JP2003198041A - Optical communication equipment having semiconductor laser module - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に使用され
る半導体レーザモジュールを備えた光通信機器に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical communication device equipped with a semiconductor laser module used for optical communication.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光通信に使用される半導体レーザモジュ
ールを備えた光通信機器、例えば励起用の半導体レーザ
モジュールを備えた光ファイバ増幅器においては、励起
用の半導体レーザ素子からの発熱や、高温又は低温の使
用環境を考慮して、半導体レーザ素子の温度を制御する
サーモモジュールが設けられている。2. Description of the Related Art In an optical communication device equipped with a semiconductor laser module used for optical communication, for example, in an optical fiber amplifier equipped with a pumping semiconductor laser module, heat generated from a pumping semiconductor laser element, high temperature or A thermo module for controlling the temperature of the semiconductor laser device is provided in consideration of a low-temperature use environment.
【０００３】このような光通信機器に使用される半導体
レーザモジュールの一構造例を図４に示す。図４に示す
半導体レーザモジュール１は、半導体レーザ素子２と光
ファイバ３を光学的に結合させてモジュール化したもの
である。この半導体レーザモジュール１においては、図
４に示されるように、パッケージ４の内底壁面４ａ上に
サーモモジュール５が設けられている。このサーモモジ
ュール（又はサーモエレクトリッククーラー：ＴＥＣ）
５は、複数のペルチエ素子５ａが例えばアルミナや窒化
アルミ等の絶縁基板からなる板部材５ｂ，５ｃ（第１の
基板、第２の基板）によって挟み込まれた構造になって
いる。この例では、板部材５ｂがパッケージ４の内底壁
面４ａ上に固定され、この板部材５ｂにペルチエ素子５
ａの放熱側（図４の下側）が半田を用いて固定され、こ
のペルチエ素子５ａの吸熱側（図４の上側）に板部材５
ｃが半田により固定されている。FIG. 4 shows a structural example of a semiconductor laser module used in such an optical communication device. The semiconductor laser module 1 shown in FIG. 4 is a module in which the semiconductor laser element 2 and the optical fiber 3 are optically coupled. In this semiconductor laser module 1, as shown in FIG. 4, a thermo module 5 is provided on the inner bottom wall surface 4 a of the package 4. This Thermo Module (or Thermo Electric Cooler: TEC)
5 has a structure in which a plurality of Peltier elements 5a are sandwiched by plate members 5b and 5c (first substrate, second substrate) made of an insulating substrate such as alumina or aluminum nitride. In this example, the plate member 5b is fixed on the inner bottom wall surface 4a of the package 4, and the Peltier element 5 is attached to the plate member 5b.
The heat radiation side (lower side in FIG. 4) of a is fixed by using solder, and the plate member 5 is attached to the heat absorption side (upper side in FIG. 4) of this Peltier element 5a.
c is fixed by solder.
【０００４】前記サーモモジュール５は、ペルチエ素子
５ａに通電される電流の向きに応じて発熱動作（加熱動
作）と吸熱動作（冷却動作）が変化し、その発熱量や吸
熱量は、サーモモジュール５の構成やその電流の大きさ
に応じて変化するものである。このようなサーモモジュ
ール５の上側（つまり、板部材５ｃ上）には、部品の取
り付け用部材である基板６が、熱溶融接続材料である半
田、例えば融点１４８℃のＩｎＰｂＡｇ共晶半田により
固定設置されている。また、この基板６の上側には、支
持部材７，８とレンズ９が固定されている。また、この
支持部材７には、半導体レーザ素子２が配置されると共
に、半導体レーザ素子２の温度を検知するためのサーミ
スタ１０が設けられている。更に、支持部材８には、半
導体レーザ素子２の発光状態を監視するモニタ用のフォ
トダイオード１１が配設されている。In the thermo module 5, the heat generating operation (heating operation) and the heat absorbing operation (cooling operation) change in accordance with the direction of the electric current supplied to the Peltier element 5a. It changes depending on the configuration and the magnitude of the current. On the upper side of the thermo module 5 (that is, on the plate member 5c), the substrate 6 which is a component mounting member is fixedly installed by solder which is a hot-melt connection material, for example, InPbAg eutectic solder having a melting point of 148 ° C. Has been done. Support members 7, 8 and a lens 9 are fixed to the upper side of the substrate 6. The semiconductor laser element 2 is arranged on the support member 7, and a thermistor 10 for detecting the temperature of the semiconductor laser element 2 is provided. Further, the support member 8 is provided with a photodiode 11 for monitoring that monitors the light emission state of the semiconductor laser element 2.
【０００５】この半導体レーザモジュール１を備えた光
通信機器が、例えば光ファイバ増幅器であって、半導体
レーザモジュール１がその励起用光源として用いられる
場合には、半導体レーザ素子２としては、例えば１４８
０ｎｍ帯や９８０ｎｍ帯等の光ファイバ増幅器の励起光
の波長帯のものが一般的に用いられる。また、光通信機
器の半導体レーザモジュール１が信号用光源として用い
られる場合には、例えば１３１０ｎｍ帯や１５５０ｎｍ
帯等のレーザ光を出射する半導体レーザ素子２が組み込
まれているものもある。When the optical communication device equipped with the semiconductor laser module 1 is, for example, an optical fiber amplifier and the semiconductor laser module 1 is used as its pumping light source, the semiconductor laser element 2 is, for example, 148.
Wavelength bands of pumping light of optical fiber amplifiers such as 0 nm band and 980 nm band are generally used. When the semiconductor laser module 1 of the optical communication device is used as a signal light source, for example, the 1310 nm band or 1550 nm
There is also a device in which a semiconductor laser element 2 that emits a laser beam such as a band is incorporated.
【０００６】パッケージ４の側壁４ｂには貫通孔４ｃが
形成され、この貫通孔４ｃには例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ
合金（商標名：コバール）等からなる光ファイバ支持部
材１２が嵌合装着されている。この光ファイバ支持部材
１２は挿通孔１２ａを有し、光ファイバ３の端部側がパ
ッケージ４の外部から挿通孔１２ａの内部に導入されて
いる。また、挿通孔１２ａの内部には、光ファイバ３の
先端と間隔を介してレンズ１４が配設されている。A through hole 4c is formed in the side wall 4b of the package 4, and for example, Fe-Ni-Co is formed in the through hole 4c.
An optical fiber support member 12 made of an alloy (trade name: Kovar) or the like is fitted and mounted. The optical fiber support member 12 has an insertion hole 12a, and the end portion side of the optical fiber 3 is introduced from the outside of the package 4 into the insertion hole 12a. A lens 14 is provided inside the insertion hole 12a with a space from the tip of the optical fiber 3.
【０００７】なお、パッケージ４には、複数本のリード
ピン（図示せず）が外部に向けて突出形成されている。
また、パッケージ４の内部には、半導体レーザ素子２、
サーモモジュール５、サーミスタ１０、フォトダイオー
ド１１をリードピンに導通接続させるための導体パター
ンやリード線等の導通手段（図示せず）が設けられてい
る。それら導通手段とリードピンによって、半導体レー
ザ素子２、サーモモジュール５、サーミスタ１０、フォ
トダイオード１１がそれぞれ半導体レーザモジュール駆
動用の装置類（図示せず）に接続されている。A plurality of lead pins (not shown) are formed on the package 4 so as to project toward the outside.
Further, inside the package 4, the semiconductor laser device 2,
A conductor pattern (not shown) such as a conductor pattern or a lead wire for electrically connecting the thermo module 5, the thermistor 10, and the photodiode 11 to the lead pin is provided. The semiconductor laser element 2, the thermomodule 5, the thermistor 10, and the photodiode 11 are connected to devices (not shown) for driving the semiconductor laser module by the conducting means and the lead pins.
【０００８】例えば半導体レーザ素子２は、駆動電流を
供給するレーザ駆動電源に接続されており、サーモモジ
ュール５は、サーモモジュール電流を供給するサーモモ
ジュール電流発生電源に接続されている。このような半
導体レーザモジュール１において、その半導体レーザ素
子２にレーザ駆動電源から駆動電流が供給されると、半
導体レーザ素子２が駆動され、レーザ光が放射される。
この放射されたレーザ光は、レンズ９，１４からなる結
合用光学系によって集光されて光ファイバ３に入射し、
光ファイバ３内を伝搬して所望の用途、例えば信号光を
増幅する励起光として使用される。For example, the semiconductor laser device 2 is connected to a laser driving power source for supplying a driving current, and the thermomodule 5 is connected to a thermomodule current generating power source for supplying a thermomodule current. In such a semiconductor laser module 1, when a driving current is supplied to the semiconductor laser element 2 from the laser driving power source, the semiconductor laser element 2 is driven and laser light is emitted.
The emitted laser light is condensed by the coupling optical system including the lenses 9 and 14 and enters the optical fiber 3.
It is used as pumping light that propagates in the optical fiber 3 and has a desired purpose, for example, amplifying signal light.
