OPTICAL MODULE

　以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（実施形態）
　図１は、実施形態に係る光モジュールの模式的な一部切欠側面図である。この光モジュール１００は、筐体１を備えている。筐体１は、底板部１ａと、側壁部１ｂと、上蓋部１ｃと、光出力部１ｄとを備えている。底板部１ａは板状の部材である。側壁部１ｂは、４面を有する枠板状の部材であり、各面は底板部１ａと略直交している。上蓋部１ｃは、底板部１ａと対向して配置された板状の部材である。光出力部１ｄは円管状の部材であり、側壁部１ｂの１面に設けられている。側壁部１ｂには透光性の窓が設けられており、筐体１内部から窓および光出力部１ｄを通って光が通過可能となっている。

　底板部１ａは、銅タングステン（ＣｕＷ）、銅モリブデン（ＣｕＭｏ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などの熱伝導率が高い材料からなる。側壁部１ｂ、上蓋部１ｃ、光出力部１ｄは、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｏ合金、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの熱膨張係数が低い材料からなる。

　光モジュール１００の内部には、以下のコンポーネントが収容されている：熱電冷却素子（ＴＥＣ）２、キャリア３、半導体レーザ素子４、レンズ５、光アイソレータ６、レンズホルダ７、レンズ８、ＰＬＣ素子１０、サーミスタ１２、受光素子ホルダ１３、受光素子ユニット１４である。

　光モジュール１００では、筐体１の内部にこれらのコンポーネントが実装され、上蓋部１ｃを取り付けて気密封止されて構成されている。

　光モジュール１００は、半導体レーザモジュールとして構成されている。以下、各コンポーネントの構成および機能について説明する。

　熱電冷却素子２は、底板部１ａに固定されている。熱電冷却素子２は、外部から不図示のリードを介して電力を供給されて、電流を流す方向に応じて吸熱または発熱を行う。本実施形態では、熱電冷却素子２は公知のペルチェモジュールであって、２枚の絶縁性の基板の間に半導体素子が配置された構成を有する。２枚の基板のうち、上蓋部１ｃ側の基板を基板２ａとする。基台としての基板２ａは所定の線膨張係数とヤング率との積を有する。なお、２枚の基板は、たとえばセラミックである窒化アルミニウム、アルミナ、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）のいずれか一つを含む。２枚の基板は、窒化アルミニウム基板、アルミナ基板、窒化ケイ素または窒化シリコン基板でもよい。

　キャリア３、半導体レーザ素子４、レンズ５、光アイソレータ６、レンズホルダ７、レンズ８、ＰＬＣ素子１０、サーミスタ１２、受光素子ホルダ１３、受光素子ユニット１４は、熱電冷却素子２における基板２ａ（基台）に搭載されている。これらのコンポーネントは、熱電冷却素子２に電流を流すことによって所望の温度に制御される。

　半導体レーザ素子４は、キャリア３に搭載されており、たとえば波長可変レーザ素子である。キャリア３は、サブマウントとも呼ばれ、熱伝導性が高い絶縁性の材料からなり、半導体レーザ素子４が発する熱を熱電冷却素子２に効率良く輸送する。

　半導体レーザ素子４は、外部から不図示のリードを介して電力を供給されて、レーザ光Ｌ１をレンズ５側に出力する。レーザ光Ｌ１の波長は、たとえば光通信の波長として好適な９００ｎｍ以上１６５０ｎｍ以下である。

　レンズ５は、キャリア３に搭載されている。レンズ５は、レーザ光Ｌ１が入力され、レーザ光Ｌ１をコリメートして出力する。

　光アイソレータ６は、コリメートされたレーザ光Ｌ１が入力されて、レーザ光Ｌ１を通過させて光出力部１ｄ側へ出力する。光アイソレータ６は、光出力部１ｄ側から進行してきた光の通過を阻止する。これにより、光アイソレータ６は、外部から反射光などが半導体レーザ素子４に入力することを阻止する。

