レーザ装置
【課題】デジタル回路から発生するノイズがレーザモジュールに影響を与えることにより、レーザモジュールの出力レーザ光のスペクトル線幅が増大すること。
【解決手段】レーザモジュールと、レーザモジュールを駆動するアナログ回路と、レーザモジュールのレーザ出力を制御するデジタル回路と、アナログ回路およびデジタル回路が実装され、レーザモジュールに接続される基板とを備え、基板は、基板内においてアナログ回路に対向して設けられるアナログ用グランドパターンと、基板内においてデジタル回路に対向して設けられるデジタル用グランドパターンと、基板内に設けられ、レーザモジュールに接続されるレーザ用グランドパターンとを有するレーザ装置を提供する。
【解決手段】レーザモジュールと、レーザモジュールを駆動するアナログ回路と、レーザモジュールのレーザ出力を制御するデジタル回路と、アナログ回路およびデジタル回路が実装され、レーザモジュールに接続される基板とを備え、基板は、基板内においてアナログ回路に対向して設けられるアナログ用グランドパターンと、基板内においてデジタル回路に対向して設けられるデジタル用グランドパターンと、基板内に設けられ、レーザモジュールに接続されるレーザ用グランドパターンとを有するレーザ装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置に関する。特に、複数の半導体レーザ素子を有するレーザモジュールと、レーザモジュールを駆動するアナログ回路と、レーザ出力を制御するデジタル回路とを搭載して出力レーザ光の波長を制御する波長可変半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の半導体レーザ素子を有するレーザモジュールを備える波長可変半導体レーザ装置が知られている（特許文献１）。波長可変半導体レーザ装置は、レーザモジュールの他に、レーザモジュールを駆動するアナログ回路と、レーザ出力を制御するデジタル回路とを備える。
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２００７−１４２１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
高速伝送方式において、光送受信機の光源として使用されるレーザ装置は、出力レーザ光のスペクトル線幅が狭いことが求められる。しかし、回路から発生するノイズの影響により、レーザモジュールの出力レーザ光のスペクトル線幅を狭くするのが難しかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、レーザモジュールと、レーザモジュールを駆動するアナログ回路と、レーザモジュールのレーザ出力を制御するデジタル回路と、アナログ回路およびデジタル回路が実装され、レーザモジュールに接続される基板とを備え、基板は、基板内においてアナログ回路に対向して設けられるアナログ用グランドパターンと、基板内においてデジタル回路に対向して設けられるデジタル用グランドパターンと、基板内に設けられ、レーザモジュールに接続されるレーザ用グランドパターンとを有するレーザ装置を提供する。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す。
【図２】第１の実施形態に係るレーザ装置の基板の分解斜視図を示す。
【図３】第１の実施形態に係るレーザモジュールの構成を示す。
【図４】図３のレーザモジュールの側面図を示す。
【図５】第１の実施形態に係るレーザ装置を制御する方法を示す。
【図６】第１の実施形態及び比較例に係るレーザ装置の出力レーザ光のスペクトル線幅を示す。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るレーザ装置の基板の分解斜視図を示す。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るレーザ装置の基板の分解斜視図を示す。
【図９】本発明の第４の実施形態に係るレーザ装置の基板の分解斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置１００の構成を示す。図１（ａ）はレーザ装置１００の平面図を示す。図１（ｂ）は、図１（ａ）のｂ−ｂ'線における断面から観察したレーザ装置１００の側面図を示す。
【０００９】
レーザ装置１００は、光送受信機等に搭載され、指定された波長帯域のレーザ光を出力する。レーザ装置１００は、基板１６０と、レーザモジュール１１０と、光ファイバ１３８と、アナログ回路１４０と、デジタル回路１５０と、及び基台１６８とを備える。
【００１０】
基板１６０は、アナログ回路及びデジタル回路を実装し、レーザモジュールに接続される。基板１６０は、これらの部材を電気的に接続するための配線が面上に形成される配線基板である。基板１６０は、内部にレーザ用グランドパターン、デジタル用グランドパターン、アナログ用グランドパターン、及び共通グランドパターンを有する。また、基板１６０は、レーザモジュール１１０を貫通する矩形の貫通孔１８２を有する。貫通孔１８２は、基板１６０の内側でなく、縁に形成されてもよい。その場合は、基板１６０はロの字型ではなく、コの字型になる。
【００１１】
レーザモジュール１１０は、貫通孔１８２の内部に配置され、指定された波長のレーザ光を出力する。レーザモジュール１１０は、複数の半導体レーザ素子が形成されたレーザチップを備え、指定された波長と対応する半導体レーザ素子からレーザ光を出力する。レーザモジュール１１０の詳細な構成については後述する。光ファイバ１３８は、レーザチップから出射されたレーザ光を伝播する。
【００１２】
レーザモジュール１１０は、複数の端子１５４を有し、当該端子１５４を介して基板１６０の上面における貫通孔１８２の辺に沿って複数設けられた基板側の端子に電気的に接続される。また、複数の端子１５４の一部は、レーザモジュール１１０内で、複数の半導体レーザ素子にそれぞれ電気的に接続されている。
【００１３】
複数の端子１５４の一部は、複数の半導体レーザ素子のグランド電極に電気的に接続されるレーザグランド用端子であってよい。複数の端子１５４の一部は、レーザモジュール内の温度調節素子、強度モニタ、波長モニタ、及び温度モニタ等の光電気部品と電気的に接続されてよい。
【００１４】
アナログ回路１４０は、レーザモジュール１１０に電気的に接続され、レーザモジュール１１０を駆動する。アナログ回路１４０は、レーザモジュール１１０内の半導体レーザ素子に駆動電流及び／又は駆動電圧を供給する。
【００１５】
デジタル回路１５０は、アナログ回路１４０に電気的に接続され、レーザモジュール１１０のレーザ出力を制御する。デジタル回路１５０は、高周波で動作するＩＣ等のデバイスを含むので、ノイズを発生する。このため、デジタル回路１５０は、アナログ回路１４０と比較して、レーザモジュール１１０から離れた位置に配置される。
【００１６】
基台１６８は、基板１６０の貫通孔１８２の下に設けられ、レーザモジュール１１０及び基板１６０を搭載する。基台１６８は、レーザモジュール１１０内に設けられた温度調整素子のヒートシンクとして機能する。
【００１７】
図２は、第１の実施形態に係るレーザ装置の基板１６０の分解斜視図を示す。基板１６０は、表面層１６２、分離グランド層１６４、及び共通グランド層１６６を有する。
【００１８】
表面層１６２は、基板１６０の表面に配置され、アナログ回路１４０及びデジタル回路１５０を搭載する絶縁層である。表面層１６２は、絶縁樹脂等から形成される。表面層１６２には、導電性ビアホール１８４、１８６、及び１８８が形成される。
【００１９】
導電性ビアホール１８４は、表面層１６２上のデジタル回路１５０が搭載される位置に形成される。導電性ビアホール１８４は、デジタル回路１５０のグランド端子と接続される。
【００２０】
導電性ビアホール１８６は、表面層１６２上のアナログ回路１４０が搭載される位置に形成される。導電性ビアホール１８６は、アナログ回路１４０のグランド端子と接続される。
【００２１】
導電性ビアホール１８８は、表面層１６２上のレーザモジュール１１０の近傍に形成される。導電性ビアホール１８８は、端子１５４のレーザグランド用端子と電気的に接続される。
【００２２】
