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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Halbleiter-Laserdiodenmodul,
das auf dem Gebiet der optischen Kommunikation verwendet wird.
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Besprechung
des Hintergrundes
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Mit dem explosiven Wachstum des Internets und
anderer Kommunikationserfordernisse hat sich ein entsprechender
Bedarf an Übertragungssystemen
entwickelt, um dem ständig
steigenden Bedarf an Kapazität
zur Übertragung
von Signalen gerecht zu werden. Faseroptiksysteme sind zur Technologie der
Wahl geworden, um diesem Bedarf gerecht zu werden. Ein erhebliches
Maß an
Aufmerksamkeit wurde auf Systeme gerichtet, die das dichte Wellenlängen-Multiplex-Verfahren
(DWDM – dense
wavelength division multiplexing) verwenden, um die Anzahl der Signalkanäle zu erhöhen, die
durch eine einzelne Glasfaser übertragen
werden kann.
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Halbleiter-Laserdioden wurden als Pumplichtquelle
für Glasfaserverstärker und
als Signallichtquelle in Faseroptiksystemen verwendet. Das Halbleiter-Laserdiodenmodul
ist eine Vorrichtung, bei der ein Laserstrahl von der Halbleiter-Laserdiode
optisch mit einer Glasfaser gekoppelt wird.
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Erbiumdotierte Faserverstärker benötigen 980
nm-Band- und 1480 nm-Band-Halbleiter-Laserdiodenmodule als Pumplichtquellen
und Raman-Verstärker
brauchen 1350–1540
nm-Band-Halbleiter- Laserdiodenmodule
als Pumplichtquellen. 1550 nm-Band-Halbleiter-Laserdiodenmodule sind als Signallichtquelle
wohl bekannt.
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Das optische Koppelsystem zwischen
der Laserdiode und der Glasfaser wird in Abhängigkeit von einer Laserdiodenchip struktur,
der Form des Modenfeldes des von der Laserdiode emittierten Lichts und
so weiter gewählt,
um dadurch eine höhere
optische Koppeleffizienz zu erreichen.
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Das Halbleiter-Laserdiodenmodul muss auch
bei einer höheren
Umgebungstemperatur eine bestimmte Qualität der optischen Charakteristika
aufweisen. Die optischen Charakteristika sind repräsentiert
durch die Stabilität
der optischen Koppeleffizienz zwischen Laserdiode und Glasfaser,
die Stabilität
der Ausgangsenergie von der Laserdiode und den Überwachungsstrom.
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JP 01296204 A offenbart ein Verfahren zum Koppeln
einer Glasfaser mit einem optischen Halbleiterelement. Es umfasst
das Bewegen der optischen Achsen des optischen Halbleiterelements
und der Glasfaser durch Bewegen eines Halters, der die Glasfaser
trägt.
Die Glasfaser ist auf einer Haltebasis in einer im Halter ausgeformten
Nut aufgenommen und ein Abstandhalter ist über der Faser platziert, um die
Nut zu übergreifen,
so dass die Position der Glasfaser nach Abschluss der Einstellung
beibehalten wird. Die sich berührenden
Teile der Haltebasis, des Abstandhalters und des Halters werden
dann aneinander geschweißt,
um sie in Stellung zu fixieren.
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Es ist nicht erforderlich, die gesamten
Körper der
Elemente zu erwärmen.
Dies bedeutet, dass die peripheren Elemente, wie etwa die Haltebasis,
nicht durch Erwärmung
ausgedehnt werden. Folglich werden Schwankungen der Koppelcharakteristika
als Folge einer volumetrischen Schrumpfung nach dem Schweißen verringert
und eine ausgezeichnete Koppelcharakteristik erzielt.
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DE 3630795 A offenbart ein Verfahren zum Koppeln
eines Lichtwellenleiters mit einem optoelektronischen Sende- oder
Empfangselement. Eine Kapillare, in der der Lichtwellenleiter aufgenommen
ist, wird in eine Vertiefung im Halter eingesetzt. In einem ersten
Einstellvorgang wird die Kapillare mit dem Halter in zumindest eine
Koordinatenrichtung auf einem Träger
verschoben, der das Sende- oder Empfangselement trägt. Der
Halter wird dann mit Hilfe von zwei Laserstrahlen gleichzeitig auf
beiden Seiten der Vertiefung an den Träger geschweißt. In einem
zweiten Einstellvorgang wird die Kapillare in der Vertiefung in eine
endgültige
Einstellposition verschoben. Anschließend wird die Kapillare mit
Hilfe von zwei Laserstrahlen gleichzeitig auf zwei einander gegenüberliegenden
Längsseiten
an die Seitenwände
der Vertiefung geschweißt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt
in vorteilhafter Weise ein Laserdiodenmodul wie in Anspruch 1 definiert
bereit, bei dem eine Laserdiode und eine Glasfaser effizient optisch
miteinander gekoppelt werden, und zwar unabhängig von einer Umgebungstemperaturänderung.
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Das Laserdiodenmodul umfasst eine
Laserdiode, ein optisches System mit einer Glasfaser und einem Linsenabschnitt,
wobei das optische System dafür
konfiguriert ist, einen von der Laserdiode durch den Linsenabschnitt
zur Glasfaser längs
einer optischen Achse emittierten Strahl zu empfangen und auszusenden,
eine Basis, die dafür
konfiguriert ist, die Laserdiode und zumindest einen Abschnitt des optischen
Systems zu tragen, und eine Bodenplatte, die dafür konfiguriert ist, die Laserdiode,
das optische System und die Basis zu tragen. Die Basis umfasst ein
tragendes Bauteil, das dafür
konfiguriert ist, eine Verformung der Basis zu verhindern, wobei
sich das tragende Bauteil längs
der Basis in eine Richtung erstreckt, die im Wesentlichen parallel
zur optischen Achse ist.
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Die vorliegende Erfindung stellt
ein Halbleiter-Laserdiodenmodul
mit einem tragenden Bauteil bereit, das sich der Länge nach
in eine Richtung erstreckt, die im Wesentlichen parallel zur optischen Achse
verläuft,
wodurch das tragende Bauteil eine Verformung der Basis unterdrückt. Demzufolge
unterdrückt
die Konfiguration der vorliegenden Erfindung die Verschlechterung
der optischen Koppeleffizienz zwischen der Laserdiode und der Glasfaser,
die auf die Temperaturänderung der
Umgebungsbedingungen des Halbleiter-Laserdiodenmoduls zurückzuführen ist.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Ein umfassenderes Verständnis der
Erfindung und viele der damit verbundenen Vorteile gehen aus der
folgenden detaillierten Beschreibung hervor, insbesondere in Verbindung
mit den begleitenden Zeichnungen. Es zeigt/zeigen:
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1 eine
Schnittansicht eines Halbleiter-Laserdiodenmoduls gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
räumliche
Ansicht der inneren Komponenten der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiter-Laserdiodenmoduls,
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3 eine
Draufsicht der inneren Komponenten der ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Halbleiter-Laserdiodenmoduls,
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4 eine
auseinander gezogene, räumliche
Ansicht einer Basis der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiter-Laserdiodenmoduls,
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5 eine
Schnittansicht eines Haltermontageelements der ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Halbleiter-Laserdiodenmoduls
längs der
Linie V-V aus 4,
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6(a), 6(b), 6(c) und 6(d) räumliche
Ansichten alternativer Ausführungsformen
von Befestigungselementen der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiter-Laserdiodenmoduls,
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7(a) und 7(b) eine Seitenansicht bzw. Draufsicht
eines Linsenabschnitts einer Glasfaser der ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Halbleiter-Laserdiodenmoduls,
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8(a) und 8(b) räumliche Ansichten eines Anordnungsbereiches
einer Laserdiode bzw. eines Anordnungsbereiches einer Überwachungsphotodiode
der ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Halbleiter-Laserdiodenmoduls,
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9 eine
räumliche
Ansicht der inneren Komponenten gemäß einer zweiten Ausführungsform
des Halbleiter-Laserdiodenmoduls, welche nicht in den Schutzumfang
der Ansprüche
fällt,
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10 eine
Draufsicht der inneren Komponenten der zweiten Ausführungsform
des Halbleiter-Laserdiodenmoduls, welche nicht in den Schutzumfang
der Ansprüche
fällt,
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11 eine
auseinander gezogene, räumliche
Ansicht einer Basis der zweiten Ausführungsform des Halbleiter-Laserdiodenmoduls,
welche nicht in den Schutzumfang der Ansprüche fällt,
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12(a) und 12(b) Teilschnittansichten
eines Halbleiter-Laserdiodenmoduls ähnlicher Technik, das in 12(a) in einem außerbetrieblichen
Zustand und in 12(b) in
einem Betriebszustand dargestellt ist, wobei das Modul in verformtem
Zustand gezeigt ist,
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13(a) und 13(b) schematische Darstellungen
des ähnlichen
Halbleiter-Laserdiodenmoduls, wobei in 13(a) ein außerbetrieblicher Zustand und
in 13(b) eine vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts von 13(a) gezeigt
ist, welche eine optische Kopplung der Laserdiode und der Glasfaser darstellt,
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14(a) und 14(b) schematische Darstellungen
des ähnlichen
Halbleiter-Laserdiodenmoduls, wobei in 14(a) ein Betriebszustand und in 14(b) eine vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts von 14(a) gezeigt
ist, welche eine optische Kopplung der Laserdiode und der Glasfaser
darstellt, und wobei der außerbetriebliche
Zustand zum Vergleich durch gestrichelte Linien dargestellt ist,
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15 ein
Diagramm, das Überwachungsnachlauffehler
(monitor tracking error) basierend auf Umgebungstemperaturänderungen
in dem ähnlichen Halbleiter-Laserdiodenmodul
und dem erfindungsgemäßen Halbleiter-Laserdiodenmodul
darstellt,
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16 eine
räumliche
Ansicht der inneren Komponenten einer dritten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Halbleiter-Laserdiodenmoduls,
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17 eine
Schnittansicht des Halbleiter-Laserdiodenmoduls gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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18 eine
auseinander gezogene, räumliche
Ansicht einer Basis der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiter-Laserdiodenmoduls,
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19 eine
Schnittansicht eines Haltermontageelements der dritten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Halbleiter-Laserdiodenmoduls
entlang der Linie XIX-XIX aus 18,
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20 eine
Schnittansicht der inneren Komponenten der dritten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Halbleiter-Laserdiodenmoduls
entlang der Linie XX-XX aus 16,
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21 eine
Schnittansicht eines Halbleiter-Laserdiodenmoduls gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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22 eine
Draufsicht einer konzeptuellen Anordnung einer Laserdiode, eines
Linsenabschnitts und eines tragenden Bauteils der vorliegenden Erfindung,
und
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23(a) und (b) eine Seitenansicht und eine Draufsicht
einer alternativen Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Linsenabschnitts
einer Glasfaser.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Beschreibung der Technik
zum Vergleich
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12(a) zeigt
ein Beispiel einer Struktur eines Halbleiter-Laserdiodenmoduls ähnlicher
Technik zum Vergleich. Das in 12(a) gezeigte
Halbleiter-Laserdiodenmodul weist eine Laserdiode 1 zum Emittieren
eines Laserstrahls auf. Das Laserdiodenmodul umfasst eine Glasfaser 4 mit
einem Linsenabschnitt 14, der gegenüber einer Laserstrahlen emittierenden
Endfläche 31 der
Laserdiode 1 bereitgestellt ist. Die Glasfaser 4 ist
in einer Hülse 3 aufgenommen,
die aus Metall gefertigt ist. Die Glasfaser 4 empfängt und
sendet den von der Laserdiode 1 durch den Linsenabschnitt 14 emittierten
Strahl. Der Linsenabschnitt 14 hat eine keilförmige Gestalt.
