JP4609818B2 - 半導体レーザモジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用の信号用光源や光ファイバ増幅器の励起用光源として用いられる半導体レーザモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザは、光通信において信号用光源や光ファイバ増幅器の励起用光源として大量に用いられている。半導体レーザが光通信において信号用光源や励起用光源として用いられる場合には、半導体レーザからのレーザ光を光ファイバに光学的に結合させたデバイスである半導体レーザモジュールとして使用される場合が多い。
【０００３】
図８には、従来の半導体レーザモジュールの一例が示されている。同図において、半導体レーザ素子１１は、ヒートシンク１２と銅製のブロック１３を介して円柱状のステム１４に取り付け固定されている。ステム１４の周縁部には、円筒状のステンレス製のキャップ１５が固定され、該キャップ１５には、半導体レーザ素子１１から発信される光を透過させる透光窓１６が設けられている。
【０００４】
前記ステム１４とキャップ１５は抵抗溶接（プロジェクション溶接）により固定されており、この溶接性の観点からステム１４は鉄又は鉄−ニッケル合金等により形成されている。そして、キャップ１５をステム１４に被せた気密空間内に半導体レーザ素子１１が収容されて、半導体レーザ素子ユニット１０が形成されている。
【０００５】
この半導体レーザ素子ユニット１０には、レンズ２１を備えたレンズホルダ２０を介して、スライドリング２３が固定され、スライドリング２３には、光ファイバ２４を挿通固定したステンレス製の保護円筒２２が設けられている。光ファイバ２４は、前記半導体レーザ素子１１から出射されるレーザ光を受光するものであり、半導体レーザ素子１１と光ファイバ２４の間に介設された前記レンズ２１は、半導体レーザ素子１１から出射されるレーザ光を光ファイバ２４に光学的に結合する光結合手段と成している。
【０００６】
すなわち、半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光はレンズ２１により集光されて光ファイバ２４に入射する。そこで、この種の半導体レーザモジュールにおいて、光ファイバ２４は、その入射光強度が最大となるような位置に調心された状態で固定されている。
【０００７】
前記半導体レーザ素子ユニット１０と、レンズ２１、レンズホルダ２０、スライドリング、保護円筒２２、光ファイバ２４を有して、内部モジュール３０が形成されており、この内部モジュール３０は、前記キャップ１５の下部側（内部モジュール３０の胴部）をベース３１に接触させた状態で、平板状のベース３１に支持固定されている。なお、キャップ１５は、前記の如く円筒状であるために、キャップ１５とベース３１との接触部は線状と成している。
【０００８】
ベース３１の下部側には、内部モジュール３０を冷却する機能を備えたペルチェモジュール３２が設けられており、ペルチェモジュール３２は、図示されていない外部制御回路に接続されている。なお、前記ベース３１には、その中央部に半導体レーザ素子１１の温度を検出するサーミスタ（温度センサ）３４が設けられており、サーミスタ３４は、前記ペルチェモジュール３２の外部制御回路に接続され、この外部制御回路に、サーミスタ３４で検出した検出結果が加えられるようになっている。
【０００９】
内部モジュール３０とベース３１とペルチェモジュール３２はパッケージ３３に収容されており、このパッケージ３３の側壁部３３ｃに形成された光ファイバ導出穴５０から、前記光ファイバ２４のレーザ光受光側と反対側の端部側がパッケージ外部に導出されている。光ファイバ２４のパッケージ３３からの導出部には光ファイバ２４を保護するブーツ４９が設けられており、光ファイバ２４の外周側を覆っている。また、前記光ファイバ導出穴５０には樹脂２５が設けられており、光ファイバ２４が固定されると共に光ファイバ導出穴５０が封止されている。
【００１０】
なお、前記パッケージ３３は、底板部３３ａと側壁部３３ｃと蓋部３３ｂを有しており、底板部３３ａと側壁部３３ｃが予め固定された状態で、前記の如く、内部モジュール３０、ベース３１、ペルチェモジュール３２が収容した後、蓋部３３ｂを被せて蓋部３３ｂの周縁部を封止することにより、パッケージ３３内が気密状態と成している。
【００１１】
上記構成の半導体レーザモジュールにおいては、半導体レーザ素子１１に外部から電流を流して半導体レーザ素子１１を駆動すると、半導体レーザ素子１１からレーザ光が出射され、このレーザ光が、前記の如くレンズ２１で集光されて光ファイバ２４の端面２４ａに入射する。そして、レーザ光が光ファイバ２４を導波して所望の用途に供される。
【００１２】
なお、上記のように半導体レーザ素子１１を駆動させると、半導体レーザ素子１１から熱が発生し、この熱は、ヒートシンク１２、素子固定ブロック１３、ステム１４、キャップ１５、ベース３１、ペルチェモジュール３２、パッケージ３３の底板部３３ａを順に通って、半導体レーザモジュールの外部に排出される。また、半導体レーザ素子１１は、一般に、温度変化によって光出力および波長が変化するため、その温度を一定に保つ必要があり、サーミスタ３４により検出される温度が一定となるように、前記外部制御回路によってペルチェモジュール３２に流す電流の調整が行なわれる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体レーザモジュールにおいては、前記の如く、半導体レーザ素子１１の駆動により発生した熱が、ヒートシンク１２→素子固定ブロック１３→ステム１４→キャップ１５→ベース３１→ペルチェモジュール３２→パッケージ３３の底板部３３ａの経路を通って外部に排出される構成と成しており、半導体レーザ素子１１からの熱がベース３１に伝わるまでに多くの部材を通っていた。
【００１４】
特に、キャップ１５は肉薄に形成されており、しかも、キャップ１５とベース３１との接触部は線状であるために、上記半導体レーザ素子１１から発生した熱が、ステム１４からキャップ１５を通ってベース３１に伝熱する効率が非常に悪かった。
【００１５】
そのため、従来の半導体レーザモジュールにおいては、半導体レーザ素子１１から発生する熱が上記経路を通って半導体レーザモジュールの外部に排出される際の放熱効率が悪く、また、前記サーミスタ３４によって検出する温度が半導体レーザ素子１１の実際の温度よりも低くなり、この検出温度に基づいて行われるペルチェモジュール３２の制御が的確に行なわれなかった。
【００１６】
そして、ペルチェモジュール３２の制御が的確に行なわれないと、半導体レーザ素子１１の効率が低くなって高い光出力が得られず、半導体レーザ素子１１の所望の光出力を得るための大きな電流を流す必要が生じるために、半導体レーザ素子１１の消費電力が大きくなってしまうといった問題が生じた。また、半導体レーザ素子１１に大きな電流を流すと、ますます半導体レーザ素子１１の発熱量が大きくなってしまい、この発熱を冷却するためのペルチェモジュール３２の消費電力も大きくなってしまうといった問題も生じた。
【００１７】
特に、最近では、光通信の大容量化に伴い、発振波長１４８０ｎｍ帯のエルビウムドープ光ファイバ励起用の半導体レーザ素子１１が高出力の半導体レーザ素子１１として期待されているが、このような素子は発熱量も大きいために、この種の半導体レーザ素子１１を用いて半導体レーザモジュールを構成した場合には、上記半導体レーザ素子１１から発生した発熱の伝熱性が悪いことによる半導体レーザ素子１１およびペルチェモジュール３２の消費電力の増大の問題は、非常に深刻な問題である。
【００１８】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、半導体レーザ素子からの発熱を効率良く放熱でき、半導体レーザ素子の温度をペルチェモジュールによって的確に制御できる、消費電力が小さい半導体レーザモジュールを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、ステムに取り付けられた半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を受光する光ファイバと、前記半導体レーザ素子と前記光ファイバの間に介設され前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を前記光ファイバに光学的に結合する光結合手段とを有する内部モジュールと；該内部モジュールを冷却する機能を備えたペルチェモジュールと；該ペルチェモジュール上に固定されて前記内部モジュールを支持するベースと；前記内部モジュールと前記ベースと前記ペルチェモジュールを収容するパッケージとを有し、該パッケージに形成された光ファイバ導出穴から前記光ファイバのレーザ光受光側と反対側の端部側がパッケージ外部に導出されている半導体レーザモジュールであって、前記内部モジュールは少なくとも前記ステムを前記ベースに接触させて固定されており、前記ベースはペルチェモジュールに固定される面を有する基部と、該基部上に立設したステム支持部とを有し、該ステム支持部にステムが接触した状態で該ステムがステム支持部に支持されており、前記ステムを貫通する素子固定ブロックが設けられて該素子固定ブロックの一端側に半導体レーザ素子が設けられ、前記素子固定ブロックの他端側はステムの貫通部に固定されてベースのステム支持部に接触しており、当該素子固定ブロックの他端側はステムから突出した突出部と成し、該突出部を嵌合するブロック嵌合凹部がステム支持部に設けられ、該ステム支持部のブロック嵌合凹部に前記素子固定ブロックの突出部が嵌合している構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２０】
