JP4219672B2 - 光モジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等に使用される光モジュールに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
光通信において、波長合分波等の機能を持つ光部品が広く用いられている。光部品は様々に形成されているが、中でも基板上に光導波路の回路である光導波路回路（ＰＬＣ；Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）が形成された光導波路チップを有する光部品は、その集積性、量産性から実用化が進んでいる。なお、光導波路チップは、シリコンや石英の基板上に石英系の材料等から成る光導波路形成領域（光導波路形成層）に光導波路回路が形成されて成る。
【０００３】
図５には、光導波路チップ１０の例が示されており、該光導波路チップ１０は基板１１上の光導波路形成領域（光導波路形成層）に光導波路回路１２が形成されて成る。図５の光導波路回路１２は、アレイ導波路回折格子の回路が形成された光導波路の回路の構成例が示されている。アレイ導波路回折格子は、波長多重通信用として用いられている。
【０００４】
例えば図６に示されるように、上記アレイ導波路回折格子の回路を備えた光導波路回路１２を有する光導波路チップ１０とこの光導波路チップ１０の温度を調整するために均熱板３１を介して光導波路チップ１０の基板１１側に配置されたヒーター素子３０とを有する光部品１は、パッケージ２内に収容され、光モジュールとして用いられる。また、光部品１の光導波路チップ１０の４隅には、光部品１がパッケージ２内に保持される光部品保持部４としての支柱が配置されている。
【０００５】
図６に示される光モジュールは、光導波路チップ１０の一端側に接続された第１の光ファイバ３（３ａ）と、光導波路チップ１０の他端側に接続された第２の光ファイバ３（３ｂ）とを有している。これらの光ファイバ３（３ａ、３ｂ）は、それぞれ一端側が光導波路チップ１０に接続され、他端側がパッケージ２から外部に引き出されている。光ファイバ３（３ａ、３ｂ）は、パッケージ２に接着剤（図示せず）等により固定されている。
【０００６】
第１、第２の光ファイバ３ａ、３ｂは、それぞれ、例えば複数の光ファイバが並設された光ファイバテープ心線により形成されており、光ファイバテープ心線の接続端面には光ファイバアレイ２１が設けられている。第１、第２の光ファイバ３ａ、３ｂと光導波路チップ１０との接続、すなわち、光ファイバアレイ２１と光導波路チップ１０との接続は接着剤を用いて固定されている。
【０００７】
また、光導波路チップ１０の光導波路回路１２面の接続端面側には光導波路チップ上板２０が貼り付けられ、光導波路チップ１０と第１、第２の光ファイバ３ａ、３ｂのそれぞれの端部の光ファイバアレイ２１との接続がより安定なものとなっている。
【０００８】
パッケージ２はパッケージ本体２ａと蓋部２ｂとを有しており、主に、アルミニウムやステンレス等の金属やプラスチックにより形成されている。パッケージ２内に光部品１および光部品１と光ファイバ３（３ａ、３ｂ）との接続部が収容されることにより、これらが保護されている。
【０００９】
ところで、光モジュールは、例えば０℃〜７０℃といった温度範囲で使用されることを前提とするため、その温度範囲で特性が変化しないことが要求されている。アレイ導波路回折格子をはじめとし、温度変化が光学特性に大きな影響を与える光導波路チップ１０に関しては、温度調節が必要となる。
【００１０】
そこで、図６に示されるような光モジュールにおいて、パッケージ２内にヒーター素子３０を設け、光導波路チップ１０を例えば７０℃〜８０℃といった一定の温度の値に加熱保持する方式が適用されている。このようなヒーター素子３０を設けた光モジュールにおいては、ヒーター素子の消費電力ができるだけ小さいことが要求されている。例えば使用環境温度範囲０℃〜７０℃において、最大消費電力が５Ｗ以下であることが求められている。
【００１１】
この低消費電力を実現するために、以下のような構造が考案されている。この提案は、１〜４本の支柱を介して光部品をパッケージ内に浮かせて収容する構成のものである。
【００１２】
この提案では、支柱固定面の面積は０．０３〜１ｃｍ２に形成され、光部品と支柱との接触面積及び支柱とパッケージとの接触面積が小さくなり、光導波路チップからパッケージへの熱伝導量が小さくなることにより、ヒーター素子の消費電力が小さくなる方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１１−０１４８４４号公報「ヒーター加熱導波路の実装方法およびそのパッケージ」
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近、波長多重通信システムの高機能化、高性能化、波長多重化される波長数（波長多重数）の増加に伴い、アレイ導波路回折格子にも多波長で狭チャンネル間隔の波長合分波器としての性能が求められている。
【００１５】
しかしながら、アレイ導波路回折格子においては、波長多重数が多くなると光導波路チップの面積が大きくなる。
【００１６】
例えば、一般的な１００ＧＨｚ−１６ｃｈのアレイ導波路回折格子の光導波路チップの面積は、３０ｍｍ×３０ｍｍ＝９００ｍｍ２程度であるが、１００ＧＨｚ−４８ｃｈのアレイ導波路回折格子の光導波路チップの面積は、例えば、６０ｍｍ×３０ｍｍ＝１８００ｍｍ２程度と大きくなる。
【００１７】
上記のように、光導波路チップ１０の面積が大きくなると、ヒーター素子３０の消費電力も大きくなり、光通信システム側から求められている使用環境温度範囲０℃〜７０℃において、最大消費電力が５Ｗ以下であることことが満足されないという問題があった。
【００１８】
本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであり、消費電力が少ない光モジュールを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、温度に依存して光透過特性が変化する光導波路回路が基板上に形成された光導波路チップと、該光導波路チップの温度を調節するヒーター素子とを有する光部品がパッケージ内に収容された光モジュールにおいて、前記光導波路チップの面積が約１４００ｍｍ２以上に形成されており、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が１．６ｍｍ以上に形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２０】
