JP2017139416A - 光モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
(構成)
実施の形態1の光モジュール100の断面図が図1に示されている。図1(a)は光モジュール100をx軸方向から見た断面図であり、図1(b)はy軸方向から見た断面図である。ステム7に温度制御モジュール4が固定されている。温度制御モジュール4は第1の基板4a、ペルチェ素子4b、第2の基板4cで構成される。温度制御モジュール4にキャリア3が固定されている。キャリア3には光を反射する反射面3aが設けられている。キャリア3に発光素子1が発光素子固定面1aで固定されている。発光素子1には前面1bと後面1cがある。さらにキャリア3には受光素子2が受光素子固定面2aで固定されている。受光素子2は受光面2bを有している。受光面2bの中心は、信号光の光軸方向であるz軸方向において、前面1bと後面1cとの間に位置している。そして受光面2bは、受光面2bに垂直な方向であるy軸方向において、背面光出射点よりも受光素子固定面2aに近い位置にある。ステム7には筒状のレンズキャップ5が固定されており、ステム7とレンズキャップ5が、温度制御モジュール4、キャリア3、発光素子1、受光素子2を内包している。またレンズキャップ5にはレンズ6が固定されている。さらにステム7には、信号送受用または電源・グラウンド供給用に、リードピン8が貫通または接続されている。発光素子1としては、通常、半導体レーザが用いられ、光変調器をモノリシックに集積したものも用いられる。
実施の形態1の光モジュール100の動作には、信号光の外部への出射、背面光強度の外部への伝達、発光素子1の温度の一定制御がある。ここでは、これらの動作について述べる。
光モジュール100におけるトラッキングエラーの発生原因として考えられる事象にはステム7の反りや、レンズキャップ5の熱膨張または収縮がある。ここではそれらの事象によってトラッキングエラーが発生する理由を述べる。なお、光モジュール100では、温度制御モジュール4に搭載されたキャリア3の上に発光素子1と受光素子2が固定されているため、これらの間の位置関係の変化や温度差は小さい。しかし、温度制御モジュール4は、ステム7やレンズキャップ5まで温度制御するものではないため、これらの温度変化がトラッキングエラーの原因となる。
実施の形態1の光モジュール100に適用した発明の効果は、小型化とトラッキングエラーの抑制である。ここでは、これらの効果が生じる理由を述べる。
Δy=tanθ×L1×M (1)
ここで、θはステム7に反りが生じて温度制御モジュールおよびキャリアが傾く角度、L1はステム7から発光素子1の前面1bへの距離、Mはレンズ6の倍率である。図2を見れば分かるように、キャリア3のz軸方向の長さが短くなればL1は小さくなる。L1が小さくなればΔyが小さくなることが式(1)から分かる。そしてΔyが小さくなればトラッキングエラーが小さくなることが、Δyとトラッキングエラーの関係を示した図5から分かる。なお図5ではトラッキングエラーを負の量としているが、ここで考えているトラッキングエラーの大小は、その絶対値である。以上からキャリア3の長さが短くなればトラッキングエラーが小さくなることが分かる。なおここでは集光点の位置がy軸方向に変わるとして説明したが、実際はx軸方向にも変わりうる。その場合でもキャリア3の長さが短くなればトラッキングエラーが小さくなることに変わりはない。
Δz=ΔT×α×L2×M2 (2)
ここで、ΔTは周囲温度の変化量、αはレンズキャップ5の線膨張係数、L2はレンズキャップ5の長さ(ステム側の端からレンズの中心までの長さ)、Mはレンズ6の倍率である。L2が小さくなればΔzが小さくなることが式(2)から分かる。そしてΔzが小さくなればトラッキングエラーが小さくなることが、Δzとトラッキングエラーの関係を示した図6から分かる。なお図6ではトラッキングエラーを負の量としているが、ここで考えているトラッキングエラーの大小は、その絶対値である。以上からレンズキャップ5の長さが短くなればトラッキングエラーが小さくなることが分かる。
この発明の実施の形態2の光モジュールについて述べる。ここでは実施の形態1の光モジュールとの違いに主眼を置いて説明する。
図7は実施の形態2の光モジュール200の断面図である。図7(a)は光モジュール200をx軸方向から見た断面図であり、図7(b)はy軸方向から見た断面図である。図8は実施の形態2の光モジュール200のキャリア203の斜視図である。実施の形態2の光モジュール200ではキャリア203に凹部203bが設けられており、受光素子2は受光素子固定面2aで凹部203bに固定されている。
実施の形態2の光モジュール200では受光素子2が凹部203bに固定されている。そのため受光面2bは、実施の形態1の光モジュール100よりもさらに受光素子固定面2aに近い位置に配置されている。したがって実施の形態1の光モジュール100に比べて、発光素子1の後面1cから出射され、反射面203aで反射される背面光を、受光素子2が受光する量が増える。
この発明の実施の形態3の光モジュールについて述べる。ここでは実施の形態1の光モジュールとの違いに主眼を置いて説明する。
図9は実施の形態3の光モジュール300の断面図である。図9(a)は光モジュール300をx軸方向から見た断面図であり、図9(b)はy軸方向から見た断面図である。実施の形態3の光モジュール300では受光素子302の受光面302bが、キャリア3に設けられた反射面3aに対向している。
実施の形態3の光モジュール300では受光素子302の受光面302bが反射面3aに対向している。したがって実施の形態1の光モジュール100に比べて、発光素子1の後面1cから出射され、反射面3aで反射される背面光を、受光素子302が受光する量が増える。
この発明の実施の形態4の光モジュールについて述べる。ここでは実施の形態1の光モジュールとの違いに主眼を置いて説明する。
