WO2018151101A1 - 光モジュール - Google Patents

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WO2018151101A1
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麻衣子 有賀
悠太 石毛
真木 岩間
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古河電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an optical module.
  • Patent Documents 1 to 3 high output is realized by using an integrated semiconductor laser element in which a semiconductor laser and a semiconductor optical amplifier (SOA) are integrated.
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • semiconductor lasers and SOAs have been driven at high currents for higher output, and the heat generation of integrated semiconductor laser elements has increased.
  • the amount of heat generated by the element increases, and it may be difficult to perform appropriate temperature adjustment (mainly by cooling) using the thermoelectric element. Therefore, a structure has been proposed in which the semiconductor laser and the SOA are separated into separate elements, and the temperature is adjusted with separate thermoelectric elements (see Patent Document 4).
  • unnecessary light that is not used for a specific purpose such as stray light
  • an optical module such as a laser module
  • a photodiode (PD) for monitoring the intensity of laser light is arranged inside the laser module to control the operation of the laser module
  • monitoring accuracy is improved by inputting stray light as noise light to the PD. May decrease.
  • the intensity of stray light is increased, so that the deterioration in monitor accuracy becomes more remarkable. Therefore, in order to reduce such unnecessary light, a technique has been disclosed in which a member that absorbs or scatters unnecessary light is provided in the housing of the optical module, or a coating that absorbs unnecessary light is applied (Patent Document). (See 5-7).
  • the surface of the coating is a smooth surface, part of unnecessary light may be reflected and reduction of unnecessary light may be insufficient.
  • the coating agent is an organic substance, outgas is generated due to heat generation due to absorption of unnecessary light, and the optical characteristics may be affected by adhesion of a gas material to an optical element such as a lens.
  • the lifetime of the element may be affected by the adhesion of a gas material to the laser element.
  • the intensity of the stray light absorbed by the coating agent is high, the organic matter may be burned or strongly oxidized due to heat generation, and may be damaged.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an optical module capable of realizing reduction of unnecessary light inside.
  • an optical module includes a housing and an optical element that is disposed in the housing and emits light into the housing.
  • a partial region of the inner surface of the housing is a light reflection reducing region that absorbs the light and is processed to be a rough surface.
  • the optical module according to one aspect of the present invention is characterized in that the light reflection reducing region constitutes a surface of a lid of the casing.
  • the optical module according to an aspect of the present invention is characterized in that the lid includes a Fe—Ni—Co alloy or aluminum oxide.
  • the base of the light reflection reduction region of the lid is gold plating
  • the inner surface of the housing located around the light reflection reduction region is gold plated It is characterized by.
  • An optical module includes a housing, an optical element that is disposed in the housing and emits light in the housing, and a member that is disposed in the housing.
  • a partial region of the surface is a light reflection reduction region that is processed to absorb the light and have a rough surface.
  • the optical module according to an aspect of the present invention is characterized in that the member is a support element that supports the optical element.
  • the apparatus further includes another optical element disposed inside the casing, and the member supports the another optical element.
  • the optical module according to an aspect of the present invention is characterized in that the support member includes aluminum oxide, aluminum nitride, boron nitride, copper, or silicon.
  • the optical module according to one aspect of the present invention is characterized in that the optical element is a semiconductor laser element or a semiconductor optical amplifier.
  • the optical module according to an aspect of the present invention is characterized in that the light reflection reducing region is surface-treated by irradiating a laser beam on the inner surface of the casing or the surface of the support element. To do.
  • the optical module according to one aspect of the present invention is characterized in that the laser beam is a pulsed laser beam.
  • the optical module according to an aspect of the present invention is characterized in that the reflectance of the light reflection reducing region is ⁇ 10 dB or less at the wavelength of the light.
  • FIG. 1A is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical module according to Embodiment 1.
  • FIG. 1B is a schematic diagram illustrating the configuration of the optical module according to the first embodiment.
  • FIG. 1C is a schematic diagram illustrating a configuration of the optical module according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical module according to the second embodiment.
  • FIG. 2B is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical module according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a PD carrier.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical module according to the third embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical module according to the fourth embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical module according to the fifth embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical module according to the sixth embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical module according to the seventh embodiment.
  • FIG. 1A to 1C are schematic views showing the configuration of a semiconductor laser module that is an optical module according to Embodiment 1.
  • the semiconductor laser module 100 includes a housing 1 having a lid 1a. 1B, the semiconductor laser module 100 includes a submount 2, a laser element 3, a collimator lens 4, a beam splitter 5, and a light beam disposed in the housing 1.
  • An isolator 6, a condenser lens 7, a submount 8, an SOA 9, a beam splitter 10, a PD 12 supported by a PD carrier 11, an etalon filter 13, and a PD 15 supported by a PD carrier 14 are provided.
  • the housing 1 has a lid 1a, a bottom plate 1b, and a side wall 1c.
  • the side wall 1c on the right side of the paper is provided with a holder 1d that houses the condenser lens 16 and into which one end of the optical fiber 17 is inserted and fixed.
  • the housing 1 is sealed so that the inside has an airtight structure.
  • the bottom plate 1b is made of a material having high thermal conductivity such as copper tungsten (CuW), copper molybdenum (CuMo), and aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • Other portions of the housing 1 (the lid 1a, the side wall portion 1c, the holder portion 1d, etc.) are made of a material having a low thermal expansion coefficient, such as Fe—Ni—Co alloy, aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • the submount 2 mounts the laser element 3, and conducts heat of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), boron nitride (BN), copper (Cu), silicon (Si), or the like. Made of high rate material.
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • AlN aluminum nitride
  • BN boron nitride
  • Cu copper
  • Si silicon
  • the laser element 3 may include a plurality of semiconductor lasers and an optical combiner that can combine laser beams output from the plurality of semiconductor lasers.
  • the laser element 3 is controlled by the controller and can change the wavelength of the laser light L1 output from the laser element 3 by switching the semiconductor laser to be operated among the plurality of semiconductor lasers and changing the temperature of the semiconductor laser. it can.
  • the wavelength of the laser beam L1 is a wavelength within a wavelength band (for example, 1520 nm to 1620 nm) used for optical communication.
  • the configuration of the laser element 3 is not limited to this, and for example, a configuration of a vernier type wavelength tunable laser may be provided.
  • the laser element 3 may be a DFB laser, a DR laser, a DBR laser, or a Fabry-Perot laser.
  • the collimating lens 4 is disposed on the laser light output side (front side) of the laser element 3.
  • the collimating lens 4 converts the laser light L1 output from the laser element 3 into parallel light.
  • the submount 2 and the collimating lens 4 are placed on the bottom plate 1b via a carrier placed on a thermoelectric element such as a Peltier element.
  • a thermoelectric element such as a Peltier element.
  • the temperature of the thermoelectric element can be adjusted by heating or cooling the laser element 3 via the submount 2.
  • the carrier is made of a material having high thermal conductivity such as aluminum oxide, aluminum nitride, boron nitride, copper, or silicon.
  • the beam splitter 5 is, for example, a half mirror, and transmits most of the laser light L1 converted into parallel light by the collimating lens 4 to be input to the optical isolator 6, and a part of the laser light L1 (laser light L2). Reflected toward PD12.
  • the optical isolator 6 allows the laser beam L1 input from the beam splitter 5 to pass to the condenser lens 7 side, and prevents light from passing from the condenser lens 7 side to the beam splitter 5 side. This prevents return light (ASE (Amplified Spontaneous Emission) light generated by the reflected light or the SOA 9) from being input to the laser element 3. This contributes to the stability of the operation of the laser element 3 and to the narrowing of the line width of the laser light L1.
  • the condensing lens 7 condenses and inputs the laser light L1 that has passed through the optical isolator 6 to the SOA 9.
  • the submount 8 mounts the SOA 9 and is made of a material having high thermal conductivity such as aluminum oxide, aluminum nitride, boron nitride, copper, or silicon.
  • the SOA 9 is provided separately from the laser element 3.
  • the SOA 9 amplifies the laser beam L1 input by the condenser lens 7 and outputs it. At this time, the SOA 9 is supplied with a drive current by the controller and optically amplifies the laser light L1 so as to have a desired light intensity.
  • the condensing lens 16 condenses and optically couples the laser light L1 optically amplified by the SOA 9 onto the optical fiber 17.
  • the optical fiber 17 transmits the laser beam L1 to a predetermined device or the like.
  • the beam splitter 10 is disposed between the beam splitter 5 and the PD 12.
  • the beam splitter 10 is, for example, a half mirror, and transmits most of the laser light L2 reflected by the beam splitter 5 to be input to the PD 12, and reflects a part of the laser light L2 (laser light L3) to the etalon filter 13.
  • PD 12 detects the intensity of the laser beam L2, and outputs an electrical signal corresponding to the detected intensity to the controller.
  • the etalon filter 13 has a periodic transmission characteristic (transmission wavelength characteristic) with respect to the wavelength, and selectively transmits the laser light L3 reflected by the beam splitter 10 with a transmittance according to the transmission wavelength characteristic. Input to PD15.
