JP2003198040A

JP2003198040A - 半導体レーザモジュールの駆動方法

Info

Publication number: JP2003198040A
Application number: JP2001390420A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Iida; 薫飯田; Takahiro Okada; 貴弘岡田; Takashi Koseki; 敬古関
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-07-11
Anticipated expiration: 2021-12-21
Also published as: JP3938496B2

Abstract

(57)【要約】【課題】サーモモジュールの加熱方向に過剰なサーモ
モジュール電流が流れることを防止し、その過剰なサー
モモジュール電流に起因する問題の発生を回避すること
ができる半導体レーザモジュールの駆動方法を提供す
る。【解決手段】半導体レーザ素子２の温度Ｔ（サーミス
タ指示温度Ｔs ）に基づき、半導体レーザ素子２が所望
の温度となるようにサーモモジュール５に通電されるサ
ーモモジュール電流Ｉtec を調整する際、半導体レーザ
素子２の駆動電流Ｉopと半導体レーザモジュール１の環
境温度Ｔc に基づき、半導体レーザ素子２が所定の上限
温度Ｔ（max）になる場合のサーモモジュール電流の加
熱方向の最大許容電流値Ｉtec （max）を演算し、サー
モモジュール電流Ｉtec の大きさを最大許容電流値Ｉte
c （max）以下に制限する。このため、半導体レーザ素
子２の温度Ｔが設定された上限温度Ｔ（max）を超える
ことが防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光通信に使用される
半導体レーザモジュールの駆動方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図４に、半導体レーザモジュールの一構
造例を示す。図４に示す半導体レーザモジュール１は、
例えば光通信に使用されるものであって、半導体レーザ
素子２と光ファイバ３を光学的に結合させてモジュール
化したものである。この半導体レーザモジュール１にお
いては、図４に示されるように、パッケージ４の内底壁
面４ａ上にサーモモジュール５が設けられている。この
サーモモジュール（又はサーモエレクトリッククーラ
ー：ＴＥＣ）５は、複数のペルチエ素子５ａが例えばア
ルミナや窒化アルミ等の絶縁基板からなる板部材５ｂ，
５ｃ（第１の基板、第２の基板）によって挟み込まれた
構造になっている。この例では、板部材５ｂがパッケー
ジ４の内底壁面４ａ上に固定され、この板部材５ｂにペ
ルチエ素子５ａの放熱側（図４の下側）が半田を用いて
固定され、このペルチエ素子５ａの吸熱側（図４の上
側）に板部材５ｃが半田により固定されている。

【０００３】前記サーモモジュール５は、ペルチエ素子
５ａに通電される電流の向きに応じて発熱動作（加熱動
作）と吸熱動作（冷却動作）が変化し、その発熱量や吸
熱量は、サーモモジュール５の構成やその電流の大きさ
に応じて変化するものである。このようなサーモモジュ
ール５の上側（つまり、板部材５ｃ上）には、部品の取
り付け用部材である基板６が、熱溶融接続材料である半
田、例えば融点１４８℃のＩｎＰｂＡｇ共晶半田により
固定設置されている。また、この基板６の上側には、支
持部材７，８とレンズ９が固定されている。また、この
支持部材７には、半導体レーザ素子２が配置されると共
に、半導体レーザ素子２の温度を検知するためのサーミ
スタ１０が設けられている。更に、支持部材８には、半
導体レーザ素子２の発光状態を監視するモニタ用のフォ
トダイオード１１が配設されている。

【０００４】半導体レーザ素子２としては、例えば１３
１０ｎｍ帯及び１５５０ｎｍ帯の信号光波長帯のもの
や、１４８０ｎｍ帯や９８０ｎｍ帯等の光ファイバ増幅
器の励起光の波長帯のものが一般的に用いられている。
パッケージ４の側壁４ｂには貫通孔４ｃが形成され、こ
の貫通孔４ｃには例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（商標
名：コバール）等からなる光ファイバ支持部材１２が嵌
合装着されている。この光ファイバ支持部材１２は挿通
孔１２ａを有し、光ファイバ３の端部側がパッケージ４
の外部から挿通孔１２ａの内部に導入されている。ま
た、挿通孔１２ａの内部には、光ファイバ３の先端と間
隔を介してレンズ１４が配設されている。