さらに、第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、前記ステム支持部はベースの基部の略中央部に設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２１】
さらに、第３の発明は、上記第１又は第２の発明の構成に加え、前記ステム支持部にはステム嵌合凹部が設けられ、該ステム嵌合凹部にステムが嵌合固定されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
さらに、第４の発明は、上記第１乃至第３のいずれか一つの発明の構成に加え、前記素子固定ブロックの熱伝導率をステムの熱伝導率よりも大きくした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２３】
さらに、第５の発明は、上記第１乃至第４のいずれか一つの発明の構成に加え、前記ベースには、半導体レーザ素子から発生する熱がベースを通ってペルチェモジュール側に流れる熱の経路上に温度センサが設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２４】
さらに、第６の発明は、上記第１乃至第５のいずれか一つの発明の構成に加え、前記半導体レーザ素子の発振波長を１４６０ｎｍ以上１４９０ｎｍ以下とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２５】
上記本発明の構成において、ステムに取り付けられた半導体レーザ素子と、レーザ光受光用の光ファイバと、レーザ光を光ファイバに結合させる光結合手段とを有する内部モジュールが、少なくとも前記ステムをベースに接触させて固定されているので、半導体レーザ素子から発生した熱は、（例えば従来の半導体レーザモジュールのようにステムに取り付けられたキャップを介することなく）ステムから直接ベースに伝熱され、半導体レーザ素子から発生した熱のベースへの伝熱性およびこの熱の外部への放熱性が向上する。
【００２６】
また、ステムを貫通する素子固定ブロックが設けられて該素子固定ブロックの一端側に半導体レーザ素子が設けられ、前記素子固定ブロックの他端側はステムの貫通部に固定されてベースのステム支持部に接触している構成を有する本発明においては、半導体レーザ素子から発生した熱は、素子固定ブロックから直接ベースに伝熱されるので、半導体レーザ素子からの熱のベースへの伝熱性およびこの熱の外部への放熱性がさらに向上する。
【００２７】
このように、本発明においては、半導体レーザ素子から発生した熱の放熱性を向上させることが可能であるため、半導体レーザ素子の効率の低下を招くことなく、半導体レーザ素子の高出力を得ることが可能となる。
【００２８】
また、本発明においては、上記の如く、半導体レーザ素子から発生した熱のベースへの伝熱性が向上するので、ベースに固定されたペルチェモジュールによって半導体レーザ素子の温度制御を的確に行なうことが可能となるために、半導体レーザ素子の消費電力およびペルチェモジュールの消費電力の増大を招くことなく、消費電力の小さい半導体レーザモジュールとすることが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。先ず、本発明の実施の形態の説明の前に、本発明を説明するための参考例を説明する。なお、参考例および本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。図１には、半導体レーザモジュールの第１参考例の要部構成が断面図により示されている。
【００３０】
同図に示すように、本参考例は図８に示した従来例とほぼ同様に構成されており、本参考例が従来例と異なる特徴的なことは、ベース３１を、ペルチェモジュール３２に固定される面３を有する基部１と、該基部１上の一端側に立設したステム支持部２とを有する断面Ｌ字形状の構成とし、内部モジュール３０の少なくともステム１４をベース３１に接触させて固定したことである。
【００３１】
前記ベース３１は、放熱性を確保するために、銅、銅タングステン合金等の熱伝導性が良好な材料により作製されており、ベース３１の基部１の面３は、半田等によってペルチェモジュール３２に接合されている。ベース３１のステム支持部２のステム支持面４には、ステム１４のキャップ１５と反対側の面（半導体レーザ素子１１の取り付け側と反対側の面）が接着剤により固定されている。また本参考例では、ステム支持面４は基部１に対して垂直と成している。
【００３２】
図２には、図１のＡ−Ａ’面から図１の右側部分を見た図が示されており、図１、２に示すように、前記ベース３１には、半導体レーザ素子１１から発生する熱がベース３１を通ってペルチェモジュール側に流れる熱の経路上にサーミスタ挿入孔２８が形成されている。このサーミスタ挿入孔２８は、本参考例では、ベース３１の基部１の中心軸Ｃ１とステム支持部２の中心軸Ｃ２との交点近傍に設けられている。サーミスタ挿入孔２８にはサーミスタ（温度センサ）３４が設けられており、サーミスタ３４のリード線３４ａはサーミスタ挿入孔２８よりベース外部に引き出されている。
【００３３】
また、図２に示すように、ステム支持部２には、複数のリード挿通孔２７が形成されている。リード挿通孔２７には、ステム１４から引き出されたリード１７（図１参照）が挿通されている。リード１７は、半導体レーザ素子１１および半導体レーザユニット１０の内部に固定されたモニターフォトダイオード（図示せず）を外部と電気的に接続するものであり、リード１７の一端側は、半導体レーザユニット１０の内部に導かれ、金ワイヤ（図示せず）を介して半導体レーザ素子１１および前記モニターフォトダイオードに接続されている。
【００３４】
また、パッケージ３３の側壁部３３ｃには複数のリード３５（図１には図示せず）が設けられており、前記リード１７および前記サーミスタ３４のリード線３４ａは、それぞれ、設定位置において対応するリード３５に接続されている。なお、本明細書の説明に用いられる図面においては、図の簡略化のために、リード３５の配設状態および、それぞれのリード３５とリード１７やリード線３４ａとの接続状態は省略して示している。
【００３５】
本参考例は以上のように構成されており、本参考例も従来例の半導体レーザモジュールと同様に、半導体レーザ素子１１が駆動され、半導体レーザ素子１１からのレーザ光がレンズ２１を介して光ファイバ２４に受光されるが、本参考例においては、半導体レーザ素子１１の駆動に伴って発生する熱は、ヒートシンク１２と素子固定ブロック１３とステム１４を順に通ってベース３１のステム支持部２に伝熱され、ペルチェモジュール３２に伝熱される。
【００３６】
このように、本参考例では、半導体レーザ素子１１から発生した熱が、ステム１４に取り付けられた肉薄のキャップ１５を介することなく、上記の如くステム１４から直接ベース３１に伝熱されるため、半導体レーザ素子１１からの熱のベース３１への伝熱性を向上させることができる。特に、本参考例において、ステム１４のキャップ１５と反対側の面は、その全面がステム支持部２のステム支持面４に接触しているために、半導体レーザ素子１１からの熱を非常に効率的にベース３１に伝熱させることができる。
【００３７】
また、本参考例では、ベース３１は、銅や銅タングステン合金等の熱伝導率の良好な材料により形成されているために、ベース３１からペルチェモジュール３２への伝熱性も向上させることができ、半導体レーザ素子１１からの熱の外部への放熱性も、従来例に比べて格段に向上させることができる。
【００３８】
