JP2002280660A - レーザダイオードモジュールからなる光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】薄型のコンパクトで、波長の変化等が生じな
い、高い密度で配置された、高光出力の複数個のレーザ
ダイオードモジュールからなる光源を提供する。 【解決手段】各々が、レーザダイオードチップおよび光
学機器を搭載する金属基板、および、金属基板と熱的に
接続されたペルチェ素子を備えた、高い密度で配置され
た高光出力の複数個のレーザダイオードモジュールと、
複数個のレーザダイオードモジュールを搭載する搭載部
と、レーザダイオードモジュールを制御する制御用素子
を搭載する制御基板と、ペルチェ素子および制御用素子
に、吸熱部が熱的に接続される複数個のヒートパイプと
を備えた、レーザダイオードモジュールからなる光源。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高出力光源、特
に、高い密度で配置された、高光出力の複数個のレーザ
ダイオードモジュールからなる光源に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、レーザダイオード（ＬＤ）モジュ
ールは、光ファイバ通信、特に幹線系・ＣＡＴＶの信号
光源やファイバアンプの励起光源として用いられてい
る。このようなレーザダイオードモジュールは、高出力
および安定動作を実現するために、ペルチェ素子を内蔵
し、そのペルチェ素子上部に搭載された金属基板上にレ
ーザダイオードチップ、フォトダイオードチップ、レン
ズ等の光学部品、サーミスタ素子、インダクタ、抵抗等
の電気部品を配置している。なお、上述したペルチェ素
子は、熱電半導体であり、直流の電流を流すと、ｐ型の
半導体の場合には、電流の流れる方向に熱が運ばれ、ｎ
型半導体の場合には電流と反対方向に熱が運ばれ、熱電
半導体の両側で温度差が生じる。ペルチェ素子を使用し
た冷却システムは、上述した温度差を利用して、低温側
を冷却に、高温側を放熱に使用している。

【０００３】レーザダイオードモジュールは、上述した
レーザダイオードチップの近傍に接着されたサーミスタ
素子によってチップの温度を検出している。このように
検出された温度値をフィードバックしてペルチェ素子を
駆動させることにより、レーザダイオードチップが配置
された金属基板全体を冷却して、レーザダイオードチッ
プの温度を一定に保つ構造を備えている。

【０００４】図３に従来のレーザダイオードモジュール
を示す。図３は、レーザダイオードモジュールの概略断
面図を示す。レーザダイオードモジュールは、図３に示
すように、レーザダイオードチップ１１１およびヒート
シンク１１２を搭載したマウント１１３と、モニター用
フォトダイオードチップ１１４を搭載したチップキャリ
ア１１５と、レンズホルダ１１６と、図示しない抵抗
体、インダクタおよび回路基板等を接着した金属基板１
１０ａと、ペルチェ素子７とを備えている。ペルチェ素
子は、パッケージ放熱板１１８上に金属ソルダで固定さ
れている。なお、ペルチェ素子１１７の上下には、セラ
ミックス板１１９Ａ、１１９Ｂが配置される。

【０００５】図４は、図３におけるレーザダイオードモ
ジュールのＡ−Ａ'断面図である。図４に示すように、
レーザダイオードモジュールの主要部は、ヒートシンク
１１２上にレーザダイオードチップ１１１の他にサーミ
スタ１２１を搭載し、ペルチェ素子１１７と金属基板１
１０ａとを接着する金属ソルダとして、両者の熱膨張差
を緩和するために、ソフトソルダ１２２を用いている。
上述した金属基板は、通常、銅タングステン（ＣｕＷ：
銅の重量配分比１０〜３０％のものが存在）等の単一材
質で形成されている。金属基板とペルチェ素子との接着
は、両者の熱膨張差を緩和するために、インジウム錫
（ＩｎＳｎ）などの低温ソフトソルダが用いられてき
た。

【０００６】しかし、近年、レーザダイオードモジュー
ルの高出力化に伴い、レーザダイオードモジュールの冷
却能力と温度環境信頼度（即ち、温度が変化した場合に
おいても正常に機能を継続する能力）に対する要求が厳
しくなっている。まず、冷却能力向上のためには、ペル
チェ素子を大型化したり、上部に搭載する金属基板の高
熱伝導材質化を図る必要があるが、ペルチェ素子の冷却
能力向上に伴う温調タイム（目的の温度に達するまでの
時間）の短縮により、ペルチェ素子上部に搭載した金属
基板への温度ストレスも大きくなる。そのため、ペルチ
ェ素子と金属基板の熱膨張率差の影響が大きくなり、両
者を接着するソフトソルダの摺動により亀裂剥離を生じ
させるという問題が生じる。しかも、ソフトソルダ特有
のハンダクリープ現象も顕著になるため、ペルチェ素子
と金属基板とを接着させるソルダには、ビスマス錫（Ｂ
ｉＳｎ）等の低温ハードソルダを用いる必要がある。

