JP2015213109A - Laser light source module - Google Patents

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大輔 森田
Daisuke Morita
大輔 森田
一貴 池田
Kazutaka Ikeda
一貴 池田
基亮 玉谷
Motoaki Tamaya
基亮 玉谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser light source module capable of suppressing spread of a light beam by a proximity arrangement of laser elements while securing heat release of the laser elements.SOLUTION: The laser light source module includes: a stem 2; and two laser assemblies 1 installed at the stem 2. Each laser assembly 1 includes a multi-emitter LD bar for emitting laser light along an optical axis, and a holding block having a mounting surface, parallel to the optical axis, on which the multi-emitter LD bar is mounted. Each laser assembly 1 is positioned so that an optical axis of each laser assembly 1 is mutually in parallel and a mounting surface of each laser assembly 1 mutually faces in parallel with each other.

Description

本発明は、ＬＤ（レーザダイオード）などのレーザ素子を複数搭載したレーザ光源モジュールに関する。   The present invention relates to a laser light source module on which a plurality of laser elements such as LDs (laser diodes) are mounted.

デジタルシネマ、プロジェクターなどの光機器は、低コスト化及び省電力性が求められる。こうした光機器の内部には、所要の光出力を得るために、光源モジュールとして複数のレーザ素子が設置される。光機器内においてモジュールからの光を結合する光ファイバ等の光学結合部材を使用することは、コストを決定する要因の１つとなる。従って、モジュール単体での光出力を高め、光機器内のレーザ素子の数を減らすことによって、光学結合部材にかかる費用を削減でき、その結果、光機器の発振出力当りのコストを低減することが可能である。そこで、単体での発振出力が高い高出力タイプの光源モジュールが要望されている。   Optical devices such as digital cinemas and projectors are required to be low in cost and power-saving. Inside such an optical device, a plurality of laser elements are installed as a light source module in order to obtain a required light output. The use of an optical coupling member such as an optical fiber for coupling light from the module in the optical device is one of the factors that determine the cost. Therefore, by increasing the optical output of the module alone and reducing the number of laser elements in the optical device, the cost for the optical coupling member can be reduced, and as a result, the cost per oscillation output of the optical device can be reduced. Is possible. Therefore, there is a demand for a high-output type light source module having a high oscillation output alone.

従来、例えば、特許文献１，２では、ＬＤ素子を同一平面上の一軸方向に複数個並べ、２種類のレンズでファイバに結合することで高光出力を得られる構造が開示されている。しかし、発光点が一軸方向（エミッタ列と平行な方向）に広がるため、合成した光ビームの広がり角（エタンデュ）が前記方向に大きくなり、所定のＬＤ素子数を超えると、ファイバ結合時の光結合損失が増大してしまい、発光効率が低下してしまう問題がある。   Conventionally, for example, Patent Documents 1 and 2 disclose a structure in which a plurality of LD elements are arranged in one axial direction on the same plane and coupled to a fiber with two types of lenses to obtain a high light output. However, since the emission point spreads in a uniaxial direction (a direction parallel to the emitter array), the spread angle (etendue) of the combined light beam increases in the above direction, and if the number of LD elements exceeds a predetermined number, There is a problem in that the coupling loss increases and the light emission efficiency decreases.

また、特許文献３，４では、モジュール内に、複数のＬＤ素子を共通の保持部材の各側面に搭載することでに、光出力を向上させるパッケージ構造が開示されている。しかし、特許文献３，４の構造では、１つの保持部材で複数のＬＤチップを保持しているため、ＬＤチップ間の距離を縮めることができず、光ビームの広がり角（エタンデュEtendue）が一軸方向（ＬＤチップ間方向）に大きくなり、ファイバ結合時の光結合損失が増大してしまい、発光効率が低下してしまう問題が残る。   Patent Documents 3 and 4 disclose a package structure that improves light output by mounting a plurality of LD elements on each side of a common holding member in a module. However, in the structures of Patent Documents 3 and 4, since a plurality of LD chips are held by one holding member, the distance between the LD chips cannot be reduced, and the light beam spread angle (Etendue Etendue) is uniaxial. This increases in the direction (direction between the LD chips), increases the optical coupling loss at the time of fiber coupling, and causes a problem that the light emission efficiency decreases.

特許文献５では、階段状の保持部材を用いて、モジュール内に複数のＬＤチップを搭載するパッケージ構造が開示されている。しかし、階段状の保持部材により、パッケージ全体の小型化が困難である。   Patent Document 5 discloses a package structure in which a plurality of LD chips are mounted in a module using a stepped holding member. However, it is difficult to reduce the size of the entire package due to the stepped holding member.

特開２００３−１５８３３２号JP 2003-158332 A 特開２００２−２０２４４２号JP 2002-202442 A 特開平６−２２２２９６号JP-A-6-222296 特開２００４−０７７７７９号Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-077779 特開２００７−１４２４３９号JP2007-142439

本発明の目的は、レーザ素子の放熱を確保しつつ、レーザ素子の近接配置により光ビームの広がりを抑制できるレーザ光源モジュールを提供することである。   An object of the present invention is to provide a laser light source module that can suppress the spread of a light beam by arranging the laser elements in close proximity while ensuring heat dissipation of the laser elements.

