JP2006086396A - 光モジュール - Google Patents

光モジュール Download PDF

Info

Publication number
JP2006086396A
JP2006086396A JP2004270898A JP2004270898A JP2006086396A JP 2006086396 A JP2006086396 A JP 2006086396A JP 2004270898 A JP2004270898 A JP 2004270898A JP 2004270898 A JP2004270898 A JP 2004270898A JP 2006086396 A JP2006086396 A JP 2006086396A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
case
heat transfer
transfer member
optical module
cooler
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004270898A
Other languages
English (en)
Inventor
Shiyousuke Miyaki
將介 宮木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP2004270898A priority Critical patent/JP2006086396A/ja
Priority to US11/202,265 priority patent/US20060062264A1/en
Publication of JP2006086396A publication Critical patent/JP2006086396A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/02208—Mountings; Housings characterised by the shape of the housings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/023—Mount members, e.g. sub-mount members
    • H01S5/02325—Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02407—Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling
    • H01S5/02415—Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling by using a thermo-electric cooler [TEC], e.g. Peltier element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02438—Characterized by cooling of elements other than the laser chip, e.g. an optical element being part of an external cavity or a collimating lens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

【課題】 実装状態においても温度変化に対して安定に動作する光モジュールを実現すること。
【解決手段】
半導体レーザーを構成要素として含みケースに収納され、このケースをペルチェ素子からなる冷却器で冷却するように構成された光モジュールであって、
前記冷却器には、半固体状の伝熱部材を介して前記ケースに対して移動可能な状態で放熱器を取り付けたことを特徴とするもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は光モジュールに関するものであり、詳しくは、例えば光測定装置に用いられる波長可変光源などの光モジュールの温度特性の改善に関するものである。
一般に光測定装置で用いる光源としては、受光素子やフィルタやビームスプリッタや回折格子など各種光学素子単体や、これら各種光学素子を組み合わせた光学装置の波長特性を測定することが多いことから、任意波長の出力光が得られる波長可変光源が望ましい。
また、光源を組み込む光測定装置の小型化や機動性などの面からは、光源単体での小型化が求められている。
このような波長可変光源の一種に、半導体レーザーの出力光を回折格子とミラーとで構成された波長選択部に入射して波長選択された光のみを半導体レーザーに帰還させ、半導体レーザーを波長選択部で選択された波長でレーザー発振させるように外部共振型波長可変光源の光モジュールとしてケース内に収納されて一体化されたものがある。
