JP2005032968A - 光送信モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】光の波長の変動が少なく、かつ、低コストの光送信モジュールを提供する。
【解決手段】半導体レーザと、前記半導体レーザからの出射光の一部である第１の光を受光し、受光した光の波長に応じて異なる大きさの第１のモニタ電流を出力する第１の波長測定器と、前記半導体レーザからの前記出射光の他の一部である第２の光を受光し、受光した光の波長に応じて異なる大きさの第２のモニタ電流を出力する第２の波長測定器と、を備え、波長変化に対する透過率の変化量と、外部環境温度変化に対する透過率の変化量との比が、前記第１と第２の波長測定器の間で異なるように構成する。
【選択図】 図１
【解決手段】半導体レーザと、前記半導体レーザからの出射光の一部である第１の光を受光し、受光した光の波長に応じて異なる大きさの第１のモニタ電流を出力する第１の波長測定器と、前記半導体レーザからの前記出射光の他の一部である第２の光を受光し、受光した光の波長に応じて異なる大きさの第２のモニタ電流を出力する第２の波長測定器と、を備え、波長変化に対する透過率の変化量と、外部環境温度変化に対する透過率の変化量との比が、前記第１と第２の波長測定器の間で異なるように構成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光送信モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインターネット、データ通信需要の拡大は著しく、光通信システムの大容量化が進んでいる。特に、高密度波長分割多重（Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ− Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＤＷＤＭ）方式では、波長の異なる複数の信号が多重化されて、伝送容量が拡大されている。このＤＷＤＭ通信システムでは、上記のような多重化のために、半導体レーザの発振波長のずれが少なくなるように制御されている。
【０００３】
具体的には、光通信システムの光送信モジュールでは、波長約１５５０ｎｍ（１．５５０μｍ）の半導体レーザが多く用いられる。そして、高密度波長分割多重方式では、例えば、１チャネルあたり１０Ｇビット／秒の信号を４０波長多重化することにより、総伝送容量４００Ｇビット／秒が得られている。波長間隔が狭いほど、より高密度に多重化することができるが、各光送信器の波長もより高精度に制御される必要がある。例えば、周波数間隔１００ＧＨｚ（波長間隔にして約０．８ｎｍ）で多重化する場合には、温度変化や経時変化による半導体レーザの発振波長のずれは、約０．０５ｎｍ程度に維持する必要がある。
【０００４】
図６に、従来の波長モニタ機能内蔵の光送信モジュールの内部構造を示す。パッケージ２１１内のペルチェ素子２１０上には、キャリア２０８を介して、分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ：ＤＦＢ）の半導体レーザ２０１が搭載されている。この半導体レーザ２０１の発振波長の設定値は、１５５０．１２ｎｍである。この半導体レーザ２０１の図中右側には、前方レンズ２０２が配置されている。前方レンズ２０２は、半導体レーザ２０１からの前方出射光を平行ビームに変換するためのレンズである。半導体レーザ２０１からの前方出射光は、レンズ２０２、２０３を介してファイバ２０４に結合され、このファイバ２０４から受信モジュールに送られる。
【０００５】
一方、半導体レーザ２０１の図中左側には、後方レンズ２０５、が配置されている。この後方レンズ２０５は、半導体レーザ２０１から後方出射光を平行ビームに変換するためのレンズである。この後方レンズ２０５の後方側（図中左側）には、基板２０９を介してペルチェ素子２１０上に、ＦＰ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）フィルタ２０６、モニタフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ：ＰＤ）２０７が配置されている。このモニタフォトダイオード２０７には、半導体レーザ２０１から後方に出射されたレーザ光が、後方レンズ２０５、ＦＰフィルタ２０６を介して、入射される。ここで、ＦＰフィルタ２０６と、モニタフォトダイオード２０７とは一体となって波長測定器２０６、２０７として機能する。
【０００６】
半導体レーザ２０１の温度が上昇すると、半導体レーザ２０１の波長が長くなってしまう。そこで、通常、ペルチェ素子２１０を設け、このペルチェ素子２１０により半導体レーザ２０１の温度を一定にしている。厳密には、半導体レーザ２０１の近傍にサーミスタ等の温度検知素子を設け、この温度検知素子の温度が一定になるようにペルチェ素子２１０が制御される。これにより、外部環境温度の変化により半導体レーザ２０１の温度が変動するのを防止し、半導体レーザ２０１の波長がなるべく一定になるようにしている。もっとも、温度検知素子と半導体レーザ２０１の温度を完全に一致させることは難しく、外部環境温度の変化による波長変動を完全に防止することは困難である。それ以上に、温度制御機構のみを有した光送信モジュールでは、経時変化による半導体レーザ２０１の波長変動を防止することは不可能である。そして、上述のように、高密度波長分割多重方式に用いられる送信モジュールでは、半導体レーザ２０１の発振波長のずれを約０．０５ｎｍ以下に維持する必要がある。そこで、図６の送信モジュールでは、波長測定器２０６、２０７を設け、半導体レーザ２０１の波長の制御を行っている。
【０００７】
図７に、上記の波長測定器２０６、２０７からのモニタ電流Ｉｐｄと、半導体レーザ２０１からの光の波長と、の関係を示す。図７に示すように、モニタ電流Ｉｐｄは、波長に対して周期的に変化している。この周期性は、波長測定器２０６、２０７のＦＰフィルタ２０６の透過率を反映している。この波長測定器２０６、２０７において、半導体レーザ２０１からの光の波長がλ０＝１５５０．１２ｎｍの時は、モニタ電流Ｉｐｄは、Ｘ１＝５０μＡとなる。このモニタ電流Ｉｐｄは、制御回路２１２に伝達される。
【０００８】
図７から分かるように、半導体レーザ２０１からの光の波長がλ０から長波長側にずれると、波長測定器２０６、２０７からのモニタ電流Ｉｐｄは大きくなる。この場合、制御回路２１２は、ペルチェ素子２１０の駆動回路に信号を送って半導体レーザ２０１の温度が下がるようにペルチェ素子２１０を制御し、半導体レーザ２０１からの光の波長を短波長側にずらす。つまり、モニタ電流Ｉｐｄをフィードバックして、半導体レーザ２０１の温度を調整する。具体的には、モニタ電流Ｉｐｄの値が常にＸ１＝５０μＡとなるようにペルチェ素子２１０を制御している。
【０００９】
このように、図６の送信モジュールでは、ペルチェ素子２１０を設けることに加え、波長測定器２０６、２０７による波長モニタ機能を内蔵することで、半導体レーザからの光の波長のずれを少なくしている。
【００１０】
このような波長モニタ機能付きのモジュールは、例えば、特開２００１−２９１９２８号公報や、特開２００２−２３７６５１号公報に記載されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−２９１９２８号公報
【特許文献２】
特開２００２−２３７６５１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記の光通信システムにおいて、さらに伝送容量を増加させることができれば、インターネットやデータ通信に有効に利用できることは明らかである。このためには、多重化する信号の周波数間隔を５０ＧＨｚ（波長間隔にして約０．４ｎｍ）、さらには２５ＧＨｚ（波長間隔にして約０．２ｎｍ）にまで減らすと好都合である。これには、上述の半導体レーザ２０１の発振波長のずれを約０．０２ｎｍ、さらには約０．０１ｎｍ以下に維持する必要がある。これらの発振波長ずれには、経時変化分も含まれており、温度変動にともなう発振波長ずれは、この半分程度に抑える必要がある。すなわち、温度変動にともなう発振波長ずれは、周波数間隔５０ＧＨｚの場合には０．０１ｎｍ、周波数間隔２５ＧＨｚの場合には０．００５ｎｍ以下が要求される。しかしながら、従来の光送信モジュールでは、動作環境温度にともなう半導体レーザの発振波長のずれを約０．０１ｎｍ以下に維持することは困難であった。
【００１３】
すなわち、図６の送信モジュールでは、半導体レーザ２０１以外は温度により特性が変化しないことを前提に設計されている。しかしながら、実際には、モニタ電流Ｉｐｄは、図７に示すように、温度の変化により実線から点線へと変化する。具体的には、波長測定器２０６、２０７は、動作環境温度が５０℃変化した場合に、透過率と波長との関係が０．０１ｎｍ程度シフトする。したがって、モニタ電流Ｉｐｄの値が常にＸ１＝５０μＡとなるようにペルチェ素子２１０を制御した場合、動作環境温度の変動にともない、半導体レーザ２０１の波長も変動することになる。
【００１４】
これは、波長測定器２０６、２０７のＦＰフィルタ２０６の透過率が、温度の変化により変化するためである。ＦＰフィルタ２０６はペルチェ素子２１０上に配置されているものの、外囲器２１１からの輻射熱の影響を受けて、動作環境温度の変化により、わずかではあるが、ＦＰフィルタ２０６の温度も変動する。具体的には、動作環境温度が５０℃上昇したときに、ＦＰフィルタ２０６の温度は約１℃上昇している。この結果、ＦＰフィルタ２０６の透過率と波長との関係が０．０１ｎｍ程度シフトする。
【００１５】
このように、波長測定器２０６、２０７の透過率が温度により変化するため、この波長測定器２０６、２０７自身の温度変化を考慮しないと、半導体レーザ２０１の波長の厳密なモニタはできなくなる。このため、半導体レーザ２０１の発振波長のずれを約０．０１ｎｍ以下まで小さくすることは困難であった。
【００１６】
上記の半導体レーザ２０１の発振波長のずれを少なくするには、波長測定器２０６、２０７の透過率の温度依存性を小さくすることが考えられる。しかし、波長測定器２０６、２０７の透過率は、それらを構成する物質の材料特性により決定されている。このため、現在よりもさらに温度依存性を少なくするためには、新たな材料の開発が必要となり、大きなコストがかかる。また、半導体レーザ２０１の発振波長のずれを少なくするには、波長測定器２０６、２０７に温度調節器を取り付ける、もしくは光送信モジュール２１１全体に温度調節器を取り付けることも考えられる。しかし、このように温度調節器を増設し、さらにこれを制御する回路を増設するためには、新たに大きなスペースを必要とする。これは、現在の送信モジュールの規格に適合しない。また、温度調節器やその制御回路増設するには、大きなコストがかかる。このため、これらの方法は現実的ではない。
【００１７】
