(57)【要約】レーザ光ＬＢを出射するレーザ光源１０と、レーザ光ＬＢを波長変換する波長変換素子１と、波長変換素子１の第１面に載置された温度センサ２と、波長変換素子１の第２面を固定して波長変換素子１を載置したセラミックスを基材とするヒータ基板３と、ヒータ基板３上のヒータ４とを備え、レーザ光源１０を載置したサブマウント基板１１とヒータ基板３はヒートシンクに対して固定されており、ヒートシンクは基板３に対向する波長変換素子１の投影領域に対応した位置に凹部Ｇを有することにより、波長変換素子全体を最適動作温度に保ち、レーザ光を高効率に波長変換することができる。
2012098569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を波長変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子の第１面に載置された温度センサと、
前記波長変換素子が載置された基板であって、前記第１面に対向する前記波長変換素子の第２面から前記波長変換素子を加熱するヒータを有するセラミックス製の第１基板と、
前記第１基板が載置されたヒートシンクとを備え、
前記ヒータは前記第１基板表面における前記第２面の投影領域を含む位置に設けられ、
前記ヒートシンクは前記第２面の投影領域の外側で前記第１基板を支持していることを特徴とするレーザ光源モジュール。
【請求項２】
前記ヒータは前記第１基板の前記波長変換素子が載置された面と反対側の面に設けられ、
前記ヒートシンクは前記第２面の投影領域を含む位置に凹部を有し、
前記凹部の外縁部が前記第１基板を支持しており、
前記ヒータの発熱部は前記凹部に挿入されて前記ヒートシンクと離間して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項３】
前記レーザ光源は第２基板に載置され、
前記第２基板は前記ヒートシンクに載置されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項４】
前記ヒートシンクは、
前記第１基板が載置された第１ヒートシンクと、
前記第２基板が載置された第２ヒートシンクとが互いに接合されて成ることを特徴とする請求項３に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項５】
前記第１基板の表面に熱拡散層を有し、
前記波長変換素子は前記第２面を前記熱拡散層側に向けて前記熱拡散層の表面に載置されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項６】
前記熱拡散層は銀粒子を含む厚膜層からなることを特徴とする請求項５に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項７】
前記熱拡散層は前記第１基板に金属薄板ないし金属箔を接合したものであることを特徴とする請求項５に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項８】
前記波長変換素子は前記第２面を前記ヒータ側に向けて前記ヒータの表面に載置されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項９】
前記波長変換素子は前記レーザ光が波長変換される導波路を有しており、
前記導波路は前記波長変換素子の前記第２面側に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のレーザ光源モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、画像表示装置などで用いられる、基本波レーザ光を発振する固体レーザと、該基本波レーザ光を波長変換する波長変換素子とを備えたレーザ光源モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光源モジュールとして、固体レーザ等のレーザ光源で励起したレーザ光を、周期分極反転構造を有する非線形光学結晶（以下、ＮＬＯ結晶）からなる波長変換素子を通して波長変換する方式が実用化され、各種のレーザ光源モジュールが提案されている。しかしながら、ＮＬＯ結晶の波長変換素子は波長変換効率の温度依存性が大きいことから、使用時には波長変換素子全体を一定の最適動作温度に保つ必要がある。【０００３】
