JPWO2015190569A1 - 外部共振器型発光装置 - Google Patents

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Abstract

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、および光源と外部共振器を構成するグレーティング素子２Ａを備える。光源１が、半導体レーザ光を発振する活性層３を備える。グレーティング素子２Ａが、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、およびこの光導波路内に形成された複数のブラッググレーティングを備える。【選択図】 図２

Description

従来技術
本発明は、グレーティング素子を用いた外部共振器型発光装置に関するものである。
半導体レーザは、一般的に、活性層の両端面に形成したミラーで挟まれた光共振器を構成した、ファブリ−ペロー（ＦＰ）型が利用されている。しかしながら、このＦＰ型レーザは、定在波条件が成立する波長で発振するために、縦モードが多モードになりやすく、とくに電流や温度が変化すると発振波長が変化し、それにより光強度が変化する。
このため、光通信やガスセンシングなどの目的では、波長安定性の高い単一モード発振のレーザが必要である。このため、分布帰還型（DFB）レーザや分布反射型（DBR）レーザが開発された。これらのレーザは、半導体中に回折格子を設け、その波長依存性を利用して特定の波長のみを発振させるものである。
波長安定性のある半導体レーザを実現するために、グレーティングを半導体レーザの中にモノリシックに形成したDBRレーザやDFBレーザ、またファイバーグレーティング（FBG）グレーティングをレーザの外部に取り付けた外部共振器型レーザが例示できる。これらは、ブラッグ反射を利用した波長選択性のあるミラーによりレーザ光の一部をレーザに帰還して波長安定動作を実現する原理である。
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（特許文献１（特開昭49-128689）：特許文献２（特開昭56-148880））。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、特定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。
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）（非特許文献１）や、ボリューム・ホログラム・グレーティング（VHG）（非特許文献２）がある。回折格子を、半導体レーザとは別部材で構成するので、反射率、共振器長を個別に設計できるという特徴があり、電流注入による発熱による温度上昇の影響を受けないので、波長安定性をさらに良くすることができる。また、半導体の屈折率の温度変化が異なるので、共振器長と合わせて設計することにより、温度安定性を高めることができる。
特許文献６（特開2002-134833）には、石英ガラス導波路に形成したグレーティングを利用した外部共振器型レーザが開示されている。これは温度コントローラなしで室温が大きく（例えば30℃以上）変化する環境で使える、周波数安定化レーザを提供しようとするものである。また、モードホッピングが抑圧され、かつ発振周波数の温度依存性がない温度無依存レーザを提供することが記載されている。
更に、光ファイバ中に複数のブラッググレーティングを形成し波長安定化することが提案されている（特許文献７）。
特許文献８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。
電子情報通信学会論文誌 C‐ＩＩ Vol.J81, No.7 pp.664-665, 1998年7月 電子情報通信学会技術研究報告 LQE, 2005年 105巻 52号 pp.17-20 古河電工時報 平成12年1月 第105号 p24-29
特開昭49-128689 特開昭56-148880 WO2013/034813 特開2000-082864 特開2006-222399 特開2002-134833 特開2002-006148 ＵＳ２００３／０１０８０８１Ａ１
非特許文献１には、温度上昇に伴う波長安定性を損なうモードホップのメカニズムと、その改善策について言及している。温度による外部共振器レーザの波長変化量δλｓは、半導体の活性層領域の屈折率変化△ｎa、活性層の長さLa、FBG領域の屈折率変化△ｎf、長さLf、それぞれの温度変化δTa、δTfに対して、定在波条件より下式により表される。
Figure 2015190569
ここで、λ0は初期状態でのグレーティング反射波長を表す。
また、グレーティング反射波長の変化δλGは、下式で表される。
Figure 2015190569
モードホップは、外部共振器の縦モード間隔△λが波長変化量δλsとグレーティング反射波長の変化量δλGの差に等しくなったときに発生するので、次式が成立する。
Figure 2015190569
縦モード間隔△λは、近似的に下式となる。
Figure 2015190569
数式３と数式４より、数式５が成立する。
Figure 2015190569
モードホップを抑制するためには、△Tall以下の温度内で使用する必要があり、ペルチェ素子にて温度制御している。数式５では、活性層とグレーティング層の屈折率変化が同じ場合（△ｎａ／ｎａ＝△ｎｆ／ｎｆ）、分母が零になり、モードホップが生じる温度が無限大になり、モードホップがなくなることを示している。しかしながら、モノリシックＤＢＲレーザでは、レーザ発振させるために、活性層は電流注入がなされるために、活性層とグレーティング層の屈折率変化は一致させることができないので、モードホップが生じてしまう。
モードホップは、共振器内の発振モード（縦モード）が、あるモードから違うモードに移る現象である。温度や注入電流が変化すると、ゲインや共振器の条件が異なり、レーザ発振波長が変化し、キンクといわれる、光パワーが変動するという問題を生じる。したがって、FP型のGaAs半導体レーザの場合、通常、波長が0.3nm／℃の温度係数で変化するが、モードホップが生じると、これよりも大きな変動が起こる。それと同時に、出力が５％以上変動する。
