JP3323313B2 - 半導体レーザモジュール - Google Patents
半導体レーザモジュールInfo
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Description
の半導体レーザモジュールに関する。
ザモジュールは、使用環境において安定した光出力が得
られなければならない。特に使用雰囲気の温度変化の影
響は、モジュール構成部品の線膨張係数差によって半導
体レーザと光ファイバ間の光軸ずれを容易に生じさせ
て、光出力を劣化させる。したがって設計段階におい
て、軸ずれ特性の緩慢な光学系の採用や使用部品の材料
定数・組立方法等を十分に検討しておかなければならな
い。
ためには、図3に示すように半導体レーザ1を搭載して
いる第1の筐体5の外側に電子冷却素子7を取り付け、
サーミスタによって半導体レーザ1の温度制御を行って
いる。図3(a)はイ−ロの断面図、図3(b)は上面
図である。この場合、レンズ3の部分の温度は電子冷却
素子7と近接している部分が最も制御温度に近く、遠端
部分は雰囲気温度と同等の温度になるため、レンズ3お
よびレンズホルダ4の不均一な熱膨張による光軸ずれが
生じる。この傾向は、半導体レーザの高出力化に伴い顕
著に現れる。
半導体レーザ1の駆動電力分の発熱と、電子冷却素子7
の熱交換に要する自己発熱分の総和は数ワットに達し、
第2の筐体8に放熱される。通常、第2の筐体8の下部
には、放熱部材を取り付けて使用するが、放熱部材の熱
抵抗による温度上昇も加味されなければならない。した
がって第1の筐体5と第2の筐体8との間隙に介在する
雰囲気の温度は上昇するため、外部に放熱されるべき熱
流の一部が再び第1の筐体およびレンズホルダ4を介し
てレンズ3の部分に流入する。このような熱伝達による
熱の回り込み量は、半導体レーザの発熱量に比べて少な
いが、総発熱量が数ワットと大きいため、モジュールの
発振波長および光出力を雰囲気温度の変化に対して安定
性良く得ようとする場合、急峻な光軸ずれ特性を有する
レンズ3の部分への熱影響と云う観点から無視すること
はできない。
を露点の低い(213K程度)乾燥窒素ガス等で置換し
た後、シーム溶接にて気密封止する。気密封止すること
により、半導体レーザは所定の動作温度範囲において結
露せず、安定した光出力が得られる。なお、半導体レー
ザの光路方向にある筐体の開口部には、気密密封された
ガラス窓6bが設けられているので密封構造を形成す
る。半導体レーザからの出射光は、このガラス窓6bを
介して、レンズ3、アイソレータ6a等の光学部品を通
過した後、光ファイバに結合される。また、光アイソレ
ータ、光ファイバ等の組立作業別の部品類を筺体の外に
設けて、交換を容易にしている。
た構造では、第1の筺体5の外にレンズ3が置かれてい
るので、構造上、第1の筐体5の下部に設置した電子冷
却素子7によって半導体レーザ1、レンズ3およびレン
ズホルダ4を同一温度に制御できず、周囲温度の影響に
よる筐体変形に伴って光軸ずれが生じる。すなわち、半
導体レーザ1とレンズ3との間では、スポットサイズが
1μmと非常に微小なサイズのガウシアンビーム同志の
光学結合が行われるため、光軸ずれの許容範囲は、スポ
ットサイズ5μm同志で得られるレンズ3と光ファイバ
2のそれに比べて非常に急峻な特性を有している。した
がって、半導体レーザ1とレンズ3の光軸ずれをできる
限り低減することが重要であり、熱的に安定した場所に
これらの部品を設置させることが望ましい。また、レン
ズ3およびレンズホルダ4に不均一な温度分布が生じた
場合は、レンズ3の変形に伴う波面収差や角度ずれ等を
発生させるため光学系の結合効率に大きく影響する。さ
らに長期に渡る光出力の安定性を劣化させる要因になり
得る。
の発明は以下の構成であって、半導体レーザ1と、前記
半導体レーザから出射される光を伝送する光ファイバ2
と、前記半導体レーザと前記光ファイバとの間の光路上
に配置され、前記半導体レーザから出射される光を集光
するレンズ3と、前記レンズを固定するレンズホルダ4
と、前記半導体レーザ、レンズ、及びレンズホルダが収
容され、前記レンズから出射される光の光路方向に貫通
孔を持つ第1の筐体5と、前記第1の筐体の前記光路上
にある貫通孔を通過した前記半導体レーザから出射され
た光を受ける前記光ファイバが、前記第1の筐体の貫通
孔出口部に固定され第1の筐体内を密封する部材6と、
前記第1の筐体が載置され冷却する電子冷却素子7と、
前記第1の筐体と前記電子冷却素子とを収容するととも
に前記光ファイバを導出する第2の筐体8とからなる半