例えば、特許文献１に記載されているレーザ光源モジュールでは、ヒートシンク上に固定された基板上にヒータと熱拡散板を別個に配置し、熱拡散板上に波長変換素子を載置している。波長変換素子の温度制御は、基板上に取り付けた温度センサの検知温度に応じてヒータを発熱させ、熱拡散板を介して波長変換素子へ伝熱して波長変換素子の温度を均一にしている。この方式のレーザ光源モジュールでは、同一の基板面上に熱拡散板及びヒータ、温度センサを載置しているため、モジュールの小型化を図り難い。また、温度センサは波長変換素子の温度を検出していないことから、温度制御の精度が低い。【０００４】
一方、特許文献２に記載されている光源装置では、窪みを設けたヒートシンク上に波長変換素子を固定し、波長変換素子上に熱拡散板とヒータを備えている。温度センサは、支持部の窪み内に挿入されて波長変換素子に直接取り付けられて温度を検知している。ヒートシンクは波長変換素子と同等の寸法になっていることから、波長変換素子周辺の構造は特許文献１の例に比べて小型である。波長変換素子の小型化は、レーザ光源モジュールを利用した投射型表示装置を小型化ないし薄型化する上で重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００９／１１６１３４号公報
【特許文献２】特開２００８−１５３３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献２に記載されている光源装置では、窪みを設けたヒートシンクで波長変換素子を支持して放熱を行っているため、波長変換素子のヒートシンクが接触している箇所とそれ以外の箇所で温度差が生じやすい。そのため、波長変換素子全体の温度範囲を動作に適した範囲に制御することが困難であるため、波長変換効率を最大化することが困難であるという問題があった。【０００７】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、波長変換素子全体を最適動作温度に保ちながら、レーザ光を高効率に波長変換可能な小型のレーザ光源モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に掛かるレーザ光源モジュールは、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光を波長変換する波長変換素子と、波長変換素子第１面に載置された温度センサと、前記波長変換素子が載置された基板であって、波長変換素子第１面に対向する波長変換素子第２面から波長変換素子を加熱するヒータを有するセラミックス製のヒータ基板と、ヒータ基板が載置されたヒートシンクとを備えており、ヒータはヒータ基板表面における波長変換素子第２面の投影領域を含む位置に設けられ、ヒートシンクは波長変換素子第２面の投影領域の外側でヒータ基板を支持しているものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、波長変換素子の投影領域を含む位置にヒータを設け、ヒートシンクが波長変換素子の投影領域の外側でヒータ基板を支持する構成としたので、波長変換素子の温度を素子内で略均一、かつ最適温度範囲に保持することが可能になり、波長変換効率の高い小型のレーザ光源モジュールを得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１におけるレーザ光源モジュールの構成を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１におけるレーザ光源モジュールの構成を示す側面図である。
【図３】実施の形態１におけるレーザ光源モジュールの波長変換素子周辺の構成を示す正面図である。
【図４】ヒータ基板の詳細を示す平面図である。
【図５】実施の形態２におけるレーザ光源モジュールの波長変換素子周辺の構成を示す正面図である。
【図６】実施の形態３におけるレーザ光源モジュールの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１におけるレーザ光源モジュールの構成を示す斜視図であり、図２は同じレーザ光源モジュールの構成を示す側面図である。図３は、同じレーザ光源モジュールの波長変換素子周辺の構成を示すレーザ光出射側から見た正面図である。これらの図に示すレーザ光源モジュール１００は、レーザ光源１０と波長変換素子１を主たる構成要素として、レーザ光源１０が載置されるサブマウント基板１１と、サブマウント基板１１が載置される第１ヒートシンク１２、波長変換素子１が載置されるヒータ基板３と、ヒータ基板３が載置される第２ヒートシンク５が配置されている。また、第１ヒートシンク１２と第２ヒートシンク５は接合されて一体化しており、全体でひとつのヒートシンクを成している。