上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ光源モジュールは、基板と、
該基板に設置された第１および第２レーザアセンブリとを備え、
各レーザアセンブリは、光軸に沿ってレーザ光を放射するレーザ素子と、
該光軸に対して平行な搭載面を有し、該搭載面に前記レーザ素子が搭載される保持部材とを備え、
第１レーザアセンブリの光軸および第２レーザアセンブリの光軸が互いに平行となるように、かつ、第１レーザアセンブリの搭載面および第２レーザアセンブリの搭載面が互いに平行に向かい合うように、第１および第２レーザアセンブリが位置決めされることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a laser light source module according to the present invention includes a substrate,
First and second laser assemblies installed on the substrate;
Each laser assembly includes a laser element that emits laser light along an optical axis;
A mounting surface parallel to the optical axis, and a holding member on which the laser element is mounted on the mounting surface;
The first laser assembly and the optical axis of the second laser assembly are parallel to each other, and the mounting surface of the first laser assembly and the mounting surface of the second laser assembly face each other in parallel. And a second laser assembly is positioned.

本発明によれば、第１レーザアセンブリの搭載面および第２レーザアセンブリの搭載面が互いに平行に向かい合うことによって、レーザ素子の近接配置が可能になる。そのため、各レーザ素子から放射されるレーザ光を合成した光ビームの広がり角（エタンデュ）を小さく維持することができる。その結果、出力された光ビームを光ファイバと結合させた場合、光結合損失を低減できる。   According to the present invention, the mounting surface of the first laser assembly and the mounting surface of the second laser assembly face each other in parallel, so that the laser elements can be arranged close to each other. Therefore, the spread angle (etendue) of the light beam synthesized from the laser beams emitted from the laser elements can be kept small. As a result, when the output light beam is combined with an optical fiber, the optical coupling loss can be reduced.

また、１つのレーザ素子につき１つの保持部材を設置しているため、保持部材と基板との接合面積を大きく確保でき、レーザ素子から基板まで良好な熱伝達を実現できる。そのため、レーザ素子の放熱効率が高くなり、レーザ素子の発熱による発光効率の低下を抑制できる。   Further, since one holding member is provided for each laser element, a large bonding area between the holding member and the substrate can be secured, and good heat transfer from the laser element to the substrate can be realized. Therefore, the heat dissipation efficiency of the laser element is increased, and a decrease in light emission efficiency due to heat generation of the laser element can be suppressed.

また、第１レーザアセンブリと第２レーザアセンブリに波長帯域の異なるレーザ素子を搭載することによって、同一波長帯域を使用した場合に、２つの発振光間で生じる光の干渉による空間的なビームパワーのばらつきを抑制することができる。   In addition, by mounting laser elements having different wavelength bands on the first laser assembly and the second laser assembly, when the same wavelength band is used, the spatial beam power due to the interference of light generated between the two oscillation lights is reduced. Variations can be suppressed.

本発明の実施の形態１によるレーザ光源モジュールの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the laser light source module by Embodiment 1 of this invention. ＬＤアセンブリの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of LD assembly. サブマウントの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of a submount. 図１に示したレーザ光源モジュールの給電および放熱を示す構成図である。It is a block diagram which shows the electric power feeding and heat dissipation of the laser light source module shown in FIG. 本発明の実施の形態２によるレーザ光源モジュールの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the laser light source module by Embodiment 2 of this invention. ＬＤアセンブリの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of LD assembly. サブマウントの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of a submount. 図５に示したレーザ光源モジュールの給電および放熱を示す構成図である。It is a block diagram which shows the electric power feeding and heat dissipation of the laser light source module shown in FIG.

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるレーザ光源モジュールの一例を示す斜視図である。図２は、ＬＤアセンブリの構成を示す斜視図である。図３は、サブマウントの構成を示す斜視図である。レーザ光源モジュールは、ステム２と、２つのＬＤアセンブリ１とを備える。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a laser light source module according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the LD assembly. FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the submount. The laser light source module includes a stem 2 and two LD assemblies 1.

ステム２は、ＬＤアセンブリ１の位置決め機能および放熱機能を担うものであり、平板状のステムベース２１と、ステムベース２１を貫通する複数のリードピン２２、２３とを備える。リードピン２２、２３は、ステムベース２１から電気的に絶縁されており、一般に、ステムベース２１の穴とリードピン２２、２３との隙間に低融点ガラスが充填される。ステムベース２１は、例えば、Ｃｕ等の熱伝導率の大きい材料に金メッキが施されたものであり、固定のための貫通孔が形成されている。   The stem 2 is responsible for the positioning function and the heat dissipation function of the LD assembly 1, and includes a plate-shaped stem base 21 and a plurality of lead pins 22 and 23 that penetrate the stem base 21. The lead pins 22 and 23 are electrically insulated from the stem base 21, and generally a low melting point glass is filled in a gap between the hole of the stem base 21 and the lead pins 22 and 23. The stem base 21 is obtained by applying gold plating to a material having high thermal conductivity such as Cu, and has a through hole for fixing.

ＬＤアセンブリ１は、ＬＤ発振機能を担うものであり、図２に示すように、マルチエミッタＬＤバー１１と、サブマウント１２と、保持ブロック１３とを備える。   The LD assembly 1 has an LD oscillation function, and includes a multi-emitter LD bar 11, a submount 12, and a holding block 13, as shown in FIG.

