JP2008078437A - 半導体レーザモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】エタロンなどの波長フィルタを用いることなく、低コストで発振波長の安定化を図れる半導体レーザモジュールを提供する。
【解決手段】半導体レーザモジュール２０は、半導体レーザ２１と、フォトダイオード２２と、半導体レーザ２１の近傍に配置されたサーミスタ２３と、ペルチェ素子２４と、半導体レーザ２１の駆動電流の変化に応じて発熱する電気抵抗素子２５とを備える。電気抵抗素子２５は、サーミスタ２３の近傍に配置され、半導体レーザ２１と並列に接続されている。サーミスタ２３の検出温度は、電気抵抗素子２５からの熱伝導により、半導体レーザ２１の駆動電流の増加による同レーザ内部の温度上昇に応じて変化する。その検出温度が一定になるようにペルチェ素子２４の駆動電流をＡＴＣ回路２８により制御することで、半導体レーザ２１内部の温度が一定に保たれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光送信器に利用される半導体レーザモジュールに関し、特に波長分割多重（DWM: Wavelength Division Multiplexing）伝送システムに利用される光信号送信用に適した半導体レーザモジュールに関する。

近年、安定した単一モード発振が必要となる大容量長距離光ファイバ通信システムなどでは、光信号送信用の半導体レーザとして分布帰還型（DFB: Distributed Feedback）半導体レーザ（DFB-LD）などが用いられる。DFB半導体レーザによるレーザ光の発振波長は、駆動電流の増減や環境温度の変化によって変化する。レーザ光の発振波長が変化すると、高密度波長分割多重（DWDM: Dense Wavelength Division Multiplexing）伝送システムの信号光源として用いる場合、隣接チャネル間の漏話を引き起こす原因となる。また、その発振波長の変化により、複数波長の信号光の合波或いは分波に使用するアレイ導波路回折格子（AWG: Arrayed Waveguide Grating）の挿入損失が増大する。

このような問題の解決法として、例えば次の二つの方法がある。
（解決法１） 漏話が発生しないように、あるいは使用するAWGの許容帯域を広げるためにチャネル間隔（波長間隔）を十分大きく取る。
（解決法２） エタロンなどの波長フィルタを利用した波長ロッカーを用い、発振波長を制御する。

また、エタロンなどの波長フィルタを用いずに、レーザ光の発振波長を安定化させるやり方は、サーミスタを使ってＬＤ温度（半導体レーザの温度）を検出してその温度を安定化させるのが標準的な駆動方法である。この方法では、長期間の使用によりレーザ光の発振波長がシフトしてしまう。その主な原因は、ＬＤの駆動方法が光出力を一定にするＡＰＣ（自動光出力制御）という手法で駆動しているために、長期間の使用によりＬＤ素子が劣化してくると、光出力を上げるために駆動電流を増やさなくてはならなくなる。駆動電流が増大してくると、サーミスタでは検出しきれないＬＤ内部の温度変化が生じてきて、ＬＤ内部の温度変化が発振波長にダイレクトに響いてくるので、それが波長シフトの原因となってしまう。

エタロンなどの波長フィルタを用いずにレーザ光の発振波長を安定化させるようにした従来技術として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載された光波長安定制御装置では、光出力制御回路により操作されるＬＤ駆動電流をＬＤ駆動電流検出回路により検出し、これをＬＤ駆動電流増減規格部により規格化し、規格化された値に応じたＬＤ温度制御目標値を補正基準電圧生成部により生成する。感温素子および温度モニタ回路により検出される温度モニタ回路出力値が、ＬＤ温度制御目標値に近づくように、熱電子冷却素子に流す電流値を電流制御部により制御（自動温度制御：ＡＴＣ）する。
特開平１１−１６３４６２号公報

上記解決法１では、信号チャネル高密度化の妨げとなる。

上記解決法２では、波長フィルタ自体が高価であり、ビームスプリッタなどの高価な光学系も必要になり、製造コストが高くなる。また、波長フィルタを用いるためモジュールのコンパクト化の妨げにもなる。

