(57)【要約】【課題】電子冷却素子に代わる温度制御手段を採用することにより、消費電力を低減した電界吸収型光変調器付レーザダイオードモジュール及び光送信機を提供すること。【解決手段】気密パッケージ６と、気密パッケージ６内に設置されたチップキャリア８と、電気信号端子６ｂに信号伝送線路５を介して接続される電界吸収型光変調器付レーザダイオード１と、電界吸収型光変調器付レーザダイオード１の温度を検出する温度検出器２と、を備えたレーザダイオードモジュールにおいて、温度検出器２の検出温度に基づいて、電界吸収型光変調器付レーザダイオード１の温度が予め定められた規定温度範囲内になるように加熱する発熱体９をチップキャリア８に搭載した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号端子を有する気密パッケージと、
前記気密パッケージ内に設置されたチップキャリアと、
前記チップキャリアに搭載され、前記電気信号端子に信号伝送線路を介して接続される電界吸収型光変調器付レーザダイオードと、
前記チップキャリアに搭載され、前記電界吸収型光変調器付レーザダイオードの温度を検出する温度検出器と、
を備えたレーザダイオードモジュールにおいて、
前記温度検出器の検出温度に基づいて、前記電界吸収型光変調器付レーザダイオードの温度が予め定められた規定温度範囲内になるように加熱する発熱体を前記チップキャリアに搭載したことを特徴とするレーザダイオードモジュール。
【請求項２】
前記気密パッケージと前記チップキャリアとの間に断熱材を介在させたことを特徴とする請求項１に記載のレーザダイオードモジュール。
【請求項３】
前記電界吸収型光変調器付レーザダイオードに半導体光増幅器を集積してあることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザダイオードモジュール。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載のレーザダイオードモジュールと、
前記温度検出器の検出温度に基づいて、前記電界吸収型光変調器付レーザダイオードの温度が予め定められた規定温度範囲内になるように加熱する発熱体の発熱量を制御する制御回路と、
を備えたことを特徴とする光送信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
光通信用電界吸収型光変調器付レーザダイオードモジュール及び光送信機に関するものであり、特に、熱影響を低減させたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電界吸収型光変調器付レーザダイオードモジュールは、電気信号端子を有する気密パッケージと、この気密パッケージ内に設置さる電子冷却素子と、この電子冷却素子にチップキャリアを介して熱的に結合され電気信号端子に信号伝送線路を介して接続される電界吸収型光変調器付レーザダイオードと、チップキャリアに搭載され電界吸収型光変調器付レーザダイオードの発光をモニターするフォトダイオードと、チップキャリアに搭載され電界吸収型光変調器付レーザダイオードの温度を検出するサーミスタと、を備えておおよそ構成され、電界吸収型光変調器付レーザダイオードは、サーミスタでの検出温度が一定になるように電子冷却素子により温度調整されていた（たとえば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平７−１４１０２号公報
【非特許文献１】
”Ａ  １０Ｇｂ／ｓ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ  Ｍｏｄｕｌｅ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃａｌｌｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  ｗｉｔｈ  ａ  ＤＦＢ”，  Ｇｏｔｏ  ｅｔ  ａｌ．，  ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．  ２，  Ｎｏ．１２，  Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  １９９０
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電界吸収型光変調器付レーザダイオードを使用する場合には、電界吸収型光変調器の吸収端波長をその印加電圧により制御することで強度変調を行うが、吸収端波長は電界吸収型光変調器のバンドギャップの大きさに依存し、その大きさの温度依存性はおおよそ０．８ｎｍ／℃で、温度とともに長波長側へ移動する。一方でレーザダイオードとしてＤＦＢ−ＬＤを採用した場合は、ＤＦＢ−ＬＤの熱膨張によるグレーティング間隔の伸びにより発振波長が長波長側へ変化し、その温度依存性はおおよそ０．０８ｎｍ／℃となる。
【０００５】
この温度依存性の差が約１０倍あるが、電界吸収型光変調器付レーザダイオードの場合には、この両者の波長差の変動によりその性能が大きく変わるので、この波長差を一定にすることが望ましい。このため、サーミスタにて電界吸収型光変調器付レーザダイオードの温度を検出し、この温度が一定になるよう電子冷却素子により温度制御がなされている。
【０００６】
