JP3469833B2 - 半導体レーザモジュールおよびその過電流制限回路並びに半導体レーザモジュールの駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、光通信の分野で用
いられる半導体レーザモジュールおよびその過電流制限
回路並びに半導体レーザモジュールの駆動方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図６（ａ）には半導体レーザモジュール
の一構造例が断面により模式的に示され、図６（ｂ）に
は図６（ａ）に示す半導体レーザモジュールの電気配線
の一例が示されている。図６（ａ）に示す半導体レーザ
モジュール１は半導体レーザ素子２と光ファイバ３を光
学的に結合させてモジュール化したものである。

【０００３】すなわち、図６（ａ）に示すように、パッ
ケージ４の内底壁面４ａ上にサーモモジュール５が設け
られている。このサーモモジュール５は複数のペルチエ
素子５ａが高熱伝導体（例えば、窒化アルミ）の板部材
５ｂ，５ｃ（第１の基板、第２の基板）によって挟み込
まれた形態と成している。この例では、上記板部材５ｂ
が上記パッケージ４の内底壁面４ａ上に固定され、この
板部材５ｂにペルチエ素子５ａの放熱側が半田により設
置され、このペルチエ素子５ａの吸熱側に上記板部材５
ｃが半田により固定されている。

【０００４】このようなサーモモジュール５は上記ペル
チエ素子５ａに流す電流の向きに応じて発熱動作（加熱
動作）と吸熱動作（冷却動作）が変化し、また、その発
熱量や吸熱量はペルチエ素子５ａの通電電流量に応じて
変化するものである。

【０００５】このようなサーモモジュール５の上側（つ
まり、板部材５ｃ上）には部品の取り付け用部材である
基板６が半田（例えば、ＩｎＰｂＡｇ共晶半田（融点１
４８℃））により固定設置されている。この基板６の上
側には支持部材７，８とレンズ９が固定されている。上
記支持部材７には上記半導体レーザ素子２が配置される
と共に、半導体レーザ素子２の温度を検知するためのサ
ーミスタ１０が設けられている。上記支持部材８には上
記半導体レーザ素子２の発光状態を監視するモニター用
のフォトダイオード１１が配設されている。上記半導体
レーザ素子２としては、例えば、１３１０nm帯および１
５５０nm帯の信号光波長帯のものや、１４８０nm帯や９
８０nm帯等の光ファイバ増幅器の励起光の波長帯のもの
が一般的に用いられている。

【０００６】パッケージ４の側壁４ｂには貫通孔４ｃが
形成され、この貫通孔４ｃには光ファイバ支持部材１２
が嵌合装着されている。この光ファイバ支持部材１２は
挿通孔１２ａを有し、光ファイバ３の端部側がパッケー
ジ４の外部から上記挿通孔１２ａの内部に導入されてい
る。また、挿通孔１２ａの内部には上記光ファイバ３の
先端と間隔を介してレンズ１４が配設されている。

【０００７】上記パッケージ４には、図６（ｂ）に示す
ように、リードピン１６が複数本（図６（ｂ）に示す例
では１４本）外部に向けて突出形成されている。また、
パッケージ４の内部には上記半導体レーザ素子２、サー
モモジュール５、サーミスタ１０、フォトダイオード１
１を上記リードピン１６に導通接続させるための導体パ
ターンやリード線等の導通手段１７が設けられている。
それら導通手段１７とリードピン１６によって、上記半
導体レーザ素子２、サーモモジュール５、サーミスタ１
０、フォトダイオード１１をそれぞれ半導体レーザモジ
ュール駆動用の駆動制御手段（図示せず）に導通接続さ
せることができる。

【０００８】具体的には、図６（ｂ）に示す例では、上
記半導体レーザ素子２は上記導通手段１７とリードピン
１６（１６ｇ，１６ｈ）によって、また、サーモモジュ
ール５は上記導通手段１７とリードピン１６（１６ａ，
１６ｆ）によって、さらに、サーミスタ１０は導通手段
１７とリードピン１６（１６ｂ，１６ｅ）によって、ま
た、上記フォトダイオード１１は導通手段１７とリード
ピン１６（１６ｃ，１６ｄ）によってそれぞれ上記駆動
制御手段に導通接続される。

【０００９】図６に示す半導体レーザモジュール１は上
記のように構成されている。このような半導体レーザモ
ジュール１を上記駆動制御手段に導通接続し、上記駆動
制御手段から半導体レーザモジュール１の半導体レーザ
素子２に電流を供給すると、半導体レーザ素子２からレ
ーザ光が放射される。この放射されたレーザ光は上記レ
ンズ９，１４から成る結合用光学系によって集光されて
光ファイバ３に入射し、光ファイバ３内を伝搬して所望
の用途に供される。

