JP2003218446A - 光モジュールおよび光学部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学素子の温度変化によるロック波長シフト
を抑制できる光モジュールを提供する。 【解決手段】 光モジュール主要部１０は、熱電子冷却
器２１と、熱電子冷却器２１の上にキャリア２２ａを介
して設けられたチップキャリア２２ｂを有する。チップ
キャリア２２ｂ上には、半導体発光素子３１、レンズ３
２、光検出器３３ａ、３３ｂ、及びエタロン３４が直接
的又は間接的に搭載される。また、チップキャリア２２
ｂ上に支持部材３６ａ，３６ｂが固定される。板状部材
３５は、支持部材３６ａ，３６ｂにより支持され、エタ
ロン３４の上方に位置する。このような構成により、板
状部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂ、及びチップキャ
リア２２ｂは熱電子冷却器２１ほぼ等しい温度に維持さ
れる。そのため、エタロン３４の温度もまた一定化さ
れ、ロック波長の変動が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムに
使用される光モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】光モジュールは、複数の波長成分を用い
る波長多重（ＷＤＭ）伝送システムに使用される。１．
５５μｍ帯のＷＤＭシステムにおいては、隣接するグリ
ッドの波長間隔は、例えば、約０．８ｎｍ（１００ＧＨ
ｚ）とされる。この波長間隔を実現するためには、光モ
ジュールからの光の発光波長は、グリッド波長に対して
±０．０３ｎｍ以内の範囲に制御する必要がある。

【０００３】現在用いられている光モジュールの多く
は、半導体レーザ素子、光検出器、および温度調節器を
有する。レーザ素子の光反射面から僅かに放射されるレ
ーザ光の波長を光検出器によりモニタし、モニタ結果に
基づいてレーザ素子の温度が調整され、レーザ光の波長
が制御される。波長変動を精度良く検出するため、レー
ザ素子と光検出器との間にエタロンが設けられる。エタ
ロンの光透過率は、波長依存性を有している。すなわ
ち、エタロンの光透過率は、入射光の波長に依存する。
このため、光検出器によってモニタされるレーザ光の強
度は、その波長に応じた値を有する。

【０００４】エタロンを用いた光モジュールでは、光モ
ジュールから放射される光の波長は以下のように制御さ
れる。図１（ａ）および図１（ｂ）は、レーザ素子から
のレーザ光の波長と光検出器の出力電流との関係を示す
模式図である。図１（ａ）に示されるように、光検出器
の出力電流の波形Ｆは、波長λの増大に従って周期的に
変化する。ここで、ＷＤＭシステムで使用されるグリッ
ド波長をλ_０とする。また、波長λ_０の光が光検出器に
入射したときに光検出器から出力される出力電流の電流
値をＩ_０とする。出力電流が電流値Ｉ_０となるようにレ
ーザ素子の温度を調整することにより、レーザ光の波長
がグリッド波長λ_０にロックされる。

【０００５】光モジュールの動作中に、使用環境等の変
化に応じてエタロンの温度が変化することがある。例え
ば、エタロンの温度が、Ｔ_０からＴ_１へ上昇すると、図
１（ｂ）に示されるように、出力電流の波形Ｆは波形Ｇ
へと長波長側にシフトしてしまう。これは、エタロンの
温度が上昇すると、エタロンが熱膨張するためであり、
また、エタロンを構成する材料の屈折率が変化するため
である。このような波長シフトのため、グリッド波長λ
_０にロックされるべきロック波長は、λ_１へシフトして
しまう。ロック波長シフト量Δλ＝λ_１−λ_０は、通常
使用される一般的な光学ガラスからエタロンが構成され
ている場合には、０．０１３ｎｍ／℃程度の温度依存性
を有する。エタロンの温度変化に起因するロック波長の
変動を防ぐため、エタロンは、光モジュールのパッケー
ジ内に設置される温度調節器によって、例えば２５℃と
いった温度に維持される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、光モジ
ュールの波長制御性を向上させるために鋭意研究を行っ
たところ、以下の知見を得た。光モジュールが使用され
る環境によっては、光モジュールのパッケージの温度は
８０℃程度にまで達することがある。このような場合、
パッケージと温度調節器との間に約５５℃の温度差が生
じていることになる。本発明者らの研究結果によれば、
光モジュール内にこのような温度差があると、熱対流や
熱輻射が生じ、エタロンの温度を一定に維持するのが困
難になることが判明した。

【０００７】光通信システムにおいて送受信される情報
量が飛躍的に増大している状況を鑑みれば、グリッド波
長間隔をいっそう狭小化することが望ましい。そのよう
な狭小化を図るためには、光モジュールから送出される
光の波長をより高い精度で制御することが必要である。
したがって、エタロンのような光学素子の温度変化に伴
うロック波長の変動をいっそう抑制することが望まれ
る。

【０００８】そこで、本発明は、光学素子の温度変化に
起因するロック波長シフトを抑制できる光モジュールの
提供を課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の一側面に係る光
モジュールは、光を放射する半導体発光素子、波長依存
性の光透過率を有する光学素子、光学素子を透過した光
を受光するように配置された光検出器、光学素子の加熱
および冷却の少なくとも一方を行うことの可能な温度調
節器、および温度調節器に熱的に結合された屋根部材を
備えている。光学素子は、光入射面および光出射面を有
しており、半導体発光素子からの光を光入射面で受光す
るように配置されている。屋根部材は、光学素子の上方
に配置されている。温度調節器は、光学素子の下方に配
置されている。

【００１０】半導体発光素子から放射された光は、光学
素子を透過し、光検出器に入射する。光検出器は、入射
光の強度に応じた電気信号を出力する。光学素子の透過
率は波長依存性を有しているので、光学素子を透過した
光は、その波長に応じた強度を有する。このため、光検
出器の出力信号は、発光素子から放射される光の波長を
示す。したがって、光検出器の出力信号をモニタすれ
ば、そのモニタ結果に基づいて、発光素子から放射され
る光の波長を所望のロック波長に調整することが可能に
なる。屋根部材は、温度調節器と熱的に結合されている
ので、温度調節器とほぼ等しい温度に維持される。した
がって、屋根部材と温度調節器との間に位置する光学素
子の温度も、屋根部材および温度調節器とほぼ等しい温
度に維持されることとなる。この結果、光学素子の熱膨
張、熱収縮および屈折率変化が抑制される。したがっ
て、ロック波長の変動が抑制される。

【００１１】本発明の別の側面に係る光学部品は、光入
射面および光出射面を有し、波長依存性の光透過率を有
する光学素子と、光入射面および光出射面が露出するよ
うに光学素子を収容するホルダとを備えている。ホルダ
が温度調節器と熱的に結合されるようにこの光学装置を
光モジュール内に設置すると、ホルダは、温度調節器と
ほぼ等しい温度に維持される。したがって、ホルダに収
容される光学素子の温度も、ホルダおよび温度調節器と
ほぼ等しい温度に維持されることとなる。光学素子の温
度が一定化されるので、光モジュールのロック波長の変
動が抑制される。

【００１２】本発明のさらに別の側面に係る光モジュー
ルは、光を放射する半導体発光素子と、波長依存性の光
反射率を有する光学素子と、光学素子によって反射され
た光を受光するように配置された光検出器と、光学素子
の加熱および冷却の少なくとも一方を行うことの可能な
温度調節器と、温度調節器に熱的に結合された屋根部材
とを備えている。光学素子は、光入射面を有しており、
半導体発光素子からの光を光入射面で受光するように配
置されている。屋根部材は、光学素子の上方に配置され
ている。温度調節器は、光学素子の下方に配置されてい
る。

【００１３】半導体発光素子から放射された光は、光学
素子によって反射され、光検出器に入射する。光学素子
の反射率は波長依存性を有しているので、光学素子によ
って反射された光は、その波長に応じた強度を有する。
このため、光検出器の出力信号は、発光素子から放射さ
れる光の波長を示す。したがって、光検出器の出力信号
をモニタすれば、そのモニタ結果に基づいて、発光素子
から放射される光の波長を所望のロック波長に調整する
ことが可能になる。屋根部材は温度調節器と熱的に結合
されているので、屋根部材は、温度調節器とほぼ等しい
温度に維持される。したがって、屋根部材と温度調節器
との間に位置する光学素子の温度も、屋根部材および温
度調節器とほぼ等しい温度に維持されることとなる。こ
の結果、ロック波長の変動が抑制される。

【００１４】本発明のさらに別の側面に係る光学部品
は、光入射面を有し、波長依存性の光反射率を有する光
学素子と、光入射面が露出するように光学素子を収容す
るホルダとを備えている。ホルダが温度調節器と熱的に
結合されるようにこの光学装置を光モジュール内に設置
すると、ホルダは、温度調節器とほぼ等しい温度に維持
される。したがって、ホルダに収容される光学素子の温
度も、ホルダおよび温度調節器とほぼ等しい温度に維持
されることとなる。光学素子の温度が一定化されるの
で、光モジュールのロック波長の変動が抑制される。

