JP2000349386A - Semiconductor laser module - Google Patents

Semiconductor laser module

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JP2000349386A
JP2000349386A JP11161826A JP16182699A JP2000349386A JP 2000349386 A JP2000349386 A JP 2000349386A JP 11161826 A JP11161826 A JP 11161826A JP 16182699 A JP16182699 A JP 16182699A JP 2000349386 A JP2000349386 A JP 2000349386A
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Takeshi Aikiyo
武 愛清
Toshio Kimura
俊雄 木村
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a semiconductor laser module to be used with high output and at a high ambient temperature. SOLUTION: This module 10 is a semiconductor laser module, which has a package 11 to house a semiconductor laser element 13, a fixing board 16, and a Peltier module 12. Here, the semiconductor laser module 13 is fixed to the fixing board 16, and the fixing board 16 is fixed to a board on the cooling side of the Peltier module 12 fixed to the package 11, and a heat tnsulating material 21 is provided in the section without fixing board 16 on the board at the low-temperature side of the Peltier module 12.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザモジ
ュールに関し、特に高出力及び高温環境下での使用に適
した半導体レーザモジュールに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser module, and more particularly to a semiconductor laser module suitable for use in a high power and high temperature environment.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体レーザは、光通信の分野に
おいて信号用光源や光ファイバ増幅器の励起用光源とし
て大量に用いられるようになってきた。半導体レーザが
光通信の信号用光源や励起用光源として用いる場合、半
導体レーザからのレーザ光を光ファイバに光学的に結合
させるデバイスである半導体レーザモジュールとして使
用される場合が多い。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor lasers have been used in large quantities in the field of optical communications as light sources for signals or excitation light sources for optical fiber amplifiers. When a semiconductor laser is used as a signal light source or an excitation light source for optical communication, it is often used as a semiconductor laser module that is a device that optically couples laser light from a semiconductor laser to an optical fiber.

【0003】図8は、このような従来の半導体レーザモ
ジュール90の構造の一例を示したものである。同図に
おいて、11はパッケージで、パッケージ11内にペル
チェモジュール12が固定されている。ペルチェモジュ
ール12の上には、半導体レーザ素子13とサーミスタ
14、及びレンズ15を固定した固定基板16が固定さ
れている。また、パッケージ11の側壁11Aの貫通孔
11aには、光ファイバ17が固定されている。さら
に、パッケージ11内部には、半導体レーザ素子13が
酸化により特性劣化するのを防止する目的で、窒素又は
アルゴン等の封止ガス18が充填されている。この半導
体レーザモジュール90は通常ヒートシンク80に載置
されている。
FIG. 8 shows an example of the structure of such a conventional semiconductor laser module 90. In the figure, reference numeral 11 denotes a package in which a Peltier module 12 is fixed. On the Peltier module 12, a fixed substrate 16 to which the semiconductor laser element 13, the thermistor 14, and the lens 15 are fixed is fixed. An optical fiber 17 is fixed in the through hole 11a of the side wall 11A of the package 11. Further, the inside of the package 11 is filled with a sealing gas 18 such as nitrogen or argon for the purpose of preventing the characteristics of the semiconductor laser element 13 from being deteriorated by oxidation. This semiconductor laser module 90 is usually mounted on a heat sink 80.

【0004】この半導体レーザモジュール90は、半導
体レーザ素子13から出射されたレーザ光がレンズ15
により集光された後、光ファイバ17の端面に入射さ
れ、これが光ファイバ17内を導波し所望の用途に供さ
れる。
In the semiconductor laser module 90, the laser light emitted from the semiconductor laser
After being condensed by the optical fiber 17, the light is incident on the end face of the optical fiber 17 and is guided through the optical fiber 17 to be used for a desired use.

【0005】また、半導体レーザ素子13を駆動するた
めに電流を流すと、半導体レーザ素子13自体の発熱に
より半導体レーザ素子13の温度が上昇するが、この温
度上昇は半導体レーザ素子13の発振波長と光出力の変
化を引き起こす。
When a current is applied to drive the semiconductor laser element 13, the temperature of the semiconductor laser element 13 rises due to heat generated by the semiconductor laser element 13 itself. Causes a change in light output.

【0006】このため、半導体レーザ素子13の近傍に
固定されたサーミスタ14により半導体レーザ素子13
の温度を測定し、この測定値を用いてペルチェモジュー
ル12に流す電流を調整することによって半導体レーザ
素子13の温度を一定に保つことでその特性を安定化し
ている。
For this reason, the semiconductor laser device 13 is fixed by a thermistor 14 fixed near the semiconductor laser device 13.
The temperature of the semiconductor laser element 13 is kept constant by adjusting the current flowing through the Peltier module 12 using the measured value, thereby stabilizing the characteristics.

【0007】典型的な駆動条件を例示すると、半導体レ
ーザ素子13の温度(図8におけるサーミスタ14によ
り感知される温度:Ts)としては25℃が最も一般的
であり、環境温度(図8において、半導体レーザモジュ
ール90の置かれた雰囲気の温度:Ta)としては、7
0℃以上の高温環境で動作可能であることが要求され
る。したがって、環境温度70℃又はそれ以上の温度環
境下で、サーミスタ14によって感知される温度が常に
25℃になるよう、ペルチェモジュール12に流す電流
を制御し、半導体レーザ素子13の発振波長と光出力を
一定に保つようにしている。
As a typical driving condition, the temperature of the semiconductor laser device 13 (the temperature sensed by the thermistor 14 in FIG. 8: Ts) is most commonly 25 ° C., and the ambient temperature (in FIG. 8, The temperature of the atmosphere in which the semiconductor laser module 90 is placed: Ta) is 7
It is required to be able to operate in a high temperature environment of 0 ° C. or higher. Therefore, the current flowing through the Peltier module 12 is controlled so that the temperature sensed by the thermistor 14 is always 25 ° C. under the environment temperature of 70 ° C. or higher, and the oscillation wavelength of the semiconductor laser element 13 and the light output Is kept constant.

【0008】ここで、半導体レーザモジュール90に使
用されるペルチェモジュール12は、P型半導体である
P型熱電変換素子と、N型半導体であるN型熱電変換素
子とを交互に並べて2枚の絶縁基板12a、12bの間
に配置するとともに、P型熱電変換素子とN型熱電変換
素子とを電気的に直列に接続して形成されるものであ
る。
Here, the Peltier module 12 used in the semiconductor laser module 90 has two P-type thermoelectric conversion elements, which are P-type semiconductors, and two N-type thermoelectric conversion elements, which are N-type semiconductors. It is arranged between the substrates 12a and 12b, and is formed by electrically connecting a P-type thermoelectric conversion element and an N-type thermoelectric conversion element in series.

【0009】このP型熱電変換素子とN型熱電変換素子
を有するペルチェモジュール12に直流電流を流すこと
によって低温側基板12aの表面に吸熱を生ぜしめ、対
象物の冷却を行う。
By passing a DC current through the Peltier module 12 having the P-type thermoelectric conversion element and the N-type thermoelectric conversion element, heat is generated on the surface of the low-temperature side substrate 12a to cool the object.

【0010】従来の半導体レーザモジュール90に使用
されるペルチェモジュール12のP型熱電変換素子とN
型熱電変換素子の対数は、20〜30対程度のものが最
も一般的である。
The P-type thermoelectric conversion element of the Peltier module 12 used in the conventional semiconductor laser module 90 and N
The most common type of thermoelectric conversion element is about 20 to 30 pairs.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
半導体レーザモジュールは、システムの高出力化に伴
い、光出力の高出力化と高環境温度下での動作が要求さ
れるようになってきた。半導体レーザモジュールの高出
力化のために半導体レーザ素子自体を高出力化すると、
必然的にその発熱量も増加する。
By the way, such a semiconductor laser module has been required to operate at a high optical output and a high environmental temperature with an increase in the output of the system. . When the output power of the semiconductor laser device itself is increased to increase the output power of the semiconductor laser module,
Inevitably, the calorific value also increases.

