JP6076151B2 - 光モジュール及び光伝送方法 - Google Patents

Description

本発明は、光モジュール及び光伝送方法に関する。

近年のインターネットでの通信量の増大に伴い、光アクセス系においても高速光信号を送信可能な光モジュールが求められている。要求される高速光信号の速度は、例えば、１０Ｇｂｐｓ程度である。

この光モジュールには、信号送信の高速化と同時に、低コスト化も要求される。そこで、最近では、光モジュールとして、従来使用されていたＢＯＸ型のパッケージよりも安価なＴＯ−ＣＡＮ（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｏｕｔｌｉｎｅｄ ＣＡＮ）型と呼ばれるパッケージが使用されつつある。以下では、このパッケージを、ＴＯ−ＣＡＮ型パッケージともいう。

ＴＯ−ＣＡＮ型パッケージは、缶（＝ＣＡＮ）の形状をしている。ＴＯ−ＣＡＮ型パッケージでは、レンズまたは光取り出し用窓と一体になったレンズキャップを、ステムに抵抗溶接することで半導体レーザなどがパッケージ内に封止される。半導体レーザから出射された光は、レンズキャップに固定されたレンズを介して集束し、光ファイバの入力端に入射する。ＴＯ−ＣＡＮ型パッケージであれば、プレス加工で製造することができるなどの理由により、製造コストの低減が見込める。

ＴＯ−ＣＡＮ型パッケージでは、半導体レーザなどが発熱する。また、ＴＯ−ＣＡＮ型パッケージは、環境温度変化の影響を受ける。これらを起因とした半導体レーザの温度変動による特性変化を防止すべく、ＴＯ−ＣＡＮ型パッケージでは、周辺部材の温度を一定に維持するペルチェ素子がステム上に配置されている。ペルチェ素子上には、半導体レーザ、半導体レーザの出力を監視するモニタ用フォトダイオード、サーミスタなどが周辺部材として設けられている。これらの周辺部材は、ペルチェ素子上に配置されているため、熱膨張が低減されている。このため、ステムを基準とする半導体レーザの位置の変動量も少なくなっている。

しかしながら、ペルチェ素子は、レンズキャップまで冷却するものではない。このため、ＴＯ−ＣＡＮ型パッケージ内で発生する熱及び環境温度変化により、レンズキャップは熱膨張する。この熱膨張により、ステムを基準として、レンズキャップに固定されたレンズの位置は変動する。以上のことから、ＴＯ−ＣＡＮ型パッケージ内で発生する熱により、半導体レーザとレンズとの間の距離が変動する。この変動により、レンズを介した光の集束点が光ファイバの入射端からずれてしまい、光ファイバへの光結合効率が低下する。光結合効率が低下すると、光ファイバからの光出力が変動するトラッキングエラーが発生する。

そこで、ペルチェ素子上の半導体レーザ出射部とレンズとの間にさらに別のレンズを配置したＴＯ−ＣＡＮ型パッケージが開示されている（例えば、特許文献１参照）。このＴＯ−ＣＡＮ型パッケージは、半導体レーザ出射部とレンズとの間に配置されたレンズで半導体レーザ出射部から出射された光をコリメート光にすることで、トラッキングエラーを軽減する。

また、レンズと光ファイバとの間に所定の屈折率温度変化特性を有する部材を設置した光伝送モジュールが開示されている（例えば、特許文献２参照）。レンズを介した光の集束点と光ファイバの入射端におけるコア中心との間には、半導体レーザとレンズとの熱膨張係数の違いにより、レンズの光軸に直交する方向に位置ずれが生じる。この光伝送モジュールは、この部材を用いて位置ずれを低減する。

