(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出力する発光素子と、
前記発光素子から出力されるレーザ光の波長を所定の波長に調整する波長調整部と、
前記発光素子から出力されるレーザ光を、光フィルタを通過させて受光して波長をモニタする波長モニタ部と、
前記発光素子、波長調整部及び波長モニタ部を収納するパッケージと、
前記パッケージのケース温度を検出するケース温度検出部と、
前記発光素子の温度を検出する発光素子温度検出部とを有し、
前記波長調整部は、前記発光素子温度検出部からの信号に基づいて、レーザ光の波長が波長モニタ部で調整可能な波長範囲内に調整された後に、前記波長モニタ部からの信号に基づいてレーザ光の波長を所定の波長に調整し、
前記発光素子温度検出部からの信号及び前記ケース温度検出部からの信号は、前記発光素子の温度及びケース温度に基づいて前記光フィルタの温度を推定して、光フィルタの有する温度特性に伴う波長のずれを補正するために用いられる、
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
レーザ光を出力する発光素子と、
前記発光素子から出力されるレーザ光の波長を所定の波長に調整する波長調整部と、
前記発光素子から出力されるレーザ光を、光フィルタを通過させて受光して波長をモニタする波長モニタ部と、
前記発光素子、波長調整部及び波長モニタ部を収納するパッケージと、
前記パッケージのケース温度を検出するケース温度検出部と、
前記発光素子の温度を検出する発光素子温度検出部と、
前記光フィルタの温度を検出する光フィルタ温度検出部とを有し、
前記波長調整部は、前記発光素子温度検出部からの信号に基づいて、レーザ光の波長が波長モニタ部で調整可能な波長範囲内に調整された後に、前記波長モニタ部からの信号に基づいてレーザ光の波長を所定の波長に調整し、
前記光フィルタ温度検出部からの信号及び前記ケース温度検出部からの信号は、前記光フィルタの温度及びケース温度に基づいて、光フィルタの有する温度特性に伴う波長のずれを補正するために用いられる、
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項３】
前記波長調整部は、前記発光素子の温度を調整することにより、前記発光素子の発光波長を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記波長調整部は、前記発光素子への注入電流を調整することにより、前記発光素子の発光波長を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記波長モニタ部は、温度調整器上で温度調整されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つの項に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記ケース温度検出部は、パッケージの内部に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つの項に記載の光モジュール。
【請求項７】
前記ケース温度検出部は、パッケージの外部に設置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つの項に記載の光モジュール。
【請求項８】
前記ケース温度検出部は、パッケージに接触して設置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つの項に記載の光モジュール。
【請求項９】
前記発光素子と前記波長モニタ部とは、それぞれ独立に温度制御されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つの項に記載の光モジュール。
【請求項１０】
前記請求項１乃至９のいずれか１つの項に記載の光モジュールと、
前記波長モニタ部から出力される信号に基づいて、前記発光素子から出力されるレーザ光の発光波長を所定の波長に固定する制御部と、
前記ケース温度検出部によって検出されたケース温度に基づいて前記光フィルタの温度を推定し、推定された光フィルタの温度に基づいて前記光フィルタの温度特性に伴う前記波長のずれを補正するように指令する補正信号を前記制御部に出力する補正部と、
を有することを特徴とする光送信器。
【請求項１１】
前記請求項１０に記載の光送信器を複数有し、これら光送信器から出力された光信号を波長多重して送信することを特徴とするＷＤＭ光送信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division multiplexing）通信システムに利用される光モジュール、光送信器及びＷＤＭ光送信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、高密度ＷＤＭの分野では、光信号の波長が長期に渡って安定していることが要求される。そのため波長モニタの機能を光モジュール内に設ける技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１４は従来の光モジュールの構成を示す説明図である。図１４に示すように、従来の光モジュールは、所定の発光波長のレーザ光を出力する半導体レーザダイオード等からなる発光素子５０と、発光素子５０に光結合され、発光素子５０の前側（図１４では右側）端面から出力されたレーザ光を外部に送出する光ファイバ５１と、発光素子５０の発光波長とほぼ同じカットオフ波長を持つ光フィルタ５２と、発光素子５０の後側（図１４では左側）端面から出力されたレーザ光を２つに分光するハーフミラーからなるビームスプリッタ５３と、ビームスプリッタ５３によって分光された一方のレーザ光を光フィルタ５２に透過させた後に受光するフォトダイオード等の第１の受光素子５４と、ビームスプリッタ５３によって分光された他方のレーザ光を受光するフォトダイオード等の第２の受光素子５５と、発光素子５０の温度を調整するペルチェモジュール５６とを有する。また、光モジュールには制御部５７が接続されている。制御部５７は、第１の受光素子５４及び第２の受光素子５５から出力されるＰＤ電流に基づいて、発光素子５０の波長を制御するように、ペルチェモジュール５６を制御する。
