JP2018180490A - 光モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化を実現させることができる光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュール1は、前面11及び背面12のそれぞれからレーザ光L1,L2を出射する波長可変LD10と、前面11からのレーザ光L1を出力する第1の光出力ポート61と、背面12からのレーザ光L2を出力する第2の光出力ポート62と、LD10を収容し、光出力ポート61,62が設けられる第1の面2aを有するハウジング2を備え、ハウジング2は、第1の面2a、第1の面2aに対向して電気接続端子60が設けられる第2の面2b、並びに、第1の面2a及び第2の面2bを互いに接続する一対の側面2c,2dを有し、第1の面2a、第2の面2b、及び一対の側面2c,2dで形成される空間に波長可変LD10が搭載され、側面2c,2dに電気接続端子60を有しない。【選択図】図1
Description
本発明は、光モジュールに関するものである。
特許文献1には、内部空間を形成するハウジングを備えた波長可変レーザが記載されている。ハウジングは矩形の本体を含み、本体は、底部と、蓋と、第1及び第2の端部と、対向する側壁を含む。ハウジングの第1の端部上には、ピンを含む電気インタフェースが位置決めされる。
ハウジングの第2の端部上には光出力インタフェースが位置決めされる。光出力インタフェースは、レーザ構成要素から放出された連続波光ビームを、光ファイバを通じて伝達する。連続波光ビームの経路上には、ビームスプリッタ及び光ダイオードが、ビームの放出強度を決定するために配置される。ビームスプリッタの下流には光アイソレータが位置決めされており、光アイソレータは、ビームスプリッタからの光が再帰反射するのを防止する。この波長可変レーザでは、光出力が1つの光出力ポートによって行われる。
ところで、光モジュールでは、振幅変調と他の変調方式を併用して総伝送容量を高める努力がなされている。他の変調方式として、偏波、位相及び振幅を相互に組み合わせた変調方式は、所謂コヒーレント方式による伝送モードとして知られている。このコヒーレントトランシーバの光源として波長可変レーザを用いる場合、変調器への信号光と、受信器への局発光が必要である。前述の波長可変レーザでは、信号光と局発光を出力するため、ビームスプリッタによって光源からの光出力を分岐している。
コヒーレントトランシーバにおいては更なる小型化の要求がある。現状は、幅41.5mm、長さ91.5mm、高さ12.4mmのCFP2規格に準拠するが、更に小型のCFP4規格(幅21.5mm)の筐体に搭載可能な光モジュールを実現する要求が高まっている。
本発明は、小型化を実現させ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。
本発明の一形態に係る光モジュールは、前面及び背面のそれぞれからレーザ光を出射する半導体レーザ(LD)と、前面からのレーザ光を出力する第1の光出力ポートと、背面からのレーザ光を出力する第2の光出力ポートと、LDを収容し、第1の光出力ポート及び第2の光出力ポートが設けられる第1の面を有するハウジングを備え、ハウジングは、第1の面、第1の面に対向して電気接続端子が設けられる第2の面、並びに、第1の面及び第2の面を互いに接続する一対の側面を有し、第1の面、第2の面、及び一対の側面で形成される空間にLDが搭載され、側面に電気接続端子を有しない。
本発明によれば、小型化を実現させることができる。
以下、添付図面を参照しながら本発明に係る光モジュールの実施形態について詳細に説明する。図面の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る光モジュール1の内部構造を示す図である。図2は、光モジュール1の断面を示す図である。光モジュール1は、その前側に位置する第1の面2a、後側に位置する第2の面2b、並びに、第1の面2a及び第2の面2bを互いに接続する一対の側面2c,2dを有するハウジング2を備える。ハウジング2の内部に光モジュール1の各部品が実装され、その後、蓋部3によってハウジング2を気密封止する。