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Die Hülse 3 wird durch Befestigungselemente 6, 7 getragen,
die auf einer Basis 2 montiert sind. Die Befestigungselemente 6 und 7 sind
dafür konfiguriert,
die Glasfaser 4 über
die Hülse 3 in
Intervallen in Längsrichtung
der Glasfaser 4 abzustützen.
Die Laserdiode 1 ist über
einen Kühlkörper 22 an
einem Laserdiodenverbindungsabschnitt 21 auf der Basis 2 montiert
und daran befestigt. Eine Überwachungsphotodiode 9 ist über einen Überwachungsphotodiodenträger 39 an
der Basis 2 montiert. Die Überwachungsphotodiode 9 überwacht
die optische Ausgangsenergie der Laserdiode 1. Die Basis 2 ist
an einem Thermomodul 25 montiert.
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Das Thermomodul 25, die
Basis 2, die Laserdiode 1, die Glasfaser 4 und
die Befestigungselemente 6 und 7 sind in einem
Gehäuse 27 untergebracht.
Das Thermomodul 25 ist an einer Bodenplatte 26 des
Gehäuses 27 montiert.
Die Bodenplatte 26 des Gehäuses 27 ist aus einer
Cu-W-Legierung, insbesondere aus CuW20 (20 Gew.-% Cu, 80 Gew.-% W),
gefertigt. Das Thermomodul 25 weist ein basisseitiges Plattenelement 17,
ein bodenplatteseitiges Plattenelement 18 und Peltierelemente 19 auf,
die zwischen den Plattenelementen 17 und 18 eingespannt
sind. Das basisseitige Plattenelement 17 und das bodenplatteseitige
Plattenelement 18 des Thermomoduls 25 sind beide
aus Al2O3 gefertigt.
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Die Befestigungselemente 6 und 7 und
die Basis 2 sind durch ein bekanntes Schweißverfahren, wie
etwa Laserschweißen
und Verwendung eines YAG-Lasers, an Laserschweißabschnitten 10 miteinander
verschweißt
und die Befestigungselemente 6 und 7 und die Hülse 3 sind
an Laserschweißabschnitten 11 miteinander
verschweißt.
Die Laserschweißabschnitte 11 sind
in den 12(a) und 12(b) in Y-Richtung in einer
höheren
Position ausgeformt als die Schweißabschnitte 10.
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Bei dem vorstehend beschriebenen
Halbleiter-Laserdiodenmodul fluchtet die Glasfaser 4 mit
der Laserdiode 1, so dass der von der Laserdiode 1 emittierte
Laserstrahl in der Glasfaser 4 zur gewünschten Anwendung empfangen
und ausgesendet wird. Bei dem Halbleiter-Laserdiodenmodul wird außerdem, wenn
der Strom zum Betreiben der Laserdiode 1 angeschaltet ist,
die Temperatur der Laserdiode 1 durch die durch den Strom
verur sachte Wärmeerzeugung erhöht. Die
Temperaturerhöhung
verändert
die optische Ausgangsenergie der Laserdiode 1. Dementsprechend
wird während
des Betriebs des Halbleiter-Laserdiodenmoduls die Temperatur der
Laserdiode 1 durch einen Heißleiter (nicht gezeigt) überwacht, der
in der Nähe
der Laserdiode 1 befestigt ist, und das Thermomodul 25 wird
basierend auf dem gemessenen Temperaturwert betrieben. Das Thermomodul 25 wird
so betrieben, dass der durch das Thermomodul 25 fließende Strom
in dem Bestreben gesteuert wird, eine konstante Temperatur der Laserdiode 1 aufrechtzuerhalten,
um die optische Ausgangsenergie der Laserdiode konstant zu halten.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung
haben bei dem vorstehend beschriebenen Halbleiter-Laserdiodenmodul
ein Problem festgestellt. Bei dem vorstehend beschriebenen Halbleiter-Laserdiodenmodul
hat die Basis 2 eine im Wesentlichen planare Gestalt. Thermische
Unterschiede und/oder Unterschiede der Wärmeausdehnungszahlen zwischen der
Basis und jeglichen mit der Basis verbundenen Strukturen (wie etwa
das Thermomodul 25) bewirken, dass sich die Basis 2 verformt.
Da die Basis 2 so konfiguriert ist, dass sie eine planare
Gestalt hat, verbiegen derartige Verformungskräfte die Basis 2 leicht und
können
die Basis 2 dauerhaft deformieren. Im verbogenen Zustand
sind die Positionen der Laserdiode 1 und der Glasfaser 4 aus
ihrer fluchtenden Position verschoben, wodurch sich die optische
Koppeleffizienz zwischen der Laserdiode 1 und der Glasfaser 4 verschlechtert.
Wenn sich die optische Koppeleffizienz zwischen der Laserdiode 1 und
der Glasfaser 4 in Übereinstimmung
mit einer Veränderung der
Umgebungstemperatur verschlechtert, wird die Lichtintensität des von
der Glasfaser 4 empfangenen und ausgesendeten Strahls verringert
und es wird unmöglich,
das optische Nachrichtentechniksystem, an dem das Halbleiter-Laserdiodenmodul
angebracht ist, in geeigneter Weise zu betreiben.
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Die Erfinder haben an dem vorstehend
beschriebenen Halbleiter-Laserdiodenmodul eine Prüfung durchgeführt und
festgestellt, dass eine Veränderung
der Umgebungstemperatur eine Verformung der Basis verursacht, was
wiederum bewirkt, dass sich ein Ende der Glasfaser in Bezug auf
die Laserdiode verschiebt. Die 13(a) und 13(b) sind schematische Darstellungen
eines derartigen Halbleiter-Laserdiodenmoduls, wobei in 13(a) ein Zustand niedrigerer
Umgebungstemperatur, d. h. 25°C (Raumtemperatur),
und in 13(b) eine vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts von 13(a) dargestellt ist,
welche eine optische Kopplung der Laserdiode und der Glasfaser zeigt.
Die 14(a) und 14(b) sind schematische Darstellungen
des Halbleiter-Laserdiodenmoduls gemäß den 13(a) und 13(b),
wobei in 14(a) ein Zustand
höherer
Umgebungstemperatur, d. h. 85°C,
und in 14(b) eine vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts von 14(a) dargestellt
ist, welche eine optische Kopplung der Laserdiode und der Glasfaser
zeigt. In 14(b) ist
die Konfiguration gemäß 13(b) zum Vergleich durch
gestrichelte Linien dargestellt.
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Wie in 13(b) gezeigt,
befindet sich die Laserdiode im niedrigeren Umgebungstemperaturzustand
unter einem Abstand d1 vom Linsenabschnitt der
Glasfaser. Wie in 14(b) gezeigt,
verformt sich die Basis 2 im höheren Umgebungstemperaturzustand
derart, dass sich die Laserdiode 1 unter einem Abstand
d2 vom Linsenabschnitt der Glasfaser befindet.
Wenn sich die Abstandsänderung
von d1 auf d2 vergrößert, wird
die Stabilität
der optischen Charakteristika, z. B. die Stabilität der optischen
Koppeleffizienz zwischen Laserdiode und Glasfaser, die Stabilität der Ausgangsenergie
von der Laserdiode und die Stabilität des Überwachungsstromes, zunehmend verringert.
Es ist erforderlich, die Verformung der Basis zu unterdrücken, um
so die Abstandsänderung von
d1 auf d2 zu minimieren,
um diese optischen Charakteristika zu verbessern.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wird nun
unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, die
vorteilhafte Strukturen bereitstellen, welche die von den Erfindern
festgestellten, vorstehend beschriebenen Probleme überwinden.
Bei der genauen Beschreibung der Ausführungsformen werden dieselben
Bezugszeichen dazu verwendet, dieselben oder ähnliche Komponenten zu bezeichnen, wobei
auf doppelte Erläuterungen
verzichtet wurde.
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Bezug nehmend nun auf die Zeichnungen zeigen
die 1–8(b) ein Halbleiter-Laserdiodenmodul
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 dargestellt,
umfasst das Halbleiter-Laserdiodenmodul ein Gehäuse 27, das dafür konfiguriert
ist, eine Laserdiode 1, eine Glasfaser 4 mit einem
Linsenabschnitt 14, eine Hülse oder Zwinge (oder allgemeiner
einen Halter) 3 zur Aufnahme der Glasfaser 4 darin,
zumindest ein Befestigungsmittel oder Befestigungselemente 6 und 7 (7a, 7b)
zum Abstützen
der Glasfaser 4 über
die Hülse 3,
eine Basis 2, auf der die Befestigungselemente 6 und 7 und
die Laserdiode 1 direkt oder indirekt montiert sind, sowie
ein Thermomodul 25 aufzunehmen.
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Die Basis 2 gemäß der ersten
Ausführungsform
ist in vorteilhafter Weise mit einem Laserdiodenmontageelement 8,
an dem die Laserdiode 1 zu montieren ist, und einem Befestigungsmittelmontageelement
oder Haltermontageelement 5 versehen, an dem die Befestigungselemente 6 und 7 zu
montieren sind. Das Laserdiodenmontageelement 8 ist am Thermomodul 25 in
Kontakt mit diesem angeordnet und in 1 dargestellt.
Das Laserdiodenmontageelement 8 hat einen oberen Abschnitt
mit einem Laserdiodenverbindungsabschnitt 21, der integral
damit ausgeformt ist und einen Laserdiodenmontagebereich definiert.
Das Haltermontageelement 5 ist in einer Stellung angeordnet,
die den Laserdiodemontagebereich des Laserdiodenmontageelements 8 nicht beeinträchtigt.
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4 ist
eine auseinander gezogene, räumliche
Ansicht der Basis 2, die das Haltermontageelement 5 und
das Laserdiodenmontageelement 8 umfasst. Das Haltermontageelement 5 ist
an einer Oberseite des Laserdiodenmontageelements 8 an
einem Lötabschnitt 46 befestigt,
der durch die Schraffierung in 4 angedeutet
ist. Abschnitte des Haltermontageelements 5 erstrecken
sich längsseits
des Laserdiodenverbindungsabschnitts 21.
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Die Basis 2 ist aus einem
Laserdiodenmontageelement 8 gebaut, das in vorteilhafter
Weise aus einem Material geformt ist, das eine Wärmeausdehnungszahl hat, die
zwischen einer Wärmeausdehnungszahl
des Haltermontageelements 5 und einer Wärmeausdehnungszahl eines basisseitigen
Plattenelements 17 des Thermomoduls 25 liegt.
Das Laserdiodenmontageelement 8 beispielsweise ist bevorzugt
aus einer Cu-W-Legierung gefertigt, wie etwa CuW10 (10 Gew.-% Cu,
90 Gew.-% W), die eine Wärmeausdehnungszahl
von ungefähr
6,5 × 10–6 hat.
