(57)【要約】  光モジュール（１００）は、光素子（４〜１１）と、前記光素子を搭載する熱電モジュール（１２）と、を備え、前記熱電モジュール（１２）は、第１基板（１２ａ）と、前記第１基板（１２ａ）と対向するように配置された第２基板（１２ｂ）と、前記第１基板（１２ａ）と前記第２基板（１２ｂ）との間に設けられた複数の熱電素子（１２ｃ）と、を有し、前記第１基板（１２ａ）の前記第２基板（１２ｂ）と対向する裏面（１２ａｂ）とは反対側の表面（１２ａａ）には、前記第１基板（１２ａ）とは異なる材料からなるパターン（Ｐ１〜Ｐ９）が形成されており、前記光素子（４〜１１）は、前記第１基板（１２ａ）の前記表面（１２ａａ）に、前記パターン（Ｐ１〜Ｐ９）と関連付けられて搭載されている。
2020162372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子と、  前記光素子を搭載する熱電モジュールと、  を備え、  前記熱電モジュールは、第１基板と、前記第１基板と対向するように配置された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた複数の熱電素子と、を有し、前記第１基板の前記第２基板と対向する裏面とは反対側の表面には、前記第１基板とは異なる材料からなるパターンが形成されており、  前記光素子は、前記第１基板の前記表面に、前記パターンと関連付けられて搭載されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記パターンは、金属、誘電体または樹脂の少なくとも１つからな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３】
前記パターンは、金（Ａｕ）層と、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）および白金（Ｐｔ）の少なくとも１つからなる層とが積層した構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記光素子は、半導体レーザ素子、半導体光増幅器、変調器、受光素子、レンズ、プリズム、ビームスプリッタ、ミラー、フィルタ、平面光波回路または光アイソレータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光モジュール。
【請求項５】
前記光素子は、半導体レーザ素子であり、サブマウントを介して前記第１基板に搭載されており、前記サブマウントは前記第１基板と熱伝導性材料にて固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光モジュール。
【請求項６】
前記光素子は前記第１基板とエポキシ樹脂にて固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光モジュール。
【請求項７】
前記光素子と前記熱電モジュールとを収容する筐体を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光モジュール。
【請求項８】
第１基板と、  前記第１基板と対向するように配置された第２基板と、  前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた複数の熱電素子と、  を備え、前記第１基板の前記第２基板と対向する裏面とは反対側の表面には、前記第１基板とは異なる材料からなるパターンが形成されていることを特徴とする熱電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、光モジュールおよび熱電モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  光モジュールとして、熱電モジュールであるペルチェモジュール上にベースが搭載され、ベース上に半導体レーザ素子や光アイソレータやレンズなどの光素子が搭載された構成のものが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７１６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  ところで、近年は光モジュールの小型化に対する要求が益々強くなってきている。特には、光送信モジュールであるＴＯＳＡ（transmitter  optical  sub-assembly）や光受信モジュールであるＲＯＳＡ（receiver  optical  sub-assembly）には小型化が求められており、特に高さ方向におけるサイズの小型化、すなわち低背化が求められている。【０００５】  本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低背化に好適な光モジュールおよび熱電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】
【０００６】  上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光モジュールは、光素子と、前記光素子を搭載する熱電モジュールと、を備え、前記熱電モジュールは、第１基板と、前記第１基板と対向するように配置された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた複数の熱電素子と、を有し、前記第１基板の前記第２基板と対向する裏面とは反対側の表面には、前記第１基板とは異なる材料からなるパターンが形成されており、前記光素子は、前記第１基板の前記表面に、前記パターンと関連付けられて搭載されていることを特徴とする。【０００７】  本発明の一態様に係る光モジュールは、前記パターンは、金属、誘電体または樹脂の少なくとも１つからなることを特徴とする。