【０００９】ところで、半導体レーザ素子２から放射さ
れるレーザ光は、半導体レーザ素子２自体の温度に応じ
て強度及び波長が変動する。このため、サーミスタ１０
の抵抗値を半導体レーザ素子２の温度としてとらえ、前
記値に基づいて温度信号を出力すると共に、前記サーミ
スタ１０からの温度信号により、サーモモジュール電流
発生電源に接続された前記装置が、半導体レーザ素子２
の温度が一定に保たれてレーザ光の強度及び波長が一定
になるように、サーモモジュール電流の向き及び大きさ
を調整してサーモモジュール５の加熱動作又は冷却動作
を制御する。このサーモモジュール５による温度制御に
よって、半導体レーザ素子２はほぼ一定の温度に保た
れ、半導体レーザ素子２から出射されるレーザ光の強度
及び波長が一定に保持される。By the way, the intensity and wavelength of the laser beam emitted from the semiconductor laser element 2 vary depending on the temperature of the semiconductor laser element 2 itself. Therefore, the thermistor 10
Of the semiconductor laser element 2 is detected as the temperature of the semiconductor laser element 2 and a temperature signal is output based on the value, and the temperature signal from the thermistor 10 causes the device connected to the thermomodule current generating power source to be the semiconductor laser element. Two
The temperature and temperature of the thermo-module 5 are controlled to be constant and the intensity and wavelength of the laser light are controlled to be constant, and the heating and cooling operations of the thermo-module 5 are controlled by adjusting the direction and magnitude of the thermo-module current. By the temperature control by the thermo module 5, the semiconductor laser element 2 is kept at a substantially constant temperature, and the intensity and wavelength of the laser light emitted from the semiconductor laser element 2 are kept constant.
【００１０】このようにして、半導体レーザ素子２から
の発熱量が大きかったり、高温又は低温の環境下で使用
されたりする場合であっても、半導体レーザモジュール
１を備えた光通信機器、例えば光ファイバ増幅器等の安
全で的確な増幅が行われることになる。In this way, even when the amount of heat generated from the semiconductor laser device 2 is large or the semiconductor laser device 2 is used in a high temperature or low temperature environment, an optical communication device equipped with the semiconductor laser module 1, for example, an optical communication device, is used. Safe and accurate amplification of a fiber amplifier or the like will be performed.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
操作ミス、電気回路における接触不良やサーミスタによ
る温度検知回路オープンやショートその他の異常、又は
過剰電圧の発生等によって、サーモモジュール５上に固
定された半導体レーザ素子２及び熱溶融接続材料（半
田）を加熱させる加熱方向のサーモモジュール電流が過
剰に供給される異常事態が発生する場合がある。この場
合、サーモモジュール５が異常に高温加熱され、更にそ
の上に配設されている半導体レーザ素子２、基板６、レ
ンズ９等の部品が急激に加熱される。例えば１０秒間で
サーミスタ１０の指示温度が２００℃以上に上昇したり
する。However, a semiconductor fixed on the thermo module 5 is caused by, for example, an operation error, a contact failure in an electric circuit, an open or short circuit of a temperature detecting circuit by a thermistor, or an abnormal voltage. An abnormal situation may occur in which the thermomodule current in the heating direction for heating the laser element 2 and the hot-melt connection material (solder) is excessively supplied. In this case, the thermo module 5 is heated to an abnormally high temperature, and further the components such as the semiconductor laser element 2, the substrate 6, the lens 9 and the like arranged thereon are rapidly heated. For example, the indicated temperature of the thermistor 10 rises to 200 ° C. or higher in 10 seconds.
【００１２】ところで、仮にサーモモジュール５の板部
材５ｃがパッケージ４の側壁や光ファイバ支持部材１２
に熱的に接続されている場合には、サーモモジュール５
から発せられた熱の一部は、パッケージ４の側壁や光フ
ァイバ支持部材１２を介して外部に放出される。このた
め、上記のようにサーモモジュール５が異常に高温加熱
しても、その熱量の一部がサーモモジュール５から光フ
ァイバ支持部材１２を介して外部に放熱されることとな
り、サーモモジュール５上の半導体レーザ素子２やレン
ズ９等の部品に伝熱される熱量が抑制されて、これらの
部品の温度上昇が緩和される。By the way, if the plate member 5c of the thermo module 5 is provided on the side wall of the package 4 or the optical fiber support member 12,
Thermomodule 5 when thermally connected to
A part of the heat generated from is emitted to the outside through the side wall of the package 4 and the optical fiber support member 12. For this reason, even if the thermomodule 5 is heated to an abnormally high temperature as described above, a part of the amount of heat is radiated to the outside from the thermomodule 5 via the optical fiber support member 12, and the thermomodule 5 is heated. The amount of heat transferred to parts such as the semiconductor laser element 2 and the lens 9 is suppressed, and the temperature rise of these parts is reduced.
【００１３】しかし、半導体レーザモジュール１は、図
４に示されるように、サーモモジュール５上の部品とパ
ッケージ４の側壁や光ファイバ支持部材１２とが熱的に
独立した状態である場合、サーモモジュール５上の部品
の熱がパッケージ４の側壁や光ファイバ支持部材１２を
通してパッケージ４の外部に放熱されることは殆ど無
い。このような場合には、サーモモジュール５の基板６
側に異常な高温加熱が発生すると、その熱量がサーモモ
ジュール５上の部品に伝熱され、その殆どが蓄積されて
しまう。このため、サーモモジュール５上の部品の温度
は著しく上昇し、次に示すような不都合な事態が発生し
易くなる。However, in the semiconductor laser module 1, as shown in FIG. 4, when the components on the thermo module 5 and the side wall of the package 4 and the optical fiber supporting member 12 are in a thermally independent state, the thermo module is not provided. The heat of the components on 5 is hardly radiated to the outside of the package 4 through the side wall of the package 4 and the optical fiber supporting member 12. In such a case, the substrate 6 of the thermo module 5
When abnormally high temperature heating occurs on the side, the amount of heat is transferred to the components on the thermo module 5, and most of them are accumulated. For this reason, the temperature of the parts on the thermo module 5 rises remarkably, and the following inconvenient situation is likely to occur.
【００１４】なお、前記の「熱的に独立した状態」と
は、サーモモジュール５及びパッケージ４内の空間を介
する以外に、サーモモジュール５上の部品とパッケージ
４の側壁や光ファイバ支持部材１２との間に直接的な熱
伝達経路がない状態をいう。例えば加熱方向の過剰なサ
ーモモジュール電流に起因したサーモモジュール５の高
温加熱によって半導体レーザ素子２の温度が高温に上昇
した場合、半導体レーザ素子２の結晶内部の欠陥が成長
し、半導体レーザ素子２の特性が大幅に劣化してしまう
という問題が生じる。The term "thermally independent state" refers to the components on the thermomodule 5, the side wall of the package 4 and the optical fiber supporting member 12 in addition to the space inside the thermomodule 5 and the package 4. There is no direct heat transfer path between. For example, when the temperature of the semiconductor laser element 2 rises to a high temperature due to the high temperature heating of the thermo module 5 caused by the excessive thermo module current in the heating direction, defects inside the crystal of the semiconductor laser element 2 grow and the semiconductor laser element 2 There is a problem that the characteristics are significantly deteriorated.
【００１５】また、基板６は、上述したように、サーモ
モジュール５の板部材５ｃに例えば融点１４８℃のＩｎ
ＰｂＡｇ共晶半田等の半田からなる熱溶融接続材料によ
って固定されている。このために、サーモモジュール５
が異常に高温加熱した場合、半田が溶融して基板６の位
置ずれが生じることがある。この基板６の位置ずれによ
り、半導体レーザ素子２及びレンズ９が良好に光結合さ
れた正規の位置からずれ、半導体レーザ素子２及びレン
ズ９の光ファイバ３に対する光結合ずれ（調芯ずれ）が
生じてしまう。その結果、半導体レーザモジュール１の
光出力が大幅に低下してしまうという問題が生じる。特
に、基板６の位置ずれにより半導体レーザ素子２が光フ
ァイバ３に対して角度ずれを起こす場合、例えば０．２
°の角度ずれによって光出力が９５％も低下してしま
う。As described above, the substrate 6 is formed on the plate member 5c of the thermomodule 5 by, for example, In having a melting point of 148.degree.
It is fixed by a hot-melt connection material made of solder such as PbAg eutectic solder. To this end, the thermo module 5
If is heated to an abnormally high temperature, the solder may melt and the substrate 6 may be displaced. Due to the displacement of the substrate 6, the semiconductor laser device 2 and the lens 9 are displaced from the proper position where they are properly optically coupled, and the semiconductor laser device 2 and the lens 9 are displaced from each other with respect to the optical fiber 3. Will end up. As a result, there arises a problem that the optical output of the semiconductor laser module 1 is significantly reduced. In particular, when the semiconductor laser element 2 causes an angular displacement with respect to the optical fiber 3 due to the displacement of the substrate 6, for example, 0.2
The optical output decreases by 95% due to the angle deviation of °.