【００１５】屋根部材およびホルダは、光学素子よりも
熱伝導率が大きい材料で構成されると好ましい。この場
合、屋根部材およびホルダの温度は、温度調節器の温度
変化に対して良好な追従性を示す。この結果、ロック波
長をいっそう確実に安定化できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る光モジュール
の好適な実施形態について図面を参照しながら説明す
る。なお、図面の説明においては、同一の要素には同一
の符号を付し、重複する説明は省略する。

【００１７】（第１の実施形態）本発明に係る光モジュ
ールの第１の実施形態について説明する。図２は、第１
実施形態の光モジュール１の部分切欠斜視図である。光
モジュール１は、光モジュール主要部１０と、ハウジン
グ１１とを備える。ハウジング１１は、光モジュール主
要部１０を収納する本体部１１ａ、光ファイバ１２を主
要部１０に案内する筒状部１１ｂ、および複数のリード
ピン１１ｃを備える。

【００１８】以下、図３を参照しながら、主要部１０に
ついて詳細に説明する。図３（ａ）は、主要部１０を示
す平面図である。図３（ｂ）は、主要部１０を示す側面
図である。主要部１０は、温度調節器としての熱電子冷
却器２１と、熱電子冷却器２１の上に設けられたＬ字状
のキャリア２２ａと、キャリア２２ａの上に設けられた
チップキャリア２２ｂを有する。

【００１９】熱電子冷却器２１は、Ｌキャリア２２ａを
介して冷却器２１上に設置されるチップキャリア２２ｂ
の温度を調整する。Ｌキャリア２２ａおよびチップキャ
リア２２ｂは、冷却器２１と熱的に結合されている。チ
ップキャリア２２ｂ上には、半導体発光素子３１、レン
ズ３２、光検出器３３ａ、３３ｂ、およびエタロン３４
が直接的又は間接的に搭載される。Ｌキャリア２２ａお
よびチップキャリア２２ｂは、シリコン（Ｓｉ）、窒化
アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ _３）、お
よびコバール等の熱良導体から構成されていると好まし
い。チップキャリア２２ｂがＳｉから構成される場合、
このチップキャリア２２ｂは特にＳｉベンチと呼ばれ
る。チップキャリア２２ｂの温度は、サーミスタ３９に
よりモニタされる。熱電子冷却器２１としては、例え
ば、ペルチェ効果を利用した温度制御素子、すなわちペ
ルチェ素子を利用できる。ペルチェ素子を用いれば、発
光素子３１およびエタロン３４の温度を容易かつ確実に
調整できる。

【００２０】図３（ｂ）に示されるように、発光素子３
１は、サブマウント３１ｃを介してチップキャリア２２
ｂ上に固定されている。発光素子３１は、光出射面３１
ａおよび光反射面３１ｂを有する。光出射面３１ａは、
レンズを含む光学部１３によって光ファイバ１２と光学
的に結合されている。そのため、光出射面３１ａから放
射される光は、光学部１３を通って光ファイバ１２へ導
入される。一方、光反射面３１ｂは、レンズ３２と光学
的に結合されている。発光素子３１の光反射面３１ｂか
ら漏出する光は、レンズ３２に入射する。発光素子３１
としては、例えば分布帰還型（ＤＦＢ）またはファブリ
ペロー型の半導体レーザ素子を用いることができる。以
下の説明では、発光素子３１は、シングルモードの半導
体レーザ素子とする。このレーザ素子は、極めて狭い波
長域のレーザ光を放射する。したがって、このレーザ光
は、実質的に単一の波長を有するとみなすことができ
る。

【００２１】レンズ３２は、図３（ｂ）に示す通り、互
いにほぼ平行な上面３２ａおよび下面３２ｂを有する。
レンズ３２は、その下面３２ｂがチップキャリア２２ｂ
と接するように、樹脂接着剤等によりチップキャリア２
２ｂに固定される。レンズ３２は、発光素子３１の光反
射面３１ｂと光学的に結合されている。光反射面３１ｂ
から漏出する光は、図３（ａ）に示すように発散光であ
る。この発散光は、レンズ３２を透過して平行光Ｌとな
る。光検出器３３ａは、レンズ３２を透過した平行光を
受光できるように配置される。光検出器３３ａは、チッ
プキャリア２２ｂ上に立設された固定部材３７上に設置
される。光検出器３３ａは、受光した平行光Ｌの強度に
応じた信号を出力する。

【００２２】エタロン３４は、レンズ３２を介して、発
光素子３１の光反射面３１ｂと光学的に結合されてい
る。この実施形態では、エタロン３４は、平行平板形状
をしている。エタロン３４は、その光入射面３４ａおよ
び光出射面３４ｂ上に多層反射膜を有していてもよい。
この多層反射膜により光入射面３４ａおよび光出射面３
４ｂの反射率が調整される。

【００２３】図３（ｂ）に示されるように、エタロン３
４はチップキャリア２２ｂ上に固定されている。エタロ
ン３４の上方には、屋根部材３５が配置されている。チ
ップキャリア２２ｂの下方には、冷却器２１が配置され
ている。したがって、エタロン３４は、冷却器２１と屋
根部材３５との間に挟まれている。以下では、図４を参
照しながら、屋根部材３５について説明する。

【００２４】図４は、エタロン３４および屋根部材３５
の配置を示す概略斜視図である。屋根部材３５は、板状
の部材である。屋根部材３５は、方形の平面形状を有し
ている。屋根部材３５は、チップキャリア２２ｂ上に固
定された支持部材３６ａおよび３６ｂにより支持され、
エタロン３４の上方に配置されている。エタロン３４の
上面と屋根部材３５との間には、間隙がある。支持部材
３６ａおよび３６ｂは、Ｌキャリア２２ａおよびチップ
キャリア２２ｂを介して熱電子冷却器２１と熱的に結合
されている。屋根部材３５と支持部材３６ａ，３６ｂと
は、接着剤により接合されていてもよいし、溶接により
接合されていてもよい。接着剤を用いる場合は、熱伝導
率の高い接着剤が好ましい。このほかに、屋根部材３５
と支持部材３６ａ，３６ｂとは、一体に構成されていて
もよい。この場合、屋根部材３５と支持部材３６ａ，３
６ｂとの間の熱伝導性が、よりいっそう向上する。

【００２５】屋根部材３５は、支持部材３６ａ，３６
ｂ、チップキャリア２２ｂおよびＬキャリア２２ａを介
して、熱電子冷却器２１と熱的に結合されている。その
ため、チップキャリア２２ｂ、屋根部材３５、および支
持部材３６ａ，３６ｂは、冷却器２１により等しい温度
に維持される。エタロン３４は、等しい温度に維持され
る屋根部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂ、およびチッ
プキャリア２２ｂにより囲まれているため、その温度も
また等しい温度に維持されることになる。このように、
屋根部材３５は、支持部材３６ａ，３６ｂとともに、エ
タロン３４の温度を調整する機能を有している。

【００２６】屋根部材３５および支持部材３６ａ，３６
ｂは、銅タングステン（ＣｕＷ）やコバールといった熱
良導体から構成されることが好ましい。本発明者らの知
見によれば、エタロン３４が例えば一般的な光学ガラス
から構成されている場合、その熱伝導率は１．０６Ｗ／
ｍＫ程度である。これに対して、ＣｕＷの熱伝導率は２
００Ｗ／ｍＫであり、コバールの熱伝導率は１６Ｗ／ｍ
Ｋである。このような熱伝導率の高い材料から屋根部材
３５および支持部材３６ａ，３６ｂを作製すれば、ハウ
ジング１１の温度が変化した場合でも、屋根部材３５お
よび支持部材３６ａ，３６ｂの温度を極短時間に調整で
きる。そのため、ハウジング１１内の温度変化がエタロ
ン３４に及ぶことが確実に防止される。

【００２７】光検出器３３ｂは、チップキャリア２２ｂ
上に設けられた固定部材３８の第１の面３８ａ上に固定
される。第１の面３８ａは、エタロン３４の光出射面３
４ｂに対面している。そのため、光検出器３３ｂは、エ
タロン３４の光出射面３４ｂから放射される光を受光で
きる。本実施形態では、光検出器３３ｂとエタロン３４
との相対的な位置関係は、所定の温度のエタロン３４を
透過した所定のグリッド波長λ_０の光が光検出器３３ｂ
により所定の電流値で検出されるように決定される。光
検出器３３ｂの出力をこの電流値にロックすることによ
り、発光素子３１から放射されるレーザ光の波長がグリ
ッド波長λ_０にロックされる。具体的には、光検出器３
３ｂの出力信号に応じて熱電子冷却器２１の温度を調整
することにより、チップキャリア２２ｂを介して発光素
子３１の温度が調整され、レーザ光の波長が一定化され
る。

【００２８】光検出器３３ａ，３３ｂは、例えば、Ｉｎ
Ｐ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ半導体層を受光窓と
して有するＩｎＧａＡｓ−ｐｉｎ型フォトダイオードで
あってもよい。

【００２９】光モジュール１では、エタロン３４は、温
度制御された屋根部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂ、
およびチップキャリア２２ｂに囲まれている。そのた
め、エタロン３４の温度もまたこれらとほぼ等しい温度
となる。さらに、ハウジング１１の内部に大きな温度差
が生じた場合であっても、その影響がエタロン３４に及
ぶことが防止される。その結果、エタロン３４の温度変
化が抑制される。よって、エタロン３４の温度変化に伴
う熱膨張、熱収縮および屈折率変化が抑制されるので、
ロック波長の変動が抑止される。

