(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一パッケージ内部の近傍に位置する第１の温調モジュールおよび第２の温調モジュールと、該第１の温調モジュール上に配置されたレーザ素子と、該第２の温調モジュール上に配置された波長モニタ部を有し、該レーザ素子から出射された光の特定の波長の出力を該波長モニタ部で検知するレーザモジュールにおいて、
前記第１、第２の温調モジュール間に配置され、各温調モジュールを分離する素子分離部材を備えたモジュール分離手段を有し、前記モジュール分離手段の高さが前記レーザ光の光路よりも高いことを特徴とするレーザモジュール。
【請求項２】
同一パッケージ内部の近傍に位置する第１の温調モジュールおよび第２の温調モジュールと、該第１の温調モジュール上に配置されたレーザ素子と、該第２の温調モジュール上に配置された波長モニタ部を有し、該レーザ素子から出射された光の特定の波長の出力を該波長モニタ部で検知するレーザモジュールにおいて、
前記第１、第２の温調モジュール間に配置され、各温調モジュールを分離する素子分離部材を備えたモジュール分離手段を有し、前記モジュール分離手段がレーザ光通過窓を有することを特徴とするレーザモジュール。
【請求項３】
前記モジュール分離手段は絶縁性の部材を有することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザモジュール。
【請求項４】
前記モジュール分離手段は断熱性の部材を有することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザモジュール。
【請求項５】
前記モジュール分離手段は絶縁性および断熱性の部材を有することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザモジュール。
【請求項６】
前記モジュール分離手段はパッケージと一体的に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のレーザモジュール。
【請求項７】
前記温調モジュールは、外部制御手段によって電流を印加されることにより温度制御をおこなうものであって、該温調モジュールの側面に固着し、隣接される温調モジュールとの間を分離するモジュール分離手段を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のレーザモジュール。
【請求項８】
前記第１の温調モジュール上で前記レーザ素子の前方に配置されたアイソレータを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のレーザモジュール。
【請求項９】
ＷＤＭシステム用の信号光源であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のレーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パッケージ内部に配置された複数の温調モジュールと、この複数の温調モジュール上に配置されたレーザ素子と、アイソレータと、波長フィルタと、光電変換手段とを有するレーザモジュールに関し、特に、複数の温調モジュールが互いに接触することで温調モジュールの特性に影響を与えることを防止するレーザモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光データ通信用等の光源として半導体レーザ素子を用いたレーザモジュールが知られている。特に、光データ通信においては近年、波長分割多重（以下、「ＷＤＭ」と言う）システムの進展に伴い、レーザ光の発振波長は数ｐｍのオーダーで波長の制御をおこなうことが要求されている。したがって、レーザモジュール内部にはレーザ素子や必要な光学系に加えて波長モニタ部が設けられ、波長モニタ部で得られた情報に基づいて制御部が、レーザ素子の発振波長を所定の値に安定化している。
【０００３】
図１０は、波長モニタ部を有するレーザモジュールの構造を示す模式図である。このレーザモジュールは、パッケージ７０内にレーザ素子６９、光学系７７、波長モニタ部６６を有し、蓋部６７によりパッケージ７０の内部が密閉された構造を有する。そして、レーザマウント６８に保持されたレーザ素子６９から前方（図１０における右方向）に出射したレーザ光をレンズ等からなる光学系７７、ボールレンズ７３により収束させ、光ファイバ７６に導くことにより、前方出射光を信号光として利用する。
【０００４】
一方で、後方（図１０における左方向）に出射したレーザ光は波長モニタ部６６へと導かれて、波長のモニタに用いられる。具体的には、後方へ出射したレーザ光は、波長モニタ部６６内に設けられたフィルタを通過し、フォトダイオードに入射する。フォトダイオードは入射した光を電流に変換することから、レーザ光のうちフィルタを通過した特定波長成分の強度を電気的に測定することができる。ここで、レーザ光の波長が特定波長から変化した場合には、フィルタの働きにより、フォトダイオードに入射する光の量が変化するため、フォトダイオードから出力される電流をモニタリングすることでレーザ光の波長の変化が検出される。フォトダイオードによってレーザ光の波長の変化が検出された場合、図示しない制御部が温調モジュール６４に流す電流の量を変化させることでレーザ素子６９の温度が調整され、レーザ素子６９の発振波長が所定の値に戻される。
【０００５】
ここで、波長モニタ部６６内に設けられたフィルタは、一般に波長と透過率の特性波長弁別特性が温度依存性を有し、フィルタの温度が変化すると、波長と波長モニタＰＤ電流の特性（波長弁別特性という）がドリフトする。これにしたがって波長をロックするポイントも所定波長からドリフトしてしまう。そこで波長弁別特性を安定にするために、フィルタの温度を一定に制御すればよい。波長モニタ部６６は温調モジュール６５上に配置され、温調モジュール６５は波長モニタ部６６の温度が一定に保たれるように温度の制御をおこなう。
【０００６】
これに対して、レーザ素子６９については、あくまで発振波長を一定に保つことが制御の目的であるため、レーザ素子６９の温度は必ずしも一定に保つ必要はない。例えば、レーザ素子６９に対する注入電流の値が増大した場合には温度が一定でも発振波長は長波長側にシフトするため、温調モジュール６４を制御してレーザ素子６９の温度を下げる必要がある。
【０００７】
