JP2007049125A - レーザモジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザモジュール1は、レーザ素子11が気密封止されたレーザパッケージ10を含むレーザユニット2と、集光光学系31を含む集光光学系ユニット3と、集光された光が入射する光ファイバ51とから構成され、レーザユニット2はレーザパッケージ10を保持するホルダ本体21及び連結部材22とからなるレーザパッケージホルダ20を備え、集光光学系ユニット3は集光光学系31を保持するホルダ本体41及び連結部材42とからなる集光光学系ホルダ40を備え、連結部材22と連結部材42とが互いに溶接されたものであり、レーザパッケージホルダ20のホルダ本体21の熱伝導率が、レーザパッケージホルダ20の連結部材22及び集光光学系ホルダ40の連結部材42の熱伝導率より大きく設定されたものである。
【選択図】図1
Description
また、レーザパッケージと集光光学系とが異なるホルダに各々収容され、レーザパッケージと集光光学系のホルダ同士が溶接された特許文献2に記載のレーザモジュールにおいては、高出力レーザ素子を用いた場合の放熱構造について開示がない。
前記レーザユニットは、前記レーザパッケージを保持し収容するホルダ本体と、該ホルダ本体に固定され、前記集光光学系ユニットとの連結用である連結部材とからなるレーザパッケージホルダを備え、
前記集光光学系ユニットは、前記集光光学系を保持し収容するホルダ本体と、該ホルダ本体に固定され、前記レーザユニットとの連結用である連結部材とからなる集光光学系ホルダを備え、
前記レーザパッケージホルダの前記連結部材と前記集光光学系ホルダの前記連結部材とが互いに溶接されたものであり、
前記レーザパッケージホルダの前記ホルダ本体の熱伝導率が、前記レーザパッケージホルダの前記連結部材及び前記集光光学系ホルダの前記連結部材の熱伝導率より大きく設定されたことを特徴とするものである。
前記レーザユニットは、前記レーザパッケージを保持し収容するホルダ本体と、該ホルダ本体に固定され、前記集光光学系ユニットとの連結用である連結部材とからなるレーザパッケージホルダを備え、
前記集光光学系ユニットは、前記集光光学系を保持し収容する集光光学系ホルダを備え、
前記レーザパッケージホルダの前記連結部材と前記集光光学系ホルダとが互いに溶接されたものであり、
前記レーザパッケージホルダの前記ホルダ本体の熱伝導率が、前記レーザパッケージホルダの前記連結部材及び前記集光光学系ホルダの熱伝導率より大きく設定されたことを特徴とするものである。
本明細書において、「光パワー密度」は、MELLES GRIOT社製「熱型パワーメータ 13PEM001」を用いて、測定するものとする。
本実施形態のモジュール1の製造方法について概略説明する。
本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能である。
(株)ソフトウェア クレイドル社製の3次元熱流体システムを用いて、上記実施形態のレーザモジュール1の放熱性をシミュレーション評価した(図4参照)。レーザ素子11の素子温度とパッケージベース13の下面温度とはある一定の温度差を保ったままほぼ同じ温度変化の挙動を示すため、レーザ素子11の素子温度の代わりにパッケージベース13の下面中央部の温度をシミュレーションで求めた。シミュレーション条件は以下の通りとした。
パッケージ15:Cu板を基材とし、キャップ14との溶接部分にFe−Ni−Co合金を接合した構造体をパッケージベース13とする5.6mmφの缶パッケージ。
レーザパッケージホルダ20のホルダ本体21の熱伝導率:150W/mK以上。
レーザ素子11として出力200mWのGaN系半導体レーザ素子を1個用い、レーザパッケージ10の放熱ブロック12の材質をCu(熱伝導率:395W/mK)、パッケージベース13の材質を冷間圧延鋼板SPC(熱伝導率:71W/mK)、レーザパッケージホルダ20のホルダ本体21の材質をアルミニウム合金(熱伝導率:200W/mK)とし、レーザパッケージ20の連結部材22、集光レンズホルダ40のホルダ本体41及び連結部材42の材質をいずれもステンレス(SUS304、熱伝導率:16W/mK)とし、上記実施形態に記載の方法に従い、レーザモジュール1を製造した。
