(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子が、前記半導体レーザ素子の温度を調整するサーモモジュール上に熱溶融接続材料を用いて固定設置されている、半導体レーザモジュールを備えた光通信機器において、
前記半導体レーザ素子に駆動電流を供給するレーザ駆動電源と、
前記半導体レーザ素子の温度を検知する温度センサと、
前記温度センサによって検知された前記半導体レーザ素子の温度に基づき、前記半導体レーザ素子を所望の温度に調整するためのサーモモジュール電流を前記サーモモジュールに通電するサーモモジュール電流発生電源部と、
前記半導体レーザモジュールの環境温度を検出する環境温度センサと、
前記環境温度センサによって検出された前記半導体レーザモジュールの環境温度及び前記半導体レーザ素子の駆動電流に基づき、前記半導体レーザ素子の温度が所定の上限温度になる場合の前記サーモモジュールに通電される加熱方向のサーモモジュール電流を最大許容電流値として求める演算処理部と、
前記演算処理部における演算処理結果を受けて、前記加熱方向のサーモモジュール電流を前記最大許容電流値以下に制限する制御信号を前記サーモモジュール電流発生電源部に発信する制御部と、
を有することを特徴とする半導体レーザモジュールを備えた光通信機器。
【請求項２】
前記半導体レーザモジュールに接続され、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入射される光ファイバを有する、請求項１記載の半導体レーザモジュールを備えた光通信機器。
【請求項３】
前記半導体レーザ素子の所定の上限温度が、前記熱溶融接続材料の溶融温度以下の温度である、請求項１記載の半導体レーザモジュールを備えた光通信機器。
【請求項４】
前記熱溶融接続材料が、半田である、請求項３記載の半導体レーザモジュールを備えた光通信機器。
【請求項５】
前記演算処理部において、前記サーモモジュール電流の最大許容電流値Ｉtm（max）が、次式
Ｉtec （max）=ａＴc ＋ｂＩop＋ｃ
但し、Ｔc ：半導体レーザモジュールの環境温度
Ｉop：半導体レーザ素子の駆動電流
ａ、ｂ、ｃ：定数
を用いて演算される、請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体レーザモジュールを備えた光通信機器。
【請求項６】
定数ａ、ｂ、ｃが、前記半導体レーザモジュールの特性に応じて、前記半導体レーザ素子の上限温度の設定条件及び前記半導体レーザモジュールの環境温度の検出条件に基づいて予め決定される、請求項５記載の半導体レーザモジュールを備えた光通信機器。
【請求項７】
前記温度センサが、前記半導体レーザ素子の近傍に配置されたサーミスタである、請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体レーザモジュールを備えた光通信機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に使用される半導体レーザモジュールを備えた光通信機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信に使用される半導体レーザモジュールを備えた光通信機器、例えば励起用の半導体レーザモジュールを備えた光ファイバ増幅器においては、励起用の半導体レーザ素子からの発熱や、高温又は低温の使用環境を考慮して、半導体レーザ素子の温度を制御するサーモモジュールが設けられている。
【０００３】
このような光通信機器に使用される半導体レーザモジュールの一構造例を図４に示す。図４に示す半導体レーザモジュール１は、半導体レーザ素子２と光ファイバ３を光学的に結合させてモジュール化したものである。
この半導体レーザモジュール１においては、図４に示されるように、パッケージ４の内底壁面４ａ上にサーモモジュール５が設けられている。このサーモモジュール（又はサーモエレクトリッククーラー：ＴＥＣ）５は、複数のペルチエ素子５ａが例えばアルミナや窒化アルミ等の絶縁基板からなる板部材５ｂ，５ｃ（第１の基板、第２の基板）によって挟み込まれた構造になっている。この例では、板部材５ｂがパッケージ４の内底壁面４ａ上に固定され、この板部材５ｂにペルチエ素子５ａの放熱側（図４の下側）が半田を用いて固定され、このペルチエ素子５ａの吸熱側（図４の上側）に板部材５ｃが半田により固定されている。
【０００４】
前記サーモモジュール５は、ペルチエ素子５ａに通電される電流の向きに応じて発熱動作（加熱動作）と吸熱動作（冷却動作）が変化し、その発熱量や吸熱量は、サーモモジュール５の構成やその電流の大きさに応じて変化するものである。
