JP2020013831A - 光モジュール - Google Patents

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智哉 佐伯
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Abstract

【課題】小型化を実現させることができると共に、波長可変レーザ素子を安定動作させることができる光モジュールを提供する。【解決手段】一実施形態に係る光モジュール１は、レーザ光Ｌ１を出射する波長可変レーザ素子１０、及び温度検知素子１８を搭載するチップキャリア３１と、波長可変レーザ素子１０から出力されたレーザ光Ｌ１を検知する光検知素子２０と、チップキャリア３１及び光検知素子２０を搭載するＴＥＣ３３と、ＴＥＣ３３を収納し、レーザ光Ｌ２を出力する窓部を有する筐体２と、を備え、温度検知素子１８は、波長可変レーザ素子１０と光検知素子２０との間に配置されている。【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、光学素子及び光学モニタが記載されている。光学素子は、光分岐器と、互いに光路長が異なる２つの導波路と、２つの導波路を通る光を合成する光合成部とを備える。光分岐器は光学素子に入射した光を分岐し、分岐された２つの光のそれぞれは２つの導波路のそれぞれに入射する。光合成部は、２つの光を合成すると共に、光学素子への入力光に対して光強度が異なり且つ互いに位相差を有する２つの光信号を出力する。
特許文献２には、波長可変レーザダイオード（ＬＤ）を備えた発光モジュールが記載されている。波長可変ＬＤは、一方の光出射面及び他方の光出射面のそれぞれから出力光を出力する。一方の光出射面からの出力光の光路上には、コリメートレンズ、偏波ビームスプリッタ及び反射フィルタが設けられる。他方の光出射面からの出力光の光路上には、コリメートレンズ、偏光光学系、ハーフミラー及びエタロンフィルタが設けられている。エタロンフィルタは出力光の波長検知ユニットとして機能する。
特開２０１５−６８８５４号公報 特開２０１７−１３５２５２号公報
ところで、光モジュールでは小型化の要求が高まっている。また、前述した波長可変ＬＤ等の波長可変レーザ素子は、光モジュールにおいて発熱源となりうる。このため、光モジュールは、波長可変レーザ素子の温度調整を行うＴＥＣ（温調素子）と、サーミスタ等の温度検知素子とを備える。この光モジュールは、波長可変レーザ素子の隣接位置に配置された温度検知素子が温度検知を行い、温度検知素子が検知した温度に応じてＴＥＣが温度制御を行うことにより、波長可変レーザ素子の温度を一定として波長可変レーザ素子の安定動作が実現する。
しかしながら、光モジュールの内部では、発熱源となりうる波長可変レーザ素子からの距離に応じて温度の偏りが生じており、この偏りは外部環境温度の影響によって更に拡大される。よって、例えば波長可変レーザ素子が過剰に発熱している状態ではＴＥＣが波長可変レーザ素子の過剰な発熱を抑えるように冷却を行うため、波長可変レーザ素子から離れた位置では過剰冷却状態となり温度が低くなることがある。外部環境温度がＴＥＣに設定された温度よりも低い場合には、更に温度の偏りが大きくなる。
前述した波長検知ユニット等の光検知素子としては、シリコン系の波長ロッカチップが用いられることがある。また、光検知素子は、波長可変レーザ素子及び温度検知素子から離れた位置に配置される場合がある。このように光検知素子が波長可変レーザ素子及び温度検知素子から離れた位置に配置される場合、前述したように温度の偏りがあるため、温度検知素子が検知した温度と、実際の光検知素子の温度との乖離が大きくなる可能性がある。また、光検知素子が前述した波長ロッカチップである場合、上記のように温度の乖離が大きいとシリコンの屈折率の温度依存性が効いて特性変動が生じうる。この波長ロッカチップの特性変動は、波長可変レーザ素子の発振波長のずれの原因となりうるので、波長可変レーザ素子の安定動作を妨げる可能性がある。
本発明は、小型化を実現させることができると共に、波長可変レーザ素子を安定動作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。
一形態に係る光モジュールは、レーザ光を出射する波長可変レーザ素子、及び温度検知素子を搭載するチップキャリアと、波長可変レーザ素子から出力されたレーザ光を検知する光検知素子と、チップキャリア及び光検知素子を搭載する温調素子と、温調素子を収納し、レーザ光を出力する窓部を有する筐体と、を備え、温度検知素子は、波長可変レーザ素子と光検知素子との間に配置されている。