【００１０】ところで、上記半導体レーザ素子２から放
射されるレーザ光の強度および波長は半導体レーザ素子
２自体の温度に応じて変動する。このため、上記レーザ
光の強度および波長を一定に制御すべく、上記駆動制御
手段は、上記サーミスタ１０から出力される出力値に基
づいて、半導体レーザ素子２の温度が一定となるよう
に、サーモモジュール５の通電電流の向きおよび通電量
を制御してサーモモジュール５の加熱動作あるいは冷却
動作を制御している。このサーモモジュール５による温
度制御によって、半導体レーザ素子２はほぼ一定の温度
に保たれ、半導体レーザ素子２から出射されるレーザ光
の強度および波長を一定にすることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、操作ミスや過電圧発生等によって、サーモモジュー
ル５を加熱動作させる加熱方向の過電流がサーモモジュ
ール５に通電してしまう異常事態が発生する場合があ
る。この場合、サーモモジュール５が異常に高温加熱し
てサーモモジュール５上に配設されている半導体レーザ
素子２、基板６、レンズ９等の部品が急激に（例えば、
１０秒間でサーミスタ１０の指示温度が２００℃以上に
上昇するというように急激に）加熱される。

【００１２】ところで、上記サーモモジュール５の板部
材５ｃがパッケージ４の側壁や光ファイバ支持部材１２
に熱的に接続されている場合には上記サーモモジュール
５から発せられた熱の一部は上記パッケージ４の側壁や
光ファイバ支持部材１２を介して外部に放出される。こ
のため、上記のようにサーモモジュール５が異常に高温
加熱した際には、その高温の熱の一部が上記サーモモジ
ュール５から光ファイバ支持部材１２を介して外部に放
熱されることとなり、半導体レーザ素子２やレンズ９等
のサーモモジュール５上の部品に伝熱される熱量が抑制
されて上記サーモモジュール５上の部品の温度上昇を緩
和することができる。

【００１３】しかし、図６に示す例では、サーモモジュ
ール５上の部品と、上記パッケージ４の側壁や光ファイ
バ支持部材１２とは熱的に独立した状態である。このた
めに、サーモモジュール５上の部品の熱がパッケージ４
の側壁や光ファイバ支持部材１２を通してパッケージ４
の外部に放熱されることは殆ど無い。このような場合に
は、上記サーモモジュール５の異常高温加熱が発生した
際にはそのサーモモジュール５の高温の熱がサーモモジ
ュール５上の部品に伝熱され蓄積されてしまう。このた
め、サーモモジュール５上の部品の温度上昇は顕著なも
のとなり、次に示すような事態が発生し易くなり、問題
である。

【００１４】例えば、上記の如く、加熱方向の過電流通
電に起因したサーモモジュール５の高温加熱によって半
導体レーザ素子２の温度が高温に上昇した場合には、半
導体レーザ素子２の結晶内部の欠陥が成長し、半導体レ
ーザ素子２の特性が大幅に劣化してしまうという問題が
生じる。

【００１５】また、基板６は上述したようにサーモモジ
ュール５の板部材５ｃに例えばＩｎＰｂＡｇ共晶半田
（融点１４８℃）等の半田（熱溶融接続材料）により固
定されている。このために、上記の如くサーモモジュー
ル５が異常に高温加熱した場合には、上記半田が溶融し
て基板６の位置ずれが生じることがある。この基板６の
位置ずれにより、半導体レーザ素子２およびレンズ９が
正規の位置からずれ、光ファイバ３に対して半導体レー
ザ素子２およびレンズ９がずれる光結合のずれ（調芯ず
れ）が生じてしまうという問題が生じる。特に、上記基
板６の位置ずれに起因して半導体レーザ素子２が光ファ
イバ３に対して角度ずれを起こすと、例えば、０．２°
の角度ずれによって光出力が９５％も低下してしまうと
いう如く、光出力が大幅に低下してしまう。

【００１６】さらに、上記ガラス製のレンズ９は、例え
ば、金属製のホルダに低融点ガラスを利用して接着固定
され、このレンズ付金属製ホルダが上記基板６に固定さ
れてレンズ９が基板６に取り付けられることがある。こ
の場合、上記のように、サーモモジュール５が急激に異
常加熱した際には、ガラスと金属の熱膨張率の大きな差
によって、上記レンズ９と金属製ホルダとの接合部分
（低融点ガラス）にクラックが発生してしまう。このク
ラック発生により、レンズ９が上記金属製ホルダから外
れ、半導体レーザ素子２と光ファイバ３の光結合が損な
われてしまうという問題が生じる。

【００１７】さらに、前述したように、ペルチエ素子５
ａと板部材５ｂ，５ｃとは半田を利用して結合されてい
るので、上記サーモモジュール５の異常加熱により、上
記半田が溶融し、例えばペルチエ素子５ａが外れる等し
てサーモモジュール５自体が破損する虞がある。

