JP2007067271A

JP2007067271A - Laser module

Info

Publication number: JP2007067271A
Application number: JP2005253422A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Nagano; 和彦永野
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2007-03-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve stable control of solder strain in a package base and a package frame in a laser module and favorable positional accuracy in an optical system composing the module. <P>SOLUTION: In a laser module 1, a package 20 includes a plate-shaped package base 21, a cylindrical package frame 22 that is soldered and fixed to the package base 21, and a package lid 23 to which a translucent window 23a fixed to the package frame 22 is attached. Within the package 20, a hermetically-sealed laser package 10 is provided in which a plurality of laser elements 11 are fixed to the package base 21 so as to emit light toward the translucent window 23a. When the plate thickness of the package base 21 is T1 (mm) and the height of the package frame 22 is T2 (mm), T1+T2≥22 is satisfied. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数のレーザ素子がパッケージ内に気密封止されたレーザパッケージを備えたレーザモジュールに係り、特に、そのレーザパッケージ構造に関するものである。 The present invention relates to a laser module including a laser package in which a plurality of laser elements are hermetically sealed in a package, and more particularly to the laser package structure.

特許文献１及び２には、光出射用の透光性窓を備えたパッケージ内にレーザ素子が気密封止されたレーザパッケージと、レーザパッケージからの出射光を集光する集光光学系と、集光光学系により集光された光が入射する光ファイバとがユニット化された、いわゆるピッグテール型のレーザモジュールが開示されている。 Patent Documents 1 and 2 include a laser package in which a laser element is hermetically sealed in a package having a light-transmitting window for light emission, a condensing optical system that condenses light emitted from the laser package, A so-called pigtail type laser module is disclosed in which an optical fiber into which light condensed by a condensing optical system is incident is unitized.

レーザ素子を気密封止する上記パッケージとしては、板状のパッケージベースと、パッケージベースに固定された筒状のパッケージフレームと、パッケージフレームに固定され、透光性窓が取り付けられたパッケージリッドとからなるパッケージが広く使用されている。一般に、レーザ素子は放熱ブロックに実装された形態で、透光性窓に向けて光を出射するようパッケージベースに固定されて、パッケージ内に気密封止される。 The above-mentioned package for hermetically sealing the laser element includes a plate-shaped package base, a cylindrical package frame fixed to the package base, and a package lid fixed to the package frame and attached with a light-transmitting window. The package is widely used. In general, a laser element is mounted on a heat dissipation block, and is fixed to a package base so as to emit light toward a translucent window and hermetically sealed in the package.

レーザ素子としては、従来、発振波長９８０ｎｍ／出力９０ｍＷの赤外半導体レーザ素子など、比較的低出力のレーザ素子が用いられていたが、より高出力、例えば出力３５０〜５００ｍＷのＧａＮ系等の紫外半導体レーザ素子（ブロードエリア半導体レーザ素子）を用いることが検討されている。さらに、１個のパッケージ内に複数の高出力レーザ素子を気密封止し、複数のレーザ素子からの出射光を合波して光ファイバに入射させ、高輝度光を出力する合波レーザモジュールが検討されている。
特開2004-288879号公報特開平7-168064号公報 Conventionally, laser elements having a relatively low output such as an infrared semiconductor laser element having an oscillation wavelength of 980 nm / output of 90 mW have been used as the laser element. However, a higher output, for example, a GaN-based ultraviolet light having an output of 350 to 500 mW, etc. The use of semiconductor laser elements (broad area semiconductor laser elements) has been studied. Further, there is a combined laser module that hermetically seals a plurality of high-power laser elements in one package, combines the light emitted from the plurality of laser elements, enters the optical fiber, and outputs high-intensity light. It is being considered.
JP 2004-288879 A Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-16864

上記レーザパッケージにおいては、気密封止のために、パッケージベースとパッケージフレームとを抵抗熔接（シーム熔接）等により熔接固定することがなされている。熔接固定では、熔接に伴う局所的な熱塑性変化によって、パッケージベースに僅かながらも歪みが発生することがある。本発明者は、高出力レーザ素子用の汎用パッケージでは、最大で３〜６μｍ程度の熔接歪みが発生することを見出している（図４の比較例を参照）。 In the laser package, for hermetic sealing, the package base and the package frame are welded and fixed by resistance welding (seam welding) or the like. In welding fixation, a slight distortion may occur in the package base due to local thermoplastic changes accompanying welding. The present inventor has found that a welding distortion of about 3 to 6 μm at maximum occurs in a general-purpose package for a high-power laser element (see a comparative example in FIG. 4).

１個のレーザ素子を用いるレーザモジュールでは、パッケージベースとパッケージフレームとを熔接固定してから、熔接歪みを考慮した上で、レーザ素子をパッケージベースに固定することができる。 In a laser module using a single laser element, the package base and the package frame are welded and fixed, and then the laser element can be fixed to the package base in consideration of welding distortion.

これに対して、複数のレーザ素子を用いる合波レーザモジュールでは、工程容易性から、パッケージベースに複数のレーザ素子を固定した後、パッケージベースとパッケージフレームとを熔接固定して、気密封止することが好ましい。かかる手順では、個々のレーザ素子の出射光の出射方向が、パッケージベースとパッケージフレームとの熔接歪みによって、パッケージベースへの取付け時とは僅かながらもずれてしまう。すなわち、ある光学設計でレーザ素子をパッケージベースに固定したにもかかわらず、取付け後に個々のレーザ素子の出射光の出射方向が、それぞれ光学設計から僅かながらもずれてしまう。複数のレーザ素子からの出射方向がそれぞれ光学設計からずれると、複数のレーザ素子からの出射方向がばらつくことになり、光学精度に影響を与える恐れがある。 On the other hand, in the combined laser module using a plurality of laser elements, for ease of process, after fixing the plurality of laser elements to the package base, the package base and the package frame are welded and fixed, and hermetically sealed. It is preferable. In such a procedure, the emission direction of the emitted light of each laser element is slightly shifted from the time of attachment to the package base due to welding distortion between the package base and the package frame. That is, although the laser element is fixed to the package base with a certain optical design, the emission direction of the emitted light of each laser element after installation is slightly shifted from the optical design. If the emission directions from the plurality of laser elements are deviated from the optical design, the emission directions from the plurality of laser elements vary, which may affect the optical accuracy.

また、複数のレーザ素子からの出射光を合波して光ファイバに入射する合波レーザモジュールでは、高輝度出力を得るために、例えば、８個等の複数のレーザ素子からの出射光が束ねられたビーム径の大きい光束が、集光光学系を介して集光されて、コア径５０〜６０μｍ等の小コア径の光ファイバに入射される。かかる合波レーザモジュールでは、１個のレーザ素子を用いるレーザモジュールに比して、集光光学系として高倍率の拡大光学系を用いる必要があるため、熔接歪みによる個々のレーザ素子の出射光の出射方向の光学設計からのずれによる光ファイバの光入射面上における集光点の位置ずれが無視できないレベルとなり、光ファイバのコアに入射する光量が低下する恐れがある。 Further, in a combined laser module that combines light emitted from a plurality of laser elements and enters the optical fiber, for example, the light emitted from a plurality of laser elements, such as eight, is bundled in order to obtain a high luminance output. The light beam having a large beam diameter is condensed through a condensing optical system and is incident on an optical fiber having a small core diameter such as a core diameter of 50 to 60 μm. In such a combined laser module, it is necessary to use a high-magnification optical system as a condensing optical system as compared with a laser module using a single laser element. There is a possibility that the position shift of the condensing point on the light incident surface of the optical fiber due to the deviation from the optical design in the emission direction becomes a level that cannot be ignored, and the amount of light incident on the core of the optical fiber may be reduced.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、パッケージベースとパッケージフレームとの熔接歪みが安定的に抑制され、モジュールを構成する光学系の位置精度が良好で、出力輝度等の光学特性が良好なレーザモジュールを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, the welding distortion between the package base and the package frame is stably suppressed, the positional accuracy of the optical system constituting the module is good, and the optical characteristics such as output luminance are excellent. An object of the present invention is to provide a good laser module.

