２は、半導体レーザ２０の後方光をモニターして、後方光の出力強度が一定になるように制御することによって、発光素子モジュールの出力を安定化する。第一の受光素子３１は分光板３０を透過した後方光をモニターする。分光板３０は波長によって透過率が異なるため、半導体レーザからの後方光出力が一定であれば、波長によって第一の受光素子３１が受光する光強度は異なる。波長に対する受光素子への入力光強度の例を図１０に示す。第二の受光素子３２への入力光強度は、波長に対して一定であるが、第一の受光素子３１への入力光強度は波長によって異なる。そこで、第一の受光素子３１への入力強度が一定になるように、又は、第二の受光素子３２への入力光強度と第一の受光素子３１への入力光強度の比が一定になるように、半導体レーザの発振する波長を制御する。発振する波長の制御方法としては、例えば、半導体レーザの発振する波長が温度によって変化することを利用して、所定の波長で発振するように半導体レーザの周囲温度を制御する。
【００４３】
このような波長検出素子を付加することによって、半導体レーザの高精度、高安定な波長制御が可能になる。
【００４４】
他の波長検出素子を付加したキャリアを図１１に示す。図１１において、１７はアイソレータ、１８はレンズ、１９はサブキャリア、２０は半導体レーザ、２１は外部変調器、２４はキャリア、３１は第一の受光素子、３２は第二の受光素子、３３はレンズ、３４は波長板である。
【００４５】
図１１ではサブキャリア１９の上面に半導体レーザ２０と外部変調器２１を搭載しているが、半導体レーザ２０と外部変調器２１を直接、キャリア２４に搭載してもよい。また、外部変調器と半導体レーザが一体集積された外部変調器付半導体レーザを用いてもよく、さらに、外部変調器２１を用いることなく、半導体レーザ２０を直接変調する構成でもよい。図１１に示すキャリア等が図４、図５に示す発光素子モジュール１０、又は図６、図７に示す発光素子モジュール１０の内部に配置される。
【００４６】
図１１に示すように、半導体レーザ２０の後方に、半導体レーザ２０からの後方光を平行ビームにするレンズ３３と、平行ビームに挿入される波長板３４と、波長板３４の後方に波長板３４を透過してきた光を受光する第一の受光素子３１と、波長板３４を反射してきた光を受光する第二の受光素子３２とが配置されている。波長板は平行ビームの波長によって透過率及び反射率が異なり、平行ビームの波長によらず透過率及と反射率との和が一定である特性であればよい。例えば、エタロンを波長板として適用することができる。
【００４７】
ここで、波長板３４への入射角が大きい場合には、入射光の偏波状態で分光特性が劣化する場合がある。これを避けるには、波長板３４への入射角が小さくなるように、波長板３４の面の傾きを設定すればよい。波長板３４への入射角が小さくなるようにし過ぎて設定すると、第二の受光素子３２とレンズ３３あるいは半導体レーザ２０との間隔が狭くなるため、第二の受光素子３２の配置が困難になるときがある。このような場合には、分光板のｐ波入射面又はｓ波入射面とレーザ光の偏光面とを一致させる設定が有効である。エタロン等の波長依存性の強い素子を波長板として用いるためには、偏波依存性への影響を小さくできるよう入射角を１５度以下に設定することが好ましい。レーザ光のように偏波消光比が高い光が波長板に直接入射する図１１の構成の場合には、上記説明したように偏光面を一致させるような入射条件の規定により波長板への入射角を大きく設定することができる。
【００４８】
本構成では、第二の受光素子３２への入力強度は半導体レーザ２０の波長変化と強度変化の両方で生じるので、第二の受光素子３２への入力強度のみをモニターして半導体レーザ２０の光強度を一定に制御する方法は採用できない。波長に対する受光素子への入力光強度の例を図１２に示す。本構成で半導体レーザ２０の光強度を一定に制御するためには、第一の受光素子３１と第二の受光素子３２への入力強度を同時にモニターし、両者の和を一定とする制御をする必要がある。その上で、第一の受光素子３１若しくは第二の受光素子３２への入力強度が一定になるように、又は、第一の受光素子３１への入力光強度と第二の受光素子３２への入力光強度との比が一定になるような制御をすれば、半導体レーザの発振波長と光強度を一定にすることができる。
【００４９】
このような波長検出素子を付加することによって、半導体レーザの高精度、高安定な波長制御が可能になる。また、２つの受光素子を近接して配置できない場合に、このような波長検出素子が有効である。
【００５０】
図１３に波長検出素子を付加したキャリアを有する別の例を示す。図１３において、１７はアイソレータ、１８はレンズ、１９はサブキャリア、２０は半導体レーザ、２１は外部変調器、２４はキャリア、３０は分光板、３１は第一の受光素子、３２は第二の受光素子、３３はレンズ、３５はビームスプリッタである。図１３では、図１１の波長板に替えて波長依存性のないビームスプリッタ３５を用い、ビームスプリッタ３５を通過した光ビーム中に分光板３０を挿入するものである。
【００５１】
図１３ではサブキャリア１９の上面に半導体レーザ２０と外部変調器２１を搭載しているが、半導体レーザ２０と外部変調器２１を直接、キャリア２４に搭載してもよい。また、外部変調器と半導体レーザが一体集積された外部変調器付半導体レーザを用いてもよく、さらに、外部変調器２１を用いることなく、半導体レーザ２０を直接変調する構成でもよい。図１３に示すキャリア等が図４、図５に示す発光素子モジュール１０、又は図６、図７に示す発光素子モジュール１０の内部に配置される。
【００５２】
図１３に示すように、半導体レーザ２０の後方に、半導体レーザ２０からの後方光を平行ビームにするレンズ３３と、平行ビームの一部に挿入されるビームスプリッタ３５と、分光板３０と、分光板３０の後方に分光板３０を透過してきた光を受光する第一の受光素子３１と、レンズ３３からビームスプリッタ３５で反射された光を受光する第二の受光素子３２とが配置されている。ビームスプリッタ３５は平行ビームの波長に依存せず、一定の分岐比を有するものであればよい。分光板３０は平行ビームの波長によって透過率が異なる特性であればよい。例えば、エタロンを分光板として適用することができる。
