WO2016129155A1 - 半導体レーザ装置組立体 - Google Patents

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WO2016129155A1
WO2016129155A1 PCT/JP2015/081188 JP2015081188W WO2016129155A1 WO 2016129155 A1 WO2016129155 A1 WO 2016129155A1 JP 2015081188 W JP2015081188 W JP 2015081188W WO 2016129155 A1 WO2016129155 A1 WO 2016129155A1
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semiconductor laser
light
diffraction grating
optical device
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俊介 河野
大 倉本
倫太郎 幸田
秀輝 渡邊
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ソニー株式会社
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    • G02F2203/50—Phase-only modulation

Definitions

  • the present disclosure relates to a semiconductor laser device assembly, specifically, a semiconductor laser device assembly including a semiconductor laser element and a dispersion compensation optical device.
  • a laser device that generates pulsed laser light having a time width on the order of picoseconds or femtoseconds is called an ultrashort optical pulse laser device.
  • laser light means pulsed laser light unless otherwise specified.
  • the laser light generated by such a laser device shows high spire power (peak power) that cannot be obtained by continuous laser light because the energy of light concentrates in an extremely short time.
  • the high peak power laser beam exhibits a nonlinear interaction with the substance, and applications that cannot be realized with a normal continuous laser beam are possible.
  • One of them is application of the nonlinear optical effect, and specific examples include three-dimensional microscopic measurement and microfabrication based on the multiphoton absorption effect.
  • solid laser devices represented by titanium / sapphire laser devices have been mainly used as ultrashort optical pulse laser devices.
  • the conventional solid-state laser device often uses a resonator of about 1 m, and the device becomes large.
  • another solid-state laser device that oscillates continuous laser light is required for excitation, and energy efficiency is not necessarily high.
  • large resonators are not easy to achieve mechanical stability and require specialized knowledge for maintenance.
  • a semiconductor laser element using a semiconductor as a gain medium has been developed as an ultrashort optical pulse laser device that compensates for the drawbacks of such a solid-state laser device.
  • the resonator can be easily downsized. Further, since mechanical stability can be easily achieved by downsizing, maintenance requiring high technology can also be reduced. Moreover, since the semiconductor can be directly excited by current injection, it is also excellent in energy efficiency.
  • a narrow pulse time width can be cited as one of the performance indexes of the ultrashort light pulse light source.
  • Passive mode-locked titanium / sapphire laser devices are commercially available that generate laser light having a pulse duration of about 10 femtoseconds.
  • the pulse time width of a current injection type quantum well laser is generally about 1 picosecond to 2 picoseconds.
  • the semiconductor laser element has a potential to generate sub-picosecond laser light because the gain band is sufficiently wide.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-105813 discloses a semiconductor laser device assembly including a mode-locked semiconductor laser device composed of a two-electrode InGaN semiconductor laser device and a dispersion compensation optical device.
  • An appropriate optical spectrum width can be obtained by giving an appropriate group velocity dispersion (GDD, Group Delay Dispersion) by the dispersion compensating optical device, and laser light in the subpicosecond range can be generated.
  • GDD Group Delay Dispersion
  • These characteristics are similar to the characteristics of soliton mode locking seen when self-phase modulation and appropriate group velocity dispersion interact in the resonator, and the pulse time width of the generated laser light is sub-picosecond. This is extremely effective as a method of narrowing to about (for example, 200 femtoseconds).
  • the spectrum of an optical pulse output from a mode-locked semiconductor laser composed of an InGaN semiconductor laser element disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-105813 has a shape as shown in FIG. 32 as an example, and corresponds to this spectrum.
  • the autocorrelation waveform of the intensity of the optical pulse has a shape as shown in FIG. 33A as an example. That is, as shown in FIG. 33A, while showing a steep peak shape at time zero, the tail part of the peak shape shows exponential decay.
  • the full width at half maximum of the intensity autocorrelation waveform is about 2 picoseconds.
  • FIG. 33B shows an autocorrelation waveform of an optical pulse after appropriately spectrally filtering the output of the synchronous semiconductor laser.
  • the shape of the autocorrelation waveform was well reproduced with a sech 2 function, and the full width at half maximum of the pulse was 300 femtoseconds (pulse time width 200 femtoseconds).
  • the power that can be extracted as an optical pulse of femtosecond order is only about 10% of the power output from the mode-locked semiconductor laser. Therefore, in order to effectively use the energy of the optical pulse output from the synchronous semiconductor laser, an attempt was made to temporally compress the optical pulse having the autocorrelation waveform shown in FIG. 33A.
  • FIG. 33C shows an autocorrelation waveform of an optical pulse obtained as a result of pulse compression.
  • the full width at half maximum of the autocorrelation waveform in FIG. 33C is about 300 femtoseconds, and the pulse is compressed to the same extent as in the case of the spectral filter.
  • an exponential decay remains in the autocorrelation waveform even at a time about 2-3 picoseconds away from time zero. If the pulse component remaining in the bottom portion can be concentrated at the temporal center of the optical pulse, the peak power of the optical pulse can be further increased.
  • the tail portion remaining in the optical pulse as shown in FIG. 33C indicates that nonlinear chirp exists in the optical pulse output from the mode-locked semiconductor laser composed of the InGaN semiconductor laser element.
  • an object of the present disclosure is to provide a semiconductor laser device assembly having a configuration and a structure capable of outputting an ultrashort pulse laser beam.
  • a semiconductor laser device assembly includes: Semiconductor laser element, A first dispersion compensation optical device in which a laser beam emitted from a semiconductor laser element enters and exits; and A second dispersion compensating optical device in which a laser beam emitted from the first dispersion compensating optical device enters and exits; Consists of The second dispersion compensation optical device controls the group velocity dispersion value for each wavelength of the laser light from the first dispersion compensation optical device.
  • a semiconductor laser device assembly includes: Semiconductor laser element, A first dispersion compensation optical device in which a laser beam emitted from a semiconductor laser element enters and exits; and A second dispersion compensating optical device in which a laser beam emitted from the first dispersion compensating optical device enters and exits; Consists of The second dispersion compensation optical device modulates the phase of the laser light from the first dispersion compensation optical device with a function of the third or higher order of the frequency for each frequency component of the optical spectrum.
  • the refractive index in the active layer changes dynamically, and the oscillation spectrum widens.
  • Such a phenomenon is called self-phase modulation.
  • the increase in the oscillation spectrum width due to the self-phase modulation contributes to the narrowing of the pulse time width, and the self-phase modulation is appropriately performed by the first dispersion compensation optical device.
  • the effect of self-phase modulation by the semiconductor laser element may induce the above-mentioned nonlinear chirp while broadening the spectrum width of the optical spectrum, but the laser light emitted from the first dispersion compensation optical device Since the group velocity dispersion value is controlled by the second dispersion compensation optical device for each of the wavelengths, the nonlinear chirp is compensated, and the pulse waveform of the laser light finally output from the semiconductor laser device assembly is shaped.
  • laser light (pulsed laser light) with a pulse time width of 200 femtoseconds or less, for example, laser light (pulsed laser light) with 100 femtoseconds or less can be generated.
  • the linear chirp and the non-linear chirp of the optical pulse output from the semiconductor laser are corrected, the total energy of the optical pulse is concentrated in the center of the pulse, and the laser light with a higher peak power and a shorter pulse time width is obtained. Can be output.
  • the second dispersion compensating optical device is disposed outside the external resonator structure composed of the first dispersion compensating optical device and the semiconductor laser element, nonlinear interaction during laser oscillation is taken into consideration. This is not necessary, and it is easy to control the laser beam.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a semiconductor laser device assembly according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic end view along the direction in which the resonator of the semiconductor laser element in Example 1 extends.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along a direction perpendicular to the direction in which the resonator of the semiconductor laser element in Example 1 extends.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of a modification of the semiconductor laser device assembly of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of the second dispersion compensation optical apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of the semiconductor laser device assembly of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the principle of the second dispersion compensating optical device in the semiconductor laser device assembly of the second embodiment.
  • 8A and 8B are conceptual diagrams of the semiconductor laser device assembly of Example 3.
  • FIG. 9A and FIG. 9B are conceptual diagrams of the semiconductor laser device assembly of Example 4 and a modification thereof.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram of another modification of the semiconductor laser device assembly of the fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic partial sectional view of a transmission volume hologram diffraction grating in a semiconductor optical amplifier constituting the semiconductor laser device assembly of Example 5.
  • FIG. 12 is a graph showing the spatial dispersion dependency d ⁇ out / d ⁇ on the emission angle (diffraction angle) ⁇ out of the first-order diffracted light in the transmission type volume hologram diffraction grating.
  • FIG. 13 is a graph showing the result of calculating the sin 2 term depending on the refractive index modulation degree ⁇ n in the equation (12).
  • FIG. 14 shows a case where the optical spectrum width of the incident laser beam is changed while fixing the conditions of the thickness L, the refractive index modulation degree ⁇ n, and the wavelength ⁇ of the diffraction grating member constituting the first dispersion compensating optical device. It is a graph which shows the change of diffraction efficiency (eta).
  • FIG. 15 is a conceptual diagram of a part of the semiconductor laser device assembly of the fifth embodiment.
  • FIGS. 16A and 16B are conceptual diagrams of the first dispersion compensating optical device in the semiconductor laser device assemblies of Examples 6 and 7, respectively.
  • FIG. 17A is a conceptual diagram of a first dispersion compensation optical apparatus for explaining problems that may occur in the first dispersion compensation optical apparatus
  • FIGS. 17B and 17C are semiconductor laser device sets of Example 8.
  • FIG. It is a conceptual diagram of the 1st dispersion compensation optical apparatus in solid.
  • FIG. 18 is a conceptual diagram of a part of the semiconductor laser device assembly according to the ninth embodiment.
  • FIG. 19 is a conceptual diagram of a semiconductor laser device assembly of Example 10.
  • FIG. 20 is a conceptual diagram of a modification of the semiconductor laser device assembly according to the tenth embodiment.
  • FIG. 21 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor optical amplifier when the semiconductor optical amplifier is cut along a virtual plane perpendicular to the axis of the semiconductor optical amplifier according to the eleventh embodiment.
  • FIG. 22 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor optical amplifier when the semiconductor optical amplifier is cut along a virtual plane perpendicular to the axis of the semiconductor optical amplifier according to the twelfth embodiment.
  • FIG. 23 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor optical amplifier when the semiconductor optical amplifier is cut along a virtual plane perpendicular to the axis of the semiconductor optical amplifier according to the thirteenth embodiment.
  • FIG. 21 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor optical amplifier when the semiconductor optical amplifier is cut along a virtual plane perpendicular to the axis of the semiconductor optical amplifier according to the eleventh embodiment.
  • FIG. 22 is a schematic
  • FIG. 24 is a schematic partial cross-sectional view of the semiconductor optical amplifier when the semiconductor optical amplifier is cut along a virtual plane perpendicular to the axis of the semiconductor optical amplifier according to the fourteenth embodiment.
  • FIG. 25 is a schematic end view along the direction in which the resonator of the modified example of the mode-locked semiconductor laser device of Example 1 extends.
  • FIG. 26 is a schematic end view along the direction in which the resonator of another modification of the mode-locked semiconductor laser device of Example 1 extends.
  • FIG. 27 is a schematic view of a ridge stripe structure as viewed from above in still another modified example of the mode-locked semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • FIG. 28A and 28B are schematic partial cross-sectional views of a substrate and the like for describing the method for manufacturing the mode-locked semiconductor laser device of Example 1.
  • FIG. 29A and 29B are schematic partial cross-sectional views of a substrate and the like for explaining the method of manufacturing the mode-locked semiconductor laser device of Example 1, following FIG. 28B.
  • FIG. 30 is a schematic partial end view of the substrate and the like for explaining the method of manufacturing the mode-locked semiconductor laser device of Example 1 following FIG. 29B.
  • FIG. 31A controls the group velocity dispersion value for each wavelength of the laser light from the first dispersion compensation optical device constituting the semiconductor laser device assembly of Example 1 (or from the first dispersion compensation optical device).
  • FIG. 31B is a diagram showing an autocorrelation waveform of an optical pulse obtained by modulating the phase of laser light with a function of the third or higher order of frequency for each frequency component of the optical spectrum. It is a figure which shows an example of the change pattern of the voltage applied to each pixel of the reflection type liquid crystal display device which comprises the 2nd dispersion
  • FIG. 32 is a diagram showing the spectrum of an optical pulse output from a mode-locked semiconductor laser composed of a conventional InGaN semiconductor laser element.
  • FIG. 33A is a diagram showing a time waveform of an optical pulse output from a mode-locked semiconductor laser composed of a conventional InGaN semiconductor laser element, and FIG.
  • FIG. 33B shows a state after appropriately spectrally filtering the output of the conventional synchronous semiconductor laser.
  • FIG. 33C is a diagram showing an autocorrelation waveform of an optical pulse obtained as a result of pulse compression of the optical pulse shown in FIG. 33A.
  • FIG. 34 is a conceptual diagram of a diffraction grating compressor used in an attempt to temporally compress the optical pulse having the autocorrelation waveform shown in FIG. 33B.
  • FIG. 35 is a schematic partial cross-sectional view of a diffraction grating.
  • Example 1 Silicon Laser Device Assembly of the Present Disclosure
  • Example 2 (Modification of Example 1) 4).
  • Example 3 (Modification of Examples 1 and 2) 5.
  • Example 4 (Modification of Examples 1 to 3) 6).
  • Example 5 (Modifications of Examples 1 to 4, First Dispersion Compensating Optical Device of First Form, First Dispersion Compensating Optical Device-A) 7).
  • Example 6 (Modification of Example 5, First Dispersion Compensating Optical Device-B) 8).
  • Example 7 (another modification of Example 5, first dispersion compensating optical apparatus-C) 9.
  • Example 8 (Modification of Examples 5 to 6) 10.
  • Example 9 (Modification of Example 5 to Example 8, First Dispersion Compensating Optical Device in Second Mode) 11.
  • Example 10 (Modification of Examples 1 to 9, Semiconductor Optical Amplifier) 12
  • Example 11 (Modification of Example 10) 13
  • Example 12 (Modification of Example 11)
  • Example 13 (Modification of Example 11 to Example 12) 15.
  • Example 14 (another modification of Example 10) 16.
  • Example 15 (another modification of Example 1) 17.
  • Other modifications of Example 1 17.
  • the first dispersion compensating optical device is a first diffraction grating, a first light collecting means (specifically, a first lens), and a reflecting mirror (specifically, a planar reflecting mirror, and more Specifically, for example, a dielectric multilayer film reflecting mirror),
  • the laser light emitted from the semiconductor laser element collides with the first diffraction grating
  • the 0th order light (0th order diffracted light) from the first diffraction grating is emitted toward the second dispersion compensation optical device
  • the diffracted light (first-order or higher-order diffracted light) from the first diffraction grating is incident on the reflecting mirror via the first condensing means, and then is emitted from the reflecting mirror to be the first condensing means, first It can be configured to be returned to the semiconductor laser element through the diffraction grating.
  • the first diffraction grating may be a reflection type or a transmission type.
  • Examples of the first diffraction grating include a diffraction grating having a grating-like uneven part and a groove part, and a volume hologram diffraction grating.
  • the first diffraction grating is formed of a reflection type diffraction grating, the laser light emitted from the semiconductor laser element collides with the first diffraction grating and is reflected by the first diffraction grating (0th-order diffraction grating).
  • the diffracted light is emitted toward the second dispersion compensation optical device, and the diffracted light (first-order or higher-order diffracted light) reflected by the first diffraction grating is incident on the reflecting mirror via the first condensing means. Then, the light is emitted from the reflecting mirror and returned to the semiconductor laser element through the first light collecting means and the first diffraction grating. Further, when the first diffraction grating is constituted by a transmission type diffraction grating, the laser light emitted from the semiconductor laser element collides with the first diffraction grating and passes through the first diffraction grating (0th order).
  • Diffracted light is emitted toward the second dispersion compensation optical device, and the diffracted light (first-order or higher-order diffracted light) transmitted through the first diffraction grating is incident on the reflecting mirror through the first condensing means. Then, the light is emitted from the reflecting mirror and returned to the semiconductor laser element through the first light collecting means and the first diffraction grating.
  • One end of the external resonator structure is composed of a reflecting mirror, and the other end of the external resonator structure is composed of a light reflecting end face of a laminated structure described later.
  • the distance between the first diffraction grating and the first light collecting means is changed in a state where the distance between the first light collecting means and the reflecting mirror is fixed.
  • the group velocity dispersion value can be changed. It is preferable that the group velocity dispersion value in the first dispersion compensation optical apparatus is negative.
  • the group velocity dispersion value depends on the structure and structure of the semiconductor laser element, the structure and structure of the semiconductor laser device assembly, the driving method (for example, the amount of current applied to the carrier injection region (gain region), the saturable absorption region (carrier It may be determined as a whole based on the reverse bias voltage applied to the non-implanted region), the driving temperature), etc., depending on the configuration, structure, structure of the semiconductor laser device assembly, structure, driving method, etc. Positive values are also possible. Alternatively, it is desirable to operate the first dispersion compensation optical device at or near the group velocity dispersion value at which the pulse time width of the laser light emitted toward the second dispersion compensation optical device is the minimum value.
  • the first dispersion compensation optical device includes a pair of diffraction gratings (diffraction grating ⁇ A> and diffraction grating ⁇ B>) and partial reflection.
  • a configuration including a mirror also referred to as a partial transmission mirror, a semi-transmission mirror, and a half mirror. The same applies to the following).
  • the laser light emitted from the semiconductor laser element collides with the diffraction grating ⁇ A>
  • the first-order or higher-order diffracted light is emitted, collides with the diffraction grating ⁇ B>, and the first-order or higher-order diffracted light.
  • the group velocity dispersion value in the first dispersion compensating optical device can be changed.
  • One end of the external resonator structure is constituted by a partial reflecting mirror, and the other end of the external resonator structure is constituted by a light reflection end face of a laminated structure described later.
  • the first dispersion compensation optical device includes a pair of prisms (prism ⁇ A> and prism ⁇ B>) and a partial reflection mirror. It can be configured.
  • the laser light emitted from the semiconductor laser element passes through the prism ⁇ A>, further passes through the prism ⁇ B>, and reaches the partial reflection mirror. Then, part of the laser light that reaches the partial reflection mirror passes through the partial reflection mirror and is emitted toward the second dispersion compensation optical device. On the other hand, the remainder of the laser light reaching the partial reflection mirror is returned to the semiconductor laser element via the prism ⁇ B> and prism ⁇ A>.
  • the group velocity dispersion value in the first dispersion compensating optical device can be changed.
  • One end of the external resonator structure is constituted by a partial reflecting mirror, and the other end of the external resonator structure is constituted by a light reflection end face of a laminated structure described later.
  • the first dispersion compensation optical device can be configured by an interferometer.
  • the interferometer include a Gires-Tournois type interferometer.
  • a Gires-Tournois type interferometer is an interferometer which includes a reflecting mirror having a reflectance of 1 and a partial reflecting mirror having a reflectance of less than 1, and can change the phase without changing the intensity spectrum of the reflected light.
  • the group velocity dispersion value in the first dispersion compensation optical apparatus can be changed by controlling the distance between the first reflection mirror and the partial reflection mirror, or by adjusting the incident angle of the incident light.
  • the first dispersion compensation optical device can be configured by a dielectric multilayer mirror, and in this case, the incident angle of incident light By adjusting this, it is possible to change the group velocity dispersion value in the first dispersion compensation optical apparatus.
  • One end of the external resonator structure is constituted by a partial reflecting mirror, and the other end of the external resonator structure is constituted by a light reflection end face of a laminated structure described later.
  • the incident angle and the outgoing angle are angles formed with the normal line of the incident surface of the laser beam of the transmissive volume hologram diffraction grating.
  • Such a first dispersion compensation optical device is referred to as a “first dispersion compensation optical device of the first embodiment” for convenience.
  • the first dispersion compensation optical device includes a transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ A> and a transmission type volume hologram diffraction grating which are arranged to face each other. consists ⁇ B>, at each transmission type volume hologram diffraction grating, can be made substantially equal to form the incident angle phi in the emitting angle phi out of the first-order diffracted light of the laser beam. Specifically, for example, 0.95 ⁇ ⁇ in / ⁇ out ⁇ 1.00 It is.
  • Such a first dispersion compensation optical device is referred to as a “first dispersion compensation optical device of the second form” for convenience.
  • the second embodiment In the first dispersion compensation optical device of the first embodiment, the sum of the incident angle phi in the emitting angle phi out of the first-order diffracted light of the laser light is 90 degrees, the second embodiment first In the first dispersion compensation optical apparatus, since the incident angle ⁇ in of the laser beam and the emission angle ⁇ out of the first-order diffracted light are substantially equal, a small first dispersion compensation having high throughput due to high diffraction efficiency. Since an optical device can be provided and the diffraction angle can be arbitrarily designed, the degree of freedom in optical design of the first dispersion compensation optical device can be increased. In addition, the group velocity dispersion value (dispersion compensation amount) in the first dispersion compensation optical device can be easily adjusted, and a high degree of freedom in the arrangement of the optical components constituting the first dispersion compensation optical device can be achieved.
  • the emission angle ⁇ out of the first-order diffracted light is the laser. It is larger than the incidence angle phi in the light, preferably from a viewpoint of increasing the angular dispersion caused by transmission type volume hologram diffraction grating.
  • the emission angle ⁇ out of the primary diffraction light is the laser.
  • the incident angle ⁇ in of the laser beam in the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ A> is equal to the emission angle (diffraction angle) ⁇ out of the primary diffraction light in the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ B>
  • the outgoing angle (diffraction angle) ⁇ out of the first-order diffracted light in the transmissive volume hologram diffraction grating ⁇ A> is equal to the incident angle ⁇ in of the first-order diffracted light in the transmissive volume hologram diffraction grating ⁇ B>. It is preferable. The same applies to a first dispersion compensation optical apparatus-A to a first dispersion compensation optical apparatus-C to be described later.
  • the sum of the output angle phi out of the incident angle phi in the laser beam and the first-order diffracted light is 90 degrees, the first This is preferable from the viewpoint of easy adjustment of the group velocity dispersion value (dispersion compensation amount) in the above dispersion compensation optical apparatus.
  • the laser light incident on the transmission volume hologram diffraction grating ⁇ A> is transmitted through the transmission volume hologram diffraction grating ⁇ A> is diffracted by A>, is emitted as a first-order diffracted light, is incident on a transmission volume hologram diffraction grating ⁇ B>, is diffracted by a transmission volume hologram diffraction grating ⁇ B>, and is first-order diffracted light.
  • the light can be emitted toward the second dispersion compensation optical device.
  • first dispersion compensation optical apparatus-A Such a form is referred to as “first dispersion compensation optical apparatus-A” for convenience.
  • the laser light incident on the transmission volume hologram diffraction grating ⁇ A> and the laser light emitted from the transmission volume hologram diffraction grating ⁇ B> are substantially parallel (that is, the transmission volume hologram diffraction grating ⁇ A> the laser beam emitted from A> should be parallel to such an extent that it can enter the transmissive volume hologram diffraction grating ⁇ B>), and the first dispersion compensating optical device can be arranged and inserted into the existing optical system. This is preferable from the viewpoint of ease. The same applies to a first dispersion compensating optical device-B and a first dispersion compensating optical device-C which will be described later.
  • the first dispersion compensation optical apparatus-A It further includes a reflecting mirror ⁇ A> and a reflecting mirror ⁇ B> arranged in parallel,
  • the laser beam emitted from the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ B> may be reflected by colliding with the reflecting mirror ⁇ A> and then reflecting with the reflecting mirror ⁇ B>.
  • Such a form is referred to as “first dispersion compensating optical device-B” for convenience.
  • the laser beam reflected by the reflecting mirror ⁇ B> is generally positioned on the extended line of the laser beam incident on the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ A>.
  • the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ The laser beam incident on A> and the laser beam emitted from the transmissive volume hologram diffraction grating ⁇ B> can be substantially parallel to each other, whereby the first dispersion is added to the existing optical system. It becomes easy to arrange and insert the adaptive optics device.
  • the first dispersion compensating optical device-B is a single-pass type dispersion compensating optical device.
  • substantially located means that the center of the reflecting mirror ⁇ B> is on the extended line of the angle at which the wavelength center of the optical spectrum of the laser light incident on the transmission volume hologram diffraction grating ⁇ A> is diffracted. Means to be located.
