JP4284974B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムに使用される光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光モジュールは、複数の波長成分を用いる波長多重（ＷＤＭ）伝送システムに使用される。１．５５μｍ帯のＷＤＭシステムにおいては、隣接するグリッドの波長間隔は、例えば、約０．８ｎｍ（１００ＧＨｚ）とされる。この波長間隔を実現するためには、光モジュールからの光の発光波長は、グリッド波長に対して±０．０３ｎｍ以内の範囲に制御する必要がある。
【０００３】
現在用いられている光モジュールの多くは、半導体レーザ素子、光検出器、および温度調節器を有する。レーザ素子の光反射面から僅かに放射されるレーザ光の波長を光検出器によりモニタし、モニタ結果に基づいてレーザ素子の温度が調整され、レーザ光の波長が制御される。波長変動を精度良く検出するため、レーザ素子と光検出器との間にエタロンが設けられる。エタロンの光透過率は、波長依存性を有している。すなわち、エタロンの光透過率は、入射光の波長に依存する。このため、光検出器によってモニタされるレーザ光の強度は、その波長に応じた値を有する。
【０００４】
エタロンを用いた光モジュールでは、光モジュールから放射される光の波長は以下のように制御される。図１（ａ）および図１（ｂ）は、レーザ素子からのレーザ光の波長と光検出器の出力電流との関係を示す模式図である。図１（ａ）に示されるように、光検出器の出力電流の波形Ｆは、波長λの増大に従って周期的に変化する。ここで、ＷＤＭシステムで使用されるグリッド波長をλ_０とする。また、波長λ_０の光が光検出器に入射したときに光検出器から出力される出力電流の電流値をＩ_０とする。出力電流が電流値Ｉ_０となるようにレーザ素子の温度を調整することにより、レーザ光の波長がグリッド波長λ_０にロックされる。
【０００５】
光モジュールの動作中に、使用環境等の変化に応じてエタロンの温度が変化することがある。例えば、エタロンの温度が、Ｔ_０からＴ_１へ上昇すると、図１（ｂ）に示されるように、出力電流の波形Ｆは波形Ｇへと長波長側にシフトしてしまう。これは、エタロンの温度が上昇すると、エタロンが熱膨張するためであり、また、エタロンを構成する材料の屈折率が変化するためである。このような波長シフトのため、グリッド波長λ_０にロックされるべきロック波長は、λ_１へシフトしてしまう。ロック波長シフト量Δλ＝λ_１−λ_０は、通常使用される一般的な光学ガラスからエタロンが構成されている場合には、０．０１３ｎｍ／℃程度の温度依存性を有する。エタロンの温度変化に起因するロック波長の変動を防ぐため、エタロンは、光モジュールのパッケージ内に設置される温度調節器によって、例えば２５℃といった温度に維持される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、光モジュールの波長制御性を向上させるために鋭意研究を行ったところ、以下の知見を得た。光モジュールが使用される環境によっては、光モジュールのパッケージの温度は８０℃程度にまで達することがある。このような場合、パッケージと温度調節器との間に約５５℃の温度差が生じていることになる。本発明者らの研究結果によれば、光モジュール内にこのような温度差があると、熱対流や熱輻射が生じ、エタロンの温度を一定に維持するのが困難になることが判明した。
【０００７】
光通信システムにおいて送受信される情報量が飛躍的に増大している状況を鑑みれば、グリッド波長間隔をいっそう狭小化することが望ましい。そのような狭小化を図るためには、光モジュールから送出される光の波長をより高い精度で制御することが必要である。したがって、エタロンのような光学素子の温度変化に伴うロック波長の変動をいっそう抑制することが望まれる。
【０００８】
そこで、本発明は、光学素子の温度変化に起因するロック波長シフトを抑制できる光モジュールの提供を課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面に係る光モジュールは、レーザ光を放射する半導体発光素子、波長依存性の光透過率を有する光学素子、光学素子を透過した光を受光するように配置された光検出器、光学素子の加熱および冷却の少なくとも一方を行うことの可能な温度調節器、および温度調節器に熱的に結合された屋根部材を備えている。光学素子は、光入射面および光出射面を有しており、半導体発光素子からのレーザ光を光入射面で受光するように配置されている。屋根部材は、光学素子の上方に配置されている。温度調節器は、光学素子の下方に配置されている。光検出器は、光学素子の光出射面からの入射光の強度に応じた電気信号を出力し、温度調節器の温度は光検出器からの電気信号に応じて調整されて半導体発光素子の前記レーザ光の波長がグリット波長にロックされる。光学素子の上面と屋根部材との間には間隙が設けられている。屋根部材は、支持部材によって支持され、支持部材を介して温度調節器と熱的に結合されている。半導体発光素子、光学素子、支持部材及び屋根部材のそれぞれは、温度調節器上に実装され、温度調節器に熱的に結合している。
【００１０】
半導体発光素子から放射された光は、光学素子を透過し、光検出器に入射する。光検出器は、入射光の強度に応じた電気信号を出力する。光学素子の透過率は波長依存性を有しているので、光学素子を透過した光は、その波長に応じた強度を有する。このため、光検出器の出力信号は、発光素子から放射される光の波長を示す。したがって、光検出器の出力信号をモニタすれば、そのモニタ結果に基づいて、発光素子から放射される光の波長を所望のロック波長に調整することが可能になる。屋根部材は、温度調節器と熱的に結合されているので、温度調節器とほぼ等しい温度に維持される。したがって、屋根部材と温度調節器との間に位置する光学素子の温度も、屋根部材および温度調節器とほぼ等しい温度に維持されることとなる。この結果、光学素子の熱膨張、熱収縮および屈折率変化が抑制される。したがって、ロック波長の変動が抑制される。
【００１２】
本発明のさらに別の側面に係る光モジュールは、レーザ光を放射する半導体発光素子と、波長依存性の光反射率を有する光学素子と、光学素子によって反射された光を受光するように配置された光検出器と、光学素子の加熱および冷却の少なくとも一方を行うことの可能な温度調節器と、温度調節器に熱的に結合された屋根部材とを備えている。光学素子は、光入射面を有しており、半導体発光素子からのレーザ光を光入射面で受光するように配置されている。屋根部材は、光学素子の上方に配置されている。温度調節器は、光学素子の下方に配置されている。光検出器は、光学素子の前記光入射面からの入射光の強度に応じた電気信号を出力し、温度調節器の温度は光検出器からの電気信号に応じて調整されて半導体発光素子のレーザ光の波長がグリット波長にロックされる。光学素子の上面と屋根部材との間には間隙が設けられている。屋根部材は、支持部材によって支持され、支持部材を介して温度調節器と熱的に結合されている。半導体発光素子、光学素子、支持部材及び屋根部材のそれぞれは、温度調節器上に実装され、温度調節器に熱的に結合している。
【００１３】
半導体発光素子から放射された光は、光学素子によって反射され、光検出器に入射する。光学素子の反射率は波長依存性を有しているので、光学素子によって反射された光は、その波長に応じた強度を有する。このため、光検出器の出力信号は、発光素子から放射される光の波長を示す。したがって、光検出器の出力信号をモニタすれば、そのモニタ結果に基づいて、発光素子から放射される光の波長を所望のロック波長に調整することが可能になる。屋根部材は温度調節器と熱的に結合されているので、屋根部材は、温度調節器とほぼ等しい温度に維持される。したがって、屋根部材と温度調節器との間に位置する光学素子の温度も、屋根部材および温度調節器とほぼ等しい温度に維持されることとなる。この結果、ロック波長の変動が抑制される。
【００１５】
屋根部材は、光学素子よりも熱伝導率が大きい材料で構成されると好ましい。この場合、屋根部材の温度は、温度調節器の温度変化に対して良好な追従性を示す。この結果、ロック波長をいっそう確実に安定化できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光モジュールの好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明においては、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１７】
（第１の実施形態）