本発明によれば、小型化を実現させることができると共に、波長可変レーザ素子を安定動作させることができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る光モジュールの内部構造を示す平面図である。 図２は、図１の光モジュールの側断面図である。 図３は、図１の光モジュールの波長可変レーザ素子の断面を模式的に示す図である。 図４は、図１の光モジュールの光検知素子の構成を模式的に示す図である。 図５は、図１の光モジュールの各部品の配置を模式的に示す平面図である。 図６は、図１の光モジュールの各部品の配置を模式的に示す側断面図である。 図７は、参考例の光モジュールの各部品の配置を模式的に示す平面図である。 図８は、参考例の光モジュールの各部品の配置を模式的に示す縦断面図である。
［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。一実施形態に係る光モジュールは、レーザ光を出射する波長可変レーザ素子、及び温度検知素子を搭載するチップキャリアと、波長可変レーザ素子から出力されたレーザ光を検知する光検知素子と、チップキャリア及び光検知素子を搭載する温調素子と、温調素子を収納し、レーザ光を出力する窓部を有する筐体と、を備え、温度検知素子は、波長可変レーザ素子と光検知素子との間に配置されている。
この光モジュールは、波長可変レーザ素子及び温度検知素子を搭載するチップキャリアと、光検知素子と、チップキャリア及び光検知素子を搭載する温調素子とを備え、温度検知素子は波長可変レーザ素子と光検知素子との間に配置される。波長可変レーザ素子と光検知素子との間に温度検知素子が配置されることにより、光検知素子を波長可変レーザ素子及び温度検知素子の隣接位置に配置することができる。よって、温度検知素子が検知した温度と、実際の光検知素子の温度との乖離を小さくすることができるので、光検知素子の温度依存性による特性変動を抑制することができる。従って、波長可変レーザ素子の発振波長のずれを抑えることができるので、波長可変レーザ素子を安定動作させることができる。また、光検知素子が波長可変レーザ素子及び温度検知素子の隣接位置に配置されるので、光モジュールの内部の各素子をコンパクトに配置することができる。従って、各素子をコンパクトに配置することによって光モジュールの小型化を実現させることができる。
また、光検知素子は、シリコン系半導体材料によって構成されてもよい。この場合、前述したように、光検知素子が波長可変レーザ素子及び温度検知素子の隣接位置に配置されることにより、温度の乖離を抑えて光検知素子のシリコンの屈折率の特性変動を抑制することができる。従って、１つの温調素子の上に光検知素子及び波長可変レーザ素子が配置されても波長可変レーザ素子を安定動作させることができる。
また、前述した光モジュールは、波長可変レーザ素子から出力されたレーザ光をレーザ光の出力方向と反対の方向にレーザ光を向けるビームスプリッタを更に備えてもよい。この場合、波長可変レーザ素子から出力されたレーザ光は、ビームスプリッタによって出力方向の反対方向に向けられる。レーザ光を出力方向の反対方向に向けることにより、光モジュールの内部におけるレーザ光の光路が占める領域を小さくすることができるので、光モジュールを更に小型化させることができる。また、ビームスプリッタによって反対方向に向けられたレーザ光が光検知素子に入力することにより、波長可変レーザ素子の隣接位置に光検知素子を配置することができる。よって、光検知素子の位置を波長可変レーザ素子の位置に近づけることができる。
また、波長可変レーザ素子とビームスプリッタとの間に位置するアイソレータを更に備えてもよい。この場合、波長可変レーザ素子とビームスプリッタとの間の領域を、アイソレータを配置する領域として有効利用することができる。
［本願発明の実施形態の詳細］
本願発明の光モジュールの具体例を以下で図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、下記の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示され、特許請求の範囲と均等の範囲内における全ての変更が含まれることが意図される。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。また、図面は、理解を容易にするため、一部を簡略化又は誇張して描いている場合があり、寸法比率等は図面に記載のものに限定されない。
