特開 2022-48609 量子カスケードレーザモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022048609

(43)【公開日】2022-03-28

(54)【発明の名称】量子カスケードレーザモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/024 20060101AFI20220318BHJP

   H01S 5/022 20210101ALI20220318BHJP

   F21V 29/503 20150101ALI20220318BHJP

   F21V 29/80 20150101ALI20220318BHJP

   F21V 29/67 20150101ALI20220318BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20220318BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20220318BHJP

【ＦＩ】

H01S5/024

H01S5/022

F21V29/503

F21V29/80

F21V29/67

F21S2/00 377

F21Y115:30

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020154510

(22)【出願日】2020-09-15

(71)【出願人】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100183081

【弁理士】

【氏名又は名称】岡▲崎▼ 大志

(72)【発明者】

【氏名】秋草 直大

(72)【発明者】

【氏名】道垣内 龍男

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173ME01

5F173ME22

5F173ME52

5F173ME55

5F173MF39

(57)【要約】

【課題】冷却ファンを備えた構成において、光学条件の時間的な変動に起因する光学ノイズを低減することができる量子カスケードレーザモジュールを提供する。
【解決手段】一実施形態のＱＣＬモジュール１は、ＱＣＬ素子を収容し、ＱＣＬ素子から出射されたレーザ光を外部に取り出す窓材２３が設けられたパッケージ２と、窓材２３から出射されるレーザ光が入射するレンズ３を保持するレンズ保持部材４と、パッケージ２を冷却する冷却ファン５と、パッケージ２、レンズ保持部材４、及び冷却ファン５を保持するベース６と、を備える。パッケージ２及びレンズ保持部材４は、共通のネジ部材１１によって、ベース６に対して共締めされている。
【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を収容し、前記量子カスケードレーザ素子から出射されたレーザ光を外部に取り出す窓材が設けられたパッケージと、
前記窓材から出射される前記レーザ光が入射するレンズを保持するレンズ保持部材と、
前記パッケージを冷却する冷却ファンと、
前記パッケージ、前記レンズ保持部材、及び前記冷却ファンを保持するベースと、
を備え、
前記パッケージ及び前記レンズ保持部材は、共通の軸部材によって、前記ベースに対して共締めされている、量子カスケードレーザモジュール。

【請求項2】

前記パッケージは、前記窓材が前記レンズに対向するように、前記ベースと前記レンズ保持部材との間に配置され、
前記パッケージ及び前記レンズ保持部材は、前記レンズ保持部材が前記ベースに対して締結されることにより、前記ベースに対して共締めされている、請求項１に記載の量子カスケードレーザモジュール。

【請求項3】

前記レンズ保持部材と前記ベースとの間に配置されるスペーサを更に備え、
前記パッケージは、前記ベースに当接すると共に前記ベースに沿って延在するフランジを有し、
前記スペーサが前記レンズ保持部材の前記ベース側の面と前記フランジの前記レンズ保持部材側の面との間に配置されることにより、前記レンズ保持部材と前記窓材との間に隙間が形成されている、請求項２に記載の量子カスケードレーザモジュール。

【請求項4】

前記フランジは、前記窓材を挟んだ両側に形成された第１フランジ及び第２フランジを有し、
前記スペーサは、前記レンズ保持部材の前記ベース側の面と前記第１フランジの前記レンズ保持部材側の面との間に配置された第１スペーサと、前記レンズ保持部材の前記ベース側の面と前記第２フランジの前記レンズ保持部材側の面との間に配置された第２スペーサと、を有する、請求項３に記載の量子カスケードレーザモジュール。

【請求項5】

前記レンズ保持部材、前記スペーサ、前記フランジ、及び前記ベースの各々には、前記軸部材が挿通される挿通孔が形成されており、
前記レンズ保持部材、前記スペーサ、前記フランジ、及び前記ベースの各々の前記挿通孔に挿通された前記軸部材によって前記レンズ保持部材が前記ベースに対して締結されることにより、前記レンズ保持部材、前記スペーサ、及び前記フランジが、前記ベースに対して共締めされている、請求項３又は４に記載の量子カスケードレーザモジュール。

【請求項6】

前記レンズ保持部材及び前記ベースの各々には、前記軸部材が挿通される挿通孔が形成されており、
前記レンズ保持部材と前記ベースとの間に前記スペーサ及び前記フランジが配置された状態で、前記レンズ保持部材及び前記ベースの各々の前記挿通孔に挿通された前記軸部材によって前記レンズ保持部材が前記ベースに対して締結されることにより、前記レンズ保持部材、前記スペーサ、及び前記フランジが、前記ベースに対して共締めされている、請求項３又は４に記載の量子カスケードレーザモジュール。

【請求項7】

前記スペーサは、前記ベースよりも熱伝導率の低い材料によって形成されている、請求項３～６のいずれか一項に記載の量子カスケードレーザモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、量子カスケードレーザモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光源素子と、レンズホルダと、光源素子を冷却するための冷却ファンと、が一体化されたモジュールが知られている（例えば特許文献１，２参照）。特許文献１には、ＬＥＤユニット（ＬＥＤ基板及びＬＥＤパッケージ）、照光部（レンズ群）、及び冷却ファンを備える構成が開示されている。特許文献１に記載の構成では、照光部が装着された据付部材とＬＥＤ基板とが、基台に対して別々に固定されている。特許文献２には、光源モジュール、レンズホルダ、及び冷却ファンを光源ホルダに固定した構成が開示されている。特許文献２に記載の構成では、光源モジュールとレンズホルダとは、光源ホルダに対して別々に固定されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１８８２５６号公報

