CN104767104A - 光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光模块。在构成包括搭载有振荡出基波激光的固体激光元件、激励固体激光元件的激励光源、和把固体激光元件振荡出的基波激光波长变换的波长变换元件的基座；以及支撑基座的基板的光模块时，基座被分割成三个块，即，搭载有激光介质的第一块、搭载有激励光源的第二块、和搭载有波长变换元件的第三块，只有第二块用该第二块的侧面或底面固定在基板上，第一块固定在第二块的另一侧面上，第三块固定在第一块的侧面上。

Description

光模块

本申请是申请号为200880127788.5，申请日为2008年3月18日，发明名称为“光模块”的分案申请。

技术领域

本发明涉及用波长变换元件把从激光元件振荡出的基波激光变换成预定波长的激光而输出的光模块。

背景技术

为了获得振荡出波长530nm段的绿色激光的光模块，多数情况下用1060nm段的红外激光作为基波激光，用波长变换元件对该基波激光进行波长变换。因此，振荡出绿色激光的光模块一般用振荡出基波激光的固体激光元件、激励该固体激光元件的激励光源以及波长变换元件构成。

在上述光模块中，如果构成固体激光元件的激光谐振器中的光损失变大，则该光模块的发热量变多，性能降低。因此，为了提高该光模块的输出必须降低激光谐振器内的光损失，为此必须提高固体激光元件的光轴与波长变换元件的光轴的对准精度。

虽然不是上述类型的光模块，但在例如专利文献1中记载的半导体激光光源一体型光波导装置中，通过使从形成有光波导的光波导元件的表面到上述光波导的光入射端的中心轴的距离与从半导体激光器的表面到发光端的中心轴的距离一致，可以准确地设定光波导元件的轴心与半导体激光器的轴心的位置。在该光波导装置中，用粘接剂、焊料等的接合材料把光波导元件和半导体激光器并置并固定到共同的基板上。

另外，在专利文献2记载的电气光学系统中，相互分离地设置第一底座(submount)和第二底座，在第一底座上安装二次散热器，并以从该二次散热器伸出到第一底座之上的方式设置有源增益介质(激光器、晶体等)，在第二底座中的第一底座侧的侧壁部安装有源增益介质用的泵源(激光二极管)。通过这样地配置有源增益介质和泵源，使这些有源增益介质和泵源的间隔准确。在该专利文献2具体记载的方式中，有源增益介质的一端卡合到在第二底座的上表面侧形成的凹部。

<专利文献1>日本特开平05-289132号公报

<专利文献2>日本特开2001-085767号公报

发明内容

(发明要解决的问题)

如果例如，对固体激光元件与波长变换元件，以使它们的光轴的对准精度成为微米级到亚微米级的方式组合起来而构成激光谐振器，则该激光谐振器内的光损失大幅度降低，所以可以获得输出强度高的光模块。

但是，如果象例如专利文献1中记载的光波导装置中的光波导元件和半导体激光器的固定方法那样，用接合材料把固体激光元件和波长变换元件固定到共同的基板上，则难以得到亚微米级的部件加工精度、难以准确地管理接合材料的厚度，所以难以把固体激光元件的光轴与波长变换元件的光轴的对准精度提高到微米级到亚微米级。

另外，如果按照专利文献2具体记载的电气光学系统中的有源增益介质和泵源的配置方式配置固体激光元件和波长变换元件，则由于由在第二底座的上表面侧形成的凹部限制固体激光元件与波长变换元件的相对位置，因此难以进行该相对位置的微调。因此，难以把固体激光元件的光轴与波长变换元件的光轴的对准精度提高到微米级到亚微米级。

本发明正是鉴于上述情况而提出的，其目的在于获得容易提高固体激光元件的光轴与波长变换元件的光轴的对准精度的光模块。

(用来解决问题的手段)

实现上述目的的本发明的激光模块的特征在于包括：搭载有振荡出基波激光的固体激光元件、激励固体激光元件的激励光源、和对固体激光元件振荡出的基波激光进行波长变换的波长变换元件的基座；以及支撑基座的基板，基座被分割成以下三个块：搭载有固体激光元件的激光介质的第一块、搭载有激励光源的第二块、和搭载有波长变换元件的第三块，只有第二块利用该第二块的侧面或底面固定到基板，第一块固定到第二块的另一侧面，第三块固定到第一块的侧面。