また、第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、光導波路チップの面積が大きくなるにつれて、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が連続的または段階的に大きく形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２１】
さらに、第３の発明は、上記第１の発明の構成に加え、光導波路チップの面積が約１４００ｍｍ２に形成されているとき、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が１．６ｍｍ以上に形成されており、光導波路チップの面積が約２０００ｍｍ２に形成されているとき、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が１．９ｍｍ以上に形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
さらに、第４の発明は、上記第１の発明乃至第３の発明のいずれか一つの構成に加え、前記パッケージの材質がプラスチックである構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２３】
さらに、第５の発明は、上記第４の発明の構成に加え、前記プラスチックがポリフェニレンサルファイドである構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２４】
さらに、第６の発明は、上記第１の発明乃至第５の発明のいずれか一つの構成に加え、使用環境温度におけるヒーター素子の消費電力が５Ｗ以下である構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２５】
さらに、第７の発明は、上記第１の発明乃至第６の発明のいずれか一つの構成に加え、前記光導波路回路がアレイ導波路回折格子の回路である構成をもって課題を解決する手段としている。本願の請求項１に係る発明は、上記第１、第４、第５、および第６の発明をまとめ、さらに実施例に限定した補正をしたもので、その要旨は、温度に依存して光透過特性が変化する光導波路回路が基板上に形成された光導波路チップと、該光導波路チップの温度を調節するヒーター素子とを有する光部品が、ポリフェニレンサルファイドからなるパッケージ内に収容された光モジュールにおいて、
前記パッケージ内にはその内壁側から前記光部品１のエッジ部側に向けて突出形成されている光部品保持部４が設けられ、
前記光部品は前光部品保持部の突出先端により線接触で保持され、
前記光導波路チップの面積が約１４００ｍｍ２以上に形成されており、前記ヒーター素子の使用環境温度０℃〜７０℃における消費電力の最大値が５Ｗ以下になるように、前記光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離ｄ１またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離ｄ２のいずれか短い方の距離ｄminおよびいずれか長い方の距離ｄmaxが、それぞれ１．６ｍｍ以上、６．４ｍｍ以下に形成されていることを特徴とする光モジュールである。
また、本願の請求項２に係る発明は、前記光導波路チップの面積が約２０００ｍｍ２以上に形成されており、前記ヒーター素子の使用環境温度０℃〜７０℃における消費電力の最大値が５Ｗ以下になるように、前記光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離ｄ１またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離ｄ２のいずれか短い方の距離ｄminおよびいずれか長い方の距離ｄmaxが、それぞれ１．９ｍｍ以上、６．４ｍｍ以下に形成さ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である。
さらに本願の請求項３に係る発明は、前記光導波路回路がアレイ導波路回折格子の回路であ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である。
【００２６】
本発明者は、上記の光モジュールのヒーター素子の消費電力を少なくし、光通信システム側からの要求値５Ｗ以下を満足するためには、光導波路チップの面積に対応させて、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面（ヒーター素子の光導波路チップと対向する面と反対側の面）と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離を大きくすることが重要であると考え、以下の検討を行った。
【００２７】
つまり、本発明者は、光導波路チップの面積と、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離と、ヒーター素子の消費電力との関係を検討した。なお、前記ヒータ素子の消費電力は上記光モジュールの使用環境温度０℃から７０℃の範囲内でのヒーター素子の消費電力の最大値である。その結果は表１および図４に示されている。
【００２８】
【表１】
【００２９】
これらの結果から、光導波路チップの面積が約１４００ｍｍ２である光モジュールにおいては、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が小さいと消費電力は大きく、該距離が大きくなると消費電力は小さくなる。前記距離が１．６ｍｍ以上であると、消費電力は５Ｗ以下を満足し、前記距離が１．６ｍｍ未満であると、消費電力は５Ｗを越えてしまうことがわかった。
【００３０】
