光モジュール
【課題】レーザダイオードのバイアス制御中に生じたトラッキングエラーを解消する。
【解決手段】光モジュールは、レーザダイオードと、レーザダイオードの後方光出力をモニタしてバイアス電流を制御するＡＰＣ回路と、温度条件の変化による前方光出力のトラッキングエラー（ＴＥ）を補正した状態で出力する導波路型合波器とを備える。導波路型合波器としての機能は、導波路型合波器の透過中心波長を予め高温域の波長（λ’１）に設定しておくことで得られる（Ａ）。ＴＥによる損失が高温域で増加したり（Ｂ）、逆に低温域で損失が減少したりしても（Ｂ）、導波路型合波器の分光特性によって損失の変動分が補正され、光出力が安定する（Ｃ）。
【解決手段】光モジュールは、レーザダイオードと、レーザダイオードの後方光出力をモニタしてバイアス電流を制御するＡＰＣ回路と、温度条件の変化による前方光出力のトラッキングエラー（ＴＥ）を補正した状態で出力する導波路型合波器とを備える。導波路型合波器としての機能は、導波路型合波器の透過中心波長を予め高温域の波長（λ’１）に設定しておくことで得られる（Ａ）。ＴＥによる損失が高温域で増加したり（Ｂ）、逆に低温域で損失が減少したりしても（Ｂ）、導波路型合波器の分光特性によって損失の変動分が補正され、光出力が安定する（Ｃ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システムは、波長の異なる複数の光信号を１本の光ファイバで伝送することで、高速・大容量のデータ伝送を可能にする先行技術である。複数の光信号は、それぞれ異なる単波長光源器から出力され、合波器で合波（多重化）されて多波長光信号となる。また多波長光信号は受信側の分波器で分波され、複数の単波長光信号として受信される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
上記の先行技術において、単波長光源器には半導体レーザが用いられており、合波器や分波器にはアレイ導波路型のものが用いられている。一般に半導体レーザ等の発光素子は、バイアス電流の供給時に前方及び後方に光を発しており、このとき前方の光出力と後方の光出力との間には一定の相関関係（例えば比例関係）が成り立つ。このため単波長光源器の内部には、半導体レーザが発した光のうち、前方を光信号として出力する一方で、後方の光出力をフォトダイオードでモニタし、得られたモニタ電圧の目標誤差を増幅してバイアス電流にフィードバックすることで、前方の光出力を一定に保持するＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９７５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、半導体レーザ等の発光素子は、温度条件の変化によって発振波長がシフトしていくだけでなく、前方の光出力に対する後方の光出力の比率（以下、「前方後方比率」と言う。）にも変化が表れる。このため、通常のＡＰＣ回路によるバイアス電流の制御には、前方後方比率の変化に起因して、前方の光出力が変動するという問題（いわゆるトラッキングエラー）がある。
【０００６】
そこで本発明は、温度条件の変化による発光素子のトラッキングエラーを解消し、光出力を安定化させることができる技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明は、バイアス電流の供給を受けて前方及び後方に光を発する、複数の発光素子と、モニタ用受光素子を有し、発光素子が発する後方の光出力をモニタ用受光素子でモニタし、モニタした後方の光出力が目標の光出力となるようにバイアス電流を制御する制御回路と、複数の発光素子が発した複数の前方の光が入力され、入力された複数の光を合波し、合波した光を出力する導波路型合波器と、を備え、発光素子は、温度条件の変化に応じて、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が変化することにより、前方の光出力が変動し、導波路型合波器は、前方の光出力の変動を補正し、導波路型合波器出力後の光出力の変動が小さくなるような分光特性を有する、光モジュールを一態様とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光モジュールによれば、温度条件の変化による発光素子のトラッキングエラーを解消し、光出力を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】波長多重伝送システムの構成を概略的に示す図である。
【図２】ＡＰＣ回路の構成例を概略的に示す図である。
【図３】導波路型合波器の構成例を概略的に示す図である。
【図４】第１実施形態の光モジュールに用いられる導波路型合波器の分光特性を示す図である。
【図５】波長域λ１に対応するレーザダイオードについての検証例を示す図である。
【図６】第２実施形態の光モジュールに用いられる導波路型合波器の分光特性を示す図である。
【図７】第２実施形態における波長域λ１に対応するレーザダイオードについての検証例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、波長多重伝送システムの構成を概略的に示す図である。本発明の光モジュールは、例えば図１に示される波長多重伝送システムに適用することができる。ただし、以下は１つの適用例として示すものであり、光モジュールの適用範囲は以下の適用例に限られるものではない。
【００１２】
波長多重伝送システムは、例えば送信側の光トランシーバ１０から４波長多重化した光信号を出力し、１芯の光ファイバ２２を伝送路として光信号を伝送する。伝送区間が長距離に及ぶ場合、伝送路の途中には中継器２４を設置することができ、中継器２４は光増幅器２４ａで光信号を増幅しながら伝送する。伝送された光信号は、受信側の光トランシーバ４０で４つの単波長光信号に分波される。なお、ここでは送信側、受信側としてそれぞれ簡略化しているが、双方の光トランシーバ１０，４０には、光送信機能と光受信機能とが合わせて装備されていてもよい。
【００１３】
この適用例において、光モジュールは送信側の光トランシーバ１０に内蔵されている。光トランシーバ１０は、光源器１２及び導波路型合波器２０を備えている。光源器１２は、複数の発光素子及びＡＰＣ回路（制御回路）を含む。光モジュールは、複数の発光素子、ＡＰＣ回路、及び導波路型合波器から構成される。なお、光モジュールとしての実施形態（第１実施形態及び第２実施形態）については後述するものとし、ここでは光トランシーバ１０の各構成要素について概略的に説明する。
【００１４】
光源器１２には、光モジュールを構成する複数の発光素子として、例えば４つのレーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）１２ａ〜１２ｄが含まれている。これら４つのレーザダイオード１２ａ〜１２ｄは、バイアス電流の供給を受けて、それぞれ異なる波長（λ１，λ２，λ３，λ４）の光を発する。
【００１５】
また光源器１２には、複数の発光素子及びＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路だけでなく、図示しない変調（駆動）回路も含む。ＡＰＣ回路は、レーザダイオード１２ａ〜１２ｄが発する後方の光出力をモニタし、モニタした後方の光出力が目標の光出力となるように、バイアス電流を制御する。また変調回路は、レーザダイオード１２ａ〜１２ｄに対し変調電流を供給して光を直接変調する。前方の変調された光は、光信号として導波路型合波器２０へ入力される。
【００１６】
導波路型合波器は、複数の発光素子が発した複数の前方の光（光信号）が入力され、入力された複数の光を合波し、合波した光を出力する。図１に示す導波路型合波器２０は、４つのレーザダイオード１２ａ〜１２ｄが発した４つの異なる波長λ１，λ２，λ３，λ４の光信号を合波して出力する。導波路型合波器２０の詳細については後述する。
