JP2019106442A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】半導体レーザ素子の温度を調整するＴＥＣと、エタロンフィルタの温度を調整する別のＴＥＣとを備える光モジュールを小型化する。【解決手段】光モジュールは、第１及び第２の端壁並びに一対の側壁を有する筐体と、半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子の温度を制御する第１のＴＥＣと、半導体レーザ素子と光学的に結合された光分岐部品及びエタロンフィルタを含む波長ロッカ部と、エタロンフィルタの温度を制御する第２のＴＥＣと、第２のＴＥＣと波長ロッカ部との間に配置されて波長ロッカ部を搭載する第１のキャリア部材とを備える。第２の端壁にはフィードスルーが設けられる。一対の側壁には外部接続端子が設けられない。第２のＴＥＣは、第１のＴＥＣと第２の端壁との間に配置される。第１のキャリア部材上には、フィードスルーと半導体レーザ素子とを電気的に接続するための第１の配線パターンが設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、光モジュールに関する。

特許文献１には、波長可変型の半導体レーザ素子を備える光モジュールが開示されている。この光モジュールは、半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の波長を検知する波長ロッカ部と、半導体レーザ素子の温度を制御する温度制御装置と、波長ロッカ部の温度を制御する別の温度制御装置とを備える。各温度制御装置への電力供給は、筐体の側壁に設けられたフィードスルーを介して行われる。

特開２０１６−１１５７２１号公報

光通信装置に用いられる光モジュールは、半導体レーザ素子を内蔵する。光モジュールは、半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の波長を所望の波長に精度良く制御するために、半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の波長と所望の波長との差を検知する波長ロッカ部を更に備える。そして、検知された波長を所望の波長に近づけるために、温度制御装置（Termo-Electric Controller；ＴＥＣ）を用いて半導体レーザ素子の温度を調整する。また、波長ロッカ部はエタロンフィルタを有しており、エタロンフィルタのグリッド波長が温度によって変化することから、エタロンフィルタのグリッド波長を一定に保つ目的、もしくはエタロンフィルタのグリッド波長を移動させる目的で、別のＴＥＣを用いてエタロンフィルタの温度を調整する。

一方、光通信装置においては、更なる小型化が求められている。例えば、現状のコヒーレントトランシーバは幅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）に準拠するコヒーレントトランシーバを実現する要求が高まっている。従って、光通信装置に搭載される光モジュールにも小型化が求められる。

本発明は、半導体レーザ素子の温度を調整するＴＥＣと、エタロンフィルタの温度を調整する別のＴＥＣとを備え、小型化が可能な光モジュールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、一実施形態による光モジュールは、第１の方向に並び第１の方向と交差する第１及び第２の端壁、及び第１の方向に沿った一対の側壁を有する筐体と、筐体内に収容された半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子を搭載し、半導体レーザ素子の温度を制御する第１の温度制御装置と、筐体内において半導体レーザ素子と光学的に結合された光分岐部品、エタロンフィルタ及び光検出素子を含む波長ロッカ部と、エタロンフィルタの温度を制御する第２の温度制御装置と、第２の温度制御装置と波長ロッカ部との間に配置されて波長ロッカ部を搭載する第１のキャリア部材と、を備える。第１の端壁には、半導体レーザ素子からのレーザ光を筐体の外部へ出力する第１の光出力ポートが設けられる。第２の端壁には、外部接続端子を有し筐体の内部と筐体の外部とを電気的に接続するフィードスルーが設けられる。一対の側壁には外部接続端子が設けられていない。第２の温度制御装置は、第１の方向において第１の温度制御装置と第２の端壁との間に配置される。第１のキャリア部材上には、フィードスルーと半導体レーザ素子とを電気的に接続するための第１の配線パターンが設けられている。

