JPH11281826A

JPH11281826A - 光モジュール

Info

Publication number: JPH11281826A
Application number: JP8725498A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kawashima; 洋志川島; Isao Oyama; 功大山; Toshihiko Ota; 寿彦太田; Kazuki Watanabe; 万記渡辺
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】表面に光の導波路が形成された導波路部材の
温度を一定に保持することが可能な光モジュールを提供
する。【解決手段】表面に光の導波路２ｄが形成された導波
路部材２と、導波路部材に設けられるペルチェ素子４と
を有する光モジュール１。導波路部材２は、少なくとも
表面と裏面とを覆う熱伝導性を有する伝熱部材３を介し
てペルチェ素子４が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面に光の導波路
が形成された光モジュール、例えば、光波長多重通信に
用いられるアレー導波路回折格子型の光モジュールに関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信においては、伝送容量を飛
躍的に増加させるため、光周波数多重通信の研究開発が
盛んである。伝送容量を増加させるためには、波長間隔
が可能な限り小さい光を合分波できる光モジュールが必
要とされ、このような光モジュールとして表面に光の導
波路が形成された光モジュール、例えば、アレー導波路
回折格子を用いた光合分波器が知られている（光スイッ
チング技術研究会，PST91-48, 1992,「アレー導波路回
折格子を用いた光合分波器」参照）。

【０００３】この光合分波器は、例えば、導波路チップ
上に、隣接する導波路相互間の光路長差ΔＬを微妙に異
ならせた複数のアレー導波路と第１及び第２のスラブ導
波路とをガラスで形成したものである。この光合分波器
においては、前記第１のスラブ導波路を介して前記複数
のアレー導波路に多重波長の光を入射させると、前記光
路長差に対応した回折光が前記第２のスラブ導波路へと
出射され、多重波長の光が分波される。

【０００４】一方、この逆に、前記第２のスラブ導波路
を介して前記複数のアレー導波路に波長の異なる種々の
光を入射させると、これらの光は、前記光路長差に対応
して合波され、前記第１のスラブ導波路へと出射され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記光モジ
ュールにおいては、光路長差の異なる複数のアレー導波
路により光を合分波している。このため、上記光モジュ
ールにおいては、複数のアレー導波路における光路長差
が温度変化によって影響を受けないよう、導波路チップ
の温度を一定に保持する必要があった。

【０００６】そこで、上記構成の従来の光モジュールに
おいては、ヒータやペルチェ素子等の温度補償手段で加
熱あるいは冷却することにより導波路チップの温度を一
定に保持すると共に、導波路チップと温度補償手段との
間にサーミスタ等の温度測定素子を有する金属やプラス
チック等の熱伝導性の良好な素材からなる均熱板を配置
している。そして、前記温度測定素子で測定した温度に
基づいて前記温度補償手段を制御手段によってフィード
バック制御等で制御し、導波路チップの温度が一定とな
るように管理していた。

【０００７】しかし、均熱板は、導波路チップと温度補
償手段との間、即ち、導波路チップの裏面にしか設けら
れていない。このため、導波路チップは、複数のアレー
導波路が形成され、周囲温度の影響を受け易い表面と、
温度制御された裏面との間で温度が異なってしまう。従
って、上記構成の従来の光モジュールは、光の導波路が
形成された表面を一定の温度に保持することが難しく、
結果的に複数の導波路相互間の光路長差に変化を生じ、
合分波される光の波長がシフトして出射される回折光の
波長が変化してしまうというという問題があった。

【０００８】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、表面に光の導波路が形成された導波路部材の温度を
一定に保持することが可能な光モジュールを提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明においては上記目
的を達成するため、表面に光の導波路が形成された導波
路部材と、前記導波路部材に設けられる温度補償手段と
を有する光モジュールであって、前記導波路部材は、少
なくとも前記表面と裏面とを覆う熱伝導性を有する伝熱
部材を介して前記温度補償手段が設けられている構成と
したのである。

【００１０】好ましくは、前記光の導波路を、光の合分
波機能を有する複数のアレー導波路とする。また好まし
くは、前記伝熱部材は、前記導波路部材との間に熱伝導
性素材を塗布する。更に好ましくは、前記伝熱部材は、
前記導波路部材との間の少なくとも一部に断熱層を形成
する。