【００３０】次に、エタロン３４の温度変化の防止効果
を確認するため、本発明者らが行ったシミュレーション
について説明する。図５（ａ）は、シミュレーションで
用いたモデルを示す平面図である。図５（ｂ）は、図５
（ａ）のモデルのＩ−Ｉ線に沿った概略断面図である。
また、図５（ｃ）は、図５（ａ）のモデルのＩ−Ｉ線に
沿った断面を含む概略斜視図である。図示の通り、この
モデルは、チップキャリア２２ｂ、エタロン、屋根部材
３５、支持部材３６ａ，３６ｂ、およびハウジング１１
を有する。チップキャリア２２ｂはＳｉから構成される
ものとし、エタロンは一般的な光学ガラスから構成され
るものとした。屋根部材３５および支持部材３６ａ，３
６ｂの構成材料としては、ＣｕＷおよびコバールの２通
りについてシミュレーションを行った。これらの部材の
寸法は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示す値とした。
シミュレーションのパラメータとして使用した各材料の
熱伝導率は、以下の通りである。

【００３１】Ｓｉ：１６８．０（Ｗ／ｍＫ） 光学ガラス：１．０６０（Ｗ／ｍＫ） ＣｕＷ：２００．０（Ｗ／ｍＫ） コバール：１６．０（Ｗ／ｍＫ） このシミュレーションでは、ハウジング１１内は窒素ガ
スが１気圧の圧力で満たされていることとした。窒素の
熱伝導率は０．０２６０Ｗ／ｍＫとし、粘性定数は１．
７９×１０^−５Ｐａ・ｓとした。チップキャリア２２ｂ
の温度を２５℃とし、ハウジング１１の温度を６０℃と
した。なお、図５（ａ）および図５（ｂ）中の数値は、
シミュレーションのパラメータとして用いた便宜的な数
値であり、本実施形態の光モジュール１の実寸法がこれ
らの値に限定されるものではない。

【００３２】図６および図７は、本実施形態の光モジュ
ールにおけるエタロン周辺の温度分布をシミュレーショ
ンにより求めた結果を示す側面図である。図６は、屋根
部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂがＣｕＷの場合
の結果を示し、図７は、屋根部材３５および支持部材３
６ａ，３６ｂがコバールの場合の結果を示す。これらの
図では、支持部材３６ａ，３６ｂは省略されている。

【００３３】図６に示されるように、屋根部材３５およ
び支持部材３６ａ，３６ｂをＣｕＷで構成した場合、エ
タロン３４内には僅か０．２℃以下の温度差があるにす
ぎない。また、図７に示されるように、屋根部材３５お
よび支持部材３６ａ，３６ｂをコバールで構成した場合
も、エタロン３４内の温度差は０．２℃程度である。し
たがって、いずれの場合も、エタロン３４を透過して光
検出器３３ｂに入射する光の波長を精度良く一定化させ
ることができる。

【００３４】比較のため、屋根部材３５および支持部材
３６ａ，３６ｂがない点を除き図５（ａ）〜図５（ｃ）
と同一のモデルを用いてシミュレーションを行った。そ
の結果を図８に示す。図８に示されるように、エタロン
３４内には１．２℃程度の温度勾配が生じている。この
理由としては、エタロン３４を構成する一般的な光学ガ
ラスの熱伝導率が１．０６Ｗ／ｍＫ程度と低いことが挙
げられる。エタロン３４内に温度勾配があると、ハウジ
ング１１内の温度が僅かに変化しただけでも、エタロン
のレーザ光透過部において温度変化が生じることとな
る。しかも、エタロン３４の熱伝導率が低いため、エタ
ロン３４の温度変化を応答性良く抑えることはできな
い。したがって、屋根部材３５および支持部材３６ａ，
３６ｂがない場合には、エタロン３４の透過率の波長依
存性がエタロン３４の温度変化に応じて変動することを
確実に防止することは難しい。

【００３５】本発明者らの知見によれば、一般的な光学
ガラスから構成されるエタロンの温度が１℃変化する
と、ロック波長が約０．０１３ｎｍ変動する。本実施形
態による光モジュール１によれば、ハウジング１１（６
０℃）とチップキャリア２２ｂ（２５℃）との間に３５
℃程度の温度差が生じても、エタロンの温度分布を０．
２℃程度まで抑制でき、これによりロック波長の変動を
０．００３ｎｍ以下に抑えることができる。すなわち、
ハウジングの温度変化から受ける影響の少ない、高精度
の波長制御が可能となる。

【００３６】以下では、本発明に係る光モジュールの他
の実施形態について説明する。第２〜４の実施形態の光
モジュールは、エタロン３４の周辺の構成が異なる以外
は、第１の実施形態の光モジュール１と等しい構成を有
する。よって、第２〜４の実施形態においては、第１の
実施形態との相違点を中心に説明する。

【００３７】（第２実施形態）図９は、第２実施形態の
光モジュールにおけるエタロン、屋根部材および支持部
材の配置を示す概略斜視図である。図示の通り、屋根部
材３５は、チップキャリア２２ｂ上に設けられた単一の
支持部材３６ａのみにより支持される。エタロン３４
は、チップキャリア２２ｂ上に固定されている。エタロ
ン３４の上面は屋根部材３５に対面し、エタロン３４の
一つの側面は支持部材３６ａに対面する。屋根部材３
５、支持部材３６ａおよびチップキャリア２２ｂの温度
は、熱電子冷却器２１により制御されて、ほぼ等しい温
度となる。そのため、エタロン３４の温度変化が抑制さ
れ、ロック波長の変動が防止される。このように、屋根
部材３５が１つの支持部材３６ａのみによって支持され
る場合であっても、エタロン３４の温度は十分に一定化
される。

【００３８】（第３実施形態）図１０（ａ）は、第３実
施形態の光モジュールにおけるエタロンの周辺部を示す
概略斜視図である。図１０（ｂ）は、アパーチャ部材を
示す斜視図である。図１０（ａ）に示す通り、屋根部材
３５は、チップキャリア２２ｂ上に設けられた支持部材
３６ａ，３６ｂにより支持されている。

【００３９】エタロン３４の光入射面側には、アパーチ
ャ部材４０が設置されている。アパーチャ部材４０は、
屋根部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂおよびチップキ
ャリア２２ｂによって形成される開口の端部に嵌め込ま
れている。開口アパーチャ部材４０は、エタロン３４の
光入射面から離間している。アパーチャ部材４０は、図
１０（ｂ）に示す通り、開口４０ａを有している。開口
４０ａは、エタロン３４の光入射面と対向している。発
光素子３１の光反射面３１ｂから放射されレンズ３２を
透過した光Ｌは、開口４０ａを通過してエタロン３４の
光入射面３４ａに入射する。アパーチャ部材４０は、チ
ップキャリア２２ｂ上に固定されるとともに、支持部材
３６ａ，３６ｂおよび屋根部材３５と接触している。ア
パーチャ部材４０は、Ｌキャリア２２ａおよびチップキ
ャリア２２ｂを介して熱電子冷却器２１と熱的に結合さ
れている。したがって、アパーチャ部材４０の温度は、
チップキャリア２２ｂ、支持部材３６ａ，３６ｂ、およ
び屋根部材３５の温度とほぼ同一となる。

【００４０】エタロン３４の光出射面側には、アパーチ
ャ部材４１が設置されている。アパーチャ部材４１は、
屋根部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂおよびチップキ
ャリア２２ｂによって形成される開口の端部に嵌め込ま
れている。アパーチャ部材４１は、エタロン３４の光出
射面から離間している。アパーチャ部材４１は、アパー
チャ部材４０と同一の構造を有している。アパーチャ部
材４１には、エタロン３４を透過した光が通過できる開
口４１ａが設けられている。開口４１ａは、エタロン３
４の光出射面および光検出器３３ｂと対向している。よ
って、エタロン３４の透過光は、開口４１ａを通過して
光検出器３３ｂに到達できる。アパーチャ部材４１は、
チップキャリア２２ｂ上に固定されるとともに、支持部
材３６ａ，３６ｂおよび屋根部材３５と接触している。
アパーチャ部材４１は、Ｌキャリア２２ａおよびチップ
キャリア２２ｂを介して熱電子冷却器２１と熱的に結合
されている。したがって、アパーチャ部材４１の温度
は、チップキャリア２２ｂ、支持部材３６ａ，３６ｂ、
および屋根部材３５の温度とほぼ同一となる。

【００４１】アパーチャ部材４０，４１は、ＣｕＷ、コ
バールといった熱良導体から構成されると好ましい。こ
れらの材料は、上述の通り、一般的な光学ガラスから構
成されるエタロンよりも高い熱伝導率を有する。

