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公開番号2025015700
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-30
出願番号2024199853,2021027507
出願日2024-11-15,2021-02-24
発明の名称外部共振型レーザモジュール、及び外部共振型レーザモジュールの製造方法
出願人浜松ホトニクス株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01S 5/022 20210101AFI20250123BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】信頼性及び組立時の作業性の向上を図ることができる外部共振型レーザモジュール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】レーザモジュール1は、QCL素子2と、MEMS回折格子51と、QCL素子2を挟んで配置されるレンズホルダ7A及びレンズホルダ7Bと、パッケージ3と、パッケージ3の内壁面に沿って配置された電極端子10aと、電極端子10aとQCL素子2とを電気的に接続するためのワイヤWと、を備える。ワイヤWにおけるQCL素子2側の端部は、レンズホルダ7Aとレンズホルダ7Bとが対向する対向方向に直交する方向から見た場合に、レンズホルダ7Aとレンズホルダ7Bとの間に配置されている。電極端子10aの高さ位置はQCL素子2の高さ位置より高い。幅方向におけるワイヤWの電極端子10a側の端部とQCL素子2側の端部との間の距離は、幅方向におけるレンズホルダ7Aの幅又はレンズホルダ7Bの幅よりも小さい。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
量子カスケードレーザ素子と、
前記量子カスケードレーザ素子の外部共振器を構成するＭＥＭＳ回折格子と、
前記量子カスケードレーザ素子に対して前記ＭＥＭＳ回折格子が位置する側とは反対側に配置され、前記量子カスケードレーザ素子からの出射光を通過させる第１レンズを保持する第１レンズホルダと、
前記量子カスケードレーザ素子と前記ＭＥＭＳ回折格子との間に配置され、前記量子カスケードレーザ素子からの出射光及び前記ＭＥＭＳ回折格子から前記量子カスケードレーザ素子へと帰還する光を通過させる第２レンズを保持する第２レンズホルダと、
前記量子カスケードレーザ素子、前記ＭＥＭＳ回折格子、前記第１レンズホルダ、及び前記第２レンズホルダを収容するパッケージと、
前記パッケージの内壁面に沿って配置された電極端子と、
前記電極端子と前記量子カスケードレーザ素子とを電気的に接続するためのワイヤと、を備え、
前記ワイヤにおける前記量子カスケードレーザ素子側の端部は、前記第１レンズホルダと前記第２レンズホルダとが対向する対向方向に直交する方向から見た場合に、前記第１レンズホルダと前記第２レンズホルダとの間の位置に配置され、
前記パッケージは、底壁と、前記底壁上に立設され、前記底壁に垂直な垂直方向から見た場合に前記量子カスケードレーザ素子が収容される領域を包囲するように環状に形成された側壁と、前記側壁の前記底壁側とは反対側の開口を塞ぐ天壁と、を有し、
前記底壁に対する前記電極端子の高さ位置は、前記底壁に対する前記量子カスケードレーザ素子の高さ位置よりも高く、
前記対向方向及び前記垂直方向に直交する幅方向における前記ワイヤの前記電極端子側の端部と前記量子カスケードレーザ素子側の端部との間の距離は、前記幅方向における前記第１レンズホルダの幅又は前記第２レンズホルダの幅よりも小さい、外部共振型レーザモジュール。
続きを表示（約 3,700 文字）【請求項２】
量子カスケードレーザ素子と、
前記量子カスケードレーザ素子の外部共振器を構成するＭＥＭＳ回折格子と、
前記量子カスケードレーザ素子に対して前記ＭＥＭＳ回折格子が位置する側とは反対側に配置され、前記量子カスケードレーザ素子からの出射光を通過させる第１レンズを保持する第１レンズホルダと、
前記量子カスケードレーザ素子と前記ＭＥＭＳ回折格子との間に配置され、前記量子カスケードレーザ素子からの出射光及び前記ＭＥＭＳ回折格子から前記量子カスケードレーザ素子へと帰還する光を通過させる第２レンズを保持する第２レンズホルダと、
前記量子カスケードレーザ素子、前記ＭＥＭＳ回折格子、前記第１レンズホルダ、及び前記第２レンズホルダを収容するパッケージと、