本発明によれば、半導体レーザ素子の温度を調整するＴＥＣと、エタロンフィルタの温度を調整する別のＴＥＣとを備え、小型化が可能な光モジュールを提供できる。

図１は、一実施形態に係る光モジュールの内部構造を示す斜視図である。 図２は、光モジュールの内部構造を示す平面図である。 図３は、図２に示されるIII−III線に沿った断面図である。 図４は、波長可変レーザダイオードの断面構造を示す。 図５は、パッケージ内におけるＴＥＣの配置を示す斜視図である。 図６は、図２に示されるVI−VI線に沿った断面図である。 図７は、キャリア部材上に設けられた配線の様子を示す平面図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。一実施形態による光モジュールは、第１の方向に並び第１の方向と交差する第１及び第２の端壁、及び第１の方向に沿った一対の側壁を有する筐体と、筐体内に収容された半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子を搭載し、半導体レーザ素子の温度を制御する第１の温度制御装置と、筐体内において半導体レーザ素子と光学的に結合された光分岐部品、エタロンフィルタ及び光検出素子を含む波長ロッカ部と、エタロンフィルタの温度を制御する第２の温度制御装置と、第２の温度制御装置と波長ロッカ部との間に配置されて波長ロッカ部を搭載する第１のキャリア部材と、を備える。第１の端壁には、半導体レーザ素子からのレーザ光を筐体の外部へ出力する第１の光出力ポートが設けられる。第２の端壁には、外部接続端子を有し筐体の内部と筐体の外部とを電気的に接続するフィードスルーが設けられる。一対の側壁には外部接続端子が設けられていない。第２の温度制御装置は、第１の方向において第１の温度制御装置と第２の端壁との間に配置される。第１のキャリア部材上には、フィードスルーと半導体レーザ素子とを電気的に接続するための第１の配線パターンが設けられている。

この光モジュールでは、外部接続端子を有し筐体の内部と筐体の外部とを電気的に接続するフィードスルーが第２の端壁に設けられ、一対の側壁には外部接続端子が設けられていない。従って、光モジュールの第２の方向（幅方向）における小型化が可能になる。また、上記のように、第１のＴＥＣと第２の端壁との間に第２のＴＥＣが配置されている場合、第２の端壁に設けられたフィードスルーと半導体レーザ素子との電気的接続が課題となる。通常、フィードスルーと半導体レーザ素子を搭載するキャリア部材とはボンディングワイヤを介して互いに接続されるが、第２のＴＥＣ及び第１のキャリア部材を跨いでボンディングワイヤを伸ばすと、ボンディングワイヤが長くなり過ぎて短絡等の故障が生じ易くなるからである。そこで、上記の光モジュールでは、フィードスルーと半導体レーザ素子とを電気的に接続する第１の配線パターンが、第１のキャリア部材上に設けられている。これにより、フィードスルーと半導体レーザ素子との電気的接続を好適に行うことができる。また、第２のＴＥＣ及び第１のキャリア部材を跨いでボンディングワイヤを伸ばす場合と比較して、光モジュールの信頼性を高めることができる。

上記の光モジュールは、第１の温度制御装置と半導体レーザ素子との間に配置されて半導体レーザ素子を搭載する第２のキャリア部材を更に備え、第２のキャリア部材上には、第１の配線パターンと半導体レーザ素子とを電気的に接続するための第２の配線パターンが設けられ、第１の端壁には、半導体レーザ素子の背面からのレーザ光を筐体の外部へ出力する第２の光出力ポートが更に設けられ、半導体レーザ素子の背面から第２の光出力ポートへ延びる光路が第２の配線パターン上を通過してもよい。これにより、第１の配線パターン上のスペースを有効に利用して、光モジュールを更に小型化できる。

上記の光モジュールにおいて、第１の配線パターン上にエタロンフィルタが搭載されてもよい。これにより、第１のキャリア部材の面積を小さくして、光モジュールを更に小型化できる。

上記の光モジュールにおいて、光検出素子は第１の配線パターンと重なっていなくてもよい。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る光モジュールの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、一実施形態に係る光モジュール１Ａの内部構造を示す斜視図である。図２は、光モジュール１Ａの内部構造を示す平面図である。図３は、図２に示されるIII−III線に沿った断面図である。図１〜図３に示されるように、光モジュール１Ａは、略直方体状の中空のパッケージ２を備える。パッケージ２は、本実施形態における筐体の例であって、前後方向（第１の方向）Ｄ１において並んでおり前後方向Ｄ１と交差する前壁２ａ（第１の端壁）及び後壁２ｂ（第２の端壁）、及び前後方向Ｄ１に沿った一対の側壁２ｃ，２ｄを有する。一対の側壁２ｃ，２ｄは、前壁２ａ及び後壁２ｂを互いに接続する。パッケージ２の内部には光モジュール１Ａの各部品が収容され、パッケージ２は図示しない蓋部によって気密封止されている。パッケージ２は、ＣＦＰ４規格のトランシーバに搭載可能な小型のサイズ（例えば幅６．７ｍｍ、高さ４．０ｍｍ、長さ１６ｍｍ）を有する。

