JP6327321B2 - 光伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、光伝送装置に関する。

特許文献１には、入力データに基づき光信号を出力する発光素子を有する光送信器および伝送された光信号を受信して電気信号に変換する受光素子を有する光受信器を備える光通信システムにおいて、光送信器の発光素子の出力光をモニタする受光素子を設け、該受光素子のモニタ信号の立ち上がり又は立ち下がり時間を検出して光送信器の出力波形の劣化を検出する出力波形劣化検出回路を備えることを特徴とする光通信システムが開示されている。特許文献１に開示された光通信システムでは、光通信システムの光送信器の発光素子であるレーザダイオードの出力波形が劣化して光受信器の誤動作を生ずる前に、出力波形の劣化を検出して予告警告する。

特開２００２−３６８６９４号公報

第１の発光素子の寿命が近づいていることをより早期に把握するため、例えば、第１の発光素子よりも早く劣化するよう構成された第２の発光素子を並列に設けて、第２の発光素子が劣化状態に基づき第１の発光素子の寿命が近づいていると判断する方法が考えられる。
本発明は、第１の発光素子と、第１の発光素子と並列に接続されるとともに、第１の発光素子よりも早く劣化するよう構成された第２の発光素子とを備えた光伝送装置において、第２の発光素子の劣化に伴う波長スペクトルの均一性の低下を抑制することが可能な光伝送装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の光伝送装置は、光を出射する第１の発光素子と、前記第１の発光素子と並列に接続されるとともに、前記第１の発光素子よりも早く劣化するよう構成され、光の出射口が遮蔽された第２の発光素子と、前記第２の発光素子が劣化したことを検知する検知部と、を備えるものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の発光素子から出射される光の光量が一定になるように前記第１の発光素子を駆動する駆動部をさらに有し、前記検知部は、前記駆動部から前記第１の発光素子および前記第２の発光素子に出力される電流または電圧の値が、予め定めた範囲を外れた場合に前記第２の発光素子が劣化したことを検知するものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の発光素子から出射される光を受光する受光部と、前記第１の発光素子および前記第２の発光素子を定電圧駆動または定電流駆動する駆動部と、をさらに有し、前記検知部は、前記受光部で受光する光量が予め定めた範囲を外れた場合に前記第２の発光素子が劣化したことを検知するものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の発光素子の数が前記第２の発光素子の数より多いものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の発光素子および前記第２の発光素子は、同一の形状を有するとともにそれぞれの周囲に絶縁膜が設けられ、前記第１の発光素子の周囲の前記絶縁膜と前記第２の発光素子の周囲の前記絶縁膜とは、厚み、面積、形状の少なくとも１つが異なるものである。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、前記第２の発光素子は、前記第１の発光素子のいずれよりも、熱クロストークが大きい位置に配置されているものである。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の発光素子を複数有し、前記第２の発光素子は、複数の前記第１の発光素子に囲まれた位置に配置されているものである。

また、請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の発光素子および前記第２の発光素子は、電流狭窄構造を有し、前記第１の発光素子の電流狭窄径よりも前記第２の発光素子の電流狭窄径の方が小さいものである。

また、請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の発光素子を複数有し、複数の前記第１の発光素子における隣接する発光素子間の距離の最大値よりも、前記第２の発光素子と、前記第１の発光素子のいずれかとの距離の最小値のほうが大きいものである。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の発明において、前記検知部で前記第２の発光素子が劣化したことが検知された場合に報知を行う報知部を有するものである。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、光を伝播するコアを含む光伝送路を有し、前記第１の発光素子の方が前記第２の発光素子よりも、前記コアの中心に近い位置に配置されるものである。

また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の発明において、前記第１の発光素子を複数有し、複数の前記第１の発光素子の重心位置の方が、前記第２の発光素子の位置よりも、前記光伝送路のコアの中心に近い位置に配置されるものである。

上記の目的を達成するために、請求項１３に記載の光伝送装置は、光を出射する第１の発光素子と、前記第１の発光素子と並列に接続されるとともに前記第１の発光素子よりも早く劣化するよう構成された、光を出射する第２の発光素子と、前記第２の発光素子が劣化したことを検知する検知部と、を備え、前記第１の発光素子は、光伝送路のコアと重なる位置に配置されるとともに、前記第２の発光素子は、前記光伝送路のコアと重ならない位置に配置されたものである。

請求項１および請求項１３に記載の発明によれば、第１の発光素子と、第１の発光素子と並列に接続されるとともに、第１の発光素子よりも早く劣化するよう構成された第２の発光素子とを備えた光伝送装置において、第２の発光素子の劣化に伴う波長スペクトルの均一性の低下を抑制することが可能な光伝送装置が提供される、という効果を奏する。

請求項２に記載の発明によれば、ＡＰＣ駆動された光伝送装置においても、発光素子の劣化に伴う波長スペクトルの均一性の低下が抑制される、という効果を奏する。

請求項３に記載の発明によれば、定電流駆動または定電圧駆動された光伝送装置においても、発光素子の劣化に伴う波長スペクトルの均一性の低下が抑制される、という効果を奏する。

請求項４に記載の発明によれば、第１の発光素子の数が第２の発光素子の数より少ない場合と比較して、第２の発光素子が劣化したことが検知されてから第１の発光素子の寿命に達するまでの時間が長くなる、という効果を奏する。

請求項５に記載の発明によれば、第１の発光素子と第２の発光素子とで、厚み、面積、形状が同じ絶縁膜を用いる場合と比較して、第１の発光素子の寿命よりも第２の発光素子の寿命の方が短くなる、という効果を奏する。

請求項６に係る発明によれば、第２の発光素子の位置について、第１の発光素子からの熱クロストークを考慮しない位置に配置する場合と比較して、第１の発光素子の寿命よりも第２の発光素子の寿命の方がより短くなる、という効果を奏する。

請求項７に記載の発明によれば、第２の発光素子の位置について、周囲の第１の発光素子との関係を考慮しない位置に配置する場合と比較して、第１の発光素子の寿命よりも第２の発光素子の寿命の方がより短くなる、という効果を奏する。

請求項８に記載の発明によれば、第１の発光素子の電流狭窄径と第２の発光素子の電流狭窄径とが同じ場合と比較して、第１の発光素子の寿命よりも第２の発光素子の寿命の方が短くなる、という効果を奏する。

請求項９に記載の発明によれば、第１の発光素子における隣接する発光素子間の距離の最大値と、第２の発光素子と、第２の発光素子のいずれかとの距離の最小値とを考慮しない場合と比較して、第１の発光素子に対する第２の発光素子からの熱の影響がより低減される、という効果を奏する。

請求項１０に記載の発明によれば、第１の発光素子の寿命が近づいていることが報知される、という効果を奏する。

請求項１１に記載の発明によれば、第１の発光素子と第２の発光素子とがコアの中心から同距離にある構成と比較して、第１の発光素子から出射される光が、よりコアに結合しやすくなる、という効果を奏する。

請求項１２に記載の発明によれば、第１の発光素子の重心位置よりも第２の発光素子の位置の方がコアの中心に近い位置に配置される構成と比較して、第１の発光素子から出射される光が、よりコアに結合しやすくなる、という効果を奏する。

（ａ）は実施の形態に係る光モジュールの構成の一例を示す断面図、（ｂ）は平面図である。 （ａ）は寿命の異なる発光部の光出力の経時変化を示すグラフ、（ｂ）〜（ｆ）は寿命の異なる発光部がさまざまな形態で配置された光モジュールの平面図である。 （ａ）は第１の実施の形態に係る光モジュールの駆動部を示す回路図、（ｂ）は駆動電流の経時変化を示すグラフである。 （ａ）は第１の実施の形態に係る光モジュールの初期設定処理の流れを示すフローチャート、（ｂ）は駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｆ）は、実施の形態に係る光モジュールの製造方法の一例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｈ）は、通常発光部およびモニタ発光部の配置の形態のバリエーションを示す図である。 （ａ）は第２の実施の形態に係る光モジュールの駆動部を示す回路図、（ｂ）はモニタ電流の経時変化を示すグラフである。 （ａ）は第２の実施の形態に係る光モジュールの初期設定処理の流れを示すフローチャート、（ｂ）は駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。 （ａ）は第３の実施の形態に係る光伝送装置の構成の一例を示す平面図、（ｂ）は断面図である。 （ａ）は、第３の実施の形態に係る光伝送装置における光モジュールと光ファイバとの結合状態を示す側面図、（ｂ）は平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、通常発光部およびモニタ発光部の配置の形態のバリエーションを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１を参照して、本実施の形態に係る光モジュール１０の構成の一例について説明する。本実施の形態では、本発明に係る光モジュールに面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）アレイを適用した形態を例示して説明する。図１（ａ）は本実施の形態に係る光モジュール１０の断面図であり、図１（ｂ）は光モジュール１０の平面図である。図１（ａ）に示す断面図は、図１（ｂ）に示す平面図においてＡ−Ａ’で切断した断面図である。なお、本実施の形態に係る光モジュール１０は、ＶＣＳＥＬアレイを駆動する駆動部を含む場合もあるが、図１では該駆動部を含まない形態を例示している。また、本実施の形態においては、ＶＣＳＥＬアレイを構成する複数のＶＣＳＥＬ素子は主として光モジュール１０からの出射光の冗長性確保のために用いられている。すなわち、各々のＶＣＳＥＬ素子は、単一のＶＣＳＥＬ素子として通信を行うのに必要な光量を出力できる定格を有し、１つのＶＣＳＥＬ素子が外部からのサージ電圧等で損傷した場合であっても正常な通信が維持できるよう、互いに並列に接続された複数のＶＣＳＥＬ素子によってＶＣＳＥＬアレイを構成することで冗長性を確保している。