【００４２】第３実施形態では、エタロン３４は、屋根
部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂ、アパーチャ部材４
０，４１およびチップキャリア２２ｂによって囲まれて
いる。これらの構成要素は、熱電子冷却器２１によって
ほぼ等しい温度に維持される。そのため、ハウジング１
１の内部に大きな温度差が生じた場合であっても、その
影響がエタロン３４に及ぶことが防止される。その結
果、エタロン３４の温度変化が抑制され、エタロン３４
の温度変化に伴う熱膨張、熱収縮および屈折率変化が抑
制される。よって、ロック波長の変動も抑制される。ア
パーチャ部材４０および４１のために、エタロン３４の
露出表面積が削減される。このため、エタロン３４の温
度変化およびロック波長の変動をいっそう確実に抑える
ことができる。

【００４３】（第４実施形態）図１１は、第４実施形態
の光モジュールにおけるエタロンの周辺部を示す概略斜
視図である。図示の通り、第４実施形態は、屋根部材３
５が支持部材３６ａ，３６ｂにより支持され、アパーチ
ャ部材４０が設けられている点で、第３の実施形態と同
一である。第３の実施形態と異なる点は、アパーチャ部
材４１が用いられていないこと、そして、光検出器３３
ｂが固定される固定部材３８がアパーチャ部材４１の代
わりに設置されていることである。固定部材３８は、屋
根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂに接触する。
固定部材３８は、チップキャリア２２ｂ上に設けられる
とともに、屋根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂ
と接触している。固定部材３８は、Ｌキャリア２２ａお
よびチップキャリア２２ｂを介して熱電子冷却器２１と
熱的に結合されている。したがって、固定部材３８の温
度は、チップキャリア２２ｂ、屋根部材３５および支持
部材３６ａ，３６ｂとほぼ同一となる。

【００４４】このように、エタロン３４は、ほぼ同一の
温度に制御される屋根部材３５、支持部材３６ａ，３６
ｂ、アパーチャ部材４０、固定部材３８およびチップキ
ャリア２２ｂによって囲まれている。したがって、エタ
ロン３４の温度変化は確実に抑制される。よって、ロッ
ク波長の変動も抑制される。アパーチャ部材４０および
固定部材３８のために、エタロン３４の露出表面積が削
減される。このため、エタロン３４の温度変化およびロ
ック波長の変動をいっそう確実に抑えることができる。

【００４５】続いて、第５および第６の実施形態につい
て説明する。これらの実施形態では、上記の実施形態に
おけるエタロン３４、屋根部材３５および支持部材３６
ａ，３６ｂの代わりに、エタロンを含む光学装置５０が
使用されている。第５および第６実施形態は、屋根部材
３５および支持部材３６ａ，３６ｂを有していない点
で、第１〜第４実施形態と異なる。これらの点を除く
と、第５および第６実施形態は、第１実施形態の光モジ
ュール１と同様の構成を有する。以下では、相違点を中
心に説明する。

【００４６】（第５実施形態）図１２は、第５実施形態
の光モジュール２の部分切欠斜視図である。図１２に示
されるように、光モジュール２は、光学装置５０を有す
る。図１３は、光学装置５０を示す概略斜視図である。
光学装置５０は、エタロン５１およびフレーム部材５２
〜５４を有する。エタロン５１は、平行平板形状をして
いる。光検出器３３ｂとエタロン５１との相対的な位置
関係は、所定の温度のエタロン５１を透過した所定のグ
リッド波長λ_０の光が光検出器３３ｂにより所定の電流
値で検出されるように決定される。フレーム部材５２〜
５４は、エタロン５１の光入射面５１ａおよび光出射面
５１ｂを除く３つの隣り合う側面上に取り付けられてい
る。エタロン５１の上方に位置する。フレーム部材５３
は、第１〜第４実施形態における屋根部材３５に相当す
る。フレーム部材５２〜５４は、光入射面５１ａおよび
光出射面５１ｂが露出するようにエタロン５１を保持す
るホルダとして機能する。フレーム部材５２〜５４は、
熱伝導率の高い材料、例えば、ＣｕＷやコバールから構
成されている。フレーム部材５２〜５４は、エタロン５
１よりも高い熱伝導率を有している。

【００４７】図１３に示されるように、光学装置５０
は、フレーム部材５２〜５４が取り付けられていないエ
タロン５１の底面がチップキャリア２２ｂと接触するよ
うにチップキャリア２２ｂ上に固定される。フレーム部
材５２〜５４は、Ｌキャリア２２ａおよびチップキャリ
ア２２ｂを介して熱電子冷却器２１と熱的に結合されて
いる。フレーム部材５２〜５４は、エタロン５１よりも
熱伝導率の大きい材料から構成されているため、フレー
ム部材５２〜５４はいずれもチップキャリア２２ｂとほ
ぼ等しい温度となる。したがって、等しい温度を有する
チップキャリア２２ｂおよびフレーム部材５２〜５４に
よってその４つの側面を囲まれるエタロン５１もまた等
しい温度に維持される。その結果、エタロン５１の熱膨
張、熱収縮および屈折率変化が防止され、ロック波長の
変動が抑制される。

【００４８】チップキャリア２２ｂと接触する光学装置
５０の底面にはフレーム部材が取り付けられていないた
め、光学装置５０をチップキャリア２２ｂ上に固定する
際、ＵＶ硬化樹脂を用いることができる。具体的には、
まず、この接触面にＵＶ硬化樹脂を塗布する。次に、Ｕ
Ｖ硬化樹脂が塗布された接触面をチップキャリア２２ｂ
に当てて光学装置５０をチップキャリア２２ｂ上に載置
するとともに、光軸調整を行う。その後、エタロン５１
を通して紫外域光を照射しＵＶ硬化樹脂を硬化させる。
これにより、光学装置５０がチップキャリア２２ｂ上に
固定される。このような手順により、光学装置５０の取
り付け作業が容易になる。

【００４９】（第６実施形態）第６実施形態の光モジュ
ールは、使用される光学装置が異なる点を除き、第５実
施形態の光モジュールと同一の構成を有する。以下で
は、相違点を中心に説明する。

【００５０】図１４（ａ）は、第６実施形態にて採用さ
れる光学装置６０を示す概略斜視図である。図１４
（ｂ）は、光学装置６０の構成を示す分解斜視図であ
る。光学装置６０は、エタロン５１と、フレーム部材５
２〜５５と、カバー部材５６および５７とを有する。フ
レーム部材５２〜５５およびカバー部材５６，５７は、
熱伝導率の高い材料、例えば、ＣｕＷやコバールから構
成されている。これらの部材は、エタロン５１よりも高
い熱伝導率を有している。これらの部材は、Ｌキャリア
２２ａおよびチップキャリア２２ｂを介して熱電子冷却
器２１と熱的に結合されている。

【００５１】フレーム部材５２〜５５は、エタロン５１
の光入射面５１ａおよび光出射面５１ｂを除く４つの側
面に取り付けられている。エタロン５１の上方に位置す
る。フレーム部材５３は、第１〜第４実施形態における
屋根部材３５に相当する。カバー部材５６は、エタロン
５１の光入射面と接するように取り付けられ、カバー部
材５７はエタロン５１の光出射面と接するように取り付
けられる。カバー部材５６，５７は、それぞれ開口５６
ａ、５７ａを有する。開口５６ａは、エタロン５１の光
入射面と対向している。開口５７ａは、エタロン５１の
光出射面と対向している。フレーム部材５２〜５５なら
びにカバー部材５６および５７は、エタロン５１の光入
射面および光出射が露出するようにエタロン５１を保持
するホルダとして機能する。発光素子３１からの光は、
レンズ３２を通過した後、開口部５６ａからエタロン５
１の光入射面に入射し、エタロン５１を透過し、エタロ
ン５１の光出射面から開口部５７ａを通って光検出器３
３ｂに到達することができる。

【００５２】光学装置６０は、フレーム部材５５がチッ
プキャリア２２ｂと接するように、チップキャリア２２
ｂ上に固定されている。そのため、フレーム部材５２〜
５５およびカバー部材５６，５７は、チップキャリア２
２ｂとほぼ等しい温度に維持される。エタロン５１は、
カバー部材５６，５７の開口５６ａ，５６ｂから露出す
る部分を除けば、全表面をフレーム部材５２〜５５およ
びカバー部材５６，５７によって覆われている。このた
め、エタロン５１は、フレーム部材５２〜５５およびカ
バー部材５６，５７とほぼ等しい温度に維持される。よ
って、ロック波長の変動が抑制される。

【００５３】エタロン５１は、フレーム部材５２〜５５
およびカバー部材５６，５７によって覆われるので、そ
のサイズを小さくできる。そのため、エタロンの材料コ
ストを低減できる。また、あらかじめ光学装置６０を用
意しておけば、光モジュールを作製する際に光学装置６
０をチップキャリア２２ｂ上に載置し、光軸調整を行っ
てから光学装置６０を固定するだけで、光学装置６０の
設置が完了する。よって、光モジュールの製造工程が簡
易になる。

【００５４】光学装置６０では、エタロン５１がフレー
ム部材５２〜５５およびカバー部材５６，５７によって
覆われている。しかし、カバー部材５６，５７について
は、いずれか一方だけを設けてもよい。また、フレーム
部材５２〜５５を一体に構成し、エタロン５１がこの一
体型のフレーム部材に囲まれていてもよい。さらに、カ
バー部材５６，５７は、一体型のフレーム部材に固定さ
れていてもよい。

