CN1326248A - 半导体激光器模块 - Google Patents

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Abstract

一种半导体激光器模块,其外壳的底板上直接或经温差电偶微型模块装载基部。基部上装载激光二极管和透镜部。基部和固定部件以第一激光熔接部的形式熔接固定。透镜部一侧通过套筒和透镜支持件等以第二激光熔接部的形式与固定部件熔接固定。第一激光熔接部和第二激光熔接部相对于外壳底板的高度使其大致相同。本发明不受使用环境温度变化的影响,其激光二极管和透镜部的光结合效率良好。

Description

半导体激光器模块
本发明涉及用于光通信领域的半导体激光器模块。
近年来，半导体激光器(激光二极管)在光通信中作为信号用光源和光纤放大器激励用光源被大量应用起来。在半导体激光器在光通信中作为信号用光源和激励用光源使用的情况下，作为半导体激光器模块使用的情况较多，其中来自半导体激光器的激光被该模块光学性地结合于光纤。
在图15(a)中表示出已有的半导体激光器模块的结构例子。该图所示的半导体激光器模块具有发射激光的激光二极管(半导体激光器)1，使其对着该激光二极管1的激光发射端面31，并设置具有光纤透镜的透镜部14的光纤4，把光纤4容纳在金属制造的套筒3中。光纤4经透镜部14接收并传送所述激光二极管1发射的光。透镜部14例如是楔形的光纤透镜。
所述套筒3由固定部件6，7支撑而装载在基部(base)2上被固定。固定部件6，7形成为在光纤4的纵向方向上在设置间隔的位置处相互支持光纤4的状态。所述激光二极管1经散热片22装载在基部2上的LD粘结部21上而被固定。另外，基部2上经监测光电二极管固定部件39装载有监测光电二极管9，将激光二极管1的输出形成为监测的结构。基部2装载在温差电偶微型模块25上。
该温差电偶微型模块25、所述基部2、所述激光二极管1、所述光纤4、所述固定部件6，7被容纳在外壳(package)27中，该外壳27的底版26上装载所述温差电偶微型模块25。温差电偶微型模块25具有基部侧板部件17、底板侧板件18、这些侧板件夹持的珀耳贴元件(ペルチェ素子)19。
所述固定部件6，7和所述基部2通过YAG熔接(公知的YAG激光熔接)等在第一激光熔接部10处被激光熔接。同样，所述固定部件6，7和所述套筒3在第二激光熔接部11处被激光熔接。第二激光熔接部11与第一激光熔接部10相比，形成在图中的Y方向(是与外壳底板26垂直的方向，与所述光纤4的光轴Z垂直的方向)的高度较高的位置上。
此外，如上所述，由于套筒3和固定部件6，7与基部2通过激光熔接而固定，所以有必要将基部2以及固定部件6，7等做成热传导率低、且有较好激光熔接性的金属制品。还有，由于基部2上经固定部件6，7装载光纤4，因此固定部件6，7与基部2的材质最好是热膨胀系数与光纤4接近的材质。为此，在原来的半导体激光器模块中，固定部件6，7与基部2由Fe-Ni-Co合金的柯伐合金(商标)形成。
此外，例如，所述外壳27的底板26由Cu-W合金的CuW20(重量比是Cu为20％、W为80％)形成，温差电偶微型模块25的基板侧板件17和底板侧板件18都由Al2O3形成。
所述半导体激光器模块中，对中激光二极管1和光纤4。由光纤4接收从激光二极管1发射出的激光在光纤4内传送，以供使用。
另外，半导体激光器模块中，为驱动激光二极管1而流过电流时，因发热使激光二极管1温度上升。由于该温度上升是引起激光二极管1的振动波长与光输出变化的原因，所以在使用半导体激光器模块时，通过固定在激光二极管1附近的热敏电阻(未示出)测定激光二极管1的温度。之后，根据该测定值使温差电偶微型模块25动作，通过控制流过温差电偶微型模块25的电流，把激光二极管1的温度控制为保持恒定。
但是，上述已有半导体激光器模块中，由于各种原因，基板2有翘曲。例如，如图15所示的例子中，由柯伐合金形成基部2，由Al2O3形成温差电偶微型模块的基部侧板部件17。因此，由于两者的线膨胀系数有很大不同，所以伴随着半导体激光器模块使用时的温差电偶微型模块25的动作，如图15(b)所示，基部2发生翘曲。因此，激光二极管1和透镜部14的位置从对中位置偏离，出现激光二极管1和光纤部4的光结合效率降低的问题。
还有，例如不使用半导体激光器模块，放置在40～50℃的高温环境中时，也因上述基部2和温差电偶微型模块25的基部侧板部件17的线膨胀系数不同而同样使基部2发生翘曲。从而，激光二极管1和透镜部14的光结合产生偏离。因此，使用半导体激光器模块时，出现的问题是不能完全返回原来状态而成为残留下光接合偏离的状态。
尤其，在已有半导体激光器模块中，作为套筒3和固定部件6，7的固定部的第二激光熔接部11与作为固定部件6，7与基部2的激光固定部的第一激光熔接部10相比，形成在图中的Y方向上的高度约为1600微米的较高位置处。因此，基部2的翘曲产生时，以第一激光熔接部10为支点，套筒3产生大位置偏离，激光二极管1和光纤4的光结合效率降低的比率增大。
如上所述，对应半导体激光器模块使用时及放置时的使用环境温度改变而降低激光二极管1和光纤4的光结合效率的话，那么光纤4接收传送的光的强度就变小。因此，出现对适用半导体激光器模块的光通信系统等不能适当地动作的问题。
