(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度調節器と
温度調節器上に設置された第１の材料で構成された第１の基板と、
第１の基板上に接合された第２の材料で構成された第２の基板と、
前記第２の基板上に設置された光学部品とを有し、
前記第２の材料の熱膨張係数よりも前記第１の材料の熱膨張係数が大きく、
前記第１の基板は、両端部が張り出したコの字形状であり、
前記第２の基板は、前記第１の基板の張り出した両端部にそれぞれ設けられ、
前記第２の基板が、前記第１の基板および前記光学部品との接合面以外では他の部材と接触しないように配置されていることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記光学部品は、前記温度調節器上から張り出した部分に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
レーザ素子と、
温度調節器と、
温度調節器上に設置された第１の材料で構成された第１の基板と、
第１の基板上に接合された第２の材料で構成された第２の基板と、
前記第２の基板上に設置された光学部品と、
前記レーザ素子、前記温度調節器、前記第１の基板、前記第２の基板および前記光学部品とを収納するパッケージとを有し、
前記第２の材料の熱膨張係数よりも前記第１の材料の熱膨張係数が大きく、
前記第１の基板は、両端部が張り出したコの字形状であり、
前記第２の基板は、前記第１の基板の張り出した両端部にそれぞれ設けられ、
前記第２の基板が、前記第１の基板および前記光学部品との接合面以外では他の部材と接触しないように配置されていることを特徴とするレーザモジュール。
【請求項４】
前記光学部品は、前記温度調節器上から張り出した部分に設けられることを特徴とする請求項３記載のレーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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用いた温度調節器を有する半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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調節器を搭載したレーザモジュールがある。このような温度調節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を備えたパッケージ１００内に収納されている。
温度調節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など多くの光学部品を集積化したレーザモジュールの開発が行われており、温度調節器上には多くの光学部品が密集して搭載されるようになっている。また、温度調節器で維持する温度を広範囲に変えることにより、レーザ素子の温度を変えてレーザ波長を可変とするレーザモジュールも開発されている。
【０００３】
このような温度調節器を有するレーザモジュールでは温度調節器の上面全体に基板（以下、ベースと言う）が積層され、光学部品（レーザ素子、レンズ、光量検出用のフォトダイオード、あるいは波長フィルタなど）を個々に搭載したホルダーもしくは基板などの架台が前記ベース上に固定されている。
一般に、ベースの材料には例えば、銅タングステン合金など、熱伝導性の良い材料が使用される。一方、個々の光学部品を設置する架台では搭載する光学部品に適した材料（例えば、鉄ニッケル合金である５０アロイなど）が適宜使用される。光学部品用の架台を構成する材料にベースの構成材料と異なる材料が選択された場合には、ベースと光学部品用架台の間で異なる材料が接合され固定される。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−５８９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光学部品を搭載する架台が熱膨張係数や熱伝導率などの物性が異なる材料で構成されている場合、材料間での膨張もしくは収縮の差から応力を生じる。光学部品用架台では、種々の光学部品の光軸を調整し設置してあるため、架台の変形は架台上に搭載されている光学部品の光学系の軸がずれるという問題を生ずる。特に金属材料では、セラミックなどの無機材料に比べ熱膨張率が大きく弾性率が大きいため、変形を生じやすい。例えば、図に示すように金属A上に熱膨張係数が金属Aよりも大きい金属Bが貼り合わされた架台の温度が上昇した場合、金属Ｂが金属Ａに貼り合わされた部分全体が金属Ｂ側に凸状に変形する。金属基板B上に２個の光学部品が設置され光学調芯されていた場合、基板Bの変形によって両者の光軸がずれを生じる。このような接合面で発生する応力は伝播し面積に応じて応力が蓄積するため、接合面積が大きいほど全体としての応力量が大きくなり、変形量も大きくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、
温度調節器と、
温度調節器上に設置された第１の材料で構成された第１の基板と、
第１の基板上に接合された第２の材料で構成された第２の基板と、
前記第２の基板上に設置された光学部品とを有し、
前記第２の材料の熱膨張係数よりも前記第１の材料の熱膨張係数が大きく、
前記第１の基板は、両端部が張り出したコの字形状であり、
前記第２の基板は、前記第１の基板の張り出した両端部にそれぞれ設けられ、
