JP2013206974A - 光送信機 - Google Patents

Abstract

【課題】光送信機の温度が変化する環境においても、良好な緩和振動周波数を得るのに十分な駆動電流を半導体レーザに与えつつ、所望の光出力を実現可能な光送信機を提供する。
【解決手段】 光送信機１０は、半導体レーザダイオード１８、可変光減衰器２０、ファイバースタブ２８、スリープ３０等を備えるＴＯＳＡである。半導体レーザダイオード１８は、温度の上昇に応じて光出力が低下する温度特性を有する。可変光減衰器２０は、半導体レーザダイオード１８のレーザ光を減衰させて通過させ、半導体レーザダイオード１８の温度上昇に応じて減衰量が低下するように制御される。ファイバースタブ２８、スリープ３０は、光ファイバが固定されることでこの光ファイバとの光結合を取るためのものであり、可変光減衰器２０を通過したレーザ光が入射する位置に光ファイバを固定する役割を持っている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光送信機に関する。

従来、例えば、特許文献１に開示されているように、光減衰器を備えた光送信機が知られている。現在広く一般に用いられている光送信機として、その内部に半導体レーザを備え、この半導体レーザを用いて電気信号に応じた光信号を出力するものがある。光信号は、光ファイバ等の光導波部材を通じて伝達され、光通信に供する。

半導体レーザは、一定の閾値電流を超えて駆動されることで発振し、その駆動電流が増加するほど強い光出力を発する。駆動電流の値は緩和振動周波数を決定する要素でもあり、緩和振動周波数は光送信機の性能に関する特性として知られている。この緩和振動周波数は、マスクマージンを決定する要素である。ここで、マスクマージン（ＭＭ：MASK MARGIN）とは、IEEEもしくはITU-Tなど国際標準規格で定められた伝送波形品質を定量的に評価する指標であり、マスクに対して、伝送波形が抵触するまでのマージンを意味する。伝送波形品質の観点からは良好なＭＭを得ることが好ましく、そのためには半導体レーザの緩和振動周波数を増加する必要があることが知られている。

緩和振動周波数を増加する方法には、大別して２つの方法が挙げられる。第１の方法は、半導体レーザの特性の改善、具体的には微分利得の向上である。この第１の方法は、半導体レーザの特性を大きく改善する必要があり、非常に困難である。一方、第２の方法として、駆動条件の調整という方法がある。この第２の方法は、光出力を大きくすればよく、動作点を上げることで実現可能である。駆動電流と緩和振動周波数の間には、緩和振動周波数が駆動電流の平方根に比例するという関係があるからである。

しかしながら、光送信機外部に実際に出力される光出力の強度には、制約がある。このような光出力の制約は、例えば、ＩＴＵ−Ｔに代表される国際標準規格により要求される。ＩＴＵ−Ｔなどに代表される国際標準規格、例えばＯＣ−１９２ＳＲ−１においては、Ｐｆ＝−６〜−１ｄＢｍと光出力の上限規格が厳しい。単純に動作点を上げていくと、光出力が規格を超えてしまうおそれがある。この点に対処する技術として、特許文献１にあるように、半導体レーザとファイバスタブの間に光減衰器を挿入して所望の強度までレーザ光を減衰させることで、光送信機外部への光出力を調整するというものがある。

特開２００８−１７０６３６号公報 特開平２−２３０２２１号公報 特開平４−２９０４８５号公報

半導体レーザには温度特性があり、同一の駆動電流の場合には、半導体レーザが高温であるほど光出力が低下するという特性がある。光送信機には、ある程度の範囲を有する使用温度範囲が定められていることが普通である。実際上は、光送信機は、その使用温度範囲内における各種温度条件で使用され、常に同一温度で使用されるわけではない。従って、使用温度変化に応じて光出力の大きさが有る程度の範囲で変化することが想定される。

上記特許文献１に記載の光減衰器は、その段落００１２、００１９、００２０等の記載やその図１にあるように、３ｄＢ等の一定の光減衰量を備えた固定光減衰器として提供されている。このような単一の光減衰量を有する光減衰器によっては、上記のような半導体レーザ温度特性に対処することが難しい。

つまり、温度特性によれば低温側では半導体レーザ出力が相対的に高いので、光送信機外部への光出力を抑えようとする設計思想から、光減衰器の光減衰量を十分に大きく定めることができる。しかしながら、そうすると、今度は、光出力が低下する高温動作時にも、一律にその十分に大きな光減衰が施されてしまう。その結果、高温側では光送信機外部への光出力が低すぎるため、駆動電流を高くせざるを得なくなってしまう。特に、駆動電流は必ずしも際限なく高くすることができるわけではなく、駆動回路（レーザドライバ）の供給電流には上限があることが普通である。このような事情を無視して光減衰量を一律に定めた場合には、低温側では光出力の上限値が高温側では駆動回路の供給電流がそれぞれ制限され、両者の両立が困難である。

