JPH04355706A - 半導体レーザモジュール - Google Patents
半導体レーザモジュールInfo
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- JPH04355706A JPH04355706A JP3131033A JP13103391A JPH04355706A JP H04355706 A JPH04355706 A JP H04355706A JP 3131033 A JP3131033 A JP 3131033A JP 13103391 A JP13103391 A JP 13103391A JP H04355706 A JPH04355706 A JP H04355706A
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- Japan
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- laser module
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/0225—Out-coupling of light
- H01S5/02251—Out-coupling of light using optical fibres
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/024—Arrangements for thermal management
- H01S5/02407—Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling
- H01S5/02415—Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling by using a thermo-electric cooler [TEC], e.g. Peltier element
-
- H—ELECTRICITY
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/024—Arrangements for thermal management
- H01S5/02438—Characterized by cooling of elements other than the laser chip, e.g. an optical element being part of an external cavity or a collimating lens
Landscapes
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光通信装置などに使
用する高出力半導体レーザ素子と光ファイバとの結合器
である高出力の半導体レーザモジュールに関するもので
ある。
用する高出力半導体レーザ素子と光ファイバとの結合器
である高出力の半導体レーザモジュールに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】近年、光信号を直接増幅する光増幅器が
開発され特にエルビウム光ファイバを用いた光増幅器が
注目されている。この光増幅器はエルビウム元素のドー
プされた光ファイバに光波長１．４８μｍ のレーザ光
を注入すると波長１．５μｍ 帯の減衰された信号光が
増幅されると言う原理である。その増幅度は注入する１
．４８μｍ のレーザ光の出力の大きさによる。その光
出力はエルビウム光ファイバの性能にもよるが数十ｍＷ
から１００ｍＷで数十ｄＢｍの光ゲインが得られる。こ
のような光増幅器において、励起用の１．４８μｍ レ
ーザ光源は非常に高出力が要求され、数百ｍＡの駆動電
流を必要とするため発熱による光出力の低下や寿命の低
下を招くため、光ファイバと結合する半導体レーザモジ
ュールの構成の中で通常、電子冷却素子を使用し半導体
レーザ素子を冷却して使用している。
開発され特にエルビウム光ファイバを用いた光増幅器が
注目されている。この光増幅器はエルビウム元素のドー
プされた光ファイバに光波長１．４８μｍ のレーザ光
を注入すると波長１．５μｍ 帯の減衰された信号光が
増幅されると言う原理である。その増幅度は注入する１
．４８μｍ のレーザ光の出力の大きさによる。その光
出力はエルビウム光ファイバの性能にもよるが数十ｍＷ
から１００ｍＷで数十ｄＢｍの光ゲインが得られる。こ
のような光増幅器において、励起用の１．４８μｍ レ
ーザ光源は非常に高出力が要求され、数百ｍＡの駆動電
流を必要とするため発熱による光出力の低下や寿命の低
下を招くため、光ファイバと結合する半導体レーザモジ
ュールの構成の中で通常、電子冷却素子を使用し半導体
レーザ素子を冷却して使用している。
【０００３】図２に従来例を示し、その構成及び動作原
理を説明する。１は半導体レーザ素子、２はヒートシン
クで半導体レーザ素子１を搭載しその放熱を行なうと共
に半導体レーザ素子１とほぼ同じ膨張係数を有する材料
（例えばダイヤモンド、ＳｉＣ、シリコンなど）使用し
熱応力による故障を防止している。３はヘッダで半導体
レーザ素子１とヒートシンク２を搭載し半導体レーザ素