パッケージ２の前壁２ａには、光出力ポート６１（第１の光出力ポート）と、光出力ポート６２（第２の光出力ポート）とが設けられる。パッケージ２の後壁２ｂには、リードピン等の複数の外部接続端子６４を有するフィードスルー６０が設けられる。フィードスルー６０は、後壁２ｂを貫通するように設けられ、パッケージ２の内部とパッケージ２の外部とを電気的に接続する。フィードスルー６０の複数の外部接続端子６４には、外部との電気的な通信を行うフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）６３が導電接着される。フィードスルー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。このためフィードスルー６０の外部接続端子６４において高周波性能を補償する必要はない。

パッケージ２の側壁２ｃ，２ｄは、前壁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１Ａは、側壁２ｃ，２ｄに、リードピン等の外部接続端子を有しない。更に、側壁２ｃ，２ｄの外面は、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規格の光通信装置の筐体に搭載可能なようにパッケージ２の幅を抑えることが可能である。

光モジュール１Ａは、半導体レーザ素子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、パッケージ２内に収容される。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を出力すると共に、他方の光出射面である背面１２からレーザ光Ｌ２を出力する。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。波長可変ＬＤ１０の前面１１から出力されたレーザ光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。光出力ポート６１は、波長可変ＬＤ１０の前面１１からのレーザ光Ｌ１をパッケージ２の外部へ出力する。レーザ光Ｌ１がコヒーレントトランシーバにおける信号光の生成に用いられる場合、光出力ポート６１には、シングルモード光ファイバが接続される。

レーザ光Ｌ２の光路上には、コリメートレンズ２１、波長ロッカ部３０、及びアイソレータ２２が設けられる。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、ビームスプリッタ３１、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。光出力ポート６２は、波長可変ＬＤ１０の背面１２からのレーザ光Ｌ２をパッケージ２の外部へ出力する。レーザ光Ｌ２がコヒーレントトランシーバにおけるローカル光として用いられる場合、光出力ポート６２には偏波保持ファイバが接続される。

波長可変ＬＤ１０は、平板状のサブマウント７１上に搭載された状態でパッケージ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の長手方向は、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でもって傾斜している。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。

光モジュール１Ａは、ＴＥＣ４０（第１の温度制御装置）及びキャリア部材７３を更に備える。ＴＥＣ４０は、波長可変ＬＤ１０を搭載し、波長可変ＬＤ１０の温度を制御する。キャリア部材７３は、本実施形態における第２のキャリア部材の例である。キャリア部材７３は、平坦な主面を有する板状の部材であって、波長可変ＬＤ１０とＴＥＣ４０との間に設けられ、波長可変ＬＤ１０の放熱のためのヒートシンクとして機能する。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、キャリア部材７３を介してＴＥＣ４０上に搭載される。

光モジュール１Ａは、ＴＥＣ５０（第２の温度制御装置）及びキャリア部材７４を更に備える。ＴＥＣ５０は、波長ロッカ部３０を搭載し、波長ロッカ部３０に含まれるエタロンフィルタ３５の温度を制御する。すなわち、本実施形態では、波長可変ＬＤ１０を搭載するＴＥＣ４０と、波長ロッカ部３０を搭載するＴＥＣ５０とが互いに独立して設けられている。キャリア部材７４は、本実施形態における第１のキャリア部材の例である。キャリア部材７４は、平坦な主面を有する板状の部材であって、波長ロッカ部３０とＴＥＣ５０との間に設けられている。波長ロッカ部３０は、２つの光分岐部品（ビームスプリッタ）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を含む。ビームスプリッタ３１，３２、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、キャリア部材７４を介してＴＥＣ５０に搭載される。

ビームスプリッタ３１，３２は、パッケージ２内において波長可変ＬＤ１０の背面１２と光学的に結合されている。波長可変ＬＤ１０の背面１２から出力されたレーザ光Ｌ２は、コリメートレンズ２１で平行光に変換された後、ビームスプリッタ３１に入射する。ビームスプリッタ３１は、例えば、透過と反射の比率が５：９５（５％が透過、９５％が反射）の平板型ビームスプリッタである。ビームスプリッタ３１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、ビームスプリッタ３１は、入射光の僅かな部分（例えば５％）をビームスプリッタ３２に向けて透過する。ビームスプリッタ３１の反射率は、パッケージ２の外部へ出力されるレーザ光Ｌ２の強度を確保するために、９０％（より好ましくは９５％）以上に設定される。ビームスプリッタ３１は、透明平板上に誘電体多層膜を設けた平板型ビームスプリッタである。よって、プリズム型のビームスプリッタと比較して、ビームスプリッタ３１の反射率を容易に高めることができ、かつ低コストにできる。

