JP2007096076A - Semiconductor laser evaluation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば光学ピックアップ用の半導体レーザなど温度条件により動作特性が変化する電子部品の、動作時の温度をパラメータとした特性を評価する半導体レーザ評価装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser evaluation apparatus for evaluating characteristics of an electronic component whose operating characteristics change depending on temperature conditions, such as a semiconductor laser for an optical pickup, using the operating temperature as a parameter.
近年、発展が著しい光通信や、CD(Compact Disc),DVD(Digital Versatile Disc)などに代表される光ディスク記録媒体を用いた光情報処理分野におけるキーデバイスとして半導体レーザは益々その重要性を増し、また用途に応じた種々のものが製造メーカから提供されている。 In recent years, semiconductor lasers have become increasingly important as key devices in the field of optical information processing using optical disc recording media represented by optical communication, CD (Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc), etc. Various products according to the application are provided by manufacturers.
従来用いられてきた光ディスクのピックアップ用の半導体レーザの構造の一例を、図12を参照して説明する。
従来の半導体レーザ200は、レーザチップが金属製のキャップ200aの内部でヒートシンクにマウントされた、いわゆるメタル・キャン・パッケージをなし、図12Aに示すように、キャップ200aの頭頂部にカバーガラスによるレーザ光の出射窓200bが形成される。そして、キャップ200aの下部に設けられたステム200cの下面からはリードピン200dが伸びた形状となっている。
An example of the structure of a semiconductor laser for picking up an optical disk conventionally used will be described with reference to FIG.
The
このように、レーザチップで発生した熱はヒートシンク,キャップ,ステム,リードピンと速やかに伝えることができるような構造であるため、例えば図12Bに示すような、半導体レーザ200を装着した状態でソケット201を取付治具202に取り付け、さらにこの取付治具202を放熱板などに取り付け、動作中のレーザチップの温度を比較的容易に所定の温度内に収め、安定動作を行なわせることができる。
As described above, since the heat generated in the laser chip can be quickly transferred to the heat sink, cap, stem, and lead pin, for example, the socket 201 with the
ところで、この種の半導体レーザは開発時に特性を評価する必要がある。
例えば、一般に半導体レーザチップは入力電流が所定値を越えると素子自体からの発熱量が放熱量を上回るようになり、素子自体の過昇温によりレーザ光の出射出力が小さくなる。図13は、半導体レーザを放熱板などに固定せずに入力電流(mA)を徐々に上げていったときの、順電流に対する光出力特性(I−L特性)を示しており、所定の電流値を越えると出力が減少することがわかる。
このため、さまざまな機器に実装される半導体レーザでは、安定動作領域を明確に設定することが重要で、半導体レーザの動作時の温度をパラメータとした種々の特性を明確化することが必要である。
By the way, it is necessary to evaluate the characteristics of this type of semiconductor laser during development.
For example, in general, in a semiconductor laser chip, when the input current exceeds a predetermined value, the amount of heat generated from the element itself exceeds the amount of heat dissipation, and the laser beam emission output decreases due to excessive temperature rise of the element itself. FIG. 13 shows light output characteristics (IL characteristics) with respect to forward current when the input current (mA) is gradually increased without fixing the semiconductor laser to a heat sink or the like. It can be seen that the output decreases when the value is exceeded.
For this reason, in semiconductor lasers mounted on various devices, it is important to clearly set the stable operation region, and it is necessary to clarify various characteristics using the temperature during operation of the semiconductor laser as a parameter. .
この温度により特性が大きく変動する半導体レーザの特性を正確に把握する技術として、従来特許文献1に開示されているようなものが知られている。
この特許文献1には、半導体レーザにおける光特性の温度依存性の測定方法及びその装置に関するものが開示されている。この半導体レーザの光特性の温度依存性の測定方法は、温度を連続的に変化させつつ、半導体レーザの特性の1つあるいは2以上が、予め決めてある上限及び下限値をおおむね越えた時に、半導体レーザの電源出力の連続的変化の方向を反転させながら、所定の温度範囲にわたって連続的に測定を行うようにしたものである。
This Patent Document 1 discloses a method and an apparatus for measuring temperature dependence of optical characteristics in a semiconductor laser. This method of measuring the temperature dependence of the optical characteristics of the semiconductor laser is such that when one or more of the characteristics of the semiconductor laser substantially exceed predetermined upper and lower limits while continuously changing the temperature, The measurement is continuously performed over a predetermined temperature range while reversing the direction of the continuous change in the power output of the semiconductor laser.
とこで、上述のような半導体レーザが単体で用いられるメタル・キャン・パッケージ型のものに対し、実装スペースがよりコンパクトで機器の調整が簡単となるように、半導体レーザチップと周辺機器が集積・一体化された光集積素子であるレーザカプラが普及しつつある。 Now, the semiconductor laser chip and peripheral devices are integrated so that the mounting space is more compact and the equipment can be easily adjusted, compared to the metal can package type where the semiconductor laser is used alone. Laser couplers, which are integrated optical integrated devices, are becoming widespread.