電界吸収型光変調器付レーザダイオードを冷却するときの電子冷却素子の発熱量は大きく、最近では最大で８５℃までの高温で使用される場合もあり、このときの発熱量は最大で３Ｗになる。電界吸収型光変調器付レーザダイオード自身の発熱量は０．２Ｗ程度であるので、電子冷却素子の発熱量は１０倍以上になり、光送信機の消費電力の多くの部分を占めている。
【０００７】
本発明の目的は、電子冷却素子に代わる温度制御手段を採用することにより、消費電力を低減した電界吸収型光変調器付レーザダイオードモジュール及び光送信機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明に係る電界吸収型光変調器付レーザダイオードモジュールは、電気信号端子を有する気密パッケージと、前記気密パッケージ内に設置されたチップキャリアと、前記チップキャリアに搭載され、前記電気信号端子に信号伝送線路を介して接続される電界吸収型光変調器付レーザダイオードと、前記チップキャリアに搭載され、前記電界吸収型光変調器付レーザダイオードの温度を検出する温度検出器と、を備えたレーザダイオードモジュールにおいて、前記温度検出器の検出温度に基づいて、前記電界吸収型光変調器付レーザダイオードの温度が予め定められた規定温度範囲内になるように加熱する発熱体を前記チップキャリアに搭載したことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照してこの発明に係るレーザダイオードモジュール及び光送信機の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１を用いて、この発明の実施の形態１を説明する。図１はこの発明の実施の形態１のレーザダイオードモジュールの構造を示す横断面図である。
【００１１】
図において、矩形箱形の金属製の気密パッケージ６は、左右の側壁に、電気信号端子として、気密パッケージ６と電気的に接続され固定されたグランド端子や、絶縁材料のガラス材（又は、セラミック材）６ａを介して絶縁固定された高周波信号端子６ｂを有しており、この電気信号端子６ｂの他にも、気密パッケージ６内に収納されているデバイスに接続される複数の端子６ｃが絶縁材料のガラス材（又は、セラミック材）６ａを介して絶縁固定されている。前方の側壁には、信号光線を射出するための窓が設けられ、その外側には、光ファイバ７のホルダ７ａが取付けられている。
【００１２】
気密パッケージ６内のほぼ中央部底面には、チップキャリア８が半田等で固定されて設置され、チップキャリア８上に電界吸収型光変調器付レーザダイオード１が搭載されている。レーザダイオード１の射出光を光ファイバ７の入射端に集光するレンズ４もチップキャリア８上に設置されている。
【００１３】
電気信号端子６ｂとレーザダイオード１とを接続する信号伝送線路５が、電気信号端子６ｂ側からチップキャリア８上に架け渡され、信号伝送線路５とレーザダイオード１とは、ワイヤボンディングで接続されている。
【００１４】
信号伝送線路５は、レーザダイオード部分の整合回路のインピーダンスに合うようにインピーダンス設計がなされ、また、気密パッケージ６の高周波信号端子６ｂもガラス材、もしくはセラミック材にて同様にインピーダンス設計がなされている。
【００１５】
レーザダイオード１の背面のチップキャリア８上には、フォトダイオード３が搭載され、レーザダイオード１の背面光を受光し光出力をモニターする。
【００１６】
レーザダイオード１の左側のチップキャリア８上には、温度検出器としてのサーミスタ２が搭載され、レーザダイオード１の温度を検出する。
【００１７】
上記のように構成した電界吸収型光変調器付レーザダイオードモジュールにおいて実施の形態１では、レーザダイオード１の右前側のチップキャリア８上に、サーミスタ２の検出温度に基づいて、レーザダイオード１の温度が予め定められた規定温度範囲内になるように加熱する発熱体９を搭載している。
【００１８】
電界吸収型光変調器の吸収端波長をその印加電圧により制御し、吸収量を変えることで強度変調を行うが、吸収端波長は電界吸収型光変調器のバンドギャップの大きさに依存し、バンドギャップ自体は温度に対し指数関数的に変化し、波長１５５０ｎｍ付近では吸収端波長の温度依存性は約０．８ｎｍ／℃であるのに対し、レーザダイオード部分は、ＤＦＢ−ＬＤではグレーティングの間隔が温度上昇に比例して長波長側へ移動し、そのための温度依存性が約０．０８ｎｍ／℃である。
【００１９】
従って、電界吸収型光変調器とレーザダイオードの波長差は高温ほど小さくなるが、電界吸収型光変調器付レーザダイオードの性能は、この両者の波長の差に大きく依存することから、外気温の変化の影響を受けないようにすることが望ましい。そこで、あらかじめ動作温度が６０〜８０℃程度で最適なように電界吸収型光変調器とレーザダイオードの波長差が大きくなるように設計し、サーミスタで温度を検出し、外気温が低い場合には、この温度が最適な温度になるよう発熱体の発熱量を大きくし、外気温が最適温度の場合にはこの発熱量を小さくすることで電界吸収型光変調器付レーザダイオードを最適な温度範囲にすることが可能となる。
【００２０】
発熱体は、電子冷却素子で電界吸収型光変調器付レーザダイオードを冷却するよりも消費電力を低く抑えることが可能であるため、電子冷却素子を使用せずに、発熱体９のみで電界吸収型光変調器付レーザダイオード１が所期の性能を発揮できるように予め定められた規定温度範囲内になるような温度制御が可能となり、より低消費電力のレーザダイオードモジュールを実現することができる。
【００２１】
実施の形態２．
