(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザにより出射された出射光を光ファイバにより伝送する光モジュールであって、
前記半導体レーザ及び前記光ファイバと、
前記出射光が出射される出射端面と反対側の端面から出射されるモニタ光を受光する受光器と、
前記出射光を集光するレンズと、
前記半導体レーザ、前記受光器、前記レンズを搭載するキャリアと、
前記受光器の出力電流が一定になるように、前記半導体レーザの注入電流を制御する制御回路と、を備え、
前記半導体レーザは金属接合材により前記キャリアに固定されており、
前記受光器の少なくとも一部及び前記レンズは、それぞれ熱硬化収縮が生じる第一樹脂接合材及び第二樹脂接合材により前記キャリアに固定されており、
前記光ファイバにおける前記出射光を導入する先端部は、前記キャリアにおける前記半導体レーザ、前記受光器、前記レンズが搭載された実装部の表面と反対側の裏面を基準にした位置が固定されており、
当該光モジュールが室温よりも高い環境温度に暴露される暴露時間に対する、前記半導体レーザと前記受光器との光結合効率、前記半導体レーザと前記光ファイバとの光結合効率を、それぞれ第一光結合効率特性、第二光結合効率特性とし、
第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同じになるように、前記半導体レーザ、前記光ファイバの先端部、前記受光器及び前記レンズにおける前記キャリアの前記裏面を基準にした、当該光モジュールの前記暴露時間が０である場合の初期位置が決定されている、
光モジュール。
【請求項２】
前記第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向は、減少傾向である、請求項１記載の光モジュール。
【請求項３】
前記第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向は、増加傾向である、請求項１記載の光モジュール。
【請求項４】
前記光ファイバは、前記レンズがない場合の前記出射光が当該光ファイバの中心軸に入射するように配置されている、請求項１または２に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記光ファイバは、前記レンズがない場合の前記出射光が当該光ファイバの中心軸よりも前記キャリアの前記裏面に垂直な方向の遠方に入射するように配置されている、請求項１または３に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記光ファイバは、前記初期位置の前記レンズを通過する前記出射光が当該光ファイバの中心軸よりも前記キャリアの前記裏面に垂直な方向の遠方に入射するように配置されている、請求項１または３に記載の光モジュール。
【請求項７】
前記モニタ光は、前記出射光よりも拡散している光であり、
前記受光器の受光面は、前記モニタ光の出射部よりも前記キャリアの前記裏面側に配置されており、前記モニタ光の光軸と交わっていない、
請求項２または４に記載の光モジュール。
【請求項８】
前記受光器は、前記モニタ光を集光する他のレンズと、前記他のレンズにより集光された前記モニタ光を受光する受光素子と、を備えており、
前記受光素子は、前記金属接合材により前記キャリアに固定されており、
前記他のレンズは、前記第一樹脂接合材により前記キャリアに固定されており、
前記第一光結合効率特性は、前記暴露時間に対する前記半導体レーザと前記受光素子との光結合効率である、
請求項１から６のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項９】
前記受光器は受光素子であり、前記受光素子は前記第一樹脂接合材により前記キャリアに固定されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項１０】
室温よりも高い環境温度に暴露される際に生じる前記第一樹脂接合材の熱硬化収縮量は、前記第二樹脂接合材の熱硬化収縮量よりも大きくなっている、請求項１から９のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項１１】
前記第一樹脂接合材における前記キャリアの前記裏面に垂直な方向の厚さは、前記第二樹脂接合材における前記キャリアの前記裏面に垂直な方向の厚さよりも厚くなっている、請求項１０記載の光モジュール。
【請求項１２】
前記第二樹脂接合材は、前記第一樹脂接合材よりも熱硬化収縮が進行した接合樹脂である、請求項１０記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムに用いられる光信号送信用の光モジュールは、光信号送信光源である半導体レーザ、モニタフォトダイオード等の受光素子、光ファイバを備えている。半導体レーザの前端面からの出射光は、光ファイバへと導入され、光モジュールの出力光として利用される。半導体レーザの後端面からの出射光は、受光素子へと導入され、受光素子は受光パワーに比例した光吸収電流をモニタ電流として出力する。安定した通信を実現するためには、光モジュールの出力光パワーは常に一定であることが望まれる。しかしながら、以下に述べる２つの要因により、光出力パワーは変動し得る。【０００３】
１点目の要因は、半導体レーザの発光効率の低下である。半導体レーザは長期間通電すると劣化し、その発光効率が低下する。すなわち、半導体レーザに一定の注入電流を印加したときの光出力は経時的に低下してしまう。しかしながら、この問題は受光素子を用いた自動光出力制御（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＡＰＣ））により解決できる。前述の通り、受光素子は受光パワーに比例したモニタ電流を出力する。半導体レーザの発光効率が低下してもモニタ電流が一定になるように注入電流の値に対してフィードバック制御を行い、注入電流をモニタ電流の低下に応じて注入電流の値を増加させることで光出力低下を抑制することができる。このような制御を自動光出力制御（ＡＰＣ）と呼ぶ。【０００４】
２点目の要因は、半導体レーザと光ファイバとの相対位置ずれである。例えば、光モジュール周囲の温度が変化すると、半導体レーザ及び光ファイバを保持する部品がその材質によっては熱変形する。半導体レーザと光ファイバを保持する各部品の熱変形量が異なると、半導体レーザと光ファイバとの間に相対位置ずれが生じ、光ファイバへの半導体レーザが出射する出射光の導入光量（導入光パワー）が変動してしまう。すなわち、光ファイバへ入射される光のパワーである出射光パワーに対する光ファイバに導入されて伝搬する光のパワーである導入光パワーの比である光結合効率が変動してしまう。特許文献１には、半導体レーザの出射光を導入するための光ファイバをパッケージの部品であるステムに樹脂の固定材で固定した光モジュールが従来例として開示されている。特許文献１の従来例として説明された光モジュールは、半導体レーザが半田及びサブマウントを介してステムに固定されており、光ファイバが樹脂の固定材でステムに固定されているので、樹脂の固定材が熱変形することで半導体レーザと光ファイバとの間に相対位置ずれが生じる。【０００５】
特許文献１の図５、図６には、光ファイバとステムとの間にステムと同等の熱膨張係数を有する材料の調整体を介することで、光ファイバをステムに固定する際の半導体レーザと光ファイバとの相対位置ずれを低減している光モジュールが開示されている。このように、一般的に、相対位置ずれを軽減するために、半導体レーザと光ファイバを保持する各部品の熱変形量を合わせたり、熱変形量を小さくしたりする等の工夫が成されるが、様々な設計上の制約により、相対位置ずれを完全に解消するのは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−１４９０７５号公報（図１、図２、図５、図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光モジュールは、半導体レーザと光ファイバとの間にレンズを介在させて、レンズにより集光されてビームサイズすなわちビーム径が小さくなった出射光を光ファイバに導入する場合がある。半導体レーザなどの光半導体素子は一般的に、約３００℃程度に加熱することで金属、セラミックなどの部品に半田で固定し、高い放熱性を得ている。一方、半導体レーザと組み合わせるレンズ、光ファイバなどの光学部品は、半田で固定することが可能な耐熱性を有さないため、加熱を要さないＵＶ硬化型樹脂などを用いて金属、セラミックなどの部品に固定される。一般的に光通信用の光モジュールは、７５〜９５℃の高温環境に２０００時間程度の基準時間に亘って暴露されても、光出力の変動が±０．５ｄＢ以内に収まることが求められる。【０００８】
このような光モジュールを７５〜９５℃の高温環境に暴露すると、レンズ、光ファイバを固定する樹脂は不可逆的な熱硬化収縮を起こす。一方で、半導体レーザを固定する半田は熱硬化収縮が起こらないので、半導体レーザとレンズ及び光ファイバとの間には不可逆的な相対位置ずれが生じたままになる。特許文献１の図５、図６のような調整体を用いて、半導体レーザと光ファイバとの相対位置ずれが低下したとしても、光ファイバ以外のレンズ等の光学部品が介在した場合には光学部品の位置ずれを含めた累積的な半導体レーザと光ファイバとの間の相対位置ずれ、いわば半導体レーザと光ファイバとの間の複合相対位置ずれは生じる。この半導体レーザと光学部品との相対位置ずれ、又は半導体レーザと光ファイバとの間の複合相対位置ずれによる光結合効率の低下は、光出力の変動を生じさせる。半導体レーザと光学部品との不可逆的な相対位置ずれに起因する光出力変動は、自動光出力制御を用いたとしても特別の工夫がなければ抑制することはできない。【０００９】
本願明細書に開示される技術は、光学部品が介在した半導体レーザと光ファイバとの間に高温環境による不可逆的な複合相対位置ずれが発生した場合に、光出力の変動を抑制することができる光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】
【００１０】
本願明細書に開示される一例の光モジュールは、半導体レーザにより出射された出射光を光ファイバにより伝送する光モジュールである。光モジュールは、半導体レーザ及び光ファイバと、出射光が出射される出射端面と反対側の端面から出射されるモニタ光を受光する受光器と、出射光を集光するレンズと、半導体レーザ、受光器、レンズを搭載するキャリアと、受光器の出力電流が一定になるように、半導体レーザの注入電流を制御する制御回路と、を備えている。半導体レーザは金属接合材によりキャリアに固定されており、受光器の少なくとも一部及びレンズは、それぞれ熱硬化収縮が生じる第一樹脂接合材及び第二樹脂接合材によりキャリアに固定されており、光ファイバにおける出射光を導入する先端部は、キャリアにおける半導体レーザ、受光器、レンズが搭載された実装部の表面と反対側の裏面を基準にした位置が固定されている。当該光モジュールが室温よりも高い環境温度に暴露される暴露時間に対する、半導体レーザと受光器との光結合効率、半導体レーザと光ファイバとの光結合効率を、それぞれ第一光結合効率特性、第二光結合効率特性とし、第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同じになるように、半導体レーザ、光ファイバの先端部、受光器及びレンズにおけるキャリアの裏面を基準にした、当該光モジュールの暴露時間が０である場合の初期位置が決定されている。
【発明の効果】
【００１１】
本願明細書に開示される一例の光モジュールは、半導体レーザ、光ファイバの先端部、レンズ及び受光器におけるキャリアの裏面を基準にした初期位置が、暴露時間の経過による第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同じになるように決定されているので、半導体レーザと光ファイバとの間に高温環境による不可逆的な複合相対位置ずれが発生した場合に、光出力の変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る光モジュールを示す図である。
【図２】図１の半導体レーザ及び受光素子における初期の位置を示す図である。
【図３】図１の半導体レーザ及び受光素子における基準時間経過後の位置を示す図である。
【図４】図１の受光素子の受光面におけるモニタ光を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る半導体レーザと受光素子との光結合効率特性を示す図である。
【図６】実施の形態１に係る半導体レーザと光ファイバとの光結合効率特性を示す図である。
【図７】実施の形態２に係る光モジュールの第一例を示す図である。
【図８】図７の半導体レーザ及び受光素子における初期の位置を示す図である。
