(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、
半導体レーザと、
該半導体レーザから出射されたビームを略並行なビームに変換するレンズと、
前記変換されたビームを波長選択するために入射面と射出面とが概ね平行であって、該レンズの光軸と傾斜した回転軸を有し、且つその入出射面もしくは、その延長面が、該レンズの光軸と傾斜した回転軸の垂直面に対して傾斜しているエタロンフィルタと、
該エタロンフィルタとを透過したビームを入射する受光素子と、
前記エタロンフィルタの側面に装着された円柱状エタロンケースと、該基板に形成された溝で構成される、前記エタロンフィルタの回転軸を該レンズを透過したビームの光軸中心に対して角度を持って配置する手段と、
該エタロンフィルタの前記回転軸を回転させて該エタロンフィルタへの前記ビームの入射角度が調整された位置に該エタロンフィルタを固定する手段と、を備えることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
基板上に、
半導体レーザと、
該半導体レーザから出射されたビームを略並行なビームに変換するレンズと、
前記変換されたビームを波長選択するために入射面と射出面とが概ね平行であって、該レンズの光軸と傾斜した回転軸を有し、且つその入出射面もしくは、その延長面が、該レンズの光軸と傾斜した回転軸の垂直面に対して傾斜している、側面が円柱状に形成されたエタロンフィルタと、
該エタロンフィルタとを透過したビームを入射する受光素子と、
前記側面が円柱状に形成された前記エタロンフィルタ、及び前記基板に形成された溝で構成された、該エタロンフィルタの回転軸を該レンズを透過したビームの光軸中心に対して角度を持って配置する手段と、
該エタロンフィルタの前記回転軸を回転させて該エタロンフィルタへの前記ビームの入射角度が調整された位置に該エタロンフィルタを固定する手段と、を備えることを特徴とする光モジュール。
【請求項３】
該エタロンフィルタの前記回転軸を回転させて該エタロンフィルタへの前記ビームの入射角度が調整された位置に該エタロンフィルタを固定する手段が、円柱状エタロンケースとのスポット溶接であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項４】
該エタロンフィルタの前記回転軸を回転させて該エタロンフィルタへの前記ビームの入射角度が調整された位置に該エタロンフィルタを固定する手段が、円柱状のエタロンフィルタの側面のはんだ付け用メタライズと、これへのはんだ付けであることを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
【請求項５】
基板に、
半導体レーザと、
該半導体レーザから出射されたビームを略並行なビームに変換するレンズと、
前記変換されたビームを波長選択するために入射面と射出面とが概ね平行であるエタロンフィルタと、
該エタロンフィルタとを透過したビームを入射する受光素子と、
該エタロンフィルタの回転軸を該レンズを透過したビームの光軸中心に対して角度を持って配置する手段と、
該エタロンフィルタの前記回転軸を回転させて、該エタロンフィルタへの前記ビームの入射角度が調整された位置に該エタロンフィルタを固定する手段と、を備えた光モジュールの製造方法であって、
前記エタロンフィルタの前記回転軸を回転させて、該エタロンフィルタへの前記ビームの入射角度が調整された位置に該エタロンフィルタを固定する手段が、前記エタロンフィルタの側面に装着された円柱状エタロンケースと、前記基板形成された溝で構成され、且つ
該エタロンフィルタを、該レンズの光軸と傾斜した回転軸を有し、且つその入出射面もしくは、その延長面が、該レンズの光軸と傾斜した回転軸の垂直面に対して傾斜するように配置するステップと、
前記エタロンフィルタの前記回転軸を回転させて、該エタロンフィルタへの前記ビームの入射角度が調整された位置に該エタロンフィルタを配置するステップと、
前記円柱状エタロンケースとのスポット溶接を用いて、前記ビームの入射角度が調整された位置に該エタロンフィルタを固定するステップと、を有することを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項６】
基板に、
半導体レーザと、
該半導体レーザから出射されたビームを略並行なビームに変換するレンズと、
前記変換されたビームを波長選択するために入射面と射出面とが概ね平行であるエタロンフィルタと、
該エタロンフィルタとを透過したビームを入射する受光素子と、
該エタロンフィルタの回転軸を該レンズを透過したビームの光軸中心に対して角度を持って配置する手段と、
該エタロンフィルタの前記回転軸を回転させて、該エタロンフィルタへの前記ビームの入射角度が調整された位置に該エタロンフィルタを固定する手段と、を備えた光モジュールの製造方法であって、
前記エタロンフィルタの前記回転軸を回転させて、該エタロンフィルタへの前記ビームの入射角度が調整された位置に該エタロンフィルタを固定する手段が、円柱状のエタロンフィルタの側面のはんだ付け用メタライズと、これへのはんだ付けであり、且つ
該エタロンフィルタを、その入射面の法線を前記ビームの光軸に対して角度を持たせて配置するステップと、