【００１８】本発明は上記課題を解決するために成され
たものであり、その目的は、サーモモジュールへの加熱
方向の過電流通電を防止し、その過電流通電に起因した
問題発生を回避することができる半導体レーザモジュー
ルおよびその過電流制限回路並びに半導体レーザモジュ
ールの駆動方法を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決す
る手段としている。すなわち、第１の発明の半導体レー
ザモジュールは、半導体レーザ素子と、この半導体レー
ザ素子の温度を調整するサーモモジュールと、前記半導
体レーザ素子から出射されたレーザ光と光学的に結合さ
れる光ファイバと、前記半導体レーザ素子とサーモモジ
ュールとを収容するパッケージとを有する半導体レーザ
モジュールにおいて、前記サーモモジュールは該サーモ
モジュールに通電する電流量に応じて半導体レーザ素子
の温度を可変調整する構成と成し、前記パッケージ内に
前記サーモモジュールに過電流が流れるのを抑制する過
電流制限手段を設けて成り、前記サーモモジュールは通
電電流の向きに応じて加熱動作と冷却動作を変化させる
構成と成し、過電流制限手段は前記サーモモジュールを
加熱動作させる加熱方向の電流をサーモモジュールに流
す電流経路上に設けられ、加熱方向の電流をサーモモジ
ュールに流す電流経路にはサーモモジュールの上流側と
下流側とをサーモモジュールを迂回して短絡するバイパ
ス通路が設けられ、このバイパス通路には、加熱の電流
方向を順方向としたダイオードに直列に抵抗体が接続さ
れて成る直列接続体が介設されており、前記バイパス通
路と、ダイオードと抵抗体の直列接続体とは、加熱方向
の電流をサーモモジュールとバイパス通路に分流通電さ
せて加熱方向の過電流がサーモモジュールに通電するの
を緩和する過電流制限手段と成している構成をもって前
記課題を解決する手段としている。

【００２０】

【００２１】

【００２２】第２の発明の半導体レーザモジュールは、
上記第１の発明の構成を備え、サーモモジュールはペル
チエ素子を第１の基板と第２の基板により挟み込んで構
成され、前記第１の基板と第２の基板のうちの何れか一
方側に半導体レーザ素子が配置されてサーモモジュール
と熱的に接続されており、また、半導体レーザ素子から
出射されたレーザ光を集光して光ファイバに導入するた
めのレンズを有し、このレンズは該レンズの取り付け用
部材を固定している熱溶融接続材料を介してサーモモジ
ュールの半導体レーザ素子を配置している側の基板と熱
的に接続される構成と成していることを特徴として構成
されている。

【００２３】第３の発明の半導体レーザモジュールは、
上記第１の発明の構成を備え、光ファイバはレーザ光が
入射する端部に半導体レーザ素子から出射されたレーザ
光を集光するレンズが形成されているレンズ付光ファイ
バであることを特徴として構成されている。

【００２４】第４の発明の半導体レーザモジュールは、
上記第１〜第３の発明の何れか１つの発明の構成を備
え、サーモモジュールはペルチエ素子を第１の基板と第
２の基板により挟み込んで構成され、前記第１の基板と
第２の基板のうちの何れか一方側に半導体レーザ素子が
配置されてサーモモジュールと熱的に接続されている構
成を備え、前記半導体レーザ素子とサーモモジュールは
パッケージ内に収容配置されており、前記パッケージに
は該パッケージの内部から外部に通じる貫通孔が設けら
れ、この貫通孔には熱伝導性材料から成る光ファイバ支
持部材が嵌合装着され、この光ファイバ支持部材に設け
られた挿通孔を通して光ファイバの端部側がパッケージ
の外部から内部に導入されており、サーモモジュールの
半導体レーザ素子を配置した側の基板は前記光ファイバ
支持部材と熱的に独立し、サーモモジュールの半導体レ
ーザ素子を配置した側の基板から前記光ファイバ支持部
材を介してパッケージの外部への熱の放出が制限される
ことを特徴として構成されている。

【００２５】

【００２６】第５の発明の半導体レーザモジュールの駆
動方法は、半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子
の温度を調整するサーモモジュールと、前記半導体レー
ザ素子から出射されたレーザ光と光学的に結合される光
ファイバとを有する半導体レーザモジュールの駆動方法
において、前記サーモモジュールは通電電流の向きに応
じて加熱動作と冷却動作を変化させる構成と成し、この
サーモモジュールを半導体レーザ素子に熱的に接続し、
サーモモジュールを加熱動作させる加熱方向の電流をサ
ーモモジュールに流す電流経路にはサーモモジュールの
上流側と下流側とをサーモモジュールを迂回して短絡す
るバイパス通路を設け、このバイパス通路には抵抗体を
介設し、加熱方向の電流をサーモモジュールとバイパス
通路に分流してサーモモジュールへの加熱方向の過電流
通電を緩和することを特徴として構成されている。さら
に、第６の発明は前記第１の発明の半導体レーザモジュ
ールの過電流制限手段として機能する過電流制限回路で
あって、サーモモジュールはペルチェ素子を使用したペ
ルチェモジュールと成し、このペルチェモジュールに並
列に接続され、ペルチェモジュール上に固定された光学
部品が加熱される方向の過電流をバイパスすることによ
って該ペルチェモジュールに過電流が流れることを阻止
するように機能することを特徴とする。さらに、第７の
発明の過電流制限回路は前記第６の発明の構成を備えた
上で、ペルチェモジュールに並列に接続され、ペルチェ
モジュール上に固定された光学部品が加熱される方向を
順方向とするダイオードに抵抗体を直列に接続してな
る、回路を含むことを特徴とする。