子１の電極取り出す端子を有している。４はモニタ用の
受光素子で半導体レーザ素子１の温度変化等による光出
力の変化を監視し、常に一定の光出力になるよう駆動回
路にフィードバックをかけている。５はレンズ（ここで
は、球レンズで示しているが屈折分布形等のレンズを用
いる場合もある）、６はコバールやステンレスで加工さ
れたレンズホルダでレンズ５を圧入や半田または低融点
ガラス固定している。
理を説明する。１は半導体レーザ素子、２はヒートシン
クで半導体レーザ素子１を搭載しその放熱を行なうと共
に半導体レーザ素子１とほぼ同じ膨張係数を有する材料
（例えばダイヤモンド、ＳｉＣ、シリコンなど）使用し
熱応力による故障を防止している。３はヘッダで半導体
レーザ素子１とヒートシンク２を搭載し半導体レーザ素
子１の電極取り出す端子を有している。４はモニタ用の
受光素子で半導体レーザ素子１の温度変化等による光出
力の変化を監視し、常に一定の光出力になるよう駆動回
路にフィードバックをかけている。５はレンズ（ここで
は、球レンズで示しているが屈折分布形等のレンズを用
いる場合もある）、６はコバールやステンレスで加工さ
れたレンズホルダでレンズ５を圧入や半田または低融点
ガラス固定している。
【０００４】７はベースで半導体レーザ素子１を搭載し
たヘッダ３とモニタ用の受光素子４とレンズ５を搭載し
たレンズホルダ６を搭載するためのものである。この時
、半導体レーザ素子１とモニタ用の受光素子４は半田付
けで固定され、一方レンズ５は半導体レーザ素子１から
出射され広がった光が平行光になるよう光軸調整しＹＡ
Ｇレーザにてレンズホルダ６をベース７に固定している
。これは、光学調整後の半導体レーザ素子１とレンズ５
の軸ずれ感度が１μｍ 以下と厳しいため固定安定度の
高いＹＡＧレーザ溶接を用いている。
たヘッダ３とモニタ用の受光素子４とレンズ５を搭載し
たレンズホルダ６を搭載するためのものである。この時
、半導体レーザ素子１とモニタ用の受光素子４は半田付
けで固定され、一方レンズ５は半導体レーザ素子１から
出射され広がった光が平行光になるよう光軸調整しＹＡ
Ｇレーザにてレンズホルダ６をベース７に固定している
。これは、光学調整後の半導体レーザ素子１とレンズ５
の軸ずれ感度が１μｍ 以下と厳しいため固定安定度の
高いＹＡＧレーザ溶接を用いている。
【０００５】８は電子冷却素子（以下ペルチェ素子と称
する）、９、１０は絶縁板で一般的にはアルミナセラミ
ックにペルチェ素子８の電極と固定を兼ねた金属導体パ
ターンを薄膜や厚膜で形成し、複数個のペルチェ素子８
を挟み込んで直列に配線固定している。１８はサーミス
タでＬＤ素子部の温度を検出し、その温度が一定になる
ようペルチェ素子８にフィードバックするためのもので
ある。１１はパッケージ本体で側壁に電気端子をハーメ
チックで設けたバタフライ型やＤＩＰ型のパッケージな
どの構成をしている。１２は気密用のカバーである。パ
ッケージ本体１１に光取り出し窓１３を有している。上
記絶縁板９の上側に半導体レーザ素子１等を搭載したベ
ース７を半田固定し、一方の絶縁板１０の下側を同じく
半田でパッケージ本体１１の内底に固定する。この時、
半導体レーザ素子１から出射しレンズ５で平行光に変換
された光がパッケージ本体１１に設けた光取り出し窓１
３を通過するよう位置調整されている。
する）、９、１０は絶縁板で一般的にはアルミナセラミ
ックにペルチェ素子８の電極と固定を兼ねた金属導体パ
ターンを薄膜や厚膜で形成し、複数個のペルチェ素子８
を挟み込んで直列に配線固定している。１８はサーミス
タでＬＤ素子部の温度を検出し、その温度が一定になる
ようペルチェ素子８にフィードバックするためのもので
ある。１１はパッケージ本体で側壁に電気端子をハーメ
チックで設けたバタフライ型やＤＩＰ型のパッケージな
どの構成をしている。１２は気密用のカバーである。パ
ッケージ本体１１に光取り出し窓１３を有している。上
記絶縁板９の上側に半導体レーザ素子１等を搭載したベ
ース７を半田固定し、一方の絶縁板１０の下側を同じく
半田でパッケージ本体１１の内底に固定する。この時、
半導体レーザ素子１から出射しレンズ５で平行光に変換
された光がパッケージ本体１１に設けた光取り出し窓１
３を通過するよう位置調整されている。
【０００６】１４はレンズ（ここでは、球レンズで示し
ているが屈折分布形等のレンズを用いる場合もある）、
１５はスリーブでレンズ１４を固定している。１６は光
ファイバ、１７は光ファイバ１６を固定したフェルール
である。ここで半導体レーザ素子１から出射した広がっ
た光をレンズ５で変換した平行光をレンズ１４で光ファ
イバ１６に効率よく入射するため光軸調整し、スリーブ
１５のＡ，Ｂ部でＹＡＧレーザ溶接固定している。
ているが屈折分布形等のレンズを用いる場合もある）、
１５はスリーブでレンズ１４を固定している。１６は光
ファイバ、１７は光ファイバ１６を固定したフェルール
である。ここで半導体レーザ素子１から出射した広がっ
た光をレンズ５で変換した平行光をレンズ１４で光ファ
イバ１６に効率よく入射するため光軸調整し、スリーブ
１５のＡ，Ｂ部でＹＡＧレーザ溶接固定している。
【０００７】このようにして半導体レーザ素子１からの
広がった発光光はレンズ５と１４によって光ファイバ１
６に効率良く結合される半導体レーザモジュールが構成
