JP6610670B2 - 光源モジュール、および光源モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光源モジュール、および光源モジュールの製造方法に関し、特に可変波長型の光源モジュール、および光源モジュールの製造方法に関する。

近年、通信トラフィックの急激な増加により、伝送容量の拡大が必要となっている。光通信モジュールは光ネットワークシステムのキーデバイスであり、システムの高速・大容量化に伴い、光通信モジュールの小型化・高速化が求められている。また、光通信システムの大容量化を解決する手段として多値位相変調を利用したデジタルコヒーレント通信が一般的となっており、デジタルコヒーレント通信用のトランシーバもシステムの大容量化に伴い、小型化が求められている。

特許文献１は、光信号の波長安定化を実現する技術として、波長モニタ部を設け、光信号の波長をモニタし、それを一定に保つレーザモジュールを提案している。図４に示すように、特許文献１のレーザモジュールでは、パッケージ１０１の底面上に、第１サーモモジュール１０２と第２サーモモジュール１１２とが近接して、配置されている。第１サーモモジュール１０２と第２サーモモジュール１１２は、通電させる電流の大きさおよび向きによってその表面の加熱および冷却が可能な装置であり、ペルチェ素子等で構成されるものである。

第１サーモモジュール１０２上にはベース１０３が載置され、さらにその上に、半導体レーザ素子１０６と、半導体レーザ素子１０６の前側端面から出力されたレーザ光を平行光にする平行レンズ１０５と、が設けられている。さらにベース１０３の上に、光ファイバ１２１側からの反射戻り光を阻止するための光アイソレータ１０４と、半導体レーザ素子１０６の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光を平行にする平行レンズ１０７と、が設けられている。

第２サーモモジュール１１２上にはベース１１３が載置され、さらにその上に、半導体レーザ素子１０６の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光を所定の角度で２方向に分岐させるプリズム１１４が設けられている。さらにベース１１３の上に、プリズム１１４によって分岐された一方の光を受光する第１の光検出器１１６と、プリズム１１４によって分岐された他方の光のうち光フィルタ１１５を透過した光を受光する第２の光検出器１１７とを、備える。光フィルタ１１５は、ファブリペローエタロンで構成されている。光フィルタ１１５、第１の光検出器１１６、や第２の光検出器１１７などは、特許文献１の波長モニタ部を構成している。

特許文献１のレーザモジュールでは、半導体レーザ素子１０６の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光について、第１の光検出器１１６と、光フィルタ１１５を透過した光を受光する第２の光検出器１１７とから、波長のずれを検出する。そして波長のずれを補正するように、例えば、半導体レーザ素子１０６を温度変化させるため、半導体レーザ素子１０６下部の第１サーモモジュール１０２を制御する。半導体レーザ素子１０６は、第１サーモモジュール１０２によって温度調節され、波長変化を抑制するように、フィードバック制御される。

半導体レーザ素子１０６の前側端面から出力されたレーザ光は、平行レンズ１０５によって平行光にされ、集光レンズ１２０によって光ファイバ１２１に結合される。光ファイバ１２１に伝送された光は、信号光として所望の用途に利用される。

特開２００３−１１０１９０号公報

上述した光通信用レーザモジュールでは、波長精度を確保するためエタロン素子を搭載することが、一般的である。このような光通信用レーザモジュールでは、モジュール内部の搭載部品が多いために、パッケージ面積が大きくなってしまう、という課題があった。

特許文献１のレーザモジュールも、波長モニタ部にファブリペローエタロンで構成された光フィルタ１１５を含む。特許文献１のレーザモジュールでは、半導体レーザ素子１０６と波長モニタ部とが、第１サーモモジュール１０２や第２サーモモジュール１１２、ベース１０３、１１３などを介して、パッケージ１０１の底面上に配置されている。このため、レーザモジュールのパッケージ面積が大きくなってしまう、という課題があった。