図8A及びBは、レーザカプラの一例の外観斜視図であり、斜め上方視による図8Aに示すように、レーザカプラ10は、ダイプレート15上に光集積素子100がマウントされ、光集積素子100を覆うように開口を有するカバー16が設けられたものである。
8A and 8B are external perspective views of an example of a laser coupler. As shown in FIG. 8A as viewed obliquely from above, the
この光集積素子100は、外観斜視図である図9及び側断面である図10に示すように、フォト・ディテクタIC101の上に、光学マイクロプリズム102と、フォトダイオード103上に半導体レーザ104を載せた、いわゆるLOP(Laser on Photodiode)チップとが互いに隣接してマウントされている。
フォト・ディテクタIC101は、光信号検出用の一対のフォトダイオードPD1及びPD2のほか、これらのフォトダイオードPD1及びPD2の出力電流信号の電流−電圧(I−V)変換アンプ及び演算処理部(いずれも図示せず)がIC化されたものである。ここで、フォトダイオードPD1及びPD2としては、例えばそれぞれのフォトダイオードが四分割されたものが用いられ、図10に示すように、フォトダイオードPD1及びPD2の表面は窒化シリコン(SiN)膜や酸化シリコン(SiO2)膜などによるハーフミラー層110で覆われる。
As shown in FIG. 9 which is an external perspective view and FIG. 10 which is a side sectional view, this optical integrated device 100 has an optical microprism 102 and a
The photo-detector IC 101 includes a pair of photodiodes PD1 and PD2 for detecting an optical signal, a current-voltage (IV) conversion amplifier and an arithmetic processing unit (both of output current signals from the photodiodes PD1 and PD2). (Not shown) is an IC. Here, as the photodiodes PD1 and PD2, for example, those obtained by dividing each photodiode into four parts are used, and as shown in FIG. 10, the surface of the photodiodes PD1 and PD2 is a silicon nitride (SiN) film or silicon oxide. The
光学マイクロプリズム102は、図10に示すように、光入射面となる斜面102a、上面102b、底面102c、端面102d及び端面102eを有する。そして、斜面102aにはハーフミラー105が形成され、上面102bには全反射膜106が形成され、LOPチップ側の端面102dは鏡面に構成され、LOPチップと反対側の端面102eには光吸収膜107が形成されている。
また、光学マイクロプリズム102の底面102cの全面に反射防止膜108が形成され、このように形成された光学マイクロプリズム102がフォト・ディテクタIC101のフォトダイオードPD1及びPD2の形成面の側に紫外線硬化型樹脂などによる接着層109を介して接着されてマウントされる。
フォトダイオード103は、半導体レーザ104のリア側の端面からの光出力をモニタし、それによってフロント側の端面からの光出力をモニタするためのもので、いわゆるリアAPC(Auto Power Control:自動出力制御)駆動法を用いた光出力制御が行われるように構成されている。
As shown in FIG. 10, the optical microprism 102 has an inclined surface 102a, a
Further, an antireflection film 108 is formed on the
The photodiode 103 is for monitoring the light output from the rear end face of the
ダイプレート15は、略長方形のセラミックス配線板よりなるもので、図8Bに示すように、光集積素子100の搭載面と反対面に、光集積素子100で発生した熱を逃がすための金属膜によるダイパッド15aと、その周りの3辺側に埋め込みビアと内層配線層とを介し光集積素子100と電気的に接続される複数のランド15b,15b,…が設けられる。
カバー16は、図8Aに示すように、光集積素子100に対して、上部の出射窓16aと放熱窓である開口16b、16cが設けられる。
そして、略長方形をなすダイプレート15の図8Aに示す2つの短辺部に設けられている凹部を用いて、ダイプレート15が位置決めされた状態で光集積素子100を所定位置にマウントし、さらに光集積素子100から出射されるレーザ光や光ディスクで反射されて返ってきた光を妨げない所定位置にカバー16が設けられてレーザカプラ10が組み立てられる。
The die plate 15 is made of a substantially rectangular ceramic wiring board. As shown in FIG. 8B, the die plate 15 is formed on a surface opposite to the mounting surface of the optical integrated device 100 with a metal film for releasing heat generated in the optical integrated device 100. The die pad 15a and a plurality of lands 15b, 15b,... That are electrically connected to the optical integrated device 100 through buried vias and inner wiring layers are provided on the three sides around the die pad 15a.