したがって、本参考例によれば、半導体レーザ素子１１の効率の低下を招くことなく、半導体レーザ素子１１の高出力を得ることができるし、ベース３１に固定されたペルチェモジュール３２によって半導体レーザ素子の温度制御を的確に行なうことができ、従来例のように、ペルチェモジュール３２による温度制御が的確に行なわれないことに起因して、半導体レーザ素子１１の消費電力およびペルチェモジュール３２の消費電力の増大を招くこともなく、消費電力の小さい半導体レーザモジュールとすることができる。
【００３９】
さらに、本参考例によれば、半導体レーザ素子１１から発生する熱がベース３１を通ってペルチェモジュール３２側に流れる熱の経路上にサーミスタ挿入孔２８を形成し、このサーミスタ挿入孔２８にサーミスタ３４を挿入しているので、サーミスタ３４によって半導体レーザ素子１１の温度を正確に検出することができる。
【００４０】
特に、従来例においては平板状に形成されたベース３１の中央部の半導体レーザ素子１１から遠い位置にサーミスタ３４が設けられていたために、半導体レーザ素子１１の温度変化をサーミスタ３４によって迅速にとらえることが困難であったのに対し、本参考例においては、サーミスタ３４を、ベース３１の基部１の中心軸Ｃ１とステム支持部２の中心軸Ｃ２との交点近傍に設け、前記熱の経路上の半導体レーザ素子１１に近い位置に設けることにより、半導体レーザ素子１１の温度変化をサーミスタ３４によって非常に迅速、かつ、的確にとらえることができる。
【００４１】
したがって、本参考例によれば、サーミスタ３４の検出温度に基づくペルチェモジュール３２の温度制御を半導体レーザ素子１１の温度変化に対応させて非常に迅速に行なうことができ、半導体レーザ素子１１の温度検出と温度制御の応答性を非常に良好にできるため、半導体レーザ素子１１の光出力と波長の安定性が向上し、半導体レーザ素子１１の消費電力およびペルチェモジュール３２の消費電力をより一層確実に低減することができる。
【００４２】
図３には、半導体レーザモジュールの第２参考例の要部構成が断面図により示されている。本第２参考例は上記第１参考例とほぼ同様に構成されており、本第２参考例が上記第１参考例と異なる特徴的なことは、ベース３１のステム支持部２を基部１の略中央部に設けたことである。
【００４３】
本第２参考例は以上のように構成されており、ステム支持部２をベース３１の基部１の略中央部に設けることにより、ステム支持部２を通って基部１に伝えられる熱が、同図の矢印に示すように、図の左右両側に広がって伝達されることから、上記熱が基部１のペルチェモジュール３２に固定される面３の方向（すなわち、ペルチェモジュール３２の面に平行な面方向）に広がりやすくすることができ、基部１の略中央部から端部側に伝熱しやすくなる。
【００４４】
したがって、本第２参考例によれば、半導体レーザ素子１１から発生した熱をベース３１からペルチェモジュール３２により一層効率的に伝熱することができ、この熱の放熱性もより一層向上させることができるし、ペルチェモジュール３２による半導体レーザ素子１１の温度制御効果もより一層効果的に発揮することができる。そのため、本第２参考例によれば、半導体レーザ素子１１の消費電力およびペルチェモジュール３２の消費電力の増大を招くことなく、半導体レーザ素子１１の高出力を得ることができ、より高温環境下で動作可能な半導体レーザモジュールとすることができる。
【００４５】
図４には、半導体レーザモジュールの第３参考例の要部構成が断面図により示されている。本第３参考例は上記第１参考例とほぼ同様に構成されており、本第３参考例が上記第１参考例と異なる特徴的なことは、ステム１４を貫通する態様で素子固定ブロック１３を設け、該素子固定ブロック１３の端面１８をベース３１のステム支持部２のステム支持面４に接触させたことである。
【００４６】
すなわち、本第３参考例では、ステム１４に貫通配設した素子固定ブロック１３の一端側に半導体レーザ素子１１を設け、素子固定ブロック１３の他端側をステム１４の貫通部５に固定して端面１８をベース３１のステム支持部２に接触させており、端面１８は接着剤等によってステム支持部２のステム支持面４に固定している。
【００４７】
なお、本参考例において、半導体レーザ素子１１の発振波長は１４６０ｎｍ以上１４９０ｎｍ以下（１４８０ｎｍ帯）と成しており、半導体レーザ素子１１は、例えばエルビウムドープ光ファイバ励起用として適用される高出力、高発熱の発光素子である。この半導体レーザ素子１１から発生する熱の放熱性を確保するために、素子固定ブロック１３は、例えば銅、銅タングステン合金等の、２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する熱伝導率の良好な材料により作製されており、素子固定ブロック１３は、鉄−ニッケル合金製のステム１４よりも熱伝導率が大きく形成されている。
【００４８】
本第３参考例は以上のように構成されており、本第３参考例においては、ステム１４を貫通する態様で、ステム１４よりも熱伝導率が大きい素子固定ブロック１３を設け、該素子固定ブロック１３の端面１８をベース３１のステム支持部２に接触させたために、半導体レーザ素子１１から発生した熱は、ヒートシンク１２と素子固定ブロック１３を順に通ってベース３１のステム支持部２に伝えられる。
【００４９】
このように、本第３参考例においては、半導体レーザ素子１１から発生した熱を、ステム１４を介さずに素子固定ブロック１３から直接ベース３１に伝熱することができ、半導体レーザ素子１１から発生した熱のベース３１への伝熱性を向上させることができる。また、本第３参考例において、素子固定ブロック１３およびベース３１は共に、熱伝導率が大きい銅や銅タングステン合金等により形成されているために、半導体レーザ素子１１から発生した熱のペルチェモジュール３２への伝熱性を非常に高くすることができるし、この熱の放熱性もより一層向上させることができる。
【００５０】
したがって、本第３参考例によれば、半導体レーザ素子１１の発振波長を１４６０ｎｍ以上１４９０ｎｍ以下として非常に高出力としても、この高出力で発熱量の大きな半導体レーザ素子１１からの熱を非常に効率よく放熱することができ、半導体レーザ素子１１の性能を高く維持することができる。
【００５１】
そして、本第３参考例によれば、半導体レーザ素子１１から上記波長帯の高出力のレーザ光を安定的に出力することができるために、このレーザ光によってエルビウムドープ光ファイバを励起して大容量の光通信等を行なえるようにすることができる。
【００５２】
なお、本発明は上記参考例と共通の構成部分を有し、本発明の実施形態において、その共通の構成部分には共通の符号を用いて説明するが、本発明は上記参考例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば上記第１、第３参考例では、ステム支持部２をベース３１の基部１上の一端側に設け、第２参考例では、ステム支持部２をベース３１の基部１上の略中央側に設けたが、ステム支持部２の配設位置は特に限定されるものではなく、適宜設定されるものである。ただし、上記第２参考例のように、ステム支持部２をベース３１の基部１の略中央側に設けると、ステム支持部２から基部１に伝えられた熱を基部１の端部側に効率的に伝熱し、この熱の放熱性を向上することができる。
【００５３】
また、上記第３参考例では、ステム１４を貫通する態様で素子固定ブロック１３を設け、該素子固定ブロック１３の一端側に半導体レーザ素子１１を設けて他端側の端面１８をベース３１のステム支持部２に接触させたが、本発明に係る半導体レーザモジュールの実施形態例においては、例えば図５に示すように、素子固定ブロック１３の他端側をステム１４から突出した突出部６と成す。この場合、該突出部６を嵌合するブロック嵌合凹部７をステム支持部２に設けて、該ブロック嵌合凹部７に素子固定ブロック１３の突出部６を嵌合し、例えば接着剤等によって突出部６をブロック嵌合凹部７に固定するとよい。
【００５４】
このように半導体レーザモジュールを構成すると、素子固定ブロック１３とステム支持部２との接触面積を上記第３参考例よりもさらに大きくすることができるために、より一層半導体レーザ素子１１からの熱の伝熱性および放熱性を向上させることができる。
【００５５】
さらに、上記実施形態例および参考例では、ステム１４の半導体レーザ素子１１配設側と反対側の面をベース３１のステム支持部２のステム支持面４に当接させてステム１４をステム支持部２に固定したが、本発明の別の実施形態例として、図６に示すように、ステム支持部２にステム嵌合凹部８を設け、該ステム嵌合凹部８にステム１４を嵌合固定してもよい。このようにすると、内部モジュール３０のベース３１への固定をより一層確実に行なうことができるし、半導体レーザ素子１１から発生した熱の伝熱性および放熱性もより一層向上させることができる。
【００５６】
さらに、上記各参考例および実施形態例では、ベース３１のステム支持部２を、基部１上に垂直に立設したが、ステム支持部２は必ずしも基部１に垂直に立設するとは限らず、多少斜めに傾いていてもよい。
【００５７】