分離グランド層１６４は、基板１６０内において表面層１６２の下面に設けられ、複数のグランドパターンにより、レーザ装置１００のレーザモジュール１１０、アナログ回路１４０、デジタル回路１５０ごとの基準電位を等しくする。分離グランド層１６４は、絶縁層と、絶縁層上に設けられたレーザ用グランドパターン１７０、一例として、アナログ用グランドパターン１７４、及びデジタル用グランドパターン１７２を有する。絶縁層は、絶縁樹脂等から形成される。
【００２３】
レーザ用グランドパターン１７０は、基板１６０内における貫通孔１８２の囲む領域に設けられ、導電性ビアホール１８８を介して、レーザモジュール１１０に電気的に接続される。レーザ用グランドパターン１７０は、単一の導電性ビアホール１９４が形成され、当該導電性ビアホール１９４を介して、共通グランドパターン１８０に電気的に接続される。第１の実施形態において、レーザ用グランドパターン１７０は、貫通孔１８２の囲むロの字型形状であるが、これに代えて、１箇所又は複数箇所に切れ目が入ったロの字型形状（Cの字に近い形状）であってもよい。一例として、レーザ用グランドパターン１７０は、貫通孔１８２におけるレーザ出力方向と平行な辺と隣接するパターン部分の切れ目を有してもよい。この切れ目は、当該辺上の中心付近に設けてもよい。
【００２４】
導電性ビアホール１９４は、デジタル回路１５０からのノイズが伝達されにくい位置に配置される。例えば、導電性ビアホール１９４は、レーザ用グランドパターン１７０上において、デジタル回路１５０から離れた位置に配置される。
【００２５】
アナログ用グランドパターン１７４は、基板１６０内においてアナログ回路１４０に対向して設けられ、導電性ビアホール１８６を介して、アナログ回路１４０と電気的に接続される。アナログ用グランドパターン１７４には、１つ以上の導電性ビアホール１９２が形成され、当該導電性ビアホール１９２を介して、共通グランドパターン１８０に電気的に接続される。
【００２６】
デジタル用グランドパターン１７２は、基板１６０内においてデジタル回路１５０に対向して設けられ、導電性ビアホール１８４を介して、デジタル回路１５０と電気的に接続される。デジタル用グランドパターン１７２には、１つ以上の導電性ビアホール１９０が形成され、当該導電性ビアホール１９０を介して、共通グランドパターン１８０に電気的に接続される。これに代えて、デジタル用グランドパターン１７２は、共通グランドパターン１８０と電気的に分離されていてもよい。
【００２７】
共通グランド層１６６は、基板１６０内において分離グランド層１６４の下面に設けられ、レーザ装置１００の回路全体の基準電位を等しくする。共通グランド層１６６は、絶縁層と、絶縁層上に設けられた共通グランドパターン１８０を有する。絶縁層は、絶縁樹脂等から形成される。
【００２８】
共通グランドパターン１８０は、分離グランド層１６４の各グランドパターンに対向して設けられ、導電性ビアホール１９０、１９２、及び１９４を介して、アナログ用グランドパターン１７４、デジタル用グランドパターン１７２、及びレーザ用グランドパターン１７０のそれぞれに電気的に接続される。また、共通グランドパターン１８０は、接地電位に接続される。
【００２９】
共通グランドパターン１８０は、基板１６０内においてアナログ用グランドパターン１７４、デジタル用グランドパターン１７２、及びレーザ用グランドパターン１７０とは異なる層に設けられる。例えば、共通グランドパターン１８０は、レーザモジュール１１０が接続される基板１６０面に対してアナログ用グランドパターン１７４及びレーザ用グランドパターン１７０より離れた層に設けられる。
【００３０】
ここで、共通グランドパターン１８０とデジタル用グランドパターン１７２が電気的に分離されている場合は、デジタル用グランドパターン１７２は、共通グランドパターン１８０と同じ層に形成されてもよい。
【００３１】
共通グランドパターン１８０は、第１グランドパターン１７１、第２グランドパターン１７５、第３グランドパターン１７３、接続部１７６、及び接続部１７８を有する。第１グランドパターン１７１は、レーザ用グランドパターン１７０と略同一形状であり、レーザ用グランドパターン１７０と対向する。第２グランドパターン１７５は、アナログ用グランドパターン１７４と略同一形状であり、アナログ用グランドパターン１７４と対向する。第３グランドパターン１７３は、デジタル用グランドパターン１７２と略同一形状であり、デジタル用グランドパターン１７２と対向する。
【００３２】
接続部１７６は、第１グランドパターン１７１と第２グランドパターン１７５とを電気的に接続するグランドパターンである。接続部１７８は、第２グランドパターン１７５と第３グランドパターン１７３とを電気的に接続するグランドパターンである。
【００３３】
このように、図２で示したレーザ装置１００のレーザ用グランドパターン１７０と、デジタル用グランドパターン１７２は、分離グランド層１６４内において、電気的に分離されて、それぞれ導電性ビアホール１９０、１９２、及び１９４を介して共通グランドパターンに接続される。従って、デジタル回路１５０から生じたノイズが、分離グランド層１６４内を伝播して、レーザモジュール１１０に入力されにくくなる。
【００３４】
また、第１の実施形態に係るレーザ装置１００においては、デジタル用グランドパターン１７２及びレーザ用グランドパターン１７０の間にアナログ用グランドパターン１７４を配置し、かつレーザ用グランドパターン１７０とアナログ用グランドパターン１７４が電気的に分離されているので、レーザモジュール１１０に、デジタル回路１５０で発生したノイズが入力されにくい。従って、図２で示したレーザ装置１００は、デジタル回路１５０で発生するノイズの影響を低減させて、スペクトル線幅の狭いレーザ光を出力することができる。
【００３５】
図３は、第１の実施形態に係るレーザモジュール１１０の構成を示す。図４は、図３のレーザモジュール１１０の側面図を示す。
【００３６】
レーザモジュール１１０は、レーザチップ１１２と、温度モニタ１２８と、レーザキャリア１３０と、コリメートレンズ１１４と、ビームスプリッタ１１６と、強度モニタ１１８と、エタロンフィルタ１２０と、波長モニタ１２２と、光アイソレータ１２４と、集光レンズ１２６と、筐体１３６と、ベースプレート１３２と、温度調整素子１３４とを備える。
【００３７】
レーザチップ１１２は、複数の半導体レーザ素子を搭載して、搭載した複数の半導体レーザ素子の１つからレーザ光を出力する。温度モニタ１２８は、レーザチップ１１２の近傍に配置され、半導体レーザ素子の周囲の温度を検出する。温度モニタ１２８は、検出した結果を、デジタル回路１５０内のＭＰＵに送信してもよい。温度モニタ１２８は、例えばサーミスタである。レーザキャリア１３０は、レーザチップ１１２及び温度モニタ１２８を搭載する。
【００３８】
コリメートレンズ１１４は、レーザチップ１１２が出射するレーザ光の光路においてレーザチップ１１２の下流側に配置され、レーザチップ１１２が出力したレーザ光を平行光に変換する。ビームスプリッタ１１６は、レーザチップ１１２が出射するレーザ光の光路においてコリメートレンズ１１４の下流側に配置され、レーザ光の一部を反射して、残りを透過する。
【００３９】
強度モニタ１１８は、ビームスプリッタ１１６が反射した光の一部を受光して、レーザ光の強度を検出するフォトダイオードである。強度モニタ１１８は、検出した強度に応じた電気信号を、デジタル回路１５０内のＭＰＵに送信する。
【００４０】
エタロンフィルタ１２０は、ビームスプリッタ１１６が反射した光の一部のうち、一定波長間隔ことに周期的に現れる通過波長帯域に含まれる光を通過させる。エタロンフィルタ１２０の通過波長帯域は、エタロンフィルタ１２０の温度により変化する。
【００４１】
波長モニタ１２２は、エタロンフィルタ１２０を通過した光を受光して、レーザ光のうちエタロンフィルタ１２０を通過する波長成分の強度を検出するフォトダイオードである。波長モニタ１２２は、検出した強度に応じた電気信号を、デジタル回路１５０内のＭＰＵに送信する。
【００４２】
光アイソレータ１２４は、ビームスプリッタ１１６から入射した光を、そのまま透過する。一方で、光アイソレータ１２４は、レーザモジュール１１０の出力端側から入射する戻り光がレーザチップ１１２の方向に進行するのを防ぐ。
【００４３】
集光レンズ１２６は、レーザチップ１１２が出射するレーザ光の光路において光アイソレータ１２４の下流側に配置され、入射した平行光を光ファイバ１３８へと集光する。筐体１３６は、レーザモジュール１１０に含まれる各光部品を収納して、各光部品を外部の衝撃、及び温度変化等から保護する。
