(57)【要約】【課題】半導体発光素子への通電が発振状態に陥らないことを可能とする半導体レーザモジュールを提供すること。【解決手段】この半導体レーザモジュール１は、一対の端面を有するレーザダイオード１０１と、レーザダイオード１０１の温度を測定するためのサーミスタ１０４と、当該サーミスタ１０４の測定結果に基づいてレーザダイオード１０１の温度を調整可能なように配置された熱電子冷却素子１１と、サーミスタ１０４が温度を測定可能な領域に配置された発熱素子１０３と、レーザダイオード１０１及び発熱素子１０３への通電を制御する通電制御部２０とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の端面を有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の温度を測定するための温度測定素子と、
当該温度測定素子の測定結果に基づいて前記半導体発光素子の温度を調整可能なように配置された熱電子冷却素子と、
前記温度測定素子が温度を測定可能な領域に配置された発熱素子と、
前記半導体発光素子及び前記発熱素子への通電を制御する通電制御手段と、
を備える発光モジュール。
【請求項２】
前記通電制御手段は、前記発熱素子に通電し前記温度測定素子が測定する温度が定常状態になった後に前記発熱素子への通電を遮断し、前記半導体発光素子に通電する、請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項３】
前記通電制御手段は、前記発熱素子及び前記半導体発光素子それぞれの消費電力が所定の範囲内に収まるようにそれぞれの素子に通電する、請求項１又は２に記載の発光モジュール。
【請求項４】
一対の端面を有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の温度を測定するための温度測定素子と、
当該温度測定素子の測定結果に基づいて前記半導体発光素子の温度を調整可能なように配置された熱電子冷却素子と、
前記温度測定素子が温度を測定可能な領域に配置された発熱素子と、
前記半導体発光素子及び前記発熱素子への通電を制御する通電制御手段とを備える発光モジュールの通電制御方法であって、
前記通電制御手段が前記発熱素子に通電するステップと、
前記熱電子冷却素子が前記半導体発光素子の温度を調整するステップと、
前記温度測定素子が測定する温度が定常状態になった後に、前記通電制御手段が前記発熱素子への通電を遮断するステップと、
前記通電制御手段が前記半導体発光素子に通電するステップと、
を含む通電制御方法。
【請求項５】
前記通電制御手段は前記それぞれのステップにおいて、前記発熱素子及び前記半導体発光素子それぞれの消費電力が所定の範囲内に収まるようにそれぞれの素子に通電する、請求項４に記載の通電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光モジュール及び通電制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光通信システムにおいて、レーザダイオードといった一対の端面を有する半導体発光素子の出力光の波長を一定に保つ方式として種々の方法が用いられている。その一例としてペルチェ素子といった熱電子冷却素子（サーモエレクトリッククーラ）を用いるものがある。より具体的には、熱電子冷却素子が温度制御可能な領域に半導体発光素子を配置し、半導体発光素子の温度をサーミスタといった温度測定素子で測定し、この測定結果に基づいて熱電子冷却素子の冷却温度を制御する方法である。この方法は、半導体発光素子の出力光の波長が温度依存性を持っていることを利用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＷＤＭ光通信システムにおいては、所定波長以外の波長で半導体発光素子が発光することを抑止するために、まず半導体発光素子に電流を流さない状態で半導体発光素子が配置された領域を所定温度にし、その後半導体発光素子に通電する場合がある。この場合において、半導体発光素子へ通電してから半導体発光素子が配置された領域の温度が上昇し、その温度上昇によって半導体発光素子の出力光の波長が許容範囲を逸脱するために半導体発光素子への通電が停止されるというような発振状態に陥ることがある。
【０００４】
そこで本発明は、半導体発光素子への通電が発振状態に陥らないことを可能とする発光モジュール及び通電制御方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