【００１１】好ましくは、前記伝熱部材は外周を断熱材
で覆う。

【００１２】

【作用】導波路部材に少なくとも前記表面と裏面とを覆
う熱伝導性を有する伝熱部材を介して前記温度補償手段
を設けると、伝熱部材の熱伝導により、導波路部材の表
裏両面の温度差が小さく、かつ、予め設定した一定温度
に保持される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光モジュールに係
る一実施形態としてアレー導波路回折格子を用いた光合
分波器を図１乃至図６に基づいて詳細に説明する。先
ず、本発明の光モジュールの第１の実施形態について説
明すると、光合分波器１は、図１（ａ）〜（ｃ）に示す
ように、導波路チップ２、伝熱板３及びペルチエ素子４
を備えている。

【００１４】導波路チップ２は、基板２ａの表面に入力
導波路２ｂ、スラブ導波路２ｃ、複数のアレー導波路２
ｄ、スラブ導波路２ｅ及び複数の出力導波路２ｆが形成
されている。ここで、入力導波路２ｂや出力導波路２ｆ
には、例えば、多重波長の伝送光を入射あるいは出射さ
せる光コネクタや光ファイバ（共に図示せず）が、それ
ぞれ接続される。また、スラブ導波路２ｃ，２ｅは二次
元光導波路で、特にスラブ導波路２ｅは凹面光導波路で
ある。一方、複数のアレー導波路２ｄは、隣り合う導波
路２ｄ間の光路長差が僅かに異なるように形成された三
次元光導波路である。

【００１５】従って、導波路チップ２においては、入力
導波路２ｂから多重波長の伝送光を入射させると、この
伝送光は、スラブ導波路２ｃで回折され、個々のアレー
導波路２ｄに入射する。そして、各波長の光は、アレー
導波路２ｄ内を伝搬した後、スラブ導波路２ｅにより出
力導波路２ｆの一端付近に、波長ごとに異なる位置に集
光され、それぞれ異なる波長の光が対応する出力導波路
２ｆの他端から出射される。

【００１６】このとき、複数のアレー導波路２ｄは、回
折によって広がった全ての入射光を受光するのに充分な
数、例えば、１００本程で構成されている。また、接続
損失低減のため、導波路チップ２においては、複数のア
レー導波路２ｄは、スラブ導波路２ｃ，２ｅとの接続部
がテーパ状に広がるように形成されている。伝熱板３
は、導波路チップ２の表面と裏面とを覆う熱伝導性を有
する伝熱部材で、表裏両面から吸熱あるいは加熱して導
波路チップ２の表面と裏面との温度を一定に制御する。
伝熱板３は、熱伝導率の大きな銅板からなる上板３ａと
下板３ｂとを有し、両板３ａ，３ｂの中央には導波路チ
ップ２を配置する凹溝３ｃが形成されている。下板３ｂ
は、凹溝３ｃ下部に挿通孔３ｄが形成され、挿通孔３ｄ
を利用してサーミスタ５が挿着されている。

【００１７】ここで、伝熱板３は、熱伝導性を有してい
れば、前記銅の他、アルミニウム等の金属や合成樹脂を
使用することができる。また、サーミスタ５は、導波路
チップ２裏面側の温度をモニタするセンサで、温度制御
手段（ＥＣＵ）に接続され、導波路チップ２の温度を予
め設定された一定の温度に制御する。ペルチエ素子４
は、伝熱板３を介して導波路チップ２の裏面に設けられ
る温度補償手段で、前記温度制御手段に接続されてい
る。

【００１８】光合分波器１は以上のように構成され、以
下のようにして製造される。先ず、上板３ａ及び下板３
ｂの凹溝３ｃにシリコーンペーストを塗布し、導波路チ
ップ２を凹溝３ｃに接着すると共に、両板３ａ，３ｂを
前記シリコーンペーストで接着した。次に、伝熱板３の
挿通孔３ｄからサーミスタ５を挿入し、挿通孔３ｄに前
記シリコーンペーストで接着固定した。

【００１９】次いで、伝熱板３の下板３ｂ下面にペルチ
エ素子４を前記シリコーンペーストで固定し、光合分波
器１を製造した。このように、光合分波器１は、導波路
チップ２の表裏両面が熱伝導性の銅板からなる伝熱板３
で覆われ、しかも伝熱板３を介してペルチエ素子４が設
けられている。