本発明に係る光モジュールの第１の実施形態について説明する。図２は、第１実施形態の光モジュール１の部分切欠斜視図である。光モジュール１は、光モジュール主要部１０と、ハウジング１１とを備える。ハウジング１１は、光モジュール主要部１０を収納する本体部１１ａ、光ファイバ１２を主要部１０に案内する筒状部１１ｂ、および複数のリードピン１１ｃを備える。
【００１８】
以下、図３を参照しながら、主要部１０について詳細に説明する。図３（ａ）は、主要部１０を示す平面図である。図３（ｂ）は、主要部１０を示す側面図である。主要部１０は、温度調節器としての熱電子冷却器２１と、熱電子冷却器２１の上に設けられたＬ字状のキャリア２２ａと、キャリア２２ａの上に設けられたチップキャリア２２ｂを有する。
【００１９】
熱電子冷却器２１は、Ｌキャリア２２ａを介して冷却器２１上に設置されるチップキャリア２２ｂの温度を調整する。Ｌキャリア２２ａおよびチップキャリア２２ｂは、冷却器２１と熱的に結合されている。チップキャリア２２ｂ上には、半導体発光素子３１、レンズ３２、光検出器３３ａ、３３ｂ、およびエタロン３４が直接的又は間接的に搭載される。Ｌキャリア２２ａおよびチップキャリア２２ｂは、シリコン（Ｓｉ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、およびコバール等の熱良導体から構成されていると好ましい。チップキャリア２２ｂがＳｉから構成される場合、このチップキャリア２２ｂは特にＳｉベンチと呼ばれる。チップキャリア２２ｂの温度は、サーミスタ３９によりモニタされる。熱電子冷却器２１としては、例えば、ペルチェ効果を利用した温度制御素子、すなわちペルチェ素子を利用できる。ペルチェ素子を用いれば、発光素子３１およびエタロン３４の温度を容易かつ確実に調整できる。
【００２０】
図３（ｂ）に示されるように、発光素子３１は、サブマウント３１ｃを介してチップキャリア２２ｂ上に固定されている。発光素子３１は、光出射面３１ａおよび光反射面３１ｂを有する。光出射面３１ａは、レンズを含む光学部１３によって光ファイバ１２と光学的に結合されている。そのため、光出射面３１ａから放射される光は、光学部１３を通って光ファイバ１２へ導入される。一方、光反射面３１ｂは、レンズ３２と光学的に結合されている。発光素子３１の光反射面３１ｂから漏出する光は、レンズ３２に入射する。発光素子３１としては、例えば分布帰還型（ＤＦＢ）またはファブリペロー型の半導体レーザ素子を用いることができる。以下の説明では、発光素子３１は、シングルモードの半導体レーザ素子とする。このレーザ素子は、極めて狭い波長域のレーザ光を放射する。したがって、このレーザ光は、実質的に単一の波長を有するとみなすことができる。
【００２１】
レンズ３２は、図３（ｂ）に示す通り、互いにほぼ平行な上面３２ａおよび下面３２ｂを有する。レンズ３２は、その下面３２ｂがチップキャリア２２ｂと接するように、樹脂接着剤等によりチップキャリア２２ｂに固定される。レンズ３２は、発光素子３１の光反射面３１ｂと光学的に結合されている。光反射面３１ｂから漏出する光は、図３（ａ）に示すように発散光である。この発散光は、レンズ３２を透過して平行光Ｌとなる。光検出器３３ａは、レンズ３２を透過した平行光を受光できるように配置される。光検出器３３ａは、チップキャリア２２ｂ上に立設された固定部材３７上に設置される。光検出器３３ａは、受光した平行光Ｌの強度に応じた信号を出力する。
【００２２】
エタロン３４は、レンズ３２を介して、発光素子３１の光反射面３１ｂと光学的に結合されている。この実施形態では、エタロン３４は、平行平板形状をしている。エタロン３４は、その光入射面３４ａおよび光出射面３４ｂ上に多層反射膜を有していてもよい。この多層反射膜により光入射面３４ａおよび光出射面３４ｂの反射率が調整される。
【００２３】
図３（ｂ）に示されるように、エタロン３４はチップキャリア２２ｂ上に固定されている。エタロン３４の上方には、屋根部材３５が配置されている。チップキャリア２２ｂの下方には、冷却器２１が配置されている。したがって、エタロン３４は、冷却器２１と屋根部材３５との間に挟まれている。以下では、図４を参照しながら、屋根部材３５について説明する。
【００２４】
図４は、エタロン３４および屋根部材３５の配置を示す概略斜視図である。屋根部材３５は、板状の部材である。屋根部材３５は、方形の平面形状を有している。屋根部材３５は、チップキャリア２２ｂ上に固定された支持部材３６ａおよび３６ｂにより支持され、エタロン３４の上方に配置されている。エタロン３４の上面と屋根部材３５との間には、間隙がある。支持部材３６ａおよび３６ｂは、Ｌキャリア２２ａおよびチップキャリア２２ｂを介して熱電子冷却器２１と熱的に結合されている。屋根部材３５と支持部材３６ａ，３６ｂとは、接着剤により接合されていてもよいし、溶接により接合されていてもよい。接着剤を用いる場合は、熱伝導率の高い接着剤が好ましい。このほかに、屋根部材３５と支持部材３６ａ，３６ｂとは、一体に構成されていてもよい。この場合、屋根部材３５と支持部材３６ａ，３６ｂとの間の熱伝導性が、よりいっそう向上する。
【００２５】
屋根部材３５は、支持部材３６ａ，３６ｂ、チップキャリア２２ｂおよびＬキャリア２２ａを介して、熱電子冷却器２１と熱的に結合されている。そのため、チップキャリア２２ｂ、屋根部材３５、および支持部材３６ａ，３６ｂは、冷却器２１により等しい温度に維持される。エタロン３４は、等しい温度に維持される屋根部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂ、およびチップキャリア２２ｂにより囲まれているため、その温度もまた等しい温度に維持されることになる。このように、屋根部材３５は、支持部材３６ａ，３６ｂとともに、エタロン３４の温度を調整する機能を有している。
【００２６】
屋根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂは、銅タングステン（ＣｕＷ）やコバールといった熱良導体から構成されることが好ましい。本発明者らの知見によれば、エタロン３４が例えば一般的な光学ガラスから構成されている場合、その熱伝導率は１．０６Ｗ／ｍＫ程度である。これに対して、ＣｕＷの熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫであり、コバールの熱伝導率は１６Ｗ／ｍＫである。このような熱伝導率の高い材料から屋根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂを作製すれば、ハウジング１１の温度が変化した場合でも、屋根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂの温度を極短時間に調整できる。そのため、ハウジング１１内の温度変化がエタロン３４に及ぶことが確実に防止される。
【００２７】
光検出器３３ｂは、チップキャリア２２ｂ上に設けられた固定部材３８の第１の面３８ａ上に固定される。第１の面３８ａは、エタロン３４の光出射面３４ｂに対面している。そのため、光検出器３３ｂは、エタロン３４の光出射面３４ｂから放射される光を受光できる。本実施形態では、光検出器３３ｂとエタロン３４との相対的な位置関係は、所定の温度のエタロン３４を透過した所定のグリッド波長λ_０の光が光検出器３３ｂにより所定の電流値で検出されるように決定される。光検出器３３ｂの出力をこの電流値にロックすることにより、発光素子３１から放射されるレーザ光の波長がグリッド波長λ_０にロックされる。具体的には、光検出器３３ｂの出力信号に応じて熱電子冷却器２１の温度を調整することにより、チップキャリア２２ｂを介して発光素子３１の温度が調整され、レーザ光の波長が一定化される。
【００２８】
光検出器３３ａ，３３ｂは、例えば、ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ半導体層を受光窓として有するＩｎＧａＡｓ−ｐｉｎ型フォトダイオードであってもよい。
【００２９】
光モジュール１では、エタロン３４は、温度制御された屋根部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂ、およびチップキャリア２２ｂに囲まれている。そのため、エタロン３４の温度もまたこれらとほぼ等しい温度となる。さらに、ハウジング１１の内部に大きな温度差が生じた場合であっても、その影響がエタロン３４に及ぶことが防止される。その結果、エタロン３４の温度変化が抑制される。よって、エタロン３４の温度変化に伴う熱膨張、熱収縮および屈折率変化が抑制されるので、ロック波長の変動が抑止される。
