JP4149701B2

JP4149701B2 - Semiconductor laser module

Info

Publication number: JP4149701B2
Application number: JP2001375832A
Authority: JP
Inventors: 潤贄川; 康弘鈴木; 雄次田代
Original assignee: 岡野電線株式会社
Priority date: 2001-12-10
Filing date: 2001-12-10
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2021-12-10
Also published as: JP2003179296A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザモジュールに関し、特に、高出力および高温環境下での使用に適した半導体レーザモジュールに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
図４には半導体レーザモジュールの一構造例が模式的な断面図により示されている。この半導体レーザモジュール１は、半導体レーザ素子２が光ファイバ３と光結合状態でパッケージ４の内部に配置されてモジュール化されたものである。この半導体レーザモジュール１において、パッケージ４の内部には半導体レーザ素子２の温度制御を行うペルチェモジュール５が底壁４ａに固定されている。
【０００３】
ペルチェモジュール５は、Ｐ型半導体であるＰ型のペルチェ素子５ａと、Ｎ型半導体であるＮ型のペルチェ素子５ａとを交互に並べて２枚の絶縁基板５ｂ，５ｃの間に配置すると共に、それらＰ型とＮ型のペルチェ素子５ａを直列に接続して形成されるものである。このペルチェモジュール５では、一方側の絶縁基板５ｂが冷却側基板と成し、他方側の絶縁基板５ｃが発熱側基板と成しており、ペルチェ素子５ａに直流電流を流すことによって当該ペルチェ素子５ａにより冷却側基板５ｂが冷却される。
【０００４】
ここでは、ペルチェモジュール５は発熱側基板５ｃをパッケージ４の底壁４ａに当接させてパッケージ４の内部に固定され、冷却側基板５ｂの上部にはベース６を介して半導体レーザ素子２が配置されており、ペルチェ素子５ａへの通電量を制御することで、ペルチェ素子５ａによる冷却側基板５ｂの冷却の度合いを加減して半導体レーザ素子２の温度制御を行っている。
【０００５】
半導体レーザ素子２の駆動時には、半導体レーザ素子２自体の発熱により半導体レーザ素子２の温度が上昇する。この温度上昇は半導体レーザ素子２の出射光の発振波長と光出力の変化を引き起こす。このため、半導体レーザ素子２の近傍にサーミスタ７を設け、このサーミスタ７によって半導体レーザ素子２の温度を測定し、この測定値に基づいて半導体レーザ素子２の温度を一定に保つべくペルチェモジュール５のペルチェ素子５ａの通電電流量を調整して半導体レーザ素子２の温度制御を行っている。これにより、半導体レーザ素子２の特性の安定化を図っている。
【０００６】
ペルチェモジュール５の冷却側基板５ｂの上部に設けられたベース６には半導体レーザ素子２とサーミスタ７が設けられるだけでなく、支持部８を介して半導体レーザ素子２の発光状態を監視するためのフォトダイオード９が配置されている。また、ベース６上にはレンズホルダー（図示せず）を介して非球面レンズ１０も固定されている。
【０００７】
パッケージ４の側壁４ｂには貫通孔１１が形成され、この貫通孔１１の内部にはフェルール１２が嵌め込まれている。このフェルール１２には光ファイバ３の先端側が固定されている。また、貫通孔１１の内部には集光レンズ１３が固定されている。さらに、パッケージ４の内部には、半導体レーザ素子２からレンズ１０，１３を通って光ファイバ３の端面に至る光の経路上にアイソレータ１４が設けられている。このアイソレータ１４は戻り光を除去するためのものである。さらにまた、半導体レーザ素子２の酸化を防止するために、パッケージ４の内部は窒素やアルゴンなどの封止ガスが充填された状態で気密封止されている。
【０００８】
このような半導体レーザモジュール１は、例えば、ヒートシンク１５上にねじ１６により固定されており、ペルチェモジュール５の発熱側基板５ｃから発せられた熱をパッケージ４を通してヒートシンク１５に伝熱させて外部に排熱させている。
【０００９】
以上のような半導体レーザモジュール１では、半導体レーザ素子２から出射された光は非球面レンズ１０とアイソレータ１４と集光レンズ１３を通り集光されて光ファイバ３の端面に入射する。そして、この光ファイバ３に入射した光は光ファイバ３を伝搬して所望の場所に供給される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような半導体レーザモジュール１には、光出力の高出力化と、高温環境下での使用が可能であることとが要求されるようになってきている。この要求に応えるべく、半導体レーザ素子２を高出力化すると、必然的に半導体レーザ素子２の発熱量も増加する。このため、半導体レーザ素子２の発熱を従来よりも効率良く排熱しなければならない。
【００１１】
このことから、ペルチェモジュール５を大型化することが考えられる。しかし、大型のペルチェモジュール５を使用する際には、次に示すような問題が生じる。例えば、大型のペルチェモジュール５では、冷却側基板５ｂの吸熱量が大きくなると共に、発熱側基板５ｃの発熱量が増加することとなる。
【００１２】
この発熱側基板５ｃの熱が、冷却側基板５ｂや、さらにベース６を通って半導体レーザ素子２にまで伝熱されてしまうという事態が発生し、半導体レーザ素子２の温度を一定に保つことが困難になるという問題が生じる。
【００１３】
また、発熱側基板５ｃの熱が、パッケージ４の底壁４ａから側壁４ｂに拡散し当該パッケージ４から熱が放射され、この熱によってパッケージ４の内部の封止ガスに環流が生じる。この結果、ペルチェモジュール５の冷却効率が低下して、ペルチェモジュール５の消費電力の増大を招くこととなる。
