JP2018085450A - Optical module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光モジュールに関するものである。 The present invention relates to an optical module.
パッケージ内に半導体レーザ素子を配置した光モジュールが知られている(たとえば、特許文献1〜4参照)。このような光モジュールは、表示装置、光ピックアップ装置、光通信装置など、種々の装置の光源として用いられる。
An optical module in which a semiconductor laser element is arranged in a package is known (see, for example,
上記光モジュールにおいては、特定の色について光の強度の上昇が求められる場合がある。しかし、単に特定の色の光を出射する半導体レーザ素子への投入電力を増加させることによる光の強度の上昇には限界がある。そのため、たとえば同色の(具体的には出射する光の波長の差が30nm以下である)複数の半導体レーザ素子からの光を合波することにより光の強度を上昇させる対応が有効である。 In the optical module, an increase in light intensity may be required for a specific color. However, there is a limit to the increase in light intensity simply by increasing the input power to the semiconductor laser element that emits light of a specific color. Therefore, for example, it is effective to increase the intensity of light by combining light from a plurality of semiconductor laser elements of the same color (specifically, the difference in wavelength of emitted light is 30 nm or less).
具体的には、たとえば同色の2つの半導体レーザ素子を、互いに垂直な(または垂直に近い)壁面に設置して偏波方向が互いに垂直な(または垂直に近い)状態とし、当該2つの半導体レーザ素子からの光を偏波合成フィルタに入射させて合波することができる。しかしながら、2つの半導体レーザ素子を、互いに垂直な(または垂直に近い)壁面に設置する配置を採用した場合、2つの半導体レーザ素子のうち、一方の半導体レーザ素子の放熱性が低下し、当該一方の半導体レーザ素子の出力が低下するという問題が生じる。 Specifically, for example, two semiconductor laser elements of the same color are placed on wall surfaces that are perpendicular to each other (or close to vertical) so that the polarization directions are perpendicular to each other (or close to vertical), and the two semiconductor lasers Light from the element can be incident on the polarization beam combining filter and multiplexed. However, when an arrangement in which two semiconductor laser elements are installed on wall surfaces that are perpendicular (or nearly perpendicular) to each other is adopted, the heat dissipation of one of the two semiconductor laser elements decreases, and the one There arises a problem that the output of the semiconductor laser element decreases.
そこで、十分な放熱性を確保しつつ、同色の複数の半導体レーザ素子からの光を合波して出射することが可能な光モジュールを提供することを目的の1つとする。 Accordingly, an object is to provide an optical module that can combine and emit light from a plurality of semiconductor laser elements of the same color while ensuring sufficient heat dissipation.
本発明に従った光モジュールは、ベース部材と、ベース部材上に配置され、第1半導体積層体を含む第1半導体レーザ素子と、ベース部材上に配置され、第2半導体積層体を含む第2半導体レーザ素子と、ベース部材上に配置され、第1半導体レーザ素子からの光と第2半導体レーザ素子からの光とを合波する偏波合成フィルタと、を備える。第1半導体レーザ素子からの光の波長と第2半導体レーザ素子からの光の波長との差は30nm以下である。第1半導体積層体の積層方向と第2半導体積層体の積層方向とのなす角は10°以下である。偏波合成フィルタに入射する第1半導体レーザ素子からの光の偏波方向と第2半導体レーザ素子からの光の偏波方向とのなす角は80°以上100°以下である。 An optical module according to the present invention includes a base member, a first semiconductor laser element disposed on the base member and including the first semiconductor multilayer body, and a second semiconductor layer disposed on the base member and including the second semiconductor multilayer body. A semiconductor laser element; and a polarization beam combining filter disposed on the base member and configured to multiplex the light from the first semiconductor laser element and the light from the second semiconductor laser element. The difference between the wavelength of light from the first semiconductor laser element and the wavelength of light from the second semiconductor laser element is 30 nm or less. The angle formed by the stacking direction of the first semiconductor stacked body and the stacking direction of the second semiconductor stacked body is 10 ° or less. The angle formed by the polarization direction of the light from the first semiconductor laser element incident on the polarization beam combining filter and the polarization direction of the light from the second semiconductor laser element is 80 ° or more and 100 ° or less.
上記光モジュールによれば、十分な放熱性を確保しつつ、同色の複数の半導体レーザ素子からの光を合波して出射することが可能な光モジュールを提供することができる。 According to the above optical module, it is possible to provide an optical module capable of combining and emitting light from a plurality of semiconductor laser elements of the same color while ensuring sufficient heat dissipation.
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の光モジュールは、ベース部材と、ベース部材上に配置され、第1半導体積層体を含む第1半導体レーザ素子と、ベース部材上に配置され、第2半導体積層体を含む第2半導体レーザ素子と、ベース部材上に配置され、第1半導体レーザ素子からの光と第2半導体レーザ素子からの光とを合波する偏波合成フィルタと、を備える。第1半導体レーザ素子からの光の波長と第2半導体レーザ素子からの光の波長との差は30nm以下である。第1半導体積層体の積層方向と第2半導体積層体の積層方向とのなす角は10°以下である。偏波合成フィルタに入射する第1半導体レーザ素子からの光の偏波方向と第2半導体レーザ素子からの光の偏波方向とのなす角は80°以上100°以下である。
[Description of Embodiment of Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described. An optical module of the present application includes a base member, a first semiconductor laser element disposed on the base member and including a first semiconductor multilayer body, and a second semiconductor laser element disposed on the base member and including a second semiconductor multilayer body And a polarization combining filter that is disposed on the base member and multiplexes the light from the first semiconductor laser element and the light from the second semiconductor laser element. The difference between the wavelength of light from the first semiconductor laser element and the wavelength of light from the second semiconductor laser element is 30 nm or less. The angle formed by the stacking direction of the first semiconductor stacked body and the stacking direction of the second semiconductor stacked body is 10 ° or less. The angle formed by the polarization direction of the light from the first semiconductor laser element incident on the polarization beam combining filter and the polarization direction of the light from the second semiconductor laser element is 80 ° or more and 100 ° or less.