図１（ａ）に示すように、光モジュール１０は、ｎ側電極配線３０、ｎ型のＧａＡｓ（ガリウムヒ素）の基板１２上に形成されたｎ型の下部ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）１４、活性層領域１６、酸化狭窄層２６、ｐ型の上部ＤＢＲ１８、層間絶縁膜２０、およびｐ側電極配線２２を含む積層構造体として構成されている。

図１（ｂ）に示すように、光モジュール１０は、発光領域４０、およびｐ側電極パッド２８を備えている。

発光領域４０は、複数の発光部を含んでＶＣＳＥＬアレイとして構成された領域である。本実施の形態では、一例として、メサ状に形成された４つの発光部５０−１、５０−２、５０−３、５０−４（以下、総称する場合は「発光部５０」）を含み、各発光部の出射口を除く領域がｐ側電極配線２２によって覆われることで各発光部が互いに電気的に並列に接続されている。ただし、本実施の形態に係る光モジュール１０では、複数の発光部５０のうちの少なくとも１つについて他の発光部よりも寿命が短く設定されるとともに、光の出射口が遮蔽され、光が出射されないようにされている。光モジュール１０では、発光部５０−３の出射口が遮蔽されている一方、発光部５０−１、５０−２、５０−４の出射口は遮蔽されていない。換言すれば、光モジュール１０では、発光部５０−３を除く発光部５０−１、５０−２、５０−４から光が出射される。なお、以下では光の出射口が遮蔽されたメサも便宜的に「発光部５０」と称する。

ｐ側電極パッド２８は、ｐ側電極配線２２の一部として構成され、ｐ側電極配線２２を介して発光領域４０に電流を供給する電源を接続する際に、該電源の正極を接続するパッドである。なお、該電源の負極はｎ側電極配線３０に接続される。

基板１２上に形成されたｎ型の下部ＤＢＲ１４は、光モジュール１０の発振波長をλ、媒質（半導体層）の屈折率をｎとした場合に、膜厚がそれぞれ０．２５λ／ｎとされかつ屈折率の互いに異なる２つの半導体層を交互に繰り返し積層して構成される多層膜反射鏡である。

下部ＤＢＲ１４上に形成された活性層領域１６は、発光部５０から出射される光を生成する部位であり、下部ＤＢＲ１４上にこの順で形成された下部スペーサ１１４、量子井戸活性層１１６、上部スペーサ１１８（図５参照）を含んで構成されている。

本実施の形態に係る量子井戸活性層１１６は、例えば、４層のＧａＡｓ層からなる障壁層と、その間に設けられた３層のＩｎＧａＡｓからなる量子井戸層と、で構成されてもよい。なお、下部スペーサ１１４、上部スペーサ１１８は、各々量子井戸活性層１１６と下部ＤＢＲ１４との間、量子井戸活性層１１６と上部ＤＢＲ１８との間に配置されることにより、共振器の長さを調整する機能とともに、キャリアを閉じ込めるためのクラッド層としての機能も有している。

活性層領域１６上に設けられたｐ型の酸化狭窄層２６は電流狭窄層であり、非酸化領域２６ａ及び酸化領域２６ｂを含んで構成されている。ｐ側電極パッド２８からｎ側電極配線３０に向かって流れる電流は、非酸化領域２６ａによって絞られる。

酸化狭窄層２６上に形成された上部ＤＢＲ１８は、膜厚がそれぞれ０．２５λ／ｎとされかつ屈折率の互いに異なる２つの半導体層を交互に繰り返し積層して構成される多層膜反射鏡である。

発光部５０−１、５０−２、５０−４の上部ＤＢＲ１８上には、光の出射面を保護する出射面保護層２４が設けられている。出射面保護層２４は、一例としてシリコン窒化膜を着膜して形成される。一方、発光部５０−３の上部ＤＢＲ１８上はｐ側電極配線２２で覆われており、発光部５０−１、５０−２、５０−４の出射面保護層２４に相当する部分は、金属膜による遮蔽部３２となっている。つまり、発光部５０−３の光の出射口は遮光されている。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、発光部５０のメサを含む半導体層の周囲は無機絶縁膜としての層間絶縁膜２０が着膜されている。該層間絶縁膜２０はｐ側電極配線２２、ｐ側電極パッド２８の下部に配置されている。本実施の形態に係る層間絶縁膜２０は、一例として、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で形成されている。なお、層間絶縁膜２０の材料はシリコン窒化膜に限らず、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）、あるいはシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）等であてもよい。

図１（ａ）に示すように、発光部５０−１（発光部５０−２、５０−４も同様）では、ｐ側電極配線２２は層間絶縁膜２０の開口部を介して上部ＤＢＲ１８に接続されている。上部ＤＢＲ１８の最上層には、ｐ側電極配線２２との接続のためのコンタクト層１２４（図５参照）が設けられており、コンタクト層１２４を介してｐ側電極配線２２の一端側が上部ＤＢＲ１８に接続され、上部ＤＢＲ１８との間でオーミック性接触を形成している。

ところで、上記の光モジュール１０の発光部５０（発光部５０−１、５０−２、５０−４）を構成するＶＣＳＥＬは、基板に垂直な方向にレーザ出力を取り出せ、さらに２次元集積によるアレイ化が容易であることなどから、例えば光通信用光源として好適に利用されている。

光モジュールは、半導体基板（基板１２）上に設けられた一対の分布ブラッグ反射器（下部ＤＢＲ１４及び上部ＤＢＲ１８）、一対の分布ブラッグ反射器の間に設けられた活性層領域（活性層領域１６）を備えて構成されている。そして、分布ブラッグ反射器の両側に設けられた電極（ｐ側電極配線２２及びｎ側電極配線３０）により活性層領域へ電流を注入し、基板面に対して垂直にレーザ発振を生じさせ、素子の上部（出射面保護層２４の面側）から発振した光を出射させる構成となっている。

また、低閾値電流化、横モードの制御性等の観点から組成にＡｌを含む半導体層を酸化して形成される酸化狭窄層（酸化狭窄層２６）を備えており、このＡｌを含む半導体層を酸化するために、素子はメサ形状にエッチング加工され、酸化処理が施される。その後、エッチング加工により露出したメサ形状の側面やエッチングされた半導体表面は、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜などの絶縁材料によって覆われるのが一般的である。

一方、ＶＣＳＥＬ等の半導体レーザ、あるいは一般的にＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）等も含めた発光素子には固有の寿命が存在する。発光素子を用いた光通信システム等の機器において、該発光素子が寿命に近づいた場合には、重大な障害が発生する前に交換する必要がある。そのために発光素子を常時監視し、発光素子の劣化を検出する必要がある。発光素子は光出力を一定にするために定電流駆動（あるいは、定電圧駆動）される場合があるが、このような駆動方式における発光素子の劣化の検出は、例えば該発光素子の光出力を監視し、光出力が予め定められた閾値未満になったことをもって行う。

一方、ＶＣＳＥＬに限らず半導体レーザにおいては、温度変動や、電源変動等に伴って光出力が変動しないように安定化させることが求められる場合があり、その安定化の一方式としてＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）方式がある。ＡＰＣ方式とは、半導体レーザの光出力をモニタＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）等によってモニタ電流として検出し、検出されたモニタ電流を基準値と比較して差分値を求め、この差分値を用いて駆動電流を変え半導体レーザの光出力を負帰還制御する方式である。

ＡＰＣ方式で半導体レーザの光出力を一定に制御したとしても、半導体レーザが経時的に劣化すると半導体レーザの駆動電流が上昇し、制御しきれなくなる。従って、発光素子を含む機器においてＡＰＣ制御方式を用いている場合には、例えば発光素子の駆動電流が予め定められた閾値を越えたことをもって発光素子の劣化を検出する。

発光素子の駆動方式が定電流（定電圧）駆動方式であっても、ＡＰＣ駆動方式であっても、発光素子の劣化が検出された場合には、当該発光素子が搭載された機器のユーザに対し当該発光素子を含む部品等の交換を促す必要がある。しかしながら、交換を促すために発光素子の劣化を検出する構成を有する光モジュールでは、当該発光素子が使用不能となる間際で劣化を検出した場合、交換までの時間が限られるので、ユーザの利便性を損なうことが想定される。

