JPH1020154A - 温度制御型光結合構造 - Google Patents

温度制御型光結合構造

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JPH1020154A
JPH1020154A JP8169734A JP16973496A JPH1020154A JP H1020154 A JPH1020154 A JP H1020154A JP 8169734 A JP8169734 A JP 8169734A JP 16973496 A JP16973496 A JP 16973496A JP H1020154 A JPH1020154 A JP H1020154A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型・安価で温度調整のために必要な消費電
力の小さい温度調整可能な温度制御型光結合構造を提供
する。 【解決手段】 裏面に金属電極１が配置された光結合基
板２と、表面に金属電極３が配置され熱電素子４とリー
ド線５が半田付けされた電極基板６とを備えている。光
結合基板２上には発光素子８等の光素子と光ファイバ７
が光学的に結合するように実装され、温度測定用のサー
ミスタ９が搭載されている。電極基板６に実装された熱
電素子４が光結合基板２の裏面の金属電極１に直接接合
されている。複数の熱電素子４は金属電極１、３により
直列に配線される。リード線５の両端に電圧が印加され
熱電素子４に電流が流れることによりペルチェ効果によ
って光結合基板２が加熱・冷却され、熱電素子４が温度
制御される。

Description

【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に用いられ
る光デバイスの光結合構造に関し、特に周囲温度の変化
等に迅速に対応できる温度機能付の光結合構造に関す
る。
【０００１】
【従来の技術】従来の光モジュール等に用いられている
温度機能付の光結合構造として、例えば特開平３−５８
００６号公報に記載された技術が知られている。
【０００２】図５は、従来の光結合モジュールの構成を
示す縦断面図である。半導体レーザ１５から放出された
光は、球レンズ１７、１８により集光され、光ファイバ
１９に結合される。また、光ファイバ１９と結合される
側と反対の半導体レーザ１５の端面から放出された光
は、光検出器１６により受光される。
【０００３】これらの光結合系全体を覆うように第１の
パッケージ２０が設けられ、このパッケージ全体を温度
制御するペルチェクーラー２１が第１のパッケージ２０
に外付けされる。さらに、第１のパッケージ２０とペル
チェクーラー２１を覆うように第２のパッケージ２２が
設けられている。
【０００４】上記光結合モジュールでは、第２のパッケ
ージ２２が外気を遮断し、さらに第１のパッケージ２０
と第２のパッケージ２２間に空気層が生じることによ
り、第１のパッケージ２０内の温度が常に一定に制御さ
れる。
【０００５】従来の光結合系を温度制御する技術の例と
して、光結合基板を使用した光結合系の構成例を図６に
示す。基板上に発光素子８と光ファイバ７を結合した光
結合基板２と、配線用の金属電極が形成された２枚の電
極基板６及び２３で熱電素子４を挟んで配置したペルチ
ェクーラー２４とから構成されている。光結合基板２お
よび温度測定用のサーミスタ９をペルチェクーラー２４
上に実装することにより発光素子８の温度調整が行われ
る。
【０００６】上記光結合ユニットは被加熱・冷却物であ
る光結合基板２が小型であるため熱容量が小さく、温度
調整のために必要なペルチェクーラー２４の消費電力が
小さい。また、部品点数が少ないため低コスト化に有利
である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した特開平３−５
８００６の光結合モジュールは半導体レーザ１５から放
出された光を効率よくしかも安定した波長で光ファイバ
１９に導くために温度の安定化を図ることを目的として
いるが、光結合系全体を収納した第１のパッケージ２０
全体を温度制御する必要があるため、温度制御のために
必要なペルチェクーラー２１の消費電力が大きくなる欠
点がある。また、パッケージが２つ必要であること、お
よび球レンズなどの高価な光学部品を使用していること
からコストがかかる問題がある。
【０００８】図６に示される光結合基板２を使用した光
結合ユニットでは、被加熱・冷却物である光結合基板２
は小型で熱容量が小さく温度制御のために必要なペルチ
ェクーラー２４の低消費電力化を図ることができる。し
かしながら、光結合基板２と上面の電極基板２３の大き
さが同程度であるため、被加熱・冷却物が大きいときに
は無視されていた上面の電極基板２３の熱容量の影響が
大きくなり、さらに低消費電力化をすすめる場合の障害
となっている。また、光結合基板２を用いた光結合系は
小型であるため光結合モジュールの小型化に有利である
反面、ペルチェクーラー２４は特に高さ方向について小
型化に限界があるため、モジュール全体の小型化に制限
を与えている。
【０００９】本発明の温度制御型光結合構造の目的は、
小型・安価で温度調整に必要な消費電力の小さい温度調
整可能な温度制御型光結合構造を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上述の従来の温度制御型
光結合構造の欠点を除去するために、本発明の温度制御
型光結合素子は、光半導体素子と、該光半導体素子に光
学的に結合する光ファイバとを実装する第１の基板と、
温度制御素子と、温度制御素子を実装する第２の基板と
を含む温度制御型光結合構造であって、第１の基板は裏
面に配線用の基板電極を備え、温度制御素子は該温度制
御素子の電極が基板電極に接合されていることを特徴と
している。
【００１１】また、本発明の温度制御型光結合構造は、
複数の光半導体素子と、該光半導体素子のそれぞれに光
学的に結合する複数の光ファイバを含んでいる。さら
に、光半導体素子は、光変調素子又は光増幅素子である
ことを特徴としている。
【００１２】第２の基板は、表面に配線用の電極および
該電極と外部端子を接続する配線とを有するパッケージ
である。また、温度制御素子は、ペルチェ素子であるこ
とを特徴としている。さらに、本発明の温度制御型光結
合構造は、第１の基板に接続され、この第１の基板の温
度を検出するサーミスタと、温度によりペルチェ素子に
流す電流を制御する制御回路とを備えていることを特徴
としている。
【００１３】より具体的には、本発明の温度制御型光結
合構造では、光結合基板上に発光素子と光ファイバの光
軸が合うように実装され、温度測定用のサーミスタが搭
載される。また、表面に配線用の金属電極を形成した電
極基板に熱電素子の下側およびリード線が半田付けされ
る。光結合基板の裏面には配線用の金属電極が形成さ
れ、電極基板に実装された熱電素子の上側が金属電極に