本願の光モジュールは、同色の(出射する光の波長の差が30nm以下である)第1半導体レーザ素子からの光と第2半導体レーザ素子からの光とを偏波合成フィルタにおいて合波する構造を有する。ここで、第1半導体積層体の積層方向と第2半導体積層体の積層方向とのなす角は10°以下である。すなわち、第1半導体レーザ素子と第2半導体レーザ素子とは、互いに垂直に設置されるのではなく、平行または平行に近い状態に設置される。そのため、第1半導体レーザ素子および第2半導体レーザ素子の十分な放熱性を確保することが容易となっている。 The optical module of the present application has a structure in which the light from the first semiconductor laser element and the light from the second semiconductor laser element of the same color (the difference in wavelength of emitted light is 30 nm or less) are combined in the polarization combining filter Have Here, the angle formed by the stacking direction of the first semiconductor stacked body and the stacking direction of the second semiconductor stacked body is 10 ° or less. That is, the first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element are not installed perpendicular to each other, but are installed in a parallel or nearly parallel state. Therefore, it is easy to ensure sufficient heat dissipation of the first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element.
そして、偏波合成フィルタに入射する第1半導体レーザ素子からの光の偏波方向と第2半導体レーザ素子からの光の偏波方向とのなす角は80°以上100°以下である。つまり、偏波合成フィルタに入射する第1半導体レーザ素子からの光の偏波方向と第2半導体レーザ素子からの光の偏波方向とは垂直または垂直に近い状態となっている。これにより、第1半導体レーザ素子からの光と第2半導体レーザ素子からの光とは偏波合成フィルタにおいて合波される。すなわち、本願の光モジュールにおいては、半導体積層体の積層方向を基準とした偏波方向が互いに垂直または垂直に近い出射光を出射する第1半導体レーザ素子および第2半導体レーザ素子が採用される。そのため、第1半導体レーザ素子と第2半導体レーザ素子とを互いに平行または平行に近い状態に設置した状態で、偏波合成フィルタによる合波が可能となっている。 The angle between the polarization direction of the light from the first semiconductor laser element incident on the polarization beam combining filter and the polarization direction of the light from the second semiconductor laser element is 80 ° or more and 100 ° or less. That is, the polarization direction of the light from the first semiconductor laser element incident on the polarization beam combining filter and the polarization direction of the light from the second semiconductor laser element are vertical or nearly perpendicular. As a result, the light from the first semiconductor laser element and the light from the second semiconductor laser element are combined in the polarization combining filter. That is, in the optical module of the present application, the first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element that emit outgoing light whose polarization directions with respect to the stacking direction of the semiconductor stacked body are perpendicular or nearly perpendicular to each other are employed. For this reason, the first and second semiconductor laser elements can be combined with the polarization combining filter in a state where the first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element are installed in parallel or nearly parallel to each other.
このように、本願の光モジュールによれば、十分な放熱性を確保しつつ、同色の複数の半導体レーザ素子からの光を合波して出射することが可能な光モジュールを提供することができる。 Thus, according to the optical module of the present application, it is possible to provide an optical module capable of combining and emitting light from a plurality of semiconductor laser elements of the same color while ensuring sufficient heat dissipation. .
上記光モジュールは、第1半導体レーザ素子からの光および第2半導体レーザ素子からの光を透過する出射窓を有し、ベース部材、第1半導体レーザ素子、第2半導体レーザ素子および偏波合成フィルタを取り囲む保護部材をさらに備えていてもよい。このように、1つのパッケージ内に上記ベース部材、第1半導体レーザ素子、第2半導体レーザ素子および偏波合成フィルタを配置した構造とすることにより、光モジュールの取り扱いを容易にすることができる。 The optical module has an emission window that transmits light from the first semiconductor laser element and light from the second semiconductor laser element, and includes a base member, a first semiconductor laser element, a second semiconductor laser element, and a polarization combining filter. May further be provided. As described above, the structure in which the base member, the first semiconductor laser element, the second semiconductor laser element, and the polarization wave synthesis filter are arranged in one package can facilitate the handling of the optical module.
上記光モジュールにおいて、第1半導体レーザ素子および第2半導体レーザ素子は、赤色の光を出射する赤色半導体レーザ素子であってもよい。赤色半導体レーザ素子は、半導体積層体の積層方向に対する出射光の偏波方向を制御することが容易である。そのため、赤色半導体レーザ素子は、本願の光モジュールの第1半導体レーザ素子および第2半導体レーザ素子として好適である。 In the optical module, the first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element may be red semiconductor laser elements that emit red light. The red semiconductor laser device can easily control the polarization direction of the emitted light with respect to the stacking direction of the semiconductor stacked body. Therefore, the red semiconductor laser element is suitable as the first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element of the optical module of the present application.
上記光モジュールは、ベース部材上に配置され、緑色の光を出射する第3半導体レーザ素子と、ベース部材上に配置され、青色の光を出射する第4半導体レーザ素子と、ベース部材上に配置され、赤色半導体レーザ素子である第1半導体レーザ素子および第2半導体レーザ素子からの光と、第3半導体レーザ素子からの光および第4半導体レーザ素子からの光とを合波する合波フィルタをさらに備えていてもよい。このようにすることにより、所望の色の光を形成することが容易となる。 The optical module is disposed on the base member, and is disposed on the base member, a third semiconductor laser element that emits green light, a fourth semiconductor laser element that is disposed on the base member and emits blue light, and the base member. A multiplexing filter that multiplexes the light from the first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element, which are red semiconductor laser elements, and the light from the third semiconductor laser element and the light from the fourth semiconductor laser element. Furthermore, you may provide. By doing so, it becomes easy to form light of a desired color.