上述の想定に対応した光モジュールとして、以下のような比較例に係る光モジュールが考えられる。すなわち、本来の発光機能を有する第１の発光素子に加え、より早く劣化する第２の発光素子を第１の発光素子と並列に接続し、かつ第２の発光素子の劣化を検出できるようにした光モジュールである。このような光モジュールによれば、第２の発光素子の劣化を検出してユーザに交換を促すように構成されるので、交換までの時間に余裕が生ずる。

しかしながら、比較例に係る光モジュールでは、第２の発光素子の劣化に伴い第２の発光素子の波長スペクトルが変動するので、光モジュール全体の発光スペクトルの均一性が低下する。波長スペクトルの均一性が低下すると、第２の発光素子の劣化前と比較して本光モジュールを用いた光伝送装置の伝送品質が劣化する。

そこで、本実施の形態では、第２の発光素子の光出射面を遮蔽することとした。このことにより、第２の発光素子が劣化しても光モジュールから光が出射されないので、波長スペクトルの均一性の低下が抑制される。

図２を参照して、本実施の形態に係る光モジュール１０における劣化の検出の基本的な考え方について説明する。光モジュール１０は、寿命の短い発光部５０を含む複数の発光部５０を有している。すなわち、搭載機器において通常の発光動作を行う発光部５０（以下、「通常発光部５０ｎ」という場合がある）の他に、通常発光部５０ｎより寿命が短く通常発光部５０ｎの劣化を監視する発光部５０（以下、「モニタ発光部５０ｍ」という場合がある）を有している。本実施の形態では、このモニタ発光部５０ｍが上記遮蔽部３２を備えている。

図２（ａ）は寿命の異なる３つの発光部である、発光部Ａ、発光部Ｂ、発光部Ｃの光出力の経時変化を示している。発光部Ａ、発光部Ｂ、発光部Ｃの寿命はこの順で長いものとし、図２（ａ）では、発光部Ａの光出力の経時変化を曲線ＰＡで、発光部Ｂの光出力の経時変化を曲線ＰＢで、発光部Ｃの光出力の経時変化を曲線ＰＣで、各々表している。なお、図２（ａ）では、各々の発光部の光出力の初期値を１で規格化している。本実施の形態では、発光部Ａを通常発光部５０ｎとし、発光部Ｂおよび発光部Ｃをモニタ発光部５０ｍとしている。なお、通常発光部５０ｎを構成する発光部Ａは、単一の発光部Ａまたは複数の発光部Ａとして、光モジュール１０として必要な光出力を出力できる定格出力を有している。

ここで、複数の発光部ＡのみでＶＣＳＥＬアレイが構成されている場合、複数の発光部Ａは同じ時期に寿命が到来することになり、光モジュール１０のこれ以上の使用は困難となる。そして、曲線ＰＡで示された光出力に基づく劣化を検出することによって、ユーザに光モジュール１０の交換を促そうとしても、発光部Ａの劣化を検出した時点では使用困難になるまでの期間が短く、ユーザによっては使用困難になる前に交換を行うことが渡過されてしまうことも想定される。

そこで、本実施の形態に係る光モジュール１０では、発光部Ａよりも寿命が短い発光部Ｂおよび発光部Ｃをモニタ発光部５０ｍとして設けるとともに、発光部Ｂ、あるいは発光部Ｃの劣化を検出することで、光モジュール１０としての寿命が近づいていることを把握する。そして、ユーザに対して光モジュール１０の交換等を促す報知を光モジュール１０の寿命に達してしまう前に行う（以下、「アラートを発出する」という場合がある）ようにしている。図２（ａ）に示すように、発光部Ｂは発光部Ａより期間ｔ２だけ寿命が短く、発光部Ｃは発光部Ｂより期間ｔ１だけ寿命が短く設定されている。つまり、発光部Ｃは発光部Ａより期間（ｔ１＋ｔ２）だけ寿命が短く設定されている。期間ｔ１、ｔ２については特に限定されないが、ユーザによる光モジュール１０の交換までの期間に余裕をもたせることができればよいので、例えば１ヶ月から２ヶ月程度とすればよい。このように、本実施の形態に係る光モジュール１０では、モニタ発光部５０ｍによって通常発光部５０ｎの劣化よりも早く劣化を検出している。

以下で説明するように、モニタ発光部５０ｍは発光部Ｂだけ、発光部Ｃだけ配置してもよいし、発光部Ｂおよび発光部Ｃの両方を配置してもよい。また、発光部Ｃよりさらに寿命の短い発光部を配置してもよい。複数の寿命のモニタ発光部５０ｍを配置することにより、段階的なアラートが発出される。

図２（ｂ）〜（ｆ）は、光モジュール１０の発光領域４０における通常発光部５０ｎ、モニタ発光部５０ｍの配置の一例を示している。本実施の形態において、通常発光部５０ｎ、モニタ発光部５０ｍの配置については特に限定されないが、図２（ｂ）〜図２（ｆ）では、後述する光伝送装置２００への適用を考慮し、通常発光部５０ｎの光伝送路（光ファイバ等）への結合を想定した配置の一例を示している。なお、本実施の形態におけるモニタ発光部５０ｍは光が出射されないので、基本的にはいずれの位置に配置されてもよい。

図２（ｂ）は、通常発光部５０ｎである発光部Ａを３個（発光部５０−１、５０−２、５０−３）、モニタ発光部５０ｍである発光部Ｂ（発光部５０−４）を１個、合計４個の発光部を配置する形態である。本形態では、発光部５０−４が遮光されている。なお、以下では発光部Ａに対して、発光部Ｂ、Ｃを小さく表しているが、これは寿命の長短を模式化したもので必ずしも実際の物理的な大きさが小さいわけではない。

図２（ｃ）は、通常発光部５０ｎである発光部Ａを２個（発光部５０−１、５０−４）、モニタ発光部５０ｍである発光部Ｂ（発光部５０−２）を１個、モニタ発光部５０ｍである発光部Ｃ（発光部５０−３）を１個、合計４個の発光部を配置する形態である。本形態では、発光部５０−２、５０−３が遮光されている。本配置形態によれば、発光部Ｃによるアラートの発出後に発光部Ｂによるアラートが発出されるので、アラートが段階的に発出される。また、モニタ発光部５０ｍの個数が多い方が光モジュール１０の劣化の判断が行いやすい。

図２（ｄ）は、通常発光部５０ｎである発光部Ａを２個（発光部５０−３、５０−４）、モニタ発光部５０ｍである発光部Ｂ（発光部５０−２）を１個、モニタ発光部５０ｍである発光部Ｃ（発光部５０−１）を１個、合計４個の発光部を配置する形態である。本形態では、発光部５０−１、５０−２が遮光されている。本配置形態によれば、アラートが段階的に発出される。

図２（ｅ）は、通常発光部５０ｎである発光部Ａを４個（発光部５０−１、５０−２、５０−３、５０−４）、モニタ発光部５０ｍである発光部Ｂ（発光部５０−５）を１個、合計５個の発光部を配置する形態である。本形態では、発光部５０−５が遮光されている。本配置形態によれば、モニタ発光部５０ｍが通常発光部５０ｎで囲まれているので、モニタ発光部５０ｍは通常発光部５０ｎからの熱干渉を受けやすい位置（熱クロストークが大きい位置）に配置されている。従って、通常発光部５０ｎと比較してモニタ発光部５０ｍの寿命が短くされる。

図２（ｆ）は、通常発光部５０ｎである発光部Ａを３個（発光部５０−２、５０−３、５０−４）、モニタ発光部５０ｍである発光部Ｃ（発光部５０−１）を１個、合計４個の発光部を配置する形態である。本形態では、発光部５０−１が遮光されている。本配置形態によれば、発光部Ｃの寿命が発光部Ｂの寿命より短いことから、図２（ｂ）に示す光モジュールよりも早くアラートが発出される。このように、本実施の形態によれば、寿命を考慮して用いるモニタ発光部５０ｍを選択することにより、アラートの発出時期が異なったものとされる。

以上の形態において、通常発光部５０ｎの個数とモニタ発光部５０ｍの個数との関係について特に制限はないが、通常発光部５０ｎの個数をモニタ発光部５０ｍの個数より多くすることにより、通常発光部５０ｎの個数がモニタ発光部５０ｍの個数より少ない場合と比較して、モニタ発光部５０ｍが劣化したことが検知されてから通常発光部５０ｎの寿命に達するまでの時間（発光モジュールの寿命に達するまでの時間）が長くなる。すなわち、ＡＰＣ制御方式においては、モニタ発光部５０ｍが先に寿命に達した後は残りの通常発光部５０ｎのみで同じ光量を発光することになるため、通常発光部５０ｎの数が多いほど通常発光部５０ｎ１個あたりの光量増加分が少なくて済む。よって、通常発光部５０ｎの数が多いほど、光量増加分による発熱等が抑制され、通常発光部５０ｎの寿命に達するまでの時間が長くなる。その結果、交換を促す報知を行ってから発光モジュールの寿命に達するまでの時間、つまり、交換までの猶予期間に余裕が生まれる。