【００１６】また、レンズ９は基板６に取り付けられて
いる。その具体的な取り付け方法としては、ガラス製の
レンズ９が例えば金属製のホルダに低融点ガラスを利用
して接着固定され、この金属製のホルダが基板６に固定
されている場合がある。この場合に、サーモモジュール
５が急激に異常な高温加熱状態になると、ガラスと金属
との間の大きな熱膨張率の差によって、レンズ９と金属
製のホルダとの接合部分（低融点ガラス）にクラックが
発生することがある。このクラック発生により、レンズ
９が位置ずれや傾きを生じて光軸がずれたり、レンズ９
が金属製のホルダから脱落したりして、半導体レーザ素
子２と光ファイバ３との光結合が損なわれてしまう。そ
の結果、半導体レーザモジュール１から良好な光出力が
得られないという問題が生じる。The lens 9 is attached to the substrate 6. As a specific mounting method, there is a case where a glass lens 9 is adhered and fixed to, for example, a metal holder using low-melting glass, and the metal holder is fixed to the substrate 6. In this case, when the thermo module 5 is suddenly brought into an abnormally high temperature heating state, due to a large difference in coefficient of thermal expansion between the glass and the metal, the joint portion (low-melting glass) between the lens 9 and the metal holder becomes. Cracks may occur. Due to the occurrence of the crack, the lens 9 is displaced or tilted to shift the optical axis,
May fall off from the metal holder, and the optical coupling between the semiconductor laser element 2 and the optical fiber 3 will be impaired. As a result, there arises a problem that a good optical output cannot be obtained from the semiconductor laser module 1.
【００１７】更に、ペルチエ素子５ａと板部材５ｂ，５
ｃとは半田を利用して結合されている。このために、サ
ーモモジュール５の異常加熱により、この半田が溶融
し、例えばペルチエ素子５ａが脱落する等して、サーモ
モジュール５自体が機能低下したり破損したりする虞が
ある。このようにサーモモジュール５を加熱動作させる
加熱方向のサーモモジュール電流が過剰に供給される異
常事態が発生すると、半導体レーザモジュール１の出力
特性が大幅に低下したり、その一部が破損したりして、
この半導体レーザモジュール１を使用している光通信機
器の安全で的確な動作が損なわれるという問題が生じ
た。Further, the Peltier element 5a and the plate members 5b, 5
It is connected to c using solder. Therefore, due to abnormal heating of the thermo module 5, this solder may be melted and the Peltier element 5a may fall off, for example, and the thermo module 5 itself may deteriorate in function or be damaged. If an abnormal situation occurs in which the thermomodule current in the heating direction for heating the thermomodule 5 is excessively supplied in this way, the output characteristics of the semiconductor laser module 1 may be significantly reduced, or some of them may be damaged. hand,
There has been a problem that the safe and appropriate operation of the optical communication equipment using the semiconductor laser module 1 is impaired.
【００１８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、半導体レーザモジュールに
おけるサーモモジュールの加熱方向に過剰なサーモモジ
ュール電流が流れることを防止し、その過剰なサーモモ
ジュール電流に起因する問題の発生を回避して、安全で
的確な動作を行うことができる半導体レーザモジュール
を備えた光通信機器を提供することにある。The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to prevent an excessive thermomodule current from flowing in the heating direction of a thermomodule in a semiconductor laser module and to prevent the excessive thermomodule. An object of the present invention is to provide an optical communication device including a semiconductor laser module that can perform a safe and accurate operation while avoiding a problem caused by current.
【００１９】[0019]
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、半導体レーザ素子が、この
半導体レーザ素子の温度を調整するサーモモジュール上
に熱溶融接続材料を用いて固定設置されている半導体レ
ーザモジュールを備えた光通信機器において、半導体レ
ーザ素子に駆動電流を供給するレーザ駆動電源と、半導
体レーザ素子の温度を検知する温度センサと、この温度
センサによって検知された半導体レーザ素子の温度に基
づき、半導体レーザ素子を所望の温度に調整するための
サーモモジュール電流をサーモモジュールに通電するサ
ーモモジュール電流発生電源部と、半導体レーザモジュ
ールの環境温度を検出する環境温度センサと、この環境
温度センサによって検出された半導体レーザモジュール
の環境温度及び半導体レーザ素子の駆動電流に基づき、
半導体レーザ素子の温度が所定の上限温度になる場合の
サーモモジュールに通電される加熱方向のサーモモジュ
ール電流を最大許容電流値として求める演算処理部と、
この演算処理部における演算処理結果を受けて、加熱方
向のサーモモジュール電流を最大許容電流値以下に制限
する制御信号をサーモモジュール電流発生電源部に発信
する制御部と、を有することを特徴とする半導体レーザ
モジュールを備えた光通信機器が提供される。In order to achieve the above-mentioned object, in the present invention, a semiconductor laser device is fixedly installed on a thermo module for adjusting the temperature of the semiconductor laser device by using a hot melt connecting material. In an optical communication device including a semiconductor laser module, a laser drive power source for supplying a drive current to a semiconductor laser element, a temperature sensor for detecting the temperature of the semiconductor laser element, and a semiconductor laser element detected by the temperature sensor Based on the temperature of the semiconductor laser element, a thermomodule current generating power supply unit for supplying a thermomodule current to the semiconductor module to adjust the temperature to a desired temperature, an environmental temperature sensor for detecting the environmental temperature of the semiconductor laser module, and this environment. Environmental temperature of semiconductor laser module detected by temperature sensor and half Based on the drive current of the body laser element,
An arithmetic processing unit that obtains the thermomodule current in the heating direction that is applied to the thermomodule when the temperature of the semiconductor laser element reaches a predetermined upper limit temperature as the maximum allowable current value,
And a control unit for transmitting a control signal for limiting the thermo-module current in the heating direction to the maximum allowable current value or less to the thermo-module current generation power supply unit in response to the calculation processing result in the calculation processing unit. An optical communication device including a semiconductor laser module is provided.
【００２０】なお、本発明において、「加熱方向」と
は、サーモモジュール上に熱溶融接続材料を用いて固定
設置されている半導体レーザ素子が加熱されるように、
サーモモジュールが動作する場合において、サーモモジ
ュールに通電されるサーモモジュール電流の方向をいう
ものとする。In the present invention, the "heating direction" means that the semiconductor laser element fixedly installed on the thermomodule using the hot-melt connecting material is heated,
When the thermomodule operates, it refers to the direction of the thermomodule current supplied to the thermomodule.
【００２１】[0021]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照しつつ説明する。図１に、本実施形態
に係る半導体レーザモジュールを備えた光通信機器の一
例となる光ファイバ増幅器を示す。図１に示されるよう
に、光ファイバ増幅器３０は、信号光を入力する信号光
入力部３１と、この信号光入力部３１からの信号光を増
幅するＥＤＦ（エルビウムドープファイバ）３４と、こ
のＥＤＦ３４によって増幅された信号光を出力する信号
光出力部３２とを少なくとも有している。また、励起光
を発生する励起用の半導体レーザモジュール１と、この
励起用の半導体レーザモジュール１からの励起光と信号
光入力部３１からの信号光とを合波する光波長合分波器
として機能する光カプラ３３とを有し、この光カプラ３
３を介して信号光と励起光とがＥＤＦ３４に導入される
ようになっている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an optical fiber amplifier as an example of an optical communication device including the semiconductor laser module according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the optical fiber amplifier 30 includes a signal light input section 31 for inputting signal light, an EDF (erbium-doped fiber) 34 for amplifying the signal light from the signal light input section 31, and an EDF 34. And a signal light output unit 32 that outputs the signal light amplified by. Further, as a pumping semiconductor laser module 1 for generating pumping light, and an optical wavelength multiplexer / demultiplexer for multiplexing pumping light from the pumping semiconductor laser module 1 and signal light from the signal light input unit 31. And a functioning optical coupler 33.
The signal light and the pumping light are introduced into the EDF 34 via the signal line 3.
