JP2017126625A - 外部共振器型発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グレーティング素子を利用した外部共振器型の発光装置において、温度変化に対する安定性を改善する構造を提供することであり、かつレーザ光のパワーを安定化する。【解決手段】グレーティング素子が、半導体レーザ光が入射する入射面と所望波長の出射光を出射する出射部を有する光導波路、およびこの光導波路内に形成された三個以上の周期の異なるブラッググレーティングＧ１、Ｇ2、Ｇ3を備える。複数のブラッググレーティングの合成反射率の波長依存性を示すグラフにおいて合成反射率が二個以上のピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３を有する。最も長波長のピークＰ３の反射率ＲＧ３を最も高くすると共に、各ピークＰ３、Ｐ２の反射率ＲＧ３、ＲＧ２を各ピークに対して短波長側に隣接するピークＰ２、Ｐ１の反射率ＲＧ２、ＲＧ１以上とする。【選択図】 図７

Description

本発明は、外部共振器型発光装置に関するものである。

ＤＢＲレーザは、活性層の導波路の延長上の導波路面に凹凸を形成し、ブラッグ反射によるミラーを構成し、共振器を実現している。このレーザは、光導波層の両端に回折格子が設けられているので、活性層で発光した光は光導波層を伝搬し、この回折格子で一部が反射され、電流注入部に戻り、増幅される。回折格子から決められた方向に反射するのは、一つの波長の光だけであるので、レーザ光の波長は一定になる。

半導体基板中にモノリシックに形成されるＤＢＲレーザは、活性層の導波路の延長上に回折格子が形成されるために、活性層で発生した熱が直接的に回折格子部分に伝熱することや、電流注入された電子が回折格子部分にも注入されることによって屈折率変動が大きくなり、温度変動により波長が変動したりパワーが変動するといった問題がおこる。このため、ペルチェ素子などにより温度制御するのが一般的である。

また、この応用として、回折格子を、半導体とは異なる部品とし、外部で共振器を形成する、外部共振器型半導体レーザが開発されている。このタイプのレーザは、波長安定性、温度安定性、制御性がよいレーザとなる。外部共振器は、ファイバ・ブラッグ・グレーティング（FBG）や、ボリューム・ホログラム・グレーティング（VHG）がある。

本出願人は、特許文献１（ＷＯ ２０１４−１９６５５３）および特許文献２（特許第５６４１６３１）において、温度変化に伴うモードホップを抑制するような外部共振器型発光装置の構造を提案した。

また、特許文献３記載のように、グレーティング素子中に複数個のブラッググレーティングを設けることによって、広い温度範囲で使用可能とすることが考えられる。この場合、一般的にグレーティング素子の長さが１ｍｍ以上であり、反射率の波長幅（半値全幅ＦＷＨＭ）が１ｎｍ以下で設定される。これによって、モードホップを抑制した波長安定性が高い外部共振器型レーザが実現できるとされている。

特許文献４は、半導体レーザ光を発振する光源、および複数の周期の異なるブラッググレーティングを備える外部共振器型発光装置が開示されている。ブラッググレーティングの反射特性は、各々が独立しており、互いに交差することはなく、連続した広い波長の反射特性を有しない。また、本装置では光源側にグレーティングと位相調整領域が形成されており、この位相調整領域の作用によって波長可変させ、温度が変化しても優れた波長安定性を実現するという思想である。

特許文献６は、複数のブラッググレーティングを備えており、各ブラッググレーティングについて、その反射率が光源の出射端の反射率よりも大きい波長領域があり、隣り合う中心波長を有する反射率の波長領域を連続させることを特徴としている。この場合、ブラッググレーティングの反射率が光源の出射端の反射率よりも大きい波長領域においては、そのブラッググレーティングを用いた発振が可能である。そして、環境温度が変化したときには、光源から発振するレーザ光の波長がシフトしたとしても、中心波長が隣りのブラッググレーティングが機能し、発振可能となる。この結果、装置全体としての温度安定性が著しく改善することを見いだした。

また特許文献７は、複数の周期（ピッチ）の異なるブラッググレーティングの反射率を合成した合成反射率が光源の出射端の反射率よりも大きく、合成反射率が合成反射率の最大値Ｒｍａｘの５０％Ｒ５０以上となる波長領域△λ５０を連続かつ広域にわたって設けることによって、温度安定性がよくなることを見出した。

古河電工時報 平成12年1月 第105号 p24-29 Handbook of Semiconductor Lasersand Photonic Integrated Circuit, pp.363-374, 1994, dited by Y,Suematsuand A.R.Adams M.Asada,etal, "Gain and intervalence band absorption inquantum-well lasers", IEEE J. Quantumn Electron, QE-2(7), p.745-753, 1984. Y.Suematsu, A.R.Adams, "Handbook of semiconductor lasers andphotonic integrated circuits", Ohmsha Ltd.,p.153-156, 1994.

ＷＯ ２０１４−１９６５５３ 特許第５６４１６３１ 特開２００２―００６１４８ 特願２０１４−１２２６２０ ＵＳ２００３／０１０８０８１Ａ１ ＷＯ ２０１５−１９０５６９ ＷＯ ２０１５−１９０５７０

しかし、実際には、外部共振器型発光装置全体の温度安定性を向上させることには限界があり、ペルチェ素子などの温度調節機構が必要なことが多い。特に、通常よりも幅広い温度変化に対しては、従来の外部共振器型発光装置によって対応することは難しい。このため、レーザ光源の温度変化に対する光パワーの安定性を一層改善することが望まれる。

本発明の課題は、グレーティング素子を利用した外部共振器型の発光装置において、温度変化に対する安定性を改善する構造を提供することであり、かつレーザ光のパワーを安定化することである。

本発明は、半導体レーザ光を発振する光源、およびこの光源と外部共振器を構成するグレーティング素子を備える外部共振器型発光装置であって、
光源が、半導体レーザ光を発振する活性層を備えており、
グレーティング素子が、半導体レーザ光が入射する入射面と所望波長の出射光を出射する出射部を有する光導波路、およびこの光導波路内に形成された三個以上の周期の異なるブラッググレーティングを備えており、
複数のブラッググレーティングの合成反射率の波長依存性を示すグラフにおいて前記合成反射率が二個以上のピークを有しており、前記ピークの反射率の中で最も長波長のピークの反射率が最も高く、前記各ピークの反射率が各ピークに対して短波長側に隣接するピークの反射率以上であることを特徴とする。

本発明者は、特許文献６、７記載のように、複数の周期（ピッチ）の異なるブラッググレーティングの反射率を合成した合成反射率が光源の出射端の反射率よりも大きく、合成反射率が合成反射率の最大値Ｒ_ｍａｘの５０％Ｒ_５０以上となる波長領域△λ_５０を連続かつ広域にわたって設けることによって、温度安定性が良くなることに着目した。しかし、これでも、大きな温度変化に対しては未だ限界があった。

