(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子を固定する基板と、前記基板を介して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、前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、前記半導体レーザ素子とサーモモジュールとを収容するパッケージとを有する半導体レーザモジュールにおいて、前記基板は熱溶融接続材料を介してサーモモジュール上に固定されており、上記サーモモジュールは該サーモモジュールに通電する電流の向き及び電流量に応じて加熱動作と冷却動作を変化させることにより半導体レーザ素子の温度を可変調整する構成と成し、かつ、上記パッケージ内に上記サーモモジュールを加熱動作させる加熱方向の過電流が流れて前記熱溶融接続材料が溶融することを抑制する過電流制限手段を設け、該過電流制限手段は、前記サーモモジュールに並列に接続され、前記サーモモジュール上に固定された光学部品が加熱される方向の電流の少なくとも一部をバイパスすることによって前記サーモモジュールに過電流が流れることを阻止す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、前記第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、前記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、前記第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、前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、前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、前記貫通孔には熱伝導性材料から成る光ファイバ支持部材が嵌合装着され、前記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、前記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前記光ファイバ支持部材と熱的に独立し、前記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前記光ファイバ支持部材を介して前記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乃至請求項３の何れか１つに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、前記半導体レーザ素子を固定する基板と、前記基板を介して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、前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、前記半導体レーザ素子とサーモモジュールとを収容するパッケージとを有する半導体レーザモジュールにおいて、前記基板は熱溶融接続材料を介してサーモモジュール上に固定されており、上記サーモモジュールは該サーモモジュールの通電経路に流れる電流の向きに応じて加熱動作と冷却動作を変化させる構成のものであり、前記通電経路に冷却方向の電流を流し、その通電量に応じて冷却量を調整して半導体レーザ素子の温度を一定温度に調整する構成と成し、前記サーモモジュールには並列に過電流制限手段が設けられ、この過電流制限手段は前記サーモモジュールを迂回してサーモモジュールの両端側で前記通電経路を短絡するバイパス通路と、このバイパス通路に介設され加熱方向の電流の向きを順方向とするダイオードとによって構成され、前記過電流制限手段は前記通電経路に加熱方向の過電流が流れたときにその過電流を前記バイパス通路に分流させて前記熱溶融接続材料が溶融することを抑制することを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項６】
半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子を固定する基板と、前記基板と熱溶融接続材料を介して固定され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、前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、前記半導体レーザ素子の温度を該サーモモジュールに通電する電流の向き及び電流量に応じて調整し、前記サーモモジュールへの電流の通電経路には前記半導体レーザ素子の温度を上昇させる加熱方向の過電流を制限する過電流制限手段を設け、該過電流制限手段は、前記サーモモジュールに並列に接続し、前記サーモモジュール上に固定された光学部品が加熱される方向の電流の少なくとも一部をバイパスすることによって前記サーモモジュールへの過電流通電を抑制することにより前記熱溶融接続材料が溶融すること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。
【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半導体レーザモジュールの駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６（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６（ｂ）には図６（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６（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６（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が高熱伝導体（例えば、窒化アルミ）の板部材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６（ｂ）に示すように、リードピン１６が複数本（図６（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６（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６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】
【特許文献１】
特開平７−２８８３５１号公報
【特許文献２】
特開平１１−１２６９３９号公報
【００１２】
【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等の部品が急激に（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。
【００１３】
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。
【００１４】
しかし、図６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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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半導体レーザモジュールの駆動方法を提供することにある。
【００２０】
【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、前記半導体レーザ素子を固定する基板と、前記基板を介して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、前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、前記半導体レーザ素子とサーモモジュールとを収容するパッケージとを有する半導体レーザモジュールにおいて、前記基板は熱溶融接続材料を介してサーモモジュール上に固定されており、上記サーモモジュールは該サーモモジュールに通電する電流の向き及び電流量に応じて加熱動作と冷却動作を変化させることにより半導体レーザ素子の温度を可変調整する構成と成し、かつ、上記パッケージ内に上記サーモモジュールを加熱動作させる加熱方向の過電流が流れて前記熱溶融接続材料が溶融することを抑制する過電流制限手段を設け、該過電流制限手段は、前記サーモモジュールに並列に接続され、前記サーモモジュール上に固定された光学部品が加熱される方向の電流の少なくとも一部をバイパスすることによって前記サーモモジュールに過電流が流れることを阻止する構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００２２】
