CN116157969A - 外部共振型激光模块 - Google Patents

Abstract

外部共振型激光模块具备：量子级联激光元件、MEMS衍射光栅、具有配置有量子级联激光元件和MEMS衍射光栅的第1面以及与第1面相反侧的第2面的支撑板、以及在支撑板的第2面侧以与量子级联激光元件和MEMS衍射光栅重叠的方式配置的冷却元件。在支撑板的第2面中，在从厚度方向观察的情况下至少与量子级联激光元件和MEMS衍射光栅重叠的区域，设置有沿从第2面朝向第1面的方向凹陷的凹部。冷却元件中的支撑板侧的至少一部分插入到凹部内。

Description

外部共振型激光模块

技术领域

本发明涉及一种外部共振型激光模块。

背景技术

作为用于进行波长扫描(scan)的光源，已知有具备量子级联激光元件(以下称为“QCL元件”)和使从QCL元件出射的光衍射和反射的衍射光栅的外部共振型激光模块(例如参照专利文献1)。在专利文献1中，公开了在支撑板的主面配置有QCL元件和衍射光栅，在支撑板的背面配置有作为冷却元件的珀尔帖元件的结构。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2019-036577号公报

发明内容

发明所要解决的问题

QCL元件与激光二极管等其他激光光源相比，发热量大，因此对于搭载了QCL元件的外部共振型激光模块，要求高的冷却性能。在上述专利文献1所公开的结构中，通过夹着支撑板而配置在QCL元件和衍射光栅的相反侧的珀尔帖元件，对模块进行冷却。在此，为了得到更高的冷却性能，考虑尽量使支撑板变薄。但是，由本发明人发现了，在上述方案中存在以下的问题。即，如果单纯地仅使支撑板的厚度变薄，则会损害支撑板的物理稳定性，QCL元件和衍射光栅的位置关系有可能产生偏差。因此，有可能导致外部共振型激光模块的光学特性的恶化。

因此，本发明的一个方面的目的在于提供一种能够抑制光学特性的恶化并且提高冷却效果的外部共振型激光模块。

解决问题的技术手段

本发明的一个方面所涉及的外部共振型激光模块，具备：量子级联激光元件；衍射光栅，使从量子级联激光元件出射的光的一部分衍射和反射并返回到量子级联激光元件；支撑板，具有配置有量子级联激光元件和衍射光栅的第1面以及与第1面相反侧的第2面；以及冷却元件，在支撑板的第2面侧，以在从支撑板的厚度方向观察的情况下，与量子级联激光元件和衍射光栅重叠的方式配置，在支撑板的第2面中，在从支撑板的厚度方向观察的情况下至少与量子级联激光元件和衍射光栅重叠的区域，设置有沿从第2面朝向第1面的方向凹陷的凹部，冷却元件中的支撑板侧的至少一部分插入到凹部内。

在上述外部共振型激光模块中，在支撑板的第2面(与配置有量子级联激光元件和衍射光栅的第1面相反侧的面)中与量子级联激光元件和衍射光栅重叠的区域，设置有凹部。于是，冷却元件插入到该凹部内。通过这样的结构，与在支撑板不设置凹部的情况相比，可以缩短量子级联激光元件和冷却元件的距离。由此，可以提高基于冷却元件的冷却效果。此外，在支撑板中的未设置有凹部的部分，可以确保用于保持支撑板的强度的厚度。由此，与使支撑板均匀地变薄的情况相比，可以提高支撑板的物理稳定性。因此，可以抑制外部共振型激光模块的光学特性的恶化。

在从支撑板的厚度方向观察的情况下，支撑板的凹部的内面的至少一部分也可以与冷却元件的外缘的至少一部分接触。在该情况下，由于可以通过凹部对冷却元件进行定位，所以可以防止在冷却元件的配置中产生产品间的偏差。由此，可以使基于冷却元件的冷却效果稳定。

衍射光栅可以具有使从量子级联激光元件出射的光的一部分衍射和反射的衍射反射部，也可以通过使衍射反射部摇动，使光的一部分返回到量子级联激光元件。在该情况下，在衍射光栅与可动机构一体地设置的利特罗(Littrow)型的外部共振型激光模块中，可以抑制光学特性的恶化并且提高冷却效果。

也可以在冷却元件中的支撑板侧的相反侧不配置用于控制量子级联激光元件的动作的电路基板。在该情况下，通过在冷却元件中的支撑板的相反侧不设置作为发热源的电路基板，可以防止阻碍冷却元件的散热。由此，可以进一步提高基于冷却元件的冷却效果。

在冷却元件中的支撑板侧的相反侧也可以配置进一步冷却冷却元件的辅助冷却元件。在该情况下，通过辅助冷却元件可以进一步提高冷却效果。

上述外部共振型激光模块也可以进一步具备：多个支柱，竖立设置于支撑板的第1面，沿支撑板的厚度方向延伸；以及支柱连结部件，在支撑板的厚度方向上配置在比量子级联激光元件更远离支撑板的位置，并且与多个支柱各自的端部连接。根据上述结构，通过多个支柱和支柱连结部件适当地支撑支撑板，因此可以进一步提高支撑板的物理稳定性。因此，可以更加有效地抑制外部共振型结构模块的光学特性的恶化。