本発明者は、こうした外部共振器型発光装置の動作について種々検討した結果、次の知見を得た。

まず、ブラッググレーティングが一つ設けられた例について述べる。図５に示すように、温度Ｔ１において光源レーザのゲインと、グレーティング反射カーブ内で共振器の位相条件を満足する縦モードの積として最も大きいゲインを得る波長で、レーザ発振がおこる。

ここで、Ｔ１から温度が上昇する場合、レーザのゲインピーク値は、０．２ｎｍ／℃から０．４ｎｍ／℃の温度係数を有する。一方、グレーティング反射率の中心波長の温度係数はこれよりも小さく、温度係数が零の場合もある。また、非特許文献３や４に示すように、半導体レーザは、温度上昇によりゲインの最大値が低下し、かつ発振しきい値電流が上昇することがわかっている。このため、半導体レーザを電流一定駆動させた場合には、環境温度が変動した場合に光出力が変動することを示唆している。

このことから、温度Ｔ２においてはレーザのゲインカーブとグレーティング反射率のピーク値がズレてしまい、レーザ発振のしきい値以上のゲインは得られるものの、発振したレーザ光のパワーは小さくなる。

さらに、温度Ｔ３においては、レーザのゲインカーブのピーク値とグレーティング反射率のピーク値との差が大きくなり、しきい値以上のゲインが得られず、レーザ発振しない。

図６には、例えば三個のブラッググレーティングを素子内に設けた場合について述べる。グレーティング反射率の温度特性のグラフとしては、三個のブラッググレーティングの合成反射率を示す。このグラフには、三個のピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３が含まれており、各ピークは互いに連続している。

この場合、素子の温度がＴ１からＴ３に上昇するときには、図５の場合と同様に、レーザゲインが長波長側にシフトし、ゲインが低下してしまう。しかし、合成反射率のグラフの半値幅Δλ（反射率Ｒ５０以上となる波長範囲）が温度Ｔ１からＴ３の範囲で半導体レーザのゲインピークの波長をカバーし、発振しきい値を超えることができるので、この範囲においてはレーザ発振が可能となる。

しかし、温度が上昇すると、半導体レーザのゲイン低下とともにレーザ光のパワーが低下する。このため、レーザ光パワー安定化を図るには、ゲイン低下を補償するだけ、レーザの駆動電流を大きくする必要がある。しかし、駆動電流には、レーザ光源の構造に由来する限界の最大値がある。これを超えるとレーザ光源が破損するために、パワー安定化できる温度領域は限られてしまう。

これに対して、ブラッググレーティングの合成反射率が二個以上のピークを有している場合に、最も長波長のピークの反射率を最も高くすると共に、各ピークの反射率を各ピークに対して短波長側に隣接するピークの反射率以上とすることを想到した。これによって、温度上昇が起こってレーザ光源のゲインが低下しても、ブラッググレーティングからの反射光による帰還光が増加することにより、しきい値電流の増大を抑制でき、広い温度範囲においてレーザ駆動電流制御範囲内で、装置全体としての温度安定性が著しく改善することを見いだした。

すなわち、図７に示すように、グレーティングの合成反射率のピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３が連続しているとき、ピークＰ３の反射率ＲＧ３がピークＰ１の反射率ＲＧ１より大きくなるようにする。また、ピークＰ３の反射率ＲＧ３がピークＰ２の反射率ＲＧ２以上となるようにし、ピークＰ２の反射率ＲＧ２がピークＰ１の反射率ＲＧ１以上となるようにする。また、各ピークはＲ_５０以上で連続している。この場合、温度がＴ１からＴ２やＴ３まで高くなると、レーザの波長が長波長にシフトし、ゲインが小さくなる。しかし、長波長側にいくほど合成反射率のピーク値は大きくなっていくので、駆動電流を大きくしなくとも、レーザ光のパワー変動が小さくなる。パワー安定化のために駆動電流を大きくすることが必要な場合であっても、駆動電流がしきい値を超えることを防止できる。

グレーティング素子の模式図である。 図１のグレーティング素子を用いた外部共振器型発光装置の模式図である。 他の実施形態に係る外部共振器型発光装置の模式図である。 参考例の外部共振器型発光装置を示す模式図である。 比較例の概念を説明するための波長特性図である。 比較例の概念を説明するための波長特性図である。 本発明の概念を説明するための波長特性図である。 本発明の概念を説明するための波長特性図であり、各グレーティング素子の反射率と合成反射率を示す。 図８の合成反射率とレーザゲインとの関係を示す波長特性図である。 実施例での合成反射率の波長依存性を示すグラフである。 他の実施例での合成反射率の波長依存性を示すグラフである。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、リッジ型光導波路を有するグレーティング素子の横断面を示す模式図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、横断面が台形の光導波路を有するグレーティング素子の横断面を示す模式図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ、横断面が台形の光導波路を有するグレーティング素子の横断面を示す模式図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明のグレーティング素子の平面形態を示す模式図である。 グレーティング素子を模式的に示す斜視図である。

図１は、本発明で適用可能なグレーティング素子２Ｂを示す模式図であり、図２は、グレーティング素子２Ｂを用いた外部共振器型発光装置を示す。
図２の外部共振器型発光装置は、半導体レーザ光を発振する光源１とグレーティング素子２Ｂとを備えている。光源１とグレーティング素子２Ｂとは、図示しない共通基板上にマウントしてもよい。

光源１は、半導体レーザ光を発振する活性層３を備えている。本実施形態では、活性層３は基体４に設けられている。活性層３の外側端面３ａには反射膜５Ａが設けられており、活性層３のグレーティング素子側の端面３ｂには無反射膜５Ｂが形成されている。Ｌａは活性層の光軸方向の長さである。

グレーティング素子２Ｂでは、支持基板６上に、半導体レーザ光が入射する入射面７ａと所望波長の出射光を出射する出射面７ｂを有する光導波路７が設けられている。光導波路７内には、複数のブラッググレーティングＧ１、Ｇ２、Ｇ３が形成されている。本例ではブラッググレーティングの個数は三個であるが、四個以上であってもよい。本例では、ブラッググレーティングの間には、それぞれ、回折格子のない中間伝搬部がなく、隣接するブラッググレーティングが連続している。

光導波路７の入射面７ａとブラッググレーティングＧ１との間には、回折格子のない入射側伝搬部８が設けられており、入射側伝搬部８が活性層３と間隙１１を介して対向している。５Ｃは、光導波路７の入射面側に設けられた無反射膜である。光導波路７の出射面７ｂとブラッググレーティングＧ４との間には、回折格子のない出射側伝搬部９が設けられている。５Ｄは、光導波路７の出射面側に設けられた無反射膜である。

図３の発光装置は、図２の発光装置とほぼ同様のものである。ただし、図３のグレーティング素子２においては、光導波路７の入射側伝搬部８と出射側伝搬部９との間に、四つのブラッググレーティングＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４が設けられている。隣り合うブラッググレーティングＧ１とＧ２との間、Ｇ２とＧ３との間、Ｇ３とＧ４との間に、それぞれ、回折格子のない中間伝搬部１０が設けられている。

