(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射ポートと出射ポートとを有する光半導体素子、外部から入射する光を平行ビームにコリメーションする第２入射レンズ、上記第２入射レンズと平行ビーム系を構成するとともに平行ビームを上記入射ポートに入射する光に集束する第１入射レンズ、上記出射ポートから出射する光を平行ビームにコリメーションする第１出射レンズおよび上記第１出射レンズと平行ビーム系を構成するとともに平行ビームを外部に出射する光に収束する第２出射レンズを具備する光半導体素子モジュールにおいて、
上記光半導体素子の駆動配線は、上記平行ビーム系から離間した領域に配線され、
少なくとも上記第１入射レンズと上記第２入射レンズとの間、または上記第１出射レンズと上記第２出射レンズとの間の一方の距離が４ｍｍ以下であることを特徴とする光半導体素子モジュール。
【請求項２】
上記光半導体素子は、異なる数の上記入射ポートと上記出射ポートとを有し、
上記入射ポートの数が上記出射ポートの数より多いときには上記第１入射レンズと上記第２入射レンズとの間の距離が上記第１出射レンズと上記第２出射レンズとの間の距離より小さく、逆に上記出射ポートの数が上記入射ポートの数より多いときには上記第１出射レンズと上記第２出射レンズとの間の距離が上記第１入射レンズと上記第２入射レンズとの間の距離より小さいことを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光半導体素子を備えた光半導体素子モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光半導体素子モジュールでは、光半導体素子の両端面に光ファイバなどと結合するためのポートが各１個設けられ、それぞれのポートと光結合する光学系が配置されている。また、光半導体素子の特性が温度依存性を有しているために、光半導体素子モジュールの中央に電子冷却素子を配置し、光半導体素子の温度が一定になるように制御して温度依存性を低減している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３２９９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、電子冷却素子の駆動配線や光半導体素子の駆動配線を配線する領域を光半導体素子モジュール内に確保するために、光学系を構成する第１レンズと第２レンズとの間の距離を大きくすることが必要である。そのため、光軸がレンズの中心軸からずれた場合、光ファイバと光半導体素子のポートとの結合効率の過剰損失が大きくなるという問題がある。
【０００５】
この発明の目的は、結合効率に関する過剰損失を低減する光半導体素子モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係わる光半導体素子モジュールは、入射ポートと出射ポートとを有する光半導体素子、外部から入射する光を平行ビームにコリメーションする第２入射レンズ、上記第２入射レンズと平行ビーム系を構成するとともに平行ビームを上記入射ポートに入射する光に集束する第１入射レンズ、上記出射ポートから出射する光を平行ビームにコリメーションする第１出射レンズおよび上記第１出射レンズと平行ビーム系を構成するとともに平行ビームを外部に出射する光に収束する第２出射レンズを具備する光半導体素子モジュールにおいて、上記光半導体素子の駆動配線は、上記平行ビーム系から離間した領域に配線され、少なくとも上記第１入射レンズと上記第２入射レンズとの間、または上記第１出射レンズと上記第２出射レンズとの間の一方の距離が４ｍｍ以下である。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係わる光半導体素子モジュールの効果は、電子冷却素子や光半導体素子の駆動配線を光軸上から外れた領域に配線することにより、光半導体素子に対する入射光または出射光に関する光学系を構成する第１レンズと第２レンズとの間の距離を４ｍｍ以下にできるので、光半導体素子の入射ポートまたは出射ポートでの結合効率に関する過剰損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる光半導体素子モジュールの平面図である。図１においては、パッケージの内部の様子が分かるようにパッケージの一部を取り除いて図示している。
この発明の実施の形態１に係わる光半導体素子モジュール１は、２本の光ファイバ２、３が外部に配置され、第１光ファイバ２から入射される光を光半導体素子４において処理し、処理した光を第２光ファイバ３に出射する。
この光半導体素子４は、光半導体素子４の特性の温度依存性を低減するために、ペルチェ素子などの電子冷却素子５の中央に実装されている。また、光半導体素子４と電子冷却素子５とを気密封止するために、電子冷却素子５がパッケージ６の中央に配置されている。そして、電子冷却素子５は、パッケージ６内部の半分程度を占有している。
また、光半導体素子４は、１個の入射ポート７と１個の出射ポート８とが設けられている。