【０００４】
図１５は制御部５７の構成の一例を示すブロック図である。図１５に示すように、制御部５７は、例えば、第１の受光素子５４から出力される第１のＰＤ電流を第１の電圧Ｖ１に変換する第１の電圧変換器６７と、第２の受光素子５５から出力される第２のＰＤ電流を第２の電圧Ｖ２に変換する第２の電圧変換器６８と、第１の電圧変換器６７から出力される第１の電圧Ｖ１及び第２の電圧変換器６８から出力される第２の電圧Ｖ２の差又は比を制御信号として出力する比較器６９と、比較器６９から出力される制御信号に基づいてペルチェモジュール５６の温度を上昇又は下降させる温度制御電流を出力するＴＥＣ（Thermo Electric Cooler）電流発生器７０とを有する。
【０００５】
発光素子５０と光ファイバ５１との間には、発光素子５０の前側端面から出力されたレーザ光を光ファイバ５１に結合する集光レンズ５８が配置されている。また、発光素子５０とビームスプリッタ５３との間には、発光素子５０の後側端面から出力されたレーザ光を平行にする平行レンズ５９が配置されている。
【０００６】
発光素子５０、集光レンズ５８及び平行レンズ５９は、ＬＤキャリア６０上に固定されている。第１の受光素子５４及び第２の受光素子５５は、それぞれ第１のＰＤキャリア６１及び第２のＰＤキャリア６２に固定されている。
【０００７】
ビームスプリッタ５３、光フィルタ５２、第１のＰＤキャリア６１及び第２のＰＤキャリア６２は、金属基板６３上に固定されている。金属基板６３は、ＬＤキャリア６０の表面に固定され、ＬＤキャリア６０は、ペルチェモジュール５６上に固定されている。
【０００８】
発光素子５０、ビームスプリッタ５３、光フィルタ５２、集光レンズ５８、平行レンズ７９、ＬＤキャリア６０、第１のＰＤキャリア６１、第２のＰＤキャリア６２、金属基板６３及びペルチェモジュール５６は、パッケージ６４内に設けられている。また、光ファイバ５１の先端部を保持するフェルール６５は、パッケージ６４の側部にスリーブ６６を介して固定されている。
【０００９】
発光素子５０の前側端面から出力されたレーザ光は、集光レンズ５８によって集光され、フェルール６５によって保持された光ファイバ５１に入射され外部に送出される。
【００１０】
一方、発光素子５０の後側端面から出力されたレーザ光は、平行レンズ５９によって平行になり、ビームスプリッタ５３によってＺ軸方向（透過方向）と、Ｚ軸方向に垂直なＸ軸方向（反射方向）との２つの方向に分岐される。Ｚ軸方向に分岐されたレーザ光は、第１の受光素子５４によって受光され、Ｘ軸方向に分岐されたレーザ光は、第２の受光素子５５によって受光される。
【００１１】
第１の受光素子５４及び第２の受光素子５５から出力されるＰＤ電流は制御部５７に入力され、制御部５７は、入力されたＰＤ電流の値に基づいて、発光素子５０の波長を制御するように、ペルチェモジュール５６の調整温度を制御する。
【００１２】
【特許文献１】
特開平２０００−５６１８５号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図１６は、レーザダイオードの経年劣化を説明するためのグラフである。図１６に示すように、レーザダイオードを備えた光モジュールの使用開始時には、そのしきい値はＩthである。また、所定の光出力Ｐfが得られるように、ＡＰＣ（Auto Power Control)回路が駆動する。
【００１４】
光モジュールの使用開始時において光出力Ｐｆを得るためのレーザダイオードへの注入電流はＩopである。レーザダイオードが長期間使用され続けるとその特性は劣化し、所定期間終了時のしきい値は初期状態から上昇し、Ith’となる。また、光出力Ｐｆを得るためのレーザダイオードへの注入電流もＩop'に上昇する。
【００１５】
また、図１７に示すように、レーザダイオードの発光波長はＬＤキャリア（サブマウント）の温度が一定の場合、注入電流依存性を有し、その依存性は通常０．０１ｎｍ／ｍＡ程度である。従って、ＬＤキャリアの温度が一定の場合にレーザダイオードの経年劣化が生じた時、発光波長は長い方ヘシフトする。
【００１６】
このような特性を有するレーザダイオードを波長ロックするために光フィルタが使用される。すなわち、波長をモニタしてレーザダイオードを載せるＬＤキャリアの温度をペルチェモジュールによって調整し、図１８で示す波長ロックポイントＰに光モジュールの発光波長を固定する。発光波長はレーザダイオードの経年劣化により注入電流が増大した時、レーザダイオードの活性層の温度が上昇して長波長側へシフトするが、光フィルタを用いた波長モニタを駆動することにより、波長シフトを補正するために、ペルチェモジュールによってＬＤキャリアの温度を低下させる。
【００１７】
ところで、光フィルタは例えば石英で作られており、図１９に示すように、光透過特性について温度依存性（以下、単に温度特性という）を有する。例えば、ある光フィルタでは波長ー光透過率特性が０．０１ｎｍ／℃の割合で短波側にシフトする。
【００１８】
従来の光モジュールでは、例えば図１４に示すように、発光素子５０と光フィルタ５２とがほぼ同温に保たれるように、熱的に接続されている。そのため、発光素子５０を載せるＬＤキャリア６０の温度が低下すると光フィルタ５２の温度も低下し、光フィルタ５２の特性が変化する。すなわち、波長モニタを駆動して所定の期間が過ぎて、発光素子５０が経年劣化すると、発光素子５０への注入電流が増加し、発光素子５０の温度が上昇する。これにより、ずれた波長を補正するために制御部５７により、ペルチェモジュール５６が制御され、発光素子５０の温度が低下し、それに伴い光フィルタ５２の温度が低下する。光フィルタの温度低下によって、初期の波長特性が得られなくなり、図２０に示すように、光フィルタ特性は全体的に短波側ヘシフトする。図２０で、●は初期のロック波長Ｐ、○は所定時間駆動後のロック波長Ｐ’を示す。このように、ロック波長がＰからＰ’へとシフトしてしまい、所望の波長の光を得ることができなかった。波長モニタを駆動した場合の注入電流と波長の関係は、図２１に示すようになり、発光波長は電流依存性を有する。