図４は、対照例の発光装置を示す模式図である。本装置のグレーティング素子では、光導波路７の入射側伝搬部８と出射側伝搬部９との間に一体のブラッググレーティングＲＧが設けられている。
なお、前記の例では光導波路の出射部を出射面としたが、光導波路の出射部を他のデバイスに直接連結しても良い。

本発明においては、周期が互いに異なる三個以上のブラッググレーティングをグレーティング素子中に設ける。しかし、これらの三個のブラッググレーティングのうちの一つと周期が同一のブラッググレーティングを、更に一つまたは複数設けることも可能である。

ここで、本発明においては、例えば図７に示すような、複数のブラッググレーティングの合成反射率の波長依存性を示すグラフにおいて、合成反射率が複数のピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３を有している。そして、複数のピークのうち最も長波長のピークＰ３の反射率ＲＧ３が最も短波長のピークＰ１の反射率ＲＧ１よりも高い。これに加えて、各ピークの反射率が、各ピークに対して短波長側に隣接するピークの反射率以上である。すなわち、本例では、ピークＰ３の反射率ＲＧ３が、ピークＰ３に対して短波長側に隣接するピークＰ２の反射率ＲＧ２以上であり、ピークＰ２の反射率ＲＧ２が、ピークＰ２に対して短波長側に隣接するピークＰ１の反射率ＲＧ１以上である。
最も反射率の高いピークＰ３よりも長波長側にピークがあった場合においても、反射率がＲ_５０以下の場合にはそのピークに起因したレーザー発振は起らないので本願の発明に関わる構造とすることができる。

本発明では、複数のピークのうち最も長波長のピークの反射率が最も短波長のピークの反射率よりも高いが、この差は５％以上が好ましく、８％以上が更に好ましい。また、この差は、２０％以下が好ましい。

また、本発明においては、各ピークの反射率が、各ピークに対して短波長側に隣接するピークの反射率と等しくとも良い。あるいは、各ピークの反射率が、各ピークに対して短波長側に隣接するピークの反射率よりも高くとも良い。この場合には、各ピークの反射率と、各ピークに対して短波長側に隣接するピークの反射率との差は１％以上が好ましく、３％以上が更に好ましい。

本発明にしたがって、合成反射率の各ピークの高さを調整する方法としては以下があげられる。
（１） 第一の方法では、最も短周期（反射ピークが短波長）のブラッググレーティングの周期と二番目に周期の短い（反射ピークが波長の短い）ブラッググレーティングの周期との周期差を、最も長周期（反射ピークが長波長）のブラッググレーティングの周期と二番目に周期の長い（反射ピークが波長の長い）ブラッググレーティングの周期との周期差よりも大きくする。また、周期が隣り合うブラッググレーティングの周期差については、周期差をゼロにするか、あるいは、周期が長くなるにつれて周期差が大きくなるようにする。

（２） 第二の方法では、最も長周期（反射ピークが長波長）のブラッググレーティングが、最も短周期（反射ピークが短波長）のブラッググレーティングよりも長くなるように設計する。好適な実施形態においては、ブラッググレーティングの周期が長くなる（反射ピークの波長が長くなる）のにつれて、ブラッググレーティングが長くなるように設計する。この際、好ましくは、隣接するブラッググレーティングの周期差は一定になるようにすることができる。

さらには、第一の方法と第二の方法を組み合わせて調整することも可能である。

以下、本発明の外部共振器型発光装置の動作について更に述べる。
図９の上段には、半導体レーザ光のゲイン（利得）の波長に対する依存性を示し、図９の下段には、三つのブラッググレーティングＧ１、Ｇ２、Ｇ３の合成反射率の波長特性例を示す。

本発明においては、複数のブラッググレーティングの周期（ピッチ）が互いに異なっており、合成反射率の波長特性がブラッググレーティングごとに異なる。例えば、図８に示す例では、三つのブラッググレーティングＧ１、Ｇ２、Ｇ３の各反射率の波長特性はそれぞれ異なっている。

そして、図９に示すように，レーザの発振閾値をｇ_ｔｈとし、ゲインの半値幅をΔλ_ＬＤｇとする。一方、各ブラッググレーティングＧ１、Ｇ２、Ｇ３の反射率の中心波長をλ_Ｇ１、λ_Ｇ２、λ_Ｇ３とし（図８）、各ブラッググレーティングの反射率の半値全幅をΔλ_Ｇ１、Δλ_Ｇ２、Δλ_Ｇ３、とする。また、光源の出射端における反射率をＲ_２とする。

また、三つのブラッググレーティングの合成反射率の最大値をＲ_ｍａｘとし、その５０％となる反射率をＲ_５０とする。また、反射率がＲ_５０以上となる波長領域の波長全幅をＷ_５０とし、その中心波長をλ_ＧＣとする。
Ｗ_５０は、反射率Ｒ_５０以上となる波長領域が連続していることが好ましいが、反射率がＲ_５０以上となる波長領域が連続していなくてもかまわない。反射率がＲ_５０以上となる波長領域が連続していない場合には、連続していない波長間でモードホップが起きてしまうが、その波長差が７ｎｍ以下であればシングルモード発振を維持でき、パワー変動も小さくできる。

ここで、複数のブラッググレーティングの合成反射率が光源の出射端の反射率Ｒ_２より大きい波長領域が存在している。各ブラッググレーティングＧ１、Ｇ２、Ｇ３は、合成された反射特性を得るための要素である。各ブラッググレーティングの個別の反射率は、光源の出射端の反射率Ｒ_２より大きい波長領域があってもよく、なくてもよい。

なお、本例では、各ブラッググレーティングの隣り合う波長領域Δλ_Ｇ１、Δλ_Ｇ２、とΔλ_Ｇ３が一部分で重複していると言える。
これを言い換えると、各ブラッググレーティングの反射率のグラフが、各々のΔλ_Ｇ１、Δλ_Ｇ２、Δλ_Ｇ３となる反射率以上で交差している。

レーザ光の発振波長は、グレーティングにより反射される波長で決定される。グレーティングによる反射光がレーザのゲイン閾値を上回れば発振条件を満足し、活性層のグレーティング素子側の端面からの反射光よりもゲインを大きくすることにより優先的にレーザ発振を維持することができる。これにより波長安定性の高いレーザ光を得ることができる。

このためには、グレーティングからの帰還量を大きくすればよく、この観点からグレーティングの反射率は活性層の端面における反射率よりも大きくする。これによりもともとの半導体レーザの共振器で得られるゲインよりもグレーティングによる共振器で得られるゲインの方が大きくなり、グレーティングによる共振器で安定なレーザ発振が可能となる。

この結果、光源のゲインピーク波長が温度変化に応じてシフトしたときに、複数のブラッググレーティングの合成反射率の波長領域△λ_５０において発振が確保される。この結果、温度変化に対してレーザ発振する波長が変化してもその波長で安定し、同時にパワー安定性を著しく高めることができる。

