JP5340885B2

JP5340885B2 - 波長ロッカー

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Publication number: JP5340885B2
Application number: JP2009243598A
Authority: JP
Inventors: 里江子佐藤; 和生笠谷
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2029-10-22
Also published as: JP2011090154A

Description

本発明は、光通信用波長検出素子の素子構造に関し、特に独立温度制御型の波長ロッカーに関する。

近年の波長多重光通信技術（ＷＤＭ；Wavelength Division Multiplexing）の開発において、光通信用半導体レーザの発振波長は、１９３．１ＴＨｚ（１５５２．５２ｎｍ）を中心に１００ＧＨｚ間隔、または５０ＧＨｚ間隔で、ＩＴＵ−Ｔグリッド波長に、例えば＋／−２０ｐｍ以内という範囲で恒久的に安定化することが望まれている。このような技術要求に対し、光通信用半導体レーザモジュールの出力波長と光出力パワーを検出して制御する、波長ロッカー（Wavelength Locker）と呼ばれる機能素子を標準的に搭載している。

一般的な波長ロッカーの構成を図１１に示す。波長ロッカーでは、図１１に示すように、レーザ素子（図示せず）から出射した光（レーザビーム）１０７をキューブ型の２連ビームスプリッタ１０６などにより光出力用と波長検出用に切り出し、一方の光路にエタロン素子１０２を挿入し、エタロン素子１０２を通過した光１０７Ａとエタロン素子１０２を通過しない光１０７Ｂとをそれぞれ専用のフォトダイオード１０４，１０５で受光し、フォトダイオード１０４，１０５の出力からその波長と光出力を検出する方法をとっている。ここで、フォトダイオード１０４は波長検出用のフォトダイオードであり、フォトダイオード１０５は光出力検出用のフォトダイオードである。

一般的な波長の固定方法としては、以下に示す方法が採られる。エタロン素子を通過して生じるフォトダイオードの受光電流特性の一例を図１２に示す。図１２に示すように、波長（図１２中の横軸）に対して、周期的に振幅が変化する光電流信号を検出できる。レーザダイオードの制御温度と駆動電流の設定によって、ある１つの波長が発生している条件下において、フォトダイオードの検出電流がある一定値（ロックポイント）になるように、レーザダイオードの制御温度に負帰還制御をかけることにより波長の固定を行っている（波長制御を電流で行う場合には、レーザダイオードの駆動電流に負帰還制御をかけることになる）。

このときロックポイントは、図１２に示すように、検出電流値の最大値と最小値を結ぶ領域で、（最大値−最小値）／２の点を中心に約８５％の単一減少、または単一増加するような傾斜の大きい領域に設定する。これは、上記以外の領域（図１２の最大値、最小値付近）では、検出電流値のある変化量に対して選択できる波長の範囲が広くなってしまい、高精度な波長制御が難しくなるためである。

このようにロックポイントを前述の図１２に示す傾斜の大きい領域に設定するため、エタロン素子温度を正確に調整する必要がある。

一般に波長ロッカーでは、環境温度が変化すると（例えば、０℃−７５℃）、筐体からの輻射熱などの影響によりエタロン素子の実温度が微小に変化し、エタロン素子の透過特性がシフトする。ここで、エタロン素子の実温度とは、エタロン素子の入射光軸高さ付近の温度変化のことである。このとき、エタロン素子の実温度とサーミスタ素子によるモニター温度との間に相対差が生じ、これによってモニター波長がドリフトするという問題がある。特に、図１３に示すように、エタロン素子１０２単体とサーミスタ素子１０３とが基板１０１に直張りされた構成である場合には、前述のモニター波長のずれが大きくなる。例えば、エタロン素子が溶融石英製である場合、環境温度０−７５℃の範囲で上記相対温度差を０．５℃、エタロン素子の透過波長の温度変化率を１０（ｐｍ／℃）とすると、モニター波長は１０（ｐｍ／℃）×０．５（℃）＝５ｐｍドリフトする。

このようなモニター波長のドリフトを補償する方法として、サーミスタ素子の設置方法を最適化して、エタロン素子の実温度変化にサーミスタ素子の温度変化を追随させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、エタロン素子にサーミスタ素子を貼り付けることで温度差を生じにくくしようとしている。また、図１４に示すように、エタロン素子１０２と同じ材料または異なる材料の絶縁プレート１０８上にサーミスタ素子１０３を搭載し、この絶縁プレート１０８の厚さや幅の範囲を規定することによって、環境温度の変化に対するエタロン素子１０２の実温度の変化を絶縁プレート１０８で擬似的に再現し、これを温度モニターするという手法もある。

特開２００４−１５３１７６号公報

しかしながら、上述した、サーミスタ素子を絶縁プレート上に搭載している場合には、次のような問題が生じる。

エタロン素子の主な材料として水晶と溶融石英が挙げられるが、その熱伝導率は水晶（基板⊥ｃ軸）で約１０．４Ｗ／ｍ／Ｋ、水晶（基板／／ｃ軸）で約６．２Ｗ／ｍ／Ｋ、溶融石英で約１．４Ｗ／ｍ／Ｋと様々であり、最大と最小では約８倍の差がある。そのため、用途に応じて使用するエタロン素子の材料を変更したい場合、その度にサーミスタ素子を搭載する絶縁プレートの材質、形状、寸法をも再設計・変更する必要が生じる。これは部品の共用化を妨げることとなり、モジュールの低コスト化の観点から望ましくない。