以上のように、従来の技術では、半導体レーザにおいて電流光出力特性に温度特性があるという点を考慮していなかった。このような点で、未だ改善の余地があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、光送信機の温度が変化する環境においても、良好な緩和振動周波数を得るのに十分な駆動電流を半導体レーザに与えつつ、所望の光出力を実現可能な光送信機を提供することを目的とする。

本発明は、光送信機であって、
温度の上昇に応じて光出力が低下する半導体レーザと、
前記半導体レーザのレーザ光を減衰させて通過させ、前記半導体レーザの温度上昇に応じて減衰量が低下する光減衰部と、
前記光減衰部を通過したレーザ光が入射する位置に光導波部材を固定するための固定部と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、半導体レーザの温度が高いほど光減衰部におけるレーザ光の減衰の量を低減することができる。低温側から高温側にかけて、良好な緩和振動周波数を得るのに十分な駆動電流を半導体レーザに与えつつ、所望の光出力を実現可能な光送信機が提供される。

本発明の実施の形態１にかかる光送信機の内部構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる光送信機の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかる光送信機の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかる光送信機の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかる光送信機の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかる光送信機の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかる光送信機の効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかる光送信機の効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかる光送信機の効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかる光送信機の効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態２にかかる光送信機の内部構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態２にかかる光学フィルタの波長に応じた光透過率特性を示す。 本発明の実施の形態２にかかる半導体レーザダイオードが持つ微分効率の温度依存性カーブを示す図である。 本発明の実施の形態３にかかる光送信機の内部構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態３にかかるレンズコーティング膜およびスタブコーティング膜の波長に応じた光透過率特性を示す図である。 本発明の実施の形態３に関して半導体レーザダイオードが持つ微分効率の温度依存性カーブを示す図である。 本発明の実施の形態４にかかる光送信機の内部構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態４においてＥＡ制御部による電界の調節により実現される、電界吸収層での光吸収特性を示す図である。 本発明の実施の形態４に関して半導体レーザダイオードが持つ微分効率の温度依存性カーブを示す図である。 本発明の実施の形態４にかかる光送信機の変形例を示す図である。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１にかかる光送信機１０の内部構造を示す断面図である。光送信機１０は、ＴＯＳＡ（Transmitter Optical Sub Assembly）つまり送信用小型光デバイスモジュールである。本実施の形態では、光送信機１０は、低温側使用下限温度としてマイナス５℃、高温側使用上限温度として８５℃の使用温度範囲が設定されている。

光送信機１０は、ステム１２を備えている。ステム１２には、金属ブロック１４が設けられており、金属ブロック１４上にはサブマウント１６を介して半導体レーザダイオード１８および可変光減衰器２０が取り付けられている。半導体レーザダイオード１８は、温度の上昇に応じて光出力が低下するものであり、具体的には非冷却ＤＦＢレーザダイオード（Uncooled DFB-LD）である。可変光減衰器２０は、半導体レーザダイオード１８のレーザ光を減衰させて通過させることができる。

金属ブロック１４には温度モニタ素子２１が取り付けられており、温度モニタ素子２１の出力により半導体レーザダイオード１８の温度を検知することができる。ステム１２には、リードピンであるピン１３（ピン１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）が設けられており、各ピンは信号線としての金属線（図示せず）によって、半導体レーザダイオード１８、可変光減衰器２０および温度モニタ素子２１と接続している。

ステム１２には、集光レンズ２４を備えるレンズ付キャップ２２が、電気溶接により固着されている。光送信機１０は、いわゆるＣＡＮパッケージ構造を有している。集光レンズ２４は、可変光減衰器２０と図示しない光ファイバ（光導波部材）の間に設けられ、可変光減衰器２０を通過した光が結合し、集光した光を図示しない光ファイバ（光導波部材）に伝達する。レンズ付キャップ２２に覆われた内部空間は気密封止されている。

半導体レーザダイオード１８のレーザ光は、可変光減衰器２０を介して集光レンズ２４に到達する。レンズ付キャップ２２は、更に、ファイバースタブ２８およびスリープ３０が接続されており、ファイバースタブ２８と集光レンズ２４の間には光アイソレータ２６が設けられている。スリープ３０は、光減衰部を通過したレーザ光が入射する位置に光ファイバ（光導波部材）を固定することができる。光アイソレータ２６は、集光レンズ２４と図示しない光ファイバ（光導波部材）との間に設けられ、図示しない光ファイバ（光導波部材）側からの戻り光をカットする。

可変光減衰器２０は、ＶＯＡ（Variable Optical Attenuator）とも称される。可変光減衰器２０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型の可変光減衰器である。ＭＥＭＳ型光減衰器は一般に小型であり、ＴＯＳＡへの実装が容易である。