　半導体レーザ素子４は、レンズ５と対向してレーザ光Ｌ１を出力する端面（出力端面）とは反対側の端面（後端面）からも、比較的パワーが弱いレーザ光Ｌ２を出力する。レンズ８は、レンズホルダ７に搭載されており、レーザ光Ｌ２を集光し、ＰＬＣ素子１０に出力する。

　図１および図２に示すように、平面光波回路素子であるＰＬＣ素子１０は、一方の主表面である搭載面１０ａ側において基板２ａに搭載され、接合剤９によって基板２ａに固定されている。また、ＰＬＣ素子１０は、波長に対して透過特性が周期的に変化する２つのリングフィルタを備えている。ＰＬＣ素子１０は、入力されたレーザ光Ｌ２を３分割し、その１つを出力し、他の２つのそれぞれを、２つのリングフィルタのそれぞれを透過させて出力する。ＰＬＣ素子１０は、たとえばシリコンまたは石英系ガラスを構成材料として含む。ＰＬＣ素子１０は、シリコン導波路で構成されていてもよいし、石英系ガラスからなる導波路で構成されていてもよい。接合剤９は、たとえば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ゴム接着剤またはシリコーン樹脂接着剤である。

　受光素子ユニット１４は、受光素子ホルダ１３に搭載されており、３つの受光素子を備えている。３つの受光素子は、それぞれ、ＰＬＣ素子１０から出力された３つのレーザ光のそれぞれを受光する。３つの受光素子のそれぞれから出力された電流信号は、外部の制御器に出力され、公知技術と同様にレーザ光Ｌ１の波長制御に使用される。すなわち、ＰＬＣ素子１０は、３つの受光素子とともに波長ロッカーを構成している。

　図１、２に示すように、反り抑制部品であるサーミスタ１２は、ＰＬＣ素子１０の、基板２ａへの搭載面１０ａと反対側の面１０ｂに搭載され、接合剤１１によってＰＬＣ素子１０に固定されている。接合剤１１は、たとえばＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＡｇＩｎＢｉまたはＳｎＢｉを含む半田である。サーミスタ１２は、金属元素を構成材料として含んでおり、たとえばＭｎＮｉＣｏ酸化物からなる。サーミスタ１２は、ＰＬＣ素子１０の温度検出のために設けられている。接合剤１１が半田の場合は、面１０ｂにメタライズ処理を行うことが好ましい。

　ここで、基板２ａには、環境温度の変化や熱電冷却素子２による温度調節に従って、反りが発生する。この反りに伴ってＰＬＣ素子１０が反った場合、ＰＬＣ素子１０の光学特性が変化する。しかしながら、この光モジュール１００では、サーミスタ１２が、このようなＰＬＣ素子１０の反りを減少させる線膨張係数とヤング率との積を有している。具体的には、基板２ａ内に、基板２ａを反らせようとする応力が発生する場合、サーミスタ１２内でも、サーミスタ１２を反らせようとする応力が発生する。その結果、基板２ａがＰＬＣ素子１０を反らせようとする力と、サーミスタ１２がＰＬＣ素子１０を反らせようとする力とが、互いに打ち消し合うようにＰＬＣ素子１０に掛かることとなる。その結果、ＰＬＣ素子１０に発生する反りは減少するので、光学特性の変化が抑制される。

　基板２ａの線膨張係数とヤング率との積は、基板２ａに発生する反り応力の大きさを示し、サーミスタ１２の線膨張係数とヤング率との積は、サーミスタ１２に発生する反り応力の大きさを示す。したがって、ＰＬＣ素子１０に発生する反りを効果的に減少させるには、サーミスタ１２の線膨張係数とヤング率との積が、基板２ａの線膨張係数とヤング率との積の０．６倍以上１．５倍以下であることが好ましく、さらには０．９倍以上１．１倍以下であることがより好ましく、１倍程度であることがさらに好ましい。