このようなサーモモジュール５の上側（つまり、板部材５ｃ上）には、部品の取り付け用部材である基板６が、熱溶融接続材料である半田、例えば融点１４８℃のＩｎＰｂＡｇ共晶半田により固定設置されている。また、この基板６の上側には、支持部材７，８とレンズ９が固定されている。また、この支持部材７には、半導体レーザ素子２が配置されると共に、半導体レーザ素子２の温度を検知するためのサーミスタ１０が設けられている。更に、支持部材８には、半導体レーザ素子２の発光状態を監視するモニタ用のフォトダイオード１１が配設されている。
【０００５】
この半導体レーザモジュール１を備えた光通信機器が、例えば光ファイバ増幅器であって、半導体レーザモジュール１がその励起用光源として用いられる場合には、半導体レーザ素子２としては、例えば１４８０ｎｍ帯や９８０ｎｍ帯等の光ファイバ増幅器の励起光の波長帯のものが一般的に用いられる。また、光通信機器の半導体レーザモジュール１が信号用光源として用いられる場合には、例えば１３１０ｎｍ帯や１５５０ｎｍ帯等のレーザ光を出射する半導体レーザ素子２が組み込まれているものもある。
【０００６】
パッケージ４の側壁４ｂには貫通孔４ｃが形成され、この貫通孔４ｃには例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（商標名：コバール）等からなる光ファイバ支持部材１２が嵌合装着されている。この光ファイバ支持部材１２は挿通孔１２ａを有し、光ファイバ３の端部側がパッケージ４の外部から挿通孔１２ａの内部に導入されている。また、挿通孔１２ａの内部には、光ファイバ３の先端と間隔を介してレンズ１４が配設されている。
【０００７】
なお、パッケージ４には、複数本のリードピン（図示せず）が外部に向けて突出形成されている。また、パッケージ４の内部には、半導体レーザ素子２、サーモモジュール５、サーミスタ１０、フォトダイオード１１をリードピンに導通接続させるための導体パターンやリード線等の導通手段（図示せず）が設けられている。それら導通手段とリードピンによって、半導体レーザ素子２、サーモモジュール５、サーミスタ１０、フォトダイオード１１がそれぞれ半導体レーザモジュール駆動用の装置類（図示せず）に接続されている。
【０００８】
例えば半導体レーザ素子２は、駆動電流を供給するレーザ駆動電源に接続されており、サーモモジュール５は、サーモモジュール電流を供給するサーモモジュール電流発生電源に接続されている。
このような半導体レーザモジュール１において、その半導体レーザ素子２にレーザ駆動電源から駆動電流が供給されると、半導体レーザ素子２が駆動され、レーザ光が放射される。この放射されたレーザ光は、レンズ９，１４からなる結合用光学系によって集光されて光ファイバ３に入射し、光ファイバ３内を伝搬して所望の用途、例えば信号光を増幅する励起光として使用される。
【０００９】
ところで、半導体レーザ素子２から放射されるレーザ光は、半導体レーザ素子２自体の温度に応じて強度及び波長が変動する。このため、サーミスタ１０の抵抗値を半導体レーザ素子２の温度としてとらえ、前記値に基づいて温度信号を出力すると共に、前記サーミスタ１０からの温度信号により、サーモモジュール電流発生電源に接続された前記装置が、半導体レーザ素子２の温度が一定に保たれてレーザ光の強度及び波長が一定になるように、サーモモジュール電流の向き及び大きさを調整してサーモモジュール５の加熱動作又は冷却動作を制御する。このサーモモジュール５による温度制御によって、半導体レーザ素子２はほぼ一定の温度に保たれ、半導体レーザ素子２から出射されるレーザ光の強度及び波長が一定に保持される。
【００１０】
このようにして、半導体レーザ素子２からの発熱量が大きかったり、高温又は低温の環境下で使用されたりする場合であっても、半導体レーザモジュール１を備えた光通信機器、例えば光ファイバ増幅器等の安全で的確な増幅が行われることになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば操作ミス、電気回路における接触不良やサーミスタによる温度検知回路オープンやショートその他の異常、又は過剰電圧の発生等によって、サーモモジュール５上に固定された半導体レーザ素子２及び熱溶融接続材料（半田）を加熱させる加熱方向のサーモモジュール電流が過剰に供給される異常事態が発生する場合がある。この場合、サーモモジュール５が異常に高温加熱され、更にその上に配設されている半導体レーザ素子２、基板６、レンズ９等の部品が急激に加熱される。例えば１０秒間でサーミスタ１０の指示温度が２００℃以上に上昇したりする。