【００５５】（第７実施形態）第７実施形態の光モジュ
ールは、使用される光学装置が異なる点を除き、第５実
施形態の光モジュールと同一の構成を有する。以下で
は、相違点を中心に説明する。

【００５６】図１５（ａ）は、本実施形態で使用される
光学装置７０を示す斜視図であり、図１５（ｂ）は、光
学装置７０の分解斜視図である。光学装置７０は、エタ
ロン５１と、保持部材５８および５９を有している。保
持部材５８，５９は、Ｌキャリア２２ａおよびチップキ
ャリア２２ｂを介して熱電子冷却器２１と熱的に結合さ
れている。保持部材５８および５９は、エタロン５１の
光入射面および光出射面が露出するようにエタロン５１
を保持するホルダとして機能する。保持部材５８，５９
は、熱伝導率の高い材料、例えば、ＣｕＷやコバールか
ら構成されている。これらの部材は、エタロン５１より
も高い熱伝導率を有している。

【００５７】保持部材５８は、エタロン５１が収容され
る凹部５８ａを有する。凹部５８ａの底面５８ｂには、
開口５８ｃが設けられている。保持部材５９も、保持部
材５８と同様に、開口５９ｃと、エタロン５１が収容さ
れる凹部（図示せず）とを有する。開口５８ｃは、エタ
ロン５１の光入射面および光出射面の一方と対向し、開
口５９ｃは、他方と対向する。発光素子３１からの光
は、これらの開口を介してエタロン５１に入出射する。

【００５８】光学装置７０を使用した場合でも、エタロ
ン５１の温度は、保持部材５８，５９を介して熱電子冷
却器２１により温度制御され、その温度変化が抑制され
る。よって、ロック波長の変動が抑制される。また、エ
タロン５１は、保持部材５８，５９によって覆われるの
で、そのサイズを小さくできる。そのため、エタロンの
材料コストを低減できる。さらに、あらかじめ光学装置
７０を用意しておけば、光モジュールを作製する際に光
学装置７０をチップキャリア２２ｂ上に載置し、光軸調
整を行ってから光学装置７０を固定するだけで、光学装
置７０の設置が完了する。よって、光モジュールの製造
工程が簡易になる。

【００５９】（第８実施形態）次に、第８の実施形態に
ついて説明する。第１〜第７実施形態では、互いに平行
な光入射面と光出射面を有する平行平板形状のエタロン
が使用されている。しかし、この代わりに、光入射面と
光出射面が相対的に傾斜したウェッジエタロンを使用し
てもよい。第８実施形態の光モジュールは、第１実施形
態における平行平板エタロンをウェッジエタロンで置き
換えた構成を有している。この点を除くと、第８実施形
態は、第１実施形態の光モジュール１と同一の構成を有
する。以下では、相違点を中心に説明する。

【００６０】図１６（ａ）は、この実施形態の光モジュ
ールの主要部１０を示す平面図であり、図１６（ｂ）
は、その主要部１０の側面図である。図１７は、ウェッ
ジエタロン３４の周辺部を示す概略斜視図である。ウェ
ッジエタロン３４において、光入射面３４ａおよび光出
射面３４ｂは、微小な角度αを成して相対的に傾斜して
いる。ここで角度αは、エタロン３４に入射した光が光
入射面３４ａと光出射面３４ｂとの間で多重干渉を起こ
し得る範囲に決められる。具体的には、角度αは０．０
１°以上０．１°以下であると好適である。光入射面３
４ａおよび光出射面３４ｂ上には、多層反射膜が設けら
れていてもよい。この多層反射膜により光入射面３４ａ
および光出射面３４ｂの反射率が調整される。

【００６１】ウェッジエタロン３４を使用した場合で
も、第１実施形態と同様に、屋根部材３５および支持部
材３６ａ、３６ｂによってエタロン３４の温度変化が抑
制される。したがって、ロック波長の変動が抑制され
る。

【００６２】ウェッジエタロン３４の光入射面３４ａお
よび光出射面３４ｂが互いに傾斜しているため、これら
の面３４ａ，３４ｂの間隔は傾斜方向に沿って変化して
いる。そのため、ウェッジエタロン３４の透過波長も、
傾斜方向に沿って変化することとなる。この性質は、ウ
ェッジエタロン３４をチップキャリア２２ｂ上に実装す
るときに有益である。つまり、ウェッジエタロン３４の
実装の際、ウェッジエタロン３４の平行移動によって位
置合わせを行うことができる。平行平板エタロンを使用
する場合、所定の向きにエタロンを配置しなければ、所
望のロック波長が得られない。したがって、平行平板エ
タロンの実装の際は、エタロンを回転させながら向きを
調整する必要がある。これに対し、ウェッジエタロン
は、その向きを調整しなくても、ウェッジエタロンを平
行移動して透過波長を調整すれば、所望のロック波長を
得ることができる。このように、ウェッジエタロンは、
実装時に回転による位置調整を必要としないので、実装
が容易である。

【００６３】第２〜第７実施形態の平行平板エタロンの
代わりに、ウェッジエタロンを使用してもよい。平行平
板エタロンとウェッジエタロンとの間に温度変化上の違
いはほとんどないので、ウェッジエタロンを使用して
も、ロック波長の変化を抑制できる。

【００６４】上記実施形態におけるエタロンは、発光素
子３１から放射される光の波長に応じた強度を有する光
を生成するために使用されている。このようなエタロン
の作用は、波長依存性の透過率を有する他の光学素子に
よっても得ることができる。この光学素子も、エタロン
と同様に、その温度変化によって透過特性が変化しう
る。したがって、本発明は、エタロンの代わりにこのよ
うな光学素子を備える光モジュールにも適用できる。こ
のような光学素子の一例として、光学フィルタを挙げる
ことができる。以下では、エタロンに代えて光学フィル
タを使用する実施形態について説明する。

【００６５】（第９実施形態）この実施形態では、図２
〜図４に示される光モジュール１のエタロン３４の代わ
りに光学フィルタが設置されている。この点を除くと、
第９実施形態は、第１実施形態の光モジュール１と同一
の構成を有する。以下では、相違点を中心に説明する。

【００６６】光学フィルタは、短波長透過フィルタ、長
波長透過フィルタ、およびバンドパスフィルタのいずれ
であってもよい。光学フィルタは、Ｌキャリア２２ａお
よびチップキャリア２２ｂを介して熱電子冷却器２１と
熱的に結合している。光検出器３３ｂと光学フィルタと
の相対的な位置関係は、所定の温度の光学フィルタを透
過した所定のグリッド波長λ_０の光が光検出器３３ｂに
より所定の電流値で検出されるように決定される。

【００６７】図１８（ａ）〜図１８（ｃ）は、この実施
形態の光モジュールに関して、発光素子３１の出力光の
波長と光検出器３３ｂの出力電流との関係を示してい
る。図１８（ａ）は、長波長透過フィルタを使用したと
きの波長−出力電流の関係を示し、図１８（ｂ）は、短
波長透過フィルタを使用したとき、図１８（ｃ）は、バ
ンドパスフィルタを使用したときの波長−出力電流の関
係をそれぞれ示している。ここで、発光素子３１は、シ
ングルモードの半導体レーザ素子とする。これらの図に
おいて、出力電流はフィルタの透過率に対応している。

【００６８】図１８（ａ）〜図１８（ｃ）に示されるよ
うに、使用されるフィルタの透過特性は、波長と透過率
が一意に対応する領域を含んでいる。このため、この領
域に含まれる波長は、光検出器３３ｂの出力電流と一意
に対応する。したがって、光検出器３３ｂの出力電流に
基づいて、発光素子３１の出力レーザ光の波長を求める
ことができる。波長λ_０の光が光検出器３３ｂに入射す
ると、光検出器３３ｂの出力電流値がＩ_０となる。ＷＤ
Ｍシステムで使用されるグリッド波長がλ_０の場合、出
力電流がＩ_０となるように発光素子３１の温度を調整す
ることにより、レーザ光の波長がグリッド波長λ_０にロ
ックされる。

【００６９】第１実施形態におけるエタロン３４の代わ
りに光学フィルタを使用する本実施形態でも、第１実施
形態と同様の利点を得ることができる。すなわち、光学
フィルタは、屋根部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂお
よびチップキャリア２２ｂに囲まれている。屋根部材３
５、支持部材３６ａ，３６ｂおよびチップキャリア２２
ｂの温度は、熱電子冷却器２１により制御されて、ほぼ
等しい温度となる。そのため、光学フィルタの温度変化
が抑えられ、それに応じてロック波長の変動が抑えられ
る。

【００７０】同様に、第２〜第７実施形態におけるエタ
ロンの代わりに光学フィルタを使用しても、ロック波長
の変動を抑制できる。

【００７１】（第１０実施形態）この実施形態は、主要
部１０における部品の配置が第９実施形態と異なる。こ
の実施形態では、光検出器３３ｂが、光学フィルタによ
って反射された光を受け取るように配置されている。こ
の点を除くと、第１０実施形態は、第９実施形態の光モ
ジュールと同一の構成を有する。以下では、相違点を中
心に説明する。