【０００９】
光半導体素子モジュール１は、第１光ファイバ２から入射される光を入射ポート７に導く第１平行ビーム光学系１１と、出射ポート８から出射される光を第２光ファイバ３に導く第２平行ビーム光学系１２を備える。
第１平行ビーム光学系１１は、第１光ファイバ２から入射される光を平行ビームにコリメーションする第２入射レンズ１３、第２入射レンズ１３と第１平行ビーム系を構成するとともに平行ビームを入射ポート７に集束する第１入射レンズ１４から構成される。
また、第２平行ビーム光学系１２は、出射ポート８から出射される光を平行ビームにコリメーションする第１出射レンズ１５、第１出射レンズ１５と第２平行ビーム系を構成するとともに平行ビームを第２光ファイバ３に集束する第２出射レンズ１６から構成される。
そして、パッケージ６には、第２入射レンズ１３と第１入射レンズ１４の間および第１出射レンズ１５と第２出射レンズ１６の間にそれぞれ平行ビームが透過する窓１７が設けられている。
【００１０】
光半導体素子４と電子冷却素子５の駆動配線は、第１平行ビーム系と第２平行ビーム系から離間した領域に配線されている。また、第１平行ビーム系を構成する第２入射レンズ１３と第１入射レンズ１４との間の距離（Ｌ１）を３ｍｍとした。また、第２平行ビーム系を構成する第１出射レンズ１５と第２出射レンズ１６との間の距離（Ｌ２）も３ｍｍとした。
そして、第１平行ビーム系を構成する第２入射レンズ１３と第１入射レンズ１４との間の距離を３ｍｍとすると、入射ポート７の中心と第１入射レンズ１４のレンズ光軸とがずれたとき発生する結合効率の低減量（以下、「過剰損失」と称す）を低減することができる。
【００１１】
入射ポート７の中心と第１入射レンズ１４のレンズ光軸とが理想的に揃って組み立てられたときには、第１平行ビーム系の第２入射レンズ１３と第１入射レンズ１４との間の距離に過剰損失は依存しない。しかし、入射ポート７の中心と第１入射レンズ１４のレンズ光軸との間にずれが生じると過剰損失はずれに対する依存性がある。
入射ポート７の中心と第１入射レンズ１４のレンズ光軸とのずれに対する過剰損失は、図２に示すような依存性を有する。図２は、入射ポート７の中心と第１入射レンズ１４のレンズ光軸とのずれに対する過剰損失の依存性を第２入射レンズ１３と第１入射レンズ１４との間の距離をパラメータにして示すグラフである。
図２のグラフから分かるように、第１入射レンズ１４のレンズ光軸と入射ポート７の中心とのずれが大きいほど過剰損失が大きくなる。また、第１入射レンズ１４のレンズ光軸と入射ポート７の中心とのずれが等しいとき、第２入射レンズ１３と第１入射レンズ１４との間の距離が大きいほど過剰損失が大きくなる。
【００１２】
通常、第１入射レンズ１４のレンズ光軸と入射ポート７の中心とのずれは±１０μｍ以内に抑えることができるので、第２入射レンズ１３と第１入射レンズ１４との間の距離を４ｍｍ以下にすることにより、過剰損失を０．３ｄＢ以下に抑えることができる。
また、第２平行ビーム系に関して、同様に、第１出射レンズ１５と第２出射レンズ１６との間の距離を４ｍｍ以下にすることにより、過剰損失を０．３ｄＢ以下に抑えることができる。
【００１３】
このような光半導体素子モジュール１は、電子冷却素子５や光半導体素子４の駆動配線を光軸上から外れた領域に配線することにより、光半導体素子４に対する入射光または出射光に関する光学系を構成する第１レンズと第２レンズとの間の距離を４ｍｍ以下にできるので、光半導体素子４の入射ポート７または出射ポート８での結合効率に関する過剰損失を低減することができる。
【００１４】
なお、実施の形態１において、入射ポート７に係わるレンズ間距離と出射ポート８に係わるレンズ間距離とを４ｍｍ以下にする例を説明したが、一方だけ４ｍｍ以下にし、他方を組立時にレンズ光軸とポートの中心とを一致させてもよい。
【００１５】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係わる光半導体素子モジュールの平面図である。図３においては、パッケージの内部の様子が分かるようにパッケージの一部を取り除いて図示している。図４は、第１入射レンズと入射ポートとの位置関係を説明するために配置図である。
この発明の実施の形態２に係わる光半導体素子モジュール１Ｂは、３本の光ファイバが外部に配置され、第１光ファイバ２と第３光ファイバ９から入射される光を光半導体素子４Ｂにおいて処理し、処理した光を第２光ファイバ３に出射する。
第１光ファイバ２と第３光ファイバ９は、クラッド径が１２５μｍ、モードフィールド径が１０μｍの光ファイバであり、クラッドの外周を押し当て、２本を束ねることにより高精度にピッチを管理している。第１光ファイバ２と第３光ファイバ９とのコア中心の最小間隔は１２５μｍとなる。
【００１６】
この光半導体素子４Ｂは、光半導体素子４Ｂの特性の温度依存性を低減するために、ペルチェ素子などの電子冷却素子５の中央に実装されている。また、光半導体素子４Ｂと電子冷却素子５とを気密封止するために、電子冷却素子５がパッケージ６内に配置されている。そして、電子冷却素子５は、パッケージ６内部の半分程度を占有している。