【０００７】上述した問題点を解決するために、特開平
１０−２００２０８に、２種類の金属材からなる金属基
板を備えた半導体レーザモジュールが開示されている。
図５にその概要を示す。図５（ａ）に示すように、半導
体レーザモジュールは、ＬＤチップ２０１やＬＤチップ
を一定の温度に保つためのサーミスタ２１１をヒートシ
ンク２０２およびサブマウント２０３を介して、光学系
のレンズとともに搭載する金属基板２１０と、上下の面
にセラミックス基板２０９Ａ、２０９Ｂを備えたペルチ
ェ素子２０７とをハードソルダ２１２によって接着して
形成される。

【０００８】この金属基板２１０は、ＬＤチップ２０１
からの熱流がペルチェ素子２０７へ向かう方向とは垂直
になる方向に、ペルチェ素子２０７の上面に接着され
る。特に、金属基板２１０は、ＬＤチップ２０１の直下
を含む基板中央部に第１の金属部材２１３を配置し、そ
の側面周囲に第２の金属部材２１４を配置するように形
成している。更に、図５（ｂ）に示すように、金属基板
２１０は、第１の金属部材２１３を熱伝導率の大きい金
属材で形成し、第２の金属部材２１４を第１の金属部材
２１３よりも熱膨張率の小さい金属材で形成する。

【０００９】即ち、上述した金属基板２１０を使用する
ことにより、金属基板全体の熱膨張を小さくするととも
に、熱伝導を良くし、冷却性能を向上させると同時に、
ペルチェ素子の信頼度を高めることを期待している。な
お、光励起用光源または光信号光源には、通常、光出力
源であるレーザダイオードモジュールが複数個搭載され
ている。レーザダイオードモジュールは、他の光部品と
組み合わされて、光増幅器に使用されている。

【００１０】更に、従来のレーザダイオードモジュール
からなる光源では、レーザダイオードモジュール搭載基
板、光学部品収納プレート、レーザダイオードモジュー
ル制御基板がそれぞれ独立して搭載されており、レーザ
ダイオードモジュール搭載基板のみが放熱板に直接接触
して、レーザダイオードモジュールの放熱を行ってい
た。このような構成の光源では、制御用ＩＣなどの制御
基板上の発熱部品はレーザダイオードモジュール搭載基
板とは別にあるため、これら部品から発生する熱は放熱
フィンから放熱されることはない。レーザダイオードモ
ジュール以外の発熱は、ユニット筐体全体からの放熱に
期待するしかなかった。しかしながら、筐体からの放熱
は放熱効率が悪く、基板からの発熱はユニット筐体内部
にこもるという状態であった。

【００１１】搭載されている光学部品にはＦＢＧなど温
度依存性の高い部品が多く、ユニットの筐体内部が高温
になると、光学特性が劣化する。更に、ユニット筐体内
のレーザダイオードモジュールの周辺温度が上昇するた
め、レーザダイオードモジュールの寿命が短くなってし
まうという問題点があった。更に、制御基板内半導体の
温度が上昇するので、基板の制御能力が低下する。例え
ば、基板上のオペアンプ（ＯＰ−ａｍｐ）の出力が不安
定になり、レーザダイオードモジュールの動作が不安定
になることが考えられる。デジタル部品が動作不能にな
った場合、レーザダイオードモジュールを破壊する可能
性もある。基板温度が上昇すると、レーザダイオードモ
ジュール発光の安定化という点において問題があった。

【００１２】

【発明が解決しょうとする課題】上述した先行技術によ
ると、個々のレーザダイオードモジュールにおける、ペ
ルチェ素子の冷却性能の向上、および、ペルチェ素子の
信頼度を高めることが期待されている。しかしながら、
個々のレーザダイオードモジュールが更に高出力化し、
このように更に高出力化した多数のレーザダイオードモ
ジュールを高い密度で配置して使用すると、チップとペ
ルチェ素子との間に配置される金属基板の熱伝導性を高
めたり、熱膨張率の差を小さくするだけでは、レーザダ
イオードモジュールの高出力化、それらの高い密度の配
置にともなって発生する熱を処理することができず、レ
ーザダイオードモジュールの機能を損傷してしまうとい
う問題点がある。

【００１３】即ち、各レーザダイオードモジュール自体
がサイズが小さい上に高発熱密度体であり、それらを複
数個実装することが求められる光励起用光源または光信
号光源として使用する場合には、レーザダイオードモジ
ュールの熱を放熱することが困難であった。一方、光励
起用光源または光信号光源は、更なる光出力の向上が求
められており、従来の方法では、レーザダイオードモジ
ュールのペルチェ素子による冷却が限界に達して、半導
体素子の性能を１００％生かしきれない状態でしか、使
用することができなくなっている。