発明者は、このような発光モジュールを実現するためにさまざまな検討を重ねた。まず検討に用いた発光モジュールは、半導体発光素子と、この半導体発光素子の温度を測定するための温度測定素子と、この温度測定素子の測定結果に基づいて半導体発光素子の温度を調整可能なように配置された熱電子冷却素子とからなる系を有するものである。発明者は、この発光モジュールにおいて、半導体発光素子に電流を流さない状態で熱電子冷却素子を制御して半導体発光素子を所定温度に制御し、その後半導体発光素子に通電したところ前述のような発振状態となった。発明者がこの発振状態の原因を検討したところ、
（１）半導体発光素子に通電すると発生する熱量が急激に変化する。
（２）熱電子冷却素子を制御して半導体発光素子を所定温度に安定化させるまでに要する時間は５０〜５００ｍｓ程度である。
（３）系の時定数や半導体発光素子の温度許容範囲によっては半導体発光素子に通電した後に発生熱量が変化して温度許容範囲から外れ、半導体発光素子への通電が遮断され最初の状態に戻ってしまい発振状態に陥る。
ことを見出した。発明者は、系の時定数や温度許容範囲の設定を変更することでこの発振状態の回避が可能とならないか検討した。しかしながら、系の時定数は機構など他の要因から律せられることが多いために適切に設定することが困難であり、半導体発光素子の温度許容範囲は発光モジュールが用いられるＷＤＭ光通信システムのシステム要求によって決まってしまうことから適切に設定することが困難である。本発明はこれらの検討の結果に基づいてなされたものである。
【０００６】
本発明の発光モジュールは、一対の端面を有する半導体発光素子と、半導体発光素子の温度を測定するための温度測定素子と、当該温度測定素子の測定結果に基づいて半導体発光素子の温度を調整可能なように配置された熱電子冷却素子と、温度測定素子が温度を測定可能な領域に配置された発熱素子と、半導体発光素子及び発熱素子への通電を制御する通電制御手段とを備える。
【０００７】
本発明の発光モジュールによれば、通電制御手段が半導体発光素子及び発熱素子への通電を制御するので、例えば、発熱素子への通電を行ってから半導体発光素子への通電を行うようにすることができ、温度測定素子が測定する温度の変化が抑制されるようにすることができる。従って、温度測定素子が測定する温度が半導体発光素子の温度許容範囲を外れてしまい、半導体発光素子への通電が発振状態になることを回避することが可能となる。
【０００８】
また本発明の発光モジュールでは、通電制御手段が、発熱素子に通電し温度測定素子が測定する温度が定常状態になった後に発熱素子への通電を遮断し、半導体発光素子に通電することも好ましい。温度測定素子が測定する温度すなわち半導体発光素子が存在する領域の温度が定常状態になった後に、発熱素子への通電を遮断し半導体発光素子に通電するので、半導体発光素子が発熱しても領域の温度の変化が抑制されて温度測定素子が測定する温度の変化が抑制される。従って、温度測定素子が測定する温度が半導体発光素子の温度許容範囲を外れてしまい、半導体発光素子への通電が発振状態になることを回避することが可能となる。
【０００９】
また本発明の発光モジュールでは、通電制御手段が、発熱素子及び半導体発光素子それぞれの消費電力が所定の範囲内に収まるようにそれぞれの素子に通電することも好ましい。発熱素子及び半導体発光素子それぞれの消費電力が所定の範囲内に収まるようにすれば、温度測定素子が温度を測定する領域における測定温度の変化が所定の範囲内に収まることとなる。従って、温度測定素子が測定する温度が半導体発光素子の温度許容範囲を外れてしまい、半導体発光素子への通電が発振状態になることを回避することが可能となる。
【００１０】
本発明の通電制御方法は、一対の端面を有する半導体発光素子と、半導体発光素子の温度を測定するための温度測定素子と、当該温度測定素子の測定結果に基づいて半導体発光素子の温度を調整可能なように配置された熱電子冷却素子と、温度測定素子が温度を測定可能な領域に配置された発熱素子と、半導体発光素子及び発熱素子への通電を制御する通電制御手段とを備える発光モジュールの通電制御方法であって、通電制御手段が発熱素子に通電するステップと、熱電子冷却素子が半導体発光素子の温度を調整するステップと、温度測定素子が測定する温度が定常状態になった後に、通電制御手段が発熱素子への通電を遮断するステップと、通電制御手段が半導体発光素子に通電するステップと、を含む。
【００１１】
本発明の通電制御方法によれば、温度測定素子が測定する温度すなわち半導体発光素子が存在する領域の温度が定常状態になった後に、発熱素子への通電を遮断し半導体発光素子に通電するので、半導体発光素子が発熱しても領域の温度の変化が抑制されて温度測定素子が測定する温度の変化が抑制される。従って、温度測定素子が測定する温度が半導体発光素子の温度許容範囲を外れてしまい、半導体発光素子への通電が発振状態になることを回避することが可能となる。
