JP2833760B2 - フラットパッケージ形半導体レーザ光モジュール - Google Patents
フラットパッケージ形半導体レーザ光モジュールInfo
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- JP2833760B2 JP2833760B2 JP63219372A JP21937288A JP2833760B2 JP 2833760 B2 JP2833760 B2 JP 2833760B2 JP 63219372 A JP63219372 A JP 63219372A JP 21937288 A JP21937288 A JP 21937288A JP 2833760 B2 JP2833760 B2 JP 2833760B2
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- Japan
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- semiconductor laser
- optical fiber
- laser element
- optical
- flat package
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- 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
- H01S5/02212—Can-type, e.g. TO-CAN housings with emission along or parallel to symmetry axis
-
- H—ELECTRICITY
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- 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
- H01S5/0225—Out-coupling of light
- H01S5/02251—Out-coupling of light using optical fibres
-
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- 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
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- H01S5/024—Arrangements for thermal management
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- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光伝送システムに用いられる光源に関し、特
に周囲温度の影響を受けずに半導体レーザの温度を安定
に保つことが可能なフラットパッケージ形半導体レーザ
光モジュールに関する。
に周囲温度の影響を受けずに半導体レーザの温度を安定
に保つことが可能なフラットパッケージ形半導体レーザ
光モジュールに関する。
第４図は従来のフラットパッケージ形半導体レーザ光
モジュールの断面図である。図において、101はフラッ
トパッケージ,102はフタ,103は半導体レーザ素子,104は
ヒートシンク,105はモニタ光検出用受光素子,106は半導
体レーザ103からの出力光を結合するための光学系であ
る先球光ファイバ,107は先球光ハァイバ106を固定する
ための半田,108は先球光ファイバ保護とフラットパッケ
ージ101内の気密保持のためのスリーブ,109はスリーブ1
08の固定と気密保持のための半田,110は光ファイバのジ
ャケット,111は半導体レーザ素子103は温度検出用のサ
ーミスタ素子,112は冷却素子,113はヒートシンクブロッ
クである。
モジュールの断面図である。図において、101はフラッ
トパッケージ,102はフタ,103は半導体レーザ素子,104は
ヒートシンク,105はモニタ光検出用受光素子,106は半導
体レーザ103からの出力光を結合するための光学系であ
る先球光ファイバ,107は先球光ハァイバ106を固定する
ための半田,108は先球光ファイバ保護とフラットパッケ
ージ101内の気密保持のためのスリーブ,109はスリーブ1
08の固定と気密保持のための半田,110は光ファイバのジ
ャケット,111は半導体レーザ素子103は温度検出用のサ
ーミスタ素子,112は冷却素子,113はヒートシンクブロッ
クである。
図においては便宜上電気配線を省略した。
第４図のように従来のフラットパッケージ形半導体レ
ーザ光モジュールは、ヒートシンクブロック113上に光
モジュールの主要部品である半導体レーザ素子103,受光
素子105,先球光ファイバ106および、サーミスタ素子111