本発明のレーザモジュールは、板状のパッケージベースと、該パッケージベースに熔接固定された筒状のパッケージフレームと、該パッケージフレームに固定され、透光性窓が取り付けられたパッケージリッドとからなるパッケージの内部に、複数のレーザ素子が、前記透光性窓に向けて光を出射するよう前記パッケージベースに固定されて気密封止されたレーザパッケージを備えたレーザモジュールにおいて、
前記パッケージベースの板厚をＴ１（ｍｍ）とし、前記パッケージフレームの高さをＴ２（ｍｍ）としたとき、Ｔ１+Ｔ２≧２２を充足することを特徴とするものである。 The laser module of the present invention is a package comprising a plate-like package base, a cylindrical package frame welded and fixed to the package base, and a package lid fixed to the package frame and having a light-transmitting window attached thereto. A laser module including a laser package in which a plurality of laser elements are hermetically sealed by being fixed to the package base so as to emit light toward the translucent window,
When the thickness of the package base is T1 (mm) and the height of the package frame is T2 (mm), T1 + T2 ≧ 22 is satisfied.

上記構成の本発明のレーザモジュールによれば、板状のパッケージベースと、該パッケージベースに熔接固定された筒状のパッケージフレームと、該パッケージフレームに固定され、透光性窓が取り付けられたパッケージリッドとからなるパッケージの内部に、複数のレーザ素子が、前記透光性窓に向けて光を出射するよう前記パッケージベースに固定されて気密封止されたレーザパッケージを備えたレーザモジュールにおいて、
前記パッケージベースの底面における、前記パッケージベースと前記パッケージフレームとの熔接で発生した最大熔接歪みが、１．０μｍ以下であることを特徴とするレーザモジュールを実現することができる。 According to the laser module of the present invention configured as described above, a plate-shaped package base, a cylindrical package frame welded and fixed to the package base, and a package fixed to the package frame and attached with a translucent window In a laser module including a laser package in which a plurality of laser elements are fixed to the package base and hermetically sealed so as to emit light toward the light-transmissive window, inside a package made of a lid,
It is possible to realize a laser module characterized in that a maximum welding strain generated by welding of the package base and the package frame on the bottom surface of the package base is 1.0 μm or less.

本明細書において、「レーザ素子のパッケージベースへの固定」は、直接固定だけでなく、放熱ブロック等を介した固定も含まれる。 In this specification, “fixing the laser element to the package base” includes not only direct fixing but also fixing via a heat dissipation block or the like.

「パッケージベースの底面」は、パッケージベースのレーザ素子を取り付ける側と反対側の面を意味するものとする。また、「パッケージベースの底面における最大熔接歪み」は、パッケージベースの底面の表面粗さを、（株）ミツトヨ社製３次元非接触式表面粗さ計「QV404-PR06F」にて計測し、熔接前のデータを差し引いて得られるデータ（図４参照）から求めるものとする。 The “bottom surface of the package base” means a surface opposite to the side on which the package base laser element is attached. “Maximum welding strain at the bottom of the package base” is measured by measuring the surface roughness of the bottom of the package base with a 3D non-contact surface roughness meter “QV404-PR06F” manufactured by Mitutoyo Corporation. It is determined from data (see FIG. 4) obtained by subtracting the previous data.

本発明のレーザモジュールは、前記レーザパッケージが、前記パッケージの内部に、前記複数のレーザ素子と、該複数のレーザ素子からの出射光を平行光束化する複数のコリメートレンズとが気密封止された構造を有するモジュールに好ましく適用できる。 In the laser module of the present invention, the laser package is hermetically sealed in the package with the plurality of laser elements and a plurality of collimating lenses for collimating the emitted light from the plurality of laser elements. It can be preferably applied to a module having a structure.

本発明のレーザモジュールにおいては、前記レーザパッケージからの出射光を集光する集光光学系と、該集光光学系により集光された光が入射する光ファイバとをさらに備えた構成が好ましい。 In the laser module of the present invention, it is preferable to further include a condensing optical system that condenses the light emitted from the laser package and an optical fiber into which the light condensed by the condensing optical system enters.

本発明のレーザモジュールにおいて、前記パッケージベースの主成分としてはＣｕＷ合金が挙げられ、前記パッケージフレームの主成分としてはＦｅＮｉＣｏ合金及び／又はＦｅＮｉ合金が挙げられる。 In the laser module of the present invention, the main component of the package base is a CuW alloy, and the main component of the package frame is a FeNiCo alloy and / or a FeNi alloy.

ここで、パッケージベースあるいはパッケージフレームが、上記合金を「主成分とする」とは、上記合金の物性（例えば熱伝導率）がレーザモジュールの組立てに対して実質的に影響を与えない程度まで、上記合金が含まれていることを意味する。ＦｅＮｉＣｏ合金の組成としては、Ｎｉ２９質量％／Ｃｏ１６質量％が好ましい。 Here, the package base or the package frame has the above-mentioned alloy as the “main component” to the extent that the physical properties (for example, thermal conductivity) of the alloy do not substantially affect the assembly of the laser module. It means that the above alloy is included. The composition of the FeNiCo alloy is preferably 29 mass% Ni / 16 mass% Co.

本発明のレーザモジュールは、前記レーザ素子の発振波長が３５０〜５００ｎｍの範囲にある系などに好適である。 The laser module of the present invention is suitable for a system in which the oscillation wavelength of the laser element is in the range of 350 to 500 nm.

本発明のレーザモジュールは、パッケージベースの板厚をＴ１（ｍｍ）とし、パッケージフレームの高さをＴ２（ｍｍ）としたとき、Ｔ１+Ｔ２≧２２を充足することを特徴とするものである。本発明者は、かかる構成とすることで、パッケージベースの底面における、パッケージベースとパッケージフレームとの熔接で発生する最大熔接歪みを、１．０μｍ以下に安定的に抑制できることを見出している。 The laser module of the present invention is characterized by satisfying T1 + T2 ≧ 22 when the thickness of the package base is T1 (mm) and the height of the package frame is T2 (mm). The inventor has found that such a configuration can stably suppress the maximum welding distortion generated by the welding of the package base and the package frame on the bottom surface of the package base to 1.0 μm or less.

本発明によれば、パッケージベースとパッケージフレームとの熔接歪みを安定的に抑制することができるので、気密封止前のレーザ素子の出射光の出射方向が気密封止後にも高精度に維持され、モジュールを構成する光学系の位置精度が良好で、出力輝度等の光学特性が良好なレーザモジュールを提供することができる。 According to the present invention, since the welding distortion between the package base and the package frame can be stably suppressed, the emission direction of the emitted light of the laser element before hermetic sealing is maintained with high accuracy even after hermetic sealing. It is possible to provide a laser module in which the optical system constituting the module has good positional accuracy and optical characteristics such as output luminance.

図面を参照して、本発明に係る実施形態のレーザモジュールについて説明する。図１は、レーザモジュールをなす後記レーザパッケージのパッケージベースとパッケージフレームとを取り出して示す斜視図及び上面図である。図２及び図３は各々、レーザモジュール全体のモジュール中心軸を通るｘ方向断面図及びｙ方向断面図である。図中、ｘ〜ｚ軸は便宜上付したものである。 A laser module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view and a top view showing a package base and a package frame of a later-described laser package forming a laser module. 2 and 3 are an x-direction sectional view and a y-direction sectional view, respectively, passing through the module central axis of the entire laser module. In the drawing, the x to z axes are given for convenience.

