(57)【要約】【課題】光検出器あるいは波長依存性を有した光学素子の位置調整を容易に行うことが可能な発光モジュールを提供すること。【解決手段】半導体レーザモジュール１は、半導体発光素子３１、コリメータレンズ３２、光分岐デバイス３３、エタロン３４、光検出器３５ａ、３５ｂ、３５ｃ等を有する。光分岐デバイス３３は、半導体発光素子３１からコリメータレンズ３２を介して送られた光を受け、光検出器３５ａ、３５ｂに向けた分岐光と、光検出器３５ｃに向けた分岐光と、光ファイバ１２に向けた分岐光とを生成する。光検出器３５ａ，３５ｂは、それぞれがエタロン３４の光出射面３４ｂから放射される光を受光できるように、所定の間隔を有して配置される。光検出器３５ｃは、光分岐デバイス３３にて生成された分岐光を受光できるように配置される。光ファイバ１２に向けた分岐光は、光フィルタ３６及びレンズ３７を介して光ファイバ１２に出力される。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が出射される端面を有する半導体発光素子と、
所定の間隔を有して配置され、前記半導体発光素子の光の波長をモニタするための第１及び第２の光検出器と、
前記端面と光学的に結合され、前記半導体発光素子からの光をコリメートするレンズと、
前記レンズからの光を受け、光ファイバに向けた分岐光と前記第１及び第２の光検出器に向けた分岐光を生成する光分岐デバイスと、
前記第１及び第２の光検出器と前記光分岐デバイスとの間に配置され、波長依存性を有する光学素子と、を備えることを特徴とする発光モジュール。
【請求項２】
前記半導体発光素子の発光パワーをモニタするための第３の光検出器を更に備え、
前記光分岐デバイスは、前記第３の光検出器に向けた分岐光を更に生成することを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項３】
前記光ファイバに向けた分岐光を受け所定の波長の光を選択的に透過する光フィルタを更に備え、
前記光フィルタは、前記光分岐デバイスに接着あるいは接していることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項４】
前記所定の間隔は、前記光学素子により形成される干渉縞のピーク距離の１／８以上３／８以下に設定されることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項５】
前記所定の間隔は、前記第１及び第２の光検出器において波長に対する出力電流の変化が極小及び極大となる不感帯領域がずれるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光モジュールは、たとえば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約０．８ｎｍ（１００ＧＨｚ）とされる。この波長間隔を実現するためには、発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発光モジュールの多くは、半導体発光素子、光検出器、及び温度調整器を有する。半導体発光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半導体発光素子の温度が調整され、レーザ光の波長が制御される。ここで、波長変動を精度良く検出するため、半導体発光素子と光検出器との間に波長依存性を有した光学素子（たとえば、エタロン等）を設け、特定の波長を有するレーザ光成分がモニタされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等の調査研究の結果、上述した構成の発光モジュールは以下の問題点を有していることが判明した。
【０００５】
エタロンを用いた発光モジュールにおいては、発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４は、半導体発光素子から出力される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４に示す通り、光検出器の出力電流の波形Ｗ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λ０とする。また、波長λ０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Ｉ０とする。このとき、出力電流を電流値Ｉ０にロック（制御）することにより、グリッド波長λ０もまたロックされる。
【０００６】
しかしながら、光検出器の出力電流が波長λに対して十分な微分項を持ってないと、波長制御回路にて波長をロックすることが不可能である。つまり、波形Ｗの極大及び極小付近の領域は不感帯となり、この不感帯領域を除いた部分の波長しか設定することができない。このため、光検出器あるいは波長依存性を有した光学素子の位置を適切な位置に調整する必要がある。また、設定波長の間隔を短くしたり、設定波長の波数を増やしたりすると、不感帯領域を避けて光検出器あるいは波長依存性を有した光学素子の位置を適切な位置に調整することが困難となる。