[本願発明の実施形態の詳細]
次に、本発明にかかる光モジュールの一実施の形態を、図1〜図5を参照しつつ説明する。図2は、図1のキャップ40を取り外した状態に対応する図である。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
[Details of the embodiment of the present invention]
Next, an embodiment of an optical module according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a view corresponding to a state in which the
図1および図2を参照して、本実施の形態における光モジュール1は、平板状の形状を有するステム10と、ステム10の一方の主面10A上に配置され、光を形成する光形成部20と、光形成部20を覆うようにステム10の一方の主面10A上に接触して配置されるキャップ40と、ステム10の他方の主面10B側から一方の主面10A側まで貫通し、一方の主面10A側および他方の主面10B側の両側に突出する複数のリードピン45とを備えている。ステム10とキャップ40とは、たとえば溶接されることにより気密状態とされている。すなわち、光形成部20は、ステム10とキャップ40とによりハーメチックシールされている。ステム10とキャップ40とにより取り囲まれる空間には、たとえば乾燥空気などの水分が低減(除去)された気体が封入されている。キャップ40には、光形成部20からの光を透過する出射窓41が形成されている。出射窓41は主面が互いに平行な平板状の形状を有していてもよいし、光形成部20からの光を集光または拡散させるレンズ形状を有していてもよい。ステム10およびキャップ40は、保護部材を構成する。
Referring to FIGS. 1 and 2, an
図2および図3を参照して、光形成部20は、板状の形状を有するベース部材であるベース板60を含む。ベース板60は、長方形状の平面形状を有する。ベース板60の一方側の表面である搭載面60Aの一の長辺に対応する領域に沿って4つの半導体レーザ素子が配置される。
Referring to FIGS. 2 and 3,
具体的には、上記搭載面60Aにおいて一の長辺の一方の端部に対応する領域に、第1チップ搭載領域61が配置される。第1チップ搭載領域61は、周囲の領域に比べてベース板60の厚みが大きい直方体状の領域である。その結果、第1チップ搭載領域61の高さは、周囲の領域に比べて高くなっている。第1チップ搭載領域61上には、平板状の第1サブマウント71が配置されている。そして、第1サブマウント71上に、第1半導体レーザ素子である第1赤色レーザダイオード51が配置されている。
Specifically, the first
ベース板60の第1チップ搭載領域61から見て第1赤色レーザダイオード51の出射方向に隣接する領域には、第1受光素子としての第1フォトダイオード91が配置されている。第1フォトダイオード91は、受光面91Aを有する。
A
ベース板60の一方の主面の一の長辺に対応する領域において、第1チップ搭載領域61に隣接する搭載面60A上には、第2チップ搭載領域62が配置される。第2チップ搭載領域62は、周囲の領域に比べてベース板60の厚みが大きい直方体状の領域である。その結果、第2チップ搭載領域62の高さは、周囲の領域に比べて高くなっている。第2チップ搭載領域62上には、平板状の第2サブマウント72が配置されている。そして、第2サブマウント72上に、第2半導体レーザ素子である第2赤色レーザダイオード52が配置されている。
In a region corresponding to one long side of one main surface of the
第1赤色レーザダイオード51と第2赤色レーザダイオード52との発振波長の差は30nm以下であり、10nm以下であってもよい。第1赤色レーザダイオード51および第2赤色レーザダイオード52は、いずれも赤色の光(レーザ光)を出射する。
The difference in oscillation wavelength between the first
ベース板60の第2チップ搭載領域62から見て第2赤色レーザダイオード52の出射方向に隣接する領域には、第2受光素子としての第2フォトダイオード92が配置されている。第2フォトダイオード92は、受光面92Aを有する。
In a region adjacent to the emission direction of the second
ベース板60の一方の主面(搭載面60A)の一の長辺に対応する領域において、第2チップ搭載領域62から見て第1チップ搭載領域61とは反対側に、第3チップ搭載領域63が配置される。第3チップ搭載領域63は、周囲の領域に比べてベース板60の厚みが大きい直方体状の領域である。その結果、第3チップ搭載領域63の高さは、周囲の領域に比べて高くなっている。第3チップ搭載領域63上には、平板状の第3サブマウント73が配置されている。そして、第3サブマウント73上に、第3半導体レーザ素子である緑色レーザダイオード53が配置されている。
In a region corresponding to one long side of one main surface (mounting
ベース板60の第3チップ搭載領域63から見て緑色レーザダイオード53の出射方向に隣接する領域には、第3受光素子としての第3フォトダイオード93が配置されている。第3フォトダイオード93は、受光面93Aを有する。
A
ベース板60の一方の主面(搭載面60A)の一の長辺に対応する領域において、第3チップ搭載領域63から見て第2チップ搭載領域62とは反対側に、第4チップ搭載領域64が配置される。第4チップ搭載領域64は、上記一の長辺の他方の端部に対応する領域に配置される。第4チップ搭載領域64は、周囲の領域に比べてベース板60の厚みが大きい直方体状の領域である。その結果、第4チップ搭載領域64の高さは、周囲の領域に比べて高くなっている。第4チップ搭載領域64上には、平板状の第4サブマウント74が配置されている。そして、第4サブマウント74上に、第4半導体レーザ素子である青色レーザダイオード54が配置されている。
In a region corresponding to one long side of one main surface (mounting
ベース板60の第4チップ搭載領域64から見て青色レーザダイオード54の出射方向に隣接する領域には、第4受光素子としての第4フォトダイオード94が配置されている。第4フォトダイオード94は、受光面94Aを有する。
