JP2006343369A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 内部に実装された制御電子回路による内部発熱や外部温度の変動があっても、光変調器の出力が変動することのない光モジュールを提供する。
【解決手段】 光信号を変調する光変調器１０８を搭載するマウント１０６と、光変調器１０８を含めて、マウント１０６を収容する筐体１０１、１０２と、マウント１０６を筐体１０１、１０２の内部に固定するスペーサ１１２とを有し、マウント１０６を筐体１０２へ固定する方向Ｆに垂直な面におけるマウント１０６の断面積Ｓ_mより、同方向Ｆに垂直な面におけるスペーサ１１２の断面積Ｓ_sを小さくした光モジュール。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光信号を変調する光変調器等をモジュール化した光モジュールに関する。

従来、例えば、光変調器モジュールでは、光変調器の温度を一定に保つため、温度制御素子（ペルチェクーラー）等を用いていた（特許文献１参照）。又、光変調器から発生する熱を効率よく外部に逃がすため、光変調器を設置するマウント部分は、モジュール筐体との熱伝導を十分確保できる構造となっていた。

特開２００４−２８８７５１号公報

しかしながら、上述したような光変調器モジュールにおいては、外部から熱が流入した場合、特に、光の進行方向と垂直な方向に、熱が偏って流入すると、マウント部分に熱勾配ができ、光変調器が不均一に熱せられてしまうこととなる。特に、入力光を２本の光導波路へ分配し、その位相差を制御することで強度変調光信号を得ることを原理とする、マッハツェンダ型光変調器等の干渉型光変調器においては、両導波路の温度が不均一に変化すると、その光出力強度が変化し、信号劣化の原因となっていた。つまり、熱伝導を確保するためのマウントが、光変調器を外部温度の変動に影響され易い状態にしていた。

又、光変調器を制御する制御電子回路を光モジュールの筐体内部に実装する場合、制御電子回路が発生する熱がマウント部分に不均一に熱伝導して、光変調器が不均一に熱せられて、光変調器の信号劣化を起こすおそれもあった。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、内部に実装された制御電子回路による内部発熱や外部温度の変動があっても、光変調器の出力が変動することのない光モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る光モジュールは、
光信号を変調する光変調器を搭載するマウントと、
前記光変調器を含めて、前記マウントを収容する筐体と、
前記マウントを前記筐体の内部に固定するスペーサとを有し、
前記マウントを前記筐体へ固定する方向に垂直な面における前記マウントの断面積より、同方向に垂直な面における前記スペーサの断面積を小さくしたことを特徴とする。
つまり、上記構成により、マウントのスペーサに接する面の面積より、スペーサのマウントに接する接触面積を小さくすることができ、スペーサからマウントへの熱流入を抑制することができる。

上記課題を解決する第２の発明に係る光モジュールは、
上記第１の発明に記載の光モジュールにおいて、
前記スペーサの断面積を、前記マウントの断面積の２／３以下としたことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る光モジュールは、
上記第１又は第２の発明に記載の光モジュールにおいて、
前記スペーサを形成する材料の熱伝導率を、前記筐体及び前記マウントを形成する材料の熱伝導率より小さくしたことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る光モジュールは、
上記第３の発明に記載の光モジュールにおいて、
前記スペーサを形成する材料の熱伝導率を、前記筐体及び前記マウントを形成する材料の熱伝導率の５０％以下としたことを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る光モジュールは、
上記第１〜第４の発明のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
光変調器を制御する制御電子回路を、前記筐体の内部に実装したことを特徴とする。

上記課題を解決する第６の発明に係る光モジュールは、
上記第１〜第５の発明のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記制御電子回路を搭載するステージを、前記マウント、前記スペーサとは独立して、前記筐体の内部に設けたことを特徴とする。

本発明によれば、光変調器を搭載するマウントを、スペーサを介して筐体に固定すると共に、スペーサの断面積をマウントの断面積より小さくし、その熱伝導率をマウント、筐体の熱伝導率より小さくしたので、スペーサからマウントへ流入する熱を抑制すると共に、断面積がスペーサより大きく、熱容量の大きいマウントに、流入した熱を拡散させることができ、内部で発生した熱、外部から流入した熱の影響を、光変調器が受けることがなくなる。又、温度変化があったとしても、熱容量の大きいマウントにより、光変調器の温度を均一に変化させることができる。その結果、光変調器からの出力が変動することのない光モジュールを実現することができる。

本発明は、光変調器、或いは、光変調器とそれを駆動する制御電子回路を同時に実装した光モジュールにおいて、光モジュールの筐体から光変調器を搭載したマウントへの熱流入を抑制するため、筐体とマウントの間にあるスペーサの断面積をマウントの断面積より小さく構成し、更に、熱流入を小さくするため、スペーサの材料として、熱伝導率の小さなものを用いるようにしたものである。以下、本発明に係る光モジュールの実施形態例のいくつかを、図１〜図１０を用いて説明を行う。

図１は、本発明に係る光モジュールの実施形態の一例を示す図であり、図１（ａ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図、図１（ｂ）は、上面透視図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ’線矢視断面図である。

本実施例では、図１に示すマウント１０６上に搭載する光変調器１０８として、図２に示すような、リチュームナイオベート（LiNbO₃）基板８０上に形成された変調器を用いる。上記変調器は、光入力導波路８１へ入力されたＣＷ光を、光分配器８２で２つの位相制御用光導波路８３、８５へ分配し、その光導波路間の位相差を、制御用電極８４、８６へ印加する電気信号で制御して、光結合器８７で結合され、光出力導波路８８より出力される光強度を制御することを原理とするマッハツェンダ型光変調器（ＭＺ変調器）である。ＭＺ変調器では、上記原理で説明したように、２本の位相制御用光導波路８３、８５の位相差により出力光強度を制御するので、片側の光導波路のみが熱せられ、温度が上昇することで、片側の光導波路のみの屈折率（位相）が変化すると、出力光強度が変化してしまう。しかし、両光導波路を同様に熱すると、温度を上昇させても両光導波路間の位相差は変化することがないため、出力光強度が変化することはない。