【００１７】
受信側の光トランシーバ４０は、導波路型分波器３０及び受光器３２を備えている。導波路型分波器３０は、光ファイバ２２を通じて入力された多重化信号を４つの単波長λ１，λ２，λ３，λ４の光信号に分波する。
【００１８】
また受光器３２には、例えば４つのフォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）３２ａ〜３２ｄが含まれており、これら４つのフォトダイオード３２ａ〜３２ｄは、それぞれ単波長λ１，λ２，λ３，λ４に分波された光信号を電気信号に変換する。
【００１９】
〔ＡＰＣ回路の構成例〕
図２は、光トランシーバ１０に内蔵されたＡＰＣ回路５０の構成例を概略的に示す図である。ここでは便宜上、光源器１２に含まれる１つのレーザダイオード１２ａを対象として説明するが、その他の３つのレーザダイオード１２ｂ，１２ｃ，１２ｄについても同様のＡＰＣ回路５０が設けられている。
【００２０】
ＡＰＣ回路５０は、モニタ用のフォトダイオード（モニタ用受光素子）（以下、「モニタ用ＰＤ」と言う。）５２を有している。ＡＰＣ回路５０は、レーザダイオード１２ａが発する後方の光出力をモニタ用ＰＤでモニタし、モニタした後方の光出力が目標の光出力となるように、バイアス電流を制御する。後方の光出力に対する目標の光出力は、ＡＰＣ回路５０の制御により一定にしようとする、前方の光出力に対する目標の光出力に従って設定される。
具体的に、ＡＰＣ回路５０は、差動増幅器５４及び電流源５６を有している。モニタ用ＰＤ５２は、レーザダイオード１２ａが発する後方の光出力をモニタ（受光）し、モニタ電流Ｉｍｔを発生させる。モニタ電流Ｉｍｔは、グランドされた抵抗器（図示していない）でモニタ電圧Ｖｍに変換され、このモニタ電圧Ｖｍが差動増幅器５４の反転入力端子に入力されている。
【００２１】
ＡＰＣ回路５０の入力端子５８は、差動増幅器５４の非反転入力端子に接続されている。入力端子５８には、例えば図示しない内部電源又はロジック回路から目標電圧Ｖｔが印加されている。目標電圧Ｖｔは、後方の光出力に対する目標の光出力に従って設定される。差動増幅器５４は、目標電圧Ｖｔに対するモニタ電圧Ｖｍの誤差を増幅して電流源５６に供給する。
【００２２】
電流源５６は、差動増幅器５４の出力に基づいて、目標電圧Ｖｔに対するモニタ電圧Ｖｍの誤差がなくなるように、レーザダイオード１２ａに供給されるバイアス電流Ｉｂｓを制御する。これにより、レーザダイオード１２ａが発する前方の光出力が一定の出力で安定する。なお、レーザダイオード１２ａから発せられる前方の光（波長λ１）は図示しないレンズで集光され、上記の導波路型合波器２０に入力される。
【００２３】
また光源器１２は、ＡＰＣ回路５０の他に変調回路６０を有している。変調回路６０は、上記のようにレーザダイオード１２ａに供給される変調電流Ｉｍｄを制御する。変調回路６０の入力端子６２には、例えば図示しない制御ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）から変調電流Ｉｍｄの設定値が入力されている。これにより、レーザダイオード１２ａが発する前方への光出力が二値の光信号に変調される。
【００２４】
〔バイアス電流制御と温度変化との関係〕
公知のように、レーザダイオード１２ａが発する前方の光出力と後方の光出力との間には相関関係（例えば比例関係）があるため、ＡＰＣ回路５０によるバイアス電流Ｉｂｓの制御が光出力の安定化に有効である。
ここで、例えばレーザダイオード１２ａの温度条件が常温域（例えば２５°Ｃ程度）から高温域（例えば８５°Ｃ程度）、又は低温域（例えば０°Ｃ程度）に変化した場合を考える。このような温度条件の変化に応じて、レーザダイオード１２ａが発する前方の光出力が変化しても、ＡＰＣ回路５０によるバイアス電流Ｉｂｓの制御が有効に作用することで光出力を一定に保持することができる。
なお、この場合、温度条件の変化に従ってレーザダイオード１２ａの光出力特性（バイアス電流と光出力の関係）が変化するため、光源器１２は温度条件に応じた目標電圧Ｖｔの設定値を有する。また、光源器１２は、温度条件を測定するための図示しない温度センサを備える。光源器１２は、温度センサから温度条件を測定し、測定した温度条件に応じた目標電圧Ｖｔの設定値を用いて、バイアス電流Ｉｂｓを制御する。
【００２５】
〔トラッキングエラーの発生〕
ただし、レーザダイオード１２ａ等の発光素子には、使用時に温度条件の変化に応じて前方後方比率（前方の光出力に対する後方の光出力の比率）が変化する特性がある。このため、前方後方比率の変化に起因する前方の光出力の変動（トラッキングエラー）は、ＡＰＣ回路５０のバイアス電流制御で除去することができない。
例えば、高温域で常温域より前方後方比率が大きくなる場合、高温域では、ＡＰＣ回路５０でバイアス電流Ｉｂｓを制御していても、前方の光出力は低下する傾向にある。逆に、高温域で常温域より前方後方比率が小さくなる場合、高温域では、前方の光出力が上昇する傾向にある。
【００２６】
そこで本発明では、上記のようなトラッキングエラーによる前方の光出力の変動を補正し、導波路型合波器２０出力後の光出力の変動が小さくなるような分光特性を有する導波路型合波器２０を用いている。以下、トラッキングエラーの補正に有効な導波路型合波器２０を用いた光モジュールの実施形態（第１実施形態及び第２実施形態）について説明する。
【００２７】
〔導波路型合波器の構成例〕
図３は、導波路型合波器２０の構成例を概略的に示す図である。図３に示される構成例は、第１実施形態及び第２実施形態について共通である。
【００２８】
導波路型合波器２０は、例えば３つのマッハツェンダ干渉計２０ａ〜２０ｃを多段に接続して構成されている。具体的には、光信号の入力段に２つのマッハツェンダ干渉計２０ｂ，２０ｃが位置し、残る１つのマッハツェンダ干渉計２０ａが出力段に位置している。３つのマッハツェンダ干渉計２０ａ〜２０ｃは、いずれも構造的には同等（ただし分光特性は個別に異なる）の光導波路素子であるが、配置によって機能が異なる。
【００２９】
入力段に位置する２つのマッハツェンダ干渉計２０ｂ，２０ｃは、導波路型合波器２０全体としての入力ポート２００を形成している。入力ポート２００には、第１ポート２００ａ〜第４ポート２００ｄまでの４つが含まれる。このうち第１ポート２００ａ及び第２ポート２００ｂが１つのマッハツェンダ干渉計２０ｂで構成されており、第３ポート２００ｃ及び第４ポート２００ｄがもう１つのマッハツェンダ干渉計２０ｃで構成されている。
【００３０】
４つある入力ポート２００のうち、第１ポート２００ａには波長λ１の光信号が入力され、第２ポート２００ｂには波長λ３の光信号が入力される。また第３ポート２００ｃには波長λ２の光信号が入力され、第４ポート２００ｄには波長λ４の光信号が入力されるものとなっている。なお、同一のマッハツェンダ干渉計２０ｂに入力される２つの光信号（波長λ１，λ３）の間には、標準グリッドよりも大きい波長間隔が確保されている。同様に、同一のマッハツェンダ干渉計２０ｃに入力される２つの光信号（波長λ２，λ４）の間にも、標準グリッドより大きい波長間隔が確保されているものとする。
【００３１】
出力段に位置する１つのマッハツェンダ干渉計２０ａは、導波路型合波器２０全体としての出力ポート２１０を形成している。マッハツェンダ干渉計２０ａと他の２つのマッハツェンダ干渉計２０ｂ，２０ｃとは、それぞれ中間導波路２００ｅ，２００ｆで接続されている。入力段のマッハツェンダ干渉計２０ｂで合波された光信号（波長λ１，λ３）は、中間導波路２００ｅを通じて出力段のマッハツェンダ干渉計２０ａに入力され、また、別の入力段のマッハツェンダ干渉計２０ｃで合波された光信号（波長λ２，λ４）は、中間導波路２００ｆを通じて出力段のマッハツェンダ干渉計２０ａに入力されている。
【００３２】