図１は、本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。図１及び図２に示されるように、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を有する筐体２を備える。筐体２の内部空間には光モジュール１の各部品が実装され、その後、蓋部によって筐体２は気密封止される。
光モジュール１は、半導体レーザである波長可変レーザ素子１０を備える。波長可変レーザ素子１０は、波長可変レーザダイオード（ＬＤ）である。波長可変レーザ素子１０は、第１の面２ａ、第２の面２ｂ、及び一対の側面２ｃ，２ｄによって画成される筐体２の内部空間に搭載される。波長可変レーザ素子１０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。
筐体２の第１の面２ａには、光出力ポート３が設けられる。光モジュール１は、筐体２の側面２ｃに、光モジュール１の外部との電気的な通信を行うリードピン等の電気接続端子４を備える。電気接続端子４で扱う信号は、例えば、電源、バイアス又はＧＮＤ等、実質ＤＣ信号である。側面２ｃ，２ｄは、光出力ポート３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。例えば、光モジュール１は第２の面２ｂ及び側面２ｄに電気接続端子４を有しておらず、第２の面２ｂ及び側面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。このように突出する部位を有しない第２の面２ｂ及び側面２ｄを有することにより、筐体２の大きさを抑えることが可能となり光モジュール１の小型化に寄与する。
光モジュール１は、波長可変レーザ素子１０の他に、第１のレンズ１３、アイソレータ１４、ビームスプリッタ１５、ビームシフタ１６、第２のレンズ１７、温度検知素子１８及び光検知素子２０を備える。更に、光モジュール１は、波長可変レーザ素子１０及び温度検知素子１８を搭載するチップキャリア３１と、第１のレンズ１３、アイソレータ１４、第２のレンズ１７、光検知素子２０及びチップキャリア３１を搭載する第１のベース３２と、第１のベース３２を搭載するＴＥＣ３３（温調素子）と、ビームスプリッタ１５及びビームシフタ１６を搭載する第２のベース３４とを備える。
筐体２はＴＥＣ３３を収納する。波長可変レーザ素子１０は、例えば、筐体２の幅方向の中央、且つ筐体２の長手方向の後側（光出力ポート３の反対側）に配置される。波長可変レーザ素子１０から出力されるレーザ光Ｌ１の光路上には、第１のレンズ１３、アイソレータ１４及びビームスプリッタ１５が設けられる。波長可変レーザ素子１０は、一定方向に長く延びる形状とされている。波長可変レーザ素子１０は、第１のレンズ１３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。
波長可変レーザ素子１０は、レーザ光Ｌ１の光軸から温度検知素子１８側を向くように斜めに配置される。レーザ光Ｌ１の光軸に対する波長可変レーザ素子１０の傾斜角度は、例えば、２０°以上且つ６０°以下である。レーザ光Ｌ１は第１のレンズ１３の光軸に対して平行に出力されるが、波長可変レーザ素子１０がレーザ光Ｌ１の光軸に対して斜めに配置されることにより、レーザ光Ｌ１が波長可変レーザ素子１０に戻ることが抑制される。すなわち、前述した傾斜角度が２０°以上且つ６０°以下であることにより、波長可変レーザ素子１０から出力されたレーザ光Ｌ１が反射して波長可変レーザ素子１０に戻ることを抑制することが可能となる。波長可変レーザ素子１０の構成については後に詳述する。
第１のレンズ１３は、波長可変レーザ素子１０からのレーザ光Ｌ１を発散光から平行光に変換するコリメートレンズである。アイソレータ１４は、第１のレンズ１３からのレーザ光Ｌ１を通過させ、ビームスプリッタ１５は、レーザ光Ｌ１を分岐する。ビームスプリッタ１５は、レーザ光Ｌ１を透過及び反射させるビームスプリッタ膜が設けられた第１の反射面１５ａと、全反射膜が設けられた第２の反射面１５ｂとを有する。
波長可変レーザ素子１０からのレーザ光Ｌ１の光軸に対して第１の反射面１５ａ及び第２の反射面１５ｂは共に傾斜しており、レーザ光Ｌ１の光軸に対する第１の反射面１５ａ及び第２の反射面１５ｂの傾斜角度は共に精密に定められる。ビームスプリッタ１５は、長方形状の平面形状を有する素子から直角三角形状の平面形状を有する三角プリズムが除去された台形状を成している。このように、ビームスプリッタ１５は三角プリズムが除去された台形状を成しているので、ビームスプリッタ１５にかかるコストを抑えることが可能となる。