該エタロンフィルタを、前記入射面の法線とは異なる軸を回転軸にして回転させて、該エタロンフィルタへの該ビームの入射角を調節するステップと、
前記円柱状のエタロンフィルタの側面のはんだ付け用メタライズとのはんだ付けによって、該入射角度が調節された位置に該エタロンフィルタを固定するステップと、を有することを特徴とする光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光モジュール及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバによる通信は、近年、伝送容量の大容量化が求められている。このため、一本の光ファイバに波長の異なる複数の光を伝送させ、大容量化を図る波長多重光通信システムが実用化されている。使用する波長は、光ファイバの伝送損失が小さい、波長１．３または１．５５μｍ付近の帯域に限られているため、隣り合う波長の間隔を狭くすれば伝送可能な波長数を増やすことができる。使用する波長はＩＴＵ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｕｎｉｏｎ）の勧告により、ＩＴＵグリッドとして標準化されており、使用波長の周波数間隔（スペーシング）は、２００ＧＨｚ、１００ＧＨｚ、５０ＧＨｚと狭くなる傾向にあり、これらを波長間隔で表すと１．６ｎｍ、０．８ｎｍ、０．４ｎｍに対応する。波長間隔を狭くするためには、各波長の高精度な安定化が必要となり、その光源として、半導体レーザの発振波長を安定化した光モジュールの需要が伸びている。
【０００３】
半導体レーザの発振波長を安定化した光モジュールにおいて、波長をモニタして安定化する方法がいくつか提案されてきた。特に繰り返し波長選択性を有するエタロンフィルタ（エタロン）は、複数の異なる波長に対して１ヶのエタロンで波長検出ができる利点があり、使用されている例が多い。波長を検出して安定化する方法として、レーザ光をレンズで拡散光にしてエタロンに斜めに入射して、入射角の異なる２ヶ所の透過光量の差をフォトダイオードで検出しており、例えば、特開平１０−０７９７２３号公報「波長分割多重光伝送システム用の波長監視制御装置」に記載されている。
【０００４】
また、レーザ光をレンズで平行光にして、ビームスプリッタで２分割して、一方の光をエタロンにほぼ直角に入射して、波長を検出安定化する方法として、例えば、「波長検出部内蔵チューナブルＬＤモジュール（２０００．３の電子情報通信学会総合大会Ｃ−３−１４３）」に記載の技術がある。また、レーザ光の一部分のみをエタロンに入射してビームスプリッタを使用しない方法としては、例えば、特開２０００−２２３７４７号公報「発光装置」に記載されている。
【０００５】
また、上述の特開平１０−０７９７２３号公報には、エタロンを基板に対して水平方向に首振りすることが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
エタロンを利用した場合、エタロンの繰り返し波長選択性を利用して、複数の異なる波長に対して１ヶのエタロンで波長検出ができる利点があるが、その反面、特定の波長付近の変化を検出するには、一般には、エタロンへのレーザの入射角度を高精度に調芯・固定する必要がある。
上述のように、エタロンに対するレーザの入射角度を調整する方法としては、ベースに対して水平方向に首振りさせる方法も考えられるが、それだけではエタロンに対するレーザの入射角度が大きくなった場合に、特性上エタロンの透過光量が減少する。
このため、前述のいずれの方法でも、直角の入射角度付近で、エタロンを首振りして高精度に調芯・固定する必要がある。
【０００７】
本発明の目的はエタロンに対して入射されるレーザの入射角度を微調整することができる技術を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的はエタロンの繰り返し波長選択性を利用して、複数の異なる波長に対して波長検出をする場合に、エタロンに対するレーザの入射角度を高精度に調芯した光モジュールを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するために、第１の発明では、半導体レーザと、該半導体レーザから出射されたビームを変換するレンズと、該変換されたビームを波長選択するフィルタと、フィルタを透過したビームを入射する受光素子とを備えた光モジュールであって、フィルタはほぼ平行な入射面と出射面を備えた円柱形状であって、入射面の法線が円柱の中心軸に対して０度以外の角度を有するものがある。
【００１０】
このように、円柱形状のフィルタを用いているので、該フィルタをフィルタの中心軸に回転させることによりエタロンの透過光量を調整することができるので、特定の波長に対するエタロンの透過光量を容易に目標値に設定させることができる。
【００１１】
また、第２の発明では、半導体レーザと、該半導体レーザから出射されたビームを変換するレンズと、該変換されたビームを波長選択するフィルタと、フィルタを透過したビームを入射する受光素子とを備えた光モジュールであって、フィルタは、ほぼ平行な入射面及び出射面と、入射面と出射面の間に少なくとも一つの側平面を有し、側平面と基板とが０度以上の角度を有するように基板上に固定されているものがある。
