CN104242054B - 外部谐振器型发光装置 - Google Patents

Abstract

外部谐振器型发光装置具备用于使半导体激光振荡的光源、及构成该光源和外部谐振器的光栅元件。光源具备用于使半导体激光振荡的活性层。光栅元件具备：光波导路，其具有射入半导体激光的入射面和射出所需波长的出射光的出射面；布拉格光栅，其在光波导路内形成；及传播部，其设置在入射面和布拉格光栅之间。该外部谐振器型发光装置满足式(1)-式(4)的关系。

Description

外部谐振器型发光装置

技术领域

本发明涉及一种外部谐振器型发光装置。

背景技术

半导体激光器一般采用法布里-珀罗(FP)型，法布里-珀罗(FP)构成有被形成在活性层的两端面的反射镜所夹住的光谐振器。但是，该FP型激光器，以使驻波条件成立的波长振荡，因此纵模容易变成多模，尤其是若电流或温度发生变化则振荡波长发生变化，由此使光强度发生变化。

因此，为了实现光通信或气体传感等目的，需要波长稳定性高的单模振荡的激光器。因此，开发了分布反馈式(DFB)激光器或分布布拉格反射式(DBR)激光器。对这些激光器而言，在半导体中设置衍射光栅，利用衍射光栅的波长依赖性仅使特定的波长振荡。

对DBR激光器而言，在活性层的波导路的延长线上的波导路面，形成凹凸并构成基于布拉格反射的反射镜，从而实现谐振器(专利文献1(日本国特开昭49-128689)；专利文献2(日本国特开昭56-148880))。对该激光器而言，在光波导层的两端设置有衍射光栅，因此，从活性层发出的光在光波导层传播，并且该光的一部分在该衍射光栅反射，并返回到电流注入部，从而实现放大。从衍射光栅向规定的方向反射的只有一种波长的光，因此，激光的波长是固定的。

另外，作为该应用，开发了将衍射光栅形成为与半导体不同的部件，并在外部形成谐振器的外部谐振器型半导体激光器。该类型的激光器为波长稳定性、温度稳定性、及控制性良好的激光器。外部谐振器有，光纤布拉格光栅(FBG)(非专利文献1)、或体全息光栅(VHG)(非专利文献2)。衍射光栅与半导体激光器单独构成，因此，衍射光栅具有能够单独设计反射率、谐振器长度的特征，并且不受基于电流注入的发热而使温度上升的影响，因此能够使波长稳定性更加良好。另外，半导体的折射率的温度变化是不同的，因此，通过配合谐振器长度设计，能够提高温度稳定性。

在专利文献6(日本国特开2002-134833)中公开了利用在石英玻璃波导路形成的光栅的外部谐振器型激光器。其旨在提供可以没有温度控制器而在室温变化很大的(例如，30℃以上)环境使用的稳频激光器。另外，公开了提供一种抑制跳模且没有振荡频率的温度依赖性的温度无依赖型激光器。

现有技术文献：

专利文献

专利文献1：日本国特开昭49-128689

专利文献2：日本国特开昭56-148880

专利文献3：WO2013/034813

专利文献4：日本国特开2000-082864

专利文献5：日本国特开2006-222399

专利文献6：日本国特开2002-134833

非专利文献1：电子信息通信学会论文杂志C-IIVol.J81，No.7pp.664-665，1998年7月

非专利文献2：电子信息通信学会技术研究报告LQE，2005年105卷52号pp.17-20

发明内容

发明要解决的课题

在非专利文献1中提及了伴随温度上升损害波长稳定性的跳模机理、和其改善对策。基于温度的外部谐振器型激光器的波长变化量δλ_s，其对于半导体的活性层区域的折射率变化Δn_a、活性层的长度L_a、FBG区域的折射率变化Δn_f、长度L_f、各个温度变化δT_a、δT_f之间的关系，在驻波条件下由下式表示。

