JP2009065083A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】素子搭載ブロックとペルチェ素子との間の熱伝達特性が高く、レーザダイオードを安定的に動作させることができる光モジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】光モジュール３０１は、素子搭載ブロック１２の傾斜部１２ｂの傾斜面１２ａは、傾斜部１２ｂの傾斜面１２ａと底面１２ｄとの間の厚みが搭載部１２ｃから離れるほど薄くなるように傾斜しており、且つレーザダイオード１１からの光の入射角θが０°＜θ＜４５°となるように傾斜している。また、素子搭載ブロック１２の傾斜部１２ｂの傾斜面１２ａは、傾斜部１２ｂの傾斜面１２ａと底面１２ｄとの間の厚みが搭載部１２ｃから離れるほど薄くなるように傾斜しており、且つ前記レーザダイオードからの光の入射角θ、前記搭載部に最も近い前記傾斜部の厚みＤ０としたとき、傾斜方向の長さＬがＬ＞Ｄ０／ｃｏｓθであってもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザダイオード及び受光素子を備え、レーザダイオードの光出力をモニタする光モジュールに関する。

従来の光モジュールは、ペルチェ素子と、ペルチェ素子上に設置された素子搭載ブロックと、素子搭載ブロック上に設置されたレーザダイオードと、ペルチェ素子から離間して配置された受光素子とを備えている。素子搭載ブロックは、レーザダイオードからレーザ光を受光して、そのレーザ光の方向を受光素子に向けて変更する。受光素子は、素子搭載ブロックからレーザ光を受光して検知する（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００４−３６３２４２号公報 特開２００６−３５１６０８号公報

レーザダイオードからのレーザ光は、素子搭載ブロックの傾斜面に入射する。傾斜面は、レーザ光を反射して、その進行方向を９０°変更するため、レーザ光の光軸に対して４５°の角度で傾斜している。そのため、ペルチェ素子の上面と素子搭載ブロックとの設置面積が縮小され、素子搭載ブロックとペルチェ素子との間の熱伝達特性が低下し、レーザダイオードの動作が不安定になるという課題があった。

そこで、本発明は、素子搭載ブロックとペルチェ素子との間の熱伝達特性が高く、レーザダイオードを安定的に動作させることができる光モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る光モジュールは、素子搭載ブロックの傾斜面を低角度にしたことを特徴とする。

具体的には、本発明に係る光モジュールは、両端から光を出射する端面発光型のレーザダイオードと、傾斜面を含む傾斜部及び前記傾斜部に隣接し、出射する光の一方が前記傾斜部の前記傾斜面を照射するように前記レーザダイオードを搭載する搭載部を有する素子搭載ブロックと、前記素子搭載ブロックの前記傾斜部の前記傾斜面と反対側の底面に接触し、前記素子搭載ブロック全体を温度調節するペルチェ素子と、前記素子搭載ブロックの前記傾斜部の前記傾斜面で反射した前記レーザダイオードの光を受光する受光素子と、を備える光モジュールであって、前記素子搭載ブロックの前記傾斜部の前記傾斜面は、前記傾斜部の前記傾斜面と前記底面との間の厚みが前記搭載部から離れるほど薄くなるように傾斜しており、且つ前記レーザダイオードからの光の入射角θが０°＜θ＜４５°となるように傾斜していることを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュールは、両端から光を出射する端面発光型のレーザダイオードと、傾斜面を含む傾斜部及び前記傾斜部に隣接し、出射する光の一方が前記傾斜部の前記傾斜面を照射するように前記レーザダイオードを搭載する搭載部を有する素子搭載ブロックと、前記素子搭載ブロックの前記傾斜部の前記傾斜面と反対側の底面に接触し、前記素子搭載ブロック全体を温度調節するペルチェ素子と、前記素子搭載ブロックの前記傾斜部の前記傾斜面で反射した前記レーザダイオードの光を受光する受光素子と、を備える光モジュールであって、前記素子搭載ブロックの前記傾斜部の前記傾斜面は、前記傾斜部の前記傾斜面と前記底面との間の厚みが前記搭載部から離れるほど薄くなるように傾斜しており、且つ前記レーザダイオードからの光の入射角θ、前記搭載部に最も近い前記傾斜部の厚みＤ０としたとき、傾斜方向の長さＬがＬ＞Ｄ０／ｃｏｓθであることを特徴とする。