次に、図３および図４を参照して、本実施の形態に係る光モジュール１０における劣化の検出方法について説明する。なお、本実施の形態に係る光モジュール１０では、発光領域４０の駆動方式としてＡＰＣ駆動を採用している。

図３（ａ）は、光モジュール１０に発光領域４０の駆動回路を付加して構成された、本実施の形態に係る光モジュール１０ａの回路図を示している。図３（ａ）に示すように、光モジュール１０ａは、光モジュール１０としての通常発光部５０ｎおよびモニタ発光部５０ｍを含む発光領域４０ａ、モニタＰＤ６２、およびＡＰＣ駆動部６０を含んで構成されている。通常発光部５０ｎのアノード（ｐ側電極パッド２８）、モニタ発光部５０ｍのアノード（ｐ側電極パッド２８）、およびモニタＰＤ６２のカソードは電源ＶＤＤに接続されている。なお、ＡＰＣ駆動部６０は、光モジュール１０とモノリシックに一体的に形成してもよいし、光モジュール１０とは別の半導体素子で形成し、両者をボンディングワイヤ等で接続するようにしてもよい。

光モジュール１０ａの発光領域４０ａは図２（ｄ）に示す発光領域４０と同じ構成を採用している。すなわち、通常発光部５０ｎとしての発光部Ａを３個（図３（ａ）では、代表して１個のみ示している）、モニタ発光部５０ｍとしての発光部Ｃを１個配置して構成されている。なお、本実施の形態において、通常発光部５０ｎ、モニタ発光部５０ｍの各々の個数は特に限定されず、少なくとも各々１個ずつ配置されていればよい。

ＡＰＣ駆動部６０は、発光領域４０ａをＡＰＣ方式で駆動する駆動回路である。すなわち、発光領域４０ａ（通常発光部５０ｎ）から出射される光出力ＰｏをモニタＰＤ６２で受光し、モニタＰＤ６２で発生した、光出力Ｐｏに応じたモニタ電流ＩｍをＡＰＣ駆動部６０に入力させる。ＡＰＣ駆動部６０はモニタ電流Ｉｍを電圧信号に変換し、該電圧信号と光出力Ｐｏの目標値を示す基準電圧との差分によって発光領域４０ａに流す駆動電流Ｉｄを制御する。

図３（ａ）に示すように、光モジュール１０ａでは、発光領域４０ａを構成する通常発光部５０ｎおよびモニタ発光部５０ｍは並列に接続し、合計４個の発光部５０に一括して駆動電流Ｉｄを流している。しかしながら、本実施の形態に係る光モジュール１０ａではモニタ発光部５０ｍは遮光しているので、モニタＰＤ６２は、３個の発光部Ａ（発光部５０−２、５０−３、５０−４）から出射された出射光が合成された光出力Ｐｏを受光している。なお、ＡＰＣ駆動部６０には、光モジュール１０ａの光出力Ｐｏを変調する変調信号（図示省略。例えば、後述する光伝送装置の伝送データ信号）も入力されるので、駆動電流Ｉｄは、発光領域４０ａをバイアスするバイアス電流と伝送データ信号の電流とが合計された電流となる。

図３（ｂ）は、光モジュール１０ａの駆動電流Ｉｄの経時変化を示している。図３（ｃ）に示すように、光モジュール１０ａの駆動電流Ｉｄは駆動電流初期値Ｉｄｉから始まって一定の期間、略一定の値を示す。しかしながら、発光領域４０ａの劣化に伴い光出力Ｐｏを一定に維持するため駆動電流Ｉｄが変動する。発光領域４０ａの劣化は、通常発光部５０ｎの劣化に起因する場合もあるが、主としてモニタ発光部５０ｍの劣化に起因する。

発光領域４０ａの劣化に伴い駆動電流Ｉｄが変動するのは、以下の理由による。すなわち、本実施の形態に係る発光領域４０ａは、３個の発光部Ａと１個の発光部Ｃとが並列に接続されている。図２（ａ）に示すように、発光部Ａより早く発光部Ｃが劣化するが、劣化に伴い発光部Ｃのインピーダンスが変化する。発光部Ｃのインピーダンスが変化すると、３個の発光部Ａと１個の発光部Ｃの並列インピーダンスが変化するので、ＡＰＣ制御される駆動電流Ｉｄの大きさも変化する。

例えば、発光部Ｃのインピーダンスが大きくなると、ＡＰＣ制御によって発光部Ａに流れる電流は一定なので、駆動電流Ｉｄは減少し、発光部Ｃのインピーダンスが小さくなれば駆動電流Ｉｄは増加する。光モジュール１０ａでは、この駆動電流Ｉｄの変動を監視することによって発光領域４０ａの劣化を監視している。発光部Ｃのインピーダンスの変化の方向（インピーダンスが大きくなるか、小さくなるか）は劣化モードによって異なり、それに応じた駆動電流Ｉｄの変化の方向も異なるが、本実施の形態では、以下駆動電流Ｉｄが大きくなる場合を例示して説明する。

図３（ｂ）に示すように、駆動電流初期値Ｉｄｉに対して、許容変動幅を示す駆動電流下限値Ｉｄｍｉｎと駆動電流上限値Ｉｄｍａｘとを予め設定しておく。むろん、駆動電流下限値Ｉｄｍｉｎおよび駆動電流上限値Ｉｄｍａｘはいずれか一方を設定しておいてもよい。駆動電流下限値Ｉｄｍｉｎ、駆動電流上限値Ｉｄｍａｘの設定は、実験、シミュレーション等によって予め行っておいてもよい。そして、光モジュール１０ａの稼動状態において、駆動電流下限値Ｉｄｍｉｎ、または駆動電流上限値Ｉｄｍａｘを外れた場合にアラートを発出する。図３（ｂ）に示す例では、駆動電流Ｉｄが駆動電流上限値Ｉｄｍａｘを越えたことをもって、時間ｔａにおいてアラートが発出されている。

時間ｔａにおけるアラートはモニタ発光部５０ｍである発光部Ｃによるものなので、光モジュール１０ａでは、通常発光部５０ｎの劣化によって光モジュール１０ａの使用が困難になる以前にモニタ発光部５０ｍによって劣化の兆候を検出しアラートが発出される。このことにより、ユーザによる交換までの時間的余裕が増大する。本実施の形態に係る光モジュール１０ａでは、さらにモニタ発光部５０ｍが遮光されているのでモニタ発光部５０ｍからの出射光が光モジュール１０ａから出射されることはない。そのため、モニタ発光部５０ｍの劣化に伴い通常発光部５０ｎとモニタ発光部５０ｍとの間でスペクトルの均一性が低下することが抑制される。その結果、例えば光モジュール１０ａを光伝送装置に適用した際に、モニタ発光部５０ｍの劣化前と比較して、伝送信号の品質が劣化することが抑制される。

なお、時間ｔａにおいてアラートが発出された後も光モジュール１０ａを稼動し続けると、一定の時間の経過後に発光部Ａの劣化に起因する駆動電流Ｉｄの増加が始まる。従って、この発光部Ａの劣化に対応する駆動電流Ｉｄの上限値をさらに設定しておき、この上限値において、例えばユーザに交換を要請する報知を行うようにしてもよい。

次に、図４を参照して、光モジュール１０ａの駆動制御方法について説明する。図４（ａ）は、光モジュール１０ａの駆動電流Ｉｄの初期値である駆動電流初期値Ｉｄｉ、およびモニタ電流Ｉｍの初期値であるモニタ電流初期値Ｉｍｉを設定するための初期値設定処理の流れを示すフローチャートであり、例えば、製品の出荷前に製造業者によって予め実行される。図４（ｂ）は光モジュール１０ａの稼動状態において駆動電流を制御する駆動制御処理の流れを示すフローチャートであり、主として、ユーザが光モジュール１０ａを使用している期間に実行される処理である。

図４（ａ）を参照して、本実施の形態に係る初期値設定処理について説明する。

まず、ステップＳ１００において、光モジュール１０ａの発光領域４０ａ（通常発光部５０ｎ、モニタ発光部５０ｍ）に駆動電流Ｉｄを供給する。

次のステップＳ１０２で、光出力Ｐｏが規定値の範囲内か否か、すなわち光出力Ｐｏが初期設定値の範囲内か否かについて判定する。初期設定値は、例えば光モジュール１０ａの設計条件等から設定される。当該判定が肯定判定となった場合にはステップＳ１０６に移行し、否定判定となった場合にはステップＳ１０４に移行する。

ステップＳ１０４では、光出力Ｐｏが規定値の範囲内に収まるように駆動電流Ｉｄを調整した後、ステップＳ１０２に戻り、再度光出力Ｐｏが規定値の範囲内か否かを判定する。

ステップＳ１０６では、そのときの駆動電流Ｉｄを駆動電流初期値Ｉｄｉとして設定し、制御部７０に設けられたＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶手段に記憶させる。また、そのときのモニタ電流Ｉｍをモニタ電流初期値Ｉｍｉとして記憶手段に記憶させる。その後、本初期値設定処理を終了する。

