KR20070072401A - 광학 조립체, 조립체, 및 광학 조립체와 제어기를 포함하는전자 장치 - Google Patents

광학 조립체, 조립체, 및 광학 조립체와 제어기를 포함하는전자 장치 Download PDF

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KR20070072401A
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Abstract

광학 조립체는 제 1 반도체 광학 장치 및 제 2 반도체 광학 장치를 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 반도체 광학 장치는 예를 들어, 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드일 수 있다. 또한, 상기 광학 조립체는 상기 제 1 및 제 2 반도체 광학 장치와 열 접촉하는 능동 냉각 장치를 포함한다. 유리하게, 상기 능동 냉각 장치는 상기 제 1 및 제 2 반도체 광학 장치 양자의 온도를 조절하도록 작동한다.

Description

광학 조립체, 조립체, 및 광학 조립체와 제어기를 포함하는 전자 장치{OPTICAL ASSEMBLY COMPRISING MULTIPLE SEMICONDUCTOR OPTICAL DEVICES AND AN ACTIVE COOLING DEVICE}
도 1a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 광학 조립체 및 제어기와의 연결부를 도시하는 도면,
도 1b는 도 1a의 광학 조립체 및 그 연결부의 일부분을 도시하는 도면,
도 2는 부분 절단된 레이저 다이오드 패키지를 갖춘 캔형 레이저 다이오드 패키지를 포함하는 예시적인 레이저 다이오드를 도시하는 도면,
도 3은 도 1a의 제어기 내부의 스위치 부품 및 TEC와의 연결부를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 4 개의 레이저 다이오드를 포함하는 광학 조립체를 도시하는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100, 400 : 광학 조립체 105 : 제어기
110, 120 : 마운트 115, 125 : 레이저 다이오드
160, 164, 168 : 하부 전기 전도체 162, 166 : 상부 전기 전도체
170 : 상부 열 전도 판 172 : 하부 열 전도 판
210 : 히트 싱크 220 : 다이오드 칩
본 발명은 일반적으로 반도체 광학 장치에 관한 것이며, 특히 다중 반도체 광학 장치를 포함하는 광학 조립체에 사용하기 위한 냉각 기술에 관한 것이다.
레이저 다이오드 및 발광 다이오드와 같은 반도체 광학 장치(SOD)는 가전 제품 및 광섬유 통신 시스템을 포함하는 폭넓은 적용 분야에서 현재 발견되고 있다. 그럼에도 불구하고, 다수의 분야에서 SOD의 제품화는 SOD의 작동 특성이 온도에 따라 상당히 변화될 수 있다는 사실에 의해 상당히 복잡하게 만들어지고 있다. 예를 들어, 레이저 다이오드의 방출 파장, 임계 전류 및 작동 수명은 모두 온도의 함수들이다. 780nm의 파장에서 3mW의 광 출력을 발생시키는 통상적인 레이저 다이오드에 대해서, 상기 파장은 평균 0.26mm/℃로 시프트되며 임계 전류는 평균 0.3mA/℃로 시프트될 것이다. 또한, 작동 수명은 작동 온도가 매 25℃ 상승될 때마다 2배로 감소된다.
열전 냉각기(TECs)는 SOD를 포함한 많은 적용 분야에서 정밀한 온도 제어에 대해 간단하고 신뢰성 있는 해결책을 제공하는 능동 냉각 장치의 한 형태이다. TEC는 예를 들어, 레이저 다이오드와 같은 소형 열부하를 주위 온도로부터 60℃ 이 상까지 가열 또는 냉각할 수 있는 동시에, 0.001℃ 보다도 양호한 온도 안정성을 달성할 수 있다. TEC는 통상적으로, 냉각 열 전도 판 및 가열 열 전도 판을 포함한다. SOD의 온도를 조절하기 위해서, SOD는 보통 구리와 같은 열 전도 재료를 통해서 냉각 열 전도 판과 열 접촉되게 놓인다. TEC 내부에서, 열은 열 전도 판들 사이에 거리를 두고 이격되어 있는 12 개의 열전 냉각 커플링을 통해 전류를 통과시킴으로써 냉각 열 전도 판으로부터 가열 열 전도 판으로 전달된다. 각각의 열전 냉각 커플링은 또한, 직렬로 전기 접속된 [보통 비스무스 텔루르(bismuth telluride) 화합물로 제조되는] 두 개의 두텁게 도핑된 반도체 블록을 포함한다. 이러한 구성에 있어서, 냉각 열 전도 판으로부터 가열 열 전도 판으로의 열 전달률은 통상적으로, 열전 냉각 커플링을 통해 흐르는 전류 및 TEC를 형성하는 열전 냉각 커플링의 수에 비례한다.
