(57)【要約】【課題】  良好な冷却とＲＦ特性を得る光通信モジュールを提供する。【解決手段】  光通信モジュール１００は、半導体レーザ１２とＳＯＡ１４とが集積化されたＬＤチップ１１と、上面にＬＤチップ１１を搭載するＴＥＣ６０と、ＬＤチップ１１に変調信号を入力するための入力端子７２と、ＬＤチップ１１およびＴＥＣ６０を収容し、光出力側の側壁７７と対向する側壁７１に入力端子７２が設けられたパッケージ７０と、を備え、ＴＥＣ６０は、光出力方向（Ｙ軸方向）に沿った長さが、それに直交する方向（Ｘ軸方向）の長さに比べて大きく、ＬＤチップ１１は、ＴＥＣ６０のＹ軸方向の長さの中心よりも入力端子７２側に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザと半導体光増幅器とが集積化されたレーザチップと、
上面に前記レーザチップを搭載する温度制御装置と、
前記レーザチップに変調信号を入力するための入力端子と、
前記レーザチップおよび前記温度制御装置を収容し、光出力側の側壁と対向する側壁に前記入力端子が設けられたパッケージと、を備え、
前記温度制御装置は、光出力方向に沿った長さが、それに直交する方向の長さに比べて大きく、
前記レーザチップは、前記温度制御装置の前記光出力方向に沿った長さの中心よりも前記入力端子側に配置されたことを特徴とする光通信モジュール。
【請求項２】
前記レーザチップは、スペーサを介して前記温度制御装置の上面に配置され、前記スペーサは、前記光出力方向に沿った長さが、前記温度制御装置の前記光出力方向に沿った長さと実質的に等しいことを特徴とする請求項１記載の光通信モジュール。
【請求項３】
前記温度制御装置は、前記パッケージ内の面積の５０％以上を占めることを特徴とする請求項１記載の光通信モジュール。
【請求項４】
前記スペーサは、鉄−ニッケル−コバルト合金からなることを特徴とする請求項２記載の光通信モジュール。
【請求項５】
前記温度制御装置の前記光出力方向における長さが、前記光出力方向に直交する方向の長さの２倍以上であることを特徴とする請求項１または３記載の光通信モジュール。
【請求項６】
前記レーザチップには、前記半導体レーザの出力を変調する光変調器がさらに集積化されてなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の光通信モジュール。
【請求項７】
前記光変調器と前記入力端子の間は、伝送線路を介して接続されてなることを特徴とする請求項１記載の光通信モジュール。
【請求項８】
前記レーザチップと光結合されるレンズを、前記温度制御装置の前記光出力方向に沿った長さの中心よりも前記入力端子側に配置したことを特徴とする請求項１記載の光通信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
小型化を指向してきた光通信装置の分野では、通信装置がモジュール化され、光学部品等をケースに収納するモジュール（特許文献１参照）が知られている。光学部品として、発光素子を内部に備えた光送信部であるＴＯＳＡ（Transmitter Optical Sub-Assembly）や受光素子を内部に備えた光受信部であるＲＯＳＡ（Receiver Optical Sub-Assembly）等が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２６４５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、ＴＯＳＡの高出力化のため、ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）を集積したＬＤ（Laser Diode）チップの搭載が検討されている。ただし、ＳＯＡを集積したＬＤチップを搭載することは発熱量の増加をまねく。