JPH0358006A - 光結合モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体発光素子と光ファイバとを光学的に接
続する光結合モジュールに係わり、特に温度制御機能を
備えた光結合モジュールに関する。

（従来の技術） 光ファイバを伝送路とするコヒーレント光通信方式にお
いては、半導体レーザや発光ダイオード等の半導体発光
素子から放出された光を効率良くしかも安定した波長で
光ファイバに導く光結合モジュールが必要である。

上記した光結合モジュールに用いられる半導体発素子、
例えば半導体レーザは、その周囲温度により、出力する
レーザ光の光電力が変動する。所定の光電力を光ファイ
バ出力で得るためには、普通数１０ｍＡ程度の電流を半
導体レーザに注入する必要があるが、この電流値は周囲
温度が高くなる程大きくなる。

さらに、半導体レーザは、周囲温度が変動するとそれに
伴いレーザの発振波長が変動する。例えば１℃の温度変
動に対しては、発振波長は約ＩＡ変動する。このような
波長変動は、０．０１Ａ程度の波長安定性が必要とされ
るコヒーレント光通信を行う場合、大きな障害となって
いた。さらに、上記した光結合モジュールには、温度変
動に弱い波長検出器などを備えているものもあり、温度
の安定化を図る必要があった。

上記した障害をとり除くため、従来第３図に示すような
装置が提案されていた。第３図で１は半導体発光素子で
例えば半導体レーザである。２は光検出器．３及び４は
光学系で、球レンズ３及び球レンズ４．５は光ファイバ
である。６は光検出器固定部材，７は半導体レーザ固定
部材．８はレンズ固定部材．９は光ファイバ固定部材で
ある。

１０はこれら半導体レーザ等の光部品の全体を覆うパッ
ケージであり、このパッケージの内部には温度制御素子
、例えば半導体クーラ１１が設けられている。この半導
体クーラ１１は、ペルチェ効果によって半導体レーザ１
の温度を常に一定の温度に制御するものである。

パッケージ１０には、第３図に示されていないが、半導
体レーザ１への給電リード．光検出器２の出力信号用リ
ード，半導体クー，ラ１１を駆動する信号用リード及び
温度を測定する温度センサ信号用リードがガラス等の絶
縁物を介して備えられている。

上記した様な構成の場合、半導体クーラ１１は、半導体
レーザ１の温度を一定に保とうと制御するが、パッケー
ジ１０の外部から熱が、パッケージ１０の内部に伝わっ
てしまい半導体レーザ１の周囲の温度が変動してしまう
という欠点があった。

また、半導体クーラ１１は、一方の面で吸熱を行うと他
方の面からは発熱をおこしている。この発熱がパッケー
ジ１０に伝わり、パッケージ１０内部の温度を変動させ
る要因となっていた。その・ためサブミクロンのオーダ
で組み立てられた各部品の部材の熱膨張により部品が位
置ずれをおこし、光結合モジュールの特性を劣化させて
しまうという欠点があった。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べたように、従来の光結合モジュールでは、パッ
ケージ外部からの熱がパッケージ内部に伝わってしまい
光部品の周囲温度が変動してしまうという欠点があった
。また、半導体クーラが発熱するのでこの熱がパッケー
ジを伝わることによって内部の光部品の周囲温度が変動
してしまうという欠点があった。上記のような周囲温度
の変動は、半導体レーザの波長変動や光電力の変動及び
光部品の位置ずれ等の要因となり、可及的に光結合モジ
ュールの特性が劣化してしまうという問題点があった。

［発明の構戒］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明の光結合モジュールは
、半導体発光素子から放出された光を光学系を通して光
ファイバに導くモジュールにおいて前記半導体発光素子
及び前記光学系などの光部品を覆うように設けられた第
１のパッケージと、前記第１のパッケージに外付され、
このパッケージ全体を温度制御する温度制御素子と、前
記第１のパッケージ及び前記第１の温度制御素子を覆う
ように設けられた第２のパッケージとを具備することを
第１の特徴とし、前記第２のパッケージ内の前記第１の
パッケージを断熱材で覆うことを第２の特徴とし、前記
第１のパッケージは熱伝導率が０．８Ｊｌｃｆｌｌ−ｓ
−ｋ以上の部材であることを第３の特徴とし、前記第１
のパッケージ内に第２の温度制御素子を設置したことを
第４の特徴とする。