このように、波長モニタ部６６の温度制御とレーザ素子６９の温度制御とは、その内容が異なることから、レーザモジュールは温調モジュールを複数有する構造からなり、それぞれの温調モジュール６４、６５が別個独立に温度の調整をおこなっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のようにパッケージ７０の内部に２つの温調モジュール６４、６５を配置することで新たな問題が生ずる。レーザモジュールは通常、パッケージ７０として１４ピンのバタフライパッケージを用いており、パッケージ７０の内部底面は例えば１８ｍｍ×８ｍｍ程度の広さしかない。これに対し、温調モジュールは１個あたり、小さいもので６ｍｍ×５ｍｍ程度の広さを有する。したがって、パッケージ７０の内部は、２つの温調モジュール６４、６５を配置するには十分な広さとはいえず、温調モジュール６４と温調モジュール６５との間には、設計上でも１ｍｍ程度の空隙しか存在しないことが多々ある。温調モジュール６４、６５の固定は通常は半田付けなどによっておこなうが、固定の際に１ｍｍ程度の位置のずれが生じてしまうことで、２つの温調モジュールが互いに接触する場合がある。このことにより、以下の問題が生じる。
【０００９】
まず、２つの温調モジュール６４、６５の間に熱のやりとりが発生するという問題がある。上述のように、波長モニタ部６６を保持する温調モジュール６５は一定の温度に保たれているが、レーザ素子６９を保持する温調モジュール６４は、レーザ光の波長を一定に保つために温度を変化させる場合があり、その際には温調モジュール６４と６５との間には温度差が生じることとなる。このような環境のもとで両者が近傍に位置する、もしくは接触すると、温調モジュール６４と温調モジュール６５との間で容易に熱の移動が起こる。したがって、所定の温度を維持するためには新たに流れ込む熱による温度変化を抑える必要があり、温調モジュール６４、６５に余分な電流を流さなくてはならない。その結果、レーザモジュールの消費電力が増大するという問題が生じる。また、温調モジュール６４と温調モジュール６５との間の温度差が非常に大きい場合には、大量の熱の移動が発生するために温度の制御そのものが不可能となり、レーザモジュールとしての使用ができなくなる問題も生じる。
【００１０】
また、２つの温調モジュール６４、６５の間に導通が生ずるという問題がある。温調モジュールは、温度を電流で制御することから温調モジュールには電気回路が内蔵されている。そのため、温調モジュール６４と温調モジュール６５が接触することにより、両者に内蔵された電気回路も接触して電気的にショートするという問題もある。また、温調モジュール同士が接触しなくとも、他の部材を介して導通することや、電気回路形成時等に用いられる半田により導通することもあり得る。この場合には、温調モジュールに内蔵された電気回路に正しい電流が流せなくなり、温調モジュール６４と温調モジュール６５は所定の温度制御をおこなうことができない。したがって、レーザモジュールとしての使用は不可能となる。
【００１１】
これらの問題点を解決するために、パッケージ７０を内部の底面積が大きなものとすることが考えられる。しかし、レーザモジュールは小型化の要請が強く、限界がある。また、通常のパッケージと異なる大きさのパッケージを用いることで、通信システム全体の設計を変更する必要が生じるという問題が新たに生じる。
【００１２】
また、他の対策として、温調モジュール６４および温調モジュール６５を小型化することが考えられる。しかし、現状では温調モジュールを小型化すると温度制御機能が低下してしまうため、実用的ではない。
【００１３】
さらに、図１０の従来技術では温調モジュールを２つ配置した構造を示すが、他にも例えば、図１０における光学系７７をレーザ素子６９と別の温調モジュール上に配置する構造など、温調モジュールを３つ以上配置する構造が考えられる。この場合には、温調モジュール同士が接触する可能性はさらに増大するため、温調モジュール同士の接触を防止する手段がさらに必要となる。
【００１４】
本発明は上記従来技術の欠点に鑑みてなされたものであって、パッケージ内部に配置された複数の温調モジュールが、互いの特性に影響を与えることを防止することができるレーザモジュールを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係るレーザモジュールは、パッケージ内部に配置された第１の温調モジュールと、第２の温調モジュールと、該第１の温調モジュール上に配置されたレーザ素子と、該第２の温調モジュール上に配置された波長モニタ部を有し、該レーザ素子から出射された光の波長を該波長モニタ部で検知するレーザモジュールにおいて、前記第１、第２の温調モジュール間に配置され、各温調モジュールを分離する素子分離部材を備えたモジュール分離手段を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、第１の温調モジュールと第２の温調モジュールがパッケージ内に配置されていた場合、それら温調モジュール間にモジュール分離手段を配置することで、温調モジュール同士の接触を防ぐことができる。
【００１７】
また、本発明に係るレーザモジュールは、上記の発明において、前記モジュール分離手段は絶縁性の部材を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、モジュール分離手段が絶縁性を有するため、温調モジュール同士の間で互いに導通することがなく、各温調モジュールが別個独立に温度調節をおこなうことができる。
【００１９】
また、本発明に係るレーザモジュールは、上記の発明において、前記モジュール分離手段が断熱性の部材を有することを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、モジュール分離手段が断熱性を有するため、温調モジュール同士の間で熱の移動が生じることを防ぐことができ、温度の調整に費やす消費電力を低く抑えることができる。
【００２１】
また、本発明に係るレーザモジュールは、上記の発明において、前記モジュール分離手段は絶縁性および断熱性の部材を有することを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、モジュール分離手段が絶縁性および断熱性を有するため、温調モジュール同士の間で導通することがなく、熱の移動を防止することができる。
【００２３】