Des Weiteren ist das Haltermontageelement 5 bevorzugt aus
einer Fe-Ni-Co-Legierung gefertigt, wie etwa Kovar®, die
eine Wärmeausdehnungszahl hat,
die zwischen 4,5 × 10–5 und
5,1 × 10–6 liegt,
und das basisseitige Plattenelement 17 des Thermomoduls 25 ist
bevorzugt aus einem Material geformt, wie etwa Al2O3, das eine Wärmeausdehnungszahl von ungefähr 6,7 × 10–6 hat.
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Während
des Betriebes der ersten Ausführungsform
des Laserdiodenmoduls wird von der Laserdiode 1 ein Lichtstrahl
emittiert und von der Glasfaser 4 empfangen und ausgesendet.
Das Thermomodul 25 steuert die Temperatur der Laserdiode 1 während des
Betriebs der Laserdiode 1. Das Laserdiodenmontageelement 8,
das mit dem basisseitigen Plattenelement 17 des Thermomoduls 25 in
Kontakt steht, ist vorteilhafterweise aus einem Material gefertigt,
das eine Wärmeausdehnungzahl
hat, die zwischen der Wärmeausdehnungszahl
des Haltermontageelements 5, das auf der Oberseite desselben
bereitgestellt ist, und der Wärmeausdehnungszahl
des basisseitigen Plattenelements 17 liegt (d. h. bei der vorliegenden
Ausführungsform,
CuW10 mit der Wärmeausdehnungszahl,
die zwischen der von Kovar® und der von Al2O3 liegt). Im Vergleich
dazu steht bei der in 12(a) gezeigten, ähnlichen
Ausführungsform
die Basis 2, die aus einem Material gefertigt ist, das
eine niedrige Wärmeausdehnung
hat, wie etwa Kovar®, direkt mit dem Plattenelement 17 des
Thermomoduls 25 in Kontakt, das aus einem Material mit einer
hohen Wärmeausdehnungszahl
gefertigt ist, wie etwa Al2O3.
Da sich die Wärmeausdehnungszahlen
von benachbarten, miteinander in Kontakt stehenden Materialien bei
der vorliegenden Erfindung allmählich
verändern,
anstatt erheblich anzusteigen wie bei der ähnlichen Ausführungsform,
verringert der allmähliche
Anstieg der Wärmeausdehnungszahlen
von benachbarten, miteinander in Kontakt stehenden Materialien bei
der vorliegenden Erfindung die Verformung oder Verbiegung der Basis 2,
die aufgrund der Temperaturgradienten erzeugt wird, die während des
Betriebs der Laserdiode entstehen. Demgemäß sieht die vorliegende Erfindung
eine Struktur vor, die die Verschlechterung der optischen Koppeleffizienz
zwischen der Laserdiode 1 und der Glasfaser 4 aufgrund
der Umgebungstemperaturänderung
während
des Betriebs des Laserdiodenmoduls unterdrückt.
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Das Laserdiodenmodul sieht in vorteilhafter Weise
bevorzugt vor, dass die Wärmeausdehnungszahl
des Laserdiodenmontageelements 8 gleich der Wärmeausdehnungszahl
der Bodenplatte 26 des Gehäuses 27 ist. Beispielsweise
sind sowohl das Laserdiodenmontageelement 8 als auch die
Bodenplatte bevorzugt aus einer Cu-W-Legierung gefertigt, wie etwa
CuW10. Demgemäß wird dasselbe
Ausmaß an Belastung
sowohl auf die Ober- als auch die Unterseite des Thermomoduls 25 ausgeübt, wenn
die Temperaturänderung
des Halbleiter-Laserdiodenmoduls erzeugt wird. Somit wird die Verformung
des Thermomoduls 25 ausgeglichen. Demgemäß stellt das
Laserdiodenmodul eine Struktur bereit, die die Verschlechterung
der optischen Koppeleffizienz zwischen der Laserdiode 1 und
der Glasfaser 4 aufgrund einer Umgebungstemperaturänderung
effizient unterdrückt.
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Die Hülse 3, die Befestigungselemente 6 und 7 und
das Haltermontageelement 5 sind bevorzugt durch Laserschweißen miteinander
verbunden. Es ist daher bevorzugt, die Hülse 3, die Befestigungselemente 6 und 7 und
das Haltermontageelement 5 aus einem Material zu fertigen,
das eine niedrige Wärmeleitfähigkeit
und eine niedrige Wärmeausdehnungszahl
und daher eine überlegene
Schweißbarkeit
hat, wie etwa Kovar®. Darüber hinaus ist das Haltermontageelement 5 bevorzugt
aus einem Material gefertigt, das im Wesentlichen dieselbe Wärmeausdehnungszahl hat
wie die Glasfaser 4 und die Hülse 3, um nachteilige
Effekte auf die Glasfaser 4 aufgrund eines Unterschieds
der Wärmeausdehnungszahlen zu
verringern. Daher ist das Halbleiter-Laserdiodenmodul einfach herzustellen.
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Darüber hinaus ist die Wärmeleitfähigkeit des
Laserdiodenmontageelements 8 in vorteilhafter Weise bevorzugt
höher als
die Wärmeleitfähigkeit des
Haltermontageelements 5. Eine derartige Konfiguration sieht
einen vorteilhaften Wärmeübertragungsweg
von der Laserdiode 1 durch den Kühlkörper 22 und durch
das Laserdiodenmontageelement 8 (ohne Isolierung vom Haltermontageelement 5)
zum Thermomodul 25 und zur Bodenplatte 26 vor,
wodurch während
des Betriebs eine effiziente Wärmeübertragung
weg von der Laserdiode 1 bereitgestellt wird. Beispielsweise
ist, wie vorstehend angegeben, das Laserdiodenmontageelement 8 bevorzugt
aus einer Cu-W-Legierung, wie etwa CuW10, und das Haltermontageelement 5 bevorzugt
aus einer Fe-Ni-Co-Legierung, wie etwa Kovar®, gefertigt.
Die Wärmeleitfähigkeit
von CuW10 liegt ungefähr
zwischen 180 und 200 W/mK, was ungefähr zehnmal höher als
die Wärmeleitfähigkeit
von Kovar® ist,
die ungefähr
zwischen 17 und 18 W/mK liegt.
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Demgemäß stellt das Laserdiodenmodul eine
Wärmeübertragungswegkonfiguration
durch das Laserdiodenmontageelement 8 der Basis bereit, die
die Temperatur der Laserdiode 1 unter Verwendung des Thermomoduls 25 effizient
steuert, wodurch die Laserdiode 1 mit voller, optimaler
Energie arbeiten kann, ohne dass das Risiko einer Überhitzung
besteht. Die Konfiguration der vorliegenden Erfindung verringert
den Energieverbrauch des Laserdiodenmoduls im Vergleich zur Ausführungsform ähnlicher
Technik, da sie es der Laserdiode 1 ermöglicht, mit optimaler Energie
zu arbeiten, und dem Thermomodul 25, Wärme effizient von der Laserdiode
weg zu übertragen,
und zwar ohne Isolierungsbeeinträchtigung
durch das Haltermontageelement. Demzufolge hat das Halbleiter-Laserdiodenmodul
einen geringen Energieverbrauch. Darüber hinaus erreicht das Haltermontageelement 5 keine
hohen Temperaturen, wie es bei der gesamten Basis des Moduls ähnlicher
Technik der Fall war, wodurch die Gesamtverformung der Basis reduziert
wird.
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Das Haltermontageelement 5 der
Basis 2 ist dafür
vorgesehen, sich von einem Endabschnitt auf einer Glasfasermontageseite
des Thermomoduls 25 (d. h. auf der rechten Seite des Thermomoduls 25, wie
in 1 gezeigt) im Wesentlichen
in Längsrichtung
der Glasfaser 1 zu erstrecken. Des Weiteren ist das Haltermontageelement 5 auf
der Oberseite des Laserdiodenmontageelements 8 bereitgestellt.
Darüber
hinaus ist die Hülse 3,
welche die Glasfaser 4 hält, am Haltermontageelement 5 befestigt
und springt vom Endabschnitt auf der Glasfasermontageseite des Thermomoduls 25 vor.
Bei dieser Konfiguration befindet sich der vorspringende Abschnitt
des Haltermontageelements 5 außer Kontakt mit dem Thermomodul 25 und
ist daher keinen Verformungseffekten vom Thermomodul 25 unterworfen.
Darüber hinaus
ist, da die Hülse 3 am
Haltermontageelement 5 befestigt ist und vom Thermomodul 25 vorspringt, die
Hülse 3 keinen
Verformungseffekten vom Thermomodul 25 unterworfen, wodurch
die Reduzierung der optischen Koppeleffizienz zwischen der Laserdiode 1 und
der Glasfaser 4 weiter effizient unterdrückt wird.
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Es wird darauf hingewiesen, dass,
wenn die Vorsprunglänge
L (siehe 1) des Haltermontageelements 5 zu
lang ist, die Verbindungsfestigkeit mit dem Laserdiodenmontageelement 8 aufgrund
des Gewichts des vorspringenden Abschnitts der Vorsprunglänge L unzureichend
sein kann. Demzufolge besteht die Möglichkeit, dass die Verbindung
gelöst wird,
wenn der vorspringende Abschnitt Vibrationen ausgesetzt ist. Daher
ist es bevorzugt, eine Konfiguration auszubilden, bei der L ≤ 5 mm.
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Wie in 2 gezeigt,
weist das Laserdiodenmontageelement 8 bevorzugt einen Verstärkungsabschnitt 20 auf,
der sich unter den vorspringenden Abschnitt des Haltermontageelements
und des Weiteren bevorzugt unter das Befestigungselement 6 erstreckt,
das sich näher
an der Laserdiode 1 befindet. Bei der ersten Ausführungsform
hat der Verstärkungsabschnitt 20 die Form
eines rechtwinkligen Parallelepipedons. Der Verstärkungsabschnitt 20 stützt und
versteift das Haltermontageelement 5, wodurch, wenn auf
das Haltermontageelement 5 in Y-Richtung Vibrationen ausgeübt werden,
die Effekte der Vibrationen auf das Laserdiodenmontageelement 8 verlagert
werden. Eine derartige Konfiguration verhindert, dass Vibrationen
die optische Kopplung zwischen der Laserdiode 1 und der
Glasfaser 4 nachteilig beeinflussen. Darüber hinaus
wird darauf hingewiesen, dass der Kontaktbereich zwischen dem Haltermontageelement 5 und
dem Laserdiodenmontageelement 8 erhöht werden kann, so dass beide
Komponenten fester und mechanisch besser aneinander befestigt sind.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass, da sich die Unterseite
des Verstärkungsabschnitts 20 außer Kontakt
mit dem Thermomodul 25 befindet, der Verstärkungsabschnitt 20 frei
von den nachteiligen Effekten der Verformung des Thermomoduls 25 ist.