【図９】図７の半導体レーザ及び受光素子における基準時間経過後の位置を示す図である。
【図１０】図７の受光素子の受光面におけるモニタ光を示す図である。
【図１１】実施の形態２に係る半導体レーザと受光素子との光結合効率特性を示す図である。
【図１２】実施の形態２に係る半導体レーザと光ファイバとの光結合効率特性の第一例を示す図である。
【図１３】実施の形態２に係る半導体レーザと光ファイバとの光結合効率特性の第二例を示す図である。
【図１４】実施の形態２に係る半導体レーザと光ファイバとの光結合効率特性の第三例を示す図である。
【図１５】実施の形態２に係る光モジュールの第二例を示す図である。
【図１６】図１５のレンズ及びレーザ光の位置変化を示す図である。
【図１７】実施の形態３に係る光モジュールの第一例を示す図である。
【図１８】図１７の半導体レーザと受光素子との光結合効率特性を示す図である。
【図１９】実施の形態３に係る光モジュールの第二例を示す図である。
【図２０】図１９の半導体レーザと受光素子との光結合効率特性を示す図である。
【図２１】実施の形態４に係る光モジュールを示す図である。
【図２２】図２１の受光素子及びモニタ光の受光限界点の位置変化を示す図である。
【図２３】比較例の受光素子及びモニタ光の受光限界点の位置変化を示す図である。
【図２４】実施の形態５に係る光モジュールを示す図である。
【図２５】図２４のモニタ光用レンズ及びモニタ光の位置変化を示す図である。
【図２６】図２４の受光素子の受光面におけるモニタ光を示す図である。
【図２７】実施の形態５に係る半導体レーザと受光素子との光結合効率特性を示す図である。
【図２８】実施の形態５に係る半導体レーザと光ファイバとの光結合効率特性を示す図である。
【図２９】実施の形態６に係る光モジュールの第一例を示す図である。
【図３０】図２９の受光器における実装部の要部を示す図である。
【図３１】図２９のモニタ光用レンズ及びモニタ光の位置変化を示す図である。
【図３２】図２９の受光素子の受光面におけるモニタ光を示す図である。
【図３３】実施の形態６に係る半導体レーザと受光素子との光結合効率特性を示す図である。
【図３４】実施の形態６に係る半導体レーザと光ファイバとの光結合効率特性を示す図である。
【図３５】実施の形態６に係る光モジュールの第二例を示す図である。
【図３６】図３５の受光器における実装部の要部を示す図である。
【図３７】図３５のモニタ光用レンズ及びモニタ光の位置変化を示す図である。
【図３８】実施の形態６に係る光モジュールの第三例の要部を示す図である。
【図３９】図３８のモニタ光用レンズ及びモニタ光の位置変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る光モジュールを示す図である。図２は図１の半導体レーザ及び受光素子における初期の位置を示す図であり、図３は図１の半導体レーザ及び受光素子における基準時間経過後の位置を示す図である。図４は図１の受光素子の受光面におけるモニタ光を示す図である。図５は実施の形態１に係る半導体レーザと受光素子との光結合効率特性を示す図であり、図６は実施の形態１に係る半導体レーザと光ファイバとの光結合効率特性を示す図である。光モジュール１００は、出射光１６及びモニタ光１７を出射する半導体レーザ１と、モニタ光１７を受光する受光器１２と、出射光１６を集光するレンズ３と、レンズ３により集光された出射光１６を伝搬する光ファイバ４と、半導体レーザ１、受光器１２、レンズ３を搭載するキャリア５と、半導体レーザ１の注入電流Ｉｏｐを制御する制御回路２０と、を備えている。図１では、キャリア５は筐体５０に固定されており、光ファイバ４の先端部は筐体５０に設けられた保持体５１に固定されている例を示した。出射光１６はレンズ３及び光ファイバ４を介して光受信モジュール等に出力される光モジュール１００の出力光であり、モニタ光１７は半導体レーザ１の注入電流Ｉｏｐを制御するために利用される。
【００１４】
半導体レーザ１、受光器１２、レンズ３はキャリア５の表面に搭載されており、キャリア５の裏面２４は筐体５０に固定されている。キャリア５の裏面２４は、半導体レーザ１、受光器１２、レンズ３、光ファイバ４における裏面２４に垂直な方向の位置の基準になっている。ここで、裏面２４に垂直な方向はＹ方向であり、Ｙ方向に垂直で出射光１６の進行方向はＺ方向であり、Ｙ方向及びＺ方向に垂直な方向がＸ方向である。半導体レーザ１は、Ｚ方向正側すなわちレンズ３側の第一端面７１から出射光１６を出射し、Ｚ方向負側すなわち受光器１２側の第二端面７２からモニタ光１７を出射する。実施の形態１では、受光器１２が導波路型の受光素子２の例を示した。
【００１５】
半導体レーザ１は熱硬化収縮が生じない金属接合材６によりキャリア５の第一実装部２５の表面に固定されている。受光器１２である受光素子２は熱硬化収縮が生じる樹脂接合材７によりキャリア５の第三実装部２７の表面に固定されており、レンズ３は熱硬化収縮が生じる樹脂接合材８によりキャリア５の第二実装部２６の表面に固定されている。光ファイバ４に近い側から、第二実装部２６、第一実装部２５、第三実装部２７が配置されている。破線５３ａから破線５３ｂまで範囲が第二実装部２６であり、破線５３ｂから破線５３ｃまで範囲が第一実装部２５であり、破線５３ｃから破線５３ｄまで範囲が第三実装部２７である。第二実装部２６はキャリア５の表面側に形成された凹部６５の部分であり、第二実装部２６の表面は凹部６５の裏面２４と反対側の底面に相当する。第一実装部２５の表面と第二実装部２６の表面とのＹ方向の長さｄ１は、凹部６５の深さに相当する。第一実装部２５の表面と第三実装部２７の表面とは高低差のない平面になっている。
【００１６】
受光素子２は受光したモニタ光１７のパワーに比例した光吸収電流であるモニタ電流Ｉｍを制御回路２０に出力する。制御回路２０は、受光素子２から出力された出力電流、すなわちモニタ電流Ｉｍが一定になるように注入電流Ｉｏｐを生成し、注入電流Ｉｏｐを半導体レーザ１に出力する。制御回路２０は、受光器１２である受光素子２の出力電流が一定になるように、半導体レーザ１の注入電流Ｉｏｐを制御している。光モジュール１００は制御回路２０により自動光出力制御が実行されている。
【００１７】
金属接合材６は、例えば、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇ、ＳｎＡｇＣｕ等の半田である。樹脂接合材７、８は、例えば、アクリル、エポキシ、チオール等を主成分とした接合材である。金属接合材６は熱硬化収縮が生じないが、樹脂接合材７、８は熱硬化収縮が生じる。樹脂接合材７、８は、室温よりも高い環境温度に暴露されると、室温よりも高い環境温度に暴露される暴露時間に応じて熱硬化収縮が生じ、矢印２１、２２に示すようにＹ方向の厚さが低下する。ここで、環境温度は、光モジュール１００の周囲及び内部の温度である。樹脂接合材７が熱硬化収縮することで受光素子２が第三実装部２７の表面側へ移動し、樹脂接合材８が熱硬化収縮することでレンズ３が第二実装部２６の表面側に移動する。暴露時間が経過した受光素子２、レンズ３を、破線で示した受光素子２ａ、レンズ３ａとして示した。暴露時間が経過することで、半導体レーザ１、受光器１２である受光素子２、レンズ３、光ファイバ４のキャリア５の裏面２４を基準にした位置関係すなわちＹ方向の位置関係が変化する。このため、半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率が変化する。
【００１８】
暴露時間に対する、半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率を、それぞれ第一光結合効率特性、第二光結合効率特性とする。実施の形態１の光モジュール１００は、自動光出力制御が実行されており、第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同じになるように、受光器１２及びレンズ３におけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置が決定されているので、半導体レーザ１と光ファイバ４との間に高温環境による不可逆的な複合相対位置ずれが発生した場合に、光出力の変動を抑制することができる。複合相対位置ずれは、前述したようにレンズ３等の光学部品が介在した場合には光学部品の位置ずれを含めた累積的な半導体レーザ１と光ファイバ４との間の相対位置ずれである。キャリア５の裏面２４を基準にした受光器１２及びレンズ３の初期位置は、光モジュール１００の高温環境での暴露時間が０である場合のそれぞれの位置であり、光モジュール１００の製造完了の際の位置である。キャリア５の裏面２４を基準にした半導体レーザ１及び光ファイバ４の先端部の初期位置も、同様に光モジュール１００の高温環境での暴露時間が０である場合のそれぞれの位置であり、光モジュール１００の製造完了の際の位置である。以下に詳しく説明する。
【００１９】
図１では、第一光結合効率特性、第二光結合効率特性の変化傾向が減少傾向である場合、すなわち第一光結合効率特性、第二光結合効率特性が経時的に低下する場合の光モジュール１００の例を示した。図１に示した実施の形態１の光モジュール１００は、暴露時間の経過による第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同じになるように、例えば変化傾向が減少傾向で同じになるように（第一の光結合効率設定条件）、半導体レーザ１、光ファイバ４の先端部、レンズ３、受光器１２である受光素子２におけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置が決定されている。図２〜図５を用いて、半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率を説明する。
【００２０】
モニタ光１７は半導体レーザ１の活性層３１における第二端面７２側の領域である出射部３９から出射される。モニタ光１７は受光素子２の受光部３２に受光される。前述したように、一般的に光通信用の光モジュールは、７５〜９５℃の高温環境に２０００時間程度の基準時間に亘って暴露されても、光出力の変動が±０．５ｄＢ以内に収まることが求められる。光出力の変動が±０．５ｄＢ以内であることが光モジュール１００の信頼性の基準になっている。このため、基準時間ｔ１を２０００時間とした半導体レーザ１と受光素子２との光結合効率特性の例を図５に示した。同様に、基準時間ｔ１を２０００時間とした半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率特性の例を図６に示した。横軸は室温よりも高い環境温度に暴露されている時間すなわち暴露時間であり、縦軸は光結合効率である。図５に示した光結合効率特性４１は、半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率と暴露時間との関係を示している。光結合効率特性４１は、暴露時間の経過に伴って低下しており、変化傾向が減少傾向の特性である。暴露時間が０、ｔ１における光結合効率はそれぞれｅ１、ｅ２である。
【００２１】
暴露時間が０である場合、すなわち初期における半導体レーザ１及び受光素子２のＹ方向の位置が図２に示されており、この場合の受光面３７におけるモニタ光１７におけるビーム断面３４を図４に示した。暴露時間がｔ１以上である場合、すなわち基準時間経過後における半導体レーザ１及び受光素子２のＹ方向の位置が図３に示されており、この場合の受光面３７におけるモニタ光１７におけるビーム断面３４ａを図４に示した。なお、基準時間経過後の受光素子に符号２ａを付している。受光部３２のＹ方向正側の受光部端３５ａから受光部３２のＹ方向負側の受光部端３５ｂまでの範囲の受光面３７にモニタ光１７が受光されると、受光素子２はモニタ電流Ｉｍを生成する。受光面３７に入射するモニタ光１７のビーム断面の面積すなわちビーム断面積の増減に応じて、モニタ電流Ｉｍが増減する。適宜、ビーム断面の面積はビーム断面積と表記する。図４では、ビーム断面３４、３４ａが受光部中心軸３３を含み、Ｙ方向正側の受光部端３５ａ側に位置している。暴露時間の経過に伴って、受光素子２とキャリア５とを固定している樹脂接合材７が熱硬化収縮し、受光素子２がＹ方向負側に移動することで、受光素子２の受光面３７においてモニタ光１７がＹ方向正側に移動する。受光面３７におけるビーム断面３４の面積は受光面３７におけるビーム断面３４ａの面積よりも大きくなっており、暴露時間の経過に伴って受光面３７に受光されるモニタ光１７の受光面積が低下しているので、半導体レーザ１と受光素子２との光結合効率は暴露時間の経過に伴って低下する。このため、受光素子２のモニタ電流Ｉｍは暴露時間の経過に伴って低下する。
【００２２】