ところが、定められたインターフェイス規格に合わせて従来のレイアウトを採用すると、冷却性能が不十分になる。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、良好な冷却性能を有する光通信モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る光通信モジュールは、半導体レーザと半導体光増幅器とが集積化されたレーザチップと、上面に前記レーザチップを搭載する温度制御装置と、前記レーザチップに変調信号を入力するための入力端子と、前記レーザチップおよび前記温度制御装置を収容し、光出力側の側壁と対向する側壁に前記入力端子が設けられたパッケージと、を備え、前記温度制御装置は、光出力方向に沿った長さが、それに直交する方向の長さに比べて大きく、前記レーザチップは、前記温度制御装置の前記光出力方向に沿った長さの中心よりも前記入力端子側に配置されたことを特徴とする。本発明に係る光通信モジュールによれば、良好な冷却性能を有することができる。
【０００７】
前記レーザチップは、スペーサを介して前記温度制御装置の上面に配置され、前記スペーサは、前記光出力方向に沿った長さが、前記温度制御装置の前記光出力方向に沿った長さと実質的に等しくなるようにしてもよい。
【０００８】
前記温度制御装置は、前記パッケージ内の面積の５０％以上を占める構成としてもよい。
【０００９】
前記スペーサは鉄−ニッケル−コバルト合金からなることとしてもよい。
【００１０】
前記温度制御装置の前記光出力方向における長さが、前記光出力方向に直交する方向の長さの２倍以上になるようにしてもよい。
【００１１】
前記レーザチップには、前記半導体レーザの出力を変調する光変調器がさらに集積化されてなることとしてもよい。
【００１２】
前記光変調器と前記入力端子の間は、伝送線路を介して接続されてなることとしてもよい。
【００１３】
前記レーザチップと光結合されるレンズを、前記温度制御装置の前記光出力方向に沿った長さの中心よりも前記入力端子側に配置することとしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、良好な冷却性能を有する光通信モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例に係る光通信モジュールの模式図である。
【図２】パッケージ内部の拡大図である。
【図３】ＴＥＣの平面図（ＸＹ平面）である。
【図４】ＴＥＣの側面図（ＹＺ平面）である。
【図５】スペーサの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は、実施例に係る光通信モジュール１００の模式図である。図１に示すように、光通信モジュール１００は、ＬＤキャリア１０、コリメートレンズ２０、ビームスプリッタ３０、モニタＰＤ（Photo Diode）キャリア４０、スペーサ５０、ＴＥＣ（Thermo Electric Cooler）６０、パッケージ７０を備えている。パッケージ７０は、ＬＤキャリア１０、コリメートレンズ２０、ビームスプリッタ３０、モニタＰＤキャリア４０、スペーサ５０、ＴＥＣ６０を収容する筐体である。パッケージ７０の側壁７１には入力端子７２が設けられている。入力端子７２の内側にはパッケージ基板７３が設けられている。パッケージ基板７３には導線７４、伝送線路７５が形成されている。入力端子７２から入力された電源電流は、導線７４、ワイヤ７６を介してＬＤチップ１１に入力され、入力端子７２から入力されたＲＦ信号（変調信号）は、伝送線路７５を介してＬＤチップ１１に入力されることでＬＤチップが制御される。さらに、パッケージ７０の側壁７１と対向する側壁７７には、光ファイバ７８が接続されるファイバホルダ７９が設けられている。光通信モジュール１００におけるレーザ光の出力方向は、ＬＤチップ１１から光ファイバ７８へ向かう方向である。したがって、上記の側壁７７は光出力側の側壁である。以下、レーザ光の出力方向を正方向にＹ軸を設定する。さらに、Ｙ軸に直交する方向を正方向にＸ軸を設定する。Ｙ軸に直交し、ＴＥＣ６０からＬＤチップ１１へ向かう方向を正方向にＺ軸を設定する。
