WO2015190348A1 - 光学デバイスおよび光学デバイスの製造方法 - Google Patents

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ridge
grating
optical transmission
type optical
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近藤　順悟
山口　省一郎
武内　幸久
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日本碍子株式会社
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    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1039—Details on the cavity length

Definitions

  • the present invention relates to an optical device using a grating element and a method for manufacturing the optical device.
  • a Fabry-Perot (FP) type is generally used in which an optical resonator is sandwiched between mirrors formed on both end faces of an active layer.
  • FP Fabry-Perot
  • DBR lasers and DFB lasers with monolithic gratings in semiconductor lasers, and external cavity lasers with fiber gratings (FBG) gratings attached to the outside of lasers are used. It can be illustrated. These are the principles of realizing wavelength stable operation by feeding back part of the laser light to the laser by a wavelength selective mirror using Bragg reflection.
  • FBG fiber gratings
  • the DBR laser realizes a resonator by forming irregularities on the waveguide surface on the extension of the waveguide of the active layer to form a mirror by Bragg reflection. Since this laser is provided with diffraction gratings at both ends of the optical waveguide layer, the light emitted from the active layer propagates through the optical waveguide layer, a part of which is reflected by this diffraction grating, returns to the current injection part, and is amplified. Is done. Since only the light of a specific wavelength reflects in the direction determined from the diffraction grating, the wavelength of the laser light is constant.
  • an external resonator type semiconductor laser in which a diffraction grating is a component different from a semiconductor and a resonator is formed externally.
  • This type of laser is a laser with good wavelength stability, temperature stability, and controllability.
  • the external resonator includes a fiber Bragg grating (FBG) (Non-patent Document 1) and a volume hologram grating (VHG) (Non-patent Document 2). Since the diffraction grating is composed of a separate member from the semiconductor laser, it has the feature that the reflectance and resonator length can be individually designed, and it is not affected by the temperature rise due to heat generation due to current injection. Can be better. Further, since the temperature change of the refractive index of the semiconductor is different, the temperature stability can be improved by designing it together with the resonator length.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-134833 discloses an external resonator type laser using a grating formed in a quartz glass waveguide. This is to provide a frequency stabilized laser that can be used in an environment where the room temperature changes greatly (for example, 30 ° C. or more) without a temperature controller. Further, it is described that a temperature-independent laser in which mode hopping is suppressed and the oscillation frequency is not temperature-dependent is provided.
  • optical devices there are the following three types of optical devices in which such an external resonator type light emitting device is further coupled to an optical waveguide element or an optical fiber array.
  • Method 1 the grating element with a built-in semiconductor laser is optically aligned with the optical waveguide element and joined (Patent Document 3).
  • Method 2 a semiconductor laser light source and an optical waveguide element or optical fiber with a built-in grating are coupled and aligned (Patent Document 4 and Patent Document 5).
  • Patent Document 1 In method 3, three components, a semiconductor laser light source, a grating element, and an optical waveguide element, are optically coupled (Patent Document 1).
  • method 3 requires alignment with submicron accuracy, takes a tact and is difficult to commercialize. For this reason, a technique for integrating a grating in a semiconductor laser, a waveguide, or a fiber has been proposed as in methods 1 and 2.
  • JP2002-134833 Japanese Patent Application No. 2013-120999 US Patent Publication 2008 / 0291951A1 WO 2013-034813 JP 2000-082864 A
  • an object of the present invention is to improve the productivity of alignment at the time of mounting the grating element and the optical transmission element when the semiconductor laser light source, the grating element and the optical transmission element are individually mounted.
  • the present invention is an optical device comprising a semiconductor laser light source, a grating element and an optical transmission element
  • the grating element includes a ridge-type optical waveguide having an incident surface on which a semiconductor laser beam is incident and an output surface that emits outgoing light of a desired wavelength, and a Bragg grating formed in the ridge-type optical waveguide.
  • the optical transmission element includes an optical transmission unit having an incident surface on which light emitted from the ridge-type optical waveguide is incident; The horizontal near-field diameter at the entrance surface of the optical transmission unit is larger than the horizontal near-field diameter at the exit surface of the ridge-type optical waveguide.
  • the present invention is an optical device comprising a semiconductor laser light source, a grating element and an optical transmission element
  • the grating element includes a ridge-type optical waveguide having an incident surface on which a semiconductor laser beam is incident and an output surface that emits outgoing light of a desired wavelength, and a Bragg grating formed in the ridge-type optical waveguide.
  • the optical transmission element includes an optical transmission unit having an incident surface on which light emitted from the ridge-type optical waveguide is incident;
  • the ridge-type optical waveguide includes an exit-side propagation portion between the Bragg grating and the exit surface, and the width of the exit surface of the ridge-type optical waveguide is larger than the width of the Bragg grating.
  • the present invention is a method of manufacturing an optical device comprising a semiconductor laser light source, a grating element and an optical transmission element
  • the grating element includes a ridge type optical waveguide having an incident surface on which the semiconductor laser light is incident and an output surface that emits outgoing light of a desired wavelength, and a Bragg grating formed in the ridge type optical waveguide
  • the optical transmission element includes an optical transmission unit having an incident surface on which light emitted from the ridge-type optical waveguide is incident;
  • the present invention is a method of manufacturing an optical device comprising a semiconductor laser light source, a grating element and an optical transmission element
  • the grating element includes a ridge type optical waveguide having an incident surface on which the semiconductor laser light is incident and an output surface that emits outgoing light of a desired wavelength, and a Bragg grating formed in the ridge type optical waveguide
  • the optical transmission element includes an optical transmission unit having an incident surface on which light emitted from the ridge-type optical waveguide is incident;
  • the present invention when mounting a semiconductor laser light source, a grating element, and an optical transmission element individually, it is possible to improve the productivity at the time of mounting by widening the tolerance when mounting the grating element and the optical transmission element. Can do.
  • the semiconductor laser light source, the grating element, and the optical transmission element are individually mounted, it is possible to improve the productivity of alignment when the grating element and the optical transmission element are mounted.
  • FIG. (A), (b), (c) is a typical sectional view of a grating element, respectively.
  • (A), (b), (c) is a schematic diagram which respectively shows the cross-sectional shape of a grating element.
  • (A), (b) is a schematic diagram which respectively shows the cross-sectional shape of a grating element. It is a figure explaining the form of the mode hop by a prior art example.
  • FIG. 4 illustrates an example discrete phase condition in a preferred embodiment. It is a conceptual diagram for demonstrating the laser oscillation conditions in a suitable form.
  • A is a top view which shows typically the optical device 30A of a suitable example
  • (b) is a side view which shows 30 A of optical devices typically.
  • (A) is a top view which shows typically the optical device 30B of a suitable example
  • (b) is a side view which shows typically the optical device 30B.
  • A) is a top view which shows typically the optical device of a suitable example
  • (b) is a side view which shows an optical device typically.
  • (A) shows the base material in which the some optical waveguide 11 was formed
  • (b) shows the state which processed the base material.
  • mold optical waveguide and Bragg grating is shown.
  • the state which mounted the 2nd base material on the mounting surface of the 1st base material, and obtained the composite is shown.
  • complex of FIG. 18 is shown.
  • (A) is a perspective view schematically showing a base material having a plurality of optical waveguides 11, and (b) is a perspective view schematically showing a base material having a plurality of ridge-type optical waveguides 5. It is a perspective view which shows the composite_body
  • complex of FIG. 21 is shown.
  • the optical device schematically shown in FIGS. 1 and 5 includes a light source 1 that oscillates semiconductor laser light, a grating element 3, and an optical transmission element 10.
  • a light source 1 that oscillates semiconductor laser light
  • a grating element 3 that oscillates semiconductor laser light
  • an optical transmission element 10 In this example, an optical waveguide element is used as the optical transmission element 10, but the optical waveguide of the optical transmission element can be changed to an optical fiber.
  • the light source 1 and the grating element 3 may be mounted on a common substrate (not shown). Further, the grating element 3 and the optical transmission element 10 may be mounted on separate substrates (not shown).
  • the light source 1 includes an active layer 2 that oscillates semiconductor laser light.
  • a reflective film 14 shown in FIG. 5 may be provided on the outer end face 2a of the active layer 2.
  • a non-reflective film or a reflective film 15A shown in FIG. 5 may be formed on the end surface of the active layer 2 on the grating element side.
  • the grating element 3 is provided with a ridge-type optical waveguide 5 having an incident surface 5a on which the semiconductor laser light A is incident and an output surface 5b that emits an output light B having a desired wavelength.
  • a Bragg grating 6 is formed in the optical waveguide 5. Between the incident surface 5 a of the optical waveguide 5 and the Bragg grating 6, an incident-side propagation part 7 without a diffraction grating is provided, and the incident-side propagation part 7 faces the active layer 5 with a gap 17 therebetween. Yes.
  • An antireflection film or a reflection film 15B may be provided on the incident surface 5a side of the optical waveguide 5, and an antireflection film or a reflection film 15C may be provided on the emission surface 5b side.
  • the reflectance of the non-reflective layers 15A, 15B, and 15C may be a value smaller than the grating reflectance, and is preferably 0.1% or less. However, as long as the reflectance at the end face is smaller than the grating reflectance, the non-reflective layer may be omitted and a reflective film may be used. In this case, the light source 1 can be said to be capable of laser oscillation alone.
  • the oscillation wavelength of the laser light is determined by the wavelength reflected by the grating. If the reflected light from the grating and the reflected light from the end face of the active layer on the grating element side exceed the laser gain threshold, the oscillation condition is satisfied. Thereby, a laser beam with high wavelength stability can be obtained.
  • the feedback amount from the grating may be increased.
  • the reflectance of the grating is preferably larger than the reflectance at the end face of the active layer 2.
  • the gain obtained by the resonator using the grating becomes larger than the gain obtained by the resonator of the original semiconductor laser, and stable laser oscillation can be performed by the resonator using the grating.
  • an output-side propagation unit 8 without a diffraction grating is provided between the output surface 5 b of the optical waveguide 5 and the Bragg grating 6.
  • the exit-side propagation unit 8 faces the incident surface 12 of the optical waveguide 11 of the optical transmission element 10.
  • Reference numeral 13 denotes an exit surface of the optical waveguide 11.
  • the output side propagation part 8 includes a connection part 8a continuous from the end of the Bragg grating 6, an output part 8c continuous to the output surface of the optical waveguide, and a tapered part provided between the connection part and the output part. 8b.
  • the width W out of the optical waveguide at the exit surface 5 b is larger than the width W gr of the optical waveguide at the Bragg grating 6.
  • the emission-side transmission unit 8 includes a tapered portion 8b width W m of the optical waveguide is increased toward to the emission surface side from the Bragg grating side.
  • the width of the optical waveguide in the connecting portion 8a is W gr and is constant, and the width W out of the optical waveguide in the emitting portion 8c is also constant. Further, W m becomes the minimum value W gr at the boundary with the connecting portion 8a, and becomes the maximum value W out at the boundary with the emitting portion 8c.
  • the width W gr of the optical waveguide in the Bragg grating is set to be equal to the near-field pattern of the laser in order to increase the coupling efficiency with the semiconductor laser light source.
  • the horizontal size of the near field of the semiconductor laser may be 2 ⁇ m to 7 ⁇ m, for example.
  • the width W gr of the optical waveguide is set from 2 ⁇ m to 7 ⁇ m.
  • the optical waveguide width W out of the exit surface of the exit side propagating portion by relatively increasing the optical waveguide width W out of the exit surface of the exit side propagating portion, increasing the near-field diameter (horizontal direction) B out of the mode field of the light beam at the exit surface can do.
  • the density of the light beam emitted from the grating element can be lowered, and the tolerance of the horizontal dimension when the emitted light is coupled to the optical transmission element can be improved. This significantly improves the productivity when the grating element and the optical transmission element are optically assembled.
  • the near field diameter (horizontal direction (D in )) of the mode field pattern on the light transmission portion of the light transmission element, for example, the incident surface 12 of the optical waveguide 11, is expressed as the mode field of the light beam on the output surface of the optical waveguide 5.
  • the near-field diameter Din at the incident portion 11a of the optical transmission unit 11 is increased to improve the tolerance to the optical axis deviation during alignment, the near-field diameter when emitted from the optical transmission element to the outside increases. It may be too much.
  • the emission part 11c having a smaller near field diameter Dout can be provided.
  • the optical device in FIG. 2 is almost the same as the optical device in FIG. 1, except that the shape of the ridge-type optical waveguide 5A is different.
  • the Bragg grating 6 is formed in the optical waveguide 5A.
  • an incident-side propagation part 7A having no diffraction grating, and the incident-side propagation part 7A is opposed to the active layer 2 with a gap 17 therebetween.
  • an exit-side propagation portion 8A without a diffraction grating is provided.
  • the exit side propagation portion 8A faces the incident surface 12 of the optical waveguide 11 of the optical transmission element 10.
  • the output side propagation part 8A includes a connecting part 8a continuous from the end of the Bragg grating 6 and an output part 8d continuous with the output surface of the optical waveguide.
  • the width W out of the optical waveguide at the exit surface 5 b is larger than the width W gr of the optical waveguide at the Bragg grating 6.
  • at the exit portion 8d has a width W m of the optical waveguide is increased toward to the emission surface side from the Bragg grating side.
  • the width of the optical waveguide in the connecting portion 8a is W gr and is constant. W m becomes the minimum value W gr at the boundary with the connecting portion 8a, and becomes the maximum value W out on the exit surface.
  • a near field diameter (horizontal direction) B out of the mode field of the light beam at the exit surface Enlarge.
  • the near field diameter (horizontal direction) D in of the mode field pattern on the light transmission portion of the light transmission element, for example, the incident surface 12 of the optical waveguide 11 is set to the near field diameter (horizontal direction) of the mode field of the light beam on the exit surface It is larger than Bout .
  • the incident-side propagation part 7A includes a connecting part 7c continuous from the end of the Bragg grating 6, an incident part 7a facing the light source, and a tapered part 7b provided between the connecting part and the incident part.
  • the width W in of the optical waveguide at the incident surface 5 a is larger than the width W gr of the optical waveguide in the Bragg grating 6.
  • the width of the optical waveguide gradually decreases from the incident portion 7a toward the connecting portion 7c.
  • the incident-side propagation portion having such a structure, it is possible to improve the tolerance to the optical axis shift during alignment between the active layer of the light source and the incident surface 5a of the grating element while ensuring single mode propagation in the Bragg grating. .