出力段のマッハツェンダ干渉計２０ａは、入力された２つの光信号（波長λ１，λ３が合波されたものと波長λ２，λ４が合波されたもの）をさらに合波し、４波長多重化した光信号（波長λ１〜λ４）を出力ポート２１０から出力する。
【００３３】
〔第１実施形態〕
図４は、第１実施形態の光モジュールに用いられる導波路型合波器２０の分光特性を示す図である。導波路型合波器２０は、短波長域から長波長域に向かって波長λ１’，λ２’，λ３’，λ’４の順に、光損失を極小化する各透過中心波長がほぼ一定間隔で配置された分光特性を有している。ここでは透過中心波長の間隔を一定としているが、波長間隔は一定でなくてもよい。
【００３４】
ここで、レーザダイオード１２ａ〜１２ｄ等の発光素子は、温度条件が常温域から高温域、又は低温域に変化すると、発振波長のずれ（温度ドリフト）が生じる特性を有している。このとき第１実施形態の光モジュールでは、予め高温域での発振波長λ１’〜λ４’に導波路型合波器２０の透過中心波長を一致させた分光特性を採用している。したがって第１実施形態では、温度条件が高温域の場合に導波路型合波器２０での光損失（Ｌｈ）が最小となるが、常温域で得られる各波長λ１〜λ４では高温域より光損失（Ｌｎ）が大きくなり、低温域で得られる各波長λ１”〜λ４”では光損失（Ｌｃ）が最大となる。
【００３５】
〔トラッキングエラーとの関係〕
このような導波路型合波器２０の分光特性は、温度条件が高温域に向かって変化すると、発振波長が長波方向に変化し、かつ、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が上昇する変動特性を有する発光素子に対して有効である。以下、この点について、より具体的に検証する。
【００３６】
図５は、波長域λ１に対応するレーザダイオード１２ａについての検証例を示す図である。図５中（Ａ）は、第１実施形態で用いられる導波路型合波器２０の分光特性を示している。また図５中（Ｂ）は、温度条件の変化に応じたトラッキングエラー（図中「ＴＥ」と表記）の変化特性を示している。そして図５中（Ｃ）は、導波路型合波器２０出力後の光出力を示している。
【００３７】
この検証例において、温度条件は、レーザダイオード１２ａが使用される温度範囲として、低温域０°Ｃから高温域８５°Ｃまでの間で変化するものとする。ただし、温度条件の設定はこれ以外でもよい。
このときレーザダイオード１２ａとしてＤＦＢ−ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄ Ｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を使用し、Δ０．１ｎｍ／°Ｃの波長シフトが発生する場合を考える。
【００３８】
この場合、常温域２５°Ｃから高温域８５°Ｃへの温度変化（ΔＴ＝６０°Ｃ）では、レーザダイオード１２ａの発振波長は６．０ｎｍだけ長波長側へ変化する。一方、常温域２５°Ｃから低温域０°Ｃへの温度変化（ΔＴ＝２５°Ｃ）に対し、レーザダイオード１２ａの発振波長は２．５ｎｍだけ短波長側へ変化する。したがって、例えば波長域λ１のレーザダイオード１２ａは、常温域での発振波長を１２７１ｎｍとすると、高温域では発振波長が１２７７ｎｍにシフトし、低温域では発振波長が１２６８．５ｎｍにシフトすると予測できる。
【００３９】
〔分光特性〕
図５中（Ａ）に示されているように、第１実施形態の導波路型合波器２０では、予め透過中心波長を高温域での発振波長（λ’１：１２７７ｎｍ）に合わせて設計している。導波路型合波器２０は、レーザダイオード１２ａが使用される温度範囲（低温域０°Ｃから高温域８５°Ｃ）において、温度条件が高温域に向かって変化すると、光損失が減少する分光特性を有する。この場合、高温域で光損失（Ｌｈ）は最小となるが、常温域の発振波長（λ１：１２７１ｎｍ）では光損失（Ｌｎ）が大きくなり、低温域での発振波長（λ”１：１２６８．５ｎｍ）では光損失（Ｌｃ）が最大となる。
【００４０】
〔トラッキングエラー特性〕
レーザダイオード１２ａが、温度条件が高温域に向かって変化すると、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が上昇する変動特性を有する場合、ＡＰＣ回路５０によって制御される前方の光出力は、温度条件が高温域に向かって変化すると、減少する。言い換えると、トラッキングエラーによる光出力の損失は、温度条件が高温域に向かって変化すると、増加する。
図５中（Ｂ）に示されるトラッキングエラーの特性は、例えば常温域での損失を中間値（０）とすると、高温域で光損失（Ｌｔｈ）は最大となり、逆に低温域で光損失（Ｌｔｃ）は最小となる傾向を示す。なお「中間値（０）」は、厳密な意味で最大と最小の中央（平均）値である必要はない（第２実施形態についても同様。）。
【００４１】
〔補正による光出力の安定化〕
図５中（Ｃ）に示されるように、図５中（Ａ）の分光特性と図５中（Ｂ）のトラッキングエラー特性の両者により光損失が相殺され、温度条件の全域で、導波路型合波器２０出力後の光出力を略一定値（Ｐｓ）に抑えることができる。具体的には、各温度条件で以下の補正が作用している。
【００４２】
〔常温域〕
常温域では、トラッキングエラーによる光損失は中間値（０）にある。このとき、常温域での発振波長λ１に対する導波路型合波器２０の光損失（Ｌｎ）を足し合わせると、導波路型合波器２０出力後の光出力は上記の一定値（Ｐｓ）になる。
【００４３】
〔高温域〕
高温域では、トラッキングエラーによる光損失が中間値（０）より増加して最大値（Ｌｔｈ）となる。この場合、トラッキングエラーによる損失の増加分（０→Ｌｔｈ）に対して、シフト後の発振波長λ’１では導波路型合波器２０の光損失が減少（Ｌｎ→Ｌｈ）する。このため、両者の相殺により導波路型合波器２０出力後の光出力は上記の一定値（Ｐｓ）に補正されることになる。
【００４４】
〔低温域〕
また低温域では、トラッキングエラーによる光損失が中間値（０）より減少して最小値（Ｌｔｃ）となる。この場合、トラッキングエラーによる損失の減少分（０→Ｌｔｃ）に対し、シフト後の発振波長λ”１では導波路型合波器２０の光損失が増加（Ｌｎ→Ｌｃ）する。このため、ここでも両者の相殺により導波路型合波器２０出力後の光出力は上記の一定値（Ｐｓ）に補正されることになる。
【００４５】
以上のように第１実施形態の光モジュールによれば、温度条件の変化に応じてトラッキングエラーによる光損失の変動が生じても、その変動分を導波路型合波器２０の分光特性によって補正し、導波路型合波器２０出力後の光出力の変動を小さくできる。結果として、光モジュールは、その光出力を安定化させることができる。
【００４６】
〔第２実施形態〕
図６は、第２実施形態の光モジュールに用いられる導波路型合波器２０の分光特性を示す図である。以下、第１実施形態との相違点を中心として説明する。
【００４７】
第２実施形態の光モジュールでは、温度条件を低温域とした場合に得られるレーザダイオード１２ａ〜１２ｄの発振波長λ１”〜λ４”に対し、予め導波路型合波器２０の透過中心波長を一致させた分光特性を採用している点が第１実施形態と異なっている。したがって第２実施形態では、温度条件が低温域の場合に導波路型合波器２０での光損失（Ｌｃ）が最小となるが、常温域で得られる各波長λ１〜λ４では光損失（Ｌｎ）が大きくなり、高温域で得られる各波長λ１’〜λ４’では光損失（Ｌｈ）が最大となっている。
【００４８】
〔トラッキングエラーとの関係〕
第２実施形態で用いられる導波路型合波器２０の分光特性は、温度条件が高温域に向かって変化すると、発振波長が長波方向に変化し、かつ、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が減少する変動特性を有する発光素子に対して有効である。
【００４９】