が実装されている。一般にこのような光モジュールでは
半導体レーザ素子103からの光出力，出力光の中心波長
が周囲温度の変化に関係なくほぼ一定となるように制御
されている。光出力の安定化に関しては、 半導体レーザ素子103からの出力光を受光素子105が
検出して、半導体レーザ素子103の駆動電流を増減させ
ながら光出力を一定に保つ方法と、 半導体レーザ素子103の温度をサーミスタ素子111が
電気抵抗として検出し、その抵抗値が一定に保てるよう
に冷却素子112への電流を変化させる方法 のいずれかが採用されている。中心波長の安定化に関し
ては、の方法が広く用いられている。これは、半導体
レーザ素子103の中心波長と光ファイバの零分散波長と
の拡がりを最小に抑えて伝送距離を一層のばすためのシ
ステムニーズに基づいている。
ーザ光モジュールは、ヒートシンクブロック113上に光
モジュールの主要部品である半導体レーザ素子103,受光
素子105,先球光ファイバ106および、サーミスタ素子111
が実装されている。一般にこのような光モジュールでは
半導体レーザ素子103からの光出力，出力光の中心波長
が周囲温度の変化に関係なくほぼ一定となるように制御
されている。光出力の安定化に関しては、 半導体レーザ素子103からの出力光を受光素子105が
検出して、半導体レーザ素子103の駆動電流を増減させ
ながら光出力を一定に保つ方法と、 半導体レーザ素子103の温度をサーミスタ素子111が
電気抵抗として検出し、その抵抗値が一定に保てるよう
に冷却素子112への電流を変化させる方法 のいずれかが採用されている。中心波長の安定化に関し
ては、の方法が広く用いられている。これは、半導体
レーザ素子103の中心波長と光ファイバの零分散波長と
の拡がりを最小に抑えて伝送距離を一層のばすためのシ
ステムニーズに基づいている。
上記のような構成のフラットパッケージ形光モジュー
ルでは、半導体レーザ素子103と先球光ファイバ106を光
学的に調整したのち、半田107を100℃以上に加熱して先
球光ファイバ106を固定する方法が採用されている。こ
の場合、一時的にせよヒートシンクブロック113全体を1
00℃程度にまで予備加熱するため、温度分布の差により
半導体レーザ素子103に構造的な歪が生ずる。この歪は
室温に戻ったときに解除されるが、このとき半導体レー
ザ素子103と先球光ファイバ106との光学的な調整は最適
な状態からずれてしまう。したがって先球光ファイバ10
6の光学系では例えば単一モードファイバ系の場合に、
調整レベルでは結合効率を1dB台に出来るにもかかわら
ず、光軸からのずれにともなう光出力劣化が大きいため
に結合効率を意図的に劣化させてずれ量に対する光出力
劣化の許容範囲を拡くとれるようにしてある。しかしな
がら、半田107が冷えて固まったあとに先球光ファイバ1
06に機械的なストレスが加わると、半田107に内部応力
に作用してクリープ現象を生じる。このため半導体レー
ザ素子103と先球光ファイバ106との相対位置関係がずれ
ることになり、経時的には光ファイバからの光出力が徐
々に低下するという問題があった。
ルでは、半導体レーザ素子103と先球光ファイバ106を光
学的に調整したのち、半田107を100℃以上に加熱して先
球光ファイバ106を固定する方法が採用されている。こ
の場合、一時的にせよヒートシンクブロック113全体を1
00℃程度にまで予備加熱するため、温度分布の差により
半導体レーザ素子103に構造的な歪が生ずる。この歪は
室温に戻ったときに解除されるが、このとき半導体レー
ザ素子103と先球光ファイバ106との光学的な調整は最適
な状態からずれてしまう。したがって先球光ファイバ10
6の光学系では例えば単一モードファイバ系の場合に、
調整レベルでは結合効率を1dB台に出来るにもかかわら
ず、光軸からのずれにともなう光出力劣化が大きいため
に結合効率を意図的に劣化させてずれ量に対する光出力
劣化の許容範囲を拡くとれるようにしてある。しかしな
がら、半田107が冷えて固まったあとに先球光ファイバ1
06に機械的なストレスが加わると、半田107に内部応力
に作用してクリープ現象を生じる。このため半導体レー
ザ素子103と先球光ファイバ106との相対位置関係がずれ
ることになり、経時的には光ファイバからの光出力が徐
々に低下するという問題があった。
この発明は、このような問題を解決するため、光軸固
定時に軸ずれをおこすことなくしかも長期的に光学性が
安定となる半導体レーザ光モジュールを提供することを
目的としている。
定時に軸ずれをおこすことなくしかも長期的に光学性が
安定となる半導体レーザ光モジュールを提供することを
目的としている。
本発明によれば、半導体レーザ素子からの出力光を光
ファイバに光学的に結合するとともに、前記半導体レー
ザ素子の温度を制御する冷却素子を有するフラットパッ
ケージ形光モジュールにおいて、半導体レーザ素子を収
容する半導体レーザ素子パッケージと、半導体レーザ素
子からの出力光を集光して光ファイバに光学的に結合す