【００１２】
波長変換素子１としては、バルク型と導波路型の二種類の方式が使用可能であるが、ここでは導波路型を前提として説明を行う。導波路型の波長変換素子１の下面にはレーザ光ＬＢの導波路が形成されており、この面が波長変換素子１の固定面となる。一方、対向する波長変換素子１の上面には、温度センサ２が載置される。波長変換素子１の上面と導波路側の下面は互いに平行な面となっており、波長変換素子１は一般に薄い直方体形状を有している。また、ヒータ基板３の波長変換素子１載置面の反対側に、波長変換素子１の載置領域と同程度かそれ以上の面積を有する平面状のヒータ４が設けられている。第２ヒートシンク５は、波長変換素子１の投影領域を含む位置に凹部Gを有しており、凹部G内のヒータ基板３下面にヒータ４が挿入されている。すなわち、ヒートシンク５は投影領域の外側位置でヒータ基板３を支持している。
【００１３】
一方、ヒータ４は、ヒータ基板３下面の波長変換素子1の投影領域を含む位置に配置されている。ヒータ基板３は、凹部Gを形成している二つの外縁部９で支持されて、ヒータ４は実際に発熱する領域が第２ヒートシンク５と直接接触していない。すなわち、ヒータ４は実質的に第２ヒートシンク５と一定の微小距離を介して離間していることから、ヒータ４との熱的な結合が弱められている。両者が離間した空間内は空気で満たされていれば良いが、必要に応じて熱絶縁性かつ電気絶縁性の樹脂材料などが充填されていても良い。
なお、本明細書において、載置とは、ある部材に別の部材を載せ置く形になるよう固定することを指し、両部材間に接合材や後述する熱拡散層等が介在することを含むものである。
【００１４】
レーザ光源１０は波長変換素子１にレーザ光を供給する素子で、例えば半導体レーザ素子や、レーザ結晶からなる固体レーザ素子である。レーザ光源１０が固体レーザ素子の場合は、図示されていない半導体レーザ等によって励起されることによりレーザ発振する。サブマウント基板１１は、アルミナや窒化アルミニウムなどからなるセラミックス基板で、その上にレーザ光源１０となる半導体レーザダイオードが搭載される場合は配線パターンが形成される。
【００１５】
上記のレーザ光源１０は、サブマウント基板１１の上面に接合材（図示せず）により固定されて載置されている。また、サブマウント基板１１は第１ヒートシンク１２の上面に接合材（図示せず）により固定されている。上記の各接合材としては、各種はんだ材料、金属粒子を焼結させる方式の接合材、異なる金属同士を拡散させる接合材料、金属粒子を含む導電性接着剤、エポキシ樹脂やシリコン樹脂などの樹脂材料からなる非導電性接着剤などの材料が適宜用いられる。なお、以下の説明における各接合材も同様に扱われる。
【００１６】
当該サブマウント基板１１はアルミナ、窒化アルミニウム、窒化シリコン、窒化ホウ素、炭化ケイ素などのセラミックスないしはそれらを含む材料により製作された平板状の部材である。その他、タングステンやモリブデンのような比較的熱膨張係数の小さい金属材料や、それらを含む合金材料、ガラス材料、金属を含浸させた炭化ケイ素素材を用いることも可能である。第１ヒートシンク１２、第２ヒートシンク５は、熱伝導率の高い金属材料や合金材料により作製された部材である。
【００１７】
波長変換素子１は、ＮＬＯ結晶として、例えばニオブ酸カリウムやニオブ酸リチウムが用いられ、周期分極反転構造を有する導波路が形成されている。投射型の表示装置の光源のひとつとして用いられる場合、波長変換素子１の平面寸法は、例えば一辺の長さが２ｍｍ〜５ｍｍの長方形である。波長変換素子１は導波路端面にレーザ光源１０で発振したレーザ光が入射するように精密に配置され、ヒータ基板３の上面に接合材（図示せず）により固定されて載置されている。波長変換素子１は導波路がヒータ基板３側になるように接合される。波長変換素子１の上面には温度センサ２が接合材（図示せず）により固定されており、ヒータ基板３の下面にはヒータ４が形成されている。
【００１８】