${\mathrm{\δ\λ}}_s={\mathrm{\λ}}_0\frac{\mathrm{\Δ}{n}_a{L}_a}{n_f{L}_f+n_a{L}_a}\mathrm{\δ}{T}_a+{\mathrm{\λ}}_0\frac{\mathrm{\Δ}{n}_f{L}_f}{n_f{L}_f+n_a{L}_a}\mathrm{\δ}{T}_f$ 式(A)

这时，λ₀表示在初始状态下的光栅反射波长。

另外，光栅反射波长的变化δλ_G由下式表示。

$\mathrm{\δ}{\mathrm{\λ}}_G={\mathrm{\λ}}_0\frac{{\mathrm{\Δn}}_f}{n_f}{\mathrm{\δT}}_f$ 式(B)

跳模在外部谐振器的纵模间隔Δλ、与波长变化量δλ_s和光栅反射波长的变化量δλ_G之差相等时发生，因此，满足下式。

$\mathrm{\Δ\λ}={\mathrm{\δ\λ}}_s-{\mathrm{\λ}}_0\frac{{\mathrm{\Δn}}_f}{n_f}{\mathrm{\δT}}_f$ 式(C)

纵模间隔Δλ近似地成为下式。

$\mathrm{\Δ\λ}=\frac{{{\mathrm{\λ}}_0}^2}{2(n_a{L}_a+n_f{L}_f)}$ 式(D)

通过式(C)和式(D)满足式(E)。

${\mathrm{\ΔT}}_{\mathrm{all}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{{2n}_a{L}_a({\mathrm{\Δn}}_a/n_a-{\mathrm{\Δn}}_f/n_f)}$ 式(E)

为了抑制跳模，需要在ΔT_all以下的温度内使用，并且用珀耳帖元件进行温度控制。式(E)中表示，在活性层和光栅层的折射率变化相同的情况下(Δn_a/n_a＝Δn_f/n_f)，分母变为零，引起跳模的温度变为无穷大，从而不引起跳模。但是，在单片DBR激光器中，由于使激光振荡，而使电流注入到活性层，从而不能使活性层和光栅层的折射率变化一致，因此引起跳模。

跳模是指，谐振器内的振荡模(纵模)从一种模式移向另一种模式的现象。若温度或注入的电流发生变化，则增益或谐振器的条件不同，激光器振荡波长发生变化，从而产生称为曲折(kink)的光强度变动这一问题。因此，采用FP型的GaAs半导体激光器的情况下，通常，波长以0.3nm/℃的温度系数发生变化，但是，若引起跳模，则产生比这还大的变动。与此同时，输出会发生5％以上的变动。

因此，为了抑制跳模，使用珀耳帖元件进行温度控制。但是，会因此导致部件数增加，模块变大，成本变高。

在专利文献6中，为了具有温度无依赖性，现有的谐振器结构直接向光波导路层赋予应力，从而补偿基于热膨胀的温度系数，由此实现温度无依赖性。因此，将金属板粘贴在元件，进而在波导路中增加设置用于调整温度系数的层。从而，存在谐振器结构变得更大的问题。

本发明的课题在于，能够不使用珀耳帖元件，抑制跳模，提高波长稳定性，并抑制光强度变动。

解决课题的方法

本发明的外部谐振器型发光装置具备：用于使半导体激光振荡的光源、和用于构成该光源和外部谐振器的光栅元件，其特征在于，

所述光源具备用于使所述半导体激光振荡的活性层，

所述光栅元件具备：光波导路，其具有射入所述半导体激光的入射面和射出期望波长的出射光的出射面；布拉格光栅，其在该光波导路内形成；及传播部，其设置在所述入射面和所述布拉格光栅之间，并且满足下述式(1)-式(4)的关系，

Δλ_G≧0.8nm……(1)

L_b≦500μm……(2)

L_a≦500μm……(3)

n_b≧1.8……(4)