【００１２】
また本発明の通電制御方法では、通電制御手段がそれぞれのステップにおいて、発熱素子及び半導体発光素子それぞれの消費電力が所定の範囲内に収まるようにそれぞれの素子に通電することも好ましい。発熱素子及び半導体発光素子それぞれの消費電力が所定の範囲内に収まるようにすれば、温度測定素子が温度を測定する領域における測定温度の変化が所定の範囲内に収まることとなる。従って、温度測定素子が測定する温度が半導体発光素子の温度許容範囲を外れてしまい、半導体発光素子への通電が発振状態になることを回避することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の知見は、例示のみのために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。引き続いて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１４】
本実施形態では、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。図１は、半導体レーザモジュール１の構成を示した図である。図１を参照すると、半導体レーザモジュール１は、半導体レーザモジュール主要部１０と、通電制御部（通電制御手段）２０、ＴＥＣモニタ２２と、ＴＥＣドライバ２３とを備える。
【００１５】
半導体レーザモジュール主要部１０には、レーザダイオード（半導体発光素子）１０１と、フォトダイオード１０２と、発熱素子１０３と、サーミスタ（温度測定素子）１０４とが配置されている。半導体レーザモジュール主要部１０は、熱電子冷却素子１１によって温度が制御されている。熱電子冷却素子１１は、ＴＥＣドライバ２３によって駆動され、その駆動状態はＴＥＣモニタ２２によって監視されている。
【００１６】
通電制御部２０は、ＬＤドライバ２０１と、トランジスタ２０２〜２０４と、差動増幅素子２０５、２０９と、ＣＰＵ２０６と、ＲＯＭ２０７と、識別器２０８と、Ｄ／Ａコンバータ２１０〜２１３とを備える。
【００１７】
サーミスタ１０４が計測した計測温度データは、差動増幅器２０９及び識別器２０８に出力される。差動増幅器２０９にはＣＰＵ２０６からＤ／Ａコンバータ２１０を介して半導体レーザモジュール主要部１０の設定温度データが入力される。この設定温度データはＲＯＭ２０７に格納された情報に基づいて入力されている。差動増幅器２０９は、計測温度データと設定温度データとに基づいてＴＥＣドライバ２３に熱電子冷却素子１１を駆動するための信号を出力する。
【００１８】
識別器２０８には計測温度データとＣＰＵ２０６からＤ／Ａコンバータ２１０を介して半導体レーザモジュール主要部１０の設定温度データとが入力される。識別器２０８は、計測温度データと設定温度データとの高低を識別し、計測温度データが設定温度データよりも高くなった場合に信号をトランジスタ２０２〜２０４にそれぞれ出力する。
【００１９】
トランジスタ２０２は、発熱素子１０３への通電を制御するための回路素子である。トランジスタ２０２に識別器２０８から信号が出力されていない状態では発熱素子１０３へは通電されている状態であるけれども、トランジスタ２０２に識別器２０８から信号が出力されると（すなわち、計測温度が設定温度よりも高くなると）発熱素子１０３への通電が遮断される。
【００２０】
トランジスタ２０３及びトランジスタ２０４は、トランジスタ２０２とは逆に識別器２０８から信号が出力されるとＣＰＵ２０６からＤ／Ａコンバータ２１２及びＤ／Ａコンバータ２１３を介して出力される制御信号を、それぞれ差動増幅素子２０５及びＬＤドライバ２０１に出力する。従って、計測温度が設定温度よりも高くなるとＬＤドライバ２０１がレーザダイオード１０１の駆動を開始することとなる。
【００２１】
本実施形態の半導体レーザモジュール１の動作方法について説明する。図２は、半導体レーザモジュール１の動作方法を説明するためのフローチャートである。半導体レーザモジュール１に電源が投入されると、サーミスタ１０４が測定する測定温度は予め定められている設定温度よりも低い状態であるので、識別器２０８からトランジスタ２０２へは信号が出力されない。従って発熱素子１０３へ通電され、半導体レーザモジュール主要部１０の温度が上昇する（ステップＳ０１）。
【００２２】
サーミスタ１０４が測定する測定温度データと設定温度データとに基づく温度制御情報はＴＥＣドライバ２３に出力される。ＴＥＣドライバ２３はこの温度制御情報に基づいて熱電子冷却素子１１を駆動し、半導体レーザモジュール主要部１０の温度を所定の温度に安定化させるように制御を開始する（ステップＳ０２）。
【００２３】