【００１９】
また、光フィルタを搭載したベルチェモジュール５６が一定温度に制御されていた場合においても、外部環境温度や光モジュールの消費電力量の変化に応じ、光モジュール内の温度は変動するため、光フィルタがベルチェモジュールに直接接触していない側から、現境温度の変動の影響を受け、例えば、図２２のように光フィルタの温度は変動する。
【００２０】
このような光フィルタの温度変化に伴うロック波長のずれは、クロストークによる信号劣化の原因になり、波長安定化が要求される高密度ＷＤＭシステムにとって好ましくない。
【００２１】
また、高密度ＷＤＭシステムでは、光信号の波長間隔が狭いため、各光信号波長の波長ずれ防止への要求が厳しく、高い精度で発光波長を固定する必要がある。例えば、光フィルタとして図２３に示すような波長弁別特性を有するエタロンフィルタを用いて光信号を配列する場合、例えば一定の波長間隔ごとに、光信号を配列することができるように、スロープの中心付近が所定波長と重なるように作りこむ。
【００２２】
ところで、例えば特開２００１−４４５５８号公報には、エタロンの温度を検出し、補正部によって制御部へ補正信号を送り、温度補正を行う技術が提案されている。一般に、エタロンフィルタは温度特性を有する。エタロンに使用される材料の中でも、温度特性が小さいものに水晶があり、上記公報の技術でも用いられている。ここで、水晶エタロンの温度特性は５ｐｍ／℃であることが知られている。
【００２３】
光モジュールに用いられるパッケージのケース温度は、従来５〜７０℃の範囲で使用することを保証することが要求されている。従って、エタロンの温度によりドリフトは、５ｐｍ／℃×７５℃＝３７５ｐｍとなる。
【００２４】
また、光フィルタを搭載した温度調整器の調整温度が変動した場合には、さらにエタロンの温度変動によるドリフトは大きくなる。
【００２５】
図２４に示すように、例えば１００ＧＨｚ（８００ｐｍ）間隔の水晶のエタロンを用いて波長をロッキングし、温度補償を行うとロックされる波長とスロープ上のロッキングポイントは図示するような関係として表される。温度補償を行うことによって、ロックされる波長とスロープ上のロッキングポイントはスロープ上をアクティブに動くことになる。
【００２６】
一方、ＷＤＭの分野、特に高密度ＷＤＭの分野では、非常に多くのそれぞれ異なる発光波長をもつレーザモジュールが必要とされるが、それら全種類の波長のレーザを異なる仕様で生産することは現実的ではなく、ひとつのレーザモジュールが必要とするいくつかの波長に調整可能とし、少なくとも２波長以上に対応できるような特性を有していることが望ましい。そのような波長調整を可能にするには波長モニタ部に使用される光フィルタが必要なレーザ光の波長に対応して波長透過特性が繰り返し周期を持つ、エタロン等が有効である。
【００２７】
しかしながら、レーザの発光波長が光フィルタの波長透過特性が繰り返し周期のどの波長近傍にあるかを波長モニタからの信号によって区別することは不可能である。
【００２８】
そのため、あらかじめ波長モニタで調整可能な所定の波長範囲内に、レーザ発光波長を制御することが必要である。発光素子を搭載した温度調整器の制御によってその発光波長制御を行うには、発光素子の温度を正確に測定し制御する必要があるため、温度検出部を発光素子近傍に配置する必要がある。
【００２９】
エタロンの温度が中間の温度である３２．５℃にて、ロックポイントがスロープの中心にあるものと仮定すると、−５℃において、スロープの下方にてスロープの傾きがなまっている箇所、−７０℃において受光素子の最大値となる位置にある。波長ロッキングはスロープによって波長がどちらにドリフトしているか検出する。従って、ここで示した低温側、高温側では十分なロッキングができず、特に波長弁別特性のピークを越えて隣のスロープヘ移ってしまう。従ってこのような高密度ＷＤＭシステムで使用される周期の短いエタロンフィルタを温度補償して波長ロッキングすることは不可能である。まして、伝送容量を向上するために、波長間隔を５０ＧＨｚ、２５ＧＨｚ、１２．５ＧＨｚと狭めていくと、温度補償をかけられる範囲３４５ｐｍよりも、ロックが可能な範囲の方が明らかに狭いので、波長ロッキングすることができない。
【００３０】
このように、波長間隔が狭い高密度ＷＤＭシステムでは、波長ドリフトを数ｐｍ以内に押さえ込む必要があり、ケース温度の依存性のみで１０ｐｍ以上となってしまう従来の光モジュールや光送信器では要求を満たすことができなかった。
【００３１】
また、光モジュールは底面側からしか温度制御されていないため、部品ごとに温度分布が生じる。特にエタロンフィルタは、光軸方向のフィルタ長で、透過波長特性が決まり、入射光の光径以上の入射面積が必要なため、１ｍｍ以上の大きさが必要である。
【００３２】
また、金属に比べ熱伝導率も小さく、水晶を用いたエタロンフィルタでは、光軸方向の熱伝導率が０．０２５５Cal／cm・sec・degであるのに対し、光軸に垂直な方向、すなわち温度調整器の調整面に垂直な方向では、熱伝導率が０．０１４８Cal／cm・sec・degと小さく、温度調整器の制御が難しく、発光素子等の他の部品に比べ温度分布を生じやすい。
【００３３】
このような観点から、発光素子の温度を検出する温度検出部とは別に光フィルタの温度を検出する温度検出部を設け、光フィルタの温度特性に伴う波長のずれを補正することにより、発光波長を安定化する技術を本発明者は発明している。しかし、検出するべき光フィルタの温度変化は非常に小さく、光フィルタ近傍に温度検出部を設けても精確に測定することは困難であり、温度検出部自体のばらつきも問題となる。
