JP5724583B2

JP5724583B2 - 光送信器および光送信装置

Info

Publication number: JP5724583B2
Application number: JP2011096502A
Authority: JP
Inventors: 学小宮山
Original assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Current assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2031-04-22
Also published as: JP2012226281A; US8693510B2; US20120269508A1

Description

本発明は、光を送信する光送信器および光送信装置に関する。

近年、光伝送装置では、ＸＦＰ（１０ＧｉｇａｂｉｔＳｍａｌｌＦｏｒｍＦａｃｔｏｒＰｌｕｇｇａｂｌｅ）などの１０［Ｇｂ／ｓ］の光トランシーバが用いられてきている。たとえば極地付近などの寒冷地や、赤道付近の熱帯地で、空調設備の無い局舎や屋外に光伝送装置が設置される場合がある。このような場合に、光トランシーバには、たとえば−４０〜８５［℃］のような広温度での動作保証を要求されることがある。

１０［Ｇｂ／ｓ］の直接変調レーザ（ＤＭＬ：ＤｉｒｅｃｔｌｙＭｏｄｕｌａｔｅｄＬａｓｅｒ）の一般的な動作温度保証範囲は、たとえば−２０〜９０［℃］である。動作温度の拡大を実現する上での課題の一つは、光トランシーバに搭載される直接変調レーザに要求される特性（変調特性など）を満足させることである。

ところで、ＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍｏ−ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｏｌｅｒｓ）上で直接変調レーザの温度を一定に保つ温調機能を有する半導体レーザモジュールが知られている。また、半導体レーザモジュールのサブマウント内部または半導体レーザモジュールの外部にヒータなどを設ける構造とし、低温時にヒータで半導体レーザを加熱する構成が知られている（たとえば、下記特許文献１〜４参照。）。しかし、温調機能を有する半導体レーザモジュールは高価になるため、温調機能の無い半導体レーザモジュールも用いられる。

特開２００１−９４２００号公報特開２００５−７２１９７号公報特開２００２−４３６７１号公報米国特許第７４９２７９８号明細書

しかしながら、上述した従来技術では、低温時にも直接変調レーザの特性を維持することが困難であり、通信品質が劣化するという問題がある。具体的には、直接変調レーザなどの半導体レーザの特性として、温度が低下すると、駆動電流の大きさに対する光出力パワーの比率が高くなる。したがって、たとえば、直接変調レーザを低温で使用し、光出力パワーを一定にするＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ：自動強度制御）を行うと、駆動電流が低下することになる。このため、直接変調レーザの緩和振動周波数が低下し、直接変調レーザの出力光の波形（アイ開口）が劣化するという問題がある。

本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、通信品質を向上させることができる光送信器および光送信装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の一側面によれば、低温になるほど光の出射パワーが増加する半導体レーザと、低温になるほど挿入損失が増加し、前記半導体レーザから出射された光を通過させるアイソレータと、前記アイソレータを通過した光を出力する出力部と、を備える光送信器および光送信装置が提案される。

また、本発明の一側面によれば、低温になるほど光の出射パワーが増加する半導体レーザと、前記半導体レーザから出射された光を出力する出力部と、温度に応じて反り量が変化し、前記半導体レーザから前記出力部へ出射される光の一部を前記反り量に応じて遮断するプレートであって、低温になるほど前記光を遮断する量が増加するプレートと、を備える光送信器および光送信装置が提案される。

また、本発明の一側面によれば、低温になるほど光の出射パワーが増加するとともに、低温になるほど前記光の波長が短くなる半導体レーザと、相対的に短い波長に対する透過率が、相対的に長い波長の透過率よりも低い透過特性を有し、前記半導体レーザから出射された光を通過させる光フィルタと、前記光フィルタを通過した光を出力する出力部と、を備える光送信器および光送信装置が提案される。

本発明の一側面によれば、通信品質を向上させることができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１にかかる光送信器の構成例を示す断面図である。図２−１は、ＡＰＣを行う送信器における光出力パワーおよびパルスマスクマージンの温度特性の一例を示す参考図である。図２−２は、パルスマスクマージンに基づく制御を行う送信器における光出力パワーおよびパルスマスクマージンの温度特性の一例を示す参考図である。図２−３は、実施の形態１にかかる送信器における光出力パワーおよびパルスマスクマージンの温度特性の一例を示す図である。図３−１は、光アイソレータの構成例を示す図である。図３−２は、光アイソレータへ順方向に入射された光を示す図である。図３−３は、光アイソレータへ逆方向に入射された光を示す図である。図４は、光アイソレータの温度と挿入損失との関係を示すグラフである。図５は、実施の形態１にかかる光通信装置の構成例を示す図である。図６は、図１に示した送信器の変形例を示す図である。図７−１は、実施の形態２にかかる送信器の構成例を示す断面図である。図７−２は、低温時におけるプレートの変化の一例を示す図である。図７−３は、高温時におけるプレートの変化の一例を示す図である。図８は、実施の形態３にかかる送信器の構成例を示す断面図である。図９は、光フィルタの透過特性の一例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる光送信器および光送信装置の各実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
（光送信器の構成）
図１は、実施の形態１にかかる光送信器の構成例を示す断面図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる光送信器１００は、半導体レーザチップ１１０と、サブマウント１２１と、柱１２２と、ステム１２３と、端子１２４ａ〜１２４ｄと、キャップ１２５と、レンズ１３０と、レセプタクル１４０と、光ファイバスタブ１５０と、光アイソレータ１６０と、モニタＰＤ１７０（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ：フォトダイオード）と、を備えている。光送信器１００は、たとえばＴＯＳＡ（ＴｒａｎｓｍｉｔｔｅｒＯｐｔｉｃａｌＳｕｂＡｓｓｅｍｂｌｙ：送信光サブアセンブリ）である。