るレンズを収容し、半導体レーザ素子パッケージに接合
されるホルダと光ファイバの先端部近傍を収容する光フ
ァイバ端子部とを備え、半導体レーザ素子パッケージと
ホルダと光ファイバ端末部は円筒形状を有するととも
に、半導体レーザ素子パッケージとホルダの外周の一部
は、外周の形状に接合する形状を有するブロックを介し
て冷却素子に固定されていることを特徴とするフラット
パッケージ形光モジュールが得られる。
ファイバに光学的に結合するとともに、前記半導体レー
ザ素子の温度を制御する冷却素子を有するフラットパッ
ケージ形光モジュールにおいて、半導体レーザ素子を収
容する半導体レーザ素子パッケージと、半導体レーザ素
子からの出力光を集光して光ファイバに光学的に結合す
るレンズを収容し、半導体レーザ素子パッケージに接合
されるホルダと光ファイバの先端部近傍を収容する光フ
ァイバ端子部とを備え、半導体レーザ素子パッケージと
ホルダと光ファイバ端末部は円筒形状を有するととも
に、半導体レーザ素子パッケージとホルダの外周の一部
は、外周の形状に接合する形状を有するブロックを介し
て冷却素子に固定されていることを特徴とするフラット
パッケージ形光モジュールが得られる。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例の縦断面図であり、第２図
はその横断面図、さらに第３図は本発明の主要構成要素
である円筒状ユニットの縦断面図である。
はその横断面図、さらに第３図は本発明の主要構成要素
である円筒状ユニットの縦断面図である。
図において、円筒状ユニット10は３つの部分で構成さ
れている。すなわち第３図に示すように半導体レーザ素
子11のモニタ光検出用受光素子12を内蔵してキャン形パ
ッケージ13を固定している光源部30と、結合用のレンズ
14を内蔵したレンズホルダ15を有する結合部31と、光フ
ァイバ16と光ファイバ16の端面を保護し且つ強化するフ
ェルール17を有する光ファイバ端末部32である。光源部
30と結合部31とはその境界部をYAGレーザで溶接してあ
る。図中に塗りつぶされた部分が溶接部33である。レン
ズ14には半導体レーザ素子11側に先球加工された集束性
ロッドレンズを使用した。結合部31と光ファイバ端末部
32とはサポート18を介してYAGレーザ溶接をしてある。
このように円筒状ユニット10はYAGレーザ溶接の可能な
ステンレス材料やコバール材料でまわりが覆われてい
る。
れている。すなわち第３図に示すように半導体レーザ素
子11のモニタ光検出用受光素子12を内蔵してキャン形パ
ッケージ13を固定している光源部30と、結合用のレンズ
14を内蔵したレンズホルダ15を有する結合部31と、光フ
ァイバ16と光ファイバ16の端面を保護し且つ強化するフ
ェルール17を有する光ファイバ端末部32である。光源部
30と結合部31とはその境界部をYAGレーザで溶接してあ
る。図中に塗りつぶされた部分が溶接部33である。レン
ズ14には半導体レーザ素子11側に先球加工された集束性
ロッドレンズを使用した。結合部31と光ファイバ端末部
32とはサポート18を介してYAGレーザ溶接をしてある。
このように円筒状ユニット10はYAGレーザ溶接の可能な
ステンレス材料やコバール材料でまわりが覆われてい
る。
フラットパッケージ19内での円筒状ユニット10は熱伝
導性の高い金属例えば無酸素銅やアルミニウムに表面を
金メッキしたヒートシンクブロック20を介して冷却素子
21と密着固定されている。双方の固定には半田22を用い
た。これによりヒートシンクブロック20と半導体レーザ
素子11の温度差は±２℃以内にはおさえることができ
る。温度検出用にはサーミスタ素子23をヒートシンクブ
ロック20中に挿入し固定した。
導性の高い金属例えば無酸素銅やアルミニウムに表面を
金メッキしたヒートシンクブロック20を介して冷却素子
21と密着固定されている。双方の固定には半田22を用い
た。これによりヒートシンクブロック20と半導体レーザ
素子11の温度差は±２℃以内にはおさえることができ
る。温度検出用にはサーミスタ素子23をヒートシンクブ
ロック20中に挿入し固定した。
周囲温度が変化すると、サーミスタ素子23が温度を検
出しフラットパッケージ19外部のATC回路（オートマチ
ック・テンプリチャ・コントロールの略）によってサー
ミスタ素子23の抵抗が設定値からずれないように冷却素
子21に電流を流す。これによって冷却素子21は発熱冷却
を繰り返す。
出しフラットパッケージ19外部のATC回路（オートマチ
ック・テンプリチャ・コントロールの略）によってサー
ミスタ素子23の抵抗が設定値からずれないように冷却素
子21に電流を流す。これによって冷却素子21は発熱冷却
を繰り返す。
以上説明したように本発明の実施例では、外部からの
温度変化に対して光軸ずれの小さい円筒状ユニット10内
に光モジュールの主要構成要素を殆んど含んでいるため
経時的な光軸ずれを無視できる。
温度変化に対して光軸ずれの小さい円筒状ユニット10内
