(57)【要約】【課題】光部品または温度測定部品への熱流出入量を調整して、光部品と温度測定部品との間の温度差を調整することができる光モジュールを提供する。【解決手段】温度依存性を有する光部品と、温度測定部品と、光部品および温度測定部品を直接またはキャリアを介して間接に載置しかつ熱的に接触して温度調整を行う温度調整部品と、光部品または温度測定部品への熱流出入量を調整して、光部品と温度測定部品との間の温度差を調整する調整システムと、光部品、温度測定部品、温度調整部品および調整システムを収納するパッケージとを備えた光モジュール。【選択図】図１
2004079989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度依存性を有する光部品と、
温度測定部品と、
前記光部品および前記温度測定部品を直接またはキャリアを介して間接に載置しかつ熱的に接触して温度調整を行う温度調整部品と、
前記光部品または前記温度測定部品への熱流出入量を調整して、前記光部品と前記温度測定部品との間の温度差を調整する調整システムと、
前記光部品、前記温度測定部品、前記温度調整部品および前記調整システムを収納するパッケージとを備えた光モジュール。
【請求項２】
前記調整システムが、前記光部品または前記温度測定部品と前記温度調整部品との間の熱伝導を調整する熱伝導調整部材からなっている請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記調整システムが、前記光部品または前記温度測定部品と前記温度調整部品との間の熱抵抗に応じて、前記光部品または前記温度測定部品と前記パッケージとの間の熱伝導を調整する請求項１に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記調整システムが、前記温度調整部品と、前記光部品または前記温度測定部品における前記温度調整部品に接していない面とを接続する熱伝導調整部材からなっている請求項２または３に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記熱伝導調整部材がワイヤである請求項４に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記ワイヤにおける熱伝導の調整は、前記ワイヤの長さ、太さ、本数および材質の少なくとも１つを変えることによって行なわれる請求項５に記載の光モジュール。
【請求項７】
前記熱伝導部材が、電気的に接続する機能を有する請求項４に記載の光モジュール。
【請求項８】
前記調整システムが、前記パッケージ内に封入される気体からなっており、前記光部品または前記温度測定部品と前記パッケージとの間の熱伝導を調整する請求項３に記載の光モジュール。
【請求項９】
前記気体の熱伝導の調整は、前記気体の種類もしくは気圧またはその両方を変えることによって行なわれる請求項８に記載の光モジュール。
【請求項１０】
前記調整システムが前記光部品と前記温度測定部品との間に設けられた熱伝導を調整する熱伝導調整部材からなっている請求項１に記載の光モジュール。
【請求項１１】
温度依存性を有する光部品と、
温度測定部品と、
前記光部品および前記温度測定部品を直接またはキャリアを介して間接に載置しかつ熱的に接触して温度調整を行う第１の温度調整部品と、
前記光部品または前記温度測定部品を搭載しない第２の温度調整部品と、
前記光部品または前記温度測定部品と前記第２の温度調整部品との間に熱的に接触して設けられている熱伝導部材と、
前記光部品、前記温度測定部品、前記第１温度調整部品、第２温度調整部品および前記熱伝導部材を収納するパッケージとを有する光モジュール。
【請求項１２】
前記熱伝導部材が、前記第２温度調整部品と、前記光部品または前記温度測定部品における前記第１温度調整部品に接していない面とを接続するワイヤからなっている請求項１１の光モジュール。
【請求項１３】
前記ワイヤが、電気的に接続する機能を有している請求項１２に記載の光モジュール。
【請求項１４】
前記第２温度調整部品と前記パッケージに設けられた電極との間に配線されたワイヤを有し、前記ワイヤが前記パッケージに設けられた電極と電気的に接続されている請求項１３に記載の光モジュール。
【請求項１５】
前記温度依存性を有する光部品が光波長フィルタである請求項１または３に記載の光モジュール。
【請求項１６】
前記温度依存性を有する光部品が半導体レーザ素子である請求項１、３または１１に記載の光モジュール。
【請求項１７】
前記温度調整部品もしくは前記第１温度調整部品が、複数段積み重なって配置された熱電素子からなるサーモモジュールからなっており、各段の前記熱電素子が独立にまたは連動して制御される請求項１、３、または１１に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野に用いられる光送信器、特に波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信分野に用いられる波長モニタを備えた光モジュール、半導体レーザ素子を備えた光モジュール等の光送信器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＷＤＭ通信分野においては伝送量の増大に伴い、より狭い間隔で波長を多重化する高密度化が行なわれており、波長が精度高く制御されたレーザ光源が求められている。一般に、高密度ＷＤＭの分野では、光信号の波長が長期に渡って安定していることが要求される。そこで、光信号の波長変動を監視し、一定に制御するために波長モニタが用いられる。従来の波長モニタを備えた光モジュールは例えば特開平２０００−５６１８５号公報に開示されている。
【０００３】
図１５は従来の波長モニタを備えた光モジュールの構成を示す説明図である。図１５に示すように、従来の光モジュールは、所定の発振波長のレーザ光を出力するレーザダイオード５０と、レーザダイオード５０に光結合され、レーザダイオード５０の前側（図１５では右側）端面から出力されたレーザ光を外部に送出する光ファイバ５１と、所定の波長帯のレーザ光だけを透過させる光フィルタ５２と、レーザダイオード５０の後側（図１５では左側）端面から出力されたモニタ用のレーザ光（モニタ光）を２つに分光するハーフミラーからなるビームスプリッタ５３と、ビームスプリッタ５３によって分光された一方のレーザ光を光フィルタ５２に透過させた後に受光する第１のフォトダイオード５４と、ビームスプリッタ５３によって分光された他方のレーザ光を受光する第２のフォトダイオード５５と、レーザダイオード５０の温度を調整するペルチェモジュール５６と、第１のフォトダイオード５４及び第２のフォトダイオード５５から出力されるＰＤ電流に基づいて、レーザダイオード５０の波長を制御するように、ペルチェモジュール５０を制御する制御部５７とを有する。
【０００４】
レーザダイオード５０と光ファイバ５１との間には、レーザダイオード５０の前側端面から出力されたレーザ光を光ファイバ５１に結合する集光レンズ５８が配置されている。また、レーザダイオード５０とビームスプリッタ５３との間には、レーザダイオード５０の後側端面から出力されたレーザ光を平行にする平行レンズ５９が配置されている。
【０００５】
レーザダイオード５０、集光レンズ５８及び平行レンズ５９は、ＬＤキャリア６０上に固定されている。第１のフォトダイオード５４及び第２のフォトダイオード５５は、それぞれ第１のＰＤキャリア６１及び第２のＰＤキャリア６２に固定されている。