特開２０１１−１０８９３７号公報 特開２００３−２４８１４４号公報

しかし、上記特許文献１に開示されたＴＯ−ＣＡＮ型パッケージでは、追加のレンズを必要とする。レンズの追加によるコストの上昇に加え、コリメート光を生成するためにレンズを正確に設置する必要がある。このことが、低コスト化の要求を満たさないうえ、パッケージの大型化を招く。また、特許文献２に開示された光伝送モジュールでは、レンズを介した光の集束点の光軸方向に関する位置ずれに起因するトラッキングエラーを軽減できない。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、より簡便な方法で、光軸方向に関する光の集束点の位置ずれに起因するトラッキングエラーを軽減する光モジュール及び光伝送方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る光モジュールは、光学素子と、支持体と、抑制部材と、を備える。光学素子は、出射点から出射される光を、集束点に集束させる。支持体は、基材上に設けられ、光学素子を支持する。抑制部材は、支持体の熱膨張によって発生する集束点の位置ずれを、光学素子の光軸方向に熱膨張することで抑制する。抑制部材は、出射点と集束点との間の光路上に設置され、屈折率ｎが、雰囲気の屈折率を超える透過部材である。透過部材は、光学素子の光軸方向両側にそれぞれ配設されている。

本発明によれば、より簡便な方法で、光軸方向に関する光の集束点の位置ずれに起因するトラッキングエラーが軽減される。

本発明の実施の形態１に係る光モジュールの構成を示す図である。 集束点の位置ずれと位置ずれの軽減を説明する図である。（Ａ）は、温度２５℃における抑制部材がない光モジュールの状態を示す。（Ｂ）は、温度８０℃における抑制部材がない光モジュールの状態を示す。（Ｃ）は、温度８０℃における図１に示す光モジュールの状態を示す。 本発明の実施の形態１に係る光モジュールにおける透過部材の厚みの変化と集束点の位置ずれとの関係を説明する図である。 光モジュールの温度と光ファイバへの光結合効率の関係を示す図である。 光軸を中心として回転対称である透過部材の形状の一例を示す図である。 温度９０℃での光モジュールに対する熱応力解析の結果を示す図である。 温度−４０℃での光モジュールに対する熱応力解析の結果を示す図である。 透過部材の形状の一例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る光モジュールの構成を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る光モジュールにおける透過部材の厚みの変化と集束点の位置ずれとの関係を説明する図である。 本発明の実施の形態３に係る光モジュールの構成を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る光モジュールの構成を示す図である。

本発明に係る実施の形態について添付の図面を参照して説明する。なお、本発明は下記の実施の形態及び図面によって限定されるものではない。

（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１について説明する。

図１は、本実施の形態に係る光モジュール１００の構成を示す。以下では図１を参照しながら、光送信用ＴＯ−ＣＡＮ型を例に光モジュール１００の光学系を中心に詳細に説明する。光モジュール１００は、レンズ１と、レンズキャップ２と、半導体レーザ３と、キャリア４と、ペルチェ素子５と、ステム６と、抑制部材７とを備える。

レンズ１（光学素子）は、出射点から出射される光を、集束点に集束させる凸レンズである。出射点に対応する位置には、ステム６上に設けられた半導体レーザ３が設置される。集束点に対応する位置には、例えば光モジュール１００に接続される光ファイバの入力端などが配置される。

レンズキャップ２は、円筒形の部材である。レンズキャップ２は、ステム６上に設けられる。レンズキャップ２は、レンズ１を支持する。より具体的には、レンズキャップ２は、上端でレンズ１を支持するように形成される。レンズキャップ２の下端は、ステム６に取り付けられる。レンズキャップ２は、例えばステンレス鋼材（ＳＵＳ）などの金属部材で形成される。

半導体レーザ３は、キャリア４及びペルチェ素子５を介して、ステム６上に設けられている。半導体レーザ３は、レンズ１に対して光を出射する。必然的に、半導体レーザ３の位置が、出射点に対応する位置を決定することになる。半導体レーザ３から出射された光は、レンズキャップ２に支持されたレンズ１を介して図１に示す集束点に集束する。

キャリア４には、アルミナなどのサブマウント上に搭載された半導体レーザ３が実装される。光モジュール１００では、半導体レーザ３の発熱の他、光モジュール１００の環境温度変化に伴い、半導体レーザ３の特性が大きく変化することがある。温度変化を原因とする半導体レーザ３の特性の変化を一定の範囲内にとどめるために、キャリア４は、電子冷却素子としてのペルチェ素子５の上面に接触させて配置される。キャリア４は、例えば銅とタングステンとの金属化合物などの金属で形成される。