従って、本発明は上述したような課題を解決するために為されたものであって、エタロン素子部分の温度を独立に制御する波長ロッカーであり、エタロン素子の材質を用途に応じて変更した場合でも、エタロン素子を温度制御するサーミスタ素子の搭載方法を変更することなく、環境温度の変化を受けにくく安定してエタロン素子の温度を制御できる波長ロッカーを提供することを目的としている。

上述した課題を解決する発明に係る波長ロッカーは、
波長ロッカー基板上でエタロン素子の近傍に配置されるサーミスタ素子により当該エタロン素子の温度を独立に制御する波長ロッカーであって、
前記エタロン素子の光学共振器面以外の両側面と基板に接し接着手段で一体化されて物体が設けられ、
前記物体が、前記エタロン素子より熱伝導率の高い材質で構成され、
前記物体は、上部と下部とで熱伝導率の異なる物質で構成され、
且つ、前記物体の下部側が前記物体の上部側よりも熱伝導率の高い物質で構成される
ことを特徴とする。

本発明に係る波長ロッカーによれば、エタロン素子部分の温度を独立に制御する波長ロッカーであり、エタロン素子の材質を用途に応じて変更した場合でも、エタロン素子を温度制御するサーミスタ素子の搭載方法を変更することなく、環境温度の変化の影響を受けにくく安定してエタロン素子の温度を制御できる。

本発明の第一番目の参考例に係る波長ロッカーの構成図である。本発明の第二番目の参考例に係る波長ロッカーの構成図である。本発明の第三番目の参考例に係る波長ロッカーの構成図である。本発明の第四番目の参考例に係る波長ロッカーの構成図である。本発明の第五番目の参考例に係る波長ロッカーの構成図である。本発明の実施形態に係る波長ロッカーの構成図である。環境温度とエタロン素子の中心温度との関係を示す図である。試験体および比較体におけるエタロン素子の実温度変化量ΔＴｅの試験結果を示す図であり、図８（ａ）に試験体１１〜１４および比較体１の場合を示し、図８（ｂ）に試験体２１〜２４および比較体２の場合を示す。試験体１５〜１７および比較体２におけるエタロン素子の実温度変化量ΔＴｅの試験結果を示す図である。試験体１８および比較体３におけるエタロン素子の実温度変化量ΔＴｅの試験結果を示す図である。従来の波長ロッカーの構成図である。エタロン素子の光の透過特性を表す図である。従来の波長ロッカーが具備するエタロン素子とサーミスタ素子の配置状態の一例を説明するための図である。従来の波長ロッカーが具備するエタロン素子とサーミスタ素子の配置状態の他例を説明するための図である。

本発明に係る波長ロッカーについて、各参考例及び実施形態で具体的に説明する。

［第一番目の参考例］
本参考例に係る波長ロッカーについて、図１を参照して説明する。

本参考例に係る波長ロッカーは、固定波長または任意波長を出力する半導体レーザ光源モジュールの出力波長の負帰還制御をエタロン素子により行うものである。
波長ロッカーは、図１に示すように、エタロン素子２とサーミスタ素子３と物体（物体Ａ）１１とを具備する。なお、基板温度は一定である。エタロン素子２の入射光軸高さ中心は、エタロン素子２の全高長の半分付近に設定されるものとする。

エタロン素子２は基板（波長ロッカー基板）１の上面１ａに設けられる。エタロン素子２は直方体状であり、その寸法比（幅：高さ：長さ）は１：２：２である。ここで、エタロン素子２の端面２ａおよび端面２ｂは幅×高さ、側面２ｃは長さ×高さで表される。エタロン素子２としては、例えば、水晶（基板／／ｃ軸、基板⊥ｃ軸）製のものや溶融石英製のものなどが挙げられる。なお、エタロン素子２の端面２ａに入射した光（入射ビーム）１０７Ａは、端面２ａに対向する端面２ｂから出射する。

サーミスタ素子３は、エタロン素子２の近傍に配置され、基板１の上面１ａに半田溶融、導電性ペースト、熱伝導性の高い接着剤などにより直張りされる。サーミスタ素子３はエタロン素子２の温度を独立に制御するものである。

物体１１は、エタロン素子２よりも熱伝導率が高い物質で作製されたものであり、エタロン素子２と同様に、直方体状であり、大きさ、寸法比はエタロン素子２と同じである。物体１１の側面１１ａは、エタロン素子２の側面２ｃと同一寸法で形成される。物体１１は、エタロン素子２の側面２ｃ（エタロン素子２の端面２ａ、２ｂ（光学共振器面）以外の面）と基板１の上面１ａに接して設けられる。具体的には、物体１１の側面１１ａがエタロン素子２の側面２ｃと接して配置されると共に、物体１１の底面１１ｃが基板１の上面１ａと接して配置され、接着手段により、物体１１が、エタロン素子２および基板１と一体化されている。