【００７２】図１９（ａ）は、この実施形態の光モジュ
ールの主要部１０を示す平面図であり、図１９（ｂ）
は、その主要部１０の側面図である。図２０は、光学フ
ィルタ６４の周辺部を示す概略斜視図である。光学フィ
ルタ６４は、チップキャリア２２ｂ上に設置されてい
る。光学フィルタ６４は、Ｌキャリア２２ａおよびチッ
プキャリア２２ｂを介して熱電子冷却器２１と熱的に結
合している。光学フィルタ６４は、レンズ３２を介して
発光素子３１に光学的に結合されている。光学フィルタ
６４の入射面６４ａは、レンズ３２から出射する平行光
Ｌの進行方向に対して傾斜している。光検出器３３ｂ
は、光入射面６４ａに対面している。そのため、光検出
器３３ｂは、光学フィルタ６４の光入射面６４ａで反射
された光を受光できる。光学フィルタ６４は、波長依存
性の光反射率を有している。すなわち、光学フィルタ６
４の光反射率は、入射光の波長に依存する。光検出器３
３ｂと光学フィルタ６４との相対的な位置関係は、所定
の温度の光学フィルタ６４によって反射された所定のグ
リッド波長λ_０の光が光検出器３３ｂにより所定の電流
値で検出されるように決定される。

【００７３】光学フィルタ６４の上方には、屋根部材３
５が配置されている。屋根部材３５は、チップキャリア
２２ｂ上に固定された支持部材３６ｂおよび３６ｃによ
り支持されている。支持部材３６ｂおよび３６ｃは、屋
根部材３５の隣接する２辺にそれぞれ連結されている。
光学フィルタ６４は、レンズ３２と支持部材３６ｃとの
間に配置されている。屋根部材３５は、支持部材３６ｂ
および３６ｃを介して熱電子冷却器２１に熱的に結合さ
れている。屋根部材３５と支持部材３６ｂ，３６ｃと
は、接着剤により接合されていてもよいし、溶接により
接合されていてもよい。接着剤を用いる場合は、熱伝導
率の高い接着剤が好ましい。このほかに、屋根部材３５
と支持部材３６ｂ，３６ｃとは、一体に構成されていて
もよい。この場合、屋根部材３５と支持部材３６ｂ，３
６ｃとの間の熱伝導性が、よりいっそう向上される。

【００７４】光検出器３３ｂは、発光素子３１の出力光
のうち光学フィルタ６４によって反射された成分を検出
する。したがって、光検出器３３ｂの出力電流は、光学
フィルタ６４の反射特性の影響を受ける。つまり、光学
フィルタ６４の反射波長域が光検出器３３ｂの出力電流
に影響する。

【００７５】光学フィルタは、短波長透過フィルタ、長
波長透過フィルタ、およびバンドパスフィルタのいずれ
であってもよい。図２１（ａ）〜図２１（ｃ）は、この
実施形態の光モジュールに関して、発光素子３１の出力
光の波長と光検出器３３ｂの出力電流との関係を示して
いる。図２１（ａ）は、長波長透過フィルタを使用した
ときの波長−出力電流の関係を示し、図２１（ｂ）は、
短波長透過フィルタを使用したとき、図２１（ｃ）は、
バンドパスフィルタを使用したときの波長−出力電流の
関係をそれぞれ示している。ここで、発光素子３１は、
シングルモードの半導体レーザ素子とする。これらの図
において、出力電流はフィルタの反射率に対応してい
る。

【００７６】図２１（ａ）〜図２１（ｃ）に示されるよ
うに、使用されるフィルタの反射特性は、波長と反射率
が一意に対応する領域を含んでいる。このため、この領
域に含まれる波長は、光検出器３３ｂの出力電流と一意
に対応する。したがって、光検出器３３ｂの出力電流に
基づいて、発光素子３１の出力レーザ光の波長を求める
ことができる。波長λ_０の光が光検出器３３ｂに入射す
ると、光検出器３３ｂの出力電流値をＩ_０となる。ＷＤ
Ｍシステムで使用されるグリッド波長がλ_０の場合、出
力電流がＩ_０となるように発光素子３１の温度を調整す
ることにより、レーザ光の波長がグリッド波長λ_０にロ
ックされる。

【００７７】本実施形態でも、第１実施形態と同様の利
点を得ることができる。すなわち、光学フィルタ６４
は、屋根部材３５、支持部材３６ｂ，３６ｃおよびチッ
プキャリア２２ｂに囲まれている。屋根部材３５、支持
部材３６ｂ，３６ｃおよびチップキャリア２２ｂの温度
は、熱電子冷却器２１により制御されて、ほぼ等しい温
度となる。そのため、光学フィルタの温度変化が抑えら
れ、それに応じてロック波長の変動が抑えられる。

【００７８】同様に、第２〜第７実施形態におけるエタ
ロンの代わりに光学フィルタを使用し、光学フィルタの
反射光を検出するように光検出器３３ｂを配置しても、
ロック波長の変動を抑制できる。このように、本発明
は、光学フィルタの反射光の強度に基づいて発光素子の
出力波長をモニタする光モジュールにも適用できる。

【００７９】上述のように、第３実施形態では、エタロ
ン３４の光出射面に対向する開口を有するアパーチャ部
材４１が使用されている。しかし、エタロン３４に代え
て光学フィルタを使用し、光学フィルタの反射光を検出
する場合は、アパーチャ部材４１の代わりに、開口のな
いカバー部材を設置してもよい。第４実施形態では、光
検出器３３ｂがエタロン３４の光出射面と対向するよう
に固定部材３８が配置されている。しかし、エタロン３
４に代えて光学フィルタを使用し、光学フィルタの反射
光を検出する場合、固定部材３８は、光検出器３３ｂが
光学フィルタの光入射面と対向し、光学フィルタの反射
光を受光できるように配置される。いずれの場合も、固
定部材３８は、エタロンまたは光学フィルタを経由した
発光素子３１からの光を光検出器３３ｂが受光するよう
に配置される。第６および第７実施形態では、エタロン
５１の光出射面に対向する開口を有するカバー部材およ
び保持部材が使用されている。しかし、エタロン５１に
代えて光学フィルタを使用し、光学フィルタの反射光を
検出する場合は、このような開口は必要ない。この場
合、光検出器３３ｂは、光学フィルタの光入射面と対向
し、光学フィルタによって反射された発光素子３１から
の光を受光するように配置される。

【００８０】（第１１実施形態）この実施形態は、発光
素子３１がマルチモード半導体レーザ素子という点で、
シングルモード半導体レーザ素子を使用する第９実施形
態と異なる。この点を除くと、第１１実施形態は、第９
実施形態の光モジュールと同一の構成を有する。以下で
は、相違点を中心に説明する。

【００８１】発光素子３１は、マルチモードのレーザ光
を放射する。したがって、この実施形態の光モジュール
は、発光素子３１の複数のモードの中心波長に対応した
複数のロック波長を有する。この光モジュールをＷＤＭ
通信システムで使用する場合、これらのモードの中心波
長は、所定の波長にロックされる。ここで、中心波長と
は、例えば、最小二乗法によって計算される平均波長で
ある。

【００８２】この実施形態では、図２〜図４に示される
光モジュール１のエタロン３４の代わりに光学フィルタ
が設置されている。光学フィルタは、短波長透過フィル
タ、長波長透過フィルタ、および帯域通過フィルタのい
ずれであってもよい。図２２（ａ）〜図２２（ｃ）は、
それぞれ、長波長通過フィルタ、帯域通過フィルタおよ
び短波長通過フィルタの光透過特性および光反射特性を
示している。図中の実線は透過波長域を示しており、破
線は反射波長域を示している。これらの透過域および反
射域の形状は、誘電体多層膜フィルタにおいて実現する
ことができる。図２２（ａ）〜図２２（ｃ）に示される
ように、これらの光学フィルタは、波長依存性の光透過
率および光反射率を有している。

【００８３】光検出器３３ｂは光学フィルタの透過光を
受け取るので、光学フィルタの透過域が光検出器３３ｂ
の出力に影響する。図２３（ａ）〜図２３（ｃ）は、図
２２（ａ）〜図２２（ｃ）に示された透過域７０、７２
および７４と、発光素子３１で生成された光のマルチモ
ードスペクトル７６との関係をそれぞれ示している。図
２３（ａ）〜図２３（ｃ）に示されるように、透過域７
０、７２および７４は、いずれもマルチモードスペクト
ル７６と重なりを有している。長波長通過フィルタおよ
び短波長通過フィルタの透過域７０および７４は、マル
チモードスペクトル７６に含まれる複数のモードのうち
一つ以上を含むように決定されることが好ましい。帯域
透過フィルタの透過域７２は、マルチモードスペクトル
７６に含まれる複数のモード間の間隔よりも広い幅を有
することが好ましい。いずれにせよ、光学フィルタの透
過域は、発光素子３１で生成されるマルチモード光の複
数のモードのうち二つ以上を含みうる広さを有してい
る。