このため、モードホップを抑制するために、ペルチェ素子を用いて温度制御している。しかし、このために部品点数が増え、モジュールが大きくなり、コストが高くなる。
特許文献６では、温度無依存にするために、従来の共振器構造はそのままで光導波路層に応力を与えることで、熱膨張に起因する温度係数を補償することにより、温度無依存性を実現している。このため、素子に金属板を貼りつけ、さらに導波路中に温度係数を調整する層を付加させている。このため共振器構造が、さらに大きくなるという問題がある。
更に、特許文献７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。
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である。このため、レーザ光源の温度変化に対する安定性を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、
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面を有する光導波路、およびこの光導波路内に形成された複数のブラッググレーティングを備えていることを特徴とする。
本発明では、グレーティング素子中に複数のブラッググレーティングを設ける。隣り合うブラッググレーティングの間には、グレーティングのない中間伝搬部を設けることが好ましいが、中心波長の異なるブラッググレーティングを隙間なく連続させてもよい。
個々のグレーティング素子に着目すると、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する。このとき、隣り合う中心波長を有するブラッググレーティングの前記波長領域を適宜調整することによって、光源から発振するレーザ光の波長がシフトしても、そのシフトに対応して、隣りのブラッググレーティングを機能させる設計が可能になる。これによって、装置全体としての温度安定性が著しく改善する。
外部共振器型発光装置の模式図である。 他の外部共振器型発光装置の模式図である。 対照例の外部共振器型発光装置の模式図である。 本発明の概念を説明するための波長特性図である。 レーザ発振条件を示す模式図である。 本発明の概念を説明するための波長特性図である。 （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。 レーザ発振条件を説明する図である。 実施例１において、図２および図７（ｂ）の構造において、グレーティング長さに対するグレーティング反射率、および反射特性の半値幅の計算値を示す。 実施例１において、図２および図７（ｂ）の構造において、グレーティング長さに対するグレーティングの反射率、および反射特性の半値幅の計算値を示す。
図１に模式的に示す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２とを備えている。光源１とグレーティング素子２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（または反射膜）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２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、Ｇ４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四個であるが、二個以上であれば良い。隣り合う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１０が設けられている。
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１１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が設けられており、５Ｄは、光導波路１１の出射面側に設けられた無反射膜である。
図２の発光装置は、図１の発光装置とほぼ同様のものである。ただし、図２のグレーティング素子２Ａ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との間に二つのブラッググレーティングＧ１、Ｇ２が設けられており、隣り合うブラッググレーティングＧ１とＧ２との間に、回折格子のない中間伝搬部１０が設けられている。
図３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９が設けられている。
図４を参照しつつ、本発明の装置の動作を説明する。
図４の上側には、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４の下側には、四つのブラッググレーティングＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の反射率の波長特性を示す。
本発明においては、複数のブラッググレーティングのピッチが互いに異なっている。この結果、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ことになる。そして、各ブラッググレーティングについて、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がそれぞれ存在しており、隣り合う中心波長を有するブラッググレーティングの前記波長領域が連続している。
すなわち、図４に示すように，光源の発振閾値をｇｔｈとし、ゲインの半値幅をΔλＬＤｇとする。一方、各ブラッググレーティングＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の反射率の中心波長をλｇ１、λｇ２、λｇ３、λｇ４とし、各ブラッググレーティングの反射率の半値幅をΔλＧ１、ΔλＧ２、ΔλＧ３、ΔλＧ４とする。また、光源の出射端における反射率をＲ２とする。
また、隣り合うブラッググレーティングの反射率のグラフが交差するときの反射率をＲＧｎとしている。言い換えると、中心波長が隣り合うブラッググレーティングの反射率が所定波長λＣ１、λＣ２、λＣ３で一致する。このときの反射率をＲＧ１、ＲＧ２、ＲＧ３とする。この所定波長において、隣り合うブラッググレーティングの反射率のグラフが交差する。