可変光減衰器２０は、制御部３２と接続する。制御部３２は、半導体レーザダイオード１８を駆動するレーザドライバである駆動回路３２ａと、可変光減衰器２０の光減衰量を制御するための制御回路３２ｂを含んでいる。制御部３２は、温度モニタ素子２１の出力信号に基づいて、半導体レーザダイオード１８の温度の上昇に応じて可変光減衰器２０の減衰量を低下させるように可変光減衰器２０を制御することができる。制御部３２により、半導体レーザダイオード１８の駆動電流、および可変光減衰器２０の光減衰量（すなわち光送信機１０の光出力）を、独立に制御することができる。

駆動回路３２ａは、上限電流値以下の範囲で、半導体レーザダイオード１８に駆動電流を与え、光出力を所定出力値にするように駆動回路の駆動電流を制御するＡＰＣ制御を実行可能である。なお、ＡＰＣ制御に必要なモニタ用受光素子（フォトダイオード）は図示していないが、適宜に光送信機１０の出力を検知可能な位置に取り付けて用いればよい。また、温度変化による半導体レーザダイオード１８の光出力変化は、このモニタ用受光素子によって検知できる。従って、温度モニタ素子２１を省略しても良い。

［実施の形態１の作用］
図２乃至図６は、本発明の実施の形態１にかかる光送信機１０の動作を説明するための図である。

（駆動電流、光出力および緩和振動周波数の関係）
図２および図３は、駆動電流、光出力および緩和振動周波数の関係を示す図である。
電流光出力特性４０に示すように、駆動電流と光出力には、線形の関係がある。また、緩和振動周波数特性４２に示すように、駆動電流と緩和振動周波数の間には、緩和振動周波数が駆動電流の平方根に比例するという関係がある。これらの関係を図２に示している。駆動電流を増すごとに光出力は増加し、緩和振動周波数も駆動電流の平方根に比例して増加している。

図２に示すように、光出力には、標準規格等で決まる光出力上限値Ｐ_Ｌが存在している。このＰ_Ｌから、一つの電流値Ｉ_ＰＬが決まる。このＩ_ＰＬは、光出力上限値で律される電流値である。一方、緩和振動周波数についても、良好なマスクマージン（ＭＭ）を得るために必要となる緩和振動周波数ｆ_ｒｉが存在する。このｆ_ｒｉからも、一つの電流値Ｉ_ｉが決まる。電流値Ｉ_ｉは、緩和振動周波数の観点から理想的な駆動電流値である。

図３は、本発明の実施の形態１にかかる光送信機１０が可変光減衰器２０を備えることにより達成可能な効果を説明するための図である。光減衰器を介在させることで電流値に対する光出力の傾き（電流光出力特性）を、緩やかなものとすることができる。図３に示すように、電流光出力特性４０から電流光出力特性４８へと、図３の矢印に示すように調整可能となり、可変光減衰器による結合効率の調整が可能である。理想の駆動電流Ｉ_ｉにおいて光出力上限値Ｉ_ＰＬを超えないように、可変光減衰器２０を用いて適切な結合効率に調整する事で、良好なマスクマージンを得る事が可能となる。

（半導体レーザの温度特性に対する光減衰量の適正化）
一般に、半導体レーザは、駆動電流と光出力の関係について温度依存性を有している。図４に示すように、低温時の電流光出力特性ＴＬ１と室温時の電流光出力特性ＴＲ１とを比べると、低温時の電流光出力特性ＴＬ１のほうが傾きが急である。すなわち、低温においては室温よりも微分効率が増加する為、同一電流で駆動していても光出力が室温と比べて相対的に高くなってしまう。その場合、光出力の上限値Ｐ_Ｌによる駆動電流Ｉ_ＰＬの制限は、室温と比べて更に厳しいものとなる。つまり、低温では駆動電流を大きくすると光出力が大きくなりすぎてしまうので、駆動電流を室温と比べて小さくせざるを得ない。しかしながら、その一方で、駆動電流が小さければ緩和振動周波数も低くならざるをえない。

そこで、低温時の電流光出力特性ＴＬ１から、電流光出力特性ＴＬ２となるように光を減衰させる。こうすることで、光出力の増分に応じた結合効率を低下させることにより、緩和振動周波数を高く保ったまま（ｆ_ｒｉ以上に維持したまま）、光出力の上限値Ｐ_Ｌ以下に光出力を制御することができる。

光減衰は、電流光出力特性の傾きを緩やかにする効果（図４であればＴＬ１からＴＬ２へと変更する効果）を有している。可変光減衰器２０によれば、この光減衰の量を変更することができる。従って、電流光出力特性の傾きを緩やかに変更する程度を、異ならしめることができる。低温時においては、光減衰量を相対的に大きくして、その傾きの変更の程度を大きくすることができる。図４であればＴＬ１からＴＬ２への矢印Ａｔｔ１がこれを示す。

逆に高温時においては、光減衰量を相対的に小さくして、その傾きの変更の程度を小さくすることができる。図４であれば、室温時における、電流光出力特性ＴＲ１から電流光出力特性ＴＲ２への矢印Ａｔｔ２がこれを示す。矢印Ａｔｔ１と矢印Ａｔｔ２とを比較すると、矢印Ａｔｔ１のほうが相対的に長くなっており、光減衰量が大きいことを表している。