ビームスプリッタ１５の第１の反射面１５ａを透過したレーザ光Ｌ２はビームシフタ１６に結合し、第１の反射面１５ａで反射したレーザ光Ｌ３は第２の反射面１５ｂにおいて反射してレーザ光Ｌ１の出力方向（前方）と反対方向（後方）に向けられて第２のレンズ１７に結合する。すなわち、ビームスプリッタ１５は、レーザ光Ｌ１を１８０°折り返す機能を有する。ビームシフタ１６は、ビームスプリッタ１５と光出力ポート３との間に配置されており、レーザ光Ｌ２の光軸の水平レベルの相違を吸収するために設けられる。
ビームシフタ１６は、ビームスプリッタ１５から出力されたレーザ光Ｌ２の光軸と光出力ポート３との間における水平レベルを補完する。ビームシフタ１６をビームスプリッタ１５と光出力ポート３の間に配置することにより、ビームスプリッタ１５から光出力ポート３に向かうレーザ光Ｌ２の光軸の水平レベルを調整することができる。筐体２は、レーザ光Ｌ２を出力する窓部を第１の面２ａに有し、当該窓部及び光出力ポート３を介して光モジュール１の外部にレーザ光Ｌ２が出射する。一方、第１の反射面１５ａにおいて反射したレーザ光Ｌ３は、第２のレンズ１７によって集光されて、光検知素子２０に入射する。
温度検知素子１８は温度を検知するサーミスタであり、温度検知素子１８が検知した温度に応じてＴＥＣ３３が波長可変レーザ素子１０及び光検知素子２０の温度を制御する。光検知素子２０は、波長可変レーザ素子１０から出力されたレーザ光Ｌ１の波長を検知する波長検知素子である。光検知素子２０は、例えば、シリコン系半導体材料によって構成されており、内部に分光機能を有する波長ロッカチップである。また、光検知素子２０は、ＩｎＰ系の半導体材料によって構成されていてもよく、例えば、受光機能を有する受光素子を含んでいてもよい。光検知素子２０の構成については後に詳述する。
光出力ポート３は、スタブ付きの偏波保持ファイバが内蔵されたピグテール部品５と、ピグテール部品５を保持するホルダ６と、レンズを保持するレンズホルダ８とを備える。ピグテール部品５によって、光出力ポート３は偏波保持ファイバにピグテール接続する。ピグテール部品５の光軸方向の位置決めは、例えば、貫通溶接によって実現される。ピグテール部品５をホルダ６に通してピグテール部品５の光学調心を行う。そして、ピグテール部品５をホルダ６にＹＡＧ溶接で固定することによって、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６とレンズホルダ８との間、及びレンズホルダ８と筐体２との間は、共に、隅肉溶接によって固定されてもよい。
次に、波長可変レーザ素子１０について図３を参照しながら詳細に説明する。図３は、波長可変レーザ素子１０の断面構造を示す図である。波長可変レーザ素子１０は、ＳＧ−ＤＦＧ１０ｂ（Sampled Grating Distributed FeedBack）と、ＣＳＧ−ＤＢＲ１０ｃ（Chirped Sampled GratingDistributed Bragg Reflactor）と、ＳＯＡ１０ａ，１０ｄ（Semiconductor Optical Amplifier）とを備える。
ＳＧ−ＤＦＧ１０ｂ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−ＤＦＧ１０ｂ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−ＤＦＧ１０ｂは、基板４２上に、サンプルドグレーティングを含む下クラッド層４３と、光導波層４４及び上クラッド層４５が積層された積層構造を有する。ＣＳＧ−ＤＢＲ１０ｃは、基板４２上に、サンプルドグレーティングを含む下クラッド層４３、光導波層５４、上クラッド層４５、絶縁膜４６及び複数のヒータ４７が積層された積層構造を有する。
各ヒータ４７には、電源電極４８及びグランド電極４９が設けられている。ＳＯＡ１０ａは、基板４２上に、下クラッド層４３、活性層５５、上クラッド層４５、コンタクト層５０及び電極５１が積層された構造を有する。ＳＯＡ１０ｄは、基板４２上に、下クラッド層４３、活性層５６、上クラッド層４５、コンタクト層５２及び電極５３が積層された積層構造を有する。
光導波層４４は、光伝搬方向に沿って、活性層４４ａと導波路層４４ｂとが交互に並んだ構造を有する。導波路層４４ｂの上部に位置する上クラッド層４５には、絶縁膜４６を介してヒータ５８が設けられている。