第２の発明の半導体レーザモジュールは、上記第１の発明の構成を備え、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、前記第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、前記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。
【００２３】
第３の発明の半導体レーザモジュールは、上記第１の発明の構成を備え、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して構成されている。
【００２４】
第４の発明の半導体レーザモジュールは、上記第１乃至第３の何れか１つの発明の構成を備え、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、前記第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、前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、前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、前記貫通孔には熱伝導性材料から成る光ファイバ支持部材が嵌合装着され、前記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、前記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前記光ファイバ支持部材と熱的に独立し、前記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前記光ファイバ支持部材を介して前記パッケージの外部への熱の放出が制限される構成としたことを特徴とする。
【００２５】
第５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、前記半導体レーザ素子を固定する基板と、前記基板を介して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、前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、前記半導体レーザ素子とサーモモジュールとを収容するパッケージとを有する半導体レーザモジュールにおいて、前記基板は熱溶融接続材料を介してサーモモジュール上に固定されており、上記サーモモジュールは該サーモモジュールの通電経路に流れる電流の向きに応じて加熱動作と冷却動作を変化させる構成のものであり、前記通電経路に冷却方向の電流を流し、その通電量に応じて冷却量を調整して半導体レーザ素子の温度を一定温度に調整する構成と成し、前記サーモモジュールには並列に過電流制限手段が設けられ、この過電流制限手段は前記サーモモジュールを迂回してサーモモジュールの両端側で前記通電経路を短絡するバイパス通路と、このバイパス通路に介設され加熱方向の電流の向きを順方向とするダイオードとによって構成され、前記過電流制限手段は前記通電経路に加熱方向の過電流が流れたときにその過電流を前記バイパス通路に分流させて前記熱溶融接続材料が溶融することを抑制することを特徴とする。
【００２６】
第６の発明は半導体レーザモジュールの駆動方法に関し、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子を固定する基板と、前記基板と熱溶融接続材料を介して固定され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、前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、前記半導体レーザ素子の温度を該サーモモジュールに通電する電流の向き及び電流量に応じて調整し、前記サーモモジュールへの電流の通電経路には前記半導体レーザ素子の温度を上昇させる加熱方向の過電流を制限する過電流制限手段を設け、該過電流制限手段は、前記サーモモジュールに並列に接続し、前記サーモモジュール上に固定された光学部品が加熱される方向の電流の少なくとも一部をバイパスすることによって前記サーモモジュールへの過電流通電を抑制することにより前記熱溶融接続材料が溶融することを抑制する構成としたことを特徴とする。
【００２７】
上記構成の発明において、過電流制限手段は、操作ミスや過電圧発生に起因して過電流が発生した際に、その過電流がサーモモジュールへ通電するのを抑制する。このように、サーモモジュールへの過電流通電が抑制されるので、例えば、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前述の様々な問題発生を防止することができる。これにより、半導体レーザモジュール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。
【００２８】
【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。
【００２９】
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。それ以外の構成は前記図６に示した半導体レーザモジュールと同様であり、この第１の実施形態例の説明では、上記図６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。
【００３０】
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、この第１の実施形態例では、サーモモジュール５は冷却動作だけでなく、加熱動作をも行う場合を考慮して、次に示すような過電流制限回路２０をパッケージ４の内部に設けている。
【００３１】
すなわち、この第１の実施形態例では、過電流制限回路２０はバイパス通路２１と抵抗体２２とダイオード２３を有して構成されている。
【００３２】
図１において、上記バイパス通路２１の一端側はサーモモジュール５よりもリードピン１６ａ側の点Ｘに接続し、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。
【００３３】
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。このことから、換言すれば、上記バイパス通路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。
【００３４】
このバイパス通路２１には抵抗体２２が介設されると共に、サーモモジュール５を加熱動作させる加熱の電流方向を順方向としたダイオード２３が上記抵抗体２２と直列に設けられている。
【００３５】
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いる。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。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。
【００３６】
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。これにより、上記加熱方向の電流は、サーモモジュール５が持つ抵抗値と、抵抗体２２の抵抗値との比に応じて、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。
【００３７】
加熱方向の過電流が発生した場合には、上記の如く、その過電流はサーモモジュール５とバイパス通路２１とに分流して流れる。これにより、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に比べて、サーモモジュール５への過電流通電を緩和することができる。なお、上記抵抗体２２の抵抗値は仕様に応じて適宜設定されるものである。
【００３８】
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を配置している側の基板（板部材（ここでは板部材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加熱方向の過電流通電に起因した様々な問題が発生し易い。
【００３９】
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緩和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。
【００４０】
つまり、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、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。
【００４１】
また、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、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。