また、本発明に係るレーザモジュールは、上記の発明において、前記モジュール分離手段がパッケージと一体的に形成されていることを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、モジュール分離手段がパッケージと一体的に形成されることによって、レーザモジュールを従来と同様の工程で製造でき、かつ、温調モジュール同士が接触することを防止できる。
【００２５】
また、本発明に係るレーザモジュールは、上記の発明において、前記モジュール分離手段がレーザ光通過窓を有することを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、モジュール分離手段がレーザ光通過窓を有することによって、レーザ素子から発振されるレーザ光の進行を妨げることなく温調モジュール同士の接触を防ぐことができる。
【００２７】
また、本発明に係るレーザモジュールは、上記の発明において、前記温調モジュールは、外部制御手段によって電流を印加されることにより温度制御をおこなうものであって、該温調モジュールの側面に固着し、隣接される温調モジュールとの間を分離するモジュール分離手段を有することを特徴とする。
【００２８】
本発明によれば、あらかじめ温調モジュールの側面にモジュール分離手段を固着することで、従来形状のパッケージを用いても、温調モジュール同士が接触することのないレーザモジュールを提供することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態に係るレーザモジュールについて詳細に説明する。図面の記載において同一あるいは類似部分には同一あるいは類似の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、装置の構成部分の大きさ、比率等は現実のものとは異なることに留意するべきである。また、図面の相互の間でも互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００３０】
実施の形態１．
実施の形態１に係るレーザモジュールについて、図１〜図３を用いて説明する。ここで、図１は、実施の形態１に係るレーザモジュールの構造を示す断面図であり、図２は、実施の形態１に係るレーザモジュールの構造を示す上面図である。また、図３は、レーザモジュールを構成する温調モジュールの構造を示す図である。実施の形態１に係るレーザモジュールは、図１に示すようにパッケージ１の内部底面上に温調モジュール２および温調モジュール３が配置されている。また、温調モジュール２上にはプリズム１２、波長フィルタ１３、マウント１４と、マウント１４上に固定されたフォトダイオード１５、２３が配置されている。また、温調モジュール３上には、アイソレータ７と、レーザマウント８と、レンズホルダー６、１０が配置され、レーザマウント８上にはレーザ素子９が配置され、レンズホルダー６、１０にはそれぞれレンズ５、１１が保持されている。さらに、温調モジュール２と温調モジュール３との間には絶縁板４が配置され、温調モジュール２と温調モジュール３は電気的に分離されている。
【００３１】
パッケージ１は、上部および前方（図１において右方向）に開口部を有する構造を有し、内部底面において温調モジュール２、３を配置することができる構造を有する。前方の開口部はレーザ光を光ファイバ２２に結合するために設けられたものであり、この開口部にはレンズホルダー１８を介してボールレンズ１９が固定され、さらにフェルールスリーブ２０、フェルール２１を介して光ファイバ２２が接続されている。また、パッケージ１の上部開口部は、蓋部１６によって覆われ、パッケージ１の内部は外部と遮蔽された密閉空間を形成する。
【００３２】
レーザマウント８は、レーザ素子９を固定し、レーザ素子９で発生した熱を温調モジュール３に伝達するためのものである。したがって、レーザマウント８は熱伝導性に優れた部材からなり、たとえば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）結晶から構成される。
【００３３】
レーザ素子９は、例えば、活性層近傍に回折格子を有し、単一縦モード発信するＤＦＢ（Distributed Feed Back）レーザ等の半導体レーザ素子からなる。本実施の形態１ではレーザ素子９として、活性層がＩｎＰからなる二重ヘテロ接合レーザ（ＤＨレーザ）を用いるが、シングルヘテロ構造であってもよいし、他の半導体からなるレーザを用いても良い。なお、本実施の形態１では、レーザ素子９は共振器を形成する二つの反射面の双方から前方および後方にレーザ光を出射する。前方に出射したレーザ光は光ファイバ２２に導入され、後方に出射したレーザ光は波長のモニタに用いられる。
【００３４】
レンズ５は、レーザ素子９から前方に出射されたレーザ光を図示しない光ファイバに結合するためのものである。レンズ５はレンズホルダー６によって温調モジュール３上において、レーザマウント８の前方に配置されている。
【００３５】
アイソレータ７は、いったん光ファイバ２２へと出射されたレーザ光のうち、光ファイバ２２から反射してレーザモジュール内部に戻ってきた光を遮断するためのものである。
【００３６】
レンズ１１は、レーザ素子９から後方に出射されたレーザ光を平行光にするためのものである。レンズ１１はレンズホルダー１０によって温調モジュール３上において、レーザマウント８の後方に配置されている。
【００３７】
プリズム１２は、図２に示すように、プリズム１２はフォトダイオード１５およびフォトダイオード２３に対してレーザ光が入射するように、レーザ素子９から後方に出射したレーザ光を分離する構造となっている。プリズム１２の部材としてはガラスの他、各種樹脂を用いることが可能である。
【００３８】
波長フィルタ１３は、プリズム１２によって分離されたうちの１方向のレーザ光について、特定の波長のみを透過するためのものである。波長フィルタ１３は、例えば誘電体多層膜フィルタからなり、波長フィルタ１３に対する入射角度によって、透過波長が変化する性質を有する。そのため、波長フィルタ１３は図示しないホルダーによって温調モジュール２上に保持され、このホルダーは波長フィルタ１３が鉛直方向を回転軸として回転することが可能な構造を有する。
【００３９】