また、参考例として、例えば図７の（ａ）に示すように、ステム支持部２を省略してベース３１を形成してもよい。この場合は、例えば同図の（ｂ）に示すように、ステム１４の円柱形状の下部側に切り欠きを形成し、ステム１４の下面３６を平坦面とすると、ステム１４をベース３１に安定的に支持固定することができるし、半導体レーザ素子１１から発生した熱のベース３１への伝熱性を向上できる。
【００５８】
なお、上記各実施形態例のようにステム支持部２を設けてベース３１を形成する場合も、図７の（ｂ）に示したようにステム１４の下面３６を平坦面とすると、ステム１４をベース３１により一層安定的に支持固定することができるし、半導体レーザ素子１１から発生した熱のステム１４からベース３１の基部１への伝熱性をより一層向上させることができる。また、レーザダイオードモジュールの厚さを薄くできることにより、小型化して有利という効果もある。
【００５９】
さらに、上記各実施形態例では、ステム１４にキャップ１５を溶接固定して形成される気密空間内に半導体レーザ素子１１を設ける構成としたが、キャップ１５を省略し、ステム１４にレンズホルダ２０を溶接固定してもよい。なお、この場合も、レンズ２１の配設位置を適切にすることにより、半導体レーザ素子１１からのレーザ光を光ファイバ２４に受光させることができる。
【００６０】
さらに、上記各実施形態例では、半導体レーザ素子１１と光ファイバ２４との光学結合手段としてレンズ２１を設けたが、例えば光ファイバ２４を先球ファイバ等により形成し、このファイバ先端側を前記光学結合手段としてもよいし、光学結合手段として公知の様々な手段を適用することができる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、ステムに取り付けられた半導体レーザ素子と、レーザ光受光用の光ファイバと、レーザ光を光ファイバに結合させる光結合手段とを有する内部モジュールを、少なくとも前記ステムをベースに接触させて固定したために、半導体レーザ素子から発生した熱を、（例えば従来の半導体レーザモジュールのようにステムに取り付けられたキャップを介することなく）ステムから直接ベースに伝熱することができ、半導体レーザ素子から発生した熱のベースへの伝熱性およびこの熱の外部への放熱性を向上させることができる。
【００６２】
したがって、本発明によれば、半導体レーザ素子の効率の低下を招くことなく、半導体レーザ素子の高出力を得ることができるし、ベースに固定されたペルチェモジュールによって半導体レーザ素子の温度制御を的確に行なうことができるために、半導体レーザ素子の消費電力およびペルチェモジュールの消費電力の増大を招くことなく、消費電力の小さい半導体レーザモジュールとすることができる。
【００６３】
また、前記ベースはペルチェモジュールに固定される面を有する基部と、該基部上に立設したステム支持部とを有し、該ステム支持部にステムが接触した状態で該ステムがステム支持部に支持されている本発明の構成を備えたものによれば、ステム支持部にステムを接触させることにより、前記熱の伝熱性および放熱性をより一層向上させることができる。そのため、半導体レーザ素子の消費電力およびペルチェモジュールの消費電力をより一層低減して高出力を得ることができる。
【００６４】
さらに、前記ステム支持部をベースの基部の略中央部に設けた構成の発明によれば、ベースのステム支持部から基部へ伝わった熱を、基部のペルチェモジュールに固定される面方向（通常ペルチェモジュールの面に平行な面方向）に広がりやすくすることができ、半導体レーザ素子から発生した熱のベースにおける伝熱性を向上させ、この熱の放熱性をより一層向上させることができる。したがって、この発明によれば、半導体レーザ素子およびペルチェモジュールの消費電力をさらに低減でき、より高温環境下で動作可能な半導体レーザモジュールとすることができる。
【００６５】
さらに、前記ステム支持部にはステム嵌合凹部が設けられ、該ステム嵌合凹部にステムが嵌合固定されている構成の発明によれば、半導体レーザ素子からの熱をステムからベースへより一層効率的に伝熱することができ、この熱の放熱性を向上させることができるので、半導体レーザ素子およびペルチェモジュールの消費電力をさらに低減でき、しかも、ステムのベースへの固定をより一層安定的に行なうことができる。
【００６６】
さらに、ステムを貫通する素子固定ブロックを設けて該素子固定ブロックの一端側に半導体レーザ素子を設け、前記素子固定ブロックの他端側はステムを貫通させてステムから突出した突出部と成し、該突出部を嵌合するブロック嵌合凹部がステム支持部に設けられ、該ステム支持部のブロック嵌合凹部に前記素子固定ブロックの突出部が嵌合している本発明によれば、半導体レーザ素子から発生した熱のベースへの伝熱性をさらにより一層向上させることができ、この熱の放熱性も向上させることができるので、半導体レーザ素子およびペルチェモジュールの消費電力をさらに低減できる。
【００６７】
さらに、前記素子固定ブロックの熱伝導率をステムの熱伝導率よりも大きくすることにより、本発明の効果を非常に確実に発揮することができる。
【００６８】
さらに、ベースには、半導体レーザ素子から発生する熱がベースを通ってペルチェモジュール側に流れる熱の経路上に温度センサが設けられている構成の発明によれば、温度センサによって半導体レーザ素子の温度を迅速に検出することができ、この検出温度に基づいて行われるペルチェモジュールによる温度制御を迅速に行なえるため、半導体レーザ素子の温度検出と温度制御の応答性を良好にして、光出力と波長が安定化すると同時に、半導体レーザ素子およびペルチェモジュールの消費電力をより一層低減できる。
【００６９】
さらに、前記半導体レーザ素子の発振波長を１４６０ｎｍ以上１４９０ｎｍ以下とした構成の発明によれば、上記各発明による半導体レーザ素子からの熱の放熱性向上効果によって、半導体レーザ素子からの熱を効率的に放熱できるために、上記波長帯の高出力のレーザ光を安定的に出力することができ、このレーザ光によってエルビウムドープ光ファイバを励起して大容量の光通信等を行なえるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 半導体レーザモジュールの第１参考例を示す要部構成図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】 半導体レーザモジュールの第２参考例を断面図により示す要部構成図である。
【図４】 半導体レーザモジュールの第３参考例を断面図により示す要部構成図である。
【図５】 本発明に係る半導体レーザモジュールの実施形態例を断面図により示す要部構成図である。
【図６】 本発明に係る半導体レーザモジュールの他の実施形態例を断面図により示す要部構成図である。
【図７】 半導体レーザモジュールの他の参考例を断面図により示す要部構成図（ａ）と、この半導体レーザモジュールに適用されるステム断面構成を示す説明図（ｂ）である。
【図８】 従来の半導体レーザモジュールの一例を断面図により示す説明図である。
【符号の説明】
１ 基部
２ ステム支持部
３ 面
４ ステム支持面
５ 貫通部
６ 突出部
７ ブロック嵌合凹部
８ ステム嵌合凹部
１０ 半導体レーザ素子ユニット
１１ 半導体レーザ素子
１３ 素子固定ブロック
１４ ステム
２１ レンズ
２４ 光ファイバ
３０ 内部モジュール
３１ ベース
３３ パッケージ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用の信号用光源や光ファイバ増幅器の励起用光源として用いられる半導体レーザモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザは、光通信において信号用光源や光ファイバ増幅器の励起用光源として大量に用いられている。半導体レーザが光通信において信号用光源や励起用光源として用いられる場合には、半導体レーザからのレーザ光を光ファイバに光学的に結合させたデバイスである半導体レーザモジュールとして使用される場合が多い。
【０００３】
図８には、従来の半導体レーザモジュールの一例が示されている。同図において、半導体レーザ素子１１は、ヒートシンク１２と銅製のブロック１３を介して円柱状のステム１４に取り付け固定されている。ステム１４の周縁部には、円筒状のステンレス製のキャップ１５が固定され、該キャップ１５には、半導体レーザ素子１１から発信される光を透過させる透光窓１６が設けられている。
【０００４】
前記ステム１４とキャップ１５は抵抗溶接（プロジェクション溶接）により固定されており、この溶接性の観点からステム１４は鉄又は鉄−ニッケル合金等により形成されている。そして、キャップ１５をステム１４に被せた気密空間内に半導体レーザ素子１１が収容されて、半導体レーザ素子ユニット１０が形成されている。