【００５３】
第二の受光素子３２は、半導体レーザ２０の後方光をモニターして、後方光の出力強度が一定になるように制御することによって、発光素子モジュールの出力を安定化する。第一の受光素子３１は分光板３０を透過した後方光をモニターする。分光板３０は波長によって透過率が異なるため、半導体レーザからの後方光出力が一定であれば、波長によって第一の受光素子３１が受光する光強度は異なる。波長に対する受光素子への入力光強度の前述した図１０のようであれば、第二の受光素子３２への入力光強度は、波長に対して一定であるが、第一の受光素子３１への入力光強度は波長によって異なる。そこで、第一の受光素子３１への入力強度が一定になるように、又は、第二の受光素子３２への入力光強度と第一の受光素子３１への入力光強度の比が一定になるように、前述した制御方法で半導体レーザの発振する波長を制御する。
【００５４】
このような波長検出素子を付加することによって、半導体レーザの高精度、高安定な波長制御が可能になる。また、 ２つの受光素子を近接して配置できない場合に、このような波長検出素子が有効である。
【００５５】
従って、本実施の形態で説明した波長検出素子を付加した発光素子モジュールは、発光素子の高精度、高安定な波長制御を可能にすることができた。また、駆動回路等の放熱特性を向上させることができた。さらに、発光素子等を搭載したキャリアを発光素子モジュールの筐体内部へ設置することを容易にして組み立て性を向上させることができた。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば発光素子モジュールに搭載する駆動回路等の放熱特性を向上させることができ、発光素子の高精度、高安定な波長制御が可能になる。また、発光素子を搭載したキャリアの設置を容易にして組み立て性のよい発光素子モジュールとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光通信システムの構成を説明する図である。
【図２】従来の発光素子モジュール８４の平面図である。
【図３】従来の発光素子モジュール８４の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態である発光素子モジュールの内部平面図である。
【図５】本発明の実施の形態である発光素子モジュールの断面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態である発光素子モジュールの内部平面図である。
【図７】本発明の他の実施の形態である発光素子モジュールの断面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態である発光素子モジュールに配置されるサブキャリアの状態を説明する図である。
【図９】本実施の形態に使用する波長検出素子を付加したキャリアを説明する図である。
【図１０】波長に対する受光素子への入力光強度の例を説明する図である。
【図１１】本実施の形態に使用する他の波長検出素子を付加したキャリアを説明する図である。
【図１２】波長に対する受光素子への入力光強度の例を説明する図である。
【図１３】本実施の形態に使用する他の波長検出素子を付加したキャリアを説明する図である。
【符号の説明】
１０：発光素子モジュール
１１：ヒートシンク
１２：駆動回路
１３：駆動回路用基板
１４：接続基板
１５：筺体
１６：筺体の内部底面
１７：アイソレータ
１８：レンズ
１９：サブキャリア
２０：半導体レーザ
２１：外部変調器
２２：発光素子
２３：受光素子
２４：キャリア
２５：温度制御素子
２６：断熱材
２７：電極板
３０：分光板
３１：第一の受光素子
３２：第二の受光素子
３３：レンズ
３４：波長板
３５：ビームスプリッタ
８１：光送信機
８２：光受信機
８３：光ファイバ
８４：発光素子モジュール
８５：受光素子モジュール
１０１：モジュール筺体
１０２：ペルチェクーラ
１０３：光出力部
１０４：レンズ
１０５：金属ブロック
１０７：電界吸収型変調器集積回路ＤＦＢ型のレーザ素子
１０８：モニター用受光素子
１１０：セラミック製基板
１１２：信号入力ピン
１１３：増幅回路素子
１１５：ボンディングワイヤ
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子と該発光素子を駆動する駆動回路とを有する発光素子モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムの構成を図１に示す。図１に示すように、光通信システムは光送信機８１と光受信機８２との間を光ファイバ８３で接続している。光送信機８１は発光素子モジュール８４を内蔵し、光受信機８２は受光素子モジュール８５を内蔵する。光送信機８１が内蔵する発光素子モジュール８４から出射した光通信用の変調光は、光ファイバ８３を伝搬する間に光ファイバの分散により歪を受ける。このため、この歪が大きいと光受信機８２の内蔵する受光素子モジュール８５では正常な信号を再生することが出来なくなる。歪は発光素子モジュール８１の出射する光通信用の変調光の波長に大きく依存するため、発光素子モジュール８１の出射する光通信用の変調光の波長を一定に維持する必要がある。波長は発光素子モジュールの温度に敏感であるため、発光素子モジュールの温度を出来る限り安定に保つことが要求される。
【０００３】
