JP7224555B1 - 光モジュール及び光モジュールの制御方法 - Google Patents

Abstract

光モジュールは、半導体レーザ（５）と、半導体レーザ（５）からのレーザ光を受光する第１の受光器（６３）、半導体レーザ（５）からのレーザ光を受光する光フィルタ（６４）、及び光フィルタ（６４）を介してレーザ光を受光する第２の受光器（６５）を有する光モニタ（６）と、第１の受光器（６３）からの出力により得られた光パワーモニタ値Ｉｐと第２の受光器（６５）からの出力により得られた波長用モニタ値Ｉλとの比である波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値より大きいと半導体レーザ（５）及び光モニタ（６）に与える温度を上昇させ、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値から逸脱すると、半導体レーザ（５）及び光モニタに与える温度を変化させる制御が行われる、半導体レーザ（５）における温度及び光モニタにおける温度を調節する温度調節器（２）を備える。

Description

本開示は光モジュール及び光モジュールの制御方法に関わり、特に、単一波長半導体レーザを備える光モジュール及び光モジュールの制御方法に関する。

光通信システムの大容量化に向けた方法の一つとして、デジタルコヒーレント通信方式がある。デジタルコヒーレント通信方式は光の強度だけではなく位相にも信号を載せて多数のチャネルを伝送する方式である。光の位相情報を取り出すためには光の干渉現象を用いるため、信号を送る送信器の光源、信号を受ける受信器での干渉光となる局発光、ともに精密に波長が制御されている必要がある。

これらの光源として使用されるのがシングルモードレーザである。
シングルモードレーザは単一波長で発振するが、作製誤差及び環境温度で発振波長及び光出力強度が変化してしまう。
そのため、シングルモードレーザを搭載したデジタルコヒーレント通信用の光源モジュール内には波長制御用の波長ロッカと光強度モニタが必須となる。特に発振波長には0.1nm以下という精密な制御が求められる。

レーザの波長を所望の範囲にロックするレーザモジュールが特許文献１に示されている。
特許文献１に示されたレーザモジュールは、レーザの後部端面から放出された光をレンズ、ビームスプリッタを介した光をモニタした受光素子のモニタ出力と、エタロンを透過して光をモニタした受光素子のモニタ出力を比較し、第１のペルチェ素子及び第２のペルチェ素子の温度を制御することによりレーザの波長を所望の範囲にロックする。
特許文献１に示されたレーザモジュールは、第１のペルチェ素子の実装面に、レーザ、第３集光レンズ、第１集光レンズ、ビームスプリッタ、２つの受光素子、サーミスタがマウントされ、第２のペルチェ素子の実装面にエタロンがマウントされている。

特開２００３－６９１３０号公報

特許文献１に示されたレーザモジュールは、レーザとエタロンそれぞれにペルチェ素子を設けており、部品点数が多い。
また、エタロンを用いているため、エタロンへ入射させる光のコリメート化するための部品が必要であり、エタロン自身の大きさもある程度必要である。

本開示は上記した点に鑑みてなされたものであり、部品点数が少なく小型化が可能な単一波長を出射する光モジュールを得ることを目的とする。

本開示に係る光モジュールは、半導体レーザと、半導体レーザからのレーザ光を受光する第１の受光器、半導体レーザからのレーザ光を受光する光フィルタ、及び光フィルタを介してレーザ光を受光する第２の受光器を有する光モニタと、第１の受光器からの出力により得られた光パワーモニタ値Ｉｐと第２の受光器からの出力により得られた波長用モニタ値Ｉλとの比である波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値より大きいと半導体レーザ及び光モニタに与える温度を上昇させ、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値より小さいと半導体レーザ及び光モニタに与える温度を下降させる制御が行われる、半導体レーザにおける温度及び光モニタにおける温度を調節する温度調節器が載置されるステムと、ステムに載置された温度調節器の実装面に載置固定され、半導体レーザが載置固定される立面部と、立面部と一体に形成され、半導体レーザの後方レーザ光を受光する位置に光モニタが載置固定される平面部を有する台座と、有底部と側壁部を有し、有底部に半導体レーザの前方レーザ光を出射する窓を有し、ステムの内平面側を覆い、ステムの内平面の周端部に側壁部の開口端面が接して固定された、一端開放の筒状のキャップとを備える。

本開示によれば、単一波長に対して精密な制御が行え、かつ、部品点数が少なく、小型化ができる。

実施の形態１に係る光モジュールにおいてキャップを取り外した状態を示す斜視図である。 実施の形態１に係る光モジュールを示す斜視図である。 図１のIII－III断面図である。 実施の形態１に係る光モジュールにおける光モニタを示すブロック図である。 実施の形態１に係る光モジュールにおける光モニタを示す模式斜視図である。 実施の形態１に係る光モジュール装置を示す概略ブロック図である。 実施の形態１に係る光モジュールの半導体レーザにおける波長の温度依存性を模式的に示す図である。 実施の形態１に係る光モジュールの光モニタの光フィルタにおけるピーク波長の温度依存性を模式的に示す図である。 実施の形態１に係る光モジュールにおける波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐを模式的に説明する図である。 実施の形態１に係る光モジュールにおける波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐと半導体レーザのレーザ光の波長λLDとの関係を示す図である。 実施の形態１に係る光モジュールにおける半導体レーザのレーザ光の波長λLDと光フィルタのピーク波長λfiltと波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐとの関係を現わす図である。 実施の形態１に係る光モジュールにおける半導体レーザの駆動電流の電流値ＩLDと光パワーモニタ値Ｉｐとの関係を現わす図である。 図１２における点Ａから点Ｅにおける温度と光パワーモニタ値Ｉｐと駆動電流の電流値ＩLDとの関係を示す図である。 実施の形態１に係る光モジュールにおける半導体レーザのレーザ光の波長λLDの目標値λ_targetと波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐの目標値Ｉλ_targetを示す図である。 実施の形態１に係る光モジュールにおける動作を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る光モジュールにおける半導体レーザのレーザ光の波長λLDと光フィルタのピーク波長λfiltと波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐとの他の関係を現わす図である。 実施の形態２に係る光モジュールにおける光モニタを示すブロック図である。 実施の形態２に係る光モジュールにおける光モニタを示す模式斜視図である。 実施の形態３に係る光モジュールを示す断面図である。

実施の形態１．
実施の形態１に係る光モジュールを図１から図１６に基づいて説明する。
実施の形態１に係る光モジュールは、デジタルコヒーレント通信用の光源モジュールとして用いられるのに好適である。
実施の形態１に係る光モジュールは、光通信用のＴＯ－ＣＡＮ型光送信モジュールに適用した例である。
従って、以下に、光通信用のＴＯ－ＣＡＮ型光送信モジュールを例にして説明する。

実施の形態１に係る光モジュールは、図１から図３に示すように、ステム１、温度調節器２、台座３、半導体レーザ用サブマウント（以下、サブマウントと略称する）４、半導体レーザ５、平面導波路型光モニタ（以下、光モニタと略称する）６、キャップ７、複数のリードピンＰ１～Ｐ６及びグランド用リードピンを備える。
ステム１は円板状の金属からなる。ステム１は円板状に限られるものでなく、円柱状もしくは四角柱状でも良く、内平面１ａと内平面１ａと平行な外平面１ｂを有する平板状であれば良い。
ステム１の内平面１ａが実装面であり、部品実装用の領域となる。

温度調節器２はステム１に載置される。温度調節器２は平坦面である下面２ａと下面２ａに平行な平坦面である上面２ｂとを有し、下面２ａがはんだもしくは導電性接着剤によりステム１の内平面１ａに固定され、上面２ｂが実装面となる。以下、上面２ｂを実装面という。
温度調節器２は電流が流れることにより、実装面２ｂを加熱もしくは冷却する。
温度調節器２は半導体レーザ５の温度及び光モニタ６の温度を調節する。
温度調節器２はペルチェ素子により構成される熱電クーラー（ＴＥＣ：Thermo-electric cooler）である。

台座３は、温度調節器２の実装面２ｂに載置され、上面及び下面が平坦面である平面部３ａと、平面部３ａと一体に形成された、立面が平坦面である立面部３ｂを有する、Ｌ字形状の金属部材である。
台座３における平面部３ａの下面が温度調節器２の実装面２ｂにはんだもしくは導電性接着剤により固定される。