【００１２】
この発明によれば、フィルタを一旦側平面で場所決めし、さらに、回転させることができるので、よりエタロンの透過光量の調整が容易に行うことができる。
【００１３】
さらに、上記発明のフィルタと基板との間には、側平面と基板との角度を保持する保持部材を有するようにすれば、より安定するので、増加させたエタロンの透過光量の変動を防止することができる。
【００１４】
なお固定にははんだを用いることにより固定できるが、側平面にはんだ付け用のメタライズを形成しておくと、はんだとフィルタの接着性が向上する。
【００１５】
また、側平面を複数形成しておくと、その側平面で基板に固定することで、フィルタの透過特性を段階的に制御できるようになる。
【００１６】
さらに、側平面を隣接配置させることで、フィルタの透過特性を連続的且つ段階的に変化させることができるようになる。
【００１７】
また、フィルタに印を付しておくことにより、どの向きにフィルタを向けた場合にどうようなエタロンの透過特性が得ることができるのかが、把握できるようになる。つまり、回転により透過特性を変化させる場合の基準点として用いることできるようになるので、より設置が容易になる。
【００１８】
また、フィルタを基板上に配置して、基板にフィルタとの位置合わせに用いる印を付しておくことにより、フィルタに付した印やフィルタの凹凸との位置合わせが可能になるので、フィルタに印を付した場合と同様に設置が容易になる。
【００１９】
また、フィルタの入射面の法線をビームの光軸に対して角度を持たせ、該角度とは異なる角度を回転軸にして回転させ、固定するようにしてフィルタを光モジュールに設置して製造すれば、フィルタの特性を設置の際に容易に変更できるようになる。
【００２０】
また、前記半導体レーザを出射し、ビームの光軸中心又は該光軸に対して平行な線を回転軸としてフィルタを回転させるようにすると、より所望の透過特性を選ぶことができる。
【００２１】
また、ビームの光軸中心に対して垂直方向にレンズ中心をオフセット配置するようにすれば、さらに所望のフィルタ特性を得ることができる。
【００２２】
また、上記発明とは異なる発明として、半導体レーザと、半導体レーザから出射されたビームを変換するレンズと、その変換されたビームを波長選択するフィルタと、フィルタを透過したビームを入射する受光素子とを備えた光モジュールにおいて、レンズの出射面が回転軸に対して垂直から傾けた形状をしているものをレンズに用いるものがある。
【００２３】
この発明によっても、容易にフィルタの透過特性を変更することができるので、エタロンの透過光量を容易に目標値に設定させることができる。
【００２４】
さらに、変換されたビームの一部を、波長選択性フィルタを介して受光素子に入射し、残りのビームを別の受光素子に入射させることにより、モニタリングをすることができるので、透過光量を調整させるよう各部材の配置を制御できるようになる。
【００２５】
また、さらに、異なる発明として、半導体レーザと、該半導体レーザから出射されたビームを変換するレンズと、その変換されたビームの方向を変換するウェッジ基板と、その変換されたビームを波長選択するフィルタと、フィルタを透過したビームを入射する受光素子とを備えた光モジュールにおいて、ウェッジ基板の出射面を回転軸に対して垂直から傾けた形状であって、ウェッジ基板を入射側のビーム光軸を中心に回転可能にする構造がある。
【００２６】
この発明によっても、透過光量を容易に調整することができる。
【００２７】
なお、ウェッジ基板の入射面側に半透明膜を付加したものを用いるとさらに好ましい。
【００２８】
また、一部の波長の光を透過する波長選択性フィルタであって、円柱中心軸に対して傾いた面と、該円柱の外周に沿ってレーザスポット溶接可能な金属を備えさせるものを光モジュールのフィルタに適用すると、フィルタの透過特性を容易に調整することができる。
【００２９】
また、円柱中心軸に対して傾いた面を備え一部の波長の光を透過する波長選択性フィルタの製造方法であって、該円柱の外周に沿ってはんだ付け可能なメタライズを施すものを用いると、フィルタの透過特性を容易に調整することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、幾つかの実施例を用い、図を参照して説明する。
【００３１】
まず、エタロンを用いた光モジュール全体の構成及び動作について図１をもちいて説明する。
図１は本発明による光モジュールの第１の実施例を示す平面図である。半導体レーザ１１より、前方に出射された光は第１前方レンズ１７で平行な前方ビーム７１になり、アイソレータ等（図示せず）を透過後、第２前方レンズ１８にて集光され光ファイバフェルール１９の端面の中心にあるファイバ２９に入射され、通信用に使われる。この光の光量と波長を安定化するために、半導体レーザ１１の後方に波長モニタ光学系が付加される。以下の同様の図では、本発明に直接関係しない前方の光学系は図示を省略する。
【００３２】
波長モニタ光学系は、基板１０上に部品が位置決めされ、はんだ付け、溶接、接着等により実装される。半導体レーザ１１から後方に出射されたレーザ光は、レンズ１２で平行な後方ビーム２０にされる。後方ビーム２０は、エタロン１４ｂを透過後、波長変動を検出する第１の受光素子１５に入射される。ここで、エタロンの特性を先に説明する。
