(57)【要約】【課題】基板が大型化しても基板の温度を安定させることが可能なレーザモジュールを提供する。【解決手段】レーザ光を放出する光源１１と、光源１１から放出されるレーザ光の光路上に位置し、レーザ光を光学的に処理する光学部品１２ａと、光源１１および光学部品１２ａが一方の面に搭載された基板１３と、基板１３が収容された筐体１４と、基板１３の他方の面と他方の面に対向する筐体１４の内面との間に配置され、基板１３に接するとともに基板１３の温度を調整する温度調整部材１５と、基板１３の他方の面と筐体１４の内面との間に配置された断熱部材１６と、を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を放出する光源と、
前記光源から放出される前記レーザ光の光路上に位置し、前記レーザ光を光学的に処理する光学部品と、
前記光源および前記光学部品が一方の面に搭載された基板と、
前記基板が収容された筐体と、
前記基板の他方の面と該他方の面に対向する前記筐体の内面との間に配置され、前記基板に接するとともに前記基板の温度を調整する温度調整部材と、
前記基板の前記他方の面と前記筐体の前記内面との間に配置された断熱部材と、を有するレーザモジュール。
【請求項２】
前記温度調整部材がペルチェモジュールである、請求項１に記載のレーザモジュール。
【請求項３】
前記基板が、前記温度調整部材と前記断熱部材とによって支持されている、請求項１または２に記載のレーザモジュール。
【請求項４】
前記温度調整部材が前記基板を介して前記光源に対向する位置に配置され、前記断熱部材が、前記温度調整部材よりも前記レーザ光の進行方向の前方に配置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザモジュール。
【請求項５】
前記断熱部材が、前記基板に交差する方向に伸縮可能な蛇腹状またはコイル状に形成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザモジュール。
【請求項６】
前記光学部品を複数備え、該複数の光学部品が、前記レーザ光を集光する第１のレンズと、前記第１のレンズで集光された前記レーザ光を透過または遮断する光変調器と、前記光変調器を透過した前記レーザ光を、前記筐体外部に取り付けられた光伝送路に向けて集光する第２のレンズである、請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザモジュール。
【請求項７】
前記断熱部材がプラスチック製である、請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザモジュール。
【請求項８】
レーザ光を放出する光源と前記光源から放出される前記レーザ光の光路上に位置して前記レーザ光を光学的に処理する光学部品とが一方の面に搭載され、筐体内に収容された基板の温度を、前記基板の他方の面と該他方の面に対向する前記筐体の内面との間に配置された温度調整部材で調整するレーザモジュールの温度調整方法であって、
前記基板の前記他方の面と前記筐体の前記内面との間に配置された断熱部材によって前記筐体の前記内面から前記基板の前記他方の面への熱の伝達を抑制する、レーザモジュールの温度調整方法。
【請求項９】
前記温度調整部材としてペルチェモジュールを用いる、請求項８に記載のレーザモジュールの温度調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を放出する光源や光学部品などがモジュール化されたレーザモジュール、およびそのレーザモジュールの温度調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の分野では、レーザ光を放出する光源や光学部品などがモジュール化されたレーザモジュールが知られている。図４（ａ）、（ｂ）は、本発明に関連するレーザモジュールの構造を示す平面図および断面図である。
図４（ａ）、（ｂ）に示すレーザモジュール１００は、光源１１０と、レンズ１２０ａと、光変調器１２０ｂと、レンズ１２０ｃと、基板１３０と、筐体１４０と、ペルチェモジュール１５０と、を有する。光源１１０と、レンズ１２０ａと、光変調器１２０ｂと、レンズ１２０ｃとは、基板１３０に搭載されている。基板１３０は、ペルチェモジュール１５０に支持され、筐体１４０内に収容されている。レーザモジュール１００において、光源１１０から放出されたレーザ光は、レンズ１２０ａ、光変調器１２０ｂ、およびレンズ１２０ｃを順次透過した後、筐体１４０の外部に取り付けられた光伝送路２００に入光する。光源１１０から放出されるレーザ光は、温度変化によって波長や強度が変化しやすい。そのため、レーザモジュール１００では、ペルチェモジュール１５０によって基板１３０の温度が一定になるように調整されている。