上記特許文献１に記載された従来技術では、ＬＤの駆動電流を測定してＡＴＣに補正をかける。ＡＴＣでは、ＬＤ駆動電流の変化による波長ドリフトを検出できないという欠点を補うために、ＬＤの駆動電流を測定する電流検出器が各モジュールに１個ずつ必要になるので、その分製造コストが高くなる。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的はエタロンなどの波長フィルタを用いることなく、低コストで発振波長の安定化を図れる半導体レーザモジュールを提供することにある。

本発明の第１の態様に係る半導体レーザモジュールは、少なくとも一つの半導体レーザと、前記半導体レーザの光出力を検出する光検出素子と、前記半導体レーザの近傍に配置された温度検出素子と、熱電子冷却素子と、前記温度検出素子による検出温度が一定になるように前記熱電子冷却素子を制御する自動温度制御手段と、前記光検出素子で検出した光出力が一定になるように前記半導体レーザの駆動電流を制御する自動光出力制御手段と、を備え、前記半導体レーザの駆動電流の変化に応じて発熱する温度補正素子を前記温度検出素子の近傍に配置したことを特徴とする。

この態様によると、半導体レーザが経年変化で劣化してその光出力（光強度）が低下し、自動光出力制御手段により半導体レーザの駆動電流を大きくすると、その駆動電流の変化に応じて温度補正素子の発熱量が増える。この温度補正素子での発熱の一部が温度検出素子に伝わり、温度検出素子による検出温度は、半導体レーザの駆動電流が増えたことによる半導体レーザ内部の温度上昇に応じて変化する。このため、その検出温度が一定になるように熱電子冷却素子を自動温度制御手段により制御することにより、半導体レーザ内部の温度が一定に保たれる。これにより、光出力を上げるために半導体レーザの駆動電流を大きくした結果、その内部温度が上がることによる発振波長のシフトが抑制され、半導体レーザの発振波長が安定する。

また、温度検出素子による検出温度は、温度補正素子からの熱伝導により、半導体レーザの駆動電流の増加による半導体レーザ内部の温度上昇に応じて変化する。そのため、上記特許文献１に記載された従来技術のように半導体レーザの駆動電流を検出するＬＤ駆動電流検出器や特別な回路を必要とせず、既存の回路構成にコストの安い温度補正素子を追加するだけでよく、構造が簡単で低コストになる。従って、エタロンなどの波長フィルタを用いることなく、低コストで発振波長の安定化を図ったレーザモジュールを実現することができる。

また、半導体レーザの温度上昇に応じた温度補正素子の発熱が温度検出素子に伝わり、温度検出素子の検出温度が変化するので、擬似的に半導体レーザ内部の温度が上がるとそれに相応して温度検出素子の温度が上がる。このため、半導体レーザの近傍に温度検出素子がありながらも、あたかも半導体レーザ内部の温度を一定にしているような制御が可能になる。

本発明の他の態様に係る半導体レーザモジュールは、前記温度補正素子は前記半導体レーザと並列に接続されていることを特徴とする。この態様によると、光出力を上げるために半導体レーザの駆動電流を大きくしたとき、半導体レーザにかかる電圧の変化に応じて温度補正素子の発熱量が増える。この温度補正素子での発熱の一部が温度検出素子に伝わり、温度検出素子の検出温度が変化する。その検出温度が一定になるように熱電子冷却素子を制御することにより、半導体レーザ内部の温度が一定に保たれ、半導体レーザの発振波長の安定化を図ることができる。また、温度補正素子を半導体レーザと並列に接続してあるので、高周波特性があり、ディザーとして変調信号を半導体レーザに入れることができる。

本発明の他の態様に係る半導体レーザモジュールは、前記温度補正素子は前記半導体レーザと直列に接続されていることを特徴とする。この態様によると、光出力を上げるために半導体レーザの駆動電流を大きくしたとき、その駆動電流の変化に応じて温度補正素子の発熱量が増え、その発熱の一部が温度検出素子に伝わり、温度検出素子の検出温度が変化する。その検出温度が一定になるように熱電子冷却素子を制御することにより、半導体レーザ内部の温度が一定に保たれ、半導体レーザの発振波長が安定する。また、温度補正素子を半導体レーザと直列に接続してあるので、発振波長の安定性の高い半導体レーザモジュールを得ることができる。

