JP2014170026A - 光モジュール及び光モジュールの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 消費電力を低く抑えつつ、光素子の温度を正確に制御する。
【解決手段】 入力された電気信号によって、光の振幅または位相を変調する光モジュールにおいて、光導波路５上に設けられた複数の光変調部ＯＭを有する光素子２と、それぞれの光変調部ＯＭを駆動する複数のドライバアンプＤＡを有するドライバＩＣ３とが、熱伝導性のマウント基板１を介して近傍に配置されている。この構成で一部のドライバアンプＤＡを選択的に駆動することによって、ドライバＩＣ３が光素子２に与える熱量を調整し、光素子２の温度を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光モジュール及び光モジュールの駆動方法に関する。

光モジュールでは、環境温度等が変化した場合にも、光出力パワー、消光比、周波数チャーピング等の特性を長期間安定に保つ必要がある。そのため、特許文献１のようにペルチェ素子等の温度制御手段を用いる構成が一般的だった。

一方で、温度制御手段を用いない光素子とドライバＩＣを備えた光モジュールも提案されている。これらの提案では、ドライバＩＣから発生する熱が光素子に影響を与えないように、特許文献２には、両者を熱伝導性の低い材料を介して実装する方法が記載されている。特許文献３には、両者を異なる平面上に実装する方法が記載されている。また特許文献４には、光導波路上に複数の電極を配置し、温度に応じて電気信号を印加する電極数を増減させることで、温度が変化しても特性を一定の範囲内に保つ方法が記載されている。

また温度制御手段とは別に、光素子の構成で低消費電力化を図る試みもなされている。特許文献５には、長尺化により駆動電圧の低減が可能な光変調素子部を複数に分割することで、低消費電力化と高速化を両立可能とする方法が記載されている。

特開平１１−０９５０７１号公報 特開２００７−６５２４７号公報 特開２００５−１２８４４０号公報 特開２００５−３５２２１９号公報 ＷＯ２０１１／０４３０７９号公報

しかしながら広範囲な温度制御が可能なペルチェ素子等の温度制御手段は、その消費電力が大きいことと、実装やコストが課題となっていた。消費電力は、一般に光素子を駆動するドライバＩＣと同等かそれ以上であるため、光通信装置の低消費電力化を妨げる一要因となっていた。

また温度制御手段を用いない方法では、正確な温度制御が困難であった。このため、特に温度依存性が大きい半導体光素子への適用は困難であった。

以上のように一般的な技術では、正確な温度制御と低消費電力化を両立することが困難であった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、光素子の温度を一定に保ちながら消費電力を低減できる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ために、本発明は、光導波路と、前記光導波路に沿って設けられた第１の光変調部と第２の光変調部と、前記第１の光変調部を駆動する第１のドライバと、前記第２の光変調部を駆動する第２のドライバと、前記第１のドライバと前記第２のドライバを選択的に駆動して前記第１の光変調部および前記第２の光変調部の温度を制御する制御部を有する。

本発明の効果は、低消費電力で光変調部の温度が制御できることである。

本発明の実施の形態１に係る光モジュールを示す平面図。 本発明の実施の形態１に係る光モジュール動作時の、各部の温度変化を概念的に示したグラフ。 本発明の実施の形態１を適用して構成したマッハツェンダ型光変調器モジュールの例。 本発明の実施の形態１を適用して構成したマッハツェンダ型光変調器モジュールの別の例。 本発明の実施の形態２に係る光モジュールを示す平面図。 ドライバＩＣによる光素子の温度調整方法を模式的に示した図。 本発明の実施の形態３に係る光モジュールを示す平面図。 ドライバＩＣによる光素子の温度調整機構を模式的に示した図。 本発明の実施の形態４に係る光モジュールを示す平面図。 ドライバＩＣによる光素子の温度調整方法を模式的に示した図。 本発明の実施の形態５に係る光モジュールを示す平面図。 本発明の実施の形態６に係る光モジュールを示す平面図。 本発明の光モジュール動作時の環境温度変動に対する光素子温度依存性の補償有無での比較と、その時の消費電力を示した図。 本発明の実施の形態７に係る光モジュールを示す平面図。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら説明する。
（第１の実施の形態）
図1は第１の実施の形態に係る光サブマウント１００を示す平面図である。光サブマウント１００は任意の光モジュールに搭載される。

本実施の形態の光サブマウント１００は、マウント基板１と、光素子２とドライバＩＣ３とからなる。

光素子２は光素子搭載基板４に搭載され、光素子搭載基板４がマウント基板１に実装されている。光素子２には光導波路５が形成され、光導波路５の上には、光導波路５を通過する光の位相あるいは振幅を変調するための光変調部ＯＭが設けられている。ここでは複数の光変調部ＯＭ＿１〜ＯＭ＿４が設けられている。