【００４４】
ベースプレート１３２は、レーザキャリア１３０と、コリメートレンズ１１４と、ビームスプリッタ１１６と、強度モニタ１１８と、エタロンフィルタ１２０と、波長モニタ１２２と、光アイソレータ１２４とを搭載する基板状の台である。
【００４５】
温度調整素子１３４は、ベースプレート１３２の下に配置され、レーザモジュール１１０とエタロンフィルタ１２０の温度を予め定められた一定の温度に保つ。温度調整素子１３４は、デジタル回路１５０のＭＰＵから温度制御信号を受信する。
【００４６】
温度調整素子１３４は、レーザモジュール１１０を、レーザチップ１１２が有する半導体レーザ素子が出力すべき波長に応じた温度に保つことで、半導体レーザ素子から出力するレーザ光の波長を制御する。また、温度調整素子１３４は、エタロンフィルタ１２０の通過波長帯域がモニタすべき光の波長を含むようにエタロンフィルタ１２０の温度を保ってもよい。温度調整素子１３４は、例えば、ペルチェ素子である。
【００４７】
この様に、図３、４に示したレーザモジュール１１０は、レーザチップ１１２に出力させたレーザ光の強度及び波長をモニタしながら、レーザ光を光ファイバ１３８へ伝播する。
【００４８】
図５には、第１の実施形態に係るレーザ装置１００を制御する方法を示す。以下説明するように、レーザモジュール１１０の動作は、アナログ回路１４０及びデジタル回路１５０によって制御される。
【００４９】
アナログ回路１４０は、電流制御回路１４４、電流モニタ回路１４５、温度モニタ回路１４７、波長モニタ回路１４８及び強度モニタ回路１４９を有する。電流制御回路１４４は、出力選択回路１４２を介して、レーザチップ１１２の半導体レーザ素子に駆動電流を供給する。電流制御回路１４４は、駆動電流の値を制御する電流制御信号をＭＰＵ１５２から受信して、出力選択回路１４２に電流制御信号に応じた値の駆動電流を供給する。
【００５０】
電流モニタ回路１４５は、電流制御回路１４４が半導体レーザ素子に供給する駆動電流値をモニタして、その結果をデジタル信号に変換してＭＰＵ１５２に送信する。温度モニタ回路１４７は、温度モニタ１２８から受信した、レーザモジュール１１０内の温度に関するアナログ信号を、デジタル信号に変換してＭＰＵ１５２に送信する。波長モニタ回路１４８は、波長モニタ１２２から受信した、レーザチップ１１２が出力するレーザの波長に関するアナログ信号を、デジタル信号に変換してＭＰＵ１５２に送信する。強度モニタ回路１４９は、強度モニタ１１８から受信した、レーザチップ１１２が出力するレーザの光強度に関するアナログ信号を、デジタル信号に変換してＭＰＵ１５２に送信する。
【００５１】
デジタル回路１５０は、出力選択回路１４２、温度制御回路１４６、及びＭＰＵ１５２を有する。出力選択回路１４２は、レーザ光の出力に用いる半導体レーザ素子を選択する。
【００５２】
出力選択回路１４２は、レーザチップ１１２内の複数の半導体レーザ素子に、端子１５４を介して接続された複数の経路を有する。また、出力選択回路１４２は、ＭＰＵ１５２から出力選択信号を受信する。出力選択回路１４２は、電流制御回路１４４から入力された駆動電流を、出力選択信号に応じた経路に出力するように、内部のスイッチを切り換える。このように、出力選択回路１４２は、駆動電流が出力される経路に接続された半導体レーザ素子にレーザ光を出力させる。
【００５３】
温度制御回路１４６は、レーザモジュール１１０内に設けられた温度調整素子１３４の温度を制御する。温度制御回路１４６は、レーザチップ１１２に設定されるべき温度に関する温度設定信号をＭＰＵ１５２から受信して、レーザチップ１１２を設定温度に保つための温度制御信号を、温度調整素子１３４に供給する。例えば、温度制御信号は、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御によりパルス幅が調節された矩形状のパルス波であってよい。
【００５４】
ＭＰＵ１５２は、レーザモジュール１１０内の出力に用いる半導体レーザ素子を指定する出力選択信号、レーザ光の強度を指定する電流制御信号、及びレーザモジュール１１０内の温度をそれぞれ制御する温度制御信号を、各制御回路に送信する。
【００５５】
ＭＰＵ１５２は、出力させるべきレーザ光のレーザ波長と、波長モニタ回路１４８から受信した電気信号から算出されるレーザ波長を比較して、出力選択信号を演算する。ＭＰＵ１５２は、演算した出力選択信号を、出力選択回路１４２に送信する。
【００５６】
ＭＰＵ１５２は、出力させるべきレーザ光のレーザ強度と、強度モニタ回路１４９から受信した電気信号から算出されるレーザ強度を比較して、電流制御信号を演算する。ＭＰＵ１５２は、演算した電流制御信号を、電流制御回路１４４に送信する。
【００５７】
ＭＰＵ１５２は、温度モニタ回路１４７から受信した温度信号から算出される半導体レーザ素子周囲の温度と、設定すべき温度とを比較して、温度制御信号を演算する。ＭＰＵ１５２は、演算した温度制御信号を、温度制御回路１４６に送信する。
【００５８】
図６は、１２個の半導体レーザ素子を有するレーザ装置の出力レーザ光のスペクトル線幅を示したグラフである。本グラフは、横軸をレーザモジュールのピン番号（半導体レーザ素子の番号）とし、縦軸をスペクトル線幅をとした。黒四角で示したグラフは、第１の実施形態に係るレーザ装置１００から出力させたレーザ光のスペクトル線幅を測定した結果を示す。白三角で示したグラフは、比較例として、従来のレーザ装置から出力させたレーザ光のスペクトル線幅を測定した結果を示す。
【００５９】
ここで、スペクトル線幅は、レーザモジュールピン番号１の半導体レーザ素子の出力レーザ光を基準とした。より具体的には、レーザモジュールピン番号１の半導体レーザ素子を、基板１６０を用いずに、直接駆動した場合の出力レーザ光のスペクトル線幅を基準とした。
【００６０】
比較例に係るレーザ装置は、第１の実施形態のレーザモジュール１１０と比べて、分離グランド層１６４においてアナログ用グランドパターン１７４とレーザ用グランドパターン１７０が一体化されて形成されている点が異なる。
【００６１】
第１の実施形態に係るレーザモジュール１１０のレーザモジュールピン番号１の半導体レーザ素子のスペクトル線幅は略１なので、基板１６０にレーザモジュール１１０を搭載する前後でスペクトル線幅にほとんど変動がないことが分かる。これより、レーザモジュール１１０のレーザモジュールピン番号１の半導体レーザ素子は、ノイズの影響をほとんど受けていないことが分かる。
【００６２】
また、第１の実施形態のレーザモジュール１１０のレーザモジュールピン番号１以外の各半導体レーザ素子も、出力レーザ光のスペクトル線幅がノイズの影響を受けて増大しておらず、かつ各半導体レーザ素子間のスペクトル線幅の個体差が小さいことが分かる。
【００６３】
一方で、比較例のレーザモジュール１１０の各半導体レーザ素子は、いずれもスペクトル線幅が基準に対し１．５〜２前後であり、デジタル回路１５０のノイズの影響を受けて出力光のスペクトル線幅が全体的に増大していることが分かる。さらに、比較例のレーザモジュール１１０のスペクトル線幅は、各半導体レーザ素子間の個体差が大きくなっている。
【００６４】
このように、第１の実施形態に係るレーザ装置１００によれば、デジタル回路１５０のノイズの影響を低減させ、出力レーザ光のスペクトル線幅を小さくすることができる。また、第１の実施形態に係るレーザ装置１００によれば、レーザモジュール１１０内の各半導体レーザ素子間の個体差を小さくすることができる。
【００６５】
図７は、本発明の第２の実施形態に係るレーザ装置２００の基板１６０の分解斜視図を示す。第２の実施形態においては、アナログ回路とデジタル回路が１つのチップに集積されて基板１６０上に配置される。
【００６６】
第２の実施形態のレーザ装置２００は、デジタル−アナログ混載チップ２４０を備える。レーザ装置２００の説明において、第１の実施形態と略同一の部材には同一の符号を付して、説明を省略する。
【００６７】
デジタル−アナログ混載チップ２４０は、基板１６０上に搭載され、デジタル回路、アナログ回路、アナログ用グランド端子２４２及びデジタル用グランド端子２４４を有する。デジタル−アナログ混載チップ２４０内のデジタル回路とアナログ回路はそれぞれ異なる領域に形成されてよい。
【００６８】