ここで、本実施形態では、図８に示すように、ブラッググレーティングＧ３の中心波長λＧ３とブラッググレーティングＧ２の中心波長λＧ２との差を、ブラッググレーティングＧ２の中心波長λＧ２とブラッググレーティングＧ１の中心波長λＧ１との差よりも小さくしている。これによって、合成反射率には三つのピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３が生じている。

すなわち、図７、図９に示すように、グレーティングの合成反射率のピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３が連続しているとき、ピークＰ３の反射率ＲＧ３がピークＰ１の反射率ＲＧ１より大きくなるようにし、またピークＰ３の反射率ＲＧ３がピークＰ２の反射率ＲＧ２以上となるようにし、ピークＰ２の反射率ＲＧ２がピークＰ１の反射率ＲＧ１以上となるようにする。また、各ピークはＲ_５０以上で連続している。この場合、温度がＴ１からＴ２やＴ３まで高くなると、レーザの波長が長波長にシフトし、ゲインが小さくなる。しかし、長波長側にいくほど合成反射率のピーク値は大きくなっていくので、駆動電流を大きくしなくとも、レーザ光のパワー変動が小さくなる。パワー安定化のために駆動電流を大きくすることが必要な場合であっても、駆動電流がしきい値を超えることを防止できる。

本実施形態では、Ｒ_５０が、光源の出力端の反射率Ｒ_２よりも大きい。この観点からは、Ｒ_５０／Ｒ_２は、１．０１以上が好ましく、１．０５以上が更に好ましい。Ｒ_５０／Ｒ_２は、さらに、波長安定性、パワー安定性を高めるという観点で１．２以上が好ましい。

好適な実施形態においては、合成されたブラッググレーティングの反射特性において、前記Ｒ_５０が光源の出射端の反射率Ｒ_２以上で連続する波長領域が存在する。この際、この連続する波長領域の波長上限と下限との差は、１０ｎｍ以上あることが好ましく、１２ｎｍ以上であることが更に好ましい。

また、前記合成反射率が前記半値反射率Ｒ_５０以上となる波長領域Δλ_５０が連続して１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下で設けられていることが好ましい。これは１２μｍ以上連続していることが更に好ましく、また、２５ｎｍ以下連続していることが好ましい。
半値反射率Ｒ_５０は３％以上とし、これによって安定な発振が可能となる。半値反射率Ｒ_５０は５％以上が好ましく、７％以上が更に好ましい。半値反射率Ｒ_５０の上限は特にないが、６０％以下であってもよい。

△λ_５０を前記の数値範囲とするために、各ブラッググレーティングの反射率の最大値の５０％となる波長領域の波長幅（半値全幅）は、５ｎｍ以上が好ましく、さらに１０ｎｍ以上が一層好ましい。一方、この上限値は３０ｎｍ以下が好ましく、さらに２５ｎｍ以下が一層好ましい。

レーザ発振の波長安定性、およびパワー安定性の温度許容幅を広げるという観点からは、複数のブラッググレーティングの合成反射率の半値全幅Ｗ_５０を大きくすることが好ましい。

外部共振器モードでレーザ発振するのに必要なグレーティングの反射率の最小値Ｒ_Ｇｍｉｎは、半導体レーザとグレーティングにより形成される外部共振器のゲイン閾値を満足するために必要な最低の反射率である。半導体レーザのみの場合と比較して、半導体レーザとグレーティグ素子の結合効率やグレーティング素子部等の損失がゲインを小さくする要因となる。このため外部共振器モードでレーザ発振するための最低の反射率Ｒ_Ｇｍｉｎは、半導体レーザの出射端の反射率Ｒ_２よりも大きい。ただし、結合効率が１００％、損失がない場合にはＲ_Ｇｍｉｎ＝Ｒ_２となる。したがって、Ｒ_５０はＲ_Ｇｍｉｎ以上であることが好ましい。

半値全幅Ｗ_５０は、半導体レーザ光源のゲインカーブに対応して決めることができる。

半値全幅Ｗ_５０を所望の数値にするためには、各ブラッググレーティングの反射中心波長の間隔は重要なパラメータである。すなわち、好適な実施形態においては、となり合う反射中心波長の間隔は、以下のようにすることが好ましい。

４ｎｍ ≦λ_{Ｇ（ｎ＋１）}−λ_Ｇ（ｎ）≦２０ｎｍ
（ただし、λ_{Ｇ（ｎ＋１）}−λ_Ｇ（ｎ）は、λ_Ｇ（ｎ）−λ_{Ｇ（ｎ−１）}以上になっている。
また、（λ_{Ｇ（ｎ＋１）}−λ_Ｇ（ｎ））は、波長軸で隣接するグレーティングの中心波長の間隔である。

ブラッググレーティングの周期（ピッチ）の間隔△Λ{（ｎ＋１）−ｎ}は以下のように表すことができる。

△Λ{（ｎ＋１）−ｎ}＝１／２ｎ_ｅｆｆ×{λ_{Ｇ（ｎ＋１）}−λ_Ｇ（ｎ）}

ここで、ｎ_ｅｆｆは等価屈折率（実効屈折率）である。

ｎ_ｅｆｆが２であるときには、△Λ{（ｎ＋１）−ｎ}は以下のようにすることが好ましい。
１ｎｍ ≦ △Λ{（ｎ＋１）−ｎ} ≦ ５ｎｍ
（ただし、△Λ{（ｎ＋１）−ｎ}は、ピッチΛが大きくなるにつれて大きくすることができる。）

このように、複数の周期（ピッチ）の異なるブラッググレーティングでは、構成する各ブラッググレーティングの半値全幅の和Σ（△λ_Ｇ（ｎ））は、合成反射率の半値全幅Ｗ_５０より大きくなる。レーザ発振の温度安定性、パワー安定性の観点では、以下の条件であることが好ましい。

Ｗ_５０≦ ０．７×Σ（△λ_Ｇ（ｎ））

複数のブラッググレーティングの個数ｎは３以上となる。上限について特に制限はないが、ｎが大きいと、ブラッググレーティングの長さが長くなり、外部共振器の共振器長が長くなるために、１０以下が好ましい。
各ブラッググレーティングの長さは１μｍ以上であることが好ましく、異なる周期のグレーティングの後に同じ周期のグレーティングを配置してもよい。

合成されたブラッググレーティングの反射特性は、パワー安定性の観点でピークの平坦性は高いことが好ましい。このために反射率の最大値Ｒ_ｍａｘに対して７０％以上となる波長領域△λ_７０を広くすることがよい。この波長領域△λ_７０の幅は１０ｎｍ以上であることが好ましい。この波長領域が大きすぎると波長変動の大きなモードホップがおきパワー変動が大きくなるので、△λ_７０は２５ｎｍ以下とすることが好ましい。
△λ_７０は、最大値Ｒ_ｍａｘに対して７０％以上が連続していなくてもよい。