本実施形態は、レーザ素子１１を気密封止するパッケージ２０の寸法を特定したことが特徴的である。 This embodiment is characterized in that the dimensions of the package 20 that hermetically seals the laser element 11 are specified.

（全体構造）
本実施形態のレーザモジュール１はいわゆるピッグテール型の合波レーザモジュールであり、光源である複数のレーザ素子１１が気密封止されたレーザパッケージ１０を含むレーザユニット２と、レーザパッケージ１０からの出射光Ｌを集光する集光レンズ（集光光学系）４１、４２を含む集光光学系ユニット３と、集光光学系ユニット３により集光された光Ｌが入射する光ファイバ５１を含む光ファイバユニット４とがユニット化されたモジュールである。 (Overall structure)
The laser module 1 of the present embodiment is a so-called pigtail-type combined laser module, and includes a laser unit 2 including a laser package 10 in which a plurality of laser elements 11 as light sources are hermetically sealed, and light emitted from the laser package 10. A condensing optical system unit 3 including condensing lenses (condensing optical systems) 41 and 42 for condensing L, and an optical fiber including an optical fiber 51 on which the light L collected by the condensing optical system unit 3 enters. The unit 4 is a unitized module.

レーザパッケージ１０は、パッケージ２０内に、複数のレーザ素子１１と複数のレーザ素子１１からの出射光を平行光束化する複数のコリメートレンズ１４とが気密封止されたものである。パッケージ２０は、パッケージベース２１と、パッケージベース２１に熔接固定されたパッケージフレーム２２と、パッケージフレーム２２に固定され、透光性窓２３ａが取り付けられたパッケージリッド２３とから構成されている。 The laser package 10 is formed by hermetically sealing a plurality of laser elements 11 and a plurality of collimating lenses 14 that collimate emitted light from the plurality of laser elements 11 into a package 20. The package 20 includes a package base 21, a package frame 22 that is welded and fixed to the package base 21, and a package lid 23 that is fixed to the package frame 22 and has a light-transmitting window 23a attached thereto.

パッケージベース２１は、ｙ方向がｘ方向よりも長い略矩形の板状部材であり、パッケージフレーム２２は、一辺の長さがパッケージベース２１のｘ方向の長さと略等しい平面視略正方形の角筒状部材である。パッケージベース２１とパッケージフレーム２２のｘ方向とｙ方向の寸法の例を図１（ｂ）に示してある（寸法の単位はｍｍ）。気密性を考慮すれば、パッケージベース２１とパッケージフレーム２２との熔接は、抵抗熔接（シーム熔接）が好ましい。パッケージ２０内には、不活性ガスが封入されている。 The package base 21 is a substantially rectangular plate-like member whose y direction is longer than the x direction, and the package frame 22 is a square tube having a substantially square shape in a plan view in which the length of one side is substantially equal to the length of the package base 21 in the x direction. It is a shaped member. An example of the dimensions of the package base 21 and the package frame 22 in the x and y directions is shown in FIG. 1B (the unit of dimensions is mm). In consideration of airtightness, resistance welding (seam welding) is preferable for welding the package base 21 and the package frame 22. An inert gas is sealed in the package 20.

パッケージベース２１の主成分としては制限なく、放熱性を考慮すれば、熱伝導性が高いＣｕＷ合金（熱伝導率：２００Ｗ／ｍＫ）等が好ましく用いられる。パッケージフレーム２２及びパッケージリッド２３の主成分としては制限なく、パッケージベース２１とパッケージフレーム２２との熔接時の熱拡散を抑えるために、熱伝導率が低い、ＦｅＮｉＣｏ合金（熱伝導率：１０Ｗ／ｍＫ）及び／又はＦｅＮｉ合金（熱伝導率：１０Ｗ／ｍＫ）等が好ましく用いられる。 The main component of the package base 21 is not limited, and a CuW alloy (thermal conductivity: 200 W / mK) or the like having high thermal conductivity is preferably used in consideration of heat dissipation. The main component of the package frame 22 and the package lid 23 is not limited, and in order to suppress thermal diffusion during welding of the package base 21 and the package frame 22, FeNiCo alloy having a low thermal conductivity (thermal conductivity: 10 W / mK). ) And / or FeNi alloy (thermal conductivity: 10 W / mK) and the like are preferably used.

レーザ素子１１としては特に制限なく、ＧａＮ系（３７０〜４５０ｎｍ）、ＡｌＧａＩｎＰ系（５８０〜６９０ｎｍ）、ＩｎＧａＰ系（６５０〜１０００ｎｍ）、ＡｌＧａＡｓ系（７００〜１０００ｎｍ）、ＧａＡｓＰ系（７００〜１０００ｎｍ）、ＩｎＧａＡｓ系（１０００〜３５００ｎｍ）、ＩｎＡｓＰ系（１０００〜３５００ｎｍ）等の半導体レーザ素子等が挙げられる。（）内の数字は発振波長域を示す。 The laser element 11 is not particularly limited, and is GaN-based (370-450 nm), AlGaInP-based (580-690 nm), InGaP-based (650-1000 nm), AlGaAs-based (700-1000 nm), GaAsP-based (700-1000 nm), InGaAs. Examples thereof include semiconductor laser elements such as a system (1000 to 3500 nm) and an InAsP system (1000 to 3500 nm). The numbers in parentheses indicate the oscillation wavelength range.

高出力半導体レーザ素子を用いる系では、光密度が大きいため、レーザ素子１１の光出射面や複数のレーザ素子１１からの出射光が集光されて入射する光ファイバ５１の光入射面等が、集塵効果等により汚染されやすい傾向にある。 In a system using a high-power semiconductor laser element, since the light density is large, the light exit surface of the laser element 11, the light entrance surface of the optical fiber 51 on which the emitted light from the plurality of laser elements 11 is collected and incident, etc. It tends to be contaminated by dust collection effect.

本実施形態では、レーザ素子１１及びコリメートレンズ１４をパッケージ２０内に気密封止すると共に、パッケージ２０内に不活性ガスを封入し、光ファイバユニット４についても気密封止構造及び不活性ガス封入構造（詳細については後記）を採用している。すなわち、本実施形態では、光密度の大きい部分については気密封止構造を採用して、外部からの埃等の異物の侵入を抑制し、レーザ素子１１の光出射面や光ファイバ５１の光入射面等における汚染を抑制する構成を採用している。したがって、本実施形態のレーザモジュール１は、従来一般に使用されている比較的低出力の赤外半導体レーザ素子はもちろんのこと、高出力の紫外半導体レーザ素子（例えば、ＧａＮ系等、発振波長３５０〜５００ｎｍ、出力２００〜５００ｍＷ）の使用にも対応可能なものである。 In this embodiment, the laser element 11 and the collimating lens 14 are hermetically sealed in the package 20, and an inert gas is sealed in the package 20, and the optical fiber unit 4 is also hermetically sealed and inactive gas sealed structure. (Details will be described later). That is, in the present embodiment, a hermetic sealing structure is adopted for a portion with a high light density to suppress the entry of foreign matters such as dust from the outside, and the light incident surface of the laser element 11 and the light incidence of the optical fiber 51 The structure which suppresses the contamination in the surface etc. is adopted. Therefore, the laser module 1 of the present embodiment has a relatively low output infrared semiconductor laser element generally used in the past, as well as a high output ultraviolet semiconductor laser element (for example, a GaN-based oscillation wavelength of 350 to 500 nm, output 200 to 500 mW).