従来の発光素子モジュール８４の平面図を図２に、図２のＡ−Ａ’線での断面図を図３に示す（例えば、特許文献１参照。）。図２、図３において、１０１はモジュール筺体、１０２はペルチェクーラ、１０３は光出力部、１０４はレンズ、１０５は金属ブロック、１０７は電界吸収型変調器集積回路ＤＦＢ型のレーザ素子、１０８はモニター用受光素子、１１０はセラミック製基板、１１２は信号入力ピン、１１３は増幅回路素子、１１５はボンディングワイヤである。
【０００４】
図２、図３に示すように、モジュール筺体１０１の内部にペルチェクーラ１０２と、その上面に搭載されるレンズ１０４を取り付けた金属ブロック１０５と、レーザ素子１０７、及びモニター用受光素子１０８等を備える。これらでレーザ素子１０７の出力光強度と動作温度の制御を行う結果、光出力部１０３から得られる光出力の出力光強度と波長が安定化される。モジュール筺体１０１の外部から信号入力ピン１１２に入力された変調信号は、モジュール筺体１０１を貫通するセラミック製基板１１０の上の配線を介して増幅回路素子１１３に到達する。セラミック製基板１１０の上に搭載された増幅回路素子１１３で信号処理された後、ボンディングワイヤ１１５で結線されたレーザ素子１０７を駆動する。
【０００５】
このような構造の発光素子モジュールでは、増幅回路素子１１３で発生した熱はセラミック製基板１１０を通して外部に伝導することになるが、セラミック製基板１１０は薄いため、ヒートシンクとして十分に機能せず、この結果、増幅回路素子１１３の温度が上がり、発光素子モジュール内部の温度が上昇することになる。このため、レーザ素子１０７及びペルチェクーラ１０２が加熱され、レーザ素子１０７の高精度、高安定な波長制御が不可能になってしまう。
【０００６】
また、発光素子モジュールの組み立て工程では、モジュール筺体１０１へのセラミック製基板１１０の取り付けがペルチェクーラ１０２の取り付けに先行するため、セラミック製基板１１０が取り付けられたモジュール筺体１０１の内部にペルチェクーラ１０２、金属ブロック１０５を順次実装する際に、モジュール筺体１０１のセラミック製基板１１０が障害となる。特に、レーザ素子１０７を搭載した金属ブロック１０５をペルチェクーラ１０２上に設置するときは、レーザ素子１０７と増幅回路素子１１３とをボンディングワイヤで結線できる距離であって、レーザ素子１０７と光出力部１０３との精密な相対位置になるように金属ブロック１０５を位置決めすることが必要となる。この位置決めには、中央近くまで突き出たセラミック製基板１１０が障害となり、表面実装による自動化を図ることが不可能になる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−９１６９５号公報 （第１図、第２図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題を解決するために、発光素子の高精度、高安定な波長制御が可能になるように、駆動回路等の放熱特性を向上させた発光素子モジュールを提供することを目的とする。また、発光素子モジュールの構成部品の筐体内部への設置を容易にして、組み立て性のよい発光素子モジュールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本願第一発明は、発光素子モジュールの筐体の内部底面に設置されたヒートシンクと、発光素子モジュールの筐体の内部に配置されたキャリアと、該キャリアの上面に搭載された断熱材と、該キャリアの上面に搭載され、光通信用の変調光を出射する発光素子と、該ヒートシンクと該断熱材とにまたがって搭載された駆動回路用基板と、該駆動回路用基板に搭載され、該発光素子を駆動する駆動回路と、を有する発光素子モジュールである。
【００１０】
本願第一発明により、駆動回路等の放熱特性を向上させた発光素子モジュールとすることができ、また、発光素子モジュールの構成部品の筐体内部への設置を容易にして、組み立て性のよい発光素子モジュールとすることができる。
【００１１】
本願第二発明は、発光素子モジュールの筐体の内部底面に設置されたヒートシンクと、発光素子モジュールの筐体の内部に配置されたキャリアと、該キャリアの上面に搭載された断熱材と、該キャリアの上面に搭載されたサブキャリアと、該サブキャリアの上面に搭載され、光通信用の変調光を出射する発光素子と、該ヒートシンクと該断熱材とにまたがって搭載された駆動回路用基板と、該駆動回路用基板に搭載され、該発光素子を駆動する駆動回路と、を有する発光素子モジュールである。
【００１２】
本願第二発明により、駆動回路等の放熱特性を向上させた発光素子モジュールとすることができ、また、発光素子モジュールの構成部品の筐体内部への設置を容易にして、組み立て性のよい発光素子モジュールとすることができる。
【００１３】
本願第三発明は、本願第一又は第二発明において、駆動回路用基板とヒートシンクとの間の熱抵抗が駆動回路用基板と断熱材との間の熱抵抗よりも小さいことを特徴とする発光素子モジュールである。
本願第三発明により、駆動回路用基板からヒートシンクへの熱伝導の効率を向上させた発光素子モジュールとすることができる。
【００１４】
本願第四発明は、本願第一、第二、又は第三発明において、さらに、前記キャリアの上面に搭載され、前記発光素子からの後方光の出力強度をモニターする受光素子を有することを特徴とする発光素子モジュールである。
本願第四発明により、発光素子モジュールからの出力を安定化することができる。
【００１５】
本願第五発明は、本願第一、第二、第三、又は第四発明における発光素子は、半導体レーザと該半導体レーザからの前方光を変調する変調器とから構成されていることを特徴とする発光素子モジュールである。
本願第五発明により、発光素子モジュールの波長を安定化することができ、又半導体レーザの発振波長幅を狭くすることができる。
【００１６】
本願第六発明は、本願第一、第二、第三、第四、又第五発明において、さらに、キャリアの上面に搭載され、発光素子からの後方光の波長を検出する波長検出素子を有することを特徴とする発光素子モジュールである。