図1は、第1実施形態に係る光モジュール1の内部構造を示す図である。図2は、光モジュール1の断面を示す図である。光モジュール1は、その前側に位置する第1の面2a、後側に位置する第2の面2b、並びに、第1の面2a及び第2の面2bを互いに接続する一対の側面2c,2dを有するハウジング2を備える。ハウジング2の内部に光モジュール1の各部品が実装され、その後、蓋部3によってハウジング2を気密封止する。
光モジュール1は、半導体レーザである波長可変レーザダイオード(LD)10を備える。波長可変LD10は、第1の面2a、第2の面2b、及び一対の側面2c,2dによって形成される空間に搭載される。波長可変LD10は、一方の光出射面である前面11からレーザ光L1を出射すると共に、他方の光出射面である背面12からレーザ光L2を出射する。
レーザ光L1の光路上には、コリメートレンズ13、アイソレータ14、光軸変換器15、及びモニタフォトダイオード(モニタPD)16が設けられる。レーザ光L2の光路上には、コリメートレンズ21、波長検知ユニット30、及びアイソレータ22が設けられる。更に、光モジュール1は、波長可変LD10の温度調整を行うTEC40と、波長検知ユニット30の温度調整を行うTEC50を備えている。
ハウジング2の第1の面2aには、第1の光出力ポート61及び第2の光出力ポート62が設けられる。光モジュール1は、ハウジング2の第2の面2bに、外部との電気的な通信を行うFPC63及びリードピン等の電気接続端子60を有する。電気接続端子60で扱う電気信号は、電源、バイアス又はGND等、実質DC信号である。このため電気接続端子60に高周波性能を補償する必要はない。
ハウジング2の側面2c,2dは、光出力ポート61,62を設けた第1の面2aから互いに平行に後方に延び出している。光モジュール1は、側面2c,2dに、リードピン等の電気接続端子60を有しない。更に、側面2c,2dは、外部に突出する部位を有しない平坦状とされている。これにより、CFP4規格の筐体に搭載可能なようにハウジング2の幅を抑えることが可能である。従って、小型化を実現させることができる。
波長可変LD10はハウジング2の略中央に収容される。2つのコリメートレンズ13,21の光軸は互いにオフセットしている。波長可変LD10は、コリメートレンズ13,21それぞれの光軸に対して0°又は90°ではない有意の角度をもって斜めに搭載される。
このように有意の角度をもって波長可変LD10を、サブマウント71を介して搭載することにより前述したオフセットを吸収する。波長可変LD10からは、レーザ光L1,L2が波長可変LD10の光軸に対して平行に出射するが、波長可変LD10が有意の角度をもつことにより、レーザ光L1,L2が反射によって波長可変LD10に戻ることを抑制する。
コリメートレンズ13は、波長可変LD10からのレーザ光L1を発散光から平行光に変換する。アイソレータ14は、コリメートレンズ13からのレーザ光L1を通過させ、光軸変換器15は、レーザ光L1の光軸をオフセットする。光軸変換器15は、レーザ光L1の光軸をオフセットするために互いに平行位置関係にある反射面15a,15bを備える。一方の反射面15aは全反射膜を有し、他方の反射面15bは、例えば、透過と反射の比率が5:95(5%が透過、95%が反射)のビームスプリッタ膜を有する。モニタPD16は、レーザ光L1の強度をモニタする。反射面15bのビームスプリッタ膜を透過するレーザ光L1の一部(例えば5%)は、モニタPD16に結合する。
コリメートレンズ13,21、アイソレータ14,22、光軸変換器15、モニタPD16及びサブマウント71は、ベース73を介してTEC40上に搭載する。本実施形態では、波長可変LD10を搭載するTEC40と、波長検知ユニット30を搭載するTEC50の2つを互いに独立としている。