【０００５】
この半導体レーザ素子ユニット１０には、レンズ２１を備えたレンズホルダ２０を介して、スライドリング２３が固定され、スライドリング２３には、光ファイバ２４を挿通固定したステンレス製の保護円筒２２が設けられている。光ファイバ２４は、前記半導体レーザ素子１１から出射されるレーザ光を受光するものであり、半導体レーザ素子１１と光ファイバ２４の間に介設された前記レンズ２１は、半導体レーザ素子１１から出射されるレーザ光を光ファイバ２４に光学的に結合する光結合手段と成している。
【０００６】
すなわち、半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光はレンズ２１により集光されて光ファイバ２４に入射する。そこで、この種の半導体レーザモジュールにおいて、光ファイバ２４は、その入射光強度が最大となるような位置に調心された状態で固定されている。
【０００７】
前記半導体レーザ素子ユニット１０と、レンズ２１、レンズホルダ２０、スライドリング、保護円筒２２、光ファイバ２４を有して、内部モジュール３０が形成されており、この内部モジュール３０は、前記キャップ１５の下部側（内部モジュール３０の胴部）をベース３１に接触させた状態で、平板状のベース３１に支持固定されている。なお、キャップ１５は、前記の如く円筒状であるために、キャップ１５とベース３１との接触部は線状と成している。
【０００８】
ベース３１の下部側には、内部モジュール３０を冷却する機能を備えたペルチェモジュール３２が設けられており、ペルチェモジュール３２は、図示されていない外部制御回路に接続されている。なお、前記ベース３１には、その中央部に半導体レーザ素子１１の温度を検出するサーミスタ（温度センサ）３４が設けられており、サーミスタ３４は、前記ペルチェモジュール３２の外部制御回路に接続され、この外部制御回路に、サーミスタ３４で検出した検出結果が加えられるようになっている。
【０００９】
内部モジュール３０とベース３１とペルチェモジュール３２はパッケージ３３に収容されており、このパッケージ３３の側壁部３３ｃに形成された光ファイバ導出穴５０から、前記光ファイバ２４のレーザ光受光側と反対側の端部側がパッケージ外部に導出されている。光ファイバ２４のパッケージ３３からの導出部には光ファイバ２４を保護するブーツ４９が設けられており、光ファイバ２４の外周側を覆っている。また、前記光ファイバ導出穴５０には樹脂２５が設けられており、光ファイバ２４が固定されると共に光ファイバ導出穴５０が封止されている。
【００１０】
なお、前記パッケージ３３は、底板部３３ａと側壁部３３ｃと蓋部３３ｂを有しており、底板部３３ａと側壁部３３ｃが予め固定された状態で、前記の如く、内部モジュール３０、ベース３１、ペルチェモジュール３２が収容した後、蓋部３３ｂを被せて蓋部３３ｂの周縁部を封止することにより、パッケージ３３内が気密状態と成している。
【００１１】
上記構成の半導体レーザモジュールにおいては、半導体レーザ素子１１に外部から電流を流して半導体レーザ素子１１を駆動すると、半導体レーザ素子１１からレーザ光が出射され、このレーザ光が、前記の如くレンズ２１で集光されて光ファイバ２４の端面２４ａに入射する。そして、レーザ光が光ファイバ２４を導波して所望の用途に供される。
【００１２】
なお、上記のように半導体レーザ素子１１を駆動させると、半導体レーザ素子１１から熱が発生し、この熱は、ヒートシンク１２、素子固定ブロック１３、ステム１４、キャップ１５、ベース３１、ペルチェモジュール３２、パッケージ３３の底板部３３ａを順に通って、半導体レーザモジュールの外部に排出される。また、半導体レーザ素子１１は、一般に、温度変化によって光出力および波長が変化するため、その温度を一定に保つ必要があり、サーミスタ３４により検出される温度が一定となるように、前記外部制御回路によってペルチェモジュール３２に流す電流の調整が行なわれる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体レーザモジュールにおいては、前記の如く、半導体レーザ素子１１の駆動により発生した熱が、ヒートシンク１２→素子固定ブロック１３→ステム１４→キャップ１５→ベース３１→ペルチェモジュール３２→パッケージ３３の底板部３３ａの経路を通って外部に排出される構成と成しており、半導体レーザ素子１１からの熱がベース３１に伝わるまでに多くの部材を通っていた。
【００１４】
特に、キャップ１５は肉薄に形成されており、しかも、キャップ１５とベース３１との接触部は線状であるために、上記半導体レーザ素子１１から発生した熱が、ステム１４からキャップ１５を通ってベース３１に伝熱する効率が非常に悪かった。
【００１５】
そのため、従来の半導体レーザモジュールにおいては、半導体レーザ素子１１から発生する熱が上記経路を通って半導体レーザモジュールの外部に排出される際の放熱効率が悪く、また、前記サーミスタ３４によって検出する温度が半導体レーザ素子１１の実際の温度よりも低くなり、この検出温度に基づいて行われるペルチェモジュール３２の制御が的確に行なわれなかった。
【００１６】
そして、ペルチェモジュール３２の制御が的確に行なわれないと、半導体レーザ素子１１の効率が低くなって高い光出力が得られず、半導体レーザ素子１１の所望の光出力を得るための大きな電流を流す必要が生じるために、半導体レーザ素子１１の消費電力が大きくなってしまうといった問題が生じた。また、半導体レーザ素子１１に大きな電流を流すと、ますます半導体レーザ素子１１の発熱量が大きくなってしまい、この発熱を冷却するためのペルチェモジュール３２の消費電力も大きくなってしまうといった問題も生じた。
【００１７】
特に、最近では、光通信の大容量化に伴い、発振波長１４８０ｎｍ帯のエルビウムドープ光ファイバ励起用の半導体レーザ素子１１が高出力の半導体レーザ素子１１として期待されているが、このような素子は発熱量も大きいために、この種の半導体レーザ素子１１を用いて半導体レーザモジュールを構成した場合には、上記半導体レーザ素子１１から発生した発熱の伝熱性が悪いことによる半導体レーザ素子１１およびペルチェモジュール３２の消費電力の増大の問題は、非常に深刻な問題である。
【００１８】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、半導体レーザ素子からの発熱を効率良く放熱でき、半導体レーザ素子の温度をペルチェモジュールによって的確に制御できる、消費電力が小さい半導体レーザモジュールを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、ステムに取り付けられた半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を受光する光ファイバと、前記半導体レーザ素子と前記光ファイバの間に介設され前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を前記光ファイバに光学的に結合する光結合手段とを有する内部モジュールと；該内部モジュールを冷却する機能を備えたペルチェモジュールと；該ペルチェモジュール上に固定されて前記内部モジュールを支持するベースと；前記内部モジュールと前記ベースと前記ペルチェモジュールを収容するパッケージとを有し、該パッケージに形成された光ファイバ導出穴から前記光ファイバのレーザ光受光側と反対側の端部側がパッケージ外部に導出されている半導体レーザモジュールであって、前記内部モジュールは少なくとも前記ステムを前記ベースに接触させて固定されており、前記ベースはペルチェモジュールに固定される面を有する基部と、該基部上に立設したステム支持部とを有し、該ステム支持部にステムが接触した状態で該ステムがステム支持部に支持されており、前記ステムを貫通する素子固定ブロックが設けられて該素子固定ブロックの一端側に半導体レーザ素子が設けられ、前記素子固定ブロックの他端側はステムの貫通部に固定されてベースのステム支持部に接触しており、当該素子固定ブロックの他端側はステムから突出した突出部と成し、該突出部を嵌合するブロック嵌合凹部がステム支持部に設けられ、該ステム支持部のブロック嵌合凹部に前記素子固定ブロックの突出部が嵌合している構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２０】
さらに、第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、前記ステム支持部はベースの基部の略中央部に設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２１】
さらに、第３の発明は、上記第１又は第２の発明の構成に加え、前記ステム支持部にはステム嵌合凹部が設けられ、該ステム嵌合凹部にステムが嵌合固定されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