在式(1)中，Δλ_G是布拉格反射率的峰值的半高宽。

在式(2)中，L_b是所述布拉格光栅的长度。

在式(3)中，L_a是所述活性层的长度。

在式(4)中，n_b是构成所述布拉格光栅的材质的折射率。

在优选的实施方案中，所述光源和所述光栅元件直接光学连接，所述布拉格光栅的长度L_b、所述活性层的长度L_a、所述光源的出射面与所述光波导层的所述入射面之间的距离L_g、及所述传播部的长度L_m之和在910μm以下。

在优选的实施方案中，进一步满足下述式(5)的关系。

在式(5)中，dλ_G/dT是布拉格波长的温度系数。

dλ_TM/dT是满足外部谐振器型激光器的相位条件的波长的温度系数。

在优选的实施方案中，满足下述式(6)-(8)的关系。

L_WG≦600μm……(6)

1μm≦L_g≦10μm……(7)

20μm≦L_m≦100μm……(8)

在式(6)中，L_WG是所述光栅元件的长度。

在式(7)中，L_g是所述光源的所述出射面与所述光波导层的所述入射面之间的距离。

在式(8)中，L_m是所述传播部的长度。

在优选的实施方案中，所述布拉格光栅的反射率，比在所述活性层的所述光栅元件侧的端面设置的减反射膜的反射率、在所述光波导路的所述入射面侧设置的减反射膜的反射率、及在所述光波导路的所述出射面侧设置的减反射膜的反射率更大。

在优选的实施方案中，所述布拉格光栅的所述材质选自砷化镓、铌酸锂、氧化钽、氧化锌、及氧化铝。

在优选的实施方案中，所述外部谐振器型发光装置具有设置在所述光波导路上的缓冲层。

发明的效果

根据本发明，能够不使用珀耳帖元件，抑制跳模，提高波长稳定性，并抑制光强度变动。

附图说明

图1是示出外部谐振器型发光装置的示意图。

图2是示出光栅元件的横剖视图。

图3是示意性示出光栅元件的立体图。

图4是示出其他光栅元件的横剖视图。

图5是说明基于现有示例的跳模的形态的图。

图6是说明基于现有示例的跳模的形态的图。

图7是说明基于本发明示例的跳模的形态的图。

图8是示出现有结构的反射特性(增益条件)以及相位条件的图。

图9是示出本发明结构的反射特性(增益条件)以及相位条件的图。

具体实施方式

在图1中示意性示出的外部谐振器型发光装置1，其具备用于使半导体激光振荡的光源2、和光栅元件9。光源2和光栅元件9安装在共用基板3上。

光源2具备用于使半导体激光振荡的活性层5。在本实施方案中，活性层5设置在基体4。在基体4的外侧端面设置有反射膜6，在活性层5的光栅元件侧的端面形成有减反射层7A。

如图1、图3所示，在光栅元件9设置有光波导路11，且光波导路11具有射入半导体激光A的入射面11a和射出期望波长的出射光B的出射面11b。C是反射光。在光波导路11内，形成有布拉格光栅12。在光波导路11的入射面11a和布拉格光栅12之间，设置有不具有衍射光栅的传播部13，传播部13隔着间隙14与活性层5对置。7B是设置在光波导路11的入射面侧的减反射膜，7C是设置在光波导路11的出射面侧的减反射膜。在本示例中，光波导路11是脊型光波导路，并设置在基板10。光波导路11可以形成在与布拉格光栅12相同的面，也可以形成在与布拉格光栅12相对的面。

减反射层7A、7B、7C的反射率只要是比光栅反射率更小的值即可，进而优选为0.1％以下。

如图2所示，在本示例中，在基板10上经由粘接层15、下侧缓冲层16形成有高折射率层11，在高折射率层11上形成有上侧缓冲层17。例如，在高折射率层11形成有一对脊型沟槽19，在脊型沟槽之间形成有脊型的光波导路18。在该情况下，布拉格光栅可以形成在平坦面11a面，也可以形成在11b面。从减小布拉格光栅及脊型沟槽的形状偏差的观点来看，优选地，将布拉格光栅形成在11a面上，由此将布拉格光栅和脊型沟槽19设置在基板的相反两侧。