ビームスプリッタ３２は、ビームスプリッタ３１から入射した光を分岐する。ビームスプリッタ３２は、例えば、透過と反射の比率が５０：５０（５０％が透過、５０％が反射）の平板型ビームスプリッタである。ビームスプリッタ３２は、エタロンフィルタ３５への分岐比を決定する。ビームスプリッタ３２において反射されたレーザ光Ｌ２の強度は、エタロンフィルタ３５を透過した後にモニタＰＤ３４によって検知される。すなわち、モニタＰＤ３４は、エタロンフィルタ３５の透過特性（透過率）の影響を受けたレーザ光Ｌ２を検知する。ビームスプリッタ３２を透過したレーザ光Ｌ２の強度は、エタロンフィルタ３５等の波長依存性を有する光学部品の影響を受けることなく、モニタＰＤ３３によって検知される。モニタＰＤ３３で検知したレーザ光Ｌ２の強度に対する、モニタＰＤ３４で検知したレーザ光Ｌ２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におけるレーザ光Ｌ２の透過率と波長依存性との関係を把握することができ、所定の出力波長に対するレーザ光Ｌ２の波長のずれを見積もることが可能となる。そして、その波長のずれが小さくなるように、モニタＰＤ３３，３４からの出力信号を波長可変ＬＤ１０の制御信号に帰還することによって、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の波長を任意の波長にロックすることができる。なお、モニタＰＤ３３，３４は本実施形態における光検出素子の例である。

ここで、波長可変ＬＤ１０の構成について詳細に説明する。図４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 Grating DistributedBragg 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、上クラッド層８５、及び電極９９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。

ＳＧ−ＤＦＢ１０ｂの光導波層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。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、前面１１からのレーザ光Ｌ１の出力を所定値に維持するＡＰＣ（Auto Power Control）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、背面１２からのレーザ光Ｌ２の出力を所定値に維持するＡＰＣが可能となる。

図５は、パッケージ２内におけるＴＥＣ４０及び５０の配置を示す斜視図である。図５に示されるように、ＴＥＣ４０及び５０は、前壁２ａと後壁２ｂとの間において前後方向Ｄ１に並んで配置されている。具体的には、前壁２ａ、ＴＥＣ４０、ＴＥＣ５０、及び後壁２ｂがこの順に並んで配置されている。言い換えると、前後方向Ｄ１において、ＴＥＣ４０は前壁２ａとＴＥＣ５０との間に配置され、ＴＥＣ５０はＴＥＣ４０と後壁２ｂとの間に配置されている。

ＴＥＣ４０は、例えばペルチェ素子である。ＴＥＣ４０は、基板４１（第１の基板）と、基板４２（第２の基板）と、熱移動部４３とを有する。基板４１は、平板状の部材であり、パッケージ２の底面２ｅに固定されて底面２ｅと熱的に結合されている。基板４２は、金属接着材４４を介してキャリア部材７３（図１〜図３を参照）と接合されており、金属接着材４４及びキャリア部材７３を介して波長可変ＬＤ１０と熱的に結合されている。熱移動部４３は、基板４１と基板４２との間に配置され、光モジュール１Ａの外部から供給される電力を受けて、基板４１，４２の間で熱の移動を行う。基板４１の底面２ｅとは反対側の面上には、光モジュール１Ａの外部から供給される電力を受けるための端子（ボンディングパッド）４５ａ及び４５ｂが設けられている。端子４５ａ及び４５ｂは、基板４１の後壁２ｂ側の端縁に沿って配置され、前後方向Ｄ１と交差する幅方向（第２の方向）Ｄ２に並んで配置されている。端子４５ａ及び４５ｂは、基板４１上に形成された金属膜である。

ＴＥＣ５０は、例えばペルチェ素子である。ＴＥＣ５０は、基板５１（第１の基板）と、基板５２（第２の基板）と、熱移動部５３とを有する。基板５１は、平板状の部材であり、パッケージ２の底面２ｅに固定されて底面２ｅと熱的に結合されている。基板５２は、金属接着材５４を介してキャリア部材７４（図１〜図３を参照）と接合されており、金属接着材５４及びキャリア部材７４を介してエタロンフィルタ３５（図１〜図３を参照）と熱的に結合されている。基板５１の面積は、基板５２の面積よりも大きい。また、方向Ｄ２における基板５１の幅は、同方向における基板５２の幅よりも長い。熱移動部５３は、基板５１と基板５２との間に配置され、光モジュール１Ａの外部から供給される電力を受けて、基板５１，５２の間で熱の移動を行う。基板５１の底面２ｅとは反対側の面上には、光モジュール１Ａの外部から供給される電力を受けるための端子（ボンディングパッド）５５ａ及び５５ｂが設けられている。端子５５ａ及び５５ｂは、基板５１の後壁２ｂ側の端縁に沿って配置され、幅方向Ｄ２に並んで配置されている。端子５５ａ及び５５ｂは、基板５１上に形成された金属膜である。

