JP2003188468A - 光モジュール、光送信器及びwdm光送信装置 - Google Patents
光モジュール、光送信器及びwdm光送信装置Info
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Abstract
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
伴うロック波長のずれを補正する光モジュールを提供す
る。 【解決手段】発光素子1と、レーザ光の波長を所定の波
長にロックするように調整する温度調整部3と、レーザ
光を温度調整部3上に設けられた光フィルタ27を通過
させて受光して波長をモニタする波長モニタ部2と、発
光素子1等を内部封止するパッケージ6と、パッケージ
6のケース温度を検出するケース温度検出部29とを有
し、温度調整部3は、波長モニタ部2から出力される信
号に基づいて、レーザ光の発振波長を所定のロック波長
に固定し、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
度を推定して、光フィルタ27の有する温度特性に伴う
ロック波長のずれを補正する。
Description
DM: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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
5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。
オードの経年劣化を説明するためのグラフである。図1
6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。
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。
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。
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。
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0.01
nm/℃の割合で短波側にシフトする。
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5
2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。
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。
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。
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。
8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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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を有することを特徴とす
るものである。
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調整し、前記ケー
ス温度検出部からの信号は、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
られてもよい。
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。
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。
調整されてもよい。
部に配置されていてもよい。
部に設置されていてもよい。
触して設置されていてもよい。
れぞれ独立に温度制御されてもよい。
度検出部を有し、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てもよい。
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
に用いられてもよい。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
に周期性があるものであり、各周期の波長間隔が100
GHz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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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2
7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2
7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1
6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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
9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。
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。
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。
いて説明する。まず、発光素子1にACC回路ないしA
PC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。
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。
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。
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。
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。
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。
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1
6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。
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。
る半導体レーザモジュールを示す平面断面図である。
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。
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2
0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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
a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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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3
1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。
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。
27の温度特性にも相関関係がある点に鑑み、補正部1
8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。
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。
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。
明するための平面断面図である。
明するための側面断面図である。
フである。
フである。
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。
である。
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。
である。
ザモジュールを示す平面断面図である。
スタを使用した場合の回路構成図である。
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。
る。
る。
のグラフである。
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。
ラフである。
明するためのグラフである。
示すグラフである。
ラフである。
特性を示すグラフである。
タPD電流との関係を示すグラフである。
Claims (13)
- 【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、を有することを特徴とする光モジュール - 【請求項2】前記波長調整部は、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調整し、 前記ケース温度検出部からの信号は、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請求項1に記載の光モ
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】前記発光素子の温度を検出する発光素子
温度検出部を有し、 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。 - 【請求項11】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
る請求項1乃至10のいずれか1つの項に記載の光モジ
ュール。 - 【請求項12】前記請求項1乃至11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13】前記請求項12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。
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- 2002-10-07 JP JP2002294322A patent/JP4336091B2/ja not_active Expired - Lifetime
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