ペルチェ素子５は、表面が温度調整面である上層５ａと、表面が排熱面である下層５ｂとを備える。上層５ａには、実際にはサーミスタなどが接続される。上層５ａの温度は、サーミスタで測定された上層５ａの温度に基づいて一定に制御される。このようにして、ペルチェ素子５は、上面に配置されたキャリア４の温度を調整する。これにより、キャリア４及び半導体レーザ３の温度が一定に維持されるため、半導体レーザ３の周辺部材は熱膨張を起こさない。下層５ｂは、ステム６に接触しているため、半導体レーザ３の動作時に発生する熱を、ステム６を介して効率よく逃すことができる。

基材としてのステム６には、上述の各種部品が搭載される。ステム６は、光モジュール１００の動作時に発生する熱を効率よく逃がすために、熱伝導率が高い冷間圧延鋼などで形成されるのが好ましい。

一方、レンズキャップ２は、温度が制御されるペルチェ素子５とは独立にステム６に取り付けられているため、光モジュール１００の動作時の発熱及び環境温度変化によって熱膨張したり、収縮したりする。このため、半導体レーザ３の位置に対して、レンズ１の位置が相対的に変動する。これにより、半導体レーザ３とレンズ１との間の相対距離が変化し、すなわち出射点（物点）とレンズ１の主点との間の距離が変化することで、逆に、主点と集束点（結像点）との間の距離が変化し、集束点が位置ずれする。

ここで、図２を参照して、レンズキャップ２の熱膨張と集束点の位置ずれの抑制について説明する。図２（Ａ）は、抑制部材７を実装していない光モジュール１００を示す。半導体レーザ３が光を出射していない場合、光モジュール１００の温度は、例えば２５℃である。光モジュール１００の温度が２５℃の場合、レンズキャップ２の長さはＬである。この状態で、集束点は所定の位置に合わせられている。

図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の光モジュール１００の半導体レーザ３が光を出射している状態を示す。この状態では、動作時の発熱で光モジュール１００の温度が例えば８０℃になる。光モジュール１００の温度が８０℃になった場合、レンズキャップ２の長さは、熱膨張することでＬよりも長くなる。

温度の変化量をΔＴ、レンズキャップ２の線熱膨張係数をα、レンズ１の光学倍率をＭとしたとき、集束点の位置ずれ量Δｚは次の式で表される。
Δｚ＝ΔＴ・α・Ｌ・Ｍ^２

例えば、レンズキャップ２の線熱膨張係数αは、１×１０^−５／Ｋである。レンズ１の光学倍率Ｍは、３〜５である。

図１に戻って、抑制部材７は、レンズキャップ２の熱膨張によって発生する集束点の位置ずれを、レンズ１の光軸方向に熱膨張することで抑制する。抑制部材７は、例えば、出射点と集束点との間の光路上に設置される透過部材７ａである。以下では、抑制部材７を透過部材７ａともいう。

図１の例では、透過部材７ａは、レンズキャップ２に接触させて、出射点に対応する位置に設置された半導体レーザ３とレンズ１との間の光路上に設置されている。透過部材７ａの形状は、例えば平行平板である。

ここで、透過部材７ａによる集束点の位置ずれの抑制について説明する。図２（Ｃ）は、本実施の形態に係る光モジュール１００の動作時の状態を示す。透過部材７ａの厚みは、Ｌ’である。透過部材７ａの屈折率をｎ、透過部材７ａの線熱膨張係数をα’としたとき、図２（Ｃ）における集束点の位置ずれ量Δｚ２は次の式で表される。
Δｚ２＝ΔＴ・（α・Ｌ−α’（１−１／ｎ）Ｌ’）・Ｍ^２