【０００７】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、光検出器あるいは波長依存性を有した光学素子の位置調整を容易に行うことが可能な発光モジュールを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る発光モジュールは、光が出射される端面を有する半導体発光素子と、所定の間隔を有して配置され、半導体発光素子の光の波長をモニタするための第１及び第２の光検出器と、端面と光学的に結合され、半導体発光素子からの光をコリメートするレンズと、レンズからの光を受け、光ファイバに向けた分岐光と第１及び第２の光検出器に向けた分岐光を生成する光分岐デバイスと、第１及び第２の光検出器と光分岐デバイスとの間に配置され、波長依存性を有する光学素子と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
本発明に係る発光モジュールでは、半導体発光素子の光の波長をモニタするための第１及び第２の光検出器が所定の間隔を有して配置されているので、光検出器あるいは波長依存性を有した光学素子の位置調整を容易に行うことができる。また、光ファイバへの光の出射方向にみて半導体発光素子よりも前側に波長モニタ用の光学系が配設されることになり、光ファイバへの光の出射方向にみて半導体発光素子よりも後側に上記波長モニタ用の光学系を配設する必要がなくなることから、発光モジュールの小型化が可能となる。
【００１０】
また、半導体発光素子の発光パワーをモニタするための第３の光検出器を更に備え、光分岐デバイスは、第３の光検出器に向けた分岐光を更に生成することが好ましい。このように構成した場合、光ファイバに出射される光と発光パワーをモニタする光とが同一となり、半導体発光素子からの光をコリメートするレンズの位置ズレによるトラッキングエラーを打ち消すことができる。
【００１１】
また、光ファイバに向けた分岐光を受け所定の波長の光を選択的に透過する光フィルタを更に備え、光フィルタは、光分岐デバイスに接着あるいは接していることが好ましい。このように構成した場合、光軸を調整するための個々の素子の位置調整を省略することができる。また、発光モジュールの小型化も可能となる。
【００１２】
また、所定の間隔は、光学素子により形成される干渉縞のピーク距離の１／８以上３／８以下に設定されることが好ましい。
【００１３】
また、所定の間隔は、第１及び第２の光検出器において波長に対する出力電流の変化が極小及び極大となる不感帯領域がずれるように設定されることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による発光モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。本実施の形態では、本発明の発光モジュールが半導体レーザモジュールに適用されるけれども、本発明は、このような実施の形態に限定されるものではない。
【００１５】
図１は、本実施形態の半導体レーザモジュール１を示す概略構成図である。図１を参照すると、半導体レーザモジュール１は、ハウジング３内に収納される半導体レーザモジュール主要部１０を備える。ハウジング３は、発光モジュール主要部を収納する本体部（図示せず）、光ファイバ１２を半導体レーザモジュール主要部１０に導く筒状部（図示せず）、及び複数のリードピン（図示せず）等を備える。
【００１６】
半導体レーザモジュール主要部１０は、温度調節手段としての熱電子冷却器２１を有する。この熱電子冷却器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を利用できる。熱電子冷却器２１上には、半導体発光素子３１、コリメータレンズ３２、光分岐デバイス３３、波長依存性を有した光学素子としてのエタロン３４、光検出器３５ａ、３５ｂ、３５ｃ及び光フィルタ３６が直接的又は間接的に搭載される。
【００１７】
半導体発光素子３１は、一対の端面３１ａ，３１ｂ並びにこの一対の端面３１ａ，３１ｂの間に設けられた活性層（発光層）を有する。一対の端面３１ａ，３１ｂは、光共振器を構成する。一方の端面を光出射面３１ａと呼び、他方の端面を光反射面３１ｂと呼ぶ。光出射面３１ａの光反射率は光反射面３１ｂの光反射率より低いので、光出射面３１ａからレーザ発振光を取り出すことができる。光出射面３１ａは、コリメータレンズ３２と光学的に結合され、この光出射面３１ａから放射した光がコリメータレンズ３２に入射する。半導体発光素子３１としては、例えば分布帰還型（ＤＦＢ）又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、半導体発光素子３１はレーザ光を放射する半導体レーザ素子とする。