【0012】したがって、このような高出力半導体レー
ザモジュールを、より高温環境下で使用するためには、
半導体レーザ素子からの発熱を従来よりも効率よく排熱
しなければならない。
Therefore, in order to use such a high-power semiconductor laser module in a higher temperature environment,
Heat generated from the semiconductor laser element must be discharged more efficiently than before.

【0013】このため、このような高出力、高温動作の
要求される半導体レーザモジュールでは、ペルチェモジ
ュールを構成するP型熱電変換素子とN型熱電変換素子
の対数は、40対以上のものが使用される。
For this reason, in a semiconductor laser module requiring such high output and high temperature operation, the number of P-type thermoelectric conversion elements and N-type thermoelectric conversion elements constituting the Peltier module must be 40 or more. Is done.

【0014】しかし、このような大型のペルチェモジュ
ールを半導体レーザモジュールに使用するには、次のよ
うな問題がある。すなわち、図8に示すように、大型の
ペルチェモジュール12の低温側(冷却側)基板12a
上の、半導体レーザ素子13から離れた部分(すなわ
ち、ペルチェモジュール12の周辺部分)では、半導体
レーザ素子13から発生する熱が十分に広がって流れて
こない。
However, the use of such a large Peltier module for a semiconductor laser module has the following problems. That is, as shown in FIG. 8, the low-temperature side (cooling side) substrate 12a of the large Peltier module 12
Heat generated from the semiconductor laser element 13 spreads sufficiently and does not flow in the upper part distant from the semiconductor laser element 13 (that is, the peripheral part of the Peltier module 12).

【0015】この結果、ペルチェモジュール12は、そ
の周辺部分においては、パッケージ11により気密封止
された封止ガスを冷却することになる。これにより冷却
された密度の大きいガスが、パッケージ11の底板11
b上のペルチェモジュール12周辺部の温度の高い部分
に流れ、ここで暖められ、パッケージ11内に図8中R
で示されるような渦流が生じる。
As a result, in the peripheral portion of the Peltier module 12, the sealing gas hermetically sealed by the package 11 is cooled. The high-density gas cooled by this process is applied to the bottom plate 11 of the package 11.
8 flows into a high-temperature portion around the Peltier module 12 on the top of the package 11, where it is heated, and the R in FIG.
A vortex is generated as shown by.

【0016】このため、ペルチェモジュール12の高温
側基板12bが固定されたパッケージ底板11bから、
ペルチェモジュール12の低温側基板12aに向かって
熱が環流し、ペルチェモジュール12の冷却効率が下が
る。
For this reason, from the package bottom plate 11b to which the high-temperature side substrate 12b of the Peltier module 12 is fixed,
The heat circulates toward the low-temperature side substrate 12a of the Peltier module 12, and the cooling efficiency of the Peltier module 12 decreases.

【0017】上記のような構成の従来の半導体レーザモ
ジュール90においては、半導体レーザ素子13を高出
力化し、これと同時にペルチェモジュール12の大型化
により冷却効率の向上を図ろうとしても、パッケージ1
1内の封止ガスによる熱の環流が顕著となって冷却効率
が低下し、高温環境下での動作が十分でないという問題
があった。
In the conventional semiconductor laser module 90 having the above-described structure, even if the semiconductor laser element 13 is increased in output and at the same time the cooling efficiency is improved by enlarging the Peltier module 12,
There has been a problem that recirculation of heat due to the sealing gas in 1 becomes remarkable, cooling efficiency is reduced, and operation under a high temperature environment is not sufficient.

【0018】本発明は、このような従来の半導体レーザ
モジュールが有する排熱の問題を解決するためになされ
たものであり、その目的は半導体レーザモジュール内に
おける熱の環流を防ぎ、より高い環境温度下で使用可能
な半導体レーザモジュールを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problem of heat exhaustion of such a conventional semiconductor laser module. The object of the present invention is to prevent heat from circulating in the semiconductor laser module and to increase the ambient temperature. An object of the present invention is to provide a semiconductor laser module usable below.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のような構成をもって課題を解決する手
段としている。すなわち、本第1の発明の半導体レーザ
モジュールは、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ
素子を固定した固定基板と、前記半導体レーザ素子から
出射されるレーザ光を受光する光ファイバと、前記半導
体レーザ素子と前記光ファイバの間に介設され前記半導
体レーザ素子から出射されるレーザ光を前記光ファイバ
に光学的に結合する光結合手段と、前記半導体レーザ素
子を固定した前記固定基板を冷却するペルチェモジュー
ルと、前記半導体レーザ素子、前記固定基板、前記ペル
チェモジュールを収容するパッケージを有する半導体レ
ーザモジュールであって、前記パッケージ内には封止ガ
スが封入されていて、前記ペルチェモジュールの低温側
基板上の前記固定基板がない部分に断熱材が設けられて
いる構成を持って課題を解決する手段としている。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention provides means for solving the problems with the following constitution. That is, a semiconductor laser module according to a first aspect of the present invention includes a semiconductor laser device, a fixed substrate on which the semiconductor laser device is fixed, an optical fiber that receives laser light emitted from the semiconductor laser device, and a semiconductor laser device. Optical coupling means interposed between the optical fiber and the optical fiber for optically coupling laser light emitted from the semiconductor laser element to the optical fiber; and a Peltier module for cooling the fixed substrate on which the semiconductor laser element is fixed. And a semiconductor laser module having a package for accommodating the semiconductor laser element, the fixed substrate, and the Peltier module, wherein a sealing gas is sealed in the package, and a low-temperature side substrate of the Peltier module is provided. Solving the problem with a configuration in which a heat insulating material is provided in a portion where the fixed substrate is not provided It is a stage.

【0020】本第1の発明に使用される断熱材として
は、例えばアルミナ(Al)等のセラミクスやF
e−Ni−Co合金(商品名コバール)等の熱伝導率の
小さい金属材料が使用される。
As the heat insulating material used in the first invention, for example, ceramics such as alumina (Al 2 O 3 ) or F
A metal material having a low thermal conductivity such as an e-Ni-Co alloy (product name Kovar) is used.

【0021】かかる構成の本第1の発明によれば、ペル
チェモジュールの低温側基板上の固定基板がない部分に
断熱材が設けられているので、半導体レーザモジュール
の動作時においてペルチェモジュールの低温側基板の周
辺部分における封止ガスの冷却が妨げられるため、封止
ガスの環流によるペルチェモジュールの冷却効率の低下
が抑制され、より高温動作の可能な半導体レーザモジュ
ールが提供される。
According to the first aspect of the present invention, since the heat insulating material is provided on the low-temperature side substrate of the Peltier module without the fixed substrate, the low-temperature side of the Peltier module is operated during operation of the semiconductor laser module. Since cooling of the sealing gas in the peripheral portion of the substrate is hindered, a decrease in the cooling efficiency of the Peltier module due to reflux of the sealing gas is suppressed, and a semiconductor laser module that can operate at a higher temperature is provided.

【0022】また、本第2の発明の半導体レーザモジュ
ールは、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子を
固定した固定基板と、前記半導体レーザ素子から出射さ
れるレーザ光を受光する光ファイバと、前記半導体レー
ザ素子と前記光ファイバの間に介設され前記半導体レー
ザ素子から出射されるレーザ光を前記光ファイバに光学
的に結合する光結合手段と、前記半導体レーザ素子を固
定した前記固定基板を冷却するペルチェモジュールと、
前記半導体レーザ素子、前記固定基板、前記ペルチェモ
ジュールを収容するパッケージを有する半導体レーザモ
ジュールであって、前記パッケージ内には封止ガスが封
入されていて、前記半導体レーザ素子を固定した前記固
定基板が前記ペルチェモジュールの低温側基板の全表面
を覆っている構成をもって課題を解決する手段としてい
る。
The semiconductor laser module according to the second aspect of the present invention includes a semiconductor laser device, a fixed substrate to which the semiconductor laser device is fixed, an optical fiber for receiving laser light emitted from the semiconductor laser device, An optical coupling means interposed between the semiconductor laser element and the optical fiber for optically coupling laser light emitted from the semiconductor laser element to the optical fiber; and cooling the fixed substrate on which the semiconductor laser element is fixed. Peltier module to
The semiconductor laser device, the fixed substrate, a semiconductor laser module having a package for accommodating the Peltier module, wherein a sealing gas is sealed in the package, the fixed substrate fixed the semiconductor laser device is This is a means for solving the problem with a configuration in which the entire surface of the low-temperature side substrate of the Peltier module is covered.