本発明は、かかる課題の認識に基づくものであり、その目的は、光を送信する光送信モジュールにおいて、光の波長の変動が少なく、かつ、低コストのモジュールを提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光送信モジュールは、レーザ光源と、前記レーザ光源からの出射光の一部である第１の光を受光し、受光した光の波長に応じて異なる大きさの第１のモニタ電流を出力する第１の波長測定器と、前記レーザ光源からの前記出射光の他の一部である第２の光を受光し、受光した光の波長に応じて異なる大きさの第２のモニタ電流を出力する第２の波長測定器と、を具備し、波長変化に対するモニタ電流の変化量と、外部環境温度変化に対するモニタ電流の変化量との比が、前記第１と第２の波長測定器の間で異なることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の光送信モジュールは、半導体レーザと、前記半導体レーザからの出射光の一部である第１の光を受光して第１のモニタ電流を出力する第１のモニタフォトダイオードと、前記半導体レーザからの前記出射光の他の一部である第２の光を受光して第２のモニタ電流を出力する第２のモニタフォトダイオードと、前記半導体レーザと前記第１のモニタフォトダイオードとの間に設けられ、入力される光の波長に応じて異なる透過率を有し、前記第１の光が通過する第１のフィルタと、前記半導体レーザと前記第２のモニタフォトダイオードとの間に設けられ、入力される光の波長に応じて異なる透過率を有し、前記第２の光が通過する第２のフィルタと、を具備し、波長変化に対する透過率の変化量と、外部環境温度変化に対する透過率の変化量との比が、前記第１と第２のフィルタの間で異なることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の光送信モジュールを示す図である。パッケージ１１１内のペルチェ素子１１０上には、キャリア１０８を介して、分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ：ＤＦＢ）の半導体レーザ１０１が搭載されている。この半導体レーザ１０１の大きさは、幅方向が数百μｍ、高さ方向（紙面と垂直方向）が約１００μｍである。この半導体レーザ１０１の設定値は、初期状態で、温度２５．０℃、発振波長１５５０．１２ｎｍである。この半導体レーザ１０１は、前方と、後方と、に光を放射する端面出射型のレーザである。この半導体レーザ１０１の図中右側には、前方レンズ１０２が配置されている。この前方レンズ１０２は、半導体レーザ１０１からの前方出射光を平行ビームに変換するためのレンズである。また、この半導体レーザ１０１の図中左側には、後方レンズ１０５、が配置されている。前方レンズ１０２は、半導体レーザ１０１からの前方出射光を平行ビームに変換するためのレンズである。
【００２２】
上記の後方レンズ１０５の後方側（図中左側）には、基板１０９を介してペルチェ素子１１０上に、ビームスプリッタ１１３、第１のＦＰ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）フィルタ１０６、第１のモニタフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ：ＰＤ）１０７、第２のＦＰフィルタ１１４、第２のモニタフォトダイオード１１５、が搭載されている。第１および第２のモニタフォトダイオード１０７、１１５は、同じ特性のものを用いている。また、第１および第２のＦＰフィルタ１０６、１１４の大きさは、共に、幅方向が約１ｍｍ、高さ方向（紙面と垂直方向）が約１ｍｍ、である。つまり半導体レーザ１０１と比べ、高さが約１０倍である。後述のように、第１のＦＰフィルタ１０６と、第２のＦＰフィルタ１１４と、は異なる材料によって構成されている。また、第１のＦＰフィルタ１０６と、第１のモニタフォトダイオード１０７と、は一体となって第１の波長測定器１０６、１０７として機能する。また、第２のＦＰフィルタ１１４と、第２のモニタフォトダイオードと、は一体となって第２の波長測定器２０６、２０７として機能する。
【００２３】
図１の光送信モジュールでは、半導体レーザ１０１からの前方出射光は、レンズ１０２、１０３を介してファイバ１０４に結合されている。一方、ファイバ１０４とは逆方向に出射された光は、ビームスプリッタ１１３により、第１の光と、第２の光と、に分岐される。ビームスプリッタ１１３により分岐された一方側の光である第１の光は、第１のＦＰフィルタ１０６を透過した後、第１のモニタフォトダイオード１０７に入射される。この第１のモニタフォトダイオード１０７は、受光強度に応じて、第１のモニタ電流Ｉｐｄ１を出力する。一方、分岐した他方側の光である第２の光は、第２のＦＰフィルタ１１４を透過した後、第２のモニタフォトダイオード１１５に入射される。この第２のモニタフォトダイオード１１５は、受光強度に応じて、第２のモニタ電流Ｉｐｄ２を出力する。これらの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１および第２のモニタ電流Ｉｐｄ２は、制御回路１１２に入力される。この制御回路１１２は、ペルチェ素子１１０の駆動回路に信号を送り、ペルチェ素子１１０を制御する。ここで、図１の送信モジュールでは、第１のＦＰフィルタ１０６と、第２のＦＰフィルタ１１４と、を同一の基板１０９上に搭載し、かつ両者の大きさを等しくしたので、両フィルタ１０６、１１４の温度は、ほぼ等しくなる。具体的には、両フィルタ１０６、１１４の温度差を０．０５℃以下にすることができる。
【００２４】
図１の送信モジュールの特徴の１つは、第１のＦＰフィルタ１０６と、第２のＦＰフィルタ１１４と、の材料および特性が異なる点である。以下、図２（ａ）および図２（ｂ）を用いて説明する。
【００２５】
図２（ａ）は、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第１のＦＰフィルタ１０６の透過率と、の関係を示す図である。この第１のＦＰフィルタ１０６は石英によって構成されている。図２（ａ）において、実線は、第１のＦＰフィルタ１０６の温度が２５．０℃の場合を示している。この図からわかるように、第１のＦＰフィルタ１０６の透過特性は、波長に対して周期的に変化している。また、図２（ａ）において、点線は、第１のＦＰフィルタ１０６の温度が２５．０℃よりも高くなった場合を示している。この点線から分かるように、透過率と波長との関係は、第１のＦＰフィルタ１０６の温度がΔＴ変動することで、横軸方向にＢ１ΔＴシフトする。ここでは、このＢ１ΔＴの変動を、第１の共振波長の変動Δλ１と呼ぶ。この第１のＦＰフィルタ１０６では、温度が１℃上昇することで、第１の共振波長が０．０２ｎｍ変動する。つまり、第１の共振波長の変動は、Δλ１［ｎｍ］＝Ｂ１ΔＴ＝０．０２ΔＴ［℃］となる。
【００２６】
また、図２（ｂ）は、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第２のＦＰフィルタ１１４の透過率と、の関係を示す図である。この第２のＦＰフィルタ１１４は人工水晶によって構成されている。図２（ｂ）において、実線は、第２のＦＰフィルタ１１４の温度が２５．０℃の場合を示している。また、図２（ｂ）において、点線は、第２のＦＰフィルタ１１４の温度が２５．０℃よりも高くなった場合を示している。この第２のＦＰフィルタ１１４は、人口水晶により構成されており、石英によって構成された第１のＦＰフィルタ１０６に比べて温度変化の影響を受けにくい。このため、温度が１℃上昇することによる第２の共振波長の変動Δλ２は、図２（ａ）の半分の、０．０１ｎｍとなっている。つまり、第２の共振波長の変動は、Δλ２［ｎｍ］＝Ｂ２ΔＴ＝０．０１ΔＴ［℃］となる。
【００２７】
このように、図１の送信モジュールでは、第１のＦＰフィルタ１０６と、第２のＦＰフィルタ１１４と、の材質および特性が異なる。このため、第１の波長測定器１０６、１０７と、第２の波長測定器１１４、１１５と、の共振波長変化量の温度依存性が異なっている。以下、図３（ａ）および図３（ｂ）を用いて説明する。
【００２８】
図３（ａ）は、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第１の波長測定器１０６、１０７の第１のモニタフォトダイオード１０７からの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１と、の関係を示す図である。横軸は光の波長λ［ｎｍ］を、縦軸は第１のモニタ電流Ｉｐｄ１を、それぞれ示している。また、図２（ａ）と同様に、実線は第１のＦＰフィルタ１０６の温度が２５．０℃の場合を、点線は第１のＦＰフィルタ１０７の温度が２５．０℃よりも高い場合を、それぞれ示している。この第１の波長測定器１０６、１０７のうち、第１のモニタフォトダイオード１０７は、入力波長が１ｎｍ程度ずれてもモニタ電流がほとんど変化しない。このため、図３（ａ）の実線からわかるように、第１のモニタ電流Ｉｐｄ１は、第１のＦＰフィルタ１０６の透過特性を反映したものとなる。また、第１のモニタフォトダイオード１０７は、温度が数度程度ずれてもモニタ電流がほとんど変化しない。このため、図３（ａ）の点線からわかるように、第１の共振波長の変動Δλ１は、第１のＦＰフィルタ１０６の透過特性を反映して、Δλ１［ｎｍ］＝Ｂ１ΔＴ＝０．０２ΔＴ［℃］となる。また、光の波長の目標値λ０＝１５５０．１２ｎｍにおいて、温度が２５．０℃のときのモニタ電流Ｉｐｄ１の値はＸ１＝５０μＡであり、波長変動によるモニタ電流Ｉｐｄ１の変化率はΔＩｐｄ１／Δλ＝Ａ１＝３００μＡ／ｎｍである。このため半導体レーザ１０１からの光の波長の目標値λ０＝１５５０．１２ｎｍにおいて、ＦＰフィルタ１０６の温度変化ΔＴによるモニタ電流Ｉｐｄ１の変化量は、ΔＩｐｄ１［μＡ］＝−Ａ１Δλ１＝−Ａ１Ｂ１ΔＴ＝−３００×０．０２ΔＴ＝−６ΔＴ［℃］となる。
【００２９】
また、図３（ｂ）は、半導体レーザ１０１からの光の波長と、第２の波長測定器１１４、１１５の第２のモニタフォトダイオード１１５からの第２のモニタ電流Ｉｐｄ２と、の関係を示す図である。この図３（ｂ）からわかるように、第２のモニタ電流Ｉｐｄ２は、第２のＦＰフィルタ１１４の透過特性を反映して、波長λに対して周期的に変化している。また、共振波長の変動Δλ２［ｎｍ］＝Ｂ２ΔＴ＝０．０１ΔＴ［℃］となる。つまり、共振波長の変動は、図３（ａ）の半分になる。また、光の波長の目標値λ０＝１５５０．１２ｎｍにおいて、温度が２５．０℃のときのモニタ電流Ｉｐｄ２の値はＸ２＝５０μＡであり、波長変動によるモニタ電流Ｉｐｄ１の変化率はΔＩｐｄ１／Δλ＝Ａ２＝３００μＡ／ｎｍである。このため半導体レーザ１０１からの光の波長の目標値λ０＝１５５０．１２ｎｍにおいて、ＦＰフィルタ１１４の温度変化ΔＴによるモニタ電流Ｉｐｄ２の変化量は、ΔＩｐｄ２［μＡ］＝−Ａ２Δλ２＝−Ａ２Ｂ２ΔＴ＝−３００×０．０１ΔＴ＝−３ΔＴ［℃］となる。
【００３０】
以上説明した構成の図１の送信モジュールでは、外部環境温度の変化による半導体レーザ１０１の温度変化や半導体レーザ１０１の経時変化によっても、半導体レーザ１０１の波長が変化する。そこで、図１の送信モジュールでは、第１の波長測定器１０６、１０７からの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１を用いて制御回路２１２によりペルチェ素子１１０の駆動電流を調節し、半導体レーザ１０１の波長の制御を行っている。具体的には、モニタ電流Ｉｐｄの値が常にＸ１＝５０μＡとなるようにペルチェ素子２１０を制御することにより、半導体レーザ１０１からの光の波長の変化が少なくなるようにしている。
【００３１】