フォトダイオード１５は、レーザ素子９から後方に出射し、プリズム１２によって分離されたレーザ光のうち、波長フィルタ１３を通過した特定波長の光の強度を測定する。具体的には、フォトダイオード１５は照射された光の強度に応じた電流を出力するため、図示しない外部回路に接続して電流値を測定し、レーザ光のうち信号光として用いる波長の光の強度変化をモニタする。
【００４０】
フォトダイオード２３は、マウント１４上に配置されており、レーザ素子９から後方に出射し、プリズム１２で分離された２方向のレーザ光のうち、波長フィルタ１３を通過しないレーザ光の強度を測定する。
【００４１】
温調モジュール２、３は、ペルチェ素子から構成される。図３に示したように、ペルチェ素子は平板状のセラミック板４３ａ、４３ｂ間にｎ型半導体３１、３５、３９とｐ型半導体３３、３７、４１が交互に配置され、相互の半導体の間は金属配線３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２によって電気的に接続されている。
【００４２】
ｎ型半導体３１、３５、３９はシリコン（Ｓｉ）結晶に燐（Ｐ）原子などのｎ型不純物を拡散させたものからなり、ｐ型半導体３３、３７、４１はＳｉ結晶に硼素（Ｂ）原子などのｐ型不純物を拡散させたものである。
【００４３】
また、金属配線３０、４２はペルチェ素子に電流を導入するために外部電源と電気的に接続されている。外部電源と接続するため、金属配線３０、４２はペルチェ素子の側面に露出して配置されている。なお、金属配線３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２はＳｉ結晶とオーミック接合する金属からなり、例えば金を材料とする。
【００４４】
セラミック板４３ａ、４３ｂは、同一形状からなる２枚の板状体である。温調モジュール２、３と接触する物体を急速に加熱若しくは冷却するために、セラミック板４３ａ、４３ｂは熱伝導率の高い部材からなる。したがって、熱伝導性に優れた物質であって、上部に物体を配置するのに十分な強度を有するものであれば必ずしもセラミックに限定されない。なお、セラミック板４３ａ、４３ｂは、接触する物体に対して熱伝導もしくは熱吸収を効率的におこなうためにできるだけ大きな表面積を有する必要がある。したがって、セラミック板４３ａ、４３ｂはペルチェ素子の側面にまで達する構造となっている。
【００４５】
絶縁板４は、図１に示すように、温調モジュール２と、温調モジュール３とを電気的に絶縁分離するためのものである。絶縁板４の材料としては、プリント基板に用いられるガラスクロス強化エポキシ樹脂やポリイミド樹脂の他、紙フェノール樹脂、雲母、ガラス等を用いることができる。これら以外にも、エポキシ樹脂、ポリエチレン、テフロンなど絶縁性を示すものであれば絶縁板４の材料として用いることができる。
【００４６】
次に、本実施の形態１に係るレーザモジュールの動作について、説明する。本実施の形態１に係るレーザモジュールは、主として光ファイバ通信における信号光源として利用される。具体的には、レーザ素子９から前方に出射したレーザ光を信号光として前方に設けられた開口部を通して光ファイバ２２に出射する。ここで、レーザ光を信号光として用いるためには、出力強度および波長が安定していることが必要条件である。
【００４７】
一方で、レーザ素子９から出射するレーザ光の出力強度は、基本的にはレーザ素子９の活性層に注入する電流値に対して単調増加し、活性層の温度に対して単調減少する。また、発振波長は、注入電流および活性層の温度に対して単調増加する。したがって、レーザ素子９の活性層に注入する電流および活性層の温度を制御することで、レーザ光の出力強度および波長を安定化することができる。
【００４８】
ここで、波長を安定化するために、レーザ素子９の後方から出射したレーザ光を利用する。図２に示すように、レーザ素子９の後方から出射したレーザ光は、レンズ１１を通過する際に平行光となり、プリズム１２に入射する。そして、プリズム１２に入射したレーザ光は２つの方向へ分離され、そのうちの１方向に進んだレーザ光は波長フィルタ１３に入射する。この際に、所定の波長のレーザ光のみが波長フィルタ１３を透過し、透過したレーザ光はフォトダイオード１５へ入射する。フォトダイオード１５は、入射した光の強度に応じた電流を出力するため、上記の所定の波長が信号光の波長と同一波長となるように波長フィルタ１３を設定しておくことで、信号光として用いる波長成分の強度を測定することができる。ここで、プリズム１２によって分離された他方のレーザ光を、参照光としてフォトダイオード２３によって強度を測定することで注入電流の揺らぎなどによるノイズを除去する。レーザ素子９から出射するレーザ光の波長が所定の波長からシフトした場合、フォトダイオード１５から出力される電流の値は低下するため、図示しない制御部によって制御される温調モジュール３によってレーザ素子９の温度を調整することにより、レーザ素子９の発振波長を所定波長へ戻すことができる。
【００４９】
次に、温調モジュール２、３による温度制御について説明する。温調モジュール２、３は上述したようにペルチェ素子からなり、ペルチェ素子はペルチェ効果に基づき温度の調整をおこなう。具体的には、ペルチェ素子は図３に示す構造からなり、ｎ型半導体３１からｐ型半導体３３に向かって電流を流すと、ペルチェ効果によりｎ型半導体３１とｐ型半導体３３との間の金属配線３２で熱の吸収が起こる。同様の理由から、金属配線３６、４０においても熱の吸収が起こる。ペルチェ素子上部に配置されたセラミック板４３ａは金属配線３２、３６、４０に接触するため、図３に示す方向に電流を流すと、セラミック板４３ａ上に配置された物体は熱を吸収され、温度は低下する。
【００５０】
その一方で、ｐ型半導体３３からｎ型半導体３５に向かって電流が流れることから、金属配線３４では熱の放出が起こる。同様に、金属配線３８でも熱の放出が起こる。セラミック板４３ｂは金属配線３４、３８の下に配置されているため、図３に示す方向に電流を流した場合に、セラミック板４３ｂの下面に接触する物体の温度は上昇する。
【００５１】
なお、熱の吸収、放出の量はペルチェ素子に流した電流の大きさに比例する。また、電流を流す方向を図３に示す向きと逆にした場合は、熱の移動は逆方向に生じ、セラミック板４３ａでは熱の放出が起こり、セラミック板４３ｂでは熱の吸収がおこなわれる。このように、ペルチェ素子は接触する物体の温度制御を素子に流す電流の大きさおよび方向によって制御することができる。したがって、レーザ素子９、波長フィルタ１３等の温度を精密に制御するためには温調モジュール２、３に流れる電流を正確に制御する必要がある。
