JP3797940B2

JP3797940B2 - Optical transmission module and optical communication system using the same

Info

Publication number: JP3797940B2
Application number: JP2002049199A
Authority: JP
Inventors: 直樹松嶋; 和民川本
Original assignee: 日本オプネクスト株式会社
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2022-02-26
Also published as: JP2003248144A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として信号を伝送する光伝送システムあるいは光交換機に適用する光交換システム（両者を光通信システムと呼ぶ）に使用される光伝送モジュールに係り、モジュールの温度変化に起因するトラッキングエラーを補正する光伝送モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザから出射した光を光ファイバに伝送させる光伝送モジュールにおいては、半導体レーザを発光させることにより発熱し、モジュールの温度が上昇する。半導体レーザの温度が上昇すると、半導体レーザの出力特性が変動し光ファイバを伝搬する光信号の出力も変動する。この光出力の変動は光信号エラーを起こす原因となる。これを回避するため、従来の光伝送モジュールでは、半導体レーザから出射される光の出力や半導体レーザ近傍の温度をモニタし、これを基にフィードバック回路を設け半導体レーザからの光出力を常に一定にする機構を備えている。
【０００３】
また、特開平１１−３０７８７３号公報には、温度上昇による出力特性劣化の著しい半導体レーザを用いる場合は、半導体レーザ近傍をペルチェクーラー等の冷却機構により温度を一定にし、かつ光出力をモニタすることで、安定した出力の光信号を伝搬できるようにする機構を備えることが記載されている。
【０００４】
半導体レーザを発光させると、上述の通り光伝送モジュールは発熱し、その環境温度は７０〜８５℃程度となる。この温度上昇により光伝送モジュールの各部分は熱膨張を起こすが、光伝送モジュールは熱膨張係数の異なる各種部品により構成されるため、その熱膨張の形態は一様ではない。
【０００５】
次に、公知にはなっていないが、以前発明者等が開発した光伝送モジュールを図１１として示し、その問題点について説明する。
図１１は光伝送モジュールの一部断面側面図及び光結合系の側面図であり、図１１（ａ）は光伝送モジュールの一部断面側面図を、図１１（ｂ）は光結合系の側面図を示す。
図１１（ａ）に示す光伝送モジュールでは、半導体レーザ近傍が温度制御されていないため、半導体レーザ１が発光することにより、半導体レーザ１が搭載されるサブアセンブリ１２上の部品が温度上昇する。つまり、サブアセンブリ１２上に搭載されるレンズ２も温度が上昇する。なお、図において、１は半導体レーザ、２はレンズ、３は光ファイバ、１１はフォトダイオード、１３はステム、１４はモジュールパッケージ、１５は気密窓である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１１の光伝送モジュールではサブアセンブリ１２上の部品が温度上昇すると、半導体レーザ１の熱膨張係数とレンズ２のそれとが異なるため、図１１（ｂ）に示すように、半導体レーザ１の光軸とレンズの中心にずれが生じ、レンズ２通過後の光軸に傾きを発生させ、その結果光ファイバ３のコアと集束光の結像部とが位置ずれして結合効率が低下する。この位置ずれ量は、レンズ２と光ファイバ３との距離、いわゆるバックフォーカスに依存するが、条件によっては１μｍ以上になる。この位置ずれ量が大きくなると、結合効率が低下し、半導体レーザの出力をモニタすることによる光出力の補正が不可能になり、いわゆるトラッキングエラー、即ちレンズ２から出射された光のスポットが光ファイバ３のコア上に照射されなくなり、光スポットの中心が光ファイバ３のコア中心からずれると言う現象が発生する。
【０００７】
一方、半導体レーザ１近傍の温度が一定となるよう制御された光伝送モジュールに関しては、半導体レーザ１近傍における熱膨張の差は発生しないが、モジュールパッケージ１４の熱変形による光ファイバ端部の位置変動が発生する。この変動量はモジュールパッケージ１４の材料に加えてモジュールパッケージ１４を固定する台座の材料や固定方法にも依存するが、温度制御なしの場合と同等の位置ずれを起こす場合があり、やはりトラッキングエラーを引き起こす。
【０００８】
本発明の目的は、上記の問題点を解決し、トラッキングエラーを補正することによって、光の伝送が安定で信頼度の高い光伝送モジュールならびにそれを用いた光通信技術を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明では、光伝送モジュールは、発光素子と光ファイバとレンズを有し、該発光素子からの光を該レンズにより集光して該光ファイバに光結合させる光伝送モジュールであって、光伝送モジュールの温度変化に起因して発生される該レンズから出射される集束光の結像部と光ファイバ端部との位置ずれを補正する手段を備える。
【００１０】
第２の発明では、第１の発明において、該位置ずれ補正手段は、該レンズと該光ファイバとの光軸間に、屈折率温度変化の絶対値が２×１０^−５（１／℃）以上である部材を設置する。
【００１１】
第３の発明では、第１又は２の発明において、該位置ずれ補正手段は、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミドおよびこれらを主成分とするもののいずれかで構成されている。
【００１２】
第４の発明では、第１、２又は３の発明において、該位置ずれ補正手段は、平行平板又はくさび形プリズムのいれかである。
【００１３】
第５の発明では、第１乃至４のいずれかの発明において、該位置ずれ補正手段はモジュールパッケージ内を気密する気密窓に貼付されている。
【００１４】
第６の発明では、第１乃至５のいずれかに記載の光伝送モジュールを構成要素とする光通信システム。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、幾つかの実施例を用い、図を参照して説明する。
【００１６】
まず、図５を用いて、本発明の原理について説明する。
図５は本発明の原理を説明するための光伝送モジュールの光学系の側面図であり、図５（ａ）は光学系のレンズを含めた構成を、図５（ｂ）は本発明によって設けられた位置ずれ補正窓と光ファイバの個性を示す。
【００１７】
光学系は、図５（ａ）に示す通り、半導体レーザ１、レンズ２ならびに光ファイバ３からなっており、半導体レーザ１から出射した光はレンズ２によって集光され光ファイバ３端部のコア部にてビームウェストを形成する。レンズ２と光ファイバ３との間の光軸上には、屈折率温度変化の大きい部材からなる位置ずれ補正窓を設置している。この位置ずれ補正窓４の材質は例えばシリコン系樹脂、エポキシ系樹脂、又はポリイミドが好適である。一般に、樹脂系の材料の温度による屈折率変化（屈折率温度係数）は−４０〜−１０×１０^−５（１／℃）である。また、後述する気密窓ようの材料であるガラス（石英）の屈折率温度係数は＋０．６〜１×１０−５（１／℃）である。
シリコン樹脂の屈折率温度変化率（温度が１℃変化した場合の屈折率の変化）は、およそ−１．６×１０^−４℃^−１（１℃当たり、−１．６×１０^−４）である。この値は、石英の１×１０^−５℃^−１に比べ一桁以上大きい値であり、温度上昇による屈折率の変化量が大きくなる。
【００１８】
今、位置ずれ補正窓の形状を平行平板４ａとし、その厚みをｄとし、光軸に対してφだけ傾けて設置している場合について説明する。レンズ２を透過した光は、窓４ａを通過すると、図５（ｂ）に示すように窓の屈折率と媒質（空気）のそれとの違いにより屈折を起こし、光軸は平行移動する。平行平板４ａを通過した光ビームの平行移動量ｙは
【００１９】
【数１】

