JP2016178218A

JP2016178218A - 光送信モジュール

Info

Publication number: JP2016178218A
Application number: JP2015057797A
Authority: JP
Inventors: 貴之長谷川; Takayuki Hasegawa; 村上　大介; Daisuke Murakami; 大介村上; 武山下; Takeshi Yamashita
Original assignee: Oclaro Japan Inc
Current assignee: Lumentum Japan Inc
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2016-10-06
Also published as: US20160277116A1; US10001590B2

Abstract

【課題】複数の発光素子から出射されるそれぞれの光の強度をより一定なものとするように制御する光送信モジュールの提供。【解決手段】パッケージ１０１と、前記パッケージ１０１の内部で光をそれぞれ出射する複数の発光素子２００と、前記複数の発光素子２００の光出力をそれぞれモニタリングするために、前記パッケージ１０１の内部で前記光の一部が入射する受光面３０１をそれぞれ有する複数の受光素子３００と、前記複数の受光素子３００にそれぞれ前記受光面３０１を避けて設けられた遮光性部材４００と、を備える電気信号を光信号に変換して出力する光送信モジュール。【選択図】図２

Description

本発明は、光送信モジュールに関する。

特許文献１には、発光素子と、受光素子とを収納部内に配置し、前記収納部の壁面に形成された透明部を介して前記発光素子からの信号光が出射される半導体レーザ装置において、前記発光素子から前記透明部を介して出射される信号光が前記透明部で反射されることで生じる散乱光が前記受光素子に入射されるのを阻止するための散乱光遮蔽部材を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置について開示がされている。

特開２００５−１９７４６号公報

電気信号を光信号に変換して出力する光送信モジュールには、発光素子から出射される光をモニタリングするための受光素子が備えられる。この受光素子は、発光素子から出射される光出力をモニタリングし、モニタリング結果に基づいて光送信モジュールは発光素子から出射される光強度を一定なものとするように制御する。

この受光素子は発光素子毎に必要とされるものであり、複数の発光素子が備えられる光送信モジュールには、発光素子と同数の受光素子が備えられることとなる。

近年の光送信モジュールの小型化の要請から、一つのパッケージ内に複数の発光素子、及び複数の受光素子が密に備えられている場合、一の受光素子には本来モニタリングしたい一の発光素子から出射される光以外の、隣接する他の発光素子からの漏れ光や迷光も入射されることが考えられる。

このような漏れ光等が受光素子に入射されると、受光素子は正確なモニタリング結果を得ることができず、結果、該一の発光素子から出射される光強度を一定なものとするように制御することが困難なものとなるおそれがある。

本発明の目的は、複数の発光素子、及び複数の受光素子が備えられる光送信モジュールにおいて、複数の受光素子のそれぞれが発光素子から出射される光を高精度にモニタリングし、もって、複数の発光素子から出射されるそれぞれの光の強度をより一定なものとするように制御する光送信モジュールを提供することにある。

また、本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかにする。

本発明の実施形態に係る光送信モジュールは、電気信号を光信号に変換して出力する光送信モジュールであって、パッケージと、前記パッケージの内部で光をそれぞれ出射する複数の発光素子と、前記複数の発光素子の光出力をそれぞれモニタリングするために、前記パッケージの内部で前記光の一部が入射する受光面をそれぞれ有する複数の受光素子と、前記複数の受光素子にそれぞれ前記受光面を避けて設けられた遮光性部材と、を備えることを特徴とする。

また、前記遮光性部材のうちの少なくとも一部は遮光性の樹脂で形成されていることとしてもよい。

また、前記複数の発光素子からそれぞれ出射する前記光を分岐するビームスプリッタをさらに有し、前記複数の受光素子のそれぞれは、前記ビームスプリッタ上に配置され、前記複数の受光素子のそれぞれの受光面は、前記ビームスプリッタと対向する側に備えられることとしてもよい。

また、前記複数の発光素子は、それぞれ、光伝送に用いられる光信号を出力する第一発光面と、前記第一発光面と逆の面である第二発光面を有し、前記複数の受光素子は、前記第二発光面側に配置され、前記第二発光面からの出力光が入射されることとしてもよい。