に光モジュールの主要構成要素を殆んど含んでいるため
経時的な光軸ずれを無視できる。
すなわち光源部30,結合部31,光ファイバ端末部32が光
軸を中心とする円心円構造をしているため、光軸に垂直
な方向の膨張収縮は従来例と違って光軸ずれとはならな
い。さらにレンズ14として集束性ロッドレンズを用いて
いるため光軸方向のずれに対しても緩くなっている。ま
た各接続部分にYAGレーザ溶接を用いているためクリー
プ量の問題がない。熱伝導性については円筒状ユニット
10を半田20を用いてヒートシンクブロック20に固定して
いるため、冷却素子21との熱のやりとりが速くでき、し
たがって周囲環境の変化に対しては即座に対応できる。
軸を中心とする円心円構造をしているため、光軸に垂直
な方向の膨張収縮は従来例と違って光軸ずれとはならな
い。さらにレンズ14として集束性ロッドレンズを用いて
いるため光軸方向のずれに対しても緩くなっている。ま
た各接続部分にYAGレーザ溶接を用いているためクリー
プ量の問題がない。熱伝導性については円筒状ユニット
10を半田20を用いてヒートシンクブロック20に固定して
いるため、冷却素子21との熱のやりとりが速くでき、し
たがって周囲環境の変化に対しては即座に対応できる。
本発明は以上の代表的な実施例の他にいくつかの変形
が考えられる。
が考えられる。
冷却素子21上の円筒状ユニット10は熱容量を小さくで
きればできる程、冷却素子21の消費電力を低く抑えるこ
とができる。そこで以上の実施例では外径を同じとした
が、光源部30,結合部31,光ファイバ端末部32の外径は任
意でよい。YAGレーザ溶接する以外の材料はステンレス
やコバール以外の材料でもよい。
きればできる程、冷却素子21の消費電力を低く抑えるこ
とができる。そこで以上の実施例では外径を同じとした
が、光源部30,結合部31,光ファイバ端末部32の外径は任
意でよい。YAGレーザ溶接する以外の材料はステンレス
やコバール以外の材料でもよい。
また、以上の実施例では、ヒートシンクブロックとし
て半円状のものを用いたが、冷却素子21と接する側の面
が平坦であり、円筒状ユニット10の外径と接するもので
あれば、形状は半円状のものに限らず任意でよいことは
言うまでもない。
て半円状のものを用いたが、冷却素子21と接する側の面
が平坦であり、円筒状ユニット10の外径と接するもので
あれば、形状は半円状のものに限らず任意でよいことは
言うまでもない。
また以上の実施例では、光ファイバ端末部32に光ファ
イバを斜め研磨したものを用いたが、集束性ロッドレン
ズと光ファイバを組合わせたレンズ付光ファイバにした
ものを用いてもよい。この場合には光ファイバ端末部32
を固定する際の許容光軸ずれ量が拡がるためYAGレーザ
溶接時のずれ量が１〜２μｍあったとしても光出力劣化
には殆んど問題なくなる。
イバを斜め研磨したものを用いたが、集束性ロッドレン
ズと光ファイバを組合わせたレンズ付光ファイバにした
ものを用いてもよい。この場合には光ファイバ端末部32
を固定する際の許容光軸ずれ量が拡がるためYAGレーザ
溶接時のずれ量が１〜２μｍあったとしても光出力劣化
には殆んど問題なくなる。
以上説明したように本発明によれば、半導体レーザ素
子を収容するパッケージとレンズを収容するホルダを円
筒形状にし、これらの外径を円筒形状にすることで、周
囲の温度変化があっても均一に外径方向に膨張、収縮に
よる変形が生じるので、光学系の軸ずれを小さくするこ
とができる。
子を収容するパッケージとレンズを収容するホルダを円
筒形状にし、これらの外径を円筒形状にすることで、周
囲の温度変化があっても均一に外径方向に膨張、収縮に
よる変形が生じるので、光学系の軸ずれを小さくするこ
とができる。
さらに、このパッケージとホルダの外径に合わせた高
熱伝導性のヒートシンクを介して冷却素子に固定してい
るので、迅速に半導体レーザ素子を迅速かつ均一に冷却
することができるので、周囲の温度変化に対しても、結
合損失の変動の小さい光モジュールが得られる。
熱伝導性のヒートシンクを介して冷却素子に固定してい
るので、迅速に半導体レーザ素子を迅速かつ均一に冷却
することができるので、周囲の温度変化に対しても、結
合損失の変動の小さい光モジュールが得られる。
第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図は第１図
の横断面図、第３図は本発明の主要構成要素である円筒
状ユニットの縦面図、第４図は従来例の断面図である。 10……円筒状ユニット、11……半導体レーザ素子、12…
…モニタ光検出用受光素子、13……キャン形パッケー
ジ、14……レンズ、15……レンズホルダ、16……光ファ
イバ、17……フェルール、18……サポート、19……フラ
ットパッケージ、20……ヒートシンクブロック、21……
冷却素子、22……半田、23……サーミスタ素子、30……
光源部、31……結合部、32……光ファイバ端末部、33…
…溶接部、101……フラットパッケージ、102……フタ、
