(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子の温度を調整するサーモモジュールと、上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光と光学的に結合される光ファイバとを有する半導体レーザモジュールにおいて、上記サーモモジュールは通電電流の向きに応じて加熱動作と冷却動作を変化させ、かつ、サーモモジュールに通電する電流量に応じて半導体レーザ素子の温度を可変調整する構成と成し、上記サーモモジュールを加熱動作させる加熱方向の電流をサーモモジュールに流す電流経路上にはサーモモジュールの上流側と下流側とをサーモモジュールを迂回して短絡するバイパス通路が設けられ、このバイパス通路には上記加熱方向を順方向としたダイオードと、該ダイオードと逆向きのツェナーダイオードとが直列に設けられており、上記バイパス通路とダイオードとツェナーダイオードは加熱方向の電流をサーモモジュールとバイパス通路に分流通電させて加熱方向の過電流がサーモモジュールに通電するのを抑制する過電流制限手段と成していることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２】
サーモモジュールはペルチエ素子を第１の基板と第２の基板により挟み込んで構成され、上記第１の基板と第２の基板のうちの何れか一方側に半導体レーザ素子が配置されてサーモモジュールと熱的に接続されており、また、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を集光して光ファイバに導入するためのレンズを有し、このレンズは該レンズの取り付け用部材を固定している熱溶融接続材料を介してサーモモジュールの半導体レーザ素子を配置している側の基板と熱的に接続される構成と成し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。
【請求項３】
光ファイバはレーザ光が入射する端部に半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を集光するレンズが形成されているレンズ付光ファイバであ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。
【請求項４】
サーモモジュールはペルチエ素子を第１の基板と第２の基板により挟み込んで構成され、上記第１の基板と第２の基板のうちの何れか一方側に半導体レーザ素子が配置されてサーモモジュールと熱的に接続されている構成を備え、上記半導体レーザ素子とサーモモジュールはパッケージ内に収容配置されており、上記パッケージには該パッケージの内部から外部に通じる貫通孔が設けられ、この貫通孔には光ファイバ支持部材が嵌合装着され、この光ファイバ支持部材に設けられた挿通孔を通して光ファイバの端部側がパッケージの外部から内部に導入されており、サーモモジュールの半導体レーザ素子を配置した側の基板は上記光ファイバ支持部材と熱的に独立し、サーモモジュールの半導体レーザ素子を配置した側の基板から上記光ファイバ支持部材を介してパッケージの外部への熱の放出が制限されることを特徴とした請求項１又は請求項２又は請求項３記載の半導体レーザモジュール。
【請求項５】
半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子の温度を調整するサーモモジュールと、上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光と光学的に結合される光ファイバとを有する半導体レーザモジュールの駆動方法において、上記サーモモジュールは通電電流の向きに応じて加熱動作と冷却動作を変化させ、かつ、サーモモジュールに通電する電流量に応じて半導体レーザ素子の温度を可変調整する構成と成し、このサーモモジュールを半導体レーザ素子に熱的に接続し、サーモモジュールを加熱動作させる加熱方向の電流をサーモモジュールに流す電流経路にはサーモモジュールの上流側と下流側とをサーモモジュールを迂回して短絡するバイパス通路を設け、このバイパス通路には上記加熱方向を順方向としたダイオードと、該ダイオードと逆向きのツェナーダイオードとを直列に設けた状態で、ツェナーダイオードの両端の電圧がツェナーダイオードに予め設定されている閾値を越えたときに前記加熱方向の電流をバイパス通路に分流してサーモモジュールへの加熱方向の過電流通電を抑制することを特徴とした半導体レーザモジュールの駆動方法。
【請求項６】
半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子の温度を調整するサーモモジュールと、上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光と光学的に結合される光ファイバとを有する半導体レーザモジュールを備えた通信機器において、上記サーモモジュールは通電電流の向きに応じて加熱動作と冷却動作を変化させ、かつ、サーモモジュールに通電する電流量に応じて半導体レーザ素子の温度を可変調整する構成と成し、上記サーモモジュールを加熱動作させる加熱方向の電流をサーモモジュールに流す電流経路上にはサーモモジュールの上流側と下流側とをサーモモジュールを迂回して短絡するバイパス通路が設けられ、このバイパス通路には上記加熱方向を順方向としたダイオードと、該ダイオードと逆向きのツェナーダイオードとが直列に設けられており、上記バイパス通路とダイオードとツェナーダイオードは加熱方向の電流をサーモモジュールとバイパス通路に分流通電させて加熱方向の過電流がサーモモジュールに通電するのを抑制する過電流制限手段と成していることを特徴とする通信機器。
【請求項７】
過電流制限手段は半導体レーザモジュールの電源装置内に設けたことを特徴とする請求項６記載の通信機器。
【請求項８】