波長検知ユニット30は、TEC40から独立したTEC50上に、ベース74を介して搭載する。波長検知ユニット30は、2つのビームスプリッタ(BS)31,32、2つのモニタPD33,34、エタロンフィルタ35、光軸変換用の全反射ミラー36、及びサーミスタ37を備える。BS31,32、モニタPD33,34、エタロンフィルタ35、全反射ミラー36及びサーミスタ37はベース74を介してTEC50に搭載する。
波長可変LD10の背面12から出射したレーザ光L2は、コリメートレンズ21の光軸に対して有意な角度で出射する。レーザ光L2は、コリメートレンズ21で平行光に変換された後、第1のBS31に入射する。BS31は、例えば、透過と反射の比率が5:95(5%が透過、95%が反射)の平板型BSである。
BS31は、入射光の大部分(例えば95%)を全反射ミラー36に向けて反射する。一方、BS31は、入射光の僅かな部分(例えば5%)をBS32に向けて透過する。BS31の反射率は、波長可変LD10からのレーザ光L2の強度を確保するために90%(より好ましくは95%)以上に設定する。BS31は、透明平板上に誘電体多層膜を設けた平板型BSである。よって、プリズム型のBSと比較して、BS31の反射率を容易に高めることができ、かつ低コストであることが利点である。
BS32は、BS31から入射した光を分岐する。BS32は、例えば、透過と反射の比率が50:50(50%が透過、50%が反射)の平板型BSである。BS32は、エタロンフィルタ35への分岐比を決定する。BS32を透過した光はモニタPD33によって検知し、BS32を反射した光はエタロンフィルタ35を透過した後にモニタPD34によって検知する。モニタPD33は波長可変LD10からのレーザ光L2の強度を検知する。BS32を透過した光を検知するモニタPD33は、波長依存性を有する光学部品の影響を受けていないレーザ光L2を検知する。
コリメートレンズ21及びBS31,32は、それぞれの透過特性について波長依存性を有するものの、当該波長依存性は、波長可変LD10の波長可変範囲と比較すると無視できるほどである。従って、モニタPD33の出力により、レーザ光L2についてのAPC制御(Auto Power Control)を実行可能である。
モニタPD34は、エタロンフィルタ35の透過特性(透過率)の影響を受けた光を検知する。モニタPD33で検知した光の強度に対する、モニタPD34で検知した光の強度の比が、エタロンフィルタ35の透過率に対応する。よって、エタロンフィルタ35の光の透過率と波長依存性との関係を予め把握することにより、レーザ光L2の波長を見積もることが可能となる。
図3は、波長可変LD10の断面構造を示す。波長可変LD10は、SG−DFB(Sampled Grating Distributed FeedBack)10bと、CSG−DBR(Chirped Sampled GratingDistributed Bragg Reflector)10cと、SOA(Semiconductor Optical Amplifier)10a,10dを備える。
SG−DFB10bとCSG−DBR10cは共振器を形成し、この共振器により一の波長が選択される。SG−DFB10bは利得及びサンプルドグレーティングを有し、CSG−DBR10cはサンプルドグレーティングを有する。SG−DFB10bは、基板82上に、サンプルドグレーティングを含む下クラッド層83、光導波層84、及び上クラッド層85が積層された構造を有する。
CSG−DBR10cは、基板82上に、サンプルドグレーティングを含む下クラッド層83、光導波層94、上クラッド層85、絶縁膜86、及び複数のヒータ87が積層された構造を有する。各ヒータ87には、電源電極88及びグランド電極89が設けられている。
SOA10aは、基板82上に、下クラッド層83、活性層95、上クラッド層85、コンタクト層90、及び電極91が積層された構造を有する。SOA10dは、基板82上に、下クラッド層83、活性層96、上クラッド層85、コンタクト層92、及び電極93が積層された構造を有する。
光導波層84は、光伝搬方向に沿って、活性層84aと導波路層84bとが交互に並んだ構造を有する。導波路層84bの上部に位置する上クラッド層85には、絶縁膜86を介してヒータ98が設けられている。