ＴＥＣ５０の基板５１上には、フィードスルー６０からＴＥＣ４０へ電力を供給するための２本の配線パターン５６ａ及び５６ｂが更に設けられている。配線パターン５６ａ及び５６ｂは、基板５１上に形成された金属膜である。配線パターン５６ａ及び５６ｂは、熱移動部５３に対して幅方向Ｄ２に並んで配置されている。言い換えると、配線パターン５６ａ及び５６ｂは、幅方向Ｄ２において熱移動部５３と側壁２ｄ（図１及び図２を参照）との間に配置されている。配線パターン５６ａ及び５６ｂは、前後方向Ｄ１に沿って延びており、互いに幅方向Ｄ２に並んでいる。前後方向Ｄ１における配線パターン５６ａの一端は、ボンディングワイヤ４７ａを介してＴＥＣ４０の端子４５ａと電気的に接続されている。前後方向Ｄ１における配線パターン５６ｂの一端は、ボンディングワイヤ４７ｂを介してＴＥＣ４０の端子４５ｂと電気的に接続されている。

フィードスルー６０は、ＴＥＣ４０，５０に電力を供給するための端子６５ａ〜６５ｄを、パッケージ２の内側に有する。パッケージ２は、複数（本実施形態では３つ）の段面６６ａ〜６６ｃをパッケージ２の内側に有しており、端子６５ａ〜６５ｄは、そのうちパッケージ２の底面２ｅに最も近い一の段面６６ｃ上に設けられている。段面６６ｃ上には端子６５ａ〜６５ｄのみが設けられ、他の端子は設けられていない。端子６５ａ〜６５ｄのそれぞれは、複数の外部接続端子６４の何れかとフィードスルー６０の内部において電気的に接続されている。前後方向Ｄ１における配線パターン５６ａの他端は、ボンディングワイヤ５７ｃを介してフィードスルー６０の端子６５ｃと電気的に接続されている。前後方向Ｄ１における配線パターン５６ｂの他端は、ボンディングワイヤ５７ｄを介してフィードスルー６０の端子６５ｄと電気的に接続されている。ＴＥＣ５０の端子５５ａは、ボンディングワイヤ５７ａを介してフィードスルー６０の端子６５ａと電気的に接続されている。ＴＥＣ５０の端子５５ｂは、ボンディングワイヤ５７ｂを介してフィードスルー６０の端子６５ｂと電気的に接続されている。

図６は、図２に示されるVI−VI線に沿った断面図である。図６に示されるように、キャリア部材７４は、幅方向Ｄ２に並ぶ領域７４ａ（第１の領域）及び領域７４ｂ（第２の領域）を有する。領域７４ａは熱移動部５３上に設けられ、領域７４ａ上にはエタロンフィルタ３５が配置される。領域７４ｂは、底面２ｅの法線方向から見て熱移動部５３と重なっておらず、配線パターン５６ａ，５６ｂと対向している。すなわち、領域７４ｂと基板５１との間は空隙となっている。領域７４ｂ上にはビームスプリッタ３１及び３２、並びにモニタＰＤ３３が配置される。波長可変ＬＤ１０の背面１２（図２を参照）は、領域７４ｂに対して前後方向Ｄ１に並んでいる。

図７は、キャリア部材７３，７４上に設けられた配線の様子を示す平面図である。図７に示されるように、キャリア部材７４上には、複数の配線パターン３８ａ〜３８ｎが設けられている。これらのうち、配線パターン３８ａ〜３８ｄ及び３８ｉ〜３８ｎは、フィードスルー６０と波長可変ＬＤ１０とを電気的に接続するための第１の配線パターンである。配線パターン３８ａ〜３８ｎは、概ね前後方向Ｄ１に沿って延びており、幅方向Ｄ２に並んで配置されている。前後方向Ｄ１における配線パターン３８ａ〜３８ｎそれぞれの一端は、ボンディングワイヤを介して、フィードスルー６０の段面６６ａ及び６６ｂに設けられた複数の端子それぞれと電気的に接続されている。配線パターン３８ａ〜３８ｎは、キャリア部材７４上に形成された金属膜である。