本発明の他の態様に係る半導体レーザモジュールは、前記温度補正素子は、前記半導体レーザと直列に接続されていると共に、前記熱電子冷却素子と並列に接続されていることを特徴とする。

夏と冬で外部環境温度が大きく変わる場合のように、外部環境温度の変化によっても半導体レーザの発振波長が変わってしまう。それは、半導体レーザ近傍にある温度検出素子の検出温度と半導体レーザ内部の温度とのバランスが外部環境温度の変化によっても多少変わってしまうためで、その微妙な変化が半導体レーザの発振波長のドリフトの原因にもなる。そこで、この態様では、外部環境の温度が変わると熱電子冷却素子の駆動電圧にダイレクトに効いてくるので、熱電子冷却素子にかかる電圧もこれと並列に接続した温度補正素子で検出して、外部環境温度の変化も半導体レーザの温度変化と一緒に取り込んで自動温度制御を行えるようにしている。これにより、外部環境温度の変化による波長ドリフトも抑制することができる。

本発明の他の態様に係る半導体レーザモジュールは、前記温度検出素子と直列に接続され、外部環境温度の変化を検出する第２の温度検出素子を備え、該第２の温度検出素子は前記半導体レーザから離れた位置に配置されている、ことを特徴とする。この態様によると、外部環境温度の変化による波長ドリフトも抑制することができる。

本発明の他の態様に係る半導体レーザモジュールは、前記温度補正素子は電気抵抗素子であることを特徴とする。この態様によると、既存の回路構成にコストの安い電気抵抗素子を追加するだけでよく、構造が簡単で低コストの半導体レーザモジュールを実現することができる。

本発明の他の態様に係る半導体レーザモジュールは、前記電気抵抗素子に接続する配線の位置を変えることで、その抵抗値を調整することを特徴とする。この態様によると、電気抵抗素子に接続する配線の位置を変えてその抵抗値を調整することにより、電気抵抗素子の抵抗値が変わり、半導体レーザにかかる電圧の変化或いはそれに流れる電流の変化に対する発熱特性が変わるので、半導体レーザの波長ドリフトの微妙な調整が可能になる。

本発明の他の態様に係る半導体レーザモジュールは、前記温度補正素子は前記半導体レーザと同じＩ−Ｖ特性を有するダイオードであることを特徴とする。この態様によると、既存の回路構成にコストの安い電気抵抗素子を追加するだけでよく、構造が簡単で低コストの半導体レーザモジュールを実現することができる。また、ダイオードを半導体レーザと並列に配置した場合、印加電圧がわずかに変わるだけで電流量が大きく変わるので、半導体レーザの駆動電流の変化に対してダイオードの発熱量の変化が敏感になる。これにより、半導体レーザの内部温度が上がることによる発振波長のシフトがより一層抑制され、半導体レーザの発振波長をより安定化させることができる。

本発明によれば、エタロンなどの波長フィルタを用いることなく、低コストで発振波長の安定化を図ったレーザモジュールを実現することができる。

以下、本発明を具体化した半導体レーザモジュールの各実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態に係る半導体レーザモジュール２０を、図１乃至図４に基づいて説明する。

図１は半導体レーザモジュール２０の電気回路の概略構成を示すブロック図、図２は同モジュールの一部を横断面で示した平面図、図３は同モジュールの縦断面図、図４はＬＤキャリアを拡大して示した平面図である。

半導体レーザモジュール２０は、図１に示すように、半導体レーザ（ＬＤ）２１と、半導体レーザ２１の光出力を検出する光検出素子としてのフォトダイオード２２と、温度検出素子としてのサーミスタ（ＴＨ）２３と、熱電子冷却素子としてのペルチェ素子（ＴＥＣ）２４とを備えている。半導体レーザ２１は、一例として分布帰還型半導体レーザである。温度変化に対して電気抵抗の変化の大きい抵抗体であるサーミスタ２３は、半導体レーザ２１の近傍に配置されている。

