JP2546146B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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Description
関し、特に温度制御用の電子冷却器を備えた半導体レー
ザー装置に関する。
す様に、半導体レーザーダイオードチップ1と、半導体
レーザーダイオードチップ1からの発振光を光ファイバ
へ効率良く光結合させるためのレンズを有したレンズホ
ルダ2と、図示してはいないがレンズホルダ2に接続さ
れる光ファイバと、半導体レーザーダイオードチップ1
の後方出射光をモニタするためのモニタ用フォトダイオ
ード3と、温度センサとして半導体レーザーダイオード
チップ1周辺の温度を検出するためのサーミスタ5と
が、金属製基板4の上面にソルダ或いはろう付等にて固
定されている。さらにこれら固定物、特に半導体レーザ
ーダイオードチップ1を冷却し一定温度に制御するため
に、金属製基板4の下面に電子冷却器6が配置され、電
子冷却器6の放熱側すなわち下側に放熱板7が取付けて
あり、電子冷却器6の上面の配置物から吸熱した熱が放
熱板7により外気へ放出される様になっている。
ンズホルダが別体に構成した例であるが、金属製基板と
レンズホルダとを一体に構成して上記構造を実現したモ
ジュール型の半導体レーザー装置もある。この例を図6
(a),(b),(c)、図7(a),(b),(c)
に示す。なお、図6(a)は上面図、図6(b)は側面
図、図6(c)は下面図、図7(a),(b),(c)
はそれぞれ、パッケージ側板を取りはずして見た後面
図、側面図、正面図である。レンズホルダと一体化した
金属製基板4の上面に半導体レーザーダイオードチップ
1とモニタ用フォトダイオード3と、図示してはいない
がサーミスタとが金一錫(Au−Sn)等のソルダによ
って固定されており、金属製基板4に光の入出力に対し
一方向性の機能を有した光アイソレータ8が固定され、
更に光アイソレータ8に光ファイバ9に接続されること
により光結合系が金属製基板4の上面に形成されてい
る。金属製基板4上の半導体レーザーダイオードチップ
1近傍の温度を一定の温度に制御するために、サーミス
タによって温度を検出し、半導体レーザー装置外部に構
築された温度制御回路により電子冷却器6を駆動させる
と電子冷却器6の上面で吸熱された熱は電子冷却器6の
下面に輸送され、半導体レーザー装置のパッケージの一
部である放熱板7から外部へ放射される。
が高まり、高さhを8mm以下程度にするために、レン
ズ結合系の薄型化及び電子冷却器6の薄型化が図られて
いるが、前者はレンズ径によって決まるレンズホルダ寸
法によって制限され、後者は冷却能力を維持するために
必要なペルチェ素子寸法によって制限されるため、半導
体レーザー装置全体としての大幅な薄型化は困難であっ
た。これを解決するための半導体レーザー装置が特開平
2−299281号公報に記載されている。図8
(a),(b)及び図9(a),(b)にその概略図を
示す。これは、図9(a),(b)に示すように、金属
製基板4が凹型に成形されており、図8(a),(b)
に示すように、半導体レーザーダイオード1,モニタ用
フォトダイオード3,レンズ等が凹みの部分に配置さ
れ、金属製基板4は2つの電子冷却器6によってささえ
られる構造になっているため、金属製基板4の下面位置
が電子冷却器6の上面位置よりも下になるため、その分
だけ薄型化が図れる様になっている。なお図8(a)は
側面断面図、図8(b)は図8(a)のA−A′線で矢
印方向に見た図である。また図9(a),(b)はそれ
ぞれ異なる態様の金属製基板4の斜視図である。
装置は、半導体レーザーダイオードチップと、モニタ用
フォトダイオードと、サーミスタと、レンズを用いた光
学結合系とが金属製基板上に配置され、更に金属製基板
下に電子冷却器が配置された構造になっているため、こ
の半導体レーザー装置を薄型化するためには、(1)金
属製基板を含む上部配置物、特にレンズ及びレンズホル
ダの薄型化、(2)電子冷却器の薄型化の両方が必要で
ある。しかし、(1)については、半導体レーザーダイ
オードチップの放射角、レンズの焦点距離・形状・増倍
率等を考慮し、光学設計上高結合効率を達成するために
は、適切な径を有するレンズを固定するためのレンズホ
ルダ径は、製造上のバラツキを考慮すると、約3mm以
上が必要であり、このレンズホルダを有する金属製基板
の高さは、放熱性を考慮するとレンズホルダの高さを合
わせて4〜5mm程度の高さが必要となる。一方、
(2)については、電子冷却器の構成部材であるセラミ
ック板及びペルチェ素子を薄くする必要があるが、電子
冷却器上面と下面の温度差による電子冷却器自身へのス
トレスが大きくなる上に、冷却能力が低下するため、信