  • a transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ A> is provided on the first surface of the substrate
  • a transmission volume hologram diffraction grating ⁇ B> may be provided on the second surface of the substrate facing the first surface.
  • first dispersion compensating optical device-C is a single-pass type dispersion compensating optical device.
  • the substrate include glass including optical glass such as quartz glass and BK7, and plastic materials (for example, PMMA, polycarbonate resin, acrylic resin, amorphous polypropylene resin, styrene resin including AS resin). it can.
  • a photopolymer material As a material (diffraction grating member) constituting the transmission type volume hologram diffraction grating, a photopolymer material can be exemplified.
  • the constituent material and basic structure of the transmission type volume hologram diffraction grating may be the same as those of the conventional transmission type volume hologram diffraction grating.
  • the transmission type volume hologram diffraction grating means a hologram diffraction grating that diffracts and reflects only + 1st order diffracted light. Interference fringes are formed on the diffraction grating member from the inside to the surface, and the method for forming the interference fringes itself may be the same as the conventional forming method.
  • object light is irradiated from a first predetermined direction on one side to a diffraction grating member (for example, photopolymer material), and at the same time, It is only necessary to irradiate the reference light from the predetermined direction 2 and record the interference fringes formed by the object light and the reference light inside the diffraction grating member.
  • a diffraction grating member for example, photopolymer material
  • the reference light By appropriately selecting the first predetermined direction, the second predetermined direction, the wavelength of the object light and the reference light, a desired period (pitch) of interference fringes (refractive index modulation degree ⁇ n) in the diffraction grating member, A desired inclination angle (slant angle) of the interference fringes can be obtained.
  • the inclination angle of the interference fringes means an angle formed between the surface of the transmission volume hologram diffraction grating and the interference fringes.
  • the group velocity dispersion value (dispersion compensation amount) can be changed.
  • the thickness of the substrate may be changed.
  • the group velocity dispersion value is a fixed value. In order to change the distance, a known moving means may be used. The required group velocity dispersion value depends on the characteristics of the laser light emitted from the semiconductor laser element.
  • the characteristics of the laser beam include the configuration and structure of the semiconductor laser element, the configuration and structure of the semiconductor laser device assembly, the driving method (for example, the amount of current applied to the carrier injection region (gain region), It is determined as a whole based on the reverse bias voltage applied to the saturated absorption region (carrier non-injection region), drive temperature), and the like. Also, based on the group velocity dispersion value (dispersion compensation amount), an up-chirp phenomenon [a phenomenon in which the wavelength changes from a long wave to a short wave (increases in frequency) within the pulse duration], a down-chirp phenomenon [within the pulse duration] In addition, any phenomenon in which the wavelength changes from a short wave to a long wave (frequency decreases) can occur.
  • the driving method for example, the amount of current applied to the carrier injection region (gain region), It is determined as a whole based on the reverse bias voltage applied to the saturated absorption region (carrier non-injection region), drive temperature
  • the group velocity dispersion value dispersion compensation amount
  • the pulse time width of the laser light can be expanded / compressed. Specifically, for example, it is possible to expand / compress the pulse time width of the laser light by setting the group velocity dispersion value to a positive / negative value with respect to the laser light exhibiting the up-chirp phenomenon. In addition, by setting the group velocity dispersion value to a positive / negative value with respect to the laser beam exhibiting the down chirp phenomenon, the pulse time width of the laser beam can be compressed / expanded.
  • the optical path length of the long wavelength component and the optical path length of the short wavelength component are different.
  • the optical path of the long wavelength component becomes longer than the optical path of the short wavelength component, negative group velocity dispersion is formed. That is, the group velocity dispersion value is negative.
  • the optical path of the long wavelength component is shorter than the optical path of the short wavelength component, positive group velocity dispersion is formed. That is, the group velocity dispersion value is positive. Therefore, the dispersion compensation optical device may be controlled or the dispersion compensation optical device may be arranged so that the optical path length of the long wavelength component and the optical path length of the short wavelength component can be achieved.
  • the group velocity dispersion value is a value obtained by differentiating the phase twice with respect to the frequency. When a spatial phase modulator is used, the phase is modulated for each wavelength.
  • Table 1 below shows the relationship between the up-chirp phenomenon and the group velocity dispersion value.
  • laser light having an up-chirp phenomenon is represented as “up-chirp laser light”
  • laser light having a down-chirp phenomenon is represented as “down-chirp laser light”
  • laser light without chirp is represented as It is written as “no chirp / laser light”.
  • the group velocity dispersion value is Is negative.
  • the second end face of the semiconductor laser element By disposing a partial reflecting mirror between the (light emitting end face) and the first dispersion compensating optical device, the first end face of the semiconductor laser element (the end face facing the second end face, the laser light reflecting end face) and An external resonator structure is constituted by the partial reflection mirror.
  • the second dispersion compensation optical device includes a second diffraction grating, a second light condensing unit (specifically, a second lens), and a spatial phase modulator.
  • the laser light from the first dispersion compensation optical device collides with the second diffraction grating, and the diffracted light from the second diffraction grating is incident on the spatial phase modulator via the second condensing means, Next, the light is emitted from the spatial phase modulator, and is emitted out of the system through the second light collecting means and the second diffraction grating,
  • the group velocity dispersion value can be controlled for each wavelength of the laser light emitted from the first dispersion compensating optical device by the spatial phase modulator.
  • the spatial phase modulator phase compensation optical device
  • the second diffraction grating may be a reflection type or a transmission type.
  • Examples of the second diffraction grating include a diffraction grating having a grating-like uneven part and groove part, and a volume hologram diffraction grating.
  • the semiconductor laser device may be a mode-locked semiconductor laser device having a saturable absorption region.
  • the temperature characteristic of the semiconductor saturable absorber SESAM is used to control the oscillation characteristics. Since the oscillation characteristic can be controlled based on the reverse bias voltage V sa to the absorption region, the oscillation characteristic can be easily controlled.
  • the mode-locked semiconductor laser element is A first compound semiconductor layer comprising a GaN-based compound semiconductor and having a first conductivity type; A third compound semiconductor layer (active layer) made of a GaN-based compound semiconductor, and A second compound semiconductor layer comprising a GaN-based compound semiconductor and having a second conductivity type different from the first conductivity type;
  • it can be set as the structure which has a laminated structure laminated
  • the first compound semiconductor layer is formed on a substrate or a substrate.
  • a semiconductor optical amplifier (Semiconductor Optical Amplifier) is provided between the first dispersion compensating optical device and the second dispersion compensating optical device. , SOA).
  • a third dispersion compensation optical device is provided between the first dispersion compensation optical device and the semiconductor optical amplifier, and the third dispersion compensation optical device is different from the first dispersion compensation optical device. It is also possible to control the group velocity dispersion value for each wavelength of the laser beam, thereby correcting the nonlinear chirp more accurately.
  • the third dispersion compensating optical device can have the same configuration and structure as the second dispersion compensating optical device.
  • the semiconductor optical amplifier is A first compound semiconductor layer comprising a GaN-based compound semiconductor and having a first conductivity type; A third compound semiconductor layer (active layer) made of a GaN-based compound semiconductor, and A second compound semiconductor layer comprising a GaN-based compound semiconductor and having a second conductivity type different from the first conductivity type; Are sequentially laminated on the substrate, A second electrode formed on the second compound semiconductor layer, and A first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer; It can be set as the structure provided with.
  • the first compound semiconductor layer is formed on a substrate or a substrate.
  • the semiconductor laser element In the semiconductor laser element (LD), the light generated in the active layer is emitted to the outside from the second end face of the laminated structure. That is, the resonator is configured by optimizing the light reflectance of the first end face and the light reflectance of the second end face of the multilayer structure, and light is emitted from the second end face.
  • the semiconductor laser element having an external resonator structure may be a condensing type or a collimating type.
  • a semiconductor optical amplifier (SOA) does not convert an optical signal into an electrical signal, but amplifies it in the state of direct light. It has a laser structure that eliminates the resonator effect as much as possible, and is incident at the optical gain of the semiconductor optical amplifier. Amplify light.
  • the light reflectance of the first end face and the second end face in the stacked structure is set to a very low value, and the light incident from the first end face is amplified without forming a resonator. The light is emitted from the two end faces.
  • the first diffraction grating causes the first-order or higher-order diffracted light to be incident on the first dispersion compensating optical device among the laser light emitted from the semiconductor laser element, and the zeroth-order diffracted light is input to the second diffracted light. It can be set as the structure radiate
  • collimating means specifically, a lens for converting the laser light from the semiconductor laser element into a parallel light beam may be disposed.
  • the laser beam incident (collises) on the first diffraction grating and the second diffraction grating examples include 1200 lines / mm to 3600 lines / mm, preferably 2400 lines / mm to 3600 lines / mm. it can.
  • the spatial phase modulator (phase compensation optical device) is composed of a reflective liquid crystal display device (specifically, for example, LCOS, LiquidLi Crystal On Silicon) that is a spatial light phase modulator (Spatial Light Modulator, SLM),
  • a reflective liquid crystal display device specifically, for example, LCOS, LiquidLi Crystal On Silicon
  • SLM Spatial Light Modulator
  • the alignment state of liquid crystal molecules is changed by applying a voltage to a nematic liquid crystal layer aligned in parallel.
  • the refractive index of the liquid crystal layer changes, so that the laser light can be modulated in the liquid crystal layer, and only the phase can be modulated without changing the light intensity or polarization state of the laser light.
  • the diffracted light from the second diffraction grating is incident on the spatial phase modulator via the second condensing means.
  • the spatial phase modulator is located at the focal position of the second light collecting means, that is, the Fourier plane. And since the exit angle of the diffracted light from the second diffraction grating depends on the wavelength of the laser light, the incident position on the spatial phase modulator depends on the wavelength of the laser light. Accordingly, by applying an appropriate voltage to each region (pixel) of the spatial phase modulator, the phase in each region (pixel) of the spatial phase modulator is modulated, and the laser beam is incident on and emitted from the spatial phase modulator. As a result, the group velocity dispersion value of the laser light can be controlled.
  • the second dispersion compensating optical device is changed from the first dispersion compensating optical device by setting the change pattern of the voltage applied to each region (pixel) of the reflective liquid crystal display device as a function of the third or higher order.
  • the phase of the laser beam can be modulated by a function of the third or higher order of the frequency for each frequency component of the optical spectrum.
  • the spatial phase modulator is composed of a wavefront compensation element such as a deformable mirror
  • the shape of the light reflecting surface of the deformable mirror is controlled by operating an actuator manufactured based on MEMS technology.
  • the detector is composed of a plurality of reflecting mirrors, by controlling the spatial distance from the second diffraction grating to each reflecting mirror, it is emitted from the second diffraction grating, enters the spatial phase modulator, and then The spatial distance through which the laser light emitted from the spatial phase modulator and incident on the second diffraction grating again can be changed depending on the wavelength of the laser light.
  • the variance value can be controlled.
  • the second dispersion compensation optical device makes the phase of the laser light from the first dispersion compensation optical device a function of the third or higher order of the frequency for each frequency component of the optical spectrum. Modulating with can be achieved.
  • the mode-locked semiconductor laser element is composed of a bi-section type mode-locked semiconductor laser element in which a light emitting region and a saturable absorption region are juxtaposed in the cavity direction.
  • Bi-section type mode-locked laser diode device (A) a first compound semiconductor layer having a first conductivity type and made of a GaN compound semiconductor, a third compound semiconductor layer (active layer) constituting a light emitting region and a saturable absorption region made of a GaN compound semiconductor, and A stacked structure in which second compound semiconductor layers having a second conductivity type different from the first conductivity type and made of a GaN-based compound semiconductor are sequentially stacked; (B) a strip-shaped second electrode formed on the second compound semiconductor layer, and (C) a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer; With The second electrode is separated into a first portion for setting a forward bias state by passing a direct current through the first electrode via the light emitting region and a second portion for applying an electric field to the saturable
  • the electrical resistance value between the first part and the second part of the second electrode is 1 ⁇ 10 times or more, preferably 1 ⁇ 10 2 times the electrical resistance value between the second electrode and the first electrode. As described above, it is desirable that the ratio is 1 ⁇ 10 3 times or more.
  • a mode-locked semiconductor laser element is referred to as a “mode-locked semiconductor laser element having a first configuration” for convenience.
  • the electric resistance value between the first portion and the second portion of the second electrode is 1 ⁇ 10 2 ⁇ or more, preferably 1 ⁇ 10 3 ⁇ or more, more preferably 1 ⁇ 10 4 ⁇ or more. It is desirable.
  • Such a mode-locked semiconductor laser element is referred to as a “mode-locked semiconductor laser element having a second configuration” for convenience.
  • a direct current is passed from the first portion of the second electrode to the first electrode via the light emitting region to be in a forward bias state.
  • a voltage reverse bias voltage V sa
  • V sa reverse bias voltage
  • the electric resistance value between the first portion and the second portion of the second electrode is determined by the second electrode and the first electrode.
  • the leakage current flow from the first part to the second part of the second electrode is surely suppressed by setting the electrical resistance value between the first electrode and the second part to 10 times or more, or 1 ⁇ 10 2 ⁇ or more.
  • the reverse bias voltage V sa applied to the saturable absorption region (carrier non-injection region) can be increased, mode-locking operation with a laser beam having a shorter pulse time width can be realized.
  • such a high electrical resistance value between the first part and the second part of the second electrode can be achieved simply by separating the second electrode into the first part and the second part by the separation groove. it can.
  • the third compound semiconductor layer has a quantum well structure including a well layer and a barrier layer,
  • the thickness of the well layer is 1 nm or more and 10 nm or less, preferably 1 nm or more and 8 nm or less
  • the impurity doping concentration of the barrier layer is 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more and 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or less, preferably 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or more and 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or less. can do.
  • Such a mode-locked semiconductor laser element may be referred to as a “mode-locked semiconductor laser element having a third configuration” for convenience.
  • the thickness of the well layer constituting the third compound semiconductor layer is defined as 1 nm or more and 10 nm or less, and the impurity doping concentration of the barrier layer constituting the third compound semiconductor layer is 2 ⁇ 10 18 cm. -3 or more and 1 ⁇ 10 20 cm -3 or less, that is, by reducing the thickness of the well layer and increasing the number of carriers in the third compound semiconductor layer, It is possible to obtain a laser light source that can generate a unimodal laser beam that can be reduced, has a short pulse time width, and has few sub-pulse components.
  • mode-synchronized driving can be achieved with a low reverse bias voltage V sa , and a pulse train of laser light synchronized with external signals (electrical signals and optical signals) can be generated.
  • the impurity doped in the barrier layer can be silicon (Si), but is not limited to this, and oxygen (O) can also be used.
  • the semiconductor laser element has a peak power light density of 1 ⁇ 10 10 watts / cm 2 or more, preferably 1.
  • a mode of a current injection type mode-locked semiconductor laser element having a current density of 4 ⁇ 10 10 watts / cm 2 or more and a carrier density of 1 ⁇ 10 19 / cm 3 or more can be employed.
  • the mode-locked semiconductor laser element is made to be a current injection type, so that it is energy efficient as compared with the photo-pumped mode-locked semiconductor laser element. Has the advantage of high.
  • the optical density of the laser light emitted from the semiconductor laser element is the laser light power (unit: watts, peak power in the case of a pulse) as a cross-sectional area of the near-field image at the end face of the semiconductor laser element (with respect to the peak intensity). (Region which becomes 1 / e 2 ).
  • the carrier density can be obtained by measuring the carrier life and multiplying the carrier life by the value obtained by dividing the injected current amount by the area of the gain electrode (for example, the first portion of the second electrode described later). .
  • the group velocity dispersion value is obtained by measuring a change in the pulse time width observed after the measured optical pulse is transmitted through a medium having a known dispersion amount, or by frequency-resolved optical gate method (Frequency resolved optical gate method). gating, FROG).
  • a pulse time width of about 1 picosecond or less can be measured using an SHG intensity correlation measuring device.
  • the semiconductor laser element may be a semiconductor laser element having a ridge stripe type separate confinement heterostructure (SCH structure, separate-confinement heterostructure).
  • a semiconductor laser device having an oblique ridge stripe type separated confinement heterostructure can be employed.
  • the axis of the semiconductor laser element and the axis of the ridge stripe structure can intersect at a predetermined angle.
  • examples of the predetermined angle ⁇ include 0.1 degrees ⁇ ⁇ ⁇ 10 degrees.
  • the axis of the ridge stripe structure refers to a bisection point at both ends of the ridge stripe structure on the light emitting end face (second end face) and an end face (first face) of the laminated structure opposite to the light emitting end face (second end face).
  • End face is a straight line connecting bisectors at both ends of the ridge stripe structure.
  • the axis of the semiconductor laser element refers to an axis that is orthogonal to the first end face and the second end face.
  • the planar shape of the ridge stripe structure may be linear or curved.
  • W 2 can be in a form of 5 ⁇ m or more, and the upper limit value of W 2 is not limited, but can be exemplified by 4 ⁇ 10 2 ⁇ m, for example. Further, W 1 may be 1.4 ⁇ m to 2.0 ⁇ m.
  • Each end of the ridge stripe structure may be composed of one line segment, or may be composed of two or more line segments.
  • the width of the ridge stripe structure can be configured to be monotonously and gradually widened in a tapered shape from the first end face to the second end face.
  • the width of the ridge stripe structure is, for example, the same width from the first end face toward the second end face, and then monotonously and gently widened in a tapered shape, or alternatively, the ridge stripe structure.
  • the width of the structure may be, for example, first widened from the first end face toward the second end face, and then narrowed after exceeding the maximum width.
  • the light reflectance of the second end face of the laminated structure from which the laser beam (pulsed laser beam) is emitted is preferably 0.5% or less.
  • a low reflection coating layer can be formed on the second end surface.
  • the low reflection coating layer has, for example, a laminated structure of at least two kinds of layers selected from the group consisting of a titanium oxide layer, a tantalum oxide layer, a zirconia oxide layer, a silicon oxide layer, and an aluminum oxide layer.
  • the value of this light reflectivity is based on the light reflectivity (usually 5% to 10%) of one end face of the laminated structure from which a laser light beam (pulsed laser light) is emitted in a conventional semiconductor laser element. Is also a much lower value.
  • the first end face preferably has a high light reflectance, for example, a reflectance of 85% or more, preferably a reflectance of 95% or more.
  • the value of the external resonator length (X ′, unit: mm) in the external resonator structure is 0 ⁇ X ' ⁇ 1500 Preferably, 30 ⁇ X ′ ⁇ 500 It is desirable that
  • the external resonator structure includes a first end face of the semiconductor laser element, a reflecting mirror or a partial reflecting mirror, and a first dispersion compensating optical device.
  • the external resonator length is the first end face of the semiconductor laser element. And the distance between the reflecting mirror or the partial reflecting mirror constituting the external resonator structure and the first dispersion compensating optical device.
  • the stacked structure has a ridge stripe structure composed of at least a part of the second compound semiconductor layer in the thickness direction.
  • This ridge stripe structure is composed of only the second compound semiconductor layer.
  • it may be composed of a second compound semiconductor layer and a third compound semiconductor layer (active layer), a second compound semiconductor layer, a third compound semiconductor layer (active layer), and a first compound semiconductor. You may be comprised from a part of thickness direction of a layer.
  • the width of the second electrode is 0.5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less, preferably 1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less
  • the height of the ridge stripe structure is 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, preferably 0.2 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less
  • the width of the separation groove for separating the second electrode into the first part and the second part is 1 ⁇ m or more, 50% or less of the resonator length (hereinafter simply referred to as “resonator length”) in the mode-locked semiconductor laser element,
  • the thickness is preferably 10 ⁇ m or more and 10% or less of the resonator length.
  • the distance (D) from the top surface of the portion of the second compound semiconductor layer located outside the both side surfaces of the ridge stripe structure to the third compound semiconductor layer (active layer) is 1. It is preferably 0.0 ⁇ 10 ⁇ 7 m (0.1 ⁇ m) or more.
  • the upper limit of the distance (D) may be determined based on an increase in threshold current, temperature characteristics, deterioration in current increase rate during long-term driving, and the like.
  • the resonator length direction is the X direction
  • the thickness direction of the laminated structure is the Z direction.
  • the second electrode is a palladium (Pd) single layer, a nickel (Ni) single layer, a platinum (Pt) single layer, or a palladium layer / platinum layer in which the palladium layer is in contact with the second compound semiconductor layer.
  • the layered structure or a layered structure of palladium layer / nickel layer in which the palladium layer is in contact with the second compound semiconductor layer can be employed.
  • the thickness of the upper metal layer is desirably 0.1 ⁇ m or more, preferably 0.2 ⁇ m or more.
  • the second electrode is preferably composed of a single layer of palladium (Pd).
  • the thickness is preferably 20 nm or more, and preferably 50 nm or more.
  • the second electrode may be a palladium (Pd) single layer, a nickel (Ni) single layer, a platinum (Pt) single layer, or a lower metal layer and an upper metal layer in which the lower metal layer is in contact with the second compound semiconductor layer.
  • the lower metal layer is composed of one kind of metal selected from the group consisting of palladium, nickel and platinum, and the upper metal layer forms a separation groove in the second electrode in step (D) described later.
  • the etching rate is preferably made of a metal that is the same as or similar to the etching rate of the lower metal layer, or higher than the etching rate of the lower metal layer.
  • an etching solution for forming the separation groove in the second electrode in the step (D) described later is aqua regia, nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, or a mixture of at least two of these acids (specifically Are preferably a mixed solution of nitric acid and sulfuric acid, a mixed solution of sulfuric acid and hydrochloric acid).
  • the length of the saturable absorption region can be shorter than the length of the light emitting region.
  • the length of the second electrode (the total length of the first portion and the second portion) can be shorter than the length of the third compound semiconductor layer (active layer).
  • the arrangement state of the first part and the second part of the second electrode specifically, (1) A first portion of one second electrode and a second portion of one second electrode are provided, and the first portion of the second electrode and the second portion of the second electrode sandwich the separation groove.
  • the first part of one second electrode and the second part of two second electrodes are provided, and one end of the first part is sandwiched by one separation groove, Opposite to the second part, the other end of the first part is opposed to the other second part across the other separation groove.
  • the first part of the two second electrodes and one first part A second portion of the two electrodes, an end of the second portion sandwiching one separation groove and facing one first portion, and the other end of the second portion sandwiching the other separation groove In the state facing the other first part (that is, the second electrode has a structure in which the second part is sandwiched between the first parts) Can be mentioned.
  • a first portion of N second electrodes and a second portion of (N ⁇ 1) second electrodes are provided, and the first portion of the second electrode sandwiches the second portion of the second electrode.
  • second portions of the N second electrodes and (N-1) first portions of the second electrodes are provided, and the second portion of the second electrode is the second electrode.
  • positioned on both sides of the 1st part of this can be mentioned.
  • the states of (4) and (5) are: (4 ′) N light emitting regions [carrier injection region, gain region] and (N ⁇ 1) saturable absorption regions [carrier non-injection region] are provided, and the light emitting region sandwiches the saturable absorption region.
  • the mode-locked semiconductor laser element can be manufactured, for example, by the following method. That is, (A) a first compound semiconductor layer having a first conductivity type and made of a GaN-based compound semiconductor, a light-emitting region made of a GaN-based compound semiconductor, and a third compound semiconductor layer constituting a saturable absorption region on the substrate; A second compound semiconductor layer having a second conductivity type different from the first conductivity type, and a second compound semiconductor layer made of a GaN-based compound semiconductor is sequentially stacked to form a stacked structure, (B) forming a band-shaped second electrode on the second compound semiconductor layer; (C) Using the second electrode as an etching mask, etching at least a portion of the second compound semiconductor layer to form a ridge stripe structure; (D) forming a resist layer for forming the separation groove on the second electrode, and then forming the separation groove on the second electrode by a wet etching method using the resist layer as a mask for wet etching;
  • a manufacturing method that is, at least a part of the second compound semiconductor layer is etched using the strip-shaped second electrode as an etching mask to form a ridge stripe structure, that is, patterning is performed. Since the ridge stripe structure is formed by the self-alignment method using the formed second electrode as an etching mask, there is no misalignment between the second electrode and the ridge stripe structure. Further, a separation groove is formed in the second electrode by a wet etching method. As described above, unlike the dry etching method, by adopting the wet etching method, it is possible to suppress the deterioration of the optical and electrical characteristics in the second compound semiconductor layer. Therefore, it is possible to reliably prevent the light emission characteristics from being deteriorated.