素子搭載ブロックの傾斜面を低角度とすることで、ペルチェ素子と素子搭載ブロックの底面が大きくなり、熱伝達特性が向上する。従って、本発明は、レーザダイオードを安定的に動作させることができる光モジュールを提供することができる。

本発明は、素子搭載ブロックとペルチェ素子との間の熱伝達特性が高く、レーザダイオードを安定的に動作させることができる光モジュールを提供することができる。

以下、具体的に実施形態を示して本願発明を詳細に説明するが、本願の発明は以下の記載に限定して解釈されない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

図１、図２及び図４に、本実施形態の光モジュール３０１の概略構成図を示す。図１は光モジュール３０１の斜視図であり、図２は光モジュール３０１の側面図であり、図４は光モジュール３０１の上面図である。光モジュール３０１は、両端から光を出射する端面発光型のレーザダイオード１１と、傾斜面１２ａを含む傾斜部１２ｂ及び傾斜部１２ｂに隣接し、出射する光の一方が傾斜部１２ｂの傾斜面１２ａを照射するようにレーザダイオード１１を搭載する搭載部１２ｃを有する素子搭載ブロック１２と、素子搭載ブロック１２の傾斜部１２ｂの傾斜面１２ａと反対側の底面１２ｄに接触し、素子搭載ブロック１２全体を温度調節するペルチェ素子１３と、素子搭載ブロック１２の傾斜部１２ｂの傾斜面１２ａで反射したレーザダイオード１１の光を受光する受光素子１４と、を備える。

さらに、光モジュール３０１は、台座となるステム１５、ステム１５を貫通し、導電性のあるリードピン１６ａ〜１６ｈと、ステム１５のペルチェ素子１３を搭載した側を覆い、レーザダイオード１１から出射する光の他方を外部へ透過させる孔を有するキャップ１７と、を備える。図１では、キャップ１７を省略して記載し、リードピン１６ｈは見えない位置にあるため記載していない。図２において、キャップ１７はリードピンの長手方向と平行な平面での断面を記載し、リードピン１６ａ〜１６ｃ及び１６ｈは見えない位置にあるため記載していない。図４において、キャップ１７はリードピンの長手方向と垂直な平面での断面を記載している。

レーザダイオード１１は両端に光を出射する光出射面１１ａ及び光出射面１１ｂを有する端面発光型の半導体レーザである。

素子搭載ブロック１２は、傾斜部１２ｂ及び搭載部１２ｃで構成される。傾斜部１２ｂは、傾斜面１２ａ及び傾斜面１２ａと反対側に底面１２ｄを有する。底面１２ｄに溝を形成し、熱伝導性のよいハンダ材１２ｅ（ＡｕＳｎ又はＳｎＡｇＣｕ）を充填してもよい。搭載部１２ｃは、光出射面１１ｂが傾斜部１２ｂの方向を向くようにレーザダイオード１１を搭載する。また、素子搭載ブロック１２の温度を測定するためのサーミスタ３１及び中継パタン３２も搭載する。

ペルチェ素子１３は、温度調節面１３ａを有している。ペルチェ素子１３の温度調節面１３ａ上に底面１２ｄが接触するように素子搭載ブロック１２が配置される。ペルチェ素子１３は素子搭載ブロック１２全体の温度を制御することができる。ペルチェ素子１３は、サーミスタ３１の測定する温度を一定にするように素子搭載ブロック１２全体の温度を制御することで、レーザダイオード１１の温度を一定に保つことができる。

ここで、図３に素子搭載ブロック１２の側面図を示す。素子搭載ブロック１２の傾斜部１２ｂの傾斜面１２ａは、傾斜部１２ｂの傾斜面１２ａと底面１２ｄとの間の厚みが搭載部１２ｃから離れるほど薄くなるように傾斜しており、且つレーザダイオード１１からの光Ｌｍの入射角θが０°＜θ＜４５°となるように傾斜している。