【００２７】上記構成の発明において、過電流制限手段
は、操作ミスや過電圧発生に起因して過電流が発生した
際に、その過電流がサーモモジュールへ通電するのを抑
制する。このように、サーモモジュールへの過電流通電
が抑制されるので、例えば、サーモモジュールへの加熱
方向の過電流通電に起因した様々な問題発生を防止する
ことができる。これにより、半導体レーザモジュールの
光結合や耐久の信頼性を格段に向上させることができ
る。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に、この発明に係る実施形態
例を図面に基づいて説明する。

【００２９】図１には第１の実施形態例において特徴的
な半導体レーザモジュールの電気配線例が示されてい
る。この第１の実施形態例において特徴的なことは、図
１に示すように、過電流制限手段（逆電流制限手段）で
ある過電流制限回路２０を設けたことである。それ以外
の構成は前記図６に示した半導体レーザモジュールと同
様であり、この第１の実施形態例の説明では、上記図６
に示した半導体レーザモジュールと同一構成部分には同
一符号を付し、その重複説明は省略する。

【００３０】半導体レーザモジュール１は常温以上の環
境下で使用される場合が多く、サーモモジュール５は冷
却動作だけしか行わないと想定されることが多いが、こ
の第１の実施形態例では、サーモモジュール５は冷却動
作だけでなく、加熱動作をも行う場合を考慮して、次に
示すような過電流制限回路２０をパッケージ４の内部に
設けている。

【００３１】すなわち、この第１の実施形態例では、過
電流制限回路２０はバイパス通路２１と抵抗体２２とダ
イオード２３を有して構成されている。

【００３２】図１において、上記バイパス通路２１の一
端側はサーモモジュール５よりもリードピン１６ａ側の
点Ｘに接続し、バイパス通路２１の他端側はサーモモジ
ュール５よりもリードピン１６ｆ側の点Ｙに接続されて
いる。

【００３３】この第１の実施形態例では、リードピン１
６ｆからリードピン１６ａに向かう方向に電流が通電し
た場合にサーモモジュール５が加熱動作を行い、また、
反対に、リードピン１６ａからリードピン１６ｆに向か
う方向に電流が通電した場合にはサーモモジュール５が
冷却動作を行うように構成されている。このことから、
換言すれば、上記バイパス通路２１はサーモモジュール
５への加熱方向の電流経路におけるサーモモジュール５
の上流側Ｙと下流側Ｘをサーモモジュール５を迂回して
短絡している。

【００３４】このバイパス通路２１には抵抗体２２が介
設されると共に、サーモモジュール５を加熱動作させる
加熱の電流方向を順方向としたダイオード２３が上記抵
抗体２２と直列に設けられている。

【００３５】この第１の実施形態例に示す半導体レーザ
モジュール１は上記のように構成されている。以下に、
上記過電流制限回路２０の回路動作例を簡単に説明す
る。例えば、上記半導体レーザモジュール１をリードピ
ン１６を利用して半導体レーザモジュール駆動用の駆動
制御手段に導通接続する。この状態で、上記駆動制御手
段によって、リードピン１６ａからリードピン１６ｆに
向かう方向の電流、つまり、サーモモジュール５を冷却
動作させる冷却方向の電流が通電している場合には、上
記過電流制限回路２０のダイオード２３は導通オフ状態
となる。これにより、上記冷却方向の電流は、バイパス
通路２１には通電せずに、全て、サーモモジュール５に
流れ込む。

【００３６】また、反対に、リードピン１６ｆからリー
ドピン１６ａに向かう方向の電流（逆電流）、つまり、
サーモモジュール５を加熱動作させる加熱方向の電流が
通電している場合には、上記ダイオード２３は導通オン
状態となる。これにより、上記加熱方向の電流は、サー
モモジュール５が持つ抵抗値と、抵抗体２２の抵抗値と
の比に応じて、サーモモジュール５とバイパス通路２１
とに分流して通電する。

【００３７】加熱方向の過電流が発生した場合には、上
記の如く、その過電流はサーモモジュール５とバイパス
通路２１とに分流して流れる。これにより、上記過電流
の全てがサーモモジュール５に通電してしまう場合に比
べて、サーモモジュール５への過電流通電を緩和するこ
とができる。なお、上記抵抗体２２の抵抗値は仕様に応
じて適宜設定されるものである。

【００３８】この第１の実施形態例では、前記したよう
に、サーモモジュール５の半導体レーザ素子を配置して
いる側の基板（板部材（ここでは板部材５ｃ））はパッ
ケージ４の側壁や光ファイバ支持部材１２と熱的に独立
している。このため、サーモモジュール５に加熱方向の
過電流が通電した際には、その過電流通電に起因したサ
ーモモジュール５の高温加熱の熱がパッケージ４の側壁
や光ファイバ支持部材１２を介してパッケージ４の外部
に放熱されず、サーモモジュール５上の部品に蓄熱され
て加熱方向の過電流通電に起因した様々な問題が発生し
易い。