次に、図４（ｂ）を参照して、光モジュール１０ａにおいてアラートが発出されるまでの駆動制御処理について説明する。

まず、ステップＳ２００において、光モジュール１０ａの発光領域４０ａ（通常発光部５０ｎ、モニタ発光部５０ｍ）に、駆動電流Ｉｄとして、上記初期値設定処理で設定した駆動電流初期値Ｉｄｉを供給する。

次のステップＳ２０２では、モニタ電流Ｉｍが規定値の範囲内か、より具体的にはモニタ電流Ｉｍがモニタ電流初期値Ｉｍｉを中心とする予め定められた範囲内にあるか否か判定する。当該判定が否定判定となった場合にはステップＳ２０４に移行し、モニタ電流Ｉｍが規定値の範囲内に収まるように駆動電流Ｉｄを調整した後、ステップＳ１０２に戻り、再度モニタ電流Ｉｍが規定値の範囲内か否か判定する。なお、ステップＳ２０２、Ｓ２０４のループが本実施の形態に係るＡＰＣ制御を示している。

一方、ステップＳ２０２で肯定判定となった場合にはステップＳ２０６に移行し、駆動電流Ｉｄが規定値の範囲内か否か、すなわち駆動電流Ｉｄが駆動電流下限値Ｉｄｍｉｎ以上、駆動電流上限値Ｉｄｍａｘ以下の範囲内か否か判定する。例えば、モニタ発光部５０ｍが劣化してモニタ発光部５０ｍのインピーダンスが高くなった場合は、光モジュール１０ａに供給される全体の駆動電流Ｉｄは初期状態よりも小さくなる。一方、モニタ発光部５０ｍが劣化してモニタ発光部５０ｍのインピーダンスが低くなった場合は、光モジュール１０ａに供給される全体の駆動電流Ｉｄは初期状態小さくなる。よって、駆動電流下限値Ｉｄｍｉｎと駆動電流上限値Ｉｄｍａｘとを設定することでモニタ発光部５０ｍの劣化状態を判定する。

ステップＳ２０６における判定が肯定判定となった場合にはステップＳ２０２に戻り、再度モニタ電流Ｉｍが規定値の範囲内か否か判定する。

一方ステップＳ２０６における判定が否定判定となった場合にはステップＳ２０８に移行し、モニタ電流Ｉｍが許容範囲を外れたことをもってアラートを発出し、その後本駆動制御処理を終了する。なお、アラートを発出した後もＡＰＣ制御が継続されることで、光モジュール１０ａからの発光は維持される。

図４（ｂ）における駆動制御は、制御部７０がＡＣＰ駆動部６０等を制御することで実行される。また、ステップＳ２０６における駆動電流下限値Ｉｄｍｉｎおよび駆動電流上限値Ｉｄｍａｘは製造業者等によって予め定められ、制御部７０を構成するハードウエアやソフトウエアによってステップＳ２０６の判定が行われる。ハードウエアでの判定の場合は、パワーモニタ部６８からの駆動電流Ｉｄの大きさを表す電圧信号と、駆動電流下限値Ｉｄｍｉｎおよび駆動電流上限値Ｉｄｍａｘに対応する基準電圧値とをコンパレータ等の比較回路で比較して判定する。一方、ソフトウエアで判定する場合は、ソフトウエアを動作させるＣＰＵ等のプロセッサを備え、デジタル信号に変換された駆動電流Ｉｄの大きさを表す電圧信号と、制御部７０に設けられたＲＡＭに予め記憶された駆動電流下限値Ｉｄｍｉｎおよび駆動電流上限値Ｉｄｍａｘとをソフトウエア上で比較し判定する。すなわち、制御部７０は、パワーモニタ部６８とともに、モニタ発光部５０ｍが劣化したことを検知する検知部として機能する。

なお、本実施の形態に係る光モジュール１０ａでは、駆動電流Ｉｄに対し駆動電流下限値Ｉｄｍｉｎおよび駆動電流上限値Ｉｄｍａｘを設定してアラートを発出する形態を例示して説明したが、電流値の異なる駆動電流下限値Ｉｄｍｉｎおよび駆動電流上限値Ｉｄｍａｘを複数設定して、それぞれの上限値や下限値ごとにアラートの通知内容や通知方法を段階的に可変させてもよい。例えば、劣化が進むにつれて、より強く交換を要請するメッセージ等をユーザに報知するようにしてもよい。

次に、図５を参照して、本実施の形態に係る光モジュール１０の製造方法について説明する。光モジュール１０は、図１（ｂ）に示すように４つの発光部５０を備えているが、遮蔽部３２の形成以外は製造工程としてはすべて同じであるので、以下の説明ではそのうちの１つの発光部５０について図示し説明する。なお、図５において図１と符号が異なる同じ名称の構成は、同じ機能を有している。

まず、図５（ａ）に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ型ＧａＡｓによる基板１１０上に、ＡｌＡｓとＧａＡｓとをそれぞれの膜厚が媒質内波長λ’（＝λ／ｎ）の１／４となるように交互に３０周期積層したキャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3となるｎ型の下部ＤＢＲ１１２、アンドープＡｌ_0.22Ｇａ_0.78Ａｓによる下部スぺーサ１１４とアンドープの量子井戸活性層１１６（膜厚８０ｎｍＩｎＧａＡｓ量子井戸層３層と膜厚１５０ｎｍＧａＡｓ障壁層４層とで構成されている）とアンドープＡｌ_0.22Ｇａ_0.78Ａｓによる上部スぺーサ１１８とで構成された膜厚が媒質内波長λ’となる活性層領域１３０、その上に、キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3、膜厚が媒質内波長λ’の１／４となるｐ型のＡｌＡｓ層１２０、その上にＡｌ_0.9Ｇａ_0.1ＡｓとＧａＡｓとをそれぞれの膜厚が媒質内波長λ’の１／４となるように交互に２２周期積層したキャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3、総膜厚が約２μｍとなるｐ型の上部ＤＢＲ１２２、その上にキャリア濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3となる膜厚が媒質内波長λ’のｐ型のＧａＡｓによるコンタクト層１２４を順次積層する。

原料ガスとしては、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、アルシン、ドーパント材料としてはｐ型用にシクロペンタジニウムマグネシウム、ｎ型用にシランを用い、成長時の基板温度は７５０℃とし、真空を破ることなく、原料ガスを順次変化し、連続して成膜をおこなった。

次に、図５（ｂ）にその形状を示すように、上記積層膜を下部ＤＢＲ１１２の途中までエッチングしてメサ１２６を形成し、ＡｌＡｓ層１２０側面を露出させる。メサ形状を加工するには、フォトリソグラフィにより結晶成長層上にレジストマスクＲを形成し、四塩化炭素をエッチングガスとしてもちいた反応性イオンエッチングを用いた。

その後、レジストマスクＲを除去し、図５（ｃ）に示すように、約４００℃の炉中で水蒸気によりＡｌＡｓ層１２０だけを側方から酸化し高抵抗化させ、酸化領域１３２と非酸化領域１２０ａとした。非酸化領域１２０ａの径は、一例として約３μｍである。この非酸化領域１２０ａが、電流注入領域となる。

その後、図５（ｄ）及び（ｅ）に示すように、ＳｉＮによる層間絶縁膜１３４をメサ１２６上面を除いて蒸着し、レジストマスクＲを利用して、出射口１４０を除いてＴｉ／Ａｕからなるｐ側電極配線１３６を形成する。この際、モニタ発光部５０ｍとされるメサ１２６についてはレジストマスクＲを形成せず、Ｔｉ／Ａｕからなる遮蔽部３２を形成する。また、基板１１０の裏面にはｎ側電極配線１３８としてＡｕ／Ｇｅを蒸着する。このようにして、図５（ｆ）に示す光モジュール１０が完成する。なお、本実施の形態では酸化により電流狭窄構造を形成する形態を例示して説明したが、これに限られず、イオン注入により電流狭窄構造を形成する形態としてもよい。

次に、本実施の形態において、モニタ発光部５０ｍを作製する方法について説明する。本実施の形態では通常発光部５０ｎを上述した通常の製造工程で製造する。これに対し、モニタ発光部５０ｍは次に示す方法１ないし方法５のいずれかの方法、または方法１ないし方法５のうちの複数を選択し組み合わせた方法を用い、通常発光部５０ｎに対して寿命が短くなるようにして製造する。

方法１：通常発光部５０ｎにおける酸化アパーチャ径（電流狭窄径）を異ならせる。酸化アパーチャ径とは、略円形である非酸化領域２６ａ（非酸化領域１２０ａ）の直径である。酸化アパーチャ径は通常３〜１０μｍ程度とされるが、この直径に対し２μｍ程度小さい直径の酸化アパーチャ径とする。酸化アパーチャ径は小さいほうが寿命が短い。これは、非酸化領域２６ａを流れる電流に対する抵抗が大きくなるためモニタ発光部５０ｍでの発熱が増大し、モニタ発光部５０ｍのジャンクション温度が高くなるためである。