【００１４】
そこで、そのような問題を解決するための手段が様々に提案されているが、満足のいくものは未だ提案されていない。
【００１５】
本発明の目的は、半導体レーザ素子を高出力化したり、高温環境下で使用する場合であっても、ペルチェモジュールを消費電力少なく効率的に駆動させて、半導体レーザ素子の温度を一定に保つ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。
【００１６】
【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ための手段としている。すなわち、第１の発明は、半導体レーザ素子がパッケージの内部に配置されている半導体レーザモジュールにおいて、半導体レーザ素子の温度制御を行うペルチェモジュールを有し、このペルチェモジュールは、冷却側を半導体レーザ素子側に向け、また、発熱側をパッケージの底壁に当接させた姿勢でパッケージの内部に配設されている構成と成しており、ペルチェモジュールの発熱側から発生した熱を外部に導く方向の熱伝導の方向性を持つカーボンコンポジット材から成る部材がパッケージの当接領域から底壁面に沿って伸びる形態でパッケージの底壁内部に埋設され、当該部材の伸長先端側はパッケージから外に伸長させて露出されており、また、パッケージの底壁の下面はヒートシンクに当接固定されており、ペルチェモジュールの発熱側から発生した熱は、パッケージの底壁を介してヒートシンクに伝熱され当該ヒートシンクから外部に排熱される経路と、前記カーボンコンポジット材から成る部材を通って当該部材のパッケージの外に露出している部位からヒートシンクを通らずに外部に排熱される経路とでもって外部に排熱される構成を備えたことを特徴としている。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明の構成を備え、パッケージの外部に引き出されたカーボンコンポジット材から成る部材には放熱フィンが取り付けられていることを特徴としている。
【００１８】
第３の発明は、半導体レーザ素子がパッケージの内部に配置されている半導体レーザモジュールにおいて、半導体レーザ素子の温度制御を行うペルチェモジュールを有し、このペルチェモジュールは、冷却側を半導体レーザ素子側に向け、また、発熱側をパッケージの底壁に当接させた姿勢でパッケージの内部に配設されている構成と成しており、パッケージの底壁は、その下面がヒートシンクに当接固定され、また、当該パッケージの底壁はパッケージの他の部位よりも熱伝導率の高い材料によって形成され、このパッケージの底壁は外部に張り出した放熱用拡張部を有し、該放熱用拡張部には放熱フィンが取り付けられており、ペルチェモジュールの発熱側から発生した熱は、パッケージの底壁を介してヒートシンクに伝熱され当該ヒートシンクから外部に排熱される経路と、パッケージの底壁のペルチェモジュール当接部分から放熱用拡張部に伝熱されて当該放熱用拡張部からヒートシンクを通らずに外部に排熱される経路とでもって外部に排熱される構成を有していることを特徴としている。
【００１９】
第４の発明は、第３の発明の構成を備え、パッケージの底壁を構成する材料は、パッケージのペルチェモジュール当接領域から放熱用拡張部に向かう方向の熱伝導の方向性を持つカーボンコンポジット材であることを特徴としている。
【００２０】
第５の発明は、第３または第４の発明の構成を備え、パッケージの底壁内部にはペルチェモジュールの当接領域から底壁面に沿って伸びるヒートパイプが埋設され、当該ヒートパイプの伸長先端側はパッケージから外に伸長させて露出されていることを特徴としている。
【００２１】
第６の発明は、第５の発明の構成を備え、ヒートパイプに代えて、ペルチェモジュールの発熱側から発生した熱を外部に導く方向の熱伝導の方向性を持つカーボンコンポジット材から成る部材がパッケージの当接領域から底壁面に沿って伸びる形態でパッケージの底壁内部に埋設され、当該部材の伸長先端側はパッケージから外に伸長させて露出されていることを特徴としている。
【００２２】
第７の発明は、第１〜第６の発明の何れか１つの発明の構成を備え、パッケージの底壁からパッケージ内部への放熱を防止する断熱部材がパッケージの内部の底壁面上にペルチェモジュール当接領域を避けて配設されていることを特徴としている。
【００２３】
【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。
【００２４】
図１（ａ）には、本発明の実施形態例を説明するための参考例の半導体レーザモジュールの構成例が模式的な断面図により示されている。なお、この参考例の説明において、前記図４の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、その共通部分の重複説明は省略する。
【００２５】
この参考例では、パッケージ４の底壁４ａにはその内部にヒートパイプ２０が埋設されている。このヒートパイプ２０は、パッケージ底壁４ａの内部をペルチェモジュール５の当接領域から底壁面に沿って外部に伸びており、ペルチェモジュール５の発熱側基板５ｃから発せられた熱を外部に導く構成を有する。ここでは、パッケージ４から外部に引き出されたヒートパイプ２０部分に放熱フィン２１が設けられており、発熱側基板５ｃから発せられた熱は、ヒートパイプ２０を伝熱してパッケージ４の外部に導かれ、放熱フィン２１により効率良く排熱される。
【００２６】
この参考例では、放熱フィン２１にファン駆動による風を当てて放熱フィン２１の熱を放熱させる構成としてもよいし、放熱フィン２１の熱を自然に放熱させる構成としてもよい。また、放熱フィン２１の構造は特に限定されるものではないが、放熱フィン２１の放熱効率を高めるために、例えば、放熱フィン２１を図１（ｂ）に示すような表面積を拡大した形態とすることが好ましい。
【００２７】