【０００６】
ビームスプリッタ５３、光フィルタ５２、第１のフォトダイオード５４、第２のフォトダイオード５５、第１のＰＤキャリア６１及び第２のＰＤキャリア６２によって波長モニタ６３を構成している。
【０００７】
レーザダイオード５０、波長モニタ６３などは、パッケージ６４内に設けられている。また、光ファイバ５１の先端部を保持するフェルール６５は、パッケージ６４の側部にスリーブ６６を介して固定されている。
【０００８】
レーザダイオード５０の前側端面から出力されたレーザ光は、集光レンズ５８によって集光され、フェルール６５によって保持された光ファイバ５１に入射され外部に送出される。
【０００９】
一方、レーザダイオード５０の後側端面から出力されたレーザ光は、平行レンズ５９によって平行になり、ビームスプリッタ５３によってＺ軸方向（透過方向）と、Ｚ軸方向に垂直なＸ軸方向（反射方向）との２つの方向に分岐される。Ｚ軸方向に分岐されたレーザ光は、光フィルタ５２により波長フィルタリングが行われ、第１のフォトダイオード５４によって受光され、Ｘ軸方向に分岐されたレーザ光は、第２のフォトダイオード５５によって受光される。第１のフォトダイオード５４及び第２のフォトダイオード５５から出力されるＰＤ電流は制御部５７に入力され、制御部５７は、入力されたＰＤ電流の値に基づいて、レーザダイオード５０の波長を制御するように、ペルチェモジュール５６の調整温度を制御する。
【００１０】
また、従来から、このような波長モニタを搭載しないレーザモジュールもあり、そのようなレーザモジュールにおいても波長制御の精度を向上させるために半導体レーザ素子の温度を精度よく制御することが求められている。特開平４−７５３９４号公報参照。
【００１１】
上述した波長モニタ６３に設けられた光フィルタ５２は、例えばエタロンにより作られており、光透過特性に温度依存性を有する。例えば、ある光フィルタでは波長ー光透過率特性が０．０１ｎｍ／℃の割合で短波側にシフトする。一方、パッケージ６４の外部からの熱放射によって、光フィルタ５２に熱が伝わり、ケース温度依存性を有する。そのため、従来の波長モニタ６３では、光フィルタ５２の温度変化によって、光信号の波長を精度よく制御できない場合がある。
特開２００２−３３５０３６号公報、特開２００１−３０８４４４号公報参照。
【００１２】
更に、発光素子であるレーザダイオードは、発振波長が温度依存性を持ち、例えばある半導体レーザの波長は、０．０８ｎｍ／℃の割合で波長が変化する。これを利用して波長を可変にして用いる場合があるが、作動中の波長は安定していなければならないので、温度を一定に保つ必要がある。
波長の制御は、波長の変動を波長モニタによって検出し、波長を一定に保つように温度調整器によって温度を制御する場合と、レーザダイオードの温度変化をサーミスタのような温度測定部品によって検出し、温度を一定に保つように温度調整器によって温度を制御する場合がある。
【００１３】
【特許文献１】
特開平２０００−５６１８５号公報
【特許文献２】
特開平４−７５３９４号公報
【特許文献３】
特開２００２−３３５０３６号公報
【特許文献４】
特開２００１−３０８４４４号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、外部の温度が変化すると、パッケージからボンディングワイヤやガスを通じてレーザダイオードに流入する熱量が変化する。このとき、レーザダイオードとサーミスタが同じキャリア上で温度調整されていても、外部温度の変化が急激で制御が追いつかなくなったり、レーザダイオードとサーミスタの温度に差が生じてしまって正確な温度が検出できなくなってしまうことがある。その結果、発振波長が安定しないという問題が生じる。
【００１５】
また、波長可変範囲を広くとるために、レーザダイオードを０℃付近まで冷却して使用する場合もあるが、レーザダイオードモジュールが置かれる環境温度は７０℃付近と高いこともあるので、パッケージからの熱の流入は大きくなり、レーザダイオードとサーミスタの温度差が大きくなりやすい。
【００１６】
従って、この発明の１つの目的は、光部品または温度測定部品への熱流出入量を調整して、光部品と温度測定部品との間の温度差を調整することができる光モジュールを提供することにある。特には、光フィルタ及び温度検出部と外部との間の温度差に伴う熱の流出入の影響による光フィルタの温度変化のバランスをとり、光フィルタの温度を正確に検出することができる波長モニタ及び光モジュールを提供することにある。あるいは、レーザダイオード及び温度検出部と外部との間の温度差に伴う熱の流出入の影響によるレーザダイオードの温度変化のバランスをとり、レーザダイオードの温度を精度よく制御できる光モジュールを提供することにある。
【００１７】
本発明の他の１つの目的は、モジュールに収納された被温度調節部材に対する温度調節を施すに際し、この温度調節部材を電気的に接続するために配線材を経由する熱の流入を防止し、被温度調節部材の温度差や温度調節の遅延などに起因する性能の不安定化を回避できるモジュール及び半導体レーザモジュールを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明の光モジュールの１つの態様は、温度依存性を有する光部品と、
温度測定部品と、
前記光部品および前記温度測定部品を直接またはキャリアを介して間接に載置しかつ熱的に接触して温度調整を行う温度調整部品と、
前記光部品または前記温度測定部品への熱流出入量を調整して、前記光部品と前記温度測定部品との間の温度差を調整する調整システムと、
前記光部品、前記温度測定部品、前記温度調整部品および前記調整システムを収納するパッケージとを備えた光モジュールである。
【００１９】
この発明の光モジュールの他の１つの態様は、前記調整システムが、前記光部品または前記温度測定部品と前記温度調整部品との間の熱伝導を調整する熱伝導調整部材からなっている光モジュールである。
【００２０】
この発明の光モジュールの他の１つの態様は、前記調整システムが、前記光部品または前記温度測定部品と前記温度調整部品との間の熱抵抗に応じて、前記光部品または前記温度測定部品と前記パッケージとの間の熱伝導を調整する光モジュールである。
【００２１】
この発明の光モジュールの他の１つの態様は、前記調整システムが、前記温度調整部品と、前記光部品または前記温度測定部品における前記温度調整部品に接していない面とを接続する熱伝導調整部材からなっている光モジュールである。
【００２２】
この発明の光モジュールの他の１つの態様は、前記熱伝導調整部材がワイヤである光モジュールである。
【００２３】
この発明の光モジュールの他の１つの態様は、前記熱伝導調整部材が、電気的に接続する機能を有する光モジュールである。
【００２４】
この発明の光モジュールの他の１つの態様は、前記調整システムが、前記パッケージ内に封入される気体からなっており、前記光部品または前記温度測定部品と前記パッケージとの間の熱伝導を調整する光モジュールである。
【００２５】
この発明の光モジュールの他の１つの態様は、前記気体の熱伝導の調整は、前記気体の種類もしくは気圧またはその両方を変えることによって行なわれる光モジュールである。
【００２６】
この発明の光モジュールの他の１つの態様は、前記調整システムが前記光部品と前記温度測定部品との間に設けられた熱伝導を調整する熱伝導調整部材からなっている光モジュールである。