本願第六発明により、発光素子モジュールの高精度、高安定な波長制御を可能する。
【００１７】
本願第七発明は、本願第六発明の波長検出素子が、発光素子からの後方光の一部の出力強度を検出する第一の受光素子と、発光素子からの後方光の一部を波長によって異なる透過率で透過させる分光板と、分光板を透過した後方光の一部の出力強度を検出する第二の受光素子と、を備えていることを特徴とする発光素子モジュールである。
本願第七発明により、発光素子モジュールの高精度、高安定な波長制御を可能する。
【００１８】
本願第八発明は、本願第六発明の波長検出素子が、発光素子からの後方光の一部を波長によって異なる透過率で透過させ、一部を波長によって異なる反射率で反射する波長板と、波長板を透過した後方光の出力強度を検出する第一の受光素子と、波長板で反射した後方光の出力強度を検出する第二の受光素子とを備えていることを特徴とする発光素子モジュールである。
本願第八発明により、発光素子モジュールの高精度、高安定な波長制御を可能する。
【００１９】
本願第九発明は、本願第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、又は第八発明において、さらに、発光素子モジュールの筐体の内部底面に設置され、前記キャリアを搭載する温度制御素子を有することを特徴とする発光素子モジュールである。
本願第九発明により、発光素子モジュールの波長を安定化することができる。
【００２０】
本願第十発明は、本願第九発明の温度制御素子がペルチェ素子であることを特徴とする発光素子モジュールである。
本願第十発明により、発光素子モジュールの波長を安定化することができる。
なお、これらの構成は可能な限り組み合わせることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態である発光素子モジュールの内部平面図を図４に、図４におけるＡ−Ａ’
線での断面図を図５に示す。図４、図５において、１０は発光素子モジュール、１１はヒートシンク、１２は駆動回路、１３は駆動回路用基板、１４は接続基板、１５は筺体、１６は筺体の内部底面、１７はアイソレータ、１８はレンズ、２２は発光素子、２３は受光素子、２４はキャリア、２５は温度制御素子、２６は断熱材、２７は電極板である。
【００２２】
図４、図５に示すように、筺体１５の内部底面１６には温度制御素子２５が設置される。温度制御素子２５としては、ペルチェ素子又はヒータが適用できる。温度制御素子を設けることにより、発光素子２２の温度を一定に保つことができ、発光素子モジュールの波長を安定化することができた。発光素子としては、変調器集積型ＤＦＢや直接変調型ＤＦＢなどが使用できる。
【００２３】
温度制御素子２５の上面にはキャリア２４が搭載され、さらにキャリア２４の上面には発光素子２２、レンズ１８、アイソレータ１７、受光素子２３が搭載される。発光素子２２は前方と後方の両方に変調光を出射する。前方への変調光を前方光、後方への変調光を後方光と呼ぶ。前方光はレンズ１８によって集光され、アイソレータ１７を介して、発光素子モジュール１０の外部に出力する。アイソレータ１７は外部からの戻り光が発光素子２２に結合して発光素子２２の動作に影響することを防止するために設けられる。前方光と後方光は出力強度が相関関係にあるため、後方光を受光素子２３で受光して、後方光の出力強度が一定になるように制御することによって、発光素子モジュールの出力を安定化することができる。
【００２４】
発光素子２２の近傍には、サーミスタ（図示せず）が搭載され、発光素子モジュール１０の周囲温度又は発光素子モジュール１０の内部温度が変動しても、発光素子２２の動作温度が一定に保たれるように温度制御素子２５を制御する。
【００２５】
筺体の内部底面１６には温度制御素子２５と一定距離をおいてヒートシンク１１が設置される。ヒートシンク１１と筺体の内部底面１６との接合はロウ付け固定となっている。ヒートシンク１１には駆動回路用基板１３が半田付け固定で搭載され、駆動回路用基板１３には、さらに駆動回路１２が搭載される。駆動回路１２は発光素子２２を駆動する。駆動回路１２は電力消費が大きく、放熱機構がなければ駆動回路１２で発生した熱が駆動回路１２の周辺に輻射して発光素子２２を加熱、又は発光素子モジュール１０の内部に蓄積されて発光素子２２を加熱することになる。駆動回路用基板１３には、駆動回路１２で発生した熱を良好に熱伝導するために、ＣｕＷが適用されている。駆動回路用基板１３の上面は、駆動回路１２がベアチップ状態で搭載する領域、その周辺に適宜設けられる電源端子や接地端子のための領域、キャパシタ等の電子部品の搭載領域を持つ。本発明では、駆動回路１２で発生した熱は駆動回路用基板１３を介して、ヒートシンク１１に伝導し、筺体１５を通って筺体の外部に放熱される。ヒートシンク１１の材質としてはＣｕＷの表面を金メッキしたものが好適であるが、アルミニウム、金、銅などの金属あるいはセラミックスなどの熱伝導性の良好な材料であればよい。
【００２６】
一方、駆動回路用基板１３は、ヒートシンク１１と断熱材２６とにまたがって搭載される。断熱材２６は、筺体の内部底面１６に設置せず、キャリア２４の上面に搭載することによってキャリア２４のスペースを有効に利用し、発光素子モジュール全体の小型化を図っている。また、断熱材２６をヒートシンク１１に並行して設置することにより、昇温したヒートシンク１１から発光素子２２への熱輻射を遮る効果を得ることができる。断熱材２６には熱伝導率の小さいガラスが好適であるが、エンジニアリングプラスチックに代表される有機材料や断熱性セラミック材料等の低熱伝導材料であればよい。
【００２７】