【００５２】
そのため、本実施の形態１においては、温調モジュール２と温調モジュール３との間に絶縁板４を配置して、温調モジュール２と温調モジュール３との間に導通が生じることを防止する。これは、温調モジュール２、３を構成するペルチェ素子は、図３に示すように金属配線が側面に露出した構造となっているため、温調モジュール２と温調モジュール３が接触した場合、互いの金属配線が導通して温調モジュール２と温調モジュール３との間で電流が流れてしまう。そうすると、外部回路からの温度制御が不可能となり、温調モジュールとしての機能を果たすことができない。したがって、絶縁板４を配置することで、このような事態を確実に避けて、温調モジュール２、３上に配置されたレーザ素子９等の温度制御を正確におこなうことが可能となる。
【００５３】
実施の形態２．
次に、実施の形態２について説明する。図４は、実施の形態２に係るレーザモジュールの構造を示す断面図であり、図５は、実施の形態２に係るレーザモジュールの構造を示す上面図である。なお、実施の形態１と共通する部分については同一または類似の符号を付すこととする。
【００５４】
実施の形態２に係るレーザモジュールは、パッケージ１内部の底面上に、温調モジュール２、温調モジュール３が配置されており、温調モジュール２と温調モジュール３との間には、断熱板２４が配置されている。温調モジュール２上にはレーザマウント４４が配置され、レーザマウント４４上にはレーザ素子４５が配置されている。また、温調モジュール３上にはアイソレータ４９と、波長モニタ部４８とが配置され、さらにレンズホルダー４６に保持されたレンズ４７が配置されている。そして、パッケージ１の内部空間は不活性ガスなどによって満たされ、蓋部１６をパッケージ上部開口部に配置して、外部からの影響を排除する構造としている。
【００５５】
断熱板２４は、温調モジュール２と温調モジュール３とを熱的に分離するために配置されたものである。断熱板２４の形状は平坦な板状体からなる。また、断熱板２４の材料としては、ガラス繊維、セラミック繊維、ロックウール、発泡セメントなど、多孔質体からなるものが用いられ、他にも発泡ウレタン、発泡ポリスチレンなどを材料として用いることができる。この他の材料でも、断熱性が良好な場合、断熱板２４の材料として用いることが可能である。
【００５６】
実施の形態２に係るレーザモジュールは、実施の形態１と異なり、波長モニタ部４８をレーザ素子４５の前方（図４における右方向）に配置し、レーザ素子４５から前方に出射されたレーザ光の一部を用いて波長のモニタをおこなう。また、アイソレータ４９を、レーザ素子４５が配置された温調モジュール２上ではなく、温調モジュール３上に配置している。
【００５７】
波長モニタ部４８は、図５に示すように、レーザ素子４５の前方にハーフミラー５０、５１が配置され、ハーフミラー５０によって反射される一部のレーザ光の進路上に波長フィルタ５５と、波長フィルタ５５の延長上にマウント５３上に固定されたフォトダイオード５４が配置されている。ハーフミラー５１によって反射される一部のレーザ光の進路上にはマウント５６上に固定されたフォトダイオード５４が配置されている。
【００５８】
波長モニタ部４８をレーザ素子４５の前方に設けることで、次の利点が生じる。まず、波長モニタ部４８を前方に設けることにより、レーザ素子４５の後方にレーザ光を平行光にするためのレンズを配置しなくてすむ。このことにより、部品の数を減らせるという利点が生じる。また、波長モニタ部４８を前方に設けることで、レーザ素子４５は後方に設けられ、温調モジュール２上にレーザマウント４４を介して配置できる。その一方で、アイソレータ４９は、レーザモジュールと接続する光ファイバ２２に近接した場所に配置する必要があるためにレーザ素子４５と異なり、温調モジュール３上に配置される。
【００５９】
なお、波長モニタ部４８は、前方に出射したレーザ光の一部を取り出して波長のモニタをおこなう。具体的には、ハーフミラー５０によってレーザ光の一部を取り出し、特定の波長のみを通過させる波長フィルタ５５を介してフォトダイオード５４に入射させる。フォトダイオード５４に入射したレーザ光は電流に変換されて出力される。特定波長のレーザ光の強度を電気的信号として検出し、別のハーフミラー５１によって取り出されたレーザ光を参照光としてフォトダイオード５７で電気的信号として検出することで波長のモニタをおこなう。
【００６０】
アイソレータ４９は、外部からレーザモジュール内部に入射してくるレーザ光を遮断するためのものであるが、遮断する波長および遮断する効率は温度によって変化する。したがって、レーザモジュールの動作を安定化するためには、アイソレータ４９の温度を一定に保つことがさらに望ましい。一方、レーザ素子４５の温度は、波長の安定化のためにあえて変化させる場合もあり、通常の温度とは異なる温度範囲でレーザ素子４５の温度を制御する。したがって、アイソレータ４９をレーザ素子４５とは異なる温調モジュール上に配置することで、さらに効果的に外部からの光を遮断することが可能となる。
【００６１】
実施の形態２に係るレーザモジュールでは、レーザ素子４５と、アイソレータ４９および波長フィルタを含む波長モニタ部４８とが異なる温調モジュール２、３上に配置されているため、レーザ素子４５の温度を大きく変化させてもレーザモジュール全体の性能に影響を与えない。したがって、温調モジュール２はレーザ素子４５から出射するレーザ光を所定の波長に安定化するだけでなく、レーザ素子４５の温度を積極的に変化させることで、異なる波長のレーザ光を発振する状態で発振波長を安定化することが可能である。
【００６２】
このように、本実施の形態２に係るレーザモジュールでは、温調モジュール２と温調モジュール３のそれぞれ上部に配置されたセラミック板の温度が異なる場合が予想される。セラミック板は、熱伝導率の高い部材であるため、温調モジュール２と温調モジュール３とが接触した場合に、一方から他方へ熱が伝わるおそれがある。したがって、温調モジュール２と温調モジュール３との間に断熱板２４を配置して、温調モジュール２と温調モジュール３との間の熱の移動を遮断する。断熱板２４を配置することで、温調モジュール２と温調モジュール３との間の干渉を排除し、別個独立の温度制御ができる。
【００６３】