그러나, 불행하게도 TEC와 같은 모든 능동 냉각 장치는 SOD를 제품화하는데 추가의 비용이 소요되는 동시에, SOD를 포함하는 전자 장치 내의 유효 공간을 소모하게 된다. 게다가, 이러한 치명적인 일면들은 하나 이상의 SOD를 포함하는 현대의 전자 장치에서 더욱 더 증폭되고 있다. 그러한 다중-SOD 전자 장치는 예를 들어, 컴팩트 디스트(CD), 디지털 다기능 디스크(DVD), 블루-레이(Blu-Ray) 및 고해상도 DVD(HD-DVD) 광 디스크 포맷의 몇몇 조합 방식들을 처리할 수 있는 다중 레이저 다이오드를 포함하는 광 저장 드라이브를 포함할 수 있다. 종래에, 그러한 적용 분야에 있어서의 각각의 레이저 다이오드는 자체 능동 냉각 장치를 필요로 했다.
그 결과, 단지 하나의 능동 냉각 장치에 의해 온도가 조절되는, 다중 SOD를 포함하는 광학 조립체에 대한 필요성이 요구되어 왔다.
따라서, 본 발명은 다중 SOD를 필요로 하는 적용분야에 사용하기 위한 광학 조립체를 제공함으로써 전술한 필요성을 해결하고자 하는 것이다. 유리하게, 이러한 광학 조립체의 실시예들은 SOD 당 하나의 능동 냉각 장치를 사용하기보다는, 다중 SOD의 온도 조절을 위해 단지 하나의 능동 냉각 장치만을 사용한다. 그럼으로써 비용과 공간이 절약된다.
본 발명의 일면에 따라서, 광학 조립체는 제 1 SOD 및 제 2 SOD를 포함한다. 또한, 광학 조립체는 제 1 및 제 2 SOD와 열 접촉되는 능동 냉각 장치를 포함한다. 능동 냉각 장치는 제 1 및 제 2 SOD 양자의 온도를 조절하도록 작동한다.
본 발명의 다른 일면에 따라서, 전자 장치는 광학 조립체와 제어기를 포함한다. 광학 조립체는 제 1 SOD, 제 2 SOD 및 능동 냉각 장치를 포함한다. 제어기는 능동 냉각 장치가 제 1 및 제 2 SOD 양자의 온도를 조절하도록 작동한다.
예시적인 실시예에서, 광학 조립체는 각각의 마운트에 장착되는 두 개의 레이저 다이오드를 포함한다. 제어기에 의해 작동이 제어되는 TEC는 마운트와 열 접촉되게 마운트들 사이에 놓인다. 단지 하나의 레이저 다이오드만이 소정의 시간에 발광한다(즉, 광선을 능동적으로 발생시킨다). 하나의 레이저 다이오드가 발광하는 동안에, 제어기는 발광 레이저 다이오드로부터 떨어진, 현재 발광하지 않고 있 는 대향 레이저 다이오드와 관련된 마운트의 내측으로 TEC가 열을 전달할 수 있게 한다. 이러한 열 전달 중에, 비-발광 레이저 다이오드와 관련된 마운트는 발광 레이저 다이오드용 히트 싱크(heat sink)로서 작용한다. 현재 발광하고 있는 레이저 다이오드가 광선을 능동적으로 발생시키는 것을 중지시키고 다른 레이저 다이오드가 발광을 시작할 때, 제어기는 TEC 내의 전류 흐름 방향을 변경시킴으로써 TEC 내의 열 전달 방향을 변경시킨다. 새로이 발광하는 레이저 다이오드는 그 후 TEC에 의해 냉각된다. 유리하게, 이러한 방식으로 단일 TEC는 다중 레이저 다이오드의 온도를 조절하도록 작동한다.
본 발명의 이러한 특징과 다른 특징 및 장점들은 첨부 도면과 관련하여 설명되는 다음의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
본 발명은 다중 SOD를 갖는 광학 조립체를 포함하는 예시적인 실시예와 관련하여 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 본 발명에서 도시하고 설명하는 특정 요소와 구성에 한정되는 것이 아니라고 이해해야 한다. 예시적인 실시예에 대한 변형예들도 본 기술 분야의 당업자들에게 명확해질 것이다.
예를 들어, 본 발명에 사용되는 용어 "반도체 광학 장치"는 그 광선이 간섭성인지의 여부에 관계없이 광선을 능동적으로 발생할 수 있는 어떠한 반도체 장치를 포함하는 것이라고 이해해야 한다. 이러한 광학 장치의 범주는 레이저 다이오드 및 발광 다이오드가 포함되지만 이에 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 본 발 명에 제시된 예시적인 특정 실시예에서 레이저 다이오드를 포함하는 광학 조립체에 대해 설명하지만, 본 발명의 범주는 이러한 특정 형태의 SOD를 갖는 광학 조립체에 한정되는 것이 아니다.