【００３４】
本発明は、パッケージのケース温度と光フィルタの温度特性との間に相関関係があることに鑑み、光フィルタ自体よりも温度変化の大きいケース温度を検出することにより光フィルタの温度を推定し、推定した光フィルタの温度に基づいて光フィルタの有する温度特性に伴う波長のずれを補正し、レーザ光の発光波長を高精度に安定化させることができる光モジュール、光送信器及びＷＤＭ光送信装置を提供することを目的とする。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の光モジュールは、
レーザ光を出力する発光素子と、
前記発光素子から出力されるレーザ光の波長を所定の波長に調整する波長調整部と、
前記発光素子から出力されるレーザ光を、光フィルタを通過させて受光して波長をモニタする波長モニタ部と、
前記発光素子、波長調整部及び波長モニタ部を収納するパッケージと、
前記パッケージのケース温度を検出するケース温度検出部と、
前記発光素子の温度を検出する発光素子温度検出部とを有し、
前記波長調整部は、前記発光素子温度検出部からの信号に基づいて、レーザ光の波長が波長モニタ部で調整可能な波長範囲内に調整された後に、前記波長モニタ部からの信号に基づいてレーザ光の波長を所定の波長に調整し、
前記発光素子温度検出部からの信号及び前記ケース温度検出部からの信号は、前記発光素子の温度及びケース温度に基づいて前記光フィルタの温度を推定して、光フィルタの有する温度特性に伴う波長のずれを補正するために用いられる、
ことを特徴とするものである。
【００３６】
本発明の第２の光モジュールは、
レーザ光を出力する発光素子と、
前記発光素子から出力されるレーザ光の波長を所定の波長に調整する波長調整部と、
前記発光素子から出力されるレーザ光を、光フィルタを通過させて受光して波長をモニタする波長モニタ部と、
前記発光素子、波長調整部及び波長モニタ部を収納するパッケージと、
前記パッケージのケース温度を検出するケース温度検出部と、
前記発光素子の温度を検出する発光素子温度検出部と、
前記光フィルタの温度を検出する光フィルタ温度検出部とを有し、
前記波長調整部は、前記発光素子温度検出部からの信号に基づいて、レーザ光の波長が波長モニタ部で調整可能な波長範囲内に調整された後に、前記波長モニタ部からの信号に基づいてレーザ光の波長を所定の波長に調整し、
前記光フィルタ温度検出部からの信号及び前記ケース温度検出部からの信号は、前記光フィルタの温度及びケース温度に基づいて、光フィルタの有する温度特性に伴う波長のずれを補正するために用いられる、
ことを特徴とするものである。
【００３７】
前記波長調整部は、前記発光素子の温度を調整することにより、前記発光素子の発光波長を調整するものでもよい。
【００３８】
前記波長調整部は、前記発光素子への注入電流を調整することにより、前記発光素子の発光波長を調整するものでもよい。
【００３９】
前記波長モニタ部は、温度調整器上で温度調整されてもよい。
【００４０】
前記ケース温度検出部は、パッケージの内部に配置されていてもよい。
【００４１】
前記ケース温度検出部は、パッケージの外部に設置されていてもよい。
【００４２】
前記ケース温度検出部は、パッケージに接触して設置されていてもよい。
【００４３】
前記発光素子と前記波長モニタ部とは、それぞれ独立に温度制御されてもよい。
【００４６】
本発明の光送信器は、前記光モジュールと、前記波長モニタ部から出力される信号に基づいて、前記発光素子から出力されるレーザ光の発光波長を所定の波長に固定する制御部と、前記ケース温度検出部によって検出されたケース温度に基づいて前記光フィルタの温度を推定し、推定された光フィルタの温度に基づいて前記光フィルタの温度特性に伴う前記波長のずれを補正するように指令する補正信号を前記制御部に出力する補正部とを有することを特徴とするものである。
【００４７】
本発明のＷＤＭ光送信装置は、前記光送信器を複数有し、これら光送信器から出力された光信号を波長多重して送信することを特徴とするものである。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光送信器を説明するための平面断面図、図２はその側面断面図である。
【００４９】
図１及び図２に示すように、本発明の第１実施形態例に係る光送信器は、レーザ光を出力する半導体レーザダイオード等の発光素子１と、発光素子１から出力されるレーザ光のうち、後側端面（図１では左側）から出力されるモニタ用のレーザ光を受光する波長モニタ部２と、発光素子１の温度を制御するサーモモジュール等の温度調整部３と、波長モニタ部２から出力される信号に基づいて、発光素子１から出力されるレーザ光の発光波長を所定の波長に固定するように、温度調整部３の調整温度を制御する制御部４と、発光素子１の前側端面（図１では右側）から出力されたレーザ光を入射し、外部に送出する光ファイバ５と、内部を気密封止するパッケージ６とを有する。
【００５０】
ここで、発光素子１、波長モニタ部２、温度調整部３、光ファイバ５を有し、図１の点線で囲った部分で光モジュールＭが構成されている。
【００５１】
波長モニタ部２は、発光素子１を気密封止するパッケージ６の内部に配置される。図３は、波長モニタ部２の構成を示す説明図である。図３に示すように、波長モニタ部２は、発光素子１の後側端面から出力され、平行レンズ７によって平行になったレーザ光を２つに分光するプリズム８と、プリズム８によって分光された一方のレーザ光を受光するフォトダイオード等の第１の受光素子９と、プリズム８によって分光された他方のレーザ光を受光するフォトダイオード等の第２の受光素子１０と、プリズム８と第１の受光素子９との間に配置された光フィルタ２７とを有する。第１の受光素子９及び第２の受光素子１０は、ＰＤキャリア１１の同一平面（ここでは同一の取付面１１ａ）上に固定されている。