即ち、光変調器の温度が変化したとしても、光変調器全体が同様な温度変化をすれば、その出力高強度が変化することはなく、少なくとも、光変調器の幅方向Ｗの熱分布の不均一性を抑制すれば、光変調器の長さ方向Ｌの熱分布に不均一性があったとしても、出力光強度の変化を防止することが可能となる（図２参照）。

本実施例の光モジュールは、モジュール外壁１０１及びプレート１０２よりなるモジュール筐体に、光入出力用光ファイバ１０４、光ファイバ固定スリーブ１０３を具備したものである。電気信号は、電気コネクタ１０９から、熱絶縁性の高いセラミックスにより形成された配線板１１１を通して、光変調器１０８へ供給される。入出力光を導くための光ファイバ１０４は、光変調器１０８と直接結合されている。光変調器１０８はマウント１０６に搭載されており、マウント１０６はスペーサ１１２を用いてモジュール筐体のプレート１０２に固定されており、これらはモジュール筐体の内部に収容されている。

ここで、モジュール外壁１０１、プレート１０２、マウント１０６は、熱伝導率の良い、例えば、銅タングステン（ＣｕＷ、熱伝導率〜３．７×１０^-3J/cm/s/K）等の材料で形成され、熱の伝導をよくするように作製されている。スペーサ１１２は、同材料で形成されているが、マウント１０６をプレート１０２へ固定する方向Ｆに垂直な面における断面積Ｓ_sを、同じ方向Ｆに垂直な面におけるマウントの断面積Ｓ_mより小さくなるように、断面積Ｓ_mの２／３以下の面積に設定している。即ち、スペーサ１１２のマウント１０６に接する接触面積を、マウント１０６のスペーサ１１２に接する面の面積より小さくしている。従って、プレート１０２から光変調器１０８方向へ流入しようとする熱は、スペーサ１１２の断面積が小さいことから、光変調器１０８方向へ流入しにくくなっており、更に、大きな熱容量を持つマウント１０６により拡散されるため、影響がある場合にも、光変調器１０８を均一に熱する効果しか無く、光出力強度に影響を及ぼすことはない。

なお、光変調器１０８は、ほとんど発熱を伴わない、あるいは、発熱量が微少であるため、熱容量の大きいマウント１０６にて、その発熱が拡散され、光変調器１０８の局所的な温度上昇を避けることができる。スペーサ１１２の断面積は、マウント１０６の断面積の２／３以下が望ましいが、更に望ましくは１／２以下、最も望ましくは１／４以下である。

図３は、本発明に係る光モジュールの実施形態の他の一例を示す図であり、図３（ａ）は、図３（ｂ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図、図３（ｂ）は、上面透視図、図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＡ−Ａ’線矢視断面図である。

本実施例でも、光変調器１０８として、図２に示すような、リチュームナイオベート（LiNbO₃）基板８０上に形成された変調器を用いる。上記変調器は、光入力導波路８１へ入力されたＣＷ光を、光分配器８２で２つの位相制御用光導波路８３、８５へ分配し、その光導波路間の位相差を、制御用電極８４、８６へ印加する電気信号で制御して、光結合器８７で結合され、光出力導波路８８より出力される光強度を制御することを原理とするマッハツェンダ型光変調器（ＭＺ変調器）である。ＭＺ変調器では、上記原理で説明したように、２本の位相制御用光導波路８３、８５の位相差により出力光強度を制御するので、片側の光導波路のみが熱せられ、温度が上昇することで、片側の光導波路のみの屈折率（位相）が変化すると、出力光強度が変化してしまう。しかし、両光導波路を同様に熱すると、温度を上昇させても両光導波路間の位相差は変化することがないため、出力光強度が変化することはない。

即ち、光変調器の温度が変化したとしても、光変調器全体が同様な温度変化をすれば、その出力高強度が変化することはなく、少なくとも、光変調器の幅方向Ｗの熱分布の不均一性を抑制すれば、光変調器の長さ方向Ｌの熱分布に不均一性があったとしても、出力光強度の変化を防止することが可能となる（図２参照）。

本実施例の光モジュールは、モジュール外壁１０１及びプレート１０２よりなるモジュール筐体に、光入出力用光ファイバ１０４、光ファイバ固定スリーブ１０３を具備したものである。電気信号は、電気コネクタ１０９から、熱絶縁性の高いセラミックスにより形成された配線板１１１を通して光変調器１０８へ供給される。入出力光を導くための光ファイバ１０４は光変調器１０８と直接結合されている。光変調器１０８はマウント１０６に搭載されており、マウント１０６はスペーサ１１３を用いてモジュール筐体のプレート１０２に固定されており、これらはモジュール筐体の内部に収容されている。