【００２７】
この発明の光モジュールの他の１つの態様は、温度依存性を有する光部品と、
温度測定部品と、
前記光部品および前記温度測定部品を直接またはキャリアを介して間接に載置しかつ熱的に接触して温度調整を行う第１の温度調整部品と、
前記光部品または前記温度測定部品を搭載しない第２の温度調整部品と、
前記光部品または前記温度測定部品と前記第２の温度調整部品との間に熱的に接触して設けられている熱伝導部材と、
前記光部品、前記温度測定部品、前記第１温度調整部品、第２温度調整部品および前記熱伝導部材を収納するパッケージとを有する光モジュールである。
【００２８】
この発明の光モジュールの他の１つの態様は、前記熱伝導部材が、前記第２温度調整部品と、前記光部品または前記温度測定部品における前記第１温度調整部品に接していない面とを接続するワイヤからなっている光モジュールである。
【００２９】
この発明の光モジュールの他の１つの態様は、前記第２温度調整部品と前記パッケージに設けられた電極との間に配線されたワイヤを有し、前記ワイヤが前記パッケージに設けられた電極と電気的に接続されている光モジュールである。
【００３０】
この発明の光モジュールの他の１つの態様は、前記温度依存性を有する光部品が光波長フィルタである光モジュールである。
【００３１】
この発明の光モジュールの他の１つの態様は、前記温度依存性を有する光部品が半導体レーザ素子である光モジュールである。
【００３２】
この発明の光モジュールの他の１つの態様は、前記第１温度調整部品が、複数段積み重なって配置された熱電素子からなるサーモモジュールからなっており、各段の前記熱電素子が独立にまたは連動して制御される光モジュールである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
この発明の光モジュールを図面を参照しながら詳細に説明する。
この発明の光モジュールの１つの態様は、温度依存性を有する光部品と、
温度測定部品と、
前記光部品および前記温度測定部品を直接またはキャリアを介して間接に載置しかつ熱的に接触して温度調整を行う温度調整部品と、
前記光部品または前記温度測定部品への熱流出入量を調整して、前記光部品と前記温度測定部品との間の温度差を調整する調整システムと、
前記光部品、前記温度測定部品、前記温度調整部品および前記調整システムを収納するパッケージとを備えた光モジュールである。
【００３４】
この発明の光モジュールにおいては、レーザダイオードとサーミスタ、または、光フィルタとサーミスタ間の温度差をなくするためには、パッケージとそれら部品の間の温度差による熱の移動（具体的には、パッケージの温度が高くて、パッケージからこれらの部品に熱が流入する場合がほとんどである。逆の場合も考えられるが、あまり問題にならない。）を制御し、これらの部品の熱流出入量のバランスをとる必要がある。熱の流入経路は、パッケージ内面の接続端子と各部品を電気的に接続するボンディングワイヤや、パッケージ内に充填されたガス等がある。
【００３５】
この発明の熱流出入量を調整する調整システムは、光部品または温度測定部品への熱流出入量を調整して、光部品と温度測定部品との間の温度差を調整する。例えばサーミスタとキャリア、レーザダイオードとキャリア等の間に適宜ボンディングワイヤ等を張り、本来電気的に必要なボンディングワイヤだけの場合とは異なる熱回路を形成する。この熱回路により、サーミスタ等の部品の見かけ上の熱抵抗を調整することができる。
【００３６】
この発明においては、次のような問題点を解決している。即ち、サーミスタとＬＤ素子は同一基板上に実装されていても、大きさも熱抵抗も違うため、パッケージ及び基板との熱の収支が異なり温度差が生じてしまう。そのためＬＤモジュールの周囲温度変動による、ケース温度変化のため、ＬＤ光の波長や閾値電流、スロープ効率変動を生じ信号光としての特性を劣化させてしまう。
上述した問題点を解決するため、この発明においては、温度の基準となる場所とサーミスタ間にＡｕワイヤボンディング等で熱回路を形成する。熱回路によりサーミスタの見かけ上の熱抵抗を調整して、周囲温度変動に対するサーミスタ温度の変動をＬＤ温度の変動と同じにする。
【００３７】
以下、この発明の光モジュールの詳細を説明する。
図７は従来の光モジュールを説明する図である。図７に示す光モジュールは、熱伝導率の高い材料で作られたＬＤマウント１１５にＬＤ１０２とサーミスタ１２０を実装して、ＬＤマウントごと温度調整部（ＴＥＣ）１１６により温度制御を行う。パッケージ１０１とサーミスタ１２０はＡｕワイヤ等１４０によって接続されており、サーミスタ１２０でＬＤ温度をモニターしてＬＤ温度を制御している。
パッケージ１０１とＬＤマウント１１５間に温度差がある場合、サーミスタ１２０にＡｕワイヤ１４０から矢印１５０で示すように熱の流入があり、更に、パッケージ内に封入された気体から矢印１５２で示すように熱の流入がある。その結果、サーミスタの温度がＬＤマウント温度からずれてしまって正確なＬＤ温度制御ができない。ＬＤ１０２にもパッケージからワイヤが配線されるが、ＬＤマウント１１５上の導電パターンにワイヤが接続されているため、パッケージ１０１からＬＤ１０２への熱流入はほとんど無視できる。
【００３８】
図８は、図７に示す従来の光モジュールを説明する熱回路図である。図８に示す熱回路図においては、ＬＤマウント温度を基準にしている。ここで、ＴＭ：ＬＤマウント温度、ＴＴＨ：サーミスタ温度、ＴＬＤ：ＬＤ温度、Ｔｃ：ケース（即ち、パッケージ）温度、ＲＴＨ：ＬＤマウント・サーミスタ間の熱抵抗、ＲＬＤ：ＬＤマウント・ＬＤ間の熱抵抗、ＷＬＤ：ＬＤの発熱、ＲＷＢ１：ケース・サーミスタ間Ａｕワイヤの熱抵抗、Ｒａｉｒ１：ケース・サーミスタ間気体の熱抵抗、Ｒａｉｒ２：ケース・ＬＤ間気体の熱抵抗をそれぞれ示す。
【００３９】
サーミスタ温度とＬＤ温度は次式のように表される：
2004079989.tif 000003
2004079989.tif 000004
（２）
即ち、ケース温度の変動による、サーミスタ、ＬＤ温度の変動量は以下の通りである：
2004079989.tif 000005
（４）
2004079989.tif 000006
（５）
ＬＤ素子は非常に体積が小さいため周囲の気体から流入する熱量はわずかである。即ち、Ｒａｉｒ２≫ＲＬＤであり（５）式の比例定数は小さな値である。
【００４０】
しかし、サーミスタはＬＤに比べて体積が大きいため、気体との熱のやり取りが多く、Ｒａｉｒ１の影響は無視できない。またサーミスタに用いられる材料は熱伝導が低いためＲＴＨはＲＬＤに比べ大きい。さらに、給電のためケースからサーミスタ電極にボンディングされているワイヤは、通常熱伝導率の高いＡｕを使用するためＲＷＢ１を介しての熱の出入りの影響は非常に大きい。そのため、（４）式の比例定数は（５）式に比べ大きい。
【００４１】
このことから従来の構造において、サーミスタ温度はケース温度変動に対して不安定であり、ＬＤ温度を正確にモニタしているとはいえない。ＬＤ温度を正確にモニタできないため、このようなレーザモジュールはＬＤ光の波長変動や閾値電流、スロープ効率の変動などを起こし信号光としての特性を劣化させてしまう。
（４）と（５）式における比例定数が同じであるとき、つまり
2004079989.tif 000007
（６）
であるとき、サーミスタ温度とＬＤ温度は周囲温度に対して同じように変動するため、上記の問題は解決される。
【００４２】
従来の構造において（６）式を満足しない理由は以下の３点である。