本发明为解决上述已有问题而作出，本发明的目的是提供一种高可靠性的半导体激光器模块，其不依赖于使用环境温度变化，能够与激光二极管和在光纤中传导该光束的透镜部进行高精度的光结合。
为实现上述目的，本发明以下面的结构作为解决问题的方式。即，本发明是一种半导体激光器模块，具有：激光二极管；经透镜部接收并传送该激光二极管发射的光的光纤；支持所述透镜部的固定部件；直接或间接装载该固定部件和所述激光二极管的基部；容纳所述激光二极管、所述透镜部、所述固定部件、所述基部的外壳，在该外壳的底板上直接或经温差电偶微型模块装载所述基部，其特征在于：在所述基部上形成有装载所述固定部件的固定部件装载部件，该固定部件装载部件和所述固定部件经激光熔接所形成的第一激光熔接部，以及所述固定部件和所述透镜部一侧经激光熔接所形成的第二激光熔接部，在相对于所述外壳底板的垂直方向的高度大致相同。
在一个理想的例子中，第一激光熔接部和第二激光熔接部相对于外壳底板的高度与从激光二极管透过透镜部的激光光束的光轴的高度相同。
在本发明的一个具体结构例中，透镜部是在光纤的前端形成的光纤透镜，在该前端上具有透镜部的光纤通过固定部件固定于基部上。
在本发明的另外一个具体结构例中，透镜部是分立式透镜，该分立式透镜经固定部件固定装载在基部上的固定部件装载部件上。
在一个具体结构例中，在基部上配置有光隔离器，该光隔离器和所述基部经激光熔接所形成的第三激光熔接部，以及第一和第二激光熔接部，在相对于外壳底板的垂直方向的高度大致相同。
下面结合实施例及其附图，对本发明作进一步详细说明。
图1是用截面图表示本发明的半导体激光器模块的第一实施例的部件结构图；
图2是表示上述实施例的半导体激光器模块的部件结构的斜视图，其中省略了温差电偶微型模块和外壳；
图3是表示上述实施例的半导体激光器模块的部件结构的平面图，其中省略了外壳；
图4是用分解图表示上述实施例的基部的结构的说明图；
图5是图4的A-A截面图；
图6(a)和图6(b)是表示在上述实施例中设置的固定部件的斜视结构的说明图；
图7是表示在上述实施例中设置的光纤4的透镜部14的结构的说明图；
图8(a)和图8(b)是表示上述实施例中的激光二极管的配置区域与监测光电二极管的配置区域的斜视说明图；
图9是与现有例子相比较表示伴随上述实施例的周围温度变化的跟踪误差产生情况的曲线；
图10是表示本发明的半导体激光器模块的第二实施例的部件结构的斜视图，其中省略了温差电偶微型模块和外壳；
图11是表示上述第二实施例的半导体激光器模块的部件结构的平面图，其中省略了外壳；
图12是用分解图表示上述第二实施例的基部的结构的说明图；
图13(a)、图13(b)和图13(c)是表示适用于本发明的半导体激光器模块的其它实施例的固定部件的说明图；
图14是表示把设置在远离激光二极管一侧的光纤的固定部件作为2个部件的情况下的固定部件的偏离状况的模式性说明图；
图15(a)和图15(b)是表示现有半导体激光器模块的截面结构和存在问题的说明图；
图16(a)和图16(b)是表示半导体激光器模块上的基部的翘曲和与此相随的光纤前端的位置偏离的模式性说明图；
图17是表示本发明的半导体激光器模块的第三实施例的基部周围结构的斜视图；
图18是上述第三实施例的半导体激光器模块截面结构图；
图19是用分解图表示上述第三实施例的基部的结构的说明图；
图20是用截面图表示本发明的半导体激光器模块的第四实施例的说明图；
图21是表示图19的A-A’截面的说明图；
图22是表示图17的B-B’截面的说明图；
图23是表示光结合部分和翘曲防止装置的配合关系的某一例子的说明图。
下面根据附图说明本发明的实施例。另外，在本实施例的说明中，与已有例子相同名称的部分添加相同的符号，其说明省略或简化。在图1中用截面表示本发明的半导体激光器模块的第一实施例的部件结构。
如图1所示，本实施例的半导体激光器模块把激光二极管1、具有透镜部14的光纤4、作为容纳透镜部14的透镜部固定部件的套筒3、经套筒3的支持固定而支持光纤4和其前端的透镜部14的固定部件6，7(7a，7b)、直接或间接装载该固定部件6，7和激光二极管1的基部2、温差电偶微型模块25容纳在外壳27中而形成。
光纤4的透镜部14是光纤透镜，具体说，例如是图7所示结构的楔形的变形(旋转非对称)透镜。由该楔形光纤透镜构成的透镜部14的前端侧如图2、图3、图7所示，前端的棱线14a对着该激光二极管1的激光发射端面21以配置成与激光二极管1的活性层(未示出)同一平面。棱线14a在图中表示成直线状，但为在光纤4的芯部高效率地入射进去光，实际上可将其扩大形成为曲面形状。
在本实施例中，基部2由装载激光二极管1的激光二极管装载部件8和装载固定部件6，7的固定部件装载部件5共2个部件构成。
激光二极管装载部件8在温差电偶微型模块25上配置成与温差电偶微型模块25接触。如图1、图2、图4所示，激光二极管装载部件8的上部侧设置有与该激光二极管装载部件8一体的部件所构成的LD粘结部21而形成激光二极管装载区域。所述固定部件装载部件5配置在避开激光二极管装载部件8的激光二极管装载区域的位置上。
另外，图4是以分解状态表示基部2的斜视图。图4中通过添加阴影线后表示的银焊接接合部46把固定部件装载部件5固定在激光二极管装载部件8上。
激光二极管装载部件8由具有所述固定部件装载部件5的线膨胀系数与所述温差电偶微型模块25的基部侧板部件17的线膨胀系数之间的范围内的线膨胀系数的材质形成。