【特許文献2】特開２０１９－０９６６３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のようなモジュールの光源として量子カスケードレーザ（以下「ＱＣＬ」という。）が用いられる場合がある。ＱＣＬを備えたモジュールは、例えばガスの濃度計測等に用いられる。例えば、上記モジュールと光検出器との間に計測対象のガスが封入されたガスセルを配置し、上記モジュールから出射されたレーザ光をガスセル内を通過させ、ガスセル内を通過した後のレーザ光を光検出器で検出することで、ガスセル内のガスの濃度（レーザ光の吸光度）を計測することができる。ＱＣＬは、優れた単色性（すなわち、優れた波長分解能）を有するため、上記のようなガスの濃度計測に好適に用いることができる。一方で、上記のような優れた単色性を有することに起因して光学ノイズが原理的に発生する。より具体的には、ＱＣＬの放射端面とモジュールが備えるレンズの界面との間の干渉成分によってフリンジノイズ（干渉ノイズ）が発生する。

【0005】

仮に、ＱＣＬとレンズとの間の光学条件（例えば、ファブリペロ共振器長）が時間的に変動しなければ、上記光学ノイズを不変量として扱うことが可能になるため、上記光学ノイズをバックグラウンド演算によって除去することが可能である。しかし、上記のようにモジュールが冷却ファンを備える場合、冷却ファンの振動に起因するＱＣＬの振動とレンズの振動との間にずれが生じるおそれがある。特に、上記特許文献１，２に記載の構成のように、光源とレンズとが別個にベース部材（すなわち、特許文献１における基台、及び特許文献２における光源ホルダ）に固定される場合、ＱＣＬの振動とレンズの振動とが同位相とならず、ＱＣＬとレンズとの位置関係（すなわち、光路長）が時間的に変動し易い。この場合、上記光学条件が時間的に変動するため、上記光学ノイズを不変量として扱うことができなくなる。すなわち、光学ノイズをバックグラウンド演算によって除去することができなくなる。このため、上述したような計測における感度（検出限界）が制限されてしまう。

【0006】

そこで、上記光学条件の時間的な変動の要因となる振動の発生を抑えるために、冷却ファンの代わりに振動を発生させない水冷ジャケット等を用いることも考えられる。しかし、この場合、冷却水を循環させるための装置が必要となるため、モジュール全体が大型化及び複雑化すると共に、保守点検コストも増大する。

【0007】

そこで、本開示の一側面は、冷却ファンを備えた構成において、光学条件の時間的な変動に起因する光学ノイズを低減することができる量子カスケードレーザモジュール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】

本開示の一側面に係る量子カスケードレーザモジュールは、量子カスケードレーザ素子を収容し、量子カスケードレーザ素子から出射されたレーザ光を外部に取り出す窓材が設けられたパッケージと、窓材から出射されるレーザ光が入射するレンズを保持するレンズ保持部材と、パッケージを冷却する冷却ファンと、パッケージ、レンズ保持部材、及び冷却ファンを保持するベースと、を備え、パッケージ及びレンズ保持部材は、共通の軸部材によって、ベースに対して共締めされている。

【0009】

上記量子カスケードレーザモジュールは、パッケージを冷却するために冷却ファンを備えている。このような構成によれば、他の方式（例えば水冷方式）の冷却機構を設ける場合と比較して、モジュールの小型化及び簡素化を図ることができる。また、上記量子カスケードレーザモジュールでは、光源であるパッケージとレンズ保持部材とが、共通の軸部材によって、ベースに対して共締めされている。すなわち、パッケージ及びレンズ保持部材が、共通の軸部材によって、一体的に固定されている。これにより、冷却ファンの振動に起因する振動パターンが、パッケージとレンズ保持部材に保持されたレンズとの間で共通化される。その結果、パッケージとレンズとの相対的な位置関係の変動が抑制され、パッケージとレンズとの間の光学条件（例えば、ファブリペロ共振器長）の時間的な変動が抑制される。これにより、光学条件の時間的な変動に起因する光学ノイズを低減することができる。

【0010】

パッケージは、窓材がレンズに対向するように、ベースとレンズ保持部材との間に配置されてもよく、パッケージ及びレンズ保持部材は、レンズ保持部材がベースに対して締結されることにより、ベースに対して共締めされていてもよい。これにより、レンズ保持部材とベースとでパッケージを挟み込むようにして、レンズ保持部材及びパッケージをベースに対して一体的に固定することができる。

【0011】

レンズ保持部材とベースとの間に配置されるスペーサを更に備えてもよく、パッケージは、ベースに当接すると共にベースに沿って延在するフランジを有してもよく、スペーサがレンズ保持部材のベース側の面とフランジのレンズ保持部材側の面との間に配置されることにより、レンズ保持部材と窓材との間に隙間が形成されていてもよい。これにより、レンズ保持部材と窓材とが接触することで窓材に歪み（変形）が生じることを防止することができる。その結果、当該歪みに起因するレーザ光の劣化を抑制することができる。

【0012】

フランジは、窓材を挟んだ両側に形成された第１フランジ及び第２フランジを有してもよく、スペーサは、レンズ保持部材のベース側の面と第１フランジのレンズ保持部材側の面との間に配置された第１スペーサと、レンズ保持部材のベース側の面と第２フランジのレンズ保持部材側の面との間に配置された第２スペーサと、を有してもよい。このように、パッケージとレンズ保持部材との間に、一対のスペーサ（第１スペーサ及び第２スペーサ）をバランス良く配置することにより、パッケージ及びレンズ保持部材の物理的安定性を高めることができ、パッケージとレンズ保持部材との間の相対的な位置関係の変動を効果的に抑制することができる。