【００２２】また、励起用の半導体レーザモジュール１
自体は、図４に示した従来の半導体レーザモジュールの
場合と同様の構成をなしている。即ち、複数のペルチエ
素子を有するサーモモジュール５の上側の板部材５ｃ上
に、部品の取り付け用部材である基板６が、熱溶融接続
材料である例えば融点１４８℃のＩｎＰｂＡｇ共晶半田
を用いて固定設置されている。この基板６の上側には、
支持部材７とレンズ９が固定されている。この支持部材
７上には、半導体レーザ素子２が配置されると共に、半
導体レーザ素子２の温度Ｔを検知するためのサーミスタ
１０が設けられている。なお。これ以降、サーミスタ１
０によって検知された半導体レーザ素子２の温度Ｔを、
適宜サーミスタ指示温度Ｔs と呼ぶことにする。こうし
て、半導体レーザ素子２及びレンズ９がサーモモジュー
ル５の上側の板部材５ｃ上に熱的に接続されており、そ
の熱的な接続にＩｎＰｂＡｇ共晶半田が熱溶融接続材料
として使用されている。Further, the semiconductor laser module 1 for excitation
The structure itself is similar to that of the conventional semiconductor laser module shown in FIG. That is, the substrate 6 which is a component mounting member is fixed on the upper plate member 5c of the thermo module 5 having a plurality of Peltier elements by using an InPbAg eutectic solder having a melting point of 148.degree. is set up. On the upper side of this substrate 6,
The support member 7 and the lens 9 are fixed. The semiconductor laser element 2 is arranged on the support member 7, and a thermistor 10 for detecting the temperature T of the semiconductor laser element 2 is provided. Incidentally. After this, the thermistor 1
The temperature T of the semiconductor laser element 2 detected by
It will be appropriately referred to as the thermistor indicated temperature Ts. In this way, the semiconductor laser element 2 and the lens 9 are thermally connected to the upper plate member 5c of the thermomodule 5, and InPbAg eutectic solder is used as a hot-melt connection material for the thermal connection.
【００２３】また、励起用の半導体レーザモジュール１
には、光ファイバ支持部材１２を介して光ファイバ３が
接続されている。そして、半導体レーザ素子２は、レン
ズ９等の結合用光学系を介して、この光ファイバ３に光
結合している。また、励起用の半導体レーザモジュール
１の周囲には、その駆動のための種々の装置が配置され
ている。例えば励起用の半導体レーザモジュール１内の
半導体レーザ素子２に接続して、その半導体レーザ素子
２に駆動電流Ｉopを供給するレーザ駆動電源２１が設置
されている。また、サーモモジュール５に接続して、そ
のサーモモジュール５にサーモモジュール電流Ｉtec を
供給するサーモモジュール電流発生電源２２が設置され
ている。また、励起用の半導体レーザモジュール１の環
境温度Ｔc を検出する環境温度センサ２３が、励起用の
半導体レーザモジュール１に接触して又は隣接して配置
されている。ここでは、励起用の半導体レーザモジュー
ル１の近傍に配置されている場合を図示するが、その設
置場所は励起用の半導体レーザモジュール１の環境温度
Ｔc を検出できれば通信機内のいずれの場所であっても
よい。Further, the semiconductor laser module 1 for excitation
The optical fiber 3 is connected to the optical fiber 3 via the optical fiber support member 12. The semiconductor laser device 2 is optically coupled to the optical fiber 3 via a coupling optical system such as the lens 9. Further, various devices for driving the semiconductor laser module 1 for excitation are arranged around the semiconductor laser module 1. For example, a laser drive power source 21 that supplies a drive current Iop to the semiconductor laser element 2 connected to the semiconductor laser element 2 in the excitation semiconductor laser module 1 is installed. Further, a thermomodule current generation power source 22 that is connected to the thermomodule 5 and supplies the thermomodule current Itec to the thermomodule 5 is installed. An environment temperature sensor 23 for detecting the environment temperature Tc of the semiconductor laser module 1 for excitation is arranged in contact with or adjacent to the semiconductor laser module 1 for excitation. Here, the case where the semiconductor laser module 1 for excitation is arranged in the vicinity is illustrated, but the installation place is any place in the communication device as long as the environmental temperature Tc of the semiconductor laser module 1 for excitation can be detected. Good.
【００２４】また、レーザ駆動電源２１及び環境温度セ
ンサ２３にそれぞれ接続して、演算処理装置２４が設置
されている。この演算処理装置２４においては、レーザ
駆動電源２１によって供給される半導体レーザ素子２の
駆動電流Ｉopと、環境温度センサ２３によって検出され
る励起用の半導体レーザモジュール１の環境温度Ｔc に
基づき、サーモモジュール５の加熱方向におけるサーモ
モジュール電流の最大許容電流値Ｉtec （max）が演算
される。なお、この加熱方向のサーモモジュール電流の
最大許容電流値Ｉtec（max）とは、半導体レーザ素子２
の温度Ｔ（サーミスタ指示温度Ｔs ）が所定の上限温度
Ｔ（max）になる場合の、サーモモジュール電流発生電
源２２からサーモモジュール５に向かって、サーモモジ
ュール５の上側の板部材５ｃが加熱されるように通電さ
れるサーモモジュール電流Ｉtec をいう。An arithmetic processing unit 24 is installed so as to be connected to the laser driving power source 21 and the environmental temperature sensor 23, respectively. In this arithmetic processing unit 24, based on the driving current Iop of the semiconductor laser element 2 supplied by the laser driving power source 21 and the ambient temperature Tc of the semiconductor laser module 1 for excitation detected by the ambient temperature sensor 23, the thermomodule The maximum allowable current value Itec (max) of the thermomodule current in the heating direction of 5 is calculated. The maximum allowable current value Itec (max) of the thermomodule current in the heating direction is the semiconductor laser device 2
When the temperature T (thermistor indicated temperature Ts) reaches a predetermined upper limit temperature T (max), the upper plate member 5c of the thermomodule 5 is heated from the thermomodule current generation power source 22 toward the thermomodule 5. Is the thermomodule current Itec that is energized.
【００２５】図２は、半導体レーザ素子２に供給される
駆動電流Ｉop及び半導体レーザモジュール１の環境温度
Ｔc を一定に保った状態で、サーモモジュール５に種々
の大きさの加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec を通
電した場合における、半導体レーザ素子２の温度Ｔ（サ
ーミスタ指示温度Ｔs ）の時間変化を測定したグラフで
ある。FIG. 2 shows the thermo-module currents of various sizes in the heating direction applied to the thermo-module 5 with the driving current Iop supplied to the semiconductor laser device 2 and the environmental temperature Tc of the semiconductor laser module 1 kept constant. It is a graph which measured the time change of temperature T (thermistor direction temperature Ts) of semiconductor laser element 2 when itec is electrified.
【００２６】このグラフから解るように、サーモモジュ
ール５に加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec が通電
されると、半導体レーザ素子２の温度Ｔ（サーミスタ指
示温度Ｔs ）は時間と共に上昇し、一定の温度において
安定する。サーモモジュール電流の加熱方向の最大許容
電流値Ｉtec （max）とは、このように一定値に定まる
半導体レーザ素子２の温度Ｔ（サーミスタ指示温度Ｔs
）が所定の値になる場合の加熱方向のサーモモジュー
ル電流値をいい、この一定の温度は半導体レーザ素子２
の駆動電流Ｉop及び半導体レーザモジュール１の環境温
度Ｔc に依存して決まる。即ち、駆動電流Ｉop及び環境
温度Ｔc が与えられた場合には、サーモモジュール電流
Ｉtec が最大許容電流値Ｉtec （max）を超えない限
り、半導体レーザ素子２の温度Ｔ（サーミスタ指示温度
Ｔs ）は所定の温度を超えることはない。As can be seen from this graph, when the thermomodule current Itec in the heating direction is applied to the thermomodule 5, the temperature T of the semiconductor laser element 2 (thermistor indicated temperature Ts) rises with time, and at a constant temperature. Stabilize. The maximum allowable current value Itec (max) in the heating direction of the thermomodule current is the temperature T of the semiconductor laser element 2 (thermistor indicated temperature Ts) which is determined to be a constant value in this way.
) Is the thermomodule current value in the heating direction when the predetermined value is reached, and this constant temperature is the semiconductor laser device 2
Is determined depending on the driving current Iop and the ambient temperature Tc of the semiconductor laser module 1. That is, when the driving current Iop and the environmental temperature Tc are given, the temperature T (thermistor instruction temperature Ts) of the semiconductor laser device 2 is predetermined unless the thermomodule current Itec exceeds the maximum allowable current value Itec (max). Never exceeds the temperature of.
【００２７】また、励起用の半導体レーザモジュール１
内のサーミスタ１０及び演算処理装置２４にそれぞれ接
続されて制御装置２５が設置されている。この制御装置
２５においては、所定の制御信号がサーモモジュール電
流発生電源２２に発信されるようになっている。この制
御信号は、サーミスタ１０によって検知される半導体レ
ーザ素子２の温度Ｔ（サーミスタ指示温度Ｔs ）に基づ
き、半導体レーザ素子２が所望の温度に保持されるよう
にサーモモジュール５に通電するサーモモジュール電流
Ｉtec の向き及び大きさを調整すると共に、サーモモジ
ュール５に加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec が通
電される場合には、演算処理装置２４による演算結果に
基づき、サーモモジュール電流Ｉtec の大きさを最大許
容電流値Ｉtec （max）以下に制限するための信号であ
る。Further, the semiconductor laser module 1 for excitation
A control device 25 is installed so as to be connected to the thermistor 10 and the arithmetic processing device 24, respectively. In the control device 25, a predetermined control signal is transmitted to the thermo module current generation power source 22. This control signal is based on the temperature T of the semiconductor laser element 2 detected by the thermistor 10 (thermistor indicated temperature Ts), and is a thermomodule current for energizing the thermomodule 5 so that the semiconductor laser element 2 is maintained at a desired temperature. When the direction and size of Itec are adjusted and the thermomodule current Itec in the heating direction is applied to the thermomodule 5, the magnitude of the thermomodule current Itec is allowed to be maximum based on the calculation result by the processor 24. It is a signal for limiting the current value Itec (max) or less.