ここで、モジュール外壁１０１、プレート１０２、マウント１０６は熱伝導率の良い、例えば、銅タングステン（ＣｕＷ、熱伝導率〜３．７×１０^-3J/cm/s/K）等の材料で形成され、熱の伝導をよくするように作製されている。スペーサ１１３は、モジュール筐体を構成する材料に比べ熱伝導率が５０％以下の材料、例えば、真鍮（黄銅（Ｃｕ７０％。Ｚｎ３０％）、熱伝導率〜０．９６×１０^-3 J/cm/s/K）、あるいは、ステンレススチール（熱伝導率〜０．２５×１０^-3 J/cm/s/K）等で形成されている。又、マウント１０６をプレート１０２へ固定する方向Ｆに垂直な面におけるスペーサ１１３の断面積Ｓ_sを、同じ方向Ｆに垂直な面におけるマウントの断面積Ｓ_mより小さくなるように、断面積Ｓ_mの２／３以下の面積に設定している。即ち、スペーサ１１３のマウント１０６に接する接触面積を、マウント１０６のスペーサ１１３に接する面の面積より小さくしている。従って、プレート１０２から光変調器１０８方向へ流入しようとする熱は、スペーサ１１３の断面積の小ささ及びスペーサ１１３の熱伝導率の悪さから、光変調器１０８方向へ流入しにくくなっており、光変調器１０８へ大きな影響を及ぼさず、更に、大きな熱容量を持つマウント１０６により拡散されるため、影響がある場合にも、光変調器１０８を均一に熱する効果しか無く、光出力強度に影響を及ぼすことはない。

なお、光変調器１０８は、ほとんど発熱を伴わない、あるいは、発熱量が微少であるため、熱容量の大きいマウント１０６にて、その発熱が拡散され、光変調器１０８の局所的な温度上昇を避けることができる。スペーサ１１３の断面積は、マウント１０６の断面積の２／３以下が望ましいが、更に望ましくは１／２以下、最も望ましくは１／４以下である。又、マウント１０６等の材料の熱伝導率に比べ、スペーサ１１３の材料の熱伝導率は５０％以下が望ましいが、更に望ましくは２５％以下、最も望ましくは１０％以下である。

図４は、本発明に係る光モジュールの実施形態の他の一例を示す図であり、図４（ａ）は、図４（ｂ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図、図４（ｂ）は、上面透視図、図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＡ−Ａ’線矢視断面図である。

本実施例では、図４に示すマウント２０６上に搭載する光変調器２０８として、図５に示すような、半導体基板９０上に形成された変調器を用いる。上記変調器は、光入力導波路９１へ入力されたＣＷ光を、光分配器９２で２つの位相制御用光導波路９３、９５へ分配し、その光導波路間の位相差を、制御用電極９４、９６へ印加する電気信号で制御して、光結合器９７で結合され、光出力導波路９８より出力される光強度を制御することを原理とするマッハツェンダ型光変調器（ＭＺ変調器）である。ＭＺ変調器では、上記原理で説明したように、２本の位相制御用光導波路９３、９５の位相差により出力光強度を制御するので、片側の光導波路のみが熱せられ、温度が上昇することで、片側の光導波路のみの屈折率（位相）が変化すると、出力光強度が変化してしまう。しかし、両光導波路を同様に熱すると、温度を上昇させても両光導波路間の位相差は変化することがないため、出力光強度が変化することはない。

即ち、光変調器の温度が変化したとしても、光変調器全体が同様な温度変化をすれば、その出力高強度が変化することはなく、少なくとも、光変調器の幅方向Ｗの熱分布の不均一性を抑制すれば、光変調器の長さ方向Ｌの熱分布に不均一性があったとしても、出力光強度の変化を防止することが可能となる（図５参照）。

本実施例の光モジュールは、モジュール外壁２０１及びプレート２０２よりなるモジュール筐体に、光入出力用光ファイバ２０４、光ファイバ固定スリーブ２０３を具備したものである。電気信号は、電気コネクタ２０９から、熱絶縁性の高いセラミックスにより形成された配線板２１１を通して半導体光変調器２０８へ供給される。入出力光を導くための光ファイバ２０４は、光変調器設置用マウント２０６上に具備された結合用レンズ２０７により光変調器２０８へ結合されている。光変調器２０８はマウント２０６に搭載されており、マウント２０６はスペーサ２１２を用いてモジュール筐体のプレート２０２に固定されており、これらはモジュール筐体の内部に収容されている。

ここで、モジュール外壁２０１、プレート２０２、マウント２０６は熱伝導率の良い、例えば、銅タングステン（ＣｕＷ、熱伝導率〜３．７×１０^-3Ｊ／ｃｍ／ｓ／Ｋ）等の材料で形成され、熱の伝導をよくするように作製されている。スペーサ２１２は、同材料で形成されているが、マウント２０６をプレート２０２へ固定する方向Ｆに垂直な面における断面積Ｓ_sを、同じ方向Ｆに垂直な面におけるマウントの断面積Ｓ_mより小さくなるように、断面積Ｓ_mの２／３以下の面積に設定している。即ち、スペーサ２１２のマウント２０６に接する接触面積を、マウント２０６のスペーサ２１２に接する面の面積より小さくしている。従って、プレート２０２から光変調器２０８方向へ流入しようとする熱は、スペーサ２１２の断面積が小さいことから、光変調器２０８方向へ流入しにくくなっており、更に、大きな熱容量を持つマウント２０６により拡散されるため、影響がある場合にも、光変調器２０８を均一に熱する効果しか無く、光出力強度に影響を及ぼすことはない。

なお、光変調器２０８は、ほとんど発熱を伴わない、あるいは、発熱量が微少であるため、熱容量の大きいマウント２０６にて、その発熱が拡散され、光変調器２０８の局所的な温度上昇を避けることができる。スペーサ２１２の断面積は、マウント２０６の断面積の２／３以下が望ましいが、更に望ましくは１／２以下、最も望ましくは１／４以下である。