台座３における立面部３ｂの立面に半導体レーザ用サブマウント４を介して半導体レーザ５が載置固定される。
半導体レーザ５の前方レーザ光Ｌｆの光軸及び後方レーザ光Ｌｂの光軸がステム１の中心軸と一致するように、半導体レーザ５は台座３における立面部３ｂの立面に固定される。
サブマウント４は、例えば、表面に金属配線層がパターン形成された窒化アルミニウム（ＡｌＮ：aluminum nitride）の誘電体からなる基体により構成される。

台座３における平面部３ａの上面に光モニタ６が載置固定される。
光モニタ６は半導体レーザ５の後方レーザ光Ｌｂを受光するように、台座３における平面部３ａの上面に固定される。
光モニタ６は半導体レーザ５の後方レーザ光Ｌｂを受けられる角度に配置される。
例えば、半導体レーザ５の後方レーザ光Ｌｂに対する光モニタ６における光カプラ６１（図４及び図５参照）の最大結合効率が得られる角度が光モニタ６の平面６ａに対して９０度であれば９0度の向きに、８０度であれば８０度の向きに光モニタ６は配置される。

半導体レーザ５の後方レーザ光Ｌｂに対する光モニタ６の角度を９０度にする場合は、台座３における平面部３ａの上面と台座３における立面部３ｂの立面とのなす角度を９０度にする。
また、半導体レーザ５の後方レーザ光Ｌｂに対する光モニタ６の角度を８０度にする場合は、台座３における平面部３ａの上面を傾斜させ、台座３における平面部３ａの上面と台座３における立面部３ｂの立面とのなす角度を８０度にしてもよい。

台座３は、温度調節器２の実装面２ｂにおける熱を伝導してサブマウント４を通じて半導体レーザ５の温度を調節、つまり、半導体レーザ５を加熱もしくは冷却する。
同時に、台座３は、温度調節器２の実装面２ｂにおける熱を伝導して光モニタ６の温度を調節、つまり、光モニタを加熱もしくは冷却する。
温度調節器２により温度調節が行われる半導体レーザ５と光モニタ６が台座３により垂直方向に配置されるので、温度調節器２の実装面２ｂにおける半導体レーザ５と光モニタ６による専有面積を小さくでき、その結果、温度調節器２の小型化が図れ、光モジュールの小型化が図れる。

半導体レーザ５は単一波長半導体レーザ、いわゆる単一波長で発振するシングルモードレーザである。単一波長半導体レーザとして、例えば、分布帰還型(ＤＦＢ: Distributed Feedback)レーザダイオード素子（チップ）もしくは分布反射型（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector ）レーザダイオード素子（チップ）が用いられる。
半導体レーザ５は出射面から前方レーザ光Ｌｆを出射し、背面から後方レーザ光Ｌｂが出射される。前方レーザ光Ｌｆが光通信用に用いられ、後方レーザ光Ｌｂがモニタされる。

この種の単一波長半導体レーザは次のような特性を有する。単一波長半導体レーザからの光強度は供給される駆動電流により変化する。また、単一波長半導体レーザからの光強度はレーザ自身の温度によっても変化し、一般的に低い温度であるほど光出力は増大する。
さらに、単一波長半導体レーザからのレーザ光の発振波長はレーザにおける温度によっても変化する。単一波長半導体レーザからのレーザ光の発振波長は駆動電流によるジュール熱によっても変化する。

一般的に、単一波長半導体レーザにおける温度が高くなると単一波長半導体レーザからのレーザ光の発振波長は長波側へシフトする。
すなわち、単一波長半導体レーザから発振されるレーザ光の波長は温度依存性を持つ。単一波長半導体レーザにおける波長の温度依存性は、一例として、９０ｐｍ／℃であり、図７に示すように、単一波長半導体レーザにおける温度が＋１℃増加するごとに波長が９０ｐｍ増加し、＋３℃増加すると２７０ｐｍ増加する。

図７は半導体レーザ５における波長の温度依存性を模式的に示しており、横軸が波長λLDの温度に対する増加量を示し、縦軸が半導体レーザ５の後方レーザ光Ｌｂをモニタした光出力、つまり光強度を電流値で示す光パワーモニタ値Ｉｐである。
要するに、半導体レーザ５は発振されるレーザ光の波長が温度依存性を持ち、レーザ光の波長を一定に維持するために温度調節器２により温度調整される。

光モニタ６は、半導体レーザ５からの後方レーザ光Ｌｂの光強度を測定し、半導体レーザ５の光出力が目標値となるように半導体レーザ５への駆動電流の値を制御するための電流値からなる光パワーモニタ値Ｉｐを得るとともに、半導体レーザ５からのレーザ光の波長が目標値となるように温度調節器２へ供給する電流の値を制御するために用いられる電流値からなる波長用モニタ値Ｉλを得る。
光モニタ６は半導体レーザ５からのレーザ光に対する波長制御用の波長ロッカの一部を構成する。

温度調節器２は、光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値より大きいと供給される電流の値に応じて実装面２ｂを加熱して半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を上昇させ、光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値より小さいと供給される電流の値に応じて実装面２ｂを冷却して半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を下降させる制御が行われる。
電流設定値は、例えば、半導体レーザ５の光出力、つまり光強度が目標値となる駆動電流が半導体レーザ５に供給された時の光パワーモニタ値Ｉｐの目標値Ｉｐ_targetの±１０％に設定される。

温度調節器２は、光パワーモニタ値Ｉｐと波長用モニタ値Ｉλとの比である波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値から逸脱すると、供給される電流の値に応じて実装面２ｂの温度を変化させ、半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を変化させる。
温度調節器２は、本例において、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値より大きいと供給される電流の値に応じて実装面２ｂを加熱して半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を上昇させ、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値より小さいと供給される電流の値に応じて実装面２ｂを冷却して半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を下降させる制御が行われる。
波長設定値は、例えば、半導体レーザ５のレーザ光の波長λLDを目標値λ_targetとした時の波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐの目標値Ｉλ_targetの±１０％に設定される。

光モニタ６は、図４及び図５に示すように、光カプラ６１と分波器６２と第１の受光器６３と光フィルタ６４と第２の受光器６５と光導波路６６１～６６５を備える。
光モニタ６は、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板６Ａの平面上に光カプラ６１と分波器６２と第１の受光器６３と光フィルタ６４と第２の受光器６５と光導波路６６１～６６５を集積化して形成されたシリコンフォトニクスチップによる平面導波路型光モニタである。
光導波路６６１～６６５はシリコンにより形成されるシリコン導波路である。

光カプラ６１は半導体レーザ５からの後方レーザ光Ｌｂを受け、光モニタ６の平面６ａに対して垂直に入射される後方レーザ光Ｌｂを光導波路６６１へ結合させる。
光カプラ６１は、例えば、グレーティングカプラである。グレーティングカプラは光モニタ６の平面６ａの上方から来た半導体レーザ５からの後方レーザ光Ｌｂを光導波路６６１へ結合させる機能を持つため、光モニタ６の平面６ａとレーザ５はグレーティングカプラの最大結合効率が得られる角度に台座３により配置される。
なお、光カプラ６１は、エレファントカプラでもよい。
グレーティングカプラは光のモードを大きくできるため、導波路の端面結合よりも位置依存性が小さいという特徴があるので、本例の光カプラ６１にはグレーティングカプラが好ましい。

分波器６２は、光カプラ６１により受光し、光導波路６６１を介して伝送された半導体レーザ５からの後方レーザ光Ｌｂを２つのレーザ光に分波する。
分波器６２は、例えば、方向性結合器、マルチモード干渉型（ＭＭＩ：Multi-Mode Interferometer）、又はY分岐導波路のいずれかである。本例では分波器６２としてＭＭＩを用いる。

第１の受光器６３は、半導体レーザ５からの後方レーザ光Ｌｂを光カプラ６１により受光し、分波器６２から分波された一方のレーザ光を光導波路６６２を介して受光し、光電変換し、半導体レーザ５からの後方レーザ光Ｌｂに応じた電流を出力する。
第１の受光器６３は、半導体レーザ５からの後方レーザ光Ｌｂを光カプラ６１が結合した後方レーザ光Ｌｂをそのまま電流に変換するため、半導体レーザ５の光パワーモニタとして機能する。
すなわち、第１の受光器６３から得られる電流の電流値Ｉｐは、半導体レーザ５からのレーザ光の光出力、つまり、光強度を電流値により示す光パワーモニタ値Ｉｐである。
第１の受光器６３は、導波路型受光器又は面入射型受光器であり、本例ではＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）受光器であるフォトダイオードを用いている。