ドライバＩＣ３は光変調部ＯＭを駆動するドライバアンプＤＡと、ドライバアンプＤＡを制御する制御回路６と、制御回路６から出力される信号の遅延を調整するための遅延調整回路ＤＭを有する。光変調部ＯＭとドライバアンプＤＡと遅延調整回路ＤＭは、ＯＭ＿１／ＤＡ＿１／ＤＭ＿１といったように組をなしている。また光素子２には温度を計測するための温度センサー７が設けられ、配線８を介して制御回路６に接続されている。

各ドライバアンプＤＡは、それぞれ光素子２からの距離が異なるように設けられている。ここでは距離が近い順にＤＡ＿１、ＤＡ＿２、ＤＡ＿３、ＤＡ＿４となっている。ドライバアンプＤＡと光変調部ＯＭとは配線９によって電気的に接続されている。

制御回路６には変調信号１０とＣＬＫ１１（クロック）が入力される。制御回路６はドライバアンプＤＡを駆動する変調信号と、遅延調整回路ＤＭを制御し変調信号の遅延を調整するための遅延調整信号を出力する。

遅延調整回路ＤＭは制御回路６からの信号を受けて変調信号の遅延を調整する。遅延時間の調整は、それぞれのドライバアンプＤＡから光変調部ＯＭまでの配線長を電気信号が通過する時間、および光導波路５を伝播する光１２が光変調部ＯＭを通過する時間を考慮して行われる。

次に、本発明の根拠となる熱の移動について説明する。ドライバアンプＤＡは、駆動することによって熱を発生する。ドライバアンプＤＡで発生した熱は、配線９およびマウント基板１を介して光素子２に流入する。熱が伝わる経路である配線９やマウント基板の熱抵抗によって、距離が近いドライバアンプＤＡから光素子２への熱流入量は多く、距離が離れるほど熱流入量は小さくなる。

したがって、本実施の形態のように光素子２からの距離が異なる複数のドライバアンプＤＡを設けて、これらを選択的に駆動するようにすれば、光素子２への熱流入量をコントロールすることができる。動作例として４つの光変調部ＯＭのうち、１つだけ駆動して変調する場合を考える。環境温度が低い時には光素子２からの距離が近いドライバアンプＤＡ＿１を駆動し、環境温度が高くなるにつれて、光素子２からの距離が遠くなるように、ドライバアンプＤＡ＿２、ＤＡ＿３、ＤＡ＿４の順に駆動するドライバアンプを変更していく。これにより、ドライバアンプの個数を変えることなく、すなわち消費電力を増大させることなく、光素子２の温度を一定に保つように動作させることができる。

このことを模式的に示したのが図２である。図２では、ドライバＩＣ３が光素子２に実効的に与える熱量の変化を、温度変化ΔＴＩＣで表し、光素子温度変化ΔＴｏｐｔを、駆動させるドライバアンプＤＡを変えることで環境温度変化ΔＴｅｎｖに対して一定に保つことができることを示している。ここでは、駆動するドライバアンプが１つの場合を示したが、駆動する数を増やすことで、調整可能な温度範囲をさらに広くしたり、光変調部１つあたりの位相変化量を小さくしたりすることができる。すなわち、１つの光変調部の長さを短くすることでき、容量が低減することで、より高速な変調動作が可能となる。

次に光変調部ＯＭによって、導波する光の位相を変調する場合の、温度と位相変化の関係について説明する。

光素子２の光導波路５において、導波する光１２の位相変化ｄφは、ドライバアンプＤＡの出力電圧が光変調部ＯＭに印加されて、光導波路５の実効屈折率が変化することによる位相変化ｄφｖと、導波路の温度が変化して実効屈折率が変化することによる位相変化ｄφＴの和で表せる。

電圧による位相変化ｄφｖは、導波路にかかる電圧を、Ｖｃｏｒｅとして、下記の式（２）と表せる。

ここで、波数ｋ０、位相シフタ長Ｌの定数である。位相シフタ長は、１つの光変調部の長さを示す。なお、ここでの導波路にかかる電圧とは、光導波路５の断面方向に対して形成された屈折率差のあるコア層及びクラッド層において、光１２を閉じ込めるコア層にかかる電圧のことを示す。まずｄφｖをある一定の電圧変化ｄＶｃｏｒｅに対して一定量とするためには、（２）式第一項、実効屈折率ｎｅｆｆの電圧依存性を表す偏微分が一定であることが必要である。半導体光導波路の位相シフタとして一般的な、フランツケルディッシュ効果や量子井戸の量子シュタルクシフトを用いた場合、実効屈折率ｎｅｆｆの電圧依存性を表す偏微分は、入射光の波長と導波路の組成波長の差の関数となる。導波路の組成波長は、温度によりシフトするため、光導波路５の温度を一定に保つ必要がある。位相シフタ長Ｌは、（２）式で表される位相変化ｄφｖが、変調に必要な位相変化量を満たすように決めればよい。