しかしながら、図１の送信モジュールでは、周囲の環境温度の変化により、第１および第２のＦＰフィルタ１０６、１１４の透過率も変化する。この透過率の変化により、第１の波長測定器１０６、１０７は温度依存性を有している。また、このＦＰフィルタ１０６、１１４は、上述のように高さが半導体レーザ１０１の高さの約１０倍であり、また、半導体レーザ１０１とは位置が離れている。このため、ＦＰフィルタ１０６、１１４の温度と、半導体レーザ１０１の温度は必ずしも一致しない。これらのため、第１の波長測定器１０６、１０７の温度依存性を無視してしまうと、半導体レーザ１０１からの光の波長を正確に検出できなくなる。つまり、第１の波長測定器１０６、１０７の温度依存性の影響を除去しないと、半導体レーザ１０１からの光の波長を正確に検出できない。そこで、図１の送信モジュールでは、第１の波長測定器１０６、１０７からの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１に加えて、第２の波長測定器１１４、１１５からの第２のモニタ電流Ｉｐｄ２も用いて、半導体レーザ１０１の温度を厳密に制御している。具体的には、制御装置１１２が、第１のモニタ電流の変化量ΔＩｐｄ１と第２のモニタ電流の変化量ΔＩｐｄ２をフィードバックさせ、ΔＩｐｄ１とΔＩｐｄ２の比が常に一定になるようにペルチェ素子１１０を制御している。これにより、半導体レーザ１０１からの波長を極めて安定にすることができる。以下、この原理について説明する。
【００３２】
まず、第１および第２のＦＰフィルタ１０６、１１４に温度変化がなく、半導体レーザ１０１の波長が変化する場合について説明する。半導体レーザ１０１の発振波長をλ０＝１５５０．１２ｎｍに合わせる際、図３（ａ）に示すように、モニタ電流Ｉｐｄ１の目標値は、Ｘ１＝５０μＡである。この目標値Ｘ１において、半導体レーザ１０１の発振波長の変化量Δλと、第１のモニタフォトダイオード１０７からの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１の変化量ΔＩｐｄ１と、の関係はΔＩｐｄ１［μＡ］＝ＡΔλ＝３００Δλ［ｎｍ］である。つまり、第１のモニタフォトダイオード１０７からの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１により、半導体レーザ１０１の波長λが分かる。また、同様に、ΔＩｐｄ２［μＡ］＝ＡΔλ＝３００Δλ［ｎｍ］である。つまり、第２のモニタフォトダイオード１１５からの第２のモニタ電流Ｉｐｄ２からも、半導体レーザ１０１の波長λが分かる。
【００３３】
次に、第１の波長測定器１０６、１０７および第２の波長測定器１１４、１１５の温度が変化し、半導体レーザ１０１の波長が変化しない場合について説明する。図１の送信モジュールでは、前述のように、第１のＦＰフィルタ１０６と、第２のＦＰフィルタ１１４と、は透過率の温度依存性が異なる材料から構成されている。そして、第１の波長測定器１０６、１０７は、目標値Ｘ１において、図３（ａ）に示すように、ΔＩｐｄ１［μＡ］＝−Ａ１Ｂ１ΔＴ＝−３００×０．０２ΔＴ＝−６ΔＴ［℃］となる。一方、第２の波長測定器１１４、１１５は、目標値Ｘ２において、図３（ｂ）に示すように、ΔＩｐｄ２［μＡ］＝−Ａ２Ｂ２ΔＴ＝−３００×０．０１ΔＴ＝−３ΔＴ［℃］となる。これらから、ΔＩｐｄ１＝２ΔＩｐｄ２となる。このため、第２のモニタ電流の変化量ΔＩｐｄ２が、第２のモニタ電流の変化量ΔＩｐｄ１の２倍になっている時は、半導体レーザ１０１の波長は変化しておらず、ＦＰフィルタ１０６、１１４の温度が変化していると感知することができる。
【００３４】
上記の２つの場合の説明から、半導体レーザ１０１の波長がΔλ［ｎｍ］変動し、第１の波長測定器１０６、１０７および第２の波長測定器１１４、１１５の温度がΔＴ［℃］変動したとき、モニタ電流Ｉｐｄ１、Ｉｐｄ２のそれぞれの目標値Ｘ１、Ｘ２からの変化量ΔＩｐｄ１［μＡ］、ΔＩｐｄ２［μＡ］は、
ΔＩｐｄ１＝３００（Δλ−０．０２ΔＴ）＝３００Δλ−６ΔＴ
ΔＩｐｄ２＝３００（Δλ−０．０１ΔＴ）＝３００Δλ−３ΔＴ
ΔＴ＝（ΔＩｐｄ２−ΔＩｐｄ１）／３
となる。これらの式でΔＴを消去すれば、
Δλ＝（２ΔＩｐｄ２−ΔＩｐｄ１）／３００
となる。つまり、第１および第２のモニタ電流の変化量ΔＩｐｄ１、ΔＩｐｄ２を測定することで、第１および第２のＦＰフィルタ１０６、１１４の温度の変動ΔＴの影響を除去し、半導体レーザの波長の変化量Δλを精密に測定することができる。
【００３５】
上式より、ΔＩｐｄ１：ΔＩｐｄ２＝２：１となるようにペルチェ素子１１０を制御すれば、Δλ＝０、すなわち半導体レーザ１０１の波長がλ０＝１５５０．１２ｎｍに正確に維持されることが分かる。例えば、動作環境温度が２５．０℃から７５．０℃に上昇したときを考える。このとき、ＦＰフィルタ１０６、１１４はペルチェ素子１１０上に配置されているものの、外囲器１１１からの輻射熱の影響を受けて、ＦＰフィルタ１０６、１１４の温度はΔＴ＝１℃上昇している。この温度上昇の影響を相殺するように、第１および第２のモニタ電流は、それぞれＩｐｄ１＝４４μＡ、Ｉｐｄ２＝４７μＡに制御されている。すなわち、第１の波長測定器では、動作環境温度が２５．０℃のときの目標値Ｘ１＝５０μＡからのモニタ電流の変化量はΔＩｐｄ１＝−６μＡに制御されている。一方、第２の波長測定器では、動作環境温度が２５．０℃のときの目標値Ｘ２＝５０μＡからのモニタ電流の変化量はΔＩｐｄ２＝−３μＡであり、ΔＩｐｄ１の１／２に制御されている。この結果、半導体レーザ１０１の波長は、動作環境温度が７５．０℃の場合にも、λ０＝１５５０．１２ｎｍに正確に維持されている。
【００３６】
これに対し、従来の送信モジュールでは、第２のモニタ電流Ｉｐｄ２の測定を行わず、第１のモニタ電流Ｉｐｄ１のみによって制御を行っている。このため、従来の送信モジュールでは、波長測定器の温度依存性の影響を除去することができない。これにより、半導体レーザ１０１の波長が０．０１ｎｍずれてしまう。この結果、温度変化が大きくなった場合には、半導体レーザ１０１の波長のずれを０．０１ｎｍ以下に維持するのは困難となる。
【００３７】
以上のように、図１の光送信モジュールでは、第１の波長測定器１０６、１０７および第２の波長測定器１１４、１１５の２種類の波長測定器を設け、環境温度変動にともなう両者の共振波長の変動量が異なるようにしている。これにより、半導体レーザ１０１の波長変動によるモニタ電流の変動と、波長測定器の波長フィルタ１０６、１１４の温度変動によるモニタ電流の変動と、を分離することが可能である。この結果、半導体レーザ１０１の波長変動にともなうモニタ電流の変動分のみがゼロになるように制御することで、環境温度変動による半導体レーザ１０１の波長の変化が極めて少ない送信モジュールを提供することができる。
【００３８】
具体的には、図１の送信モジュールでは、半導体レーザ１０１の波長のずれを０．００５ｎｍ以下に維持することができる。この送信モジュールを用いれば、波長が異なる複数の信号を用いた高密度波長分割多重方式の光通信システムにおいて、多重化する信号の周波数間隔を２５ＧＨｚ（波長にして約０．２ｎｍ）以下にすることができる。これにより、光通信システムにおいて、伝送容量を極めて高くすることができる。
【００３９】
また、図１の送信モジュールでは、ビームスプリッタ１１３、第２のＦＰフィルタ１１４、および第２のモニタフォトダイオード１１５を増設したが、これらは、いずれも数千円程度の比較的安価な部品である。これと比べ、送信モジュール全体の値段は、通常、約十万円程度である。そして、図１の送信モジュールでは、温度調節器等の高価な部品は増設していない。このため、図１の送信モジュールではコストの上昇を抑えることができる。
【００４０】
なお、上述の実施例では、簡単のために、波長変動に対するモニタ電流の変化量が第１および第２の波長測定器で同じ（すなわち、Ａ１＝Ａ２＝Ａ）場合について説明したが、Ａ１≠Ａ２の場合においても、本発明が有効であることは明らかである。モニタ電流の変化量は、ビームスプリッタ１１３による第１および第２の光の分岐比や、第１および第２の光のモニタＰＤ１０７および１１５への結合効率等により、変化し得る。Ａ１≠Ａ２の場合には、
ΔＩｐｄ１＝Ａ１（Δλ−Ｂ１ΔＴ）＝Ａ１Δλ−Ａ１Ｂ１ΔＴ
ΔＩｐｄ２＝Ａ２（Δλ−Ｂ２ΔＴ）＝Ａ２Δλ−Ａ２Ｂ２ΔＴ
であるから、ΔＩｐｄ１：ΔＩｐｄ２＝Ａ１Ｂ１：Ａ２Ｂ２となるように、ペルチェ素子１１０を制御すれば、動作環境温度によらず、半導体レーザ１０１の波長をλ０に正確に維持することができる。
【００４１】
また、第１および第２の波長測定器におけるモニタ電流の目標値Ｘ１、Ｘ２についても、これらが同じ値である必要はなく、それぞれの目標値Ｘ１、Ｘ２からの変動量ΔＩｐｄ１、ΔＩｐｄ２の比が常に一定となるようにペルチェ素子１１０を制御すればよい。
【００４２】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の光送信モジュールが第１の実施の形態（図１）と異なる点は、図４に示すように、第１のフィルタ１０６と第２のフィルタ１１４とを同一の材料によって構成し、代わりに、第１のフィルタが搭載される第１の基板１０９と第２のフィルタ１１４が搭載される第２の基板１１６とを異なる熱抵抗を有する基板とした点である。この送信モジュールでは、第１のフィルタ１０６からの第１の放熱量と、第２のフィルタ１１４からの第２の放熱量と、が異なるように構成されている。この第１の放熱量と前記第２の放熱量の違いにより、外部環境温度の変化に対する、第１のフィルタ１０６の第１の温度の変化の割合と、第２のフィルタ１１４の第２の温度の変化の割合と、が異なるように構成されている。このため、外部環境温度の変化により、第１のフィルタ１０６の透過率と、第２のフィルタの透過率と、が異なる割合で変化する。そして、第１の実施の形態と同様に、第１のモニタ電流の変化量ΔＩｐｄ１と、第２のモニタ電流の変化量ΔＩｐｄ２と、の２つのモニタ電流の変化量を測定することで、外部環境温度の変化による第１および第２のフィルタ１０６、１１４の透過率の変化の影響を減らして、半導体レーザ１０１の波長のずれを高い精度で補正することができる。
【００４３】
図４は、本発明の第２の実施の形態の光送信モジュールを示す図である。図中、第１の実施の形態（図１）と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。また、図５（ａ）は、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第１の波長測定器１０６、１０７からの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１と、の関係を示す図である。これは、第１の実施の形態における図３（ａ）に相当する図である。また、図５（ｂ）は、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第２の波長測定器１１４、１１５からの第２のモニタ電流Ｉｐｄ２と、の関係を示す図である。これは第１の実施の形態における図３（ｂ）に相当する図である。
【００４４】
図４の光送信モジュールでは、第１のＦＰフィルタ１０６と、第２のＦＰフィルタ１１４と、は同一材料から構成されている。このため、図５（ａ）、図５（ｂ）から分かるように、第１のＦＰフィルタ１０６の温度の変動ΔＴ１に対する第１の共振波長の変動Δλ１の割合Δλ１／ΔＴ１＝Ｂと、第２のＦＰフィルタ１１４の温度の変動ΔＴ２に対する第２の共振波長の変動Δλ２の割合Δλ２／ΔＴ２＝Ｂと、は等しくなっている。
【００４５】