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Wie in den 1 bis 3 gezeigt,
sind die Befestigungselemente 6 und 7 mit dem
Haltermontageelement 5 an ersten Verbindungsabschnitten
oder -stellen 10 verbunden, die bevorzugt unter Verwendung
von Laserschweißtechniken
ausgeformt werden. Die Hülse 3 ist
mit den Befestigungselementen 6 und 7 an zweiten
Verbindungsabschnitten oder -stellen 11 (11a, 11b)
verbunden, welche bevorzugt ebenfalls unter Verwendung von Laserschweißtechniken
ausgeformt werden. Das Haltermontageelement 5 wird dazu
verwendet, die Befestigungselemente 6 und 7 abzustützen, und
die Befestigungselemente 6 und 7 dazu, die Hülse 3 und
dadurch die Glasfaser 4 zu tragen. Es wird darauf hingewiesen, dass
es, wenn das Haltermontageelement 5 und die Befestigungselemente 6 und 7 durch
Laserstrahlen miteinader verschweißt sind, sofern die Oberseite des
Haltermontageelements 5 mit der Oberseite der Befestigungselemente 6 und 7 fluchtet
(innerhalb ± 100 μm), möglich ist,
die Höhe
der Laserschweißabschnitte 10 bei
jedem Produkt leicht konstant zu halten.
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Die ersten Verbindungsstellen 10 und
die zweiten Verbindungsstellen 11 befinden sich bevorzugt
im Wesentlichen unter gleichem Abstand von der Bodenplatte 26.
Die ersten Verbindungsstellen 10 und die zweiten Verbindungsstellen 11 befinden sich
in einer zur Bodenplatte 26 senkrecht verlaufenden Richtung
bevorzugt im Wesentlichen auf gleicher Höhe, und zwar mit einer Toleranz
für einen
Höhenunterschied
dazwischen von innerhalb ± 500 μm und besonders
bevorzugt innerhalb ± 50 μm. Die ersten Verbindungsstellen 10 und
die zweiten Verbindungsstellen 11 sind bevorzugt koplanar
mit der aktiven Schicht der Laserdiode 1, beispielsweise
befindet sich die Höhe
der ersten und zweiten Verbindungsstellen 10 und 11 im
Wesentlichen auf gleicher Höhe mit
der Kammlinie 14a (vgl. 7(a), 7(b)) der Glasfaser 4,
die der aktiven Schicht der Laserdiode 1 gegenüberliegt.
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Das Laserdiodenmodul stellt in vorteilhafter Weise
zumindest eine erste Verbindungsstelle 10, die das Haltermontageelement 5 der
Basis 2 mit den Befestigungselementen 6 und 7 der
die Glasfaser aufnehmenden Hülse 3 verbindet,
und zumindest eine zweite Verbindungsstelle 11 bereit,
die die Befestigungselemente 6 und 7 mit der Hülse 3 verbindet,
wobei die ersten und zweiten Verbindungsstellen so ausgeformt sind,
dass sie in der senkrecht zur Gehäusebodenplatte 26 verlaufenden
Richtung im Wesentlichen auf demselben Höhenniveau liegen. Demzufolge
besteht, sogar wenn die sich die Basis 2 leicht verformt,
nur eine geringe Möglichkeit,
dass die Hülse 3 aufgrund
dieser Verformung um den Drehpunkt der ersten Verbindungsstelle 10 verschoben würde. Es
ist daher möglich,
die Verschlechterung der optischen Koppeleffizienz zwischen der
Laserdiode 1 und der Glasfaser 4 effizient zu
unterdrücken.
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Bei der in den 3 und 5 gezeigten
ersten Ausführungsform
ist zumindest ein tragendes Bauteil oder Verformungsverhinderungsmittel 15 längs einer Längsrichtung
der Glasfaser 4 im Haltermontageelement 5 der
Basis 2 ausgeformt. Das tragende Bauteil 15 dient
dazu, die Verformung der Basis 2 zu verhindern, indem ein
Abschnitt mit einer Dicke bereitgestellt wird, die der Basis 2 strukturelle
Integrität
verleiht. Bei dieser Ausführungsform
ist das tragende Bauteil 15 als Wandabschnitt ausgebildet,
der sich in Längsrichtung
der Glasfaser 4 erstreckt, und aufrecht stehend zumindest
auf der Oberseite eines Bodenabschnitts 16 des Haltermontageelements 5 bereitgestellt,
wie in 5 gezeigt. Bei
der ersten Ausführungsform
sind die tragenden Bauteile 15 integral mit dem Haltermontageelement 5 ausgeformt.
Daher tritt keine Verschlechterung der mechanischen Festigkeit aufgrund
der Verbindung zwischen den tragenden Bauteilen 15 und
dem Haltermontageelement 5 auf, wie etwa verglichen mit
einer Ausführungsform,
bei der die tragenden Bauteile 15 und das Haltermontageelement 5 separat
ausgeformt sind, um haftend aneinander befestigt zu werden.
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Die erste Ausführungsform umfasst in vorteilhafter
Weise ein tragendes Bauteil, das sich längs der Längsrichtung (Z-Richtung in 1) des Haltermontageelements 5 erstreckt.
Das tragende Bauteil 15 ist bevorzugt über einen gesamten Bereich
längs der
Längsrichtung
des Haltermontageelements 5 bereitgestellt (der Bereich
innerhalb der Rahmen B, die in 3 durch
gepunktete Linien angedeutet sind). Darüber hinaus ist das tragende
Bauteil 15 bevorzugt auf beiden Seiten des Haltermontageelements 5 symmetrisch
um eine optische Achse der Glasfaser 4 ausgeformt, wobei
ein Abschnitt 33 der optischen Achse in den 3 und 22 so dargestellt ist, dass er eine Erstreckung
aufweist, die die Laserstrahlen emittierende Facette 31 der
Laserdiode 1 und ein Laserstrahlen empfangendes Ende 32 der
Glasfaser 4 miteinander verbindet. Das tragende Bauteil 15 umfasst
bevorzugt Abschnitte, die auf beiden Seiten des Befestigungselements 6 ausgeformt
sind, das näher an
der Laserdiode 1 liegt. Kopfendabschnitte des tragenden
Bauteils 15 erstrecken sich zu dem Bereich, der an den
Laserdiodenverbindungsabschnitt 21 des Laserdiodenmontageelements 8 angrenzt,
so dass die Kopfendabschnitte auf beiden Seiten des Laserdiodenverbindungsabschnitts 21 bereitgestellt
sind. Die an den Laserdiodenverbindungsabschnitt 21 angrenzenden
Kopfendabschnitte verleihen dem Bereich zwischen der Laserdiode 1 und
der Glasfaser 4 Steifigkeit, wodurch eine effiziente optische
Kopplung aufrechterhalten wird. Daher wird die Verformung der Basis 2 in
dem Bereich, in dem der axiale Abschnitt 33 und das Befesti gungselement 6 angeordnet
sind, effizient unterdrückt.
Die erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verhindert daher effizient die Verformung
der Basis 2 aufgrund einer Temperaturänderung während des Betriebs des Halbleiter-Laserdiodenmoduls,
wodurch eine Verschlechterung der optischen Koppeleffizienz zwischen
der Laserdiode 1 und der Glasfaser 4 effizient unterdrückt wird.
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Wie in den 3 und 4 gezeigt,
umfasst das Haltermontageelement 5 ausgesparte Passabschnitte 37 zur
Aufnahme der Befestigungselemente 6 und 7. Die
ausgesparten Passabschnitte 37 sind durch die Wandabschnitte,
die die tragenden Bauteile 15 bilden, und die Wandabschnitte 35 definiert,
die zum Befestigen der Seiten der Befestigungselemente 6 und 7 dienen.
Die Befestigungselemente 6 und 7 sind an den ersten
Verbindungsstellen 10 verschweißt und befestigt, so dass die
Befestigungselemente 6 und 7 in den ausgesparten
Passabschnitten 37 aufgenommen sind. Nebenbei bemerkt sind
bei der ersten Ausführungsform
die Wandabschnitte 35 Teil der tragenden Bauteile 15 und
bilden somit ein Verformungsverhinderungsmittel. Die Wandabschnitte 35 können integral
am Haltermontageelement 5 ausgeformt sein, z. B. durch
Ausschneiden der ausgesparten Passabschnitte 37 zur Aufnahme
der Befestigungselemente 6 und 7 und eines Einsatzabschnittes
zum Einsetzen der Hülse 3,
wie bei der in 4 gezeigten
Konfiguration.
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Das Haltermontageelement 5 hat
längs einer quer
zur optischen Achse der Glasfaser verlaufenden Ebene eine U-förmige Querschnittsfläche, wie
in 5 dargestellt. Die
tragenden Bauteile 15 stellen die Seitenwände der
U-förmigen
Querschnittsfläche bereit
und verleihen dem Haltermontageelement 5 strukturelle Integrität, die die
Verformung des Haltermontageelements 5 verhindert. Alternativ
kann das Haltermontageelement 5 mit einer anderen Querschnittsform
ausgeführt
werden, etwa H-förmig,
etc.
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Die Wandabschnitte 35, die
sich zur Laserdiodenseite und zum Laserdiodenverbindungsabschnitt 21 erstrecken,
bilden ebenfalls miteinander die U-förmige Querschnittsfläche um die
Laserdiode 1.
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Wie in den 2 und 3 gezeigt,
sind die Befestigungselemente 6 und 7 voneinander
getrennt, um die Hülse 3 und
die Glasfaser 4 in Intervallen an verschiedenen Stellen
längs der
Längsrichtung
der Glasfaser 4 abzustützen.
Das Befestigungselement 6 befindet sich am nächsten (im
Vergleich zum Befestigungselement 7) zur Laserdiode 1 und
ist bevorzugt aus einem integralen Element mit einem Einspannabschnitt 28 zum
Einspannen der Hülse 3 und
der Glasfaser 4 auf beiden Seiten ausgeformt. Das Befestigungselement 6 hat
bevorzugt eine U-förmige Querschnittsfläche.
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Die 6(a), 6(b), 6(c) und 6(d) stellen
verschiedene Ausführungsformen
von Befestigungselementen dar, die entweder als Befestigungselement 6 oder
Befestigungselement 7 verwendet werden können. Es
wird darauf hingewiesen, dass die in den 6(a) und 6(b) dargestellten
Ausführungsformen bevorzugt
als Befestigungselement 6 verwendet werden, da die Einspannabschnitte 28 dieser
Ausführungsformen
dafür konfiguriert
sind, so nahe wie möglich
an der Laserdiode 1 angeordnet zu werden, was eine genauere
Ausrichtung zwischen der Laserdiode 1 und der Glasfaser 4 ermöglicht.
Es wird darauf hingewiesen, dass die in den 6(c) und 6(d) gezeigten
Ausführungsformen
bevorzugt als Befestigungselement 7 verwendet werden, da
die Anordnung der Einspannabschnitte 28 nicht derart kritisch ist.
Das in 6(c) gezeigte,
integrierte Befestigungselement 7 kann in vorteilhafter
Weise dazu verwendet werden, über
eine vorbestimmte Position und Breite der Einspannabschnitte 28 zu
verfügen.
Das in 6(d) gezeigte
Befestigungselement 7 weist die separaten Abschnitte 7a und 7b auf,
die miteinander die Hülse 3 fest
einspannen können.