および製造される。この半導体レーザモジュールが高出
力可能なのはペルチェ素子８で常時冷却し、半導体レー
ザ素子１の発熱を低減しているためである。尚、半導体
レーザ素子１とペルチェ素子８で消費された発熱はパッ
ケージ本体１１を介してパッケージ本体１１に取り付け
たヒートシンク（図示せず）で外部に放熱される。
広がった発光光はレンズ５と１４によって光ファイバ１
６に効率良く結合される半導体レーザモジュールが構成
および製造される。この半導体レーザモジュールが高出
力可能なのはペルチェ素子８で常時冷却し、半導体レー
ザ素子１の発熱を低減しているためである。尚、半導体
レーザ素子１とペルチェ素子８で消費された発熱はパッ
ケージ本体１１を介してパッケージ本体１１に取り付け
たヒートシンク（図示せず）で外部に放熱される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにして構成された半導体レーザモジュールは、小型化
が困難であった。それは、電子冷却素子（ペルチェ素子
）を搭載しているため特に高さ方向が制限されるためで
ある。
うにして構成された半導体レーザモジュールは、小型化
が困難であった。それは、電子冷却素子（ペルチェ素子
）を搭載しているため特に高さ方向が制限されるためで
ある。
【０００９】本発明は以上述べた問題を解決するために
なされたものであって、小型で冷却能力に優れた構造を
持つ半導体レーザモジュールを提供することを目的とす
る。
なされたものであって、小型で冷却能力に優れた構造を
持つ半導体レーザモジュールを提供することを目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、半導体レーザ素子と光ファイバをレンズを介
して結合する半導体レーザモジュールにおいて、第１の
絶縁板の下面と第２の絶縁板の上面との間に電子冷却素
子を挟み込み、前記第２の絶縁板の下面をパッケージ本
体の内底に固着し、前記第１の絶縁板の上面に形成した
パターンに前記半導体レーザ素子を保持するヘッダと前
記レンズを保持するレンズホルダを固定するものである
。
するため、半導体レーザ素子と光ファイバをレンズを介
して結合する半導体レーザモジュールにおいて、第１の
絶縁板の下面と第２の絶縁板の上面との間に電子冷却素
子を挟み込み、前記第２の絶縁板の下面をパッケージ本
体の内底に固着し、前記第１の絶縁板の上面に形成した
パターンに前記半導体レーザ素子を保持するヘッダと前
記レンズを保持するレンズホルダを固定するものである
。
【００１１】
【作用】第１の絶縁板の上面に直接半導体レーザ素子を
保持するヘッダやレンズを保持するレンズホルダ等を固
定するので、金属ベース上面に上記のヘッダやレンズホ
ルダ等を固定してから前記第１の絶縁板上面に固着する
従来例の場合より該金属ベース分だけ半導体レーザモジ
ュールを小型にすることができる。
保持するヘッダやレンズを保持するレンズホルダ等を固
定するので、金属ベース上面に上記のヘッダやレンズホ
ルダ等を固定してから前記第１の絶縁板上面に固着する
従来例の場合より該金属ベース分だけ半導体レーザモジ
ュールを小型にすることができる。
【００１２】また、前記金属ベースの削減により熱抵抗
を低減することができ、熱効率の向上による電子冷却の
小型で半導体レーザモジュールの一層の小型化が実現で
きる。
を低減することができ、熱効率の向上による電子冷却の
小型で半導体レーザモジュールの一層の小型化が実現で
きる。
【００１３】
【実施例】図１は本発明の実施例を示す要部断面図であ
る。１から６および８から１８は図２に示す従来例と同
じであるので説明は省略する。２１は電子冷却素子８の
上部絶縁板９の上面に蒸着やめっきで形成した金属パタ
ーンで、図３に示す上部絶縁板９の拡大上面図で２１ａ
は半導体レーザ素子１を搭載したヘッダ３を搭載するパ
ターン、２１ｂは受光素子４を搭載するパターン、２１
ｃはサーミスタ１８を搭載するパターン、２１ｄはレン
ズ５を固定したレンズホルダ６を固定するパターンであ
る。パターン２１ａ、２１ｂ、２１ｃは部品を半田固定
するためパターンの形成材料は金や半田メッキ等が使用
される。パターン２１ｄはレンズホルダ６をＹＡＧ溶接
で固定するため不純物の少ないニッケルめっきを数十μ
ｍ と厚付けしている。この電子冷却素子８をパッケー
ジ本体１１の底面に半田固定した後、上部絶縁板９のパ
ターン２１ａ，２１ｂ，２１ｃ上にそれぞれヘッダ３、
受光素子４、サーミスタ１８を半田固定した後、レンズ
５を固定したレンズホルダ６を光軸調整してパターン２
１ｄ上にＹＡＧ溶接固定する。その他の構成部材は１２
の気密用カバーから１７のフェルールまで図２に示す従
来例と同様の構成で製造され、動作原理も同じである。
る。１から６および８から１８は図２に示す従来例と同
じであるので説明は省略する。２１は電子冷却素子８の
上部絶縁板９の上面に蒸着やめっきで形成した金属パタ
ーンで、図３に示す上部絶縁板９の拡大上面図で２１ａ
は半導体レーザ素子１を搭載したヘッダ３を搭載するパ
ターン、２１ｂは受光素子４を搭載するパターン、２１
ｃはサーミスタ１８を搭載するパターン、２１ｄはレン
ズ５を固定したレンズホルダ６を固定するパターンであ
る。パターン２１ａ、２１ｂ、２１ｃは部品を半田固定