前記パッケージの内壁面に沿って配置された電極端子と、
前記電極端子と前記量子カスケードレーザ素子とを電気的に接続するためのワイヤと、を備え、
前記ワイヤにおける前記量子カスケードレーザ素子側の端部は、前記第１レンズホルダと前記第２レンズホルダとが対向する対向方向に直交する方向から見た場合に、前記第１レンズホルダと前記第２レンズホルダとの間の位置に配置され、
前記パッケージは、底壁と、前記底壁上に立設され、前記底壁に垂直な方向から見た場合に前記量子カスケードレーザ素子が収容される領域を包囲するように環状に形成された側壁と、前記側壁の前記底壁側とは反対側の開口を塞ぐ天壁と、を有し、
前記底壁に対する前記電極端子の高さ位置は、前記底壁に対する前記量子カスケードレーザ素子の高さ位置よりも高く、
前記対向方向から見た場合に、前記パッケージの前記内壁面と前記第１レンズホルダ又は前記第２レンズホルダとの間の距離は、前記対向方向から見た場合の前記第１レンズホルダの幅又は前記第２レンズホルダの幅よりも小さい、外部共振型レーザモジュール。
【請求項３】
前記ワイヤは、前記対向方向に直交する方向から見た場合に、前記第１レンズホルダと前記第２レンズホルダとの間の位置において、前記電極端子と接続されている、請求項１又は２に記載の外部共振型レーザモジュール。
【請求項４】
前記電極端子と前記量子カスケードレーザ素子との電気的接続を中継する電極パッドを更に備え、
前記ワイヤは、前記電極端子と前記電極パッドとを接続する第１ワイヤと、前記電極パッドと前記量子カスケードレーザ素子とを接続する第２ワイヤと、を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の外部共振型レーザモジュール。
【請求項５】
前記電極パッドは、前記対向方向に直交する方向から見た場合に、前記第１レンズホルダと前記第２レンズホルダとの間の位置に設けられている、請求項４に記載の外部共振型レーザモジュール。
【請求項６】
前記底壁に対する前記電極パッドの高さ位置は、前記底壁に対する前記電極端子の高さ位置よりも低く、且つ、前記底壁に対する前記量子カスケードレーザ素子の高さ位置よりも高い、請求項４又は５に記載の外部共振型レーザモジュール。
【請求項７】
量子カスケードレーザ素子と、
前記量子カスケードレーザ素子の外部共振器を構成するＭＥＭＳ回折格子と、
前記量子カスケードレーザ素子を挟んで前記ＭＥＭＳ回折格子とは反対側に配置され、前記量子カスケードレーザ素子からの出射光を通過させる第１レンズを保持する第１レンズホルダと、
前記量子カスケードレーザ素子と前記ＭＥＭＳ回折格子との間に配置され、前記量子カスケードレーザ素子からの出射光及び前記ＭＥＭＳ回折格子から前記量子カスケードレーザ素子へと帰還する光を通過させる第２レンズを保持する第２レンズホルダと、
前記量子カスケードレーザ素子、前記ＭＥＭＳ回折格子、前記第１レンズホルダ、及び前記第２レンズホルダを収容するパッケージと、
前記パッケージの内壁面に沿って配置された電極端子と、
前記電極端子と前記量子カスケードレーザ素子とを電気的に接続するためのワイヤと、を備え、
前記パッケージは、底壁と、前記底壁上に立設され、前記底壁に垂直な垂直方向から見た場合に前記量子カスケードレーザ素子が収容される領域を包囲するように環状に形成された側壁と、前記側壁の前記底壁側とは反対側の開口を塞ぐ天壁と、を有し、
前記第１レンズホルダと前記第２レンズホルダとが対向する対向方向及び前記垂直方向に直交する幅方向における前記ワイヤの前記電極端子側の端部と前記量子カスケードレーザ素子側の端部との間の距離は、前記幅方向における前記第１レンズホルダの幅又は前記第２レンズホルダの幅よりも小さい、外部共振型レーザモジュールの製造方法であって、
前記量子カスケードレーザ素子及び前記ＭＥＭＳ回折格子を前記パッケージ内に配置する第１工程と、
ワイヤボンディングによって、前記パッケージ内に配置された前記量子カスケードレーザ素子と前記電極端子とを電気的に接続する前記ワイヤを形成する第２工程と、
前記第２工程の後に、前記第１レンズが保持された前記第１レンズホルダ及び前記第２レンズが保持された前記第２レンズホルダを前記パッケージ内に配置する第３工程と、を含み、
前記第１工程において、前記量子カスケードレーザ素子は、前記底壁に対する前記電極端子の高さ位置よりも低い位置に配置され、