SG−DFB10b及びCSG−DBR10cには、下クラッド層83に所定の間隔をあけて離散的に形成された標本化回折格子であるサンプルドグレーティング(Sampled Grating:SG)97が形成されている。SG−DFB10bは、利得領域A1と変調領域A2を有し、利得領域A1では、その上部に配置された電極から活性層84aにキャリアが注入される。故に光学的利得を有する。
一方、変調領域A2は、その上部にヒータ98を有し、ヒータ98に電力を与えることによって導波路層84bの温度を変える。SG97は、回折格子を有する領域と、その間の回折格子を有しない領域とによって構成され、利得領域A1及び変調領域A2全体として複数のピークが等間隔に現れる光学利得スペクトルを示す。そして、ヒータ98に与える電力を変化させて導波路層84bの屈折率を変化させることにより、ピークの波長及び間隔を変化させることができる。
CSG−DBR10cは、3つのセグメントA3,A4,A5を有する。各セグメントA3,A4,A5は、それぞれ独立に駆動するヒータ87及びSG97を有する。SG97の作用により、CSG−DBR10cは複数のピークが離散的に表れる反射スペクトルを示す。そして、ヒータ87に与える電力によって光導波層94の屈折率を変化させ、前述と同様、ピークの波長及び間隔を変化させることができる。
なお、選択された一のピーク波長を所定の波長に設定するために波長可変LD10全体の温度をTEC40で調整してもよい。前述したモニタPD16の出力をSOA10aのバイアスに帰還することにより、APCで前面11からのレーザ光L1の出力を所定値に維持することが可能となる。また、モニタPD33の出力をSOA10dのバイアスに帰還することにより、APCで背面12からのレーザ光L2の出力を所定値に維持することができる。
図1に示すように、波長可変LD10の背面12から出力したレーザ光L2は、コリメートレンズ21でコリメート光に変換され、BS31、全反射ミラー36で進行方向を反転され、波長可変LD10の側方を通過し、アイソレータ22を通過した後、光出力ポート62に向かう。波長可変LD10の前面11からのレーザ光L1は、コリメートレンズ13、アイソレータ14及び光軸変換器15を通過した後、光出力ポート61に向かう。
図4は、光出力ポート61,62の断面図である。図5は、光出力ポート61,62を光軸方向から見た図である。波長可変LD10をCFP4規格の筐体内に搭載するには、ハウジング2の幅を6.70mm以下にする必要がある。2つの光出力ポート61,62をハウジング2の第1の面2aに設ける場合、光出力ポート61の軸心61a、及び光出力ポート62の軸心62a間の距離D1(軸心間距離)を3.35mm(=6.70mm/2)以下にする必要がある。
一方、光モジュール1では、光出力ポート61,62それぞれの直径D2が4.4mmである。直径D2は光出力ポート61,62それぞれの最大幅である。このため、光出力ポート61,62のそれぞれが互いに対向する部位をそれぞれ平坦面61b,62bとすることにより、軸心61a,62a間の距離D1を1.9mmとしている。
すなわち、光出力ポート61,62のそれぞれを1.25mmずつ削って平坦面61b,62bとすることにより、軸心61a,62a間の距離D1を1.9mmにまで小さくしている。このとき、2つの光出力ポート61,62を並べたときの全幅を6.3mmまで狭くすることができるので、2つの光出力ポート61,62をハウジング2の幅(6.7mm)内に収めることができる。
光出力ポート61,62のそれぞれは、スタブ付きの偏波保持ファイバF1,F2が内蔵されたピグテール部品64,65と、ピグテール部品64,65のそれぞれを保持するホルダ66,67と、レンズ68a,69aをそれぞれ保持するレンズホルダ68,69を備える。
