(57)【要約】【課題】本発明は、電子冷却素子の熱変形によるマウントステージの変形を抑制し、波長変動のない安定した動作をするレーザモジュールを提供することを目的としている。【解決手段】光増幅素子１４とレーザ共振器Ｌとを有する波長可変レーザが配置されたマウントステージ１０と、マウントステージ１０に接合され、マウントステージ１０の温度を一定に制御する電子冷却素子８と、を備え、  マウントステージ１０は、波長可変レーザが配置された第１の主面Ａと、電子冷却素子８に接合された第２の主面Ｂと、第１または第２の主面に一体成形された強度補強部３と、を有し、強度補強部３が設けられた部分は、それ以外の部分よりも肉厚であることを特徴とするレーザモジュール。【選択図】図２
2010258354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光増幅素子とレーザ共振器とを有する波長可変レーザが配置されたマウントステージと、
前記マウントステージに接合され、前記マウントステージの温度を一定に制御する電子冷却素子と、
を備え、
前記マウントステージは、
前記波長可変レーザが配置された第１の主面と、
前記電子冷却素子に接合された第２の主面と、
前記第１または第２の主面に一体成形された強度補強部と、
を有し、前記強度補強部が設けられた部分は、それ以外の部分よりも肉厚であることを特徴とするレーザモジュール。
【請求項２】
前記強度補強部は、前記第２の主面に設けられ、前記電子冷却素子に接合された突出面を有する隆起部であることを特徴とする請求項１に記載のレーザモジュール。
【請求項３】
前記強度補強部は、前記第１の主面に設けられ、前記波長可変レーザの光軸に略平行に成形された隆起部であることを特徴とする請求項１に記載のレーザモジュール。
【請求項４】
前記隆起部は、壁状に成形されたリブであることを特徴とする請求項３に記載のレーザモジュール。
【請求項５】
前記強度補強部は、
前記第１の主面に設けられ、前記波長可変レーザの光軸に略平行な壁状に成形されたリブと、
前記第２の主面に設けられ、前記電子冷却素子に接合された突出面を有する隆起部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザモジュール。
【請求項６】
前記強度補強部は、
前記第２の主面に設けられ、壁状に成形されたリブと、
前記第２の主面に設けられ、前記電子冷却素子に接合された突出面を有する隆起部であることを特徴とする請求項１に記載のレーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザモジュールに関し、特に、電子冷却素子を備えた光通信用のレーザモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザをパッケージに組み込んだレーザモジュールは、光通信システムにおける送信用光源等として広く用いられている。一方、光通信システムの大容量化のために、波長分割多重システム（ＷＤＭシステム：Wavelength Division Multiplexing System）が採用されており、レーザ光の波長を制御できる波長可変レーザモジュールが、不可欠な構成要素となっている。
【０００３】
図９は、波長可変レーザモジュール７０の構成を示す模式図である。半導体レーザ用パッケージ５１内に、ペルチェクーラ８およびマウントステージ１が装着され、マウントステージ１の上面には、半導体光増幅素子１４（Ｓ Ｏ Ａ：Semiconductor Optical Amplifier）、および波長可変反射器１７、ファブリ・ペローエタロン１６ （ＦＰエタロン：Fabry-Perot etalon）、光アイソレータ１５などが配置されて波長可変レーザを構成している。
【０００４】
ＳＯＡ１４は、光反射膜がコーティングされた端面１４ａと、無反射コーティングが施された端面１４ｂと、を有しており（図１０参照）、光反射膜がコーティングされた端面１４ａと波長可変反射器１７との間でレーザ共振器Ｌが形成されている。さらに、レーザ共振器Ｌ内において、ＳＯＡ１４で光が増幅されることによりレーザ発振が生じ、レーザ共振器Ｌの外部にレーザ光が放出される。図９に示すレーザモジュール７０において、波長可変レーザから放出されたレーザ光は、パッケージ５１に設けられたサファイア窓５３を通して外部へ放出され、さらに、集光レンズ５６によって集光されたレーザ光が、ファイバ保持部５４にて保持された光ファイバーに結合されて、光ファイバネットワークを伝播してゆく。
【０００５】
ＷＤＭシステムを採用した光ネットワークにおいて使用されるレーザ光の波長は、国際的な規格であるＩＴＵグリッド（International Telecommunication Union grid）に適合する必要がある。このため、上記の波長可変レーザから出射されるレーザ光の波長は、精密に制御される必要がある。図９のレーザモジュール７０においては、波長可変反射器１７によって所定の波長範囲に絞り込まれた光を、さらにＦＰエタロン１６により精密に選択し、ＩＴＵグリッドに適合した波長のレーザ光を放出する。また、ペルチェクーラ８によってマウントステージの温度を一定に制御し、波長可変レーザの発振状態を安定に維持する。
【０００６】