  • 3 is substantially the same as the optical device of FIG. 1, except that the ridge type optical waveguide 5B and the optical transmission unit 11A are different.
  • the Bragg grating 6 is formed in the optical waveguide 5B. Between the incident surface 5 a of the optical waveguide 5 and the Bragg grating 6, an incident side propagation part 7 without a diffraction grating is provided. Between the exit surface 5 b of the optical waveguide 5 and the Bragg grating 6, an exit side propagation part 8 ⁇ / b> B having no diffraction grating is provided.
  • the output side propagation part 8B includes a connection part 8a continuous from the end of the Bragg grating 6, an output part 8f having an output surface 5b, and a connection part 8e between the connection part 8a and the output part 8f.
  • the width W out of the optical waveguide at the exit surface 5 b is smaller than the width W gr of the optical waveguide at the Bragg grating 6.
  • the width W m of the optical waveguide is gradually smaller towards the emission surface side from the Bragg grating side.
  • the width of the optical waveguide in the connecting portion 8a is W gr and is constant. W m becomes the maximum value W gr at the boundary with the connecting portion 8a, and becomes the minimum value W out at the boundary with the emitting portion 8f.
  • the near field diameter (horizontal direction) D in of the mode field pattern on the incident surface 12 of the optical transmission section 11A of the optical transmission element is set as the near field diameter of the mode field of the light beam on the exit surface of the optical waveguide 5B. (Horizontal direction) It is larger than Bout . This further improves the tolerance for optical axis misalignment during alignment. Furthermore, it is possible to provide a smaller exit portion 11c of the near-field diameter D out. In this case, it is preferable from a viewpoint of loss reduction to provide the taper part 11b from which the near field diameter becomes small gradually between the incident part 11a and the output part 11c.
  • the optical device of FIG. 4 is the same as the device shown in FIG. 1, but the forms of the incident side propagation part 7A and the emission side propagation part 8A are different.
  • the form of the incident side propagation part 7A is the same as that shown in FIG.
  • the form of the output side propagation part 8A is the same as that shown in FIG.
  • the form of the optical transmission unit 11A of the optical transmission element 10 is the same as that shown in FIG.
  • the near field diameter (horizontal direction) Din of the mode field pattern on the incident surface 12 of the optical transmission section 11A of the optical transmission element is set as the near field diameter (horizontal direction) Din of the light beam on the exit surface of the optical waveguide 5C. (Horizontal direction) smaller than Bout.
  • Bout is made sufficiently large, the tolerance to the optical axis shift at the time of alignment can be improved.
  • the optical material layer 4 is formed on the substrate 29 via the lower buffer layer 20.
  • a pair of ridge grooves 22 is formed in the optical material layer 4, and a ridge-type optical waveguide 5 is formed between the ridge grooves.
  • the lower buffer layer 20 and the atmosphere function as a cladding.
  • the Bragg grating may be formed on the flat surface side of the optical material layer, or may be formed on the ridge groove side.
  • the Bragg grating and the ridge groove are provided on the opposite side of the optical material layer by forming the Bragg grating on the flat surface side.
  • the atmosphere can be in direct contact with the grating.
  • the difference in refractive index can be increased without the presence of a grating groove, and the reflectance can be increased with a short grating length.
  • the upper buffer layer 26 that functions as a clad is formed on the optical material layer 4.
  • the optical material layer 4 is formed on the substrate 29 via the lower buffer layer 20.
  • a pair of ridge grooves 22 is formed in the optical material layer 4, and a ridge-type optical waveguide 5 is formed between the ridge grooves.
  • the ridge groove 22 is formed on the lower buffer layer side.
  • An upper buffer layer 26 is formed on the optical material layer 4.
  • An adhesive layer can be provided between the lower buffer layer and the substrate.
  • the ridge type optical waveguide is composed of a core made of an optical material, and a clad surrounds the core.
  • the cross section of the core (cross section in the direction perpendicular to the light propagation direction) is a convex figure.
  • the convex figure means that a line segment connecting any two points of the outer contour line of the cross section of the core is located inside the outer contour line of the cross section of the core.
  • a convex figure is a general geometric term. Examples of such figures include triangles, quadrangles, hexagons, octagons, and other polygons, circles, ellipses, and the like.
  • a quadrangle having an upper side, a lower side, and a pair of side surfaces is particularly preferable, and a trapezoid is particularly preferable.
  • the optical waveguide 31 made of a core made of an optical material is formed on the substrate 29 via the lower buffer layer 20.
  • the upper buffer layer is not provided on the side surface and the upper surface of the optical waveguide 31. For this reason, the side surface and upper surface of the optical waveguide 31 are exposed to the atmosphere, and the atmosphere functions as a cladding.
  • the cross-sectional shape of the optical waveguide 31 is a trapezoid, and the upper surface 31a is narrower than the lower surface 31b.
  • an adhesive layer may be formed between the buffer layer 20 and the support substrate 29.
  • the buffer layer 32 is provided on the substrate 29, and the optical waveguide 32 made of a core made of an optical material is embedded in the buffer layer 32.
  • the buffer layer 32 includes an upper surface covering portion 32b that covers the upper surface of the optical waveguide, a side surface covering portion 32c that covers the side surface of the optical waveguide, and a bottom surface covering portion 32a that covers the bottom surface of the optical waveguide.
  • the buffer layer 32 is provided on the substrate 29, and an optical waveguide 31A made of a core made of an optical material is embedded in the buffer layer 32.
  • the buffer layer 32 includes an upper surface covering portion 32b that covers the upper surface of the optical waveguide, a side surface covering portion 32c that covers the side surface of the optical waveguide, and a bottom surface covering portion 32a that covers the bottom surface of the optical waveguide.
  • an optical waveguide 31 made of a core made of an optical material is formed on the substrate 29 via the lower buffer layer 20.
  • An upper buffer layer 33 that also functions as a clad is formed on the side surface and the upper surface 31 a of the optical waveguide 31 to cover the optical waveguide 31.
  • the upper buffer layer 33 includes a side surface covering portion 31 b that covers the side surface of the optical waveguide 31 and an upper surface covering portion 31 a that covers the upper surface.
  • an optical waveguide 31A made of a core made of an optical material is formed.
  • the cross-sectional shape of the optical waveguide 31A is trapezoidal, and the lower surface is narrower than the upper surface.
  • the upper cladding layer 33 includes a side surface covering portion 33b that covers the side surface of the optical waveguide 31A and an upper surface covering portion 33a that covers the upper surface.
  • the width W of the optical waveguide means the minimum value of the width of the optical waveguide in the cross section.
  • the width W of the optical waveguide is the width of the upper surface
  • the width W of the optical waveguide is the width of the lower surface.
  • W is a concept including W in , W out , and W gr .
  • T s is the thickness of the optical waveguide (layer).
  • a laser with a highly reliable GaAs or InP material is suitable.
  • a GaAs laser that oscillates near a wavelength of 1064 nm is used. Since GaAs-based and InP-based lasers have high reliability, a light source such as a one-dimensionally arranged laser array can be realized. It may be a super luminescence diode or a semiconductor optical amplifier (SOA).
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • the material and wavelength of the active layer can be selected as appropriate. Note that a method for stabilizing power by a combination of a semiconductor laser and a grating element is disclosed below.
  • a ridge-type optical waveguide is obtained by, for example, physical processing and molding by cutting with an outer peripheral blade or laser ablation processing.
  • the Bragg grating can be formed by physical or chemical etching as follows.
  • a metal film such as Ni or Ti is formed on a high refractive index substrate, and windows are periodically formed by photolithography to form an etching mask. Thereafter, periodic grating grooves are formed by a dry etching apparatus such as reactive ion etching. Finally, it can be formed by removing the metal mask.
  • one or more metal elements selected from the group consisting of magnesium (Mg), zinc (Zn), scandium (Sc), and indium (In) are provided in order to further improve the optical damage resistance of the optical waveguide.
  • magnesium is particularly preferable.
  • the crystal can contain a rare earth element as a doping component.
  • the rare earth element Nd, Er, Tm, Ho, Dy, and Pr are particularly preferable.
  • the material of the adhesive layer may be an inorganic adhesive, an organic adhesive, or a combination of an inorganic adhesive and an organic adhesive.
  • the optical material layer 4 may be formed by forming a film on a support substrate by a thin film forming method.
  • a thin film forming method include sputtering, vapor deposition, and CVD.
  • the optical material layer 4 is directly formed on the support substrate, and the above-described adhesive layer does not exist.
  • the specific material of the support substrate is not particularly limited, and examples thereof include glass such as lithium niobate, lithium tantalate, and quartz glass, quartz, and Si.
  • the reflectance of the non-reflective layer needs to be less than or equal to the grating reflectivity, and the film material to be formed on the non-reflective layer is laminated with an oxide such as silicon dioxide, tantalum pentoxide, magnesium fluoride, calcium fluoride, etc. Films and metals can also be used.
  • each end face of the light source element and the grating element may be cut obliquely in order to suppress the end face reflection.
  • the grating element and the support substrate may be bonded or fixed directly, or may be formed by forming a film on the support substrate.
  • the width W out of the optical waveguide at the exit surface is preferably 5 ⁇ m or more, more preferably 7 ⁇ m or more, and most preferably 10 ⁇ m or more. Further, W out is preferably 20 ⁇ m or less. Further, W out / W gr is preferably 1.6 or more, and more preferably 2.5 or more. On the other hand, W out / W gr is preferably 7 or less.
  • near-field diameter at the exit plane (horizontal direction) B out is preferably at least 5 [mu] m, more preferably not less than 7 [mu] m, the best least 10 [mu] m. Further, B out is preferably 20 ⁇ m or less.
  • the near field diameter (horizontal direction) D in in the optical transmission section is preferably 5 ⁇ m or more, and more preferably 7 ⁇ m or more.
  • D in / W out is preferably 1.1 or more, and more preferably 1.2 or more, from the viewpoint of coupling light emitted from the grating element to the optical transmission element 10.
  • D in / W out is 0.9 or less is preferable, and 0.83 or more is preferable.
  • the larger the near field diameter (vertical direction) on the exit surface of the grating element is, the more preferable, 0.5 ⁇ m or more is preferable, and 1 ⁇ m or more is more preferable. Further, the near field diameter (vertical direction) on the exit surface of the grating element is preferably 5 ⁇ m or less.
  • the near field diameter (vertical direction) in the optical transmission section is preferably 0.1 ⁇ m or more, and more preferably 0.5 ⁇ m or more.
  • the near field diameter (vertical direction) in the optical transmission section / the near field diameter (vertical direction) on the exit surface of the grating element is preferably 1.1 or more, and more preferably 1.2 or more.
  • the near field diameter of the laser beam in the horizontal and vertical directions is measured as follows. Measure the light intensity distribution of the laser beam, and the width where the intensity distribution is 1 / e2 (e is the base of natural logarithm: 2.71828) with respect to the maximum value (usually equivalent to the center of the core) Is generally defined as the near field diameter.
  • the near field is defined because the size differs in the horizontal and vertical directions of the laser element. When it is concentric like an optical fiber, it is defined as a diameter.
  • the light intensity distribution of the laser light spot can be generally obtained by beam profile measurement using a near infrared camera or light intensity measurement by a knife edge.
  • the near field diameter (horizontal direction) Bin on the incident surface of the ridge type optical waveguide of the grating element should be 4 ⁇ m or more. Is preferable, and it is more preferable to set it as 6 micrometers or more.
  • the width W gr of the optical waveguide in the Bragg grating is preferably 2 ⁇ m or more, and more preferably 2.5 ⁇ m or more.
  • the width W gr of the optical waveguide in the Bragg grating is preferably 7 ⁇ m or less, and more preferably 6.5 ⁇ m or less.
  • the width W gr of the optical waveguide in the Bragg grating may be 1 ⁇ m or more from the viewpoint of single mode. Good. By doing in this way, wavelength stability improves and it becomes possible to improve power stability.
  • the optical transmission element may be an optical waveguide element or an optical fiber array.
  • the optical transmission element may be a harmonic generation element such as a second harmonic generation element, or may be a light control element such as an optical modulation element, a polarization element, an optical amplifier, an optical delay element, or an optical memory.
  • the grating element generally, when a fiber grating is used, quartz has a small temperature coefficient of refractive index, so d ⁇ G / dT is small and
  • DELTA temperature range
  • a material having a refractive index of 1.7 or more, preferably 1.8 or more is used for the waveguide substrate on which the grating is formed.
  • the temperature coefficient of the refractive index can be increased and d ⁇ G / dT can be increased. Therefore,
  • the full width at half maximum ⁇ G at the peak of the Bragg reflectivity is set to be large, contrary to the common sense of those skilled in the art.
  • the wavelength interval (longitudinal mode interval) that satisfies the phase condition. For this reason, since it is necessary to shorten the resonator length, the length Lb of the Bragg grating is shortened to 300 ⁇ m or less.
  • the number of longitudinal modes can be adjusted to 2-5. That is, the wavelengths satisfying the phase condition are discrete, and when the number of longitudinal modes in ⁇ G is 2 or more and 5 or less, mode hops are repeated in ⁇ G , and It will not come off. For this reason, since a large mode hop does not occur, wavelength stability can be increased and fluctuations in optical power can be suppressed.
  • the oscillation condition of the semiconductor laser is determined by gain condition ⁇ phase condition as shown in the following equation.
  • ⁇ a , ⁇ g , ⁇ wg , ⁇ gr are the active layer, the gap between the semiconductor laser and the waveguide, the unprocessed waveguide portion on the input side, and the loss factor of the grating portion, respectively
  • L a , L g , L wg , and L gr are the active layer, the gap between the semiconductor laser and the waveguide, the length of the grating raw waveguide portion on the input side, and the grating portion, respectively
  • r1 and r2 are the mirror reflectivities (R2 is the reflectance of the grating)
  • C out is the coupling loss between the grating element and the light source
  • ⁇ t g th is the gain threshold of the laser medium
  • ⁇ 1 is the phase by the laser side reflection mirror
  • the amount of change, ⁇ 2 is the amount of phase change in the grating section.
  • the gain condition is determined by the grating. For this reason, in the comparison table, the gain condition can be considered only by the grating.
  • phase condition is expressed by the following equation from the equation (2-1). However, ⁇ 1 is zero.