【００８４】図２４（ａ）は、所望の中心波長で発振し
ているマルチモード発光素子３１のスペクトル７６と光
学フィルタの透過域７０とを示す。図２４（ｂ）は、所
望の中心波長より低い波長で発振している発光素子３１
のスペクトル７８と光学フィルタの透過域７０とを示
す。図２４（ｃ）は、所望の中心波長より高い波長で発
振している発光素子３１のスペクトル８０と光学フィル
タの透過域７０とを示す。この例では、光学フィルタ
は、長波長通過フィルタである。

【００８５】図２４（ａ）〜図２４（ｃ）において、マ
ルチモードスペクトル７６、７８および８０と透過域７
０との重なり面積は、互いに異なっている。この面積の
違いは、光検出器３３ｂの出力電流に反映される。重な
り面積が大きいほど、出力電流も大きくなる。逆に、重
なり面積が小さいほど、出力電流は小さくなる。したが
って、光検出器３３ｂの出力電流に基づいて発光素子３
１の温度を調整することにより、発光素子３１の発振波
長域が所望の波長域に調整され、各モードの中心波長が
所望の波長にロックされる。このように、本実施形態で
は、マルチモード発光素子３１が広い発振スペクトルを
有することに着目し、その発振スペクトルと光学フィル
タの透過波長域との重なりの程度を測定することによ
り、発振波長域の変化を検出する。

【００８６】本実施形態でも、第１実施形態と同様の利
点を得ることができる。すなわち、光学フィルタは、ほ
ぼ等しい温度に制御された屋根部材３５、支持部材３６
ａ，３６ｂおよびチップキャリア２２ｂに囲まれてい
る。そのため、光学フィルタの温度変化が抑えられる。
これにより、光学フィルタの透過波長域の変化が抑えら
れるので、発光素子３１の発振波長域をより精度良く安
定化し、ロック波長の変動を抑えることができる。

【００８７】同様に、第２〜第７実施形態におけるエタ
ロンの代わりに光学フィルタを使用し、発光素子３１と
してマルチモード半導体レーザ素子を使用しても、ロッ
ク波長の変動を抑制できる。

【００８８】（第１２実施形態）この実施形態は、主要
部１０における部品の配置が第１１実施形態と異なる。
この実施形態では、光検出器３３ｂが、光学フィルタに
よって反射された光を受け取るように配置されている。
つまり、この実施形態の主要部１０は、図１９（ａ）、
１９（ｂ）および２０に示されるような構成を有してい
る。この点を除くと、第１２実施形態は、第１１実施形
態の光モジュールと同一の構成を有する。以下では、第
１１実施形態との相違点を中心に説明する。

【００８９】マルチモード発光素子３１からの光は、レ
ンズ３２を介して光学フィルタ６４に入射する。光検出
器３３ｂは、発光素子３１の出力光のうち光学フィルタ
６４によって反射された成分を検出する。したがって、
光検出器３３ｂの出力電流は、光学フィルタ６４の反射
特性の影響を受ける。つまり、光学フィルタ６４の反射
波長域が光検出器３３ｂの出力電流に影響する。

【００９０】光学フィルタ６４は、長波長通過フィル
タ、短波長通過フィルタおよび帯域通過フィルタのいず
れであってもよい。光学フィルタ６４の反射波長域は、
図２２（ａ）〜図２２（ｃ）に示されている。光学フィ
ルタ６４の反射波長域は、発光素子３１のマルチモード
スペクトル７６と重なりを有している。長波長通過フィ
ルタおよび短波長通過フィルタの反射域は、マルチモー
ドスペクトルに含まれる複数のモードのうち一つ以上を
含むように決定されることが好ましい。帯域透過フィル
タの反射域は、マルチモードスペクトルに含まれる複数
のモード間の間隔よりも広い幅を有することが好まし
い。いずれにせよ、光学フィルタ６４の反射域は、発光
素子３１で生成されるマルチモード光の複数のモードの
うち二つ以上を含みうる広さを有している。

【００９１】光検出器３３ｂの出力は、光学フィルタ６
４の反射域と発光素子３１からのマルチモード光のスペ
クトルとの重なりの程度に応じて変化する。光検出器３
３ｂの出力電流に基づいて発光素子３１の温度を調整す
ることにより、発光素子３１の発振波長域が所望の波長
域に調整され、各モードの中心波長が所望の波長にロッ
クされる。

【００９２】本実施形態でも、第１１実施形態と同様の
利点を得ることができる。すなわち、光学フィルタ６４
は、ほぼ等しい温度に制御された屋根部材３５、支持部
材３６ｂ，３６ｃおよびチップキャリア２２ｂに囲まれ
ている。そのため、光学フィルタ６４の温度変化が抑え
られる。これにより、光学フィルタの反射波長域の変化
が抑えられるので、発光素子３１の発振波長域をより精
度良く安定化し、ロック波長の変動を抑えることができ
る。

【００９３】同様に、第２〜第７実施形態におけるエタ
ロンの代わりに光学フィルタを使用し、光学フィルタの
反射光を検出するように光検出器３３ｂを配置し、発光
素子３１としてマルチモード半導体レーザ素子を使用し
ても、ロック波長の変動を抑制できる。

【００９４】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく、種々の変形が可能である。例えば、第３の実
施形態では、アパーチャ部材４０，４１は、屋根部材３
５および支持部材３６ａ，３６ｂに接触するように設置
されている。しかし、アパーチャ部材４０，４１は、屋
根部材３５および支持部材３６ａ，３６ｂと離間させて
設置してもよい。このような配置でも、アパーチャ部材
４０，４１の温度は、チップキャリア２２ｂを介して冷
却器２１とほぼ等しい温度に調整される。このため、ア
パーチャ部材４０，４１の温度は、屋根部材３５および
支持部材３６ａ，３６ｂとほぼ同一となる。したがっ
て、第３の実施形態とほぼ同様の効果が得られる。

【００９５】アパーチャ部材４０，４１は、屋根部材３
５、支持部材３６ａ，３６ｂ、およびチップキャリア２
２ｂの少なくとも一つと接触していればよい。アパーチ
ャ部材４０，４１の温度は、アパーチャ部材４０，４１
と接触する部材を介して、屋根部材３５、支持部材３６
ａ，３６ｂ、およびチップキャリア２２ｂと等しくされ
る。そのため、第３の実施形態とほぼ同様の効果が得ら
れる。また、アパーチャ部材４０，４１は、エタロンや
光学フィルタと接触していてもよい。

【００９６】屋根部材３５、支持部材３６ａ，３６ｂ、
アパーチャ部材４０，４１、および固定部材３８の寸法
は、エタロンや光学フィルタの大きさおよび材質を考慮
に入れ、第１の実施形態において説明したシミュレーシ
ョン等に基づいて決定されることが好ましい。

【００９７】チップキャリア２２ｂを用いず、発光素子
３１、レンズ３２、エタロン（または光学フィルタ）、
支持部材３６ａ，３６ｂ、および固定部材３７，３８を
熱電子冷却器２１上に直接搭載しても良い。

【００９８】半導体発光素子３１の出力波長域は、１．
５５μｍ帯に限られない。また、ロックされる波長の値
は、ＷＤＭに関して決められたＩＴＵグリッドに限られ
ない。

【００９９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の光
モジュールでは、温度調節器と屋根部材またはホルダと
によって光学素子の温度がほぼ一定に維持されるため、
ロック波長シフトを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ），（ｂ）は、半導体レーザ素子から
のレーザ光の波長と光検出器の出力電流との関係を示す
模式図である。

【図２】図２は、第１の実施形態の光モジュール１の一
部破断部を有する斜視図である。

【図３】図３（ａ）は、光モジュール主要部１０を示す
平面図である。図３（ｂ）は、光モジュール主要部１０
を示す側面図である。

【図４】図４は、板状部材３５とエタロン３４との位置
関係を示す斜視図である。

【図５】図５（ａ）は、シミュレーションに用いたモデ
ルの平面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＩ−Ｉ
線に沿った断面図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）の
Ｉ−Ｉ線に沿った断面を含む斜視図である。

【図６】図６は、エタロンの温度分布を求めたシミュレ
ーション結果の一例を示す図である。

【図７】図７は、エタロンの温度分布を求めたシミュレ
ーション結果の他の例を示す図である。

【図８】図８は、板状部材及び支持部材のない場合につ
いて、エタロンの温度分布を求めたシミュレーションの
結果を示す図である。

【図９】図９は、第２の実施形態の光モジュールにおい
て、エタロン、板状部材、及び支持部材の位置関係を示
す斜視図である。

【図１０】図１０（ａ）は、第３の実施形態による光モ
ジュールのエタロンの周辺部を示す斜視図である。図１
０（ｂ）は、アパーチャ部材を示す斜視図である。

【図１１】図１１は、第４の実施形態による光モジュー
ルのエタロンの周辺部を示す斜視図である。

【図１２】図１２は、第５の実施形態の光モジュールの
一部破断部を有する斜視図である。

【図１３】図１３は、光学部品の一例を示す斜視図であ
る。

【図１４】図１４（ａ）は、光学部品の他の例を示す斜
視図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の光学部品
の構成を説明する模式図である。

【図１５】図１５（ａ）は、光学部品の他の例を示す斜
視図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の光学部品
の構成を説明する模式図である。