半導体レーザチップ１１０は、たとえば１０［Ｇｂ／ｓ］の直接変調レーザ（ＤＭＬ：ＤｉｒｅｃｔｌｙＭｏｄｕｌａｔｅｄＬａｓｅｒ）である。半導体レーザチップ１１０は、サブマウント１２１に対して半田などで固定されている。サブマウント１２１は柱１２２に固定されている。柱１２２は円柱形のステム１２３に固定されている。

半導体レーザチップ１１０は、たとえば、サブマウント１２１および柱１２２の表面に形成された配線によって端子１２４ａ〜１２４ｄの少なくともいずれかに電気的に接続され、接続された端子から供給される駆動電流に応じた光を出射する。

また、半導体レーザチップ１１０は、低温になるほど（すなわち半導体レーザチップ１１０の温度が低くなるほど）光の出射パワーが増加する。たとえば、半導体レーザチップ１１０の駆動電流は、パルスマスク特性（信号品質）が閾値より低くならないように制御される。この場合は、半導体レーザチップ１１０の駆動電流は、低温時でも低下しないように制御される。また、半導体レーザの特性により、低温になるほど半導体レーザチップ１１０の駆動電流に対する出射パワーの比率が高くなる。したがって、半導体レーザチップ１１０の出射パワーは、低温になるほど増加することになる。

または、半導体レーザチップ１１０の駆動電流は一定値で供給されてもよい。この場合も、半導体レーザチップ１１０の駆動電流に対する出射パワーの比率は温度が低くなるほど高くなるため、半導体レーザチップ１１０の出射パワーは、低温になるほど増加することになる。また、この場合も、低温時にも駆動電流のパワーが低下しないため、パルスマスク特性（信号品質）の低下を抑制することができる。

また、半導体レーザチップ１１０は、たとえばチップ内に回折格子を有するＤＦＢ（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＦｅｅｄＢａｃｋ：分布帰還型）の半導体レーザであり、半導体レーザチップ１１０の両端面には反射防止膜が形成されている。半導体レーザチップ１１０は、前方からの前方出力光１１１と、後方からの後方出力光１１２と、を出射する。

また、半導体レーザチップ１１０は、キャップ１２５およびステム１２３によって囲まれた空間内に、乾燥窒素などにより気密封止されている。これにより、湿度変化などによる半導体レーザチップ１１０の劣化を低減することができる。キャップ１２５にはレンズ１３０が設けられている。レンズ１３０は、半導体レーザチップ１１０と光ファイバスタブ１５０とを光学的に結合するように設けられている。レンズ１３０は、半導体レーザチップ１１０から出射される前方出力光１１１を光ファイバスタブ１５０の光ファイバ１５２へ集光する。

レセプタクル１４０は、光送信器１００と光コネクタとの接続機構である。レセプタクル１４０は、光ファイバスタブ１５０および光アイソレータ１６０を内蔵している。光ファイバスタブ１５０（出力部）においては、フェルール１５１に設けられた貫通孔に光ファイバ１５２が挿入されている。フェルール１５１はたとえばジルコニアなどのセラミックスによって形成することができる。光ファイバ１５２はたとえば石英ガラスなどによって形成することができる。光ファイバ１５２には、レンズ１３０によって集光された前方出力光１１１が入射する。光ファイバ１５２は、入射した光を通過させて出力する。

光アイソレータ１６０は、レンズ１３０と光ファイバスタブ１５０との間に設けられており、レンズ１３０と光ファイバスタブ１５０とを光学的に結合するように設けられている。光アイソレータ１６０は、レンズ１３０から光ファイバスタブ１５０へ出射される前方出力光１１１を通過させる。一方、光アイソレータ１６０は、光ファイバスタブ１５０の側からレンズ１３０の側への反射戻り光を遮断する（たとえば図３−１〜図３−３参照）。これにより、反射戻り光によって半導体レーザチップ１１０の特性が不安定となることを回避することができる。

また、光アイソレータ１６０は、半導体レーザチップ１１０から光ファイバスタブ１５０へ出射される光について、使用される温度の範囲において低温になるほど光損失が大きくなるように特性が調整されている（たとえば図４参照）。使用される温度の範囲は、たとえば光送信器１００の動作が保証される温度の範囲である。

モニタＰＤ１７０は、ステム１２３の半導体レーザチップ１１０に対向する側の面に設けられ、半導体レーザチップ１１０の後方から出射される後方出力光１１２を受光する。モニタＰＤ１７０は、受光した後方出力光１１２の相対強度をモニタし、モニタ結果を端子１２４ａ〜１２４ｄの少なくともいずれかから光送信器１００の外部へ出力する。これにより、光送信器１００の外部の回路において、たとえば半導体レーザチップ１１０の発光状態を監視することが可能になる。ただし、光送信器１００においてモニタＰＤ１７０を省いた構成とすることも可能である。

（光出力パワーおよびパルスマスクマージンの温度特性）
図２−１は、ＡＰＣを行う送信器における光出力パワーおよびパルスマスクマージンの温度特性の一例を示す参考図である。図２−１において、横軸は、光送信器１００（半導体レーザチップ１１０）の温度［℃］を示している。また、左側の縦軸は、光送信器１００の出力光のパルスマスクマージン［％］を示している。また、右側の縦軸は、光送信器１００の光出力パワー［ｄＢｍ］を示している。

また、光出力特性２１１は、光送信器１００の光出力パワーの温度特性を示している。閾値２１２は、光送信器１００の光出力パワーにおける規格割れの閾値（上限）を示している。パルスマスク特性２２１は、光送信器１００の出力光のパルスマスクマージンの温度特性を示している。閾値２２２は、光送信器１００の出力光のパルスマスクマージンにおける規格割れの閾値（下限）を示している。