頼性及び高冷却能力を確保するためには、電子冷却器の
高さは現在のところ約1.65mm以下にできない。従
って、従来の構造では、パッケージ放熱板厚、電子冷却
器高さ、レンズホルダ込の金属製基板高さ、及びパッケ
ージ筐体を合せると、半導体レーザー装置の高さは約8
mmが限度となり、それ以下の高さにするのは困難であ
る。
構造にすると、半導体レーザー装置の高さを上述従来構
造のものより更に1mm程度低くできると推測される
が、金属製基板が薄く凹型形状になっているため、半導
体レーザーダイオードは電子冷却器の発熱部の近くに位
置すると共に、半導体レーザーダイオードチップから電
子冷却器上面までの放熱経路が長く狭いため、電子冷却
器の冷却能力が低下するという欠点を有している。又、
半導体レーザー装置の高さは7mm程度にまではできる
と考えられるが、この構造でそれ以下にするのは困難で
ある。
装置は、図1に示す様に、半導体レーザーダイオードチ
ップ1と、光結合系の一部であるレンズを有するレンズ
ホルダ2と、モニタ用フォトダイオード3と、サーミス
タ5とが、金属製基板4の同一面上に配置され、更に同
一面上に電子冷却器6の吸熱側が接着する様に配置さ
れ、電子冷却器6の放熱側に放熱板7が配置された構造
となっている。
発明の第1の実施例を図1に示す。この半導体レーザー
装置は、金属製基板4の上面にレンズを収納したレンズ
ホルダ2、半導体レーザーダイオードチップ1、モニタ
用フォトダイオード3がこの順序で1列に設置され、さ
らに半導体レーザーダイオードチップ1に隣接してサー
ミスタ5が設置され、モニタ用フォトダイオード後方に
電子冷却器6が設置されている。電子冷却器6は吸熱側
を金属製基板4に接着・固定され、上方の放熱側に放熱
板7が接着・固定されている。放熱板7は、図1に示す
ように、放熱フィンが電子冷却器後方に位置するように
設置され、半導体レーザー装置の高さが低くなるよう配
慮されている。
金属製基板の同一面上にレンズホルダ、半導体レーザー
ダイオードチップ、モニタ用フォトダイオード、電子冷
却器が配置されているため、従来に比べて薄型化が実現
できる。
(c)に示す。同図(b)は側面透過図を示し、同図
(a)は電子冷却器6からファイバー9の方向にみた透
過図を示し、同図(c)は同図(a)の逆方向からみた
透過図である。この実施例は、金属製基板とレンズホル
ダとが一体に構成されたモジュール型の半導体レーザー
装置の例である。図3の半導体レーザー装置に用いてい
る金属製基板4の詳細図を図2(a),(b),(c)
に示す。図2(a)は上面図、図2(b)は側面図、図
2(c)は下面図である。金属製基板4は、図2に示す
ように、レンズホルダ2と一体に形成され、半導体レー
ザー装置の構成要素である半導体レーザーダイオードチ
ップ1と、モニタ用フォトダイオード3と、サーミスタ
5とが金属製基板下面(レンズホルダが形成されている
面)に配置され、更にモニタ用フォトダイオード設置領
域後方の同下面に電子冷却器搭載部11を有している。
図3に示すように、金属製基板4の電子冷却搭載部11
の面に、電子冷却器6の吸熱側を接着固定させ、電子冷
却器6の放熱側をパッケージの放熱板7に接着固定させ
ることにより、本発明の半導体レーザー装置が実現でき
る。金属製基板下面に配置された半導体レーザーダイオ
ードチップ1と、モニタ用フォトダイオード3と、サー
ミスタ5の電極は、金属製基板4にろう付によって取付
けられたセラミック基板10の配線パターン12上に引
き出されるようになっている。従って、図3のモジュー
ル型の半導体レーザー装置は、放熱板7の厚さ0.5m
m、電子冷却器6の高さ1.65mm、金属製基板厚を
放熱性を考慮して2〜3mmにすれば、全体の高さは
5.5mm以下にすることができる。又、電子冷却器6
の高信頼性及び高冷却能力を確保するため、電子冷却器
6の高さを2.1mm程度にまで高くしても、半導体レ
ーザー装置全体の高さは6mm以下にすることができ、
従来に比べ薄型化される。
例を図4(a),(b)に示す。図4(a)は側板を取
りはずして見た後面図、図4(b)は(a)のA−A′
線で切断した断面図である。図3のモジュール型半導体
レーザー装置では、電子冷却器6にて冷却すべき半導体
レーザーダイオードチップ1が電子冷却器6の吸熱側面
の真上に位置していないため、半導体レーザーダイオー
ドチップ1−金属製基板4−電子冷却器6の吸熱側面間
の熱抵抗が大きくなり、放熱性がやや劣るために、全体
としての冷却能力がやや低下してしまう。そこで、第3
の実施例は、図4に示す如く、電子冷却器6を2個用い
て、その間に半導体レーザーダイオードチップ1を各々
の電子冷却器に最も近い位置(2つの電子冷却器の中
央)である金属製基板4の下面に配置して、図3に示す