  • the PD 15 detects the intensity of the laser light L3 that has passed through the etalon filter 13, and outputs an electrical signal corresponding to the detected intensity to the controller.
  • the beam splitters 5 and 10, the optical isolator 6, the condensing lens 7, the submount 8, and the PD carriers 11 and 14 are mounted on the bottom plate 1 b via carriers mounted on thermoelectric elements such as Peltier elements. .
  • thermoelectric elements such as Peltier elements.
  • the temperature of the SOA 9 can be adjusted by heating or cooling the SOA 9 via the submount 8.
  • the carrier is made of a material having high thermal conductivity such as aluminum oxide, aluminum nitride, boron nitride, copper, or silicon.
  • the intensities of the laser beams L2 and L3 detected by the PDs 12 and 15 are used for wavelength lock control by the controller (control for setting the laser beam L1 output from the laser element 3 to a desired wavelength).
  • the controller determines that the ratio of the intensity of the laser light L2 detected by the PD 12 and the intensity of the laser light L3 detected by the PD 15 and transmitted through the etalon filter 13 is the laser light. Control is performed to change the drive current and temperature of the laser element 3 so that the intensity and wavelength of L1 become a ratio when the desired intensity and wavelength are obtained. Thereby, the wavelength of the laser beam L1 can be controlled to a desired wavelength (lock wavelength).
  • FIG. 1C is a diagram showing the inner surface (inner surface) of the housing 1 of the lid 1a.
  • the lid 1a is obtained by performing gold (Au) plating on the inner surface of a plate-like member made of a material having a low thermal expansion coefficient, such as an Fe—Ni—Co alloy or aluminum oxide.
  • the inner surface of the lid 1a is composed of a welding region 1aa, a convex region 1ab, and a light reflection reducing region 1ac.
  • the welding region 1aa is a region for welding the lid 1a and the upper end surface of the side wall 1c of the housing 1 to hermetically seal the inside of the housing 1.
  • Gold plating is also applied to the upper end surface of the side wall 1c of the housing 1, and the lid 1a and the side wall 1c are joined by seam welding using welding of gold.
  • the convex region 1ab is a region protruding from the welding region 1aa.
  • the convex region 1ab facilitates alignment when the lid 1a is attached to the housing 1.
  • the light reflection reduction region 1ac is a partial region of the inner surface of the lid 1a constituting the inner surface of the housing 1, and is a partial region in the convex region 1ab.
  • the light reflection reduction region 1ac is a region formed by processing the convex region 1ab so as to absorb light and have a rough surface. Therefore, the base of the light reflection reduction region 1ac is gold plating, and the convex region 1ab located around the light reflection reduction region 1ac is gold plated.
  • the laser element 3 and the SOA 9 are arranged as optical elements that emit light into the housing 1.
  • the laser element 3 outputs a laser beam L1.
  • a part of the laser light L1 is reflected in the housing 1 and becomes stray light.
  • the SOA 9 emits ASE light in a wavelength band including the wavelength of the laser light L1, but the ASE light is emitted in all directions and is reflected to become stray light.
  • the cause of the generation of stray light is a metal surface or white surface existing inside the housing 1.
  • the optical isolator 6 includes a metal surface on the outer periphery, and the aluminum oxide, aluminum nitride, and the like exemplified as the constituent materials of the members that are support elements such as the submounts 2 and 8, the PD carriers 11 and 14, and the carrier Boron nitride is often close to white.
  • the inner surface of the lid 1 is gold-plated, the reflectance of light is high and stray light is likely to be generated.
  • the semiconductor laser module 100 since the semiconductor laser module 100 has the light reflection reducing region 1ac in a part of the inner surface of the lid 1a constituting the inner surface of the housing 1, the light emitted from the optical element is not reflected in the light reflection reducing region. When it reaches 1ac, it is absorbed there, and since it is a rough surface, the light absorptance is higher than in the case of a smooth surface, and the light is scattered and dispersed. As a result, the intensity of stray light is reduced.
  • the light reflection reduction region 1ac includes a laser element 3, a collimator lens 4, a beam splitter 5, an optical isolator 6, a condenser lens 7, an SOA 9, a beam splitter 10, a PD carrier 11, a PD 12, an etalon filter 13, a PD carrier 14, and a PD 15 Is formed above.
  • the light reflection reducing region 1ac is preferably formed by irradiating the surface of the gold plating on the inner surface of the lid 1a with a laser beam for processing.
  • a chemical reaction such as oxidation occurs and the film becomes blackish, so that the light absorption coefficient is increased and the surface is roughened.
  • the phenomenon that the light absorption coefficient is increased and the surface is roughened as described above occurs even when the thickness of the gold plating is several ⁇ m. What is necessary is just to set the wavelength and intensity
  • the formation region of the light reflection reduction region 1ac can be set arbitrarily and with high accuracy. This is suitable for forming the light reflection reduction region 1ac.
  • the light reflection reduction region 1ac can be more reliably formed so as not to be applied to the welding region 1aa.
  • the coating agent may protrude into the welded area of the lid. Such protrusions cause poor welding. When poor welding occurs, the sealing of the housing becomes insufficient and leakage occurs, which may reduce the manufacturing yield of the semiconductor laser module.
  • the light reflection reduction region 1ac is obtained by processing the constituent material itself of the lid 1a, an additional member is unnecessary, and an increase in component cost can be prevented. Further, since the organic resin is not used as a raw material unlike the coating agent, even when the intensity of stray light is high, it does not cause damage due to burning or strong oxidation loss when irradiated.
  • pulsed laser light when pulsed laser light is used as the processing laser light, heat generated on the irradiated surface due to irradiation of the pulsed laser light is likely to diffuse, preventing the irradiated surface from being heated and causing excessive processing or damage. can do.
  • the wavelength, peak power, and duty ratio of the pulse laser beam By adjusting the wavelength, peak power, and duty ratio of the pulse laser beam, an excessive temperature rise on the irradiated surface can be suppressed, and a suitable process can be realized.
  • irregularities having a period (about 0.5 ⁇ m to 1.5 ⁇ m) reflecting the wavelength of the laser beam can be formed on the irradiation surface, It is suitable from the viewpoint of roughening.
  • the semiconductor laser module 100 As described above, in the semiconductor laser module 100 according to the first embodiment, it is possible to suitably realize reduction of stray light inside the housing 1.
  • FIG. 2A and 2B are schematic views illustrating a configuration of a semiconductor laser module that is an optical module according to the second embodiment.
  • the semiconductor laser module 100A according to the second embodiment has a configuration in which the housing 1 is replaced with the housing 1A and the submount 8 is replaced with the submount 8A in the configuration of the semiconductor laser module 100 according to the first embodiment.
  • the housing 1A has a configuration in which the lid 1a of the housing 1 is replaced with a lid 1Aa.
  • FIG. 2A is a diagram showing a state in which the lid 1Aa is deleted
  • FIG. 2B is a diagram showing an inner surface of the lid 1Aa.
  • the submount 8A is made of a material having high thermal conductivity such as aluminum oxide, aluminum nitride, boron nitride, copper, or silicon.
  • the submount 8A has a light reflection reducing region 8Aa on a part of the surface thereof, that is, on both sides of the region on which the SOA 9 is placed with respect to the traveling direction of the laser light L1.
  • the light reflection reduction region 8Aa is a region formed by processing the surface of the submount 8A so as to absorb light and be a rough surface.
  • the SOA 9 emits ASE light or the like as stray light SL1 as indicated by a broken line.
  • stray light SL1 is absorbed by the light reflection reducing region 8Aa, reflection by the submount 8A is reduced. As a result, stray light is reduced.
  • the SOA chip 9 is joined to the submount 8A by junction down, the stray light absorption effect is remarkable.
  • the characteristics such as the surface roughness and the formation method of the light reflection reduction region 8Aa are the same as those of the light reflection reduction region 1ac in the lid 1a of the first embodiment.
  • the submount 8A having the light reflection reduction region 8Aa can be manufactured.
  • the lid 1Aa is obtained by applying gold plating to the inner surface of a plate-like member made of a material having a low thermal expansion coefficient such as an Fe—Ni—Co alloy or aluminum oxide.
  • the inner surface of the lid 1Aa is composed of a welding region 1aa, a convex region 1ab, and a light reflection reducing region 1Aac.
  • the area of the light reflection reduction region 1Aac is smaller than that of the light reflection reduction region 1ac in the lid 1a.
  • the light reflection reduction region 1Aac is not formed above the laser element 3, but the collimating lens 4, the beam splitter 5, the optical isolator 6, the condensing lens 7, the SOA 9, the beam splitter 10, and the PD carrier. 11, PD 12, etalon filter 13, PD carrier 14, and PD 15 are formed above.
  • elements other than PD 12 and 15 are likely to generate stray light to PD 12 and 15. Therefore, it is effective from the viewpoint of reducing stray light that the light reflection reduction region 1Aac exists only above these elements.
