JP2010192927A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】複数の発振波長を高精度に調整することができる光モジュールを提供する。
【解決手段】動作温度に従って発振波長を変化させる発光手段１０と、発光手段１０から出力される光信号を分岐する分岐手段と、分岐された一の光信号を受光する第１受光レベル検出手段と、分岐された他の一の光信号をフィルタ手段を介して受光する第２受光レベル検出手段１３と、第１及び第２受光レベル検出手段から出力される電気信号に従って発光手段１０の動作温度を制御する第１制御手段１４−１と、発光手段１０の発振波長に従ってフィルタ手段の動作温度を制御する第２制御手段１４−２とを有する。
【選択図】図２２

Description

本発明は、光モジュールに係り、特に、出力する光信号の波長を安定化させる光モジュールに関する。

波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術を利用する光波長多重伝送システム（以下、ＷＤＭシステムという。）は、多重化する波長の数を増加することにより伝送容量が増加する。つまり、伝送容量を増加する為には、波長間隔を圧縮する必要がある。しかし、光信号の波長間隔が狭くなると、光モジュールから出力される光信号の波長精度を向上させる必要があった。

従来の光モジュールは、例えばレーザダイオード光源の波長の経時的変動又は周囲温度による変動を抑制し、出力する光信号の波長をロックするモジュール構造を有している。このようなモジュール構造を有する光モジュールとしては、例えば、光信号の波長変動を抑制する波長ロック機能を有する光モジュールがある。なお、波長ロック機能は例えば波長ロッカと呼ばれる波長検出モジュールを利用して行われる。

まず、波長ロッカを内蔵していない光モジュールについて図１，２を参照して説明する。図１は、光モジュール１の一例の側面図を示す。また、図２は光モジュール１の一例の上面図を示す。

光モジュール１は、レーザダイオード（以下、ＬＤという。）素子１０，ＬＤキャリア１１，フォトダイオード（以下、ＰＤという。）キャリア１２，モニタＰＤ１３，電気−熱変換素子（以下、ＴＥＣという。）１４，第１レンズ１５，サーミスタ抵抗１６，マウントキャリア１７，光アイソレータ１８，及び第２レンズ１９を含むように構成される。

発光素子であるＬＤ素子１０はＬＤキャリア１１に設置され、前方向及び後方向に光信号を出力する。ＬＤ素子１０の前方向に出力された光信号は、マウントキャリア１７に設置された第１レンズ１５により平行光に変換され、光アイソレータ１８に供給される。

光アイソレータ１８は、第１レンズ１５から供給される順方向の光信号を透過し、後述する第２レンズ１９から供給される逆方向の反射光を遮断することにより光反射を防止する。光アイソレータ１８を透過した光信号は、第２レンズ１９により集光され、光ファイバ２０に供給される。

また、ＬＤ素子１０の後方向に出力された光信号は、ＰＤキャリア１２に設置されたモニタＰＤ１３により光信号出力をモニタされており、前方向に出力される光信号出力を一定とする為のオートパワー制御（以下、ＡＰＣ制御という。）に利用される。

前述したＬＤキャリア１１，ＰＤキャリア１２，及び第１レンズ１５は、ＴＥＣ１４上にマウントキャリア１７を介して設置されている。このマウントキャリア１７上には更にサーミスタ抵抗１６が設置され、ＬＤ素子１０付近の温度をモニタしている。ＴＥＣ１４は、サーミスタ抵抗１６による温度モニタの結果に従ってＬＤ素子１０付近の温度が一定となるように自動温度制御（以下、ＡＴＣ制御という。）を行なっている。

次に、波長ロッカを内蔵している光モジュールについて図３，４を参照して説明する。図３は、光モジュール２の一例の側面図を示す。また、図４は光モジュール２の一例の側面図を示す。なお、光モジュール２は一部を除いて図１，２の光モジュール１と同様であり、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

光モジュール２は、ＬＤ素子１０，ＬＤキャリア１１，ＰＤキャリア１２，モニタＰＤ１３，ＴＥＣ１４，第１レンズ１５，マウントキャリア１７，光アイソレータ１８，第２レンズ１９，後方レンズ２１，ＰＤキャリア２２，光フィルタ２３，ビームスプリッタ（以下、ＢＳという。）２４，及びモニタＰＤ２５を含むように構成される。

ＬＤ素子１０の後方向に出力された光信号は、後方レンズ２１により集光され、ＢＳ２４に供給される。ＢＳ２４は供給された光信号の一部を反射し、他の部分を透過することにより光信号を２分岐する。分岐された一方の光信号は、ＰＤキャリア２２に設置されたモニタＰＤ２５により光信号出力をモニタされており、前方向に出力される光信号出力を一定とする為のＡＰＣ制御に利用される。分岐された他方の光信号は、光フィルタ２３を介してＰＤキャリア１２に設置されたモニタＰＤ１３に供給される。

光フィルタ２３は、光信号の波長に対して透過特性が傾斜するものを用いている。例えば、エタロンフィルタ，低域フィルタ，高域フィルタ，帯域フィルタ等が考えられる。なお、ＬＤ素子１０から出力される光信号の波長をロックする波長固定制御方法はモニタＰＤ１３及びモニタＰＤ２５の出力を利用して行われる。