透過部材７ａはレンズキャップ２に接触しているため、レンズキャップ２の温度上昇に応じて熱膨張により透過部材７ａの厚みＬ’がレンズ１の光軸方向に増加する。上記のΔｚ２を表す式によれば、透過部材７ａの厚みＬ’が増加することで集束点の位置ずれが減少することがわかる。

図３は、透過部材７ａの厚みの変化と、集束点の位置ずれとの関係を示す。点Ａは、レンズキャップ２がまだ熱膨張していない場合の光の出射点である。この場合、レンズ１を介した光は、２点鎖線で示される光路を辿って点Ａ’に集束する。ここで、レンズキャップ２が膨張し、レンズ１に対して、光の出射点が点Ａから点Ｂにシフトしたとする。この場合、透過部材７ａが膨張しなかったとすると、結像公式に従うと、レンズ１を介した光は、実線で示される光路を辿って点Ｂ’に集束する。しかしながら、実際には、透過部材７ａの膨張（Ｃ）により、光は、破線で示される光路を辿って、点Ｃ’に集束する。このように、透過部材７ａの膨張により、集束点の位置ずれが点Ｂ’から点Ｃ’へ抑制される。

透過部材７ａの屈折率ｎは、雰囲気（ここでは、空気）の屈折率を超えるものであればよい。屈折率ｎが雰囲気の屈折率を超えることで、透過部材７ａに入射した光が屈折し、光の出射点からレンズ１までの光路の空気換算長が短くなる。この結果、Δｚ２が小さくなる。空気換算長とは、光学系中の光路の長さを、屈折率が１である空気中の光路の長さに換算したものである。例えば、光が屈折率ｎの媒質中を進む場合、その光の光路の空気換算長は、その光路の長さに１／ｎを乗じたものである。レンズキャップ２内部が空気で満たされている場合、透過部材７ａの屈折率は、空気の屈折率１よりも大きければよい。透過部材７ａは、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂系のプラスチックなどで形成されている。透過部材７ａの膨張は、光の出射点からレンズ１までの光路の空気換算長をさらに短くし、結果的に、集束点の位置ずれを抑制させる。

透過部材７ａの線熱膨張係数は、レンズキャップ２の線熱膨張係数の１／（１−１／ｎ）倍より大きいのが好ましい。ＰＣ樹脂系のプラスチックの線熱膨張係数α’は、約６×１０^−５／Ｋである。ＰＣ樹脂系のプラスチックの線熱膨張係数は、レンズキャップ２に用いられるＳＵＳなどの金属に比べて３倍以上ある。また、ＰＣ樹脂系のプラスチックは透明であって、例えば波長１５５０ｎｍのレーザ光の吸収が少なく、透過部材７ａに好適である。なお、透過部材７ａは、その表面を反射防止（ＡＲ）コートで被覆されてもよい。

図４は、光モジュール１００の温度に対する集束点に配置された光ファイバへの光結合効率特性の計算結果を示す。光結合効率の計算では、透過部材７ａの線熱膨張係数α’を６×１０^−５／Ｋとし、屈折率ｎを１．５とした。また、この計算では、透過部材７ａでの光の吸収はほぼ無いものと仮定した。また、透過部材７ａでのフレネル反射は、透過部材７ａの表面にＡＲコートを施すことで無視できるものとした。

透過部材７ａがない場合（図２（Ｂ）参照）、光結合効率は温度上昇とともに低下する。これに対し、透過部材７ａがある場合（図２（Ｃ）参照）、温度上昇に伴う光結合効率の低下は、透過部材７ａがない場合と比較して抑制されている。

以上詳細に説明したように、本実施の形態に係る光モジュール１００によれば、レンズキャップ２の温度上昇に応じて、透過部材７ａがレンズ１の光軸方向に熱膨張する。このため、レンズキャップ２の熱膨張によって発生する集束点の位置ずれが抑制される。こうすることで、より簡便な方法で、光軸方向に関する光の集束点の位置ずれに起因するトラッキングエラーが軽減される。

また、本実施の形態では、透過部材７ａは、光の出射点とレンズ１との間に配置されるようにした。こうすることで、透過部材７ａは、レンズキャップ２内部に格納できるため、光モジュール１００の装置サイズの増大を抑えることができる。