次に、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率を説明する。半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率は、出射光１６が光ファイバ４の中心軸１５に沿って入射されると最大になり、出射光１６と中心軸１５との角度が大きくなると低下し、また出射光１６のビーム中心軸が光ファイバ４の中心軸１５から離れると低下する。暴露時間が０である場合、すなわち初期における出射光１６はレンズ３のレンズ中心軸を通過して光ファイバ４の中心軸１５に入射しており、暴露時間がｔ１以上である場合、すなわち基準時間経過後における出射光１６はレンズ３のレンズ中心軸よりもＹ方向正側を通過して光ファイバ４の中心軸１５からＹ方向負側に入射している例を図１に示した。なお、基準時間経過後の出射光及びレンズのそれぞれに符号１６ａ、３ａを付している。
【００２３】
図６に示した光結合効率特性４２は、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率と暴露時間との関係を示している。光結合効率特性４２は、暴露時間の経過に伴って低下しており、変化傾向が減少傾向の特性である。暴露時間が０、ｔ１における光結合効率はそれぞれｅ３、ｅ４である。
【００２４】
図１では、樹脂接合材７、８のＹ方向の厚さが同じ例を示した。この場合、樹脂接合材７、８における暴露時間に伴う熱硬化収縮量は同じであり、樹脂の組成によるが例えば０．３〜０．４μｍである。樹脂接合材７、８のＹ方向の厚さが同じなので、暴露時間に伴う受光素子２及びレンズ３のＹ方向負側への移動距離は同じである。実施の形態１の光モジュール１００は、半導体レーザ１及び光ファイバ４の先端部はキャリア５の裏面２４を基準にしたＹ方向の位置が固定されている。また、実施の形態１の光モジュール１００は、第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同じになるように、例えば変化傾向が減少傾向で同じになるように、受光器１２及びレンズ３におけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置が決定されている。図４では初期における半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率が最大ではない例を示したが、受光器１２の初期位置は半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率が最大となるようにしてもよい。この場合、初期のモニタ光１７のビーム断面３４が受光面３７のＹ方向正側の受光部端３５ａに一致するように、受光器１２の初期位置を決定すればよい。レンズ３の初期位置は、例えば半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率が最大又は略最大になるように決定すればよい。図４に示したモニタ光１７のビーム断面３４は、光結合効率が略最大になる例であり、例えば光結合効率が９５％になる例である。
【００２５】
実施の形態１の光モジュール１００は、半導体レーザ１、光ファイバ４の先端部、レンズ３、受光器１２である受光素子２におけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置が、暴露時間の経過による第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同じになるように、例えば変化傾向が減少傾向で同じになるように決定されているので、半導体レーザ１に自動光出力制御が実行された場合に、モニタ電流Ｉｍを予め定められた設定値に保つために制御回路２０が半導体レーザ１の注入電流Ｉｏｐを暴露時間の経過に伴って増加させる、すなわち注入電流Ｉｏｐが経時増加する。これにより、実施の形態１の光モジュール１００は、暴露時間の経過による半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率が低下しても、出射光１６の光量すなわち光パワーを増加させるので、光ファイバ４への出射光１６の導入光量すなわち導入光パワーの低下を抑制することができる。また、光ファイバ４への出射光１６の導入光量は、光通信に使用される光モジュール１００の光出力である。したがって、実施の形態１の光モジュール１００は、暴露時間の経過による半導体レーザ１と光ファイバ４との複合相対位置ずれが発生して、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率が変化しても、光出力の変動を抑制することができる。
【００２６】
なお、樹脂接合材７、８のＹ方向の厚さが同じあり、暴露時間に伴う熱硬化収縮量は同じである例を説明したが、これに限定されない。光モジュール１００は、自動光出力制御が実行されるので、自動光出力制御による制御可能期間を長くする期間すなわち光出力の変動を抑制できる期間を長くするためには、受光素子２の固定に用いる樹脂接合材７の熱硬化収縮の終了時期はレンズ３の固定に用いる樹脂接合材８の熱硬化収縮の終了時期よりも遅いほうが望ましい。なお、光出力の変動を抑制できる期間は、製品寿命ということもできる。また、図５、図６では、樹脂接合材７、８の熱硬化収縮が終了していない例を示している。
【００２７】
以上のように、実施の形態１の光モジュール１００は、半導体レーザ１により出射された出射光１６を光ファイバ４により伝送する光モジュールである。実施の形態１の光モジュール１００は、半導体レーザ１及び光ファイバ４と、出射光１６が出射される出射端面（第一端面７１）と反対側の端面（第二端面７２）から出射されるモニタ光１７を受光する受光器１２と、出射光１６を集光するレンズ３と、半導体レーザ１、受光器１２、レンズ３を搭載するキャリア５と、受光器１２の出力電流（モニタ電流Ｉｍ）が一定になるように、半導体レーザ１の注入電流Ｉｏｐを制御する制御回路２０と、を備えている。半導体レーザ１は金属接合材６によりキャリア５に固定されており、受光器１２の少なくとも一部及びレンズ３は、それぞれ熱硬化収縮が生じる第一樹脂接合材（樹脂接合材７）及び第二樹脂接合材（樹脂接合材８）によりキャリア５に固定されており、光ファイバ４における出射光１６を導入する先端部は、キャリア５における半導体レーザ１、受光器１２、レンズ３が搭載された実装部（第一実装部２５、第三実装部２７、第二実装部２６）の表面と反対側の裏面２４を基準にした位置が固定されている。当該光モジュール１００が室温よりも高い環境温度に暴露される暴露時間に対する、半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率を、それぞれ第一光結合効率特性、第二光結合効率特性とし、第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同じになるように、半導体レーザ１、光ファイバ４の先端部、受光器１２及びレンズ３におけるキャリア５の裏面２４を基準にした、当該光モジュールの暴露時間が０である場合の初期位置が決定されている。実施の形態１の光モジュール１００は、この構成により、半導体レーザ１、光ファイバ４の先端部、レンズ３及び受光器１２におけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置が、暴露時間の経過による第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同じになるように決定されているので、半導体レーザ１と光ファイバ４との間に高温環境による不可逆的な複合相対位置ずれが発生した場合に、光出力の変動を抑制することができる。
【００２８】
実施の形態２．
図７は実施の形態２に係る光モジュールの第一例を示す図である。図８は図７の半導体レーザ及び受光素子における初期の位置を示す図であり、図９は図７の半導体レーザ及び受光素子における基準時間経過後の位置を示す図である。図１０は図７の受光素子の受光面におけるモニタ光を示す図である。図１１は実施の形態２に係る半導体レーザと受光素子との光結合効率特性を示す図であり、図１２は実施の形態２に係る半導体レーザと光ファイバとの光結合効率特性の第一例を示す図である。図１３は実施の形態２に係る半導体レーザと光ファイバとの光結合効率特性の第二例を示す図であり、図１４は実施の形態２に係る半導体レーザと光ファイバとの光結合効率特性の第三例を示す図である。図１５は実施の形態２に係る光モジュールの第二例を示す図であり、図１６は図１５のレンズ及びレーザ光の位置変化を示す図である。実施の形態２の光モジュール１００は、半導体レーザ１、光ファイバ４の先端部、レンズ３、受光器１２である受光素子２におけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置が、暴露時間の経過による第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同じになるように、例えば初期から一定期間において変化傾向が増加傾向で同じになるように決定されている点で、実施の形態１の光モジュール１００と異なる。実施の形態１の光モジュール１００と異なる部分を主に説明する。
【００２９】
図７では、第一光結合効率特性、第二光結合効率特性の変化傾向が初期から一定期間において増加傾向である場合、すなわち第一光結合効率特性、第二光結合効率特性が初期から一定期間において経時的に増加する場合の光モジュール１００の例を示した。暴露時間の経過による第一光結合効率特性、第二光結合効率特性が初期から一定期間において経時的に増加するように（第二の光結合効率設定条件）、半導体レーザ１、光ファイバ４の先端部、レンズ３、受光器１２である受光素子２におけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置は、例えば次のように決定される。実施の形態１で説明したように、暴露時間が経過すると、樹脂接合材８が熱硬化収縮することでレンズ３の位置はＹ方向負側（−Ｙ方向）に移動し、出射光１６もＹ方向負側に傾いて出射光１６ａになる。このため、光ファイバ４の位置は、例えば半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率が最大又は略最大になる位置からＹ方向負側にオフセットさせておくと、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率の暴露時間に対する特性である第二光結合効率特性が初期から一定期間において経時的に増加するようにできる。同様に、暴露時間が経過すると、樹脂接合材７が熱硬化収縮することで受光器１２である受光素子２の位置はＹ方向負側に移動する。このため、受光器１２である受光素子２の初期位置は、例えば半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率が最大又は略最大になる位置からＹ方向正側（＋Ｙ方向）にオフセットさせておくと、半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率の暴露時間に対する特性である第一光結合効率特性が初期から一定期間において経時的に増加するようにできる。
【００３０】
図７に示した実施の形態２の光モジュール１００の第一例は、図１に示した実施の形態１の光モジュール１００に比べて、光ファイバ４の位置がＹ方向負側にオフセットされており、受光素子２の初期位置がＹ方向正側にオフセットされている。更に、図７に示した実施の形態２の光モジュール１００の第一例は、図１に示した実施の形態１の光モジュール１００に比べて、キャリア５の凹部６５の深さに相当する第一実装部２５の表面と第二実装部２６の表面とのＹ方向の長さｄ１が長くなっており、樹脂接合材７、８の厚さが厚くなっている。このようにすることで、図７に示した実施の形態２の光モジュール１００の第一例は、同じ厚さの樹脂接合材７、樹脂接合材８を用いながら第二の光結合効率設定条件を達成している。まず、半導体レーザ１及び受光器１２の位置、半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率を説明する。
【００３１】
暴露時間が０である場合、すなわち初期における半導体レーザ１及び受光素子２のＹ方向の位置が図８に示されており、この場合の受光面３７におけるモニタ光１７におけるビーム断面３４を図１０に示した。暴露時間がｔ１以上である場合、すなわち基準時間経過後における半導体レーザ１及び受光素子２のＹ方向の位置が図９に示されており、この場合の受光面３７におけるモニタ光１７におけるビーム断面３４ａを図１０に示した。なお、基準時間経過後の受光素子に符号２ａを付しており、初期における受光面３７側の受光部３２を破線で示し、符号３６を付している。受光素子２の初期位置がＹ方向正側にオフセットされている長さは、図９に示したオフセット長Ｌｍである。図１０では、ビーム断面３４、３４ａが受光部中心軸３３を含み、Ｙ方向負側の受光部端３５ｂ側に位置している。暴露時間の経過に伴って、受光素子２とキャリア５とを固定している樹脂接合材７が熱硬化収縮し、受光素子２がＹ方向負側に移動することで、受光素子２の受光面３７においてモニタ光１７がＹ方向正側に移動する。受光面３７におけるビーム断面３４の面積は受光面３７におけるビーム断面３４ａの面積よりも小さくなっており、暴露時間の経過に伴って受光面３７に受光されるモニタ光１７の受光面積が増加しているので、半導体レーザ１と受光素子２との光結合効率は暴露時間の経過に伴って増加する。このため、受光素子２のモニタ電流Ｉｍは暴露時間の経過に伴って増加する。