図６は、本発明に係る光モジュールの実施形態の他の一例を示す図であり、図６（ａ）は、図６（ｂ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図、図６（ｂ）は、上面透視図、図６（ｃ）は、図６（ｂ）のＡ−Ａ’線矢視断面図である。

本実施例でも、光変調器２０８として、図５に示すような、半導体基板９０上に形成された変調器を用いる。上記変調器は、光入力導波路９１へ入力されたＣＷ光を、光分配器９２で２つの位相制御用光導波路９３、９５へ分配し、その光導波路間の位相差を、制御用電極９４、９６へ印加する電気信号で制御して、光結合器９７で結合され、光出力導波路９８より出力される光強度を制御することを原理とするマッハツェンダ型光変調器（ＭＺ変調器）である。ＭＺ変調器では、上記原理で説明したように、２本の位相制御用光導波路９３、９５の位相差により出力光強度を制御するので、片側の光導波路のみが熱せられ、温度が上昇することで、片側の光導波路のみの屈折率（位相）が変化すると、出力光強度が変化してしまう。しかし、両光導波路を同様に熱すると、温度を上昇させても両光導波路間の位相差は変化することがないため、出力光強度が変化することはない。

即ち、光変調器の温度が変化したとしても、光変調器全体が同様な温度変化をすれば、その出力高強度が変化することはなく、少なくとも、光変調器の幅方向Ｗの熱分布の不均一性を抑制すれば、光変調器の長さ方向Ｌの熱分布に不均一性があったとしても、出力光強度の変化を防止することが可能となる（図５参照）。

本実施例の光モジュールは、モジュール外壁２０１及びプレート２０２よりなるモジュール筐体に、光入出力用光ファイバ２０４、光ファイバ固定スリーブ２０３を具備したものである。電気信号は、電気コネクタ２０９から、熱絶縁性の高いセラミックスにより形成された配線板２１１を通して半導体光変調器２０８へ供給される。入出力光を導くための光ファイバ２０４は、光変調器設置用マウント２０６上に具備された結合用レンズ２０７により光変調器２０８へ結合されている。光変調器２０８はマウント２０６に搭載されており、マウント２０６はスペーサ２１３を用いてモジュール筐体のプレート２０２に固定されており、これらはモジュール筐体の内部に収容されている。

ここで、モジュール外壁２０１、プレート２０２、マウント２０６は熱伝導率の良い、例えば、銅タングステン（ＣｕＷ、熱伝導率〜３．７×１０^-3J/cm/s/K）等の材料で形成され、熱の伝導をよくするように作製されている。スペーサ２１３は、モジュール筐体を構成する材料に比べ熱伝導率が５０％以下の材料、例えば、真鍮（黄銅（Ｃｕ７０％。Ｚｎ３０％）、熱伝導率〜０．９６×１０^-3 J/cm/s/K）、あるいは、ステンレススチール（熱伝導率〜０．２５×１０^-3 J/cm/s/K）等で形成されている。又、マウント２０６をプレート２０２へ固定する方向Ｆに垂直な面におけるスペーサ２１３の断面積Ｓ_sを、同じ方向Ｆに垂直な面におけるマウントの断面積Ｓ_mより小さくなるように、断面積Ｓ_mの２／３以下の面積に設定している。即ち、スペーサ２１３のマウント２０６に接する接触面積を、マウント２０６のスペーサ２１３に接する面の面積より小さくしている。従って、プレート２０２から光変調器２０８方向へ流入しようとする熱は、スペーサ２１３の断面積の小ささ及びスペーサ２１３の熱伝導率の悪さから、光変調器２０８方向へ流入しにくくなっており、光変調器２０８へ大きな影響を及ぼさず、更に、大きな熱容量を持つマウント２０６により拡散されるため、影響がある場合にも、光変調器２０８を均一に熱する効果しか無く、光出力強度に影響を及ぼすことはない。

なお、光変調器２０８は、ほとんど発熱を伴わない、あるいは、発熱量が微少であるため、熱容量の大きいマウント２０６にて、その発熱が拡散され、光変調器２０８の局所的な温度上昇を避けることができる。スペーサ２１３の断面積は、マウント２０６の断面積の２／３以下が望ましいが、更に望ましくは１／２以下、最も望ましくは１／４以下である。又、マウント２０６等の材料の熱伝導率に比べ、スペーサ２１３の材料の熱伝導率は５０％以下が望ましいが、更に望ましくは２５％以下、最も望ましくは１０％以下である。

なお、上記実施例１〜４においては、光変調器を制御する制御用ＩＣを、光モジュール筐体の外部に配置しているが、上述したように、光変調器を搭載するマウントを、スペーサを介して筐体側へ固定するようにしているため、光変調器へ直接伝熱する場所でなければ、制御用ＩＣを光モジュール筐体の内部へ配置しても、光出力強度に影響を及ぼすことはない。但し、この場合、制御用ＩＣからの発熱を、光モジュール筐体の外部へ効率よく放出することが望ましく、そのような実施形態として、後述する実施例５〜８に示すような構成が考えられる。

図７は、本発明に係る光モジュールの実施形態の他の一例を示す図であり、図７（ａ）は、図７（ｂ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図、図７（ｂ）は、上面透視図、図７（ｃ）は、図７（ｂ）のＡ−Ａ’線矢視断面図である。