また、断熱板２４を温調モジュール２と温調モジュール３との間に配置することで、レーザモジュールの消費電力を低く抑えるという利点も存在する。すなわち、温調モジュール２と温調モジュール３との間で熱の移動が生じた場合、それぞれ所定の温度を維持するためにペルチェ素子に流す電流の量を増やす必要が生じる。断熱板２４を配置することで、このような電流を流す必要がなくなるため、消費電力を低く抑えることができる。
【００６４】
また、温調モジュール２と温調モジュール３との温度差が大きい場合において、温調モジュール同士が接触していると、ペルチェ素子で制御しても熱が流入もしくは流出し続けるため温度制御をおこなうことが不可能となり、製品として使用することができない。断熱板２４を温調モジュール２と温調モジュール３との間に配置することでこのような事態を防ぐことができるため、本実施の形態２に係るレーザモジュールは歩留まりの向上を図ることができる。
実施の形態３．
【００６５】
次に、実施の形態３について図６を用いて説明する。図６は、実施の形態３に係るレーザモジュールの構造を示す断面図である。なお、本実施の形態において、実施の形態１、２と同一若しくは類似の部分については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６６】
実施の形態３に係るレーザモジュールは、パッケージ１と、パッケージ１内部の底面上に配置された温調モジュール２と、温調モジュール３とを有し、温調モジュール２上にはレーザマウント４４を介してレーザ素子４５が配置されている。また、温調モジュール３上には、アイソレータ４９と、波長モニタ部４８と、レンズホルダー４６に保持されたレンズ４７とが配置されている。また、パッケージ１の上部開口部において蓋部１６が配置されており、パッケージ１内部は密閉されて外部と遮断されている。さらに、パッケージ１内部の底面上であって、温調モジュール２と温調モジュール３との間には絶縁板５９と、断熱板５８とが配置されている。
【００６７】
上述したように、温調モジュール２はレーザ素子４５から発振するレーザ光の波長を一定にするのが目的であり、一方、温調モジュール３は波長モニタ部４８内部に設けられた波長フィルタおよびアイソレータ４９の温度を一定にすることが目的である。したがって、温調モジュール２の温度と温調モジュール３の温度とは一般に相違し、温調モジュール２を構成するペルチェ素子に流れる電流の大きさと温調モジュール３を構成するペルチェ素子に流れる電流の大きさとは相違する。
【００６８】
これに対して、温調モジュール２と温調モジュール３とが接触すると、ペルチェ素子の構造から、互いの間に電気的な導通が生じる。電気的な導通が生じた場合には、温調モジュール２と温調モジュール３とを独立に制御することが不可能となるため、絶縁板５９を配置して絶縁を確保している。しかし、温調モジュール２と温調モジュール３とが電気的に絶縁分離されていても、相互の間で熱の移動が生じる場合にはそれぞれの温調モジュールを構成するペルチェ素子の消費電力が増大する等の問題が生じてしまう。したがって、絶縁板５９の他に、温調モジュール２と温調モジュール３との間に断熱板５８を配置することで温調モジュール２と温調モジュール３とを熱的に分離することができ、温度制御を効率良くおこなうことができる。
【００６９】
なお、絶縁板５９、断熱板５８を別々に温調モジュール２と温調モジュール３との間に配置するのではなく、絶縁機能および断熱機能を有する１枚の板を配置しても良い。このような機能を有する材料としては、たとえば、焼結度が低く多孔質のアルミナが挙げられる。この他にも、断熱板の材料として上述したものの中には絶縁体として機能する材料が存在する。１枚の板で絶縁機能および断熱機能を有する場合には、実施の形態３に係るレーザモジュールの製造において工程が単純化でき、パッケージ１内部の底面を有効利用できるという利点を有する。
【００７０】
実施の形態４．
次に、実施の形態４に係るレーザモジュールについて図７および図８を用いて説明する。図７は実施の形態４に係るレーザモジュールの構造を示す断面図を示し、図８は実施の形態４に係るレーザモジュールのうちレーザ光の光軸方向から見たモジュール分離板６０の構造を示す。
【００７１】
実施の形態４に係るレーザモジュールは、上部および右側面に開口部を有するパッケージ１内部の底面上に、開口部を有する側面から左方向へ順に温調モジュール３と、温調モジュール２とが配置されている。温調モジュール３上には開口部を有する側面から左方向へアイソレータ７、レンズホルダー６に保持されたレンズ５と、レーザマウント８を介して配置されたレーザ素子９と、レンズホルダー１０に保持されたレンズ１１とが配置されている。また、温調モジュール２上には温調モジュール３に近い方から順にプリズム１２、波長フィルタ１３、フォトダイオード１５を保持するマウント１４が配置されている。また、温調モジュール３と温調モジュール２との間にはモジュール分離板６０が配置され、パッケージ１の上部開口部は蓋部１６によって閉じられており、パッケージ１の内部空間は不活性ガスなどで満たされて外気から遮断されている。
【００７２】
モジュール分離板６０は、温調モジュール２、３の間に配置されている平板上の部材からなり、その高さは温調モジュール２、３の高さよりも高く、蓋部１６にまで達していても良い。モジュール分離板６０の材質は絶縁性若しくは断熱性を備えるものからなるが、たとえば、ガラス繊維や発泡セメントのように絶縁性および断熱性双方の性質を有するものでも良い。また、モジュール分離板６０は、その上部部分において、レーザ素子９から後方に出射したレーザ光を遮断することのないように窓が開けられている。
【００７３】
本実施の形態４において、モジュール分離板６０を設けることにより、実施の形態１〜３の場合と同様に温調モジュール２と温調モジュール３とを分離するため、温調モジュール２と温調モジュール３とが接触することによる熱の移動若しくは相互間の導通を防止することができる。そして、モジュール分離板６０の高さを温調モジュール２、３の高さよりも高くすることにより次の効果が生ずる。
【００７４】