另外，在图4所示的元件9A中，在基板10上经由粘接层15、下侧缓冲层16形成有高折射率层11，在高折射率层11上形成有上侧缓冲层17。例如，在高折射率层11的基板10侧形成有一对脊型沟槽19，在脊型沟槽19之间形成有脊型的光波导路18。在该情况下，布拉格光栅可以形成在平坦面11a侧，也可以形成在有脊型沟槽的11b面。从减小布拉格光栅及脊型沟槽的形状偏差的观点来看，优选地，将布拉格光栅形成在平坦面11a面侧，由此将布拉格光栅和脊型沟槽19设置在基板的相反两侧。另外，也可以没有上侧缓冲层17，在该情况下，空气层能够直接与光栅接触。由此，无论有没有光栅沟槽均能够增大折射率差，并能够以短的光栅长度增大反射率。

作为光源，优选为基于具有高可靠性的GaAs系或InP系材料的激光器。作为本申请结构的应用，例如，利用非线性光学元件使作为第二高次谐波的绿色激光振荡的情况下，使用在1064nm附近的波长振荡的GaAs系的激光器。由于GaAs系或InP系的激光器的可靠性高，也可以实现以一维形式排列的激光阵列等的光源。也可以是超发光二极管或半导体光放大器(SOA)。另外，也可以适当地选择活性层的材质或波长。

脊型的光波导路是，例如通过进行由外周刃的切割加工或激光烧蚀加工来进行物理加工并成形而得到的。

布拉格光栅能够通过如下的物理蚀刻或化学蚀刻而形成。

作为具体示例，在高折射率基板形成Ni、Ti等的金属膜，通过光刻周期性地形成孔，并形成蚀刻用掩模。之后，用反应性离子蚀刻等的干蚀刻装置周期性地形成光栅沟槽。最后去除金属掩模，由此能够形成布拉格光栅。

在高折射率层中，为了更加提高光波导路的耐光损伤性，可以含有选自镁(Mg)、锌(Zn)、钪(Sc)、及铟(In)的一种以上的金属元素，在该情况下，尤其优选为镁。另外，在结晶中，作为掺杂成分可以含有稀土元素。作为稀土元素，尤其优选为Nd、Er、Tm、Ho、Dy、及Pr。

对粘接层的材质而言，可以是无机粘接剂，也可以是有机粘接剂，还可以是无机粘接剂和有机粘接剂的结合。

另外，高折射率层11在支撑基体上通过薄膜形成法成膜而形成也可。作为这种薄膜形成法，可以举例示出溅射、蒸镀、及CVD。在该情况下，不需要上述粘接层。

对支撑基体的具体材质没有特别的限定，可以举例示出铌酸锂、钽酸锂、及石英玻璃等玻璃或水晶、及Si等。

减反射层的反射率须在光栅反射率以下，作为在减反射层成膜的膜材料，可以使用以二氧化硅、五氧化二钽等氧化物层叠的膜、或金属类膜。

另外，光源元件、光栅元件的各端面，为了抑制端面反射而分别倾斜切割也可。另外，光栅元件和支撑基板的接合，在图2的示例中是粘接固定，但也可以是直接接合。

下面，对式(1)-式(8)的条件的含义进一步说明。

然而，由于数学式既抽象又难以理解，先直接将现有技术的典型方案和本发明的实施方案进行比较，并对本发明的特征进行说明。接着对本发明的各条件进行说明。

首先，对于半导体激光器的振荡条件，如下式所示以增益条件×相位条件来决定。

(2-1)