さらに、第４の発明は、上記第１乃至第３のいずれか一つの発明の構成に加え、前記素子固定ブロックの熱伝導率をステムの熱伝導率よりも大きくした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２３】
さらに、第５の発明は、上記第１乃至第４のいずれか一つの発明の構成に加え、前記ベースには、半導体レーザ素子から発生する熱がベースを通ってペルチェモジュール側に流れる熱の経路上に温度センサが設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２４】
さらに、第６の発明は、上記第１乃至第５のいずれか一つの発明の構成に加え、前記半導体レーザ素子の発振波長を１４６０ｎｍ以上１４９０ｎｍ以下とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２５】
上記本発明の構成において、ステムに取り付けられた半導体レーザ素子と、レーザ光受光用の光ファイバと、レーザ光を光ファイバに結合させる光結合手段とを有する内部モジュールが、少なくとも前記ステムをベースに接触させて固定されているので、半導体レーザ素子から発生した熱は、（例えば従来の半導体レーザモジュールのようにステムに取り付けられたキャップを介することなく）ステムから直接ベースに伝熱され、半導体レーザ素子から発生した熱のベースへの伝熱性およびこの熱の外部への放熱性が向上する。
【００２６】
また、ステムを貫通する素子固定ブロックが設けられて該素子固定ブロックの一端側に半導体レーザ素子が設けられ、前記素子固定ブロックの他端側はステムの貫通部に固定されてベースのステム支持部に接触している構成を有する本発明においては、半導体レーザ素子から発生した熱は、素子固定ブロックから直接ベースに伝熱されるので、半導体レーザ素子からの熱のベースへの伝熱性およびこの熱の外部への放熱性がさらに向上する。
【００２７】
このように、本発明においては、半導体レーザ素子から発生した熱の放熱性を向上させることが可能であるため、半導体レーザ素子の効率の低下を招くことなく、半導体レーザ素子の高出力を得ることが可能となる。
【００２８】
また、本発明においては、上記の如く、半導体レーザ素子から発生した熱のベースへの伝熱性が向上するので、ベースに固定されたペルチェモジュールによって半導体レーザ素子の温度制御を的確に行なうことが可能となるために、半導体レーザ素子の消費電力およびペルチェモジュールの消費電力の増大を招くことなく、消費電力の小さい半導体レーザモジュールとすることが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。先ず、本発明の実施の形態の説明の前に、本発明を説明するための参考例を説明する。なお、参考例および本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。図１には、半導体レーザモジュールの第１参考例の要部構成が断面図により示されている。
【００３０】
同図に示すように、本参考例は図８に示した従来例とほぼ同様に構成されており、本参考例が従来例と異なる特徴的なことは、ベース３１を、ペルチェモジュール３２に固定される面３を有する基部１と、該基部１上の一端側に立設したステム支持部２とを有する断面Ｌ字形状の構成とし、内部モジュール３０の少なくともステム１４をベース３１に接触させて固定したことである。
【００３１】
前記ベース３１は、放熱性を確保するために、銅、銅タングステン合金等の熱伝導性が良好な材料により作製されており、ベース３１の基部１の面３は、半田等によってペルチェモジュール３２に接合されている。ベース３１のステム支持部２のステム支持面４には、ステム１４のキャップ１５と反対側の面（半導体レーザ素子１１の取り付け側と反対側の面）が接着剤により固定されている。また本参考例では、ステム支持面４は基部１に対して垂直と成している。
【００３２】
図２には、図１のＡ−Ａ’面から図１の右側部分を見た図が示されており、図１、２に示すように、前記ベース３１には、半導体レーザ素子１１から発生する熱がベース３１を通ってペルチェモジュール側に流れる熱の経路上にサーミスタ挿入孔２８が形成されている。このサーミスタ挿入孔２８は、本参考例では、ベース３１の基部１の中心軸Ｃ１とステム支持部２の中心軸Ｃ２との交点近傍に設けられている。サーミスタ挿入孔２８にはサーミスタ（温度センサ）３４が設けられており、サーミスタ３４のリード線３４ａはサーミスタ挿入孔２８よりベース外部に引き出されている。
【００３３】
また、図２に示すように、ステム支持部２には、複数のリード挿通孔２７が形成されている。リード挿通孔２７には、ステム１４から引き出されたリード１７（図１参照）が挿通されている。リード１７は、半導体レーザ素子１１および半導体レーザユニット１０の内部に固定されたモニターフォトダイオード（図示せず）を外部と電気的に接続するものであり、リード１７の一端側は、半導体レーザユニット１０の内部に導かれ、金ワイヤ（図示せず）を介して半導体レーザ素子１１および前記モニターフォトダイオードに接続されている。
【００３４】
また、パッケージ３３の側壁部３３ｃには複数のリード３５（図１には図示せず）が設けられており、前記リード１７および前記サーミスタ３４のリード線３４ａは、それぞれ、設定位置において対応するリード３５に接続されている。なお、本明細書の説明に用いられる図面においては、図の簡略化のために、リード３５の配設状態および、それぞれのリード３５とリード１７やリード線３４ａとの接続状態は省略して示している。
【００３５】
本参考例は以上のように構成されており、本参考例も従来例の半導体レーザモジュールと同様に、半導体レーザ素子１１が駆動され、半導体レーザ素子１１からのレーザ光がレンズ２１を介して光ファイバ２４に受光されるが、本参考例においては、半導体レーザ素子１１の駆動に伴って発生する熱は、ヒートシンク１２と素子固定ブロック１３とステム１４を順に通ってベース３１のステム支持部２に伝熱され、ペルチェモジュール３２に伝熱される。
【００３６】
このように、本参考例では、半導体レーザ素子１１から発生した熱が、ステム１４に取り付けられた肉薄のキャップ１５を介することなく、上記の如くステム１４から直接ベース３１に伝熱されるため、半導体レーザ素子１１からの熱のベース３１への伝熱性を向上させることができる。特に、本参考例において、ステム１４のキャップ１５と反対側の面は、その全面がステム支持部２のステム支持面４に接触しているために、半導体レーザ素子１１からの熱を非常に効率的にベース３１に伝熱させることができる。
【００３７】
また、本参考例では、ベース３１は、銅や銅タングステン合金等の熱伝導率の良好な材料により形成されているために、ベース３１からペルチェモジュール３２への伝熱性も向上させることができ、半導体レーザ素子１１からの熱の外部への放熱性も、従来例に比べて格段に向上させることができる。
【００３８】
したがって、本参考例によれば、半導体レーザ素子１１の効率の低下を招くことなく、半導体レーザ素子１１の高出力を得ることができるし、ベース３１に固定されたペルチェモジュール３２によって半導体レーザ素子の温度制御を的確に行なうことができ、従来例のように、ペルチェモジュール３２による温度制御が的確に行なわれないことに起因して、半導体レーザ素子１１の消費電力およびペルチェモジュール３２の消費電力の増大を招くこともなく、消費電力の小さい半導体レーザモジュールとすることができる。
【００３９】
さらに、本参考例によれば、半導体レーザ素子１１から発生する熱がベース３１を通ってペルチェモジュール３２側に流れる熱の経路上にサーミスタ挿入孔２８を形成し、このサーミスタ挿入孔２８にサーミスタ３４を挿入しているので、サーミスタ３４によって半導体レーザ素子１１の温度を正確に検出することができる。
【００４０】
特に、従来例においては平板状に形成されたベース３１の中央部の半導体レーザ素子１１から遠い位置にサーミスタ３４が設けられていたために、半導体レーザ素子１１の温度変化をサーミスタ３４によって迅速にとらえることが困難であったのに対し、本参考例においては、サーミスタ３４を、ベース３１の基部１の中心軸Ｃ１とステム支持部２の中心軸Ｃ２との交点近傍に設け、前記熱の経路上の半導体レーザ素子１１に近い位置に設けることにより、半導体レーザ素子１１の温度変化をサーミスタ３４によって非常に迅速、かつ、的確にとらえることができる。
【００４１】