As shown in FIG. 8A, the cover 16 is provided with an
Then, using the concave portions provided in the two short sides shown in FIG. 8A of the substantially rectangular die plate 15, the optical integrated device 100 is mounted at a predetermined position with the die plate 15 positioned, and The cover 16 is provided at a predetermined position that does not block the laser light emitted from the optical integrated device 100 or the light reflected and returned from the optical disc, and the
このように構成されたレーザカプラ10の動作を図10及び図11を参照して説明する。なお、図11では、要部である光集積素子100の部分のみ示してある。
光集積素子100の半導体レーザ104のフロント側の端面から出射されたレーザ光Lは、光学マイクロプリズム102の斜面102a上のハーフミラー105(図10)で反射された後、対物レンズOLにより集光され、信号の読み取りを行うディスクDに入射する。このディスクDで反射されたレーザ光Lは、光学マイクロプリズム102の斜面102a上のハーフミラー105(図10)を通ってこの光学マイクロプリズム102の内部に入る。この光学マイクロプリズム102の内部に入った光のうち半分(50%)の光はフォトダイオードPD1に入射し、残りの半分(50%)の光はこのフォトダイオードPD1上に形成されたハーフミラー層110(図10)と光学マイクロプリズム102の上面102bとで順次反射されてフォトダイオードPD2に入射する。
The operation of the thus configured
Laser light L emitted from the front end face of the
そして、レーザカプラ10は、レーザ光LがディスクDの記録面上に焦点を結んでいるときに、前後のフォトダイオードPD1及びPD2上のスポットサイズが同じになるように設計される。
このため、光ディスクD面のうねりなどにより焦点位置が記録面からずれると、これらのフォトダイオードPD1及びPD2上のスポットサイズは互いに異なってくる。そして、フォトダイオードPD1からの出力信号とフォトダイオードPD2からの出力信号との差を焦点位置のずれに対応させることにより、フォーカスエラー信号を検出することができる。
そして、このフォーカスエラー信号のゼロ点が、焦点位置がディスクDの記録面に一致した点、つまりジャストフォーカス点に対応し、このフォーカスエラー信号がゼロとなるようにフォーカスサーボ系にフィードバックを与える。このようにして、ジャストフォーカス状態が維持され、ディスクDの再生が支障なく行われる。
The
For this reason, when the focal position deviates from the recording surface due to the undulation of the optical disk D surface, the spot sizes on the photodiodes PD1 and PD2 are different from each other. The focus error signal can be detected by making the difference between the output signal from the photodiode PD1 and the output signal from the photodiode PD2 correspond to the shift of the focal position.
The zero point of the focus error signal corresponds to the point where the focal position coincides with the recording surface of the disk D, that is, the just focus point, and feedback is given to the focus servo system so that the focus error signal becomes zero. In this way, the just focus state is maintained, and the reproduction of the disk D is performed without any trouble.
このようなレーザカプラの動作マージンを含む作動特性を明確かつ正確に評価することが必要となるが、従来のメタル・キャン・パッケージとは形状のみならず実装形態も異なるため、従来の特性評価装置を用いることはできない。 Although it is necessary to clearly and accurately evaluate the operating characteristics including the operating margin of such a laser coupler, the conventional metal can package is different not only in shape but also in mounting form. Cannot be used.
本発明はかかる点に鑑み、パッケージの基体の一面に発熱素子が実装され、他面に放熱部を有し温度条件により動作特性が変化する、例えば光学ピックアップ用のレーザカプラの半導体レーザの、動作時の温度をパラメータとした特性を効率的に評価することができる半導体レーザ評価装置を提案するものである。 In view of this point, the present invention has an operation of a semiconductor laser of a laser coupler for an optical pickup, for example, in which a heating element is mounted on one side of a package base, and a heat radiation part is provided on the other side and its operating characteristics change depending on temperature conditions The present invention proposes a semiconductor laser evaluation apparatus capable of efficiently evaluating characteristics using the time temperature as a parameter.
上記課題を解決するため、本発明は特性検出部と部品駆動部とを有し、パッケージの基体の一面に放熱部を有する半導体レーザの特性を評価する半導体レーザ評価装置において、部品駆動部が、半導体レーザを駆動する電子回路が実装される部品駆動基板と、部品駆動基板を制御するための制御基板と、半導体レーザの接続端子との電気的な接触端子が設けられ、接触端子が部品駆動基板の接続端子に電気的に接続自在とされるように延設され、半導体レーザを着脱自在に支持し、放熱部に対応する位置に貫通孔を有するソケットと、熱板とこの熱板を温度制御する温度制御ユニットと、ソケットの貫通孔に挿通する突出部を有するとともに熱板に設けられる熱伝達部材と、を備えたものである。 In order to solve the above problems, the present invention has a characteristic detection unit and a component drive unit, and in the semiconductor laser evaluation apparatus for evaluating the characteristics of a semiconductor laser having a heat dissipation unit on one surface of a package base, the component drive unit includes: A component drive board on which an electronic circuit for driving the semiconductor laser is mounted, a control board for controlling the component drive board, and an electrical contact terminal of the connection terminal of the semiconductor laser are provided, and the contact terminal is the component drive board The socket is extended so that it can be electrically connected to the connection terminal of the semiconductor device, supports the semiconductor laser in a detachable manner, has a through-hole at a position corresponding to the heat radiating portion, a heat plate, and controls the temperature of the heat plate. And a heat transfer member provided on the hot plate as well as having a protrusion inserted into the through hole of the socket.
このように構成した半導体レーザ評価装置によれば、半導体レーザの放熱部に熱伝達部材の突出部が当接するようになされ、半導体レーザで発生した熱が熱伝達部材を介して熱板に放熱される。そして、熱板の設定温度に近くなるように半導体レーザが温度調節される。 According to the semiconductor laser evaluation apparatus configured as described above, the protruding portion of the heat transfer member comes into contact with the heat radiating portion of the semiconductor laser, and the heat generated by the semiconductor laser is radiated to the heat plate via the heat transfer member. The Then, the temperature of the semiconductor laser is adjusted so as to be close to the set temperature of the hot plate.