したがって本発明の目的は、波長精度を確保しつつ、パッケージ面積が小さくすることができる光源モジュール、およびこのような光源モジュールのための製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る光源モジュールは、光増幅手段と、上記光増幅手段から出力された光の波長変化を検出する波長モニタ手段と、上記光増幅手段と波長モニタ手段との間に配置され、上記光増幅手段から出力された光を上記波長モニタ手段へと反射する反射手段とを、含む。

本発明に係る光源モジュールの製造方法は、底部と蓋部とを含むパッケージに、光増幅手段と、上記光増幅手段から出力された光の波長変化を検出する波長モニタ手段とを少なくとも収容する光源モジュールの製造方法であって、
上記光増幅手段を上記パッケージの上記底部側に固定し、
上記波長モニタ手段を上記パッケージの上記蓋部側に固定し、
上記光増幅手段が出力する光を上記波長モニタ手段へと反射する反射手段の一部を上記パッケージの上記底部側に固定し、
上記光増幅手段が出力する光を上記波長モニタ手段へと反射する反射手段の他の一部を上記パッケージの上記蓋部側に固定し、
上記パッケージの上記底部と上記パッケージの上記蓋部との間に、上記光増幅手段、上記波長モニタ手段、および上記反射手段を収容する。

本発明によれば、波長精度を確保しつつ、パッケージ面積が小さい光源モジュールを実現できる。

本発明の最上位概念の実施形態による光源モジュールを説明するための構成図である。 （ａ）は本発明の一実施形態による光源モジュールの上面側の平面図であり、（ｂ）はこの光源モジュールの底面側の平面図である。 本発明の一実施形態による光源モジュールの側面図である。 特許文献１のレーザモジュールを説明するための側面図である。

本発明の好ましい実施形態について説明する前に、本発明の最上位概念の実施形態による光源モジュールについて、説明する。図１は、本発明の最上位概念の実施形態による光源モジュールを説明するための構成図である。

図１の光源モジュールは、光増幅手段３１と、光増幅手段３１から出力された光の波長変化を検出する波長モニタ手段３３とを、含む。さらに図１の光源モジュールは、光増幅手段３１と波長モニタ手段３３との間に配置され、光増幅手段３１から出力された光を波長モニタ手段３３へと反射する反射手段３２とを、含む。

図１の光源モジュールでは、例えば光増幅手段３１から出力される光の光軸と、波長モニタ手段３３に入力される光の光軸とがお互いに略平行となるように、波長モニタ手段３３が配置される。言い換えると、平面視で光増幅手段３１と波長モニタ手段３３とがオーバーラップするように、波長モニタ手段３３が配置される。また図１の光源モジュールでは例えば、光増幅手段３１から出力される光の光軸と、波長モニタ手段３３に入力される光の光軸とがお互いに略平行となるように、反射手段３２が配置される。

これにより、波長モニタ手段３３を用いて波長精度を確保しつつ、パッケージ面積が小さい光源モジュールを実現できる。以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態による光源モジュール、および光源モジュールの製造方法について、説明する。図２（ａ）は本発明の一実施形態による光源モジュールの上面側の平面図であり、図２（ｂ）はこの光源モジュールの底面側の平面図である。図３は、本発明の一実施形態による光源モジュールの側面図である。

（構成）
本実施形態の光源モジュールは、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）でリング共振器を構成し、これを外部共振器として利用した波長可変光源モジュールである。波長可変光源モジュールは、エタロン素子による波長ロッカを搭載する。

本実施形態の光源モジュールは、光増幅手段の一例としてのＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）素子５を含む。

図２（ｂ）および図３に示すように、光源モジュールのパッケージ１の底面上に、温度制御素子としてのペルチェ素子８が、配置されている。ペルチェ素子８は、通電させる電流の大きさおよび向きによってその表面の加熱および冷却が可能である。ペルチェ素子８上にはキャリア２が載置され、さらにその上に、ＰＬＣ型波長可変フィルタ３、コリメートレンズ６、アイソレータ７、サーミスタ９が設けられている。ＰＬＣ型波長可変フィルタ３は可変外部共振器であり、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）でリング共振器４を構成している。サーミスタ９は、ＰＬＣの温度検知器である。光源モジュールのパッケージ１側には、配線基板１０が設けられている。