サーモモジュールはペルチェ素子を用いたペルチェモジュールと成し、このペルチェモジュールに並列に接続されたバイパス通路を有し、このバイパス通路には、ペルチェモジュールの上側に固定された光学部品が加熱される電流方向を順方向としたダイオードと、このダイオードの順方向を逆方向としたツェナーダイオードとの直列回路が配されている、請求項１記載の半導体レーザモジュールの過電流制限手段として機能する過電流制限回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、光通信の分野で用いられる半導体レーザモジュールおよびその駆動方法と過電流制限回路ならびに半導体レーザモジュールを用いた通信機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７（ａ）には半導体レーザモジュールの一構造例が断面により模式的に示され、図７（ｂ）には図７（ａ）に示す半導体レーザモジュールの電気配線の一例が示されている。図７（ａ）に示す半導体レーザモジュール１は半導体レーザ素子２と光ファイバ３を光学的に結合させてモジュール化したものである。
【０００３】
すなわち、図７（ａ）に示すように、パッケージ４の内底壁面４ａ上にサーモモジュール５が設けられている。このサーモモジュール５は複数のペルチエ素子５ａが例えば、アルミナ、窒化アルミ等の絶縁基板から成る板部材５ｂ，５ｃ（第１の基板、第２の基板）によって挟み込まれた形態と成している。この例では、上記板部材５ｂが上記パッケージ４の内底壁面４ａ上に固定され、この板部材５ｂにペルチエ素子５ａの放熱側が半田により設置され、このペルチエ素子５ａの吸熱側に上記板部材５ｃが半田により固定されている。
【０００４】
このようなサーモモジュール５は上記ペルチエ素子５ａに流す電流の向きに応じて発熱動作（加熱動作）と吸熱動作（冷却動作）が変化し、また、その発熱量や吸熱量はペルチエ素子５ａの通電電流量に応じて変化するものである。
【０００５】
このようなサーモモジュール５の上側（つまり、板部材５ｃ上）には部品の取り付け用部材である基板６が半田（例えば、ＩｎＰｂＡｇ共晶半田（融点１４８℃））により固定設置されている。この基板６の上側には支持部材７，８とレンズ９が固定されている。上記支持部材７には上記半導体レーザ素子２が配置されると共に、半導体レーザ素子２の温度を検知するためのサーミスタ１０が設けられている。上記支持部材８には上記半導体レーザ素子２の発光状態を監視するモニター用のフォトダイオード１１が配設されている。上記半導体レーザ素子２としては、例えば、１３１０ｎｍ帯および１５５０ｎｍ帯の信号光波長帯のものや、１４８０ｎｍ帯や９８０ｎｍ帯等の光ファイバ増幅器の励起光の波長帯のものが一般的に用いられている。
【０００６】
パッケージ４の側壁４ｂには貫通孔４ｃが形成され、この貫通孔４ｃにはコバール（商標名）等から成る光ファイバ支持部材１２が嵌合装着されている。この光ファイバ支持部材１２は挿通孔１２ａを有し、光ファイバ３の端部側がパッケージ４の外部から上記挿通孔１２ａの内部に導入されている。また、挿通孔１２ａの内部には上記光ファイバ３の先端と間隔を介してレンズ１４が配設されている。
【０００７】
上記パッケージ４には、図７（ｂ）に示すように、リードピン１６が複数本（図７（ｂ）に示す例では１４本）外部に向けて突出形成されている。また、パッケージ４の内部には上記半導体レーザ素子２、サーモモジュール５、サーミスタ１０、フォトダイオード１１を上記リードピン１６に導通接続させるための導体パターンやリード線等の導通手段１７が設けられている。それら導通手段１７とリードピン１６によって、上記半導体レーザ素子２、サーモモジュール５、サーミスタ１０、フォトダイオード１１をそれぞれ半導体レーザモジュール駆動用の駆動制御手段（図示せず）に導通接続させることができる。
【０００８】
具体的には、図７（ｂ）に示す例では、上記半導体レーザ素子２は上記導通手段１７とリードピン１６（１６ｇ，１６ｈ）によって、また、サーモモジュール５は上記導通手段１７とリードピン１６（１６ａ，１６ｆ）によって、さらに、サーミスタ１０は導通手段１７とリードピン１６（１６ｂ，１６ｅ）によって、また、上記フォトダイオード１１は導通手段１７とリードピン１６（１６ｃ，１６ｄ）によってそれぞれ上記駆動制御手段に導通接続される。
【０００９】
図７に示す半導体レーザモジュール１は上記のように構成されている。このような半導体レーザモジュール１を上記駆動制御手段に導通接続し、上記駆動制御手段から半導体レーザモジュール１の半導体レーザ素子２に電流を供給すると、半導体レーザ素子２からレーザ光が放射される。この放射されたレーザ光は上記レンズ９，１４から成る結合用光学系によって集光されて光ファイバ３に入射し、光ファイバ３内を伝搬して所望の用途に供される。
【００１０】
ところで、上記半導体レーザ素子２から放射されるレーザ光の強度および波長は半導体レーザ素子２自体の温度に応じて変動する。このため、上記レーザ光の強度および波長を一定に制御すべく、上記駆動制御手段は、上記サーミスタ１０から出力される出力値に基づいて、半導体レーザ素子２の温度が一定となるように、サーモモジュール５の通電電流の向きおよび通電量を制御してサーモモジュール５の加熱動作あるいは冷却動作を制御している。このサーモモジュール５による温度制御によって、半導体レーザ素子２はほぼ一定の温度に保たれ、半導体レーザ素子２から出射されるレーザ光の強度および波長を一定にすることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、操作ミスや過電圧発生等によって、サーモモジュール５を加熱動作させる加熱方向の過電流がサーモモジュール５に通電してしまう異常事態が発生する場合がある。この場合、サーモモジュール５が異常に高温加熱してサーモモジュール５上に配設されている半導体レーザ素子２、基板６、レンズ９等の部品が、例えば１０秒間でサーミスタ１０の指示温度が２００℃以上に上昇するというように急激に加熱される。