【００３９】これに対して、この第１の実施形態例で
は、過電流制限回路２０を設け、該過電流制限回路２０
によって、サーモモジュール５への加熱方向の過電流通
電を緩和する構成としたので、サーモモジュール５への
加熱方向の過電流通電に起因した様々な問題を回避する
ことができる。

【００４０】つまり、加熱方向の過電流通電に起因した
サーモモジュール５の異常加熱を抑制することができ、
これにより、半導体レーザ素子２が高温に加熱されるの
を防止することができる。このため、高温加熱による半
導体レーザ素子２の結晶内部の欠陥の成長を回避するこ
とができて半導体レーザ素子２の特性劣化を防止するこ
とができる。

【００４１】また、半導体レーザ素子２やレンズ９等の
部品の取り付け用部材である基板６とサーモモジュール
５とを接続する半田等の熱溶融接続材料がサーモモジュ
ール５の高温加熱に起因して溶融するのを回避すること
ができ、これにより、基板６の位置ずれを防止すること
ができる。このことにより、光ファイバ３に対する半導
体レーザ素子２やレンズ９の位置ずれが回避されて光フ
ァイバ３と半導体レーザ素子２の光結合ずれの発生を抑
制でき、光出力低下を防止することができる。

【００４２】さらに、サーモモジュール５の急激な温度
上昇に起因したレンズ９と金属ホルダとの結合部分のク
ラック発生を抑制することができる。これにより、クラ
ック発生に起因したレンズ９外れを防止することがで
き、半導体レーザ素子２と光ファイバ３の光結合が損な
われてしまうという事態発生を回避することができる。

【００４３】さらに、ペルチエ素子５ａと板部材５ｂ，
５ｃ間の半田溶融も防止することができるので、サーモ
モジュール５自体の破損をも回避することができる。

【００４４】以上のように、この第１の実施形態例にお
いて特徴的な過電流制限回路２０を設けることによっ
て、サーモモジュール５への加熱方向の過電流通電に起
因した様々な問題を防止することができる。このことに
より、半導体レーザモジュール１の光結合や耐久の信頼
性を格段に向上させることができる。

【００４５】以下に、第２の実施形態例を説明する。こ
の第２の実施形態例が前記第１の実施形態例と異なる特
徴的なことは、図２に示すように、サーモモジュール５
に並列にサージ電流通電用のコンデンサ２５を設けたこ
とである。それ以外の構成は前記第１の実施形態例と同
様であり、この第２の実施形態例の説明では、前記第１
の実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その
重複説明は省略する。

【００４６】この第２の実施形態例では、上記のよう
に、コンデンサ２５をサーモモジュール５に並列に設け
たので、瞬間的な大電流であるサージ電流が発生した際
には、そのサージ電流が上記コンデンサ２５に通電して
サーモモジュール５には通電しない。これにより、サー
ジ電流通電に起因したサーモモジュール５の破損を防止
することができる。

【００４７】つまり、サージ電流は周波数が高いもので
あり、また、コンデンサは周波数が高くなる程そのイン
ピーダンスが小さくなる。このために、上記サージ電流
が発生してサーモモジュール５に通電しようとしても、
そのサージ電流の殆どは上記コンデンサ２５に流れるこ
ととなる。これにより、サージ電流がサーモモジュール
５に通電するのを抑制することができ、サージ電流通電
に起因したサーモモジュール５の破損問題を防止するこ
とができる。また、サーモモジュール５に加熱方向のサ
ージ電流が通電すると、サーモモジュール５上の部品が
瞬間的に温度上昇して前述したような様々な問題が生じ
る虞があるが、この第２の実施形態例では、上記のよう
に、コンデンサ２５によって、サーモモジュール５への
サージ電流通電が抑制されるので、前記したような半導
体レーザ素子２の特性劣化問題や、半導体レーザ素子２
と光ファイバ３の光結合ずれ問題や、レンズ９外れに起
因して光結合が損なわれる問題等の様々な問題を防止す
ることができる。

【００４８】この第２の実施形態例によれば、前記第１
の実施形態例と同様に、過電流制限回路２０が設けられ
ているので、前記第１の実施形態例と同様に、上記過電
流制限回路２０によって、サーモモジュール５への加熱
方向の過電流通電を抑制することができ、加熱方向の過
電流通電に起因した様々な問題を防止することができ
る。その上、上記のように、コンデンサ２５をサーモモ
ジュール５に並列に設けたので、該コンデンサ２５によ
って、サージ電流通電に起因した問題発生をも防止する
ことができる。

【００４９】なお、この発明は上記各実施形態例に限定
されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例
えば、上記各実施形態例では、半導体レーザモジュール
１が常温以上の環境下だけでなく、常温よりも低い低温
環境下で使用されることをも考慮して、サーモモジュー
ル５が冷却動作だけでなく、加熱動作をも行うことを想
定した。このことから、サーモモジュール５に加熱方向
の電流を通電させるために、バイパス通路２１には抵抗
体２２が介設されていた。しかし、例えば、半導体レー
ザモジュール１が常温以上の環境下で使用されることし
か想定せず、つまり、サーモモジュール５が冷却動作し
か行わないと想定される場合には、上記抵抗体２２を設
けなくともよい。