導体レーザモジュールであって、前記第1の筐体の光路
方向と平行な側面の所望の位置に、前記第1の筐体の内
部にある光学部品をレーザ溶接することが可能なように
レーザ光が透過し、かつ第1の筐体の気密を保持する窓
17が形成されていることを特徴とする半導体レーザモ
ジュール、である。
ジュールは、請求項1記載の半導体レーザモジュールに
おいて、第1の筺体5の光路方向と平行な側面の所望の
位置に、第1の筐体5の内部にある光学部品をレーザ溶
接することが可能な窓17が設けられている。この窓
は、溶接段階では単純な貫通孔でも良く、気密を取るた
めにレーザ溶接後に蓋をするような形式であればよい。
ルでは、半導体レーザ1およびレンズ3ならびにレンズ
を保持するレンズホルダ4が第1の筺体5中に収容され
ており、第1の筐体下部と接触している電子冷却素子の
温度制御を有効に受けられるので、半導体レーザ1とレ
ンズ3と間の急峻な光軸ずれ特性の影響を受けずに済
む。なお光ファイバ2の部分は、周囲温度の影響を第1
の筐体5と第2の筐体8との間隙に介在する雰囲気の熱
伝達により温度上昇するが、前述したようにレンズ3を
通過後の光ビームと光ファイバ2との光学結合は、緩や
かな特性であり、温度変化に伴う光軸ずれ、すなわちト
ラッキングエラーを低減できる。
ュールでは、第1の筐体5内部を溶接可能にするための
窓17を有しているので、ヒートシンク11に載置した
半導体レーザ1を第1の筐体5の内部の所定の位置には
んだ付けした後に、レンズホルダ4と第1の筐体5の底
板上に設置した突き当て部材15等とを溶接することが
可能である。この場合、レンズ3の光軸に対して横方向
から光軸に近接した位置を溶接できるため、第1の筐体
5の上部開口部から溶接固定する場合に比べて、レンズ
3の回転による光軸ずれが少ない。すなわち、レンズホ
ルダ4と突き当て部材15とを上部で溶接固定すると、
溶接点を回転中心として回転振れ(角度ずれ)が発生
し、レンズ3の光軸も同様に回転振れを起こすが、レン
ズホルダ4と突き当て部材15との溶接を窓を経由して
光軸に対して横方向から光軸に近接した位置で行えば、
回転ぶれは実質的に発生しない。
図1(a)はイ−ロの断面図、図1(b)は、上面図で
ある。半導体レーザ1は、金錫はんだによって、サブマ
ウント10を介してヒートシンク11に固定されてい
る。レンズ3はレーザ溶接によって、レンズホルダ4に
固定されている。半導体レーザ1が搭載されたヒートシ
ンク11とレンズホルダ4とは、一定の距離で固定され
ることが望ましく、突き当て部材15を利用して第1の
筐体5の底面に固定する(図1(b)参照)。第1の筺
体5は、銅タングスステン等の熱伝導率が良好でかつ、
熱膨張係数が比較的小さい金属製の直方体の形状となっ
ている。第1の筐体5は半導体レーザ1から出射された
光の光路方向に貫通孔を有しており、その貫通孔を第1
の筐体内を密封する部材6であるアイソレータ6aまた
はガラス窓6b等により密封されている。また貫通孔の
反対側には、受光素子12を有している。
ソレータ6a自身の気密度が得られなければならず、ガ
ラス窓6bを使用する場合はアイソレータ6aの有無に
係わらず、電子冷却素子7の吸熱及び放熱面ははんだ材
により第1の筺体5と第2の筐体8の間に載置されてい
る。光ファイバ2は、スリーブ14で第1の筐体5の貫
通孔の延長上に固定されている。 第2の筺体8は、1
4本のピン16を有する14ピンバタフライパッケージ
であり、電子冷却素子7を介して第1の筺体5を内部に
載置し、光ファイバ2を導出する開口部を有し、その開
口部をシリコンゴム13等で密封している。
ジュールの上面図である。本発明では、第1の筺体5の
光路方向と平行な側面に窓17を有している。窓17の
位置は第1の筐体5の内部にあるレンズホルダ4と突き
当て部材15とを光軸に対して横方向から光軸に近接し
た位置にYAGレーザ溶接を行うことができる位置に設
けておく。窓17の形状は、円形に限らず矩形などでも
良く、YAGレーザ光が効率よく透過することが望まし
い。また、窓17は、YAGレーザ等の溶接用光ビーム
を集光することができるレンズ効果を持ったものにする
ことも可能である。
ルでは、半導体レーザ1とレンズ3に対する温度制御が
十分に行えるため、レンズ3に不均一な熱応力が加わら
ず、変形によるレンズ3の収差を減少できるので、良好
な結合効率が得られる。また、半導体レーザ1とレンズ
3との距離を使用温度範囲内で最適位置に保つことがで
きる。
では、レンズホルダ4と突き当て部材15との回転振れ
が実質的に生じないため高結合効率が得られると共に、