図５は、波長固定制御方法について説明する一例のブロック図を示す。ＬＤ素子１０の後方向に出力された光信号は、その一部がＢＳ２４−１に反射され、モニタＰＤ２５に供給される。また、ＬＤ素子１０の後方向に出力された光信号のうちＢＳ２４−１を透過した光信号はＢＳ２４−２に反射され、例えば光フィルタ２３として用いられる帯域フィルタを介してモニタＰＤ１３に供給される。

モニタＰＤ１３，２５は図６に示すようなモニタ電流を後述する割り算回路ＴＥＣ２６に供給する。図６は、モニタＰＤから出力されるモニタ電流値について説明する一例の図を示す。

図６中、ＰＤ２５から出力されるモニタ電流値は波長依存性のないフラットな特性を示す。また、ＰＤ１３から出力されるモニタ電流値は、光フィルタ２３を介して光信号が供給されている為に、その光フィルタ２３の特性を示す。

例えば、図６中の波長λ１に発振波長をロックしたい場合、ＬＤ素子１０の発振波長が動作温度に応じて変動することを利用して、ＬＤ素子１０の発振波長をλ１に設定する。そして、割り算回路ＴＥＣ２６にＰＤ１３，２５から出力されるモニタ電流値を夫々供給する。

割り算回路ＴＥＣ２６は、供給されたモニタ電流値を除算して、図７に示すような値を出力する。図７は、割り算回路ＴＥＣから出力される値について説明する一例の図を示す。

図７に示されるように、割り算回路ＴＥＣ２６の出力値は、発振波長がλ１からはずれると、増加又は減少する特性を示す。温度制御回路２７は、割り算回路ＴＥＣ２６から供給される値に従ってＴＥＣ１４を制御し、ＬＤ素子１０付近の温度を制御することによりＬＤ素子１０の発振波長を調整していた。

しかしながら、図３，４に示す様な従来の光モジュールは、ＢＳ２４等により光信号を２分岐している為、実装面積が大きくなるという問題があった。このため、ＬＤ素子１０とモニタＰＤ１３，２５との距離が大きくなり、後方レンズ２１が必要となっていた。したがって、必要な部品点数が増加し、コストが増加するという問題があった。

また、必要な光学部品点数の増加により光軸合わせ等の調整箇所が増加し、組立工数が増加してしまうという問題があった。

さらに、伝送容量を増加する為には、一台の光モジュールにおいて数種類の発振波長に調整することができるチューナブルＬＤ素子が必要であり、このチューナブルＬＤ素子から出力される光信号の波長精度を向上させる必要があった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、複数の発振波長を高精度に調整することができる光モジュールを提供することを目的とする。

そこで、上記課題を解決するため、請求項１記載の光モジュールは、動作温度に従って発振波長を変化させる発光手段（例えば、図２２におけるＬＤ素子１０）と、前記発光手段から出力される光信号を分岐する分岐手段（例えば、図２２におけるＢＳ２４）と、分岐された一の光信号を受光する第１受光レベル検出手段（例えば、図２２におけるモニタＰＤ２５）と、分岐された他の一の光信号をフィルタ手段を介して受光する第２受光レベル検出手段（例えば、図２２におけるモニタＰＤ１３）と、前記第１受光レベル検出手段及び第２受光レベル検出手段から出力される電気信号に従って前記発光手段の動作温度を制御する第１制御手段（例えば、図２２におけるＴＥＣ１４−１）と、前記発光手段の発振波長に従って前記フィルタ手段の動作温度を制御する第２制御手段（例えば、図２２におけるＴＥＣ１４−２）とを有することを特徴とする。

このように、第１制御手段と第２制御手段とを有することにより、発光手段の動作温度とフィルタ手段の動作温度とを別々に調整することが可能となる。したがって、発光手段から出力される光信号の波長を高精度に調整することが可能となる。

また、請求項２記載の光モジュールは、前記フィルタ手段が、前記他の一の光信号をフィルタ特性に従って減衰し、その減衰した光信号を前記第２受光レベル検出手段に出力することを特徴とする。

このように、第２受光レベル検出手段に供給される光信号をフィルタ特性に従って減衰することにより、第１受光レベル検出手段から出力される電気信号と第２受光レベル検出手段から出力される電気信号とに差を設けることができる。

また、請求項３記載の光モジュールは、前記フィルタ手段が、前記光信号の入射角度の変動に従って前記フィルタ特性が変動することを特徴とする。

このように、フィルタ手段に入力される光信号の入射角度に従ってフィルタ特性が変動できることにより、フィルタ特性のうち受光レベルの検出に利用し易い部分を利用することができる。

また、請求項４記載の光モジュールは、前記第１制御手段が、前記第１受光レベル検出手段から出力される電気信号と第２受光レベル検出手段から出力される電気信号とを比較する比較手段（例えば、図２４における比較回路５２）と、前記比較の結果に従って前記発光手段の動作温度を制御し、前記発光手段から出力される光信号の波長を調整する第１温度制御手段（例えば、図２４における温度制御回路５３，ＴＥＣ１４−１）とを有することを特徴とする。

このように、第１受光レベル検出手段から出力される電気信号と第２受光レベル検出手段から出力される電気信号との比較結果に従って発光手段の動作温度を制御できるので、光信号の波長を容易に調整することができる。