(发明的效果)

在本发明的光模块中，由于在搭载有固体激光元件的激光介质的第一块、搭载有激励光源的第二块、和搭载有波长变换元件的第三块中只有第二块被固定到基板，所以容易调整第一块和第三块相对于第二块的相对位置。因此，至少关于激光介质和波长变换元件，通过积极对准(active alignment)进行对位以使得它们的光轴的对准精度成为微米级到亚微米级也很容易。即使在用激光介质和波长变换元件构成固体激光元件用的激光谐振器时，也可以容易地抑制该激光谐振器内的光损失。

因此，根据本发明，可以获得容易提高固体激光元件的光轴与波长变换元件的光轴的对准精度的光模块，获得振荡出所希望波长的激光的高输出的光模块变得容易。

附图说明

图1是概略性地示出本发明的光模块的一例的立体图。

图2是概略性地示出图1所示的光模块的侧视图。

图3是概略性地示出本发明的光模块中形成了多个发射器的光模块的一例的立体图。

图4是概略性地示出本发明的光模块中作为激光介质的激励光源具有光导(light guide)的光模块的一例的立体图。

(附图标记说明)

1、1A：第一块；7、7A：激光介质；10、10A：第二块；15、15A：半导体激光元件15；20、20A：第三块；27、27A；波长变换元件；30A、30B：基座(mount)；40：基板；50、50A：光模块；110：第二块；113：光导；150：光模块；LR：激光谐振器；SL：固体激光元件；SLA：固体激光器阵列

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的光模块的实施方式。另外，本发明不受下述实施方式的限制。

(实施方式1)

图1是概略性地示出本发明的光模块的一例的立体图。该图所示的光模块50包括：被分割成第一块1、第二块10和第三块20共三个块的基座30A；以及基板40。

在上述第一块1的上表面1a上用接合材料(未图示)固定薄板状的应力缓冲部件3。在应力缓冲部件3之上用接合材料(未图示)固定散热器5，在散热器5之上用接合材料(未图示)固定并搭载激光介质7。第一块1是具有与激光介质7的光轴正交的两个侧面的平板状部件，用例如金属材料、合金材料制作。应力缓冲部件3缓和因第一块1与散热器5的线膨胀系数差产生的热应力。

第一块1中的散热器5，在光模块50工作时在激光介质7中形成预定模式(pattern)的热分布，用该热分布体现出透镜效应，抑制激光介质7内的光扩散。为此，在该散热器5中的激光介质7侧形成具有多个接合面的梳形接合部。激光介质7是固体激光元件中使用的波导型激光介质，具有振荡出基波激光的一个光波导。在光模块50是振荡出绿色激光的光模块时，用例如Nd:YVO₃(掺钕钒酸钇)等的激光介质形成上述光波导。该激光介质7与后述的激光谐振器LR一起构成固体激光元件SL。

在第二块10的上表面10a上用接合材料(未图示)固定底座13，在底座13之上用接合材料(未图示)固定并搭载半导体激光元件15。半导体激光元件15，由于具有因自发热而达到高温则其发光效率锐减、寿命也缩短的性质，所以第二块10用热传导率高的例如铜、铜钨等铜系材料制作，作为散热器发挥功能。该第二块10是平板状部件，具有与半导体激光元件15的光轴正交的两个侧面。

底座13用电绝缘材料制作，缓和因第二块10与半导体激光元件13的线膨胀系数差而在这些第二块10与半导体激光元件15之间产生的热应力。半导体激光元件15与省略了图示的外部电路连接，作为射出上述固体激光元件SL的激励光的激励光源发挥功能。例如，在激光介质7中的光波导用Nd:YVO₃形成时，采用振荡出波长800nm段的近红外激光的激光元件作为该半导体激光元件15。