【００２８】次に、演算処理装置２４において行う演算
方法について説明する。この演算方法は、次のような実
験を基礎にして開発されたものである。即ち、先ず、半
導体レーザ素子２の上限温度Ｔ（max）を、半導体レー
ザ素子２及びレンズ９が基板６等を介してサーモモジュ
ール５上に熱的に接続される際に使用されるＩｎＰｂＡ
ｇ共晶半田の融点１４８℃に設定した。これは、半導体
レーザ素子２の温度Ｔが１４８℃を超えると、半導体レ
ーザ素子２及びレンズ９をサーモモジュール５上に接続
固定しているＩｎＰｂＡｇ共晶半田が溶融し、図４に示
される従来の半導体レーザモジュール１について指摘し
たように、半導体レーザ素子２及びレンズ９の位置ずれ
により光ファイバ３に対する光結合ずれが生じて光出力
が低下したりする等の問題が引き起こされるからであ
る。Next, a calculation method performed by the calculation processing device 24 will be described. This calculation method was developed based on the following experiments. That is, first, the upper limit temperature T (max) of the semiconductor laser device 2 is set to the InPbA used when the semiconductor laser device 2 and the lens 9 are thermally connected to the thermo module 5 via the substrate 6 and the like.
The melting point of the g eutectic solder was set to 148 ° C. This is because when the temperature T of the semiconductor laser element 2 exceeds 148 ° C., the InPbAg eutectic solder connecting and fixing the semiconductor laser element 2 and the lens 9 onto the thermomodule 5 melts, and the conventional InPbAg solder shown in FIG. This is because, as pointed out about the semiconductor laser module 1, the positional displacement of the semiconductor laser element 2 and the lens 9 causes optical coupling displacement with respect to the optical fiber 3 to cause a problem such as a decrease in optical output.
【００２９】いま、レーザ駆動電源２１から半導体レー
ザ素子２に供給される駆動電流Ｉopを０ｍＡ、５００ｍ
Ａ、及び１０００ｍＡの場合にそれぞれ固定し、環境温
度センサ２３によって検出される励起用の半導体レーザ
モジュール１の環境温度Ｔcを０℃、１５℃、２５℃、
４５℃、６５℃、及び７５℃と変化させた。そして、こ
のような半導体レーザ素子２の駆動電流Ｉop及び励起用
の半導体レーザモジュール１の環境温度Ｔcの各々の条
件の組合せについて、サーモモジュール電流Ｉtec を変
化させ、サーミスタ１０によって検知される半導体レー
ザ素子２の温度Ｔ（サーミスタ指示温度Ｔs ）が上限温
度Ｔ（max）＝１４８℃となる場合のサーモモジュール
電流発生電源２２からサーモモジュール５に通電される
加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec 、即ち最大許容
電流値Ｉtec （max）を測定した。その結果は、図３の
グラフに示されるようになった。Now, the drive current Iop supplied from the laser drive power source 21 to the semiconductor laser element 2 is 0 mA, 500 m.
The ambient temperature Tc of the semiconductor laser module 1 for excitation detected by the ambient temperature sensor 23 is 0 ° C., 15 ° C., 25 ° C.
The temperature was changed to 45 ° C, 65 ° C, and 75 ° C. Then, for each combination of such conditions of the driving current Iop of the semiconductor laser device 2 and the ambient temperature Tc of the semiconductor laser module 1 for excitation, the thermomodule current Itec is changed and the semiconductor laser device detected by the thermistor 10. When the temperature T of 2 (thermistor indicated temperature Ts) becomes the upper limit temperature T (max) = 148 ° C., the thermomodule current Itec in the heating direction that is applied to the thermomodule 5 from the thermomodule current generation power source 22, that is, the maximum allowable current The value Itec (max) was measured. The results are shown in the graph of FIG.
【００３０】このグラフから、駆動電流Ｉopが０ｍＡ、
５００ｍＡ、及び１０００ｍＡのそれぞれの場合におい
て、環境温度Ｔcと最大許容電流値Ｉtec （max）との間
には直線で近似される線形の関係があることが明らかで
ある。従って、最大許容電流値Ｉtec （max）は、次の
ように表される。即ち、
Ｉtec （max）＝ｆ（Ｔc、Ｉop）＝ａＴc＋ｂＩop＋ｃ （１）
但し、ａ、ｂ、ｃ：定数
本発明者らが実際の測定値に基づいて計算したところ、
駆動電流Ｉop＝０ｍＡの場合に、上記（１）式は、
Ｉtec （max）＝−０．００６８Ｔc＋１．１０５８ （２）
となる。駆動電流Ｉop＝５００ｍＡの場合には、
Ｉtec （max）＝−０．００６８Ｔc＋０．９５５８ （３）
となる。駆動電流Ｉop＝１０００ｍＡの場合には、
Ｉtec （max）＝−０．００６８Ｔc＋０．８０５８ （４）
となる。そして、これら（２）〜（４）式から（１）式
の各定数ａ、ｂ、ｃを求めると、上記（１）式は次のよ
うになった。即ち、
Ｉtec （max）＝−０．００６８Ｔc−０．０００３Ｉop＋１．１０５８
（５）From this graph, the drive current Iop is 0 mA,
It is clear that there is a linear relationship approximated by a straight line between the environmental temperature Tc and the maximum allowable current value Itec (max) in the cases of 500 mA and 1000 mA, respectively. Therefore, the maximum allowable current value Itec (max) is expressed as follows. That is, Itec (max) = f (Tc, Iop) = aTc + bIop + c (1) where a, b, c: constants When the present inventors calculated based on actual measured values,
When the drive current Iop = 0 mA, the above formula (1) becomes Itec (max) = − 0.0068Tc + 1.1058 (2). When the driving current Iop = 500 mA, Itec (max) = − 0.0068Tc + 0.9558 (3). When the drive current Iop = 1000 mA, Itec (max) = − 0.0068Tc + 0.8058 (4). Then, when the constants a, b, and c of the equation (1) are obtained from these equations (2) to (4), the equation (1) is as follows. That is, Itec (max) =-0.0068Tc-0.0003Iop + 1.1058 (5)
【００３１】こうして、サーモモジュール電流発生電源
２２からサーモモジュール５に通電される加熱方向の最
大許容電流値Ｉtec （max）を、半導体レーザモジュー
ル１の環境温度Ｔc 及び半導体レーザ素子２の駆動電流
Ｉopから求めることができる演算式が得られた。即ち、
演算処理装置２４においては、本発明者らの実験結果を
基礎にして得られた（５）式に基づいて演算が行われ
る。In this way, the maximum allowable current value Itec (max) in the heating direction that is applied to the thermomodule 5 from the thermomodule current generating power source 22 is calculated from the ambient temperature Tc of the semiconductor laser module 1 and the drive current Iop of the semiconductor laser element 2. An arithmetic expression that can be obtained was obtained. That is,
In the arithmetic processing unit 24, the calculation is performed based on the equation (5) obtained based on the experimental results of the present inventors.
【００３２】ところで、上記の（１）式の各定数ａ、
ｂ、ｃは、励起用の半導体レーザモジュール１の特性の
異なる１個１個において、また励起用の半導体レーザモ
ジュール１の近傍の環境温度センサ２３の配置位置等の
検出条件や半導体レーザ素子２の上限温度Ｔ（max）と
していかなる温度に設定するか等の設定条件により、異
なる値となる。このため、各々の具体的なケースについ
ては、それぞれに上記のような実験やシミュレーション
計算等を行なって予め決定しておくが必要である。By the way, each constant a in the above equation (1),
b and c are detection conditions such as the arrangement position of the environmental temperature sensor 23 in the vicinity of the semiconductor laser module 1 for excitation and the detection conditions of the semiconductor laser element 2 for each one having different characteristics of the semiconductor laser module 1 for excitation. The value varies depending on the setting conditions such as what temperature is set as the upper limit temperature T (max). Therefore, each specific case needs to be determined in advance by performing the above-mentioned experiments, simulation calculations, and the like.