  • the external resonator type laser a product using a quartz glass waveguide or FBG as an external resonator has been commercialized.
  • the length of the grating portion is 1 mm.
  • the phase condition, the wavelength which satisfies become discrete, in ⁇ lambda G, are designed to be (2-3) equation points 2-3. For this reason, the thing with a long active layer length of a laser medium is needed, and the thing of 1 mm or more is used.
  • the external cavity laser has a feature of high wavelength stability.
  • ⁇ G TM is a wavelength interval (longitudinal mode interval) that satisfies the phase condition of the external cavity laser.
  • T mh is about 5 ° C. For this reason, mode hops are likely to occur. Therefore, when a mode hop occurs, the power fluctuates based on the reflection characteristics of the grating and fluctuates by 5% or more.
  • the conventional external cavity laser using the glass waveguide or FBG performs temperature control using the Peltier element.
  • a grating element having a small denominator of the equation (2-4) is used as a precondition.
  • the denominator of the formula (2-4) is preferably 0.03 nm / ° C. or less, and specific optical material layers include gallium arsenide (GaAs), lithium niobate (LN), lithium tantalate (LT), Tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), zinc oxide (ZnO), and alumina oxide (Al 2 O 3 ) are preferable.
  • the oscillation wavelength changes at 0.1 nm / ° C. based on the temperature characteristics of the grating with respect to the temperature change. Even if it occurs, it is possible to make it difficult for power fluctuations to occur.
  • FIG. 1 presupposes that the temperature coefficient of the grating wavelength and the temperature coefficient of the gain curve of the semiconductor are close to each other. For this reason, a material having a refractive index of 1.7 or more (preferably 1.8 or more) is used. Further, the groove depth td of the grating is 20 nm or more and 250 nm or more, the reflectance is 3% or more and 60% or less, and the full width at half maximum ⁇ G is 0.8 nm or more and 250 nm or less. As a result, the resonator structure can be made compact and temperature-independence can be realized without any additional components.
  • a material having a refractive index of 1.7 or more preferably 1.8 or more
  • the groove depth td of the grating is 20 nm or more and 250 nm or more
  • the reflectance is 3% or more and 60% or less
  • the full width at half maximum ⁇ G is 0.8 nm or more and 250 nm or less.
  • the refractive index n b of the material of the Bragg grating is 1.7 or more.
  • a material having a lower refractive index such as quartz, has been generally used.
  • the refractive index of the material constituting the Bragg grating is increased. This is because a material with a large refractive index has a large temperature change in the refractive index, so that T mh in equation (2-4) can be increased, and the temperature coefficient d ⁇ G / dT of the grating as described above. It is because it can enlarge.
  • n b is more preferably preferably at least 1.8, at least 1.9.
  • the upper limit of n b is not particularly preferably 4 or less since the formed grating pitch becomes too small it is difficult.
  • the full width at half maximum ⁇ G at the peak of the Bragg reflectivity is set to 0.8 nm or more (Formula 1).
  • ⁇ G is the Bragg wavelength. That is, as shown in FIGS. 9 and 10, when the reflection wavelength by the Bragg grating is taken on the horizontal axis and the reflectance is taken on the vertical axis, the wavelength at which the reflectance becomes maximum is taken as the Bragg wavelength. In the peak centered on the Bragg wavelength, the difference between the two wavelengths at which the reflectance is half of the peak is defined as the full width at half maximum ⁇ G.
  • the full width at half maximum ⁇ G at the peak of the Bragg reflectance is set to 0.8 nm or more (formula (1)). This is to make the reflectance peak broad. From this viewpoint, the full width at half maximum ⁇ G is preferably set to 1.2 nm or more, and more preferably set to 1.5 nm or more. The full width at half maximum ⁇ G is 6 nm or less, more preferably 3 nm or less, and preferably 2 nm or less. When forming a plurality of gratings having different periods, it is preferable that the full width at half maximum ⁇ Gn of the synthesized grating reflection characteristics is 20 nm or less.
  • the length L b of the Bragg grating to 300 ⁇ m or less (equation 2).
  • the length L b of the Bragg grating is a grating length in the direction of the optical axis of the light propagating through the optical waveguide. Be shorter than the Bragg grating length L b below the conventional 300 ⁇ m is a premise of the design concept of the present embodiment. That is, it is necessary to increase the wavelength interval (longitudinal mode interval) that satisfies the phase condition in order to make mode hopping difficult. For this purpose, it is necessary to shorten the resonator length, and to shorten the length of the grating element. From this viewpoint, it is more preferable that the Bragg grating length L b and 200 ⁇ m or less.
  • Reducing the length of the grating element reduces the loss and can reduce the laser oscillation threshold. As a result, driving with low current, low heat generation, and low energy is possible.
  • the length L b of the grating, in order to obtain a reflectance of 3% or more is preferably at least 5 [mu] m, in order to obtain a reflectance of 5% or more, more preferably more than 10 [mu] m.
  • td is the depth of the unevenness constituting the Bragg grating.
  • ⁇ G can be set to 0.8 nm or more and 250 nm or less, and the number of longitudinal modes can be adjusted to 2 or more and 5 or less in ⁇ G.
  • td is more preferably 30 nm or more, and further preferably 200 nm or less.
  • 150 nm or less is preferable.
  • the reflectance of the grating element is preferably set to 3% or more and 40% or less in order to promote laser oscillation. This reflectivity is more preferably 5% or more in order to further stabilize the output power, and more preferably 25% or less in order to increase the output power.
  • the laser oscillation condition is established from a gain condition and a phase condition. Wavelengths that satisfy the phase condition are discrete and are shown, for example, in FIG. That is, in this structure, the oscillation wavelength can be fixed within ⁇ G by bringing the temperature coefficient of the gain curve (0.3 nm / ° C. in the case of GaAs) close to the temperature coefficient d ⁇ G / dT of the grating.
  • ⁇ lambda G number of longitudinal modes are two or more in, when present 5 or less, the oscillation wavelength repeats mode hopping in the ⁇ lambda G, large because it can reduce the probability of laser oscillation outside the ⁇ lambda G There is no mode hop, the wavelength is stable, and the output power can operate stably.
  • length L a of the active layer also to 500 ⁇ m or less length L a of the active layer. From this viewpoint, it is more preferable to set the length L a of the active layer and 300 ⁇ m or less.
  • the length L a of the active layer with a view to increasing the output of the laser it is preferable that the 150 ⁇ m or more.
  • d ⁇ G / dT is the temperature coefficient of the Bragg wavelength.
  • D ⁇ TM / dT is a temperature coefficient of the wavelength that satisfies the phase condition of the external cavity laser.
  • ⁇ TM is a wavelength that satisfies the phase condition of the external cavity laser, that is, a wavelength that satisfies the above-described phase condition of (Equation 2.3). This is called “vertical mode” in this specification.
  • ⁇ 2 ⁇ neff / ⁇ , where neff is the effective refractive index of the portion, and ⁇ satisfying this is ⁇ TM .
  • ⁇ 2 is the phase change of the Bragg grating.
  • ⁇ G TM is a wavelength interval (longitudinal mode interval) that satisfies the phase condition of the external cavity laser.
  • lambda TM Since the plurality of, means the difference of a plurality of lambda TM. Therefore, by satisfying Expression (6), the temperature at which the mode hop occurs can be increased, and the mode hop can be effectively suppressed.
  • the numerical value of the formula (6) is more preferably 0.025 or less.
  • the length L WG grating element also to 600 ⁇ m or less.
  • LWG is preferably 400 ⁇ m or less, and more preferably 300 ⁇ m or less. Further, LWG is preferably 50 ⁇ m or more.
  • the distance L g between the light exit surface of the light source and the light guide entrance surface is 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. As a result, stable oscillation is possible. However, it is not necessary to provide the incident side propagation part.
  • FIG. 13A is a plan view schematically showing the device 30A
  • FIG. 13B is a side view showing the device 30A.
  • the light source 1 is mounted on the mounting substrate 31.
  • the optical transmission element 10 is mounted on a separate mounting board 32.
  • a stepped portion S and a mounting surface 32a are formed on the mounting substrate 32 by processing, and the grating element 3 is mounted on the mounting surface 32a.
  • the mounting substrate 31 and the mounting substrate 32 are integrated by bonding, soldering, or the like.
  • Reference numerals 24 and 36 denote upper buffer layers.
  • FIG. 14A is a plan view schematically showing the device 30B
  • FIG. 14B is a side view showing the device 30B.
  • the light source 1 is mounted on the mounting substrate 31. Further, the optical transmission element 10 is mounted on a separate mounting substrate 35. At the same time, the grating element 3 is mounted on a separate mounting substrate 29.
  • the mounting substrate 29 in this example also serves as a support substrate.
  • the mounting substrate 31 and the mounting substrate 29 are integrated by bonding, soldering, or the like, and the mounting substrates 29 and 35 are integrated by bonding or the like.
  • FIG. 15A is a plan view schematically showing another optical device 30C
  • FIG. 15B is a side view of the optical device 30C
  • the light source 1 is mounted on a mounting substrate 31.
  • the optical transmission element 40 is mounted on a separate mounting substrate 43.
  • An optical fiber 41 is fixed to the optical transmission element 40 of this example.
  • a stepped portion S and a mounting surface 43a are formed on the mounting substrate 43 by processing, and the grating element 3 is mounted on the mounting surface 43a.
  • the optical fiber 42 is optically aligned with the ridge type optical waveguide.
  • An upper clad substrate 50 is further bonded onto the mounting substrate 43.
  • the mounting substrate 43 and the mounting substrate 32 are integrated by bonding, soldering, or the like.
  • the width of the substrate on which the optical transmission element is mounted and the width of the grating element are the same. As a result, it is possible to align the outer shape of the grating element with the outer shape of the mounting substrate on which the optical transmission element is mounted.
  • markings are provided for aligning the grating element and the optical transmission element. That is, in FIG. 13 to FIG. 15, the marking 33 on the grating element side and the marking 34 on the optical transmission element side are formed, and alignment is performed by aligning each marking.
  • FIG. 16A a first base material 55 having a plurality of optical transmission units 11 is manufactured.
  • the substrate 46A is formed on the support substrate 45, and the predetermined optical transmission unit 11 is formed on the substrate 46A.
  • the optical transmission unit 11 is covered with the upper clad 36A.
  • the plurality of light transmission units 11 are arranged in a row, but a wafer in which the plurality of light transmission units 11 are two-dimensionally arranged vertically and horizontally may be used.
  • ⁇ A mounting surface for mounting the second base material is formed by processing the first base material. That is, as shown in FIG. 16B, the stepped portion S and the mounting surface 32a are formed on the base material 55A by processing the base material.
  • a second base material having a plurality of ridge type optical waveguides is manufactured. That is, in the example shown in FIG. 17, a plurality of ridge-type optical waveguides 5 and ridge grooves 22 are formed on the support substrate 29A. A predetermined Bragg grating is formed in the ridge type optical waveguide. In this example, a plurality of ridge type optical waveguides 5 are arranged in a row on the second base material.
  • Reference numeral 24A denotes an upper buffer layer.
  • the second base material 56 is mounted on the mounting surface of the first base material 55A to obtain a composite 61A. That is, as shown in FIG. 18, the second base material is accommodated in the step portion of the first base material S, and is mounted and integrated on the mounting surface. At this time, the exit surface of the ridge-type optical waveguide 5 is aligned with the entrance surface of the optical transmission unit. The composite thus obtained can be cut along the dotted line X to obtain the optical device chip 30A as shown in FIG.
  • ridge type optical waveguides are arranged one-dimensionally in a row.
  • the optical transmission units may be arranged one-dimensionally in a row.
  • separate second base materials 56 may be mounted on the plurality of step portions and mounting surfaces, respectively. it can.
  • a first base material having a plurality of optical transmission units is manufactured. That is, as shown in FIG. 20A, a first base material 55B having a plurality of optical transmission units 11 on a substrate 35A is manufactured. At this point, a large number of optical transmission units 11 are first formed two-dimensionally in the vertical and horizontal directions on the wafer, and then the wafer is cut to form a base material in which a plurality of optical transmission units 11 are arranged one-dimensionally in a row. Get. Although 36A is an upper buffer layer, the upper buffer layer may not be provided.
  • a second base material having a plurality of ridge type optical waveguides is manufactured. That is, as shown in FIG. 20B, a plurality of ridge-type optical waveguides 5 are arranged in a row and one-dimensionally on the support substrate 29A. At this time, first, a large number of optical waveguides 5 are formed two-dimensionally in the vertical and horizontal directions on the wafer, and then the wafer is cut to form a base material 56A in which a plurality of optical waveguides 5 are arranged one-dimensionally in a row. obtain.
  • the first base material and the second base material are joined to obtain a composite.
  • the exit surface of the ridge-type optical waveguide is aligned with the entrance surface of the optical transmission unit. That is, as shown in FIG. 21, the support substrate 35A of the first base material 55B and the support substrate 29A of the second base material 56A are joined and integrated. At this time, alignment is performed between the exit surface of each ridge-type optical waveguide and the entrance surface of each optical transmission unit.
  • an optical device chip 30B as shown in FIG. 22 is obtained.
  • Example 1 The optical device described with reference to FIGS. 1 and 5 was manufactured.
  • the cross-sectional structure of the device was as shown in FIG. Specifically, 1 ⁇ m of the lower buffer layer 20 made of SiO 2 was formed on the support substrate 29 made of quartz by a sputtering apparatus, and further 2 ⁇ m of the optical material layer 4 made of Ta 2 O 5 was formed. Next, Ti was deposited on the optical material layer 4, and a grating pattern was produced by photolithography. Thereafter, a Bragg grating 6 having a pitch interval of ⁇ 205.4 nm and a length of Lb of 25 ⁇ m was formed by fluorine-based reactive ion etching using the Ti pattern as a mask. Groove depth t d of the grating was set to 100 nm.
  • the pattern of the optical waveguide was patterned by a photolithography technique, and a ridge groove and a ridge type optical waveguide were formed by reactive ion etching.
  • the length Lm from the incident surface of the optical waveguide to the Bragg grating 6 was 25 ⁇ m.
  • the depth of the ridge groove is 1.2 ⁇ m.
  • disconnected and the end surface was mirror-finished, and element size was 1 mm in width and length LWG 100micrometer. Single-layer AR coatings were formed on both end faces.