本発明半導体レーザ評価装置によれば、パッケージの基体の一面に発熱素子が実装され、他面に放熱部を有し温度条件により動作特性が変化する、例えば光学ピックアップ用のレーザカプラの半導体レーザの、動作時の温度をパラメータとした入出力特性を、効率的かつ精度よく評価することができる。 According to the semiconductor laser evaluation apparatus of the present invention, a heat generating element is mounted on one surface of a package base, and a heat radiation portion is provided on the other surface, and its operating characteristics change depending on temperature conditions. The input / output characteristics using the operating temperature as a parameter can be evaluated efficiently and accurately.
本発明の一実施の形態の例を図1〜図11を参照して説明する。
本実施の形態では、半導体レーザの例として光学ピックアップ用のレーザカプラを用い、レーザダイオードの光出力特性の半導体レーザ評価装置としたものである。
An example of an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, a laser coupler for an optical pickup is used as an example of a semiconductor laser, and a semiconductor laser evaluation apparatus for optical output characteristics of a laser diode is provided.
図8A及びBは、レーザカプラの外観斜視図である。図で10はレーザカプラを示し、レーザカプラ10は、斜め上方視による図8Aに示すように、セラミックス製のダイプレート15上に光集積素子100がマウントされ、光集積素子100を覆うように出射窓16aと開口16b,16cを有する保護用のカバー16が設けられている。ここでレーザカプラの大きさの一例を述べると、幅8mm奥行き4mm高さ3mm程のものである。
8A and 8B are external perspective views of the laser coupler. In the figure,
光集積素子100には、2つのフォトダイオードPD1,PD2を有するフォト・ディテクタIC101の上に、半導体レーザ104が搭載されその出力をモニタして一定になるように駆動電流を変化させる自動出力制御(APC:Automatic Power Control)を行わせるためのFPDIC(Front Monitor Photo Detector IC)103と、光学マイクロプリズム102とが隣接配置される。
In the optical integrated device 100, a
ダイプレート15には、図8Bに示すように、光集積素子100の搭載面と反対面に、発生した熱を逃がすための金属膜によるダイパッド15aと、その周りの3辺側に光集積素子100と電気的に接続するためのランド15b,15b,…が設けられる。ここでレーザカプラ10に形成されるランド15b,15b,…のピッチ間隔は略0.5mmである。
カバー16には、レーザ光の出射窓16aと放熱用の2つの開口16b,16cが設けられる。
そして、このように構成されたレーザカプラ10は、その光集積素子100から、図11に示すように、半導体レーザ104からレーザ光を照射するとともに光ディスクDでの反射光を、光学マイクロプリズム102を介してフォト・ディテクタIC101のフォトダイオードPD1,PD2で受光して、光ディスクDに記録された情報信号を電気信号に変換するとともにサーボ用の電気信号を演算して得るようにしている。
As shown in FIG. 8B, the die plate 15 has a die pad 15a made of a metal film for releasing generated heat on the surface opposite to the mounting surface of the optical integrated device 100, and the optical integrated device 100 on the three sides around the die pad 15a. Lands 15b, 15b,... Here, the pitch interval between the lands 15b, 15b,... Formed in the
The cover 16 is provided with a laser
Then, the
次に、レーザカプラ10のレーザ出力の半導体レーザ評価装置を説明する。
図1は、レーザカプラ10のレーザ出力の順電流−光出力特性(以下、「I−L特性」という)の測定システムを説明するブロック図である。この測定システムは、図1に示すように、概ねレーザ光の出射部1と、出射されたレーザ光を受ける光検出部2との2つの部分からなる。
出射部1は、レーザカプラ10と、このレーザカプラ10を駆動するためのレーザドライバ回路50と、レーザカプラ10を動作時の温度を所定値に安定するように調節する温度制御ユニット30と、図示しない電源ユニットなどから構成される。
一方、光検出部2は、図3に示すように、短冊状プレートの上部に円形の受光部を持つ光検出器2aと図示しない光検出測定回路2bとを備えた、いわゆる光パワーメータである。
そして、出射部1から出射されるレーザ光の光軸上で、この光軸から広がる光を漏れなく受光することができるように、光検出器2aの円形の受光部がレーザカプラ10の出射窓16a近くに配置されて、所定の動作時の温度でのI−L特性を得るようにする。
Next, a semiconductor laser evaluation apparatus for the laser output of the
FIG. 1 is a block diagram for explaining a system for measuring the forward current-optical output characteristics (hereinafter referred to as “IL characteristics”) of the laser output of the
The emission unit 1 includes a
On the other hand, as shown in FIG. 3, the light detection unit 2 is a so-called optical power meter provided with a
The circular light receiving portion of the
図2は、図1に示す出射部1の構成を示すブロック図である。
温度制御ユニット30は、サーミスタや熱電対などによる温度センサ31と、この温度センサ31による温度情報と予め設定される温度とから温度調節信号を出力する温度制御回路32と、温度調節信号により所定温度となるように発熱・吸熱するためのペルチェ素子などによる発熱・吸熱素子33と、発熱・吸熱素子33に密着固定された熱板34とから構成される。そして、熱板34とレーザカプラ10とは破線で示す熱伝達部材18により熱的に接続される。
一方、レーザカプラ10は、ソケット20を介しレーザカプラ10を駆動するためのレーザドライバICが搭載されている部品駆動基板であるレーザ駆動基板(以下、「LDD基板」という)52と電気的に接続され、さらにこのLDD基板52は制御基板51と接続されてレーザドライバICがシリアル制御される。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the emitting unit 1 shown in FIG.