【００１２】
ところで、仮にサーモモジュール５の板部材５ｃがパッケージ４の側壁や光ファイバ支持部材１２に熱的に接続されている場合には、サーモモジュール５から発せられた熱の一部は、パッケージ４の側壁や光ファイバ支持部材１２を介して外部に放出される。このため、上記のようにサーモモジュール５が異常に高温加熱しても、その熱量の一部がサーモモジュール５から光ファイバ支持部材１２を介して外部に放熱されることとなり、サーモモジュール５上の半導体レーザ素子２やレンズ９等の部品に伝熱される熱量が抑制されて、これらの部品の温度上昇が緩和される。
【００１３】
しかし、半導体レーザモジュール１は、図４に示されるように、サーモモジュール５上の部品とパッケージ４の側壁や光ファイバ支持部材１２とが熱的に独立した状態である場合、サーモモジュール５上の部品の熱がパッケージ４の側壁や光ファイバ支持部材１２を通してパッケージ４の外部に放熱されることは殆ど無い。このような場合には、サーモモジュール５の基板６側に異常な高温加熱が発生すると、その熱量がサーモモジュール５上の部品に伝熱され、その殆どが蓄積されてしまう。このため、サーモモジュール５上の部品の温度は著しく上昇し、次に示すような不都合な事態が発生し易くなる。
【００１４】
なお、前記の「熱的に独立した状態」とは、サーモモジュール５及びパッケージ４内の空間を介する以外に、サーモモジュール５上の部品とパッケージ４の側壁や光ファイバ支持部材１２との間に直接的な熱伝達経路がない状態をいう。
例えば加熱方向の過剰なサーモモジュール電流に起因したサーモモジュール５の高温加熱によって半導体レーザ素子２の温度が高温に上昇した場合、半導体レーザ素子２の結晶内部の欠陥が成長し、半導体レーザ素子２の特性が大幅に劣化してしまうという問題が生じる。
【００１５】
また、基板６は、上述したように、サーモモジュール５の板部材５ｃに例えば融点１４８℃のＩｎＰｂＡｇ共晶半田等の半田からなる熱溶融接続材料によって固定されている。このために、サーモモジュール５が異常に高温加熱した場合、半田が溶融して基板６の位置ずれが生じることがある。この基板６の位置ずれにより、半導体レーザ素子２及びレンズ９が良好に光結合された正規の位置からずれ、半導体レーザ素子２及びレンズ９の光ファイバ３に対する光結合ずれ（調芯ずれ）が生じてしまう。その結果、半導体レーザモジュール１の光出力が大幅に低下してしまうという問題が生じる。特に、基板６の位置ずれにより半導体レーザ素子２が光ファイバ３に対して角度ずれを起こす場合、例えば０．２°の角度ずれによって光出力が９５％も低下してしまう。
【００１６】
また、レンズ９は基板６に取り付けられている。その具体的な取り付け方法としては、ガラス製のレンズ９が例えば金属製のホルダに低融点ガラスを利用して接着固定され、この金属製のホルダが基板６に固定されている場合がある。この場合に、サーモモジュール５が急激に異常な高温加熱状態になると、ガラスと金属との間の大きな熱膨張率の差によって、レンズ９と金属製のホルダとの接合部分（低融点ガラス）にクラックが発生することがある。このクラック発生により、レンズ９が位置ずれや傾きを生じて光軸がずれたり、レンズ９が金属製のホルダから脱落したりして、半導体レーザ素子２と光ファイバ３との光結合が損なわれてしまう。その結果、半導体レーザモジュール１から良好な光出力が得られないという問題が生じる。
【００１７】
更に、ペルチエ素子５ａと板部材５ｂ，５ｃとは半田を利用して結合されている。このために、サーモモジュール５の異常加熱により、この半田が溶融し、例えばペルチエ素子５ａが脱落する等して、サーモモジュール５自体が機能低下したり破損したりする虞がある。
このようにサーモモジュール５を加熱動作させる加熱方向のサーモモジュール電流が過剰に供給される異常事態が発生すると、半導体レーザモジュール１の出力特性が大幅に低下したり、その一部が破損したりして、この半導体レーザモジュール１を使用している光通信機器の安全で的確な動作が損なわれるという問題が生じた。