【0013】

レンズ保持部材、スペーサ、フランジ、及びベースの各々には、軸部材が挿通される挿通孔が形成されていてもよく、レンズ保持部材、スペーサ、フランジ、及びベースの各々の挿通孔に挿通された軸部材によってレンズ保持部材がベースに対して締結されることにより、レンズ保持部材、スペーサ、及びフランジが、ベースに対して共締めされていてもよい。この場合、軸部材をレンズ保持部材、スペーサ、及びフランジに貫通させてベースの挿通孔に挿通させることで、レンズ保持部材、スペーサ、及びフランジを、ベースに対して、一体的且つ強固に固定することができる。これにより、パッケージとレンズ保持部材との間の相対的な位置関係の変動を効果的に抑制することができる。

【0014】

レンズ保持部材及びベースの各々には、軸部材が挿通される挿通孔が形成されていてもよく、レンズ保持部材とベースとの間にスペーサ及びフランジが配置された状態で、レンズ保持部材及びベースの各々の挿通孔に挿通された軸部材によってレンズ保持部材がベースに対して締結されることにより、レンズ保持部材、スペーサ、及びフランジが、ベースに対して共締めされていてもよい。この場合、軸部材をレンズ保持部材に貫通させてベースの挿通孔に挿通させ、レンズ保持部材とベースとでこれらの間に配置されるスペーサ及びフランジを挟み込むことにより、レンズ保持部材、スペーサ、及びフランジを、ベースに対して、一体的且つ強固に固定することができる。これにより、パッケージとレンズ保持部材との間の相対的な位置関係の変動を効果的に抑制することができる。

【0015】

スペーサは、ベースよりも熱伝導率の低い材料によって形成されていてもよい。これにより、パッケージにおいて発生した熱をスペーサ側ではなくベース側に効率良く逃がすことができる。

【発明の効果】

【0016】

本開示の一側面によれば、冷却ファンを備えた構成において、光学条件の時間的な変動に起因する光学ノイズを低減することができる量子カスケードレーザモジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】一実施形態に係る量子カスケードレーザモジュールの斜視図である。

【図2】図１の量子カスケードレーザモジュールの分解斜視図である。

【図3】図１の量子カスケードレーザモジュールの上面図である。

【図4】図１の量子カスケードレーザモジュールの側面図である。

【図5】変形例に係る量子カスケードレーザモジュールの一部を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

【0019】

［量子カスケードレーザモジュールの構成］
図１～図４に示されるように、量子カスケードレーザモジュール１（以下、「ＱＣＬモジュール１」という。）は、主な構成要素として、光源であるパッケージ２と、パッケージ２から出射されるレーザ光が入射するレンズ３を保持するレンズ保持部材４と、パッケージ２を冷却する冷却ファン５と、パッケージ２、レンズ保持部材４、及び冷却ファン５を保持するベース６と、を有する。以降の説明において、パッケージ２から出射されるレーザ光の光軸方向をＺ軸方向と表し、それぞれＺ軸方向に直交し、互いに直交する２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向と表す。

【0020】

パッケージ２は、高熱負荷（ＨＨＬ：High Heat Load）パッケージ型の量子カスケードレーザ（ＱＣＬ：Quantum Cascade Laser）である。パッケージ２は、例えば中赤外の波長領域（例えば５～３０μｍの波長）の光を発生させる量子カスケードレーザ素子（以下、「ＱＣＬ素子」という。）を収容している。一例として、パッケージ２は、略直方体状に形成されている。パッケージ２は、Ｚ軸方向における一方側の第１面２１と、第１面２１とは反対側の第２面２２と、を有する。

【0021】

第１面２１は、レンズ保持部材４に対向する面である。第１面２１の略中央部には、ＱＣＬ素子から出射されるレーザ光を外部に取り出すための窓材２３が設けられている。窓材２３の材料は、例えば、ジンクセレン（ＺｎＳｅ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等である。第２面２２は、ベース６に対向する面であり、ベース６に当接している。第２面２２は、後述するフランジ２４Ａ，２４Ｂの分だけ、第１面２１よりも大きくされている。パッケージ２は、窓材２３がレンズ３に対向するように、ベース６とレンズ保持部材４との間に配置されている。

【0022】

パッケージ２の第２面２２側の縁部には、一対のフランジ２４（フランジ２４Ａ，２４Ｂ）が設けられている。フランジ２４Ａ（第１フランジ）及びフランジ２４Ｂ（第２フランジ）は、パッケージ２のＸ軸方向における両端部に設けられている。より具体的には、Ｘ軸方向において、フランジ２４Ａ及びフランジ２４Ｂは、互いに反対側に位置している。すなわち、フランジ２４Ａ及びフランジ２４Ｂは、Ｘ軸方向において、窓材２３を挟んだ両側に形成されている。フランジ２４Ａ及びフランジ２４Ｂは、Ｙ軸方向に沿って延在する矩形板状に形成されており、Ｘ軸方向に交差するパッケージ２の側面２５からＸ軸方向に突出している。フランジ２４Ａ及びフランジ２４Ｂの第２面２２は、フランジ２４Ａ，２４Ｂ以外の部分の第２面２２と連続しており、ベース６（具体的には後述する底壁６１）に当接すると共にベース６に沿って延在している。

【0023】

Ｙ軸方向に交差するパッケージ２の一方の側面２６には、パッケージ２内に収容されるＱＣＬ素子等の部品に外部から電力を供給するための複数（本実施形態では９本）のリードピン２７が挿通されている。

【0024】

レンズ保持部材４は、パッケージ２の第１面２１に対向する位置に配置されている。レンズ保持部材４は、複数の部品によって構成され得る。本実施形態では、レンズ保持部材４は、主に、サブベース４１と、レンズホルダ４２と、レンズシリンダ４３と、レンズ押さえリング４４と、レンズ保護リング４５と、を有する。