１．サーミスタに給電するためのワイヤから熱が流入する（理由１）。
２．サーミスタがＬＤに比べ大きいため、周囲温度の影響を受けやすい（理由２）。
３．サーミスタの熱抵抗がＬＤに比べ大きい（理由３）。
理由１、２により
2004079989.tif 000008
（７）
となる。この場合、（７）式の関係分だけＲＴＨがＲＬＤに比べ小さければ（６）式を満たすことができるが、理由３により
2004079989.tif 000009
（８）
であり、（６）式が満足できないことがわかる。
【００４３】
この発明の１つの目的は、見かけのＲＴＨを調整して（６）式の関係を満足させることにある。即ち、上述した例においては、見かけのＲＴＨを低下させて、（８）式の不等号の向きを反転させることによって、（６）式を満たすことができる。
見かけ上のＲＴＨを低下させる方法として、サーミスタとＬＤマウント間にＡｕワイヤをボンディングして、熱回路を形成する方法がある。
【００４４】
第１の態様
図１はこの発明の光モジュールの第１の態様を説明する図である。図１に示すように、サーミスタ１２０とＬＤマウント間にＡｕワイヤ１４１がボンディングされている。従って、パッケージ１や気体から矢印１５０、１５２で示すようにサーミスタ１２０に流入した熱は、Ａｕワイヤ１４１によって、矢印１５１で示すようにＬＤマウントへと逃がされる。
【００４５】
図２は、図１に示すこの発明の光モジュールを説明する熱回路図である。実施例１を図２に示す熱回路図を使用して説明する。
ここで、ＴＭ：ＬＤマウント温度、ＴＴＨ：サーミスタ温度、ＴＬＤ：ＬＤ温度、Ｔｃ：ケース温度、ＲＴＨ：ＬＤマウント・サーミスタ間の熱抵抗、ＲＬＤ：ＬＤマウント・ＬＤ間の熱抵抗、ＷＬＤ：ＬＤの発熱、ＲＷＢ１：ケース・サーミスタ間Ａｕワイヤの熱抵抗、Ｒａｉｒ１：ケース・サーミスタ間気体の熱抵抗、Ｒａｉｒ２：ケース・ＬＤ間気体の熱抵抗、ＲＷＢ２：サーミスタ・ＬＤマウント間Ａｕワイヤの熱抵抗をそれぞれ示す。
【００４６】
上述したように、実施例１では温度基準をＬＤマウント温度として、Ａｕワイヤをサーミスタに追加している。本実施形態においてこのワイヤは電気的な接続はされていないが、このワイヤはサーミスタに対して通電目的をかねてもかまわない。このＡｕワイヤ熱抵抗は、熱回路図においてＲＷＢ２で表現されている。ここで見かけ上のサーミスタ熱抵抗をＲＴＨ’とすると、ＲＴＨ’は次式の通りである。
2004079989.tif 000010
（９）
また、実施例１の目的は、上述したように見かけのＲＴＨ’を調整して次式を満足させることにある。
2004079989.tif 000011
（１０）
即ち、Ａｕワイヤの長さ、太さ、および／または本数を変化させてＲＷＢ２を調整することにより（１０）式を満足させることが可能となる。これにより、周囲温度の変動により生じるサーミスタとＬＤ温度変化を同じにすることができる。従って、この発明の光モジュールによると、サーミスタは正確にＬＤ温度をモニタすることができ、ＬＤ光の波長変動や閾値電流、スロープ効率変動を低減させることが可能になる。
【００４７】
第２の態様
次に、応用例１として、光学素子の調温（例えばエタロン）を説明する。
図３は、この発明の光モジュールの第２の態様（応用例１）を説明する図である。この態様においては、ＬＤの変わりにエタロン等の光学素子１１２がベース１１５の上に搭載されている。光軸を１１３で示す。サーミスタ１２０とベース１１５の間にＡｕワイヤ１４１がボンディングされている。従って、パッケージ１や気体から矢印１５０、１５２で示すようにサーミスタ１２０に流入した熱は、Ａｕワイヤ１４１によって、矢印１５１で示すようにベース１１５へと逃がされる。
【００４８】
図４は、図３に示すこの発明の光モジュールを説明する熱回路図である。ここで、Ｔｏ：光学素子光軸の温度、Ｔｔｏｐ：光学素子上面の温度、Ｔｃ：ケース温度、ＴＭ：ベース温度、ＴＴＨ：サーミスタ温度、Ｒ０１、Ｒ０２：光学素子の熱抵抗、ＲＷＢ１：ケース・サーミスタ間Ａｕワイヤの熱抵抗、Ｒａｉｒ１：ケース・サーミスタ間気体の熱抵抗、Ｒａｉｒ２：ケース・光学素子間気体の熱抵抗、ＲＷＢ２：サーミスタ・ベース間Ａｕワイヤの熱抵抗をそれぞれ示す。
【００４９】
温度に対して特性が変化するエタロン等の光学素子を使用する場合、光学素子温度を正確に測定することが重要である。しかし、光学素子はＬＤ素子に比べ体積が大きく、一般的に熱伝導率が低い材料で作られている。そのため、光学素子内部と表面では温度差が生じてしまう。測定が必要となるのは、光軸となる光学素子内部の温度であるので、ベース表面もしくは、光学素子表面に実装されたサーミスタでは直接光軸上の温度を測定することができない。
【００５０】
光学素子の光軸温度は、上述した熱回路を用いると次式のように表現される。
2004079989.tif 000012
（１１）
光学素子の光軸温度を正確に測定するための条件は次式で表される。
2004079989.tif 000013
（１２）
従って、（１２）式を満たすようにＲＷＢ１（ケース・サーミスタ間Ａｕワイヤの熱抵抗）、ＲＷＢ２（サーミスタ・ベース間Ａｕワイヤの熱抵抗）を調整することにより、光学素子の光軸温度を正確に測定することが可能である。
また、光学素子の熱抵抗が高い場合、ＲＷＢ２を用いずＲＷＢ１のみの調整でも同様の効果が得られる。
【００５１】
第３の態様
次に、応用例２として、サーミスタに外部から入る熱が小さい場合を説明する。
図５は、この発明の光モジュールの第３の態様（応用例２）を説明する図である。この態様においては、パッケージ１０１とベース１１５の間にＡｕワイヤ１４０がボンディングされ、ベース１１５とサーミスタ１２０の間にＡｕワイヤ１４１がボンディングされ、更に、サーミスタ１２０と光学素子１１２の間に
Ａｕワイヤ１４２がボンディングされている。
【００５２】
図６は、図５に示すこの発明の光モジュールを説明する熱回路図である。ここで、Ｔｏ：光学素子光軸の温度、Ｔｔｏｐ：光学素子上面の温度、Ｔｃ：ケース温度、ＴＭ：ベース温度、ＴＴＨ：サーミスタ温度、Ｒ０１、Ｒ０２：光学素子の熱抵抗、ＲＷＢ１：ベース・サーミスタ間Ａｕワイヤの熱抵抗、Ｒａｉｒ２：ケース・光学素子間気体の熱抵抗、ＲＷＢ２：サーミスタ・光学素子間Ａｕワイヤの熱抵抗をそれぞれ示す。
【００５３】
サーミスタに対して外部からの熱流入が小さい場合の例である。応用例２は温度基準を光学素子の上下面に置いている。
光学素子の光軸温度は、上述した熱回路を用いると次式のように表現される。
2004079989.tif 000014
（１３）
光学素子の光軸温度を正確に測定するための条件は次式で表される。
2004079989.tif 000015
（１４）
従って、（１４）式を満たすようにＲＷＢ１（ベース・サーミスタ間Ａｕワイヤの熱抵抗）、ＲＷＢ２（サーミスタ・光学素子間Ａｕワイヤの熱抵抗）を調整することにより、光学素子の光軸温度を正確に測定することが可能である。
更に、サーミスタへの気体からの熱入出を考慮するときは、ＲＷＢ１をその分低めに設定すればよい。
【００５４】
見かけ上のＲＴＨを低下させる別の方法としては、パッケージ内面の接続端子と各部品を接続するボンディングワイヤそのものの長さ、径、本数、材質を適宜変更して熱抵抗を調整することができる。
また別の方法としては、パッケージ内部に充填されるガスの種類、混合比、分圧等を適宜変更して、ガスの部分の熱抵抗を調整することができる。
【００５５】
それらの詳細を説明する。