このような可変光減衰器２０の効果について、図５および図６を用いて更に説明する。図５は、光減衰量が一定である光減衰器を用いて、結合効率を一律に下げた場合における電流光出力特性を示す図である。図５の電流光出力特性ＴＬ３、ＴＨ１は、それぞれ低温時および高温時の、半導体レーザダイオード１８の電流光出力特性である。一方、電流光出力特性ＴＬ４、ＴＨ２は、それぞれ低温時と高温時の、光減衰器を介して光送信機外部へ出力される光信号についての電流光出力特性である。なお、ここでいう低温と高温は相対的な温度の違いを意味する。

光減衰量が一定である光減衰器を用いた場合には、低温側の電流光出力特性に対して減衰の効果があるのみならず、これと連動して高温の電流光出力特性も同程度の割合で緩やかとなる。そうすると、高温側においては低温側と比べて同じ光出力を得るためにより一層駆動電流を増加せざるを得ず、光減衰器により意図しない形で駆動電流を増加させる必要がある。これは、光送信機において光出力を一定とする駆動、すなわちＡＰＣ（Auto Power Control：定光出力駆動) を行う場合には、不可避的に問題となる。ＡＰＣ駆動を行った場合、目標とする光出力Ｐ_ＡＰＣを確保するためには、高温の駆動電流を増加せざるを得ないからである。

しかしながら、その一方で、駆動回路には電流の上限値Ｉ_ＣＬがあり、ある一定値以上は電流を供給できないのが普通である。つまり、Ｉ_ＣＬ以下の範囲でしか、半導体レーザダイオード１８に駆動電流を与えることができない。そのため、駆動回路の供給電流上限値Ｉ_ＣＬ以下で、所望の光出力（ＡＰＣ駆動であればその目標値Ｐ_ＡＰＣ）を得る必要がある。図５にあるように、高温時の電流光出力特性ＴＨ２においてＰ_ＡＰＣを得るためには、「結合効率を一律に下げた場合の高温の駆動電流」であるＩ_{ＴＨ２ＩＰＣ}を供給せざるを得ない。このＩ_{ＴＨ２ＩＰＣ}はＩ_ＣＬを超えており、Ｉ_ＣＬを電流上限値とする駆動回路では供給できない。

図６は、可変光減衰器２０を適用した場合を示す。前述したように、可変光減衰器２０は、光減衰量を変更することができるから、低温側では緩和振動周波数を最大とするために、光減衰量を十分に大きくし、結合効率を調整する。その結果、図６の低温時の電流光出力特性ＴＬ５から電流光出力特性ＴＬ６へと、半導体レーザダイオード１８のレーザ光出力を調節（減衰）することができる。

その一方で、高温側では駆動電流が供給電流上限値つまりＩ_ＣＬを超えないように、光減衰量を小さな値に調節する。その結果、図６の高温時の電流光出力特性ＴＨ３から電流光出力特性ＴＨ４へと、半導体レーザダイオード１８のレーザ光出力を調節（減衰）することができる。その結果、低温時と高温時のいずれの場合においても、減衰後の電流光出力特性（ＴＬ６、ＴＨ４）が、駆動電流Ｉ_ＡＰＣに対して光出力Ｐ_ＡＰＣを得ることができる特性になる。Ｉ_ＡＰＣは、つまり、「可変光減衰器２０により温度によって最適な結合効率に設定した場合の、高温時の駆動電流」である。

（制御部３２が実行する好ましい制御の内容）
以下、本発明の実施の形態１にかかる光送信機１０において、制御部３２が実行する好ましい制御の内容を説明する。好ましい制御として、以下、第１の制御内容と第２の制御内容とを説明する。

第１の制御内容は、次の通りである。
使用温度範囲の高温側上限（たとえば８５℃）で、可変光減衰器２０の減衰率を小さな値、たとえば０％と設定する。この状態で、所定の光出力Ｐ_ＡＰＣが得られるよう、半導体レーザダイオード１８の駆動電流を設定する。駆動電流は、駆動回路３２ａの供給電流の上限値Ｉ_ＣＬ以下の値とする。

温度変化により、半導体レーザダイオード１８の光出力が小さく必要な緩和振動数が得られない場合は、半導体レーザダイオード１８の駆動電流を上げるとともに可変光減衰器２０の減衰率を大きくする。これにより、光送信機１０の光出力を所定の値Ｐ_ＡＰＣに保ちながら、必要な緩和振動数ｆ_ｒｉが得られるようにする。

その他の温度（室温、低温）では、半導体レーザダイオード１８の駆動電流を一定にして、可変光減衰器２０の減衰率を変える。温度低下とともに減衰率を大きくする。制御部３２は、半導体レーザダイオード１８の駆動電流が所定の値（Ｉ_ＣＬ以下の所定値）に保持された場合に、光ファイバ（図示せず）への入射光の強度変化を抑制するように、可変光減衰器２０の減衰量を変化させる。これにより、光送信機１０をＡＰＣ駆動する。