【００３３】
図２はエタロンでの光の状態を説明するためのエタロンの側面図である。図２に示すように、エタロン１４は高い平行度と平面度を持ち、光学ガラスや石英ガラス等でできた平行平板であり、平行平板の両面は半透明膜４１、４２で構成される。入射ビーム１００は、半透明膜４１の膜反射率ｒにて決められる反射と透過の比率に従って、第１の反射ビーム１１１とエタロン内部を透過する光に分割され、半透明膜４２にて反射される光とエタロン外部に出射される第１の透過ビーム１２１に分けられる。ここで、エタロン入射直角軸１０１に対するビーム入射角１０２とエタロンの屈折率が決まると、スネルの法則に従って、ビーム屈折角１０３は一意に決まる。以下同様に反射と透過が第１の反射ビーム１１１、第１の透過ビーム１２１、第２の反射ビーム１１２、第２の透過ビーム１２２、・・・とエタロンの両端面で繰り返される。このように発生する多くの波面が干渉してファブリペロー型の干渉計が構成され、波長選択透過型のフィルタとなる。
【００３４】
このエタロンを透過した光量は、第１の受光素子１５で検出され、図３に示すような特性をもっている。
図３はエタロンを透過し、受光素子で受光される光ビームの波長に対する受光素子の電流特性を示す特性図であり、横軸に波長を、縦軸に電流を示す。光ビームは第１の受光素子１５で受光され、その光量は電流に変換される。図に示すように、第１の受光素子１５で受光される光ビームの波長の変動に対して、一定の波長間隔で繰り返しピークを持つ電流カーブ１３１となる。このため、安定化を希望する波長付近、例えば波長ロック点１３２で波長変動をモニタすることが可能となる。なお、電流１３６は平均電流であり、この電流の近傍で波長をロックしてモニタすると好適である。
【００３５】
ここで、エタロンの透過特性について、もう少し説明する。繰り返しピークの間隔は、エタロン材質の屈折率と平行平板の厚みでおおむね決定される。ここでは、繰り返しピークの間隔が２００ＧＨｚ、１００ＧＨｚよりも、透過損失が大きく、ビームに対する入射角度精度の厳しい５０ＧＨｚスペーシングのエタロンについて図４を用いて説明する。
図４はエタロンに入射する光ビームの波長と透過率の関係を示す特性図であり、横軸に波長差（ｎｍ）を、縦軸に透過率を示す。この特性図は、理想的な平行光がエタロンに直角に入射した場合に、エタロンの膜反射率を２０％、３５％、５０％と変化させた条件での計算値であり、それぞれ、曲線１４１は膜反射率２０％の場合の計算値であり、曲線１４２は膜反射率３５％の場合の計算値、曲線１４３は膜反射率５０％の場合の計算値に対応する。５０ＧＨｚスペーシングのエタロンでは、０．４ｎｍ間隔で繰り返しピークを持ち、膜反射率が大きい程、透過率の最低値であるボトムが小さくなっている。
【００３６】
波長の制御は、ピーク１４４とボトム１４５ａ、１４５ｂ、又は１４５ｃ間の直線部１４６の中央付近で、透過率が一定、言い換えるとエタロンを透過する光量（図３の電流１３１）が一定になるようにフィードバックする方法を想定している。この直線部１４６の波長範囲は広い程、波長の制御範囲が広くなる。つまり、グラフの形が三角波に近くなるような、膜反射率が望ましい。以上のエタロンの材質、厚み、膜反射率は一旦決定して製作してしまうと、変更が困難である。このため、特定の波長に前述の直線部１４６を一致させるには、エタロンに対するビームの入射角度、またはエタロンの温度を変化させることによって調節することが可能である。しかし、半導体レーザの波長は温度変化により制御することが一般的であり、光モジュールの内部で、半導体レーザとエタロンを別々に温度制御することは、構成が複雑になるため、現実的ではない。そこで、エタロンに対するビームの入射角度を調芯・固定した後、半導体レーザを温度調節して、波長制御することが一般的である。
【００３７】
図５はエタロンへの光ビームの入射角度と透過光量の関係を示す特性図であり、横軸は光ビームのエタロンへの入射角度を示し、縦軸は透過光量を受光素子で変換した電流を示す。この特性図では入射ビームに対するエタロンの入射面の角度を、直角からの変化量と電流（光量の大きさ）との関係を示している。光ビームに対して直角付近のエタロン角度を変化させると、第１ピーク電流１３３と、第１ボトム電流１３４は必ず検出可能である。これらの電流の例えば２分の１となるエタロン固定角度１３５で固定する。この状態で、波長を変化させると、図３の波長に対する電流１３１の関係になり、波長ロック点１３２にて、電流カーブ１３１のほぼ中心に相当する波長ロック電流１３６が一定になるように制御すると、波長は一定に安定化される。ここで、実際の波長ロック点１３５でのエタロン角度は、ビームに対して直角の入射角から、１００ＧＨｚスペーシングのエタロンでは、０．８〜２．８度程度の範囲内で、５０ＧＨｚスペーシングのエタロンでは、０．６〜２．０度程度の範囲内で、目標とする波長によって変化し、その固定精度は±０．１〜０．２度以内にする必要がある。
【００３８】
