(57)【要約】      （修正有）【課題】面発光レーザを搭載したＴＯＳＡにおいて雑音を低減することを目的とする。【解決手段】  ＴＯヘッダー１上に少なくとも面発光レーザチップ３及びモニタ用フォトディテクタ４がマウントされ、所定の透過率を持つ膜がコーティングされた窓６を備えたキャップ７を有する光送信用の面発光レーザモジュールにおいて、前記所定の透過率が40％以下であることを特徴とする。前記面発光レーザチップにおける光出力のスロープ効率は0.5mW/mA以上であることが好ましい。また、本発明の面発光レーザモジュールは、動作速度が10GHz以上である場合に特に効果を発揮する。【選択図】図１
2007103576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＯヘッダー上に少なくとも面発光レーザチップ及びモニタ用フォトディテクタがマウントされ、所定の透過率を持つ膜がコーティングされた窓を備えたキャップを有する光送信用の面発光レーザモジュールにおいて、前記所定の透過率が40％以下であることを特徴とする面発光レーザモジュール。
【請求項２】
前記面発光レーザチップにおける光出力のスロープ効率が0.5mW/mA以上であることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザモジュール。
【請求項３】
前記面発光レーザチップにおける発振波長が760nm以上、870nm以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の面発光レーザモジュール。
【請求項４】
動作速度が10GHz以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の面発光レーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に用いられる面発光レーザを搭載した光送信用モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信において、トランシーバ等のリンクモジュールに搭載される光送信用小型モジュールとして、光コネクタインタフェースを有する光送信用サブアセンブリ（Transmitter Optical Sub-Assembly, ＴＯＳＡ）がある（例えば特許文献１参照）。近年、このＴＯＳＡに面発光レーザを搭載したものが開発され、主にデータコム通信等の短距離の伝送系に用いられようとしている。
【０００３】
図１に、面発光レーザを搭載したＴＯＳＡを分解した斜視図を示す。図１において、ＴＯヘッダー１上に、サブマウント２を介して、面発光レーザチップ３及びモニタ用フォトディテクタ４がマウントされている。面発光レーザチップ３及びモニタ用フォトディテクタ４は、ＴＯヘッダー１に設けられたピン５ａ及び５ｂにワイヤを介して接続されている。
【０００４】
ＴＯヘッダー１は、窓６を備えたキャップ７を有しており、キャップ７の外側にはプラスチックレンズを備えたバレル（図示せず）が被せられている。バレルは、光ファイバコネクタ（図示せず）を介して伝送用光ファイバに（図示せず）に接続される。窓６には、所定の透過率を持つ膜がコーティングされている。面発光レーザチップ３から出射した光は、その一部が窓６を透過し、前記光ファイバに導入される。また、面発光レーザチップ３から出射した光の他の一部は、窓６で反射し、モニタ用フォトディテクタ４により検知され、これにより面発光レーザチップ３をＡＰＣ（Automatic Power Control）で動作させることができる。
【０００５】
窓６のコーティング膜としては、従来、透過率が50%程度のものが用いられていた。その理由は、ショートリーチの伝送規格では、光ファイバへのカップリング効率が0.3mW程度に規定されているためである。すなわち、光ファイバとコネクタとの結合効率を60%、面発光レーザチップからの光出力を1.0mW（スロープ効率0.3mW/mA）とすると、コーティング膜の透過率は50%であることが必要となる。
【特許文献１】特開平０５-２６４８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＴＯＳＡのような光送信用モジュールに搭載されるレーザ光源としては、雑音が少ないことが望まれる。しかしながら、面発光レーザを搭載した従来のＴＯＳＡでは、雑音を十分に低減することが難しいという問題があった。この問題は、特に動作速度が10GHz以上の場合に顕著であった。本発明は、これに鑑み、面発光レーザを搭載したＴＯＳＡにおいて雑音を低減することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の問題を解決するにあたって、本発明者らは、以下の検討を行った。