駆動回路用基板１３がヒートシンク１１に面接触して密着するように、ヒートシンク１１の上面と断熱材２６の上面とはその高さが一致するか、あるいはヒートシンク１１の上面が断熱材２６の上面より若干高めになるように設定される。このように設定することにより、駆動回路用基板１３がヒートシンク１１に密着することによって、駆動回路用基板１３からヒートシンク１１への良好な熱伝導が確保される。また、前述したように、断熱材２６はヒートシンク１１よりも熱伝導率が高い材料が選定される。従って、駆動回路１２で発生した熱がキャリア２４に伝導する割合は小さく、大部分はヒートシンク１１を伝導して筺体外部に放熱されることになる。
【００２８】
さらに、駆動回路用基板１３とヒートシンク１１との間の熱抵抗を駆動回路用基板１３と断熱材２６との間の熱抵抗よりも小さくすることが好ましい。駆動回路用基板１３とヒートシンク１１との間の熱抵抗を駆動回路用基板１３と断熱材２６との間の熱抵抗よりも小さくすることによって、駆動回路１２で発生した熱が断熱材２６よりもヒートシンク１１を伝導して、筺体外部に放熱されやすくなる。例えば、駆動回路用基板１３とヒートシンク１１との接触面積を駆動回路用基板１３と断熱材２６との接触面積よりも広くすることによって、熱抵抗を小さくすることができる。
【００２９】
筺体１５の側部に設置される電極板２７は、アルミナセラミックス等の電気絶縁材料の表面に金属配線層を施したものである。電極板２７は筺体１５の側部を貫通するように嵌めこまれている。電極板２７と筺体１５の側部貫通孔内面とは銀ロウ等のロウ材を介して接合される。筺体外部から入力される信号は、電極板２７からボンディングワイヤで直接に駆動回路１２に入力されるか、又は接続基板１４が必要に応じて設けられ、電極板２７から接続基板１４を経由してボンディングワイヤで駆動回路１２に入力される。発光素子２２への変調信号は、電極板２７の入力端子（図示せず）から発光素子２２に至る距離が最短になるように、電極板２７の上面やキャリア２４の上面に設けられたマイクロストリップラインを介してボンディングワイヤで発光素子２２へ接続されることが望ましい。その他の制御信号や電源は接続基板１４など他の経路を経由して駆動回路１２に接続されてもよい。
【００３０】
本実施の形態では、駆動回路１２は電極板２７ではなく、駆動回路用基板１３に搭載することから、筺体１５の内部への電極板２７の突き出し長は、電極板２７から駆動回路用基板１３へのボンディングワイヤのボンディング領域が確保できる程度の短さでよい。このため、図２、図３に示す従来構造のような筺体の内部への突き出しがなくなり、筺体１５の内部に温度制御素子２５やキャリア２４を実装するための作業空間が確保される。
【００３１】
本発明の発光素子モジュールの製造方法について図４、図５を用いて説明する。まず、ロウ付けなどによって電極板２７が取り付けられた筺体１５を準備し、次に筺体の内部底面１６の所定の位置にヒートシンク１１をロウ付けし、さらに温度制御素子２５を所定の位置に半田付けする。次に、別工程でキャリア２４の上面に断熱材２６をロウ付けによって取り付けておき、断熱材２６の取り付いたキャリア２４を温度制御素子２５の上面に固定する。さらに、別工程で駆動回路１２を駆動回路用基板１３に搭載しておき、ヒートシンク１１と断熱材２６とにまたがって、駆動回路用基板１３を銀ペーストあるいは半田を用いて固定する。固定した駆動回路用基板１３と発光素子２２又は電極板２７との間はワイヤボンディングを実施する。このように、本実施の形態で説明する発光素子モジュールでは、電極板２７の筺体内部への突き出しは僅かであるため、ヒートシンク１１や温度制御素子２５を筺体の内部底面１６に半田付けする工程では作業が容易になる。
【００３２】
従って、本実施の形態で説明した発光素子モジュールは、駆動回路等の放熱特性を向上させることができた。また、発光素子等を搭載したキャリアを発光素子モジュールの筐体内部へ設置することを容易にして組み立て性を向上させることができた。
【００３３】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態である発光素子モジュールの内部平面図を図６に、図６におけるＡ−Ａ’
線での断面図を図７に示す。図６、図７において、１０は発光素子モジュール、１１はヒートシンク、１２は駆動回路、１３は駆動回路用基板、１４は接続基板、１５は筺体、１６は筺体の内部底面、１７はアイソレータ、１８はレンズ、１９はサブキャリア、２２は発光素子、２３は受光素子、２４はキャリア、２５は温度制御素子である。
【００３４】
図６、図７に示すように、筺体１５の内部底面１６には温度制御素子２５が設置される。温度制御素子２５としては、ペルチェ素子又はヒータが適用できる。温度制御素子２５の上面にはキャリア２４が搭載され、さらにキャリア２４の上面にはサブキャリア１９、レンズ１８、アイソレータ１７、受光素子２３が搭載される。サブキャリア１９の上面には発光素子２２が搭載される。
【００３５】
サブキャリア構成とすることにより、精密な位置合わせの必要な複数の精密光学部品を別工程でサブキャリア１９に搭載して、サブキャリア１９をさらにキャリア２４に搭載すると、発光素子モジュールの製造工程が簡易になる。また、サブキャリア構成としても、駆動回路１２で発生した熱をヒートシンク１１経由で筺体１５の外部に放熱するため特性には影響しない。
【００３６】
発光素子が半導体レーザと外部変調器で構成され、これらをサブキャリアに搭載した例を図８に示す。図８において、１９はサブキャリア、２０は半導体レーザ、２１は外部変調器、２８は金属配線である。
【００３７】
半導体レーザを信号で変調すると、波長が変動したり発振波長幅が広くなったりすることから、発光素子モジュールを高速の光通信システムに適用する場合は、半導体レーザを一定出力で駆動し、外部変調器で変調する構成が好適である。半導体レーザには波長が安定で、発振波長幅の狭いＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）型半導体レーザ等が適用されることがある。外部変調器には変調特性の良好な電界吸収型変調器が好適である。半導体レーザ２０の光出力を精密に位置決めして外部変調器２１に結合させる必要があることから、発光素子モジュールの組み立て工程とは別の工程で、サブキャリア１９上に半導体レーザ２０と外部変調器２１とを搭載して、サブキャリア１９を図６、図７で示すキャリア２４に固定すると、発光素子モジュールの製造工程が簡易になる。