前記第２工程において、前記ワイヤにおける前記量子カスケードレーザ素子側の端部は、前記対向方向に直交する方向から見た場合に、前記第１レンズホルダが配置される予定の位置と前記第２レンズホルダが配置される予定の位置との間の位置に配置される、外部共振型レーザモジュールの製造方法。
【請求項８】
量子カスケードレーザ素子と、
前記量子カスケードレーザ素子の外部共振器を構成するＭＥＭＳ回折格子と、
前記量子カスケードレーザ素子を挟んで前記ＭＥＭＳ回折格子とは反対側に配置され、前記量子カスケードレーザ素子からの出射光を通過させる第１レンズを保持する第１レンズホルダと、
前記量子カスケードレーザ素子と前記ＭＥＭＳ回折格子との間に配置され、前記量子カスケードレーザ素子からの出射光及び前記ＭＥＭＳ回折格子から前記量子カスケードレーザ素子へと帰還する光を通過させる第２レンズを保持する第２レンズホルダと、
前記量子カスケードレーザ素子、前記ＭＥＭＳ回折格子、前記第１レンズホルダ、及び前記第２レンズホルダを収容するパッケージと、
前記パッケージの内壁面に沿って配置された電極端子と、を備え、
前記パッケージは、底壁と、前記底壁上に立設され、前記底壁に垂直な方向から見た場合に前記量子カスケードレーザ素子が収容される領域を包囲するように環状に形成された側壁と、前記側壁の前記底壁側とは反対側の開口を塞ぐ天壁と、を有し、
前記第１レンズホルダと前記第２レンズホルダとが対向する対向方向から見た場合に、前記パッケージの前記内壁面と前記第１レンズホルダ又は前記第２レンズホルダとの間の距離は、前記対向方向から見た場合の前記第１レンズホルダの幅又は前記第２レンズホルダの幅よりも小さい、外部共振型レーザモジュールの製造方法であって、
前記量子カスケードレーザ素子及び前記ＭＥＭＳ回折格子を前記パッケージ内に配置する第１工程と、
ワイヤボンディングによって、前記パッケージ内に配置された前記量子カスケードレーザ素子と前記電極端子とを電気的に接続するワイヤを形成する第２工程と、
前記第２工程の後に、前記第１レンズが保持された前記第１レンズホルダ及び前記第２レンズが保持された前記第２レンズホルダを前記パッケージ内に配置する第３工程と、を含み、
前記第１工程において、前記量子カスケードレーザ素子は、前記底壁に対する前記電極端子の高さ位置よりも低い位置に配置され、
前記第２工程において、前記ワイヤにおける前記量子カスケードレーザ素子側の端部は、前記対向方向に直交する方向から見た場合に、前記第１レンズホルダが配置される予定の位置と前記第２レンズホルダが配置される予定の位置との間の位置に配置される、外部共振型レーザモジュールの製造方法。
【請求項９】
前記第３工程において、前記電極端子及び前記ワイヤを介して前記量子カスケードレーザ素子に駆動電圧を印加してレーザ発振させた状態で前記第１レンズ及び前記第２レンズを調芯することによって、前記第１レンズホルダ及び前記第２レンズホルダを前記パッケージ内に固定する、請求項７又は８に記載の外部共振型レーザモジュールの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、外部共振型レーザモジュール、及び外部共振型レーザモジュールの製造方法に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
外部共振型レーザモジュールとして、量子カスケードレーザ素子と、揺動可能な回折格子と、量子カスケードレーザ素子と回折格子との間に配置されたレンズと、を備えるものが知られている（例えば特許文献１参照）。このような外部共振型レーザモジュールでは、量子カスケードレーザ素子からの光が回折格子によって回折及び反射され、当該光のうち特定波長の光が量子カスケードレーザ素子に帰還する。これにより、量子カスケードレーザ素子の端面と回折格子とによって外部共振器が構成され、特定波長の光が増幅されて外部に出力される。回折格子を揺動させて出力光の波長を変化させることで、所定の波長範囲において波長掃引を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許出願公開２００９／０２２５８０２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような外部共振型レーザモジュールは、パッケージ（筐体）に収容される場合がある。この場合、パッケージ内には、各部材と共に量子カスケードレーザ素子に給電するためのワイヤが収容されるが、外部共振型レーザモジュールの動作の安定性（信頼性）及び組立時の作業性を向上させる観点から、ワイヤと各部材との干渉を適切に抑制することが求められる。