光フィルタ６４は、半導体レーザ５からの後方レーザ光Ｌｂを光カプラ６１により受光し、分波器６２から分波された他方のレーザ光を光導波路６６３を介して受光する。
光フィルタ６４は波長の温度依存性を有する位相可変光フィルタである。
すなわち、光フィルタ６４から出力されるレーザ光の波長のピークの値は、光フィルタ６４における温度が高くなると長波側へシフトする温度依存性を有する。

光フィルタ６４はリング共振器６４ａであり、本例では、リング共振器６４ａを周期的な特性を持つフィルタとして使う。
なお、光フィルタ６４はリング共振器フィルタに限られるものではない。
光フィルタ６４として、理想的には温度依存性がないフィルタがよい。
但し、一般的には温度依存性が０になり難く、温度が高くなると長波長側へシフトする温度依存性を有するフィルタ、又は温度が高くなると短波長側へシフトする温度依存性を有するフィルタでもよい。
リング共振器フィルタに替えて、マッハ・ツェンダー干渉計（ＭＺ干渉計：Mach-Zehnder interferometer）又は分布型ブラッグ反射器 (ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector) フィルタでもよい。
本例では光フィルタ６４としてリング共振器６４ａを用い、以下、リング共振器６４ａをリング共振器フィルタという。

リング共振器フィルタ６４ａは閉ループを成す光導波路によって構成される。分波器６２の他方の出力端に接続される光導波路６６３を入力側とし、第２の受光器６５の入力端に接続される光導波路６６４を出力側とし、リング共振器フィルタ６４ａを構成する閉ループを成す光導波路と入力側の光導波路６６３及び出力側の光導波路６６４とがカップリングして閉ループを成す光導波路内で共振が生じることにより、フィルタとして機能する。

なお、出力側の光導波路６６５ともカップリングする。
閉ループを成す光導波路はシリコンにより形成されるシリコン導波路である。
閉ループを成す光導波路は直径１００μｍ程度にできるため、特許文献１に示されるように波長ロッカ用光フィルタとして用いられるエタロンが１辺１ｍｍ程度の直方体であることに比べて非常に小さく、小型化が可能であるとともに、リング共振器フィルタ６４ａの環境温度による温度勾配の影響を抑制できる。

第２の受光器６５として、光導波路６６４を介してリング共振器フィルタ６４ａに接続、つまりカップリングされ、リング共振器フィルタ６４ａからの透過光を受けるフォトダイオード６５ａ、又は光導波路６６５を介してリング共振器フィルタ６４ａに接続、つまりカップリングされ、リング共振器フィルタ６４ａからの透過光を受けるフォトダイオード６５ｂのいずれか一方を用いる。

一般に知られているように、光導波路６６４と光導波路６６５がリング共振器フィルタ６４ａに対して対向して配置されているため、光導波路６６４のスルーポートに接続されるフォトダイオード６５ｂに流れる電流における位相に対する強度は、光導波路６６５のドロップポートに接続されるフォトダイオード６５ａに流れる電流における位相に対する強度に対して反転した特性を示す。

すなわち、フォトダイオード６５ａとフォトダイオード６５ｂに流れる電流における位相に対する強度は２π毎に１から０、０から１に反転し、フォトダイオード６５ａに流れる電流における位相に対する強度が１を示すとき、フォトダイオード６５ｂに流れる電流における位相に対する強度は０を示す。反対にフォトダイオード６５ａに流れる電流における位相に対する強度が０を示すとき、フォトダイオード６５ｂに流れる電流における位相に対する強度は１を示す。
要するに、フォトダイオード６５ａに流れる電流の強度の傾きも、フォトダイオード６５ｂに流れる電流の強度の傾きと同様な傾きが得られる。
従って、第２の受光器６５としてフォトダイオード６５ａを用いてもよい。

第２の受光器６５からの出力は、半導体レーザ５からの後方レーザ光Ｌｂを光カプラ６１が結合した後方レーザ光Ｌｂをリング共振器フィルタ６４ａによりフィルタリングされたレーザ光、本例では、後方レーザ光Ｌｂと共振したレーザ光を電流に変換しているため、リング共振器フィルタ６４ａによる波長依存性に従い、後方レーザ光Ｌｂの波長が変化すると第２の受光器６５からの電流値も変化する。
従って、第２の受光器６５から得られる電流の電流値Ｉλは半導体レーザ５の波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐを得るために用いられる波長用モニタ値Ｉλとして用いることができ、リング共振器フィルタ６４ａと第２の受光器６５が半導体レーザ５の波長用モニタとして機能する。

リング共振器フィルタ６４ａにおける波長のピーク値の温度依存性は、一例として、７０ｐｍ／℃であり、図８に示すように、リング共振器フィルタ６４ａにおける温度が＋１℃増加するごとに波長が７０ｐｍ増加し、＋３℃増加すると２１０ｐｍ増加する。
図８は、リング共振器フィルタ６４ａにおける波長のピーク値の温度依存性を模式的に示しており、横軸がピーク波長λfiltの温度に対する増加量を示し、縦軸が半導体レーザ５の後方レーザ光Ｌｂの波長をモニタするためのリング共振器フィルタ６４ａからの光出力、つまり光強度を電流値で示す波長用モニタ値Ｉλである。

波長用モニタ値Ｉλ、つまり、第２の受光器６５から得られる電流値Ｉλは、半導体レーザ５の後方レーザ光Ｌｂの波長だけではなく後方レーザ光Ｌｂの光強度でも変化する。
従って、波長用モニタ値Ｉλを光パワーモニタ値Ｉｐで除算することにより、後方レーザ光Ｌｂの波長のみによる波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが得られる。

波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐについて、図９を用いて模式的に説明する。図９は図７に示した半導体レーザ５における波長の温度依存性を示す図と図８に示したリング共振器フィルタ６４ａにおける波長のピーク値の温度依存性を示す図を縦に並記した図である。
半導体レーザ５と光モニタ６は台座３を介して温度調節器２の実装面２ｂにおける熱により温度調整されるため、半導体レーザ５における温度の上昇と光モニタ６における温度の上昇は同じである。

従って、半導体レーザ５とリング共振器フィルタ６４ａにおける温度が＋１℃増加する毎に波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐは、図９に○印で示すＩａから順にＩｂ、Ｉｃ、Ｉｄのように変化する。
このように、波長モニタ値Ｉλ／ＩｐがＩａから順にＩｂ、Ｉｃ、Ｉｄのように変化するのは、半導体レーザ５における波長の温度依存性が９０ｐｍ／℃であり、リング共振器フィルタ６４ａにおける波長のピーク値の温度依存性が７０ｐｍ／℃と異なることに起因する。
本例において、半導体レーザ５のレーザ光の波長λLDに対して温度を上昇させることにより波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが右肩下がりの傾きを持つ。

図９に示した波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐと半導体レーザ５の後方レーザ光Ｌｂの波長λLDとの関係を抽出した図を図１０に示す。
図１０において、横軸は半導体レーザ５のレーザ光の波長λLDを示し、縦軸は波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐを示す。
図１０から明らかなように、図１０に示した特性は各温度が一定の時のリング共振器フィルタ６４ａの特性を図示横に引き延ばした形になることが分かり、同時に温度が変化すれば波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが素直な波長依存性を有することが確認できる。

すなわち、温度Ｔが＋０、つまり半導体レーザ５における温度と光モニタ６における温度を変化させる前の温度とした時、波長モニタ値Ｉλ／ＩｐがＩａの値を示し、温度が＋１度増加させた時、波長モニタ値Ｉλ／ＩｐがＩｂの値を示し、温度が＋２度増加させた時、波長モニタ値Ｉλ／ＩｐがＩｃの値を示し、温度が＋３度増加させた時、波長モニタ値Ｉλ／ＩｐがＩｄの値を示す。

一方、波長モニタ値Ｉλ／ＩｐがＩａの値を示すと、後方レーザ光Ｌｂの波長λLDは増分が０、つまり半導体レーザ５における温度と光モニタ６における温度を変化させる前の温度とした時の波長λLDを示し、波長モニタ値Ｉλ／ＩｐがＩｂの値を示すと後方レーザ光Ｌｂの波長λLDが＋９０ｐｍ長くなったことを示し、波長モニタ値Ｉλ／ＩｐがＩｃの値を示すと、後方レーザ光Ｌｂの波長λLDが＋１８０ｐｍ長くなったことを示し、波長モニタ値Ｉλ／ＩｐがＩｄの値を示すと、後方レーザ光Ｌｂの波長λLDが＋２７０ｐｍ長くなったことを示す。

