(57)【要約】【課題】実施形態は、温度変動に対する光出力の変化を抑制した光モジュールを提供する。【解決手段】実施形態に係る光モジュールは、透明部材と、ベース部材と、前記透明部材と前記ベース部材との間に配置された複数の支持部材と、を備える。前記透明部材は、レーザ光の入射面と、前記入射面に対向する出射面と、前記入射面と前記出射面とをつなぐ第１面と、を有する。ベース部材は、前記透明部材の前記第１面側に設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の入射面と、前記入射面に対向する出射面と、前記入射面と前記出射面とをつなぐ第１面と、を有する透明部材と、
前記透明部材の前記第１面側に設けられたベース部材と、
前記透明部材と、前記ベース部材と、の間に配置された複数の支持部材と、
を備えた光モジュール。
【請求項２】
前記複数の支持部材のそれぞれと、前記ベース部材と、の間に設けられた第１接着層と、
前記複数の支持部材のそれぞれと、前記透明部材と、の間に設けられた第２接着層と、
をさらに備えた請求項１記載の光モジュール。
【請求項３】
前記透明部材と、前記ベース部材と、の間に、少なくとも３つの支持部材を配置した請求項１または２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記透明部材は、前記入射面上に設けられた複数のバンドパスフィルタを有し、前記出射面の一部に反射防止膜を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の光モジュール。
【請求項５】
レーザ光の入射面と、前記入射面に対向する出射面と、前記入射面と前記出射面とをつなぐ第１面と、を有する透明部材と、
前記透明部材の前記第１面に向かって突出した複数の凸部を有するベース部材と、
前記透明部材と、前記複数の凸部のそれぞれと、の間に配置された接着層と、
を備えた光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）方式の光通信システムに用いられる光モジュールの用途が拡大している。これに対応するために、様々な機能を集積化した光モジュールが求められている。例えば、複数の半導体レーザもしくは受光素子と、光合波器と、を内蔵した光モジュールは、大容量デジタル通信の送受信機として重要な役割を果たすであろう。しかしながら、光合波器などの光機能デバイスの小型化には限界がある。例えば、光合波器を搭載した光モジュールはサイズが大きく、その温度調整に多くの電力を消費する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４９９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実施形態は、温度変動に対する光出力の変化を抑制した光モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る光モジュールは、透明部材と、ベース部材と、前記透明部材と前記ベース部材との間に配置された複数の支持部材と、を備える。前記透明部材は、レーザ光の入射面と、前記入射面に対向する出射面と、前記入射面と前記出射面とをつなぐ第１面と、を有する。ベース部材は、前記透明部材の前記第１面側に設けられる。
【発明の効果】
【０００６】
実施形態によれば、温度変動に対する光出力の変化を抑制した光モジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態に係る光モジュールを示す模式図である。
【図２】第１実施形態に係る光モジュールを示す別の模式図である。
【図３】第１実施形態に係る光モジュールの特性を表すグラフである。
【図４】比較例に係る光モジュールを示す模式断面図である。
【図５】比較例に係る光モジュールの特性を表すグラフである。
【図６】比較例に係る光モジュールの別の特性を表すグラフである。
【図７】比較例に係る光モジュールの他の特性を表すグラフである。
【図８】第１実施形態に係る光モジュールの別の特性を表すグラフである。
【図９】第２実施形態に係る光モジュールを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態では、図面中の同一部分には同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について適宜説明する。
【０００９】
[第１実施形態]
図１は、第１実施形態に係る光モジュール１を示す模式図である。図１（ａ）は、光モジュール１の断面を表し、図１（ｂ）は、各部品の配置を表す平面図である。