波長変換素子１を載置しているヒータ基板３は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化シリコン、窒化ホウ素、炭化ケイ素などのセラミックスないしはそれらを含む材料により製作された平板状の絶縁性部材である。これらのセラミックス材料は、熱膨張係数（線膨張係数）が１０ｐｐｍ／℃以下であり、なおかつ波長変換素子１を構成する結晶材料の熱伝導率より高い熱伝導率を有しているものが好適である。図４はヒータの形成された基板を示す平面図であり、図４（ａ）はヒータ４が形成されたヒータ面、図４（ｂ）はその裏側の配線接続面を示す。ヒータ基板３のヒータ面と配線接続面には、それぞれヒータ４に通電するための回路パターン７および端子側回路パターン７Ｔが形成されており、各面の間の導通は例えばヒータ基板３に穿った貫通孔８を通して行われる。ヒータ４の実質的な発熱領域は二つの回路パターン７間の部分となる。図中の点線で囲まれた領域は、波長変換素子１が配置される投影領域の例である。
【００１９】
また、第２ヒートシンク５は第１ヒートシンク１２の側面にエポキシ樹脂などの接合材Ｓにより固定されて機械的に結合されており、全体で1つのヒートシンクと見なすことが出来る。両ヒートシンクの接合作業は、レーザ光源１０と波長変換素子１の位置合わせを行う工程となるため、各部材および治具の寸法精度、温度条件などが慎重に配慮される必要がある。ヒートシンクが第１ヒートシンク１２と第２ヒートシンク５に分割されていると、両ヒートシンク上の組み立て完了後にレーザ光源１０と波長変換素子１との位置関係を調整することが出来る。そのため、一体化されたヒートシンクに較べて、波長変換素子１下、ヒータ基板３下、レーザ光源１０下、サブマウント基板１１下の各接合部の厚み精度の制約が緩和されてレーザ光源モジュール１００の生産が容易になる。
【００２０】
一方、一体化ヒートシンクはヒートシンクが一つで済む上、ヒートシンク間の接合工程を省ける利点がある。ただし、ヒートシンクと波長変換素子１の間と、ヒートシンクとサブマウント基板１１の間の二箇所の接合部の厚みを精密に制御する必要があることから、製造時にはそれぞれの厚みの制御に配慮を要する。
【００２１】
波長変換素子１の波長変換効率は、後述する通り、温度依存性があるので、レーザ光源モジュール１００動作時には波長変換素子１を所定の温度に保つ必要がある。温度センサ２は波長変換素子１の温度を検知する素子であり、例えばサーミスタが用いられる。
図３に示すように、ヒータ４の幅寸法Ｂは波長変換素子１の幅寸法Ａに対して同等以上であり、かつ、図３の奥行き方向、すなわち導波路に沿った方向においては波長変換素子１よりやや短いものの、おおむね同等程度の長さを有する。
【００２２】
実際には、ヒータ基板３がレーザ光ＬＢに干渉することを避けるため、波長変換素子１の導波路にレーザ光ＬＢが入射する端部と出射する端部は、ヒータ基板３端部からわずかに突出して配置されることが多い。すなわち、レーザ光ＬＢ方向では、ヒータ基板３より波長変換素子１がわずかに長くなっている。突出長さは、波長変換素子１の温度を均一にするために可能な限り小さくすることが望ましい。しかしながら、製造プロセスの制約から、例えば０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の突出長さが用いられる。波長変換素子１の端部が突出することで、ヒータ基板３との間の接合材が波長変換素子１端部に拡がることを防ぐことも出来る。
【００２３】
また、プロセス上の問題から、ヒータ４をヒータ基板３の端部まで形成することは容易でない。そのため、図４（ａ）に示すように、ヒータ４の端部からヒータ基板３の端部にはクリアランスＣが設けられており、クリアランスＣの幅は例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。波長変換素子１はクリアランスＣ上にも延伸しており、さらにヒータ基板３上から突出しているため、僅かではあるが、レーザ光ＬＢ方向は波長変換素子１よりヒータ４が短い構成となる。
【００２４】
本実施の形態１では、ヒータ４はヒータ基板３を介して波長変換素子１を加熱する。上記のように、ヒータ４は波長変換素子１の導波路面側から波長変換素子１のほぼ全域に対応して配置されているため、波長変換素子１の結晶全体をほぼ均一に加熱することが出来る。例えば、ヒータ基板３の厚みが０．３ｍｍ〜１．０ｍｍのとき、波長変換素子１のレーザ光ＬＢ方向長さに対するヒータ４の長さが７０％以上であれば、波長変換素子１の変換効率が大きく低下することはなく実用に供することが可能である。
【００２５】
ヒータ４は、例えばヒータ基板３に酸化ルテニウムなどを含有する電気抵抗体ペーストを塗工し、乾燥、焼成することにより形成される。これら温度センサ２およびヒータ４は、端子側回路パターン７Ｔから外部回路（図示せず）に電気的に接続され、この外部回路によって波長変換素子１が最適動作温度となるようにヒータ４の出力が制御される。
