JP2004363242A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光モジュールの消費電力を低減する。
【解決手段】光モジュール１００では、ペルチェ素子１０上に光学部品１２が設置され、その光学部品上にレーザ素子１４が設置されている。レーザ素子の出力光を検知する光検出器１６は、ペルチェ素子から離間して配置されている。光学部品は、レーザ光４２の方向を光検出器に向けて変更する。光検出器がペルチェ素子上に設置されていないので、ペルチェ素子に延びるボンディングワイヤの本数が削減される。外部から熱を伝えるワイヤの本数の削減に応じて、ペルチェ素子上のレーザ素子の発熱が抑えられる。この結果、ペルチェ素子の冷却効率が高まり、消費電力が低減される。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体レーザ素子を有する光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ素子としてレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）を有する光モジュールでは、ＬＤの発振波長を安定させるため、ＬＤの温度が制御される。通常、この温度制御は、ペルチェ素子を用いて行われる。ＬＤは、ペルチェ素子上に搭載され、加熱または冷却される（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２９５５５９号公報
【特許文献２】
特開平０５−０９５１６９号公報
【特許文献３】
特開平１１−１８６６６８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、光モジュールの消費電力を抑えることを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の光モジュールは、ペルチェ素子と、ペルチェ素子上に設置された光学部品と、光学部品上に設置された半導体レーザ素子と、ペルチェ素子から離間して配置された光検出器とを備えている。光学部品は、レーザ素子からレーザ光を受光して、そのレーザ光の方向を光検出器に向けて変更する。光検出器は、光学部品からレーザ光を受光して検知する。
【０００６】
光検出器がペルチェ素子上に設置されていないので、光検出器に接続されるボンディングワイヤをペルチェ素子から離間させることができる。このため、ペルチェ素子に延びるボンディングワイヤの本数が削減される。外部から熱を運ぶワイヤの削減に応じて、ペルチェ素子上のレーザ素子の発熱が抑えられる。これにより、ペルチェ素子の冷却効率が高まり、低い消費電力で所望の冷却が達成される。さらに、ペルチェ素子上に光学部品が設置され、その光学部品上にレーザ素子が設置されているので、光学部品およびレーザ素子の設置に必要な面積を抑えることができる。このため、光モジュールの小型化が可能である。この結果、本発明は同軸型の光モジュールに適用することができる。
【０００７】
この発明の光モジュールは、ほぼ平板状のステムをさらに備えていてもよい。このステムは、ペルチェ素子および光検出器を搭載する主面を有している。この主面は、レーザ素子の光軸と垂直であり、かつ、光検出器の光軸と平行であってもよい。この場合、同軸型の光モジュールを得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【０００９】
図１は、本実施形態の光モジュール１００の構造を示す部分切欠斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線部分断面図である。光モジュール１００は、ＣＡＮ型または同軸型と呼ばれる構造を有している。光モジュール１００は、ペルチェ素子１０、搭載ブロック１２、レーザダイオード（以下、「ＬＤ」と表記する）１４および光検出器１６を有している。
【００１０】
ペルチェ素子１０は、ＬＤ１４の温度を調節するための熱電温度制御器である。ペルチェ素子１０は、平坦な上面１０ａおよび下面１０ｂを有している。ペルチェ素子１０の動作時には、上面１０ａおよび下面１０ｂの一方が熱を吸収し、他方が熱を放出する。これにより、ＬＤ１４を加熱または冷却できる。
【００１１】
搭載ブロック１２は、ＬＤ１４を搭載する導電性の光学部品である。搭載ブロック１２は、ペルチェ素子１０の上面１０ａに設置されている。図２に示されるように、ブロック１２は、四角柱状の搭載部１２ａおよび台形柱状の受光部１２ｂからなる。
【００１２】
搭載部１２ａの平坦な側面１２ｃ上には、チップキャリア１９が設置されている。チップキャリア１９上には、ＬＤ１４が固定されている。ＬＤ１４は、光透過性の前端面１４ａと光反射性の後端面１４ｂを有する半導体レーザ素子である。チップキャリア１９上においてＬＤ１４の近傍には、サーミスタ１８が設置されている。サーミスタ１８は、ＬＤ１４の温度を測定する。
【００１３】