で表される。但し、ｎ：窓４ａの屈折率、ｎ_０：媒質（空気）の屈折率である。光軸のシフト方向は、図に示される通り平行平板４ａが傾いている方向である。このシフト量の温度変化による位置ずれ量Δｙは、（数１）の窓の屈折率に温度変化により変動した屈折率ｎ’
【００２０】
【数２】

を代入し（ΔＴ：温度差、∂ｎ／∂Ｔ：窓の屈折率温度変化率）、これらの差分をとれば算出できる。
【００２１】
傾き角の範囲については、半導体レーザへの反射戻り光の影響を補正する点から、φは６°以上が望ましい。６°より少ないと、レーザ光が平行平板４ａで反射して半導体レーザ１に戻り、半導体レーザ１に悪影響を及ぼす。また、過度に傾けると光軸のシフト量が大きくなりすぎるので、上限は２０°である。厚みに関しては、窓の強度確保の点から、窓の直径が２ｍｍ程度の場合は０．５ｍｍ以上あることが望ましい（０．５ｍｍより少ない場合には強度が足りない）。窓厚の上限は、透過損やレンズと光ファイバのバックフォーカスの点から２ｍｍ程度である。今、レンズ２と光ファイバ３間の距離を５ｍｍとすると、平行平板４ａを設けると、レンズ２と光ファイバ３間の距離をもっと短くする必要がある。厚さｄはこれらの関係から規定される。
【００２２】
以上の範囲内でシリコン樹脂からなる平行平板４ａにより光軸を補正できる量は、図６に示す斜線の範囲となる。
図６は平行平板を使用した場合の温度変化に対する光軸のシフト量を示す特性図であり、横軸は温度（℃）を、縦軸は光軸のシフト量を示す。温度変化による屈折率の変化率（ＴＯＣ：ＴｈｅｒｍａｌＯｐｔｉｃａｌＣｏｎｓｔａｎｔ）が−１．６×１０^−４（１／℃）の材質の平行平板４ａを用い、φ＝２０°、ｄ＝２ｍｍの場合のグラフ（線）を６１、φ＝６°、ｄ＝０．５ｍｍの場合のグラフ（２点鎖線）を６２、φ＝８°、ｄ＝１．７ｍｍの場合のグラフ（点線）を６３で示している。この場合、グラフ６１とグラフ６２の間が光軸の補正可能領域となる。即ち、平行平板４ａの傾斜角度φと厚さｄの組合せを種々変化させることによって、グラフ６１とグラフ６２の間の範囲の光軸のずれを補正することができる。このように、光伝送モジュールの温度変化による光軸の位置ずれ量と同じ量だけ変動する窓の条件（窓の部材、傾き角および厚み）を選定し、平行平板４ａの傾きを光軸の位置ずれが起こる方向と逆の方向に変動するように傾きの方向を設定すれば、温度変化による光軸の位置ずれをキャンセルすることができ、よってトラッキングエラーを回避することができる。
【００２３】
図７は平行平板を使用した場合の温度変化に対する光軸のシフト量を示す他の特性図であり、横軸は温度（℃）を、縦軸は光軸のシフト量を示す。本特性図では、平行平板４ａの角度φ＝２０°、ｄ＝２ｍｍとし、温度変化による光スポット（結像部）のずれが温度８５°で最大１．２μｍとした場合、屈折率温度変化率（ＴＯＣ）が−１．６×１０^−４（１／℃）の材質の平行平板と、屈折率温度変化率（ＴＯＣ）が−６×１０^−５（１／℃）の材質の平行平板４ａとを用いて補正可能なシフト量を計算した。屈折率温度変化率が−１．６×１０^−４（１／℃）の材質の平行平板のシフト量を示すグラフを７１、屈折率温度変化率が−６×１０^−５（１／℃）の材質の平行平板のシフト量を示すグラフを７２で示す。従って、平行平板４ａの傾き角度φと、厚さｄを固定した場合、−１．６×１０^−４（１／℃）〜−６×１０^−４（１／℃）の屈折率温度変化率をもつ材料を用いることによって、グラフ７１〜グラフ７２の間のシフト量を補正することができる。このことから、８５°で、１．２μｍの光軸のシフト量を補正することができる温度係数の下限の絶対値は６×１０^−５（１／℃）となる。但し、この場合、並行平板４ａの屈折率は１．４である。
【００２４】
次に、光軸補正機構としてくさび型プリズム状の窓を用いた場合の原理を、図８を用いて説明する。
図８は本発明の他の原理を説明するための光伝送モジュールの光学系の側面図であり、図８（ａ）は光学系のレンズを含めた構成を、図８（ｂ）は本発明によって設けられた位置ずれ補正窓と光ファイバの個性を示す。この原理では、位置ずれ補正窓としてくさび型プリズムを用いる。
くさび型プリズム４ｂの光軸補正量を決める因子としては、平行平板４ａの窓における因子に加えて、くさび角度αが挙げられる。図に示すように、半導体レーザ側にくさび角度のある面を設置すれば、反射戻り光の影響を回避することができ、よって平行平板４ａの窓のように傾きを設ける必要がなくなる。また、くさび形プリズム４ｂを用いた場合の特徴としては、プリズム通過後の光軸に傾きが生じ、この光軸の傾き角も温度変化によって変動する点である。プリズムの設置角を０°として、くさび角度α、厚みをｄとすると、くさび型プリズム透過後の光軸の傾きθは
【００２５】
【数３】

で表される。ここでθ_０は
【００２６】
【数４】

である。結像部の光ファイバとの位置ずれ量は、プリズムと光ファイバとの光学的距離に依存する。これをＤｆとすると、結像部の光軸垂直位置シフト量ｙは
【００２７】
【数５】