また、素子搭載ブロック１２の傾斜部１２ｂの傾斜面１２ａは、傾斜部１２ｂの傾斜面１２ａと底面１２ｄとの間の厚みが搭載部１２ｃから離れるほど薄くなるように傾斜しており、且つレーザダイオード１１からの光Ｌｍの入射角θ、搭載部１２ｃに最も近い傾斜部１２ｂの厚みＤ０としたとき、傾斜方向の長さＬがＬ＞Ｄ０／ｃｏｓθであってもよい。

傾斜面１２ａの底面１２ｄからの傾きを上記のように低角度にすることで、底面１２ｄの面積を拡大することができる。底面１２ｄの面積を拡大することで熱伝導特性が向上し、ペルチェ素子１３による温度制御の精度が向上する。従って、光モジュール３０１は、レーザダイオード１１を安定的に動作させることができる。

引用文献１のように、傾斜面の傾斜角度が大きい場合、受光素子の表面で反射したレーザダイオード１１の光出射面１１ｂからの光は、同じ光路を辿ってレーザダイオード１１の光出射面１１ｂに入射する場合がある。このような戻り光はレーザダイオードの動作を不安定にすることになる。

図２には、レーザダイオード１１の光出射面１１ｂからの光Ｌｍ及び受光素子１４の表面で反射した反射光Ｌｒを示している。光モジュール３０１は、傾斜面１２ａの底面１２ｄからの傾きを上記のように低角度にすることで、反射光Ｌｒは光Ｌｍの光軸を戻ることなく他の方向を照射することになる。レーザダイオード１１に反射光Ｌｒが入射しないため、光モジュール３０１は、レーザダイオード１１を安定的に動作させることができる。

図４のように受光素子１４の受光面がレーザダイオード１１から所定の角度傾くように受光素子１４を配置してもよい。反射光Ｌｒはキャップ１７の内面を照射することになり、キャップ１７の内面に設けられた反射防止膜に吸収される。レーザダイオード１１に反射光Ｌｒが入射しないため、光モジュール３０１は、レーザダイオード１１を安定的に動作させることができる。

光モジュールは、リードピン及びワイヤを利用してサーミスタに光モジュールの外部から電気信号を送信し、サーミスタからの電気信号を光モジュールの外部で受信し、光モジュールの外部からサーミスタへ電力供給を行っている。しかし、引用文献１のように、リードピンからのワイヤを直接サーミスタに接続すれば、リードピン及びワイヤを通じて外部の温度がサーミスタに伝わり、温度測定誤差が発生する場合がある。

光モジュール３０１は、リードピン１６ｅからのワイヤ３５ｂを中継パタン３２に接続し、中継パタン３２からワイヤ３５ｃでサーミスタ３１に接続している。中継パタン３２は、素子搭載ブロック１２で温度調節されているため、光モジュール３０１の外部からの温度は中継パタン３２で遮断される。従って、サーミスタ３１は正確に素子搭載ブロック１２の温度を測定することができ、ペルチェ素子１３による温度制御の精度が向上する。従って、光モジュール３０１は、レーザダイオード１１を安定的に動作させることができる。なお、図２及び図４ではワイヤ３５ａ〜３５ｄの記載を省略している。

引用文献１のように、キャップの孔にレンズを設けると、外部の温度変動で作動距離（Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｄｉｓｔａｎｃｅ：ＷＤ）が変化し、レンズから出射される光の形状が不安定になり、温度トラッキングエラーが大きくなることがあった。その理由を図５に示す。レーザダイオード１１からの光Ｌｏはレンズ２８に入射する。外部温度の変動に対して、光モジュール内に実装されているペルチェ素子１３が素子搭載ブロック１２の温度制御をする。図５（ａ）のように外部温度が０℃の場合、キャップ１７がＶｅ１方向へ収縮するのでレンズ２８はレーザダイオード１１の方向へ近づく。一方、ペルチェ素子１３は温度を高く保とうとして高温になり、Ｖｅ２方向へ膨張する。そのため、レーザダイオード１１はレンズ２８へ近づくため、全体として作動距離ＷＤは図５（ｂ）の外部温度が２５℃の場合より短くなる。また、図５（ｃ）のように外部温度が７５℃の場合、キャップ１７がＶｅ１方向へ膨張するのでレンズ２８はレーザダイオード１１から離れる。一方、ペルチェ素子１３は温度を低く保とうとして低温となり、Ｖｅ２方向へ収縮する。そのため、レーザダイオード１１はレンズ２８から離れるため、全体として作動距離ＷＤは図５（ｂ）の外部温度が２５℃の場合より長くなる。