複数のグレーティングの配置は特に限定はされないが、例えば、光源の入力側に周期の短いグレーティングを配置し、順次長い周期のグレーティングを配置することができる。これにより、温度変化に対応し外部共振器長が徐々に増加、減少するので、モードホップを抑制することができる。

さらに、各ブラッググレーティングの反射率、△λ_Ｇ（ｎ）は、同じであってもよく、異なっていてもよい。このためグレーティングの長さは各々異なっていてよく、合成したグレーティングが上記の条件を満足できればどのような構造であってよい。

以下、本発明の作用について更に補足する。
たとえばGaAs半導体レーザの温度特性は０．３ｎｍ/℃であり、１０℃温度が上昇すると３ｎｍ長波長側に発振波長がシフトする。△λ_ＬＤｇは、半導体レーザによって異なるが一般的に４ｎｍから１０ｎｍ程度の範囲である。

温度動作範囲は、Ｔ_minおよびＴ_maxにおける半導体レーザのゲインの中心波長の差を温度特性で割ることにより求めることができる。この波長差は、波長領域△λ_５０とこの波長領域の短波長側、および長波長側にそれぞれ△λ_low、および△λ_highを加えたものになる。この場合、温度動作範囲は、グレーティング素子の反射波長の温度シフトが０ｎｍ/℃の場合に、△Ｔ＝ {△λ_５０＋△λ_low＋△λ_high}／０．３ｎｍ/℃となる。通常のレーザの場合、△λ_low、△λ_highは、２ｎｍから３ｎｍの数値の範囲である（図７参照）。

たとえば、図１に示すように３個のグレーティングＧ１、Ｇ２、Ｇ３を直列に接続したものとする。この場合には、Ｗ_５０はそれぞれ２１ｎｍであり、動作温度範囲は約８３℃から約９３℃となる。

さらに、グレーティング素子の反射波長の温度シフトが０．１ｎｍ/℃の場合には、△Ｔ＝{△λ_５０＋△λlow＋△λhigh}／（０．３−０．１）ｎｍ/℃となり、図７、図８のときには、動作温度範囲は、１２５℃から１４０℃となる。

好適な実施形態として、４個のグレーティングを間隔なしで形成したグレーティング素子の例を示す。各ブラッググレーティングＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の周期は、それぞれ１９０ｎｍ、１９１ｎｍ、１９２ｎｍ、１９３とする。

これらのブラッググレーティングの合成反射率は、波長７８４．７ｎｍで３０％、波長７８７．５ｎｍで３６％、波長７９０．４ｎｍで３７％、波長７９３．４ｎｍで３７．４％、Ｒ_５０は約１８％、半値全幅△λ_５０は約１６ｎｍである。また、Ｒ_７０は約２５％であり、△λ_７０は約１２ｎｍである。

次に、ブラッググレーティング４個を間隔なしで形成したグレーティング素子の例をに示す。各グレーティングＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の周期を１９０ｎｍ、１９１ｎｍ、１９２ｎｍ、１９２．４ｎｍとした。この場合の合成反射率は、波長７８７ｎｍで２８％、波長７９３．４ｎｍで４５％、Ｒ_５０は２２．５％、半値全幅△λ_５０は約９．５ｎｍである。
このときの合成反射率のグラフを図１１に示す。

次に、合成反射率の定義および求め方について述べる。
合成反射率は、複数のグレーティングの反射特性を合成したものを現す。グレーティングにより回折する光の反射特性は、グレーティングの構造（深さ、周期、形状、長さ）やこれを形成する材料の屈折率によって決められる。例えば、非特許文献２に示すように数値計算にて求めることができる。また、Coupled-Mode Theoryを利用した電磁界シミュレーションにより計算することができる。
これらによると、グレーティングの反射率は複素数によって表され、複数のグレーティングの場合は、それぞれの位置によって合成される反射特性が変わることになる。つまり、グレーティングの間隔を変えることによって反射特性が変わることになる。

好適な実施形態においては、光導波路７はリッジ型光導波路であり、光学材料層に設けられている。この場合、光導波路７は、ブラッググレーティングと同一面に形成されていてもよく、相対する面に形成されていてもよい。

低反射層５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの反射率は、グレーティング反射率よりも小さい値であればよく、さらに０．１％以下が好ましい。しかし、端面における反射率がグレーティング反射率よりも小さい値であれば、低反射層はなくてもよく、反射膜であってもよい。活性層のグレーティング素子側の端面に低反射層を設けず、その代わりに反射膜を形成すると、通常の半導体レーザの形態になる。この場合は、光源が単独でレーザ発振できるものとなる。

好適な実施形態においては、図１２（ａ）に示すように、基板６上に下側バッファ層１３を介して光学材料層３０が形成されている。光学材料層３０には例えば一対のリッジ溝１６が形成されており、リッジ溝の間にリッジ型の光導波路１５が形成されている。この場合、ブラッググレーティングは平坦面上に形成していてもよく、リッジ溝面に形成していてもよい。１７は薄肉部であり、１８は延在部である。なお、バッファ層１３と支持基板６との間に接着層を設けることもできる。

図１２（ｂ）に示す素子では、光学材料層３０上に更に上側バッファ層１４が形成されている。

また、図１２（ｃ）に示すように、基板６上に下側バッファ層１３を介して光学材料層３０が形成されている。光学材料層３０には例えば一対のリッジ溝１６が形成されており、リッジ溝の間にリッジ型の光導波路１５が形成されている。本例ではリッジ溝がバッファ層１３側に設けられている。この場合、ブラッググレーティングは平坦面側に形成していてもよく、リッジ溝面に形成していてもよい。１７は薄肉部であり、１８は延在部である。なお、バッファ層１３と支持基板６との間に接着層を設けることもできる。

好適な実施形態においては、光導波路が、光学材料からなるコアからなり、コアの周りをクラッドが包囲している。このコアの横断面（光の伝搬方向と垂直な方向の断面）形状は凸図形となるようにする。

凸図形とは、コアの横断面の外側輪郭線の任意の二点を結ぶ線分が、コアの横断面の外側輪郭線の内側に位置することを意味する。凸図形は、一般的な幾何学用語である。このような図形としては、三角形、四角形、六角形、八角形などの多角形、円形、楕円形などを例示できる。四角形としては、特に、上辺と下辺と一対の側面を有する四角形が好ましく、台形が特に好ましい。

たとえば図１３（ａ）に示すように、基板６上に下側バッファ層１３を介して、光学材料よりなるコアからなる光導波路２１が形成されている。この光導波路２１の下側には、クラッドとして機能する下側バッファ層１３が存在している。光導波路１１の側面および上面には上側バッファ層が設けられていない。このため、光導波路２１の側面および上面は雰囲気に露出しており、雰囲気がクラッドとして機能する。光導波路２１の横断面形状は台形であり、上面２１ａが下面２１ｂよりも狭い。なお、バッファ層１３と支持基板６との間に接着層を形成することもできる。