【0023】かかる構成の本第2の発明によれば、半導
体レーザ素子を固定した固定基板がペルチェモジュール
の低温側基板の全表面を覆っているので、半導体レーザ
モジュールの動作時においてペルチェモジュールの低温
側基板の周辺部分において、封止ガスがペルチェモジュ
ールの低温側基板により直接に冷却されることがなく、
封止ガスの環流によるペルチェモジュールの冷却効率の
低下が抑制される。
According to the second aspect of the present invention, the fixed substrate on which the semiconductor laser element is fixed covers the entire surface of the low-temperature side substrate of the Peltier module. In the peripheral portion of the side substrate, the sealing gas is not directly cooled by the low-temperature side substrate of the Peltier module,
A reduction in the cooling efficiency of the Peltier module due to the reflux of the sealing gas is suppressed.

【0024】また、半導体レーザ素子からの熱が固定基
板を通じてより周辺部にまで広がるので、ペルチェモジ
ュールの冷却効率が改善される。
Further, since the heat from the semiconductor laser element spreads to the peripheral portion through the fixed substrate, the cooling efficiency of the Peltier module is improved.

【0025】したがって、より高温動作の可能な半導体
レーザモジュールが提供される。
Therefore, a semiconductor laser module capable of operating at a higher temperature is provided.

【0026】また、本第3の発明の半導体レーザモジュ
ールは、上記本第2の発明の構成に加え、固定基板の周
辺部上に断熱材を設けた構成をもって課題を解決する手
段としている。
The semiconductor laser module according to the third aspect of the present invention has a configuration in which a heat insulating material is provided on a peripheral portion of a fixed substrate in addition to the configuration of the second aspect of the present invention as means for solving the problem.

【0027】かかる構成の本第3の発明によれば、半導
体レーザ素子を固定した固定基板がペルチェモジュール
の低温側基板の全表面を覆っているので半導体レーザ素
子からの熱が固定基板を通じてより周辺部にまで広がる
とともに、固定基板の周辺部上に断熱材が固定されてい
るので、本第2の発明と比較してペルチェモジュールに
よる封止ガスの冷却が効率的に抑制され、封止ガスの環
流によるペルチェモジュールの冷却効率の低下がさらに
効率的に抑制される。
According to the third aspect of the present invention, since the fixed substrate on which the semiconductor laser element is fixed covers the entire surface of the low-temperature side substrate of the Peltier module, heat from the semiconductor laser element is more transmitted through the fixed substrate. And the heat insulating material is fixed on the periphery of the fixed substrate, so that the cooling of the sealing gas by the Peltier module is more efficiently suppressed as compared with the second aspect of the present invention, A decrease in the cooling efficiency of the Peltier module due to the reflux is more efficiently suppressed.

【0028】したがって、より高温動作の可能な半導体
レーザモジュールが提供される。
Therefore, a semiconductor laser module capable of operating at a higher temperature is provided.

【0029】また、本第4の発明の半導体レーザモジュ
ールは、上記本第2又は第3のいずれか1つの発明の構
成に加え、固定基板が、ペルチェモジュールの低温側基
板と平行な方向の熱伝導率が垂直な方向の熱伝導率より
も大きい熱伝導異方性を有する材料からなる構成をもっ
て課題を解決する手段としている。
Further, in the semiconductor laser module according to the fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the second and third aspects of the present invention, in addition to the above, the fixed substrate has a heat in a direction parallel to the low-temperature side substrate of the Peltier module. This is a means for solving the problem with a configuration made of a material having a thermal conductivity anisotropy that is larger than the thermal conductivity in the vertical direction.

【0030】本第4の発明に使用される熱伝導異方性を
有する基板材料としては、金属をマトリクスとする繊維
強化複合材を使用することができる。このような複合材
としては、例えばカーボン(C)、アルミナ(Al
)、シリコンカーバイト(SiC)等を分散材とし、
銅(Cu)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)等
をそれぞれ分散材/マトリクスとするものがある。
As the substrate material having heat conduction anisotropy used in the fourth invention, a fiber-reinforced composite material having a metal as a matrix can be used. Examples of such a composite material include carbon (C) and alumina (Al 2 O).
3 ) Silicon carbide (SiC) or the like as a dispersant,
Some of them use copper (Cu), aluminum (Al), titanium (Ti) or the like as a dispersant / matrix.

【0031】かかる構成の本第4の発明によれば、固定
基板のペルチェモジュールの低温側基板と平行な方向の
熱伝導が効率的となるので、半導体レーザ素子から発生
した熱が効率的に固定基板の周辺部にまで伝わる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the heat conduction in the direction parallel to the low-temperature side substrate of the Peltier module of the fixed substrate becomes efficient, the heat generated from the semiconductor laser element is efficiently fixed. It reaches the periphery of the substrate.

【0032】このため、ペルチェモジュールの低温側基
板の周辺部における冷却作用は、半導体レーザから発生
する熱の排出に使用され、したがって封止ガスの冷却が
抑制される。
For this reason, the cooling action in the peripheral portion of the low-temperature side substrate of the Peltier module is used for discharging heat generated from the semiconductor laser, and therefore, cooling of the sealing gas is suppressed.

【0033】したがって、封止ガスの環流によるペルチ
ェモジュールの冷却効率の低下が効率的に抑制されるこ
とから、より高温動作の可能な半導体レーザモジュール
が提供される。
Accordingly, a decrease in the cooling efficiency of the Peltier module due to the recirculation of the sealing gas is effectively suppressed, so that a semiconductor laser module capable of operating at a higher temperature is provided.

【0034】また、本第5の発明の半導体レーザモジュ
ールは、上記本第2乃至第4の何れか1つの発明の構成
に加え、固定基板がパッケージ内においてペルチェモジ
ュールを空間的に隔離するように配置されている構成を
もって課題を解決する手段としている。
Further, in the semiconductor laser module according to the fifth aspect of the present invention, in addition to the configuration of any one of the second to fourth aspects of the present invention, the fixed substrate may spatially isolate the Peltier module in the package. The arrangement is used to solve the problem.

【0035】また、本第6の発明の半導体レーザモジュ
ールは、上記本第1の発明の構成に加え、断熱材がパッ
ケージ内においてペルチェモジュールを空間的に隔離す
るように配置されている構成をもって課題を解決する手
段としている。
A semiconductor laser module according to a sixth aspect of the present invention has a problem in that, in addition to the configuration of the first aspect, a heat insulating material is arranged so as to spatially isolate the Peltier module in the package. Is a means to solve.

【0036】かかる構成の本第5又は第6の発明におい
ては、半導体レーザ素子を固定した固定基板又は断熱材
により、パッケージ内においてペルチェモジュールが空
間的に分離されているため、ペルチェモジュールが動作
した状態でもペルチェモジュールの低温側基板の周辺部
で冷却される封止ガスによる渦流が発生することはな
く、したがって封止ガスの環流によるペルチェモジュー
ルの冷却効率の低下が効率的に抑制されることから、よ
り高温動作の可能な半導体レーザモジュールが提供され
る。
In the fifth or sixth aspect of the present invention, since the Peltier module is spatially separated in the package by the fixed substrate on which the semiconductor laser element is fixed or the heat insulating material, the Peltier module operates. Even in the state, the vortex does not occur due to the sealing gas cooled at the periphery of the low-temperature side substrate of the Peltier module, so that the reduction in the cooling efficiency of the Peltier module due to the reflux of the sealing gas is effectively suppressed. A semiconductor laser module capable of operating at a higher temperature is provided.