또한, 본 발명에 사용되는 용어 "능동 냉각 장치"는 그러한 반도체 장치와 열 접촉되게 놓일 때 반도체 장치를 냉각시키도록 작동하는 어떤 동력 장치도 포함하는 것이라고 이해해야 한다. 이러한 장치의 범주는 예를 들어, 열전 효과, 상-변화 열 제거 또는 열이온 방출에 기초하여 작동하는 냉각 장치를 포함한다. 또한, 공기 또는 유체의 미세 순환기로서 작동하는 미세 가공된 합성 제트 또는 노즐 및 채널을 포함하는 냉각 장치도 이러한 장치의 범주 내에 있을 것이다. 결과적으로, 본 발명에서 제시된 예시적인 특정 실시예들이 TEC를 포함하는 광학 조립체에 대해 설명하지만, 본 발명의 범주는 이러한 특정 형태의 능동 냉각 장치를 갖는 광학 조립체에 한정되지 않는다.
본 발명에 사용된 용어 "발광"은 SOD가 능동적으로 광선을 발생시키는 상태를 의도하는 것이다.
본 발명에서 설명되는 다수의 예시적인 실시예들은 SOD의 구조와 작동을 포함한다. SOD의 구조와 이들의 작동은 본 기술분야의 당업자들에게 친숙할 것이다. 또한, SOD의 구조와 작동은 피. 홀로웨이 등의 혼성 반도체 편람(윌리엄 앤드류 인코포레이티드, 1996), 및 이. 캐폰의 반도체 레이져 Ⅱ[엘세비에르(Elsevier), 1998]와 같은 다수의 일반적으로 이용가능한 참조문헌들에 설명되어 있으며, 이들은 본 발명에 참조되었다. 따라서, 본 발명의 이러한 일면들은 능동 냉각 장치에 의해 SOD의 온도 조절과 관련된 내용들을 제외하고는 상세히 설명하지 않을 것이다.
첨부 도면에 도시된 다수의 구성 요소들은 척도대로 도시된 것이 아니며, 그러한 광학 조립체에 공통으로 사용되는 하나 이상의 구성 요소들은 설명의 편리함을 위해 주어진 도면에 명확하게 도시되지 않았다. 이는 명확하게 도시되지 않은 이러한 구성 요소들이 실제 광학 조립체로부터 누락되어 있다는 것을 의미하지는 않는다.
도 1a는 예시적인 광학 조립체(100)뿐만 아니라 관련 제어기(105) 및 이들과의 신호 연결부를 도시한다. 광학 조립체는 두 개의 SOD, 즉 상부 레이저 다이오드(115) 및 하부 레이저 다이오드(125)를 포함한다. 상부 레이저 다이오드는 상부 마운트(110) 상에 장착되고 하부 레이저 다이오드는 하부 마운트(120) 상에 장착된다. TEC(130)는 상부 마운트와 하부 마운트 사이에 놓인다. 제어기는 신호 연결부를 경유해서 레이저 다이오드 및 TEC에 전기 접속되어서 제어기가 이들 다수의 구성 요소로부터 제어 신호를 송신 및 수신할 수 있다.
도 1b는 TEC(130)를 형성하는 구성 요소들의 상세도이다. 도 1b의 일부분은 TEC가 상부 마운트(110) 및 하부 마운트(120)와 만나는 영역에 있는 광학 조립체(100)의 확대 단면도이다. TEC의 도시된 부분은 도핑된 반도체 블록(150, 152, 154, 156)을 포함한다. 반도체 블록은 상부 전기 전도체(162, 166) 및 하부 전기 전도체(160, 164, 168)를 사용하여 직렬로 서로 연결된다. 상부 열 전도 판(170)은 상부 전기 전도체 위에 놓이며 상부 전기 전도체와 열 접촉된다. 유사하게, 하 부 열 전도 판(172)은 하부 전기 전도체 아래에 놓이며 하부 전기 전도체와 열 접촉된다.
도 1a의 레이저 다이오드(115, 125)는 캔형(can-type) 레이저 다이오드 패키지를 포함하도록 도시되어 있다. 캔형 레이저 다이오드 패키지는 1W 미만의 출력을 갖는 레이저 다이오드에 공통적이다. 도 2는 전형적인 캔형 레이저 다이오드 패키지를 포함하는 레이저 다이오드(200)의 사시도를 도시한다. 캔형 레이저 다이오드 패키지는 소형 히트 싱크(210)를 포함하며, 히트 싱크 상에 레이저 다이오드 칩(220)이 장착된다. 레이저 다이오드 칩으로부터 발생되는 광은 소형 창(230)을 통해 레이저 다이오드 패키지로부터 전달된다. 캔형 레이저 다이오드 패키지는 광 출력을 측정하기 위한 모니터링 포토다이오드(240) 및 레이저 다이오드와의 전기적 인터페이싱을 위한 핀(250)을 더 포함한다. 그러나, 레이저 다이오드는 본 발명의 범주 내에 속하는 어떠한 형태의 레이저 다이오드 패키지를 포함하지 않을 수도 있다. 다른 적합한 레이저 다이오드 패키지는 본 기술분야의 당업자들에게 친숙할 것이다. 이러한 다른 형태의 레이저 다이오드 패키지는 예를 들어, 프레임형, 듀얼-인-라인 및 버터플라이형 패키지가 포함될 수 있다.