物体１１としては、例えば窒化アルミニウム（熱伝導率１５０Ｗ／ｍ／Ｋ）や酸化アルミニウム（熱伝導率２０Ｗ／ｍ／Ｋ）などの各種セラミックス製のものや、スーパーインバー材（超硬合金）（熱伝導率１３．５Ｗ／ｍ／Ｋ）やコバール（熱伝導率１７Ｗ／ｍ／Ｋ）等の金属製のものなどが挙げられる。これらはエタロン素子２よりも熱伝導率が高い物質であるため、エタロン素子２の温度を効果的に安定化することができる。
ここで、物体１１とエタロン素子２の接着手段としては、半田溶融、導電性ペースト、熱伝導性の高い接着剤等が挙げられ、これにより物体１１とエタロン素子２とが一体化される。物体１１とエタロン素子２の、各々の基板１との接着手段も同様である。また、物体１１とエタロン素子２の基板１上への実装順としては、エタロン素子２と物体１１を一体化してからその一体化したものを基板に実装しても、先にどちらか一方を基板上に実装して次にもう一方の物体を実装しても、いずれでも構わない。

したがって、本参考例に係る波長ロッカーによれば、エタロン素子２の一方の側面２ｃと基板１の上面１ａに接して物体１１が設けられ、物体１１がエタロン素子２よりも熱伝導率が高い材質で構成されたことにより、エタロン素子２と基板１との熱エネルギーの授受が容易となる。その結果、エタロン素子２の材質を変更した場合であっても、サーミスタ素子３の搭載方法を変更することなく、環境温度が変化した際でも、エタロン素子２の高精度な温度制御を実現できる。

［第二番目の参考例］
本参考例に係る波長ロッカーについて、図２を参照して説明する。

本参考例に係る波長ロッカーは、上述した第一番目の参考例に係る波長ロッカーが具備するエタロン素子をさらに高精度に温度制御可能にしたものである。なお、本参考例では、第一番目の参考例に係る波長ロッカーが具備する素子と同一素子には同一符号を付記している。
波長ロッカーは、図２に示すように、エタロン素子２、サーミスタ素子３、第一の物体１１を具備すると共に、第二の物体（物体Ａ）１２を具備するものである。なお、基板温度は一定である。エタロン素子２の入射光軸高さ中心は、エタロン素子２の全高長の半分付近に設定されるものとする。エタロン素子２および第一の物体１１の大きさ、寸法比は第一番目の参考例と同じである。

第二の物体１２は、第一の物体１１と同様に、エタロン素子２よりも熱伝導率が高い物質で作製されたものであり、直方体状である。第二の物体１２の側面１２ｂは、エタロン素子２の側面２ｄと同一寸法で形成される。第二の物体１２は、エタロン素子２の側面２ｄ（エタロン素子２の端面２ａ、２ｂ（光学共振器面）以外の面）および基板１の上面１ａに接して設けられる。具体的には、第二の物体１２の側面１２ｂがエタロン素子２の側面２ｄと接して配置されると共に、第二の物体１２の底面１２ｃが基板１の上面１ａと接して配置され、接着手段により、物体１１，１２が、エタロン素子２の両側面２ｃ，２ｄおよび基板１と一体化されている。

第二の物体１２としては、第一の物体１１と同様に、例えば窒化アルミニウムや酸化アルミニウムなどの各種セラミックス製のものや、スーパーインバー材（超硬合金）やコバール等の金属製のものなどが挙げられる。これらはエタロン素子２よりも熱伝導率が高い物質であるため、エタロン素子２の温度を効果的に安定化することができる。なお、第一の物体１１と第二の物体１２とは、同じ物質で構成されても良いし、異なる物質で構成されても良い。
ここで、第二の物体１２とエタロン素子２の接着手段としては、第一番目の参考例と同様、半田溶融、導電性ペースト、熱伝導性の高い接着剤等が挙げられ、これにより第二の物体１２とエタロン素子２とが一体化される。また、物体１１，１２とエタロン素子２の基板１への実装順は、第一番目の参考例と同様、エタロン素子２と物体１１，１２を一体化してからその一体化したものを基板１に実装しても、エタロン素子２、物体１１，１２を順番に基板１に実装しても、いずれでも構わない。

したがって、本参考例に係る波長ロッカーによれば、第一，第二の物体１１，１２がエタロン素子２の両側面２ｃ，２ｄと基板１の上面１ａに接して一体化されたことにより、エタロン素子２の一方の側面２ｃと基板１の上面１ａに接して第一の物体１１を一体化した場合と比べて、エタロン素子２と基板１との熱エネルギーの授受が向上する。その結果、エタロン素子２の材質を変更した場合であっても、サーミスタ素子３の搭載方法を変更することなく、環境温度が変化した際でも、エタロン素子２のより高精度な温度制御を実現できる。

［第三番目の参考例］
本参考例に係る波長ロッカーについて、図３を参照して説明する。

本参考例に係る波長ロッカーは、上述した第二番目の参考例と同様、第一番目の参考例に係る波長ロッカーが具備するエタロン素子をさらに高精度に温度制御可能にしたものである。なお、本参考例では、第二番目の参考例に係る波長ロッカーが具備する素子と同一素子には同一符号を付記している。
波長ロッカーは、図３に示すように、エタロン素子２、サーミスタ素子３、第一の物体１１、第二の物体１２を具備すると共に、第三の物体（物体Ａ）１３を具備するものである。なお、基板温度は一定である。エタロン素子２の入射光軸高さ中心は、エタロン素子２の全高長の半分付近に設定されるものとする。