複数のレーザ素子１１は、レーザ素子基板１３に突設された複数の放熱ブロック１２に各々、公知方法にてろう材（ＡｕＳｎやＩｎ等）を介して実装されている。レーザ素子１１は、光出射面が透光性窓２３ａと対向するよう配置されている。放熱ブロック１２の材質としては、Ｃｕ等が好ましく用いられる。レーザ素子基板１３の材質としては、ＡｌＮ等が好ましく用いられる。レーザ素子基板１３がパッケージベース２１の内面にろう材（ＡｕＳｎやＩｎ等）を介して固定されている。すなわち、複数のレーザ素子１１は、放熱ブロック１２及びレーザ素子基板１３を介して、パッケージベース２１に固定されている。 The plurality of laser elements 11 are each mounted on a plurality of heat dissipation blocks 12 protruding from the laser element substrate 13 via a brazing material (AuSn, In, etc.) by a known method. The laser element 11 is disposed so that the light exit surface faces the translucent window 23a. As a material of the heat dissipation block 12, Cu or the like is preferably used. As the material of the laser element substrate 13, AlN or the like is preferably used. The laser element substrate 13 is fixed to the inner surface of the package base 21 via a brazing material (AuSn, In, or the like). That is, the plurality of laser elements 11 are fixed to the package base 21 via the heat dissipation block 12 and the laser element substrate 13.

複数のコリメートレンズ１４は、レーザ素子基板１３に固定されたレンズ保持ブロック１５に保持されて、パッケージ２０内に固定されている。 The plurality of collimating lenses 14 are held in a lens holding block 15 fixed to the laser element substrate 13 and fixed in the package 20.

レーザ素子１１の個数及び配列パターンに制限はなく、レーザ素子１１をｘ方向に４個ｙ方向に２個マトリクス状に配列し、計８個のレーザ素子１１を用いた合波レーザモジュールを例として図示してある。図示例では、コリメートレンズ１４は、レーザ素子１１の個数と配列パターンに対応して、計８個備えられている。 The number and arrangement pattern of the laser elements 11 are not limited, and an example is a combined laser module in which four laser elements 11 are arranged in a matrix in the x direction and two in the y direction, and a total of eight laser elements 11 are used. It is shown. In the illustrated example, a total of eight collimating lenses 14 are provided corresponding to the number of laser elements 11 and the arrangement pattern.

レーザ素子１１に駆動電流を供給するリード線等の配線類１６が、パッケージフレーム２２から外部に引き出されている。 Wirings 16 such as lead wires for supplying a drive current to the laser element 11 are drawn out from the package frame 22 to the outside.

レーザパッケージ１０の製造手順としては制限なく、あらかじめレーザ素子１１を放熱ブロック１２に実装した後、レーザ素子基板１３に対して放熱ブロック１２の実装を行い、このレーザ素子基板１３をパッケージベース２１に固定し、次いで、レーザ素子１１に対してコリメータレンズ１４の位置を高精度に調整して、レンズ保持ブロック１５及びこれに保持されたコリメータレンズ１４をレーザ素子基板１３に固定し、その後、パッケージベース２１とパッケージリッド２３があらかじめ熔接固定されたパッケージフレーム２２とを熔接固定する手順が好ましい。 The manufacturing procedure of the laser package 10 is not limited. After the laser element 11 is mounted on the heat dissipation block 12 in advance, the heat dissipation block 12 is mounted on the laser element substrate 13, and the laser element substrate 13 is fixed to the package base 21. Then, the position of the collimator lens 14 is adjusted with high accuracy with respect to the laser element 11, and the lens holding block 15 and the collimator lens 14 held by the lens holding block 15 are fixed to the laser element substrate 13. A procedure for welding and fixing the package frame 23 to which the package lid 23 has been welded and fixed in advance is preferable.

レーザユニット２には、レーザパッケージ１０の他に、レーザパッケージ１０を集光光学系ユニット３と連結するための連結部材３１（図３参照）が備えられている。連結部材３１は、パッケージベース２１上であってパッケージフレーム２２より外側の部分に突設され、パッケージフレーム２２のｘ方向に平行な両側面を覆う部材である。連結部材３１は、パッケージベース２１に固定ネジ３２により固定されている。 In addition to the laser package 10, the laser unit 2 includes a connecting member 31 (see FIG. 3) for connecting the laser package 10 to the condensing optical system unit 3. The connecting member 31 is a member that protrudes from the package base 21 and outside the package frame 22 and covers both side surfaces parallel to the x direction of the package frame 22. The connecting member 31 is fixed to the package base 21 with fixing screws 32.

集光光学系ユニット３は、レーザ素子１１からの出射光のｘ方向成分を集光する第１の集光レンズ４１と、レーザ素子１１からの出射光のｙ方向成分を集光する第２の集光レンズ４２と、これら集光レンズ４１、４２を共に保持する略円筒状の集光レンズホルダ４３と、集光レンズホルダ４３の光出射側端面に取り付けられ、光ファイバユニット４との連結用である連結部材４５とから構成されている。 The condensing optical system unit 3 condenses the first condensing lens 41 that condenses the x-direction component of the emitted light from the laser element 11 and the second condensing optical component of the y-direction component of the emitted light from the laser element 11. A condensing lens 42, a substantially cylindrical condensing lens holder 43 that holds both the condensing lenses 41, 42, and a light emitting side end face of the condensing lens holder 43 for connection to the optical fiber unit 4 It is comprised from the connection member 45 which is.

第１の集光レンズ４１は、光入射面にｙ軸を対称軸とする対称凸面を有するシリンドリカルレンズであり、第２の集光レンズ４２は、光入射面にｘ軸を対称軸とする対称凸面を有するアナモルフィックレンズである。集光レンズ４１、４２の光入射面の端部にはいずれも、これらレンズの位置合わせを高精度に行う際の基準面となる平坦な参照面が設けられている。集光レンズ４１、４２としては、精密ガラスモールドで製作されたレンズが好ましい。集光レンズ４１、４２の組合せは適宜設計できる。 The first condenser lens 41 is a cylindrical lens having a symmetrical convex surface with the y axis as the symmetry axis on the light incident surface, and the second condenser lens 42 is symmetric with the x axis as the symmetry axis on the light incident surface. An anamorphic lens having a convex surface. Each of the end portions of the light incident surfaces of the condenser lenses 41 and 42 is provided with a flat reference surface serving as a reference surface when the lenses are aligned with high accuracy. As the condensing lenses 41 and 42, lenses made of a precision glass mold are preferable. The combination of the condenser lenses 41 and 42 can be designed as appropriate.

集光レンズホルダ４３は、ホルダ本体４３ａとレーザユニット２との連結用である連結部材４３ｂとから構成され、これらホルダ本体４３ａと連結部材４３ｂとは固定ネジ４４により固定されている。ホルダ本体４３ａの内部に、集光レンズ４１、４２を各々保持する、レンズ保持面が平坦な保持台４３ｃ、４３ｄが設けられており、集光レンズ４１、４２は、高精度に位置合わせがなされた後、保持台４３ｃ、４３ｄに固定されている。 The condensing lens holder 43 includes a connecting member 43 b for connecting the holder main body 43 a and the laser unit 2, and the holder main body 43 a and the connecting member 43 b are fixed by a fixing screw 44. The holder main body 43a is provided with holding bases 43c and 43d having flat lens holding surfaces for holding the condenser lenses 41 and 42, respectively, and the condenser lenses 41 and 42 are aligned with high accuracy. After that, the holding bases 43c and 43d are fixed.