【００３０】
次に、エタロン３４の温度変化の防止効果を確認するため、本発明者らが行ったシミュレーションについて説明する。図５（ａ）は、シミュレーションで用いたモデルを示す平面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のモデルのＩ−Ｉ線に沿った概略断面図である。また、図５（ｃ）は、図５（ａ）のモデルのＩ−Ｉ線に沿った断面を含む概略斜視図である。図示の通り、このモデルは、チップキャリア２２ｂ、エタロン、屋根部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂ、およびハウジング１１を有する。チップキャリア２２ｂはＳｉから構成されるものとし、エタロンは一般的な光学ガラスから構成されるものとした。屋根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂの構成材料としては、ＣｕＷおよびコバールの２通りについてシミュレーションを行った。これらの部材の寸法は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示す値とした。シミュレーションのパラメータとして使用した各材料の熱伝導率は、以下の通りである。
【００３１】
Ｓｉ：１６８．０（Ｗ／ｍＫ）
光学ガラス：１．０６０（Ｗ／ｍＫ）
ＣｕＷ：２００．０（Ｗ／ｍＫ）
コバール：１６．０（Ｗ／ｍＫ）
このシミュレーションでは、ハウジング１１内は窒素ガスが１気圧の圧力で満たされていることとした。窒素の熱伝導率は０．０２６０Ｗ／ｍＫとし、粘性定数は１．７９×１０^−５Ｐａ・ｓとした。チップキャリア２２ｂの温度を２５℃とし、ハウジング１１の温度を６０℃とした。なお、図５（ａ）および図５（ｂ）中の数値は、シミュレーションのパラメータとして用いた便宜的な数値であり、本実施形態の光モジュール１の実寸法がこれらの値に限定されるものではない。
【００３２】
図６および図７は、本実施形態の光モジュールにおけるエタロン周辺の温度分布をシミュレーションにより求めた結果を示す側面図である。図６は、屋根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂがＣｕＷの場合の結果を示し、図７は、屋根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂがコバールの場合の結果を示す。これらの図では、支持部材３６ａ，３６ｂは省略されている。
【００３３】
図６に示されるように、屋根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂをＣｕＷで構成した場合、エタロン３４内には僅か０．２℃以下の温度差があるにすぎない。また、図７に示されるように、屋根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂをコバールで構成した場合も、エタロン３４内の温度差は０．２℃程度である。したがって、いずれの場合も、エタロン３４を透過して光検出器３３ｂに入射する光の波長を精度良く一定化させることができる。
【００３４】
比較のため、屋根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂがない点を除き図５（ａ）〜図５（ｃ）と同一のモデルを用いてシミュレーションを行った。その結果を図８に示す。図８に示されるように、エタロン３４内には１．２℃程度の温度勾配が生じている。この理由としては、エタロン３４を構成する一般的な光学ガラスの熱伝導率が１．０６Ｗ／ｍＫ程度と低いことが挙げられる。エタロン３４内に温度勾配があると、ハウジング１１内の温度が僅かに変化しただけでも、エタロンのレーザ光透過部において温度変化が生じることとなる。しかも、エタロン３４の熱伝導率が低いため、エタロン３４の温度変化を応答性良く抑えることはできない。したがって、屋根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂがない場合には、エタロン３４の透過率の波長依存性がエタロン３４の温度変化に応じて変動することを確実に防止することは難しい。
【００３５】
本発明者らの知見によれば、一般的な光学ガラスから構成されるエタロンの温度が１℃変化すると、ロック波長が約０．０１３ｎｍ変動する。本実施形態による光モジュール１によれば、ハウジング１１（６０℃）とチップキャリア２２ｂ（２５℃）との間に３５℃程度の温度差が生じても、エタロンの温度分布を０．２℃程度まで抑制でき、これによりロック波長の変動を０．００３ｎｍ以下に抑えることができる。すなわち、ハウジングの温度変化から受ける影響の少ない、高精度の波長制御が可能となる。
【００３６】
以下では、本発明に係る光モジュールの他の実施形態について説明する。第２〜４の実施形態の光モジュールは、エタロン３４の周辺の構成が異なる以外は、第１の実施形態の光モジュール１と等しい構成を有する。よって、第２〜４の実施形態においては、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００３７】
（第２実施形態）
図９は、第２実施形態の光モジュールにおけるエタロン、屋根部材および支持部材の配置を示す概略斜視図である。図示の通り、屋根部材３５は、チップキャリア２２ｂ上に設けられた単一の支持部材３６ａのみにより支持される。エタロン３４は、チップキャリア２２ｂ上に固定されている。エタロン３４の上面は屋根部材３５に対面し、エタロン３４の一つの側面は支持部材３６ａに対面する。屋根部材３５、支持部材３６ａおよびチップキャリア２２ｂの温度は、熱電子冷却器２１により制御されて、ほぼ等しい温度となる。そのため、エタロン３４の温度変化が抑制され、ロック波長の変動が防止される。このように、屋根部材３５が１つの支持部材３６ａのみによって支持される場合であっても、エタロン３４の温度は十分に一定化される。
【００３８】
（第３実施形態）
図１０（ａ）は、第３実施形態の光モジュールにおけるエタロンの周辺部を示す概略斜視図である。図１０（ｂ）は、アパーチャ部材を示す斜視図である。図１０（ａ）に示す通り、屋根部材３５は、チップキャリア２２ｂ上に設けられた支持部材３６ａ，３６ｂにより支持されている。
【００３９】
エタロン３４の光入射面側には、アパーチャ部材４０が設置されている。アパーチャ部材４０は、屋根部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂおよびチップキャリア２２ｂによって形成される開口の端部に嵌め込まれている。開口アパーチャ部材４０は、エタロン３４の光入射面から離間している。アパーチャ部材４０は、図１０（ｂ）に示す通り、開口４０ａを有している。開口４０ａは、エタロン３４の光入射面と対向している。発光素子３１の光反射面３１ｂから放射されレンズ３２を透過した光Ｌは、開口４０ａを通過してエタロン３４の光入射面３４ａに入射する。アパーチャ部材４０は、チップキャリア２２ｂ上に固定されるとともに、支持部材３６ａ，３６ｂおよび屋根部材３５と接触している。アパーチャ部材４０は、Ｌキャリア２２ａおよびチップキャリア２２ｂを介して熱電子冷却器２１と熱的に結合されている。したがって、アパーチャ部材４０の温度は、チップキャリア２２ｂ、支持部材３６ａ，３６ｂ、および屋根部材３５の温度とほぼ同一となる。
【００４０】
エタロン３４の光出射面側には、アパーチャ部材４１が設置されている。アパーチャ部材４１は、屋根部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂおよびチップキャリア２２ｂによって形成される開口の端部に嵌め込まれている。アパーチャ部材４１は、エタロン３４の光出射面から離間している。アパーチャ部材４１は、アパーチャ部材４０と同一の構造を有している。アパーチャ部材４１には、エタロン３４を透過した光が通過できる開口４１ａが設けられている。開口４１ａは、エタロン３４の光出射面および光検出器３３ｂと対向している。よって、エタロン３４の透過光は、開口４１ａを通過して光検出器３３ｂに到達できる。アパーチャ部材４１は、チップキャリア２２ｂ上に固定されるとともに、支持部材３６ａ，３６ｂおよび屋根部材３５と接触している。アパーチャ部材４１は、Ｌキャリア２２ａおよびチップキャリア２２ｂを介して熱電子冷却器２１と熱的に結合されている。したがって、アパーチャ部材４１の温度は、チップキャリア２２ｂ、支持部材３６ａ，３６ｂ、および屋根部材３５の温度とほぼ同一となる。
【００４１】