【００３３】次に、励起用の半導体レーザモジュール１
における励起光の発生について説明する。先ず、レーザ
駆動電源２１から励起用の半導体レーザモジュール１内
の半導体レーザ素子２に所定の駆動電流Ｉopが供給さ
れ、半導体レーザ素子２が駆動される。こうして、半導
体レーザ素子２から所定の強度及び波長をもつレーザ
光、即ち励起光が放射され、レンズ９等の結合用光学系
を介して光ファイバ３に入射した後、その光ファイバ３
内を伝搬し、更に光カプラ３３を介してＥＤＦ３４内に
入力される。Next, the semiconductor laser module 1 for excitation
Generation of excitation light in the above will be described. First, a predetermined drive current Iop is supplied from the laser drive power source 21 to the semiconductor laser element 2 in the semiconductor laser module 1 for excitation, and the semiconductor laser element 2 is driven. In this way, laser light having a predetermined intensity and wavelength, that is, excitation light, is radiated from the semiconductor laser element 2, enters the optical fiber 3 through the coupling optical system such as the lens 9, and then the optical fiber 3
It is propagated inside and further input into the EDF 34 via the optical coupler 33.
【００３４】このとき、半導体レーザ素子２の温度Ｔ
が、サーミスタ１０によって検知されると共に、励起用
の半導体レーザモジュール１の環境温度Ｔc が環境温度
センサ２３によって検出される。次いで、演算処理装置
２４において、半導体レーザ素子２の駆動電流Ｉop及び
励起用の半導体レーザモジュール１の環境温度Ｔc に基
づき、上記（５）式を用いて、半導体レーザ素子２の温
度Ｔが所定の上限温度Ｔ（max）になる場合のサーモモ
ジュール電流の加熱方向の最大許容電流値Ｉtec （ma
x）が演算される。この場合の半導体レーザ素子２の上
限温度Ｔ（max）は、例えばＩｎＰｂＡｇ共晶半田の融
点１４８℃に設定されている。At this time, the temperature T of the semiconductor laser element 2 is
Is detected by the thermistor 10, and the ambient temperature Tc of the semiconductor laser module 1 for excitation is detected by the ambient temperature sensor 23. Next, in the arithmetic processing unit 24, the temperature T of the semiconductor laser element 2 is set to a predetermined value by using the above equation (5) based on the driving current Iop of the semiconductor laser element 2 and the environmental temperature Tc of the semiconductor laser module 1 for excitation. Maximum allowable current value Itec (ma in the heating direction of the thermomodule current when the upper limit temperature T (max) is reached
x) is calculated. In this case, the upper limit temperature T (max) of the semiconductor laser device 2 is set to, for example, the melting point of InPbAg eutectic solder, 148 ° C.
【００３５】次いで、制御装置２５において、サーミス
タ１０によって検知された半導体レーザ素子２の温度Ｔ
に基づき、半導体レーザ素子２が所望の温度、例えば２
５℃となるようにサーモモジュール５に通電されるサー
モモジュール電流Ｉtec の向き及び大きさを調整するた
めの信号が形成される。同時に、半導体レーザ素子２を
所望の温度にするため、サーモモジュール５に加熱方向
のサーモモジュール電流Ｉtec が通電される場合には、
演算処理装置２４から送られてきた演算結果に基づき、
サーモモジュール電流Ｉtec の大きさを最大許容電流値
Ｉtec （max）以下に制限するための信号が形成され
る。こうして、加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec
が最大許容電流値Ｉtec （max）以下という制限下でサ
ーモモジュール電流Ｉtec の大きさを調整する制御信号
が形成され、サーモモジュール電流発生電源２２に送信
される。Next, in the controller 25, the temperature T of the semiconductor laser device 2 detected by the thermistor 10 is detected.
On the basis of the
A signal for adjusting the direction and magnitude of the thermomodule current Itec that is applied to the thermomodule 5 so that the temperature becomes 5 ° C. is formed. At the same time, in order to bring the semiconductor laser element 2 to a desired temperature, when the thermomodule current Itec in the heating direction is applied to the thermomodule 5,
Based on the calculation result sent from the arithmetic processing unit 24,
A signal is formed for limiting the magnitude of the thermomodule current Itec to the maximum allowable current value Itec (max) or less. Thus, the thermomodule current Itec in the heating direction
Is controlled to be equal to or less than the maximum allowable current value Itec (max), a control signal for adjusting the magnitude of the thermomodule current Itec is formed and transmitted to the thermomodule current generation power source 22.
【００３６】次いで、サーモモジュール電流発生電源２
２において、サーモモジュール電流Ｉtec が発生される
と共に、サーモモジュール５に加熱方向のサーモモジュ
ール電流Ｉtec が通電される場合には、制御装置２５か
らの制御信号に基づき、最大許容電流値Ｉtec （max）
以下の範囲内でその大きさが調整される。そして、この
ように制御されたサーモモジュール電流Ｉtec が、サー
モモジュール５に供給される。Next, the thermomodule current generation power source 2
2, when the thermomodule current Itec is generated and the thermomodule current Itec in the heating direction is applied to the thermomodule 5, based on the control signal from the control device 25, the maximum allowable current value Itec (max)
The size is adjusted within the following range. Then, the thermo-module current Itec controlled in this way is supplied to the thermo-module 5.
【００３７】次いで、この制御されたサーモモジュール
電流Ｉtec が供給されたサーモモジュール５は、その加
熱動作又は冷却動作により半導体レーザ素子２の温度Ｔ
が所望の温度に保たれように温度制御する。こうして、
半導体レーザ素子２から放射されるレーザ光の強度及び
波長が、所望の値に保持される。しかも、このとき、半
導体レーザ素子２の温度Ｔが設定された上限温度Ｔ（ma
x）の１４８℃を超えることはない。Next, the thermomodule 5 to which the controlled thermomodule current Itec is supplied is heated or cooled by the thermomodule 5 and the temperature T of the semiconductor laser element 2 is decreased.
Is controlled to maintain the desired temperature. Thus
The intensity and wavelength of the laser light emitted from the semiconductor laser element 2 are maintained at desired values. Moreover, at this time, the temperature T of the semiconductor laser element 2 is set to the set upper limit temperature T (ma
x) does not exceed 148 ° C.
【００３８】以上のように本実施形態に係る光ファイバ
増幅器３０によれば、励起用の半導体レーザモジュール
１において励起光を発生する際に、半導体レーザ素子２
の駆動電流Ｉop及び半導体レーザモジュール１の環境温
度Ｔc に基づき、予め実験により得られた演算式を用い
て、半導体レーザ素子２が所定の上限温度Ｔ（max）に
なる場合の加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec の最
大許容電流値Ｉtec （max）が演算され、加熱方向のサ
ーモモジュール電流Ｉtec の大きさが最大許容電流値Ｉ
tec （max）以下に制限される。このため、従来の場合
と同様に、サーミスタ１０によって検知された半導体レ
ーザ素子２の温度Ｔに基づき、半導体レーザ素子２が所
望の温度となるようにサーモモジュール５に通電される
サーモモジュール電流Ｉtec の向き及び大きさが制御さ
れる際に、加熱方向のサーモモジュール電流Ｉtec の大
きさが最大許容電流値Ｉtec （max）を超えることはな
くなり、半導体レーザ素子２の温度Ｔが上限温度Ｔ（ma
x）を超えることが防止される。As described above, according to the optical fiber amplifier 30 of the present embodiment, when the pumping light is generated in the pumping semiconductor laser module 1, the semiconductor laser element 2 is used.
Based on the driving current Iop of the semiconductor laser module 1 and the ambient temperature Tc of the semiconductor laser module 1, a thermo-module in the heating direction when the semiconductor laser element 2 has a predetermined upper limit temperature T (max) by using an arithmetic expression obtained by an experiment in advance. The maximum allowable current value Itec (max) of the current Itec is calculated, and the magnitude of the thermomodule current Itec in the heating direction is calculated as the maximum allowable current value I.
Limited to tec (max) or less. Therefore, as in the conventional case, based on the temperature T of the semiconductor laser element 2 detected by the thermistor 10, the thermomodule current Itec is applied to the thermomodule 5 so that the semiconductor laser element 2 reaches a desired temperature. When the orientation and the size are controlled, the size of the thermomodule current Itec in the heating direction does not exceed the maximum allowable current value Itec (max), and the temperature T of the semiconductor laser element 2 becomes the upper limit temperature T (ma).
x) is prevented.
【００３９】その結果、半導体レーザ素子２及びレンズ
９とサーモモジュール５との熱的な接続に熱溶融接続材
料として使用されているＩｎＰｂＡｇ共晶半田が溶融す
ることはなくなるため、半導体レーザ素子２及びレンズ
９の位置ずれによる光ファイバ３に対する光結合ずれに
起因した光出力の大幅な低下を防止することができる。
このため、光ファイバ増幅器３０は、信号光の安全で的
確な増幅を行うことができる。As a result, the InPbAg eutectic solder used as the hot-melt connection material for the thermal connection between the semiconductor laser element 2 and the lens 9 and the thermomodule 5 will not be melted, so that the semiconductor laser element 2 and It is possible to prevent a large decrease in the optical output due to the optical coupling deviation with respect to the optical fiber 3 due to the positional deviation of the lens 9.