增益条件由(2-1)式成为下式。

${\mathrm{\ζ}}_t{g}_{\mathrm{th}}={\mathrm{\α}}_a{L}_a+{\mathrm{\α}}_b{L}_b+\frac{1}{L_a}\ln \left(\frac{1}{\left|r_1\right|\left|r_1\right|C_{\mathrm{out}}^2}\right)$ (2-2)式

其中，α_a、α_b分别是活性层、光栅层的损耗因数，L_a、L_b分别是活性层、光栅层的长度，r₁、r₂是反射镜反射率(r₂是光栅的反射率)，C_out是光栅元件和光源的耦合损耗，ζ_tg_th是激光介质的增益阈值，是基于激光器侧反射镜的相位变化量，是在光栅部的相位变化量。

由(2-2)式表示，若激光介质的增益ζ_tg_th(增益阈值)超过损耗，则表示形成激光振荡。激光介质的增益曲线(波长依赖性)具有半高宽为50nm以上、且较宽的特性。另外，损耗部(右边)除了光栅的反射率以外几乎不存在波长依赖性，因此增益条件由光栅决定。从而，在比较表中，增益条件可以只考虑光栅。

另一方面，相位条件由(2-1)式变为下式。其中，成为零。

(2-3)式

对外部谐振器型激光器而言，作为外部谐振器，使用了石英系玻璃波导路、FBG的外部谐振器已被产品化。如表1及图5、图6所示，现有的设计理念是，光栅的反射特性为Δλ_g＝0.2nm的程度、反射率为10％。由此，光栅部的长度成为1mm。另一方面，将相位条件设计成所满足的波长为离散型，并在Δλ_g内，(2-3)式具有2-3点。因此，需要使用的激光介质的活性层长度长，并使用1mm以上的长度。

表1

在使用玻璃波导路或FBG的情况下，λ_g的温度依赖性非常小，并成为dλ_G/dT＝0.01nm/℃程度。由此，外部谐振器型激光器具有波长稳定性高的特征。

但是，与此相比，满足相位条件的波长的温度依赖性更大，为dλ_s/dT＝0.05nm/℃，并相差0.04nm/℃。

一般地，根据非专利文献1，认为引起跳模的温度T_mh如下式表示(认为T_a＝T_f)。

ΔG_TM是满足外部谐振器型激光器的相位条件的波长间隔(纵模间隔)。

${\mathrm{\ΔT}}_{\mathrm{mh}}=\frac{\mathrm{\Δ}{G}_{\mathrm{TM}}}{|\frac{{\mathrm{d\λ}}_G}{\mathrm{dT}}-\frac{d{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{TM}}}{\mathrm{dT}}|}$ (2-4)式

由此，现有情况下，T_mh为5℃程度。因此，容易引起跳模。从而，若引起跳模，则强度基于光栅的反射特性发生变动，并发生5％以上的变动。

由上可知，在实际工作中，利用了现有的玻璃波导路或FBG的外部谐振器型激光器是利用珀耳帖元件而进行温度控制的。

对此，作为本发明的前提条件，使用了(2-4)式的分母变小的光栅元件。需要使(2-4)式的分母在0.03nm/℃以下，作为具体材料，优选为砷化镓(GaAs)、铌酸锂(LiNbO₃)、氧化钽(Ta₂O₅)、氧化锌(ZnO)、及氧化铝(Al₂O₃)。例如，在利用铌酸锂(LiNbO₃)的情况下，如果能够将Δλ_G设成1.3nm程度，并且将活性层的长度设定成250μm以使满足相位条件的波长在Δλ_G内存在2点，则例如ΔG_TM为1.2nm，T_mh为60℃，使工作温度范围变广。在图7中示出该示例。

即，对本发明的结构而言，对于温度变化，振荡波长基于光栅的温度特性以0.05nm/℃变化，但可以使跳模不易发生。对本发明结构而言，为了增大Δλ_G而将光栅长度L_b设定为100μm，为了增大ΔG_TM而将L_a设定为250μm。