在第三块20的上表面20a上用接合材料(未图示)固定温度控制器23，在温度控制器23之上用接合材料(未图示)固定均热板25，在均热板25之上用接合材料(未图示)固定并搭载波长变换元件27。第三块20是具有与波长变换元件27的光轴正交的两个侧面的平板状部件，用铜系材料、比该铜系材料热阻大的金属材料或合金材料例如不锈钢制作。在第三块20用比铜系材料热阻大的金属材料或合金材料制作时，容易用温度控制器23控制波长变换元件27的温度。

温度控制器23用例如发热体构成，把波长变换元件27的温度控制为预定的温度。该温度控制器23与省略了图示的外部电路连接。均热板25用例如铜、铝等的热传导性良好的金属材料或合金材料制作，使该均热板25与波长变换元件27的接合面内的温度分布均匀，以使得利用温度控制器23对波长变换元件27均匀地进行温度控制。波长变换元件27是具有由例如铌酸钾(KNbO₃)、铌酸锂(LiNbO₃)等的非线性光学材料形成的光波导的波导型元件，其波长变换效率具有温度依赖性。因此，利用温度控制器23保持在预定的温度。

基板40是支撑上述第一块～第三块1、10、20的部件，根据需要被赋予作为主干(stem)的功能。在图示的光模块50中在基板40的主面40a上用接合材料(未图示)只固定第二块10。

图2是概略性地示出图1所示的光模块的侧视图。象该图所示的那样，在光模块50中，第二块10的侧面中的、与半导体激光元件15的光轴正交的两个侧面中的一个用接合材料(未图示)与基板40的主面40a接合，在另一侧面上用接合材料(未图示)接合第一块1的侧面中的、与激光介质7的光轴正交的两个侧面中的一个。另外，在第一块1的侧面中的、与激光介质7的光轴正交的两个侧面中的另一个上，用接合材料(未图示)固定第三块20的侧面中的、与波长变换元件27的光轴正交的两个侧面中的一个。另外，激光介质7的光轴是指该激光介质7中形成的光波导的光轴，波长变换元件27的光轴是指该波长变换元件27中形成的光波导的光轴。

关于各块1、10、20，各块1、10、20的上表面1a、10a、20a朝着相同的方向配置，以使得从半导体激光元件15射出的激励光射入激光介质7的光波导(未图示)，且由固体激光元件SL振荡出的基波激光射入波长变换元件27的光波导(未图示)。半导体激光元件15的光射出端位于激光介质7侧，激光介质7的光射出端位于波长变换元件27侧。

在激光介质7中的光波导的光射入端和波长变换元件27中的光波导的光射入端分别设置作为谐振器反射镜(resonator mirrors)发挥功能的光学薄膜，利用这些光学薄膜形成激光谐振器LR。用该激光谐振器LR和激光介质7中的光波导构成固体激光元件SL。

在这样构成的光模块50中，由半导体激光元件15振荡出的激励光EL射入激光介质7的光波导，从该光波导振荡出基波激光FL。该基波激光FL在激光谐振器LR内反复反射而被放大，其一部分射入波长变换元件27的光波导而被波长变换，成为二次谐波SH从波长变换元件27射出。在由激光介质7振荡出的基波激光是1060nm段的红外激光时，可以得到作为其二次谐波SH的波长530nm段的绿色激光。

如果以激光介质7、半导体激光元件15和波长变换元件27的各自的光轴的方向为Z轴，各块1、10、20的高度方向为Y轴而假定XYZ坐标系(参照图1)，则由于只有第二块10被固定在基板40上，所以在组装光模块50时，第一块1和第三块20分别可以在第二块10的外侧在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向中的任一方向上都自由地变位。可以自由地调整第一块1相对于第二块10的相对位置和第三块相对于第一块1的相对位置。

此时，由于第一块1中的第二块10侧的侧面与激光介质7的光轴平行，第二块10中的第一块1侧的侧面与半导体激光元件15的光轴平行，所以很容易抑制X-Y平面内的第一块1的倾斜。同样地，由于第一块1中的第三块20侧的侧面与激光介质7的光轴平行，第三块20中的第一块1侧的侧面与波长变换元件27的光轴平行，所以很容易抑制X-Y平面内的第三块20的倾斜。