また、光導波路チップの面積が約２０００ｍｍ２である光モジュールにおいては、光導波路チップの面積が約１４００ｍｍ２である光モジュールの消費電力より大きくなるが、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が小さいと消費電力は大きく、該距離が大きくなると消費電力は小さくなる。前記距離が１．９ｍｍ以上であると、消費電力は５Ｗ以下を満足し、前記距離が１．９ｍｍ未満であると、消費電力は５Ｗを越えてしまうことがわかった。
【００３１】
本発明は、上記発明者の検討に基づいて構成されたものであり、光導波路チップの面積に対応させて、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が適宜設定されることにより、ヒーター素子の消費電力が小さくできる。
【００３２】
したがって、本発明の光モジュールにおいては、ヒーター素子の消費電力が小さい光モジュールが実現できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。
【００３４】
図１には、本発明に係わる光モジュールの実施形態例の構成が示されている。図１は、本実施形態例の光モジュールを側面から見た構成図である。
【００３５】
図１に示されるように、本実施形態例の光モジュールは、パッケージ２と、該パッケージ２内に収容された光部品１とを有している。光部品１は、基板１１上に光導波路回路１２が形成された光導波路チップ１０とこの光導波路チップ１０の温度を調整するための光導波路チップ１０の基板１１側に配置されたヒーター素子３０とを有している。光導波路チップ１０は、図５に示されるような、基板１１上に光導波路回路１２としてのアレイ導波路回折格子の回路が形成されたものである。
【００３６】
図２は、本実施形態例の光モジュールの光導波路チップ１０とヒーター素子３０とから成る光部品１の要部を説明する説明図である。なお、図２には、光ファイバ３（３ａ、３ｂ）と光ファイバアレイ２１も合わせて示されている。図２に示されるように、本実施形態例の光モジュールにおいては、ヒーター素子３０は均熱板を介さずに光導波路チップ１０の基板１１側に配置されている。
【００３７】
さらに、パッケージ２内に光部品保持部４が設けられており、図３に示されるように、光部品１は光部品保持部４により保持されて、パッケージ２内に固定収容されている。光部品保持部４はパッケージ２の内壁側から光部品１のエッジ部側に向けて突出形成されている。これらの光部品保持部４の突出先端側がそれぞれ、光部品１のエッジ部に線接触されている。この構成の光部品保持部４は特願２００２−０２０３７９にて提案されているものであり、未だ公開になっていないものである。
【００３８】
図１に示されるように、光導波路チップ１０の光導波路回路１２が形成された面と対向するパッケージ内面との距離をｄ１とし、ヒーター素子の下面（ヒーター素子の光導波路チップ１０と対向する面と反対側の面）と対向するパッケージ内面との距離をｄ２としている。
【００３９】
本実施形態例の第１実施例においては、前記アレイ導波路回折格子の回路が形成された光導波路回路１２は１００ＧＨｚ−４０ｃｈ用であり、光導波路チップ１０の面積は約１４００ｍｍ２である。また、パッケージの材質はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が用いられており、光モジュールの厚さは１２ｍｍに形成されている。
【００４０】
光導波路チップ１０の光導波路回路１２が形成された面と対向するパッケージ内面との距離ｄ１またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離ｄ２とのいずれか短い方の距離をｄｍｉｎ（以下距離ｄｍｉｎという）としたとき、該距離ｄｍｉｎに対するヒーター素子３０の使用環境温度０℃〜７０℃における消費電力の最大値を測定した結果が図４の特性線ａに示されている。
【００４１】
上記距離ｄ１および距離ｄ２をそれぞれ３．６ｍｍとしたとき、第１実施例の光モジュールの使用環境温度０℃〜７０℃におけるヒータ素子３０の消費電力の最大値は約３．５Ｗであった。
【００４２】
図４の特性線ａからわかるように、光導波路チップ１０の面積が約１４００ｍｍ２である第１実施例の光モジュールにおいては、前記距離ｄｍｉｎを１．６ｍｍ以上とすることにより、使用環境温度０℃〜７０℃におけるヒーター素子３０の消費電力の最大値を５Ｗ以下とできる。
【００４３】
前記光導波路チップ１０の光導波路回路１２が形成された面と対向するパッケージ内面との距離ｄ１またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離ｄ２とのいずれか長い方の距離をｄＭＡＸ（以下距離ｄＭＡＸという）としたとき、前記距離ｄＭＡＸの上限値は６．４ｍｍ以下とすることが望ましい。この距離ｄＭＡＸの上限６．４ｍｍの値は、それ以上大きくしても消費電力の低減が見込めなく、逆に消費電力が増大してしまう臨界値である。また、光モジュールの厚さをできる限り薄く形成することにも寄与する。
【００４４】
また、本実施形態例の第２実施例においては、第１実施例とほぼ同様に構成されており、第１実施例と異なる点は、前記アレイ導波路回折格子の回路が形成された光導波路回路１２は１００ＧＨｚ−７０ｃｈ用であり、光導波路チップ１０の面積は約２０００ｍｍ２である。
【００４５】
前記距離ｄｍｉｎに対するヒーター素子３０の使用環境温度０℃〜７０℃における消費電力の最大値を測定した結果が図４の特性線ｂに示されている。
【００４６】
図４の特性線ｂからわかるように、光導波路チップ１０の面積が約２０００ｍｍ２である第２実施例の光モジュールにおいては、前記距離ｄｍｉｎを１．９ｍｍ以上とすることにより、使用環境温度０℃〜７０℃におけるヒーター素子３０の消費電力の最大値を５Ｗ以下とできる。第１実施例と同様、前記距離ｄＭＡＸの上限を６．４ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００４７】
本実施形態例は、以上のように構成されており、光導波路チップ１０の面積に対応させて、光導波路チップ１０の光導波路回路１２が形成された面と対向するパッケージ内面との距離ｄ１またはヒーター素子の下面（ヒーター素子の光導波路チップ１０と対向する面と反対側の面）と対向するパッケージ内面との距離ｄ２とのいずれか短い方の距離をｄｍｉｎとしたとき、該距離ｄｍｉｎを所定値以上とすることにより、ヒータ素子３０の使用環境温度０℃〜７０℃における消費電力の最大値を５Ｗ以下と小さくすることができる。