マルチエミッタＬＤバー１１は、ＧａＡｓ，ＡｌＧａＮなどの半導体チップの端面に複数の発光点が直線状に配置されたレーザダイオードであり、各発光点からは、チップ端面に対して垂直でチップ主面と平行な光軸に沿ってレーザ光が放射される。チップの裏面には単一のコモン電極が形成され、チップの表面には各発光点に対応した複数の駆動電極が形成される。なお、マルチエミッタＬＤバー１１の代わりに、シングルエミッタＬＤを使用することも可能である。   The multi-emitter LD bar 11 is a laser diode in which a plurality of light emitting points are arranged in a straight line on the end face of a semiconductor chip such as GaAs or AlGaN. Laser light is emitted along parallel optical axes. A single common electrode is formed on the back surface of the chip, and a plurality of drive electrodes corresponding to each light emitting point are formed on the front surface of the chip. Note that a single emitter LD can be used instead of the multi-emitter LD bar 11.

サブマウント１２は、電気絶縁機能および熱伝達機能を担うものであり、図３に示すように、平板状の電気絶縁体１２ａで構成され、電気絶縁体１２ａの表面には複数のメタライズパターン１２ｂ，１２ｃが形成され、電気絶縁体１２ａの裏面には全面に渡ってメタライズパターン１２ｄが形成される。   The submount 12 has an electrical insulation function and a heat transfer function. As shown in FIG. 3, the submount 12 is composed of a flat electrical insulator 12a, and a plurality of metallized patterns 12b, 12c is formed, and a metallized pattern 12d is formed on the entire back surface of the electrical insulator 12a.

保持ブロック１３は、導電機能および熱伝達機能を担うものであり、ステムベース２１と接触する下面と、この下面に対して垂直に形成された少なくとも１つの側面とを有する立体形状、例えば、直方体の形状に形成される。この側面は、レーザ素子の搭載面として機能するものであり、本実施形態では、サブマウント１２を介してマルチエミッタＬＤバー１１が搭載される。この状態でマルチエミッタＬＤバー１１の光軸は、保持ブロック１３の搭載面に対して平行で、かつ保持ブロック１３の下面およびステムベース２１の主面に対して垂直になる。   The holding block 13 has a conductive function and a heat transfer function, and has a three-dimensional shape, for example, a rectangular parallelepiped, having a lower surface in contact with the stem base 21 and at least one side surface formed perpendicular to the lower surface. It is formed into a shape. This side surface functions as a mounting surface for the laser element. In this embodiment, the multi-emitter LD bar 11 is mounted via the submount 12. In this state, the optical axis of the multi-emitter LD bar 11 is parallel to the mounting surface of the holding block 13 and is perpendicular to the lower surface of the holding block 13 and the main surface of the stem base 21.

保持ブロック１３は、例えば、Ｃｕ等の熱伝導率の大きい材料に金メッキが施されたものであり、サブマウント１２のメタライズパターン１２ｄとは半田を用いて接合される。また、サブマウント１２のメタライズパターン１２ｂとマルチエミッタＬＤバー１１とは半田を用いて接合される。また、保持ブロック１３とステムベース２１とは半田を用いて接合されるが、この半田は、サブマウント１２の接合時に用いた半田より低い融点を有することが好ましい。   The holding block 13 is obtained by applying gold plating to a material having high thermal conductivity such as Cu, and is bonded to the metallized pattern 12d of the submount 12 using solder. Further, the metallized pattern 12b of the submount 12 and the multi-emitter LD bar 11 are joined using solder. In addition, the holding block 13 and the stem base 21 are joined using solder, but this solder preferably has a lower melting point than the solder used when joining the submount 12.

サブマウント１２の電気絶縁体１２ａは、熱伝導率が大きい材料、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などのセラミック材料で形成される。この場合、半田接合時に生じる熱応力を緩和したり、温度変動に対する耐久性を確保するために、マルチエミッタＬＤバー１１の熱膨張係数をα１、サブマウント１２の熱膨張係数をα２、保持ブロック１３の熱膨張係数をα３として、α１＜α２＜α３を満たすことが好ましい。 The electrical insulator 12a of the submount 12 is formed of a material having a high thermal conductivity, for example, a ceramic material such as aluminum nitride (AlN) or alumina (Al 2 O 3 ). In this case, the thermal expansion coefficient of the multi-emitter LD bar 11 is α1, the thermal expansion coefficient of the submount 12 is α2, and the holding block 13 is used to alleviate thermal stress generated during soldering and to ensure durability against temperature fluctuations. It is preferable that α1 <α2 <α3 is satisfied, where α3 is a thermal expansion coefficient.

サブマウント１２のメタライズパターン１２ｃとマルチエミッタＬＤバー１１の各駆動電極とは、Ａｕなどの導電性ワイヤ１４を用いて超音波振動圧着により電気接続される。   The metallized pattern 12c of the submount 12 and each drive electrode of the multi-emitter LD bar 11 are electrically connected by ultrasonic vibration pressure bonding using a conductive wire 14 such as Au.