この参考例によれば、パッケージ底壁４ａの内部に、ペルチェモジュール５の当接領域から底壁面に沿って外部に伸びるヒートパイプ２０を埋設したので、発熱側基板５ｃから発せられた熱はパッケージ４の底壁４ａや側壁４ｂや冷却側基板５ｂ側に拡散する前に熱密度の高い状態のままヒートパイプ２０により吸熱されて外部に排熱されることとなる。これにより、発熱側基板５ｃの熱の多くをパッケージ４の外部に効率良く排熱することができて、発熱側基板５ｃの熱の拡散に起因した問題、つまり、発熱側基板５ｃの熱が冷却側基板５ｂ側に伝熱してしまって半導体レーザ素子２の温度を一定に保つことができないという問題や、発熱側基板５ｃの熱がパッケージ４に拡散してパッケージ４の内部の封止ガスに環流が生じてペルチェモジュール５の冷却効率を低下させるという問題を防止することができる。
【００２８】
よって、半導体レーザ素子２の高出力化および高温環境下での使用の実現を達成することが容易となる。
【００２９】
以下に、本発明の第１実施形態例を説明する。なお、この第１実施形態例の説明において、上記参考例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００３０】
この第１実施形態例の半導体レーザモジュール１では、パッケージ底壁４ａの全体がパッケージ４の他の部位よりも熱伝導率の高い材料（例えば、パッケージ４の他の部位がFe-Ni-Co合金により構成されている場合には、Cu-W合金や、AlSiなど）により構成されており、図２に示されるように、このパッケージ底壁４ａには外部に張り出した放熱用拡張部２５が形成されている。
【００３１】
この第１実施形態例では、ペルチェモジュール５の発熱側基板５ｃから発せられた熱は、殆ど拡散することなくパッケージ底壁４ａに吸熱され、パッケージ底壁４ａのペルチェモジュール５の当接領域から放熱用拡張部２５に伝熱され当該放熱用拡張部２５から外部に排熱されることとなる。
【００３２】
パッケージ底壁４ａの構成材料は特に限定されるものではなく、適宜なものを利用してよいものであるが、発熱側基板５ｃの熱の排熱効率をより良く高めるためには、例えば、カーボンコンポジット材を用いることが好ましい。このカーボンコンポジット材は、熱伝導率に優れ、かつ、熱伝導の方向性を持つものである。当該カーボンコンポジット材を利用する場合には、ペルチェモジュール５の当接領域から放熱用拡張部２５に向かう方向の熱伝導の方向性を持つように、カーボンコンポジット材によってパッケージ底壁４ａを構成する。
【００３３】
この第１実施形態例では、放熱用拡張部２５からの放熱効率を高めるために、放熱用拡張部２５には放熱フィン２６が設けられている。
【００３４】
また、この第１実施形態例では、パッケージ底壁４ａの全体が熱伝導率の高い材料により構成されているので、ペルチェモジュール５の発熱側基板５ｃの熱はパッケージ底壁４ａの全体に伝熱され、パッケージ４の内部に露出している底壁面部分からパッケージ４の内部に熱が放熱される虞がある。このため、この第１実施形態例では、パッケージ４の内部の底壁４ａ面上にはペルチェモジュール５の当接領域を避けて断熱部材２４が設けられている。
【００３５】
以下に、第２実施形態例を説明する。なお、この第２実施形態例の説明において、第１実施形態例や参考例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００３６】
この第２実施形態例は、図３に示されるように、参考例とほぼ同様な構成を備えているが、ヒートパイプ２０に代えて、カーボンコンポジット材から成る部材２８が設けられている。この部材２８は、ペルチェモジュール５の発熱側基板５ｃの熱を外部に導く方向の熱伝導の方向性を持つようにカーボンコンポジット材により構成されている。この第２実施形態例においても、パッケージ４の外部に引き出された部材２８の部分には放熱フィン２９が設けられており、放熱効率を向上させている。
【００３７】
なお、この発明は第１、第２の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ものである。例えば、第２実施形態例の構成に加えて、図３の点線に示されるように、パッケージ４の内部の底壁４ａ面上に、第１実施形態例に示したような断熱部材２４をペルチェモジュール５の当接領域を避けて形成してもよい。
【００３８】
また、第１実施形態例に示したように、パッケージ底壁４ａの少なくともペルチェモジュール５の当接領域をパッケージ４の他の部位よりも熱伝導率の高い材料により形成して放熱用拡張部２５には放熱フィン２６を設ける構成と、参考例に示したようなヒートパイプ２０、あるいは、第２実施形態例に示したような、カーボンコンポジット材から成る部材２８をパッケージ底壁４ａの内部に埋設する構成とを組み合わせてもよい。
【００３９】
さらに、第２実施形態例では、放熱フィン２９が設けられていたが、部材２８におけるパッケージ４の外部に配置されている部分の表面積を拡大する等の手段を講じて放熱効率を高めた構成とした場合には、放熱フィン２９を設けなくともよい。
【００４０】
さらに、第１、第２の各実施形態例の半導体レーザモジュール１は、半導体レーザ素子２から出射された光がレンズ１０，１３を通り集光されて光ファイバ３の端面に入射する構成のものであったが、例えば、光ファイバ３の先端部にレンズが形成されているレンズドファイバを用いており、レンズ１０，１３等が省略されている半導体レーザモジュールにも、本発明は適用することができるものである。このように、本発明は、図２、図３に示す半導体レーザモジュールだけでなく、他の形態を有する様々な半導体レーザモジュールにも適用することができるものである。
【００４１】
【発明の効果】