  • the PD 12 is an optical element different from the optical element that emits light.
  • a PD carrier 11A as shown in FIG. 3 may be used.
  • a part of the surface thereof, that is, the periphery of the region supporting the PD 12 is a light reflection reduction region 11Aa.
  • the light reflection reduction region 11Aa is a region formed by processing the surface of the PD carrier 11A to absorb light and to be a rough surface.
  • the light reflection reduction region 11Aa is mainly irradiated, so that stray light is reduced.
  • the beam diameter of light incident on the PD is often designed to be larger than the light receiving diameter of the PD.
  • the reflected light from the PD carrier often causes stray light.
  • the amount of stray light due to the reflected light from the PD carrier is also large. Therefore, it is effective to adopt the configuration shown in FIG.
  • the PD carrier 11A is a small component, the light reflection reduction region 11Aa can be formed with high positional accuracy at a desired position by irradiation with a processing laser.
  • the PD carrier 14 may be replaced with a PD carrier having a light reflection reduction region as in the PD carrier 11A.
  • the PD carrier may be replaced with one in which a light reflection reduction region is formed like the PD carrier 11A.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of a semiconductor laser module that is an optical module according to the third embodiment, and illustrates a state in which a lid is removed.
  • the semiconductor laser module 100B according to the third embodiment has a configuration in which the housing 1A is replaced with the housing 1B and the submount 2 is replaced with the submount 2B in the configuration of the semiconductor laser module 100A according to the second embodiment.
  • the housing 1B has a configuration in which the side wall 1c of the housing 1A is replaced with the side wall 1Bc.
  • the submount 2B is made of a material having high thermal conductivity such as aluminum oxide, aluminum nitride, boron nitride, copper, silicon, etc., like the submount 2.
  • the submount 2B has a light reflection reduction region on a part of the surface thereof, that is, the rear side of the region on which the laser element 3 is placed (the side opposite to the output end of the laser light L1 of the laser element 3). 2Ba.
  • the light reflection reduction region 2Ba is a region formed by processing so that the surface of the submount 2B absorbs light and is a rough surface.
  • the laser element 3 emits laser light as stray light SL2 from the rear end face as indicated by a broken line.
  • the stray light SL2 is absorbed and scattered by the light reflection reducing region 2Ba, reflection by the submount 2B is reduced. As a result, stray light is reduced.
  • the characteristics such as the surface roughness and the formation method of the light reflection reduction region 2Ba are the same as those of the light reflection reduction region 8Aa in the submount 8A.
  • the side wall 1Bc is made of a material having a low coefficient of thermal expansion, such as an Fe—Ni—Co alloy or aluminum oxide, but a part of the surface of the side wall 1Bc is a light reflection reduction region 1Bca, 1Bcb.
  • the light reflection reduction region 1Bca is a region on the side surface side of the submount 8A, and is formed in a region opposite to the side where the etalon filter 13 and the like are disposed.
  • the stray light SL1 reaches the light reflection reduction region 1Bca.
  • reflection by the side wall portion 1Bc is reduced. As a result, stray light is reduced.
  • the light reflection reduction region 1Bcb is formed in the rear region of the submount 2B. Although the stray light SL2 reaches the light reflection reduction region 1Bcb, since the stray light SL2 is absorbed and scattered by the light reflection reduction region 1Bcb, reflection by the side wall portion 1Bc is reduced. As a result, stray light is reduced.
  • the characteristics such as the surface roughness of the light reflection reduction regions 1Bca and 1Bcb and the formation method are the same as those of the light reflection reduction region 1ac in the lid 1a of the first embodiment.
  • energy is given to the surface of the Fe—Ni—Co alloy or aluminum oxide by irradiating the surface of the side wall portion made of Fe—Ni—Co alloy or aluminum oxide by irradiating the surface with a processing laser beam.
  • a chemical reaction occurs to increase the light absorption coefficient and roughen the surface.
  • side wall part 1Bc which has light reflection reduction area
  • the housing 1B in the semiconductor laser module 100B has the lid 1Aa, but may be replaced with the lid 1a shown in FIG. 1C.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of a semiconductor laser module that is an optical module according to the fourth embodiment, in a state in which a lid is removed.
  • the semiconductor laser module 100C according to the fourth embodiment replaces the housing 1B with the housing 1C in the configuration of the semiconductor laser module 100B according to the third embodiment, and condenses the lens 7, the submount 8A, the SOA 9, the beam splitter 10, and the etalon.
  • the filter 13, the PD carrier 14, and the PD 15 are deleted.
  • the housing 1C has a configuration in which the side wall 1Bc of the housing 1B is replaced with the side wall 1Cc.
  • the semiconductor laser module 100C does not perform wavelength lock control, and the electrical signal output from the PD 12 is used to perform constant output control of the laser element 3.
  • the side wall 1Cc is made of a material having a low coefficient of thermal expansion, such as an Fe—Ni—Co alloy or aluminum oxide, but a part of the surface of the side wall 1Cc is a light reflection reduction region 1Ccb.
  • the light reflection reduction region 1Ccb is formed in the rear region of the submount 2B. Although the stray light SL2 reaches the light reflection reduction region 1Ccb, since the stray light SL2 is absorbed and scattered by the light reflection reduction region 1Ccb, reflection by the side wall portion 1Cc is reduced. As a result, stray light is reduced.
  • the characteristics such as the surface roughness of the light reflection reduction region 1Ccb and the formation method are the same as those of the light reflection reduction regions 1Bca and 1Bcb in the side wall 1Bc of the third embodiment.
  • the lid of the housing 1C in the semiconductor laser module 100C a lid similar to the lid 1a shown in FIG. 1C, the lid 1Aa shown in FIG. 2B, or the like can be applied.
  • the light reflection reduction region of the lid may be formed above the laser element 3, the collimating lens 4, the beam splitter 5, the optical isolator 6, the PD carrier 11, and the PD 12, or may be formed above the laser element 3. It does not have to be.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration of a semiconductor laser module that is an optical module according to the fifth embodiment, and illustrates a state in which a lid is removed.
  • the semiconductor laser module 100D according to the fifth embodiment in the configuration of the semiconductor laser module 100A according to the second embodiment, the casing 1A is replaced with the casing 1D, the submount 2 is replaced with the submount 2D, and the laser element 3 is replaced with the laser element. It has a configuration replaced with 3D.
  • the housing 1D has a configuration in which the side wall 1c of the housing 1A is replaced with the side wall 1Dc.
  • the laser element 3D is an element having a configuration in which a laser unit 3Da having the same configuration as the laser device 3 and an SOA unit 3Db having the same configuration as the SOA 9 are integrated, and outputs the laser beam L1 from the SOA unit 3Db. .
  • the submount 2D mounts the laser element 3D, and, like the submount 2, is aluminum oxide or aluminum nitride. It consists of material with high thermal conductivity, such as boron nitride, copper, and silicon.
  • the submount 2D has a light reflection reduction region on a part of the surface thereof, that is, the rear side of the region on which the laser device 3D is placed (the side opposite to the output end of the laser light L1 of the laser device 3D). 2 Da.
  • the submount 2D has light reflection reduction regions 2Db on both sides of the SOA portion 3Db with respect to the traveling direction of the laser light L1.
  • the light reflection reduction regions 2Da and 2Db are regions formed by processing the surface of the submount 2D to absorb light and to be a rough surface.
  • the SOA unit 3Db emits stray light SL3 as indicated by a broken line, but the stray light SL3 is absorbed and scattered by the light reflection reduction region 2Db. Further, the laser unit 3Da emits stray light SL4, but the stray light SL4 is absorbed and scattered by the light reflection reduction region 2Da. Thereby, reflection by submount 2D is reduced. As a result, stray light is reduced.
  • the characteristics such as the surface roughness and the formation method of the light reflection reduction regions 2Da and 2Db are the same as those of the light reflection reduction region 8Aa in the submount 8A.
  • the side wall 1Dc is made of a material having a low thermal expansion coefficient such as an Fe—Ni—Co alloy or aluminum oxide, but a part of the surface of the side wall 1Dc is a light reflection reduction region 1Dca, 1Dcb.
  • the light reflection reduction region 1Dca is a region on the side surface side of the submount 2D, and is formed in a region opposite to the side where the etalon filter 13 or the like is disposed.
  • the stray light SL3 reaches the light reflection reduction region 1Dca. However, since the stray light SL3 is absorbed and scattered by the light reflection reduction region 1Dca, reflection by the side wall portion 1Dc is reduced. As a result, stray light is reduced.
  • the light reflection reduction region 1Dcb is formed in the rear region of the submount 2D.
  • the stray light SL4 reaches the light reflection reduction region 1Dcb, since the stray light SL4 is absorbed and scattered by the light reflection reduction region 1Dcb, reflection by the side wall portion 1Dc is reduced. As a result, stray light is reduced.