【0025】

レンズホルダ４２は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに可動な十字動ホルダである。レンズホルダ４２の中央部には、Ｚ軸方向に貫通する開口部４２ａが設けられている。当該開口部４２ａにレンズシリンダ４３が挿入されている。

【0026】

レンズシリンダ４３は、レンズ３を収容する円筒状部材である。レンズシリンダ４３の外周面には雄ネジが形成されている。一方、レンズホルダ４２の開口部４２ａの内面には、上記雄ネジに対応する（すなわち、上記雄ネジに螺合される）雌ネジが形成されている。これにより、レンズシリンダ４３を回しながらレンズホルダ４２の開口部４２ａに挿入することが可能となっている。また、レンズホルダ４２に対するレンズシリンダ４３の回転量を調整することにより、Ｚ軸方向におけるレンズホルダ４２に対するレンズシリンダ４３の位置（すなわち、挿入量）を調節することが可能となっている。これにより、Ｚ軸方向におけるレンズ３の位置調整（すなわち、レンズ３を透過した後のレーザ光（ビーム）のフォーカス調整）を行うことが可能となっている。なお、レンズシリンダ４３をレンズホルダ４２に対して摺動させる際に抵抗がかかるように（すなわち、緩まないように）、レンズシリンダ４３の勘合部にはＯリングが配置されてもよい。

【0027】

レンズ３、レンズ押さえリング４４、及びレンズ保護リング４５は、この順にレンズシリンダ４３内に格納されている。レンズ押さえリング４４は、レンズ保護リング４５を介して、レンズ３をレンズシリンダ４３内の奥側に固定するための部材である。レンズ保護リング４５は、レンズ３の表面にレンズ押さえリング４４が接触することに起因するレンズ３の表面の損傷を防止するために、レンズ３とレンズ押さえリング４４との間に配置される部材である。レンズ保護リング４５は、例えば、テフロン（登録商標）等の樹脂材料によって形成されている。

【0028】

サブベース４１は、レンズホルダ４２とパッケージ２との間に配置される板状部材である。サブベース４１は、レンズホルダ４２に対向する第１面４１１と、第１面４１１とは反対側の面であってパッケージ２に対向する第２面４１２と、を有する。サブベース４１の材料は、例えばアルミニウム等である。

【0029】

サブベース４１の第１面４１１には、上述したレンズホルダ４２が取り付けられている。より具体的には、Ｚ軸方向から見たレンズホルダ４２の四隅には、レンズホルダ４２をサブベース４１に対して固定するための支持ロッド４６が挿通される挿通孔４２ｂが設けられている。各挿通孔４２ｂは、Ｚ軸方向に延在している。各挿通孔４２ｂを形成する壁部の一部には、挿通孔４２ｂと連通する孔部が形成されており、レンズホルダ４２に対して支持ロッド４６を固定するための留めネジ４７が当該孔部に挿入されている。支持ロッド４６の先端部（サブベース４１側の端部）は、サブベース４１の第１面４１１に固定されている。一例として、各支持ロッド４６の先端部にはネジ溝が形成されており、サブベース４１の第１面４１１には、各支持ロッド４６に対応する各位置に４つのネジ孔４１１ａが形成されている。支持ロッド４６の先端部がネジ孔４１１ａに螺合されることにより、レンズホルダ４２は、支持ロッド４６を介してサブベース４１に固定されている。このようにサブベース４１とレンズホルダ４２とが一体的に結合されることによって、レンズ保持部材４が構成されている。

【0030】

Ｚ軸方向から見たサブベース４１の中央部には、第１面４１１から第２面４１２にかけて貫通する円状の貫通孔４１３が形成されている。レンズシリンダ４３の先端部は、貫通孔４１３内に挿通されており、第２面４１２よりもパッケージ２側に突出している（図３参照）。

【0031】

ベース６は、Ｌ字状に形成された板状部材である。ベース６は、パッケージ２の第２面２２に対向する底壁６１と、底壁６１のＹ軸方向における一方側の端部からＺ軸方向に沿って立設された側壁６２と、を有する。ベース６の材料は、例えば、アルミニウム、銅等である。

【0032】

底壁６１は、ＸＹ平面に平行に延在する矩形板状の部分である。底壁６１は、パッケージ２に対向する第１面６１１と、第１面６１１とは反対側の面であって冷却ファン５に対向する第２面６１２と、を有する。すなわち、パッケージ２及びレンズ保持部材４は、底壁６１の第１面６１１側に配置されており、冷却ファン５は、底壁６１の第２面６１２側に配置されている。

【0033】

側壁６２は、ＸＺ平面に平行に延在する矩形板状の部分である。側壁６２は、底壁６１に対してパッケージ２が配置される側とは反対側に延びており、後述するヒートシンク７の側方を覆っている。本実施形態では一例として、側壁６２には、ＱＣＬモジュール１を実験台等に固定するためのロッド部材が挿通される挿通孔６２１（ＱＣＬモジュールを固定対象物に固定するための固定部）と、挿通孔６２１と連通するザグリ孔６２２と、が形成されている。

【0034】

冷却ファン５は、パッケージ２において発生した熱（主にパッケージ２内のＱＣＬ素子から発生した熱）を強制空冷する機構である。冷却ファン５は、ヒートシンク７を介して、底壁６１の第２面６１２に固定されている。ヒートシンク７は、第２面６１２に当接する平板部７１と、平板部７１の底壁６１とは反対側の面に形成された複数の放熱フィン７２（本実施形態では、格子状に配列された複数の棒状の部材）と、を有する。冷却ファン５を挟んでヒートシンク７とは反対側には、安全のため（すなわち、冷却ファン５内に人の指等が侵入することを防ぐため）のフィンガーガード８が配置されている。すなわち、底壁６１の第２面６１２に近い側から、ヒートシンク７、冷却ファン５、及びフィンガーガード８がこの順に配置されている。