キャリア部材７３上には、複数の配線パターン７５ａ〜７５ｎが設けられている。これらのうち、配線パターン７５ａ〜７５ｄ及び７５ｉ〜７５ｎは、配線パターン３８ａ〜３８ｄ及び３８ｉ〜３８ｎと波長可変ＬＤ１０とを電気的に接続する第２の配線パターンである。配線パターン７５ａ〜７５ｎそれぞれの一端は、ボンディングワイヤを介して、配線パターン３８ａ〜３８ｎそれぞれの他端と電気的に接続される。配線パターン７５ａ〜７５ｄの他端は、サブマウント７１上の配線パターンを介して、波長可変ＬＤ１０と電気的に接続される。配線パターン７５ｉ〜７５ｎの他端は、サブマウント７１上の配線パターンを介して、波長可変ＬＤ１０と電気的に接続される。

具体的には、配線パターン７５ａの他端は、ＳＯＡ１０ａの電極９１と電気的に接続される。配線パターン７５ｂの他端は、ＳＧ−ＤＦＢ１０ｂの電極９９と電気的に接続される。配線パターン７５ｃの他端は、各ヒータ９８のグランド電極、及び各ヒータ８７のグランド電極８９と電気的に接続される。配線パターン７５ｄの他端は、最もＣＳＧ−ＤＢＲ１０ｃ寄りに位置するヒータ９８の電源電極と電気的に接続される。配線パターン７５ｉの他端は、他のヒータ９８の電源電極と電気的に接続される。配線パターン７５ｋ，７５ｌ，７５ｍの各他端は、それぞれ異なるヒータ８７の電源電極８８と電気的に接続される。配線パターン７５ｎの他端は、ＳＯＡ１０ｄの電極９３と電気的に接続される。

また、配線パターン７５ｅ，７５ｆの他端は、サブマウント７１上に設けられたサーミスタ７６と電気的に接続される。配線パターン７５ｇ，７５ｈの他端は、モニタＰＤ１６を搭載するサブマウント上の配線パターンを介して、モニタＰＤ１６の一対の端子と電気的に接続される。配線パターン７５ａ〜７５ｎは、キャリア部材７３上に形成された金属膜である。

キャリア部材７３上において、配線パターン７５ａ〜７５ｈは、サブマウント７１と側壁２ｃとの間の領域を前後方向Ｄ１に沿って延びており、サブマウント７１と前壁２ａとの間に領域においてサブマウント７１の前方に回り込んでいる。そして、波長可変ＬＤ１０の背面１２から光出力ポート６２へ延びる光路（図２を参照）は、波長可変ＬＤ１０に接続される配線パターン７５ａ〜７５ｄのうち少なくとも一部の配線パターン上の空間を通過する。

また、キャリア部材７４上において、エタロンフィルタ３５は、配線パターン３８ａ〜３８ｃ及び３８ｊ〜３８ｍ上にわたって搭載される。言い換えると、エタロンフィルタ３５は、キャリア部材７４の厚さ方向から見て配線パターン３８ａ〜３８ｃ及び３８ｊ〜３８ｍと重なっている。エタロンフィルタ３５は絶縁性材料からなるため、このように複数の配線パターン上にわたって設けられても、複数の配線パターンを互いに短絡させることは無い。一方、モニタＰＤ３３，３４は、配線パターン３８ａ〜３８ｎとは重なっていない。具体的には、モニタＰＤ３３，３４を搭載するサブマウントは、配線パターン３８ａ〜３８ｎと重なっていない。

以上に説明した本実施形態による光モジュール１Ａによって得られる効果について説明する。この光モジュール１Ａでは、外部接続端子６４を有しパッケージ２の内部とパッケージ２の外部とを電気的に接続するフィードスルー６０が後壁２ｂに設けられ、一対の側壁２ｃ，２ｄには外部接続端子６４が設けられていない。従って、光モジュール１Ａの幅方向Ｄ２における小型化が可能になる。

また、ＴＥＣ４０と後壁２ｂとの間にＴＥＣ５０が配置されている場合、後壁２ｂに設けられたフィードスルー６０からＴＥＣ４０への電力供給、及びフィードスルー６０と波長可変ＬＤ１０との電気的接続が課題となる。通常、フィードスルーとＴＥＣ及びＬＤとはボンディングワイヤを介して互いに接続されるが、ＴＥＣ５０及びキャリア部材７４を跨いでボンディングワイヤを伸ばすと、ボンディングワイヤが長くなり過ぎて短絡等の故障が生じ易くなるからである。そこで、本実施形態の光モジュール１Ａでは、フィードスルー６０からＴＥＣ４０へ電力を供給する配線パターン５６ａ，５６ｂが、ＴＥＣ５０の熱移動部５３に対して方向Ｄ２に並んで配置されている。このような配線パターン５６ａ，５６ｂを設けることにより、フィードスルー６０からＴＥＣ４０への電力供給を好適に行うことができる。また、フィードスルー６０と波長可変ＬＤ１０と接続する配線パターン３８ａ〜３８ｄ及び３８ｉ〜３８ｎが、キャリア部材７４上に配置されている。これにより、フィードスルー６０と波長可変ＬＤ１０との電気的接続を好適に行うことができる。さらに、ＴＥＣ５０を跨いでボンディングワイヤを伸ばす場合と比較して、光モジュール１Ａの信頼性を高めることができる。