半導体レーザモジュール２０は、半導体レーザ２１の駆動電流の変化に応じて発熱する温度補正素子としての電気抵抗素子（Ｒ）２５を備えている。この電気抵抗素子２５は、サーミスタ２３の近傍に配置されていると共に、半導体レーザ２１と並列に接続されている。電気抵抗素子２５として、一例としてセラミック抵抗を用いている。

また、半導体レーザモジュール２０は、サーミスタ２３の検出温度が一定になるようにペルチェ素子２４を制御（自動温度制御：ＡＴＣ）する自動温度制御手段としてのＡＴＣ回路２８と、フォトダイオード２２で検出した光出力が一定になるように半導体レーザ２１を制御（自動光出力制御：ＡＰＣ）する自動光出力制御手段としてのＡＰＣ回路２９と、を備えている。

さらに、半導体レーザモジュール２０は、半導体レーザ２１、フォトダイオード、サーミスタ２３、及びペルチェ素子２４などが搭載された１４ピンのパッケージ３０と、回路基板３１，３２とを備えている。パッケージ３０は接続端子（以下、単に「端子」という。）１乃至１４を有する。パッケージ３０の端子１乃至７は回路基板３１上の電気回路と、端子８乃至１４は回路基板３２上の電気回路とそれぞれ電気的に接続されている。

具体的には、サーミスタ２３は、端子１と端子２の間に接続されている。これにより、サーミスタ２３の検出温度（温度変化に応じた抵抗値の変化）を表す電流が端子１，２を介して回路基板３１側のＡＴＣ回路２８へ供給されるようになっている。

端子３と端子１２の間には、コイル２６と抵抗２７が直列に接続されている。コイル２６と抵抗２７の接続点と、端子１３との間には、半導体レーザ２１が接続されている。半導体レーザ２１に電気抵抗素子２５が並列に接続されている。半導体レーザ２１と端子１３を接続する電線には、端子１１が接続されている。

端子４と端子５の間にはフォトダイオード２２が接続されている。これにより、フォトダイオード２２で検出した半導体レーザ２１の光出力（光強度）に応じた光電流が端子４，５を介して回路基板３１側のＡＰＣ回路２９に供給されるようになっている。

端子６と端子７の間には、ペルチェ素子２４が接続されている。これにより、サーミスタ２３の検出温度が一定になるようにペルチェ素子２４を自動温度制御（ＡＴＣ駆動）する温度制御信号がＡＴＣ回路２８からペルチェ素子２４に供給されるようになっている。端子８と端子９は接地されており、端子１０と端子１４はフリーになっている。

次に、半導体レーザモジュール２０におけるパッケージ３０の内部構造を、図２乃至図４に基づいて説明する。

図２及び図３に示すように、パッケージ３０内にはペルチェ素子２４が固定され、このペルチェ素子２４上にはベース４１が固定されている。このベース４１上には、ＬＤキャリア４２、ＰＤキャリア４３、集光レンズ４４を保持するレンズホルダ４５、及び光アイソレータ４６などが固定されている。

ＰＤキャリア４３上には、フォトダイオード２２が固定されている。ＬＤキャリア４２上には、図４に示すように、半導体レーザ２１、サーミスタ２３、及び電気抵抗素子２５などが固定されている。セラミック抵抗である電気抵抗素子２５は、これをＰＤキャリア４３上に半田付けするために、その表面の両端部にのみ半田がつくようなメタライズパタンが形成されている。

また、パッケージ３０は、光ファイバ５０を保持したフェルール５１を備えており、半導体レーザ２１の光出力（出射光）を集光レンズ４４，４７により光ファイバ５０の端面に結合させるように構成されている。符号４８は集光レンズ４７を保持するレンズホルダ、符号４９はレンズホルダ４８の端面に固定されたスライドリングである。このスライドリング４９内にフェルール５１が保持されている。図３で符号５３はパッケージ３０の蓋体であり、この蓋体５３によりパッケージ３０内部が気密に封止されている。また、符号５４は、光アイソレータ４６を通過した光が入射する窓部である。