ここで、ブラッググレーティングＧ１については、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Ｒ２より大きい波長領域Ｓ１が存在している。ブラッググレーティングＧ２、Ｇ３、Ｇ４については、同様に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Ｒ２より大きい波長領域Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４がそれぞれ存在している。そして、隣り合う中心波長を有するブラッググレーティングＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の各波長領域Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が、波長軸方向に向かって互いに連続しており、切れ目がない。
なお、本例では、隣り合う波長領域Ｓ１とＳ２、Ｓ２とＳ３、Ｓ３とＳ４とは一部分で重複しているが、この場合も隣り合う波長領域が波長軸方向に連続していると言える。
これを言い換えると、隣り合う中心波長を有するブラッググレーティングの反射率のグラフがＲＧｎで交差しており、ＲＧｎがＲ２よりも大きくなっている。
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と活性層のグレーティング素子側の端面からの反射光がレーザのゲイン閾値を上回れば、発振条件を満足する。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。
波長安定性をより高くするには、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、光源の発振波長が温度変化に応じてシフトしたときに、シフトしたあとの波長においてもブラッググレーティングＧ１〜Ｇ４のいずれかにおいて発振が確保される。この結果、温度変化に対するレーザ発振の安定性が著しく高まる。
本発明では、ＲＧｎが、光源の出力端の反射率Ｒ２よりも大きい。この観点からは、ＲＧｎ／Ｒ２は、１．０１以上が好ましく、１．０５以上が更に好ましい。ＲＧｎ／Ｒ２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。
好ましくは、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が各ブラッググレーティングに存在しており、隣り合う中心波長を有するブラッググレーティングの前記波長領域を連続させる。この際、複数の波長領域が連続することになるが、連続する波長領域の波長上限と下限との差は、５ｎｍ以上あることが好ましく、１０ｎｍ以上であることが更に好ましい。
本発明者は、複数のブラッググレーティングの反射率の波長特性について種々検討した。こうした検討は、従来のグレーティング素子を用いた外部共振器型発光装置では十分に行われていなかったものである。
複数のブラッググレーティングを直列に接続して動作させる場合には、各グレーティングによる共振器長が大きく異なるためにモードホップ間隔が大きく異なる。このため短い共振器でレーザ発振する場合には、温度変化があってもモードホップしにくく波長が安定するが、長い共振器の場合にはモードホップ間隔が狭くなるためにモードホップがしやすくなり、波長安定性が悪くなる傾向がある。
この検討の過程で、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ることに着目し、隣り合う中心波長を有するブラッググレーティングの前記波長領域を連続させることを想到した。
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する。このとき、隣り合う中心波長を有するブラッググレーティングの前記波長領域を連続させることによって、光源から発振するレーザ光の波長がシフトしても、そのシフトに対応して、中心波長が隣りのブラッググレーティングが機能し、発振し易い条件となる。この結果、装置全体としての温度安定性が更に改善する。
好適な実施形態においては、隣り合う中心波長を有するブラッググレーティングの反射率が所定波長λＣ１、λＣ２、λＣ３（図４参照）で一致しており、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が、光源の出射端の反射率Ｒ２以上であり、かつ所定波長λＣ１、λＣ２、λＣ３におけるブラッググレーティングの反射率ＲＧ１、ＲＧ２、ＲＧ３以下である。これによって，広い波長範囲にわたって安定した発振が可能となる。
ここで、各ブラッググレーティングの反射率が、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
以上である各波長領域の波長幅（波長上限と波長下限との差）をＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４（Ｅｎ）とする。
各ブラッググレーティングの温度許容幅を広げるという観点からは、各波長領域幅Ｅｎ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反射率である。外部共振器のゲイン閾値は、後述する数７により決定される。図５に示す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は、通常は半導体レーザの出射端の反射率Ｒ２よりも大きくする。ただし、結合効率が１００％であって損失がない場合にはＲ＝Ｒ２となる。
Ｅｎ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。
すなわち、（１／１０）×△λＬＤｇ≦Ｅｎ≦△λＬＤｇとすることが好ましく、（１／５）×△λＬＤｇ≦Ｅｎ≦（３／４）×△λＬＤｇとすることが更に好ましい。
ただし、△λＬＤｇは、半導体レーザのゲインが発振しきい値ｇｔｈの場合のゲインカーブの波長幅（最大波長と最小波長との差）である（図６参照）。