  • Optical characteristics of the grating element are measured by using a super luminescence diode (SLD), which is a broadband wavelength light source, and inputting TE mode light into the grating element and analyzing the output light with an optical spectrum analyzer. The reflection characteristics were evaluated from the characteristics.
  • the reflection center wavelength of the measured element was 850 nm.
  • a PPLN wavelength conversion element was manufactured as an optical waveguide element as follows. Specifically, a periodically poled structure was formed on a MgO-doped 5 ° off-cut lithium yniobate substrate. Thereafter, a lower buffer layer made of SiO 2 was formed by sputtering on the surface of the lithium niobate substrate having the inverted periodic domain, bonded to the black LN substrate, and made 1 ⁇ m thick by precision polishing. Next, in order to form an optical waveguide, Ti was deposited on Ta 2 O 5 and a waveguide pattern was produced by an EB drawing apparatus.
  • reactive ion etching was performed by fluorine reactive ion etching using the Ti pattern as a mask in the same manner as described above to form an optical waveguide.
  • the both sides of the etching groove were etched so that the lithium niobate was cut completely, leaving the optical waveguide.
  • the thickness of the optical waveguide is 1 ⁇ m.
  • SiO 2 serving as the upper clad was formed by 2 ⁇ m sputtering so as to cover the optical waveguide.
  • the parameters of the grating element and the wavelength conversion element are as follows.
  • Near-field diameter (horizontal direction) on the exit surface of the light source active layer 5.0 ⁇ m Near field diameter (horizontal direction) B in on the incident surface 5a: 2.9 ⁇ m
  • Optical waveguide width W in at the incident surface 5a of the optical waveguide 3 ⁇ m
  • Optical waveguide width W gr in the grating 6 3 ⁇ m
  • the wavelength conversion element was separately cut, both end surfaces were mirror-finished, and an AR coating was formed.
  • the coupling efficiency the light quantity fluctuation was measured with an aligning device in the horizontal direction and the vertical direction at a wavelength of 850 nm.
  • the region where the coupling efficiency of 50% or more can be secured was ⁇ 4.5 ⁇ m in the horizontal direction and ⁇ 0.4 ⁇ m in the vertical direction.
  • FIGS. A normal GaAs laser was used as the light source element.
  • the module When the module is mounted and driven by current control (ACC) without using a Peltier element, it oscillates at a center wavelength of 850 nm corresponding to the reflection wavelength of the grating, and the output is smaller than that without the grating element, but a 27 mW laser. It was a characteristic. Further, the temperature dependence of laser oscillation wavelength and power fluctuation were measured in the temperature range of 20 ° C. to 40 ° C. As a result, the temperature coefficient of the oscillation wavelength was 0.05 nm / ° C. The power fluctuation of the output light from the waveguide element was ⁇ 1% or less.
  • ACC current control
  • the wide tolerance of the axis deviation can suppress the change in the amount of light even if the axis deviates due to the temperature change, thereby realizing a light source module with small power fluctuation.
  • Example 2 An optical device was produced in the same manner as in Example 1. However, in Example 1, the following parameters were employed. Near-field diameter (horizontal direction) on the exit surface of the light source active layer: 5.0 ⁇ m Near field diameter (horizontal direction) B in on the incident surface 5a: 2.9 ⁇ m Optical waveguide width W in at the incident surface 5a of the optical waveguide: 3 ⁇ m Optical waveguide width W gr in the grating 6: 3 ⁇ m Optical waveguide width W out at the exit surface 5b of the optical waveguide: 6 ⁇ m Near-field diameter (horizontal direction) B out at the exit surface 5b of the optical waveguide: 5.8 ⁇ m Near field diameter (vertical direction) at the exit surface 5b of the optical waveguide: 1.9 ⁇ m Near field diameter (horizontal direction) D in on the incident surface 12 of the optical transmission part: 9 ⁇ m Near field diameter (vertical direction) at the incident surface 12 of the optical transmission part: 0.9 ⁇ m Near field diameter at the exit surface of the light
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the light amount fluctuation was measured with a centering device in the horizontal direction and the vertical direction at a wavelength of 850 nm. As a result, the region where a coupling efficiency of 50% or more can be secured was ⁇ 2 ⁇ m in the horizontal direction and ⁇ 0.3 ⁇ m in the vertical direction.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, when the module was mounted and driven by current control (ACC) without using a Peltier element, it oscillated at a center wavelength of 850 nm corresponding to the reflection wavelength of the grating, and the output was from the grating element.
  • the laser characteristic was 25 mW, although it was smaller than the case without the laser.
  • the temperature dependence of laser oscillation wavelength and power fluctuation were measured in the temperature range of 20 ° C. to 40 ° C. As a result, the temperature coefficient of the oscillation wavelength was 0.05 nm / ° C.
  • the power fluctuation of the output light from the waveguide element was ⁇ 3% or less.
  • Example 1 An optical device was produced in the same manner as in Example 1. However, in Example 1, the following parameters were employed. Near-field diameter (horizontal direction) on the exit surface of the light source active layer: 5.0 ⁇ m Near field diameter (horizontal direction) B in on the incident surface 5a: 2.9 ⁇ m Optical waveguide width W in at the incident surface 5a of the optical waveguide: 3 ⁇ m Optical waveguide width W gr in the grating 6: 3 ⁇ m Optical waveguide width W out at the exit surface 5b of the optical waveguide: 3 ⁇ m Near field diameter (horizontal direction) B out at the exit surface 5b of the optical waveguide: 2.9 ⁇ m Near field diameter (vertical direction) at the exit surface 5b of the optical waveguide: 1.9 ⁇ m Near field diameter (horizontal direction) D in on the incident surface 12 of the optical transmission part: 1.9 ⁇ m Near field diameter (vertical direction) at the incident surface 12 of the optical transmission part: 0.9 ⁇ m Near field diameter at the exit surface of the exit surface of
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the light amount fluctuation was measured with a centering device in the horizontal direction and the vertical direction at a wavelength of 850 nm. As a result, the region where a coupling efficiency of 50% or more can be secured was ⁇ 1 ⁇ m in the horizontal direction and ⁇ 0.3 ⁇ m in the vertical direction.
  • Example 2 After mounting the module, it was driven by current control (ACC) without using a Peltier element, and oscillated at a center wavelength of 850 nm corresponding to the reflection wavelength of the grating, and the output was 30 mW. It was. Further, the temperature dependence of laser oscillation wavelength and power fluctuation were measured in the temperature range of 20 ° C. to 40 ° C. As a result, the temperature coefficient of the oscillation wavelength was 0.05 nm / ° C. The power fluctuation of the output light from the waveguide element was ⁇ 10% or less.
  • ACC current control
  • Example 3 An optical device was produced in the same manner as in Example 1. However, in Example 1, the following parameters were employed. Near-field diameter (horizontal direction) on the exit surface of the light source active layer: 5.0 ⁇ m Near field diameter (horizontal direction) B in on the incident surface 5a: 2.9 ⁇ m Optical waveguide width W in at the incident surface 5a of the optical waveguide: 3 ⁇ m Optical waveguide width W gr in the grating 6: 3 ⁇ m Optical waveguide width W out at the exit surface 5b of the optical waveguide: 20 ⁇ m Near field diameter (horizontal direction) B out at the exit surface 5b of the optical waveguide: 18.5 ⁇ m Near field diameter (vertical direction) at the exit surface 5b of the optical waveguide: 1.9 ⁇ m Near field diameter (horizontal direction) D in on the incident surface 12 of the optical transmission part: 14.7 ⁇ m Near field diameter (vertical direction) at the incident surface 12 of the optical transmission part: 0.9 ⁇ m Near field diameter at the exit surface of the light transmitting
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the light amount fluctuation was measured with a centering device in the horizontal direction and the vertical direction at a wavelength of 850 nm. As a result, the region where a coupling efficiency of 50% or more can be secured was ⁇ 4.5 ⁇ m in the horizontal direction and ⁇ 0.4 ⁇ m in the vertical direction.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, when the module was mounted and driven by current control (ACC) without using a Peltier element, it oscillated at a center wavelength of 850 nm corresponding to the reflection wavelength of the grating, and the output was from the grating element.
  • the laser characteristic was 25 mW, although it was smaller than the case without the laser.
  • the temperature dependence of laser oscillation wavelength and power fluctuation were measured in the temperature range of 20 ° C. to 40 ° C. As a result, the temperature coefficient of the oscillation wavelength was 0.05 nm / ° C.
  • the power fluctuation of the output light from the waveguide element was ⁇ 1% or less.
  • Example 4 An optical device was produced in the same manner as in Example 1. However, in Example 1, the following parameters were employed. Near-field diameter (horizontal direction) on the exit surface of the light source active layer: 5.0 ⁇ m Near field diameter (horizontal direction) B in on the incident surface 5a: 2.9 ⁇ m Optical waveguide width W in at the incident surface 5a of the optical waveguide: 3 ⁇ m Optical waveguide width W gr in the grating 6: 3 ⁇ m Optical waveguide width W out at the exit surface 5b of the optical waveguide: 3 ⁇ m Near field diameter (horizontal direction) B out at the exit surface 5b of the optical waveguide: 2.9 ⁇ m Near field diameter (vertical direction) at the exit surface 5b of the optical waveguide: 1.9 ⁇ m Near field diameter (horizontal direction) D in at the incident surface 12 of the optical transmission part: 6.5 ⁇ m Near field diameter (vertical direction) at the incident surface 12 of the optical transmission part: 0.9 ⁇ m Near field diameter at the exit surface of the light transmitting
  • the light amount fluctuation was measured by the aligning device in the horizontal direction and the vertical direction at a wavelength of 850 nm.
  • the region where a coupling efficiency of 50% or more can be secured was ⁇ 1.3 ⁇ m in the horizontal direction and ⁇ 0.3 ⁇ m in the vertical direction.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, when the module was mounted and driven by current control (ACC) without using a Peltier element, it oscillated at a center wavelength of 850 nm corresponding to the reflection wavelength of the grating, and the output was from the grating element.
  • the laser characteristic was 25 mW, although it was smaller than the case without the laser.
  • the temperature dependence of laser oscillation wavelength and power fluctuation were measured in the temperature range of 20 ° C. to 40 ° C. As a result, the temperature coefficient of the oscillation wavelength was 0.05 nm / ° C.
  • the power fluctuation of the output light from the waveguide element was ⁇ 6% or less.
  • Example 5 The optical device shown in FIG. 4 was produced in the same manner as in Example 1. However, in Example 1, the following parameters were employed.
  • Near-field diameter (horizontal direction) on the exit surface of the light source active layer 5.0 ⁇ m Near field diameter (horizontal direction) B in on the incident surface 5a: 6.5 ⁇ m
  • Optical waveguide width W in the entrance surface 5a of the optical waveguide 7 [mu]
  • Optical waveguide width W gr in the grating 6 3 ⁇ m
  • the light amount fluctuation was measured with a centering device in the horizontal direction and the vertical direction at a wavelength of 850 nm.
  • the region where the coupling efficiency of 50% or more can be secured for each of the light source side and the optical transmission unit side of the grating element was ⁇ 2 ⁇ m in the horizontal direction and ⁇ 0.3 ⁇ m in the vertical direction.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, when the module was mounted and driven by current control (ACC) without using a Peltier element, it oscillated at a center wavelength of 850 nm corresponding to the reflection wavelength of the grating, and the output was from the grating element.
  • the laser characteristic was 25 mW, although it was smaller than the case without the laser.
  • the temperature dependence of laser oscillation wavelength and power fluctuation were measured in the temperature range of 20 ° C. to 40 ° C. As a result, the temperature coefficient of the oscillation wavelength was 0.05 nm / ° C.
  • the power fluctuation of the output light from the waveguide element was ⁇ 1% or less.