  • the second compound semiconductor layer may be partially etched in the thickness direction, the second compound semiconductor layer may be etched in the thickness direction, or the second compound semiconductor layer may be etched.
  • the semiconductor layer and the third compound semiconductor layer may be etched in the thickness direction, or the second compound semiconductor layer and the third compound semiconductor layer, and further the first compound semiconductor layer may be partially etched in the thickness direction. Also good.
  • the etching rate of the second electrode ER when the etching rate of the laminated structure was ER 1, ER 0 / ER 1 It is desirable to satisfy ⁇ 1 ⁇ 10, preferably ER 0 / ER 1 ⁇ 1 ⁇ 10 2 .
  • ER 0 / ER 1 satisfies such a relationship, the second electrode can be reliably etched without etching the laminated structure (or even if it is etched slightly).
  • the laminated structure can be specifically composed of an AlInGaN-based compound semiconductor.
  • the high refractive index layer (described later) in the semiconductor optical amplifier of the first configuration or the second configuration can also be configured of an AlInGaN-based compound semiconductor.
  • examples of the AlInGaN-based compound semiconductor include GaN, AlGaN, InGaN, and AlInGaN.
  • these compound semiconductors may contain boron (B) atoms, thallium (Tl) atoms, arsenic (As) atoms, phosphorus (P) atoms, and antimony (Sb) atoms as desired. .
  • the third compound semiconductor layer (active layer) constituting the light emitting region (gain region) and the saturable absorption region preferably has a quantum well structure. Specifically, it may have a single quantum well structure [SQW structure] or a multiple quantum well structure [MQW structure].
  • the third compound semiconductor layer (active layer) having a quantum well structure has a structure in which at least one well layer and a barrier layer are stacked, but the compound semiconductor constituting the well layer and the compound constituting the barrier layer As a combination of (semiconductor), (In y Ga (1-y) N, GaN), (In y Ga (1-y) N, In z Ga (1-z) N) [where y> z], ( In y Ga (1-y) N, AlGaN) can be exemplified.
  • the second compound semiconductor layer has a superlattice structure in which p-type GaN layers and p-type AlGaN layers are alternately stacked; the thickness of the superlattice structure is 0.7 ⁇ m or less. It can be a structure. By adopting such a superlattice structure, the series resistance component of the semiconductor laser element can be lowered while maintaining the refractive index required for the cladding layer, leading to a lower operating voltage of the semiconductor laser element.
  • the lower limit of the thickness of the superlattice structure is not limited, for example, 0.3 ⁇ m can be exemplified, and the thickness of the p-type GaN layer constituting the superlattice structure is exemplified by 1 nm to 5 nm.
  • the thickness of the p-type AlGaN layer constituting the superlattice structure can be 1 nm to 5 nm, and the total number of p-type GaN layers and p-type AlGaN layers is 60 to 300 layers. Can be illustrated.
  • the distance from the third compound semiconductor layer to the second electrode may be 1 ⁇ m or less, preferably 0.6 ⁇ m or less.
  • the thickness of the p-type second compound semiconductor layer having high resistance is reduced, and the operating voltage of the semiconductor laser element is reduced. can do.
  • the second compound semiconductor layer is doped with Mg of 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or more; the absorption coefficient of the second compound semiconductor layer with respect to light having a wavelength of 405 nm from the third compound semiconductor layer is at least It can be set as the structure which is 50 cm ⁇ -1 >.
  • the atomic concentration of Mg is derived from the material physical property of showing the maximum hole concentration at a value of 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 , and the maximum hole concentration, that is, the specific resistance of the second compound semiconductor layer This is a result designed to minimize.
  • the absorption coefficient of the second compound semiconductor layer is defined from the viewpoint of reducing the resistance of the semiconductor laser device as much as possible.
  • the light absorption coefficient of the third compound semiconductor layer is 50 cm ⁇ 1. It is common.
  • the Mg doping amount can be intentionally set to a concentration of 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or more.
  • the upper limit Mg doping amount for obtaining a practical hole concentration is, for example, 8 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the second compound semiconductor layer has a non-doped compound semiconductor layer and a p-type compound semiconductor layer from the third compound semiconductor layer side; the distance from the third compound semiconductor layer to the p-type compound semiconductor layer is 1.2 ⁇ 10 ⁇ 7 m or less.
  • a laminated insulating film having a SiO 2 / Si laminated structure is formed on both side surfaces of the ridge stripe structure; the difference between the effective refractive index of the ridge stripe structure and the effective refractive index of the laminated insulating film is 5 ⁇
  • the configuration may be 10 ⁇ 3 to 1 ⁇ 10 ⁇ 2 .
  • the second compound semiconductor layer includes, for example, a non-doped InGaN layer (p-side light guide layer), a Mg-doped AlGaN layer (electron barrier layer), a GaN layer (Mg-doped) / AlGaN layer from the third compound semiconductor layer side.
  • a superlattice structure (superlattice cladding layer) and a Mg-doped GaN layer (p-side contact layer) may be laminated.
  • the band gap of the compound semiconductor constituting the well layer in the third compound semiconductor layer is desirably 2.4 eV or more.
  • the wavelength of the laser light emitted from the third compound semiconductor layer (active layer) is 360 nm to 500 nm, preferably 400 nm to 410 nm.
  • GaN-based compound semiconductor layers constituting the semiconductor laser element are sequentially formed on a substrate or a substrate.
  • a substrate or a substrate in addition to a sapphire substrate, a GaAs substrate, GaN Substrate, SiC substrate, alumina substrate, ZnS substrate, ZnO substrate, AlN substrate, LiMgO substrate, LiGaO 2 substrate, MgAl 2 O 4 substrate, InP substrate, Si substrate, underlayer and buffer on the surface (main surface) of these substrates
  • a layer is formed.
  • the GaN substrate is preferred because of its low defect density, but it is known that the characteristics of the GaN substrate change from polar / nonpolar / semipolar depending on the growth surface.
  • a method for forming various compound semiconductor layers for example, GaN-based compound semiconductor layers constituting a semiconductor laser element, a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method, MOVPE method) or a molecular beam epitaxy method (MBE method).
  • MOCVD method metal organic chemical vapor deposition method
  • MOVPE method MOVPE method
  • MBE method molecular beam epitaxy method
  • hydride vapor phase growth method in which halogen contributes to transport or reaction.
  • trimethylgallium (TMG) gas and triethylgallium (TEG) gas can be exemplified as the organic gallium source gas in the MOCVD method, and ammonia gas and hydrazine gas can be exemplified as the nitrogen source gas.
  • silicon (Si) may be added as an n-type impurity (n-type dopant), or a GaN-based compound having a p-type conductivity.
  • magnesium (Mg) may be added as a p-type impurity (p-type dopant).
  • trimethylaluminum (TMA) gas may be used as the Al source, and trimethylindium (TMI) gas is used as the In source. Use it.
  • monosilane gas (SiH 4 gas) may be used as the Si source, and cyclopentadienyl magnesium gas, methylcyclopentadienyl magnesium, or biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) may be used as the Mg source. .
  • n-type impurities examples include Si, Ge, Se, Sn, C, Te, S, O, Pd, and Po, and p-type impurities (p-type dopants) other than Mg.
  • Zn, Cd, Be, Ca, Ba, C, Hg, and Sr can be exemplified.
  • the first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer having the n-type conductivity type is gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), A single element comprising at least one metal selected from the group consisting of Al (aluminum), Ti (titanium), tungsten (W), Cu (copper), Zn (zinc), tin (Sn), and indium (In). It is desirable to have a layer structure or a multilayer structure, and examples thereof include Ti / Au, Ti / Al, and Ti / Pt / Au.
  • the first electrode is electrically connected to the first compound semiconductor layer.
  • the first electrode is formed on the first compound semiconductor layer, and the first electrode includes a conductive material layer, a conductive substrate, and a base.
  • the form connected to the 1st compound semiconductor layer via is included.
  • the first electrode and the second electrode can be formed by, for example, a PVD method such as a vacuum evaporation method or a sputtering method.
  • a pad electrode may be provided on the first electrode or the second electrode for electrical connection with an external electrode or circuit.
  • the pad electrode has a single-layer configuration or a multi-layer configuration including at least one metal selected from the group consisting of Ti (titanium), aluminum (Al), Pt (platinum), Au (gold), and Ni (nickel). It is desirable to have.
  • the pad electrode may have a multilayer configuration exemplified by a multilayer configuration of Ti / Pt / Au and a multilayer configuration of Ti / Au.
  • the configuration in which the reverse bias voltage V sa is applied between the first electrode and the second portion (that is, the first electrode is the positive electrode). It is desirable that the second portion be a negative electrode).
  • a pulse current or pulse voltage synchronized with the pulse current or pulse voltage applied to the first part of the second electrode may be applied to the second part of the second electrode, or a DC bias may be applied. Good.
  • a current can be passed from the second electrode to the first electrode via the light emitting region, and an external electric signal can be superimposed on the first electrode from the second electrode via the light emitting region.
  • synchronization between the laser beam and the external electric signal can be achieved.
  • a non-doped compound semiconductor layer (for example, a non-doped InGaN layer or a non-doped AlGaN layer) may be formed between the third compound semiconductor layer and the electron barrier layer. Further, a non-doped InGaN layer as a light guide layer may be formed between the third compound semiconductor layer and the non-doped compound semiconductor layer.
  • the uppermost layer of the second compound semiconductor layer may be structured to be occupied by the Mg-doped GaN layer (p-side contact layer).
  • the mode-locked semiconductor laser element is not limited to a bi-section type (two-electrode type) semiconductor laser element, but also includes a multi-section type (multi-electrode type) semiconductor laser element, a light emitting region and a saturable absorption region. It is also possible to employ a SAL (Saturable Absorber Layer) type in which is vertically disposed, or a WI (Weakly Index Guide) type semiconductor laser element in which a saturable absorption region is provided along a ridge stripe structure.
  • SAL Silicon Absorber Layer
  • WI Weakly Index Guide
  • the semiconductor optical amplifier when a semiconductor optical amplifier is provided, the semiconductor optical amplifier amplifies the laser light emitted from the first dispersion compensation optical device, or a laminated structure of group III-V nitride-based semiconductor layers, or in addition, it is preferable to have a structure composed of a laminated structure of wide gap semiconductor layers. In this case, it is desirable that the laser light output from the semiconductor laser device assembly has a negative frequency chirp and a pulse time width of 0.5 picosecond or less.
  • the in-band relaxation time of the carrier is preferably 25 femtoseconds or less.
  • the optical spectrum width of the laser light emitted from the semiconductor optical amplifier is preferably 4.5 THz or more.
  • the driving current density of the semiconductor optical amplifier is desirably 5 ⁇ 10 3 amperes / cm 2 or more.
  • the drive current density is a value obtained by dividing the current for driving the semiconductor optical amplifier by the area of the portion where the drive current flows in the semiconductor optical amplifier.
  • the optical confinement factor of the semiconductor optical amplifier is 3% or less, preferably 1% or less, so that a higher output of the semiconductor optical amplifier can be achieved.
  • the optical spectrum width of the laser light incident on the semiconductor optical amplifier is emitted from the semiconductor optical amplifier. It is desirable that the optical spectrum width of the laser beam increases by 2.5 THz or more.
  • the optical confinement factor of the semiconductor optical amplifier is preferably 3% or less, and preferably 1% or less.
  • the first compound semiconductor layer has a laminated structure of a first cladding layer and a first light guide layer from the substrate side,
  • the laminated structure has a ridge stripe structure composed of a part of the second compound semiconductor layer, the third compound semiconductor layer (active layer), and the first light guide layer in the thickness direction,
  • the thickness of the first light guide layer is t 1 and the thickness of the first light guide layer constituting the ridge stripe structure is t 1 ′
  • 6 ⁇ 10 ⁇ 7 m ⁇ t 1 Preferably, 8 ⁇ 10 ⁇ 7 m ⁇ t 1 Satisfied, 0 (m) ⁇ t 1 ′ ⁇ 0.5 ⁇ t 1
  • this type of semiconductor optical amplifier is referred to as a “first configuration semiconductor optical amplifier”.
  • the first configuration semiconductor optical amplifier By defining the thickness t 1 of the first light guide layer, the light confinement factor can be lowered, and the peak of the light field intensity distribution starts from the third compound semiconductor layer (active layer).
  • the optical density in the vicinity of the third compound semiconductor layer can be reduced during high output operation, and optical damage can be prevented. This increases the saturation energy, and can achieve high output.
  • the thickness t 1 ′ of the portion of the first light guide layer constituting the ridge stripe structure it is possible to achieve a single mode of the output light beam.
  • the slab waveguide width and the thickness of the first light guide layer being approximately the same, a light beam cross-sectional shape close to a perfect circle can be obtained, and the light condensing characteristics deteriorate in applications using lenses and optical fibers.
  • the width of the ridge stripe structure is W
  • 0.2 ⁇ W ⁇ t 1 ⁇ W It is preferable to satisfy this relationship.
  • t 1 ⁇ 3 ⁇ 10 ⁇ 6 m It is desirable to satisfy If crystal growth is performed with the thickness t 1 of the first guide layer being 3 ⁇ 10 ⁇ 6 m or less, the crystal growth surface morphology is not roughened, and the characteristics and electrical characteristics of the laser light emitted from the semiconductor optical amplifier can be improved. Deterioration can be prevented.
  • the semiconductor optical amplifier may be configured to emit a single mode light beam.
  • the width dimension of the ridge stripe structure of the light beam emitted from the light emitting end face of the laminated structure and LB X the thickness dimension of the ridge stripe structure and LB Y, 0.2 ⁇ LB Y / LB X ⁇ 1.2
  • the distance Y CC from the active layer center point in the laminated structure to the central point of the light beam emitted from the laminated structure along the thickness direction of the ridge stripe structure Is t 1 ' ⁇ Y CC ⁇ t 1
  • t 1 ' ⁇ Y CC ⁇ 0.5 ⁇ t 1 It is desirable to satisfy
  • the first optical guide layer has a high refractive index made of a compound semiconductor material having a refractive index higher than that of the compound semiconductor material constituting the first optical guide layer. It can be set as the structure by which the layer is formed.
  • the refractive index of the compound semiconductor material forming the first light guide layer is n G ⁇ 1 , and the high refractive index layer is configured.
  • the refractive index of the compound semiconductor material is n HR
  • 0.03 ⁇ n HR ⁇ n G ⁇ 1 ⁇ 0.1 Can be obtained.
  • the average refractive index of the compound semiconductor material constituting the third compound semiconductor layer (active layer) is n Ac
  • n HR ⁇ n Ac Is preferably satisfied.
  • the second compound semiconductor layer has a laminated structure of the second light guide layer and the second cladding layer from the substrate side, and the thickness of the first light guide layer is larger than the thickness of the second light guide layer. It can be a thick form.
  • the optical confinement coefficient is desirably 3% or less, desirably 1% or less.
  • the stacked structure has a ridge stripe structure composed of at least a portion of the second compound semiconductor layer in the thickness direction,
  • the first compound semiconductor layer has a thickness exceeding 0.6 ⁇ m (as an upper limit of the thickness, for example, 10 ⁇ m can be exemplified),
  • a high refractive index layer made of a compound semiconductor material having a refractive index higher than that of the compound semiconductor material constituting the first compound semiconductor layer may be formed in the first compound semiconductor layer.
  • the semiconductor optical amplifier having such a configuration is referred to as a “second-structure semiconductor optical amplifier”.
  • the semiconductor optical amplifier having the second configuration since the first compound semiconductor layer has a thickness exceeding 0.6 ⁇ m, the optical confinement factor can be lowered, and the optical field intensity can be reduced. As a result of the distribution peak moving from the third compound semiconductor layer (active layer) to the first compound semiconductor layer, the light density in the vicinity of the third compound semiconductor layer can be reduced during high output operation, thus preventing optical damage.
  • the saturation energy of the amplified laser beam is increased, and high output can be achieved.
  • a high refractive index layer made of a compound semiconductor material having a refractive index higher than the refractive index of the compound semiconductor material constituting the first compound semiconductor layer is formed in the first compound semiconductor layer. Compared with the case where no rate layer is provided, the single mode condition in the thickness direction of the compound semiconductor layer can be satisfied in a wider range, the cutoff condition can be relaxed, and the single mode light beam can be reduced. Can be output.
  • the first compound semiconductor layer has a laminated structure of a first cladding layer and a first light guide layer from the substrate side,
  • the first light guide layer has a thickness exceeding 0.6 ⁇ m
  • the high refractive index layer can be formed in the first light guide layer. That is, in such a form, the first light guide layer is formed by laminating the first portion of the first light guide layer, the high refractive index layer, and the second portion of the first light guide layer from the substrate side. It has the structure made.
  • first portion of the first light guide layer is referred to as “first-A light guide layer”
  • the second portion of the first light guide layer is referred to as “first-B light guide” for convenience. Called “layer”.
  • the thickness of the first 1-B light guide layer is 0.25 ⁇ m.
  • the above is desirable.
  • the refractive index of the compound semiconductor material constituting the first light guide layer is n G-1 and the refractive index of the compound semiconductor material constituting the high refractive index layer is n HR , 0 ⁇ n HR -n G-1 ⁇ 0.3
  • 0.02 ⁇ n HR ⁇ n G ⁇ 1 ⁇ 0.2 Can be obtained.
  • the average refractive index of the compound semiconductor material constituting the third compound semiconductor layer (active layer) is n Ac , n HR ⁇ n Ac Is preferably satisfied.
  • the semiconductor optical amplifier can emit a single mode light beam.
  • the width dimension of the ridge stripe structure of the light beam emitted from the light emitting end face of the laminated structure and LB X the thickness dimension of the ridge stripe structure and LB Y, 3 ⁇ 10 0 ⁇ LB Y / LB X ⁇ 1 ⁇ 10 3
  • the distance Y CC from the active layer center point in the laminated structure to the central point of the light beam emitted from the laminated structure along the thickness direction of the ridge stripe structure Is 0m ⁇ Y CC ⁇ (Thickness of first light guide layer)
  • 0m ⁇ Y CC ⁇ (thickness of the 1-B light guide layer) it is desirable to satisfy Furthermore, the second compound semiconductor
  • the laminated structure can be composed of an AlInGaN-based compound semiconductor.
  • the high refractive index layer in the semiconductor optical amplifier of the first configuration or the second configuration can also be configured of an AlInGaN-based compound semiconductor.
  • the configuration and structure of the semiconductor optical amplifier can be substantially the same as the configuration and structure of the semiconductor laser element except that the second electrode is not divided.
  • the semiconductor laser device assembly of the present disclosure including the various preferable modes and configurations described above may further include an optical spectrum shaping unit.
  • the optical spectrum shaping means shapes the optical spectrum for the laser light emitted from the second dispersion compensation optical apparatus to the outside of the system.
  • the optical spectrum shaping means is disposed between the second dispersion compensating optical device and the semiconductor optical amplifier.
  • the optical spectrum shaping means is composed of a band-pass filter composed of a dielectric multilayer film, and the laser light emitted from the second dispersion compensation optical device to the outside of the system passes through the band-pass filter a plurality of times. It can be.
  • the bandpass filter can be obtained, for example, by laminating a dielectric thin film having a low dielectric constant and a dielectric thin film having a high dielectric constant.
  • the optical spectrum shaping means is not limited to the band-pass filter, and may be composed of a wavelength dispersion element such as a diffraction grating, a Bragg diffraction grating, or a volume holographic diffraction grating as long as the required spectral width is obtained. You can also
  • the semiconductor laser device assembly of the present disclosure can be applied to, for example, an optical disc system, a communication field, an optical information field, an optoelectronic integrated circuit, a field using a nonlinear optical phenomenon, an optical switch, a laser measurement field, various analysis fields, and an ultrafast spectroscopy field.
  • Multi-photon excitation spectroscopy field, mass spectrometry field, field of microspectroscopy using multi-photon absorption, quantum control of chemical reaction, nano 3D processing field, various processing fields applying multi-photon absorption, medical field, bioimaging It can be applied to fields such as the field, quantum information communication field, and quantum information processing field.
  • Example 1 relates to a semiconductor laser device assembly of the present disclosure.
  • a conceptual diagram of the semiconductor laser device assembly of the first embodiment is shown in FIG. 1, and a schematic end view along the direction in which the resonator of the semiconductor laser device 10 extends (that is, along the arrow II in FIG. 3).
  • 2 is a schematic cross-sectional view taken along a direction perpendicular to the direction in which the resonator of the semiconductor laser element extends (that is, along the arrow II-II in FIG. 2).
  • the semiconductor laser device assemblies of Example 1 or Examples 2 to 15 described later are: A semiconductor laser element (specifically, a mode-locked semiconductor laser element) 10, and A first dispersion compensation optical device 110, 120, 130, 140 in which laser light emitted from the semiconductor laser element 10 enters and exits; and A second dispersion compensating optical device 150 into which the laser light emitted from the first dispersion compensating optical device 110, 120, 130, 140 enters and exits; Consists of The second dispersion compensation optical device 150 controls the group velocity dispersion value for each wavelength of the laser light from the first dispersion compensation optical devices 110, 120, 130, and 140.
  • the second dispersion compensating optical device 150 converts the phase of the laser light from the first dispersion compensating optical device 110, 120, 130, 140 to the third or higher order of the frequency for each frequency component of the optical spectrum. (For example, a polynomial of degree 3 or higher).
  • the laser light emitted from the semiconductor laser element 10 is incident on the first dispersion compensation optical device 110, 120, 130, 140, Part of the laser light incident on the first dispersion compensation optical device 110, 120, 130, 140 is returned to the semiconductor laser element 10, and the rest is emitted toward the second dispersion compensation optical device 150.
  • the first dispersion compensation optical device 110 is a holographic and reflective first diffraction grating 111, a first condensing means (specifically, a first lens) 112, And a reflecting mirror (specifically, a planar reflecting mirror, more specifically, for example, a dielectric multilayer film reflecting mirror) 113A,
  • the laser beam emitted from the semiconductor laser element 10 collides with the first diffraction grating 111,
  • the 0th-order light from the first diffraction grating 111 (specifically, the 0th-order diffracted light reflected by the first diffraction grating 111) is emitted toward the second dispersion compensation optical device 150, Diffracted light from the first diffraction grating 111 (specifically, first-order or higher-order diffracted light reflected by the first diffraction grating 111) enters the reflecting mirror 113A via the first light collecting means 112. Then, the light is
  • the laser light from the first dispersion compensation optical device 110 is incident on the second dispersion compensation optical device 150 via an optical isolator (not shown), for example.
  • the optical isolator is arranged to prevent the return light from the second dispersion compensation optical device 150 from going to the semiconductor laser element 10.
  • the external resonator structure includes the semiconductor laser element 10 and the first dispersion compensation optical device 110. Specifically, one end of the external resonator structure is constituted by a reflecting mirror 113A, and the other end of the external resonator structure is constituted by a light reflection end face (first end face) of a laminated structure constituting the semiconductor laser element 10.
  • the distance between the first diffraction grating 111 and the first light collecting means 112 is changed using a known moving means in a state where the distance between the first light collecting means 112 and the reflecting mirror 113A is fixed.
  • the group velocity dispersion value (dispersion compensation amount) in the first dispersion compensation optical apparatus 110 can be changed.
  • the first condensing unit 112 and the reflecting mirror 113A are integrally moved on the optical axis of the first condensing unit 112 (on the optical path of the first-order diffracted light), thereby
  • the laser beam incident on the first dispersion compensation optical device 110 and the emitted laser beam cause a change in dispersion.
  • the first light collecting means 112 when the distance between the first diffraction grating 111 and the first light collecting means 112 is equal to the focal length of the first light collecting means 112, the first light collecting means 112 from the first diffraction grating 111.
  • the angular dispersion of the laser beam traveling toward and the laser beam reflected by the reflecting mirror 113A and incident on the first diffraction grating 111 via the first condensing means 112 does not change. Therefore, in this case, the dispersion compensation amount provided by the first dispersion compensation optical device 110 is zero.
  • the distance between the first diffraction grating 111 and the first light collecting means 112 is longer than the focal length of the first light collecting means 112, among the laser beams diffracted by the first diffraction grating 111, The optical path of the long wavelength component is longer than the optical path of the short wavelength component, and in this case, a negative group velocity dispersion is formed. That is, the group velocity dispersion value is negative.
  • the distance between the first diffraction grating 111 and the first light collecting means 112 is referred to as “distance L”.