第三の物体１３は、第一，第二の物体１１，１２と同様に、エタロン素子２よりも熱伝導率が高い物質で作製されたものであり、直方体状である。第三の物体１３の底面１３ｃは、エタロン素子２の上面２ｅおよび第一，第二の物体１１，１２の上面１１ｄ，１２ｄと同一寸法で形成される。第三の物体１３は、エタロン素子２の上面２ｅ（エタロン素子２の端面２ａ、２ｂ（光学共振器面）以外の面）および第一，第二の物体１１，１２の上面１１ｄ，１２ｄに接して設けられる。具体的には、第三の物体１３の底面１３ｃがエタロン素子２の上面２ｅと接して配置されると共に、第一，第二の物体１１，１２の上面１１ｄ，１２ｄと接して配置され、接着手段により、物体１１，１２，１３が、エタロン素子２の両側面２ｃ，２ｄおよび上面２ｅおよび基板１と一体化されている。

第三の物体１３としては、第一，第二の物体１１，１２と同様に、例えば窒化アルミニウムや酸化アルミニウムなどの各種セラミックス製のものや、スーパーインバー材（超硬合金）やコバール等の金属製のものなどが挙げられる。これらはエタロン素子２よりも熱伝導率が高い物質であるため、エタロン素子２の温度を効果的に安定化することができる。なお、第一の物体１１と第二の物体１２と第三の物体１３とは、同じ物質で構成されても良いし、異なる物質で構成されても良い。
ここで、第三の物体１３とエタロン素子２および第一，第二の物体１１，１２との接着手段としては、第一番目の参考例と同様、半田溶融、導電性ペースト、熱伝導性の高い接着剤等が挙げられ、これにより第三の物体１３とエタロン素子２および第一，第二の物体１１，１２とが一体化される。また、物体１１，１２，１３とエタロン素子２の基板１への実装順は、第一番目の参考例と同様、エタロン素子２と物体１１，１２，１３を一体化してからその一体化したものを基板１に実装しても、エタロン素子２、物体１１，１２，１３を順番に基板１に実装しても、いずれでも構わない。

したがって、本参考例に係る波長ロッカーによれば、第一，第二，第三の物体１１，１２，１３がエタロン素子２の両側面２ｃ，２ｄおよび上面２ｅと基板１の上面１ａに接して一体化されたことにより、エタロン素子２の両側面２ｃ，２ｄと基板１の上面１ａに接して第一，第二の物体１１，１２を一体化した場合と比べて、エタロン素子２と基板１との熱エネルギーの授受が向上する。その結果、エタロン素子２の材質を変更した場合であっても、サーミスタ素子３の搭載方法を変更することなく、環境温度が変化した際でも、エタロン素子２の高精度な温度制御を実現できる。

［第四番目の参考例］
本参考例に係る波長ロッカーについて、図４を参照して説明する。

本参考例に係る波長ロッカーは、上述した第二番目の参考例と同様、第一番目の参考例に係る波長ロッカーが具備するエタロン素子をさらに高精度に温度制御可能にしたものである。なお、本参考例では、第二番目の参考例に係る波長ロッカーが具備する素子と同一素子には同一符号を付記している。
波長ロッカーは、図４に示すように、エタロン素子２、サーミスタ素子３、第一の物体１１、第二の物体１２を具備すると共に、第四の物体（物体Ａ）１４を具備するものである。なお、基板温度は一定である。エタロン素子２の入射光軸高さ中心は、エタロン素子２の全高長の半分付近に設定されるものとする。

第四の物体１４は、第一，第二の物体１１，１２と同様に、エタロン素子２よりも熱伝導率が高い物質で作製されたものであり、直方体状である。第四の物体１４の上面１４ｅは、エタロン素子２の底面２ｆおよび第一，第二の物体１１，１２の底面１１ｃ，１２ｃと同一寸法で形成される。第四の物体１４は、エタロン素子２の底面２ｆ（エタロン素子２の端面２ａ、２ｂ（光学共振器面）以外の面）および第一，第二の物体１１，１２の底面１１ｃ，１２ｃならびに基板１の上面１ａに接して設けられる。具体的には、第四の物体１４の上面１４ｅがエタロン素子２の底面２ｆと接して配置されると共に、第一，第二の物体１１，１２の底面１１ｃ，１２Ｃと接して配置され、接着手段により、第一，第二，第四の物体１１，１２，１４が、エタロン素子２の両側面２ｃ，２ｄおよび下面２ｆ、および基板１と一体化されている。

第四の物体１４としては、第一，第二の物体１１，１２と同様に、例えば窒化アルミニウムや酸化アルミニウムなどの各種セラミックス製のものや、スーパーインバー材（超硬合金）やコバール等の金属製のものなどが挙げられる。これらはエタロン素子２よりも熱伝導率が高い物質であるため、エタロン素子２の温度を効果的に安定化することができる。なお、第一の物体１１と第二の物体１２と第四の物体１４とは、同じ物質で構成されても良いし、異なる物質で構成されても良い。
ここで、第四の物体１４とエタロン素子２および基板１ならびに第一，第二の物体１１，１２との接着手段としては、第一番目の参考例と同様、半田溶融、導電性ペースト、熱伝導性の高い接着剤等が挙げられ、これにより、第四の物体１４とエタロン素子２と第一，第二の物体１１，１２とが一体化される。また、物体１１，１２，１４とエタロン素子２の基板１への実装順は、第一番目の参考例と同様、エタロン素子２と物体１１，１２，１４を一体化してからその一体化したものを基板１に実装しても、物体１４、エタロン素子２、物体１１，１２を順番に基板１に実装しても、いずれでも構わない。

