JP2008153529A - Optical transmitter - Google Patents

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JP2008153529A
JP2008153529A JP2006341631A JP2006341631A JP2008153529A JP 2008153529 A JP2008153529 A JP 2008153529A JP 2006341631 A JP2006341631 A JP 2006341631A JP 2006341631 A JP2006341631 A JP 2006341631A JP 2008153529 A JP2008153529 A JP 2008153529A
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optical transmitter
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laser diode
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Hirotaka Omori
弘貴 大森
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical transmitter that has a coaxial package structure and can measure the temperature of a semiconductor laser element precisely. <P>SOLUTION: The optical transmitter 1 has: a carrier 29 mounting a laser diode 11 and a thermistor 27; a pedestal section 23 mounting the carrier 29; a thermoelectric conversion element 15 mounting the pedestal section 23; a stem 7 mounting the thermoelectric conversion element 15; and a lens cap 9a fixed to the stem 7. The laser diode 11 and the thermistor 27 are packaged onto opposite surfaces 29a, 29b of the carrier 29. The carrier 29 is fixed to the pedestal section 23 so that the thermistor 27 packaged to the carrier 29 and a bonding wire 27a for electric connection of the thermistor 27 are stored in a recess 23b at the pedestal section 23. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、光送信器に関するものである。   The present invention relates to an optical transmitter.

半導体レーザ素子を有する光送信器のパッケージには、次の二つの形状がある。一つは、特許文献1に開示されているようないわゆるバタフライ型パッケージである。他の一つは、特許文献2に開示されているようないわゆる同軸型パッケージである。   An optical transmitter package having a semiconductor laser element has the following two shapes. One is a so-called butterfly type package as disclosed in Patent Document 1. The other one is a so-called coaxial package as disclosed in Patent Document 2.

特許文献1に記載されたレーザモジュールは、バタフライ型のパッケージと、該パッケージ内に収容されたベースと、パッケージとベースとの間に配置された冷却用サーモモジュールと、ベース上に搭載された被冷却要素(レーザダイオード、レンズ、フォトダイオード等)とを備える。そして、特許文献1に係る発明は、このレーザモジュールにおいて、ベース上に搭載された各被冷却要素を熱遮蔽部材によって覆うことにより、パッケージから被冷却要素へ伝わる熱を低減し、冷却用サーモモジュールが冷却すべき熱量を小さくして消費電力を抑制することを目的としている。   The laser module described in Patent Document 1 includes a butterfly-type package, a base accommodated in the package, a cooling thermo module disposed between the package and the base, and a substrate mounted on the base. A cooling element (laser diode, lens, photodiode, etc.). And the invention which concerns on patent document 1 reduces the heat | fever transmitted from a package to a to-be-cooled element in this laser module by covering each to-be-cooled element mounted on the base with a heat shielding member, and is a thermostat module for cooling. Is intended to reduce power consumption by reducing the amount of heat to be cooled.

また、特許文献2に記載されたレーザパッケージは、熱電素子と、レーザエミッタと、サーミスタとを備える。レーザエミッタおよびサーミスタは、一部材を介して熱電素子上に搭載されている。そして、特許文献2に係る発明は、同軸型といった小型のレーザパッケージにおいて、熱電素子を用いてレーザエミッタの温度の制御を可能にすることを目的としている。   Moreover, the laser package described in Patent Document 2 includes a thermoelectric element, a laser emitter, and a thermistor. The laser emitter and the thermistor are mounted on the thermoelectric element through one member. The invention according to Patent Document 2 is intended to enable control of the temperature of a laser emitter using a thermoelectric element in a small-sized laser package such as a coaxial type.

特開2003−142767号公報JP 2003-142767 A 特開2003−142766号公報JP 2003-142766 A 特開2004−253779号公報JP 2004-2537779 A 特開平11−238946号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-238946 特開2959678号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2959678 特許3035852号公報Japanese Patent No. 3035852

特許文献2に記載されたような同軸型パッケージを有する光送信器は、その構造上、バタフライ型パッケージよりも小型に構成できることが利点の一つである。しかしながら、この光送信器は、小型であることによって次の課題を有する。すなわち、サーミスタといった測温素子とケース壁面との距離が近くなり、測温素子からの温度信号がケースの温度(すなわち光送信器の周囲温度)の影響を受け易くなってしまう。   One advantage of the optical transmitter having the coaxial package described in Patent Document 2 is that it can be configured smaller than the butterfly package because of its structure. However, this optical transmitter has the following problems due to its small size. That is, the distance between the temperature measuring element such as a thermistor and the wall surface of the case is reduced, and the temperature signal from the temperature measuring element is easily affected by the temperature of the case (that is, the ambient temperature of the optical transmitter).

具体的には、半導体レーザ素子の温度をT[℃]に設定しようとすると、測温素子からの温度信号にはケースからの輻射熱による温度上昇分(或いは下降分)Δ[℃]が加わるので、熱電素子によって半導体レーザ素子がT−Δ[℃]に過冷却(または過熱)されてしまう。従って、半導体レーザ素子の温度を所望の温度に精度よく制御することが難しい。   Specifically, if the temperature of the semiconductor laser element is set to T [° C.], the temperature signal from the temperature measuring element is added with a temperature increase (or decrease) Δ [° C.] due to radiant heat from the case. The semiconductor laser element is overcooled (or overheated) to T-Δ [° C.] by the thermoelectric element. Therefore, it is difficult to accurately control the temperature of the semiconductor laser element to a desired temperature.