また、本実施の形態では、透過部材７ａの形状を平行平板とした。これにより、透過部材７ａは加工しやすく、製造コストの面で有利である。なお、透過部材７ａの形状はレンズであってもよい。こうすることで、透過部材７ａは、光モジュール１００の光学倍率の調整範囲を広げることができる。

なお、本実施の形態では、透過部材７ａは、プラスチックで形成してもよいこととした。プラスチックは、比較的安価であり、光モジュール１００の製造コストを抑えることができる。特に、ＰＣ樹脂系のプラスチックであれば、透明性、耐衝撃性、耐熱性、難燃性が高く好適である。

また、透過部材７ａは、平行平板及びレンズの他に様々な形状に形成してもよい。透過部材７ａの形状は、好ましくは、その光軸を中心として回転対称である。例えば、透過部材７ａの形状は、光軸を中心軸として円柱とすることができる。図５は、円柱の形状をした透過部材７ａのレンズキャップ２に取り付けられる上面と側面とを示す。透過部材７ａの上面には、回転軸を基準として破線の外側に周縁部分Ｒがある。透過部材７ａは、レンズキャップ２に取り付けられる上面の周縁部分Ｒでレンズキャップ２に固定される。周縁部分Ｒとレンズキャップ２とは、接着剤などで固定される。この場合、周縁部分Ｒに接着剤を均等塗布し、レンズ１の光軸と透過部材７ａの光軸（回転対称軸）とが一致するように透過部材７ａを配置するのが好ましい。

線熱膨張係数α’がレンズキャップ２の線熱膨張係数よりも大きい透過部材７ａを使用することで、上記のように配置された透過部材７ａは、自身の線熱膨張係数α’よりも線熱膨張係数が小さいレンズキャップ２に拘束されることになる。この結果、光モジュール１００の環境温度変化に伴い、透過部材７ａは、回転対称軸から離れた部分により大きい熱応力を受け、光軸を中心として湾曲する。

すなわち、透過部材７ａは、温度変化に応じて半導体レーザ３の光軸方向に凹状又は凸状に変形する。図６及び図７は、光モジュール１００に対する熱応力解析の結果を示す。なお、図６及び図７では、熱応力解析用の構成であるため、半導体レーザ３、キャリア４及びペルチェ素子５が示されていない。環境温度２５℃では、レンズ１側にある透過部材７ａの上面とステム６側にある透過部材７ａの下面とは平行である。環境温度が９０℃の場合、透過部材７ａの曲率半径は８５０ｍｍとなり、透過部材７ａの形状は、図６に示すようにステム６側に凸状になる。一方、環境温度が−４０℃の場合、透過部材７ａの曲率半径は６００ｍｍとなり、透過部材７ａの形状は、図７に示すようにレンズ１側に凹状になる。

透過部材７ａは、線熱膨張係数α’がレンズキャップ２の線熱膨張係数よりも大きく、レンズ１の光軸と透過部材７ａの回転対称軸とが一致するように配置されて、周縁部分Ｒでレンズキャップ２と固定されるようにした。こうすることで、環境温度が変化した場合、透過部材７ａは、光軸上の点を中心として湾曲し、透過部材７ａのレンズ作用によって、光の集束点の位置をレンズ１の光軸方向に変化させることができる。透過部材７ａの特性に応じて、半導体レーザ３と透過部材７ａとの距離及び透過部材７ａとレンズ１との距離を調整することで、レンズキャップ２の熱膨張によって発生する集束点の位置ずれの補正に、このレンズ作用を有効に寄与させることができる。

なお、レンズ１の光軸と透過部材７ａの光軸（回転対称軸）とをずらすことで、結像公式に従って、レンズ１の光軸方向に対し垂直な方向にレンズ１の集束点をシフトさせることができる。これにより、光軸方向に関する光の集束点の位置ずれに起因するトラッキングエラーに加えて、光軸方向に対し垂直な方向に関する光の集束点の位置ずれに起因するトラッキングエラーも軽減することができる。