【００３２】
図１１に示した光結合効率特性４３は、半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率と暴露時間との関係を示している。横軸は室温よりも高い環境温度に暴露されている時間すなわち暴露時間であり、縦軸は光結合効率である。光結合効率特性４３は、暴露時間の経過に伴って増加しており、変化傾向が増加傾向の特性である。暴露時間が０、ｔ１における光結合効率はそれぞれｅ５、ｅ６である。適宜、半導体レーザ１と受光素子２との光結合効率は半導体レーザ１及び受光素子２間の光結合効率と表記し、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率は半導体レーザ１及び光ファイバ４間の光結合効率と表記する。
【００３３】
次に、レンズ３及び光ファイバ４の位置、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率を説明する。暴露時間が０である場合、すなわち初期における出射光１６はレンズ３のレンズ中心軸を通過して光ファイバ４の中心軸１５からＹ方向正側に入射しており、暴露時間がｔ１以上である場合、すなわち基準時間経過後における出射光１６はレンズ３のレンズ中心軸よりもＹ方向正側を通過して光ファイバ４の中心軸１５の方へ入射している例を図７に示した。なお、基準時間経過後の出射光及びレンズのそれぞれに符号１６ａ、３ａを付しており、初期における光ファイバ４の先端部の一部を破線で示し、符号４ｓを付している。光ファイバ４の先端部の初期位置がＹ方向負側にオフセットされている長さは、図７に示したオフセット長Ｌｆである。
【００３４】
図１２に示した光結合効率特性４４は、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率と暴露時間との関係を示している。横軸は室温よりも高い環境温度に暴露されている時間すなわち暴露時間であり、縦軸は光結合効率である。光結合効率特性４４は、暴露時間の経過に伴って増加しており、変化傾向が増加傾向の特性である。暴露時間が０、ｔ１における光結合効率はそれぞれｅ７、ｅ８である。
【００３５】
図１２に示した光結合効率特性４４は、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率特性の第一例であり、基準時間ｔ１まで増加傾向が継続している例である。しかし、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率特性は、これに限定されない。基準時間ｔ１に至る途中で光結合効率特性が、ピークに達する場合、変化が終了し一定になっていてもよい。図１３に示した光結合効率特性４５ａは、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率特性の第二例であり、暴露時間ｔａまで増加傾向が継続して光結合効率がｅ８に達し、その後暴露時間ｔｐにおいて最大の光結合効率ｅｈに達し、暴露時間が基準時間ｔ１で光結合効率がｅ８よりも低いｅ９になっている例である。図１４に示した光結合効率特性４５ｂは、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率特性の第三例であり、暴露時間ｔａで光結合効率がｅ８に達し、暴露時間ｔｂまで増加傾向が継続して光結合効率がｅ１０に達し、その後暴露時間が基準時間ｔ１まで光結合効率ｅ１０が継続している例である。図１３、図１４において、暴露時間が０における光結合効率はｅ７である。
【００３６】
図１３に示したピークを有する光結合効率特性４５ａは、暴露時間が基準時間ｔ１になっても樹脂接合材８が熱硬化収縮しており、出射光１６ａが光ファイバ４の中心軸１５よりもＹ方向負側に入射することで、生じる光結合効率特性である。図１４に示した光結合効率特性４５ｂは、暴露時間がｔｂになって樹脂接合材８の熱硬化収縮が終了した例である。この場合、実施の形態２の光モジュール１００は、自動光出力制御が実行されており、第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が初期から一定期間において同じになるように、暴露時間の経過に伴ってキャリア５の表面側へ移動する受光器１２である受光素子２とレンズ３とにおけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置が決定されているので、半導体レーザ１と光ファイバ４との間に高温環境による不可逆的な複合相対位置ずれが発生した場合に、光出力の変動を抑制することができる。
【００３７】
半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率特性も、同様に基準時間ｔ１に至る途中で光結合効率特性が、ピークに達する場合、変化が終了し一定になっていてもよい。ピークに達する場合は、図１０に示したモニタ光１７のビーム断面積が大きくなり、初期にモニタ光１７が受光面３７の受光部端３５ｂを包含しており、暴露時間が基準時間ｔ１になった際にモニタ光１７が受光面３７の受光部端３５ａを包含している場合である。変化が終了し一定になっていている場合は、暴露時間がｔｂになった際にモニタ光１７の受光面３７におけるビーム断面積が図１０のビーム断面３４ａの面積になり、ビーム断面積が受光面３７に完全に入っている状態で樹脂接合材７の熱硬化収縮が終了している場合である。この場合、半導体レーザ１及び光ファイバ４間の光結合効率と、半導体レーザ１及び受光素子２間の光結合効率とが暴露時間に伴って同様に変化するので、第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同様に変化する。このため、実施の形態２の光モジュール１００は、自動光出力制御が実行されており、第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同様になるように、暴露時間の経過に伴ってキャリア５の表面側へ移動する受光器１２である受光素子２及びレンズ３におけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置が決定されているので、半導体レーザ１と光ファイバ４との間に高温環境による不可逆的な複合相対位置ずれが発生した場合に、光出力の変動を抑制することができる。
【００３８】
図７に示した実施の形態２の光モジュール１００の第一例は、光ファイバ４の初期位置がＹ方向負側にオフセットされている例であるが、図１５のように光ファイバ４のオフセットの代わりにレンズ３の初期位置がＹ方向正側にオフセットされていてもよい。図１５に示した実施の形態２の光モジュール１００の第二例は、図１に示した実施の形態１の光モジュール１００に比べて、レンズ３の位置がＹ方向正側にオフセットされており、受光素子２の初期位置がＹ方向正側にオフセットされている。更に、図１５に示した実施の形態２の光モジュール１００の第二例は、図１に示した実施の形態１の光モジュール１００に比べて、キャリア５の凹部６５の深さに相当する第一実装部２５の表面と第二実装部２６の表面とのＹ方向の長さｄ１が短くなっており、樹脂接合材７、８の厚さが厚くなっている。このようにすることで、図１５に示した実施の形態２の光モジュール１００の第二例は、同じ厚さの樹脂接合材７、樹脂接合材８を用いながら第二の光結合効率設定条件を達成している。
【００３９】
半導体レーザ１及び受光器１２の位置、半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率は、図７に示した実施の形態２の光モジュール１００の第一例と同じである。レンズ３及び光ファイバ４の位置、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率を説明する。例えば、暴露時間が０である場合、すなわち初期における出射光１６はレンズ３のレンズ中心軸１３よりもＹ方向負側を通過して光ファイバ４の中心軸１５からＹ方向正側に入射しており、暴露時間がｔ１以上である場合、すなわち基準時間経過後における出射光１６はレンズ３のレンズ中心軸１３を通過して光ファイバ４の中心軸１５へ入射している例を図１６に示した。なお、基準時間経過後の出射光、レンズ、レンズ中心軸のそれぞれに符号１６ａ、３ａ、１３ａを付している。レンズ３の初期位置がＹ方向正側にオフセットされている長さは、図１６に示したオフセット長Ｌｒである。半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率は、図７に示した実施の形態２の光モジュール１００の第一例と同じである。
【００４０】
実施の形態２の光モジュール１００は、半導体レーザ１、光ファイバ４の先端部、レンズ３、受光器１２である受光素子２におけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置が、暴露時間の経過による第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同じになるように、例えば変化傾向が初期から一定期間において増加傾向で同じになるように決定されているので、半導体レーザ１に自動光出力制御が実行された場合に、モニタ電流Ｉｍを予め定められた設定値に保つために制御回路２０が半導体レーザ１の注入電流Ｉｏｐを暴露時間の経過に伴って低下させる、すなわち注入電流Ｉｏｐが経時低下する。これにより、実施の形態１の光モジュール１００は、暴露時間の経過による半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率が増加しても、出射光１６の光量すなわち光パワーの増加を抑制するので、光ファイバ４への出射光１６の導入光量すなわち導入光パワーの増加を抑制することができる。したがって、実施の形態２の光モジュール１００は、暴露時間の経過による半導体レーザ１と光ファイバ４との複合相対位置ずれが発生して、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率が変化しても、光出力の変動を抑制することができる。
【００４１】
実施の形態３．
図１７は実施の形態３に係る光モジュールの第一例を示す図であり、図１８は図１７の半導体レーザと受光素子との光結合効率特性を示す図である。図１９は実施の形態３に係る光モジュールの第二例を示す図であり、図２０は図１９の半導体レーザと受光素子との光結合効率特性を示す図である。実施の形態３の光モジュール１００は、暴露時間の経過による樹脂接合材７の熱硬化収縮量が樹脂接合材８の熱硬化収縮量よりも大きい点で、実施の形態１及び実施の形態２の光モジュール１００とは異なる。実施の形態１及び実施の形態２の光モジュール１００と異なる部分を主に説明する。
【００４２】
一般的に、光ファイバ４はシングルモードファイバが用いられ、モードフィールド径（全幅）は波長１．５μｍの光の場合で約１０μｍである。一方、受光素子２の受光面の面積又は受光径は光ファイバ４のモードフィールド径よりも広いことが多い。加えて、光ファイバ４に導入される半導体レーザ１の出射光１６はレンズ３により集光されるが、受光素子２に導入される半導体レーザ１のモニタ光１７はレンズを介さないため、レンズ３にて集光された出射光１６よりもビーム径が広くなっている。受光素子２の受光面３７におけるモニタ光１７のビーム断面は、光ファイバ４のレンズ３側の端面における出射光１６のビーム断面よりも大きい。モニタ光１７、出射光１６が同じ距離を移動した場合に、受光面３７におけるモニタ光１７が受光部端３５ａ又は受光部端３５ｂを通過する際のビーム断面積の変化量は、光ファイバ４の端面における集光された出射光１６のビーム断面積の変化量よりも小さいので、受光素子２での光結合効率の変化は、光ファイバ４での光結合効率の変化が小さい。
【００４３】