第２の制御内容は、次の通りである。上記の第１の制御内容では、半導体レーザダイオード１８の駆動電流を一定にした。第２の制御内容では、必要な緩和振動周波数ｆ_ｒｉが得られる温度範囲では、可変光減衰器２０の減衰率を一定にするとともに駆動電流を調整する。通常、温度低下とともに電流を小さくする。

それ以外の温度範囲（緩和振動周波数ｆ_ｒｉが得られない温度範囲）では、半導体レーザダイオード１８の駆動電流を一定にして、可変光減衰器２０の減衰率を変えることにより、光モジュールをＡＰＣ駆動する。つまり、制御部３２は、駆動電流が所定の値（Ｉ_ＣＬ以下の所定値）に保持された場合において、光ファイバ（図示せず）への入射光の強度変化を抑制するように、可変光減衰器２０の減衰量を変化させる。これにより、光送信機１０をＡＰＣ駆動する。

以上説明した実施の形態１にかかる光送信機１０によれば、半導体レーザダイオード１８の温度が高いほど可変光減衰器２０における光減衰量を低減することができる。これにより、ある駆動電流に対して、温度特性により半導体レーザダイオード１８の出力が相対的に大きい低温側では光減衰量を相対的に多くし、温度特性により半導体レーザダイオード１８の出力が相対的に小さい高温側では光減衰量を相対的に多くすることができる。

このようにすることで、低温側から高温側にかけて、良好な緩和振動周波数（ｆ_ｒｉ）を得るのに十分な駆動電流Ｉ_ｉを半導体レーザダイオード１８に与えつつ、所望の光出力（Ｐ_Ｌ以下の所定出力、又はＰ_ＡＰＣ）を実現可能な光送信機１０が提供される。これにより、光送信機１０は、広い温度範囲において良好なマスクマージンを得ることができる。

なお、可変光減衰器２０の減衰量の上限は、光送信機１０が下限使用温度（マイナス５℃）であるときに半導体レーザダイオード１８の光出力を光送信機１０の光出力上限値Ｐ_Ｌ以下とする減衰量以上である。また、可変光減衰器２０の減衰量の下限は、光送信機１０が上限使用温度（８５℃）であるときに駆動電流の上限値Ｉ_ＣＬで半導体レーザダイオード１８を駆動した駆動状態において、当該駆動状態における光送信機１０の光出力が所定出力値（Ｐ_ＡＰＣ又はＰ_Ｌ）となる減衰量以下である。これにより、下限使用温度と上限使用温度の間の温度域で、理想とする緩和振動周波数ｆ_ｒｉを実現するように光減衰量の調整が可能である。

（アイパターン等の評価）
図７乃至１０は、本発明の実施の形態１にかかる光送信機１０の効果を説明するための図である。図７は、ＡＰＣ駆動時の緩和振動周波数の温度依存性を示す。緩和振動周波数は微分利得の平方根にも比例し、微分利得はデチューニング量により決定されるため、一般的に図７のような曲線を描く。可変光減衰器２０によって、結合効率を温度毎に最適化することで、緩和振動周波数を広い温度範囲で増すことができ、緩和振動周波数特性を特性５２から特性５０へと改善できる。その結果良好なマスクマージンを得ることができる。

図８は４次ベッセムトムソンフィルタを使用しない場合における、緩和振動周波数（ｆｒ）の特性を示しており、図９は緩和振動周波数が低い場合において４次ベッセムトムソンフィルタを使用した場合のアイパターンを示しており、図１０は緩和振動周波数が高い場合において４次ベッセムトムソンフィルタを使用した場合の良好なアイパターンを示している。本実施の形態によれば、図１０に示すごとき良好な特性を示し、良好なマスクマージンを得ることができる。

なお、実施の形態１は、半導体レーザダイオード１８として、非冷却ＤＦＢレーザダイオードを用いた。しかしながら本発明はこれに限られない。端面出射型（ファブリペロー型）の半導体レーザでもよく、面発光型の半導体レーザでも良い。また、光送信機１０はＣＡＮパッケージ構造であるが、本発明はこれに限られず、バタフライパッケージその他の各種パッケージでもよい。また、本発明にかかる光送信機は必ずしもＴＯＳＡとして提供されなくともよい。

実施の形態２．
図１１は、本発明の実施の形態２にかかる光送信機１００の内部構成を示す断面図である。光送信機１００は、可変光減衰器２０を有しておらず、その代わりに光学フィルタ１２０を有している点で、光送信機１０と相違している。また、制御部３２は有しておらず、その代わりに、半導体レーザダイオード１８を駆動するための駆動回路１３２を備えている。これに伴い、ピン１３の数も減じている。他の構成については光送信機１０と同様であるため、同一の符号を付してその説明を省略する。