【００１８】
コリメータレンズ３２は、半導体発光素子３１の光出射面３１ａと光学的に結合されている。光出射面３１ａから放射された光は、発散光であり、コリメータレンズ３２を透過することによりコリメートされて、平行光となる。コリメータレンズ３２を透過した平行光は、光分岐デバイス３３に出力される。
【００１９】
光分岐デバイス３３は、コリメータレンズ３２と光学的に結合されている。この光分岐デバイス３３は、コリメータレンズ３２を透過した平行光を受け、光検出器３５ａ、３５ｂに向けた分岐光と、光検出器３５ｃに向けた分岐光と、光ファイバ１２に向けた分岐光とを生成する。光分岐デバイス３３としては、光ビームスプリッタが例示される。なお、コリメータレンズ３２と光分岐デバイス３３は、接着されていてもよい。
【００２０】
光フィルタ３６は、光分岐デバイス３３と光学的に結合しており、コリメータレンズ３２及び光分岐デバイス３３を介して、半導体発光素子３１の光出射面３１ａと光学的に結合している。この光フィルタ３６は、光分岐デバイス３３から光ファイバ１２に向けた分岐光を受け、所定の波長の光を選択的に透過する。光フィルタ３６は、光分岐デバイス３３に接着あるいは接していることが望ましい。
【００２１】
光フィルタ３６を透過した所定の波長の光は、レンズ３７により集光されて、光ファイバ１２に入射することとなる。光ファイバ１２には、光ファイバ１２と半導体発光素子３１の光出射面３１ａとの間に光学的に結合するように配置されたコリメータレンズ３２、光分岐デバイス３３、光フィルタ３６及びレンズ３７を介して光が入射することとなる。
【００２２】
エタロン３４は、光分岐デバイス３３と光検出器３５ａ、３５ｂとの間に、これらと光学的に結合するように配置されており、コリメータレンズ３２及び光分岐デバイス３３を介して、半導体発光素子３１の光反射面３１ｂと光学的に結合している。エタロン３４において、光入射面３４ａ及び光出射面３４ｂは、微小な角度を成して相対的に傾斜している。ここで角度は、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設定される。具体的には、角度は０．０１度以上０．１度以下であると好適である。光入射面３４ａ及び光出射面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、エタロンの透過波長が傾斜方向に沿って変化することとなる。また、エタロン３４は、その光入射面３４ａ及び光出射面３４ｂに多層反射膜を有してよい。この多層反射膜により光入射面３４ａ及び光出射面３４ｂの反射率が調整される。エタロン３４は、光分岐デバイス３３に接着あるいは接していることが望ましい。
【００２３】
光検出器３５ａ，３５ｂは、それぞれがエタロン３４の光出射面３４ｂから放射される光を受光できるように、エタロン３４の傾斜方向において所定の間隔を有して配置される。この所定の間隔は、エタロン３４により形成される干渉縞（光強度分布）のピーク距離ｄの／８以上３／８以下に設定されることが望ましく、本実施形態においては、図２に示されるように、ｄ／４に設定されている。これにより、図３に示されるように、光検出器３５ａ，３５ｂにおいて、受光波長に対する出力電流の変化が極小及び極大となる不感帯領域がずれるようになる。図３では、曲線Ｗ１は光検出器３５ａの出力特性を示し、曲線Ｗ２は光検出器３５ｂの出力特性を示している。
【００２４】
光検出器３５ａ，３５ｂからの信号は、波長安定化回路４０に送られる。波長安定化回路４０は、光検出器３５ａ及び光検出器３５ｂのいずれか一方からの信号を選択し、選択した信号に基づいて、半導体発光素子３１の温度を調節するための信号を発生する。熱電子冷却器２１は、半導体発光素子３１の温度を調節するための信号を波長安定化回路４０から受け、当該信号に応答して半導体発光素子３１の温度を変更する。
【００２５】
詳細に説明すると、半導体レーザモジュール主要部１０と波長安定化回路４０とにおいてロック波長が設定される。半導体発光素子３１の発振波長がロック波長から変動する。この変動に応答して光検出器３５ａ，３５ｂの光電流が変化する。電流変化に応答して、波長安定化回路４０は、この変化を打ち消す方向に半導体発光素子３１の温度が変化するように、熱電子冷却器２１の温度を変更するための電気信号を生成する。
【００２６】
特性曲線Ｗ１および特性曲線Ｗ２との違いは、位相差Δλによって特徴づけられる。光検出器３５ａの特性が光検出器３５ｂの特性と実質的に同じ場合には、特性曲線Ｗ１は、位相差Δλを除いて特性曲線Ｗ２と同じである。特性曲線の周期性はエタロンによって規定され、特性曲線の位相は、エタロンに対する光検出器の位置によって規定され、特性曲線の振幅は、光検出器が提供する信号の強度によって規定される。
【００２７】