具体说，在本实施例中，固定部件装载部件5由柯伐合金形成，激光二极管装载部件8由Cu-W合金CuW10(重量比Cu为10％，W为90％)形成。CuW10的线膨胀系数是6.5×10-6/K，Al2O3的线膨胀系数是6.7×10-6/K。
CuW10的热传导率是180～200(W/m·k)，具有作为柯伐合金的热传导率的17～18(W/m·k)的大约10倍的热传导率。
外壳27的底板26通过作为与基部2的激光二极管装载部件8相同材质的CuW10形成，由此，底板26的线膨胀系数与激光二极管装载部件8的线膨胀系数相同。
如图1～图3所示，将作为固定部件装载部的固定部件装载部件5和光纤4以及套筒3的固定部件6，7加以激光熔接而形成第一激光熔接部10。将所述固定部件6，7和所述套筒3加以激光熔接而形成第二激光熔接部11(11a，11b)。第一激光熔接部10和第二激光熔接部11在垂直于所述外壳底板26的方向上形成大致相同的高度(高度差在±500微米以内，最好在±50微米以内)。
另外，固定部件6一侧的第一、第二激光熔接部10，11的高度与光纤4的中心(在此是棱线14a)相同。
其中，激光熔接固定部件装载部件5和固定部件6，7时，如果该固定部件装载部件5的上面与固定部件6，7的上面为同一个面(±100微米以内)的话，容易在每个制品上使激光熔接部10的高度均匀，因此是所期望的。
基部2上在至少所述激光二极管1和所述光纤4的光结合部分两侧上形成翘曲防止装置。如图3、图4所示，该翘曲防止装置在所述光纤4的侧部的两侧的基部区域中具有沿着光束行进方向，这里是指光纤4的纵向方向形成的壁部15。
图23是表示具有壁部15的翘曲防止装置的基本结构的概念图。如图23所示，壁部15设置在至少连接激光二极管1的激光发射端面31和透镜部14的光接收端32的轴线部33的侧部两侧上。因此，可以防止激光二极管1和光纤4之间的光结合率的降低。
在本实施例中，如图3所示，壁部15设置在固定部件装载部件5的纵向方向的整个区域(该图的虚线框B内的区域)中。
另外，在本实施例中，壁部15通过与固定部件装载部件5一体的部件而形成。如图5所示，壁部15至少从固定部件装载部件5的底部16向上侧设置。之后，固定部件装载部件5把在与激光二极管1的光轴垂直的断面处的断面形状形成为大致U字状，以包围作为所述光结合部分的轴线部33。这样的断面大致为U字形状的基部结构，构成了本实施例中的翘曲防止装置的一部分，非常强烈地抵抗纵向方向的翘曲。
另外，如图4所示，壁部15的一端部形成臂部5e，比固定部件装载部件5的底部更突出地形成，延伸到激光二极管装载部件8的LD粘结部21的配置区域。本实施例中，通过这样形成臂部5e，增大与银焊接接合部46的接触面积。该臂部5e和激光二极管装载部件8的连接结构把与激光二极管1的光轴正交的断面处的断面形状构成为大致U字状，形成本实施例的翘曲防止装置的一部分。
此外，如图3、图4所示，在固定部件装载部件5中，通过壁部15和在与该壁部15正交的方向上形成的壁部35来形成嵌入凹部37。固定部件6，7在嵌入凹部37中以嵌入容纳的形式通过第一激光熔接部10而被熔接固定。
另外，在本实施例中，形成固定部件装载部件5时，如图4所示，例如通过形成穿过贯通固定部件6，7的嵌入凹部37和套筒3的插入部38的形状，可得到将壁部15和固定部件固定用壁部35所一体性形成的固定部件装载部件5。
如图2、图3所示，固定部件6，7相互在光纤4的纵向方向上在设置间隔的位置处支持光纤4。如图6(a)和图6(b)所示，位于最靠近激光二极管1的一侧的固定部件6通过具有从两侧部将光纤4挟持的挟持部28的一体部件而形成。
另外，固定部件6的形状如图6(b)所示，把挟持部28形成为臂状时，在固定激光熔接部11b之前，以激光熔接部11a为支点按每一套筒3使光纤4旋转之际(该旋转是为了对激光二极管1和透镜部14进行对中)，施加到激光熔接部11a上的应力被分散为挟持部28的臂的变形应力，能够防止应力集中。
基部2的固定部件装载部件5在温差电偶微型模块25上设置成比光纤装载侧端部(图1的右侧端部)更突出到光纤纵向方向。另外，所述固定部件装载部件5在激光二极管装载部件8上设置成比光纤装载侧端部更突出到光纤纵向方向。另外，在本实施例中，所述套筒3在温差电偶微型模块25上被固定于从光纤装载侧端部处突出的固定部件装载部件5上。
如图2所示，激光二极管装载部件8具有经固定部件装载部件5支持位于靠近激光二极管1的一侧的固定部件6的下部侧的加强部20，该加强部20的下面不与温差电偶微型模块25接触。在本实施例中，加强部20形成长方体形状。
再有，在本实施例中，如图8(a)所示，所述激光二极管1通过AuSn等焊锡件40固定于散热片22上。之后，散热片22通过AuSn等焊锡件41固定于激光二极管装载部件8上。散热片22由AlN、SiC或金刚石等高热传导性材料形成。
还有，如图8(b)所示，监测光电二极管固定部39通过焊锡件43被固定于基部2的激光二极管装载部件8上。监测光电二极管固定部39主要由铝形成。在监测光电二极管固定部39的表面上形成Au电镀图案50，在该电镀图案上通过AuSn、AuSi等焊锡件44固定光电二极管9。
本实施例如上述形式构成，本实施例中也与现有实施例一样，使用半导体激光器模块时，使光纤4接收并传送从激光二极管1发射的光。
另外，此时，本实施例中也与现有实施例一样，通过温差电偶微型模块25对激光二极管1进行温度控制。
