(57)【要約】【課題】温度制御モジュールの変形による光結合の精度の低下が抑制される同軸型光モジュールを提供すること。【解決手段】ステム１２に温度制御モジュール１４が設置され、温度制御モジュール１４に基板部材１６が設置される。ステム１２は中心Ｐを中心にして熱膨張し、温度制御モジュール１４の上面基板１４ｂは、代表点Ｑを中心にして変形する。中心Ｐに対して、代表点Ｑのステム１２における位置Ｑ１は左側にずれているとともに、位置Ｑ１に対して、「上面基板１４ｂと基板部材１６との接合面の代表点Ｒ」のステム１２における位置Ｒ１は左側にずれている。【選択図】図４
2011243819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準位置を中心にして熱膨張する平板状のステムと、
前記ステムに設置された、上面基板と下面基板とを含む温度制御モジュールと、
前記ステムに設置された基板部材と、
前記基板部材に設置されたレーザ素子と、
前記レーザ素子から出力されたレーザ光を集光するためのレンズと、
前記レンズを透過したレーザ光を、光伝送路に結合するための結合部材と、
を含み、
前記温度制御モジュールは、
前記下面基板が前記ステムの上面に接合されることによって、前記ステムに設置され、
前記基板部材は、
前記上面基板に接合されることによって、前記ステムに設置され、
前記上面基板が変形中心を中心に変形する同軸型光モジュールであって、
前記基準位置と、前記変形中心の前記ステムにおける位置と、が異なり、
且つ、
前記基準位置に対する、前記変形中心の前記ステムにおける位置のずれの方向と、前記変形中心の前記ステムにおける位置に対する、前記基板部材の前記上面基板との接合面の代表点の前記ステムにおける位置、のずれの方向と、が同じであること、
を特徴とする同軸型光モジュール。
【請求項２】
前記代表点は、前記接合面の中心であること、
を特徴とする請求項１に記載の同軸型光モジュール。
【請求項３】
前記温度制御モジュールは、
前記上面基板と、前記下面基板と、の間に配列された複数の熱電素子を含み、
前記変形中心は、
前記複数の熱電素子のうちの複数の熱電素子の中心であること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の同軸型光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同軸型光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ素子を内蔵し光信号を送出する光モジュールとして、同軸型光モジュールと箱型光モジュール（例えば、下記特許文献１）とが知られている。
【０００３】
例えば電界吸収型変調器（いわゆるＥＡ変調器）とＤＦＢ（Distributed Feedback）レーザ素子とが設置された光モジュールとしては、一般に同軸型光モジュールが箱型光モジュールよりも低いコストで製造可能であるにもかかわらず、箱型光モジュールが用いられる場合が多い。これは、レーザ素子の温度を制御するために搭載される温度制御モジュールのある程度の性能を維持したままでの小型化が進まず、同軸型光モジュールを、ある程度の性能を担保しつつ、国際規格（いわゆるＸＭＤ−ＭＳＡ）で求められるサイズ（具体的には、パッケージの直径が５．６ミリメートル以下）になるよう製造することが困難だったからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６００９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、温度制御モジュールの小型化が実現されたことにより、同軸型光モジュールに温度制御モジュールを搭載させることが可能になってきている。この場合、同軸型光モジュールを、下記に説明するようにして構成することが考えられる。
【０００６】