一方、環境温度をＴｅｎｖ、光素子２の温度をＴｏｐｔ、ドライバＩＣ３の温度をＴＩＣとすると、温度による位相変化φＴは下記の式（３）で表せる。

ここで右辺第1項は、実効屈折率ｎｅｆｆの温度依存性を表す偏微分である。

ＩｎＰ系リブ型光導波路を用いた場合の具体例を示す。ｎｅｆｆは、室温２５℃付近の測定例から、２．６×１０−４（／Ｋ）というオーダーである。これはＩｎＰの材料自身の係数０．９７×１０−４（／Ｋ）を若干上回る値であるが、導波路により光が閉じ込められているためと考えられる。

ここで光の波長１５５０ｎｍ、位相シフタ長Ｌを８ｍｍとして（３）式から位相変化量を求めると、光素子２の温度変化ｄＴｏｐｔの１℃すなわち１Ｋあたりの位相変化量は、２．６×π（／Ｋ）もの値をとりうる。ここで（３）式から明らかなように、光素子２の温度変化ｄＴｏｐｔは、環境温度Ｔｅｎｖ、とドライバＩＣ３の温度ＴＩＣの関数となっている。

ドライバＩＣ３の温度ＴＩＣは、環境温度をＴｅｎｖ、環境温度と接するモジュール内壁または底面等までの熱抵抗σｅｎｖ（ｘ、ｙ）、２次元的に冗長に集積されたドライバアンプＤＡの１つあたりの発熱量ＱＡｍｐ、駆動させる数ｋ、光素子２までの熱抵抗σｏｐｔ（ｘ、ｙ）に依存する。ここで、環境温度と接するモジュール内壁または底面等までの熱抵抗σｅｎｖ（ｘ、ｙ）、光素子２までの熱抵抗σｏｐｔ（ｘ、ｙ）はともに２次元面内の位置の関数であって、距離に比例する。したがって、ドライバＩＣ３の温度ＴＩＣは、概念的には下記の式（４）で表せる。

この（４）式から、ドライバＩＣ３の温度ＴＩＣが高くなるのは次の状態である。環境温度Ｔｅｎｖが高い、駆動させるドライバアンプＤＡの数ｋが多い、ドライバアンプＤＡの１つあたりの発熱量ＱＡｍｐが大きい、熱抵抗σｅｎｖ（ｘ、ｙ）が大きい、すなわちモジュール内壁または底面等から離れている、熱抵抗σｏｐｔ（ｘ、ｙ）が小さい、すなわち光素子２までの距離が短い、状態である。ここで、（４）式から明らかなように、駆動させるドライバアンプＤＡの数ｋと、ドライバアンプＤＡの１つあたりの発熱量ＱＡｍｐを変えない場合、ドライバＩＣ３の消費電力は一定である。それにも関わらず、ドライバアンプＤＡの位置（ｘ、ｙ）を変えることで、上述した熱抵抗が変化し、ドライバＩＣ３の温度ＴＩＣを変えることができる。

次に光サブマウント１００の具体的な構造について説明する。本実施の形態において、光素子２は、半導体光変調器であって、電界吸収型光変調器（ＥＡ光変調器）またはマッハツェンダ型光変調器（ＭＺ光変調器）といった、一般的に用いられている構成が適用可能である。前者のＥＡ光変調器は１本の光導波路５で構成可能であるため、少なくとも（２）式で表される実効屈折率ｎｅｆｆの電圧変化係数を一定に保つため、光素子２の温度を一定に保つ必要がある。後者のＭＺ光変調器に本実施の形態を適用して構成したＭＺ型光変調器モジュール１０００の例を図３及び図４に示す。ＭＺ光変調器は少なくとも２本の対をなす光導波路と合分波器で構成された少なくとも１組の干渉計を有するため、（２）式で表される実効屈折率ｎｅｆｆの電圧変化係数を一定に保つことに加え、（３）式で表される温度による位相変化φＴを一定に保つ必要がある。なお図３、図４では、ドライバアンプＤＡおよび遅延調整回路ＤＭはドライバＩＣ３に含まれる要素として記載を省略している。

その理由は次のとおりである。ＭＺ光変調器では、図３及び図４に示すように、光の進行方向に対して垂直な方向、すなわち並列して光導波路が配置されているため、それら並列した光導波路間に温度勾配ができると、（３）式で表されるように温度変化に応じて個々の光導波路の位相が変化するため、結果として並列した光導波路間に温度依存の位相差が発生し、動作の不安定性を招く。なお、本光素子２は冗長に形成された複数の光変調部ＯＭを備える必要があるが、半導体は実効屈折率ｎｅｆｆの電圧変化係数が大きいため、十分小さいサイズにて光変調部ＯＭを形成可能であり、複数作製することに関して技術的な課題を生じることはない。