図２−１は、光送信器１００の光出力パワーが一定になるように駆動電流を制御するＡＰＣを行うとともに、光アイソレータ１６０の挿入損失が温度によらず一定であると仮定した場合の各特性を示している。光送信器１００においてＡＰＣを行うと仮定すると、図２−１の光出力特性２１１に示すように、光送信器１００の光出力パワーは温度によらずほぼ一定に保たれる。一方、図２−１のパルスマスク特性２２１に示すように、光送信器１００の出力光のパルスマスクマージンは、低温になると、ＡＰＣによる駆動電流の低下にともなって低下する。たとえば−３０［℃］以下では、光送信器１００の出力光のパルスマスクマージンは閾値２２２を下回って規格割れとなっている。

光送信器１００の出力光のパルスマスクマージンを改善するためには、たとえば半導体レーザチップ１１０の緩和振動周波数を増加させる。半導体レーザチップ１１０の緩和振動周波数ｆｒは、たとえば下記（１）式または（２）式によって示すことができる。下記（１）式または（２）式において、ＳＱＲＴ（Ｘ）はＸの平方根である。α，βは定数である。Ｉは半導体レーザチップ１１０の駆動電流である。Ｉｔｈは半導体レーザチップ１１０の閾値電流である。Ｐｏは半導体レーザチップ１１０の光出力パワーである。

ｆｒ ∝ α×ＳＱＲＴ（Ｉ−Ｉｔｈ） …（１）

ｆｒ ∝ β×ＳＱＲＴ（Ｐｏ） …（２）

すなわち、光送信器１００の出力光の低温時におけるパルスマスクマージンを改善するためには、低温時の駆動電流Ｉを高くし、あるいは低温時の半導体レーザチップ１１０の前方出力光１１１の光出力パワーＰｏを高くすればよい。

図２−２は、パルスマスクマージンに基づく制御を行う送信器における光出力パワーおよびパルスマスクマージンの温度特性の一例を示す参考図である。図２−２において、図２−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図２−２は、光送信器１００の出力光のパルスマスクマージンが閾値２２２を下回らないように駆動電流を制御するとともに、光アイソレータ１６０の挿入損失が温度によらず一定であると仮定した場合の各特性を示している。

この場合は、低温時にも光送信器１００の出力光のパルスマスクマージンが閾値２２２を下回らないようにするため、低温時における駆動電流は図２−１に示した場合に比べて高くなる。したがって、低温時における光送信器１００の光出力パワーも、図２−１に示した場合に比べて高くなる。たとえば−３０［℃］以下では、光送信器１００の光出力パワーが閾値２１２を上回って規格割れとなっている。

図２−３は、実施の形態１にかかる送信器における光出力パワーおよびパルスマスクマージンの温度特性の一例を示す図である。図２−３において、図２−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図２−３は、図１に示した光送信器１００のように、たとえば光送信器１００の出力光のパルスマスクマージンが閾値２２２を下回らないように駆動電流を制御するとともに、光アイソレータ１６０の挿入損失が低温になるほど増加する場合の各特性を示している。

この場合は、低温時における半導体レーザチップ１１０の出射パワーが高くなるが、低温時には光アイソレータ１６０の挿入損失も大きくなるため、低温時における光送信器１００の出力光のパワーの増加を抑えることができる。たとえば、図２−３に示すように、光送信器１００の出力光のパルスマスクマージンが閾値２２２を下回らないようにしつつ、光送信器１００の光出力パワーが閾値２１２を上回らないようにすることができる。これにより、低温時においても、出力光の波形歪およびパワー超過を抑えることができる。このため、通信品質を向上させることができる。

（光アイソレータの構成例）
図３−１は、光アイソレータの構成例を示す図である。図３−１に示すように、光アイソレータ１６０は、筒状磁石３１０と、偏光子３２０と、ファラデー回転子３３０と、偏光子３４０と、を備えている。筒状磁石３１０は、筒状の磁石である。筒状磁石３１０の内部には、偏光子３２０、ファラデー回転子３３０および偏光子３４０が直列に配置されている。筒状磁石３１０はファラデー回転子３３０を磁化する。

偏光子３２０は、所定方向（偏光方向３２１）の直線偏光を通過させ、所定方向以外の偏光を遮断する第一偏光子である。以下、偏光子３２０の偏光方向３２１を基準の０［°］の方向として説明する。偏光子３４０は、偏光子３２０に対して４５［°］（偏光方向３４１）の相対角度で配置された第二偏光子である。すなわち、偏光子３４０は、４５［°］の直線偏光を通過させ、４５［°］以外の偏光を遮断する。

ファラデー回転子３３０は、偏光子３２０と偏光子３４０との間に設けられている。ファラデー回転子３３０は、通過する光の偏光方向を、温度に応じた角度だけ回転させる。ここでは仮に、ファラデー回転子３３０は、偏光方向を４５［°］回転させるとする。ファラデー回転子３３０は、たとえばガーネット単結晶膜によって実現することができる。

図３−２は、光アイソレータへ順方向に入射された光を示す図である。図３−２において、図３−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図３−２に示すように、光アイソレータ１６０の前段から（すなわち順方向に）入射された光は、偏光子３２０によって０［°］（偏光方向３２２）の直線偏光のみが通過してファラデー回転子３３０へ入射される。

したがって、ファラデー回転子３３０によって偏光方向が回転して偏光子３４０へ出射される光は４５［°］（偏光方向３３２）の直線偏光になる。偏光子３４０は４５［°］の直線偏光を通過させるため、ファラデー回転子３３０から出射された光は偏光子３４０を通過して光アイソレータ１６０の後段へ出射される。

図３−３は、光アイソレータへ逆方向に入射された光を示す図である。図３−３において、図３−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図３−３に示すように、光アイソレータ１６０の後段から（すなわち逆方向に）入射された光は、偏光子３４０によって４５［°］（偏光方向３４３）の直線偏光のみが通過してファラデー回転子３３０へ入射される。