図７は、第２実施形態における波長域λ１に対応するレーザダイオードについての検証例を示す図である。図７中（Ａ）は、第２実施形態で用いられる導波路型合波器２０の分光特性を示している。また図７中（Ｂ）は、温度条件の変化に応じたトラッキングエラーの変化特性を示している。そして図７中（Ｃ）は、導波路型合波器２０出力後の光出力を示している。
【００５０】
〔分光特性〕
図７中（Ａ）に示されているように、第２実施形態の導波路型合波器２０では、予め透過中心波長を低温域での発振波長（λ”１：１２６８．５ｎｍ）に合わせて設計している。導波路型合波器２０は、レーザダイオード１２ａが使用される温度範囲（低温域０°Ｃから高温域８５°Ｃ）において、温度条件が高温域に向かって変化すると、光損失が増加する分光特性を有する。この場合、低温域で光損失（Ｌｃ）は最小となるが、常温域の発振波長（λ１：１２７１ｎｍ）では光損失（Ｌｎ）が大きくなり、高温域での発振波長（λ’１：１２７７ｎｍ）では光損失（Ｌｈ）が最大となる。
【００５１】
〔トラッキングエラー特性〕
レーザダイオード１２ａが、温度条件が高温域に向かって変化すると、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が減少する変動特性を有する場合、ＡＰＣ回路５０によって制御される前方の光出力は、温度条件が高温域に向かって変化すると、増加する。言い換えると、トラッキングエラーによる光出力の損失は、温度条件が低温域に向かって変化すると、増加する。
図７中（Ｂ）に示されるトラッキングエラーの特性は、常温域での損失を中間値（０）としたとき、低温域で光損失（Ｌｔｃ）が最大となり、逆に高温域で光損失（Ｌｔｈ）が最小となる傾向を示す（第１実施形態と逆の傾向）。
【００５２】
〔補正による光出力の安定化〕
第２実施形態においても、図７中（Ｃ）に示されるように両者により光損失が相殺され、温度条件の全域で、導波路型合波器２０出力後の光出力を略一定値（Ｐｓ）に抑えることができる。具体的には、各温度条件で以下の補正が作用している。
【００５３】
〔常温域〕
常温域でトラッキングエラーによる光損失が中間値（０）にある点は第１実施形態と同様である。そして、常温域での発振波長λ１に対する導波路型合波器２０の光損失（Ｌｎ）を足し合わせると、導波路型合波器２０出力後の光出力は上記の一定値（Ｐｓ）になる。
【００５４】
〔高温域〕
高温域では、トラッキングエラーによる光損失が中間値（０）より減少して最小値（Ｌｔｈ）となる。この場合、トラッキングエラーによる損失の減少分（０→Ｌｔｈ）に対して、シフト後の発振波長λ’１での導波路型合波器２０の光損失は増加（Ｌｎ→Ｌｈ）する。このため、同じく両者の相殺により導波路型合波器２０出力後の光出力は上記の一定値（Ｐｓ）に補正されることになる。
【００５５】
〔低温域〕
また低温域では、トラッキングエラーによる光損失が中間値（０）より増加して最大値（Ｌｔｃ）となる。この場合、トラッキングエラーによる損失の増加分（０→Ｌｔｃ）に対して、シフト後の発振波長λ”１での導波路型合波器２０の光損失は減少（Ｌｎ→Ｌｃ）する。このため、ここでも両者の相殺により導波路型合波器２０出力後の光出力は上記の一定値（Ｐｓ）に補正されることになる。
【００５６】
以上のように第２実施形態の光モジュールについても、温度条件の変化に応じて生じたトラッキングエラーによる光損失の変動分を導波路型合波器２０の分光特性によって補正し、導波路型合波器２０出力後の光出力の変動を小さくできる。結果として、光モジュールは、その光出力を安定化させることができる。
【００５７】
上述した第１及び第２実施形態の光モジュールによれば、予め導波路型合波器２０の分光特性をトラッキングエラーの特性（温度条件の変化に対する損失の変化傾向）に合わせて設計しておくことで、使用時の温度条件の変化による光トランシーバ１０の出力変動を抑え、波長多重化伝送システムによるデータ伝送の安定化に大きく寄与することができる。
【００５８】
また、第１及び第２実施形態で挙げた検証例は、１つの波長λ１に対応するレーザダイオード１２ａについてのものであるが、その他の波長λ２，λ３，λ４に対応するレーザダイオード１２ｂ，１２ｃ，１２ｄについても同様の分光特性を適用することができる。これにより、光モジュール全体として、全ての波長λ１〜λ４で前方光出力のトラッキングエラー補正を実現することができる。
【００５９】
光モジュールは、４波長よりチャンネル数が多い（例えば１０チャンネル）導波路型合波器２０を有していてもよい。この場合であっても、第１及び第２実施形態で挙げた分光特性によるトラッキングエラー補正を適用することにより、チャンネル毎にレーザダイオードの前方の光出力を安定化させることができる。
【００６０】
また、各実施形態で挙げた温度条件や発振波長、透過中心波長等の値は好ましい例示であり、本発明の実施に際して個々の値を適宜に変更できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６１】
１０，４０ 光トランシーバ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ レーザダイオード
２０ 導波路型合波器
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ マッハツェンダ干渉計
２２ 光ファイバ
３０ 導波路型分波器
５０ ＡＰＣ回路
５２ モニタ用ＰＤ
５４ 差動増幅器
５６ 電流源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システムは、波長の異なる複数の光信号を１本の光ファイバで伝送することで、高速・大容量のデータ伝送を可能にする先行技術である。複数の光信号は、それぞれ異なる単波長光源器から出力され、合波器で合波（多重化）されて多波長光信号となる。また多波長光信号は受信側の分波器で分波され、複数の単波長光信号として受信される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
上記の先行技術において、単波長光源器には半導体レーザが用いられており、合波器や分波器にはアレイ導波路型のものが用いられている。一般に半導体レーザ等の発光素子は、バイアス電流の供給時に前方及び後方に光を発しており、このとき前方の光出力と後方の光出力との間には一定の相関関係（例えば比例関係）が成り立つ。このため単波長光源器の内部には、半導体レーザが発した光のうち、前方を光信号として出力する一方で、後方の光出力をフォトダイオードでモニタし、得られたモニタ電圧の目標誤差を増幅してバイアス電流にフィードバックすることで、前方の光出力を一定に保持するＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９７５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、半導体レーザ等の発光素子は、温度条件の変化によって発振波長がシフトしていくだけでなく、前方の光出力に対する後方の光出力の比率（以下、「前方後方比率」と言う。）にも変化が表れる。このため、通常のＡＰＣ回路によるバイアス電流の制御には、前方後方比率の変化に起因して、前方の光出力が変動するという問題（いわゆるトラッキングエラー）がある。
【０００６】