本実施例でも、光変調器３０８として、図２に示すような、リチュームナイオベート（LiNbO₃）基板８０上に形成された変調器を用いる。上記変調器は、光入力導波路８１へ入力されたＣＷ光を、光分配器８２で２つの位相制御用光導波路８３、８５へ分配し、その光導波路間の位相差を、制御用電極８４、８６へ印加する電気信号で制御して、光結合器８７で結合され、光出力導波路８８より出力される光強度を制御することを原理とするマッハツェンダ型光変調器（ＭＺ変調器）である。ＭＺ変調器では、上記原理で説明したように、２本の位相制御用光導波路８３、８５の位相差により出力光強度を制御するので、片側の光導波路のみが熱せられ、温度が上昇することで、片側の光導波路のみの屈折率（位相）が変化すると、出力光強度が変化してしまう。しかし、両光導波路を同様に熱すると、温度を上昇させても両光導波路間の位相差は変化することがないため、出力光強度が変化することはない。

即ち、光変調器の温度が変化したとしても、光変調器全体が同様な温度変化をすれば、その出力高強度が変化することはなく、少なくとも、光変調器の幅方向Ｗの熱分布の不均一性を抑制すれば、光変調器の長さ方向Ｌの熱分布に不均一性があったとしても、出力光強度の変化を防止することが可能となる（図２参照）。

本実施例の光モジュールは、モジュール外壁３０１及びプレート３０２よりなるモジュール筐体に、光入出力用光ファイバ３０４、光ファイバ固定スリーブ３０３、制御用ＩＣ３１０を配備するためのステージ３０５を具備したものである。ステージ３０５上の制御用ＩＣ３１０には、電気コネクタ３０９を通して電気信号を供給する構造となっており、制御用ＩＣ３１０からの制御信号は、熱絶縁性の高いセラミックスにより形成された配線板３１1を通して光変調器３０８へ供給される。入出力光を導くための光ファイバ３０４は光変調器３０８と直接結合されている。光変調器３０８はマウント３０６に搭載されており、マウント３０６はスペーサ３１２を用いてモジュール筐体のプレート３０２に固定されており、又、ステージ３０５は、マウント３０６、スペーサ３１２とは独立して、プレート３０２へ固定されており、これらはモジュール筐体の内部に収容されている。

ここで、モジュール外壁３０１、プレート３０２、ステージ３０５、マウント３０６は熱伝導率の良い、例えば、銅タングステン（ＣｕＷ、熱伝導率〜３．７×１０^-3J/cm/s/K）等の材料で形成され、熱の伝導をよくするように作製されている。スペーサ３１２は、同材料で形成されているが、マウント３０６をプレート３０２へ固定する方向Ｆに垂直な面における断面積Ｓ_sを、同じ方向Ｆに垂直な面におけるマウントの断面積Ｓ_mより小さくなるように、断面積Ｓ_mの２／３以下の面積に設定している。即ち、スペーサ３１２のマウント３０６に接する接触面積を、マウント３０６のスペーサ３１２に接する面の面積より小さくしている。従って、プレート３０２から光変調器３０８方向へ流入しようとする熱は、スペーサ３１２の断面積が小さいことから、光変調器３０８方向へ流入しにくくなっており、更に、大きな熱容量を持つマウント３０６により拡散されるため、影響がある場合にも、光変調器３０８を均一に熱する効果しか無く、光出力強度に影響を及ぼすことはない。又、制御用ＩＣ３１０より発生した熱は、熱伝導率の良いステージ３０５、プレート３０２を通して、効率よくモジュール外部へ放出されるため、その発熱を光変調器３０８へ直接伝熱することはなく、発熱が光変調器３０８方向へ流入しようとしても、スペーサ３１２、マウント３０６を介して伝熱しようとするため、上述したように、スペーサ３１２によりマウント３０６への熱伝導が抑制されると共にマウント３０６により熱拡散が行われるため、光出力強度に影響を及ぼすことはない。

なお、光変調器３０８は、ほとんど発熱を伴わない、あるいは、発熱量が微少であるため、熱容量の大きいマウント３０６にて、その発熱が拡散され、光変調器３０８の局所的な温度上昇を避けることができる。スペーサ３１２の断面積は、マウント３０６の断面積の２／３以下が望ましいが、更に望ましくは１／２以下、最も望ましくは１／４以下である。

図８は、本発明に係る光モジュールの実施形態の他の一例を示す図であり、図８（ａ）は、図８（ｂ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図、図８（ｂ）は、上面透視図、図８（ｃ）は、図８（ｂ）のＡ−Ａ’線矢視断面図である。

本実施例でも、光変調器３０８として、図２に示すような、リチュームナイオベート（LiNbO₃）基板８０上に形成された変調器を用いる。上記変調器は、光入力導波路８１へ入力されたＣＷ光を、光分配器８２で２つの位相制御用光導波路８３、８５へ分配し、その光導波路間の位相差を、制御用電極８４、８６へ印加する電気信号で制御して、光結合器８７で結合され、光出力導波路８８より出力される光強度を制御することを原理とするマッハツェンダ型光変調器（ＭＺ変調器）である。ＭＺ変調器では、上記原理で説明したように、２本の位相制御用光導波路の位相差により出力光強度を制御するので、片側の光導波路のみが熱せられ、温度が上昇することで、片側の光導波路のみの屈折率（位相）が変化すると、出力光強度が変化してしまう。しかし、両光導波路を同様に熱すると、温度を上昇させても両光導波路間の位相差は変化することがないため、出力光強度が変化することはない。

即ち、光変調器の温度が変化したとしても、光変調器全体が同様な温度変化をすれば、その出力高強度が変化することはなく、少なくとも、光変調器の幅方向Ｗの熱分布の不均一性を抑制すれば、光変調器の長さ方向Ｌの熱分布に不均一性があったとしても、出力光強度の変化を防止することが可能となる（図２参照）。