デジタル用グランド端子２４４は、デジタル用グランドパターン１７２に対向して設けられて、デジタル−アナログ混載チップ２４０のデジタル回路とデジタル用グランドパターン１７２に電気的に接続される。また、アナログ用グランド端子２４２は、アナログ用グランドパターン１７４に対向して設けられて、デジタル−アナログ混載チップ２４０のアナログ回路とアナログ用グランドパターン１７４に電気的に接続される。
【００６９】
このように、図７に係るレーザ装置２００においては、デジタル回路とアナログ回路を有するデジタル−アナログ混載チップ２４０を用いた場合に、デジタル用グランド端子２４４とアナログ用グランド端子２４２を分離して、それぞれ別のグランドに接続することにより、レーザモジュール１１０がデジタル回路のノイズの影響を受けることを防ぐことができる。
【００７０】
図８は、本発明の第３の実施形態に係るレーザ装置３００の基板３６０の分解斜視図を示す。第３の実施形態においては、基板３６０は、ベタパターン状の共通グランドパターンを有する。レーザ装置３００の説明において、第１の実施形態と略同一の部材には同一の符号を付して、説明を省略する。
【００７１】
基板３６０は、表面層１６２、分離グランド層１６４、及び共通グランド層３６６が積層されてなる。共通グランド層３６６は、基板３６０内において分離グランド層１６４の下面に設けられ、レーザ装置３００の回路全体の基準電位を等しくする。共通グランド層３６６は、絶縁層と、絶縁層上に設けられた共通グランドパターン３８０とを有する。
【００７２】
共通グランドパターン３８０は、基板３６０内においてアナログ用グランドパターン１７４、デジタル用グランドパターン１７２、及びレーザ用グランドパターン１７０とは異なる層に設けられる。例えば、共通グランドパターン３８０は、レーザモジュール１１０が接続される基板３６０面に対してアナログ用グランドパターン１７４及びレーザ用グランドパターン１７０より離れた層に設けられる。共通グランドパターン３８０は、共通グランド層３６６の略全面を覆うように形成されている。
【００７３】
共通グランドパターン３８０は、分離グランド層１６４の各グランドパターンに対向して設けられ、導電性ビアホール１９０、１９２、及び１９４を介して、アナログ用グランドパターン１７４、デジタル用グランドパターン１７２、及びレーザ用グランドパターン１７０のそれぞれに電気的に接続される。また、共通グランドパターン３８０は、接地電位に接続される。
【００７４】
このように、第３の実施形態によれば、共通グランドパターン３８０の面積を共通グランド層３６６層上でより大きくすることで、レーザ装置３００は、回路全体の基準電位をより安定にすることができる。
【００７５】
図９は、本発明の第４の実施形態に係るレーザ装置４００の基板４６０の分解斜視図を示す。基板４６０は、表面層１６２、分離グランド層１６４、共通グランド層１６６、及び別の共通グランド層４６８が積層されてなる。表面層１６２、分離グランド層１６４、及び共通グランド層１６６は、第１の実施形態に係る基板１６０と略同一である。
【００７６】
共通グランド層４６８は、基板４６０内において共通グランド層１６６の下面に設けられ、レーザ装置４００の回路全体の基準電位を等しくする。共通グランド層４６８は、絶縁層と、絶縁層上に設けられた共通グランドパターン４８０とを有する。
【００７７】
共通グランドパターン４８０は、共通グランド層１６６の共通グランドパターン１８０に対向して設けられ、導電性ビアホール４９６、導電性ビアホール４９８、及び導電性ビアホール４９９を介して、共通グランドパターン１８０に電気的に接続される。また、共通グランドパターン４８０は、接地電位に接続される。
【００７８】
共通グランドパターン４８０は、基板４６０内において分離グランド層１６４及び共通グランド層１６６とは異なる層に設けられる。例えば、共通グランドパターン４８０は、レーザモジュール１１０が接続される基板４６０面に対して分離グランド層１６４及び共通グランド層１６６より離れた層に設けられる。共通グランドパターン４８０は、共通グランド層４６８の略全面を覆うように形成されている。
【００７９】
このように、第４の実施形態によれば、レーザ装置４００は、共通グランド層１６６層に加えて共通グランド層４６８を備えるので、回路全体の基準電位をより安定にすることができる。
【００８０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００８１】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００８２】
１００ レーザ装置、１１０ レーザモジュール、１１２ レーザチップ、１１４ コリメートレンズ、１１６ ビームスプリッタ、１１８ 強度モニタ、１２０ エタロンフィルタ、１２２ 波長モニタ、１２４ 光アイソレータ、１２６ 集光レンズ、１２８ 温度モニタ、１３０ レーザキャリア、１３２ ベースプレート、１３４ 温度調整素子
１３６ 筐体、１３８ 光ファイバ、１４０ アナログ回路、１４２ 出力選択回路
１４４ 電流制御回路、１４５ 電流モニタ回路、１４６ 温度制御回路、１４７ 温度モニタ回路、１４８ 波長モニタ回路、１４９ 強度モニタ回路、１５０ デジタル回路
１５２ ＭＰＵ、１５４ 端子、１６０ 基板、１６２ 表面層、１６４ 分離グランド層、１６６ 共通グランド層、１６８ 基台、１７０ レーザ用グランドパターン
１７１ 第１グランドパターン、１７２ デジタル用グランドパターン、１７３ 第３グランドパターン、１７４ アナログ用グランドパターン、１７５ 第２グランドパターン
１７６ 接続部、１７８ 接続部、１８０ 共通グランドパターン、１８２ 貫通孔
１８４ 導電性ビアホール、１８６ 導電性ビアホール、１８８ 導電性ビアホール
１９０ 導電性ビアホール、１９２ 導電性ビアホール、１９４ 導電性ビアホール
２００ レーザ装置、２４０ デジタル−アナログ混載チップ、２４２ アナログ用グランド端子、２４４ デジタル用グランド端子、３００ レーザ装置、３６０ 基板
３６６ 共通グランド層、３８０ 共通グランドパターン、４００ レーザ装置
４６０ 基板、４６８ 共通グランド層、４８０ 共通グランドパターン、４９６ 導電性ビアホール、４９８ 導電性ビアホール、４９９ 導電性ビアホール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置に関する。特に、複数の半導体レーザ素子を有するレーザモジュールと、レーザモジュールを駆動するアナログ回路と、レーザ出力を制御するデジタル回路とを搭載して出力レーザ光の波長を制御する波長可変半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の半導体レーザ素子を有するレーザモジュールを備える波長可変半導体レーザ装置が知られている（特許文献１）。波長可変半導体レーザ装置は、レーザモジュールの他に、レーザモジュールを駆動するアナログ回路と、レーザ出力を制御するデジタル回路とを備える。
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２００７−１４２１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
高速伝送方式において、光送受信機の光源として使用されるレーザ装置は、出力レーザ光のスペクトル線幅が狭いことが求められる。しかし、回路から発生するノイズの影響により、レーザモジュールの出力レーザ光のスペクトル線幅を狭くするのが難しかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、レーザモジュールと、レーザモジュールを駆動するアナログ回路と、レーザモジュールのレーザ出力を制御するデジタル回路と、アナログ回路およびデジタル回路が実装され、レーザモジュールに接続される基板とを備え、基板は、基板内においてアナログ回路に対向して設けられるアナログ用グランドパターンと、基板内においてデジタル回路に対向して設けられるデジタル用グランドパターンと、基板内に設けられ、レーザモジュールに接続されるレーザ用グランドパターンとを有するレーザ装置を提供する。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す。
【図２】第１の実施形態に係るレーザ装置の基板の分解斜視図を示す。
【図３】第１の実施形態に係るレーザモジュールの構成を示す。
【図４】図３のレーザモジュールの側面図を示す。