【００１８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、半導体レーザモジュールにおけるサーモモジュールの加熱方向に過剰なサーモモジュール電流が流れることを防止し、その過剰なサーモモジュール電流に起因する問題の発生を回避して、安全で的確な動作を行うことができる半導体レーザモジュールを備えた光通信機器を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、半導体レーザ素子が、この半導体レーザ素子の温度を調整するサーモモジュール上に熱溶融接続材料を用いて固定設置されている半導体レーザモジュールを備えた光通信機器において、半導体レーザ素子に駆動電流を供給するレーザ駆動電源と、半導体レーザ素子の温度を検知する温度センサと、この温度センサによって検知された半導体レーザ素子の温度に基づき、半導体レーザ素子を所望の温度に調整するためのサーモモジュール電流をサーモモジュールに通電するサーモモジュール電流発生電源部と、半導体レーザモジュールの環境温度を検出する環境温度センサと、この環境温度センサによって検出された半導体レーザモジュールの環境温度及び半導体レーザ素子の駆動電流に基づき、半導体レーザ素子の温度が所定の上限温度になる場合のサーモモジュールに通電される加熱方向のサーモモジュール電流を最大許容電流値として求める演算処理部と、この演算処理部における演算処理結果を受けて、加熱方向のサーモモジュール電流を最大許容電流値以下に制限する制御信号をサーモモジュール電流発生電源部に発信する制御部と、を有することを特徴とする半導体レーザモジュールを備えた光通信機器が提供される。
【００２０】
なお、本発明において、「加熱方向」とは、サーモモジュール上に熱溶融接続材料を用いて固定設置されている半導体レーザ素子が加熱されるように、サーモモジュールが動作する場合において、サーモモジュールに通電されるサーモモジュール電流の方向をいうものとする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しつつ説明する。
図１に、本実施形態に係る半導体レーザモジュールを備えた光通信機器の一例となる光ファイバ増幅器を示す。
図１に示されるように、光ファイバ増幅器３０は、信号光を入力する信号光入力部３１と、この信号光入力部３１からの信号光を増幅するＥＤＦ（エルビウムドープファイバ）３４と、このＥＤＦ３４によって増幅された信号光を出力する信号光出力部３２とを少なくとも有している。また、励起光を発生する励起用の半導体レーザモジュール１と、この励起用の半導体レーザモジュール１からの励起光と信号光入力部３１からの信号光とを合波する光波長合分波器として機能する光カプラ３３とを有し、この光カプラ３３を介して信号光と励起光とがＥＤＦ３４に導入されるようになっている。
【００２２】
また、励起用の半導体レーザモジュール１自体は、図４に示した従来の半導体レーザモジュールの場合と同様の構成をなしている。
即ち、複数のペルチエ素子を有するサーモモジュール５の上側の板部材５ｃ上に、部品の取り付け用部材である基板６が、熱溶融接続材料である例えば融点１４８℃のＩｎＰｂＡｇ共晶半田を用いて固定設置されている。この基板６の上側には、支持部材７とレンズ９が固定されている。この支持部材７上には、半導体レーザ素子２が配置されると共に、半導体レーザ素子２の温度Ｔを検知するためのサーミスタ１０が設けられている。なお。これ以降、サーミスタ１０によって検知された半導体レーザ素子２の温度Ｔを、適宜サーミスタ指示温度Ｔs と呼ぶことにする。こうして、半導体レーザ素子２及びレンズ９がサーモモジュール５の上側の板部材５ｃ上に熱的に接続されており、その熱的な接続にＩｎＰｂＡｇ共晶半田が熱溶融接続材料として使用されている。
【００２３】
また、励起用の半導体レーザモジュール１には、光ファイバ支持部材１２を介して光ファイバ３が接続されている。そして、半導体レーザ素子２は、レンズ９等の結合用光学系を介して、この光ファイバ３に光結合している。
また、励起用の半導体レーザモジュール１の周囲には、その駆動のための種々の装置が配置されている。例えば励起用の半導体レーザモジュール１内の半導体レーザ素子２に接続して、その半導体レーザ素子２に駆動電流Ｉopを供給するレーザ駆動電源２１が設置されている。また、サーモモジュール５に接続して、そのサーモモジュール５にサーモモジュール電流Ｉtec を供給するサーモモジュール電流発生電源２２が設置されている。また、励起用の半導体レーザモジュール１の環境温度Ｔc を検出する環境温度センサ２３が、励起用の半導体レーザモジュール１に接触して又は隣接して配置されている。ここでは、励起用の半導体レーザモジュール１の近傍に配置されている場合を図示するが、その設置場所は励起用の半導体レーザモジュール１の環境温度Ｔc を検出できれば通信機内のいずれの場所であってもよい。
【００２４】
また、レーザ駆動電源２１及び環境温度センサ２３にそれぞれ接続して、演算処理装置２４が設置されている。