【０００８】  本発明の一態様に係る光モジュールは、前記パターンは、金（Ａｕ）層と、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）および白金（Ｐｔ）の少なくとも１つからなる層とが積層した構造を有することを特徴とする。【０００９】  本発明の一態様に係る光モジュールは、前記光素子は、半導体レーザ素子、半導体光増幅器、変調器、受光素子、レンズ、プリズム、ビームスプリッタ、ミラー、フィルタ、平面光波回路または光アイソレータであることを特徴とする。【００１０】  本発明の一態様に係る光モジュールは、前記光素子は、半導体レーザ素子であり、サブマウントを介して前記第１基板に搭載されており、前記サブマウントは前記第１基板と熱伝導性材料にて固定されていることを特徴とする。【００１１】  本発明の一態様に係る光モジュールは、前記光素子は前記第１基板とエポキシ樹脂にて固定されていることを特徴とする。【００１２】  本発明の一態様に係る光モジュールは、前記光素子と前記熱電モジュールとを収容する筐体を備えることを特徴とする。【００１３】  本発明の一態様に係る熱電モジュールは、第１基板と、前記第１基板と対向するように配置された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた複数の熱電素子と、を備え、前記第１基板の前記第２基板と対向する裏面とは反対側の表面には、前記第１基板とは異なる材料からなるパターンが形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】  本発明によれば、光モジュールの低背化を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施形態１に係る光モジュールの模式的な上面図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る光モジュールの模式的な一部切欠測面図である。
【図３】図３は、実施形態２に係る光モジュールの模式的な上面図である。
【図４】図４は、実施形態２に係る光モジュールの模式的な一部切欠測面図である。
【図５】図５は、実施形態３に係る光モジュールの模式的な上面図である。
【図６】図６は、実施形態３に係る光モジュールの模式的な一部切欠測面図である。
【図７】図７は、実施形態４に係る光モジュールの模式的な上面図である。
【図８】図８は、実施形態４に係る光モジュールの模式的な一部切欠測面図である。
【図９】図９は、実施形態５に係る光モジュールの模式的な上面図である。
【図１０】図１０は、実施形態５に係る光モジュールの模式的な一部切欠測面図である。
【図１１】図１１は、実施形態６に係る光モジュールの模式的な上面図である。
【図１２】図１２は、実施形態６に係る光モジュールの模式的な一部切欠測面図である。
【図１３】図１３は、変形例２に係るペルチェモジュールの模式的な上面図である。
【図１４】図１４は、変形例２に係るペルチェモジュールの模式的な側面図である。
【図１５】図１５は、変形例３に係るペルチェモジュールの模式的な上面図である。
【図１６】図１６は、変形例３に係るペルチェモジュールの模式的な側面図である。
【図１７】図１７は、変形例４に係るペルチェモジュールの模式的な上面図である。
【図１８】図１８は、変形例４に係るペルチェモジュールの模式的な側面図である。
【図１９】図１９は、変形例５に係るペルチェモジュールの模式的な側面図である。
【図２０】図２０は、変形例６に係るサブマウントの模式的な側面図である。
【図２１】図２１は、変形例７に係るサブマウントの模式的な側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】  以下に、図面を参照して実施形態について説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００１７】  本発明者らは、光モジュールの低背化を実現するために、ベースを用いない構成を検討した。これにより、ベースの厚さと、熱電モジュールとベースとを接着するための接着剤の厚さとを合計した厚さだけ低背化が可能である。
【００１８】  しかしながら、ベースの表面には、光素子を半田付けするためのメタライズパターンや、光素子に電力や電気信号を供給するための配線パターンや、光素子の位置合わせ用のマーカパターンなど、さまざまなパターンが形成されている。したがって、ベースを用いない構成では、光素子の半田付けや配線や位置合わせの点で問題が生じる。
【００１９】  そこで、本発明者らは、熱電モジュールの基板の表面にパターンを形成することで、上記問題を解決することに想到し、本発明を完成させたのである。
【００２０】（実施形態１）  図１、２は、それぞれ、実施形態１に係る光モジュールの模式的な上面図、一部切欠側面図である。
【００２１】  この光モジュール１００は、筐体１を備えている。筐体１は、信号光出力ポート１ａと、側壁部１ｂと、底板部１ｃと、上蓋部１ｄと、配線部１ｅと、リード１ｆとを備えている。図２は、上蓋部１ｄを外した状態で上面視したものである。側壁部１ｂは、４面を有する枠板状の部材であり、各面は底板部１ｃと略直交している。信号光出力ポート１ａは、側壁部１ｂの１面に設けられている。信号光出力ポート１ａにはレンズ２が収容されており、外部に信号光を出力するための光ファイバ３が接続されている。底板部１ｃは板状の部材である。上蓋部１ｄは、底板部１ｃと対向して配置された板状の部材である。配線部１ｅは側壁部１ｂの一部に設けられている。リード１ｆは側壁部１ｂに設けられている。
【００２２】  底板部１ｃは、銅タングステン（ＣｕＷ）、銅モリブデン（ＣｕＭｏ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などの熱伝導率が高い材料からなる。信号光出力ポート１ａ、側壁部１ｂ、上蓋部１ｄは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などの熱膨張係数が低い材料からなる。配線部１ｅは絶縁性の材質からなり、導体からなる配線パターンが形成されている。リード１ｆは導体からなる。本実施形態ではリード１ｆはリードピンであるが、パッド状のものでもよい。