【０００５】なお、パッケージ４には、複数本のリード
ピン（図示せず）が外部に向けて突出形成されている。
また、パッケージ４の内部には、半導体レーザ素子２、
サーモモジュール５、サーミスタ１０、フォトダイオー
ド１１をリードピンに導通接続させるための導体パター
ンやリード線等の導通手段（図示せず）が設けられてい
る。それら導通手段とリードピンによって、半導体レー
ザ素子２、サーモモジュール５、サーミスタ１０、フォ
トダイオード１１がそれぞれ半導体レーザモジュール駆
動用の装置類（図示せず）に接続されている。

【０００６】例えば半導体レーザ素子２は、駆動電流を
供給するレーザ駆動電源に接続されており、サーモモジ
ュール５は、サーモモジュール電流を供給するサーモモ
ジュール電流発生電源に接続されている。このような半
導体レーザモジュール１において、その半導体レーザ素
子２にレーザ駆動電源から駆動電流が供給されると、半
導体レーザ素子２が駆動され、レーザ光が放射される。
この放射されたレーザ光は、レンズ９，１４からなる結
合用光学系によって集光されて光ファイバ３に入射し、
光ファイバ３内を伝搬して所望の用途に供される。

【０００７】ところで、半導体レーザ素子２から放射さ
れるレーザ光は、半導体レーザ素子２自体の温度に応じ
て強度及び波長が変動する。このため、サーミスタ１０
の抵抗値を半導体レーザ素子２の温度としてとらえ、前
記値に基づいて温度信号を出力すると共に、前記サーミ
スタ１０からの温度信号により、サーモモジュール電流
発生電源に接続された前記装置が、半導体レーザ素子２
の温度が一定に保たれてレーザ光の強度及び波長が一定
になるように、サーモモジュール電流の向き及び大きさ
を調整してサーモモジュール５の加熱動作又は冷却動作
を制御する。このサーモモジュール５による温度制御に
よって、半導体レーザ素子２はほぼ一定の温度に保た
れ、半導体レーザ素子２から出射されるレーザ光の強度
及び波長が一定に保持される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
操作ミス、電気回路における接触不良やサーミスタによ
る温度検知回路オープンやショートその他の異常、又は
過剰電圧の発生等によって、サーモモジュール５上に固
定された半導体レーザ素子２及び熱溶融接続材料（半
田）を加熱させる加熱方向のサーモモジュール電流が過
剰に供給される異常事態が発生する場合がある。この場
合、サーモモジュール５が異常に高温加熱され、更にそ
の上に配設されている半導体レーザ素子２、基板６、レ
ンズ９等の部品が急激に加熱される。例えば１０秒間で
サーミスタ１０の指示温度が２００℃以上に上昇したり
する。

【０００９】ところで、仮にサーモモジュール５の板部
材５ｃがパッケージ４の側壁や光ファイバ支持部材１２
に熱的に接続されている場合には、サーモモジュール５
から発せられた熱の一部は、パッケージ４の側壁や光フ
ァイバ支持部材１２を介して外部に放出される。このた
め、上記のようにサーモモジュール５が異常に高温加熱
しても、その熱量の一部がサーモモジュール５から光フ
ァイバ支持部材１２を介して外部に放熱されることとな
り、サーモモジュール５上の半導体レーザ素子２やレン
ズ９等の部品に伝熱される熱量が抑制されて、これらの
部品の温度上昇が緩和される。

【００１０】しかし、半導体レーザモジュール１は、図
４に示されるように、サーモモジュール５上の部品とパ
ッケージ４の側壁や光ファイバ支持部材１２とが熱的に
独立した状態である場合、サーモモジュール５上の部品
の熱がパッケージ４の側壁や光ファイバ支持部材１２を
通してパッケージ４の外部に放熱されることは殆ど無
い。このような場合には、サーモモジュール５の基板６
側に異常な高温加熱が発生すると、その熱量がサーモモ
ジュール５上の部品に伝熱され、その殆どが蓄積されて
しまう。このため、サーモモジュール５上の部品の温度
は著しく上昇し、次に示すような不都合な事態が発生し
易くなる。