【００５０】この場合には、加熱方向の電流のほぼ全て
がバイパス通路２１を通電し、サーモモジュール５には
殆ど通電しないこととなる。このことにより、加熱方向
の過電流がサーモモジュール５に通電するのを確実に防
止することができる。これにより、サーモモジュール５
への加熱方向の過電流通電に起因にした上記したような
様々な問題発生をより一層確実に回避することができ
る。

【００５１】また、上記同様にサーモモジュール５が冷
却動作しか行わないと想定される場合には、加熱方向の
電流をサーモモジュール５に通電させなくてよいので、
上記バイパス通路２１を設けずに、冷却の電流方向を順
方向としたダイオードをサーモモジュール５に直列に設
けてもよい。つまり、ダイオードによって、サーモモジ
ュール５への加熱方向の電流通電を全て阻止する構成と
してもよい。

【００５２】また、上記各実施形態例では、上記過電流
制限回路２０はパッケージ４内に設けられており、過電
流制限機能付半導体レーザモジュールの例を示したが、
例えば、図３に示すように、従来と同様の構成を持つ半
導体レーザモジュール１と、半導体レーザモジュール用
の駆動制御手段との間に、図３の点線で囲まれているよ
うなバイパス通路２１と抵抗体２２とダイオード２３と
から成る過電流制限回路２０を設けて半導体レーザモジ
ュールを駆動するようにしてもよい。さらに、同様に、
上記第２の実施形態例に示したと同様のコンデンサ２５
も、図３の鎖線に示すように、半導体レーザモジュール
１の外に設けてもよい。上記図３に示す半導体レーザモ
ジュール１の外部に設けられる過電流制限回路２０、コ
ンデンサ２５は上記各実施形態例に示した過電流制限回
路２０、コンデンサ２５と同様な機能を果たし、上記各
実施形態例と同様の効果を奏することができる。

【００５３】さらに、上記各実施形態例では、図６
（ａ）に示すように、光ファイバ３とは別個のレンズ
９，１４を用いて結合用光学系を形成していたが、図４
に示すように、上記レンズ９，１４を利用せずに、レン
ズ付光ファイバ３を用いて結合用光学系を形成してもよ
い。上記レンズ付光ファイバ３とは、半導体レーザ素子
２から出射されたレーザ光を集光するレンズ３ａを備え
た光ファイバである。

【００５４】上記レンズ付光ファイバ３は、次に示すよ
うに、半導体レーザモジュール１に組み込まれる。例え
ば、図４に示すように、基板６に固定部材（例えばステ
ンレス製）２７が取り付けられ、この固定部材２７に光
ファイバ支持部材２８がＹＡＧレーザ溶接等により固定
されている。また、パッケージ４に形成された貫通孔４
ｃには光ファイバ支持部材２９が嵌合装着してＰｂＳｎ
半田等の接合材料３０により固定されている。上記光フ
ァイバ支持部材２８，２９にはそれぞれ挿通孔が設けら
れており、これら挿通孔を通して光ファイバ３がパッケ
ージ４の外部から内部に導入され、この光ファイバ３の
先端と半導体レーザ素子２とは光結合が成される適宜の
間隔を介して配置されている。上記以外の構成は前記図
６（ａ）に示す構成と同様であり、ここでは、その重複
説明は省略する。

【００５５】上記光ファイバ支持部材２８，２９は例え
ばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の熱伝導性材料により構成さ
れている。図４に示す構成では、サーモモジュール５に
おける半導体レーザ素子２が配置されている側の基板
（つまり、板部材５ｃ）は厳密には光ファイバ３を通し
て光ファイバ支持部材２９に熱的に接続されている。し
かし、光ファイバ３は例えば１２５μｍ程度の細径であ
るために、サーモモジュール５の板部材５ｃから光ファ
イバ３を通して光ファイバ支持部材２９に伝熱される熱
量は非常に僅かである。

【００５６】これにより、サーモモジュール５の板部材
５ｃは上記光ファイバ支持部材２９と熱的に独立してい
ると同様である。すなわち、この図４に示す構成では、
サーモモジュール５の板部材５ｃから上記光ファイバ支
持部材２９を介してパッケージ４の外部への熱の放出が
制限される構成である。このような構成では、前記した
ように、サーモモジュール５への過電流通電に起因して
サーモモジュール５が異常に高温加熱した際に、その高
温の熱がサーモモジュール５上の部品に蓄積されて様々
な問題が生じる。これに対して、上記各実施形態例に示
したようなサーモモジュール５への過電流通電を抑制す
る構成を備えることによって、上記サーモモジュール５
への過電流通電に起因した問題を防止することができ、
非常に有効である。