도 1b에 도시된 TEC(130) 부분은 펠티에 효과(Peltier effect)로서 일반적으로 지칭되는 것을 사용함으로써 작동한다. 냉각을 달성하기 위해서, 반도체 블록(150, 154)은 이들 반도체 블록이 강력한 P형이 되도록 억셉터 불순물(acceptor impurity)로 두텁게 도핑된다. 이에 비해서, 나머지 반도체 블록(152, 156)은 이들 반도체 블록들이 강력한 N형이 되도록 도너 불순물로 두텁게 도핑된다. 제어 기(105)는 전기 전도체(160, 162, 164, 166, 168)를 경유하여 반도체 블록을 통하여 전류를 흐르게 하는데 사용된다. 전류가 도 1b에서 우측에서 좌측으로 반도체 블록을 통해 흐를 때, 열은 전자에 의해 흡수되는데, 이는 전자들이 P형 반도체 블록(150, 154) 내의 낮은 에너지 준위로부터 N형 반도체 블록(152, 156) 내의 높은 에너지 준위로 천이되기 때문이다. 따라서, 열은 전자가 N형 반도체 블록 내의 높은 에너지 준위로부터 P형 반도체 블록 내의 낮은 에너지 준위로 천이될 때 방출된다. 이러한 동역학은 상부 전기 전도체(162, 166)를 냉각시키는 효과를 갖는 동시에, 하부 전기 전도체(160, 164, 168)를 가열하는 효과를 가진다. 그럼으로써 TEC는 열 에너지를 상부 열 전도 판(170)으로부터 하부 열 전도 판(172)으로 효과적으로 전달하는 고상 열 펌프(solid-state heat pump)가 된다.
유리하게, TEC(130)에서의 열 전달 방향은 전류의 흐름 방향을 바꿈으로써 간단하게 역전될 수 있다. 그럼으로써, 제어기(105)는 열 전도 판(170 또는 172) 중의 어느 하나를 소정의 시간에 TEC의 냉각 측으로 형성할 수 있다. 전자 공학 분야의 당업자들은 제어기(105)와 같은 전자 장치가 TEC 내의 전류 방향을 어떻게 변경시키도록 구성될 수 있는지에 대해 인식하고 있을 것이다. TEC에서의 전류 흐름 방향은 단지 하나의 예로서, 제어기 내에 2극쌍(double-pole-double throw : DPDT) 스위치 또는 고상 등가물을 합체함으로써 변경될 수 있다. 도 3은 제어기 내에서 서로에 대해 극성이 역전되어 있는 두 개의 전압원에 연결되어 있는 예시적인 DPDT를 도시한다. DPDT 스위치를 작동시키는 것에 의해서 TEC 내에서 흐르는 전류의 방향을 역전시킬 수 있다.
각각 인접하는 대향 도핑된 반도체 블록(150, 152; 154, 156) 쌍은 열전 냉각 커플링으로서 일반적으로 지칭되는 것을 형성한다. 도 1b에 도시된 구성에 있어서, 하나의 열 전도 판(170 또는 172)으로부터 다른 하나의 열 전도 판으로의 열 전도율은 통상적으로, TEC를 통해 흐르는 전류 및 TEC를 형성하는 열전 냉각 커플링의 수에 비례한다. 그러므로, 단지 두 개의 열전 냉각 커플링이 설명의 목적으로 도 1b에 도시되었지만, TEC(130)의 냉각 능력은 바람직하게, 열 전도 판들 사이에 더욱 많은 열전 냉각 커플링을 결합함으로써 더욱 커질 수 있다.
TEC(130) 내의 도핑된 반도체 블록(150, 152, 154, 156)은 바람직하게 비스무스 텔루르 화합물 도는 납 텔루르 화합물을 포함하지만, 다른 적합한 재료도 사용될 수 있다. 전기 전도체(160, 162, 164, 166, 168)는 바람직하게 구리, 금, 은 또는 알루미늄과 같은 전기 및 열적 전도체 금속을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 열 전도 판(170, 172)은 바람직하게 양호한 열 전도체이지만, 전기 절연체인 세라믹과 같은 재료를 포함한다. 열 전도 판들이 전기 절연체인 세라믹을 구비하게 함으로써, 상부 및 하부 마운트(110, 120)의 온도는 전압을 마운트로 전달함이 없이도 TEC에 의해 조절될 수 있다.