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Abstract

【課題】半導体レーザ光源、グレーティング素子および光伝送素子を個別実装するのに際して、グレーティング素子と光伝送素子との実装時の裕度を広げることにより、実装時の生産性を改善する。 【解決手段】グレーティング素子３が、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リッジ型光導波路５、およびリッジ型光導波路５内に形成されたブラッググレーティング６を備える。光伝送素子１０が、リッジ型光導波路からの出射光が入射する入射面を有する光伝送部１１を備える。光伝送部の入射面における水平方向のニアフィールド径が、リッジ型光導波路の出射面における水平方向のニアフィールド径よりも大きい。

Description

光学デバイスおよび光学デバイスの製造方法
　本発明は、グレーティング素子を用いた光学デバイスおよび光学デバイスの製造方法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。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１（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。
　こうした外部共振器型の発光装置を更に光導波路素子や光ファイバアレイに結合した光学デバイスには、以下の３つの方式がある。
　方式１では、半導体レーザ内蔵グレーティング素子を光導波路素子と光軸合わせし、接合する（特許文献３）。
　方式２では、半導体レーザ光源と、グレーティングを内蔵した光導波路素子や光ファイバとを結合し、アライメントする（特許文献４、特許文献５）。
　方式３では、半導体レーザ光源と、グレーティング素子と、光導波路素子との三つの部品を光学的に結合する（特許文献１）。
　しかし、方式３では、サブミクロン精度のアライメントが必要であり、タクトがかかり、製品化が難しい。このため方式１、２のように半導体レーザ、あるいは導波路、ファイバにグレーティングを集積化する技術が提案されている。
特開2002-134833 特願２０１３－１２０９９９ 米国特許公開　２００８／０２９１９５１Ａ１ ＷＯ　２０１３－０３４８１３ 特開２０００－０８２８６４
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
　しかし、半導体レーザをグレーティングにより波長安定化動作するためには、数１００ｎｍのグレーティングピッチで、ウエハ内に１ｎｍ以下の精度で均一に製造する必要がある。このグレーティングパターンを形成するためには、電子ビーム描画装置、ステッパ、ナノインプリント装置が利用されるが、ウエハの反り、表面凹凸の仕様が厳しい。このため半導体レーザ光源や光導波路にブラッググレーティングを内蔵する場合には、これらの素子形成による反り、凹凸により、グレーティング形成の歩留まりが悪くなる。更に、各素子の微細構造が互いに干渉しあったり、製造プロセスが干渉するために複雑なマスキングが必要になる。これらのことから、方式３のように、三つの部品を個別実装したいという要求がある。
　本発明の課題は、半導体レーザ光源、グレーティング素子および光伝送素子を個別実装するのに際して、グレーティング素子と光伝送素子との実装時の裕度を広げることにより、実装時の生産性を改善することである。
　また、本発明の課題は、半導体レーザ光源、グレーティング素子および光伝送素子を個別実装するのに際して、グレーティング素子と光伝送素子との実装時のアライメントの生産性を改善することである。
　本発明は、半導体レーザ光源、グレーティング素子および光伝送素子を備える光学デバイスであって、
　前記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面を有するリッジ型光導波路、および前記リッジ型光導波路内に形成されたブラッググレーティングを備えており、
　前記光伝送素子が、前記リッジ型光導波路からの出射光が入射する入射面を有する光伝送部を備えており、
　前記光伝送部の前記入射面における水平方向のニアフィールド径が、前記リッジ型光導波路の前記出射面における水平方向のニアフィールド径よりも大きいことを特徴とする。
　また、本発明は、半導体レーザ光源、グレーティング素子および光伝送素子を備える光学デバイスであって、
　前記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面を有するリッジ型光導波路、および前記リッジ型光導波路内に形成されたブラッググレーティングを備えており、
　前記光伝送素子が、前記リッジ型光導波路からの出射光が入射する入射面を有する光伝送部を備えており、
　前記リッジ型光導波路が、前記ブラッググレーティングと前記出射面との間に出射側伝搬部を備えており、前記リッジ型光導波路の前記出射面における幅が前記ブラッググレーティングにおける幅よりも大きいことを特徴とする。
　また、本発明は、半導体レーザ光源、グレーティング素子および光伝送素子を備える光学デバイスを製造する方法であって、
　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リッジ型光導波路、および前記リッジ型光導波路内に形成されたブラッググレーティングを備えており、
　前記光伝送素子が、前記リッジ型光導波路からの出射光が入射する入射面を有する光伝送部を備えており、
　複数の前記光伝送部を有する第一の母材を製造する工程、
　複数の前記リッジ型光導波路を有する第二の母材を製造する工程、
　前記第一の母材を加工することによって、前記第二の母材を実装するための実装面を形成する工程、
　前記第二の母材を前記実装面に実装して複合体を得、この際前記リッジ型光導波路の前記出射面を前記光伝送部の前記入射面にアライメントする工程、および
　前記複合体を切断することによって前記光学デバイスを得る工程
を有する。
　また、本発明は、半導体レーザ光源、グレーティング素子および光伝送素子を備える光学デバイスを製造する方法であって、
　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リッジ型光導波路、および前記リッジ型光導波路内に形成されたブラッググレーティングを備えており、
　前記光伝送素子が、前記リッジ型光導波路からの出射光が入射する入射面を有する光伝送部を備えており、
　複数の前記光伝送部を有する第一の母材を製造する工程、
　複数の前記リッジ型光導波路を有する第二の母材を製造する工程、
　前記第一の母材と前記第二の母材とを接合して複合体を得、この際前記リッジ型光導波路の前記出射面を前記光伝送部の前記入射面にアライメントする工程、および
　　前記複合体を切断することによって前記光学デバイスを得る工程を有する。
　本発明によれば、半導体レーザ光源、グレーティング素子および光伝送素子を個別実装するのに際して、グレーティング素子と光伝送素子との実装時の裕度を広げることにより、実装時の生産性を改善することができる。
　また、本発明によれば、半導体レーザ光源、グレーティング素子および光伝送素子を個別実装するのに際して、グレーティング素子と光伝送素子との実装時のアライメントの生産性を改善することができる。
光学デバイスを模式的に示す平面図である。 光学デバイスを模式的に示す平面図である。 光学デバイスを模式的に示す平面図である。 光学デバイスを模式的に示す平面図である。 図１の光学デバイスのうち光源とグレーティング素子とを模式的に示す側面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、グレーティング素子の模式的断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、グレーティング素子の横断面形状を示す模式図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ、グレーティング素子の横断面形状を示す模式図である。 従来例によるモードホップの形態を説明する図である。 従来例によるモードホップの形態を説明する図である。 好適な実施形態における、離散的な位相条件例を示す。 好適な形態におけるレーザ発振条件を説明するための概念図である。 （ａ）は、好適例の光学デバイス３０Ａを模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、光学デバイス３０Ａを模式的に示す側面図である。 （ａ）は、好適例の光学デバイス３０Ｂを模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、光学デバイス３０Ｂを模式的に示す側面図である。 （ａ）は、好適例の光学デバイスを模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、光学デバイスを模式的に示す側面図である。 （ａ）は、複数の光導波路１１を形成した母材を示し、（ｂ）は、母材を加工した状態を示す。 複数のリッジ型光導波路およびブラッググレーティングを形成した母材を示す。 第二の母材を第一の母材の実装面に実装して複合体を得た状態を示す。 図１８の複合体を切断して得られた光学デバイスチップを示す。 （ａ）は、複数の光導波路１１を有する母材を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、複数のリッジ型光導波路５を有する母材を模式的に示す斜視図である。 母材を接合して得られた複合体を示す斜視図である。 図２１の複合体を切断して得られた光学デバイスチップを示す。
　図１，図５に模式的に示す光学デバイスは、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３と、光伝送素子１０とを備えている。本例では、光伝送素子１０として光導波路素子を使用していきるが、光伝送素子の光導波路を光ファイバに変更できる。
　光源１とグレーティング素子３とは、図示しない共通基板上に実装されていてよい。また、グレーティング素子３と光伝送素子１０とは、図示しない別体の基板上に実装されていてよい。
　光源１は、半導体レーザ光を発振する活性層２を備えている。活性層２の外側端面２ａには、図５に示す反射膜１４を設けることもできる。活性層２のグレーティング素子側の端面には、図５に示す無反射膜または反射膜１５Ａを形成することもできる。
　グレーティング素子３には、半導体レーザ光Ａが入射する入射面５ａと所望波長の出射光Ｂを出射する出射面５ｂを有するリッジ型光導波路５が設けられている。光導波路５内には、ブラッググレーティング６が形成されている。光導波路５の入射面５ａとブラッググレーティング６との間には、回折格子のない入射側伝搬部７が設けられており、入射側伝搬部７が活性層５と間隙１７を介して対向している。光導波路５の入射面５ａ側には、無反射膜または反射膜１５Ｂが設けられていてよく、出射面５ｂ側に
は、無反射膜または反射膜１５Ｃが設けられていて良い。
　無反射層１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ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。この場合、光源１は単独でレーザ発振ができるものといえる。
　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２の端面における反射率よりも大きくする方が好ましい。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。
　本例では、光導波路５の出射面５ｂとブラッググレーティング６との間に、回折格子のない出射側伝搬部８が設けられている。出射側伝搬部８は、光伝送素子１０の光導波路１１の入射面１２と対向している。１３は、光導波路１１の出射面である。
　本例では、出射側伝搬部８は、ブラッググレーティング６の末端から連続する連結部８ａ、光導波路の出射面に連続する出射部８ｃ、および連結部と出射部との間に設けられたテーパ部８ｂを備えている。そして、出射面５ｂにおける光導波路の幅Ｗｏｕｔが、ブラッググレーティング６における光導波路の幅Ｗｇｒよりも大きくなっている。また、出射側伝搬部８が、光導波路の幅Ｗｍがブラッググレーティング側から出射面側へと向かって大きくなるテーパ部８ｂを含む。なお、本例では、連結部８ａにおける光導波路の幅はＷｇｒであってかつ一定であり、出射部８ｃにおける光導波路の幅Ｗｏｕｔも一定である。また、Ｗｍは、連結部８ａとの境界で最小値Ｗｇｒとなり、出射部８ｃとの境界で最大値Ｗｏｕｔとなる。
　ブラッググレーティングにおける光導波路の幅Ｗｇｒは、半導体レーザ光源との結合効率を高めるために、レーザのニアフィールドパターンと同等になるように設定する。半導体レーザのニアフィールドの水平方向の大きさは、例えば２μｍから７μｍになっていることがある。この場合、光導波路の幅Ｗｇｒは２μｍから７μｍに設定している。
　ここで、本実施形態では、出射側伝搬部の出射面における光導波路幅Ｗｏｕｔを相対的に大きくすることによって、出射面における光ビームのモードフィールドのニアフィールド径（水平方向）Ｂｏｕｔを大きくすることができる。この結果、グレーティング素子から出射する光ビーム密度を下げ、この出射光が光伝送素子に結合する際の水平方向の寸法の裕度を向上させることができる。これによって、グレーティング素子と光伝送素子とを光学的に組み付ける際の生産性が著しく向上する。
　本例では、光伝送素子の光伝送部、例えば光導波路１１の入射面１２におけるモードフィールドパターンのニアフィールド径（水平方向（Ｄｉｎ）を、光導波路５の出射面における光ビームのモードフィールドのニアフィールド径（水平方向）Ｂｏｕｔよりも大きくしている。これによって、アライメント時の光軸ズレに対する裕度が一層向上する。
　ただし、光伝送部１１の入射部１１ａにおけるニアフィールド径Ｄｉｎを大きくしてアライメント時の光軸ズレに対する裕度を向上させた場合、光伝送素子から外部に出射するときのニアフィールド径が大きくなりすぎることがある。この場合には、本例のように、よりニアフィールド径Ｄｏｕｔの小さい出射部１１ｃを設けることができる。この場合、入射部１１ａと出射部１１ｃとの間に、ニアフィールド径が徐々に小さくなるテーパ部１１ｂを設けることが、損失低減の観点からは好ましい。
　図２の光学デバイスは、図１の光学デバイスとほぼ同様のものであるが、ただしリッジ型光導波路５Ａの形態が異なる。
　すなわち、光導波路５Ａ内には、ブラッググレーティング６が形成されている。光導波路５Ａの入射面５ａとブラッググレーティング６との間には、回折格子のない入射側伝搬部７Ａが設けられており、入射側伝搬部７Ａが活性層２と間隙１７を介して対向している。光導波路５の出射面５ｂとブラッググレーティング６との間に、回折格子のない出射側伝搬部８Ａが設けられている。出射側伝搬部８Ａは、光伝送素子１０の光導波路１１の入射面１２と対向している。
　本例では、出射側伝搬部８Ａは、ブラッググレーティング６の末端から連続する連結部８ａ、光導波路の出射面に連続する出射部８ｄを備えている。そして、出射面５ｂにおける光導波路の幅Ｗｏｕｔが、ブラッググレーティング６における光導波路の幅Ｗｇｒよりも大きくなっている。また、出射部８ｄにおいては、光導波路の幅Ｗｍがブラッググレーティング側から出射面側へと向かって大きくなる。本例では、連結部８ａにおける光導波路の幅はＷｇｒであってかつ一定である。Ｗｍは、連結部８ａとの境界で最小値Ｗｇｒとなり、出射面において最大値Ｗｏｕｔとなる。
　ここで、本実施形態では、出射側伝搬部の出射面５ｂにおける光導波路幅Ｗｏｕｔを相対的に大きくすることによって、出射面における光ビームのモードフィールドのニアフィールド径（水平方向）Ｂｏｕｔを大きくする。同時に、光伝送素子の光伝送部、例えば光導波路１１の入射面１２におけるモードフィールドパターンのニアフィールド径（水平方向）Ｄｉｎを、出射面における光ビームのモードフィールドのニアフィールド径（水平方向）Ｂｏｕｔよりも大きくしている。