なお図３に示したＭＺ型光変調器は、２つのＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）で形成された光合分波部１３と並列した２本の光導波路による１組のマッハツェンダ干渉器計で構成されている。光合分波部１３としてはＹ分岐も一般的に用いられている。図４にＹ分岐を用いたマッハツェンダ型光変調器の例を示す。これらの光変調器は、あくまでも例示であって、光合分波部１３の手段や光入出力部、干渉計の個数などは、本発明で限定されない。

光素子２及びドライバＩＣ３は、熱伝導性のマウント基板１上に実装される。マウント基板１は特に制限されないが、例えば熱伝率の大きい銅タングステン（ＣｕＷ）で形成されることが好ましい。マウント基板１と光素子２及びドライバＩＣ３は、ハンダや高熱伝導性の樹脂等で接続されている。なお本発明の効果を得るうえで、電気伝導性は考慮する必要はない。また光素子２及びドライバＩＣ３は、その材料や製造プロセスに依存して厚さが異なる可能性がある。両素子の電気的接続は、ワイヤーボンディングで行うことができるが、前述したように高周波特性を考慮すると一般に接続長を短くすることが好ましい。したがって両素子の表面での高さがそろっていることが望ましい。そこで光素子２とドライバＩＣ３の下に、任意の厚さとサイズに調整された高熱伝導性のヒートシンク基板（図示せず）を挿入することができる。材質は、チッ化アルミ（ＡｌＮ）等の一般的なものが適用可能である。または熱伝導性向上と実装の簡易化を目的に、マウント基板１と上述のヒートシンク基板を同一材料で一体形成してもよい。

光素子２に流入する熱は、光サブマウント１００の周囲の空気を介した環境温度の変化によるものと、ドライバＩＣ３の発熱がマウント基板１を介して伝わるものがある。本発明は、空気に比べると、両素子が実装されたマウント基板１の熱伝導率は十分高いため、光素子の温度を決める要因としては、ドライバＩＣ３の温度が支配的となる。すなわち、ドライバＩＣ３が光素子２に与える熱量によって光素子２の温度を制御可能である。

なお本発明では光サブマウント１００のみを示し、光サブマウント１００は任意の光モジュールに搭載されるとしたため、その搭載方法や光モジュールの材質に関しては特に限定しない。ただし、例えば光モジュール本体、または光サブマウント１００との接続点に、マウント基板１の材料よりも熱伝導率の小さい、例えば鉄とニッケルとコバルトの合金や、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の材料を用いて、熱伝導を光素子２とドライバＩＣ３間より悪くすることで、外部環境に直接接した光モジュール本体を介して光素子２に流入する熱を少なくすることができる。これによって光素子温度の変動要因を減らすことができるため好ましい。

なお高周波特性の観点から、ドライバＩＣ３が特にＣＭＬ回路（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｍｏｄｅ Ｌｏｇｉｃ）の場合には、光素子２に近接して終端抵抗が形成されることが望ましい。終端抵抗には電流が流れるためジュール熱が発生し、周囲の温度変化を引き起こす。終端抵抗の配置は、光素子２内かドライバＩＣ３にモノリシックに集積されるか、または光素子２上、マウント基板１上、ドライバＩＣ３上のいずれかに実装される。その配置によって光素子２に至る熱経路が異なるため、与える温度変化の影響が異なるが、本発明では光素子２の近傍で光素子の温度を検出するため、この影響を含めて検出し、フィードバックして打ち消すことができる。なお、終端抵抗の有無と配置によって本発明が限定されることはない。

以上のように、本実施の形態を用いることによって、温度制御手段をもちいることなく、光素子２を一定に保つことができる。なおここでは光変調部ＯＭ、ドライバアンプＤＡがそれぞれ４つの例を示したが、これに限られるものではなく、例えばもっと多くても良い。
（第２の実施の形態）
図５は本発明第２の実施の形態の光サブマウント２００を示す平面図である。本実施の形態では、第１の実施の形態で示した光サブマウント１００を、ｍ組（ｍは２以上の整数）設けている。このような構成とすることにより、調整できる温度範囲を広く、またきめ細かく制御することができる。また、駆動させる光変調部ＯＭの数を増やすことで、光変調部１つあたりの位相変化量を小さくすることができる。すなわち、１つの光変調部の長さを短くすることでき、容量が低減することで、より高速な変調動作が可能となる。なお図示はしていないが、図５中の制御回路６には遅延調整回路ＤＭが含まれている。