【００２３】  リード１ｆは、光モジュール１００の外部に設けられた制御器に電気的に接続されている。制御器は、光モジュール１００の動作を制御する。制御器はたとえばＩＣ（Integrated  Circuit）を含んで構成されている。
【００２４】  光モジュール１００の内部には、以下のコンポーネントが収容されている：チップオンサブマウント４、レンズ５、光アイソレータ６、ビームスプリッタ７、８、受光素子であるモニタフォトダイオード（ＰＤ）９、エタロンフィルタ１０、モニタＰＤ１１、ペルチェモジュール１２である。なお、ビームスプリッタ７、８は、プリズムを含んで構成されていてもよいし、ミラーを含んで構成されていてもよい。
【００２５】  光モジュール１００では、筐体１の内部にこれらのコンポーネントが実装され、上蓋部１ｄを取り付けて気密封止される。
【００２６】  光モジュール１００は、半導体レーザモジュールとして構成されている。以下、各コンポーネントの構成および機能について説明する。
【００２７】  熱電モジュールであるペルチェモジュール１２は、第１基板１２ａと、第２基板１２ｂと、複数の熱電素子１２ｃと、配線パターン１２ｄと、を有している。
【００２８】  第１基板１２ａは、セラミックなどの熱伝導性が高い絶縁性の材料からなり、主表面として、表面１２ａａと表面１２ａａに対向する裏面１２ａｂとを有している。第２基板１２ｂは、セラミックなどの熱伝導性が高い絶縁性の材料からなり、主表面として、表面１２ｂａと表面１２ａａに対向する裏面１２ｂｂとを有している。第２基板１２ｂは、その表面１２ｂａが第１基板１２ａの裏面１２ａｂと対向するように配置されている。ペルチェモジュール１２は第２基板１２ｂの裏面１２ｂｂにおいて底板部１ｃに固定されている。
【００２９】  複数の熱電素子１２ｃは、それぞれ、第１基板１２ａと第２基板１２ｂとの間に設けられた柱状の半導体素子である。複数の熱電素子１２ｃは、それぞれ、Ｐ型半導体またはＮ型半導体からなるが、たとえばビスマステルル系の半導体からなる。これらの熱電素子１２ｃは、配線パターン１２ｄによってＰＮ接合を形成するように直列接続されている。配線パターン１２ｄは、第１基板１２ａの裏面１２ａｂと第２基板１２ｂの表面１２ｂａとに形成された、金属等の導体からなるパターンである。これにより、ペルチェモジュール１２は、電流を流す方向に応じて吸熱または発熱を行う。なお、ペルチェモジュール１２に流す電流は、不図示のリードを介して外部から供給される。
【００３０】  チップオンサブマウント４、レンズ５、光アイソレータ６、ビームスプリッタ７、８、モニタＰＤ９、エタロンフィルタ１０およびモニタＰＤ１１は、ペルチェモジュール１２の第１基板１２ａの表面１２ａａに搭載されている。これらのコンポーネントは、ペルチェモジュール１２に電流を流すことによって所望の温度に制御される。
【００３１】  チップオンサブマウント４は、レーザ素子４ａと、レーザ素子４ａを搭載するサブマウント４ｂとを備える。レーザ素子４ａは、半導体レーザ素子であり、たとえば波長可変レーザ素子である。サブマウント４ｂは、熱伝導性が高い絶縁性の材料からなり、レーザ素子４ａが発する熱をペルチェモジュール１２に効率良く輸送する。
【００３２】  レーザ素子４ａは、外部から不図示のリードを介して電力を供給されて、レーザ光Ｌ１を信号光出力ポート１ａ側に出力する。
【００３３】  レンズ５は、レーザ光Ｌ１をコリメートして光アイソレータ６に出力する。光アイソレータ６はレーザ光Ｌ１をビームスプリッタ７側に通過させ、ビームスプリッタ７側から進行してきた光の通過を阻止する。これにより、光アイソレータ６は反射光などがレーザ素子４ａに入力することを阻止する。
【００３４】  ビームスプリッタ７は、光アイソレータ６を通過したレーザ光Ｌ１の大部分をレンズ２に出力し、一部をレーザ光Ｌ２としてビームスプリッタ８に出力する。レンズ２は入力されたレーザ光Ｌ１を光ファイバ３に集光して結合させる。
【００３５】  ビームスプリッタ８は、レーザ光Ｌ２をレーザ光Ｌ３、Ｌ４に分岐し、レーザ光Ｌ３をモニタＰＤ９に出力し、レーザ光Ｌ４をエタロンフィルタ１０に出力する。モニタＰＤ９はレーザ光Ｌ３を受光し、受光強度に応じた電流信号を出力する。電流信号は、制御器に送信され、レーザ光Ｌ１のパワーおよび波長の検出と制御とのために使用される。
【００３６】  エタロンフィルタ１０は、波長に対して透過特性が周期的に変化するフィルタである。エタロンフィルタ１０は、レーザ光Ｌ４を、その波長に応じた透過率で透過させ、モニタＰＤ１１に出力する。モニタＰＤ１１は、エタロンフィルタ１０を透過したレーザ光Ｌ４を受光し、受光強度に応じた電流信号を出力する。電流信号は、制御器に送信され、レーザ光Ｌ１の波長の検出と制御とのために使用される。
【００３７】  ここで、第１基板１２ａの表面１２ａａには、第１基板１２ａとは異なる材料からなるパターンＰ１〜Ｐ９が形成されている。パターンＰ１〜Ｐ９は、その用途に応じて、たとえば金属、誘電体または樹脂の少なくとも１つからなる。チップオンサブマウント４のレーザ素子４ａ、レンズ５、光アイソレータ６、ビームスプリッタ７、８、モニタＰＤ９、１１などの光素子は、これらのパターンのいずれかと関連付けられて搭載されている。
【００３８】  たとえば、パターンＰ１は、ペルチェモジュール１２にチップオンサブマウント４を搭載し、熱伝導性材料にて固定する際の位置決めのためのマーカとして機能する。したがってパターンＰ１はレーザ素子４ａと関連付けられる。なお、ペルチェモジュール１２にチップオンサブマウント４を固定する熱伝導性材料としては、半田や熱伝導性樹脂等が例示される。パターンＰ１は熱伝導性材料が硬化するまでの流れ止めとしても機能する。この場合、パターンＰ１は、流れ止めとして機能する程度の厚さを有することが好ましい。