In a region adjacent to the emission direction of the
第1フォトダイオード91、第2フォトダイオード92、第3フォトダイオード93および第4フォトダイオード94は、それぞれ第1赤色レーザダイオード51、第2赤色レーザダイオード52、緑色レーザダイオード53および青色レーザダイオード54からの光を直接受光する位置に設置される。本実施の形態においては、全てのレーザ素子のそれぞれに対応して受光素子が配置される。第1フォトダイオード91および第2フォトダイオード92は、赤色の光を受光可能なフォトダイオードである。第3フォトダイオード93は、緑色の光を受光可能なフォトダイオードである。第4フォトダイオード94は、青色の光を受光可能なフォトダイオードである。
The
第1フォトダイオード91は、第1赤色レーザダイオード51の出射方向において、第1赤色レーザダイオード51と第1レンズ81との間に配置される。第2フォトダイオード92は、第2赤色レーザダイオード52の出射方向において、第2赤色レーザダイオード52と第2レンズ82との間に配置される。第3フォトダイオード93は、緑色レーザダイオード53の出射方向において、緑色レーザダイオード53と第3レンズ83との間に配置される。第4フォトダイオード94は、青色レーザダイオード54の出射方向において、青色レーザダイオード54と第4レンズ84との間に配置される。
The
第1フォトダイオード91から見て第1赤色レーザダイオード51とは反対側のベース板60上には、平板状の第1レンズ支持部81Bが配置される。そして、第1レンズ支持部81B上には、第1レンズ81が配置される。第2フォトダイオード92から見て第2赤色レーザダイオード52とは反対側のベース板60上には、平板状の第2レンズ支持部82Bが配置される。そして、第2レンズ支持部82B上には、第2レンズ82が配置される。第3フォトダイオード93から見て緑色レーザダイオード53とは反対側のベース板60上には、平板状の第3レンズ支持部83Bが配置される。そして、第3レンズ支持部83B上には、第3レンズ83が配置される。第4フォトダイオード94から見て青色レーザダイオード54とは反対側のベース板60上には、平板状の第4レンズ支持部84Bが配置される。そして、第4レンズ支持部84B上には、第4レンズ84が配置される。
On the
第1レンズ81、第2レンズ82、第3レンズ83および第4レンズ84は、それぞれ表面がレンズ面となっている部分であるレンズ部81A、レンズ部82A、レンズ部83Aおよびレンズ部84Aを有している。第1レンズ81、第2レンズ82、第3レンズ83および第4レンズ84は、レンズ部81A,82A,83A,84Aとレンズ部81A,82A,83A,84A以外の領域とが一体成型されている。第1レンズ支持部81B、第2レンズ支持部82B、第3レンズ支持部83Bおよび第4レンズ支持部84Bにより、第1レンズ81、第2レンズ82、第3レンズ83および第4レンズ84のレンズ部81A,82A,83A,84Aの中心軸、すなわちレンズ部81A,82A,83A,84Aの光軸は、それぞれ第1赤色レーザダイオード51、第2赤色レーザダイオード52、緑色レーザダイオード53および青色レーザダイオード54の光軸に一致するように調整されている。第1レンズ81、第2レンズ82、第3レンズ83および第4レンズ84は、それぞれ第1赤色レーザダイオード51、第2赤色レーザダイオード52、緑色レーザダイオード53および青色レーザダイオード54から出射される光のスポットサイズを変換する。第1レンズ81、第2レンズ82、第3レンズ83および第4レンズ84により、第1赤色レーザダイオード51、第2赤色レーザダイオード52、緑色レーザダイオード53および青色レーザダイオード54から出射される光のスポットサイズが一致するようにスポットサイズが変換される。
The
第1レンズ81から見て第1赤色レーザダイオード51とは反対側のベース板60上には、平板状の第1フィルタ支持部86Bが配置される。そして、第1フィルタ支持部86B上には、第1フィルタ86が配置される。第1フィルタ86は、波長選択性フィルタである。第1フィルタ86は、赤色の光を反射する。
On the
第2レンズ82から見て第2赤色レーザダイオード52とは反対側のベース板60上には、平板状の第2フィルタ支持部87Bが配置される。そして、第2フィルタ支持部87B上には、第2フィルタ87が配置される。第2フィルタ87は、赤色偏波合成フィルタである。
On the
第3レンズ83から見て緑色レーザダイオード53とは反対側のベース板60上には、平板状の第3フィルタ支持部88Bが配置される。そして、第3フィルタ支持部88B上には、第3フィルタ88が配置される。第3フィルタ88は、波長選択性フィルタである。第3フィルタ88は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する。
On the
第4レンズ84から見て青色レーザダイオード54とは反対側のベース板60上には、平板状の第4フィルタ支持部89Bが配置される。そして、第4フィルタ支持部89B上には、第4フィルタ89が配置される。第4フィルタ89は、波長選択性フィルタである。第4フィルタ89は、赤色の光および緑色の光を透過し、青色の光を反射する。
On the
第1フィルタ86、第2フィルタ87、第3フィルタ88および第4フィルタ89は、それぞれ互いに平行な主面を有する平板状の形状を有している。
The
図3を参照して、第1赤色レーザダイオード51、第1フォトダイオード91、第1レンズ81および第1フィルタ86は、第1赤色レーザダイオード51の光の出射方向に沿う方向(Y軸方向)に並んで配置されている。第2赤色レーザダイオード52、第2フォトダイオード92、第2レンズ82および第2フィルタ87は、第2赤色レーザダイオード52の光の出射方向に沿う方向(Y軸方向)に並んで配置されている。緑色レーザダイオード53、第3フォトダイオード93、第3レンズ83および第3フィルタ88は、緑色レーザダイオード53の光の出射方向に沿う方向(Y軸方向)に並んで配置されている。青色レーザダイオード54、第4フォトダイオード94、第4レンズ84および第4フィルタ89は、青色レーザダイオード54の光の出射方向に沿う方向(Y軸方向)に並んで配置されている。
Referring to FIG. 3, the first
