(57)【要約】【課題】  熱膨張係数の著しく異なる発光素子と光機能素子を同一ケースに搭載した小型で高信頼性の光モジュールを提供する。【解決手段】  光モジュール１００のケース８は、その熱膨張係数が、光機能素子５の熱膨張係数とほぼ等しい材料を選択する。発光素子１と発光素子１を搭載する熱電モジュール９のケースへの搭載部８ａには、発光素子１、熱電モジュール９の放熱板９ｃと熱膨張係数の整合を採った材料を埋め込む。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、該発光素子を搭載するサブマウントと、該サブマウントを収容するステンレス製ケースを有し、
前記ステンレス製ケースの前記サブマウント搭載位置に、前記発光素子と熱膨張係数が近い部材を埋め込んだことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
発光素子と、該発光素子からの光を受光する光機能素子とを金属ケースに収容する光モジュールであって、
前記金属ケースは、前記光機能素子を搭載する第１の部材と前記発光素子を搭載する第２の部材とからなり、
前記光機能素子と前記第１の部材との熱膨張係数差と、前記発光素子と前記第２の部材との熱膨張係数差とは、ともに近いことを特徴とする光モジュール。
【請求項３】
請求項２記載の光モジュールであって、
前記発光素子と前記第２の部材との熱膨張係数差は、３ｐｐｍ／Ｋ以下であることを特徴とする光モジュール。
【請求項４】
発光素子と、該発光素子からの光を受光する光機能素子とを金属ケースに収容する光モジュールであって、
前記金属ケースは、前記光機能素子を搭載する第１の部材と前記発光素子を搭載する第２の部材とからなり、
前記光機能素子と前記発光素子との熱膨張係数差は、５ｐｐｍ／Ｋを越えることを特徴とする光モジュール。
【請求項５】
発光素子と、該発光素子からの光を受光する光機能素子とを金属ケースに収容する光モジュールであって、
前記金属ケースは、前記光機能素子を搭載する第１の部材と前記発光素子を搭載する第２の部材とからなり、
前記第１の部材の熱膨張係数と前記第２の部材の熱膨張係数との差は、５ｐｐｍ／Ｋを越えることを特徴とする光モジュール。
【請求項６】
発光素子と、該発光素子からの光を受光する光機能素子とを金属ケースに収容する光モジュールであって、
前記金属ケースは、前記光機能素子を搭載する第１の部材と前記発光素子を搭載する第２の部材とからなり、
前記第１の合金部は、ステンレスであり、前記第２の合金部は、銅タングステンであることを特徴とする光モジュール。
【請求項７】
請求項２ないし請求項６のいずれか一つに記載された光モジュールであって、
前記発光素子は、サブマウントに搭載され、
前記サブマウントは、さらに台座を介して前記第２の部材に接続されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項８】
請求項２ないし請求項６のいずれか一つに記載された光モジュールであって、
前記発光素子は、サブマウントに搭載され、
前記サブマウントは、さらに熱電モジュールを介して前記第２の部材に接続されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項９】
請求項７に記載の光モジュールであって、
前記第２の合金部と前記台座とのそれぞれの接合面の形状が概ね等しいことを特徴とする光モジュール。
【請求項１０】
請求項８に記載の光モジュールであって、
前記第２の合金部と前記熱電モジュールの放熱板とのそれぞれの接合面の形状が概ね等しいことを特徴とする光モジュール。
【請求項１１】
請求項７または請求項８に記載の光モジュールであって、
前記サブマウントには、前記発光素子からの光をコリメートするレンズがさらに搭載され、前記第２の合金部の光軸方向中心は、前記発光素子と、前記レンズとの間に配置されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項１２】
発光素子と、該発光素子を搭載するサブマウントと、該サブマウントを収容するステンレス製ケースを有し、該ステンレス製ケースの前記サブマウント搭載位置に前記発光素子と熱膨張係数が近い部材を埋め込んだ送信用光モジュールと、
受光素子モジュールと、