そこで本発明は、温度条件の変化による発光素子のトラッキングエラーを解消し、光出力を安定化させることができる技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明は、バイアス電流の供給を受けて前方及び後方に光を発する、複数の発光素子と、モニタ用受光素子を有し、発光素子が発する後方の光出力をモニタ用受光素子でモニタし、モニタした後方の光出力が目標の光出力となるようにバイアス電流を制御する制御回路と、複数の発光素子が発した複数の前方の光が入力され、入力された複数の光を合波し、合波した光を出力する導波路型合波器と、を備え、発光素子は、温度条件の変化に応じて、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が変化することにより、前方の光出力が変動し、導波路型合波器は、前方の光出力の変動を補正し、導波路型合波器出力後の光出力の変動が小さくなるような分光特性を有する、光モジュールを一態様とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光モジュールによれば、温度条件の変化による発光素子のトラッキングエラーを解消し、光出力を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】波長多重伝送システムの構成を概略的に示す図である。
【図２】ＡＰＣ回路の構成例を概略的に示す図である。
【図３】導波路型合波器の構成例を概略的に示す図である。
【図４】第１実施形態の光モジュールに用いられる導波路型合波器の分光特性を示す図である。
【図５】波長域λ１に対応するレーザダイオードについての検証例を示す図である。
【図６】第２実施形態の光モジュールに用いられる導波路型合波器の分光特性を示す図である。
【図７】第２実施形態における波長域λ１に対応するレーザダイオードについての検証例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、波長多重伝送システムの構成を概略的に示す図である。本発明の光モジュールは、例えば図１に示される波長多重伝送システムに適用することができる。ただし、以下は１つの適用例として示すものであり、光モジュールの適用範囲は以下の適用例に限られるものではない。
【００１２】
波長多重伝送システムは、例えば送信側の光トランシーバ１０から４波長多重化した光信号を出力し、１芯の光ファイバ２２を伝送路として光信号を伝送する。伝送区間が長距離に及ぶ場合、伝送路の途中には中継器２４を設置することができ、中継器２４は光増幅器２４ａで光信号を増幅しながら伝送する。伝送された光信号は、受信側の光トランシーバ４０で４つの単波長光信号に分波される。なお、ここでは送信側、受信側としてそれぞれ簡略化しているが、双方の光トランシーバ１０，４０には、光送信機能と光受信機能とが合わせて装備されていてもよい。
【００１３】
この適用例において、光モジュールは送信側の光トランシーバ１０に内蔵されている。光トランシーバ１０は、光源器１２及び導波路型合波器２０を備えている。光源器１２は、複数の発光素子及びＡＰＣ回路（制御回路）を含む。光モジュールは、複数の発光素子、ＡＰＣ回路、及び導波路型合波器から構成される。なお、光モジュールとしての実施形態（第１実施形態及び第２実施形態）については後述するものとし、ここでは光トランシーバ１０の各構成要素について概略的に説明する。
【００１４】
光源器１２には、光モジュールを構成する複数の発光素子として、例えば４つのレーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）１２ａ〜１２ｄが含まれている。これら４つのレーザダイオード１２ａ〜１２ｄは、バイアス電流の供給を受けて、それぞれ異なる波長（λ１，λ２，λ３，λ４）の光を発する。
【００１５】
また光源器１２には、複数の発光素子及びＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路だけでなく、図示しない変調（駆動）回路も含む。ＡＰＣ回路は、レーザダイオード１２ａ〜１２ｄが発する後方の光出力をモニタし、モニタした後方の光出力が目標の光出力となるように、バイアス電流を制御する。また変調回路は、レーザダイオード１２ａ〜１２ｄに対し変調電流を供給して光を直接変調する。前方の変調された光は、光信号として導波路型合波器２０へ入力される。
【００１６】
導波路型合波器は、複数の発光素子が発した複数の前方の光（光信号）が入力され、入力された複数の光を合波し、合波した光を出力する。図１に示す導波路型合波器２０は、４つのレーザダイオード１２ａ〜１２ｄが発した４つの異なる波長λ１，λ２，λ３，λ４の光信号を合波して出力する。導波路型合波器２０の詳細については後述する。
【００１７】
受信側の光トランシーバ４０は、導波路型分波器３０及び受光器３２を備えている。導波路型分波器３０は、光ファイバ２２を通じて入力された多重化信号を４つの単波長λ１，λ２，λ３，λ４の光信号に分波する。
【００１８】
また受光器３２には、例えば４つのフォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）３２ａ〜３２ｄが含まれており、これら４つのフォトダイオード３２ａ〜３２ｄは、それぞれ単波長λ１，λ２，λ３，λ４に分波された光信号を電気信号に変換する。
【００１９】
〔ＡＰＣ回路の構成例〕
図２は、光トランシーバ１０に内蔵されたＡＰＣ回路５０の構成例を概略的に示す図である。ここでは便宜上、光源器１２に含まれる１つのレーザダイオード１２ａを対象として説明するが、その他の３つのレーザダイオード１２ｂ，１２ｃ，１２ｄについても同様のＡＰＣ回路５０が設けられている。
【００２０】
ＡＰＣ回路５０は、モニタ用のフォトダイオード（モニタ用受光素子）（以下、「モニタ用ＰＤ」と言う。）５２を有している。ＡＰＣ回路５０は、レーザダイオード１２ａが発する後方の光出力をモニタ用ＰＤでモニタし、モニタした後方の光出力が目標の光出力となるように、バイアス電流を制御する。後方の光出力に対する目標の光出力は、ＡＰＣ回路５０の制御により一定にしようとする、前方の光出力に対する目標の光出力に従って設定される。
具体的に、ＡＰＣ回路５０は、差動増幅器５４及び電流源５６を有している。モニタ用ＰＤ５２は、レーザダイオード１２ａが発する後方の光出力をモニタ（受光）し、モニタ電流Ｉｍｔを発生させる。モニタ電流Ｉｍｔは、グランドされた抵抗器（図示していない）でモニタ電圧Ｖｍに変換され、このモニタ電圧Ｖｍが差動増幅器５４の反転入力端子に入力されている。
【００２１】
ＡＰＣ回路５０の入力端子５８は、差動増幅器５４の非反転入力端子に接続されている。入力端子５８には、例えば図示しない内部電源又はロジック回路から目標電圧Ｖｔが印加されている。目標電圧Ｖｔは、後方の光出力に対する目標の光出力に従って設定される。差動増幅器５４は、目標電圧Ｖｔに対するモニタ電圧Ｖｍの誤差を増幅して電流源５６に供給する。
【００２２】
電流源５６は、差動増幅器５４の出力に基づいて、目標電圧Ｖｔに対するモニタ電圧Ｖｍの誤差がなくなるように、レーザダイオード１２ａに供給されるバイアス電流Ｉｂｓを制御する。これにより、レーザダイオード１２ａが発する前方の光出力が一定の出力で安定する。なお、レーザダイオード１２ａから発せられる前方の光（波長λ１）は図示しないレンズで集光され、上記の導波路型合波器２０に入力される。
【００２３】
また光源器１２は、ＡＰＣ回路５０の他に変調回路６０を有している。変調回路６０は、上記のようにレーザダイオード１２ａに供給される変調電流Ｉｍｄを制御する。変調回路６０の入力端子６２には、例えば図示しない制御ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）から変調電流Ｉｍｄの設定値が入力されている。これにより、レーザダイオード１２ａが発する前方への光出力が二値の光信号に変調される。
【００２４】
〔バイアス電流制御と温度変化との関係〕
公知のように、レーザダイオード１２ａが発する前方の光出力と後方の光出力との間には相関関係（例えば比例関係）があるため、ＡＰＣ回路５０によるバイアス電流Ｉｂｓの制御が光出力の安定化に有効である。
ここで、例えばレーザダイオード１２ａの温度条件が常温域（例えば２５°Ｃ程度）から高温域（例えば８５°Ｃ程度）、又は低温域（例えば０°Ｃ程度）に変化した場合を考える。このような温度条件の変化に応じて、レーザダイオード１２ａが発する前方の光出力が変化しても、ＡＰＣ回路５０によるバイアス電流Ｉｂｓの制御が有効に作用することで光出力を一定に保持することができる。