コリメートレンズ６は、ＳＯＡ素子５の前側端面からの光を光ファイバ２１に結合させる。アイソレータ７は、光ファイバ２１側からの反射戻り光を阻止し、光ファイバ２１方向にのみ光を透過させる。ＳＯＡ素子５の前方光出力である、前側端面から出力されたレーザ光は、コリメートレンズ６によって平行光にされ、集光レンズ２２によって光ファイバ２１に結合される。光ファイバ２１に伝送された光は、信号光として所望の用途に利用される。

図２（ａ）および図３に示すように、パッケージの蓋部の一例としてのパッケージＬＩＤ２０上に、温度制御素子としてのペルチェ素子１７が、配置されている。ペルチェ素子１７上にはキャリア１２が載置され、さらにその上に、ＳＯＡ素子５の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光を２方向に分岐させるタッププリズム１３、エタロン素子１４、モニタＰＤ(Photo Detector)１５が、設けられている。モニタＰＤ１５は、第１モニタＰＤ１５ａと第２モニタＰＤ１５ｂとを含む。第２モニタＰＤ１５ｂは、タッププリズム１３によって分岐された一方の光を受光する。エタロン素子１４には、タッププリズム１３によって分岐された他方の光が入射する。第１モニタＰＤ１５ａは、エタロン素子１４を透過した光を受光する。さらにキャリア１２上にはサーミスタ１６が設けられている。エタロン素子１４、第１モニタＰＤ１５ａ、および第２モニタＰＤ１５ｂなどは、光源モジュールの波長モニタ手段を構成している。光源モジュールのパッケージＬＩＤ２０側には、配線基板１８が設けられている。

さらに本実施形態の光源モジュールは、反射手段の一例としてのミラー１１を含む。ミラー１１は、ＳＯＡ素子５の後側端面から出力されたレーザ光を反射する第１ミラー１１ａと、第１ミラー１１ａが反射した光を波長モニタ手段へと反射する第２ミラー１１ｂとを、含む。ＳＯＡ素子５の後側端面から出力されたレーザ光はＰＬＣ型波長可変フィルタ３を経由し、第１ミラー１１ａで反射され、第２ミラー１１ｂで反射されて光路が折り返され、波長モニタ手段へと導かれる。そして、図２（ｂ）および図３に示すように、第１ミラー１１ａはパッケージ１の底部側に固定されている。具体的には、第１ミラー１１ａをパッケージ１のキャリア２上に搭載している。そして、図２（ａ）および図３に示すように、第２ミラー１１ｂはパッケージＬＩＤ２０側に固定されている。具体的には、第２ミラー１１ｂをパッケージＬＩＤ２０側のキャリア１２上に搭載している。

さらに本実施形態の光源モジュールでは、パッケージ１とパッケージＬＩＤ２０との間に、柱状配線の一例としてのセラミック配線柱１９を含む。パッケージＬＩＤ２０側に搭載される素子や回路部品の配線、例えば配線基板１８の配線は、セラミック配線柱１９を経由してパッケージ１側の配線に電気的に接続される。

本実施形態の光源モジュールでは、ＰＬＣ型波長可変フィルタ３とＳＯＡ素子５とで波長可変光源機能を構成し、所望の波長の光出力を光ファイバ２１側へ出力することができる。光ファイバ２１はパッケージ１の外部に光を導く。また、後方光出力のエタロン素子１４の透過前後のモニタＰＤ１５ａ、１５ｂのモニタ値を演算することにより、正確な波長制御を行うことができる。