また、透過部材７ａの形状は、光軸方向に垂直な第１の方向の長さと、光軸及び第１の方向に垂直な第２の方向の長さとが異なるようにしてもよい。例えば、図８に示すように、透過部材７ａが、断面が楕円の円柱状であれば、透過部材７ａの形状は、光軸方向に垂直な第１の方向の長さｄ１に対して、光軸及び第１の方向に垂直な第２の方向の長さｄ２が短くなる。こうすることで、温度変化に応じて、半導体レーザ３から出射した光を断面が異なるビームに整形でき、透過部材７ａのアスペクト比も変化させることが可能となる。

なお、光モジュール１００は、半導体レーザ３が出射する光の一部を受光するモニタ用フォトダイオードを備えてもよい。これにより、光モジュール１００は、駆動電流を適切に制御することができる。

また、光モジュール１００は、良好な電気特性が得られる高周波基板などを備えるようにしてもよい。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。

図９は、本実施の形態に係る光モジュール１００の構成を示す。本実施の形態に係る光モジュール１００は、抑制部材７として透過部材７ｂをさらに備える点で上記実施の形態１と異なる。透過部材７ａと透過部材７ｂとが異なる点は、その配置される位置である。透過部材７ｂは、レンズ１と集束点との間に配置される。つまり、透過部材７ａ、７ｂは、レンズ１の光軸方向両側にそれぞれ配設されている。

透過部材７ｂは、透過部材７ａと同じく、例えばＰＣ樹脂系のプラスチックなどで形成される。図９に示すように、透過部材７ｂは、レンズキャップ２に接触させて設置される。透過部材７ｂは、レンズキャップ２に接触しているため、レンズキャップ２の温度上昇に応じてレンズ１の光軸方向に熱膨張し、厚みを増加させる。

本実施の形態におけるレンズキャップ２の熱膨張及び集束点の位置ずれの抑制について説明する。動作時における光モジュール１００の発熱によって、レンズキャップ２の長さがレンズ１の集束点の方向に長くなる。透過部材７ａ、７ｂはレンズキャップ２に接触しているため、レンズキャップ２の温度上昇に応じてレンズ１の光軸方向に熱膨張する。この結果、透過部材７ａ、７ｂの厚みが増加するため、集束点の位置ずれはさらに抑制される。

図１０に示すように、透過部材７ｂが膨張しなかった場合には、レンズ１を介した光は、実線で示される光路を辿って、点Ｃ’に集束するが、透過部材７ｂが膨張すると（Ｄ）、点Ｄ’に集束する。これにより、集束点の位置ずれがさらに抑制され、本来の点Ａ’に集束点をさらに近づけることができる。

以上詳細に説明したように、本実施の形態に係る光モジュール１００によれば、レンズキャップ２の温度上昇に応じて、透過部材７ａ、７ｂがレンズ１の光軸方向に熱膨張する。このため、レンズキャップ２の熱膨張によって発生する集束点の位置ずれがさらに抑制される。こうすることで、光軸方向に関する光の集束点の位置ずれに起因するトラッキングエラーがさらに軽減される。

また、本実施の形態では、透過部材７ｂは、レンズ１と集束点との間に配置されるようにした。こうすることで、透過部材７ｂは、レンズキャップ２の外部に取り付けることができるため、レンズキャップ２に取り付けた後の透過部材７ｂの厚みなどの調整及び透過部材７ｂの交換などのメンテナンスが容易になる。

なお、本実施の形態に係る光モジュール１００では、透過部材７ａを備える構成を説明したが、透過部材７ａを備えなくてもよい。また、透過部材７ａ、７ｂは、レンズであってもよい。こうすることで、透過部材７ｂは、光モジュール１００の光学倍率の調整範囲を広げることができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。

図１１は、本実施の形態に係る光モジュール１００の構成を示す。本実施の形態に係る光モジュール１００は、抑制部材７の設置される位置が上記実施の形態１と異なる。以下では、抑制部材７を抑制部材７ｃとして説明する。