【図５】第１の実施形態に係るレーザ装置を制御する方法を示す。
【図６】第１の実施形態及び比較例に係るレーザ装置の出力レーザ光のスペクトル線幅を示す。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るレーザ装置の基板の分解斜視図を示す。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るレーザ装置の基板の分解斜視図を示す。
【図９】本発明の第４の実施形態に係るレーザ装置の基板の分解斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置１００の構成を示す。図１（ａ）はレーザ装置１００の平面図を示す。図１（ｂ）は、図１（ａ）のｂ−ｂ'線における断面から観察したレーザ装置１００の側面図を示す。
【０００９】
レーザ装置１００は、光送受信機等に搭載され、指定された波長帯域のレーザ光を出力する。レーザ装置１００は、基板１６０と、レーザモジュール１１０と、光ファイバ１３８と、アナログ回路１４０と、デジタル回路１５０と、及び基台１６８とを備える。
【００１０】
基板１６０は、アナログ回路及びデジタル回路を実装し、レーザモジュールに接続される。基板１６０は、これらの部材を電気的に接続するための配線が面上に形成される配線基板である。基板１６０は、内部にレーザ用グランドパターン、デジタル用グランドパターン、アナログ用グランドパターン、及び共通グランドパターンを有する。また、基板１６０は、レーザモジュール１１０を貫通する矩形の貫通孔１８２を有する。貫通孔１８２は、基板１６０の内側でなく、縁に形成されてもよい。その場合は、基板１６０はロの字型ではなく、コの字型になる。
【００１１】
レーザモジュール１１０は、貫通孔１８２の内部に配置され、指定された波長のレーザ光を出力する。レーザモジュール１１０は、複数の半導体レーザ素子が形成されたレーザチップを備え、指定された波長と対応する半導体レーザ素子からレーザ光を出力する。レーザモジュール１１０の詳細な構成については後述する。光ファイバ１３８は、レーザチップから出射されたレーザ光を伝播する。
【００１２】
レーザモジュール１１０は、複数の端子１５４を有し、当該端子１５４を介して基板１６０の上面における貫通孔１８２の辺に沿って複数設けられた基板側の端子に電気的に接続される。また、複数の端子１５４の一部は、レーザモジュール１１０内で、複数の半導体レーザ素子にそれぞれ電気的に接続されている。
【００１３】
複数の端子１５４の一部は、複数の半導体レーザ素子のグランド電極に電気的に接続されるレーザグランド用端子であってよい。複数の端子１５４の一部は、レーザモジュール内の温度調節素子、強度モニタ、波長モニタ、及び温度モニタ等の光電気部品と電気的に接続されてよい。
【００１４】
アナログ回路１４０は、レーザモジュール１１０に電気的に接続され、レーザモジュール１１０を駆動する。アナログ回路１４０は、レーザモジュール１１０内の半導体レーザ素子に駆動電流及び／又は駆動電圧を供給する。
【００１５】
デジタル回路１５０は、アナログ回路１４０に電気的に接続され、レーザモジュール１１０のレーザ出力を制御する。デジタル回路１５０は、高周波で動作するＩＣ等のデバイスを含むので、ノイズを発生する。このため、デジタル回路１５０は、アナログ回路１４０と比較して、レーザモジュール１１０から離れた位置に配置される。
【００１６】
基台１６８は、基板１６０の貫通孔１８２の下に設けられ、レーザモジュール１１０及び基板１６０を搭載する。基台１６８は、レーザモジュール１１０内に設けられた温度調整素子のヒートシンクとして機能する。
【００１７】
図２は、第１の実施形態に係るレーザ装置の基板１６０の分解斜視図を示す。基板１６０は、表面層１６２、分離グランド層１６４、及び共通グランド層１６６を有する。
【００１８】
表面層１６２は、基板１６０の表面に配置され、アナログ回路１４０及びデジタル回路１５０を搭載する絶縁層である。表面層１６２は、絶縁樹脂等から形成される。表面層１６２には、導電性ビアホール１８４、１８６、及び１８８が形成される。
【００１９】
導電性ビアホール１８４は、表面層１６２上のデジタル回路１５０が搭載される位置に形成される。導電性ビアホール１８４は、デジタル回路１５０のグランド端子と接続される。
【００２０】
導電性ビアホール１８６は、表面層１６２上のアナログ回路１４０が搭載される位置に形成される。導電性ビアホール１８６は、アナログ回路１４０のグランド端子と接続される。
【００２１】
導電性ビアホール１８８は、表面層１６２上のレーザモジュール１１０の近傍に形成される。導電性ビアホール１８８は、端子１５４のレーザグランド用端子と電気的に接続される。
【００２２】
分離グランド層１６４は、基板１６０内において表面層１６２の下面に設けられ、複数のグランドパターンにより、レーザ装置１００のレーザモジュール１１０、アナログ回路１４０、デジタル回路１５０ごとの基準電位を等しくする。分離グランド層１６４は、絶縁層と、絶縁層上に設けられたレーザ用グランドパターン１７０、一例として、アナログ用グランドパターン１７４、及びデジタル用グランドパターン１７２を有する。絶縁層は、絶縁樹脂等から形成される。
【００２３】
レーザ用グランドパターン１７０は、基板１６０内における貫通孔１８２の囲む領域に設けられ、導電性ビアホール１８８を介して、レーザモジュール１１０に電気的に接続される。レーザ用グランドパターン１７０は、単一の導電性ビアホール１９４が形成され、当該導電性ビアホール１９４を介して、共通グランドパターン１８０に電気的に接続される。第１の実施形態において、レーザ用グランドパターン１７０は、貫通孔１８２の囲むロの字型形状であるが、これに代えて、１箇所又は複数箇所に切れ目が入ったロの字型形状（Cの字に近い形状）であってもよい。一例として、レーザ用グランドパターン１７０は、貫通孔１８２におけるレーザ出力方向と平行な辺と隣接するパターン部分の切れ目を有してもよい。この切れ目は、当該辺上の中心付近に設けてもよい。
【００２４】
導電性ビアホール１９４は、デジタル回路１５０からのノイズが伝達されにくい位置に配置される。例えば、導電性ビアホール１９４は、レーザ用グランドパターン１７０上において、デジタル回路１５０から離れた位置に配置される。
【００２５】
アナログ用グランドパターン１７４は、基板１６０内においてアナログ回路１４０に対向して設けられ、導電性ビアホール１８６を介して、アナログ回路１４０と電気的に接続される。アナログ用グランドパターン１７４には、１つ以上の導電性ビアホール１９２が形成され、当該導電性ビアホール１９２を介して、共通グランドパターン１８０に電気的に接続される。
【００２６】
デジタル用グランドパターン１７２は、基板１６０内においてデジタル回路１５０に対向して設けられ、導電性ビアホール１８４を介して、デジタル回路１５０と電気的に接続される。デジタル用グランドパターン１７２には、１つ以上の導電性ビアホール１９０が形成され、当該導電性ビアホール１９０を介して、共通グランドパターン１８０に電気的に接続される。これに代えて、デジタル用グランドパターン１７２は、共通グランドパターン１８０と電気的に分離されていてもよい。
【００２７】
共通グランド層１６６は、基板１６０内において分離グランド層１６４の下面に設けられ、レーザ装置１００の回路全体の基準電位を等しくする。共通グランド層１６６は、絶縁層と、絶縁層上に設けられた共通グランドパターン１８０を有する。絶縁層は、絶縁樹脂等から形成される。
【００２８】
共通グランドパターン１８０は、分離グランド層１６４の各グランドパターンに対向して設けられ、導電性ビアホール１９０、１９２、及び１９４を介して、アナログ用グランドパターン１７４、デジタル用グランドパターン１７２、及びレーザ用グランドパターン１７０のそれぞれに電気的に接続される。また、共通グランドパターン１８０は、接地電位に接続される。
【００２９】
共通グランドパターン１８０は、基板１６０内においてアナログ用グランドパターン１７４、デジタル用グランドパターン１７２、及びレーザ用グランドパターン１７０とは異なる層に設けられる。例えば、共通グランドパターン１８０は、レーザモジュール１１０が接続される基板１６０面に対してアナログ用グランドパターン１７４及びレーザ用グランドパターン１７０より離れた層に設けられる。
【００３０】