半導体レーザモジュール１は、光検出器３５ａ及び光検出器３５ｂからの信号を選択することによって、波長ロックが可能な波長範囲を拡大できる。例えば、特性曲線Ｗ１の極大および極小の付近は、ロック波長を配置できない領域である。しかしながら、この領域には、特性曲線Ｗ２を用いて波長ロックが可能になる。半導体発光素子３１の発振波長をロック波長に維持するために、熱電子冷却器２１は、半導体発光素子３１の温度を調整する。
【００２８】
光検出器３５ｃは、光分岐デバイス３３にて生成された分岐光を受光できるように配置される。光検出器３５ｃは、半導体発光素子３１の発光パワーをモニタするためのものであって、受光した平行光の強度に応じた信号を出力する。
【００２９】
光検出器３５ｃからの信号は、パワー制御回路５０に送られる。パワー制御回路５０は、光検出器３５ｃからの信号及び入力信号５１に応答を示して半導体発光素子３１用の駆動信号を発生する。パワー制御回路５０は、信号線を介して半導体発光素子３１に接続されている。半導体発光素子３１は、パワー調整された駆動信号により駆動される。
【００３０】
なお、光検出器３５ａ，３５ｂ，３５ｃは、例えば、ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ半導体層を受光窓とするＩｎＧａＡｓ−ｐｉｎ型フォトダイオードであってよい。また、光検出器３５ａ，３５ｂは、モノリシックあるいはハイブリッドに組み込まれることにより、間隔が固定されていてもよい。
【００３１】
続いて、半導体レーザモジュール主要部１０の組立手順について簡単に説明する。まず、半導体発光素子３１を実装し、コリメータレンズ３２の位置調整を行う。そして、光分岐デバイス３３を配置した後に、光検出器３５ａ，３５ｂ，３５ｃの位置調整を行うことによりモニタ系を調芯し、レンズ３７の位置調整を行うことにより光出力系を調芯する。
【００３２】
以上のように、本実施形態に係る半導体レーザモジュール１では、半導体発光素子３１の光の波長をモニタするための光検出器３５ａ，３５ｂが所定の間隔（ｄ／４）を有して配置されているので、光検出器３５ａ，３５ｂあるいはエタロン３４の位置調整を容易に行うことができる。また、光ファイバ１２への光の出射方向にみて半導体発光素子３１よりも前側（光出射面３１ａ側）に波長モニタ用の光学系が配設されることになり、光ファイバ１２への光の出射方向にみて半導体発光素子３１よりも後側（光反射面３１ｂ側）に上記波長モニタ用の光学系を配設する必要がなくなることから、半導体レーザモジュール１の小型化が可能となる。
【００３３】
また、本実施形態においては、半導体発光素子３１の発光パワーをモニタするための光検出器３５ｃを更に備え、光分岐デバイス３３は、光検出器３５ｃに向けた分岐光を更に生成している。これにより、光ファイバ１２に出射される光と発光パワーをモニタする光とが同一となり、コリメータレンズ３２の位置ズレによるトラッキングエラーを打ち消すことができる。
【００３４】
また、本実施形態においては、光ファイバ１２に向けた分岐光を受け所定の波長の光を選択的に透過する光フィルタ３６を更に備え、光フィルタ３６は、光分岐デバイス３３に接着あるいは接している。これにより、光軸を調整するための個々の素子の位置調整を省略することができる。また、半導体レーザモジュール１の小型化も可能となる。
【００３５】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更できることは、当業者によって認識される。例えば、本実施の形態に示された特定の半導体レーザモジュールの構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【００３６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、光検出器あるいは波長依存性を有した光学素子の位置調整を容易に行うことが可能な発光モジュールを提供することができる。また、本発明によれば、発光モジュールの小型化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の半導体レーザモジュールを示す概略構成図である。
【図２】エタロン３４により形成される干渉縞（光強度分布）を示す線図である。
【図３】波長モニタ用の光検出器における、受光波長に対する出力電流の変化を示す線図である。
【図４】半導体発光素子から出力される光の波長と光検出器の出力電流との関係を示す線図である。
【符号の説明】
１…半導体レーザモジュール、１０…発光モジュール主要部、１２…光ファイバ、３１…半導体発光素子、３１ａ…光出射面、３１ｂ…光反射面、３２…コリメータレンズ、３３…光分岐デバイス、３４…エタロン、３５ａ…光検出器、３５ｂ…光検出器、３５ｃ…光検出器、３６…光フィルタ、３７…レンズ、４０…波長安定化回路、５０…パワー制御回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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