도 1a의 광학 조립체(100) 내의 두 개의 레이저 다이오드(115, 125)의 온도 조절에 대해 이후에 더 상세히 설명한다. 전술한 바와 같이, 레이저 다이오드는 각각의 마운트(110, 120)에 장착된다. 이러한 부착은 레이저 다이오드에 의해 생성된 열이 마운트로 용이하게 전달될 수 있어야 한다. 본 발명의 일면에 따라서, 마운트는 열 전도체 재료로 형성된다. 마운트는 예를 들어, 구리, 금, 은 또는 알 루미늄을 포함한다. 각각의 마운트는 또한, TEC(130)의 열 전도 판(170, 172)들 중의 다른 하나에 부착된다. 이러한 방식으로, 마운트는 레이저 다이오드로부터 TEC로 열을 전달하도록 작동한다.
작동시, 도 1a의 광학 조립체(100)는 바람직하게, 두 개의 레이저 다이오드(115, 125) 중의 단지 하나를 소정의 시간에 발광시키는 기능을 한다. 단지 하나의 레이저 다이오드가 소정의 시간에 열을 생성하기 때문에, 열이 항상 현재 발광하는 레이저 다이오드로부터 멀리 떨어진 곳으로 전달되도록 TEC(130)를 조절할 수 있다. 하나의 레이저 다이오드가 발광을 정지하고 다른 하나가 발광을 시작할 때, 제어기는 TEC 내의 전류 흐름 방향을 변경시킴으로써 새로 발광하는 레이저 다이오드가 순차적으로 냉각될 수 있게 한다. 그럼으로써 제어기는 TEC 내의 열 전달 방향을 변경시키며 그에 반응하여 레이저 다이오드 중의 하나가 발광하고 열을 생성하게 된다.
TEC(130)가 발광 레이저 다이오드(115 또는 125)로부터 이격되게 열을 전달하는 동안에, 현재 비-발광 중인 레이저 다이오드(120 또는 110)와 각각 관련된 대향 마운트는 TEC에 의해 전달되는 열을 위한 히트 싱크로서의 역할을 한다. 예를 들어, 상부 레이저 다이오드(115)가 발광하는 동안에, 하부 마운트(120)는 TEC에 의해 전달되는 열을 위한 히트 싱크로서의 역할을 한다. 따라서, 열 전도 금속을 포함하는 것 이외에도, 마운트도 또한 전도, 복사 및 대류에 의한 열의 흡수 및 소산을 개선하도록 바람직하게 구성될 수 있다. 이는 본 기술 분야의 당업자들에게 친숙한 다양한 방식으로 달성될 수 있다. 바람직하게, 마운트는 예를 들어, TEC의 열 전도 판(170, 172)과 물리적으로 접촉하는 연마된 평탄면을 포함할 수 있다.
추가 및 선택적으로, 열 소산에 대한 요구가 훨씬 크다면 마운트(110, 120)는 주위 공기와 마운트와의 표면 접촉을 증가시키기 위해 빗 또는 핀형 돌기의 배열을 포함할 수 있다. 그러한 냉각 핀은 대류 및 어느 정도의 복사에 의해 열 소산을 상당히 개선할 것이다. 또한, 전기 팬도 마운트 위로 공기를 불어 넣는데 선택적으로 사용될 수 있다. 공기 강제 시스템은 마운트 위로의 공기 흐름률을 증가시켜, 그 결과 마운트와 마운트 바로 다음에 있는 공기 사이에 커다란 온도 구배를 형성한다. 그에 따라, 대류 열 전도는 특히, 마운트가 냉각 핀을 포함하는 구성에 있어서 개선될 것이다.
TEC(130)를 통해 흐르는 전류의 방향을 변경시키고, 그에 응답하여 두 개의 레이저 다이오드(115, 125) 중 하나를 발광시키는 것 이외에도, 제어기(105)는 바람직하게, 예정된 작동 온도를 유지하도록 현재 발광중인 레이저 다이오드의 온도에 응답하여 TEC 내에서 흐르는 전류의 양도 조절할 것이다. 그러한 온도 조절은 레이저 다이오드와 관련하여 TEC 및 제어기에 의해 통상적으로 수행되어 왔으므로, 본 기술 분야의 당업자들에게는 친숙할 것이다.