前記第２の基板が、前記第１の基板および前記光学部品との接合面以外では他の部材と接触しないように配置されていることを特徴とする光学装置に係る発明である。
【０００７】
第２の発明は第１の発明に加え、
前記光学部品は、前記温度調節器上から張り出した部分に設けられることを特徴とする光学装置に係るものである。
【００１０】
第３の発明は、
レーザ素子と、
温度調節器と、
温度調節器上に設置された第１の材料で構成された第１の基板と、
第１の基板上に接合された第２の材料で構成された第２の基板と、
前記第２の基板上に設置された光学部品と、
前記レーザ素子、前記温度調節器、前記第１の基板、前記第２の基板および前記光学部品とを収納するパッケージとを有し、
前記第２の材料の熱膨張係数よりも前記第１の材料の熱膨張係数が大きく、
前記第１の基板は、両端部が張り出したコの字形状であり、
前記第２の基板は、前記第１の基板の張り出した両端部にそれぞれ設けられ、
前記第２の基板が、前記第１の基板および前記光学部品との接合面以外では他の部材と接触しないように配置されていることを特徴とするレーザモジュールに係る発明である。
【００１１】
第４の発明は第３の発明に加え、
前記光学部品は、前記温度調節器上から張り出した部分に設けられることを特徴とするレーザモジュールに係る発明である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる光学装置では、温度調整器上で温度制御され、かつ、熱膨張等による光軸ずれの少ない光学装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
ペルチェ素子をもちいた温度調節器上に第１の基板である金属基板Ａが搭載され、金属基板Ａ上に金属基板Ｂからなる第２基板および第３基板が、各々金属基板Ａに接合されている。温度調節器によって温度が変化した場合、金属基板Ａと金属基板Ｂでは、熱膨張係数もしくは熱伝導率等が異なり温度変化による膨張もしくは収縮の量が異なるため、接合面で応力が発生する。例えば、金属Ａの熱膨張が金属Ｂの熱膨張よりも大きい時に、温度が上昇すると、応力によって図１に示すように変形する。
しかしながら、第２基板である金属基板Ｂを複数の部材に分割して第１基板である金属基板Ａに接合し、かつ、第２基板側面の周囲に空隙を設けて直接他の部品や基板と接触することがないように配置することによって、それぞれの接合面で発生する応力は分散し、第２基板が一体で構成されている場合、もしくは接触している場合に比べ、各々の変形量は小さくなる。
【００１４】
第１の実施形態
図２は第１の実施形態を示すレーザモジュール平面模式図であり、図３はレーザモジュールパッケージ内に収納されている温度調節器上に設置された光学装置の斜視図である。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２５に取り付けられ、ペルチェ素子からなる温度調節器５０上に設置されたベース５１（第１の基板）上に搭載されている。ベース５１およびPDキャリア２１は銅タングステン合金で構成され、レーザキャリア１１は窒化アルミニウムで構成されている。
レンズ３０は部材３１−ａ（第２の基板）、３１−ｂ（第２の基板）、３１−ｃ（第３の基板）からなるレンズホルダ３１に取り付けられてベース５１上に設置されている。レンズホルダ３１はベース５１等に比べ、熱伝導性の小さい材料である鉄ニッケル合金５０アロイなどで構成されており、レンズホルダ部材３１−ａ、３１−ｂはハンダ等によって銅タングステン合金からなるベース５１に接合されている。レンズホルダ部材３１−ａ、３１−ｂはベース５１との接合面および上部に搭載されるレンズホルダ部材３１−ｃとの接合面以外では他の構成部材に接触しないように配置されている。このように、レンズホルダ３１を３１−ａ、３１−ｂの分割された部材によって、例えばベース５１のような他の構成部材と接合することで、他の構成部材との接合面において、温度変化によって生ずる応力を分散し、各々の部材の変形を低減することができる。
【００１５】
第２の実施形態
第２の実施形態は図２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、温度調節器５０に搭載されるベース５１（第１の基板）の形状が異なるものである。図４は第２の実施形態のレーザモジュールにおいて温度調節器上に設置された光学装置を示す斜視図である。
本実施形態では、ベース５１がコの字形状をしており、レンズホルダ３１−ａ、３１−ｂはベース５１の張り出した両端部分に搭載されている。レンズホルダ３１に加えて、ベース５１も分割された形状とすることで、レンズホルダ部材３１−ａ、３１−ｂの接合面で発生する応力がベース５１を通じて相互に伝播することをより確実に防ぎ、変形量を抑制することができる。
また、温度調節器上に搭載されたベース５１の温度調節器上から張り出した部分にレンズホルダ３１を搭載する構成としているので、レンズ３０およびレンズホルダ３１は温度調節器５０の影響を受けにくい構造となっている。従って、温度調節器が制御のために急激な温度変化をした場合にも、温度変動が小さく変形を生じにくい構造となっている。
さらには、温度調節器５０上に搭載されている場合の、ベース５１およびレンズホルダ部材３１−ａ、３１−ｂの厚さは、パッケージ１００のサイズやレーザ素子１０および光ファイバ４０の光軸調整のために制限されるが、第２の実施形態のような構成とした場合、ベース５１およびレンズホルダ部材３１−ａ、３１−ｂの基板を厚くしてもよい。貼り合わされる金属基板の厚さを厚くすることで、変形量を小さくすることができる。