ここで、共通グランドパターン１８０とデジタル用グランドパターン１７２が電気的に分離されている場合は、デジタル用グランドパターン１７２は、共通グランドパターン１８０と同じ層に形成されてもよい。
【００３１】
共通グランドパターン１８０は、第１グランドパターン１７１、第２グランドパターン１７５、第３グランドパターン１７３、接続部１７６、及び接続部１７８を有する。第１グランドパターン１７１は、レーザ用グランドパターン１７０と略同一形状であり、レーザ用グランドパターン１７０と対向する。第２グランドパターン１７５は、アナログ用グランドパターン１７４と略同一形状であり、アナログ用グランドパターン１７４と対向する。第３グランドパターン１７３は、デジタル用グランドパターン１７２と略同一形状であり、デジタル用グランドパターン１７２と対向する。
【００３２】
接続部１７６は、第１グランドパターン１７１と第２グランドパターン１７５とを電気的に接続するグランドパターンである。接続部１７８は、第２グランドパターン１７５と第３グランドパターン１７３とを電気的に接続するグランドパターンである。
【００３３】
このように、図２で示したレーザ装置１００のレーザ用グランドパターン１７０と、デジタル用グランドパターン１７２は、分離グランド層１６４内において、電気的に分離されて、それぞれ導電性ビアホール１９０、１９２、及び１９４を介して共通グランドパターンに接続される。従って、デジタル回路１５０から生じたノイズが、分離グランド層１６４内を伝播して、レーザモジュール１１０に入力されにくくなる。
【００３４】
また、第１の実施形態に係るレーザ装置１００においては、デジタル用グランドパターン１７２及びレーザ用グランドパターン１７０の間にアナログ用グランドパターン１７４を配置し、かつレーザ用グランドパターン１７０とアナログ用グランドパターン１７４が電気的に分離されているので、レーザモジュール１１０に、デジタル回路１５０で発生したノイズが入力されにくい。従って、図２で示したレーザ装置１００は、デジタル回路１５０で発生するノイズの影響を低減させて、スペクトル線幅の狭いレーザ光を出力することができる。
【００３５】
図３は、第１の実施形態に係るレーザモジュール１１０の構成を示す。図４は、図３のレーザモジュール１１０の側面図を示す。
【００３６】
レーザモジュール１１０は、レーザチップ１１２と、温度モニタ１２８と、レーザキャリア１３０と、コリメートレンズ１１４と、ビームスプリッタ１１６と、強度モニタ１１８と、エタロンフィルタ１２０と、波長モニタ１２２と、光アイソレータ１２４と、集光レンズ１２６と、筐体１３６と、ベースプレート１３２と、温度調整素子１３４とを備える。
【００３７】
レーザチップ１１２は、複数の半導体レーザ素子を搭載して、搭載した複数の半導体レーザ素子の１つからレーザ光を出力する。温度モニタ１２８は、レーザチップ１１２の近傍に配置され、半導体レーザ素子の周囲の温度を検出する。温度モニタ１２８は、検出した結果を、デジタル回路１５０内のＭＰＵに送信してもよい。温度モニタ１２８は、例えばサーミスタである。レーザキャリア１３０は、レーザチップ１１２及び温度モニタ１２８を搭載する。
【００３８】
コリメートレンズ１１４は、レーザチップ１１２が出射するレーザ光の光路においてレーザチップ１１２の下流側に配置され、レーザチップ１１２が出力したレーザ光を平行光に変換する。ビームスプリッタ１１６は、レーザチップ１１２が出射するレーザ光の光路においてコリメートレンズ１１４の下流側に配置され、レーザ光の一部を反射して、残りを透過する。
【００３９】
強度モニタ１１８は、ビームスプリッタ１１６が反射した光の一部を受光して、レーザ光の強度を検出するフォトダイオードである。強度モニタ１１８は、検出した強度に応じた電気信号を、デジタル回路１５０内のＭＰＵに送信する。
【００４０】
エタロンフィルタ１２０は、ビームスプリッタ１１６が反射した光の一部のうち、一定波長間隔ことに周期的に現れる通過波長帯域に含まれる光を通過させる。エタロンフィルタ１２０の通過波長帯域は、エタロンフィルタ１２０の温度により変化する。
【００４１】
波長モニタ１２２は、エタロンフィルタ１２０を通過した光を受光して、レーザ光のうちエタロンフィルタ１２０を通過する波長成分の強度を検出するフォトダイオードである。波長モニタ１２２は、検出した強度に応じた電気信号を、デジタル回路１５０内のＭＰＵに送信する。
【００４２】
光アイソレータ１２４は、ビームスプリッタ１１６から入射した光を、そのまま透過する。一方で、光アイソレータ１２４は、レーザモジュール１１０の出力端側から入射する戻り光がレーザチップ１１２の方向に進行するのを防ぐ。
【００４３】
集光レンズ１２６は、レーザチップ１１２が出射するレーザ光の光路において光アイソレータ１２４の下流側に配置され、入射した平行光を光ファイバ１３８へと集光する。筐体１３６は、レーザモジュール１１０に含まれる各光部品を収納して、各光部品を外部の衝撃、及び温度変化等から保護する。
【００４４】
ベースプレート１３２は、レーザキャリア１３０と、コリメートレンズ１１４と、ビームスプリッタ１１６と、強度モニタ１１８と、エタロンフィルタ１２０と、波長モニタ１２２と、光アイソレータ１２４とを搭載する基板状の台である。
【００４５】
温度調整素子１３４は、ベースプレート１３２の下に配置され、レーザモジュール１１０とエタロンフィルタ１２０の温度を予め定められた一定の温度に保つ。温度調整素子１３４は、デジタル回路１５０のＭＰＵから温度制御信号を受信する。
【００４６】
温度調整素子１３４は、レーザモジュール１１０を、レーザチップ１１２が有する半導体レーザ素子が出力すべき波長に応じた温度に保つことで、半導体レーザ素子から出力するレーザ光の波長を制御する。また、温度調整素子１３４は、エタロンフィルタ１２０の通過波長帯域がモニタすべき光の波長を含むようにエタロンフィルタ１２０の温度を保ってもよい。温度調整素子１３４は、例えば、ペルチェ素子である。
【００４７】
この様に、図３、４に示したレーザモジュール１１０は、レーザチップ１１２に出力させたレーザ光の強度及び波長をモニタしながら、レーザ光を光ファイバ１３８へ伝播する。
【００４８】
図５には、第１の実施形態に係るレーザ装置１００を制御する方法を示す。以下説明するように、レーザモジュール１１０の動作は、アナログ回路１４０及びデジタル回路１５０によって制御される。
【００４９】
アナログ回路１４０は、電流制御回路１４４、電流モニタ回路１４５、温度モニタ回路１４７、波長モニタ回路１４８及び強度モニタ回路１４９を有する。電流制御回路１４４は、出力選択回路１４２を介して、レーザチップ１１２の半導体レーザ素子に駆動電流を供給する。電流制御回路１４４は、駆動電流の値を制御する電流制御信号をＭＰＵ１５２から受信して、出力選択回路１４２に電流制御信号に応じた値の駆動電流を供給する。
【００５０】
電流モニタ回路１４５は、電流制御回路１４４が半導体レーザ素子に供給する駆動電流値をモニタして、その結果をデジタル信号に変換してＭＰＵ１５２に送信する。温度モニタ回路１４７は、温度モニタ１２８から受信した、レーザモジュール１１０内の温度に関するアナログ信号を、デジタル信号に変換してＭＰＵ１５２に送信する。波長モニタ回路１４８は、波長モニタ１２２から受信した、レーザチップ１１２が出力するレーザの波長に関するアナログ信号を、デジタル信号に変換してＭＰＵ１５２に送信する。強度モニタ回路１４９は、強度モニタ１１８から受信した、レーザチップ１１２が出力するレーザの光強度に関するアナログ信号を、デジタル信号に変換してＭＰＵ１５２に送信する。
【００５１】
デジタル回路１５０は、出力選択回路１４２、温度制御回路１４６、及びＭＰＵ１５２を有する。出力選択回路１４２は、レーザ光の出力に用いる半導体レーザ素子を選択する。
【００５２】
出力選択回路１４２は、レーザチップ１１２内の複数の半導体レーザ素子に、端子１５４を介して接続された複数の経路を有する。また、出力選択回路１４２は、ＭＰＵ１５２から出力選択信号を受信する。出力選択回路１４２は、電流制御回路１４４から入力された駆動電流を、出力選択信号に応じた経路に出力するように、内部のスイッチを切り換える。このように、出力選択回路１４２は、駆動電流が出力される経路に接続された半導体レーザ素子にレーザ光を出力させる。
【００５３】