本実施例の光モジュールは、モジュール外壁３０１及びプレート３０２よりなるモジュール筐体に、光入出力用光ファイバ３０４、光ファイバ固定スリーブ３０３、制御用ＩＣ３１０を配備するためのステージ３０５を具備したものである。ステージ３０５上の制御用ＩＣ３１０には、電気コネクタ３０９を通して電気信号を供給する構造となっており、制御用ＩＣ３１０からの制御信号は、熱絶縁性の高いセラミックスにより形成された配線板３１１を通して光変調器３０８へ供給される。入出力光を導くための光ファイバ３０４は、光変調器３０８と直接結合されている。光変調器３０８はマウント３０６に搭載されており、マウント３０６はスペーサ３１３を用いてモジュール筐体のプレート３０２に固定されており、又、ステージ３０５は、マウント３０６、スペーサ３１３とは独立して、プレート３０２へ固定されており、これらはモジュール筐体の内部に収容されている。

ここで、モジュール外壁３０１、プレート３０２、ステー１ジ３０５、マウント３０６は熱伝導率の良い、例えば、銅タングステン（ＣｕＷ、熱伝導率〜３．７×１０^-3J/cm/s/K）等の材料で形成され、熱の伝導をよくするように作製されている。スペーサ３１３は、モジュール筐体を構成する材料に比べ熱伝導率が５０％以下の材料、例えば、真鍮（黄銅（Ｃｕ７０％。Ｚｎ３０％）、熱伝導率〜０．９６×１０^-3J/cm/s/K）、あるいは、ステンレススチール（熱伝導率〜０．２５×１０^-3J/cm/s/K）等で形成されている。又、マウント３０６をプレート３０２へ固定する方向Ｆに垂直な面におけるスペーサ３１３の断面積Ｓ_sを、同じ方向Ｆに垂直な面におけるマウントの断面積Ｓ_mより小さくなるように、断面積Ｓ_mの２／３以下の面積に設定している。即ち、スペーサ３１３のマウント３０６に接する接触面積を、マウント３０６のスペーサ３１３に接する面の面積より小さくしている。従って、プレート３０２から光変調器３０８方向へ流入しようとする熱は、スペーサ３１３の断面積の小ささ及びスペーサ３１３の熱伝導率の悪さから、光変調器３０８方向へ流入しにくくなっており、光変調器３０８へ大きな影響を及ぼさず、更に、大きな熱容量を持つマウント３０６により拡散されるため、影響がある場合にも、光変調器３０８を均一に熱する効果しか無く、光出力強度に影響を及ぼすことはない。又、制御用ＩＣ３１０より発生した熱は、熱伝導率の良いステージ３０５、プレート３０２を通して、効率よくモジュール外部へ放出されるため、その発熱を光変調器３０８へ直接伝熱することはなく、発熱が光変調器３０８方向へ流入しようとしても、スペーサ３１３、マウント３０６を介して伝熱しようとするため、上述したように、スペーサ３１３によりマウント３０６への熱伝導が抑制されると共にマウント３０６により熱拡散が行われるため、光出力強度に影響を及ぼすことはない。

なお、光変調器３０８は、ほとんど発熱を伴わない、あるいは、発熱最が微少であるため、熱容量の大きいマウント３０６にて、その発熱が拡散され、光変調器３０８の局所的な温度上昇を避けることができる。スペーサ３１３の断面積は、マウント３０６の断面積の２／３以下が望ましいが、更に望ましくは１／２以下、最も望ましくは１／４以下である。又、マウント３０６等の材料の熱伝導率に比べ、スペーサ３１３の材料の熱伝導率は５０％以下が望ましいが、更に望ましくは２５％以下、最も望ましくはｌ０％以下である。

図９は、本発明に係る光モジュールの実施形態の他の一例を示す図であり、図９（ａ）は、図９（ｂ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図、図９（ｂ）は、上面透視図、図９（ｃ）は、図９（ｂ）のＡ−Ａ’線矢視断面図である。

本実施例でも、光変調器４０８として、図５に示すような、半導体基板９０上に形成された変調器を用いる。上記光変調器は、光入力導波路９１へ入力されたＣＷ光を、光分配器９２で２つの位相制御用光導波路９３、９５へ分配し、その光導波路間の位相差を、制御用電極９４、９６へ印加する電気信号で制御して、光結合器９７で結合され、光出力導波路９８より出力される光強度を制御することを原理とするマッハツェンダ型光変調器（ＭＺ変調器）である。ＭＺ変調器では、上記原理で説明したように、２本の位相制御用光導波路９３、９５の位相差により出力光強度を制御するので、片側の光導波路のみが熱せられ、温度が上昇することで、片側の光導波路のみの屈折率（位相）が変化すると、出力光強度が変化してしまう。しかし、両光導波路を同様に熱すると、温度を上昇させても両光導波路間の位相差は変化することがないため、出力光強度が変化することはない。

即ち、光変調器の温度が変化したとしても、光変調器全体が同様な温度変化をすれば、その出力高強度が変化することはなく、少なくとも、光変調器の幅方向Ｗの熱分布の不均一性を抑制すれば、光変調器の長さ方向Ｌの熱分布に不均一性があったとしても、出力光強度の変化を防止することが可能となる（図５参照）。

本実施例の光モジュールは、モジュール外壁４０１及びプレート４０２よりなるモジュール筐体に、光入出力用光ファイバ４０４、光ファイバ固定スリーブ４０３、制御用ＩＣ４１０を配備するためのステージ４０５を具備したものである。ステージ４０５上の制御用ＩＣ４１０には、電気コネクタ４０９を通して電気信号を供給する構造となっており、制御用ＩＣ４１０からの制御信号は、熱絶縁性の高いセラミックスにより形成された配線板４１１を通して半導体光変調器４０８へ供給される。入出力光を導くための光ファイバ４０４は光変調器設置用マウント４０６上に具備された結合用レンズ４０７により光変調器４０８へ結合されている。光変調器４０８はマウント４０６に搭載されており、マウント４０６はスペーサ４１２を用いてモジュール筐体のプレート４０２に固定されており、又、ステージ４０５は、マウント４０６、スペーサ４１２とは独立して、プレート４０２へ固定されており、これらはモジュール筐体の内部に収容されている。