要するに、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐはレーザ光の波長による波長依存性を示し、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐを知ることにより、半導体レーザ５のレーザ光における波長のずれを知ることができる。
従って、半導体レーザ５における温度を調整することにより、半導体レーザ５のレーザ光における波長を調整でき、半導体レーザ５のレーザ光の単一波長に対して精密な制御が行える。
なお、図１１に、図１０に示した関係を表として示す。

光フィルタ６４は、本例では、さらに、リング共振器フィルタ６４ａを構成する閉ループを成す光導波路上に位相変調器６４ｂを配置している。位相変調器６４ｂは例えばヒータである。
リング共振器フィルタ６４ａによるピーク波長λfiltの位置、つまり、第２の受光器６５から得られる電流値Ｉλのピークの位置は、一般に、リング共振器フィルタ６４ａの作製誤差により個体差がある。
位相変調器６４ｂは、リング共振器フィルタ６４ａの制御、つまり、リング共振器フィルタ６４ａによるピーク波長λfiltの位置を調整する。

すなわち、半導体レーザ５のレーザ光の波長λLDの目標値λ_targetに対して波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐの目標値Ｉλ_targetを得るための第２の受光器６５から得られる電流値Ｉλを得るために、位相変調器６４ｂによりリング共振器フィルタ６４ａによるピーク波長λfiltの位置を調整する。
例えば、目標値Ｉλ_targetが波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐ＝０の位置となってしまうと、半導体レーザ５のレーザ光の波長λLDが変化しても波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐの値の変化がほとんど見られず、リング共振器フィルタ６４ａの制御がうまくできない。
これを避けるため、目標値Ｉλ_targetが制御に向いた波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐの値になるよう、位相変調器６４ｂによりリング共振器フィルタ６４ａにおける温度の調整を行う。

リング共振器フィルタ６４ａの制御に向いた波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐの値は、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐの中央値付近であり、波長依存性の傾きが大きい領域、本例においては、位相変調器６４ｂによりリング共振器フィルタ６４ａにおける温度の調整を行うことにより、図1０に示す波長モニタ値Ｉλ／ＩｐがＩｂを目標値Ｉλ_targetとして決定する。
である。
位相変調器６４ｂはリング共振器フィルタ６４ａの共振波長を変化させることができればよく、ヒータに限られるものではなく、ｐｎ接合による電流の注入又は電流の引き抜き、あるいは電圧印加による量子閉じ込めシュタルク効果、又はポッケルス効果などの位相変化器でもよい。

このように実施の形態１では、光フィルタ６４として位相調整器付きリング共振器を用いている。
なお、リング共振器フィルタ６４ａの作製精度が向上、もしくはトリミングなどの後工程により、外部電力による操作なしにリング共振器フィルタ６４ａの持つピーク波長の位置が設定できる場合、位相変調器６４ｂは不要であり、光フィルタ６４としてリング共振器フィルタ６４ａだけでもよい。

なお、光モニタ６は、化合物半導体であるインジウムリン（ＩｎＰ）基板６Ａの平面上に光カプラ６１と分波器６２と第１の受光器６３と光フィルタ６４と第２の受光器６５と光導波路６６１～６６５を集積化した平面導波路型光モニタであってもよい。
また、光カプラ６１と分波器６２と第１の受光器６３と光フィルタ６４と第２の受光器６５と光導波路６６１～６６５は、必ずしも、集積化されたものでなくてもよく、個別の構成要素がモジュール化されたものでもよい。
受光器１３、１４はＩｎＰ受光器でもよい。

温度調節器２と半導体レーザ５と光モニタ６は、図６に示すように、制御部９によって制御される。
制御部９は、半導体レーザ５と光モニタ６と温度調節器２それぞれと信号のやり取りを行い、半導体レーザ５と光モニタ６と温度調節器２それぞれへの電流及び電圧を制御して、半導体レーザ５からのレーザ光の光強度とレーザ光の波長とを制御する。

制御部９は、半導体レーザ５に対して、光モニタ６の第１の受光器６３からの光パワーモニタ値Ｉｐが入力され、光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値である光パワーモニタ値の目標値Ｉｐ_targetの±１０％の範囲内に納まるように、半導体レーザ５への駆動電流を制御する。

制御部９は、温度調節器２に対して、光モニタ６の第１の受光器６３からの光パワーモニタ値Ｉｐが光パワーモニタ値の目標値Ｉｐ_targetの±１０％の電流設定値の範囲内に納まるように、温度調節器２へ供給する電流を制御する。
制御部９は、光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値より大きいと温度調節器２の実装面２ｂを加熱するための電流を温度調節器２へ供給し、光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値より小さいと温度調節器２の実装面２ｂを冷却するための電流を温度調節器２へ供給する。

また、制御部９は、光モニタ６の第１の受光器６３からの光パワーモニタ値Ｉｐと光モニタ６の第２の受光器６５からの波長用モニタ値Ｉλが入力され、入力された光パワーモニタ値Ｉｐと波長用モニタ値Ｉλから波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐを算出し、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが半導体レーザ５のレーザ光の波長λLDを目標値λ_targetとした時の波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐの目標値Ｉλ_targetの±１０％の波長設定値の範囲内に納まるように、温度調節器２へ供給する電流を制御する。

制御部９は、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値から逸脱すると、実装面２ｂの温度を変化させるための電流を温度調節器２へ供給する。
制御部９は、本例において、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値より大きいと温度調節器２の実装面２ｂを加熱するための電流を温度調節器２へ供給し、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値より小さいと温度調節器２の実装面２ｂを冷却するための電流を温度調節器２へ供給する。

制御部９は、光フィルタ６４における位相変調器６４ｂに、半導体レーザ５のレーザ光の光強度が目標値となり、半導体レーザ５のレーザ光の波長λLDが目標値λ_targetとなるレーザ光の光出力が得られる時の目標値Ｉｈ_targetの電流を供給する。
制御部９と光モニタ６は半導体レーザ５からのレーザ光に対する波長制御用の波長ロッカを構成する。
光モジュールと制御部９とにより光モジュール装置を構成する。

半導体レーザ５と光モニタ６と温度調節器２それぞれは制御部９との信号のやり取りを行うためリードピンＰ１～Ｐ６にワイヤボンディングによる金線などのワイヤ（図示せず）により電気的に接続される。
リードピンＰ１～Ｐ６それぞれは、ステム１の貫通孔のそれぞれを貫通し、リードピンＰ１～Ｐ６と貫通孔との間に充填して固化させた封止ガラスによりステム１に固定される。封止ガラスはリードピンＰ１～Ｐ６それぞれとステム１を電気的に絶縁するとともに、気密性を維持する。

ステム１の内平面から露出したそれぞれのリードピンＰ１～Ｐ６のインナーリード部の接続は、例えば、次のようである。
リードピンＰ１は半導体レーザ５の一方の電極と接続され、半導体レーザ５に制御部９からの駆動電流を伝達する。リードピンＰ１は半導体レーザ５に対する主信号用リードピンである。
リードピンＰ２は光モニタ６の第１の受光器６３と接続され、第１の受光器６３からの光パワーモニタ値Ｉｐを示す電流を制御部９に伝達する。リードピンＰ２は光モニタ６に対する第１のモニタ用リードピンである。

リードピンＰ３は光モニタ６の第２の受光器６５と接続され、第２の受光器６５からの波長用モニタ値Ｉλを示す電流を制御部９に伝達する。リードピンＰ３は光モニタ６に対する第２のモニタ用リードピンである。
リードピンＰ４及びリードピンＰ５は温度調節器２における一対の電極に接続され、温度調節器２に制御部９からの供給される電流を伝達する。リードピンＰ４及びリードピンＰ５は温度調節器２に対する一対の温度制御用リードピンである。
リードピンＰ６は光モニタ６における光フィルタ６４上に配置された位相変調器６４ｂに接続され、位相変調器６４ｂに制御部９からの供給される電流を伝達する。リードピンＰ６は位相変調器６４ｂに対する位相調整用リードピンである。

また、ステム１の外表面に一端が溶接又はロウ付けにより固着されるグランド用リードピン（図示せず）を有する。グランド用リードピンはステム１を接地電位にするためのものであり、電気的に接地されたグランド用としてのグランドピンである。
実施の形態１に係る光モジュールは、６本の信号用リードピンＰ１～Ｐ６と１本のグランド用リードピンの計７本のリードピンでよく、少ないリードピンの数により光モジュールを構成できる。