となる。このシフト量の温度変化による変動量は、平行平板と同様、温度上昇時の屈折率ｎ’を数式２から求め、その差分をとることで求まる。
【００２８】
くさび型プリズムの寸法範囲については、平行平板型と同様で、くさび角度は６〜２０°、厚みは０．５〜２ｍｍ程度が望ましい。くさび型プリズムにて補正可能な位置ずれ量は、Ｄｆが１ｍｍの場合は図８に示す通りである。
図９はくさび型プリズムを使用した場合の温度変化に対する光軸のシフト量を示す更に他の特性図であり、横軸は温度（℃）を、縦軸は光軸のシフト量を示す。温度変化による屈折率の変化率（ＴＯＣ）が−１．６×１０^−４（１／℃）の材質のくさび型プリズム４ｂを用い、α＝２０°、ｄ＝２ｍｍの場合のグラフ（線）を９１、α＝６°、ｄ＝０．５ｍｍの場合のグラフ（２点鎖線）を９２、α＝８°、ｄ＝１．７ｍｍの場合のグラフ（点線）を９３で示している。この場合は、図６の場合と同様、α、ｄの値を適宜選択することによって、グラフ９１〜グラフ９２の間の方軸のシフト量を補正することができる。
【００２９】
図１０はくさび型プリズムを使用した場合の温度変化に対する光軸のシフト量を示す他の特性図であり、横軸は温度（℃）を、縦軸は光軸のシフト量を示す。本特性図では、くさび型プリズム４ｂの角度α＝２０°、ｄ＝２ｍｍ、Ｄｆ＝１ｍｍとし、屈折率温度変化率（ＴＯＣ）が−１．６×１０^−４（１／℃）の材質のくさび型プリズム４ｂと、屈折率温度変化率（ＴＯＣ）が−２×１０^−５（１／℃）の材質のくさび型プリズム４ｂとを用いてシフト量を計算した。屈折率温度変化率（ＴＯＣ）が−１．６×１０^−４（１／℃）の材質のくさび型プリズムのシフト量を示すグラフを１０１、屈折率温度変化率が−２×１０^−５（１／℃）の材質のくさび型プリズムのシフト量を示すグラフを１０２で示す。
従って、くさび型プリズム４ｂの傾き角度αと、厚さｄ、Ｄｆを固定した場合、−１．６×１０^−４（１／℃）〜−６×１０^−５（１／℃）の屈折率温度変化率をもつ材料を用いることによって、グラフ１０１〜グラフ１０２の間の光軸のシフト量を補正することができる。このことから、８５°で、１．２μｍの光軸のシフト量を補正することができる温度係数の下限の絶対値は２×１０^−５（１／℃）となる。但し、この場合、並行平板４ａの屈折率は１．４である。
【００３０】
以下、本発明の第１の実施例について、図１を用いて説明する。
図１は本発明による光伝送モジュールの第１の実施例を示す断面側面図である。本実施例の光学系は、半導体レーザ１、レンズ２、光ファイバ３により構成されている。また、レンズ２と光ファイバの光軸上に、屈折率の温度変化の大きい部材からなり、平行平板やくさび型プリズム等に構成されている位置ずれ補正窓４が設けられている。窓４の材料にはシリコン樹脂を用いている。半導体レーザ１及びレンズ２はサブアセンブリ１２上に搭載されている。本実施例ではこれらの温度を一定にする機構は設けていない。レンズ２は、サブアセンブリ１２に設けられた溝上に搭載されている。これら部品が搭載されたサブアセンブリ１２は、ステム１３に搭載され、またステム１３はモジュールパッケージ１４の底面のしかるべき位置に固定される。また、半導体レーザ１の後方には、半導体レーザ１の出力をモニタするフォトダイオード１１が固定されている。光ファイバ３はレンズ２の前方に取り付けられる。半導体レーザ１を発光させ、光ファイバ３の結合効率が最も高くなる位置に光ファイバ３のｘｙｚ軸を調整した後にモジュールパッケージ１４に固定する。レンズ２と光ファイバ３との間には、気密窓１５が設けられている。これは、フォトダイオード１１や半導体レーザ１が吸湿により特性劣化を起こすことを回避するために、モジュールパッケージ１４内を気密封止するために必要とされるものである。屈折率温度変化の大きい部材からなる窓４にはシリコン樹脂やポリイミド等が用いられるが、これらの材料も吸湿性があるため、気密窓１５のレンズ側、すなわち気密封止されたモジュールパッケージ内に設置することが望ましい。
【００３１】
半導体レーザ１は、ＩｎＰ基板からなるファブリ−ペロ型レーザで、熱膨張係数は４．６×１０^−６℃^−１ある。一方、レンズ２は０．８ｍｍφ、焦点距離０．４５６ｍｍの球レンズで、熱膨張係数は８×１０^−６℃^−１である。光ファイバ３はモードフィールド半径が４．７５μｍ（λ＝１．３１μｍ）のシングルモードファイバである。本実施例では、像倍率ｍ＝５を得るために、半導体レーザ−レンズ間光学的距離を０．５５ｍｍ、レンズ−光ファイバ間光学的距離を２．７４ｍｍとしている。
【００３２】
この光伝送モジュールを動作させると、モジュールの温度は室温（２５℃）から約８５℃に変動する。半導体レーザ１及びレンズ２もこの温度に達するが、このとき、半導体レーザ１の熱膨張係数とレンズ２のそれが異なるため、半導体レーザ１の光軸とレンズ２の中心軸は垂直方向に位置ずれを生じる。本実施例の場合その位置ずれは約０．２μｍで、レンズの中心軸の方が高くなる。半導体レーザとレンズが光軸垂直方向にｘだけ位置ずれを起こしたとき、レンズを通過した後の集束光は、レンズの焦点距離をｆとすると、θ＝ｘ／ｆだけ傾く。すなわち、本実施例においては、０．０２５°だけ傾きが生じる。本発明による屈折率温度変化の大きい部材を用いた窓４がない場合は、これにレンズ−光ファイバ間距離を掛けた値、すなわち約１．２μｍが、結像部での光ファイバとの位置ずれ量となる。位置ずれの方向は光ビームが垂直方向上方にシフトする。本実施例では、この位置ずれ量を予め見積り、これを補償できるように窓４の形状を選定している。図６のグラフに示すように、温度が２５℃から８５℃に上昇したときに１．２μｍ位置ずれを起こす条件として、窓の傾き角を８°、厚み１．７ｍｍを選択した。窓４の傾き方向は、平行平板の場合は、図１に示す通り、垂直な配置から上方をレンズ２側に傾斜させる。また、くさび型プリズムの場合はくさびの傾斜を垂直方向から上側がレンズ２側に傾斜するように構成する。
【００３３】
シリコン樹脂の屈折率温度変化率は負の値で、温度の上昇によって屈折角が減少するため、このように設置すれば温度の上昇とともに窓４による光軸シフトは垂直方向下方へ移動する。よって、上述の半導体レーザ１とレンズ２の位置ずれに起因する位置ずれをキャンセルすることができる。
【００３４】
このような光伝送モジュールを用いることにより、光伝送モジュールを動作させモジュールの温度が上昇しても、光軸の位置ずれに起因するトラッキングエラーの発生を補正し、安定で信頼度の高い光伝送モジュールを提供することができる。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施例について、図２を用いて説明する。
図２は本発明による光伝送モジュールの第２の実施例を示す断面側面図である。本実施例は、基本的な構造は図１と同様であり、図１と同じ構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施例では半導体レーザ１やレンズ２の仕様は図１と同様であるが、屈折率温度変化の大きい部材からなる窓４を気密窓１５に貼り付けている点が図１の実施例と異なる。貼付方法は、本実施例では接着剤を介して熱圧着する方法をとった。但し、例えばワニス状のポリマー前駆体を塗膜し、熱硬化させるという他の方法を用いても構わない。本実施例の利点としては、モジュール組立前に予め気密窓に貼付することで、モジュールパッケージ組立工程が容易化・短縮化されることが挙げられる。光学系の条件は図１と同様であるため、温度変化による光軸の位置ずれ量も同じく約１．２μｍであり、この位置ずれをキャンセルする窓４の形状も図１と同一となる。
【００３６】
このような光伝送モジュールを用いることにより、図１の実施例と同様、トラッキングエラーの発生を補正し、安定で信頼度の高い光伝送モジュールを提供することができる。
【００３７】
次に、本発明の第３の実施例について、図３を用いて説明する。
図３は本発明による光伝送モジュールの第３の実施例を示す断面側面図である。本実施例においても、基本的な構造は図１と同様であるが、レンズ２に非球面レンズを用いていること、また屈折率の温度変化の大きい部材からなる窓４にくさび型プリズム４ｂを用いていることが異なる。非球面レンズ２ａは、１．５ｍｍφ、焦点距離０．８ｍｍ、半導体レーザ１とレンズ２表面の光学的距離（作動距離）は０．６ｍｍ、レンズ２表面と光ファイバ３の光学的距離は４．７ｍｍとしている。この光学系の場合、モジュール温度が２５℃から８５℃に上昇したときの集束光と結像部と光ファイバとの光軸垂直位置ずれは約２．５μｍと見積もられる。この位置ずれをキャンセルできるくさび型プリズム４ｂの形状として、くさび角８°、厚み１．７ｍｍ、ならびにプリズムと光ファイバ間光学的距離１ｍｍを選定した（図９参照）。
【００３８】
本実施例による効果は、上述の実施例と同様であり、トラッキングエラーの発生を補正し、安定で信頼度の高い光伝送モジュールを提供することができる。
【００３９】
最後に、本発明の第４の実施例について、図４を用いて説明する。
図４は本発明による光伝送モジュールの第４の実施例を示す断面側面図である。本実施例の光学系も、半導体レーザ１、レンズ２、光ファイバ３により構成され、レンズ２と光ファイバ３との間に屈折率の温度変化の大きい部材からなる窓４が設けられている。本実施例の他との違いは、半導体レーザ１とレンズ２が固定されたサブアセンブリ１２を搭載したステム１３を、ペルチェクーラー１７によって温度一定にする機構を有している点である。半導体レーザ１には、ＩｎＰからなるＤＦＢレーザを用いている。レンズ２は、焦点距離０．８ｍｍの非球面レンズを用いている。半導体レーザ１とレンズ２表面の光学的距離（作動距離）は０．６ｍｍ、レンズ２の表面と光ファイバ３の光学的距離は４．７ｍｍとしている。光伝送モジュールを動作させても、半導体レーザ１及びレンズ２は温度一定であるため、第１の実施例のような半導体レーザ１とレンズ２との位置ずれに起因する光軸ずれは発生しない。しかしながら、サブアセンブリ１２の温度が一定になる一方、モジュールパッケージ１４は約８５℃まで上昇するため熱膨張を起こし、モジュールに固定される光ファイバ３と、熱膨張を起こさないステム１３に搭載された半導体レーザ１から出射される光との間で位置ずれを起こす。但し、この場合は、モジュールパッケージ部材の熱膨張係数のみならず、モジュールパッケージ１４の形態やモジュールパッケージ１４を固定する台座の材料や固定方法によって位置ずれ量が変動するため、単純な計算では位置ずれ量を見積もることができない。本実施例では、実測の結果、窓４がない場合の光軸と光ファイバの位置ずれ量は約１μｍであった。
【００４０】
窓４として、平行平板４ａを用いた場合、２５℃から８５℃への温度変化で１μｍ変動する条件として、傾き角８°、厚み１．５ｍｍを選定した。屈折率温度変化の大きい部材からなる窓４の設置方法については、上述のくさび形プリズム状の窓や気密窓に貼付する方法を用いても構わない。
【００４１】
このような形態をとることにより、他の実施例と同様、トラッキングエラーの発生を補正し、安定で信頼度の高い光伝送モジュールを提供することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、温度上昇に起因するトラッキングエラーを補正することができ、安定で信頼度の高い光伝送モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光伝送モジュールの第１の実施例を示す断面側面図である。