方法２：通常発光部５０ｎに対し、発光部にかかる応力が異ならせる。発光部に係る応力を異ならせるための具体的方法としては、例えば、層間絶縁膜２０（層間絶縁膜１３４）の厚み、面積、および形状の少なくとも１つを異らせることが挙げられる。その際、応力の違いの管理のし易さから、通常発光部５０ｎの形状とモニタ発光部５０ｍの形状とは、同一にしておくことが好ましい。なお、ここでいう「同一」とは、製造上のばらつき等のばらつきを含む概念である。方法２によれば、通常発光部５０ｎとモニタ発光部５０ｍとで酸化アパーチャ径が同じ場合であっても、寿命が異なることになる。なお、具体的にどの程度の厚み、面積、および形状とするかは、モニタ発光部５０ｍの寿命を通常発光部５０ｎよりどの程度短く設定するかを決めた上で、実験またはシミュレーション等により決定すればよい。

方法３：モニタ発光部５０ｍを、通常発光部５０ｎのいずれよりも、熱クロストークが大きい位置に配置する。本方法について、図６（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図６は、発光領域４０を構成するｐ側電極配線２２、通常発光部５０ｎ、およびモニタ発光部５０ｍを抜き出して示した図である。熱クロストークが大きい位置とは、モニタ発光部５０ｍが通常発光部５０ｎから受ける熱ストレスの大きい位置をさす。より具体的には、図６（ａ）に示すようにモニタ発光部５０ｍを通常発光部５０ｎで挟んで配置する形態、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、モニタ発光部５０ｍの周囲に通常発光部５０ｎを配置する形態が挙げられる。

方法４：モニタ発光部５０ｍを、通常発光部５０ｎで囲まれた位置に配置する。

方法５：通常発光部５０ｎにおける隣接する発光部間の距離の最大値よりも、モニタ発光部５０ｍと、通常発光部５０ｎのいずれかとの距離の最小値のほうが大きくなるように配置する。モニタ発光部５０ｍは光を出射しないので、通常発光部５０ｎのように外部と光結合させる位置に配置する必要はない。逆に外部と光結合させる位置にモニタ発光部５０ｍを配置すると、通常発光部５０ｎの温度上昇を助長してしまう。従って、モニタ発光部５０ｍを通常発光部５０ｎから離間させて配置する。なお、その際離間させる方向はいずれの方向であってもよい。具体的な配置としては、図６（ｄ）、（ｅ）に示すような配置が挙げられる。図６（ｄ）、（ｅ）の符号Ｃで示された円は、後述の光ファイバ３００のコア３０２の位置を示している。

図６（ｄ）は、２個の通常発光部５０ｎと、１個のモニタ発光部５０ｍとをｐ側電極配線２２の延伸方向に離間させて配置させた例である。図６（ｄ）に示すように、本例では通常発光部５０ｎをコアの略中心に位置するように配置し、モニタ発光部５０ｍはコアから外れるようｐ側電極配線２２の延伸方向にずらしている。図６（ｅ）は、３個の通常発光部５０ｎ、１個のモニタ発光部５０ｍについて同様の考え方で配置した例である。

［第２の実施の形態］
図７、および図８を参照して、本実施の形態に係る光モジュール１０ｂについて説明する。上記の実施の形態に係る光モジュール１０ａがＡＰＣ駆動方式を採用していたのに対し、光モジュール１０ｂでは定電流駆動方式を採用している。なお、本実施の形態では、定電流駆動方式に代えて定電圧駆動方式を用いてもよい。

図７（ａ）は、発光領域４０ａの駆動回路を含む光モジュール１０ｂを示している。図７（ａ）示すように、光モジュール１０ｂは、発光領域４０ａ、モニタＰＤ６２、定電流駆動部６４、およびパワーモニタ部６６を含んで構成されている。発光領域４０ａは上記実施の形態に係る光モジュール１０ａの発光領域４０ａと同じものなので、説明を省略する。

定電流駆動部６４は、図示しない定電流源によって発光領域４０ａを定電流駆動する部位である。定電流駆動部６４には発光領域４０ａから出射される光出力Ｐｏを変調する信号、例えば伝送データ信号が入力されるが、図７（ａ）では図示を省略している。駆動電流Ｉｄはバイアス電流と伝送データ信号による電流とが合計された電流となるが、光モジュール１０ｂに係る定電流駆動部６４は、バイアス電流を一定にして光出力Ｐｏを制御している。

パワーモニタ部６６は、例えば、電流電圧変換回路を含んで構成され、発光領域４０ａの光出力Ｐｏに応じモニタＰＤ６２で発生するモニタ電流Ｉｍを電圧信号に変換することによって、発光領域４０ａの光出力Ｐｏを監視する。

制御部７２は、第１の実施の形態と同様に、ハードウエアやソフトウエアで構成され、モニタ電流Ｉｍの大きさを表す電圧信号に基づき、光モジュール１０ｂの劣化を検出する。すなわち、制御部７２は、パワーモニタ部６６とともに、光モジュール１０ｂに含まれるモニタ発光部５０ｍが劣化したことを検知する検知部として機能する。

図７（ｂ）は、モニタ電流Ｉｍの経時変化を示している。図７（ｂ）に示すように、モニタ電流Ｉｍは、光モジュール１０ｂの稼動開始後一定期間は、モニタ電流初期値Ｉｍｉで推移し、発光領域４０ａに含まれる発光部５０の劣化とともに変動する。光モジュール１０ｂでは、このモニタ電流Ｉｍの変動によって発光領域４０ａを監視し、劣化を検出する。

図７（ａ）示す光モジュール１０ｂでモニタ電流Ｉｍが変動するのは、モニタ発光部５０ｍの劣化に伴いモニタ発光部５０ｍのインピーダンスが変化することによる。モニタ発光部５０ｍのインピーダンスの変化する方向（インピーダンスが大きくなるか小さくなるか）は、劣化のモードにより異なる。例えば、モニタ発光部５０ｍの劣化に伴いモニタ発光部５０ｍのインピーダンスが高くなると、駆動電流Ｉｄの値が一定であることから、通常発光部５０ｎに流れる電流が増加する。すると、通常発光部５０ｎからの光出力Ｐｏが増加するので、モニタ電流Ｉｍが増加する。

図７（ｂ）は、モニタ発光部５０ｍの劣化に伴いモニタ電流Ｉｍが増加する場合のモニタ電流Ｉｍの経時変化を示している。本実施の形態では、モニタ電流Ｉｍの変動を判定する閾値として２種類設定している。すなわち、第１の変動幅を示す第１のモニタ電流最小値Ｉｍｍｉｎ１と第１のモニタ電流最大値Ｉｍｍａｘ１、第１の変動幅より大きな変動幅を示す第２のモニタ電流最小値Ｉｍｍｉｎ２と第２のモニタ電流最大値Ｉｍｍａｘ２である。図７（ｂ）に示す例では、時間ｔａ１において第１のモニタ電流最大値Ｉｍｍａｘ１を越えたことをもって第１のアラートが発出され、時間ｔａ２において第２のモニタ電流最大値Ｉｍｍａｘ２を越えたことをもって第２のアラートが発出される。第２のアラートは、例えば、第１のアラートより強く交換を要請するメッセージ等の報知である。本実施の形態では、通常発光部５０ｎの劣化が検出する前にモニタ発光部５０ｍの劣化によるアラートが発生されるので、ユーザによる交換までの猶予期間が確保されるとともに、モニタ発光部５０ｍが遮光されているので、光モジュール１０ｂの波長スペクトルの均一性の低下が抑制される。

なお、第１のモニタ電流最小値Ｉｍｍｉｎ１、第１のモニタ電流最大値Ｉｍｍａｘ１の具体的な値は、例えばモニタ電流初期値Ｉｍｉからの変動幅±１０％の範囲、第２のモニタ電流最小値Ｉｍｍｉｎ２、第２のモニタ電流最大値Ｉｍｍａｘ２の具体的な値は、例えばモニタ電流初期値Ｉｍｉからの変動幅±５０％の範囲として設定してもよい。

次に、図８を参照して、光モジュール１０ｂの駆動制御方法について説明する。図８（ａ）は、光モジュール１０ｂの駆動電流Ｉｄの初期値である駆動電流初期値Ｉｄｉ、モニタ電流初期値Ｉｍｉを設定し、さらに上記第１のモニタ電流最小値Ｉｍｍｉｎ１、第１のモニタ電流最大値Ｉｍｍａｘ１、第２のモニタ電流最小値Ｉｍｍｉｎ２、第２のモニタ電流最大値Ｉｍｍａｘ２を設定するための初期値設定処理の流れを示すフローチャートである。一方、図８（ｂ）は光モジュール１０ｂの稼動状態において駆動電流を制御する駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。

図８（ａ）に示すように、光モジュール１０ｂの初期値設定処理は、ステップＳ１００〜ステップＳ１０６までは、図４に示す上記実施の形態に係る光モジュール１０ａの初期値設定処理と同様であるため、同じ処理のステップには同じ符号を付し説明を省略する。