温度制御回路１４６は、レーザモジュール１１０内に設けられた温度調整素子１３４の温度を制御する。温度制御回路１４６は、レーザチップ１１２に設定されるべき温度に関する温度設定信号をＭＰＵ１５２から受信して、レーザチップ１１２を設定温度に保つための温度制御信号を、温度調整素子１３４に供給する。例えば、温度制御信号は、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御によりパルス幅が調節された矩形状のパルス波であってよい。
【００５４】
ＭＰＵ１５２は、レーザモジュール１１０内の出力に用いる半導体レーザ素子を指定する出力選択信号、レーザ光の強度を指定する電流制御信号、及びレーザモジュール１１０内の温度をそれぞれ制御する温度制御信号を、各制御回路に送信する。
【００５５】
ＭＰＵ１５２は、出力させるべきレーザ光のレーザ波長と、波長モニタ回路１４８から受信した電気信号から算出されるレーザ波長を比較して、出力選択信号を演算する。ＭＰＵ１５２は、演算した出力選択信号を、出力選択回路１４２に送信する。
【００５６】
ＭＰＵ１５２は、出力させるべきレーザ光のレーザ強度と、強度モニタ回路１４９から受信した電気信号から算出されるレーザ強度を比較して、電流制御信号を演算する。ＭＰＵ１５２は、演算した電流制御信号を、電流制御回路１４４に送信する。
【００５７】
ＭＰＵ１５２は、温度モニタ回路１４７から受信した温度信号から算出される半導体レーザ素子周囲の温度と、設定すべき温度とを比較して、温度制御信号を演算する。ＭＰＵ１５２は、演算した温度制御信号を、温度制御回路１４６に送信する。
【００５８】
図６は、１２個の半導体レーザ素子を有するレーザ装置の出力レーザ光のスペクトル線幅を示したグラフである。本グラフは、横軸をレーザモジュールのピン番号（半導体レーザ素子の番号）とし、縦軸をスペクトル線幅をとした。黒四角で示したグラフは、第１の実施形態に係るレーザ装置１００から出力させたレーザ光のスペクトル線幅を測定した結果を示す。白三角で示したグラフは、比較例として、従来のレーザ装置から出力させたレーザ光のスペクトル線幅を測定した結果を示す。
【００５９】
ここで、スペクトル線幅は、レーザモジュールピン番号１の半導体レーザ素子の出力レーザ光を基準とした。より具体的には、レーザモジュールピン番号１の半導体レーザ素子を、基板１６０を用いずに、直接駆動した場合の出力レーザ光のスペクトル線幅を基準とした。
【００６０】
比較例に係るレーザ装置は、第１の実施形態のレーザモジュール１１０と比べて、分離グランド層１６４においてアナログ用グランドパターン１７４とレーザ用グランドパターン１７０が一体化されて形成されている点が異なる。
【００６１】
第１の実施形態に係るレーザモジュール１１０のレーザモジュールピン番号１の半導体レーザ素子のスペクトル線幅は略１なので、基板１６０にレーザモジュール１１０を搭載する前後でスペクトル線幅にほとんど変動がないことが分かる。これより、レーザモジュール１１０のレーザモジュールピン番号１の半導体レーザ素子は、ノイズの影響をほとんど受けていないことが分かる。
【００６２】
また、第１の実施形態のレーザモジュール１１０のレーザモジュールピン番号１以外の各半導体レーザ素子も、出力レーザ光のスペクトル線幅がノイズの影響を受けて増大しておらず、かつ各半導体レーザ素子間のスペクトル線幅の個体差が小さいことが分かる。
【００６３】
一方で、比較例のレーザモジュール１１０の各半導体レーザ素子は、いずれもスペクトル線幅が基準に対し１．５〜２前後であり、デジタル回路１５０のノイズの影響を受けて出力光のスペクトル線幅が全体的に増大していることが分かる。さらに、比較例のレーザモジュール１１０のスペクトル線幅は、各半導体レーザ素子間の個体差が大きくなっている。
【００６４】
このように、第１の実施形態に係るレーザ装置１００によれば、デジタル回路１５０のノイズの影響を低減させ、出力レーザ光のスペクトル線幅を小さくすることができる。また、第１の実施形態に係るレーザ装置１００によれば、レーザモジュール１１０内の各半導体レーザ素子間の個体差を小さくすることができる。
【００６５】
図７は、本発明の第２の実施形態に係るレーザ装置２００の基板１６０の分解斜視図を示す。第２の実施形態においては、アナログ回路とデジタル回路が１つのチップに集積されて基板１６０上に配置される。
【００６６】
第２の実施形態のレーザ装置２００は、デジタル−アナログ混載チップ２４０を備える。レーザ装置２００の説明において、第１の実施形態と略同一の部材には同一の符号を付して、説明を省略する。
【００６７】
デジタル−アナログ混載チップ２４０は、基板１６０上に搭載され、デジタル回路、アナログ回路、アナログ用グランド端子２４２及びデジタル用グランド端子２４４を有する。デジタル−アナログ混載チップ２４０内のデジタル回路とアナログ回路はそれぞれ異なる領域に形成されてよい。
【００６８】
デジタル用グランド端子２４４は、デジタル用グランドパターン１７２に対向して設けられて、デジタル−アナログ混載チップ２４０のデジタル回路とデジタル用グランドパターン１７２に電気的に接続される。また、アナログ用グランド端子２４２は、アナログ用グランドパターン１７４に対向して設けられて、デジタル−アナログ混載チップ２４０のアナログ回路とアナログ用グランドパターン１７４に電気的に接続される。
【００６９】
このように、図７に係るレーザ装置２００においては、デジタル回路とアナログ回路を有するデジタル−アナログ混載チップ２４０を用いた場合に、デジタル用グランド端子２４４とアナログ用グランド端子２４２を分離して、それぞれ別のグランドに接続することにより、レーザモジュール１１０がデジタル回路のノイズの影響を受けることを防ぐことができる。
【００７０】
図８は、本発明の第３の実施形態に係るレーザ装置３００の基板３６０の分解斜視図を示す。第３の実施形態においては、基板３６０は、ベタパターン状の共通グランドパターンを有する。レーザ装置３００の説明において、第１の実施形態と略同一の部材には同一の符号を付して、説明を省略する。
【００７１】
基板３６０は、表面層１６２、分離グランド層１６４、及び共通グランド層３６６が積層されてなる。共通グランド層３６６は、基板３６０内において分離グランド層１６４の下面に設けられ、レーザ装置３００の回路全体の基準電位を等しくする。共通グランド層３６６は、絶縁層と、絶縁層上に設けられた共通グランドパターン３８０とを有する。
【００７２】
共通グランドパターン３８０は、基板３６０内においてアナログ用グランドパターン１７４、デジタル用グランドパターン１７２、及びレーザ用グランドパターン１７０とは異なる層に設けられる。例えば、共通グランドパターン３８０は、レーザモジュール１１０が接続される基板３６０面に対してアナログ用グランドパターン１７４及びレーザ用グランドパターン１７０より離れた層に設けられる。共通グランドパターン３８０は、共通グランド層３６６の略全面を覆うように形成されている。
【００７３】
共通グランドパターン３８０は、分離グランド層１６４の各グランドパターンに対向して設けられ、導電性ビアホール１９０、１９２、及び１９４を介して、アナログ用グランドパターン１７４、デジタル用グランドパターン１７２、及びレーザ用グランドパターン１７０のそれぞれに電気的に接続される。また、共通グランドパターン３８０は、接地電位に接続される。
【００７４】
このように、第３の実施形態によれば、共通グランドパターン３８０の面積を共通グランド層３６６層上でより大きくすることで、レーザ装置３００は、回路全体の基準電位をより安定にすることができる。
【００７５】
図９は、本発明の第４の実施形態に係るレーザ装置４００の基板４６０の分解斜視図を示す。基板４６０は、表面層１６２、分離グランド層１６４、共通グランド層１６６、及び別の共通グランド層４６８が積層されてなる。表面層１６２、分離グランド層１６４、及び共通グランド層１６６は、第１の実施形態に係る基板１６０と略同一である。
【００７６】
共通グランド層４６８は、基板４６０内において共通グランド層１６６の下面に設けられ、レーザ装置４００の回路全体の基準電位を等しくする。共通グランド層４６８は、絶縁層と、絶縁層上に設けられた共通グランドパターン４８０とを有する。
【００７７】
共通グランドパターン４８０は、共通グランド層１６６の共通グランドパターン１８０に対向して設けられ、導電性ビアホール４９６、導電性ビアホール４９８、及び導電性ビアホール４９９を介して、共通グランドパターン１８０に電気的に接続される。また、共通グランドパターン４８０は、接地電位に接続される。