この演算処理装置２４においては、レーザ駆動電源２１によって供給される半導体レーザ素子２の駆動電流Ｉopと、環境温度センサ２３によって検出される励起用の半導体レーザモジュール１の環境温度Ｔc に基づき、サーモモジュール５の加熱方向におけるサーモモジュール電流の最大許容電流値Ｉtec （max）が演算される。なお、この加熱方向のサーモモジュール電流の最大許容電流値Ｉtec （max）とは、半導体レーザ素子２の温度Ｔ（サーミスタ指示温度Ｔs ）が所定の上限温度Ｔ（max）になる場合の、サーモモジュール電流発生電源２２からサーモモジュール５に向かって、サーモモジュール５の上側の板部材５ｃが加熱されるように通電されるサーモモジュール電流Ｉtec をいう。
【００２５】
図２は、半導体レーザ素子２に供給される駆動電流Ｉop及び半導体レーザモジュール１の環境温度Ｔc を一定に保った状態で、サーモモジュール５に種々の大きさの加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec を通電した場合における、半導体レーザ素子２の温度Ｔ（サーミスタ指示温度Ｔs ）の時間変化を測定したグラフである。
【００２６】
このグラフから解るように、サーモモジュール５に加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec が通電されると、半導体レーザ素子２の温度Ｔ（サーミスタ指示温度Ｔs ）は時間と共に上昇し、一定の温度において安定する。サーモモジュール電流の加熱方向の最大許容電流値Ｉtec （max）とは、このように一定値に定まる半導体レーザ素子２の温度Ｔ（サーミスタ指示温度Ｔs ）が所定の値になる場合の加熱方向のサーモモジュール電流値をいい、この一定の温度は半導体レーザ素子２の駆動電流Ｉop及び半導体レーザモジュール１の環境温度Ｔc に依存して決まる。即ち、駆動電流Ｉop及び環境温度Ｔc が与えられた場合には、サーモモジュール電流Ｉtec が最大許容電流値Ｉtec （max）を超えない限り、半導体レーザ素子２の温度Ｔ（サーミスタ指示温度Ｔs ）は所定の温度を超えることはない。
【００２７】
また、励起用の半導体レーザモジュール１内のサーミスタ１０及び演算処理装置２４にそれぞれ接続されて制御装置２５が設置されている。
この制御装置２５においては、所定の制御信号がサーモモジュール電流発生電源２２に発信されるようになっている。この制御信号は、サーミスタ１０によって検知される半導体レーザ素子２の温度Ｔ（サーミスタ指示温度Ｔs ）に基づき、半導体レーザ素子２が所望の温度に保持されるようにサーモモジュール５に通電するサーモモジュール電流Ｉtec の向き及び大きさを調整すると共に、サーモモジュール５に加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec が通電される場合には、演算処理装置２４による演算結果に基づき、サーモモジュール電流Ｉtec の大きさを最大許容電流値Ｉtec （max）以下に制限するための信号である。
【００２８】
次に、演算処理装置２４において行う演算方法について説明する。
この演算方法は、次のような実験を基礎にして開発されたものである。
即ち、先ず、半導体レーザ素子２の上限温度Ｔ（max）を、半導体レーザ素子２及びレンズ９が基板６等を介してサーモモジュール５上に熱的に接続される際に使用されるＩｎＰｂＡｇ共晶半田の融点１４８℃に設定した。これは、半導体レーザ素子２の温度Ｔが１４８℃を超えると、半導体レーザ素子２及びレンズ９をサーモモジュール５上に接続固定しているＩｎＰｂＡｇ共晶半田が溶融し、図４に示される従来の半導体レーザモジュール１について指摘したように、半導体レーザ素子２及びレンズ９の位置ずれにより光ファイバ３に対する光結合ずれが生じて光出力が低下したりする等の問題が引き起こされるからである。
【００２９】
いま、レーザ駆動電源２１から半導体レーザ素子２に供給される駆動電流Ｉopを０ｍＡ、５００ｍＡ、及び１０００ｍＡの場合にそれぞれ固定し、環境温度センサ２３によって検出される励起用の半導体レーザモジュール１の環境温度Ｔcを０℃、１５℃、２５℃、４５℃、６５℃、及び７５℃と変化させた。そして、このような半導体レーザ素子２の駆動電流Ｉop及び励起用の半導体レーザモジュール１の環境温度Ｔcの各々の条件の組合せについて、サーモモジュール電流Ｉtec を変化させ、サーミスタ１０によって検知される半導体レーザ素子２の温度Ｔ（サーミスタ指示温度Ｔs ）が上限温度Ｔ（max）＝１４８℃となる場合のサーモモジュール電流発生電源２２からサーモモジュール５に通電される加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec 、即ち最大許容電流値Ｉtec （max）を測定した。その結果は、図３のグラフに示されるようになった。