図２を用いて、この発明の実施の形態２を説明する。図２はこの発明の実施の形態２のレーザダイオードモジュールの構造を示す横断面図である。図において、図１と同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２２】
この実施の形態２のレーザダイオードモジュールでは、気密パッケージ６とチップキャリア８との間に、断熱材としての断熱シート１３を介在させ断熱している。その他の構成は実施の形態１と同じである。
【００２３】
チップキャリア８を気密パッケージ６の底面に直接設置すると、チップキャリア８と気密パッケージ６との間の熱抵抗が小さいため、気密パッケージ６が大きなヒートシンクに取り付けられている場合には、発熱体９の発熱量を大きくしても気密パッケージ６から外部へ放熱され、熱を十分効率的に電界吸収型光変調器付レーザダイオード１へ伝えることが困難となる。
【００２４】
このためチップキャリア８と気密パッケージ６との間に十分大きな熱抵抗を持つ断熱シート１３を介在させることで、発熱体９の発熱を電界吸収型光変調器付レーザダイオード１に効率的に伝えることができるようになる。これにより、電子冷却素子を使用せずに、発熱体９のみで電界吸収型光変調器付レーザダイオード１が所期の性能を発揮できるように予め定められた規定温度範囲内になるような温度制御が可能となり、さらに低消費電力のレーザダイオードモジュールを実現することができる。
【００２５】
実施の形態３．
図３を用いて、この発明の実施の形態３を説明する。図３はこの発明の実施の形態３を示す電界吸収型光変調器付レーザダイオードに半導体増幅器が集積化された素子の外観図である。
【００２６】
図３に示すように、光射出方向に向かって、レーザダイオード１０、電界吸収型光変調器１１、半導体増幅器１２の順に配列し集積してある。
【００２７】
電子冷却素子を使用せず発熱体のみで温度制御を行う場合、精密な温度制御は難しい。電界吸収型光変調器１１の挿入損失の温度依存性は、約０．１ｄＢ／℃で、温度上昇とともに挿入損失が増加するので、電界吸収型光変調器付レーザダイオード１の出力側に半導体増幅器１２を集積化することで電界吸収型光変調器１１の挿入損失の温度依存性の補償が可能となる。
【００２８】
これにより、電子冷却素子を使用せずに、発熱体９のみで電界吸収型光変調器付レーザダイオード１が所期の性能を発揮できるように予め定められた規定温度範囲内になるような温度制御が可能となり、光出力の温度依存性の補償も可能となり、より低消費電力のレーザダイオードモジュールを実現することができる。
【００２９】
実施の形態４．
図４を用いて、この発明の実施の形態４を説明する。図４はこの発明の実施の形態４の光送信機の構成を示す図である。図において、図１、２と同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３０】
制御ブロック図のサーミスタ２及び発熱体９は、レーザダイオードモジュールの気密パッケージ６内に設置されたチップキャリア８に搭載されているものであり、制御回路１５及びドライバ１４は、レーザダイオードモジュールの気密パッケージ６の外部に備えられている。
【００３１】
電界吸収型光変調器１１に負のバイアス電圧を加えると吸収端波長は長波長側へ移動し、温度を高温にすることとほぼ等価となる。したがって、サーミスタ２の検出温度に基づき制御回路１５により、発熱体９の発熱量を制御するとともに電界吸収型光変調器１１のバイアス電圧等の駆動条件をドライバ１４を介して制御することで、電子冷却素子を備えていなくとも電界吸収型光変調器付レーザダイオード１の優れた性能をよりよく引き出すことが可能となる。このことで消費電力が低く、電界吸収型光変調器付レーザダイオード１が有する長距離伝送性能に優れた光送信器を実現することができる。
【００３２】
【発明の効果】
この発明によれば、温度検出器の検出温度に基づいて、電界吸収型光変調器付レーザダイオードの温度が予め定められた規定温度範囲内になるように加熱する発熱体をチップキャリアに搭載したので、発熱体のみで電界吸収型光変調器付レーザダイオードが所期の性能を発揮できるように予め定められた規定温度範囲内になるような温度制御が可能となり、電子冷却素子で電界吸収型光変調器付レーザダイオードを冷却するよりも消費電力を低く抑えることができ、電子冷却素子を使用せずに、より低消費電力のレーザダイオードモジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１のレーザダイオードモジュールの構造を示す横断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２のレーザダイオードモジュールの構造を示す横断面図である。
【図３】この発明の実施の形態３を示す電界吸収型光変調器付レーザダイオードに半導体増幅器が集積化された素子の外観図である。
【図４】この発明の実施の形態４の光送信機の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  電界吸収型光変調器付レーザダイオード、２  温度検出器（サーミスタ）、３  フォトダイオード、４  レンズ、５  信号伝送線路、６  気密パッケージ、７  光ファイバ、８  チップキャリア、９  発熱体、１０  レーザダイオード、１１  電界吸収型光変調器、１２  半導体増幅器、１３  断熱材（断熱シート）、１４  ドライバ、１５  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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