【００１４】更に、市場のニーズとして、光出力を向上
させても、ペルチェ素子および半導体素子励起による消
費電力を従来以下のままに維持したいという要望があ
り、光源内の放熱特性が非常に重要になってきている。
更に、個々のレーザダイオードモジュールに温度差が生
じたり、レーザダイオードモジュールを制御する制御素
子等の発熱によって、レーザダイオードモジュール周辺
において温度差が生じると、光学部品および該光学部品
周辺の部品の個々の熱膨張率が異なるため光学部品の変
形が生じる。上述した変形によりレーザダイオードモジ
ュールの波長の変化が生起して、光源としての性能が劣
化するという重大な問題が生じる。上述したように、優
れた放熱性能を有するヒートシンクに実装された、コン
パクトで、高光出力の光励起用光源または光信号光源の
出現が待望されている。

【００１５】従って、この発明の目的は、従来の問題点
を解決して、薄型のコンパクトで、波長の変化等が生じ
ない、高い密度で配置された、高光出力の複数個のレー
ザダイオードモジュールからなる光源を提供することに
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述した従
来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、
従来、作動液という液体を内蔵するために、作動液の漏
れ、湿気による悪影響が連想され、レーザダイオードモ
ジュール等の高度に精密な機器において使用することが
嫌われ、否定されてきた、単結晶ダイヤの約２０倍以上
の熱伝導率を有するヒートパイプをペルチェ素子に接続
させることによって、ペルチェ素子の破壊の危険性を著
しく低減して、レーザダイオードモジュールの高出力
化、それらの高密度の配置にも十分対応することができ
ることを知見した。

【００１７】即ち、レーザダイオードチップおよび光学
機器を搭載する金属基板、および、金属基板と熱的に接
続されたペルチェ素子を備えているレーザダイオードモ
ジュールのそれぞれのペルチェ素子に、更に、ヒートパ
イプの吸熱部を熱的に接続すると、例え個々の光出力が
高い、多数のレーザダイオードモジュールを高い密度で
配置しても、個々のレーザダイオードモジュールを従来
とは比較にならない度合いで冷却することができるの
で、信頼性の高い、高光出力の複数個のレーザダイオー
ドモジュールからなる光源を提供することができること
を知見した。

【００１８】レーザダイオードモジュールの他にレーザ
ダイオードモジュールを制御する制御素子を搭載した制
御基板が配置されており、従来のようにレーザダイオー
ドモジュールおよび制御素子にそれぞれの放熱手段を備
えると筐体の厚さが大きく、薄型のコンパクトな光源の
実現が困難であったが、ヒートパイプをレーザダイオー
ドモジュール基板と制御基板との間にサンドイッチ状に
配置して、ヒートパイプの吸熱部をペルチェ素子および
制御素子に熱的に接続させると、薄型のコンパクトな、
且つ、高い密度で配置された高光出力のレーザダイオー
ドモジュールからなる光源を提供することができること
を知見した。

【００１９】更に、複数個のレーザダイオードモジュー
ル間の温度差を無くするように、レーザダイオードモジ
ュール、制御基板およびヒートパイプを配置すると、個
々のレーザダイオードモジュールの温度が均一になり、
更に、レーザダイオードモジュール周辺温度環境が均一
になるので、光源特有の特性、即ち、所望の光波長を一
定に維持することができ、性能の高い光源が得られるこ
とを知見した。

【００２０】この発明は、上記知見に基づいてなされた
ものであって、この発明のレーザダイオードモジュール
からなる光源の第１の態様は、各々が、レーザダイオー
ドチップおよび光学機器を搭載する金属基板、および、
前記金属基板と熱的に接続されたペルチェ素子を備え
た、高い密度で配置された高光出力の複数個のレーザダ
イオードモジュールと、前記複数個のレーザダイオード
モジュールを搭載する搭載部と、前記レーザダイオード
モジュールを制御する制御用素子を搭載する制御基板
と、前記ペルチェ素子および前記制御用素子に、吸熱部
が熱的に接続される複数個のヒートパイプとを備えた、
レーザダイオードモジュールからなる光源である。

【００２１】この発明のレーザダイオードモジュールか
らなる光源の第２の態様は、前記レーザダイオードモジ
ュールと前記制御用素子が前記ヒートパイプを挟むよう
に配置されていることを特徴とするレーザダイオードモ
ジュールからなる光源である。