また、具体例としては、△λＧｎ≧２nmが好ましい。λＧｎ＞ＬＤは、大き過ぎるとモードホップしやすくなり、波長安定性が悪くなり、パワー変動が大きくなるために、△λＧｎは６ｎｍ以下であることが好ましく、５ｎｍ以下が更に好ましい。
また、好適な実施形態においては、各グレーティングの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。
λg（n+1）−λg（n）≦（△λG（n+1）＋ △λGn）×1/２
さらに、以下のようにすることが好ましい。
λg（n+1）−λg（n）≦（Ｅ（ｎ＋１）＋Ｅｎ）×1/２
（λg（n+1）−λg（n））は、隣接するグレーティング素子ＧｎとＧ（ｎ＋１）の中心波長の間隔である。
（△λG（n+1）＋△λGn）は、隣接するグレーティング素子ＧｎとＧ（ｎ＋１）のブラッググレーティングの反射率の半値幅の和である。
（Ｅ（ｎ＋１）＋Ｅｎ）は、隣接するブラッググレーティングＧｎにおけるＥｎとブラッググレーティング素子Ｇ（ｎ＋１）におけるＥ（ｎ＋１）の合計値である。
また、装置の波長安定性、パワー安定性を確保するという観点では、以下が好ましい。
λg（n+1）−λg（n）≧（Ｅ（ｎ＋１）＋Ｅｎ）×１／４
さらに、以下のようにすることが好ましい。
λg（n+1）−λg（n）≧（△λG（n+1）＋ △λGn）×１／４
このような条件になるように、グレーティングピッチを調整することが好ましい。
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１、図２参照）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Ｌｂtotal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Ｌｂtotal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ｎbとクラッド部ｎｃの屈折率差を大きくすることが好ましく、ｎb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ｔd（図１１参照）は、２０ｎｍ以上が好ましい。また、グレーティング深さｔdは、２５０ｎｍ以下が好ましく、２００ｎｍ以下が更に好ましい。
光導波路の高さ（厚さ）Ｔｓ（図７〜図９参照）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Ｗｇｒ（図１０参照）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面との距離Ｌｇ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Ｌｍ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Ｌａは、５００μｍ以下である事が好ましい。
また、Ｌａ＋Ｌｇ＋Ｌｍ＋Ｌｂtotalは、１０５０μｍ以下が好ましく、８００μｍ以下が更に好ましい。また、Ｌａ＋Ｌｇ＋Ｌｍ＋Ｌｂtotalは、３００μｍ以上が好ましい。
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。△λＬＤｇ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、ＴminおよびＴmax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Ｅｎの和（Σ（Ｅｎ））とこの波長領域の短波長側、および長波長側にそれぞれ△λlow、および△λhigh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＝ {Σ（Ｅｎ）＋△λlow＋△λhigh}／０．３ｎｍ/℃
となる。通常のレーザの場合、△λlow、△λhighは、2nmから3nmの数値の範囲である（図６参照）。
たとえば、図６に示すように４個のグレーティングを直列に接続した場合、Ｅｎをそれぞれ４ｎｍとしたときに動作温度範囲は約６６℃から約７３℃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＝{Σ（Ｅｎ）＋△λlow＋△λhigh}／（０．３−０．１）ｎｍ/℃
となり、図６のときには、動作温度範囲は、１００℃から１１０℃となる。
図６では各々のグレーティング素子の反射率グラフは反射率ＲＧｎで交差している。この場合、反射率Ｒ２の波長範囲Ｓ１〜Ｓ４は、隣接するグレーティング素子についてそれぞれ重複した範囲を持つことになる。
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。
無反射層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、無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無反射層を設けず、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１は単独でレーザ発振ができるものとなる。
好適な実施形態においては、図７（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。ブラッググレーティング、およびリッジ溝の形状ばらつきを低減するという観点では、ブラッググレーティングを平坦面上に形成することによって、ブラッググレーティングとリッジ溝とを光学材料層３０の反対側に設けることが好ましい。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７（ａ）のように上側バッファ層を設けない場合、空気層が直接グレーティングに接することができる。これによりグレーティング溝が有る無しで屈折率差を大きくすることができ、短いグレーティング長で反射率を大きくすることができる。