もっとも、図４の送信モジュールでは、第１のＦＰフィルタ１０６と、第２のＦＰフィルタ１１４と、が異なる基板１０９、１１６上に搭載されている。第１のＦＰフィルタ１０６が搭載される第１の基板１０９は、Ａｌ２Ｏ３によって構成されている。また、第２のＦＰフィルタ１１４が搭載される第２の基板１１６は、ＡｌＮから構成されている。この第１の基板１０９と、第２の基板１１６と、は熱抵抗が異なっている。このように基板１０９、１１６の熱抵抗が異なるため、環境温度がΔＴ０変動したとき、第１のＦＰフィルタ１０６の第１の温度の変動量ΔＴ１と、第２のＦＰフィルタ１１４の第２の温度の変動量ΔＴ２と、は異なっている。これは、外囲器１１１からの輻射により熱流入した際に、第１のフィルタからの放熱量と、第２のフィルタからの放熱量と、が異なるからである。具体的には、環境温度が５０℃上昇したときの第１および第２のＦＰフィルタ１０６、１１４の温度変動量は、ΔＴ１＝２℃、ΔＴ２＝１℃である。
【００４６】
以上説明した構成の図４の送信モジュールでは、周囲の環境温度の変化や、半導体レーザ１０１の経時変化によっても、半導体レーザ１０１の波長が変化する。そこで、図４の送信モジュールでは、第１の波長測定器１０６、１０７からの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１を用いて制御回路２１２によりペルチェ素子１１０の駆動電流を調節し、半導体レーザ１０１の波長の制御を行っている。
【００４７】
しかしながら、図４の送信モジュールでは、周囲の環境温度の変化により、第１および第２のＦＰフィルタ１０６、１１４の透過率も変化する。この透過率の変化により、第１の波長測定器１０６、１０７は温度依存性を有する。このため、第１の波長測定器１０６、１０７の温度依存性を無視してしまうと、半導体レーザ１０１からの光の波長を正確に検出できなくなり、半導体レーザ１０１の波長の制御の精度に限界がある。そこで、図４の送信モジュールでは、第１の波長測定器１０６、１０７からの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１に加えて、第２の波長測定器１１４、１１５からの第２のモニタ電流Ｉｐｄ２も用いて、半導体レーザ１０１の温度を厳密に制御している。具体的には、第１の実施の形態（図１）と同様に、制御装置１１２が、第１のモニタ電流の変化量ΔＩｐｄ１と第２のモニタ電流の変化量ΔＩｐｄ２の比が常に一定になるようにペルチェ素子１１０を制御している。これにより、半導体レーザ１０１からの波長を極めて安定にすることができる。以下、この原理について説明する。
【００４８】
パッケージ１１１からＦＰフィルタ１０６、１１４に流入した輻射熱は、それぞれ基板１０９、１１６を介して、ペルチェ素子１１０に放熱される。ここで、基板１０９、１１６の熱抵抗が異なるため、動作環境温度がΔＴ０変動したときのＦＰフィルタ１０６、１１４の温度変動量ΔＴ１、ΔＴ２は異なる。環境温度変動ΔＴ０にともなうＦＰフィルタ温度変動をΔＴ１＝Ｃ１ΔＴ０、ΔＴ２＝Ｃ２ΔＴ０とすると、半導体レーザ１０１の波長がΔλ変動し、環境温度がΔＴ０変動したとき、モニタ電流Ｉｐｄ１、Ｉｐｄ２の目標値Ｘ１、Ｘ２からの変化量は、それぞれ
ΔＩｐｄ１＝Ａ１（Δλ−ＢΔＴ１）＝Ａ１（Δλ−ＢＣ１ΔＴ０）
ΔＩｐｄ２＝Ａ２（Δλ−ＢΔＴ２）＝Ａ２（Δλ−ＢＣ２ΔＴ０）
となる。これらの式でΔＴを消去すれば、
Δλ＝（Ａ１Ｃ１ΔＩｐｄ２−Ａ２Ｃ２ΔＩｐｄ１）／Ａ１Ａ２（Ｃ１−Ｃ２）
となる。つまり、第１および第２のモニタ電流の変化量ΔＩｐｄ１、ΔＩｐｄ２を測定することで、第１および第２のＦＰフィルタ１０６、１１４の温度の変動ΔＴ１、ΔＴ２の影響を除去し、半導体レーザの波長の変化量Δλを精密に測定することができる。
【００４９】
以上のように、図４の送信モジュールでは、基板１０９、１１６の熱抵抗が異なる（Ｃ１≠Ｃ２）ため、半導体レーザ１０１の波長変動Δλの影響と、環境温度変動ΔＴ０の影響と、を切り分けることが可能である。このため、基準温度における目標値Ｘ１、Ｘ２からのモニタ電流Ｉｐｄ１、Ｉｐｄ２の変化量の比がＡ１Ｃ１：Ａ２Ｃ２になるように制御すれば、環境温度変動ΔＴ０によらず、ＤＦＢレーザ１０１の発振波長をλ０に安定化させることができる。
【００５０】
以上説明した図４の送信モジュールでは、ＦＰフィルタ１０６、１１４の放熱経路の熱抵抗を変えることにより、ΔＴ１とΔＴ２が異なる（Ｃ１≠Ｃ２）ように構成したが、輻射熱の流入量を変えることでΔＴ１とΔＴ２に差を持たせても良い。例えば、高さの異なるＦＰフィルタ１０６、１１４を用いれば、パッケージ１１１上面からの輻射熱の流入量を変えることが可能である。
【００５１】
以上説明した本発明の実施の形態では、光強度自体のモニタ機能を設けなかった。しかし、光強度モニタ機能を付加しても良い。
【００５２】
以上のように、具体的な実施の形態により、本発明を説明した。しかし、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施の形態では、光源がＤＦＢレーザである場合について述べたが、その他にも、分布ブラッグ反射型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）レーザ、電界吸収型光変調器集積レーザ、多電極ＤＦＢレーザ等、様々な光源について本発明を適用することができる。また、発振波長の制御手段についても、素子温度に限定するものではなく、例えば、光源への供給電流により発振波長を制御しても良い。また、光送信モジュール内部における素子配置についても、上述の実施の形態に限定するものではなく、様々なレイアウトを適用することができる。また、波長モニタ機能に加えて、光強度モニタ機能を光送信モジュールに内蔵させても良い。さらには、波長モニタ機能、もしくは光強度モニタ機能の全てを必ずしも光送信モジュールに内蔵させる必要はなく、その一部を外部に設けても良い。また、波長制御回路をも内蔵したモジュールを構成しても良いし、あるいは、波長制御回路をシステムボード上で構成しても良い。その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体レーザを有する光送信モジュールにおいて、第１のフィルタを介して第１のモニタフォトダイオードで半導体レーザの発光波長をモニタすることに加え、第２のフィルタを介して第２のモニタフォトダイオードで半導体レーザの発光波長をモニタし、外部環境温度の変化による透過率の変化の割合を第１のフィルタと第２のフィルタとで異なるようにしたので、外部環境温度の変化による第１および第２のフィルタの透過率の変化の影響を除去し、半導体レーザの温度を高い精度で補償することができる。これにより、光の波長の変動が少なく、かつ、低コストの光送信モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の光送信モジュールを示す図。
【図２】図２（ａ）は、第１の実施の形態の光送信モジュールにおける、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第１のＦＰフィルタ１０６の透過率と、の関係を示す図。また、図２（ｂ）は、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第２のＦＰフィルタ１１４の透過率と、の関係を示す図。
【図３】図３（ａ）は、第１の実施の形態の光送信モジュールにおける、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第１の波長測定器１０６、１０７からの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１と、の関係を示す図。また、図３（ｂ）は、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第２の波長測定器１０６、１０７からの第２のモニタ電流Ｉｐｄ２と、の関係を示す図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の光送信モジュールを示す図。
【図５】図５（ａ）は、第２の実施の形態の光送信モジュールにおける、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第１の波長測定器１０６、１０７からの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１と、の関係を示す図。また、図５（ｂ）は、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第２の波長測定器１１４、１１５からの第２のモニタ電流Ｉｐｄ２と、の関係を示す図。
【図６】従来の光送信モジュールを示す図。
【図７】従来の光送信モジュールにおける、半導体レーザ２０１からの光の波長λと、モニタフォトダイオード２０７からのモニタ電流Ｉｐｄと、の関係を示す図。
【符号の説明】
１０１ 半導体レーザ
１０６ 第１のＦＰフィルタ
１０７ 第１のモニタフォトダイオード
１０９ 基板（第１の基板）
１１２ 制御装置
１１３ ビームスプリッタ
１１４ 第２のＦＰフィルタ
１１５ 第２のモニタフォトダイオード
１１６ 第１の基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、光送信モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインターネット、データ通信需要の拡大は著しく、光通信システムの大容量化が進んでいる。特に、高密度波長分割多重（Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ− Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＤＷＤＭ）方式では、波長の異なる複数の信号が多重化されて、伝送容量が拡大されている。このＤＷＤＭ通信システムでは、上記のような多重化のために、半導体レーザの発振波長のずれが少なくなるように制御されている。
【０００３】
具体的には、光通信システムの光送信モジュールでは、波長約１５５０ｎｍ（１．５５０μｍ）の半導体レーザが多く用いられる。そして、高密度波長分割多重方式では、例えば、１チャネルあたり１０Ｇビット／秒の信号を４０波長多重化することにより、総伝送容量４００Ｇビット／秒が得られている。波長間隔が狭いほど、より高密度に多重化することができるが、各光送信器の波長もより高精度に制御される必要がある。例えば、周波数間隔１００ＧＨｚ（波長間隔にして約０．８ｎｍ）で多重化する場合には、温度変化や経時変化による半導体レーザの発振波長のずれは、約０．０５ｎｍ程度に維持する必要がある。
【０００４】
図６に、従来の波長モニタ機能内蔵の光送信モジュールの内部構造を示す。パッケージ２１１内のペルチェ素子２１０上には、キャリア２０８を介して、分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ：ＤＦＢ）の半導体レーザ２０１が搭載されている。この半導体レーザ２０１の発振波長の設定値は、１５５０．１２ｎｍである。この半導体レーザ２０１の図中右側には、前方レンズ２０２が配置されている。前方レンズ２０２は、半導体レーザ２０１からの前方出射光を平行ビームに変換するためのレンズである。半導体レーザ２０１からの前方出射光は、レンズ２０２、２０３を介してファイバ２０４に結合され、このファイバ２０４から受信モジュールに送られる。
【０００５】
