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。
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2003
- 2003-07-11 JP JP2003196053A patent/JP2005032968A/ja active Pending
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