また、請求項５記載の光モジュールは、前記第２制御手段が、前記フィルタ手段の動作温度を検出する温度検出手段（例えば、図２４におけるサーミスタ抵抗１６−２）と、前記発光手段の発振波長毎に設定されている動作温度に応じた基準値を出力する基準値出力手段（例えば、図２４におけるＲＥＦ回路４２〜４５）と、前記温度検出手段から出力される動作温度に応じた値と前記基準値とを比較する比較手段（例えば、図２４における比較回路４０）と、前記比較の結果に従って前記フィルタ手段の動作温度を制御する第２温度制御手段（例えば、図２４における温度制御回路２７）とを有することを特徴とする。

このように、温度検出手段から出力される動作温度に応じた値と前記基準値とに応じてフィルタ手段の動作温度を発振波長毎に調整できるので、発光手段から出力される光信号の波長を高精度に調整することが可能となる。

また、請求項６記載の光モジュールは、前記発光手段が、アレイ構造（例えば、図２５における構造）又はタンデム構造（例えば、図２６における構造）を有するレーザダイオードで構成されることを特徴とする。

このように、発光手段がアレイ構造又はタンデム構造のレーザダイオードで構成された光モジュールであっても、夫々のレーザダイオードの発振波長を高精度に調整することが可能である。

また、請求項７記載の光モジュールは、前記フィルタ手段が、エタロンフィルタであることを特徴とする。

このように、フィルタ手段にエタロンフィルタを利用することにより、第２受光レベル検出手段は周期性を持った光信号を受信することができる。したがって、発光手段から出力される光信号を広範囲の発振波長に調整することが可能となる。

また、請求項８記載の光モジュールは、発光手段（例えば、図２３におけるＬＤ素子１０）と、前記発光手段の温度を制御する第１の温度制御手段（例えば、図２３におけるＴＥＣ１４−１）と、前記発光手段からの光を受光する第１の受光手段（例えば、図２３におけるモニタＰＤ２５）と、前記発光手段からの光をフィルタ手段を介して受光する第２の受光手段（例えば、図２３におけるモニタＰＤ１３）と、前記フィルタ手段の温度を制御する第２の温度制御手段（例えば、図２３におけるＴＥＣ１４−２）とを有することを特徴とする。

このように、第１の温度制御手段と第２の温度制御手段とを有することにより、発光手段の動作温度とフィルタ手段の動作温度とを別々に調整することが可能となる。したがって、発光手段から出力される光信号の波長を高精度に調整することが可能となる。

また、請求項９記載の光モジュールは、前記フィルタ手段（例えば、図２３における光フィルタ２３）は、ファブリペロエタロンであることを特徴とする。

このように、フィルタ手段にエタロンフィルタを利用することにより、第２の受光手段は周期性を持った光信号を受信することができる。したがって、発光手段から出力される光信号を広範囲の発振波長に調整することが可能となる。

また、請求項１０記載の光モジュールは、前記第１の温度制御手段と前記第２の温度制御手段との上には、それぞれ温度測定素子（例えば、図２３におけるサーミスタ抵抗１６−１，１６−２）が配置されていることを特徴とする。

このように、前記第１の温度制御手段と前記第２の温度制御手段との上に、それぞれ温度測定素子を配置することにより、発光手段及びフィルタ手段の動作温度を調整することができる。

また、請求項１１記載の光モジュールは、前記発光素子からの光を前記第１の受光手段に分岐する第１の分岐手段（例えば、図２８におけるＢＳ２４−１）と、前記発光素子からの光を前記第２の受光手段に分岐する第２の分岐手段（例えば、図２８におけるＢＳ２４−２）とを更に有することを特徴とする。

このように、第１の分岐手段及び第２の分岐手段を設置することにより、発光手段からの光を第１の受光手段及び第２の受光手段に分岐することができる。

また、請求項１２記載の光モジュールは、前記第１の受光手段は、半透明構造の受光素子（例えば、図３０における３１）であると供に、前記フィルタ手段は前記第１の受光手段の光をフィルタリングして前記第２の受光手段に出力することを特徴とする。

このように、第１の受光手段を半透明構造とすることで、第１の受光手段を透過した光信号を第２の受光手段に供給することが可能となる。したがって、光信号を分岐する為の部品が不要となり、組立コストを減少することができる。

なお、上記括弧内の記載は、理解を容易にする為に付したものであり、一例にすぎない。

上述の如く、本発明によれば、第１制御手段と第２制御手段とを有することにより、発光手段の動作温度とフィルタ手段の動作温度とを別々に調整することが可能となる。したがって、発光手段から出力される光信号の波長を高精度に調整することが可能となる。