接続されるように位置合わせされて半田付けされる。複
数の熱電素子は金属電極により直列に配線される。
【００１４】光結合系の構成に光結合基板を用いている
ために光学部品点数を減らすことができ、高価な光学部
品を使用するレンズ系の光結合系に比べて格段の低コス
ト化を図ることができる。
【００１５】光結合基板の裏面に配線用の金属電極を形
成し直接熱電素子に半田付けする構成であるため、従来
のペルチェクーラーに必要であった上面の電極基板を省
くことができ被加熱・冷却物は純粋に光結合基板のみと
なる。これにより、被加熱・冷却物の熱容量が小さくな
り光結合系の温度制御に必要なペルチェの消費電力を低
減することが可能となる。
【００１６】ペルチェクーラーを使用することにより光
結合モジュールの小型化の制限となっていた高さ方向に
ついても、電極基板を１枚省くことができるため電極基
板１枚分の小型化を図ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に、本発明の温度制御型光結合
構造について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】図１（Ａ）は、本発明の温度制御型光結合
構造の一実施例の構成を示す斜視図である。図１（Ｂ）
は、図１（Ａ）の光結合基板２上に構成される光結合系
として発光素子８と光ファイバ７を結合した一例であ
る。
【００１９】光結合基板２上には、発光素子８と光ファ
イバ７の光軸が合うように実装され、温度測定用のサー
ミスタ９が搭載される。また、表面に配線用の金属電極
３を形成した電極基板６には熱電素子４の下側およびリ
ード線５が半田付けされる。
【００２０】光結合基板２の裏面には配線用の金属電極
１が形成され、電極基板６に実装された熱電素子４の上
側が金属電極１に接続されるように位置合わせされて半
田付けされている。複数の熱電素子４は金属電極１、３
により直列に配線される。
【００２１】リード線５の両端に電圧をかけることによ
り金属電極１、３を通して熱電素子４に電流が流れ、熱
電素子４のペルチェ効果により熱電素子４の上側に実装
された光結合基板２が加熱・冷却される。熱電素子４に
流れる電流の向きによつて光結合基板２が加熱されるか
冷却されるかが選択される。加熱・冷却の度合いは熱電
素子４に流れる電流値で決まるので、サーミスタ９で光
る結合基板２上の温度を測定し、それに合わせて熱電素
子４に流れる電流を調整することにより発光素子８の温
度調整を行うことができる。
【００２２】図２は、図１（Ａ）の光結合基板２上に構
成される光結合系として多チャンネルアレイ発光素子１
１と多芯ファイバアレイ１０を結合した一例である。光
結合基板２上には多チャンネルアレイ発光素子１１と多
芯ファイバアレイ１０のそれぞれのチャンネルの光軸が
合うように実装され、温度測定用のサーミスタ９が搭載
される。
【００２３】図３は、図１（Ａ）の光結合基板２上に構
成される光結合系として光変調素子または光増幅素子１
２と光ファイバ７を結合した一例である。光結合基板２
上には光変調素子または光増幅素子１２の両側の端面の
光軸がそれぞれ光ファイバ７の光軸と合うように実装さ
れ、温度測定用のサーミスタ９が搭載される。
【００２４】図４は、本発明の温度制御型光結合構造の
一実施例の構成を示す斜視図である。図１（Ｂ）、図
２、図３に示した光結合系は光結合基板２上に構成され
る光結合系の例である。また、光結合モジュール用のパ
ッケージ１４には金属電極３および金属電極３とパッケ
ージ１４の端子を接続する配線１３が形成され、熱電素
子４の下側が金属電極３に半田付けされる。
【００２５】光結合基板２の裏面には配線用の金属電極
１が形成され、パッケージ１４に実装された熱電素子４
の上側が金属電極１に接続されるように位置合わせされ
て半田付けされる。パッケージ１４の配線１３の接続さ
れた端子に電圧をかけることにより金属電極１、３を通
して熱電素子４に電流が流れ、熱電素子４のペルチェ効
果により光結合基板２が加熱・冷却される。
【００２６】
【発明の効果】本発明では、光結合系の構成に光結合基
板を用いているために光学部品点数を減らすことがで
き、高価な光学部品を使用するレンズ系の光結合系に比
べて格段に低コスト化を図ることができる。
【００２７】さらに、光結合基板の裏面に配線用の金属
電極を形成し直接熱電素子に半田付けする構成であるた
め、従来のペルチェクーラーに必要であった上面の電極
基板を省くことができ、被加熱・冷却物は純粋に光結合
基板のみとなる。これにより被加熱・冷却物の熱容量が
小さくなり光結合系の温度調整に必要なペルチェの消費
電力を低減することが可能となる。
【００２８】また、ペルチェクーラーを使用することに
より光結合モジュールの小型化の制限となっていた高さ
方向についても、電極基板を１枚省くことができるため
電極基板１枚分の小型化を図ることができる。
【００２９】図４に示されるパッケージに形成した金属
電極に直接熱電素子を半田付けする構造の場合には下面
の電極基板も省くことができるため、高さ方向について
電極基板２枚分の小型化を図ることができる。さらに、
下面の電極基板を介さずに直接パッケージに接続されて
いるため、光結合基板から吸熱した熱のパッケージ外へ
の放熱性が向上する。その結果、熱電素子の冷却能力が
高まり光結合系の温度調整に必要なペルチェの消費電力
を低減することが可能となる。
【００３０】また、電極基板を省くことで部品点数を減
らすことができるため低コスト化にも効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の温度制御型光結合構造の第１
の実施例の構成を示す斜視図、（Ｂ）はその光結合系の
構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の温度制御型光結合構造の第２の実施例
の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の温度制御型光結合構造の第３の実施例
の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の温度制御型光結合構造の温度調整機能
部分の構成を示す斜視図である。
【図５】従来技術の光結合モジュールの構成を示す縦断
面図である。
【図６】従来技術の光結合モジュールの構成を示す斜視
図である。
【符号の説明】
１ 金属電極 ２ 光結合基板 ３ 金属電極 ４ 熱電素子 ５ リード線 ６ 電極基板 ７ 光ファイバ ８ 発光素子 ９ サーミスタ １０ 多芯ファイバアレイ １１ 多チャンネルアレイ発光素子 １２ 光変調素子または光増幅素子 １３ 配線 １４ パッケージ １５ 半導体レーザ １６ 光検出器 １７ 球レンズ １８ 球レンズ １９ 光ファイバ ２０ 第１のパッケージ ２１ ペルチェクーラー ２２ 第２のパッケージ ２３ 電極基板 ２４ ペルチェクーラー