【００１２】
ところで、上記サーモモジュール５の板部材５ｃがパッケージ４の側壁や光ファイバ支持部材１２に熱的に接続されている場合には上記サーモモジュール５から発せられた熱の一部は上記パッケージ４の側壁や光ファイバ支持部材１２を介して外部に放出される。このため、上記のようにサーモモジュール５が異常に高温加熱した際には、その高温の熱の一部が上記サーモモジュール５から光ファイバ支持部材１２を介して外部に放熱されることとなり、半導体レーザ素子２やレンズ９等のサーモモジュール５上の部品に伝熱される熱量が抑制されて上記サーモモジュール５上の部品の温度上昇を緩和することができる。
【００１３】
しかし、図７に示す例では、サーモモジュール５上の部品と、上記パッケージ４の側壁や光ファイバ支持部材１２とは熱的に独立した状態である。このために、サーモモジュール５上の部品の熱がパッケージ４の側壁や光ファイバ支持部材１２を通してパッケージ４の外部に放熱されることは殆ど無い。このような場合には、上記サーモモジュール５の異常高温加熱が発生した際にはそのサーモモジュール５の高温の熱がサーモモジュール５上の部品に伝熱され蓄積されてしまう。このため、サーモモジュール５上の部品の温度上昇は顕著なものとなり、次に示すような事態が発生し易くなり、問題である。
【００１４】
例えば、上記の如く、加熱方向の過電流通電に起因したサーモモジュール５の高温加熱によって半導体レーザ素子２の温度が高温に上昇した場合には、半導体レーザ素子２の結晶内部の欠陥が成長し、半導体レーザ素子２の特性が大幅に劣化してしまうという問題が生じる。
【００１５】
また、基板６は上述したようにサーモモジュール５の板部材５ｃに例えばＩｎＰｂＡｇ共晶半田（融点１４８℃）等の半田（熱溶融接続材料）により固定されている。このために、上記の如くサーモモジュール５が異常に高温加熱した場合には、上記半田が溶融して基板６の位置ずれが生じることがある。この基板６の位置ずれにより、半導体レーザ素子２およびレンズ９が正規の位置からずれ、光ファイバ３に対して半導体レーザ素子２およびレンズ９がずれる光結合のずれ（調芯ずれ）が生じてしまうという問題が生じる。特に、上記基板６の位置ずれに起因して半導体レーザ素子２が光ファイバ３に対して角度ずれを起こすと、例えば、０．２°の角度ずれによって光出力が９５％も低下してしまうという如く、光出力が大幅に低下してしまう。
【００１６】
さらに、上記ガラス製のレンズ９は、例えば、金属製のホルダに低融点ガラスを利用して接着固定され、このレンズ付金属製ホルダが上記基板６に固定されてレンズ９が基板６に取り付けられることがある。この場合、上記のように、サーモモジュール５が急激に異常加熱した際には、ガラスと金属の熱膨張率の大きな差によって、上記レンズ９と金属製ホルダとの接合部分（低融点ガラス）にクラックが発生してしまう。このクラック発生により、レンズ９が上記金属製ホルダから外れ、半導体レーザ素子２と光ファイバ３の光結合が損なわれてしまうという問題が生じる。
【００１７】
さらに、前述したように、ペルチエ素子５ａと板部材５ｂ，５ｃとは半田を利用して結合されているので、上記サーモモジュール５の異常加熱により、上記半田が溶融し、例えばペルチエ素子５ａが外れる等してサーモモジュール５自体が破損する虞がある。
【００１８】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、サーモモジュールへの加熱方向の過電流通電を防止し、その過電流通電に起因した問題発生を回避することができる半導体レーザモジュールおよびその駆動方法と過電流制限回路ならびに半導体レーザモジュールを用いた通信機器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、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決する手段としている。すなわち、第１の発明の半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子の温度を調整するサーモモジュールと、上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光と光学的に結合される光ファイバとを有する半導体レーザモジュールにおいて、上記サーモモジュールは通電電流の向きに応じて加熱動作と冷却動作を変化させ、かつ、サーモモジュールに通電する電流量に応じて半導体レーザ素子の温度を可変調整する構成と成し、上記サーモモジュールを加熱動作させる加熱方向の電流をサーモモジュールに流す電流経路上にはサーモモジュールの上流側と下流側とをサーモモジュールを迂回して短絡するバイパス通路が設けられ、このバイパス通路には上記加熱方向を順方向としたダイオードと、該ダイオードと逆向きのツェナーダイオードとが直列に設けられており、上記バイパス通路とダイオードとツェナーダイオードは加熱方向の電流をサーモモジュールとバイパス通路に分流通電させて加熱方向の過電流がサーモモジュールに通電するのを抑制する過電流制限手段と成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】