このような構成を有する半導体レーザモジュール２０では、半導体レーザ２１が経年変化で劣化してその光出力が低下すると、その光出力を上げるためにＡＰＣ回路２８により半導体レーザ２１の駆動電流を大きくする。このとき、半導体レーザ２１にかかる電圧が変化し、その電圧変化に応じて電気抵抗素子２５の発熱量が増える。この電気抵抗素子２５での発熱の一部が、電気抵抗素子２５の近傍にあるサーミスタ２３に伝わり、サーミスタ２３の検出温度（抵抗値）が変化する。サーミスタ２３の検出温度の変化には半導体レーザ２１の駆動電流が増えたことによる半導体レーザ２１内部の温度上昇が反映されているので、サーミスタ２３の検出温度が一定（予め設定された一定値）になるようにペルチェ素子２４の駆動電流をＡＴＣ回路２８により制御する。これにより、半導体レーザ２１内部の温度が一定に保たれるので、光出力を上げるために半導体レーザ２１の駆動電流を大きくした結果、その内部温度が上がることによる発振波長のシフトが抑制され、半導体レーザ２１の発振波長が安定する。

このような構成を有する第１実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
○半導体レーザ２１の光出力を上げるためにＡＰＣ回路２８により半導体レーザ２１の駆動電流を大きくすると、半導体レーザ２１にかかる電圧が変化し、その電圧変化に応じて電気抵抗素子２５の発熱量が増える。この電気抵抗素子２５での発熱の一部がサーミスタ２３に伝わり、サーミスタ２３による検出温度は、半導体レーザ２１の駆動電流が増えたことによる半導体レーザ２１内部の温度上昇に応じて変化する。つまり、サーミスタ２３による検出温度の変化には半導体レーザ２１内部の温度上昇が反映されている。このため、サーミスタ２３の検出温度が一定になるようにペルチェ素子２４の駆動電流をＡＴＣ回路２８により制御することにより、半導体レーザ２１内部の温度が一定に保たれる。これにより、光出力を上げるために半導体レーザ２１の駆動電流を大きくした結果、その内部温度が上がることによる発振波長のシフトが抑制され、半導体レーザ２１の発振波長が安定する。

また、サーミスタ２３による検出温度は、電気抵抗素子２５からの熱伝導により、半導体レーザ２１の駆動電流の増加による半導体レーザ内部の温度上昇に応じて変化する。そのため、上記特許文献１に記載された従来技術のように半導体レーザの駆動電流を検出するＬＤ駆動電流検出器や特別な回路を必要とせず、既存の回路構成にコストの安い温度補正素子を追加するだけでよく、構造が簡単で低コストになる。

従って、エタロンなどの波長フィルタを用いることなく、低コストで発振波長の安定化を図ったレーザモジュールを実現することができる。
○上記特許文献１に記載されているような従来技術では、半導体レーザ近傍にサーミタなどの温度検出素子を配置して半導体レーザ近傍の温度が一定になるように、ペルチエ素子などの熱電子冷却素子を制御している。これに対して、本実施態様によると、半導体レーザ２１の温度上昇に応じた電気抵抗素子２５の発熱がサーミスタ２３に伝わり、サーミスタ２３の検出温度が変化するので、擬似的に半導体レーザ２１内部の温度が上がるとそれに相応してサーミスタ２３の温度が上がる。このため、半導体レーザ２１の近傍にサーミスタ２３がありながらも、あたかも半導体レーザ２１内部の温度を一定にしているような制御が可能になる。つまり、擬似的に半導体レーザ２１内部の温度を一定にすることと等価な自動温度制御（ＡＴＣ）をすることができる。
○このように、半導体レーザ２１内部の温度をあたかも一定にしているような制御をしているので、半導体レーザ２１の発振波長のドリフトをより一層抑制することができる。
○電気抵抗素子２５を半導体レーザ２１と並列に接続してあるので、高周波特性があり、ディザーとして変調信号を半導体レーザに入れることができる。つまり、本実施形態に係る半導体レーザモジュール２０は、半導体レーザ２１にディザーとして変調信号を入れる場合に適している。