【００２０】このため、光合分波器１は、サーミスタ５
でモニタされた導波路チップ２の裏面側の温度に基づい
て前記温度制御手段（ＥＣＵ）が導波路チップ２の温度
を予め設定された一定の温度となるように制御したと
き、上板３ａと下板３ｂとの間の熱伝導により、導波路
チップ２の表裏両面の温度差が小さく、かつ、予め設定
した一定温度に保持される。

【００２１】従って、光合分波器１は、温度変化に伴う
複数のアレー導波路２ｄ相互間の光路長差に変化を生じ
ることがなく、出射される回折光の波長が変化してしま
うという問題を回避することができる。ここで、光合分
波器１は、図２に示すように、導波路チップ２の入力導
波路２ｂと出力導波路２ｆに光ファイバ６，７を接続
し、接続部６ａ，７ａを含む導波路チップ２全体を上板
８ａと下板８ｂとを有し、凹溝８ｃが形成された伝熱板
８で覆ってもよい。

【００２２】次に、本発明の光モジュールの第２の実施
形態について説明する。光合分波器１０は、図３（ａ）
〜（ｃ）に示すように、導波路チップ１１、伝熱容器１
２及びペルチエ素子１３を備えている。ここで、導波路
チップ１１及びペルチエ素子１３は、光合分波器１の導
波路チップ２及びペルチエ素子４と構成が同一なので、
図中対応する構成部分に対応する符号を付すことにより
詳細な説明を省略する。

【００２３】伝熱容器１２は、熱伝導率の大きな銅板か
らなる箱で、導波路チップ１１の全体を覆って表裏両面
から吸熱あるいは加熱し、導波路チップ１１の表面と裏
面との温度を一定に制御する。伝熱容器１２は、両側に
開口１２ａが、幅方向一側に挿通孔１２ｂが、それぞれ
形成されている。伝熱容器１２は、内部に温度制御媒体
が蓄えられ、挿通孔１２ｂからサーミスタ１４が挿着さ
れている。

【００２４】ここで、前記温度制御媒体は、例えば、導
波路チップ１１の温度を予め制御しようとする一定温度
付近に融点を有し、熱伝導率の大きな素材を使用する。
この他、前記温度制御媒体は、熱伝導率が大きく、導波
路チップ１１の表裏両面の温度差を小さく、かつ、導波
路チップ１１を予め設定した一定温度に保持できれば、
ペースト状，ゲル状あるいは液体等の流動性を有する物
質を使用することができる。

【００２５】光合分波器１０は以上のように構成され、
以下のようにして製造される。先ず、導波路チップ１１
を開口１２ａから伝熱容器１２内に挿入し、左右両側の
開口１２ａから外部へ突出させる。次に、両側の開口１
２ａを接着剤で密封し、挿通孔１２ｂから溶解させた温
度制御媒体を注入して伝熱容器１２内部の導波路チップ
１１全体を浸漬する。

【００２６】次いで、挿通孔１２ｂからサーミスタ１４
を挿入し、挿通孔１２ｂにシリコーンペーストで接着固
定した。しかる後、伝熱容器１２の下面にペルチエ素子
１３を前記シリコーンペーストで固定し、光合分波器１
０を製造した。上記のように、光合分波器１０は、導波
路チップ１１が伝熱容器１２内部の温度制御媒体に浸漬
され、伝熱容器１２を介してペルチエ素子１３が設けら
れている。

【００２７】このため、光合分波器１０は、サーミスタ
１４でモニタされた導波路チップ１１の裏面側の温度に
基づいて前記温度制御手段（ＥＣＵ）が導波路チップ１
１の温度を予め設定された一定の温度となるように制御
したとき、導波路チップ１１が予め設定した一定温度に
保持された状態では、伝熱容器１２内部の温度制御媒体
が一部凝固した状態にある。

【００２８】一方、導波路チップ１１が、この設定温度
よりも僅かに上昇すると、温度制御媒体が融解し、この
ときの融解熱（潜熱）により導波路チップ１１から熱を
吸収して設定温度となるよう制御する。そして、更に温
度が上昇し、融解熱だけでは補償しきれなくなると、サ
ーミスタ１４でモニタされた温度に基づいて前記温度制
御手段（ＥＣＵ）が導波路チップ１１の温度を予め設定
された一定の温度となるように制御する。