したがって、本参考例に係る波長ロッカーによれば、第一，第二，第四の物体１１，１２，１４が、エタロン素子２の両側面２ｃ，２ｄおよび下面２ｆと基板１に接して一体化されたことにより、エタロン素子２の両側面２ｃ，２ｄと基板１の上面１ａに接して第一，第二の物体１１，１２を一体化した場合と比べて、エタロン素子２と基板１との熱エネルギーの授受が向上する。その結果、エタロン素子２の材質を変更した場合であっても、サーミスタ素子３の搭載方法を変更することなく、環境温度が変化した際でも、エタロン素子２の高精度な温度制御を実現できる。

［第五番目の参考例］
本参考例に係る波長ロッカーについて、図５を参照して説明する。

本参考例に係る波長ロッカーは、上述した第二番目の参考例に係る波長ロッカーが具備する第一，第二の物体の形状を変更してエタロン素子をさらに高精度に温度制御可能にしたものである。なお、本参考例では、第二番目の参考例に係る波長ロッカーが具備する素子と同一素子には同一符号を付記している。
波長ロッカーは、図５に示すように、エタロン素子２、サーミスタ素子３を具備すると共に、第一の物体（物体Ａ）２１および第二の物体（物体Ａ）２２を具備するものである。なお、基板温度は一定である。エタロン素子２の入射光軸高さ中心は、エタロン素子２の全高長の半分付近に設定されるものとする。

第一，第二の物体２１，２２は、エタロン素子２よりも熱伝導率が高い物質で作製されたものであり、三角柱体状である。第一，第二の物体２１，２２の側面２１ａ，２２ｂは、エタロン素子２の側面２ｃ，２ｄと同一寸法にて形成される。第一，第二の物体２１，２２は、エタロン素子２の側面２ｃ，２ｄ（エタロン素子２の端面２ａ，２ｂ（光学共振器面）以外の面）および基板１の上面１ａに接して設けられる。具体的には、第一，第二の物体２１，２２の側面２１ａ，２２ｂがエタロン素子２の側面２ｃ，２ｄと接して配置されると共に、第一，第二の物体２１，２２の底面２１ｃ，２２ｃが基板１の上面１ａに接して配置され、接着手段により、物体２１，２２が、エタロン素子２の両側面２ｃ，２ｄおよび基板１と一体化されている。

第一，第二の物体２１，２２の他方の側面２１ｂ，２２ａ（エタロン素子２の側面２ｃ，２ｄおよび基板１と接しない面）は、周囲に向かって傾斜している。具体的には、第一，第二の物体２１，２２における、エタロン素子２の端面２ａ，２ｂ（光学共振器面）と並行な切断面の形状が三角形である。これにより、第一，第二の物体２１，２２の下部側は、第一，第二の物体２１，２２の上部側と比べて熱抵抗が小さい構造となる。

第一，第二の物体２１，２２としては、例えば、窒化アルミニウムや酸化アルミニウムなどの各種セラミックス製のものや、スーパーインバー材（超硬合金）やコバール等の金属製のものなどが挙げられる。これらはエタロン素子２よりも熱伝導率が高い物質であるため、エタロン素子２の温度を効果的に安定化することができる。なお、第一の物体２１と第二の物体２２とは、同じ物質で構成されても良いし、異なる物質で構成されても良い。
ここで、物体２１，２２とエタロン素子２および基板１との接着手段としては、第一番目の参考例と同様、半田溶融、導電性ペースト、熱伝導性の高い接着剤等が挙げられ、これにより物体２１，２２がエタロン素子２と一体化される。また、物体２１，２２とエタロン素子２の基板１への実装順は、第一番目の参考例と同様、エタロン素子２と物体２１，２２を一体化してからその一体化したものを基板１に実装しても、エタロン素子２、物体２１，２２を順番に基板に実装しても、いずれでも構わない。

したがって、本参考例に係る波長ロッカーによれば、第一，第二の物体２１，２２の熱伝導率分布が一様であり、且つ、第一，第二の物体２１，２２における、エタロン素子２の側面２ｃ，２ｄおよび基板１と接していない面２１ｂ，２２ａが、周囲に向かって傾斜していることにより、エタロン素子２の両側面２ｃ，２ｄに直方体状の第一，第二の物体１１，１２を設けた場合と比べて、エタロン素子２と基板１との熱エネルギーの授受が向上する。その結果、エタロン素子２の材質を変更した場合であっても、サーミスタ素子３の搭載方法を変更することなく、環境温度が変化した際でも、エタロン素子２の高精度な温度制御を実現できる。

［本発明の実施形態］
本実施形態に係る波長ロッカーについて、図６を参照して説明する。

本実施形態に係る波長ロッカーは、上述した第二番目の参考例に係る波長ロッカーが具備する第一，第二の物体をそれぞれ２つの部材で構成することでエタロン素子をさらに高精度に温度制御可能にしたものである。なお、本実施形態では、第一番目の参考例に係る波長ロッカーが具備する素子と同一素子には同一符号を付記している。
波長ロッカーは、図６に示すように、エタロン素子２、サーミスタ素子３を具備すると共に、第一の物体３１，３３および第二の物体３２，３４を具備するものである。なお、基板温度は一定である。エタロン素子２の入射光軸高さ中心は、エタロン素子２の全高長の半分付近に設定されるものとする。