【０００３】
レーザモジュール１００では、レンズ１２０ａ、光変調器１２０ｂ、およびレンズ１２０ｃを実装するために、大型の基板１３０が必要になる。大型の基板１３０を安定して支持するためにはペルチェモジュール１５０も大型化する必要がある。ペルチェモジュールの大型化に伴って機械的信頼性（例えば、耐振動性や耐衝撃性）の要求も高くなる。しかし、ペルチェモジュール１５０に設けられている熱電素子（不図示）は、機械的に脆いので、ペルチェモジュール１５０を大型化するのは困難である。また、基板１３０の温度は、ペルチェモジュール１５０によって筐体１４０の温度よりも十分低くなるように冷却されている。そのため、ペルチェモジュール１５０の平面積が基板１３０に比べて小さすぎると、基板１３０の下面と筐体１４０の内面との間に筐体１４０から基板１３０に向かう熱流が生じる場合がある（図４（ｂ）参照）。この場合、基板１３０が加熱されるので、ペルチェモジュール１５０による基板１３０の温度調整が妨げられるおそれがある。
【０００４】
そこで、図５に示すようなレーザモジュールの構造が考えられる。図５（ａ）、（ｂ）は、本発明に関連する他のレーザモジュールの構造を示す平面図および断面図である。図５（ａ）、（ｂ）において、上述したレーザモジュール１００と同様の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
図５（ａ）、（ｂ）に示すレーザモジュール２００は、光源１１０と、レンズ１２０ａと、光変調器１２０ｂと、レンズ１２０ｃと、基板１３０ａ、１３０ｂと、筐体１４０と、ペルチェモジュール１５０ａ、１５０ｂと、を有する。基板１３０ａには、光源１１０およびレンズ１２０ａが搭載されている。一方、基板１３０ｂには、光変調器１２０ｂおよびレンズ１２０ｃが搭載されている。基板１３０ａはペルチェモジュール１５０ａに支持されている。一方、基板１３０ｂはペルチェモジュール１５０ｂに支持されている。レーザモジュール２００によれば、基板やペルチェモジュールを大型化しなくても複数の光学部品を実装することが可能となる。
上述したレーザモジュール２００と同様に、複数の光学部品を複数の基板に実装し、複数の基板を複数のペルチェモジュールで個別に支持する技術は、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１３４７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したレーザモジュール２００や特許文献１に記載の技術を採用する場合、安定したレーザ光の出力を実現するためには、レーザ光の光軸がずれないように各光学部品を各基板に実装する必要がある。しかし、この場合、各基板の反りや歪を考慮する必要があるので、各光学部品を正しく位置決めすることは非常に困難である。したがって、レーザモジュールでは、光源と光学部品は１枚の基板に搭載されることが望ましい。しかし、この場合、上述したように、基板の大型化に対応したペルチェモジュールを製造することが困難なので、安定した基板の温度調整が困難になる。
【０００７】
そこで、本発明は、基板が大型化しても基板の温度を安定させることが可能なレーザモジュール、およびそのレーザモジュールの温度調整方法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】
上記目的を達成するために本発明のレーザモジュールは、レーザ光を放出する光源と、前記光源から放出される前記レーザ光の光路上に位置し、前記レーザ光を光学的に処理する光学部品と、前記光源および前記光学部品が一方の面に搭載された基板と、前記基板が収容された筐体と、前記基板の他方の面と該他方の面に対向する前記筐体の内面との間に配置され、前記基板に接するとともに前記基板の温度を調整する温度調整部材と、前記基板の前記他方の面と前記筐体の前記内面との間に配置された断熱部材と、を有する。
【０００９】