【００５２】
プリズム８の全面には、レーザ光の反射を抑制するためにＡＲ（Anti Refection)膜がコーティングされている。プリズム８によって分岐されるレーザ光の傾斜角度θ１，θ２は、略同一の角度（例えば１５〜４５度）であるのが好ましい。これは、第１の受光素子９及び第２の受光素子１０の受光位置を決めるのが容易になるからである。
【００５３】
光フィルタ２７は、波長ー透過光強度特性に周期性があるものであり、各周期の波長間隔が１００ＧＨｚ以下の例えばファブリペロエタロン、誘電体多層膜フィルタ等が用いられる。
【００５４】
発光素子１はＬＤキャリア１２上に固定されている。また、ＬＤキャリア１２上には発光素子１の温度を検出するためのサーミスタ等の発光素子温度検出部１３が設置されている。
【００５５】
また、ＬＤキャリア１２と波長モニタ部２はベース１９上に固定されている。従って、発光素子１と光フィルタ２７とは熱的に接続されており、温度調整部３による発光素子１の温度変化に応じて、光フィルタ２７の温度も変化することになる。
【００５６】
制御部４は、入力された２つのＰＤ電流の差電圧又は電圧比に基づいて、半導体レーザ素子１から出力される光の波長が一定となるように、温度調整部３により発光素子温度検出部１３で検出される温度を制御する。
【００５７】
制御部４は、第１の受光素子９から出力される第１のＰＤ電流を第１の電圧Ｖ１に変換する第１の電圧変換器１４と、第２の受光素子１０から出力される第２のＰＤ電流を第２の電圧Ｖ２に変換する第２の電圧変換器１５と、第１の電圧変換器１４から出力される第１の電圧Ｖ１及び第２の電圧変換器１５から出力される第２の電圧Ｖ２との電圧の差又は比を制御信号として出力する演算器（比較器）１６と、その演算器１６から出力された制御信号に応じて、温度調整部３の調整温度を制御する温度制御電流を出力する電流発生器１７とを有する。なお、第１の電圧変換器１４から出力された第１の電圧Ｖ１及び第２の電圧変換器１５から出力された第２の電圧Ｖ２を増幅する増幅器（図示せず）を、演算器１６の前段に設けてもよい。
【００５８】
パッケージ６の内部にはパッケージ６のケース温度を検出するためのケース温度検出部２９が設置されている。
【００５９】
ケース温度検出部２９は、補正部１８に接続されている。補正部１８は、発光素子温度検出部１３で検出される温度とケース温度検出部２９によって検出されたケース温度とに基づいて光フィルタ２７の温度を推定し、推定された光フィルタ２７の温度に基づいて光フィルタ２７の温度特性に伴う波長のずれを補正するように指令する補正信号を制御部４の演算器１６に出力する。
【００６０】
ここで、ケース温度と光フィルタ２７の温度の相関関係及び光フィルタの温度の推定について説明する。
【００６１】
図４に示すように、波長モニタ部２からの信号に基づいて発光波長をロックする際、その波長はパッケージ６からの熱輻射によって、光フィルタ２７に熱が伝わり、ケース温度依存性を有することになる。また、図５に示すように、ケース温度と光フィルタとの関係には相関関係があり、光フィルタの温度はケース温度に比例する。
【００６２】
図６は、発光素子１の温度が一定になるように温度調整部３の制御を実施した場合（ＡＴＣ駆動）におけるケース温度、レーザ光の発光波長、発光素子１の温度及び光フィルタ２７の温度の関係を示すグラフである。
【００６３】
発光素子１の温度を一定に保った状態で、ケース温度の変化により発光素子１から出力されるレーザ光の発光波長が変化する。ケース温度の上昇に対して発光波長は短い方へドリフトする。この現象は次のように説明される。
【００６４】
すなわち、ケース温度の上昇によって発光素子１のサーミスタへ回り込む熱が大きくなる。ＡＴＣ駆動ではサーミスタ温度が一定になるように制御を行うから、回り込む熱が大きいほどサーミスタを冷やそうとするため温度調整部３を冷やそうとする。そのため、発光素子１の温度は実際には下がっていき、その結果、発光波長は短波長側へシフトする。光フィルタ２７はパッケージ６からの回り込む熱によって、ケース温度の増加に伴い、比例して温度が増加する。
【００６５】
また、図６からわかるように、ケース温度の変化の方が、光フィルタ２７自体の温度の変化よりも大きく、微小な変化を測定できるので、光フィルタ２７の温度補償をすることが可能である。
【００６６】
補正部１８は、推定された光フィルタ２７の温度に応じた所定電圧を制御部４の演算器１６に入力して、その電圧分だけ制御信号の電圧をオフセットすることにより、光フィルタ２７の温度特性による波長ずれを補正する。例えば、図７に示すように、光フィルタ２７の温度特性により、初期状態から所定時間駆動後では、波長持性が短波長側ヘシフトする。初期の波長を維持するために、まず、光フィルタ２７の温度特性を予め取得しておく。補正部１８は、発光素子温度検出部１３で検出された発光素子１の温度に基づいて光フィルタ２７の温度を推定し、推定された光フィルタの温度の変化に応じて適切な補正電圧を出力し、制御部４の演算器１６にフィードバックする。補正電圧により制御電圧信号の０Ｖ点をオフセットする。図７において、初期状態の０Ｖ点から、所定時間を駆動して光フィルタ２７の温度変化によって波長特性がずれた時、この温度変化を検出して、温度変化に応じた電圧△Ｖを出力する。これにより０Ｖ点が初期状態から△Ｖだけ低下した点が０Ｖ点となる。この時の０Ｖ点に波長ロックがなされるので、初期状態の波長から変わることなく、安定して波長ロックを行うことができる。
【００６７】
オフセットする電圧値については、あらかじめ２つの温度について最適な電圧値を測定しておき、それに基づいて線形的に計算して設定したり、あるいは温度に対する最適なオフセット電圧値を格納したデータベースから読み出してもよい。
【００６８】