一方、半導体レーザ２０１の図中左側には、後方レンズ２０５、が配置されている。この後方レンズ２０５は、半導体レーザ２０１から後方出射光を平行ビームに変換するためのレンズである。この後方レンズ２０５の後方側（図中左側）には、基板２０９を介してペルチェ素子２１０上に、ＦＰ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）フィルタ２０６、モニタフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ：ＰＤ）２０７が配置されている。このモニタフォトダイオード２０７には、半導体レーザ２０１から後方に出射されたレーザ光が、後方レンズ２０５、ＦＰフィルタ２０６を介して、入射される。ここで、ＦＰフィルタ２０６と、モニタフォトダイオード２０７とは一体となって波長測定器２０６、２０７として機能する。
【０００６】
半導体レーザ２０１の温度が上昇すると、半導体レーザ２０１の波長が長くなってしまう。そこで、通常、ペルチェ素子２１０を設け、このペルチェ素子２１０により半導体レーザ２０１の温度を一定にしている。厳密には、半導体レーザ２０１の近傍にサーミスタ等の温度検知素子を設け、この温度検知素子の温度が一定になるようにペルチェ素子２１０が制御される。これにより、外部環境温度の変化により半導体レーザ２０１の温度が変動するのを防止し、半導体レーザ２０１の波長がなるべく一定になるようにしている。もっとも、温度検知素子と半導体レーザ２０１の温度を完全に一致させることは難しく、外部環境温度の変化による波長変動を完全に防止することは困難である。それ以上に、温度制御機構のみを有した光送信モジュールでは、経時変化による半導体レーザ２０１の波長変動を防止することは不可能である。そして、上述のように、高密度波長分割多重方式に用いられる送信モジュールでは、半導体レーザ２０１の発振波長のずれを約０．０５ｎｍ以下に維持する必要がある。そこで、図６の送信モジュールでは、波長測定器２０６、２０７を設け、半導体レーザ２０１の波長の制御を行っている。
【０００７】
図７に、上記の波長測定器２０６、２０７からのモニタ電流Ｉｐｄと、半導体レーザ２０１からの光の波長と、の関係を示す。図７に示すように、モニタ電流Ｉｐｄは、波長に対して周期的に変化している。この周期性は、波長測定器２０６、２０７のＦＰフィルタ２０６の透過率を反映している。この波長測定器２０６、２０７において、半導体レーザ２０１からの光の波長がλ０＝１５５０．１２ｎｍの時は、モニタ電流Ｉｐｄは、Ｘ１＝５０μＡとなる。このモニタ電流Ｉｐｄは、制御回路２１２に伝達される。
【０００８】
図７から分かるように、半導体レーザ２０１からの光の波長がλ０から長波長側にずれると、波長測定器２０６、２０７からのモニタ電流Ｉｐｄは大きくなる。この場合、制御回路２１２は、ペルチェ素子２１０の駆動回路に信号を送って半導体レーザ２０１の温度が下がるようにペルチェ素子２１０を制御し、半導体レーザ２０１からの光の波長を短波長側にずらす。つまり、モニタ電流Ｉｐｄをフィードバックして、半導体レーザ２０１の温度を調整する。具体的には、モニタ電流Ｉｐｄの値が常にＸ１＝５０μＡとなるようにペルチェ素子２１０を制御している。
【０００９】
このように、図６の送信モジュールでは、ペルチェ素子２１０を設けることに加え、波長測定器２０６、２０７による波長モニタ機能を内蔵することで、半導体レーザからの光の波長のずれを少なくしている。
【００１０】
このような波長モニタ機能付きのモジュールは、例えば、特開２００１−２９１９２８号公報や、特開２００２−２３７６５１号公報に記載されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−２９１９２８号公報
【特許文献２】
特開２００２−２３７６５１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記の光通信システムにおいて、さらに伝送容量を増加させることができれば、インターネットやデータ通信に有効に利用できることは明らかである。このためには、多重化する信号の周波数間隔を５０ＧＨｚ（波長間隔にして約０．４ｎｍ）、さらには２５ＧＨｚ（波長間隔にして約０．２ｎｍ）にまで減らすと好都合である。これには、上述の半導体レーザ２０１の発振波長のずれを約０．０２ｎｍ、さらには約０．０１ｎｍ以下に維持する必要がある。これらの発振波長ずれには、経時変化分も含まれており、温度変動にともなう発振波長ずれは、この半分程度に抑える必要がある。すなわち、温度変動にともなう発振波長ずれは、周波数間隔５０ＧＨｚの場合には０．０１ｎｍ、周波数間隔２５ＧＨｚの場合には０．００５ｎｍ以下が要求される。しかしながら、従来の光送信モジュールでは、動作環境温度にともなう半導体レーザの発振波長のずれを約０．０１ｎｍ以下に維持することは困難であった。
【００１３】
すなわち、図６の送信モジュールでは、半導体レーザ２０１以外は温度により特性が変化しないことを前提に設計されている。しかしながら、実際には、モニタ電流Ｉｐｄは、図７に示すように、温度の変化により実線から点線へと変化する。具体的には、波長測定器２０６、２０７は、動作環境温度が５０℃変化した場合に、透過率と波長との関係が０．０１ｎｍ程度シフトする。したがって、モニタ電流Ｉｐｄの値が常にＸ１＝５０μＡとなるようにペルチェ素子２１０を制御した場合、動作環境温度の変動にともない、半導体レーザ２０１の波長も変動することになる。
【００１４】
これは、波長測定器２０６、２０７のＦＰフィルタ２０６の透過率が、温度の変化により変化するためである。ＦＰフィルタ２０６はペルチェ素子２１０上に配置されているものの、外囲器２１１からの輻射熱の影響を受けて、動作環境温度の変化により、わずかではあるが、ＦＰフィルタ２０６の温度も変動する。具体的には、動作環境温度が５０℃上昇したときに、ＦＰフィルタ２０６の温度は約１℃上昇している。この結果、ＦＰフィルタ２０６の透過率と波長との関係が０．０１ｎｍ程度シフトする。
【００１５】
このように、波長測定器２０６、２０７の透過率が温度により変化するため、この波長測定器２０６、２０７自身の温度変化を考慮しないと、半導体レーザ２０１の波長の厳密なモニタはできなくなる。このため、半導体レーザ２０１の発振波長のずれを約０．０１ｎｍ以下まで小さくすることは困難であった。
【００１６】
上記の半導体レーザ２０１の発振波長のずれを少なくするには、波長測定器２０６、２０７の透過率の温度依存性を小さくすることが考えられる。しかし、波長測定器２０６、２０７の透過率は、それらを構成する物質の材料特性により決定されている。このため、現在よりもさらに温度依存性を少なくするためには、新たな材料の開発が必要となり、大きなコストがかかる。また、半導体レーザ２０１の発振波長のずれを少なくするには、波長測定器２０６、２０７に温度調節器を取り付ける、もしくは光送信モジュール２１１全体に温度調節器を取り付けることも考えられる。しかし、このように温度調節器を増設し、さらにこれを制御する回路を増設するためには、新たに大きなスペースを必要とする。これは、現在の送信モジュールの規格に適合しない。また、温度調節器やその制御回路増設するには、大きなコストがかかる。このため、これらの方法は現実的ではない。
【００１７】
本発明は、かかる課題の認識に基づくものであり、その目的は、光を送信する光送信モジュールにおいて、光の波長の変動が少なく、かつ、低コストのモジュールを提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光送信モジュールは、レーザ光源と、前記レーザ光源からの出射光の一部である第１の光を受光し、受光した光の波長に応じて異なる大きさの第１のモニタ電流を出力する第１の波長測定器と、前記レーザ光源からの前記出射光の他の一部である第２の光を受光し、受光した光の波長に応じて異なる大きさの第２のモニタ電流を出力する第２の波長測定器と、を具備し、波長変化に対するモニタ電流の変化量と、外部環境温度変化に対するモニタ電流の変化量との比が、前記第１と第２の波長測定器の間で異なることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の光送信モジュールは、半導体レーザと、前記半導体レーザからの出射光の一部である第１の光を受光して第１のモニタ電流を出力する第１のモニタフォトダイオードと、前記半導体レーザからの前記出射光の他の一部である第２の光を受光して第２のモニタ電流を出力する第２のモニタフォトダイオードと、前記半導体レーザと前記第１のモニタフォトダイオードとの間に設けられ、入力される光の波長に応じて異なる透過率を有し、前記第１の光が通過する第１のフィルタと、前記半導体レーザと前記第２のモニタフォトダイオードとの間に設けられ、入力される光の波長に応じて異なる透過率を有し、前記第２の光が通過する第２のフィルタと、を具備し、波長変化に対する透過率の変化量と、外部環境温度変化に対する透過率の変化量との比が、前記第１と第２のフィルタの間で異なることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の光送信モジュールを示す図である。パッケージ１１１内のペルチェ素子１１０上には、キャリア１０８を介して、分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ：ＤＦＢ）の半導体レーザ１０１が搭載されている。この半導体レーザ１０１の大きさは、幅方向が数百μｍ、高さ方向（紙面と垂直方向）が約１００μｍである。この半導体レーザ１０１の設定値は、初期状態で、温度２５．０℃、発振波長１５５０．１２ｎｍである。この半導体レーザ１０１は、前方と、後方と、に光を放射する端面出射型のレーザである。この半導体レーザ１０１の図中右側には、前方レンズ１０２が配置されている。この前方レンズ１０２は、半導体レーザ１０１からの前方出射光を平行ビームに変換するためのレンズである。また、この半導体レーザ１０１の図中左側には、後方レンズ１０５、が配置されている。前方レンズ１０２は、半導体レーザ１０１からの前方出射光を平行ビームに変換するためのレンズである。
【００２２】
上記の後方レンズ１０５の後方側（図中左側）には、基板１０９を介してペルチェ素子１１０上に、ビームスプリッタ１１３、第１のＦＰ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）フィルタ１０６、第１のモニタフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ：ＰＤ）１０７、第２のＦＰフィルタ１１４、第２のモニタフォトダイオード１１５、が搭載されている。第１および第２のモニタフォトダイオード１０７、１１５は、同じ特性のものを用いている。また、第１および第２のＦＰフィルタ１０６、１１４の大きさは、共に、幅方向が約１ｍｍ、高さ方向（紙面と垂直方向）が約１ｍｍ、である。つまり半導体レーザ１０１と比べ、高さが約１０倍である。後述のように、第１のＦＰフィルタ１０６と、第２のＦＰフィルタ１１４と、は異なる材料によって構成されている。また、第１のＦＰフィルタ１０６と、第１のモニタフォトダイオード１０７と、は一体となって第１の波長測定器１０６、１０７として機能する。また、第２のＦＰフィルタ１１４と、第２のモニタフォトダイオードと、は一体となって第２の波長測定器２０６、２０７として機能する。
【００２３】