  • the dispersion compensation amount is an amount proportional to the distance L. When the distance L is a positive value, the dispersion given by the first dispersion compensating optical device 110 is negative group velocity dispersion.
  • an aspherical convex lens having a focal length of 4.0 mm which is collimating means 11 for making the laser beam from the semiconductor laser element 10 into a parallel light beam, is disposed. ing.
  • the number of grating-like patterns in the first diffraction grating 111 and the second diffraction grating 151 included in the laser light incident (collised) on the first diffraction grating 111 and the second diffraction grating 151 is the number of the examples. In that case, it is 2400 lines / mm.
  • the distance between the first light collecting means (lens) 112 having a convex power and the reflecting mirror 113A is 100 mm, and the focal length f of the first light collecting means 112 is 100 mm. did. That is, the distance between the first condensing means 112 and the reflecting mirror 113A matches the focal length f of the first condensing means (lens) 112, and the image of the laser light is the first The light is focused on the reflecting mirror 113A by the condensing means 112. The light incident on the first condensing means 112 and the emitted light are in a relationship between incident laser light and outgoing laser light in a telescope having a magnification of 1.0. These distances are fixed.
  • the second dispersion compensating optical device 150 is a holographic type second diffraction grating 151 made of a reflection type diffraction grating, and a second condensing means (specifically, a second lens) 152. And spatial phase modulators (phase compensation optical devices) 153A, 153B, 153C, The laser light from the first dispersion compensation optical device 110, 120, 130, 140 collides with the second diffraction grating 151, and the diffracted light from the second diffraction grating 151 passes through the second condensing means 152.
  • the spatial phase modulator (phase compensation optical device) 153A includes a reflective liquid crystal display device that is a spatial light phase modulator.
  • the mirror 154 is arranged in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1 so as not to obstruct the path of the laser light traveling from the first dispersion compensation optical device 110, 120, 130, 140 to the second diffraction grating 151.
  • the angle of the second diffraction grating 151 is slightly tilted in a direction orthogonal to the diffraction direction. That is, it is slightly rotated around the Z axis in FIG. This makes it possible to spatially separate the incident laser beam and the emitted laser beam to the second diffraction grating 151, and output the emitted laser beam from the second diffraction grating 151 to the outside of the system.
  • the distance between the second light collecting means (lens) 152 having a convex power and the spatial phase modulator 153A is 100 mm
  • the focal length f of the second light collecting means 152 is set to 100 mm. It was set to 100 mm. That is, the distance between the second condensing means 152 and the spatial phase modulator 153A coincides with the focal length f of the second condensing means 152, and the image of the laser beam is the second condensing element.
  • the light means 152 forms an image in the spatial phase modulator 153A.
  • the light incident on the second condensing means 152 and the emitted light are in a relationship between incident laser light and outgoing laser light in a telescope having a magnification of 1.0. These distances are fixed.
  • the spatial phase modulator 153A is composed of a reflective liquid crystal display device (specifically, LCOS). Then, by applying a voltage to the nematic liquid crystal layer aligned in parallel, the laser light is modulated and the phase is modulated in the liquid crystal layer.
  • the diffracted light from the second diffraction grating 151 is incident on the spatial phase modulator 153A via the second condensing means 152, and the emission angle of the diffracted light from the second diffraction grating 151 is the wavelength of the laser light.
  • the incident position on the spatial phase modulator 153A depends on the wavelength of the laser beam.
  • the phase in each region (pixel) of the spatial phase modulator 153A is modulated, and is incident on and output from the spatial phase modulator 153A.
  • the group velocity dispersion value of the laser beam can be controlled.
  • the specifications of the spatial phase modulator 153A composed of LCOS are exemplified below.
  • Device size 16mm x 12mm Number of pixels: 800 ⁇ 600 pixels
  • the laser light is folded back by the spatial phase modulator 153A made of a reflective LCOS. Therefore, generality is not lost even if it is represented as shown in FIG.
  • FIG. 5 after the light incident on the diffraction grating a (second diffraction grating 151) shown on the left side is spatially dispersed, it is collimated by the light collecting means a (second light collecting means 152).
  • the diffraction grating b (second diffraction grating 151) shown on the right side by the condensing means b (second condensing means 152) again. It is condensed to.
  • the wavelength distribution of incident light is spatially dispersed by the diffraction grating a, and the phase is changed by the spatial phase modulator 153A when the dispersed light passes through the spatial phase modulator 153A.
  • the spatial phase modulator 153A By controlling the amount of change in phase for each region (for each pixel) of the spatial phase modulator 153A, it is possible to give an arbitrary phase change to the laser light transmitted through the second dispersion compensation optical device 150 for each wavelength. Become.
  • the distances between the diffraction grating a, the light collection means a, the spatial phase modulator 153A, the light collection means b, and the diffraction grating b are all equal to the focal length f of the light collection means a and the light collection means b.
  • the angle information of the laser light on the diffraction grating is in a relationship of the Fourier transform with the position information of the spatial phase modulator composed of the transmission type LCOS.
  • the second dispersion compensating optical device 150 converts the phase of the laser light from the first dispersion compensating optical device 110, 120, 130, 140 into the third order frequency for each frequency component of the optical spectrum. Modulate with a function of the above order. Specifically, by applying an appropriate voltage to each pixel of the LCOS, the alignment state of liquid crystal molecules in each pixel of the LCOS is changed, and the refractive index is modulated (changed) to enter and exit the LCOS. The phase of the laser beam to be modulated can be modulated.
  • the change pattern of the voltage applied to each pixel of the LCOS (the change pattern of the voltage applied to each pixel along the arrow “A” in FIG.
  • phase of the laser light from the first dispersion compensation optical device 110, 120, 130, 140 is a function of the third or higher order of the frequency (for example, a polynomial of the third or higher order) for each frequency component of the optical spectrum. )
  • the second dispersion compensation optical device 150 changes the phase of the laser light from the first dispersion compensation optical devices 110, 120, 130, and 140 for each frequency component of the optical spectrum. Modulation is performed by a function of the third or higher order of the incident position on the optical device 150.
  • n is a natural number of 3 or more.
  • FIG. 31B shows an example of a change pattern of a voltage applied to each pixel of the LCOS.
  • the phase on the pixel is folded back by 2 ⁇ and displayed as “B”.
  • the total phase change amount is indicated by “A”.
  • the second-order phase dispersion can be realized by making the value of group velocity dispersion (GDD) constant with respect to the frequency of incident light.
  • Third-order or higher-order phase dispersion can be realized by linearly changing the value of GDD with respect to frequency. Therefore, while observing the autocorrelation waveform of the optical pulse output from the second dispersion compensating optical device 150, group velocity dispersion for each wavelength of the laser light from the first dispersion compensating optical device 110, 120, 130, 140.
  • the phase of the emitted laser light can be optimized.
  • the group velocity dispersion value is controlled for each wavelength of the laser light from the first dispersion compensation optical device 110, 120, 130, 140 (or the laser light from the first dispersion compensation optical device 110, 120, 130, 140).
  • the autocorrelation waveform of the optical pulse obtained by modulating the phase of (1) with a function of the third or higher order of the frequency for each frequency component of the optical spectrum is shown as “after compression” in FIG. 31A.
  • the waveform “before compression” is the autocorrelation waveform shown in FIG. 33A. Compared to the autocorrelation waveform of the optical pulse shown in FIG.
  • the full width at half maximum of the autocorrelation waveform of the intensity is evaluated as 290 femtoseconds, and using the convolution factor when the pulse waveform is a sech 2 function, the pulse time width is Rated to 190 femtoseconds.
  • the wavelength range per pixel varies depending on the dispersion angle of the second diffraction grating 151.
  • An example of the second dispersion compensating optical device 150 for correcting this is shown in FIG.
  • a concave lens 152 ′ between the second diffraction grating 151 and the second condensing means 152 in the second dispersion compensation optical device 150 By providing a concave lens 152 ′ between the second diffraction grating 151 and the second condensing means 152 in the second dispersion compensation optical device 150, a virtual image of the second diffraction grating 151 is formed, and angular dispersion is reduced. It becomes possible to enlarge by a desired magnification m.
  • the distance from the second diffraction grating 151 to the concave lens 152 ′ is “a”
  • the distance from the concave lens 152 ′ to the second condensing means (convex lens) 152 is “d”
  • the focal length of the concave lens 152 ′ is
  • the focal length of the second light collecting means (convex lens) 152, and the distance from the second light collecting means 152 to the spatial phase modulator 153A are “f”
  • a f ⁇ (m ⁇ 1)
  • the semiconductor laser device 10 includes a mode-locked semiconductor laser device having a saturable absorption region.
  • the mode-locked semiconductor laser element is A first compound semiconductor layer 30 made of a GaN-based compound semiconductor and having a first conductivity type (in the embodiment, an n-type conductivity type); A third compound semiconductor layer (active layer) 40 made of a GaN-based compound semiconductor, and A second compound semiconductor layer 50 made of a GaN-based compound semiconductor and having a second conductivity type (p-type conductivity type in the embodiment) different from the first conductivity type; However, it has the laminated structure formed by laminating sequentially.
  • the first compound semiconductor layer 30 is formed on a base (specifically, the substrate 21).
  • the semiconductor laser element 10 is specifically composed of a bi-section type mode-locked semiconductor laser element having an emission wavelength of 405 nm band in which a light emitting region and a saturable absorption region are juxtaposed in the cavity direction. .
  • the light density of the peak power is 1 ⁇ 10 10 watts / cm 2 or more, preferably 1.4 ⁇ 10.
  • It is a current injection type passively mode-locked mode-locked semiconductor laser device having a power density of 10 watts / cm 2 or more and a carrier density of 1 ⁇ 10 19 / cm 3 or more.
  • a mode-locked semiconductor laser device having a configuration, as shown in FIG. 2 and FIG.
  • A a first compound semiconductor layer 30 having a first conductivity type (specifically, n-type conductivity type in each embodiment) and made of a GaN-based compound semiconductor;
  • a third compound semiconductor layer (active layer) 40 constituting a light emitting region (gain region) 41 and a saturable absorption region 42 made of a GaN-based compound semiconductor, and
  • a second compound semiconductor layer 50 having a second conductivity type different from the first conductivity type (specifically, p-type conductivity type in each embodiment) and made of a GaN-based compound semiconductor;
  • the second electrode 62 applies an electric field to the first portion 62A for making a forward bias state by passing a direct current through the first electrode 61 via the light emitting region (gain region) 41 and the saturable absorption region 42.
  • the second groove 62C is separated from the second portion 62B (second portion 62B for applying the reverse bias voltage V sa to the saturable absorption region 42).
  • the electric resistance value (sometimes referred to as “separation resistance value”) between the first portion 62A and the second portion 62B of the second electrode 62 is between the second electrode 62 and the first electrode 61.
  • the electrical resistance value is 1 ⁇ 10 times or more, specifically 1.5 ⁇ 10 3 times.
  • the electrical resistance value (separation resistance value) between the first portion 62A and the second portion 62B of the second electrode 62 is 1 ⁇ 10 2 ⁇ or more, specifically, 1.5 ⁇ 10 4 ⁇ . is there.
  • the resonator length of the semiconductor laser element 10 is 600 ⁇ m, and the lengths of the first portion 62A, the second portion 62B, and the separation groove 62C of the second electrode 62 are 560 ⁇ m, 30 ⁇ m, and 10 ⁇ m, respectively.
  • the width of the ridge stripe structure 55 was 1.4 ⁇ m.
  • the ridge stripe structure 55 is curved toward the light emitting end face (second end face) in order to reduce end face reflection, but is not limited to such a shape.
  • the ridge stripe structure 55 is orthogonal to the light reflection end face (first end face).
  • the semiconductor laser element 10 in Example 1 or Examples 2 to 15 to be described later is specifically a semiconductor laser element having a ridge stripe type separated confinement heterostructure (SCH structure). More specifically, the semiconductor laser element 10 is a GaN-based semiconductor laser element made of index-guided AlInGaN and has a ridge stripe structure.
  • the first compound semiconductor layer 30, the third compound semiconductor layer (active layer) 40, and the second compound semiconductor layer 50 are specifically made of an AlInGaN-based compound semiconductor. More specifically, It has the layer structure shown in Table 2.
  • Table 2 the compound semiconductor layer described below is a layer closer to the n-type GaN substrate 21.
  • the band gap of the compound semiconductor constituting the well layer in the third compound semiconductor layer 40 is 3.06 eV.
  • the semiconductor laser element 10 in Example 1 or Examples 2 to 15 described later is provided on the (0001) plane of the n-type GaN substrate 21, and the third compound semiconductor layer 40 has a quantum well structure.
  • the (0001) plane of the n-type GaN substrate 21 is also called a “C plane” and is a crystal plane having polarity.
  • Second compound semiconductor layer 50 p-type GaN contact layer (Mg doped) 54 p-type GaN (Mg doped) / AlGaN superlattice cladding layer 53 p-type AlGaN electron barrier layer (Mg doped) 52 Non-doped InGaN optical guide layer 51
  • Third compound semiconductor layer 40 InGaN quantum well active layer (well layer: In 0.08 Ga 0.92 N / barrier layer: In 0.02 Ga 0.98 N)
  • First compound semiconductor layer 30 n-type GaN cladding layer 32 n-type AlGaN cladding layer 31
  • the p-type GaN contact layer 54 and the p-type GaN / AlGaN superlattice cladding layer 53 are partially removed by the RIE method to form a ridge stripe structure 55.
  • a laminated insulating film 56 made of SiO 2 / Si is formed on both sides of the ridge stripe structure 55.
  • the SiO 2 layer is the lower layer and the Si layer is the upper layer.
  • the difference between the effective refractive index of the ridge stripe structure 55 and the effective refractive index of the laminated insulating film 56 is 5 ⁇ 10 ⁇ 3 to 1 ⁇ 10 ⁇ 2 , specifically 7 ⁇ 10 ⁇ 3 .
  • a second electrode (p-side ohmic electrode) 62 is formed on the p-type GaN contact layer 54 corresponding to the top surface of the ridge stripe structure 55.
  • a first electrode (n-side ohmic electrode) 61 made of Ti / Pt / Au is formed on the back surface of the n-type GaN substrate 21.
  • the p-type semiconductor layer is a compound semiconductor layer doped with Mg in the light density distribution generated from the third compound semiconductor layer 40 and its vicinity.
  • the distance d from the third compound semiconductor layer 40 to the p-type AlGaN electron barrier layer 52 is 0.10 ⁇ m
  • the height of the ridge stripe structure 55 is 0.30 ⁇ m
  • the second electrode 62 and the third compound semiconductor layer is 0.40 ⁇ m. did.
  • a non-reflective coating layer is formed on the light emitting end face (second end face) facing the collimating means 11.
  • a highly reflective coating layer (HR) is formed on the light reflecting end face (first end face) facing the light emitting end face (second end face) in the semiconductor laser element 10.
  • the saturable absorption region 42 is provided on the first end face side in the semiconductor laser element 10.
  • the antireflection coating layer include a laminated structure of at least two types of layers selected from the group consisting of a titanium oxide layer, a tantalum oxide layer, a zirconia oxide layer, a silicon oxide layer, and an aluminum oxide layer. it can.
  • the pulse repetition frequency of the semiconductor laser element 10 in Example 1 or Examples 2 to 15 described later was set to 1 GHz.
  • the semiconductor laser element 10 preferably has a laser beam repetition frequency of 1 GHz or less.
  • the repetition frequency f of the optical pulse train is determined by the external resonator length X ′ (distance between the first end face and the reflecting mirror 113), and is expressed by the following equation.
  • c is the speed of light
  • n is the effective refractive index of the resonator.
  • f c / (2n ⁇ X ′)
  • the carrier density of the third compound semiconductor layer 40 is 10 19 / cm 3 in order to obtain a positive optical gain.
  • This inversion distributed carrier density is about an order of magnitude higher than that of a semiconductor laser element made of a GaAs compound semiconductor, and it is necessary to inject a very high carrier density for oscillation of the semiconductor laser element made of a GaN compound semiconductor.
  • the carrier density inversion distribution carrier density
  • the carrier density is estimated to be about 1.7 ⁇ 10 19 / cm 3 .
  • the two electrodes 62 having a separation resistance value of 1 ⁇ 10 2 ⁇ or more on the second compound semiconductor layer 50 it is desirable to form the two electrodes 62 having a separation resistance value of 1 ⁇ 10 2 ⁇ or more on the second compound semiconductor layer 50.
  • a GaN-based semiconductor laser element unlike a conventional GaAs-based semiconductor laser element, the mobility of a compound semiconductor having a p-type conductivity is small, and therefore the second compound semiconductor layer 50 having a p-type conductivity is ion-implanted.
  • the second electrode 62 formed on the second electrode 62 is separated by the separation groove 62C without increasing the resistance by, for example, the electric resistance value between the first portion 62A and the second portion 62B of the second electrode 62.
  • Is 10 times or more of the electric resistance value between the second electrode 62 and the first electrode 61, or the electric resistance value between the first portion 62A and the second portion 62B of the second electrode 62 is 1 ⁇ . It becomes possible to set it to 10 2 ⁇ or more.
  • the characteristics required for the second electrode 62 are as follows. That is, (1) It has a function as an etching mask when the second compound semiconductor layer 50 is etched. (2) The second electrode 62 can be wet-etched without causing deterioration in the optical and electrical characteristics of the second compound semiconductor layer 50. (3) When a film is formed on the second compound semiconductor layer 50, the contact specific resistance value is 10 ⁇ 2 ⁇ ⁇ cm 2 or less. (4) In the case of a laminated structure, the material constituting the lower metal layer has a large work function, exhibits a low contact specific resistance value with respect to the second compound semiconductor layer 50, and can be wet etched. (5) In the case of a laminated structure, the material constituting the upper metal layer is resistant to etching (for example, Cl 2 gas used in the RIE method) when forming the ridge stripe structure, In addition, wet etching is possible.
  • etching for example, Cl 2 gas used in the RIE method
  • the second electrode 62 is composed of a Pd single layer having a thickness of 0.1 ⁇ m.
  • the p-type GaN / AlGaN superlattice cladding layer 53 having a superlattice structure in which p-type GaN layers and p-type AlGaN layers are alternately stacked has a thickness of 0.7 ⁇ m or less, specifically 0.4 ⁇ m. And the thickness of the p-type GaN layer constituting the superlattice structure is 2.5 nm, the thickness of the p-type AlGaN layer constituting the superlattice structure is 2.5 nm, and the p-type GaN layer and the p-type AlGaN The total number of layers is 160 layers.
  • the distance from the third compound semiconductor layer 40 to the second electrode 62 is 1 ⁇ m or less, specifically 0.5 ⁇ m.
  • the p-type AlGaN electron barrier layer 52, the p-type GaN / AlGaN superlattice clad layer 53, and the p-type GaN contact layer 54 constituting the second compound semiconductor layer 50 have a Mg content of 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3.
  • the absorption coefficient of the second compound semiconductor layer 50 with respect to light having a wavelength of 405 nm is at least 50 cm ⁇ 1 , specifically, 65 cm ⁇ 1. It is.
  • the second compound semiconductor layer 50 includes a non-doped compound semiconductor layer (a non-doped InGaN light guide layer 51 and a p-type compound semiconductor layer from the third compound semiconductor layer side.
  • the distance (d) to the type compound semiconductor layer (specifically, the p-type AlGaN electron barrier layer 52) is 1.2 ⁇ 10 ⁇ 7 m or less, specifically 100 nm.
  • 28A, 28B, 29A, FIG. 29B, and FIG. 30 are schematic partial cross-sectional views when the substrate or the like is cut along the YZ plane
  • FIG. 30 is when the substrate or the like is cut along the XZ plane. It is a typical partial end view of.
  • Step-100 First, on the base, specifically, on the (0001) plane of the n-type GaN substrate 21, based on the well-known MOCVD method, has the first conductivity type (n-type conductivity type) and is made of a GaN-based compound semiconductor.
  • a second compound semiconductor layer 50 having a conductivity type (p-type conductivity type) and made of a GaN-based compound semiconductor is sequentially stacked to form a stacked structure (see FIG. 28A).
  • a strip-shaped second electrode 62 is formed on the second compound semiconductor layer 50. Specifically, after forming a Pd layer 63 on the entire surface based on a vacuum deposition method (see FIG. 28B), a strip-shaped etching resist layer is formed on the Pd layer 63 based on a photolithography technique. Then, using aqua regia, the Pd layer 63 not covered with the etching resist layer is removed, and then the etching resist layer is removed. In this way, the structure shown in FIG. 29A can be obtained. Note that the strip-shaped second electrode 62 may be formed on the second compound semiconductor layer 50 based on a lift-off method.
  • Step-120 Next, using the second electrode 62 as an etching mask, at least a portion of the second compound semiconductor layer 50 is etched (specifically, a portion of the second compound semiconductor layer 50 is etched) to form a ridge stripe structure. To do. Specifically, based on the RIE method using Cl 2 gas, a part of the second compound semiconductor layer 50 is etched using the second electrode 62 as an etching mask. In this way, the structure shown in FIG. 29B can be obtained. As described above, since the ridge stripe structure is formed by the self-alignment method using the second electrode 62 patterned in a band shape as an etching mask, misalignment may occur between the second electrode 62 and the ridge stripe structure. Absent.
  • a resist layer 64 for forming the separation groove in the second electrode 62 is formed (see FIG. 30).
  • Reference numeral 65 is an opening provided in the resist layer 64 in order to form a separation groove.
  • a separation groove 62C is formed in the second electrode 62 by a wet etching method, whereby the second electrode 62 is separated into the first portion 62A and the second portion 62B. Separate by 62C.
  • a separation groove 62 ⁇ / b> C is formed in the second electrode 62 by using aqua regia as an etchant and immersing the whole in aqua regia for about 10 seconds.
  • the resist layer 64 is removed.
  • the structure shown in FIGS. 2 and 3 can be obtained.
  • the wet etching method is employed, so that the optical and electrical characteristics of the second compound semiconductor layer 50 are not deteriorated. Therefore, the light emission characteristics of the mode-locked semiconductor laser element do not deteriorate.
  • the internal loss ⁇ i of the second compound semiconductor layer 50 increases, which may increase the threshold voltage or decrease the light output.
  • the etching rate of the second electrode 62 is ER 0 and the etching rate of the laminated structure is ER 1 , ER 0 / ER 1 ⁇ 1 ⁇ 10 2 It is.
  • the stacked structure is not etched (or slightly etched).
  • the two electrodes 62 can be reliably etched. It should be noted that ER 0 / ER 1 ⁇ 1 ⁇ 10, preferably ER 0 / ER 1 ⁇ 1 ⁇ 10 2 is satisfied.
  • the second electrode may have a laminated structure of a lower metal layer made of palladium (Pd) having a thickness of 20 nm and an upper metal layer made of nickel (Ni) having a thickness of 200 nm.
  • Pd palladium
  • Ni nickel
  • the etching rate of nickel is about 1.25 times the etching rate of palladium.
  • Step-140 Thereafter, the n-side electrode is formed, the substrate is cleaved, and further packaged, whereby the semiconductor laser element 10 can be manufactured.
  • the electrical resistance value between the first portion 62A and the second portion 62B of the second electrode 62 is 10 times or more the electrical resistance value between the second electrode 62 and the first electrode 61, or 1 ⁇ 10 2 ⁇ or more. Accordingly, the leakage current flow from the first portion 62A to the second portion 62B of the second electrode 62 can be reliably suppressed. As a result, the light emitting region 41 is set in the forward bias state, and the saturable absorption region 42 is reliably secured. Therefore, it was possible to generate a single mode self-pulsation operation.
  • an appropriate spectral width can be obtained by applying an appropriate group velocity dispersion by the first dispersion compensation optical device, and an optical pulse in the subpicosecond range can be generated. it can.
  • the group velocity dispersion value is controlled by the second dispersion compensation optical device for each wavelength of the laser light emitted from the first dispersion compensation optical device, the laser finally output from the semiconductor laser device assembly
  • the light pulse waveform is shaped.
  • laser light (pulsed laser light) with a pulse time width of 200 femtoseconds or less, for example, laser light (pulsed laser light) with 100 femtoseconds or less can be generated.
  • the second dispersion compensating optical device is disposed outside the external resonator structure composed of the first dispersion compensating optical device and the semiconductor laser element, nonlinear interaction during laser oscillation is taken into consideration. This is not necessary, and it is easy to control the laser beam.
  • Example 2 is a modification of Example 1.
  • the first diffraction grating 111 and the second diffraction grating 151 are holographic and reflective diffraction gratings.