制御回路２０により自動光出力制御が実行された場合に、受光素子２での光結合効率の変化が大きいほど光モジュール１００の光出力の補正量は大きくなる。そこで、実施の形態３では、受光素子２を固定する樹脂接合材７の暴露時間の経過による熱硬化収縮量を、レンズ３を固定する樹脂接合材８よりも大きくすることで、自動光出力制御が実行された際の光出力の補正量は大きくする。受光素子２での光結合効率の変化が大きくなることは、暴露時間の経過による半導体レーザ１と光ファイバ４との複合相対位置ずれの検出感度が高まることである。同じ時間における光出力の補正量が大きいことは、暴露時間の経過による半導体レーザ１と光ファイバ４との複合相対位置ずれに伴う光結合効率の補正速度が大きいことである。したがって、実施の形態３の光モジュール１００は、実施の形態１及び実施の形態２の光モジュール１００よりも小さい変動幅で光出力の変動を抑制することができる。暴露時間の経過による樹脂接合材７の熱硬化収縮量が樹脂接合材８の熱硬化収縮量よりも大きくするには、次のようにすればよい。例えば、第一の樹脂接合材厚さ設定方法として、樹脂接合材７、樹脂接合材８が同じ材質である場合は、樹脂接合材７の厚さを樹脂接合材８の厚さよりも厚くすればよい。この場合、体積の大きな樹脂接合材７は、樹脂接合材８よりも熱硬化収縮量が大きくなる。
【００４４】
また、第二の樹脂接合材厚さ設定方法としては、樹脂接合材７、８の熱硬化収縮量が暴露時間の時間経過に伴い飽和していく性質を有する場合には、樹脂接合材８のみ熱硬化収縮を予め進行させておけばよい。この場合も、光モジュール１００の暴露時間が０の際に樹脂接合材７の厚さが樹脂接合材８の厚さよりも厚くなっている。第二の樹脂接合材厚さ設定方法は、例えば、光モジュール１００の製造工程において、受光素子２を固定しない状態でレンズ３のみを樹脂接合材８により固定し、製造途中である半導体レーザ１及びレンズ３が搭載されたキャリア５を高温環境に暴露する。これにより樹脂接合材８のみの熱硬化収縮を予め進行させておく。その後、樹脂接合材７を用いて受光素子２をキャリア５に固定する。この場合、樹脂接合材７、樹脂接合材８の熱硬化収縮の進行度の差異により、樹脂接合材７の厚さを樹脂接合材８の厚さよりも厚くすることができる。
【００４５】
また、第三の樹脂接合材厚さ設定方法として、樹脂接合材７、樹脂接合材８のそれぞれに異なる材質を採用し、熱硬化収縮量に差異を設けてもよい。
【００４６】
図１７に示した実施の形態３の光モジュール１００の第一例は、実施の形態１の光モジュール１００に厚さの異なる樹脂接合材７、樹脂接合材８を適用した例であり、図１に示した実施の形態１の光モジュール１００とは、樹脂接合材７のＹ方向の厚さが樹脂接合材８のＹ方向の厚さよりも大きくなっており、受光素子２がキャリア５に設けされた凹部６６の裏面２４と反対側の底面に相当する第三実装部２７の表面に固定されている点で異なる。図１９に示した実施の形態３の光モジュール１００の第二例は、実施の形態２の光モジュール１００の第一例に厚さの異なる樹脂接合材７、樹脂接合材８を適用した例であり、図７に示した実施の形態２の光モジュール１００の第一例とは、樹脂接合材７のＹ方向の厚さが樹脂接合材８のＹ方向の厚さよりも大きくなっており、受光素子２がキャリア５に設けされた凹部６６の裏面２４と反対側の底面に相当する第三実装部２７の表面に固定されている点で異なる。
【００４７】
まず、図１７に示した実施の形態３の光モジュール１００の第一例を説明する。第三実装部２７はキャリア５の表面側に形成された凹部６６の部分であり、第三実装部２７の表面は凹部６６の裏面２４と反対側の底面に相当する。第一実装部２５の表面と第二実装部２６の表面とのＹ方向の長さｄ２は、凹部６６の深さに相当する。図１８に示した光結合効率特性４１ａは、半導体レーザ１と受光器１２である受光素子２との光結合効率と暴露時間との関係を示している。なお、実施の形態１の光モジュール１００における半導体レーザ１と受光器１２である受光素子２との光結合効率の特性である光結合効率特性４１は破線で示した。横軸は室温よりも高い環境温度に暴露されている時間すなわち暴露時間であり、縦軸は光結合効率である。光結合効率特性４１ａは、暴露時間の経過に伴って低下しており、変化傾向が減少傾向の特性である。光結合効率特性４１ａは、光結合効率特性４１よりも変化の減少傾きが急になっている。暴露時間が０における光結合効率はｅ１であり、暴露時間がｔ１における光結合効率はｅ２よりも小さいｅ２ａである。
【００４８】
次に、図１９に示した実施の形態３の光モジュール１００の第二例を説明する。受光素子２が固定される第三実装部２７、凹部６６、は図１７に示した実施の形態３の光モジュール１００の第一例と同様である。図２０に示した光結合効率特性４３ａは、半導体レーザ１と受光器１２である受光素子２との光結合効率と暴露時間との関係を示している。なお、実施の形態２の光モジュール１００における半導体レーザ１と受光器１２である受光素子２との光結合効率の特性である光結合効率特性４３は破線で示した。横軸は室温よりも高い環境温度に暴露されている時間すなわち暴露時間であり、縦軸は光結合効率である。光結合効率特性４３ａは、暴露時間の経過に伴って増加しており、変化傾向が増加傾向の特性である。光結合効率特性４３ａは、光結合効率特性４３よりも変化の減少傾きが急になっている。暴露時間が０における光結合効率はｅ５であり、暴露時間がｔ１における光結合効率はｅ６よりも小さいｅ６ａである。なお、光結合効率特性４３ａは、図１３、図１４に示したように、基準時間ｔ１に至る途中で光結合効率特性が、ピークに達する場合、変化が終了し一定になっていてもよい。
【００４９】
実施の形態４．
図２１は実施の形態４に係る光モジュールを示す図である。図２２は図２１の受光素子及びモニタ光の受光限界点の位置変化を示す図であり、図２３は比較例の受光素子及びモニタ光の受光限界点の位置変化を示す図である。実施の形態４の光モジュール１００は、実施の形態１の光モジュール１００とは、モニタ光１７が拡散光のモニタ光１８に変更され、面型の受光素子３０によりモニタ光１８を受光する点で異なる。実施の形態１の光モジュール１００と異なる部分を主に説明する。
【００５０】
受光素子３０の受光面３７は、モニタ光１８の出射部３９よりもキャリア５の裏面２４側に配置されており、モニタ光１８の光軸４０と交わっていない。実施の形態４の半導体レーザ１は、例えば活性層３１の第二端面７２側にレーザ光のスポットサイズを拡大するスポットサイズ変換部３８を備えており、モニタ光１７よりもスポットサイズが拡大された光、すなわち拡散光のモニタ光１８を出射する。図２２ではモニタ光１８のＹ方向の拡散光境界１９ａ、１９ｂも示した。拡散光境界１９ａはＹ方向正側の境界であり、拡散光境界１９ｂはＹ方向負側の境界である。暴露時間が０である場合の受光素子３０を実線で示した。図２２では、暴露時間が基準時間ｔ１以上である場合の受光素子を破線で示し、符号３０ａを付した。受光素子３０の受光面３７はＺ軸方向に対して角度θだけ傾いており、受光素子３０の受光面３７が半導体レーザ１の第二端面７２側に向くように配置されている例を示した。角度θは、例えば０°〜３０°である。
【００５１】
暴露時間が０である場合、モニタ光１８は拡散光境界１９ｂが受光素子３０の受光面３７における半導体レーザ１側の受光限界点ｐ１を通過している。暴露時間が基準時間ｔ１以上である場合、樹脂接合材７が熱硬化収縮することでＹ方向負側に移動した受光素子３０ａの受光面３７における受光限界点ｐ２をモニタ光１８の拡散光境界１９ｂが通過する。このため、受光素子３０ａに受光されるモニタ光１８の受光面３７におけるビーム断面の面積すなわち受光面積は受光素子３０に受光されるモニタ光１８の受光面３７におけるビーム断面の面積すなわち受光面積よりも小さい。受光素子３０に受光されるモニタ光１８のビーム断面積は、暴露時間の経過に応じて減少する。半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率変化特性は実施の形態１と同様になる。
【００５２】
実施の形態４の光モジュール１００は、半導体レーザ１、光ファイバ４の先端部、レンズ３、受光器１２である受光素子２におけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置が、暴露時間の経過による第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同じになるように、例えば変化傾向が減少傾向で同じになるように決定されているので、半導体レーザ１に自動光出力制御が実行された場合に、実施の形態１の光モジュール１００と同様に、半導体レーザ１と光ファイバ４との間に高温環境による不可逆的な複合相対位置ずれが発生した場合に、光出力の変動を抑制することができる。
【００５３】
実施の形態４の光モジュール１００は、受光面３７がＹ軸方向に対して角度θだけ傾いている比較例よりも樹脂接合材７の熱硬化収縮により生じる光結合効率の変化量が大きい。図２３に示した比較例では、暴露時間が０である場合、モニタ光１８は拡散光境界１９ｂが受光素子３０の受光面３７の受光限界点ｐ３を通過している。暴露時間が基準時間ｔ１以上である場合、樹脂接合材７が熱硬化収縮することでＹ方向負側に移動した受光素子３０ａの受光面３７における受光限界点ｐ４をモニタ光１８の拡散光境界１９ｂが通過し、モニタ光１８の拡散光境界１９ａが受光面３７のＹ方向の上限を通過している。このため、受光素子３０ａに受光されるモニタ光１８のビーム断面積は受光素子３０に受光されるモニタ光１８のビーム断面積よりわずかに小さいだけでほとんど変化していない。実施の形態４の光モジュール１００は、受光素子３０に受光されるモニタ光１８のビーム断面積は、暴露時間の経過に応じて減少する変化量を比較例よりも大きくすることができるので、光結合効率の変化量を比較例よりも大きくすることができる。実施の形態４の光モジュール１００は、光結合効率の変化量を比較例よりも大きくすることができるので、自動光出力制御が実行された際の光出力の補正量を比較例よりも大きくすることができる。したがって、実施の形態４の光モジュール１００は、比較例よりも小さい変動幅で光出力の変動を抑制することができる。
【００５４】
実施の形態５．
図２４は実施の形態５に係る光モジュールを示す図である。図２５は図２４のモニタ光用レンズ及びモニタ光の位置変化を示す図であり、図２６は図２４の受光素子の受光面におけるモニタ光を示す図である。図２７は実施の形態５に係る半導体レーザと受光素子との光結合効率特性を示す図であり、図２８は実施の形態５に係る半導体レーザと光ファイバとの光結合効率特性を示す図である。実施の形態５の光モジュール１００は、受光器１２が受光素子２及びレンズ９を備えている点で、実施の形態１の光モジュール１００と異なる。レンズ９はモニタ光用レンズであり、モニタ光１７を集光する。実施の形態１の光モジュール１００と異なる部分を主に説明する。
【００５５】
半導体レーザ１の第二端面７２から出射されたモニタ光１７はレンズ９により集光されて受光素子２に受光される。受光素子２は熱硬化収縮が生じない金属接合材１１によりキャリア５の第三実装部２７の表面に固定されている。レンズ９は熱硬化収縮が生じる樹脂接合材１０によりキャリア５の第四実装部２８の表面に固定されている。金属接合材１１は、金属接合材６と同様に、例えば、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇ、ＳｎＡｇＣｕ等の半田である。樹脂接合材１０は、樹脂接合材８と同様に、例えば、アクリル、エポキシ、チオール等を主成分とした接合材である。実施の形態１の光モジュール１００は、熱硬化収縮が生じる樹脂接合材７によりキャリア５の第三実装部２７の表面に受光器１２である受光素子２が固定されていた。これに対して、実施の形態５の光モジュール１００は、受光器１２の一部である受光素子２が熱硬化収縮しない金属接合材１１によりキャリア５に固定されており、受光器１２の一部であるレンズ９が熱硬化収縮する樹脂接合材１０によりキャリア５に固定されている。樹脂接合材１０は、室温よりも高い環境温度に暴露されると、室温よりも高い環境温度に暴露される暴露時間に応じて熱硬化収縮が生じ、矢印２３に示すようにＹ方向の厚さが低下する。
【００５６】
樹脂接合材１０が熱硬化収縮することでレンズ９が第四実装部２８の表面側へ移動し、樹脂接合材８が熱硬化収縮することでレンズ３が第二実装部２６の表面側に移動する。暴露時間が経過したレンズ９、レンズ３を、破線で示したレンズ９ａ、レンズ３ａとして示した。暴露時間が経過することで、半導体レーザ１、受光器１２を構成する受光素子２及びレンズ９、レンズ３、光ファイバ４におけるキャリア５の裏面２４を基準にした位置関係すなわちＹ方向の位置関係が変化する。このため、実施の形態５の光モジュール１００は、実施の形態１の光モジュール１００と同様に、半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率が変化する。
【００５７】