ここでは、光素子２に一番近い段のドライバアンプをＤＡ＿１１、ＤＡ＿１２、・・・、ＤＡ＿１ｍ、次の段のドライバアンプをＤＡ＿２１、ＤＡ＿２２、・・・、ＤＡ＿２ｍ、次の段のドライバアンプをＤＡ＿３１、ＤＡ＿３２、・・・ＤＡ＿３ｍ、次の段のドライバアンプをＤＡ＿４１、ＤＡ＿４２、・・・ＤＡ＿４ｍとしている。

また光変調部ＯＭ＿１１、ＯＭ２１、・・・ＯＭ＿４ｍの間には温度センサーＴＳ＿１１、ＴＳ＿２１、・・・ＴＳ＿４ｍを設けている。温度センサーＴＳは制御回路６に接続している。

動作の一例を図６に示す。図中の色つき部分が動作中のドライバアンプＤＡ、色無しが未動作のドライバアンプＤＡを示している。図６（ａ）では、各グループの光素子２に一番近い段のドライバアンプＤＡ＿１ｋ（１≦ｋ≦ｍ）を動作させている。図６（ｂ）では２番目の段のドライバアンプＤＡ＿２ｋ（１≦ｋ≦ｍ）、図６（ｃ）では４段目のドライバアンプＤＡ＿４ｋ（１≦ｋ≦ｍ）をそれぞれ動作させている。光素子２に与える熱量は（ａ）＞（ｂ）＞（ｃ）の順となる。一方、動作させているドライバアンプＤＡの数は同じであり、消費電力は同じである。

制御回路６は温度センサーＴＳの計測結果に基づき、駆動するドライバアンプを決定する。例えば、いま図４（ｃ）の駆動パターンにあり、光素子２の温度が低下する方向に動いていたとすると、図４（ａ）のパターンに切り替えて光素子２に流入する熱量を増大させる。逆に温度が上昇傾向にあれば（ａ）から（ｂ）に切り替えて流入熱量を減少させる。といったように、動作させるドライバアンプＤＡを切り替えることにより、光素子２の温度が一定になるように動作を切り替える。なお、温度センサーＴＳの計測結果をフィードバックする際は、各温度センサーＴＳの平均値を用いるのがシンプルであるが、端の温度が低い時には端部では光素子２に近いドライバアンプを動作させるなど、温度分布に対応する特定の動作パターンをルックアップテーブル（ＬＵＴ）に持っていても良い。同様に、急激に温度が上昇した場合は、動作させるドライバアンプＤＡの数を間引くとともに、一つの光変調部ＯＭが変調する位相の量を増やすようにドライバアンプの駆動電圧を制御して、トータルの変調量を変えずに温度を一定に保つような動作をルックアップテーブル（ＬＵＴ）に保持しておいても良い。

なお本実施の形態では、各組あたり、光変調部ＯＭ、ドライバアンプＤＡがそれぞれ４つの例を示したが、これに限られるものではなく、例えばｎ個（ｎは２以上の整数）でも良い。

また本実施の形態では、温度を計測するための温度センサー７は、各光変調部の近傍に同数配置されているが、数及び配置する位置に関してはこの限りではない。
（第３の実施の形態）
図７は本発明第３の実施の形態に係る光サブマウント３００を示す平面図である。ドライバアンプＤＡと光素子２との関係は実施の形態２とほぼ同じであるが、本実施の形態ではドライバアンプＤＡのレイアウトをマトリクス状にしている。具体的には、ｎ（ｎは２以上の整数）個の光変調部ＯＭ＿１１、・・・ＯＭ＿ｎ１と接続された同数のドライバアンプＤＡ＿１１、・・・ＤＡ＿ｎ１を、光素子２からの距離が異なるように列状に配置し、これを１組としてｍ組（ｍは２以上の整数）を光素子２に沿って配置した、ｎ行ｍ列のマトリクス状に構成される。マトリクス状にすることによって、二次元的な面での熱分布制御が可能となるため、より高精度に光素子２の温度分布を補償することができる。なお、マトリクス状に配置することによってドライバＩＣの大型化が懸念されるが、ＣＭＯＳの微細化技術の進展と、ドライバアンプ等の回路や配線レイアウトの効率的な配置により、十分に小型化が可能である。従って、実効屈折率ｎｅｆｆの電圧変化係数が大きく、小型化に有利な半導体光素子と組み合わせることで、小型・低光損失・低コストな光サブマウント３００が実現できる。なお、制御回路６には、変調信号１０およびＣＬＫ１１が入力されるが、ここでは記載を省略している。以降の図面においても同様である。