上述外部共振型激光模块也可以进一步具备：多个第1支柱，竖立设置于支撑板的第1面，沿支撑板的厚度方向延伸；以及第1电路基板，在支撑板的厚度方向上配置在比量子级联激光元件更远离支撑板的位置，并且与多个第1支柱各自的端部连接，第1电路基板也可以是用于控制量子级联激光元件的动作的电路基板。在假设第1电路基板与冷却元件接触的情况下，从第1电路基板产生的热有可能经由冷却元件和支撑板传递到量子级联激光元件。或者，由于从第1电路基板产生的热，有可能阻碍冷却元件的散热。另一方面，根据如上所述经由多个第1支柱支撑第1电路基板的结构，通过将作为发热源的第1电路基板配置在远离冷却元件的位置，可以避免上述问题。此外，如上所述，可以得到提高支撑板的物理稳定性的效果。即，可以使第1电路基板作为上述支柱连结部件发挥功能。

上述外部共振型激光模块也可以进一步具备：噪声滤波器电路，输入来自外部电源的电力信号，除去包含于电力信号的噪声，将除去了噪声的电力信号输出到第1电路基板。根据上述结构，由于重叠于电力信号的噪声通过噪声滤波器电路除去，因此可以防止静电浪涌(surge)等引起的第1电路基板的损伤。

上述外部共振型激光模块也可以进一步具备：多个第2支柱，竖立设置于支撑板的第1面，沿支撑板的厚度方向延伸；以及第2电路基板，在支撑板的厚度方向上配置在量子级联激光元件和第1电路基板之间的位置，并且与多个第2支柱各自的端部连接，第1电路基板也可以具有比第2电路基板更高的发热性。根据上述结构，由于从第1电路基板产生的热通过第2电路基板遮蔽，因此可以抑制从第1电路基板向量子级联激光元件的热传递。

在从支撑板的厚度方向观察的情况下，第2电路基板也可以与量子级联激光元件的至少一部分和第1电路基板的至少一部分重叠。根据上述结构，可以更加有效地抑制从第1电路基板向量子级联激光元件的热传递。

第2电路基板也可以是安装有噪声滤波器电路的电路基板，噪声滤波器电路也可以输入来自外部电源的电力信号，除去包含于电力信号的噪声，将除去了噪声的电力信号输出到第1电路基板。根据上述结构，通过使安装了噪声滤波器电路的基板作为遮蔽从第1电路基板产生的热的第2电路基板发挥功能，可以谋求装置的小型化。

上述外部共振型激光模块也可以进一步具备：热传导片，在支撑板的凹部内，配置在支撑板和冷却元件之间。根据上述结构，由于可以提高支撑板和冷却元件之间的传热性，因此可以进一步提高冷却效果。

上述外部共振型激光模块也可以进一步具备：底板，配置在冷却元件的支撑板侧的相反侧，在底板中的冷却元件侧的面，也可以设置有插入冷却元件中的底板侧的至少一部分的凹部。根据上述结构，通过设置在底板的凹部，可以相对于底板容易地配置冷却元件。

发明的效果

根据本发明的一个方面，可以提供一种可以抑制光学特性的恶化并且提高冷却效果的外部共振型激光模块。

附图说明

图1是包含一个实施方式的外部共振型激光模块的分析装置的结构图。

图2是外部共振型激光模块的横截面图。

图3是沿图2的III-III线的截面图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的一个实施方式进行详细的说明。此外，在以下的说明中，对相同或相当的要素使用相同的符号，省略重复的说明。

[分析装置的结构]

如图1所示，分析装置1具备外部共振型激光模块2(以下，称为“激光模块2”)、光检测器3和控制装置4。分析装置1是用于通过测量吸收光谱来进行分光分析的装置。分析装置1例如以容纳在光透过性的容器内的分析对象配置在激光模块2和光检测器3之间的状态使用。分析对象可以是气体、液体和固体中的任一种。此外，分析对象也可以不容纳在容器内。

激光模块2是输出光L的波长可变的波长可变光源。在测量吸收光谱时，激光模块2通过使输出光L的波长高速变化，在规定的波长范围内进行波长扫描。光检测器3检测从激光模块2输出且透过了分析对象的输出光L(或在分析对象处反射或散射的光)的强度。作为光检测器3，例如可以使用MCT(碲镉汞)检测器、InAsSb(铟砷锑)光电二极管、热电堆(thermo pile)等。控制装置4基于光检测器3的检测结果计算吸收光谱。控制装置4与激光模块2和光检测器3电连接。之后对控制装置4进行详细的描述。

[外部共振型激光模块的结构]

参照图2和图3，对激光模块2的结构进行说明。此外，在图3中，省略了壳体5的顶壁和侧壁的图示。如图2和图3所示，激光模块2具备壳体5、支撑部件6、冷却元件7、散热器(heat sink)8、透镜9A、9B、量子级联激光器11(以下，称为“QCL 11”)、MEMS衍射光栅12(衍射光栅)、第1电路基板31、第2电路基板32、辅助冷却元件33、多个(在本实施方式中为4个)支柱B1(第1支柱)、以及多个(在本实施方式中为2个)支柱B2(第2支柱)。

壳体5将支撑部件6、冷却元件7、散热器8、透镜9A、9B、QCL11、MEMS衍射光栅12、第1电路基板31、第2电路基板32、多个支柱B1和多个支柱B2容纳在内部。壳体5例如形成为箱形，具有用于向外部输出激光模块2的输出光L的窗5a。此外，在壳体5设置有用于将配线等引出到外部的引出部5b。作为一个例子，壳体5的各边的长度为70mm左右。壳体5具有经由螺钉固定支撑部件6的底壁51(底板)。

支撑部件6例如由具有良好的热传导性的金属材料形成。支撑部件6例如由铝(Al)构成。支撑部件6具有平板状的支撑板61和竖立设置于支撑板61上的壁部62。支撑部件6经由冷却元件7固定在壳体5的底壁51上。