図10は実施の形態4の光モジュール400の断面図である。図10(a)は光モジュール400をx軸方向から見た断面図であり、図10(b)はy軸方向から見た断面図である。実施の形態4の光モジュール400ではキャリア403に設けられた反射面403aが、レンズの光軸6aに対して、発光素子固定面1aに垂直な方向であるy軸方向から見て傾いている。その傾きの方向は、後面1cに対して垂直に出射された背面光を、受光素子2の受光面2bの方に反射するように決められている。図10(b)には一点鎖線で、発光素子1から後面1cに対して垂直に出射された背面光が、反射面403aで反射されて、受光面2bの方に向かう様子が示されている。
一般に発光素子1から出射される背面光の強度は、後面1cに対して垂直な方向が最も高い。上述したように実施の形態4の光モジュール400では、発光素子1の後面1cに対して垂直に出射された背面光が受光面2bの方に反射される。したがって実施の形態4の光モジュール400では、実施の形態1の光モジュール100に比べて、発光素子1の後面1cから出射され、反射面403aで反射される背面光を、受光素子2が受光する量が増える。
この発明の実施の形態5の光モジュールについて述べる。ここでは実施の形態1の光モジュールとの違いに主眼を置いて説明する。
図11は実施の形態5の光モジュール500の断面図である。図11(a)は光モジュール500をx軸方向から見た断面図であり、図11(b)はy軸方向から見た断面図である。実施の形態5の光モジュール500では発光素子1が、レンズの光軸6aに対して、発光素子固定面1aに垂直な方向であるy軸方向から見て傾いている。その傾きの方向は、後面1cに対して垂直に出射された背面光を、キャリア3に設けられた反射面3aが、受光面2bの方に反射するように決められている。図11(b)には一点鎖線で、発光素子1から後面1cに対して垂直に出射された背面光が、反射面3aで反射されて、受光面2bの方に向かう様子が示されている。
実施の形態5の光モジュール500では、実施の形態4の光モジュール400と同様の理由で、実施の形態1の光モジュール100に比べて、発光素子1の後面1cから出射され、反射面3aで反射される背面光を、受光素子2が受光する量が増える。
この発明の実施の形態6の光モジュールについて述べる。ここでは実施の形態1の光モジュールとの違いに主眼を置いて説明する。
図12は実施の形態6の光モジュール600の断面図である。図12(a)は光モジュール600をx軸方向から見た断面図であり、図12(b)はy軸方向から見た断面図である。実施の形態6の光モジュール600では発光素子1が、発光素子固定面1aに垂直な方向であるy軸方向から見て、レンズの光軸6aからずれて配置されている。発光素子1から出射された信号光はレンズ6で集光され、その集光された信号光は光ファイバ10で外部に導かれる。光ファイバ10に入射する信号光の光軸は、図12に示したように、y軸方向から見て、光ファイバ10の端面に対して斜めになっている。
一般に信号光が信号光出射点に戻ると、信号光の品質が劣化する。実施の形態6の光モジュール600では信号光の光軸が、光ファイバの端面に対して斜めである。したがって光ファイバの端面で反射される信号光が発光素子1の信号光出射点に戻りにくい。そのため信号光の品質劣化が起こりにくい。
2 受光素子
3 キャリア
4 温度制御モジュール
5 レンズキャップ
6 レンズ
7 ステム
8 リードピン
9 ワイヤ
10 光ファイバ
100 光モジュール
Claims (8)
- ステムと、
前記ステムに固定された温度制御モジュールと、
前記温度制御モジュールに固定されたキャリアと、
前記キャリアに発光素子固定面で固定され、互いに反対の面を構成する前面および後面を有し、前記前面にある第1の出射点から信号光を出射し、前記後面にある第2の出射点から背面光を出射する発光素子と、
前記キャリアに受光素子固定面で固定された受光素子と、
前記信号光を受けるレンズが固定され、前記温度制御モジュール、前記キャリア、前記発光素子、前記受光素子を内包するように前記ステムに固定されたレンズキャップとを備え、
前記キャリアに反射面が形成され、
前記受光素子は、前記反射面で反射された前記背面光を受光し、
前記受光素子の受光面の中心は、前記信号光の光軸方向において、前記前面と前記後面の間に位置する光モジュール。 - 前記受光面は、前記受光素子固定面と対向し、かつ、前記受光素子固定面に垂直な方向において、前記第2の出射点よりも前記受光素子固定面に近いことを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。
- 前記受光素子固定面は、前記キャリアに設けられた凹部であることを特徴とする請求項2に記載の光モジュール。
- 前記受光面は、前記反射面と対向していることを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。
- 前記反射面は、前記第2の出射点から出射された前記背面光のうち前記後面に垂直な方向に出射された光を、前記発光素子固定面に垂直な方向から見て、前記受光面の方に反射する方向を向いていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光モジュール。
- 前記後面は、前記レンズの光軸に対して垂直であることを特徴とする請求項5に記載の光モジュール。
- 前記反射面は、前記レンズの光軸に対して垂直であることを特徴とする請求項5に記載の光モジュール。
- 前記第1の出射点は、前記発光素子固定面に垂直な方向から見て、前記レンズの光軸からずれた位置にあることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の光モジュール。
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