103……半導体レーザ素子、104……ヒートシンク、105
……モニタ光検出用受光素子、106……先球光ファイ
バ、107……半田、108……スリーブ、109……半田、110
……ジャケット、111……サーミスタ素子、112……冷却
素子、113……ヒートシンクブロック。
の横断面図、第３図は本発明の主要構成要素である円筒
状ユニットの縦面図、第４図は従来例の断面図である。 10……円筒状ユニット、11……半導体レーザ素子、12…
…モニタ光検出用受光素子、13……キャン形パッケー
ジ、14……レンズ、15……レンズホルダ、16……光ファ
イバ、17……フェルール、18……サポート、19……フラ
ットパッケージ、20……ヒートシンクブロック、21……
冷却素子、22……半田、23……サーミスタ素子、30……
光源部、31……結合部、32……光ファイバ端末部、33…
…溶接部、101……フラットパッケージ、102……フタ、
103……半導体レーザ素子、104……ヒートシンク、105
……モニタ光検出用受光素子、106……先球光ファイ
バ、107……半田、108……スリーブ、109……半田、110
……ジャケット、111……サーミスタ素子、112……冷却
素子、113……ヒートシンクブロック。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/135 10/14
Claims (1)
- 【請求項１】半導体レーザ素子からの出力光を光ファイ
バに光学的に結合するとともに、前記半導体レーザ素子
の温度を制御する冷却素子を有するフラットパッケージ
形光モジュールにおいて、 前記半導体レーザ素子を収容する半導体レーザ素子パッ
ケージと、前記半導体レーザ素子からの出力光を集光し
て前記光ファイバに光学的に結合する第１のレンズを収
容し前記半導体レーザ素子パッケージに接合されるホル
ダと、前記光ファイバの先端部近傍を収容する光ファイ
バ端子部とを備え、 前記半導体レーザ素子パッケージと前記ホルダと前記光
ファイバ端末部は円筒形状を有するとともに、 前記半導体レーザ素子パッケージと前記ホルダが、前記
ホルダの円筒状外周の一部が収容可能な曲面を有するブ
ロックを介して前記冷却素子に固定されていることを特
徴とするフラットパッケージ形半導体レーザ光モジュー
ル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63219372A JP2833760B2 (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | フラットパッケージ形半導体レーザ光モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63219372A JP2833760B2 (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | フラットパッケージ形半導体レーザ光モジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0266987A JPH0266987A (ja) | 1990-03-07 |
| JP2833760B2 true JP2833760B2 (ja) | 1998-12-09 |
Family
ID=16734385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63219372A Expired - Lifetime JP2833760B2 (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | フラットパッケージ形半導体レーザ光モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2833760B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2937791B2 (ja) * | 1995-03-14 | 1999-08-23 | 日本電気株式会社 | ペルチエクラーク |
| JP3076246B2 (ja) * | 1996-08-13 | 2000-08-14 | 日本電気株式会社 | ペルチェクーラ内蔵半導体レーザモジュール |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62166660U (ja) * | 1986-03-06 | 1987-10-22 |
-
1988
- 1988-08-31 JP JP63219372A patent/JP2833760B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0266987A (ja) | 1990-03-07 |
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