キャップ７は、一端が開放された、有底部と側壁部とを有する、外直径がステム１の直径より若干小さい円筒状の金属によって形成された金属製のレンズキャップである。キャップ７の有底部の中心に窓８である平面ガラス又はレンズが搭載される開口部が形成されている。窓８である平面ガラス又はレンズはキャップの内外にて気密性が維持されるように有底部に形成された開口部に、接着剤又は溶融によって接合されて装着される。

キャップ７の側壁部の端面が、ステム１の内平面の周端部に接して電気溶接により接合、固着される。ステム１とキャップ７により囲われた内部は、不活性ガスが充填されるもしくは真空状態とされ、半導体レーザ５を外気から遮断して気密封止される。
窓８からは半導体レーザ５からの前方レーザ光Ｌｆが出射される。
ステム１とキャップ７によりＴＯ－ＣＡＮ型パッケージを構成する。

次に、実施の形態１に係る光モジュールの動作について説明する。
光モジュールは、動作温度範囲内で目標以上の光出力が得られること、制御可能な温度範囲において目標の発振波長が得られることを確認済みのレーザチップである半導体レーザ５が実装されたものを対象とする。

まず、光モジュールを動作させる事前準備として次のことを行う。
半導体レーザ５から、波長λLDが目標値λ_targetとなり、光強度が光パワーモニタ値Ｉｐの目標値Ｉｐ_targetとなる光出力が得られる時の、半導体レーザ５へ供給する駆動電流の目標値ＩLD_targetと温度調節器２へ供給する電流の目標値ＩTEC_targetと位相変調器６４ｂに供給する電流の目標値Ｉｈ_targetを取得する。
これら目標値の取得は、一般に知られている光強度測定器及び光波長測定器を用いて行う。

また、同じタイミングで、半導体レーザ５から、光強度が目標値となる光パワーモニタ値Ｉｐの目標値Ｉｐ_targetと波長λLDが目標値λ_targetとなる光出力が得られる時の、光パワーモニタ値Ｉｐの目標値Ｉｐ_targetと波長λLDを目標値λ_targetとした時の波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐの目標値Ｉλ_targetと目標値Ｉλ_target近傍の波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐの波長依存性を取得する。

図１２に示すように、半導体レーザ５において、駆動電流の電流値ＩLDと光パワーモニタ値Ｉｐは比例関係にあり、かつ、半導体レーザ５における温度が低い温度であるほど光出力は増大、つまり、光パワーモニタ値Ｉｐは増大する。
本例においては、目標値ＩLD_targetの駆動電流を半導体レーザ５へ供給し、半導体レーザ５における温度が５５℃の時に、波長λLDが目標値λ_targetとなり、光強度を光パワーモニタ値Ｉｐの目標値Ｉｐ_targetとする光出力が得られた場合を説明する。
図１２に示す点Ｃの位置である。

図１２において、横軸が駆動電流の電流値ＩLDを示し、縦軸が光パワーモニタ値Ｉｐを示す。３５℃の直線は半導体レーザ５における温度３５℃、５５℃の直線は半導体レーザ５における温度５５℃、７５℃の直線は半導体レーザ５における温度７５℃、である駆動電流の電流値ＩLDと光パワーモニタ値Ｉｐとの関係を示す。

図１３に図１２における点Ａから点Ｅにおける光パワーモニタ値Ｉｐと駆動電流の電流値ＩLDと温度との関係を示す。
点Ｃの位置が光パワーモニタ値Ｉｐの目標値Ｉｐ_targetと波長λLDが目標値λ_targetとなる光出力が得られた温度５５℃における位置を示す。

点Ａの位置が、波長λLDが目標値λ_targetであり、光パワーモニタ値Ｉｐが目標値Ｉｐ_targetを超えている時の温度３５度における位置を示す。
点Ｂの位置が、光パワーモニタ値Ｉｐが目標値Ｉｐ_targetであり、波長λLDが目標値λ_targetを超えている時の温度３５度における位置を示す。
点Ｄの位置が、光パワーモニタ値Ｉｐが目標値Ｉｐ_targetであり、波長λLDが目標値λ_targetを超えている時の温度７５度における位置を示す。
点Ｅの位置が、波長λLDが目標値λ_targetであり、光パワーモニタ値Ｉｐが目標値Ｉｐ_targetを超えている時の温度７５度における位置を示す。

波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐの目標値Ｉλ_targetを、半導体レーザ５における温度と光モニタ６における温度を変化させた時の波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐの中央値付近であり、波長依存性の傾きが大きい領域に設定している。例えば、目標値Ｉλ_targetを、図１４に示す、半導体レーザ５のレーザ光の波長λLDの時のＩλ_targetとする。
図１４に示す目標値Ｉλ_targetは、図１０において説明したＩｂが示す波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐである。
図１４において、横軸は半導体レーザ５のレーザ光の波長λLDを示し、縦軸は波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐを示す。

次に、主として図１５を用いて、光モジュールの動作について説明する。
光モジュールが起動されると、制御部９は位相変調器６４ｂに目標値Ｉｈ_targetの電流を供給する（ステップＳＴ１）。
位相変調器６４ｂは目標値Ｉｈ_targetの電流が供給されることにより、リング共振器フィルタ６４ａにおけるピーク波長λfiltの位置を事前準備した位置に調整する。

続いて、制御部９は半導体レーザ５に目標値ＩLD_targetの駆動電流を供給する（ステップＳＴ２）。
半導体レーザ５は、目標値ＩLD_targetの駆動電流が供給されたことにより、前方レーザ光Ｌｆを窓８を介してキャップ７の外部に出射し、後方レーザ光Ｌｂを光モニタ６における光カプラ６１に出射する。
後方レーザ光Ｌｂが入射された光モニタ６は、半導体レーザ５からのレーザ光の光強度と波長をモニタする。

すなわち、半導体レーザ５の後方レーザ光Ｌｂを受けた光カプラ６１からのレーザ光は、光モニタ６における分波器６２を介して第１の受光器６３に入射され、第１の受光器６３により光電変換されて、光パワーモニタ値Ｉｐを示す電流を制御部９に出力する。
また、半導体レーザ５の後方レーザ光Ｌｂを受けた光カプラ６１からのレーザ光は、光モニタ６における分波器６２及び光フィルタ６４を介して第２の受光器６５に入射され、第２の受光器６５により光電変換されて、波長用モニタ値Ｉλを示す電流を制御部９に出力する。

制御部９は電流による光パワーモニタ値Ｉｐを電圧による光パワーモニタ値Ｉｐに変換するとともに、電流による波長用モニタ値Ｉλを電圧による波長用モニタ値Ｉλに変換する。
電流から電圧への変換は光モニタ６によって行ってもよい。
要するに、制御部９は、第１の受光器６３からの出力により、電流又は電圧による光パワーモニタ値Ｉｐが得られ、第２の受光器６５からの出力により、電流又は電圧による波長用モニタ値Ｉλが得られれば良い。

光パワーモニタ値Ｉｐを受けた制御部９は、光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値の範囲内であるか否かの判定を実行する（ステップＳＴ３）。
制御部９は、光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値の範囲外であるとステップＳＴ４に進み、光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値の範囲内であるとステップＳＴ５に進む。
電流設定値は、例えば、光パワーモニタ値Ｉｐの目標値Ｉｐ_targetの±１０％に設定される。

ステップＳＴ４、温度調節器２へ供給する電流を制御する前段の温度調節ステップである。
ステップＳＴ４は、第１の受光器６３からの出力により得られた光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値より大きいと温度調節器２により半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を上昇させる前段温度上昇ステップと、光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値より小さいと温度調節器２により半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を下降させる前段温度下降ステップとを備える。

半導体レーザ５に目標値ＩLD_targetの駆動電流が供給されている時、例えば、第１の受光器６３から得られた光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値より大きいと、半導体レーザの温度は５５℃、図１２に示す点Ｃが示す温度よりも低いといえる。

第１の受光器６３から得られた光パワーモニタ値Ｉｐが、例えば、ＩＰ１を示すと、半導体レーザ５の温度は３５℃、図１２に示す点Ａが示す温度である。
従って、制御部９は、温度調節器２に対して温度調節器２の実装面２ｂを加熱するように温度調節器２に供給する電流を制御し、ステップＳＴ３に戻る。
その結果、半導体レーザ５及び光モニタ６が台座３を介して加熱され、半導体レーザ５の温度及び光モニタ６の温度が３５℃から５５℃に向けて上昇する。

一方、半導体レーザ５に目標値ＩLD_targetの駆動電流が供給されている時、例えば、第１の受光器６３から得られた光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値より小さいと、半導体レーザの温度は５５℃、図１２に示す点Ｃが示す温度よりも高いといえる。