광학 조립체(100)에 있어서, 온도 조절은 도 1a에 도시된 신호 연결부를 사용하는, 레이저 다이오드(115, 125), TEC(130) 및 제어기(105)들 사이에 전자 피드백 루프를 형성함으로써 설정될 수 있다. 발광 레이저 다이오드의 실제 온도는 레이저 다이오드 패키지 내에 또는 마운트 상에 결합되는 서미스터(thermistor)에 의해 측정된다. 통상적으로 저항값의 형태인 서미스터 신호는 마이크로프로세서가 예를 들어, 슈타인하트-하트 방정식(Steinhart-Hart equation)을 사용하여 저항 대 온도 변환을 수행하는 제어기로 전달된다. 그 후, 계산된 온도는 발광 레이저 다이오드를 위한 예정된 설정점 작동 온도와 비교된다. 이러한 비교에 의해 실제 레이저 다이오드 온도와 설정점 작동 온도 사이의 온도 차이에 비례하는 에러 신호를 생성한다. 그 후, 제어기 내의 회로는 이러한 에러 신호에 비례하도록 TEC를 통해 흐르는 전류를 변경시킨다. 발광 레이저 다이오드가 설정점 작동 온도보다 높은 온도에서 작동하면, 제어기는 TEC를 통해 흐르는 전류를 증가시켜 TEC의 열 전달률을 증가시킨다. 발광 레이저 다이오드가 설정점 작동 온도보다 낮은 온도에서 작동하면, 제어기는 TEC를 통해 흐르는 전류를 감소시켜 TEC의 열 전달률을 감소시킨다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일면들은 다중 SOD를 갖는 광학 조립체를 포함하는 전자 장치들에 유용할 것이다. 그러한 전자 장치는 본 기술 분야의 당업자들에게 자명할 것이다. 일례로서 블루-레이, DVD 및 CD와 같은 다중 광 디스크 포맷에 따라 기록 및 재생의 목적을 갖는 다중 레이저 다이오드를 포함하는 광 저장 드라이브를 포함한다. 블루-레이는 예를 들어, 고화질 방송으로부터 고화질 콘텐츠를 기록 및 재생할 수 있는 상당히 새로운 광 디스크 포맷이다. 블루-레이 분야를 위한 레이저 다이오드는 통상적으로, 405nm의 파장에서 발광 된다. DVD 및 CD 분야를 위한 레이저 다이오드는 각각, 660nm 및 785nm의 파장에서 발광된다. 본 발명이 유용하게 사용될 수 있는 추가의 전자 장치로는 광섬유 통신 시스템에 사용하기 위한 다중 SOD를 포함하는 광섬유 전송기가 포함된다.
또한, 본 발명의 일면들은 두 개의 비-광학 반도체 장치를 포함하는 조립체에 유용할 수 있다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 것과 유사한 조립체는 집적 회로가 장착되는 한 쌍의 열 전도 마운트를 통해서 단일 TEC의 반대쪽과 열 접촉하게 위치되는 두 개의 집적 회로를 포함할 수 있다. 레이저 다이오드(115, 125)의 경우에서와 같이, 각각의 집적 회로는 바람직하게 서로에 대해 상이한 시간에만 작동한다. 따라서, 전술한 것과 유사한 방식으로 그와 같은 구성은 단일 TEC가 집적 회로 양자의 온도를 조절하도록 작동할 수 있게 한다.
도 4는 본 발명의 일면에 따른 광학 조립체의 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, 광학 조립체(400)는 4 개의 레이저 다이오드를 포함한다. 상부 레이저 다이오드(405, 415)는 각각 상부 마운트(410, 420)에 장착되는 반면에, 하부 레이저 다이오드(435, 445)는 각각 하부 마운트(440, 450)에 장착된다. 단일 TEC(460)는 상부 마운트와 하부 마운트 사이에 위치된다. 전술한 바와 같이, 레이저 다이오드 및 TEC는 각각 도면에 도시되지 않은 제어기에 전기 접속된다.
유리하게, 단일 TEC(460)는 모두 4 개의 레이저 다이오드(405, 415, 435, 445)를 냉각시키도록 작동함으로써 비용과 공간을 절약한다. 전술한 바와 같이, 이러한 구성은 단지 하나의 레이저 다이오드가 소정의 시간에 발광하도록 레이저 다이오드를 바람직하게 억제함으로써 부분적으로 달성된다. 이러한 방식으로, 제어기는 발광 레이저 다이오드에 의해 생성된 열을 레이저 다이오드로부터 멀리 떨어지고 TEC의 반대쪽에 위치된 비-발광 레이저 다이오드와 관련된 마운트로 전달하도록 TEC를 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 상부 레이저 다이오드(405)가 현재 발 광 중이면, TEC는 생성된 열을 상부 마운트(410)로부터 하부 마운트(440, 450)로 전달한다. 열 전달 방향은 하부 레이저 다이오드 중의 어느 하나가 발광하기 시작하면 역전될 것이다.
