JPH0662560U - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザダイオードモジュールの異常な温度上
昇を防止する。 【構成】 レーザダイオードモジュール１に密着固定さ
れた第１のヒートシンク１６の他に、これとは別体にさ
れた第２のヒートシンク２２を設ける。そして、両者の
間に挟み込んだ第２の冷却素子２１を用いて、第１のヒ
ートシンク１６から強制的に熱を奪い、第２のヒートシ
ンク２２の側に放熱する。第１のヒートシンク１６は、
外気温の急上昇その他によってもほぼ安定した温度に保
たれ、これに密着固定されたレーザダイオードモジュー
ル１も、一定の適切な温度に保たれる。従って、外気温
の高いときに、レーザダイオードモジュール１の内部の
第１の冷却素子８を駆動しても、モジュール全体の温度
が上昇するおそれが無い。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、電気信号を光信号に変換する光通信等の分野に広く使用されている レーザダイオードを、熱的に保護する冷却機能を備えた半導体レーザ装置に関す る。

【０００２】

【従来の技術】

半導体レーザ装置は光通信等の分野に広く使用され、電気信号を光信号に変換 し、光ファイバ等に入力するために用いられる。 図２に、このような用途に使用されるレーザダイオードモジュールの主要部概 略図を示す。 このレーザダイオードモジュール１には、コネクタ２を介して光ファイバ３が 接続されている。この光ファイバ３に光信号を入力するために、レーザダイオー ド４が設けられている。また、このモジュールの内部には、光信号モニタ用の受 光素子５やレーザダイオード４とコネクタ２との間で光信号の結合に使用される アイソレータ６等が収容されている。

【０００３】 このような構成のレーザダイオードモジュール１を駆動すると、レーザダイオ ード４は信号電流により発光し、その光が光ファイバ３を通じて伝送される。し かしながら、この発光の際に、レーザダイオード４は信号電流によって発熱する 。通常、レーザダイオードモジュール１は、異物の侵入を防止するために密閉構 造とされている。従って、レーザダイオード４が発熱すれば、レーザダイオード ４自身の温度が上昇する。レーザダイオード４は使用可能な温度が定められてお り、温度が異常上昇すれば、その特性が低下し、最終的には破損する。そこで、 従来、このようなレーザダイオードモジュール１の内部に温度検出のためのサー ミスタ７と、冷却のための冷却素子８を組み込み、強制的にレーザダイオードモ ジュール１の内部冷却を行なうようにしている。 この冷却素子８には、ペルチェ素子等が採用される。

【０００４】 図３に、上記のようなレーザダイオードモジュールと、その冷却制御のための 回路を備えた半導体レーザ装置の概略図を示す。 図に示すように、レーザダイオードモジュール１の冷却制御のために、その外 部に冷却制御部１０が設けられている。 この冷却制御部１０は、温度検出部１１、基準値設定部１２、比較部１３及び 冷却素子駆動部１４から構成される。

【０００５】 温度検出部１１は、図２に示したサーミスタ７の出力信号を受け入れて、その 信号によりレーザダイオードモジュール１の温度を検出する部分である。これは 信号電流を電圧に変換する負荷抵抗等から構成される。また、基準値設定部１２ は、図２に示したレーザダイオード４を設定温度に保つために、その基準となる 温度に相当する信号を出力する回路で、可変抵抗器等から構成される。比較部１ ３は温度検出部１１と基準値設定部１２の出力する電圧信号を比較し、その差に 相当する信号を出力する差動増幅器等から構成される。冷却素子駆動部１４は、 比較部１３の出力信号に応じて、図２に示す冷却素子８を駆動するための電流を 出力する電圧電流変換回路等から構成される。

【０００６】 なお、レーザダイオードモジュール１の内部で冷却素子８が駆動された場合、 冷却素子８の一端でレーザダイオード４から吸熱を行ない、他端で放熱が行なわ れる。この熱を外部に逃がすために、レーザダイオードモジュール１はアルミニ ウム板等から構成されるヒートシンク１６上に直接密着するように固定されてい る。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、ＣＡＴＶシステム（テレビジョン共同視聴システム）等においても 、放送信号の中継のために光ケーブルが使用される。このシステムでは、屋外に 設置されるＣＡＴＶ中継器等にも半導体レーザ装置が組み込まれる。 ところが、電柱等に吊して固定される中継器に上記のような半導体レーザ装置 を組み込んだ場合、その温度制御の上で、従来次のような解決すべき課題が生じ ていた。

【０００８】 図４に、半導体レーザ装置の温度特性図を示す。 ＣＡＴＶの中継器等は、日中屋外で直射日光にさらされる。従って、半導体レ ーザ装置の周囲の温度も、外気温の上昇に伴って急激に上昇する。同様に、図３ に示したヒートシンク１６自体の温度も上昇する。 この図４は、縦軸に温度、横軸に時間をとったグラフである。ここで、レーザ ダイオードの温度ＴＬは、予め設定温度Ｔ１に保たれるように制御される。この とき、例えば外気温ＴＳが直射日光等により次第に上昇していくと、図３に示す ヒートシンク１６も温度上昇し、このヒートシンク１６に密着したレーザダイオ ードモジュール１の温度ＴＭも上昇する。