【００４８】
上記実施形態例では、光導波路チップ１０は、アレイ導波路回折格子の回路を有する光導波路回路１２の光導波路チップ１０としたが、本発明の光モジュールに適用される光導波路チップ１０はアレイ導波路回折格子の回路を有する光導波路回路１２の光導波路チップ１０に限定されるものではなく、温度に依存して光透過特性が変化する光導波路回路が基板上に形成された光導波路チップであればよい。
【００４９】
また、上記実施形態例では、ヒーター素子３０は光導波路チップ１０の基板１１側に配置されているが、ヒーター素子３０は光導波路チップ１０の光導波路回路１２が形成されている側に配置されていてもよい。ヒータ素子３０の前記配置位置は適宜選択されるものである。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、温度に依存して光透過特性が変化する光導波路回路が基板上に形成された光導波路チップと、該光導波路チップの温度を調節するヒーター素子とを有する光部品がパッケージ内に収容された光モジュールにおいて、前記光導波路チップの面積が約１４００ｍｍ２以上に形成されており、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面（ヒーター素子の光導波路チップ１０と対向する面と反対側の面）と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が１．６ｍｍ以上に形成されているので、光導波路チップの温度調節を行うヒーター素子の消費電力を５Ｗ以下と小さくすることができる。
【００５１】
また、本発明において、光導波路チップの面積が大きくなるにつれて、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が連続的または段階的に大きく形成されている構成によれば、光導波路チップの面積に対応させて、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が連続的または段階的に所定値に形成されることで、ヒーター素子の消費電力を小さくすることができる。
【００５２】
さらに、本発明において、光導波路チップの面積が１４００ｍｍ２に形成されているとき、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が１．６ｍｍ以上に形成されており、光導波路チップの面積が２０００ｍｍ２に形成されているとき、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が１．９ｍｍ以上に形成されている構成によれば、低消費電力化が実現される。
【００５３】
さらに、本発明において、前記パッケージの材質がプラスチックである構成によれば、光部品からパッケージ側への熱伝導をより一層小さくすることができ、光部品の温度調節をより一層効率的に行うことができ、ヒーター素子の消費電力を小さくすることができる。
【００５４】
さらに、本発明において、前記プラスチックがポリフェニレンサルファイドである構成によれば、熱伝導率が０．２７Ｗ／（ｍ・K）と小さく、光部品からパッケージ側への熱伝導をより一層小さくすることができ、光部品の温度調節をさらにより一層効率的に行うことができ、ヒーター素子の消費電力を小さくすることができる。
【００５５】
さらに、本発明において、使用環境温度におけるヒーター素子の消費電力が５Ｗ以下である構成によれば、光通信システム側から要求されている５Ｗ以下の低消費電力化が実現される。
【００５６】
さらに、本発明において、前記光導波路回路がアレイ導波路回折格子の回路である構成によれば、低消費電力のアレイ導波路回折格子の回路を有する光導波路チップの光モジュールが実現される。
【００５７】
さらに、本発明において、光導波路チップは温度に依存して光透過特性が変化する光導波路の回路が基板上に形成された光導波路回路を有する構成によれば、光導波路回路が形成される様々な回路構成を適宜設定することにより、光の分岐、合分波等、様々な機能を有する低消費電力化の光モジュールを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる光モジュールの実施形態例が示されている構成図である。
【図２】上記実施形態例の光モジュールにおける光部品を説明する説明図である。
【図３】上記実施形態例の光モジュールにおける光部品保持部と、その光部品保持形態の説明図である。
【図４】距離ｄｍｉｎとヒータ素子の消費電力との関係を示すグラフである。
【図５】アレイ導波路回折格子の回路を有する光導波路回路の例を示す説明図である。
【図６】従来の光モジュールの構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 光部品
２ パッケージ
３ 光ファイバ
４ 光部品保持部
１０ 光導波路チップ
１１ 基板
１２ 光導波路回路
２０ 光導波路チップ上板
２１ 光ファイバアレイ
３０ ヒータ素子
３１ 均熱板
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等に使用される光モジュールに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
光通信において、波長合分波等の機能を持つ光部品が広く用いられている。光部品は様々に形成されているが、中でも基板上に光導波路の回路である光導波路回路（ＰＬＣ；Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）が形成された光導波路チップを有する光部品は、その集積性、量産性から実用化が進んでいる。なお、光導波路チップは、シリコンや石英の基板上に石英系の材料等から成る光導波路形成領域（光導波路形成層）に光導波路回路が形成されて成る。
【０００３】