【図１６】図１６（ａ）は、第８実施形態の光モジュー
ルの主要部を示す平面図であり、図１６（ｂ）は、その
主要部を示す側面図である。

【図１７】図１７は、第８実施形態におけるウェッジエ
タロンの周辺部を示す概略斜視図である。

【図１８】図１８（ａ）〜（ｃ）は、第９実施形態の光
モジュールに関して、発光素子の出力光の波長と光検出
器の出力電流との関係を示している。

【図１９】図１９（ａ）は、第１０実施形態の光モジュ
ールの主要部を示す平面図であり、図１９（ｂ）は、そ
の主要部を示す側面図である。

【図２０】図２０は、第１０実施形態における光学フィ
ルタの周辺部を示す概略斜視図ある。

【図２１】図２１（ａ）〜（ｃ）は、第１０実施形態の
光モジュールに関して、発光素子の出力光の波長と光検
出器の出力電流との関係を示している。

【図２２】図２２（ａ）〜（ｃ）は、長波長通過フィル
タ、帯域通過フィルタおよび短波長通過フィルタの特性
を示している。

【図２３】図２３（ａ）〜（ｃ）は、図２２（ａ）〜
（ｃ）に示される透過波長域とマルチモードスペクトル
との関係を示す図である。

【図２４】図２４（ａ）は、所望の波長で発振している
マルチモードレーザ素子のスペクトルと光学フィルタの
透過波長域を示し、図２４（ｂ）は、所望の波長より低
い波長で発振しているマルチモードレーザ素子のスペク
トルと光学フィルタの透過波長域を示し、図２４（ｃ）
は、所望の波長より高い波長で発振しているマルチモー
ドレーザ素子のスペクトルと光学フィルタの透過波長域
を示している。

【符号の説明】

１，２…光モジュール、１０…主要部、１１…ハウジン
グ、１２…光ファイバ、２１…熱電子冷却器、２２…チ
ップキャリア、３１…半導体発光素子、３２…レンズ、
３３ａ，３３ｂ…光検出器、３４…エタロン、３５…板
状部材、３６ａ，３６ｂ…支持部材、３７，３８…固定
部材、４０，４１…アパーチャ部材、５０，６０…光学
部品、５１…エタロン、５２…フレーム部材、５６，５
７…カバー部材、５８，５９…保持部材、６４…光学フ
ィルタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷田 和尋 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 渡辺 容子 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 新開 次郎 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 高木 敏男 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 佐々木 吾朗 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA03 CA00 DA35 DA38 5F073 AA64 AB27 AB28 BA01 EA03 FA02 FA15 FA25 FA30 GA13 GA14 GA19 GA22 GA23

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光を放射する半導体発光素子と、 光入射面および光出射面を有し、前記半導体発光素子か
   らの光を前記光入射面で受光するように配置され、波長
   依存性の光透過率を有する光学素子と、 前記光学素子を透過した光を受光するように配置された
   光検出器と、 前記光学素子の下方に配置され、前記光学素子の加熱お
   よび冷却の少なくとも一方を行うことの可能な温度調節
   器と、 前記光学素子の上方に配置され、前記温度調節器に熱的
   に結合された屋根部材とを備える光モジュール。
2. 【請求項２】 前記半導体発光素子は、シングルモード
   半導体レーザ素子であり、前記光学素子の透過特性は、
   波長と透過率が一意に対応する領域を含んでいる、請求
   項１記載の光モジュール。
3. 【請求項３】 前記半導体発光素子は、マルチモード半
   導体レーザ素子であり、前記光学素子は、前記レーザ素
   子の発振波長域に応じて変化するパワーを有する透過光
   を生成する、請求項１記載の光モジュール。
4. 【請求項４】 前記光学素子は、前記レーザ素子の複数
   のモードを含みうる透過波長域を有している、請求項３
   記載の光モジュール。
5. 【請求項５】 光を放射する半導体発光素子と、 光入射面を有し、前記半導体発光素子からの光を前記光
   入射面で受光するように配置され、波長依存性の光反射
   率を有する光学素子と、 前記光学素子によって反射された光を受光するように配
   置された光検出器と、 前記光学素子の下方に配置され、前記光学素子の加熱お
   よび冷却の少なくとも一方を行うことの可能な温度調節
   器と、 前記光学素子の上方に配置され、前記温度調節器に熱的
   に結合された屋根部材とを備える光モジュール。
6. 【請求項６】 前記半導体発光素子は、シングルモード
   半導体レーザ素子であり、前記光学素子の反射特性は、
   波長と反射率が一意に対応する領域を含んでいる、請求
   項５記載の光モジュール。
7. 【請求項７】 前記半導体発光素子は、マルチモード半
   導体レーザ素子であり、前記光学素子は、前記レーザ素
   子の発振波長域に応じて変化する強度を有する反射光を
   生成する、請求項５記載の光モジュール。
8. 【請求項８】 前記光学素子は、前記レーザ素子の複数
   のモードを含みうる反射波長域を有している、請求項７
   記載の光モジュール。
9. 【請求項９】 前記屋根部材は、支持部材によって支持
   され、前記支持部材を介して前記温度調節器と熱的に結
   合されている、請求項１〜８のいずれかに記載の光モジ
   ュール。
10. 【請求項１０】 前記光学素子の光入射面に対向するよ
    うに配置された開口を有する第１のアパーチャ部材をさ
    らに備え、前記第１アパーチャ部材は、前記温度調節器
    および前記屋根部材と熱的に結合されている、請求項１
    〜９のいずれかに記載の光モジュール。
11. 【請求項１１】 前記光学素子の光出射面に対向するよ
    うに配置された開口を有する第２のアパーチャ部材をさ
    らに備え、前記第２アパーチャ部材は、前記温度調節器
    および前記屋根部材と熱的に結合されている、請求項１
    〜４のいずれかに記載の光モジュール。
12. 【請求項１２】 前記光検出器がその上に固定される固
    定部材を更に備え、前記固定部材は、前記光検出器が前
    記光学素子を経由した前記半導体発光素子からの光を受
    光するように配置され、前記固定部材は、前記温度調節
    器および前記屋根部材と熱的に結合されている、請求項
    １〜１１のいずれかに記載の光モジュール
13. 【請求項１３】 前記光学素子を搭載する搭載部材を更
    に備え、前記搭載部材は、前記温度調節器および前記屋
    根部材と熱的に結合されている、請求項１〜１２のいず
    れかに記載の光モジュール。
14. 【請求項１４】 前記屋根部材は、前記光学素子よりも
    熱伝導率が大きい材料から構成されている、請求項１〜
    １３記載のいずれかに記載の光モジュール。
15. 【請求項１５】 前記支持部材は、前記光学素子よりも
    熱伝導率が大きい材料から構成されている、請求項９記
    載の光モジュール。
16. 【請求項１６】 前記第１アパーチャ部材は、前記光学
    素子よりも熱伝導率が大きい材料から構成されている、
    請求項１０記載の光モジュール。
17. 【請求項１７】 前記第２アパーチャ部材は、前記光学
    素子よりも熱伝導率が大きい材料から構成されている、
    請求項１１記載の光モジュール。
18. 【請求項１８】 前記温度調節器は、ペルチェ素子であ
    る、請求項１〜１７のいずれかに記載の光モジュール。
19. 【請求項１９】 前記光学素子は、エタロンまたは光学
    フィルタである、請求項１〜１８のいずれかに記載の光
    モジュール。
20. 【請求項２０】 光入射面および光出射面を有し、波長
    依存性の光透過率を有する光学素子と、 前記光入射面および前記光出射面が露出するように前記
    光学素子を収容するホルダとを備える光学部品。
21. 【請求項２１】 光入射面を有し、波長依存性の光反射
    率を有する光学素子と、 前記光入射面が露出するように前記光学素子を収容する
    ホルダとを備える光学部品。
22. 【請求項２２】 前記ホルダは、前記光学素子の光入射
    面に対向する第１の開口を有している、請求項２０また
    は２１に記載の光学部品。
23. 【請求項２３】 前記ホルダは、前記光学素子の光出射
    面に対向する第２の開口を有している、請求項２０に記
    載の光学部品。
24. 【請求項２４】 前記ホルダは、前記光学素子よりも熱
    伝導率が大きい材料から構成されている、請求項２０〜
    ２３のいずれかに記載の光学部品。
25. 【請求項２５】 光を放射する半導体発光素子と、 前記半導体発光素子からの光を前記光学素子の光入射面
    で受光するように配置された請求項２０および２２〜２
    ４のいずれかに記載の光学部品と、 前記光学装置を透過した光を受光するように配置された
    光検出器と、 前記光学部品の加熱および冷却の少なくとも一方を行う
    ことの可能な温度調節器とを備える光モジュール。
26. 【請求項２６】 光を放射する半導体発光素子と、 前記半導体発光素子からの光を前記光学素子の光入射面
    で受光するように配置された請求項２１、２２および２
    ４のいずれかに記載の光学部品と、 前記光学装置によって反射された光を受光するように配
    置された光検出器と、 前記光学部品の加熱および冷却の少なくとも一方を行う
    ことの可能な温度調節器とを備える光モジュール。