光ファイバ４に近い側から、第二実装部２６、第一実装部２５、第四実装部２８、第三実装部２７が配置されている。破線５３ａから破線５３ｂまで範囲が第二実装部２６であり、破線５３ｂから破線５３ｃまで範囲が第一実装部２５である。破線５３ｃから破線５４ａまで範囲が第四実装部２８であり、破線５４ａから破線５４ｂまで範囲が第三実装部２７である。第二実装部２６はキャリア５の表面側に形成された凹部６５の部分であり、第二実装部２６の表面は凹部６５の裏面２４と反対側の底面に相当する。第一実装部２５の表面と第二実装部２６の表面とのＹ方向の長さｄ１は、凹部６５の深さに相当する。第一実装部２５の表面、第四実装部２８の表面、及び第三実装部２７の表面は高低差のない平面になっている。
【００５８】
前述したように、暴露時間に対する、半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率は、それぞれ第一光結合効率特性、第二光結合効率特性である。実施の形態５の光モジュール１００は、自動光出力制御が実行されており、第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同じになるように、暴露時間の経過に伴ってキャリア５の表面側へ移動する受光器１２の一部であるレンズ９とレンズ３とにおけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置が決定されているので、半導体レーザ１と光ファイバ４との間に高温環境による不可逆的な複合相対位置ずれが発生した場合に、光出力の変動を抑制することができる。
【００５９】
図２４では、第一光結合効率特性、第二光結合効率特性の変化傾向が減少傾向である場合、すなわち第一光結合効率特性、第二光結合効率特性が経時的に低下する場合の光モジュール１００の例を示した。図２４に示した実施の形態５の光モジュール１００は、暴露時間の経過による第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同じになるように、例えば変化傾向が減少傾向で同じになるように（前述した第一の光結合効率設定条件）、半導体レーザ１、光ファイバ４の先端部、レンズ３、受光器１２を構成する受光素子２及びレンズ９におけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置が決定されている。
【００６０】
半導体レーザ１の活性層３１における第二端面７２側の領域である出射部３９から出射されるモニタ光１７はレンズ９により集光され、集光されたモニタ光１７が受光素子２の受光部３２に受光される。基準時間ｔ１を２０００時間とした半導体レーザ１と受光器１２の受光素子２との光結合効率特性の例、基準時間ｔ１を２０００時間とした半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率特性の例を、それぞれ図２７、図２８に示した。横軸は室温よりも高い環境温度に暴露されている時間すなわち暴露時間であり、縦軸は光結合効率である。図２７に示した光結合効率特性４６は、半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率と暴露時間との関係を示している。光結合効率特性４６は、暴露時間の経過に伴って低下しており、変化傾向が減少傾向の特性である。暴露時間が０、ｔ１における光結合効率はそれぞれｅ１１、ｅ１２である。図２８に示した光結合効率特性４７は、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率と暴露時間との関係を示している。光結合効率特性４７は、暴露時間の経過に伴って低下しており、変化傾向が減少傾向の特性である。暴露時間が０、ｔ１における光結合効率はそれぞれｅ１３、ｅ１４である。
【００６１】
半導体レーザ１と光ファイバ４との位置に伴う半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率の変化は、実施の形態１と同じであり、説明は繰り返さない。半導体レーザ１と受光器１２との位置に伴う半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率の変化を説明する。
【００６２】
暴露時間が０である場合、すなわち初期におけるレンズ９及び受光素子２のＹ方向の位置が図２５に示されており、この場合の受光面３７における集光されたモニタ光１７におけるビーム断面６１を図２６に示した。暴露時間がｔ１以上である場合、すなわち基準時間経過後におけるレンズ９ａ及び受光素子２のＹ方向の位置が図２５に示されており、この場合の受光面３７における集光されたモニタ光１７におけるビーム断面６１ａを図２６に示した。モニタ光１７は集光されているので、実施の形態１の図４に比べてビーム断面積が小さくなっている。また、レンズ９のＹ方向負側への移動に伴って受光面３７におけるモニタ光１７がＹ方向負側へ移動する例を図２４〜図２６に示した。
【００６３】
半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率は、受光面３７に入射するモニタ光１７のビーム断面積すなわち受光面積の増減に応じて変化する。暴露時間が０である場合、モニタ光１７はレンズ９のレンズ中心軸１４に沿ってＺ方向負側へ直進して、例えば受光面３７の受光部端３５ｂに接触するビーム断面６１の位置になっている。暴露時間がｔ１以上である場合、レンズ９がＹ方向負側への移動したレンズ９ａのレンズ中心軸１４ａよりもＹ方向正側をモニタ光１７が通過するので、モニタ光１７はＹ方向負側へ進行するモニタ光１７ａが受光器１２の受光素子２の受光面３７に入射する。受光面３７におけるモニタ光１７ａのビーム断面６１ａが受光部端３５ｂを包含するようにＹ方向負側へ移動している。受光面３７におけるビーム断面６１の面積は受光面３７におけるビーム断面６１ａの面積よりも大きくなっており、暴露時間の経過に伴って受光される受光面積が低下しているので、半導体レーザ１と受光素子２との光結合効率は暴露時間の経過に伴って低下する。
【００６４】
実施の形態５の光モジュール１００は、光ファイバ４に導入される半導体レーザ１の出射光１６と同様に、受光素子２に導入される半導体レーザ１のモニタ光１７もレンズ９によって集光することができる。したがって、樹脂接合材１０の熱硬化収縮によって生ずる半導体レーザ１と受光素子２との光結合効率の変化量は、受光器１２がレンズ９を備えない実施の形態１の光モジュール１００より大きくしやすい。これは、受光面３７におけるビーム断面の面積が小さいと、ビーム断面の面積が大きい場合にくらべて同じＹ方向の移動距離であっても受光面３７から外れる面積の割合が大きくなるためである。このため、高温環境での暴露時間の経過によって生ずる半導体レーザ１と受光素子２との光結合効率の低下量と、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率の低下量が等しくなるように設計することが容易となる。
【００６５】
実施の形態５の光モジュール１００は、自動光出力制御が実行された際に実施の形態１の光モジュール１００よりも受光素子２での光結合効率の変化が大きいので光モジュール１００の光出力の補正量は大きくなる。実施の形態３で説明したように、実施の形態５の光モジュール１００は、実施の形態１の光モジュール１００よりも、暴露時間の経過による半導体レーザ１と光ファイバ４との複合相対位置ずれの検出感度を高めることができ、暴露時間の経過による半導体レーザ１と光ファイバ４との複合相対位置ずれに伴う光結合効率の補正速度を大きくすることができる。したがって、実施の形態５の光モジュール１００は、実施の形態１の光モジュール１００よりも小さい変動幅で光出力の変動を抑制することができる。
【００６６】
例えば、以下の条件を満たせば受光素子２での光結合効率の変化量を十分大きくでき、半導体レーザ１及び受光素子２間の光結合効率の変化量と半導体レーザ１及び光ファイバ４間の光結合効率の変化量が等しくなるように設計することができる。第一条件は、受光素子２に当たるモニタ光１７のビーム径すなわちビーム断面６１、６１ａの径が、光ファイバ４に当たるビーム径と同程度であることである。第二条件は、受光素子２の受光部３２の受光面３７のサイズが、光ファイバ４の光結合部のサイズと同程度であることである。光ファイバ４が屈折率の異なるコアとクラッドを有する場合、光結合部のサイズはコアのサイズである。実施の形態５の光モジュール１００は、第一条件を満たす例である。
【００６７】
実施の形態５の光モジュール１００は、半導体レーザ１と受光素子２が金属接合材６、１１によりキャリア５に固定されているため、半導体レーザ１及び受光素子２間の光結合効率の微調整は困難なので、レンズ９の樹脂接合材１０の厚さ等の設定により、半導体レーザ１及び受光素子２間の光結合効率が例えば最大になるように設定されている。図２４では、樹脂接合材８のＹ方向の厚さと樹脂接合材１０のＹ方向の厚さが等しい例を示した。レンズ３の樹脂接合材８とレンズ９の樹脂接合材１０とが同じ材料の場合、実施の形態１の光モジュール１００と同様に半導体レーザ１及び光ファイバ４間の光結合効率を設定し、かつ前述した第一条件又は第二条件を満たせば、高温環境での暴露時間の経過に伴う、半導体レーザ１及び受光素子２間の光結合効率の低下量と半導体レーザ１及び光ファイバ４間の光結合効率の低下量が等しくすることができる。
【００６８】
実施の形態５の光モジュール１００は、半導体レーザ１及び受光素子２を同時に金属接合材６、１１によりキャリア５に固定し、レンズ３及びレンズ９を同時に樹脂接合材８、１１によりキャリア５に固定するので、実施の形態１の光モジュール１００に比べて受光器１２の固定時間を短縮することができる。一般的な樹脂接合材には、固定のために数十秒〜数分のＵＶ光照射を必要とするものが多いが、半田による固定であれば数秒で完了すする。また、実施の形態５の光モジュール１００は、受光素子２がキャリア５に金属接合材１１により固定されているので、実施の形態１の光モジュール１００よりも受光素子２の放熱性を向上することができる。
【００６９】
なお、実施の形態５の光モジュール１００は、実施の形態３で説明したように、暴露時間の経過による受光器１２の樹脂接合材１０の熱硬化収縮量をレンズ３の樹脂接合材８の熱硬化収縮量よりも大きくしてもよい。この場合、実施の形態５の光モジュール１００は、樹脂接合材１０の暴露時間の経過による熱硬化収縮量を樹脂接合材８よりも大きくすることによって、自動光出力制御が実行された際に光出力の補正量が大きくなり、小さい変動幅で光出力の変動を抑制することができる。
【００７０】
以上のように、実施の形態５の光モジュール１００は、半導体レーザ１により出射された出射光１６を光ファイバ４により伝送する光モジュールである。実施の形態５の光モジュール１００は、半導体レーザ１及び光ファイバ４と、出射光１６が出射される出射端面（第一端面７１）と反対側の端面（第二端面７２）から出射されるモニタ光１７を受光する受光器１２と、出射光１６を集光するレンズ３と、半導体レーザ１、受光器１２、レンズ３を搭載するキャリア５と、受光器１２の出力電流（モニタ電流Ｉｍ）が一定になるように、半導体レーザ１の注入電流Ｉｏｐを制御する制御回路２０と、を備えている。受光器１２は、モニタ光１７を集光する他のレンズ９と、他のレンズ９により集光されたモニタ光１７を受光する受光素子２と、を備えている。半導体レーザ１は金属接合材６によりキャリア５に固定されており、受光素子は２金属接合材１１によりキャリア５に固定されており、受光器１２の少なくとも一部である他のレンズ９とレンズ３とは、それぞれ熱硬化収縮が生じる第一樹脂接合材（樹脂接合材１０）及び第二樹脂接合材（樹脂接合材８）によりキャリア５に固定されており、光ファイバ４における出射光１６を導入する先端部は、キャリア５における半導体レーザ１、受光器１２、レンズ３が搭載された実装部（第一実装部２５、第三実装部２７及び第四実装部２８、第二実装部２６）の表面と反対側の裏面２４を基準にした位置が固定されている。当該光モジュール１００が室温よりも高い環境温度に暴露される暴露時間に対する、半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率を、それぞれ第一光結合効率特性、第二光結合効率特性とし、第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同じになるように、半導体レーザ１、光ファイバ４の先端部、受光器１２及びレンズ３におけるキャリア５の裏面２４を基準にした、当該光モジュールの暴露時間が０である場合の初期位置が決定されている。実施の形態５の光モジュール１００は、この構成により、半導体レーザ１、光ファイバ４の先端部、レンズ３及び受光器１２におけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置が、暴露時間の経過による第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同じになるように決定されているので、半導体レーザ１と光ファイバ４との間に高温環境による不可逆的な複合相対位置ずれが発生した場合に、光出力の変動を抑制することができる。