【００３８】
従って、本実施の形態で説明した発光素子モジュールは、サブキャリ構成とすることにより、発光素子モジュールの製造を容易にした。また、駆動回路等の放熱特性を向上させることができた。さらに、サブキャリア等を搭載したキャリアを発光素子モジュールの筐体内部へ設置することを容易にして組み立て性を向上させることができた。
【００３９】
（実施の形態３）
本発明の発光素子モジュールは、発光素子の発振する波長を精密制御するために、発光素子からの後方光の波長を検出する波長検出素子を付加したものである。波長検出素子を付加した発光素子モジュールの実施の形態について説明する。本実施の形態に使用する波長検出素子を付加したキャリアを図９に示す。図９において、１７はアイソレータ、１８はレンズ、１９はサブキャリア、２０は半導体レーザ、２１は外部変調器、２４はキャリア、３０は分光板、３１は第一の受光素子、３２は第二の受光素子、３３はレンズである。
【００４０】
図９ではサブキャリア１９の上面に半導体レーザ２０と外部変調器２１を搭載しているが、半導体レーザ２０と外部変調器２１を直接、キャリア２４に搭載してもよい。また、外部変調器と半導体レーザが一体集積された外部変調器付半導体レーザを用いてもよく、さらに、外部変調器２１を用いることなく、半導体レーザ２０を直接変調する構成でもよい。図９に示すキャリア等が図４、図５に示す発光素子モジュール１０、又は図６、図７に示す発光素子モジュール１０の内部に配置される。
【００４１】
図９に示すように、半導体レーザ２０の後方に、半導体レーザ２０からの後方光を平行ビームにするレンズ３３と、平行ビームの一部に挿入される分光板３０と、分光板３０の後方に分光板３０を透過してきた光を受光する第一の受光素子３１と、レンズ３３から分光板３０を透過せずに直接到達する光を受光する第二の受光素子３２とが配置されている。分光板３０は平行ビームの波長によって透過率が異なる特性であればよい。例えば、エタロンを分光板として適用することができる。
【００４２】
第二の受光素子３２は、半導体レーザ２０の後方光をモニターして、後方光の出力強度が一定になるように制御することによって、発光素子モジュールの出力を安定化する。第一の受光素子３１は分光板３０を透過した後方光をモニターする。分光板３０は波長によって透過率が異なるため、半導体レーザからの後方光出力が一定であれば、波長によって第一の受光素子３１が受光する光強度は異なる。波長に対する受光素子への入力光強度の例を図１０に示す。第二の受光素子３２への入力光強度は、波長に対して一定であるが、第一の受光素子３１への入力光強度は波長によって異なる。そこで、第一の受光素子３１への入力強度が一定になるように、又は、第二の受光素子３２への入力光強度と第一の受光素子３１への入力光強度の比が一定になるように、半導体レーザの発振する波長を制御する。発振する波長の制御方法としては、例えば、半導体レーザの発振する波長が温度によって変化することを利用して、所定の波長で発振するように半導体レーザの周囲温度を制御する。
【００４３】
このような波長検出素子を付加することによって、半導体レーザの高精度、高安定な波長制御が可能になる。
【００４４】
他の波長検出素子を付加したキャリアを図１１に示す。図１１において、１７はアイソレータ、１８はレンズ、１９はサブキャリア、２０は半導体レーザ、２１は外部変調器、２４はキャリア、３１は第一の受光素子、３２は第二の受光素子、３３はレンズ、３４は波長板である。
【００４５】
図１１ではサブキャリア１９の上面に半導体レーザ２０と外部変調器２１を搭載しているが、半導体レーザ２０と外部変調器２１を直接、キャリア２４に搭載してもよい。また、外部変調器と半導体レーザが一体集積された外部変調器付半導体レーザを用いてもよく、さらに、外部変調器２１を用いることなく、半導体レーザ２０を直接変調する構成でもよい。図１１に示すキャリア等が図４、図５に示す発光素子モジュール１０、又は図６、図７に示す発光素子モジュール１０の内部に配置される。
【００４６】
図１１に示すように、半導体レーザ２０の後方に、半導体レーザ２０からの後方光を平行ビームにするレンズ３３と、平行ビームに挿入される波長板３４と、波長板３４の後方に波長板３４を透過してきた光を受光する第一の受光素子３１と、波長板３４を反射してきた光を受光する第二の受光素子３２とが配置されている。波長板は平行ビームの波長によって透過率及び反射率が異なり、平行ビームの波長によらず透過率及と反射率との和が一定である特性であればよい。例えば、エタロンを波長板として適用することができる。
【００４７】
ここで、波長板３４への入射角が大きい場合には、入射光の偏波状態で分光特性が劣化する場合がある。これを避けるには、波長板３４への入射角が小さくなるように、波長板３４の面の傾きを設定すればよい。波長板３４への入射角が小さくなるようにし過ぎて設定すると、第二の受光素子３２とレンズ３３あるいは半導体レーザ２０との間隔が狭くなるため、第二の受光素子３２の配置が困難になるときがある。このような場合には、分光板のｐ波入射面又はｓ波入射面とレーザ光の偏光面とを一致させる設定が有効である。エタロン等の波長依存性の強い素子を波長板として用いるためには、偏波依存性への影響を小さくできるよう入射角を１５度以下に設定することが好ましい。レーザ光のように偏波消光比が高い光が波長板に直接入射する図１１の構成の場合には、上記説明したように偏光面を一致させるような入射条件の規定により波長板への入射角を大きく設定することができる。