からなる光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールに係り、特に高速域で使用する光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信における変調器として、主に10 Gbit/sの伝送レートを超える高速域で利用され、高速変調特性と耐分散特性に優れた光機能素子は、熱膨張係数が著しく異なる発光素子とは別個のケースに搭載されてきた。
【０００３】
また、半導体レーザダイオード素子に代表される発光素子は、熱膨張係数が発光素子とほぼ同じ材質のパッケージに気密封止して搭載されている。その出力光は、集光レンズを介してファイバから出射されている。
【０００４】
同様に、ニオブ酸リチウム（LiNbO3）に代表される電気光学効果を有する光導波路が形成された光機能素子も、光機能素子の熱膨張係数とほぼ同等のパッケージに気密封止して搭載されている。光機能素子の入出射には、レンズを介してファイバと結合される場合と、光学接着剤で直接ファイバと結合される場合がある。
【０００５】
一般に、光機能素子は、偏波方向依存性を有する。したがって、光機能素子にファイバを介して光を入射するためには、偏波を保持する必要から偏波保持ファイバが利用される。発光素子のパッケージと光機能素子のパッケージとが別々で、それらを接続する場合は、発光素子パッケージ側の偏波保持ファイバと光機能素子パッケージの入力側の偏波保持ファイバを、コネクタやスプライスによって結合する必要があった。
【０００６】
従来の発光素子と、光機能素子とをそれぞれ別のパッケージに収容する構成では、パッケージ間のファイバを接続するためのスペースが必要であった。また、偏波面を保持しながらファイバを介して接続するため、高価な偏波保持ファイバ及び偏波位置あわせが必要であり、コスト高であった。このため、小型化、低コスト化に寄与する発光素子と光機能素子の同一パッケージ化が期待されている。
【０００７】
特許文献１には、発光素子と光機能素子とを別パッケージに収容し、それぞれのパッケージを溶接した光複合モジュールが記載されている。この光複合モジュールでは、発光素子と光機能素子との間の偏波保持ファイバを省くことが可能である。
また、特許文献２には、光機能素子の入力端と出力端とをファイバに固定し、さらにファイバをパッケージに固定する構造の光機能素子モジュールの実装方法が記載されている。
【０００８】
特許文献３には、鉄ニッケル合金または鉄ニッケルコバルト合金からなる基体に特殊な放熱板を挿着した光半導体素子収納用パッケージが記載されている。
特許文献４には、鉄ニッケルコバルト合金等または酸化アルミ焼結体等のセラミックから成る枠状の基体に冷却部材を挿着した光半導体素子収納用パッケージが記載されている。
さらに、特許文献５には、セラミックのベースに設けた切欠部にの周縁部と電子クーラとを接続した光半導体モジュール用パッケージが記載されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−２１８６４８号公報
【特許文献２】特開２００１−２７２５７２号公報
【特許文献３】特開２０００−１５０７４５号公報
【特許文献４】特開２００１−０１５６３５号公報
【特許文献５】特開２００３−２７３４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
熱膨張係数が著しく異なる発光素子と光機能素子を同一ケース内に搭載した際、環境温度が変化したとき発光素子または光機能素子にケースとの熱膨張係数差起因による応力が発生し、素子破壊、信頼性および特性劣化を招く虞がある。また、発光素子の集光光学系は、レンズ系を使用しているため、環境温度の変化によって集光光学系に位置ずれが発生し、光モジュールの光出力が変動する要因となる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明では、主たる材質の熱膨張係数が、光機能素子と同等であるケースを利用する。このため、光機能素子の搭載は従来の技術を踏襲することができる。一方、発光素子とケースの部材の熱膨張係数は著しく異なるため、ケースの発光素子搭載領域（搭載位置）に、発光素子を搭載した基材と同等の熱膨張係数である部材を埋め込むことにより、発光素子に発生する熱応力を緩和し、位置ずれを防止する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による構造をとれば、従来別体のケースに搭載されていた熱膨脹係数の著しく異なる発光素子と光機能素子を、ケースとの熱膨張係数差による素子破壊、特性劣化や光学系の位置ずれといった問題を生じることなく、同一ケース内に搭載可能となる。