本実施の形態４に係るレーザモジュールは、一般に光データ通信の信号光源として用いられ、たとえば、ＷＤＭ光通信システムの信号光源として用いられる。この場合、複数のレーザモジュールにより信号光源を構成するため、自他のレーザモジュールから出射されたレーザ光の一部が光コネクタによる反射等により本実施の形態４に係るレーザモジュール内部に入射することがある。また、レーザ素子９の前方から出射されたレーザ光の一部がパッケージ内で乱反射をおこす場合もある。これらの光がフォトダイオード１５に入射した場合、レーザ素子９から後方に出射したレーザ光の波長を検出するという波長モニタの機能が損なわれることとなる可能性がある。ここで、モジュール分離板６０を配置することで、これらの光をフォトダイオード１５に入射することを防ぐことができる。これらの迷光はレーザ素子９よりも図７において右側で生ずるものであるため、モジュール分離板６０を配置することでモジュール分離板６０よりも左側の空間領域にこれらの迷光が侵入することを防止できるためである。したがって、モジュール分離板６０の高さを高くすることで精度の高い波長モニタをおこなうことができる。
【００７５】
また、パッケージ１内部の空間は不活性ガスなどの気体により密封されている。このため、たとえばレーザ素子９の温度が上昇することでパッケージ１内部空間において対流が生じるおそれがある。したがって、温調モジュール２と温調モジュール３との間を分離し、輻射電熱を防止したとしても波長フィルタ１３の温度が変化する懸念があり、モジュール分離板６０を設けることで、対流によって温度の高い気体が波長フィルタ１３に接触し、電熱することを防止できる。この観点では、モジュール分離板６０は、蓋部１６に完全に接触させることが好ましい。
【００７６】
なお、モジュール分離板６０によってレーザ素子９から後方に出射されたレーザ光が遮断されると、フォトダイオード１５において波長のモニタができなくなる。したがって、モジュール分離板６０の上部には、後方に出射されたレーザ光を通過させるための窓が設けられている。この窓の形状を図８に示す。図８（ａ）は楕円形のレーザ光透過窓６１を有する場合を示し、図８（ｂ）は上部に切込部６２を有する場合のモジュール分離板６０の構造を示す。これらレーザ光透過窓６１や切込部６２によって形成される空隙部分をレーザ光は通過して波長フィルタ１３およびフォトダイオード１５へと入射する。したがってレーザ光が十分透過する構造であればよく、モジュール分離板６０の形状は図８（ａ）、（ｂ）に限定されない。たとえば、レーザ光透過窓６１は円形でもよく、切込部６２が三角形ではなく四角形からなっても良い。さらに、モジュール分離板６０は、レーザ素子９の後方から出射するレーザ光以外の光を効果的に遮断できるならば、ある程度レーザ光を遮断する形状からなっても良い。波長のモニタはフォトダイオード１５に照射されるレーザ光強度の変化を検知することによりおこなわれ、一定の割合でレーザ光を透過できれば波長のモニタは十分可能なためである。
【００７７】
なお、本実施の形態４において、レーザ光透過窓６１および切込部６２は空隙からなるが、この領域をレーザ光透過性の部材、たとえば板ガラスにより構成されていても良い。この場合には、温調モジュール２が配置された空間と、温調モジュール３が配置された空間が互いに分離され、上述した対流による熱伝導をさらに効率良く防止できる。
【００７８】
実施の形態５．
次に、実施の形態５について、図９を用いて説明する。図９は、実施の形態５に係る温調モジュールの構造を示す模式図である。図３に示す実施の形態１における温調モジュールと同様の部分については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７９】
実施の形態５に係る温調モジュールは、ペルチェ素子から構成されている。温調モジュールの側面にはモジュール分離板６３が固着されている。ここで、モジュール分離板６３は絶縁性もしくは断熱性の材料からなるが、両方の性質を有する材料を用いても良い。
【００８０】
また、モジュール分離板６３は、レーザモジュール内に複数配置される温調モジュール同士の間を分離するためのものである。たとえば、本実施の形態５に係る温調モジュールを図１０における温調モジュール６５の代わりに用いた場合、温調モジュール６４はモジュール分離板６３により実施の形態５に係る温調モジュールと完全に分離することができる。
【００８１】
レーザモジュールを構成するパッケージにモジュール分離板をあらかじめ配置する構造とするのでなく、温調モジュール自体にモジュール分離板６３を固着することによって次の利点が生ずる。すなわち、パッケージにモジュール分離板を配置した場合には、モジュール分離板をパッケージ内部の底面上に固着するための工程が必要となる。これに対して実施の形態５に係る温調モジュールを用いれば、モジュール分離板を配置する工程は必要なく、従来通りの方法で製造することが可能で、しかも、確実に温調モジュール同士を素子分離することができる。したがって、本実施の形態５を用いてレーザモジュールを製造した場合、従来の製造方法で歩留まりを高めることができる。
【００８２】
なお、本実施の形態５に係る温調モジュールについて、モジュール分離板６３を配置する側面はペルチェ素子の左側でも良く、また１つの側面にのみ固着せずに、複数の側面においてモジュール分離板を固着しても良い。さらに、モジュール分離板６３の形状も、ペルチェ素子側面を覆うのに十分な高さを有する場合のみならず、ペルチェ素子側面の高さよりも低い構造からなっても良い。たとえばペルチェ素子を構成するセラミック板４３ａがモジュール分離板６３によって覆われていなくとも、モジュール分離板６３が存在することで他の温調モジュールとの間に間隔を保つことができるためである。また、逆にモジュール分離板６３の高さがペルチェ素子の高さよりも高くても構わない。この場合は、実施の形態４におけるモジュール分離板６０の機能を果たすことが可能となる。
【００８３】
なお、上述のように本発明を実施の形態１から実施の形態５によって説明をおこなったが、この発明の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかになると思われる。たとえば、実施の形態１において、断熱効果を重視して、絶縁板４の代わりに断熱性を有する部材によって温調モジュール２と温調モジュール３とを分離しても良い。さらに、絶縁板４の代わりに断熱性と絶縁性を兼ね備えた部材からなる平板を配置しても良い。
【００８４】
また、実施の形態１〜４に係るレーザモジュールは、温調モジュール２、３がペルチェ素子からなるものに限定されるのではない。温度調節を電気的におこない、複数の温調モジュールが接触することで互いに導通するおそれのある素子であれば、絶縁板４を温調モジュール２、３間に配置することで、正確な温度制御をおこなうことが可能である。また、相互の温調モジュールを接触した場合に熱伝導が生じる構造からなる素子を用いた場合には断熱板２４を利用することが可能である。同様に、実施の形態５に係る温調モジュールについても、ペルチェ素子以外の温調モジュールに適用することが可能である。