一方、レーザモジュールの温度制御に欠かすことのできないペルチェクーラ８は、２つのプレートの間にペルチェ素子を挟んだ構成のデバイスであり、一方のプレート１２の温度を一定に保ち、他方のプレート１１において熱の放散、または吸収を行う。したがって、ペルチェクーラが有効に動作している場合には、２つのプレートの間に温度差が生じており、必然的に熱変形を起こすという問題があった。
【０００７】
図１０は、ペルチェクーラ８の熱変形によって生じるマウントステージ１の変形を模式的に示す説明図である。マウントステージ１が接合されているペルチェクーラ８の上部プレート１２は、温度を一定に保持する側のプレートであり、一方、パッケージ５１のベース７に接合されている下部プレート１１は、ベース７を介して熱の放散、または吸収を行う。
【０００８】
図１０（ａ）に示すように、上部プレート１２と下部プレート１１の間の温度差が小さな場合には、ペルチェクーラ８は熱変形を起こさず、マウントステージ１は平坦な状態に保たれている。しかし、上部プレート１２と下部プレート１１の温度差が大きくなると、図１０（ｂ）に示すように、ペルチェクーラに熱変形が生じ、上部プレート１２に接続されたマウントステージ１が変形を起こしてしまう。図中には、上部プレート１２を冷却して、下部プレート１１から熱を放散している状態を示している。すなわち、上部プレート１２の温度が下部プレート１１の温度より低くなった結果、ペルチェクーラ８が熱変形を起こし、マウントステージ１が上方に向けて反った状態を示している。
【０００９】
図１０（ｂ）に示すように、マウントステージ１が変形すると、マウントステージ上に配置される波長可変レーザの共振器Ｌの間隔が、図１０（ａ）に示すＬ１からＬ２に変化するため、波長可変反射器で選択される光の波長範囲がシフトする。その結果、ＦＰエタロン１６で精密に制御されているレーザ光の波長が、ＩＴＵグリッドから外れてしまうという問題が生じる場合がある。例えば、Ｌ１とＬ２の光路差が数ミクロン違えば、レーザ波長はＩＴＵグリッドの規格から外れてしまう場合がある。この問題を解決する手段として、特許文献１には、ペルチェクーラとマウントステージの間に、中間プレートを挿入して、ペルチェクーラの熱変形によって生じるマウントステージの変形を緩和する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＷＯ２００８／００６３８７Ａ１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のマウントステージの変形を防止するためには、マウントステージ自体の強度を強くする方法が考えられる。すなわち、マウントステージの厚さを厚くするとか、変形しにくい材料を選択する方法が考えられる。
【００１２】
しかしながら、光通信システムの多波長化が進む一方で、伝送装置の小型化が要請されている状況下において、伝送装置内のボード間に配置されるレーザモジュールのパッケージが厚くなるような解決方法を選択することは難しい。また、マウントステージを厚くしてボリュームが大きくなれば、より大型のペルチェクーラが必要となり、パッケージサイズが大きくなる可能性もある。また、マウントステージの温度を安定に保持する観点からは、熱伝導度が高い材料を使用することが必須要件であり、強度が高く変形しない材料を選択できる余地は少ないという問題もあった。
【００１３】
さらに、特許文献１に記載された従来技術においても、中間プレートを新たに挿入した構造となるために、ペルチェクーラとマウントステージの間の接続面が増えるという問題がある。すなわち、接続面におけるハンダクリープの問題が生じ易くなり、光軸が変動してレーザ光の出力が安定しないおそれがある。また、部品点数の増加により組み立て工数が増える点においても不利な影響が考えられる。
【００１４】
そこで、本発明は、上記の問題を鑑みて、電子冷却素子の熱変形によるマウントステージの変形を抑制し、波長変動のない安定した動作をするレーザモジュールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明に係るレーザモジュールは、光増幅素子とレーザ共振器とを有する波長可変レーザが配置されたマウントステージと、前記マウントステージに接合され、前記マウントステージの温度を一定に制御する電子冷却素子と、を備え、
前記マウントステージは、前記波長可変レーザが配置された第１の主面と、前記電子冷却素子に接合された第２の主面と、前記第１または第２の主面に一体成形された強度補強部と、を有し、前記強度補強部が設けられた部分は、それ以外の部分よりも肉厚であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、波長可変レーザが配置されるマウントステージに強度補強部を設けている。これにより、電子冷却素子の熱変形によるマウントステージの変形を抑制することができ、発振波長の変動が少ないレーザモジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザモジュールのマウントステージを示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るレーザモジュールの構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るマウントステージを示す模式図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る別のマウントステージを示す模式図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るレーザモジュールの構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るマウントステージを示す模式図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るマウントステージを示す模式図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る別のマウントステージを示す模式図である。