【0037】また、本第7の発明の半導体レーザモジュ
ールは、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子を
固定した固定基板と、前記半導体レーザ素子から出射さ
れるレーザ光を受光する光ファイバと、前記半導体レー
ザ素子と前記光ファイバの間に介設され前記半導体レー
ザ素子から出射されるレーザ光を前記光ファイバに光学
的に結合する光結合手段と、前記半導体レーザ素子を固
定した前記固定基板を冷却するペルチェモジュールと、
前記半導体レーザ素子、前記固定基板、前記ペルチェモ
ジュールを収容するパッケージを有する半導体レーザモ
ジュールであって、前記パッケージの底板上の前記ペル
チェモジュールがない部分には断熱材が配置され、前記
ペルチェモジュールは前記パッケージの前記底板と前記
断熱材とからなる凹部に配置されている構成をもって課
題を解決する手段としている。
The semiconductor laser module according to the seventh aspect of the present invention provides a semiconductor laser device, a fixed substrate on which the semiconductor laser device is fixed, an optical fiber for receiving laser light emitted from the semiconductor laser device, An optical coupling means interposed between the semiconductor laser element and the optical fiber for optically coupling laser light emitted from the semiconductor laser element to the optical fiber; and cooling the fixed substrate on which the semiconductor laser element is fixed. Peltier module to
A semiconductor laser module having a package for accommodating the semiconductor laser element, the fixed substrate, and the Peltier module, wherein a heat insulating material is disposed on a portion of the bottom plate of the package where the Peltier module is not provided; The present invention is a means for solving the problem with a configuration in which the package is disposed in a recess formed by the bottom plate and the heat insulating material.

【0038】かかる構成の本第7の発明においては、ペ
ルチェモジュールがパッケージ底板と断熱材とからなる
凹部に固定されており、ペルチェモジュールと断熱材と
の間の空間が狭い。また、ペルチェモジュールの低温側
基板の近傍が断熱材によって囲まれているので、ぺルチ
ェモジュール低温側基板とパッケージ底板との温度差に
起因する封止ガスの渦流が起こりにくい。このため、封
止ガスの環流によるペルチェモジュールの冷却効率の低
下が効率的に抑制されることから、より高温動作の可能
な半導体レーザモジュールが提供される。
According to the seventh aspect of the present invention, the Peltier module is fixed to the concave portion including the package bottom plate and the heat insulating material, and the space between the Peltier module and the heat insulating material is narrow. Further, since the vicinity of the low-temperature side substrate of the Peltier module is surrounded by the heat insulating material, eddy current of the sealing gas due to the temperature difference between the Peltier module low-temperature side substrate and the package bottom plate is unlikely to occur. For this reason, a decrease in the cooling efficiency of the Peltier module due to the recirculation of the sealing gas is effectively suppressed, so that a semiconductor laser module capable of operating at a higher temperature is provided.

【0039】また、本第8の発明の半導体レーザモジュ
ールは、上記本第1乃至第7の何れか1つの発明の構成
に加え、パッケージ内の封止ガスが、ヘリウム又はヘリ
ウムを含む混合気体からなる構成をもって課題を解決す
る手段としている。
Further, in the semiconductor laser module according to the eighth aspect of the present invention, in addition to the configuration of any one of the first to seventh aspects, the sealing gas in the package is formed of helium or a mixed gas containing helium. This configuration is a means for solving the problem.

【0040】本第8の発明においては、ヘリウムの動粘
性係数が大きいので、パッケージ内において渦流が起こ
りにくい。また、温度拡散定数(熱伝導率(κ)を密度
(ρ)と定圧比熱(Cp)の積で除したもの(κ/ρC
p))が大きいためにパッケージ内に大きな温度勾配が
できにくい。このため温度差に基づく渦流の発生が防止
される。
In the eighth aspect of the present invention, since the kinematic viscosity of helium is large, eddy current hardly occurs in the package. In addition, the temperature diffusion coefficient (the value obtained by dividing the thermal conductivity (κ) by the product of the density (ρ) and the specific heat at constant pressure (Cp) (κ / ρC
Since p)) is large, it is difficult to generate a large temperature gradient in the package. Therefore, generation of a vortex based on the temperature difference is prevented.

【0041】したがって封止ガスの環流によるペルチェ
モジュールの冷却効率の低下が効率的に抑制されること
から、より高温動作の可能な半導体レーザモジュールが
提供される。
Accordingly, a decrease in the cooling efficiency of the Peltier module due to the recirculation of the sealing gas is effectively suppressed, so that a semiconductor laser module capable of operating at a higher temperature is provided.

【0042】なお、封止ガスのヘリウムの割合は多いほ
どよいが、体積パーセントにして30%以上、より好ま
しくは60%以上含まれていれば、十分な動粘性係数と
温度拡散定数が得られるため、本発明の効果は十分なも
のとなる。
The higher the proportion of helium in the sealing gas, the better, but if it is contained in a volume percentage of 30% or more, more preferably 60% or more, sufficient kinematic viscosity coefficient and temperature diffusion constant can be obtained. Therefore, the effect of the present invention is sufficient.

【0043】また、本第9の発明の半導体レーザモジュ
ールは、上記本第1乃至第8の発明の構成に加え、パッ
ケージ内の封止ガスの圧力が大気圧(101.3kP
a)以下である構成をもって課題を解決する手段として
いる。
Further, in the semiconductor laser module of the ninth aspect, in addition to the constitution of the first to eighth aspects, the pressure of the sealing gas in the package is set to the atmospheric pressure (101.3 kP).
a) The following configuration is used as means for solving the problem.

【0044】かかる構成の本第9の発明では、封止ガス
の圧力が低いので、封止ガスの動粘性係数が大きくな
り、また温度拡散定数も大きくなり、パッケージ内にお
いて温度差に基づく渦流が起こりにくい。
According to the ninth aspect of the present invention, since the pressure of the sealing gas is low, the kinematic viscosity coefficient of the sealing gas increases, and the temperature diffusion constant also increases. Less likely.

【0045】したがって封止ガスの環流によるペルチェ
モジュールの冷却効率の低下が効率的に抑制されること
から、より高温動作の可能な半導体レーザモジュールが
提供される。
Accordingly, a decrease in the cooling efficiency of the Peltier module due to the recirculation of the sealing gas is effectively suppressed, so that a semiconductor laser module capable of operating at a higher temperature is provided.

【0046】封止ガスの圧力は真空に近いほど好ましい
が、33kPa以下であれば十分な効果が得られる。
The pressure of the sealing gas is preferably as close to vacuum as possible, but a sufficient effect can be obtained if the pressure is 33 kPa or less.

【0047】また、圧力を低くすると、大気圧との差に
より、パッケージの長期的な安定性が問題となるが、1
0kPa以上とすれば、そのような問題は生じない。
When the pressure is reduced, the long-term stability of the package becomes a problem due to the difference from the atmospheric pressure.
If the pressure is 0 kPa or more, such a problem does not occur.

【0048】また、本第10の発明の半導体レーザモジ
ュールは、ペルチェモジュールがP型熱電変換素子とN
型熱電変換素子とを電気的に直列に接続して形成されて
なり、前記P型熱電変換素子とN型熱電変換素子とから
なる対の数が40以上である構成をもって課題を解決す
る手段としている。
In the semiconductor laser module according to the tenth aspect of the present invention, the Peltier module has a P-type thermoelectric conversion element and an N-type thermoelectric conversion element.
As a means for solving the problem with a configuration in which the number of pairs composed of the P-type thermoelectric conversion element and the N-type thermoelectric conversion element is 40 or more. I have.

【0049】[0049]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。なお、本実施の形態例の説
明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付
し、その重複説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the description of the present embodiment, the same reference numerals are given to the same parts as those in the conventional example, and the overlapping description will be omitted.