したがって、ファラデー回転子３３０によって偏光方向が４５［°］回転して偏光子３２０へ出射される光は９０［°］（偏光方向３３３）の直線偏光になる。偏光子３２０は０［°］の直線偏光のみを通過させるため、ファラデー回転子３３０から出射された光は偏光子３２０によって遮断され、光アイソレータ１６０の前段へ出射されない。

図３−２および図３−３に示したように、光アイソレータ１６０によれば、順方向に入射された光を通過させるとともに、逆方向に入射された光を遮断することができる。また、ファラデー回転子３３０は偏光方向を４５［°］回転させるとして説明したが、ファラデー回転子３３０は、温度に応じて偏光方向の回転量が変化する性質を有する。

したがって、順方向に入射され、偏光子３２０およびファラデー回転子３３０を通過した光の偏光方向と、偏光子３４０の偏光方向と、の間に温度に応じたずれが生じる。これにより、順方向の光が偏光子３４０を通過する比率が温度に応じて変化する。このため、温度に応じて光アイソレータ１６０の挿入損失が変化する。

図４は、光アイソレータの温度と挿入損失との関係を示すグラフである。図４において、横軸は光アイソレータ１６０の温度［℃］を示している。また、縦軸は光アイソレータ１６０の挿入損失［ｄＢ］を示している。挿入損失特性４０１は、光アイソレータ１６０の挿入損失の温度特性である。

たとえば、挿入損失特性４０１に示すように、光送信器１００が使用される温度の範囲（たとえば−４０［℃］〜８０［℃］）の高温側において挿入損失が最小となるようにする。このとき、ファラデー回転子３３０による偏光方向の回転角度は、高温になるほど４５［°］（所定角度）に近づき、低温になるほど４５［°］との差が大きくなる。これにより、光送信器１００が使用される温度の範囲において、低温になるほど光アイソレータ１６０の挿入損失を増加させることができる。

挿入損失特性４０１は、たとえば偏光子３２０と偏光子３４０との相対角度の調整によって調整することができる。また、挿入損失特性４０１は、ファラデー回転子３３０の材料などの選択によって調整することもできる。たとえば、光送信器１００の製造時に、半導体レーザチップ１１０の温度を変化させながら光送信器１００の光出力パワーを監視し、光出力パワーが温度によらずほぼ一定になるように挿入損失特性４０１を調整する。これにより、光送信器１００の光出力パワーを温度によらずほぼ一定にすることができる。

（光通信装置の構成例）
図５は、実施の形態１にかかる光通信装置の構成例を示す図である。図５に示す光通信装置５００は、ＲＯＳＡ５１０（ＲｅｃｅｉｖｅｒＯｐｔｉｃａｌＳｕｂＡｓｓｅｍｂｌｙ：受信光サブアセンブリ）と、ＴＯＳＡ５２０と、プリント基板５３０と、を備えている。光通信装置５００は、ＴＯＳＡ５２０によって光を送信する光送信装置である。

ＲＯＳＡ５１０は、ＰＤを内蔵し、外部からの光をＰＤによって受光して光電変換した電気信号をプリント基板５３０へ出力する受信器である。ＴＯＳＡ５２０は、半導体レーザを内蔵し、ＬＤ駆動部５３６から供給される駆動電流に応じて半導体レーザから光を出射させることで光信号を外部へ送信する送信器である。図１に示した光送信器１００は、たとえばＴＯＳＡ５２０に適用することができる。

プリント基板５３０には、ＣＤＲ５３１（ＣｌｏｃｋａｎｄＤａｔａＲｅｃｏｖｅｒｙ）と、サーミスタ５３２と、マイクロコントローラ５３３と、受信制御部５３４と、ＣＤＲ５３５と、ＬＤ駆動部５３６と、送信制御部５３７と、が設けられている。ＣＤＲ５３１は、ＲＯＳＡ５１０から出力された電気信号を再生し、再生した電気信号を外部へ出力する。

サーミスタ５３２は、周囲の温度を測定する測定部である。サーミスタ５３２は、測定した温度を示す温度情報をマイクロコントローラ５３３へ出力する。ここで、ＴＯＳＡ５２０とサーミスタ５３２とは同一の光通信装置５００に格納されているため、サーミスタ５３２の周囲の温度とＴＯＳＡ５２０の半導体レーザの温度とはほぼ同じ、または連動している。したがって、サーミスタ５３２は、周囲の温度を測定することによって、ＴＯＳＡ５２０の半導体レーザの温度を間接的に測定することができる。

マイクロコントローラ５３３は、光通信装置５００に組み込まれた制御回路である。たとえば、マイクロコントローラ５３３は、サーミスタ５３２から出力された温度情報を受信制御部５３４へ出力する。受信制御部５３４は、たとえばマイクロコントローラ５３３から出力される温度情報に基づいて、ＲＯＳＡ５１０による光信号の受信を制御する制御回路である。

ＣＤＲ５３５には、外部からの電気信号が入力される。ＣＤＲ５３５は、入力された電気信号を再生し、再生した電気信号をＬＤ駆動部５３６へ出力する。ＬＤ駆動部５３６は、ＣＤＲ５３５から出力された電気信号に応じた駆動電流をＴＯＳＡ５２０へ供給することでＴＯＳＡ５２０を駆動する。また、ＬＤ駆動部５３６は、送信制御部５３７の制御にしたがって、ＴＯＳＡ５２０へ供給する駆動電流の大きさを変化させる。

送信制御部５３７は、ＴＯＳＡ５２０による光信号の送信を制御する制御回路である。具体的には、送信制御部５３７は、マイクロコントローラ５３３から受信制御部５３４へ出力される温度情報を取得し、取得した温度情報に基づいて、ＬＤ駆動部５３６からＴＯＳＡ５２０へ供給される駆動電流の大きさを制御する。これにより、ＴＯＳＡ５２０の半導体レーザの温度に応じて、ＴＯＳＡ５２０の半導体レーザの出射パワーを制御することができる。