【００２２】この発明のレーザダイオードモジュールか
らなる光源の第３の態様は、前記レーザダイオードモジ
ュールのそれぞれの温度が均一になるように、前記複数
個のレーザダイオードモジュールおよび前記複数個のヒ
ートパイプが配置された、レーザダイオードモジュール
からなる光源である。

【００２３】この発明のレーザダイオードモジュールか
らなる光源の第４の態様は、前記複数個のレーザダイオ
ードモジュールの各々が、前記搭載部の近端部から等距
離に位置し、前記ヒートパイプの大きさおよび長さが同
一であり、もって、前記レーザダイオードモジュールの
それぞれの温度が均一であることを特徴とする、レーザ
ダイオードモジュールからなる光源である。

【００２４】この発明のレーザダイオードモジュールか
らなる光源の第５の態様は、前記レーザダイオードモジ
ュールのそれぞれに前記ヒートパイプが熱的に接続され
ている、レーザダイオードモジュールからなる光源であ
る。

【００２５】この発明のレーザダイオードモジュールか
らなる光源の第６の態様は、前記複数個のレーザダイオ
ードモジュールが搭載される前記搭載部に、前記ヒート
パイプの吸熱部を収容する孔部が、前記レーザダイオー
ドモジュールの長手方向に沿って設けられており、前記
孔部に収容されたヒートパイプが前記レーザダイオード
モジュールおよび前記制御用素子とそれぞれ熱的に接続
されている、レーザダイオードモジュールからなる光源
である。

【００２６】この発明のレーザダイオードモジュールか
らなる光源の第７の態様は、前記ヒートパイプは、丸型
ヒートパイプからなっており、前記丸型ヒートパイプの
放熱部には放熱フィンが設けられている、レーザダイオ
ードモジュールからなる光源である。

【００２７】この発明のレーザダイオードモジュールか
らなる光源のその他の態様は、前記レーザダイオードモ
ジュールの底面部が湾曲面部を備えており、前記丸型ヒ
ートパイプが前記湾曲面部に密接に接続している、レー
ザダイオードモジュールからなる光源である。

【００２８】この発明のレーザダイオードモジュールか
らなる光源のその他の態様は、前記光源が光伝送システ
ムにおける光励起用光源である、レーザダイオードモジ
ュールからなる光源である。

【００２９】この発明のレーザダイオードモジュールか
らなる光源のその他の態様は、前記光源が光伝送システ
ムにおける光信号用光源である、レーザダイオードモジ
ュールからなる光源である。

【００３０】この発明のラマン増幅器の１つの態様は、
前記レーザダイオードモジュールからなる光源を用いる
ラマン増幅器である。

【００３１】

【発明の実施の形態】この発明のレーザダイオードモジ
ュールからなる光源の態様について図面を参照しながら
詳細に説明する。図１は、この発明の光源を構成する個
々のレーザダイオードモジュールの一例の概要を示す図
である。図１に示すように、レーザダイオードモジュー
ル１０は、半導体レーザ１１、第１レンズ１２、第２レ
ンズ１３、コア拡大ファイバ１４および気密ケース２０
を備えている。半導体レーザ１１は、第１レンズ１２と
の間に所定の間隔をおいて、ベース２１上にチップキャ
リア２２を介して設けられている。ベース２１は、気密
ケース２０内に設けた温度制御用のペルチェ素子２３の
上方に配置されている。ベース２１は、主要部分が銅製
で、第１レンズ１２を設置する部分がステンレス製の複
合材である。ベース部材２１は、チップキャリア２２を
挟んで第１レンズ１２と対向する側にキャリア２４が固
定され、キャリア２２の半導体レーザ１１と対向する位
置にモニタ用のフォトダイオード２４ａが設けられてい
る。

【００３２】第１レンズ１２は、レンズホルダ１２ａに
コリメータレンズ１２ｂが保持されている。レンズホル
ダ１２ａは、ベース２１に溶接固定されている。コリメ
ータレンズ１２ｂは、高結合効率を得るために非球面レ
ンズが使用されている。第２レンズ１３は、レンズホル
ダ１３ａに上下部分を削り出した球レンズ１３ｂが保持
されている。レンズホルダ１３ａは、光軸に垂直な面内
で位置調整して気密ケース２０の後述する挿着円筒２０
ａに固定されている。

【００３３】コア拡大ファイバ１４は、コアを拡大させ
た先端側が光軸に対して６°傾斜させて斜めに研磨され
るとともに研磨面に反射防止コーティングが施され、先
端側が金属筒１５内に接着されて保護されている。金属
筒１５は、調整部材１６の最適位置に溶接固定されてい
る。金属筒１５は、調整部材１６内でコア拡大ファイバ
１４の光軸方向に沿って前後方向にスライドさせたり、
光軸廻りに回転させることにって調整部材１６の最適位
置に調整される。