発光素子１の前側（図１では右側）には、その前側端面から出力されたレーザ光を平行にする平行レンズ２０が設けられている。また、平行レンズ２０の前側には、発光素子１への戻り光を阻止する光アイソレータ２１が設けられている。光アイソレータ２１は、例えば偏光子とファラデー回転子を組み合わせて構成される周知のものである。
【００６９】
パッケージ６の側部に形成されたフランジ部６ａの内部には、光アイソレータ２１を通過した光が入射する窓部２２と、レーザ光を光ファイバ５の端面に集光する集光レンズ（第２レンズ）２３が設けられている。集光レンズ２３は、フランジ部６ａの端部にＹＡＧレーザ溶接により固定されたレンズホルダ２４によって保持され、レンズホルダ２４の端部には金属製のスライドリング２５がＹＡＧレーザ溶接により固定される。
【００７０】
光ファイバ５はフェルール２６によって保持され、そのフェルール２６は、スライドリング２５の内部にＹＡＧレーザ溶接により固定されている。
【００７１】
パッケージ１の上部には蓋部２８（図２参照）が被せられ、その周縁部を抵抗溶接することにより、パッケージ６の内部が気密封止される。
【００７２】
発光素子１の前側端面から出力されるレーザ光は、平行レンズ２０で平行になり、光アイソレータ２１、窓部２２を介して集光レンズ２３によって集光され、光ファイバ５に入射され外部に送出される。
【００７３】
一方、発光素子１の後側端面から出力されたレーザ光は、平行レンズ７によって平行になり、プリズム８によって２つの方向に分岐される。分岐された一方のレーザ光は、光フィルタ２７を介して第１の受光素子９によって受光され、分岐された他方のレーザ光は、第２の受光素子１０によって受光される。第１の受光素子９及び第２の受光素子１０から出力される第１のＰＤ電流及び第２のＰＤ電流は制御部４に入力される。
【００７４】
制御部４では、第１の電圧変換器１４により第１のＰＤ電流を第１の電圧Ｖ１に変換し、第２の電圧変換器１５により第２のＰＤ電流を第２の電圧Ｖ２に変換し、演算器１６により第１の電圧Ｖ１及び第２の電圧Ｖ２の電圧の差又は比を制御信号として出力する。演算器１６から出力される制御信号は電流発生器１７に入力される。電流発生器１７は、演算器１６からの制御信号に基づいて温度調整部３の温度を上昇又は下降させる温度制御電流を選択的に出力する。これによって、発光素子１から出力されるレーザ光の発光波長を所望の波長に制御することができる。
【００７５】
また、補正部１８は、ケース温度検出部２９によって検出されたケース温度に基づいて光フィルタ２７の温度を推定し、推定された光フィルタ２７の温度に基づいて、光フィルタ２７の温度特性に伴う波長のずれを補正するように指令する補正信号を制御部４に出力する。その結果、光信号の信号劣化を低減でき、信頼性の高い光モジュール及び光送信器を提供することができる。
【００７６】
なお、波長ロッキングを駆動するには、発光素子１の発光波長が、波長弁別カーブの所定範囲に入っていなければならない。
【００７７】
図８は波長弁別カーブを示すグラフである。図８で、波長弁別カーブ上の黒いプロットがロックする波長である。この波長ロッキングを駆動するには、図示したキャプチャレンジ内に波長ロッキング駆動する前に予め入っている必要がある。これを実施するには、発光素子１の温度を検出してペルチェモジュールからなる温度調整部３を制御するＡＴＣ駆動が必要である。これを行うには、発光素子１の温度を検出する発光素子温度検出部１３が必要になる。
【００７８】
次に、波長ロッキングを制御する手順について説明する。まず、発光素子１にＡＣＣ回路ないしＡＰＣ回路によって電流を注入し、発光素子１の温度を発光素子温度検出部１３によって検出し、ＡＴＣ回路によって温度調整部３を制御して温度制御する。ＡＴＣ回路では、基準温度と検出温度を比較して、その差が０となるように制御を行う。従って基準温度を制御することで発光波長を制御することができる。基準温度を制御して、図８で示したキャプチャレンジ内に発光波長を調整する。これを確認したら波長ロッキングに切り替え、前述したように、波長モニタ信号を元に温度調整部３による温度制御を行う。
【００７９】
この波長ロッキングを制御する手順により、プロットしたロッキングポイントヘ発光波長が安定化される。
【００８０】
本発明の第１の実施形態例によれば、ケース温度と光フィルタ２７の温度特性との間に相関関係があることに鑑み、ケース温度を検出することにより光フィルタ２７の温度を推定し、推定した光フィルタ２７の温度に基づいて光フィルタ２７の有する温度特性に伴う波長のずれを補正するので、長期間において高い精度でレーザ光の発光波長を高精度に安定化させることができる。その結果、システムの信頼性を向上させることができる。
【００８１】
また、光フィルタ２７の温度を検出する温度検出部を別個に設ける必要がないので、部品点数や配線数を増加させることなく、光モジュールの構成の簡易化、コストダウン化を図ることができる。
【００８２】
図９（Ａ）は本発明の第２の実施形態例を示す平面図、（Ｂ）はその側面図である。図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第２の実施形態例では、ケース温度検出部２９はパッケージ６の外部に配置されている。
【００８３】
図９（Ｃ）は本発明の第３の実施形態例を示す平面図、（Ｄ）はその側面図である。図９（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、第３の実施形態例では、ケース温度検出部２９はパッケージ６の近傍に配置されている。
【００８４】
第２及び第３の実施形態例では、ケース温度検出部２９がパッケージ６の内部ではなく外側に配置されているので、パッケージ６内を封止した後でもケース温度検出部２９の位置を所望の位置に変えることができる、