【図２】本発明による光伝送モジュールの第２の実施例を示す断面側面図である。
【図３】本発明による光伝送モジュールの第３の実施例を示す断面側面図である。
【図４】本発明による光伝送モジュールの第４の実施例を示す断面側面図である。
【図５】本発明の原理を説明するための光伝送モジュールの光学系の側面図である。本発明に係る光伝送モジュールの光結合系の概念を示す図である。
【図６】平行平板を使用した場合の温度変化に対する光軸のシフト量を示す特性図である。
【図７】平行平板を使用した場合の温度変化に対する光軸のシフト量を示す他の特性図である。
【図８】本発明の他の原理を説明するための光伝送モジュールの光学系の側面図である。
【図９】くさび型プリズムを使用した場合の温度変化に対する光軸のシフト量を示す更に他の特性図である。
【図１０】くさび型プリズムを使用した場合の温度変化に対する光軸のシフト量を示す他の特性図である。
【図１１】光伝送モジュールの一部断面側面図及び光結合系の側面図である。
【符号の説明】
１…半導体レーザ、２、２ａ…レンズ、３…光ファイバ、４…屈折率の温度変化の大きい部材からなる位置ずれ補正窓、４ａ…平行平板、４ｂ…くさび型プリズム、１１…フォトダイオード、１２…サブアセンブリ、１３…ステム、１４…モジュールパッケージ、１５…気密窓、１７…ペルチェクーラー。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical transmission module mainly used in an optical transmission system for transmitting a signal or an optical switching system applied to an optical switch (both referred to as an optical communication system), and a tracking error caused by a temperature change of the module. The present invention relates to an optical transmission module to be corrected.
[0002]
[Prior art]
In an optical transmission module that transmits light emitted from a semiconductor laser to an optical fiber, heat is generated by emitting the semiconductor laser, and the temperature of the module rises. When the temperature of the semiconductor laser rises, the output characteristics of the semiconductor laser change and the output of the optical signal propagating through the optical fiber also changes. This fluctuation of the optical output causes an optical signal error. In order to avoid this, the conventional optical transmission module monitors the output of light emitted from the semiconductor laser and the temperature in the vicinity of the semiconductor laser, and based on this, a feedback circuit is provided to keep the optical output from the semiconductor laser constant. It has a mechanism to do.
[0003]
Also, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-307873, when a semiconductor laser whose output characteristics are remarkably deteriorated due to a temperature rise is used, the temperature in the vicinity of the semiconductor laser is made constant by a cooling mechanism such as a Peltier cooler and the optical output is monitored. In other words, it is described that a mechanism that enables propagation of an optical signal having a stable output is provided.
[0004]
When the semiconductor laser is caused to emit light, the optical transmission module generates heat as described above, and its environmental temperature is about 70 to 85 ° C. Each portion of the optical transmission module undergoes thermal expansion due to this temperature rise. However, since the optical transmission module is composed of various parts having different thermal expansion coefficients, the form of thermal expansion is not uniform.
[0005]
Next, although not publicly known, an optical transmission module previously developed by the inventors is shown in FIG. 11 and the problems thereof will be described.
FIG. 11 is a partially sectional side view of the optical transmission module and a side view of the optical coupling system, FIG. 11A is a partial sectional side view of the optical transmission module, and FIG. 11B is a side view of the optical coupling system. The figure is shown.
In the optical transmission module shown in FIG. 11A, since the temperature of the vicinity of the semiconductor laser is not controlled, when the semiconductor laser 1 emits light, the temperature of components on the subassembly 12 on which the semiconductor laser 1 is mounted rises. That is, the temperature of the lens 2 mounted on the subassembly 12 also rises. In the figure, 1 is a semiconductor laser, 2 is a lens, 3 is an optical fiber, 11 is a photodiode, 13 is a stem, 14 is a module package, and 15 is an airtight window.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the optical transmission module of FIG. 11, when the temperature of the components on the subassembly 12 rises, the coefficient of thermal expansion of the semiconductor laser 1 and that of the lens 2 differ, so that as shown in FIG. As a result, the center of the lens is deviated, and the optical axis after passing through the lens 2 is tilted. As a result, the core of the optical fiber 3 and the image-forming portion of the focused light are displaced, and the coupling efficiency is lowered. The amount of positional deviation depends on the distance between the lens 2 and the optical fiber 3, that is, the so-called back focus, but is 1 μm or more depending on the conditions. If this amount of positional deviation increases, the coupling efficiency decreases, and it becomes impossible to correct the light output by monitoring the output of the semiconductor laser, so that a so-called tracking error, that is, the spot of light emitted from the lens 2 becomes an optical fiber. 3 is not irradiated onto the core 3 and the center of the light spot is shifted from the core center of the optical fiber 3.