【０００５】
そこで、本開示の一側面は、信頼性及び組立時の作業性の向上を図ることができる外部共振型レーザモジュール及びその製造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】
【０００６】
本開示の一側面に係る外部共振型レーザモジュールは、量子カスケードレーザ素子と、量子カスケードレーザ素子の外部共振器を構成するＭＥＭＳ回折格子と、量子カスケードレーザ素子に対してＭＥＭＳ回折格子が位置する側とは反対側に配置され、量子カスケードレーザ素子からの出射光を通過させる第１レンズを保持する第１レンズホルダと、量子カスケードレーザ素子とＭＥＭＳ回折格子との間に配置され、量子カスケードレーザ素子からの出射光及びＭＥＭＳ回折格子から量子カスケードレーザ素子へと帰還する光を通過させる第２レンズを保持する第２レンズホルダと、量子カスケードレーザ素子、ＭＥＭＳ回折格子、第１レンズホルダ、及び第２レンズホルダを収容するパッケージと、パッケージの内壁面に沿って配置された電極端子と、電極端子と量子カスケードレーザ素子とを電気的に接続するためのワイヤと、を備え、ワイヤにおける量子カスケードレーザ素子側の端部は、第1レンズホルダと第２レンズホルダとが対向する対向方向に直交する方向から見た場合に、第１レンズホルダと第２レンズホルダとの間の位置に配置されている。
【０００７】
上記外部共振型レーザモジュールでは、量子カスケードレーザ素子を挟んだ両側にレンズホルダ（第１レンズホルダ及び第２レンズホルダ）が配置されている。また、パッケージの内壁面に沿って配置された電極端子と量子カスケードレーザ素子とがワイヤによって電気的に接続される。ここで、ワイヤにおける量子カスケードレーザ素子側の端部は、第1レンズホルダと第２レンズホルダとが対向する対向方向に直交する方向から見た場合に、第１レンズホルダと第２レンズホルダとの間の位置に配置されている。これにより、電極端子から量子カスケードレーザ素子までの間において、ワイヤの少なくとも一部（量子カスケードレーザ素子側の端部を含む部分）を第１レンズホルダと第２レンズホルダとの間の空間に配置する構成を実現することができる。その結果、量子カスケードレーザ素子に給電するためのワイヤとパッケージ内の部材（特に、量子カスケードレーザ素子の両側に配置される第１レンズホルダ及び第２レンズホルダ）との干渉を好適に抑制できる。以上により、外部共振型レーザモジュールの信頼性及び組立時の作業性の向上が図られる。
【０００８】
ワイヤは、対向方向に直交する方向から見た場合に、第１レンズホルダと第２レンズホルダとの間の位置において、電極端子と接続されていてもよい。上記構成によれば、電極端子から量子カスケードレーザ素子までの間において、ワイヤの全体を第１レンズホルダと第２レンズホルダとの間の空間に配置する構成を実現することができる。これにより、ワイヤとパッケージ内の部材（特に、第１レンズホルダ及び第２レンズホルダ）との干渉をより好適に抑制できる。
【０００９】
パッケージは、底壁と、底壁上に立設され、底壁に垂直な方向から見た場合に量子カスケードレーザ素子が収容される領域を包囲するように環状に形成された側壁と、側壁の底壁側とは反対側の開口を塞ぐ天壁と、を有してもよく、底壁に対する電極端子の高さ位置は、底壁に対する量子カスケードレーザ素子の高さ位置よりも高くてもよい。上記構成によれば、量子カスケードレーザ素子から電極端子へと、適度な張りを持たせたワイヤを結線することが容易となる。その結果、ワイヤの弛みを好適に抑制し、ワイヤとパッケージ内の部材との干渉を好適に抑制できる。
【００１０】
電極端子と量子カスケードレーザ素子との電気的接続を中継する電極パッドを更に備えてもよく、ワイヤは、電極端子と電極パッドとを接続する第１ワイヤと、電極パッドと量子カスケードレーザ素子とを接続する第２ワイヤと、を有してもよい。上記構成によれば、電極端子と量子カスケードレーザ素子とを直接ワイヤ接続する場合と比較して、各ワイヤ（第１ワイヤ及び第２ワイヤ）の長さを短くすることができる。これにより、ワイヤの弛みを好適に抑制し、ワイヤとパッケージ内の部材との干渉を好適に抑制できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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