図７は、同軸型光モジュールの構成の一例を説明するための概略図である。図７は、同軸型光モジュールの断面図を示す。なお、図７では、同軸型光モジュールを構成する部品群の一部が示されている。
【０００７】
同図に示すように、同軸型光モジュールは、ステム２、温度制御モジュール４、基板部材６、レーザ素子８等を含む。温度制御モジュール４は、冷却基板である上面基板（不図示）と、放熱基板である下面基板（不図示）とを含む。
【０００８】
同図に示すように、ステム２の上面に温度制御モジュール４が設置される。これは、ステム２の上面に温度制御モジュール４を設置することである程度の放熱性を担保し、低消費電力化を図るためである。なお、φは、ステム２の直径を表している。
【０００９】
また、温度制御モジュール４の上面基板に、基板部材６が設置される。また、光軸がステム２に対して垂直になるように、基板部材６の側面に、レーザ素子８が設置される。なお、同図に示す点線は、光軸を示している。
【００１０】
レーザ素子８は上方へとレーザ光を出力する。レーザ素子８から出力されたレーザ光は、図示しないレンズを透過した後、図示しないファイバスタブによって光ファイバに結合される。
【００１１】
ところで、温度制御モジュール４の上面基板の温度と環境温度との関係によって温度制御モジュール４が変形する。具体的には、温度制御モジュール４の上面基板がＵ字状に変形する。そのため、温度制御モジュール４の上面基板の温度と環境温度の関係に応じて基板部材６の位置が左右にずれ、その結果、レーザ素子８の位置も左右にずれる。例えば、図７に示すように基板部材６が上面基板の左寄りに配置されている場合、基板部材６及びレーザ素子８の位置は右にずれ、基板部材６が上面基板の右寄りに配置されている場合、基板部材６及びレーザ素子８の位置は左にずれる。
【００１２】
そして、温度制御モジュール４の変形によってレーザ素子８の位置がずれる結果、光軸の位置がずれ、光結合の精度が低下するという問題がある。
【００１３】
本発明の目的は、温度制御モジュールの変形による光結合の精度の低下が抑制される同軸型光モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明に係る同軸型光モジュールは、基準位置を中心にして熱膨張する平板状のステムと、前記ステムに設置された、上面基板と下面基板とを含む温度制御モジュールと、前記ステムに設置された基板部材と、前記基板部材に設置されたレーザ素子と、前記レーザ素子から出力されたレーザ光を集光するためのレンズと、前記レンズを透過したレーザ光を、光伝送路に結合するための結合部材と、を含み、前記温度制御モジュールは、前記下面基板が前記ステムの上面に接合されることによって、前記ステムに設置され、前記基板部材は、前記上面基板に接合されることによって、前記ステムに設置され、前記上面基板が変形中心を中心に変形する同軸型光モジュールであって、前記基準位置と、前記変形中心の前記ステムにおける位置と、が異なり、且つ、前記基準位置に対する、前記変形中心の前記ステムにおける位置のずれの方向と、前記変形中心の前記ステムにおける位置に対する、前記基板部材の前記上面基板との接合面の代表点の前記ステムにおける位置、のずれの方向と、が同じであることを特徴とする。
【００１５】
ここで、前記代表点は、前記接合面の中心であってもよい。また、前記温度制御モジュールは、前記上面基板と、前記下面基板と、の間に配列された複数の熱電素子を含み、前記変形中心は、前記複数の熱電素子のうちの複数の熱電素子の中心であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る同軸型光モジュールの構成を説明するための図である。
【図２】温度制御モジュールを詳細に説明するための図である。
【図３】ステムと、温度制御モジュールと、基板部材と、の位置関係について説明するための図である。
【図４】同軸型光モジュールの断面図を示す図である。