　ＰＬＣ素子１０の光学特性の具体例としては、導波路損失やリングフィルタの透過波長スペクトルが挙げられる。これらの光学特性の変化が抑制されることによって、波長ロッカーによるレーザ光Ｌ１の波長モニタの精度の温度依存性が抑制される。

　以下、図２の構成において、構成材料を特定して具体例を説明する。

　基板２ａが窒化アルミニウム基板であり、線膨張係数が４．６×１０^－６／℃、ヤング率が３２０ＧＰａとする。この場合、線膨張係数とヤング率との積（以下、単に積と記載する場合がある）は１４７２×１０^－６ＧＰａであり、温度変化ΔＴが４０℃の場合に発生する応力（熱応力）は５８．８８ＭＰａである。

　接合剤９がエポキシ樹脂であり、線膨張係数が３８０×１０^－６／℃、ヤング率が０．６５ＧＰａとする。この場合、積は２４７×１０^－６ＧＰａであり、温度変化ΔＴが４０℃の場合に発生する応力は９．８８ＭＰａである。

　ＰＬＣ素子１０がシリコンからなり、線膨張係数が２．６×１０^－６／℃、ヤング率が１８５ＧＰａとする。この場合、積は４８１×１０^－６ＧＰａであり、温度変化ΔＴが４０℃の場合に発生する応力は１９．２４ＭＰａである。

　接合剤１１がＡｕ８０％、Ｓｎ２０％の半田であり、線膨張係数が１７．５×１０^－６／℃、ヤング率が６０ＧＰａとする。この場合、積は１０５０×１０^－６ＧＰａであり、温度変化ΔＴが４０℃の場合に発生する応力は４２ＭＰａである。

　サーミスタ１２がＭｎＮｉＣｏ酸化物からなり、線膨張係数が９×１０^－６／℃、ヤング率が１５０ＧＰａとする。この場合、積は１３５０×１０^－６ＧＰａであり、温度変化ΔＴが４０℃の場合に発生する応力は５４ＭＰａである。

　ここで、熱応力については、ＰＬＣ素子１０の両側のそれぞれで最も熱応力が高い要素による寄与が大きいと考えられる。最も熱応力が高いのは、ＰＬＣ素子１０の搭載面１０ａ側では基板２ａであり、面１０ｂ側では、サーミスタ１２である。基板２ａの積は５８．８８ＭＰａ、サーミスタ１２の積は５４ＭＰａである。この場合、サーミスタ１２の積が、基板２ａの積の約０．９２倍であり、ＰＬＣ素子１０の光学特性の変化を抑制する上で好ましい。

　以上説明したように、実施形態に係る光モジュール１００では、温度変化に従うＰＬＣ素子１０の光学特性の変化が抑制される。

（変形例）
　図３は、実施形態１の変形例を説明する模式図である。図３に示す構成では、図２に示す構成におけるＰＬＣ素子１０とサーミスタ１２との間に、基板１５が介在している。基板１５は接合剤１６によってＰＬＣ素子１０に固定されている。サーミスタ１２は、接合剤１１によって基板１５に固定されている。基板１５は、基板２ａと同様に、たとえばセラミックである窒化アルミニウム、アルミナ、窒化シリコンのいずれか一つを含み、窒化アルミニウム基板、アルミナ基板、または窒化シリコン基板でもよい。接合剤１６は、接合剤９と同様に、たとえば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ゴム接着剤またはシリコーン樹脂接着剤である。

　この変形例では、サーミスタ１２および基板１５の少なくともいずれか一つが、反り抑制部品として機能するように線膨張係数とヤング率との積が設定されている。これによって、温度変化に従うＰＬＣ素子１０の光学特性の変化が抑制される。