アパーチャ部材４０，４１は、ＣｕＷ、コバールといった熱良導体から構成されると好ましい。これらの材料は、上述の通り、一般的な光学ガラスから構成されるエタロンよりも高い熱伝導率を有する。
【００４２】
第３実施形態では、エタロン３４は、屋根部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂ、アパーチャ部材４０，４１およびチップキャリア２２ｂによって囲まれている。これらの構成要素は、熱電子冷却器２１によってほぼ等しい温度に維持される。そのため、ハウジング１１の内部に大きな温度差が生じた場合であっても、その影響がエタロン３４に及ぶことが防止される。その結果、エタロン３４の温度変化が抑制され、エタロン３４の温度変化に伴う熱膨張、熱収縮および屈折率変化が抑制される。よって、ロック波長の変動も抑制される。アパーチャ部材４０および４１のために、エタロン３４の露出表面積が削減される。このため、エタロン３４の温度変化およびロック波長の変動をいっそう確実に抑えることができる。
【００４３】
（第４実施形態）
図１１は、第４実施形態の光モジュールにおけるエタロンの周辺部を示す概略斜視図である。図示の通り、第４実施形態は、屋根部材３５が支持部材３６ａ，３６ｂにより支持され、アパーチャ部材４０が設けられている点で、第３の実施形態と同一である。第３の実施形態と異なる点は、アパーチャ部材４１が用いられていないこと、そして、光検出器３３ｂが固定される固定部材３８がアパーチャ部材４１の代わりに設置されていることである。固定部材３８は、屋根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂに接触する。固定部材３８は、チップキャリア２２ｂ上に設けられるとともに、屋根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂと接触している。固定部材３８は、Ｌキャリア２２ａおよびチップキャリア２２ｂを介して熱電子冷却器２１と熱的に結合されている。したがって、固定部材３８の温度は、チップキャリア２２ｂ、屋根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂとほぼ同一となる。
【００４４】
このように、エタロン３４は、ほぼ同一の温度に制御される屋根部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂ、アパーチャ部材４０、固定部材３８およびチップキャリア２２ｂによって囲まれている。したがって、エタロン３４の温度変化は確実に抑制される。よって、ロック波長の変動も抑制される。アパーチャ部材４０および固定部材３８のために、エタロン３４の露出表面積が削減される。このため、エタロン３４の温度変化およびロック波長の変動をいっそう確実に抑えることができる。
【００４５】
続いて、第５および第６の実施形態について説明する。これらの実施形態では、上記の実施形態におけるエタロン３４、屋根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂの代わりに、エタロンを含む光学装置５０が使用されている。第５および第６実施形態は、屋根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂを有していない点で、第１〜第４実施形態と異なる。これらの点を除くと、第５および第６実施形態は、第１実施形態の光モジュール１と同様の構成を有する。以下では、相違点を中心に説明する。
【００４６】
（第５実施形態）
図１２は、第５実施形態の光モジュール２の部分切欠斜視図である。図１２に示されるように、光モジュール２は、光学装置５０を有する。図１３は、光学装置５０を示す概略斜視図である。光学装置５０は、エタロン５１およびフレーム部材５２〜５４を有する。エタロン５１は、平行平板形状をしている。光検出器３３ｂとエタロン５１との相対的な位置関係は、所定の温度のエタロン５１を透過した所定のグリッド波長λ_０の光が光検出器３３ｂにより所定の電流値で検出されるように決定される。フレーム部材５２〜５４は、エタロン５１の光入射面５１ａおよび光出射面５１ｂを除く３つの隣り合う側面上に取り付けられている。エタロン５１の上方に位置する。フレーム部材５３は、第１〜第４実施形態における屋根部材３５に相当する。フレーム部材５２〜５４は、光入射面５１ａおよび光出射面５１ｂが露出するようにエタロン５１を保持するホルダとして機能する。フレーム部材５２〜５４は、熱伝導率の高い材料、例えば、ＣｕＷやコバールから構成されている。フレーム部材５２〜５４は、エタロン５１よりも高い熱伝導率を有している。
【００４７】
図１３に示されるように、光学装置５０は、フレーム部材５２〜５４が取り付けられていないエタロン５１の底面がチップキャリア２２ｂと接触するようにチップキャリア２２ｂ上に固定される。フレーム部材５２〜５４は、Ｌキャリア２２ａおよびチップキャリア２２ｂを介して熱電子冷却器２１と熱的に結合されている。フレーム部材５２〜５４は、エタロン５１よりも熱伝導率の大きい材料から構成されているため、フレーム部材５２〜５４はいずれもチップキャリア２２ｂとほぼ等しい温度となる。したがって、等しい温度を有するチップキャリア２２ｂおよびフレーム部材５２〜５４によってその４つの側面を囲まれるエタロン５１もまた等しい温度に維持される。その結果、エタロン５１の熱膨張、熱収縮および屈折率変化が防止され、ロック波長の変動が抑制される。
【００４８】
チップキャリア２２ｂと接触する光学装置５０の底面にはフレーム部材が取り付けられていないため、光学装置５０をチップキャリア２２ｂ上に固定する際、ＵＶ硬化樹脂を用いることができる。具体的には、まず、この接触面にＵＶ硬化樹脂を塗布する。次に、ＵＶ硬化樹脂が塗布された接触面をチップキャリア２２ｂに当てて光学装置５０をチップキャリア２２ｂ上に載置するとともに、光軸調整を行う。その後、エタロン５１を通して紫外域光を照射しＵＶ硬化樹脂を硬化させる。これにより、光学装置５０がチップキャリア２２ｂ上に固定される。このような手順により、光学装置５０の取り付け作業が容易になる。
【００４９】
（第６実施形態）
第６実施形態の光モジュールは、使用される光学装置が異なる点を除き、第５実施形態の光モジュールと同一の構成を有する。以下では、相違点を中心に説明する。
【００５０】
図１４（ａ）は、第６実施形態にて採用される光学装置６０を示す概略斜視図である。図１４（ｂ）は、光学装置６０の構成を示す分解斜視図である。光学装置６０は、エタロン５１と、フレーム部材５２〜５５と、カバー部材５６および５７とを有する。フレーム部材５２〜５５およびカバー部材５６，５７は、熱伝導率の高い材料、例えば、ＣｕＷやコバールから構成されている。これらの部材は、エタロン５１よりも高い熱伝導率を有している。これらの部材は、Ｌキャリア２２ａおよびチップキャリア２２ｂを介して熱電子冷却器２１と熱的に結合されている。
【００５１】
フレーム部材５２〜５５は、エタロン５１の光入射面５１ａおよび光出射面５１ｂを除く４つの側面に取り付けられている。エタロン５１の上方に位置する。フレーム部材５３は、第１〜第４実施形態における屋根部材３５に相当する。カバー部材５６は、エタロン５１の光入射面と接するように取り付けられ、カバー部材５７はエタロン５１の光出射面と接するように取り付けられる。カバー部材５６，５７は、それぞれ開口５６ａ、５７ａを有する。開口５６ａは、エタロン５１の光入射面と対向している。開口５７ａは、エタロン５１の光出射面と対向している。フレーム部材５２〜５５ならびにカバー部材５６および５７は、エタロン５１の光入射面および光出射が露出するようにエタロン５１を保持するホルダとして機能する。発光素子３１からの光は、レンズ３２を通過した後、開口部５６ａからエタロン５１の光入射面に入射し、エタロン５１を透過し、エタロン５１の光出射面から開口部５７ａを通って光検出器３３ｂに到達することができる。
【００５２】
光学装置６０は、フレーム部材５５がチップキャリア２２ｂと接するように、チップキャリア２２ｂ上に固定されている。そのため、フレーム部材５２〜５５およびカバー部材５６，５７は、チップキャリア２２ｂとほぼ等しい温度に維持される。エタロン５１は、カバー部材５６，５７の開口５６ａ，５６ｂから露出する部分を除けば、全表面をフレーム部材５２〜５５およびカバー部材５６，５７によって覆われている。このため、エタロン５１は、フレーム部材５２〜５５およびカバー部材５６，５７とほぼ等しい温度に維持される。よって、ロック波長の変動が抑制される。
【００５３】