第４の態様
図９は本発明の第４の態様に係る光モジュールを示す平面断面図、図１０は本発明の第４の態様に係る光モジュールを示す側面断面図である。
【００５６】
図９及び図１０に示すように、本発明の第４の態様に係る光モジュールは、内部を気密封止したパッケージ１と、そのパッケージ１内に設けられ、レーザ光を出力する半導体レーザ素子等の発光素子２と、発光素子２の前側（図９では右側）端面から出力されたレーザ光を入射して外部に送出する光ファイバ３と、
発光素子２の後側（図９では左側）端面から出力されたモニタ用のレーザ光を光軸方向に対して９０度未満の所定角度θ１，θ２に傾斜した２つの方向に分岐するプリズム（光分岐部材）４と、プリズム４によって分岐された一方のレーザ光を受光する第１のフォトダイオード（第１の受光素子）５と、プリズム４によって分岐された他方のレーザ光を受光する第２のフォトダイオード（第２の受光素子）６と、第１のフォトダイオード５とプリズム４との間に配置され、所定の波長帯のレーザ光だけを透過させる光フィルタ７と、第１のフォトダイオード５及び第２のフォトダイオード６を同一平面（ここでは同一の取付面８ａ）上に取り付けるＰＤキャリア（取付部材）８とを有する。
【００５７】
発光素子２は、ＬＤキャリア９上に固定されている。また、ＬＤキャリア９上には発光素子２の温度を検出するためのサーミスタ２０ａが設置されている。
【００５８】
発光素子２と光ファイバ３との間には、発光素子２の前側端面から出力されたレーザ光を平行にする平行レンズ（第１レンズ）１０と、光ファイバ３側からの反射戻り光を阻止するための光アイソレータ１１が設けられている。平行レンズ１０は、第１のレンズホルダ１２によって保持されている。
【００５９】
発光素子２とプリズム４との間には、発光素子２の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光を平行にする平行レンズ１３が配置されている。平行レンズ１３は、第２のレンズホルダ１４によって保持されている。
【００６０】
ＬＤキャリア９、光アイソレータ１１、第１のレンズホルダ１２及び第２のレンズホルダ１４は、第１のベース１５上に固定されている。第１のベース１５は、発光素子２によって発生した熱を冷却するためにペルチェモジュールからなる第１の温度調整部１６上に固定されている（図１０参照）。
【００６１】
第１のフォトダイオード５及び第２のフォトダイオード６から出力されるＰＤ電流は、制御部１７に入力され、その制御部１７は、入力されたＰＤ電流の値に基づいて、発光素子２から出力されるレーザ光の波長を制御するように、第１の温度調整部１６の調整温度を制御する。
【００６２】
プリズム４は、２つの斜面４ａ、４ｂを屋根型に形成してなる光入射面と平面状の光出射面となる平坦面４ｃを有して構成されており、２つの斜面４ａ、４ｂの双方から発光素子２から出力されるレーザ光をプリズム４内に入射させ、光を２分岐する構成である。
【００６３】
プリズム４の全面には、レーザ光の反射を抑制するためにＡＲ（Ａｎｔｉ　Ｒｅｆｅｃｔｉｏｎ）膜がコーティングされている。プリズム４によって分岐されるレーザ光の傾斜角度θ１，θ２は、略同一の角度（例えば１５〜４５度）であるのが好ましい。これは、第１のフォトダイオード５及び第２のフォトダイオード６の受光位置を決めるのが容易になるからである。
【００６４】
光フィルタ７は、例えばエタロン等で作られ、断面略Ｌ字状に形成されたフィルタホルダ１８に低融点ガラスもしくは半田で固定されている。光フィルタ７は、フィルタホルダ１８によってレーザ光の入射角度を調整できるように移動することができる。フィルタホルダ１８には、光フィルタ７の温度を検出するためにサーミスタ等の温度検出部２０ｂが配置されている。温度検出部２０ｂとパッケージ１に設けられた外部接続用端子１ｂとの間は、金等の熱伝導性の高い電流供給用のワイヤ２８がボンディングで接続されている。
【００６５】
ＰＤキャリア８における第１のフォトダイオード５及び第２のフォトダイオード６の取付面８ａは、レーザ光の入射方向に対して９０度を超える角度θ３（図２参照）で傾斜している。取付面８ａの傾斜角度θ３については、反射戻り光を低減し良好な特性を得るために傾斜角度θ３を９５度以上とすることが好ましい。また、レーザ光の入射方向に対して取付面８ａが大きく傾いているとフォトダイオードに結合可能なＰＤ電流が十分得られなくなるので、傾斜角度θ３を少なくとも１３５度以下にして結合効率劣化を３ｄＢ以内に抑えることが好ましい。従って、取付面８ａの傾斜角度θ３は、９５度以上１３５度以下とするのが好ましい。
【００６６】
プリズム４、フィルタホルダ１８及びＰＤキャリア８は、第２のベース１９上に固定されている。
第２のベース１９は、図１０に示すように、ペルチェモジュールからなる第２の温度調整部２１上に固定されている。第２の温度調整部２１は、サーミスタ２０ｂ（２０）により検出された温度が一定温度になるように制御される。
発光素子２、ＬＤキャリア９、平行レンズ１０，１３、アイソレータ１１、これらを固定する第１のベース１５は、発光部２９を構成している。
【００６７】
一方、プリズム４、光フィルタ７、第１のフォトダイオード５、第２のフォトダイオード６及びこれらを固定するＰＤキャリア８、これらを固定する第２のベース１９は、レーザ光の波長をモニタする波長モニタ３０を構成している。
【００６８】
パッケージ１の側部に形成されたフランジ部１ａの内部には、光アイソレータ１１を通過した光が入射する窓部２２と、レーザ光を光ファイバ３の端面に集光する集光レンズ（第２レンズ）２６が設けられている。集光レンズ２６は、フランジ部１ａの端部にＹＡＧレーザ溶接により固定された第３のレンズホルダ２７によって保持され、第３のレンズホルダ２７の端部には金属製のスライドリング２３がＹＡＧレーザ溶接により固定される。
【００６９】
光ファイバ３はフェルール２４によって保持され、そのフェルール２４は、スライドリング２３の内部にＹＡＧレーザ溶接により固定されている。
パッケージ１の上部には蓋部２５（図１０参照）が被せられ、その周縁部を抵抗溶接することにより、パッケージ１の内部が気密封止される。
【００７０】
発光素子２の前側端面から出力されたレーザ光は、平行レンズ１０によって平行光となり、光アイソレータ１１、窓部２２を介して、集光レンズ２６によって集光され、フェルール２４によって保持された光ファイバ３に入射され外部に送出される。
【００７１】
一方、発光素子２の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光は、平行レンズ１３によって平行になり、プリズム４によって光軸方向に対して所定角度θ１、θ２に傾斜し、かつ該光軸方向を挟む２つの方向に分岐される。
【００７２】
プリズム４によって分岐された一方のレーザ光は、光フィルタ７に入射され、所定の波長帯のレーザ光だけ透過されて、第１のフォトダイオード５によって受光される。また、他方のレーザ光は、第２のフォトダイオード６によって受光される。第１のフォトダイオード５及び第２のフォトダイオード６から出力されるＰＤ電流は制御部１７に入力され、制御部１７は、入力された２つのＰＤ電流の差電圧（又は電圧比）に基づいて、発光素子２から出力される光の波長が一定となるように、第１の温度調整部１６によりサーミスタ２０ａで検出される温度を制御する。
【００７３】