図１の光送信モジュールでは、半導体レーザ１０１からの前方出射光は、レンズ１０２、１０３を介してファイバ１０４に結合されている。一方、ファイバ１０４とは逆方向に出射された光は、ビームスプリッタ１１３により、第１の光と、第２の光と、に分岐される。ビームスプリッタ１１３により分岐された一方側の光である第１の光は、第１のＦＰフィルタ１０６を透過した後、第１のモニタフォトダイオード１０７に入射される。この第１のモニタフォトダイオード１０７は、受光強度に応じて、第１のモニタ電流Ｉｐｄ１を出力する。一方、分岐した他方側の光である第２の光は、第２のＦＰフィルタ１１４を透過した後、第２のモニタフォトダイオード１１５に入射される。この第２のモニタフォトダイオード１１５は、受光強度に応じて、第２のモニタ電流Ｉｐｄ２を出力する。これらの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１および第２のモニタ電流Ｉｐｄ２は、制御回路１１２に入力される。この制御回路１１２は、ペルチェ素子１１０の駆動回路に信号を送り、ペルチェ素子１１０を制御する。ここで、図１の送信モジュールでは、第１のＦＰフィルタ１０６と、第２のＦＰフィルタ１１４と、を同一の基板１０９上に搭載し、かつ両者の大きさを等しくしたので、両フィルタ１０６、１１４の温度は、ほぼ等しくなる。具体的には、両フィルタ１０６、１１４の温度差を０．０５℃以下にすることができる。
【００２４】
図１の送信モジュールの特徴の１つは、第１のＦＰフィルタ１０６と、第２のＦＰフィルタ１１４と、の材料および特性が異なる点である。以下、図２（ａ）および図２（ｂ）を用いて説明する。
【００２５】
図２（ａ）は、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第１のＦＰフィルタ１０６の透過率と、の関係を示す図である。この第１のＦＰフィルタ１０６は石英によって構成されている。図２（ａ）において、実線は、第１のＦＰフィルタ１０６の温度が２５．０℃の場合を示している。この図からわかるように、第１のＦＰフィルタ１０６の透過特性は、波長に対して周期的に変化している。また、図２（ａ）において、点線は、第１のＦＰフィルタ１０６の温度が２５．０℃よりも高くなった場合を示している。この点線から分かるように、透過率と波長との関係は、第１のＦＰフィルタ１０６の温度がΔＴ変動することで、横軸方向にＢ１ΔＴシフトする。ここでは、このＢ１ΔＴの変動を、第１の共振波長の変動Δλ１と呼ぶ。この第１のＦＰフィルタ１０６では、温度が１℃上昇することで、第１の共振波長が０．０２ｎｍ変動する。つまり、第１の共振波長の変動は、Δλ１［ｎｍ］＝Ｂ１ΔＴ＝０．０２ΔＴ［℃］となる。
【００２６】
また、図２（ｂ）は、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第２のＦＰフィルタ１１４の透過率と、の関係を示す図である。この第２のＦＰフィルタ１１４は人工水晶によって構成されている。図２（ｂ）において、実線は、第２のＦＰフィルタ１１４の温度が２５．０℃の場合を示している。また、図２（ｂ）において、点線は、第２のＦＰフィルタ１１４の温度が２５．０℃よりも高くなった場合を示している。この第２のＦＰフィルタ１１４は、人口水晶により構成されており、石英によって構成された第１のＦＰフィルタ１０６に比べて温度変化の影響を受けにくい。このため、温度が１℃上昇することによる第２の共振波長の変動Δλ２は、図２（ａ）の半分の、０．０１ｎｍとなっている。つまり、第２の共振波長の変動は、Δλ２［ｎｍ］＝Ｂ２ΔＴ＝０．０１ΔＴ［℃］となる。
【００２７】
このように、図１の送信モジュールでは、第１のＦＰフィルタ１０６と、第２のＦＰフィルタ１１４と、の材質および特性が異なる。このため、第１の波長測定器１０６、１０７と、第２の波長測定器１１４、１１５と、の共振波長変化量の温度依存性が異なっている。以下、図３（ａ）および図３（ｂ）を用いて説明する。
【００２８】
図３（ａ）は、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第１の波長測定器１０６、１０７の第１のモニタフォトダイオード１０７からの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１と、の関係を示す図である。横軸は光の波長λ［ｎｍ］を、縦軸は第１のモニタ電流Ｉｐｄ１を、それぞれ示している。また、図２（ａ）と同様に、実線は第１のＦＰフィルタ１０６の温度が２５．０℃の場合を、点線は第１のＦＰフィルタ１０７の温度が２５．０℃よりも高い場合を、それぞれ示している。この第１の波長測定器１０６、１０７のうち、第１のモニタフォトダイオード１０７は、入力波長が１ｎｍ程度ずれてもモニタ電流がほとんど変化しない。このため、図３（ａ）の実線からわかるように、第１のモニタ電流Ｉｐｄ１は、第１のＦＰフィルタ１０６の透過特性を反映したものとなる。また、第１のモニタフォトダイオード１０７は、温度が数度程度ずれてもモニタ電流がほとんど変化しない。このため、図３（ａ）の点線からわかるように、第１の共振波長の変動Δλ１は、第１のＦＰフィルタ１０６の透過特性を反映して、Δλ１［ｎｍ］＝Ｂ１ΔＴ＝０．０２ΔＴ［℃］となる。また、光の波長の目標値λ０＝１５５０．１２ｎｍにおいて、温度が２５．０℃のときのモニタ電流Ｉｐｄ１の値はＸ１＝５０μＡであり、波長変動によるモニタ電流Ｉｐｄ１の変化率はΔＩｐｄ１／Δλ＝Ａ１＝３００μＡ／ｎｍである。このため半導体レーザ１０１からの光の波長の目標値λ０＝１５５０．１２ｎｍにおいて、ＦＰフィルタ１０６の温度変化ΔＴによるモニタ電流Ｉｐｄ１の変化量は、ΔＩｐｄ１［μＡ］＝−Ａ１Δλ１＝−Ａ１Ｂ１ΔＴ＝−３００×０．０２ΔＴ＝−６ΔＴ［℃］となる。
【００２９】
また、図３（ｂ）は、半導体レーザ１０１からの光の波長と、第２の波長測定器１１４、１１５の第２のモニタフォトダイオード１１５からの第２のモニタ電流Ｉｐｄ２と、の関係を示す図である。この図３（ｂ）からわかるように、第２のモニタ電流Ｉｐｄ２は、第２のＦＰフィルタ１１４の透過特性を反映して、波長λに対して周期的に変化している。また、共振波長の変動Δλ２［ｎｍ］＝Ｂ２ΔＴ＝０．０１ΔＴ［℃］となる。つまり、共振波長の変動は、図３（ａ）の半分になる。また、光の波長の目標値λ０＝１５５０．１２ｎｍにおいて、温度が２５．０℃のときのモニタ電流Ｉｐｄ２の値はＸ２＝５０μＡであり、波長変動によるモニタ電流Ｉｐｄ１の変化率はΔＩｐｄ１／Δλ＝Ａ２＝３００μＡ／ｎｍである。このため半導体レーザ１０１からの光の波長の目標値λ０＝１５５０．１２ｎｍにおいて、ＦＰフィルタ１１４の温度変化ΔＴによるモニタ電流Ｉｐｄ２の変化量は、ΔＩｐｄ２［μＡ］＝−Ａ２Δλ２＝−Ａ２Ｂ２ΔＴ＝−３００×０．０１ΔＴ＝−３ΔＴ［℃］となる。
【００３０】
以上説明した構成の図１の送信モジュールでは、外部環境温度の変化による半導体レーザ１０１の温度変化や半導体レーザ１０１の経時変化によっても、半導体レーザ１０１の波長が変化する。そこで、図１の送信モジュールでは、第１の波長測定器１０６、１０７からの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１を用いて制御回路２１２によりペルチェ素子１１０の駆動電流を調節し、半導体レーザ１０１の波長の制御を行っている。具体的には、モニタ電流Ｉｐｄの値が常にＸ１＝５０μＡとなるようにペルチェ素子２１０を制御することにより、半導体レーザ１０１からの光の波長の変化が少なくなるようにしている。
【００３１】
しかしながら、図１の送信モジュールでは、周囲の環境温度の変化により、第１および第２のＦＰフィルタ１０６、１１４の透過率も変化する。この透過率の変化により、第１の波長測定器１０６、１０７は温度依存性を有している。また、このＦＰフィルタ１０６、１１４は、上述のように高さが半導体レーザ１０１の高さの約１０倍であり、また、半導体レーザ１０１とは位置が離れている。このため、ＦＰフィルタ１０６、１１４の温度と、半導体レーザ１０１の温度は必ずしも一致しない。これらのため、第１の波長測定器１０６、１０７の温度依存性を無視してしまうと、半導体レーザ１０１からの光の波長を正確に検出できなくなる。つまり、第１の波長測定器１０６、１０７の温度依存性の影響を除去しないと、半導体レーザ１０１からの光の波長を正確に検出できない。そこで、図１の送信モジュールでは、第１の波長測定器１０６、１０７からの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１に加えて、第２の波長測定器１１４、１１５からの第２のモニタ電流Ｉｐｄ２も用いて、半導体レーザ１０１の温度を厳密に制御している。具体的には、制御装置１１２が、第１のモニタ電流の変化量ΔＩｐｄ１と第２のモニタ電流の変化量ΔＩｐｄ２をフィードバックさせ、ΔＩｐｄ１とΔＩｐｄ２の比が常に一定になるようにペルチェ素子１１０を制御している。これにより、半導体レーザ１０１からの波長を極めて安定にすることができる。以下、この原理について説明する。
【００３２】
まず、第１および第２のＦＰフィルタ１０６、１１４に温度変化がなく、半導体レーザ１０１の波長が変化する場合について説明する。半導体レーザ１０１の発振波長をλ０＝１５５０．１２ｎｍに合わせる際、図３（ａ）に示すように、モニタ電流Ｉｐｄ１の目標値は、Ｘ１＝５０μＡである。この目標値Ｘ１において、半導体レーザ１０１の発振波長の変化量Δλと、第１のモニタフォトダイオード１０７からの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１の変化量ΔＩｐｄ１と、の関係はΔＩｐｄ１［μＡ］＝ＡΔλ＝３００Δλ［ｎｍ］である。つまり、第１のモニタフォトダイオード１０７からの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１により、半導体レーザ１０１の波長λが分かる。また、同様に、ΔＩｐｄ２［μＡ］＝ＡΔλ＝３００Δλ［ｎｍ］である。つまり、第２のモニタフォトダイオード１１５からの第２のモニタ電流Ｉｐｄ２からも、半導体レーザ１０１の波長λが分かる。
【００３３】
次に、第１の波長測定器１０６、１０７および第２の波長測定器１１４、１１５の温度が変化し、半導体レーザ１０１の波長が変化しない場合について説明する。図１の送信モジュールでは、前述のように、第１のＦＰフィルタ１０６と、第２のＦＰフィルタ１１４と、は透過率の温度依存性が異なる材料から構成されている。そして、第１の波長測定器１０６、１０７は、目標値Ｘ１において、図３（ａ）に示すように、ΔＩｐｄ１［μＡ］＝−Ａ１Ｂ１ΔＴ＝−３００×０．０２ΔＴ＝−６ΔＴ［℃］となる。一方、第２の波長測定器１１４、１１５は、目標値Ｘ２において、図３（ｂ）に示すように、ΔＩｐｄ２［μＡ］＝−Ａ２Ｂ２ΔＴ＝−３００×０．０１ΔＴ＝−３ΔＴ［℃］となる。これらから、ΔＩｐｄ１＝２ΔＩｐｄ２となる。このため、第２のモニタ電流の変化量ΔＩｐｄ２が、第２のモニタ電流の変化量ΔＩｐｄ１の２倍になっている時は、半導体レーザ１０１の波長は変化しておらず、ＦＰフィルタ１０６、１１４の温度が変化していると感知することができる。
【００３４】
上記の２つの場合の説明から、半導体レーザ１０１の波長がΔλ［ｎｍ］変動し、第１の波長測定器１０６、１０７および第２の波長測定器１１４、１１５の温度がΔＴ［℃］変動したとき、モニタ電流Ｉｐｄ１、Ｉｐｄ２のそれぞれの目標値Ｘ１、Ｘ２からの変化量ΔＩｐｄ１［μＡ］、ΔＩｐｄ２［μＡ］は、