また、従来の光モジュールのように、ＬＤを搭載するＴＥＣ上のキャリア部材とフィードスルーとがボンディングワイヤのみを介して接続される場合、周囲温度の変化に伴いフィードスルーの温度が変動すると、ボンディングワイヤを介した熱の流入量が変動し、ＬＤの温度に影響を及ぼしてしまうおそれがある。また、ＬＤを搭載するＴＥＣの消費電力も変動してしまう。これに対し、本実施形態では、波長可変ＬＤ１０を搭載するＴＥＣ４０とフィードスルー６０との間に別のＴＥＣ５０が配置され、ＴＥＣ４０上のキャリア部材７３とフィードスルー６０とがＴＥＣ５０上のキャリア部材７４を介して接続されている。この場合、フィードスルー６０の温度が変動するとキャリア部材７４に流入する熱量は変動するが、キャリア部材７４の温度を一定に近づけることで、キャリア部材７３に流入する熱量の変動を抑制できる。従って、フィードスルー６０の温度変動による波長可変ＬＤ１０の温度への影響を低減できる。

また、本実施形態のように、上記の光モジュール１Ａにおいて、配線パターン５６ａ，５６ｂは基板５１上に設けられてもよい。これにより、上記の配線パターン５６ａ，５６ｂを熱移動部５３と並んで容易に配置することができる。また、光モジュール１Ａを組み立てる際の配線パターン５６ａ，５６ｂの設置も容易になる。

また、本実施形態のように、キャリア部材７４は、熱移動部５３上に設けられた領域７４ａと、配線パターン５６ａ，５６ｂと対向する領域７４ｂとを有し、エタロンフィルタ３５は領域７４ａ上に配置され、ビームスプリッタ３１，３２は領域７４ｂ上に配置されてもよい。このように、温度制御が必要なエタロンフィルタ３５を熱移動部５３上に配置し、温度制御が不要なビームスプリッタ３１，３２を配線パターン５６ａ，５６ｂと対向する領域７４ｂ上に配置することにより、波長ロッカ部３０の各部品を効率良く配置して光モジュール１Ａを更に小型化できる。

また、本実施形態のように、波長可変ＬＤ１０の背面１２は、領域７４ｂに対して方向Ｄ１に並んでもよい。これにより、波長可変ＬＤ１０の背面１２と波長ロッカ部３０のビームスプリッタ３１とを、別の光学部品を介することなく直接的に光結合させることができる。従って、波長ロッカ部３０の光学部品の数を抑制することができ、光モジュール１Ａの更なる小型化に寄与できる。

また、本実施形態のように、フィードスルー６０は、複数の段面６６ａ〜６６ｃをパッケージ２の内側に有し、パッケージ２の底面２ｅに最も近い一の段面６６ｃ上には、ＴＥＣ４０，５０に電力を供給する端子６５ａ〜６５ｄのみが設けられてもよい。これにより、ＴＥＣ５０の基板５１上に設けられた配線パターン５６ａ，５６ｂとフィードスルー６０の端子６５ａ〜６５ｄとの高さ位置を互いに近づけて、これらの電気的接続（ワイヤボンディング）を容易に行うことができる。

また、本実施形態のように、波長可変ＬＤ１０の背面１２から光出力ポート６２へ延びる光路は、配線パターン７５ａ〜７５ｄ及び７５ｉ〜７５ｎ上を通過してもよい。これにより、配線パターン７５ａ〜７５ｄ及び７５ｉ〜７５ｎ上のスペースを有効に利用して、光モジュール１Ａを更に小型化できる。

また、本実施形態のように、エタロンフィルタ３５は、配線パターン３８ａ〜３８ｃ及び３８ｊ〜３８ｍ上にわたって搭載されてもよい。これにより、キャリア部材７４の面積を小さくして、光モジュール１Ａを更に小型化できる。