【００４２】
さらに、サーモモジュール５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、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。
【００４３】
さらに、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。
【００４４】
以上のように、この第１の実施形態例において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、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。
【００４５】
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２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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。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。
【００４８】
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。
【００４９】
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、半導体レーザモジュール１が常温以上の環境下だけでなく、常温よりも低い低温環境下で使用されることをも考慮して、サーモモジュール５が冷却動作だけでなく、加熱動作をも行うことを想定した。このことから、サーモモジュール５に加熱方向の電流を通電させるために、バイパス通路２１には抵抗体２２が介設されていた。しかし、例えば、半導体レーザモジュール１が常温以上の環境下で使用されることしか想定せず、つまり、サーモモジュール５が冷却動作しか行わないと想定される場合には、上記抵抗体２２を設けなくともよい。
【００５０】
この場合には、加熱方向の電流のほぼ全てがバイパス通路２１を通電し、サーモモジュール５には殆ど通電しないこととなる。このことにより、加熱方向の過電流がサーモモジュール５に通電するのを確実に防止することができる。これにより、サーモモジュール５への加熱方向の過電流通電に起因にした上記したような様々な問題発生をより一層確実に回避することができる。
【００５１】
また、上記同様にサーモモジュール５が冷却動作しか行わないと想定される場合には、加熱方向の電流をサーモモジュール５に通電させなくてよいので、上記バイパス通路２１を設けずに、冷却の電流方向を順方向としたダイオードをサーモモジュール５に直列に設けてもよい。つまり、ダイオードによって、サーモモジュール５への加熱方向の電流通電を全て阻止する構成としてもよい。
【００５２】
また、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３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３の点線で囲まれているようなバイパス通路２１と抵抗体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。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３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３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。
【００５３】
さらに、上記各実施形態例では、図６（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４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。
【００５４】
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４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６（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。
【００５５】
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４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。
【００５６】
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４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。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。
【００５７】
さらに、この発明の応用例として、図５に示すような構成としてもよい。この図５に示す例は、サーモモジュール５を電流制御ではなく、電圧制御するものを対象にし、サーモモジュール５への過電圧印加に起因した問題発生を回避することができるものである。つまり、図５において、サーモモジュール５に過電圧制限手段３１を直列に設けている。上記過電圧制限手段３１は冷却方向の通電方向を順方向としたダイオード３２と、抵抗体３３との並列接続体により構成されている。
【００５８】
図５に示す構成では、冷却方向の電圧がサーモモジュール５に印加しているときにはダイオード３２は導通オン状態であり、電流は上記抵抗体３３には殆ど流れずに、ほぼ全てダイオード３２に流れる。これにより、リードピン１６ａ，１６ｆ間に印加する電圧はほぼ全てサーモモジュール５に印加する。
【００５９】
これに対して、加熱方向の電圧がサーモモジュール５に印加しているときにはダイオード３２は導通オフ状態となり、電流は抵抗体３３に通電するので、リードピン１６ａ，１６ｆ間に印加する電圧はサーモモジュール５と抵抗体３３とに分圧して印加することとなる。このことから、リードピン１６ａ，１６ｆ間に過電圧が発生した際には、その過電圧はサーモモジュール５と抵抗体３３に分圧して印加することとなる。このため、サーモモジュール５への過電圧印加を緩和することができて、サーモモジュール５への過電圧印加に起因した問題を防止することができる。このような過電圧制限制御と、上記各実施形態例に示したような過電流制限手段とを共に設けてもよい。
【００６０】
【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、半導体レーザモジュールの加熱方向の過電流を抑制する過電流制限手段を設け、該過電流制限手段によって、サーモモジュールへの過電流通電を抑制する構成とした。この構成を備えることによって、サーモモジュールへの過電流通電に起因した異常高温加熱による様々な問題発生を回避することができる。
【００６１】
つまり、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熱溶融接合材料の溶融等に伴う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。
【００６２】
本発明においては、過電流制限手段がバイパス通路を有して構成されているので、簡単な構成で、サーモモジュールへの過電流通電を抑制することができる。
【００６３】
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、熱溶融接続材料が溶融する等、様々な重大な事態を招く虞がある。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。
【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】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３】その他の実施形態例を示す説明図である。
【図４】さらに、その他の実施形態例を示す説明図である。
【図５】さらにまた、その他の実施形態例を示す説明図である。
【図６】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  過電流制限手段
２１  バイパス通路
２２  抵抗体
２３  ダイオード
２５  コンデンサ
【図１】
0003858001.tif 000002
【図２】
0003858001.tif 000003
【図３】
0003858001.tif 000004
【図４】
0003858001.tif 000005
【図５】
0003858001.tif 000006
【図６】
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