比較的光密度の小さい集光光学系ユニット３は、それ程高い気密性は要求されず、ある程度、外部からの埃等の異物の侵入が抑制されればよいので、集光レンズホルダ４３をなすホルダ部材４３ａと連結部材４３ｂとの連結、及びレーザユニット２と集光光学系ユニット３との連結については、Ｏ−リングＯＲを用いた封止構造が採用されている。接着剤（光硬化性接着剤等）を用いた接着固定等の他の封止構造を採用することもできる。集光光学系ユニット３は、それ程高い気密性は要求されないので、集光レンズ４１、４２の保持台４３ｃ、４３ｄへの固定は、接着剤（光硬化性接着剤等）を用いた接着固定等を採用することができる。 The condensing optical system unit 3 having a relatively low light density is not required to have such high airtightness, and it is only necessary to suppress the entry of foreign matters such as dust from the outside to some extent. For the connection between the member 43a and the connection member 43b and the connection between the laser unit 2 and the condensing optical system unit 3, a sealing structure using an O-ring OR is employed. Other sealing structures such as adhesive fixing using an adhesive (such as a photocurable adhesive) can also be employed. Since the condensing optical system unit 3 is not required to have such a high airtightness, the condensing lenses 41 and 42 are fixed to the holding bases 43c and 43d by adhesion using an adhesive (such as a photo-curable adhesive). Can be adopted.

光ファイバ５１は、光ファイバ５１の光入射側端部がフェルール５２に挿入固定され、フェルール５２がフェルール５２の外径に略等しい内径の略筒状の光ファイバパッケージ５３に挿入固定された光ファイバユニット４の形態で、集光光学系ユニット３に取り付けられるようになっている。 The optical fiber 51 is an optical fiber in which the light incident side end of the optical fiber 51 is inserted and fixed to a ferrule 52, and the ferrule 52 is inserted and fixed in a substantially cylindrical optical fiber package 53 having an inner diameter substantially equal to the outer diameter of the ferrule 52. The unit 4 is attached to the condensing optical system unit 3 in the form of a unit 4.

光ファイバパッケージ５３の光入射側端面は、フェルール５２の光入射側端面よりレーザユニット２側に突出しており、光ファイバパッケージ５３内において、光ファイバパッケージ５３の光入射側端面とフェルール５２の光入射側端面との間はテーパ状に拡径され、集光光学系ユニット３により集光された光Ｌが通る光通過孔５４が設けられている。光ファイバパッケージ５３の光入射側端面には、光通過孔５４を閉じる透光性窓５５が取り付けられている。透光性窓５５は光ファイバ５１の光入射面を保護する機能を有する。 The light incident side end face of the optical fiber package 53 protrudes to the laser unit 2 side from the light incident side end face of the ferrule 52, and the light incident side end face of the optical fiber package 53 and the light incidence of the ferrule 52 are within the optical fiber package 53. A light passage hole 54 through which the light L condensed by the condensing optical system unit 3 is provided is tapered from the side end surface. A light transmissive window 55 that closes the light passage hole 54 is attached to the light incident side end face of the optical fiber package 53. The translucent window 55 has a function of protecting the light incident surface of the optical fiber 51.

光ファイバ５１としては制限なく、コア径５０〜６０μｍのマルチモード光ファイバ等が好ましく用いられる。 The optical fiber 51 is not particularly limited, and a multimode optical fiber having a core diameter of 50 to 60 μm is preferably used.

集光光学系ユニット３に設けられた、光ファイバユニット４との連結用である連結部材４５は、集光レンズホルダ４３の光出射側開口端を閉じる円板状部４５ａと、円板状部４５ａを貫通する形態で円板状部４５ａと一体形成された円筒状部４５ｂとからなり、円筒状部４５ｂの内径が光ファイバパッケージ５３の外径に略等しく設定されている。 A connecting member 45 provided in the condensing optical system unit 3 for connecting to the optical fiber unit 4 includes a disc-like portion 45a that closes the light exit side opening end of the condensing lens holder 43, and a disc-like portion. The cylindrical portion 45 b is integrally formed with the disc-like portion 45 a so as to penetrate through 45 a, and the inner diameter of the cylindrical portion 45 b is set substantially equal to the outer diameter of the optical fiber package 53.

なお、集光光学系ユニット３と光ファイバユニット４との固定前においては、連結部材４５が集光レンズホルダ４３の光出射側端面上においてｘ方向及びｙ方向に移動自在とされ、光ファイバユニット４が連結部材４５の円筒状部４５ｂ内をｚ方向に摺動自在とされ、光ファイバ５１の光入射面におけるコア中心と光Ｌの集光点とが略一致する位置（例えば、光ファイバ５１の光入射面上の集光ビーム径：３０μｍ）に調整された後、集光レンズホルダ４３と連結部材４５との固定、及び連結部材４５の円筒状部４５ｂと光ファイバユニット４との固定（いずれも熔接固定や接着固定等）が実施される。 Before the condensing optical system unit 3 and the optical fiber unit 4 are fixed, the connecting member 45 is movable in the x direction and the y direction on the light emitting side end surface of the condensing lens holder 43, and the optical fiber unit. 4 is slidable in the z-direction within the cylindrical portion 45b of the connecting member 45, and the core center on the light incident surface of the optical fiber 51 and the condensing point of the light L substantially coincide with each other (for example, the optical fiber 51). The condensing lens holder 43 and the connecting member 45 are fixed, and the cylindrical portion 45b of the connecting member 45 and the optical fiber unit 4 are fixed ( In either case, welding fixing, adhesive fixing, etc.) are performed.

本実施形態の光学設計例を以下に示す。
コリメートレンズ１４：ＮＡ０．６、焦点距離３ｍｍ
集光レンズ４１：シリンドリカルレンズ、ＮＡ０．１６５、焦点距離４５．１２ｍｍ
集光レンズ４２：アナモルフィックレンズ、ＮＡ０．０９５、焦点距離１４．６８ｍｍ
コリメートレンズ１４の光出射面から光ファイバ５１の光入射面までの距離：６０ｍｍ
光ファイバ５１：ＮＡ０．２２、コア径５０〜６０μｍφ
光ファイバ５１の光入射面上の集光ビーム径：３０μｍ An optical design example of this embodiment is shown below.
Collimating lens 14: NA 0.6, focal length 3 mm
Condensing lens 41: Cylindrical lens, NA 0.165, focal length 45.12 mm
Condensing lens 42: Anamorphic lens, NA 0.095, focal length 14.68 mm
Distance from light emitting surface of collimating lens 14 to light incident surface of optical fiber 51: 60 mm
Optical fiber 51: NA 0.22, core diameter 50-60 μmφ
Condensed beam diameter on the light incident surface of the optical fiber 51: 30 μm

（パッケージ２０の寸法）
本実施形態では、レーザ素子１１を気密封止するパッケージ２０の寸法を特定したことが特徴的であることを述べた。以下、この特徴点について詳述する。 (Dimensions of package 20)
In this embodiment, it has been described that it is characteristic that the dimensions of the package 20 for hermetically sealing the laser element 11 are specified. Hereinafter, this feature point will be described in detail.

本実施形態では、パッケージ２０が、パッケージベース２１の板厚をＴ１（ｍｍ）とし、パッケージフレーム２２の高さをＴ２（ｍｍ）としたとき（図１参照）、Ｔ１+Ｔ２≧２２（好ましくはＴ１+Ｔ２≧２４）を充足するよう、設計されている。 In the present embodiment, when the package 20 has a thickness of the package base 21 as T1 (mm) and the height of the package frame 22 as T2 (mm) (see FIG. 1), T1 + T2 ≧ 22 (preferably It is designed to satisfy T1 + T2 ≧ 24).

本発明者は、Ｔ１+Ｔ２が上記式を充足するよう構成すれば、パッケージベース２１の底面２１ａにおける、パッケージベース２１とパッケージフレーム２２との熔接で発生する最大熔接歪みを、１．０μｍ以下に安定的に抑制できることを見出している。 If the present inventor is configured so that T1 + T2 satisfies the above formula, the maximum welding strain generated by the welding of the package base 21 and the package frame 22 at the bottom surface 21a of the package base 21 is 1.0 μm or less. It has been found that it can be stably suppressed.