また、第２の発明の半導体レーザモジュールは、上記第１の発明の構成に加え、上記サーモモジュールはペルチエ素子を第１の基板と第２の基板により挟み込んで構成され、上記第１の基板と第２の基板のうちの何れか一方側に半導体レーザ素子が配置されてサーモモジュールと熱的に接続されており、また、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を集光して光ファイバに導入するためのレンズを有し、このレンズは該レンズの取り付け用部材を固定している熱溶融接続材料を介してサーモモジュールの半導体レーザ素子を配置している側の基板と熱的に接続される構成と成し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の発明の半導体レーザモジュールは、上記第１又は第２の発明の構成に加え、上記光ファイバはレーザ光が入射する端部に半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を集光するレンズが形成されているレンズ付光ファイバであ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の発明の半導体レーザモジュールは、上記第１又は第２又は第３の発明の構成に加え、上記サーモモジュールはペルチエ素子を第１の基板と第２の基板により挟み込んで構成され、上記第１の基板と第２の基板のうちの何れか一方側に半導体レーザ素子が配置されてサーモモジュールと熱的に接続されている構成を備え、上記半導体レーザ素子とサーモモジュールはパッケージ内に収容配置されており、上記パッケージには該パッケージの内部から外部に通じる貫通孔が設けられ、この貫通孔には光ファイバ支持部材が嵌合装着され、この光ファイバ支持部材に設けられた挿通孔を通して光ファイバの端部側がパッケージの外部から内部に導入されており、サーモモジュールの半導体レーザ素子を配置した側の基板は上記光ファイバ支持部材と熱的に独立し、サーモモジュールの半導体レーザ素子を配置した側の基板から上記光ファイバ支持部材を介してパッケージの外部への熱の放出が制限される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の発明の半導体レーザモジュールの駆動方法は、半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子の温度を調整するサーモモジュールと、上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光と光学的に結合される光ファイバとを有する半導体レーザモジュールの駆動方法において、上記サーモモジュールは通電電流の向きに応じて加熱動作と冷却動作を変化させ、かつ、サーモモジュールに通電する電流量に応じて半導体レーザ素子の温度を可変調整する構成と成し、このサーモモジュールを半導体レーザ素子に熱的に接続し、サーモモジュールを加熱動作させる加熱方向の電流をサーモモジュールに流す電流経路にはサーモモジュールの上流側と下流側とをサーモモジュールを迂回して短絡するバイパス通路を設けた状態で、このバイパス通路には上記加熱方向を順方向としたダイオードと、該ダイオードと逆向きのツェナーダイオードとを直列に設け、ツェナーダイオードの両端の電圧がツェナーダイオードに予め設定されている閾値を越えたときに前記加熱方向の電流をバイパス通路に分流してサーモモジュールへの加熱方向の過電流通電を抑制す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の発明の通信機器は、半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子の温度を調整するサーモモジュールと、上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光と光学的に結合される光ファイバとを有する半導体レーザモジュールを備えた通信機器において、上記サーモモジュールは通電電流の向きに応じて加熱動作と冷却動作を変化させ、かつ、サーモモジュールに通電する電流量に応じて半導体レーザ素子の温度を可変調整する構成と成し、上記サーモモジュールを加熱動作させる加熱方向の電流をサーモモジュールに流す電流経路上にはサーモモジュールの上流側と下流側とをサーモモジュールを迂回して短絡するバイパス通路が設けられ、このバイパス通路には上記加熱方向を順方向としたダイオードと、該ダイオードと逆向きのツェナーダイオードとが直列に設けられており、上記バイパス通路とダイオードとツェナーダイオードは加熱方向の電流をサーモモジュールとバイパス通路に分流通電させて加熱方向の過電流がサーモモジュールに通電するのを抑制する過電流制限手段と成している構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２５】
さらに、第７の発明の通信機器は、上記第６の発明の構成に加え、前記過電流制限手段は半導体レーザモジュールの電源装置内に設けた構成をもって課題を解決する手段としている。さらに、第８の発明は、前記第１の発明の半導体レーザモジュールの過電流制限手段として機能する過電流制限回路であって、サーモモジュールはペルチェ素子を用いたペルチェモジュールと成し、このペルチェモジュールに並列に接続されたバイパス通路を有し、このバイパス通路には、ペルチェモジュールの上側に固定された光学部品が加熱される電流方向を順方向としたダイオードと、このダイオードの順方向を逆方向としたツェナーダイオードとの直列回路が配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。
【００２６】
上記構成の発明において、半導体レーザモジュールは、サーモモジュールを加熱動作させる加熱方向の電流をサーモモジュールに流す電流経路上に、サーモモジュールの上流側と下流側とをサーモモジュールを迂回して短絡するバイパス通路と、上記加熱方向を順方向としたダイオードと、該ダイオードと逆向きで該ダイオードと直列に接続されたツェナーダイオードとを設けて構成されている。
【００２７】
そして、上記バイパス通路とダイオードとツェナーダイオードは加熱方向の過電流がサーモモジュールに通電するのを抑制する過電流制限手段と成しており、ツェナーダイオードの両端の電圧がツェナーダイオードに予め設定されている閾値を越えたとき（すなわち、ツェナーダイオードのツェナー電圧を越えたとき）に、前記加熱方向の電流をバイパス通路に分流通電させて加熱方向の過電流がサーモモジュールに通電するのを抑制する。そのため、本発明においては、バイパス通路とダイオードとツェナーダイオードとを有する簡単な構成の過電流制限手段によりサーモモジュールへの加熱方向の過電流を抑制することができる。