　また、本例では、入射側伝搬部７Ａは、ブラッググレーティング６の末端から連続する連結部７ｃ、光源と対向する入射部７ａ、および連結部と入射部との間に設けられたテーパ部７ｂを備えている。そして、入射面５ａにおける光導波路の幅Ｗｉｎが、ブラッググレーティング６における光導波路の幅Ｗｇｒよりも大きくなっている。また、テーパ部７ｂにおいては、光導波路の幅が、入射部７ａから連結部７ｃへと向かって徐々に小さくなっている。
　こうした構造の入射側伝搬部によって、ブラッググレーティングにおけるシングルモード伝搬を確保しつつ、光源の活性層とグレーティング素子の入射面５ａとの間のアライメント時の光軸ずれに対する裕度を改善することができる。
　図３の光学デバイスは、図１の光学デバイスとほぼ同様のものであるが、ただしリッジ型光導波路５Ｂおよび光伝送部１１Ａの形態が異なる。
　すなわち、光導波路５Ｂ内には、ブラッググレーティング６が形成されている。光導波路５の入射面５ａとブラッググレーティング６との間には、回折格子のない入射側伝搬部７が設けられている。光導波路５の出射面５ｂとブラッググレーティング６との間に、回折格子のない出射側伝搬部８Ｂが設けられている。
　本例では、出射側伝搬部８Ｂは、ブラッググレーティング６の末端から連続する連結部８ａ、出射面５ｂを有する出射部８ｆ、および連結部８ａと出射部８ｆとの間の連結部８ｅを備えている。そして、出射面５ｂにおける光導波路の幅Ｗｏｕｔが、ブラッググレーティング６における光導波路の幅Ｗｇｒよりも小さくなっている。また、テーパ部８ｅにおいては、光導波路の幅Ｗｍがブラッググレーティング側から出射面側へと向かって徐々に小さくなっている。本例では、連結部８ａにおける光導波路の幅はＷｇｒであってかつ一定である。Ｗｍは、連結部８ａとの境界で最大値Ｗｇｒとなり、出射部８ｆとの境界において最小値Ｗｏｕｔとなる。
　また、本例では、光伝送素子の光伝送部１１Ａの入射面１２におけるモードフィールドパターンのニアフィールド径（水平方向）Ｄｉｎを、光導波路５Ｂの出射面における光ビームのモードフィールドのニアフィールド径（水平方向）Ｂｏｕｔよりも大きくしている。これによって、アライメント時の光軸ズレに対する裕度が一層向上する。更に、よりニアフィールド径Ｄｏｕｔの小さい出射部１１ｃを設けることができる。この場合、入射部１１ａと出射部１１ｃとの間に、ニアフィールド径が徐々に小さくなるテーパ部１１ｂを設けることが、損失低減の観点からは好ましい。
　図４の光学デバイスは、図１に示したデバイスと同様のものであるが、入射側伝搬部７Ａおよび出射側伝搬部８Ａの形態が異なる。入射側伝搬部７Ａの形態は、図２に示したものと同じである。一方、出射側伝搬部８Ａの形態は、図２に示したものと同じである。
　また、光伝送素子１０の光伝送部１１Ａの形態は、図３に示したものと同様である。ただし、本例では、光伝送素子の光伝送部１１Ａの入射面１２におけるモードフィールドパターンのニアフィールド径（水平方向）Ｄｉｎを、光導波路５Ｃの出射面における光ビームのモードフィールドのニアフィールド径（水平方向）Ｂｏｕｔよりも小さくしている。しかし、この場合にも、Ｂｏｕｔを十分に大きくすれば、アライメント時の光軸ズレに対する裕度を向上させることができる。
　以下、リッジ型光導波路の断面構造について例示する。
　図６（ａ）に示す例では、基板２９上に下側バッファ層２０を介して光学材料層４が形成されている。光学材料層４には例えば一対のリッジ溝２２が形成されており、リッジ溝の間にリッジ型の光導波路５が形成されている。下側バッファ層２０および雰囲気がクラッドとして機能する。この場合、ブラッググレーティングは光学材料層の平坦面側に形成していてもよく、リッジ溝側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側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の反対側に設けることが好ましい。
　本例のように、雰囲気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。
　図６（ｂ）の例では、光学材料層４上に、クラッドとして機能する上側バッファ層２６を形成している。
　また、図６（ｃ）の例では、基板２９上に下側バッファ層２０を介して光学材料層４が形成されている。光学材料層４には例えば一対のリッジ溝２２が形成されており、リッジ溝の間にリッジ型の光導波路５が形成されている。本例ではリッジ溝２２が下側バッファ層側に形成されている。そして、光学材料層４上に上側バッファ層２６が形成されている。
　下側バッファ層と基板との間には接着層を設けることができる。
　好適な実施形態においては、リッジ型光導波路が、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７（ａ）に示す素子３９Ａでは、基板２９上に下側バッファ層２０を介して、光学材料よりなるコアからなる光導波路３１が形成されている。この光導波路３１の下側には、クラッドとして機能する下側バッファ層２０が存在している。光導波路３１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３１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３１の横断面形状は台形であり、上面３１ａが下面３１ｂよりも狭い。なお、バッファ層２０と支持基板２９との間に接着層を形成することもできる。
　図７（ｂ）に示す素子３９Ｂでは、基板２９上にバッファ層３２内が設けられており、バッファ層３２内に、光学材料よりなるコアからなる光導波路３２が埋設されている。バッファ層３２は、光導波路の上面を被覆する上面被覆部３２ｂ、光導波路の側面を被覆する側面被覆部３２ｃおよび光導波路の底面を被覆する底面被覆部３２ａを有する。
　図７（ｃ）に示す素子３９Ｃでは、基板２９上にバッファ層３２内が設けられており、バッファ層３２内に、光学材料よりなるコアからなる光導波路３１Ａが埋設されている。バッファ層３２は、光導波路の上面を被覆する上面被覆部３２ｂ、光導波路の側面を被覆する側面被覆部３２ｃおよび光導波路の底面を被覆する底面被覆部３２ａを有する。
　また、図８（ａ）に示す素子３９Ｄでは、基板２９上に下側バッファ層２０を介して、光学材料よりなるコアからなる光導波路３１が形成されている。光導波路３１の側面および上面３１ａには、やはりクラッドとして機能する上側バッファ層３３が形成され、光導波路３１を被覆している。上側バッファ層３３は、光導波路３１の側面を被覆する側面被覆部３１ｂおよび上面を被覆する上面被覆部３１ａを有する。
　また、図８（ｂ）に示す素子３９Ｅでは、光学材料よりなるコアからなる光導波路３１Ａが形成されている。光導波路３１Ａ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３３は、光導波路３１Ａの側面を被覆する側面被覆部３３ｂおよび上面を被覆する上面被覆部３３ａを有する。
　なお、例えば図６～図８に示すように、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。また、Ｔｓは光導波路（層）の厚さである。
　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）
　リッジ型の光導波路は、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４は、支持基板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４は支持基板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、接着固定でも直接接合でもよく、支持基板上に成膜して形成してもよい。
　本発明の観点からは、出射面における光導波路の幅Ｗｏｕｔは、５μｍ以上が好ましく、７μｍ以上が更に好ましく、１０μｍ以上が最もよい。また、Ｗｏｕｔは、２０μｍ以下が好ましい。また、Ｗｏｕｔ／Ｗｇｒは、１．６以上が好ましく、２．５以上が更に好ましい。一方、Ｗｏｕｔ／Ｗｇｒは、７以下が好ましい。
　本発明の観点からは、出射面におけるニアフィールド径（水平方向）Ｂｏｕｔは、５μｍ以上が好ましく、７μｍ以上が更に好ましく、１０μｍ以上が最もよい。また、Ｂｏｕｔは、２０μｍ以下が好ましい。
　本発明の観点からは、光伝送部におけるニアフィールド径（水平方向）Ｄｉｎは、５μｍ以上が好ましく、７μｍ以上が更に好ましい。
　Ｄｉｎ／Ｗｏｕｔは、グレーティング素子からの出射光を光伝送素子１０に結合させるという観点からは、１．１以上が好ましく、１．２以上が更に好ましい。
　一方、たとえば図４に示すように、出射側伝搬部８Ａの出射面５ｂにおける光導波路幅Ｗｏｕｔをブラッググレーティングにおける光導波路幅Ｗｇｒよりも大きくする実施形態においては、Ｄｉｎ／Ｗｏｕｔは、０．９以下が好ましく、また、０．８３以上が好ましい。
　本発明の観点からは、グレーティング素子の出射面におけるニアフィールド径（垂直方向）は、大きいほど好ましく、０．５μｍ以上が好ましく、１μｍ以上が更に好ましい。また、グレーティング素子の出射面におけるニアフィールド径（垂直方向）は、５μｍ以下が好ましい。
　本発明の観点からは、光伝送部におけるニアフィールド径（垂直方向）は、０．１μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上が更に好ましい。光伝送部におけるニアフィールド径（垂直方向）／グレーティング素子の出射面におけるニアフィールド径（垂直方向）は、１．１以上が好ましく、１．２以上が更に好ましい。
　レーザ光の水平方向、垂直方向のニアフィールド径は、以下のようにして測定する。
　レーザ光の光強度分布を測定して、その強度分布が最大値（通常はコアの中心部分に相当）に対して1/e2（eは自然対数の底: 2.71828）になるところの幅のことを、一般的に、ニアフィールド径と定義する。レーザ光の場合、ニアフィールドはレーザ素子の水平方向と垂直方向で大きさが異なるために、それぞれ定義する。光ファイバのように同心円である場合には直径として定義される。
　光強度分布の測定は、一般的に近赤外カメラを利用したビームプロファイル測定やナイフエッジによる光強度測定によりレーザ光のスポットの光強度分布を得ることができる。
　光源とグレーティング素子との光軸合わせ時の位置ズレに対する裕度を向上させるという観点からは、グレーティング素子のリッジ型光導波路の入射面におけるニアフィールド径（水平方向）Ｂｉｎは、４μｍ以上とすることが好ましく、６μｍ以上とすることが更に好ましい。
　半導体レーザとの結合の観点からは、ブラッググレーティングにおける光導波路の幅Ｗｇｒは、２μｍ以上が好ましく、２．５μｍ以上が更に好ましい。また、同様の理由から、ブラッググレーティングにおける光導波路の幅Ｗｇｒは、７μｍ以下が好ましく、６．５μｍ以下が更に好ましい。
　半導体レーザとの結合トレランスを向上するために、グレーティング素子の光導波路の入力部にテーパ構造を設けることで光導波路の入射部における幅を広げることができる。この場合には、グレーティングにおける光導波路幅を更に小さくしても、光源との結合効率を保持することができるので、ブラッググレーティングにおける光導波路の幅Ｗｇｒはシングルモード性の観点で１μｍ以上としてもよい。このようにすることにより、波長安定性が向上しパワー安定性を向上させることが可能となる。
　光伝送素子は、光導波路素子であってよく、光ファイバアレイであってよい。この光伝送素子は、第二高調波発生素子などの高調波発生素子であってよく、また光変調素子、偏光素子、光増幅器、光遅延素子、光メモリ、等の光制御素子であってよい。
　以下、本発明のデバイスの好適な実施形態について更に述べる。
　グレーティング素子に関して、一般的に、ファイバグレーティングを使用する場合に、石英は屈折率の温度係数が小さいのでdλG／dTが小さく、｜dλG／dT―dλTM／dT｜が大きくなる。このためモードホップがおこる温度域△Tが小さくなってしまう傾向がある。
　このため、好適な実施形態においては、グレーティングが形成される導波路基板の屈折率が１．７以上、好ましくは１．８以上の材料を使用する。これにより屈折率の温度係数を大きくでき、dλG／dTが大きくできるので、｜dλG／dT―dλTM／dT｜を小さくでき、モードホップがおこる温度域△Tを大きくできる。
　そして、好適な実施形態においては、これを前提として、当業者の常識に反して、ブラッグ反射率のピークにおける半値全幅△λGを大きめに設定する。その上で、モードホップが起こりにくいようにするために、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、共振器長を短くする必要があるので、ブラッググレーティングの長さＬｂを３００μｍ以下と短くした。
　その上で、ブラッググレーティングを構成する凹凸の深さｔｄを２０ｎｍ以上、２５０ｎｍ以下の範囲内で調節することによって、△λGを０．８ｎｍ以上、６ｎｍ以下にすることができ、この△λGの範囲内に縦モードの数を２～５に調節できる。すなわち、位相条件を満足する波長は離散的であり、△λGの中に縦モードの数が２以上、５以下存在しているときには、△λGの中でモードホップを繰り返し、この外にはずれることはない。このため大きなモードホップが起きないので、波長安定性を高くし、光パワー変動を抑制できる。
　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 JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ゲイン条件は、（2-1）式より下式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　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 JPOXMLDOC01-appb-M000003
　外部共振器型レーザは、外部共振器として、石英系ガラス導波路、FBGを用いたものが製品化されている。従来の設計コンセプトは、図９と図１０に示すように、グレーティングの反射特性は△λG=0.2nm程度、反射率10%となっている。このことから、グレーティング部の長さは１ｍｍとなっている。一方、位相条件については、満足する波長は離散的になり、△λG内に、(2-3)式が2～3点あるように設計されている。このため、レーザ媒体の活性層長さが長いものが必要になり、１ｍｍ以上のものが使用されている。
　ガラス導波路やFBGの場合、λgの温度依存性は非常に小さく、dλG/dT＝0.01nm/℃程度となる。このことから、外部共振器型レーザは、波長安定性が高いという特徴をもつ。
　しかし、位相条件を満足する波長の温度依存性は、これに比してdλs/dT＝0.05nm/℃と大きく、その差は0.04nm/℃となる。
　一般的に、モードホップが起こる温度Tmhは、非特許文献１より下式のように考えることができる（Ta=Tfとして考える）。
　ΔＧＴＭは、外部共振器レーザの位相条件を満足する波長間隔（縦モード間隔）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　これより従来の場合、Tmhは5℃程度となる。このためモードホップが起こりやすい。したがって、モードホップが起こってしまうと、グレーティングの反射特性に基づきパワーが変動し、５％以上変動することになる。
　以上から、実動作において、従来のガラス導波路やFBGを利用した外部共振器型レーザは、ペルチェ素子を利用して温度制御を行っていた。
　これに対し、本実施形態では、前提条件として(2-4)式の分母が小さくなるグレーティング素子を使用するものである。(2-4)式の分母は、0.03nm/℃以下にすることが好ましく、具体的な光学材料層としては、ガリウム砒素（GaAs）、ニオブ酸リチウム（LN）、タンタル酸リチウム（LT）、酸化タンタル（Ta2O5）、酸化亜鉛（ZnO）、酸化アルミナ（Al2O3）が好ましい。