【０００９】 一方、レーザダイオードモジュール１に収容された図２に示すようなアイソレ ータ６等は、レーザダイオード４が発射する光を光ファイバ３に導くためのレン ズ系から構成される。従って、精密な機械特性が要求され、レーザダイオードモ ジュール全体の異常な温度上昇により信頼性や性能の劣化を生じるおそれがある 。 本考案は以上の点に着目してなされたもので、上記のようなレーザダイオード モジュール自体の異常な温度上昇を防止した構成の半導体レーザ装置を提供する ことを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案の半導体レーザ装置は、レーザダイオードと、このレーザダイオードを 冷却するための第１の冷却素子とを収容したレーザダイオードモジュールと、前 記レーザダイオードを設定温度に保つよう前記第１の冷却素子を制御する第１の 冷却制御部と、前記レーザダイオードモジュールに密着固定された第１のヒート シンクと、前記第１のヒートシンクと別体にされた第２のヒートシンクと、前記 第１のヒートシンクと前記第２のヒートシンクの間に挟み込まれて両者に密着し て配置され、前記第１のヒートシンクから吸熱し前記第２のヒートシンク側に放 熱する第２の冷却素子と、前記レーザダイオードを設定温度に保つよう前記第２ の冷却素子を制御する第２の冷却制御部とを備えたことを特徴とするものである 。

【００１１】

【作用】

この半導体レーザ装置は、レーザダイオードモジュールに密着固定された第１ のヒートシンクの他に、これとは別体にされた第２のヒートシンクを設けている 。そして、両者の間に挟み込んだ第２の冷却素子を用いて、第１のヒートシンク から強制的に熱を奪い、第２のヒートシンクの側に放熱する。これにより、第１ のヒートシンクは、外気温の急上昇その他によってもほぼ安定した温度に保たれ 、これに密着固定されたレーザダイオードモジュールも一定の適切な温度に保た れる。従って、外気温の高いときに、レーザダイオードモジュールの内部の第１ の冷却素子を駆動しても、モジュール全体の温度が上昇するおそれが無い。

【００１２】

【実施例】

以下、本考案を図の実施例を用いて詳細に説明する。 図１は、本考案の半導体レーザ装置実施例を示す外観斜視図である。 この図に示すように、本考案の半導体レーザ装置は、先に図２を用いて説明し たようなレーザダイオードモジュール１に対し、第１のヒートシンク１６を密着 固定すると共に、この第１のヒートシンク１６の他に、更に第２のヒートシンク ２２を設ける。 レーザダイオードモジュール１と第１のヒートシンク１６の構成は、既に図３ を用いて説明したような従来のものと変わるところはない。また、このレーザダ イオードモジュール１の内部に設けられた第１の冷却素子８を駆動するために、 図３に示したと同様の構成の第１の冷却制御部１０が設けられている。

【００１３】 このレーザダイオードモジュール１には、やはり図２や図３を用いて説明した ようなコネクタ２及び光ファイバ３が接続され、図示しないレーザダイオードの 光を外部に導くように構成されている。 ここで、本考案の装置においては、先に説明したように、第１のヒートシンク １６の他に第２のヒートシンク２２を設ける。この第２のヒートシンク２２とし ては、半導体レーザ装置を収容するケースや、あるいはその他適当な金属製の大 型基板等を使用する。

【００１４】 第１のヒートシンク１６と第２のヒートシンク２２の間には、第２の冷却素子 ２１が両者に密着するように配置され挟み込まれる。この第２の冷却素子２１は 、ペルチェ素子から構成され、その吸熱側の面を第１のヒートシンク１６に密着 させ、放熱側の面を第２の冷却素子２２に密着させている。また、この第２の冷 却素子２１を駆動するために、第２の冷却制御部２０が設けられ、温度制御のた めのサーミスタ２３がレーザダイオードモジュール１の側面に固定されている。 この第２の冷却制御部２０の構成は、第１の冷却制御部１０と全く同一であり 、その内部回路の図示及び説明は重複するので省略する。

【００１５】 図５に、上記のような半導体レーザ装置の温度特性説明図を示す。 この図は、図４と同様に、横軸に時間をとり、縦軸に温度をとったグラフであ る。 ここで、図１に示したレーザダイオードモジュール１の内部に使用された図示 しないレーザダイオードの温度ＴＬは、例えば図に示すように温度Ｔ１に設定さ れているものとする。この温度設定は第１の冷却制御部１０により行なわれる。 一方、本考案においては、上記レーザダイオードモジュール１本体の温度を、 予め、例えば温度Ｔ２に設定しておく。この温度設定は第２の冷却制御部２０に より行なわれる。