【０００８】
光送信用モジュールに生じる雑音の原因の一つに、モジュール内のレーザから出射した光がモジュール外の伝送路の途中で反射してレーザ内部に戻ること、いわゆる戻り光がある。
【０００９】
従来、面発光レーザは、ミラーの反射率が99.5%程度と高いことから、戻り光に対して強いと考えられてきた。しかしながら、本発明者らは、検討を重ねた結果、面発光レーザは戻り光に対して必ずしも強くはなく、特に雑音に対して戻り光の影響が大きいこと、さらに、自らの出射光に対する戻り光量の割合（戻り光率）に雑音が依存することを見出した。
【００１０】
雑音は、戻り光の量に依存して大きくなるが、その依存性は、戻り光率がある値以上で雑音が急激に増大するという特徴を示す。その戻り光率の値を臨界戻り光率と呼び、レーザ素子の特性パラメータを用いて以下の式（１）で示される。
【００１１】
2007103576.tif 000003
式（１）において、各記号の意味は以下のとおりである。すなわち、fext,C：臨界戻り光率、τL：共振器の光閉じ込め時間、Ce：レーザ出射端における戻り光との結合効率、Ｋ：Ｋファクタ、ｆｒ：緩和振動周波数、τe：電子寿命、α：スペクトル線幅増大係数。
【００１２】
面発光レーザの場合、他のレーザに比べて共振器長が短いため、式（１）よりわかるように、共振器の光閉じ込め時間τLが非常に短く、従って臨界戻り光率fext,Cが非常に小さくなる。つまり、面発光レーザではわずかな戻り光率で雑音が増大することになる。
【００１３】
よって、雑音増大を防ぐためには、面発光レーザへの戻り光率を小さくすることが効果的である。
【００１４】
本発明は以上の知見より得られたものであり、ＴＯヘッダー上に少なくとも面発光レーザチップ及びモニタ用フォトディテクタがマウントされ、所定の透過率を持つ膜がコーティングされた窓を備えたキャップを有する光送信用の面発光レーザモジュールにおいて、前記所定の透過率が40％以下であることを特徴とする面発光レーザモジュールである。
【００１５】
上記の面発光レーザモジュールにおいては、キャップの窓のコーティング膜の透過率を前記の範囲としたため、光ファイバに入射する光強度を十分に得るためには、チップからの光出力のスロープ効率が0.5mW/mA以上である面発光レーザチップを用いることが望ましい。
【００１６】
上記発明は、面発光レーザチップにおける発振波長が760〜870nmである光送信用の面発光レーザモジュールにおいて特に効果的である。また、発振波長が980〜1250nmである光送信用の面発光レーザモジュールにおいても効果的である。さらに、発振波長が1250〜1650nmである光送信用の面発光レーザモジュールにおいても用いることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、面発光レーザを搭載したＴＯＳＡにおいて、戻り光耐性を向上させ、雑音を低減させることが可能となる。本発明の面発光レーザモジュールは、動作速度が10GHz以上の場合に、特に効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１９】
本発明のＴＯＳＡは、図１に示した従来のＴＯＳＡとほぼ同様の構造であるが、キャップ７に設けられた窓６のコーティング膜の透過率が異なっていることが特徴である。このコーティング膜の透過率は、以下のようにして決めるものとする。
【００２０】
ＴＯＳＡに接続されている光ファイバ中における反射損失又はＴＯＳＡ／光ファイバのコネクタ部分における反射損失（以下、これらを単に反射損失という。また、反射点が複数ある場合はそれらの総和とする。）をLrとし、光ファイバとＴＯＳＡとのカップリング効率をηとすると、面発光レーザチップへの戻り光率Ｘは、コーティング膜の透過率Ｔを用いて以下のように計算される。
【００２１】
Ｘ＝Ｔ2×η2×Ｌr      式（２）
ここで、カップリング効率ηを70％とし、反射損失Lrをパラメータとして、戻り光率Ｘの透過率Ｔ依存性を計算した結果は、図２のようになる。
【００２２】
面発光レーザチップ３の出射光における雑音を低減するためには、戻り光率Ｘが、式（１）で計算される面発光レーザチップの臨界戻り光率よりも小さくなるように、コーティング膜の透過率Ｔを設定すればよい。
【００２３】
コーティング膜の材料は、前記透過率が得られるのであれば特に問わないが、例としてCr、Ni、Fe等の金属、NiFe47等の合金、SiO2、Al2O3、Si等の誘電体が挙げられる。
【００２４】