ここで、ディザーについて簡単に説明する。

光通信では半導体レーザの光出力を「０」、「１」で変調するが、変調素子は別に付いている外部変調方式の場合、半導体レーザモジュールはＣＷ光を出力する。この場合、半導体レーザ２１に供給する電流は変調の無い信号であればよいかというとそうではなくて、半導体レーザの発振波長の線幅が細すぎると、光ファイバの非線形効果が起こるので良くないといわれる場合がある。その場合には、半導体レーザ２１の駆動電流を少しずつ変調させることで、その線幅（スペクトルの幅）を広げるための信号を畳重させる。そのためには、ある程度の高周波信号をディザーとして半導体レーザ２１に通す必要がある。
○ＡＰＣ及びＡＴＣを行う光通信用光源において、既存の半導体レーザモジュールを本発明に係る半導体レーザモジュールと入れ替えだけでよく、ＡＰＣ及びＡＴＣ駆動の制御回路をそのまま使うことができる。
（電気抵抗素子の抵抗値調整法）
次に、上述した第１実施形態に係る半導体レーザモジュール２０における電気抵抗素子２５の抵抗値調整法を、図５に基づいて説明する。図５は、図４の一部を拡大した説明図である。

図４に示す上記第１実施形態では、電気抵抗素子２５には、配線６１と配線６４がボンディングされている。

細長い形の電気抵抗素子２５に接続する配線の位置を変えることで、その抵抗値を調整することができる。図５に示す例では、電気抵抗素子２５に配線６１が接続されている状態で、新たに配線６２をボンディングすることにより、その抵抗値を小さくすることができる。

また、図５に示す別の例では、電気抵抗素子２５には３つの配線６１乃至５３が接続されている状態で、配線６３を切断することで、その抵抗値を大きくすることができる。

さらに、電気抵抗素子２５に２つの配線６１，６２が接続されている状態で、配線６２を切断することで、その抵抗値をさらに大きくすることができる。

このように、電気抵抗素子２５に接続する配線の位置を変えることにより、電気抵抗素子２５の抵抗値が変わり、半導体レーザ２１の駆動電流の変化に対する発熱特性が変わるので、半導体レーザ２１の波長ドリフトの微妙な調整が可能になる。つまり、配線の位置によって電気抵抗素子２５の抵抗値を変えることができるので、半導体レーザ２１内部の温度変化に応じた最適な補正がかかるように容易に調整ができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る半導体レーザモジュール２０Ａを、図６に基づいて説明する。図６は半導体レーザモジュール２０Ａの電気回路の概略構成を示す図１と同様のブロック図である。なお、図６では、図１に示すＡＴＣ回路２８、ＡＰＣ回路２９、及び回路基板３１，３２の図示を省略してある。

上記第１実施形態に係る半導体レーザモジュール２０では、電気抵抗素子２５を半導体レーザ２１と並列に接続してある。これに対して、本実施形態に係る半導体レーザモジュール２０Ａでは、電気抵抗素子２５を半導体レーザ２１と直接に接続してある。この半導体レーザモジュール２０Ａにおけるその他の構成は、第１実施形態に係る半導体レーザモジュール２０と同様である。