  • the first diffraction grating 111A and the second diffraction grating 151A are composed of a transmission type diffraction grating, specifically, a transmission type volume hologram diffraction grating.
  • FIG. 6 A conceptual diagram of the semiconductor laser device assembly of Example 2 is shown in FIG. 6, and a diagram for explaining the principle of the second dispersion compensating optical device in Example 2 is shown in FIG.
  • the laser light emitted from the semiconductor laser element 10 collides with the first diffraction grating 111A,
  • the transmitted light from the first diffraction grating 111A (specifically, the 0th-order diffracted light transmitted through the first diffraction grating 111A) is emitted toward the second dispersion compensating optical device 150, Diffracted light from the first diffraction grating 111A (specifically, first-order or higher-order diffracted light transmitted through the first diffraction grating 111A) is incident on the reflecting mirror 113A via the first light collecting unit 112, and
  • the light is emitted from the reflecting mirror 113A and returned to the semiconductor laser element 10 via the first light condensing means 112 and the first diffraction grating 111A.
  • the laser light from the first dispersion compensating optical device 110, 120, 130, 140 passes (transmits) through the second diffraction grating 151A, and the second diffraction compensating optical device 150 receives the second diffraction.
  • the diffracted light from the grating 151A is incident on the spatial phase modulators 153A, 153B, and 153C via the second condensing means 152, and then exits from the spatial phase modulators 153A, 153B, and 153C, The light is emitted out of the system via the condensing means 152, the second diffraction grating 151A, and the mirror 154.
  • the configuration and structure of the semiconductor laser device assembly of the second embodiment can be the same as the configuration and structure of the semiconductor laser device assembly of the first embodiment.
  • the spatial phase modulator that constitutes the second dispersion compensation optical device 150 includes a deformable mirror 153B (see FIG. 8A) or a plurality of reflecting mirrors 153C (see FIG. 8B).
  • the spatial phase modulator is composed of a wavefront compensation element such as the deformable mirror 153B
  • the mirror surface is controlled by controlling the shape of the light reflecting surface of the deformable mirror 153B, that is, by operating an actuator manufactured based on the MEMS technology. Is slightly distorted, the spatial phase of the laser light reflected by the deformable mirror 153B can be modulated.
  • the spatial phase modulator is composed of a plurality of reflecting mirrors 153C
  • the spatial distance from the diffraction grating to each reflecting mirror 153C
  • it is emitted from the diffraction grating and incident on the spatial phase modulator.
  • the spatial distance through which the laser light emitted from the spatial phase modulator and reentering the diffraction grating passes can be changed depending on the wavelength of the laser light.
  • the group velocity dispersion value of the laser light can be controlled.
  • the second dispersion compensation optical device 150 sets the phase of the laser light from the first dispersion compensation optical devices 110, 120, 130, and 140 for each frequency component of the optical spectrum by using a function of the order higher than the order. Modulating with a function of the third or higher order of the frequency (for example, a polynomial of the third or higher order) can be achieved.
  • the second dispersion compensation optical device 150 changes the phase of the laser light from the first dispersion compensation optical devices 110, 120, 130, and 140 for each frequency component of the optical spectrum. Modulation is performed by a function of the third or higher order of the incident position on the optical device 150. Specifically, for example, the position of the light reflecting surface of the deformable mirror 153B, when representing a spatial distance from the diffraction grating to the reflector 153C by "x", third or higher order polynomial of, a n Modulation is performed by x n + a n-1 x n-1 +... + a 1 x + a 0 (where n is a natural number of 3 or more).
  • the fourth embodiment is a modification of the first and third embodiments. Even in Example 4, The laser light emitted from the semiconductor laser element 10 is incident on the first dispersion compensation optical device 120, Part of the laser light incident on the first dispersion compensation optical device 120 is emitted from the first dispersion compensation optical device 120, returned to the semiconductor laser element 10, and laser incident on the first dispersion compensation optical device 120. The remainder of the light is emitted toward the second dispersion compensation optical device 150.
  • the external resonator structure includes the first dispersion compensation optical device 120 and the partial reflection mirror 123.
  • the first dispersion compensating optical device 120 includes a pair of diffraction gratings 121 and 122 as shown in a conceptual diagram in FIG. 9A.
  • the laser beam emitted from the semiconductor laser element 10 collides with the diffraction grating ⁇ A> 121, the first-order or higher-order diffracted light is emitted, collides with the diffraction grating ⁇ B> 122, and the first-order or higher-order diffracted light is emitted.
  • the light reaches the partial reflection mirror 123 constituting one end of the external resonator.
  • the diffraction grating ⁇ A> 121 and the diffraction grating ⁇ B> 122 are arranged in parallel. A part of the laser light reaching the partial reflection mirror 123 passes through the partial reflection mirror 123 and is emitted toward the second dispersion compensation optical device 150. On the other hand, the remainder of the laser light reaching the partial reflecting mirror 123 is returned to the semiconductor laser element 10 via the diffraction grating ⁇ B> 122 and the diffraction grating ⁇ A> 121.
  • the group velocity dispersion value in the first dispersion compensating optical device 120 can be changed.
  • the diffracted light from the diffraction grating is made incident on the partial reflection mirror, and the light of the laser light emitted from the mode-locked semiconductor laser element is condensed on the partial reflection mirror.
  • the dispersion compensation amount can be changed by changing the distance between the diffraction grating and the partial reflection mirror.
  • the light emitted from the partial reflection mirror is diverging light, it is preferable to provide means for collimating the light beam outside the resonator.
  • a reflection type diffraction grating is assumed in the fourth embodiment, a transmission type diffraction grating can be used as long as an external resonator having a similar function can be configured.
  • the first dispersion compensating optical device 130 includes a pair of prisms 131 and 132.
  • the laser light emitted from the semiconductor laser element 10 passes through the prism ⁇ A> 131 and further passes through the prism ⁇ B> 132 to reach the partial reflecting mirror 133 constituting one end of the external resonator.
  • the arrangement state of the prism ⁇ A> 131 and the prism ⁇ B> 132 is point-symmetric. A part of the laser light reaching the partial reflection mirror 133 passes through the partial reflection mirror 133 and is emitted toward the second dispersion compensation optical device 150.
  • the remainder of the laser light reaching the partial reflecting mirror 133 is returned to the semiconductor laser element 10 via the prism ⁇ B> 132 and the prism ⁇ A> 131.
  • the group velocity dispersion value in the first dispersion compensating optical device 120 can be changed.
  • the laser light that has passed through the prism is incident on the partial reflection mirror, and the light of the laser light emitted from the mode-locked semiconductor laser element is condensed on the partial reflection mirror.
  • the dispersion compensation amount can be changed by changing the distance between the prism and the partial reflection mirror. In this case, since the light emitted from the partial reflection mirror is diverging light, it is preferable to provide means for collimating the light beam outside the resonator.
  • the first dispersion compensating optical device 140 is composed of a Gires-Tournois type interferometer 141.
  • the Gires-Tournois type interferometer 141 includes a reflecting mirror 141A having a reflectance of 1 and a partial reflecting mirror 141B having a reflectance of less than 1.
  • the group velocity dispersion value in the first dispersion compensation optical device 140 can be changed by controlling the distance between the reflecting mirror 141A and the partial reflecting mirror 141B or by adjusting the incident angle of the incident light. it can.
  • the laser light emitted from the semiconductor laser element 10 is reflected by the plane mirror 142, passes through the partially reflecting mirror 141B, is reflected by the reflecting mirror 141A, passes again through the partially reflecting mirror 141B, and is partially reflected to constitute an external resonator.
  • the mirror 143 is reached. A part of the laser light that reaches the partial reflection mirror 143 passes through the partial reflection mirror 143 and is emitted toward the second dispersion compensation optical device 150. On the other hand, the remainder of the laser light reaching the partial reflection mirror 143 passes through the partial reflection mirror 141B, is reflected by the reflection mirror 141A, passes through the partial reflection mirror 141B again, is reflected by the plane mirror 142, and is reflected by the semiconductor laser element 10. Returned.
  • the first dispersion compensating optical device is composed of a dielectric multilayer mirror. In this case, the group velocity dispersion value in the first dispersion compensating optical device can be changed by adjusting the incident angle of the incident light.
  • Example 5 is also a modification of Example 1 and Example 3, and the configuration of the first dispersion compensation optical apparatus is changed.
  • the first dispersion compensation optical device (referred to as “first dispersion compensation optical device of Example 5”) in the semiconductor laser device assembly of Example 5 will be described.
  • the first dispersion compensation optical device of Example 5 Prior to that, the first dispersion compensation optical device of Example 5 will be described. The principle of the dispersion compensating optical device will be described.
  • FIG. 11 is a schematic partial sectional view of a transmission type volume hologram diffraction grating.
  • a diffraction grating member (photopolymer material) 311 having a thickness L is sandwiched between two glass substrates 312 and 313 (refractive index: N).
  • a periodic refractive index modulation degree ⁇ n is provided in parallel using two-beam interference.
  • the conditions under which the incident laser beam is diffracted are: k I v for the wave vector of the incident laser beam, k v for the wave vector of the diffracted beam, and a reciprocal lattice vector for periodic modulation of the refractive index (hereinafter referred to as “diffraction grating vector”).
  • m is an integer.
  • the superscript “v” is added to represent the vector.
  • wave number vectors k I v and k v of incident laser light and diffracted light are wave number vectors in the glass substrates 312 and 313, and are directed to the first dispersion compensating optical device (more specifically, the glass substrate 312).
  • the incident angle of the laser beam is ⁇ in
  • the emission angle of the laser beam from the first dispersion compensating optical device is ⁇ out .
  • the incident angle phi in and exit angle phi out is the angle formed between the normal line of the laser light entrance surface of the transmission type volume hologram diffraction grating.
  • the diffraction grating vector K v is given by the following equation (2) using the period P of the refractive index modulation degree ⁇ n.
  • the magnitude of the diffraction grating vector K v is determined from the incident angle ⁇ in of the laser beam to the diffraction grating member 311, the emission angle (diffraction angle) ⁇ out from the diffraction grating member 311, and the wavelength ⁇ of the incident laser light. Is given by the following equation (3). Therefore, the period P of the refractive index modulation degree ⁇ n is given by the following formula (4).
  • the diffraction condition of Expression (1) does not lose generality even when only the component in the diffraction grating plane of each vector (the x component in FIG. 11) is considered. Can be rewritten.
  • ⁇ is an angle formed by the normal of the transmission volume hologram diffraction grating and the diffraction grating vector K v , and the incident angle ⁇ in and the diffraction angle ⁇ out of the light with respect to the diffraction grating member 311 are expressed by the following formula (7 ).
  • the wavelength dependence of spatial dispersion represented by the equation (8) is used for compression and expansion of ultrashort pulses.
  • High throughput is determined by the diffraction efficiency of the transmission volume hologram diffraction grating.
  • the diffraction efficiency ⁇ can be approximated by the following formula (9).
  • the term sin 2 is a coupling constant of incident laser light and diffracted light determined from the refractive index modulation degree ⁇ n and the thickness L of the diffraction grating member constituting the transmission type volume hologram diffraction grating, and the term of sinc 2 is This corresponds to a change in diffraction efficiency when the wavelength is shifted from the Bragg diffraction condition.
  • the diffraction wavelength band is determined by the spread of the reciprocal lattice vector allowed in the transmission type volume hologram diffraction grating.
  • the wave vector difference ⁇ k accompanying the change in the incident wavelength is given by the following equation (10).
  • ⁇ k 2 ⁇ ⁇ N ⁇ 1 / ( ⁇ + ⁇ ) ⁇ 1 / ⁇ ⁇ -(2 ⁇ ⁇ N) ( ⁇ / ⁇ 2 ) (10)
  • Expression (12) is described as a product of two functions, and is a term proportional to sin 2 indicating the diffraction efficiency with the refractive index modulation degree ⁇ n, and the difference between the wave number vectors of the incident laser light and the diffracted light. It consists of terms proportional to the dependent Sinc 2 .
  • the first dispersion compensation optical apparatus of Example 5 is (A) High throughput of 90% or more (B) The requirement of large spatial dispersion is satisfied, and in the first dispersion compensation optical apparatus of the first embodiment, The sum of the output angle phi out of the angle of incidence of (C) a laser beam phi in the first-order diffracted light is 90 degrees.
  • 0.553 is a value for the above Sinc 2 term to be 0.9 or more.
  • the thickness L and the refraction of the diffraction grating member constituting the transmission volume hologram diffraction grating to satisfy the required band (wavelength of the laser light to be compressed / expanded) ⁇ at the required wavelength ⁇ .
  • the condition of the rate N is derived as the following formula (15) or formula (A).
  • This equation (15) can also be described by the pulse time width ⁇ of the laser light pulse to be compressed / expanded.
  • the optical pulse waveform is a Gaussian function
  • the following relationship holds between the time width ⁇ and the frequency width ⁇ of the optical pulse that can be compressed by the first dispersion compensating optical device.
  • the equation becomes equal at the time of the Fourier limit pulse.
  • the frequency width ⁇ is approximated by the following equation (17) when ⁇ >> ⁇ using the wavelength ⁇ , the wavelength width ⁇ , and the speed of light C 0 (2.9792458 ⁇ 10 8 m / sec). can do.
  • Equation (17) the time-bandwidth product inequality can be rewritten by the speed of light and the wavelength band as in Equation (18) below.
  • equation (15) or equation (19) are made to correspond to each other, when the condition of the thickness L of the diffraction grating member constituting the transmission type volume hologram diffraction grating is based on the description by the wavelength band, 22) is obtained and based on the description by the pulse time width, equation (23) is obtained.
  • This condition is a condition of the pulse time width and the thickness L in the Sinc 2 term.
  • the thickness L of the diffraction grating member needs to satisfy the above conditions. Since the refractive index modulation degree ⁇ n depends on the exposure time of two-beam interference, it is not easy to determine it uniquely. However, since the upper limit is determined by the physical properties of the diffraction grating member 311, the requirements for defining the thickness L of the diffraction grating member from the refractive index modulation degree ⁇ n are described.
  • FIG. 13 shows the result of calculating the sin 2 term depending on the refractive index modulation degree ⁇ n.
  • the wavelength is fixed in Expression (12), and a term proportional to the sin 2 term is extracted. The following values are used.
  • the wavelength broadening showing the diffraction efficiency of 95% or more is about ⁇ 0.2 nm for light having a wavelength of 405 nm.
  • This wavelength broadening corresponds to a pulse time width of about 0.6 picoseconds for ultrashort pulses at the Fourier transform limit, and can be applied to ultrashort pulses with a time width wider than this pulse time width. It is a wavelength band. Therefore, the present invention can be applied to laser light pulses generated by a mode-locked semiconductor laser element composed of an InGaN compound semiconductor.
  • a transmission volume hologram diffraction grating having a diffraction efficiency of 90% or more at a desired diffraction angle of a desired wavelength can be realized by appropriately selecting the conditions of the refractive index modulation degree ⁇ n. By using this, it becomes possible to increase the throughput of the entire first dispersion compensating optical device described in the following embodiments to 80% or more.
  • Example 5 relates to the first dispersion compensation optical apparatus according to the first aspect, and more specifically, to the first dispersion compensation optical apparatus-A.
  • a conceptual diagram of a part of the semiconductor laser device assembly of Example 5 is shown in FIG.
  • a schematic partial sectional view of the transmission type volume hologram diffraction grating is as shown in FIG.
  • a schematic end view along the direction in which the resonator of the semiconductor laser element 10 extends is as shown in FIG. 2, and a schematic cross section along the direction perpendicular to the direction in which the resonator of the semiconductor laser element 10 extends. The figure is as shown in FIG.
  • the first dispersion compensating optical device 410A of Example 5 includes two transmission type volume hologram diffraction gratings (transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ A> 411 and transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ B> 412) arranged to face each other.
  • the group velocity dispersion value (dispersion compensation amount) by the first dispersion compensation optical device is controlled by adjusting the distance between the transmission volume hologram diffraction grating ⁇ A> 411 and the transmission volume hologram diffraction grating ⁇ B> 412. be able to.
  • the value of ( ⁇ in + ⁇ out ) is not 90 degrees
  • the distance between the transmission volume hologram diffraction grating ⁇ A> 411 and the transmission volume hologram diffraction grating ⁇ B> 412 is increased, A change occurs in the emission position of the first-order diffracted light from the first dispersion compensation optical apparatus.
  • the optical system needs to be adjusted accordingly.
  • the value of ( ⁇ in + ⁇ out ) is set to 90 degrees, there is no change in the exit position of the first-order diffracted light from the first dispersion compensating optical device, and the group velocity dispersion value (dispersion compensation) Adjustment) is easy.
  • the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ A> 411 and the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ B> 412 are arranged in parallel to each other.
  • the emission angle of the first-order diffracted light in the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ A> 411 where the laser light from the semiconductor laser element 10 enters. ⁇ out is larger than the incident angle ⁇ in of the laser beam. That is, ⁇ out > ⁇ in It is.
  • the emission angle ⁇ out of the primary diffraction light is the laser beam. smaller than the incident angle ⁇ in. That is, ⁇ out ⁇ in It is.
  • the incident angle ⁇ in of the laser beam in the transmission volume hologram diffraction grating ⁇ A> 411 and the emission angle (diffraction angle) ⁇ out of the primary diffraction light in the transmission volume hologram diffraction grating ⁇ B> 412 are: Emission angle (diffraction angle) ⁇ out of the first order diffracted light in the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ A> 411 and the incident angle of the first order diffracted light in the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ B> 412. It is equal to ⁇ in .
  • the laser light incident on the transmission volume hologram diffraction grating ⁇ A> 411 is diffracted and reflected by the transmission volume hologram diffraction grating ⁇ A> 411. It is emitted as the next diffracted light, and further enters the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ B> 412, is diffracted and reflected by the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ B> 412, and enters the partial reflection mirror 12.
  • the group velocity dispersion value (dispersion compensation amount) is negative.
  • the group velocity dispersion value is controlled by changing the distance between the transmission volume hologram diffraction grating ⁇ A> 411 and the transmission volume hologram diffraction grating ⁇ B> 412 in the first dispersion compensation optical apparatus 410A. be able to.
  • the laser beam incident on the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ A> 411 and the laser beam emitted from the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ B> 412 are substantially parallel.
  • a non-refractive lens having a focal length of 4.0 mm which is a collimating means 11 for converting the laser light from the semiconductor laser element 10 into a parallel light beam.
  • a spherical convex lens is arranged.
  • An external resonator structure is constituted by the first end face of the semiconductor laser element 10 and the partial reflection mirror 12.
  • the sum of the incident angle ⁇ in of the laser beam and the outgoing angle ⁇ out of the first-order diffracted light is 90 degrees, and high throughput due to high diffraction efficiency is achieved.
  • a small first dispersion compensating optical device can be provided.
  • the first dispersion compensation optical device can be reduced in size, and the degree of freedom of arrangement of the optical components constituting the first dispersion compensation optical device is high.
  • the angular dispersion dependency on the wavelength given by equation (8) can be increased.
  • the degree of freedom in optical design of the first dispersion compensation optical device can be increased, and the group velocity dispersion value (dispersion compensation amount) in the first dispersion compensation optical device can be increased. Adjustment is facilitated, and a high degree of freedom in arrangement of optical components constituting the first dispersion compensating optical device can be achieved.
  • Example 6 is a modification of Example 5 and relates to the first dispersion compensation optical apparatus-B.
  • a first dispersion compensation optical device (referred to as “first dispersion compensation optical device of Example 6”) 410B in the semiconductor laser device assembly of Example 6 whose conceptual diagram is shown in FIG. 16A is the same as that in the semiconductor laser device assembly.
  • the transmissive volume hologram diffraction grating ⁇ A> 411 is configured, and further includes a reflecting mirror ⁇ A> 413 1 and a reflecting mirror ⁇ B> 413 2 arranged in parallel.
  • the laser light emitted from the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ B> 412 collides with the reflecting mirror ⁇ A> 413 1 and is then reflected, and then collides with the reflecting mirror ⁇ B> 413 2 and reflected.
  • the laser beam reflected by the reflecting mirror ⁇ B> 413 2 is generally positioned on the extended line of the laser beam incident on the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ A> 411. This makes it easy to place and insert the first dispersion compensating optical device 410 into an existing optical system.
  • the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ B> 412 and the reflecting mirror ⁇ A> 413 1 are used.
  • the transmission-type volume hologram diffraction grating ⁇ B> 412 and the reflecting mirror ⁇ A> 413 1 may be moved so that no change occurs in the positional relationship.
  • the dispersion compensation amount is negative.
  • the first dispersion compensation optical apparatus of the sixth embodiment has the same configuration and structure as the first dispersion compensation optical apparatus of the fifth embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.
  • Example 7 is also a modification of Example 5 and relates to the first dispersion compensation optical apparatus-C.
  • a conceptual diagram of the first dispersion compensation optical device (referred to as “first dispersion compensation optical device of Example 7”) 410C in the semiconductor laser device assembly of Example 7 shown in FIG. 16B is the same as that in the semiconductor laser device assembly.
  • a transmission volume hologram diffraction grating ⁇ A> 411 is configured, and a transmission volume hologram diffraction grating ⁇ A> 411 is provided on a first surface 414A of a substrate 414 made of glass, and the substrate faces the first surface 414A.
  • a transmission-type volume hologram diffraction grating ⁇ B> 412 is provided on the second surface 414B of 414.
  • the thickness of the substrate 414 may be changed.
  • the group velocity dispersion value can be changed.
  • the group velocity dispersion value is negative.
  • the first dispersion compensation optical apparatus of the seventh embodiment has the same configuration and structure as the first dispersion compensation optical apparatus of the fifth embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the eighth embodiment is a modification of the fifth to sixth embodiments.
  • the practical upper limit of the emission angle ⁇ out of the first-order diffracted light in the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ A> 411 depends on the conditions under which the diffracted light is emitted from the glass substrate 313 without being totally reflected. That is, as shown in FIG. 17A, if the diffracted light is totally reflected inside the glass substrate 313, the diffracted light cannot be extracted from the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ A> 411.
  • first dispersion compensation optical device of Example 8 A schematic partial sectional view of the first dispersion compensation optical device (referred to as “first dispersion compensation optical device of Example 8”) 410E in the semiconductor laser device assembly of Example 8 shown in FIGS. 17B and 17C.
  • the emission side glass substrate 313A constituting the transmission type volume hologram diffraction grating is formed into a prism shape having inclined surfaces 313a and 313b, and the diffracted light is emitted from the inclined surface 313a of the glass substrate 313A.
  • a structure in which the diffracted light is not totally reflected at the glass substrate 313A can be employed.
  • the surface 312a of the glass substrate 312A on the incident side constituting the transmission type volume hologram diffraction grating is not parallel to the inclined surfaces 313a and 313b. It is preferable to set the inclination angle of the inclined surface 313a so that the emission angle ⁇ out ′, which is an angle formed by the normal line of the inclined surface 313a and the first-order diffracted light, is, for example, 0 ° ⁇ 10 °.
  • the first dispersion compensation optical apparatus of the eighth embodiment has the same configuration and structure as the first dispersion compensation optical apparatus of the fifth to sixth embodiments, and thus detailed description thereof is omitted.
  • Example 9 is a modification of Example 5 and relates to the first dispersion compensation optical apparatus of the second mode.
  • FIG. 18 is a conceptual diagram of a part of the semiconductor laser device assembly of Example 9 in which the first dispersion compensation optical device (referred to as “first dispersion compensation optical device of Example 9”) is incorporated.
  • the first dispersion compensation optical device 510 of Example 9 includes two transmission type volume hologram diffraction gratings (transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ A> 511 and transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ B> 512) arranged to face each other.
  • the first dispersion compensation optical apparatus 510 of Example 9 has the same configuration and structure as the first dispersion compensation optical apparatus 410A of Example 5.
  • the group velocity dispersion value is negative.
  • the incident angle ⁇ in of the laser beam and the emission angle ⁇ out of the first-order diffracted light are substantially equal, a small size having high throughput due to high diffraction efficiency.
  • a first dispersion compensating optical device can be provided.
  • the first dispersion compensation optical device can be reduced in size, and the degree of freedom of arrangement of the optical components constituting the first dispersion compensation optical device is high.
  • the degree of freedom in optical design of the first dispersion compensation optical device can be increased, and the group velocity dispersion value (dispersion compensation amount) in the first dispersion compensation optical device can be increased. Can be easily adjusted, and a high degree of freedom in the arrangement of the optical components constituting the first dispersion compensating optical apparatus can be achieved.