第1フィルタ86、第2フィルタ87、第3フィルタ88および第4フィルタ89は、第1赤色レーザダイオード51、第2赤色レーザダイオード52、緑色レーザダイオード53および青色レーザダイオード54からの光の出射方向に交差する方向、より具体的には直交する方向(X軸方向)に沿って並んで配置されている。第1フィルタ86、第2フィルタ87、第3フィルタ88および第4フィルタ89の主面は、それぞれ第1赤色レーザダイオード51、第2赤色レーザダイオード52、緑色レーザダイオード53および青色レーザダイオード54からの光の出射方向に対して傾斜している。より具体的には、第1フィルタ86、第2フィルタ87、第3フィルタ88および第4フィルタ89の主面は、それぞれ第1赤色レーザダイオード51、第2赤色レーザダイオード52、緑色レーザダイオード53および青色レーザダイオード54からの光の出射方向(Y軸方向)に対して45°傾斜している。
The
図2を参照して、本実施の形態の光モジュール1は、ステム10と光形成部20との間に、電子冷却モジュール30をさらに含んでいる。電子冷却モジュール30は、吸熱板(図示しない)と、放熱板32と、電極を挟んで吸熱板と放熱板32との間に並べて配置される半導体柱33とを含む。吸熱板および放熱板32は、たとえばアルミナからなっている。吸熱板がベース板60の他方の主面60Bに接触して配置される。放熱板32は、ステム10の一方の主面10Aに接触して配置される。本実施の形態において、電子冷却モジュール30はペルチェモジュール(ペルチェ素子)である。そして、電子冷却モジュール30に電流を流すことにより、吸熱板に接触するベース板60の熱がステム10へと移動し、ベース板60が冷却される。その結果、第1赤色レーザダイオード51、第2赤色レーザダイオード52、緑色レーザダイオード53および青色レーザダイオード54の温度上昇が抑制される。このように、レーザダイオードの温度を適正な範囲に維持することで、所望の色の光を精度よく形成することが可能となる。
Referring to FIG. 2, the
また、図2および図3を参照して、ベース板60の搭載面60Aにおいて隣り合うレンズ81〜84の間およびフィルタ86〜89の間には、アイランド105〜107が配置される。より具体的には、ベース板60の搭載面60Aにおいて隣り合うレンズ81〜84の間からフィルタ86〜89の間にまで延びるように、それぞれ凹部が形成されており、当該凹部内に位置するように、アイランド105〜107が配置されている。アイランド105〜107は、たとえば絶縁体からなるベース体の表面に導体である金属が蒸着された構造を有する。
2 and 3,
次に、本実施の形態の第1赤色レーザダイオード51および第2赤色レーザダイオード52(赤色レーザダイオード200)の構造について説明する。
Next, the structure of the first
図4は、赤色レーザダイオード200の構造の一例を示す概略断面図である。図4は、活性層123内において光が端面での反射を繰り返す方向(以下、「端面反射方向」という)に垂直な断面に対応する。図4を参照して、本実施の形態における赤色レーザダイオード200は、基板110と、半導体層120と、p側電極141と、n側電極142と、を備えている。基板110および半導体層120は、半導体積層体を構成する。基板110は、たとえばGaAs(ガリウム砒素)からなっている。基板110の導電型はn型である。基板110は、第1の主面110Aと、第1の主面110Aとは反対側の主面である第2の主面110Bを有している。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of the
半導体層120は、基板110の第1の主面110A上に接触するように配置されている。半導体層120は、基板110の第1の主面110A上にエピタキシャル成長により形成された層である。半導体層120は、III−V族窒化物半導体からなっている。半導体層120は、バッファ層121と、n側クラッド層122と、活性層123と、p側クラッド層124と、電流ブロック層125と、p型層126と、キャップ層127と、を含んでいる。
The semiconductor layer 120 is disposed so as to be in contact with the first
バッファ層121は、基板110の第1の主面110A上に接触するように配置されている。バッファ層121は、たとえば導電型がn型であるGa0.5In0.5P(ガリウムインジウムリン)からなっている。バッファ層121は、基板110の第1の主面110A上にエピタキシャル成長により形成された層である。
The
n側クラッド層122は、バッファ層121の基板110とは反対側の主面121A上に接触するように配置されている。n側クラッド層122は、たとえば導電型がn型である(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P(アルミニウムガリウムインジウムリン)からなっている。n側クラッド層122は、バッファ層121の主面121A上にエピタキシャル成長により形成された層である。
The n-
活性層123は、n側クラッド層122のバッファ層121とは反対側の主面122A上に接触するように配置されている。活性層123は、たとえばGaInPからなる井戸層と(GaxAl1−x)yIn1−yPからなるバリア層とが交互に積層された構造を有するMQW(Multiple Quantum Well)層である。活性層123は、n側クラッド層122の主面122A上にエピタキシャル成長により形成された層である。活性層123は、その内部において電子と正孔とが再結合して光を発生する。活性層123は、赤色の光を発生する。
The
p側クラッド層124は、活性層123のn側クラッド層122とは反対側の主面123A上に接触するように配置されている。p側クラッド層124は、たとえば導電型がp型である(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pからなっている。p側クラッド層124は、活性層123の主面123A上にエピタキシャル成長により形成された層である。p側クラッド層124は、活性層123とは反対側に突出し、端面反射方向(紙面に垂直な方向)に延在するリッジ部124Bを有している。
The p-side cladding layer 124 is disposed so as to be in contact with the
p型層126は、p側クラッド層124の活性層123とは反対側の主面124Aのうちリッジ部124B上に接触するように配置されている。p型層126は、たとえば導電型がp型であるGaAsからなっている。p型層126は、p側クラッド層124の主面124A上にエピタキシャル成長により形成された層である。
The p-