【００３４】この発明のレーザダイオードモジュールか
らなる光源は、各々が、レーザダイオードチップおよび
光学機器を搭載する金属基板、および、前記金属基板と
熱的に接続されたペルチェ素子を備えた、高い密度で配
置された高光出力の複数個のレーザダイオードモジュー
ルと、前記複数個のレーザダイオードモジュールを搭載
する搭載部と、前記レーザダイオードモジュールを制御
する制御用素子を搭載する制御基板と、前記ペルチェ素
子および前記制御用素子に、吸熱部が熱的に接続される
複数個のヒートパイプとを備えた、レーザダイオードモ
ジュールからなる光源である。この発明のレーザダイオ
ードモジュールからなる光源においては、レーザダイオ
ードモジュールと制御用素子がヒートパイプをサンドイ
ッチ状に挟むように配置されている。更に、上述した複
数個のレーザダイオードモジュールの各々が、搭載部の
近端部から等距離に位置し、ヒートパイプの大きさおよ
び長さが同一であり、その結果、レーザダイオードモジ
ュールのそれぞれの温度が均一である。

【００３５】図２は、この発明の、レーザダイオードモ
ジュールからなる光源の１つの態様を示す断面図であ
る。図２に示すように、この態様においては、レーザダ
イオードモジュールは、レーザダイオードモジュール搭
載基板上に置かれ、レーザダイオードモジュール搭載基
板とともに放熱板に固定されている。レーザダイオード
モジュール搭載基板の反対側の面にはレーザダイオード
モジュール制御基板があり、同様に、放熱板に固定され
ている。光学部品は、レーザダイオードモジュール制御
基板とレーザダイオードモジュール搭載基板の両方に分
割されて搭載されている。

【００３６】即ち、搭載部（放熱板）３０の上に、レー
ザダイオードモジュール基板３１を介して、複数個のレ
ーザダイオードモジュール１０が配置され、各レーザダ
イオードモジュール１０には、丸型ヒートパイプ３２、
３３の吸熱部が熱的に接続され、そして、丸型ヒートパ
イプ３２、３３の放熱部には、放熱フィン３４、３５が
取り付けられている。更に、搭載部（放熱板）３０の、
レーザダイオードモジュールと反対側には、レーザダイ
オードモジュールを制御する制御素子３７を搭載した制
御基板３８が配置され、各制御素子には、丸型ヒートパ
イプ３２、３３の吸熱部が熱的に接続され、そして、丸
型ヒートパイプ３２、３３の放熱部には、放熱フィン３
４、３５が取り付けられている。

【００３７】レーザダイオードモジュールを駆動させる
と、レーザダイオードモジュールから発生する熱は放熱
板に伝たわる。このとき、レーザダイオードモジュール
面と、制御基板面は分離されているので、レーザダイオ
ードモジュールからの発熱は、制御基板面に影響を及ぼ
さない。一方、制御基板を駆動させると、制御基板から
発生する熱は、放熱板に伝たわる。同様に、制御基板か
らの発熱は、レーザダイオードモジュールには影響を及
ぼさない。放熱板に伝わった熱は、ヒートパイプに伝わ
り、更にヒートパイプに圧入されている放熱フィンから
所定の位置または外部に放出される。

【００３８】このように、レーザダイオードモジュール
と制御用素子がヒートパイプをサンドイッチ状に挟むよ
うに配置することによって、レーザダイオードモジュー
ルの放熱手段と制御用素子の放熱手段を、同一のヒート
パイプによって機能させることができるので、従来必要
であった制御用素子の放熱手段を収容するスペースがな
くなり、レーザダイオードモジュールからなる光源の筐
体の厚さを著しく薄くすることができる。更に、レーザ
ダイオードモジュールの周辺に配置されて熱を発生して
いた制御用素子の熱を効率的に放熱することができるの
で、レーザダイオードモジュールの周辺の温度環境を容
易に均一にすることができる。

【００３９】この発明の光源において、レーザダイオー
ドモジュールのそれぞれの温度が均一になるように、複
数個のレーザダイオードモジュールおよび複数個のヒー
トパイプが配置することが好ましい。即ち、例えば、８
個のレーザダイオードモジュールを搭載する際に、４個
のレーザダイオードモジュールからなる２組のレーザダ
イオードモジュール群の１つの組を形成する個々のレー
ザダイオードモジュール１０を、一方の端部から同一距
離ａに位置している。レーザダイオードモジュール１０
には、同一大きさ（直径、長さ）の同一材質のヒートパ
イプ３２の吸熱部が熱的に接続され、ヒートパイプ３２
の放熱部の同一位置に、同一材質、同一大きさの放熱フ
ィン３４が接続される。