在本实施例中，基部2由激光二极管装载部件8和固定部件装载部件5的2个部件构成，从热膨胀特性和热传导特性方面看是最适当的。具体来说，接触温差电偶微型模块25的基部侧板部件17的基部2的激光二极管装载部件8通过具有设置在其上侧的固定部件装载部件5的线膨胀系数和温差电偶微型模块25的基部侧板部件17的线膨胀系数之间的范围内的线膨胀系数的材质(换言之，具有柯伐合金和Al2O3之间的线热膨胀系数的CuW10)形成。因此，与现有实施例那样设计成使柯伐合金形成的基部2与Al2O3构成的基部侧板部件17直接接触的情况相比，缓和了因使用环境温度变化而产生的基部2的翘曲。
因此，根据本实施例，可以抑制因使用环境温度变化所产生的激光二极管1和光纤4的光结合效率的降低。
固定部件装载部件5由柯伐合金形成，柯伐合金与光纤4具有基本相同的线膨胀系数。因此，可抑制因与光纤4的线膨胀系数的不同对光纤4产生的不良影响。
激光二极管装载部件8热传导性良好，由具有柯伐合金的热传导率的10倍的热传导率的CuW10形成。因此，通过散热片22以及激光二极管装载部件8将有效地把激光二极管1产生的热传送到温差电偶微型模块25侧上，通过温差电偶微型模块25可有效地冷却激光二极管1。
因此，根据本实施例，激光二极管1和温差电偶微型模块25的消耗功率可缩小，可做成消耗功率小的半导体激光器模块，可使温差电偶微型模块25的翘曲量缩小。
另外，根据本实施例，由于激光二极管装载部件8和外壳27的底板26的线膨胀系数相同，所以当半导体激光器模块的使用环境温度发生变化时，在温差电偶微型模块25的上下两侧施加相同的应力，温差电偶微型模块25的翘曲被抵消。因此，根据本实施例，可更进一步有效地抑制因使用环境温度变化而引起的激光二极管1与光纤4的光结合效率降低。
另外，在本实施例中，由于固定部件装载部件5由热传导率低的柯伐合金形成，固定部件装载部件5上的套筒3的激光熔接性良好。
再有，根据本实施例，由基部2的固定部件装载部件5和光纤容纳用的套筒3的固定部件6，7以激光熔接所构成的第一激光熔接部10以及由固定部件6，7和套筒3以激光熔接所构成的第二激光熔接部11形成为在垂直于外壳底板26的方向上的高度大致相同。因此，即使基部2的翘曲多少会产生，通过该翘曲能够防止套筒3以第一激光熔接部10为支点的大的位置偏离。
因此，本实施例的半导体激光器模块可更进一步有效地抑制激光二极管1和光纤4的光结合效率的降低。
另外，根据本实施例，由于在基部2的固定部件装载部件5上通过沿着光纤4的纵向方向形成壁部15而形成防止基部2的翘曲的翘曲防止装置，因此可抑制沿着光纤纵向方向的基部2的翘曲。
再有，适用于本实施例的半导体激光器模块的光纤4是前端的棱线14a在X-Z平面上具有平行楔状的透镜部14的光纤。具有这种透镜部14的光纤4和激光二极管1的光结合特别容易受到所述Y方向的位置偏离的影响。因此，基部2沿着光纤4的纵向方向翘曲时，容易显著地引起激光二极管1和光纤4的光结合效率的降低。
但是，本实施例中，如上所述，由于通过翘曲防止装置可抑制沿着基部2的光纤纵向方向的翘曲，因此可非常有效地抑制激光二极管1和光纤4的光结合效率的降低。
特别是，在本实施例的半导体激光器模块中，由于从激光二极管1发射的光从光纤4的前端侧入射到光纤4，在激光二极管1和光纤4进行光结合之际，抑制激光二极管1和光纤4的激光接收端32的位置偏离是极其重要的。因此，抑制上述轴线部33上的基部2的翘曲是极其重要的。
另外，同样，通过固定部件6的套筒3的固定位置产生偏离时，例如与通过比固定部件6更远离激光二极管1的固定部件7的套筒3的固定位置产生偏离的情况相比，激光二极管1和光纤4的光结合效率的降低是更大。据此，抑制固定部件6的配置区域中的基部2的翘曲是极其重要的。
此时，在本实施例中，把壁部15作为连接激光二极管1上的激光发射端面31和光纤4上的激光接收端32的轴线部33的侧部两侧。之后，设置在沿着包括位于靠近激光二极管1的一侧的固定部件6的侧部两侧的固定部件装载部件5的光纤纵向方向的区域上。由此，抑制上述轴线部33和固定部件6的配置区域的基部2的光纤纵向方向的翘曲。
再有，本实施例中，具有这样的结构：从固定部件装载部件5的底部16向上侧设置壁部15，翘曲防止装置把与激光二极管1的光轴正交的断面处的基部2的断面形状形成为大致U字状，以包围上述轴线部33。也就是说，可抑制在与轴线部33上的激光二极管的光轴正交的方向(图3的X方向)上的翘曲。
因此，本实施例的半导体激光器模块可有效地抑制对应于半导体激光器模块的使用环境温度变化的基部2的翘曲，可非常有效地抑制激光二极管1和光纤4的光结合效率的降低。
再有，在本实施例中，通过与固定部件装载部件5一体的部件形成壁部15。因此，通过与固定部件装载部件5不同的部件构成壁部15，如在接合它们时那样，可防止因壁部15与固定部件装载部件5的连接所产生的强度降低。因此，通过简单结构的翘曲防止装置，可有效地抑制基部2的翘曲。
还有，根据本实施例，在靠近激光二极管1的一侧，支持固定光纤4的固定部件6是由具有从两侧部挟持住光纤4的挟持部28的一体部件所形成。因此，与由每一单面支持光纤4的固定部件所形成的固定部件5的情况相比，由于存在有在光纤4的下方连接挟持部28两侧的连接部49，所以可抑制在图3、图6的X方向的基部2的翘曲。因此，根据本实施例，可更进一步有效地抑制激光二极管1和光纤4的光结合效率的降低。