受光部１２ｂは、ＬＤ１４によって生成されるレーザ光を十分に高い反射率で反射する側面１２ｄを有する。この反射面１２ｄは、ペルチェ素子１０の上面１０ａおよび搭載部１２ａの側面１２ｃに対して傾斜している。受光部１２ｂは、例えば、台形柱の一側面に反射ミラーを設置することにより作製できる。
【００１４】
ペルチェ素子１０は、ほぼ円板状のステム２０上に設置されている。ステム２０は、鉄や銅タングステンなどの金属から構成されており、したがって導電性である。ステム２０の一つの主面２０ａは、ペルチェ素子１０の下面１０ｂと接触する。光モジュール１００は、ステム２０を貫通する複数のリードピン５１〜５７をさらに有している。リードピン５１〜５４の端部５１ａ〜５４ａは、板状に平坦化されている。リードピン５５および５６の端部５５ａおよび５６ａは、円柱状である。これらの端部５１ａ〜５６ａは、ステム２０の主面２０ａから突出している。
【００１５】
光検出器１６は、ＬＤ１４の出力を監視するためのものである。光検出器１６は、リードピン５３の平坦端部５３ａ上に固定されている。光検出器１６は、例えば、フォトダイオードである。光検出器１６は、リードピン５３に電気的に接続されている。光検出器１６は、搭載ブロック１２の反射面１２ｄと対向する受光面を有している。後述するように、光検出器１６は、その光軸とＬＤ１４の光軸とが９０度をなすように配置されている。光検出器１６は、搭載ブロック１２の受光部１２ｂからレーザ光を受光し、レーザ光の強度に応じた電気信号を生成してリードピン５３に送る。
【００１６】
搭載ブロック１２の搭載部１２ａとリードピン５１の平坦端部５１ａとの間には、ボンディングワイヤ６１が接続されている。サーミスタ１８とリードピン５２の平坦端部５２ａとの間には、ボンディングワイヤ６２が接続されている。サーミスタ１８の出力は、ワイヤ６２を通じてリードピン５２に送られる。光検出器１６とステム２０との間には、ボンディングワイヤ６３が接続されている。チップキャリア１９とリードピン５４の平坦端部５４ａとの間には、ボンディングワイヤ６４が接続されている。ペルチェ素子１０とリードピン５５および５６の端部５５ａおよび５６ａとの間には、それぞれボンディングワイヤ６５および６６が接続されている。ペルチェ素子１０の駆動電流は、リードピン５５および５６ならびにワイヤ６５および６６を通じて供給される。
【００１７】
端部５１ａ、５２ａおよび５４ａは、十分な長さにわたってステム２０の主面２０ａから上方に延びている。したがって、ＬＤ１４、サーミスタ１８およびチップキャリア１９が主面２０ａから高い位置にあるにもかかわらず、ワイヤ６１、６２および６４は比較的短くて済む。また、端部５１ａ、５２ａおよび５４ａの平坦な形状は、ワイヤボンディングの作業を容易にする。
【００１８】
ステム２０の主面２０ａには、ＬＤ１４および光検出器１６を覆う円筒状のキャップ２６が取り付けられている。ステム２０と同様に、キャップ２６は、鉄や銅タングステンなどの金属から構成されており、したがって導電性である。キャップ２６の上壁２６ａには、レンズ２８が設置されている。ＬＤ１４は、ＬＤ１４で生成されたレーザ光４０がレンズ２８に入射するように配置されている。レンズ２８は、レーザ光４０を集光する。
【００１９】
図２に示されるように、ＬＤ１４とレンズ２８とは、共通の光軸３０を有している。光軸３０は、ステム２０の主面２０ａおよびペルチェ素子１０の上面１０ａに対して垂直である。搭載ブロック１２においてＬＤ１４、サーミスタ１８およびチップキャリア１９が搭載される側面１２ｃは、ＬＤ１４の光軸３０と平行である。反射面１２ｄは、側面１２ｃに対して４５°の角度で傾斜している。
【００２０】
レーザ光４０は、ＬＤ１４の前端面１４ａから出射し、光軸３０に平行な矢印３４で示される方向に沿って上方に進行し、レンズ２８に入射する。その後、レーザ光４０はレンズ２８によって集光され、光モジュール１００から出射する。
【００２１】
一方、ＬＤ１４の後端面１４ｂから漏出するレーザ光４２は、光軸３０に平行な矢印３６で示される方向に沿って下方に進行し、反射面１２ｄに入射する。反射面１２ｄは、ＬＤ１４の光軸３０に対して４５°の角度で傾斜している。このため、反射面１２ｄは、レーザ光４２を反射して、その進行方向を９０°変更する。この結果、レーザ光４２は、光軸３０と直交する矢印３８で示される方向に沿って進行し、光検出器１６に向かう。光検出器１６の光軸３２は、ＬＤ１４の光軸３０に対して垂直であり、ステム２０の主面２０ａおよびペルチェ素子１０の上面１０ａに対しては平行である。反射面１２ｄによって反射されたレーザ光４２は、光軸３２と平行な方向に沿って進行する。光検出器１６は、レーザ光４２を受光し、その強度に応じた電気信号を生成する。この信号は、リードピン５３を通じて出力される。
【００２２】