【0050】(第1の実施形態例)図1には、本発明に
係る半導体レーザモジュールの第1の実施形態例が示さ
れている。図1に示す半導体レーザモジュール10にお
いて、半導体レーザ素子13はCuW合金製の固定基板
16上に窒化アルミよりなるヒートシンク(図示しな
い)を介して半田固定されている。この固定基板16は
さらにペルチェモジュール12上に半田固定されてい
る。ペルチェモジュール12の低温側基板12a上の固
定基板16がない部分には、断熱材21が半田固定され
ている。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of a semiconductor laser module according to the present invention. In the semiconductor laser module 10 shown in FIG. 1, the semiconductor laser element 13 is soldered on a fixed substrate 16 made of a CuW alloy via a heat sink (not shown) made of aluminum nitride. The fixed substrate 16 is further fixed on the Peltier module 12 by soldering. A heat insulating material 21 is fixed by soldering to a portion of the Peltier module 12 where there is no fixed substrate 16 on the low temperature side substrate 12a.

【0051】なお、図1は半導体レーザ素子13の光軸
を含む断面図を示したが、本実施形態では光軸に垂直な
断面においても、やはりペルチェモジュール12の低温
側基板12a上であって固定基板16がない周辺部分に
断熱材21が固定されている。断熱材21の材料として
は、熱伝導率が小さく、かつペルチェモジュール12の
低温側基板12aの材料であるアルミナ(Al
との熱膨張率差の小さなものが好ましい。このような材
料としては、例えばアルミナやFe−Ni−Co合金
(商品名コバール)、ステンレス鋼(SUS430)な
どが使用できる。
Although FIG. 1 shows a cross-sectional view including the optical axis of the semiconductor laser element 13, in the present embodiment, even on a cross section perpendicular to the optical axis, it is still on the low-temperature side substrate 12a of the Peltier module 12. A heat insulating material 21 is fixed to a peripheral portion where there is no fixed substrate 16. As a material of the heat insulating material 21, alumina (Al 2 O 3 ) having a low thermal conductivity and being a material of the low-temperature side substrate 12 a of the Peltier module 12 is used.
And those having a small difference in the coefficient of thermal expansion between them. As such a material, for example, alumina, an Fe—Ni—Co alloy (trade name: Kovar), stainless steel (SUS430), or the like can be used.

【0052】本実施形態に係る半導体レーザモジュール
10では、上記のようにペルチェモジュール12の低温
側基板12a上であって、固定基板16がない周辺部分
に断熱材21が固定されているので、ペルチェモジュー
ル12を駆動した場合においてもこの断熱材21の熱抵
抗により断熱材21上面の温度は低くならない。
In the semiconductor laser module 10 according to this embodiment, since the heat insulating material 21 is fixed on the low-temperature side substrate 12a of the Peltier module 12 and on the peripheral portion where the fixed substrate 16 is not provided as described above, Even when the module 12 is driven, the temperature of the upper surface of the heat insulating material 21 does not decrease due to the thermal resistance of the heat insulating material 21.

【0053】したがって、この断熱材21近傍の封止ガ
ス18が冷却されにくくなり、高環境温度(Ta)下に
おいてペルチェモジュール12を駆動しても図8の従来
例にて説明した低温側基板12aとパッケージ底板11
bとの温度差に基づく渦流が発生しにくくなる。
Therefore, the sealing gas 18 near the heat insulating material 21 is hardly cooled, and even if the Peltier module 12 is driven under a high environmental temperature (Ta), the low-temperature side substrate 12a described in the conventional example of FIG. And package bottom plate 11
The eddy current based on the temperature difference from b is hardly generated.

【0054】よって、封止ガス18の環流によるペルチ
ェモジュール12の冷却効率の低下が抑制されることか
ら、より高温動作の可能な半導体レーザモジュールが作
製できる。
Accordingly, a reduction in the cooling efficiency of the Peltier module 12 due to the recirculation of the sealing gas 18 is suppressed, so that a semiconductor laser module capable of operating at a higher temperature can be manufactured.

【0055】(第2の実施形態例)また、本発明は、図
2に示す半導体レーザモジュール20のようにペルチェ
モジュール12の低温側基板12aの全面を覆うように
固定基板16を構成してもよい。
(Second Embodiment) In the present invention, the fixed substrate 16 is formed so as to cover the entire surface of the low-temperature side substrate 12a of the Peltier module 12 like the semiconductor laser module 20 shown in FIG. Good.

【0056】(第3の実施形態例)さらにこの固定基板
16の周辺部に図3に示す半導体レーザモジュール30
のように断熱材21を固定した構成とすると、上記と同
様の理由により、封止ガス18の環流によるペルチェモ
ジュール12の冷却効率の低下が抑制される。
(Third Embodiment) Further, the semiconductor laser module 30 shown in FIG.
When the heat insulating material 21 is fixed as described above, a decrease in the cooling efficiency of the Peltier module 12 due to the recirculation of the sealing gas 18 is suppressed for the same reason as described above.

【0057】さらに、上記第1乃至第3の実施形態例に
おいては、固定基板16の材質としてはCuW合金を使
用しているが、固定基板16をペルチェモジュール12
の低温側基板12aと平行な方向の熱伝導率が垂直な方
向の熱伝導率よりも大きい熱伝導異方性を有する材料を
使用すると、半導体レーザ素子13から発生する熱が固
定基板16内を伝導する際に、低温側基板12aと平行
な面内に広がりやすい。
In the first to third embodiments, the fixed substrate 16 is made of CuW alloy.
When a material having thermal conductivity anisotropy whose thermal conductivity in the direction parallel to the low temperature side substrate 12a is larger than the thermal conductivity in the direction perpendicular to the low temperature side substrate 12a, heat generated from the semiconductor laser element 13 When conducting, it easily spreads in a plane parallel to the low temperature side substrate 12a.

【0058】このような熱伝導異方性を有する固定基板
材料としては、金属をマトリクスとする繊維強化複合材
を使用することができる。この繊維強化複合材として
は、例えばカーボン(C)、アルミナ(Al)、
シリコンカーバイト(SiC)等を分散材とし、銅(C
u)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、アル
ミニウム(Al)、チタン(Ti)等をマトリクスとす
るものが知られている。
As a fixed substrate material having such heat conduction anisotropy, a fiber-reinforced composite material having a metal matrix can be used. Examples of the fiber reinforced composite material include carbon (C), alumina (Al 2 O 3 ),
Silicon carbide (SiC) or the like is used as a dispersing material, and copper (C
u), molybdenum (Mo), tungsten (W), aluminum (Al), titanium (Ti) and the like are known.

【0059】また、このような繊維強化複合材の製法と
して、例えば銅若しくは銅合金をマトリクスとしカーボ
ン繊維を分散材とする複合材について説明する。
As a method for producing such a fiber-reinforced composite material, for example, a composite material using copper or a copper alloy as a matrix and carbon fibers as a dispersing material will be described.

【0060】まず、銅粉末若しくは銅合金粉末、モリブ
デン粉末又はタングステン粉末若しくはこれらの混合物
の粉末を、炭素及び/又は黒鉛質の繊維とともにボール
ミル等で混合し、この原料混合物をプレスして混合物の
圧縮成型物を得る。これをさらに熱間静水圧加圧によっ
て一軸方向に圧縮する。このようにして作製された複合
材料では、炭素及び/又は黒鉛質からなる繊維が金属マ
トリクスに圧縮方向に垂直な2次元面方向にランダムに
配向する。
First, a powder of copper powder, copper alloy powder, molybdenum powder, tungsten powder or a mixture thereof is mixed with carbon and / or graphite fibers in a ball mill or the like, and the raw material mixture is pressed to compress the mixture. Obtain a molded product. This is further uniaxially compressed by hot isostatic pressing. In the composite material produced in this manner, fibers made of carbon and / or graphite are randomly oriented in the two-dimensional plane direction perpendicular to the compression direction of the metal matrix.