たとえば、光通信装置５００は、温度と駆動電流の大きさを対応付けた対応情報を記憶するメモリをさらに備えている。送信制御部５３７は、取得した温度情報が示す温度に対応する駆動電流の大きさを対応情報から取得し、取得した駆動電流の大きさとなるようにＬＤ駆動部５３６が供給する駆動電流の大きさを制御する。

対応情報は、たとえばあらかじめ作成されてメモリに記憶される。たとえば、ＴＯＳＡ５２０の温度を変化させながら、サーミスタ５３２によって温度を測定する。そして、サーミスタ５３２によって測定される各温度について、駆動電流を変化させながらＴＯＳＡ５２０の出力光のパルスマスクマージンを監視し、パルスマスクマージンが閾値を上回る駆動電流の大きさを該当温度に対応する駆動電流の大きさとして決定する。これにより、サーミスタ５３２によって測定される温度と、ＴＯＳＡ５２０から出力される光のパルスマスクマージン（波形の品質）が所定の条件（たとえば閾値以上）を満たす駆動電流の大きさと、を対応付ける対応情報を作成することができる。

なお、たとえばＲＯＳＡ５１０、ＣＤＲ５３１および受信制御部５３４などを省き、光通信装置５００を光送信装置としてもよい。

（送信器の変形例）
図６は、図１に示した送信器の変形例を示す図である。図６において、図１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図６に示すように、光送信器１００は、図１に示した構成に加えて光アイソレータ６１０を備えていてもよい。光アイソレータ６１０は、レセプタクル１４０の内部において光アイソレータ１６０と直列に配置されている。

光アイソレータ６１０は、レンズ１３０から光ファイバスタブ１５０へ出射される前方出力光１１１を通過させる。一方、光アイソレータ６１０は、光ファイバスタブ１５０の側からレンズ１３０の側への反射戻り光を遮断する。光アイソレータ６１０の構成例は、たとえば、図３−１〜図３−３に示した構成例と同様である。

このように、複数の光アイソレータ１６０および光アイソレータ６１０を設けることで、反射戻り光を抑えるアイソレーション特性を向上させることができる。これにより、低温時に光アイソレータ１６０の光損失が大きくなることで光アイソレータ１６０のアイソレーション特性が低下しても、半導体レーザチップ１１０への反射戻り光を抑えることができる。これにより、反射戻り光によって半導体レーザチップ１１０の特性が不安定となることを回避することができる。

なお、光アイソレータ１６０，６１０のそれぞれの挿入損失特性４０１を合成した挿入損失特性において、低温になるほど挿入損失が大きくなればよい。たとえば、光アイソレータ１６０，６１０のそれぞれの挿入損失特性４０１において、低温になるほど挿入損失が大きくなってもよい。または、光アイソレータ１６０，６１０のうちの一方の挿入損失特性４０１においては低温になるほど挿入損失が大きくなり、他方の挿入損失特性４０１においては温度によらず挿入損失が一定であってもよい。

このように、実施の形態１にかかる光送信器１００においては、低温になるほど光の出射パワーが増加する半導体レーザチップ１１０の後段に、低温になるほど挿入損失が大きくなる光アイソレータ１６０を設ける。これにより、低温時に駆動電流を低下させなくても、光送信器１００の光出力パワーの増大を抑えることができる。

駆動電流を低下させないことで、半導体レーザチップ１１０の緩和振動周波数の低下を抑えられるため、光送信器１００の出力光の波形劣化を抑えることができる。また、駆動電流を低下させるとしても、少ない低下量で光送信器１００の光出力パワーの増大を抑えることができるため、光送信器１００の出力光の波形劣化を抑えることができる。また、光送信器１００の光出力パワーの増大を抑えることで、光送信器１００の光出力パワーが光出力規格を超過することを回避することができる。したがって、低温時においても通信品質を向上させることができる。このため、たとえば光送信器１００の動作温度範囲を拡張することができる。

また、たとえば、パルスマスク特性が閾値より低くならないように半導体レーザチップ１１０の駆動電流を制御し、駆動電流が低温時に高くなる場合においても、光送信器１００の光出力パワーの増大を抑えることができる。

また、光送信器１００によれば、低温になるほど挿入損失が大きくなる特性を有する光アイソレータ１６０を用いることで、ヒータなどを設けなくても動作温度範囲を拡張することができる。このため、消費電力の増加や制御の煩雑化を回避することができる。また、たとえば、ＶＯＡ（ＶａｒｉａｂｌｅＯｐｔｉｃａｌＡｔｔｅｎｕａｔｏｒ）を設け、温度に応じてＶＯＡを制御する構成に比べて、消費電力の増加や制御の煩雑化を回避することができる。また、低温になるほど挿入損失が大きくなるエレメントを光アイソレータ１６０によって実現することで、部品点数を増やさなくても動作温度範囲を拡張することができる。

（実施の形態２）
（送信器の構成例）
図７−１は、実施の形態２にかかる送信器の構成例を示す断面図である。図７−１において、図１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図７−１に示すように、実施の形態２にかかる光送信器１００は、図１に示した構成に加えて、プレート７０１と、柱７０２と、を備えている。

プレート７０１は、温度に応じて反り量が変化するプレートである。たとえば、プレート７０１は、熱膨張率が異なる複数（たとえば２枚）の金属板を張り合わせた複合金属板（バイメタル）によって実現することができる。