本発明の第４の態様では、光フィルタ７表面を介しての外部との熱の流出入による光フィルタ７の温度変化と、温度検出部２０ｂとパッケージ１に設けられた外部接続用端子１ｂとを接続するワイヤ２８を介しての外部との熱の流出入による光フィルタ７の温度変化とのバランスを一定に保つように、ワイヤ２８の熱抵抗が調整されている。ワイヤ２８の熱抵抗の調整は、ワイヤの長さ、太さ、本数及び材質の少なくとも１つを適宜変えることにより行われる。
【００７４】
一般に、ワイヤの熱抵抗Ｒｔｈは、次式で求められる。
Ｒｔｈ＝ρ・Ｌ／Ｓ　ここで、ρは定数、Ｌはワイヤの長さ、Ｓはワイヤの断面積（本数、太さなど）
従って、図１４に示すように、光フィルタ７上部（表面）を介しての熱の流出入Ｑｃによる影響が大き過ぎる場合、ワイヤ２８の長さを短くしたり、ワイヤ２８
の太さを太くしたり、ワイヤ２８の本数を増やすことにより、ワイヤ２８の熱抵抗を小さくし、温度検出部２０ｂと外部接続用端子１ｂとを接続するワイヤ２８を介しての熱の流出入Ｑｗによる影響を大きくする。また、光フィルタ７上部（表面）を介しての熱の流出入Ｑｃによる影響が小さい場合、ワイヤ２８の長さを長くしたり、ワイヤ２８の太さを細くしたり、ワイヤ２８の本数を減らすことにより、ワイヤ２８の熱抵抗を大きくし、温度検出部２０ｂと外部接続用端子１ｂとを接続するワイヤ２８を介しての熱の流出入Ｑｗによる影響を小さくする。
【００７５】
このように、２つの熱の流出入Ｑｃ、Ｑｗの影響を加減して光フィルタ７の温度変化のバランスをとり、光フィルタ７の温度を正確に検出し、一定に調整することが可能となる。これによって、光フィルタ７における波長弁別カーブの外部温度に対するドリフトを低減することが可能となる。
なお、ワイヤ２８の本数を増減する場合には、例えば予め複数のワイヤを設けておき、不要なワイヤだけを取り除いていってもよい。
【００７６】
図１１（Ａ）は光フィルタの温度変化による波長弁別カーブのドリフトを説明するためのグラフ、図１１（Ｂ）はワイヤ長を変化させたときの波長弁別カーブのドリフトと外部温度との関係を示すグラフである。
図１１（Ａ）に示すように、外部温度の影響により光フィルタの温度が高くなると、波長弁別カーブは長波側にドリフトし、光フィルタの温度が低くなると、波長弁別カーブは短波側にドリフトする。一方、図１１（Ｂ）に示すように、例えばワイヤ長を変えることにより、波長弁別カーブの外部温度に対するドリフトを制御できることは明らかである。
【００７７】
なお、発光素子２と光フィルタ７が同じ温度調整部上にある光モジュールでは、温度検出部で検出された温度に基づいて、光フィルタ７の温度特性の補正がなされることにより、正確な波長をモニタすることが可能となる。
【００７８】
第５の態様
本発明の第５の態様では、光フィルタ７表面を介しての外部との熱の流出入による光フィルタ７の温度変化と、温度検出部２０ｂとパッケージ１に設けられた外部接続用端子１ｂとを接続するワイヤ２８を介しての外部との熱の流出入による光フィルタ７の温度変化とのバランスを一定に保つように、パッケージ１内に封入される気体の熱抵抗が調整されることを特徴としている。パッケージ１内に封入される気体の熱抵抗の調整は、例えば気体の種類（例えばキセノン、窒素等）を適宜変えることにより行われる。
【００７９】
本発明の第５の態様によれば、光フィルタ７の温度を安定化させることが可能となり、これによって、光フィルタ７における波長弁別カーブの外部温度に対するドリフトを低減することが可能となる。特に、キセノン等熱伝導率が２０ｍＷ／Ｋ・ｍ以下の気体を用いた場合、温度調整部の消費電力を低減する効果も得られる。
【００８０】
第６の態様
図１２は、本発明の第６の態様に係る半導体レーザモジュールを示す平面断面図である。
図１２に示すように、第６の態様では、波長モニタ３０が発光部２９より前側（図１２では右側）に配置されている点を特徴としている。
【００８１】
発光部２９には、レーザ光を出力する発光素子２と、発光素子２の前側（図１２では右側）の出射端面から出力されたレーザ光を平行にする平行レンズ１０と、
発光素子２の後側（図１２では左側）の出射端面から出力されたレーザ光を受光し、その光出力をモニタするためのフォトダイオード３１と、波長モニタ３０から発光素子２への戻り光を阻止する光アイソレータ１１とが設けられている。
【００８２】
波長モニタ３０の光分岐部材は、第１のハーフミラー３２ａと第２のハーフミラー３２ｂとからなり、それぞれＺ軸方向に沿って所定間隔を隔てて直列に配置されている。
第１のハーフミラー３２ａは、発光素子２から出力されたレーザ光を第１の受光素子５側の第１の方向（Ｘ軸方向）と第２のハーフミラー３２ｂ側の第２の方向（Ｚ軸方向）とに分岐する。第２のハーフミラー３２ｂは、第１のハーフミラー３２ａからのレーザ光を第２の受光素子６側の第３の方向（Ｘ軸方向）と第４の方向（Ｚ軸方向）とに分岐する。
【００８３】
第２のハーフミラー３２ｂによって第４の方向（Ｚ軸方向）に分岐されたレーザ光は、窓部２２、集光レンズ２６を介してフェルール２４によって保持された光ファイバ３に入射され外部に送出される。
第６の態様の発光部５及び波長モニタ３０の動作については、第４及び第５の態様と同じである。なお、図１２の例では、第１の受光素子５及び第２の受光素子６は、それぞれ異なるＰＤキャリア８ａ，８ｂに固定されているが、同一の取付部材８に取り付けられてもよい。
【００８４】
なお、光アイソレータ１１が波長モニタ３０側に設けられ、第１のハーフミラー３２ａより後側（図１２では左側）に配置されていてもよい。
【００８５】
第７の態様
図１３は本発明の第７の態様に係る波長モニタを示す説明図である。
第７の態様に係る波長モニタ３０は、光モジュールの外部に設けられている点を特徴としている。図１３に示すように、ＤＦＢレーザ３３（ＤＦＢレーザ光源）には光ファイバ３４を介して光カプラ３５が接続され、光カプラ３５によって、ＤＦＢレーザ３３から出力される光の一部が測定光とされ、残りの光は信号光として光ファイバ３６に伝搬される。測定光は、光ファイバ３７を伝搬し、波長モニタ３０に入射される。波長モニタ３０の構成及び動作については、第４の態様と同様である。
【００８６】
本発明は、上記態様に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内において、種々の変更が可能である。例えば、電流供給用のワイヤ２８は、温度検出部２０ａと外部接続端子１ｂとの間を直接接続しているが、それに限らず、中継点を介して複数のワイヤで多段に接続してもよい。
【００８７】
見かけ上のＲＴＨを低下させる更に別の方法として、パッケージ内面上の接続用端子と部品を電気的に接続している部材の中間の温度を調整する方法がある。具体的には、キャリア全体を調温する熱電素子とは別に、小型の熱電素子を用い、ボンディングワイヤのパッケージ側を調温する方法である。
【００８８】
その詳細を説明する。
本発明の第８の態様に係る半導体レーザモジュールについて、図１６〜図１８を参照しつつ説明する。それぞれ、第８の態様に係る半導体レーザモジュールに関し、図１６が側面断面図であり、図１７が上面断面図であり、図１８が要部拡大斜視図である。
【００８９】
図１６及び図１７に示すように、第８の態様に係る半導体レーザモジュールは、パッケージ３１０の内部に各種光学部品が収納されているとともに、フェルール３１２に挿入された状態の光ファイバ３１３が、パッケージ３１０の開口部に設けたスリーブ３１１を介して接続された構造を備えており、かかる構成により光ファイバ３１３にレーザ光を送出するように機能する。