第１の受光器６３から得られた光パワーモニタ値Ｉｐが、例えば、ＩＰ２を示すと、半導体レーザ５の温度は７５℃、図１２に示す点Ｅが示す温度である。
従って、制御部９は、温度調節器２に対して温度調節器２の実装面２ｂを冷却するように温度調節器２に供給する電流を制御し、ステップＳＴ３に戻る。
その結果、半導体レーザ５及び光モニタ６が台座３を介して冷却され、半導体レーザ５の温度及び光モニタ６の温度が７５℃から５５℃に向けて下降する。

ステップＳＴ４が繰り返されることにより、温度調節器２により半導体レーザ５の温度及び光モニタ６の温度が調節されて電流設定値の範囲内に入ると制御部９は前段の温度調節ステップを終了し、ステップＳＴ５に進む。
ステップＳＴ５以降の波長ロッカステップに進む。

ステップＳＴ５は、制御部９が光パワーモニタ値Ｉｐは電流設定値の範囲内か否かの判定を実行するステップである。
制御部９は、光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値の範囲外であるとステップＳＴ６に進み、光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値の範囲内であるとステップＳＴ７に進む。
ステップＳＴ４からステップＳＴ５に進んだ直後は光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値の範囲内であるのでステップＳＴ７に進む。

ステップＳＴ７は、制御部９が波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値の範囲内か否かの判定を実行するステップである。
制御部９は、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値の範囲外であるとステップＳＴ８に進み、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値の範囲内であるとステップＳＴ９に進む。
波長設定値は、例えば、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐの目標値Ｉλ_targetの±１０％に設定される。

ステップＳＴ８は、温度調節器２へ供給する電流を制御する温度調節ステップである。
温度調節ステップは、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値から逸脱すると、温度調節器２が半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を調節するステップであり、本例において、以下の温度上昇ステップと温度下降ステップを備える。
すなわち、ステップＳＴ８は、制御部９が、第１の受光器６３からの出力により得られた光パワーモニタ値Ｉｐと第２の受光器６５からの出力により得られた波長用モニタ値Ｉλから波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐを算出し、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値より大きいと温度調節器２により半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を上昇させる温度上昇ステップと、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値より小さいと温度調節器２により半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を下降させる温度下降ステップとを備える。

温度上昇ステップにおいて、制御部９は温度調節器２に対して温度調節器２の実装面２ｂを加熱するように温度調節器２に供給する電流を制御し、半導体レーザ５の温度及び光モニタ６の温度を上昇させて、図１４に示すように、半導体レーザ５からのレーザ光の波長λLDを増加させ、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐを減少させて、ステップＳＴ５に進む。
一方、温度下降ステップにおいて、制御部９は温度調節器２に対して温度調節器２の実装面２ｂを冷却するように温度調節器２に供給する電流を制御し、半導体レーザ５の温度及び光モニタ６の温度が下降させて、図１４に示すように、半導体レーザ５からのレーザ光の波長λLDを減少させ、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐを増加させて、ステップＳＴ５に進む。

ステップＳＴ８における温度上昇ステップにおいて、半導体レーザ５の温度も上昇され、結果として、半導体レーザ５からのレーザ光の光強度が減少して光パワーモニタ値Ｉｐが減少する。
一方、ステップＳＴ８における温度下降ステップにおいて、半導体レーザ５の温度も上下降され、結果として、半導体レーザ５からのレーザ光の光強度が増加して光パワーモニタ値Ｉｐが増加する。

従って、ステップＳＴ８において、半導体レーザ５からのレーザ光の波長λLDを調整するために温度調節器２による温度を調整すると、光パワーモニタ値Ｉｐも変化するため、ステップＳＴ５に戻り、ステップＳＴ５において、制御部９が光パワーモニタ値Ｉｐは電流設定値の範囲内か否かの判定を実行する。
ステップＳＴ５において、光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値の範囲内であるとステップＳＴ７に進み、ステップＳＴ８からステップＳＴ５と繰り返し処理される。

一方、ステップＳＴ５において、光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値の範囲外であるとステップＳＴ６に進む。
ステップＳＴ６は半導体レーザ５へ供給する駆動電流を制御する駆動電流制御ステップである。

ステップＳＴ６は、ステップＳＴ８における温度上昇ステップにより温度調節器２により半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度が上昇し、第１の受光器６３からの出力により得られた光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値より小さくなると半導体レーザ５へ供給する駆動電流を増加させる駆動電流増加ステップと、ステップＳＴ８における温度下降ステップにより温度調節器２により半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度が下降し、第１の受光器６３からの出力により得られた光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値より大きくなると半導体レーザ５へ供給する駆動電流を減少させる駆動電流減少ステップを備える。

従って、制御部９は光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値の範囲内に入るまでステップＳＴ６を繰り返し、光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値の範囲内に入るとステップＳＴ７に進み、ステップＳＴ８における、温度調節器２へ供給する電流を制御する温度調節ステップが繰り返される。
すなわち、ステップＳＴ５－ステップＳＴ７－ステップＳＴ８－ステップＳＴ５－ステップＳＴ７の温度調節ステップのループの繰り返しとステップＳＴ５－ステップＳＴ６－ステップＳＴ５の駆動電流制御ステップのループの繰り返しが波長ロッカステップである。

この波長ロッカステップにより、光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値の範囲内に入り、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値の範囲内に入る。
その結果、半導体レーザ５からのレーザ光における光強度が目標値Ｉｐ_targetに基づく条件、及び、半導体レーザ５からのレーザ光における波長が波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐの目標値Ｉλ_target言い換えれば目標値λ_targetに基づく条件、両者の条件を満足した安定動作に半導体レーザ５が入る。

半導体レーザ５が安定動作に入ると、ステップＳＴ９に進む。
ステップＳＴ９において、光モジュールの電源が切られるまで、制御部９は光パワーモニタ値Ｉｐ及び波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐの監視を継続し、光モジュールの電源が切られると波長ロッカステップを終了する。
半導体レーザ５が安定動作に入った後、光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値の範囲外になるか、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値の範囲外になるまで、半導体レーザ５は波長ロッカステップにより設定された駆動電流により動作し、温度調節器２は波長ロッカステップにより設定された供給電流により動作し、半導体レーザ５は安定動作を継続する。

光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値の範囲外になるか、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値の範囲外になると、波長ロッカステップによる波長ロック機能が働き、制御部９によりステップＳＴ５－ステップＳＴ７－ステップＳＴ８－ステップＳＴ５－ステップＳＴ７の温度調節ステップのループの繰り返しとステップＳＴ５－ステップＳＴ６－ステップＳＴ５の駆動電流制御ステップのループの繰り返しが行われる。
その結果、半導体レーザ５は、再び、半導体レーザ５からのレーザ光における光強度が目標値Ｉｐ_targetに基づく条件、及び、半導体レーザ５からのレーザ光における波長が波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐの目標値Ｉλ_targetに基づく条件、両者の条件を満足した安定動作に入る。

以上に述べたように、実施の形態１に係る光モジュールは、半導体レーザ５からのレーザ光を受光する第１の受光器６３、半導体レーザ５からのレーザ光を受光する光フィルタ６４、及び光フィルタ６４を介してレーザ光を受光する第２の受光器６５を有する光モニタ６と、第１の受光器６３からの出力により得られた光パワーモニタ値Ｉｐと第２の受光器６５からの出力により得られた波長用モニタ値Ｉλとの比である波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値より大きいと半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を上昇させ、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値より小さいと半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を下降させる制御が行われる、半導体レーザ５における温度及び光モニタ６における温度を調節する温度調節器２を備えるので、単一波長に対して精密な制御が行え、かつ、部品点数が少なく、小型化ができる。

実施の形態１に係る光モジュールは、温度調節器２が、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値より大きいと半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を上昇させ、光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値より小さくなると半導体レーザ５へ供給する駆動電流を増加させ、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値より小さいと半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を下降させ、光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値より大きくなると半導体レーザ５へ供給する駆動電流を減少させ制御がさらに行われるので、より精密な制御が行える。

実施の形態１に係る光モジュールは、一体に形成された立面部３ｂと平面部３ａを有し、平面部３ａがステム１の実装面１ａに固定される台座３を備え、台座３の立面部３ｂに半導体レーザ５が載置固定され、台座３の平面部３ａにおける半導体レーザ５の後方レーザ光を受光する位置に光モニタ６が載置固定されるので、より小型化が図れる。