  • the characteristics such as the surface roughness of the light reflection reduction regions 1Dca and 1Dcb and the formation method are the same as in the case of the light reflection reduction region 1ac in the lid 1a of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical receiver module that is an optical module according to the sixth embodiment, and illustrates a state in which a lid is removed.
  • the optical receiving module 100E is used in a communication system using a coherent modulation method.
  • the optical receiving module 100E includes a housing 1E.
  • the housing 1E is provided with two holder portions 1Ed into which one ends of the optical fibers 21 and 22 are inserted and fixed.
  • the optical receiving module 100E includes a carrier 20 as a support element disposed at the bottom in the housing 1E. Further, the optical receiving module 100E includes collimating lenses 23 and 24, beam splitters 25 and 26, PD 28 supported by the PD carrier 27, PD 30 supported by the PD carrier 29, and a polarization beam mounted on the carrier 20. Splitters (PBS) 31, 34, beam splitters 32, 33, condensing lenses 35, 36, waveguide-type 90-degree hybrid elements 37, 38, balanced PDs 39a, 39b, an electric amplifier 40 connected thereto, and a balance PDs 41a and 41b and an electric amplifier 42 connected thereto.
  • the carrier 20 is made of a material having high thermal conductivity such as aluminum oxide, aluminum nitride, boron nitride, copper, or silicon.
  • the optical fiber 21 introduces local oscillation light LL, which is linearly polarized, into the housing 1E.
  • the collimating lens 23 converts the local oscillation light LL into parallel light.
  • the beam splitter 25 transmits most of the local oscillation light LL and reflects part of it toward the PD 28.
  • the PBS 31 separates the local oscillation light LL into X polarization and Y polarization.
  • the X polarization of the local oscillation light LL passes through the beep splitter 33 and is collected by the condenser lens 35 and input to the 90-degree hybrid element 37.
  • the Y polarization of the local oscillation light LL is reflected by the beam splitter 32, passes through the PBS 34, is collected by the condenser lens 36, and is input to the 90-degree hybrid element 38.
  • the optical fiber 22 introduces the signal light SL, which has an arbitrary polarization, for example, polarization multiplexed quaternary phase modulation (DP-QPSK), into the housing 1E.
  • the collimating lens 24 converts the signal light SL into parallel light.
  • the beam splitter 26 transmits most of the signal light SL and reflects a part thereof toward the PD 30.
  • the beam splitter 32 passes the signal light SL.
  • the PBS 34 separates the signal light SL into X polarization and Y polarization.
  • the X polarization of the signal light SL is reflected by the PBS 34, further reflected by the beep splitter 33, condensed by the condenser lens 35, and input to the 90-degree hybrid element 37.
  • the Y polarization of the signal light SL passes through the PBS 34, is collected by the condenser lens 36, and is input to the 90-degree hybrid element 38.
  • the 90-degree hybrid element 37 causes the X polarization of the local oscillation light LL and the X polarization of the signal light SL to interfere with each other and outputs the interference light to the balanced PDs 39a and 39b.
  • the 90-degree hybrid element 38 causes the Y polarization of the local oscillation light LL to interfere with the Y polarization of the signal light SL, and outputs the interference light to the balanced PDs 41a and 41b.
  • the balanced PDs 39a, 39b, 41a, 41b can receive the interference light to separate the I channel and the Q channel of the modulation signal and extract them as electrical signals.
  • the extracted electric signals are output to the electric amplifiers 40 and 42, amplified, and output to the optical signal processing device.
  • the 90-degree hybrid elements 37 and 38 uncoupled light that is not coupled to the waveguide among the local oscillation light LL and the signal light SL is output as stray light SL5. That is, the 90-degree hybrid elements 37 and 38 are optical elements that emit light into the housing 1E.
  • the light reflection reduction region 20a is a region formed by processing the surface of the carrier 20 so as to absorb light and be a rough surface. Since the stray light SL5 is absorbed and scattered by the light reflection reduction region 20a, reflection by the carrier 20 is reduced. As a result, stray light is reduced.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical fiber termination module that is an optical module according to the seventh embodiment.
  • the optical fiber termination module 100F includes a housing 1F and an optical fiber 51 that is an optical element having one end disposed in the housing 1F.
