(57)【要約】【課題】温度制御器を有する半導体レーザ装置においても従来の配線を変更することなく、温度制御器配線からレーザ素子およびに受光素子への電磁ノイズの影響を低減し、信号波形劣化の少ない半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】レーザ素子１０を搭載する温度制御器５０の入出力配線をレーザモジュールパッケージの後部に設けた電極に配線し、レーザ素子１０の配線と略垂直となるよう配置されたレーザモジュールである。レーザ素子もしくは受光素子に比べ大電流が通電される温度制御器５０の配線をレーザ素子１０もしくは受光素子２０の配線と空間的にも分離し、温度制御器５０の配線から生じる電磁ノイズの影響を低減する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ素子と、
前記レーザ素子を搭載する温度制御器とを有し、
前記レーザ素子を駆動する入出力配線と前記温度制御器を駆動する入出力配線が略垂直となるように配線されていることを特徴とするレーザ装置
【請求項２】
前記レーザ素子と前記温度制御器とを収納するパッケージを有し、
前記レーザ素子を駆動する入出力配線および前記温度制御器を駆動する入出力配線がパッケージ内部に設けられた各々の電極から前記レーザ素子もしくは前記温度制御器に配線されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置
【請求項３】
前記パッケージの少なくとも３面の内壁にパッケージ内外の導通を有する電極が配置されることによって前記レーザ素子を駆動する入出力配線と前記温度制御器を駆動する入出力配線が略垂直となるように配線されていることを特徴とする請求項２に記載のレーザ装置
【請求項４】
前記温度制御器を駆動する入出力配線が前記レーザ素子から出力されるレーザ光を前記パッケージ外部に搬送する機構を備えたパッケージ面と対向するパッケージ面の内壁に設けられた前記電極に配線されていることを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ装置
【請求項５】
前記温度制御器への入出力をおこなう正負の配線とが隣接して略平行に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４に記載のレーザ装置
【請求項６】
前記温度制御器がペルチェ素子で構成されるものであって、その電気抵抗が１Ω以上であることを特徴とする請求項１乃至５に記載のレーザ装置
【請求項７】
前記温度制御器を構成するペルチェ素子のエレメント間隔が０．５ｍｍ以下であり、エレメント断面積が０．０９ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項６に記載のレーザ装置
【請求項８】
レーザ素子と、
前記レーザ素子を収納するパッケージを有し、
少なくとも２以上の信号が入出力されるレーザ装置であって、
前記パッケージ内部において、入出力される電流量が最大である配線が、他の配線と略垂直となるように配線されていることを特徴とするレーザ装置
【請求項９】
前記電流量が最大である入出力配線の正負の配線とが隣接して略平行に配置されていることを特徴とする請求項８に記載のレーザ装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信分野に用いられる光送信器、特にペルチェ素子を搭載する半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野においては長距離化、伝送量の増大に伴い、より動作の安定した半導体レーザ装置が求められており、そのような半導体レーザ装置としてペルチェ素子を利用した温度制御器を搭載したレーザモジュールがある。一般に温度制御器を有するレーザモジュールは高機能性が求められるものが多く、波長モニタ機能や光変調器を集積化したレーザモジュールの開発やレーザモジュールパッケージの小型化の開発が行われている。その結果レーザモジュールパッケージへの信号入出力数も増加し、レーザモジュールパッケージ内の部品および電気配線の高密度化が進んでいる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−５４８０６号公報
【特許文献２】
特開２０００−５８９７５号公報
【０００４】
このような温度制御器を有するレーザモジュールは例えば図５に示すように、レーザ素子１０と、レーザ素子１０からの発光出力をモニタする受光素子２０とがベース５５に搭載され、光ファイバ４０を備えた気密パッケージ１００内に収納されている。レーザ素子１０からの発光は光ファイバ４０に結合するように配置され、パッケージ１００の内壁両側面に設けられた電極端子６０から各構成部品へ配線がなされ、レーザ駆動電流、変調信号などの入出力が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように高密度に部品や配線が集積化されたレーザ装置では多くのワイヤが接近して配線されるため、電磁的に相互に影響を受けやすくなるという問題が生ずる。特に温度制御器を駆動する電流値は他の入出力電流値に比べて大きく電磁ノイズの原因となりやすい。また、パッケージ内の配線には金などの金属ワイヤなどが使用されるが、配線が密集する結果、ワイヤ間の接触による短絡などの問題を生じやすくなる。本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、大電流が通電されるワイヤからの電磁ノイズを低減し、かつ配線作業を容易にするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は次のような構成としたものである。