また、光半導体素子４Ｂは、２個の第１入射ポート７および第２入射ポート１０と１個の出射ポート８とが設けられている。第１入射ポート７と第２入射ポート１０は、図４に示すように、中心線から中心線の両側に１２．５μｍ離間して配設されている。これは、入射ポート７、１０と出射ポート８のスポットサイズが１μｍであり、最適結合倍率は５倍であり、コア中心１２５μｍの５分の１が最適結合のポート間隔であるので、第１入射ポート７と第２入射ポート１０とは、２５μｍ離れている。
【００１７】
光半導体素子モジュール１Ｂは、第１光ファイバ２と第３光ファイバ９から入射される光を第１入射ポート７と第２入射ポート１０に導く第１平行ビーム光学系１１と、出射ポート８から出射される光を第２光ファイバ３に導く第２平行ビーム光学系１２を備える。
第１平行ビーム光学系１１は、第１光ファイバ２と第３光ファイバ９から入射される光を平行ビームにコリメーションする第２入射レンズ１３、第２入射レンズ１３と第１平行ビーム系を構成するとともに平行ビームを第１入射ポート７と第２入射ポート１０に集束する第１入射レンズ１４から構成される。
第１入射レンズ１４のレンズ光軸は、図４に示すように、第１入射ポート７と第２入射ポート１０との中間に位置する中心線上にある。
【００１８】
また、第２平行ビーム光学系１２は、出射ポート８から出射される光を平行ビームにコリメーションする第１出射レンズ１５、第１出射レンズ１５と第２平行ビーム系を構成するとともに平行ビームを第２光ファイバ３に集束する第２出射レンズ１６から構成される。
そして、パッケージ６には、第２入射レンズ１３と第１入射レンズ１４との間および第１出射レンズ１５と第２出射レンズ１６との間にそれぞれ平行ビームが透過する窓１７が設けられている。
【００１９】
光半導体素子４Ｂと電子冷却素子５の駆動配線は、第１平行ビーム系と第２平行ビーム系から離間した領域に配線されている。そして、電子冷却素子５がパッケージ６内の第２入射レンズ１３側に片寄って配置されている。その結果、第２入射レンズ１３と第１入射レンズ１４との間の距離（Ｌ１）が第１出射レンズ１５と第２出射レンズ１６との間の距離（Ｌ２）より短くなっている。
【００２０】
第１平行ビーム系のレンズ光軸と第１入射ポート７および第２入射ポート１０の中心は、幾何学的に１２．５μｍずれており、組立により一致させることは不可能である。一方、出射ポート８側では、出射ポートとの中心と第２平行ビーム系のレンズ光軸とを一致して組み立てることができるので、過剰損失の発生が不可避な第１平行ビーム系の第２入射レンズ１３と第１入射レンズ１４との間の距離を４ｍｍ以下にすることにより、過剰損失を０．３ｄＢ以下に抑えることができる。逆に、第１出射レンズ１５と第２出射レンズとの間の距離は広くなるが、上述したように組立時に第１出射レンズ１５のレンズ光軸と出射ポート８の中心とを一致させることができるので、過剰損失の発生を防ぐことができる。
【００２１】
このような光半導体素子モジュール１Ｂは、電子冷却素子５や光半導体素子４Ｂの駆動配線を光軸上から外れた領域に配線することにより、２つのポートに対して１つのレンズが対応し、ポートの中心にレンズ光軸を合わせることができない場合でも、このレンズと平行ビーム系を構成するレンズとの間の距離をレンズ光軸とポートの中心とを一致させることのできる側のレンズ間の距離より短くすることにより、光半導体素子の入射ポートまたは出射ポートでの結合効率に関する過剰損失を低減することができる。
【００２２】
なお、実施の形態２において、入射ポート側に２つのポートが設けられ、出射ポート側に１つのポートが設けられた例について説明したが、逆に出射ポート側に２つのポートを設け、入射ポート側に１つのポートを設け、出射ポート側に係わるレンズ間の距離を入射ポート側に係わるレンズ間の距離より短くしても、同様に過剰損失の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の実施の形態１に係わる光半導体素子モジュールの平面図である。
【図２】入射ポートの中心と第１入射レンズのレンズ光軸とのずれに対する過剰損失の依存性を第２入射レンズと第１入射レンズとの間の距離をパラメータにして示すグラフである。
【図３】この発明の実施の形態２に係わる光半導体素子モジュールの平面図である。
【図４】第１入射レンズと入射ポートとの位置関係を説明するために配置図である。
【符号の説明】
【００２４】
１、１Ｂ  光半導体素子モジュール、２、３、９  光ファイバ、４、４Ｂ  光半導体素子、５  電子冷却素子、６  パッケージ、７、１０  入射ポート、８  出射ポート、１１、１２  平行ビーム光学系、１３  第２入射レンズ、１４  第１入射レンズ、１５  第１出射レンズ、１６  第２出射レンズ、１７  窓。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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