【００８５】
また、実施の形態１および実施の形態４においては、レーザ素子９から後方へ出射する光をプリズム１２で２方向の光に分離するが、プリズム１２のかわりに、ハーフミラーを用いても良い。レーザ光を分離するという点では機能が共通するためである。
【００８６】
さらに、レーザモジュール全体の構造が異なるものであっても、レーザモジュール内において、複数の温調モジュールによって異なる温度制御をおこなう場合には、本発明を適用することが可能である。たとえば、波長モニタ部を有さないが、レーザ素子９とアイソレータ７を備え、これらを別々に温度制御するレーザモジュールの場合にも本発明を適用して温度制御をおこなうことが可能である。同様に、レーザモジュールの用途についても、光通信の信号光源に限られず、光通信の励起源に用いても良いし、その他光ピックアップ装置の光源や、半導体装置の製造における露光装置の光源について用いることも可能である。
【００８７】
また、絶縁板４、５９、断熱板２４、５８、モジュール分離板６０はパッケージと別個独立な部材であり、レーザモジュールの製造に際してパッケージに固着するものとしても良いが、可能ならばパッケージとこれらの板を一体的に形成しても良い。この場合、これらの板をパッケージに固着する工程を省略することができるため、レーザモジュールの製造を容易化することができる。
【００８８】
また、本実施の形態１〜４では、レーザモジュール内に温調モジュール２、３を配置した構造としているが、温調モジュールの数はこれに限定する必要はなく、可能であれば３個以上の温調モジュールをレーザモジュール内に配置しても良い。たとえば、図１におけるアイソレータ７も、波長フィルタ１３と同様に温度依存性があるため、よりアイソレータ７の性能を発揮するためには温調モジュール３とは別の温調モジュールをレーザモジュール内に設け、その上にアイソレータ７を配置することも望ましい。この場合、新たに設けた温調モジュールと、温調モジュール３との間には絶縁板を配置するのは当然のことである。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１の温調モジュールと第２の温調モジュールがパッケージ内に配置されていた場合、それら温調モジュール間にモジュール分離手段を配置する構成としたことで、温調モジュール同士の接触を防ぐことができるという効果を奏する。
【００９０】
また、本発明によれば、モジュール分離手段が絶縁性を有する構成としたため、温調モジュール同士の間で互いに導通することがなく、各温調モジュールが別個独立に温度調節をおこなうことができるという効果を奏する。
【００９１】
また、本発明によれば、モジュール分離手段が断熱性を有する構成としたため、温調モジュール同士の間で熱の移動が生じることを防ぐことができ、温度の調整に費やす消費電力を低く抑えることができるという効果を奏する。
【００９２】
また、本発明によれば、モジュール分離手段が絶縁性および断熱性を有する構成としたため、温調モジュール同士の間で導通することがなく、熱の移動を防止することができるという効果を奏する。
【００９３】
また、本発明によれば、モジュール分離手段がパッケージと一体的に形成される構成としたことによって、レーザモジュールを従来と同様の工程で製造でき、かつ、温調モジュール同士が接触することを防止できる。
【００９４】
また、本発明によれば、モジュール分離手段がレーザ光通過窓を有する構成としたため、レーザ素子から発振されるレーザ光を妨げずに複数の温調モジュールの接触を防ぐことができるという効果を奏する。
【００９５】
また、本発明によれば、あらかじめ温調モジュールの側面にモジュール分離手段を固着する構成としたため、従来形状のパッケージを用いても、温調モジュール同士が接触することのないレーザモジュールを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係るレーザモジュールの構造を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係るレーザモジュールの構造を示す上面図である。
【図３】実施の形態１における温調モジュールの構造を示す断面図である。
【図４】実施の形態２に係るレーザモジュールの構造を示す断面図である。
【図５】実施の形態２に係るレーザモジュールの構造を示す上面図である。
【図６】実施の形態３に係るレーザモジュールの構造を示す断面図である。
【図７】実施の形態４に係るレーザモジュールの構造を示す断面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、実施の形態４におけるモジュール分離板の構造を示す図である。
【図９】実施の形態５に係る温調モジュールの構造を示す断面図である。
【図１０】従来技術に係るレーザモジュールの構造を示す模式図である。
【符号の説明】
１、７０  パッケージ
２、３、６４、６５  温調モジュール
４、５９  絶縁板
５、１１、４７  レンズ
６、１０、１８、４６、７２  レンズホルダー
７、４９  アイソレータ
８、４４、６８  レーザマウント
９、４５、６９  レーザ素子
１２  プリズム
１３、５５  波長フィルタ
１４、５３、５６  マウント
１５、２３、５４、５７  フォトダイオード
１６、６７  蓋部
１９、７３  ボールレンズ
２０、７４  フェルールスリーブ
２１、７５  フェルール
２２、７６  光ファイバ
４３ａ、４３ｂ  セラミック板
３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２  金属配線
３１、３５、３９  ｎ型半導体
３３、３７、４１  ｐ型半導体
４８、６６  波長モニタ部
２４、５８  断熱板
５０、５１  ハーフミラー
６０、６３  モジュール分離板
６１  レーザ光透過窓
６２  切込部
７７  光学系
【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】
0004844997.tif 000008
【図８】
0004844997.tif 000009
【図９】
0004844997.tif 000010
【図１０】
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