本発明の第１実施形態に係る光送信モジュールの内部を上方から見た様子を示す図である。図１の切断線ＩＩ‐ＩＩにおける断面を示す図であり、第１実施形態に係る光送信モジュールの構成を示す図である。本発明の第２実施形態に係る光送信モジュールの内部を上方から見た様子を示す図である。図３の切断線ＩＶ‐ＩＶにおける断面を示す図であり、第２実施形態に係る光送信モジュールの構成を示す図である。

［第１実施形態］
はじめに、本発明の第１実施形態に係る光送信モジュールの概略について、図１、２を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る光送信モジュールの内部を上方から見た様子を示す図である。また、図２は、図１の切断線ＩＩ‐ＩＩにおける断面を示す図であり、第１実施形態に係る光送信モジュールの構成を示す図である。

第１実施形態に係る光送信モジュール１０は、電気信号を光信号に変換して出力する光送信モジュール１０であって、パッケージ１０１と、パッケージ１０１の内部で空間伝送によって光をそれぞれ出射する複数の発光素子２００と、パッケージ１０１の内部で光の一部を導入して外部に伝送するための中継器１０７と、複数の発光素子２００の光出力をそれぞれモニタリングするために、パッケージ１０１の内部で光の他の一部が入射する受光面３０１をそれぞれ有する複数の受光素子３００と、複数の受光素子３００への迷光の入射を防止するために、複数の受光素子３００にそれぞれ受光面３０１を避けて設けられた遮光性部材４００と、を備える。

本願明細書において、受光素子３００の受光面３０１とは受光する光が入射する面、さらに入射する面のうち受光機能を有する領域を示す。受光素子３００は、フォトダイオード等で実現されるが、これらには大きく表面入射型、裏面入射型、端面入射型（導波路型）の３タイプがある。

フォトダイオードは、半導体基板上に光を電気に変換する吸収層を積層した構造で、全体が略直方体であることが一般的である。この吸収層を積層した側の面から受光する光が入射するタイプを表面入射型、逆に半導体基板側の面から入射させるタイプを裏面入射型、そして吸収層に垂直な方向の面から入射させるタイプを端面入射型と呼ぶ。

つまり、どの受光素子３００のタイプかにより、遮光性部材４００で覆わない面が異なってくるが、いずれにしても本願明細書においては、受光する光が入射する面を避けて遮光性部材４００が設けられていることが特徴である。

図１、２に示されるように、第１実施形態に係る光送信モジュール１０において、発光素子２００と、コリメートレンズ１０２と、ビームスプリッタ（光分波器）１０３とは、パッケージ１０１内に備えられたサブマウント基板１０４上に備えられることとしてもよい。

第１実施形態に係る光送信モジュール１０に用いられるサブマウント基板１０４は、セラミック材料によって形成されており、より具体的には窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等によって形成されていることとしてもよい。なお、サブマウント基板１０４は、薄膜サブマウントと代替可能であり、第１実施形態に係る光送信モジュール１０において、薄膜サブマウントが用いられることとしてもよい。

そして、第１実施形態に係る光送信モジュール１０においては、ビームスプリッタ１０３上に複数の受光素子３００が備えられている。複数の発光素子２００及び複数の受光素子３００のそれぞれは、外部と電気的接続をとるために、例えば図１、２に示されるように配線１０５を介してフィードスルー１０６と接続されることとしてもよい。

また、第１実施形態に係る光送信モジュール１０のパッケージ１０１内部は、真空状態であることとしてもよいし、不活性ガス（例えば窒素ガス等）が充填されていることとしてもよい。このようにパッケージ１０１内部が不活性ガスで充満されることは、光送信モジュール１０の信頼性を高めることとなる。

図１に示されるように、複数の発光素子２００はパッケージ１０１内に並置されて収納されている。複数の発光素子２００のそれぞれは予め定められた波長の光Ｌを出射する。そして、複数の発光素子２００から出射される光Ｌのそれぞれは、同一の方向に向かうように出射される。