【００１６】
第３の実施形態
図５は第３の実施形態を示すレーザモジュールの平面模式図であり、図６は側面模式図である。
第３の実施形態に示されるレーザモジュールはレーザ素子１０の温度を変化させることによってレーザ光の波長を可変とする波長可変レーザモジュールである。
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で平行光にされ、アイソレータ４１を透過後、光分岐器４２で分岐される。一方の分岐光は受光素子２１に受光され、もう一方の分岐光は、さらに光分岐器４３で分岐され、一方の分岐光は光波長フィルタ４４を透過後、受光素子２２で受光される。もう一方の分岐光は光ファイバ４０へと導かれる。
レンズ３０、アイソレータ４１、光分岐器４２、４３、光波長フィルタ４４および受光素子２０、２１は第２の基板５３に設置され温度調節器５０上に設置されたベース５１上に接合されている。レーザ素子１０はレーザキャリア１１に取り付けられて小型温度調節器５２上に搭載されて、ベース５１上に接合されたベース５１と同じ材料である銅タングステン合金からなる基板５４上に設置されている。レーザ素子１０は小型温度調節器５２によって他の光学部品とは異なる温度制御をされ、発光波長を制御されている。温度調節器５０と小型温度調節器５２に挟まれた基板５３は、ベース５１もしくは第２の基板とは異なった温度環境に置かれ、異なる膨張もしくは収縮の挙動を示す。基板５３と基板５４は、その応力が相互に影響しないように、空隙を有するように配置され、他の部品と接触していないので、変形を抑えることができる。
本実施形態では基板５４とベース５１は異なる部材を接合するという構成であるが、同じ材料で構成されているので、一体型で形成された部材を用いても基板５３と空隙を有して配置することにより同様の効果が得られる。
【００１７】
第４の実施形態
第４の実施形態は第３の実施形態とほぼ同様の構成を有するレーザモジュールであるが、温度調節器５０に搭載されるベース５１（第１の基板）の形状が異なるものである。
図７は第４の実施形態のレーザモジュールにおいて温度調節器上に設置されるベース５１の斜視図である。
本実施形態ではレーザ光がレーザ素子から光ファイバに伝播されるまでの光軸方向と平行方向の肉厚部分５５をベース５１の両側部分に設けていることである。
本実施形態のように多くの光学部品が温度調節器上に搭載されるレーザモジュールでは、予め複数の光学部品を１つの基板上に設置した後、温度調節器上に搭載することによって製造工程が容易となる。しかしながら、複数の光学部品が配置された基板では周囲基板からの応力の影響を排除してもそれ自体の応力による変形が無視できないものとなってしまう場合がある。本実施形態は、光学部品を搭載せず、ベース５１の厚さをパッケージ１００に収納できる範囲で自由に設計できる部分を肉厚とし、ベース５１の剛性を高めることによって変形をさらに抑制するものである。肉厚部分はどの部分に設けても効果を奏するが、中央部分に光学部品を搭載し、その両側に設けることが望ましい。特に光軸方向での変形を抑制することが光軸のずれを抑えるのに有効であるので、肉厚部分をレーザ光がレーザ素子から光ファイバに伝播されるまでの光軸方向と平行方向に設けることが望ましい。
図７では、ベース５１の両端の肉厚部分を上に盛り上がる形状としたが、ベース５１が温度調節器５０から張り出した部分がある場合にはその部分を下側に厚くしてもよい。また、肉厚部分は同じ材料で構成された部材を接合することによって形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
以上のように本発明にかかる温度調節器を有する光学装置およびレーザモジュールでは、
温度調節器上で異種材料を組み合わせた架台の変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】異種材料を組み合わせた基板での変形を示す図である。
【図２】第１の実施形態にかかるレーザモジュールの側面模式図である
【図３】第１の実施形態にかかるレーザモジュールの斜視図である。
【図４】第２の実施形態にかかるレーザモジュールの斜視図である。
【図５】第３の実施形態にかかるレーザモジュールの平面模式図である
【図６】第３の実施形態にかかるレーザモジュールの側面模式図である
【図７】第４の実施形態にかかるレーザモジュールに使用されるベース５１の斜視図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０：レーザ素子
１１：レーザキャリア
２０：受光素子
２１：受光素子
２２：受光素子
２５；ＰＤキャリア
３０：レンズ
３１：レンズホルダ
４０：光ファイバ
４１：アイソレータ
４２：光分岐器
４３：光分岐器
４４：光波長フィルタ
５０：温度制御器
５１：ベース
５２：小型温度調節器
５３：第１の基板
５４：第２の基板
５５：ベース肉厚部分
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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【図６】
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【図７】
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