なお、この場合、温度条件の変化に従ってレーザダイオード１２ａの光出力特性（バイアス電流と光出力の関係）が変化するため、光源器１２は温度条件に応じた目標電圧Ｖｔの設定値を有する。また、光源器１２は、温度条件を測定するための図示しない温度センサを備える。光源器１２は、温度センサから温度条件を測定し、測定した温度条件に応じた目標電圧Ｖｔの設定値を用いて、バイアス電流Ｉｂｓを制御する。
【００２５】
〔トラッキングエラーの発生〕
ただし、レーザダイオード１２ａ等の発光素子には、使用時に温度条件の変化に応じて前方後方比率（前方の光出力に対する後方の光出力の比率）が変化する特性がある。このため、前方後方比率の変化に起因する前方の光出力の変動（トラッキングエラー）は、ＡＰＣ回路５０のバイアス電流制御で除去することができない。
例えば、高温域で常温域より前方後方比率が大きくなる場合、高温域では、ＡＰＣ回路５０でバイアス電流Ｉｂｓを制御していても、前方の光出力は低下する傾向にある。逆に、高温域で常温域より前方後方比率が小さくなる場合、高温域では、前方の光出力が上昇する傾向にある。
【００２６】
そこで本発明では、上記のようなトラッキングエラーによる前方の光出力の変動を補正し、導波路型合波器２０出力後の光出力の変動が小さくなるような分光特性を有する導波路型合波器２０を用いている。以下、トラッキングエラーの補正に有効な導波路型合波器２０を用いた光モジュールの実施形態（第１実施形態及び第２実施形態）について説明する。
【００２７】
〔導波路型合波器の構成例〕
図３は、導波路型合波器２０の構成例を概略的に示す図である。図３に示される構成例は、第１実施形態及び第２実施形態について共通である。
【００２８】
導波路型合波器２０は、例えば３つのマッハツェンダ干渉計２０ａ〜２０ｃを多段に接続して構成されている。具体的には、光信号の入力段に２つのマッハツェンダ干渉計２０ｂ，２０ｃが位置し、残る１つのマッハツェンダ干渉計２０ａが出力段に位置している。３つのマッハツェンダ干渉計２０ａ〜２０ｃは、いずれも構造的には同等（ただし分光特性は個別に異なる）の光導波路素子であるが、配置によって機能が異なる。
【００２９】
入力段に位置する２つのマッハツェンダ干渉計２０ｂ，２０ｃは、導波路型合波器２０全体としての入力ポート２００を形成している。入力ポート２００には、第１ポート２００ａ〜第４ポート２００ｄまでの４つが含まれる。このうち第１ポート２００ａ及び第２ポート２００ｂが１つのマッハツェンダ干渉計２０ｂで構成されており、第３ポート２００ｃ及び第４ポート２００ｄがもう１つのマッハツェンダ干渉計２０ｃで構成されている。
【００３０】
４つある入力ポート２００のうち、第１ポート２００ａには波長λ１の光信号が入力され、第２ポート２００ｂには波長λ３の光信号が入力される。また第３ポート２００ｃには波長λ２の光信号が入力され、第４ポート２００ｄには波長λ４の光信号が入力されるものとなっている。なお、同一のマッハツェンダ干渉計２０ｂに入力される２つの光信号（波長λ１，λ３）の間には、標準グリッドよりも大きい波長間隔が確保されている。同様に、同一のマッハツェンダ干渉計２０ｃに入力される２つの光信号（波長λ２，λ４）の間にも、標準グリッドより大きい波長間隔が確保されているものとする。
【００３１】
出力段に位置する１つのマッハツェンダ干渉計２０ａは、導波路型合波器２０全体としての出力ポート２１０を形成している。マッハツェンダ干渉計２０ａと他の２つのマッハツェンダ干渉計２０ｂ，２０ｃとは、それぞれ中間導波路２００ｅ，２００ｆで接続されている。入力段のマッハツェンダ干渉計２０ｂで合波された光信号（波長λ１，λ３）は、中間導波路２００ｅを通じて出力段のマッハツェンダ干渉計２０ａに入力され、また、別の入力段のマッハツェンダ干渉計２０ｃで合波された光信号（波長λ２，λ４）は、中間導波路２００ｆを通じて出力段のマッハツェンダ干渉計２０ａに入力されている。
【００３２】
出力段のマッハツェンダ干渉計２０ａは、入力された２つの光信号（波長λ１，λ３が合波されたものと波長λ２，λ４が合波されたもの）をさらに合波し、４波長多重化した光信号（波長λ１〜λ４）を出力ポート２１０から出力する。
【００３３】
〔第１実施形態〕
図４は、第１実施形態の光モジュールに用いられる導波路型合波器２０の分光特性を示す図である。導波路型合波器２０は、短波長域から長波長域に向かって波長λ１’，λ２’，λ３’，λ’４の順に、光損失を極小化する各透過中心波長がほぼ一定間隔で配置された分光特性を有している。ここでは透過中心波長の間隔を一定としているが、波長間隔は一定でなくてもよい。
【００３４】
ここで、レーザダイオード１２ａ〜１２ｄ等の発光素子は、温度条件が常温域から高温域、又は低温域に変化すると、発振波長のずれ（温度ドリフト）が生じる特性を有している。このとき第１実施形態の光モジュールでは、予め高温域での発振波長λ１’〜λ４’に導波路型合波器２０の透過中心波長を一致させた分光特性を採用している。したがって第１実施形態では、温度条件が高温域の場合に導波路型合波器２０での光損失（Ｌｈ）が最小となるが、常温域で得られる各波長λ１〜λ４では高温域より光損失（Ｌｎ）が大きくなり、低温域で得られる各波長λ１”〜λ４”では光損失（Ｌｃ）が最大となる。
【００３５】
〔トラッキングエラーとの関係〕
このような導波路型合波器２０の分光特性は、温度条件が高温域に向かって変化すると、発振波長が長波方向に変化し、かつ、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が上昇する変動特性を有する発光素子に対して有効である。以下、この点について、より具体的に検証する。
【００３６】
図５は、波長域λ１に対応するレーザダイオード１２ａについての検証例を示す図である。図５中（Ａ）は、第１実施形態で用いられる導波路型合波器２０の分光特性を示している。また図５中（Ｂ）は、温度条件の変化に応じたトラッキングエラー（図中「ＴＥ」と表記）の変化特性を示している。そして図５中（Ｃ）は、導波路型合波器２０出力後の光出力を示している。
【００３７】
この検証例において、温度条件は、レーザダイオード１２ａが使用される温度範囲として、低温域０°Ｃから高温域８５°Ｃまでの間で変化するものとする。ただし、温度条件の設定はこれ以外でもよい。
このときレーザダイオード１２ａとしてＤＦＢ−ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄ Ｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を使用し、Δ０．１ｎｍ／°Ｃの波長シフトが発生する場合を考える。
【００３８】
この場合、常温域２５°Ｃから高温域８５°Ｃへの温度変化（ΔＴ＝６０°Ｃ）では、レーザダイオード１２ａの発振波長は６．０ｎｍだけ長波長側へ変化する。一方、常温域２５°Ｃから低温域０°Ｃへの温度変化（ΔＴ＝２５°Ｃ）に対し、レーザダイオード１２ａの発振波長は２．５ｎｍだけ短波長側へ変化する。したがって、例えば波長域λ１のレーザダイオード１２ａは、常温域での発振波長を１２７１ｎｍとすると、高温域では発振波長が１２７７ｎｍにシフトし、低温域では発振波長が１２６８．５ｎｍにシフトすると予測できる。
【００３９】
〔分光特性〕
図５中（Ａ）に示されているように、第１実施形態の導波路型合波器２０では、予め透過中心波長を高温域での発振波長（λ’１：１２７７ｎｍ）に合わせて設計している。導波路型合波器２０は、レーザダイオード１２ａが使用される温度範囲（低温域０°Ｃから高温域８５°Ｃ）において、温度条件が高温域に向かって変化すると、光損失が減少する分光特性を有する。この場合、高温域で光損失（Ｌｈ）は最小となるが、常温域の発振波長（λ１：１２７１ｎｍ）では光損失（Ｌｎ）が大きくなり、低温域での発振波長（λ”１：１２６８．５ｎｍ）では光損失（Ｌｃ）が最大となる。