上記目的を達成するために本発明のレーザモジュールの温度調整方法は、レーザ光を放出する光源と前記光源から放出される前記レーザ光の光路上に位置して前記レーザ光を光学的に処理する光学部品とが一方の面に搭載され、筐体内に収容された基板の温度を、前記基板の他方の面と該他方の面に対向する前記筐体の内面との間に配置された温度調整部材で調整するレーザモジュールの温度調整方法であって、前記基板の前記他方の面と前記筐体の前記内面との間に配置された断熱部材によって前記筐体から前記基板への熱の伝達を抑制する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、基板が大型化しても基板の温度を安定させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１のレーザモジュールの平面図および断面図である。
【図２】温度調整部材の構造を示す断面図である。
【図３】実施形態２のレーザモジュールの平面図および断面図である。
【図４】本発明に関連するレーザモジュールの平面図および断面図である。
【図５】本発明に関連する他のレーザモジュールの平面図および断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について説明する。図１（ａ）は、実施形態１のレーザモジュールの平面図である。図１（ｂ）は、実施形態１のレーザモジュールの断面図である。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態のレーザモジュール１は、光源１１と、レンズ１２ａ（第１のレンズ）と、光変調器１２ｂと、レンズ１２ｃ（第２のレンズ）と、基板１３と、筐体１４と、温度調整部材１５と、断熱部材１６と、を有する。
【００１３】
光源１１、レンズ１２ａ、光変調器１２ｂ、レンズ１２ｃは基板１３の一方の面(本実施形態では上面)に搭載されている（図１（ｂ）参照）。光源１１は、レーザ光を放出する。レンズ１２ａ、光変調器１２ｂ、レンズ１２ｃは、光源１１から放出されるレーザ光の光路上に位置する。具体的には、レンズ１２ａは、光源１１よりもレーザ光の進行方向Ｘの前方に位置し、光源１１から放出されたレーザ光を光変調器１２ｂに向けて集光する。光変調器１２ｂは、レンズ１２ａよりも進行方向Ｘの前方に位置し、レンズ１２ａで集光されたレーザ光を透過または遮断する。レンズ１２ｃは、光変調器１２ｂよりも進行方向Ｘの前方に位置し、光変調器１２ｂを透過したレーザ光を、筐体１４の外部に取り付けられた光伝送路２０に向けて集光する。本実施形態では、光伝送路２０は光ファイバである。
なお、本実施形態では、レンズ１２ａ、光変調器１２ｂ、レンズ１２ｃが基板１３に搭載されているが、基板１３に搭載される光学部品は、これらに限定されない。本実施形態の変形例として、光変調器１２ｂのドライバ、レーザ光の強度を調節する可変光減衰器（ＶＯＡ）、反射戻光を抑圧するアイソレータ、発振波長を安定化させる波長ロッカーなどの光学部品が基板１３に搭載されていてもよい。
【００１４】
基板１３は、筐体１４に収容されている。本実施形態では、筐体１４はコバール材で構成されている。ただし、筐体１４は、他の透光材で構成されていてもよい。基板１３の他方の面（本実施形態では下面）と、当該下面に対向する筐体１４の内面との間には温度調整部材１５が配置されている。本実施形態では、温度調整部材１５は、筐体１４の下面と筐体１４の内面とにそれぞれはんだで接合されている。温度調整部材１５は、基板１３を支持するとともに基板１３の温度を調整する。
【００１５】
図２は、温度調整部材１５の構造を示す断面図である。本実施形態の温度調整部材１５は、図２に示すように、一対の熱電素子１５ａ、１５ｂと、金属層１５ｃと、一対の基板１５ｄ、１５ｅとを有するペルチェモジュールである。一対の熱電素子１５ａ、１５ｂは、一方がＰ型の熱電素子であり、他方がＮ型の熱電素子である。図２に示すように一対の熱電素子１５ａ、１５ｂは、基板１５ｄ、１５ｅの間に交互に配置されている。金属層１５ｃは、熱電素子１５ａ、１５ｂが電気的に直列接続されるように形成されている。温度調整部材１５では、金属層１５ｃを通じて一対の熱電素子１５ａ、１５ｂに電流が流れると、各熱電素子によって基板１３の熱が基板１５ｄによって吸熱され、さらに基板１５ｄから基板１５ｅおよび筐体１４を通じて外気に放熱される。その結果、基板１３および基板１３に搭載された光源１１の温度上昇が抑制されるので、波長や強度が安定したレーザ光の放出が可能となる。
【００１６】