図１０は本発明の第４の実施形態例を示すブロック図である。図１０に示すように、第４の実施形態例は、制御系にアナログ／デジタル変換回路３７，３８，３９を用いて制御している。図１０の制御手法においては、パワーモニタＰＤ電流と波長モニタＰＤ電流を元にした信号をアナログ／デジタル変換回路３７，３８でアナログ／デジタル変換する。変換された信号は演算器１６に入力され、演算器１６は、差あるいは比を演算して制御信号をアナログ／デジタル変換回路３９を介して注入電流制御部４０に出力する。注入電流制御部４０は入力された制御信号に基づいて、発光素子１に注入する注入電流を制御し、発光素子１の発光波長を安定化させる。
【００８５】
第４の実施形態例によれば、波長モニタ部２からの信号を注入電流にフィードバックすることにより、発光素子１から出力されるレーザ光の発光波長を所定の波長に固定することができる。
【００８６】
図１１は、本発明の第５の実施形態例に係る半導体レーザモジュールを示す平面断面図である。
【００８７】
図１１に示すように、第５の実施形態例では、波長モニタ部２が発光素子１を備えた発光部４１より前側（図１１では右側）に配置されている点及び波長モニタ部２と発光素子１とが独立して温度制御されている点を特徴としている。
【００８８】
発光部４１には、レーザ光を出力する発光素子１と、発光素子１の前側（図１１では右側）の出射端面から出力されたレーザ光を平行にする平行レンズ２０と、発光素子１の後側（図１１では左側）の出射端面から出力されたレーザ光を受光し、その光出力をモニタするためのフォトダイオード４２と、波長モニタ部２から発光素子１への戻り光を阻止する光アイソレータ２１とが設けられている。
【００８９】
波長モニタ部２の光分岐器は、第１のハーフミラー８ａ（第１の光分岐部材）と第２のハーフミラー８ｂ（第２の光分岐部材）とからなり、それぞれＺ軸方向に沿って所定間隔を隔てて直列に配置されている。
【００９０】
第１のハーフミラー８ａは、発光素子１から出力されたレーザ光を第１の受光素子９側の第１の方向（Ｘ軸方向）と第２のハーフミラー８ｂ側の第２の方向（Ｚ軸方向）とに分岐する。第２のハーフミラー８ｂは、第１のハーフミラー８ａからのレーザ光を第２の受光素子１０側の第３の方向（Ｘ軸方向）と第４の方向（Ｚ軸方向）とに分岐する。
【００９１】
第１の受光素子９及び第２の受光素子１０は、それぞれ第１のＰＤキャリア４４及び第２のＰＤキャリア４５に固定されている。
【００９２】
第２のハーフミラー８ｂによって第４の方向（Ｚ軸方向）に分岐されたレーザ光は、窓部２２、集光レンズ２３を介してフェルール２６によって保持された光ファイバ５に入射され外部に送出される。
【００９３】
発光部４１は、サーモモジュールを備えた第１の温度調整部３ａ上に固定されている。また、波長モニタ部２は、発光部４１とは独立に温度制御するように第１の温度調整部３ａと間隔を隔てて、サーモモジュール等の第２の温度調整部３ｂ上に設けられている。このように、発光部４１及び波長モニタ部２はそれぞれ独立に温度制御されているので、それぞれ最適条件に制御できる。
【００９４】
波長モニタ部２を搭載した第２の温度調整部３ｂは、光フィルタ２７の温度を検出するために光フィルタホルダ２７ａに設置された光フィルタ温度検出部４３の検出信号に基づいて制御されている。
【００９５】
発光部４１を搭載した第１の温度調整部３ａは、発光素子１の温度を検出するようにＬＤキャリア１２上に設置された発光素子温度検出部１３の検出信号に基づいて制御されている。
【００９６】
また、制御部４は、波長モニタ部２からの波長情報に基づいて発光素子１の波長を制御するように第１の温度調整部３ａを制御している。すなわち、発光素子温度検出部１３からの信号に基づいて、レーザ光の波長が波長モニタ部２で調整可能な波長範囲内に調整された後に、波長モニタ部２からの信号に基づいてレーザ光の波長を所定の波長に調整する。
【００９７】
また、補正部１８は、光フィルタ温度検出部４３からの信号及びケース温度検出部２９からの温度検出信号に基づいて、光フィルタ２７の有する温度特性に伴う波長のずれを補正するように指令する補正信号を制御部４に出力する。光フィルタ２７は、電力消費のない光学部品であり、その温度は温度調整部３ｂとパッケージ６の温度に依存している。従って、温度検出部４３と２９によって高精度に光フィルタ２７の温度を補正でき、レーザ光の発光波長を高精度に安定化させることができる。その結果、光信号の信号劣化を低減でき、信頼性の高い光モジュール及び光送信器を提供することができる。
なお、図１１の例では、第１の受光素子９及び第２の受光素子１０は、それぞれ異なるＰＤキャリアに固定されているが、同一の取付部材に取り付けられてもよい。
【００９８】
本実施形態例のように、第１の温度調整部３ａの温度制御及び光フィルタ２７の温度検出を複数の温度検出部によって行う場合、個別の温度検出部からの情報を外部の制御部で処理し制御してもよい。
【００９９】
また、温度検出部として、例えば抵抗値の変化によって温度を検出するサーミスタを使用する場合、図１２に示すように、サーミスタ４６ａ、４６ｂを並列に接続したり（図１２（Ａ）参照）、直列に接続したり（図１２（Ｂ）参照）して、検出値を平均化するような回路構成にしてもよい。この場合、パッケージ６内の使用する端子数を減らすことができ、１個のサーミスタでモニタするのと同様の外部制御回路で制御することができる。
【０１００】
図１３は、本発明の第６の実施形態例に係る波長分割多重通信システムに用いられるＷＤＭ光送信装置を示す説明図である。
【０１０１】
図１３に示すように、波長分割多重通信システムは、光信号を送信する複数の光送信器３１と、その光送信器３１から送信された複数チャネルの光信号を波長多重化する合波器３２と、その合波器３２により波長多重化された多重化光信号を増幅中継するために複数段に接続された複数の光増幅器３３と、光増幅器３３により増幅された光信号を各チャネル毎に波長分離する分波器３４と、その分波器３４により波長分離された各光信号を受信する複数の光受信器３５とを有する。
【０１０２】
本発明の第６の実施形態例に係るＷＤＭ光送信装置３６は、第１乃至第４の実施形態例に係る光送信器３１を複数有し、これら光送信器３１から出力された光信号を波長多重して送信する。従って、光送信器３１から発振する光信号の波長が安定するので、信頼性の高い高密度ＷＤＭシステムを構築することが可能となる。