因此，通过把激光介质7的光射入端和光射出端预先成形为与该激光介质7的光轴正交，把半导体激光元件15的光射出端预先成形为与该半导体激光元件15的光轴正交，把波长变换元件27的光射入端预先成形为与该波长变换元件27的光轴正交，很容易准确地进行半导体激光元件15与激光介质7的积极对准以及激光介质7与波长变换元件的积极对准。

例如，把激光介质7的光轴与波长变换元件27的光轴的对准精度提高到微米级到亚微米级也很容易。如果该对准精度提高到微米级到亚微米级，则激光谐振器LR(参照图2)内的光损失大幅度降低，所以可以增大光模块50的输出强度。很容易获得振荡出所希望波长的激光例如绿色激光的高输出的光模块。

另外，提高半导体激光元件15的光轴与激光介质7的光轴的对准精度也很容易。即使所使用的半导体激光元件15的振荡位置因该半导体激光元件15的制造偏差而偏离，通过适当调整第一块1相对于第二块10的相对位置，可以根据半导体激光元件15的振荡位置使该半导体激光元件15与激光介质7对准。因此，在光模块50中，很容易使半导体激光元件15的光轴、激光介质7的光轴和波长变换元件27的光轴位于一个光轴OA(参照图2)上。另外，实现该光模块50的小型化也很容易。

(实施方式2)

本发明的光模块也可以形成多个发射器。在形成多个发射器时，例如，把在上表面上搭载了具有多个光波导的激光介质的第一块、在上表面上搭载了多个激励光源的第二块、和在上表面上搭载了多个波长变换元件或形成了多个光波导的一个波长变换元件的第三块中的第二块固定在基板上，在该块上以预定的配置来固定剩余的两个块。

图3是概略性地示出形成了多个发射器的光模块的一例的立体图。该图所示的光模块50A，除了取代图1所示的第一块1、第二块10、第三块20而具有第一块1A、第二块10A、第三块20A以外，具有与图1所示的光模块50同样的结构。

第一块1A，除了取代图1所示的激光介质7而包括具有多个光波导的波导型的固体激光介质7A以外，具有与图1所示的第一块1同样的结构。第二块10A，除了取代图1所示的半导体激光元件15而包括具有多个激光振荡器的半导体激光元件15A以外，具有与图1所示的第二块10同样的结构。另外，第三块20A，除了取代图1所示的波长变换元件27而包括具有多个光波导的波导型的波长变换元件27A以外，具有与图1所示的第三块20同样的结构。对于图3所示的构成部件中与图1所示的构成部件相同的部件，赋予与图1中使用的附图标记相同的附图标记，省略其说明。

半导体激光元件15A中的各个激光振荡器振荡出激光介质7A用的激励光。从半导体激光元件15A中的各个激光振荡器射出的激励光射入激光介质7A中的各个光波导，从激光介质7A中的各个光波导射出的各基波激光在激光谐振器(未图示)中被放大而射入波长变换元件27A中的各个光波导。即，光模块50A，取代图1所示的固体激光器SL而具有固体激光器阵列SLA，射出多条预定波长的激光。

在这样构成的光模块50A中也是，通过以预定的精度形成激光介质7A中的各个光波导、半导体激光元件15A中的各个激光振荡器、以及波长变换元件27A中的各个光波导，根据与图1所示的光模块50中的理由同样的理由，可以获得与该光模块50同样的技术效果。很容易获得振荡出所希望波长的激光例如绿色激光的高输出的光模块。另外，实现光模块50A的小型化也很容易。

(实施方式3)

在本发明的光模块中，作为激光介质的激励光源，也可以使用从外部光源接收激励光并射出到激光介质侧的光导。

图4是概略性地示出作为激光介质的激励光源具有光导的光模块的一例的立体图。该图所示的光模块150，除了包括取代图1所示的第二块10而具有第二块110的基座30B、以及第二块110的底面固定在基板40上以外，具有与图1所示的光模块50同样的结构。对于图4所示的构成部件中与图1所示的构成部件相同的部件，赋予与图1中使用的附图标记相同的附图标记，省略其说明。