ところで、ケース内に収納される半導体レーザーは、収納ケースの温度変動による熱膨張収縮の影響を受けやすく、温度変化が大きくなると安定した光出力が得られなくなる。
そこで、半導体レーザーを構成要素として含む光モジュールでは、例えば特許文献１に開示されているようにペルチェ素子からなる冷却器を収納ケースに相当するパッケージ底板の外側に取り付けてパッケージ全体の温度分布を小さくし、パッケージの変形を抑えて温度による光出力の変動を小さくすることが提案されている。
特開２００４−０１４８４０
ペルチェ素子からなる冷却器で冷却するように構成された光モジュールを実装するのにあたっては、収納ケースの他に、複数の構成部品を取り付けなければならない。これら構成部品の取り付けにあたっては、複数の構成部品それぞれの温度変動による熱膨張収縮の影響が収納ケースに及んで機械的な負荷がかからないように考慮する必要がある。
しかし、特許文献１は、パッケージを冷却する構成は開示しているものの、本発明のように、複数の構成部品それぞれの温度変動による熱膨張収縮の影響が収納ケースに及んで機械的な負荷がかからないようにするための具体的な構成は示していない。
本発明は、このような問題点に着目したものであって、その目的は、実装状態においても温度変化に対して安定に動作する光モジュールを実現することにある。
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
半導体レーザーを構成要素として含みケースに収納され、このケースをペルチェ素子からなる冷却器で冷却するように構成された光モジュールであって、
前記冷却器には、半固体状の伝熱部材を介して前記ケースに対して移動可能な状態で放熱器を取り付けたことを特徴とする。
本発明のうち請求項２記載の発明は、
半導体レーザーを構成要素として含みケースに収納され、このケースをペルチェ素子からなる冷却器で冷却するように構成されるとともに、これら半導体レーザーおよびペルチェ素子に電気信号を供給するプリント配線板を前記ケースの底面側に設けた光モジュールであって、
前記プリント配線板は、可撓性を有する取付部材を介して前記ケースに取り付けられたことを特徴とする。
本発明のうち請求項３記載の発明は、
半導体レーザーを構成要素として含みケースに収納された光モジュールであって、
このケース底面に半固体状の伝熱部材を介して取り付けられた板状伝熱部材と、
この板状伝熱部材に半固体状の伝熱部材を介して吸熱面が重ね合わされたペルチェ素子からなる冷却器と、
この冷却器の排熱面に半固体状の伝熱部材を介して重ね合わされ、断熱部材を介して前記板状伝熱部材に取り付けられた放熱器と、
これら板状伝熱部材と放熱器との間に位置するように配置されて可撓性を有する取付部材を介して前記ケースに取り付けられ、少なくとも半導体レーザーとペルチェ素子に電気信号を供給するプリント配線板、
とで構成されたことを特徴とする。
本発明によれば、収納ケースとプリント配線板との間に温度差が生じても、温度変動による熱膨張収縮の影響が収納ケースに及んで機械的な負荷がかかることはなく、安定に動作する光モジュールを実現することができる。
以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に基づく光モジュールの具体例を示す部分断面構成説明図である。図１において、半導体レーザー１は、回折格子２やミラー３とともに蓋付きのケース４に収納されている。これら半導体レーザー１、回折格子２およびミラー３は、前述のように、半導体レーザー１の出力光を回折格子２とミラー３とで構成された波長選択部に入射して波長選択された光のみを半導体レーザー１に帰還させ、半導体レーザー１を波長選択部で選択された波長でレーザー発振させるように外部共振型波長可変光源の光モジュールを構成するものである。なお、ミラー３は回転可能に取り付けられている。
ケース４は例えば鋳造や削り出し加工によりほぼ直方体形状に一体成形されたものであって、四隅にはザグリ穴加工による取付穴５が設けられている。ケース４の底面には、例えばシリコングリスに代表される半固体状の伝熱部材６を介して例えば銅板に代表される板状伝熱部材７が取り付けられている。板状伝熱部材７の一方の面には凹部８が設けられていて、この凹部８には緩衝部材としてのＯリング９が嵌め合わされている。
板状伝熱部材７には、半固体状の伝熱部材１０を介してペルチェ素子１１からなる冷却器の吸熱面１２が重ね合わされている。この冷却器の排熱面１３には、半固体状の伝熱部材１４を介して放熱器１５の取付面が重ね合わされている。なお、この放熱器１５の取付面は、例えばポリアセタール樹脂よりなる断熱部材の取付部材１６を介して板状伝熱部材７に取り付けられている。
板状伝熱部材７と放熱器１５との間に位置してＯリング９を押圧するようにプリント配線板１７が配置されている。このプリント配線板１７は、可撓性を生じるように途中部分に両端部よりも細いくびれ部が形成された取付部材１８を介してケース４の取付穴５の底面に取り付けられている。このくびれ部分は、ケース４とプリント配線板１７との間で温度変動による熱膨張収縮の差を生じた場合には撓んで両者間の機械的な変位を吸収し、温度変動による熱膨張収縮の影響が収納ケース４に及んで機械的な負荷がかからないように機能する。