このことの定性的な説明を図８に示す。図の網掛け部分が動作しているドライバアンプＤＡを示しており、白が未動作を示している。この動作では、いずれの場合でも駆動させるドライバアンプＤＡの数ｋ＝６としている。このため、消費電力は一定である。しかし図８に示すように、駆動させるドライバアンプＤＡの位置を２次元面内で変えることで、ドライバＩＣ３の温度制御が可能である。
なお本実施の形態を示す図７及び図８では、ドライバアンプＤＡが光導波路５と平行に正方行列状に配置されているが、あくまでも一例であって、（ｎｘｍ）個の２次元面内に配置されたドライバアンプの中から、ある決められた一定個数を駆動すればよい。従って実用上、所要の変調周波数や位相変化量に応じて、回路素子や配線のレイアウト等も考慮しながら、ドライバアンプの配置を最適に設計することが可能である。
（第４の実施の形態）
図９に本発明第４の実施の形態に係る光サブマウント４００の平面図を示す。
本実施の形態は、第２の実施の形態と同様に、第１の実施の形態で示した光サブマウント１００をｍ組（ｍは２以上の整数）備えている。ただし、各組の光変調部ＯＭ及びドライバアンプＤＡの数と配置が異なる。

本実施の形態では、各組ごとに光変調部ＯＭの位相シフタ長Ｌと数が異なる。例えば、第１の実施の形態と同様に、１つの光変調部ＯＭで変調に必要な位相変化量を得る場合を考える。このときの位相シフタ長をＬ１とし、図９にＯＭ＿１１と示した。従ってこの場合は、ドライバアンプＤＡの駆動数は１となる。次の２組目は、同じ位相変化量を２つの光変調部ＯＭで得る構成である。ただし、光変調部ＯＭの実効屈折率の電圧依存性や、ドライバアンプＤＡの出力電圧は変えないものとする。このときの位相シフタ長Ｌ２は、（２）式の関係から先ほどのＬ１を用いて、Ｌ１／２と表される。すなわち、１つの位相変調部ＯＭで変調する場合の１／２の長さのものを２つ駆動することで、必要な位相変化を得る。これを図９にＯＭ１２、ＯＭ２２と示した。従ってこの場合は、ドライバアンプＤＡの駆動数は２となって、前述の駆動数１の場合の２倍の発熱量となるので、前述の駆動数１で温度を補償できない場合に、この駆動数２の組を動作させれば良い。同様にして、ｋ組目（１≦ｋ≦ｍ、ｍは２以上の整数）は、ｋ個の位相変調部ＯＭ及びドライバアンプＤＡで構成され、各光変調部の位相シフタ長Ｌｋは、Ｌ１／ｋである。従ってこの場合は、ドライバアンプＤＡの駆動数はｋとなって、前述の駆動数１の場合のｋ倍の発熱量となるので、駆動数１〜（ｋ−１）で温度を補償できない場合に、この駆動数ｋの組を動作させれば良い。ｋ＝３までのドライバアンプＤＡの配置と動作例を図１０に示す。

なお本実施の形態は、ドライバアンプＤＡの動作数に比例して消費電力が上がることが、第１〜３の実施の形態と比較したときの課題である。一方、位相シフタ長が動作数に反比例して短くなることから、光変調部１つあたりの容量が低減して変調周波数帯域が向上する。したがって、高速な変調動作が要求される場合には本実施の形態が適しており、その所要の変調周波数帯域に応じて動作させる組を選択することで、最小の消費電力での変調が可能となる。

また本実施の形態を示す図９及び１０では、ドライバアンプＤＡが光導波路５から等距離の位置に平行に配置されているが、あくまでも例示であって、長さの異なる光変調部ＯＭとドライバアンプＤＡで構成される組の中から、ある所定の長さの組を所定の数だけ駆動すればよい。従って実用上、所要の変調周波数や位相変化量に応じて、回路素子や配線のレイアウト等も考慮しながら、ドライバアンプＤＡの配置を最適に設計することが可能である。
（第５の実施の形態）
図１１に本発明第５の実施の形態に係る光サブマウント５００の平面図を示す。
本実施の形態は、第３と第４の実施の形態を組み合わせた構成であって、基本的な動作はそれらの実施の形態に準ずる。