また、キャップ７に設けられた窓６は、図１に示されるようにＴＯヘッダーの水平面に対して傾斜を有するものとすると、ＴＯＳＡ内部における反射光がレーザ内部に戻るのを防ぐことができるため、より好ましい。上記傾斜の角度は、17°前後が好ましい。しかし、傾斜を有するものでなくても本発明の効果は得られる。
【００２５】
[実施例１] 
図１において、面発光レーザチップ３は、GaAs基板上にAl0.2Ga0.8As/Al0.9Ga0.1Asを35ペア積層した下部多層膜反射鏡、GaAs/Al0.3Ga0.7As多重量子井戸構造を含む活性層、Al0.2Ga0.8As/Al0.9Ga0.1Asを25ペア積層した上部多層膜反射鏡を有しており、発振波長は850nmである。
【００２６】
この面発光レーザチップ３の、式（１）より計算される臨界戻り光率は、-28dBである。なお、計算に用いたパラメータは、τL=2.7×10-14sec、Ce=-2dB、K=0.36×10-9sec、fr=5.8GHz、τe=0.22nsec、α=2とした。
【００２７】
ここで、850nm帯の伝送における光ファイバ中の反射損失は一般に-18dB程度であるため、式（２）を用いて戻り光率Ｘのキャップ透過率Ｔ依存性を計算すると、図２の実線のようになる。ここで、戻り光率Ｘが上記の臨界戻り光率-28dBと等しいときのキャップ透過率Ｔは約0.45（45％）である。実際には、光ファイバ中における反射損失は一定ではなく、上記の-18dBより大きくなることもあることを考慮し、キャップ透過率は0.4（40%）以下とすることが望ましい。特に、850nm帯の伝送では戻り光率として最大で-12dB程度まで考慮が必要な場合があることに鑑み、キャップ透過率を20％以下とすることが特に好ましい。コーティング膜の透過率は、膜の材料に応じて、膜の厚さと透過率との関係に基づき調整すればよい。
【００２８】
キャップの窓６のコーティング膜の透過率を上記のようにしたため、光ファイバに入射する光強度を十分に得るために、面発光レーザチップ３からの出射光のスロープ効率が0.5mW/mA以上となるようにレーザ構造を設計することが好ましい。このスロープ効率の設計は、上部多層膜反射鏡のペア数を調整することで行えばよい。
【００２９】
なお、本実施例では面発光レーザチップの発振波長が850nmの場合について説明したが、760〜870nmの範囲の面発光レーザチップについて適用できるものである。すなわち、前記波長範囲では、面発光レーザチップの臨界戻り光率はほぼ一定であり、また、これらの波長に対する光ファイバ中の反射戻り光量もほぼ一定となるからである。
【００３０】
[実施例２]
面発光レーザチップ３は、GaAs基板上にAl0.9Ga0.1As/GaAsを35ペア積層した下部多層膜反射鏡、GaInNAs/GaNAs三重量子井戸構造を含む活性層、Al0.9Ga0.1As/GaAsを23ペア積層した上部多層膜反射鏡を有しており、この面発光レーザチップの発振波長は1300nmである。なお、上記活性層を構成するGaInNAsに代えてGaInNAsSbを用いると、結晶品質上さらに好ましい。
【００３１】
この面発光レーザチップ３の、式（１）より計算される臨界戻り光率は、-30.4dBである。なお、計算に用いたパラメータは、τL=2.7×10-14sec、Ce=-2dB、K=0.39×10-9sec、fr=4.9GHz、τe=0.49×10-9sec、α=2とした。
【００３２】
ここで、光ファイバ中の反射損失を-18dB程度として考えると、実施例１の場合と同様、キャップ透過率は0.4（40%）以下とすることが望ましい。なお、コーティング膜の透過率は、膜の材料に応じて、膜の厚さと透過率との関係に基づき調整すればよい。
【００３３】
なお、本実施例では発振波長を1300nmとしたが、1250〜1650nmの範囲の面発光レーザチップについて適用できるものである。すなわち、前記波長範囲では、面発光レーザチップの臨界戻り光率はほぼ一定であり、また、これらの波長に対する光ファイバ中の反射戻り光量もほぼ一定となるからである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来及び本発明のＴＯＳＡを示す斜視図である。
【図２】一般的なＴＯＳＡにおけるキャップ窓の透過率と戻り光率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１  ＴＯヘッダー
２  サブマウント
３  面発光レーザチップ
４  モニタ用フォトディテクタ
５ａ、５ｂ  ピン
６  窓
７  キャップ
【図１】
2007103576.tif 000004
【図２】
2007103576.tif 000005