図５には、光導波路チップ１０の例が示されており、該光導波路チップ１０は基板１１上の光導波路形成領域（光導波路形成層）に光導波路回路１２が形成されて成る。図５の光導波路回路１２は、アレイ導波路回折格子の回路が形成された光導波路の回路の構成例が示されている。アレイ導波路回折格子は、波長多重通信用として用いられている。
【０００４】
例えば図６に示されるように、上記アレイ導波路回折格子の回路を備えた光導波路回路１２を有する光導波路チップ１０とこの光導波路チップ１０の温度を調整するために均熱板３１を介して光導波路チップ１０の基板１１側に配置されたヒーター素子３０とを有する光部品１は、パッケージ２内に収容され、光モジュールとして用いられる。また、光部品１の光導波路チップ１０の４隅には、光部品１がパッケージ２内に保持される光部品保持部４としての支柱が配置されている。
【０００５】
図６に示される光モジュールは、光導波路チップ１０の一端側に接続された第１の光ファイバ３（３ａ）と、光導波路チップ１０の他端側に接続された第２の光ファイバ３（３ｂ）とを有している。これらの光ファイバ３（３ａ、３ｂ）は、それぞれ一端側が光導波路チップ１０に接続され、他端側がパッケージ２から外部に引き出されている。光ファイバ３（３ａ、３ｂ）は、パッケージ２に接着剤（図示せず）等により固定されている。
【０００６】
第１、第２の光ファイバ３ａ、３ｂは、それぞれ、例えば複数の光ファイバが並設された光ファイバテープ心線により形成されており、光ファイバテープ心線の接続端面には光ファイバアレイ２１が設けられている。第１、第２の光ファイバ３ａ、３ｂと光導波路チップ１０との接続、すなわち、光ファイバアレイ２１と光導波路チップ１０との接続は接着剤を用いて固定されている。
【０００７】
また、光導波路チップ１０の光導波路回路１２面の接続端面側には光導波路チップ上板２０が貼り付けられ、光導波路チップ１０と第１、第２の光ファイバ３ａ、３ｂのそれぞれの端部の光ファイバアレイ２１との接続がより安定なものとなっている。
【０００８】
パッケージ２はパッケージ本体２ａと蓋部２ｂとを有しており、主に、アルミニウムやステンレス等の金属やプラスチックにより形成されている。パッケージ２内に光部品１および光部品１と光ファイバ３（３ａ、３ｂ）との接続部が収容されることにより、これらが保護されている。
【０００９】
ところで、光モジュールは、例えば０℃〜７０℃といった温度範囲で使用されることを前提とするため、その温度範囲で特性が変化しないことが要求されている。アレイ導波路回折格子をはじめとし、温度変化が光学特性に大きな影響を与える光導波路チップ１０に関しては、温度調節が必要となる。
【００１０】
そこで、図６に示されるような光モジュールにおいて、パッケージ２内にヒーター素子３０を設け、光導波路チップ１０を例えば７０℃〜８０℃といった一定の温度の値に加熱保持する方式が適用されている。このようなヒーター素子３０を設けた光モジュールにおいては、ヒーター素子の消費電力ができるだけ小さいことが要求されている。例えば使用環境温度範囲０℃〜７０℃において、最大消費電力が５Ｗ以下であることが求められている。
【００１１】
この低消費電力を実現するために、以下のような構造が考案されている。この提案は、１〜４本の支柱を介して光部品をパッケージ内に浮かせて収容する構成のものである。
【００１２】
この提案では、支柱固定面の面積は０．０３〜１ｃｍ２に形成され、光部品と支柱との接触面積及び支柱とパッケージとの接触面積が小さくなり、光導波路チップからパッケージへの熱伝導量が小さくなることにより、ヒーター素子の消費電力が小さくなる方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１１−０１４８４４号公報「ヒーター加熱導波路の実装方法およびそのパッケージ」
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近、波長多重通信システムの高機能化、高性能化、波長多重化される波長数（波長多重数）の増加に伴い、アレイ導波路回折格子にも多波長で狭チャンネル間隔の波長合分波器としての性能が求められている。
【００１５】
しかしながら、アレイ導波路回折格子においては、波長多重数が多くなると光導波路チップの面積が大きくなる。
【００１６】
例えば、一般的な１００ＧＨｚ−１６ｃｈのアレイ導波路回折格子の光導波路チップの面積は、３０ｍｍ×３０ｍｍ＝９００ｍｍ２程度であるが、１００ＧＨｚ−４８ｃｈのアレイ導波路回折格子の光導波路チップの面積は、例えば、６０ｍｍ×３０ｍｍ＝１８００ｍｍ２程度と大きくなる。
【００１７】
上記のように、光導波路チップ１０の面積が大きくなると、ヒーター素子３０の消費電力も大きくなり、光通信システム側から求められている使用環境温度範囲０℃〜７０℃において、最大消費電力が５Ｗ以下であることことが満足されないという問題があった。
【００１８】
本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであり、消費電力が少ない光モジュールを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、温度に依存して光透過特性が変化する光導波路回路が基板上に形成された光導波路チップと、該光導波路チップの温度を調節するヒーター素子とを有する光部品がパッケージ内に収容された光モジュールにおいて、前記光導波路チップの面積が約１４００ｍｍ２以上に形成されており、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が１．６ｍｍ以上に形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２０】
また、第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、光導波路チップの面積が大きくなるにつれて、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が連続的または段階的に大きく形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２１】