特に、光送信器が高密度波長分割多重方式(DWDM:Dense WavelengthDivis
ion Multiplexing)の光通信に用いられる場合に、この課題は重要となる。すなわち、半導体レーザ素子は温度によって発光波長が変動するが、DWDM方式の光通信では信号光の波長間隔が狭く設定されているので、発光波長の変動幅を極めて小さく抑える必要がある。従来の光送信器では、例えば半導体レーザ素子の発光波長を一定に制御するための回路を光送信器の外部に設けるよって、発光波長の変動幅を小さく抑えていた。しかし、この方法では光送信器の周辺回路規模が大きくなってしまう。
In particular, the optical transmitter is a dense wavelength division multiplexing (DWDM).
This problem becomes important when it is used for optical communication of ion multiplexing. That is, the emission wavelength of the semiconductor laser element varies depending on the temperature. However, in the DWDM optical communication, the wavelength interval of the signal light is set to be narrow, and therefore, the fluctuation range of the emission wavelength needs to be extremely small. In the conventional optical transmitter, for example, a circuit for controlling the emission wavelength of the semiconductor laser element to be constant is provided outside the optical transmitter, so that the fluctuation range of the emission wavelength is kept small. However, this method increases the peripheral circuit scale of the optical transmitter.

また、特許文献1に記載されたような熱遮蔽部材は、半導体レーザ素子その他の被冷却要素をまとめて覆うものであるが、このような部材を同軸型パッケージ内部に設けることは困難である。すなわち、同軸型パッケージはケースがレンズを保持する構造を有するので、半導体レーザ素子とケースとの間隔が極めて狭く、特許文献1に記載されたような熱遮蔽部材を設けることは困難である。   Further, the heat shielding member described in Patent Document 1 covers the semiconductor laser element and other elements to be cooled together, but it is difficult to provide such a member inside the coaxial package. That is, since the coaxial package has a structure in which the case holds the lens, the distance between the semiconductor laser element and the case is extremely narrow, and it is difficult to provide a heat shielding member as described in Patent Document 1.

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、同軸型パッケージ構造を有し、且つ半導体レーザ素子の温度を精度よく測定できる光送信器を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical transmitter having a coaxial package structure and capable of accurately measuring the temperature of a semiconductor laser element.

本発明の光送信器は、半導体レーザ素子とサーミスタとを搭載したキャリアと、キャリアを搭載した台座部と、台座部を搭載した熱電変換素子と、熱電変換素子を搭載したステムと、ステムに固定されたレンズキャップとを備えた光送信器であって、半導体レーザ素子とサーミスタとは、キャリアの互いに反対側の実装面に実装されており、キャリアの実装面にはサーミスタと電気的に接続された配線パターンが形成されており、台座部には凹部が設けられ、サーミスタと、当該サーミスタを配線パターンに接続するワイヤとが凹部内に収納されるように、キャリアが台座部に固定されていることを特徴とする。   An optical transmitter according to the present invention includes a carrier on which a semiconductor laser element and a thermistor are mounted, a pedestal portion on which the carrier is mounted, a thermoelectric conversion element on which the pedestal portion is mounted, a stem on which the thermoelectric conversion element is mounted, and a fixing to the stem The semiconductor laser element and the thermistor are mounted on opposite mounting surfaces of the carrier, and the carrier mounting surface is electrically connected to the thermistor. A wiring pattern is formed, the base is provided with a recess, and the carrier is fixed to the base so that the thermistor and the wire connecting the thermistor to the wiring pattern are accommodated in the recess. It is characterized by that.

この光送信器では、サーミスタにより測定した半導体レーザ素子の温度に基づいて熱電変換素子を制御することで、半導体レーザ素子の温度を一定させ半導体レーザ素子の発光波長のずれ(波長ドリフト)を抑えることができる。そして、この光送信器では、半導体レーザとサーミスタとが、キャリアにおいて互いに反対側の実装面に実装され、サーミスタが台座部の凹部に収納されるので、サーミスタが台座部に囲まれて周囲の温度の影響を受け難い。更に、サーミスタと半導体レーザ素子とを、キャリアを挟んで近い位置に配置することにより、サーミスタには半導体レーザ素子の温度が正確に反映され易くなるので、半導体レーザ素子の温度を精度よく測定することができる。   In this optical transmitter, by controlling the thermoelectric conversion element based on the temperature of the semiconductor laser element measured by the thermistor, the temperature of the semiconductor laser element is made constant, and the emission wavelength shift (wavelength drift) of the semiconductor laser element is suppressed. Can do. In this optical transmitter, the semiconductor laser and the thermistor are mounted on the mounting surfaces opposite to each other in the carrier, and the thermistor is housed in the recess of the pedestal, so that the thermistor is surrounded by the pedestal and the ambient temperature It is hard to be influenced by. Furthermore, by arranging the thermistor and the semiconductor laser element at positions close to each other with the carrier interposed therebetween, the temperature of the semiconductor laser element can be accurately reflected on the thermistor, so that the temperature of the semiconductor laser element can be accurately measured. Can do.