【0035】

ヒートシンク７、冷却ファン５、及びフィンガーガード８は、複数（本実施形態では４本）のネジ９によって、底壁６１に対して共締めされている。より具体的には、Ｚ軸方向から見たヒートシンク７（平板部７１）、冷却ファン５、及びフィンガーガード８の各々の四隅には、ネジ９を挿通させるための挿通孔７１ａ，５ａ，及び８ａが設けられており、底壁６１の第２面６１２には、ネジ孔６１２ａ（図３及び図４参照）が形成されている。各ネジ９が、ヒートシンク７の挿通孔７１ａ、冷却ファン５の挿通孔５ａ、及びフィンガーガード８の挿通孔８ａに挿通され、底壁６１のネジ孔６１２ａに螺合されることにより、ヒートシンク７、冷却ファン５、及びフィンガーガード８が、底壁６１に対して一体的に固定されている。なお、パッケージ２から底壁６１へと伝わった熱を効率良く放熱するために、パッケージ２の第２面２２と底壁６１の第１面６１１との間に、放熱グリスが塗布されてもよい。同様に、底壁６１の第２面６１２とヒートシンク７の平板部７１との間に、放熱グリスが塗布されてもよい。

【0036】

パッケージ２及びサブベース４１（レンズ保持部材４）は、ベース６に対して共締めされている。本実施形態では、サブベース４１とベース６との間にスペーサ１０が配置されている。スペーサ１０は、サブベース４１の第２面４１２（ベース６側の面）とフランジ２４の上面２４ａ（サブベース４１側の面）との間に配置される。より具体的には、スペーサ１０は、フランジ２４Ａに対応するスペーサ１０Ａ（第１スペーサ）と、フランジ２４Ｂに対応するスペーサ１０Ｂ（第２スペーサ）と、を有する。すなわち、スペーサ１０Ａは、サブベース４１の第２面４１２とフランジ２４Ａの上面２４ａとの間に配置されており、スペーサ１０Ｂは、サブベース４１の第２面４１２とフランジ２４Ｂの上面２４ａとの間に配置されている。つまり、スペーサ１０Ａ及びスペーサ１０Ｂは、Ｘ軸方向において、窓材２３を挟んだ両側に配置されている。スペーサ１０Ａ，１０Ｂの各々は、矩形板状に形成されている。より具体的には、各スペーサ１０Ａ，１０Ｂは、Ｙ軸方向（すなわち、窓材２３を挟んでスペーサ１０Ａ，１０Ｂが対向する方向（Ｘ軸方向）及びＺ軸方向と交差する方向）に延在する長尺状の部材（すなわち、Ｙ軸方向に沿って一定の幅を有する部材）である。このようにスペーサ１０Ａ，１０Ｂが長尺状に形成されていることにより、スペーサ１０Ａ，１０Ｂを介して、レンズ保持部材４とパッケージ２とをベース６に対してより安定的に共締めすることができる。スペーサ１０は、ベース６よりも熱伝導率の低い材料によって形成されている。スペーサ１０の材料は、例えば、ステンレス、ニッケル等である。これにより、パッケージ２において発生した熱をスペーサ１０側ではなく底壁６１側に効率良く逃がすことができる。

【0037】

スペーサ１０の高さ（Ｚ軸方向における長さ）は、パッケージ２の高さ（Ｚ軸方向における長さ）とフランジ２４の高さ（Ｚ軸方向における長さ）との差よりも大きくされている。すなわち、スペーサ１０がフランジ２４の上面２４ａに当接した状態において、スペーサ１０のサブベース４１側の端部１０ａは、パッケージ２の第１面２１よりもサブベース４１側に突出している。このようにスペーサ１０の高さが設定されていることにより、サブベース４１とパッケージ２の第１面２１及び窓材２３との間に隙間Ｓ（図３参照）が形成されている。これにより、レンズ保持部材４と窓材２３とが接触すること（すなわち、レンズ保持部材４が窓材２３に押し付けられること）によって窓材２３に歪み（変形）が生じることを防止することができ、その結果、当該歪みに起因するレーザ光（窓材２３から出射されるレーザ光）の劣化を抑制することができる。また、本実施形態のように、レンズシリンダ４３の先端部が貫通孔４１３（図２参照）を貫通してパッケージ２側に多少突出する場合であっても、スペーサ１０の高さを調整して隙間Ｓの大きさを調整することで、レンズシリンダ４３の先端部が窓材２３に接触することを防止することができる。

【0038】

サブベース４１、スペーサ１０、及びフランジ２４は、複数（本実施形態では４本）のネジ部材１１（軸部材）によって、底壁６１に対して共締めされている。ネジ部材１１は、例えば六角ボルト等である。より具体的には、Ｚ軸方向から見たサブベース４１、スペーサ１０、フランジ２４、及び底壁６１の各々の四隅には、ネジ部材１１が挿通される挿通孔４１ａ，１０ｂ，２４ｂ，６１ａが形成されている。スペーサ１０Ａ，１０Ｂの各々のＹ軸方向における両側縁部に、２つの挿通孔１０ｂが設けられている。フランジ２４Ａ，２４Ｂの各々のＹ軸方向における両側縁部に、２つの挿通孔２４ｂが設けられている。底壁６１の挿通孔６１ａは、第１面６１１に開口しており、ネジ溝が形成されたネジ孔である。また、サブベース４１の第１面４１１には、ネジ部材１１の頭部１１ａを収容するためのザグリ溝４１ｂが、挿通孔４１ａと連通するように設けられている。そして、各ネジ部材１１が、サブベース４１の第１面４１１側から、サブベース４１の挿通孔４１ａ、スペーサ１０の挿通孔１０ｂ、及びフランジ２４の挿通孔２４ｂに挿通され、底壁６１の挿通孔６１ａに螺合されている。これにより、レンズ保持部材４（サブベース４１）が、スペーサ１０及びフランジ２４を介して、ベース６（底壁６１）に対して締結されている。