実施の形態１に係る光モジュールは、ステム１とキャップ７により形成される空間内に半導体レーザ５、光モニタ６、温度調節器２、及び台座３を配置したので、半導体レーザ５、光モニタ６、及び温度調節器２に対するリードピンの数を少なくできる。

実施の形態１の変形例．
なお、上記した実施の形態１では、単一波長半導体レーザ５における波長の温度依存性を９０ｐｍ／℃とし、リング共振器フィルタ６４ａにおける波長のピーク値の温度依存性を７０ｐｍ／℃とし、図９及び図１０に示すように、リング共振器フィルタ６４ａにおける波長のピーク値の右側に半導体レーザ５における波長λLDが来るように位相調整し、半導体レーザのレーザ光の波長λLDに対して温度を上昇させることにより波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが右肩下がりの傾きを持つようにした。

これに対して、図１６に示すように、リング共振器フィルタ６４ａにおける波長のピーク値の左側に半導体レーザ５における波長λLDが来るように位相調整し、半導体レーザのレーザ光の波長λLDに対して温度を上昇させることにより波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが右肩上がり、言い換えれば左肩下がりの傾きを持つようにしてもよい。
すなわち、半導体レーザ５とリング共振器フィルタ６４ａにおける温度が＋１℃増加する毎に波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐは、図１６に○印で示すＩａ´から順にＩｂ´、Ｉｃ´、Ｉｄ´のように変化する。

実施の形態１の変形例の場合、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値から逸脱すると、温度調節器２が供給される電流の値に応じて実装面２ｂの温度を変化させ、半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を変化させる制御は次のようになる。
すなわち、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値より大きいと、温度調節器２は供給される電流の値に応じて実装面２ｂを冷却して半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を下降させる。
波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値より小さいと、温度調節器２は供給される電流の値に応じて実装面２ｂを加熱して半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を上昇させる。

また、温度を温度調節器２が半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を下降させることにより、第１の受光器６３からの出力により得られた光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値より大きくなると半導体レーザ５へ供給する駆動電流を減少させる。
温度調節器２が半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を上昇させることにより、第１の受光器６３からの出力により得られた光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値より小さくなると半導体レーザ５へ供給する駆動電流を増加させる。

一方、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値から逸脱すると、前記温度調節器が前記半導体レーザ及び前記光モニタに与える温度を調節する温度調節ステップ（ステップＳＴ８）は、次の温度上昇ステップと温度下降ステップを備える。
温度上昇ステップは波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値より大きいと温度調節器２が半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を上昇させる。
温度下降ステップは波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値より小さいと温度調節器２が半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度を下降させる。

また、駆動電流制御ステップ（ステップＳＴ６）は、次の駆動電流増加ステップと駆動電流減少ステップを備える。
駆動電流増加ステップは温度上昇ステップにより温度調節器２により半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度が上昇し、第１の受光器６３からの出力により得られた光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値より小さくなると半導体レーザ５へ供給する駆動電流を増加させる。
駆動電流減少ステップは温度下降ステップにより温度調節器２により半導体レーザ５及び光モニタ６に与える温度が下降し、第１の受光器６３からの出力により得られた光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値より大きくなると半導体レーザ５へ供給する駆動電流を減少させる。

このように構成された実施の形態１の変形例に係る光モジュールにおいても、実施の形態１に係る光モジュールと同様の効果を有する。
なお、実施の形態１の変形例に係る光モジュールにおいても、半導体レーザ５における波長の温度依存性と、リング共振器フィルタ６４ａにおける波長のピーク値の温度依存性との関係の相違を除いては実施の形態１に係る光モジュールと同様の構成である。

実施の形態２．
実施の形態２に係る光モジュールを図１７及び図１８に基づいて説明する。
実施の形態２に係る光モジュールは、実施の形態１に係る光モジュールに対して光モニタ６の構成が異なり、その他の点については同じ又は同様である。
すなわち、実施の形態１に係る光モジュールにおける光モニタ６は、第１の受光器６３及び第２の受光器６５それぞれに入射される半導体レーザ５の後方レーザ光Ｌbを分波器６２により分波されたレーザ光であるのに対して、実施の形態２に係る光モジュールにおける光モニタ６０は、第１の受光器６３及び第２の受光器６５それぞれに入射される半導体レーザ５の後方レーザ光Ｌbをそれぞれに対応して設けられた第１の光カプラ６１ａ及び第２の光カプラ６１ｂにより受光されたレーザ光である。
なお、図１７及び図１８中、図１から図１６に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。

光モニタ６０は、第１の光カプラ６１ａと第２の光カプラ６１ｂと第１の受光器６３と光フィルタ６４と第２の受光器６５と光導波路６６２～６６５を備える。
光モニタ６０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板６Ａの平面上に第１の光カプラ６１ａと第２の光カプラ６１ｂと第１の受光器６３と光フィルタ６４と第２の受光器６５と光導波路６６２～６６５を集積化して形成されたシリコンフォトニクスチップによる平面導波路型光モニタである。

第１の光カプラ６１ａは半導体レーザ５からの後方レーザ光Ｌｂを受け、光モニタ６０の平面６ａに対して垂直に入射される後方レーザ光Ｌｂを光導波路６６２へ結合させる。
第１の受光器６３は光導波路６６２を介して後方レーザ光Ｌｂを受光し、光電変換して半導体レーザ５からのレーザ光の光強度を電流値により示す光パワーモニタ値Ｉｐを出力する。

第２の光カプラ６１ｂは半導体レーザ５からの後方レーザ光Ｌｂを受け、光モニタ６０の平面６ａに対して垂直に入射される後方レーザ光Ｌｂを光導波路６６３へ結合させる。
光フィルタ６４は光導波路６６３を介して後方レーザ光Ｌｂを受光する。
光フィルタ６４とカップリング接続されるフォトダイオード６５ａ又はフォトダイオード６５ｂのいずれか一方を用いる第２の受光器６５は、後方レーザ光Ｌｂを光フィルタ６４を介して受光し、光電変換して半導体レーザ５からのレーザ光の波長λLDをモニタするための半導体レーザ５の波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐを得るために用いられる波長用モニタ値Ｉλを出力する。

すなわち、実施の形態２に係る光モジュールにおける光モニタ６０は、実施の形態１に係る光モジュールにおける光モニタ６と同様の機能を有し、半導体レーザ５からの後方レーザ光Ｌｂを受光して同じ値の光パワーモニタ値Ｉｐ及び波長用モニタ値Ｉλが得られる。
第１の光カプラ６１ａ及び第２の光カプラ６１ｂは、例えば、グレーティングカプラであり、エレファントカプラであってもよい。
なお、実施の形態１に係る光モジュールにおける光モニタ６に対して説明した変形例は、実施の形態２に係る光モジュールにおける光モニタ６０にも適用できる。

実施の形態２に係る光モジュールの動作は、実施の形態２に係る光モジュールにおける光モニタ６０が実施の形態１に係る光モジュールにおける光モニタ６と同様の機能を有し、同じ値の光パワーモニタ値Ｉｐ及び波長用モニタ値Ｉλが得られるので、実施の形態１に係る光モジュールと同じ動作をするので、説明を省略する。
以上に述べたように、実施の形態２に係る光モジュールも実施の形態１に係る光モジュールと同様の効果を有する。

実施の形態３．
実施の形態３に係る光モジュールを図１９に基づいて説明する。
実施の形態３に係る光モジュールは、実施の形態１に係る光モジュールに対してサーミスタ１０を追加した点が相違し、その他の点については同じ又は同様である。
なお、図１９中、図１から図１６に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。

台座３０は、実施の形態１に係る光モジュールにおける台座３と同様に上面及び下面が平坦面である平面部３ａと、平面部３ａと一体に形成された、立面が平坦面である立面部３ｂを有する、Ｌ字形状の金属部材であり、半導体レーザ５が載置固定される立面部３ｂの立面の反対側にサーミスタ１０が載置固定される水平面である載置面３ｃを有する段差部が形成されている。

サーミスタ１０は台座３０の載置面３ｃに載置固定され、台座３０の温度、つまり、半導体レーザ５の温度及び光モニタ６の温度を検知する。
実施の形態１に係る光モジュールにおいて説明した事前準備において、サーミスタ１０により半導体レーザ５の温度及び光モニタ６の温度を検知することにより、波長λLDが目標値λ_targetと光パワーモニタ値Ｉｐの目標値Ｉｐ_targetと半導体レーザ５の温度及び光モニタ６の温度との関係をより精度高く知ることができる。
実施の形態３に係る光モジュールにおける他の構成要素及び動作は、実施の形態１に係る光モジュールにおける他の構成要素及び動作と同じであるので説明は省略する。