以下では、本実施形態の利点を説明する。第１に、本実施形態は、ペルチェ素子１０の冷却効率を高めて、光モジュール１００の消費電力を抑えることができる。一般に、光モジュールの消費電力の大半は、ペルチェ素子による電気熱変換に費やされる。ペルチェ素子の冷却効率は、ペルチェ素子上の部品に接続されるボンディングワイヤの本数に依存する。ワイヤの本数が多いほど、ワイヤを通じて外部からＬＤの周辺に運ばれる熱量が大きくなる。これに応じて、所望の冷却を達成するために必要なペルチェ素子の吸熱量も大きくなる。このため、ペルチェ素子の冷却効率を高めるためには、ペルチェ素子へ延びるワイヤを少なくすることが好ましい。
【００２３】
本実施形態では、光検出器１６がペルチェ素子１０上に設置されていないため、光検出器１６に接続されるボンディングワイヤ６３をペルチェ素子１０から離間させることができる。これにより、ペルチェ素子１０に延びるボンディングワイヤを削減し、ＬＤの発熱を抑えて、ペルチェ素子１０の冷却効率を高めることができる。したがって、光モジュール１００は低い消費電力で動作することができる。
【００２４】
第２の利点として、本実施形態は、光モジュール１００の小型化を可能にする。光モジュール１００では、搭載ブロック１２が、レーザ光４２の進行方向を光検出器１６に向けて変更する光学部品と、ＬＤ１４を搭載するための部材とを兼ねる。このため、光学部品およびＬＤの設置に必要な面積を低減できる。このため、光モジュール１００は、小型化が可能である。
【００２５】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００２６】
【発明の効果】
この発明は、光検出器をペルチェ素子から離間して配置して、ペルチェ素子に延びるボンディングワイヤの本数を削減する。その結果、この発明は、ペルチェ素子上のレーザ素子の発熱を抑えて冷却効率を高め、光モジュールの消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の光モジュール１００の構造を示す部分切欠斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線部分断面図である。
【符号の説明】
１０…ペルチェ素子、１２…搭載ブロック、１２ａ…搭載部、１２ｂ…受光部、１４…レーザダイオード、１６…光検出器、１８…サーミスタ、１９…チップキャリア、２０…ステム、２６…キャップ、２８…レンズ、５１〜５７…リードピン、６１〜６６…ボンディングワイヤ、１００…光モジュール。

Claims (7)

1. ペルチェ素子と、
   前記ペルチェ素子上に設置された光学部品と、
   前記光学部品上に設置された半導体レーザ素子と、
   前記ペルチェ素子から離間して配置された光検出器と
   を備える光モジュールであって、
   前記光学部品は、前記レーザ素子からレーザ光を受光して、そのレーザ光の方向を前記光検出器に向けて変更し、
   前記光検出器は、前記光学部品から前記レーザ光を受光して検知する
   光モジュール。
2. 前記光検出器は、前記レーザ素子の光軸と前記光検出器の光軸とが９０°の角度をなすように配置されている、請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記光学部品は、前記レーザ素子を搭載する第１の部分と、前記レーザ素子からレーザ光を受光する第２の部分とを含んでおり、
   前記第１の部分は、前記レーザ素子の光軸と平行な第１の面を有し、前記レーザ素子はその第１の面上に搭載されており、
   前記第２の部分は、前記レーザ光を反射して前記光検出器に向かわせる反射面を有し、その反射面は、前記第１の面に対して傾斜している
   請求項１または２に記載の光モジュール。
4. 前記第１の面上において前記レーザ素子の付近に配置された温度測定器をさらに備える請求項３に記載の光モジュール。
5. ほぼ平板状のステムをさらに備える請求項１〜４のいずれかに記載の光モジュールであって、
   前記ステムは、前記ペルチェ素子および前記光検出器を搭載する主面を有しており、
   前記レーザ素子の光軸は、前記主面と垂直であり、
   前記光検出器の光軸は、前記主面と平行である
   請求項１〜４のいずれかに記載の光モジュール。
6. 前記ステムを貫通する第１のリードピンをさらに備える請求項５に記載の光モジュールであって、
   前記第１のリードピンは、前記ステムの前記主面から突出する平坦化された第１の端部を有しており、
   前記第１のリードピンと前記レーザ素子とを電気的に接続する第１のボンディングワイヤが前記第１の端部から延びている
   請求項５に記載の光モジュール。
7. 前記ステムを貫通する第２のリードピンをさらに備える請求項５または６に記載の光モジュールであって、
   前記第２のリードピンは、前記ステムの前記主面から突出する平坦化された第２の端部を有しており、
   前記第２の端部上に前記光検出器が設置されている
   請求項５または６に記載の光モジュール。

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