また、キャリアには、半導体レーザ素子の実装面とサーミスタの実装面とを接続するビア電極が設けられていることが好ましい。この構成によれば、サーミスタは、台座部の凹部内にあっても、ビア電極と半導体レーザ素子の実装面とを介して電気的な接続を図ることができる。   The carrier is preferably provided with a via electrode that connects the mounting surface of the semiconductor laser element and the mounting surface of the thermistor. According to this configuration, the thermistor can be electrically connected via the via electrode and the mounting surface of the semiconductor laser element even in the recess of the pedestal.

本発明による発光モジュールによれば、同軸型パッケージ構造を有し、且つ半導体レーザ素子の温度を精度よく測定できる。   The light emitting module according to the present invention has a coaxial package structure and can accurately measure the temperature of the semiconductor laser device.

以下、図面を参照しつつ本発明に係る光送信器の好適な実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of an optical transmitter according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1及び図2に示すように、光送信器1は、素子搭載部3及びCANケース5を備えたいわゆる同軸型パッケージといった構成を有する。CANケース5は、ステム7及びキャップ9を有する。ステム7は、複数のリード端子7aと、該複数のリード端子7aを支持するベース部7bとを有する。複数のリード端子7aは、所定軸線Xに沿った方向に延びる棒状の金属部材であり、ベース部7bを貫通して配置されている。ベース部7bは、所定軸線Xと交差する平面に沿った主面7cを有する。ベース部7bの主面7c上には、後述する素子搭載部3が載置されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the optical transmitter 1 has a configuration of a so-called coaxial package including an element mounting portion 3 and a CAN case 5. The CAN case 5 has a stem 7 and a cap 9. The stem 7 includes a plurality of lead terminals 7a and a base portion 7b that supports the plurality of lead terminals 7a. The plurality of lead terminals 7a are rod-like metal members extending in a direction along the predetermined axis X, and are disposed through the base portion 7b. The base portion 7b has a main surface 7c along a plane that intersects the predetermined axis X. On the main surface 7c of the base portion 7b, an element mounting portion 3 to be described later is placed.

キャップ9は、レンズキャップ9aと、レンズキャップ9aの開口9bに嵌め込まれたレンズ9cとを有する。このうち、レンズキャップ9aは、所定軸線Xの方向に延びる筒状をなしている。レンズキャップ9aは、ベース部7bの主面7c上に取り付けられ、素子搭載部3を覆う。詳細には、レンズキャップ9aの一端が抵抗溶接で主面7cに接合されることによって、レンズキャップ9aはベース部7bに固定されている。   The cap 9 has a lens cap 9a and a lens 9c fitted into the opening 9b of the lens cap 9a. Among these, the lens cap 9a has a cylindrical shape extending in the direction of the predetermined axis X. The lens cap 9 a is attached on the main surface 7 c of the base portion 7 b and covers the element mounting portion 3. Specifically, the lens cap 9a is fixed to the base portion 7b by joining one end of the lens cap 9a to the main surface 7c by resistance welding.

開口9bは、レンズキャップ9aの他端に形成されている。開口9bを画する内周面は、レンズ9cを保持するためのレンズ保持部となっている。なお、開口9bは、半導体レーザダイオード11(後述)から出力されるレーザ光を通過させるための開口である。レンズキャップ9aは、レーザダイオード11からのレーザ光の光軸上に開口9bが位置するように配置されている。すなわち、レンズ9cは、レーザダイオード11と光学的に結合されてレーザダイオード11からのレーザ光を集光することとなる。レンズ9cによって集光された光は、例えば光ファイバといった光伝送媒体(図示せず)の一端に導かれる。   The opening 9b is formed at the other end of the lens cap 9a. An inner peripheral surface that defines the opening 9b is a lens holding portion for holding the lens 9c. The opening 9b is an opening for allowing laser light output from a semiconductor laser diode 11 (described later) to pass therethrough. The lens cap 9 a is disposed so that the opening 9 b is positioned on the optical axis of the laser light from the laser diode 11. That is, the lens 9c is optically coupled to the laser diode 11 and condenses the laser light from the laser diode 11. The light collected by the lens 9c is guided to one end of an optical transmission medium (not shown) such as an optical fiber.

素子搭載部3は、複数の熱電変換素子15、支持板17、フォトダイオード19、フォトダイオード(PD)キャリア21、レーザダイオード11、台座部23、及びサーミスタ27を有する。   The element mounting portion 3 includes a plurality of thermoelectric conversion elements 15, a support plate 17, a photodiode 19, a photodiode (PD) carrier 21, a laser diode 11, a pedestal portion 23, and a thermistor 27.