また、本実施形態のように、モニタＰＤ３３，３４は配線パターン３８ａ〜３８ｎと重なっていなくてもよい。モニタＰＤには、キャリア裏面に接触する面に金属パターン（図示しない）が設けられており、この金属パターンが配線パターン３８ａ〜３８ｎと接触してしまうおそれがある。このように、モニタＰＤ３３，３４が配線パターン３８ａ〜３８ｎを重ならないことによって、短絡不良の発生を抑制することができる。

本発明による光モジュールは、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、半導体レーザ素子として波長可変ＬＤを例示したが、これに限らず、波長が一定の半導体レーザ素子に本発明を適用してもよい。

１Ａ…光モジュール、２…パッケージ、２ａ…前壁、２ｂ…後壁、２ｃ，２ｄ…側壁、２ｅ…底面、１０…波長可変ＬＤ、１０ａ…ＳＯＡ、１０ｂ…ＳＧ−ＤＦＢ、１０ｃ…ＣＳＧ−ＤＢＲ、１０ｄ…ＳＯＡ、１１…前面、１２…背面、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…モニタＰＤ、３０…波長ロッカ部、３１，３２…ビームスプリッタ、３３，３４…モニタＰＤ、３５…エタロンフィルタ、３６…全反射ミラー、３７…サーミスタ、３８ａ〜３８ｎ…配線パターン、４０，５０…ＴＥＣ、４１，４２，５１，５２…基板、４３，５３…熱移動部、４４，５４…金属接着材、４５ａ，４５ｂ，５５ａ，５５ｂ…端子、４７ａ，４７ｂ…ボンディングワイヤ、５６ａ，５６ｂ…配線パターン、５７ａ〜５７ｄ…ボンディングワイヤ、６０…フィードスルー、６１，６２…光出力ポート、６３…ＦＰＣ、６４…外部接続端子、６５ａ〜６５ｄ…端子、６６ａ〜６６ｃ…段面、７１…サブマウント、７３，７４…キャリア部材、７５ａ〜７５ｎ…配線パターン、７６…サーミスタ、８２…基板、８３…下クラッド層、８４…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…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、９４…光導波層、９５，９６…活性層、９８…ヒータ、Ａ１…利得領域、Ａ２…変調領域、Ａ３，Ａ４，Ａ５…セグメント、Ｄ１…前後方向、Ｄ２…幅方向、Ｌ１，Ｌ２…レーザ光。

Claims (4)

1. 第１の方向に並び前記第１の方向と交差する第１及び第２の端壁、及び前記第１の方向に沿った一対の側壁を有する筐体と、
   前記筐体内に収容された半導体レーザ素子と、
   前記半導体レーザ素子を搭載し、前記半導体レーザ素子の温度を制御する第１の温度制御装置と、
   前記筐体内において前記半導体レーザ素子と光学的に結合された光分岐部品、エタロンフィルタ及び光検出素子を含む波長ロッカ部と、
   前記エタロンフィルタの温度を制御する第２の温度制御装置と、
   前記第２の温度制御装置と前記波長ロッカ部との間に配置されて前記波長ロッカ部を搭載する第１のキャリア部材と、を備え、
   前記第１の端壁には、前記半導体レーザ素子からのレーザ光を前記筐体の外部へ出力する第１の光出力ポートが設けられ、
   前記第２の端壁には、外部接続端子を有し前記筐体の内部と前記筐体の外部とを電気的に接続するフィードスルーが設けられ、
   前記一対の側壁には外部接続端子が設けられておらず、
   前記第２の温度制御装置は、前記第１の方向において前記第１の温度制御装置と前記第２の端壁との間に配置され、
   前記第１のキャリア部材上には、前記フィードスルーと前記半導体レーザ素子とを電気的に接続するための第１の配線パターンが設けられている、光モジュール。
2. 前記第１の温度制御装置と前記半導体レーザ素子との間に配置されて前記半導体レーザ素子を搭載する第２のキャリア部材を更に備え、
   前記第２のキャリア部材上には、前記第１の配線パターンと前記半導体レーザ素子とを電気的に接続するための第２の配線パターンが設けられ、
   前記第１の端壁には、前記半導体レーザ素子の背面からのレーザ光を前記筐体の外部へ出力する第２の光出力ポートが更に設けられ、
   前記半導体レーザ素子の前記背面から前記第２の光出力ポートへ延びる光路が前記第２の配線パターン上を通過する、請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記第１の配線パターン上に前記エタロンフィルタが搭載される、請求項１または２に記載の光モジュール。
4. 前記光検出素子は前記第１の配線パターンと重なっていない、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光モジュール。

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