在上述第二块110的上表面110a上用接合材料(未图示)固定光导113。第二块110是平板状部件，具有与从光导113射出的激励光的光轴正交的两个侧面，用例如金属材料、合金材料等制作。光导113，从省略了图示的外部光源接收激光介质7用的激励光，并把该激励光射出到激光介质7侧。

该第二块110，其底面用接合材料(未图示)接合到基板40的主面40a上，固定在该基板40上。第二块110的侧面中的、与从光导113射出的激励光的光轴正交的两个侧面中的一个用接合材料(未图示)接合到第一块1的侧面中的、与激光介质7的光轴正交的两个侧面中的一个上。另外，在第一块1的侧面中的、与激光介质7的光轴正交的两个侧面中的另一个上，用接合材料(未图示)固定第三块20的侧面中的、与波长变换元件27的光轴正交的两个侧面中的一个。

在这样构成的光模块150中也是，根据与图1所示的光模块50中的理由同样的理由，可以获得与该光模块50同样的技术效果。很容易获得振荡出所希望波长的激光例如绿色激光的高输出的光模块。另外，实现光模块150的小型化也很容易。

以上，举出实施方式说明了本发明的光模块，但如上所述，本发明不受上述方式的限制。例如，关于第一块中的第二块侧的侧面和第二块中的第一块侧的侧面，如果很容易使第一块的上表面和第二块的上表面位于同一平面上或相互平行，那么也可以不与激光介质的光轴或激励光的光轴正交，而是以预定的角度倾斜。

同样地，关于第一块中的第三块侧的侧面和第三块中的第一块侧的侧面，如果很容易使第一块的上表面和第三块的上表面位于同一平面上或相互平行，那么也可以不与激光介质的光轴或波长变换元件的光轴正交，而是以预定的角度倾斜。

为了获得振荡出绿色激光的、小型且高输出的光模块，作为波长变换元件使用波导型的波长变换元件是优选的，但根据光模块所要求的性能，也可以使用波导型以外的波长变换元件。对于激光介质也是同样的。另外，激光谐振器的结构也可以适当变更。另外，对于第一块～第三块中的哪个块固定在基板上，也可以适当选择。对于本发明的光模块，除了上述的以外，可以进行各种变形、修饰、组合等。

产业上的可利用性

本发明的光模块，可以用作构成激光电视机、投影仪等图像显示装置或激光打印机等印刷装置等的光源的光模块，进而可以用作多用于产业用、业务用的激光振荡器的替代品。

Claims (8)

1.一种光模块，其特征在于包括：

基座，搭载有振荡出基波激光的固体激光元件、激励该固体激光元件的激励光源和对所述固体激光元件振荡出的基波激光进行波长变换的波长变换元件；以及

基板，支撑该基座，

所述基座被分割成搭载有所述固体激光元件的激光介质的第一块、搭载有所述激励光源的第二块和搭载有所述波长变换元件的第三块，

只有所述第二块以该第二块的一个侧面固定到所述基板，所述第一块固定到所述第二块的另一个侧面，所述第三块固定到该第一块的一个侧面，或者，只有所述第二块以该第二块的底面固定到所述基板，所述第一块固定到所述第二块的一个侧面，所述第三块固定到该第一块的一个侧面，

所述第三块用铜系材料、或者热阻比该铜系材料大的金属材料或合金材料制作。

2.如权利要求1所述的光模块，其特征在于：

所述第一块中的所述第三块侧的侧面与所述第三块中的所述第一块侧的侧面相互平行。

3.如权利要求1所述的光模块，其特征在于：

所述第一块中的所述第二块侧的侧面与所述第二块中的所述第一块侧的侧面相互平行。

4.如权利要求1所述的光模块，其特征在于：

所述激励光源是半导体激光元件。

5.如权利要求1所述的光模块，其特征在于：

所述激励光源是从外部光源接收所述激励光并射出到所述激光介质侧的光导。

6.如权利要求1所述的光模块，其特征在于：

所述激光介质是波导型的激光介质。

7.如权利要求1所述的光模块，其特征在于：

所述波长变换元件是波导型的波长变换元件。

8.如权利要求1所述的光模块，其特征在于：

所述第三块用不锈钢制作。