【００１０】
光モジュール１は、複数の半導体レーザ１０と、透明部材２０と、を備える。ここで、「透明」とは、半導体レーザから出射されるレーザ光を透過することを意味する。また、レーザ光を１００％透過する場合に限定される訳ではなく、その一部を吸収しても良い。
【００１１】
透明部材２０は、例えば、光合波器であり、複数の半導体レーザの出射光を合波した光を出射する。透明部材２０は、レーザ光の入射面２１と、入射面２１に対向する出射面２３と、を有する。また、透明部材２０は、入射面２１と出射面２３とをつなぐ第１面２５と、第１面２５とは反対側の第２面２７と、を有する。透明部材２０には、例えば、石英などのガラス材を用いる。
【００１２】
半導体レーザ１０および透明部材２０は、例えば、金属ケース５０に収容される。金属ケース５０は、ベース板５１と、枠５３と、蓋５５と、を有する。ベース板５１には、例えば、銅タングステン（ＣｕＷ）を用いる。枠５３には、例えば、コバールを用いる。枠５３において、透明部材２０の出射面２３に対向する部分には、レーザ光を透過する窓５７が設けられる。
【００１３】
図１（ａ）に示すように、ベース板５１の上に、レーザホルダ１３と、ベース部材３０と、が配置される。半導体レーザ１０は、その出射光が透明部材２０の入射面に入射するようにレーザホルダ１３の上にマウントされる。レーザホルダ１３は、半導体レーザ１０に電気的に接続された配線（図示しない）を含む。また、レーザホルダ１３は、温度調節デバイス、例えば、ペルチェ素子を含んでも良い。
【００１４】
透明部材２０は、ベース部材３０の上に載置される。ベース部材３０には、例えば、アルミナまたは窒化アルミニウムなどのセラミック材を用いる。また、ベース部材３０は、金属でも良い。
【００１５】
透明部材２０と、ベース部材３０と、の間には、複数の支持部材４０が配置される。支持部材４０は、透明部材２０を安定に支持するために、好ましくは、３つ以上配置する。支持部材４０には、例えば、アルミナまたは窒化アルミニウムなどのセラミック材を用いる。
【００１６】
また、実施形態に上記の例に限定される訳ではなく、例えば、ベース部材３０を用いることなく、ベース板５１の上に支持部材４０を介して透明部材２０を配置しても良い。
【００１７】
図１（ｂ）に示すように、この例では、４つの半導体レーザ１０ａ〜１０ｄが配置される。ただし、半導体レーザの数は、任意でありこの例には限定されない。半導体レーザ１０ａ〜１０ｄから出射されるレーザ光の波長は、それぞれ異なる。
【００１８】
透明部材２０の入射面２１上には、半導体レーザ１０ａ〜１０ｄのそれぞれに対向する４つのバンドパスフィルタ１３ａ〜１３ｄが設けられる。半導体レーザ１０ａに対向するバンドパスフィルタ１３ａは、半導体レーザ１０ａから出射されるレーザ光を透過し、他の半導体レーザ１０ｂ〜１０ｃから出射されるレーザ光を反射する。
【００１９】
一方、透明部材２０の出射面２３の上には、部分的に反射防止膜１７が設けられる。反射防止膜１７は、例えば、バンドパスフィルタ１３ａに対向する部分に設けられる。これにより、半導体レーザ１０ａから出射されるレーザ光は、バンドパスフィルタ１３ａ、透明部材２０および反射防止膜１７を通過して、枠５３に設けられた窓５７から外部に出射される。
【００２０】
透明部材２０の出射面２３の他の部分には、反射膜１５が設けられる。半導体レーザ１０ｂ〜１０ｄから出射されたレーザ光は、透明部材２０の内部において、反射膜１５とバンドパスフィルタ１３ａ〜１３ｄの間で多重反射を繰り返し、最終的に反射防止膜１７が設けられた部分から出射し、窓５７から外部に出射される。
【００２１】
このように、半導体レーザ１０ａ〜１０ｄから出射されるレーザ光は、透明部材２０において合波される。透明部材２０の中における各レーザ光の伝播距離は、レーザ光の入射位置が反射防止膜１７が設けられた部分から離れるほど長くなる。すなわち、半導体レーザ１０ｄから出射されるレーザ光の伝播距離が最も長くなる。
【００２２】