【００１８】
図２は、パッケージ７０内部の拡大図である。ＬＤキャリア１０はＬＤチップ１１を備えている。ＬＤチップ１１は、半導体レーザ１２、光変調器１３、および半導体光増幅器（ＳＯＡ）１４が集積化された構成を有する。ＬＤチップ１１は、半導体レーザ１２、光変調器１３、ＳＯＡ１４の順序で集積化されている。半導体レーザ１２、光変調器１３、ＳＯＡ１４は、光結合されている。光変調器１３は、半導体レーザ１２から出力される出力光を変調する。光変調器１３への変調信号は伝送線路７５を介して接続される入力端子７２から入力される。ＳＯＡ１４は、光変調器１３から出力される変調信号光を光増幅して出力する。コリメートレンズ２０、およびビームスプリッタ３０はＬＤチップ１１の出力光の経路上に位置する。コリメートレンズ２０はＬＤチップ１１のＹ軸正方向に位置し、ビームスプリッタ３０はコリメートレンズ２０のＹ軸正方向に位置する。モニタＰＤキャリア４０はビームスプリッタ３０のＸ軸負方向に位置する。モニタＰＤキャリア４０は、受光部４１をビームスプリッタ３０に向けている。ＬＤチップ１１の出力光は、コリメートレンズ２０を通過して平行光になり、ビームスプリッタ３０へ入力される。ビームスプリッタ３０は、入力光を２つに分光し、その一方はモニタＰＤキャリア４０に入力する。他方はビームスプリッタ３０を透過して光ファイバ７８に入力される。モニタＰＤキャリア４０は、受光した入射光を電流信号に変換し、制御部（図示しない）へ送る。また、ＬＤキャリア１０には、光変調器１３を制御する高周波信号線である伝送線路１５が設けられている。伝送線路１５および伝送線路７５は、コプレーナ線路で構成されている。コプレーナ線路は、両側に設けられ、ＬＤチップ１１のグランドに接続されているグランド線路と当該両側のグランド線路の間に設けられ、光変調器１３に接続されている信号線路を有している。ＴＥＣ６０は温度変換素子を備える温度制御装置である。ＴＥＣ６０は、電極ポスト６５，６６が設けられている。入力端子７２から入力された電源電流は、導線７４、ワイヤ７６を介してＴＥＣ６０に入力されることでＴＥＣ６０が制御される。
【００１９】
上記のＬＤキャリア１０、コリメートレンズ２０、ビームスプリッタ３０、モニタＰＤキャリア４０は、スペーサ５０上に実装されている。スペーサ５０の材質は一例として、コバール（鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金）、ＣｕＷ（銅タングステン）、ＳＵＳ（鉄（Ｆｅ）−クロム（Ｃｒ）−ニッケル（Ｎｉ）合金）等の素材の中から選択できる。この中でも、溶接のしやすさ、耐熱性を考慮するとコバールが最適である。さらに、このスペーサ５０はＴＥＣ６０上に実装されている。
【００２０】
図３はＴＥＣ６０の平面図（ＸＹ平面）、図４はＴＥＣ６０の側面図（ＹＺ平面）である。図３または図４に示すように、ＴＥＣ６０は、第１プレート６１と、第１プレート６１の下側の第２プレート６２と、温度変換素子６３を備えている。第１プレート６１、および第２プレート６２のＹ軸方向の長さはＸ軸方向の長さに比べて大きい。第２プレート６２は、電極ポスト６５，６６が設けられているため、第１プレート６１よりもＹ軸方向の長さが大きい。温度変換素子６３は、第１プレート６１と第２プレート６２との間に位置する。温度変換素子６３は、ｐ型半導体とｎ型半導体とが交互に組み合わされて構成されている。ＴＥＣ６０は温度変換素子６３のペルチェ効果を利用して温度を制御する。電極ポスト６５，６６間に電位差を与えると温度変換素子６３に電流が流れ、第１プレート６１から第２プレート６２へ熱が移動し、第１プレート６１が冷却される。この結果、第１プレート６１上に実装されたＬＤチップ１１などの各部品が冷却される。例えば、第１プレート６１および第２プレート６２の材料は、アルミナ（ＡｌＯ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる。