  • the housing 1F is made of a material having high thermal conductivity such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), boron nitride (BN), copper (Cu), silicon (Si), and the like.
  • the optical fiber 51 constitutes a terminal portion such as a fiber laser or an optical fiber amplifier, and emits high-power light L4 into the housing 1F.
  • the light L4 is unnecessary light and is light to be processed to be processed by the optical fiber termination module 100F.
  • a light reflection reduction region 1Fa is formed on a part of the inner surface of the housing 1F.
  • the light reflection reduction region 1Fa is a region formed by processing the inner surface of the housing 1F so as to absorb 15% or more of incident light and to be a rough surface. Therefore, when the light L4 emitted from the optical fiber 51 reaches the light reflection reduction region 1Fa, the light L4 is absorbed there, and the light is scattered and dispersed due to the rough surface.
  • the light reflection reduction region 1Fa is formed on a part of the inner surface of the housing 1F, the light L4 that has not been irradiated to the light reflection reduction region 1Fa is not absorbed and becomes reflected light RL, which is subjected to multiple reflections.
  • the light reflection reduction region 1Fa absorbs the light L4 and rises in temperature, but the region other than the light reflection reduction region 1Fa does not absorb light and therefore does not rise in temperature.
  • the heat generated in the light reflection reduction region 1Fa can be diffused to a region other than the light reflection reduction region 1Fa, so that the temperature of the light reflection reduction region 1Fa increases excessively and the processing performance of the light L4 decreases. Is suppressed.
  • each of the above-described light reflection reduction regions is preferably ⁇ 10 dB or less at the wavelength of stray light or light to be processed.

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Abstract

筐体と、前記筐体内に配置され、前記筐体内に光を放出する光学要素と、を備え、前記筐体の内側の表面の一部の領域は、前記光を吸収し、かつ粗面であるように処理されている光反射低減領域である光モジュール。好ましくは、前記光反射低減領域は前記筐体の蓋の表面を構成している。好ましくは、前記蓋はFe-Ni-Co合金または酸化アルミニウムを含む。好ましくは、前記蓋の前記光反射低減領域の下地は金メッキであり、前記光反射低減領域の周囲に位置する前記筐体の内面には金メッキが施されている。

Description

光モジュール
 本発明は、光モジュールに関するものである。
 通信用光源としてのレーザモジュールにおいて、特許文献1~3に示されたように、半導体レーザと半導体光増幅器(SOA)とを集積した集積型半導体レーザ素子を用いて、高出力化を実現しているものがある(特許文献1~3参照)。近年、さらなる高出力のために半導体レーザもSOAも高電流で駆動させるようになっており、集積型半導体レーザ素子の発熱が大きくなってきている。この場合、集積型半導体レーザ素子では素子の発熱量が大きくなって熱電素子による適切な温度調整(主に冷却による)が困難になる場合がある。そこで、半導体レーザとSOAとを分離して別個の素子とし、それぞれを別個の熱電素子で温度調整する構造が提案されてきている(特許文献4参照)。
 一方、レーザモジュールなどの光モジュールの内部で、迷光等の、特定の用途に供されない不要光が発生し、光モジュールの動作に悪影響を及ぼす場合がある。たとえば、レーザモジュールの内部に、レーザモジュールの動作を制御するためにレーザ光の強度をモニタするフォトダイオード(PD)が配置されている場合、迷光がノイズ光としてPDに入力することでモニタ精度が低下する場合がある。特に、高出力なレーザモジュールにおいては、迷光の強度も高くなるので、モニタ精度の低下はより顕著になる。そこで、このような不要光を低減するために、光モジュールの筐体内に不要光を吸収または散乱する部材を設けたり、不要光を吸収するコーティングを施したりする技術が開示されている(特許文献5~7参照)。
特開2006-216791号公報 特開2006-216695号公報 米国特許第9054480号明細書 国際公開第2013/180291号 特開2001-154067号公報 特許第4253027号公報 特開2016-189430号公報
 しかしながら、光モジュールの筐体内にコーティングを施す技術では、コーティングの表面が平滑面である場合、不要光の一部が反射され、不要光の低減が不十分になるおそれがある。さらに、コーティング剤が有機物である場合、不要光の吸収による発熱によってアウトガスが発生し、レンズ等の光学素子へのガス材の付着によって光特性に影響を与える場合がある。あるいはレーザ素子へのガス材の付着によって素子寿命に影響を与える場合がある。また、コーティング剤が吸収した迷光の強度が高い場合、発熱によって有機物の焼損や強い酸化が起きて破損する場合もある。一方、光モジュールの筐体内に不要光を吸収または散乱する部材を設ける技術では、追加の部材が必要となるため、部品コストの向上が発生するおそれがある。このため、光モジュールの内部での不要光を低減するためのより好適な技術が求められていた。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、内部での不要光の低減を実現できる光モジュールを提供することを目的とする。
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光モジュールは、筐体と、前記筐体内に配置され、前記筐体内に光を放出する光学要素と、を備え、前記筐体の内側の表面の一部の領域は、前記光を吸収し、かつ粗面であるように処理されている光反射低減領域であることを特徴とする。
 本発明の一態様に係る光モジュールは、前記光反射低減領域は前記筐体の蓋の表面を構成していることを特徴とする。
 本発明の一態様に係る光モジュールは、前記蓋はFe-Ni-Co合金または酸化アルミニウムを含むことを特徴とする。
 本発明の一態様に係る光モジュールは、前記蓋の前記光反射低減領域の下地は金メッキであり、前記光反射低減領域の周囲に位置する前記筐体の内面には金メッキが施されていることを特徴とする。
 本発明の一態様に係る光モジュールは、筐体と、前記筐体内に配置され、前記筐体内に光を放出する光学要素と、前記筐体内に配置された部材と、を備え、前記部材の表面の一部の領域が、前記光を吸収し、かつ粗面であるように処理されている光反射低減領域であることを特徴とする。
 本発明の一態様に係る光モジュールは、前記部材は前記光学要素を支持する支持要素であることを特徴とする。
 前記筐体内部に配置された別の光学要素をさらに備え、前記部材は前記別の光学要素を支持していることを特徴とする。
 本発明の一態様に係る光モジュールは、前記支持部材は酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、銅、またはシリコンを含むことを特徴とする。
 本発明の一態様に係る光モジュールは、前記光学要素は半導体レーザ素子または半導体光増幅器であることを特徴とする。
 本発明の一態様に係る光モジュールは、前記光反射低減領域は、前記筐体の内側の表面または前記支持要素の表面にレーザ光を照射することにより表面処理されたものであることを特徴とする。
 本発明の一態様に係る光モジュールは、前記レーザ光はパルスレーザ光であることを特徴とする。
 本発明の一態様に係る光モジュールは、前記光反射低減領域の反射率は、前記光の波長において-10dB以下であることを特徴とする。
 本発明によれば、光モジュールの内部での不要光の低減を実現できるという効果を奏する。
図1Aは、実施形態1に係る光モジュールの構成を示す模式図である。 図1Bは、実施形態1に係る光モジュールの構成を示す模式図である。 図1Cは、実施形態1に係る光モジュールの構成を示す模式図である。 図2Aは、実施形態2に係る光モジュールの構成を示す模式図である。 図2Bは、実施形態2に係る光モジュールの構成を示す模式図である。 図3は、PDキャリアの構成例を示す模式図である。 図4は、実施形態3に係る光モジュールの構成を示す模式図である。 図5は、実施形態4に係る光モジュールの構成を示す模式図である。 図6は、実施形態5に係る光モジュールの構成を示す模式図である。 図7は、実施形態6に係る光モジュールの構成を示す模式図である。 図8は、実施形態7に係る光モジュールの構成を示す模式図である。
 以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
(実施形態1)