【0039】

[作用及び効果]
以上説明したＱＣＬモジュール１は、パッケージ２を冷却するために冷却ファン５を備えている。このような構成によれば、他の方式（例えば水冷方式）の冷却機構を設ける場合と比較して、モジュールの小型化及び簡素化を図ることができる。また、ＱＣＬモジュール１では、光源であるパッケージ２とレンズ保持部材４（サブベース４１）とが、共通のネジ部材１１（本実施形態では、４本のネジ部材１１）によって、ベース６（底壁６１）に対して共締めされている。すなわち、パッケージ２及びレンズ保持部材４が、共通のネジ部材１１によって、一体的に固定されている。これにより、冷却ファン５の振動に起因する振動パターンが、パッケージ２とレンズ保持部材４に保持されたレンズ３との間で共通化される。その結果、パッケージ２とレンズ３との相対的な位置関係の変動が抑制され、パッケージ２とレンズ３との間の光学条件（例えば、ファブリペロ共振器長）の時間的な変動が抑制される。これにより、光学条件の時間的な変動に起因する光学ノイズを低減することができる。

【0040】

上記効果について、ＱＣＬモジュール１を用いたガス濃度計測を行う場合を例に挙げて具体的に説明する。このようなガス濃度計測においては、例えば、ＱＣＬモジュール１とフォトディテクタ等の光検出器とが用意され、ＱＣＬモジュール１と光検出器との間に計測対象のガスが封入されたガスセルが配置される。そして、ＱＣＬモジュール１から出射されたレーザ光（すなわち、パッケージ２の窓材２３から出射され、レンズ３を通過したレーザ光）がガスセル内を通過し、ガスセル内を通過した後のレーザ光が光検出器で検出される。これにより、ガスセル内のガスの濃度（レーザ光の吸光度）を計測することができる。ＱＣＬは、優れた単色性（すなわち、優れた波長分解能）を有するため、上述したガス濃度計測等に好適に用いられる。しかし、ＱＣＬが優れた単色性を有するが故に、エタロン効果によるフリンジノイズが原理的に発生する。このフリンジノイズは、パッケージ２内のＱＣＬ素子と光検出器との間に配置されるレンズ３及び窓材２３等の光学素子が有限の反射率を持つこと、すなわちレーザ光の光路中に光学的な反射界面が存在することに起因する。このような反射界面とＱＣＬ素子の放射端面とによってファブリペロ共振器が形成され、光の干渉によってフリンジノイズが発生する。このフリンジノイズ（すなわち、ファブリペロ干渉条件）は、ファブリペロ共振器長が変化しなければ一定となるため、上記フリンジノイズを不変量として扱うことができる。すなわち、上記フリンジノイズは、バックグラウンド演算（差分演算）によって除去され得る。一方、ファブリペロ共振器長が時間的に変動すると、ファブリペロ干渉条件も時間的に変動してしまうため、上記フリンジノイズを不変量として扱うことができなくなる。その結果、上述したバックグラウンド演算によってフリンジノイズを除去することができなくなる。また、ＱＣＬモジュール１を用いたガス濃度計測においては、レーザの発振波長を時間的に変化させる波長可変半導体レーザ吸収分光法（ＴＤＬＡＳ：Tunable diode laser absorption spectroscopy）が広く用いられている。このような計測手法を用いる場合には、レーザの発振波長の変化に起因するファブリペロ干渉条件の変動成分も上記フリンジノイズに重畳されてしまうため、極めて複雑な光学ノイズが発生してしまう。このような光学ノイズは、上述したようなガス濃度計測の検出限界を制限する要因となる。

【0041】

ここで、レンズ保持部材がパッケージと共にベースに共締めされておらず、パッケージとは別個にベースに固定される構成を有する比較例について考える。例えば、ベースの底壁にレンズ保持部材側に延びる板状部を設け、レンズ保持部材を当該板状部に対してパッケージとは独立して固定する構成が考えられる。このような構成を有する比較例では、冷却ファンからの振動の伝わり方が、パッケージとレンズ保持部材との間で異なってしまう。より具体的には、上記比較例では、パッケージが、冷却ファンが固定されたベースの底壁に対して固定されるのに対して、レンズ保持部材は、底壁とは異なる板状部に固定される。このため、レンズ保持部材に保持されたレンズの振動周波数は、板状部の機械的な振動共振の影響を受けるため、ＱＣＬ（すなわち、パッケージ）の振動と同位相とならない。その結果、ＱＣＬとレンズとの間の距離（光路長）が時間的に変動することになり、ＱＣＬとレンズとの間のファブリペロ共振条件（すなわち、ファブリペロ共振器長）が時間的に変動することになる。その結果、上述したように、上記フリンジノイズを不変量として扱うことができなくなるため、上記フリンジノイズは、光検出器において、複雑な光学ノイズ構造として検出されることになる。

【0042】

また、ＱＣＬの振動とレンズの振動とが同位相にならず、ＱＣＬとレンズとの位置関係（光路長）が時間的に変動する場合、レンズを透過した後のレーザ光のＸＹ平面（光軸方向であるＺ軸方向に直交する平面）における偏向量が増幅されてしまう。このため、光検出器（受光部）において、レーザ光が照射されるスポット位置が時間的に変動することになる。このため、上記比較例においては、このようなスポット位置の変動に起因する光検出器の出力値の変動成分も光学ノイズとして発生し得る。