此外，补充说明与专利文献6的不同之处。

在本申请中，使光栅波长的温度系数和纵模的温度系数接近，由此实现温度无依赖性，因此，能够使谐振器结构成为紧凑型且不需要增加设置其他装置。在专利文献6中，各参数以如下方式记载，且均属于现有技术的范畴。

Δλ_G＝0.4nm

纵模间隔ΔG_TM＝0.2nm

光栅长度L_b＝3mm

LD活性层长度L_a＝600μm

传播部的长度＝1.5mm

下面，对本发明的各条件进行说明。

将布拉格反射率的峰值的半高宽Δλ_G设为0.8nm以上(式1)。λ_G是布拉格波长。即，如图5、图6、图7所示，将横轴作为基于布拉格光栅的反射波长，并将纵轴作为反射率时，将反射率为最大的波长作为布拉格波长。另外，在以布拉格波长为中心的峰值中，将反射率成为峰值一半的两个波长之差称为作为半高宽Δλ_G。

如图7所示，将布拉格反射率的峰值的半高宽Δλ_G设为0.8nm以上，这是为了使反射率峰值较宽。从该观点来看，半高宽Δλ_G优选设为1.2nm以上，更优选为1.5nm以上。另外，半高宽Δλ_G优选设为2nm以下。

布拉格光栅的长度L_b为500μm以下(式2)。布拉格光栅的长度L_b是传播在光波导路传播的光的光轴方向的光栅长度。将布拉格光栅的长度L_b设成比现有的长度更短的500μm以下，这是成为本发明的设计构思的前提。从该观点来看，将布拉格光栅的长度L_b设为300μm以下更优选。

活性层的长度L_a也设为500μm以下(式3)。将活性层的长度L_a设成比现有的长度更短也是本发明的设计构思。从该观点来看，将活性层的长度L_a设为300μm以下更优选。另外，优选将活性层的长度L_a设为150μm以上。

将构成布拉格光栅的材质的折射率n_b设为1.8以上(式4)。现有的一般材料是石英等折射率更低的材料，但在本发明的构思中，提高构成布拉格光栅的材质的折射率。其理由是，折射率大的材料，其折射率的温度变化大，并且能够增大(2-4)式的T_mh。从该观点来看，n_b更优选为1.9以上。另外，n_b的上限无特别限定，但从光栅间距过小而难以形成的观点来看，优选为4以下。

而且，式(5)所示的条件比较重要。

在式(5)中，dλ_G/dT是布拉格波长的温度系数。

另外，dλ_TM/dT是满足外部谐振器型激光器的相位条件的波长的温度系数。

此时，λ_TM是满足外部谐振器型激光器的相位条件的波长，即，满足所述(2.3式)的相位条件的波长。在本说明书中将λ_TM称为“纵模”。

下面，对纵模进行补充说明。

(2.3)式是且β＝2π/λ，因此，满足该式的λ为λ_TM。是布拉格光栅的相位变化，由下式算出。

ΔG_TM是满足外部谐振器型激光器的相位条件的波长间隔(纵模间隔)。由于存在多个λ_TM，因此，意味着多个λ_TM之差。

因此，通过满足式(5)，提高引起跳模的温度，实际上能够抑制跳模。式(5)的数值更优选为0.025以下。

光栅元件的长度L_WG也设为600μm以下(式6)。与L_b一样使L_WG变短也是本发明的前提。从该观点来看，L_WG优选为400μm以下，更优选为300μm以下。另外，L_WG优选为50μm以上。

将光源的出射面与光波导层的入射面之间的距离L_g设为1μm以上且10μm以下(式(7))。由此可以进行稳定的振荡。

传播部的长度L_m为20μm以上且100μm以下(式8)。由此可以进行稳定的振荡。

实施例

(实施例)