レンズホルダ4と突き当て部材15との密着度も向上す
るのでレンズ3の良好な温度制御が行える効果がある。
よび上面図。
上面図。
Claims (1)
- 【請求項1】半導体レーザ(1)と、前記半導体レーザ
から出射される光を伝送する光ファイバ(2)と、前記
半導体レーザと前記光ファイバとの間の光路上に配置さ
れ、前記半導体レーザから出射される光を集光するレン
ズ(3)と、前記レンズを固定するレンズホルダ(4)
と、前記半導体レーザ、レンズ、及びレンズホルダが収
容され、前記レンズから出射される光の光路方向に貫通
孔を持つ第1の筐体(5)と、前記第1の筐体の前記光
路上にある貫通孔を通過した前記半導体レーザから出射
された光を受ける前記光ファイバが、前記第1の筐体の
貫通孔出口部に固定され第1の筐体内を密封する部材
(6)と、前記第1の筐体が載置され冷却する電子冷却
素子(7)と、前記第1の筐体と前記電子冷却素子とを
収容するとともに前記光ファイバを導出する第2の筐体
(8)とからなる半導体レーザモジュールであって、前
記第1の筐体の光路方向と平行な側面の所望の位置に、
前記第1の筐体の内部にある光学部品をレーザ溶接する
ことが可能なようにレーザ光が透過し、かつ第1の筐体
の気密を保持する窓(17)が形成されていることを特
徴とする半導体レーザモジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35335293A JP3323313B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 半導体レーザモジュール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35335293A JP3323313B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 半導体レーザモジュール |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07202345A JPH07202345A (ja) | 1995-08-04 |
JP3323313B2 true JP3323313B2 (ja) | 2002-09-09 |
Family
ID=18430261
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35335293A Expired - Lifetime JP3323313B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 半導体レーザモジュール |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3323313B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6252726B1 (en) * | 1999-09-02 | 2001-06-26 | Lightlogic, Inc. | Dual-enclosure optoelectronic packages |
JP2006013436A (ja) * | 2004-05-26 | 2006-01-12 | Sharp Corp | 窒化物半導体レーザ装置、その製造方法およびその組み立て装置 |
JP4615414B2 (ja) * | 2005-09-30 | 2011-01-19 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 光モジュール |
JP2011146493A (ja) * | 2010-01-14 | 2011-07-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 集積光半導体モジュール用パッケージ |
JP6384220B2 (ja) * | 2014-09-12 | 2018-09-05 | 株式会社デンソー | レーザユニット |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP35335293A patent/JP3323313B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07202345A (ja) | 1995-08-04 |
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