【００４０】２組のレーザダイオードモジュール群の他
の１つの組を形成する個々のレーザダイオードモジュー
ル１０は、他方の端部から同一距離ａに位置している。
レーザダイオードモジュール１０には、同一大きさ（直
径、長さ）の同一材質のヒートパイプ３３が熱的に接続
され、ヒートパイプ３３の放熱部の同一位置に、同一材
質、同一大きさの放熱フィン３５が接続される。ヒート
パイプ３２、３３は、同一大きさ（直径、長さ）の同一
材質であることが好ましい。更に、放熱フィン３４、３
５は、同一材質、同一大きさであることが好ましい。

【００４１】上述したように、レーザダイオードモジュ
ール、制御用素子、ヒートパイプおよび放熱フィンを配
置することによって、複数個のレーザダイオードモジュ
ールの個々の温度差を無くし、制御用素子の発生する熱
を効率的に放熱して、レーザダイオードモジュールを取
り巻く周辺の温度環境を均一にすることができ、その結
果、一定の波長を維持することができる。

【００４２】レーザダイオードモジュールの配置密度
は、物理的に配置可能な限り密度を高めることができ
る。即ち、水平面だけでなく、垂直方向にも配置するこ
とが可能である。

【００４３】なお、レーザダイオードモジュールの放熱
効果を高めるためには、熱の移動距離を短くすることが
好ましく、各レーザダイオードモジュールはそれぞれの
端部にできるだけ近く位置することが好ましい。その結
果、ヒートパイプを短くすることができる。更に、ヒー
トパイプの径を細くすることができる。従って、搭載部
（即ち、放熱板ベースプレートの厚さを薄くすることが
できるので、光源の厚さを薄くコンパクトにすることが
できる。

【００４４】ヒートパイプは、一般に、密封された空洞
部を有するコンテナを備えており、空洞部に収容された
作動液の相変態および移動によって熱の輸送が行われ
る。熱の一部は、ヒートパイプを構成するコンテナの材
質中を直接伝わって運ばれるが、大部分の熱は、作動液
による相変態と移動によって移動される。冷却部品が取
り付けられるヒートパイプの吸熱側において、ヒートパ
イプを構成するコンテナの材質中を伝わってきた熱によ
り、作動液が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側
に移動する。放熱側では、作動液の蒸気は冷却され再び
液相状態に戻る。液相に戻った作動液は再び吸熱側に移
動する。このような作動液の相変態や移動によって、熱
の移動がなされる。

【００４５】ヒートパイプ３１は、丸型ヒートパイプか
らなっていてもよい。即ち、レーザダイオードモジュー
ルの各々が、図１に示すように、レーザダイオードチッ
プ１１および光学機器１２を搭載する金属基板２１、お
よび、金属基板２１と熱的に接続されたペルチェ素子２
３を備えており、ペルチェ素子２３には、更に、ヒート
パイプ３１の吸熱部が熱的に接続されている。

【００４６】この発明のレーザダイオードモジュールか
らなる光源においては、上述したように、レーザダイオ
ードモジュール１０のそれぞれにヒートパイプ３２、３
３が熱的に接続されている。この発明のレーザダイオー
ドモジュールからなる光源においては、上述した複数個
のレーザダイオードモジュール１０が搭載される搭載部
３０にヒートパイプの吸熱部を収容する孔部３６が、レ
ーザダイオードモジュールの長手方向に沿って設けられ
ており、孔部に収容されたヒートパイプ３２、３３とレ
ーザダイオードモジュール１０とが熱的に接続され、更
に、レーザダイオードモジュール制御用の制御素子が熱
的に接続されている。

【００４７】ヒートパイプが収容される孔部には、孔加
工が施され、孔部の内面は、錫または金等のハンダとの
濡れ性が良好な金属によってメッキ処理される。孔部に
挿入されるヒートパイプの表面は、ハンダ接合に良好な
上述したと同一の金属によって、予めメッキ処理が施こ
される。このようにメッキ処理が施されたヒートパイプ
３２、３３を孔部に挿入して、ハンダ接合する。その結
果、熱抵抗を増加させる空気層を完全に除去することが
でき、熱抵抗を小さくすることができる。なお、ヒート
パイプと孔部との間に空気層がわずかでも残留すると、
局部的に断熱層を形成し、熱抵抗が大きくなり、ヒート
パイプの熱輸送性能が著しく低下する。

【００４８】更に、この発明のレーザダイオードモジュ
ールからなる光源において、レーザダイオードモジュー
ルの底面部が湾曲面部を備えており、丸型ヒートパイプ
が前記湾曲面部に密接に接続している。図示しないが、
レーザダイオードモジュール１０の底部が搭載部３０の
内部に入り込むように加工され、更に、底面部が湾曲面
部を備えているので、レーザダイオードモジュール１０
の底部が、搭載部３０に挿入されたヒートパイプ３２、
３３の表面に直接接触するような状態で密接に接続され
る。