【０１０３】
本発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内において、種々の変更が可能である。例えば、光分岐器として、プリズム８の代わりにハーフミラー等のビームスプリッタを用いてもよい。
【０１０４】
また、発光素子１の温度特性と光フィルタ２７の温度特性にも相関関係がある点に鑑み、補正部１８は、ケース温度検出部２９によって検出されたケース温度に加えて、発光素子温度検出部１３によって検出された発光素子１の温度も加味して、光フィルタ２７の温度を推定して、光フィルタ２７の有する温度特性に伴う波長のずれを補正してもよい。
【０１０５】
【発明の効果】
本発明によれば、ケース温度と光フィルタの温度特性との間に相関関係があることに鑑み、ケース温度検出部によりケース温度を検出することにより光フィルタの温度を推定し、推定した光フィルタの温度に基づいて光フィルタの有する温度特性に伴う波長のずれを補正するので、長期間において高い精度でレーザ光の発光波長を高精度に安定化させることができる。その結果、システムの信頼性を向上させることができる。
【０１０６】
また、光フィルタの温度を検出する温度検出部を別個に設ける必要がないので、部品点数や配線数を増加させることなく、光モジュールの構成の簡易化、コストダウン化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光送信器を説明するための平面断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光送信器を説明するための側面断面図である。
【図３】波長モニタ部の構成を示す説明図である。
【図４】波長モニタ部の波長と温度との関係を示すグラフである。
【図５】ケース温度とフィルタ温度との関係を示すグラフである。
【図６】発光素子の温度が一定になるように温度調整部の制御を実施した場合（ＡＴＣ駆動）におけるケース温度、レーザ光の発光波長、発光素子の温度及び光フィルタの温度の関係を示すグラフである。
【図７】波長のずれの補正方法を説明するためのグラフである。
【図８】波長弁別カーブを示すグラフである。
【図９】（Ａ）は本発明の第２の実施形態例を示す平面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は本発明の第３の実施形態例を示す平面図、（Ｄ）はその側面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態例に係る半導体レーザモジュールを示す平面断面図である。
【図１２】（Ａ）及び（Ｂ）は温度検出部としてサーミスタを使用した場合の回路構成図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態例に係る波長分割多重通信システムに用いられるＷＤＭ光送信装置を示す説明図である。
【図１４】従来の光モジュールの構成を示す説明図である。
【図１５】制御部の構成の一例を示すブロック図である。
【図１６】レーザダイオードの経年劣化を説明するためのグラフである。
【図１７】レーザダイオードのＬＤキャリアの温度一定時における注入電流と発光波長の関係を示すグラフである。
【図１８】光フィルタの波長特性と波長の関係を示すグラフである。
【図１９】光フィルタの温度特性を示すグラフである。
【図２０】光フィルタの温度変化による波長のずれを説明するためのグラフである。
【図２１】波長モニタ駆動時の注入電流と波長の関係を示すグラフである。
【図２２】ケース温度とフィルタ温度との関係を示すグラフである。
【図２３】光フィルタ（エタロンフィルタ）の波長弁別特性を示すグラフである。
【図２４】従来の課題を説明するための波長と波長モニタＰＤ電流との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｍ：光モジュール
１：発光素子
２：波長モニタ部
３：温度調整部
４：制御部
５：光ファイバ
６：パッケージ
７：平行レンズ
８：プリズム
９：第１の受光素子
１０：第２の受光素子
１１：ＰＤキャリア
１２：ＬＤキャリア
１３：発光素子温度検出部
１４：第１の電圧変換器
１５：第２の電圧変換器
１６：演算器
１７：電流発生器
１８：補正部
１９：ベース
２０：平行レンズ
２１：光アイソレータ
２２：窓部
２３：集光レンズ
２４：レンズホルダ
２５：スライドリング
２６：フェルール
２７：光フィルタ
２８：蓋部
２９：ケース温度検出部
３１：光送信器
３２：合波器
３３：光増幅器
３４：分波器
３５：光受信器
３６：ＷＤＭ光送信装置
３７〜３９：アナログ／デジタル変換回路
４０：注入電流制御部
４１：発光部
４２：フォトダイオード
４３：光フィルタ温度検出部
４４：第１のＰＤキャリア
４５：第２のＰＤキャリア
４６ａ、４６ｂ：サーミスタ
【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】
0004336091.tif 000007
【図７】
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【図８】
0004336091.tif 000009
【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】
0004336091.tif 000017
【図１７】
0004336091.tif 000018
【図１８】
0004336091.tif 000019
【図１９】
0004336091.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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