【００９０】
図１６に示すように、パッケージ３１０の底面には、第１熱電素子３１４と第２熱電素子３１５が設けられている。これら第１熱電素子３１４及び第２熱電素子３１５は、比較的大きなサイズのペルチエ素子等で構成され、電流の大きさと向きによって表面を加熱又は冷却するように制御するための部材である。また、パッケージ３１０の側面には多数のリードピン（不図示）が設けられており、パッケージ３１０内部に設けられた内部端子３１８（図１７）及びボンディングワイヤ（不図示）を介して半導体レーザモジュールに含まれる各構成要素と電気的に接続されている。また、内部端子３１８の一端には、後述の配線構造（図１８）で接続された第３熱電素子３４５が設けられている。
【００９１】
本発明の温度調節部材として機能する第１熱電素子３１４の上部には、レーザ用光学系を構成する各種光学部品を取り付けた第１ベース３１６が載置されている。この第１ベース３１６には、半導体レーザ素子３２１とサーミスタ３２２が取り付けられたサブマウント３２３と、平行レンズ３２４を保持するレンズホルダ３２５と、集光レンズ３２６を保持するレンズホルダ３２７と、光アイソレータ３２８が設けられている。
【００９２】
かかる構成において、半導体レーザ素子３２１は、所定の波長を持つレーザ光を出射する光源であって、本発明の被温度調節部材として温度調節を施される。半導体レーザ素子３２１の前側端面から出射されたレーザ光は集光レンズ３２６によって集光され、光アイソレータ３２８を通過して光ファイバ３１２にレーザ光が結合され、外部への出力光となる。この光アイソレータ３２８は、光ファイバ３１２側からの反射戻り光を阻止する役割を有する。一方、半導体レーザ素子３２１の後側端面から出射されたレーザ光は、平行レンズ３２４によって平行光にされた後、後述の光学系に入射されて波長のモニタ用に利用される。また、サーミスタ３２２は、サブマウント３２３上に配置され、半導体レーザ素子３２１の周囲の温度を検出している。
【００９３】
一方、第２熱電素子３１５の上部には、主に波長モニタを構成する各種部品を取り付けた第２ベース３１７が載置されている。この第２ベース３１７には、サーミスタ３３１と、プリズム３３２と、光フィルタ３３３が搭載されたフィルタホルダ３３４と、第１フォトダイオード３３５及び第２フォトダイオード３３６が取り付けられたサブマウント３３７が設けられている。
【００９４】
かかる構成において、上述のように平行レンズ３２４を経由したレーザ光は、プリズム３３２により２方向に分岐される。このプリズム３３２は、レーザ光の光軸方向から見て斜めに配置された２つの斜面を屋根型に形成した構造を持ち、プリズム３３２中央の稜線近傍にレーザ光が入射するように配置される。図１７に示すように、レーザ光がプリズム３３２を通過する際、それぞれ所定角度に傾斜した一方のレーザ光と他方のレーザ光の２方向に分岐されるのである。
【００９５】
プリズム３３２によって分岐された一方のレーザ光は、第１フォトダイオード３３５に受光される。また、プリズム３３２によって分岐された他方のレーザ光は、光フィルタ３３３を経由して第２フォトダイオード３３６に受光される。この光フィルタ３３３は、レーザ光の波長をモニタするために所定の波長帯のレーザ光を選択的に透過する素子である。
【００９６】
上記の第１フォトダイオード３３５及び第２フォトダイオード３３６は、サブマウント３３７の同一面上にてプリズム３３２の分岐方向に応じた位置に設けられ、それぞれ照射されたレーザ光の受光光量に応じた光検出電流を出力する。そして、各々の光検出電流は外部の制御部（不図示）に送られる。制御部では、第１フォトダイオード３３５の受光光量と第２フォトダイオード３３６の受光光量を取得した後、第１フォトダイオード３３５と第２のフォトダイオード３３６の出力比を算出する。このように算出された出力比の変動に基づいて、半導体レーザ素子３２１の波長変動が判別されることになる。なお、サーミスタ３３１は、第２ベース３１７上のプリズム３３２の近傍に配置され、周囲の温度を検出している。
【００９７】
制御部では、第１熱電素子３１４に対して所望の制御電圧を供給し、上述のように判別された波長変動を補正するようにフィードバック制御を行う。このとき、サーミスタ３２２の検出結果に基づき半導体レーザ素子３２１の温度を判断ししつつ、第１熱電素子３１４の制御を行って、半導体レーザ素子３２１の発振波長を適切に変化させる。また、制御部では、サーミスタ３３１の検出結果に基づき、第２熱電素子３１５に対して所望の制御電圧を供給し、光フィルタ３３３等の光学部品を一定に温度に保つようにフィードバック制御を行う。
【００９８】
次に、図１８に基づき本発明の配線構造を説明する。図１８に示すように、サブマウント３２３上には、半導体レーザ素子３２１に接続された一対の端子３４１が設けられ、ボンディングワイヤ３４３、３４４を介して、パッケージ３１０の内部端子３１８に設けられた一対の端子３４２と電気的に接続されている。なお、端子３４２は、所定のリードピンに接続されている。
【００９９】
一方、内部端子３１８上には小型の第３熱電素子３４５が設けられている。この第３熱電素子３４５は、本発明の補助温度調節部材として機能し、比較的小さなサイズのペルチエ素子等で構成される。この第３熱電素子３４５の上面には一対の端子３４５ａが設けられているとともに、ボンディングワイヤ３４３によりサブマウント３２３側の端子３４１と第３熱電素子３４５の端子３４５ａが接続され、更にボンディングワイヤ３４４により第３熱電素子３４５の端子３４５ａとパッケージ３１０側の端子３４２が接続されている。つまり、半導体レーザ素子３２１からリードピンに至る配線の途中に第３熱電素子３４５が挿入された構成になっている。
【０１００】
第３熱電素子３４５に対しては、制御部により第１熱電素子３１４と同様の温度に対応する制御電圧が供給される。従って、サブマウント３２３と第３熱電素子３４５とは、同様の温度に保たれることになるので、両者の間でボンディングワイヤ３４３を経由した熱の移動は生じない。従来のように、小型の第３熱電素子３４５を設けない構成であれば、サブマウント３２３側の端子３４１とパッケージ３１０側の端子３４２がボンディングワイヤで直結されることになるため、両者の温度差に起因してパッケージ３１０からサブマウント３２３への熱の流入が生じるのに対し、本発明の構成では、このような熱の流入を阻止することができる。これにより、半導体レーザ素子２１に対する温度調節の効率を高め、温度差や温度調節の遅延を防止して動作を安定化することができる。
【０１０１】
なお、図１８において、サブマウント３２３上で半導体レーザ素子３２１だけでなく、サーミスタ３２２に対しても同様の配線構造としてもよい。この場合、サーミスタ３２２用に接続される配線材を経由したサブマウント３２３への熱の流入をも阻止することができる。
【０１０２】
次に、本発明の第９の態様に係る半導体レーザモジュールについて、図１９及び図２０を参照して説明する。それぞれ、第９の態様に係る半導体レーザモジュールに関し、図１９が第８の態様の図１６に対応する側面断面図であり、図２０が第８の態様の図１７に対応する上面断面図である。なお、図１９及び図２０において、図１６及び図１７と共通する構成要素には、同一番号を付してその説明を省略する。
【０１０３】