プリント配線板１７には、少なくとも半導体レーザーとペルチェ素子に電気信号を供給するための図示しない配線パターンが設けられていて、これら配線パターンには電源１９が接続されている。
また、プリント配線板１７には、ペルチェ素子１１からなる冷却器および取付部材１６を外周に十分な遊びを持った状態で貫通させるための複数の貫通穴２０〜２２が設けられている。
また、プリント配線板１７はケース４の底面よりも大きく形成されていて、ケース４の底面からはみ出した部分をゴムブッシュのような緩衝部材２３を介して取付アングル２４に固着されている。これら取付アングル２４は、必要に応じて、光モジュールを測定装置の所定の位置に取り付ける部材として用いることもできる。
そして、ケース４の外周およびプリント配線板１７の裏面には、これらを外部雰囲気から遮断するための断熱部材２５が貼り付けられている。
このように構成される光モジュールの組立工程について説明する。
はじめに、ケース４内部に半導体レーザー１、回折格子２およびミラー３を組み込み、外部共振型波長可変光源の光モジュールを構成する。
次に、板状伝熱部材７に半固体状の伝熱部材６を塗布した後、伝熱部材６を介して板状伝熱部材７をケース４の底面に取り付ける。
次に、板状伝熱部材７の一方の面に設けられている凹部８にＯリング９を嵌め合わせてプリント配線板１７を取り付け、取付部材１８を介してケース４の取付穴５に固定する。
次に、ペルチェ素子１１からなる冷却器の吸熱面１２に伝熱部材１０を塗布した後、伝熱部材１０を介して冷却器の吸熱面１２を板状伝熱部材７に取り付ける。そして、プリント配線板１７と各部との間を電気信号を供給するために接続する。
次に、ケース４の外周およびプリント配線板１７の裏面に断熱部材２５を貼り付ける。
次に、冷却器の排熱面１３に伝熱部材１４を塗布した後、伝熱部材１４を介して放熱器
１５の取付面を重ね合わせ、取付部材１６を介して板状伝熱部材７に取り付ける。
そして、プリント配線板１７のケース４の底面からはみ出した部分を緩衝部材２３を介して取付アングル２４に固着する。
このような構成において、板状伝熱部材７は、冷却器の冷却温度を伝熱部材６を介してケース４の底面全面に均等に拡散させるように機能する。
半固体状の伝熱部材６は、ケース４の底面と板状伝熱部材７との間に温度差が生じた場合に、板状伝熱部材７をケース４の底面に対して滑らせるように機能し、温度変動による熱膨張収縮の機械的な変位の影響がケース４に及ばないようにする。
半固体状の伝熱部材１０は、ペルチェ素子１１からなる冷却器の吸熱面１２と板状伝熱部材７との間に温度差が生じた場合に、板状伝熱部材７を冷却器の吸熱面１２に対して滑らせるように機能し、温度変動による熱膨張収縮の機械的な変位の影響が冷却器の吸熱面１２に及ばないようにする。
半固体状の伝熱部材１４は、ペルチェ素子１１からなる冷却器の排熱面１３と放熱器１５の取付面との間に温度差が生じた場合に、放熱器１５の取付面を冷却器の排熱面１３に対して滑らせるように機能し、温度変動による熱膨張収縮の機械的な変位の影響が冷却器の排熱面１３に及ばないようにする。
断熱部材よりなる取付部材１６は、放熱器１５を板状伝熱部材７に固定しながら熱的には絶縁するように機能する。
くびれ部が形成された取付部材１８は、プリント配線板１７をケース４に固定するとともに、ケース４とプリント配線板１７との間で温度変動による熱膨張の差を生じた場合には撓んで両者間の機械的な変位を吸収し、温度変動による熱膨張の影響が収納ケース４に及んで機械的な負荷がかからないように機能する。
緩衝部材２３は、取付アングル２４に加わる外部の力が直接プリント配線板１７に伝達されて光モジュールの動作に悪影響を与えないように機能する。
なお、上記実施例では、光モジュールが、半導体レーザーを波長選択部で選択された波長でレーザー発振させる外部共振型波長可変光源として構成された例を説明したが、本発明はこれに限るものではなく、少なくとも半導体レーザーを構成要素として含みケースに収納された光モジュールの温度変動対策として有効である。
以上説明したように、本発明によれば、収納ケースとプリント配線板との間に温度差が生じても、温度変動による熱膨張収縮の影響が収納ケースに及んで機械的な負荷がかかることはなく、実装状態においても温度変化に対して安定に動作する光モジュールを実現することができる。
本発明に基づく光モジュールの具体例を示す部分断面構成説明図である。
符号の説明
１ 半導体レーザー
２ 回折格子
３ ミラー
４ ケース
５ 取付穴
６，１０，１４ 半固体状の伝熱部材
７ 板状伝熱部材
８ 凹部
９ Ｏリング
１１ ペルチェ素子
１２ 吸熱面
１３ 排熱面
１５ 放熱器
１６ 断熱部材の取付部材
１７ プリント配線板
１８ 取付部材
１９ 電源
２０〜２２ 貫通穴
２３ 緩衝部材
２４ 取付アングル
２５ 断熱部材