この結果、小型で信頼性の高い光モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明の実施の形態を、実施例を用いて図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施例では、等価な部分には同じ符号をつけ、重複した説明を省略する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施の形態である光モジュールの実施例１について、図1ないし図４を用いて説明する。ここで、図1は、光モジュールの模式図であり、図１（ａ）は、その断面図、図１（ｂ）は、平面図である。なお、図１および以降の図で、断面部のハッチングは省略する。図２は、発光素子ユニットとケースとの熱膨張による変形を説明する図である。図３は、共焦点複合レンズ系の特徴を説明する図である。図４は、ケースの熱膨張係数差により発生する、異種材料埋め込み部の変形を説明する図で、図４（ａ）は２５℃（摂氏温度）、図４（ｂ）は−２５℃を示す。
【００１５】
図１で、発光素子ユニット１２は、発光素子1、サブマウント６、台座７から構成されている。発光素子1は、インジウム燐（InP）系の材質の半導体レーザであり、その熱膨張係数は、4〜6×10-6[K-1]（4〜6ppm/K）である。発光素子１は、同等の熱膨張係数を持つ窒化アルミ（AlN、熱膨張係数4.4ppm/K）からなるサブマウント６上に、はんだで搭載されている。また、発光素子1からの出力光を、平行光とするためのコリメート用レンズ２、戻り光を防止する光アイソレータ３が、サブマウント６上に搭載されている。サブマウント６は、さらに光軸高さを調整するために台座７上に、はんだで搭載されている。台座７の材料は、銅タングステン（CuW合金、熱膨張係数：6ppm/K）であり、発光素子1、サブマウント６と同等の熱膨張係数である。このように、発光ユニット１２は、熱膨脹係数が整合されており、温度変化による熱応力、変形の発生が抑制される。
【００１６】
本実施例では、ケース８の主たる材質として、ニオブ酸リチウム（熱膨張係数：17.2ppm/K）で構成された光機能素子５と熱膨張係数が同等の材質であるSUS304（18-8ステンレス鋼、熱膨脹係数：16.5ppm/K）を用いている。これにより温度変化による光機能素子５の熱応力の発生と、温度変化に伴う変形の発生を抑制することができる。なお、本明細書において、特に指定しない限り、熱膨張係数は光軸方向の値である。
【００１７】
一方、発光素子ユニット１２とケース８の熱膨脹係数差による弊害を抑制するために、ケース８の発光素子ユニット１２の搭載箇所は、発光素子ユニット１２と同等の熱膨張係数を有する材質を埋め込んである。この埋め込み部８ａの平面形状は、ケース８の主たる材質と埋め込み部８ａの材質との熱膨脹係数差に起因するケース８の変形を極力小さくするため、発光素子ユニット１２の底面の形状と略同一であることが望ましい。この、変形については、後述する。
【００１８】
また、埋め込み部８ａの材質は、放熱性を向上させるため熱伝導率の高い材質であることが望ましい。そのため、本実施例では、埋め込み部８ａの材質を銅タングステンとした。具体的には、SUS304製ケース８の発光素子ユニット１２の底面部分をくりぬき加工し、くりぬき加工部に同じ板厚、同形状の銅タングステン板をはめ込み、両者をロウ付けした接合体である。
なお、光学部品の組み立てが終了した後、図１（ａ）に示すSUS304製のキャップ２０を溶接し、光モジュール１００が完成する。
【００１９】
発光素子1から出射した連続光は、その前方にあるコリメート用レンズ２により平行光にされ、戻り光を抑止する光アイソレータ３を通過する。光アイソレータ３を通過した連続光は、集光用レンズ４で集光され、光機能素子５上に形成された図示しない光導波路に入射する。光機能素子５は、図示しない変調電気信号により、連続光を光信号に変える。なお、集光用レンズ４と、光機能素子は、ケース８の主材部にはんだ接続されている。
【００２０】
光機能素子５の出射側は、シングルモード光ファイバ１３を光学接着剤で接続している。また、光ファイバー１３とケース８は、はんだによって封止固定する。このとき光ファイバー１３の断線を防止するため、光機能素子５の出射端とケース８の間の光ファイバー１３には、光機能素子５とケース８の熱膨張係数差で生じる伸縮変動分の余長（図示していない）を設けている。