支撑板61作为配置有QCL 11、MEMS衍射光栅12和其他光学元件(例如透镜9A、9B等)的光学台发挥功能。支撑板61具有配置有QCL 11和MEMS衍射光栅12的第1面61a和与第1面61a相反侧的第2面61b。作为一个例子，支撑板61在俯视时(在从支撑板61的厚度方向D观察的情况下)形成为圆形。即，支撑板61是圆板状的部件。支撑板61通过沿支撑板61的外缘以90度间隔配置的4个螺钉S，被螺钉固定于底壁51。

在支撑板61的第2面61b中，在从厚度方向D观察的情况下至少与量子级联激光元件13(以下，称为“QCL元件13”)和MEMS衍射光栅12重叠的区域，设置有沿从第2面61b朝向第1面61a的方向凹陷的凹部61c(锪孔)。作为一个例子，凹部61c在从厚度方向D观察的情况下，形成为包括搭载有QCL元件13的散热器8和搭载有MEMS衍射光栅12的壁部62的矩形的区域。从确保支撑板61的强度的观点出发，支撑板61的厚度t(即，未形成有凹部61c的部分的厚度)例如为2mm～8mm左右。凹部61c的深度d相对于支撑板61的厚度t的比例(d/t)例如为10％～50％左右。

壁部62具有相对于支撑板61倾斜的倾斜面62a。MEMS衍射光栅12固定在倾斜面62a上。之后对MEMS衍射光栅12的结构进行描述。

冷却元件7例如是包含珀尔帖元件而构成的冷却装置。如上所述，通过支撑板61相对于底壁51螺钉固定，冷却元件7被夹入于支撑板61和底壁51之间。冷却元件7具有第1基板71、第2基板72和热移动部73。第1基板71是平板状的部件，与支撑板61的第2面61b热耦合。第2基板72是与第1基板71相同的平板状的部件，与壳体5的底壁51热耦合。热移动部73配置在第1基板71和第2基板72之间，使热在第1基板71和第2基板72之间移动。

冷却元件7在支撑板61的第2面61b侧，以在从厚度方向D观察的情况下，与QCL元件13和MEMS衍射光栅12重叠的方式配置。冷却元件7的支撑板61侧的至少一部分(即，第1基板71的支撑板61侧的至少一部分)插入到凹部61c内。在本实施方式中，在从厚度方向D观察的情况下，凹部61c的内面的至少一部分与冷却元件7的外缘的至少一部分接触。作为一个例子，冷却元件7的第1基板71在俯视时(在从厚度方向D观察的情况下)具有对应于凹部61c的矩形。由此，冷却元件7中的支撑板61侧的至少一部分嵌入到凹部61c内。在凹部61c内，在支撑板61和冷却元件7(第1基板71)之间配置有热传导片34。热传导片34例如是石墨片。热传导片34的厚度例如为几μm～几十μm左右。此外，冷却元件7(在本实施方式中为第1基板71)的尺寸也可以不必与凹部61c的尺寸一致(对应)。即，冷却元件7(第1基板71)可以形成为能够插入到凹部61c内的尺寸。例如，冷却元件7(第1基板71)也可以比凹部61c小一圈。但是，在使冷却元件7(第1基板71)的尺寸与凹部61c的尺寸一致的情况下，可以容易地将冷却元件7定位在凹部61c内。

在壳体5的底壁51中的冷却元件7侧的面51a设置有凹部51b。冷却元件7中的底壁51侧的至少一部分(即，第2基板72的底壁51侧的至少一部分)插入到凹部51b内。在本实施方式中，凹部51b在俯视时(在从厚度方向D观察的情况下)具有对应于第2基板72的矩形。由此，冷却元件7中的底壁51侧的至少一部分嵌入到凹部51b内。此外，在凹部51b内，也可以在底壁51和冷却元件7(第2基板72)之间也配置有与热传导片34相同的热传导片。此外，冷却元件7(在本实施方式中为第2基板72)的尺寸也可以不必与凹部51b的尺寸一致(对应)。即，冷却元件7(第2基板72)可以形成为能够插入到凹部51b内的尺寸。例如，冷却元件7(第2基板72)也可以比凹部51b小一圈。但是，在使冷却元件7(第2基板72)的尺寸与凹部51b的尺寸一致的情况下，可以容易地将冷却元件7定位在凹部51b内。

在本实施方式中，在冷却元件7中的支撑板61侧的相反侧(即，相对于冷却元件7配置有底壁51的一侧)不配置用于控制QCL元件13的动作的电路基板。更具体地，在底壁51的内部和底壁51的外侧均未设置上述电路基板。由此，确保了用于配置用于进一步冷却冷却元件7的追加的冷却元件的空间。再有，在冷却元件7中的支撑板61侧的相反侧(在本实施方式中为底壁51的外面51c)，配置有进一步冷却冷却冷却元件7的辅助冷却元件33。辅助冷却元件33例如是水冷冷却器、空冷风扇等的冷却装置。辅助冷却元件33与底壁51的外面51c热耦合。由此，能够使热从冷却元件7经由底壁51向辅助冷却元件33放出。

QCL 11具有QCL元件13。QCL元件13具有彼此相对的第1端面13a和第2端面13b。QCL元件13将中红外区域的宽波段(例如4μm以上16μm以下)的光分别从第1端面13a和第2端面13b出射。QCL元件13具有将中心波长彼此不同的多个活性层层叠为叠层(stack)状的结构，可以出射上述那样的宽波段的光。此外，QCL元件13也可以具有由单一的活性层构成的结构，在该情况下也可以出射上述那样的宽波段的光。