另外，根据本实施例，将基部2的固定部件装载部件5设置成比在温差电偶微型模块25上的光纤装载端部更向光纤纵向方向突出。因此，不接触温差电偶微型模块25的部分(突出部分)不受到温差电偶微型模块25的翘曲的影响。另外，固定部件装载部件5的突出长度L(参照图1)过长的话，由于该突出长度L的突出部的重叠使得对激光二极管装载部件8的接合强度不足，该突出部在受到因外面的冲击所带来的振动时，可能会发生接合剥离，因此最好是L≤5mm。
再有，在本实施例中，由于套筒3被固定在从温差电偶微型模块25的光纤装载部件端部所突出的固定部件装载部件5上，所以套筒3非常难以受到温差电偶微型模块25的翘曲的影响。从而，可进一步有效地抑制激光二极管1和光纤4的光结合效率的降低。
另外，根据本实施例，把固定部件装载部件5设置成比激光二极管装载部件8上的光纤装载侧端部更向光纤纵向方向突出。因此，抑制了在该突出部分上装载的固定部件6，7和基部2、光纤4等受到激光二极管装载部件8的翘曲的影响。从而，可进一步有效地抑制激光二极管1和光纤4的光结合效率的降低。
还有，根据本实施例，激光二极管装载部件8具有形成于位于靠近激光二极管1的一侧的固定部件6的下侧的加强部20。因此，即使向固定部件装载部件5上施加所述Y方向的振动，也可使该振动的支点位于比固定部件6更远离激光二极管1的一侧，能够抑制激光二极管1和光纤4的光结合效率的降低。
另外，根据本实施例，通过设置加强部20可扩大激光二极管装载部件8和固定部件装载部件5的接触面积，因此能够更稳定地机械固定两者。再有，由于所述加强部20的下面不与温差电偶微型模块25接触，加强部20不受到温差电偶微型模块25的翘曲的影响。
与现有技术一样，因使用环境温度改变，例如，如图16(a)所示基部2翘曲时，如图16(b)所示，在图中的点划线所示的位置上对中的光纤4偏离图中的实线所示的位置。由于这一偏离，光纤4的激光接收端32和激光二极管1的距离从A变化为B。这样一来，如图9的特性线b所示，依赖于光纤4的激光接收端32和激光二极管1的发射端面31的距离的监测跟踪误差ΔIm随着半导体激光器模块的使用环境温度变化而变大。这里，监测跟踪误差ΔIm由下面的式子定义。
ΔIm＝(Im(T)－Im(25°))/Im(25°)
式中：Im(T)是T(℃)的监测电流值、Im(25°)是25℃的监测电流值。
例如，现有半导体激光器模块中，半导体激光器模块的周围温度从25℃变化到85℃时，如上述特性线所示，监测跟踪误差按正弦(sin)曲线b周期变化，其变化量也大。
与此相反，根据本实施例，如图9的特性线a所示，监测跟踪误差从0开始基本不发生变化，即使周围温度变为75℃，其值也只是特性线b所示的现有例子的变化量的8分之1。也就是说，在本实施例中，即使使用环境温度产生了变化，能够认为激光二极管1的发射端面31和光纤4的激光接收端32的距离不发生大的变化，可见，有效地防止了基部2的翘曲。
在图10中，以斜视图表示出本发明的半导体激光器模块的第二实施例的部件结构，其中省略了温差电偶微型模块25和外壳27。另外，图11是半导体激光器模块的平面图，其中省略了外壳27，在图12中，通过分解图表示第二实施例的基部2的结构。
本实施例2与第一实施例结构几乎相同，本实施例2与上述第一实施例不同的特征在于：把构成基部2的固定部件装载部件5和激光二极管装载部件8的形状变成如图10～图12所示。
即，本实施例2中，通过固定部件装载部件5和激光二极管装载部件8二者形成基部2的翘曲防止装置。在第二实施例中，连接激光二极管1的激光发射端面31和光纤4的激光接收端32的轴线部33的侧部两侧上设计的壁部15以及位于靠近激光二极管1的一侧的固定部件6的侧部两侧上设计的壁部15是通过与激光二极管装载部件8一体的部件所构成。
由于第二实施例由如上所述的方式来构成，所以第二实施例也具有与上述第一实施例基本相同的效果。
再有，用光纤透镜形成透镜部14的类型的本发明的半导体激光器模块并不限制于上述各实施例，可采取各种实施状态。例如：把翘曲防止装置设置在光纤4的支持部的单侧上时，在光纤4的纵向方向上在设置间隔的位置处相互支持光纤4的状态的固定部件(在上述各实施例中为固定部件6，7)中的至少位于最靠近激光二极管1一侧的固定部件的侧部设置翘曲防止装置的话，可抑制靠近光纤4的激光二极管1的一侧的支持位置的偏离。因此，可有效地抑制因基部2的翘曲所带来的激光二极管1和光纤4的光结合效率的降低。从而，最好把翘曲防止装置至少设置在位于最靠近激光二极管1的一侧的固定部件的侧部上。
另外，上述各实施例中，位于最远离激光二极管1的一侧的固定部件7的结构是具有在夹住套管3的两侧的每一侧各配置的固定部件7a，7b，但如图13(a)、图13(b)、图13(c)所示，固定部件7也可以由具有从两侧部挟持光纤4的挟持部61的一体部件所形成。
设置夹住套管3的两个固定部件7a，7b时，可稳固地夹住固定套管3的反面，例如如图14所示，与光纤4的光轴相对的固定部件7a，7b的倾斜彼此不同，难以把固定部件7a与套筒3的间隙与固定部件7b与套筒3的间隙做成大致相等的距离。与此相反，如上所述，通过一体部件形成固定部件7的话，与光纤4的光轴相对的固定部件7a，7b的倾斜变得彼此相等，并且容易把上述间隙调节成等距离。
因此，通过一体部件形成固定部件7的话，可抑制因YAG熔接等熔接套管3和固定部件7时的固定强度的参差不齐。