次に、エタロンに対するビームの入射角度を上記記載の精度で、調芯・固定する方法について、図６〜８を用いて比較説明する。各図に共通する構成として、半導体レーザ１１から出射されたレーザ光は、レンズ１２で、わずかに拡散されたビーム２０ａか、ほぼ平行なビーム２０になり、エタロン１４を透過後、波長変動を検出する第１の受光素子１５、又は受光素子１５ａ、１５ｂに入射される。
図６は従来光モジュールにおけるエタロンへの光ビームの入射角を調整する機構を示す平面図であり、前述の特開平１０−０７９７２３号公報の主要構成を概略示したものである。この従来例では、エタロンを平面内で回転させてエタロンへのビーム入射角度を調節している。即ち、レンズ１２で拡散されたビーム２０ａに対して、実線で示すエタロン１４をθｙ方向に回転して、点線で示すエタロン１４ａの角度のように、入射角度を調節し、入射角度に応じて、波長変動を検出する第１の受光素子１５ａ、１５ｂの光出力のバランスを調整する構成である。このように、エタロンをθｙ方向に回転して、エタロンに対するビームの入射角を調整する方法が公知である。
これに対して、波長変動を検出する第１の受光素子１５ａ、１５ｂを１ヶのみとして光出力の絶対値を調整する構成でも、波長変動を調整することは原理的に可能である。この構成での、エタロンに対するビームの入射角の調整方法と精度を検討する。
【００３９】
図７はエタロンを面内で回転させることによって、してエタロンへのビーム入射角を調整する原理を説明するための平面図である。図７では、先にレンズ１２を固定し、実線で示すエタロン１４をθｙ方向に回転して、点線で示すエタロン１４ａの角度のように、入射角度を調節する構成である。例えば、エタロン１４の幅が１ｍｍの場合、０．１度入射角度を変化させるには、１０００×tａｎ０．１°＝１．７μｍとなり、θｙ回転によるエタロン左右の位置の固定にミクロンオーダの精度が必要となる。
【００４０】
図８はレンズを移動してエタロンへの入射角を調節する原理を説明するための平面図である。図８では、先にエタロンを固定し、レンズ１２を光軸と直角方向、即ち、図のＸ方向に移動して、実線で示されるビーム２０を、点線で示されるビーム２０ｂにして、エタロン１４に対する入射角度を調節する構成である。例えば、レンズ１２の焦点距離ｆ＝１ｍｍの場合、０．１度入射角度を変化させるには、１０００×tａｎ０．１°＝１．７μｍとなり、レンズの固定にミクロンオーダの精度が必要となる。
【００４１】
上記の方法では、エタロン、又はレンズの固定にミクロンオーダの精度が必要になるため、更に、固定精度を緩和する構成を示したものが、前述の図１の構成である。本発明では、回転角度の変化や移動距離の変化が直接光ビームのエタロンへの入射角変化とならず、この角度変化や移動距離の変化に対して、エタロンへの光ビームの入射角度の変化が小さく、微調整が可能な調節機構を提供することにある。
【００４２】
図１では、先にレンズ１２を固定し、レンズ光軸中心２３に対してわずかにαだけ傾斜したエタロン回転軸２７に対して、エタロン入射面がエタロン回転軸２７の垂直面に対して更にβ傾斜したエタロン１４ｂを、エタロン回転軸２７を中心にθ回転して、点線で示すエタロン１４ｃのように、ビーム入射角度を調節する構成である。例えば、光軸２３に対して、α＝２度傾斜した軸２７に対して、入射面が軸２７の垂直面に対して更にβ＝１．５度傾斜したエタロン１４ｂを、軸２７を中心にθ回転すると、ビームのエタロン１４ｂに対する入射角は、α≧βの条件では、α±β＝２±１．５°、つまり０．５〜３．５゜の範囲で調節可能となる。ちなみに、α＜βの条件では、（β−α）〜（α＋β）の範囲で調節可能となる。つまり、エタロン１４ｂをθ方向に±１８０°回転させると、ビームの入射角が±１．５°変化できる。前述の入射角±０．１〜０．２度以内の固定精度を達成するには、θ方向への回転角度精度を大幅に緩和することが可能となる。実際の調芯・固定する作業では、エタロン１４ｂを２本爪のチャックなど把持してθ方向に回転させる場合が多い。このため、一度の把持動作でエタロンを持ち替えずθ方向に回転できる範囲の方が作業上容易である。この場合、チャックのθ方向の回転範囲はチャック爪と、基板１０との干渉等を考慮すると±４５°程度以内が一般的に望ましいので、θ方向の調整範囲を±１８０゜から±４５°に制限すると、βの角度を１．５゜から６°に大きくし、α≧βの条件になるように例えばα＝６゜とすると、入射角は、α±β＝６±６°となる。この入射角可変範囲の一部を実際の調整に使用することになる。前述の入射角±０．１の固定精度を達成するには、θ方向へのおおよその回転角度精度は、±１８０゜×０．１゜／６゜＝±３゜程度と概算され、大幅に緩和できることがわかる。以上より、エタロン１４ｂに対して、エタロン１４ｂをθ方向に回転させて、図５のエタロン固定角度１３５に調芯して、前述のＩＴＵで決められた特定の波長に容易に合わせることができる構成としている。
【００４３】
図９は本発明による光モジュールの第２の実施例を示す平面図である。図９に示す光モジュールでは、半導体レーザ１１に対して、レンズ１２をオフセット１２ｃだけずらして固定し、レンズ光軸中心２３ａをαだけ傾斜させ、エタロン回転軸２７をモジュールのＺ座標系に平行とした構成である。エタロン回転軸２７の垂直面に対するエタロン１４ｂの入射面はβ傾斜しており、ビーム入射角の調整原理は、図１同様である。レンズ１２をオフセット１２ｃだけずらしてα角を決定する構成の方が、基板１０の端面やＺ座標軸に対して、エタロン回転軸２７を平行にできるため、基板１０や装置の構造上でより適した構成である。