在QCL元件13的第1端面13a设置有反射降低部14。反射降低部14例如由反射率小于0.5％的AR(Anti Reflection)层构成。反射降低部14降低光从QCL元件13的第1端面13a出射到外部时的反射率，并且降低光从外部入射到QCL元件13的第1端面13a时的反射率。

在QCL元件13的第2端面13b设置有反射降低部15。反射降低部15例如由反射率在0.6％～10％的范围内的AR层构成。反射降低部15降低光从QCL元件13的第2端面13b出射到外部时的反射率。反射降低部15使从QCL元件13的第2端面13b出射的光的一部分反射，使剩余部分透过。透过了反射降低部15的光成为QCL 11的输出光L。此外，在第2端面13b也可以不设置反射降低部15。即，第2端面13b也可以露出。

QCL 11经由副安装架16和散热器8固定在支撑部件6上。更详细地，在支撑板61的第1面61a上固定有散热器8，在散热器8上固定有副安装架16。QCL 11固定在副安装架16上。副安装架16是例如含有氮化铝(AlN)而构成的陶瓷基板。散热器8例如是由铜(Cu)构成的散热部件。作为一个例子，QCL 11被芯片键合(die bond)到副安装架16。副安装架16被芯片键合到散热器8。散热器8被螺钉固定在支撑板61。在散热器8，可以设置用于向QCL元件13供给脉冲驱动电流的未图示的电极焊盘(例如，陶瓷制电极焊盘)。该电极焊盘与QCL元件13的阳极端子和阴极端子连接。

透镜9A、9B例如是由硒化锌(ZnSe)或锗(Ge)构成的非球面透镜，通过紫外线固化树脂17固定在散热器8上。此外，在图3中，透镜9A、9B直接附着在紫外线固化树脂17，但是激光模块2也可以具备容纳透镜9A、9B的透镜支架。在该情况下，分别容纳透镜9A、9B的各透镜支架经由紫外线固化树脂17固定在散热器8上。透镜9A相对于QCL元件13配置在第1端面13a侧，对从第1端面13a出射的光进行准直。透镜9B相对于QCL元件13配置在第2端面13b侧，对从第2端面13b出射的光进行准直。由透镜9B准直后光通过壳体5的窗5a输出到外部。

由透镜9A准直的光入射到MEMS衍射光栅12。MEMS衍射光栅12通过使该入射光衍射和反射，使该入射光中的特定波长的光返回到QCL元件13的第1端面13a。即，MEMS衍射光栅12和反射降低部15构成利特罗型的外部共振器。由此，激光模块2可以使特定波长的光放大并且输出到外部。

此外，在MEMS衍射光栅12中，如后面所述，可以使令入射光衍射和反射的衍射反射部28的方向高速变化。由此，从MEMS衍射光栅12返回到QCL元件13第1端面13a的光的波长为可变，进而激光模块2的输出光L的波长为可变。

MEMS衍射光栅12具有支撑部21、一对连结部22、可动部23、线圈24、一对磁铁25以及磁轭(yoke)26。MEMS衍射光栅12构成为使可动部23绕轴线X摇动的MEMS器件。MEMS衍射光栅12经由安装部件27固定在支撑部件6的壁部62的倾斜面62a上。安装部件27是在俯视时(在从垂直于至少配置有支撑部21和可动部23的平面的方向观察的情况下)呈大致矩形的平板状的部件。

支撑部21是在俯视时呈矩形的平板状的框体。支撑部21经由一对连结部22支撑可动部23等。各连结部22是在俯视时呈矩形的平板状的部件，沿轴线X延伸。各连结部22以可动部23绕轴线X摇动自如的方式在轴线X上将可动部23连结到支撑部21。

可动部23是在俯视时呈圆形的平板状的部件，位于支撑部21的内侧。如上所述，可动部23摇动自如地连结到支撑部21。支撑部21、连结部22和可动部23例如通过被制入到一个SOI基板而一体地形成。

在可动部23中的QCL 11侧的表面设置有衍射反射部28。衍射反射部28具有使从QCL 11出射的光衍射并且反射的衍射反射面。衍射反射部28例如遍及可动部23的表面上而设置，通过形成有衍射光栅图案的树脂层和以沿该衍射光栅图案的方式遍及树脂层的表面上而设置的金属层构成。或者，衍射反射部28可以设置在可动部23上，仅通过形成有衍射光栅图案的金属层构成。衍射光栅图案例如为锯齿状截面的闪耀光栅(brazed grating)、矩形截面的二元光栅(binary grating)、或正弦波状截面的全息光栅(holographicgrating)等。

线圈24例如由铜等金属材料构成，埋入到形成于可动部23的表面的槽内。线圈24在俯视时以螺旋状卷绕多周。在线圈24的外侧端部和内侧端部电连接有与外部连接用的配线。该配线例如遍及支撑部21、连结部22和可动部23而设置，与设置在支撑部21上的电极电连接。

磁铁25、25产生作用于线圈24的磁场。磁铁25、25形成为长方体状，以与支撑部21中的与轴线X平行的一对边部相对的方式配置。各磁铁25中的磁极的排列例如为哈尔巴赫排列。或者，磁铁25、25也可以是隔开规定的间隔排列的一对磁铁。磁轭26放大磁铁25的磁力。磁轭26在俯视时呈矩形框状，以包围支撑部21和磁铁25、25的方式配置。

在MEMS衍射光栅12中，当电流流到线圈24时，通过磁铁25、25产生的磁场，对在线圈24内流动的电子在规定的方向上产生洛伦兹力。由此，线圈24在规定的方向上受力。因此，通过控制流到线圈24的电流的方向或大小等，可以使可动部23(衍射反射部28)绕轴线X摇动。此外，通过使对应于可动部23的共振频率的频率的电流流到线圈24，可以使可动部23以共振频率水平高速摇动。这样，线圈24和磁铁25作为使可动部23摇动的致动器部发挥功能。