【００４９】搭載部の材質は、アルミニウムが好まし
い。ヒートパイプは、銅製の丸型ヒートパイプが好まし
く、作動液として、水を使用することができる。ヒート
パイプ内には、作動液の還流を容易にするために、ウイ
ックを配置してもよい。丸型ヒートパイプの形状は、円
形、楕円形、偏平形等であってもよい。この際には、使
用するヒートパイプの最大熱輸送量と、レーザダイオー
ドモジュールの発熱量、レーザダイオードモジュール制
御基板等の発熱量とを考慮して、ヒートパイプを選定す
ることによって、効率的な放熱を行い、高い密度で配置
された高光出力のレーザダイオードモジュールの機能を
十分に発揮することができる。

【００５０】この発明のレーザダイオードモジュールか
らなる光源は、光伝送システムにおける光励起用光源と
して使用される。更に、この発明のレーザダイオードモ
ジュールからなる光源は、光伝送システムにおける光信
号用光源として使用される。更に、この発明のラマン増
幅器は、この発明のレーザダイオードモジュールからな
る光源を用いるラマン増幅器である。

【００５１】

【実施例】この発明のレーザダイオードモジュールから
なる光源を実施例によって、説明する。図２に示すよう
に、アルミニウム製の縦１３０ｍｍ×横１９０ｍｍ×厚
さ２０ｍｍの搭載部を調製した。次いで、搭載部の横方
向に沿って、搭載部の両側に、搭載部の中心部に所定の
間隔でヒートパイプが収容される４つの孔部をそれぞれ
形成した。孔部の内表面には、錫によってメッキ処理が
施された。孔部に挿入されるヒートパイプの表面は、ハ
ンダ接合に良好な上述したと同一の金属によって、予め
メッキ処理が施こされる。外形６．３５ｍｍの銅製の丸
型ヒートパイプを調製し、孔部に挿入されるヒートパイ
プの表面は、錫によってメッキ処理が施された。次い
で、ヒートパイプの放熱部を孔部に挿入して、ヒートパ
イプと搭載部とをハンダ接合した。

【００５２】なお、搭載部の下面の、レーザダイオード
モジュールが配置される部分には、レーザダイオードモ
ジュールの底部が収容される凹部が形成された。レーザ
ダイオードモジュールの底部には、湾曲面が形成され、
レーザダイオードモジュールの底部は、伝熱グリスを介
して、ヒートパイプの外表面と直接的に密着された。一
方、搭載部の上面の、レーザダイオードモジュールが配
置された側と反対側には、発熱部品としての制御素子３
７が搭載された制御基板が配置され、上述したヒートパ
イプの他の側の外表面と密着させた。

【００５３】このようにレーザダイオードモジュールお
よび制御基板が配置された搭載部の両側から、搭載部の
横方向に並行に延伸したそれぞれ４本の丸型ヒートパイ
プの放熱部には、図２に示すような、縦１８０ｍｍ×横
４０ｍｍ×厚さ０．３ｍｍの板型放熱フィンが取りつけ
られた。

【００５４】なお、搭載部の上に、それぞれの端部から
２ｍｍの位置に４個の合計８個のレーザダイオードモジ
ュールが配置された。個々のレーザダイオードモジュー
ルの光出力は１００ｍＷ以上であった。ヒートパイプ内
には、作動液として水が封入され、ワイヤ状のウイック
が配置されている。

【００５５】このようにして作製されたこの発明のレー
ザダイオードモジュールからなる光源を作動させたとこ
ろ、３００ｍＷの高い光出力を得ることができ、レーザ
ダイオードモジュールを２４．９〜２５．１℃の範囲内
の温度に維持することができた。上述したように、丸型
ヒートパイプが直接レーザダイオードモジュールの底部
に接触するように、丸型ヒートパイプと搭載部が金属接
合されているので、高い放熱特性が得られる。従って、
コンパクトで、且つ、高い光出力が保持された光励起用
光源または光信号光源が低消費電力のままで可能にな
る。

【００５６】更に、レーザダイオードモジュールがそれ
ぞれの端部から同一距離に配置され、同一大きさ、材質
のヒートパイプならびに放熱フィンが密に接続されてい
るので、個々のレーザダイオードモジュールの間に温度
差が生じることなく、一定の波長が維持され、性能の高
い光源が得られた。