するためパターンの形成材料は金や半田メッキ等が使用
される。パターン２１ｄはレンズホルダ６をＹＡＧ溶接
で固定するため不純物の少ないニッケルめっきを数十μ
ｍ と厚付けしている。この電子冷却素子８をパッケー
ジ本体１１の底面に半田固定した後、上部絶縁板９のパ
ターン２１ａ，２１ｂ，２１ｃ上にそれぞれヘッダ３、
受光素子４、サーミスタ１８を半田固定した後、レンズ
５を固定したレンズホルダ６を光軸調整してパターン２
１ｄ上にＹＡＧ溶接固定する。その他の構成部材は１２
の気密用カバーから１７のフェルールまで図２に示す従
来例と同様の構成で製造され、動作原理も同じである。
【００１４】
【発明の効果】このようにして直接電子冷却素子８の上
部絶縁板９に直接半導体レーザ素子１、受光素子４、サ
ーミスタ１８およびレンズ５が搭載されるため、従来設
けていた金属製のベース７が削減できるため半導体レー
ザモジュールの小型化が実現できる。また、金属ベース
一枚分の熱抵抗が低減できるので半導体レーザモジュー
ルの熱抵抗が低減でき、より一層の高出力化がはかれる
。さらに、熱効率がよくなるため電子冷却の小型化がは
かれ半導体レーザモジュールの一層の小型化が実現でき
る。
部絶縁板９に直接半導体レーザ素子１、受光素子４、サ
ーミスタ１８およびレンズ５が搭載されるため、従来設
けていた金属製のベース７が削減できるため半導体レー
ザモジュールの小型化が実現できる。また、金属ベース
一枚分の熱抵抗が低減できるので半導体レーザモジュー
ルの熱抵抗が低減でき、より一層の高出力化がはかれる
。さらに、熱効率がよくなるため電子冷却の小型化がは
かれ半導体レーザモジュールの一層の小型化が実現でき
る。
【図１】本発明の実施例を示す構成図である。
【図２】従来の半導体レーザモジュールの構成図である
。
。
【図３】絶縁板の拡大上面図である。
１ 半導体レーザ素子
４ 受光素子
５ レンズ
６ レンズホルダ
９ 絶縁板
１１ パッケージ本体
１２ 気密用カバー
１７ フェルール
１８ サーミスタ
２１ パターン
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体レーザ素子と光ファイバをレン
ズを介して結合する半導体レーザモジュールにおいて、
第１の絶縁板の下面と第２の絶縁板の上面との間に電子
冷却素子を挟み込み、前記第２の絶縁板の下面をパッケ
ージ本体の内底に固着し、前記第１の絶縁板の上面に形
成したパターンに前記半導体レーザ素子を保持するヘッ
ダと前記レンズを保持するレンズホルダとを固定してな
ることを特徴とする半導体レーザモジュール。 - 【請求項２】 前記レンズホルダを固定するパターン
をニッケルメッキの厚付けで構成する請求項１記載の半
導体レーザモジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3131033A JPH04355706A (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 半導体レーザモジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3131033A JPH04355706A (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 半導体レーザモジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04355706A true JPH04355706A (ja) | 1992-12-09 |
Family
ID=15048453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3131033A Pending JPH04355706A (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 半導体レーザモジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04355706A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1020154A (ja) * | 1996-06-28 | 1998-01-23 | Nec Corp | 温度制御型光結合構造 |
| EP0824281A1 (en) * | 1996-08-13 | 1998-02-18 | Nec Corporation | Peltier cooler and semiconductor laser module using peltier cooler |
| US5995525A (en) * | 1996-03-29 | 1999-11-30 | Nec Corporation | Semiconductor laser module |
-
1991
- 1991-06-03 JP JP3131033A patent/JPH04355706A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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