半導体レーザモジユール

【目的】小型で冷却能力に優れた構造の半導体レーザモジュールを得る。
【構成】半導体レーザ素子をパッケージ本体内に収容し、電子冷却素子で冷却する半導体レーザモジュールにおいて、半導体レーザ素子１を上部絶縁板１８の上部に搭載し、電子冷却素子８の一端を上部絶縁板１８の下面に固定すると共に他端を前記パッケージ本体の底板１９に固定する。そして、その底板１９は窒化アルミニウムから構成する。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、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。
【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。
【０００３】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いう原理による。その増幅度は注入する波長１．４８μｍのレーザ光（以下ポンプ光と称する）の出力の大きさによる。エルビウム光ファイバの性能にもよるが、その光出力が数＋ｍＷから１００ｍＷで数＋ｄＢの増幅度が得られる。このような光増幅器においては、ポンプ光用の波長１．４８μｍのレーザ光源に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おそれがある。それを防止するため、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（以下ペルチェ素子）を使用し、半導体レーザ素子を冷却して使用している。
【０００４】図２に従来例を示し、その構成及び動作を説明する。同図において、１は半導体レーザ素子、２はヒートシンクである。ヒートシンク２は半導体レーザ素子１を搭載しその放熱を行うと共に、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）を使用して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を搭載したヒートシンク２を搭載し、半導体レーザ素子１の電極用の端子を有している。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、その光出力が常に一定になるように駆動回路にフィードバックをかけている。５はレンズで、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等で固定している。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、レンズを固定するレンズホルダ６とを搭載するためのものである。この時、ヘッダ３とモニタ用の受光素子４は半田付けで固定され、一方レンズホルダ６は、半導体レーザ素子１から出射され広がった光がレンズ５により平行光になるように光軸調整後ベース７にＹＡＧレーザで固定される。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レーザ溶接を用いるものである。８はペルチェ素子である。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する。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構成しており、また光取り出し窓１３を設けてある。１２は気密用のカバーである。ペルチェ素子８を配線固定する絶縁板９，１０のうち、絶縁板９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、絶縁板１０側をパッケージ本体１１の内底に半田で固定する。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１３を通過するように位置調整されている。１４はレンズで、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はレンズ１４を固定するスリーブである。１６は光ファイバ，１７は光ファイバ１６を固定するフェルールである。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で平行光に変換した該平行光をレンズ１４で光ファイバ１６に効率よく入射するように光軸調整し、スリーブ１５のＡ，Ｂ部でＹＡＧレーザ溶接固定している。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とによって光ファイバ１６に効率良く結合される。
【０００５】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で半導体レーザ素子１を常時冷却し、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の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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構成による半導体レーザモジュールは、電子冷却素子（例えばペルチェ素子）を搭載しているため特に高さ方向が制限され、小型化が困難であるという問題点があった。また、高出力を要求されるにつれて電子冷却素子の冷却能力も大きなものが要求されるので、これによっても小型化が困難であるという問題点もあった。
【０００７】本発明は上記問題点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。
【０００８】
【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、半導体レーザ素子をパッケージ本体内に収容し、電子冷却素子で冷却する半導体レーザモジュールにおいて、前記半導体レーザ素子を絶縁板の上部に搭載し、前記電子冷却素子の一端を前記絶縁板の下面に固定すると共に他端を前記パッケージ本体の底板部に固定し、前底板部は絶縁材で構成したものである。
【０００９】
【作用】本発明は、電子冷却素子をパッケージ本体の底板部に、絶縁板を介することなく直接固定している。従って、従来設けていた前記絶縁板は不要になり、絶縁板１枚分と固定用の半田分の厚みが削減できると共に、絶縁板１枚分の熱抵抗を低減できる。さらに、前記底板部に使用している窒化アルミニウムは従来のアルミナセラミック等より熱伝導率が非常に高いので、半導体レーザモジュールの熱抵抗を低減することができる。これらにより、電子冷却を小型にすることが可能となり、前記絶縁板の不要と相俟って半導体レーザモジュールを一層小型にすることができる。
【００１０】
【実施例】図１は本発明の実施例を示す要部断面図である。同図において、１から８及び１２から１７は図２において同一記号を付したものと同じであるので説明は省略する。１８は上部絶縁板で、半導体レーザ素子１等を搭載したヘッダ３，受光素子４，及びレンズ５を固定したレンズホルダ６を図２の場合と同様にしてそれぞれ所定の位置に固定したベース７を上面に半田固定している。１９は絶縁性を有し熱伝導率に非常に優れた材料である窒化アルミニウムで作られた底板であり、２０はハーメチック電気端子を有する金属またはセラミックからなる側壁である。この底板１９に側壁２０の端面部を固定してパッケージ本体を構成するが、このパッケージ本体は、前記窒化アルミニウムを使用して、底板１９と側壁２０とを一体構造としたものでもよい。前記パッケージ本体の底板１９の上面と上部絶縁板１８の下面とに、ペルチェ素子８の配線及び固定のための金属導体パターン２１を薄膜あるいは厚膜で形成し、複数個のペルチェ素子８を図１に示すように固定し、配線する。この時、ペルチェ素子８は前記パッケージ本体の底板１９に直接固定されるので、従来例で使用していた図２に示す絶縁板１０を削除することができ、パッケージ本体の高さを絶縁板１枚分だけ低くすることが可能となると共に、ペルチェ素子８で発生する熱を直接パッケージ本体に逃がすことが可能となり、放熱の効率向上を図ることができる。前記側壁２０に、図２に示す従来例と同様に光取り出し窓１３を設け、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を通過させる。その他レンズ１４からフェルール１７までは図２に示す従来例と同様の構成であり、同じ動作である。
【００１１】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によれば、電子冷却素子をパッケージ本体に直接搭載しているので、従来設けていた電子冷却素子搭載用の絶縁板１枚分とそれを固定するための半田分の厚みを削減することができ、半導体レーザモジュールの小型化を実現できる。さらに、前記絶縁板の削減により絶縁板１枚分の熱抵抗を低減することができると共に、パッケージ本体または底板に従来のアルミナセラミックより遙かに熱伝導率の高い窒化アルミニウム等の絶縁材を使用しているため半導体レーザモジュールの熱抵抗を低減することができ、電子冷却を小型にすることが可能となり、半導体レーザモジュールの一層の小型化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の要部断面図である。
【図２】従来の半導体レーザモジュールの要部断面図である。
【符号の説明】
１半導体レーザ素子
２ヒートシンク
３ヘッダ
４受光素子
５レンズ
６レンズホルダ
７ベース
８ペルチェ素子
９，１０絶縁板
１１パッケージ本体
１２気密用カバー
１８上部絶縁板
１９底板
２０側壁

【特許請求の範囲】
【請求項１】半導体レーザ素子をパッケージ本体内に収容し、電子冷却素子で冷却する半導体レーザモジュールにおいて、前記半導体レーザ素子を絶縁板の上部に搭載し、前記電子冷却素子の一端を前記絶縁板の下面に固定すると共に他端を前記パッケージ本体の底板部に固定し、前記底板部は絶縁材で構成することを特徴とする半導体レーザモジュール。

【図１】