電流ブロック層125は、p側クラッド層124の活性層123とは反対側の主面124A上に接触するように配置されている。電流ブロック層125は、たとえば導電型がn型であるGaAsからなっている。電流ブロック層125は、p側クラッド層124の主面124A上にエピタキシャル成長により形成された層である。電流ブロック層125は、リッジ部124Bの頂面上においてリッジ部124Bに沿って延在する開口部125Bを有している。開口部125Bから、p型層126が露出する。
The
キャップ層127は、電流ブロック層125およびp型層126のp側クラッド層124とは反対側の主面125Aおよび主面126A上を覆うように配置されている。キャップ層127は、たとえば導電型がp型であるGaAsからなっている。キャップ層127は、電流ブロック層125およびp型層126の主面125Aおよび主面126A上にエピタキシャル成長により形成された層である。
p側電極141は、キャップ層127の電流ブロック層125およびp型層126とは反対側の主面127A上に接触するように配置されている。p側電極141は、たとえばAu(金)など、キャップ層127とオーミックコンタクトを形成可能な金属などの導電体からなっている。
The p-
一方、基板110の第2の主面110B上に接触するように、n側電極142が配置されている。n側電極142は、たとえばAuなど、基板110とオーミックコンタクト可能な金属などの導電体からなっている。n側電極142と基板110とは、オーミックコンタクトを形成している。
On the other hand, the n-
p側電極141とn側電極142との間に電圧が印加されると、p側電極141とn側電極142との間に電流が流れる。このとき、MQWを構成する活性層123には、p側電極141側から正孔が、n側電極142側から電子が注入される。そして、活性層123内において、正孔と電子とが再結合し、光が発生する。発生した光は、n側クラッド層122とp側クラッド層124とに挟まれた活性層123内に、活性層123の厚み方向において閉じ込められる。閉じ込められた光は、端面反射方向(紙面に垂直な方向)において反射を繰り返す。その結果、位相の揃った光が増幅され、レーザ発振が達成される。そして、一方の端面から、赤色レーザ光が出射される。
When a voltage is applied between the p-
ここで、たとえば上記活性層123において、yの値を0.49とすると、レーザ光はTE(Transverse Electric)モードで発振する。一方、たとえば上記活性層123において、yの値を0.51とすると、レーザ光はTM(Transverse Magnetic)モードで発振する。本実施の形態においては、第1赤色レーザダイオード51および第2赤色レーザダイオード52のうち、一方にTEモードにてレーザ光を出射するものが採用され、他方にTMモードにてレーザ光を出射するものが採用される。
Here, for example, in the
次に、第1赤色レーザダイオード51および第2赤色レーザダイオード52の配置について説明する。図5は、図3の線分V−Vに沿う断面を矢印の向きに見た状態に対応する概略断面図である。図4および図5を参照して、第1赤色レーザダイオード51に含まれる第1半導体積層体の積層方向α1と、第2赤色レーザダイオード52に含まれる第2半導体積層体の積層方向α2とのなす角が10°以下、好ましくはα1とα2とが平行になるように第1赤色レーザダイオード51および第2赤色レーザダイオード52は配置される。一方、上述のように、本実施の形態では、第1赤色レーザダイオード51および第2赤色レーザダイオード52の一方はTEモード、他方はTMモードにて光を出射する。たとえば、第1赤色レーザダイオード51は、偏波方向がα1に垂直な方向である光を出射する。第2赤色レーザダイオード52は、偏波方向がα2に平行な方向である光を出射する。
Next, the arrangement of the first
次に、本実施の形態における光モジュール1の動作について説明する。図3を参照して、第1赤色レーザダイオード51から出射された赤色の光は、光路L1に沿って進行する。このとき、第1フォトダイオード91の受光面91Aに赤色の光の一部が直接入射する。これにより第1赤色レーザダイオード51から出射された赤色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて第1赤色レーザダイオード51に供給される電力が調整される。第1フォトダイオード91上を通過した赤色の光は、第1レンズ81のレンズ部81Aに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば第1赤色レーザダイオード51から出射された赤色の光がコリメート光に変換される。第1レンズ81においてスポットサイズが変換された赤色の光は、光路L1に沿って進行し、第1フィルタ86に入射する。第1フィルタ86は、赤色の光を反射する波長選択性フィルタである。そのため、第1赤色レーザダイオード51から出射された光は第1フィルタ86において反射されて光路L2に沿って進行する。そして、第1赤色レーザダイオード51から出射された光は、第2フィルタ87、第3フィルタ88および第4フィルタ89を透過して光路L3、光路L4および光路L5に沿ってさらに進行し、キャップ40の出射窓41を通って光モジュール1の外部へと出射する。
Next, the operation of the
第2赤色レーザダイオード52から出射された赤色の光は、光路L6に沿って進行する。このとき、第2フォトダイオード92の受光面92Aに赤色の光の一部が直接入射する。これにより第2赤色レーザダイオード52から出射された赤色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて第2赤色レーザダイオード52に供給される電力が調整される。第2フォトダイオード92上を通過した赤色の光は、第2レンズ82のレンズ部82Aに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば第2赤色レーザダイオード52から出射された赤色の光がコリメート光に変換される。第2レンズ82においてスポットサイズが変換された赤色の光は、光路L6に沿って進行し、第2フィルタ87に入射する。第2フィルタ87は、赤色の光のうち振動方向が横方向(X−Y平面内の方向)である光を透過し、振動方向が縦方向(Z軸方向)である光を反射する偏波合成フィルタである。
Red light emitted from the second
ここで、図4に基づいて説明したように、第1赤色レーザダイオード51は、偏波方向がα1に垂直な方向である光を出射する。一方、第2赤色レーザダイオード52は、偏波方向がα2に平行な方向である光を出射する。そのため、第2フィルタ87に入射する第1赤色レーザダイオード51からの光の偏波方向と第2赤色レーザダイオード52からの光の偏波方向とのなす角は、80°以上100°以下、好ましくは90°である。