ここで、モジュール外壁４０１、プレート４０２、ステージ４０５、マウント４０６は熱伝導率の良い、例えば、銅タングステン（ＣｕＷ、熱伝導率〜３．７×１０^-3J/cm/s/K）等の材料で形成され、熱の伝導をよくするように作製されている。スペーサ４１２は同材料で形成されているが、マウント４０６をプレート４０２へ固定する方向Ｆに垂直な面における断面積Ｓ_sを、同じ方向Ｆに垂直な面におけるマウントの断面積Ｓ_mより小さくなるように、断面積Ｓ_mの２／３以下の面積に設定している。即ち、スペーサ４１２のマウント４０６に接する接触面積を、マウント４０６のスペーサ４１２に接する面の面積より小さくしている。従って、プレート４０２から光変調器４０８方向へ流入しようとする熱は、スペーサ４１２の断面積が小さいことから、光変調器４０８方向へ流入しにくくなっており、光変調器４０８へ大きな影響を及ぼさず、更に、大きな熱容量を持つマウント４０６により拡散されるため、影響がある場合にも、光変調器４０８を均一に熱する効果しか無く、光出力強度に影響を及ぼすことはない。又、制御用ＩＣ４１０より発生した熱は、熱伝導率の良いステージ４０５、プレート４０２を通して、効率よくモジュール外部へ放出されるため、その発熱を光変調器４０８へ直接伝熱することはなく、発熱が光変調器４０８方向へ流入しようとしても、スペーサ４１２、マウント４０６を介して伝熱しようとするため、上述したように、スペーサ４１２によりマウント４０６への熱伝導が抑制されると共にマウント４０６により熱拡散が行われるため、光出力強度に影響を及ぼすことはない。

なお、光変調器４０８は、ほとんど発熱を伴わない、あるいは、発熱量が微少であるため、熱容量の大きいマウント４０６にて、その発熱が拡散され、光変調器４０８の局所的な温度上昇は避けることができる。スペーサ４１２の断面積は、マウント１０６の断面積の２／３以下が望ましいが、更に望ましくは１／２以下、最も望ましくは１／４以下である。

図１０は、本発明に係る光モジュールの実施形態の他の一例を示す図であり、図１０（ａ）は、図１０（ｂ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図、図１０（ｂ）は、上面透視図、図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）のＡ−Ａ’線矢視断面図である。

本実施例でも、光変調器４０８として、図５に示すような、半導体基板９０上に形成された変調器を用いる。上記光変調器は、光入力導波路９１へ入力されたＣＷ光を、光分配器９２で２つの位相制御用光導波路９３、９５へ分配し、その光導波路間の位相差を、制御用電極９４、９６へ印加する電気信号で制御して、光結合器９７で結合され、光出力導波路９８より出力される光強度を制御することを原理とするマッハツェンダ型光変調器（ＭＺ変調器）である。ＭＺ変調器では、上記原理で説明したように、２本の位相制御用光導波路の位相差により出力光強度を制御するので、片側の光導波路のみが熱せられ、温度が上昇することで、片側の光導波路のみの屈折率（位相）が変化すると、出力光強度が変化してしまう。しかし、両光導波路を同様に熱すると、温度を上昇させても両光導波路間の位相差は変化することがないため、出力光強度が変化することはない。

即ち、光変調器の温度が変化したとしても、光変調器全体が同様な温度変化をすれば、その出力高強度が変化することはなく、少なくとも、光変調器の幅方向Ｗの熱分布の不均一性を抑制すれば、光変調器の長さ方向Ｌの熱分布に不均一性があったとしても、出力光強度の変化を防止することが可能となる（図５参照）。

本実施例の光モジュールは、モジュール外壁４０１及びプレート４０２よりなるモジュール筐体に、光入出力用光ファイバ４０４、光ファイバ固定スリーブ４０３、制御用ＩＣ４１０を配備するためのステージ４０５を具備したものである。ステージ４０５上の制御用ＩＣ４１０には、電気コネクタ４０９を通して電気信号を供給する構造となっており、制御用ＩＣ４１０からの制御信号は、熱絶縁性の高いセラミックスにより形成された配線板４１１を通して半導体光変調器４０８へ供給される。入出力光を導くための光ファイバ４０４は、光変調器設置用マウント４０６上に具備された結合用レンズ４０７により光変調器４０８へ結合されている。光変調器４０８はマウント４０６に搭載されており、マウント４０６はスペーサ４１３を用いてモジュール筐体のプレート４０２に固定されており、又、ステージ４０５は、マウント４０６、スペーサ４１３とは独立して、プレート４０２へ固定されており、これらはモジュール筐体の内部に収容されている。

