JP3698967B2 - Semiconductor laser module - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば光通信や光情報処理に使用される半導体レーザモジュールに係わり、詳細には冷却素子によって温度を調整された半導体レーザから射出する光ビームを、光ファイバに結合させた半導体レーザモジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体レーザモジュールは、光ファイバ伝送装置等に使用される信号光源として広く使用されている。光ファイバを使用した伝送装置の小型化が進んでおり、回路基板の高集積化が要請されている。これと共に、回路基板に組み込まれる各種部品が小型化し高さも低くなっている。このような部品との関係で、半導体レーザモジュールも特にその薄型化が求められている。
【0003】
図2は、従来の半導体レーザモジュールの構造を示したものである。半導体レーザモジュール10のモジュールパッケージ11の一側壁には、光信号を伝達するための光ファイバ12の一端が収容されている。モジュールパッケージ11の内部底面には電子冷却素子13が配置されており、その上には基板14を介して半導体レーザ15と、これから射出された光ビームを光ファイバ12に光学的に結合させるためのレンズ16が配置されている。
【0004】
この半導体レーザモジュール10では、モジュールパッケージ11の高さをできるだけ低くするために次のような工夫を行っている。電子冷却素子13は所要の冷却能力を発揮するためにその厚さを最小限に抑えている。この上に配置された基板14は、レンズ16を載置する部分ができるだけ薄くなるように加工している。半導体レーザ15を載置した部分は、レンズ16の光軸とレーザビームが一致するように高さが設定されるので、この部分はある程度の厚さ(高さ)が必要となる。レンズ16はその径が小さいほどモジュールパッケージ11の高さを低くすることができるが、実際には所定の開口角(NA)を確保する必要があり、この要請を満たす最も小さな口径に設定されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の半導体レーザモジュールの構造では、その内部部品全体の高さを最大限に低くするためにレンズ16を載置した部分の基板14の厚さをできるだけ薄くしている。しかしながら、電子冷却素子13とこの上に載置される基板14、半導体レーザ15等の各種の部品(チップオンキャリア)の全体が占める高さは、たとえ基板14の厚さを加工上の限界値に設定したとしても、電子冷却素子13の高さにレンズ16の直径を加えた値よりも低くすることが論理的に不可能であった。
【0006】
そこで本発明の目的は、部品の配置を工夫することによりパッケージ内のこれら部品の占める全体的な高さを低くすることのできる半導体レーザモジュールを提供することにある。
【0007】
本発明の他の目的は、冷却素子の高さにレンズの直径を加えた値よりもパッケージ内の部品全体の高さを低くすることができる半導体レーザモジュールを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明では、(イ)モジュールパッケージと、(ロ)段差部分を境として平面状の上段部と下段部とを有する熱伝導性の基板と、(ハ)モジュールパッケージの内部底面にその下面が固定されその上面が基板の上段部の下面に固定された温度調整用の温度調整素子と、(ニ)基板に配置された半導体レーザと、(ホ)光ファイバと、(へ)基板の下段部に固定され、半導体レーザと光ファイバを光学的に結合させるレンズとを半導体レーザモジュールに具備させる。
【0009】
すなわち本発明では、温度の調整を行うペルチェ素子等の温度調整素子の上に配置される基板を上段部分と下段部分とこれらを接続する段差部分からなる構造のものとし、その上段部分の下面を温度調整素子の上面に固定する。これにより、下段部分は段差部分によって上段部分より低い位置に配置されることになり、上段部分に半導体レーザを配置して下段部分にレンズを固定すれば、モジュールパッケージの底面からレンズの上端までの高さを従来よりも低くすることが可能になる。
【0010】
また本発明では、基板の下段部は段差部分によって上段部よりもモジュールパッケージの内部底面に近い側に配置されていることを特徴としている。段差を比較的大きくすれば、基板の下段部の位置をより低くすることができる。これにより、従来の半導体レーザモジュールよりも高さを確実に低くすることができる。もちろん、基板の下段部の上面は温度調整素子の上面よりも必ずしも低くなる必要はない。
【0011】
また本発明では、基板の下段部の下面はモジュールパッケージの内部底面と所定の間隔を置いて非接触状態で配置されていることを特徴としている。これにより、基板とモジュールパッケージの間で直接的に熱が伝導することがなく、熱エネルギの有効活用を図ることができると共に、温度調整素子の小型化を図ることが可能になる。
【0013】
請求項4記載の発明では、半導体レーザモジュールは(イ)所定の形状からなるモジュールパッケージと、(ロ)レーザ光を射出する半導体レーザと、(ハ)温度調整用の温度調整素子と、(ニ)その屈曲部分を境にして第1および第2の面を有し、第1の面には温度調整素子が固定されており、モジュールパッケージの底面を基準としたときに第1の面が、レンズを固定している第2の面よりも離れた位置にあることを特徴としている。
【0018】
また本発明では、温度調整素子は半導体レーザを電子的に冷却するための電子冷却素子であることを特徴としている。
【0019】
また本発明では、温度調整素子が半導体レーザを電子的に冷却するための電子冷却素子であることを特徴としている。もちろん、冷却素子のみでなく必要に応じて加熱素子を併せて、あるいは単独で配置することも自由である。
【0020】
【実施例】
以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【0021】