  • the tenth embodiment is a modification of the first to ninth embodiments.
  • the first dispersion compensating optical devices 110, 120, 130, A group III-V nitride semiconductor layer that amplifies the laser light emitted from the first dispersion compensation optical device 110, 120, 130, 140 between the first dispersion compensation optical device 150 and the second dispersion compensation optical device 150 A semiconductor optical amplifier (SOA) 210 made of a structure is provided.
  • the semiconductor optical amplifier 210 amplifies the laser light by a method called “Master Oscillator Power Amplifier, MOPA”.
  • the semiconductor optical amplifier does not convert an optical signal into an electrical signal, but amplifies it in the state of direct light, has a laser structure that eliminates the resonator effect as much as possible, and increases the optical gain of the semiconductor optical amplifier. Based on this, the incident light is amplified.
  • the semiconductor optical amplifier is a known semiconductor optical amplifier.
  • the laser light emitted from the first dispersion compensating optical devices 110, 120, 130, and 140 passes through the condensing means (lens) 211A and enters the semiconductor optical amplifier 210.
  • the laser light output from the semiconductor optical amplifier 210 is output to the outside of the system via the condensing means (lens) 211B.
  • the semiconductor optical amplifier 210 is A first compound semiconductor layer 30 made of a GaN-based compound semiconductor and having a first conductivity type; A third compound semiconductor layer (active layer) 40 made of a GaN-based compound semiconductor, and A second compound semiconductor layer 50 made of a GaN-based compound semiconductor and having a second conductivity type different from the first conductivity type; Are sequentially laminated on the substrate, A second electrode 62 formed on the second compound semiconductor layer 50, and A first electrode 61 electrically connected to the first compound semiconductor layer 30; It has.
  • the first compound semiconductor layer 30 is formed on a substrate (specifically, the substrate 21).
  • the configuration and structure of the semiconductor optical amplifier 210 is that the second electrode is not divided, and the ridge stripe structure is not curved. Instead, the light emitting end face (first end face) to the light emitting end face (first end face)
  • the semiconductor laser device 10 has substantially the same configuration and structure as the semiconductor laser device 10 except that the width thereof becomes wider toward the second end face.
  • the semiconductor optical amplifier 210 is a tapered semiconductor optical amplifier having a device length of 3.0 mm and a flare width of 15 ⁇ m. Except for the above points, the configuration and structure of the semiconductor laser device in Example 1 can be substantially the same as those in Example 1. Therefore, detailed description thereof is omitted.
  • a third dispersion compensating optical device is provided between the first dispersion compensating optical device and the semiconductor optical amplifier.
  • the third dispersion compensation optical device may be configured to control the group velocity dispersion value for each wavelength of the laser light from the first dispersion compensation optical device.
  • the configuration and structure of the third dispersion compensating optical device may be the same as the configuration and structure of any of the third dispersion compensating optical devices described in the first to fourth embodiments.
  • Example 11 is a modification of Example 10.
  • the value of the optical confinement coefficient of the semiconductor optical amplifier constituting the semiconductor laser device assembly is reduced.
  • the semiconductor optical amplifier in Example 11 is the semiconductor optical amplifier having the first configuration.
  • the stacked structure includes a first compound semiconductor layer having a first conductivity type. 71, a third compound semiconductor layer (active layer, gain region) 73 made of a compound semiconductor, and a second compound semiconductor layer 72 having a second conductivity type different from the first conductivity type are sequentially stacked on the substrate 70.
  • the first compound semiconductor layer 71 has a laminated structure of a first cladding layer (n-type AlGaN layer) 71A and a first light guide layer (n-type GaN layer) 71B from the base side.
  • the thickness of the first light guide layer 71B is t 1 and the thickness of the first light guide layer portion 71B ′ constituting the ridge stripe structure 75 is t 1 ′, 6 ⁇ 10 ⁇ 7 m ⁇ t 1
  • 8 ⁇ 10 ⁇ 7 m ⁇ t 1 Satisfied 0 (m) ⁇ t 1 ′ ⁇ 0.5 ⁇ t 1
  • 0 (m) ⁇ t 1 ′ ⁇ 0.3 ⁇ t 1 Satisfied.
  • the length and width of the ridge stripe structure 75 were 1.0 mm and 1.6 ⁇ m, respectively.
  • the base body 70 is made of an n-type GaN substrate, and the compound semiconductor layer is provided on the (0001) plane of the n-type GaN substrate.
  • the stacked structure composed of the first compound semiconductor layer 71, the active layer 73, and the second compound semiconductor layer 72 is made of a GaN-based compound semiconductor, specifically, an AlInGaN-based compound semiconductor, and more specifically.
  • the compound semiconductor layer described below is a layer closer to the base body 70.
  • the band gap of the compound semiconductor constituting the well layer in the active layer 73 is 3.06 eV.
  • the active layer 73 has a quantum well structure including a well layer and a barrier layer, and the doping concentration of impurities (specifically, silicon, Si) in the barrier layer is 2 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more. 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or less.
  • a laminated insulating film 76 made of SiO 2 / Si is formed on both sides of the ridge stripe structure 75. The SiO 2 layer is the lower layer, and the Si layer is the upper layer.
  • a second electrode (p-side ohmic electrode) 62 is formed on the p-type GaN contact layer 74 corresponding to the top surface of the ridge stripe structure 75.
  • a first electrode (n-side ohmic electrode) 61 made of Ti / Pt / Au is formed on the back surface of the substrate 70.
  • the second electrode 62 was composed of a Pd single layer having a thickness of 0.1 ⁇ m.
  • the thickness of the p-type AlGaN electron barrier layer 72A is 10 nm
  • the thickness of the second light guide layer (p-type AlGaN layer) 72B is 50 nm
  • the thickness of the second cladding layer (p-type AlGaN layer) 72C is
  • the thickness of the p-type GaN contact layer 74 is 100 nm.
  • the p-type AlGaN electron barrier layer 72A, the second light guide layer 72B, the second cladding layer 72C, and the p-type GaN contact layer 74 constituting the second compound semiconductor layer 72 have a Mg content of 1 ⁇ 10 19 cm. ⁇ 3 or more (specifically, 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 ).
  • the thickness of the first cladding layer (n-type AlGaN layer) 71A is 2.5 ⁇ m.
  • the thickness of the first light guide layer (n-type GaN layer) 71B is as described above, and the thickness (1.25 ⁇ m) of the first light guide layer 71B is the thickness (100 nm) of the second light guide layer 72B. Thicker than.
  • the first light guide layer 71B is made of GaN.
  • the first light guide layer 71B is a compound semiconductor having a wider band gap than the active layer 73, and is more than the first cladding layer 71A. Also, it can be composed of a compound semiconductor having a narrow band gap.
  • the thickness t 1 of the first light guide layer is defined, the optical confinement factor can be lowered, and the peak of the light field intensity distribution is active. As a result of moving from the first light guide layer to the first light guide layer, the light density in the vicinity of the active layer can be reduced during high output operation, not only can optical damage be prevented, but also high output can be achieved. it can.
  • the thickness t 1 ′ of the portion of the first light guide layer constituting the ridge stripe structure is defined, so that a single mode of the output light beam can be achieved. Can do.
  • Example 12 is a modification of the semiconductor optical amplifier of Example 11.
  • a schematic partial cross-sectional view of the semiconductor optical amplifier taken along a virtual plane perpendicular to the axis of the semiconductor optical amplifier according to the twelfth embodiment is shown in FIG.
  • Two concave portions 81 extending along the same are formed.
  • the laminated structure described in the eleventh embodiment is formed on the entire surface, that is, on the two concave portions 81 and the region 82 of the base 70 sandwiched between the two concave portions 81. Further, a second electrode 62 is provided above the region 82 of the base body 70.
  • the first compound semiconductor layer 71 has a laminated structure of a first cladding layer and a first light guide layer from the substrate side,
  • T Total the total thickness of the laminated structure
  • D the depth of the recess 81 is D
  • 6 ⁇ 10 ⁇ 7 m ⁇ t 1 Preferably, 8 ⁇ 10 ⁇ 7 m ⁇ t 1 Satisfied, (T Total -0.5 ⁇ t 1 ) ⁇ D ⁇ T Total
  • the width of the recess 81 is 20 ⁇ m, and the width of the region 82 of the base 70 sandwiched between the two recesses 81 is 1.5 ⁇ m.
  • the semiconductor optical amplifier of Example 12 has the same configuration and structure as those of the semiconductor optical amplifier of Example 11, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the thickness t of the first optical guide layer on the region of the substrate sandwiched between the two recesses (that is, the portion of the substrate positioned between the recesses and the recesses). Since 1 is specified, the light density near the active layer can be lowered during high output operation, and not only can optical damage be prevented, but also the saturation energy of the amplified laser light is increased, resulting in higher output. Achievement can be achieved. Moreover, in the semiconductor optical amplifier according to the twelfth embodiment, since the depth D of the recess is defined, it is possible to achieve a single mode of the output light beam.
  • the thirteenth embodiment is a modification of the eleventh to twelfth embodiments.
  • the first compound semiconductor layer 71 includes the first cladding layer 71A and the first light guide layer 71b 1 from the base 70 side. , 71b 2 , and a compound semiconductor material having a refractive index higher than the refractive index of the compound semiconductor material constituting the first compound semiconductor layer 71 inside the first light guide layers 71b 1 , 71b 2 Specifically, a high refractive index layer 79 made of In 0.02 Ga 0.98 N having a thickness of 50 nm is formed.
  • the distance from the interface between the active layer 73 and the upper first light guide layer 71b 2 to the interface between the upper first light guide layer 71b 2 and the high refractive index layer 79 was set to 0.35 ⁇ m.
  • the refractive index of the compound semiconductor material constituting the first light guide layers 71b 1 and 71b 2 is n G ⁇ 1
  • the refractive index of the compound semiconductor material constituting the high refractive index layer 79 is n HR
  • the active layer 73 is
  • the average refractive index of the constituent compound semiconductor material is n Ac , 0.01 ⁇ n HR ⁇ n G ⁇ 1 ⁇ 0.1 Satisfied, n HR ⁇ n Ac Is satisfied.
  • n Ac 2.620 It is.
  • Example 14 is also a modification of Example 10. Even in Example 14, the value of the optical confinement coefficient of the semiconductor optical amplifier constituting the semiconductor laser device assembly is reduced.
  • the semiconductor optical amplifier in Example 14 is the semiconductor optical amplifier having the second configuration.
  • the stacked structure has a ridge stripe structure 95 composed of at least a part in the thickness direction of the second compound semiconductor layer.
  • the first compound semiconductor layer 91 has a thickness exceeding 0.6 ⁇ m; the first compound semiconductor layer 91 has a refractive index higher than the refractive index of the compound semiconductor material constituting the first compound semiconductor layer 91.
  • a high refractive index layer 99 made of a compound semiconductor material having a refractive index is formed.
  • the first compound semiconductor layer 91 has a laminated structure of a first cladding layer 91A and a first light guide layer 91B from the substrate side, and the first light guide layer 91B has a thickness exceeding 0.6 ⁇ m.
  • the high refractive index layer 99 is formed inside the first light guide layer 91B.
  • the first light guide layer 91B includes, from the substrate side, the first portion of the first light guide layer (first-A light guide layer 91B 1 ), the high refractive index layer 99, and the first light guide layer of the first light guide layer. 2 parts (first-B light guide layer 91B 2 ) are laminated.
  • the total thickness of the first light guide layer 91B including the high refractive index layer 99 was set to 1.25 ⁇ m. Further, the interface between the active layer 93 and the first optical guide layer 91B (the interface between the active layer 93 and the first 1-B light guiding layer 91B 2), portions of the first light guide layer 91B located on the active layer side ( The distance to the interface between the first 1-B light guide layer 91B 2 ) and the high refractive index layer 99 is 0.25 ⁇ m or more, and specifically, in Example 14, it is 0.35 ⁇ m. That is, the thickness of the first-B light guide layer 91B 2 is 0.35 ⁇ m.
  • the high refractive index layer 99 is made of In 0.02 Ga 0.98 N having a thickness of 50 nm.
  • the compound semiconductor material constituting the first light guide layers 91B 1 and 91B 2 has a refractive index n G ⁇ 1
  • the compound semiconductor material constituting the high refractive index layer 99 has a refractive index n HR
  • the compound constituting the active layer 93
  • the average refractive index of the semiconductor material is n Ac , 0 ⁇ n HR -n G-1 ⁇ 0.3
  • n HR ⁇ n Ac Is satisfied.
  • n Ac 2.620 It is.
  • the length and width of the ridge stripe structure 95 were 1.0 mm and 1.6 ⁇ m, respectively.
  • the semiconductor optical amplifier outputs a single mode light beam.
  • the base body 90 is made of an n-type GaN substrate, and the compound semiconductor layer is provided on the (0001) plane of the n-type GaN substrate.
  • the stacked structure including the first compound semiconductor layer 91, the active layer 93, and the second compound semiconductor layer 92 is composed of a GaN-based compound semiconductor, specifically, an AlInGaN-based compound semiconductor, and more specifically.
  • Table 4 Has the layer structure shown in Table 4 below.
  • Table 4 the compound semiconductor layer described below is a layer closer to the substrate 90.
  • the band gap of the compound semiconductor constituting the well layer in the active layer 93 is 3.06 eV.
  • the active layer 93 has a quantum well structure including a well layer and a barrier layer, and the doping concentration of impurities (specifically, silicon, Si) in the barrier layer is 2 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more. 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or less.
  • a laminated insulating film 96 made of SiO 2 / Si is formed on both sides of the ridge stripe structure 95. The SiO 2 layer is the lower layer, and the Si layer is the upper layer.
  • a second electrode (p-side ohmic electrode) 62 is formed on the p-type GaN contact layer 94 corresponding to the top surface of the ridge stripe structure 95.
  • a first electrode (n-side ohmic electrode) 61 made of Ti / Pt / Au is formed on the back surface of the substrate 90.
  • the second electrode 62 was composed of a Pd single layer having a thickness of 0.1 ⁇ m.
  • the thickness of the p-type AlGaN electron barrier layer 92A is 10 nm
  • the thickness of the second light guide layer (p-type AlGaN layer) 92B is 50 nm
  • the thickness of the second cladding layer (p-type AlGaN layer) 92C is It is 0.5 ⁇ m
  • the thickness of the p-type GaN contact layer 94 is 100 nm.
  • the p-type AlGaN electron barrier layer 92A, the second light guide layer 92B, the second clad layer 92C, and the p-type GaN contact layer 94 constituting the second compound semiconductor layer 92 have a Mg content of 1 ⁇ 10 19 cm. ⁇ 3 or more (specifically, 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 ).
  • the thickness of the first cladding layer (n-type AlGaN layer) 91A is 2.5 ⁇ m.
  • the total thickness of the first light guide layer (n-type GaN layer) 91B including the high refractive index layer 99 is 1.25 ⁇ m, and the total thickness of the first light guide layer 91B (1.
  • the first light guide layer 91B is made of GaN.
  • the first light guide layer 91B is a compound semiconductor having a wider band gap than the active layer 93, and the first light guide layer 91B is more than the first cladding layer 91A. Also, it can be composed of a compound semiconductor having a narrow band gap.
  • the high refractive index layer is provided in the first light guide layer.
  • the high refractive index layer may be provided in the first cladding layer.
  • the compound semiconductor material constituting the high refractive index layer may be provided.
  • the refractive index is higher than the refractive index of the compound semiconductor material constituting the first cladding layer.
  • Example 15 is a modification of the mode-locked semiconductor laser device described in Example 1, and relates to a mode-locked semiconductor laser device having a third configuration.
  • the semiconductor laser device 10 was provided on the (0001) plane and the C plane of the n-type GaN substrate 21 which is a crystal plane having polarity.
  • the third compound semiconductor layer (active layer) 40 has saturable absorption electrically due to a QCSE effect (quantum confined Stark effect) due to an internal electric field caused by piezo polarization and spontaneous polarization. It may be difficult to control.
  • QCSE effect quantum confined Stark effect
  • the thickness of the well layer constituting the third compound semiconductor layer (active layer) 40 is optimized, and the impurity in the barrier layer constituting the third compound semiconductor layer 40 is determined. It has been found that it is preferable to optimize the doping concentration.
  • the thickness of the well layer constituting the InGaN quantum well active layer is 1 nm or more and 10.0 nm or less, preferably 1 nm or more and 8 nm or less.
  • the impurity doping concentration of the barrier layer is 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more and 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or less, preferably 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or more and 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or less. It is desirable.
  • silicon (Si) or oxygen (O) can be given as the impurity.
  • Example 15 the layer structure shown in Table 2 is composed of an InGaN quantum well active layer composed of three barrier layers (made of In 0.02 Ga 0.98 N) and two well layers (In 0.08 Ga 0.92 N).
  • the structure of the formed third compound semiconductor layer (active layer) 40 was as shown in Table 5 below.
  • the configuration of the third compound semiconductor layer 40 in the layer configuration shown in Table 2 was as shown in Table 5 below. Specifically, the same configuration as in Example 1 was adopted.
  • Example 15 Reference Example 15 Well layer 8nm 10.5nm Barrier layer 12nm 14nm Impurity doping concentration of well layer Non-doping Impurity doping concentration of non-doped barrier layer Si: 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 Non-doping
  • the thickness of the well layer is 8 nm, and the barrier layer is doped with 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 of Si, so that the QCSE effect in the active layer is relaxed.
  • the thickness of the well layer is 10.5 nm, and the barrier layer is not doped with impurities.
  • the mode synchronization is determined by the direct current applied to the light emitting region and the reverse bias voltage V sa applied to the saturable absorption region.
  • the reverse bias voltage dependence of the relationship between the injection current and optical output (LI characteristics) of Example 15 and Reference Example 15 was measured.
  • the reverse bias voltage V sa is increased, the threshold current at which laser oscillation starts gradually increases.
  • the reverse bias voltage V is lower. It was found that there was a change in sa . This suggests that the effect of the saturable absorption is electrically controlled in the active layer of Example 15 by the reverse bias voltage V sa .
  • Reference Example 15 Even in Reference Example 15, single-mode (single basic lateral mode) self-pulsation operation and mode-synchronization (mode lock) operation have been confirmed with a reverse bias applied to the saturable absorption region. Needless to say, Reference Example 15 is also included in the present disclosure.
  • semiconductor laser device assembly semiconductor laser device, mode-locked semiconductor laser device, semiconductor optical amplifier, first dispersion compensation optical device, second dispersion compensation optical device, and spatial phase modulator described in the embodiments
  • the configuration is an example, and can be changed as appropriate. In the embodiments, various values are shown, but these are also exemplifications. For example, if the specifications of the semiconductor laser device and the semiconductor optical amplifier to be used are changed, it is natural that they change.
  • the spatial phase modulator can use, for example, a concave mirror that can realize the same focal length in place of the light condensing means including a lens, and a transmission type first diffraction grating that realizes the same spatial dispersion. Can also be used. Also, a plurality of spatial phase modulators can be used as desired. For example, the axis of the semiconductor laser element or semiconductor optical amplifier and the axis of the ridge stripe structure may intersect at a predetermined angle, or the planar shape of the ridge stripe structure may be tapered.
  • the number of light emitting regions 41 and saturable absorption regions 42 is not limited to one.
  • a mode-locked semiconductor laser device (multi-section type (multi-electrode type) semiconductor laser device) provided with a first portion 62A of one second electrode and second portions 62B 1 and 62B 2 of two second electrodes
  • a schematic end view is shown in FIG.
  • one end of the first portion 62A is opposed to one second portion 62B1 across one separation groove 62C1, and the other end of the first portion 62A. However, it faces the other second portion 62B 2 with the other separation groove 62C 2 in between.
  • One light emitting region 41 is sandwiched between two saturable absorption regions 42 1 and 42 2 .
  • FIG. 26 shows a schematic end view of a mode-locked semiconductor laser device in which the first portions 62A 1 and 62A 2 of two second electrodes and the second portion 62B of one second electrode are provided.
  • the end portion of the second portion 62B is opposed to one first portion 62A1 across one separation groove 62C1, and the other end of the second portion 62B is It faces the other first portion 62A 2 across the other separation groove 62C 2 .
  • One saturable absorption region 42 is sandwiched between two light emitting regions 41 1 and 41 2 .
  • the semiconductor laser element may be a semiconductor laser element having an oblique ridge stripe type separated confinement heterostructure having an oblique waveguide.
  • FIG. 27 shows a schematic view of the ridge stripe structure 55 ′ in such a semiconductor laser device as viewed from above.
  • This mode-locked semiconductor laser device has a structure in which two linear ridge stripe structures are combined, and the value of the angle ⁇ at which the two ridge stripe structures intersect is, for example, 0 ⁇ ⁇ 10 (degrees) Preferably, 0 ⁇ ⁇ 6 (degrees) Is desirable.
  • the reflectance of the second end surface coated with the non-reflective coating can be made closer to the ideal value of 0%, and as a result, it circulates in the mode-locked semiconductor laser device. Generation of laser light can be prevented, and advantages such as generation of secondary laser light accompanying the main laser light can be suppressed.
  • the semiconductor laser element and the semiconductor optical amplifier are provided on the C-plane and ⁇ 0001 ⁇ plane which are the polar planes of the n-type GaN substrate.
  • the A-plane is the ⁇ 11-20 ⁇ plane. , ⁇ 1-100 ⁇ plane, non-polar plane such as ⁇ 1-102 ⁇ plane, or ⁇ 11-2n ⁇ plane including ⁇ 11-24 ⁇ plane and ⁇ 11-22 ⁇ plane, ⁇
  • a semiconductor laser element or a semiconductor optical amplifier may be provided on a semipolar plane such as the 10-11 ⁇ plane or the ⁇ 10-12 ⁇ plane, whereby the third compound semiconductor layer (active layer of the semiconductor laser element or semiconductor optical amplifier) Even if piezo polarization and spontaneous polarization occur in the layer), piezo polarization does not occur in the thickness direction of the third compound semiconductor layer, and is substantially perpendicular to the thickness direction of the third compound semiconductor layer.
  • the ⁇ 11-2n ⁇ plane means a nonpolar plane that forms approximately 40 degrees with respect to the C plane.
  • the semiconductor laser device 10 is provided on a nonpolar surface or a semipolar surface, the well layer thickness limit (1 nm or more and 10 nm or less) and the impurity doping of the barrier layer as described in Example 15 are performed. It is possible to eliminate the concentration limit (2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more and 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or less).
  • this indication can also take the following structures.
  • First Aspect Semiconductor laser element, A first dispersion compensation optical device in which a laser beam emitted from a semiconductor laser element enters and exits; and A second dispersion compensating optical device in which a laser beam emitted from the first dispersion compensating optical device enters and exits; Consists of The second dispersion compensating optical device is a semiconductor laser device assembly that controls a group velocity dispersion value for each wavelength of laser light from the first dispersion compensating optical device.
  • the laser light emitted from the semiconductor laser element is incident on the first dispersion compensation optical device,
  • the first dispersion compensating optical device includes a first diffraction grating, a first light collecting unit, and a reflecting mirror.
  • the laser light emitted from the semiconductor laser element collides with the first diffraction grating,
  • the zero-order light from the first diffraction grating is emitted toward the second dispersion compensation optical device,
  • the diffracted light from the first diffraction grating is incident on the reflecting mirror via the first condensing means, and then is emitted from the reflecting mirror, and the semiconductor laser passes through the first condensing means and the first diffraction grating.
  • the semiconductor laser device assembly according to any one of [A01] to [A03] returned to the element.
  • the first diffraction grating comprises a reflection type diffraction grating
  • the laser light emitted from the semiconductor laser element collides with the first diffraction grating, and the 0th-order light reflected by the first diffraction grating is emitted toward the second dispersion compensation optical device, and the first diffraction is performed.
  • the diffracted light reflected by the grating is incident on the reflecting mirror via the first condensing means, and then is emitted from the reflecting mirror, and is incident on the semiconductor laser element via the first condensing means and the first diffraction grating.
  • the semiconductor laser device assembly according to [A04] returned.
  • the first diffraction grating comprises a transmission type diffraction grating
  • the laser light emitted from the semiconductor laser element collides with the first diffraction grating, and the 0th-order light transmitted through the first diffraction grating is emitted toward the second dispersion compensation optical device, and the first diffraction grating
  • the diffracted light transmitted through the light enters the reflecting mirror through the first condensing means, then exits from the reflecting mirror, and returns to the semiconductor laser element through the first condensing means and the first diffraction grating.