【００７１】
実施の形態６．
図２９は実施の形態６に係る光モジュールの第一例を示す図であり、図３０は図２９の受光器における実装部の要部を示す図である。図３１は図２９のモニタ光用レンズ及びモニタ光の位置変化を示す図であり、図３２は図２９の受光素子の受光面におけるモニタ光を示す図である。図３３は実施の形態６に係る半導体レーザと受光素子との光結合効率特性を示す図であり、図３４は実施の形態６に係る半導体レーザと光ファイバとの光結合効率特性を示す図である。図３５は実施の形態６に係る光モジュールの第二例を示す図であり、図３６は図３５の受光器における実装部の要部を示す図である。図３７は図３５のモニタ光用レンズ及びモニタ光の位置変化を示す図である。図３８は実施の形態６に係る光モジュールの第三例の要部を示す図であり、図３９は図３８のモニタ光用レンズ及びモニタ光の位置変化を示す図である。
【００７２】
実施の形態６の光モジュール１００は、受光器１２が受光素子２及びレンズ９を備えている点で、実施の形態２の光モジュール１００と異なる。実施の形態２の光モジュール１００と異なる部分を主に説明する。図２９に示した実施の形態６の光モジュール１００の第一例及び図３５に示した実施の形態６の光モジュール１００の第二例は、図７に示した実施の形態２の光モジュール１００の第一例に受光素子２及びレンズ９を備えた受光器１２を適用した例である。図３８に示した要部を備えた実施の形態６の光モジュール１００の第三例は、図３５に示した実施の形態６の光モジュール１００の第二例からレンズ９のサイズを変更して、半導体レーザ１、レンズ９、受光素子２の実装部の表面が高低差のない平面になっている例である。図２９に示した実施の形態６の光モジュール１００の第一例は、初期に直進しているモニタ光１７が受光素子２に受光され、暴露時間の経過に伴ってモニタ光１７がＹ方向負側に移動して受光素子２に受光される例である。図３５に示した実施の形態６の光モジュール１００の第二例及び図３８に示した要部を備えた実施の形態６の光モジュール１００の第三例は、初期にレンズ９によりＹ方向正側に曲げられたモニタ光１７が受光素子２に受光され、暴露時間の経過に伴ってモニタ光１７がＹ方向負側に移動して受光素子２に受光される例である。
【００７３】
実施の形態６の光モジュール１００は、実施の形態２の光モジュール１００と同様に、半導体レーザ１、光ファイバ４の先端部、レンズ３、受光器１２である受光素子２におけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置が、暴露時間の経過による第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同じになるように、例えば初期から一定期間において変化傾向が増加傾向で同じになるように決定されているので、暴露時間の経過による半導体レーザ１と光ファイバ４との複合相対位置ずれが発生して、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率が変化しても、光出力の変動を抑制することができる。
【００７４】
半導体レーザ１の第二端面７２から出射されたモニタ光１７はレンズ９により集光されて受光素子２に受光される。受光素子２は熱硬化収縮が生じない金属接合材１１によりキャリア５の第三実装部２７の表面に固定されている。レンズ９は熱硬化収縮が生じる樹脂接合材１０によりキャリア５の第四実装部２８の表面に固定されている。金属接合材１１は、金属接合材６と同様に、例えば、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇ、ＳｎＡｇＣｕ等の半田である。樹脂接合材１０は、樹脂接合材８と同様に、例えば、アクリル、エポキシ、チオール等を主成分とした接合材である。実施の形態２の光モジュール１００は、熱硬化収縮が生じる樹脂接合材７によりキャリア５の第三実装部２７の表面に受光器１２である受光素子２が固定されていた。これに対して、実施の形態６の光モジュール１００は、受光器１２の一部である受光素子２が熱硬化収縮しない金属接合材１１によりキャリア５に固定されており、受光器１２の一部であるレンズ９が熱硬化収縮する樹脂接合材１０によりキャリア５に固定されている。樹脂接合材１０は、室温よりも高い環境温度に暴露されると、室温よりも高い環境温度に暴露される暴露時間に応じて熱硬化収縮が生じ、矢印２３に示すようにＹ方向の厚さが低下する。
【００７５】
樹脂接合材１０が熱硬化収縮することでレンズ９が第四実装部２８の表面側へ移動し、樹脂接合材８が熱硬化収縮することでレンズ３が第二実装部２６の表面側に移動する。暴露時間が経過したレンズ９、レンズ３を、破線で示したレンズ９ａ、レンズ３ａとして示した。暴露時間が経過することで、半導体レーザ１、受光器１２を構成する受光素子２及びレンズ９、レンズ３、光ファイバ４におけるキャリア５の裏面２４を基準にした位置関係すなわちＹ方向の位置関係が変化する。このため、実施の形態６の光モジュール１００は、実施の形態２の光モジュール１００と同様に、半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率が変化する。
【００７６】
実施の形態６の光モジュール１００の第一例は、光ファイバ４に近い側から、第二実装部２６、第一実装部２５、第四実装部２８、第三実装部２７が配置されている。破線５３ａから破線５３ｂまで範囲が第二実装部２６であり、破線５３ｂから破線５３ｃまで範囲が第一実装部２５である。破線５３ｃから破線５４ａまで範囲が第四実装部２８であり、破線５４ａから破線５４ｂまで範囲が第三実装部２７である。第二実装部２６はキャリア５の表面側に形成された凹部６５の部分であり、第二実装部２６の表面は凹部６５の裏面２４と反対側の底面に相当する。第一実装部２５の表面と第二実装部２６の表面とのＹ方向の長さｄ１は、凹部６５の深さに相当する。第三実装部２７はキャリア５の表面側に形成された凹部６８の部分であり、第三実装部２７の表面は凹部６８の裏面２４と反対側の底面に相当する。第四実装部２８の表面と第三実装部２７の表面とのＹ方向の長さｄ３は、凹部６８の深さに相当する。第一実装部２５の表面及び第四実装部２８の表面は高低差のない平面になっている。
【００７７】
前述したように、暴露時間に対する、半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率は、それぞれ第一光結合効率特性、第二光結合効率特性である。実施の形態６の光モジュール１００は、自動光出力制御が実行されており、第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同じになるように、暴露時間の経過に伴ってキャリア５の表面側へ移動する受光器１２の一部であるレンズ９とレンズ３とにおけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置が決定されているので、半導体レーザ１と光ファイバ４との間に高温環境による不可逆的な複合相対位置ずれが発生した場合に、光出力の変動を抑制することができる。
【００７８】
図２９では、第一光結合効率特性、第二光結合効率特性の変化傾向が減少傾向である場合、すなわち第一光結合効率特性、第二光結合効率特性が初期から一定期間において経時的に増加する場合の光モジュール１００の例を示した。図２９に示した実施の形態６の光モジュール１００の第一例は、暴露時間の経過による第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同じになるように、例えば初期から一定期間において変化傾向が増加傾向で同じになるように（前述した第二の光結合効率設定条件）、半導体レーザ１、光ファイバ４の先端部、レンズ３、受光器１２を構成する受光素子２及びレンズ９におけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置が決定されている。
【００７９】
半導体レーザ１の活性層３１における第二端面７２側の領域である出射部３９から出射されるモニタ光１７はレンズ９により集光され、集光されたモニタ光１７が受光素子２の受光部３２に受光される。基準時間ｔ１を２０００時間とした半導体レーザ１と受光器１２の受光素子２との光結合効率特性の例、基準時間ｔ１を２０００時間とした半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率特性の例を、それぞれ図３３、図３４に示した。横軸は室温よりも高い環境温度に暴露されている時間すなわち暴露時間であり、縦軸は光結合効率である。図３３に示した光結合効率特性４８は、半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率と暴露時間との関係を示している。光結合効率特性４８は、暴露時間の経過に伴って増加しており、変化傾向が増加傾向の特性である。暴露時間が０、ｔ１における光結合効率はそれぞれｅ１５、ｅ１６である。図３４に示した光結合効率特性４９は、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率と暴露時間との関係を示している。光結合効率特性４９は、暴露時間の経過に伴って増加しており、変化傾向が増加傾向の特性である。暴露時間が０、ｔ１における光結合効率はそれぞれｅ１７、ｅ１８である。
【００８０】
半導体レーザ１と光ファイバ４との位置に伴う半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率の変化は、実施の形態２と同じであり、説明は繰り返さない。半導体レーザ１と受光器１２との位置に伴う半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率の変化を説明する。
【００８１】
暴露時間が０である場合、すなわち初期におけるレンズ９及び受光素子２のＹ方向の位置が図３１に示されており、この場合の受光面３７における集光されたモニタ光１７におけるビーム断面６１を図３２に示した。暴露時間がｔ１以上である場合、すなわち基準時間経過後におけるレンズ９ａ及び受光素子２のＹ方向の位置が図３１に示されており、この場合の受光面３７における集光されたモニタ光１７におけるビーム断面６１ａを図３２に示した。モニタ光１７は集光されているので、実施の形態２の図１０に比べてビーム断面積が小さくなっている。また、レンズ９のＹ方向負側への移動に伴って受光面３７におけるモニタ光１７がＹ方向負側へ移動する例を図２９、図３１、図３２に示した。
【００８２】
半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率は、受光面３７に入射するモニタ光１７のビーム断面積すなわち受光面積の増減に応じて変化する。暴露時間が０である場合、モニタ光１７はレンズ９のレンズ中心軸１４に沿ってＺ方向負側へ直進して、例えば受光面３７の受光部端３５ａを包含して受光される面積がビーム断面６１の半分となる位置になっている。暴露時間がｔ１以上である場合、レンズ９がＹ方向負側への移動したレンズ９ａのレンズ中心軸１４ａよりもＹ方向正側をモニタ光１７が通過するので、モニタ光１７はＹ方向負側へ進行するモニタ光１７ａが受光器１２の受光素子２の受光面３７に入射する。受光面３７におけるモニタ光１７ａのビーム断面６１ａがＹ方向負側へ移動している。受光面３７におけるビーム断面６１の面積は受光面３７におけるビーム断面６１ａの面積よりも小さくなっており、暴露時間の経過に伴って受光される受光面積が増加しているので、半導体レーザ１と受光素子２との光結合効率は暴露時間の経過に伴って増加する。
【００８３】
実施の形態６の光モジュール１００の第一例は、光ファイバ４に導入される半導体レーザ１の出射光１６と同様に、受光素子２に導入される半導体レーザ１のモニタ光１７もレンズ９によって集光することができる。したがって、樹脂接合材１０の熱硬化収縮によって生ずる半導体レーザ１と受光素子２との光結合効率の変化量は、受光器１２がレンズ９を備えない実施の形態２の光モジュール１００より大きくしやすい。これは、受光面３７におけるビーム断面の面積が小さいと、ビーム断面の面積が大きい場合にくらべて同じＹ方向の移動距離であっても受光面３７から外れる面積の割合が大きくなるためである。このため、高温環境での暴露時間の経過によって生ずる半導体レーザ１と受光素子２との光結合効率の増加量と、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率の増加量が等しくなるように設計することが容易となる。
【００８４】