【0061】なお、このような複合材料に関して、例え
ば特願平9−318888号に開示されている。
Such a composite material is disclosed, for example, in Japanese Patent Application No. 9-318888.

【0062】上記の繊維強化複合材料を用いて、固定基
板16の上面、下面がこの炭素繊維の配向面と平行にな
るように形成することによりペルチェモジュール12の
冷却面と平行な面内の熱伝導率がペルチェモジュール1
2の冷却面と垂直な方向の熱伝導率よりも大きいような
熱伝導異方性を有する基板が得られる。
The above-mentioned fiber reinforced composite material is used so that the upper surface and the lower surface of the fixed substrate 16 are formed so as to be parallel to the orientation surface of the carbon fibers, so that the heat in the plane parallel to the cooling surface of the Peltier module 12 is obtained. Conductivity is Peltier module 1
A substrate having a thermal conductivity anisotropy that is larger than the thermal conductivity in the direction perpendicular to the cooling surface of No. 2 is obtained.

【0063】このような固定基板16では、ペルチェモ
ジュール12の冷却面と平行な面内、及び垂直な方向の
熱伝導率は、例えばそれぞれ約300W/mK、100
W/mKのようなものが得られる。
In such a fixed substrate 16, the thermal conductivity in the plane parallel to the cooling surface of the Peltier module 12 and the thermal conductivity in the direction perpendicular thereto are, for example, about 300 W / mK and 100 W, respectively.
Something like W / mK is obtained.

【0064】なお、繊維の配向の方向を2次元的でなく
1次元的にすることも可能であり、この場合にはさらに
大きな熱伝導異方性が得られる。
The orientation of the fibers can be one-dimensional instead of two-dimensional, and in this case, a larger heat conduction anisotropy can be obtained.

【0065】上記のように構成された固定基板16を使
用すれば、半導体レーザ素子13から発生する熱が、低
温側基板12aの周辺部にまで十分伝導するため、低温
側基板12aの周辺部におけるペルチェモジュール12
の吸熱作用が半導体レーザ素子13から発生する熱の排
出のために使われることとなるため、周囲の封止ガス1
8を冷却するために使われることがなくなる。したがっ
て、低温側基板12aの周辺部における渦流が発生しに
くくなるため、封止ガス18の環流によるペルチェモジ
ュール12の冷却効率の低下が抑制されることから、よ
り高温動作の可能な半導体レーザモジュールが作製でき
る。
If the fixed substrate 16 configured as described above is used, the heat generated from the semiconductor laser element 13 is sufficiently conducted to the peripheral portion of the low-temperature side substrate 12a. Peltier module 12
Is used to discharge the heat generated from the semiconductor laser element 13, so that the surrounding sealing gas 1 is used.
8 will not be used to cool it. Therefore, eddy currents are less likely to be generated in the peripheral portion of the low-temperature side substrate 12a, and a decrease in the cooling efficiency of the Peltier module 12 due to the recirculation of the sealing gas 18 is suppressed. Can be made.

【0066】(第4の実施形態例) (第5の実施形態例)本発明は、さらに図4に示す半導
体レーザモジュール40(第4実施形態例)および図5
に示す半導体レーザモジュール50(第5実施形態例)
のように、半導体レーザ素子13を固定した固定基板1
6又は断熱材21により、パッケージ11内においてペ
ルチェモジュール12を載置した空間とペルチェモジュ
ール12の低温側基板12aの上部空間とが、実質的に
隔離されている状態にする。すなわち、固定基板16又
は断熱材21がパッケージ11の側壁と接するか、ほと
んど近接するように配置される。
(Fourth Embodiment) (Fifth Embodiment) The present invention further relates to a semiconductor laser module 40 (fourth embodiment) shown in FIG. 4 and FIG.
Semiconductor laser module 50 (fifth embodiment example) shown in FIG.
Fixed substrate 1 on which semiconductor laser element 13 is fixed as shown in FIG.
The space in which the Peltier module 12 is placed in the package 11 and the upper space of the low-temperature side substrate 12a of the Peltier module 12 are substantially isolated from each other by the heat insulating material 6 or 6. That is, the fixed substrate 16 or the heat insulating material 21 is arranged so as to be in contact with or almost close to the side wall of the package 11.

【0067】なお、図4および図5では、半導体レーザ
素子13の光軸を含む断面図を示したが、本実施形態で
は光軸に垂直な断面においても、やはり固定基板16又
は断熱材21がパッケージ11の側壁と接するか、ほと
んど近接するように配置されている。
Although FIGS. 4 and 5 show cross-sectional views including the optical axis of the semiconductor laser device 13, in the present embodiment, the fixed substrate 16 or the heat insulating material 21 is also formed in a cross section perpendicular to the optical axis. It is arranged so as to be in contact with or almost close to the side wall of the package 11.

【0068】このように、ペルチェモジュール12を載
置した空間が隔離されることで、低温側基板12a上で
冷却された封止ガス18がペルチェモジュール12の高
温側(パッケージの底板11b側)に流れることがない
ため、封止ガス18の環流によるペルチェモジュール1
2の冷却効率の低下が抑制され、より高温動作の可能な
半導体レーザモジュールが作製できる。
As described above, the space in which the Peltier module 12 is mounted is isolated, so that the sealing gas 18 cooled on the low-temperature side substrate 12a is moved to the high-temperature side of the Peltier module 12 (the bottom plate 11b side of the package). Peltier module 1 due to reflux of sealing gas 18 because it does not flow
2, a decrease in the cooling efficiency is suppressed, and a semiconductor laser module capable of operating at a higher temperature can be manufactured.

【0069】(第6の実施形態例)また、本発明は、図
6に示す半導体レーザモジュール60のように、パッケ
ージ底板11b上の周辺部に、側壁11Aに接するよう
に断熱材22aを固定し、ペルチェモジュール12をパ
ッケージ底板11bと断熱材22aで構成される凹部に
嵌装固定することによって構成する。
(Sixth Embodiment) According to the present invention, as in a semiconductor laser module 60 shown in FIG. 6, a heat insulating material 22a is fixed to a peripheral portion on a package bottom plate 11b so as to be in contact with a side wall 11A. , The Peltier module 12 is fitted and fixed in a recess formed by the package bottom plate 11b and the heat insulating material 22a.

【0070】固定する断熱材22aの高さは、少なくと
もペルチェモジュール12の高さと同程度以上が望まし
いが、さらに好ましくは固定基板上部の空間をも満たす
ようにする。
The height of the heat insulating material 22a to be fixed is desirably at least as high as the height of the Peltier module 12, but it is more preferable to fill the space above the fixed substrate.

【0071】(第7の実施形態例)さらに、図7に示す
半導体レーザモジュール70のように、底板11b上の
周辺部に側壁11Aに接するように固定された断熱材2
2aを有するパッケージ11内の、底板11bと断熱材
22aとからなる凹部にペルチェモジュール12を嵌装
固定し、半導体レーザ13、レンズ15を固定した固定
基板16を固定後、断熱材22bを固定した蓋11dに
よりパッケージ11を封止する。断熱材22bは、半導
体レーザモジュール70の内部の空間のうち、少なくと
もレーザ光の光路となる部分を占めるように形成され
る。
(Seventh Embodiment) Further, as in a semiconductor laser module 70 shown in FIG. 7, a heat insulating material 2 fixed to the peripheral portion on the bottom plate 11b so as to be in contact with the side wall 11A.
The Peltier module 12 was fitted and fixed in the recess formed by the bottom plate 11b and the heat insulating material 22a in the package 11 having the package 2a, and the heat insulating material 22b was fixed after fixing the fixed substrate 16 to which the semiconductor laser 13 and the lens 15 were fixed. The package 11 is sealed with the lid 11d. The heat insulating material 22b is formed so as to occupy at least a portion serving as an optical path of laser light in a space inside the semiconductor laser module 70.