[0007]
On the other hand, regarding the optical transmission module controlled so that the temperature in the vicinity of the semiconductor laser 1 is constant, a difference in thermal expansion in the vicinity of the semiconductor laser 1 does not occur, but the position variation of the end of the optical fiber due to thermal deformation of the module package 14 Will occur. The amount of variation depends on the material of the pedestal for fixing the module package 14 and the fixing method in addition to the material of the module package 14, but there is a case where a positional shift equivalent to the case without temperature control may occur, and a tracking error is also caused. cause.
[0008]
An object of the present invention is to provide an optical transmission module that solves the above-mentioned problems and corrects tracking errors and has a stable and reliable optical transmission and an optical communication technique using the same.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the first invention, the light transmission module includes a light emitting element, an optical fiber, and a lens. Light from the light emitting element is collected by the lens and optically coupled to the optical fiber. The optical transmission module includes a unit that corrects a positional shift between the imaging portion of the focused light emitted from the lens and the end portion of the optical fiber, which is generated due to a temperature change of the optical transmission module.
[0010]
According to a second aspect, in the first aspect, the positional deviation correction means has an absolute value of a refractive index temperature change of 2 × 10 between the optical axes of the lens and the optical fiber. ^-5 Install a member that is (1 / ° C.) or higher.
[0011]
In a third invention, in the first or second invention, the positional deviation correction means is composed of any one of a silicon-based resin, an epoxy-based resin, a polyimide, and those containing these as a main component.
[0012]
In a fourth invention, in the first, second, or third invention, the positional deviation correction means is either a parallel plate or a wedge prism.
[0013]
In a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, the positional deviation correction means is affixed to an airtight window that hermetically seals the inside of the module package.
[0014]
In a sixth aspect of the invention, an optical communication system comprising the optical transmission module according to any one of the first to fifth aspects as a constituent element.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings using some examples.
[0016]
First, the principle of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a side view of an optical system of an optical transmission module for explaining the principle of the present invention. FIG. 5 (a) shows a configuration including a lens of the optical system, and FIG. The individual misalignment correction window and the optical fiber are shown.
[0017]
As shown in FIG. 5A, the optical system includes a semiconductor laser 1, a lens 2, and an optical fiber 3, and light emitted from the semiconductor laser 1 is collected by the lens 2 and is a core portion at the end of the optical fiber 3. Form a beam waist at On the optical axis between the lens 2 and the optical fiber 3, a misalignment correction window made of a member having a large refractive index temperature change is provided. For example, a silicon-based resin, an epoxy-based resin, or polyimide is suitable as the material for the position shift correction window 4. In general, the refractive index change (refractive index temperature coefficient) due to the temperature of a resin-based material is −40 to −10 × 10. ^-5 (1 / ° C.). Further, the refractive index temperature coefficient of glass (quartz), which is a material of an airtight window described later, is +0.6 to 1 × 10 −5 (1 / ° C.).
The refractive index temperature change rate of silicon resin (change in refractive index when the temperature changes by 1 ° C.) is about −1.6 × 10 ^-4 ℃ ^-1 (−1.6 × 10 per 1 ° C. ^-4 ). This value is 1 × 10 for quartz ^-5 ℃ ^-1 It is a value larger by one digit or more than that, and the amount of change in the refractive index due to the temperature rise increases.
[0018]
Now, a case will be described in which the position correction window has a parallel flat plate 4a, a thickness of d, and is tilted by φ with respect to the optical axis. When the light transmitted through the lens 2 passes through the window 4a, it is refracted due to the difference between the refractive index of the window and that of the medium (air) as shown in FIG. 5B, and the optical axis moves in parallel. The amount of translation y of the light beam that has passed through the parallel plate 4a is
[0019]
[Expression 1]