支持板17は、ステム7のベース部7b上に、所定軸線Xと交差する平面に沿って設けられている。支持板17は、絶縁性の材料によって構成されている。複数の熱電変換素子15は、いわゆるペルチェ素子と呼ばれる素子であり、支持板17と台座部23との間に配置されている。複数の熱電変換素子15のそれぞれは、CANケース5の複数のリード端子7aのうちの少なくとも2本にボンディングワイヤ等を介して電気的に接続される。複数の熱電変換素子15は、リード端子7aを介して供給される制御電流の電流量に応じて、熱電変換素子15上に搭載される部材から熱量を奪う(または与える)ことができる。熱電変換素子15においては、制御電流の方向に応じて、下面が吸熱面又は放熱面の一方となり、上面が吸熱面又は放熱面の他方となる。   The support plate 17 is provided on the base portion 7 b of the stem 7 along a plane that intersects the predetermined axis X. The support plate 17 is made of an insulating material. The plurality of thermoelectric conversion elements 15 are so-called Peltier elements, and are arranged between the support plate 17 and the pedestal portion 23. Each of the plurality of thermoelectric conversion elements 15 is electrically connected to at least two of the plurality of lead terminals 7a of the CAN case 5 via bonding wires or the like. The plurality of thermoelectric conversion elements 15 can take (or give) heat from members mounted on the thermoelectric conversion elements 15 according to the amount of control current supplied via the lead terminals 7a. In the thermoelectric conversion element 15, the lower surface becomes one of the heat absorption surface or the heat dissipation surface, and the upper surface becomes the other of the heat absorption surface or the heat dissipation surface, depending on the direction of the control current.

台座部23は、例えばCuWといった金属材料からなり、ベース部7b上において複数の熱電変換素子15上に搭載されている。直方体形状をなすこの台座部23の側面23aには、直方体形状をなす凹部23bが形成されている。そして、図3にも示すように、この台座部23の側面23aには、レーザダイオード11及びサーミスタ27が実装された板状のキャリア29が搭載されている。なお、このキャリア29の材料としては、電気絶縁性の材料であり熱伝導性が高い材料が用いられ、例えば、窒化アルミニウムといった材料が好適に採用される。また、キャリア29の厚さは、約0.2mmである。   The pedestal portion 23 is made of a metal material such as CuW, and is mounted on the plurality of thermoelectric conversion elements 15 on the base portion 7b. A concave portion 23b having a rectangular parallelepiped shape is formed on a side surface 23a of the base portion 23 having a rectangular parallelepiped shape. As shown in FIG. 3, a plate-like carrier 29 on which the laser diode 11 and the thermistor 27 are mounted is mounted on the side surface 23 a of the pedestal portion 23. The material of the carrier 29 is an electrically insulating material and a material having high thermal conductivity. For example, a material such as aluminum nitride is preferably used. The thickness of the carrier 29 is about 0.2 mm.

上記レーザダイオード11は、キャリア29において、台座部23との接合面とは反対側の第1実装面29a上に実装されている。このとき、レーザダイオード11は、その光出射端面11a及び光反射端面11bが所定軸線Xと交差するように(すなわち、レーザダイオード11からのレーザ光の光軸が所定軸線Xと平行になるように)、レンズ9cと同軸に配置される。レーザダイオード11のアノード電極は、キャリア29上に設けられた配線パターンに、ボンディングワイヤにより電気的に接続される。同様に、レーザダイオード11のカソード電極は、LDキャリア29上に設けられた別の配線パターンに、ボンディングワイヤにより電気的に接続される。更に、これらの配線パターンは、それぞれボンディングワイヤを介してCANケース5のリード端子7aに電気的に接続される。レーザダイオード11は、リード端子7aを介して供給される駆動電流の電流量に応じた光量のレーザ光を光出射端面11aから出射することができる。   The laser diode 11 is mounted on the first mounting surface 29 a on the opposite side of the carrier 29 from the bonding surface with the pedestal 23. At this time, the laser diode 11 has its light emitting end face 11a and light reflecting end face 11b intersecting the predetermined axis X (that is, the optical axis of the laser light from the laser diode 11 is parallel to the predetermined axis X). ), Arranged coaxially with the lens 9c. The anode electrode of the laser diode 11 is electrically connected to a wiring pattern provided on the carrier 29 by a bonding wire. Similarly, the cathode electrode of the laser diode 11 is electrically connected to another wiring pattern provided on the LD carrier 29 by a bonding wire. Further, these wiring patterns are electrically connected to the lead terminals 7a of the CAN case 5 through bonding wires. The laser diode 11 can emit laser light having a light amount corresponding to the amount of drive current supplied via the lead terminal 7a from the light emitting end face 11a.

一方、上記サーミスタ27は、上記第1実装面29aの反対側に位置する第2実装面29bに実装されている。サーミスタ27が有する二つの電極のうち一方の電極は、第2実装面29b上の裏面配線パターン29dに、ボンディングワイヤ(電気接続用のワイヤ)27aにより電気的に接続される。この裏面配線パターン29dは、キャリア29を厚さ方向に貫通したビア電極29cを介して第1実装面29a上の配線パターン29eに接続されている。更に、この配線パターン29eがボンディングワイヤ(図示せず)を介してCANケース5のリード端子7aに電気的に接続される。また、サーミスタ27が有する二つの電極のうちの他方の電極は、第2実装面29b上の別の裏面配線パターンに直接接合され、図面には表れないが、別のビア電極を介して第1実装面29aの配線パターン29fに電気的に接続されている。そして、配線パターン29fがボンディングワイヤ(図示せず)を介してCANケース5のリード端子7aに電気的に接続される。   On the other hand, the thermistor 27 is mounted on a second mounting surface 29b located on the opposite side of the first mounting surface 29a. One of the two electrodes of the thermistor 27 is electrically connected to the back surface wiring pattern 29d on the second mounting surface 29b by a bonding wire (electric connection wire) 27a. The back surface wiring pattern 29d is connected to the wiring pattern 29e on the first mounting surface 29a through a via electrode 29c penetrating the carrier 29 in the thickness direction. Further, the wiring pattern 29e is electrically connected to the lead terminal 7a of the CAN case 5 through a bonding wire (not shown). The other electrode of the two electrodes of the thermistor 27 is directly bonded to another back surface wiring pattern on the second mounting surface 29b, and although not shown in the drawing, the first electrode is connected via another via electrode. It is electrically connected to the wiring pattern 29f on the mounting surface 29a. Then, the wiring pattern 29f is electrically connected to the lead terminal 7a of the CAN case 5 via a bonding wire (not shown).