光モジュールの一例の側面図である。 光モジュールの一例の上面図である。 光モジュールの他の一例の側面図である。 光モジュールの他の一例の上面図である。 波長固定制御方法について説明する一例のブロック図である。 モニタＰＤから出力されるモニタ電流値について説明する一例の図である。 割り算回路ＴＥＣから出力される値について説明する一例の図である。 本発明の光モジュールの第１実施例の側面図である。 本発明の光モジュールの第１実施例の上面図である。 ＬＤ素子の発振波長の温度特性について説明する一例の図である。 波長固定制御方法について説明する一例のブロック図である。 モニタＰＤから出力されるモニタ電流値について説明する一例の図である。 エタロンフィルタの原理について説明する一例の図である。 エタロンフィルタの入射角度依存性を説明する一例の図である。 入射角度０°，３°のときのフィルタ特性を説明する一例の図である。 本発明の光モジュールの第２実施例の側面図である。 本発明の光モジュールの第２実施例の上面図である。 本発明の光モジュールの第３実施例の側面図である。 本発明の光モジュールの第３実施例の上面図である。 フィルタ特性の温度依存性について説明する一例の図である。 フィルタ特性の温度依存性を考慮して設計されたピーク間隔ＦＳＲについて説明する一例の図である。 本発明の光モジュールの第４実施例の側面図である。 本発明の光モジュールの第４実施例の上面図である。 波長固定制御方法について説明する一例のブロック図である。 アレイ状ＬＤ素子の一例の構成図である。 タンデム状ＬＤ素子の一例の構成図である。 本発明の光モジュールの第５実施例の側面図である。 本発明の光モジュールの第５実施例の上面図である。 本発明の光モジュールの第６実施例の側面図である。 本発明の光モジュールの第６実施例の上面図である。

次に、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

図８は、本発明の光モジュールの第１実施例の側面図を示す。また、図９は、本発明の光モジュールの第１実施例の上面図を示す。光モジュール３は、ＬＤ素子１０，ＬＤキャリア１１，ＰＤキャリア１２，モニタＰＤ１３，ＴＥＣ１４，第１レンズ１５，サーミスタ抵抗１６，マウントキャリア１７，光アイソレータ１８，第２レンズ１９，光フィルタ２３，ＰＤキャリア３０，及びモニタＰＤ３１を含むように構成される。

発光素子であるＬＤ素子１０はＬＤキャリア１１に設置され、前方向及び後方向に光信号を出力する。ＬＤ素子１０の前方向に出力された光信号は、マウントキャリア１７に設置された第１レンズ１５により平行光に変換され、光アイソレータ１８に供給される。

光アイソレータ１８は、第１レンズ１５から供給される順方向の光信号を透過し、後述する第２レンズ１９から供給される逆方向の反射光を遮断することにより光反射を防止する。光アイソレータ１８を透過した光信号は、第２レンズ１９により集光され、光ファイバ２０に供給される。

ＬＤ素子１０の後方向に出力された光信号は、ＰＤキャリア３０に設置された半透明構造のモニタＰＤ３１により光信号出力をモニタされている。モニタＰＤ３１は、フォトダイオードの吸収層を薄くすることにより半透明化（例えば、透過率５０％以下）を実現する。

モニタＰＤ３１が設置されるＰＤキャリア３０は、モニタＰＤ３１の受光部に相対する位置に穴３２を設けられている。つまり、ＬＤ素子１０の後方向に出力された光信号は半透明構造のモニタＰＤ３１を透過し、ＰＤキャリア３０に設けられた穴３２を通過して光フィルタ２３に供給される。そして、光フィルタ２３に供給された光信号は、光フィルタ２３を介してＰＤキャリア１２に設置されたモニタＰＤ１３に供給される。

前述したＬＤキャリア１０，ＰＤキャリア１２，及び第１レンズ１５，光フィルタ２３，及びＰＤキャリア３０は、ＴＥＣ１４上にマウントキャリア１７を介して設置されている。ＬＤキャリア１１上にはサーミスタ抵抗１６が設置され、ＬＤ素子１０付近の温度をモニタしている。ＴＥＣ１４は例えばペルチェ効果を利用することにより、ＬＤ素子１０付近の温度を調整することが可能である。

ＬＤ素子１０は動作温度が変動すると図１０に示すように発振波長が変動するので、ＬＤ素子１０付近の温度を調整することにより所望の発振波長を得ることができる。図１０は、ＬＤ素子１０の発振波長の温度特性について説明する一例の図を示す。図１０の例では、ＬＤ素子１０は発振波長の温度依存性が０．０９ｎｍ／℃である。

なお、モニタＰＤ１３，３１は、受光感度に温度特性を有する為、ＬＤ素子１０と同様にＰＤキャリア１２，３０を介してＴＥＣ１４に設置され、付近の温度が調整されている。

半透明構造のモニタＰＤ３１を透過した光信号が供給される光フィルタ２３は、例えば、エタロンフィルタ，低域フィルタ，高域フィルタ，帯域フィルタ等で構成される。

次に、ＬＤ素子１０から出力される光信号の波長をロックする波長固定制御方法について図１１を参照しつつ説明する。図１１は、波長固定制御方法について説明する一例のブロック図を示す。

ＬＤ素子１０の後方向に出力された光信号は半透明構造のモニタＰＤ３１に供給される。また、モニタＰＤ３１を透過した光信号は、例えば光フィルタ２３として用いられる帯域フィルタを介してモニタＰＤ１３に供給される。モニタＰＤ１３，３１は、例えば前述した図６に示すようなモニタ電流を割り算回路ＴＥＣ２６に供給する。