なお、本明細書ではんだと記載した箇所は、同じ融点のはんだとは限らず、製造プロセスに応じた組成と融点が選択される。
【００２１】
ここで、熱膨張係数整合の重要性について、図２を用いて説明する。図２は、図1の光モジュールの構造で、発光素子ユニットの熱膨張係数を７ｐｐｍ/Ｋ、ケースの異種材料の熱膨張係数を、１０および１２ｐｐｍ/Ｋとして、熱膨張係数差がそれぞれ３、５ｐｐｍ/Ｋであるとき、環境温度２５℃から７５℃（発光素子動作温度２５℃）に温度変化した際の異種材料底面のｙ方向の変位を比較したものである。（異種材料の両端を基準として表示）ここで、環境温度変化による異種材料の変形は、発光素子ユニットと異種材料とのバイメタル効果による変形と、異種材料とケースの主たる材質であるSUS304の熱膨張係数差による変形（図４（ｂ）を用いて後述）とが原因である。図２から明らかなように、３ｐｐｍ/Ｋに比べ５ｐｐｍ/Ｋでは、コリメート用レンズの傾きが１.３倍である。
【００２２】
光モジュールでは、光学的にサブミクロンオーダの変形を抑制することが重要である。したがって、発光素子、コリメーション用レンズの位置ずれをサブミクロンオーダに抑制するためには、発光素子ユニットと異種材料の熱膨張係数差は、３ｐｐｍ/Ｋ以下のことが望ましい。また、異種材料の変形の曲率は、発光素子の光軸とコリメーションレンズの光軸との角度ずれψ（図４（ｂ）を用いて後述）に影響を与える。このため、曲率は、より小さいことが望ましい。
【００２３】
一般に、光部品とその光部品を搭載する搭載部との熱膨張係数の差が、５ｐｐｍ/Ｋ以下では、光部品に不具合は起きないとされている。しかし、以上の理由から、発光素子ユニットと異種材料の熱膨張係数差を３ｐｐｍ/Ｋ以下とする。本明細書では、３ｐｐｍ/Ｋ以下の熱膨張係数差の場合、同等の熱膨張係数および整合と称する。
【００２４】
次に、図３および図４を用いて、熱膨張係数の大きいSUS304に取り囲まれた熱膨張係数の小さな銅タングステン埋め込み部８ａと、銅タングステン埋め込み部８ａに接続している発光素子ユニット１２との、低温域および高温域での変形を説明する。
【００２５】
図１に示した光モジュールでは、コリメート用レンズ２と集光用レンズ４の２枚のレンズを用いた共焦点複合レンズ系となっている。この共焦点複合レンズ系の特徴は、図３に示すように発光素子１、コリメート用レンズ２が一体となってy方向に△ｈだけ位置ずれを起こした場合、光機能素子への光の入射角度は、θ（シータ）だけずれるが、集光用レンズ４による集光位置の変動は生じないことである。
【００２６】
図１に示した光モジュールでは、異種材質埋め込み部８ａに発光素子ユニット１２と同等の熱膨脹係数を有する材質を埋め込むことにより、発光素子ユニット１２とケース８の熱膨脹係数差に起因する発光素子ユニット１２の熱応力・熱変形の発生を抑制している。しかしながら異種材質を埋め込むことにより、ケース８の主材であるSUS304と異種材質である銅タングステンとの熱膨張係数差により、埋め込み部８ａが変形する。この変形に起因する光出力の低下を抑制するためには、発光素子１とコリメート用レンズ２が一体となって位置ずれするように部品を配置することが有効である。
【００２７】
図４を用いて、発光素子１とコリメート用レンズ２が一体となって位置ずれする配置を説明する。図４（ａ）において、台座７のｚ方向中心１８と、埋め込み部８ａのｚ方向中心１９を概ね一致させる。好ましくは、埋め込み部８ａの光軸方向中心１９は、発光素子１とコリメート用レンズ２の間に配置する。さらに好ましくは、発光素子１とコリメート用レンズ２との間隔Ｌの中点を、台座７の光軸方向中心１８と概ね一致させる。このように配置することで、環境温度が変化したとき、発光素子１とコリメート用レンズ２との位置ずれの差が最も小さくなる。すなわち、一体となって位置ずれする。この結果、光機能素子への光入力の低下は、前述の角度ずれ（θ）の影響と、図４（ｂ）で説明する発光素子１の光軸とコリメーション用レンズ２の光軸との角度ずれ（ψ（プサイ））の影響となる。さらに、この角度ずれ（ψ）の影響を抑制するためには、発光素子１とコリメート用レンズ２の距離Ｌが短いこと、すなわち焦点距離の短いレンズをコリメート用レンズ２として用いることが望ましい。後述するシミュレーション結果（図８）では、異種材質埋め込み部の変位が、他の部分に比べ小さい。しかし、光学的には、サブミクロンオーダの変形も制御することが重要である。