【００２８】
サーモモジュールを備えた半導体レーザモジュールにおいて、サーモモジュールに加熱方向の過電流が通電すると、サーモモジュールが異常に高温加熱して様々な問題を発生させてしまうが、上記の如く、過電流制限手段を設けて加熱方向の過電流を抑制する構成とすることによって、サーモモジュールへの加熱方向の過電流通電に起因した様々な問題を防止することができる。したがって、本発明は、サーモモジュールの異常加熱に起因した半導体レーザ素子の特性劣化問題や光結合ずれの問題やレンズ外れによる光結合損失問題やサーモモジュールの破損問題等を防止することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１には第１の実施形態例において特徴的な半導体レーザモジュールの電気配線例が示されている。この第１の実施形態例において特徴的なことは、図１に示すように、過電流制限手段（逆電流制限手段）である過電流制限回路２０を設けたことである。過電流制限回路２０はバイパス通路２１とツェナーダイオード２２とダイオード２３を有して構成されており、パッケージ４の内部に設けられている。
【００３１】
なお、第１の実施形態例の半導体レーザモジュールは、上記以外の構成が前記図７に示した半導体レーザモジュールと同様であるので、上記図７に示した半導体レーザモジュールと同一構成部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。
【００３２】
半導体レーザモジュール１は常温以上の環境下で使用される場合が多く、サーモモジュール５は冷却動作だけしか行わないと想定されることが多いが、第１の実施形態例において、サーモモジュール５が加熱方向の動作も行なう場合を想定している。すなわち、第１の実施形態例において、サーモモジュール５は通電電流の向きに応じて加熱動作と冷却動作を変化させ、かつ、サーモモジュール５に通電する電流量に応じて半導体レーザ素子２の温度を可変調整する構成と成している。
【００３３】
そして、この第１の実施形態例では、リードピン１６ｆからリードピン１６ａに向かう方向に電流が通電した場合にサーモモジュール５が加熱動作を行い、また、反対に、リードピン１６ａからリードピン１６ｆに向かう方向に電流が通電した場合にはサーモモジュール５が冷却動作を行うように構成されている。
【００３４】
図１において、サーモモジュール５よりもリードピン１６ａ側の点Ｘに、上記バイパス通路２１の一端側が接続され、バイパス通路２１の他端側はサーモモジュール５よりもリードピン１６ｆ側の点Ｙに接続されている。この構成により、バイパス通路２１は、サーモモジュール５への加熱方向の電流経路におけるサーモモジュール５の上流側Ｙと下流側Ｘを、サーモモジュール５を迂回して短絡している。
【００３５】
上記ダイオード２３は、上記加熱方向を順方向としてバイパス通路２１に介設されており、したがって、図２（ａ）に示すように、ダイオード２３は、サーモモジュール５の加熱方向に電流が流れる時に導通オン状態となり、一方、サーモモジュール５の冷却方向に電流が流れる時は導通オフ状態となるように構成されている。
【００３６】
また、上記ツェナーダイオード２２は、ダイオード２３と逆向きに（言い換えればサーモモジュール５の冷却方向を順方向として）バイパス通路２１に介設されている。したがって、ツェナーダイオード２２は、図２（ｂ）に示すように、サーモモジュール５の冷却方向に電流が流れる時に導通オン状態となる。ただし、第１の実施形態例において、ツェナーダイオード２２は上記ダイオード２３と直列に接続されているために、サーモモジュール５に冷却方向の電流が流れるときは、過電流制限回路２０はオフ状態を保つように構成されている。
【００３７】
一方、サーモモジュール５に加熱方向の電流が流れる時は、サーモモジュール５の両端の電圧、すなわちツェナーダイオード２２の両端の電圧がツェナーダイオード２２に予め設定された閾値（ツェナーダイオード２２のツェナー電圧）に達するまではツェナーダイオード２２がオフ状態と成し、閾値を越えた時にツェナーダイオード２２が導通オン状態となる。
【００３８】
したがって、第１の実施形態例において、サーモモジュール５の加熱方向の動作時も、通常（過電流が発生しない場合）は、過電流制限回路２０はオフ状態を保ち、加熱方向の過電流が発生した場合にはダイオード２３とツェナーダイオード２２とが共に導通オン状態となって、加熱方向の電流をサーモモジュール５とバイパス通路２１に分流通電させ、加熱方向の過電流がサーモモジュール５に通電するのを抑制する構成と成している。
【００３９】
この第１の実施形態例に示す半導体レーザモジュール１は上記のように構成されており、以下に、上記過電流制限回路２０の回路動作例を簡単に説明する。
【００４０】
例えば、上記半導体レーザモジュール１をリードピン１６を利用して半導体レーザモジュール駆動用の駆動制御手段に導通接続する。この状態で、上記駆動制御手段によって、リードピン１６ａからリードピン１６ｆに向かう方向の電流、つまり、サーモモジュール５を冷却動作させる冷却方向の電流が通電している場合には、上記過電流制限回路２０のダイオード２３は導通オフ状態となる。これにより、上記冷却方向の電流は、バイパス通路２１には通電せずに、全て、サーモモジュール５に流れ込む。
【００４１】
また、反対に、リードピン１６ｆからリードピン１６ａに向かう方向の電流（逆電流）、つまり、サーモモジュール５を加熱動作させる加熱方向の電流が通電している場合には、上記ダイオード２３は導通オン状態となるが、ツェナーダイオード２２の両端の電圧が上記閾値（ツェナーダイオード２２のツェナー電圧）を越えるまでは導通オフ状態である。そのため、加熱方向の過電流が発生しない時は、上記加熱方向の電流は、バイパス通路２１には通電せずに、全て、サーモモジュール５に流れ込む。