以上のように構成された第２実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
○光出力を上げるために半導体レーザ２１の駆動電流を大きくしたとき、その駆動電流の変化に応じて電気抵抗素子２５の発熱量が増え、この発熱の一部がサーミスタ２３に伝わり、サーミスタ２３による検出温度は、半導体レーザ２１の駆動電流が増えたことによる半導体レーザ２１内部の温度上昇に応じて変化する。つまり、サーミスタ２３による検出温度の変化には半導体レーザ２１内部の温度上昇が反映されている。このため、サーミスタ２３の検出温度が一定になるようにペルチェ素子２４の駆動電流をＡＴＣ回路２８により制御することにより、半導体レーザ２１内部の温度が一定に保たれる。これにより、光出力を上げるために半導体レーザ２１の駆動電流を大きくした結果、その内部温度が上がることによる発振波長のシフトを抑制することができ、半導体レーザ２１の発振波長の安定化を図ることができる。
○上記第１実施形態と同様に、既存の回路構成にコストの安い電気抵抗素子２５を追加するだけでよく、構造が簡単で低コストになる。
○上記第１実施形態と同様に、半導体レーザ２１の近傍に電気抵抗素子２５がありながらも、あたかも半導体レーザ２１内部の温度を一定にしているような制御が可能になる。これにより、半導体レーザ２１の発振波長のドリフトをより一層抑制することができる。
○電気抵抗素子２５を半導体レーザ２１と直列に接続してあるので、発振波長の安定性の高い半導体レーザモジュール２０を得ることができる。
○図５で説明した電気抵抗素子の抵抗値調整法を本実施形態に係る半導体レーザモジュール２０Ａにも適用することで、半導体レーザ２１の波長ドリフトの微妙な調整が可能になる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る半導体レーザモジュール２０Ｂを、図７に基づいて説明する。図７は半導体レーザモジュール２０Ｂの電気回路の概略構成を示す図１と同様のブロック図である。なお、図７では、図１に示すＡＴＣ回路２８、ＡＰＣ回路２９、及び回路基板３１，３２の図示を省略してある。

本実施形態に係る半導体レーザモジュール２０Ｂは、図６に示す上記第２実施形態に係る半導体レーザモジュール２０Ａを改良したもので、電気抵抗素子２５は半導体レーザ２１と直列に接続されていると共に、電気抵抗素子２５及び抵抗７０がペルチェ素子２４と並列に接続されている。半導体レーザモジュール２０Ｂのその他の構成は、第２実施形態に係る半導体レーザモジュール２０Ａと同様である。

夏と冬で外部環境温度が大きく変わる場合のように、外部環境温度の変化によっても半導体レーザ２１の発振波長が変わってしまう。それは、半導体レーザ２１近傍にあるサーミスタ２３の検出温度（抵抗値）と半導体レーザ２１内部の温度とのバランスが外部環境温度の変化によっても多少変わってしまうためで、その微妙な変化が半導体レーザ２１の発振波長のドリフトの原因にもなる。

そこで、本実施形態では、外部環境の温度が変わると、ペルチエ素子２４の駆動電圧にダイレクトに効いてくるので、ペルチェ素子２４にかかる電圧もこれと並列に接続した電気抵抗素子２５で検出して、外部環境温度の変化も半導体レーザ２１の温度変化と一緒に取り込んで自動温度制御を行えるようにしている。

この半導体レーザモジュール２０Ｂでは、ペルチエ素子２４の駆動電圧が外部環境温度の変化によって変わると、ペルチエ素子２４にかかる電圧はペルチエ素子２４と並列に接続された抵抗７０及び電気抵抗素子２５にかかっているので、電気抵抗素子２５に流れる電流が変化してその発熱量が変化する。この発熱量の変化がサーミスタ２３に伝わり、サーミスタ２３の検出温度が変化する。

以上のように構成された第３実施形態によれば、上記第２実施形態の奏する作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。
○外部環境温度の変化も半導体レーザ２１の温度変化と一緒に取り込んで自動温度制御を行うようにしているので、外部環境温度の変化による波長ドリフトも抑制することができる。具体的には、ＡＰＣ駆動による半導体レーザ２１の駆動電流変化による波長ドリフトは、0.15ｎｍ前後程度であるのに対して、外部環境温度の変化による波長ドリフトは、その十分の一程度である。このような波長変動も抑制することができる。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る半導体レーザモジュール２０Ｃを、図８に基づいて説明する。図８は半導体レーザモジュール２０Ｃの電気回路の概略構成を示す図１と同様のブロック図である。なお、図８では、図１に示すＡＴＣ回路２８、ＡＰＣ回路２９、及び回路基板３１，３２の図示を省略してある。

本実施形態に係る半導体レーザモジュール２０Ｃは、図１に示す上記第１実施形態に係る半導体レーザモジュール２０を改良したもので、サーミスタ２３と直列に接続され、外部環境温度の変化を検出する第２の温度検出素子としてのサーミスタ（ＴＨ２）８０を備えている。