【図５】ステムと、温度制御モジュールと、基板部材と、の位置関係の意義について説明するための図である。
【図６Ａ】同軸型光モジュールの断面図を示す図である。
【図６Ｂ】同軸型光モジュールの断面図を示す図である。
【図７】同軸型光モジュールの構成の一例を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る同軸型光モジュール１０の構成を説明するための図であり、同軸型光モジュール１０の断面図を示す。
【００１９】
同図に示すように、同軸型光モジュール１０は、平板状のステム１２と、温度制御モジュール１４と、支持基板１６ａとサブマウント１６ｂとからなる基板部材１６と、レーザ光を出力するレーザ素子１８と、モニタフォトダイオード２０（以下、ＰＤ２０）と、レーザ素子１８から出力されたレーザ光を集光するためのレンズ２２と、レンズキャップ２４と、ホルダ２６と、レンズ２２を透過したレーザ光を、光ファイバ（光伝送路）に結合するためのファイバスタブ２８と、を含む。その他にも、同軸型光モジュール１０は、レーザ素子１８の温度を検知するためのサーミスタ（不図示）などを含む。
【００２０】
ステム１２は、例えば直径５．６ミリメートル以下の水平な円板形状を有する。ステム１２には、例えば、レーザ素子１８に高周波信号を伝える信号端子、レーザ素子１８に駆動電流を供給するための端子、温度制御モジュール１４を駆動するための端子、サーミスタの抵抗値を検知するための端子、及び、ＰＤ２０からの電流の出力端子などがガラスで固定される。
【００２１】
なお、図１に示す点線は、レーザ素子１８から出力されるレーザ光の光軸を示している。光軸は、ステム１２と垂直になっている。
【００２２】
温度制御モジュール１４は、レーザ素子１８の温度を制御するためのモジュールであり、サーミスタにより検知された温度を基礎に制御される。同図に示すように、温度制御モジュール１４は、放熱基板である下面基板１４ａと、冷却基板である上面基板１４ｂと、複数の熱電素子１４ｃと、を含む。温度制御モジュール１４は、銀ペーストなどの接着剤やハンダなどを用いて、下面基板１４ａがステム１２の上面に接合される。温度制御モジュール１４は、下面基板１４ａがステム１２の上面に接合されることによって、ステム１２に設置される。熱電素子１４ｃとしては、例えば、ビスマステルルが用いられる。また、上面基板１４ｂ及び下面基板１４ａとしては、例えば、アルミナなどのセラミックス基板が用いられる。
【００２３】
熱電素子１４ｃは、上面基板１４ｂと、下面基板１４ａと、の間に配列される。図２は、温度制御モジュール１４を詳細に説明するための図であり、温度制御モジュール１４を上から見たときの図である。同図に示すように、複数の熱電素子１４ｃが、縦方向及び横方向に周期的に配列されている。そのため、四隅の熱電素子１４ｃを頂点とする四角形が矩形になる。なお、本実施形態の場合、上面基板１４ｂは、矩形形状を有している。
【００２４】
基板部材１６は、上述のように、支持基板１６ａとサブマウント１６ｂとからなる。支持基板１６ａは、窒化アルミニウム、銅タングステンなどの金属からなり、銀ペーストなどの接着剤やハンダなどによって上面基板１４ｂに接合される。支持基板１６ａが上面基板１４ｂに接合されることによって、基板部材１６がステム１２に設置されている。本実施形態の場合、支持基板１６ａの底面は矩形形状を有している。そのため、支持基板１６ａと上面基板１４ｂとの接合面（すなわち、基板部材１６と上面基板１４ｂとの接合面）は、矩形となる。
【００２５】
サブマウント１６ｂは、セラミックからなり、その表面に導電パターンが形成されている。サブマウント１６ｂは、支持基板１６ａの側面のうちのステム１２の中心よりの側面にハンダ等により接合されている。サブマウント１６ｂに、レーザ素子１８、ＰＤ２０、及びサーミスタ（不図示）がハンダ等により接合されている。
【００２６】