【0043】

一方、上記実施形態で説明したＱＣＬモジュール１では、レンズ保持部材４は、パッケージ２と一体的に、ベース６（底壁６１）に対して強固に固定（共締め）されている。このため、ＱＣＬ（パッケージ２）の振動とレンズ保持部材４に保持されたレンズ３の振動とは同位相となるため、上述したファブリペロ共振条件は時間的に変動しない。その結果、上記フリンジノイズを不変量として扱い、バックグラウンド演算等によって除去することが可能となるため、光学ノイズを低減することが可能となる。また、ＱＣＬ（パッケージ２）とレンズ３との位置関係（光路長）が時間的に変動しない（一定となる）ため、レンズ３を透過した後のレーザ光のＸＹ平面における偏向量は増幅されない。これにより、上記比較例において発生し得る光検出器のスポット位置の変動に起因する光学ノイズの発生を抑制することもできる。

【0044】

また、パッケージ２は、窓材２３がレンズ３に対向するように、ベース６（底壁６１）とレンズ保持部材４（サブベース４１）との間に配置されている。そして、パッケージ２及びレンズ保持部材４は、レンズ保持部材４がベース６に対して締結されることにより、ベース６に対して共締めされている。これにより、レンズ保持部材４とベース６とでパッケージ２を挟み込むようにして、レンズ保持部材４及びパッケージ２をベース６に対して一体的に固定することができる。

【0045】

また、ＱＣＬモジュール１は、レンズ保持部材４とベース６との間に配置されるスペーサ１０を備えている。パッケージ２は、ベース６に当接すると共にベース６に沿って延在するフランジ２４を有する。そして、スペーサ１０がレンズ保持部材４のベース６側の面（本実施形態では、サブベース４１の第２面４１２）とフランジ２４のレンズ保持部材４側の上面２４ａとの間に配置されることにより、レンズ保持部材４と窓材２３との間に隙間Ｓが形成されている。これにより、レンズ保持部材４と窓材２３とが接触することで窓材２３に歪み（変形）が生じることを防止することができる。その結果、当該歪みに起因するレーザ光の劣化を抑制することができる。

【0046】

また、フランジ２４は、窓材２３を挟んだ両側に形成されたフランジ２４Ａ及びフランジ２４Ｂを有する。スペーサ１０は、サブベース４１の第２面４１２とフランジ２４Ａの上面２４ａとの間に配置されたスペーサ１０Ａと、サブベース４１の第２面４１２とフランジ２４Ｂの上面２４ａとの間に配置されたスペーサ１０Ｂと、を有する。このように、パッケージ２とレンズ保持部材４との間に、一対のスペーサ１０Ａ，１０Ｂをバランス良く配置することにより、パッケージ２及びレンズ保持部材４の物理的安定性を高めることができ、パッケージ２とレンズ保持部材４との間の相対的な位置関係（すなわち、ＱＣＬとレンズ３との位置関係）の変動を効果的に抑制することができる。また、本実施形態では、１つのスペーサ１０（スペーサ１０Ａ又はスペーサ１０Ｂ）に対して、複数（本実施形態では２本）のネジ部材１１が挿通される。このように、複数のネジ部材１１が共通のスペーサ１０に挿通されることにより、レンズ保持部材４とパッケージ２とを、スペーサ１０を介してベース６に対してより安定的に共締めすることができる。

【0047】

また、レンズ保持部材４（本実施形態では、サブベース４１）、スペーサ１０、フランジ２４、及びベース６（本実施形態では、底壁６１）の各々には、ネジ部材１１が挿通される挿通孔４１ａ，１０ｂ，２４ｂ，６１ａが形成されている。そして、レンズ保持部材４、スペーサ１０、フランジ２４、及びベース６の各々の挿通孔４１ａ，１０ｂ，２４ｂ，６１ａに挿通されたネジ部材１１によってレンズ保持部材４がベース６に対して締結されることにより、レンズ保持部材４、スペーサ１０、及びフランジ２４が、ベース６に対して共締めされている。この場合、共通のネジ部材１１をレンズ保持部材４、スペーサ１０、及びフランジ２４に貫通させてベース６の挿通孔６１ａに挿通させることで、レンズ保持部材４、スペーサ１０、及びフランジ２４を、ベース６に対して、一体的且つ強固に固定することができる。これにより、パッケージ２とレンズ保持部材４との間の相対的な位置関係の変動を効果的に抑制することができる。

【0048】

[変形例]
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限られない。各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。例えば、上記実施形態では、共締めの形態として、ネジ部材１１がベース６の底壁６１に設けられた挿通孔６１ａ（ネジ孔）にネジ留めされる形態を例示したが、ネジ部材１１は、ナットと勘合されてもよい。例えば、底壁６１に第１面６１１から第２面６１２にかけて貫通する貫通孔を設け、ネジ部材１１（ボルト）を当該貫通孔に挿通させ、第２面６１２側に配置したナットを当該ネジ部材１１の先端部と勘合させることで、パッケージ２及びレンズ保持部材４をベース６に対して共締めしてもよい。これは、冷却ファン５を底壁６１に対して固定するネジ９についても同様である。

【0049】

また、上記実施形態では、レンズ保持部材４は、サブベース４１とレンズホルダ４２とを組み合わせることで形成されたが、サブベース４１は省略されてもよい。例えば、レンズホルダ４２自体にネジ部材１１を挿通させる挿通孔を設け、レンズホルダ４２、スペーサ１０、及びフランジ２４が、ベース６に対して共締めされてもよい。