【００４０】
〔トラッキングエラー特性〕
レーザダイオード１２ａが、温度条件が高温域に向かって変化すると、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が上昇する変動特性を有する場合、ＡＰＣ回路５０によって制御される前方の光出力は、温度条件が高温域に向かって変化すると、減少する。言い換えると、トラッキングエラーによる光出力の損失は、温度条件が高温域に向かって変化すると、増加する。
図５中（Ｂ）に示されるトラッキングエラーの特性は、例えば常温域での損失を中間値（０）とすると、高温域で光損失（Ｌｔｈ）は最大となり、逆に低温域で光損失（Ｌｔｃ）は最小となる傾向を示す。なお「中間値（０）」は、厳密な意味で最大と最小の中央（平均）値である必要はない（第２実施形態についても同様。）。
【００４１】
〔補正による光出力の安定化〕
図５中（Ｃ）に示されるように、図５中（Ａ）の分光特性と図５中（Ｂ）のトラッキングエラー特性の両者により光損失が相殺され、温度条件の全域で、導波路型合波器２０出力後の光出力を略一定値（Ｐｓ）に抑えることができる。具体的には、各温度条件で以下の補正が作用している。
【００４２】
〔常温域〕
常温域では、トラッキングエラーによる光損失は中間値（０）にある。このとき、常温域での発振波長λ１に対する導波路型合波器２０の光損失（Ｌｎ）を足し合わせると、導波路型合波器２０出力後の光出力は上記の一定値（Ｐｓ）になる。
【００４３】
〔高温域〕
高温域では、トラッキングエラーによる光損失が中間値（０）より増加して最大値（Ｌｔｈ）となる。この場合、トラッキングエラーによる損失の増加分（０→Ｌｔｈ）に対して、シフト後の発振波長λ’１では導波路型合波器２０の光損失が減少（Ｌｎ→Ｌｈ）する。このため、両者の相殺により導波路型合波器２０出力後の光出力は上記の一定値（Ｐｓ）に補正されることになる。
【００４４】
〔低温域〕
また低温域では、トラッキングエラーによる光損失が中間値（０）より減少して最小値（Ｌｔｃ）となる。この場合、トラッキングエラーによる損失の減少分（０→Ｌｔｃ）に対し、シフト後の発振波長λ”１では導波路型合波器２０の光損失が増加（Ｌｎ→Ｌｃ）する。このため、ここでも両者の相殺により導波路型合波器２０出力後の光出力は上記の一定値（Ｐｓ）に補正されることになる。
【００４５】
以上のように第１実施形態の光モジュールによれば、温度条件の変化に応じてトラッキングエラーによる光損失の変動が生じても、その変動分を導波路型合波器２０の分光特性によって補正し、導波路型合波器２０出力後の光出力の変動を小さくできる。結果として、光モジュールは、その光出力を安定化させることができる。
【００４６】
〔第２実施形態〕
図６は、第２実施形態の光モジュールに用いられる導波路型合波器２０の分光特性を示す図である。以下、第１実施形態との相違点を中心として説明する。
【００４７】
第２実施形態の光モジュールでは、温度条件を低温域とした場合に得られるレーザダイオード１２ａ〜１２ｄの発振波長λ１”〜λ４”に対し、予め導波路型合波器２０の透過中心波長を一致させた分光特性を採用している点が第１実施形態と異なっている。したがって第２実施形態では、温度条件が低温域の場合に導波路型合波器２０での光損失（Ｌｃ）が最小となるが、常温域で得られる各波長λ１〜λ４では光損失（Ｌｎ）が大きくなり、高温域で得られる各波長λ１’〜λ４’では光損失（Ｌｈ）が最大となっている。
【００４８】
〔トラッキングエラーとの関係〕
第２実施形態で用いられる導波路型合波器２０の分光特性は、温度条件が高温域に向かって変化すると、発振波長が長波方向に変化し、かつ、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が減少する変動特性を有する発光素子に対して有効である。
【００４９】
図７は、第２実施形態における波長域λ１に対応するレーザダイオードについての検証例を示す図である。図７中（Ａ）は、第２実施形態で用いられる導波路型合波器２０の分光特性を示している。また図７中（Ｂ）は、温度条件の変化に応じたトラッキングエラーの変化特性を示している。そして図７中（Ｃ）は、導波路型合波器２０出力後の光出力を示している。
【００５０】
〔分光特性〕
図７中（Ａ）に示されているように、第２実施形態の導波路型合波器２０では、予め透過中心波長を低温域での発振波長（λ”１：１２６８．５ｎｍ）に合わせて設計している。導波路型合波器２０は、レーザダイオード１２ａが使用される温度範囲（低温域０°Ｃから高温域８５°Ｃ）において、温度条件が高温域に向かって変化すると、光損失が増加する分光特性を有する。この場合、低温域で光損失（Ｌｃ）は最小となるが、常温域の発振波長（λ１：１２７１ｎｍ）では光損失（Ｌｎ）が大きくなり、高温域での発振波長（λ’１：１２７７ｎｍ）では光損失（Ｌｈ）が最大となる。
【００５１】
〔トラッキングエラー特性〕
レーザダイオード１２ａが、温度条件が高温域に向かって変化すると、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が減少する変動特性を有する場合、ＡＰＣ回路５０によって制御される前方の光出力は、温度条件が高温域に向かって変化すると、増加する。言い換えると、トラッキングエラーによる光出力の損失は、温度条件が低温域に向かって変化すると、増加する。
図７中（Ｂ）に示されるトラッキングエラーの特性は、常温域での損失を中間値（０）としたとき、低温域で光損失（Ｌｔｃ）が最大となり、逆に高温域で光損失（Ｌｔｈ）が最小となる傾向を示す（第１実施形態と逆の傾向）。
【００５２】
〔補正による光出力の安定化〕
第２実施形態においても、図７中（Ｃ）に示されるように両者により光損失が相殺され、温度条件の全域で、導波路型合波器２０出力後の光出力を略一定値（Ｐｓ）に抑えることができる。具体的には、各温度条件で以下の補正が作用している。
【００５３】
〔常温域〕
常温域でトラッキングエラーによる光損失が中間値（０）にある点は第１実施形態と同様である。そして、常温域での発振波長λ１に対する導波路型合波器２０の光損失（Ｌｎ）を足し合わせると、導波路型合波器２０出力後の光出力は上記の一定値（Ｐｓ）になる。
【００５４】
〔高温域〕
高温域では、トラッキングエラーによる光損失が中間値（０）より減少して最小値（Ｌｔｈ）となる。この場合、トラッキングエラーによる損失の減少分（０→Ｌｔｈ）に対して、シフト後の発振波長λ’１での導波路型合波器２０の光損失は増加（Ｌｎ→Ｌｈ）する。このため、同じく両者の相殺により導波路型合波器２０出力後の光出力は上記の一定値（Ｐｓ）に補正されることになる。
【００５５】
〔低温域〕
また低温域では、トラッキングエラーによる光損失が中間値（０）より増加して最大値（Ｌｔｃ）となる。この場合、トラッキングエラーによる損失の増加分（０→Ｌｔｃ）に対して、シフト後の発振波長λ”１での導波路型合波器２０の光損失は減少（Ｌｎ→Ｌｃ）する。このため、ここでも両者の相殺により導波路型合波器２０出力後の光出力は上記の一定値（Ｐｓ）に補正されることになる。
【００５６】
以上のように第２実施形態の光モジュールについても、温度条件の変化に応じて生じたトラッキングエラーによる光損失の変動分を導波路型合波器２０の分光特性によって補正し、導波路型合波器２０出力後の光出力の変動を小さくできる。結果として、光モジュールは、その光出力を安定化させることができる。
【００５７】
上述した第１及び第２実施形態の光モジュールによれば、予め導波路型合波器２０の分光特性をトラッキングエラーの特性（温度条件の変化に対する損失の変化傾向）に合わせて設計しておくことで、使用時の温度条件の変化による光トランシーバ１０の出力変動を抑え、波長多重化伝送システムによるデータ伝送の安定化に大きく寄与することができる。