半導体レーザダイオード１８は、温度の上昇に応じて長波長側に発振ピーク波長が変化するものである。すなわち、非冷却ＤＦＢレーザダイオードの特性として、発振ピーク波長に温度依存性があり、低温側では短波長側へと、高温側では長波長側へと、温度に応じて発振ピーク波長が変化する。半導体レーザダイオード１８は、およそ０．１ｎｍ／℃の温度依存性を有しているものとする。

光送信機１００は、集光レンズ２４とファイバースタブ２８との間に介在する光学フィルタ１２０を備えている。このような位置関係で配置された光学フィルタ１２０は、より詳細には光アイソレータ２６とファイバースタブ２８との間に設けられている。また、光軸方向に見て、半導体レーザダイオード１８とファイバースタブ２８の間に介在している。

光学フィルタ１２０は、入射するレーザ光の波長が長波長側であるほど透過率が高くなるように減衰量が変化する光透過層である。図１２は、本発明の実施の形態２にかかる光学フィルタ１２０の波長に応じた光透過率特性を示す。図１２に示すように、光学フィルタ１２０は、短波長側の光の透過率を低く抑え、長波長側の透過率が高くされている。このようにすることで、半導体レーザダイオード１８の温度上昇に応じて発振ピーク波長が長波長側へとシフトするにつれ、光学フィルタ１２０の光透過量を多することができる（光減衰量を小さくできる）。

なお、光学フィルタ１２０の透過率曲線が半導体レーザダイオード１８が持つ微分効率の温度依存性を打ち消すように設計されたときに、最良の効果が得られる。つまり、図１３に示すような半導体レーザダイオード１８が持つ微分効率の温度依存性カーブと、図１２に示す透過率特性カーブとが、ちょうど互いに反転させた関係にある場合に、最良の効果が得られる。

実施の形態３．
図１４は、本発明の実施の形態３にかかる光送信機２００の内部構成を示す断面図である。光送信機２００は、可変光減衰器２０を有しておらず、その代わりにレンズコーティング膜２２０およびスタブコーティング膜２２８を有している点で、光送信機１０と相違している。また、制御部３２は有しておらず、その代わりに、半導体レーザダイオード１８を駆動するための駆動回路１３２を備えている。これに伴い、ピン１３の数も減じている。他の構成については光送信機１０と同様であるため、同一の符号を付してその説明を省略する。

実施の形態３においても、実施の形態２と同様に、半導体レーザダイオード１８は、温度の上昇に応じて長波長側に発振ピーク波長が変化するものである。すなわち、非冷却ＤＦＢレーザダイオードの特性として、発振ピーク波長に温度依存性があり、低温側では短波長側へと、高温側では長波長側へと、温度に応じて発振ピーク波長が変化する。半導体レーザダイオード１８は、およそ０．１ｎｍ／℃の温度依存性を有しているものとする。

光送信機１００は、半導体レーザダイオード１８とこれに光結合されるべき光ファイバ（光導波部材）との間に介在する光学部品として、集光レンズ２４、光アイソレータ２６、ファイバースタブ２８を備えている。光送信機１００は、これらの光学部品のうち、集光レンズ２４の表面（少なくともレーザ光が結合する部分）にレンズコーティング膜２２０が設けられ、ファイバースタブ２８の先端面（光入射端面）にスタブコーティング膜２２８が設けられたものである。

レンズコーティング膜２２０およびスタブコーティング膜２２８は、入射するレーザ光の波長が長波長側であるほど透過率が高くなる光透過層である。つまり、入射するレーザ光の波長が長波長側であるほど、光減衰量が低下する。

図１５は、本発明の実施の形態３にかかるレンズコーティング膜２２０およびスタブコーティング膜２２８の波長に応じた光透過率特性を示す。図１５に示すように、レンズコーティング膜２２０およびスタブコーティング膜２２８は、短波長側の光の透過率を低く抑え、長波長側の透過率が高くされている。このようにすることで、半導体レーザダイオード１８の温度上昇に応じて発振ピーク波長が長波長側へとシフトするにつれ、レンズコーティング膜２２０およびスタブコーティング膜２２８の光透過量を多することができる（光減衰量を小さくできる）。

なお、実施の形態２における光学フィルタ１２０の場合と同様に、レンズコーティング膜２２０およびスタブコーティング膜２２８の透過率曲線が半導体レーザダイオード１８が持つ微分効率の温度依存性を打ち消すように設計されたときに、最良の効果が得られる。つまり、図１６に示すような半導体レーザダイオード１８が持つ微分効率の温度依存性カーブと、図１６に示す透過率特性カーブとが、ちょうど互いに反転させた関係にある場合に、最良の効果が得られる。

実施の形態４．
図１７は、本発明の実施の形態４にかかる光送信機２００の内部構成を示す断面図である。光送信機２００は、可変光減衰器２０を有しておらず、その代わりに半導体レーザダイオード３１８および電界吸収層３２０が集積されたレーザダイオードチップを有している点で、光送信機１０と相違している。また、制御部３２に代えて制御部３３２を有している。他の構成については光送信機１０と同様であるため、同一の符号を付してその説明を省略する。