エタロン５１は、フレーム部材５２〜５５およびカバー部材５６，５７によって覆われるので、そのサイズを小さくできる。そのため、エタロンの材料コストを低減できる。また、あらかじめ光学装置６０を用意しておけば、光モジュールを作製する際に光学装置６０をチップキャリア２２ｂ上に載置し、光軸調整を行ってから光学装置６０を固定するだけで、光学装置６０の設置が完了する。よって、光モジュールの製造工程が簡易になる。
【００５４】
光学装置６０では、エタロン５１がフレーム部材５２〜５５およびカバー部材５６，５７によって覆われている。しかし、カバー部材５６，５７については、いずれか一方だけを設けてもよい。また、フレーム部材５２〜５５を一体に構成し、エタロン５１がこの一体型のフレーム部材に囲まれていてもよい。さらに、カバー部材５６，５７は、一体型のフレーム部材に固定されていてもよい。
【００５５】
（第７実施形態）
第７実施形態の光モジュールは、使用される光学装置が異なる点を除き、第５実施形態の光モジュールと同一の構成を有する。以下では、相違点を中心に説明する。
【００５６】
図１５（ａ）は、本実施形態で使用される光学装置７０を示す斜視図であり、図１５（ｂ）は、光学装置７０の分解斜視図である。光学装置７０は、エタロン５１と、保持部材５８および５９を有している。保持部材５８，５９は、Ｌキャリア２２ａおよびチップキャリア２２ｂを介して熱電子冷却器２１と熱的に結合されている。保持部材５８および５９は、エタロン５１の光入射面および光出射面が露出するようにエタロン５１を保持するホルダとして機能する。保持部材５８，５９は、熱伝導率の高い材料、例えば、ＣｕＷやコバールから構成されている。これらの部材は、エタロン５１よりも高い熱伝導率を有している。
【００５７】
保持部材５８は、エタロン５１が収容される凹部５８ａを有する。凹部５８ａの底面５８ｂには、開口５８ｃが設けられている。保持部材５９も、保持部材５８と同様に、開口５９ｃと、エタロン５１が収容される凹部（図示せず）とを有する。開口５８ｃは、エタロン５１の光入射面および光出射面の一方と対向し、開口５９ｃは、他方と対向する。発光素子３１からの光は、これらの開口を介してエタロン５１に入出射する。
【００５８】
光学装置７０を使用した場合でも、エタロン５１の温度は、保持部材５８，５９を介して熱電子冷却器２１により温度制御され、その温度変化が抑制される。よって、ロック波長の変動が抑制される。また、エタロン５１は、保持部材５８，５９によって覆われるので、そのサイズを小さくできる。そのため、エタロンの材料コストを低減できる。さらに、あらかじめ光学装置７０を用意しておけば、光モジュールを作製する際に光学装置７０をチップキャリア２２ｂ上に載置し、光軸調整を行ってから光学装置７０を固定するだけで、光学装置７０の設置が完了する。よって、光モジュールの製造工程が簡易になる。
【００５９】
（第８実施形態）
次に、第８の実施形態について説明する。第１〜第７実施形態では、互いに平行な光入射面と光出射面を有する平行平板形状のエタロンが使用されている。しかし、この代わりに、光入射面と光出射面が相対的に傾斜したウェッジエタロンを使用してもよい。第８実施形態の光モジュールは、第１実施形態における平行平板エタロンをウェッジエタロンで置き換えた構成を有している。この点を除くと、第８実施形態は、第１実施形態の光モジュール１と同一の構成を有する。以下では、相違点を中心に説明する。
【００６０】
図１６（ａ）は、この実施形態の光モジュールの主要部１０を示す平面図であり、図１６（ｂ）は、その主要部１０の側面図である。図１７は、ウェッジエタロン３４の周辺部を示す概略斜視図である。ウェッジエタロン３４において、光入射面３４ａおよび光出射面３４ｂは、微小な角度αを成して相対的に傾斜している。ここで角度αは、エタロン３４に入射した光が光入射面３４ａと光出射面３４ｂとの間で多重干渉を起こし得る範囲に決められる。具体的には、角度αは０．０１°以上０．１°以下であると好適である。光入射面３４ａおよび光出射面３４ｂ上には、多層反射膜が設けられていてもよい。この多層反射膜により光入射面３４ａおよび光出射面３４ｂの反射率が調整される。
【００６１】
ウェッジエタロン３４を使用した場合でも、第１実施形態と同様に、屋根部材３５および支持部材３６ａ、３６ｂによってエタロン３４の温度変化が抑制される。したがって、ロック波長の変動が抑制される。
【００６２】
ウェッジエタロン３４の光入射面３４ａおよび光出射面３４ｂが互いに傾斜しているため、これらの面３４ａ，３４ｂの間隔は傾斜方向に沿って変化している。そのため、ウェッジエタロン３４の透過波長も、傾斜方向に沿って変化することとなる。この性質は、ウェッジエタロン３４をチップキャリア２２ｂ上に実装するときに有益である。つまり、ウェッジエタロン３４の実装の際、ウェッジエタロン３４の平行移動によって位置合わせを行うことができる。平行平板エタロンを使用する場合、所定の向きにエタロンを配置しなければ、所望のロック波長が得られない。したがって、平行平板エタロンの実装の際は、エタロンを回転させながら向きを調整する必要がある。これに対し、ウェッジエタロンは、その向きを調整しなくても、ウェッジエタロンを平行移動して透過波長を調整すれば、所望のロック波長を得ることができる。このように、ウェッジエタロンは、実装時に回転による位置調整を必要としないので、実装が容易である。
【００６３】
第２〜第７実施形態の平行平板エタロンの代わりに、ウェッジエタロンを使用してもよい。平行平板エタロンとウェッジエタロンとの間に温度変化上の違いはほとんどないので、ウェッジエタロンを使用しても、ロック波長の変化を抑制できる。
【００６４】
上記実施形態におけるエタロンは、発光素子３１から放射される光の波長に応じた強度を有する光を生成するために使用されている。このようなエタロンの作用は、波長依存性の透過率を有する他の光学素子によっても得ることができる。この光学素子も、エタロンと同様に、その温度変化によって透過特性が変化しうる。したがって、本発明は、エタロンの代わりにこのような光学素子を備える光モジュールにも適用できる。このような光学素子の一例として、光学フィルタを挙げることができる。以下では、エタロンに代えて光学フィルタを使用する実施形態について説明する。
【００６５】
（第９実施形態）
この実施形態では、図２〜図４に示される光モジュール１のエタロン３４の代わりに光学フィルタが設置されている。この点を除くと、第９実施形態は、第１実施形態の光モジュール１と同一の構成を有する。以下では、相違点を中心に説明する。
【００６６】
光学フィルタは、短波長透過フィルタ、長波長透過フィルタ、およびバンドパスフィルタのいずれであってもよい。光学フィルタは、Ｌキャリア２２ａおよびチップキャリア２２ｂを介して熱電子冷却器２１と熱的に結合している。光検出器３３ｂと光学フィルタとの相対的な位置関係は、所定の温度の光学フィルタを透過した所定のグリッド波長λ_０の光が光検出器３３ｂにより所定の電流値で検出されるように決定される。
【００６７】
図１８（ａ）〜図１８（ｃ）は、この実施形態の光モジュールに関して、発光素子３１の出力光の波長と光検出器３３ｂの出力電流との関係を示している。図１８（ａ）は、長波長透過フィルタを使用したときの波長−出力電流の関係を示し、図１８（ｂ）は、短波長透過フィルタを使用したとき、図１８（ｃ）は、バンドパスフィルタを使用したときの波長−出力電流の関係をそれぞれ示している。ここで、発光素子３１は、シングルモードの半導体レーザ素子とする。これらの図において、出力電流はフィルタの透過率に対応している。
【００６８】
図１８（ａ）〜図１８（ｃ）に示されるように、使用されるフィルタの透過特性は、波長と透過率が一意に対応する領域を含んでいる。このため、この領域に含まれる波長は、光検出器３３ｂの出力電流と一意に対応する。したがって、光検出器３３ｂの出力電流に基づいて、発光素子３１の出力レーザ光の波長を求めることができる。波長λ_０の光が光検出器３３ｂに入射すると、光検出器３３ｂの出力電流値がＩ_０となる。ＷＤＭシステムで使用されるグリッド波長がλ_０の場合、出力電流がＩ_０となるように発光素子３１の温度を調整することにより、レーザ光の波長がグリッド波長λ_０にロックされる。
【００６９】
第１実施形態におけるエタロン３４の代わりに光学フィルタを使用する本実施形態でも、第１実施形態と同様の利点を得ることができる。すなわち、光学フィルタは、屋根部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂおよびチップキャリア２２ｂに囲まれている。屋根部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂおよびチップキャリア２２ｂの温度は、熱電子冷却器２１により制御されて、ほぼ等しい温度となる。そのため、光学フィルタの温度変化が抑えられ、それに応じてロック波長の変動が抑えられる。