【００５７】上述したように、この発明によると、放熱
板の両面にレーザダイオードモジュールおよび制御基板
の発熱部品を配置することによって、両方の部品からの
放熱を効率よく行うことができる。その結果、レーザダ
イオードモジュール本体だけでなく、ユニット筐体内部
全体の温度も低下するので、光学部品が高温になること
による光学特性の劣化を防ぐことができる。更に、レー
ザダイオードモジュールの長寿命化や、制御基板の安定
動作によるレーザダイオードモジュール発光の安定化を
図ることができる。更に、放熱板に直接接触させること
ができる面積が、従来の基板片側設置のユニットと比較
して、２倍になるため、基板面積を少なくすることがで
きる。その結果、筐体全体をコンパクトにすることが可
能である。更に、筐体本体に放熱フィンを設けないの
で、筐体の高さ方向も小さくすることができる。

【００５８】

【発明の効果】上述したように、この発明によると、波
長の変化等が生じない、高い密度で配置された、高光出
力の複数個のレーザダイオードモジュールからなる光源
を提供することができ、薄型コンパクトで、且つ、高い
光出力が保持された光励起用光源または光信号光源を低
消費電力のままで提供することができ、産業上利用価値
が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の光源を構成するレーザダイ
オードモジュールの一例の概要を示す図である。

【図２】図２は、この発明の、レーザダイオードモジュ
ールからなる光源の１つの態様を示す断面図である。

【図３】図３は、従来のレーザダイオードモジュールを
示す概略図である。

【図４】図４は、図３におけるレーザダイオードモジュ
ールのＡ−Ａ'断面図である。

【図５】図５は、２種類の金属材からなる金属基板を備
えた従来の半導体レーザモジュールを示す図である。

【符号の説明】

１０．レーザダイオードモジュール １１．半導体レーザ １２．第１レンズ １３．第２レンズ １４．コア拡大ファイバ １５．金属筒 １．調整部材 ２０．気密ケース ２１．ベース ２２．チップキャリア ２３．ペルチェ素子 ２４．キャリア ３０．搭載部（放熱板） ３１．レーザダイオードモジュール基板 ３２．ヒートパイプ ３３．ヒートパイプ ３４．放熱フィン ３５．放熱フィン ３６．内孔 ３７．制御素子 ３８．制御基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長松 信也 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 村田 光一 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3L044 AA04 BA02 CA14 DA01 EA03 KA04 5F073 AB27 AB28 BA02 BA03 EA03 EA24 EA28 FA15 FA22 FA25 FA30

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各々が、レーザダイオードチップおよび光
   学機器を搭載する金属基板、および、前記金属基板と熱
   的に接続されたペルチェ素子を備えた、高い密度で配置
   された高光出力の複数個のレーザダイオードモジュール
   と、前記複数個のレーザダイオードモジュールを搭載す
   る搭載部と、前記レーザダイオードモジュールを制御す
   る制御用素子を搭載する制御基板と、前記ペルチェ素子
   および前記制御用素子に、吸熱部が熱的に接続される複
   数個のヒートパイプとを備えた、レーザダイオードモジ
   ュールからなる光源。
2. 【請求項２】前記レーザダイオードモジュールと前記制
   御用素子が前記ヒートパイプを挟むように配置されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載のレーザダイオード
   モジュールからなる光源。
3. 【請求項３】前記レーザダイオードモジュールのそれぞ
   れの温度が均一になるように、前記複数個のレーザダイ
   オードモジュールおよび前記複数個のヒートパイプが配
   置された、請求項１または２に記載のレーザダイオード
   モジュールからなる光源。
4. 【請求項４】前記複数個のレーザダイオードモジュール
   の各々が、前記搭載部の近端部から等距離に位置し、前
   記ヒートパイプの大きさおよび長さが同一であり、もっ
   て、前記レーザダイオードモジュールのそれぞれの温度
   が均一であることを特徴とする、請求項３に記載のレー
   ザダイオードモジュールからなる光源。
5. 【請求項５】前記レーザダイオードモジュールのそれぞ
   れに前記ヒートパイプが熱的に接続されている、請求項
   ４に記載のレーザダイオードモジュールからなる光源。
6. 【請求項６】前記複数個のレーザダイオードモジュール
   が搭載される前記搭載部に、前記ヒートパイプの吸熱部
   を収容する孔部が、前記レーザダイオードモジュールの
   長手方向に沿って設けられており、前記孔部に収容され
   たヒートパイプが前記レーザダイオードモジュールおよ
   び前記制御用素子とそれぞれ熱的に接続されている、請
   求項５に記載のレーザダイオードモジュールからなる光
   源。
7. 【請求項７】前記ヒートパイプは、丸型ヒートパイプか
   らなっており、前記丸型ヒートパイプの放熱部には放熱
   フィンが設けられている、請求項６に記載のレーザダイ
   オードモジュールからなる光源。