【００４２】
そして、加熱方向の過電流が発生する時には、上記加熱方向の電流はサーモモジュール５とバイパス通路２１とに分流して通電するため、上記過電流の全てがサーモモジュール５に通電してしまう場合と異なり、サーモモジュール５への過電流通電を抑制することができる。
【００４３】
この第１の実施形態例では、前記したように、サーモモジュール５の半導体レーザ素子２を配置している側の板部材５ｃはパッケージ４の側壁や光ファイバ支持部材１２と熱的に独立している。このため、サーモモジュール５に加熱方向の過電流が通電した際には、その過電流通電に起因したサーモモジュール５の高温加熱の熱がパッケージ４の側壁や光ファイバ支持部材１２を介してパッケージ４の外部に放熱されず、サーモモジュール５上の部品に蓄熱されて様々な問題が発生し易い。
【００４４】
これに対して、この第１の実施形態例では、過電流制限回路２０を設け、該過電流制限回路２０によって、サーモモジュール５への加熱方向の過電流通電を抑制する構成としたので、サーモモジュール５への加熱方向の過電流通電に起因した様々な問題を回避することができる。
【００４５】
つまり、第１の実施形態例は、加熱方向の過電流通電に起因したサーモモジュール５の異常加熱を抑制することができ、これにより、半導体レーザ素子２が高温に加熱されるのを防止することができる。このため、第１の実施形態例は、高温加熱による半導体レーザ素子２の結晶内部の欠陥の成長を回避することができて半導体レーザ素子２の特性劣化を防止することができる。
【００４６】
さらに、第１の実施形態例は、半導体レーザ素子２やレンズ９等の部品の取り付け用部材である基板６とサーモモジュール５とを接続する半田等の熱溶融接続材料がサーモモジュール５の高温加熱に起因して溶融するのを回避することができ、これにより、基板６の位置ずれを防止することができる。このことにより、第１の実施形態例は、光ファイバ３に対する半導体レーザ素子２やレンズ９の位置ずれが回避されて光ファイバ３と半導体レーザ素子２の光結合ずれの発生を抑制でき、光出力低下を防止することができる。
【００４７】
さらに、第１の実施形態例は、サーモモジュール５の基板（板部材）５ｃ側の急激な温度上昇に起因したレンズ９と金属ホルダとの結合部分のクラック発生を抑制することができる。これにより、第１の実施形態例は、クラック発生に起因したレンズ９外れを防止することができ、半導体レーザ素子２と光ファイバ３の光結合が損なわれてしまうという事態発生を回避することができる。
【００４８】
さらに、第１の実施形態例は、ペルチエ素子５ａと板部材５ｂ，５ｃ間の半田溶融も防止することができるので、サーモモジュール５自体の破損をも回避することができる。
【００４９】
以上のように、この第１の実施形態例は特徴的な過電流制限回路２０を設けることによって、サーモモジュール５への加熱方向の過電流通電に起因した様々な問題を防止することができる。このことにより、第１の実施形態例は、半導体レーザモジュール１の光結合や耐久の信頼性を格段に向上させることができる。
【００５０】
また、第１の実施形態例は、過電流制限回路２０をバイパス通路２１とダイオード２３とツェナーダイオード２２とを設けて構成しており、ツェナーダイオード２２の両端の電圧がツェナーダイオード２２のツェナー電圧に達するまでは、サーモモジュール５の加熱方向の制御を冷却方向の制御と同様に行なうことができるために、サーモモジュール５の冷却動作と加熱動作とを適宜自在に制御でき、しかも、上記の如く加熱方向の過電流を抑制できる優れた半導体レーザモジュールとすることができる。
【００５１】
さらに、第１の実施形態例は、バイパス通路２１とダイオード２３とツェナーダイオード２２とを設けた簡単な構成で過電流制限回路２０を形成しており、このような非常に簡単な構成で上記優れた効果を奏することができる。
【００５２】
以下に、第２の実施形態例を説明する。この第２の実施形態例が前記第１の実施形態例と異なる特徴的なことは、図３に示すように、サーモモジュール５に並列にサージ電流通電用のコンデンサ２５を設けたことである。それ以外の構成は前記第１の実施形態例と同様であり、この第２の実施形態例の説明では、前記第１の実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。
【００５３】
この第２の実施形態例では、上記のように、コンデンサ２５をサーモモジュール５に並列に設けたので、瞬間的な大電流であるサージ電流が発生した際には、そのサージ電流が上記コンデンサ２５に通電してサーモモジュール５には通電しない。これにより、サージ電流通電に起因したサーモモジュール５の破損を防止することができる。
【００５４】
つまり、サージ電流は周波数が高いものであり、また、コンデンサは周波数が高くなる程そのインピーダンスが小さくなる。このために、上記サージ電流が発生してサーモモジュール５に通電しようとしても、そのサージ電流の殆どは上記コンデンサ２５に流れることとなる。これにより、サージ電流がサーモモジュール５に通電するのを抑制することができ、サージ電流通電に起因したサーモモジュール５の破損問題を防止することができる。
【００５５】
また、サーモモジュール５に加熱方向のサージ電流が通電すると、サーモモジュール５上の部品が瞬間的に温度上昇して前述したような様々な問題が生じる虞があるが、この第２の実施形態例では、上記のように、コンデンサ２５によって、サーモモジュール５へのサージ電流通電が抑制されるので、前記したような半導体レーザ素子２の特性劣化問題や、半導体レーザ素子２と光ファイバ３の光結合ずれ問題や、レンズ９外れに起因して光結合が損なわれる問題等の様々な問題を防止することができる。
【００５６】