【００３９】  パターンＰ２は、レーザ光Ｌ１の光軸を調整するためのマーカとして機能する。したがってパターンＰ２はレーザ素子４ａやレンズ５と関連付けられる。
【００４０】  パターンＰ３は、光アイソレータ６の位置決めのためのマーカとして機能する。したがってパターンＰ３は光アイソレータ６と関連付けられる。なお、ペルチェモジュール１２に光アイソレータ６を固定する接着剤としては、エポキシ樹脂が例示される。パターンＰ３は、接着剤が硬化するまで、不要な場所に流れることを防止する流れ止めとしても機能する。この場合、パターンＰ３は、流れ止めとして機能する程度の厚さを有することが好ましい。
【００４１】  パターンＰ４、Ｐ５は、モニタＰＤ９からの電流信号を配線部１ｅおよびリード１ｆを介して外部に出力するための配線パターンとして機能する。モニタＰＤ９とパターンＰ４、Ｐ５とはボンディングワイヤで接続されている。また、パターンＰ６は、モニタＰＤ９の半田付けのためのベースおよび位置合わせ用のマーカとして機能する。したがってパターンＰ４〜Ｐ６はモニタＰＤ９と関連付けられる。なお、パターンＰ４〜Ｐ６は、メタライズパターンであることが好ましい。メタライズパターンとしては、金（Ａｕ）からなるものが好ましい。また、金（Ａｕ）層と、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）および白金（Ｐｔ）の少なくとも１つからなる層とが積層した２層以上の構造を有してもよい。
【００４２】  また、パターンＰ４、Ｐ５は、ビームスプリッタ７、８がペルチェモジュール１２に接着剤で固定される場合は、接着剤が硬化するまでの流れ止めとしても機能する。この場合、パターンＰ４、Ｐ５は、流れ止めとして機能する程度の厚さを有することが好ましい。
【００４３】  パターンＰ７は、モニタＰＤ１１の半田付けのためのベースおよび位置合わせ用のマーカとして機能する。パターンＰ８、Ｐ９は、モニタＰＤ１１からの電流信号を配線部１ｅおよびリード１ｆを介して外部に出力するための配線パターンとして機能する。モニタＰＤ１１とパターンＰ８、Ｐ９とはボンディングワイヤで接続されている。したがってパターンＰ７〜Ｐ９はモニタＰＤ１１と関連付けられる。なお、パターンＰ７〜Ｐ９は、メタライズパターンであることが好ましい。
【００４４】  光モジュール１００によれば、ベースなしで直接部品を実装することで、低背化を実現できるとともに、搭載する光素子の配線や半田付けや位置合わせを好適に実現できる。
【００４５】（実施形態２）  図３、４は、それぞれ、実施形態２に係る光モジュールの模式的な上面図、一部切欠側面図である。
【００４６】  この光モジュール１００Ａは、図１に示す光モジュールと同様の筐体１を備えている。筐体１は、信号光出力ポート１ａと、側壁部１ｂと、底板部１ｃと、上蓋部１ｄと、配線部１ｅと、リード１ｆとを備えている。
【００４７】  光モジュール１００Ａの内部には、以下のコンポーネントが収容されている：チップオンサブマウント４、レンズ５、光アイソレータ６、ビームスプリッタ７、８、モニタＰＤ９、エタロンフィルタ１０、モニタＰＤ１１、ペルチェモジュール１２である。
【００４８】  光モジュール１００Ａでは、筐体１の内部にこれらのコンポーネントが実装され、上蓋部１ｄを取り付けて気密封止される。
【００４９】  光モジュール１００Ａは、半導体レーザモジュールとして構成されている。以下、各コンポーネントの構成および機能について説明する。ただし、実施形態１の場合と構成や機能が同じコンポーネントについては適宜説明を省略する。
【００５０】  ペルチェモジュール１２は、電流を流す方向に応じて吸熱または発熱を行う。
【００５１】  チップオンサブマウント４、レンズ５、光アイソレータ６、ビームスプリッタ７、８、モニタＰＤ９、エタロンフィルタ１０およびモニタＰＤ１１は、ペルチェモジュール１２の第１基板１２ａの表面１２ａａに搭載され、ペルチェモジュール１２によって所望の温度に制御される。
【００５２】  チップオンサブマウント４のレーザ素子４ａは、レーザ光Ｌ１を信号光出力ポート１ａ側に出力する。
【００５３】  レンズ５は、レーザ光Ｌ１をコリメートしてビームスプリッタ７に出力する。ビームスプリッタ７は、レーザ光Ｌ１の大部分を光アイソレータ６に出力し、一部をレーザ光Ｌ２としてビームスプリッタ８に出力する。光アイソレータ６はレーザ光Ｌ１をレンズ２側に通過させる。レンズ２は入力されたレーザ光Ｌ１を光ファイバ３に集光して結合させる。
【００５４】  ビームスプリッタ８、モニタＰＤ９、エタロンフィルタ１０、モニタＰＤ１１は、実施形態１の場合と同じ構成、機能を有する。
【００５５】  ここで、第１基板１２ａの表面１２ａａには、第１基板１２ａとは異なる材料からなるパターンＰ１〜Ｐ１０が形成されている。パターンＰ１〜Ｐ１０は、その用途に応じて、たとえば金属、誘電体または樹脂の少なくとも１つからなる。
【００５６】  パターンＰ１〜Ｐ９は実施形態１の場合と同じ機能を有する。パターンＰ１０は、レーザ光Ｌ４の光軸を調整するためのマーカとして機能する。したがってパターンＰ１０はビームスプリッタ８やエタロンフィルタ１０と関連付けられる。
【００５７】  光モジュール１００Ａによれば、低背化を実現できるとともに、搭載する光素子の配線や半田付けや位置合わせを好適に実現できる。
【００５８】（実施形態３）  図５、６は、それぞれ、実施形態３に係る光モジュールの模式的な上面図、一部切欠側面図である。
【００５９】  この光モジュール１００Ｂは、図１に示す光モジュールと同様の筐体１を備えている。筐体１は、信号光出力ポート１ａと、側壁部１ｂと、底板部１ｃと、上蓋部１ｄと、配線部１ｅと、リード１ｆとを備えている。
【００６０】  光モジュール１００Ｂの内部には、以下のコンポーネントが収容されている：チップオンサブマウント４、レンズ５、光アイソレータ６、ビームスプリッタ７、８、モニタＰＤ９、エタロンフィルタ１０、モニタＰＤ１１、ペルチェモジュール１２である。さらに、光モジュール１００Ｂの内部には、以下のコンポーネントが収容されている：チップオンサブマウント２１、レンズ２２ａ、２２ｂ、ビームスプリッタ２３、モニタＰＤ２４である。