このサーミスタ（ＴＨ２）８０は、半導体レーザ２１から離れた位置に配置されている。例えば、サーミスタ８０は、ペルチェ素子（ＴＥＣ）２４で温度調節される領域の外側、つまり図３に示すパッケージ３０の内面と外面の少なくとも一方に直接つけられている。また、本実施形態では、サーミスタ８０で検出した外部環境温度の変化量に応じて図１に示すＡＴＣ回路に補償を与える回路が必要である。半導体レーザモジュール２０Ｃのその他の構成は、第１実施形態に係る半導体レーザモジュール２０と同様である。

以上のように構成された第４実施形態によれば、上記第１実施形態の奏する作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。
○外部環境温度の変化による波長ドリフトも抑制することができる。

なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・図１に示す上記第１実施形態及び図７に示す上記第３実施形態において、温度補正素子としての電気抵抗素子２５に代えて、半導体レーザ２１と同じＩ−Ｖ特性を有するダイオードを用いた構成にも本発明は適用可能である。

この構成によると、ダイオードを半導体レーザ２１と並列に配置した場合、印加電圧がわずかに変わるだけで電流量が大きく変わるので、半導体レーザ２１の駆動電流の変化に対してダイオードの発熱量の変化が敏感になる。これにより、半導体レーザの内部温度が上がることによる発振波長のシフトがより一層抑制され、半導体レーザの発振波長をより安定化させることができる。
・上記各実施形態で説明した半導体レーザ２１は、分布帰還型半導体レーザに限らない。本発明は、自動温度制御と自動光出力制御を行う光信号送信用の半導体レーザを用いた半導体レーザモジュールに広く適用可能である。

第１実施形態に係る半導体レーザモジュールの電気回路の概略構成を示すブロック図。 同レーザモジュールの一部を横断面で示した平面図。 同レーザモジュールの縦断面図。 図２に示すＬＤキャリアを拡大して示した平面図。 図４の一部を拡大して示した電気抵抗素子の抵抗値調整法についての説明図。 第２実施形態に係る半導体レーザモジュールの電気回路の概略構成を示すブロック図。 第３実施形態に係る半導体レーザモジュールの電気回路の概略構成を示すブロック図。 第４実施形態に係る半導体レーザモジュールの電気回路の概略構成を示すブロック図。

符号の説明

２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ：半導体レーザモジュール、
２１：半導体レーザ、２２：フォトダイオード、
２３：サーミスタ、２４：ペルチェ素子、２５：電気抵抗素子、
２８：ＡＴＣ回路、２９：ＡＰＣ回路。

Claims (8)

1. 少なくとも一つの半導体レーザと、
   前記半導体レーザの光出力を検出する光検出素子と、
   前記半導体レーザの近傍に配置された温度検出素子と、
   熱電子冷却素子と、
   前記温度検出素子による検出温度が一定になるように前記熱電子冷却素子を制御する自動温度制御手段と、
   前記光検出素子で検出した光出力が一定になるように前記半導体レーザの駆動電流を制御する自動光出力制御手段と、を備え、
   前記半導体レーザの駆動電流の変化に応じて発熱する温度補正素子を前記温度検出素子の近傍に配置したことを特徴とする半導体レーザモジュール。
2. 前記温度補正素子は前記半導体レーザと並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。
3. 前記温度補正素子は前記半導体レーザと直列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。
4. 前記温度補正素子は、前記半導体レーザと直列に接続されていると共に、前記熱電子冷却素子と並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。
5. 前記温度検出素子と直列に接続され、外部環境温度の変化を検出する第２の温度検出素子を備え、該第２の温度検出素子は前記半導体レーザから離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。
6. 前記温度補正素子は電気抵抗素子であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。
7. 前記電気抵抗素子に接続する配線の位置を変えることで、その抵抗値を調整することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。
8. 前記温度補正素子は前記半導体レーザと同じＩ−Ｖ特性を有するダイオードであることを特徴とする請求項２及び５のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。

Images