【００２８】
図４（ｂ）は、環境温度を−２５℃としたときの、発光素子ユニット部の変形を、誇張して表した図面である。ケース８の主材であるSUS304は、埋め込み部８ａの材料である銅タングステンに比べ熱膨張係数が大きい。この結果、低温にすることでSUS304は、銅タングステンより大きく収縮し、銅タングステンに圧縮応力を加える。一方、銅タングステン上に搭載された台座７とサブマウント６からなる発光素子ユニットは、直接応力を受けない。したがって、発光素子ユニット部は、上向き凸状に変形する。この結果、発光素子１の光軸とコリメーション用レンズ２の光軸とは、ψの角度ずれを生じる。
【００２９】
また、逆に環境温度を７５℃とした場合、埋め込み部８ａは、周囲のケース主材から引張応力を受ける。この結果、発光素子ユニット部は、図２と同様に、凹状に変形する。
【００３０】
いずれにしても、発光素子１とコリメート用レンズ２とが一体となって、位置ずれするよう配置すること、焦点距離の短いコリメート用レンズとすることが、重要である。これらは、他の実施例でも同様である。
【００３１】
なお、発光素子は、インジウム燐系に限らず、ガリウム砒素（GaAs、熱膨張係数：4〜6ppm/K）系であっても良い。サブマウントは、窒化アルミに限らず、アルミナ（Al2O3、熱膨張係数：6.4〜8.0ppm/K）、銅タングステン、鉄ニッケルコバルト（FeNiCo合金、熱膨張係数：4.4ppm/K）であっても良い。台座も、銅タングステンに限らず、アルミナ、窒化アルミ、鉄ニッケルコバルトであっても良い。ケースの主材も、SUS304に限らず、他のステンレス合金（熱膨張係数：14〜20ppm/K）でも、熱膨張係数が整合する他の材料であってもよい。キャップについても同様である。
【００３２】
光機能素子５として、ニオブ酸リチウムを用いたが、タンタル酸リチウム（LiTaO3）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（PLZT）等であってもかまわない。また、コリメート用レンズ２と集光用レンズ４の間にはコリメート光の光軸を調整するための光学部品、例えばガラス板やレンズが搭載される場合や、光出力電力検出のためにビームスプリッタを搭載する場合もある。
【００３３】
本実施例では、光機能素子５の機能として、連続光に強度変調を与え信号光とする光変調を説明したが、これに限られず、電気光学効果を用いたスイッチ、偏光器、非線形光学効果を用いた波長変換素子を含む。また、光変調は、強度変調だけでなく、位相変調、偏光変調を含む。
上述した実施例１の変形実施例は、以下説明する他の実施例でも同様に適用可能である。
【００３４】
本実施例に拠れば、発光素子と光機能素子とを同じケースに収容可能な小型な光モジュールを得ることができた。また、発光素子と光機能素子の間に偏波保持ファイバが不要な低価格な光モジュールを得ることができた。さらに、環境温度変化による変形が少ない、特性の良好な光モジュールを得ることができた。
【実施例２】
【００３５】
本発明の実施の形態である光モジュールの実施例２について、図５および図６を用いて説明する。ここで、図５は、光モジュールの模式図であり、図５（ａ）は、その断面図、図５（ｂ）は、平面図である。また、図６は、コリメート用レンズを変位０の基準とした、７５℃での各光学部品位置の２５℃からのｙ方向変位のシミュレーション結果である。
【００３６】
図５に示す光モジュールは、発光素子1がペルチェ素子を用いた熱電モジュール９上に搭載された実施例である。発光素子ユニット１２は、発光素子1、サブマウント６、熱電モジュール９から構成されている。サブマウント６は、発光素子１の温度を調整し、出力波長の安定性を向上させるために、熱電モジュール９上にはんだで搭載されている。熱電モジュール９は、ペルチェ効果を有するBiTe等の熱電素子９ａとこの熱電素子を上下からはさむ放熱用基板９ｂ、９ｃから構成されている。熱電モジュール９の放熱板９ｂ、９ｃは、熱電素子９ａに対する給電用配線を設けたアルミナ基板であり、発光素子1、サブマウント６と同等の熱膨張係数である。このように、実施例２においても発光素子ユニットは熱膨脹係数が整合されている。
【００３７】