したがって、本参考例によれば、サーミスタ３４の検出温度に基づくペルチェモジュール３２の温度制御を半導体レーザ素子１１の温度変化に対応させて非常に迅速に行なうことができ、半導体レーザ素子１１の温度検出と温度制御の応答性を非常に良好にできるため、半導体レーザ素子１１の光出力と波長の安定性が向上し、半導体レーザ素子１１の消費電力およびペルチェモジュール３２の消費電力をより一層確実に低減することができる。
【００４２】
図３には、半導体レーザモジュールの第２参考例の要部構成が断面図により示されている。本第２参考例は上記第１参考例とほぼ同様に構成されており、本第２参考例が上記第１参考例と異なる特徴的なことは、ベース３１のステム支持部２を基部１の略中央部に設けたことである。
【００４３】
本第２参考例は以上のように構成されており、ステム支持部２をベース３１の基部１の略中央部に設けることにより、ステム支持部２を通って基部１に伝えられる熱が、同図の矢印に示すように、図の左右両側に広がって伝達されることから、上記熱が基部１のペルチェモジュール３２に固定される面３の方向（すなわち、ペルチェモジュール３２の面に平行な面方向）に広がりやすくすることができ、基部１の略中央部から端部側に伝熱しやすくなる。
【００４４】
したがって、本第２参考例によれば、半導体レーザ素子１１から発生した熱をベース３１からペルチェモジュール３２により一層効率的に伝熱することができ、この熱の放熱性もより一層向上させることができるし、ペルチェモジュール３２による半導体レーザ素子１１の温度制御効果もより一層効果的に発揮することができる。そのため、本第２参考例によれば、半導体レーザ素子１１の消費電力およびペルチェモジュール３２の消費電力の増大を招くことなく、半導体レーザ素子１１の高出力を得ることができ、より高温環境下で動作可能な半導体レーザモジュールとすることができる。
【００４５】
図４には、半導体レーザモジュールの第３参考例の要部構成が断面図により示されている。本第３参考例は上記第１参考例とほぼ同様に構成されており、本第３参考例が上記第１参考例と異なる特徴的なことは、ステム１４を貫通する態様で素子固定ブロック１３を設け、該素子固定ブロック１３の端面１８をベース３１のステム支持部２のステム支持面４に接触させたことである。
【００４６】
すなわち、本第３参考例では、ステム１４に貫通配設した素子固定ブロック１３の一端側に半導体レーザ素子１１を設け、素子固定ブロック１３の他端側をステム１４の貫通部５に固定して端面１８をベース３１のステム支持部２に接触させており、端面１８は接着剤等によってステム支持部２のステム支持面４に固定している。
【００４７】
なお、本参考例において、半導体レーザ素子１１の発振波長は１４６０ｎｍ以上１４９０ｎｍ以下（１４８０ｎｍ帯）と成しており、半導体レーザ素子１１は、例えばエルビウムドープ光ファイバ励起用として適用される高出力、高発熱の発光素子である。この半導体レーザ素子１１から発生する熱の放熱性を確保するために、素子固定ブロック１３は、例えば銅、銅タングステン合金等の、２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する熱伝導率の良好な材料により作製されており、素子固定ブロック１３は、鉄−ニッケル合金製のステム１４よりも熱伝導率が大きく形成されている。
【００４８】
本第３参考例は以上のように構成されており、本第３参考例においては、ステム１４を貫通する態様で、ステム１４よりも熱伝導率が大きい素子固定ブロック１３を設け、該素子固定ブロック１３の端面１８をベース３１のステム支持部２に接触させたために、半導体レーザ素子１１から発生した熱は、ヒートシンク１２と素子固定ブロック１３を順に通ってベース３１のステム支持部２に伝えられる。
【００４９】
このように、本第３参考例においては、半導体レーザ素子１１から発生した熱を、ステム１４を介さずに素子固定ブロック１３から直接ベース３１に伝熱することができ、半導体レーザ素子１１から発生した熱のベース３１への伝熱性を向上させることができる。また、本第３参考例において、素子固定ブロック１３およびベース３１は共に、熱伝導率が大きい銅や銅タングステン合金等により形成されているために、半導体レーザ素子１１から発生した熱のペルチェモジュール３２への伝熱性を非常に高くすることができるし、この熱の放熱性もより一層向上させることができる。
【００５０】
したがって、本第３参考例によれば、半導体レーザ素子１１の発振波長を１４６０ｎｍ以上１４９０ｎｍ以下として非常に高出力としても、この高出力で発熱量の大きな半導体レーザ素子１１からの熱を非常に効率よく放熱することができ、半導体レーザ素子１１の性能を高く維持することができる。
【００５１】
そして、本第３参考例によれば、半導体レーザ素子１１から上記波長帯の高出力のレーザ光を安定的に出力することができるために、このレーザ光によってエルビウムドープ光ファイバを励起して大容量の光通信等を行なえるようにすることができる。
【００５２】
なお、本発明は上記参考例と共通の構成部分を有し、本発明の実施形態において、その共通の構成部分には共通の符号を用いて説明するが、本発明は上記参考例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば上記第１、第３参考例では、ステム支持部２をベース３１の基部１上の一端側に設け、第２参考例では、ステム支持部２をベース３１の基部１上の略中央側に設けたが、ステム支持部２の配設位置は特に限定されるものではなく、適宜設定されるものである。ただし、上記第２参考例のように、ステム支持部２をベース３１の基部１の略中央側に設けると、ステム支持部２から基部１に伝えられた熱を基部１の端部側に効率的に伝熱し、この熱の放熱性を向上することができる。
【００５３】
また、上記第３参考例では、ステム１４を貫通する態様で素子固定ブロック１３を設け、該素子固定ブロック１３の一端側に半導体レーザ素子１１を設けて他端側の端面１８をベース３１のステム支持部２に接触させたが、本発明に係る半導体レーザモジュールの実施形態例においては、例えば図５に示すように、素子固定ブロック１３の他端側をステム１４から突出した突出部６と成す。この場合、該突出部６を嵌合するブロック嵌合凹部７をステム支持部２に設けて、該ブロック嵌合凹部７に素子固定ブロック１３の突出部６を嵌合し、例えば接着剤等によって突出部６をブロック嵌合凹部７に固定するとよい。
【００５４】
このように半導体レーザモジュールを構成すると、素子固定ブロック１３とステム支持部２との接触面積を上記第３参考例よりもさらに大きくすることができるために、より一層半導体レーザ素子１１からの熱の伝熱性および放熱性を向上させることができる。
【００５５】
さらに、上記実施形態例および参考例では、ステム１４の半導体レーザ素子１１配設側と反対側の面をベース３１のステム支持部２のステム支持面４に当接させてステム１４をステム支持部２に固定したが、本発明の別の実施形態例として、図６に示すように、ステム支持部２にステム嵌合凹部８を設け、該ステム嵌合凹部８にステム１４を嵌合固定してもよい。このようにすると、内部モジュール３０のベース３１への固定をより一層確実に行なうことができるし、半導体レーザ素子１１から発生した熱の伝熱性および放熱性もより一層向上させることができる。
【００５６】
さらに、上記各参考例および実施形態例では、ベース３１のステム支持部２を、基部１上に垂直に立設したが、ステム支持部２は必ずしも基部１に垂直に立設するとは限らず、多少斜めに傾いていてもよい。
【００５７】
また、参考例として、例えば図７の（ａ）に示すように、ステム支持部２を省略してベース３１を形成してもよい。この場合は、例えば同図の（ｂ）に示すように、ステム１４の円柱形状の下部側に切り欠きを形成し、ステム１４の下面３６を平坦面とすると、ステム１４をベース３１に安定的に支持固定することができるし、半導体レーザ素子１１から発生した熱のベース３１への伝熱性を向上できる。
【００５８】
なお、上記各実施形態例のようにステム支持部２を設けてベース３１を形成する場合も、図７の（ｂ）に示したようにステム１４の下面３６を平坦面とすると、ステム１４をベース３１により一層安定的に支持固定することができるし、半導体レーザ素子１１から発生した熱のステム１４からベース３１の基部１への伝熱性をより一層向上させることができる。また、レーザダイオードモジュールの厚さを薄くできることにより、小型化して有利という効果もある。
【００５９】
さらに、上記各実施形態例では、ステム１４にキャップ１５を溶接固定して形成される気密空間内に半導体レーザ素子１１を設ける構成としたが、キャップ１５を省略し、ステム１４にレンズホルダ２０を溶接固定してもよい。なお、この場合も、レンズ２１の配設位置を適切にすることにより、半導体レーザ素子１１からのレーザ光を光ファイバ２４に受光させることができる。
【００６０】