  • the first dispersion compensation optical device is composed of a transmission volume hologram diffraction grating ⁇ A> and a transmission volume hologram diffraction grating ⁇ B> that are arranged to face each other, and laser light is incident on each transmission volume hologram diffraction grating.
  • the semiconductor laser device assembly according to any one of [A01] to [A03], which includes a dispersion compensation optical device in which a sum of an angle and an emission angle of the first-order diffracted light is 90 degrees.
  • the first dispersion compensation optical device is composed of a transmission volume hologram diffraction grating ⁇ A> and a transmission volume hologram diffraction grating ⁇ B> that are arranged to face each other, and laser light is incident on each transmission volume hologram diffraction grating.
  • the semiconductor laser device assembly according to any one of [A01] to [A03], wherein the angle and the emission angle of the first-order diffracted light are substantially equal.
  • the semiconductor laser device assembly according to [A10] wherein the sum of the incident angle of the laser beam and the emission angle of the first-order diffracted beam is 90 degrees.
  • ⁇ first dispersion compensating optical apparatus-A >> The laser light incident on the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ A> is diffracted by the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ A> and emitted as the first-order diffracted light, and further to the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ B>.
  • [A07] to [A10] according to any one of [A07] to [A10], which is incident, diffracted by a transmissive volume hologram diffraction grating ⁇ B>, and emitted as first-order diffracted light toward the second dispersion compensation optical device.
  • ⁇ first dispersion compensating optical apparatus-B It further includes a reflecting mirror ⁇ A> and a reflecting mirror ⁇ B> arranged in parallel, The laser beam emitted from the transmissive volume hologram diffraction grating ⁇ B> is reflected by colliding with the reflecting mirror ⁇ A>, and then reflected by colliding with the reflecting mirror ⁇ B> [A11].
  • Laser device assembly
  • A15 It further includes a partial reflecting mirror, The laser light incident on the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ A> is diffracted by the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ A> and emitted as the first-order diffracted light, and further to the transmission type volume hologram diffraction grating ⁇ B>.
  • the semiconductor laser device assembly according to any one of [A07] to [A15], in which the group velocity dispersion value is changed by changing a distance between two transmission type volume hologram diffraction gratings.
  • the transmission type volume hologram diffraction grating has a structure in which a diffraction grating member is sandwiched between two glass substrates, The wavelength of the laser beam incident on the diffraction grating member is ⁇ , the laser beam spectral width is ⁇ , the incident angle of the laser beam to the diffraction grating member is ⁇ in , the diffraction angle is ⁇ out , the refractive index of the glass substrate is N, the diffraction grating
  • the semiconductor laser device assembly according to any one of [A07] to [A16], which satisfies the following formula (A), where L is the thickness of the member.
  • the second dispersion compensation optical apparatus includes a second diffraction grating, a second light condensing unit, and a spatial phase modulator.
  • the laser light from the first dispersion compensation optical device collides with the second diffraction grating, and the diffracted light from the second diffraction grating is incident on the spatial phase modulator via the second condensing means, Next, the light is emitted from the spatial phase modulator, and is emitted out of the system through the second light collecting means and the second diffraction grating,
  • the semiconductor laser device assembly according to any one of [A01] to [A18], wherein the group velocity dispersion value is controlled for each wavelength of the laser light emitted from the first dispersion compensating optical device by the spatial phase modulator. .
  • the mode-locked semiconductor laser element is A first compound semiconductor layer comprising a GaN-based compound semiconductor and having a first conductivity type; A third compound semiconductor layer made of a GaN-based compound semiconductor, and A second compound semiconductor layer comprising a GaN-based compound semiconductor and having a second conductivity type different from the first conductivity type;
  • the semiconductor laser element is a current injection type mode-locked semiconductor laser element having an optical density of 1 ⁇ 10 10 watts / cm 2 or more and a carrier density of 1 ⁇ 10 19 / cm 3 or more [A23] or The semiconductor laser device assembly according to [A24].
  • [A26] The semiconductor laser device assembly according to any one of [A01] to [A25], wherein the group velocity dispersion value in the first dispersion compensating optical device is negative.
  • the first dispersion compensation optical device is operated at or near the group velocity dispersion value at which the pulse time width of the laser light emitted toward the second dispersion compensation optical device is the minimum value.
  • the semiconductor laser device assembly according to any one of [A26].
  • [A28] The semiconductor laser device set according to any one of [A01] to [A27], wherein a semiconductor optical amplifier is provided between the first dispersion compensation optical device and the second dispersion compensation optical device. Solid.
  • a third dispersion compensating optical device is provided between the first dispersion compensating optical device and the semiconductor optical amplifier,
  • the third dispersion compensating optical device is the semiconductor laser device assembly according to [A28], wherein the group velocity dispersion value is controlled for each wavelength of the laser light from the first dispersion compensating optical device.
  • [B05] The semiconductor laser device assembly according to any one of [B01] to [B04], wherein the optical confinement coefficient of the semiconductor optical amplifier is 3% or less.
  • the mode-locked semiconductor laser element is a current injection type mode-locked semiconductor having a peak power optical density of 1 ⁇ 10 10 watts / cm 2 or more and a carrier density of 1 ⁇ 10 19 / cm 3 or more.
  • the first compound semiconductor layer has a laminated structure of a first cladding layer and a first light guide layer from the substrate side,
  • the laminated structure has a ridge stripe structure composed of a part of the second compound semiconductor layer, the third compound semiconductor layer, and the first light guide layer in the thickness direction,
  • the thickness of the first light guide layer is t 1
  • the thickness of the first light guide layer constituting the ridge stripe structure is t 1 ′
  • the semiconductor laser device assembly according to any one of [A28] to [B08] that satisfies the following.
  • the stacked structure has a ridge stripe structure composed of at least a portion of the second compound semiconductor layer in the thickness direction,
  • the first compound semiconductor layer has a thickness exceeding 0.6 ⁇ m,
  • a high refractive index layer made of a compound semiconductor material having a refractive index higher than that of the compound semiconductor material constituting the first compound semiconductor layer is formed [A28] to [B08. ]
  • the semiconductor laser apparatus assembly of any one of the above.
  • the first compound semiconductor layer has a laminated structure of the first cladding layer and the first light guide layer from the base side, The first light guide layer has a thickness exceeding 0.6 ⁇ m,
  • the distance from the interface between the active layer and the first light guide layer to the interface between the portion of the first light guide layer located on the active layer side and the high refractive index layer is 0.25 ⁇ m or more [D02] ]
  • the second compound semiconductor layer has a stacked structure of the second light guide layer and the second cladding layer from the base side,
  • the semiconductor laser device assembly according to any one of [D01] to [D05], wherein the thickness of the first light guide layer is thicker than the thickness of the second light guide layer.
  • SYMBOLS 10 Semiconductor laser element (mode synchronous semiconductor laser element), 11 ... Collimating means (convex lens), 12 ... Partial reflection mirror, 21 ... Base
  • first compound Semiconductor layer 71A: first cladding layer (n-type AlGaN layer), 71B: first light guide layer (n-type GaN layer), 71B ′: first light guide layer constituting a ridge stripe structure 71b 1 , 71b 2 ... First light guide layer, 72... Second compound semiconductor layer, 72A... P-type AlGaN electron barrier layer, 72B. AlGaN layer, 72C ... second cladding layer (p-type AlGaN layer), 73 ... third Compound semiconductor layer (active layer, gain region), 74 ... p-type GaN contact layer, 75 ... Ridge stripe structure, 76 ... Multilayer insulating film, 79 ... High refractive index layer, 81 ...
  • First dispersion compensation optical device 111, 111A... First diffraction grating, 112.
  • Second dispersion compensating optical device 151, 151A, second diffraction grating, 152, second condensing means (second lens), 152 ′, concave lens, 153A,.
  • Spatial phase modulator phase compensation optical device, reflective liquid) Crystal display device
  • 153B spatial phase modulator
  • 153C spatial phase modulator
  • 154 ... mirror
  • 210 Semiconductor optical amplifier
  • 311 ... Diffraction grating member (photopolymer material) 312,313 ... Glass substrate, 312a ... Glass substrate Surface, 313A ...

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Abstract

半導体レーザ装置組立体は、半導体レーザ素子１０、半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光が入出射する第１の分散補償光学装置１１０、及び、第１の分散補償光学装置１１０から出射されたレーザ光が入出射する第２の分散補償光学装置１５０から構成されており、第２の分散補償光学装置１５０は、第１の分散補償光学装置１１０からのレーザ光の波長毎に群速度分散値を制御する。

Description

半導体レーザ装置組立体
　本開示は、半導体レーザ装置組立体、具体的には、半導体レーザ素子及び分散補償光学装置を備えた半導体レーザ装置組立体に関する。
　時間幅がピコ秒やフェムト秒のオーダーにあるパルス状のレーザ光を発生するレーザ装置は、超短光パルスレーザ装置と呼ばれている。尚、以下の説明において、特段の断りが無い限り、「レーザ光」はパルス状のレーザ光を意味する。そして、このようなレーザ装置が発生するレーザ光は、極限的に短い時間に光のエネルギーが集中するため、連続レーザ光では得られない高い尖塔パワー（ピークパワー）を示す。高いピークパワーのレーザ光は物質と非線形な相互作用を示し、通常の連続レーザ光では実現できなかった応用が可能となる。その１つが非線形光学効果の応用であり、具体例として、多光子吸収効果による３次元顕微測定や微細加工を挙げることができる。
　これまで、超短光パルスレーザ装置として、チタン／サファイア・レーザ装置に代表される固体レーザ装置が主に用いられてきた。従来の固体レーザ装置は１ｍ前後の共振器を用いることが多く、装置が大掛かりとなる。また、励起に連続レーザ光を発振する別の固体レーザ装置を必要とし、エネルギー効率が必ずしも高くない。しかも、大型の共振器は機械的な安定を図ることが容易ではなく、メンテナンスの上で専門的な知識が必要とされる。
　このような固体レーザ装置の欠点を補う超短光パルスレーザ装置として、半導体を利得媒質として用いる半導体レーザ素子が開発されている。半導体を用いることで、共振器の小型化を容易に図ることができる。また、小型化によって機械的な安定性が容易に達成できるため、高い技術を必要とするメンテナンスも軽減することができる。しかも、電流注入によって半導体を直接励起できるため、エネルギー効率にも優れている。
　パルス当たりのエネルギーが同じである場合、レーザ光のピークパワーは、パルス時間幅が狭いほど高く、目的とする非線形光学現象がより顕著に発現される。従って、超短光パルス光源の性能指標の１つとして、狭いパルス時間幅を挙げることができる。受動モード同期のチタン／サファイア・レーザ装置では、１０フェムト秒程度のパルス時間幅を有するレーザ光を発生するものが市販されている。これに対して、受動モード同期半導体レーザ素子では、電流注入型の量子井戸レーザのパルス時間幅は１ピコ秒乃至２ピコ秒程度が一般的である。しかしながら、半導体レーザ素子は、利得帯域が十分に広いため、サブピコ秒のレーザ光を発生させる能力を潜在的に有している。
　特開２０１３－１０５８１３には、２電極型ＩｎＧａＮ半導体レーザ素子から成るモード同期半導体レーザ素子と、分散補償光学装置とを備えた半導体レーザ装置組立体が開示されている。そして、分散補償光学装置によって適切な群速度分散（ＧＤＤ，Group Delay Dispersion）を与えることで適切な光スペクトル幅が得られ、サブピコ秒台のレーザ光を発生させることができる。このような特性は、自己位相変調と適切な群速度分散とが共振器内で相互作用するときに見られるソリトンモード同期の特徴に類似しており、発生するレーザ光のパルス時間幅をサブピコ秒（例えば、２００フェムト秒）程度まで狭くする方法として極めて有効である。
特開２０１３－１０５８１３
Yelin, et al., Optics Letters, Vol 22, No. 23, pp 1793, (1997)
　ところで、特開２０１３－１０５８１３に開示されたＩｎＧａＮ半導体レーザ素子から成るモード同期半導体レーザから出力される光パルスのスペクトルは、一例として図３２に示すような形状をしており、このスペクトルに対応する光パルスの強度の自己相関波形は、一例として図３３Ａに示すような形状をしている。即ち、図３３Ａに示すように、時間ゼロで急峻なピーク形状を示す一方で、ピーク形状の裾の部分は指数関数的な減衰を示している。強度の自己相関波形の半値全幅は約２ピコ秒である。これに対して、同期半導体レーザの出力を適切にスペクトルフィルタした後の光パルスの自己相関波形を図３３Ｂに示す。自己相関波形の形状はｓｅｃｈ2関数で良く再現され、パルス半値全幅は３００フェムト秒（パルス時間幅２００フェムト秒）であった。このように、フェムト秒オーダーの光パルスを得るためには、モード同期半導体レーザ素子から出力されるレーザ光に対して適切なスペクトルフィルタリングを行う必要がある。然るに、その結果、フェムト秒オーダーの光パルスとして抽出できるパワーはモード同期半導体レーザから出力されるパワーの僅か１０％程度である。そこで、同期半導体レーザから出力される光パルスのエネルギーを有効に利用する目的で、図３３Ａに示す自己相関波形の光パルスを時間的に圧縮することを試みた。パルス圧縮には図３４に示す回折格子圧縮器を利用した。パルス圧縮の結果得られた光パルスの自己相関波形を図３３Ｃに示す。図３３Ｃの自己相関波形の半値全幅は約３００フェムト秒であり、スペクトルフィルタの場合と同程度までパルスが圧縮されている。その一方で、図３３Ｂとは異なり、自己相関波形には指数関数的な減衰が、時間ゼロから２～３ピコ秒程度離れた時間においても残っている。この裾の部分に残ったパルス成分を光パルスの時間的な中心に集中させることができれば、光パルスのピークパワーをより高くすることが可能となる。図３４に示した回折格子によるパルス圧縮器は、所謂線形パルス圧縮器であり、パルスの持続時間内で光パルスの周波数が線形に変化する線形チャープを主に補正する。それ故、図３３Ｃに示すような光パルスに裾の部分が残留するということは、ＩｎＧａＮ半導体レーザ素子から成るモード同期半導体レーザから出力される光パルスに非線形チャープが存在することを示している。
　従って、本開示の目的は、より一層超短パルスのレーザ光を出力し得る構成、構造を有する半導体レーザ装置組立体を提供することにある。
　上記の目的を達成するための本開示の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体は、
　半導体レーザ素子、
　半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入出射する第１の分散補償光学装置、及び、
　第１の分散補償光学装置から出射されたレーザ光が入出射する第２の分散補償光学装置、
から構成されており、
　第２の分散補償光学装置は、第１の分散補償光学装置からのレーザ光の波長毎に群速度分散値を制御する。
　上記の目的を達成するための本開示の第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体は、
　半導体レーザ素子、
　半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入出射する第１の分散補償光学装置、及び、
　第１の分散補償光学装置から出射されたレーザ光が入出射する第２の分散補償光学装置、
から構成されており、
　第２の分散補償光学装置は、第１の分散補償光学装置からのレーザ光の位相を、光スペクトルの周波数成分毎に、周波数の３次以上の次数の関数で変調する。
　半導体レーザ素子にあっては、半導体レーザ素子における活性層（ゲイン部）において、キャリアが誘導放出によって消費される結果、活性層における屈折率が動的に変化し、発振スペクトルが広がる。このような現象は自己位相変調と呼ばれる。本開示の半導体レーザ装置組立体にあっては、自己位相変調による発振スペクトル幅の増大はパルス時間幅の狭隘化に寄与し、自己位相変調に対して、第１の分散補償光学装置によって適切な群速度分散を与えることで適切なスペクトル幅が得られ、サブピコ秒台の光パルスを発生させることができる。このような特性は、自己位相変調と適切な群速度分散とが共振器内で相互作用するときに見られるソリトンモード同期の特徴に類似しており、前述のとおり、適切にスペクトルをフィルタすることは、時間幅がサブピコ秒（例えば、２００フェムト秒）以下の光パルスを得る方法として極めて有効である。その一方で、半導体レーザ素子による自己位相変調の効果は、光スペクトルのスペクトル幅を広げつつ、前述の非線形チャープを誘起する可能性があるが、第１の分散補償光学装置から出射されるレーザ光の波長毎に群速度分散値が第２の分散補償光学装置によって制御されるので、非線形チャープが補償され、半導体レーザ装置組立体から最終的に出力されるレーザ光のパルス波形が整形される。その結果、パルス時間幅２００フェムト秒以下のレーザ光（パルス状のレーザ光）、例えば、１００フェムト秒以下のレーザ光（パルス状のレーザ光）を発生させることができる。即ち、半導体レーザから出力される光パルスが有する線形チャープ及び非線形チャープが補正され、光パルスの全エネルギーがパルス中心部に集中し、より高いピークパワー、且つ、より短いパルス時間幅のレーザ光を出力することができる。しかも、第２の分散補償光学装置は、第１の分散補償光学装置及び半導体レーザ素子から構成される外部共振器構造の系外に配置されているので、レーザ発振時の非線形の相互作用を考慮しなくともよく、レーザ光の制御を行い易い。尚、Yelin, et al., Optics Letters, Vol 22, No. 23, pp 1793, (1997) には、位相フィルターとして液晶表示装置を使用することが記載されているが、本開示の半導体レーザ装置組立体のような第１の分散補償光学装置及び第２の分散補償光学装置に関しては、何ら、言及されていない。本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また、付加的な効果があってもよい。