また、図７（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７（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。ブラッググレーティング、およびリッジ溝の形状ばらつきを低減するという観点では、ブラッググレーティングを平坦面上に形成することによって、ブラッググレーティングとリッジ溝とを基板の反対側に設けることが好ましい。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８（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８（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８（ｃ）に示す素子９Ｄ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部２２ａを有する。
また、図９（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９（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、Ｗｉｎ、Ｗｏｕｔ、Ｗｇｒを包含する概念である。
好適な実施形態においては、図１、図２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１０（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Ｗｏｕｔは、図１０（ａ）の例ではＷｇｒと同じになっている。しかし、Ｗｏｕｔは、Ｗｇｒより大きくとも良く、小さくとも良い。図１０（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Ｗｏｕｔに向かって徐々に小さくなっている。
図１１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Ｗｏｕｔ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Ｗｇｒが一定であり、出射部９ｃにおける光導波路の幅Ｗｏｕｔ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。
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ア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ア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。
以下、図１２に示すような構成において、本実施形態の条件の意味について更に述べる。
ただし、数式は抽象的で理解しにくいので、最初に、従来技術の典型的な形態と本実施形態とを端的に比較し、本実施形態の特徴を述べる。次いで、本実施形態の各条件について述べていくこととする。
まず、半導体レーザの発振条件は、下式のようにゲイン条件×位相条件で決まる。
Figure 2015190569
ゲイン条件は、（2-1）式より下式となる。
Figure 2015190569
ただし、αa、αg、αwg、αgrは、それぞれ、活性層、半導体レーザと導波路間のギャップ、入力側のグレーティング未加工導波路部、グレーティング部の損失係数であり、La、Lg、Lwg Lgrは、それぞれ、活性層、半導体レーザと導波路間のギャップ、入力側のグレーティング未加工導波路部、グレーティング部の長さであり、r1、r2は、ミラー反射率（r2はグレーティングの反射率）であり、Ｃoutは、グレーティング素子と光源との結合損失であり、ζt gthは、レーザ媒体のゲイン閾値であり、φ1は、レーザ側反射ミラーによる位相変化量であり、φ2は、グレーティング部での位相変化量である。
（2-2）式より、レーザ媒体のゲインζtgth（ゲイン閾値）が損失を上回れば、レーザ発振することを表す。レーザ媒体のゲインカーブ（波長依存性）は、半値全幅は50nm以上あり、ブロードな特性をもっている。また、損失部（右辺）は、グレーティングの反射率以外はほとんど波長依存性がないので、ゲイン条件はグレーティングにより決まる。このため、比較表では、ゲイン条件はグレーティングのみで考えることができる。
一方、位相条件は（2-1）式から、下式のようになる。ただし、φ1については零となる。
Figure 2015190569
ブラッググレーティングの長さＬｂｔｏｔａｌは前述したとおりである。ブラッググレーティングの長さＬｂｔｏｔａｌを従来に比べて短くすることは、本実施形態における設計思想の前提となる。すなわち、モードホップをしにくくするために位相条件を満足する波長間隔（縦モード間隔）を大きくする必要がある。このためには、共振器長を短くする必要がありグレーティング素子の長さを短くする。
グレーティング素子の長さを短くすることは、損失を小さくすることになりレーザ発振の閾値を低減できる。この結果、低電流、低発熱、低エネルギーで駆動が可能となる。
また、グレーティングの長さＬｂｔｏｔａｌは、３％以上の反射率を得るためには、５μｍ以上が好ましく、５％以上の反射率を得るためには、１０μｍ以上が更に好ましい。
好適な実施形態においては、レーザ発振を促進するために、グレーティング素子の反射率は３％以上、４０％以下に設定することが好ましい。この反射率は、より出力パワーを安定させるために５％以上が更に好ましく、また、出力パワーを大きくするためには２５％以下が更に好ましい。
（実施例１）
図１３は、図２および図７（ｂ）の構造において、グレーティング長さに対するグレーティング反射率、および反射特性の半値幅の計算値を示す。グレーティング溝深さｔｄは１００ｎｍ、１２５ｎｍ、１５０ｎｍとした。
光学材料層はTa2O5、支持基板は石英、上側クラッド、下側クラッド層はＳｉＯ2とした。
導波路構造は、光学材料層の厚みは１μｍ、リッジ導波路の幅（最上端）は３μｍ、リッジ溝の深さは０．６μｍである。波長は８５０nmとした。
この結果、例えば、グレーティング深さｔｄ１２５ｎｍにおいてグレーティング長さ２５μｍの場合、反射率１８％、半値幅６ｎｍの特性を得ることができる。
図１４は、図２および図７（ｂ）の構造において、グレーティング長さに対するグレーティングの反射率、および反射特性の半値幅の計算値を示す。グレーティング溝深さｔｄは１５０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍとした。