さらに、上記各実施形態例では、半導体レーザ素子１１と光ファイバ２４との光学結合手段としてレンズ２１を設けたが、例えば光ファイバ２４を先球ファイバ等により形成し、このファイバ先端側を前記光学結合手段としてもよいし、光学結合手段として公知の様々な手段を適用することができる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、ステムに取り付けられた半導体レーザ素子と、レーザ光受光用の光ファイバと、レーザ光を光ファイバに結合させる光結合手段とを有する内部モジュールを、少なくとも前記ステムをベースに接触させて固定したために、半導体レーザ素子から発生した熱を、（例えば従来の半導体レーザモジュールのようにステムに取り付けられたキャップを介することなく）ステムから直接ベースに伝熱することができ、半導体レーザ素子から発生した熱のベースへの伝熱性およびこの熱の外部への放熱性を向上させることができる。
【００６２】
したがって、本発明によれば、半導体レーザ素子の効率の低下を招くことなく、半導体レーザ素子の高出力を得ることができるし、ベースに固定されたペルチェモジュールによって半導体レーザ素子の温度制御を的確に行なうことができるために、半導体レーザ素子の消費電力およびペルチェモジュールの消費電力の増大を招くことなく、消費電力の小さい半導体レーザモジュールとすることができる。
【００６３】
また、前記ベースはペルチェモジュールに固定される面を有する基部と、該基部上に立設したステム支持部とを有し、該ステム支持部にステムが接触した状態で該ステムがステム支持部に支持されている本発明の構成を備えたものによれば、ステム支持部にステムを接触させることにより、前記熱の伝熱性および放熱性をより一層向上させることができる。そのため、半導体レーザ素子の消費電力およびペルチェモジュールの消費電力をより一層低減して高出力を得ることができる。
【００６４】
さらに、前記ステム支持部をベースの基部の略中央部に設けた構成の発明によれば、ベースのステム支持部から基部へ伝わった熱を、基部のペルチェモジュールに固定される面方向（通常ペルチェモジュールの面に平行な面方向）に広がりやすくすることができ、半導体レーザ素子から発生した熱のベースにおける伝熱性を向上させ、この熱の放熱性をより一層向上させることができる。したがって、この発明によれば、半導体レーザ素子およびペルチェモジュールの消費電力をさらに低減でき、より高温環境下で動作可能な半導体レーザモジュールとすることができる。
【００６５】
さらに、前記ステム支持部にはステム嵌合凹部が設けられ、該ステム嵌合凹部にステムが嵌合固定されている構成の発明によれば、半導体レーザ素子からの熱をステムからベースへより一層効率的に伝熱することができ、この熱の放熱性を向上させることができるので、半導体レーザ素子およびペルチェモジュールの消費電力をさらに低減でき、しかも、ステムのベースへの固定をより一層安定的に行なうことができる。
【００６６】
さらに、ステムを貫通する素子固定ブロックを設けて該素子固定ブロックの一端側に半導体レーザ素子を設け、前記素子固定ブロックの他端側はステムを貫通させてステムから突出した突出部と成し、該突出部を嵌合するブロック嵌合凹部がステム支持部に設けられ、該ステム支持部のブロック嵌合凹部に前記素子固定ブロックの突出部が嵌合している本発明によれば、半導体レーザ素子から発生した熱のベースへの伝熱性をさらにより一層向上させることができ、この熱の放熱性も向上させることができるので、半導体レーザ素子およびペルチェモジュールの消費電力をさらに低減できる。
【００６７】
さらに、前記素子固定ブロックの熱伝導率をステムの熱伝導率よりも大きくすることにより、本発明の効果を非常に確実に発揮することができる。
【００６８】
さらに、ベースには、半導体レーザ素子から発生する熱がベースを通ってペルチェモジュール側に流れる熱の経路上に温度センサが設けられている構成の発明によれば、温度センサによって半導体レーザ素子の温度を迅速に検出することができ、この検出温度に基づいて行われるペルチェモジュールによる温度制御を迅速に行なえるため、半導体レーザ素子の温度検出と温度制御の応答性を良好にして、光出力と波長が安定化すると同時に、半導体レーザ素子およびペルチェモジュールの消費電力をより一層低減できる。
【００６９】
さらに、前記半導体レーザ素子の発振波長を１４６０ｎｍ以上１４９０ｎｍ以下とした構成の発明によれば、上記各発明による半導体レーザ素子からの熱の放熱性向上効果によって、半導体レーザ素子からの熱を効率的に放熱できるために、上記波長帯の高出力のレーザ光を安定的に出力することができ、このレーザ光によってエルビウムドープ光ファイバを励起して大容量の光通信等を行なえるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 半導体レーザモジュールの第１参考例を示す要部構成図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】 半導体レーザモジュールの第２参考例を断面図により示す要部構成図である。
【図４】 半導体レーザモジュールの第３参考例を断面図により示す要部構成図である。
【図５】 本発明に係る半導体レーザモジュールの実施形態例を断面図により示す要部構成図である。
【図６】 本発明に係る半導体レーザモジュールの他の実施形態例を断面図により示す要部構成図である。
【図７】 半導体レーザモジュールの他の参考例を断面図により示す要部構成図（ａ）と、この半導体レーザモジュールに適用されるステム断面構成を示す説明図（ｂ）である。
【図８】 従来の半導体レーザモジュールの一例を断面図により示す説明図である。
【符号の説明】
１ 基部
２ ステム支持部
３ 面
４ ステム支持面
５ 貫通部
６ 突出部
７ ブロック嵌合凹部
８ ステム嵌合凹部
１０ 半導体レーザ素子ユニット
１１ 半導体レーザ素子
１３ 素子固定ブロック
１４ ステム
２１ レンズ
２４ 光ファイバ
３０ 内部モジュール
３１ ベース
３３ パッケージ
Claims (6)
- ステムに取り付けられた半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を受光する光ファイバと、前記半導体レーザ素子と前記光ファイバの間に介設され前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を前記光ファイバに光学的に結合する光結合手段とを有する内部モジュールと；該内部モジュールを冷却する機能を備えたペルチェモジュールと；該ペルチェモジュール上に固定されて前記内部モジュールを支持するベースと；前記内部モジュールと前記ベースと前記ペルチェモジュールを収容するパッケージとを有し、該パッケージに形成された光ファイバ導出穴から前記光ファイバのレーザ光受光側と反対側の端部側がパッケージ外部に導出されている半導体レーザモジュールであって、前記内部モジュールは少なくとも前記ステムを前記ベースに接触させて固定されており、前記ベースはペルチェモジュールに固定される面を有する基部と、該基部上に立設したステム支持部とを有し、該ステム支持部にステムが接触した状態で該ステムがステム支持部に支持されており、前記ステムを貫通する素子固定ブロックが設けられて該素子固定ブロックの一端側に半導体レーザ素子が設けられ、前記素子固定ブロックの他端側はステムの貫通部に固定されてベースのステム支持部に接触しており、当該素子固定ブロックの他端側はステムから突出した突出部と成し、該突出部を嵌合するブロック嵌合凹部がステム支持部に設けられ、該ステム支持部のブロック嵌合凹部に前記素子固定ブロックの突出部が嵌合していることを特徴とする半導体レーザモジュール。
- ステム支持部はベースの基部の略中央部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザモジュール。
- ステム支持部にはステム嵌合凹部が設けられ、該ステム嵌合凹部にステムが嵌合固定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体レーザモジュール。
- 素子固定ブロックの熱伝導率をステムの熱伝導率よりも大きくしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の半導体レーザモジュール。
- ベースには、半導体レーザ素子から発生する熱がベースを通ってペルチェモジュール側に流れる熱の経路上に温度センサが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。
- 半導体レーザ素子の発振波長を１４６０ｎｍ以上１４９０ｎｍ以下としたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。
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