図1は本発明の一実施例における半導体レーザモジュールの構造を表わしたものである。本実施例の半導体レーザモジュール20は、やや細長のモジュールパッケージ21を使用している。その一側壁には、光信号を伝達するための光ファイバ22の一端近傍がYAG固定されている。モジュールパッケージ21の内部底面には、ペルチェ素子からなる電子冷却素子23が半田によって固定されている。電子冷却素子23の上面には、所定の段差hを設けて2段に構成した金属板からなる基板24の上段部分24Uが半田によって固定されている。上段部分24Uの光ファイバ22側に寄った端部には半導体レーザ25が半田によって固定されている。光ファイバ22の固定位置は、その光軸が半導体レーザ25の射出部の高さと一致するように予め設定されている。基板の下段部分(クランク部)24Dの上面には、レンズ26がYAG固定されている。基板24の段差hは、このレンズ26と光ファイバ22と光軸が一致するような値に設定されている。基板の下段部分24Dの下面は、モジュールパッケージ21の内部底面と非接触の状態となっている。
【0022】
このような構成の半導体レーザモジュール20では、半導体レーザ25と光ファイバ22がレンズ26によって光学的に結合している。また、半導体レーザ25は基板24を介して電子冷却素子23によって放熱され、所望の温度範囲に保たれるようになっている。
【0023】
しかも本実施例の半導体レーザモジュール20では、基板24に段差hが設けられており、下段部分24Dの上面の高さを電子冷却素子23の上面の高さよりも低くすることができる。したがって、モジュールパッケージ20内の部品全体による高さは、レンズ26の高さに電子冷却素子23の高さと基板24の厚さを単純に加算した値よりも小さくなることはもちろん、電子冷却素子23の高さと段差hの設定値によっては全体的な高さを、電子冷却素子23の高さとレンズ26の口径を単純に加算した値よりも大幅に低めることができる。したがって、電子冷却素子23等の各種部品の選択の自由度が増し、また性能的にも部品の信頼性の点でも余裕を持たせることができる。もちろん、各種部品の高さを限界値に設定することで半導体レーザモジュールの高さを大幅に改善することができる。
【0024】
なお、実施例では半導体レーザモジュール内に1つの半導体レーザを配置したが、例えば特開平5−281442号公報にも開示があるように2個またはこれ以上の半導体レーザを配置した半導体レーザモジュールにも本発明を適用することができる。
【0025】
また、実施例では基板の下段部の一例を示したが、温度調整素子上に配置される各種部品(チップオンキャリア)の形状やサイズに応じてその形状、配置される位置および高さを各種変形することが可能である。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、温度調整素子の上に配置される基板を上段部分と下段部分とこれらを接続する段差部分からなる構造のものとし、その上段部分の下面を温度調整素子の上面に固定するようにした。これにより、下段部分は段差の分だけ上段部分より低い位置に配置されることになり、上段部分に半導体レーザを配置して下段部分にレンズを固定すれば、モジュールパッケージの底面からレンズの上端までの高さを低めることが可能になる。したがって、各構成部品の性能やサイズに多少の余裕を持たせながら半導体レーザモジュールの高さを低くし、経済性と伝送装置の小型化に寄与することができる。また、個々の構成部品の小型化を図ることにより、半導体レーザモジュールの小型化を一層促進することができる。
【0027】
また本発明によれば、段差を比較的大きくとることで基板の下段部の位置をより低くなるようにすることができ、従来のように基板の厚さをレンズの固定された部分と半導体レーザの固定された部分で違わせる必要がない。したがって、基板の加工が例えば平板を単純に折り曲げるだけのものとなり、容易になるという利点がある。
【0028】
更に本発明によれば、基板の下段部分の下面はモジュールパッケージの内部底面と所定の間隔を置いて非接触状態になっている。このため、基板とモジュールパッケージの間で直接的に熱が伝導することがなく、熱エネルギの有効活用を図ることができると共に、温度調整素子を小型にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における半導体レーザモジュールの構造を表わした概略構成図である。
【図2】従来の半導体レーザモジュールの構造を表わした概略構成図である。
【符号の説明】
20 半導体レーザモジュール
21 モジュールパッケージ
22 光ファイバ
23 電子冷却素子
24 基板
24U 上段部分
24D 下段部分
25 半導体レーザ
26 レンズ
h 段差[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a semiconductor laser module used for, for example, optical communication and optical information processing, and more specifically, a semiconductor laser module in which a light beam emitted from a semiconductor laser whose temperature is adjusted by a cooling element is coupled to an optical fiber. About.
[0002]
[Prior art]
Semiconductor laser modules are widely used as signal light sources used in optical fiber transmission devices and the like. Miniaturization of transmission devices using optical fibers is progressing, and high integration of circuit boards is required. At the same time, various components incorporated in the circuit board are reduced in size and height. In relation to such components, the semiconductor laser module is particularly required to be thin.
[0003]
FIG. 2 shows the structure of a conventional semiconductor laser module. One end of an
[0004]
In the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the structure of the conventional semiconductor laser module, the thickness of the portion of the