サーミスタ27は、キャリア29を介して伝わるレーザダイオード11の温度に応じてその電気抵抗値が変化することにより、レーザダイオード11の温度に応じた電気信号(温度信号)を生成し、リード端子7aを介して光送信器1の外部へ該温度信号を出力できる。そして、外部の制御装置(図示せず)は、この温度信号に基づいて、上記熱電変換素子15への制御電流の電流量をコントロールすることで、レーザダイオード11の温度を一定に制御することができる。   The thermistor 27 generates an electric signal (temperature signal) according to the temperature of the laser diode 11 by changing its electric resistance value according to the temperature of the laser diode 11 transmitted through the carrier 29, and the lead terminal 7a is connected to the thermistor 27. The temperature signal can be output to the outside of the optical transmitter 1. An external control device (not shown) can control the temperature of the laser diode 11 to be constant by controlling the amount of control current to the thermoelectric conversion element 15 based on this temperature signal. it can.

上記のようなキャリア29が、上記第2実装面29bを接合面として台座部23の側面23aに固定されているので、サーミスタ27及びボンディングワイヤ27aは、台座部23の凹部23b内に収容されることになり、台座部23とキャリア29とに囲まれた空間内に位置する。なお、前述したように、キャリア29にはビア電極29cが設けられているので、サーミスタ27は、台座部23内部の閉ざされた空間内にあっても、ビア電極29cを介してリード端子7aとの電気的な接続を図ることができる。   Since the carrier 29 as described above is fixed to the side surface 23a of the pedestal 23 with the second mounting surface 29b as a joining surface, the thermistor 27 and the bonding wire 27a are accommodated in the recess 23b of the pedestal 23. That is, it is located in a space surrounded by the pedestal 23 and the carrier 29. As described above, since the via electrode 29c is provided in the carrier 29, the thermistor 27 is connected to the lead terminal 7a via the via electrode 29c even in the closed space inside the pedestal portion 23. The electrical connection can be achieved.

フォトダイオード19は、レーザダイオード11の発光強度をモニタするための受光素子である。フォトダイオード19は、レーザダイオード11の光反射端面11bと対向する受光面19aを有する。フォトダイオード19のアノード電極及びカソード電極のうち一方の電極は、ハンダ付け等によりPDキャリア21に直接接合される。PDキャリア21は、ボンディングワイヤを介してリード端子7aに電気的に接続される。また、フォトダイオード19の他方の電極は、ボンディングワイヤを介して別のリード端子7aに電気的に接続される。フォトダイオード19は、レーザダイオード11の光反射端面11bからの光(背面光)の強度に応じた電流を、リード端子7aを介して光送信器1の外部へ出力することができる。   The photodiode 19 is a light receiving element for monitoring the light emission intensity of the laser diode 11. The photodiode 19 has a light receiving surface 19 a that faces the light reflecting end surface 11 b of the laser diode 11. One of the anode electrode and the cathode electrode of the photodiode 19 is directly joined to the PD carrier 21 by soldering or the like. The PD carrier 21 is electrically connected to the lead terminal 7a via a bonding wire. The other electrode of the photodiode 19 is electrically connected to another lead terminal 7a via a bonding wire. The photodiode 19 can output a current corresponding to the intensity of light (back light) from the light reflection end face 11b of the laser diode 11 to the outside of the optical transmitter 1 via the lead terminal 7a.

PDキャリア21は、フォトダイオード19を搭載するための部材である。PDキャリア21は、支持板17上において、レーザダイオード11に対して所定軸線Xの方向に配置されている。PDキャリア21は、所定軸線Xに対して所定角度で傾斜する面を有しており、フォトダイオード19は、この傾斜面上に搭載される。これにより、フォトダイオード19の受光面19aも、所定軸線X(すなわちレーザダイオード11の光軸)に対して所定角度で傾斜して設けられることとなり、フォトダイオード19からレーザダイオード11への戻り光が低減される。   The PD carrier 21 is a member for mounting the photodiode 19. The PD carrier 21 is disposed on the support plate 17 in the direction of the predetermined axis X with respect to the laser diode 11. The PD carrier 21 has a surface inclined at a predetermined angle with respect to the predetermined axis X, and the photodiode 19 is mounted on the inclined surface. As a result, the light receiving surface 19a of the photodiode 19 is also inclined at a predetermined angle with respect to the predetermined axis X (that is, the optical axis of the laser diode 11), and the return light from the photodiode 19 to the laser diode 11 is transmitted. Reduced.