図１９及び図２０に示すように、第９の態様に係る半導体レーザモジュールでは、第１熱電素子３１４の上部に、ベース３６１、３６２と、第４熱電素子３６３が載置されている。それぞれ、ベース３６１には、平行レンズ３２４を保持するレンズホルダ３２５が設けられ、ベース３６２には、集光レンズ３２６を保持するレンズホルダ３２７と光アイソレータ３２８が設けられている。また、第４熱電素子３６３の上部には、ベース３６４を介して、半導体レーザ素子３２１とサーミスタ３２２が取り付けられたサブマウント３２３が設けられている。なお、かかる構成において、レーザ用光学系としての配置関係は、第１の実施形態と同様になっている。
第９の態様では、第１熱電素子３１４と第４熱電素子３６３は、独立に制御される。よって、第４熱電素子３６３を制御することにより、他の光学部材の温度調節とは無関係に半導体レーザ素子２１の温度調節を行うことができ、伝達効率が向上する。そして、図１９に示すように、下段の第１熱電素子３１４と上段の第４熱電素子３６３とを２段に重ねた構造になっている。このとき、上段の第４熱電素子３６３は、下段の第１熱電素子３１４より温度が低く、それ自身が被冷却部材となる。
【０１０４】
ここで、第９の態様の場合も、第８の態様における図１８と同様の配線構造を前提とする。まず、第１熱電素子３１４の下側の基板は、パッケージ３１０と同じ温度に保たれるので、第１熱電素子３１４とパッケージ３１０の間で配線材を介した熱の移動は生じない。一方、第４熱電素子３６３の上部とパッケージ３１０側との間を配線材で直接接続すると、相対的に温度が高いパッケージ３１０から第４熱電素子３６３に熱が流入することになる。その結果、第４熱電素子３６３の負荷が増大し、本来の性能を得ることができなくなる。
【０１０５】
図２０に示すように、第１熱電素子３１４上に、配線中継用の中継電極３６５を設け、これを経由する配線構造とすることにより、内部端子３１８と直接配線する場合に比べ、熱の流入を防止することができる。また、中継電極３６５に代えて、小型の第３熱電素子３４５を経由する配線構造とすることにより、第４熱電素子３６３上の部材が第３熱電素子３４５の上面とが同じ温度になるように温度調節され、配線材を介した第４熱電素子３６３への熱の流入を防ぐことができる。よって、この構成によって第１の実施形態と同様に、半導体レーザ素子３２１の動作を安定化することができる。
【０１０６】
以上説明した本発明は、上記の態様に限定されることなく、様々な変更が可能である。例えば、本発明を半導体レーザモジュールに適用する場合に限られず、被温度調節部材に対し上述の配線構造を持たせることが可能であれば、広く各種モジュールに対し本発明を適用可能である。
【０１０７】
以上のような方法で、周囲の温度変化に対するサーミスタの温度変化とレーザダイオード等の光部品の温度変化を同一にすることができる。なお、最後に挙げた方法によれば、熱の流入をバランスさせるのみではなく、熱の流入そのものを低減したり、なくすことも可能である。さらには、ボンディングワイヤを通じてレーザダイオード等から熱を奪うことも可能である。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明によれば、温度の基準となる場所とサーミスタ間にＡｕワイヤボンディング等で熱回路を形成し、熱回路によりサーミスタの見かけ上の熱抵抗を調整して、周囲温度変動に対するサーミスタ温度の変動をＬＤ温度の変動と同じにするので、サーミスタは正確にＬＤ温度をモニタすることができ、ＬＤ光の波長変動や閾値電流、スロープ効率変動を低減させることができる。
更に、本発明によれば、光フィルタ表面及び温度検出部と外部との間の温度差に伴う熱の流出入の影響による光フィルタの温度変化のバランスをとり、光フィルタの温度を正確に検出することができるので、光フィルタにおける波長弁別カーブの外部温度に対するドリフトを低減することが可能となる。
更に、本発明によれば、モジュールに収納された被温度調節部材に対する温度調節を施す際、被温度調節部材とパッケージの内部端子を電気的に接続する配線材に補助温度調節部材を設け、配線材の温度調節を行うようにしたので、配線材を経由する熱の流入を防止し、被温度調節部材の温度差や温度調節の遅延などを防ぎ、被温度調節部材の性能の安定化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の光モジュールの第１の態様を説明する図である。
【図２】図２は、図１に示すこの発明の光モジュールを説明する熱回路図である。
【図３】図３は、この発明の光モジュールの第２の態様を説明する図である。
【図４】図４は、図３に示すこの発明の光モジュールを説明する熱回路図である。
【図５】図５は、この発明の光モジュールの第３の態様を説明する図である。
【図６】図６は、図５に示すこの発明の光モジュールを説明する熱回路図である。
【図７】図７は、従来の光モジュールを説明する図である。
【図８】図８は、図７に示す従来の光モジュールを説明する熱回路図である。
【図９】図９は、本発明の光モジュールの第４の態様を示す平面断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の光モジュールの第４の態様を示す側面断面図である。
【図１１】図１１（Ａ）は光フィルタの温度変化による波長弁別カーブのドリフトを説明するためのグラフ、図１１（Ｂ）はワイヤ長を変化させたときの波長弁別カーブのドリフトと外部温度との関係を示すグラフである。
【図１２】図１２は、本発明の光モジュールの第６の態様を示す平面断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の光モジュールの第７の態様を示す説明図である。
【図１４】図１４は、外部温度の変化による熱の流出入の影響によって光フィルタがどのように温度変化するかを示すグラフである。
【図１５】図１５は、従来の波長モニタを備えた光モジュールの構成を示す説明図である。
【図１６】図１６は、本発明の光モジュールの第８の態様の側面断面図である。
【図１７】図１７は、本発明の光モジュールの第８の態様の上面断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の光モジュールの第８の態様の要部拡大斜視図である。
【図１９】図１９は、本発明の光モジュールの第９の態様の側面断面図である。
【図２０】図２０は、本発明の光モジュールの第９の態様の上面断面図である。
【符号の説明】
１、３１０．パッケージ
２．発光素子
３．光ファイバ
４、３３２．プリズム
５．第１の受光素子
６．第２の受光素子
７．光フィルタ
８．ＰＤキャリア
９．上面
１０．第１レンズ
１１、３２８．光アイソレータ
１２．第１のレンズホルダ
１３、３２４．平行レンズ
１４．第２のレンズホルダ
１５、３１６、３１７．ベース
１６．第１の温度調整部
１７．制御部
１８．フィルタホルダ
１９．第２のベース
２０．温度検出部
２１．第２の温度調整部
２２．窓部
２３．スライドリング
２４．フェルール
２５．蓋部
２６、３２６．集光レンズ
２７、３２５、３２７．レンズホルダ
２８．ワイヤ
２９．発光部
３０．波長モニタ
３１．フォトダイオード
３２．ハーフミラー
３３．ＤＦＢレーザ
３４、３６、３７．光ファイバ
３５．光カプラ
３１４、３１５、３４５．熱電素子
３２２．サーミスタ
３２３．サブマウント
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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