【００７０】
同様に、第２〜第７実施形態におけるエタロンの代わりに光学フィルタを使用しても、ロック波長の変動を抑制できる。
【００７１】
（第１０実施形態）
この実施形態は、主要部１０における部品の配置が第９実施形態と異なる。この実施形態では、光検出器３３ｂが、光学フィルタによって反射された光を受け取るように配置されている。この点を除くと、第１０実施形態は、第９実施形態の光モジュールと同一の構成を有する。以下では、相違点を中心に説明する。
【００７２】
図１９（ａ）は、この実施形態の光モジュールの主要部１０を示す平面図であり、図１９（ｂ）は、その主要部１０の側面図である。図２０は、光学フィルタ６４の周辺部を示す概略斜視図である。光学フィルタ６４は、チップキャリア２２ｂ上に設置されている。光学フィルタ６４は、Ｌキャリア２２ａおよびチップキャリア２２ｂを介して熱電子冷却器２１と熱的に結合している。光学フィルタ６４は、レンズ３２を介して発光素子３１に光学的に結合されている。光学フィルタ６４の入射面６４ａは、レンズ３２から出射する平行光Ｌの進行方向に対して傾斜している。光検出器３３ｂは、光入射面６４ａに対面している。そのため、光検出器３３ｂは、光学フィルタ６４の光入射面６４ａで反射された光を受光できる。光学フィルタ６４は、波長依存性の光反射率を有している。すなわち、光学フィルタ６４の光反射率は、入射光の波長に依存する。光検出器３３ｂと光学フィルタ６４との相対的な位置関係は、所定の温度の光学フィルタ６４によって反射された所定のグリッド波長λ_０の光が光検出器３３ｂにより所定の電流値で検出されるように決定される。
【００７３】
光学フィルタ６４の上方には、屋根部材３５が配置されている。屋根部材３５は、チップキャリア２２ｂ上に固定された支持部材３６ｂおよび３６ｃにより支持されている。支持部材３６ｂおよび３６ｃは、屋根部材３５の隣接する２辺にそれぞれ連結されている。光学フィルタ６４は、レンズ３２と支持部材３６ｃとの間に配置されている。屋根部材３５は、支持部材３６ｂおよび３６ｃを介して熱電子冷却器２１に熱的に結合されている。屋根部材３５と支持部材３６ｂ，３６ｃとは、接着剤により接合されていてもよいし、溶接により接合されていてもよい。接着剤を用いる場合は、熱伝導率の高い接着剤が好ましい。このほかに、屋根部材３５と支持部材３６ｂ，３６ｃとは、一体に構成されていてもよい。この場合、屋根部材３５と支持部材３６ｂ，３６ｃとの間の熱伝導性が、よりいっそう向上される。
【００７４】
光検出器３３ｂは、発光素子３１の出力光のうち光学フィルタ６４によって反射された成分を検出する。したがって、光検出器３３ｂの出力電流は、光学フィルタ６４の反射特性の影響を受ける。つまり、光学フィルタ６４の反射波長域が光検出器３３ｂの出力電流に影響する。
【００７５】
光学フィルタは、短波長透過フィルタ、長波長透過フィルタ、およびバンドパスフィルタのいずれであってもよい。図２１（ａ）〜図２１（ｃ）は、この実施形態の光モジュールに関して、発光素子３１の出力光の波長と光検出器３３ｂの出力電流との関係を示している。図２１（ａ）は、長波長透過フィルタを使用したときの波長−出力電流の関係を示し、図２１（ｂ）は、短波長透過フィルタを使用したとき、図２１（ｃ）は、バンドパスフィルタを使用したときの波長−出力電流の関係をそれぞれ示している。ここで、発光素子３１は、シングルモードの半導体レーザ素子とする。これらの図において、出力電流はフィルタの反射率に対応している。
【００７６】
図２１（ａ）〜図２１（ｃ）に示されるように、使用されるフィルタの反射特性は、波長と反射率が一意に対応する領域を含んでいる。このため、この領域に含まれる波長は、光検出器３３ｂの出力電流と一意に対応する。したがって、光検出器３３ｂの出力電流に基づいて、発光素子３１の出力レーザ光の波長を求めることができる。波長λ_０の光が光検出器３３ｂに入射すると、光検出器３３ｂの出力電流値をＩ_０となる。ＷＤＭシステムで使用されるグリッド波長がλ_０の場合、出力電流がＩ_０となるように発光素子３１の温度を調整することにより、レーザ光の波長がグリッド波長λ_０にロックされる。
【００７７】
本実施形態でも、第１実施形態と同様の利点を得ることができる。すなわち、光学フィルタ６４は、屋根部材３５、支持部材３６ｂ，３６ｃおよびチップキャリア２２ｂに囲まれている。屋根部材３５、支持部材３６ｂ，３６ｃおよびチップキャリア２２ｂの温度は、熱電子冷却器２１により制御されて、ほぼ等しい温度となる。そのため、光学フィルタの温度変化が抑えられ、それに応じてロック波長の変動が抑えられる。
【００７８】
同様に、第２〜第７実施形態におけるエタロンの代わりに光学フィルタを使用し、光学フィルタの反射光を検出するように光検出器３３ｂを配置しても、ロック波長の変動を抑制できる。このように、本発明は、光学フィルタの反射光の強度に基づいて発光素子の出力波長をモニタする光モジュールにも適用できる。
【００７９】
上述のように、第３実施形態では、エタロン３４の光出射面に対向する開口を有するアパーチャ部材４１が使用されている。しかし、エタロン３４に代えて光学フィルタを使用し、光学フィルタの反射光を検出する場合は、アパーチャ部材４１の代わりに、開口のないカバー部材を設置してもよい。第４実施形態では、光検出器３３ｂがエタロン３４の光出射面と対向するように固定部材３８が配置されている。しかし、エタロン３４に代えて光学フィルタを使用し、光学フィルタの反射光を検出する場合、固定部材３８は、光検出器３３ｂが光学フィルタの光入射面と対向し、光学フィルタの反射光を受光できるように配置される。いずれの場合も、固定部材３８は、エタロンまたは光学フィルタを経由した発光素子３１からの光を光検出器３３ｂが受光するように配置される。第６および第７実施形態では、エタロン５１の光出射面に対向する開口を有するカバー部材および保持部材が使用されている。しかし、エタロン５１に代えて光学フィルタを使用し、光学フィルタの反射光を検出する場合は、このような開口は必要ない。この場合、光検出器３３ｂは、光学フィルタの光入射面と対向し、光学フィルタによって反射された発光素子３１からの光を受光するように配置される。
【００８０】
（第１１実施形態）
この実施形態は、発光素子３１がマルチモード半導体レーザ素子という点で、シングルモード半導体レーザ素子を使用する第９実施形態と異なる。この点を除くと、第１１実施形態は、第９実施形態の光モジュールと同一の構成を有する。以下では、相違点を中心に説明する。
【００８１】
発光素子３１は、マルチモードのレーザ光を放射する。したがって、この実施形態の光モジュールは、発光素子３１の複数のモードの中心波長に対応した複数のロック波長を有する。この光モジュールをＷＤＭ通信システムで使用する場合、これらのモードの中心波長は、所定の波長にロックされる。ここで、中心波長とは、例えば、最小二乗法によって計算される平均波長である。
【００８２】
この実施形態では、図２〜図４に示される光モジュール１のエタロン３４の代わりに光学フィルタが設置されている。光学フィルタは、短波長透過フィルタ、長波長透過フィルタ、および帯域通過フィルタのいずれであってもよい。図２２（ａ）〜図２２（ｃ）は、それぞれ、長波長通過フィルタ、帯域通過フィルタおよび短波長通過フィルタの光透過特性および光反射特性を示している。図中の実線は透過波長域を示しており、破線は反射波長域を示している。これらの透過域および反射域の形状は、誘電体多層膜フィルタにおいて実現することができる。図２２（ａ）〜図２２（ｃ）に示されるように、これらの光学フィルタは、波長依存性の光透過率および光反射率を有している。
【００８３】
光検出器３３ｂは光学フィルタの透過光を受け取るので、光学フィルタの透過域が光検出器３３ｂの出力に影響する。図２３（ａ）〜図２３（ｃ）は、図２２（ａ）〜図２２（ｃ）に示された透過域７０、７２および７４と、発光素子３１で生成された光のマルチモードスペクトル７６との関係をそれぞれ示している。図２３（ａ）〜図２３（ｃ）に示されるように、透過域７０、７２および７４は、いずれもマルチモードスペクトル７６と重なりを有している。長波長通過フィルタおよび短波長通過フィルタの透過域７０および７４は、マルチモードスペクトル７６に含まれる複数のモードのうち一つ以上を含むように決定されることが好ましい。帯域透過フィルタの透過域７２は、マルチモードスペクトル７６に含まれる複数のモード間の間隔よりも広い幅を有することが好ましい。いずれにせよ、光学フィルタの透過域は、発光素子３１で生成されるマルチモード光の複数のモードのうち二つ以上を含みうる広さを有している。