ΔＩｐｄ１＝３００（Δλ−０．０２ΔＴ）＝３００Δλ−６ΔＴ
ΔＩｐｄ２＝３００（Δλ−０．０１ΔＴ）＝３００Δλ−３ΔＴ
ΔＴ＝（ΔＩｐｄ２−ΔＩｐｄ１）／３
となる。これらの式でΔＴを消去すれば、
Δλ＝（２ΔＩｐｄ２−ΔＩｐｄ１）／３００
となる。つまり、第１および第２のモニタ電流の変化量ΔＩｐｄ１、ΔＩｐｄ２を測定することで、第１および第２のＦＰフィルタ１０６、１１４の温度の変動ΔＴの影響を除去し、半導体レーザの波長の変化量Δλを精密に測定することができる。
【００３５】
上式より、ΔＩｐｄ１：ΔＩｐｄ２＝２：１となるようにペルチェ素子１１０を制御すれば、Δλ＝０、すなわち半導体レーザ１０１の波長がλ０＝１５５０．１２ｎｍに正確に維持されることが分かる。例えば、動作環境温度が２５．０℃から７５．０℃に上昇したときを考える。このとき、ＦＰフィルタ１０６、１１４はペルチェ素子１１０上に配置されているものの、外囲器１１１からの輻射熱の影響を受けて、ＦＰフィルタ１０６、１１４の温度はΔＴ＝１℃上昇している。この温度上昇の影響を相殺するように、第１および第２のモニタ電流は、それぞれＩｐｄ１＝４４μＡ、Ｉｐｄ２＝４７μＡに制御されている。すなわち、第１の波長測定器では、動作環境温度が２５．０℃のときの目標値Ｘ１＝５０μＡからのモニタ電流の変化量はΔＩｐｄ１＝−６μＡに制御されている。一方、第２の波長測定器では、動作環境温度が２５．０℃のときの目標値Ｘ２＝５０μＡからのモニタ電流の変化量はΔＩｐｄ２＝−３μＡであり、ΔＩｐｄ１の１／２に制御されている。この結果、半導体レーザ１０１の波長は、動作環境温度が７５．０℃の場合にも、λ０＝１５５０．１２ｎｍに正確に維持されている。
【００３６】
これに対し、従来の送信モジュールでは、第２のモニタ電流Ｉｐｄ２の測定を行わず、第１のモニタ電流Ｉｐｄ１のみによって制御を行っている。このため、従来の送信モジュールでは、波長測定器の温度依存性の影響を除去することができない。これにより、半導体レーザ１０１の波長が０．０１ｎｍずれてしまう。この結果、温度変化が大きくなった場合には、半導体レーザ１０１の波長のずれを０．０１ｎｍ以下に維持するのは困難となる。
【００３７】
以上のように、図１の光送信モジュールでは、第１の波長測定器１０６、１０７および第２の波長測定器１１４、１１５の２種類の波長測定器を設け、環境温度変動にともなう両者の共振波長の変動量が異なるようにしている。これにより、半導体レーザ１０１の波長変動によるモニタ電流の変動と、波長測定器の波長フィルタ１０６、１１４の温度変動によるモニタ電流の変動と、を分離することが可能である。この結果、半導体レーザ１０１の波長変動にともなうモニタ電流の変動分のみがゼロになるように制御することで、環境温度変動による半導体レーザ１０１の波長の変化が極めて少ない送信モジュールを提供することができる。
【００３８】
具体的には、図１の送信モジュールでは、半導体レーザ１０１の波長のずれを０．００５ｎｍ以下に維持することができる。この送信モジュールを用いれば、波長が異なる複数の信号を用いた高密度波長分割多重方式の光通信システムにおいて、多重化する信号の周波数間隔を２５ＧＨｚ（波長にして約０．２ｎｍ）以下にすることができる。これにより、光通信システムにおいて、伝送容量を極めて高くすることができる。
【００３９】
また、図１の送信モジュールでは、ビームスプリッタ１１３、第２のＦＰフィルタ１１４、および第２のモニタフォトダイオード１１５を増設したが、これらは、いずれも数千円程度の比較的安価な部品である。これと比べ、送信モジュール全体の値段は、通常、約十万円程度である。そして、図１の送信モジュールでは、温度調節器等の高価な部品は増設していない。このため、図１の送信モジュールではコストの上昇を抑えることができる。
【００４０】
なお、上述の実施例では、簡単のために、波長変動に対するモニタ電流の変化量が第１および第２の波長測定器で同じ（すなわち、Ａ１＝Ａ２＝Ａ）場合について説明したが、Ａ１≠Ａ２の場合においても、本発明が有効であることは明らかである。モニタ電流の変化量は、ビームスプリッタ１１３による第１および第２の光の分岐比や、第１および第２の光のモニタＰＤ１０７および１１５への結合効率等により、変化し得る。Ａ１≠Ａ２の場合には、
ΔＩｐｄ１＝Ａ１（Δλ−Ｂ１ΔＴ）＝Ａ１Δλ−Ａ１Ｂ１ΔＴ
ΔＩｐｄ２＝Ａ２（Δλ−Ｂ２ΔＴ）＝Ａ２Δλ−Ａ２Ｂ２ΔＴ
であるから、ΔＩｐｄ１：ΔＩｐｄ２＝Ａ１Ｂ１：Ａ２Ｂ２となるように、ペルチェ素子１１０を制御すれば、動作環境温度によらず、半導体レーザ１０１の波長をλ０に正確に維持することができる。
【００４１】
また、第１および第２の波長測定器におけるモニタ電流の目標値Ｘ１、Ｘ２についても、これらが同じ値である必要はなく、それぞれの目標値Ｘ１、Ｘ２からの変動量ΔＩｐｄ１、ΔＩｐｄ２の比が常に一定となるようにペルチェ素子１１０を制御すればよい。
【００４２】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の光送信モジュールが第１の実施の形態（図１）と異なる点は、図４に示すように、第１のフィルタ１０６と第２のフィルタ１１４とを同一の材料によって構成し、代わりに、第１のフィルタが搭載される第１の基板１０９と第２のフィルタ１１４が搭載される第２の基板１１６とを異なる熱抵抗を有する基板とした点である。この送信モジュールでは、第１のフィルタ１０６からの第１の放熱量と、第２のフィルタ１１４からの第２の放熱量と、が異なるように構成されている。この第１の放熱量と前記第２の放熱量の違いにより、外部環境温度の変化に対する、第１のフィルタ１０６の第１の温度の変化の割合と、第２のフィルタ１１４の第２の温度の変化の割合と、が異なるように構成されている。このため、外部環境温度の変化により、第１のフィルタ１０６の透過率と、第２のフィルタの透過率と、が異なる割合で変化する。そして、第１の実施の形態と同様に、第１のモニタ電流の変化量ΔＩｐｄ１と、第２のモニタ電流の変化量ΔＩｐｄ２と、の２つのモニタ電流の変化量を測定することで、外部環境温度の変化による第１および第２のフィルタ１０６、１１４の透過率の変化の影響を減らして、半導体レーザ１０１の波長のずれを高い精度で補正することができる。
【００４３】
図４は、本発明の第２の実施の形態の光送信モジュールを示す図である。図中、第１の実施の形態（図１）と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。また、図５（ａ）は、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第１の波長測定器１０６、１０７からの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１と、の関係を示す図である。これは、第１の実施の形態における図３（ａ）に相当する図である。また、図５（ｂ）は、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第２の波長測定器１１４、１１５からの第２のモニタ電流Ｉｐｄ２と、の関係を示す図である。これは第１の実施の形態における図３（ｂ）に相当する図である。
【００４４】
図４の光送信モジュールでは、第１のＦＰフィルタ１０６と、第２のＦＰフィルタ１１４と、は同一材料から構成されている。このため、図５（ａ）、図５（ｂ）から分かるように、第１のＦＰフィルタ１０６の温度の変動ΔＴ１に対する第１の共振波長の変動Δλ１の割合Δλ１／ΔＴ１＝Ｂと、第２のＦＰフィルタ１１４の温度の変動ΔＴ２に対する第２の共振波長の変動Δλ２の割合Δλ２／ΔＴ２＝Ｂと、は等しくなっている。
【００４５】
もっとも、図４の送信モジュールでは、第１のＦＰフィルタ１０６と、第２のＦＰフィルタ１１４と、が異なる基板１０９、１１６上に搭載されている。第１のＦＰフィルタ１０６が搭載される第１の基板１０９は、Ａｌ２Ｏ３によって構成されている。また、第２のＦＰフィルタ１１４が搭載される第２の基板１１６は、ＡｌＮから構成されている。この第１の基板１０９と、第２の基板１１６と、は熱抵抗が異なっている。このように基板１０９、１１６の熱抵抗が異なるため、環境温度がΔＴ０変動したとき、第１のＦＰフィルタ１０６の第１の温度の変動量ΔＴ１と、第２のＦＰフィルタ１１４の第２の温度の変動量ΔＴ２と、は異なっている。これは、外囲器１１１からの輻射により熱流入した際に、第１のフィルタからの放熱量と、第２のフィルタからの放熱量と、が異なるからである。具体的には、環境温度が５０℃上昇したときの第１および第２のＦＰフィルタ１０６、１１４の温度変動量は、ΔＴ１＝２℃、ΔＴ２＝１℃である。
【００４６】
以上説明した構成の図４の送信モジュールでは、周囲の環境温度の変化や、半導体レーザ１０１の経時変化によっても、半導体レーザ１０１の波長が変化する。そこで、図４の送信モジュールでは、第１の波長測定器１０６、１０７からの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１を用いて制御回路２１２によりペルチェ素子１１０の駆動電流を調節し、半導体レーザ１０１の波長の制御を行っている。
【００４７】
しかしながら、図４の送信モジュールでは、周囲の環境温度の変化により、第１および第２のＦＰフィルタ１０６、１１４の透過率も変化する。この透過率の変化により、第１の波長測定器１０６、１０７は温度依存性を有する。このため、第１の波長測定器１０６、１０７の温度依存性を無視してしまうと、半導体レーザ１０１からの光の波長を正確に検出できなくなり、半導体レーザ１０１の波長の制御の精度に限界がある。そこで、図４の送信モジュールでは、第１の波長測定器１０６、１０７からの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１に加えて、第２の波長測定器１１４、１１５からの第２のモニタ電流Ｉｐｄ２も用いて、半導体レーザ１０１の温度を厳密に制御している。具体的には、第１の実施の形態（図１）と同様に、制御装置１１２が、第１のモニタ電流の変化量ΔＩｐｄ１と第２のモニタ電流の変化量ΔＩｐｄ２の比が常に一定になるようにペルチェ素子１１０を制御している。これにより、半導体レーザ１０１からの波長を極めて安定にすることができる。以下、この原理について説明する。
【００４８】
パッケージ１１１からＦＰフィルタ１０６、１１４に流入した輻射熱は、それぞれ基板１０９、１１６を介して、ペルチェ素子１１０に放熱される。ここで、基板１０９、１１６の熱抵抗が異なるため、動作環境温度がΔＴ０変動したときのＦＰフィルタ１０６、１１４の温度変動量ΔＴ１、ΔＴ２は異なる。環境温度変動ΔＴ０にともなうＦＰフィルタ温度変動をΔＴ１＝Ｃ１ΔＴ０、ΔＴ２＝Ｃ２ΔＴ０とすると、半導体レーザ１０１の波長がΔλ変動し、環境温度がΔＴ０変動したとき、モニタ電流Ｉｐｄ１、Ｉｐｄ２の目標値Ｘ１、Ｘ２からの変化量は、それぞれ
ΔＩｐｄ１＝Ａ１（Δλ−ＢΔＴ１）＝Ａ１（Δλ−ＢＣ１ΔＴ０）
ΔＩｐｄ２＝Ａ２（Δλ−ＢΔＴ２）＝Ａ２（Δλ−ＢＣ２ΔＴ０）
となる。これらの式でΔＴを消去すれば、
Δλ＝（Ａ１Ｃ１ΔＩｐｄ２−Ａ２Ｃ２ΔＩｐｄ１）／Ａ１Ａ２（Ｃ１−Ｃ２）
となる。つまり、第１および第２のモニタ電流の変化量ΔＩｐｄ１、ΔＩｐｄ２を測定することで、第１および第２のＦＰフィルタ１０６、１１４の温度の変動ΔＴ１、ΔＴ２の影響を除去し、半導体レーザの波長の変化量Δλを精密に測定することができる。
【００４９】