ＳＧ−ＤＦＧ１０ｂ及びＣＳＧ−ＤＢＲ１０ｃには、下クラッド層４３に所定の間隔を空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）５７が形成されている。ＳＧ−ＤＦＧ１０ｂは、利得領域Ａ１と変調領域Ａ２とを有し、利得領域Ａ１では、その上部に配置された電極から活性層４４ａ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では、その上部にヒータ５８を有し、ヒータ５８に電力を与えることによって導波路層４４ｂの温度を変える。ＳＧ５７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５８に与える電力を変化させて導波路層４４ｂ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４７及びＳＧ５７を有する。ＳＧ５７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４７に与える電力によって光導波層５４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。また、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レーザ素子１０全体の温度をＴＥＣ３３によって調整する。
次に、光検知素子２０について図４を参照しながら詳細に説明する。図４は、光検知素子２０の構成を模式的に示す図である。前述したように、光検知素子２０は、波長可変レーザ素子１０からのレーザ光Ｌ１の波長を検知する波長モニタである。光検知素子２０は、例えば、第１の光分岐器６１と、第２の光分岐器６２と、第１の導波路６３と、第２の導波路６４と、９０°ハイブリッド６５と、第１の受光素子６６と、第２の受光素子６７と、第３の受光素子６８と、ＴＩＡ７１〜７３（トランスインピーダンス増幅器）とを備える。
第１の光分岐器６１は、第２のレンズ１７を介して光検知素子２０に入力されたレーザ光Ｌ３を２つに分岐する。第１の光分岐器６１によって分岐された一方の光Ｌ４は第２の光分岐器６２に入射し、第１の光分岐器６１によって分岐された他方の光Ｌ５は第３の受光素子６８に入射する。第３の受光素子６８は入射された光Ｌ５を光電変換し、第３の受光素子６８によって光電変換されて得られる電流信号は、光モジュール１の外部のＰＣＢ等に設けられたＴＩＡ７３によって電圧信号に変換される。第１の光分岐器６１から第３の受光素子６８に至るまでの間に波長フィルタ等の光学素子が配置されていないので、ＴＩＡ７３からの出力を検出することによって光検知素子２０への入力光の光強度を波長依存性無く検出することができる。
第２の光分岐器６２から出力される２つの光Ｌ６，Ｌ７のうち、光Ｌ６は、第１の導波路６３を経由して９０°ハイブリッド６５の一方の入力端６５ａに入射する。第２の光分岐器６２から出力される２つの光Ｌ６，Ｌ７のうち、光Ｌ７は、第２の導波路６４を経由して９０°ハイブリッド６５の他方の入力端６５ｂに入射する。第１の導波路６３及び第２の導波路６４は、互いに異なる光路長を有する。よって、第１の導波路６３と第２の導波路６４との間には、伝搬遅延差（位相差）が設定される。この２つの導波路６３，６４間の位相差により、波長に対して周期的に透過強度が変化するフィルタ特性が実現される。
すなわち、２つの導波路６３，６４の間の位相差は、光フィルタのＦＳＲ（Free Spectral Range）を決定する。第１の導波路６３及び第２の導波路６４は、周波数変動を光強度変動に変換する機能を有する。第１の導波路６３の光学長と第２の導波路６４の光学長との差をΔＬ、第１の導波路６３及び第２の導波路６４の屈折率をｎとし、光速をｃとすると上記のＦＳＲは以下の式で表すことができる。
ＦＳＲ＝ｃ／（ｎ×ΔＬ）
９０°ハイブリッド６５は、波長軸に対して位相関係がπ／２ずれた２つのフィルタ特性を生成する。９０°ハイブリッド６５から出力される一方の光Ｌ８は第１の受光素子６６に入射し、９０°ハイブリッド６５から出力される他方の光Ｌ９は第２の受光素子６７に入射する。第１の受光素子６６は光Ｌ８を光電変換し、第１の受光素子６６の光電変換によって得られる電流信号は、光モジュール１の外部のＰＣＢ等に設けられたＴＩＡ７１に入力される。
ＴＩＡ７１は、第１の受光素子６６が出力する電流信号を電圧信号に変換する。第２の受光素子６７は光Ｌ９を光電変換し、第２の受光素子６７の光電変換によって得られる電流信号はＴＩＡ７２に入力される。ＴＩＡ７２は、第２の受光素子６７が出力する電流信号を電圧信号に変換する。ＴＩＡ７１及びＴＩＡ７２の出力のうち、いずれか一方又は双方をモニタすることによって任意の波長に対する変動量をモニタすることができる。