本実施の形態は、１つの光変調部ＯＭで変調に必要な位相変化量を得る場合の、位相シフタ長がＬ１である光変調部ＯＭ＿１１１、・・・ＯＭ＿ｎ１１が計ｎ個、光導波路５上に縦列配置され、それぞれ光導波路５からの距離が異なるドライバアンプＤＡ＿１１１、・・・ＤＡ＿ｎ１１に接続されている。この構成は、第４の実施の形態におけるｍ＝１の構成が、第１〜３の実施の形態で示したように複数組み合わされた構成である。さらにこの隣に、２つの光変調部ＯＭで変調に必要な位相変化量を得る場合の、位相シフタ長がＬ１／２である光変調部ＯＭ＿１１２、・・・ＯＭ＿ｎｍ２が計（ｎｘｍ）個、光導波路５上に縦列配置され、それぞれマトリクス状に形成された光導波路５からの距離が異なるドライバアンプＤＡ＿１１２、・・・ＤＡ＿ｎｍ２に接続されている。この構成は、第４の実施の形態におけるｍ＝２の構成が、第１〜３の実施の形態で示したようにマトリクス状に配置された構成である。同様にして、ｋ個（ｋは２以上の自然数）の光変調部ＯＭで変調に必要な位相変化量を得る場合の、位相シフタ長がＬ１／ｋである光変調部ＯＭ＿１１ｋ、・・・ＯＭ＿ｎｍｋが計（ｎｘｍ）個、光導波路５上に縦列配置され、それぞれマトリクス状に形成された光導波路５からの距離が異なるドライバアンプＤＡ＿１１ｋ、・・・ＤＡ＿ｎｍｋに接続されている。この構成は、第４の実施の形態におけるｍ＝ｋの構成が、第３の実施の形態で示したようにマトリクス状に配置された構成である。従って、ドライバアンプ駆動のバリエーションは、駆動数ｋ個を選択し、さらにその駆動させる位置をｎｘｍのマトリクスの中から選択することで、第１〜４の実施の形態に比べて多くなる。すなわち、より広い範囲の温度変化を精度良く補償することができる。
（第６の実施の形態）
図１２に本発明第６の実施の形態に係る光サブマウント６００の平面図を示す。
本実施の形態では、光素子２の各光変調部に電気信号を与えないダミーヒーター１４を、ドライバＩＣ３が少なくとも１つ以上備えている。その他の構成は実施の形態３と同様である。なお、ヒーターを光素子側に搭載し、その温度変化によって位相変化を補償する手法が関連技術では一般的である。しかし本特許では、ドライバＩＣ側にダミーヒーターとして搭載することで、直接位相変化を補償するのではなく、光素子の温度変化を補償する点が、関連技術との差異である。これにより、位相変化だけでなく実効屈折率ｎｅｆｆを一定に保つことができるので、より光変調特性を安定に保つことが可能である。

本実施の形態は、ドライバＩＣ３が光素子２に与える熱量を、ドライバアンプＤＡの駆動位置を変えることに加えて、ダミーヒーター１４の駆動数及び電流によってその発熱量を制御することを特徴とする。図１２で示したダミーヒーター１４の数及び配置は一例であって、これに限定されない。光素子２との距離が近いほどヒーターの効率が上がるので、例えば図１２のように光素子２に沿って近傍に１次元的に配置されていても良い。また、これに加えて他のドライバアンプＤＡの近傍に設けられていても良い。

このダミーヒーター１４によって、本発明の効果がある温度範囲を広げることができる。ダミーヒーター１４の駆動数及び電流によってその発熱量を制御することで、ドライバアンプＤＡの選択駆動で補償可能な範囲を超えて、より大きな温度差の補償が可能となる。

本構成を簡易的にモデル化することによって、伝熱シミュレーションをおこなった。図１３に、環境温度変動に対する光素子温度の依存性を示した結果の一例を示す。図１３は、本発明による温度補償無しと、有りの場合に対して、その際の光素子２の温度と、ドライバＩＣ３とダミーヒーター１４の総消費電力を表している。環境温度は、一般にセミクールドと言われる５０℃付近において、本光モジュールが搭載される光通信装置の筐体内温度が±２℃程度揺らいでいる場合を仮定した。本発明の補償を行わない、すなわちドライバＩＣ３＋ダミーヒーター１４の電力を一定とした場合、補償無のグラフに示したとおり光素子２の温度は環境温度に比例し、同程度の温度幅で変動していることがわかる。一方、ドライバＩＣ３＋ダミーヒーター１４の電力を調整することで、補償有のグラフに示したとおり、±０．０１℃以下の温度変動に抑えることができた。

なお本実施の形態を示す図１２は、第３の実施の形態をベースとしてダミーヒーター１４を追加した構成を示しているが、あくまでも例示であってこの限りではない。ダミーヒーター１４は他の実施の形態に対しても、同様に付加することが可能である。
（第７の実施の形態）
図１４に本発明の第７の実施の形態に係る光サブマウント７００の平面図を示す。

本実施の形態に係る構成は、変調光を出力する光素子２と、光素子２に独立に変調信号を供給する少なくとも２つのドライバＩＣ３Ｌ、３Ｒとが、高熱伝導性のマウント基板１上に実装されている。本実施の形態は、構成上、ドライバＩＣ３が複数あって、光素子２の両側に配置されている点以外は、実施の形態１乃至実施の形態６いずれかに記載の光サブマウントと同様である。また光素子２に関して実施の形態１〜６で示した構成が適用可能であるため、図１４においては光導波路５の記載を省略している。なお、本実施の形態ではドライバＩＣ３が片側に１つずつの計２つの構成であるが、配置や数に関してはこれに限定されない。ドライバＩＣ３に関しては実施の形態１〜６で示した構成も適用可能であるため、図１４においてはドライバアンプＤＡ及びダミーヒーター１４の記載を省略している。