再有，套管3和固定部件7的接触部分由于进行熔接用的激光照射，所以固定部件7和套管3的接触部分最好要小，固定部件7的形状如图13(a)，图13(b)所示，最好把挟持部61形成臂状。
另外，上述各实施例中，基部2是把固定部件装载部件5和激光二极管装载部件8的2个部件加以结合而构成，但基部2也可以由装载了固定部件6，7的固定部件装载部和激光二极管1的装载部形成在1块板上的一个部件来形成。即使在这种情况下，设置了壁部件，通过把上述固定部件装载部和固定部件6，7经激光熔接所构成的第一激光熔接部10以及把固定部件6和套筒3经激光熔接所构成的第二激光熔接部20做成在与外壳底板26垂直的方向上的高度大致相同的方式，与现有半导体激光器模块相比，能够使得基部2翘曲时所产生的套筒3的位置偏离变小。从而，可抑制激光二极管1和光纤4的光结合效率的降低。
另外，在上述各实施例中，光纤4为具有楔形透镜部14的结构，但是光纤4也可以为具有楔形以外的变形透镜的透镜部14的结构，例如可以是具有头部为球形的透镜、头部为细圆锥状的透镜等，变形透镜以外的光纤透镜的透镜部14的结构。
此外，在上述第一、第二的各个实施例中，激光二极管装载部件8在位于最靠近激光二极管1的一侧的固定部件6的下部侧形成加强部20，但是加强部20也可省略。不过，由于通过设置加强部20可抑制固定部件装载部件5的图中的Y方向的振动，所以最好是设置加强部20。另外，加强部20的形状不特别限定，可以适当设定，例如为具有图2的斜线A所示的那样的锥形面的结构。
此外，在上述第一、第二的各个实施例中，位于最靠近激光二极管1的一侧的固定部件6由如图6所示的具有挟持部28的一体部件所形成，但是，固定部件6的结构不限制于特定形状，可适当设定。不过，将固定部件6按上述各实施例那样来构成的话，可抑制基部2的X方向的翘曲。
接着，把透镜部14作为分立式透镜的类型的本发明的半导体激光器模块的各个实施例说明如下。
本发明的半导体激光器模块的第三实施例的结构通过图18的截面图来表示，本第三实施例的半导体激光器模块的基部周围结构通过图17的斜视图来加以表示。
如图17、图18所示，第三实施例的半导体激光器模块具有激光二极管1、作为与该激光二极管1光结合的透镜部的分立式透镜(第一透镜)14。分立式透镜14和激光二极管1装载在基部2上，基部2具有作为发光元件装载部的激光二极管装载部件8和装载作为分立式透镜14和其固定部件的透镜支持件24的固定装置装载部件5。
基部2和激光二极管1以及分立式透镜14被容纳在外壳7中。基部2直接固定于外壳27的底板26上，激光二极管装载部件8与外壳底板26接触来被配置。
激光二极管装载部件8的上部侧设置与该激光二极管装载部件8用一体部件所构成的LD粘结部21而成为激光二极管装载区域。所述激光二极管1经散热片22被固定于LD粘结部21上。另外，LD粘结部21上设置的固定部48上固定着热敏电阻29。
在该第三实施例中，从激光二极管1产生的热的放热性的观点看，激光二极管装载部件8由具有热传导率在150W/mK以上的高热传导率的Cu-W合金CuW20(重量比是Cu为20％、W为80％)来形成。因此第三实施例中可有效地释放激光二极管1产生的热量。
在激光二极管装载部件8的LD粘结部21的后面一侧，为了监测激光二极管1的输出，安装有监测用光电二极管9的监测光电二极管固定部39被配置在图17的阴影所示的位置47上。另外，所述固定装置装载部件5被配置在激光二极管装载部件8的LD粘结部21的前面一侧。固定装置装载部件5通过在图19中添加阴影线所表示的银焊料接合部46被固定于激光二极管装载部件8上。
固定装置装载部件5通过在基体5a的两侧竖立形成于按光轴方向(激光二极管1的光轴方向)延伸的侧壁部5b而把与激光二极管1的光轴垂直的断面处的断面形状大致形成为U字状。还有，在固定装置装载部件5上从侧壁部5b的后端部向光轴方向的后面一侧突出形成臂部5e，在增加与银焊接接合部46的接触面积的同时，防止基部2的翘曲。这个臂部5e和激光二极管装载部件8的连接结构也把与激光二极管1的光轴垂直的断面处的断面形状大致形成为U字状。
这样，基部2把与激光二极管1的光轴垂直的断面处的断面形状大致形成为U字状以至少包围激光二极管1与分立式透镜14的光结合部分。这样的断面大致为U字状的基部结构非常强地抵抗翘曲，构成至少防止激光二极管1和分立式透镜14的光结合部分的基部2的翘曲的翘曲防止装置。
如图17所示，所述分立式透镜14被固定于透镜支持件24上，该支持件24经作为固定装置的固定部件(透镜支持套筒)6被固定于所述基部2的固定装置装载部件5上。透镜支持件24和固定部件6通过线膨胀系数与形成分立式透镜14的玻璃材料相近且激光熔接性良好的Fe-Ni-Co合金的柯伐合金(商标)形成。
将基部2的固定装置装载部件5和固定部件6经激光熔接所构成的第一激光熔接部10以及将固定部件6和透镜支持件24经激光熔接所构成的第二激光熔接部11形成为在垂直于外壳27的底板26的方向上的高度大致相同。
另外，通过分立式透镜14的光在使其通过固定装置装载部件5上的同时，还配置有遮蔽返回到激光二极管1侧的光的光隔离器30。将该光隔离器30和固定装置装载部件5经激光熔接所构成的第三激光熔接部12形成为在垂直于外壳27的底板26的方向上的高度与所述第一和第二激光熔接部10，11大致相同。
再有，在本第三实施例中，所述U字形状形成于从激光二极管1和分立式透镜14的光结合部分直到装载光隔离器30的一侧的端部之间。