【００３０】
このグラフから、駆動電流Ｉopが０ｍＡ、５００ｍＡ、及び１０００ｍＡのそれぞれの場合において、環境温度Ｔcと最大許容電流値Ｉtec （max）との間には直線で近似される線形の関係があることが明らかである。従って、最大許容電流値Ｉtec （max）は、次のように表される。即ち、
Ｉtec （max）＝ｆ（Ｔc、Ｉop）＝ａＴc＋ｂＩop＋ｃ          （１）
但し、ａ、ｂ、ｃ：定数
本発明者らが実際の測定値に基づいて計算したところ、駆動電流Ｉop＝０ｍＡの場合に、上記（１）式は、
Ｉtec （max）＝−０．００６８Ｔc＋１．１０５８              （２）
となる。駆動電流Ｉop＝５００ｍＡの場合には、
Ｉtec （max）＝−０．００６８Ｔc＋０．９５５８              （３）
となる。駆動電流Ｉop＝１０００ｍＡの場合には、
Ｉtec （max）＝−０．００６８Ｔc＋０．８０５８              （４）
となる。そして、これら（２）〜（４）式から（１）式の各定数ａ、ｂ、ｃを求めると、上記（１）式は次のようになった。即ち、
0003938497.tif 000002
【００３１】
こうして、サーモモジュール電流発生電源２２からサーモモジュール５に通電される加熱方向の最大許容電流値Ｉtec （max）を、半導体レーザモジュール１の環境温度Ｔc 及び半導体レーザ素子２の駆動電流Ｉopから求めることができる演算式が得られた。即ち、演算処理装置２４においては、本発明者らの実験結果を基礎にして得られた（５）式に基づいて演算が行われる。
【００３２】
ところで、上記の（１）式の各定数ａ、ｂ、ｃは、励起用の半導体レーザモジュール１の特性の異なる１個１個において、また励起用の半導体レーザモジュール１の近傍の環境温度センサ２３の配置位置等の検出条件や半導体レーザ素子２の上限温度Ｔ（max）としていかなる温度に設定するか等の設定条件により、異なる値となる。このため、各々の具体的なケースについては、それぞれに上記のような実験やシミュレーション計算等を行なって予め決定しておくが必要である。
【００３３】
次に、励起用の半導体レーザモジュール１における励起光の発生について説明する。
先ず、レーザ駆動電源２１から励起用の半導体レーザモジュール１内の半導体レーザ素子２に所定の駆動電流Ｉopが供給され、半導体レーザ素子２が駆動される。こうして、半導体レーザ素子２から所定の強度及び波長をもつレーザ光、即ち励起光が放射され、レンズ９等の結合用光学系を介して光ファイバ３に入射した後、その光ファイバ３内を伝搬し、更に光カプラ３３を介してＥＤＦ３４内に入力される。
【００３４】
このとき、半導体レーザ素子２の温度Ｔが、サーミスタ１０によって検知されると共に、励起用の半導体レーザモジュール１の環境温度Ｔc が環境温度センサ２３によって検出される。
次いで、演算処理装置２４において、半導体レーザ素子２の駆動電流Ｉop及び励起用の半導体レーザモジュール１の環境温度Ｔc に基づき、上記（５）式を用いて、半導体レーザ素子２の温度Ｔが所定の上限温度Ｔ（max）になる場合のサーモモジュール電流の加熱方向の最大許容電流値Ｉtec （max）が演算される。
この場合の半導体レーザ素子２の上限温度Ｔ（max）は、例えばＩｎＰｂＡｇ共晶半田の融点１４８℃に設定されている。
【００３５】
次いで、制御装置２５において、サーミスタ１０によって検知された半導体レーザ素子２の温度Ｔに基づき、半導体レーザ素子２が所望の温度、例えば２５℃となるようにサーモモジュール５に通電されるサーモモジュール電流Ｉtec の向き及び大きさを調整するための信号が形成される。同時に、半導体レーザ素子２を所望の温度にするため、サーモモジュール５に加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec が通電される場合には、演算処理装置２４から送られてきた演算結果に基づき、サーモモジュール電流Ｉtec の大きさを最大許容電流値Ｉtec （max）以下に制限するための信号が形成される。こうして、加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec が最大許容電流値Ｉtec （max）以下という制限下でサーモモジュール電流Ｉtec の大きさを調整する制御信号が形成され、サーモモジュール電流発生電源２２に送信される。
【００３６】