【００１１】なお、前記の「熱的に独立した状態」と
は、サーモモジュール５及びパッケージ４内の空間を介
する以外に、サーモモジュール５上の部品とパッケージ
４の側壁や光ファイバ支持部材１２との間に直接な熱伝
達経路がない状態をいう。例えば加熱方向の過剰なサー
モモジュール電流に起因したサーモモジュール５の高温
加熱によって半導体レーザ素子２の温度が高温に上昇し
た場合、半導体レーザ素子２の結晶内部の欠陥が成長
し、半導体レーザ素子２の特性が大幅に劣化してしまう
という問題が生じる。

【００１２】また、基板６は、上述したように、サーモ
モジュール５の板部材５ｃに例えば融点１４８℃のＩｎ
ＰｂＡｇ共晶半田等の半田からなる熱溶融接続材料によ
って固定されている。このために、サーモモジュール５
が異常に高温加熱した場合、半田が溶融して基板６の位
置ずれが生じることがある。この基板６の位置ずれによ
り、半導体レーザ素子２及びレンズ９が良好に光結合さ
れた正規の位置からずれ、半導体レーザ素子２及びレン
ズ９の光ファイバ３に対する光結合ずれ（調芯ずれ）が
生じてしまう。その結果、半導体レーザモジュール１の
光出力が大幅に低下してしまうという問題が生じる。特
に、基板６の位置ずれにより半導体レーザ素子２が光フ
ァイバ３に対して角度ずれを起こす場合、例えば０．２
°の角度ずれによって光出力が９５％も低下してしま
う。

【００１３】また、レンズ９は基板６に取り付けられて
いる。その具体的な取り付け方法としては、ガラス製の
レンズ９が例えば金属製のホルダに低融点ガラスを利用
して接着固定され、この金属製のホルダが基板６に固定
されている場合がある。この場合に、サーモモジュール
５が急激に異常な高温加熱状態になると、ガラスと金属
との間の大きな熱膨張率の差によって、レンズ９と金属
製のホルダとの接合部分（低融点ガラス）にクラックが
発生することがある。このクラック発生により、レンズ
９が位置ずれや傾きを生じて光軸がずれたり、レンズ９
が金属製のホルダから脱落したりして、半導体レーザ素
子２と光ファイバ３との光結合が損なわれてしまう。そ
の結果、半導体レーザモジュール１から良好な光出力が
得られないという問題が生じる。

【００１４】更に、ペルチエ素子５ａと板部材５ｂ，５
ｃとは半田を利用して結合されている。このために、サ
ーモモジュール５の異常加熱により、この半田が溶融
し、例えばペルチエ素子５ａが脱落する等して、サーモ
モジュール５自体が機能低下したり破損したりする虞が
ある。本発明は上記課題を解決するためになされたもの
であり、その目的は、サーモモジュールの加熱方向に過
剰なサーモモジュール電流が流れることを防止し、その
過剰なサーモモジュール電流に起因する問題の発生を回
避することができる半導体レーザモジュールの駆動方法
を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、半導体レーザ素子が、その
半導体レーザ素子の温度を制御するサーモモジュール上
に熱溶融接続材料を用いて固定設置されている、半導体
レーザモジュールを駆動する方法において、半導体レー
ザ素子の駆動電流及び半導体レーザモジュールの環境温
度に基づき、半導体レーザ素子の温度が所定の上限温度
になる場合のサーモモジュールに通電される加熱方向の
サーモモジュール電流を最大許容電流値として求めるス
テップと、加熱方向のサーモモジュール電流を最大許容
電流値以下に制限するステップと、を有することを特徴
とする半導体レーザモジュールの駆動方法が提供され
る。

【００１６】なお、本発明において、「加熱方向」と
は、サーモモジュール上に熱溶融接続材料を用いて固定
設置されている半導体レーザ素子が加熱されるように、
サーモモジュールが動作する場合において、サーモモジ
ュールに通電されるサーモモジュール電流の方向をいう
ものとする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照しつつ説明する。図１に、本実施形態
に係る半導体レーザモジュール及びその駆動のための装
置を示す。図１に示されるように、半導体レーザモジュ
ール１自体は、図４に示した従来の場合と同様の構成を
なしている。