パッケージベース13の下面温度をサーミスタを用いて実測した。放熱ブロック12の温度を20℃に保ち、パッケージベース13の下面中央部の温度を実測したところ25℃であり、ホルダ本体21に対する温度上昇は5℃に抑えられており、レーザモジュール1は良好な放熱性を有することが確認された。これは、実施例1のシミュレーション結果とほぼ一致している。
2 レーザユニット
3 集光光学系ユニット
10 レーザパッケージ
11 レーザ素子
14a 透光性窓
15 缶パッケージ
20 レーザパッケージホルダ
21 ホルダ本体
22 連結部材
31 集光レンズ(集光光学系)
40 集光レンズホルダ(集光光学系ホルダ)
41 ホルダ本体
41X 集光レンズホルダの光出射側端面
42 連結部材
43 レセプタクル
46 透光性保護部材
46X 光入射面
51 光ファイバ
L 光
Y1、Y2 溶接箇所
Claims (7)
- 光出射用の透光性窓を備えたパッケージ内に単数又は複数のレーザ素子が気密封止されたレーザパッケージを含むレーザユニットと、前記レーザパッケージからの出射光を集光する集光光学系を含む集光光学系ユニットと、前記集光光学系により集光された光が入射する光ファイバとを備え、前記レーザユニットと前記集光光学系ユニットとが連結されたレーザモジュールにおいて、
前記レーザユニットは、前記レーザパッケージを保持し収容するホルダ本体と、該ホルダ本体に固定され、前記集光光学系ユニットとの連結用である連結部材とからなるレーザパッケージホルダを備え、
前記集光光学系ユニットは、前記集光光学系を保持し収容するホルダ本体と、該ホルダ本体に固定され、前記レーザユニットとの連結用である連結部材とからなる集光光学系ホルダを備え、
前記レーザパッケージホルダの前記連結部材と前記集光光学系ホルダの前記連結部材とが互いに溶接されたものであり、
前記レーザパッケージホルダの前記ホルダ本体の熱伝導率が、前記レーザパッケージホルダの前記連結部材及び前記集光光学系ホルダの前記連結部材の熱伝導率より大きく設定されたことを特徴とするレーザモジュール。 - 前記レーザパッケージホルダの前記ホルダ本体の熱伝導率が150W/mK以上であり、前記レーザパッケージホルダの前記連結部材及び前記集光光学系ホルダの前記連結部材の熱伝導率が30W/mK以下であることを特徴とする請求項1に記載のレーザモジュール。
- 光出射用の透光性窓を備えたパッケージ内に単数又は複数のレーザ素子が気密封止されたレーザパッケージを含むレーザユニットと、前記レーザパッケージからの出射光を集光する集光光学系を含む集光光学系ユニットと、前記集光光学系により集光された光が入射する光ファイバとを備え、前記レーザユニットと前記集光光学系ユニットとが連結されたレーザモジュールにおいて、
前記レーザユニットは、前記レーザパッケージを保持し収容するホルダ本体と、該ホルダ本体に固定され、前記集光光学系ユニットとの連結用である連結部材とからなるレーザパッケージホルダを備え、
前記集光光学系ユニットは、前記集光光学系を保持し収容する集光光学系ホルダを備え、
前記レーザパッケージホルダの前記連結部材と前記集光光学系ホルダとが互いに溶接されたものであり、
前記レーザパッケージホルダの前記ホルダ本体の熱伝導率が、前記レーザパッケージホルダの前記連結部材及び前記集光光学系ホルダの熱伝導率より大きく設定されたことを特徴とするレーザモジュール。 - 前記レーザパッケージホルダの前記ホルダ本体の熱伝導率が150W/mK以上であり、前記レーザパッケージホルダの前記連結部材及び前記集光光学系ホルダの熱伝導率が30W/mK以下であることを特徴とする請求項3に記載のレーザモジュール。
- 前記集光光学系ホルダに、前記光ファイバの光入射側端部を受容するレセプタクルと、該レセプタクルに取り付けられた前記光ファイバの光入射面に当接して該光入射面を保護する透光性保護部材とが設けられたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のレーザモジュール。
- 前記透光性保護部材の光入射面に入射する光のパワー密度が10W/mm2以下であることを特徴とする請求項5に記載のレーザモジュール。
- 前記レーザ素子の発振波長が350〜500nmであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のレーザモジュール。
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