多个(4个)支柱B1竖立设置于支撑板61的第1面61a，沿厚度方向D延伸。支柱B1的材料例如是SUS等金属。作为一个例子，4个支柱B1在从厚度方向D观察的情况下配置在形成有凹部61c的区域的各角部的外侧。各支柱B1的支撑板61侧的端部的相反侧的端部(上端部)连接于第1电路基板31。例如，各支柱B1的上端部相对于第1电路基板31被螺钉固定。

第1电路板31是用于控制QCL元件13的动作的电路基板。作为一个例子，在第1电路基板31安装有用于脉冲驱动QCL元件13的脉冲驱动电路。第1电路基板31经由未图示的配线等与QCL元件13电连接。作为一个例子，第1电路基板31经由配线和设置在上述散热器8的电极焊盘等与QCL元件13电连接。作为一个例子，第1电路基板31形成为圆板状。第1电路基板31在厚度方向D上配置在比配置在支撑板61的第1面61a上的各部件(QCL元件13和MEMS衍射光栅12等)更远离支撑板61的位置(即，比该各部件靠上方的位置)。从厚度方向D观察的第1电路基板31的大小与支撑板61的大小大致相同。第1电路基板31在从厚度方向D观察的情况下，与支撑板61重叠。

多个(2个)支柱B2竖立设置于支撑板61的第1面61a，沿厚度方向D延伸。支柱B2的材料例如是与支柱B1相同的金属材料(例如SUS等)。作为一个例子，两个支柱B2在壳体5内的中央部，夹着配置在支撑板61的第1面61a上的各部件(QCL元件13和MEMS衍射光栅12等)，在与输出光L的出射方向和厚度方向D垂直的方向上相对地配置。各支柱B2的支撑板61侧的端部的相反侧的端部(上端部)与第2电路基板32连接。例如，各支柱B2的上端部相对于第2电路基板32被螺钉固定。

第2电路基板32是安装有噪声滤波器电路的电路基板，该噪声滤波器电路输入来自外部电源的电力信号，除去包含在该电力信号中的噪声，将除去了噪声的电力信号输出到第1电路基板31。噪声滤波器电路例如起到保护脉冲驱动电路(第1电路基板31)、QCL元件13以及MEMS衍射光栅12等的内部部件免受静电浪涌等的影响的作用。第2电路基板32比第1电路基板31小且形成为矩形板状。第2电路基板32配置于厚度方向D上的QCL元件13和第1电路基板31之间的位置。在本实施方式中，第2电路基板32在厚度方向D上配置为比配置在支撑板61的第1面61a上的各部件(QCL元件13和MEMS衍射光栅12等)更靠上方，并且配置为比第1电路基板31更靠下方(支撑板61侧)。

第2电路板32在从厚度方向D观察的情况下，与QCL元件13的至少一部分和第1电路板31的至少一部分重叠。在本实施方式中，在从厚度方向D观察的情况下，第2电路基板32的整体与第1电路基板31的一部分重叠，QCL元件13和MEMS衍射光栅12的整体与第2电路基板32重叠。

这里，利用具有量子级联结构的增益介质(即，QCL元件13)的外部共振型激光器与一般的半导体激光器相比，脉冲驱动所需的驱动电压高，驱动电流也大。因此，安装了脉冲驱动电路的第1电路基板31具有较高的发热性。另一方面，噪声滤波器电路为非发热性。即，安装了脉冲驱动电路的第1电路基板31具有比安装了噪声滤波器电路的第2电路基板32更高的发热性。这样，通过将与第1电路基板31相比发热量少的第2电路基板32配置在第1电路基板31和配置在支撑板61上的各部件(QCL元件13和MEMS衍射光栅12等)之间，来抑制从脉冲驱动电路产生的热传递到各部件(特别是QCL元件13)。

[分析装置的控制]

分析装置1由控制装置4控制。如图1所示，控制装置4具有控制MEMS衍射光栅12的驱动的衍射光栅控制部41和基于光检测器3的检测结果计算吸收光谱的运算部42。控制装置4例如可以由包括进行运算处理的CPU等运算电路、由RAM、ROM等存储器构成的记录介质和输入输出装置的计算机构成。控制装置4可以由包括智能手机、平板终端等的智能设备等的计算机构成。控制装置4可以通过将程序等读入到计算机来进行动作。此外，控制装置4可以包括产生控制脉冲的函数发生器(function generator)和用于控制冷却元件7的驱动器等而构成。函数发生器通过两个通道的输出由程序联动而驱动QCL 11和MEMS衍射光栅12。此外，控制装置4可以构成为能够与第1电路基板31和第2电路基板32通信。例如，从控制装置4的函数发生器向第1电路基板31(脉冲驱动器电路)供给成为驱动频率的定时信号。脉冲电流的频率例如在100kHz～500kHz的范围内可变。于是，从第1电路基板31(脉冲驱动电路)向QCL元件13施加例如100ns的脉冲宽度的脉冲电流，使100ns的光脉冲宽度的激光振荡。此外，控制装置4可以将MEMS衍射光栅12的驱动周期作为触发，通过示波器或经由AD转换器对来自光检测器3的输出进行采样。此外，衍射光栅控制部41和运算部42可以不由单一的计算机构成，也可以由不同的计算机或电子电路构成。例如，衍射光栅控制部41也可以由包含在MEMS衍射光栅12中的电子电路构成。

[作用和效果]