モジュール型半導体レーザー装置と同じ高さでさらに冷
却能力を上げた構造となっている。この他の部分は第2
の実施例と同じである。
実施例以外にも、表面実装型の半導体レーザー装置とし
ての実施も可能である。
ーザー装置は、半導体レーザーダイオードチップと、半
導体レーザーダイオードチップからの発振光を光ファイ
バに光学結合させるためのレンズを有したレンズホルダ
と、モニタ用フォトダイオードと、温度センサとしての
サーミスタ素子と、温度制御用の電子冷却器とが、同一
の金属基板面側に配置した構造になっているので薄型化
できるという効果を有する。
斜視図。
示す図。
する金属製基板を示す図。
図。
ーザー装置を示す図。
ーザー装置に使用する金属製基板の斜視図。
Claims (1)
- 【請求項1】 半導体レーザーダイオードチップと、該
半導体レーザーダイオードチップからの発振光を光ファ
イバに光学結合させるためのレンズを有したレンズホル
ダと、半導体レーザーダイオードチップからの後方出射
光を受光するモニタ様フォトダイオードと、温度センサ
としてのサーミスタと、温度制御用の電子冷却器とが、
金属基板の同一面上に配置された構造を少なくとも有す
ることを特徴とする半導体レーザー装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP5152548A JP2546146B2 (ja) | 1993-06-24 | 1993-06-24 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5152548A JP2546146B2 (ja) | 1993-06-24 | 1993-06-24 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0715091A JPH0715091A (ja) | 1995-01-17 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP5152548A Expired - Fee Related JP2546146B2 (ja) | 1993-06-24 | 1993-06-24 | 半導体レーザ装置 |
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JP (1) | JP2546146B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104216077A (zh) * | 2014-09-22 | 2014-12-17 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 一种光电互联装置及其装配方法 |
CN104216077B (zh) * | 2014-09-22 | 2017-01-04 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 一种光电互联装置及其装配方法 |
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JP2018195752A (ja) * | 2017-05-19 | 2018-12-06 | 住友電気工業株式会社 | 発光装置 |
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CN113867448B (zh) * | 2021-10-27 | 2022-09-16 | 北京工业大学 | 一种非线性光学晶体的控温装置 |
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JP2694838B2 (ja) * | 1989-05-15 | 1997-12-24 | 富士通株式会社 | レーザモジュール構造 |
-
1993
- 1993-06-24 JP JP5152548A patent/JP2546146B2/ja not_active Expired - Fee Related
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CN104216077B (zh) * | 2014-09-22 | 2017-01-04 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 一种光电互联装置及其装配方法 |
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JPH0715091A (ja) | 1995-01-17 |
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