（作用） 本発明の第１の特徴とする構成では、第１のパッケージ
が半導体発光素子や光学系等の光部品を１い、第１のパ
ッケージの外側に第１の温度制御素子が設けられ、第２
のパッケージが第１のパッケージと第１の温度制御素子
を覆うように設けられることにより、第２のパッケージ
が外気を遮断し、さらに第１のパッケージと第２のパッ
ケージ間に空気層が生じることにより、第１のパッケー
ジ内の温度が常に一定に制御される。

第２の特徴とする横戊では、第２のパッケージ内の第１
のパッケージの回りに断熱材が設けられることによって
、外気からの熱伝達が遮断される。

第３の特徴とする構成では、第１のパッケージの熱伝導
率が０．８Ｊｌｃｍ−Ｓ−ｋ以上であり第１のパッケー
ジ内部の熱がこのパッケージを通して第１のパッケージ
の外側に伝わりやすくなる。

第４の特徴とする構成では、第１のパッケージの内部に
第２の温度制御素子が設けられ、この第２の温度制御素
子により、第１のパッケージ内部の温度が制御され、第
１の温度制御素子が第１のパッケージに伝わった熱を制
御し、第２のパッケージが外気の熱を遮断することによ
り、第１のパッケージ内の温度が一定に保たれる。

（実施例） 本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の光結合モジュールの概略構成を示す
断面図である。なお、前記第３図と同一部分には同一符
号を付している。この光結合モジュールは、基本的には
前記第３図における半導体クーラ１１を第１のパッケー
ジ１０の外側に設置し、第１のパッケージ１０及び半導
体クーラ１１を覆うように第２のパッケージ１２を設け
たものである。

第１図で、半導体レーザ１の一方から出力されたレーザ
光は光検出器２に入力され、レーザ光の光電力が検出さ
れる。他方から出力されたレーザ光は球レンズ３及び球
レンズ４を介して光ファイバ５に人力される。上記した
光検出器２，半導体レーザ１．球レンズ３，４及び光フ
ァイバ５は、各固定部材によりサブミクロンのオーダで
組まれ固定・保持されている。

第１及び第２のパッケージには、第１図には示されてい
ないが、半導体レーザ１への給電リード，光検出器の出
力信号用リード．半導体クーラ１１を駆動する信号用リ
ード及び温度を測定する温度センサ信号用リードがガラ
ス等の絶縁物を介して備えられている。

半導体クーラ１１は、例えば、第１のパッケージ１０内
から発熱される熱を吸熱して、半導体レーザや光学系な
どの光部品の周囲温度を常に一定に保つように温度制御
する。また、第１のパッケージ１０の周囲に設けられた
第２のパッケージ１２は、第１のパッケージ１０の回り
に空気層をつくり自分自身も外気からの熱を遮断する働
きをする。

上記したように、パッケージを２重にすることにより、
半導体クーラ１１が半導体レーザや光学系等の周囲温度
を常に一定に制御しながら第２のパッケージ１２及び空
気層が外気を遮断するので、第１のパッケージ１０内部
の光部品の周囲温度は安定となる。従って、周囲温度の
変動による半導体レーザの発振波長や光電力の変動及び
光部品の位置ずれが抑えられ、光結合モジュールの特性
劣化を防止することができる。

また、第１図に示した第２のパッケージ１２内の第１の
パッケージ１０を断熱材で覆う場合は、外気からの熱の
遮断効果が向上する。

さらに、第１のパッケージ１０が熱伝導率０．８』ｌｃ
Ｉ！ｌ−ｓ−ｋ以上の部材で作られている場合は、第１
のパッケージ１０の熱伝導率が高いので、パッケージ内
部の熱が半導体クーラ１１に伝わりやすくなる。従って
半導体クーラ１１は第１のパッケージ１０内部を温度制
御しやすくなり、温度制御の精度が向上する。

また、前記した熱伝導率０．８ＪｌｃＩｎ−ｓ−ｋ以上
の第１のパッケージ１０を断熱材で覆えば、半導体クー
ラ１１で温度制御を行いつつ外気からの熱を第１のパッ
ケージ１０に伝えないので、より温度制御の精度は向上
する。