従来、発振波長３５０〜５００ｎｍ等の高出力用レーザ素子用に使用されているパッケージとしては、Ｔ１＝３、Ｔ２＝１０のものが汎用品として市販されている。すなわち、従来使用されていた汎用パッケージでは、Ｔ１+Ｔ２＝１３＜２２である。汎用パッケージのｘ方向とｙ方向の寸法は、本実施形態と同様であり、図１（ｂ）に示す通りである。汎用パッケージのパッケージベースの材質はＣｕＷ合金、パッケージフレームの材質はＦｅＮｉＣｏ合金（商品名Ｋｏｖａｒ）である。 Conventionally, as a package used for a high-power laser element having an oscillation wavelength of 350 to 500 nm or the like, packages with T1 = 3 and T2 = 10 are commercially available as general-purpose products. That is, in the conventional general-purpose package, T1 + T2 = 13 <22. The dimensions of the general-purpose package in the x and y directions are the same as in this embodiment, as shown in FIG. 1 (b). The material of the package base of the general-purpose package is CuW alloy, and the material of the package frame is FeNiCo alloy (trade name Kovar).

上記汎用パッケージを用いて、パッケージベースとパッケージフレームとをシーム熔接した際のパッケージベースの熔接歪みを測定した実測例を図４に破線で示す（比較例）。図示横軸は、パッケージのｙ方向位置（ｙ方向の一端を基準（０ｍｍ）としたｙ方向位置）である。縦軸は、（株）ミツトヨ社製３次元非接触式表面粗さ計「QV404-PR06F」にて計測し、熔接前のデータを差し引いて得られたデータである。 An actual measurement example in which the welding distortion of the package base when the package base and the package frame are seam welded using the general-purpose package is shown by a broken line in FIG. 4 (comparative example). The horizontal axis in the figure represents the y-direction position of the package (y-direction position with one end in the y direction as a reference (0 mm)). The vertical axis is data obtained by measuring with a three-dimensional non-contact surface roughness meter “QV404-PR06F” manufactured by Mitutoyo Corporation and subtracting the data before welding.

図示するように、Ｔ１+Ｔ２＝１３＜２２の汎用パッケージを用いた場合、熔接により中央部が端部より外側に突出した湾曲歪みが生じることが示されている。最大熔接歪み（外側に最も突出した点と最も奥まった点との差）は５μｍ程度であり、パッケージベースの底面に最大で５μｍ／１０mm（＝５／１００００）程度の傾斜が生じることが示されている。この値は、「発明が解決しようとする課題」の項で説明したように、１個のレーザ素子を用いた従来のレーザモジュールでは特に問題とならないレベルであるが、本実施形態のように複数のレーザ素子１１を用いた合波レーザモジュールでは、拡大集光光学系を用いるため、光学精度の低下を招いてしまう。 As shown in the figure, it is shown that when a general-purpose package of T1 + T2 = 13 <22 is used, a bending distortion in which the central portion protrudes outward from the end portion is generated by welding. The maximum welding strain (difference between the most protruding point and the deepest point) is about 5 μm, and it is shown that a maximum inclination of about 5 μm / 10 mm (= 5/10000) occurs on the bottom of the package base. ing. As described in the section “Problems to be Solved by the Invention”, this value is at a level that does not cause a problem in the conventional laser module using one laser element. In the combined laser module using the laser element 11, since the expansion condensing optical system is used, the optical accuracy is lowered.

レーザ素子１１とコリメートレンズ１４とを共に同一のパッケージ２０内に収容し、光密度の大きい部分を気密封止する本実施形態では、熔接歪みが光学精度に与える影響が特に大きい。本実施形態の構成では、レーザ素子１１とコリメートレンズ１４との位置を高精度に調整して、レーザ素子１１とコリメートレンズ１４とをパッケージベース２１に取り付け、その後、パッケージベース２１とパッケージフレーム２２とを熔接固定する。そのため、先に高精度に調整したレーザ素子１１とコリメートレンズ１４との位置が熔接歪みによってずれてしまい、レーザ素子１１からの出射光の出射方向及びコリメートレンズ１４からのコリメート光の出射方向にずれが生じ、光学精度が低下してしまう。「出射方向がずれる」とは、出射位置及び／又は出射方向の方向ベクトルがずれることを意味する。 In this embodiment in which both the laser element 11 and the collimating lens 14 are accommodated in the same package 20 and a portion having a high light density is hermetically sealed, the influence of welding distortion on the optical accuracy is particularly large. In the configuration of the present embodiment, the positions of the laser element 11 and the collimating lens 14 are adjusted with high accuracy, and the laser element 11 and the collimating lens 14 are attached to the package base 21, and then the package base 21, the package frame 22, and the like. Is fixed by welding. For this reason, the positions of the laser element 11 and the collimating lens 14 adjusted with high accuracy are shifted due to the welding distortion, and shifted in the emission direction of the emitted light from the laser element 11 and the emission direction of the collimated light from the collimating lens 14. Will occur and the optical accuracy will be reduced. “Outgoing emission direction” means that the emission position and / or direction vector in the emission direction is shifted.

例えば、８個のレーザ素子１１を用い、３０μｍに絞った集光ビームをコア径６０μｍφのマルチモードの光ファイバ５１に結合する場合、コリメートレンズ１４の光出射面から光ファイバ５１の光入射面までの距離は約６０ｍｍに設計される。この場合、熔接によりパッケージベース２１の底面に５μｍ／１０mm（＝５／１００００）の傾斜歪みが発生すると、コリメートレンズ１４からのコリメート光の出射方向が熔接歪みと同レベル（５μｍ／１０mm）ずれ、コア径６０μｍφの光ファイバ５１に対して、光ファイバ５１の光入射面上におけるビーム集光点の中心位置がコア中心から３０μｍ程度ずれてしまう計算になる。 For example, when eight laser elements 11 are used and a condensed beam focused to 30 μm is coupled to a multimode optical fiber 51 having a core diameter of 60 μmφ, from the light emitting surface of the collimating lens 14 to the light incident surface of the optical fiber 51. The distance is designed to be about 60 mm. In this case, if an inclination distortion of 5 μm / 10 mm (= 5/10000) occurs on the bottom surface of the package base 21 by welding, the emission direction of the collimated light from the collimating lens 14 is shifted by the same level (5 μm / 10 mm) as the welding distortion, For the optical fiber 51 having a core diameter of 60 μmφ, the calculation is such that the center position of the beam condensing point on the light incident surface of the optical fiber 51 is shifted by about 30 μm from the core center.

上記系では、光ファイバ５１の光入射面上におけるビーム集光点のコア中心からの位置ずれは、コア径の１／１０以下（６μｍ以下）に抑えられることが好ましい。これは最大熔接歪みを１μｍ以下に抑えることに相当する。 In the above system, it is preferable that the positional deviation from the core center of the beam condensing point on the light incident surface of the optical fiber 51 is suppressed to 1/10 or less (6 μm or less) of the core diameter. This corresponds to suppressing the maximum welding strain to 1 μm or less.

光ファイバ５１の光入射面上におけるビーム集光点のコア中心からの位置ずれは、コア径の１／２０以下（３μｍ以下）に抑えられることが特に好ましい。これは最大熔接歪みを０．５μｍ以下に抑えることに相当する。 It is particularly preferable that the positional deviation from the core center of the beam condensing point on the light incident surface of the optical fiber 51 is suppressed to 1/20 or less (3 μm or less) of the core diameter. This corresponds to suppressing the maximum welding strain to 0.5 μm or less.

本発明は上記系に限定されるものではないが、本実施形態と同様のピッグテール型の合波レーザモジュールであれば、最大熔接歪みを１μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下に抑えれば、光ファイバ５１の光入射面上におけるビーム集光点のコア中心からの位置ずれを上記系と同様のレベルに抑えることができる。 The present invention is not limited to the above system, but if it is a pigtail type combined laser module similar to the present embodiment, if the maximum welding strain is suppressed to 1 μm or less, preferably 0.5 μm or less, The positional deviation from the core center of the beam condensing point on the light incident surface of the fiber 51 can be suppressed to the same level as in the above system.