ここで、ステム１２と、温度制御モジュール１４と、基板部材１６と、の位置関係について説明する。図３は、ステム１２と、温度制御モジュール１４と、基板部材１６と、の位置関係について説明するための図であり、レンズ２２付近から下方を見たときの図である。図３において、接合面３０は、支持基板１６ａと上面基板１４ｂとの接合面（すなわち、基板部材１６と上面基板１４ｂとの接合面）を示し、点Ｐは、ステム１２の中心を示し、点Ｑは、上面基板１４ｂの代表点を示し、点Ｒは、接合面３０の代表点を示している。
【００２７】
ここでは、上面基板１４ｂの代表点Ｑとは、熱電素子１４ｃの配列中心点であり、ここでは、四隅の熱電素子１４ｃの位置の中心点（重心点）である。なお、本実施形態の場合、代表点Ｑは、上面基板１４ｂの中心点でもある。
【００２８】
また、ここでは、接合面３０の代表点Ｒとは、接合面３０の中心点である。
【００２９】
また、図３において、投影位置Ｑ１は、代表点Ｑを光軸に平行な投影方向でステム１２に投影したときの投影位置を示す。投影位置Ｑ１は、「代表点Ｑのステム１２における位置」に相当する。
【００３０】
また、図３において、投影位置Ｒ１は、代表点Ｒを光軸に平行な投影方向でステム１２に投影したときの投影位置を示す。投影位置Ｒ１は、「代表点Ｒのステム１２における位置」に相当する。
【００３１】
図３を見てもわかるように、ステム１２の中心Ｐの位置（基準位置）と、投影位置Ｑ１と、が異なっている。また、中心Ｐの位置に対する投影位置Ｑ１のずれの方向と、投影位置Ｑ１に対する投影位置Ｒ１のずれの方向と、が同じになっている。すなわち、投影位置Ｑ１は中心Ｐの位置の上方に位置し、投影位置Ｒ１はこの投影位置Ｑ１の上方に位置している。
【００３２】
なお、図４に、中心Ｐ、投影位置Ｑ１、及び投影位置Ｒ１を通る直線で同軸型光モジュール１０を切断した際の断面図を示す。また、以下、この直線と平行な方向のことを基準方向と呼ぶ。なお、図４において、同軸型光モジュール１０を右に９０度回転させた場合、垂直方向が上記基準方向になる。また、この場合、投影位置Ｑ１が中心Ｐよりも高い位置に位置し、且つ、投影位置Ｒ１が投影位置Ｑ１よりも高い位置に位置することとなる。すなわち、代表点Ｑが中心Ｐよりも高い位置に位置し、且つ、代表点Ｒが代表点Ｑよりも高い位置に位置することとなる。
【００３３】
レーザ素子１８は、電界吸収型変調器とＤＦＢレーザとを含む半導体レーザあり、高周波電気信号が供給される。高周波電気信号の供給は、例えば、中継基板（不図示）、ワイヤ（不図示）、及びサブマウント１６ｂの導電パターンを介して行われる。
【００３４】
レンズキャップ２４は、気密性を保つために用いられる。レンズキャップ２４は、例えばステンレス鋼からなり、溶接によりステム１２に固定される。ホルダ２６は、ファイバスタブ２８とレンズキャップ２４との間の距離を調節するために用いられる。ホルダ２６は、例えばステンレス鋼からなり、溶接によりレンズキャップ２４に固定される。
【００３５】
ファイバスタブ２８は例えばセラミックからなり、光ファイバを内蔵している。レンズ２２を透過したレーザ光は、光ファイバに入力されることになる。なお、ホルダ２６及びファイバスタブ２８の位置は、室温を基準に設定されている。
【００３６】
ここで、ステム１２と、温度制御モジュール１４と、基板部材１６と、が図３に示す位置関係を有することの意義について図５を参照しながら説明する。
【００３７】
ステム１２の温度（すなわち、環境温度）が上面基板１４ｂの温度より高い場合、下面基板１４ａの熱膨張量、及び上面基板１４ｂの熱膨張量の関係によって、上面基板１４ｂが変形中心を中心にして変形する。より詳しくは、図５に示すように上面基板１４ｂが代表点Ｑを中心にして、Ｕ字状に反る（図５参照）。そうすると、接合面の代表点Ｒが代表点Ｑよりも左側に位置するので、支持基板１６ａが右に傾き、その結果として光軸の位置が、右にずれる。そのため、上面基板１４ｂの変形の程度によっては、光結合の精度が大幅に下がり、光ファイバから出力される光信号の強度が大幅に下がるとも思われる。