なお、本実施形態のように、フォトダイオード19は、熱電変換素子15を介さずにベース部7b上(PDキャリア21上)に設けられることが好ましい。フォトダイオード19は、−40℃〜85℃といった室温環境においては、レーザダイオード11と比較して温度変化による影響が軽微である。従って、熱電変換素子15を介さずにフォトダイオード19をベース部7b上に設けることが可能であり、熱電変換素子15の負荷(消費電力)を低減できる。   As in the present embodiment, the photodiode 19 is preferably provided on the base portion 7b (on the PD carrier 21) without the thermoelectric conversion element 15 interposed therebetween. The photodiode 19 is less affected by temperature changes than the laser diode 11 in a room temperature environment of −40 ° C. to 85 ° C. Accordingly, the photodiode 19 can be provided on the base portion 7b without using the thermoelectric conversion element 15, and the load (power consumption) of the thermoelectric conversion element 15 can be reduced.

続いて、以上のような構成の光送信器1による作用効果について説明する。一般的に、レーザダイオードを駆動する際には、サーミスタからの温度信号が設定温度に応じた値に近づくように熱電変換素子への電流量及び電流の向きを制御する。例えば、設定温度を40℃とした場合、40℃に相当する基準信号とサーミスタからの温度信号との差に基づく制御電流を熱電変換素子へ送ることにより、帰還ループを構成し、サーミスタからの温度信号値を、40℃(一定)を示す値に保つことができる。   Then, the effect by the optical transmitter 1 of the above structures is demonstrated. In general, when driving a laser diode, the amount of current and the direction of the current to the thermoelectric conversion element are controlled so that the temperature signal from the thermistor approaches a value corresponding to the set temperature. For example, when the set temperature is 40 ° C., a feedback loop is formed by sending a control current based on the difference between the reference signal corresponding to 40 ° C. and the temperature signal from the thermistor to the thermoelectric conversion element, and the temperature from the thermistor The signal value can be kept at a value indicating 40 ° C. (constant).

ここで、発光モジュールの周囲温度が例えば75℃に上昇すると、これに伴ってケースの温度が上昇し、ケースからサーミスタへの熱の輻射が生じる。このため、サーミスタが実際に感じる温度は、輻射熱による温度上昇分α[℃]を加えて40+α[℃]となる。従って、サーミスタからの温度信号値を40℃に保つよう熱電変換素子への電流量及び電流の向きを制御すると、結果的に、α[℃]だけ過冷却することとなる。これにより、レーザダイオードの発光波長は本来出力すべき波長よりもA×α[nm](A:温度変化と波長変動との相関係数)だけ短くなる。また、発光モジュールの周囲温度が下降した場合には、上記とは逆に、サーミスタが実際に感じる温度は、温度下降分β[℃]を減じて40−β[℃]となる。従って、β[℃]だけ過熱することとなり、レーザダイオードの発光波長は本来出力すべき波長よりもA×β[nm]だけ長くなる。   Here, when the ambient temperature of the light emitting module rises to, for example, 75 ° C., the case temperature rises accordingly, and heat radiation from the case to the thermistor occurs. Therefore, the temperature actually sensed by the thermistor is 40 + α [° C.] by adding the temperature increase α [° C.] due to radiant heat. Therefore, when the amount of current and the direction of the current to the thermoelectric conversion element are controlled so that the temperature signal value from the thermistor is kept at 40 ° C., as a result, it is supercooled by α [° C.]. As a result, the emission wavelength of the laser diode is shorter than the wavelength that should be output by A × α [nm] (A: correlation coefficient between temperature change and wavelength variation). When the ambient temperature of the light emitting module decreases, the temperature actually sensed by the thermistor is 40-β [° C.] by subtracting the temperature decrease β [° C.] contrary to the above. Accordingly, the laser diode is overheated by β [° C.], and the emission wavelength of the laser diode becomes longer by A × β [nm] than the wavelength that should be output.

ケースからサーミスタへの輻射熱量は、サーミスタとケースとの間隔に大きく依存する。サーミスタとケースとの間隔は、特許文献1に記載されたようなバタフライ型パッケージの場合、3mm程度と充分に確保される。これに対し、本実施形態のような同軸型パッケージの場合、0.2mm〜0.5mm程度と極めて小さいことが多い。この要因の一つは、バタフライ型パッケージのケース寸法が一般的に10mm角程度であるのに対し、同軸型パッケージのケース寸法(CANケース5の外径)が3〜5mm程度と比較的小さいことである。また、同軸型パッケージの場合、レンズを保持するレンズキャップがCANケースの一部を構成しているが、レーザダイオードとレンズとを焦点距離まで近づける必要があり、必然的にレーザダイオードとキャップとが近接してしまう。   The amount of radiant heat from the case to the thermistor depends greatly on the distance between the thermistor and the case. In the case of the butterfly type package described in Patent Document 1, the distance between the thermistor and the case is sufficiently secured to be about 3 mm. On the other hand, in the case of the coaxial package as in the present embodiment, it is often very small, about 0.2 mm to 0.5 mm. One of the factors is that the case size of the butterfly package is generally about 10 mm square, whereas the case size of the coaxial package (the outer diameter of the CAN case 5) is relatively small, about 3 to 5 mm. It is. In the case of a coaxial package, the lens cap that holds the lens forms part of the CAN case. However, it is necessary to bring the laser diode and the lens close to the focal length, and the laser diode and the cap are inevitably placed. Proximity.