第一の物体は、２つの部材で構成され、第一の上側部材（第一の物体の上側の部材）３１と第一の下側部材（第一の物体の下側の部材）３３を具備する。第一の下側部材３３は、第一の上側部材３１と基板１との間に配置される。第一の物体（第一の上側部材３１および第一の下側部材３３）は、エタロン素子２と同じ寸法に形成される。第一の下側部材３３としては、第一の上側部材３１よりも熱伝導率が大きい物質で構成されるものが挙げられる。第一の上側部材３１と第一の下側部材３３の組み合わせとしては、例えば、酸化アルミニウムと窒化アルミニウムの組み合わせが挙げられる。これにより、第一の物体では、その熱抵抗は、上部側より基板１と接する下部側のほうが小さい構造となる。

第二の物体も、第一の部材と同様に、２つの部材で構成され、第二の上側部材（第二の物体の上側の部材）３２と第二の下側部材（第二の物体の下側の部材）３４を具備する。第二の下側部材３４は、第二の上側部材３２と基板１との間に配置される。第二の物体（第二の上側部材３３および第二の下側部材３４）は、エタロン素子２と同じ寸法に形成される。第二の下側部材３４としては、第二の上側部材３２よりも熱伝導率が大きい物質で構成されるものが挙げられる。第二の上側部材３２と第二の下側部材３４の組み合わせとしては、例えば、酸化アルミニウムと窒化アルミニウムの組み合わせが挙げられる。これにより、第二の物体では、その熱抵抗は、上部側より基板１と接する下部側のほうが小さい構造となる。
ここで、第一の上側部材３１と第一の下側部材３３、第二の上側部材３２と第二の下側部材３４、第一，第二の物体とエタロン素子２および基板１との接着手段としては、第一番目の参考例と同様、半田溶融、導電性ペースト、熱伝導性の高い接着剤等が挙げられ、これにより、第一，第二の物体とエタロン素子２が一体化される。また、第一，第二の物体とエタロン素子２の基板１への実装順は、第一番目の参考例と同様、エタロン素子２と第一，第二の物体を一体化してからその一体化したものを基板１に実装しても、エタロン素子２、第一，第二の物体を順番に基板に実装しても、いずれでも構わない。

したがって、本実施形態に係る波長ロッカーによれば、第一の物体が第一の上側部材３１と第一の下側部材３３との熱伝導率の異なる物質で構成されると共に、第二の物体が第二の上側部材３２と第二の下側部材３４との熱伝導率の異なる物質で構成され、第一，第二の下側部材３３，３４が第一，第二の上側部材３１，３２よりも熱伝導率が高い物質で構成されることにより、第一，第二の物体１１，１２が単一の物質で構成される場合と比べて、エタロン素子２と基板１との熱エネルギーの授受が向上する。その結果、エタロン素子２の材質を変更した場合であっても、サーミスタ素子３の搭載方法を変更することなく、環境温度が変化した際でも、エタロン素子２の高精度な温度制御を実現できる。

［他の参考例及び実施形態］
なお、上記第五番目の参考例にて、エタロン素子２の両側面２ｃ，２ｄに第一および第二の物体２１，２２を接してそれぞれ設け、第一および第二の物体２１，２２における、エタロン素子２の端面２ａ，２ｂと並行な切断面を三角形状とした波長ロッカーを用いて説明したが、エタロン素子２の両側面２ｃ，２ｄに第一および第二の物体２１，２２を接してそれぞれ設け、第一および第二の物体２１，２２における、エタロン素子２の端面２ａ，２ｂと並行な切断面を台形にした波長ロッカーとすることも可能である。このような波長ロッカーであっても、上記第五番目の参考例に係る波長ロッカーと同様な作用効果を奏する。

上記本発明の実施形態にて、第一，第二の物体にて、上側の部材および下側の部材を酸化アルミニウムおよび窒化アルミニウムの組み合わせとした波長ロッカーを用いて説明したが、第一，第二の物体にて、上側の部材および下側の部材をスーパーインバー材およびコバールの組み合わせなど、下側の部材を上側の部材と比べて熱伝達率が高い物質で構成した波長ロッカーとすることも可能である。このような波長ロッカーであっても、上記本発明の実施形態に係る波長ロッカーと同様な作用効果を奏する。

本発明に係る波長ロッカーの効果を確認するために行った確認試験を以下に説明するが、本発明は以下に説明する確認試験のみに限定されるものではない。

［確認試験１］
本試験にて、エタロン素子の実温度変化量ΔＴｅがエタロン素子の材料および物体Ａの材料に応じてどのように変化するか確認した。
従来の波長ロッカーである図１３に示すエタロン素子とサーミスタ素子の配置状態にある場合にて、環境温度の変化（横軸）に対するエタロン素子の実温度変化を図７に示す。
このときのエタロン素子の実温度変化量をΔＴｅ（℃）とする。サーミスタ素子は基板温度であり一定であるので、図７に示すように、モニター温度ずれ（エタロン素子の実温度変化とサーミスタ素子の温度変化との相対差）はΔＴｅとなる。