なお、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

本開示に係る光モジュールは、大容量の光通信システムに用いられる光モジュール、特に、デジタルコヒーレント通信方式に用いられる光モジュールに好適である。

１ ステム、２ 温度調節器、３、３０ 台座、４ 半導体レーザ用サブマウント、５ 半導体レーザ、６、６０ 平面導波路型光モニタ、６１ 光カプラ、６２ 分波器、６３ 第１の受光器、６４ 光フィルタ、６５ 第２の受光器、７ キャップ、８ 窓、９ 制御部、Ｐ１～Ｐ５ リードピン。

Claims (14)

1. 半導体レーザと、
   前記半導体レーザからのレーザ光を受光する第１の受光器、前記半導体レーザからのレーザ光を受光する光フィルタ、及び前記光フィルタを介して前記レーザ光を受光する第２の受光器を有する光モニタと、
   前記第１の受光器からの出力により得られた光パワーモニタ値Ｉｐと前記第２の受光器からの出力により得られた波長用モニタ値Ｉλとの比である波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値から逸脱すると、前記半導体レーザ及び前記光モニタに与える温度を変化させる制御が行われる、前記半導体レーザにおける温度及び前記光モニタにおける温度を調節する温度調節器が載置されるステムと、
   前記ステムに載置された前記温度調節器の実装面に載置固定され、前記半導体レーザが載置固定される立面部と、前記立面部と一体に形成され、前記半導体レーザの後方レーザ光を受光する位置に前記光モニタが載置固定される平面部を有する台座と、
   有底部と側壁部を有し、前記有底部に前記半導体レーザの前方レーザ光を出射する窓を有し、前記ステムの内平面側を覆い、前記ステムの内平面の周端部に前記側壁部の開口端面が接して固定された、一端開放の筒状のキャップと、
   を備える光モジュール。
2. 前記波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが前記波長設定値から逸脱すると、前記半導体レーザ及び前記光モニタに与える温度を変化させる制御は、前記波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが前記波長設定値より大きいと前記半導体レーザ及び前記光モニタに与える温度を上昇させ、前記波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが前記波長設定値より小さいと前記半導体レーザ及び前記光モニタに与える温度を下降させる制御である請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが前記波長設定値から逸脱すると前記半導体レーザ及び前記光モニタに与える温度を変化させる制御は、前記波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが前記波長設定値より大きいと前記半導体レーザ及び前記光モニタに与える温度を上昇させ、前記波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが前記波長設定値より小さいと前記半導体レーザ及び前記光モニタに与える温度を下降させる制御であり、
   前記温度調節器は、前記波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが前記波長設定値より大きく前記半導体レーザ及び前記光モニタに与える温度を上昇させることにより、前記光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値より小さくなると前記半導体レーザへ供給する駆動電流を増加させ、前記波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが前記波長設定値より小さく前記半導体レーザ及び前記光モニタに与える温度を下降させることにより、前記光パワーモニタ値Ｉｐが前記電流設定値より大きくなると前記半導体レーザへ供給する駆動電流を減少させ制御が行われる、請求項１に記載の光モジュール。
4. 前記波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値から逸脱すると、前記半導体レーザ及び前記光モニタに与える温度を変化させる制御は、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値より大きいと前記半導体レーザ及び前記光モニタに与える温度を下降させ、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが前記波長設定値より小さいと前記半導体レーザ及び前記光モニタに与える温度を上昇させる制御である請求項１に記載の光モジュール。
5. 前記波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値から逸脱すると、前記半導体レーザ及び前記光モニタに与える温度を変化させる制御は、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが波長設定値より大きいと前記半導体レーザ及び前記光モニタに与える温度を下降させ、波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが前記波長設定値より小さいと前記半導体レーザ及び前記光モニタに与える温度を上昇させる制御であり、
   前記温度調節器は、前記波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが前記波長設定値より大きく前記半導体レーザ及び前記光モニタに与える温度を下降させることにより、前記光パワーモニタ値Ｉｐが電流設定値より大きくなると前記半導体レーザへ供給する駆動電流を減少させ、前記波長モニタ値Ｉλ／Ｉｐが前記波長設定値より小さく前記半導体レーザ及び前記光モニタに与える温度を上昇させることにより、前記光パワーモニタ値Ｉｐが前記電流設定値より小さくなると前記半導体レーザへ供給する駆動電流を増加させる制御が行われる、請求項１に記載の光モジュール。
6. 前記半導体レーザは、単一波長で発振するシングルモードレーザである請求項１に記載の光モジュール。
7. 前記光フィルタは波長の温度依存性を有する位相可変光フィルタである請求項１に記載の光モジュール。
8. 前記温度調節器は、前記第１の受光器により得られた電流の電流値Ｉｐが電流設定値より大きいと前記半導体レーザ及び前記光モニタに与える温度を上昇させ、前記電流値Ｉｐが前記電流設定値より小さいと前記半導体レーザ及び前記光モニタに与える温度を下降させる制御がさらに行われる、請求項１に記載の光モジュール。
9. 前記ステムを貫通し、前記ステムの内平面から露出したインナーリード部に前記半導体レーザの電極が接続される主信号用リードピンと、
   前記ステムを貫通し、前記ステムの内平面から露出したインナーリード部に前記光モニタの第１の受光器が接続される第１のモニタ用リードピンと、
   前記ステムを貫通し、前記ステムの内平面から露出したインナーリード部に前記光モニタの第２の受光器が接続される第２のモニタ用リードピンと、
   前記ステムを貫通し、前記ステムの内平面から露出したインナーリード部に前記温度調節器における一対の電極が接続される一対の温度制御用リードピンと、
   をさらに備える請求項１に記載の光モジュール。
10. 前記光モニタにおける前記光フィルタは、リング共振器フィルタと位相変調器を有し、
    前記ステムを貫通し、前記ステムの内平面から露出したインナーリード部に前記半導体レーザの電極が接続される主信号用リードピンと、
    前記ステムを貫通し、前記ステムの内平面から露出したインナーリード部に前記光モニタの第１の受光器が接続される第１のモニタ用リードピンと、
    前記ステムを貫通し、前記ステムの内平面から露出したインナーリード部に前記光モニタの第２の受光器が接続される第２のモニタ用リードピンと、
    前記ステムを貫通し、前記ステムの内平面から露出したインナーリード部に前記温度調節器における一対の電極が接続される一対の温度制御用リードピンと、
    前記ステムを貫通し、前記ステムの内平面から露出したインナーリード部に前記位相変調器が接続される位相調整用リードピンと、
    をさらに備える請求項１に記載の光モジュール。
11. 前記光モニタは前記第１の受光器と前記光フィルタと前記第２の受光器が集積化された平面導波路型光モニタであり、
    前記平面導波路型光モニタは、前記半導体レーザからのレーザ光を受ける光カプラと前記光カプラにより受光したレーザ光を２つのレーザ光に分波する分波器をさらに有し、
    前記第１の受光器が受光するレーザ光は前記分波器から分波された一方のレーザ光であり、
    前記光フィルタが受光するレーザ光は、前記分波器から分波された他方のレーザ光である、
    請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光モジュール。
12. 前記平面導波路型光モニタはシリコン基板の平面上に前記光カプラと前記分波器と前記第１の受光器と前記光フィルタと前記第２の受光器を集積化して形成されたシリコンフォトニクスチップによる平面導波路型光モニタであり、
    前記光カプラはグレーティングカプラである、
    請求項１１に記載の光モジュール。
13. 前記光モニタは前記第１の受光器と前記光フィルタと前記第２の受光器が集積化された平面導波路型光モニタであり、
    前記平面導波路型光モニタは、前記半導体レーザからのレーザ光を受ける第１の光カプラと前記半導体レーザからのレーザ光を受ける第２の光カプラをさらに有し、
    前記第１の受光器が受光するレーザ光は前記第１の光カプラからのレーザ光であり、
    前記光フィルタが受光するレーザ光は、前記第２の光カプラからのレーザ光である、
    請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光モジュール。
14. 前記平面導波路型光モニタはシリコン基板の平面上に前記第１の光カプラと前記第２の光カプラと前記第１の受光器と前記光フィルタと前記第２の受光器を集積化して形成されたシリコンフォトニクスチップによる平面導波路型光モニタであり、
    前記第１の光カプラ及び前記第２の光カプラはそれぞれグレーティングカプラである、
    請求項１３に記載の光モジュール。

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