本実施形態の光源モジュールでは、ＰＬＣ型波長可変フィルタ３の後方光出力をミラー１１にて上面側に折り返すことで、パッケージＬＩＤ２０側に搭載されたエタロン素子１４への光出力を可能としている。

（製造方法）
次に本実施形態の光源モジュールの製造方法について、主要部分を説明する。

ＰＬＣ型波長可変フィルタ３にＳＯＡ素子５やリング共振器４を搭載する。このようなＰＬＣ型波長可変フィルタ３や、第１ミラー１１ａ、コリメートレンズ６、アイソレータ７などをキャリア２に搭載する。そしてキャリア２を、ペルチェ素子８を介して、パッケージ１の底部に固定する。

タッププリズム１３、エタロン素子１４、第１モニタＰＤ１５ａ、第２モニタＰＤ１５ｂ、第２ミラー１１ｂを、キャリア１２に搭載する。そしてキャリア１２を、ペルチェ素子１７を介して、パッケージＬＩＤ２０に固定する。

次に、パッケージ１の開口部を、パッケージＬＩＤ２０で閉じて、パッケージ１を気密封止する。この際に、セラミック配線柱１９を用いることで、パッケージＬＩＤ２０側に固定される回路部品への電気的な接続を得ることができる。例えば、パッケージＬＩＤ２０側の配線基板１８やペルチェ素子１７への通電は、セラミック配線柱１９を経由して、パッケージ１側から行うことができる。

セラミック配線柱１９を予めパッケージ１の底面側に実装しておいて、パッケージＬＩＤ２０を閉じる際に半田実装することにすれば、パッケージＬＩＤ２０側に固定される回路部品への電気的な接続を簡単な製造工程で実現できる。

（効果）
本実施形態では、エタロン素子１４をパッケージＬＩＤ２０側に配置し、この配置のためにミラー１１で後方光出力を上面側に折り返した配置としている。モジュール内部に搭載する素子を上下面に配置することで、パッケージの空間を効率良く使うことができ、小さな面積で光源モジュールを構成することができる。本実施形態によれば、エタロン素子１４を用いて波長精度を確保しながら、パッケージ面積が小さい光源モジュールを実現することができる。

例えば、ＰＬＣ型波長可変フィルタやＳＯＡ素子の後方光出力を平面方向に出力し、エタロン素子および周辺部品をＳＯＡ素子と同一平面内に配置する構成のものと比較して、本実施形態によればパッケージ面積が小さい光源モジュールを実現できる。

ミラー１１を、ＰＬＣ型波長可変フィルタ３から出力された光を反射する第１ミラー１１ａと、第１ミラー１１ａが反射した光を波長モニタ手段へと反射する第２ミラー１１ｂとを含んで、構成している。そして、第１ミラー１１ａをパッケージ１の底部側に固定し、第２ミラー１１ｂをパッケージＬＩＤ２０側に固定している。これによりパッケージ１の開口部をパッケージＬＩＤ２０で閉じて、パッケージ１を気密封止する際に、後方光出力の上面側への折り返し構造を簡単な製造工程で実現できる。

セラミック配線柱１９を用いることで、パッケージＬＩＤ２０側に固定される素子や回路部品への電気的な接続を得ることができる。例えば、パッケージＬＩＤ２０側の配線基板１８やペルチェ素子１７への通電は、セラミック配線柱１９を経由して、パッケージ１側から行うことができる。

〔その他の実施形態〕
以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。たとえば、上述した実施形態では、ＰＬＣ型波長可変フィルタ３の後方光出力をミラー１１にて上面側に折り返すことでパッケージＬＩＤ２０側に搭載されたエタロン素子１４への光出力を可能とする、といった説明を行った。光軸や各要素の向きや位置は、キャリア２の上面を基準として説明するもので、各要素の位置や向きは相対的に規定されるものであり、この実施形態の配置に限定されるものではない。