図６中、モニタＰＤ３１から出力されるモニタ電流値は波長依存性のないフラットな特性を示す。また、モニタＰＤ１３から出力されるモニタ電流値は、光フィルタ２３を介して光信号が供給されている為に、その光フィルタ２３の特性を示す。例えば、図６は光フィルタ２３に帯域フィルタを利用した場合にモニタＰＤ１３から出力されるモニタ電流である。

割り算回路ＴＥＣ２６は、供給されたモニタ電流値を除算して、例えば前述した図７に示すような値を出力する。割り算回路ＴＥＣ２６の出力値は、発振波長がλ１からはずれると、増加又は減少する特性を示す。温度制御回路２７は、割り算回路ＴＥＣ２６から供給される値に従ってＴＥＣ１４を制御し、ＬＤ素子１０付近の温度を制御することによりＬＤ素子１０の発振波長を調整することが可能である。

次に、光フィルタ２３にエタロンフィルタを利用した場合にモニタＰＤ１３から出力されるモニタ電流について図１２を参照して説明する。図１２は、モニタＰＤ１３から出力されるモニタ電流値について説明する一例の図を示す。

光フィルタ２３にエタロンフィルタを利用すると、エタロンフィルタの波長透過特性が周期的に繰り返される為、モニタＰＤ１３から出力されるモニタ電流値は図１２に示されるような特性を有する。つまり、ＴＥＣ１４を制御してＬＤ素子１０の発振波長を調整することにより、例えば図１２のλ１〜λ４のように複数の発振波長にロックすることが可能となる。

ここで、エタロンフィルタの原理について図１３を参照しつつ簡単に説明しておく。図１３は、エタロンフィルタの原理について説明する一例の図を示す。

図１３中、屈折率ｎ及び厚さｈの平行平板又は平行膜が屈折率ｎ′の媒体中に設けられており、上部から平面波がθ′で入射している。進行した光は以下の式（１）により示されるθの角で進行するが、下面に達して一部が反射される。

θ＝ｓｉｎ^−１〔（ｎ′／ｎ）ｓｉｎθ′〕・・・・（１）

反射された光は、再び上面に達して反射され、θの角で進行する。このように、上面及び下面において反射が繰り返される為、同じ伝搬角の無数の光波成分が多重干渉を起こすことになる。平行平板又は平行膜内で下向き及び上向きに進む平面波の波動ベクトルを夫々κ_＋，κ₋とすると、これらの平面波の振幅はｅｘｐ（−ｊκ₋ｒ），ｅｘｐ（−ｊκ_＋ｒ）に比例し、厚さｈを伝搬する間の位相回転が供に、−ｎκ_０ｈｃｏｓθに等しい。したがって、一往復するとき以下の式（２）により示される−φの位相回転が伴う。

φ＝ｎκ_０ｈｃｏｓθ （κ_０＝２π／λ＝ω／ｃ）・・・・（２）

平行平板又は平行膜の光波に対する上下境界面での透過率をＲ，Ｔとすると、平行平板又は平行膜での透過率は、以下の式（３）により示される。

透過率＝−（１−Ｒ）^２／（１−Ｒ）^２＋４ｓｉｎ^２（φ２）・・・・（３）

以上により、φ＝２ｍπを満たすとき、繰り返し反射にて生成される光波成分が同位相で重なり合うことにより共振発生を生じさせることができ、フィルタとしての特性を得ることができる。また、このときのフィルタ特性のピーク間隔ＦＳＲは、以下の式（４）により示される。

ＦＳＲ＝ｃ／２^＊ｎ^＊Ｌ （ｃ：光速，Ｌ：エタロンの厚み）・・・・（４）

図８，９に戻り説明を続けると、光フィルタ２３にエタロンフィルタを使用する場合、エタロンフィルタへの光信号の入射角度を変動することにより図１４に示すようにフィルタ特性が変化する。図１４は、エタロンフィルタの入射角度依存性を説明する一例の図を示す。したがって、エタロンフィルタのピークは、エタロンフィルタへの光信号の入射角度を変動することによりシフトすることが可能である。

例えば、光モジュール３の光フィルタ２３にＦＳＲ１００ＧＨｚのエタロンフィルタを用いた場合、ＬＤ素子１０の発振波長はエタロンフィルタの所望ロック波長に対して最大±０．４ｎｍずれる可能性がある。

図１５は、入射角度０°，３°のときのエタロンフィルタのフィルタ特性を説明する一例の図を示す。例えば、エタロンフィルタへの光信号の入射角度が０°のときの波長のずれが１ｎｍであれば、エタロンフィルタへの光信号の入射角度を３°とすることでＬＤ素子１０の発振波長を所望の発振波長にロックすることができる。

したがって、エタロンフィルタのピークを±０．４ｎｍ程度変動させることが可能な光モジュール３を実現する為には、±３．０°程度の入射角度変動が可能な構造としておけばよい。

同様に、ＦＳＲ２００ＧＨｚ以上のエタロンフィルタを用いる場合、ＬＤ素子１０の発振波長の最大ずれ量が補正できるように、±４０°程度の入射角度変動が可能な構造としておけばよい。