또한 전술한 바와 같이, 제어기는 TEC 내의 전류 흐름 방향을 변경시키는 것 이외에도, 예정된 작동 온도를 유지하도록 현재 발광중인 레이저 다이오드의 온도에 응답하여 TEC 내에 흐르는 전류의 양을 조절한다. 이는 전술한 것과 유사한 전자 피드백 루프를 형성함으로써 달성된다.
중요하게, 본 발명의 예시적인 실시예들이 첨부 도면들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 이러한 특정 실시예들에만 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 광학 조립체는 예시적인 실시예에서 설명한 것과 전체적으로 상이한 형태의 SOD 및 능동 냉각 장치를 포함하며 이들 또한 본 발명의 범주 내에 속한다. 또한, 특정 장착 구조, 제어기 회로 및 기타 특징들도 다른 실시예에서 변경될 수 있다. 본 기술 분야의 당업자들은 첨부된 특허청구범위의 범주로부터 이탈함이 없이 형성될 수 있는 다수의 다른 변경 및 변형예들을 인식할 것이다.
본 발명에 따르면, 단지 하나의 능동 냉각 장치에 의해 온도가 조절될 수 있는, 다중 SOD를 포함하는 광학 조립체가 제공된다.

Claims (10)

  1. 광학 조립체에 있어서,
    제 1 반도체 광학 장치와,
    제 2 반도체 광학 장치와,
    상기 제 1 및 제 2 반도체 광학 장치와 열 접촉하는 능동 냉각 장치를 포함하며,
    상기 능동 냉각 장치는 상기 제 1 및 제 2 반도체 광학 장치 양자의 온도를 조절하도록 작동하는
    광학 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 반도체 광학 장치는 서로에 대해 상이한 시간에만 발광하는
    광학 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 능동 냉각 장치는 제 1 판 및 제 2 판을 포함하며 상기 제 1 판과 제 2 판 사이로 열을 전달하도록 작동하는
    광학 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 반도체 광학 장치가 장착되는 제 1 마운트 및 상기 제 2 반도체 광학 장치가 장착되는 제 2 마운트를 더 포함하며, 상기 제 1 마운트는 상기 제 1 판에 부착되고 상기 제 2 마운트는 상기 제 2 판에 부착되는
    광학 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 능동 냉각 장치는, 상기 제 1 반도체 광학 장치가 발광하는 동안에 상기 제 1 판으로부터 상기 제 2 판으로 열을 전달하고, 상기 제 2 반도체 광학 장치가 발광하는 동안에 상기 제 2 판으로부터 상기 제 1 판으로 열을 전달하는
    광학 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 능동 냉각 장치는 열전 냉각기(thermoelectric cooler)를 포함하는
    광학 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 열전 냉각기의 적어도 일부분을 통해 전류를 통과시키도록 제어기가 작동되는
    광학 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제 1 및 제 2 반도체 광학 장치 중 적어도 하나의 온도에 응답하여 상기 열전 냉각기의 적어도 일부분을 통과하는 전류를 조절하는
    광학 조립체.
  9. 조립체에 있어서,
    제 1 반도체 장치와,
    제 2 반도체 장치와,
    상기 제 1 및 제 2 반도체 장치와 열 접촉하는 능동 냉각 장치를 포함하며,
    상기 능동 냉각 장치는 상기 제 1 및 제 2 반도체 장치 양자의 온도를 조절하도록 작동하는
    조립체.
  10. 광학 조립체 및 제어기를 포함하는 전자 장치로서,
    상기 광학 조립체는 제 1 반도체 광학 장치, 제 2 반도체 광학 장치 및 능동 냉각 장치를 포함하며, 상기 능동 냉각 장치는 상기 제 1 및 제 2 반도체 광학 장치와 열 접촉하며, 상기 제어기는 상기 능동 냉각 장치가 상기 제 1 및 제 2 반도체 광학 장치 양자의 온도를 조절할 수 있게 작동하는
    광학 조립체 및 제어기를 포함하는 전자 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101055095B1 (ko) * 2010-03-09 2011-08-08 엘지이노텍 주식회사 발광장치

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7899105B1 (en) 2005-06-15 2011-03-01 Cvi Laser, Llc Temperature control system for a frequency converted diode laser
US7505495B2 (en) 2005-12-30 2009-03-17 Agere Systems Inc. Optical assembly comprising multiple semiconductor optical devices and an active cooling device
EP2186893A4 (en) 2007-07-13 2010-10-20 Jp Nat Inst Infectious Disease PREPARATION AND USE OF A EPITOPEAGED HEPATITIS C VIRUS PARTICLE
JP4479809B2 (ja) 2008-02-21 2010-06-09 ソニー株式会社 発光素子、電子機器及び発光素子の製造方法
US10114213B2 (en) 2008-04-04 2018-10-30 Cvi Laser, Llc Laser systems and optical devices for manipulating laser beams
US7903706B2 (en) * 2008-04-04 2011-03-08 O'shaughnessy John Compact, thermally stable multi-laser engine
US8975572B2 (en) * 2008-04-04 2015-03-10 Cvi Laser, Llc Compact, thermally stable fiber-optic array mountable to flow cell
US9413130B2 (en) 2012-12-12 2016-08-09 Cvi Laser, Llc Optical systems
JP2010267173A (ja) * 2009-05-18 2010-11-25 Fujitsu Ltd 温度制御装置、情報処理装置及び温度制御方法
US8259770B2 (en) * 2009-10-11 2012-09-04 Hewlett-Packard Indigo B.V. Laser array