The
On the other hand, the
次に、出射部1の具体的構造について説明する。
図4A及びBは、それぞれ本例の半導体レーザ評価装置のレーザカプラ10の取り付け構造を説明する、側断面図及び外観斜視図である。図4Bに示すように、破線で示す温度制御ユニット30に密着固定される熱板34に対して熱伝達部材18とブラケット26とが固定され、ブラケット26に対してレーザカプラ10が装着されるソケット20が設けられる。
Next, a specific structure of the emitting unit 1 will be described.
4A and 4B are a side sectional view and an external perspective view, respectively, for explaining the mounting structure of the
熱板34は、熱伝導性が良好な金属などによる板で、下面に発熱・吸熱素子33が固定される。このとき発熱・吸熱素子33と熱板34との間相互の熱伝達が速やかに行われるように、例えば双方の面を櫛歯状に加工して接触するように噛み合わせ、大きな接触面積を持たせるようにするのがよい。
ブラケット26は、強度の面から金属などで作製され、ソケット20を固定するために熱板34に立設され、図4A及びBに示すように、熱板34との取り付け部26aから上方に2つのアーム26b,26bを突設させ、このアーム26b,26bにソケット20との図示しない位置決め孔と固定用ねじ孔とが設けられる。なお、金属で作製したブラケット26を用いて直接熱板34に固定すると、このブラケット26が熱板34の一部として伝熱を担うこととなり、放熱板として働き熱板34の温度分布に影響を与えるので、ブラケット26の熱板34への固定は断熱シートなどを介して行うのがよい。
The
The bracket 26 is made of metal or the like from the viewpoint of strength, and is erected on the
ソケット20は、図5A及びBに示すように、例えば大きさが幅25mm奥行き22mm高さ15mm程度で4つの脚部を有する形状としたプラスチック・モールドによる成型品である。そして、図5Aの示すように、この表面20-1にレーザカプラ10を保持するための、底面が凸字形状の凹部20aが設けられる。この凹部20aの底面部には、レーザカプラ10のランド15b,15b,…(図8B)と対応する位置に接触端子であるコンタクトピン20b,20b,…を設け、ダイパッド15aと対応する位置に貫通孔20fを設ける。ここで、コンタクトピン20b,20b,…は、図8Bに示すレーザカプラ10のランド15b,15b,…のピッチ略0.5mmで計20個設けられる。
そして、ソケット20の表面20-1側の凹部20aに設けられコンタクトピン20b,20b,…は、図5Bに示すように、裏面20-2側に延設され、所定の間隔・長さで突出したリードピン20c,20c,…とされている。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
Then, the contact pins 20b, 20b,... Provided in the
また、ソケット20の図5Aに示す表面20-1には、レーザカプラ10を凹部20a内に着脱自在に保持するため、ばねなどによる図示しない押付け部材が設けられる。一方、ソケット20の図5Bに示す脚部の先端面には、ブラケット26との位置決め用の突起20d,20dと固定用のねじ挿通孔20e,20eが設けられる。
なお、ソケット20の裏面20-2側に設けられるリードピン20c,20c,…は、レーザカプラ10のランド15b,15b,…のピッチ間隔に合わせて形成される表面20-1側のコンタクトピン20b,20b,…のピッチのままではLDD基板52との接続が難しいため、そのピン間距離を拡張し、例えば略2mmになるように形成される。
5A of the
The lead pins 20c, 20c,... Provided on the back surface 20-2 side of the
熱伝達部材18は、熱板34に立設され、図6に示すように、熱板34との取り付け部18aから上方に1つのスタンド18bを突設させるとともに、このスタンド18bの上部から熱板34と略平行に延びるシャフト18cが設けられる。ここでシャフト18cは、図4Aに示すように、ブラケット26に固定された状態でのソケット20の貫通孔20fに挿通自在となる高さと太さに作製される。
そして、このシャフト18cの軸方向には、温度センサを挿通固定するため、図4A及び図5に示すように、貫通孔18dが設けられる。なお、取り付け部18aには、固定ねじ挿通用の長孔18fが4つ設けられる。
温度センサ31は、用いる温度制御ユニット30により熱電対やサーミスタ抵抗体など種々ある中の何れかが選択され、レーザカプラ10のダイパッド15a(図8)に近接する熱伝達部材18のシャフト18cの先端面18e付近の温度を測定するようにする。ここで検出された温度信号が温度制御ユニット30に入力される。
The heat transfer member 18 is erected on the
And in the axial direction of this shaft 18c, in order to insert and fix a temperature sensor, as shown to FIG. 4A and FIG. 5, the through-hole 18d is provided. The attachment portion 18a is provided with four long holes 18f for inserting fixing screws.