It is represented by Where n: refractive index of window 4a, n ₀ : The refractive index of the medium (air). The shift direction of the optical axis is the direction in which the parallel plate 4a is inclined as shown in the figure. The positional deviation amount Δy due to the temperature change of the shift amount is equal to the refractive index n ′ fluctuated due to the temperature change to the refractive index of the window of (Equation 1).
[0020]
[Expression 2]

Can be calculated by substituting (ΔT: temperature difference, ∂n / ∂T: window refractive index temperature change rate) and taking these differences.
[0021]
With respect to the tilt angle range, φ is preferably 6 ° or more from the viewpoint of correcting the influence of the reflected return light on the semiconductor laser. When the angle is less than 6 °, the laser beam is reflected by the parallel plate 4 a and returns to the semiconductor laser 1, which adversely affects the semiconductor laser 1. Further, since the amount of shift of the optical axis becomes too large when tilted excessively, the upper limit is 20 °. Regarding the thickness, from the viewpoint of securing the strength of the window, it is desirable that the thickness is 0.5 mm or more when the diameter of the window is about 2 mm (the strength is insufficient when it is less than 0.5 mm). The upper limit of the window thickness is about 2 mm from the viewpoint of transmission loss and the back focus between the lens and the optical fiber. If the distance between the lens 2 and the optical fiber 3 is 5 mm, the distance between the lens 2 and the optical fiber 3 needs to be further shortened if the parallel plate 4a is provided. The thickness d is defined from these relationships.
[0022]
The amount by which the optical axis can be corrected by the parallel flat plate 4a made of silicon resin within the above range is the hatched range shown in FIG.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the shift amount of the optical axis with respect to temperature change when a parallel plate is used. The horizontal axis indicates the temperature (° C.), and the vertical axis indicates the shift amount of the optical axis. The refractive index change rate (TOC: Thermal Optical Constant) due to temperature change is −1.6 × 10 ^-4 Using a parallel plate 4a made of (1 / ° C) material, a graph (line) when φ = 20 ° and d = 2 mm is 61, a graph when φ = 6 ° and d = 0.5 mm (two-dot chain line) ) Is 62, φ = 8 °, d = 1.7 mm, and a graph (dotted line) is indicated by 63. In this case, a region between the graph 61 and the graph 62 is a correctionable region of the optical axis. That is, the optical axis shift in the range between the graph 61 and the graph 62 can be corrected by changing various combinations of the inclination angle φ and the thickness d of the parallel plate 4a. In this way, the window conditions (window member, inclination angle and thickness) that vary by the same amount as the optical axis positional deviation due to the temperature change of the optical transmission module are selected, and the inclination of the parallel plate 4a is determined based on the optical axis position. If the tilt direction is set so as to fluctuate in the direction opposite to the direction in which the shift occurs, the optical axis position shift due to the temperature change can be canceled, and thus a tracking error can be avoided.
[0023]
FIG. 7 is another characteristic diagram showing the shift amount of the optical axis with respect to temperature change when a parallel plate is used. The horizontal axis indicates the temperature (° C.), and the vertical axis indicates the shift amount of the optical axis. In this characteristic diagram, when the angle φ of the parallel plate 4a is 20 ° and d = 2 mm, and the deviation of the light spot (imaging portion) due to the temperature change is 85 ° and the maximum is 1.2 μm, the refractive index temperature change rate (TOC) is -1.6 × 10 ^-4 Parallel plate of (1 / ° C) material and refractive index temperature change rate (TOC) is −6 × 10 ^-5 The correctable shift amount was calculated using the parallel plate 4a made of (1 / ° C.) material. Refractive index temperature change rate is −1.6 × 10 ^-4 71 is a graph showing the shift amount of a parallel plate of (1 / ° C.) material, and the refractive index temperature change rate is −6 × 10. ^-5 A graph showing the shift amount of the parallel plate made of the material of (1 / ° C.) is shown by 72. Therefore, when the inclination angle φ and the thickness d of the parallel plate 4a are fixed, −1.6 × 10 ^-4 (1 / ° C.) to −6 × 10 ^-4 The shift amount between the graphs 71 to 72 can be corrected by using a material having a refractive index temperature change rate of (1 / ° C.). Therefore, the absolute value of the lower limit of the temperature coefficient capable of correcting the shift amount of the optical axis of 1.2 μm at 85 ° is 6 × 10. ^-5 (1 / ° C.). However, in this case, the parallel plate 4a has a refractive index of 1.4.
[0024]
Next, the principle when a wedge-shaped prism-like window is used as the optical axis correction mechanism will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a side view of an optical system of an optical transmission module for explaining another principle of the present invention. FIG. 8A shows a configuration including a lens of the optical system, and FIG. The misalignment correction window provided by and the individuality of the optical fiber. In this principle, a wedge prism is used as a misalignment correction window.
Factors that determine the optical axis correction amount of the wedge prism 4b include the wedge angle α in addition to the factors in the window of the parallel plate 4a. As shown in the figure, if a surface having a wedge angle is provided on the semiconductor laser side, the influence of the reflected return light can be avoided, and therefore it is not necessary to provide an inclination as in the window of the parallel plate 4a. In addition, when the wedge-shaped prism 4b is used, the optical axis after passing through the prism is tilted, and the tilt angle of the optical axis also varies with temperature changes. Assuming that the prism installation angle is 0 °, the wedge angle α, and the thickness d, the inclination θ of the optical axis after transmission through the wedge-shaped prism is
[0025]
[Equation 3]