光学材料層はTa2O5、支持基板は石英、上側クラッド、下側クラッド層はＳｉＯ2とした。
光導波路構造は、光学材料層の厚みは2μｍ、リッジ導波路の幅（最上端）は３μｍ、リッジ溝の深さは１μｍである。波長は８５０nmとした。
この結果、例えば、グレーティング深さｔｄ２００ｎｍにおいてグレーティング長さ４０μｍの場合、反射率１９％、半値幅３．８ｎｍの特性を得ることができる。
（実施例２）
図２および図７（ｂ）に示すような発光装置を作製した。
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SiＯ2層を0.5μｍ、またその上にTa2O5を1.2μｍ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、ピッチ間隔Λ２０６nm、長さLb ２５μｍと、 Λ２０７nm、Lb ２５μｍの２つのブラッググレーティングＧ１、Ｇ２を形成した。中間伝搬部１０の長さは５μｍである。グレーティングの溝深さｔｄは125nmとした。
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Wm3μｍ、Tr0.6μｍ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SiO2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Lwg 500μm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、それぞれ８４６ｎｍ、８５０ｎｍであり、反射率は１８％であった。また反射率１４％で両者の反射特性が交差しており、１４％以上の波長領域が８４４ｎｍから８５２ｎｍの８ｎｍあることを確認した。
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、図１１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1０％であった。
光源素子仕様：
中心波長： 844nm
出力 20mW
半値幅： 50nm
レーザ素子長 250μｍ
実装仕様：
Lg： 0.5μｍ
Lm： 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844nm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、温度６５℃、発振波長852nmまで安定にレーザ発振した。この温度域内ではモードホップが起こるもののパワー出力変動は１％以内であった。
（比較例１）
図３、図７（ｂ）に示すような発光装置を作製した。
具体的には、石英からなる支持基板にスパッタ装置にて下側バッファ層１３になるSiＯ2層を0.5μｍ、またその上にTa2O5を1.2μｍ成膜し、光学材料層３０を形成した。次に、光学材料層３０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、ピッチ間隔Λ２０６nm、長さLb ２５μｍのブラッググレーティングＧ１を形成した。グレーティングの溝深さｔｄは125nmとした。
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Wm3μｍ、Tr0.6μｍ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SiO2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Lwg 500μm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、８４６ｎｍであり、反射率は１８％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、図１１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1０％であった。
光源素子仕様：
中心波長： 844nm
出力 20mW
半値幅： 50nm
レーザ素子長 250μｍ
実装仕様：
Lg： 0.5μｍ
Lm： 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844nm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、温度５５℃、発振波長849nmまで安定にレーザ発振した。この温度域内ではモードホップが起こるものの、パワー出力変動は１％以内であった。
（実施例３）
実施例２と同じような発光装置を作製した。
ただし、グレーティングについては、ピッチ間隔Λ２０６nm、長さＬｂ ２５μｍと、 Λ２０７nm、Ｌｂ ２５μｍの２つのブラッググレーティングＧ１、Ｇ２を形成した。中間伝搬部１０の長さは０μｍとした。また、その他のパラメータは実施例２と同じとした。
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、それぞれ８４６ｎｍ、８５０ｎｍであり、反射率は１８％であった。また反射率１４％で両者の反射特性が交差しており、１４％以上の波長領域が８４４ｎｍから８５２ｎｍの８ｎｍあることを確認した。
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、図１１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１４．５％であった。
光源素子仕様：
中心波長： 844nm
出力 20mW
半値幅： 50nm
レーザ素子長 250μｍ
実装仕様：
Lg： 0.5μｍ
Lm： 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844nm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、温度６５℃、発振波長852nmまで安定にレーザ発振した。この温度域内ではモードホップが起こるもののパワー出力変動は１％以内であった。