図６は、環境温度２５℃から７５℃（発光素子動作温度２５℃）に温度変化した際の、実施例２の光モジュール１００の発光素子１、コリメート用レンズ２、集光用レンズ４、光機能素子５の入射端の変位量を、コリメート用レンズ２を基準（変位０）として示したものである。横軸は、原点を発光素子の後端としたｚ方向の位置（単位：ｍｍ）であり、縦軸は、コリメート用レンズ２を変位０としたｙ方向の変位（単位：μｍ（マイクロメータ））である。なお、演算はプロットした位置でのみ行い、プロット位置間は直線で結んだ。なお、比較例として実施例２と同じ光部品を搭載し、ケース８の材質をすべてSUS304とした光モジュールについても構造解析シミュレーションを行っている。図６の結果より、実施例２の構造が、比較例に比べ光学部品の変位量が極めて小さいことが分かる。特に、集光用レンズ４と光機能素子５の入射端の変位量が比較例に比べ小さい。このように、実施例２の構成を採ることは、温度変化による光学部品の変位が小さく、光出力の低下を抑制するには有効であるといえる。
【００３８】
なお、放熱板９ｂ、９ｃは、アルミナ基板としたが、これに限らず、片側または両側とも窒化アルミニウム基板であっても良い。これは、以下の実施例でも同様である。
【００３９】
本実施例に拠れば、発光素子と光機能素子とを同じケースに収容可能な小型な光モジュールを得ることができた。また、発光素子と光機能素子の間に偏波保持ファイバが不要な低価格な光モジュールを得ることができた。さらに、環境温度変化による変形が少ない、特性の良好な光モジュールを得ることができた。熱電モジュールを設けて、光波長が安定した光モジュールを得ることができた。
【実施例３】
【００４０】
本発明の実施の形態である光モジュールの実施例３について、図７および図８を用いて説明する。ここで、図７は、光モジュールの模式図であり、図７（ａ）は、その断面図、図７（ｂ）は、平面図である。また、図８は、光機能素子搭載部のケース底面を変位０の基準とした、７５℃でのケース底面の２５℃からのｙ方向変位のシミュレーション結果である。
【００４１】
図７に示す光モジュールと、図５に示す光モジュールとの違いは、アイソレータ３と集光用レンズ４の間に波長ロッカ１４を設けた点である。波長ロッカ１４は、入射した光の波長をモニタする光部品で、図示しない制御回路で、発光素子１の発光波長を一定にする。波長ロッカ１４は、入射光をエタロンフィルタに導き、エタロンフィルタを通過前後の光強度を２つのフォトダイオードでモニタする。波長ロッカ１４は、発光素子１と違って発熱しないが、モニタする波長を制御するため温度を制御する必要がある。
【００４２】
したがって、波長ロッカ１４は、はんだでサブマウント１１に搭載され、サブマウント１１は、熱電モジュール１０上にはんだで取り付けられ、その熱電モジュール１０も、同様にはんだによりケース８の主材部に固定される。
【００４３】
発光素子１から出射した光は、その前方にあるコリメート用レンズ２により平行光にされ、戻り光を抑止する光アイソレータ３を通って波長ロッカ１４に入射する。波長ロッカ１４を通過した光は、集光用レンズ４によって光機能素子５上に形成された光導波路に入射する光学系となっている。ここで、ケース８の主たる材質と埋め込み部８ａの材質との熱膨脹係数差に起因するケース８の変形を抑制するには埋め込み領域を小さくする必要がある。また、発光素子１の発熱を効率よく放熱させるため、本実施例では自己発熱する発光素子１を取り付けた熱電モジュール９の搭載箇所のみ異種材質を埋め込んである。埋め込み部８ａの接合面の形状は熱電モジュール９の熱交換基板９cの接合面の形状と略同一とした。また、埋め込み部８ａの材質は、熱伝導率の高い銅タングステンとした。
【００４４】
以下に実施例３の光モジュールにおいて、環境温度が２５℃から７５℃（発光素子動作温度２５℃、波長ロッカ動作温度３５℃）に温度変化した際の構造解析シミュレーション結果を示す。図８は、横軸にケース端部を基準としたｚ方向の位置（単位：ｍｍ）、縦軸に実施例３の光モジュールにおけるケース８底面のｙ方向の変形量を示す。図８には、比較例として実施例３と同じ光部品を設けた光モジュールで、熱電モジュール１０の搭載箇所にも銅タングステンを埋め込んだ光モジュールについても構造解析シミュレーションを行っている。図８の比較例では、発光素子ユニット搭載部で３μｍもの傾きを生じている。この結果により、ケース８への異種材料埋め込み部８ａの面積を可能な限り小さくすることが必要なことがわかる。
【００４５】
本実施例に拠れば、発光素子と光機能素子とを同じケースに収容可能な小型な光モジュールを得ることができた。また、発光素子と光機能素子の間に偏波保持ファイバが不要な低価格な光モジュールを得ることができた。さらに、環境温度変化による変形が少ない、特性の良好な光モジュールを得ることができた。波長ロッカを設けて、光波長がさらに安定した光モジュールを得ることができた。