光送信機３００は、半導体レーザダイオード１８と同様の非冷却ＤＦＢレーザダイオードである半導体レーザダイオード３１８を備えている。半導体レーザダイオード３１８の前端面側には、電界吸収層３２０が集積されている。電界吸収層３２０は、半導体レーザダイオード３１８の前端面側電界吸収層である。なお、このような構成は、いわゆる電界吸収型光変調器として知られる構成でもあり、ＥＡ（Electro Absorption）変調器とも呼ばれる構成である。

光送信機３００は、制御部３３２を備えている。制御部３３２は、半導体レーザダイオード３１８に駆動電流を供給するレーザドライバとしての駆動回路３３２ａと、電界吸収層３２０への印加電界を調整するＥＡ制御部３３２ｂを備えている。ＥＡ制御部３３２ｂは、半導体レーザダイオード３１８の温度が高いほど、電界吸収層３２０の光吸収量が少なくなるように、電界吸収層３２０へ印加する電界を調整する。

実施の形態４にかかる光送信機３００においては、制御部３３２が次のような制御を行う。つまり、半導体レーザダイオード３１８に対して駆動電流の調整による変調動作（直接変調）を実施し、電界吸収層３２０はその電界を調節することで可変光減衰器として動作させる。これにより、電界吸収層３２０の電界を温度に応じて調節し、所望量の光吸収（つまり所望量の光減衰）を得るものである。

具体的には、ＥＡ制御部３３２ｂが、半導体レーザダイオード３１８が低温であれば第１光吸収量となるように電界吸収層３２０に第１の電界を印加し、半導体レーザダイオード３１８が高温であれば上記第１の光吸収量よりも小さな第２光吸収量となるように電界吸収層３２０に第２の電界を印加する。
これは、通常のＥＡ変調器では、半導体レーザダイオード部分を連続発信させるＣＷ（Continuous Wave Oscilation）駆動を行いつつ、電界吸収層を変調動作させて変調光を得るのとは対照的である。

図１８は、実施の形態４においてＥＡ制御部３３２ｂによる電界の調節により実現される、電界吸収層３２０での光吸収特性を示す図である。半導体レーザダイオード３１８の温度上昇に応じて、光吸収率が低下させられている。従って、半導体レーザダイオード３１８の温度が高いほど、電界吸収層３２０における光減衰量が低下することとなる。

なお、前述したように、実施の形態２における光学フィルタ１２０の透過率曲線や実施の形態３におけるレンズコーティング膜２２０等の透過率曲線が、半導体レーザダイオード１８が持つ微分効率の温度依存性を打ち消すように設計されるのが好ましい。これと同様に、半導体レーザダイオード３１８の温度に応じた電界吸収層３２０の光吸収量制御も、その温度光吸収特性が半導体レーザダイオード３１８が持つ微分効率の温度依存性を打ち消すように設計されるのが好ましい。つまり、図１９に示すような半導体レーザダイオード３１８が持つ微分効率の温度依存性カーブと、図１８に示す光吸収特性カーブとが、ちょうど互いに反転させた関係にある場合に、最良の効果が得られる。

図２０は、本発明の実施の形態４にかかる光送信機の変形例を示す図である。図２０は、光送信機３００の金属ブロック１４近傍を部分的に拡大した図であり、個々に図示した以外の構成は、図１７と共通である。

この変形例は、半導体レーザダイオード３１８および電界吸収層３２０を備えたレーザダイオードチップに代えて、半導体レーザダイオードチップ４１８を備えている。半導体レーザダイオードチップ４１８は、ＤＦＢレーザダイオード部４１９と、光出力調整層４２０と、モニタ電流取出層４２２とを備えており、これらは制御部４３２に接続されている。

光出力調整層４２０は前端面側に設けられた電界吸収層（ＥＡ変調器における変調器部）であり、モニタ電流取出層４２２は後端面側に設けられた電界吸収層（ＥＡ変調器における変調器部）である。ＤＦＢレーザダイオード部４１９は、半導体レーザダイオード３１８と同様の非冷却ＤＦＢレーザダイオードの構成を有するものである。光出力調整層４２０は、電界吸収層３２０に相当している。図２０に示す本実施の形態の変形例に係る光送信機は、モニタ電流取出層４２２を備えている。モニタ電流取出層４２２は、半導体レーザダイオードチップ４１８の後端面側に集積され、光吸収に応じて電流が流れる後端面側電界吸収層（或いは変調器部）である。

図２０に示す変形例は、制御部４３２を備えている。制御部４３２は、前述した駆動回路３３２ａ、ＥＡ制御部３３２ｂに加え、フィードバック部４３２ｃを備えている。モニタ電流取出層４２２は光を吸収する際に発生する光電流を生じさせる。この光電流の値は、制御部４３２におけるフィードバック部４３２ｃに入力される。フィードバック部４３２ｃは、モニタ電流取出層４２２に流れる光電流の値を、光出力調整層４２０の印加電解の値にフィードバックする。本実施の形態によれば、光出力調整層４２０の吸収率と、モニタ電流取出層４２２のモニタ電流値とを連動させることができる。これによりＡＰＣ駆動が可能となる。