ＰＬＣ型波長可変フィルタ３の後方光出力のミラー１１による折り返し方向は、光源モジュールを構成する要素同士の位置関係により決まる相対的なものであって、これに限られない。たとえば、ＰＬＣ型波長可変フィルタ３の後方光出力を左側、右側或いは下面側に折り返すようにミラー１１を配置することによっても、エタロン素子１４により波長精度を確保しながら、パッケージ面積を小さくする効果が得られる。ＰＬＣ型波長可変フィルタ３の主表面に対し、エタロン素子１４が左側、右側或いは下面側に配置されるといった、光源モジュールを構成することもできる。

図２や図３に示す光源モジュールは、光源モジュール自体の設置面と、ＰＬＣ型波長可変フィルタ３の主表面とが平行である要素配置の光源モジュールである。光源モジュール自体の設置面に対し、ＰＬＣ型波長可変フィルタ３の主表面が直交するといった配置の光源モジュールが存在した場合、ＰＬＣ型波長可変フィルタ３の後方光出力を左側、右側或いは下面側に折り返すようにミラー１１を配置することが考えられる。このような要素配置の光源モジュールであっても、上述した実施形態と同様な効果が期待される。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）光増幅手段と、前記光増幅手段から出力された光の波長変化を検出する波長モニタ手段と、前記光増幅手段と波長モニタ手段との間に配置され、前記光増幅手段から出力された光を前記波長モニタ手段へと反射する反射手段とを、含む光源モジュール。
（付記２）前記光増幅手段、前記波長モニタ手段、および前記反射手段を収容するパッケージをさらに含む、付記１に記載の光源モジュール。
（付記３）平面視で光増幅手段とオーバーラップするように、前記波長モニタ手段が配置される、付記１または付記２に記載の光源モジュール。
（付記４）前記光増幅手段から出力される光の光軸と、前記波長モニタ手段に入力される光の光軸とがお互いに略平行となるように、前記波長モニタ手段が配置される、付記１乃至付記３のいずれか一つに記載の光源モジュール。
（付記５）前記光増幅手段から出力される光の光軸と、前記波長モニタ手段に入力される光の光軸とがお互いに略平行となるように、前記反射手段が配置される、付記１乃至付記４のいずれか一つに記載の光源モジュール。
（付記６）前記パッケージは、底部と蓋部とを含み、前記光増幅手段は前記パッケージの前記底部側に固定され、前記波長モニタ手段は前記パッケージの前記蓋部側に固定されている、付記１乃至付記５のいずれか一つに記載の光源モジュール。
（付記７）前記反射手段は、前記光増幅手段から出力された光を反射する第１ミラーと、前記第１ミラーが反射した光を前記波長モニタ手段へと反射する第２ミラーとを含む、付記１乃至付記６のいずれか一つに記載の光源モジュール。
（付記８）前記反射手段の前記第１ミラーは前記パッケージの前記底部側に固定され、前記反射手段の前記第２ミラーは前記パッケージの前記蓋部側に固定されている、付記７に記載の光源モジュール。
（付記９）前記パッケージの前記底部と前記パッケージの前記蓋部との間に固定され、前記パッケージの前記蓋部側に固定される回路部品に電気的に接続される柱状配線をさらに含む、付記６乃至付記８のいずれか一つに記載の光源モジュール。
（付記１０）底部と蓋部とを含むパッケージに、光増幅手段と、前記光増幅手段から出力された光の波長変化を検出する波長モニタ手段とを少なくとも収容する光源モジュールの製造方法であって、前記光増幅手段を前記パッケージの前記底部側に固定し、前記波長モニタ手段を前記パッケージの前記蓋部側に固定し、前記光増幅手段が出力する光を前記波長モニタ手段へと反射する反射手段の一部を前記パッケージの前記底部側に固定し、前記光増幅手段が出力する光を前記波長モニタ手段へと反射する反射手段の他の一部を前記パッケージの前記蓋部側に固定し、前記パッケージの前記底部と前記パッケージの前記蓋部との間に、前記光増幅手段、前記波長モニタ手段、および前記反射手段を収容する、光源モジュールの製造方法。
（付記１１）前記パッケージの前記底部側に柱状配線を固定した後で、前記パッケージの前記底部と前記パッケージの前記蓋部とを固定することにより、前記柱状配線を前記パッケージの前記蓋部側に固定される回路部品に電気的に接続する、付記１０に記載の光源モジュールの製造方法。