It is represented by Where θ ₀ Is
[0026]
[Expression 4]

It is. The amount of misalignment between the imaging unit and the optical fiber depends on the optical distance between the prism and the optical fiber. If this is Df, the optical axis vertical position shift amount y of the imaging part is
[0027]
[Equation 5]

It becomes. The amount of change of the shift amount due to the temperature change can be obtained by calculating the refractive index n ′ at the time of temperature rise from Equation 2 and taking the difference as in the case of the parallel plate.
[0028]
The size range of the wedge prism is the same as that of the parallel plate type, and the wedge angle is preferably 6 to 20 ° and the thickness is preferably about 0.5 to 2 mm. The amount of misalignment that can be corrected by the wedge-shaped prism is as shown in FIG. 8 when Df is 1 mm.
FIG. 9 is still another characteristic diagram showing the shift amount of the optical axis with respect to temperature change when the wedge prism is used. The horizontal axis indicates the temperature (° C.), and the vertical axis indicates the shift amount of the optical axis. Refractive index change rate (TOC) due to temperature change is −1.6 × 10 ^-4 Using a wedge prism 4b made of (1 / ° C) material, the graph (line) when α = 20 ° and d = 2 mm is 91, α = 6 ° and d = 0.5 mm (two points) A graph (dotted line) is shown by 93 in the case where the chain line is 92, α = 8 °, and d = 1.7 mm. In this case, as in the case of FIG. 6, the shift amount of the axis between the graphs 91 to 92 can be corrected by appropriately selecting the values of α and d.
[0029]
FIG. 10 is another characteristic diagram showing the shift amount of the optical axis with respect to the temperature change when the wedge prism is used. The horizontal axis indicates the temperature (° C.), and the vertical axis indicates the shift amount of the optical axis. In this characteristic diagram, the wedge prism 4b has an angle α = 20 °, d = 2 mm, Df = 1 mm, and a refractive index temperature change rate (TOC) of −1.6 × 10. ^-4 Wedge prism 4b made of (1 / ° C.) material and refractive index temperature change rate (TOC) of −2 × 10 ^-5 The shift amount was calculated using a wedge-shaped prism 4b made of (1 / ° C.) material. Refractive index temperature change rate (TOC) is -1.6 × 10 ^-4 A graph showing the shift amount of the wedge-shaped prism made of (1 / ° C.) material is 101, and the refractive index temperature change rate is −2 × 10. ^-5 A graph showing the shift amount of the wedge-shaped prism made of the material of (1 / ° C.) is shown by 102.
Therefore, when the inclination angle α of the wedge-shaped prism 4b and the thicknesses d and Df are fixed, −1.6 × 10 ^-4 (1 / ° C.) to −6 × 10 ^-5 By using a material having a refractive index temperature change rate of (1 / ° C.), the shift amount of the optical axis between the graphs 101 to 102 can be corrected. From this, the absolute value of the lower limit of the temperature coefficient that can correct the shift amount of the optical axis of 1.2 μm at 85 ° is 2 × 10. ^-5 (1 / ° C.). However, in this case, the parallel plate 4a has a refractive index of 1.4.
[0030]
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional side view showing a first embodiment of an optical transmission module according to the present invention. The optical system of this embodiment is composed of a semiconductor laser 1, a lens 2, and an optical fiber 3. Further, on the optical axis of the lens 2 and the optical fiber, there is provided a misregistration correction window 4 made of a member having a large refractive index temperature change and configured as a parallel plate, a wedge prism or the like. Silicon resin is used as the material of the window 4. The semiconductor laser 1 and the lens 2 are mounted on the subassembly 12. In this embodiment, there is no mechanism for keeping these temperatures constant. The lens 2 is mounted on a groove provided in the subassembly 12. The subassembly 12 on which these components are mounted is mounted on a stem 13, and the stem 13 is fixed at an appropriate position on the bottom surface of the module package 14. A photodiode 11 that monitors the output of the semiconductor laser 1 is fixed behind the semiconductor laser 1. The optical fiber 3 is attached in front of the lens 2. The semiconductor laser 1 is caused to emit light, and the xyz axis of the optical fiber 3 is adjusted to a position where the coupling efficiency of the optical fiber 3 is highest, and then fixed to the module package 14. An airtight window 15 is provided between the lens 2 and the optical fiber 3. This is necessary for hermetically sealing the inside of the module package 14 in order to avoid the photodiode 11 and the semiconductor laser 1 from deteriorating characteristics due to moisture absorption. Silicone resin, polyimide, or the like is used for the window 4 made of a member having a large refractive index temperature change. However, since these materials are also hygroscopic, the lens side of the hermetic window 15, that is, in the hermetically sealed module package. It is desirable to install.
[0031]
The semiconductor laser 1 is a Fabry-Perot laser composed of an InP substrate, and has a thermal expansion coefficient of 4.6 × 10. ^-6 ℃ ^-1 is there. On the other hand, the lens 2 is a spherical lens having a 0.8 mmφ and a focal length of 0.456 mm, and its thermal expansion coefficient is 8 × 10. ^-6 ℃ ^-1 It is. The optical fiber 3 is a single mode fiber having a mode field radius of 4.75 μm (λ = 1.31 μm). In this embodiment, in order to obtain the image magnification m = 5, the optical distance between the semiconductor laser and the lens is 0.55 mm, and the optical distance between the lens and the optical fiber is 2.74 mm.
[0032]
When this optical transmission module is operated, the temperature of the module varies from room temperature (25 ° C.) to about 85 ° C. The semiconductor laser 1 and the lens 2 also reach this temperature. At this time, since the thermal expansion coefficient of the semiconductor laser 1 and that of the lens 2 are different, the optical axis of the semiconductor laser 1 and the central axis of the lens 2 are displaced in the vertical direction. Produce. In this embodiment, the positional deviation is about 0.2 μm, and the central axis of the lens is higher. When the semiconductor laser and the lens are displaced by x in the direction perpendicular to the optical axis, the focused light after passing through the lens is inclined by θ = x / f, where f is the focal length of the lens. That is, in the present embodiment, an inclination is generated by 0.025 °. When there is no window 4 using a member having a large refractive index temperature change according to the present invention, a value obtained by multiplying the distance between the lens and the optical fiber, that is, about 1.2 μm, is the position of the optical fiber in the imaging unit. It becomes the amount of deviation. In the direction of displacement, the light beam is shifted upward in the vertical direction. In this embodiment, the amount of displacement is estimated in advance, and the shape of the window 4 is selected so as to compensate for this. As shown in the graph of FIG. 6, the window inclination angle of 8 ° and the thickness of 1.7 mm were selected as conditions for causing a 1.2 μm position shift when the temperature rose from 25 ° C. to 85 ° C. In the case of a parallel plate, the inclination direction of the window 4 is inclined upward from the vertical arrangement toward the lens 2 as shown in FIG. In the case of a wedge-type prism, the wedge is inclined such that the upper side inclines from the vertical direction toward the lens 2 side.
[0033]
Since the refractive index temperature change rate of the silicon resin is a negative value and the refraction angle decreases as the temperature rises, the optical axis shift caused by the window 4 moves downward in the vertical direction as the temperature rises. Therefore, the positional deviation caused by the positional deviation between the semiconductor laser 1 and the lens 2 can be canceled.
[0034]
By using such an optical transmission module, even if the optical transmission module is operated and the module temperature rises, the occurrence of tracking errors due to optical axis misalignment is corrected, and stable and highly reliable optical transmission is achieved. Modules can be provided.
[0035]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional side view showing a second embodiment of the optical transmission module according to the present invention. In this embodiment, the basic structure is the same as in FIG. 1, and the same components as those in FIG. In this embodiment, the specifications of the semiconductor laser 1 and the lens 2 are the same as in FIG. 1, but the point that the window 4 made of a member having a large refractive index temperature change is attached to the hermetic window 15 is different from the embodiment of FIG. . In this embodiment, the sticking method is a method of thermocompression bonding using an adhesive. However, for example, other methods may be used in which a varnish-like polymer precursor is coated and thermally cured. An advantage of this embodiment is that the module package assembling process is facilitated and shortened by pasting on the airtight window before the module assembling. Since the conditions of the optical system are the same as in FIG. 1, the amount of positional deviation of the optical axis due to temperature change is also about 1.2 μm, and the shape of the window 4 for canceling this positional deviation is the same as in FIG.
[0036]
By using such an optical transmission module, as in the embodiment of FIG. 1, it is possible to correct the occurrence of a tracking error and provide a stable and highly reliable optical transmission module.
[0037]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a sectional side view showing a third embodiment of the optical transmission module according to the present invention. In this embodiment, the basic structure is the same as that shown in FIG. 1, but an aspheric lens is used for the lens 2 and a wedge-shaped prism 4b is provided on a window 4 made of a member having a large temperature change in refractive index. Different use. The aspherical lens 2a is 1.5 mmφ, the focal length is 0.8 mm, the optical distance (working distance) between the semiconductor laser 1 and the surface of the lens 2 is 0.6 mm, and the optical distance between the surface of the lens 2 and the optical fiber 3 is 4. 7 mm. In the case of this optical system, the optical axis vertical misalignment between the focused light, the imaging portion, and the optical fiber when the module temperature rises from 25 ° C. to 85 ° C. is estimated to be about 2.5 μm. As the shape of the wedge-shaped prism 4b capable of canceling this positional shift, a wedge angle of 8 °, a thickness of 1.7 mm, and an optical distance of 1 mm between the prism and the optical fiber were selected (see FIG. 9).
[0038]
The effect of this embodiment is the same as that of the above-described embodiment, and it is possible to provide a stable and highly reliable optical transmission module by correcting the occurrence of tracking errors.
[0039]
Finally, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional side view showing a fourth embodiment of the optical transmission module according to the present invention. The optical system of this embodiment is also composed of the semiconductor laser 1, the lens 2, and the optical fiber 3, and a window 4 made of a member having a large refractive index temperature change is provided between the lens 2 and the optical fiber 3. The difference from this embodiment is that the stem 13 on which the subassembly 12 to which the semiconductor laser 1 and the lens 2 are fixed is mounted has a mechanism for making the temperature constant by a Peltier cooler 17. As the semiconductor laser 1, a DFB laser made of InP is used. The lens 2 is an aspheric lens having a focal length of 0.8 mm. The optical distance (working distance) between the semiconductor laser 1 and the surface of the lens 2 is 0.6 mm, and the optical distance between the surface of the lens 2 and the optical fiber 3 is 4.7 mm. Even when the optical transmission module is operated, the temperature of the semiconductor laser 1 and the lens 2 is constant, so that the optical axis shift due to the positional shift between the semiconductor laser 1 and the lens 2 as in the first embodiment does not occur. However, while the temperature of the subassembly 12 becomes constant, the module package 14 rises to about 85 ° C., so that the thermal expansion occurs. The module package 14 is mounted on the optical fiber 3 fixed to the module and the stem 13 that does not cause thermal expansion. A positional shift occurs between the light emitted from the semiconductor laser 1. However, in this case, the amount of misalignment varies depending not only on the thermal expansion coefficient of the module package member but also on the form of the module package 14, the material of the base for fixing the module package 14 and the fixing method. The amount cannot be estimated. In the present embodiment, as a result of actual measurement, the amount of positional deviation between the optical axis and the optical fiber when there is no window 4 was about 1 μm.
[0040]
When the parallel plate 4a was used as the window 4, an inclination angle of 8 ° and a thickness of 1.5 mm were selected as conditions for changing by 1 μm with a temperature change from 25 ° C. to 85 ° C. As a method for installing the window 4 made of a member having a large refractive index temperature change, a method of attaching to the wedge-shaped prism-shaped window or the airtight window described above may be used.
[0041]
By adopting such a configuration, it is possible to correct the occurrence of tracking error and provide a stable and highly reliable optical transmission module as in the other embodiments.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to correct a tracking error due to a temperature rise and provide a stable and highly reliable optical transmission module.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional side view showing a first embodiment of an optical transmission module according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional side view showing a second embodiment of the optical transmission module according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional side view showing a third embodiment of the optical transmission module according to the present invention.
FIG. 4 is a sectional side view showing a fourth embodiment of the optical transmission module according to the present invention.
FIG. 5 is a side view of an optical system of an optical transmission module for explaining the principle of the present invention. It is a figure which shows the concept of the optical coupling type | system | group of the optical transmission module which concerns on this invention.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a shift amount of an optical axis with respect to a temperature change when a parallel plate is used.
FIG. 7 is another characteristic diagram showing the shift amount of the optical axis with respect to a temperature change when a parallel plate is used.
FIG. 8 is a side view of an optical system of an optical transmission module for explaining another principle of the present invention.
FIG. 9 is still another characteristic diagram showing the shift amount of the optical axis with respect to temperature change when a wedge prism is used.
FIG. 10 is another characteristic diagram showing the shift amount of the optical axis with respect to temperature change when a wedge prism is used.
FIG. 11 is a partial sectional side view of an optical transmission module and a side view of an optical coupling system.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser, 2, 2a ... Lens, 3 ... Optical fiber, 4 ... Position shift correction window which consists of a member with a large temperature change of refractive index, 4a ... Parallel plate, 4b ... Wedge prism, 11 ... Photodiode, 12 ... sub-assembly, 13 ... stem, 14 ... module package, 15 ... airtight window, 17 ... Peltier cooler.