図２は、第１実施形態に係る光モジュール１を示す別の模式図である。図２（ａ）は、光モジュール１の部品配置を表す平面図であり、図２（ｂ）は、透明部材２０の支持構造を表す部分断面である。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、支持部材４０は、例えば、透明部材２０の下に４つ配置される。前述したように、３つ以上の支持部材４０を配置することにより、透明部材２０を安定して保持することができる。また、図２（ａ）に示す支持部材４０の形状は、四角形であるが、これに限定される訳ではない。例えば、円形であっても良い。また、支持部材４０の形状により、２つの支持部材であっても透明部材２０を安定に保持できる場合がある。例えば、入射面２１もしくは出射面２３に沿って延びる２つの支持部材４０を配置しても良い。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、ベース部材３０は、接着層３３を介してベース板５１の上に固定される。さらに、支持部材４０は、接着層４３（第１接着層）を介してベース部材３０の上に固定される。透明部材２０は、接着層４５（第２接着層）を介して支持部材４０に接続される。接着層３３、４３および４５には、例えば、銀（Ａｇ）ペーストもしくはエポキシ系樹脂を含む接着剤を用いることができる。  
複数の支持部材４０の相互の間隔Ｗ１は、透明部材２０の第１面２５に平行な方向の支持部材４０の幅Ｗ２よりも広くすることが好ましい。
【００２５】
図３は、第１実施形態に係る光モジュール１の特性を表すグラフである。横軸は、ケース温度であり、縦軸は、光モジュール１から出力されるレーザ光のパワーＰｆである。出力パワーＰｆは、２５℃における出力パワーに対する相対値として示されている。以下に示す他のグラフについても同じである。
【００２６】
図３に示す特性は、半導体レーザ１０ｄから出射されるレーザ光の出力特性である。すなわち、透明部材２０中における伝播距離が最も長いレーザ光の出力特性であり、例えば、温度変化よる透明部材２０の歪み等に最も影響され易い。図３に示すように、光モジュール１の出力変動は、−５℃から７５℃の温度範囲において、２ｄＢ以下に抑制されている。
【００２７】
図４は、比較例に係る光モジュール２を示す模式断面図である。図４に示すように、光モジュール２では、透明部材２０は、ベース部材６０の上に直接載置される。また、透明部材２０は、図示しない接着層（Ａｇペースト）を介してベース部材６０の上に固定される。
【００２８】
図５〜図７に光モジュール２ａ〜２ｃの特性を示す。各図の（ａ）は、部品配置を表す平面図であり、（ｂ）は、光モジュール２ａ〜２ｃの出力特性を表すグラフである。各図に示す光モジュール２は、透明部材２０と、ベース部材６０と、の間に設けられる接着層の位置もしくは大きさが異なる。また、各図の（ｂ）は、半導体レーザ１０ｄから出射されるレーザ光の出力特性であり、同時に透明部材２０中の伝播特性を表している。
【００２９】
図５（ａ）に示す光モジュール２ａでは、透明部材２０と、ベース部材６０と、の間に４つの接着層６１が設けられる。  
図５（ｂ）に示すように、光モジュール２ａの出力は、低温側および高温側の両方で低下する。−５℃から７５℃の温度範囲における出力変動の幅は、９ｄＢを超える。
【００３０】
図６（ａ）に示す光モジュール２ｂでは、透明部材２０と、ベース部材６０と、の間に接着層６３が設けられる。接着層６３は、透明部材２０の中央に１つ設けられる。  
図６（ｂ）に示すように、光モジュール２ａの出力は、高温側で大きく低下する。−５℃から７５℃の温度範囲における出力変動の幅は、約８ｄＢである。
【００３１】
図７（ａ）に示す光モジュール２ｃでは、透明部材２０と、ベース部材６０と、の間に接着層６５が設けられる。接着層６５は、透明部材２０の中央に１つ設けられ、接着層６３よりも小さい。  
図７（ｂ）に示すように、光モジュール２ｃの出力は、低温側で約２ｄＢ低下するが、高温側の変化が抑制されている。−５℃から７５℃の温度範囲における出力変動の幅は、約２ｄＢである。
【００３２】
このように、光モジュール２の出力特性は、透明部材２０と、ベース部材６０と、の間の接着層の配置もしくは大きさに依存する。そして、光モジュール２の出力の温度変化は、透明部材２０の中央に小さい接着層６５を配置した場合に最も抑制される。しかしながら、透明部材２０の中央において、透明部材２０とベース部材６０とを接着層６５により接続する構成では、接着強度の低下が懸念される。すなわち、光モジュール２ｃの剥離による信頼性の低下を招く恐れがある。
【００３３】
図７（ｂ）の光モジュール２ｃの出力特性と、図３の光モジュール１の出力特性を比較すると、光モジュール１の出力変動は２ｄＢ以下であり、光モジュール２ｃよりもさらに温度変化が抑制されていることが分かる。また、光モジュール１の支持部材４０の配置は、光モジュール２ａの接着層６１の配置と同じであるが、光出力の変動は大幅に抑制されている。
【００３４】
図８は、半導体レーザ１０ａ〜１０ｄから出射されたレーザ光のそれぞれの出力特性を示すグラフである。図８（ａ）は、光モジュール１の特性を示しており、図８（ｂ）は、光モジュール２の特性を表している。図８（ａ）および図８（ｂ）において、半導体レーザ１０ａから出射されるレーザ光の出力特性はＬａであり、半導体レーザ１０ｂ〜１０ｄから出射されるレーザ光の出力特性は、それぞれＬｂ〜Ｌｄである。