この発明によれば、パッケージの底壁内部にカーボンコンポジット材から成る部材を埋設して当該部材によりペルチェモジュールの発熱側から発せられた熱を外部に導く構成としたり、パッケージの底壁をパッケージの他の部位よりも熱伝導率の高い材料により構成してパッケージ底壁に放熱用拡張部を設ける構成とすることにより、ペルチェモジュールの発熱側から発せられた熱は殆ど拡散せずに熱密度の高い状態のままカーボンコンポジット材から成る部材や熱伝導率の高いパッケージ底壁部分に吸熱されて外部に排熱されることとなる。
【００４２】
これにより、ペルチェモジュールの発熱側から発せられた熱を効率良く外部に排熱することができて、ペルチェモジュールの発熱側の熱の拡散に起因した問題、つまり、その発熱側の熱がペルチェモジュールの冷却側に伝熱されて半導体レーザ素子の温度を一定に保つことが困難になるという問題や、ペルチェモジュールの発熱側の熱がパッケージの壁に拡散してパッケージの内部のガスに環流が生じてペルチェモジュールの冷却効率が低下してしまうという問題を防止することができる。
【００４３】
したがって、この発明において特徴的な構成を備えることにより、半導体レーザ素子の高出力化と、高温環境下での使用とを共に実現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ができる。
【００４４】
パッケージの外部に引き出されたカーボンコンポジット材から成る部材部分や、パッケージ底壁の放熱用拡張部に、放熱フィンを設けることにより、放熱フィンによって、ペルチェモジュールの発熱側の熱の排熱効率を高めることができる。また、パッケージ底壁に放熱用拡張部を設け、ヒートパイプを設けたものは、ヒートパイプによってもペルチェモジュールの発熱側の熱を外部に導く構成にできる。
【００４５】
パッケージの底壁からパッケージ内部への放熱を防止する断熱部材がパッケージの内部の底壁面上にペルチェモジュール当接領域を避けて配設されているものにあっては、ペルチェモジュールの発熱側の熱がパッケージ底壁を介してパッケージ内部に放熱されることを断熱部材によってほぼ確実に抑制することができる。これにより、より確実にペルチェモジュールの発熱側の熱を外部に伝熱させて排熱させることができる。
【００４６】
パッケージの底壁を構成する熱伝導率の高い材料として、カーボンコンポジット材を利用するものにあっては、そのカーボンコンポジット材は熱伝導率がとても高く、しかも、熱伝導の方向性を有するものであることから、より一層効率的にペルチェモジュールの発熱側の熱を外部に排熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体レーザモジュールの参考例を説明するためのモデル図である。
【図２】本発明に係る半導体レーザモジュールの第１実施形態例を模式的な断面図により示したモデル図である。
【図３】本発明に係る半導体レーザモジュールの第２実施形態例を模式的な断面図により示したモデル図である。
【図４】半導体レーザモジュールの一従来例を説明するための図である。
【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
４ａ底壁
５ペルチェモジュール
２０ヒートパイプ
２１，２６，２９放熱フィン
２４断熱部材
２５放熱用拡張部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser module, and more particularly to a semiconductor laser module suitable for use in a high output and high temperature environment.
[0002]
[Background]
FIG. 4 is a schematic sectional view showing an example of the structure of the semiconductor laser module. The semiconductor laser module 1 is a module in which a semiconductor laser element 2 is arranged in a package 4 in an optically coupled state with an optical fiber 3. In the semiconductor laser module 1, a Peltier module 5 for controlling the temperature of the semiconductor laser element 2 is fixed to the bottom wall 4 a inside the package 4.
[0003]
The Peltier module 5 includes a P-type Peltier element 5a, which is a P-type semiconductor, and an N-type Peltier element 5a, which is an N-type semiconductor, arranged alternately between two insulating substrates 5b and 5c. The P-type and N-type Peltier elements 5a are connected in series. In this Peltier module 5, one side insulating substrate 5b is a cooling side substrate, and the other side insulating substrate 5c is a heat generating side substrate, and by passing a direct current through the Peltier element 5a, the Peltier element 5a. As a result, the cooling side substrate 5b is cooled.