また、光モジュール３のモニタＰＤ１３に供給される光信号は、拡散光であるうえに半透明構造のモニタＰＤ３１に一部が吸収されるので非常に微小な電流値となることがある。

したがって、光モジュール３はＬＤ素子１０とモニタＰＤ１３との距離を可能な限り接近させ、モニタＰＤ３１の透過率をモニタＰＤ３１のモニタ電流値の限界レベルまで上げる必要がある。例えば、ＬＤ素子１０とモニタＰＤ１３との距離は６ｍｍ以下、モニタＰＤ３１の透過率は５０％以上が望ましい。

以上のように、光モジュール３は部品数を減少することにより組立コストを減少することが可能である。

図１６は、本発明の光モジュールの第２実施例の側面図を示す。また、図１７は、本発明の光モジュールの第２実施例の上面図を示す。なお、図１６，１７の光モジュール３は一部を除いて図８，９の構成と同様であり、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

光モジュール３は、光フィルタ２３がＰＤキャリア３０に設置されている。光フィルタ２３は、ＰＤキャリア３０の半透明構造のモニタＰＤ３１が設置されている面の反対の面に設置される。なお、光フィルタ２３はＰＤキャリア３０に設けられた穴３２を覆うように設置されている。

つまり、ＬＤ素子１０の後方向に出力された光信号はモニタＰＤ３１を透過し、ＰＤキャリア３０に設けられた穴３２を通過して光フィルタ２３に供給される点は第１実施例と同様であるが、モニタＰＤ３１と光フィルタ２３との距離を小さくすることが可能である。したがって、モニタＰＤ１３とＬＤ素子１０との間隔を狭くすることが可能である。

図１８は、本発明の光モジュールの第３実施例の側面図を示す。また、図１９は、本発明の光モジュールの第３実施例の上面図を示す。なお、図１８，１９の光モジュール３は一部を除いて図８，９の構成と同様であり、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

光モジュール３は、ＬＤ素子１０と半透明構造のモニタＰＤ３１とを集積化し、ＬＤキャリア１１上に設置している。なお、ＬＤ素子１０とモニタＰＤ３１とは夫々半導体素子である為、同一の基板上に集積化することが可能である。

したがって、光モジュール３は部品数を減少することができ、組立コストを減少することが可能である。

次に、光フィルタ２３にエタロンフィルタを利用することにより複数の発振波長にロックすることが可能なチューナブルＬＤ素子について説明する。

例えば、図１０を参照して前述したように、ＬＤ素子は動作温度が変動すると発振波長が変動する。したがって、ＬＤ素子１０付近の温度を調整することにより所望の発振波長を得ることができる。発振波長の温度依存性を０．１ｎｍ／℃とすると、１００ＧＨｚのＷＤＭシステムは隣接波長間隔が０．８ｎｍである。つまり、ＬＤ素子１０の動作温度を８℃変動させると隣接波長に発振波長を動かすことが可能である。

なお、光フィルタ２３にエタロンフィルタを利用した場合にＰＤ１３から出力されるモニタ電流は図１２を参照して前述したように波長透過特性が周期的に繰り返される。発振波長をロックする場合、図１２の波長透過特性グラフの傾斜の一番大きい部分に固定するのが望ましい。これは、傾斜が大きければ波長変動を精度良く検出できるからである。

このように、波長透過特性グラフの傾斜の一番大きい部分にロックする方法は、図１４を参照して前述したように、エタロンフィルタへの光信号の入射角度を変動することにより調整が可能である。なお、発振波長をロックする場合、波長透過特性グラフの右側の傾斜又は左側の傾斜のどちらにロックしてもよい。

ここで、エタロンフィルタのフィルタ特性は、材料の屈折率温度変動，材料の熱膨張による共振器長の変動によりフィルタ特性に変動が生じる。そこで、エタロンフィルタのフィルタ特性の温度依存性について、図２０を参照しつつ説明する。図２０は、フィルタ特性の温度依存性について説明する一例の図を示す。

図２０のエタロンフィルタのフィルタ特性は、高温になると波形の形状を保ったままピーク波長が長波に移動する。エタロンフィルタのピーク変動量は材質により決定され、約８〜２２ｐｍ／℃である。

ところで、第１〜第３実施例の光モジュールは、ＬＤ素子１０を設置しているＬＤキャリア１１と光フィルタ２３とが同一のＴＥＣ１４上に設けられている。したがって、ＬＤ素子１０の動作温度を調整することにより所望の発振波長を得る場合、エタロンフィルタの動作温度も同様に変動し、ピーク波長が変動してしまう。

この為、エタロンフィルタのＦＳＲは、フィルタ特性の温度依存性を考慮して設計する必要がある。図２１は、フィルタ特性の温度依存性を考慮して設計されたピーク間隔ＦＳＲについて説明する一例の図を示す。

ＬＤ素子１０の発振波長の温度依存性を０．１ｎｍ／℃とすると、動作温度を８℃変動させると隣接波長に発振波長を動かすことが可能である。波長λ１に発振波長をロックできる動作温度が１５℃であるとすると、波長λ２に発振波長をロックできる動作温度が２３℃，波長λ３に発振波長をロックできる動作温度が３１℃，波長λ４に発振波長をロックできる動作温度が３９℃となる。

この為、エタロンフィルタのＦＳＲはＷＤＭピッチの１００ＧＨｚ（約０．８ｎｍ）から８℃×エタロンフィルタの温度依存性分を調整した値となるように設計すればよいことになる。