第１の発明は
レーザ素子と、
前記レーザ素子を搭載する温度制御器とを有し、
前記レーザ素子を駆動する入出力配線と前記温度制御器を駆動する入出力配線が略垂直となるように配線されていることを特徴とするレーザ装置
係る発明である。
【０００７】
第２の発明は第１の発明に加え、
前記レーザ素子と前記温度制御器とを収納するパッケージを有し、
前記レーザ素子を駆動する入出力配線および前記温度制御器を駆動する入出力配線がパッケージ内部に設けられた各々の電極から前記レーザ素子もしくは前記温度制御器に配線されていることを特徴とするものである。素子近傍での配線を垂直に配することで相互の電磁的な影響を低減するものである。
【０００８】
第３の発明は第２の発明に加え
前記パッケージの少なくとも３面の内壁にパッケージ内外の導通を有する電極が配置されることによって前記レーザ素子を駆動する入出力配線と前記温度制御器を駆動する入出力配線が略垂直となるように配線されていることを特徴とするものである。本構成により従来の配線を変更することなく温度制御器配線からの電磁ノイズを低減するものである。
【０００９】
第４の発明は第２の発明に加え、前記温度制御器を駆動する入出力配線が前記レーザ素子から出力されるレーザ光を前記パッケージ外部に搬送する機構を備えたパッケージ面と対向するパッケージ面の内壁に設けられた前記電極に配線されていることを特徴とするものである。本構成により、温度制御器の配線を他の配線から分離するものである。
【００１０】
第５の発明は第１の発明に加え、
前記温度制御器への入出力をおこなう正負の配線が隣接して略平行に配置されていることを特徴とするものである。温度制御器配線自体が発生する電磁ノイズを減少させるものである。
【００１１】
第６の発明は第１の発明に加え、
前記温度制御器がペルチェ素子で構成されるものであって、その電気抵抗が１Ω以上であることを特徴とするものである。本構成により温度制御器配線に流される電流のリップルを低減し電磁ノイズを減少させるものである。
【００１２】
第７の発明は第６の発明における前記温度制御器を構成するペルチェ素子のエレメント間隔が０．５ｍｍ以下であり、エレメント断面積が０．０９ｍｍ２以下であることを特徴とするものである。
【００１３】
第８の発明は
レーザ素子と、
前記レーザ素子を収納するパッケージを有し、
少なくとも２以上の信号が入出力されるレーザ装置であって、
前記パッケージ内部において、入出力される電流量が最大である配線が、他の配線と略垂直となるように配線されていることを特徴とするレーザ装置に係る発明である。
【００１４】
第９の発明は第８の発明に加え
前記電流量が最大である入出力配線の正負の配線とが隣接して略平行に配置されていることを特徴とするものである。本構成により大電流が通電される配線からの電磁ノイズを低減するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、各図は本発明を理解できる程度に各構成要素およびその機能を概略的に示したもので、本発明を限定するものではない。
【００１６】
第１の実施形態
図１は第１の実施形態を示すレーザモジュールの平面模式図である。レーザ素子１０の前方端面から出力されるレーザ光はレンズ３０で光ファイバ４０に結合しパッケージ１００の外部に搬送され、レーザ素子１０の後方端面から出力されるレーザ光は受光素子（ＰＤ）２０で受光され、レーザ素子１０からの出力光量がモニタされている。レーザ素子１０およびに受光素子２０はそれぞれレーザキャリア１１およびＰＤキャリア２１に取り付けられ、ペルチェ素子からなる温度制御器５０上に搭載されている。レーザ素子１０を発光させるための駆動電流と、信号光を変調する変調信号を入出力するワイヤがパッケージ側面内壁の電極端子板６０上に形成された電極からレーザキャリア１１上の電極に配線され、レーザ素子に接続されており、通電される電流値は通常２００ｍＡ以内であり、最大でも５００ｍＡ程度である。また、受光素子２０で受光した光量に応じて生じる光電流を出力するためのワイヤが受光素子２０とパッケージ内壁側面電極端子板６０の電極の間に配線されており、光電流の値は数十μＡから１ｍＡ程度以下となるよう設計されている。
【００１７】
一方、温度制御器５０を駆動するための配線はパッケージ後方内壁に設置された電極端子板上に形成された電極から配線されている。温度制御器５０はレーザキャリア上に配置されたサーミスタ５１で測定された温度に基づいて、温度制御器５０はパルス幅変調方式（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）で制御されており、１Ａ程度の電流が流れるようにパルス電圧が印加される。その際に用いられる周波数は２５０ＫＨｚから１ＭＨｚ程度であるので、温度制御器５０に流れる電流は２５０ＫＨｚから１ＭＨｚとその高調波成分を含んだリップルを有していることになり、周囲に電磁波を放射する。温度制御器５０に通電される電流量はレーザ素子１０や受光素子２０の入出力電流量に比べ大きく、近接して配線されている場合には電磁的な影響をもたらす。