【００７８】
共通グランドパターン４８０は、基板４６０内において分離グランド層１６４及び共通グランド層１６６とは異なる層に設けられる。例えば、共通グランドパターン４８０は、レーザモジュール１１０が接続される基板４６０面に対して分離グランド層１６４及び共通グランド層１６６より離れた層に設けられる。共通グランドパターン４８０は、共通グランド層４６８の略全面を覆うように形成されている。
【００７９】
このように、第４の実施形態によれば、レーザ装置４００は、共通グランド層１６６層に加えて共通グランド層４６８を備えるので、回路全体の基準電位をより安定にすることができる。
【００８０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００８１】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００８２】
１００ レーザ装置、１１０ レーザモジュール、１１２ レーザチップ、１１４ コリメートレンズ、１１６ ビームスプリッタ、１１８ 強度モニタ、１２０ エタロンフィルタ、１２２ 波長モニタ、１２４ 光アイソレータ、１２６ 集光レンズ、１２８ 温度モニタ、１３０ レーザキャリア、１３２ ベースプレート、１３４ 温度調整素子
１３６ 筐体、１３８ 光ファイバ、１４０ アナログ回路、１４２ 出力選択回路
１４４ 電流制御回路、１４５ 電流モニタ回路、１４６ 温度制御回路、１４７ 温度モニタ回路、１４８ 波長モニタ回路、１４９ 強度モニタ回路、１５０ デジタル回路
１５２ ＭＰＵ、１５４ 端子、１６０ 基板、１６２ 表面層、１６４ 分離グランド層、１６６ 共通グランド層、１６８ 基台、１７０ レーザ用グランドパターン
１７１ 第１グランドパターン、１７２ デジタル用グランドパターン、１７３ 第３グランドパターン、１７４ アナログ用グランドパターン、１７５ 第２グランドパターン
１７６ 接続部、１７８ 接続部、１８０ 共通グランドパターン、１８２ 貫通孔
１８４ 導電性ビアホール、１８６ 導電性ビアホール、１８８ 導電性ビアホール
１９０ 導電性ビアホール、１９２ 導電性ビアホール、１９４ 導電性ビアホール
２００ レーザ装置、２４０ デジタル−アナログ混載チップ、２４２ アナログ用グランド端子、２４４ デジタル用グランド端子、３００ レーザ装置、３６０ 基板
３６６ 共通グランド層、３８０ 共通グランドパターン、４００ レーザ装置
４６０ 基板、４６８ 共通グランド層、４８０ 共通グランドパターン、４９６ 導電性ビアホール、４９８ 導電性ビアホール、４９９ 導電性ビアホール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザモジュールと、
前記レーザモジュールを駆動するアナログ回路と、
前記レーザモジュールのレーザ出力を制御するデジタル回路と、
前記アナログ回路および前記デジタル回路が実装され、前記レーザモジュールに接続される基板と、
を備え、
前記基板は、
前記基板内において前記アナログ回路に対向して設けられるアナログ用グランドパターンと、
前記基板内において前記デジタル回路に対向して設けられるデジタル用グランドパターンと、
前記基板内に設けられ、前記レーザモジュールに接続されるレーザ用グランドパターンと、
を有する
レーザ装置。
【請求項２】
前記基板内において前記アナログ用グランドパターンおよび前記レーザ用グランドパターンとは異なる層に設けられ、前記アナログ用グランドパターンおよび前記レーザ用グランドパターンのそれぞれに接続される共通グランドパターンを更に備える請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記共通グランドパターンは、前記レーザモジュールが接続される基板面に対して前記アナログ用グランドパターンおよび前記レーザ用グランドパターンより離れた層に設けられる請求項２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記レーザ用グランドパターンは、単一の導電性ビアホールを介して前記共通グランドパターンと接続される請求項２または３に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記基板は、前記レーザモジュールを貫通する矩形の貫通孔を有し、
前記レーザモジュールは、前記基板の上面における前記貫通孔の辺に沿って設けられた端子に接続され、
前記レーザ用グランドパターンは、前記基板内における前記貫通孔の囲む領域に設けられる請求項２から４のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記基板上に搭載された、前記デジタル回路および前記アナログ回路を有するデジタル−アナログ混載チップを更に備え、
前記アナログ用グランドパターンは、前記デジタル−アナログ混載チップのアナログ用グランド端子に対向して設けられて前記アナログ用グランド端子に接続され、
前記デジタル用グランドパターンは、前記デジタル−アナログ混載チップのデジタル用グランド端子に対向して設けられて前記デジタル用グランド端子に接続される
請求項２から５のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１】
レーザモジュールと、
前記レーザモジュールを駆動するアナログ回路と、
前記レーザモジュールのレーザ出力を制御するデジタル回路と、
前記アナログ回路および前記デジタル回路が実装され、前記レーザモジュールに接続される基板と、
を備え、
前記基板は、
前記基板内において前記アナログ回路に対向して設けられるアナログ用グランドパターンと、
前記基板内において前記デジタル回路に対向して設けられるデジタル用グランドパターンと、
前記基板内に設けられ、前記レーザモジュールに接続されるレーザ用グランドパターンと、
を有する
レーザ装置。
【請求項２】
前記基板内において前記アナログ用グランドパターンおよび前記レーザ用グランドパターンとは異なる層に設けられ、前記アナログ用グランドパターンおよび前記レーザ用グランドパターンのそれぞれに接続される共通グランドパターンを更に備える請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記共通グランドパターンは、前記レーザモジュールが接続される基板面に対して前記アナログ用グランドパターンおよび前記レーザ用グランドパターンより離れた層に設けられる請求項２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記レーザ用グランドパターンは、単一の導電性ビアホールを介して前記共通グランドパターンと接続される請求項２または３に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記基板は、前記レーザモジュールを貫通する矩形の貫通孔を有し、
前記レーザモジュールは、前記基板の上面における前記貫通孔の辺に沿って設けられた端子に接続され、
前記レーザ用グランドパターンは、前記基板内における前記貫通孔の囲む領域に設けられる請求項２から４のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記基板上に搭載された、前記デジタル回路および前記アナログ回路を有するデジタル−アナログ混載チップを更に備え、
前記アナログ用グランドパターンは、前記デジタル−アナログ混載チップのアナログ用グランド端子に対向して設けられて前記アナログ用グランド端子に接続され、
前記デジタル用グランドパターンは、前記デジタル−アナログ混載チップのデジタル用グランド端子に対向して設けられて前記デジタル用グランド端子に接続される
請求項２から５のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−２１０９９（Ｐ２０１３−２１０９９Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５２６５６（Ｐ２０１１−１５２６５６）
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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