 図1A~1Cは、実施形態1に係る光モジュールである半導体レーザモジュールの構成を示す模式図である。図1Aに側面図を示すように、半導体レーザモジュール100は、蓋1aを有する筐体1を備えている。また、図1Bに蓋1aを削除した状態の図を示すように、半導体レーザモジュール100は、筐体1内に配置された、サブマウント2、レーザ素子3、コリメートレンズ4、ビームスプリッタ5、光アイソレータ6、集光レンズ7、サブマウント8、SOA9、ビームスプリッタ10、PDキャリア11に支持されたPD12、エタロンフィルタ13、及びPDキャリア14に支持されたPD15を備えている。
 筐体1は、蓋1aと、底板1bと、側壁部1cとを有している。紙面右側の側壁部1cには、集光レンズ16を収容し、かつ光ファイバ17の一端が挿通固定されるホルダ部1dが設けられている。筐体1は内部が気密構造となるように封止されている。底板1bは銅タングステン(CuW)、銅モリブデン(CuMo)、酸化アルミニウム(Al)などの熱伝導率が高い材料からなる。筐体1のその他の部分(蓋1a、側壁部1c、ホルダ部1d等)はFe-Ni-Co合金、酸化アルミニウム(Al)などの熱膨張係数が低い材料からなる。
 サブマウント2は、レーザ素子3を載置するものであり、酸化アルミニウム(Al)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ホウ素(BN)、銅(Cu)、シリコン(Si)などの熱伝導率が高い材料からなる。
 レーザ素子3は、たとえば波長可変レーザ素子の場合は、複数の半導体レーザと、複数の半導体レーザから出力されたレーザ光を合流させることができる光合流器とを備えることがある。この場合、レーザ素子3は、制御器によって制御され、複数の半導体レーザのうち動作させる半導体レーザの切り替えおよび半導体レーザの温度変化によってレーザ素子3から出力されるレーザ光L1の波長を変化させることができる。レーザ光L1の波長は光通信用に用いられる波長帯(たとえば1520nm~1620nm)内の波長である。ただし、レーザ素子3の構成はこれに限られず、たとえばバーニア型の波長可変レーザの構成を備えていてもよい。また、レーザ素子3は、DFBレーザ、DRレーザ、DBRレーザ、ファブリペローレーザの場合もある。
 コリメートレンズ4は、レーザ素子3のレーザ光出力側(前方側)に配置されている。コリメートレンズ4は、レーザ素子3から出力されたレーザ光L1を平行光に変換する。
 サブマウント2およびコリメートレンズ4は、ペルチェ素子等の熱電素子に載置されたキャリアを介して底板1bに載置されている。熱電素子は、制御器によって駆動電流を供給されることによって、サブマウント2を介してレーザ素子3を加熱または冷却してその温度を調節することができる。キャリアは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、銅、またはシリコンなどの熱伝導率が高い材料からなる。
 ビームスプリッタ5は、たとえばハーフミラーであり、コリメートレンズ4により平行光とされたレーザ光L1の大部分を透過して光アイソレータ6に入力させるとともに、レーザ光L1の一部(レーザ光L2)をPD12に向けて反射させる。
 光アイソレータ6は、ビームスプリッタ5から入力されたレーザ光L1を集光レンズ7側に通過させ、かつ、集光レンズ7側からビームスプリッタ5側への光の通過を阻止する。これによって、レーザ素子3に戻り光(反射光やSOA9が発生するASE(Amplified Spontaneous Emission)光)が入力されることが防止される。このことは、レーザ素子3の動作の安定に寄与するとともに、レーザ光L1の狭線幅化に寄与する。
 集光レンズ7は、光アイソレータ6を通過したレーザ光L1をSOA9に集光して入力させる。
 サブマウント8は、SOA9を載置するものであり、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、銅、シリコンなどの熱伝導率が高い材料からなる。
 SOA9は、レーザ素子3とは分離して設けられている。SOA9は、集光レンズ7によって入力されたレーザ光L1を光増幅して出力する。このとき、SOA9は、制御器によって駆動電流を供給され、レーザ光L1が所望の光強度になるように光増幅する。
 集光レンズ16は、SOA9によって光増幅されたレーザ光L1を光ファイバ17に集光して光結合させる。光ファイバ17はレーザ光L1を所定の装置等まで伝送する。
 ビームスプリッタ10は、ビームスプリッタ5とPD12との間に配置されている。ビームスプリッタ10は、たとえばハーフミラーであり、ビームスプリッタ5が反射したレーザ光L2の大部分を透過してPD12に入力させるとともに、レーザ光L2の一部(レーザ光L3)をエタロンフィルタ13に反射させる。
 PD12は、レーザ光L2の強度を検出し、検出された強度に応じた電気信号を制御器に出力する。
 エタロンフィルタ13は、波長に対して周期的な透過特性(透過波長特性)を有し、その透過波長特性に応じた透過率で、ビームスプリッタ10が反射したレーザ光L3を選択的に透過してPD15に入力する。PD15は、エタロンフィルタ13を透過したレーザ光L3の強度を検出し、検出された強度に応じた電気信号を制御器に出力する。
 ビームスプリッタ5、10、光アイソレータ6、集光レンズ7、サブマウント8、およびPDキャリア11、14は、ペルチェ素子等の熱電素子に載置されたキャリアを介して底板1bに載置されている。熱電素子は、制御器によって駆動電流を供給されることによって、サブマウント8を介してSOA9を加熱または冷却してその温度を調節することができる。キャリアは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、銅、シリコンなどの熱伝導率が高い材料からなる。
 PD12、15によって検出されたレーザ光L2、L3の強度は、制御器による波長ロック制御(レーザ素子3から出力されるレーザ光L1を所望の波長にするための制御)に用いられる。
 具体的には、波長ロック制御では、制御器は、PD12によって検出されたレーザ光L2の強度と、PD15によって検出された、エタロンフィルタ13透過後のレーザ光L3の強度との比が、レーザ光L1の強度及び波長が所望の強度及び波長になるときの比になるように、レーザ素子3の駆動電流と温度とを変化させる制御をする。これにより、レーザ光L1の波長を所望の波長(ロック波長)に制御することができる。
 図1Cは、蓋1aの筐体1の内部側の表面(内面)を示す図である。蓋1aは、Fe-Ni-Co合金、酸化アルミニウムなどの熱膨張係数が低い材料からなる板状部材の内面に金(Au)メッキを施したものである。蓋1aの内面は、溶接領域1aaと凸領域1abと光反射低減領域1acとで構成されている。溶接領域1aaは、蓋1aと、筐体1の側壁部1cの上端面とを溶接し、筐体1の内部を気密封止するための領域である。筐体1の側壁部1cの上端面にも金メッキが施されており、蓋1aと側壁部1cとは金同士の溶接を利用したシーム溶接で接合されている。
 凸領域1abは溶接領域1aaに対して突出している領域である。凸領域1abにより、蓋1aを筐体1に取り付ける際の位置合わせが容易になる。
 光反射低減領域1acは、筐体1の内面を構成する蓋1aの内面の一部の領域であって、凸領域1ab内の一部領域である。光反射低減領域1acは、凸領域1abが、光を吸収し、かつ粗面であるように処理されて形成された領域である。したがって、光反射低減領域1acの下地は金メッキであり、光反射低減領域1acの周囲に位置する凸領域1abには金メッキが施されている。
 ここで、半導体レーザモジュール100の筐体1の内部には、筐体1内に光を放出する光学要素としてレーザ素子3やSOA9が配置されている。レーザ素子3はレーザ光L1を出力する。レーザ光L1は筐体1内でその一部が反射して迷光となる。また、SOA9はレーザ光L1の波長を含む波長帯のASE光を放出するが、ASE光はあらゆる方向に放出され、これらが反射して迷光となる。迷光を発生させる原因としては、筐体1の内部に存在する金属面や白色面である。たとえば、光アイソレータ6は外周に金属面を含んでおり、また、サブマウント2、8、PDキャリア11、14、キャリアなどの支持要素である部材の構成材料として例示される酸化アルミニウムや窒化アルミニウムや窒化ホウ素は白色に近いことが多い。
 また、蓋1の内面は、金メッキが施されているため、光の反射率が高くなっており、迷光を発生させやすい。
 これに対して、半導体レーザモジュール100には、筐体1の内面を構成する蓋1aの内面の一部に光反射低減領域1acがあるため、上記光学要素から放出された光は光反射低減領域1acに到達するとそこで吸収され、かつ粗面であることによって平滑面である場合と比較して光吸収率が高くなり、かつ光は散乱されて分散するため、反射率が低い領域である。その結果、迷光の強度が低減される。
 光反射低減領域1acは、レーザ素子3、コリメートレンズ4、ビームスプリッタ5、光アイソレータ6、集光レンズ7、SOA9、ビームスプリッタ10、PDキャリア11、PD12、エタロンフィルタ13、PDキャリア14、及びPD15の上方に形成されている。これにより、これらの要素のうちPD12、15以外が発するまたは反射した光が蓋1a側に進行した場合に光反射低減領域1acに到達しやすくなり、光反射低減領域1acによって低減されやすくなる。
 光反射低減領域1acの表面粗さについては、たとえばJIS B 0601:2000で定義されている算術平均粗さRaが0.05μm≦Ra≦10μmの範囲であることが好ましい。0.05μm≦Raであれば光吸収率向上および光反射量低減の効果が好適に発揮される。また、算術平均粗さRaが大きすぎると、粗面化された領域内に局所的に平坦面が存在する場合があり、その平坦面で光が反射されるおそれがある。しかし、Ra≦10μmであればそのような平坦面が存在する可能性が十分に低くなる。
 光反射低減領域1acは、蓋1aの内面の金メッキの表面に、処理用レーザ光を照射して表面処理することにより形成することが好ましい。処理用レーザ光により金メッキの表面にエネルギーが与えられると、酸化等の化学反応が生じて黒みを帯びるため、光の吸収係数が高まり、かつ粗面化される。なお、このように光の吸収係数が高まり、かつ粗面化される現象は、金メッキの厚さが数μmでも生じる。処理用レーザ光の波長および強度は、表面処理すべき材料に応じて、所望の吸収係数および表面粗さの状態となるように設定すればよい。
 また、処理用レーザ光を照射して表面処理することにより光反射低減領域1acを形成する場合、光反射低減領域1acの形成領域を任意かつ高精度に設定することができるので、所望の領域に光反射低減領域1acを形成する上で好適である。たとえば、光反射低減領域1acを、溶接領域1aaに掛からないように形成することがより確実にできる。一方、たとえば迷光の低減のためにコーティングを施す場合、コーティング剤が蓋の溶接領域にまではみ出してしまう場合がある。このようなはみ出しは溶接不良の原因となる。溶接不良が起こると、筐体の封止が不十分となってリークが発生し、半導体レーザモジュールの製造歩留まりが低下する場合がある。
 また、光反射低減領域1acは蓋1aの構成材料そのものを処理したものなので、追加の部材は不要であり、部品コストの向上を防止することができる。さらには、コーティング剤のように有機樹脂を原料とするものではないので、迷光の強度が高い場合でも、照射された場合に焼損や強い酸化損を起こして破損するということもない。