一方、ＬＤ素子１０を設置しているＬＤキャリア１１と光フィルタ２３とを別のＴＥＣ上に配置すれば、ＬＤ素子１０の動作温度と光フィルタ２３の動作温度とを別々に調整することが可能となる。

図２２は、本発明の光モジュールの第４実施例の側面図を示す。また、図２３は、本発明の光モジュールの第４実施例の上面図を示す。なお、図２２，２３の光モジュール３は一部を除いて図３，４の構成と同様であり、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

光モジュール３は、ＬＤ素子１０，ＬＤキャリア１１，ＰＤキャリア１２，モニタＰＤ１３，ＴＥＣ１４−１，ＴＥＣ１４−２，第１レンズ１５，マウントキャリア１７−１，マウントキャリア１７−２，光アイソレータ１８，第２レンズ１９，後方レンズ２１，ＰＤキャリア２２，光フィルタ２３，ＢＳ２４，及びモニタＰＤ２５を含むように構成される。

ＴＥＣ１４−１上にはマウントキャリア１７−１が設置され、そのマウントキャリア１７−１上にＬＤ素子１０が設置されたＬＤキャリア１１，第１レンズ１５，及び後方レンズ２１が設置されている。また、ＴＥＣ１４−２上にはマウントキャリア１７−２が設置され、そのマウントキャリア１７−２上にモニタＰＤ１３が設置されたＰＤキャリア１２，光フィルタ２３，モニタＰＤ２５が設置されたＰＤキャリア２２，及びＢＳ２４が設置されている。

なお、ＬＤキャリア１１上にはサーミスタ抵抗１６−１，マウントキャリア１７−２上にはサーミスタ抵抗１６−２が夫々設置され、付近の温度をモニタしている。したがって、ＬＤ素子１０の動作温度と光フィルタ２３の動作温度とを別々にモニタすることができる。

以下、エタロンフィルタの温度特性の設計について説明しておく。まず、エタロンフィルタが設置されているＴＥＣ１４−２の温度可変範囲をＡ℃，エタロンフィルタの温度特性をＢｎｍ／℃，及びエタロンフィルタのＦＳＲをＣｎｍと定義する。発振波長を波長透過特性グラフの片側の傾斜にロックする場合、以下の式（５）の関係が成り立つときにエタロンフィルタは動作温度を調整することによりＦＳＲ以上の可変が可能となる。

Ａ×Ｂ≧Ｃ・・・・（５）

また、発振波長を波長透過特性グラフの両側の傾斜にロックする場合、以下の式（６）の関係が成り立つときにエタロンフィルタは動作温度を調整することによりＦＳＲ以上の可変が可能となる。

Ａ×Ｂ≧Ｃ／２・・・・（６）

具体的に説明すると、エタロンフィルタのＦＳＲが１００ＧＨｚ（約８００ｐｍ）、エタロンフィルタが設置されているＴＥＣ１４−２の温度可変範囲が１０〜６５℃の場合、いかなる波長にもロック可能なエタロンフィルタの温度特性は、波長透過特性グラフの片側の傾斜にロックする場合で１４．５ｐｍ／℃、両側の傾斜にロックする場合で７．２ｐｍ／℃と算出される。

したがって、上記の温度特性を満たすようなエタロンフィルタの材料を選定することにより、いかなる波長にもロック可能な光モジュールが実現できる。

図２２，２３中、ＬＤ素子１０から出力される光信号の発振波長は、ＴＥＣ１４−１を利用してＬＤ素子１０の動作温度が調整することにより、所望の発振波長にロックされる。また、エタロンフィルタの温度特性は、ＴＥＣ１４−２を利用してエタロンフィルタの動作温度を調整することにより、所望の発振波長が例えば波長透過特性グラフの片側の傾斜にロックするように設定される。

図２４は、波長固定制御方法について説明する一例のブロック図を示す。まず、エタロンフィルタの動作温度は、所望の発振波長毎に設定しておく。そして、スイッチ４１を切り替えることにより各チャネル毎に設定されている動作温度４２〜４５、言い換えれば所望の動作温度のときのサーミスタ抵抗値がスイッチ４１を介して比較回路４０に供給される。

温度制御回路２７は、サーミスタ抵抗１６−２から供給されるサーミスタ抵抗値とスイッチ４１を介して供給されるサーミスタ抵抗値との比較結果に応じてＴＥＣ１４−２を制御し、エタロンフィルタの動作温度を調整することが可能である。

一方、モニタＰＤ１３から出力されるモニタ電流は増幅回路４６を介して比較回路５２に供給される。また、モニタＰＤ２５から出力されるモニタ電流は増幅回路４７〜５０に供給される。増幅回路４７〜５０は各チャネル毎に所望の発振周波数となるような増幅値が設定されており、スイッチ５１を切り替えることにより増幅回路４７〜５０のうちの一の出力が比較回路５２に供給される。

温度制御回路５３は、増幅器４６を介して供給されるモニタ電流とスイッチ５１を介して供給されるモニタ電流との比較結果に応じてＴＥＣ１４−１を制御し、ＬＤ素子１０の動作温度を調整することが可能である。