例えば、ピグテール部品64,65の外径は1.1mmであり、ホルダ66,67の外径は1.6mmである。レンズホルダ68,69のそれぞれは、光出力ポート61,62それぞれの最大幅を規定しており、レンズホルダ68,69それぞれの直径が前述した直径D2に相当する。また、レンズホルダ68のレンズホルダ69に対向する面が平坦面61bであり、レンズホルダ69のレンズホルダ68に対向する面が平坦面62bである。
ピグテール部品64,65により、光出力ポート61,62は、それぞれ偏波保持ファイバF1,F2にピグテール接続する。ピグテール部品64,65それぞれの光軸方向の位置決めは貫通溶接によって実現される。ピグテール部品64,65をホルダ66,67に貫通してピグテール部品64,65の光学調芯を行う。そして、ピグテール部品64,65をホルダ66,67にYAG溶接で溶接することによって、高精度且つ高強度に位置決めを行うことができる。また、ホルダ66,67とレンズホルダ68,69との間、及びレンズホルダ68,69とハウジング2との間は、共に、隅肉溶接によって固定される。
貫通溶接部Y1,Y2の金属厚は0.3mm以上であることが好ましい。これにより、溶接時の応力が偏波保持ファイバF1,F2に伝わり偏波方向が変動する問題を回避することができる。本実施形態では、ピグテール部品64,65の外径1.1mmに対して、貫通溶接部Y1,Y2の肉厚として0.45mmを確保するために、ピグテール部品64,65の中央付近に肉厚部を設け、その領域に貫通溶接を行う。ピグテール部品64,65の中央付近は、ピグテール部品64,65の圧入代が約3.0mm、貫通溶接領域が1.0mm、接着剤によるファイバ保持部の厚さを3.0mmとしている。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る光モジュール1Aについて図6及び図7を参照しながら説明する。以下では、第1実施形態と重複する説明を適宜省略する。光モジュール1Aは、TEC40,50に代えて、1つのTEC40Aを備える。波長可変LD10の波長特性の温度依存性と比較して、モニタPD33A及びエタロンフィルタ35の波長特性の温度依存性が低く実質無視できる程度であるため、波長可変LD10及び波長検知ユニット30に対して共通のTEC40Aを備える。
次に、第2実施形態に係る光モジュール1Aについて図6及び図7を参照しながら説明する。以下では、第1実施形態と重複する説明を適宜省略する。光モジュール1Aは、TEC40,50に代えて、1つのTEC40Aを備える。波長可変LD10の波長特性の温度依存性と比較して、モニタPD33A及びエタロンフィルタ35の波長特性の温度依存性が低く実質無視できる程度であるため、波長可変LD10及び波長検知ユニット30に対して共通のTEC40Aを備える。
すなわち、光モジュール1Aは、波長可変LD10のみをTEC40Aによって温度制御する構成を備える。この場合、TEC40Aの数が1つであるため光モジュール1A全体としての消費電力を削減できる。TEC40Aは、波長可変LD10の下部に位置するベース73の直下に設けられる。
また、第2実施形態では、BS31によって反射するレーザ光L2の光軸の向きと、波長可変LD10の搭載箇所が第1実施形態と異なる。第2実施形態において、レーザ光L2は、BS31でレーザ光L1の光軸から離れる方向に反射する。BS31で反射したレーザ光L2は、全反射ミラー36で反射され、波長可変LD10の側方を通り、アイソレータ22及びBS17Bを通って光出力ポート62に向かう。一方、レーザ光L1は、コリメートレンズ13によって平行光に変換された後、アイソレータ14及びBS17Aを通って光出力ポート61に向かう。
BS17A,17Bは、入射光の大部分を光出力ポート61,62に向けて透過する。一方、BS17A,17Bは、入射光の僅かな部分をそれぞれモニタPD16A,16Bに向けて反射する。モニタPD16A,16Bは、それぞれ、レーザ光L1,L2の強度をモニタする。
また、第2実施形態では、波長可変LD10において、第1実施形態とは反対側の側方をレーザ光L2が通過している。そして、前面11からのレーザ光L1の光軸と、背面12からのレーザ光L2の光軸との間隔は、光出力ポート61,62の間隔である距離D1に一致する。第2実施形態では、光軸変換器15を不要とすることができる。