【００２６】
次に、レーザ光源モジュールの動作を踏まえて各構成要素について詳しく説明する。上記のような構造を有するレーザ光源モジュール１００では、レーザ光源１０で発振したレーザ光が波長変換素子１に入射して波長変換され、例えば第２次高調波となって波長変換素子１から出射する。図２において、レーザ光源モジュール１００から発振されるレーザ光ＬＢを示している。
【００２７】
ＮＬＯ結晶を用いた波長変換素子は、位相整合条件を満たしたときに高効率の波長変換を行う。すなわち、入射した基本波レーザ光により強制励起された非線形分極波の位相速度と、非線形分極により発生した第２高調波の位相速度とが一致したときに、素子内の各位置で発生した光波がコヒーレント加算されて高い変換効率が得られる。しかし、この波長変換素子は、変換効率がある温度でピークを持つ特性を有しており、例えば変換効率の高まる温度からピークを経て低くなる温度までの間に１０〜２０℃程度の幅を持っている。そのため、実使用においては、ピークとなる温度に対して好ましくは±２℃程度の温度範囲に維持される必要がある。波長変換素子１の最適動作温度、及び動作時の許容温度範囲は分極反転周期の設定により適宜調整可能であり、例えば最適動作温度が９０℃〜１３０℃のものが多く用いられる。
【００２８】
レーザ光源モジュール１００の動作に伴って、レーザ光ＬＢのエネルギーの一部が波長変換素子１内で熱に転じることから、波長変換素子１自体も発熱を生じる。このため、レーザ出力の変化に応じて波長変換素子１の温度が変化して波長変換効率が低下するのを防ぐために、ヒータ４の出力を動的に制御する必要がある。
【００２９】
波長変換素子１は下面全体が基板に接着されており、波長変換素子１と同等以上の幅寸法のヒータ４が波長変換素子の下方に配置していることにより、波長変換素子１の下面を満遍なく加熱することが出来る。ヒータ基板３に使用されるセラミックス板は、厚み０．３〜１．０ｍｍが好ましい。ニオブ酸リチウムの熱伝導率が６Ｗ／（ｍ・Ｋ）と小さく、例えばアルミナの熱伝導率はその５倍以上であることから、ヒータ基板３は熱拡散板としても機能する。
【００３０】
ヒータ４はヒータ基板３の波長変換素子１が載置された面と反対側の面に固定されており、ヒータ４は第２ヒートシンク５の凹部G内に挿入されて第２ヒートシンク５と離間して配置されている。したがって、波長変換素子１の放熱はヒータ基板３の断面を経由して第２ヒートシンク５に至る経路を経る。つまり、構造的に波長変換素子１から第２ヒートシンク５までの熱伝導が抑制されており、負荷の急激な変動に対して温度変化率が過大とならないように配慮されている。また、第２ヒートシンク５におけるヒータ基板３の載置面積は、ヒータ４を用いずにレーザ光源モジュール１００を稼動させた際に、波長変換素子１の温度が所定の温度以下で、かつ所定温度付近となるように設計される。この所定温度を変換効率のピークとなる温度に近づけることにより、レーザ光源モジュール１００を駆動させる際のヒータ４の出力を小さくすることが可能になり、図４に示すような形態の、比較的に省電力のヒータ４を用いて、波長変換素子温度を±２℃の範囲内に均一に保つことが可能となる。なお、本発明は、室温からの温度差と、両ヒートシンク間の接合材料を考慮すると、特に８０〜１５０℃の範囲での温度制御で有効である。
【００３１】
特に、高効率で波長変換することが可能な導波路型の波長変換素子では、結晶の一平面に導波路が形成されていることから、導波路側の温度分布が重要となる。また、導波路の厚みは例えば数μｍ〜５０μｍ程度とごく薄いため、温度分布のほか、ＮＬＯ結晶の温度変化による厚み方向の位置変動も考慮して、通常は導波路側がヒートシンクなどの支持側に配置される。
【００３２】
一例として、導波路の厚みが１０μｍ以下の場合を想定して、動作温度について構造的な影響を検討する。例えば、ヒータ基板３として厚み０．６ｍｍのアルミナ基板（熱膨張係数：７ｐｐｍ／℃）を用いる場合、２０℃から１２０℃への昇温に伴い、ヒータ基板３の厚み方向で約０．４μｍの膨張が生じる。この膨張は、レーザ光源１０と波長変換素子１の縦方向のアライメント精度±０．５μｍを考慮しても、総合的な許容誤差である２μｍの範囲内に収まるため問題とはならない。さらに、導波路がヒータ基板３側にあるため、波長変換素子１の厚み方向の変形を考慮する必要が無い。
【００３３】