【００４４】
図１０は本発明による光モジュールの第３の実施例を示す平面図であり、図１０に示す実施例は、前述の図６の構成に図１の構成を応用した実施例である。レンズ１２で拡散されたビーム２０ａの中心であるレンズ光軸中心２３に対してわずかにαだけ傾斜したエタロン回転軸２７に対して、エタロン入射面がエタロン回転軸２７の垂直面に対して更にβ傾斜したエタロン１４ｂをエタロン回転軸２７を中心にθ回転して、点線で示すエタロン１４ｃの範囲内で、ビーム入射角度を調節する構成である。これにより、図６のθｙ方向への回転角度精度に比べて、θ方向への回転角度精度を緩和することが可能となる。
【００４５】
さて、後方のビームをビームスプリッタで分岐した場合の実施例について図１１を用いて説明する。
図１１は本発明による光モジュールの第４の実施例を示す平面図である。図１１では、半導体レーザ１１から後方に出射されたレーザ光は、後方レンズ１２で平行なビーム２０にされ、片面にハーフミラーを有する平面型ビームスプリッタ１３で、ビームスプリッタ反射ビーム２１とビームスプリッタ透過ビーム２２に分割される。ビームスプリッタ反射ビーム２１は、レーザ光量を受光する第２の受光素子１６に入射される。一方、ビームスプリッタ透過ビーム２２は、エタロン１４ｂを透過後、波長変動を検出する第１の受光素子１５に入射される。平面型ビームスプリッタ１３を使用して、ビームを分割し、２ヶの受光素子１５、１６にそれぞれ入射する構成としているが、ビームスプリッタ透過ビーム２２については、図１の調節原理を同様に適用できる。エタロン１４ｂの回転軸をＺ軸に対してαだけ傾け、エタロン１４ｂをθ方向に回転させて、図５のエタロン固定角度１３５に調芯し、前述のＩＴＵで決められた特定の波長に合わせることができる構成としている。ここでは、平面型ビームスプリッタ１３を使用した場合を示したが、直角２等辺三角形のプリズム２ヶをハーフミラー面で貼り合わせたキューブ式ビームスプリッタを用いる場合でも、同様の構成が実現できることはいうまでもない。
【００４６】
ここで、エタロンの回転、固定の実装構造の代表的な実施例を、図１１のＡ−Ａ’断面の矢視図である図１２、１３を用いて具体的に説明する。
図１２は図１１の矢印Ａ−Ａ’方向から見たエタロンの実装構造の一実施例を示す側面図である。図１２の実施例では、エタロン１４ｄはレーザスポット溶接で固定される。基板１０にコの字状の溝１０ａを設ける。はんだ付け、低融点ガラス付け、圧入などの接合手段により、ＳＵＳ４３０やコバールなどで出来た円柱状エタロンケース１４ｅの中に四角いエタロン１４ｄをあらかじめ固定しておく。次に、ビームに対して、円柱状エタロンケース１４ｅをθ方向に回転させて、所望のエタロン固定角度に調芯し、その後、ＹＡＧレーザ３１により、スポット溶接して固定する。
【００４７】
図１３は図１１の矢印Ａ−Ａ’方向から見たエタロンの実装構造の他の実施例を示す側面図である。図１３の実施例では、エタロンは、はんだ付けで固定される。基板１０にＶの字状の溝１０ｂを設ける。円柱状に加工され、外周面にはんだ付け用のメタライズが施されたエタロン１４ｆを、θ方向に回転させて、所望のエタロン固定角度に調芯した後、ビーム加熱３３等により、はんだ３２のように溶融して固定する。
【００４８】
以上はエタロンを光軸に近い軸回りに、回転して調節する方法であったが、次に、エタロンを先に固定しておき、レンズ等の光軸回りの回転でビーム入射角を調節する実施例について図１４を用いて説明する。
図１４は本発明による光モジュールの第５の実施例を示す平面図であり、端面が斜めに研磨されたＧＲＩＮ（Ｇｒａｄｅｄ−Ｉｎｄｅｘ）レンズを光軸回りに回転させる実施例である。まず、端面斜め研磨されたＧＲＩＮレンズ１２ａの中心軸２３ａに直交する面対して、わずかにα傾斜して、エタロン１４を固定する。その後、端面斜め研磨されたＧＲＩＮレンズ１２ａを光軸回りのθｚ方向に回転して、実線で示されるビーム２０を、点線で示されるビーム２０ａに首振りさせて、エタロン１４に対する入射角度を調節する構成である。例えば、端面をレンズの光軸に対して３°度に斜め研磨されたＧＲＩＮレンズ１２ａを使用した場合、レンズの光軸中心部分の屈折率を１．５と仮定すると、スネルの法則に従って、レンズ中心軸２３ａに対するビームの屈折角度βは、１．５×ｓｉｎ３°＝ｓｉｎ（３°＋β）で求められ、βは約１．５度となる。一方、レンズの中心軸２３ａに直交する面に対して、α＝２°傾斜して、エタロン１４を固定する。その後、光軸に対して４度に斜め研磨されたＧＲＩＮレンズ１２ａを中心軸２３ａ回りにθｚ方向に３６０°回転すると、ビームのエタロン１４に対する入射角は、α±β＝２±１．５°の範囲で調節可能となる。前述のエタロンを光軸に近い軸回りに回転する方法同様に、レンズのθｚ方向への回転角度精度を緩和することが可能となる。
【００４９】
次に、図１５を用いて、レーザ光量を受光する第２の受光素子を追加した場合の実施例について説明する。