さらに、第３の発明は、上記第１の発明の構成に加え、光導波路チップの面積が約１４００ｍｍ２に形成されているとき、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が１．６ｍｍ以上に形成されており、光導波路チップの面積が約２０００ｍｍ２に形成されているとき、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が１．９ｍｍ以上に形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
さらに、第４の発明は、上記第１の発明乃至第３の発明のいずれか一つの構成に加え、前記パッケージの材質がプラスチックである構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２３】
さらに、第５の発明は、上記第４の発明の構成に加え、前記プラスチックがポリフェニレンサルファイドである構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２４】
さらに、第６の発明は、上記第１の発明乃至第５の発明のいずれか一つの構成に加え、使用環境温度におけるヒーター素子の消費電力が５Ｗ以下である構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２５】
さらに、第７の発明は、上記第１の発明乃至第６の発明のいずれか一つの構成に加え、前記光導波路回路がアレイ導波路回折格子の回路である構成をもって課題を解決する手段としている。本願の請求項１に係る発明は、上記第１、第４、第５、および第６の発明をまとめ、さらに実施例に限定した補正をしたもので、その要旨は、温度に依存して光透過特性が変化する光導波路回路が基板上に形成された光導波路チップと、該光導波路チップの温度を調節するヒーター素子とを有する光部品が、ポリフェニレンサルファイドからなるパッケージ内に収容された光モジュールにおいて、
前記パッケージ内にはその内壁側から前記光部品１のエッジ部側に向けて突出形成されている光部品保持部４が設けられ、
前記光部品は前光部品保持部の突出先端により線接触で保持され、
前記光導波路チップの面積が約１４００ｍｍ２以上に形成されており、前記ヒーター素子の使用環境温度０℃〜７０℃における消費電力の最大値が５Ｗ以下になるように、前記光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離ｄ１またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離ｄ２のいずれか短い方の距離ｄminおよびいずれか長い方の距離ｄmaxが、それぞれ１．６ｍｍ以上、６．４ｍｍ以下に形成されていることを特徴とする光モジュールである。
また、本願の請求項２に係る発明は、前記光導波路チップの面積が約２０００ｍｍ２以上に形成されており、前記ヒーター素子の使用環境温度０℃〜７０℃における消費電力の最大値が５Ｗ以下になるように、前記光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離ｄ１またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離ｄ２のいずれか短い方の距離ｄminおよびいずれか長い方の距離ｄmaxが、それぞれ１．９ｍｍ以上、６．４ｍｍ以下に形成さ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である。
さらに本願の請求項３に係る発明は、前記光導波路回路がアレイ導波路回折格子の回路であ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である。
【００２６】
本発明者は、上記の光モジュールのヒーター素子の消費電力を少なくし、光通信システム側からの要求値５Ｗ以下を満足するためには、光導波路チップの面積に対応させて、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面（ヒーター素子の光導波路チップと対向する面と反対側の面）と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離を大きくすることが重要であると考え、以下の検討を行った。
【００２７】
つまり、本発明者は、光導波路チップの面積と、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離と、ヒーター素子の消費電力との関係を検討した。なお、前記ヒータ素子の消費電力は上記光モジュールの使用環境温度０℃から７０℃の範囲内でのヒーター素子の消費電力の最大値である。その結果は表１および図４に示されている。
【００２８】
【表１】
これらの結果から、光導波路チップの面積が約１４００ｍｍ２である光モジュールにおいては、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が小さいと消費電力は大きく、該距離が大きくなると消費電力は小さくなる。前記距離が１．６ｍｍ以上であると、消費電力は５Ｗ以下を満足し、前記距離が１．６ｍｍ未満であると、消費電力は５Ｗを越えてしまうことがわかった。
【００３０】
また、光導波路チップの面積が約２０００ｍｍ２である光モジュールにおいては、光導波路チップの面積が約１４００ｍｍ２である光モジュールの消費電力より大きくなるが、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が小さいと消費電力は大きく、該距離が大きくなると消費電力は小さくなる。前記距離が１．９ｍｍ以上であると、消費電力は５Ｗ以下を満足し、前記距離が１．９ｍｍ未満であると、消費電力は５Ｗを越えてしまうことがわかった。
【００３１】
本発明は、上記発明者の検討に基づいて構成されたものであり、光導波路チップの面積に対応させて、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が適宜設定されることにより、ヒーター素子の消費電力が小さくできる。
【００３２】
したがって、本発明の光モジュールにおいては、ヒーター素子の消費電力が小さい光モジュールが実現できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。
【００３４】