次いで、サーモモジュール電流発生電源２２において、サーモモジュール電流Ｉtec が発生されると共に、サーモモジュール５に加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec が通電される場合には、制御装置２５からの制御信号に基づき、最大許容電流値Ｉtec （max）以下の範囲内でその大きさが調整される。そして、このように制御されたサーモモジュール電流Ｉtec が、サーモモジュール５に供給される。
【００３７】
次いで、この制御されたサーモモジュール電流Ｉtec が供給されたサーモモジュール５は、その加熱動作又は冷却動作により半導体レーザ素子２の温度Ｔが所望の温度に保たれように温度制御する。こうして、半導体レーザ素子２から放射されるレーザ光の強度及び波長が、所望の値に保持される。しかも、このとき、半導体レーザ素子２の温度Ｔが設定された上限温度Ｔ（max）の１４８℃を超えることはない。
【００３８】
以上のように本実施形態に係る光ファイバ増幅器３０によれば、励起用の半導体レーザモジュール１において励起光を発生する際に、半導体レーザ素子２の駆動電流Ｉop及び半導体レーザモジュール１の環境温度Ｔc に基づき、予め実験により得られた演算式を用いて、半導体レーザ素子２が所定の上限温度Ｔ（max）になる場合の加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec の最大許容電流値Ｉtec （max）が演算され、加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec の大きさが最大許容電流値Ｉtec （max）以下に制限される。このため、従来の場合と同様に、サーミスタ１０によって検知された半導体レーザ素子２の温度Ｔに基づき、半導体レーザ素子２が所望の温度となるようにサーモモジュール５に通電されるサーモモジュール電流Ｉtec の向き及び大きさが制御される際に、加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec の大きさが最大許容電流値Ｉtec （max）を超えることはなくなり、半導体レーザ素子２の温度Ｔが上限温度Ｔ（max）を超えることが防止される。
【００３９】
その結果、半導体レーザ素子２及びレンズ９とサーモモジュール５との熱的な接続に熱溶融接続材料として使用されているＩｎＰｂＡｇ共晶半田が溶融することはなくなるため、半導体レーザ素子２及びレンズ９の位置ずれによる光ファイバ３に対する光結合ずれに起因した光出力の大幅な低下を防止することができる。このため、光ファイバ増幅器３０は、信号光の安全で的確な増幅を行うことができる。
【００４０】
また、半導体レーザ素子２の温度Ｔが、結晶内部の欠陥を大きく成長させる程には上昇しなくなるため、その特性が大幅に劣化することを防止することができる。このため、励起用の半導体レーザモジュール１から安定した強度と波長の励起光を出力することができる。
また、ガラス製のレンズ９が金属製のホルダに低融点ガラスを利用して接着固定されいる場合でも、その接合部分（低融点ガラス）にクラックが発生することはなくなるため、レンズ９が金属製のホルダから脱落することを防止して、半導体レーザ素子２と光ファイバ３の良好な光結合を維持することができる。
【００４１】
更に、サーモモジュール５のペルチエ素子と板部材とを結合している半田が溶融することもなくなるため、サーモモジュール５自体の破損を防止することができる。
このようにして、サーモモジュール５に通電される加熱方向の過剰なサーモモジュール電流Ｉtec によって半導体レーザモジュール１が破壊されることを防止することができる。
【００４２】
従って、これらのことから、信号光の安全で的確な増幅を行うことが可能な光ファイバ増幅器３０を実現することができる。
なお、上記実施形態においては、励起用の半導体レーザモジュール１を備えた光ファイバ増幅器３０について説明した。これは、励起用の半導体レーザモジュール１の場合、その半導体レーザ素子２からの発熱量が大きく、非常な高温又は低温の環境下における使用を考慮すると、サーモモジュール電流が大きくなることが想定されるため、本発明を適用する対象として好適であると考えられるからである。しかし、本発明の適用対象は励起用の半導体レーザモジュール１を備えた光ファイバ増幅器３０に限定されるものではなく、半導体レーザモジュールを一つ以上備えた光通信機器であって、半導体レーザモジュールの半導体レーザ素子の温度を制御するサーモモジュールが設けられているものであれば、本発明を適用することが可能である。
【００４３】