すなわち、ヒータ基板３に熱膨張係数の小さい薄板状のセラミックス基板を用いることにより、垂直方向の位置精度を満足することが可能になる。上記の設定値と異なる寸法値や熱膨張係数を用いたとしても、上記のような範囲内に収まるように適宜設計が可能であることは言うまでもない。
【００３４】
また、温度センサ２と波長変換素子１が接触していることにより、温度センサ２の検出温度の精度が高く、かつ応答性が良好となる。そのため、波長変換するレーザ光の出力変動が速い場合においても、波長変換素子１が最適動作温度で一定になるようにヒータ４を制御することが容易になる。そのため、稼動時のみならず、レーザ光源モジュール１００がオフ状態からオン状態に切り替わる際にも、温度超過を抑制しながら動作温度まで高速に昇温させることが可能である。したがって、本実施の形態１のレーザ光源モジュール１００を載置した画像機器の、電源オンから動作状態までの立ち上がり時間を短縮することが出来る。
【００３５】
本実施の形態１によれば、波長変換素子１に対してヒータ基板３や第２ヒートシンク５を用いて、比較的小型のレーザ光源モジュール１００を実現しながら、波長変換素子１の導波路の温度を最適な動作温度において均一かつ一定に制御して、高い波長変換効率を得ることができる。
【００３６】
実施の形態２．
図５は本実施の形態２のレーザ光源モジュール１１０の波長変換素子１周辺の構造を示す。図５に示した構成要素のうち、図１ないし図３に示した構成要素と共通するものについては、図１ないし図３で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。レーザ光源モジュール１１０は、波長変換素子１とヒータ基板３の間に熱拡散層６を用いた点に特徴があり、波長変換素子１は導波路側を熱拡散層６側に向けて熱拡散層６の表面に載置されている。熱拡散層６は、例えば銀などの高熱伝導性の微粒子を含有した厚膜層、または銅を主成分とする金属薄板ないし金属箔からなる。
【００３７】
ヒータ基板３の上面に、波長変換素子１の幅寸法Aと同等以上の幅寸法Cを有する熱拡散層６を形成することで、ヒータで発生した熱を拡散し、波長変換素子1下面の導波路の温度を高い精度で均一にすることが可能になる。導波路の温度の均一性が改善されることで、波長変換素子１によるレーザ光ＬＢの波長変換効率を最大化することが容易になる。
【００３８】
熱拡散層６が厚膜層である場合は、予めヒータ基板３上に厚膜ペーストを用いてスクリーン印刷を行い、乾燥後、波長変換素子１を載置してから硬化工程ないしは焼成工程となる熱処理工程に投入することで、波長変換素子１とヒータ基板３の接合を兼ねることが可能である。熱処理後の厚膜層の厚みは、厚みの均一性を確保するため１０〜５０μｍ程度が好ましい。厚膜ペーストは、熱伝導率の高い銀粒子を多く含むものが好適であり、その他に樹脂または低融点ガラスのいずれか、もしくは両方を含有するものを用いる。さらに、焼成後残留する樹脂や低融点ガラスを含有せずに、焼成後にほぼ銀のみが残留する焼結性の材料を用いると、優れた熱拡散効果を持つ熱拡散層６を得ることができる。厚膜層はヒータ基板３に較べてきわめて薄いため、前述のレーザ光源１０と波長変換素子１の位置合わせ精度に対する影響は無視できる。
【００３９】
熱拡散層６が金属薄板である場合は、金属薄板とヒータ基板３、および金属薄板と波長変換素子１の間を接合材で接合する必要がある。金属薄板として厚み０．２ｍｍの銅板（熱膨張係数：１７ｐｐｍ／℃）を用いる場合、１００℃の温度変化に伴い、厚み方向で０．３４μｍの膨張が生じる。これは、前述のヒータ基板３の膨張に重畳される誤差成分となるが、ヒータ基板３の膨張分と重畳されても総合的な許容誤差の範囲内となるよう設計が可能である。なお、各接合材の厚みは１０μｍ程度かそれ以下であり無視できる。
【００４０】
また、熱拡散層６が金属箔である場合は、活性金属を添加したろう材を介して金属箔をヒータ基板３に接合するか、ヒータ基板３に金属箔を載せた状態で金属箔の融点を超えるまで加熱し、金属箔をヒータ基板３に直接、接合させる方法を用いることが出来る。
【００４１】
上記の熱拡散層６についての各方法においては、導波路が前述の寸法より厚くなる場合は、それに応じて許容誤差も大きくなることから、熱拡散層６の厚みも適宜調整可能であることは言うまでもない。
【００４２】
熱拡散層６は導電性を持っているため、ヒータ基板３の上面に形成されている端子側回路パターン７Ｔが接触しないように配慮される必要がある。これには、端子側回路パターン７Ｔと熱拡散層６の間に、絶縁を確保できるだけの隙間を確保すればよい。また、十分な隙間を確保できない場合は、端子側回路パターン７Ｔ上の熱拡散層６が重なる領域にガラス膜などの絶縁被膜を形成することによって絶縁を確保すればよい。
