JP2937791B2 - ペルチエクラーク - Google Patents

ペルチエクラーク

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JP2937791B2 JP7054004A JP5400495A JP2937791B2 JP 2937791 B2 JP2937791 B2 JP 2937791B2 JP 7054004 A JP7054004 A JP 7054004A JP 5400495 A JP5400495 A JP 5400495A JP 2937791 B2 JP2937791 B2 JP 2937791B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザモジュー
ルおよび半導体レーザ等に冷却のために使用される電子
冷却素子としてのペルチエクーラに係わり、詳細には光
学特性が長期間安定するようにした半導体レーザモジュ
ールおよび光学部品を配置した基板を固定したペルチエ
クーラに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザの光出力や発振波長を安定
化させるためには半導体レーザの温度制御が必要であ
る。ペルチエクーラは、半導体レーザの温度を一定に保
つために、光ファイバ伝送システムの変調信号光源とし
ての半導体レーザモジュール等に電子冷却素子として使
用されている。
【０００３】ペルチエクーラを半導体レーザモジュール
に使用する例が、１９９３年電子情報通信学会秋季大会
講演論文集Ｃ−１８０に示されている。
【０００４】図３は、この論文集に示されている半導体
レーザモジュールの内部の構造を表わしたものである。
箱型をしたモジュールパッケージ１１の内部底面には、
ペルチエクーラ１２がはんだによって固定されており、
その上面には半導体レーザ１３を実装した基板１４が同
じくはんだによって固定されている。また、半導体レー
ザ１３の出射側には第１のレンズ１５が配置されてい
る。モジュールパッケージ１１の外部で第１のレンズ１
５の光軸の延長上には第２のレンズ１７が筒状部材１８
によって取り付けられており、その蓋部１９には前記し
た光軸と一致するようにファイバ２１の一端が挿入され
ている。
【０００５】このような構造の半導体レーザモジュール
で、半導体レーザ１３から出射したレーザ光は、第１の
レンズ１３によって平行光に変えられ、第２のレンズ１
７によって集光されてファイバ２１に結合するようにな
っている。ここで第１および第２のレンズ１５、１７な
らびにファイバ２１は、半導体レーザ１３とファイバ２
１の結合効率が最大となるように位置関係を調整されて
固定されている。
【０００６】この半導体レーザモジュールで示されるよ
うに、ペルチエクーラ１２ははんだによってその固定が
行われるようになっている。具体的にはペルチエクーラ
１２はペルチエ素子１２Ａとその両側１２Ｂ、１２Ｃの
基板との固定に高温はんだを使用しており、モジュール
パッケージ１１や半導体レーザ１３を実装した基板１４
との接続には低温はんだが使用されている。
【０００７】はんだは、特に低温はんだの場合にクリー
プが生じやすい。ここでクリープとは、比較的微小な応
力が静的に長時間連続してかけられたときに、応力のか
かった部分が変形する現象をいう。半導体レーザのモジ
ュールパッケージ１１の内部には、組み立て時の残留応
力や熱を起因とする熱応力が存在する。したがって、従
来のペルチエクーラを使用した半導体レーザモジュール
では、低温はんだを使用した固定部にクリープが生じや
すく、光学系を長期的に最適な状態に保持することがで
きないという問題があった。
【０００８】そこで、特開平２−６６９８７号公報に
は、半導体レーザのモジュールパッケージ内に冷却素子
を配置すると共に、この冷却素子に外部からの温度変化
に対して光軸ずれの少ない円筒状のユニットをはんだに
よって固定することにした。この円筒状のユニット内に
は、光モジュールの主要構成要素を配置しておき、これ
により経時的な光軸ずれを無視するようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この提案に
よれば、半導体レーザやレンズ等の光モジュールの主要
構成要素を円筒状の特別のユニット内に配置し、更にこ
れを半導体レーザのモジュールパッケージ内に収容する