【００８４】
図２４（ａ）は、所望の中心波長で発振しているマルチモード発光素子３１のスペクトル７６と光学フィルタの透過域７０とを示す。図２４（ｂ）は、所望の中心波長より低い波長で発振している発光素子３１のスペクトル７８と光学フィルタの透過域７０とを示す。図２４（ｃ）は、所望の中心波長より高い波長で発振している発光素子３１のスペクトル８０と光学フィルタの透過域７０とを示す。この例では、光学フィルタは、長波長通過フィルタである。
【００８５】
図２４（ａ）〜図２４（ｃ）において、マルチモードスペクトル７６、７８および８０と透過域７０との重なり面積は、互いに異なっている。この面積の違いは、光検出器３３ｂの出力電流に反映される。重なり面積が大きいほど、出力電流も大きくなる。逆に、重なり面積が小さいほど、出力電流は小さくなる。したがって、光検出器３３ｂの出力電流に基づいて発光素子３１の温度を調整することにより、発光素子３１の発振波長域が所望の波長域に調整され、各モードの中心波長が所望の波長にロックされる。このように、本実施形態では、マルチモード発光素子３１が広い発振スペクトルを有することに着目し、その発振スペクトルと光学フィルタの透過波長域との重なりの程度を測定することにより、発振波長域の変化を検出する。
【００８６】
本実施形態でも、第１実施形態と同様の利点を得ることができる。すなわち、光学フィルタは、ほぼ等しい温度に制御された屋根部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂおよびチップキャリア２２ｂに囲まれている。そのため、光学フィルタの温度変化が抑えられる。これにより、光学フィルタの透過波長域の変化が抑えられるので、発光素子３１の発振波長域をより精度良く安定化し、ロック波長の変動を抑えることができる。
【００８７】
同様に、第２〜第７実施形態におけるエタロンの代わりに光学フィルタを使用し、発光素子３１としてマルチモード半導体レーザ素子を使用しても、ロック波長の変動を抑制できる。
【００８８】
（第１２実施形態）
この実施形態は、主要部１０における部品の配置が第１１実施形態と異なる。この実施形態では、光検出器３３ｂが、光学フィルタによって反射された光を受け取るように配置されている。つまり、この実施形態の主要部１０は、図１９（ａ）、１９（ｂ）および２０に示されるような構成を有している。この点を除くと、第１２実施形態は、第１１実施形態の光モジュールと同一の構成を有する。以下では、第１１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００８９】
マルチモード発光素子３１からの光は、レンズ３２を介して光学フィルタ６４に入射する。光検出器３３ｂは、発光素子３１の出力光のうち光学フィルタ６４によって反射された成分を検出する。したがって、光検出器３３ｂの出力電流は、光学フィルタ６４の反射特性の影響を受ける。つまり、光学フィルタ６４の反射波長域が光検出器３３ｂの出力電流に影響する。
【００９０】
光学フィルタ６４は、長波長通過フィルタ、短波長通過フィルタおよび帯域通過フィルタのいずれであってもよい。光学フィルタ６４の反射波長域は、図２２（ａ）〜図２２（ｃ）に示されている。光学フィルタ６４の反射波長域は、発光素子３１のマルチモードスペクトル７６と重なりを有している。長波長通過フィルタおよび短波長通過フィルタの反射域は、マルチモードスペクトルに含まれる複数のモードのうち一つ以上を含むように決定されることが好ましい。帯域透過フィルタの反射域は、マルチモードスペクトルに含まれる複数のモード間の間隔よりも広い幅を有することが好ましい。いずれにせよ、光学フィルタ６４の反射域は、発光素子３１で生成されるマルチモード光の複数のモードのうち二つ以上を含みうる広さを有している。
【００９１】
光検出器３３ｂの出力は、光学フィルタ６４の反射域と発光素子３１からのマルチモード光のスペクトルとの重なりの程度に応じて変化する。光検出器３３ｂの出力電流に基づいて発光素子３１の温度を調整することにより、発光素子３１の発振波長域が所望の波長域に調整され、各モードの中心波長が所望の波長にロックされる。
【００９２】
本実施形態でも、第１１実施形態と同様の利点を得ることができる。すなわち、光学フィルタ６４は、ほぼ等しい温度に制御された屋根部材３５、支持部材３６ｂ，３６ｃおよびチップキャリア２２ｂに囲まれている。そのため、光学フィルタ６４の温度変化が抑えられる。これにより、光学フィルタの反射波長域の変化が抑えられるので、発光素子３１の発振波長域をより精度良く安定化し、ロック波長の変動を抑えることができる。
【００９３】
同様に、第２〜第７実施形態におけるエタロンの代わりに光学フィルタを使用し、光学フィルタの反射光を検出するように光検出器３３ｂを配置し、発光素子３１としてマルチモード半導体レーザ素子を使用しても、ロック波長の変動を抑制できる。
【００９４】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第３の実施形態では、アパーチャ部材４０，４１は、屋根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂに接触するように設置されている。しかし、アパーチャ部材４０，４１は、屋根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂと離間させて設置してもよい。このような配置でも、アパーチャ部材４０，４１の温度は、チップキャリア２２ｂを介して冷却器２１とほぼ等しい温度に調整される。このため、アパーチャ部材４０，４１の温度は、屋根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂとほぼ同一となる。したがって、第３の実施形態とほぼ同様の効果が得られる。
【００９５】
アパーチャ部材４０，４１は、屋根部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂ、およびチップキャリア２２ｂの少なくとも一つと接触していればよい。アパーチャ部材４０，４１の温度は、アパーチャ部材４０，４１と接触する部材を介して、屋根部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂ、およびチップキャリア２２ｂと等しくされる。そのため、第３の実施形態とほぼ同様の効果が得られる。また、アパーチャ部材４０，４１は、エタロンや光学フィルタと接触していてもよい。
【００９６】
屋根部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂ、アパーチャ部材４０，４１、および固定部材３８の寸法は、エタロンや光学フィルタの大きさおよび材質を考慮に入れ、第１の実施形態において説明したシミュレーション等に基づいて決定されることが好ましい。
【００９７】
チップキャリア２２ｂを用いず、発光素子３１、レンズ３２、エタロン（または光学フィルタ）、支持部材３６ａ，３６ｂ、および固定部材３７，３８を熱電子冷却器２１上に直接搭載しても良い。
【００９８】
半導体発光素子３１の出力波長域は、１．５５μｍ帯に限られない。また、ロックされる波長の値は、ＷＤＭに関して決められたＩＴＵグリッドに限られない。
【００９９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の光モジュールでは、温度調節器と屋根部材またはホルダとによって光学素子の温度がほぼ一定に維持されるため、ロック波長シフトを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ），（ｂ）は、半導体レーザ素子からのレーザ光の波長と光検出器の出力電流との関係を示す模式図である。
【図２】図２は、第１の実施形態の光モジュール１の一部破断部を有する斜視図である。
【図３】図３（ａ）は、光モジュール主要部１０を示す平面図である。図３（ｂ）は、光モジュール主要部１０を示す側面図である。
【図４】図４は、板状部材３５とエタロン３４との位置関係を示す斜視図である。
【図５】図５（ａ）は、シミュレーションに用いたモデルの平面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った断面を含む斜視図である。
【図６】図６は、エタロンの温度分布を求めたシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図７】図７は、エタロンの温度分布を求めたシミュレーション結果の他の例を示す図である。