次に、第２図に示すように、第１のパッケージ１０の内
部にも第２の温度制御素子例えば半導体クーラ１３を設
けた実施例について説明する。半導体クーラ１３は第１
のパッケージ１０内部の温度を制御する。いま半導体ク
ーラ１３が第１のパッケージ内部の温度を下げるために
一方の面で吸熱した場合、半導体クーラ１３の他方の面
では発熱する。この熱は、熱伝導率の高い（闘えば０．
８ＪｌｃｌＴｌ−ｓ−ｋ以上）第１のパッケージ１０に
伝達される。この熱を半導体クーラ１１が吸熱竹八 する。半導体クーラ１１は、発熱もべ第２のパッケージ
１２に熱が伝わるが、第１のパッケージ１０と第２のパ
ッケージ１２間は空気層であるため、第２のパッケージ
の熱は第１のパッケージ内部には伝わらない。

上記した様に、半導体クーラを２つ設けることにより、
従来欠点とされていた半導体クーラ１３からの発熱を半
導体クーラ１１が吸収することによって欠点が解消され
、半導体クーラ１３が、パッケージを介さずに直接パッ
ケージ内の温度を制御できるので、温度制御の精度が向
上する。

また、第１のパッケージ１０と第２のパッケージ１２の
間を断熱材で覆えば、第２のパッケージ１２からの第１
のパッケージ１０の熱伝達が空気層の場合より抑えられ
、第１のパッケージ１０内部の光部品の周囲温度がより
安定となる。

なお、上記した本発明の各実施例における半導体レーザ
１，光検出器２，球レンズ３，４．光ファイバ５を固定
・保持する各固定部材６，７，８．９は、第１図．第２
図に示したものに限られるものではないことは言うまで
もない。

また、前記半導体発光素子は半導体レーザに限られるも
のでなく、発光ダイオードでもよい。さらに、光ファイ
バの代りに、先導波路を用いることも可能である。また
、本発明は上述した光結合モジュール以外に、２つの光
学系の間にファラデ一回転子及び永久磁石を設置すると
共に、光学系と光ファイバとの間に複屈折性結晶を設置
して光アイソレー夕を構成した光結合モジュールにも適
用可能である。またレンズの数，種類，構成部材の形状
，構造，大きさ，材質等も上記した実施例に限定されな
い。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することができる。

［発明の効果］ 上述したような構戊による本発明の光結合モジュールに
よれば、半導体発光素子や光学系などの光部品の周囲温
度の変動が抑えられ、半導体レーザの発振波長や光電力
の変動及び光部品の位置ずれが防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る光結合モジュールの実施例の構
或を示す断面図，第２図は、本発明の半導体クーラを２
つ設けた場合の実施例の構成を示す断面図．第３図は、
従来の光結合モジュールの構戊を示す断面図である。 １・・・半導体レーザ．２・・・光検出器，３．４・・
・球レンズ，５・・・光ファイバ．１０・・・第１のパ
ッケージ，１１・・・半導体クーラ，１２・・・第２の
パッケージ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体発光素子から放出された光を光学系を通し
   て光ファイバに導く光結合モジュールにおいて、前記半
   導体発光素子、及び前記光学系などの光部品を覆うよう
   に設けられた第１のパッケージと、前記第１のパッケー
   ジ全体を温度制御する第１の温度制御素子と前記第１の
   パッケージ及び前記第１の温度制御素子を覆うように設
   けられた第２のパッケージとを具備することを特徴とす
   る光結合モジュール。
2. （２）前記第２のパッケージ内の前記第１のパッケージ
   を断熱材で覆うことを特徴とする請求項１記載の光結合
   モジュール。
3. （３）前記第１のパッケージは熱伝導率が０．８Ｊ／ｃ
   ｍ・ｓ・ｋ以上の部材であることを特徴とする請求項１
   または請求項２記載の光結合モジュール。
4. （４）前記第１のパッケージ内に前記第１の温度制御素
   子と独立した第２の温度制御素子を設置したことを特徴
   とする請求項１または請求項２または請求項３記載の光
   結合モジュール。