The
このように構成されたレーザダイオードの光出力特性の半導体レーザ評価装置は、図4Aに示すように、先ず、温度制御ユニット30に設けられた熱板34上に、ブラケット26を立設・固定する。それから、熱伝達部材18を熱板34上に載置し、シャフト18cの軸方向に移動できるように、4つの長孔18fにねじを軽く螺入する。
一方、ソケット20には、図5Bに示す裏面側のリードピン20c,20c,…にLDD基板52(図2)と電気的に接続される図示しないコネクタを接続する。
そして、ソケット20を貫通孔20fに熱伝達部材18のシャフト18cを挿通した状態で、ブラケット26の図示しない位置決め孔と固定用ねじ孔とを用いて位置決め・固定する(図4A)。
As shown in FIG. 4A, the semiconductor laser evaluation apparatus for the light output characteristics of the laser diode configured as described above first places and fixes the bracket 26 on the
On the other hand, a connector (not shown) that is electrically connected to the LDD substrate 52 (FIG. 2) is connected to the
Then, the
そして、図4に示す熱伝達部材18のシャフト18cの先端面18eがソケット20の凹部20aの底面と略同一面となるように、熱板34上で熱伝達部材18の位置を微調整しねじで固定する(図4A)。
それから、温度制御ユニット30に接続されている温度センサ31を、図4Aに示す左側から熱伝達部材18の貫通孔18dに挿通し、先端面18eに近くかつ突出しない位置に固定する。
これで、図1に示す半導体レーザ評価装置の出射部1が組み上がる。
最後に、レーザカプラ10から出射される光が全て受光できる位置に、図1に示す光検出部2の光検出器2aの受光部を設ける(図3参照)。
Then, the position of the heat transfer member 18 is finely adjusted on the
Then, the
Thus, the emission unit 1 of the semiconductor laser evaluation apparatus shown in FIG. 1 is assembled.
Finally, the light receiving portion of the
このように構成される半導体レーザ評価装置の動作は、先ずレーザカプラ10を作動させる環境温度を予め設定して温度制御ユニットを作動させる。そして、制御基板51からLDD基板52、ソケット20を介してレーザカプラ10に所定の電流を入力し、この入力電流に対するレーザ光の出力を光検出部2(パワーメータ)で測定する。以降同様に、所定の電流間隔で入力順電流を変えて、それぞれの入力順電流に対するレーザ光の出力を光検出部2で測定することで所定の動作時の温度におけるI−L特性曲線を得ることができる。
図7は、このようにして得た所定の温度でのI−L特性の例で、横軸が入力順電流(mA)で、縦軸がレーザ光出力(mW)である。レーザ光が出射し始めてから入力順電流に対してほぼ直線状に出力が増大していることが分かる。そして、図7で目盛は任意で示したが、所定の製品についての実測定によりレーザ光が出射し始める電流である閾値電流(Ith)と所定のレーザ出力を得る動作電流(Iop)を読み取ることができる。
In the operation of the semiconductor laser evaluation apparatus configured as described above, first, the environmental temperature for operating the
FIG. 7 is an example of the IL characteristic at a predetermined temperature obtained in this manner. The horizontal axis represents the input forward current (mA), and the vertical axis represents the laser light output (mW). It can be seen that the output increases almost linearly with respect to the input forward current after the laser beam begins to be emitted. Although the scale is arbitrarily shown in FIG. 7, a threshold current (I th ) that is a current at which laser light starts to be emitted by actual measurement of a predetermined product and an operating current (I op ) for obtaining a predetermined laser output are shown. Can be read.
そして、特性評価試験のとき、レーザカプラ10の動作により図9に示す半導体レーザ104が発熱するが、この熱はレーザカプラ10の光集積素子100,ダイパッド15a,熱伝達部材18の先端面18e,シャフト18c,スタンド18b,取り付け部18a,そして熱板34の順に伝わり放熱され、レーザカプラ10の温度が熱板34の温度に近づくようになされる。
一方、レーザカプラ10の温度は、ダイパッド15a近傍のシャフト18cの先端に設けられた温度センサ31でモニタされ、この温度情報が温度制御回路32に入力される(図2,図4A)。
During the characteristic evaluation test, the
On the other hand, the temperature of the
そして、予め設定された温度よりもレーザカプラ10の温度の方が高くなると、発熱・吸熱素子33は吸熱動作、すなわち電子冷却動作を行なう。また、吸熱動作により設定温度よりレーザカプラ10の温度の方が低くなると、発熱・吸熱素子33は発熱動作を行なうようになされる。
すなわち、予め設定された温度条件を中心として温度調整が行われるとともに、レーザカプラ10の温度をダイパッド15aに隣接する位置に配した温度センサ31でモニタしているため、温度制御での応答性が良好かつ高精度に行われる。
また、印加する電圧の極性を替えることで吸熱させたり発熱させたりすることができるペルチェ素子などの発熱・吸熱素子33を用いているため、簡便かつコンパクトに構成することができる。
When the temperature of the
That is, temperature adjustment is performed centering on a preset temperature condition, and the temperature of the
In addition, since the heat generating /
このように本例の半導体レーザ評価装置では、レーザカプラのように発熱部(光集積素子)が比較的伝熱性が小さいセラミック基板によるダイプレート上にマウントされていても、このセラミック基板上の放熱パッドに熱伝達部材を当接させ温度制御されている熱板と熱的に接続することにより、金属からなるキャップ、ステム、リードピンから速やかに放熱することができる従来のメタル・キャン・パッケージをなす半導体レーザにおけると同様に動作時の温度をパラメータとした特性を効率的に評価することができる。 As described above, in the semiconductor laser evaluation apparatus of this example, even if the heat generating portion (optical integrated element) is mounted on a die plate made of a ceramic substrate having relatively small heat conductivity like a laser coupler, the heat dissipation on the ceramic substrate is performed. A conventional metal can package that can quickly dissipate heat from caps, stems, and lead pins made of metal by contacting the heat transfer member to the pad and thermally connecting to a temperature-controlled hot plate. As in the semiconductor laser, the characteristics using the operating temperature as a parameter can be efficiently evaluated.