以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

この出願は、２０１５年９月１５日に出願された日本出願特願２０１５−１８１９４６号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１ パッケージ
２、１２ キャリア
３ ＰＬＣ型波長可変フィルタ
４ リング共振器
５ ＳＯＡ素子
６ コリメートレンズ
７ アイソレータ
８、１７ ペルチェ素子
９、１６ サーミスタ
１０、１８ 配線基板
１１ ミラー
１１ａ 第１ミラー
１１ｂ 第２ミラー
１３ タッププリズム
１４ エタロン素子
１５ モニタＰＤ
１５ａ 第１モニタＰＤ
１５ｂ 第２モニタＰＤ
１９ セラミック配線柱
２０ パッケージＬＩＤ
２１ 光ファイバ
２２ 集光レンズ

Claims (8)

1. 光増幅手段と、前記光増幅手段から出力された光の波長変化を検出する波長モニタ手段と、前記光増幅手段と波長モニタ手段との間に配置され、前記光増幅手段から出力された光を前記波長モニタ手段へと反射する反射手段と、前記光増幅手段、前記波長モニタ手段、および前記反射手段を収容するパッケージとを、含み、
   前記パッケージは、底部と蓋部とを含み、
   前記パッケージの前記底部と前記パッケージの前記蓋部との間に固定され、前記パッケージの前記蓋部側に固定される回路部品に電気的に接続される柱状配線をさらに含む光源モジュール。
2. 平面視で光増幅手段とオーバーラップするように、前記波長モニタ手段が配置される、請求項１に記載の光源モジュール。
3. 前記光増幅手段から出力される光の光軸と、前記波長モニタ手段に入力される光の光軸とがお互いに略平行となるように、前記波長モニタ手段が配置される、請求項１または請求項２に記載の光源モジュール。
4. 前記光増幅手段から出力される光の光軸と、前記波長モニタ手段に入力される光の光軸とがお互いに略平行となるように、前記反射手段が配置される、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光源モジュール。
5. 前記光増幅手段は前記パッケージの前記底部側に固定され、前記波長モニタ手段は前記パッケージの前記蓋部側に固定されている、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光源モジュール。
6. 前記反射手段は、前記光増幅手段から出力された光を反射する第１ミラーと、前記第１ミラーが反射した光を前記波長モニタ手段へと反射する第２ミラーとを含む、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の光源モジュール。
7. 前記反射手段の前記第１ミラーは前記パッケージの前記底部側に固定され、前記反射手段の前記第２ミラーは前記パッケージの前記蓋部側に固定されている、請求項６に記載の光源モジュール。
8. 底部と蓋部とを含むパッケージに、光増幅手段と、前記光増幅手段から出力された光の波長変化を検出する波長モニタ手段とを少なくとも収容する光源モジュールの製造方法であって、
   前記光増幅手段を前記パッケージの前記底部側に固定し、
   前記波長モニタ手段を前記パッケージの前記蓋部側に固定し、
   前記光増幅手段が出力する光を前記波長モニタ手段へと反射する反射手段の一部を前記パッケージの前記底部側に固定し、
   前記光増幅手段が出力する光を前記波長モニタ手段へと反射する反射手段の他の一部を前記パッケージの前記蓋部側に固定し、
   前記パッケージの前記底部と前記パッケージの前記蓋部との間に、前記光増幅手段、前記波長モニタ手段、および前記反射手段を収容する、光源モジュールの製造方法。

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