実施の形態６の光モジュール１００の第一例は、自動光出力制御が実行された際に実施の形態２の光モジュール１００よりも受光素子２での光結合効率の変化が大きいので光モジュール１００の光出力の補正量は大きくなる。実施の形態３で説明したように、実施の形態６の光モジュール１００の第一例は、実施の形態２の光モジュール１００よりも、暴露時間の経過による半導体レーザ１と光ファイバ４との複合相対位置ずれの検出感度を高めることができ、暴露時間の経過による半導体レーザ１と光ファイバ４との複合相対位置ずれに伴う光結合効率の補正速度を大きくすることができる。したがって、実施の形態６の光モジュール１００の第一例は、実施の形態２の光モジュール１００よりも小さい変動幅で光出力の変動を抑制することができる。
【００８５】
実施の形態６の光モジュール１００の第一例は、半導体レーザ１と受光素子２が金属接合材６、１１によりキャリア５に固定されているため、半導体レーザ１及び受光素子２間の光結合効率の微調整は困難なので、レンズ９の樹脂接合材１０の厚さ、凹部６８のＹ方向の長さｄ３等の設定により、半導体レーザ１及び受光素子２間の光結合効率が例えば最大又は略最大になる位置からＹ方向正側にオフセットさせておく。また、実施の形態２で説明したように、半導体レーザ１と光ファイバ４との光結合効率が最大又は略最大になる位置からＹ方向負側にオフセットさせておく。このように、半導体レーザ１、光ファイバ４の先端部、受光器１２及びレンズ３におけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置を設定することで、第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性が少なくとも初期から一定期間において経時的に増加するようにできる。図２９では、樹脂接合材８のＹ方向の厚さと樹脂接合材１０のＹ方向の厚さが等しい例を示した。レンズ３の樹脂接合材８とレンズ９の樹脂接合材１０とが同じ材料の場合、実施の形態２の光モジュール１００と同様に半導体レーザ１及び光ファイバ４間の光結合効率を設定し、かつ実施の形態５で説明した第一条件又は第二条件を満たせば、高温環境での暴露時間の経過に伴う、半導体レーザ１及び受光素子２間の光結合効率の増加量と半導体レーザ１及び光ファイバ４間の光結合効率の増加量が等しくすることができる。
【００８６】
次に、実施の形態６の光モジュール１００の第二例を説明する。図３５に示した実施の形態６の光モジュール１００の第二例は、図２９に示した実施の形態６の光モジュール１００の第一例とは、レンズ９が固定される第四実装部２８の表面が、半導体レーザ１が固定される第一実装部２５の表面及び受光素子２が固定される第三実装部２７の表面よりもＹ方向正側に位置しており、初期にレンズ９によりＹ方向正側に曲げられたモニタ光１７が受光素子２に受光され、暴露時間の経過に伴ってモニタ光１７がＹ方向負側に移動して受光素子２に受光される点で異なる。実施の形態６の光モジュール１００の第一例と異なる部分を主に説明する。
【００８７】
第四実装部２８はキャリア５の表面側に形成された凸部６７の部分であり、第四実装部２８の表面は凸部６７の裏面２４と反対側の頂上面に相当する。第四実装部２８の表面と第三実装部２７の表面及び第一実装部２５の表面とのＹ方向の長さｈ１は、凸部６７の高さに相当する。第一実装部２５の表面及び第三実装部２７の表面は高低差がない。
【００８８】
暴露時間が０である場合、すなわち初期におけるレンズ９及び受光素子２のＹ方向の位置が図３７に示されており、この場合の受光面３７における集光されたモニタ光１７におけるビーム断面６１は図３２と同じである。暴露時間がｔ１以上である場合、すなわち基準時間経過後におけるレンズ９ａ及び受光素子２のＹ方向の位置が図３７に示されており、この場合の受光面３７における集光されたモニタ光１７におけるビーム断面６１ａは図３２と同じである。モニタ光１７は集光されているので、実施の形態２の図１０に比べてビーム断面積が小さくなっている。また、レンズ９のＹ方向負側への移動に伴って受光面３７におけるモニタ光１７がＹ方向負側へ移動する例を図３５、図３７、図３２に示した。
【００８９】
暴露時間が０である場合、モニタ光１７はレンズ９のレンズ中心軸１４よりもＹ方向負側をモニタ光１７が通過して、レンズ９によりＹ方向正側に曲げられたモニタ光１７が受光器１２の受光素子２の受光面３７に入射する。例えば受光面３７の受光部端３５ａを包含して受光される面積がビーム断面６１の半分となる位置になっている。暴露時間がｔ１以上である場合、レンズ９がＹ方向負側への移動したレンズ９ａのレンズ中心軸１４ａをモニタ光１７が通過するので、モニタ光１７はＹ方向負側へ進行するモニタ光１７ａが受光器１２の受光素子２の受光面３７に入射する。図３２に示すように、受光面３７におけるモニタ光１７ａのビーム断面６１ａがＹ方向負側へ移動している。受光面３７におけるビーム断面６１の面積は受光面３７におけるビーム断面６１ａの面積よりも小さくなっており、暴露時間の経過に伴って受光される受光面積が増加しているので、半導体レーザ１と受光素子２との光結合効率は暴露時間の経過に伴って増加する。
【００９０】
次に、実施の形態６の光モジュール１００の第三例を説明する。実施の形態６の光モジュール１００の第三例は、実施の形態６の光モジュール１００の第一例とは、破線５３ｂ〜破線５４ｂまでのキャリア５の表面、レンズ９のサイズ、モニタ光１７の進行方向が異なっている。実施の形態６の光モジュール１００の第一例と異なる部分を主に説明する。
【００９１】
第一実装部２５の表面、第四実装部２８の表面、第三実装部２７の表面は互いに高低差のない平面になっている。暴露時間が０である場合、すなわち初期におけるレンズ９及び受光素子２のＹ方向の位置が図３９に示されており、この場合の受光面３７における集光されたモニタ光１７におけるビーム断面６１は図３２と同じである。暴露時間がｔ１以上である場合、すなわち基準時間経過後におけるレンズ９ａ及び受光素子２のＹ方向の位置が図３９に示されており、この場合の受光面３７における集光されたモニタ光１７におけるビーム断面６１ａは図３２と同じである。モニタ光１７は集光されているので、実施の形態２の図１０に比べてビーム断面積が小さくなっている。また、レンズ９のＹ方向負側への移動に伴って受光面３７におけるモニタ光１７がＹ方向負側へ移動する例を図３８、図３９、図３２に示した。暴露時間が０である場合のモニタ光１７及び暴露時間がｔ１以上である場合のモニタ光１７ａは、第二例と同じである。
【００９２】
実施の形態６の光モジュール１００の第二例及び第三例は、第一例と同様に、実施の形態２の光モジュール１００における受光器１２が受光素子２及びレンズ９を備えているので、実施の形態６の光モジュール１００の第一例と同様の効果を奏する。
【００９３】
実施の形態６の光モジュール１００は、半導体レーザ１及び受光素子２を同時に金属接合材６、１１によりキャリア５に固定し、レンズ３及びレンズ９を同時に樹脂接合材８、１１によりキャリア５に固定するので、実施の形態２の光モジュール１００に比べて受光器１２の固定時間を短縮することができる。また、実施の形態６の光モジュール１００は、受光素子２がキャリア５に金属接合材１１により固定されているので、実施の形態２の光モジュール１００よりも受光素子２の放熱性を向上することができる。
【００９４】
なお、実施の形態６の光モジュール１００の第一例〜第三例に、実施の形態２の第二例のように、光ファイバ４をＹ方向負側にオフセットせずに、レンズ３をＹ方向正側にオフセットしてもよい。この場合でも、半導体レーザ１、光ファイバ４の先端部、レンズ３、受光器１２である受光素子２におけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置が、暴露時間の経過による第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同じになるように、初期から一定期間において変化傾向が増加傾向で同じになるように決定することができる。また、実施の形態６の光モジュール１００は、実施の形態３で説明したように、暴露時間の経過による受光器１２の樹脂接合材１０の熱硬化収縮量をレンズ３の樹脂接合材８の熱硬化収縮量よりも大きくしてもよい。この場合、実施の形態６の光モジュール１００は、樹脂接合材１０の暴露時間の経過による熱硬化収縮量を樹脂接合材８よりも大きくすることによって、自動光出力制御が実行された際に光出力の補正量が大きくなり、小さい変動幅で光出力の変動を抑制することができる。
【００９５】
なお、図３４に示した光結合効率特性４９は、実施の形態２の図１３、図１４で説明したように、ピークに達する場合、変化が終了し一定になっていてもよい。この場合、実施の形態６の光モジュール１００は、自動光出力制御が実行されており、第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が初期から一定期間において同じになるように、暴露時間の経過に伴ってキャリア５の表面側へ移動する受光器１２の一部であるレンズ９とレンズ３とにおけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置が決定されているので、半導体レーザ１と光ファイバ４との間に高温環境による不可逆的な複合相対位置ずれが発生した場合に、光出力の変動を抑制することができる。
【００９６】
また、実施の形態２で説明したように、半導体レーザ１と受光器１２との光結合効率特性も、同様に基準時間ｔ１に至る途中で光結合効率特性が、ピークに達する場合、変化が終了し一定になっていてもよい。この場合、半導体レーザ１及び光ファイバ４間の光結合効率と、半導体レーザ１及び受光素子２間の光結合効率とが暴露時間に伴って同様に変化するので、第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同様に変化する。このため、実施の形態６の光モジュール１００は、自動光出力制御が実行されており、第一光結合効率特性及び第二光結合効率特性の変化傾向が同様になるように、暴露時間の経過に伴ってキャリア５の表面側へ移動する受光器１２の一部であるレンズ９とレンズ３とにおけるキャリア５の裏面２４を基準にした初期位置が決定されているので、半導体レーザ１と光ファイバ４との間に高温環境による不可逆的な複合相対位置ずれが発生した場合に、光出力の変動を抑制することができる。
【００９７】
なお、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００９８】
１…半導体レーザ、２、２ａ…受光素子、３、３ａ…レンズ、４、４ｓ…光ファイバ、５…キャリア、６…金属接合材、７…樹脂接合材（第一樹脂接合材）、８…樹脂接合材（第二樹脂接合材）、９、９ａ…レンズ、１０…樹脂接合材（第一樹脂接合材）、１１…金属接合材、１２…受光器、１５…中心軸、１６、１６ａ…出射光、１７、１７ａ…モニタ光、１８…モニタ光、２０…制御回路、２４…裏面、２５…第一実装部、２６…第二実装部、２７…第三実装部、２８…第四実装部、３０、３０ａ…受光素子、３７…受光面、３９…出射部、４０…光軸、４１、４１ａ…光結合効率特性、４２…光結合効率特性、４３…光結合効率特性、４４…光結合効率特性、４５ａ、４５ｂ…光結合効率特性、４６…光結合効率特性、４７…光結合効率特性、４８…光結合効率特性、４９…光結合効率特性、７１…第一端面、７２…第二端面、１００…光モジュール、Ｉｍ…モニタ電流（出力電流）、Ｉｏｐ…注入電流
【要約】
光モジュール（１００）は、キャリア（５）に搭載された、半導体レーザ（１）、受光器（１２）及びレンズ（３）と、光ファイバ（４）と、モニタ光（１７）を受光する受光器（１２）の出力電流（Ｉｍ）が一定になるように、レーザ（１）の注入電流（Ｉｏｐ）を制御する制御回路（２０）と、を備えている。受光器（１２）の少なくとも一部及びレンズ（３）は、それぞれ熱硬化収縮が生じる樹脂接合材（７、８）によりキャリア（５）に固定されている。光モジュール（１００）が室温よりも高い環境温度に暴露される暴露時間に対する、レーザ（１）と受光器（１２）との光結合効率、レーザ（１）と光ファイバ（４）との光結合効率の特性の変化傾向が同じになるように、レーザ（１）、光ファイバ（４）の先端部、受光器（１２）及びレンズ（３）におけるキャリア（５）の裏面（２４）を基準にした初期位置が決定されている。【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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【図１９】
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【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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