【００１８】即ち、複数のペルチエ素子を有するサーモ
モジュール５の上側の板部材５ｃ上に、部品の取り付け
用部材である基板６が、熱溶融接続材料である例えば融
点１４８℃のＩｎＰｂＡｇ共晶半田を用いて固定設置さ
れている。この基板６の上側には、支持部材７とレンズ
９が固定されている。この支持部材７上には、半導体レ
ーザ素子２が配置されると共に、半導体レーザ素子２の
温度Ｔを検知するためのサーミスタ１０が設けられてい
る。なお。これ以降、サーミスタ１０によって検知され
た半導体レーザ素子２の温度Ｔを、適宜サーミスタ指示
温度Ｔs と呼ぶことにする。こうして、半導体レーザ素
子２及びレンズ９がサーモモジュール５の上側の板部材
５ｃ上に熱的に接続されており、その熱的な接続にＩｎ
ＰｂＡｇ共晶半田が熱溶融接続材料として使用されてい
る。

【００１９】また、半導体レーザモジュール１には、光
ファイバ支持部材１２を介して光ファイバ３が接続され
ている。そして、半導体レーザ素子２は、レンズ９等の
結合用光学系を介して、この光ファイバ３に光結合して
いる。また、半導体レーザモジュール１の周囲には、そ
の駆動のための種々の装置が配置されている。例えば半
導体レーザモジュール１内の半導体レーザ素子２に接続
して、その半導体レーザ素子２に駆動電流Ｉopを供給す
るレーザ駆動電源２１が設置されている。また、サーモ
モジュール５に接続して、そのサーモモジュール５にサ
ーモモジュール電流Ｉtec を供給するサーモモジュール
電流発生電源２２が設置されている。また、半導体レー
ザモジュール１の環境温度Ｔc を検出する環境温度セン
サ２３が、半導体レーザモジュール１に接触して又は隣
接して配置されている。ここでは、半導体レーザモジュ
ール１の近傍に配置されている場合を図示する。

【００２０】また、レーザ駆動電源２１及び環境温度セ
ンサ２３にそれぞれ接続して、演算処理装置２４が設置
されている。この演算処理装置２４においては、レーザ
駆動電源２１によって供給される半導体レーザ素子２の
駆動電流Ｉopと、環境温度センサ２３によって検出され
る半導体レーザモジュール１の環境温度Ｔc に基づき、
サーモモジュール５の加熱方向におけるサーモモジュー
ル電流の最大許容電流値Ｉtec （max）が演算される。
なお、この加熱方向のサーモモジュール電流の最大許容
電流値Ｉtec （max）とは、半導体レーザ素子２の温度
Ｔ（サーミスタ指示温度Ｔs ）が所定の上限温度Ｔ（ma
x）になる場合の、サーモモジュール電流発生電源２２
からサーモモジュール５に向かって、サーモモジュール
５の上側の板部材５ｃが加熱されるように通電されるサ
ーモモジュール電流Ｉtec をいう。

【００２１】図２は、半導体レーザ素子２に供給される
駆動電流Ｉop及び半導体レーザモジュール１の環境温度
Ｔc を一定に保った状態で、サーモモジュール５に種々
の大きさの加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec を通
電した場合における、半導体レーザ素子２の温度Ｔ（サ
ーミスタ指示温度Ｔs ）の時間変化を測定したグラフで
ある。

【００２２】このグラフから解るように、サーモモジュ
ール５に加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec が通電
されると、半導体レーザ素子２の温度Ｔ（サーミスタ指
示温度Ｔs ）は時間と共に上昇し、一定の温度において
安定する。サーモモジュール電流の加熱方向の最大許容
電流値Ｉtec （max）とは、このように一定値に定まる
半導体レーザ素子２の温度Ｔ（サーミスタ指示温度Ｔs
）が所定の値になる場合の加熱方向のサーモモジュー
ル電流値をいい、この一定の温度は半導体レーザ素子２
の駆動電流Ｉop及び半導体レーザモジュール１の環境温
度Ｔc に依存して決まる。即ち、駆動電流Ｉop及び環境
温度Ｔc が与えられた場合には、サーモモジュール電流
Ｉtec が最大許容電流値Ｉtec （max）を超えない限
り、半導体レーザ素子２の温度Ｔ（サーミスタ指示温度
Ｔs ）は所定の温度を超えることはない。