【００６１】  光モジュール１００Ｂでは、筐体１の内部にこれらのコンポーネントが実装され、上蓋部１ｄを取り付けて気密封止される。
【００６２】  光モジュール１００Ｂは、半導体レーザモジュールとして構成されている。以下、各コンポーネントの構成および機能について説明する。ただし、他の実施形態の場合と構成や機能が同じコンポーネントについては適宜説明を省略する。
【００６３】  ペルチェモジュール１２は、電流を流す方向に応じて吸熱または発熱を行う。
【００６４】  チップオンサブマウント４、レンズ５、光アイソレータ６、ビームスプリッタ７、８、モニタＰＤ９、エタロンフィルタ１０、モニタＰＤ１１、チップオンサブマウント２１、レンズ２２ａ、２２ｂ、ビームスプリッタ２３およびモニタＰＤ２４は、ペルチェモジュール１２の第１基板１２ａの表面１２ａａに搭載され、ペルチェモジュール１２によって所望の温度に制御される。
【００６５】  チップオンサブマウント４、レンズ５、ビームスプリッタ７、ビームスプリッタ８、モニタＰＤ９、エタロンフィルタ１０、モニタＰＤ１１は、他の実施形態の場合と同じ構成、機能を有する。
【００６６】  光アイソレータ６は、レーザ光Ｌ１をチップオンサブマウント２１側に通過させる。チップオンサブマウント２１は、半導体光増幅器２１ａと、半導体光増幅器２１ａを搭載するサブマウント２１ｂとを備える。サブマウント２１ｂは、熱伝導性が高い絶縁性の材料からなり、半導体光増幅器２１ａが発する熱をペルチェモジュール１２に効率良く輸送する。サブマウント２１ｂは、熱伝導性材料にてペルチェモジュール１２に固定される。
【００６７】  半導体光増幅器２１ａは、外部から不図示のリードを介して電力を供給されて、光アイソレータ６から入力された、レンズ２２ａによって集光されたレーザ光Ｌ１を光増幅して、レーザ光Ｌ１０として信号光出力ポート１ａ側に出力する。
【００６８】  レンズ２２ｂは、レーザ光Ｌ１０をコリメートしてビームスプリッタ２３に出力する。ビームスプリッタ２３は、レーザ光Ｌ１０の大部分をレンズ２に出力し、一部をレーザ光Ｌ１１としてモニタＰＤ２４に出力する。レンズ２は入力されたレーザ光Ｌ１０を光ファイバ３に集光して結合させる。
【００６９】  モニタＰＤ２４は、レーザ光Ｌ１１を受光し、受光強度に応じた電流信号を出力する。電流信号は、制御器に送信され、レーザ光Ｌ１０のパワーの検出と制御とのために使用される。
【００７０】  ここで、第１基板１２ａの表面１２ａａには、第１基板１２ａとは異なる材料からなるパターンＰ１〜Ｐ９、Ｐ２１〜Ｐ２３が形成されている。パターンＰ１〜Ｐ９、Ｐ２１〜Ｐ２３は、その用途に応じて、たとえば金属、誘電体または樹脂の少なくとも１つからなる。
【００７１】  パターンＰ１〜Ｐ９は他の実施形態の場合と同じ機能を有する。パターンＰ２１は、モニタＰＤ２４の半田付けのためのベースおよび位置合わせ用のマーカとして機能する。パターンＰ２２、Ｐ２３は、モニタＰＤ２４からの電流信号を配線部１ｅおよびリード１ｆを介して外部に出力ための配線パターンとして機能する。モニタＰＤ２４とパターンＰ２２、Ｐ２３とはボンディングワイヤで接続されている。したがってパターンＰ２１〜Ｐ２３はモニタＰＤ２４と関連付けられる。なお、パターンＰ２１〜Ｐ２３は、メタライズパターンであることが好ましい。
【００７２】  光モジュール１００Ｂによれば、低背化を実現できるとともに、搭載する光素子の配線や半田付けや位置合わせを好適に実現できる。また、半導体光増幅器２１ａを備えているので、より高いパワーのレーザ光を出力できる。
【００７３】（実施形態４）  図７、８は、それぞれ、実施形態４に係る光モジュールの模式的な上面図、一部切欠側面図である。
【００７４】  この光モジュール１００Ｃは、図１に示す光モジュールと同様の筐体１を備えている。筐体１は、信号光出力ポート１ａと、側壁部１ｂと、底板部１ｃと、上蓋部１ｄと、配線部１ｅと、リード１ｆとを備えている。
【００７５】  光モジュール１００Ｃの内部には、以下のコンポーネントが収容されている：チップオンサブマウント４、レンズ５、光アイソレータ６、ビームスプリッタ７、レンズ３１、波長ロッカー３２、モニタＰＤ３３、３４、ペルチェモジュール１２である。
【００７６】  光モジュール１００Ｃでは、筐体１の内部にこれらのコンポーネントが実装され、上蓋部１ｄを取り付けて気密封止される。
【００７７】  光モジュール１００Ｃは、半導体レーザモジュールとして構成されている。以下、各コンポーネントの構成および機能について説明する。ただし、他の実施形態の場合と構成や機能が同じコンポーネントについては適宜説明を省略する。
【００７８】  ペルチェモジュール１２は、電流を流す方向に応じて吸熱または発熱を行う。
【００７９】  チップオンサブマウント４、レンズ５、光アイソレータ６、ビームスプリッタ７、レンズ３１、波長ロッカー３２およびモニタＰＤ３３、３４は、ペルチェモジュール１２の第１基板１２ａの表面１２ａａに搭載され、ペルチェモジュール１２によって所望の温度に制御される。
【００８０】  チップオンサブマウント４、レンズ５は、他の実施形態の場合と同じ構成、機能を有する。ビームスプリッタ７は、レンズ５から出力されたレーザ光Ｌ１の大部分を光アイソレータ６に出力し、一部をレーザ光Ｌ２としてレンズ３１に出力する。光アイソレータ６はレーザ光Ｌ１をレンズ２側に通過させる。レンズ２は入力されたレーザ光Ｌ１を光ファイバ３に集光して結合させる。
【００８１】  レンズ３１は、レーザ光Ｌ２を集光して波長ロッカー３２に入力させる。波長ロッカー３２は、たとえば石英系ガラスを構成材料とした平面光波回路（Planar  Lightwave  Circuit：ＰＬＣ）からなる公知のものである。波長ロッカー３２は、レーザ光Ｌ２を２つに分岐し、その一つをモニタＰＤ３３に出力し、他の１つを、波長に対して透過特性が周期的に変化するフィルタを通過させてからモニタＰＤ３４に出力する。フィルタはたとえば光導波路構造を有するリング共振器からなる。