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光半導体素子と、該光半導体素子に光学
    的に結合する光ファイバとを実装する第１の基板と、 温度制御素子と、 前記温度制御素子を実装する第２の基板とを含む温度制
    御型光結合構造であって、 前記第１の基板は、裏面に配線用の基板電極を備え、 前記温度制御素子は、該温度制御素子の電極が前記基板
    電極に接合されていることを特徴とする温度制御型光結
    合構造。
  2. 【請求項２】 前記温度制御型光結合構造は、 複数の前記光半導体素子と、該光半導体素子のそれぞれ
    に光学的に結合する複数の光ファイバを含んでいること
    を特徴とする請求項１記載の温度制御型光結合構造。
  3. 【請求項３】 前記光半導体素子は、 光変調素子であることを特徴とする請求項１記載の温度
    制御型光結合構造。
  4. 【請求項４】 前記光半導体素子は、 光増幅素子であることを特徴とする請求項１記載の温度
    制御型光結合構造。
  5. 【請求項５】 前記第２の基板は、 表面に配線用の電極および該電極と外部端子を接続する
    配線とを有するパッケージであることを特徴とする請求
    項１または請求項２または請求項３記載の温度制御型光
    結合構造。
  6. 【請求項６】 前記温度制御素子は、 ペルチェ素子であることを特徴とする請求項１記載の温
    度制御型光結合構造。
  7. 【請求項７】 前記温度制御型光結合構造は、さらに、 前記第１の基板に接続され、前記第１の基板の温度を検
    出するサーミスタと、 前記温度により前記ペルチェ素子に流す電流を制御する
    制御回路とを備えていることを特徴とする請求項６記載
    の温度制御型光結合構造。
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