図１３（ｂ）に示す素子では、基板６上にバッファ層２２内が設けられており、バッファ層２２内に、光学材料よりなるコアからなる光導波路２１が埋設されている。バッファ層２２は、光導波路の上面を被覆する上面被覆部２２ｂ、光導波路の側面を被覆する側面被覆部２２ｃおよび光導波路の底面を被覆する底面被覆部２２ａを有する。

図１３（ｃ）に示す素子では、基板６上にバッファ層２２内か設けられており、バッファ層２２内に、光学材料よりなるコアからなる光導波路２１Ａが埋設されている。バッファ層２２は、光導波路の上面を被覆する上面被覆部２２ｂ、光導波路の側面を被覆する側面被覆部２２ｃおよび光導波路の底面を被覆する底面被覆図２２ａを有する。

また、図１４（ａ）に示す素子では、基板６上に下側バッファ層１３を介して、光学材料よりなるコアからなる光導波路２１が形成されている。光導波路２１の側面および上面２１ａには、やはりクラッドとして機能する上側バッファ層２３が形成され、光導波路２１を被覆している。上側バッファ層２３は、光導波路１１の側面を被覆する側面被覆部２３ｂおよび上面を被覆する上面被覆部２３ａを有する。

また、図１４（ｂ）に示す素子では、光学材料よりなるコアからなる光導波路２１Ａが形成されている。光導波路２１Ａの横断面形状は台形であり、下面が上面よりも狭い。上側クラッド層２３は、光導波路１１の側面を被覆する側面被覆部２３ｂおよび上面を被覆する上面被覆部２３ａを有する。

なお、光導波路の幅Ｗは、横断面において光導波路の幅の最小値を意味する。光導波路の形状が上面が狭い台形の場合には、光導波路の幅Ｗは上面の幅であり、光導波路の形状が下面が狭い台形の場合には、光導波路の幅Ｗは下面の幅である。なお、Ｗは、Ｗ_ｉｎ、Ｗ_ｏｕｔ、Ｗ_ｇｒを包含する概念である。

好適な実施形態においては、図３に示すように、光導波路７の入射面７ａとブラッググレーティングの開始点との間に、回折格子のない入射側伝搬部が設けられており、また、ブラッググレーティングの終点と出射面との間に、回折格子のない出射側伝搬部が設けられている。

好適な実施形態においては、たとえば図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、入射側伝搬部８は、入射面から連続する入射部８ａ、ブラッググレーティングにつながる狭幅部８ｃおよび光導波路幅が徐々に変化するテーパ部８ｂを有する。入射部８ａの幅Ｗｉｎは、狭幅部８ｃの幅Ｗｇｒよりも大きくする。

また、出射側伝搬部における光導波路幅Ｗ_ｏｕｔは、図１５（ａ）の例ではＷ_ｇｒと同じになっている。しかし、Ｗ_ｏｕｔは、Ｗ_ｇｒより大きくとも良く、小さくとも良い。図１５（ｂ）の例では、出射側伝搬部９が、ブラッググレーティングから連続する連結部９ａと、出射端部に向かうテーパ部９ｃとを有している。テーパ部９ｃにおける光導波路幅は、出射端部における光導波路幅Ｗ_ｏｕｔに向かって徐々に小さくなっている。

図１６の斜視図の例では、出射側伝搬部９が、ブラッググレーティングから連続する連結部９ａと、出射端部に連結する出射部９ｃと、連結部９ａと出射部９ｃとの間のテーパ部９ｂとを有している。テーパ部９ｂにおける光導波路幅は、出射端部における光導波路幅Ｗ_ｏｕｔに向かって徐々に小さくなっている。
なお、本例では、連結部９ａにおける光導波路の幅Ｗ_ｇｒが一定であり、出射部９ｃにおける光導波路の幅Ｗ_ｏｕｔも一定である。
なお、Ａはグレーティング素子への入射光であり、Ｂはグレーティング素子からの出射光であり、Ｃはグレーティング反射光である。

モードホップを抑制し、装置の温度安定性を確保するためには、共振器長を短くしてモードホップ間隔を大きくする必要がある。この観点から、半導体レーザの外側反射端から複数ブラッググレーティングの出射側終点までの長さＬ（図２、図３参照）は、１ｍｍ以下が好ましい、さらに、モードホップを抑制するために外部共振器の縦モード間隔を大きくするという観点では、Ｌは７００μｍ以下が好ましく、５００μｍ以下が最も好ましい。

上記の関係を満足するために、ブラッググレーティングの始点から終点までの長さＬ_ｂtotalは、５００μｍ以下が好ましく、３００μｍ以下が更に好ましく、１００μｍ以下が特に好ましい。また、レーザ発振するために必要な光の帰還率を得るためにはＬ_ｂtotalは、１０μｍ以上が好ましく、２０μｍ以上が更に好ましい。

共振器長を短くするという観点からは、各ブラッググレーティングの長さは、それぞれ２００μｍ以下であることが好ましい。また、グレーティングの長さが長くなるほど△λＧｎは小さくなるので、これを大きくするためには各ブラッググレーティングの長さは１００μｍ以下が好ましい。また、レーザ発振するために必要な光の帰還率を得るためには△λＧｎは、１０μｍ以上が好ましい。

グレーティング素子の長さを短くし、かつ反射率を半導体レーザの出射端の反射率よりも大きくするには、グレーティングを形成する光導波路部の屈折率ｎ_bとクラッド部ｎ_ｃの屈折率差を大きくすることが好ましく、ｎ_bは１．７以上が好ましく、１．８以上が更に好ましい。

また、グレーティング反射率を半導体レーザの出射端面よりも大きくするには、グレーティング深さｔ_d（図１６参照）は、２０ｎｍ以上が好ましい。また、グレーティング深さｔ_dは、グレーティング長を短くするという観点で６００ｎｍ以下が好ましく、４５０ｎｍ以下が更に好ましい。

光導波路の高さ（厚さ）Ｔ_ｓ（図１２〜図１４参照）は、半導体レーザの結合効率の向上という観点からは、０．５μｍ以上、３．０μｍ以下であることが好ましい。

ブラッググレーティングにおける光導波路の幅Ｗ_ｇｒ（図１５参照）は、シングルモード導波路という観点からは、０．５μｍ以上、４μｍ以下が好ましい。

好適な実施形態においては、光源の出射面と光導波路の入射部との距離Ｌ_ｇ（図２、図３）は、０でも良いが、各素子の温度変化による熱膨張による応力を緩和するという観点で1μｍ以上、１０μｍ以下とする。これによって安定した発振が可能となる。また、入射側伝搬部の長さＬ_ｍは０でも良いが、１〜１００μｍが好ましく、５〜２０μｍが更に好ましい。

光源の活性層の長さＬ_ａは、５００μｍ以下である事が好ましい。
また、Ｌ_ａ＋Ｌ_ｇ＋Ｌ_ｍ＋Ｌ_ｂtotalは、１０５０μｍ以下が好ましく、８００μｍ以下が更に好ましい。また、Ｌ_ａ＋Ｌ_ｇ＋Ｌ_ｍ＋Ｌ_ｂtotalは、１５０μｍ以上が好ましい。