[0004]
Here, the Peltier module 5 is fixed inside the package 4 with the heat generating side substrate 5c abutting against the bottom wall 4a of the package 4, and the semiconductor laser element 2 is disposed on the cooling side substrate 5b via the base 6. Thus, by controlling the amount of current supplied to the Peltier element 5a, the degree of cooling of the cooling side substrate 5b by the Peltier element 5a is adjusted to control the temperature of the semiconductor laser element 2.
[0005]
When the semiconductor laser element 2 is driven, the temperature of the semiconductor laser element 2 rises due to heat generated by the semiconductor laser element 2 itself. This rise in temperature causes a change in the oscillation wavelength and light output of the emitted light from the semiconductor laser element 2. For this reason, a thermistor 7 is provided in the vicinity of the semiconductor laser element 2, the temperature of the semiconductor laser element 2 is measured by the thermistor 7, and the temperature of the Peltier module 5 is kept constant based on the measured value. The temperature control of the semiconductor laser element 2 is performed by adjusting the amount of current flowing through the Peltier element 5a. As a result, the characteristics of the semiconductor laser element 2 are stabilized.
[0006]
The base 6 provided on the top of the cooling side substrate 5b of the Peltier module 5 is not only provided with the semiconductor laser element 2 and the thermistor 7, but also for monitoring the light emission state of the semiconductor laser element 2 via the support portion 8. A photodiode 9 is arranged. An aspheric lens 10 is also fixed on the base 6 via a lens holder (not shown).
[0007]
A through hole 11 is formed in the side wall 4 b of the package 4, and a ferrule 12 is fitted inside the through hole 11. The tip of the optical fiber 3 is fixed to the ferrule 12. A condensing lens 13 is fixed inside the through hole 11. Further, an isolator 14 is provided inside the package 4 on the light path from the semiconductor laser element 2 through the lenses 10 and 13 to the end face of the optical fiber 3. This isolator 14 is for removing the return light. Furthermore, in order to prevent oxidation of the semiconductor laser element 2, the inside of the package 4 is hermetically sealed in a state filled with a sealing gas such as nitrogen or argon.
[0008]
Such a semiconductor laser module 1 is fixed on the heat sink 15 with screws 16, for example, and heat generated from the heat generating side substrate 5 c of the Peltier module 5 is transferred to the heat sink 15 through the package 4 and discharged to the outside. Heated.
[0009]
In the semiconductor laser module 1 as described above, the light emitted from the semiconductor laser element 2 is condensed through the aspherical lens 10, the isolator 14, and the condenser lens 13 and enters the end face of the optical fiber 3. The light incident on the optical fiber 3 propagates through the optical fiber 3 and is supplied to a desired location.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The semiconductor laser module 1 as described above is required to have a high light output and to be usable in a high temperature environment. When the output of the semiconductor laser element 2 is increased to meet this demand, the amount of heat generated by the semiconductor laser element 2 inevitably increases. For this reason, the heat generated by the semiconductor laser element 2 must be exhausted more efficiently than before.
[0011]
For this reason, it is conceivable to increase the size of the Peltier module 5. However, when the large Peltier module 5 is used, the following problems occur. For example, in the large Peltier module 5, the heat absorption amount of the cooling side substrate 5b increases and the heat generation amount of the heat generation side substrate 5c increases.
[0012]
The heat of the heat generation side substrate 5c is transferred to the semiconductor laser element 2 through the cooling side substrate 5b and the base 6, and the temperature of the semiconductor laser element 2 can be kept constant. The problem becomes difficult.
[0013]
Further, the heat of the heat generation side substrate 5c is diffused from the bottom wall 4a of the package 4 to the side wall 4b, and the heat is radiated from the package 4, and this heat causes a circulation in the sealing gas inside the package 4. As a result, the cooling efficiency of the Peltier module 5 is lowered, and the power consumption of the Peltier module 5 is increased.
[0014]
Various means for solving such problems have been proposed, but no satisfactory one has been proposed yet.
[0015]
An object of the present invention is to keep the temperature of a semiconductor laser element constant by driving a Peltier module efficiently with low power consumption even when the output of the semiconductor laser element is increased or used in a high temperature environment. An object of the present invention is to provide a semiconductor laser module capable of performing
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration as means for solving the above problems. That is, the first invention has a Peltier module for controlling the temperature of the semiconductor laser element in the semiconductor laser module in which the semiconductor laser element is arranged inside the package, and the Peltier module has a semiconductor laser element on the cooling side. The heat generation side is arranged inside the package with the heat generation side in contact with the bottom wall of the package, and the heat generated from the heat generation side of the Peltier module is guided to the outside. A member made of carbon composite material with the direction of heat conduction is embedded inside the bottom wall of the package in a form extending along the bottom wall surface from the contact area of the package, and the extending tip side of the member extends out of the package is exposed by, the lower surface of the package of the bottom wall are in contact fixed to the heat sink, a Peltier module The heat generated from the heating side, through a path which is exhaust heat to the outside from the heat transfer to the heat sink to the heat sink through the bottom wall of the package, the member made of the carbon composite material exposed to the outside of the package of the member It is characterized by having a configuration that is the waste heat to the outside with from that site by the route of the waste heat to the outside without passing through the heat sink.