【００５７】さらに、この発明の応用例として、図５に
示すような構成としてもよい。この図５に示す例は、サ
ーモモジュール５を電流制御ではなく、電圧制御するも
のを対象にし、サーモモジュール５への過電圧印加に起
因した問題発生を回避することができるものである。つ
まり、図５において、サーモモジュール５に過電圧制限
手段３１を直列に設けている。上記過電圧制限手段３１
は冷却方向の通電方向を順方向としたダイオード３２
と、抵抗体３３との並列接続体により構成されている。

【００５８】図５に示す構成では、冷却方向の電圧がサ
ーモモジュール５に印加しているときにはダイオード３
２は導通オン状態であり、電流は上記抵抗体３３には殆
ど流れずに、ほぼ全てダイオード３２に流れる。これに
より、リードピン１６ａ，１６ｆ間に印加する電圧はほ
ぼ全てサーモモジュール５に印加する。

【００５９】これに対して、加熱方向の電圧がサーモモ
ジュール５に印加しているときにはダイオード３２は導
通オフ状態となり、電流は抵抗体３３に通電するので、
リードピン１６ａ，１６ｆ間に印加する電圧はサーモモ
ジュール５と抵抗体３３とに分圧して印加することとな
る。このことから、リードピン１６ａ，１６ｆ間に過電
圧が発生した際には、その過電圧はサーモモジュール５
と抵抗体３３に分圧して印加することとなる。このた
め、サーモモジュール５への過電圧印加を緩和すること
ができて、サーモモジュール５への過電圧印加に起因し
た問題を防止することができる。このような過電圧制限
制御と、上記各実施形態例に示したような過電流制限手
段とを共に設けてもよい。

【００６０】

【発明の効果】この発明によれば、半導体レーザモジュ
ールのサーモモジュールへの過電流通電を抑制する過電
流制限手段を設けたので、サーモモジュールへの過電流
通電に起因した問題発生を回避することができる。

【００６１】また、サーモモジュールを加熱動作させる
加熱方向の電流をサーモモジュールに流す電流経路上に
過電流制限手段を設けたので、その過電流制限手段によ
りサーモモジュールへの加熱方向の過電流を抑制するこ
とができる。サーモモジュールに加熱方向の過電流が通
電すると、サーモモジュールが異常に高温加熱して様々
な問題を発生させてしまう。これに対して、上記の如
く、過電流制限手段を設けて加熱方向の過電流を抑制す
る構成とすることによって、サーモモジュールへの加熱
方向の過電流通電に起因した様々な問題を防止すること
ができる。つまり、サーモモジュールの異常加熱に起因
した半導体レーザ素子の特性劣化問題や光結合ずれの問
題やレンズ外れによる光結合損失問題やサーモモジュー
ルの破損問題等を防止することができる。

【００６２】さらに、過電流制限手段がバイパス通路を
有して構成されているものであるから、簡単な構成で、
サーモモジュールへの過電流通電を抑制することができ
る。

【００６３】サーモモジュールの半導体レーザ素子が配
置されている側の基板が光ファイバ支持部材と熱的に独
立し、上記サーモモジュールの基板から上記光ファイバ
支持部材を介してパッケージの外部への熱の放出が制限
されるものにあっては、サーモモジュールへの加熱方向
の過電流通電が発生した際に、サーモモジュールから発
せられた高温の熱はパッケージの外部に放熱されずに殆
どの熱がサーモモジュールに熱的に接続している半導体
レーザ素子等の部品に伝熱されて蓄積され、その部品の
急激な温度上昇を引き起こして様々な重大な事態を招く
虞がある。このような構成のものに、本発明において特
徴的な過電流制限手段を設けることによって、上記サー
モモジュールへの加熱方向の過電流通電を抑制すること
ができ、これにより、上記重大な事態発生を防止するこ
とができ、非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態例において特徴的な半導体レー
ザモジュールの電気配線の一例を示す説明図である。

【図２】第２の実施形態例において特徴的な半導体レー
ザモジュールの電気配線例を示す説明図である。

【図３】その他の実施形態例を示す説明図である。

【図４】さらに、その他の実施形態例を示す説明図であ
る。

【図５】さらにまた、その他の実施形態例を示す説明図
である。

【図６】半導体レーザモジュールの一構造例およびその
半導体レーザモジュールの従来の電気配線例を示す説明
図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザモジュール ２ 半導体レーザ素子 ３ 光ファイバ ４ パッケージ ５ サーモモジュール ９，１４ レンズ １２，２９ 光ファイバ支持部材 ２０ 過電流制限手段 ２１ バイパス通路 ２２ 抵抗体 ２３ ダイオード ２５ コンデンサ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−288351（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−126939（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−61982（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−213688（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−190141（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−22678（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−92923（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−149858（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−47077（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−15762（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−4197（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 G02B 6/42