光源としては、高い信頼性を有するＧａＡｓ系やＩｎＰ系材料によるレーザが好適である。本願構造の応用として、例えば、非線形光学素子を利用して第２高調波である緑色レーザを発振させる場合は、波長１０６４ｎｍ付近で発振するＧａＡｓ系のレーザを用いることになる。ＧａＡｓ系やＩｎＰ系のレーザは信頼性が高いため、一次元状に配列したレーザレイ等の光源も実現可能である。スーパールミネッセンスダイオードや半導体光アンプ（ＳＯＡ）であってもよい。また、活性層の材質や波長も適宜選択できる。

なお、半導体レーザとグレーティング素子との組み合わせでパワー安定化を行う方法は、下記に開示されている。
（非特許文献３： 古河電工時報 平成12年1月 第105号 p24-29）

光導波路は、例えば外周刃による切削加工やレーザブレーション加工することによって物理的に加工し、成形することによって得られる。

ブラッググレーティングは以下のようにして物理的、あるいは化学的なエッチングにより形成することができる。
具体例として、Ｎｉ、Ｔｉなどの金属膜を高屈折率基板に成膜し、フォトリソグラフィーにより周期的に窓を形成しエッチング用マスクを形成する。その後、反応性イオンエッチングなどのドライエッチング装置で周期的なグレーティング溝を形成する。最後に金属マスクを除去することにより形成できる。

光導波路中には、光導波路の耐光損傷性を更に向上させるために、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）及びインジウム（Ｉｎ）からなる群より選ばれる１種以上の金属元素を含有させてもよく、この場合、マグネシウムが特に好ましい。また結晶中には、ドープ成分として、希土類元素を含有させることができる。希土類元素としては、特にＮｄ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｐｒが好ましい。

接着層の材質は、無機接着剤であってよく、有機接着剤であってよく、無機接着剤と有機接着剤との組み合わせであってよい。

また、光学材料層３０は、支持基体上に薄膜形成法によって成膜して形成してもよい。こうした薄膜形成法としては、スパッタ、蒸着、ＣＶＤを例示できる。この場合には、光学材料層３０は支持基体に直接形成されており、上述した接着層は存在しない。

支持基板の具体的材質は特に限定されず，ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、石英ガラスなどのガラスや水晶、Siなどを例示することができる。

無反射層の反射率は、グレーティング反射率以下である必要があり、無反射層に成膜する膜材としては、二酸化珪素、五酸化タンタル、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウムなどの酸化物で積層した膜や、金属類も使用可能である。

また、光源素子、グレーティング素子の各端面は、それぞれ、端面反射を抑制するために斜めカットしていてもよい。また、グレーティング素子と支持基板の接合は、接着固定でもよく、直接接合でもよい。

（実施例１）
図３に示す外部共振器型レーザモジュールを作製した。グレーティング素子の断面構造は図１２（ｂ）の構造である。

具体的には、石英からなる支持基板６にスパッタ装置にて下側バッファ層１３になるＳｉＯ_２層を１μｍ成膜し、またその上にＴａ_２Ｏ_５を２μｍ成膜して光学材料層３０を形成した。次に、光学材料層上にＴｉを成膜して、ＥＢ描画装置によりグレーティングパターンを作製した。その後、Ｔｉパターンをマスクにしてフッ素系の反応性イオンエッチングにより、４つのブラッググレーティングＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４を形成した。ただし、図３とは異なり、各中間伝搬部１０の長さは０μｍである。グレーティングの溝深さｔ_ｄは２５０ｎｍとした。
Ｇ１：ピッチ間隔Λ１９０ｎｍ、長さＬ_ｂ ６μｍ
Ｇ２：ピッチ間隔Λ１９１ｎｍ、長さＬ_ｂ ６μｍ
Ｇ３：ピッチ間隔Λ１９２ｎｍ、長さＬ_ｂ ６μｍ
Ｇ４：ピッチ間隔Λ１９３ｎｍ、長さＬ_ｂ １６μｍ

さらに光導波路を形成するために、上記と同様な方法で反応性イオンエッチングし、幅Ｗ３μｍ、溝深さ１．６μｍのリッジ形状を形成した。最後に上側バッファ層１４となるＳｉＯ_２層を０．５μｍスパッタにて形成した。

その後、ダイシング装置にてバー状に切断し、両端面を光学研磨し、両端面を0.1％のＡＲコートを形成し、最後にチップ切断を行いグレーティング素子を作製した。素子サイズは幅１ｍｍ、長さＬ_ｗｇ５００μｍとした。

グレーティング素子の光学特性は、広帯域波長光源であるスーパ・ルミネッセンス・ダイオード（SLD）を使用して、グレーティング素子にTEモードの光を入力して出力光を光スペクトルアナライザで分析することにより、その透過特性から反射特性を評価した。
測定したグレーティング素子の最大反射率の波長は、７８３．２ｎｍであり、最大反射率Ｒ_ｍａｘは４０％であった。また、半値全幅Ｗ_５０は１７ｎｍ、△λ_７０は１３ｎｍであった。
この合成反射率のグラフを図１０に示す。

次に、このグレーティング素子を使用した外部共振器型レーザの特性評価のために、図３に示すようにレーザモジュールを実装した。光源素子としてＧａＡｓ系レーザ構造を有し、片端面には高反射膜、もう一方の出射端面の反射率は８％であった。
光源素子仕様：
中心波長： ７９０ｎｍ
出力 ２０ｍＷ
半値幅： ０．１ｎｍ
レーザ素子長 ３００μｍ
実装仕様：
Ｌ_ｇ： ０．５μｍ
Ｌ_ｍ： １０μｍ

モジュール実装後、ペルチェ素子を使用することなく電流制御（ＡＣＣ）で駆動したところ、温度１５℃にて中心波長７８４ｎｍでレーザ発振し、出力１３ｍＷが得られた。
次に動作温度範囲を評価するために恒温槽内にモジュールを設置し、レーザ発振波長の温度依存性、出力変動を測定した。その結果、高温側では温度７０℃にて発振波長７９５ｎｍとなり、この温度領域までパワー出力変動が０．５％以内であった。また、低温側では５℃にて発振波長７８３．５ｎｍとなり、この温度領域までパワー出力変動が０．５％以内であった。しかし、これ以下の温度では、結露してしまい、測定することができなかった。このとき、パワー安定化のために制御した電流値の差は５ｍＡであった。
１０個中全ての素子で同様な実験結果を得た。