サーミスタ１０４が測定する半導体レーザモジュール主要部１０の測定温度と、予め定められた設定温度との高低は識別器２０８が識別する（ステップＳ０３）。この測定温度が設定温度を超えると、識別器２０８からトランジスタ２０２へ信号が出力され、発熱素子１０３への通電が遮断される（ステップＳ０４）。
【００２４】
識別器２０８からは、トランジスタ２０３及びトランジスタ２０４にも信号が出力される。従って、ＣＰＵ２０６からＬＤドライバ２０１への制御信号が出力されることとなり、レーザダイオード１０１の駆動が開始される（ステップＳ０５）。
【００２５】
本実施形態の半導体レーザモジュール主要部１０の変形例について説明する。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、半導体レーザモジュール主要部１０の変形例である半導体レーザモジュール主要部１０ａ及び半導体レーザモジュール主要部１０ｂを示した図である。図３（ａ）に示す半導体レーザモジュール主要部１０ａには、レーザダイオード１０１と、フォトダイオード１０２と、発熱素子１０３と、サーミスタ１０４と、インダクタ１０５とが配置されている。レーザダイオード１０１と発熱素子１０３は直列に配置されている。レーザダイオード１０１と並列にスイッチ３０が配置されており、それらの間にはインダクタ１０５が配置されている。この半導体レーザモジュール主要部１０ａを駆動する際には、温度安定化前から電流ＩをＯＮにしておくが、スイッチ３０もＯＮ（低抵抗モード）にしておく。そして、温度安定化後に電流Ｉを所定のレーザダイオード電流値に変化させてスイッチ３０をＯＦＦ（高抵抗モード）に切り替える。
【００２６】
図３（ｂ）に示す半導体レーザモジュール主要部１０ｂには、レーザダイオード１０１と、フォトダイオード１０２と、発熱素子１０３と、サーミスタ１０４とが配置されている。この半導体レーザモジュール主要部１０ｂは、差動増幅器３１を用いてレーザダイオード１０１を駆動している。発熱素子１０３は差動の逆相側に入れられている。温度安定化前には、差動増幅器３１にＬＯＷ信号を入力して発熱素子１０３で発熱させ、温度安定化後には、差動増幅器３１に通信用の信号を入力して発熱素子１０３の発熱を停止させレーザダイオード１０１に通電する。
【００２７】
本実施形態の半導体レーザモジュール主要部１０によれば、サーミスタ１０４が測定する温度すなわちレーザダイオード１０１が存在する領域の温度が定常状態になった後に、発熱素子１０３への通電を遮断しレーザダイオード１０１に通電するので、レーザダイオード１０１が発熱しても領域の温度の変化が抑制されてサーミスタ１０４が測定する温度の変化が抑制される。従って、サーミスタ１０４が測定する温度がレーザダイオード１０１の温度許容範囲を外れてしまい、レーザダイオード１０１への通電が発振状態になることを回避することが可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の発光モジュールによれば、温度測定素子が測定する温度すなわち半導体発光素子が存在する領域の温度が定常状態になった後に、発熱素子への通電を遮断し半導体発光素子に通電するので、半導体発光素子が発熱しても領域の温度の変化が抑制されて温度測定素子が測定する温度の変化が抑制される。従って、温度測定素子が測定する温度が半導体発光素子の温度許容範囲を外れてしまい、半導体発光素子への通電が発振状態になることを回避することが可能となる。従って、半導体発光素子への通電が発振状態に陥らないことを可能とする発光モジュール及び通電制御方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である半導体レーザモジュールを説明するための図である。
【図２】本発明の実施形態である半導体レーザモジュールの通電制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】図１の半導体レーザモジュール主要部の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…半導体レーザモジュール、１０…半導体レーザモジュール主要部、１１…熱電子冷却素子、２０…通電制御部、２２…ＴＥＣモニタ、２３…ＴＥＣドライバ、１０１…レーザダイオード、１０２…フォトダイオード、１０３…発熱素子、１０４…サーミスタ、２０１…ＬＤドライバ、２０２〜２０４…トランジスタ、２０５、２０９…差動増幅素子、２０６…ＣＰＵ、２０７…ＲＯＭ、２０８…識別器、２１０〜２１３…Ｄ／Ａコンバータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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