【００４３】
その他、ヒータ４は第２ヒートシンク５の凹部G内に挿入されて第２ヒートシンク５と離間して配置されている点は実施の形態１と同様であり、構造的に波長変換素子１から第２ヒートシンク５までの熱伝導が抑制されている。これによって、省電力のヒータ４を用いて波長変換素子温度を許容温度差内に均一に保つことが可能となる。
【００４４】
この実施の形態２によれば、波長変換素子１に対してヒータ基板３と第２ヒートシンク５を用いて、比較的小型のレーザ光源モジュール１１０を実現しながら、波長変換素子１の導波路の温度を最適な動作温度において均一かつ一定に制御して、高い波長変換効率を得ることができる。
【００４５】
実施の形態３．
図６は本実施の形態３のレーザ光源モジュール１２０の構成を示す斜視図である。図６に示した構成要素は、図１ないし図３に示した構成要素と共通する場合は同じ参照符号が使用されている。
【００４６】
レーザ光源モジュール１２０は、波長変換素子１とヒータ基板３Ｒの間にヒータ４Ｒを配置した点に特徴があり、波長変換素子１は導波路面側をヒータ４Ｒ側に向けてヒータ４Ｒの表面に載置されている。図１のレーザ光源モジュール１００と比較すると、レーザ光源モジュール１２０は、ヒータ基板３とヒータ基板３Ｒの位置関係が逆になっている。ヒータ基板３Ｒはヒータ基板３と同様の部材であり、ヒータ４Ｒはヒータ４と同様の部材である。ヒータ４Ｒの抵抗値を設計値に調整する必要があるため、波長変換素子１は予め形成されたヒータ４Ｒの上に接合材を用いて固定される。ヒータ４Ｒが図６の上側に位置するため、端子側回路パターン７Ｔは凹部G内に位置するように形成するか、ガラス膜などの絶縁被膜を形成して、第２ヒートシンク５に対する絶縁を確保すればよい。
【００４７】
第２ヒートシンク５の凹部Gは、ヒータ基板３Ｒに対向する波長変換素子１の投影領域を含む位置にあることから、構造的に波長変換素子１から第２ヒートシンク５までの熱伝導が抑制されている。これによって、省電力のヒータ４Ｒを用いて波長変換素子温度を許容温度差内に均一に保つことが可能となる。
【００４８】
波長変換素子１がヒータ４Ｒ上に直接固定されているため、ヒータ４Ｒの発熱均一性が高い場合に波長変換素子１の温度均一性が確保される。ヒータ４Ｒは、比較的省電力で良いため、発熱均一性の得易い低抵抗膜を用いることが可能である。ヒータ４Ｒの製造工程において、ヒータ４Ｒ表面の平滑性を高めるため、スクリーン印刷後にヒータ基板３Ｒ超音波振動を加えてレベリングを行う方法がある。平滑性が良好であることによって、波長変換素子１との接合が均一化されて波長変換素子１の温度均一性が向上する。
また、ヒータ４Ｒの発熱均一性を高めるため、スクリーン印刷による厚膜抵抗体に代わって、予め所定の寸法に裁断された抵抗体グリーンシートを貼付し、焼成したものを用いてもよい。抵抗体グリーンシートを用いることで、厚みの均一性および表面の平滑性に優れたヒータ４Ｒを得ることが出来る。
【００４９】
ヒータ４Ｒが厚膜ヒータである場合は、焼成後の厚膜層の厚みは５０μｍ以下となり、前述のレーザ光源１０と波長変換素子１の位置合わせ精度に対する影響は無視できる。ヒータ４Ｒが薄膜ヒータである場合にはさらに影響が低減されるため、同様に影響を無視できる。
【００５０】
この実施の形態３によれば、波長変換素子１に対してヒータ基板３Ｒと第２ヒートシンク５を用いて、比較的小型のレーザ光源モジュール１２０を実現しながら、波長変換素子１の導波路の温度を最適な動作温度において均一かつ一定に制御して、高い波長変換効率を得ることができる。
なお、上記の抵抗体グリーンシートを実施の形態１および実施の形態２におけるヒータとして用いることができることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５１】
１  波長変換素子
２  温度センサ
３、３Ｒ  ヒータ基板
４、４Ｒ  ヒータ
５  第２ヒートシンク
６  熱拡散層
７  回路パターン
７Ｔ  端子側回路パターン
８  貫通孔
９  外縁部
１０  レーザ光源
１１  サブマウント基板
１２  第１ヒートシンク
G  凹部
ＬＢ  レーザ光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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