プレート７０１として用いるバイメタルは、熱膨張係数差がたとえば１０［ｐｐｍ］〜３０［ｐｐｍ］程度である２枚の金属板を用いることが好ましい。バイメタルを構成する材料は、低熱膨張率の材料として、たとえばＮｉの重量％が３６％〜４８％のＮｉ−Ｆｅ合金、高熱膨張率の材料として、たとえばＣｕ、Ｎｉ、７０％Ｃｕ−Ｚｎ合金、７０％Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金、２０％Ｎｉ−Ｍｎ−Ｆｅ合金を用いることができる。複合金属板についてはたとえば特許文献（特開昭５５−０８００２１号公報や特開昭５６−１３３７５８号公報）に記載されている。

プレート７０１は、半導体レーザチップ１１０から光ファイバスタブ１５０へ出射される光の一部を、自身の反り量に応じた量だけ遮断するように調整して設けられている。ここでは、プレート７０１は、柱７０２に対して半田などによって固定されている。柱７０２はステム１２３に固定されている。

また、プレート７０１は、半導体レーザチップ１１０から光ファイバスタブ１５０へ出射される光の遮断量が、低温になるほど増加するように調整されている。プレート７０１の調整は、たとえば、プレート７０１に含まれる各金属板の熱膨張率、プレート７０１の大きさ（たとえば面積や長さ）、プレート７０１の形状またはプレート７０１を設ける位置や角度などを変えることによって行うことができる。バイメタルの総厚としては、たとえば０．１［ｍｍ］〜０．８［ｍｍ］程度、さらに好ましくは０．１［ｍｍ］〜０．５［ｍｍ］程度が好ましい。

たとえば、プレート７０１は、常温（たとえば室温）において、図７−１に示すようにほぼ平面となっており、半導体レーザチップ１１０から光ファイバスタブ１５０へ出射される光を遮断しないように調整されている（遮断量ゼロ）。なお、実施の形態２においては、光アイソレータ１６０の挿入損失特性４０１は、低温になるほど挿入損失が増加する特性に限らない。たとえば、光アイソレータ１６０の挿入損失特性４０１は、温度に関わらず挿入損失が一定となる特性であってもよい。

図７−２は、低温時におけるプレートの変化の一例を示す図である。図７−２において、図７−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。たとえば、プレート７０１は、低温（たとえば−４０［℃］）においては、図７−２に示すように前方出力光１１１の側へ反り、前方出力光１１１の一部を遮断する。

また、図７−２に示すように、プレート７０１が前方出力光１１１の一部を遮断する際に、プレート７０１における前方出力光１１１の一部を遮断する部分の面７０３が前方出力光１１１の進行方向に対して斜めになるようにプレート７０１の角度を調整してもよい。これにより、前方出力光１１１のうちのプレート７０１によって遮断された光が、プレート７０１によって半導体レーザチップ１１０へ反射することを回避することができる。このため、反射戻り光により半導体レーザチップ１１０の特性が変化し、雑音が増加することを回避することができる。

また、プレート７０１における前方出力光１１１の一部を遮断する部分の面７０３を、光が反射しないようにしてもよい。たとえば、面７０３をブラスト処理等により粗化したり、面７０３に反射防止膜を設けることで、前方出力光１１１のうちのプレート７０１によって遮断された光が、プレート７０１によって半導体レーザチップ１１０へ反射することを回避することができる。このため、反射戻り光により半導体レーザチップ１１０の特性が変化し、雑音が増加することを回避することができる。

図７−３は、高温時におけるプレートの変化の一例を示す図である。図７−３において、図７−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。たとえば、プレート７０１は、高温（たとえば８５［℃］）においては、図７−３に示すように、前方出力光１１１の反対側へ反り、前方出力光１１１を遮断しない。このため、プレート７０１による前方出力光１１１の損失は発生しない。

図７−１〜図７−３に示したように、温度に応じて反り量が変化するプレート７０１を用いることで、実施の形態１にかかる光アイソレータ１６０と同様に、低温になるほど前方出力光１１１の損失量を増加させることができる。これにより、たとえば図２−３に示した光出力特性２１１およびパルスマスク特性２２１と同様の特性を得ることができる。

したがって、低温時に半導体レーザチップ１１０の出射パワーが増加しても、光送信器１００の出力パワーの超過を回避することができる。たとえば、光送信器１００の運用前に、半導体レーザチップ１１０の温度を変化させながら光送信器１００の光出力パワーを監視し、光出力パワーが温度によらずほぼ一定になるようにプレート７０１を調整する。これにより、光送信器１００の光出力パワーを温度によらずほぼ一定にすることができる。

このように、実施の形態２にかかる光送信器１００においては、低温になるほど光の出射パワーが増加する半導体レーザチップ１１０の後段に、低温になるほど光の遮断量が大きくなるプレート７０１を設ける。これにより、低温時に駆動電流を低下させなくても、光送信器１００の光出力パワーの増大を抑えることができる。

たとえば、パルスマスク特性が閾値より低くならないように半導体レーザチップ１１０の駆動電流を制御し、駆動電流が低温時に高くなる場合においても光送信器１００の光出力パワーの増大を抑えることができる。また、一定の駆動電流が半導体レーザチップ１１０へ供給される場合にも、光送信器１００の光出力パワーの増大を抑えることができる。

また、光送信器１００によれば、低温になるほど光の遮断量が大きくなる特性を有するプレート７０１を用いることで、ヒータなどを設けなくても動作温度範囲を拡張することができる。このため、消費電力の増加や制御の煩雑化を回避することができる。また、たとえば、ＶＯＡ（ＶａｒｉａｂｌｅＯｐｔｉｃａｌＡｔｔｅｎｕａｔｏｒ）を設け、温度に応じてＶＯＡを制御する構成に比べて、消費電力の増加や制御の煩雑化を回避することができる。なお、実施の形態２にかかる光送信器１００はたとえば図５に示したＴＯＳＡ５２０に適用することができる。