Claims (3)

  1. 半導体レーザーを構成要素として含みケースに収納され、このケースをペルチェ素子からなる冷却器で冷却するように構成された光モジュールであって、
    前記冷却器には、半固体状の伝熱部材を介して前記ケースに対して移動可能な状態で放熱器を取り付けたことを特徴とする光モジュール。
  2. 半導体レーザーを構成要素として含みケースに収納され、このケースをペルチェ素子からなる冷却器で冷却するように構成されるとともに、これら半導体レーザーおよびペルチェ素子に電気信号を供給するプリント配線板を前記ケースの底面側に設けた光モジュールであって、
    前記プリント配線板は、可撓性を有する取付部材を介して前記ケースに取り付けられたことを特徴とする光モジュール。
  3. 半導体レーザーを構成要素として含みケースに収納された光モジュールであって、
    このケース底面に半固体状の伝熱部材を介して取り付けられた板状伝熱部材と、
    この板状伝熱部材に半固体状の伝熱部材を介して吸熱面が重ね合わされたペルチェ素子からなる冷却器と、
    この冷却器の排熱面に半固体状の伝熱部材を介して重ね合わされ、断熱部材を介して前記板状伝熱部材に取り付けられた放熱器と、
    これら板状伝熱部材と放熱器との間に位置するように配置されて可撓性を有する取付部材を介して前記ケースに取り付けられ、少なくとも半導体レーザーとペルチェ素子に電気信号を供給するプリント配線板、
    とで構成されたことを特徴とする光モジュール。
JP2004270898A 2004-09-17 2004-09-17 光モジュール Pending JP2006086396A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004270898A JP2006086396A (ja) 2004-09-17 2004-09-17 光モジュール
US11/202,265 US20060062264A1 (en) 2004-09-17 2005-08-12 Optical module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004270898A JP2006086396A (ja) 2004-09-17 2004-09-17 光モジュール

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006086396A true JP2006086396A (ja) 2006-03-30

Family

ID=36073911

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004270898A Pending JP2006086396A (ja) 2004-09-17 2004-09-17 光モジュール

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20060062264A1 (ja)
JP (1) JP2006086396A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014165355A (ja) * 2013-02-26 2014-09-08 Panasonic Corp 冷風発生装置
JP2015084330A (ja) * 2010-08-09 2015-04-30 エアー・モーション・システムズ・インコーポレイテッドＡｉｒ Ｍｏｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ｉｎｃ． 絶縁ｌｅｄ装置
JP7394083B2 (ja) 2021-03-11 2023-12-07 京セラＳｏｃ株式会社 レーザ装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106027154B (zh) * 2016-07-13 2019-05-07 无锡路通视信网络股份有限公司 一种野外光网络平台
CN112071814B (zh) * 2020-09-09 2022-09-27 深圳市同和光电科技有限公司 一种芯片封装系统及其芯片封装工艺

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4637028A (en) * 1984-08-02 1987-01-13 Hughes Aircraft Company Conductively cooled laser rod
US20040237959A1 (en) * 2003-06-02 2004-12-02 Linda Ashley Variable heat conductivity pan

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015084330A (ja) * 2010-08-09 2015-04-30 エアー・モーション・システムズ・インコーポレイテッドＡｉｒ Ｍｏｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ｉｎｃ． 絶縁ｌｅｄ装置
TWI635239B (zh) * 2010-08-09 2018-09-11 氣動系統股份有限公司 隔絕式發光二極體裝置及其冷卻方法與製造方法
JP2014165355A (ja) * 2013-02-26 2014-09-08 Panasonic Corp 冷風発生装置
JP7394083B2 (ja) 2021-03-11 2023-12-07 京セラＳｏｃ株式会社 レーザ装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20060062264A1 (en) 2006-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8905632B2 (en) Interposer configuration with thermally isolated regions for temperature-sensitive opto-electronic components
JP5050548B2 (ja) 光モジュール
US6490392B1 (en) Optical transmission system
US7228020B2 (en) Optoelectronic arrangement having a surface-mountable semiconductor module and a cooling element
JP2008278330A (ja) 撮像素子モジュール、撮像素子モジュールを用いたレンズユニット及び携帯用電子機器
JP2006171398A (ja) 光伝送モジュール
JP2009071186A (ja) Ｌｅｄユニット
KR101945201B1 (ko) 집중 방열 방식 카메라 모듈
JP2008219861A (ja) 撮像素子モジュール及びそれを用いた携帯用電子機器
US6948864B2 (en) Optoelectronic component with thermoelectric temperature control
KR100790072B1 (ko) 녹색 광 모듈
US20060062264A1 (en) Optical module
KR101755966B1 (ko) 방열 구조 및 광 송수신기
JP6700651B2 (ja) ステレオカメラ装置
JP3116777B2 (ja) 半導体レーザモジュール
JP2007123541A (ja) 機能部品内蔵装置
JP4758397B2 (ja) 光通信用モジュール
US7428089B2 (en) Optical scanning device and image forming apparatus
JP4871676B2 (ja) 電子回路装置
JP2002247594A (ja) 撮像装置
JP2005093507A (ja) 光伝送モジュール
JP2008103577A (ja) パワーモジュールの放熱構造およびそれを備えたモータ制御装置
JP3183247B2 (ja) 半導体レーザモジュール
JP2008197500A (ja) 光モジュール
WO2018193625A1 (ja) 電力変換装置