これに対し、本実施形態による光送信器1では、サーミスタ27が、台座部23とキャリア29とに囲まれた空間内にあり、台座部23は熱電変換素子15によって温度一定とされているので、サーミスタ27はキャップ9からの輻射熱といったような素子搭載部3周囲の温度の影響を受けにくい。更に、サーミスタ27は、熱伝導性が高い薄型(厚さ約0.2mm)のキャリア29を挟んでレーザダイオード11に近い位置に配置されているので、サーミスタ27にはレーザダイオード11の温度が正確に反映され易い。以上の結果、光送信器1においては、サーミスタ27がレーザダイオード11の温度を精度よくモニタリングすることができる。   On the other hand, in the optical transmitter 1 according to the present embodiment, the thermistor 27 is in a space surrounded by the pedestal portion 23 and the carrier 29, and the pedestal portion 23 has a constant temperature by the thermoelectric conversion element 15. The thermistor 27 is not easily affected by the temperature around the element mounting portion 3 such as radiant heat from the cap 9. Further, since the thermistor 27 is disposed at a position close to the laser diode 11 with a thin carrier 29 (having a thickness of about 0.2 mm) having high thermal conductivity, the temperature of the laser diode 11 is accurately measured in the thermistor 27. It is easy to be reflected in. As a result, in the optical transmitter 1, the thermistor 27 can monitor the temperature of the laser diode 11 with high accuracy.

図4(a)は、上述した光送信器1における、CANケース5の温度とレーザダイオード11の発光波長のずれ(波長ドリフト)との相関を示すグラフである。また、図4(b)は、比較のため、上に挙げた特許文献3の図1に示された従来の光送信器におけるCANケースの温度と波長ドリフトとの相関を示すグラフである。なお、これらのグラフを求める際には、レーザダイオードへの駆動電流値を40[mA]に設定するとともに、サーミスタからの温度信号値が40℃を示す値に保たれるよう熱電変換素子への電流量及び電流の向きを制御した。   FIG. 4A is a graph showing the correlation between the temperature of the CAN case 5 and the emission wavelength shift (wavelength drift) of the laser diode 11 in the optical transmitter 1 described above. FIG. 4B is a graph showing the correlation between the temperature of the CAN case and the wavelength drift in the conventional optical transmitter shown in FIG. 1 of Patent Document 3 listed above for comparison. When obtaining these graphs, the drive current value to the laser diode is set to 40 [mA], and the temperature signal value from the thermistor is maintained at a value indicating 40 ° C. The amount of current and the direction of current were controlled.

図4(a)に示すように、光送信器1では、CANケース5の温度が−10[℃]〜80[℃]の間で変動する場合であっても、波長ドリフト幅を20[pm]以内に収めることができた。これに対し、図4(b)に示すように、従来の光送信器では、ケース温度が−40[℃]〜80[℃]の間で変動する場合に、波長ドリフト幅が200[pm]近くになった。このように、レーザダイオード11の温度を精度よく測定できる光送信器1を用いれば、レーザダイオード11の温度を設定温度付近に精度よく制御することが可能となり、レーザ光の波長ドリフトを効果的に低減することができる。   As shown in FIG. 4A, in the optical transmitter 1, even when the temperature of the CAN case 5 varies between −10 [° C.] and 80 [° C.], the wavelength drift width is 20 [pm]. ] Was able to fit within. On the other hand, as shown in FIG. 4B, in the conventional optical transmitter, when the case temperature varies between −40 [° C.] and 80 [° C.], the wavelength drift width is 200 [pm]. It became close. As described above, if the optical transmitter 1 capable of measuring the temperature of the laser diode 11 with high accuracy is used, the temperature of the laser diode 11 can be accurately controlled near the set temperature, and the wavelength drift of the laser light can be effectively reduced. Can be reduced.

また、上述したように光送信器1のような同軸型パッケージの発光モジュールにおいては、レーザダイオード11とケース5との間隔が狭いため、特許文献1の熱遮蔽部材のようにレーザダイオードなどの被冷却部材を覆う構成は実現し難い。これに対し、光送信器1は、台座部23に凹部23bを設けることで、サーミスタ27を台座部23の内部空間に収容する構成としているので、素子搭載部3が小型になり、このような構成は同軸型パッケージに適している。   In addition, in the light emitting module of the coaxial package such as the optical transmitter 1 as described above, the distance between the laser diode 11 and the case 5 is narrow. A configuration covering the cooling member is difficult to realize. On the other hand, since the optical transmitter 1 is configured to accommodate the thermistor 27 in the internal space of the pedestal portion 23 by providing the recess portion 23b in the pedestal portion 23, the element mounting portion 3 is reduced in size. The configuration is suitable for a coaxial package.

また、特許文献4に記載の光送信器は、エタロンと2つのフォトダイオードとを用いてレーザダイオードの発光波長をモニタリングし、熱電冷却器を制御しているが、実装が複雑であり高コスト化の要因となる。上記光送信器1は、この特許文献4に記載の光送信器に比較して、低コスト化が図り易い点で優れている。   The optical transmitter described in Patent Document 4 uses an etalon and two photodiodes to monitor the emission wavelength of the laser diode and control the thermoelectric cooler. However, the mounting is complicated and the cost is increased. It becomes a factor of. The optical transmitter 1 is superior to the optical transmitter described in Patent Document 4 in that the cost can be easily reduced.