本実施形態において、２つのＬＤアセンブリ１は、ステムベース２１と接合する前に、マルチエミッタＬＤバー１１の光軸が互いに平行となるように、かつ、マルチエミッタＬＤバー１１の搭載面が互いに平行に向かい合うように位置決めされ、そして、最終的にステムベース２１に固定される。   In the present embodiment, before joining the two LD assemblies 1, the optical axes of the multi-emitter LD bars 11 are parallel to each other and the mounting surfaces of the multi-emitter LD bars 11 are parallel to each other before being joined to the stem base 21. And are finally fixed to the stem base 21.

こうした構成によりマルチエミッタＬＤバー１１の近接配置が可能になり、これにより各マルチエミッタＬＤバー１１から放射されるレーザ光を合成した光ビームの広がり角（エタンデュ）を小さく維持することができる。その結果、出力された光ビームを光ファイバと結合させた場合、光結合損失を低減できる。また、２つのレーザアセンブリに波長帯域の異なるレーザ素子を各々搭載することによって、同一波長帯域を使用した場合に、２つの発振光間で生じる光の干渉による空間的なビームパワーのばらつきを抑制することができる。   With such a configuration, the multi-emitter LD bars 11 can be arranged close to each other, and thereby the divergence angle (etendue) of the light beam synthesized from the laser beams emitted from the multi-emitter LD bars 11 can be kept small. As a result, when the output light beam is combined with an optical fiber, the optical coupling loss can be reduced. Further, by mounting laser elements having different wavelength bands on the two laser assemblies, when the same wavelength band is used, variation in spatial beam power due to light interference generated between the two oscillation lights is suppressed. be able to.

また、１つのマルチエミッタＬＤバー１１につき１つの保持ブロック１３を設置しているため、保持ブロック１３とステムベース２１との接合面積を大きく確保でき、マルチエミッタＬＤバー１１からステムベース２１まで良好な熱伝達を実現できる。その結果、マルチエミッタＬＤバー１１の放熱効率が高くなり、素子の発熱による発光効率の低下を抑制できる。   In addition, since one holding block 13 is provided for each multi-emitter LD bar 11, a large bonding area between the holding block 13 and the stem base 21 can be ensured, and the multi-emitter LD bar 11 to the stem base 21 are excellent. Heat transfer can be realized. As a result, the heat dissipation efficiency of the multi-emitter LD bar 11 is increased, and a decrease in light emission efficiency due to heat generation of the element can be suppressed.

本実施形態では、各ＬＤアセンブリ１の搭載面間の中心から両側方に延長した箇所に２つのリードピン２３を設置し、そのリードピン２３の外側に２つのリードピン２２を設置している。２つのリードピン２３の間にＡｕなどの導電性リボン３をループ状に懸架し接続した後、超音波振動圧着により、ループの一部が各ＬＤアセンブリ１のサブマウント１２のメタライズパターン１２ｃとそれぞれ電気接続される。さらに、２つのリードピン２２の間にＡｕなどの導電性リボン３をループ状に懸架し接続した後、超音波振動圧着により、ループの一部が各ＬＤアセンブリ１のサブマウント１２のメタライズパターン１２ｂとそれぞれ電気接続される。   In the present embodiment, two lead pins 23 are installed at locations extending from the center between the mounting surfaces of the LD assemblies 1 to both sides, and the two lead pins 22 are installed outside the lead pins 23. After the conductive ribbon 3 such as Au is suspended and connected between the two lead pins 23 in a loop shape, a part of the loop is electrically connected to the metallized pattern 12c of the submount 12 of each LD assembly 1 by ultrasonic vibration pressure bonding. Connected. Further, after a conductive ribbon 3 such as Au is suspended and connected between the two lead pins 22 in a loop shape, a part of the loop is connected to the metallized pattern 12b of the submount 12 of each LD assembly 1 by ultrasonic vibration pressure bonding. Each is electrically connected.

図４は、図１に示したレーザ光源モジュールの給電および放熱を示す構成図である。レーザ光源モジュールは、必要に応じて、各保持ブロック１３の上に、各マルチエミッタＬＤバー１１からのレーザ光を集光するレンズ４、例えば、集光レンズ、コリメートレンズなどを設置してもよく、さらに、ステムベース２１の上に各ＬＤアセンブリ１を包囲するカバー５を設置してもよい。レンズ４は、保持ブロック１３の上面に接着剤、半田等を用いて固定できる。カバー５は、使用時の発熱による結露予防のため、窒素封入の後、シーム溶接を用いて気密的に固定することが望ましい。   FIG. 4 is a configuration diagram showing power supply and heat dissipation of the laser light source module shown in FIG. In the laser light source module, a lens 4 that condenses the laser light from each multi-emitter LD bar 11, for example, a condensing lens, a collimating lens, or the like may be installed on each holding block 13 as necessary. Furthermore, a cover 5 surrounding each LD assembly 1 may be installed on the stem base 21. The lens 4 can be fixed to the upper surface of the holding block 13 using an adhesive, solder, or the like. The cover 5 is desirably hermetically fixed using seam welding after nitrogen filling to prevent condensation due to heat generation during use.