続いて、従来のエタロン素子の実温度変化量ΔＴｅと、上述した第一番目〜第四番目の参考例の波長ロッカーにて、エタロン素子に接する物体の材料を窒化アルミニウム（ＡｌＮ、熱伝導率１５０Ｗ／ｍ／Ｋ）とした場合の実温度変化量ΔＴｅとを図８（ａ）に示し、エタロン素子に接する物体の材料を酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃、熱伝導率２０Ｗ／ｍ／Ｋ）とした場合の実温度変化量ΔＴｅとを図８（ａ）に示す。図８（ａ）および図８（ｂ）にて、黒丸印が溶融石英（熱伝導率１．４Ｗ／ｍ／Ｋ）製のエタロン素子の場合を示し、白抜き三角印が水晶（基板／／ｃ軸、熱伝導率６．２Ｗ／ｍ／Ｋ）製のエタロン素子の場合を示す。図８（ａ）および図８（ｂ）にて、横軸に各試験体を示し、縦軸に環境温度を０℃から７５℃まで変化させたときのエタロン素子の実温度変化量ΔＴｅを示す。

具体的には、図８（ａ）にて、上記第一番目の参考例と同様、エタロン素子の一方の側面側にＡｌＮ製の物体Ａを配置したものを試験体１１とした。上記第二番目の参考例と同様、エタロン素子の両方の側面側にＡｌＮ製の物体Ａを配置したものを試験体１２とした。上記第三番目の参考例と同様、エタロン素子の両方の側面側および上面側にＡｌＮ製の物体Ａを配置したものを試験体１３とした。上記第四番目の参考例と同様、エタロン素子の両方の側面側および下面側にＡｌＮ製の物体Ａを配置したものを試験体１４とした。

図８（ｂ）にて、上記第一番目の参考例と同様、エタロン素子の一方の側面側にＡｌ₂Ｏ₃製の物体Ａを配置したものを試験体２１とした。上記第二番目の参考例と同様、エタロン素子の両方の側面側にＡｌ₂Ｏ₃製の物体Ａを配置したものを試験体２２とした。上記第三番目の参考例と同様、エタロン素子の両方の側面側および上面側にＡｌ₂Ｏ₃製の物体Ａを配置したものを試験体２３とした。上記第四番目の参考例と同様、エタロン素子の両方の側面側および下面側にＡｌ₂Ｏ₃製の物体Ａを配置したものを試験体２４とした。図８（ａ）および図８（ｂ）にて、従来のエタロン素子単体（エタロン素子の周囲に物体Ａを配置しないもの）を比較体１とした。

図８（ａ）に示すように、溶融石英製のエタロン素子および水晶製のエタロン素子のどちらであっても、試験体１１では、比較体１と比べて、ΔＴｅが減少し、ΔＴｅを２℃以下に抑えることができることを確認した。図８（ｂ）に示すように、溶融石英製のエタロン素子および水晶製のエタロン素子のどちらであっても、試験体２１では、比較体１と比べて、ΔＴｅが減少し、ΔＴｅを２℃以下に抑えることができることを確認した。すなわち、エタロン素子自体の材料、および物体Ａの材料によらず、ΔＴｅを２℃以下に抑えることができることを確認した。

試験体１２および試験体２２では、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、溶融石英製のエタロン素子および水晶製のエタロン素子のどちらであっても、試験体１１および試験体２１と比べて、それぞれΔＴｅがさらに減少することを確認した。

試験体１３および試験体２３では、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、溶融石英製のエタロン素子および水晶製のエタロン素子のどちらであっても、試験体１２および試験体２２と比べて、それぞれΔＴｅが増加するものの、ΔＴｅを１℃以下に抑えることができることを確認した。

試験体１４および試験体２４では、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、溶融石英製のエタロン素子および水晶製のエタロン素子のどちらであっても、試験体１２および試験体２２と比べて、それぞれΔＴｅが増加するものの、ΔＴｅを１℃以下に抑えることができることを確認した。

上述した確認試験の結果から、熱伝導率がエタロン素子よりも高い物体Ａをエタロン素子と基板とに接して一体化することで、基板温度がエタロン素子中心部まで効率良く伝達され、環境温度の影響を受けにくくなったと考えられる。

したがって、第一番目〜第四番目の参考例に係る波長ロッカーによれば、エタロン素子部分の温度を独立に制御する波長ロッカーであって、エタロン素子の材料を用途に応じて変更した場合であっても、エタロン素子の温度を制御するサーミスタ素子の搭載方法を変更することなく、環境温度の変化の影響を受けにくく安定してエタロン素子の温度を制御することができる。