　位相条件を満足する波長は、△λG内に５点以下存在していれば、モードホップが起こったとしても、安定なレーザ発振条件で動作が可能であることがわかった。
　すなわち、本実施形態では、例えば、ニオブ酸リチウムのｚ軸の偏光を使用する場合に温度変化に対して、発振波長はグレーティングの温度特性に基づき0.１nm／℃で変化するが、モードホップは起こしてもパワー変動が起こりにくくすることが可能である。本願構造は、△λGを大きくするためにグレーティング長Lbは例えば100μｍとし、△ＧTMを大きくするためにLaは例えば250μｍとしている。
　なお、特許文献１との相違についても補足する。
　本願は、グレーティング波長の温度係数と半導体のゲインカーブの温度係数を近づけることを前提としている。このことから屈折率が１．７以上（好ましくは１．８以上）の材料を使用することとしている。さらにグレーティングの溝深さｔｄを２０ｎｍ以上、２５０ｎｍ以上とし、反射率を３％以上、６０％以下で、かつその半値全幅△λGを０．８ｎｍ以上、２５０ｎｍ以下としている。これらにより共振器構造をコンパクトにでき、かつ付加するものをなくして温度無依存性が実現できる。特許文献１では、各パラメータは以下のように記載されており、いずれも従来技術の範疇となっている。
　△λG＝0.4nm
　縦モード間隔△GTM＝0.2nm
　グレーティング長Lb＝3mm
　LD活性層長さLa＝600μｍ
　伝搬部の長さ＝1.5mm
　以下各条件について更に具体的に述べる。
　０．８ｎｍ≦△λG≦６．０ｎｍ・・・（１）
１０μｍ≦Ｌｂ≦３００μｍ　　・・・（２）
２０ｎｍ≦ｔｄ≦２５０ｎｍ　　・・・（３）
ｎｂ≧１．７　　　　　　　　　・・・（４）
　式（４）において、ブラッググレーティングを構成する材質の屈折率ｎｂは１．７以上とする。
　従来は石英などの、より屈折率の低い材料が一般的であったが、本発明の思想では、ブラッググレーティングを構成する材質の屈折率を高くする。この理由は、屈折率が大きい材料は屈折率の温度変化が大きいからであり、（2-4）式のＴmhを大きくすることができ、さらに前述のようにグレーティングの温度係数dλG/dTを大きくできるからである。この観点からは、ｎｂは、１．８以上であることが好ましく、１．９以上であることが更に好ましい。また、ｎｂの上限は特にないが、グレーティングピッチが小さくなりすぎて形成が困難になることから４以下が好ましい。
　ブラッグ反射率のピークにおける半値全幅△λGを０．８ｎｍ以上とする（式１）。λＧはブラッグ波長である。すなわち、図９、図１０に示すように、横軸にブラッググレーティングによる反射波長をとり、縦軸に反射率をとったとき、反射率が最大となる波長をブラッグ波長とする。またブラッグ波長を中心とするピークにおいて、反射率がピークの半分になる二つの波長の差を半値全幅△λGとする。
　ブラッグ反射率のピークにおける半値全幅△λGを０．８ｎｍ以上とする（式（１））。これは、反射率ピークをブロードにするためである。この観点からは、半値全幅△λGを1.２ｎｍ以上とすることが好ましく、１.５ｎｍ以上とすることが更に好ましい。また、半値全幅△λGを６ｎｍ以下とするが、３ｎｍ以下とすることが更に好ましく、２ｎｍ以下とすることが好ましい。
　複数の周期の異なるグレーティングを形成する場合は、合成したグレーティング反射特性の半値全幅△λＧｎが、２０ｎｍ以下であることが好ましい。
　ブラッググレーティングの長さＬｂは３００μｍ以下とする（式２）。ブラッググレーティングの長さＬｂは、光導波路を伝搬する光の光軸の方向におけるグレーティング長である。ブラッググレーティングの長さＬｂを３００μｍ以下と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。この観点からは、ブラッググレーティングの長さＬｂを２００μｍ以下とすることがいっそう好ましい。
　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Ｌｂ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。
　式（３）において、ｔｄは、前記ブラッググレーティングを構成する凹凸の深さである。２０ｎｍ≦ｔｄ≦２５０ｎｍとすることで、△λGを０．８ｎｍ以上、２５０ｎｍ以下とすることができ、縦モードの数を△λGの中に２以上、５以下に調整することができる。こうした観点からは、ｔｄは、３０ｎｍ以上が更に好ましく、また、２００ｎｍ以下が更に好ましい。半値全幅を３ｎｍ以下とするには１５０ｎｍ以下が好ましい。
　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。
　レーザ発振条件は、図１２に示すように、ゲイン条件と位相条件から成立する。位相条件を満足する波長は離散的であり、たとえば図１１に示される。すなわち、本構造ではゲインカーブの温度係数（GaAsの場合０．３ｎｍ／℃）とグレーティングの温度係数dλG/dTを近づけることにより、発振波長を△λGの中に固定することができる。さらに△λGの中に縦モードの数が２以上、５以下存在するときには、発振波長は△λGの中でモードホップを繰り返し、△λGの外でレーザ発振する確率を低減できることから大きなモードホップが起こることがなく、さらに波長が安定で、出力パワーが安定に動作できる。
　好適な実施形態においては、活性層の長さＬａも５００μｍ以下とする。この観点からは、活性層の長さＬａを３００μｍ以下とすることが更に好ましい。また、レーザの出力を大きくするという観点では活性層の長さＬａは、１５０μｍ以上とすることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 　式（６）において、dλG／ｄＴは、ブラッグ波長の温度係数である。
　また、dλＴＭ／ｄＴは、外部共振器レーザの位相条件を満足する波長の温度係数である。
　ここで、λＴＭは、外部共振器レーザの位相条件を満足する波長であり、つまり前述した（2.3式）の位相条件を満足する波長である。これを本明細書では「縦モード」と呼ぶ。
　以下、縦モードについて補足する。
　（2.3）式の中のβ＝2πｎeff／λであり、ｎeffはその部の実効屈折率であり、これを満足するλがλTMとなる。φ2は、ブラッググレーティングの位相変化である。
　△GTMは、外部共振器レーザの位相条件を満足する波長間隔（縦モード間隔）である。λTMは、複数存在するので、複数のλTMの差を意味する。
　したがって、式（６）を満足することで、モードホップが起こる温度を高くし、事実上モードホップを抑制することができる。式（６）の数値は、0.０25以下とすることが更に好ましい。
　好適な実施形態においては、グレーティング素子の長さＬＷＧも６００μｍ以下とする。ＬＷＧは４００μｍ以下が好ましく、３００μｍ以下が更に好ましい。また、ＬＷＧは５０μｍ以上が好ましい。
　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、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。ただし、入射側伝搬部は設けなくとも良い。
　次いで、光学デバイスの製造方法について更に述べる。
　好適な実施形態においては、グレーティング素子および光伝送素子を実装する共通基板を備えている。図１３のデバイスは、この実施形態に係るものである。図１３（ａ）は、デバイス３０Ａを模式的に示す平面図であり、図１３（ｂ）は、デバイス３０Ａを示す側面図である。
　光源１は実装基板３１上に実装されている。また、別体の実装基板３２上には、光伝送素子１０が実装されている。これと共に、実装基板３２には加工によって段差部Ｓおよび実装面３２ａが形成されており、この実装面３２ａ上にグレーティング素子３が実装されている。実装基板３１と実装基板３２とは接着、はんだ等によって一体化されている。２４、３６は上側バッファ層である。
　また、好適な実施形態においては、グレーティング素子を実装する基板と光伝送素子を実装する基板とが別体である。図１４のデバイスは、この実施形態に係るものである。図１４（ａ）は、デバイス３０Ｂを模式的に示す平面図であり、図１４（ｂ）は、デバイス３０Ｂを示す側面図である。
　光源１は実装基板３１上に実装されている。また、別体の実装基板３５上には、光伝送素子１０が実装されている。これと共に、別体の実装基板２９上にはグレーティング素子３が実装されている。本例の実装基板２９は支持基板を兼ねている。実装基板３１と実装基板２９とは接着、はんだ等によって一体化されており、実装基板２９と３５とは接着等によって一体化されている。
　図１５（ａ）は、他の光学デバイス３０Ｃを模式的に示す平面図であり、図１５（ｂ）は光学デバイス３０Ｃの側面図である。光源１は実装基板３１上に実装されている。また、別体の実装基板４３上には、光伝送素子４０が実装されている。本例の光伝送素子４０には光ファイバ４１が固定されている。また、実装基板４３には加工によって段差部Ｓおよび実装面４３ａが形成されており、この実装面４３ａ上にグレーティング素子３が実装されている。光ファイバ４２はリッジ型光導波路に対して光軸合わせされている。実装基板４３上には上側クラッド基板５０が更に接合されている。また、実装基板４３と実装基板３２とは接着、はんだ等によって一体化されている。
　好適な実施形態においては、光伝送素子を実装する基板の幅とグレーティング素子の幅とが同じである。これによって、光伝送素子を実装する実装基板の外形に対してグレーティング素子の外形を合わせてアライメントすることが可能となる。
　好適な実施形態においては、グレーティング素子と光伝送素子とをアライメントするためのマーキングがされている。すなわち、図１３～図１５においては、グレーティング素子側のマーキング３３と光伝送素子側のマーキング３４とが形成されており、各マーキングを位置合わせすることによってアライメントを行う。
　図１６～図１９は、本発明製法の第一実施形態に係るものである。
　まず、図１６（ａ）に示すように、複数の光伝送部１１を有する第一の母材５５を製造する。本例では、支持基板４５上に基板４６Ａを形成しており、基板４６Ａ上に所定の光伝送部１１が形成されている。また、本例では上側クラッド３６Ａによって光伝送部１１を被覆している。図１６（ａ）では、複数の光伝送部１１が一列配列されているが、複数の光伝送部１１を縦横に二次元的に配列したウエハーであってもよい。
　第一の母材を加工することによって、第二の母材を実装するための実装面を形成する。すなわち、図１６（ｂ）に示すように、母材を加工することによって、母材５５Ａに段差部Ｓおよび実装面３２ａを形成する。
　また、複数のリッジ型光導波路を有する第二の母材を製造する。すなわち、図１７に示す例では、支持基板２９Ａ上に複数のリッジ型光導波路５およびリッジ溝２２が形成されている。このリッジ型光導波路内には所定のブラッググレーティングが形成されている。なお、本例では、第二の母材には、複数のリッジ型光導波路５が一列に配列されている。２４Ａは上側バッファ層である。
　次いで、第二の母材５６を第一の母材５５Ａの実装面に実装して複合体６１Ａを得る。すなわち、図１８に示すように、第二の母材を第一の母材Ｓの段差部に収容し、実装面上に実装して一体化する。この際、リッジ型光導波路５の出射面を光伝送部の入射面にアライメントする。こうして得られた複合体を点線Ｘに沿って切断し、図１９に示すような光学デバイスのチップ３０Ａを得ることができる。
　なお、本例では、第二の母材５６においてはリッジ型光導波路が一列に一次元的に配列されている。一方、第一の母材５５Ａにおいては、光伝送部が一列に一次元的に配列されていてよい。あるいは、一つの第一の母材５５Ａに複数個の段差部および実装面を加工によって形成したあと、複数個の段差部および実装面にそれぞれ別体の第二の母材５６を実装することもできる。
　図２０～図２２は、本発明製法の第二形態に係るものである。
　まず、複数の光伝送部を有する第一の母材を製造する。すなわち、図２０（ａ）に示すように、基板３５Ａ上に複数の光伝送部１１を有する第一の母材５５Ｂを製造する。この時点では、最初にウエハーに多数の光伝送部１１を縦横に二次元的に形成したあと、ウエハーを切断することで、複数の光伝送部１１が一列に一次元的に配列された母材を得る。３６Ａは上側バッファ層であるが、上側バッファ層は設けなくともよい。
　また、複数のリッジ型光導波路を有する第二の母材を製造する。すなわち、図２０（ｂ）に示すように、支持基板２９Ａ上に複数のリッジ型光導波路５を一列、一次元的に配列する。この時点では、最初にウエハーに多数の光導波路５を縦横に二次元的に形成したあと、ウエハーを切断することで、複数の光導波路５が一列に一次元的に配列された母材５６Ａを得る。
　次いで、第一の母材と第二の母材とを接合して複合体を得る。この際、リッジ型光導波路の出射面を光伝送部の入射面にアライメントする。すなわち、図２１に示すように、第一の母材５５Ｂの支持基板３５Ａと第二の母材５６Ａの支持基板２９Ａとを接合し、一体化する。このとき、各リッジ型光導波路の出射面と各光伝送部の入射面とのアライメントを行う。次いで、点線Ｘに沿って複合体６１Ｂを切断することによって、図２２に示すような光学デバイスチップ３０Ｂを得る。
（実施例１）
　図１および図５を参照しつつ説明した光学デバイスを製造した。デバイスの横断面構造は図６（ａ）に示すものとした。
　具体的には、石英からなる支持基板２９にスパッタ装置にてＳｉＯ２からなる下側バッファ層２０を１μｍ成膜し、さらにTa2O5からなる光学材料層４を２μｍ成膜した。次いで、光学材料層４上にＴｉを成膜して、フォトリソグラフィ技術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Λ205.4nm、長さLb　２５μｍのブラッググレーティング６を形成した。グレーティングの溝深さｔｄは１００ｎｍとした。
　次いで、光導波路のパターンをフォトリソグラフィ技術にてパターニングして反応性イオンエッチングにより、リッジ溝およびリッジ型光導波路を形成した。光導波路の入射面からブラッググレーティング６までの長さＬｍは２５μｍとした。リッジ溝の深さは１．２μｍである。その後、切断して端面を鏡面加工して、素子サイズを幅1mm、長さＬＷＧ100μmとした。両端面には単層のARコートを成膜した。
　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。測定した素子の反射中心波長は８５０ｎｍであった。
　次に、光導波路素子としてPPLN波長変換素子を下記のように製造した。
　具体的には、ＭｇＯドープした５°オフカットのｙニオブ酸リチウム基板に周期分極反転構造を形成した。その後、周期ドメイン反転したニオブ酸リチウム基板表面に、SiO2からなる下側バッファ層をスパッタ成膜し、ブラックＬＮ基板に貼り合わせを行い、精密研磨加工により1μｍ厚とした。次に、光導波路を形成するために、Ta2O5上にＴｉを成膜して、ＥＢ描画装置により導波路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、上記と同様な方法で反応性イオンエッチングし、光導波路を形成した。エッチング溝の両サイドは光導波路を残してニオブ酸リチウムを完全に切り込むようにエッチングした。光導波路の厚さは１μｍである。最後に、上側クラッドとなるSiO2を光導波路を覆うように２μｍスパッタにて形成した。
　ただし、グレーティング素子および波長変換素子の各パラメーターは以下のとおりとする。
光源活性層の出射面におけるニアフィールド径（水平方向）：　５．０μｍ
入射面５ａにおけるニアフィールド径（水平方向）Ｂｉｎ：　２．９μｍ
光導波路の入射面５ａにおける光導波路幅Ｗｉｎ：　３μｍ
グレーティング６における光導波路幅Ｗｇｒ：　３μｍ
光導波路の出射面５ｂにおける光導波路幅Ｗｏｕｔ：　１５μｍ
光導波路の出射面５ｂにおけるニアフィールド径（水平方向）Ｂｏｕｔ：　１４．８μｍ
光導波路の出射面５ｂにおけるニアフィールド径（垂直方向）：１．９μｍ
光伝送部の入射面１２におけるニアフィールド径（水平方向）Ｄｉｎ：１９μｍ
光伝送部の入射面１２におけるニアフィールド径（垂直方向）：
０．９μｍ
光伝送部の出射面におけるニアフィールド径（水平方向）Ｄｏｕｔ：　２．９μｍ