以上のように構成される光モジュール１の各部品の配置について、図５及び図６を参照しながら詳細に説明する。図５は、光モジュール１の内部構造を模式的に示す平面図である。図６は、光モジュール１の内部構造を模式的に示す側断面図である。なお、図５及び図６では、光モジュール１の部品のうちの一部を省略している。前述したように、波長可変レーザ素子１０は光モジュール１の後側（筐体２の長手方向の一方側）に配置されており、波長可変レーザ素子１０からのレーザ光Ｌ１の光路上には第１のレンズ１３及びビームスプリッタ１５が設けられる。第１のレンズ１３は波長可変レーザ素子１０の前側（筐体２の長手方向の他方側）に設けられており、ビームスプリッタ１５は第１のレンズ１３の前側に設けられる。
ビームスプリッタ１５と波長可変レーザ素子１０の間には、第１のレンズ１３、第２のレンズ１７、温度検知素子１８及び光検知素子２０が配置される。波長可変レーザ素子１０から出射されるレーザ光Ｌ１と第１のレンズ１３は光モジュール１の幅方向の一方側に位置し、第２のレンズ１７、光検知素子２０及び温度検知素子１８は光モジュール１の幅方向の他方側に位置する。
ビームスプリッタ１５と光出力ポート３との間には空き領域Ｓ１が設けられており、この空き領域Ｓ１にビームシフタ１６が配置される。また、ビームスプリッタ１５と第１のレンズ１３との間には空き領域Ｓ２が設けられており、この空き領域Ｓ２にアイソレータ１４が配置される。第２のレンズ１７と温度検知素子１８との間には光検知素子２０が配置されており、光検知素子２０と波長可変レーザ素子１０との間には温度検知素子１８が配置されている。
波長可変レーザ素子１０は温度検知素子１８の隣接位置に配置されており、且つ、温度検知素子１８は光検知素子２０の隣接位置に配置されている。ここで、「隣接位置に配置」されるとは、２つの素子が互いに隣接していて、２つの素子の間に他の素子（光学素子等）が介在しない状態を示している。すなわち、波長可変レーザ素子１０と温度検知素子１８の間、及び温度検知素子１８と光検知素子２０の間、には共に他の素子が介在しない。但し、ワイヤ等の接続部材が介在することはある。
また、光モジュール１とは異なる参考例の光モジュール１０１の各部品の配置について、図７及び図８を参照しながら説明する。図７は、光モジュール１０１の内部構造を模式的に示す平面図である。図８は、光モジュール１０１の内部構造を模式的に示す側断面図である。光モジュール１０１は波長可変レーザ素子１０２と第１のレンズ１０３とを備え、波長可変レーザ素子１０２及び第１のレンズ１０３の機能は前述した波長可変レーザ素子１０及び第１のレンズ１３の機能と同様である。光モジュール１０１において、波長可変レーザ素子１０２及び第１のレンズ１０３の位置は、光モジュール１における波長可変レーザ素子１０及び第１のレンズ１３の位置と同様である。
光モジュール１０１では、レーザ光Ｌ１を１８０°折り返すビームスプリッタ１５に代えて、レーザ光Ｌ１を折り返さないビームスプリッタ１０５を備える。ビームスプリッタ１０５は、レーザ光Ｌ１を透過及び反射する第１の反射面１０５ａと、第１の反射面１０５ａにおいて反射した光Ｌ１１を全反射する第２の反射面１０５ｂとを有する。第１の反射面１０５ａを透過した光Ｌ１２は光出力ポート３に向かい、第１の反射面１０５ａにおいて反射した光Ｌ１１は第２の反射面１０５ｂにおいて反射して光Ｌ１２と平行な方向に向けられる。
第２の反射面１０５ｂにおいて反射した光Ｌ１１の光路上には、第２のレンズ１０７及び光検知素子１１０が設けられる。第２の反射面１０５ｂにおいて反射した光Ｌ１１は、第２のレンズ１０７によって集光されて光検知素子１１０に入射する。第２のレンズ１０７及び光検知素子１１０の機能は、前述した第２のレンズ１７及び光検知素子２０のそれぞれの機能と同一である。
光モジュール１０１において、波長可変レーザ素子１０２の第１のレンズ１０３との反対側には温度検知素子１０８が設けられる。温度検知素子１０８の機能は前述した温度検知素子１８の機能と同様である。更に、光モジュール１０１は、波長可変レーザ素子１０２、第１のレンズ１０３、ビームスプリッタ１０５、第２のレンズ１０７、温度検知素子１０８及び光検知素子１１０を搭載するＴＥＣ１１５を備える。光モジュール１０１における温度検知素子１０８の位置は波長可変レーザ素子１０２の後側であって且つ光モジュール１０１の後端に近い位置である。一方、光モジュール１０１における光検知素子１１０の位置は光出力ポート３の付近であって光モジュール１０１の前端に近い位置である。