【００８２】  モニタＰＤ３３、３４のそれぞれは、波長ロッカー３２が出力する２つのレーザ光のそれぞれを受光し、受光強度に応じた電流信号を出力する。各電流信号は、制御器に送信され、レーザ光Ｌ１の波長の検出と制御とのために使用される。
【００８３】  ここで、第１基板１２ａの表面１２ａａには、第１基板１２ａとは異なる材料からなるパターンＰ１〜Ｐ３、Ｐ３１〜Ｐ３５が形成されている。パターンＰ１〜Ｐ３、Ｐ３１〜Ｐ３５は、その用途に応じて、たとえば金属、誘電体または樹脂の少なくとも１つからなる。
【００８４】  パターンＰ１〜Ｐ３は他の実施形態の場合と同じ機能を有する。パターンＰ３１、Ｐ３２は、ビームスプリッタ７がペルチェモジュール１２に接着剤で固定される場合、接着剤が硬化するまでの流れ止めとして機能する。
【００８５】  パターンＰ３３、Ｐ３４は、モニタＰＤ３３、３４の半田付けのためのベースおよび位置合わせ用のマーカとして機能する。パターンＰ３５は、モニタＰＤ３３、３４からの電流信号を配線部１ｅおよびリード１ｆを介して外部に出力ための配線パターンとして機能する。
【００８６】  光モジュール１００Ｃによれば、低背化を実現できるとともに、搭載する光素子の配線や半田付けや位置合わせを好適に実現できる。
【００８７】（実施形態５）  図９、１０は、それぞれ、実施形態５に係る光モジュールの模式的な上面図、一部切欠側面図である。
【００８８】  この光モジュール１００Ｄは、図１に示す光モジュールと同様の筐体１を備えている。筐体１は、信号光出力ポート１ａと、側壁部１ｂと、底板部１ｃと、上蓋部１ｄと、配線部１ｅと、リード１ｆとを備えている。
【００８９】  光モジュール１００Ｄの内部には、以下のコンポーネントが収容されている：チップオンサブマウント４、レンズ５、光アイソレータ６、ビームスプリッタ８、エタロンフィルタ１０、モニタＰＤ９、１１、ビームスプリッタ２３、モニタＰＤ２４、レンズ４１、ペルチェモジュール１２である。
【００９０】  光モジュール１００Ｄでは、筐体１の内部にこれらのコンポーネントが実装され、上蓋部１ｄを取り付けて気密封止される。
【００９１】  光モジュール１００Ｄは、半導体レーザモジュールとして構成されている。以下、各コンポーネントの構成および機能について説明する。ただし、他の実施形態の場合と構成や機能が同じコンポーネントについては適宜説明を省略する。
【００９２】  ペルチェモジュール１２は、電流を流す方向に応じて吸熱または発熱を行う。
【００９３】  チップオンサブマウント４、レンズ５、光アイソレータ６、ビームスプリッタ８、エタロンフィルタ１０、モニタＰＤ９、１１、ビームスプリッタ２３、モニタＰＤ２４およびレンズ４１は、ペルチェモジュール１２の第１基板１２ａの表面１２ａａに搭載され、ペルチェモジュール１２によって所望の温度に制御される。
【００９４】  チップオンサブマウント４のレーザ素子４ａは、外部から不図示のリードを介して電力を供給されて、レーザ光Ｌ１を信号光出力ポート１ａ側に出力するとともに、レーザ光Ｌ４１を信号光出力ポート１ａとは反対側に出力する。レーザ光Ｌ１のパワーとレーザ光Ｌ４１のパワーとは比例関係にある。レンズ５は、レーザ光Ｌ１をコリメートして光アイソレータ６に出力する。
【００９５】  光アイソレータ６はレーザ光Ｌ１をビームスプリッタ２３側に通過させる。ビームスプリッタ２３は、レーザ光Ｌ１の大部分をレンズ２に出力し、一部をレーザ光Ｌ１１としてモニタＰＤ２４に出力する。レンズ２は入力されたレーザ光Ｌ１を光ファイバ３に集光して結合させる。
【００９６】  モニタＰＤ２４は、レーザ光Ｌ１１を受光し、受光強度に応じた電流信号を出力する。電流信号は、制御器に送信され、レーザ光Ｌ１のパワーの検出と制御とのために使用される。
【００９７】  レンズ４１は、レーザ光Ｌ４１をコリメートしてビームスプリッタ８に出力する。ビームスプリッタ８は、レーザ光Ｌ４１をレーザ光Ｌ４２、Ｌ４３に分岐し、レーザ光Ｌ４２をモニタＰＤ９に出力し、レーザ光Ｌ４３をエタロンフィルタ１０に出力する。モニタＰＤ９はレーザ光Ｌ４２を受光し、受光強度に応じた電流信号を出力する。電流信号は、制御器に送信され、レーザ光Ｌ１のパワーおよび波長の検出と制御とのために使用される。
【００９８】  エタロンフィルタ１０は、レーザ光Ｌ４３を、その波長に応じた透過率で透過させ、モニタＰＤ１１に出力する。モニタＰＤ１１は、エタロンフィルタ１０を透過したレーザ光Ｌ４３を受光し、受光強度に応じた電流信号を出力する。電流信号は、制御器に送信され、レーザ光Ｌ１の波長の検出と制御とのために使用される。
【００９９】  ここで、第１基板１２ａの表面１２ａａには、第１基板１２ａとは異なる材料からなるパターンＰ２、Ｐ３、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ２１〜Ｐ２３、Ｐ４１〜Ｐ４３が形成されている。パターンＰ２、Ｐ３、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ２１〜Ｐ２３、Ｐ４１〜Ｐ４３は、その用途に応じて、たとえば金属、誘電体または樹脂の少なくとも１つからなる。
【０１００】  パターンＰ２、Ｐ３、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ２１〜Ｐ２３は他の実施形態の場合と同じ機能を有する。パターンＰ４１、Ｐ４２は、ペルチェモジュール１２にチップオンサブマウント４を搭載し、熱伝導性材料にて固定する際の位置決めのためのマーカとして機能する。パターンＰ４１、Ｐ４２は、熱伝導性材料が硬化するまでの流れ止めとしても機能する。この場合、パターンＰ４１、Ｐ４２は、流れ止めとして機能する程度の厚さを有することが好ましい。パターンＰ４３は、接着剤が硬化するまでの流れ止めとして機能する。この場合、パターンＰ４３は、流れ止めとして機能する程度の厚さを有することが好ましい。