【００２３】また、半導体レーザモジュール１内のサー
ミスタ１０及び演算処理装置２４にそれぞれ接続されて
制御装置２５が設置されている。この制御装置２５にお
いては、所定の制御信号がサーモモジュール電流発生電
源２２に発信されるようになっている。この制御信号
は、サーミスタ１０によって検知される半導体レーザ素
子２の温度Ｔ（サーミスタ指示温度Ｔs ）に基づき、半
導体レーザ素子２が所望の温度に保持されるようにサー
モモジュール５に通電するサーモモジュール電流Ｉtec
の向き及び大きさを調整すると共に、サーモモジュール
５に加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec が通電され
る場合には、演算処理装置２４による演算結果に基づ
き、サーモモジュール電流Ｉtec の大きさを最大許容電
流値Ｉtec （max）以下に制限するための信号である。

【００２４】次に、演算処理装置２４において行う演算
方法について説明する。この演算方法は、次のような実
験を基礎にして開発されたものである。即ち、先ず、半
導体レーザ素子２の上限温度Ｔ（max）を、半導体レー
ザ素子２及びレンズ９が基板６等を介してサーモモジュ
ール５上に熱的に接続される際に使用されるＩｎＰｂＡ
ｇ共晶半田の融点１４８℃に設定した。これは、半導体
レーザ素子２の温度Ｔが１４８℃を超えると、半導体レ
ーザ素子２及びレンズ９をサーモモジュール５上に接続
固定しているＩｎＰｂＡｇ共晶半田が溶融し、図４に示
される従来の半導体レーザモジュール１について指摘し
たように、半導体レーザ素子２及びレンズ９の位置ずれ
により光ファイバ３に対する光結合ずれが生じて光出力
が低下したりする等の問題が引き起こされるからであ
る。

【００２５】いま、レーザ駆動電源２１から半導体レー
ザ素子２に供給される駆動電流Ｉopを０ｍＡ、５００ｍ
Ａ、及び１０００ｍＡの場合にそれぞれ固定し、環境温
度センサ２３によって検出される半導体レーザモジュー
ル１の環境温度Ｔcを０℃、１５℃、２５℃、４５℃、
６５℃、及び７５℃と変化させた。そして、このような
半導体レーザ素子２の駆動電流Ｉop及び半導体レーザモ
ジュール１の環境温度Ｔcの各々の条件の組合せについ
て、サーモモジュール電流Ｉtec を変化させ、サーミス
タ１０によって検知される半導体レーザ素子２の温度Ｔ
（サーミスタ指示温度Ｔs ）が上限温度Ｔ（max）＝１
４８℃となる場合のサーモモジュール電流発生電源２２
からサーモモジュール５に通電される加熱方向のサーモ
モジュール電流Ｉtec 、即ち最大許容電流値Ｉtec （ma
x）を測定した。その結果は、図３のグラフに示される
ようになった。

【００２６】このグラフから、駆動電流Ｉopが０ｍＡ、
５００ｍＡ、及び１０００ｍＡのそれぞれの場合におい
て、環境温度Ｔcと最大許容電流値Ｉtec （max）との間
には直線で近似される線形の関係があることが明らかで
ある。従って、最大許容電流値Ｉtec （max）は、次の
ように表される。即ち、Ｉtec （max）＝ｆ（Ｔc、Ｉop）＝ａＴc＋ｂＩop＋ｃ（１）但し、ａ、ｂ、ｃ：定数本発明者らが実際の測定値に基づいて計算したところ、
駆動電流Ｉop＝０ｍＡの場合に、上記（１）式は、Ｉtec （max）＝−０．００６８Ｔc＋１．１０５８（２）となる。駆動電流Ｉop＝５００ｍＡの場合には、Ｉtec （max）＝−０．００６８Ｔc＋０．９５５８（３）となる。駆動電流Ｉop＝１０００ｍＡの場合には、Ｉtec （max）＝−０．００６８Ｔc＋０．８０５８（４）となる。そして、これら（２）〜（４）式から（１）式
の各定数ａ、ｂ、ｃを求めると、上記（１）式は次のよ
うになった。即ち、Ｉtec （max）＝−０．００６８Ｔc−０．０００３Ｉop＋１．１０５８（５）