[0017]
The second invention is characterized in that the structure of the first invention is provided, and a heat radiating fin is attached to a member made of a carbon composite material drawn out of the package.
[0018]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor laser module in which a semiconductor laser element is disposed in a package, and includes a Peltier module that controls the temperature of the semiconductor laser element. The bottom surface of the package has its lower surface abutted and fixed to the heat sink, and the heat generating side is in contact with the bottom wall of the package. Further, the bottom wall of the package is formed by a material having a high thermal conductivity than other portions of the package, the bottom wall of the package has a radiating extension which protrudes externally dissipating the heat for extensions radiating fins are mounted, the heat generated from the heating side of the Peltier module, the heating is transferred to the heat sink through the bottom wall of the package A path for exhausting heat from the sink to the outside, and a path for transferring heat from the Peltier module abutting portion of the bottom wall of the package to the heat dissipation extension and to the outside without passing through the heat sink from the heat dissipation extension It is characterized by having a configuration for exhausting heat to the outside.
[0019]
4th invention is provided with the structure of 3rd invention, and the material which comprises the bottom wall of a package is a carbon composite with the directionality of the heat conduction of the direction which goes to the extended part for thermal radiation from the Peltier module contact area of a package It is characterized by being a material.
[0020]
5th invention is equipped with the structure of 3rd or 4th invention, The heat pipe extended along a bottom wall surface from the contact | abutting area | region of a Peltier module is embed | buried in the bottom wall of a package, The expansion | extension front-end | tip of the said heat pipe The side is characterized by being exposed to extend out of the package .
[0021]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a member comprising the carbon composite material having the configuration of the fifth aspect of the present invention and having a heat conduction direction in a direction of guiding the heat generated from the heat generation side of the Peltier module to the outside instead of the heat pipe. is embedded in a form from the contact area of the package extends along the bottom wall surface to the bottom wall inside the package, extending the distal end side of the member is characterized by being exposed by extending out from the package.
[0022]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a Peltier module having a configuration of any one of the first to sixth aspects of the invention , wherein a heat insulating member for preventing heat dissipation from the bottom wall of the package to the inside of the package is provided on the bottom wall surface inside the package. It is characterized by being disposed avoiding the contact area .
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0024]
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a semiconductor laser module of a reference example for explaining an embodiment of the present invention . In the description of this reference example, the same components as those of the semiconductor laser module of FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and overlapping description of the common portions is omitted.
[0025]
In this reference example , a heat pipe 20 is embedded in the bottom wall 4 a of the package 4. The heat pipe 20 extends inside the package bottom wall 4a from the contact area of the Peltier module 5 to the outside along the bottom wall surface, and guides heat generated from the heat generation side substrate 5c of the Peltier module 5 to the outside. Have Here, the heat radiating fins 21 are provided in the heat pipe 20 part drawn out from the package 4, and the heat generated from the heat generating side substrate 5 c is conducted through the heat pipe 20 and led to the outside of the package 4. The heat radiation fin 21 efficiently exhausts heat.
[0026]
In this reference example, it is good also as a structure which radiates the heat | fever of the radiation fin 21 by applying the wind by fan drive to the radiation fin 21, and is good also as a structure which thermally radiates the heat of the radiation fin 21 naturally. In addition, the structure of the radiating fin 21 is not particularly limited, but in order to increase the radiating efficiency of the radiating fin 21, for example, the radiating fin 21 has an enlarged surface area as shown in FIG. It is preferable.
[0027]
According to this reference example , since the heat pipe 20 extending from the contact region of the Peltier module 5 to the outside along the bottom wall surface is embedded in the package bottom wall 4a, the heat generated from the heat generating side substrate 5c is absorbed by the package. 4 is absorbed by the heat pipe 20 while being in a high heat density state before being diffused to the bottom wall 4a, the side wall 4b, and the cooling side substrate 5b side, and is exhausted to the outside. Thereby, most of the heat of the heat generation side substrate 5c can be efficiently exhausted to the outside of the package 4, and the problem caused by the heat diffusion of the heat generation side substrate 5c, that is, the heat of the heat generation side substrate 5c is cooled. There is a problem that the temperature of the semiconductor laser element 2 cannot be kept constant due to heat transfer to the side substrate 5b side, or the heat of the heat generation side substrate 5c diffuses into the package 4 and circulates in the sealing gas inside the package 4 This can prevent the problem that the cooling efficiency of the Peltier module 5 is reduced.
[0028]
Therefore, it becomes easy to achieve high output of the semiconductor laser element 2 and realization of use in a high temperature environment.
[0029]
The first embodiment of the present invention will be described below. In the description of the first embodiment, the same components as those in the above-described reference example are denoted by the same reference numerals, and redundant description of common portions is omitted.