図２に示すように、光モジュール３０１は、キャップ１７の孔にフラットウインド２５を配置している。フラットウインド２５は、例えば、ガラス板である。特許文献２に開示されるように、光モジュール３０１は、レーザダイオード１１からの光Ｌｏの径を調整するためにキャップ１７内又はキャップ１７の外側にレンズを別途設けることとしている。従って、光モジュール３０１は外部温度に伴う作動距離ＷＤの変動を抑えることができ、温度トラッキングエラーを小さくすることができる。

本発明の光モジュールの構造は、光を放射する光モジュールに限らず、受光する光モジュールや一芯双方向光通信用の光モジュールの構造として適用できる。

本発明に係る光モジュールの構成の概略を示す斜視図である。 本発明に係る光モジュールの構成の概略を示す側面図である。 本発明に係る光モジュールが備える素子搭載ブロックを説明する図である。 本発明に係る光モジュールの構成の概略を示す上面図である。 温度変動に伴う作動距離の変動を説明する図である。（ａ）は、外部温度が０℃の場合である。（ｂ）は、外部温度が２５℃の場合である。（ｃ）は、外部温度が７５℃の場合である。

符号の説明

３０１：光モジュール
１１：レーザダイオード
１１ａ、１１ｂ：光出射面
１２：素子搭載ブロック
１２ａ：傾斜面
１２ｂ：傾斜部
１２ｃ：搭載部
１２ｄ：底面
１２ｅ：ハンダ材
１３：ペルチェ素子
１３ａ：温度調節面
１４：受光素子
１５：ステム
１６ａ〜１６ｈ：リードピン
１７：キャップ
２５：フラットウインド
２８：レンズ
３１：サーミスタ
３２：中継パタン
３５ａ〜３５ｄ：ワイヤ
Ｌｏ：光
Ｌｍ：光
Ｌｒ：反射光
ＷＤ：作動距離
Ｖｅ１：キャップの伸縮方向
Ｖｅ２：レーザダイオードの伸縮方向

Claims (2)

1. 両端から光を出射する端面発光型のレーザダイオードと、
   傾斜面を含む傾斜部及び前記傾斜部に隣接し、出射する光の一方が前記傾斜部の前記傾斜面を照射するように前記レーザダイオードを搭載する搭載部を有する素子搭載ブロックと、
   前記素子搭載ブロックの前記傾斜部の前記傾斜面と反対側の底面に接触し、前記素子搭載ブロック全体を温度調節するペルチェ素子と、
   前記素子搭載ブロックの前記傾斜部の前記傾斜面で反射した前記レーザダイオードの光を受光する受光素子と、
   を備える光モジュールであって、
   前記素子搭載ブロックの前記傾斜部の前記傾斜面は、前記傾斜部の前記傾斜面と前記底面との間の厚みが前記搭載部から離れるほど薄くなるように傾斜しており、且つ前記レーザダイオードからの光の入射角θが０°＜θ＜４５°となるように傾斜していることを特徴とする光モジュール。
2. 両端から光を出射する端面発光型のレーザダイオードと、
   傾斜面を含む傾斜部及び前記傾斜部に隣接し、出射する光の一方が前記傾斜部の前記傾斜面を照射するように前記レーザダイオードを搭載する搭載部を有する素子搭載ブロックと、
   前記素子搭載ブロックの前記傾斜部の前記傾斜面と反対側の底面に接触し、前記素子搭載ブロック全体を温度調節するペルチェ素子と、
   前記素子搭載ブロックの前記傾斜部の前記傾斜面で反射した前記レーザダイオードの光を受光する受光素子と、
   を備える光モジュールであって、
   前記素子搭載ブロックの前記傾斜部の前記傾斜面は、前記傾斜部の前記傾斜面と前記底面との間の厚みが前記搭載部から離れるほど薄くなるように傾斜しており、且つ前記レーザダイオードからの光の入射角θ、前記搭載部に最も近い前記傾斜部の厚みＤ０としたとき、傾斜方向の長さＬがＬ＞Ｄ０／ｃｏｓθであることを特徴とする光モジュール。

Images