（比較例１）
図１、図２に示す外部共振器型レーザモジュールを作製した。グレーティング素子の断面構造は、図１２（ｂ）の構造である。

実施例１と同様に素子を作製した。ただし、実施例１とは異なり、が、三つのグレーティンクＧ１、Ｇ２、Ｇ３を形成した。中間伝搬部１０の長さは０μｍである。グレーティングの溝深さｔ_ｄは２００nmとした。
Ｇ１：ピッチ間隔Λ１９０ｎｍ、長さＬ_ｂ ８μｍ
Ｇ２：ピッチ間隔Λ１９２．５ｎｍ、長さＬ_ｂ ８μｍ
Ｇ３：ピッチ間隔Λ１９５ｎｍ、長さＬ_ｂ ８μｍ

グレーティング素子の光学特性は、広帯域波長光源であるスーパ・ルミネッセンス・ダイオード（SLD）を使用して、グレーティング素子にTEモードの光を入力して出力光を光スペクトルアナライザで分析することにより、その透過特性から反射特性を評価した。
測定したグレーティング素子の反射中心波長は、７９１ｎｍであり、最大反射率Ｒ_ｍａｘは３６％であった。また、半値全幅△λ_５０は２１ｎｍ、△λ_７０は２０ｎｍであった

次に、このグレーティング素子を使用した外部共振器型レーザの特性評価のために、図２に示すようにレーザモジュールを実装した。光源素子としてＧａＡｓ系レーザ構造を有し、片端面には高反射膜、もう一方の出射端面の反射率は８％であった。
光源素子仕様：
中心波長： ７９０ｎｍ
出力 ２０ｍＷ
半値幅： ０．１ｎｍ
レーザ素子長 ３００μｍ
実装仕様：
Ｌ_ｇ： ０．５μｍ
Ｌ_ｍ： １０μｍ

モジュール実装後、ペルチェ素子を使用することなく電流制御（ＡＣＣ）で駆動したところ、温度２５℃にて中心波長７９１ｎｍでレーザ発振し、出力１３ｍＷが得られた。
次に動作温度範囲を評価するために恒温槽内にモジュールを設置し、レーザ発振波長の温度依存性、出力変動を測定した。その結果、高温側では温度７０℃にて発振波長８００ｎｍとなり、この温度領域までパワー出力変動が０．５％以内であった。また、低温側では５℃にて発振波長７８７ｎｍとなり、この温度領域までパワー出力変動が０．５％以内であった。しかし、これ以下の温度では、結露してしまい、測定することができなかった。
このとき、パワー安定化のために制御した電流値の差は２５ｍＡであり、非常に大きい電流制御が必要となり、１０個中２個は過剰電流によってレーザが破損した。

（比較例２）
実施例１と同様な発光装置を作製した。ただし、グレーティング素子については、ピッチ間隔Λ１９２．５ｎｍ、長さＬ_ｂ２５μｍの一つのブラッググレーティングＲＧを形成した（図４参照）。グレーティングの溝深さｔ_ｄは１２５ｎｍとした。

グレーティング素子の光学特性は、広帯域波長光源であるスーパ・ルミネッセンス・ダイオード（SLD）を使用して、グレーティング素子にTEモードの光を入力して出力光を光スペクトルアナライザで分析することにより、その透過特性から反射特性を評価した。
測定したグレーティング素子の反射中心波長は７９１ｎｍであり、最大反射率Ｒ_ｍａｘは１８％であり、半値全幅△λ_５０は５ｎｍ、△λ_７０は４ｎｍであった。

次に、このグレーティング素子を使用した外部共振器型レーザの特性評価のために、図４に示すようにレーザモジュールを実装した。光源素子としてGaAs系レーザ構造を有し、片端面には高反射膜、もう一方の出射端面の反射率は８％であった。
光源素子仕様：
中心波長： ７９０ｎｍ
出力 ２０ｍＷ
半値幅： ０．１ｎｍ
レーザ素子長 ３００μｍ
実装仕様：
Ｌ_ｇ： ０．５μｍ
Ｌ_ｍ： １０μｍ

モジュール実装後、ペルチェ素子を使用することなく電流制御（ＡＣＣ）で駆動したところ、温度２５℃にて中心波長７９１ｎｍでレーザ発振し、出力１５ｍＷが得られた。次に動作温度範囲を評価するために恒温槽内にモジュールを設置し、レーザ発振波長の温度依存性、出力変動を測定した。その結果、高温側では温度４５℃にて発振波長７９５ｎｍとなり、この温度領域までパワー出力変動が１％以内であった。しかし、この温度を超えると波長変動が起こり、パワー出力変動も３％となった。また、低温側では１５℃にて発振波長７８９ｎｍとなり、この温度領域までパワー出力変動が１％以内であった。しかし、これ以下の温度では、波長変動が起こり、パワー出力変動も３％となった。

Claims (8)

1. 半導体レーザ光を発振する光源、およびこの光源と外部共振器を構成するグレーティング素子を備える外部共振器型発光装置であって、
   前記光源が、前記半導体レーザ光を発振する活性層を備えており、
   前記グレーティング素子が、前記半導体レーザ光が入射する入射面と所望波長の出射光を出射する出射部を有する光導波路、およびこの光導波路内に形成された三個以上の周期の異なるブラッググレーティングを備えており、前記ブラッググレーティングの合成反射率の波長依存性を示すグラフにおいて前記合成反射率が二個以上のピークを有しており、前記ピークの反射率の中で最も長波長のピークの反射率が最も高く、前記各ピークの反射率が各ピークに対して短波長側に隣接するピークの反射率以上であることを特徴とする、外部共振器型発光装置。
2. 前記光源が単独で前記半導体レーザ光を発振することを特徴とする、請求項１記載の装置。
3. 前記ブラッググレーティングにおいて、最も短周期の前記ブラッググレーティングの周期と二番目に周期の短いブラッググレーティングの周期との周期差が、最も長周期の前記ブラッググレーティングの周期と二番目に周期の長いブラッググレーティングの周期との周期差よりも大きいことを特徴とする、請求項１または２記載の装置。
4. 複数の前記ブラッググレーティングにおいて、最も長周期の前記ブラッググレーティングが、最も短周期の前記ブラッググレーティングよりも長いことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の装置。
5. 前記光源の出射端の反対側の反射端と、前記複数のブラッググレーティングの出射側終点との間隔が１ｍｍ以下であり、下記式（１）および式（２）の関係が満足されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の装置。
   
   Ｌ_ｂtotal ≦３００μｍ ・・・（１）
   Ｌ_ａ ≦５００μｍ ・・・（２）
   
   （式（１）において、Ｌ_ｂtotalは、前記三個以上のブラッググレーティングの開始点から前記出射側終点までの長さである。
   式（２）において、Ｌ_ａは、前記活性層の長さである。）
   
6. 隣り合う前記ブラッググレーティングが連続していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の装置。
7. 前記ブラッググレーティングを構成する材質の屈折率ｎ_ｂが１．７以上であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つの請求項に記載の装置。
8. 前記光導波路が、前記複数のブラッググレーティングの開始点と前記入射面との間に入射側伝搬部を有しており、前記入射側伝搬部が、前記光導波路の幅が変化するテーパ部を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載の装置。

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