JP5388913B2 (ja) * 2010-03-15 2014-01-15 三菱電機株式会社 画像表示装置
EP2588906A1 (en) * 2010-06-29 2013-05-08 Ultra Communications, Inc. Low profile fiber-to-module interface with relaxed alignment tolerances
CN105428153A (zh) * 2015-11-19 2016-03-23 中国科学院等离子体物理研究所 一种半导体低温热开关
EP3400634A1 (en) * 2016-01-04 2018-11-14 Automotive Coalition for Traffic Safety, Inc. Heater-on-heatspreader
WO2019155602A1 (ja) * 2018-02-09 2019-08-15 三菱電機株式会社 光モジュール
US11378808B2 (en) 2018-07-18 2022-07-05 Idex Health & Science Llc Laser systems and optical devices for laser beam shaping
US11416048B2 (en) * 2019-07-22 2022-08-16 Micron Technology, Inc. Using a thermoelectric component to improve memory sub-system performance
WO2024025545A1 (en) * 2022-07-29 2024-02-01 Lumeda Inc. Optimized surface applicator and monitoring system for photo dynamic therapy

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5084886A (en) * 1990-10-01 1992-01-28 Laser Diode, Inc. Side-pumped laser system with independent heat controls
DE4139833C2 (de) 1991-12-03 1995-10-12 Daimler Benz Aerospace Ag Abstimmbares Zweifrequenz-Lasersystem für Superheterodyn-Interferometer
JPH06308557A (ja) 1993-04-23 1994-11-04 Asahi Glass Co Ltd 改良した高調波発生装置
KR100265810B1 (ko) * 1993-10-27 2000-09-15 윤종용 반도체 레이저 다이오드 조립 장치
JP2000031575A (ja) 1998-07-09 2000-01-28 Oki Electric Ind Co Ltd Ｌｄモジュール
JP2000299524A (ja) 1999-04-16 2000-10-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> レーザー発光装置用冷却装置
US6514791B2 (en) * 2001-02-23 2003-02-04 Agere Systems Inc. Method for fabricating thermoelectric coolers and semiconductor devices formed therefrom
US6512291B2 (en) * 2001-02-23 2003-01-28 Agere Systems Inc. Flexible semiconductor device support with integrated thermoelectric cooler and method for making same
US6555413B1 (en) * 2001-02-23 2003-04-29 Triquint Technology Holding Co. Method for interconnecting semiconductor elements to form a thermoelectric cooler and a thermoelectric cooler formed therefrom
JP2002280659A (ja) * 2001-03-16 2002-09-27 Furukawa Electric Co Ltd:The レーザダイオードモジュールからなる光源
JP3934362B2 (ja) * 2001-05-14 2007-06-20 大日本スクリーン製造株式会社 素子支持装置
US6807208B2 (en) * 2001-08-22 2004-10-19 The Furukawa Electric Co., Ltd. Laser module
JP4057302B2 (ja) * 2002-01-28 2008-03-05 古河電気工業株式会社 レーザダイオードモジュールからなる小型光源
DE10309677B4 (de) * 2003-02-27 2008-07-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikroelektromechanisches Bauteil und Verfahren zur Herstellung eines mikroelektromechanischen Bauteils
JP2004304111A (ja) * 2003-04-01 2004-10-28 Sharp Corp 多波長レーザ装置
US7081712B2 (en) * 2003-12-30 2006-07-25 General Instrument Corporation Thermal cooler for a laser diode package
US7505495B2 (en) 2005-12-30 2009-03-17 Agere Systems Inc. Optical assembly comprising multiple semiconductor optical devices and an active cooling device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101055095B1 (ko) * 2010-03-09 2011-08-08 엘지이노텍 주식회사 발광장치

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Publication number Publication date
JP5100108B2 (ja) 2012-12-19
EP1804348A1 (en) 2007-07-04
US7505495B2 (en) 2009-03-17
US20070153848A1 (en) 2007-07-05
EP1804348B1 (en) 2013-10-02
JP2007184587A (ja) 2007-07-19
KR101236056B1 (ko) 2013-02-21

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