パッケージ１０１内に備えられる発光素子２００は、例えば半導体レーザによって実現されることとしてもよい。また、複数の発光素子２００のそれぞれは、異なる波長を有する光を出射することとしてもよい。

図１、２に示されるように、第１実施形態に係る光送信モジュール１０においては、複数の発光素子２００からパッケージ１０１の内部で空間伝送によって出射された光Ｌのそれぞれは、光Ｌが出射される方向に備えられたコリメートレンズ１０２を通過することによって平行光に変換される。

第１実施形態に係る光送信モジュール１０に備えられるコリメートレンズ１０２は、図１、２に示されるような複数のレンズが並置して連結するマイクロレンズアレイであることとしてもよい。

そして、平行光に変換された光Ｌは、その後ビームスプリッタ１０３に入射され、所定の割合で透過光Ｌｔと分岐光Ｌｂとに分岐される。すなわち、ビームスプリッタ１０３は、光軸方向（発光素子２００の出射方向）に透過光Ｌｔを出射し、光軸に対して垂直方向に分岐光Ｌｂを出射する。第１実施形態に係る光送信モジュール１０においては、分岐光Ｌｂはビームスプリッタ１０３によって図２における上側方向へ出射される。

そして、ビームスプリッタ１０３によって上側に跳ね上げられた複数の分岐光Ｌｂは、受光素子３００のそれぞれの受光面３０１に入射される。図２に示されるように、受光素子３００のそれぞれは、ビームスプリッタ１０３上に配置され、複数の受光素子３００のそれぞれの受光面３０１は、複数の受光素子３００のそれぞれのビームスプリッタ１０３と対向する側に備えられている。

また、発光素子２００から出射された光の一部であるビームスプリッタ１０３を透過した透過光Ｌｔは、光を合波する中継器１０７に入射され、更に中継器１０７にて光を合波して外部に伝送する光Ｌｏｕｔとして出力される。中継器１０７から出力された光Ｌｏｕｔはその後、集光レンズ１０８にて集光されレセプターと接続されるレセプタクル端子１０９に入射される。

ところで、半導体レーザ等によって実現される発光素子２００から出射される光Ｌは、たとえ発光素子２００に供給される電流が一定なものだとしても周囲の温度等の影響により光強度は変化する。

レセプタクル端子１０９から出力される光Ｌｏｕｔを一定の強度のものとするためには、発光素子２００から出射される光Ｌの強度を、外部の温度変化等に関わらず一定のものとする必要がある。

受光素子３００は、発光素子２００の光出力をそれぞれモニタリングするために備えられている。発光素子２００の光出力は、該モニタリング結果に基づいて一定なものとなるように制御される。

ここで、発光素子２００から出射される光Ｌは、所定の照射角を有するものであるため、照射された全ての光の成分が光軸方向に向かうものではなく、コリメートレンズ１０２に入射しない光の成分が存在する。さらに、ビームスプリッタ透過後の透過光Ｌｔなどが中継器１０７に入射されず、中継器１０７で反射されること等に起因する光の成分も存在する。

ここで、フォトダイオード等で実現される半導体の受光素子３００は、受光面３０１に入射する光以外の光の影響を受けるものである。そして、このようなコリメートレンズ１０２に入射しない光の成分そのもの、あるいは該光の成分や前述した中継器１０７で反射した光の成分がパッケージ１０１内で反射することで、迷光となり受光面３０１以外の面から受光素子３００に入り込むことがある。

第１実施形態に係る光送信モジュール１０は複数の発光素子２００を備えるものである。そうだとすると、複数の発光素子２００それぞれに由来する迷光が生じることとなる。例えば複数の発光素子２００のうちの一の発光素子２００Ａと隣接する他の発光素子２００Ｂからの迷光が、該一の発光素子２００Ａからの光をモニタリングするための一の受光素子３００Ａに入り込んだ場合、該一の受光素子３００Ａは該一の発光素子２００Ａからの光の強度を正確にモニタリングすることができず、結果、該モニタリング結果に基づいて行う発光素子２００の制御が困難なものとなる。