［確認試験２］
本試験にて、エタロン素子の実温度変化量ΔＴｅが物体Ａの形状に応じてどのように変化するかを確認した。
第五番目の参考例の試験体として３種類用意した。物体Ａの底面積が図２（第二番目の参考例）と同じで幅が１の場合を試験体１５、幅が２の場合を試験体１６、幅が３の場合を試験体１７とした。第五番目の参考例の波長ロッカー（試験体１５、試験体１６、試験体１７）の場合と、第二番目の参考例の波長ロッカー（比較体２）の場合の実温度変化量ΔＴｅを図９に示す。図９にて、黒丸印が溶融石英製のエタロン素子とＡｌＮ製の物体Ａとで構成した場合を示し、白抜き丸印が水晶製のエタロン素子とＡｌＮ製の物体Ａとで構成した場合を示し、黒三角印が溶融石英製のエタロン素子とＡｌ₂Ｏ₃製の物体Ａとで構成した場合を示し、白抜き三角印が水晶製のエタロン素子とＡｌ₂Ｏ₃製の物体Ａとで構成した場合を示す。図９にて、横軸に各試験体を示し、縦軸に環境温度を０℃から７５℃まで変化させたときのエタロン素子の実温度変化量ΔＴｅを示す。

試験体１５では、比較体２と比べて、物体ＡがＡｌ₂Ｏ₃製の場合はΔＴｅの低減がみられ、物体Ａの断面形状変化（長方形から三角形）による効果がみられた。物体ＡがＡｌＮ製の場合はΔＴｅの変化が殆ど見られなかったが、これは熱伝導率がＡｌ₂Ｏ₃の７．５倍と高いため断面形状の変化による効果が小さいと考えられる。次に試験体１６では、溶融石英製のエタロン素子および水晶製のエタロン素子のどちらであっても、また、ＡｌＮ製の物体ＡおよびＡｌ₂Ｏ₃製の物体Ａのどちらであっても、比較体２および試験体１５と比べて、ΔＴｅが低減することを確認した。これは、物体Ａの断面形状の変化に加え物体Ａの幅（三角形の底辺）が広くなり、物体Ａの基板との接触面積が増加したことによる効果と考えられる。しかし、試験体１７の場合、ΔＴｅは試験体１６と比較して逆に増加した。これは、物体Ａの幅に最適値が存在することを示し、その値は高さと同提程度であると推測される。
まとめると、物体Ａの形状を、エタロン素子の端面２ａ，２ｂと並行な切断面を長方形とした場合よりも、エタロン素子２の端面２ａ，２ｂと並行な切断面を三角形とした場合の方が、また、更に断面の三角形の底辺長を高さと同程度にすることによりエタロン素子の実温度変化量ΔＴｅを更に低減できることを確認した。

［確認試験３］
本試験にて、エタロン素子の実温度変化量ΔＴｅが物体Ａの材質構成に応じてどのように変化するかを確認した。
本発明の実施形態の波長ロッカー（試験体１８）の場合と、第二番目の参考例の波長ロッカー（比較体３）の場合の実温度変化量ΔＴｅを図１０に示す。図１０にて、黒丸印が溶融石英製のエタロン素子の場合を示し、白抜き丸印が水晶製のエタロン素子の場合を示す。図１０にて、横軸に各試験体を示し、縦軸に環境温度を０℃から７５℃まで変化させたときのエタロン素子の実温度変化量ΔＴｅを示す。

図１０にて、エタロン素子に隣接して第一、第二の物体を配置し、第一、第二の物体の上側部材を酸化アルミニウムとし、第一、第二の物体の下側部材を窒化アルミニウムとして構成したものを試験体１８とした。エタロン素子に隣接して第一、第二の物体を配置し、第一、第二の物体を酸化アルミニウム単体で構成したものを比較体３とした。

試験体１８では、図１０に示すように、溶融石英製のエタロン素子および水晶製のエタロン素子のどちらであっても、比較体３と比べて、ΔＴｅが低減することを確認した。言い換えると、第一、第二の物体を上側部材と下側部材の２つの部材で構成し、上側部材よりも下側部材の熱抵抗が小さいものとしたことにより、エタロン素子の実温度変化量ΔＴｅを低減できることを確認した。

以上説明したように、本発明に係る波長ロッカーによれば、エタロン素子部分の温度を独立に制御する波長ロッカーにおいて、エタロン素子の材質を変更した場合であっても、エタロン素子を温度制御するサーミスタ素子の搭載方法を変更することなく、環境温度の変化の影響を受けにくく安定してエタロン素子の温度を制御できる。

本発明に係る波長ロッカーによれば、エタロン素子部分の温度を独立に制御する波長ロッカーであり、エタロン素子の材質を用途に応じて変更した場合でも、エタロン素子を温度制御するサーミスタ素子の搭載方法を変更することなく、環境温度の変化の影響を受けにくく安定してエタロン素子の温度を制御できるため、通信産業などで有益に利用することができる。

１基板
２エタロン素子
３サーミスタ素子
１１，１２，１３，１４，２１，２２，３１，３２，３３，３４物体
１０１基板
１０２エタロン素子
１０３サーミスタ素子
１０４第１のフォトダイオード
１０５第２のフォトダイオード
１０６キューブ型の２連ビームスプリッタ
１０７光
１０８絶縁プレート

Claims

波長ロッカー基板上でエタロン素子の近傍に配置されるサーミスタ素子により当該エタロン素子の温度を独立に制御する波長ロッカーであって、
前記エタロン素子の光学共振器面以外の両側面と基板に接し接着手段で一体化されて物体が設けられ、
前記物体が、前記エタロン素子より熱伝導率の高い材質で構成され、
前記物体は、上部と下部とで熱伝導率の異なる物質で構成され、
且つ、前記物体の下部側が前記物体の上部側よりも熱伝導率の高い物質で構成される
ことを特徴とする波長ロッカー。