以上、光モジュールの各実施形態について説明したが、本発明は、前述した各実施形態に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において種々の変形及び変更が可能であることは当業者によって容易に認識される。
1,1A…光モジュール、2…ハウジング、2a…第1の面、2b…第2の面、2c,2d…側面、10…波長可変LD(半導体レーザ)、11…前面、12…後面、13,21…コリメートレンズ、14,22…アイソレータ、15…光軸変換器、15a,15b…反射面、16,16A,16B,33,34…モニタPD、30…波長検知ユニット、31,32…BS、35…エタロンフィルタ、36…全反射ミラー、37…サーミスタ、40,50…TEC、60…電気接続端子、61…光出力ポート(第1の光出力ポート)、61a,62a…軸心、61b,62b…平坦面、62…光出力ポート(第2の光出力ポート)、63…FPC、64,65…ピグテール部品、66,67…ホルダ、68…レンズホルダ(第1のレンズホルダ)、68a,69a…レンズ、69…レンズホルダ(第2のレンズホルダ)、71…サブマウント、73,74…ベース、82…基板、83…下クラッド層、84,94…光導波層、84a…活性層、84b…導波路層、85…上クラッド層、86…絶縁膜、87,98…ヒータ、88…電源電極、89…グランド電極、90,92…コンタクト層、91,93…電極、92…コンタクト層、95,96…活性層、97…SG、A1…利得領域、A2…変調領域、A3,A4,A5…セグメント、D1…距離、D2…直径、L1,L2…レーザ光。
Claims (7)
- 前面及び背面のそれぞれからレーザ光を出射する半導体レーザ(LD)と、
前記前面からのレーザ光を出力する第1の光出力ポートと、
前記背面からのレーザ光を出力する第2の光出力ポートと、
前記LDを収容し、前記第1の光出力ポート及び前記第2の光出力ポートが設けられる第1の面を有するハウジングを備え、
前記ハウジングは、前記第1の面、前記第1の面に対向して電気接続端子が設けられる第2の面、並びに、前記第1の面及び前記第2の面を互いに接続する一対の側面を有し、
前記第1の面、前記第2の面、及び前記一対の側面で形成される空間に前記LDが搭載され、
前記側面に電気接続端子を有しない、
光モジュール。 - 前記LDと前記第2の面の間に、前記背面からのレーザ光の波長を検知する波長検知ユニットを備える、
請求項1に記載の光モジュール。 - 前記第1の光出力ポート及び前記第2の光出力ポートの軸心間距離は、前記第1の光出力ポート及び前記第2の光出力ポートそれぞれの最大幅よりも狭い、
請求項1又は2に記載の光モジュール。 - 前記第1の光出力ポートは、第1のレンズホルダを有し、
前記第2の光出力ポートは、第2のレンズホルダを有し、
前記第1のレンズホルダ及び前記第2のレンズホルダのそれぞれが前記最大幅を規定しており、
前記第1のレンズホルダの前記第2のレンズホルダに対向する面、及び前記第2のレンズホルダの前記第1のレンズホルダに対向する面は、共に平坦に形成されている、
請求項3に記載の光モジュール。 - 前記前面からのレーザ光の光軸と、前記背面からのレーザ光の光軸との間隔は、前記第1の光出力ポート及び前記第2の光出力ポートの間隔に一致する、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の光モジュール。 - 前記LDは、波長可変LDであり、
前記波長可変LDの温度を制御するTECを更に備える、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の光モジュール。 - 前記第1の光出力ポート及び前記第2の光出力ポートは、それぞれ偏波保持ファイバにピグテール接続する、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の光モジュール。
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