另外，在固定装置装载部件5上从侧壁部5b向与激光二极管1的光轴方向垂直的方向上突出形成突出壁部5c，5d，这些突出壁部5c，5d之间插入固定部件6来构成。
图22表示了图17中的B-B’线位置上的固定装置装载部件5和固定部件6与光隔离器30的位置关系。如图22所示，即使模块向α方向(光轴方向两端向上改变的方向)弯曲时，由于突出壁部5d插在固定部件6和光隔离器30之间，也可抑制固定装置装载部件5向该α方向的翘曲。
或者，相反，即使模块向β方向(光轴方向两端向下改变的方向)弯曲时，固定部件6在光轴方向的两侧通过与突出壁部5c，5d的激光熔接而被固定，通过光隔离器30与壁部5b的固定，也可抑制β方向的弯曲。
特别是，固定部件6和突出壁部5c，5d由于在与光轴方向垂直的方向上形成的面之间经激光熔接，所以对于α方向、β方向的弯曲，仅施加有拉伸应力或压缩应力，而不施加剪切应力。因此，可更有效地防止激光熔接点发生断裂。从这个观点看，图22中的符号10’表示的点上也可以是将光隔离器30和突出壁部5d经激光熔接所形成的结构。
另外，固定装置装载部件5的壁部5b的上面45的高度与激光二极管1的光轴的高度大致相同。因此，所述第一、第二、第三激光熔接部10，11，12的高度的任何一个都与激光二极管1的光轴的高度大致相同。因此，分立式透镜14和光隔离器30的光轴以该高度为基准来确定位置，可抑制外壳和基部2的翘曲所引起的位置偏离。
从固定装置装载部件5和固定部件的激光熔接性的观点出发，固定装置装载部件5的热传导率最好在50W/mK以下。另外，从防止上述翘曲的观点出发，固定装置装载部件5的杨氏模量最好是15×103kg/mm2以上。再有，由于固定装置装载部件5装载光隔离器，其最好是磁性小的部件(更好是没有磁性)，以不损失光隔离器的磁性。
在第三实施例中，固定装置装载部件5由SUS430形成。由于SUS430的热传导率为26.4W/mK，杨氏模量为20.4×103kg/mm2，其磁性也很小，因此非常适合于作为固定装置装载部件5。
如图18所示，所述外壳27的侧壁上形成通孔51，在该通孔51上固定外壳封装用的透光板52。另外，在通孔51上插入固定有固定了第二透镜53的支持件54，在该支持件54的一端侧(图中的右侧)上固定着金属箍支持件55。在金属箍支持件55上固定着金属箍56，在金属箍56上插通固定着光纤(单模式光纤)57。
第三实施例如以上方式构成，从激光二极管1发射的激光与分立式透镜14进行光结合，通过分立式透镜14入射到光隔离器30。之后，光隔离器30的透过光通过第二透镜53被聚光在光纤57的入射侧，通过光纤57后，以供所用。
根据第三实施例，装载激光二极管1和分立式透镜14的基部2由激光二极管装载部件8和固定装置装载部件5来形成。而且，把与激光二极管1的光轴垂直的断面处的固定装置装载部件5的断面形状形成为大致U字状，并固定于激光二极管装载部件8上，从而通过固定装置装载部件5构成基部2的翘曲防止装置，由该翘曲防止装置可抑制基部2的翘曲。
另外，根据第三实施例，将固定有透镜支持件24的固定部件6和基部2的固定装置装载部件5经激光熔接所构成的第一激光熔接部10以及将固定部件6和透镜支持件24经激光熔接所构成的第二激光熔接部11形成为大致相同高度(形成在同一面上)，因此能够防止因基部2的翘曲所引起的分立式透镜14的光轴偏离。
因此，第三实施例可更进一步确实地抑制激光二极管1和分立式透镜14的光结合效率的降低，能够作为长期可靠性更高的半导体激光器模块。
还有，根据第三实施例，把光隔离器30配置在基部2的固定装置装载部件5上，由于把该光隔离器30经激光熔接于固定装置装载部件5上所构成的第三激光熔接部12的高度与上述第一、第二激光熔接部的高度大致相同，所以也可抑制对应于基部2的翘曲的光隔离器30的偏离。
另外，根据第三实施例，固定装置装载部件5由SUS430形成，由于SUS430的热传导率小，所以激光熔接性良好。还有，因为SUS430的杨氏模量高，从而可有效发挥上述翘曲防止效果。此外，由于SUS430的磁性小，因此不会损失光隔离器30的磁性，可成为制造性和长期可靠性都优良的半导体激光器模块。
上述第三实施例的半导体激光器模块中没有使用所述第一、第二的各个实施例中使用的温差电偶微型模块25，基部2直接固定于外壳27的底板26上。通常，把半导体激光器模块用作海底线缆的光放大器时，不使用温差电偶微型模块的情况较多。由于第三实施例的半导体激光器模块不使用温差电偶微型模块，也能得到上述的长期可靠性，因此作为海底线缆的光学系统或者地下设置型的光学系统用的光放大器中所使用的激励光源特别适合。
图20表示半导体激光器模块的第四实施例。该实施例的半导体激光器模块也与上述第三实施例的情况一样，通过分立式透镜构成透镜部14。该第四实施例的半导体激光器模块经温差电偶微型模块25把基部2固定于外壳27的底板26这一点是与所述第三实施例不同的，除此之外的结构与第三实施例相同。
该第四实施例的半导体激光器模块也具有与上述第三实施例相同的效果，但是通过设置温差电偶微型模块25，可进一步提高激光二极管1的温度控制的稳定性。
上述第三、第四实施例中，固定装置装载部件5从激光二极管1和分立式透镜14的光结合部分直到光隔离器30一侧的端部，把垂直于激光二极管1的光轴的断面处的断面形状形成为大致U字状，但是如果至少在激光二极管1和分立式透镜14的光结合部分，把固定装置装载部件5的上述断面形状形成为大致U字状的话也行。