Therefore, the optical fiber amplifier 30 can perform safe and accurate amplification of the signal light.
【００４０】また、半導体レーザ素子２の温度Ｔが、結
晶内部の欠陥を大きく成長させる程には上昇しなくなる
ため、その特性が大幅に劣化することを防止することが
できる。このため、励起用の半導体レーザモジュール１
から安定した強度と波長の励起光を出力することができ
る。また、ガラス製のレンズ９が金属製のホルダに低融
点ガラスを利用して接着固定されいる場合でも、その接
合部分（低融点ガラス）にクラックが発生することはな
くなるため、レンズ９が金属製のホルダから脱落するこ
とを防止して、半導体レーザ素子２と光ファイバ３の良
好な光結合を維持することができる。Further, since the temperature T of the semiconductor laser device 2 does not rise to the extent that defects inside the crystal grow to a large extent, it is possible to prevent the characteristics thereof from being significantly deteriorated. Therefore, the semiconductor laser module 1 for excitation
Can output excitation light with stable intensity and wavelength. Further, even if the glass lens 9 is adhered and fixed to the metal holder using the low-melting glass, cracks are not generated at the joint portion (low-melting glass), so that the lens 9 is made of the metal. It is possible to prevent the semiconductor laser element 2 and the optical fiber 3 from being detached from the holder and maintain good optical coupling.
【００４１】更に、サーモモジュール５のペルチエ素子
と板部材とを結合している半田が溶融することもなくな
るため、サーモモジュール５自体の破損を防止すること
ができる。このようにして、サーモモジュール５に通電
される加熱方向の過剰なサーモモジュール電流Ｉtec に
よって半導体レーザモジュール１が破壊されることを防
止することができる。Further, since the solder connecting the Peltier element of the thermomodule 5 and the plate member is not melted, the thermomodule 5 itself can be prevented from being damaged. In this way, it is possible to prevent the semiconductor laser module 1 from being destroyed by the excessive thermomodule current Itec in the heating direction that is applied to the thermomodule 5.
【００４２】従って、これらのことから、信号光の安全
で的確な増幅を行うことが可能な光ファイバ増幅器３０
を実現することができる。なお、上記実施形態において
は、励起用の半導体レーザモジュール１を備えた光ファ
イバ増幅器３０について説明した。これは、励起用の半
導体レーザモジュール１の場合、その半導体レーザ素子
２からの発熱量が大きく、非常な高温又は低温の環境下
における使用を考慮すると、サーモモジュール電流が大
きくなることが想定されるため、本発明を適用する対象
として好適であると考えられるからである。しかし、本
発明の適用対象は励起用の半導体レーザモジュール１を
備えた光ファイバ増幅器３０に限定されるものではな
く、半導体レーザモジュールを一つ以上備えた光通信機
器であって、半導体レーザモジュールの半導体レーザ素
子の温度を制御するサーモモジュールが設けられている
ものであれば、本発明を適用することが可能である。Therefore, from the above, the optical fiber amplifier 30 capable of safely and accurately amplifying the signal light is provided.
Can be realized. In the above embodiment, the optical fiber amplifier 30 including the pumping semiconductor laser module 1 is described. This is because in the case of the semiconductor laser module 1 for excitation, the amount of heat generated from the semiconductor laser element 2 is large, and it is expected that the thermomodule current will become large in consideration of use in an environment of extremely high temperature or low temperature. Therefore, it is considered to be suitable as a target to which the present invention is applied. However, the application target of the present invention is not limited to the optical fiber amplifier 30 including the semiconductor laser module 1 for pumping, but may be applied to an optical communication device including one or more semiconductor laser modules. The present invention can be applied as long as a thermo module for controlling the temperature of the semiconductor laser device is provided.
【００４３】また、半導体レーザ素子２の上限温度Ｔ
（max）がＩｎＰｂＡｇ共晶半田の融点１４８℃に設定
されているが、半導体レーザ素子２の上限温度Ｔ（ma
x）はこの設定温度に限定される必要はない。例えばＩ
ｎＰｂＡｇ共晶半田の融点に対して余裕をみこんだ低い
温度を半導体レーザ素子２の上限温度Ｔ（max）として
設定してもよい。また、半導体レーザ素子２及びレンズ
９とサーモモジュール５との熱的な接続にＩｎＰｂＡｇ
共晶半田以外の熱溶融接続材料を使用する場合には、そ
の熱溶融接続材料の溶融温度以下の温度を半導体レーザ
素子２の上限温度Ｔ（max）として設定すればよい。更
に、他の要因により半導体レーザ素子２の温度Ｔをある
所望の温度以下に抑制する必要が生じた場合には、その
所望の温度を半導体レーザ素子２の上限温度Ｔ（max）
として設定すればよい。このような場合、本発明者らが
行ったものと同様の実験に基づき、新たな半導体レーザ
素子２の上限温度Ｔ（max）に対応する演算式を求め、
それを用いてサーモモジュール電流の加熱方向の最大許
容電流値Ｉtec （max）を算出すればよい。Further, the upper limit temperature T of the semiconductor laser device 2 is
(Max) is set to the melting point of the InPbAg eutectic solder of 148 ° C., but the upper limit temperature T (ma of the semiconductor laser device 2 is
x) need not be limited to this set temperature. For example I
A low temperature with a margin with respect to the melting point of the nPbAg eutectic solder may be set as the upper limit temperature T (max) of the semiconductor laser element 2. Further, InPbAg is used for the thermal connection between the semiconductor laser element 2 and the lens 9 and the thermo module 5.
When a hot-melt connection material other than eutectic solder is used, the temperature below the melting temperature of the hot-melt connection material may be set as the upper limit temperature T (max) of the semiconductor laser element 2. Further, when it is necessary to suppress the temperature T of the semiconductor laser element 2 to a certain desired temperature or lower due to other factors, the desired temperature is set to the upper limit temperature T (max) of the semiconductor laser element 2.
Should be set as In such a case, an arithmetic expression corresponding to the new upper limit temperature T (max) of the new semiconductor laser device 2 is obtained based on the same experiment as that performed by the present inventors,
The maximum allowable current value Itec (max) in the heating direction of the thermomodule current may be calculated using it.
【００４４】また、上記実施形態においては、半導体レ
ーザ素子２がレンズ９等の結合用光学系を介して光ファ
イバ３に光結合している半導体レーザモジュール１につ
いて説明したが、半導体レーザ素子２が直接にレンズ付
き光ファイバに光結合している半導体レーザモジュール
の場合にも、本発明を適用することは可能である。この
場合にも、半導体レーザ素子２の特性劣化を防止した
り、半導体レーザ素子２のレンズ付き光ファイバに対す
る光結合ずれによる光出力の低下を防止したり、サーモ
モジュール５の破損を防止したりする効果を奏すること
ができる。Further, in the above embodiment, the semiconductor laser module 1 in which the semiconductor laser element 2 is optically coupled to the optical fiber 3 through the coupling optical system such as the lens 9 has been described. The present invention can also be applied to a semiconductor laser module that is optically coupled directly to an optical fiber with a lens. Also in this case, the characteristic deterioration of the semiconductor laser device 2 can be prevented, the optical output can be prevented from being lowered due to the optical coupling deviation of the semiconductor laser device 2 with respect to the optical fiber with lens, and the thermomodule 5 can be prevented from being damaged. It is possible to exert an effect.
【００４５】[0045]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、半導体レーザモジュールを備えた光通信機器にお
いて、半導体レーザモジュールの環境温度及び半導体レ
ーザ素子の駆動電流に基づき、半導体レーザ素子の温度
が所定の上限温度になる場合のサーモモジュールに通電
される加熱方向のサーモモジュール電流を最大許容電流
値として求める演算処理部と、この演算処理部における
演算処理結果を受けて、サーモモジュール電流を最大許
容電流値以下に制限する制御信号をサーモモジュール電
流発生電源部に発信する制御部とを有することにより、
半導体レーザ素子の温度が所定の上限温度を超えること
を防止することができる。このため、半導体レーザ素子
の温度上昇に起因する破壊や特性劣化を防止することが
できる。このため、半導体レーザ素子の温度上昇に起因
する特性劣化を防止し、半導体レーザモジュールから安
定した強度と波長の励起光を出力することができる。As described above in detail, according to the present invention, in an optical communication device equipped with a semiconductor laser module, the semiconductor laser element of the semiconductor laser element is detected based on the ambient temperature of the semiconductor laser module and the driving current of the semiconductor laser element. When the temperature of the temperature reaches a predetermined upper limit temperature, the thermo-module current is calculated based on the calculation processing unit that calculates the thermo-module current in the heating direction that is applied to the thermo-module as the maximum allowable current value, and the calculation processing result of this calculation processing unit. By having a control unit that sends a control signal that limits the maximum allowable current value or less to the thermomodule current generation power supply unit,
It is possible to prevent the temperature of the semiconductor laser device from exceeding a predetermined upper limit temperature. Therefore, it is possible to prevent destruction and characteristic deterioration due to the temperature rise of the semiconductor laser element. Therefore, it is possible to prevent the characteristic deterioration due to the temperature rise of the semiconductor laser element and to output the pumping light of stable intensity and wavelength from the semiconductor laser module.