Darüber
hinaus ist die Verwendung einer Ausführungsform, wie in 6(a) gezeigt, bevorzugt,
da das Befestigungselement gemäß 6(a) einen Verbindungsabschnitt 49 umfasst,
der eine Verformung der Basis 2 in X-Richtung verhindert,
verglichen mit einem Befestigungselement, wie in 6(d) gezeigt, das zwei separate Befestigungsteile
aufweist, die jeweils eine Seite der Glasfaser 4 abstützen.
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Während
des Herstellungsverfahrens wird die Glasfaser 4 um die
zweiten Verbindungsstellen 11 bewegt, um die Glasfaser 4 optisch
mit der Laserdiode 1 zu koppeln. Demgemäß wird, wenn die Einspannabschnitte 28 des
Befestigungselements 6 so ausgeführt sind, dass sie armförmig sind,
wie in 6(b) gezeigt,
die auf die zweiten Verbindungsstellen 11 ausgeübte Belastung,
wenn die Glasfaser 4 zusammen mit der Hülse 3 um die zweiten
Verbindungsstellen 11 bewegt wird, als Deformationsbelastung
auf den Arm des Einspannabschnitts 28 verteilt, wodurch es
möglicht
gemacht wird, den Effekt von Belastungskonzentrationen zu verringern.
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Die vorliegende Erfindung umfasst
ein optisches System, das allgemein einen Linsenabschnitt und eine
Glasfaser umfasst. Bei der ersten Ausführungsform weist der Linsenabschnitt 14 eine
keilförmige,
anamorphotische (rotationssymmetrische) Linse auf, die in die Glasfaser 4 integriert
ist und eine in den 7(a) und 7(b) gezeigte Struktur hat.
Im Detail hat die Kammlinie 14a eine zylindrische Oberfläche. Wie
in den 2, 3 und 7 gezeigt, ist eine Kammlinie 14a an
einem Kopfende einer Laserstrahlen emittierenden Stirnfläche 31 der
Laserdiode 1 zugewandt, so dass die Kammlinie 14a auf
derselben Ebene liegt wie eine aktive Schicht der Laserdiode 1.
Obgleich die Glasfaser 4 bevorzugt einen anamorphotischen, keilförmigen Linsenabschnitt 14 aufweist,
wie in den 7(a) und 7(b) gezeigt, kann die Glasfaser 4 alternativ
als anamorphotischer Linsenabschnitt ausgeführt sein, der sich von dem
keilförmigen
Abschnitt unterscheidet, oder als Faserlinsenabschnitt, der sich
von einem anamorphotischen Linsenabschnitt unterscheidet.
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Die Gestalt der Faserlinse ist nicht
auf eine Keilform beschränkt.
Eine alternative Ausführungsform
des Linsenabschnitts 14 ist eine konisch geformte, rotationssymmetrische
Linse (die in ihrer Gestalt einem Ende eines gespitzten Bleistifts ähnelt), die
in die Glasfaser 4 integriert ist, wie in den 23(a) und 23(b) gezeigt. Insbesondere hat die Spitze
des Konus einer derartigen Faserlinse eine kugelförmige Oberfläche. Die
in den 23(a) und 23(b) gezeigte Faserlinse
wird für
gewöhnlich
als "verjüngte Faser
mit Linsenende" oder
als "mit halbkugelförmiger Linse
versehene Faser" bezeichnet".
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Alternativ kann das optische System
so ausgeführt
werden, dass es eine vom Haltermontageelement 5 getragene
diskrete Linse, einen vom Haltermontageelement 5 gehaltenen
Optokoppler, eine durch das Gehäuse 27 abgestützte zweite
Linse und eine durch das Gehäuse 27 abgestützte Glasfaser aufweist.
(Siehe Beschreibung der dritten und vierten Ausführungsformen, die in den 16–21 dargestellt sind,
hinsichtlich einer ähnlichen
Konfiguration.) Bei dieser Konfiguration ist der Linsenabschnitt 14 als von
der Glasfaser 4 getrennter Linsenabschnitt ausgeführt, so
dass der getrennte oder diskrete Linsenabschnitt, der Optokoppler
und die zweite Linse zwischen der Laserdiode 1 und dem
Kopfende der Glasfaser 4 bereitgestellt sind. Bei einer
derartigen Konfiguration ist der Optokoppler bevorzugt unter Verwendung
eines Materials mit minimalen magnetischen Eigenschaften montiert,
wie etwa SUS 430, um die gegenseitige Beeinflussung mit dem Optokoppler
zu verringern.
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Wie in 8(a) gezeigt,
ist die Laserdiode 1 bevorzugt am Kühlkörper 22 beispielsweise
durch ein AuSn- oder AuSi-Lötmittel
und der Kühlkörper 22 am
Laserdiodenmontageelement 8 beispielsweise durch ein AuSn-
oder AuSi-Lötmittel
befestigt. Der Kühlkörper 22 ist
bevorzugt aus einem Material von hoher Wärmeleitfähigkeit geformt, wie etwa AlN
oder Diamant. Wie in 8(b) gezeigt,
ist der Überwachungsphotodiodenträger 39 am
Laserdiodenmontageelement 8 der Basis 2 durch
das Lötmaterial 43 befestigt.
Der Überwachungsphotodiodenträger 39 ist bevorzugt
hauptsächlich
aus Aluminiumoxid geformt. Ein Au-Auftragungsmuster 50 ist
auf der Oberfläche des Überwachungsphotodiodenträgers 39 ausgebildet.
Die Photodiode 9 ist auf dem Auftragungsmuster 50 durch
das Lötmaterial 44 befestigt,
wie etwa AuSn.
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Die 9 und 10 zeigen die inneren Komponenten
einer zweiten Ausführungsform
des Halbleiter-Laserdiodenmoduls, welche nicht in den Schutzumfang
der Ansprüche
fällt,
wobei das Thermomodul 25 und das Gehäuse 27 weggelassen
wurden. 11 ist eine
auseinander gezogene, räumliche Ansicht
einer Basis 2 der zweiten Ausführungsform des Halbleiter-Laserdiodenmoduls.
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Die zweite Ausführungsform hat im Wesentlichen
dieselben Vorteile wie die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform.
Das Merkmal der zweiten Ausführungsform,
das sich von der ersten Ausführungsform
unterscheidet, ist die einzigartige Gestalt des Haltermontageelements 5 und
des Laserdiodenmontageelements 8, welche die Basis 2 bilden.
Insbesondere sind bei der zweiten Ausführungsform die tragenden Bauteile 15 sowohl
auf dem Haltermontageelement 5 als auch auf dem Laserdiodenmontageelement 8 ausgeformt.
Die tragenden Bauteile 15 sind auf beiden Seiten des axialen
Abschnitts 33 bereitgestellt, der die Laserstrahlen emittierende Facette 31 der
Laserdiode 1 und das Laserstrahlen empfangende Ende 32 der
Glasfaser 4 miteinander verbindet, und auf beiden Seiten
des Befestigungselements 6, das sich näher an der Laserdiode 1 befindet.
Die tragenden Bauteile 15 sind bevorzugt integral mit dem
Haltermontageelement 5 und dem Laserdiodenmontageelement 8 ausgeformt.
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Die vorliegende Erfindung kann verschiedene
Formen annehmen. Die folgende Diskussion beschreibt verschiedene
exemplarische alternative Konfigurationen der vorliegenden Erfindung.
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Das Laserdiodenmodul umfasst bevorzugt ein
Thermomodul 25, um die Temperatur der Laserdiode 1 zu
steuern, wie vorstehend beschrieben. Das Laserdiodenmodul kann jedoch
auch ohne Thermomodul ausgeführt
werden, so dass die Basis 2 von der Bodenplatte 26 getragen
wird oder in diese integriert ist. Eine derartige Konfiguration
ist beispielsweise bei einer Unterwasseranwendung aufgrund der Stromverbrauchunterdrückung erforderlich.
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Die ersten und zweiten Ausführungsformen zeigen
tragende Bauteile 15, die als Wandabschnitte ausgeformt
sind, welche sich in Längsrichtung
der Glasfaser erstrecken und aufrecht stehend auf einer Oberseite
des Haltermontageelements 5 oder des Laserdiodenmontageelements 8 bereitgestellt
sind. Die Konfiguration der tragenden Bauteile 15 ist jedoch
nicht auf die in den Figuren dargestellte, spezifische Gestalt beschränkt, sondern
kann vielmehr in alternativer Gestalt ausgeführt werden, z. B. eine stangenförmige oder
winkelförmige
Gestalt, die beispielsweise durch Klebstoffe oder Lötmittel
an der Basis 2 befestigt ist.
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Darüber hinaus ist bei jeder der
vorstehenden Ausführungsformen
das Haltermontageelement 5 der Basis 2 bevorzugt
so vorgesehen, dass es vom Endabschnitt auf der Glasfasermontageseite
des Laserdiodenmontageelements 8 in Längsrichtung der Glasfaser 4 vorspringt.
Es ist jedoch nicht erforderlich, das Haltermontageelement 5 der
Basis 2 derart bereitzustellen, dass es wie vorstehend
beschrieben vom Laserdiodenmontageelement 8 vorspringt.
Andere Konfigurationen können
ebenfalls verwendet werden, was für Fachleute auf dem Gebiet
basierend auf der hierin ausgeführten
Lehre leicht ersichtlich ist.
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Bei jeder der vorstehenden Ausführungsformen
hat das Laserdiodenmontageelement 8 bevorzugt einen Verstärkungsabschnitt 20,
der unter dem Befestigungselement 6 ausgeformt ist, das
sich auf der zur Laserdiode 1 nächstgelegenen Seite befindet.
Alternativ ist es möglich,
auf den Verstärkungsabschnitt 20 zu
verzichten. Da jedoch der Verstärkungsabschnitt 20 dafür vorgesehen
ist, Vibrationen des Haltermontageelements 5 in Y-Richtung
der Zeichnungen zu unterdrücken,
ist es bevorzugt, den Verstärkungsabschnitt 20 bereitzustellen.
Darüber
hinaus ist die Konfiguration des Verstärkungsabschnitts 20 nicht
auf eine bestimmte Gestalt beschränkt, sondern kann vielmehr
nach Wunsch ausgewählt
werden. Der Verstärkungsabschnitt 20 kann beispielsweise
eine Struktur mit einer verjüngten Oberfläche haben,
wie durch die gestrichelte Linie A in 2 angedeutet.
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Obgleich das Laserdiodenmontageelement 8 und
die Bodenplatte 26 des Gehäuses 27 der bevorzugten
Ausführungsformen
aus demselben Material gefertigt sind, damit sie dieselbe Wärmeausdehnungszahl
aufweisen, ist es möglich,
für das
Laserdiodenmontageelement 8 und die Bodenplatte 26 verschiedene
Materialien zu verwenden. Bei dieser Konfiguration ist es jedoch
bevorzugt, wenn die Wärmeausdehnungszahlen
der verschiedenen Materialien im Wesentlichen gleich sind.