【００４８】
本構成では、第二の受光素子３２への入力強度は半導体レーザ２０の波長変化と強度変化の両方で生じるので、第二の受光素子３２への入力強度のみをモニターして半導体レーザ２０の光強度を一定に制御する方法は採用できない。波長に対する受光素子への入力光強度の例を図１２に示す。本構成で半導体レーザ２０の光強度を一定に制御するためには、第一の受光素子３１と第二の受光素子３２への入力強度を同時にモニターし、両者の和を一定とする制御をする必要がある。その上で、第一の受光素子３１若しくは第二の受光素子３２への入力強度が一定になるように、又は、第一の受光素子３１への入力光強度と第二の受光素子３２への入力光強度との比が一定になるような制御をすれば、半導体レーザの発振波長と光強度を一定にすることができる。
【００４９】
このような波長検出素子を付加することによって、半導体レーザの高精度、高安定な波長制御が可能になる。また、２つの受光素子を近接して配置できない場合に、このような波長検出素子が有効である。
【００５０】
図１３に波長検出素子を付加したキャリアを有する別の例を示す。図１３において、１７はアイソレータ、１８はレンズ、１９はサブキャリア、２０は半導体レーザ、２１は外部変調器、２４はキャリア、３０は分光板、３１は第一の受光素子、３２は第二の受光素子、３３はレンズ、３５はビームスプリッタである。図１３では、図１１の波長板に替えて波長依存性のないビームスプリッタ３５を用い、ビームスプリッタ３５を通過した光ビーム中に分光板３０を挿入するものである。
【００５１】
図１３ではサブキャリア１９の上面に半導体レーザ２０と外部変調器２１を搭載しているが、半導体レーザ２０と外部変調器２１を直接、キャリア２４に搭載してもよい。また、外部変調器と半導体レーザが一体集積された外部変調器付半導体レーザを用いてもよく、さらに、外部変調器２１を用いることなく、半導体レーザ２０を直接変調する構成でもよい。図１３に示すキャリア等が図４、図５に示す発光素子モジュール１０、又は図６、図７に示す発光素子モジュール１０の内部に配置される。
【００５２】
図１３に示すように、半導体レーザ２０の後方に、半導体レーザ２０からの後方光を平行ビームにするレンズ３３と、平行ビームの一部に挿入されるビームスプリッタ３５と、分光板３０と、分光板３０の後方に分光板３０を透過してきた光を受光する第一の受光素子３１と、レンズ３３からビームスプリッタ３５で反射された光を受光する第二の受光素子３２とが配置されている。ビームスプリッタ３５は平行ビームの波長に依存せず、一定の分岐比を有するものであればよい。分光板３０は平行ビームの波長によって透過率が異なる特性であればよい。例えば、エタロンを分光板として適用することができる。
【００５３】
第二の受光素子３２は、半導体レーザ２０の後方光をモニターして、後方光の出力強度が一定になるように制御することによって、発光素子モジュールの出力を安定化する。第一の受光素子３１は分光板３０を透過した後方光をモニターする。分光板３０は波長によって透過率が異なるため、半導体レーザからの後方光出力が一定であれば、波長によって第一の受光素子３１が受光する光強度は異なる。波長に対する受光素子への入力光強度の前述した図１０のようであれば、第二の受光素子３２への入力光強度は、波長に対して一定であるが、第一の受光素子３１への入力光強度は波長によって異なる。そこで、第一の受光素子３１への入力強度が一定になるように、又は、第二の受光素子３２への入力光強度と第一の受光素子３１への入力光強度の比が一定になるように、前述した制御方法で半導体レーザの発振する波長を制御する。
【００５４】
このような波長検出素子を付加することによって、半導体レーザの高精度、高安定な波長制御が可能になる。また、 ２つの受光素子を近接して配置できない場合に、このような波長検出素子が有効である。
【００５５】
従って、本実施の形態で説明した波長検出素子を付加した発光素子モジュールは、発光素子の高精度、高安定な波長制御を可能にすることができた。また、駆動回路等の放熱特性を向上させることができた。さらに、発光素子等を搭載したキャリアを発光素子モジュールの筐体内部へ設置することを容易にして組み立て性を向上させることができた。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば発光素子モジュールに搭載する駆動回路等の放熱特性を向上させることができ、発光素子の高精度、高安定な波長制御が可能になる。また、発光素子を搭載したキャリアの設置を容易にして組み立て性のよい発光素子モジュールとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光通信システムの構成を説明する図である。
【図２】従来の発光素子モジュール８４の平面図である。
【図３】従来の発光素子モジュール８４の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態である発光素子モジュールの内部平面図である。
【図５】本発明の実施の形態である発光素子モジュールの断面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態である発光素子モジュールの内部平面図である。
【図７】本発明の他の実施の形態である発光素子モジュールの断面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態である発光素子モジュールに配置されるサブキャリアの状態を説明する図である。
【図９】本実施の形態に使用する波長検出素子を付加したキャリアを説明する図である。
【図１０】波長に対する受光素子への入力光強度の例を説明する図である。
【図１１】本実施の形態に使用する他の波長検出素子を付加したキャリアを説明する図である。
【図１２】波長に対する受光素子への入力光強度の例を説明する図である。