ことにしたので、構造が複雑化し、コストアップを招く
といった問題があった。また、円筒状のユニット内に主
要な光学部品を配置する必要があるので、光学部品のサ
イズや形状が限定され、部品の選択の自由度が少なく、
この意味でもコストダウンを図りにくいという問題があ
った。
【００１０】そこで本発明の目的は、構造が簡単でしか
も光学系を長期にわたって安定化させその信頼性を確保
することのできるペルチエクーラおよびこれを使用した
半導体レーザモジュールを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明のペ
ルチエクーラでは、（イ）複数のペルチエ素子と、
（ロ）これらのペルチエ素子を直列に接続するためにこ
れらの両側に配置された金属電極と、（ハ）これらの金
属電極を外部から挟持するようにそれぞれ配置された第
１および第２のセラミック基板と、（ニ）これら第１お
よび第２のセラミック基板を更に外側から挟持するよう
にこれらセラミック基板との接触面のそれぞれをロー付
けにより固定された第１および第２の金属基板とを具備
し、（ホ）第１の金属基板の上に、半導体レーザおよび
光学レンズを配置した金属基板をＹＡＧレーザ溶接で固
定すると共に、第２の金属基板の下面を以上の部品を収
容するモジュールパッケージの内部底面とＹＡＧレーザ
溶接で固定したことを特徴とする。
【００１２】すなわち請求項１記載の発明では、複数の
ペルチエ素子の両側に配置された金属電極を第１および
第２のセラミック基板で挟持すると共に、その更に外側
を第１および第２の金属基板でロー付けによって面接合
で固定し、第１の金属基板の上に半導体レーザおよび光
学レンズを配置した金属基板をＹＡＧレーザ溶接すると
共に、第２の金属基板の下面を以上の部品を収容するモ
ジュールパッケージの内部底面とＹＡＧレーザ溶接で固
定することにして、従来のような低温はんだによる固定
や円筒状の特別のユニット内に光学部品を配置する構成
を不要とし、簡単な構成で光学的な特性の安定化を図っ
ている。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【００１９】図１は、本発明の一実施例におけるペルチ
エクーラを使用した半導体レーザモジュールを表わした
ものである。図３と同一部分には同一の符号を付してお
り、これらの説明を適宜省略する。半導体レーザのモジ
ュールパッケージ１１の内部底面には本実施例のペルチ
エクーラ３１が配置されており、この上部には半導体レ
ーザ１３および第１のレンズ１５等の所定の部品を実装
した基板３３が配置されている。
【００２０】本実施例でも、半導体レーザ１３から出射
したレーザ光は、第１のレンズ１３によって平行光に変
えられ、第２のレンズ１７によって集光されてファイバ
２１に結合するようになっている。ここで第１および第
２のレンズ１５、１７ならびにファイバ２１は、半導体
レーザ１３とファイバ２１の結合効率が最大となるよう
に位置関係を調整されて固定されている。また、ペルチ
エクーラ３１には、図示しないサーミスタ等の温度検出
素子の検出した温度に応じた電流が流され、これによっ
て半導体レーザ１３から出射されるレーザ光の中心波長
が周囲温度の変化に関係なくほぼ一定となるような温度
の冷却制御が行われる。
【００２１】図２は、本実施例のペルチエクーラの構造
を表わしたものである。ペルチエクーラ３１は、ペルチ
エ素子４１と、その両側に配置された金属電極４２、４
３を図で上下に挟むような形で配置された第１および第
２のＡｌＮ基板４４、４５と、これらを更に図で上下に
挟むような形で配置された第１および第２のＦｅＮｉＣ
ｏ基板４６、４７から構成されている。
【００２２】ペルチエ素子４１は、これら金属電極４
２、４３と高温はんだとしてのＳｎＳｂで固定されるこ
とで、電気的に直列に接続されている。ＳｎＳｂは、ク
リープの小さなはんだである。直列に接続されたペルチ
エ素子４１には、それぞれ図示しないリード線が設けら
れている。これらのリード線は、外部からペルチエ素子
４１に電流を供給するためのものである。
【００２３】第１のＡｌＮ基板４４とその上側に配置さ
れた第１のＦｅＮｉＣｏ基板４６とは、ＡｇＣｕによる
ロー付けで接合されている。同様に、第２のＡｌＮ基板
４５とその下側に配置された第２のＦｅＮｉＣｏ基板４
７も、ＡｇＣｕによるロー付けで接合されている。
【００２４】このような構成のペルチエクーラ３１は、