制作如图1-图3所示的装置。

具体地，在将掺杂MgO的铌酸锂结晶剪切成z板的基板成膜Ni，通过光刻技术在y轴方向制作光栅图案。之后，通过掩模Ni图案进行反应性离子蚀刻，从而形成间距(pitch)间隔Λ为180nm、长度L_b为100μm的光栅沟槽。光栅的槽深为300nm。另外，为了形成在y轴传播的光波导路，用准分子激光器对光栅部实施了宽度Wm为3μm、Tr为0.5μm的沟槽加工。进一步地，在沟槽形成面，用溅射装置将由SiO₂构成的缓冲层17以0.5μm成膜，作为支撑基板使用黑色LN基板并粘接光栅形成面。此处，黑色LN基板是指，从LN(LiNbO₃)结晶去除一部分氧后由于氧缺陷较大而带黑色的结晶基板，与一般的LN基板相比，可以提高导电性，因此可以降低热释电效应(PyroelectricEffect)。

接着，将黑色LN基板侧粘贴在研磨平台，对形成有光栅的LN基板的背面进行了精密研磨而以1μm的厚度(Ts)形成。之后，从平台取下并对研磨面进行溅射，从而使由SiO₂构成的缓冲层16以0.5μm成膜。

之后，用切割装置切断成杆状，对两端面进行光学研磨，使两端面形成0.1％以下的AR涂层，最后进行芯片切割而制作光栅元件。采用的元件尺寸是宽度为1mm、长度L_wg为500μm。

就光栅元件的光学特性而言，使用作为宽带波长光源的超发光二极管(SLD)，并向光栅元件输入光且用光谱分析仪分析输出光，由此通过光栅元件的穿透特性评价了反射特性。其结果，对于x轴方向的偏振光(寻常光)，得到了中心波长为800nm、最大反射率为3％、及半高宽Δλ_G为1.3nm的特性。

接着，如图1所示，为了进行使用该光栅元件的外部谐振器型激光器的特性评价，实装了激光器模块。作为光源元件准备如下元件：具有GaAs系激光器结构，并在其中一个端面形成高反射膜，在另一个端面形成反射率为0.1％的AR涂层。

光源元件规格：

中心波长：800nm

激光器元件长度：250μm

实装规格：

L_g：3μm

L_m：20μm

在实装模块后，不使用珀耳帖元件而用电流控制(ACC)驱动时，具有中心波长为800nm、输出为50mW的激光器特性。另外，为了评价工作温度范围，在恒温槽内设置了模块，并测量了激光振荡波长的温度依赖性、引起跳模的温度、及输出变动。其结果，振荡波长的温度系数为0.05nm/℃、跳模温度为60℃、及强度输出变动为1％以内(图5、图7)。

(比较例)

与实施例相同，在将掺杂MgO的铌酸锂结晶剪切成z板的基板成膜了Ni，通过光刻技术在向y轴方向制作了光栅图案。之后此后，通过掩模Ni图案而进行了反应性离子蚀刻，从而由此形成了间距间隔为Λ为180nm、长度为L_b为1000μm的光栅沟槽。光栅的槽深为300nm。另外，为了形成在y轴传播的光波导路，用在准分子激光器对光栅部实施了宽度Wm为3μm、Tr为0.5μm的沟槽加工。

进一步地，在沟槽形成面用溅射装置将由SiO₂构成的缓冲层17以0.5μm成膜，作为支撑基板使用黑色LN基板并粘接光栅形成面。

接着，将黑色LN基板侧粘贴在研磨平台，对形成有光栅的LN基板的背面进行了精密研磨而以1μm的厚度(Ts)形成。之后，从平台取下并对研磨面进行溅射，从而使由SiO₂构成的缓冲层16以0.5μm成膜。之后，用切割装置切断成杆状，对两端面进行光学研磨，使两端面形成0.1％以下的AR涂层，最后进行芯片切割而制作光栅元件。采用的元件尺寸是宽度为1mm、长度L_wg为1500μm。