引き続くステップＳ１０８では、ステップＳ１０６で設定したモニタ電流初期値Ｉｍｉに基づいて第１のモニタ電流最小値Ｉｍｍｉｎ１、第１のモニタ電流最大値Ｉｍｍａｘ１、第２のモニタ電流最小値Ｉｍｍｉｎ２、第２のモニタ電流最大値Ｉｍｍａｘ２を算出し、制御部７２に設けられた記憶手段に記憶させる。第１のモニタ電流最小値Ｉｍｍｉｎ１、第１のモニタ電流最大値Ｉｍｍａｘ１、第２のモニタ電流最小値Ｉｍｍｉｎ２、第２のモニタ電流最大値Ｉｍｍａｘ２の設定は、実験、あるいはシミュレーション等によってモニタ電流初期値Ｉｍｉに対する比率を示す係数を求めておき、設定されたモニタ電流初期値Ｉｍｉに該係数を乗ずることによって設定してもよい。

次に、図８（ｂ）を参照して、光モジュール１０ｂにおいてアラートが発出されるまでの駆動制御処理について説明する。

まず、ステップＳ３００で、駆動電流Ｉｄを、上記初期値設定処理で設定された駆動電流初期値Ｉｄｉに設定する。

次のステップＳ３０２では、モニタ電流Ｉｍが第１のモニタ電流最小値Ｉｍｍｉｎ１以上、第１のモニタ電流最大値Ｉｍｍａｘ１以下の範囲にあるか否か判定する。当該判定が肯定判定となった場合にはステップＳ３０２をループし、光モジュール１０ｂの稼動を継続する。

一方、ステップＳ３０２で否定判定となった場合にはステップＳ３０４に移行する。

ステップＳ３０４では、モニタ電流Ｉｍが第１のモニタ電流最小値Ｉｍｍｉｎ１以上、第１のモニタ電流最大値Ｉｍｍａｘ１以下の範囲を外れたことをもって第１のアラートを発出する。例えば、ユーザに対し光モジュール１０ｂの交換を要請する（光モジュール１０ｂの寿命を報知する）。

次のステップＳ３０６では、モニタ電流Ｉｍが第２のモニタ電流最小値Ｉｍｍｉｎ２以上、第２のモニタ電流最大値Ｉｍｍａｘ２以下の範囲にあるか否か判定する。当該判定が肯定判定となった場合には第１のアラートの発出にとどめ、光モジュール１０ｂの稼動を継続する。

一方、ステップＳ３０６で否定判定となった場合にはステップＳ３０８に移行し、第２のアラートを発出する。第２のアラートは、例えば、第１のアラートより強く交換を要請するメッセージ等の報知である。そして、光モジュール１０ｂの稼動を継続するとともに、本実施の形態に係るアラートが発出するための駆動制御処理を終了する。

［第３の実施の形態］
図９および図１０を参照して、本実施の形態に係る光伝送装置２００について説明する。光伝送装置２００は光ファイバを介して相互に光通信を行う通信装置の光送信部を構成する装置であり、上記実施の形態に係る光モジュール（光モジュール１０、１０ａ、１０ｂ）を搭載している。本実施の形態では、以下、光モジュール１０を搭載した形態を例示して説明する。

図９（ａ）は光伝送装置２００の平面図を、図９（ｂ）は断面図を各々示している。図９（ａ）、（ｂ）に示すように、光伝送装置２００は、光モジュール１０、モニタＰＤ６２、サブマウント２１４、およびこれらの構成を搭載するパッケージを含んで構成されている。光伝送装置２００のパッケージは、ステム２０２、キャップ２０４、カソード端子２１６、アノード端子２１８、２１９（図９（ｂ）ではアノード端子２１８に隠れて見えていない）、カソード端子２２０を含んで構成されている。

サブマウント２１４は、光モジュール１０、モニタＰＤ６２等を搭載する基板であり、例えば半導体基板で構成されている。また、サブマウント２１４の光モジュール１０等の搭載面側には金属膜等でｎ側配線２１２が形成されており、光モジュール１０のｎ側電極配線３０が接続される。

ステム２０２はサブマウント２１４を搭載する金属製のベースであり、カソード端子２１６、アノード端子２１８、２１９、カソード端子２２０が保持されている。カソード端子２１６、アノード端子２１８、２１９は必要な絶縁部を介してステムに保持されているが、カソード端子２２０はステム２０２に直接ロウ付けされている（同電位になっている）。

図９（ａ）に示すように、光モジュール１０のｐ側電極パッド２８は、ボンディングワイヤによってアノード電極２０８に接続され、アノード端子２１８を介して外部（駆動電源等）と接続される。一方、光モジュール１０のｎ側電極配線３０は、ｎ側配線２１２およびボンディングワイヤを介してカソード電極２１０に接続され、カソード端子２１６を介して外部（駆動電源等）と接続される。

モニタＰＤ６２のアノードはボンディングワイヤを介してアノード電極２０６に接続され、アノード端子２１９を介して外部（駆動電源等）と接続される。一方、モニタＰＤ６２のカソードはボンディングワイヤによりステム２０２に接続され、カソード端子２２０を介して外部（駆動電源等）に接続される。

キャップ２０４は、サブマウント２１４に搭載された半導体素子等を気密封止するものであり、本実施の形態では金属で形成されている。キャップ２０４には光モジュール１０からの光出力Ｐｏを通過させる開口部が形成されており、該開口部には部分反射ミラー２２２は貼り付けられている。光出力Ｐｏの大部分は部分反射ミラー２２２を通過して外部（本実施の形態では後述する光ファイバ）に出力されるが、一部（一例として１０％程度）は部分反射ミラー２２２で反射され、モニタ光ＰｍとしてモニタＰＤ６２に入射される。このモニタ光Ｐｍによって、上述したモニタ電流Ｉｍが発生する。

制御部７０、ＡＰＣ駆動部６０、定電流駆動部６４、パワーモニタ部６６等を構成する半導体素子や、必要となる抵抗、コンデンサ等の受動部品は、カソード端子２１６、アノード端子２１８、２１９を介して光モジュール１０およびモニタＰＤ６２と接続される制御基板７４上に搭載されて光伝送装置２００を構成する。なお、制御部７０やＡＰＣ駆動部６０等は、サブマウント２１４に搭載されてもよい。

また、光伝送装置２００は、報知部として機能するディスプレイ７６や警告灯などの表示手段を備え、制御部７０からの指示に基づき、アラートが発出されたことをユーザに報知する。なお、ユーザに報知する機能を有する構成であれば、音声手段など、他の構成であってもよい。

次に、図１０を参照して、光モジュール１０と光ファイバ３００との結合について説明する。図１０（ａ）は、光モジュール１０と光ファイバ３００との結合状態を示す断面図、図１０（ｂ）は平面図である。なお、本実施の形態に係る光ファイバ３００としては、シングルモードファイバ、マルチモードファイバ、プラスチックファイバ等特に制限なく用いられるが、本実施の形態ではマルチモードファイバを用いている。

図１０（ａ）に示すように、光ファイバ３００はコア３０２とクラッド３０４を備えている。図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、光モジュール１０の発光部５０は、光出力Ｐｏが光ファイバ３００のコア３０２に入射するように配置される。本実施の形態では光モジュール１０と光ファイバ３００との結合にレンズを用いていない。しかしながら、これに限られず、レンズを用いて光モジュール１０と光ファイバ３００とを結合させる形態としてもよい。

ここで、上記実施の形態ではキャン型のパッケージに搭載した形態の光伝送装置２００を例示して説明したが、これに限られず、フラットパッケージに搭載した形態の光伝送装置としてもよい。

上記実施の形態に係る光モジュール１０、１０ａ、１０ｂ、光伝送装置２００では、光モジュールからの光出力Ｐｏにおけるスペクトルの均一性の低下を抑制するためにモニタ発光部５０ｍを遮光し、モニタ発光部５０ｍから光が出射されないようにしていた。光が出射されないモニタ発光部５０ｍは光ファイバ３００と結合させる必要がないので、モニタ発光部５０ｍの位置は考慮せずに通常発光部５０ｎの位置のみを考慮して光伝送装置を構成することも考えられる。以下、この構成方法による配置形態を、本実施の形態に係る光伝送装置、モニタ発光部５０ｍの作製方法として説明する。なお、本実施の形態に係る光伝送装置は、モニタ発光部５０ｍの配置以外について上記光伝送装置２００と同様なので、必要な場合には図９、１０を参照することとし、図示を省略する。