Here, as described with reference to FIG. 4, the first
つまり、第1赤色レーザダイオード51からの光の振動方向はX−Y平面内の方向であり、第2赤色レーザダイオード52からの光の振動方向はZ軸方向である。そのため、第2赤色レーザダイオード52から出射された光は第2フィルタ87において反射されて光路L3に合流する。その結果、第2赤色レーザダイオード52からの赤色の光は第1赤色レーザダイオード51からの赤色の光と合波され、光路L3に沿って進行する。そして、第2赤色レーザダイオード52から出射された光は、第3フィルタ88および第4フィルタ89を透過して光路L4および光路L5に沿ってさらに進行し、キャップ40の出射窓41を通って光モジュール1の外部へと出射する。
That is, the vibration direction of the light from the first
緑色レーザダイオード53から出射された緑色の光は、光路L7に沿って進行する。このとき、第3フォトダイオード93の受光面93Aに緑色の光の一部が直接入射する。これにより緑色レーザダイオード53から出射された緑色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて緑色レーザダイオード53に供給される電力が調整される。第3フォトダイオード93上を通過した緑色の光は、第3レンズ83のレンズ部83Aに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば緑色レーザダイオード53から出射された緑色の光がコリメート光に変換される。第3レンズ83においてスポットサイズが変換された緑色の光は、光路L7に沿って進行し、第3フィルタ88に入射する。第3フィルタ88は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する波長選択性フィルタ(合波フィルタ)である。そのため、緑色レーザダイオード53から出射された光は第3フィルタ88において反射されて光路L4に合流する。その結果、緑色レーザダイオード53からの緑色の光は、第1赤色レーザダイオード51からの赤色の光および第2赤色レーザダイオード52からの赤色の光と合波され、光路L4に沿って進行する。そして、緑色レーザダイオード53から出射された光は、第4フィルタ89を透過して光路L5に沿ってさらに進行し、キャップ40の出射窓41を通って光モジュール1の外部へと出射する。
Green light emitted from the
青色レーザダイオード54から出射された青色の光は、光路L8に沿って進行する。このとき、第4フォトダイオード94の受光面94Aに青色の光の一部が直接入射する。これにより青色レーザダイオード54から出射された青色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて青色レーザダイオード54に供給される電力が調整される。第4フォトダイオード94上を通過した青色の光は、第4レンズ84のレンズ部84Aに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば青色レーザダイオード54から出射された青色の光がコリメート光に変換される。第4レンズ84においてスポットサイズが変換された青色の光は、光路L8に沿って進行し、第4フィルタ89に入射する。第4フィルタ89は、赤色の光および緑色の光を透過し、青色の光を反射する波長選択性フィルタ(合波フィルタ)である。そのため、青色レーザダイオード54から出射された光は第4フィルタ89において反射されて光路L5に合流する。その結果、青色レーザダイオード54からの青色の光は、第1赤色レーザダイオード51からの赤色の光、第2赤色レーザダイオード52からの赤色の光および緑色レーザダイオード53からの緑色の光と合波され、光路L5に沿って進行し、キャップ40の出射窓41を通って光モジュール1の外部へと出射する。
Blue light emitted from the
このようにして、キャップ40の出射窓41から、赤色、緑色および青色の光が合波されて形成された光が出射する。ここで、本実施の形態では、第1赤色レーザダイオード51に含まれる第1半導体積層体の積層方向α1と、第2赤色レーザダイオード52に含まれる第2半導体積層体の積層方向α2とのなす角が10°以下となるように、第1赤色レーザダイオード51と第2赤色レーザダイオード52とは配置される。そのため、第1赤色レーザダイオード51および第2赤色レーザダイオード52の十分な放熱性を確保することが容易となっている。すなわち、第1赤色レーザダイオード51および第2赤色レーザダイオード52の一方を、たとえばベース板60上に配置したブロックの側面に搭載することにより、当該一方の放熱性を悪化させることを回避することができる。
In this manner, the light formed by combining the red, green, and blue light is emitted from the
そして、偏波合成フィルタである第2フィルタ87に入射する第1赤色レーザダイオード51からの光の偏波方向と第2赤色レーザダイオード52からの光の偏波方向とのなす角が80°以上100°以下となるように、第1赤色レーザダイオード51および第2赤色レーザダイオード52のうち一方にTEモードにてレーザ光を出射するものが採用され、他方にTMモードにてレーザ光を出射するものが採用される。そのため、第1赤色レーザダイオード51と第2赤色レーザダイオード52とを互いに平行または平行に近い状態に設置した状態で、第2フィルタ87による合波が可能となっている。
The angle formed by the polarization direction of the light from the first
このように、本実施の形態の光モジュール1は、十分な放熱性を確保しつつ、同色の複数の半導体レーザ素子からの光を合波して出射することが可能な光モジュールとなっている。
As described above, the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and are not restrictive in any aspect. The scope of the present invention is defined by the scope of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.