【００３８】
この点、この同軸型光モジュール１０では、ステム１２が中心Ｐを中心として熱膨張することに着目し、上記の位置関係を有するように温度制御モジュール１４と、基板部材１６と、が設置される。そのため、温度制御モジュール１４が中心Ｐの左側に設置されるため、ステム１２の熱膨張に応じて温度制御モジュール１４の位置が、レーザ素子８の位置とは異なり、左にずれるようになっている。従って、レーザ素子８の位置が右にずれにくくなり、その結果として、温度制御モジュール１４の変形による光結合の精度の低下が抑止される。
【００３９】
このように、この同軸型光モジュール１０では、ステム１２の中心Ｐの位置（基準位置）と、投影位置Ｑ１と、が異なり、且つ、中心Ｐの位置に対する投影位置Ｑ１のずれの方向と、投影位置Ｑ１に対する投影位置Ｒ１のずれの方向と、が同じであるため（図３参照）、温度制御モジュール１４の変形による光軸の位置の変位を比較的小さくすることができる。そのため、この同軸型光モジュール１０では、温度制御モジュール１４の変形による光結合の精度の低下が抑制されるようになる。
【００４０】
なお、中心Ｐと投影位置Ｑ１との間の距離、投影位置Ｑ１と投影位置Ｒ１との間の距離、上面基板１４ｂとレーザ素子１８との間の距離などを調整することにより、光結合の精度の低下をさらに抑制することも可能である。
【００４１】
なお、本発明の実施形態は、上記実施形態だけに限らない。
【００４２】
例えば、図５に示す場合において、ステム１２が過剰に熱膨張した結果、温度制御モジュール１４の変形による、レーザ素子８の位置の右方向のずれ量に比して、ステム１２の熱膨張による温度制御モジュール１４の位置の左方向のずれ量が相当大きくなった場合、光結合の精度の低下がうまく抑制できない可能性がある。
【００４３】
そこで、温度制御モジュール１４の変形によるレーザ素子８の右方向のずれ量を大きくするために、図６Ａ及び図６Ｂに示すようにして、支持基板１６ａを形成するようにしてもよい。すなわち、「支持基板１６ａと上面基板１４ｂとの接合面」の上記基準方向の幅Ｗ１が、支持基板１６ａの基準方向の幅Ｗよりも小さくなるように、支持基板１６ａを形成するようにしてもよい。言い換えれば、「基板部材１６と上面基板１４ｂとの接合面」の基準方向の幅が、基板部材１６の基準方向の幅よりも小さくなるように、基板部材１６を形成するようにしてもよい。例えば、図６Ａに示すように、支持基板１６ａの底面に段差部分を設けてもよいし、図６Ｂに示すように、支持基板１６ａの底面に面取り部分を設けてもよい。こうすれば、上面基板１４ｂの変形による支持基板１６ａの傾きがより大きくなるので、レーザ素子８の位置の右方向のずれ量がより大きくなる。従って、光結合の精度が低下しにくくなる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  同軸型光モジュール、１２  ステム、１４  温度制御モジュール、１４ａ  下面基板、１４ｂ  上面基板、１４ｃ  熱電素子、１６  基板部材、１６ａ  支持基板、１６ｂ  サブマウント、１８  レーザ素子、２０  モニタフォトダイオード、２２  レンズ、２４  レンズキャップ、２６  ホルダ、２８  ファイバスタブ、３０  接合面、Ｐ  中心、Ｑ，Ｒ  代表点、Ｑ１，Ｒ１  投影位置。
【図１】
2011243819.tif 000003
【図２】
2011243819.tif 000004
【図３】
2011243819.tif 000005
【図４】
2011243819.tif 000006
【図５】
2011243819.tif 000007
【図６Ａ】
2011243819.tif 000008
【図６Ｂ】
2011243819.tif 000009
【図７】
2011243819.tif 000010