図１５は本発明による光モジュールの第６の実施例を示す側面図である。図１５の実施例では、まず、Ｚ軸に対して、わずかにθｙ方向に傾斜して、エタロン１４ｆを固定する。その後、端面斜め研磨されたＧＲＩＮレンズ１２ａを光軸回りのθｚ方向に回転して、実線で示されるビーム２０を、点線で示されるビーム２０ａにして、エタロン１４に対する入射角度を調節する構成である。平行な後方ビーム２０の一部のビーム２５は、レーザ光量を受光する第２の受光素子１６に直接入射される。一方、後方ビーム２０の残り部分のビーム２４は、エタロン１４ｆを透過後、波長変動を検出する第２の受光素子１５に入射される。
【００５０】
ここで、端面斜め研磨されたＧＲＩＮレンズ１２ｅの回転、固定の実装構造の代表的な具体的実施例について説明する。Ｓｉ基板にエッチングでＶ溝を形成したレンズ台１０ｃの上に、半導体レーザ１１をはんだ付け等で固定し、基板１０上に固定する。次に、エタロン１４ｆや第１及び第２の受光素子１５、１６を基板１０の上に固定する。最後に、外周面にはんだ付け用のメタライズが施されたＧＲＩＮレンズ１２ａを、θｚ方向に回転調整し、レンズ台１０ｃのＶ溝にはんだ付けして固定する。以上により、実装面でも、本発明の構成が実現できることが説明できる。このように、第１、第２の受光素子１５、１６をＹ方向に縦配列すると、エタロン１４ｆの固定場所に影響を受けずに、ビーム２０の光量をエタロン透過ビーム２４とビーム２５に分割できるという、利点がある。
【００５１】
以下に、図１５の第１、第２の受光素子を横に配置した構成を、図１６を用いて説明する。
図１６は本発明による光モジュールの第７の実施例を示す平面図である。後方ビーム２０の一部のビーム２５は、レーザ光量を受光する第２の受光素子１６に直接入射され、残り部分のビーム２４は、エタロン１４を透過後、波長変動を検出する第１の受光素子１５に入射される。図１５に比べて、基本的には、ビームの分割方向が異なるだけだが、横方向に配置した場合は、レーザ光量を受光する第２の受光素子１６の固定位置をより自由に選びやすい。具体的には、エタロン１４のエッジ１４ｇで発生するビーム２０の回折光の影響を避けるために、第２の受光素子１６の配置を考慮する手段が必要になる。図１５のように、第１、第２の受光素子１５、１６が縦配列される場合は、受光素子を基板３４等に固定して配置しても、Ｙ方向には調整しにくく、主にＺ方向の調整になる。これに対し、図１６では、Ｘ、Ｚの両方向に調整しやすい利点もある。以上のように、ＰＤ１、２の配置する方向は、実施目的に応じて利点を選択すればよく、本発明の実施の障害にはならない。
【００５２】
次に、レンズ、エタロンともに固定した場合の実施例を図１７、図１８を用いて説明する。
図１７は本発明による光モジュールの第８の実施例を示す平面図である。図１７の実施例では、図１４で使用した端面斜め研磨されたＧＲＩＮレンズ１２をボールレンズや非球面レンズ等の端面が原理的に斜め研磨しにくいレンズで構成した場合の実施例である。図１４の端面斜め研磨されたＧＲＩＮレンズ１２の代わりに、図１７の実施例では、ボールレンズや非球面レンズ等の端面が斜め研磨しにくいレンズ１２ｂとウェッジ基板２８で構成される。レンズ１２ｂで平行なビーム２０にされ、その後、ウェッジ基板２８を透過する。ウェッジ基板の出射側面の傾斜角度γとウェッジ基板の屈折率に基づいて、ビーム２０の角度はβ角度曲げられる。この後は、図１６と同様に、一部のビーム２５は、レーザ光量を受光する第２の受光素子１６に直接入射される。一方、ビーム２０の残り部分のエタロン透過ビーム２４は、エタロン１４を透過後、波長変動を検出する第１の受光素子１５に入射される。エタロン１４へのビーム入射角度は、エタロン１４に対して、ウェッジ基板２８のみをθｚ方向に回転させて、ビームを首振りさせて、目標のエタロン固定角度に調芯し、前述のＩＴＵで決められた特定の波長に合わせることができる構成としている。
【００５３】
次に、後方のビームをビームスプリッタで分岐した場合の別の実施例について説明する。
図１８は本発明による光モジュールの第９の実施例を示す平面図である。図１８の実施例は、図１１の実施例と同様に、後方のビームをビームスプリッタで分岐する構成であるが、ここでは、ウェッジ型ビームスプリッタ１３ａを使用する。半導体レーザ１１から後方に出射されたレーザ光は、後方レンズ１２で平行なビーム２０にされ、片面にハーフミラーを有するウェッジ型ビームスプリッタ１３ａで、ビームスプリッタ反射ビーム２１とビームスプリッタ透過ビーム２２に分割される。ビームスプリッタ反射ビーム２１は、図１１と同様に、レーザ光量を受光する第２の受光素子１６に入射される。一方、ビームスプリッタ透過ビーム２２は、ウェッジ型ビームスプリッタ１３ａのウェッジ傾斜角と屈折率に基づいて、ビーム角度は曲げられる。この後は、エタロン１４を透過後、波長変動を検出する第１の受光素子１５に入射される。ビームスプリッタ透過ビーム２２は、ＸＺ回転軸２６を中心に、ウェッジ型ビームスプリッタ１３ａをθｘｚ回転させることにより、エタロン１４に対する入射角度を調節でき、ＩＴＵで決められた特定の波長に合わせることができる構成を実現できる。本実施例では、例として、ウェッジ型のビームスプリッタ１３ａを用いる場合について説明したが、キューブ式ビームスプリッタの透過光の出射側にウェッジ基板を回転させる構成としても、図１８の実施例と同様にビーム角度調整は容易に構成可能であることはいうまでもない。