図１には、本発明に係わる光モジュールの実施形態例の構成が示されている。図１は、本実施形態例の光モジュールを側面から見た構成図である。
【００３５】
図１に示されるように、本実施形態例の光モジュールは、パッケージ２と、該パッケージ２内に収容された光部品１とを有している。光部品１は、基板１１上に光導波路回路１２が形成された光導波路チップ１０とこの光導波路チップ１０の温度を調整するための光導波路チップ１０の基板１１側に配置されたヒーター素子３０とを有している。光導波路チップ１０は、図５に示されるような、基板１１上に光導波路回路１２としてのアレイ導波路回折格子の回路が形成されたものである。
【００３６】
図２は、本実施形態例の光モジュールの光導波路チップ１０とヒーター素子３０とから成る光部品１の要部を説明する説明図である。なお、図２には、光ファイバ３（３ａ、３ｂ）と光ファイバアレイ２１も合わせて示されている。図２に示されるように、本実施形態例の光モジュールにおいては、ヒーター素子３０は均熱板を介さずに光導波路チップ１０の基板１１側に配置されている。
【００３７】
さらに、パッケージ２内に光部品保持部４が設けられており、図３に示されるように、光部品１は光部品保持部４により保持されて、パッケージ２内に固定収容されている。光部品保持部４はパッケージ２の内壁側から光部品１のエッジ部側に向けて突出形成されている。これらの光部品保持部４の突出先端側がそれぞれ、光部品１のエッジ部に線接触されている。この構成の光部品保持部４は特願２００２−０２０３７９にて提案されているものであり、未だ公開になっていないものである。
【００３８】
図１に示されるように、光導波路チップ１０の光導波路回路１２が形成された面と対向するパッケージ内面との距離をｄ１とし、ヒーター素子の下面（ヒーター素子の光導波路チップ１０と対向する面と反対側の面）と対向するパッケージ内面との距離をｄ２としている。
【００３９】
本実施形態例の第１実施例においては、前記アレイ導波路回折格子の回路が形成された光導波路回路１２は１００ＧＨｚ−４０ｃｈ用であり、光導波路チップ１０の面積は約１４００ｍｍ２である。また、パッケージの材質はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が用いられており、光モジュールの厚さは１２ｍｍに形成されている。
【００４０】
光導波路チップ１０の光導波路回路１２が形成された面と対向するパッケージ内面との距離ｄ１またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離ｄ２とのいずれか短い方の距離をｄｍｉｎ（以下距離ｄｍｉｎという）としたとき、該距離ｄｍｉｎに対するヒーター素子３０の使用環境温度０℃〜７０℃における消費電力の最大値を測定した結果が図４の特性線ａに示されている。
【００４１】
上記距離ｄ１および距離ｄ２をそれぞれ３．６ｍｍとしたとき、第１実施例の光モジュールの使用環境温度０℃〜７０℃におけるヒータ素子３０の消費電力の最大値は約３．５Ｗであった。
【００４２】
図４の特性線ａからわかるように、光導波路チップ１０の面積が約１４００ｍｍ２である第１実施例の光モジュールにおいては、前記距離ｄｍｉｎを１．６ｍｍ以上とすることにより、使用環境温度０℃〜７０℃におけるヒーター素子３０の消費電力の最大値を５Ｗ以下とできる。
【００４３】
前記光導波路チップ１０の光導波路回路１２が形成された面と対向するパッケージ内面との距離ｄ１またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離ｄ２とのいずれか長い方の距離をｄＭＡＸ（以下距離ｄＭＡＸという）としたとき、前記距離ｄＭＡＸの上限値は６．４ｍｍ以下とすることが望ましい。この距離ｄＭＡＸの上限６．４ｍｍの値は、それ以上大きくしても消費電力の低減が見込めなく、逆に消費電力が増大してしまう臨界値である。また、光モジュールの厚さをできる限り薄く形成することにも寄与する。
【００４４】
また、本実施形態例の第２実施例においては、第１実施例とほぼ同様に構成されており、第１実施例と異なる点は、前記アレイ導波路回折格子の回路が形成された光導波路回路１２は１００ＧＨｚ−７０ｃｈ用であり、光導波路チップ１０の面積は約２０００ｍｍ２である。
【００４５】
前記距離ｄｍｉｎに対するヒーター素子３０の使用環境温度０℃〜７０℃における消費電力の最大値を測定した結果が図４の特性線ｂに示されている。
【００４６】
図４の特性線ｂからわかるように、光導波路チップ１０の面積が約２０００ｍｍ２である第２実施例の光モジュールにおいては、前記距離ｄｍｉｎを１．９ｍｍ以上とすることにより、使用環境温度０℃〜７０℃におけるヒーター素子３０の消費電力の最大値を５Ｗ以下とできる。第１実施例と同様、前記距離ｄＭＡＸの上限を６．４ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００４７】
本実施形態例は、以上のように構成されており、光導波路チップ１０の面積に対応させて、光導波路チップ１０の光導波路回路１２が形成された面と対向するパッケージ内面との距離ｄ１またはヒーター素子の下面（ヒーター素子の光導波路チップ１０と対向する面と反対側の面）と対向するパッケージ内面との距離ｄ２とのいずれか短い方の距離をｄｍｉｎとしたとき、該距離ｄｍｉｎを所定値以上とすることにより、ヒータ素子３０の使用環境温度０℃〜７０℃における消費電力の最大値を５Ｗ以下と小さくすることができる。
【００４８】
上記実施形態例では、光導波路チップ１０は、アレイ導波路回折格子の回路を有する光導波路回路１２の光導波路チップ１０としたが、本発明の光モジュールに適用される光導波路チップ１０はアレイ導波路回折格子の回路を有する光導波路回路１２の光導波路チップ１０に限定されるものではなく、温度に依存して光透過特性が変化する光導波路回路が基板上に形成された光導波路チップであればよい。
【００４９】