在以上说明的激光模块2中，在支撑板61的第2面61b(配置有QCL元件13和MEMS衍射光栅12的第1面61a的相反侧的面)中与QCL元件13和MEMS衍射光栅12重叠的区域设置有凹部61c。于是，冷却元件7被插入到该凹部61c内。通过这样的结构，与不将凹部61c设置在支撑板61的情况相比，可以缩短QCL元件13和冷却元件7的距离。由此，可以提高基于冷却元件7的冷却效果。此外，在支撑板61中的未设置有凹部61c的部分，可以确保用于保持支撑板61的强度的厚度。由此，与使支撑板61均匀地变薄的情况相比，可以提高支撑板61的物理稳定性。因此，可以抑制激光模块2的光学特性(例如，激光的发光特性)的恶化。

此外，在从厚度方向D观察的情况下，支撑板61的凹部61c的内面的至少一部分可以与冷却元件7的外缘的至少一部分接触。根据上述结构，由于可以通过凹部61c对冷却元件7进行定位，所以可以防止在冷却元件7的配置中产生产品间的偏差。此外，在本实施方式中，作为一个例子，冷却元件7的第1基板71的尺寸与凹部61c的尺寸一致。即，第一基板71形成为正好容纳在凹部61c内的大小。在该情况下，可以使凹部61c的内面的整体和冷却元件7(第一基板71)的外缘的整体接触。即，通过将冷却元件7(第一基板71)嵌入到凹部61c内，可以进一步提高相对于支撑板61的冷却元件7的稳定性。

此外，通过将冷却元件7以与QCL元件13和MEMS衍射光栅12两者重叠的方式设置，即使假设冷却元件7发生了热变形，该热变形也以同样的方式传递到冷却元件7和MEMS衍射光栅12两者。更具体地，冷却元件7的热变形的影响相对于搭载有QCL元件13的散热器8和搭载有MEMS衍射光栅12的壁部62同样地传递。由此，可以抑制因冷却元件7的热变形而引起的QCL元件13和MEMS衍射光栅12的相对位置关系产生偏差。

此外，MEMS衍射光栅12可以具有使从QCL元件13出射的光的一部分衍射和反射的衍射反射部28，也可以通过使衍射反射部28摇动，使该光的一部分返回到QCL元件13。即，MEMS衍射光栅12具有一体地设置有衍射光栅(衍射反射部28)和可动机构(可动部23)的结构。由此，在利特罗型的激光模块2中，可以抑制光学特性的恶化并且提高冷却效果。

此外，在冷却元件7中的支撑板61侧的相反侧(即，相对于冷却元件7为底壁51侧)可以不配置用于控制QCL元件13的动作的电路基板(例如，相当于上述第1电路基板31的电路基板)。在该情况下，通过在冷却元件7中的支撑板61的相反侧不设置作为发热源的电路基板，可以防止冷却元件7的散热被阻碍。由此，可以进一步提高基于冷却元件7的冷却效果。更具体地，如上所述，安装了脉冲驱动电路的第1电路基板31的发热量较大。通过将这样的第1电路基板31和支撑板61热分离而配置，可以抑制对激光的发光特性的热影响。

此外，在冷却元件7中的支撑板61侧的相反侧(即，相对于冷却元件7为底壁51侧)，可以配置进一步冷却冷却冷却元件7的辅助冷却元件33。在该情况下，可以通过辅助冷却元件33进一步提高冷却效果。此外，这样的结构可以通过将现有的一般配置在冷却元件7的下方的电路基板(例如，相当于上述第1电路基板31的电路基板)配置在壳体5内来实现。

此外，激光模块2也可以具备：多个支柱(在本实施方式中为各支柱B1、B2)，竖立设置于支撑板61的第一面61a，沿厚度方向D延伸；以及支柱连结部件(在本实施方式中为第1电路基板31和第2电路基板32的各个)，在厚度方向D上配置于比QCL元件13更远离支撑板61的位置，与多个支柱B1、B2各自的端部连接。根据上述结构，由于通过多个支柱和支柱连结部件适当地支撑支撑板61，因此可以进一步提高支撑板61的物理稳定性。因此，可以更有效地抑制激光模块2的光学特性的恶化。

此外，激光模块2也可以具备多个(在本实施方式中为4个)支柱B1和与多个支柱B1各自的端部连接的第1电路基板31。此外，第1电路基板31也可以是用于控制QCL元件13的动作的电路基板。在本实施方式中，作为一个例子，第1电路基板31是安装了脉冲驱动电路的电路基板。在假设第1电路基板31与冷却元件7接触的情况下，从第1电路基板31产生的热可能经由冷却元件7和支撑板61传递到QCL元件13。或者，由于从第1电路基板31产生的热，可能阻碍冷却元件7的散热。另一方面，根据如上所述经由多个支柱B1支撑第1电路基板31的结构，通过将作为发热源的第1电路基板31配置在远离冷却元件7的位置，可以避免上述问题。再有，如上所述可以得到提高支撑板61的物理稳定性的效果。即，可以使第1电路基板31作为上述支柱连结部件发挥功能。此外，通过将脉冲驱动电路组装到壳体5内，可以实现激光光源(激光模块2)整体的小型化。

此外，激光模块2也可以具备噪声滤波器电路。噪声滤波器电路输入来自外部电源的电力信号，除去包含在该电力信号中的噪声，将除去了噪声的电力信号输出到第1电路基板31。在本实施方式中，噪声滤波器电路安装在第2电路基板32。根据上述结构，由于重叠在电力信号的噪声通过噪声滤波器电路除去，所以可以防止静电浪涌等引起的第1电路基板31的损伤。此外，在经由第1电路基板31向QCL元件13和MEMS衍射光栅12供给电力信号的情况下，也可以防止QCL元件13和MEMS衍射光栅12的损伤。