方法６：通常発光部５０ｎの方がモニタ発光部５０ｍよりも、コアの中心に近い位置に配置する。本方法によって通常発光部５０ｎとモニタ発光部５０ｍを配置した形態を図１１（ａ）に示す。図１１（ａ）に示すように、本実施の形態では、通常発光部５０ｎはコアの略中心に配置されているのに対し、モニタ発光部５０ｍは中心からずれた位置に配置されている。このように通常発光部５０ｎの位置のみを考慮して、通常発光部５０ｎをよりコアの中心に近い位置に配置するようにすれば、通常発光部５０ｎとモニタ発光部５０ｍとがコアの中心に対して同距離にある構成と比較して、光モジュールから出射される光が光ファイバのコアにより結合しやすくなる。
方法７：複数の通常発光部５０ｎの重心Ｇの位置の方を、モニタ発光部５０ｍの位置よりも、光伝送路のコアの中心に近い位置に配置させる。図１１（ｂ）、（ｃ）は、本方法によって配置した発光領域４０の例を示している。このように通常発光部５０ｎが複数ある場合は、その重心をモニタ発光部５０ｍよりも光ファイバのコアの中心に近い位置に配置させることで、通常発光部５０ｎおよびモニタ発光部５０ｍの両方を含む発光部の重心を光ファイバのコアの中心に配置する構成と比較し、光モジュールから出射される光が光ファイバのコアにより結合しやすくなる。

［第４の実施の形態］
以下、本実施の形態に係る光伝送装置について説明する。上記実施の形態に係る光モジュール１０、１０ａ、１０ｂ、光伝送装置２００では、光モジュールからの光出力Ｐｏにおけるスペクトルの均一性の低下を抑制するためにモニタ発光部５０ｍを遮光し、モニタ発光部５０ｍから光が出射されないようにしていた。本実施の形態は、モニタ発光部５０ｍの出射口は遮光せず、モニタ発光部５０ｍを遮光する代わりに、モニタ発光部５０ｍからの出射光が光ファイバに結合されにくくなるように配置を考慮した形態である。従って、以下、本発明に係るモニタ発光部５０ｍの作製方法の形態として説明する。なお、本実施の形態に係る光伝送装置２００ａは、モニタ発光部５０ｍの配置および構造以外について上記光伝送装置２００と同様なので、必要な場合には図９、１０を参照することとし、図示を省略する。

方法８：通常発光部５０ｎを、通常発光部５０ｎから出射された光が光ファイバ３００のコアに入射されるように配置させるとともに、モニタ発光部５０ｍを、モニタ発光部５０ｍから出射される光が光ファイバ３００のコアに入射されない位置に配置する。具体的には、例えば、図６（ｄ）や図６（ｅ）のように、モニタ発光部５０ｍを光ファイバのコアと重ならない位置に配置する。このようにすれば、モニタ発光部５０ｍが光ファイバのコアと重なる位置にある構成と比較し、モニタ発光部５０ｍからの出射光が光ファイバに結合されにくくなる。その結果、モニタ発光部５０ｍの出射口が遮光されていない構成であっても、モニタ発光部５０ｍのスペクトルが変化した場合における光ファイバに結合される光のスペクトルの変化が抑制される。

以上のように、本実施の形態に係る光伝送装置によっても、ユーザによる光モジュールの交換までの猶予期間が確保されるとともに、光モジュールの波長スペクトルの均一性の低下が抑制される。

なお、上記各実施の形態では、各発光部がモノリシックに形成された発光素子アレイを用いた形態を例示して説明したが、これに限られず、各発光部として個別の発光素子を用いた形態としてもよい。

１０、１０ａ、１０ｂ 光モジュール
１２ 基板
１４ 下部ＤＢＲ
１６ 活性層領域
１８ 上部ＤＢＲ
２０ 層間絶縁膜
２２ ｐ側電極配線
２４ 出射面保護層
２６ 酸化狭窄層
２６ａ 非酸化領域
２６ｂ 酸化領域
２８ ｐ側電極パッド
３０ ｎ側電極配線
３２ 遮蔽部
４０、４０ａ 発光領域
５０、５０−１、５０−２、５０−３、５０−４ 発光部
５０ｎ 通常発光部
５０ｍ モニタ発光部
６０ ＡＰＣ駆動部
６２ モニタＰＤ
６４ 定電流駆動部
６６、６８ パワーモニタ部
７０、７２ 制御部
７４ 制御基板
７６ ディスプレイ
９０ 光モジュール
１１０ 基板
１１２ 下部ＤＢＲ
１１４ 下部スペーサ
１１６ 量子井戸活性層
１１８ 上部スペーサ
１２０ ＡｌＡｓ層
１２０ａ 非酸化領域
１２２ 上部ＤＢＲ
１２４ コンタクト層
１２６ メサ
１３０ 活性層領域
１３２ 酸化領域
１３４ 層間絶縁膜
１３６ ｐ側電極配線
１３８ ｎ側電極配線
１４０ 出射口
２００、２００ａ 光伝送装置
２０２ ステム
２０４ キャップ
２０６、２０８ アノード電極
２１０ カソード電極
２１２ ｎ側配線
２１４ サブマウント
２１６ カソード端子
２１８、２１９ アノード端子
２２０ カソード端子
２２２ 部分反射ミラー
３００ 光ファイバ
３０２ コア
３０４ クラッド
Ｃ コア位置
Ｇ 重心
Ｉｄ 駆動電流
Ｉｄｍｉｎ 駆動電流下限値
Ｉｄｍａｘ 駆動電流上限値
Ｉｄｉ 駆動電流初期値
Ｉｍ モニタ電流
Ｉｍｉ モニタ電流初期値
Ｉｍｍｉｎ１ 第１のモニタ電流最小値
Ｉｍｍａｘ１ 第１のモニタ電流最大値
Ｉｍｍｉｎ２ 第２のモニタ電流最小値
Ｉｍｍａｘ２ 第２のモニタ電流最大値
ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ 光出力
Ｐｏ 光出力
Ｐｍ モニタ光
Ｒ レジストマスク
ＶＤＤ 電源

Claims (13)

1. 光を出射する第１の発光素子と、
   前記第１の発光素子と並列に接続されるとともに、前記第１の発光素子よりも早く劣化するよう構成され、光の出射口が遮蔽された第２の発光素子と、
   前記第２の発光素子が劣化したことを検知する検知部と、
   を備える光伝送装置。
2. 前記第１の発光素子から出射される光の光量が一定になるように前記第１の発光素子を駆動する駆動部をさらに有し、
   前記検知部は、前記駆動部から前記第１の発光素子および前記第２の発光素子に出力される電流または電圧の値が、予め定めた範囲を外れた場合に前記第２の発光素子が劣化したことを検知する
   請求項１に記載の光伝送装置。
3. 前記第１の発光素子から出射される光を受光する受光部と、
   前記第１の発光素子および前記第２の発光素子を定電圧駆動または定電流駆動する駆動部と、をさらに有し、
   前記検知部は、前記受光部で受光する光量が予め定めた範囲を外れた場合に前記第２の発光素子が劣化したことを検知する
   請求項１に記載の光伝送装置。
4. 前記第１の発光素子の数が前記第２の発光素子の数より多い
   請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光伝送装置。
5. 前記第１の発光素子および前記第２の発光素子は、同一の形状を有するとともにそれぞれの周囲に絶縁膜が設けられ、
   前記第１の発光素子の周囲の前記絶縁膜と前記第２の発光素子の周囲の前記絶縁膜とは、厚み、面積、形状の少なくとも１つが異なる
   請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光伝送装置。
6. 前記第２の発光素子は、前記第１の発光素子のいずれよりも、熱クロストークが大きい位置に配置されている
   請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の光伝送装置。
7. 前記第１の発光素子を複数有し、
   前記第２の発光素子は、複数の前記第１の発光素子に囲まれた位置に配置されている
   請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の光伝送装置。
8. 前記第１の発光素子および前記第２の発光素子は、電流狭窄構造を有し、
   前記第１の発光素子の電流狭窄径よりも前記第２の発光素子の電流狭窄径の方が小さい 請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の光伝送装置。
9. 前記第１の発光素子を複数有し、
   複数の前記第１の発光素子における隣接する発光素子間の距離の最大値よりも、前記第２の発光素子と、前記第１の発光素子のいずれかとの距離の最小値のほうが大きい
   請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の光伝送装置。
10. 前記検知部で前記第２の発光素子が劣化したことが検知された場合に報知を行う報知部を有する請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の光伝送装置。
11. 光を伝播するコアを含む光伝送路を有し、
    前記第１の発光素子の方が前記第２の発光素子よりも、前記コアの中心に近い位置に配置される
    請求項１０に記載の光伝送装置。
12. 前記第１の発光素子を複数有し、
    複数の前記第１の発光素子の重心位置の方が、前記第２の発光素子の位置よりも、前記光伝送路のコアの中心に近い位置に配置される
    請求項１１に記載の光伝送装置。
13. 光を出射する第１の発光素子と、
    前記第１の発光素子と並列に接続されるとともに前記第１の発光素子よりも早く劣化するよう構成された、光を出射する第２の発光素子と、
    前記第２の発光素子が劣化したことを検知する検知部と、を備え、
    前記第１の発光素子は、光伝送路のコアと重なる位置に配置されるとともに、前記第２の発光素子は、前記光伝送路のコアと重ならない位置に配置された
    光伝送装置。