また、半導体レーザ素子２の上限温度Ｔ（max）がＩｎＰｂＡｇ共晶半田の融点１４８℃に設定されているが、半導体レーザ素子２の上限温度Ｔ（max）はこの設定温度に限定される必要はない。例えばＩｎＰｂＡｇ共晶半田の融点に対して余裕をみこんだ低い温度を半導体レーザ素子２の上限温度Ｔ（max）として設定してもよい。また、半導体レーザ素子２及びレンズ９とサーモモジュール５との熱的な接続にＩｎＰｂＡｇ共晶半田以外の熱溶融接続材料を使用する場合には、その熱溶融接続材料の溶融温度以下の温度を半導体レーザ素子２の上限温度Ｔ（max）として設定すればよい。更に、他の要因により半導体レーザ素子２の温度Ｔをある所望の温度以下に抑制する必要が生じた場合には、その所望の温度を半導体レーザ素子２の上限温度Ｔ（max）として設定すればよい。このような場合、本発明者らが行ったものと同様の実験に基づき、新たな半導体レーザ素子２の上限温度Ｔ（max）に対応する演算式を求め、それを用いてサーモモジュール電流の加熱方向の最大許容電流値Ｉtec （max）を算出すればよい。
【００４４】
また、上記実施形態においては、半導体レーザ素子２がレンズ９等の結合用光学系を介して光ファイバ３に光結合している半導体レーザモジュール１について説明したが、半導体レーザ素子２が直接にレンズ付き光ファイバに光結合している半導体レーザモジュールの場合にも、本発明を適用することは可能である。この場合にも、半導体レーザ素子２の特性劣化を防止したり、半導体レーザ素子２のレンズ付き光ファイバに対する光結合ずれによる光出力の低下を防止したり、サーモモジュール５の破損を防止したりする効果を奏することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、半導体レーザモジュールを備えた光通信機器において、半導体レーザモジュールの環境温度及び半導体レーザ素子の駆動電流に基づき、半導体レーザ素子の温度が所定の上限温度になる場合のサーモモジュールに通電される加熱方向のサーモモジュール電流を最大許容電流値として求める演算処理部と、この演算処理部における演算処理結果を受けて、サーモモジュール電流を最大許容電流値以下に制限する制御信号をサーモモジュール電流発生電源部に発信する制御部とを有することにより、半導体レーザ素子の温度が所定の上限温度を超えることを防止することができる。このため、半導体レーザ素子の温度上昇に起因する破壊や特性劣化を防止することができる。このため、半導体レーザ素子の温度上昇に起因する特性劣化を防止し、半導体レーザモジュールから安定した強度と波長の励起光を出力することができる。
【００４６】
また、半導体レーザ素子の上限温度を、半導体レーザ素子がサーモモジュール上に固定設置される際に使用された熱溶融接続材料の溶融温度以下の温度に設定することにより、半導体レーザ素子の位置ずれを防止し、光ファイバに対する光結合ずれに起因する光出力の低下を防止することができる。
従って、安全で的確な動作を行うことが可能な半導体レーザモジュールを備えた光通信機器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体レーザモジュールを備えた光通信機器の一例である光ファイバ増幅器を示す概略図である。
【図２】加熱方向のサーモモジュール電流をパラメータとする半導体レーザ素子の温度Ｔ（サーミスタ指示温度Ｔs ）の時間変化を示すグラフである。
【図３】半導体レーザ素子の駆動電流Ｉopをパラメータとして、励起用の半導体レーザモジュールの環境温度Ｔcとサーモモジュール電流の加熱方向の最大許容電流値Ｉtec （max）との関係を示すグラフである。
【図４】従来の光通信機器に使用される半導体レーザモジュールを示す概略断面図である。
【符号の説明】
１      半導体レーザモジュール
２      半導体レーザ素子
３      光ファイバ
５      サーモモジュール
５ｃ    板部材
６      基板
７      支持部材
９      レンズ
１０    サーミスタ
１２    光ファイバ支持部材
２１    レーザ駆動電源
２２    サーモモジュール電流発生電源
２３    環境温度センサ
２４    演算処理装置
２５    制御装置
３０    光ファイバ増幅器
３１    信号光入力部
３２    信号光出力部
３３    光カプラ
３４    ＥＤＦ
【図１】
0003938497.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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