また、上記実施形態例では、ヒーター素子３０は光導波路チップ１０の基板１１側に配置されているが、ヒーター素子３０は光導波路チップ１０の光導波路回路１２が形成されている側に配置されていてもよい。ヒータ素子３０の前記配置位置は適宜選択されるものである。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、温度に依存して光透過特性が変化する光導波路回路が基板上に形成された光導波路チップと、該光導波路チップの温度を調節するヒーター素子とを有する光部品がパッケージ内に収容された光モジュールにおいて、前記光導波路チップの面積が約１４００ｍｍ２以上に形成されており、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面（ヒーター素子の光導波路チップ１０と対向する面と反対側の面）と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が１．６ｍｍ以上に形成されているので、光導波路チップの温度調節を行うヒーター素子の消費電力を５Ｗ以下と小さくすることができる。
【００５１】
また、本発明において、光導波路チップの面積が大きくなるにつれて、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が連続的または段階的に大きく形成されている構成によれば、光導波路チップの面積に対応させて、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が連続的または段階的に所定値に形成されることで、ヒーター素子の消費電力を小さくすることができる。
【００５２】
さらに、本発明において、光導波路チップの面積が１４００ｍｍ２に形成されているとき、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が１．６ｍｍ以上に形成されており、光導波路チップの面積が２０００ｍｍ２に形成されているとき、光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離のいずれか短い方の距離が１．９ｍｍ以上に形成されている構成によれば、低消費電力化が実現される。
【００５３】
さらに、本発明において、前記パッケージの材質がプラスチックである構成によれば、光部品からパッケージ側への熱伝導をより一層小さくすることができ、光部品の温度調節をより一層効率的に行うことができ、ヒーター素子の消費電力を小さくすることができる。
【００５４】
さらに、本発明において、前記プラスチックがポリフェニレンサルファイドである構成によれば、熱伝導率が０．２７Ｗ／（ｍ・K）と小さく、光部品からパッケージ側への熱伝導をより一層小さくすることができ、光部品の温度調節をさらにより一層効率的に行うことができ、ヒーター素子の消費電力を小さくすることができる。
【００５５】
さらに、本発明において、使用環境温度におけるヒーター素子の消費電力が５Ｗ以下である構成によれば、光通信システム側から要求されている５Ｗ以下の低消費電力化が実現される。
【００５６】
さらに、本発明において、前記光導波路回路がアレイ導波路回折格子の回路である構成によれば、低消費電力のアレイ導波路回折格子の回路を有する光導波路チップの光モジュールが実現される。
【００５７】
さらに、本発明において、光導波路チップは温度に依存して光透過特性が変化する光導波路の回路が基板上に形成された光導波路回路を有する構成によれば、光導波路回路が形成される様々な回路構成を適宜設定することにより、光の分岐、合分波等、様々な機能を有する低消費電力化の光モジュールを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる光モジュールの実施形態例が示されている構成図である。
【図２】上記実施形態例の光モジュールにおける光部品を説明する説明図である。
【図３】上記実施形態例の光モジュールにおける光部品保持部と、その光部品保持形態の説明図である。
【図４】距離ｄｍｉｎとヒータ素子の消費電力との関係を示すグラフである。
【図５】アレイ導波路回折格子の回路を有する光導波路回路の例を示す説明図である。
【図６】従来の光モジュールの構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 光部品
２ パッケージ
３ 光ファイバ
４ 光部品保持部
１０ 光導波路チップ
１１ 基板
１２ 光導波路回路
２０ 光導波路チップ上板
２１ 光ファイバアレイ
３０ ヒータ素子
３１ 均熱板
Claims (3)
- 温度に依存して光透過特性が変化する光導波路回路が基板上に形成された光導波路チップと、該光導波路チップの温度を調節するヒーター素子とを有する光部品が、ポリフェニレンサルファイドからなるパッケージ内に収容された光モジュールにおいて、
前記パッケージ内にはその内壁側から前記光部品１のエッジ部側に向けて突出形成されている光部品保持部４が設けられ、
前記光部品は前光部品保持部の突出先端により線接触で保持され、
前記光導波路チップの面積が約１４００ｍｍ２以上に形成されており、前記ヒーター素子の使用環境温度０℃〜７０℃における消費電力の最大値が５Ｗ以下になるように、前記光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離ｄ１またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離ｄ２のいずれか短い方の距離ｄminおよびいずれか長い方の距離ｄmaxが、それぞれ１．６ｍｍ以上、６．４ｍｍ以下に形成されていることを特徴とする光モジュール。 - 前記光導波路チップの面積が約２０００ｍｍ２以上に形成されており、前記ヒーター素子の使用環境温度０℃〜７０℃における消費電力の最大値が５Ｗ以下になるように、前記光導波路チップのヒーター素子が配置されていない面と対向するパッケージ内面との距離ｄ１またはヒーター素子の下面と対向するパッケージ内面との距離ｄ２のいずれか短い方の距離ｄminおよびいずれか長い方の距離ｄmaxが、それぞれ１．９ｍｍ以上、６．４ｍｍ以下に形成さ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。
- 前記光導波路回路がアレイ導波路回折格子の回路であ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。
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