筐体１４の他方の面と筐体１４の内面との間には、温度調整部材１５に加えて断熱部材１６が配置されている。断熱部材１６は、温度調整部材１５とともに基板１３を支持する。さらに、断熱部材１６は、筐体１４から基板１３への熱流を遮断する。断熱部材１６の材料は、樹脂、特に成型が容易なプラスチックが望ましい。なお、本実施形態では、断熱部材１６は、温度調整部材１５と同様に、筐体１４の下面と筐体１４の内面とにそれぞれはんだで接合されている。また、本実施形態では、発熱源である光源１１の温度を冷却するために温度調整部材１５は、基板１３を介して光源１１の対向する位置に配置されている（図１（ｂ）参照）。一方、断熱部材１６は、基板１３の支持のバランスを保つために温度調整部材１５よりも進行方向Ｘの前方に配置されている。
【００１７】
上述した本実施形態のレーザモジュール１によれば、光源１１と、複数の光学部品（レンズ１２ａ、１２ｃ、光変調器１２ｂ）とが１枚の基板１３に搭載されている。そのため、図５に示すレーザモジュール２００のように複数の光学部品を複数の基板に分散して搭載する構造に比べて光源１１から放出されるレーザ光の光軸がずれにくくなる。よって、安定したレーザ光の出力が可能となる。
【００１８】
また、本実施形態のレーザモジュール１では、複数の光学部品を搭載するために基板１３が大型化している。そのため、図４に示すペルチェモジュール１００と同様に温度調整部材１５を大型化するのが困難な場合、基板１３の支持が不安定になることが懸念される。しかし、本実施形態のレーザモジュール１では、断熱部材１６によって基板１３の支持が補強されるので基板１３の支持が安定する。
また、大型の基板１３を用いる必要があるにも関わらず温度調整部材１５を大型化するのが困難な場合、基板１３が、筐体１４との温度差によって生じた熱流により加熱される可能性がある。しかし、本実施形態のレーザモジュール１では、基板１３の他方の面と、当該他方の面に対向する筐体１４の内面との間に断熱部材１６が配置されている。その結果、断熱部材１６の断熱作用によって筐体１４から基板１３への熱流が遮断されるので、基板１３の温度が安定する。これにより、基板１３に搭載された光源１１の温度も安定するので、波長や強度が安定したレーザ光の放出が可能となる。
【００１９】
（実施形態２）
本発明の実施形態２について説明する。以下、実施形態１と異なる点を中心に説明する。図３（ａ）は、実施形態２のレーザモジュールの平面図である。図３（ｂ）は、実施形態２のレーザモジュールの断面図である。図３（ａ）、（ｂ）では、上述した実施形態１のレーザモジュール１と同様の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態のレーザモジュール２は、断熱部材２６を有する点で実施形態１のレーザモジュール１と異なる。断熱部材２６は、基板１３に交差する方向Ｙ（本実施形態では直交方向）に伸縮可能な蛇腹状またはコイル状に形成されている。図３（ｂ）には、蛇腹状の断熱部材２６が示されている。レーザモジュール２では、基板１３と筐体１４との間に温度差があり、これらの間に温度調整部材１５や断熱部材２６が挟まれている。そのため、この温度差によって、両者には方向Ｙに負荷がかかることが想定される。しかし、本実施形態では、断熱部材２６が方向Ｙに伸縮することによってこの負荷が緩和され、温度調整部材１５の歪を抑制することが可能となる。
【００２０】
さらに、断熱部材２６は、実施形態１で説明したブロック状の断熱部材１６に比べて基板１３から筐体１４までの伝熱経路が長くなる。そのため、断熱部材２６の熱抵抗が断熱部材１６よりも大きくなる。これにより、基板１３と筐体１４との間の断熱効果が向上するので、基板１３の温度の安定性がより一層向上する。
【符号の説明】
【００２１】
１、２  レーザモジュール
１１  光源
１２ａ  レンズ
１２ｂ  光変調器
１２ｃ  レンズ
１３  基板
１４  筐体
１５  温度調整部材
１５ａ、１５ｂ  熱電素子
１５ｃ  金属層
１５ｄ、１５ｅ  基板
１６、２６  断熱部材
２０  光伝送路
１００、２００  レーザモジュール
１１０  光源
１２０ａ  レンズ
１２０ｂ  光変調器
１２０ｃ  レンズ
１３０、１３０ａ、１３０ｂ  基板
１４０  筐体
１５０、１５０ａ、１５０ｂ  ペルチェモジュール
２００  光伝送路
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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