この第２の実施形態例によれば、前記第１の実施形態例と同様に、過電流制限回路２０が設けられているので、前記第１の実施形態例と同様に、上記過電流制限回路２０によって、サーモモジュール５への加熱方向の過電流通電を抑制することができ、加熱方向の過電流通電に起因した様々な問題を防止することができる。その上、上記のように、コンデンサ２５をサーモモジュール５に並列に設けたので、該コンデンサ２５によって、サージ電流通電に起因した問題発生をも防止することができる。
【００５７】
なお、この発明は上記各実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、上記各実施形態例では、上記過電流制限回路２０はパッケージ４内に設けられており、過電流制限機能付半導体レーザモジュールの例を示したが、例えば、図４に示すように、従来と同様の構成を持つ半導体レーザモジュール１と、半導体レーザモジュール用の駆動制御手段との間に、図４の点線で囲まれているようなバイパス通路２１とツェナーダイオード２２とダイオード２３とから成る過電流制限回路２０を設けて半導体レーザモジュールを駆動するようにしてもよい。
【００５８】
さらに、同様に、上記第２の実施形態例に示したと同様のコンデンサ２５も、図４の鎖線に示すように、半導体レーザモジュール１の外に設けてもよい。上記図４に示す半導体レーザモジュール１の外部に設けられる過電流制限回路２０、コンデンサ２５は上記各実施形態例に示した過電流制限回路２０、コンデンサ２５と同様な機能を果たし、上記各実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００５９】
さらに、上記各実施形態例では、図７（ａ）に示すように、光ファイバ３とは別個のレンズ９，１４を用いて結合用光学系を形成していたが、図５に示すように、上記レンズ９，１４を利用せずに、レンズ付光ファイバ３を用いて結合用光学系を形成してもよい。上記レンズ付光ファイバ３とは、半導体レーザ素子２から出射されたレーザ光を集光するレンズ３ａを備えた光ファイバである。
【００６０】
上記レンズ付光ファイバ３は、次に示すように、半導体レーザモジュール１に組み込まれる。例えば、図５に示すように、基板６に固定部材（例えばステンレス製）２７が取り付けられ、この固定部材２７に光ファイバ支持部材２８がＹＡＧレーザ溶接等により固定されている。また、パッケージ４に形成された貫通孔４ｃには光ファイバ支持部材２９が嵌合装着してＰｂＳｎ半田等の接合材料３０により固定されている。上記光ファイバ支持部材２８，２９にはそれぞれ挿通孔が設けられており、これら挿通孔を通して光ファイバ３がパッケージ４の外部から内部に導入され、この光ファイバ３の先端と半導体レーザ素子２とは光結合が成される適宜の間隔を介して配置されている。上記以外の構成は前記図７（ａ）に示す構成と同様であり、ここでは、その重複説明は省略する。
【００６１】
上記光ファイバ支持部材２８，２９は例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の熱伝導性材料により構成されている。図５に示す構成では、サーモモジュール５における半導体レーザ素子２が配置されている側の基板（つまり、板部材５ｃ）は厳密には光ファイバ３を通して光ファイバ支持部材２９に熱的に接続されている。しかし、光ファイバ３は例えば１２５μｍ程度の細径の石英ガラス製であるために、サーモモジュール５の板部材５ｃから光ファイバ３を通して光ファイバ支持部材２９に伝熱される熱量は非常に僅かである。
【００６２】
これにより、サーモモジュール５の板部材５ｃは上記光ファイバ支持部材２９と熱的に独立していると同様である。すなわち、この図５に示す構成では、サーモモジュール５の板部材５ｃから上記光ファイバ支持部材２９を介してパッケージ４の外部への熱の放出が制限される構成である。
【００６３】
このような構成では、前記したように、サーモモジュール５への過電流通電に起因してサーモモジュール５が異常に高温加熱した際に、その高温の熱がサーモモジュール５上の部品に蓄積されて様々な問題が生じる。これに対して、上記各実施形態例に示したようなサーモモジュール５への過電流通電を抑制する構成を備えることによって、上記サーモモジュール５への過電流通電に起因した問題を防止することができ、非常に有効である。
【００６４】
また、図６は、本発明の通信機器の一例となる光ファイバ増幅器を示している。光ファイバ増幅器４０は、信号光を入力する信号光入力部４１と、該信号光入力部４１から入力した信号光を増幅するＥＤＦ（エルビウムドープファイバ）４４と、該ＥＤＦ４４によって増幅された信号光を出力する信号光出力部４２と、前記ＥＤＦ４４を励起する励起用半導体レーザモジュール（励起用の半導体レーザモジュール）１と、駆動制御手段となる制御回路４７によって制御される電源回路（電源装置）４６とを少なくとも有している。
【００６５】
電源回路４６は、励起用半導体レーザモジュール１に給電する電源部４５と、該電源部４５と励起用半導体レーザモジュール１に対し並列に接続された過電流制限回路２０とを有した構成と成している。過電流制限回路２０は、図１、図４に示した構成と同様に、バイパス通路２１とツェナーダイオード２２とダイオード２３とから成る。なお、図６の図中、４３は、光波長合分波器として機能する光カプラを示している。
【００６６】
次に、この光ファイバ増幅器４０の動作を説明する。信号光入力部４１からは例えば１５５０ｎｍ帯の信号光が入力され、この信号光は、光カプラ４３を介してＥＤＦ４４内に入力される。励起用半導体レーザモジュール１は９８０ｎｍ帯もしくは１４８０ｎｍ帯の励起光を発生し、光カプラ４３を介してこの励起光をＥＤＦ４４に供給する。ＥＤＦ４４は励起用半導体レーザモジュール１から出力された励起光により励起状態とされ、前記入力された信号光のパワーを増幅する。ＥＤＦ４４で増幅された信号光は信号光出力部４２から出力される。
【００６７】