ところで、光モジュール１０１の内部では、発熱源となりうる波長可変レーザ素子１０２からの距離に応じて温度の偏りが生じており、例えば、波長可変レーザ素子１０２に近い位置は温度が高く、波長可変レーザ素子１０２から遠い位置は温度が低い。また、この偏りは外部環境温度の影響によって拡大され、更に、近年筐体２の厚さを薄くすることが求められているので温度の偏りは更に顕著となりうる。
よって、例えば波長可変レーザ素子１０２が過剰に発熱している状態ではＴＥＣ１１５が波長可変レーザ素子１０２の過剰な発熱を抑えるように冷却を行うため、波長可変レーザ素子１０２から離れた位置では過剰冷却状態となり温度が低くなることがある。外部環境温度がＴＥＣ１１５に設定された温度よりも低い場合には、更に温度の偏りが大きくなる。
よって、前述したように光検知素子１１０が波長可変レーザ素子１０２及び温度検知素子１０８から離れた位置に配置される場合、上記の温度の偏りによって、温度検知素子１０８が検知した温度と、実際の光検知素子１１０の温度との乖離が大きくなる可能性がある。このように温度の乖離が大きいと、光検知素子１１０のシリコンの屈折率の温度依存性が効いて特性変動が生じ、この特性変動は波長可変レーザ素子１０２の発振波長のずれの原因となりうる。よって、上記の温度の乖離によって、波長可変レーザ素子１０２の安定動作を妨げる可能性がある。これに対し、本実施形態に係る光モジュール１は、上記の問題を抑制することが可能である。
以下では、本実施形態に係る光モジュール１から得られる作用効果について詳細に説明する。図１及び図２に示されるように、光モジュール１は、波長可変レーザ素子１０及び温度検知素子１８を搭載するチップキャリア３１と、光検知素子２０と、チップキャリア３１及び光検知素子２０を搭載するＴＥＣ３３とを備え、温度検知素子１８は波長可変レーザ素子１０と光検知素子２０との間に配置される。波長可変レーザ素子１０と光検知素子２０との間に温度検知素子１８が配置されることにより、光検知素子２０を波長可変レーザ素子１０及び温度検知素子１８の隣接位置に配置することができる。
よって、温度検知素子１８が検知した温度と、実際の光検知素子２０の温度との乖離を小さくすることができるので、光検知素子２０の温度依存性による特性変動を抑制することができる。従って、波長可変レーザ素子１０の発振波長のずれを抑えることができるので、波長可変レーザ素子１０を安定動作させることができる。また、光検知素子２０が波長可変レーザ素子１０及び温度検知素子１８の隣接位置に配置されるので、光モジュール１の内部の各素子をコンパクトに配置することができる。従って、各素子をコンパクトに配置することによって光モジュール１の小型化を実現させることができる。
また、光検知素子２０は、シリコン系半導体材料によって構成される。よって、光検知素子２０が波長可変レーザ素子１０及び温度検知素子１８の隣接位置に配置されることにより、温度の乖離を抑えて光検知素子２０のシリコンの屈折率の特性変動を抑制することができる。従って、１つのＴＥＣ３３の上に光検知素子２０及び波長可変レーザ素子１０が配置されても波長可変レーザ素子１０を安定動作させることができる。
また、波長可変レーザ素子１０は、レーザ光Ｌ１の光軸に対して温度検知素子１８側を向くように斜めに配置される。よって、レーザ光Ｌ１の光軸に対して波長可変レーザ素子１０が斜めに配置されるので、レーザ光Ｌ１が反射によって波長可変レーザ素子１０に戻ることを抑制することができる。また、波長可変レーザ素子１０が温度検知素子１８側に斜めに傾くことにより、波長可変レーザ素子１０を温度検知素子１８に近づけることができるので、波長可変レーザ素子１０の温度管理をより適切に行うことができる。従って、波長可変レーザ素子１０の更なる安定動作が可能となる。
また、光モジュール１は、波長可変レーザ素子１０から出力されたレーザ光Ｌ１をレーザ光Ｌ１の出力方向と反対の方向にレーザ光Ｌ１を向けるビームスプリッタ１５を備える。よって、波長可変レーザ素子１０から出力されたレーザ光Ｌ１は、ビームスプリッタ１５によって出力方向の反対方向に向けられる。レーザ光Ｌ１を出力方向の反対方向に向けることにより、光モジュール１の内部におけるレーザ光の光路が占める領域を小さくすることができるので、光モジュール１を更に小型化させることができる。また、ビームスプリッタ１５によって反対方向に向けられたレーザ光Ｌ３が光検知素子２０に入力することにより、波長可変レーザ素子１０の隣接位置に光検知素子２０を配置することができる。このように、光検知素子２０の位置を波長可変レーザ素子１０の位置に近づけることができる。