 また、処理用レーザ光としてパルスレーザ光を用いると、パルスレーザ光の照射によって照射面に発生する熱が拡散しやすくなるので、照射面が加熱されて過度の処理や破損が発生することを防止することができる。パルスレーザ光の波長やピークパワーやデューティー比を調整することで照射面の過度の温度上昇を抑制し、好適な処理を実現することができる。また、本発明者らの検討によれば、処理用レーザ光としてパルスレーザ光を用いると、照射面にレーザ光の波長を反映した周期(0.5μm~1.5μm程度)の凹凸ができ、粗面化の観点から好適である。
 以上説明したように、実施形態1に係る半導体レーザモジュール100では、筐体1の内部での迷光の低減を好適に実現できる。
(実施形態2)
 図2A、2Bは、実施形態2に係る光モジュールである半導体レーザモジュールの構成を示す模式図である。実施形態2に係る半導体レーザモジュール100Aは、実施形態1に係る半導体レーザモジュール100の構成において、筐体1を筐体1Aに置き換え、サブマウント8をサブマウント8Aに置き換えた構成を有する。筐体1Aは、筐体1の蓋1aを蓋1Aaに置き換えた構成を有する。
 図2Aは蓋1Aaを削除した状態の図であり、図2Bは蓋1Aaの内面を示す図である。サブマウント8Aは、サブマウント8と同様に、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、銅、シリコンなどの熱伝導率が高い材料からなる。また、サブマウント8Aは、その表面の一部の領域、すなわち、レーザ光L1の進行方向に対してSOA9を載置する領域の両側が、光反射低減領域8Aaとなっている。光反射低減領域8Aaは、サブマウント8Aの表面が、光を吸収し、かつ粗面であるように処理されて形成された領域である。
 SOA9は、破線で示すように、ASE光等を迷光SL1として放出するが、迷光SL1は光反射低減領域8Aaによって吸収されるため、サブマウント8Aによる反射が低減される。その結果迷光が低減される。特に、SOAチップ9がサブマウント8Aにジャンクションダウンで接合されている場合、迷光吸収効果は顕著である。光反射低減領域8Aaの表面粗さ等の特性や形成方法については、実施形態1の蓋1aにおける光反射低減領域1acの場合と同様である。たとえば、酸化アルミニウムからなるサブマウントの表面に、処理用レーザ光を照射して表面処理することにより、酸化アルミニウムの表面にエネルギーが与えられ、化学反応が生じて光の吸収係数が高まり、かつ粗面化される。これにより、光反射低減領域8Aaを有するサブマウント8Aを作製できる。
 また、蓋1Aaは、蓋1aと同様に、Fe-Ni-Co合金、酸化アルミニウムなどの熱膨張係数が低い材料からなる板状部材の内面に金メッキを施したものである。蓋1Aaの内面は、溶接領域1aaと凸領域1abと光反射低減領域1Aacとで構成されている。
 ここで、光反射低減領域1Aacの面積は、蓋1aにおける光反射低減領域1acよりも面積が小さい。具体的には、光反射低減領域1Aacは、レーザ素子3の上方には形成されておらず、コリメートレンズ4、ビームスプリッタ5、光アイソレータ6、集光レンズ7、SOA9、ビームスプリッタ10、PDキャリア11、PD12、エタロンフィルタ13、PDキャリア14、及びPD15の上方に形成されている。これらのうちPD12、15以外の要素は、PD12、15に対して迷光を発生させやすい。そのため、これらの要素の上方のみに光反射低減領域1Aacを存在させることが迷光の低減の観点から効果的である。
 なお、たとえばPD12は、光を放出する光学要素とは別の光学要素である。PD12を支持するPDキャリア11に換えて、図3のようなPDキャリア11Aを用いてもよい。PDキャリア11Aは、その表面の一部の領域、すなわち、PD12を支持する領域の周囲が、光反射低減領域11Aaとなっている。光反射低減領域11Aaは、PDキャリア11Aの表面が、光を吸収し、かつ粗面であるように処理されて形成された領域である。これにより、PD12に入射させるべきレーザ光L2がPD12の周囲のPDキャリア11Aの表面に照射されたとしても、主に光反射低減領域11Aaに照射されることとなるため、迷光が低減される。一般に、位置あわせ精度を高めるために、PDに入射する光のビーム径はPDの受光径よりも大きく設計されている場合が多い。しかし、本発明者らの検討結果によれば、PDキャリアでの反射光が迷光の原因になることが多いことが確認された。特に、高出力化がすすめられると、PDキャリアでの反射光による迷光量も大きいため、図3のような構成とし、PDキャリアでの迷光低減施策を行うことは効果的である。なお、PDキャリア11Aは小型の部品であるが、処理用レーザの照射によれば所望の位置に位置精度高く光反射低減領域11Aaを形成できる。また、PDキャリア14についても、PDキャリア11Aのように光反射低減領域を形成したものに置き換えてもよい。また、以下の実施形態においても、PDキャリアをPDキャリア11Aのように光反射低減領域を形成したものに置き換えてもよい。
(実施形態3)
 図4は、実施形態3に係る光モジュールである半導体レーザモジュールの構成を示す模式図であり、蓋を削除した状態の図である。実施形態3に係る半導体レーザモジュール100Bは、実施形態2に係る半導体レーザモジュール100Aの構成において、筐体1Aを筐体1Bに置き換え、サブマウント2をサブマウント2Bに置き換えた構成を有する。筐体1Bは、筐体1Aの側壁部1cを側壁部1Bcに置き換えた構成を有する。
 サブマウント2Bは、サブマウント2と同様に、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、銅、シリコンなどの熱伝導率が高い材料からなる。また、サブマウント2Bは、その表面の一部の領域、すなわち、レーザ素子3を載置する領域の後側(レーザ素子3のレーザ光L1の出力端とは反対側)が、光反射低減領域2Baとなっている。光反射低減領域2Baは、サブマウント2Bの表面が、光を吸収し、かつ粗面であるように処理されて形成された領域である。
 レーザ素子3は、破線で示すように、後端面からレーザ光を迷光SL2として放出するが、迷光SL2は光反射低減領域2Baによって吸収、散乱されるため、サブマウント2Bによる反射が低減される。その結果迷光が低減される。光反射低減領域2Baの表面粗さ等の特性や形成方法については、サブマウント8Aにおける光反射低減領域8Aaの場合と同様である。
 また、側壁部1Bcは、Fe-Ni-Co合金または酸化アルミニウムなどの熱膨張係数が低い材料からなるが、その表面の一部の領域が光反射低減領域1Bca、1Bcbとなっている。
 光反射低減領域1Bcaは、サブマウント8Aの側面側の領域であって、エタロンフィルタ13等が配置された側とは反対側の領域に形成されている。光反射低減領域1Bcaには迷光SL1が到達するが、迷光SL1は光反射低減領域1Bcaによって吸収、散乱されるため、側壁部1Bcによる反射が低減される。その結果迷光が低減される。
 光反射低減領域1Bcbは、サブマウント2Bの後側の領域に形成されている。光反射低減領域1Bcbには迷光SL2が到達するが、迷光SL2は光反射低減領域1Bcbによって吸収、散乱されるため、側壁部1Bcによる反射が低減される。その結果迷光が低減される。
 光反射低減領域1Bca、1Bcbの表面粗さ等の特性や形成方法については、実施形態1の蓋1aにおける光反射低減領域1acの場合と同様である。たとえば、Fe-Ni-Co合金または酸化アルミニウムからなる側壁部の表面に、処理用レーザ光を照射して表面処理することにより、Fe-Ni-Co合金または酸化アルミニウムの表面にエネルギーが与えられ、化学反応が生じて光の吸収係数が高まり、かつ粗面化される。これにより、光反射低減領域1Bca、1Bcbを有する側壁部1Bcを作製できる。
 なお、半導体レーザモジュール100Bにおける筐体1Bは蓋1Aaを有するが、図1Cに示す蓋1aに置き換えてもよい。
(実施形態4)
 図5は、実施形態4に係る光モジュールである半導体レーザモジュールの構成を示す模式図であり、蓋を削除した状態の図である。実施形態4に係る半導体レーザモジュール100Cは、実施形態3に係る半導体レーザモジュール100Bの構成において、筐体1Bを筐体1Cに置き換え、集光レンズ7、サブマウント8A、SOA9、ビームスプリッタ10、エタロンフィルタ13、PDキャリア14、PD15を削除した構成を有する。筐体1Cは、筐体1Bの側壁部1Bcを側壁部1Ccに置き換えた構成を有する。
 半導体レーザモジュール100Cは、波長ロック制御を行うものではなく、PD12が出力した電気信号は、レーザ素子3の出力一定制御を行うために用いられる。
 また、側壁部1Ccは、Fe-Ni-Co合金または酸化アルミニウムなどの熱膨張係数が低い材料からなるが、その表面の一部の領域が光反射低減領域1Ccbとなっている。
 光反射低減領域1Ccbは、サブマウント2Bの後側の領域に形成されている。光反射低減領域1Ccbには迷光SL2が到達するが、迷光SL2は光反射低減領域1Ccbによって吸収、散乱されるため、側壁部1Ccによる反射が低減される。その結果迷光が低減される。
 光反射低減領域1Ccbの表面粗さ等の特性や形成方法については、実施形態3の側壁部1Bcにおける光反射低減領域1Bca、1Bcbの場合と同様である。
 なお、半導体レーザモジュール100Cにおける筐体1Cの蓋としては、図1Cに示す蓋1aや図2Bに示す蓋1Aaなどと同様な蓋を適用することができる。この蓋の光反射低減領域は、レーザ素子3、コリメートレンズ4、ビームスプリッタ5、光アイソレータ6、PDキャリア11、及びPD12の上方に形成してもよいし、レーザ素子3の上方には形成しなくてもよい。
(実施形態5)
 図6は、実施形態5に係る光モジュールである半導体レーザモジュールの構成を示す模式図であり、蓋を削除した状態の図である。実施形態5に係る半導体レーザモジュール100Dは、実施形態2に係る半導体レーザモジュール100Aの構成において、筐体1Aを筐体1Dに置き換え、サブマウント2をサブマウント2Dに置き換え、レーザ素子3をレーザ素子3Dに置き換えた構成を有する。筐体1Dは、筐体1Aの側壁部1cを側壁部1Dcに置き換えた構成を有する。
レーザ素子3Dは、レーザ素子3と同様の構成を有するレーザ部3Daと、SOA9と同様の構成を有するSOA部3Dbとが集積した構成を有する素子であり、SOA部3Dbからレーザ光L1を出力する。
 サブマウント2Dは、レーザ素子3Dを載置するものであり、サブマウント2と同様に、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム。窒化ホウ素、銅、シリコンなどの熱伝導率が高い材料からなる。また、サブマウント2Dは、その表面の一部の領域、すなわち、レーザ素子3Dを載置する領域の後側(レーザ素子3Dのレーザ光L1の出力端とは反対側)が、光反射低減領域2Daとなっている。さらに、サブマウント2Dは、レーザ光L1の進行方向に対してSOA部3Dbの両側が、光反射低減領域2Dbとなっている。光反射低減領域2Da、2Dbは、サブマウント2Dの表面が、光を吸収し、かつ粗面であるように処理されて形成された領域である。