ここで、モジュール外壁４０１、プレート４０２、ステージ４０５、マウント４０６は熱伝導率の良い、例えば、銅タングステン（ＣｕＷ、熱伝導率〜３．７×１０^-3J/cm/s/K）等の材料で形成され、熱の伝導をよくするように作製されている。スペーサ４１３は、モジュール筐体を構成する材料に比べ熱伝導率が５０％以下の材料、例えば、真鍮（黄銅（Ｃｕ７０％。Ｚｎ３０％）、熱伝導率〜０．９６×１０^-3J/cm/s/K）、あるいは、ステンレススチール（熱伝導率〜０．２５×１０^-3J/cm/s/K）等で形成されている。又、マウント４０６をプレート４０２へ固定する方向Ｆに垂直な面におけるスペーサ４１３の断面積Ｓ_sを、同じ方向Ｆに垂直な面におけるマウントの断面積Ｓ_mより小さくなるように、断面積Ｓ_mの２／３以下の面積に設定している。即ち、スペーサ４１３のマウント４０６に接する接触面積を、マウント４０６のスペーサ４１３に接する面の面積より小さくしている。従って、プレート４０２から光変調器４０８方向へ流入しようとする熱は、スペーサ４１３の断面積の小ささ及びスペーサ４１３の熱伝導率の悪さから、光変調器４０８方向へ流入しにくくなっており、光変調器４０８へ大きな影響を及ぼさず、更に、大きな熱容量を持つマウント４０６により拡散されるため、影響がある場合にも、光変調器４０８を均一に熱する効果しか無く、光出力強度に影響を及ぼすことはない。又、制御用ＩＣ４１０より発生した熱は、熱伝導率の良いステージ４０５、プレート４０２を通して、効率よくモジュール外部へ放出されるため、その発熱を光変調器４０８へ直接伝熱することはなく、発熱が光変調器４０８方向へ流入しようとしても、スペーサ４１３、マウント４０６を介して伝熱しようとするため、上述したように、スペーサ４１３によりマウント４０６への熱伝導が抑制されると共にマウント４０６により熱拡散が行われるため、光出力強度に影響を及ぼすことはない。

なお、光変調器４０８は、ほとんど発熱を伴わない、あるいは、発熱量が微少であるため、熱容量の大きいマウント４０６にて、その発熱が拡散され、光変調器４０８の局所的な温度上昇は避けることができる。スペーサ４１３の断面積は、マウント４０６の断面積の２／３以下が望ましいが、更に望ましくは１／２以下、最も望ましくは１／４以下である。又、マウント材料の熱伝導率に比べ、スペーサ４１３の材料の熱伝導率は、５０％以下が望ましいが、更に望ましくは２５％以下、最も望ましくは１０％以下である。

本発明においては、光変調器を例にとって説明を行ったが、熱変動を受けると特性が影響を受ける光素子をモジュール化したものであれば、どのような光モジュールにも適用可能である。

本発明に係る光モジュールの実施形態の一例（実施例１）を示す図である。 本発明に係る光モジュールに用いるリチェームナイオベートマッハツェンダ光変調器の原理図である。 本発明に係る光モジュールの実施形態の他の一例（実施例２）を示す図である。 本発明に係る光モジュールに用いる半導体マッハツェンダ光変調器の原理図である。 本発明に係る光モジュールの実施形態の他の一例（実施例３）を示す図である。 本発明に係る光モジュールの実施形態の他の一例（実施例４）を示す図である。 本発明に係る光モジュールの実施形態の他の一例（実施例５）を示す図である。 本発明に係る光モジュールの実施形態の他の一例（実施例６）を示す図である。 本発明に係る光モジュールの実施形態の他の一例（実施例７）を示す図である。 本発明に係る光モジュールの実施形態の他の一例（実施例８）を示す図である。

符号の説明

８０：リチェームナイオベート基板
８１、９１：光入力用導波路
８２、９２：光分配器
８３、８５、９３、９５：位相制御用光導波路
８４、８６、９４、９６：制御用電極
８７、９７：光結合器
８８、９８：光出力導波路
９０：半導体基板
１０１、２０１、３０１、４０１：モジュール外壁
１０２、２０２、３０２、４０２：プレート
１０３、２０３、３０３、４０３：光ファイバ固定スリーブ
１０４、２０４、３０４、４０４：光入出力用光ファイバ
１０６、２０６、３０６、４０６：光変調器設置用マウント
１０８、２０８、３０８、４０８：光変調器
１０９、２０９、３０９、４０９：電気コネクタ
１１１、２１１、３１１、４１１：配線板
１１２、２１２、３１２、４１２：モジュール筐体と同一材料によるスペーサ
１１３、２１３、３１３、４１３：モジュール筐体材料より熱伝導率の悪い材料によるスペーサ
２０７、４０７：結合用レンズ
３０５、４０５：ステージ
３１０、４１０：制御用ＩＣ（制御電子回路）

Claims (6)

1. 光信号を変調する光変調器を搭載するマウントと、
   前記光変調器を含めて、前記マウントを収容する筐体と、
   前記マウントを前記筐体の内部に固定するスペーサとを有し、
   前記マウントを前記筐体へ固定する方向に垂直な面における前記マウントの断面積より、同方向に垂直な面における前記スペーサの断面積を小さくしたことを特徴とする光モジュール。
2. 請求項１に記載の光モジュールにおいて、
   前記スペーサの断面積を、前記マウントの断面積の２／３以下としたことを特徴とする光モジュール。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光モジュールにおいて、
   前記スペーサを形成する材料の熱伝導率を、前記筐体及び前記マウントを形成する材料の熱伝導率より小さくしたことを特徴とする光モジュール。
4. 請求項３に記載の光モジュールにおいて、
   前記スペーサを形成する材料の熱伝導率を、前記筐体及び前記マウントを形成する材料の熱伝導率の５０％以下としたことを特徴とする光モジュール。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
   光変調器を制御する制御電子回路を、前記筐体の内部に実装したことを特徴とする光モジュール。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
   前記制御電子回路を搭載するステージを、前記マウント、前記スペーサとは独立して、前記筐体の内部に設けたことを特徴とする光モジュール。

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