【００２７】こうして、サーモモジュール電流発生電源
２２からサーモモジュール５に通電される加熱方向の最
大許容電流値Ｉtec （max）を、半導体レーザモジュー
ル１の環境温度Ｔc 及び半導体レーザ素子２の駆動電流
Ｉopから求めることができる演算式が得られた。即ち、
演算処理装置２４においては、本発明者らの実験結果を
基礎にして得られた（５）式に基づいて演算が行われ
る。

【００２８】ところで、上記の（１）式の各定数ａ、
ｂ、ｃは、半導体レーザモジュール１の特性の異なる１
個１個において、また半導体レーザモジュール１の近傍
の環境温度センサ２３の配置位置等の検出条件や半導体
レーザ素子２の上限温度Ｔ（max）としていかなる温度
に設定するか等の設定条件により、異なる値となる。こ
のため、各々の具体的なケースについては、それぞれに
上記のような実験やシミュレーション計算等を行なって
予め決定しておくが必要である。

【００２９】次に、図１の半導体レーザモジュール１の
駆動方法について説明する。先ず、レーザ駆動電源２１
から半導体レーザモジュール１内の半導体レーザ素子２
に所定の駆動電流Ｉopが供給され、半導体レーザ素子２
が駆動される。こうして、半導体レーザ素子２から所定
の強度及び波長をもつレーザ光が放射され、レンズ９等
の結合用光学系を介して光ファイバ３に入射し、光ファ
イバ３内を伝搬していく。

【００３０】このとき、半導体レーザ素子２の温度Ｔ
が、サーミスタ１０によって検知されると共に、半導体
レーザモジュール１の環境温度Ｔc が環境温度センサ２
３によって検出される。次いで、演算処理装置２４にお
いて、半導体レーザ素子２の駆動電流Ｉop及び半導体レ
ーザモジュール１の環境温度Ｔc に基づき、上記（５）
式を用いて、半導体レーザ素子２の温度Ｔが所定の上限
温度Ｔ（max）になる場合のサーモモジュール電流の加
熱方向の最大許容電流値Ｉtec （max）が演算される。
この場合の半導体レーザ素子２の上限温度Ｔ（max）
は、例えばＩｎＰｂＡｇ共晶半田の融点１４８℃に設定
されている。

【００３１】次いで、制御装置２５において、サーミス
タ１０によって検知された半導体レーザ素子２の温度Ｔ
に基づき、半導体レーザ素子２が所望の温度、例えば２
５℃となるようにサーモモジュール５に通電されるサー
モモジュール電流Ｉtec の向き及び大きさを調整するた
めの信号が形成される。同時に、半導体レーザ素子２を
所望の温度にするため、サーモモジュール５に加熱方向
のサーモモジュール電流Ｉtec が通電される場合には、
演算処理装置２４から送られてきた演算結果に基づき、
サーモモジュール電流Ｉtec の大きさを最大許容電流値
Ｉtec （max）以下に制限するための信号が形成され
る。こうして、加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec
が最大許容電流値Ｉtec （max）以下という制限下でサ
ーモモジュール電流Ｉtec の大きさを調整する制御信号
が形成され、サーモモジュール電流発生電源２２に送信
される。

【００３２】次いで、サーモモジュール電流発生電源２
２において、サーモモジュール電流Ｉtec が発生される
と共に、サーモモジュール５に加熱方向のサーモモジュ
ール電流Ｉtec が通電される場合には、制御装置２５か
らの制御信号に基づき、最大許容電流値Ｉtec （max）
以下の範囲内でその大きさが調整される。そして、この
ように制御されたサーモモジュール電流Ｉtec が、サー
モモジュール５に供給される。

【００３３】次いで、この制御されたサーモモジュール
電流Ｉtec が供給されたサーモモジュール５は、その加
熱動作又は冷却動作により半導体レーザ素子２の温度Ｔ
が所望の温度に保たれように温度制御する。こうして、
半導体レーザ素子２から放射されるレーザ光の強度及び
波長が、所望の値に保持される。しかも、このとき、半
導体レーザ素子２の温度Ｔが設定された上限温度Ｔ（ma
x）の１４８℃を超えることはない。