【0050】

また、ベース６は、側壁６２を有さなくてもよい。この場合、ＱＣＬモジュールを固定対象物に固定するための固定部（例えば、上述したロッド部材が挿通される挿通孔）は、底壁６１に設けられてもよい。さらに、この場合、固定部を設けるための領域を確保するために、ベース６は、上記実施形態で示した底壁６１よりも大きい底壁（例えば、上述した底壁６１よりも幅広とされた底壁）を備えてもよい。

【0051】

また、図５に示される変形例に係るＱＣＬモジュール１Ａのように、共通のネジ部材１１は、スペーサ及びフランジを貫通していなくてもよい。ＱＣＬモジュール１Ａは、パッケージ２の代わりにパッケージ２Ａを有し、レンズ保持部材４の代わりにレンズ保持部材４Ａを有し、ベース６の代わりにベース６Ａを有し、スペーサ１０の代わりにスペーサ１１０を有する点において、ＱＣＬモジュール１と相違している。図５においては、冷却ファン５及びヒートシンク７を簡略的に示すと共に、レンズ保持部材４Ａのサブベース１４１（サブベース４１に対応する要素）以外の要素（すなわち、レンズホルダ４２、レンズシリンダ４３等）の図示を省略している。

【0052】

パッケージ２Ａは、フランジ２４（フランジ２４Ａ，２４Ｂ）の代わりにフランジ１２４（フランジ１２４Ａ，１２４Ｂ）を有する点において、パッケージ２と相違している。フランジ１２４は、挿通孔２４ｂを有していない点において、フランジ２４と相違している。

【0053】

レンズ保持部材４Ａは、サブベース４１の代わりにサブベース１４１を有する点において、レンズ保持部材４と相違している。サブベース１４１は、サブベース４１と同様に、ネジ部材１１を挿通させるための挿通孔１４１ａ及びザグリ溝１４１ｂを有している。一方、サブベース１４１は、Ｘ軸方向における幅がサブベース４１よりも若干大きくされている点において、サブベース４１と相違している。また、挿通孔１４１ａ及びザグリ溝１４１ｂのＸ軸方向における位置は、サブベース４１における挿通孔４１ａ及びザグリ溝４１ｂのＸ軸方向における位置よりも外側にある。

【0054】

ベース６Ａは、底壁６１の代わりに底壁１６１を有する点において、ベース６と相違している。底壁１６１は、底壁６１と同様に、第１面１６１ａ、第２面１６１ｂ、及び挿通孔１６１ｃを有している。一方、底壁１６１は、Ｘ軸方向における幅が底壁６１よりも若干大きくされている点において、底壁６１と相違している。また、挿通孔１６１ｃのＸ軸方向における位置は、底壁６１における挿通孔６１ａのＸ軸方向における位置よりも外側にある。具体的には、挿通孔１６１ｃは、Ｘ軸方向において、スペーサ１１０及びフランジ１２４よりも外側に位置している。

【0055】

スペーサ１１０（スペーサ１１０Ａ，１１０Ｂ）は、挿通孔１０ｂを有していない点において、スペーサ１０（スペーサ１０Ａ，１０Ｂ）と相違している。

【0056】

ＱＣＬモジュール１Ａでは、サブベース１４１（レンズ保持部材４Ａ）及び底壁１６１（ベース６Ａ）の各々には、ネジ部材１１が挿通される挿通孔１４１ａ，１６１ｃが形成されている。そして、サブベース１４１と底壁１６１との間にスペーサ１１０及びフランジ１２４が配置された状態で、サブベース１４１及び底壁１６１の各々の挿通孔１４１ａ，１６１ｃに挿通されたネジ部材１１によってサブベース１４１が底壁１６１に対して締結されることにより、レンズ保持部材４Ａ、スペーサ１１０、及びフランジ１２４が、ベース６Ａに対して共締めされている。この場合、ネジ部材１１をレンズ保持部材４Ａに貫通させてベース６Ａの挿通孔１６１ｃに挿通させ、レンズ保持部材４Ａとベース６Ａとでこれらの間に配置されるスペーサ１１０及びフランジ１２４を挟み込むことにより（言い換えれば、万力のようにスペーサ１１０及びフランジ１２４をＺ軸方向における両側から押圧することにより）、レンズ保持部材４Ａ、スペーサ１１０、及びフランジ１２４を、ベース６Ａに対して、一体的且つ強固に固定することができる。これにより、パッケージ２Ａとレンズ保持部材４Ａとの間の相対的な位置関係の変動を効果的に抑制することができる。また、ＱＣＬモジュール１Ａによれば、スペーサ１１０及びフランジ１２４に挿通孔を設ける必要がない。一方で、ＱＣＬモジュール１Ａでは、ネジ部材１１のＸ軸方向における位置がＱＣＬモジュール１よりも外側となるため、モジュールのＸ軸方向における幅寸法を小型化する観点からは、ＱＣＬモジュール１ＡよりもＱＣＬモジュール１の方が有利である。

【符号の説明】

【0057】

１，１Ａ…量子カスケードレーザモジュール、２，２Ａ…パッケージ、３…レンズ、４，４Ａ…レンズ保持部材、５…冷却ファン、６，６Ａ…ベース、１０，１１０Ａ…スペーサ、１０Ａ，１１０Ａ…スペーサ（第１スペーサ）、１０Ｂ，１１０Ｂ…スペーサ（第２スペーサ）、１１…ネジ部材（軸部材）、２３…窓材、２４，１２４…フランジ、２４Ａ，１２４Ａ…フランジ（第１フランジ）、２４Ｂ，１２４Ｂ…フランジ（第２フランジ）、Ｓ…隙間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】