【００２９】これに対して、導波路チップ１１が、この
設定温度よりも僅かに下降すると、温度制御媒体が凝固
し、このときの凝固熱（潜熱）により導波路チップ１１
に熱を与えて設定温度となるよう制御する。そして、更
に温度が下降し、凝固熱だけでは補償しきれなくなる
と、サーミスタ１４でモニタされた温度に基づいて前記
温度制御手段（ＥＣＵ）が導波路チップ１１の温度を予
め設定された一定の温度となるように制御する。

【００３０】光合分波器１０においては、このようにし
て導波路チップ１１の表裏両面の温度差が小さく、か
つ、予め設定した一定温度に保持される。従って、光合
分波器１０は、温度変化に伴う複数のアレー導波路１１
ｄ相互間の光路長差に変化を生じることがなく、出射さ
れる回折光の波長が変化してしまうという問題を回避す
ることができる。

【００３１】以下、本発明の光モジュールの他の実施形
態について簡単に説明するが、各構成部材は実施形態１
の光合分波器１と構成が同一なので、図中対応する構成
部分に対応する符号を付して詳細な説明を省略し、異な
る構成部分についてのみ説明する。第３の実施形態に係
る光合分波器２０は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に、導波路チップ２１、伝熱板２２及びペルチエ素子２
３を備えている。

【００３２】光合分波器２０は、少なくとも表裏両面に
熱伝導率の高い伝熱ペーストＰHTを塗布して導波路チッ
プ２１を上板２２ａ及び下板２２ｂの凹溝２２ｃに配置
し、両板２２ａ，２２ｂをシリコーンペーストで接着
し、伝熱板２２の挿通孔２２ｄからサーミスタ２４を挿
入して前記シリコーンペーストで挿通孔２２ｄに接着
し、下板２２ｂの下面にペルチエ素子２３を前記シリコ
ーンペーストで接着固定して製造される。

【００３３】このとき、伝熱ペーストＰHTとしては、熱
伝導率が高ければ、ゲル状等の流動性を有する接着剤等
を使用することができる。従って、光合分波器２０は、
少なくとも導波路チップ２１の表裏両面に熱伝導率の高
い伝熱ペーストＰHTを塗布するので、導波路チップ２１
と伝熱板２２との間の熱伝導が一層向上し、導波路チッ
プ２１の表裏両面の温度差を小さく、かつ、予め設定し
た一定温度に保持することができる。

【００３４】また、第４の実施形態に係る光合分波器２
５は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、導波路チップ
２６、伝熱板２７及びペルチエ素子２８を備えている。
光合分波器２５は、導波路チップ２６を上板２７ａ及び
下板２７ｂの凹溝２７ｃに配置すると共に、周囲温度の
影響を受け易い少なくとも導波路チップ２６の表面と上
板２７ａとの間に、熱を遮断する空気の断熱層ＬADを形
成し、両板２７ａ，２７ｂをシリコーンペーストで接着
し、伝熱板２７の挿通孔２７ｄからサーミスタ２９を挿
入して前記シリコーンペーストで挿通孔２７ｄに接着し
た後、下板２７ｂの下面にペルチエ素子２８を前記シリ
コーンペーストで接着固定して製造される。

【００３５】このとき、断熱層ＬADとしては、例えば、
ヘリウムやアルゴン等の不活性ガス等を使用してもよ
い。従って、光合分波器２５は、周囲温度の影響を受け
易い少なくとも導波路チップ２６の表面と上板２７ａと
の間に、熱を遮断する空気の断熱層ＬADを形成するの
で、導波路チップ２１表面の温度上昇を抑えて導波路チ
ップ２１の表裏両面の温度差を小さくすることができ、
予め設定した一定温度に保持することができる。

【００３６】更に、第５の実施形態に係る光合分波器３
０は、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、導波路チップ
３１、伝熱板３２、ペルチエ素子３３及び断熱材３５を
備えている。光合分波器３０は、上板３２ａ及び下板３
２ｂの凹溝３２ｃにシリコーンペーストを塗布し、導波
路チップ３１を凹溝３２ｃに接着すると共に、両板３２
ａ，３２ｂを前記シリコーンペーストで接着する。そし
て、伝熱板３２の挿通孔３２ｄからサーミスタ３４を挿
入して前記シリコーンペーストで挿通孔３２ｄに接着
し、下板３２ｂの下面にペルチエ素子３３を前記シリコ
ーンペーストで接着固定し、伝熱板３２の外周を断熱材
３５で覆って製造される。