[0030]
In the semiconductor laser module 1 of the first preferred embodiment, the package bottom whole higher thermal conductivity than other portions of the package 4 material walls 4a (e.g., other sites as an Fe-Ni-Co alloy of the package 4 , It is made of Cu-W alloy, AlSi, etc.), and as shown in FIG. 2, the package bottom wall 4a is formed with a heat radiating extension 25 extending outside. Has been.
[0031]
In the first embodiment, the heat generated from the heat generating side substrate 5c of the Peltier module 5 is absorbed by the package bottom wall 4a with little diffusion and is radiated from the contact area of the Peltier module 5 on the package bottom wall 4a. Heat is transferred to the expansion part 25 and is exhausted from the heat dissipation expansion part 25 to the outside.
[0032]
The constituent material of the package bottom wall 4a is not particularly limited, and an appropriate material may be used. To improve the heat exhaust efficiency of the heat generation side substrate 5c better, for example, carbon composite It is preferable to use a material. This carbon composite material is excellent in thermal conductivity and has a direction of thermal conduction. When the carbon composite material is used, the package bottom wall 4a is formed of the carbon composite material so as to have a direction of heat conduction in a direction from the contact region of the Peltier module 5 toward the heat radiation extension 25.
[0033]
In the first embodiment, the heat dissipating expansion portion 25 is provided with heat dissipating fins 26 in order to increase the heat dissipating efficiency from the heat dissipating expansion portion 25.
[0034]
In the first embodiment, the entire package bottom wall 4a is made of a material having high thermal conductivity, so that the heat of the heat generating side substrate 5c of the Peltier module 5 is transferred to the entire package bottom wall 4a. Then, heat may be radiated from the bottom wall surface exposed inside the package 4 to the inside of the package 4. For this reason, in the first embodiment, a heat insulating member 24 is provided on the bottom wall 4a surface inside the package 4 so as to avoid the contact area of the Peltier module 5.
[0035]
The second embodiment will be described below. In the description of the second embodiment, the first implementation embodiment and reference example the same components are denoted by the same reference numerals, duplicate description is omitted.
[0036]
As shown in FIG. 3, the second embodiment has substantially the same configuration as the reference example , but a member 28 made of a carbon composite material is provided instead of the heat pipe 20. The member 28 is made of a carbon composite material so as to have a direction of heat conduction in a direction for guiding the heat of the heat generating side substrate 5c of the Peltier module 5 to the outside. Also in the second embodiment, the heat radiation fins 29 are provided on the portion of the member 28 drawn out of the package 4 to improve the heat radiation efficiency.
[0037]
The present invention is not limited to the first and second embodiments, and can take various embodiments. For example, in addition to the configuration of the second embodiment, as shown in dotted line in FIG. 3, on the bottom wall 4a face the inside of the package 4, the Peltier heat insulating member 24 as shown in the first embodiment The contact area of the module 5 may be avoided and formed.
[0038]
Further, as shown in the first embodiment, the package bottom wall 4a of at least Peltier module contact area formed by material having a high thermal conductivity than other portions of the package 4 radiating extension of 5 25 the configuration Ru provided radiating fins 26, the heat pipe 20 as shown in reference example, or as shown in the second embodiment, the member 28 consisting of mosquitoes over carbon composite material of the package bottom wall 4a You may combine with the structure embedded inside.
[0039]
Furthermore, in the second embodiment, although the heat dissipation Fi down 2 9 is provided to increase the heat radiation efficiency by taking steps such as to enlarge the surface area of the portion that is located outside of the package 4 in the section member 28 and a when the structure may not be provided the heat dissipation Fi down 2 9.
[0040]
Further, the semiconductor laser module 1 of each of the first and second embodiments has a configuration in which light emitted from the semiconductor laser element 2 is condensed through the lenses 10 and 13 and incident on the end face of the optical fiber 3. However, for example, the present invention is also applied to a semiconductor laser module in which a lensed fiber in which a lens is formed at the tip of the optical fiber 3 is used and the lenses 10 and 13 are omitted. It is something that can be done. As described above, the present invention can be applied not only to the semiconductor laser modules shown in FIGS . 2 and 3 but also to various semiconductor laser modules having other forms.
[0041]
【The invention's effect】
According to the present invention, a member made of a carbon composite material is embedded in the bottom wall of the package so that heat generated from the heat generation side of the Peltier module by the member is guided to the outside, or the bottom wall of the package is connected to the package. By using a material with higher thermal conductivity than other parts and providing a heat dissipation extension on the bottom wall of the package, the heat generated from the heat generating side of the Peltier module is hardly diffused and the heat density is reduced. Heat is absorbed by a member made of a carbon composite material or a package bottom wall portion having high thermal conductivity in a high state, and is exhausted to the outside.
[0042]
As a result, the heat generated from the heat generation side of the Peltier module can be efficiently exhausted to the outside, and the problem caused by the diffusion of heat on the heat generation side of the Peltier module, that is, the heat on the heat generation side is The problem is that it is difficult to keep the temperature of the semiconductor laser element constant due to heat transfer to the cooling side of the semiconductor, and the heat on the heat generation side of the Peltier module diffuses into the package wall, causing a recirculation in the gas inside the package Thus, the problem that the cooling efficiency of the Peltier module is reduced can be prevented.