此外，激光模块2也可以具备多个(在本实施方式中为两个)支柱B2和在厚度方向D上配置在QCL元件13和第1电路基板31之间的位置并且与多个支柱B2各自的端部连接的第2电路基板32。在此，第1电路基板31具有比第2电路基板32更高的发热性。根据上述结构，由于从第1电路基板31产生的热通过第2电路基板32遮蔽，所以可以抑制从第1电路基板31向QCL元件13的热传递。

此外，第2电路基板32在从厚度方向D观察的情况下，也可以与QCL元件13的至少一部分(在本实施方式中作为一个例子，为QCL元件13的整体)和第1电路基板31的至少一部分重叠。根据上述结构，可以更有效地抑制从第1电路基板31向QCL元件13的热传递.

此外，第2电路基板32也可以是安装了上述噪声滤波器电路的电路基板。根据上述结构，可以使安装了噪声滤波器电路的基板作为遮蔽从第1电路基板31产生的热的第2电路基板32发挥功能。由此，与分别设置用于遮蔽来自第1电路基板31的热的部件和安装了噪声滤波器电路的基板的结构相比，可以实现模块(壳体5)的小型化。此外，在本实施方式中，模块的尺寸依赖于第1电路基板31的尺寸(圆板上的基板的直径)。如上述实施方式那样，通过分离脉冲驱动电路(第1电路基板31)和噪声滤波器电路(第2电路基板32)，可以实现第1电路基板31的小型化，进而可以实现模块的小型化。更具体地，如果可以减小第1电路基板31的尺寸，则也可以与此相应地减小支撑第1电路基板31的支撑板61的尺寸。其结果，可以减小壳体5的宽度和深度(即，如图2所示从厚度方向D观察框体5的情况下的纵向和横向的尺寸)。

此外，激光模块2也可以具备在支撑板61的凹部61c内配置在支撑板61和冷却元件7之间的热传导片34。根据上述结构，可以提高支撑板61和冷却元件7之间的传热性，因此可以进一步提高冷却效果。

此外，在底壁51中的冷却元件7侧的面，也可以设置有插入冷却元件7中的底壁51侧的至少一部分(即，第2基板72的底壁51侧的至少一部分)的凹部51b。根据上述结构，通过凹部51b，可以容易地相对于底壁51配置冷却元件7。此外，在本实施方式中，作为一个例子，冷却元件7的第2基板72的尺寸与凹部51b的尺寸一致。即，第2基板72形成为正好容纳在凹部51b内的大小。在该情况下，可以使凹部51b的内面的整体与冷却元件7(第2基板72)的外缘的整体接触。即，通过将冷却元件7(第2基板72)嵌入到凹部51b内，可以进一步提高相对于底壁51的冷却元件7的稳定性。

[变形例]

以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式。对于各结构的材料和形状，不限于上述材料和形状，可以采用各种材料和形状。例如，在上述实施方式中，外部共振器也可以构成为利特曼型。在该情况下，激光模块2例如也可以代替与上述可动机构(可动部23)一体地构成的MEMS衍射光栅12而具备固定的(非可动的)衍射光栅和用于反射该衍射光栅的一次衍射光的可动镜。

此外，第1电路基板31可以不必配置在框体5内。对于第2电路基板32也是同样的。此外，在该情况下，为了谋求支撑板61的物理稳定性的提高，激光模块2也可以具备：第1电路基板31和第2电路基板32以外的支柱连结部件(例如，与支撑板61平行地延伸的板状部件)、以及连接该支柱连结部件和支撑板61的支柱。

此外，在上述实施方式中，壳体5的底壁51作为用于安装支撑板61的底板而发挥功能，但是支撑板61也可以安装在与底壁51不同的底板(例如，在壳体5内配置在底壁51上的基板)。在该情况下，辅助冷却元件33也可以配置在该底板和底壁51之间。

此外，在仅由冷却元件7发挥充分的冷却效果的情况下，可以省略辅助冷却元件33。对于热传导片34，也可以相同地省略。

此外，在上述实施方式中，在从厚度方向D观察的情况下，支撑板61的凹部61c以与搭载了QCL元件13的副安装架16的整体和搭载了MEMS衍射光栅12的壁部62的整体重叠的方式形成，但是形成有凹部61c的区域的范围和大小不限于上述实施方式。凹部61c可以至少与QCL元件13的一部分重叠。优选地，凹部61c以与QCL元件13的整体重叠的方式形成。例如，凹部61c也可以以与QCL元件13的整体和副安装架16的一部分重叠的方式形成。更优选地，凹部61c以与副安装架16的整体重叠的方式形成。此外，在从厚度方向D观察的情况下，在透镜9B从副安装架16露出的情况下，优选为凹部61c以与副安装架16的整体和透镜9B重叠的方式形成。此外，凹部61c可以至少与在MEMS衍射光栅12中形成有衍射光栅的衍射反射部28重叠。优选地，凹部61c如本实施方式那样以与壁部62的整体重叠的方式形成。

关于形成有冷却元件7的范围和大小，也可以说与形成有上述凹部61c的范围和大小相同。即，冷却元件7可以至少与QCL元件13的一部分重叠。优选地，冷却元件7以与QCL元件13的整体重叠的方式形成。例如，冷却元件7也可以以与QCL元件13的整体和副安装架16的一部分重叠的方式形成。更优选地，冷却元件7以与副安装架16的整体重叠的方式形成。此外，在从厚度方向D观察的情况下，在透镜9B从副安装架16露出的情况下，优选为冷却元件7以与副安装架16的整体和透镜9B重叠的方式形成。此外，冷却元件7可以至少与在MEMS衍射光栅12中形成有衍射光栅的衍射反射部28重叠。优选地，冷却元件7如本实施方式那样以与壁部62的整体重叠的方式形成。