その第２のＦｅＮｉＣｏ基板４７が、図１に示すように
半導体レーザのモジュールパッケージ１１の内部底面と
第１の接合部４８Ａ、４８ＢでＹＡＧ（イットリウム、
アルミニウム、ガーネット）レーザ溶接により固定され
ている。ペルチエクーラ３１の上に配置された図１に示
す基板３３は、ＦｅＮｉＣｏ合金をベースにしたもので
あり、第２の接合部４９Ａ、４９ＢでＹＡＧレーザ溶接
により固定されている。
【００２５】このように本実施例のペルチエクーラを使
用した半導体レーザモジュールでは、従来、低温はんだ
を使用した光学系の固定部分をロー付けやＹＡＧレーザ
溶接で固定している。したがって、光学系におけるクリ
ープは極めて小さく、長期的に安定した光学系の配置を
確保することができる。
【００２６】なお、実施例ではペルチエ素子４１と金属
電極４２、４３の固定にはＳｎＳｂを使用したが、Ｓｎ
Ａｇ等のクリープの小さい高温はんだを使用してもよ
い。
【００２７】更に実施例ではセラミック基板としての第
１または第２のＡｌＮ基板４４、４５に第１または第２
のＦｅＮｉＣｏ基板４６、４７を使用したが、ＹＡＧレ
ーザ溶接に適するものであれば他の金属板を使用しても
よい。例えばＳＵＳ３０４等の合金の使用も可能であ
る。また、実施例では第１または第２のＡｌＮ基板４
４、４５と第１または第２のＦｅＮｉＣｏ基板４６、４
７をＡｇＣｕによってロー付けしたが、このようなセラ
ミック基板と金属基板を接合するロー材はこれに限るも
のではない。例えばＡｕＧｅを使用することも可能であ
る。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、複数のペルチエ素子の両側に配置された金
属電極を第１および第２のセラミック基板で挟持すると
共に、その更に外側を第１および第２の金属基板でロー
付けによって固定し、第１の金属基板の上の半導体レー
ザおよび光学レンズを配置した金属基板をＹＡＧレーザ
溶接すると共に、第２の金属基板の下面を以上の部品を
収容するモジュールパッケージの内部底面とＹＡＧレー
ザ溶接で固定することにしたので、従来のような低温は
んだによる固定や円筒状の特別のユニット内に光学部品
を配置する構成を不要とし、簡単な構成で光学的な特性
の安定化を図ることができる。
【００２９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例のペルチエクーラを使用した半導体レ
ーザモジュールの断面図である。
【図２】図１に示した半導体レーザモジュール内のペル
チエクーラの概略構成図である。
【図３】従来のペルチエクーラを使用した半導体レーザ
モジュールの断面図である。
【符号の説明】
１１ モジュールパッケージ １３ 半導体レーザ １５ 第１のレンズ １７ 第２のレンズ ３１ ペルチエクーラ ３３ 基板 ４１ ペルチエ素子 ４２、４３ 金属電極 ４４、４５ ＡｌＮ基板 ４６、４７ ＦｅＮｉＣｏ基板 ４８Ａ、４８Ｂ 第１の接合部 ４９Ａ、４９Ｂ 第２の接合部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｓ 3/18 ６１４ Ｈ０１Ｓ 3/18 ６１４ (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18 H01S 3/133 G02B 6/32

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のペルチエ素子と、 これらのペルチエ素子を直列に接続するためにこれらの
    両側に配置された金属電極と、 これらの金属電極を外部から挟持するようにそれぞれ配
    置された第１および第２のセラミック基板と、 これら第１および第２のセラミック基板を更に外側から
    挟持するようにこれらセラミック基板との接触面のそれ
    ぞれをロー付けにより固定された第１および第２の金属
    基板とを具備し、 前記第１の金属基板の上に、半導体レーザおよび光学レ
    ンズを配置した金属基板をＹＡＧレーザ溶接で固定する
    と共に、前記第２の金属基板の下面を以上の部品を収容
    するモジュールパッケージの内部底面とＹＡＧレーザ溶
    接で固定した ことを特徴とするペルチエクーラ。
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