 SOA部3Dbは、破線で示すように、迷光SL3を放出するが、迷光SL3は光反射低減領域2Dbによって吸収、散乱される。また、レーザ部3Daは、迷光SL4を放出するが、迷光SL4は光反射低減領域2Daによって吸収、散乱される。これにより、サブマウント2Dによる反射が低減される。その結果迷光が低減される。光反射低減領域2Da、2Dbの表面粗さ等の特性や形成方法については、サブマウント8Aにおける光反射低減領域8Aaの場合と同様である。
 また、側壁部1Dcは、Fe-Ni-Co合金あるいは酸化アルミニウムなどの熱膨張係数が低い材料からなるが、その表面の一部の領域が光反射低減領域1Dca、1Dcbとなっている。
 光反射低減領域1Dcaは、サブマウント2Dの側面側の領域であって、エタロンフィルタ13等が配置された側とは反対側の領域に形成されている。光反射低減領域1Dcaには迷光SL3が到達するが、迷光SL3は光反射低減領域1Dcaによって吸収、散乱されるため、側壁部1Dcによる反射が低減される。その結果迷光が低減される。
 光反射低減領域1Dcbは、サブマウント2Dの後側の領域に形成されている。光反射低減領域1Dcbには迷光SL4が到達するが、迷光SL4は光反射低減領域1Dcbによって吸収、散乱されるため、側壁部1Dcによる反射が低減される。その結果迷光が低減される。光反射低減領域1Dca、1Dcbの表面粗さ等の特性や形成方法については、実施形態1の蓋1aにおける光反射低減領域1acの場合と同様である。
(実施形態6)
 図7は、実施形態6に係る光モジュールである光受信モジュールの構成を示す模式図であり、蓋を削除した状態の図である。光受信モジュール100Eは、コヒーレント変調方式を用いた通信システムにおいて使用されるものである。光受信モジュール100Eは、筐体1Eを備えている。筐体1Eには、光ファイバ21、22の一端がそれぞれ挿通固定される2つのホルダ部1Edが設けられている。
 光受信モジュール100Eは、筐体1E内の底部に配置された支持要素としてのキャリア20を備える。さらに、光受信モジュール100Eは、キャリア20上に載置された、コリメートレンズ23、24、ビームスプリッタ25、26、PDキャリア27に支持されたPD28、PDキャリア29に支持されたPD30、偏波ビームスプリッタ(PBS)31、34、ビームスプリッタ32、33、集光レンズ35、36、導波路型の90度ハイブリッド素子37、38、バランスドPD39a、39bとこれらに接続された電気アンプ40、及びバランスドPD41a、41bとこれらに接続された電気アンプ42を備えている。キャリア20は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、銅、シリコンなどの熱伝導率が高い材料からなる。
 光ファイバ21は、直線偏波である局部発振光LLを筐体1E内に導入する。コリメートレンズ23は局部発振光LLを平行光に変換する。ビームスプリッタ25は局部発振光LLの大部分を透過し、一部をPD28に向けて反射させる。PBS31は、局部発振光LLをX偏波とY偏波に分離する。局部発振光LLのX偏波はビープスプリッタ33を通過して集光レンズ35によって集光され、90度ハイブリッド素子37に入力される。一方、局部発振光LLのY偏波はビームスプリッタ32により反射され、PBS34を通過して集光レンズ36によって集光され、90度ハイブリッド素子38に入力される。
 一方、光ファイバ22は、任意の偏波である、たとえば偏波多重四値位相変調(DP-QPSK)された信号光SLを筐体1E内に導入する。コリメートレンズ24は信号光SLを平行光に変換する。ビームスプリッタ26は信号光SLの大部分を透過し、一部をPD30に向けて反射させる。ビームスプリッタ32は信号光SLを通過させる。PBS34は、信号光SLをX偏波とY偏波に分離する。信号光SLのX偏波はPBS34により反射され、さらにビープスプリッタ33により反射された後に集光レンズ35によって集光され、90度ハイブリッド素子37に入力される。一方、信号光SLのY偏波はPBS34を通過し、集光レンズ36によって集光され、90度ハイブリッド素子38に入力される。
 90度ハイブリッド素子37は、局部発振光LLのX偏波と信号光SLのX偏波とを干渉させてその干渉光をバランスドPD39a、39bに出力する。一方、90度ハイブリッド素子38は、局部発振光LLのY偏波と信号光SLのY偏波とを干渉させてその干渉光をバランスドPD41a、41bに出力する。バランスドPD39a、39b、41a、41bでは、干渉光を受光することによって、変調信号のIチャネルとQチャネルとを分離して、電気信号として取り出すことができる。取り出された電気信号は電気アンプ40、42にそれぞれ出力されて増幅され、光信号処理装置に出力される。
 ここで、90度ハイブリッド素子37、38では、局部発振光LLや信号光SLのうち導波路に結合しなかった非結合光が迷光SL5として出力される。すなわち、90度ハイブリッド素子37、38は、筐体1E内に光を放出する光学要素である。
 これに対して、キャリア20の表面の一部の領域、すなわち、90度ハイブリッド素子37、38を載置する領域の両側が、光反射低減領域20aとなっている。光反射低減領域20aは、キャリア20の表面が、光を吸収し、かつ粗面であるように処理されて形成された領域である。迷光SL5は光反射低減領域20aによって吸収、散乱されるため、キャリア20による反射が低減される。その結果迷光が低減される。
(実施形態7)
 図8は、実施形態7に係る光モジュールである光ファイバ終端処理モジュールの構成を示す模式図である。光ファイバ終端処理モジュール100Fは、筐体1Fと、その一端が筐体1F内に配置された光学要素である光ファイバ51とを備える。筐体1Fは酸化アルミニウム(Al)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ホウ素(BN)、銅(Cu)、シリコン(Si)などの熱伝導率が高い材料からなる。光ファイバ51は、たとえばファイバレーザや光ファイバアンプなどの終端部を構成しており、筐体1F内に高いパワーの光L4を放出する。光L4は不要光であり、光ファイバ終端処理モジュール100Fで処理すべき被処理光である。
 ここで、筐体1Fの内面の一部には、光反射低減領域1Faが形成されている。光反射低減領域1Faは、筐体1Fの内面が、入射光の15%以上を吸収し、かつ粗面であるように処理されて形成された領域である。そのため、光ファイバ51から放出された光L4が光反射低減領域1Faに到達するとそこで吸収され、かつ粗面であることによって光は散乱されて分散するため、反射率が低い領域である。また、光反射低減領域1Faは、筐体1Fの内面の一部に形成されているため、光反射低減領域1Faに照射されなかった光L4は吸収されず、反射光RLとなり、多重反射して光反射低減領域1Faに到達し、吸収される。この場合、光反射低減領域1Faは光L4を吸収して温度上昇するが、光反射低減領域1Fa以外の領域は光を吸収しないため温度上昇しない。その結果、光反射低減領域1Faで発生した熱は光反射低減領域1Fa以外の領域に拡散することができるので、光反射低減領域1Faが過度に温度上昇してしまい、光L4の処理能力が低下することが抑制される。
 なお、上述した各光反射低減領域の反射率は、迷光や被処理光の波長において-10dB以下であることが好ましい。
 なお、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
1、1A、1B、1C、1D、1E、1F 筐体
1a、1Aa 蓋
1ac、1Aac、1Bca、1Bcb、1Ccb、1Dca、1Dcb、1Fa、2Ba、2Da、2Db、8Aa、11Aa、20a 光反射低減領域
1c、1Bc、1Cc、1Dc 側壁部
1d、1Ed ホルダ部
1aa 溶接領域
1ab 凸領域
1b 底板
2、2B、2D サブマウント
3、3D レーザ素子
3Da レーザ部
3Db SOA部
4、23、24 コリメートレンズ
5 ビームスプリッタ
6 光アイソレータ
7、16、35、36 集光レンズ
8、8A サブマウント
9 SOA
10、25、26、32、33 ビームスプリッタ
11、11A、14、27、29 PDキャリア
12、15、18、30 PD
13 エタロンフィルタ
17、21、22、51 光ファイバ
20 キャリア
31、34 PBS
37、38 90度ハイブリッド素子
39a、39b、41a、41b バランスドPD
40、42 電気アンプ
100、100A、100B、100C、100D 半導体レーザモジュール
100E 光受信モジュール
100F 光ファイバ終端処理モジュール
L1、L2、L3 レーザ光
L4 光
LL 局部発振光
RL 反射光
SL 信号光
SL1、SL2、SL3、SL4、SL5 迷光

Claims (12)

  1.  筐体と、
     前記筐体内に配置され、前記筐体内に光を放出する光学要素と、
     を備え、
     前記筐体の内側の表面の一部の領域は、前記光を吸収し、かつ粗面であるように処理されている光反射低減領域であることを特徴とする光モジュール。
  2.  前記光反射低減領域は前記筐体の蓋の表面を構成していることを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。
  3.  前記蓋はFe-Ni-Co合金または酸化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項2に記載の光モジュール。
  4.  前記蓋の前記光反射低減領域の下地は金メッキであり、前記光反射低減領域の周囲に位置する前記筐体の内面には金メッキが施されていることを特徴とする請求項2または3に記載の光モジュール。
  5.  筐体と、
     前記筐体内に配置され、前記筐体内に光を放出する光学要素と、
     前記筐体内に配置された部材と、
     を備え、
     前記部材の表面の一部の領域が、前記光を吸収し、かつ粗面であるように処理されている光反射低減領域であることを特徴とする光モジュール。
  6.  前記部材は前記光学要素を支持する支持要素であることを特徴とする請求項5に記載の光モジュール。
  7.  前記筐体内部に配置された別の光学要素をさらに備え、
     前記部材は前記別の光学要素を支持していることを特徴とする請求項5に記載の光モジュール。
  8.  前記支持部材は酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、銅、またはシリコンを含むことを特徴とする請求項5~7のいずれか一つに記載の光モジュール。
  9.  前記光学要素は半導体レーザ素子または半導体光増幅器であることを特徴とする請求項1~8のいずれか一つに記載の光モジュール。
  10.  前記光反射低減領域は、前記筐体の内側の表面または前記支持要素の表面にレーザ光を照射することにより表面処理されたものであることを特徴とする請求項1~9のいずれか一つに記載の光モジュール。
  11.  前記レーザ光はパルスレーザ光であることを特徴とする請求項10に記載の光モジュール。
  12.  前記光反射低減領域の反射率は、前記光の波長において-10dB以下であることを特徴とする請求項1~11のいずれか一つに記載の光モジュール。
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