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Die vorliegende Erfindung stellt
eine Struktur bereit, die in vorteilhafter Weise jegliche Verschlechterung
der optischen Charakteristika, d. h. die optische Koppeleffizienz
des Laserdiodenmoduls, aufgrund der Veränderungen der Umgebungstemperatur
des Moduls reduziert. Wie zuvor in Bezug auf die 7(a) und 7(b) beschrieben,
weist die Glasfaser 4 der ersten Ausführungsform den keilförmigen Linsenabschnitt 14 mit
der Kammlinie 14a an einem Kopfende parallel zur X-Z-Ebene
auf. Die optische Kopplung zwischen dem Linsenabschnitt 14 der
Glasfaser 4 und der Laserdiode 1 ist anfällig für nachteilige
Effekte von Positionsverschiebungen, insbesondere in Y-Richtung,
wenn eine Verbiegung des Moduls auftritt, was unter Bezugnahme auf
die in den 12(a), 12(b), 13(a), 13(b), 14(a) und 14(b) gezeigte, ähnliche Ausführungsform
zu ersehen ist.
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Wenn die Basis 2 längs der
Längsrichtung der
Glasfaser 4 verformt wird, ist es wahrscheinlich, dass
eine erhebliche Verschlechterung der optischen Koppeleffizienz zwischen
der Laserdiode 1 und der Glasfaser 4 auftritt.
Gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Verformung der Basis 2 längs der
Längsrichtung
der Glasfaser 4 durch die tragenden Bauteile 15 unterdrückt, wodurch
die Stabilität
der optischen Koppeleffizienz zwischen der Laserdiode 1 und
der Glasfaser 4 aufrechterhalten wird.
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Bei den ersten und zweiten Ausführungsformen
ist es wichtig, da das von der Laserdiode 1 emittierte
Licht von der Kopfendseite der Glasfaser 4 in die Glasfaser 4 eingeführt wird,
die Positionsverschiebung zwischen der Laserdiode 1 und
einem Laserstrahlen empfangenden Ende 32 der Glasfaser 9 zu
unterdrücken.
Es ist daher wichtig, die Verformung der Basis 2 am axialen
Abschnitt 33 zu unterdrücken. Darüber hinaus
bewirkt eine Verschiebung der befestigten Position der Hülse 3 durch
das Befestigungselement 6 eine größere Verschlechterung der Koppeleffizienz,
verglichen mit der des Befestigungselements 7, welches
weiter von der Laserdiode 1 entfernt ist als das Befestigungselement 6.
Es ist daher wichtig, die Verformung der Basis 2 in dem
Bereich zu unterdrücken,
in dem das Befestigungselement 6 angeordnet ist. Das Laserdiodenmodul
erzielt eine solche vorteilhafte Struktur.
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15 ist
ein Diagramm, das einen Überwachungsnachlauffehler
delta Im darstellt, der auf Umgebungstemperaturänderungen im Halbleiter-Laserdiodenmodul ähnlicher
Technik oder gemäß der vorliegenden
Erfindung basiert. Der Überwachungsnachlauffehler
ist als ΔIm
= (Im(T) – Im(25°C))/Im(25°C) definiert.
Bei dem erfindungsgemäßen Laserdiodenmodul
wird, da die Verformung der Basis unterdrückt wird, die sinusförmige Veränderung
im Überwachungsstrom
der rückwärtigen Facette
aufgrund der Veränderung
der Umgebungstemperatur unterdrückt.
Wie in 15 gezeigt, scheint sich
der Nachlauffehler (ΔIm)
des erfindungsgemäßen Laserdiodenmoduls
mit einer längeren
Periode zu verändern
als der des ähnlichen
Laserdiodenmoduls, was zeigt, dass die verschiedenen Verformungsverhinderungsmittel
der vorliegenden Erfindung so funktionieren, dass die Verschiebung
des Faserendes in Bezug auf die Laserdiode verhindert wird.
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Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die 16–20 beschrieben.
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Die dritte Ausführungsform ist ein Beispiel
eines Systems, das eine diskrete Linse mit einer Laserdiode koppelt,
wobei das Halbleiter-Laserdiodenmodul eine 1480 nm-Band-Wellenlänge hat,
die an einen optischen Verstärker
eines U-Bootsystems oder Stadtbahnsystems angelegt wird. Es ist
offensichtlich schwierig, ein Halbleiter-Laserdiodenmodul häufig auszutauschen,
das an einen optischen Verstärker eines
U-Bootkabels nach dessen Installation angebracht wird, weshalb es
erforderlich ist, eine langfristige Zuverlässigkeit des Halbleiter-Laserdiodenmoduls
zu realisieren. Demzufolge muss das Laserdiodenmodul so ausgeführt werden,
dass die optische Koppelverschiebung zwischen der Laserdiode und der
diskreten Linse aufgrund der Durchbiegung der Basis über einen
langen Zeitraum verhindert wird. Eine Durchbiegung der Basis kann
durch verschiedene Faktoren verursacht werden, wie etwa eine Verwerfung
des Gehäuses
aufgrund der Verschraubung, wenn das Halbleiter-Laserdiodenmodul an einer Leiterplatte
befestigt wird, eine Verformung der verschiedenen Abschnitte des
Moduls aufgrund eines Temperaturunterschieds einander berührender
Abschnitte sowie eine Durchbiegung aufgrund eines Unterschieds der
Wärmeausdehnungszahl
zwischen einander berührenden
Abschnitten.
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Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wurde angesichts der vorstehenden und anderer Bedenken entworfen.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Halbleiter-Laserdiodenmodul
mit hoher Langzeitzuverlässigkeit
vor, das die optische Kopplung zwischen einem leuchtenden Element,
wie etwa einer Laserdiode, und einer diskreten Linse in zufrieden
stellender Weise aufrechterhalten kann.
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Wie in den 16 und 17 gezeigt,
weist das Halbleiter-Laserdiodenmodul gemäß der dritten Ausführungsform
eine Laserdiode 101 und eine diskrete Linse 114 auf,
die optisch mit der Laserdiode 101 gekoppelt ist. Die diskrete
Linse 119 und die Laserdiode 101 sind auf einer
Basis 102 montiert. Die Basis 102 weist ein Laserdiodenmontageelement 108 als
einen Laserdiodenmontageabschnitt und ein Haltermontageelement 105 zur
Montage der diskreten Linse 114 auf. Die Basis 102,
die Laserdiode
101 und die diskrete Linse 114 sind
in einem Gehäuse 127 enthalten.
Die Basis 102 ist direkt an einer Bodenplatte 126 des
Gehäuses 127 befestigt
und ein Laserdiodenmontageelement 108 ist in Kontakt mit
der Gehäusebodenplatte 126 angeordnet.
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Ein Laserdiodenverbindungsabschnitt 121 ist
an einer Oberseite des Laserdiodenmontageelements 108 vorgesehen,
um einen Laserdiodemontagebereich zu bilden. Die Laserdiode 101 ist über einen
Kühlkörper 122 am
Laserdiodeverbindungsabschnitt 121 befestigt. Darüber hinaus
ist ein Heißleiter 129 bevorzugt
an einem Befestigungsabschnitt 148 fixiert, der am Laserdiodenverbindungsabschnitt 121 bereitgestellt
ist. Auf der Rückseite
des Laserdiodenverbindungsabschnitts 121 des Laserdiodenmontageelements 108 ist
eine Photodiode 109 zum Überwachen des Ausgangs der
Laserdiode 101, welche durch einen Chipträger befestigt
ist, in einer Position 147 angeordnet, die durch die Schraffierung
in 16 dargestellt ist.
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Bei der dritten Ausführungsform
ist das Laserdiodenmontageelement 108 bevorzugt aus CuW20
(das Gewichtsverhältnis
beträgt
20% Cu und 80% W) geformt, welche eine Cu-W-Legierung mit hoher
Wärmeleitfähigkeit
von bevorzugt 150 W/mK oder mehr ist. Daher kann bei der dritten
Ausführungsform
die von der Laserdiode 101 erzeugte Wärme effizient an die Bodenplatte 126 übertragen
werden.
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Das Haltermontageelement 105 ist
an einer Vorderseite des Laserdiodenverbindungsabschnitts 121 des
Laserdiodenmontageelements 108 angeordnet. Das Haltermontageelement 105 ist
am Laserdiodenmontageelement 108 über einen Lötabschnitt 146 befestigt,
der durch die in 18 gezeigte Schraffierung
dargestellt ist. Das Haltermontageelement 105 ist längs einer
Querschnittsansicht, die senkrecht zu einer optischen Achse der
Laserdiode 101 verläuft,
durch vertikal ausgebildete Wandabschnitte 105b im Wesentlichen
U-förmig,
wie in 19 gezeigt. Die
Wandabschnitte 105b erstrecken sich in Richtung der optischen
Achse (der Richtung der optischen Achse der Laserdiode 101)
auf beiden Seiten eines Basisabschnitts 105a. Darüber hinaus
sind durch den rückwärtigen Endabschnitt des
Seitenwandabschnitts 105b zur Rückseite in Richtung der optischen
Achse Armabschnitte 105e im Haltermontageelement 105 vorspringend
ausgeformt, wodurch ein Kontaktbereich des Lötabschnitts 146 erhöht und gleichzeitig
eine Verformung der Basis 102 verhindert wird. Eine Querschnittsform
einer Verbindungskonfiguration zwischen den Armabschnitten 105e und
dem Laserdiodenmontageelement 108 ist längs einem Querschnitt, der
senkrecht zur optischen Achse der Laserdiode 101 verläuft, im
Wesentlichen ebenfalls U-förmig.
Die vorstehend ausgeführte
Konfiguration stellt ein Durchbiegungsverhinderungsmittel bereit,
wobei die Basis in einem Querschnitt, der senkrecht zur optischen
Achse der Laserdiode verläuft,
im Wesentlichen U-förmig ist,
um so zumindest den Abschnitt zu umschließen, in dem die Laserdiode
und die diskrete Linse optisch miteinander gekoppelt sind. Daher
können
die vorstehend erwähnten
Durchbiegungsverhinderungsmittel mittels einer einfachen Konfiguration
eine Abnahme der optischen Koppeleffizienz zwischen der Laserdiode
und der diskreten Linse aufgrund einer Durchbiegung der Basis sicherer
verhindern oder eindämmen.
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Darüber hinaus sind vorspringende Wandabschnitte 105c und 105d in
der Richtung, die senkrecht zur Richtung der optischen Achse der
Laserdiode 101 verläuft,
vom Seitenwandabschnitt 105b vorspringend im Haltermontageelement 105 ausgeformt
und so konfiguriert, dass Befestigungselemente 106 dazwischen
eingesetzt werden können.
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Wie vorstehend beschrieben, ist die
Basis 102 in einer Querschnittansicht, die senkrecht zur
optischen Achse Laserdiode 101 verläuft, im Wesentlichen U-förmig, um
so zumindest einen Abschnitt des Laserdiodenmoduls zu umschließen, in
dem die Laserdiode 101 und die diskrete Linse 114 optisch
miteinander gekoppelt sind. Eine derartige Basiskonfiguration mit
einem im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt
ist äußerst durchbiegungsfest
und bildet Durchbiegungsverhinderungsmittel zum Verhindern einer
Durchbiegung der Basis 102 in dem Abschnitt, in dem zumindest
die Laserdiode 101 und die diskrete Linse 114 optisch
miteinander gekoppelt sind.
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Wie in 16 gezeigt,
umfasst die diskrete Linse 114 einen Linsenhalter 124.