【実施例４】
【００４６】
次に、本発明の他の実施形態であるトランシーバモジュールについて、図９を用いて実施例４を説明する。ここで、図９は、本発明の実施例４を説明するトランシーバモジュールの平面図である。
【００４７】
図９に示した光トランシーバ１０００は、実施例３で説明した送信用の光モジュール１００と、受光素子モジュール２００と、それらの周辺回路とで構成される。コネクタ３００から入力された４本の２．４Ｇｂｉｔ/ｓ電気信号は、マルチプレクス用ＩＣ４１０で１０Ｇｂｉｔ/ｓ信号に多重化され、変調器として動作する光機能素子（図示せず）に変調信号を送出する駆動ＩＣ４２０を経由して発光素子モジュール１００に送られ、光ファイバ５１０へ１０Ｇｂｉｔ/ｓ光信号を送出する。
【００４８】
光ファイバ５２０から送られてきた１０Ｇｂｉｔ/ｓ光信号は、受光素子モジュール２００で電気信号に変換され、増幅用ＩＣ４３０を経由してデマルチプレクス用ＩＣ４４０で、４本の２．４Ｇｂｉｔ/ｓ信号に分離され、コネクタ５００から送出される。
【００４９】
本実施例の光トランシーバでは、広帯域で高速変調特性および耐分散特性に優れた光機能素子と、発光素子とを一つのパッケージに収容した光モジュール１００を用いたので、小型の光トランシーバとすることができた。
【００５０】
なお、発光素子モジュールとその周辺回路とを、基板に搭載した光送信機モジュールであってもよい。
ここで、光トランシーバ、光送信機モジュールは、いずれも光モジュールである。
【００５１】
本実施例に拠れば、発光素子と光機能素子とを同じケースに収容した小型な送信用の光モジュールを用いることで、小型の光トランシーバを得ることができた。また、発光素子と光機能素子の間に偏波保持ファイバが不要で低価格な送信用の光モジュールを用いることで、低価格な光トランシーバを得ることができた。さらに、環境温度変化による変形が少ない、特性の良好な送信用の光モジュールを用いることで、特性の良好な光トランシーバを得ることができた。熱電モジュールを設けて、光波長が安定した送信用の光モジュールを用いることで、特性の良好な光トランシーバを得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、光伝送モジュール等の光通信分野に利用可能である。特に、発光素子と光変調器に代表される光機能素子を同一ケース内に搭載した光モジュールに対して有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施例１を説明する光モジュールの模式図である。
【図２】本発明の実施例１の発光素子ユニットの変形を説明する図である。
【図３】本発明の実施例１の共焦点複合レンズ系の特徴を説明する図である。
【図４】本発明の実施例１の異種材料埋め込み部の変形を説明する図である。
【図５】本発明の実施例２を説明する光モジュールの模式図である。
【図６】本発明の実施例２を説明する環境温度７５℃での光学部品の変位のシミュレーション結果である。
【図７】本発明の実施例３を説明する光モジュールの模式図である。
【図８】本発明の実施例３を説明する環境温度７５℃でのケース底面の変位のシミュレーション結果である。
【図９】本発明の実施例４を説明する光トランシーバの平面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…発光素子、２…コリメート用レンズ、３…アイソレータ、４…集光用レンズ、５…光機能素子、６、1１…サブマウント、７…台座、８…ケース、８ａ…異種材料埋め込み部、９、１０…熱電モジュール、９ａ、１０ａ…熱電素子、９ｂ、９ｃ、１０ｂ、１０ｃ…熱交換基板、１２…発光素子ユニット、１３…シングルモード光ファイバ、１４…波長ロッカ、１６…発光素子中心、１７…コリメート用レンズ、１８…台座中心、１９…異種材質部中心、２０…キャップ、１００…光モジュール、２００…受光素子モジュール、３００…コネクタ、４１０…マルチプレクス用ＩＣ、４２０…駆動ＩＣ、４３０…増幅用ＩＣ、４４０…デマルチプレクス用ＩＣ、５１０、５２０…光ファイバ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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