なお、上述例では、レーザカプラの動作温度の設定、レーザ出力への入力電流値の設定及びレーザ出力の測定は、説明の便のためそれぞれ別に作業する手順として説明したが、例えば動作温度の設定を−20℃〜90℃まで10℃間隔で、入力電流を0mA〜1mAまで0.05mA刻みで増加させ、そのときのレーザ出力を自動で測定することも、制御基板51、温度制御ユニット30、光検出部2のそれぞれに適切な入出力インターフェースを設けることでシーケンサあるいはパーソナルコンピュータにより実施できるものである。 In the above example, the setting of the operating temperature of the laser coupler, the setting of the input current value to the laser output, and the measurement of the laser output have been described as separate procedures for convenience of explanation. Can be measured at intervals of 10 ° C. from −20 ° C. to 90 ° C. and the input current is increased from 0 mA to 1 mA in increments of 0.05 mA, and the laser output at that time can be automatically measured. It can be implemented by a sequencer or a personal computer by providing an appropriate input / output interface for each of the light detection units 2.
また、上述例ではレーザ光の特性としてI−L特性の測定を例に説明したが、光検出部2に光パワーメータを用いたものとしてモニタ出力電流(Im)−光出力特性や順電流(If)−順電圧(Vf)特性などの評価にも用いることができる。
そして、半導体レーザ評価装置として出射部1と光検出部2とからなる構成の測定システムで説明したが、レーザ特性を評価するのでなく、一面に放熱用のダイパッドを有し、その電気的特性が顕著な温度依存性を有する電子部品、例えば、光学素子、ICについて同様の構成により特性を評価することができる。この場合、光検出部の代わりに当該電子部品で採取する特性に合わせて必要とされる特性検出手段を設け、LDD基板(図2)の代わりに当該電子部品の部品駆動基板を設ける。
In the above example, the measurement of the IL characteristic is described as an example of the characteristic of the laser beam. However, the monitor output current (I m ) -the optical output characteristic or the forward current is assumed to use the optical power meter for the light detection unit 2. It can also be used to evaluate (I f ) -forward voltage (V f ) characteristics.
In addition, the semiconductor laser evaluation apparatus has been described with the measurement system having the emission unit 1 and the light detection unit 2. However, instead of evaluating the laser characteristics, the semiconductor device has a die pad for heat dissipation on one side, and the electrical characteristics are It is possible to evaluate the characteristics of electronic components having remarkable temperature dependency, such as optical elements and ICs, with the same configuration. In this case, instead of the light detection unit, a characteristic detection unit required according to characteristics collected by the electronic component is provided, and a component drive substrate for the electronic component is provided instead of the LDD substrate (FIG. 2).
また、ソケット20とレーザカプラ10との電気的な接続を、レーザカプラ10下面の接続ランド15b,15b,…とソケット20の凹部20aの底面に設けたコンタクトピン20b,20b,…とで行う例で説明したが、これに限らず接続ランドがダイプレートの上面側に設けられるような場合はレーザカプラ10を着脱自在に保持する押付け部材にコンタクトピンを設けるようにしてもよい。
さらに、本例におけるレーザカプラ10は、レーザカプラ10下面に放熱のためのダイパッド15aを有する例で説明したが、これに限らずダイプレート15の側面などの一面に放熱用の金属パッドが設けられている場合は、このときのレーザカプラ10の形態に応じた形状のソケットを用い、この金属パッドと熱板とに当接する形状とした熱伝達部材を介してこれらを熱的に接続すればよい。
Further, the electrical connection between the
Furthermore, although the
本例の半導体レーザ評価装置によれば、予め設定された温度条件を中心として温度調整が行われるとともに、レーザカプラのダイパッドに隣接する位置に配した温度センサでレーザカプラの温度をモニタしているため、温度制御での応答性が良好で高精度に行うことができる。また、印加する電圧の極性を替えることで吸熱させたり発熱させたりすることができるペルチェ素子などの発熱・吸熱素子を用いているため、簡便かつコンパクトに構成することができる。そして、レーザカプラの動作時の温度をパラメータとした電気的特性を効率的かつ高精度に評価することができる。 According to the semiconductor laser evaluation apparatus of this example, temperature adjustment is performed centering on a preset temperature condition, and the temperature of the laser coupler is monitored by a temperature sensor arranged at a position adjacent to the die pad of the laser coupler. Therefore, the responsiveness in temperature control is good and can be performed with high accuracy. In addition, since a heat-generating / heat-absorbing element such as a Peltier element that can absorb heat or generate heat by changing the polarity of the applied voltage is used, it can be configured simply and compactly. In addition, it is possible to efficiently and accurately evaluate the electrical characteristics using the temperature during operation of the laser coupler as a parameter.