【００３４】以上のように本実施形態によれば、半導体
レーザ素子２の駆動電流Ｉopと半導体レーザモジュール
１の環境温度Ｔc に基づき、予め実験により得られた演
算式を用いて、半導体レーザ素子２が所定の上限温度Ｔ
（max）になる場合の加熱方向のサーモモジュール電流
Ｉtec の最大許容電流値Ｉtec （max）が演算され、加
熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec の大きさが最大許
容電流値Ｉtec （max）以下に制限される。このため、
従来の場合と同様に、サーミスタ１０によって検知され
た半導体レーザ素子２の温度Ｔに基づき、半導体レーザ
素子２が所望の温度となるようにサーモモジュール５に
通電されるサーモモジュール電流Ｉtecの向き及び大き
さが制御される際に、加熱方向のサーモモジュール電流
Ｉtec の大きさが最大許容電流値Ｉtec （max）を超え
ることはなくなる。その結果、半導体レーザ素子２の温
度Ｔが上限温度Ｔ（max）を超えることが防止される。

【００３５】従って、半導体レーザ素子２及びレンズ９
とサーモモジュール５との熱的な接続に熱溶融接続材料
として使用されているＩｎＰｂＡｇ共晶半田が溶融する
ことはなくなるため、半導体レーザ素子２及びレンズ９
の位置ずれによる光ファイバ３に対する光結合ずれに起
因した光出力の大幅な低下を防止することができる。ま
た、半導体レーザ素子２の温度Ｔが、結晶内部の欠陥を
大きく成長させる程には上昇しなくなるため、その特性
が大幅に劣化することを防止することができる。

【００３６】また、ガラス製のレンズ９が金属製のホル
ダに低融点ガラスを利用して接着固定されいる場合で
も、その接合部分（低融点ガラス）にクラックが発生す
ることはなくなるため、レンズ９が金属製のホルダから
脱落することを防止して、半導体レーザ素子２と光ファ
イバ３の良好な光結合を維持することができる。更に、
サーモモジュール５のペルチエ素子と板部材とを結合し
ている半田が溶融することもなくなるため、サーモモジ
ュール５自体の破損を防止することができる。

【００３７】このようにして、サーモモジュール５に通
電される加熱方向の過剰なサーモモジュール電流Ｉtec
によって半導体レーザモジュール１が破壊されることを
防止することができる。なお、上記実施形態において
は、半導体レーザ素子２の上限温度Ｔ（max）がＩｎＰ
ｂＡｇ共晶半田の融点１４８℃に設定されているが、半
導体レーザ素子２の上限温度Ｔ（max）はこの設定温度
に限定される必要はない。例えばＩｎＰｂＡｇ共晶半田
の融点に対して余裕をみこんだ低い温度を半導体レーザ
素子２の上限温度Ｔ（max）として設定してもよい。ま
た、半導体レーザ素子２及びレンズ９とサーモモジュー
ル５との熱的な接続にＩｎＰｂＡｇ共晶半田以外の熱溶
融接続材料を使用する場合には、その熱溶融接続材料の
溶融温度以下の温度を半導体レーザ素子２の上限温度Ｔ
（max）として設定すればよい。更に、他の要因により
半導体レーザ素子２の温度Ｔをある所望の温度以下に抑
制する必要が生じた場合には、その所望の温度を半導体
レーザ素子２の上限温度Ｔ（max）として設定すればよ
い。このような場合、本発明者が行ったものと同様の実
験に基づき、新たな半導体レーザ素子２の上限温度Ｔ
（max）に対応する演算式を求め、それを用いてサーモ
モジュール電流の加熱方向の最大許容電流値Ｉtec （ma
x）を算出すればよい。

【００３８】また、上記実施形態においては、半導体レ
ーザ素子２がレンズ９等の結合用光学系を介して光ファ
イバ３に光結合している半導体レーザモジュール１につ
いて説明したが、半導体レーザ素子２が直接にレンズ付
き光ファイバに光結合している半導体レーザモジュール
の場合にも、本発明を適用することは可能である。この
場合にも、半導体レーザ素子２の特性劣化を防止した
り、半導体レーザ素子２のレンズ付き光ファイバに対す
る光結合ずれによる光出力の低下を防止したり、サーモ
モジュール５の破損を防止したりする効果を奏すること
ができる。