なお、レーザ素子基板１３のパッケージベース２１への固定（半田固定等）に際しても、パッケージベース２１には全体的に熱がかかり、数〜１０数μｍの歪みが発生するが、レーザ素子１１とコリメートレンズ１４との位置合わせを行う際に上記歪みによる光軸ズレの補正を行った上で固定を行うので、特に問題とはならない。レーザ素子１１とコリメートレンズ１４との位置合わせ後に、パッケージベース２１に熔接歪みが発生することが問題なのである。 In addition, when the laser element substrate 13 is fixed to the package base 21 (solder fixing or the like), the package base 21 is entirely heated and a distortion of several to several tens of μm is generated. When the alignment with the lens 14 is performed, the optical axis deviation due to the distortion is corrected and then fixed, so that there is no particular problem. The problem is that welding distortion occurs in the package base 21 after the alignment of the laser element 11 and the collimating lens 14.

本発明者は、市販の熔接解析ソフト（株）計算力学センター製「Qwick Welder」を用い、Ｔ１とＴ２を変化させたときの最大熔接歪みを評価した。この結果を図５に示す。横軸がＴ２であり、Ｔ１＝３、６、１２と変えた時の最大熔接歪みをシミュレーション評価した。シミュレーション条件は、パッケージベース２１：ＣｕＷ合金（Ｃｕ２０質量％／Ｗ８０質量％、熱伝導率：２００Ｗ／ｍＫ）、パッケージフレーム２２：ＦｅＮｉＣｏ合金（熱伝導率：１６Ｗ／ｍＫ）とした。 This inventor evaluated the maximum welding distortion when T1 and T2 were changed using "Qwick Welder" made from a commercial welding analysis software Co., Ltd. calculation dynamics center. The result is shown in FIG. The horizontal axis is T2, and the maximum welding distortion when T1 = 3, 6, 12 was changed was evaluated by simulation. The simulation conditions were package base 21: CuW alloy (Cu 20 mass% / W 80 mass%, thermal conductivity: 200 W / mK), and package frame 22: FeNiCo alloy (thermal conductivity: 16 W / mK).

図５に示すように、Ｔ２と最大熔接歪みとの間には、最大熔接歪みを対数表示したときに略直線的な関係を示し、これらの間には指数関数的な関係があることが明らかとなった。本発明者は、図５に示す評価結果から、Ｔ１の値が大きくなる程、最大熔接歪みは抑制される傾向にあり、Ｔ２の値が大きくなる程、最大熔接歪みは抑制される傾向にあり、最大熔接歪みが１．０μｍとなる条件は概ねＴ１＋Ｔ２＝２２であることを見出した。Ｔ１＋Ｔ２＝２２の条件が、パッケージ２０全体が熔接に伴う熱塑性変化による局所的な応力の発生に耐え得る最小限の大きさと考えられる。本発明者は、Ｔ１+Ｔ２≧２２を充足することで、最大熔接歪みを安定的に１．０μｍ以下に抑えることができることを見出した。 As shown in FIG. 5, between T2 and the maximum welding strain, it shows a substantially linear relationship when the maximum welding strain is logarithmically displayed, and it is clear that there is an exponential relationship between these. It became. From the evaluation results shown in FIG. 5, the inventor tends to suppress the maximum welding strain as the value of T1 increases, and tends to suppress the maximum welding strain as the value of T2 increases. It has been found that the condition under which the maximum welding strain is 1.0 μm is approximately T1 + T2 = 22. The condition of T1 + T2 = 22 is considered to be the minimum size that the entire package 20 can withstand the generation of local stress due to the thermoplastic change accompanying welding. The present inventor has found that the maximum welding strain can be stably suppressed to 1.0 μm or less by satisfying T1 + T2 ≧ 22.

また、最大熔接歪みが０．５μｍとなる条件は概ねＴ１＋Ｔ２＝２４であることを見出した。そして、Ｔ１+Ｔ２≧２４を充足することで、最大熔接歪みを安定的に０．５μｍ以下に抑えることができることを見出した。 Further, the inventors have found that the condition under which the maximum welding strain is 0.5 μm is approximately T1 + T2 = 24. And it discovered that the maximum welding distortion could be stably suppressed to 0.5 μm or less by satisfying T1 + T2 ≧ 24.

実際に、Ｔ１＝６、Ｔ２＝１６（Ｔ１+Ｔ２＝２２）として、それ以外の条件は上記比較例と同様にして、熔接歪みを実測した結果を図４に実線で示す（実施例）。Ｔ１+Ｔ２＝２２とすることで、最大熔接歪みが１．０μｍ以下に抑えられることが実測で確認された。 Actually, T1 = 6, T2 = 16 (T1 + T2 = 22), and the other conditions are the same as in the comparative example, and the result of actually measuring the welding strain is shown by a solid line in FIG. 4 (Example). It was confirmed by actual measurement that the maximum welding strain can be suppressed to 1.0 μm or less by setting T1 + T2 = 22.

本実施形態では、レーザ素子１１を、放熱ブロック１２及びレーザ素子基板１３を介してパッケージベース２１に固定し、コリメータレンズ１４を、レンズ保持ブロック１５及びレーザ素子基板１３を介してパッケージベース２１に固定する構成としている。かかる態様は、レーザ素子基板１３の板厚Ｔ３分、パッケージベース２１が補強されて熔接歪みが抑制されるので、特に好ましい。Ｔ３は例えば６ｍｍである。なお、Ｔ１＋Ｔ２≧２２の条件では、必然的にＴ１＋Ｔ２＋Ｔ３≧２２をも充足することとなる。 In this embodiment, the laser element 11 is fixed to the package base 21 via the heat dissipation block 12 and the laser element substrate 13, and the collimator lens 14 is fixed to the package base 21 via the lens holding block 15 and the laser element substrate 13. It is configured to do. This embodiment is particularly preferable because the package base 21 is reinforced by the plate thickness T3 of the laser element substrate 13 and welding distortion is suppressed. T3 is, for example, 6 mm. In addition, under the condition of T1 + T2 ≧ 22, T1 + T2 + T3 ≧ 22 is necessarily satisfied.

本実施形態のレーザモジュール１は、以上のように構成されている。 The laser module 1 of the present embodiment is configured as described above.

本実施形態のレーザモジュール１は、パッケージベース２１の板厚をＴ１（ｍｍ）とし、パッケージフレーム２２の高さをＴ２（ｍｍ）としたとき、Ｔ１+Ｔ２≧２２を充足することを特徴とするものである。先に詳述したように、本発明者は、かかる構成とすることで、パッケージベース２１の底面２１ａにおける、パッケージベース２１とパッケージフレーム２２との熔接で発生する最大熔接歪みを、１．０μｍ以下に安定的に抑制できることを見出している。 The laser module 1 of the present embodiment satisfies T1 + T2 ≧ 22 when the thickness of the package base 21 is T1 (mm) and the height of the package frame 22 is T2 (mm). Is. As described in detail above, the present inventor has the above configuration, and the maximum welding strain generated by the welding of the package base 21 and the package frame 22 on the bottom surface 21a of the package base 21 is 1.0 μm or less. Have been found to be stable.

本実施形態によれば、パッケージベース２１とパッケージフレーム２２との熔接歪みを安定的に抑制することができるので、気密封止前のレーザ素子１１からの出射光の出射方向が気密封止後にも高精度に維持され、モジュールを構成する光学系の位置精度が良好で、出力輝度等の光学特性が良好なレーザモジュール１を安定的に提供することができる。 According to this embodiment, since the welding distortion between the package base 21 and the package frame 22 can be stably suppressed, the emission direction of the emitted light from the laser element 11 before the hermetic sealing is maintained even after the hermetic sealing. It is possible to stably provide the laser module 1 that is maintained with high accuracy, the positional accuracy of the optical system constituting the module is good, and the optical characteristics such as output luminance are good.