【００５４】
本実施例において、エタロンは略平行な入射面及び出射面と、入射面と出射面の間に少なくとも一つの側平面を有し、該側平面と該基板とが０度以上の角度を有するように基板上に固定される。例えば、エタロンを円柱形とし、その入出射面を略平行にし、円柱形の側面を削って側平面とし、この面を使ってエタロンを基板に固定する。また、このエタロンと基板との間には、この側平面と基板との角度を保持するための保持部材を設けてもよい。この保持部材とエタロンははんだで接着される。または、この側平面には、はんだ付け用のメタライズが形成し、これによってはんだ付けしても良い。また、エタロンに複数の側平面を設けても良い。
【００５５】
また、エタロンに位置合わせに用いる印を、この印を基に基板に組みつけても良い。また、エタロンを組み付ける基板にもエタロンとの位置合わせに用いる印をつけても良い。
【００５６】
以上述べたように、本発明によれば、エタロンの繰り返し波長選択性を利用して、複数の異なる波長に対して波長検出ができる波長モニタ光学系において、回転軸に対して傾斜した入射面を持つエタロンを光軸に近い回転軸回りに回転したり、もしくは、端面を斜めに研磨したレンズを光軸回りに回転したりして、エタロンに対するビームの入射角度を変化調節して、エタロンに対するレーザの入射角度を高精度に調芯・固定することができる。これにより、ＩＴＵグリッドに対するモニタ波長ずれを防止し、工程歩留まりを向上させることができる光モジュールを提供することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、エタロンに対するレーザの入射角度を高精度に調芯・固定することができる。
また、ＩＴＵグリッドに対するモニタ波長ずれを防止し、工程歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光モジュールの第１の実施例を示す平面図である。
【図２】エタロンでの光の状態を説明するためのエタロンの側面図である。
【図３】エタロンを透過し、受光素子で受光される光ビームの波長に対する電流特性を示す特性図である。
【図４】エタロンに入射する光ビームの波長と透過率の関係を示す特性図である。
【図５】エタロンへの光ビームの入射角度と透過光量の関係を示す特性図である。
【図６】従来光モジュールにおけるエタロンへの光ビームの入射角を調整する機構を示す平面図である。
【図７】エタロンを面内で回転させることによって、エタロンへのビーム入射角を調整する原理を説明するための平面図である。
【図８】レンズを移動してエタロンへの入射角を調節する原理を説明するための平面図である。
【図９】本発明による光モジュールの第２の実施例を示す平面図である。
【図１０】本発明による光モジュールの第３の実施例を示す平面図である。
【図１１】本発明による光モジュールの第４の実施例を示す平面図である。
【図１２】図１１の矢印Ａ−Ａ’方向から見たエタロンの実装構造の一実施例を示す側面図である。
【図１３】図１１の矢印Ａ−Ａ’方向から見たエタロンの実装構造の他の実施例を示す側面図である。
【図１４】本発明による光モジュールの第５の実施例を示す平面図である。
【図１５】は本発明による光モジュールの第６の実施例を示す側面図である。
【図１６】本発明による光モジュールの第７の実施例を示す平面図である。
【図１７】本発明による光モジュールの第８の実施例を示す平面図である。
【図１８】本発明による光モジュールの第９の実施例を示す平面図である。
【符号の説明】
１０…基板、１０ａ…コの字状の溝、１０ｂ…Ｖの字状の溝、１０ｃ…レンズ台、１１…半導体レーザ、１２…レンズ、１２ａ…端面斜め研磨されたＧＲＩＮレンズ、１２ｂ…レンズ、１２c…オフセット、１３…平面型ビームスプリッタ、１３ａ…ウェッジ型ビームスプリッタ、１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｆ…エタロン、１４ｅ…エタロンケース、１４ｇ…エタロンエッジ、１５、１５ａ、１５ｂ…第１の受光素子、１６…第２の受光素子、１７…第１前方レンズ、１８…第２前方レンズ、１９…光ファイバフェルール、２０、２０ａ、２０ｂ…ビーム、２１…ビームスプリッタ反射ビーム、２２…ビームスプリッタ透過ビーム、２３…レンズ光軸中心、２３ａ…中心軸、２４…エタロン透過ビーム、２５…ビーム、２６…ＸＺ回転軸、２７…エタロン回転軸、２８…ウェッジ基板、３１…ＹＡＧレーザ、３２…はんだ、３３…ビーム加熱、３４…基板、４１、４２…半透明膜、７１…前方ビーム、１００…入射ビーム、１０１…エタロン入射直角軸、１０２…ビーム入射角、１０３…ビーム屈折角、１１１…第１の反射ビーム、１１２…第２の反射ビーム、１２１…第１の透過ビーム、１２２…第２の透過ビーム、１３１…電流カーブ、１３２…波長ロック点、１３３…第１ピーク電流、１３４…第１ボトム電流、１３５…エタロン固定角度、１３６…波長ロック電流、１４１、１４２、１４３…曲線、１４４…ピーク、１４５…ボトム、１４６…直線部。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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