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser module capable of reducing the overall height occupied by these components in the package by devising the arrangement of the components.
[0007]
Another object of the present invention is to provide a semiconductor laser module capable of reducing the height of the entire component in the package below the value obtained by adding the lens diameter to the height of the cooling element.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, (b) a module package, (b) a thermally conductive substrate having a planar upper step and a lower step with a stepped portion as a boundary, and (c) a lower surface fixed to the inner bottom surface of the module package. A temperature adjusting element for temperature adjustment whose upper surface is fixed to the lower surface of the upper stage of the substrate, (d) a semiconductor laser disposed on the substrate, (e) an optical fiber, and (f) a lower step of the substrate. A semiconductor laser module is provided with a lens that is fixed and optically couples the semiconductor laser and the optical fiber.
[0009]
That is, in the present invention, the substrate disposed on the temperature adjusting element such as a Peltier element for adjusting the temperature is composed of an upper part, a lower part and a step part connecting them, and the lower surface of the upper part is formed. It fixes to the upper surface of a temperature control element. As a result, the lower part is arranged at a lower position than the upper part by the step part, and if the semiconductor laser is arranged in the upper part and the lens is fixed to the lower part, the bottom from the module package to the upper end of the lens. It becomes possible to make height lower than before.
[0010]
Further, the present invention is characterized in that the lower step portion of the substrate is disposed closer to the inner bottom surface of the module package than the upper step portion by the step portion. If the step is made relatively large, the position of the lower step portion of the substrate can be made lower. As a result, the height can be reliably reduced as compared with the conventional semiconductor laser module. Of course, the upper surface of the lower part of the substrate does not necessarily need to be lower than the upper surface of the temperature adjustment element.
[0011]
Further, the present invention is characterized in that the lower surface of the lower step portion of the substrate is arranged in a non-contact state with a predetermined distance from the inner bottom surface of the module package. As a result, heat is not directly conducted between the substrate and the module package, the thermal energy can be effectively utilized, and the temperature adjusting element can be downsized.