【図１３】本実施の形態に使用する他の波長検出素子を付加したキャリアを説明する図である。
【符号の説明】
１０：発光素子モジュール
１１：ヒートシンク
１２：駆動回路
１３：駆動回路用基板
１４：接続基板
１５：筺体
１６：筺体の内部底面
１７：アイソレータ
１８：レンズ
１９：サブキャリア
２０：半導体レーザ
２１：外部変調器
２２：発光素子
２３：受光素子
２４：キャリア
２５：温度制御素子
２６：断熱材
２７：電極板
３０：分光板
３１：第一の受光素子
３２：第二の受光素子
３３：レンズ
３４：波長板
３５：ビームスプリッタ
８１：光送信機
８２：光受信機
８３：光ファイバ
８４：発光素子モジュール
８５：受光素子モジュール
１０１：モジュール筺体
１０２：ペルチェクーラ
１０３：光出力部
１０４：レンズ
１０５：金属ブロック
１０７：電界吸収型変調器集積回路ＤＦＢ型のレーザ素子
１０８：モニター用受光素子
１１０：セラミック製基板
１１２：信号入力ピン
１１３：増幅回路素子
１１５：ボンディングワイヤ
Claims (10)
- 発光素子モジュールの筐体の内部底面に設置されたヒートシンクと、
発光素子モジュールの筐体の内部に配置されたキャリアと、
該キャリアの上面に搭載された断熱材と、
該キャリアの上面に搭載され、光通信用の変調光を出射する発光素子と、
該ヒートシンクと該断熱材とにまたがって搭載された駆動回路用基板と、
該駆動回路用基板に搭載され、該発光素子を駆動する駆動回路と、
を有する発光素子モジュール。 - 発光素子モジュールの筐体の内部底面に設置されたヒートシンクと、
発光素子モジュールの筐体の内部に配置されたキャリアと、
該キャリアの上面に搭載された断熱材と、
該キャリアの上面に搭載されたサブキャリアと、
該サブキャリアの上面に搭載され、光通信用の変調光を出射する発光素子と、
該ヒートシンクと該断熱材とにまたがって搭載された駆動回路用基板と、
該駆動回路用基板に搭載され、該発光素子を駆動する駆動回路と、
を有する発光素子モジュール。 - 請求項１又は２に記載の発光素子モジュールにおいて、前記駆動回路用基板と前記ヒートシンクとの間の熱抵抗が前記駆動回路用基板と前記断熱材との間の熱抵抗よりも小さいことを特徴とする発光素子モジュール。
- 請求項１、２、又は３において、さらに、前記キャリアの上面に搭載され、前記発光素子からの後方光の出力強度をモニターする受光素子を有することを特徴とする発光素子モジュール。
- 請求項１、２、３、又は４に記載の発光素子は、半導体レーザと該半導体レーザからの前方光を変調する変調器とから構成されていることを特徴とする発光素子モジュール。
- 請求項１、２、３、４、又は５において、さらに、前記キャリアの上面に搭載され、前記発光素子からの後方光の波長を検出する波長検出素子を有することを特徴とする発光素子モジュール。
- 請求項６に記載の波長検出素子は、前記発光素子からの後方光の一部の出力強度を検出する第一の受光素子と、前記発光素子からの後方光の一部を波長によって異なる透過率で透過させる分光板と、該分光板を透過した後方光の一部の出力強度を検出する第二の受光素子と、を備えていることを特徴とする発光素子モジュール。
- 請求項６に記載の波長検出素子は、前記発光素子からの後方光の一部を波長によって異なる透過率で透過させ、一部を波長によって異なる反射率で反射する波長板と、該波長板を透過した前記後方光の出力強度を検出する第一の受光素子と、該波長板で反射した前記後方光の出力強度を検出する第二の受光素子とを備えていることを特徴とする発光素子モジュール。
- 請求項１、２、３、４、５、６、７、又は８において、さらに、前記発光素子モジュールの筐体の内部底面に設置され、前記キャリアを搭載する温度制御素子を有することを特徴とする発光素子モジュール。
- 請求項９に記載の前記温度制御素子がペルチェ素子であることを特徴とする発光素子モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003076620A JP2004288751A (ja) | 2003-03-19 | 2003-03-19 | 発光素子モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003076620A JP2004288751A (ja) | 2003-03-19 | 2003-03-19 | 発光素子モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004288751A true JP2004288751A (ja) | 2004-10-14 |
Family
ID=33291582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003076620A Pending JP2004288751A (ja) | 2003-03-19 | 2003-03-19 | 発光素子モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004288751A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100645622B1 (ko) | 2004-12-01 | 2006-11-15 | 삼성전기주식회사 | 광변조기 모듈 패키지 |
| JP2015177115A (ja) * | 2014-03-17 | 2015-10-05 | 三菱電機株式会社 | 光モジュール、光モジュールの製造方法 |
-
2003
- 2003-03-19 JP JP2003076620A patent/JP2004288751A/ja active Pending
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