Der Linsenhalter 124 ist über Befestigungselemente oder
Befestigungsmittel 106 am Haltermontageelement 105 der Basis 102 befestigt.
Der Linsenhalter 124 und die Befestigungselemente 106 haben
bevorzugt eine Wärmeausdehnungszahl,
die nahe an der eines Glasmaterials liegt, welches die diskrete
Linse 114 bildet, und sind bevorzugt aus Kovar® geformt,
das eine Fe-Ni-Co-Legierung mit zufrieden stellenden Laserschweißeigenschaften
ist. Die Befestigungselemente 106 können in Formen ausgeführt werden,
wie sie in den ersten und zweiten Ausführungsformen beschrieben sind
(siehe 6(a), 6(b), 6(c) und 6(d)).
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Eine erste Verbindungsstelle oder
Laserschweißstelle 110 wird
bevorzugt durch Laserschweißen
des Haltermontageelements 105 der Basis 102 und
des Befestigungselements 106 ausgeformt und eine zweite
Verbindungsstelle oder Laserschweißstelle 111 wird bevorzugt
durch Laserschweißen
des Befestigungselements 106 und des Linsenhalters 114 ausgebildet.
Die erste Verbindungsstelle 110 und die zweite Verbindungsstelle 112 sind
in einer Richtung, die senkrecht zur Basisplatte 126 des Gehäuses 127 verläuft, bevorzugt
im Wesentlichen auf gleicher Höhe
ausgeformt.
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Zusätzlich zu der diskreten Linse 114 umfasst
das optische System gemäß der dritten
Ausführungsform
einen Optokoppler 130, eine zweite Linse 153 und
eine Glasfaser 157. Der Optokoppler 130 ist auf
dem Haltermontageelement 105 bereitgestellt. Der Optokoppler
ist so konfiguriert, dass durch die diskrete Linse 114 hindurchgetretenes
Licht hindurchtreten kann, und dafür, zur Seite der Laserdiode 101 zurückkehrendes
Licht zu blockieren. Eine dritte Verbindungsstelle oder Laserschweißstelle 112 wird bevorzugt
durch Laserschweißen
des Optokopplers 130 und des Haltermontageelements 105 ausgebildet.
Die dritte Verbindungsstelle 112 ist bevorzugt in der Richtung, die
senkrecht zur Basisplatte 126 des Gehäuses 127 verläuft, im
Wesentlichen auf gleicher Höhe
mit den ersten und zweiten Verbindungsstellen 110 und 111 ausgeformt.
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20 zeigt
das Positionsverhältnis
zwischen dem Haltermontageelement 105, den Befestigungselementen 106 und
dem Optokoppler 130 längs
der Linie XX-XX aus 16.
Wie in 20 gezeigt, wird,
sogar dann wenn die Basis 2 dazu neigt, sich in eine Richtung α (eine Richtung,
in der sich beide Enden in Richtung der optischen Achse nach oben
verschieben) zu verformen, die Verformung des Haltermontageelements 105 in α-Richtung
eingedämmt,
da der vorspringende Wandabschnitt 105d zwischen dem Befestigungselement 106 und
dem Optokoppler 130 vorhanden ist. Darüber hinaus wird, sogar dann
wenn das Modul dazu neigt, sich in eine Richtung β (eine Richtung,
in der sich beide Enden in Richtung der optischen Achse nach unten
verschieben) zu verformen, die Verformung in β-Richtung eingedämmt, da
das Befestigungselement 106 durch Laserschweißen in Richtung
der optischen Achse an den vorspringenden Wandabschnitten 105c und 105d fixiert
ist und der Optokoppler 130 am Wandabschnitt 105b befestigt
ist.
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Insbesondere wird, da das Befestigungselement 106 und
die vorspringenden Wandabschnitte 105c und 105d auf
einander gegenüberliegenden Oberflächen laserverschweißt sind,
die in der Richtung ausgebildet sind, die senkrecht zur Richtung
der optischen Achse verläuft,
nur Zug- oder Druckspannung ausgeübt, wobei gegen die Verformung
in α- und β-Richtung
keine Schubspannung ausgeübt wird.
Daher kann ein zusätzlicher
Bruch eines Laserschweißpunkts
effizienter verhindert werden. Von diesem Gesichtspunkt aus können der
Optokoppler 130 und der vorspringende Wandabschnitt 105d so konfiguriert
werden, dass sie beispielsweise durch Laserschweißen an einem
Punkt miteinander verbunden werden, der mit dem Bezugszeichen 110' versehen ist.
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Darüber hinaus fällt die
Höhe einer
Oberseite 145 des Wandabschnitts 105b im Haltermontageelement 105 im
Wesentlichen mit der optischen Achse der Laserdiode 101 zusammen.
Daher fallen die Höhe
der ersten, zweiten und dritten Verbindungsstellen 110, 111 und 112 im
Wesentlichen mit der der optischen Achse der Laserdiode 101 zusammen.
Somit kann, da die optische Achse der diskreten Linse 114 und
der Optokoppler 130 auf dieser Höhe angeordnet sind, die Positionsverschiebung
aufgrund der Verformung des Gehäuses
und der Basis 102 eingedämmt werden.
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Das Haltermontageelement 105 ist
aus einem Material mit vorteilhaften Laserschweißeigenschaften gefertigt, das
Haltermontageelement 105 hat beispielsweise bevorzugt eine
Wärmeleitfähigkeit von
50 W/mK oder weniger, wodurch vorteilhafte Laserschweißeigenschaften
für das
Haltermontageelement 105 und die Befestigungselemente 106 bereitgestellt
werden. Darüber
hinaus ist das Haltermontageelement 105 aus einem Material
mit Durchbiegungsverhinderungseigenschaften gefertigt, das Haltermontageelement 105 ist
beispielsweise aus einem Material gefertigt, das bevorzugt einen
Elastizitätsmodul
von 15 × 103 kg/mm2 oder mehr
hat, um Durchbiegung zu verhindern. Zudem ist das Haltermontageelement 105 bevorzugt
aus einem Material mit schwachem Magnetismus (bevorzugt ohne Magnetismus)
gefertigt, um den Magnetismus des darauf montierten Optokopplers 130 nicht
zu schädigen. Das
Haltermontageelement 105 kann beispielsweise aus SUS 430
geformt sein, da SUS 430 eine Wärmeleitfähigkeit
von 26,4 W/mK, einen Elastizitätsmodul von
20,4 × 103 kg/mm2 und einen
schwachen Magnetismus aufweist. Demzufolge ist, da SUS 430 eine niedrige
Wärmeleitfähigkeit
hat, eine vorteilhafte Laserschweißeigenschaft realisiert, und
da SUS 430 einen hohen Elastizitätsmodul
aufweist, kann ein Durchbiegung verhindernder Effekt verwirklicht
werden. Zudem wird, da SUS 430 einen schwachen Magnetismus aufweist,
der Magnetismus des Optokopplers 130 nicht geschädigt. Somit
kann ein ausgezeichnetes Halbleitermodul realisiert werden, das
sowohl über
vorteilhafte Produktivität
als auch über Langzeitzuverlässigkeit
verfügt.
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Wie in 17 gezeigt,
ist in der Seitenwand des Gehäuses 127 ein
Durchgangsloch 151 ausgebildet und eine Lichtübertragungsplatte 152 zum
Abdichten des Gehäuses
an diesem Durchgangsloch 151 befestigt. Darüber hinaus
ist ein am Durchgangsloch 151 zu befestigender Halter 154 eingesetzt,
an dem eine zweite Linse 153 fixiert ist, und ein Zwingenhalter 155 an
der einen Endseite (rechte Seite der Figur) dieses Halters 154 befestigt.
Eine Zwinge 156 ist am Zwingenhalter 155 fixiert
und eine an dieser Zwinge 156 zu befestigende Glasfaser
(Einmodenglasfaser) 157 eingesetzt. Bei der dritten Ausführungsform
wird ein von der Laserdiode 101 emittierter Laserstrahl
optisch mit der diskreten Linse 114 gekoppelt und fällt durch
die diskrete Linse 114 auf den Optokoppler 130.
Dann wird das durch den Optokoppler 130 übertragene
Licht auf der Einfallseite der Glasfaser 157 durch die
zweite Linse 153 aufgefangen und für eine gewünschte Anwendung durch die Glasfaser 157 übertragen.
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Gemäß der dritten Ausführungsform
bildet, da die Basis 102, an der die Laserdiode 101 und
die diskrete Linse 114 montiert sind, durch das Laserdiodenmontageelement 108 und
das Haltermontageelement 105 gebildet ist und da das Haltermontageelement 105 in
dem Querschnitt, der senkrecht zur optischen Achse der Laserdiode 101 verläuft, im
Wesentlichen U-förmig
ist und am Laserdiodenmontageelement 108 zu befestigen
ist, das Haltermontageelement 105 Einrichtungen zum Verhindern
einer Durchbiegung der Basis 102, wobei eine Durchbiegung
der Basis 102 durch die Durchbiegungsverhinderungsmittel
eingedämmt
werden kann.
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Gemäß der dritten Ausführungsform
kann, da die Oberseite 145 des Haltermontageelements 105 so
ausgeführt
ist, dass sie im Wesentlichen mit der Höhe der optischen Achse der
Laserdiode 101 zusammenfällt, eine Abnahme der Effizienz
der optischen Kopplung der Laserdiode 101 und der diskreten
Linse 114 aufgrund einer Durchbiegung der Basis 102 sicher
eingedämmt
werden und ein Halbleiter-Laserdiodenmodul mit hoher Langzeitzuverlässigkeit
verwirklicht werden. Darüber
hinaus wird, da die erste Verbindungsstelle 110 und die
zweite Verbindungsstelle 111 im Wesentlichen auf gleicher Höhe (auf
der gleichen Oberfläche)
ausgebildet sind, die Verschiebung der optischen Achse der diskreten Linse 114 aufgrund
einer Durchbiegung der Basis 102 verhindert. Zudem kann,
da der Optokoppler 130 am Haltermontageelement 105 der
Basis 102 angeordnet ist und die Höhe der dritten Verbindungsstelle 112 im
Wesentlichen der der ersten und zweiten Verbindungsstellen entspricht,
die Verschiebung des Optokopplers 130 als Folge einer Durchbiegung
der Basis 102 ebenfalls eingedämmt werden.
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Somit kann gemäß der dritten Ausführungsform
eine Abnahme der Effizienz der optischen Kopplung der Laserdiode 101 und
der diskreten Linse 114 sicherer eingedämmt werden und ein Halbleiter-Laserdiodenmodul
mit höherer
Langzeitzuverlässigkeit verwirklicht
werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht
auf die vorstehend erwähnte
Ausführungsform
beschränkt und
es können
verschiedene alternative Ausführungsformen übernommen
werden. Beispielsweise kann, während
bei der dritten Ausführungsform
die Basis 102 direkt an der Bodenplatte 126 des
Gehäuses 127 befestigt
ist, eine vierte Ausführungsform
mit einem Thermomodul 125 auf der Bodenplatte 126 des
Gehäuses 127 zum
Befestigen der Basis 102 daran vorgesehen werden, wie in 21 gezeigt. Demzufolge kann
die Temperatur der Laserdiode in geeigneter Weise durch das Thermomodul
gesteuert werden.