【００１８】
本実施形態では、電流値が他の配線に比べて大きい温度制御器５０の配線をするための電極７０をパッケージ後部に設け、温度制御器５０入出力をおこなう配線の正負の配線とが隣接してほぼ平行に配線される。そのため、レーザ素子１０、あるいは受光素子２０の入出力をおこなう配線と垂直な方向に配線されており、電磁的な影響を及ぼしにくい配置となっており、距離も離すことが可能となっている。また、温度制御器５０の正負の配線が平行にかつ隣接して配線することができるため、正負配線間で電磁放射を相殺し、周囲への電磁的な影響を低減することができる。また、本実施形態では、温度制御器５０の入出力のみをおこなう配線をパッケージ後部に設けた電極７０から行っている。そのため、温度制御器を持たないレーザモジュールと電極端子の配置に互換性を有し、従来のレーザモジュールに用いていた外部の電気回路等を変更することなく使用することができる。
【００１９】
第２の実施形態
第２の実施形態は図１に示される第１の実施形態と同様の構成を有するレーザモジュールであるが、使用される温度制御器５０が異なる。
【００２０】
図２はＰＷＭ方式による温度制御器５０の制御回路を示している。点線で囲まれた範囲がレーザモジュールパッケージ内を示し、他はパッケージ外部に設けられており、４個のトランジスタからなる全ブリッジ回路を構成している。。パルス電源Ｖｐ１、Ｖｐ２、Ｖｐ３、Ｖｐ４は４個のトランジスタを制御し、電流の方向と電流値を制御している。トランジスタはスイッチとしての機能をしており、ＯＮ−ＯＦＦされることによってパルス状の矩形波の電圧が印加される。この際の温度制御器５０に実際に流れる電流のリップルＩ（ｒｉｐｐｌｅ）はトランジスタ−温度制御器間に挿入されているインダクタンス成分Ｌと、容量成分Ｃによって次式（１）で表される。
【数１】
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Ｖｃｃ：電源電圧、Ｖｔｅｃ：温度制御器５０両端の電圧降下、ｆ：パルス周波数、ＥＳＲ；コンデンサの寄生抵抗、Ｒｔｅｃ：温度制御器５０の抵抗
従って、温度制御器５０を流れる電流のリップルを減少させるには、ＥＳＲを小さくする、周波数ｆ、インダクタンスＬ、容量成分Ｃを増大させるなどの方法があるが、ＥＳＲを小さくするには限界があり、ｆ、Ｌ、Ｃなどの値も電気回路上制約を受ける場合がある。そこでＲｔｅｃの大きな温度制御器を使用することによってリップルを低減し、結果として温度制御器５０の配線からの電磁ノイズを低減できる。図３は電源電圧Ｖｃｃを３．３Ｖ、パルス周波数ｆを２５０ＫＨｚ、コンデンサの寄生抵抗ＥＳＲを０．１Ω、トランジスタ−温度制御器間のインダクタンス成分Ｌを２２μＨ、トランジスタ−温度制御器間の容量成分Ｃを１０μＦとし、ペルチェ素子に通電される電流値を１Ａとした時のＲｔｅｃの値によるリップル電流値をシミュレーションした結果を示すものである。温度制御器の電気抵抗Ｒｔｅｃの値を１Ω以上とすることによってリップル電流量を抑制することができる。
【００２１】
図４は温度制御器５０を構成するペルチェ素子側面模式図を示すものである。上下の絶縁性基盤の間にｐ型半導体からなるエレメントと、ｎ型半導体からなるエレメントが一定間隔をおいて配置され、ｐ型半導体エレメントとｎ型半導体エレメントが上下の基盤に形成された電極によってそれぞれ対をなすように直列に接続されている。Ｒｔｅｃを増大させるには、例えば各エレメントの断面積を小さしエレメント間の間隔を狭くして、エレメントの対数を増加させることによって実現される。また、対数を増加させることによって熱輸送能力も向上するため、より少ない電流で温度制御器５０を駆動することができる。電気抵抗Ｒｔｅｃの値が１Ω以上の際のペルチェ素子のエレメントの断面積は０．０９ｍｍ２であり、エレメント間の間隔は０．５ｍｍ以下である。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明にかかるレーザ装置では、大きな電流が流される温度制御器配線からのレーザ素子もしくは受光素子などへの電磁ノイズの影響を低減することができ、ＬＤ光の線幅増大や信号波形の劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態にかかるレーザ装置の平面模式図である。
【図２】第２の実施形態にかかるレーザ装置に用いられる温度制御器の制御をおこなう配線の等価回路図である。
【図３】第２の実施形態にかかる温度制御器の構造を示す側面模式図である。
【図４】第２の実施形態にかかる温度制御器に流れる電流のリップルを示す図である。
【図５】従来技術の半導体レーザモジュールの平面模式図である。
【符号の説明】
１０：レーザ素子
１１；レーザキャリア
２０：受光素子
２１；ＰＤキャリア
３０：レンズ
４０：光ファイバ
５０：温度制御器
５１：サーミスタ
５２：絶縁基板
５３：ペルチェ素子用接続電極
５５：ベース
６０：パッケージ内壁側面電極
７０：パッケージ内壁後部電極
１００：パッケージ
【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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