ここで、励起用半導体レーザモジュール１の内部の温度情報が常に制御回路４７に入力されており、制御回路４７はその温度情報に基づいて制御信号を出力している。制御信号は電源回路４６の電源部４５に入力され、電源部４５は制御信号に基づいて励起用半導体レーザモジュール１内のサーモモジュール（図６には図示せず）に給電し、励起用半導体レーザモジュール１内部の温度を一定に保つ動作を行なう。
【００６８】
上記光ファイバ増幅器４０では、図１、図３、図４の場合と同様に、励起用半導体レーザモジュール１のサーモモジュールの冷却方向に電流が流れる場合には、過電流制限回路２０はオフ状態となっているが、該サーモモジュールの加熱方向に過度の電流が流れた場合には、過電流制限回路２０がオン状態となる。
【００６９】
このように、過電流が励起用半導体レーザモジュール１のサーモモジュールに通電するのを抑制することができるので、励起用半導体レーザモジュール１から出力される光出力の低下が防止され、これにより、上記光ファイバ増幅器４０は信号光を安定して増幅することができる。
【００７０】
なお、本発明に係る半導体レーザモジュール、その駆動方法、および通信機器は、サーモモジュールによって温度制御される半導体レーザモジュールを備えたものであれば、どのようなものにも適用できるが、特に上述したような光ファイバ増幅器に使用される９８０ｎｍ帯や１４８０ｎｍ帯の励起用半導体レーザモジュールでは、半導体レーザ素子からの発熱量が大きく、また、高温環境下で使用されることが多いため、半導体レーザ素子の冷却のために、サーモモジュールに流す電流が大きい。このため、本発明の半導体レーザモジュール、その駆動方法お、通信機器は、励起用半導体レーザモジュールおよびその駆動方法、および光ファイバ増幅器として好適である。
【００７１】
【発明の効果】
この発明の半導体レーザモジュールおよび半導体レーザモジュールの駆動方法によれば、サーモモジュールに加熱方向の過電流が印加されることを抑制する過電力制限手段を設け、ツェナーダイオードの両端の電圧がツェナーダイオードに予め設定されている閾値を越えたときに前記加熱方向の電流をバイパス通路に分流通電させて加熱方向の過電流がサーモモジュールに通電するのを抑制するため、簡単な構成の過電流制限手段によりサーモモジュールへの加熱方向の過電流を抑制することができる。
【００７２】
すなわち、サーモモジュールに加熱方向の過電流が通電すると、サーモモジュールが異常に高温加熱して様々な問題を発生させてしまうが、上記の如く、過電流制限手段を設けて加熱方向の過電流を抑制する構成とすることによって、サーモモジュールへの加熱方向の過電流通電に起因した様々な問題を防止することができる。
【００７３】
したがって、本発明は、サーモモジュールの異常加熱に起因した半導体レーザ素子の特性劣化問題や光結合ずれの問題やレンズ外れによる光結合損失問題やサーモモジュールの破損問題等を防止することができる。
【００７４】
また、本発明の半導体レーザモジュールは、過電流制限手段を、バイパス通路とダイオードとツェナーダイオードとを設けて構成しており、ツェナーダイオードの両端の電圧がツェナーダイオードに設定されている閾値に達するまでは、サーモモジュールの加熱方向の制御を冷却方向の制御と同様に行なうことができるために、用途に応じてサーモモジュールの冷却動作と加熱動作とを自在に制御でき、かつ、上記過電流抑制もできる優れた半導体レーザモジュールとすることができる。
【００７５】
また、サーモモジュールの半導体レーザ素子が配置されている側の基板が光ファイバ支持部材と熱的に独立し、上記サーモモジュールの基板から上記光ファイバ支持部材を介してパッケージの外部への熱の放出が制限されるものにあっては、サーモモジュールへの加熱方向の過電流通電が発生した際に、サーモモジュールから発せられた高温の熱はパッケージの外部に放熱されずに殆どの熱がサーモモジュールに熱的に接続している半導体レーザ素子等の部品に伝熱されて蓄積され、その部品の急激な温度上昇を引き起こして様々な重大な事態を招く虞がある。
【００７６】
このような構成のものに、本発明において特徴的な過電流制限手段を設けることによって、上記サーモモジュールへの加熱方向の過電流通電を抑制することができ、これにより、上記重大な事態発生を防止することができ、非常に有効である。
【００７７】
さらに、本発明の通信機器によれば、簡単な構成の過電流制限手段により半導体レーザモジュールのサーモモジュールへの加熱方向の過電流を抑制することができるので、安全で的確な動作が可能な優れた通信機器とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態例において特徴的な半導体レーザモジュールの電気配線の一例を示す説明図である。
【図２】上記実施形態例に設けられたダイオード２３の動作（ａ）とツェナーダイオード２２の動作（ｂ）の説明図である。
【図３】第２の実施形態例において特徴的な半導体レーザモジュールの電気配線例を示す説明図である。
【図４】その他の実施形態例を示す説明図である。
【図５】さらに、その他の実施形態例を示す説明図である。
【図６】本発明に係る通信機器の一実施形態例を示す説明図である。
【図７】半導体レーザモジュールの一構造例およびその半導体レーザモジュールの従来の電気配線例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  半導体レーザモジュール
２  半導体レーザ素子
３  光ファイバ
４  パッケージ
５  サーモモジュール
９，１４  レンズ
１２，２９  光ファイバ支持部材
２０  過電流制限回路
２１  バイパス通路
２２  ツェナーダイオード
２３  ダイオード
２５  コンデンサ
【図１】
0003566911.tif 000002
【図２】
0003566911.tif 000003
【図３】
0003566911.tif 000004
【図４】
0003566911.tif 000005
【図５】
0003566911.tif 000006
【図６】
0003566911.tif 000007
【図７】
0003566911.tif 000008