本実施形態では、レーザ素子１１とコリメータレンズ１４とを同一パッケージ２０内に気密封止する構成を採用しているので、光密度の大きい部分が気密封止され、高出力半導体レーザを用いる場合も光学部品の汚染が抑制され、好ましい。本実施形態では、パッケージベース２１とパッケージフレーム２２との熔接歪みを安定的に抑制することができるので、レーザ素子１１とコリメータレンズ１４とを高精度に位置合わせをし、その精度を維持したまま、気密封止を行うことができ、モジュールを構成する光学系の位置精度が良好で、出力輝度等の光学特性が良好で、光学部品の汚染が抑制され、長期信頼性にも優れたレーザモジュール１を安定的に提供することができる。 In the present embodiment, since the configuration in which the laser element 11 and the collimator lens 14 are hermetically sealed in the same package 20 is adopted, a portion with a high light density is hermetically sealed, and a high-power semiconductor laser may be used. Contamination of the optical component is suppressed, which is preferable. In this embodiment, since the welding distortion between the package base 21 and the package frame 22 can be stably suppressed, the laser element 11 and the collimator lens 14 are aligned with high accuracy and the accuracy is maintained. A laser module that can be hermetically sealed, has a good positional accuracy of the optical system that constitutes the module, has good optical characteristics such as output luminance, prevents contamination of optical components, and has excellent long-term reliability. 1 can be provided stably.

（設計変更）
本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能である。 (Design changes)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified within a range not departing from the gist of the present invention.

上記実施形態ではピッグテール型のレーザモジュールについて説明したが、本発明は、板状のパッケージベースと、パッケージベースに熔接固定された筒状のパッケージフレームと、パッケージフレームに固定され、透光性窓が取り付けられたパッケージリッドとからなるパッケージの内部に、複数のレーザ素子が、透光性窓に向けて光を出射するようパッケージベースに固定されて気密封止されたレーザパッケージを備えたレーザモジュールであれば、いかなる構造のレーザモジュールにも適用可能である。 In the above embodiment, the pigtail type laser module has been described. However, the present invention relates to a plate-shaped package base, a cylindrical package frame welded to the package base, and a light-transmitting window fixed to the package frame. A laser module including a laser package in which a plurality of laser elements are fixed to a package base and hermetically sealed so that light is emitted toward a light-transmitting window inside a package including an attached package lid. The present invention can be applied to any structure of the laser module.

本発明のレーザモジュールは、光通信、レーザ加工機、固体レーザ励起用光源等の用途に好ましく利用できる。 The laser module of the present invention can be preferably used for applications such as optical communication, a laser processing machine, a light source for exciting a solid laser.

（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る実施形態のレーザモジュールをなすレーザパッケージのパッケージベースとパッケージフレームとを取り出して示す斜視図及び上面図(A), (b) is the perspective view and top view which take out and show the package base and package frame of the laser package which comprise the laser module of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施形態のレーザモジュール全体のモジュール中心軸を通るｘ方向断面図Cross-sectional view in the x direction passing through the module central axis of the entire laser module according to the embodiment of the present invention 本発明に係る実施形態のレーザモジュール全体のモジュール中心軸を通るｙ方向断面図Sectional view in y direction passing through the module central axis of the entire laser module according to the embodiment of the present invention 実施例と比較例の熔接歪みの実測結果を示すグラフThe graph which shows the measurement result of the welding distortion of an Example and a comparative example 最大熔接歪みのシミュレーション結果を示すグラフGraph showing simulation results of maximum welding strain

符号の説明Explanation of symbols

１レーザモジュール
１０レーザパッケージ
１１レーザ素子
１４コリメートレンズ
２０パッケージ
２１パッケージベース
２１ａパッケージベースの底面
２２パッケージフレーム
２３パッケージリッド
２３ａ透光性窓
４１、４２集光レンズ（集光光学系）
５１光ファイバ
Ｌ光
Ｔ１パッケージベースの板厚
Ｔ２パッケージフレームの高さ

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser module 10 Laser package 11 Laser element 14 Collimating lens 20 Package 21 Package base 21a Bottom surface of package base 22 Package frame 23 Package lid 23a Translucent window 41, 42 Condensing lens (condensing optical system)
51 Optical fiber L Light T1 Package base plate thickness T2 Package frame height

Claims

板状のパッケージベースと、該パッケージベースに熔接固定された筒状のパッケージフレームと、該パッケージフレームに固定され、透光性窓が取り付けられたパッケージリッドとからなるパッケージの内部に、複数のレーザ素子が、前記透光性窓に向けて光を出射するよう前記パッケージベースに固定されて気密封止されたレーザパッケージを備えたレーザモジュールにおいて、
前記パッケージベースの板厚をＴ１（ｍｍ）とし、前記パッケージフレームの高さをＴ２（ｍｍ）としたとき、Ｔ１+Ｔ２≧２２を充足することを特徴とするレーザモジュール。 A plurality of lasers are provided inside a package including a plate-shaped package base, a cylindrical package frame welded and fixed to the package base, and a package lid fixed to the package frame and attached with a light-transmitting window. In a laser module comprising a laser package in which an element is hermetically sealed to be fixed to the package base so as to emit light toward the translucent window,
A laser module characterized by satisfying T1 + T2 ≧ 22 when the thickness of the package base is T1 (mm) and the height of the package frame is T2 (mm).

板状のパッケージベースと、該パッケージベースに熔接固定された筒状のパッケージフレームと、該パッケージフレームに固定され、透光性窓が取り付けられたパッケージリッドとからなるパッケージの内部に、複数のレーザ素子が、前記透光性窓に向けて光を出射するよう前記パッケージベースに固定されて気密封止されたレーザパッケージを備えたレーザモジュールにおいて、
前記パッケージベースの底面における、前記パッケージベースと前記パッケージフレームとの熔接で発生した最大熔接歪みが、１．０μｍ以下であることを特徴とするレーザモジュール。 A plurality of lasers are provided inside a package including a plate-shaped package base, a cylindrical package frame welded and fixed to the package base, and a package lid fixed to the package frame and attached with a light-transmitting window. In a laser module comprising a laser package in which an element is hermetically sealed to be fixed to the package base so as to emit light toward the translucent window,
2. A laser module according to claim 1, wherein a maximum welding strain generated by welding the package base and the package frame on the bottom surface of the package base is 1.0 [mu] m or less.

前記レーザパッケージは、前記パッケージの内部に、前記複数のレーザ素子と、該複数のレーザ素子からの出射光を平行光束化する複数のコリメートレンズとが気密封止されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザモジュール。 The laser package is characterized in that the plurality of laser elements and a plurality of collimating lenses for collimating emitted light from the plurality of laser elements are hermetically sealed inside the package. The laser module according to claim 1 or 2.

前記レーザパッケージからの出射光を集光する集光光学系と、該集光光学系により集光された光が入射する光ファイバとをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザモジュール。 4. The optical system according to claim 1, further comprising a condensing optical system that condenses the light emitted from the laser package, and an optical fiber on which the light condensed by the condensing optical system is incident. The laser module according to the above.

前記パッケージベースの主成分がＣｕＷ合金であり、前記パッケージフレームの主成分がＦｅＮｉＣｏ合金及び／又はＦｅＮｉ合金であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレーザモジュール。 The laser module according to claim 1, wherein a main component of the package base is a CuW alloy, and a main component of the package frame is an FeNiCo alloy and / or an FeNi alloy.

前記レーザ素子の発振波長が３５０〜５００ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレーザモジュール。 6. The laser module according to claim 1, wherein an oscillation wavelength of the laser element is in a range of 350 to 500 nm.