【０１０１】  光モジュール１００Ｄによれば、低背化を実現できるとともに、搭載する光素子の配線や半田付けや位置合わせを好適に実現できる。
【０１０２】（実施形態６）  図１１、１２は、それぞれ、実施形態６に係る光モジュールの模式的な上面図、一部切欠側面図である。
【０１０３】  この光モジュール１００Ｅは、図１に示す光モジュールと同様の筐体１を備えている。筐体１は、信号光出力ポート１ａと、側壁部１ｂと、底板部１ｃと、上蓋部１ｄと、配線部１ｅと、リード１ｆとを備えている。
【０１０４】  光モジュール１００Ｅの内部には、以下のコンポーネントが収容されている：チップオンサブマウント４、レンズ５、光アイソレータ６、ビームスプリッタ２３、モニタＰＤ２４、波長ロッカー３２、モニタＰＤ３３、３４、レンズ４１、ペルチェモジュール１２である。
【０１０５】  光モジュール１００Ｅでは、筐体１の内部にこれらのコンポーネントが実装され、上蓋部１ｄを取り付けて気密封止される。
【０１０６】  光モジュール１００Ｅは、半導体レーザモジュールとして構成されている。以下、各コンポーネントの構成および機能について説明する。ただし、他の実施形態の場合と構成や機能が同じコンポーネントについては適宜説明を省略する。
【０１０７】  ペルチェモジュール１２は、電流を流す方向に応じて吸熱または発熱を行う。
【０１０８】  チップオンサブマウント４、レンズ５、光アイソレータ６、ビームスプリッタ２３、モニタＰＤ２４、波長ロッカー３２、モニタＰＤ３３、３４およびレンズ４１は、ペルチェモジュール１２の第１基板１２ａの表面１２ａａに搭載され、ペルチェモジュール１２によって所望の温度に制御される。
【０１０９】  チップオンサブマウント４のレーザ素子４ａは、外部から不図示のリードを介して電力を供給されて、レーザ光Ｌ１を信号光出力ポート１ａ側に出力するとともに、レーザ光Ｌ４１を信号光出力ポート１ａとは反対側に出力する。レーザ光Ｌ１のパワーとレーザ光Ｌ４１のパワーとは比例関係にある。
【０１１０】  レンズ５、光アイソレータ６、ビームスプリッタ２３、モニタＰＤ２４は、他の実施形態の場合と同じ構成、機能を有する。
【０１１１】  レンズ４１は、レーザ光Ｌ４１をコリメートして波長ロッカー３２に出力する。波長ロッカー３２は、レーザ光Ｌ４１を２つに分岐し、その一つをモニタＰＤ３３に出力し、他の１つを、波長に対して透過特性が周期的に変化するフィルタを通過させてからモニタＰＤ３４に出力する。
【０１１２】  モニタＰＤ３３、３４のそれぞれは、波長ロッカー３２が出力する２つのレーザ光のそれぞれを受光し、受光強度に応じた電流信号を出力する。各電流信号は、制御器に送信され、レーザ光Ｌ１の波長の検出と制御とのために使用される。
【０１１３】  ここで、第１基板１２ａの表面１２ａａには、第１基板１２ａとは異なる材料からなるパターンＰ２、Ｐ３、Ｐ２１〜Ｐ２３、Ｐ３３〜Ｐ３５、Ｐ４１、Ｐ５１が形成されている。パターンＰ２、Ｐ３、Ｐ２１〜Ｐ２３、Ｐ３３〜Ｐ３５、Ｐ４１、Ｐ５１は、その用途に応じて、たとえば金属、誘電体または樹脂の少なくとも１つからなる。
【０１１４】  パターンＰ２、Ｐ３、Ｐ２１〜Ｐ２３、Ｐ３３〜Ｐ３５、Ｐ４１は他の実施形態の場合と同じ機能を有する。パターンＰ５１は、ペルチェモジュール１２に波長ロッカー３２を搭載する場合の位置合わせ用のマーカとして機能する。また、波長ロッカー３２がペルチェモジュール１２に接着剤で固定される場合、接着剤が硬化するまでの流れ止めとしても機能する。この場合、パターンＰ５１は、流れ止めとして機能する程度の厚さを有することが好ましい。
【０１１５】  光モジュール１００Ｅによれば、低背化を実現できるとともに、搭載する光素子の配線や半田付けや位置合わせを好適に実現できる。
【０１１６】  上記実施形態では、ペルチェモジュール１２と光素子１２との間にベースを設けていないため、レーザ素子４ａや半導体光増幅器２１ａのような熱源とペルチェモジュール１２との接触面積が小さくなる。そのため、熱源がペルチェモジュール１２の端にある場合は、冷却に有効に働かない熱電素子１２ｃが存在するようになり、消費電力が上昇してしまう場合がある。
【０１１７】（変形例１）  上記のような場合には、熱源をペルチェモジュール１２の長手方向のより中央付近に配置することで、消費電力の上昇を抑制することができる。例えば、熱源の中心がペルチェモジュール１２をその長手方向を３分割した際の中心を含む領域にあると好ましい。さらに、熱源の中心がペルチェモジュール１２をその長手方向に直交する方向に対しても３分割した際の中心を含む領域にあると、より好ましい。
【０１１８】（変形例２）  ペルチェモジュール１２の消費電力の上昇を抑制し、効率よく駆動させるため、熱源の搭載位置の周辺に熱電素子１２ｃを密に配置してもよい。
【０１１９】  図１３、１４は、それぞれ、変形例２に係るペルチェモジュール１２Ａの模式的な上面図、側面図である。ただし、図１３は第１基板１２ａと配線パターン１２ｄを除いて簡略化したものである。また図１４は配線パターン１２ｄを除いて簡略化したものである。図１３において熱源はペルチェモジュール１２Ａの中心付近に搭載されるので、熱電素子１２ｃがペルチェモジュール１２Ａの中心付近には密に配置され、中心以外には疎に配置されている。
【０１２０】（変形例３）  図１５、１６は、それぞれ、変形例３に係るペルチェモジュール１２Ｂの模式的な上面図、側面図である。ただし図１５は第１基板１２ａと配線パターン１２ｄを除いて簡略化したものである。また図１６は配線パターン１２ｄを除いて簡略化したものである。変形例３に係るペルチェモジュール１２Ｂでは、変形例２に係るペルチェモジュール１２Ａで疎に配置された熱電素子１２ｃを熱伝導率の低い材料で形成された低熱伝導部材１２ｅに置き換えている。
【０１２１】（変形例４）  図１７、１８は、それぞれ、変形例４に係るペルチェモジュール１２Ｃの模式的な上面図、側面図である。ただし図１７は第１基板１２ａと配線パターン１２ｄを除いて簡略化したものである。また図１８は配線パターン１２ｄを除いて簡略化したものである。変形例４に係るペルチェモジュール１２Ｃでは、変形例２に係るペルチェモジュール１２Ａで疎に配置された熱電素子１２ｃを取り除いている。