1…出射部、10…レーザカプラ、18…熱伝達部材、20…ソケット、30…温度制御ユニット、31…温度センサ、32…温度制御回路、33…発熱・吸熱素子、34…熱板、51…制御基板、52…LDD基板(レーザダイオード・ドライバ基板) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Output part, 10 ... Laser coupler, 18 ... Heat transfer member, 20 ... Socket, 30 ... Temperature control unit, 31 ... Temperature sensor, 32 ... Temperature control circuit, 33 ... Exothermic / heat-absorbing element, 34 ... Heat plate, 51 ... Control board, 52 ... LDD board (Laser diode driver board)
Claims (4)
前記部品駆動部が、
前記半導体レーザを駆動する電子回路が実装される部品駆動基板と、
前記部品駆動基板を制御するための制御基板と、
前記半導体レーザの接続端子との電気的な接触端子が設けられ、前記接触端子が前記部品駆動基板の接続端子に電気的に接続自在とされるように延設され、前記半導体レーザを着脱自在に支持し、前記放熱部に対応する位置に貫通孔を有するソケットと、
熱板と該熱板を温度制御する温度制御ユニットと、
前記ソケットの前記貫通孔に挿通する突出部を有するとともに前記熱板に設けられる熱伝達部材と、
を備えた
ことを特徴とする半導体レーザ評価装置。 In a semiconductor laser evaluation apparatus for evaluating the characteristics of a semiconductor laser having a characteristic detection unit and a component driving unit, and having a heat dissipation unit on one surface of a package substrate,
The component drive unit is
A component drive board on which an electronic circuit for driving the semiconductor laser is mounted;
A control board for controlling the component drive board;
An electrical contact terminal with the connection terminal of the semiconductor laser is provided, the contact terminal extends so as to be electrically connectable to the connection terminal of the component drive board, and the semiconductor laser is detachable A socket having a through hole at a position corresponding to the heat radiating portion;
A heat plate and a temperature control unit for controlling the temperature of the heat plate;
A heat transfer member provided on the hot plate and having a protrusion inserted into the through hole of the socket;
A semiconductor laser evaluation apparatus comprising:
前記熱伝達部材の前記半導体レーザとの当接部近傍に温度センサを設け、動作時の前記半導体レーザが所定温度となるように定温制御する
ことを特徴とする半導体レーザ評価装置。 The semiconductor laser evaluation apparatus according to claim 1,
A semiconductor laser evaluation apparatus, wherein a temperature sensor is provided in the vicinity of a contact portion of the heat transfer member with the semiconductor laser, and constant temperature control is performed so that the semiconductor laser during operation has a predetermined temperature.
前記半導体レーザの動作時の温度を定温制御するとともに、
前記部品駆動基板から前記半導体レーザに入力される駆動入力値を予め設定された値となるように順次変更して出力値を得るようにし、前記動作時の温度をパラメータとした前記半導体レーザの特性を得る
ことを特徴とする半導体レーザ評価装置。 The semiconductor laser evaluation apparatus according to claim 2,
While controlling the temperature during operation of the semiconductor laser at a constant temperature,
Characteristics of the semiconductor laser using the temperature at the time of operation as a parameter so as to obtain an output value by sequentially changing the drive input value input from the component drive board to the semiconductor laser to a preset value. The semiconductor laser evaluation apparatus characterized by obtaining.
前記半導体レーザが、レーザダイオードがマウントされ光ディスク記録媒体に記録された情報信号を再生するための光集積素子を搭載したレーザカプラであり、前記特性が順電流を入力値としたときの前記レーザダイオードの光出力特性であって、
前記特性検出部に、前記レーザダイオードの出力を検出する光検出器を用い、
前記部品駆動部に、前記部品駆動基板に前記レーザダイオードを駆動するレーザドライバICが実装され電気的接続端子を有するレーザ駆動基板と、前記制御基板に前記レーザ駆動基板を制御するためのレーザ制御基板とを用い、前記熱板と、ペルチェ素子を用いた前記温度制御ユニットと、前記熱伝達部材と、を備え、
前記光出力特性を前記レーザカプラの前記動作時の温度をパラメータとして得る
ことを特徴とする半導体レーザ評価装置。 In the semiconductor laser evaluation apparatus according to claim 3,
The semiconductor laser is a laser coupler equipped with an optical integrated device for reproducing an information signal recorded on an optical disk recording medium mounted with a laser diode, and the laser diode when the characteristic is a forward current as an input value The light output characteristics of
In the characteristic detector, using a photodetector that detects the output of the laser diode,
A laser drive board having a laser driver IC for driving the laser diode mounted on the component drive board and having an electrical connection terminal in the component drive section, and a laser control board for controlling the laser drive board on the control board Using the heat plate, the temperature control unit using a Peltier element, and the heat transfer member,
A semiconductor laser evaluation apparatus characterized in that the light output characteristic is obtained by using the temperature of the laser coupler during operation as a parameter.
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