【0072】このように、パッケージ11内部のレーザ
光の光路を妨げない部分に断熱材22aを配置し、封止
ガス18の占める空間の体積をできる限り小さくするこ
とにより、パッケージ11内の温度差に基づく渦流の発
生、及びこれによる封止ガス18の環流によるペルチェ
モジュール12の冷却効率の低下が抑制されることか
ら、より高温動作の可能な半導体レーザモジュールが作
製できる。
As described above, by arranging the heat insulating material 22a in a portion not obstructing the optical path of the laser beam inside the package 11 and minimizing the volume of the space occupied by the sealing gas 18, the temperature difference in the package 11 is reduced. As a result, a reduction in the cooling efficiency of the Peltier module 12 due to the generation of the vortex and the recirculation of the sealing gas 18 due to the vortex is suppressed, so that a semiconductor laser module capable of operating at a higher temperature can be manufactured.

【0073】(その他の実施形態例)上記第1乃至第7
の実施形態例においては、パッケージ11内部の構造に
よって、パッケージ11内部の温度差による渦流の発生
を抑制したが、本発明は、上記構成とは別に、又は上記
構成と同時に、封止ガス18自体を変更することによっ
ても渦流の発生を防止する。
(Other Embodiments) The First to Seventh Embodiments
In the embodiment of the present invention, the generation of the vortex due to the temperature difference inside the package 11 is suppressed by the structure inside the package 11. The generation of eddy current is also prevented by changing

【0074】すなわち、本発明では、封止ガス18とし
て動粘性係数又は温度拡散定数の大きなガスを使用する
ことにより、渦流の発生が抑制される。
That is, in the present invention, the generation of the vortex is suppressed by using a gas having a large kinematic viscosity coefficient or a temperature diffusion constant as the sealing gas 18.

【0075】このようなガスとしては、例えばヘリウム
ガス(動粘性係数ν≒1.1×10 −4/s、温度
拡散定数(κ/ρCp)≒0.16m/Ks(室温、
大気圧))が好適である。ちなみに、従来封止ガス18
として使用されていた窒素、アルゴンの動粘性係数は、
それぞれ約1.5×10−5/s、1.3×10
−5/s(ともに室温、大気圧)であり、温度拡散
定数はそれぞれ約0.021m/Ks、0.019m
/Ksである。
As such a gas, for example, helium
Gas (Kinematic viscosity coefficient ν ≒ 1.1 × 10 -4m2/ S, temperature
Diffusion constant (κ / ρCp) ≒ 0.16m2/ Ks (room temperature,
Atmospheric pressure)) is preferred. By the way, the conventional sealing gas 18
The kinematic viscosity of nitrogen and argon used as
About 1.5 × 10 each-5m2/ S, 1.3 × 10
-5m2/ S (both room temperature and atmospheric pressure) and temperature diffusion
Each constant is about 0.021m2/ Ks, 0.019m
2/ Ks.

【0076】動粘性係数が大きいと、ガス流速のベクト
ル場の拡散が起こりやすいことから、渦流は発生しにく
くなる。
If the kinematic viscosity coefficient is large, the diffusion of the vector field of the gas flow velocity is likely to occur, so that the vortex is less likely to be generated.

【0077】また、温度拡散定数が大きいと、ガスの温
度場の拡散が起こりやすいことから、パッケージ11内
部に大きな温度勾配ができにくくなる。したがって、従
来の封止ガス18よりも格段に動粘性係数の大きく、ま
た温度拡散定数の大きなヘリウムガスを使用する。
When the temperature diffusion constant is large, the diffusion of the gas temperature field is apt to occur, so that it is difficult to form a large temperature gradient inside the package 11. Therefore, helium gas having a significantly higher kinematic viscosity coefficient and a larger temperature diffusion constant than the conventional sealing gas 18 is used.

【0078】この結果、パッケージ11内部での温度差
に起因して発生する渦流によるペルチェモジュール12
の冷却効率の低下が抑制されることから、より高温動作
の可能な半導体レーザモジュールが作製できる。
As a result, the Peltier module 12 due to the eddy current generated due to the temperature difference inside the package 11
Since a decrease in the cooling efficiency of the semiconductor laser module is suppressed, a semiconductor laser module capable of operating at a higher temperature can be manufactured.

【0079】なお、封止されるヘリウムガスの割合は多
いほどよいが、体積パーセントにして30%以上、より
好ましくは60%以上含まれていれば、十分な動粘性係
数と温度拡散定数が得られるため、本発明の効果は十分
なものとなる。
The higher the proportion of helium gas to be sealed, the better, but if it is contained in a volume percentage of 30% or more, more preferably 60% or more, sufficient kinematic viscosity coefficient and temperature diffusion constant can be obtained. Therefore, the effect of the present invention is sufficient.

【0080】また、動粘性係数及び温度拡散定数は、圧
力が低くなるほど大きくなるので、パッケージ11の内
部を減圧状態にして封止する。この結果、渦流の発生が
抑制され、ペルチェモジュールの冷却効率の低下が抑制
され、より高温動作の可能な半導体レーザモジュールが
作製できる。
Since the kinematic viscosity coefficient and the temperature diffusion constant increase as the pressure decreases, the inside of the package 11 is sealed under reduced pressure. As a result, generation of a vortex is suppressed, a decrease in the cooling efficiency of the Peltier module is suppressed, and a semiconductor laser module that can operate at a higher temperature can be manufactured.

【0081】なお、封止ガスの圧力は真空に近いほど好
ましいが、33kPa以下であれば十分な効果が得られ
る。
The pressure of the sealing gas is preferably as close to vacuum as possible, but a sufficient effect can be obtained if the pressure is 33 kPa or less.

【0082】また、圧力を低くすると、大気圧との差に
より、パッケージの長期的な安定性が問題となるが、1
0kPa以上とすれば、そのような問題は生じない。
When the pressure is reduced, the long-term stability of the package becomes a problem due to the difference from the atmospheric pressure.
If the pressure is 0 kPa or more, such a problem does not occur.

【0083】[0083]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体レ
ーザモジュールによれば、パッケージ内における封止ガ
スの渦流の発生が抑制され、ペルチェモジュールの冷却
効率の低下を防ぐことが可能となり、半導体レーザ素子
を高出力化し、これと同時にペルチェモジュールの大型
化による冷却効率の向上を達成できる。
As described above, according to the semiconductor laser module of the present invention, the generation of the eddy current of the sealing gas in the package can be suppressed, and the cooling efficiency of the Peltier module can be prevented from lowering. The output of the laser element can be increased, and at the same time, the cooling efficiency can be improved by increasing the size of the Peltier module.

【0084】また、その結果、高い環境温度下で使用可
能な半導体レーザモジュールが提供される。
As a result, a semiconductor laser module that can be used under a high ambient temperature is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る半導体レーザモジュールの第1の
実施形態を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing a first embodiment of a semiconductor laser module according to the present invention.

【図2】本発明に係る半導体レーザモジュールの第2の
実施形態を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory view showing a second embodiment of the semiconductor laser module according to the present invention.

【図3】本発明に係る半導体レーザモジュールの第3の
実施形態を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view showing a third embodiment of the semiconductor laser module according to the present invention.

【図4】本発明に係る半導体レーザモジュールの第4の
実施形態を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view showing a fourth embodiment of the semiconductor laser module according to the present invention.

【図5】本発明に係る半導体レーザモジュールの第5の
実施形態を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory view showing a fifth embodiment of the semiconductor laser module according to the present invention.

【図6】本発明に係る半導体レーザモジュールの第6の
実施形態を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory view showing a sixth embodiment of the semiconductor laser module according to the present invention.

【図7】本発明に係る半導体レーザモジュールの第7の
実施形態を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory view showing a seventh embodiment of the semiconductor laser module according to the present invention.