【００３７】従って、光合分波器３０は、伝熱板３２の
外周を断熱材３５で覆うので、熱が内部に侵入し難く、
導波路チップ３１表面の温度上昇を抑えて導波路チップ
３１の表裏両面の温度差を小さくすることができ、予め
設定した一定温度に保持することができる。ここで、上
記実施形態は、光の合分波機能を有する複数のアレー導
波路が形成された導波路チップを有する光合分波器の場
合について説明した。しかし、本発明は上記実施形態に
限定されるものはなく、表面に光の導波路が形成された
あらゆる光モジュールに適用することができる。

【００３８】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、表面に光の導
波路が形成された導波路部材の温度を一定に保持するこ
とが可能な光モジュールを提供することができる。請求
項２の発明によれば、前記光の導波路が光の合分波機能
を有する複数のアレー導波路が形成された導波路部材の
温度を一定に保持することが可能な光モジュールを提供
することができる。

【００３９】請求項３の発明によれば、導波路部材と伝
熱部材との間の熱伝導が一層向上し、導波路部材の表裏
両面の温度差を小さく、かつ、予め設定した一定温度に
保持することができる。請求項４の発明によれば、伝熱
部材と導波路部材との間の少なくとも一部に断熱層を形
成するので、導波路部材表面の温度上昇を抑えて表裏両
面の温度差を小さくすることができ、予め設定した一定
温度に保持することができる。

【００４０】請求項５の発明によれば、伝熱部材の外周
を断熱材で覆うので、熱が内部に侵入し難く、導波路部
材表面の温度上昇を抑えて導波路部材の表裏両面の温度
差を小さくすることができ、予め設定した一定温度に保
持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光モジュールの第１の実施形態に係る
光合分波器の平面図（ａ）、右側面図（ｂ）及び正面図
（ｃ）である。

【図２】図１に開示した光合分波器の変形例を示す平面
図（ａ）、右側面図（ｂ）及び正面図（ｃ）図である。

【図３】本発明の光モジュールの第２の実施形態に係る
光合分波器の平面図（ａ）、右側面図（ｂ）及び正面図
（ｃ）である。

【図４】本発明の光モジュールの第３の実施形態に係る
光合分波器の平面図（ａ）、右側面図（ｂ）及び正面図
（ｃ）である。

【図５】本発明の光モジュールの第４の実施形態に係る
光合分波器の平面図（ａ）、右側面図（ｂ）及び正面図
（ｃ）である。

【図６】本発明の光モジュールの第５の実施形態に係る
光合分波器の平面図（ａ）、右側面図（ｂ）及び正面図
（ｃ）である。

【符号の説明】

１光合分波器２導波路チップ（導波路部材）２ｄアレー導波路３伝熱板（伝熱部材）４ペルチエ素子（温度補償手段）６，７光ファイバ８伝熱板（伝熱部材）１０光合分波器１１導波路チップ（導波路部材）１１ｄアレー導波路１２伝熱容器（伝熱部材）１３ペルチエ素子（温度補償手段）２０光合分波器２１導波路チップ（導波路部材）（温度補
償手段）２１ｄアレー導波路２２伝熱板（伝熱部材）２３ペルチエ素子（温度補償手段）２５光合分波器２６導波路チップ（導波路部材）２６ｄアレー導波路２７伝熱板（伝熱部材）２８ペルチエ素子（温度補償手段）３０光合分波器３１導波路チップ（導波路部材）３１ｄアレー導波路３２伝熱板（伝熱部材）３３ペルチエ素子（温度補償手段）３５断熱材ＬAD 断熱層ＰHT 伝熱ペースト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺万記東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に光の導波路が形成された導波路部
材と、前記導波路部材に設けられる温度補償手段とを有
する光モジュールであって、前記導波路部材は、少なく
とも前記表面と裏面とを覆う熱伝導性を有する伝熱部材
を介して前記温度補償手段が設けられていることを特徴
とする光モジュール。
【請求項２】前記光の導波路が、光の合分波機能を有
する複数のアレー導波路である、請求項１の光モジュー
ル。
【請求項３】前記伝熱部材は、前記導波路部材との間
に熱伝導性素材が塗布されている、請求項１又は２の光
モジュール。
【請求項４】前記伝熱部材は、前記導波路部材との間
の少なくとも一部に断熱層が形成されている、請求項１
又は２の光モジュール。
【請求項５】前記伝熱部材は外周が断熱材で覆われて
いる、請求項１又は２の光モジュール。