抑制部材７ｃは、ステム６と半導体レーザ３との間に挿入される。より詳細には、抑制部材７ｃは、ペルチェ素子５の下面とステム６との間に配置される。抑制部材７ｃは、ステム６の温度上昇に応じてレンズ１の光軸方向に熱膨張し、厚みを増加させる。

本実施の形態におけるレンズキャップ２の熱膨張及び集束点の位置ずれの抑制について説明する。光モジュール１００の発熱によって、レンズキャップ２の長さがレンズ１の集束点の方向に長くなる。抑制部材７ｃは、ステム６に接触しているため、ステム６の温度上昇に応じて熱膨張する。この結果、抑制部材７ｃの厚みは、レンズ１の光軸方向に増加する。

抑制部材７ｃの厚みが増加すると、半導体レーザ３が集束点の方向に押し上げられる。これにより、レンズキャップ２の熱膨張による半導体レーザ３とのレンズ１の相対距離が長くなるのを抑え、結果的に、集束点の位置ずれを抑制することができる。

以上詳細に説明したように、本実施の形態に係る光モジュール１００は、ステム６と半導体レーザ３との間に挿入され、ステム６の温度上昇に応じてレンズ１の光軸方向に熱膨張する抑制部材７ｃを備える。これにより、レンズキャップ２の熱膨張によるレンズ１と半導体レーザ３との間の距離の変動を抑制する。こうすることで、より簡便な方法で、光軸方向に関する光の集束点の位置ずれに起因するトラッキングエラーが軽減される。

なお、本実施の形態に係る光モジュール１００は、上記実施の形態１における透過部材７ａ及び実施の形態２における透過部材７ｂの少なくとも一方を備えてもよい。こうすることで、光軸方向に関する光の集束点の位置ずれに起因するトラッキングエラーがさらに軽減される。このとき、透過部材７ａ、７ｂは、レンズであってもよい。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。

本実施の形態では、光受信用ＴＯ−ＣＡＮ型を例に光モジュール１００について説明する。図１２は、本実施の形態に係る光モジュール１００の構成を示す。光モジュール１００は、半導体レーザ３の代わりにフォトダイオード８を備える点を除いて、実施の形態１と同様の構成である。以下では、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

出射点に対応する位置には、例えば光ファイバの出力端が配置される。光ファイバの出力端（出射点）から出射された光は、レンズ１によって集束し、フォトダイオード８に導かれる。

フォトダイオード８は、集束点に対応する位置に配置され、出射点から出射された光を受光する。フォトダイオード８は、ペルチェ素子５で温度が制御される。これにより、フォトダイオード８の特性に対する光モジュール１００の温度変化の影響は軽減されている。

本実施の形態におけるレンズキャップ２の熱膨張及び集束点の位置ずれの抑制について説明する。光モジュール１００の発熱で、レンズキャップ２の長さがレンズ１の光軸方向に長くなる。これにより、レンズ１とフォトダイオード８との間の相対距離が長くなる。この結果、フォトダイオード８と集束点との間に位置ずれが生じる。

透過部材７ａはレンズキャップ２に接触しているため、レンズキャップ２の温度上昇に応じてレンズ１の光軸方向に熱膨張する。熱膨張によって透過部材７ａの厚みが増加すると、上記実施の形態２で説明した図１０と同様に、集束点の位置をレンズ１から離間する方向にシフトさせることができる。このため、フォトダイオード８と集束点との間に位置ずれを小さくすることができる。この結果、光軸方向に関する光の集束点の位置ずれに起因するトラッキングエラーが軽減される。

以上詳細に説明したように、本実施の形態に係る光モジュール１００によれば、光モジュール１００が光を受信する場合であっても、実施の形態１と同様に、光軸方向に関する光の集束点の位置ずれに起因するトラッキングエラーが軽減される。

なお、本実施の形態に係る光モジュール１００は、上記実施の形態２における透過部材７ｂ及び実施の形態３における抑制部材７ｃの少なくとも一方を備えてもよい。この場合、透過部材７ｂは、透過部材７ａに対してレンズ１を挟んで反対側に配置される。また、抑制部材７ｃは、ステム６とフォトダイオード８との間に挿入される。こうすることで光軸方向に関する光の集束点の位置ずれに起因するトラッキングエラーがさらに軽減される。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同などの発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