このような、受光素子３００に対する迷光の影響を抑制するために、第１実施形態に係る光送信モジュール１０は、複数の受光素子３００にそれぞれ受光面３０１を避けて設けられた遮光性部材４００が備えられている。受光素子３００のそれぞれに、少なくとも受光面３０１を避けて遮光性部材４００が備えられることによって、迷光の影響は抑制されることとなる。

第１実施形態に係る光送信モジュール１０に使用される遮光性部材４００とは、例えば発光素子２００から出射される光を遮光（反射及び／又は吸収）する材料を用いて形成された部材である。

遮光性部材４００は、複数の受光素子３００への迷光の入射を防止するために、複数の受光素子３００にそれぞれ受光面３０１以外の全てを覆うように設けられることとしてもよい。このように遮光性部材４００を設けることによって、迷光の影響は更に抑制されることとなる。逆に、迷光はコリメートレンズ側からの入射が最も多いために、その面側だけを遮光性部材４００で覆うことでも一定の効果は得られる。

例えば遮光性部材４００は、樹脂母材の中に発光素子から出射される光を反射する金属、あるいは発光素子から出射される光を吸収する化合物等が分散された材料を用いて形成することとしてもよい。あるいは、表面のみに発光素子から出射される光を反射する金属、あるいは発光素子から出射される光を吸収する化合物等が備えられたものを、遮光性部材４００として用いることとしてもよい。

また、遮光性部材４００のうちの少なくとも一部は遮光性の樹脂で形成されていることとしてもよい。また、遮光性部材４００は遮光性の樹脂で形成されていることとしてもよい。

図１、２に示されるように、受光素子３００から複数の受光素子３００のそれぞれが、外部と電気的接続をとるために、配線１０５を介してフィードスルー１０６と接続される場合、受光素子３００と接続される配線１０５は遮光性部材４００を穿通して備えられる。

受光素子３００と接続される配線１０５が遮光性部材４００を穿通して備えられる場合、例えば、受光素子３００にフィードスルー１０６と接続される配線１０５を備えた後、遮光性部材４００を構成する遮光性の樹脂ペーストを、受光素子３００を覆うように塗布（ポッティング、potting：樹脂盛り）し、該樹脂ペーストを硬化させて形成することとしてもよい。

樹脂ペーストは柔らかく、形状変化に優れているために配線１０５の接続後につけることができ、配線１０５の自由度を妨げることがない。さらに、省スペースで配置できる点においても優れている。

なお、上記の場合、遮光性部材４００は、配線１０５と接して備えられることとなるので、電気伝導率の小さい材料で構成されることがより好ましい。

上記説明した第１実施形態に係る光送信モジュール１０は、複数の発光素子２００、及び複数の受光素子３００が備えられる光送信モジュール１０において、複数の受光素子３００のそれぞれが発光素子２００から出射される光を高精度にモニタリングし、もって、複数の発光素子２００から出射されるそれぞれの光の強度をより一定なものとするように制御するものである。

［第２実施形態］
以下に、本発明の第２実施形態に係る光送信モジュール２０の概略について、図３、４を参照して説明する。なお、図１、２における第１実施形態に係る光送信モジュール１０の構成と同一の機能を有するものは、図３、４において同一の符号が付されている。

図３は、本発明の第２実施形態に係る光送信モジュールの内部を上方から見た様子を示す図である。図４は、図３の切断線ＩＶ‐ＩＶにおける断面を示す図であり、第２実施形態に係る光送信モジュールの構成を示す図である。

第２実施形態に係る光送信モジュール２０は、上記説明した第１実施形態に係る光送信モジュール１０と比較してビームスプリッタ１０３を有していない点について異なっている。それに伴い、第２実施形態に係る光送信モジュール２０において、複数の受光素子３００の設置位置は、第１実施形態に係る光送信モジュール１０における複数の受光素子３００の設置位置と異なっている。

また、第１実施形態に係る光送信モジュール１０に備えられる発光素子２００は光伝送の信号光となる光Ｌの一部の光を用いて受光素子３００でモニタリングした。これに対して、第２実施形態に係る光送信モジュール２０に備えられる発光素子２００では、光伝送の信号光となる光Ｌ１が出射する面（（図３、４におけるコリメートレンズ１０２に向かう一の方向）を有し、その逆の面からの出射光Ｌ２を用いて受光素子でモニタリングする点において異なっている。