就光栅元件的光学特性而言，使用作为宽带波长光源的超发光二极管(SLD)，并向光栅元件输入光并用光谱分析仪分析输出光，由此通过光栅元件的穿透特性评价了反射特性。其结果，对于x轴方向的偏振光(寻常光)，得到了中心波长为800nm、最大反射率为10％、及半高宽Δλ_G为0.2nm的特性。

接着，为了进行使用该光栅元件的外部谐振器型激光器的特性评价，实装了如其他图所示的激光器模块。作为光源元件准备如下元件：具有GaAs系激光器结构，并在其中一个端面形成高反射膜，在另一个端面形成反射率为0.1％的AR涂层。

光源元件规格：

中心波长：800nm

激光器元件长度：1000μm

实装规格：

L_g：3μm

L_m：20μm

在实装模块后，不使用珀耳帖元件而由电流控制(ACC)驱动时，具有中心波长为800nm、输出为50mW的激光器特性。另外，为了评价工作温度范围，在恒温沟槽内设置了模块，并测量了激光器振荡波长的温度依赖性、引起跳模的温度、及输出变动。其结果，振荡波长的温度系数为0.05nm/℃、跳模温度为6℃、及强度输出变动为10％。

Claims (6)

1.一种外部谐振器型发光装置，其以单一模式振荡，并具备：用于使半导体激光振荡的光源和光栅元件，且所述光源与所述光栅元件一同构成外部谐振器，其特征在于，

所述光源具备用于使所述半导体激光振荡的活性层，

所述光栅元件具备：光波导路，其具有射入所述半导体激光的入射面和射出期望波长的出射光的出射面；布拉格光栅，其在该光波导路内形成；及传播部，其设置在所述入射面和所述布拉格光栅之间，并且满足下述式(1)-式(5)的关系，

Δλ_G≧0.8nm……(1)

L_b≦500μm……(2)

L_a≦500μm……(3)

n_b≧1.8……(4)

丨dλ_G/dT－dλ_TM/dT丨≤0.03nm/℃……(5)

在式(1)中，Δλ_G是布拉格反射率的峰值的半高宽；

在式(2)中，L_b是所述布拉格光栅的长度；

在式(3)中，L_a是所述活性层的长度；

在式(4)中，n_b是构成所述布拉格光栅的材质的折射率；

在式(5)中，dλ_G/dT是布拉格波长的温度系数，dλ_TM/dT是满足外部谐振器型激光器的相位条件的波长的温度系数。

2.根据权利要求1所述的外部谐振器型发光装置，其特征在于，

所述光源和所述光栅元件直接光学连接，

所述布拉格光栅的长度L_b、所述活性层的长度L_a、所述光源的出射面与所述光波导层的所述入射面之间的距离L_g、及所述传播部的长度L_m之和在910μm以下。

3.根据权利要求1或2所述的外部谐振器型发光装置，其特征在于，

满足下述式(6)-(8)的关系，

L_WG≦600μm……(6)

1μm≦L_g≦10μm……(7)

20μm≦L_m≦100μm……(8)

在式(6)中，L_WG是所述光栅元件的长度；

在式(7)中，L_g是所述光源的所述出射面与所述光波导层的所述入射面之间的距离；

在式(8)中，L_m是所述传播部的长度。

4.根据权利要求1或2所述的外部谐振器型发光装置，其特征在于，

所述布拉格光栅的反射率，比在所述活性层的所述光栅元件侧的端面设置的减反射膜的反射率、在所述光波导路的所述入射面侧设置的减反射膜的反射率、及在所述光波导路的所述出射面侧设置的减反射膜的反射率更大。

5.根据权利要求1或2所述的外部谐振器型发光装置，其特征在于，

所述布拉格光栅的所述材质选自砷化镓、铌酸锂、氧化钽、氧化锌、及氧化铝。

6.根据权利要求1或2所述的外部谐振器型发光装置，其特征在于，

所述外部谐振器型发光装置具有设置在所述光波导路上的缓冲层。