給電に関して、電源７の２つの出力端子がリードピン２２，２３とそれぞれ接続され、電源７から電流が供給されると、各マルチエミッタＬＤバー１１が通電され、各発光点からレーザ光が放射される。   Regarding power feeding, when the two output terminals of the power source 7 are connected to the lead pins 22 and 23 and current is supplied from the power source 7, each multi-emitter LD bar 11 is energized and laser light is emitted from each light emitting point. .

放熱に関して、ステムベース２１の下方には、一般にはヒートシンクが設置されるが、図４に示すように、ヒートシンクの代わりに、通電による熱輸送が可能なペルチェ素子６を設置してもよい。マルチエミッタＬＤバー１１の近傍に温度センサが設けられ、温度コントローラは、温度センサからの信号に基づいてペルチェ素子６の駆動電流をフィードバック制御することによって、マルチエミッタＬＤバー１１の素子温度を所望の値に調整することができる。   Regarding heat dissipation, a heat sink is generally installed below the stem base 21, but as shown in FIG. 4, a Peltier element 6 capable of heat transport by energization may be installed instead of the heat sink. A temperature sensor is provided in the vicinity of the multi-emitter LD bar 11, and the temperature controller feedback-controls the drive current of the Peltier element 6 based on a signal from the temperature sensor, thereby setting the element temperature of the multi-emitter LD bar 11 to a desired value. Can be adjusted to the value.

リードピン２２、２３は、ペルチェ素子６から電気的に絶縁される。ペルチェ素子６とステムベース２１の間には、隙間による熱伝導損失を低減するため、熱伝導率の大きい弾性シートを挟むことが望ましい。   The lead pins 22 and 23 are electrically insulated from the Peltier element 6. It is desirable to sandwich an elastic sheet having a high thermal conductivity between the Peltier element 6 and the stem base 21 in order to reduce heat conduction loss due to the gap.

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２によるレーザ光源モジュールの一例を示す斜視図である。図６は、ＬＤアセンブリの構成を示す斜視図である。図７は、サブマウントの構成を示す斜視図である。レーザ光源モジュールは、ステム２Ａと、２つのＬＤアセンブリ１Ａとを備える。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a perspective view showing an example of a laser light source module according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the LD assembly. FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of the submount. The laser light source module includes a stem 2A and two LD assemblies 1A.

ステム２Ａは、ＬＤアセンブリ１Ａの位置決め機能および放熱機能を担うものであり、平板状のステムベース２１Ａと、ステムベース２１Ａを貫通する複数のリードピン２２Ａとを備える。リードピン２２Ａは、ステムベース２１Ａから電気的に絶縁されており、一般に、ステムベース２１Ａの穴とリードピン２２Ａとの隙間に低融点ガラスが充填される。ステムベース２１Ａは、例えば、Ｃｕ等の熱伝導率の大きい材料に金メッキが施されたものであり、固定のための貫通孔が形成されている。   The stem 2A is responsible for the positioning function and the heat dissipation function of the LD assembly 1A, and includes a plate-shaped stem base 21A and a plurality of lead pins 22A penetrating the stem base 21A. The lead pin 22A is electrically insulated from the stem base 21A, and generally a low melting point glass is filled in a gap between the hole of the stem base 21A and the lead pin 22A. The stem base 21 </ b> A is obtained by applying gold plating to a material having high thermal conductivity such as Cu, and has a through hole for fixing.

ＬＤアセンブリ１Ａは、ＬＤ発振機能を担うものであり、図６に示すように、マルチエミッタＬＤバー１１と、サブマウント３２と、保持ブロック１３とを備える。   The LD assembly 1A has an LD oscillation function, and includes a multi-emitter LD bar 11, a submount 32, and a holding block 13, as shown in FIG.

マルチエミッタＬＤバー１１は、ＧａＡｓ，ＡｌＧａＮなどの半導体チップの端面に複数の発光点が直線状に配置されたレーザダイオードであり、各発光点からは、チップ端面に対して垂直でチップ主面と平行な光軸に沿ってレーザ光が放射される。チップの裏面には単一のコモン電極が形成され、チップの表面には各発光点に対応した複数の駆動電極が形成される。なお、マルチエミッタＬＤバー１１の代わりに、シングルエミッタＬＤを使用することも可能である。   The multi-emitter LD bar 11 is a laser diode in which a plurality of light emitting points are arranged in a straight line on the end face of a semiconductor chip such as GaAs or AlGaN. Laser light is emitted along parallel optical axes. A single common electrode is formed on the back surface of the chip, and a plurality of drive electrodes corresponding to each light emitting point are formed on the front surface of the chip. Note that a single emitter LD can be used instead of the multi-emitter LD bar 11.

サブマウント３２は、電気絶縁機能および熱伝達機能を担うものであり、図７に示すように、平板状の電気絶縁体３２ａで構成され、電気絶縁体３２ａの表面にはメタライズパターン３２ｂが形成され、電気絶縁体３２ａの裏面には全面に渡ってメタライズパターン３２ｄが形成される。   The submount 32 has an electrical insulation function and a heat transfer function. As shown in FIG. 7, the submount 32 includes a flat electrical insulator 32a, and a metallized pattern 32b is formed on the surface of the electrical insulator 32a. The metallized pattern 32d is formed over the entire back surface of the electrical insulator 32a.