なお、モニタ電流を参照して半導体レーザダイオードの前端面の光出力を監視する技術には、例えば、特開平４−２９０４８５号公報に開示される技術がある。ただし、当該公報の技術は半導体レーザダイオード部、モニター部そして変調器（光吸収層）の順番で並んでいる構成であるため、本実施の形態とはその構成が異なっている。この場合にはモニタ電流が一定とならないためにモニター電流を参照したＡＰＣ駆動はできない。この点、実施の形態４によれば、上述のフィードバック部４３２ｃの制御によってＡＰＣ駆動を実現可能である。

１０、１００、２００、３００ 光送信機
１２ ステム
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ ピン
１４ 金属ブロック
１６ サブマウント
１８、３１８ 半導体レーザダイオード
２０ 可変光減衰器
２１ 温度モニタ素子
２２ レンズ付キャップ
２４ 集光レンズ
２６ 光アイソレータ
２８ ファイバースタブ
３０ スリープ
３２ 制御部
３２ａ 駆動回路
３２ｂ 制御回路
１２０ 光学フィルタ
１３２ 駆動回路
２２０ レンズコーティング膜
２２８ スタブコーティング膜
３２０ 電界吸収層
３３２ 制御部
３３２ａ 駆動回路
３３２ｂ 制御部
４１８ 半導体レーザダイオードチップ
４１９ レーザダイオード部
４２０ 光出力調整層
４２２ モニタ電流取出層
４３２ 制御部
４３２ｃ フィードバック部

Claims (10)

1. 温度の上昇に応じて光出力が低下する半導体レーザと、
   前記半導体レーザのレーザ光を減衰させて通過させ、前記半導体レーザの温度上昇に応じて減衰量が低下する光減衰部と、
   前記光減衰部を通過したレーザ光が入射する位置に光導波部材を固定するための固定部と、
   を備えることを特徴とする光送信機。
2. 前記光減衰部は、
   光の減衰量を変更可能な可変光減衰器と、
   前記半導体レーザの温度の上昇に応じて前記可変光減衰器の減衰量を低下させるように、前記可変光減衰器を制御する制御部と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
3. 前記制御部は、前記半導体レーザの駆動電流が所定の値に保持された場合に、前記光導波部材への入射光の強度変化を抑制するように、前記可変光減衰器の減衰量を変化させるものであることを特徴とする請求項２に記載の光送信機。
4. 前記可変光減衰器と前記光導波部材の間に設けられ、前記可変光減衰器を通過した光が結合し、集光した光を前記光導波部材に伝達する集光レンズと、
   前記集光レンズと前記光導波部材との間に設けられ、前記光導波部材側からの戻り光をカットする光アイソレータと、
   を備えることを特徴とする請求項２または３に記載の光送信機。
5. 前記可変光減衰器の減衰量の上限は、光送信機が下限使用温度であるときに前記半導体レーザの光出力を前記光送信機の光出力上限値以下とする減衰量以上であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の光送信機。
6. 上限電流値以下の範囲前記半導体レーザに駆動電流を与え、光出力を所定出力値にするように駆動電流を制御するＡＰＣ制御を実行可能な駆動回路を備え、
   前記可変光減衰器の減衰量の下限は、光送信機が上限使用温度であるときに前記上限電流値で前記半導体レーザを駆動した駆動状態において、当該駆動状態における前記光送信機の光出力が前記所定出力値となる減衰量以下であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の光送信機。
7. 前記半導体レーザは、温度の上昇に応じて長波長側に発振ピーク波長が変化するものであり、
   前記光減衰部は、入射するレーザ光の波長が長波長側であるほど透過率が高くなる光透過層であることを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
8. 前記光透過層は、
   前記半導体レーザと前記光導波部材との間の位置に設けられた光学フィルタと、
   前記半導体レーザと前記光導波部材との間の位置に配置した光学部品の、表面に設けられたコーティング膜と、
   のうち少なくとも一方であることを特徴とする請求項７に記載の光送信機。
9. 前記光減衰部が、
   前記半導体レーザの前端面側に集積された前端面側電界吸収層と、
   前記半導体レーザの温度が高いほど前記前端面側電界吸収層の光吸収量が少なくなるように、前記前端面側電界吸収層へ印加する電界を調整する電界調整部と、
   を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光送信機。
10. 前記半導体レーザの後端面側に集積され、光吸収に応じて電流が流れる後端面側電界吸収層と、
    前記後端面側電界吸収層に流れる電流値と前記前端面側電界吸収層の光吸収量とを連動させるように、前記前端面側電界吸収層へ印加する電界を調整するフィードバック調整部と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の光送信機。

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