【００３５】
図８（ａ）に示すように、光モジュール１では、高温側において光出力がやや低下するが、その変動幅は、２ｄＢ以下である。また、半導体レーザ１０ａ〜１０ｃから出射されるレーザ光の出力特性における変動幅は１ｄＢに抑えられている。
【００３６】
図８（ｂ）に示す光モジュール２は、図７に示す光モジュール２ｃとは別のサンプルであるが、半導体レーザ１０ａ〜１０ｄのそれぞれの伝播特性の変動幅は、２ｄＢ以下に抑えられている。しかしながら、各レーザ光の温度変化の傾向は区々である。すなわち、半導体レーザ１０ｄから出射されるレーザ光の出力（Ｌｄ）は、低温側および高温側の両方で低下している。一方、半導体レーザ１０ｂから出射されるレーザ光の出力（Ｌｂ）は、低温側で低下し、高温側で上昇する。結果として、光モジュール２の出力変動の幅は、２ｄＢを超えている。
【００３７】
このように、本実施形態に係る光モジュール１では、動作環境の温度変化に対する出力の変化を抑制することができる。また、光モジュール１では、透明部材２０と、ベース部材３０と、の間に複数の支持部材４０が配置される。これにより、透明部材２０の接着強度を向上させることができる。すなわち、本実施形態では、光出力の温度変化を抑制した信頼性の高い光モジュール１を実現することができる。
【００３８】
[第２実施形態]
図９は、第２実施形態に係る光モジュール３を示す模式図である。図９（ａ）は、光モジュール３を表す断面図である。図９（ｂ）は、透明部材２０の支持構造の一例を表す部分断面部である。
【００３９】
図９（ａ）に示すように、光モジュール３では、透明部材２０は、ベース部材７０の上に載置される。ベース部材７０は、透明部材２０側の表面に複数の凸部７１を有する。透明部材２０は、図示しない接着層を介して凸部７１の上に固定される。
【００４０】
ベース部材７０には、例えば、アルミナもしくは窒化アルミニウムなどのセラミック材を用いることができる。ベース部材７０は、金属であっても良い。また、凸部７１の相互の間隔は、透明部材２０の第１面２５に平行な方向の凸部７１の幅よりも広いことが好ましい。
【００４１】
図９（ｂ）に示すように、ベース部材７０は、ベース板５１の上に接着層７３を介して固定される。凸部７１は、図９（ａ）に示すような一体構造でも良いが、複数の突起７５を含む構造でも良い。突起７５の高さＨ１は、透明部材２０の第１面２５に平行な方向の幅Ｗ３よりも高いことが好ましい。
【００４２】
透明部材２０は、接着層７７を介して複数の突起７５の上に固定される。接着層７３および７７には、例えば、Ａｇペーストもしくはエポキシ系樹脂を含む接着剤を用いることができる。
【００４３】
光モジュール３では、ベース部材７０に突起を設けることにより、透明部材２０とベース部材７０との間に生ずる応力を軽減し、透明部材の歪みを抑制する。これにより、光出力の温度変化を抑制することができる。
【００４４】
上記の実施形態では、複数の半導体レーザと、合波器と、を備える発光モジュールについて説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、分波器と、複数の受光素子と、を備える受光モジュールに適用することも可能である。
【００４５】
以上、本発明に係る一実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、出願時の技術水準に基づいて、当業者がなし得る設計変更や、材料の変更等、本発明と技術的思想を同じとする実施態様も本発明の技術的範囲に含有される。
【符号の説明】
【００４６】
１〜３…光モジュール、  １０…半導体レーザ、  １３…レーザホルダ、  １３ａ〜１３ｄ…バンドパスフィルタ、  １５…反射膜、  １７…反射防止膜、  ２０…透明部材、  ２１…入射面、  ２３…出射面、  ２５…第１面、  ２７…第２面、  ３０、６０、７０…ベース部材、  ３３、４３、４５、６１、６３、６５、７３、７７…接着層、  ４０…支持部材、  ５０…金属ケース、  ５１…ベース板、  ５３…枠、  ５５…蓋、  ５７…窓、  ７１…凸部、  ７５…突起
【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】
2016092088.tif 000009
【図８】
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【図９】
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