【００３９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、半導体レーザ素子の駆動電流と半導体レーザモジ
ュールの環境温度に基づき、半導体レーザ素子の温度が
所定の上限温度になる場合のサーモモジュールに通電さ
れる加熱方向のサーモモジュール電流を最大許容電流値
として求め、加熱方向のサーモモジュール電流を最大許
容電流値以下に制限することにより、半導体レーザ素子
の温度が所定の上限温度を超えることを防止することが
できる。このため、半導体レーザ素子の温度上昇に起因
する破壊や特性劣化を防止することができる。

【００４０】また、半導体レーザ素子の上限温度を、半
導体レーザ素子がサーモモジュール上に固定設置される
際に使用された熱溶融接続材料の溶融温度以下の温度に
設定することにより、半導体レーザ素子の位置ずれを防
止し、光ファイバに対する光結合ずれに起因する光出力
の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る半導体レーザモジュ
ール及びその駆動のための装置を示す概略図である。

【図２】加熱方向のサーモモジュール電流をパラメータ
とする半導体レーザ素子の温度Ｔ（サーミスタ指示温度
Ｔs ）の時間変化を示すグラフである。

【図３】半導体レーザ素子の駆動電流Ｉopをパラメータ
として半導体レーザモジュールの環境温度Ｔcとサーモ
モジュール電流の加熱方向の最大許容電流値Ｉtec （ma
x）との関係を示すグラフである。

【図４】従来の半導体レーザモジュールを示す概略断面
図である。

【符号の説明】

１半導体レーザモジュール２半導体レーザ素子３光ファイバ５サーモモジュール５ｃ板部材６基板７支持部材９レンズ１０サーミスタ１２光ファイバ支持部材２１レーザ駆動電源２２サーモモジュール電流発生電源２３環境温度センサ２４演算処理装置２５制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｓ 5/022 Ｈ０１Ｓ 5/042 ６３０ 5/042 ６３０Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｍ (72)発明者古関敬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） 5F036 AA01 BB21 5F073 AB21 AB27 AB28 EA27 FA06 FA25 GA23 GA31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザ素子が、前記半導体レーザ
素子の温度を制御するサーモモジュール上に熱溶融接続
材料を用いて固定設置されている、半導体レーザモジュ
ールを駆動する方法において、前記半導体レーザ素子の駆動電流及び前記半導体レーザ
モジュールの環境温度に基づき、前記半導体レーザ素子
の温度が所定の上限温度になる場合の前記サーモモジュ
ールに通電される加熱方向のサーモモジュール電流を最
大許容電流値として求めるステップと、前記加熱方向のサーモモジュール電流を前記最大許容電
流値以下に制限するステップと、を有することを特徴とする半導体レーザモジュールの駆
動方法。
【請求項２】前記半導体レーザ素子から出射されたレ
ーザ光が、前記半導体レーザモジュールに接続された光
ファイバに入射される、請求項１記載の半導体レーザモ
ジュールの駆動方法。
【請求項３】前記半導体レーザ素子の所定の上限温度
が、前記熱溶融接続材料の溶融温度以下に設定される、
請求項１又は２に記載の半導体レーザモジュールの駆動
方法。
【請求項４】前記熱溶融接続材料が、半田である、請
求項３記載の半導体レーザモジュールの駆動方法。
【請求項５】前記サーモモジュール電流の最大許容電
流値Ｉtec （max）が、次式Ｉtec （max）=ａＴc ＋ｂＩop＋ｃ但し、Ｔc ：半導体レーザモジュールの環境温度Ｉop：半導体レーザ素子の駆動電流ａ、ｂ、ｃ：定数を用いて演算される、請求項１乃至４のいずれかに記載
の半導体レーザモジュールの駆動方法。
【請求項６】定数ａ、ｂ、ｃが、前記半導体レーザモ
ジュールの特性に応じて、前記半導体レーザ素子の上限
温度の設定条件及び前記半導体レーザモジュールの環境
温度の検出条件に基づいて予め決定される、請求項５記
載の半導体レーザモジュールの駆動方法。
【請求項７】前記半導体レーザ素子の温度が、前記半
導体レーザ素子の近傍に配置されたサーミスタによって
検出される、請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体
レーザモジュールの駆動方法。
【請求項８】前記半導体レーザモジュールの環境温度
が、前記半導体レーザモジュールに接触して又は隣接し
て設置された温度センサによって検出される、請求項１
乃至７のいずれかに記載の半導体レーザモジュールの駆
動方法。