（実施の形態３）
図８は、実施の形態３にかかる送信器の構成例を示す断面図である。図８において、図１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図８に示すように、実施の形態３にかかる光送信器１００は、図１に示した構成に加えて光フィルタ８０１を備えている。半導体レーザチップ１１０は、低温になるほど出射する光の波長（発振波長）が短くなる特性を有する。たとえば、半導体レーザチップ１１０は、約０．１［ｎｍ／℃］の温度特性をもつ。

光フィルタ８０１は、相対的に短い波長に対する透過率が、相対的に長い波長の透過率よりも低い透過特性を有する。たとえば、光フィルタ８０１は、光送信器１００が使用される温度の範囲の低温側において、短い波長ほど透過率が低い透過特性を有する。光フィルタ８０１は、半導体レーザチップ１１０と光ファイバスタブ１５０（出力部）との間に設けられ、半導体レーザチップ１１０から光ファイバスタブ１５０へ出射される光を透過させる。図８に示す例では、光フィルタ８０１は、レンズ１３０と光アイソレータ１６０との間に設けられている。光フィルタ８０１は、たとえば長波長透過フィルタである。たとえば、光フィルタ８０１は、誘電体多層膜によって実現することができる。

なお、実施の形態３においては、光アイソレータ１６０の挿入損失特性４０１は、低温になるほど挿入損失が増加する特性に限らない。たとえば、光アイソレータ１６０の挿入損失特性４０１は、温度に関わらず挿入損失が一定となる特性であってもよい。

図９は、光フィルタの透過特性の一例を示す図である。図９において、横軸は、半導体レーザチップ１１０の温度［℃］と発振波長［ｎｍ］を対応付けて示している。たとえば、半導体レーザチップ１１０は、温度が２０［℃］の場合は発振波長が約１３１０［ｎｍ］となる。縦軸は、光フィルタ８０１の透過特性［ｄＢ］（透過率）を示している。

フィルタ特性９０１は、波長に対する光フィルタ８０１の透過特性を示している。光フィルタ８０１に示すように、光フィルタ８０１は、主に使用波長の短波長側（たとえば１３０４［ｎｍ］〜１３１０［ｎｍ］）において、短い波長ほど透過率が低くなる。また、半導体レーザチップ１１０の発振波長は低温になるほど短くなる。

このため、光フィルタ８０１を設けることで、実施の形態１にかかる光アイソレータ１６０と同様に、低温になるほど前方出力光１１１の損失量を大きくすることができる。これにより、たとえば図２−３に示した光出力特性２１１およびパルスマスク特性２２１と同様の特性を得ることができる。したがって、低温時に半導体レーザチップ１１０の出射パワーが増加しても、光送信器１００の出力パワーの超過を回避することができる。

このように、実施の形態３にかかる光送信器１００においては、半導体レーザチップ１１０の後段に、相対的に短い波長に対する透過率が、相対的に長い波長の透過率よりも低い透過特性を有する光フィルタ８０１を設ける。これにより、低温時に駆動電流を低下させなくても、光送信器１００の光出力パワーの増大を抑えることができる。

たとえば、パルスマスク特性が閾値より低くならないように半導体レーザチップ１１０の駆動電流を制御し、駆動電流が低温時に高くなる場合においても、光送信器１００の光出力パワーの増大を抑えることができる。また、一定の駆動電流が半導体レーザチップ１１０へ供給される場合にも光送信器１００の光出力パワーの増大を抑えることができる。

また、光送信器１００によれば、相対的に短い波長に対する透過率が、相対的に長い波長の透過率よりも低い透過特性を有する光フィルタ８０１を用いることで、ヒータなどを設けなくても動作温度範囲を拡張することができる。このため、消費電力の増加や制御の煩雑化を回避することができる。また、たとえば、ＶＯＡ（ＶａｒｉａｂｌｅＯｐｔｉｃａｌＡｔｔｅｎｕａｔｏｒ）を設け、温度に応じてＶＯＡを制御する構成に比べて、消費電力の増加や制御の煩雑化を回避することができる。なお、実施の形態３にかかる光送信器１００は、たとえば図５に示したＴＯＳＡ５２０に適用することができる。

以上説明したように、光送信器および光送信装置によれば、通信品質を向上させることができる。

上述した各実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）低温になるほど光の出射パワーが増加する半導体レーザと、
低温になるほど挿入損失が増加し、前記半導体レーザから出射された光を通過させる光アイソレータと、
前記光アイソレータを通過した光を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする光送信器。

（付記２）前記光アイソレータは、
前記半導体レーザから出射された光のうちの所定方向の直線偏光のみを通過させる第一偏光子と、
前記第一偏光子を通過した光の偏光方向を温度に応じた角度だけ回転させて通過させるファラデー回転子と、
前記ファラデー回転子を通過した光のうちの、前記所定方向から所定角度だけ回転させた方向の直線偏光のみを通過させる第二偏光子と、
を備えることを特徴とする付記１に記載の光送信器。

（付記３）前記出力部は光ファイバであり、
前記半導体レーザと前記光ファイバとを前記光アイソレータを介して光学的に結合するように設けられたレンズを備えることを特徴とする付記１または２に記載の光送信器。

（付記４）前記ファラデー回転子による偏光方向の回転角度は、低温になるほど前記所定角度との差が大きくなることを特徴とする付記３に記載の光送信器。

（付記５）前記光アイソレータは、直列に設けられた複数の光アイソレータを含むことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の光送信器。

（付記６）低温になるほど光の出射パワーが増加する半導体レーザと、
低温になるほど挿入損失が増加し、前記半導体レーザから出射された光を通過させる光アイソレータと、
前記光アイソレータを通過した光を出力する出力部と、
前記半導体レーザの温度を測定する測定部と、
前記測定部によって測定される温度と、前記出力部によって出力される光の波形の品質が所定の条件を満たす駆動電流の大きさと、を対応付ける対応情報を記憶するメモリと、
前記測定部によって測定された温度と、前記メモリによって記憶された対応情報と、に基づく大きさの駆動電流により前記半導体レーザを駆動する駆動部と、
を備えることを特徴とする光送信装置。