　また、この変形例では、ＰＬＣ素子１０の面１０ｂにメタライズ処理を施さなくてもよい。

（搭載位置）
　図４は、サーミスタの搭載位置を説明する模式図である。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、および図４Ｄはそれぞれ、ＰＬＣ素子１０を面１０ｂ側から見た図である。ＰＬＣ素子１０は、２つのリングフィルタの構成要素として、リング導波路１０ｃ，１０ｄ、アーム導波路１０ｅ，１０ｆを有している。リング導波路１０ｃはアーム導波路１０ｅと光学的に結合しており、リング導波路１０ｄはアーム導波路１０ｆと光学的に結合している。

　サーミスタ１２は、図４Ａに示すようにリング導波路１０ｃ，１０ｄ、アーム導波路１０ｅ，１０ｆと重ならないように搭載してもよい。サーミスタ１２は、図４Ｂに示すように２つ搭載してもよい。サーミスタ１２は、図４Ｃに示すようにリング導波路１０ｃ，１０ｄと、アーム導波路１０ｅ，１０ｆの一部とを覆うように搭載してもよい。サーミスタ１２は、図４Ｄに示すようにリング導波路１０ｃ，１０ｄのリング内に搭載してもよい。

　なお、上記実施形態では、ＰＬＣ素子はリングフィルタを備えているものであるが、ＰＬＣ素子はこれに限られず、たとえばマッハツェンダ干渉計（Mach-Zehnder　Interferometer：ＭＺＩ）を備えていてもよい。

　図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃはそれぞれ、マッハツェンダ干渉計を備えるＰＬＣ素子におけるサーミスタの搭載位置を説明する模式図である。ＰＬＣ素子２０は、入力導波路２０ａと、アーム導波路２０ｂ、２０ｃと、出力導波路２０ｄとを有するマッハツェンダ干渉計を備える。このようなＰＬＣ素子２０は光変調器を構成する。また、このＰＬＣ素子２０は、光変調器として構成された光モジュール（光変調器モジュール）の基台である光学部品搭載用ベースに搭載され、たとえばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ゴム接着剤またはシリコーン樹脂接着剤によって固定されている。光学部品搭載用ベースは、たとえばセラミックである窒化アルミニウム、アルミナ、窒化シリコンのいずれか一つを含み、たとえば、窒化アルミニウム基板、アルミナ基板、または窒化シリコン基板でもよい。

　ＰＬＣ素子２０に搭載され、半田などの接合剤で固定されたサーミスタ２２は、ＰＬＣ素子２０の温度検出に用いられるとともに、反り抑制部品として機能する。これにより、温度変化に従うＰＬＣ素子２０の光学特性の変化が抑制される。サーミスタ２２は、図５Ａに示すように入力導波路２０ａ、アーム導波路２０ｂ，２０ｃ、出力導波路２０ｄと重ならないように搭載してもよい。サーミスタ２２は、図５Ｂに示すようにアーム導波路２０ｂ，２０ｃの間の領域に搭載してもよい。サーミスタ２２は、図５Ｃに示すようにアーム導波路２０ｂ，２０ｃと、入力導波路２０ａ、出力導波路２０ｄの一部とを覆うように搭載してもよい。

　なお、反り抑制部品は、サーミスタや基板に限らず、たとえばコンデンサや抵抗器でもよい。特に、光変調器として構成された光モジュールでは、コンデンサが用いられるので、これをＰＬＣ素子に搭載し、反り抑制部品として使用することができる。

　また、上記実施形態では、光モジュールは、半導体レーザモジュールまたは光変調器モジュールとして構成されているが、これに限られない。たとえば、光モジュールは、光受信機を備えた光受信機モジュールとして構成されていてもよい。この場合、ＰＬＣ素子はたとえばコヒーレントミキサを構成するものとして搭載されている。また、半導体レーザモジュールは、さらに光増幅器、特に半導体光増幅器を備えていてもよい。これによってより高出力の半導体レーザモジュールを実現できる。あるいは、光送信機、光受信機、光変調器などすべてを集積化したＩＣ－ＴＲＯＳＡ（Integrated　Coherent-Transmitter　Receiver　Optical　Sub-Assembly）として構成されていてもよい。

　また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。