また、光モジュール１は、波長可変レーザ素子１０とビームスプリッタ１５との間に位置するアイソレータ１４を備える。よって、波長可変レーザ素子１０とビームスプリッタ１５との間の空き領域Ｓ２を、アイソレータ１４を配置する領域として有効利用することができる。更に、光モジュール１は、光出力ポート３を備え、光出力ポート３とビームスプリッタ１５との間に位置するビームシフタ１６を備える。従って、光出力ポート３とビームスプリッタ１５との間の空き領域Ｓ１を、ビームシフタ１６を配置する領域として有効利用することができる。このように、光モジュール１の内部の空き領域Ｓ１，Ｓ２を素子の搭載領域として有効利用することができるので、光モジュール１の更なる小型化に寄与する。
また、光モジュール１は、波長可変レーザ素子１０、温度検知素子１８及び光検知素子２０を搭載するＴＥＣ３３とは別にビームスプリッタ１５を搭載するベース３４を備える。このように、ＴＥＣ３３とは別にビームスプリッタ１５を搭載するベース３４を備えることにより、ＴＥＣ３３を小さくすることができる。従って、ＴＥＣ３３を小型化させることにより、ＴＥＣ３３の消費電力を抑えることができる。
以上、実施形態に係る光モジュールについて説明したが、本発明に係る光モジュールは、前述の実施形態に限定されず種々の変形が可能である。すなわち、光モジュールの各部の構成は、特許請求の範囲の要旨の範囲内において適宜変更可能である。例えば、前述の実施形態では、側面２ｃに電気接続端子４を有する筐体２を備えた光モジュール１について説明したが、光モジュールの電気接続端子の位置、大きさ、形状及び配置態様は適宜変更可能である。
１…光モジュール、２…筐体、２ａ…第１の面、２ｂ…第２の面、２ｃ，２ｄ…側面、３…光出力ポート、４…電気接続端子、５…ピグテール部品、６…ホルダ、７…レンズ、８…レンズホルダ、１０…波長可変レーザ素子、１１…前面、１３…第１のレンズ、１４…アイソレータ、１５…ビームスプリッタ、１５ａ…第１の反射面、１５ｂ…第２の反射面、１６…ビームシフタ、１７…第２のレンズ、１８…温度検知素子、２０…光検知素子、３１…チップキャリア、３２…第１のベース、３３…ＴＥＣ（温調素子）、３４…第２のベース、４２…基板、４３…下クラッド層、４４…光導波層、４４ａ…活性層、４４ｂ…導波路層、４５…上クラッド層、４６…絶縁膜、４７…ヒータ、４８…電源電極、４９…グランド電極、５０…コンタクト層、５１…電極、５２…コンタクト層、５３…電極、５４…光導波層、５５，５６…活性層、５７…ＳＧ、５８…ヒータ、６１…第１の光分岐器、６２…第２の光分岐器、６３…第１の導波路、６４…第２の導波路、６５…９０°ハイブリッド、６５ａ，６５ｂ…入力端、６６…第１の受光素子、６７…第２の受光素子、６８…第３の受光素子、７１，７２，７３…ＴＩＡ、Ａ１…利得領域、Ａ２…変調領域、Ａ３，Ａ４，Ａ５…セグメント、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…レーザ光、Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８，Ｌ９…光、Ｓ１，Ｓ２…空き領域。

Claims (4)

  1. レーザ光を出射する波長可変レーザ素子、及び温度検知素子を搭載するチップキャリアと、
    前記波長可変レーザ素子から出力されたレーザ光を検知する光検知素子と、
    前記チップキャリア及び前記光検知素子を搭載する温調素子と、
    前記温調素子を収納し、前記レーザ光を出力する窓部を有する筐体と、
    を備え、
    前記温度検知素子は、前記波長可変レーザ素子と前記光検知素子との間に配置されている、
    光モジュール。
  2. 前記光検知素子は、シリコン系半導体材料によって構成される、
    請求項１に記載の光モジュール。
  3. 前記波長可変レーザ素子から出力されたレーザ光を前記レーザ光の出力方向と反対の方向に前記レーザ光を向けるビームスプリッタを更に備える、
    請求項１又は２に記載の光モジュール。
  4. 前記波長可変レーザ素子と前記ビームスプリッタとの間に位置するアイソレータを更に備える、
    請求項３に記載の光モジュール。
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