[0013]
In the invention according to claim 4 , the semiconductor laser module includes: (a) a module package having a predetermined shape; (b) a semiconductor laser that emits laser light; (c) a temperature adjustment element for temperature adjustment; ) Having first and second surfaces with the bent portion as a boundary, the temperature adjustment element is fixed to the first surface , and the first surface is based on the bottom surface of the module package , It is characterized by being at a position farther from the second surface fixing the lens .
[0018]
In the present invention, the temperature adjusting element is an electronic cooling element for electronically cooling the semiconductor laser.
[0019]
In the present invention, the temperature adjustment element is an electronic cooling element for electronically cooling the semiconductor laser. Of course, it is also possible to arrange not only the cooling element but also the heating element as necessary or separately.
[0020]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
[0021]
FIG. 1 shows the structure of a semiconductor laser module according to an embodiment of the present invention. The
[0022]
In the
[0023]
Moreover, in the
[0024]
In the embodiment, one semiconductor laser is arranged in the semiconductor laser module. However, for example, a semiconductor laser module in which two or more semiconductor lasers are arranged as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-281442. The present invention can be applied.
[0025]
In the embodiment, an example of the lower part of the substrate is shown. However, various shapes, positions and heights of various parts (chip-on-carriers) arranged on the temperature adjusting element are selected according to the shape and size of the various parts (chip-on-carrier). It is possible to deform.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the substrate disposed on the temperature adjustment element has an upper part, a lower part, and a step part connecting them, and the lower surface of the upper part is the temperature adjustment element. It was made to fix to the upper surface. As a result, the lower part is arranged at a position lower than the upper part by the level difference, and if the semiconductor laser is arranged on the upper part and the lens is fixed to the lower part, the bottom of the module package is extended to the upper end of the lens. It becomes possible to reduce the height of the. Therefore, it is possible to reduce the height of the semiconductor laser module while giving some margin to the performance and size of each component, thereby contributing to economy and downsizing of the transmission device. Further, downsizing of the individual component parts can further promote the downsizing of the semiconductor laser module.
[0027]
Further , according to the present invention, the position of the lower step portion of the substrate can be made lower by taking a relatively large step, and the thickness of the substrate is fixed to the portion where the lens is fixed and the semiconductor laser as in the prior art. There is no need to make a difference in the fixed part. Therefore, there is an advantage that the processing of the substrate becomes easy by simply bending the flat plate, for example.
[0028]
Further, according to the present invention, the lower surface of the lower portion of the substrate is in a non-contact state with a predetermined distance from the inner bottom surface of the module package. For this reason, heat is not directly conducted between the substrate and the module package, the thermal energy can be effectively utilized, and the temperature adjusting element can be made compact.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the structure of a semiconductor laser module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the structure of a conventional semiconductor laser module.
[Explanation of symbols]
20
Claims (3)
段差部分を境として平面状の上段部と下段部とを有する熱伝導性の基板と、
前記モジュールパッケージの内部底面にその下面が固定されその上面が前記基板の上段部の下面に固定された温度調整用の温度調整素子と、
前記基板上段部に配置された半導体レーザと、
光ファイバと、
前記基板の下段部の上面に固定され、前記半導体レーザと前記光ファイバを光学的に結合させるレンズとを具備し、
前記レンズを固定する、前記基板の面は、前記温度調整素子の上面よりも、前記モジュールパッケージの内部底面に近いことを特徴とする半導体レーザモジュール。Module package,
A thermally conductive substrate having a planar upper and lower steps with the stepped portion as a boundary;
A temperature adjustment element for temperature adjustment, the lower surface of which is fixed to the inner bottom surface of the module package, and the upper surface of which is fixed to the lower surface of the upper portion of the substrate;
A semiconductor laser disposed on the upper stage of the substrate;
Optical fiber,
A lens that is fixed to the upper surface of the lower part of the substrate and optically couples the semiconductor laser and the optical fiber;
The semiconductor laser module according to claim 1 , wherein a surface of the substrate on which the lens is fixed is closer to an inner bottom surface of the module package than an upper surface of the temperature adjusting element.
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