（付記７）低温になるほど光の出射パワーが増加する半導体レーザと、
前記半導体レーザから出射された光を出力する出力部と、
温度に応じて反り量が変化し、前記半導体レーザから前記出力部へ出射される光の一部を前記反り量に応じて遮断するプレートであって、低温になるほど前記光を遮断する量が増加するプレートと、
を備えることを特徴とする光送信器。

（付記８）前記プレートは、熱膨張率が異なる複数の金属板を張り合わせた複合金属板であることを特徴とする付記７に記載の光送信器。

（付記９）前記プレートにおける前記光の一部を遮断する部分の面は、前記プレートが前記光の一部を遮断する際に、前記光の一部の進行方向に対して斜めになることを特徴とする付記７または８に記載の光送信器。

（付記１０）前記プレートにおける前記光の一部を遮断する部分の面は、光を反射させないことを特徴とする付記７〜９のいずれか一つに記載の光送信器。

（付記１１）低温になるほど光の出射パワーが増加する半導体レーザと、
前記半導体レーザから出射された光を出力する出力部と、
温度に応じて反り量が変化し、前記半導体レーザから前記出力部へ出射される光の一部を前記反り量に応じて遮断するプレートであって、低温になるほど前記光を遮断する量が増加するプレートと、
前記半導体レーザの温度を測定する測定部と、
前記測定部によって測定される温度と、前記出力部によって出力される光の波形の品質が所定の条件を満たす駆動電流の大きさと、を対応付ける対応情報を記憶するメモリと、
前記測定部によって測定された温度と、前記メモリによって記憶された対応情報と、に基づく大きさの駆動電流により前記半導体レーザを駆動する駆動部と、
を備えることを特徴とする光送信装置。

（付記１２）低温になるほど光の出射パワーが増加するとともに、低温になるほど前記光の波長が短くなる半導体レーザと、
相対的に短い波長に対する透過率が、相対的に長い波長の透過率よりも低い透過特性を有し、前記半導体レーザから出射された光を透過させる光フィルタと、
前記光フィルタを透過した光を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする光送信器。

（付記１３）低温になるほど光の出射パワーが増加するとともに、低温になるほど前記光の波長が短くなる半導体レーザと、
相対的に短い波長に対する透過率が、相対的に長い波長の透過率よりも低い透過特性を有し、前記半導体レーザから出射された光を透過させる光フィルタと、
前記光フィルタを透過した光を出力する出力部と、
前記半導体レーザの温度を測定する測定部と、
前記測定部によって測定される温度と、前記出力部によって出力される光の波形の品質が所定の条件を満たす駆動電流の大きさと、を対応付ける対応情報を記憶するメモリと、
前記測定部によって測定された温度と、前記メモリによって記憶された対応情報と、に基づく大きさの駆動電流により前記半導体レーザを駆動する駆動部と、
を備えることを特徴とする光送信装置。

１００光送信器
１１０半導体レーザチップ
１１１前方出力光
１１２後方出力光
１２１サブマウント
１２３ステム
１２４ａ〜１２４ｄ端子
１２５キャップ
１３０レンズ
１４０レセプタクル
１５０光ファイバスタブ
１５１フェルール
１５２光ファイバ
１６０，６１０光アイソレータ
１７０モニタＰＤ
２１１光出力特性
２１２，２２２閾値
２２１パルスマスク特性
３１０筒状磁石
３２０，３４０偏光子
３２１，３２２，３３２，３３３，３４１，３４３偏光方向
３３０ファラデー回転子
４０１挿入損失特性
７０１プレート
８０１光フィルタ
９０１フィルタ特性

Claims

低温になるほど光の出射パワーが増加する半導体レーザと、
前記半導体レーザから出射された光のうちの所定方向の直線偏光のみを通過させる第一偏光子と、前記第一偏光子を通過した光の偏光方向を温度に応じた角度だけ回転させて通過させるファラデー回転子と、前記ファラデー回転子を通過した光のうちの前記所定方向から所定角度だけ回転させた方向の直線偏光のみを通過させる第二偏光子と、を有し、前記半導体レーザから出射された光を通過させる光アイソレータと、
前記光アイソレータを通過した光を出力する出力部と、
を備え、
前記ファラデー回転子による偏光方向の回転角度は、低温になるほど前記所定角度との差が大きくなり、低温になるほど前記光アイソレータの挿入損失が増加することを特徴とする光送信器。
前記出力部は光ファイバであり、
前記半導体レーザと前記光ファイバとを前記光アイソレータを介して光学的に結合するように設けられたレンズを備えることを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
低温になるほど光の出射パワーが増加する半導体レーザと、
前記半導体レーザから出射された光のうちの所定方向の直線偏光のみを通過させる第一偏光子と、前記第一偏光子を通過した光の偏光方向を温度に応じた角度だけ回転させて通過させるファラデー回転子と、前記ファラデー回転子を通過した光のうちの前記所定方向から所定角度だけ回転させた方向の直線偏光のみを通過させる第二偏光子と、を有し、前記半導体レーザから出射された光を通過させる光アイソレータと、
前記光アイソレータを通過した光を出力する出力部と、
前記半導体レーザの温度を測定する測定部と、
前記測定部によって測定される温度と、前記出力部によって出力される光の波形の品質が所定の条件を満たす駆動電流の大きさと、を対応付ける対応情報を記憶するメモリと、
前記測定部によって測定された温度と、前記メモリによって記憶された対応情報と、に基づく大きさの駆動電流により前記半導体レーザを駆動する駆動部と、
を備え、
前記ファラデー回転子による偏光方向の回転角度は、低温になるほど前記所定角度との差が大きくなり、低温になるほど前記光アイソレータの挿入損失が増加することを特徴とする光送信装置。