保持ブロック１３は、導電機能および熱伝達機能を担うものであり、ステムベース２１Ａと接触する下面と、この下面に対して垂直に形成された少なくとも１つの側面とを有する立体形状、例えば、直方体の形状に形成される。この側面は、レーザ素子の搭載面として機能するものであり、本実施形態では、サブマウント３２を介してマルチエミッタＬＤバー１１が搭載される。この状態でマルチエミッタＬＤバー１１の光軸は、保持ブロック１３の搭載面に対して平行で、かつ保持ブロック１３の下面およびステムベース２１Ａの主面に対して垂直になる。   The holding block 13 has a conductive function and a heat transfer function, and has a three-dimensional shape, for example, a rectangular parallelepiped shape, having a lower surface in contact with the stem base 21A and at least one side surface formed perpendicular to the lower surface. It is formed into a shape. This side surface functions as a mounting surface for the laser element. In this embodiment, the multi-emitter LD bar 11 is mounted via the submount 32. In this state, the optical axis of the multi-emitter LD bar 11 is parallel to the mounting surface of the holding block 13 and perpendicular to the lower surface of the holding block 13 and the main surface of the stem base 21A.

保持ブロック１３は、例えば、Ｃｕ等の熱伝導率の大きい材料に金メッキが施されたものであり、サブマウント３２のメタライズパターン３２ｄとは半田を用いて接合される。また、サブマウント３２のメタライズパターン３２ｂとマルチエミッタＬＤバー１１とは半田を用いて接合される。また、保持ブロック１３とステムベース２１Ａとは半田を用いて接合されるが、この半田は、サブマウント３２の接合時に用いた半田より低い融点を有することが好ましい。   The holding block 13 is obtained by applying gold plating to a material having high thermal conductivity such as Cu, and is bonded to the metallized pattern 32d of the submount 32 using solder. Further, the metallized pattern 32b of the submount 32 and the multi-emitter LD bar 11 are joined using solder. The holding block 13 and the stem base 21 </ b> A are joined using solder, but this solder preferably has a lower melting point than the solder used when joining the submount 32.

サブマウント３２の電気絶縁体３２ａは、熱伝導率が大きい材料、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などのセラミック材料で形成される。この場合、半田接合時に生じる熱応力を緩和したり、温度変動に対する耐久性を確保するために、マルチエミッタＬＤバー１１の熱膨張係数をα１、サブマウント３２の熱膨張係数をα２、保持ブロック１３の熱膨張係数をα３として、α１＜α２＜α３を満たすことが好ましい。 The electrical insulator 32a of the submount 32 is formed of a material having high thermal conductivity, for example, a ceramic material such as aluminum nitride (AlN) or alumina (Al 2 O 3 ). In this case, the thermal expansion coefficient of the multi-emitter LD bar 11 is α1, the thermal expansion coefficient of the submount 32 is α2, and the holding block 13 is used to relieve the thermal stress generated during soldering and to ensure durability against temperature fluctuations. It is preferable that α1 <α2 <α3 is satisfied, where α3 is a thermal expansion coefficient.

本実施形態では、保持ブロック１３とマルチエミッタＬＤバー１１の各駆動電極とは、Ａｕなどの導電性ワイヤ１４を用いて超音波振動圧着により電気接続される。保持ブロック１３を配線部材として利用することにより、導電性リボンによる配線数を減らすことが可能であり、パッケージ内の単純化と配線にかかるコストを低減できる。   In the present embodiment, the holding block 13 and each drive electrode of the multi-emitter LD bar 11 are electrically connected by ultrasonic vibration pressure bonding using a conductive wire 14 such as Au. By using the holding block 13 as a wiring member, the number of wires by the conductive ribbon can be reduced, and the simplification of the package and the cost for wiring can be reduced.

本実施形態において、２つのＬＤアセンブリ１Ａは、ステムベース２１Ａと接合する前に、マルチエミッタＬＤバー１１の光軸が互いに平行となるように、かつ、マルチエミッタＬＤバー１１の搭載面が互いに平行に向かい合うように位置決めされ、そして、最終的にステムベース２１Ａに固定される。   In this embodiment, before joining the two LD assemblies 1A to the stem base 21A, the optical axes of the multi-emitter LD bars 11 are parallel to each other, and the mounting surfaces of the multi-emitter LD bars 11 are parallel to each other. And are finally fixed to the stem base 21A.

こうした構成によりマルチエミッタＬＤバー１１の近接配置が可能になり、これにより各マルチエミッタＬＤバー１１から放射されるレーザ光を合成した光ビームの広がり角（エタンデュ）を小さく維持することができる。その結果、出力された光ビームを光ファイバと結合させた場合、光結合損失を低減できる。また、２つのレーザアセンブリに波長帯域の異なるレーザ素子を各々搭載することによって、同一波長帯域を使用した場合に、２つの発振光間で生じる光の干渉による空間的なビームパワーのばらつきを抑制することができる。   With such a configuration, the multi-emitter LD bars 11 can be arranged close to each other, and thereby the divergence angle (etendue) of the light beam synthesized from the laser beams emitted from the multi-emitter LD bars 11 can be kept small. As a result, when the output light beam is combined with an optical fiber, the optical coupling loss can be reduced. Further, by mounting laser elements having different wavelength bands on the two laser assemblies, when the same wavelength band is used, variation in spatial beam power due to light interference generated between the two oscillation lights is suppressed. be able to.