また、サーミスタに対するキャップからの輻射熱を低減するためには、図5(a)に示すようなL字断面をもつ台座部53を備えた光送信器51も考えられる。また、図5(b)に示すように、レーザダイオード11の反対側の面にサーミスタ27設置用の凹部65が形成された台座部63を備えた光送信器61も考えられる。しかしながら、これらの光送信器51,61では、サーミスタ27とレーザダイオード11との間の距離が大きい上に、両者の間にはある程度の厚さをもつ台座部53,63が存在しているので、サーミスタ27にはレーザダイオード11の温度が正確に反映されるとは言えない。また、光送信器51の組立時においては、台座部53が上方から押し付けられて熱電変換素子15上に実装されるが、この台座部53の形状によれば、上方から押される台座部53が不安定で倒れるおそれがあるなど、実装が困難であるといった問題もある。これに対し光送信器1は、このような問題を解消できる点において光送信器51,61よりも優れている。   In order to reduce the radiant heat from the cap with respect to the thermistor, an optical transmitter 51 including a pedestal portion 53 having an L-shaped cross section as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 5B, an optical transmitter 61 provided with a pedestal 63 having a recess 65 for installing the thermistor 27 on the opposite surface of the laser diode 11 is also conceivable. However, in these optical transmitters 51 and 61, the distance between the thermistor 27 and the laser diode 11 is large, and pedestals 53 and 63 having a certain thickness exist between them. It cannot be said that the thermistor 27 accurately reflects the temperature of the laser diode 11. Further, when the optical transmitter 51 is assembled, the pedestal portion 53 is pressed from above and mounted on the thermoelectric conversion element 15. According to the shape of the pedestal portion 53, the pedestal portion 53 pushed from above is provided. There is also a problem that it is difficult to mount, such as being unstable and falling down. On the other hand, the optical transmitter 1 is superior to the optical transmitters 51 and 61 in that such a problem can be solved.

本発明に係る光送信器の一実施形態を示す一部破断斜視図である。It is a partially broken perspective view which shows one Embodiment of the optical transmitter which concerns on this invention. 図1に示した光送信器1のII−II線断面図である。It is the II-II sectional view taken on the line of the optical transmitter 1 shown in FIG. 図1の光送信器の台座部及びキャリアを示す一部破断斜視図である。It is a partially broken perspective view which shows the base part and carrier of the optical transmitter of FIG. (a)は、図1に示す光送信器における波長ドリフトを示すグラフであり(b)は、従来の光送信器における波長ドリフトとを示すグラフである。(A) is a graph which shows the wavelength drift in the optical transmitter shown in FIG. 1, (b) is a graph which shows the wavelength drift in the conventional optical transmitter. (a),(b)は、図1の光送信器の比較に係る他の光送信器を示す側面図である。(A), (b) is a side view which shows the other optical transmitter which concerns on the comparison of the optical transmitter of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…光送信器、7…ステム、9a…レンズキャップ、11…レーザダイオード(半導体レーザ素子)、15…熱電変換素子、23…台座部、23b…凹部、27…サーミスタ、29…キャリア、29a…第1実装面(半導体レーザ素子の実装面)、29b…第2実装面(サーミスタの実装面)、29c…ビア電極。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical transmitter, 7 ... Stem, 9a ... Lens cap, 11 ... Laser diode (semiconductor laser element), 15 ... Thermoelectric conversion element, 23 ... Base part, 23b ... Recessed part, 27 ... Thermistor, 29 ... Carrier, 29a ... First mounting surface (mounting surface of the semiconductor laser element), 29b... Second mounting surface (mounting surface of the thermistor), 29c.

Claims (2)

半導体レーザ素子とサーミスタとを搭載したキャリアと、
前記キャリアを搭載した台座部と、
前記台座部を搭載した熱電変換素子と、
前記熱電変換素子を搭載したステムと、
前記ステムに固定されたレンズキャップとを備えた光送信器であって、
前記半導体レーザ素子と前記サーミスタとは、前記キャリアの互いに反対側の実装面に実装されており、前記キャリアの実装面には前記サーミスタと電気的に接続された配線パターンが形成されており、
前記台座部には凹部が設けられ、前記サーミスタと、当該サーミスタを前記配線パターンに接続するワイヤとが前記凹部内に収納されるように、前記キャリアが前記台座部に固定されていることを特徴とする光送信器。
A carrier equipped with a semiconductor laser element and a thermistor;
A pedestal portion on which the carrier is mounted;
A thermoelectric conversion element mounted with the pedestal, and
A stem on which the thermoelectric conversion element is mounted;
An optical transmitter comprising a lens cap fixed to the stem,
The semiconductor laser element and the thermistor are mounted on opposite mounting surfaces of the carrier, and a wiring pattern electrically connected to the thermistor is formed on the mounting surface of the carrier,
The pedestal is provided with a recess, and the carrier is fixed to the pedestal so that the thermistor and a wire connecting the thermistor to the wiring pattern are accommodated in the recess. An optical transmitter.
前記キャリアには、前記半導体レーザ素子の実装面と前記サーミスタの実装面とを接続するビア電極が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の光送信器。   The optical transmitter according to claim 1, wherein the carrier is provided with a via electrode that connects a mounting surface of the semiconductor laser element and a mounting surface of the thermistor.
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