【００１６】 上記のような設定で、図１に示した第１の冷却制御部１０及び第２の冷却制御 部２０を駆動すると、例えば図５に示すように、外気温ＴＳが次第に温度上昇し たとしても、レーザダイオードのみならず、レーザダイオードモジュール１の温 度も一定範囲の温度に保持される。 即ち、図１に示すレーザダイオードモジュール１の内部において、レーザダイ オードは、図２に示したような第１の冷却素子によって冷却され、その熱は第１ のヒートシンク１６に放熱される。従来は、これにより、第１のヒートシンク１ ６が次第に温度上昇したが、本考案においては、第２の冷却素子２１によって、 第１のヒートシンク１６から熱を奪い、その熱を第２のヒートシンク２２に放熱 する。第２の冷却制御部２０はサーミスタ２３によってレーザダイオードモジュ ール１の温度を測定し、その温度が設定温度Ｔ２になるように第２の冷却素子２ １を駆動する。 これにより、第１のヒートシンク１６は、設定温度Ｔ２に近い温度に保たれ、 外気温上昇に関係なく、ほぼ一定の範囲の温度となる。

【００１７】 その結果、レーザダイオードモジュール１の内部に収容されたレーザダイオー ド以外の、他のアイソレータ等の部品についても、異常な温度上昇が防止され、 モジュール全体の信頼性と性能の安定化を図ることができる。 本考案は以上の実施例に限定されない。 上記実施例においては、レーザダイオードモジュール１を比較的大型の第１の ヒートシンク１６に密着固定し、それを更に第２の冷却素子２１を介して別の第 ２のヒートシンクに固定した例を示したが、次のような構成を採用することによ り、従来よりも第１のヒートシンク１６を十分に小型化することが可能になる。

【００１８】 図６に、その第１のヒートシンクを小型化した場合の実施例斜視図を示す。 図に示すように、この実施例では、レーザダイオードモジュール１とほぼ同サ イズの第１のヒートシンク１６−１を、レーザダイオードモジュール１の底面に 張り付けるようにしている。このようにして第１のヒートシンク１６−１をレー ザダイオードモジュール１と一体化してしまい、その第１のヒートシンク１６− １にペルチェ素子等から構成される第２の冷却素子２１を介して、第２のヒート シンク２２−１を接続固定している。

【００１９】 本考案の半導体レーザ装置においては、レーザダイオードモジュール１の内部 に収容された第１の冷却素子８がレーザダイオードを冷却する際に、その放熱動 作を維持できる程度の第１のヒートシンクが設けられていればよい。第１のヒー トシンクの温度上昇は、第２の冷却素子２１と第２のヒートシンク２２−１によ って抑制する。従って、図２に示すような構成とし、全体として小型化と構成の 簡素化を図ることもできる。

【００２０】

【考案の効果】

以上説明した本考案の半導体レーザ装置は、レーザダイオードモジュールを第 １のヒートシンクに密着固定し、レーザダイオードモジュールの内部に収容され た第１の冷却素子によってレーザダイオードモジュールを冷却する一方、第１の ヒートシンクと別体にされた第２のヒートシンクを設け、第１のヒートシンクと 第２のヒートシンクの間に挟み込まれ、両者に密着して配置された第２の冷却素 子によって、第１のヒートシンクを冷却し、レーザダイオードモジュールを設定 温度に保つようにしたので、レーザダイオードのみならずレーザダイオードモジ ュール全体も一定範囲の温度に保つことができる。これにより、レーザダイオー ドモジュールの内部に収容された各種の部品も、外気温の上昇に関わらず、一定 温度範囲に保たれ、信頼性と性能の安定化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の半導体レーザ装置実施例を示す概略図
である。

【図２】レーザダイオードモジュールの主要部概略図で
ある。

【図３】従来の半導体レーザ装置概略図である。

【図４】従来の半導体レーザ装置の温度特性説明図であ
る。

【図５】本考案の半導体レーザ装置の温度特性説明図で
ある。

【図６】本考案の半導体レーザ装置の変形例斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ レーザダイオードモジュール ３ 光ファイバ ８ 第１の冷却素子 １０ 第１の冷却制御部 １６ 第１のヒートシンク ２０ 第２の冷却制御部 ２１ 第２の冷却素子 ２２ 第２のヒートシンク

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザダイオードと、このレーザダイオ
   ードを冷却するための第１の冷却素子とを収容したレー
   ザダイオードモジュールと、 前記レーザダイオードを設定温度に保つよう前記第１の
   冷却素子を制御する第１の冷却制御部と、 前記レーザダイオードモジュールに密着固定された第１
   のヒートシンクと、 前記第１のヒートシンクと別体にされた第２のヒートシ
   ンクと、 前記第１のヒートシンクと前記第２のヒートシンクの間
   に挟み込まれて両者に密着して配置され、前記第１のヒ
   ートシンクから吸熱し前記第２のヒートシンク側に放熱
   する第２の冷却素子と、 前記レーザダイオードを設定温度に保つよう前記第２の
   冷却素子を制御する第２の冷却制御部とを備えたことを
   特徴とする半導体レーザ装置。