また、１つのマルチエミッタＬＤバー１１につき１つの保持ブロック１３を設置しているため、保持ブロック１３とステムベース２１Ａとの接合面積を大きく確保でき、マルチエミッタＬＤバー１１からステムベース２１Ａまで良好な熱伝達を実現できる。その結果、マルチエミッタＬＤバー１１の放熱効率が高くなり、素子の発熱による発光効率の低下を抑制できる。   Further, since one holding block 13 is provided for each multi-emitter LD bar 11, a large bonding area between the holding block 13 and the stem base 21A can be ensured, and the multi-emitter LD bar 11 to the stem base 21A are excellent. Heat transfer can be realized. As a result, the heat dissipation efficiency of the multi-emitter LD bar 11 is increased, and a decrease in light emission efficiency due to heat generation of the element can be suppressed.

本実施形態では、各ＬＤアセンブリ１Ａの搭載面から両側方に延長した箇所に４つのリードピン２２Ａを設置している。片側２つのリードピン２２Ａの間にＡｕなどの導電性リボン３Ａを懸架し接続した後、超音波振動圧着により、ループの一部が一方のＬＤアセンブリ１のサブマウント３２のメタライズパターン３２ｂとそれぞれ電気接続される。さらに、もう片側２つのリードピン２２Ａの間にＡｕなどの導電性リボン３Ａを懸架し接続した後、超音波振動圧着により、ループの一部が他方のＬＤアセンブリ１のサブマウント３２のメタライズパターン３２ｂとそれぞれ電気接続される。   In the present embodiment, four lead pins 22A are installed at locations extending on both sides from the mounting surface of each LD assembly 1A. After suspending and connecting a conductive ribbon 3A such as Au between two lead pins 22A on one side, a part of the loop is electrically connected to the metallized pattern 32b of the submount 32 of one LD assembly 1 by ultrasonic vibration pressure bonding. Is done. Further, after a conductive ribbon 3A such as Au is suspended and connected between the other two lead pins 22A, a part of the loop is connected to the metallized pattern 32b of the submount 32 of the other LD assembly 1 by ultrasonic vibration pressure bonding. Each is electrically connected.

図８は、図５に示したレーザ光源モジュールの給電および放熱を示す構成図である。レーザ光源モジュールは、必要に応じて、各保持ブロック１３の上に、各マルチエミッタＬＤバー１１からのレーザ光を集光するレンズ４、例えば、集光レンズ、コリメートレンズなどを設置してもよく、さらに、ステムベース２１Ａの上に各ＬＤアセンブリ１を包囲するカバー５を設置してもよい。レンズ４は、保持ブロック１３の上面に接着剤、半田等を用いて固定できる。カバー５は、使用時の発熱による結露予防のため、窒素封入の後、シーム溶接を用いて気密的に固定することが望ましい。   FIG. 8 is a configuration diagram showing power supply and heat dissipation of the laser light source module shown in FIG. In the laser light source module, a lens 4 that condenses the laser light from each multi-emitter LD bar 11, for example, a condensing lens, a collimating lens, or the like may be installed on each holding block 13 as necessary. Furthermore, a cover 5 surrounding each LD assembly 1 may be installed on the stem base 21A. The lens 4 can be fixed to the upper surface of the holding block 13 using an adhesive, solder, or the like. The cover 5 is desirably hermetically fixed using seam welding after nitrogen filling to prevent condensation due to heat generation during use.

給電に関して、電源７の２つの出力端子がリードピン２２Ａおよびステムベース２１Ａとそれぞれ接続され、電源７から電流が供給されると、各マルチエミッタＬＤバー１１が通電され、各発光点からレーザ光が放射される。   Regarding power feeding, when the two output terminals of the power source 7 are connected to the lead pin 22A and the stem base 21A and current is supplied from the power source 7, each multi-emitter LD bar 11 is energized, and laser light is emitted from each light emitting point. Is done.

放熱に関して、ステムベース２１の下方には、一般にはヒートシンクが設置されるが、図８に示すように、ヒートシンクの代わりに、通電による熱輸送が可能なペルチェ素子６を設置してもよい。マルチエミッタＬＤバー１１の近傍に温度センサが設けられ、温度コントローラは、温度センサからの信号に基づいてペルチェ素子６の駆動電流をフィードバック制御することによって、マルチエミッタＬＤバー１１の素子温度を所望の値に調整することができる。   Regarding heat dissipation, a heat sink is generally installed below the stem base 21, but as shown in FIG. 8, a Peltier element 6 capable of heat transport by energization may be installed instead of the heat sink. A temperature sensor is provided in the vicinity of the multi-emitter LD bar 11, and the temperature controller feedback-controls the drive current of the Peltier element 6 based on a signal from the temperature sensor, thereby setting the element temperature of the multi-emitter LD bar 11 to a desired value. Can be adjusted to the value.