另外，上述第三、第四实施例中，基部2具有透镜装载部件5和激光二极管装载部件8的结构，但是基部2也可由具有装载分立式透镜14的透镜装载部的一个部件来形成。
即使在这种情况下，也希望将上述透镜装载部和固定部件6经激光熔接所构成的第一激光熔接部10以及将固定部件6和透镜支持件24经激光熔接所构成的第二激光熔接部11形成为在垂直于外壳27的底板26的方向上的高度大致相同。这样一来，基部2翘曲时所产生的分立式透镜14的位置偏离与现有的半导体激光器模块相比可变小，可抑制激光二极管1和分立式透镜14的光结合效率的降低。
此外，上述第三、第四实施例把光隔离器30固定形成于固定装置装载部件5上，但是，光隔离器30未必限制于固定在固定装置装载部件5上，也可省略光隔离器30。
还有，上述第三、第四实施例中，把分立式透镜14用作准直透镜，但也能够用作聚光透镜、也可以不使用第二透镜53把光结合于光纤57。
另外，上述第三、第四实施例中，基部2的固定装置装载部件5设计成比激光二极管装载部件8上的光纤装载侧端部更突出于光纤4的纵向方向，但是如上所述，也可不把基部2的固定装置装载部件5设计成比激光二极管装载部件8更突出。不过，如上述那样，把基部2的固定装置装载部件5设计成比激光二极管装载部件8更突出时，在该突出区域中，可不受到激光二极管装载部件8的翘曲的影响，为了能够抑制激光二极管1和光纤4的光结合效率的降低，这种设计是所期望的。
此外，在上述第一、第二的实施例中，基部2设计成比温差电偶微型模块25上的光纤装载侧端部更突出于光纤纵向方向，但是基部2也未必如上述那样比温差电偶微型模块25更突出地设置。另外，在上述第四实施例中，如图20所示，基部2的整体是装载在温差电偶微型模块25上而构成，但是与第一、第二实施例的情况同样，也可以从温差电偶微型模块25上把基部2突出出来而构成。
不过，如上所述把基部2设置成从温差电偶微型模块25突出出来的话，在基部2突出于温差电偶微型模块25的区域中基部2可不直接受到温差电偶微型模块25的翘曲的影响。因此，例如象第一、第二实施例那样，通过在上述突出区域中设置套筒3而由固定部件来固定，可抑制因温差电偶微型模块25的翘曲所带来的套筒3的位置偏离，并且能够抑制激光二极管1和光纤4的光结合效率的降低。
此外，在上述各实施例中，激光二极管装载部件8和外壳27的底板26最好为同一材质，使其线膨胀系数相同，但是如果激光二极管装载部件8和外壳27的底板26的线膨胀系数大致相同的话，也可以是不同的材质。另外，激光二极管装载部件8和外壳27的底板26的线膨胀系数最好大致相同，但是彼此不同也可以。
还有，翘曲防止装置的结构并不限制于以上各实施例，可适当设定。
另外，在上述第一～第四的各个实施例中，翘曲防止装置是把从固定部件装载部件5的底部16向上侧竖立设置的壁部15，5b，5e形成在光束的行进方向上，但是翘曲防止装置的结构并不特别限定，而是可以适当设定。例如，也可以把棒状或者角状的部件接合固定于基部2的固定部件装载部件5上来形成。
根据本发明的半导体激光器模块，其特征是基部的固定部件装载部件和固定部件经激光熔接所形成的第一激光熔接部，以及固定部件和透镜部一侧经激光熔接所形成的第二激光熔接部，在相对于外壳底板的垂直方向的高度大致相同。根据这样的结构，即使基部多少会产生一些翘曲，但是该翘曲不致引起透镜部较大的位置偏离，为此，可抑制激光二极管与透镜部的光结合效率的降低。
特别是，由于第一激光熔接部和第二激光熔接部相对于外壳底板的高度与从激光二极管透过透镜部的激光光束的光轴的高度相同，所以因基部翘曲所引起的激光二极管与透镜部的相对位置偏离的抑制效果变得极高。由此，提高了激光二极管与透镜部的光结合效率，其高结合效率的特性能够得以长期稳定地维持。

Claims (5)

1、一种半导体激光器模块，具有：激光二极管；经透镜部接收并传送该激光二极管发射的光的光纤；支持所述透镜部的固定部件；直接或间接装载该固定部件和所述激光二极管的基部；容纳所述激光二极管、所述透镜部、所述固定部件、所述基部的外壳，在该外壳的底板上直接或经温差电偶微型模块装载所述基部，其特征在于：在所述基部上形成有装载所述固定部件的固定部件装载部件，该固定部件装载部件和所述固定部件经激光熔接所形成的第一激光熔接部，以及所述固定部件和所述透镜部一侧经激光熔接所形成的第二激光熔接部，在相对于所述外壳底板的垂直方向的高度大致相同。
2、如权利要求1所述的半导体激光器模块，其特征在于：第一激光熔接部和第二激光熔接部相对于外壳底板的高度与从激光二极管透过透镜部的激光光束的光轴的高度相同。
3、如权利要求1或2所述的半导体激光器模块，其特征在于：透镜部是在光纤的前端形成的光纤透镜，在该前端上具有透镜部的光纤通过固定部件固定于基部上。
4、如权利要求1或2所述的半导体激光器模块，其特征在于：透镜部是分立式透镜，该分立式透镜经固定部件固定装载在基部上的固定部件装载部件上。
5、如权利要求4所述的半导体激光器模块，其特征在于：在基部上配置有光隔离器，该光隔离器和所述基部经激光熔接所形成的第三激光熔接部，以及第一和第二激光熔接部，在相对于外壳底板的垂直方向的高度大致相同。
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