Claims

A subassembly with a semiconductor laser and lens mounted on the top surface,
A package member having a space for hermetically sealing the sub-assembly, and a hermetic window made of quartz for emitting light generated by the semiconductor laser and condensed by the lens to the outside from the space; and An optical fiber having one end fixed opposite to the hermetic window outside the space, and the light generated by the semiconductor laser and collected by the lens is incident on the one end through the hermetic window With
In the space of the package member, a window member made of a material whose refractive index change rate with respect to temperature is negative and whose absolute value is larger than that of the hermetic window is adjacent to the lens side of the hermetic window. Provided,
The surface of the window member facing the lens is inclined within a range of 6 ° or more and 20 ° or less with respect to a direction perpendicular to the optical axis of the lens so that the upper side of the surface is moved toward the lens. An optical transmission module.

The optical transmission module according to claim 1, wherein you wherein absolute value of the rate of change of refraction index is ^{2 × 10 -5 (1 / ℃} ) or higher relative to the temperature of the window member.

It said window member, silicone resin, epoxy resin, polyimide and claim 1 or claim 2 the optical transmission module according you, characterized in that it is composed of any of those them as a main component.

It said window member, the optical transmission module according to any one of claims 1 to 3 you, characterized in that it is molded to either the parallel plate or a wedge-shaped prism.

Said window member, the optical transmission module according to any one of claims 1 to 4 you characterized in that it is attached to the gas Mitsumado.

The optical transmission module according to claim 1, wherein a thickness of the window member in a direction along the optical axis is in a range of 0.5 mm to 2 mm.

7. The core according to claim 1, wherein the core at the one end of the optical fiber is arranged so as to be shifted upward along a direction perpendicular to the optical axis of the lens. Optical transmission module.

Optical communication system as a component of the optical transmission module according to any one of claims 1 to 7.