Claims (10)

  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面を有する光導波路、およびこの光導波路内に形成された複数のブラッググレーティングを備えていることを特徴とする、外部共振器型発光装置。
  2. 前記各ブラッググレーティングについて、前記ブラッググレーティングの反射率が前記光源の出射端の反射率よりも大きい波長領域がそれぞれ存在しており、隣り合う中心波長を有する前記ブラッググレーティングの前記波長領域が連続していることを特徴とする、請求項１の装置。
  3. 隣り合う中心波長を有する前記ブラッググレーティングの前記反射率が所定波長で一致しており、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が、前記光源の出射端の反射率以上であり、かつ前記所定波長における前記ブラッググレーティングの前記反射率以下である、請求項２記載の装置。
  4. 以下の式（１）を満足することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の装置。

    λｇ（ｎ＋１）−λｇ（ｎ）≦（△λＧ（ｎ＋１）＋△λＧｎ）
    ×1/２ （１）

    （式（１）において、
    （λｇ（ｎ＋１）−λｇ（ｎ））は、グレーティング素子Ｇｎの中心波長λｇ（ｎ）と、前記グレーティング素子Ｇｎに隣接するグレーティング素子Ｇ（ｎ＋１）の中心波長λｇ（ｎ＋１）の間隔である。
    （△λＧ（ｎ＋１）＋△λＧｎ）は、グレーティング素子Ｇｎのブラッググレーティングの反射率の半値幅△λＧｎと、前記グレーティング素子Ｇｎに隣接するグレーティング素子Ｇ（ｎ＋１）の反射率の半値幅△λＧ（ｎ＋１）との和である。）
  5. 隣り合う前記ブラッググレーティングの間に回折格子のない伝搬部がなく、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１〜４のいずれか一つの請求項に記載の装置。
  6. 前記光源の出射端と反対側の反射端と、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（２）および式（３）の関係が満足され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。

    Ｌｂtotal ≦５００μｍ ・・・（２）
    Ｌａ ≦５００μｍ ・・・（３）

    （式（２）において、Ｌｂtotalは、前記複数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（３）において、Ｌａは、前記活性層の長さである。）
  7. 下記式（４）の関係を満足す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。

    ２ｎｍ≦ΔλＧn≦６ｎｍ ・・・（４）

    （式（４）において、ΔλＧnは、前記各ブラッググレーティングの反射率の各波長特性の各半値幅である。）
  8. 前記ブラッググレーティングを構成する材質の屈折率ｎｂが１．７以上であ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。
  9. 前記光導波路が、前記ブラッググレーティング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１〜８のいずれか一つの請求項に記載の装置。
  10. 前記光源の前記活性層の前記グレーティング素子側の端面に形成された反射膜を備えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つの請求項に記載の装置。

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