【図９】従来技術に係るレーザモジュールの構成を示す模式図である。
【図１０】従来技術に係るレーザモジュールを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る好適な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
本実施形態に係るレーザモジュールは、光増幅素子であるＳＯＡ１４と、ＳＯＡ１４の一方の端面１４ａと波長可変反射器１７との間に構成されるレーザ共振器Ｌと、を有する波長可変レーザが配置されたマウントステージ１０と、マウントステージ１０に接合され、マウントステージ１０の温度を一定に制御する電子冷却素子であるペルチェクーラ８と、を備えている。（図２参照）
【００２０】
さらに、マウントステージ１０は、波長可変レーザが配置された第１の主面Ａと、ペルチェクーラ８に接合された第２の主面Ｂと、第２の主面Ｂに一体成形された強度補強部３と、を有している。また、強度補強部３が設けられた部分は、それ以外の部分よりも肉厚となっている。（図２参照）
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るマウントステージ１０を示す模式図である。図１（ａ）は、マウントステージ１０の正面図であり、図１（ｂ）は、上面図を示している。強度補強部３は、第２の主面Ｂから隆起した突出面４を有する隆起部であり、この突出面４とペルチェクーラ８の上部プレート１２が、ハンダ付けされて接合される（図２参照）。
【００２２】
各部の寸法について、以下に例示する。まず、図１に示すマウントステージ１０において、強度補強部３を除く領域２の厚さｄ１は、０．５〜１．０ｍｍである。これに対し、強度補強部３の厚さｄ２は、０．５〜１．０ｍｍに成形されている。また、マウントステージ１０の光軸方向の長さＷ１は、１５〜１８ｍｍであり、横幅Ｗ２は、７〜８ｍｍである。さらに、強度補強部３の長さＷ３は、３〜５ｍｍ、横幅Ｗ４は、６〜７ｍｍである。
【００２３】
図２は、マウントステージ１０を用いたレーザモジュールのパッケージ内部の構成を示す模式図である。マウントステージ１０の第１の主面Ａには、波長可変レーザを構成するＳＯＡ１４およびＦＰエタロン１６、波長可変反射器１７が、光軸Ｐに沿って配置されている。ＳＯＡ１４の端面１４ａには、反射膜がコーティングされており、波長可変反射器１７の反射面との間でレーザ共振器が構成されている。また、外部からのレーザ光の戻りを遮断する光アイソレータ１５および複数の光学レンズ１９が配置されている。また、第２の主面Ｂに設けられた強度補強部３の突出面４は、ハンダ層１３を介して、ペルチェクーラ８の上部プレート１２と接合されている。尚、光アイソレータは、パッケージの内部や外部の光ファイバーに接続されていてもよい。
【００２４】
一方、ペルチェクーラ８の下部プレート１１は、パッケージのベース７にハンダ付けされて固定されており、ベース７を介して外部との熱交換を行う。これにより、ペルチェクーラ８は、マウントステージ１０の温度を一定に制御し、波長可変レーザの出力およびレーザ光の波長を安定させる。
【００２５】
上記の構成において、マウントステージ１０の温度を２５℃に制御し、レーザモジュールの周囲温度を５℃から７５℃に変化させて、レーザ光の波長および出力の変動を確認した。この間、ペルチェクーラ８の上部プレート１２と下部プレートの間の温度差は、約５０℃まで大きくなっているが、レーザ出力の変動は、５％以下、波長の変動は、２ＧＨｚ以下であった。この結果は、第２の主面Ｂに設けた強度補強部３によって、マウントステージ１０の変形が抑制されたことを示している。また、上記の実施形態において、強度補強部３は、マウントステージ１０の中央部に設けられているが、この形態に限定される訳ではなく、光軸Ｐの沿った方向に形成位置をずらしても良い。特に、発熱の大きなＳＯＡ１４の配置位置に対向する部分に設けることにより、マウントステージ１０の温度を、より安定に制御できる場合がある。
【００２６】
図３は、本発明の第２の実施形態に係るマウントステージ２０を示す模式図である。本実施形態では、マウントステージ２０の第１の主面Ａにおいて、波長可変レーザが配置される領域を挟んで隆起部２３が設けられている。すなわち、本実施形態における強度補強部は、第１の主面Ａに一体成形され、波長可変レーザの光軸に略平行に成形された隆起部２３である。
【００２７】
例えば、マウントステージ２０の光軸方向の長さＷ１は１５〜１８ｍｍであり、横幅Ｗ２は、８〜１０ｍｍである。波長可変レーザを配置する領域の幅Ｗ５は、約６ｍｍであり、厚さｄ３は０．５〜０．８ｍｍである。また、隆起部２３の厚さｄ４は１〜２ｍｍである。