なお、なお光素子２の温度は、実施の形態１と同様に光素子２の近く、例えばマウント基板１上に配置された温度センサー７により検出すればよい。さらに配置はこの限りではなく、例えばドライバＩＣ３Ｌ及び３Ｒに形成されていても良い。

また本実施例７に係る光サブマウント７００を示した図１４は、光素子２とドライバＩＣ３を接続する配線９をワイヤーボンディングにした構成となっているが、この電気的接続にインターポーザ基板を用いてもよい。その場合、インターポーザ基板の枚数や配置に関しては本発明で限定されない。

なお本発明は、ペルチェ素子等の温度制御手段を用いないため、ドライバＩＣ３の発熱量を下げること以外に温度を下げる手段がない。すなわち本光素子モジュールが動作状態のときは、ドライバＩＣが最小の電流で駆動されている状態が、最も温度が低い状態となる。したがって、光素子やドライバＩＣの信頼性を考慮し、素子が安全に動作する上限の温度を定め、温度検出部で検出された温度がこの上限値を超えた場合は、アラームを出して動作を停止させる仕組みを備えていることが望ましい。

あるいは通常使用しない温度制御手段を備えておき、制御範囲を超えた場合、特に高温側に外れた場合は、これを稼動させる構成としても良い。

ドライバＩＣ３は、上述したようにドライバアンプＤＡの駆動位置を変えること以外に、局所的に回路の発熱量を変える機構を備えていてもよい。例えば、ドライバアンプＤＡより前の段に形成されているデジタルのロジック回路において、電流量を増やす、またはデータレートを変えずにクロック速度を上げるといったことにより、ドライバアンプＤＡへ出力する特性を変えることなく、発熱量を変化させることが可能である。

１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００ 光サブマウント
１０００ ＭＺ型光変調器モジュール
１ マウント基板
２ 光素子
３ ドライバＩＣ
４ 光素子搭載基板
５ 光導波路
６ 制御回路
７ 温度センサー
８、９ 配線
１０ 変調信号
１１ ＣＬＫ
１２ 光
１３ 光合分波部
１４ ダミーヒーター
ＯＭ 光変調部
ＤＡ ドライバアンプ
ＤＭ 遅延調整回路
ＴＳ 温度センサー

Claims (10)

1. 光導波路と、前記光導波路に沿って設けられた第１の光変調部と第２の光変調部と、前記第１の光変調部を駆動する第１のドライバと、前記第２の光変調部を駆動する第２のドライバと、前記第１のドライバと前記第２のドライバを選択的に駆動して前記第１の光変調部および前記第２の光変調部の温度を制御する制御部を有することを特徴とする光モジュール。
2. 前記第１の光変調部と前記第２の光変調部と前記第１のドライバと前記第２のドライバとが同一の熱伝導性支持体の上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記第１のドライバが前記第１の光変調部から第１の距離に配置され、前記第２のドライバが前記第２の光変調部から第２の距離に配置され、前記第１の距離と前記第２の距離とが異なることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記第１の光変調部および前記第２の光変調部の温度を計測する温度計測手段を有することを特徴とする請求項１乃至は請求項３いずれか一項に記載の光モジュール。
5. 前記制御部が、前記温度計測手段の計測結果に基づいて駆動する前記ドライバを選択するドライバ選択手段を有していることを特徴とする請求項４に記載の光モジュール。
6. 前記第１の光変調部と前記第２の光変調部が位相変調部であり、前記第１の光変調部の位相シフタ長と、前記第２の光変調部の位相シフタ長が異なることを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれか一項に記載の光モジュール。
7. 前記第１の光変調部と前記第２の光変調部が振幅変調部であり、前記第１の光変調部の振幅変調部長と、前記第２の光変調部の振幅変調部長が異なることを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれか一項に記載の光モジュール。
8. 少なくとも前記第１のドライバの近傍に前記第１のドライバの駆動とは独立に制御されるヒーターが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項７いずれか一項に記載の光モジュール。
9. 光導波路と、前記光導波路に沿って設けられた第１の光変調部と第２の光変調部と、前記第１の光変調部を駆動する第１のドライバと、前記第２の光変調部を駆動する第２のドライバを有する光モジュールの駆動方法において、前記第１のドライバと前記第２のドライバとを選択的に駆動させることによって前記第１の光変調部および前記第２の光変調部の温度を制御することを特徴とする光モジュールの駆動方法。
10. 前記光モジュールにおける総光変調量を一定に保つことを特徴とする請求項９に記載の光モジュールの駆動方法。