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Darüber hinaus kann, während die
Basis 102 bei der dritten Ausführungsform so konfiguriert
ist, dass sie sowohl über
ein Haltermontageelement 105 als auch über ein Laserdiodenmontageelement 108 verfügt, die
Basis 102 als einheitliches Element ausgeformt werden,
welches ein Haltermontageelement zur Montage der diskreten Linse 114 aufweist.
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Zudem kann, während das Laserdiodenmodul
gemäß der dritten
Ausführungsform
durch Befestigen eines Optokopplers 130 am Haltermontageelement 105 ausgebildet
ist, der Optokoppler 130 am Gehäuse durch eine Struktur befestigt
werden, die sich vom Haltermontageelement 105 unterscheidet, oder
das Laserdiodenmodul kann ohne einen Optokoppler ausgeführt werden.
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Darüber hinaus kann, während die
diskrete Linse 114 gemäß der dritten
Ausführungsform
als Kollimationslinse eingesetzt wird, diese alternativ auch als
Kollektivlinse verwendet werden, um Licht ohne Einsatz der zweiten
Linse 153 mit der Glasfaser 157 zu koppeln.
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Es wird darauf hingewiesen, dass
die hierin als bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dargestellten und beschriebenen exemplarischen
ersten und dritten Ausführungsformen
nicht den Schutzumfang der anhängigen
Ansprüche
in irgendeiner Art und Weise einschränken sollen. Die verschiedenen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung stellen zahlreiche vorteilhafte Konfigurationen
bereit, von denen einige nachfolgend beschrieben sind.
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Wenn die Basis durch das Laserdiodenmontageelement,
das am Thermomodul angeordnet ist und mit diesem in Kontakt steht,
und durch das Haltermontageelement auf der Oberseite desselben gebildet
ist, wobei das Laserdiodenmontageelement aus einem Material mit
einer Wärmeausdehnungszahl
gefertigt ist, die zwischen einer Wärmeausdehnungszahl des Haltermontageelements
und einer Wärmeausdehnungszahl
des basisseitigen Plattenelements des Thermomoduls liegt, unterdrückt das
Laserdiodenmodul, verglichen mit dem Modul ähnlicher Technik, in vorteilhafter
Weise die Verformung der Basis, die durch die Temperaturänderung
der Umgebungsbedingungen des Halbleiter-Laserdiodenmoduls verursacht
wird. Demgemäß unterdrückt das
Laserdiodenmodul in vorteilhafter Weise die Verschlechterung der
optischen Koppeleffizienz zwischen der Laserdiode und der Glasfaser
aufgrund der Temperaturänderung
der Umgebungsbedingungen des Halbleiter-Laserdiodenmoduls.
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Wenn die Basis durch das Laserdiodenmontageelement,
das am Thermomodul angeordnet ist und mit diesem in Kontakt steht,
und das Haltermontageelement gebildet ist, wobei die Wärmeausdehnungszahlen
des Laserdiodenmontageelements und der Bodenplatte des Gehäuses einander
im Wesentlichen gleich sind, wird dasselbe Ausmaß an Belastung sowohl auf die
Ober- als auch die Unterseite des Thermomoduls ausgeübt, wenn
die Temperaturänderung
des Halbleiter-Laserdiodenmoduls erzeugt wird. Daher gleicht das
Laserdiodenmodul in vorteilhafter Weise die Verformung des Thermomoduls
aus und unterdrückt
die Verschlechterung der optischen Koppeleffizienz zwischen der
Laserdiode und der Glasfaser aufgrund der Umgebungstemperaturänderung.
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Wenn eine erste Verbindungsstelle,
die durch Laserverschweißen
des Haltermontageelements und der Befestigungselemente der Hülse zum Halten
der Glasfaser erreicht wird, und eine zweite Verbindungsstelle,
die durch Laserverschweißen
der Befestigungselemente und der Hülse erzielt wird, so ausgebildet
sind, dass sie sich in einer Richtung, die senkrecht zu einer Bodenplatte
des Gehäuses
verläuft,
im Wesentlichen auf demselben Höhenniveau befinden,
tritt, sogar wenn bis zu einem gewissen Ausmaß eine Verformung in der Basis
erzeugt wird, keine bedeutende Positionsverschiebung der Hülse auf,
die der Verformung entspricht. Demgemäß unterdrückt das Laserdiodenmodul in
vorteilhafter Weise die Verschlechterung der optischen Koppeleffizienz
zwischen der Laserdiode und der Glasfaser.
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Erfindungsgemäß wird, da ein tragendes Bauteil
zur Verhinderung der Verformung der Basis auf der Basis in Längsrichtung
der Glasfaser bereitgestellt ist, die Verformung der Basis durch
die tragenden Bauteile unterdrückt.
Demzufolge unterdrückt
die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise die Verschlechterung
der optischen Koppeleffizienz zwischen der Laserdiode und der Glasfaser.
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Wenn ein tragendes Bauteil auf zumindest einer
Seite eines axialen Abschnitts bereitgestellt ist, der eine Laserstrahlen
emittierende Facette der Laserdiode und ein Laserstrahlen empfangendes
Ende der Glasfaser miteinander verbindet, wird eine Verformung am
axialen Abschnitt unterdrückt
und die die Verschlechterung der optischen Koppeleffizienz zwischen
der Laserdiode und der Glasfaser effizient verhindert. Demzufolge
unterdrückt
das Laserdiodenmodul in vorteilhafter Weise die Verschlechterung
der optischen Koppeleffizienz zwischen der Laserdiode und der Glasfaser.
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Wenn ein tragendes Bauteil auf zumindest einer
Seite des Befestigungselements vorgesehen ist, das sich auf der
zur Laserdiode nächstgelegenen Seite
befindet (d. h. in einem Bereich längs der Längsrichtung der Glasfaser des
Haltermontageelements, der zumindest eine Seite umfasst), wird eine Verformung
der Basis in dem Bereich des Befestigungselements unterdrückt, der
sich am wahrscheinlichsten auf die Verschlechterung der optischen
Koppeleffizienz zwischen der Laserdiode und der Glasfaser auswirkt.
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Wenn ein tragendes Bauteil integral
mit dem Haltermontageelement ausgeformt ist, ist es möglich, eine
Herabsetzung der mechanischen Festigkeit aufgrund der Verbindung
zwischen einem tragenden Bauteil und einem diskreten Haltermontageelement zu
vermeiden. Daher ist es möglich,
die Verformung der Basis durch die tragenden Bauteile effizient
zu verhindern und die Verschlechterung der optischen Koppeleffizienz
zwischen der Laserdiode und der Glasfaser effizient zu unterdrücken.
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Wenn das tragende Bauteil bevorzugt
mit einem Wandabschnitt ausgeführt
ist, der sich in Längsrichtung
der Glasfaser erstreckt und aufrecht stehend zumindest auf einer
Oberseite des Haltermontageelements vorgesehen ist, ist es möglich, Einrichtungen zum
effizienten Unterdrücken
der Verformung der Basis mit einer einfachen Struktur bereitzustellen. Demgemäß unterdrückt das
Laserdiodenmodul in vorteilhafter Weise die Verschlechterung der
optischen Koppeleffizienz zwischen der Laserdiode und der Glasfaser.
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Wenn das Befestigungselement zum
Halten und Befestigen der Glasfaser auf der zur Laserdiode nächstgelegene
Seite aus einem integralen Teil geformt ist, das mit einem Einspannabschnitt
zum Einspannen beider Seiten der Glasfaser versehen ist, ist es
möglich,
die Verformung der Basis in horizontaler Richtung zu unterdrücken, welche
sich mit der Längsrichtung
der Glasfaser schneidet, im Vergleich zu einem Fall, in dem separate
Befestigungselemente jede Seite der Glasfaser abstützen. Demgemäß unterdrückt das
Laserdiodenmodul in vorteilhafter Weise die Verschlechterung der
optischen Koppeleffizienz zwischen der Laserdiode und der Glasfaser.
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Wenn die Basis dafür ausgelegt
ist, in Längsrichtung
der Glasfaser von einem Endabschnitt des Thermomoduls auf der Glasfasermontageseite
vorzuspringen, ist es möglich,
das Phänomen
zu unterdrücken,
dass der Abschnitt, der sich außer
Kontakt mit dem Thermomodul befindet (d. h. der vorspringende Abschnitt
der Basis), dem nachteiligen Effekt der Verformung des Thermomoduls
unterworfen ist. Daher ist ein Befestigungselement der Glasfaser
in diesem Bereich montiert, um es dadurch zu ermöglichen, die Verschlechterung
der optischen Koppeleffizienz zwischen der Laserdiode und der Glasfaser
effizient zu unterdrücken.
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Wenn das Haltermontageelement der
Basis dafür
ausgelegt ist, in Längsrichtung
der Glasfaser vom Endabschnitt des Laserdiodenmontageelements auf
der Glasfasermontageseite vorzuspringen, ist es möglich, das
Phänomen
zu unterdrücken,
dass dieser Abschnitt dem nachteiligen Effekt der Verformung des
Laserdiodenmontageelements unterworfen ist. Daher ist ein Befestigungselement
der Glasfaser in diesem vorspringenden Bereich montiert, um es dadurch
zu ermöglichen,
die Verschlechterung der optischen Koppeleffizienz zwischen der
Laserdiode und der Glasfaser effizient zu verhindern.
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Wenn das Laserdiodenmontageelement
der Basis einen Verstärkungsabschnitt
aufweist, der unter dem Befestigungselement ausgeformt ist, das sich
an der zur Laserdiode nächstgelegenen
Position befindet, ist, sogar wenn die Vibrationen in der senkrecht
zur Gehäusebodenplatte
verlaufenden Richtung auf das Haltermontageelement ausgeübt werden,
jede durch die Vibrationen verursachte Drehung weiter von der Laserdiode
entfernt als das Befestigungselement. Darüber hinaus befindet sich die
Unterseite des Verstärkungsabschnitts
außer
Kontakt mit dem Thermomodul, wodurch es möglich ist, den nachteiligen
Effekt der Verformung des Thermomoduls auf den Verstärkungsabschnitt
zu unterdrücken.
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Wenn das Haltermontageelement, die
Befestigungselemente und die tragenden Bauteile bevorzugt aus Kovar® oder
einem ähnlichen
Material gefertigt sind, ist es möglich, ein Halbleiter-Laserdiodenmodul
mit guter Verarbeitbarkeit/Schweißbarkeit herzustellen. Darüber hinaus
weist Kovar® in
vorteilhafter Weise im Wesentlichen dieselbe Wärmeausdehnungszahl wie die
Glasfaser auf, wodurch nachteilige Effekte auf die Glasfaser aufgrund
des Unterschiedes der Wärmeausdehnungszahl
zwischen der Glasfaser, dem Haltermontageelement und dem tragenden
Bauteil unterdrückt
werden.
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Zahlreiche Modifikationen und Variationen der
vorliegenden Erfindung sind angesichts der vorstehenden Lehren möglich. Es
versteht sich daher, dass die Erfindung innerhalb des Umfangs der
anhängigen
Ansprüche
auch anders als hierin spezifisch beschrieben in die Praxis umgesetzt
werden kann.