【００２８】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る別のマウントステージ３０を示す模式図である。本実施形態に係るマウントステージ３０では、第１の主面Ａの端辺に沿って設けられた壁状のリブ２５が強度補強部として機能し、マウントステージ３０の変形を抑制する。また、上記のマウントステージ２０に比べて、波長可変レーザを配置する領域２６の面積を広く取れるので、様々なサイズの増幅素子や光学部品に対応できる点でメリットがある。
【００２９】
例えば、マウントステージ３０の光軸方向の長さＷ１は、１５〜１８ｍｍであり、横幅Ｗ２は、８〜１０ｍｍである。また、厚さｄ５は、０．５〜０．８ｍｍである。リブ２５の幅Ｗ６は、０．５〜０．７ｍｍであり、高さｄ６は１〜２ｍｍである。
【００３０】
図５は、マウントステージ２０に波長可変レーザを配置し、ペルチェクーラ８に接合した状態を示す模式図である。マウントステージ３０の場合においても、同様の構成となるのは明らかである。図中に示すマウントステージ２０の第１の主面Ａには、波長可変レーザを構成するＳＯＡ１４およびＦＰエタロン１６、波長可変反射器１７、また、光アイソレータ１５および複数の光学レンズ１９が、光軸Ｐに沿って配置されている。一方、第２の主面Ｂは、ハンダ層１３を介して、ペルチェクーラ８の上部プレート１２に直接ハンダ付けされている。
【００３１】
上記の構成において、マウントステージ２０の変形は、強度補強部である隆起部２３によって抑制され、一方、ペルチェクーラ８の熱変形による応力は、上部プレート１２と、マウントステージ２０の第２の主面Ｂとの間に介在するハンダ層１３に吸収される。
【００３２】
図６は、本発明の第３の実施形態に係るマウントステージ４０を示す模式図である。図６（ａ）は正面図を、図６（ｂ）は上面図を、図６（ｃ）は側面図を、それぞれ示している。
【００３３】
図中に示すように、マウントステージ４０は、第１の主面Ａに配置される波長可変レーザの光軸に平行に設けられた壁状のリブ２５を端辺に有し、突出面４を有する隆起部３が第２の主面Ｂに設けられている。すなわち、第１の実施形態に係る強度補強部と、第２の実施形態に係る強度補強部を合わせて備えた構成となっており、マウントステージ４０の変形を、さらに少なくする構成となっている。
【００３４】
図７は、本発明の第４の実施形態に係るマウントステージ５０を示す模式図である。図７（ａ）は正面図を、図７（ｂ）は上面図を、図７（ｃ）は側面図を示している。
【００３５】
本実施形態に係るマウントステージ５０においては、突出面４を有する隆起部３と壁状のリブ３５が、共に第２の主面Ｂに設けられている。図示しないペルチェクーラ８の上部プレート１２は、突出面４に接合される。これにより、波長可変レーザの配置面である第１の主面Ａが平坦に保たれているので、光増幅素子や光学部品のアッセンブリが容易となる。また、上記の実施形態３と同様に、ペルチェクーラ８の熱変形に抗してマウントステージ５０の変形を抑制する強度が確保される。
【００３６】
図８は、本発明の第４の実施形態に係る別のマウントステージ６０を示す模式図である。前図と同様に、（ａ）は正面図を、（ｂ）は上面図を、（ｃ）は側面図を示している。本実施形態に係るマウントステージ６０では、突出面４を有する隆起部３と壁状のリブ４５が、共に第２の主面Ｂに設けられている。さらに、リブ４５が、第１の主面Ａに配置される波長可変レーザの光軸に対して、斜めに設けられている点において、図７に示すマウントステージ５０と相違する。リブ４５を、図中に示す配置に成形することにより、厚さが薄い両端部において、光軸に直行する方向の変形に対する強度を大きくすることができる。すなわち、マウントステージ６０を、両端部において捩じるような方向に働く応力に対しても、変形の抑制を図ることができる。
【００３７】
上記の第１ないし第４の実施形態に係るマウントステージは、銅タングステン合金（ＣｕＷ合金）を用いて一体成形している。また、ＣｕＷ合金以外の材料として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、またはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）などの材料を用いることも可能である。
【００３８】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明に係るレーザモジュールは、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【００３９】
３  強度補強部
４  突出面    
８  ペルチェクーラ
１０  マウントステージ
１４  光増幅素子
１６  ＦＰエタロン
１７  波長可変反射器    
Ａ  第１の主面  
Ｂ  第２の主面  
Ｐ  光軸    
Ｌ  レーザ共振器
【図１】
2010258354.tif 000003
【図２】
2010258354.tif 000004
【図３】
2010258354.tif 000005
【図４】
2010258354.tif 000006
【図５】
2010258354.tif 000007
【図６】
2010258354.tif 000008
【図７】
2010258354.tif 000009
【図８】
2010258354.tif 000010
【図９】
2010258354.tif 000011
【図１０】
2010258354.tif 000012