此外，在上述实施方式中，在支撑板61中未形成有凹部61c的部分(从厚度方向D观察的凹部61c以外的壁厚部)的面积大于凹部61c(即，薄壁部)的面积。由此，可以适当地确保支撑板61的物理稳定性。但是，壁厚部(凹部61c以外的部分)的面积也可以小于薄壁部(凹部61c)的面积。

符号的说明

1…分析装置，2…外部共振型激光模块，3…光检测器，7…冷却元件，11…量子级联激光器，12…MEMS衍射光栅(衍射光栅)，13…量子级联激光元件，28…衍射反射部，31…第1电路基板(支柱连结部件)，32…第2电路基板(支柱连结部件)，33…辅助冷却元件，34…热传导片，51…底壁(底板)，51b…凹部，61…支撑板，61a…第1面，61b…第2面，61c…凹部，B1，B2…支柱，D…厚度方向。

Claims (13)

1.一种外部共振型激光模块，其特征在于：

具备：

量子级联激光元件；

衍射光栅，其使从所述量子级联激光元件出射的光的一部分衍射和反射并返回到所述量子级联激光元件；

支撑板，其具有配置有所述量子级联激光元件和所述衍射光栅的第1面、以及与第1面相反侧的第2面；以及

冷却元件，其在所述支撑板的所述第2面侧，以在从所述支撑板的厚度方向观察的情况下，与所述量子级联激光元件和所述衍射光栅重叠的方式配置，

在所述支撑板的所述第2面中，在从所述支撑板的厚度方向观察的情况下至少与所述量子级联激光元件和所述衍射光栅重叠的区域，设置有沿从所述第2面朝向所述第1面的方向凹陷的凹部，

所述冷却元件中的所述支撑板侧的至少一部分插入到所述凹部内。

2.根据权利要求1所述的外部共振型激光模块，其特征在于：

在从所述支撑板的厚度方向观察的情况下，所述凹部的内面的至少一部分与所述冷却元件的外缘的至少一部分接触。

3.根据权利要求1或2所述的外部共振型激光模块，其特征在于：

所述衍射光栅具有使从所述量子级联激光元件出射的所述光的一部分衍射和反射的衍射反射部，通过使所述衍射反射部摇动，使所述光的一部分返回到所述量子级联激光元件。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的外部共振型激光模块，其特征在于：

在所述冷却元件中的所述支撑板侧的相反侧不配置用于控制所述量子级联激光元件的动作的电路基板。

5.根据权利要求4所述的外部共振型激光模块，其特征在于：

在所述冷却元件中的所述支撑板侧的相反侧配置有进一步冷却所述冷却元件的辅助冷却元件。

6.根据权利要求1～5中的任一项所述的外部共振型激光模块，其特征在于：

进一步具备：

多个支柱，其竖立设置于所述支撑板的所述第1面，沿所述支撑板的厚度方向延伸；以及

支柱连结部件，其在所述支撑板的厚度方向上配置于比所述量子级联激光元件更远离所述支撑板的位置，并且与所述多个支柱各自的端部连接。

7.根据权利要求1～5中的任一项所述的外部共振型激光模块，其特征在于：

进一步具备：

多个第1支柱，其竖立设置于所述支撑板的所述第1面，沿所述支撑板的厚度方向延伸；以及

第1电路基板，其在所述支撑板的厚度方向上配置于比所述量子级联激光元件更远离所述支撑板的位置，并且与所述多个第1支柱各自的端部连接，

所述第1电路基板是用于控制所述量子级联激光元件的动作的电路基板。

8.根据权利要求7所述的外部共振型激光模块，其特征在于：

进一步具备：噪声滤波器电路，其输入来自外部电源的电力信号，除去包含于所述电力信号的噪声，将除去了所述噪声的所述电力信号输出到所述第1电路基板。

9.根据权利要求7所述的外部共振型激光模块，其特征在于：

进一步具备：

多个第2支柱，其竖立设置于所述支撑板的所述第1面，沿所述支撑板的厚度方向延伸；以及

第2电路基板，其在所述支撑板的厚度方向上配置于所述量子级联激光元件和所述第1电路基板之间的位置，并且与所述多个第2支柱各自的端部连接，

所述第1电路基板具有比所述第2电路基板更高的发热性。

10.根据权利要求9所述的外部共振型激光模块，其特征在于：

在从所述支撑板的厚度方向观察的情况下，所述第2电路基板与所述量子级联激光元件的至少一部分和所述第1电路基板的至少一部分重叠。

11.根据权利要求9或10所述的外部共振型激光模块，其特征在于：

所述第2电路基板是安装有噪声滤波器电路的电路基板，

所述噪声滤波器电路输入来自外部电源的电力信号，除去包含于所述电力信号的噪声，将除去了所述噪声的所述电力信号输出到所述第1电路基板。

12.根据权利要求1～11中的任一项所述的外部共振型激光模块，其特征在于：

进一步具备：热传导片，其在所述支撑板的所述凹部内，配置于所述支撑板和所述冷却元件之间。

13.根据权利要求1～12中的任一项所述的外部共振型激光模块，其特征在于：

进一步具备：底板，其配置于所述冷却元件的所述支撑板侧的相反侧，

在所述底板中的所述冷却元件侧的面，设置有插入所述冷却元件中的所述底板侧的至少一部分的凹部。

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