１ レンズ、２ レンズキャップ、３ 半導体レーザ、４ キャリア、５ ペルチェ素子、５ａ 上層、５ｂ 下層、６ ステム、７，７ｃ 抑制部材、７ａ，７ｂ 透過部材、８ フォトダイオード、１００ 光モジュール

Claims (11)

1. 出射点から出射される光を、集束点に集束させる光学素子と、
   基材上に設けられ、前記光学素子を支持する支持体と、
   前記支持体の熱膨張によって発生する前記集束点の位置ずれを、前記光学素子の光軸方向に熱膨張することで抑制する抑制部材と、
   を備え、
   前記抑制部材は、
   前記出射点と前記集束点との間の光路上に設置され、
   屈折率ｎが、雰囲気の屈折率を超える透過部材であって、
   前記透過部材は、
   前記光学素子の光軸方向両側にそれぞれ配設されている、
   光モジュール。
2. 出射点から出射される光を、集束点に集束させる光学素子と、
   基材上に設けられ、前記光学素子を支持する支持体と、
   前記支持体の熱膨張によって発生する前記集束点の位置ずれを、前記光学素子の光軸方向に熱膨張することで抑制する抑制部材と、
   を備え、
   前記抑制部材は、
   前記出射点と前記集束点との間の光路上に設置され、
   屈折率ｎが、雰囲気の屈折率を超える透過部材であって、
   前記透過部材は、
   形状が光軸を中心として回転対称であって、
   前記支持体に取り付けられる面の周縁部分で前記支持体に固定され、
   線熱膨張係数が前記支持体の線熱膨張係数よりも大きい、
   光モジュール。
3. 前記透過部材は、
   前記光学素子の光軸方向両側にそれぞれ配設されている、
   請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記透過部材の光軸は、
   前記光学素子の光軸と一致する、
   請求項２又は３に記載の光モジュール。
5. 前記透過部材の光軸は、
   前記光学素子の光軸とずれている、
   請求項２又は３に記載の光モジュール。
6. 前記透過部材は、
   前記光学素子の光軸方向に垂直な第１の方向の長さと、前記光軸及び前記第１の方向に垂直な第２の方向の長さとが異なる、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の光モジュール。
7. 前記透過部材の線熱膨張係数は、
   前記支持体の線熱膨張係数の１／（１−１／ｎ）倍より大きい、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の光モジュール。
8. 前記透過部材は、
   平行平板又はレンズである、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の光モジュール。
9. 前記透過部材は、
   プラスチックで形成されている、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の光モジュール。
10. 出射点から出射される光を、集束点に集束させる光学素子と、
    基材上に設けられ、前記光学素子を支持する支持体と、
    を備える光モジュールの光伝送方法であって、
    前記支持体の熱膨張により発生する前記集束点の位置ずれを、部材の前記光学素子の光軸方向への熱膨張により抑制し、
    前記部材は、
    前記出射点と前記集束点との間の光路上に設置され、
    屈折率ｎが、雰囲気の屈折率を超える透過部材であって、
    前記透過部材は、
    前記光学素子の光軸方向両側にそれぞれ配設されている、
    光伝送方法。
11. 出射点から出射される光を、集束点に集束させる光学素子と、
    基材上に設けられ、前記光学素子を支持する支持体と、
    を備える光モジュールの光伝送方法であって、
    前記支持体の熱膨張により発生する前記集束点の位置ずれを、部材の前記光学素子の光軸方向への熱膨張により抑制し、
    前記部材は、
    前記出射点と前記集束点との間の光路上に設置され、
    屈折率ｎが、雰囲気の屈折率を超える透過部材であって、
    前記透過部材は、
    形状が光軸を中心として回転対称であって、
    前記支持体に取り付けられる面の周縁部分で前記支持体に固定され、
    線熱膨張係数が前記支持体の線熱膨張係数よりも大きい、
    光伝送方法。