【００４６】また、半導体レーザ素子の上限温度を、半
導体レーザ素子がサーモモジュール上に固定設置される
際に使用された熱溶融接続材料の溶融温度以下の温度に
設定することにより、半導体レーザ素子の位置ずれを防
止し、光ファイバに対する光結合ずれに起因する光出力
の低下を防止することができる。従って、安全で的確な
動作を行うことが可能な半導体レーザモジュールを備え
た光通信機器を実現することができる。Further, by setting the upper limit temperature of the semiconductor laser element to a temperature equal to or lower than the melting temperature of the hot melt connecting material used when the semiconductor laser element is fixedly installed on the thermomodule, It is possible to prevent the positional deviation and prevent the decrease of the optical output due to the optical coupling deviation with respect to the optical fiber. Therefore, it is possible to realize an optical communication device including a semiconductor laser module capable of performing a safe and accurate operation.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体レーザモジュ
ールを備えた光通信機器の一例である光ファイバ増幅器
を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an optical fiber amplifier which is an example of an optical communication device including a semiconductor laser module according to an embodiment of the present invention.
【図２】加熱方向のサーモモジュール電流をパラメータ
とする半導体レーザ素子の温度Ｔ（サーミスタ指示温度
Ｔs ）の時間変化を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing a time change of a temperature T (thermistor indicated temperature Ts) of a semiconductor laser device using a thermomodule current in a heating direction as a parameter.
【図３】半導体レーザ素子の駆動電流Ｉopをパラメータ
として、励起用の半導体レーザモジュールの環境温度Ｔ
cとサーモモジュール電流の加熱方向の最大許容電流値
Ｉtec （max）との関係を示すグラフである。FIG. 3 is an ambient temperature T of a semiconductor laser module for excitation using a driving current Iop of the semiconductor laser device as a parameter.
It is a graph which shows the relationship between c and the maximum permissible current value Itec (max) in the heating direction of the thermomodule current.
【図４】従来の光通信機器に使用される半導体レーザモ
ジュールを示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view showing a semiconductor laser module used in a conventional optical communication device.
１ 半導体レーザモジュール ２ 半導体レーザ素子 ３ 光ファイバ ５ サーモモジュール ５ｃ 板部材 ６ 基板 ７ 支持部材 ９ レンズ １０ サーミスタ １２ 光ファイバ支持部材 ２１ レーザ駆動電源 ２２ サーモモジュール電流発生電源 ２３ 環境温度センサ ２４ 演算処理装置 ２５ 制御装置 ３０ 光ファイバ増幅器 ３１ 信号光入力部 ３２ 信号光出力部 ３３ 光カプラ ３４ ＥＤＦ 1 Semiconductor laser module 2 Semiconductor laser device 3 optical fiber 5 Thermo module 5c Plate member 6 substrate 7 Support member 9 lenses 10 Thermistor 12 Optical fiber support member 21 Laser drive power supply 22 Thermo module current generation power supply 23 Environmental temperature sensor 24 arithmetic processing unit 25 Control device 30 optical fiber amplifier 31 Signal light input section 32 signal light output section 33 Optical coupler 34 EDF
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古関 敬 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AB27 AB28 BA03 EA27 FA22 FA25 GA21 GA22 GA23 5K002 BA13 EA03 EA04 EA05 FA01 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Kei Koseki 2-6-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Kawa Electric Industry Co., Ltd. F-term (reference) 5F073 AB27 AB28 BA03 EA27 FA22 FA25 GA21 GA22 GA23 5K002 BA13 EA03 EA04 EA05 FA01
Claims (7)
素子の温度を調整するサーモモジュール上に熱溶融接続
材料を用いて固定設置されている、半導体レーザモジュ
ールを備えた光通信機器において、 前記半導体レーザ素子に駆動電流を供給するレーザ駆動
電源と、 前記半導体レーザ素子の温度を検知する温度センサと、 前記温度センサによって検知された前記半導体レーザ素
子の温度に基づき、前記半導体レーザ素子を所望の温度
に調整するためのサーモモジュール電流を前記サーモモ
ジュールに通電するサーモモジュール電流発生電源部
と、 前記半導体レーザモジュールの環境温度を検出する環境
温度センサと、 前記環境温度センサによって検出された前記半導体レー
ザモジュールの環境温度及び前記半導体レーザ素子の駆
動電流に基づき、前記半導体レーザ素子の温度が所定の
上限温度になる場合の前記サーモモジュールに通電され
る加熱方向のサーモモジュール電流を最大許容電流値と
して求める演算処理部と、 前記演算処理部における演算処理結果を受けて、前記加
熱方向のサーモモジュール電流を前記最大許容電流値以
下に制限する制御信号を前記サーモモジュール電流発生
電源部に発信する制御部と、 を有することを特徴とする半導体レーザモジュールを備
えた光通信機器。1. An optical communication device comprising a semiconductor laser module, wherein the semiconductor laser element is fixedly installed on a thermomodule for adjusting the temperature of the semiconductor laser element by using a hot-melt connection material. A laser drive power source for supplying a drive current to the element, a temperature sensor for detecting the temperature of the semiconductor laser element, and the semiconductor laser element to a desired temperature based on the temperature of the semiconductor laser element detected by the temperature sensor. A thermo-module current generating power supply unit that energizes the thermo-module current for adjusting the thermo-module current, an environmental temperature sensor that detects the environmental temperature of the semiconductor laser module, and the semiconductor laser module detected by the environmental temperature sensor. For the ambient temperature and the drive current of the semiconductor laser device Then, an arithmetic processing unit for obtaining a thermomodule current in the heating direction that is applied to the thermomodule as a maximum allowable current value when the temperature of the semiconductor laser element reaches a predetermined upper limit temperature, and an arithmetic processing result in the arithmetic processing unit In response to the above, the semiconductor laser module is provided with: a control unit for transmitting a control signal for limiting the thermomodule current in the heating direction to the maximum allowable current value or less to the thermomodule current generation power supply unit. Optical communication equipment.
れ、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入
射される光ファイバを有する、請求項１記載の半導体レ
ーザモジュールを備えた光通信機器。2. An optical communication device comprising a semiconductor laser module according to claim 1, further comprising an optical fiber connected to the semiconductor laser module and into which a laser beam emitted from the semiconductor laser element is incident.
が、前記熱溶融接続材料の溶融温度以下の温度である、
請求項１記載の半導体レーザモジュールを備えた光通信
機器。3. A predetermined upper limit temperature of the semiconductor laser device is a temperature equal to or lower than a melting temperature of the hot-melt connection material.
An optical communication device comprising the semiconductor laser module according to claim 1.
求項３記載の半導体レーザモジュールを備えた光通信機
器。4. An optical communication device provided with a semiconductor laser module according to claim 3, wherein the hot-melt connection material is solder.
ジュール電流の最大許容電流値Ｉtm（max）が、次式 Ｉtec （max）=ａＴc ＋ｂＩop＋ｃ 但し、Ｔc ：半導体レーザモジュールの環境温度 Ｉop：半導体レーザ素子の駆動電流 ａ、ｂ、ｃ：定数 を用いて演算される、請求項１乃至４のいずれかに記載
の半導体レーザモジュールを備えた光通信機器。5. In the arithmetic processing unit, the maximum allowable current value Itm (max) of the thermomodule current is expressed by the following equation Itec (max) = aTc + bIop + c, where Tc: ambient temperature Iop of the semiconductor laser module: semiconductor laser device 5. An optical communication device comprising the semiconductor laser module according to claim 1, which is calculated using the drive currents a, b, c: constants.
ジュールの特性に応じて、前記半導体レーザ素子の上限
温度の設定条件及び前記半導体レーザモジュールの環境
温度の検出条件に基づいて予め決定される、請求項５記
載の半導体レーザモジュールを備えた光通信機器。6. The constants a, b, c are determined in advance according to the characteristics of the semiconductor laser module based on the setting conditions of the upper limit temperature of the semiconductor laser device and the detection conditions of the ambient temperature of the semiconductor laser module. An optical communication device comprising the semiconductor laser module according to claim 5.
子の近傍に配置されたサーミスタである、請求項１乃至
６のいずれかに記載の半導体レーザモジュールを備えた
光通信機器。7. The optical communication device including the semiconductor laser module according to claim 1, wherein the temperature sensor is a thermistor arranged near the semiconductor laser element.
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|---|---|---|---|
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| US10/305,195 US7056035B2 (en) | 2001-12-21 | 2002-11-27 | Optical module, optical apparatus including optical module, and method for using optical module |
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2001
- 2001-12-21 JP JP2001390421A patent/JP3938497B2/en not_active Expired - Lifetime
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