【図8】従来の半導体レーザモジュールを示す説明図で
ある。
FIG. 8 is an explanatory view showing a conventional semiconductor laser module.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 半導体レーザモジュール 11 パッケージ 12 ペルチェモジュール 13 半導体レーザ素子 14 サーミスタ 15 レンズ 16 固定基板 17 光ファイバ 18 封止ガス 21 断熱材 22a 断熱材 22b 断熱材 20 半導体レーザモジュール 30 半導体レーザモジュール 40 半導体レーザモジュール 50 半導体レーザモジュール 60 半導体レーザモジュール 70 半導体レーザモジュール DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor laser module 11 Package 12 Peltier module 13 Semiconductor laser element 14 Thermistor 15 Lens 16 Fixed substrate 17 Optical fiber 18 Sealing gas 21 Heat insulating material 22a Heat insulating material 22b Heat insulating material 20 Semiconductor laser module 30 Semiconductor laser module 40 Semiconductor laser module 50 Semiconductor Laser module 60 Semiconductor laser module 70 Semiconductor laser module

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ
素子を固定した固定基板と、前記半導体レーザ素子から
出射されるレーザ光を受光する光ファイバと、前記半導
体レーザ素子と前記光ファイバの間に介設され前記半導
体レーザ素子から出射されるレーザ光を前記光ファイバ
に光学的に結合する光結合手段と、前記半導体レーザ素
子を固定した前記固定基板を冷却するペルチェモジュー
ルと、前記半導体レーザ素子、前記固定基板、前記ペル
チェモジュールを収容するパッケージを有する半導体レ
ーザモジュールであって、前記パッケージ内には封止ガ
スが封入されていて、前記ペルチェモジュールの低温側
基板上の前記固定基板がない部分に断熱材が設けられて
いることを特徴とする半導体レーザモジュール。
1. A semiconductor laser device, a fixed substrate on which the semiconductor laser device is fixed, an optical fiber for receiving laser light emitted from the semiconductor laser device, and an optical fiber between the semiconductor laser device and the optical fiber. An optical coupling unit provided for optically coupling a laser beam emitted from the semiconductor laser element to the optical fiber; a Peltier module for cooling the fixed substrate on which the semiconductor laser element is fixed; the semiconductor laser element; A fixed substrate, a semiconductor laser module having a package accommodating the Peltier module, wherein a sealing gas is sealed in the package, and heat insulation is provided on a portion of the low-temperature side substrate of the Peltier module where the fixed substrate is not provided. A semiconductor laser module comprising a material.
【請求項2】 半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ
素子を固定した固定基板と、前記半導体レーザ素子から
出射されるレーザ光を受光する光ファイバと、前記半導
体レーザ素子と前記光ファイバの間に介設され前記半導
体レーザ素子から出射されるレーザ光を前記光ファイバ
に光学的に結合する光結合手段と、前記半導体レーザ素
子を固定した前記固定基板を冷却するペルチェモジュー
ルと、前記半導体レーザ素子、前記固定基板、前記ペル
チェモジュールを収容するパッケージを有する半導体レ
ーザモジュールであって、前記パッケージ内には封止ガ
スが封入されていて、前記半導体レーザ素子を固定した
前記固定基板が前記ペルチェモジュールの低温側基板の
全表面を覆っていることを特徴とする半導体レーザモジ
ュール。
2. A semiconductor laser device, a fixed substrate on which the semiconductor laser device is fixed, an optical fiber for receiving a laser beam emitted from the semiconductor laser device, and an optical fiber between the semiconductor laser device and the optical fiber. An optical coupling unit provided for optically coupling a laser beam emitted from the semiconductor laser element to the optical fiber; a Peltier module for cooling the fixed substrate on which the semiconductor laser element is fixed; the semiconductor laser element; A fixed substrate, a semiconductor laser module having a package accommodating the Peltier module, wherein a sealing gas is sealed in the package, and the fixed substrate on which the semiconductor laser element is fixed is a low-temperature side of the Peltier module. A semiconductor laser module covering the entire surface of a substrate.
【請求項3】 固定基板の周辺部上に断熱材を設けたこ
とを特徴とする請求項2記載の半導体レーザモジュー
ル。
3. The semiconductor laser module according to claim 2, wherein a heat insulating material is provided on a peripheral portion of the fixed substrate.
【請求項4】 固定基板が、ペルチェモジュールの低温
側基板と平行な方向の熱伝導率が垂直な方向の熱伝導率
よりも大きい熱伝導異方性を有する材料からなることを
特徴とする請求項2又は請求項3記載の半導体レーザモ
ジュール。
4. The fixed substrate is made of a material having a thermal conductivity anisotropy whose thermal conductivity in a direction parallel to the low-temperature substrate of the Peltier module is larger than thermal conductivity in a direction perpendicular to the low-temperature substrate. The semiconductor laser module according to claim 2 or 3.
【請求項5】 固定基板がパッケージ内においてペルチ
ェモジュールを空間的に隔離するように配置されている
ことを特徴とする請求項2乃至請求項4記載の半導体レ
ーザモジュール。
5. The semiconductor laser module according to claim 2, wherein the fixed substrate is disposed in the package so as to spatially isolate the Peltier module.
【請求項6】 断熱材がパッケージ内においてペルチェ
モジュールを空間的に隔離するように配置されているこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザモジュー
ル。
6. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the heat insulating material is arranged in the package so as to spatially isolate the Peltier module.
【請求項7】 半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ
素子を固定した固定基板と、前記半導体レーザ素子から
出射されるレーザ光を受光する光ファイバと、前記半導
体レーザ素子と前記光ファイバの間に介設され前記半導
体レーザ素子から出射されるレーザ光を前記光ファイバ
に光学的に結合する光結合手段と、前記半導体レーザ素
子を固定した前記固定基板を冷却するペルチェモジュー
ルと、前記半導体レーザ素子、前記固定基板、前記ペル
チェモジュールを収容するパッケージを有する半導体レ
ーザモジュールであって、前記パッケージの底板上の前
記ペルチェモジュールがない部分には断熱材が配置さ
れ、前記ペルチェモジュールは前記パッケージの前記底
板と前記断熱材とからなる凹部に配置されていることを
特徴とする半導体レーザモジュール。
7. A semiconductor laser device, a fixed substrate on which the semiconductor laser device is fixed, an optical fiber for receiving laser light emitted from the semiconductor laser device, and an optical fiber between the semiconductor laser device and the optical fiber. An optical coupling means for optically coupling a laser beam emitted from the semiconductor laser element to the optical fiber; a Peltier module for cooling the fixed substrate on which the semiconductor laser element is fixed; the semiconductor laser element; A fixed substrate, a semiconductor laser module having a package for accommodating the Peltier module, wherein a heat insulating material is disposed on a portion of the bottom plate of the package where the Peltier module is not provided, and the Peltier module is provided with the bottom plate of the package and the Peltier module. A semiconductor laser disposed in a recess made of a heat insulating material. The module.
【請求項8】 パッケージ内の封止ガスが、ヘリウム又
はヘリウムを含む混合気体からなることを特徴とする請
求項1乃至請求項7に記載の半導体レーザモジュール。
8. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the sealing gas in the package is made of helium or a mixed gas containing helium.
【請求項9】 パッケージ内の封止ガスの圧力が大気圧
(101.3kPa)以下であることを特徴とする請求
項1乃至請求項8に記載の半導体レーザモジュール。
9. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the pressure of the sealing gas in the package is equal to or lower than the atmospheric pressure (101.3 kPa).
【請求項10】 ペルチェモジュールがP型熱電変換素
子とN型熱電変換素子とを電気的に直列に接続して形成
されてなり、前記P型熱電変換素子とN型熱電変換素子
とからなる対の数が40以上であることを特徴とする請
求項1乃至請求項9に記載の半導体レーザモジュール。
10. A Peltier module, which is formed by electrically connecting a P-type thermoelectric conversion element and an N-type thermoelectric conversion element in series, and comprising a P-type thermoelectric conversion element and an N-type thermoelectric conversion element. 10. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the number is 40 or more.
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