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザ素子と、この半導体レーザ
   素子の温度を調整するサーモモジュールと、前記半導体
   レーザ素子から出射されたレーザ光と光学的に結合され
   る光ファイバと、前記半導体レーザ素子とサーモモジュ
   ールとを収容するパッケージとを有する半導体レーザモ
   ジュールにおいて、前記サーモモジュールは該サーモモ
   ジュールに通電する電流量に応じて半導体レーザ素子の
   温度を可変調整する構成と成し、前記パッケージ内に前
   記サーモモジュールに過電流が流れるのを抑制する過電
   流制限手段を設けて成り、前記サーモモジュールは通電
   電流の向きに応じて加熱動作と冷却動作を変化させる構
   成と成し、過電流制限手段は前記サーモモジュールを加
   熱動作させる加熱方向の電流をサーモモジュールに流す
   電流経路上に設けられ、加熱方向の電流をサーモモジュ
   ールに流す電流経路にはサーモモジュールの上流側と下
   流側とをサーモモジュールを迂回して短絡するバイパス
   通路が設けられ、このバイパス通路には、加熱の電流方
   向を順方向としたダイオードに直列に抵抗体が接続され
   て成る直列接続体が介設されており、前記バイパス通路
   と、ダイオードと抵抗体の直列接続体とは、加熱方向の
   電流をサーモモジュールとバイパス通路に分流通電させ
   て加熱方向の過電流がサーモモジュールに通電するのを
   緩和する過電流制限手段と成していることを特徴とする
   半導体レーザモジュール。
2. 【請求項２】 サーモモジュールはペルチエ素子を第１
   の基板と第２の基板により挟み込んで構成され、前記第
   １の基板と第２の基板のうちの何れか一方側に半導体レ
   ーザ素子が配置されてサーモモジュールと熱的に接続さ
   れており、また、半導体レーザ素子から出射されたレー
   ザ光を集光して光ファイバに導入するためのレンズを有
   し、このレンズは該レンズの取り付け用部材を固定して
   いる熱溶融接続材料を介してサーモモジュールの半導体
   レーザ素子を配置している側の基板と熱的に接続される
   構成と成していることを特徴とする請求項１記載の半導
   体レーザモジュール。
3. 【請求項３】 光ファイバはレーザ光が入射する端部に
   半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を集光するレ
   ンズが形成されているレンズ付光ファイバであることを
   特徴とする請求項１記載の半導体レーザモジュール。
4. 【請求項４】 サーモモジュールはペルチエ素子を第１
   の基板と第２の基板により挟み込んで構成され、前記第
   １の基板と第２の基板のうちの何れか一方側に半導体レ
   ーザ素子が配置されてサーモモジュールと熱的に接続さ
   れている構成を備え、前記半導体レーザ素子とサーモモ
   ジュールはパッケージ内に収容配置されており、前記パ
   ッケージには該パッケージの内部から外部に通じる貫通
   孔が設けられ、この貫通孔には熱伝導性材料から成る光
   ファイバ支持部材が嵌合装着され、この光ファイバ支持
   部材に設けられた挿通孔を通して光ファイバの端部側が
   パッケージの外部から内部に導入されており、サーモモ
   ジュールの半導体レーザ素子を配置した側の基板は前記
   光ファイバ支持部材と熱的に独立し、サーモモジュール
   の半導体レーザ素子を配置した側の基板から前記光ファ
   イバ支持部材を介してパッケージの外部への熱の放出が
   制限されることを特徴とした請求項１乃至請求項３の何
   れか１つに記載の半導体レーザモジュール。
5. 【請求項５】 半導体レーザ素子と、この半導体レーザ
   素子の温度を調整するサーモモジュールと、前記半導体
   レーザ素子から出射されたレーザ光と光学的に結合され
   る光ファイバとを有する半導体レーザモジュールの駆動
   方法において、前記サーモモジュールは通電電流の向き
   に応じて加熱動作と冷却動作を変化させる構成と成し、
   このサーモモジュールを半導体レーザ素子に熱的に接続
   し、サーモモジュールを加熱動作させる加熱方向の電流
   をサーモモジュールに流す電流経路にはサーモモジュー
   ルの上流側と下流側とをサーモモジュールを迂回して短
   絡するバイパス通路を設け、このバイパス通路には抵抗
   体を介設し、加熱方向の電流をサーモモジュールとバイ
   パス通路に分流してサーモモジュールへの加熱方向の過
   電流通電を緩和することを特徴とした半導体レーザモジ
   ュールの駆動方法。
6. 【請求項６】 サーモモジュールはペルチェ素子を使用
   したペルチェモジュールと成し、このペルチェモジュー
   ルに並列に接続され、ペルチェモジュール上に固定され
   た光学部品が加熱される方向の過電流をバイパスするこ
   とによって該ペルチェモジュールに過電流が流れること
   を阻止するように機能することを特徴とする、請求項１
   記載の半導体レーザモジュールの過電流制限手段として
   機能する過電流制限回路。
7. 【請求項７】 ペルチェモジュールに並列に接続され、
   ペルチェモジュール上に固定された光学部品が加熱され
   る方向を順方向とするダイオードに抵抗体を直列に接続
   してなる、回路を含むことを特徴とする請求項６記載の
   過電流制限回路。