【０１２２】（変形例５）  図１９は、変形例５に係るペルチェモジュール１２Ｄの模式的な側面図であり、配線パターン１２ｄを除いて簡略化したものである。変形例５では、温度調整が必要な光素子のみが第１基板１２Ｄａに搭載され、不必要な光素子が第３基板１２Ｄｃに搭載されている。また第１基板１２Ｄａと第２基板１２ｂの間には熱電素子１２ｃが配置され、第３基板１２Ｄｃと第２基板１２ｂの間には低熱伝導部材１２ｅが配置されている。
【０１２３】  また、ベースを取り除いたことにより、第１基板１２ａの反りの影響を直接受けるので光素子の位置ずれにより光結合効率が低下する場合がある。
【０１２４】（変形例６）  図２０は、変形例６に係るサブマウントの模式的な側面図である。図２０は、図９に示すチップオンサブマウント４、レンズ５、４１において、サブマウント４ｂをサブマウント６０ｂに置き換えた状態を図示したものである。サブマウント６０ｂには、レーザ素子４ａの前方及び後方に光素子設置部６０ｂａ、６０ｂｂが設けられている。図２０では位置ずれの影響を大きく受けるレンズ５、４１が光素子設置部６０ｂａ、６０ｂｂに搭載されているので、ペルチェモジュール１２の反りの影響を緩和して、光結合効率の低下を抑制することができる。またサブマウント６０ｂは図２１に示すような変形例７に係るサブマウント６１ｂに置き換えてもよい。サブマウント６１ｂには、レーザ素子４ａの前方及び後方に光素子設置部６１ｂａ、６１ｂｂが設けられている。レンズ５、４１は光素子設置部６１ｂａ、６１ｂｂに搭載されている。光素子設置部６１ｂａ、６１ｂｂは、ペルチェモジュール１２との間に隙間が有るように設けられる。
【０１２５】  なお、熱電モジュールに搭載される光素子は上記実施形態のものに限定されず、たとえばＴＯＳＡに搭載されるような変調器でもよい。たとえば、図５における半導体光増幅器２１ａは変調器に置き換えてもよい。
【０１２６】  また、本明細書における光素子とパターンとが「関連付けられる」とは、パターンが、光素子または当該光素子の実装について何らかの技術的影響を与えるように機能し、光素子または当該光素子の実装に関する技術的事項に関連付けられた機能を発揮することを意味する。その機能とは、上記に例示したように、各パターンが、例えば、各光素子の位置決めや位置合わせのためのマーカとして機能したり、流動性を有した熱伝導性材料や接着剤の流れ止めとして機能したり、光軸を調整するためのマーカとして機能したり、配線パターンとして機能したりする等であるが、これらに限定されない。なお、配線パターンは、光素子に電流を注入するため、あるいは光素子に電圧を印加するために、利用することができる。
【０１２７】  また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】  本発明は、光モジュールおよび熱電モジュールに利用することができる。
【符号の説明】
【０１２９】１  筐体１ａ  信号光出力ポート１ｂ  側壁部１ｃ  底板部１ｄ  上蓋部１ｅ  配線部１ｆ  リード２、５、２２ａ、２２ｂ、３１、４１  レンズ３  光ファイバ４、２１  チップオンサブマウント４ａ  レーザ素子４ｂ、２１ｂ、６０ｂ、６１ｂ  サブマウント６  光アイソレータ７、８、２３  ビームスプリッタ９、１１、２４、３３、３４  モニタＰＤ１０  エタロンフィルタ１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ  ペルチェモジュール１２ａ、１２Ｄａ  第１基板１２ａａ、１２ｂａ  表面１２ａｂ、１２ｂｂ  裏面１２ｂ  第２基板１２Ｄｃ  第３基板１２ｃ  熱電素子１２ｄ  配線パターン１２ｅ  低熱伝導部材２１ａ  半導体光増幅器３２  波長ロッカー６０ｂａ、６０ｂｂ、６１ｂａ、６１ｂｂ  光素子設置部１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ  光モジュールＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ１０、Ｌ１１、Ｌ４１、Ｌ４２、Ｌ４３  レーザ光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８、Ｐ９、Ｐ１０、Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ３１、Ｐ３３、Ｐ３４、Ｐ３５、Ｐ４１、Ｐ４２、Ｐ４３、Ｐ５１  パターン
【図１】
2020162372.tif 000003
【図２】
2020162372.tif 000004
【図３】
2020162372.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020162372.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2020162372.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2020162372.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2020162372.tif 000017
【図１６】
2020162372.tif 000018
【図１７】
2020162372.tif 000019
【図１８】
2020162372.tif 000020
【図１９】
2020162372.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
2020162372.tif 000024
2020162372.tif 000025
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