第２実施形態に係る光送信モジュール２０に備えられる発光素子２００から出射される光のうち、コリメートレンズ１０２に向かう一の方向に出射される光Ｌ１は、コリメートレンズ１０２を透過した後、中継器１０７に入射される。

すなわち、第２実施形態に係る光送信モジュール２０に備えられる複数の発光素子２００は、それぞれ、中継器１０７に入射する光Ｌ１を出射する第一発光面２０１と、それぞれの受光素子３００に入射する光Ｌ２を出射する第二発光面２０２と、を有するものである。

第２実施形態に係る光送信モジュール２０に備えられる、複数の受光素子３００は発光素子２００の第二発光面２０１から出射される光Ｌ２の光軸の延長線上に備えられる。そして、受光素子３００の受光面３０１は発光素子２００の第二発光面２０１と対向する位置に設けられている。

第２実施形態に係る光送信モジュール２０においても、第１実施形態に係る光送信モジュール１０同様、遮光性部材４００が複数の受光素子３００への迷光の入射を防止するために、複数の受光素子３００にそれぞれ前記受光面３０１を避けて設けられている。

また、本実施形態においては、遮光性部材４００は受光面３０１および受光素子３００とサブマウント基板１０４との接続面以外を覆っている。サブマウント基板１０４は、光Ｌ２を透過せず一種の遮光性部材としての機能を果たしている。このように、遮光性部材は、一つの部材で構成されておらず、複数の部材で構成されていることとしてもよい。

第２実施形態に係る光送信モジュール２０のその他の構成については、第１実施形態に係る光送信モジュール１０の構成と同様である。

上記説明した第２実施形態に係る光送信モジュール２０は、複数の発光素子２００、及び複数の受光素子３００が備えられる光送信モジュール２０において、複数の受光素子３００のそれぞれが発光素子２００から出射される光を高精度にモニタリングし、もって、複数の発光素子２００から出射されるそれぞれの光の強度をより一定なものとするように制御するものである。

なお、第１、第２の実施形態では中継器１０７を用いた例を示したが、中継器１０７を用いない光送信モジュールにも本願発明の思想は適用できる。また遮光性部材４００は受光素子３００の受光面３０１側全体を避けた例を示したが、前述したように受光面３０１とは実際に受光する機能を有した領域を示しており、本来の受光機能を妨げないのであれば受光する領域のある面の一部にも遮光性部材４００が備えられることとしてもよい。

１０，２０光送信モジュール、１０１パッケージ、１０２コリメートレンズ、１０３ビームスプリッタ、１０４サブマウント基板、１０５配線、１０６フィードスルー、１０７中継器、１０８集光レンズ、１０９レセプタクル端子、２００発光素子、２０１第一発光面、２０２第二発光面、３００受光素子、３０１受光面、４００遮光性部材。

Claims

電気信号を光信号に変換して出力する光送信モジュールであって、
パッケージと、
前記パッケージの内部で光をそれぞれ出射する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子の光出力をそれぞれモニタリングするために、前記パッケージの内部で前記光の一部が入射する受光面をそれぞれ有する複数の受光素子と、
前記複数の受光素子にそれぞれ前記受光面を避けて設けられた遮光性部材と、を備える、
ことを特徴とする光送信モジュール。
前記遮光性部材のうちの少なくとも一部は遮光性の樹脂で形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
前記複数の発光素子からそれぞれ出射する前記光を分岐するビームスプリッタをさらに有し、
前記複数の受光素子のそれぞれは、前記ビームスプリッタ上に配置され、
前記複数の受光素子のそれぞれの受光面は、前記ビームスプリッタと対向する側に備えられる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光送信モジュール。
前記複数の発光素子は、それぞれ、光伝送に用いられる光信号を出力する第一発光面と、前記第一発光面と逆の面である第二発光面を有し、
前記複数の受光素子は、前記第二発光面側に配置され、前記第二発光面からの出力光が入射される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光送信モジュール。