リードピン２２Ａは、ペルチェ素子６から電気的に絶縁される。ペルチェ素子６とステムベース２１Ａの間には、隙間による熱伝導損失を低減するため、熱伝導率の大きい弾性シートを挟むことが望ましい。また、ステムベース２１Ａとペルチェ素子６の間には、電気絶縁を確保するために電気絶縁板８を介在させる。この電気絶縁板８は、熱伝導率の大きい材料が好ましい。   The lead pin 22 </ b> A is electrically insulated from the Peltier element 6. It is desirable to sandwich an elastic sheet having a high thermal conductivity between the Peltier element 6 and the stem base 21A in order to reduce heat conduction loss due to the gap. In addition, an electrical insulating plate 8 is interposed between the stem base 21A and the Peltier element 6 to ensure electrical insulation. The electrical insulating plate 8 is preferably made of a material having a high thermal conductivity.

１，１Ａ ＬＤアセンブリ、 ２，２Ａ ステム、 ３，３Ａ 導電性リボン、
４ レンズ、 ５ カバー、 ６ ペルチェ素子、 ７ 電源、
８ 電気絶縁板、 １１ マルチエミッタＬＤバー、
１２，３２ サブマウント、 １２ａ，３２ａ 電気絶縁体、
１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，３２ｂ，３２ｄ メタライズパターン、
１３ 保持ブロック、 １４ 導電性ワイヤ、 ２１，２１Ａ ステムベース、
２２，２３，２２Ａ リードピン。 1,1A LD assembly, 2,2A stem, 3,3A conductive ribbon,
4 Lens, 5 Cover, 6 Peltier element, 7 Power supply,
8 Electrical insulation plate, 11 Multi-emitter LD bar,
12, 32 submount, 12a, 32a electrical insulator,
12b, 12c, 12d, 32b, 32d metallized pattern,
13 holding block, 14 conductive wire, 21, 21A stem base,
22, 23, 22A Lead pin.

Claims (5)

基板と、
該基板に設置された第１および第２レーザアセンブリとを備え、
各レーザアセンブリは、光軸に沿ってレーザ光を放射するレーザ素子と、
該光軸に対して平行な搭載面を有し、該搭載面に前記レーザ素子が搭載される保持部材とを備え、
第１レーザアセンブリの光軸および第２レーザアセンブリの光軸が互いに平行となるように、かつ、第１レーザアセンブリの搭載面および第２レーザアセンブリの搭載面が互いに平行に向かい合うように、第１および第２レーザアセンブリが位置決めされることを特徴とするレーザ光源モジュール。 A substrate,
First and second laser assemblies installed on the substrate;
Each laser assembly includes a laser element that emits laser light along an optical axis;
A mounting surface parallel to the optical axis, and a holding member on which the laser element is mounted on the mounting surface;
The first laser assembly and the optical axis of the second laser assembly are parallel to each other, and the mounting surface of the first laser assembly and the mounting surface of the second laser assembly face each other in parallel. And a laser source module, wherein the second laser assembly is positioned. 前記基板には、複数のリードピンが設けられ、
前記レーザ素子と前記保持部材との間には、電気絶縁性のサブマウントが設けられ、
該サブマウントには、複数のメタライズパターンが形成され、
前記レーザ素子は、半田を用いて第１メタライズパターンと接合されており、
前記レーザ素子の駆動電極が、ワイヤを介して第２メタライズパターンと電気接続されており、
第１および第２メタライズパターンは、導体を介して第１および第２リードピンとそれぞれ電気接続されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ光源モジュール。 The substrate is provided with a plurality of lead pins,
An electrically insulating submount is provided between the laser element and the holding member,
A plurality of metallization patterns are formed on the submount,
The laser element is bonded to the first metallized pattern using solder,
The drive electrode of the laser element is electrically connected to the second metallized pattern via a wire;
2. The laser light source module according to claim 1, wherein the first and second metallized patterns are electrically connected to the first and second lead pins through conductors, respectively. 前記基板には、リードピンが設けられ、
前記レーザ素子と前記保持部材との間には、電気絶縁性のサブマウントが設けられ、
該サブマウントには、メタライズパターンが形成され、
前記レーザ素子は、半田を用いて該メタライズパターンと接合されており、
前記レーザ素子の駆動電極が、ワイヤを介して前記保持部材と電気接続されており、
前記メタライズパターンは、導体を介して前記リードピンと電気接続されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ光源モジュール。 The substrate is provided with lead pins,
An electrically insulating submount is provided between the laser element and the holding member,
A metallized pattern is formed on the submount,
The laser element is bonded to the metallized pattern using solder,
The drive electrode of the laser element is electrically connected to the holding member via a wire,
The laser light source module according to claim 1, wherein the metallized pattern is electrically connected to the lead pin through a conductor. 前記レーザ素子の熱膨張係数をα１、前記サブマウントの熱膨張係数をα２、前記保持部材の熱膨張係数をα３として、α１＜α２＜α３を満たすことを特徴とする請求項２または３記載のレーザ光源モジュール。   4. The thermal expansion coefficient of the laser element is α1, the thermal expansion coefficient of the submount is α2, the thermal expansion coefficient of the holding member is α3, and α1 <α2 <α3 is satisfied. Laser light source module. 前記レーザ素子は、複数の発光点を有するレーザダイオード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光源モジュール。   The laser light source module according to claim 1, wherein the laser element is a laser diode having a plurality of light emitting points.
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