【００５８】
また、第１及び第２実施形態で挙げた検証例は、１つの波長λ１に対応するレーザダイオード１２ａについてのものであるが、その他の波長λ２，λ３，λ４に対応するレーザダイオード１２ｂ，１２ｃ，１２ｄについても同様の分光特性を適用することができる。これにより、光モジュール全体として、全ての波長λ１〜λ４で前方光出力のトラッキングエラー補正を実現することができる。
【００５９】
光モジュールは、４波長よりチャンネル数が多い（例えば１０チャンネル）導波路型合波器２０を有していてもよい。この場合であっても、第１及び第２実施形態で挙げた分光特性によるトラッキングエラー補正を適用することにより、チャンネル毎にレーザダイオードの前方の光出力を安定化させることができる。
【００６０】
また、各実施形態で挙げた温度条件や発振波長、透過中心波長等の値は好ましい例示であり、本発明の実施に際して個々の値を適宜に変更できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６１】
１０，４０ 光トランシーバ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ レーザダイオード
２０ 導波路型合波器
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ マッハツェンダ干渉計
２２ 光ファイバ
３０ 導波路型分波器
５０ ＡＰＣ回路
５２ モニタ用ＰＤ
５４ 差動増幅器
５６ 電流源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイアス電流の供給を受けて前方及び後方に光を発する、複数の発光素子と、
モニタ用受光素子を有し、前記発光素子が発する後方の光出力を前記モニタ用受光素子でモニタし、モニタした後方の光出力が目標の光出力となるようにバイアス電流を制御する制御回路と、
複数の前記発光素子が発した複数の前方の光が入力され、入力された複数の光を合波し、合波した光を出力する導波路型合波器と、
を備え、
前記発光素子は、温度条件の変化に応じて、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が変化することにより、前方の光出力が変動し、
前記導波路型合波器は、前方の光出力の前記変動を補正し、前記導波路型合波器出力後の光出力の前記変動が小さくなるような分光特性を有する、
光モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記導波路型合波器は、
温度条件が高温域に向かって変化すると前記発光素子が発する前方の光出力が減少する場合、温度条件が高温域に向かって変化すると光損失が減少する分光特性を有し、
温度条件が高温域に向かって変化すると前記発光素子が発する前方の光出力が増加する場合、温度条件が高温域に向かって変化すると光損失が増加する分光特性を有する、
光モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光モジュールにおいて、
前記発光素子は、
温度条件が高温域に向かって変化すると、発振波長が長波方向に変化し、かつ、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が上昇する変動特性を有しており、
前記導波路型合波器は、
高温域の温度条件で得られる前記発光素子の発振波長に合わせて、光損失を極小化する透過中心波長が設定された分光特性を有している、
光モジュール。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の光モジュールにおいて、
前記発光素子は、
温度条件が高温域に向かって変化すると、発振波長が長波方向に変化し、かつ、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が減少する変動特性を有しており、
前記導波路型合波器は、
低温域の温度条件で得られる前記発光素子の発振波長に合わせて、光損失を極小化する透過中心波長が設定された分光特性を有している、
光モジュール。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記導波路型合波器は、多段に接続した複数のマッハツェンダ干渉計から構成される、光モジュール。
【請求項１】
バイアス電流の供給を受けて前方及び後方に光を発する、複数の発光素子と、
モニタ用受光素子を有し、前記発光素子が発する後方の光出力を前記モニタ用受光素子でモニタし、モニタした後方の光出力が目標の光出力となるようにバイアス電流を制御する制御回路と、
複数の前記発光素子が発した複数の前方の光が入力され、入力された複数の光を合波し、合波した光を出力する導波路型合波器と、
を備え、
前記発光素子は、温度条件の変化に応じて、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が変化することにより、前方の光出力が変動し、
前記導波路型合波器は、前方の光出力の前記変動を補正し、前記導波路型合波器出力後の光出力の前記変動が小さくなるような分光特性を有する、
光モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記導波路型合波器は、
温度条件が高温域に向かって変化すると前記発光素子が発する前方の光出力が減少する場合、温度条件が高温域に向かって変化すると光損失が減少する分光特性を有し、
温度条件が高温域に向かって変化すると前記発光素子が発する前方の光出力が増加する場合、温度条件が高温域に向かって変化すると光損失が増加する分光特性を有する、
光モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光モジュールにおいて、
前記発光素子は、
温度条件が高温域に向かって変化すると、発振波長が長波方向に変化し、かつ、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が上昇する変動特性を有しており、
前記導波路型合波器は、
高温域の温度条件で得られる前記発光素子の発振波長に合わせて、光損失を極小化する透過中心波長が設定された分光特性を有している、
光モジュール。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の光モジュールにおいて、
前記発光素子は、
温度条件が高温域に向かって変化すると、発振波長が長波方向に変化し、かつ、前方の光出力に対する後方の光出力の比率が減少する変動特性を有しており、
前記導波路型合波器は、
低温域の温度条件で得られる前記発光素子の発振波長に合わせて、光損失を極小化する透過中心波長が設定された分光特性を有している、
光モジュール。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記導波路型合波器は、多段に接続した複数のマッハツェンダ干渉計から構成される、光モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−４２３２３（Ｐ２０１３−４２３２３Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７７４５８（Ｐ２０１１−１７７４５８）
【出願日】平成２３年８月１５日（２０１１．８．１５）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１５日（２０１１．８．１５）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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