【図８】図８は、板状部材及び支持部材のない場合について、エタロンの温度分布を求めたシミュレーションの結果を示す図である。
【図９】図９は、第２の実施形態の光モジュールにおいて、エタロン、板状部材、及び支持部材の位置関係を示す斜視図である。
【図１０】図１０（ａ）は、第３の実施形態による光モジュールのエタロンの周辺部を示す斜視図である。図１０（ｂ）は、アパーチャ部材を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、第４の実施形態による光モジュールのエタロンの周辺部を示す斜視図である。
【図１２】図１２は、第５の実施形態の光モジュールの一部破断部を有する斜視図である。
【図１３】図１３は、光学部品の一例を示す斜視図である。
【図１４】図１４（ａ）は、光学部品の他の例を示す斜視図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の光学部品の構成を説明する模式図である。
【図１５】図１５（ａ）は、光学部品の他の例を示す斜視図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の光学部品の構成を説明する模式図である。
【図１６】図１６（ａ）は、第８実施形態の光モジュールの主要部を示す平面図であり、図１６（ｂ）は、その主要部を示す側面図である。
【図１７】図１７は、第８実施形態におけるウェッジエタロンの周辺部を示す概略斜視図である。
【図１８】図１８（ａ）〜（ｃ）は、第９実施形態の光モジュールに関して、発光素子の出力光の波長と光検出器の出力電流との関係を示している。
【図１９】図１９（ａ）は、第１０実施形態の光モジュールの主要部を示す平面図であり、図１９（ｂ）は、その主要部を示す側面図である。
【図２０】図２０は、第１０実施形態における光学フィルタの周辺部を示す概略斜視図ある。
【図２１】図２１（ａ）〜（ｃ）は、第１０実施形態の光モジュールに関して、発光素子の出力光の波長と光検出器の出力電流との関係を示している。
【図２２】図２２（ａ）〜（ｃ）は、長波長通過フィルタ、帯域通過フィルタおよび短波長通過フィルタの特性を示している。
【図２３】図２３（ａ）〜（ｃ）は、図２２（ａ）〜（ｃ）に示される透過波長域とマルチモードスペクトルとの関係を示す図である。
【図２４】図２４（ａ）は、所望の波長で発振しているマルチモードレーザ素子のスペクトルと光学フィルタの透過波長域を示し、図２４（ｂ）は、所望の波長より低い波長で発振しているマルチモードレーザ素子のスペクトルと光学フィルタの透過波長域を示し、図２４（ｃ）は、所望の波長より高い波長で発振しているマルチモードレーザ素子のスペクトルと光学フィルタの透過波長域を示している。
【符号の説明】
１，２…光モジュール、１０…主要部、１１…ハウジング、１２…光ファイバ、２１…熱電子冷却器、２２…チップキャリア、３１…半導体発光素子、３２…レンズ、３３ａ，３３ｂ…光検出器、３４…エタロン、３５…板状部材、３６ａ，３６ｂ…支持部材、３７，３８…固定部材、４０，４１…アパーチャ部材、５０，６０…光学部品、５１…エタロン、５２…フレーム部材、５６，５７…カバー部材、５８，５９…保持部材、６４…光学フィルタ。

Claims (18)

1. レーザ光を放射する半導体発光素子と、
   光入射面および光出射面を有し、前記半導体発光素子からの前記レーザ光を前記光入射面で受光するように配置され、波長依存性の光透過率を有する光学素子と、
   前記光学素子を透過した光を受光するように配置された光検出器と、
   前記光学素子の下方に配置され、前記光学素子の加熱および冷却の少なくとも一方を行うことの可能な温度調節器と、
   前記光学素子の上方に配置され、前記温度調節器に熱的に結合された屋根部材と
   を備え、
   前記光検出器は、前記光学素子の前記光出射面からの入射光の強度に応じた電気信号を出力し、前記温度調節器の温度は前記光検出器からの前記電気信号に応じて調整されて前記半導体発光素子の前記レーザ光の波長がグリット波長にロックされ、
   前記光学素子の上面と前記屋根部材との間には間隙が設けられ、
   前記屋根部材は、支持部材によって支持され、前記支持部材を介して前記温度調節器と熱的に結合され、
   前記半導体発光素子、前記光学素子、前記支持部材及び前記屋根部材のそれぞれは、前記温度調節器上に実装され、前記温度調節器に熱的に結合している光モジュール。
2. 前記半導体発光素子は、シングルモード半導体レーザ素子であり、前記光学素子の透過特性は、波長と透過率が一意に対応する領域を含んでいる、請求項１記載の光モジュール。
3. 前記半導体発光素子は、マルチモード半導体レーザ素子であり、前記光学素子は、前記レーザ素子の発振波長域に応じて変化するパワーを有する透過光を生成する、請求項１記載の光モジュール。
4. 前記光学素子は、前記レーザ素子の複数のモードを含みうる透過波長域を有している、請求項３記載の光モジュール。
5. レーザ光を放射する半導体発光素子と、
   光入射面を有し、前記半導体発光素子からの前記レーザ光を前記光入射面で受光するように配置され、波長依存性の光反射率を有する光学素子と、
   前記光学素子によって反射された光を受光するように配置された光検出器と、
   前記光学素子の下方に配置され、前記光学素子の加熱および冷却の少なくとも一方を行うことの可能な温度調節器と、
   前記光学素子の上方に配置され、前記温度調節器に熱的に結合された屋根部材と
   を備え、
   前記光検出器は、前記光学素子の前記光入射面からの入射光の強度に応じた電気信号を出力し、前記温度調節器の温度は前記光検出器からの前記電気信号に応じて調整されて前記半導体発光素子の前記レーザ光の波長がグリット波長にロックされ、
   前記光学素子の上面と前記屋根部材との間には間隙が設けられ、
   前記屋根部材は、支持部材によって支持され、前記支持部材を介して前記温度調節器と熱的に結合され、
   前記半導体発光素子、前記光学素子、前記支持部材及び前記屋根部材のそれぞれは、前記温度調節器上に実装され、前記温度調節器に熱的に結合している光モジュール。
6. 前記半導体発光素子は、シングルモード半導体レーザ素子であり、前記光学素子の反射特性は、波長と反射率が一意に対応する領域を含んでいる、請求項５記載の光モジュール。
7. 前記半導体発光素子は、マルチモード半導体レーザ素子であり、前記光学素子は、前記レーザ素子の発振波長域に応じて変化する強度を有する反射光を生成する、請求項５記載の光モジュール。
8. 前記光学素子は、前記レーザ素子の複数のモードを含みうる反射波長域を有している、請求項７記載の光モジュール。
9. 前記光学素子の光入射面に対向するように配置された開口を有する第１のアパーチャ部材をさらに備え、前記第１アパーチャ部材は、前記温度調節器および前記屋根部材と熱的に結合されている、請求項１〜８のいずれかに記載の光モジュール。
10. 前記光学素子の光出射面に対向するように配置された開口を有する第２のアパーチャ部材をさらに備え、前記第２アパーチャ部材は、前記温度調節器および前記屋根部材と熱的に結合されている、請求項１〜４のいずれかに記載の光モジュール。
11. 前記光検出器がその上に固定される固定部材を更に備え、前記固定部材は、前記光検出器が前記光学素子を経由した前記半導体発光素子からの光を受光するように配置され、前記固定部材は、前記温度調節器および前記屋根部材と熱的に結合されて
    いる、請求項１〜１０のいずれかに記載の光モジュール。
12. 前記光学素子を搭載する搭載部材を更に備え、前記搭載部材は、前記温度調節器および前記屋根部材と熱的に結合されている、請求項１〜１１のいずれかに記載の光モジュール。
13. 前記屋根部材は、前記光学素子よりも熱伝導率が大きい材料から構成されている、請求項１〜１２記載のいずれかに記載の光モジュール。
14. 前記支持部材は、前記光学素子よりも熱伝導率が大きい材料ら構成されている、請求項１記載の光モジュール。
15. 前記第１アパーチャ部材は、前記光学素子よりも熱伝導率が大きい材料から構成されている、請求項９記載の光モジュール。
16. 前記第２アパーチャ部材は、前記光学素子よりも熱伝導率が大きい材料から構成されている、請求項１０記載の光モジュール。
17. 前記温度調節器は、ペルチェ素子である、請求項１〜１６のいずれかに記載の光モジュール。
18. 前記光学素子は、エタロンまたは光学フィルタである、請求項１〜１７のいずれかに記載の光モジュール。

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