【００２１】
次に、光通信モジュール１００の各部品のサイズや配置について詳細に説明する。光通信モジュール１００は、ＸＭＤ‐ＭＳＡ（10Gbit/s Miniature Device Multi Source Agreement）に規定された仕様に基づき、コネクタインターフェイスが設計されている。したがって、パッケージ７０はＴＯＳＡ規格に準じて大きさが定められている。パッケージ７０のＸ軸方向の長さは、ＸＭＤ‐ＭＳＡに規定されたＴＯＳＡの幅（６ｍｍ以下）である。このようにパッケージ７０のＸ軸方向の長さが制限されてしまうため、パッケージ７０の内部に配置するＴＥＣ６０のＸ軸方向の長さも制限される。
【００２２】
ところで、ＴＥＣ６０の冷却性能は、ＴＥＣ６０のプレートの面積によって決定される。ＴＥＣ面積が大きいほど温度変換素子が増加できるからである。温度変換素子が増加するほどＴＥＣ６０の冷却性能が向上する。ＴＥＣ６０が冷却するＬＤチップ１１はＳＯＡ１４を備えているため発熱量が多い。このため、ＴＥＣ６０には、高い冷却性能が要求される。従来の光通信モジュールが備えていたＴＥＣの冷却性能では不十分であるため、ＴＥＣ６０の面積を大きくする必要がある。前述のとおり、ＴＥＣ６０のＸ軸方向の長さが制限されるので、第１プレート６１、および第２プレート６２はＹ軸方向の長さを変更することにより最適な面積を設定する。ここで、図３に示すように、第１プレート６１および第２プレートのＸ軸方向の長さをＬ０、第１プレート６１のＹ軸方向の長さをＬ１、第２プレート６２のＹ軸方向の長さをＬ２とする。ＴＥＣ６０の冷却能力を大きくするには、Ｙ軸方向の長さＬ１を大きくする。このため、第１プレート６１および第２プレート６２のＹ軸方向の長さはＸ軸方向の長さよりも大きくなる（Ｌ０＜Ｌ１，Ｌ２）。ここでは、プレートの縦横比の関係の一例として、第１プレート６１のＹ軸方向の長さはＸ軸方向の長さの２倍とする構成（Ｌ１＝２Ｌ０）を示す。本実施例における構成の一例として、Ｌ０＝４ｍｍ、Ｌ１＝８ｍｍ、Ｌ２＝９ｍｍである（Ｌ０：Ｌ１：Ｌ２＝１：２：２．２５）。なお、ＴＥＣ６０の高さ（Ｚ軸方向の長さ）はおよそ１ｍｍである。ＴＥＣ６０の面積は、パッケージ７０内の面積の８０％を占めている。このような構成の光通信モジュール１００においては、ＴＥＣ６０の面積がパッケージ７０内の面積の５０％以上を占めている場合に高い冷却性能を得ることができる。
【００２３】
次に、スペーサ５０上に配置される各部品の位置について説明する。ＴＥＣにおける冷却の熱効率を考慮すると、通常、冷却対象物はＴＥＣの中央に配置される。しかしながら、本構成では、ＴＥＣ６０のＸ軸方向の長さに対し、Ｙ軸方向の長さが大きいため、冷却対象のチップをＴＥＣ６０の中央に配置すると、入力端子７２からの距離が長くなる。チップと入力端子７２との距離が長くなるとチップにおける変調信号のＲＦ特性の劣化が生じる。本実施例では、ＬＤチップ１１が搭載されたＬＤキャリア１０はスペーサ５０上の入力端子７２側に配置されている。より詳しくは、ＬＤチップ１１が搭載されたＬＤキャリア１０は、ＴＥＣ６０における第１プレート６１のＹ軸方向の長さの中心（図１、図２中の中心線ｃ）よりも入力端子７２側に配置されている。すなわち、ＬＤキャリア１０は、入力端子７２に近づけて配置されている。ＬＤキャリア１０を上記のように配置すると、ＬＤチップ１１と入力端子７２との距離を小さくできる。これにより、変調信号のＲＦ特性の劣化を抑制できる。
【００２４】