[0043]
Therefore, by providing a characteristic configuration in the present invention, it is possible to provide a semiconductor laser module capable of realizing both high output of the semiconductor laser element and use in a high temperature environment.
[0044]
Package or member portion consisting of mosquitoes over carbon composite material which is drawn out of, the radiating extension of the package bottom wall, by Rukoto provided radiating fin, the heat radiation fins, heat efficiency of the heating side of the heat of the Peltier module Can be increased. Moreover, what provided the expansion part for heat dissipation in the package bottom wall, and provided the heat pipe can be comprised so that the heat | fever of the heat_generation | fever side of a Peltier module may be guide | induced to the exterior also with a heat pipe .
[0045]
If a heat insulating member that prevents heat dissipation from the bottom wall of the package to the inside of the package is disposed on the bottom wall surface inside the package avoiding the Peltier module contact area, the heat on the heat generation side of the Peltier module Can be almost certainly suppressed by the heat insulating member from being radiated into the package through the package bottom wall. As a result, the heat on the heat generating side of the Peltier module can be transferred to the outside and exhausted more reliably.
[0046]
If a carbon composite material is used as the material with high thermal conductivity that constitutes the bottom wall of the package, the carbon composite material has a very high thermal conductivity and has a direction of heat conduction. Therefore, the heat on the heat generation side of the Peltier module can be exhausted to the outside more efficiently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a model diagram for explaining a reference example of a semiconductor laser module according to the present invention.
FIG. 2 is a model diagram showing a schematic cross-sectional view of a first embodiment of a semiconductor laser module according to the present invention.
FIG. 3 is a model diagram showing a schematic sectional view of a second embodiment of the semiconductor laser module according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional example of a semiconductor laser module.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser module 2 Semiconductor laser element 3 Optical fiber 4 Package 4a Bottom wall 5 Peltier module 20 Heat pipe 21,26,29 Radiation fin 24 Thermal insulation member 25 Radiation expansion part

Claims

A semiconductor laser module in which a semiconductor laser element is disposed inside a package has a Peltier module that controls the temperature of the semiconductor laser element. The Peltier module has a cooling side directed to the semiconductor laser element side and a heat generation side. and forms a structure which is disposed inside the package was allowed to abut against the bottom wall of the package orientation, with the direction of the direction of heat conduction for guiding heat generated from the heating side of the Peltier module to the outside A member made of a carbon composite material is embedded in the bottom wall of the package in a form extending from the contact area of the package along the bottom wall surface, and the extending tip end side of the member is extended and exposed outside the package. The bottom surface of the bottom wall of the package is fixed in contact with the heat sink, and the heat generated from the heat generation side of the Peltier module is Without passing a path is transferred to the heat sink via the package bottom wall is exhaust heat from the heat sink to the outside, the heat sink from the site where the exposed outside of the package member through by the member made of a carbon composite material A semiconductor laser module comprising a configuration for exhausting heat to the outside through a path for exhausting heat to the outside.

2. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein a heat radiating fin is attached to a member made of a carbon composite material drawn out of the package.

A semiconductor laser module in which a semiconductor laser element is disposed inside a package has a Peltier module that controls the temperature of the semiconductor laser element. The Peltier module has a cooling side directed to the semiconductor laser element side and a heat generation side. The bottom wall of the package has its lower surface in contact with and fixed to the heat sink, and the bottom surface of the package is in contact with the bottom wall of the package. the wall is formed by a material having a high thermal conductivity than other portions of the package, the bottom wall of the package has a radiating extension which protrudes outside, the heat-dissipating extension is attached radiating fins cage, the heat generated from the heating side of the Peltier module is out of the heat sink is transferred to the heat sink through the bottom wall of the package The heat is exhausted to the outside through the path that is exhausted to the outside and the path that is transferred from the abutment part of the Peltier module on the bottom wall of the package to the heat-dissipating extension and then exhausted outside the heat-dissipating extension without passing through the heat sink. A semiconductor laser module having a heated configuration.

4. The semiconductor laser according to claim 3 , wherein the material constituting the bottom wall of the package is a carbon composite material having a direction of heat conduction in a direction from the Peltier module contact region of the package toward the heat radiation extension. module.

A heat pipe extending along the bottom wall surface from the contact area of the Peltier module is embedded inside the bottom wall of the package, and the extending tip side of the heat pipe is exposed to extend outward from the package. The semiconductor laser module according to claim 3 or 4 .

Instead of a heat pipe, a package made of a carbon composite material having a direction of heat conduction in the direction of conducting heat generated from the heat generation side of the Peltier module extends from the contact area of the package along the bottom wall surface. 6. The semiconductor laser module according to claim 5 , wherein the semiconductor laser module is embedded in the bottom wall of the semiconductor device, and an extended distal end side of the member is exposed to extend outward from the package.

Package from the bottom wall of claims 1 to 6 heat insulating member is characterized in that it is arranged to avoid the Peltier module contact areas on the bottom wall of the interior of the package to prevent heat radiation to the inside of the package The semiconductor laser module as described in any one.