以上のように、図４の送信モジュールでは、基板１０９、１１６の熱抵抗が異なる（Ｃ１≠Ｃ２）ため、半導体レーザ１０１の波長変動Δλの影響と、環境温度変動ΔＴ０の影響と、を切り分けることが可能である。このため、基準温度における目標値Ｘ１、Ｘ２からのモニタ電流Ｉｐｄ１、Ｉｐｄ２の変化量の比がＡ１Ｃ１：Ａ２Ｃ２になるように制御すれば、環境温度変動ΔＴ０によらず、ＤＦＢレーザ１０１の発振波長をλ０に安定化させることができる。
【００５０】
以上説明した図４の送信モジュールでは、ＦＰフィルタ１０６、１１４の放熱経路の熱抵抗を変えることにより、ΔＴ１とΔＴ２が異なる（Ｃ１≠Ｃ２）ように構成したが、輻射熱の流入量を変えることでΔＴ１とΔＴ２に差を持たせても良い。例えば、高さの異なるＦＰフィルタ１０６、１１４を用いれば、パッケージ１１１上面からの輻射熱の流入量を変えることが可能である。
【００５１】
以上説明した本発明の実施の形態では、光強度自体のモニタ機能を設けなかった。しかし、光強度モニタ機能を付加しても良い。
【００５２】
以上のように、具体的な実施の形態により、本発明を説明した。しかし、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施の形態では、光源がＤＦＢレーザである場合について述べたが、その他にも、分布ブラッグ反射型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）レーザ、電界吸収型光変調器集積レーザ、多電極ＤＦＢレーザ等、様々な光源について本発明を適用することができる。また、発振波長の制御手段についても、素子温度に限定するものではなく、例えば、光源への供給電流により発振波長を制御しても良い。また、光送信モジュール内部における素子配置についても、上述の実施の形態に限定するものではなく、様々なレイアウトを適用することができる。また、波長モニタ機能に加えて、光強度モニタ機能を光送信モジュールに内蔵させても良い。さらには、波長モニタ機能、もしくは光強度モニタ機能の全てを必ずしも光送信モジュールに内蔵させる必要はなく、その一部を外部に設けても良い。また、波長制御回路をも内蔵したモジュールを構成しても良いし、あるいは、波長制御回路をシステムボード上で構成しても良い。その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体レーザを有する光送信モジュールにおいて、第１のフィルタを介して第１のモニタフォトダイオードで半導体レーザの発光波長をモニタすることに加え、第２のフィルタを介して第２のモニタフォトダイオードで半導体レーザの発光波長をモニタし、外部環境温度の変化による透過率の変化の割合を第１のフィルタと第２のフィルタとで異なるようにしたので、外部環境温度の変化による第１および第２のフィルタの透過率の変化の影響を除去し、半導体レーザの温度を高い精度で補償することができる。これにより、光の波長の変動が少なく、かつ、低コストの光送信モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の光送信モジュールを示す図。
【図２】図２（ａ）は、第１の実施の形態の光送信モジュールにおける、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第１のＦＰフィルタ１０６の透過率と、の関係を示す図。また、図２（ｂ）は、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第２のＦＰフィルタ１１４の透過率と、の関係を示す図。
【図３】図３（ａ）は、第１の実施の形態の光送信モジュールにおける、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第１の波長測定器１０６、１０７からの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１と、の関係を示す図。また、図３（ｂ）は、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第２の波長測定器１０６、１０７からの第２のモニタ電流Ｉｐｄ２と、の関係を示す図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の光送信モジュールを示す図。
【図５】図５（ａ）は、第２の実施の形態の光送信モジュールにおける、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第１の波長測定器１０６、１０７からの第１のモニタ電流Ｉｐｄ１と、の関係を示す図。また、図５（ｂ）は、半導体レーザ１０１からの光の波長λと、第２の波長測定器１１４、１１５からの第２のモニタ電流Ｉｐｄ２と、の関係を示す図。
【図６】従来の光送信モジュールを示す図。
【図７】従来の光送信モジュールにおける、半導体レーザ２０１からの光の波長λと、モニタフォトダイオード２０７からのモニタ電流Ｉｐｄと、の関係を示す図。
【符号の説明】
１０１ 半導体レーザ
１０６ 第１のＦＰフィルタ
１０７ 第１のモニタフォトダイオード
１０９ 基板（第１の基板）
１１２ 制御装置
１１３ ビームスプリッタ
１１４ 第２のＦＰフィルタ
１１５ 第２のモニタフォトダイオード
１１６ 第１の基板
Claims (9)
- レーザ光源と、
前記レーザ光源からの出射光の一部である第１の光を受光し、受光した光の波長に応じて異なる大きさの第１のモニタ電流を出力する第１の波長測定器と、
前記レーザ光源からの前記出射光の他の一部である第２の光を受光し、受光した光の波長に応じて異なる大きさの第２のモニタ電流を出力する第２の波長測定器と、
を具備し、
波長変化に対するモニタ電流の変化量と、外部環境温度変化に対するモニタ電流の変化量との比が、前記第１と第２の波長測定器の間で異なることを特徴とする光送信モジュール。 - 前記第１のモニタ電流の変化の値と前記第２のモニタ電流の変化の値とから、前記外部環境温度の変化の影響を除去して前記半導体レーザの前記波長の変化を算出し、これをフィードバックして前記レーザ光源の温度もしくは注入電流を調整して、前記半導体レーザの波長のずれを抑制することを特徴とする請求項１記載の光送信モジュール。
- 半導体レーザと、
前記半導体レーザからの出射光の一部である第１の光を受光して第１のモニタ電流を出力する第１のモニタフォトダイオードと、
前記半導体レーザからの前記出射光の他の一部である第２の光を受光して第２のモニタ電流を出力する第２のモニタフォトダイオードと、
前記半導体レーザと前記第１のモニタフォトダイオードとの間に設けられ、入力される光の波長に応じて異なる透過率を有し、前記第１の光が通過する第１のフィルタと、
前記半導体レーザと前記第２のモニタフォトダイオードとの間に設けられ、入力される光の波長に応じて異なる透過率を有し、前記第２の光が通過する第２のフィルタと、
を具備し、
波長変化に対する透過率の変化量と、外部環境温度変化に対する透過率の変化量との比が、前記第１と第２のフィルタの間で異なることを特徴とする光送信モジュール。 - 前記第１のモニタ電流の変化の値と前記第２のモニタ電流の変化の値とから、前記外部環境温度の変化の影響を除去して前記半導体レーザの前記波長の変化を算出し、これをフィードバックして前記半導体レーザの温度もしくは注入電流を調整して、前記半導体レーザの波長のずれを抑制することを特徴とする請求項３記載の光送信モジュール。
- 前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとが異なる材料によって構成されていることを特徴とする請求項３または請求項４記載の光送信モジュール。
- 前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとが同一の材料によって構成され、前記第１のフィルタからの第１の放熱量と、前記第２のフィルタからの第２の放熱量と、が異なるように構成され、
前記第１の放熱量と前記第２の放熱量の違いにより、外部環境温度の変化に対する、前記第１のフィルタの第１の温度の変化の割合と、前記第２のフィルタの第２の温度の変化の割合と、が異なるように構成されていることを特徴とする請求項３または請求項４記載の光送信モジュール。 - 前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとが同一の材料によって構成され、
前記第１のフィルタへの第１の熱流入量と、前記第２のフィルタへの第２の熱流入量と、が異なるように構成され、
前記第１の熱流入量と前記第２の熱流入量との違いにより、外部環境温度の変化に対する、前記第１のフィルタの第１の温度の変化の割合と、前記第２のフィルタの第２の温度の変化の割合と、が異なるように構成されていることを特徴とする請求項３または請求項４記載の光送信モジュール。 - 前記第１のフィルタが第１の基板上に搭載され、
前記第２のフィルタが前記第１の基板と異なる熱抵抗を有する第２の基板上に搭載されていることを特徴とする請求項６または請求項７記載の光送信モジュール。 - 前記半導体レーザは、前方と、後方と、に光を放射する端面出射型の半導体レーザであり、
前記後方への光がビームスプリッタにより一方側の光と他方側の光とに分岐され、
前記第１の光は、前記ビームスプリッタにより分岐された前記一方側の光であり、
前記第２の光は、前記ビームスプリッタにより分岐された前記他方側の光であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の光送信モジュール。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003196053A JP2005032968A (ja) | 2003-07-11 | 2003-07-11 | 光送信モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007156438A (ja) * | 2005-11-11 | 2007-06-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 表示装置 |
| JP2019161065A (ja) * | 2018-03-14 | 2019-09-19 | 古河電気工業株式会社 | 波長可変レーザ装置、及び波長可変レーザ装置の波長制御方法 |
| US10530119B2 (en) | 2017-08-07 | 2020-01-07 | Fujitsu Limited | Wavelength locker, wavelength tunable laser apparatus, and method for controlling wavelength tunable laser apparatus |
| CN111384664A (zh) * | 2018-12-27 | 2020-07-07 | 住友电工光电子器件创新株式会社 | 调谐激光器装置的发射波长的方法 |
| WO2023279644A1 (zh) * | 2021-07-05 | 2023-01-12 | 苏州旭创科技有限公司 | 单纤双向光组件 |
-
2003
- 2003-07-11 JP JP2003196053A patent/JP2005032968A/ja active Pending
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