一方、ＬＤチップ１１がＴＥＣ６０の中央に配置されていないことから熱効率の低下が懸念される。この対策としてスペーサ５０が備えられている。図５はスペーサ５０の平面図である。スペーサ５０のＹ軸方向長さは、ＴＥＣ６０の第１プレート６１のＹ軸方向の長さと実質的に等しい。図５に示すように、本実施例ではスペーサ５０はＴＥＣ６０の上面の第１プレート６１と同一形状をしている。すなわち、本実施例で一例を示すスペーサ５０のＸ軸方向長さは４ｍｍ、Ｙ軸方向長さは８ｍｍであり（縦横比１：２）。スペーサ５０は、熱伝導性が適切な材質で形成されているため、ＬＤチップ１１が発する熱をスペーサ５０の全面へ拡散する。スペーサ５０はＴＥＣ６０の第１プレート６１と同一形状なので、ＴＥＣ６０の全面でスペーサ５０全面を冷却する。これにより、ＬＤチップ１１が円滑に冷却される。
【００２５】
また、図１、図２に示すように、コリメートレンズ２０は、入力端子７２側に配置されている。より詳細に説明すると、コリメートレンズ２０が、ＴＥＣ６０における第１プレート６１のＹ軸方向の長さの中心（図２中の中心線ｃ）よりも入力端子７２側に配置されている。したがって、コリメートレンズ２０は、ＬＤチップ１１との距離が近く、間隔を狭くしてスペーサ５０上に配置されている。
【００２６】
ＴＥＣ６０は熱伝達により上面の第１プレート６１に比べて下面の第２プレート６２が高温になるため、上面の第１プレート６１に比べて下面の第２プレート６２が熱膨張する。このため、ＴＥＣ６０の周辺部分が持ち上がり、中央付近が窪むように変形する。特に、ＴＥＣ６０はＹ軸方向がＸ軸方向に比べて長いため、Ｙ軸方向の変形の度合いが大きい。
【００２７】
一方、本実施例のように、ＬＤキャリア１０、コリメートレンズ２０、ビームスプリッタ３０、モニタＰＤキャリア４０が互いに間隔を狭くして配置されているため、ＴＥＣ６０の熱膨張による距離の変動を小さく抑えることができる。これにより、光軸精度の低下を抑制することができる。また、入力端子７２に近いことから、各部品の端子間のワイヤ長を短くすることができる。
【００２８】
本実施例のＴＥＣ６０のプレートの縦横比の関係は、ＴＥＣ６０に要求される冷却能力に応じて、プレートのＹ軸方向の長さを調整することとしてもよい。一例として、第１プレート６１のＹ軸方向の長さはＸ軸方向の長さの２倍より大きい構成（Ｌ１，Ｌ２＞２Ｌ０）としてもよい。Ｙ軸方向の長さが大きいほど、ＴＥＣ６０の面積が大きくなり、冷却能力が大きくなる。この場合であっても、スペーサ５０のＹ軸方向長さは、ＴＥＣ６０の第１プレート６１のＹ軸方向の長さと実質的に等しい。さらに、スペーサ５０はＴＥＣ６０の上面の第１プレート６１と同一形状とすることが好ましい。
【００２９】
以上において説明したように、光通信モジュール１００は、ＳＯＡを集積したＬＤチップを搭載することにより発熱量が増加するが、縦横比の大きなＴＥＣを採用することにより、ＬＤチップを適切に冷却できる。また、光通信モジュール１００は、ＬＤチップなどの素子や部品を入力端子に近づけて配置することにより、大きな縦横比の影響から生じる素子や部品間の距離の変動を抑制して、ＲＦ特性の劣化を抑制できる。
【００３０】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１１  ＬＤチップ（レーザチップ）
１２  半導体レーザ
１３  光変調器
１４  半導体光増幅器（ＳＯＡ）
１５  伝送線路
２０  コリメートレンズ（レンズ）
３０  ビームスプリッタ
４０  モニタＰＤキャリア
５０  スペーサ
６０  ＴＥＣ（温度制御装置）
６１  第１プレート
６２  第２プレート
７０  パッケージ
７１  側壁
７２  入力端子
７５  伝送線路
７７  側壁（光出力側の側壁）
１００  光通信モジュール
【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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