なお、エタロンフィルタの動作温度を調整することにより、いかなる波長にもロック可能な光モジュールが実現できるので、図２５に示すようなアレイ状ＬＤ素子又は図２６に示すようなタンデム状ＬＤ素子などを利用する光モジュールについても本発明を適用できる。

また、前述した第１実施例〜第４実施例の光モジュールは、ＬＤ素子１０の後方向に出力される光信号を利用して発振波長の調整を行なっているが、前方向に出力される光信号を利用することも可能である。

図２７は、本発明の光モジュールの第５実施例の側面図を示す。また、図２８は、本発明の光モジュールの第５実施例の上面図を示す。図２７，図２８の光モジュール３は、前方向に出力される光信号をＢＳ２４−１，２４−２でそれぞれ２分岐する。ＢＳ２４−１，２４−２で分岐された光信号は、ＰＤキャリア２２に設置されたモニタＰＤ２５とＰＤキャリア１２に設置されたモニタＰＤ１３とに供給される。その他の処理は第４実施例と同様であり説明を省略する。

図２９は、本発明の光モジュールの第６実施例の側面図を示す。また、図３０は、本発明の光モジュールの第６実施例の上面図を示す。図２９，図３０の光モジュール３は、図１６の光モジュール３のＴＥＣ１４及びマウントキャリア１４が二つに分割されている。

このように、ＴＥＣ１４及びマウントキャリア１４を二つに分割することにより、ＬＤ素子１０の動作温度とフィルタ２３の動作温度とを夫々別々に調整することが可能となる。なお、その他の処理は前述の各実施例と同様であり説明を省略する。

３ 光モジュール
１０ レーザダイオード素子
１１ レーザーダイオードキャリア
１２，３０，２２ フォトダイオードキャリア
１３，２５，３１ モニタフォトダイオード
１４，１４−１，１４−２ 電気−熱変換素子
１５ 第１レンズ
１６，１６−１，１６−２ サーミスタ抵抗
１７，１７−１，１７−２ マウントキャリア
１８ 光アイソレータ
１９ 第２レンズ
２１ 後方レンズ
２３ 光フィルタ
２４ ビームスプリッタ
２６ 割り算回路ＴＥＣ
２７，５３ 温度制御回路
４０，５２ 比較回路
４１，５１ スイッチ
４６〜５０ 増幅回路

Claims (12)

1. 動作温度に従って発振波長を変化させる発光手段と、
   前記発光手段から出力される光信号を分岐する分岐手段と、
   分岐された一の光信号を受光する第１受光レベル検出手段と、
   分岐された他の一の光信号をフィルタ手段を介して受光する第２受光レベル検出手段と、
   前記第１受光レベル検出手段及び第２受光レベル検出手段から出力される電気信号に従って前記発光手段の動作温度を制御する第１制御手段と、
   前記発光手段の発振波長に従って前記フィルタ手段の動作温度を制御する第２制御手段と
   を有する光モジュール。
2. 前記フィルタ手段は、前記他の一の光信号をフィルタ特性に従って減衰し、その減衰した光信号を前記第２受光レベル検出手段に出力することを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
3. 前記フィルタ手段は、前記光信号の入射角度の変動に従って前記フィルタ特性が変動することを特徴とする請求項２記載の光モジュール。
4. 前記第１制御手段は、前記第１受光レベル検出手段から出力される電気信号と第２受光レベル検出手段から出力される電気信号とを比較する比較手段と、
   前記比較の結果に従って前記発光手段の動作温度を制御し、前記発光手段から出力される光信号の波長を調整する第１温度制御手段と
   を有する請求項１記載の光モジュール。
5. 前記第２制御手段は、前記フィルタ手段の動作温度を検出する温度検出手段と、
   前記発光手段の発振波長毎に設定されている動作温度に応じた基準値を出力する基準値出力手段と、
   前記温度検出手段から出力される動作温度に応じた値と前記基準値とを比較する比較手段と、
   前記比較の結果に従って前記フィルタ手段の動作温度を制御する第２温度制御手段と
   を有する請求項１記載の光モジュール。
6. 前記発光手段は、アレイ構造又はタンデム構造を有するレーザダイオードで構成されることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
7. 前記フィルタ手段は、エタロンフィルタであることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
8. 発光手段と、
   前記発光手段の温度を制御する第１の温度制御手段と、
   前記発光手段からの光を受光する第１の受光手段と、
   前記発光手段からの光をフィルタ手段を介して受光する第２の受光手段と、
   前記フィルタ手段の温度を制御する第２の温度制御手段と
   を有する光モジュール。
9. 前記フィルタ手段は、ファブリペロエタロンであることを特徴とする請求項８記載の光モジュール。
10. 前記第１の温度制御手段と前記第２の温度制御手段との上には、それぞれ温度測定素子が配置されていることを特徴とする請求項８記載の光モジュール。
11. 前記発光素子からの光を前記第１の受光手段に分岐する第１の分岐手段と、
    前記発光素子からの光を前記第２の受光手段に分岐する第２の分岐手段とを更に有する請求項８記載の光モジュール。
12. 前記第１の受光手段は、半透明構造の受光素子であると供に、前記フィルタ手段は前記第１の受光手段の光をフィルタリングして前記第２の受光手段に出力することを特徴とする請求項８記載の光モジュール。

Images