本願の光モジュールは、特定の色について光の強度の上昇が求められる光モジュールに、特に有利に適用され得る。 The optical module of the present application can be particularly advantageously applied to an optical module that requires an increase in light intensity for a specific color.
1 光モジュール
10 ステム
10A,10B 主面
20 光形成部
30 電子冷却モジュール
32 放熱板
33 半導体柱
40 キャップ
41 出射窓
45 リードピン
51 第1赤色レーザダイオード
52 第2赤色レーザダイオード
53 緑色レーザダイオード
54 青色レーザダイオード
60 ベース板
60A 搭載面
60B 主面
61 第1チップ搭載領域
62 第2チップ搭載領域
63 第3チップ搭載領域
64 第4チップ搭載領域
71 第1サブマウント
72 第2サブマウント
73 第3サブマウント
74 第4サブマウント
81 第1レンズ
81A,82A,83A,84A レンズ部
81B 第1レンズ支持部
82 第2レンズ
82B 第2レンズ支持部
83 第3レンズ
83B 第3レンズ支持部
84 第4レンズ
84B 第4レンズ支持部
86 第1フィルタ
86B 第1フィルタ支持部
87 第2フィルタ
87B 第2フィルタ支持部
88 第3フィルタ
88B 第3フィルタ支持部
89 第4フィルタ
89B 第4フィルタ支持部
91 第1フォトダイオード
91A,92A,93A,94A 受光面
92 第2フォトダイオード
93 第3フォトダイオード
94 第4フォトダイオード
105,106,107 アイランド
110 基板
110A,110B 主面
120 半導体層
121 バッファ層
121A 主面
122 n側クラッド層
122A 主面
123 活性層
123A 主面
124 p側クラッド層
124A 主面
124B リッジ部
125 電流ブロック層
125A 主面
125B 開口部
126 p型層
126A 主面
127 キャップ層
127A 主面
141 p側電極
142 n側電極
200 赤色レーザダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical module 10 Stem 10A, 10B Main surface 20 Light formation part 30 Electronic cooling module 32 Heat sink 33 Semiconductor pillar 40 Cap 41 Output window 45 Lead pin 51 1st red laser diode 52 2nd red laser diode 53 Green laser diode 54 Blue laser Diode 60 Base plate 60A Mounting surface 60B Main surface 61 First chip mounting area 62 Second chip mounting area 63 Third chip mounting area 64 Fourth chip mounting area 71 First submount 72 Second submount 73 Third submount 74 4th submount 81 1st lens 81A, 82A, 83A, 84A Lens part 81B 1st lens support part 82 2nd lens 82B 2nd lens support part 83 3rd lens 83B 3rd lens support part 84 4th lens 84B 4th Lens support portion 86 First filter 86 1st filter support part 87 2nd filter 87B 2nd filter support part 88 3rd filter 88B 3rd filter support part 89 4th filter 89B 4th filter support part 91 1st photodiode 91A, 92A, 93A, 94A Light-receiving surface 92 Second photodiode 93 Third photodiode 94 Fourth photodiode 105, 106, 107 Island 110 Substrate 110A, 110B Main surface 120 Semiconductor layer 121 Buffer layer 121A Main surface 122 N-side cladding layer 122A Main surface 123 Active layer 123A Main surface 124 p-side cladding layer 124A main surface 124B ridge portion 125 current blocking layer 125A main surface 125B opening 126 p-type layer 126A main surface 127 cap layer 127A main surface 141 p-side electrode 142 n-side electrode 200 red laser diode
Claims (4)
前記ベース部材上に配置され、第1半導体積層体を含む第1半導体レーザ素子と、
前記ベース部材上に配置され、第2半導体積層体を含む第2半導体レーザ素子と、
前記ベース部材上に配置され、前記第1半導体レーザ素子からの光と前記第2半導体レーザ素子からの光とを合波する偏波合成フィルタと、を備え、
前記第1半導体レーザ素子からの光の波長と前記第2半導体レーザ素子からの光の波長との差は30nm以下であり、
前記第1半導体積層体の積層方向と前記第2半導体積層体の積層方向とのなす角は10°以下であり、
前記偏波合成フィルタに入射する前記第1半導体レーザ素子からの光の偏波方向と前記第2半導体レーザ素子からの光の偏波方向とのなす角は80°以上100°以下である、光モジュール。 A base member;
A first semiconductor laser element disposed on the base member and including a first semiconductor stacked body;
A second semiconductor laser element disposed on the base member and including a second semiconductor stacked body;
A polarization combining filter disposed on the base member and configured to multiplex light from the first semiconductor laser element and light from the second semiconductor laser element;
The difference between the wavelength of light from the first semiconductor laser element and the wavelength of light from the second semiconductor laser element is 30 nm or less,
The angle formed by the stacking direction of the first semiconductor stack and the stacking direction of the second semiconductor stack is 10 ° or less,
The angle formed by the polarization direction of the light from the first semiconductor laser element incident on the polarization beam combining filter and the polarization direction of the light from the second semiconductor laser element is 80 ° or more and 100 ° or less. module.
前記ベース部材上に配置され、青色の光を出射する第4半導体レーザ素子と、
前記ベース部材上に配置され、前記第1半導体レーザ素子および前記第2半導体レーザ素子からの光と、前記第3半導体レーザ素子からの光および前記第4半導体レーザ素子からの光とを合波する合波フィルタをさらに備える、請求項3に記載の光モジュール。 A third semiconductor laser element disposed on the base member and emitting green light;
A fourth semiconductor laser element disposed on the base member and emitting blue light;
It is disposed on the base member and multiplexes the light from the first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element, the light from the third semiconductor laser element, and the light from the fourth semiconductor laser element. The optical module according to claim 3, further comprising a multiplexing filter.
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