　上記のグレーティング素子と波長変換素子の軸ずれによる結合効率を評価するために別途波長変換素子を切断して、両端面を鏡面加工、ARコートを成膜した。結合効率は波長８５０ｎｍにて水平方向、垂直方向それぞれ調芯装置にて光量変動を測定した。
　その結果、結合効率５０％以上を確保できる領域は水平方向にて±４．５μｍ、垂直方向では±０．４μｍであった。
　次いで、図１、図５に示すようにレーザモジュールを実装した。光源素子は通常のＧａＡｓ系レーザを使用した。
光源素子仕様：
　中心波長：　　　８４７nm
　出力：　　　　　50mW
　半値幅：　　　　0.1nm
　レーザ素子長　　250μｍ
実装仕様：
　Lg：　　　　　　1μｍ
　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、グレーティングの反射波長に対応した中心波長８５０nmで発振し、出力はグレーティング素子がない場合よりも小さくなるが２７ｍＷのレーザ特性であった。また動作温度が２０℃から４０℃の温度範囲でレーザ発振波長の温度依存性とパワー変動を測定した。その結果、発振波長の温度係数は0.05nm／℃であった。また導波路素子からの出力光のパワー変動は±１%以下であった。
　また軸ずれトレランスが広いことは温度変化によって軸がずれても光量変化を抑制でき、パワー変動の小さい光源モジュールを実現することができる。
（実施例２）
　実施例１と同様にして光学デバイスを作製した。
　ただし、実施例１において、以下のパラメーターを採用した。
光源活性層の出射面におけるニアフィールド径（水平方向）：　５．0μｍ
入射面５ａにおけるニアフィールド径（水平方向）Ｂｉｎ：２．９μｍ
光導波路の入射面５ａにおける光導波路幅Ｗｉｎ：　３μｍ
グレーティング６における光導波路幅Ｗｇｒ：　３μｍ
光導波路の出射面５ｂにおける光導波路幅Ｗｏｕｔ：　６μｍ
光導波路の出射面５ｂにおけるニアフィールド径（水平方向）Ｂｏｕｔ：　５．８μｍ
光導波路の出射面５ｂにおけるニアフィールド径（垂直方向）：　　１．９μｍ
光伝送部の入射面１２におけるニアフィールド径（水平方向）Ｄｉｎ：　９μｍ
光伝送部の入射面１２におけるニアフィールド径（垂直方向）：０．９μｍ
光伝送部の出射面におけるニアフィールド径（水平方向）Ｄｏｕｔ：　　２．９μｍ
　実施例１と同様にして、波長８５０ｎｍにて水平方向、垂直方向それぞれ調芯装置にて光量変動を測定した。
　その結果、結合効率５０％以上を確保できる領域は水平方向にて±２μｍ、垂直方向では±０．３μｍであった。
　次いで、実施例１と同様にして、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、グレーティングの反射波長に対応した中心波長８５０nmで発振し、出力はグレーティング素子がない場合よりも小さくなるが２５ｍＷのレ
ーザ特性であった。また動作温度が２０℃から４０℃の温度範囲でレーザ発振波長の温度依存性とパワー変動を測定した。その結果、発振波長の温度係数は0.05nm／℃であった。また導波路素子からの出力光のパワー変動は±３％以下であった。
（比較例１）
　実施例１と同様にして光学デバイスを作製した。
　ただし、実施例１において、以下のパラメーターを採用した。
光源活性層の出射面におけるニアフィールド径（水平方向）：　５．０μｍ
入射面５ａにおけるニアフィールド径（水平方向）Ｂｉｎ：２．９μｍ
光導波路の入射面５ａにおける光導波路幅Ｗｉｎ：　３μｍ
グレーティング６における光導波路幅Ｗｇｒ：　３μｍ
光導波路の出射面５ｂにおける光導波路幅Ｗｏｕｔ：　３μｍ
光導波路の出射面５ｂにおけるニアフィールド径（水平方向）Ｂｏｕｔ：　２．９μｍ
光導波路の出射面５ｂにおけるニアフィールド径（垂直方向）：　１．９μｍ
光伝送部の入射面１２におけるニアフィールド径（水平方向）Ｄｉｎ：　１．９μｍ
光伝送部の入射面１２におけるニアフィールド径（垂直方向）：　０．９μｍ
光伝送部の出射面におけるニアフィールド径（水平方向）Ｄｏｕｔ：　２．９μｍ
　実施例１と同様にして、波長８５０ｎｍにて水平方向、垂直方向それぞれ調芯装置にて光量変動を測定した。
　その結果、結合効率５０％以上を確保できる領域は水平方向にて±1μｍ、垂直方向では±０．３μｍであった。
　次いで、実施例１と同様にして、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、グレーティングの反射波長に対応した中心波長８５０nmで発振し、出力は３０ｍＷであった。また動作温度が２０℃から４０℃の温度範囲でレーザ発振波長の温度依存性とパワー変動を測定した。その結果、発振波長の温度係数は0.05nm／℃であった。また導波路素子からの出力光のパワー変動は±１０％以下であった。
（実施例３）
　実施例１と同様にして光学デバイスを作製した。
　ただし、実施例１において、以下のパラメーターを採用した。
光源活性層の出射面におけるニアフィールド径（水平方向）：　５．0μｍ
入射面５ａにおけるニアフィールド径（水平方向）Ｂｉｎ：　２．９μｍ
光導波路の入射面５ａにおける光導波路幅Ｗｉｎ：　３μｍ
グレーティング６における光導波路幅Ｗｇｒ：　３μｍ
光導波路の出射面５ｂにおける光導波路幅Ｗｏｕｔ：　２０μｍ
光導波路の出射面５ｂにおけるニアフィールド径（水平方向）Ｂｏｕｔ：　１８．５μｍ
光導波路の出射面５ｂにおけるニアフィールド径（垂直方向）：　　１．９μｍ
光伝送部の入射面１２におけるニアフィールド径（水平方向）Ｄｉｎ：　１４．７μｍ
光伝送部の入射面１２におけるニアフィールド径（垂直方向）：０．９μｍ
光伝送部の出射面におけるニアフィールド径（水平方向）Ｄｏｕｔ：　２．９μｍ
　実施例１と同様にして、波長８５０ｎｍにて水平方向、垂直方向それぞれ調芯装置にて光量変動を測定した。
　その結果、結合効率５０％以上を確保できる領域は水平方向にて±４．５μｍ、垂直方向では±０．４μｍであった。
　次いで、実施例１と同様にして、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、グレーティングの反射波長に対応した中心波長８５０nmで発振し、出力はグレーティング素子がない場合よりも小さくなるが２５ｍＷのレーザ特性であった。また動作温度が２０℃から４０℃の温度範囲でレーザ発振波長の温度依存性とパワー変動を測定した。その結果、発振波長の温度係数は0.05ｎｍ／℃であった。また導波路素子からの出力光のパワー変動は±１％以下であった。
（実施例４）
　実施例１と同様にして光学デバイスを作製した。
　ただし、実施例１において、以下のパラメーターを採用した。
光源活性層の出射面におけるニアフィールド径（水平方向）：　５．0μｍ
入射面５ａにおけるニアフィールド径（水平方向）Ｂｉｎ：　２．９μｍ
光導波路の入射面５ａにおける光導波路幅Ｗｉｎ：　３μｍ
グレーティング６における光導波路幅Ｗｇｒ：　３μｍ
光導波路の出射面５ｂにおける光導波路幅Ｗｏｕｔ：　３μｍ
光導波路の出射面５ｂにおけるニアフィールド径（水平方向）Ｂｏｕｔ：　２．９μｍ
光導波路の出射面５ｂにおけるニアフィールド径（垂直方向）：　　１．９μｍ
光伝送部の入射面１２におけるニアフィールド径（水平方向）Ｄｉｎ：　６．５μｍ
光伝送部の入射面１２におけるニアフィールド径（垂直方向）：０．９μｍ
光伝送部の出射面におけるニアフィールド径（水平方向）Ｄｏｕｔ：　２．９μｍ
　実施例１と同様にして、波長８５０ｎｍにて水平方向、垂直方向にそれぞれ調芯装置にて光量変動を測定した。
　その結果、結合効率５０％以上を確保できる領域は水平方向にて±１．３μｍ、垂直方向では±０．３μｍであった。
　次いで、実施例１と同様にして、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、グレーティングの反射波長に対応した中心波長８５０nmで発振し、出力はグレーティング素子がない場合よりも小さくなるが２５ｍＷのレーザ特性であった。また動作温度が２０℃から４０℃の温度範囲でレーザ発振波長の温度依存性とパワー変動を測定した。その結果、発振波長の温度係数は0.05ｎｍ／℃であった。また導波路素子からの出力光のパワー変動は±６％以下であった。
（実施例５）
　実施例１と同様にして、図４に示す光学デバイスを作製した。
　ただし、実施例１において、以下のパラメーターを採用した。
光源活性層の出射面におけるニアフィールド径（水平方向）：　５．0μｍ
入射面５ａにおけるニアフィールド径（水平方向）Ｂｉｎ：６．５μｍ
光導波路の入射面５ａにおける光導波路幅Ｗｉｎ：　７μｍ
グレーティング６における光導波路幅Ｗｇｒ：　３μｍ
光導波路の出射面５ｂにおける光導波路幅Ｗｏｕｔ：　６μｍ
光導波路の出射面５ｂにおけるニアフィールド径（水平方向）Ｂｏｕｔ：　５．８μｍ
光導波路の出射面５ｂにおけるニアフィールド径（垂直方向）：　　１．９μｍ
光伝送部の入射面１２におけるニアフィールド径（水平方向）Ｄｉｎ：　３μｍ
光伝送部の入射面１２におけるニアフィールド径（垂直方向）：０．９μｍ
光伝送部の出射面におけるニアフィールド径（水平方向）Ｄｏｕｔ：　　２．９μｍ
　実施例１と同様にして、波長８５０ｎｍにて水平方向、垂直方向それぞれ調芯装置にて光量変動を測定した。
　その結果、グレーティング素子の光源側、光伝送部側それぞれに対して、結合効率５０％以上を確保できる領域は水平方向にて±２μｍ、垂直方向では±０．３μｍであった。
　次いで、実施例１と同様にして、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、グレーティングの反射波長に対応した中心波長８５０nmで発振し、出力はグレーティング素子がない場合よりも小さくなるが２５ｍＷのレーザ特性であった。また動作温度が２０℃から４０℃の温度範囲でレーザ発振波長の温度依存性とパワー変動を測定した。その結果、発振波長の温度係数は0.05nm／℃であった。また導波路素子からの出力光のパワー変動は±１％以下であった。

 

Claims (15)

  1. 　半導体レーザ光源、グレーティング素子および光伝送素子を備える光学デバイスであって、
    　前記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面を有するリッジ型光導波路、および前記リッジ型光導波路内に形成されたブラッググレーティングを備えており、
    　前記光伝送素子が、前記リッジ型光導波路からの出射光が入射する入射面を有する光伝送部を備えており、
    　前記光伝送部の前記入射面における水平方向のニアフィールド径が、前記リッジ型光導波路の前記出射面における水平方向のニアフィールド径よりも大きいことを特徴とする、光学デバイス。
  2. 　前記リッジ型光導波路が、前記ブラッググレーティングと前記出射面との間に出射側伝搬部を備えており、前記リッジ型光導波路の前記出射面における幅が前記ブラッググレーティングにおける幅よりも大きいことを特徴とする、請求項１記載のデバイス。
  3. 　前記リッジ型光導波路の前記出射面における波長が１μｍ以下であり、前記光伝送部の前記入射面における水平方向のニアフィールド径が１０μｍ以上である、請求項１または２記載のデバイス。
  4. 　半導体レーザ光源、グレーティング素子および光伝送素子を備える光学デバイスであって、
    　前記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面を有するリッジ型光導波路、および前記リッジ型光導波路内に形成されたブラッググレーティングを備えており、
    　前記光伝送素子が、前記リッジ型光導波路からの出射光が入射する入射面を有する光伝送部を備えており、
    　前記リッジ型光導波路が、前記ブラッググレーティングと前記出射面との間に出射側伝搬部を備えており、前記リッジ型光導波路の前記出射面における幅が前記ブラッググレーティングにおける幅よりも大きいことを特徴とする、光学デバイス。
  5. 　前記リッジ型光導波路の前記出射面における波長が１μｍ以下であり、前記リッジ型光導波路の前記出射面における水平方向のニアフィールド径が１０μｍ以上である、請求項４記載のデバイス。
  6. 　前記光伝送部の前記入射面における水平方向のニアフィールド径が、前記リッジ型光導波路の前記出射面における水平方向のニアフィールド径よりも大きいことを特徴とする、請求項４または５記載のデバイス。
  7. 　前記リッジ型光導波路の前記出射面における垂直方向のニアフィールド径が、前記光伝送部の前記入射面における垂直方向のニアフィールド径と異なる、請求項１～６のいずれか一つの請求項に記載のデバイス。
  8. 　前記グレーティング素子および前記光伝送素子を実装する共通基板を備えてい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デバイス。
  9. 　前記グレーティング素子を実装する基板と前記光伝送素子を実装する基板とを備えてい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デバイス。
  10. 　前記光伝送素子を実装する基板の幅と前記グレーティング素子の幅とが同じであることを特徴とする、請求項８または９記載のデバイス。
  11. 　前記リッジ型光導波路の前記入射面における水平方向のニアフィールド径が前記光源の出射面における水平方向のニアフィールド径よりも大きいことを特徴とする、請求項１～１０のいずれか一つの請求項に記載のデバイス。
  12. 　前記リッジ型光導波路の前記入射面における水平方向のリッジ幅Ｗｉｎが前記光源の出射面における水平方向のニアフィールド径よりも大きいことを特徴とする、請求項１～１１のいずれか一つの請求項に記載のデバイス。
  13. 　前記グレーティング素子と前記光伝送素子とをアライメントするためのマーキングがされていることを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一つの請求項に記載のデバイス。
  14. 　半導体レーザ光源、グレーティング素子および光伝送素子を備える光学デバイスを製造する方法であって、
    　前記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面を有するリッジ型光導波路、および前記リッジ型光導波路内に形成されたブラッググレーティングを備えており、
    　前記光伝送素子が、前記リッジ型光導波路からの出射光が入射する入射面を有する光伝送部を備えており、
    　複数の前記光伝送部を有する第一の母材を製造する工程、
    　複数の前記リッジ型光導波路を有する第二の母材を製造する工程、
    　前記第一の母材を加工することによって、前記第二の母材を実装するための実装面を形成する工程、
    　前記第二の母材を前記実装面に実装して複合体を得、この際前記リッジ型光導波路の前記出射面を前記光伝送部の前記入射面にアライメントする工程、および
    　前記複合体を切断することによって前記光学デバイスを得る工程
    を有する方法。
  15. 　半導体レーザ光源、グレーティング素子および光伝送素子を備える光学デバイスを製造する方法であって、
    　前記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面を有するリッジ型光導波路、および前記リッジ型光導波路内に形成されたブラッググレーティングを備えており、
    　前記光伝送素子が、前記リッジ型光導波路からの出射光が入射する入射面を有する光伝送部を備えており、
    　複数の前記光伝送部を有する第一の母材を製造する工程、
    　複数の前記リッジ型光導波路を有する第二の母材を製造する工程、
    　前記第一の母材と前記第二の母材とを接合して複合体を得、この際前記リッジ型光導波路の前記出射面を前記光伝送部の前記入射面にアライメントする工程、および
    　　前記複合体を切断することによって前記光学デバイスを得る工程
    を有する方法。
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