図１は、実施例１の半導体レーザ装置組立体の概念図である。 図２は、実施例１における半導体レーザ素子の共振器の延びる方向に沿った模式的な端面図である。 図３は、実施例１における半導体レーザ素子の共振器の延びる方向と直角方向に沿った模式的な断面図である。 図４は、実施例１の半導体レーザ装置組立体の変形例の概念図である。 図５は、実施例１における第２の分散補償光学装置の原理を説明する図である。 図６は、実施例２の半導体レーザ装置組立体の概念図である。 図７は、実施例２の半導体レーザ装置組立体における第２の分散補償光学装置の原理を説明する図である。 図８Ａ及び図８Ｂは、実施例３の半導体レーザ装置組立体の概念図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、実施例４の半導体レーザ装置組立体及びその変形例の概念図である。 図１０は、実施例４の半導体レーザ装置組立体の別の変形例の概念図である。 図１１は、実施例５の半導体レーザ装置組立体を構成する半導体光増幅器における透過型体積ホログラム回折格子の模式的な一部断面図である。 図１２は、透過型体積ホログラム回折格子における１次の回折光の出射角（回折角）φoutに対する空間分散の依存性ｄφout／ｄλを示すグラフである。 図１３は、式（１２）において、屈折率変調度Δｎに依存するｓｉｎ2の項を計算した結果を示すグラフである。 図１４は、第１の分散補償光学装置を構成する回折格子部材の厚さＬ、屈折率変調度Δｎ、波長λの条件を固定した上で、入射レーザ光の光スペクトル幅を変化させたときの回折効率ηの変化を示すグラフである。 図１５は、実施例５の半導体レーザ装置組立体の一部分の概念図である。 図１６Ａ及び図１６Ｂは、それぞれ、実施例６及び実施例７の半導体レーザ装置組立体における第１の分散補償光学装置の概念図である。 図１７Ａは、第１の分散補償光学装置において発生し得る問題点を説明するための第１の分散補償光学装置の概念図であり、図１７Ｂ及び図１７Ｃは、実施例８の半導体レーザ装置組立体における第１の分散補償光学装置の概念図である。 図１８は、実施例９の半導体レーザ装置組立体の一部分の概念図である。 図１９は、実施例１０の半導体レーザ装置組立体の概念図である。 図２０は、実施例１０の半導体レーザ装置組立体の変形例の概念図である。 図２１は、実施例１１の半導体光増幅器の軸線に垂直な仮想平面で半導体光増幅器を切断したときの半導体光増幅器の模式的な一部断面図である。 図２２は、実施例１２の半導体光増幅器の軸線に垂直な仮想平面で半導体光増幅器を切断したときの半導体光増幅器の模式的な一部断面図である。 図２３は、実施例１３の半導体光増幅器の軸線に垂直な仮想平面で半導体光増幅器を切断したときの半導体光増幅器の模式的な一部断面図である。 図２４は、実施例１４の半導体光増幅器の軸線に垂直な仮想平面で半導体光増幅器を切断したときの半導体光増幅器の模式的な一部断面図である。 図２５は、実施例１のモード同期半導体レーザ素子の変形例の共振器の延びる方向に沿った模式的な端面図である。 図２６は、実施例１のモード同期半導体レーザ素子の別の変形例の共振器の延びる方向に沿った模式的な端面図である。 図２７は、実施例１のモード同期半導体レーザ素子の更に別の変形例におけるリッジストライプ構造を上方から眺めた模式図である。 図２８Ａ及び図２８Ｂは、実施例１のモード同期半導体レーザ素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。 図２９Ａ及び図２９Ｂは、図２８Ｂに引き続き、実施例１のモード同期半導体レーザ素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。 図３０は、図２９Ｂに引き続き、実施例１のモード同期半導体レーザ素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部端面図である。 図３１Ａは、実施例１の半導体レーザ装置組立体を構成する第１の分散補償光学装置からのレーザ光の波長毎に群速度分散値を制御する（あるいは、第１の分散補償光学装置からのレーザ光の位相を、光スペクトルの周波数成分毎に、周波数の３次以上の次数の関数で変調する）ことで得られた光パルスの自己相関波形を示す図であり、図３１Ｂは、実施例１の半導体レーザ装置組立体の第２の分散補償光学装置を構成する反射型液晶表示装置の各ピクセルに印加する電圧の変化パターンの一例を示す図である。 図３２は、従来のＩｎＧａＮ半導体レーザ素子から成るモード同期半導体レーザから出力される光パルスのスペクトルを示す図である。 図３３Ａは、従来のＩｎＧａＮ半導体レーザ素子から成るモード同期半導体レーザから出力される光パルスの時間波形を示す図であり、図３３Ｂは、従来の同期半導体レーザの出力を適切にスペクトルフィルタした後の光パルスの自己相関波形を示す図であり、図３３Ｃは、図３３Ａに示す光パルスをパルス圧縮した結果得られた光パルスの自己相関波形を示す図である。 図３４は、図３３Ｂに示す自己相関波形の光パルスを時間的に圧縮する試みに用いた回折格子圧縮器の概念図である。 図３５は、回折格子の模式的な一部断面図である。
　以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示の半導体レーザ装置組立体、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の半導体レーザ装置組立体）
３．実施例２（実施例１の変形）
４．実施例３（実施例１～実施例２の変形）
５．実施例４（実施例１～実施例３の変形）
６．実施例５（実施例１～実施例４の変形、第１の形態の第１の分散補償光学装置、第１の分散補償光学装置－Ａ）
７．実施例６（実施例５の変形、第１の分散補償光学装置－Ｂ）
８．実施例７（実施例５の別の変形、第１の分散補償光学装置－Ｃ）
９．実施例８（実施例５～実施例６の変形）
１０．実施例９（実施例５～実施例８の変形、第２の形態の第１の分散補償光学装置）
１１．実施例１０（実施例１～実施例９の変形、半導体光増幅器）
１２．実施例１１（実施例１０の変形）
１３．実施例１２（実施例１１の変形）
１４．実施例１３（実施例１１～実施例１２の変形）
１５．実施例１４（実施例１０の別の変形）
１６．実施例１５（実施例１の別の変形）
１７．その他
［本開示の半導体レーザ装置組立体、全般に関する説明］
　本開示の半導体レーザ装置組立体において、
　半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、第１の分散補償光学装置に入射し、
　第１の分散補償光学装置に入射したレーザ光の一部は半導体レーザ素子に戻され、残りは第２の分散補償光学装置に向けて出射される形態とすることができる。
　上記の好ましい形態を含む本開示の半導体レーザ装置組立体において、
　第１の分散補償光学装置は、第１の回折格子、第１の集光手段（具体的には、第１のレンズ）、及び、反射鏡（具体的には、平面反射鏡であり、より具体的には、例えば、誘電多層膜反射鏡）から成り、
　半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、第１の回折格子と衝突し、
　第１の回折格子からの０次光（０次の回折光）は第２の分散補償光学装置に向けて出射され、
　第１の回折格子からの回折光（１次以上の回折光）は第１の集光手段を介して反射鏡に入射し、次いで、反射鏡から出射され、第１の集光手段、第１の回折格子を介して半導体レーザ素子に戻される構成とすることができる。
　第１の回折格子は、反射型であってもよいし、透過型であってもよい。第１の回折格子として、格子状の凹凸部や溝部が形成された回折格子や、体積ホログラム回折格子を挙げることができる。第１の回折格子を反射型の回折格子から構成する場合、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、第１の回折格子と衝突し、第１の回折格子において反射された光（０次の回折光）は第２の分散補償光学装置に向けて出射され、第１の回折格子において反射された回折光（１次以上の回折光）は第１の集光手段を介して反射鏡に入射し、次いで、反射鏡から出射され、第１の集光手段、第１の回折格子を介して半導体レーザ素子に戻される。また、第１の回折格子を透過型の回折格子から構成する場合、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、第１の回折格子と衝突し、第１の回折格子を透過した光（０次の回折光）は第２の分散補償光学装置に向けて出射され、第１の回折格子を透過した回折光（１次以上の回折光）は第１の集光手段を介して反射鏡に入射し、次いで、反射鏡から出射され、第１の集光手段、第１の回折格子を介して半導体レーザ素子に戻される。
　外部共振器構造の一端は反射鏡から構成され、外部共振器構造の他端は、後述する積層構造体の光反射端面から構成される。第１の集光手段と反射鏡との間の距離を固定した状態で、第１の回折格子と第１の集光手段との間の距離を変えることで、第１の分散補償光学装置における群速度分散値を変えることができる。第１の分散補償光学装置における群速度分散値は負である構成とすることが好ましい。但し、群速度分散値は、半導体レーザ素子の構成、構造、半導体レーザ装置組立体の構成、構造、駆動方法（例えば、キャリア注入領域（利得領域）に印加する電流量、可飽和吸収領域（キャリア非注入領域）に印加する逆バイアス電圧、駆動温度）等に基づき全体で決定すればよく、半導体レーザ素子の構成、構造、半導体レーザ装置組立体の構成、構造、駆動方法等に依存して、正の値も取り得る。あるいは又、第２の分散補償光学装置に向けて出射されるレーザ光のパルス時間幅が最小値となる群速度分散値あるいはその近傍において、第１の分散補償光学装置を動作させることが望ましい。
　あるいは又、上記の好ましい形態を含む本開示の半導体レーザ装置組立体において、第１の分散補償光学装置は、一対の回折格子（回折格子〈Ａ〉及び回折格子〈Ｂ〉）、並びに、部分反射鏡（部分透過ミラー、半透過ミラー、ハーフミラーとも呼ばれる。以下においても同様）から成る構成とすることができる。そして、この場合、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、回折格子〈Ａ〉に衝突し、１次以上の回折光が出射され、回折格子〈Ｂ〉に衝突し、１次以上の回折光が出射されて、部分反射鏡に到達する。そして、部分反射鏡に到達したレーザ光の一部は部分反射鏡を通過し、第２の分散補償光学装置に向けて出射される。一方、部分反射鏡に衝突したレーザ光の残りは、回折格子〈Ｂ〉、回折格子〈Ａ〉を経由して半導体レーザ素子に戻される。回折格子〈Ａ〉と回折格子〈Ｂ〉との間の距離を変えることで、第１の分散補償光学装置における群速度分散値を変えることができる。外部共振器構造の一端は部分反射鏡から構成され、外部共振器構造の他端は、後述する積層構造体の光反射端面から構成される。
　あるいは又、上記の好ましい形態を含む本開示の半導体レーザ装置組立体において、第１の分散補償光学装置は、一対のプリズム（プリズム〈Ａ〉及びプリズム〈Ｂ〉）、並びに、部分反射鏡から成る構成とすることができる。そして、この場合、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、プリズム〈Ａ〉を通過し、更に、プリズム〈Ｂ〉を通過し、部分反射鏡に到達する。そして、部分反射鏡に到達したレーザ光の一部は部分反射鏡を通過し、第２の分散補償光学装置に向けて出射される。一方、部分反射鏡に到達したレーザ光の残りは、プリズム〈Ｂ〉、プリズム〈Ａ〉を経由して半導体レーザ素子に戻される。プリズム〈Ａ〉とプリズム〈Ｂ〉との間の距離を変えることで、第１の分散補償光学装置における群速度分散値を変えることができる。外部共振器構造の一端は部分反射鏡から構成され、外部共振器構造の他端は、後述する積層構造体の光反射端面から構成される。
　あるいは又、上記の好ましい形態を含む本開示の半導体レーザ装置組立体において、第１の分散補償光学装置は、干渉計から成る構成とすることができる。具体的には、干渉計として、例えば、Ｇｉｒｅｓ－Ｔｏｕｒｎｏｉｓ型干渉計を挙げることができる。Ｇｉｒｅｓ－Ｔｏｕｒｎｏｉｓ型干渉計は、反射率１の反射鏡と反射率１未満の部分反射鏡から成り、反射光の強度スペクトルを変化させることなく位相を変化させることができる干渉計であり、反射鏡と部分反射鏡との間の距離を制御することで、あるいは又、入射光の入射角を調整することによって、第１の分散補償光学装置における群速度分散値を変えることができる。あるいは又、上記の好ましい形態を含む本開示の半導体レーザ装置組立体において、第１の分散補償光学装置は、誘電体多層膜ミラーから成る構成とすることができ、この場合、入射光の入射角を調整することによって、第１の分散補償光学装置における群速度分散値を変えることができる。外部共振器構造の一端は部分反射鏡から構成され、外部共振器構造の他端は、後述する積層構造体の光反射端面から構成される。
　あるいは又、上記の好ましい形態を含む本開示の半導体レーザ装置組立体において、第１の分散補償光学装置は、対向して配置された透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉及び透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉から成り、各透過型体積ホログラム回折格子において、レーザ光の入射角φinと１次の回折光の出射角φoutとの和は９０度である、即ち、
φin＋φout＝９０度
である構成とすることができる。ここで、入射角及び出射角は、透過型体積ホログラム回折格子のレーザ光の入射面の法線と成す角度である。以下においても同様である。このような第１の分散補償光学装置を、便宜上、『第１の形態の第１の分散補償光学装置』と呼ぶ。
　あるいは又、上記の好ましい形態を含む本開示の半導体レーザ装置組立体において、第１の分散補償光学装置は、対向して配置された透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉及び透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉から成り、各透過型体積ホログラム回折格子において、レーザ光の入射角φinと１次の回折光の出射角φoutとは略等しい形態とすることができる。具体的には、例えば、
０．９５≦φin／φout≦１．００
である。このような第１の分散補償光学装置を、便宜上、『第２の形態の第１の分散補償光学装置』と呼ぶ。
　第１の形態の第１の分散補償光学装置にあっては、レーザ光の入射角φinと１次の回折光の出射角φoutとの和は９０度であり、第２の形態の第１の分散補償光学装置にあっては、レーザ光の入射角φinと１次の回折光の出射角φoutとは略等しいので、高い回折効率による高いスループットを有する小型の第１の分散補償光学装置を提供することができるし、回折角を任意に設計できるため、第１の分散補償光学装置の光学設計の自由度を高くすることができる。また、第１の分散補償光学装置における群速度分散値（分散補償量）の調整が容易となり、第１の分散補償光学装置を構成する光学部品の配置の高い自由度を達成することができる。
　第１の形態の第１の分散補償光学装置にあっては、半導体レーザ素子からのレーザ光が入射する透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉において、１次の回折光の出射角φoutはレーザ光の入射角φinよりも大きいことが、透過型体積ホログラム回折格子による角度分散を大きくするといった観点から好ましい。そして、この場合、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉からの１次の回折光が入射する透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉にあっては、１次の回折光の出射角φoutはレーザ光の入射角φinよりも小さい構成とすることができる。尚、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉におけるレーザ光の入射角φinと、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉における１次の回折光の出射角（回折角）φoutとは等しく、且つ、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉における１次の回折光の出射角（回折角）φoutと、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉における１次の回折光の入射角φinとは等しいことが好ましい。後述する第１の分散補償光学装置－Ａ～第１の分散補償光学装置－Ｃにおいても同様である。
　また、第２の形態の第１の分散補償光学装置にあっては、レーザ光の入射角φinと１次の回折光の出射角φoutとの和は９０度であることが、第１の分散補償光学装置における群速度分散値（分散補償量）の調整が容易となるといった観点から好ましい。
　そして、上記の好ましい構成を含む第１の形態あるいは第２の形態の第１の分散補償光学装置において、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉に入射したレーザ光は、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉によって回折され、１次の回折光として出射され、更に、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉に入射し、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉によって回折され、１次の回折光として第２の分散補償光学装置に向けて出射される形態とすることができる。このような形態を、便宜上、『第１の分散補償光学装置－Ａ』と呼ぶ。透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉に入射するレーザ光と、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉から出射されるレーザ光とは、概ね平行であることが（即ち、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉から出射されたレーザ光が透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉に入射し得る程度に平行であることが）、既存の光学系に第１の分散補償光学装置を配置、挿入することが容易となるといった観点から好ましい。後述する第１の分散補償光学装置－Ｂ、第１の分散補償光学装置－Ｃにおいても同様である。
　そして、第１の分散補償光学装置－Ａにあっては、
　平行に配置された反射鏡〈Ａ〉及び反射鏡〈Ｂ〉を更に備えており、
　透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉から出射されたレーザ光は、反射鏡〈Ａ〉に衝突して反射され、次いで、反射鏡〈Ｂ〉に衝突して反射される形態とすることができる。このような形態を、便宜上、『第１の分散補償光学装置－Ｂ』と呼ぶ。更には、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉に入射するレーザ光の延長線上に、反射鏡〈Ｂ〉に反射されたレーザ光が概ね位置しており、あるいは又、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉に入射するレーザ光と、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉から出射されるレーザ光とは、概ね平行である形態とすることができ、これによって、既存の光学系に第１の分散補償光学装置を配置、挿入することが容易となる。第１の分散補償光学装置－Ｂは、シングルパス型の分散補償光学装置である。ここで、「概ね位置している」とは、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉に入射するレーザ光の光スペクトルの波長中心が回折される角度の延長線上に反射鏡〈Ｂ〉の中心が位置することを意味する。
　あるいは又、上記の好ましい構成を含む第１の形態あるいは第２の形態の第１の分散補償光学装置において、
　基体の第１面上に透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉が設けられており、
　第１面と対向する基体の第２面上に透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉が設けられている形態とすることができる。このような形態を、便宜上、『第１の分散補償光学装置－Ｃ』と呼ぶ。第１の分散補償光学装置－Ｃは、シングルパス型の分散補償光学装置である。基体として、石英ガラスやＢＫ７等の光学ガラスを含むガラスや、プラスチック材料（例えば、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、非晶性のポリプロピレン系樹脂、ＡＳ樹脂を含むスチレン系樹脂）を挙げることができる。
　透過型体積ホログラム回折格子を構成する材料（回折格子部材）として、フォトポリマー材料を挙げることができる。透過型体積ホログラム回折格子の構成材料や基本的な構造は、従来の透過型体積ホログラム回折格子の構成材料や構造と同じとすればよい。透過型体積ホログラム回折格子とは、＋１次の回折光のみを回折・反射するホログラム回折格子を意味する。回折格子部材には、その内部から表面に亙り干渉縞が形成されているが、係る干渉縞それ自体の形成方法は、従来の形成方法と同じとすればよい。具体的には、例えば、回折格子部材（例えば、フォトポリマー材料）に対して一方の側の第１の所定の方向から物体光を照射し、同時に、回折格子部材に対して他方の側の第２の所定の方向から参照光を照射し、物体光と参照光とによって形成される干渉縞を回折格子部材の内部に記録すればよい。第１の所定の方向、第２の所定の方向、物体光及び参照光の波長を適切に選択することで、回折格子部材における干渉縞（屈折率変調度Δｎ）の所望の周期（ピッチ）、干渉縞の所望の傾斜角（スラント角）を得ることができる。干渉縞の傾斜角とは、透過型体積ホログラム回折格子の表面と干渉縞の成す角度を意味する。
　以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む第１の形態あるいは第２の形態の第１の分散補償光学装置にあっては、２つの透過型体積ホログラム回折格子の間の距離（光学的距離を含む）を変えることで、群速度分散値（分散補償量）を変えることができる。ここで、第１の分散補償光学装置－Ｃにおいて、２つの透過型体積ホログラム回折格子の間の距離を変えるためには基体の厚さを変えればよいが、実際には、群速度分散値（分散補償量）は固定値である。距離を変えるためには、周知の移動手段を用いればよい。必要とされる群速度分散値は、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の特性に依存する。
　ここで、レーザ光の特性は、前述したとおり、半導体レーザ素子の構成、構造、半導体レーザ装置組立体の構成、構造、駆動方法（例えば、キャリア注入領域（利得領域）に印加する電流量、可飽和吸収領域（キャリア非注入領域）に印加する逆バイアス電圧、駆動温度）等に基づき全体で決定される。また、群速度分散値（分散補償量）に基づき、アップチャープ現象［パルスの持続時間内に波長が長波から短波に変化する（周波数が増加する）現象］、ダウンチャープ現象［パルスの持続時間内に波長が短波から長波（周波数が減少）に変化する現象］のいずれも生じ得る。尚、チャープ無しとは、パルスの持続時間内で波長が変化しない現象［周波数が変化しない現象］を指す。分散補償光学装置の群速度分散値の値を適切に選択することで、レーザ光のパルス時間幅を伸長／圧縮することができる。具体的には、例えば、アップチャープ現象を示すレーザ光に対して群速度分散値の値を正／負の値とすることで、レーザ光のパルス時間幅を伸長／圧縮することが可能であるし、ダウンチャープ現象を示すレーザ光に対して群速度分散値の値を正／負の値とすることで、レーザ光のパルス時間幅を圧縮／伸長することが可能である。分散補償光学装置において出射された１次の回折光にあっては、長波長成分の光路長と短波長成分の光路長とは異なる。そして、長波長成分の光路が短波長成分の光路よりも長くなる場合には、負の群速度分散を形成する。即ち、群速度分散値は負となる。一方、長波長成分の光路が短波長成分の光路よりも短くなる場合には、正の群速度分散を形成する。即ち、群速度分散値は正となる。従って、このような長波長成分の光路長と短波長成分の光路長の長短が達成できるように、分散補償光学装置を制御し、あるいは又、分散補償光学装置を配置すればよい。群速度分散値は、位相を周波数で２回微分した値である。尚、空間位相変調器を用いる場合、波長毎に位相が変調される。
　アップチャープ現象等と群速度分散値の値との関係を、以下の表１に例示する。尚、表１では、アップチャープ現象を有するレーザ光を「アップチャープ・レーザ光」と表記し、ダウンチャープ現象を有するレーザ光を「ダウンチャープ・レーザ光」と表記し、チャープ無しのレーザ光を「チャープ無し・レーザ光」と表記する。
［表１］
　チャープ現象　　　　　　　　群速度分散値　　レーザ光のパルス時間幅
アップチャープ・レーザ光　　　　正　　　　　　　伸長
アップチャープ・レーザ光　　　　負　　　　　　　圧縮
ダウンチャープ・レーザ光　　　　正　　　　　　　圧縮
ダウンチャープ・レーザ光　　　　負　　　　　　　伸長
チャープ無し・レーザ光　　　　　正　　　　　　　伸長
チャープ無し・レーザ光　　　　　負　　　　　　　伸長
　より具体的には、第１の分散補償光学装置－Ｂ、第１の分散補償光学装置－Ｃ、及び、第２の形態の第１の分散補償光学装置にあっては、群速度分散値は負である。
　第１の分散補償光学装置－Ａ、第１の分散補償光学装置－Ｂ、第１の分散補償光学装置－Ｃから構成された半導体レーザ装置組立体にあっては、半導体レーザ素子の第２端面（光出射端面）と第１の分散補償光学装置との間に部分反射鏡を配置することで、半導体レーザ素子の第１端面（第２端面と対向する端面であり、レーザ光反射端面）と部分反射鏡とによって外部共振器構造が構成される。
　以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の半導体レーザ装置組立体において、
　第２の分散補償光学装置は、第２の回折格子、第２の集光手段（具体的には、第２のレンズ）、及び、空間位相変調器から成り、
　第１の分散補償光学装置からのレーザ光は、第２の回折格子と衝突し、第２の回折格子からの回折光は、第２の集光手段を介して空間位相変調器に入射し、次いで、空間位相変調器から出射して、第２の集光手段、第２の回折格子を介して系外に出射され、
　空間位相変調器によって、第１の分散補償光学装置から出射するレーザ光の波長毎に群速度分散値が制御される形態とすることができる。そして、この場合、空間位相変調器（位相補償光学装置）は、反射型液晶表示装置から成る構成とすることができ、あるいは又、デフォーマブルミラーから成る構成とすることができ、あるいは又、複数の反射鏡から成る構成とすることができる。
　第２の回折格子は、反射型であってもよいし、透過型であってもよい。第２の回折格子として、格子状の凹凸部や溝部が形成された回折格子や、体積ホログラム回折格子を挙げることができる。
　更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の半導体レーザ装置組立体において、半導体レーザ素子は、可飽和吸収領域を有するモード同期半導体レーザ素子から成る形態とすることができる。尚、従来の光励起型のモード同期半導体レーザ素子では発振特性を制御するのに半導体可飽和吸収体（ＳＥＳＡＭ）の温度特性を利用するが、可飽和吸収領域を有する形態にあっては、可飽和吸収領域への逆バイアス電圧Ｖsaに基づき発振特性を制御することができるので、発振特性の制御が容易である。そして、この場合、モード同期半導体レーザ素子は、
　ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１導電型を有する第１化合物半導体層、
　ＧａＮ系化合物半導体から成る第３化合物半導体層（活性層）、及び、
　ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層、
が、順次、積層されて成る積層構造体を有する構成とすることができる。尚、第１化合物半導体層は、基板や基体上に形成されている。
　更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の半導体レーザ装置組立体において、第１の分散補償光学装置と第２の分散補償光学装置との間に、半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier，ＳＯＡ）が備えられている形態とすることができる。そして、この場合、第１の分散補償光学装置と半導体光増幅器との間に第３の分散補償光学装置が備えられており、第３の分散補償光学装置は、第１の分散補償光学装置からのレーザ光の波長毎に群速度分散値を制御する形態とすることもでき、これによって、一層的確に非線形チャープの補正を行うことができる。第３の分散補償光学装置は、第２の分散補償光学装置と同様の構成、構造とすることができる。
　ここで、半導体光増幅器は、
　ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１導電型を有する第１化合物半導体層、
　ＧａＮ系化合物半導体から成る第３化合物半導体層（活性層）、及び、
　ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１導電型と異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層、
が、順次、基体上に積層されて成る積層構造体、
　第２化合物半導体層上に形成された第２電極、並びに、
　第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
を備えた構成とすることができる。尚、第１化合物半導体層は、基板や基体上に形成されている。
　半導体レーザ素子（ＬＤ）にあっては、活性層において生成した光は、積層構造体の第２端面から外部に出射される。即ち、積層構造体の第１端面の光反射率、及び、第２端面の光反射率の最適化を図ることで、共振器が構成され、光は第２端面から出射される。外部共振器構造を有する半導体レーザ素子は、集光型であってもよいし、コリメート型であってもよい。半導体光増幅器（ＳＯＡ）は、光信号を電気信号に変換せず、直接光の状態で増幅するものであり、共振器効果を極力排除したレーザ構造を有し、半導体光増幅器の光利得で入射光を増幅する。半導体光増幅器にあっては、積層構造体における第１端面及び第２端面の光反射率を非常に低い値とし、共振器を構成することなく、第１端面から入射した光を増幅して第２端面から出射する。
　第１の回折格子は、上記のとおり、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の内、１次以上の回折光を第１の分散補償光学装置に入射させ、０次の回折光を第２の分散補償光学装置に向けて出射する構成とすることができる。ここで、半導体レーザ素子と第１の回折格子との間に、半導体レーザ素子からのレーザ光を平行光束とするためのコリメート手段（具体的には、レンズ）を配してもよい。
　第１の回折格子や第２の回折格子を格子状の凹凸部や溝部が形成された回折格子から構成する場合、第１の回折格子及び第２の回折格子に入射（衝突）するレーザ光の中に含まれる第１の回折格子及び第２の回折格子における格子状のパターンの本数として、１２００本／ｍｍ乃至３６００本／ｍｍ、望ましくは２４００本／ｍｍ乃至３６００本／ｍｍを例示することができる。
　空間位相変調器（位相補償光学装置）を空間光位相変調器（Spatial Light Modulator，ＳＬＭ）である反射型液晶表示装置（具体的には、例えば、ＬＣＯＳ，Liquid Crystal On Silicon）から構成する場合、例えば、平行に配向されたネマチック液晶層に電圧を印加することで液晶分子の配向状態を変える。これによって、液晶層の屈折率が変化する結果、液晶層においてレーザ光を変調することができ、レーザ光の光強度や偏光状態を変えること無く、位相のみを変調することができる。ところで、第２の回折格子からの回折光は、第２の集光手段を介して空間位相変調器に入射する。空間位相変調器は、第２の集光手段の焦点位置、即ち、フーリエ面に位置する。そして、第２の回折格子からの回折光の出射角はレーザ光の波長に依存するが故に、空間位相変調器への入射位置はレーザ光の波長に依存する。従って、空間位相変調器の各領域（ピクセル）に適切な電圧を印加することで、空間位相変調器の各領域（ピクセル）における位相を変調し、空間位相変調器に入射し、出射するレーザ光の位相を変調することができる結果、レーザ光の群速度分散値を制御することができる。即ち、反射型液晶表示装置の各領域（ピクセル）に適切な電圧を印加することで、反射型液晶表示装置の各領域（ピクセル）における液晶分子の配向状態を変化させ、屈折率を変調（変化）させることによって、反射型液晶表示装置に入射し、出射するレーザ光の位相を変調することができる。そして、反射型液晶表示装置の各領域（ピクセル）に印加する電圧の変化パターンを３次以上の次数の関数とすることで、第２の分散補償光学装置が、第１の分散補償光学装置からのレーザ光の位相を、光スペクトルの周波数成分毎に、周波数の３次以上の次数の関数で変調することを達成することができる。
　空間位相変調器をデフォーマブルミラーといった波面補償素子から構成する場合、ＭＥＭＳ技術に基づき作製されたアクチュエータを作動させることによってデフォーマブルミラーの光反射面の形状を制御することで、また、空間位相変調器を複数の反射鏡から構成する場合、第２の回折格子から各反射鏡までの空間的な距離を制御することで、第２の回折格子から出射され、空間位相変調器に入射し、次いで、空間位相変調器から出射して、第２の回折格子に再び入射するレーザ光が通過する空間的な距離を、レーザ光の波長に依存して変化させることができる結果、レーザ光の群速度分散値を制御することができる。即ち、デフォーマブルミラーの光反射面の形状変化パターンを３次以上の次数の関数とすることで、また、第２の回折格子から各反射鏡までの空間的な距離の変化パターンを３次以上の次数の関数とすることで、第２の分散補償光学装置が、第１の分散補償光学装置からのレーザ光の位相を、光スペクトルの周波数成分毎に、周波数の３次以上の次数の関数で変調することを達成することができる。
　モード同期半導体レーザ素子は、共振器方向に発光領域と可飽和吸収領域とを並置したバイ・セクション（Bi Section）型のモード同期半導体レーザ素子から成り、
　バイ・セクション型のモード同期半導体レーザ素子は、
　（ａ）第１導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層、ＧａＮ系化合物半導体から成る発光領域及び可飽和吸収領域を構成する第３化合物半導体層（活性層）、並びに、第１導電型と異なる第２導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第２化合物半導体層が、順次、積層されて成る積層構造体、
　（ｂ）第２化合物半導体層上に形成された帯状の第２電極、並びに、
　（ｃ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
を備えており、
　第２電極は、発光領域を経由して第１電極に直流電流を流すことで順バイアス状態とするための第１部分と、可飽和吸収領域に電界を加えるための第２部分とに、分離溝によって分離されている形態とすることができる。第１化合物半導体層は、基板や基体上に形成されている。
　そして、第２電極の第１部分と第２部分との間の電気抵抗値は、第２電極と第１電極との間の電気抵抗値の１×１０倍以上、好ましくは１×１０2倍以上、より好ましくは１×１０3倍以上であることが望ましい。このようなモード同期半導体レーザ素子を、便宜上、『第１の構成のモード同期半導体レーザ素子』と呼ぶ。あるいは又、第２電極の第１部分と第２部分との間の電気抵抗値は、１×１０2Ω以上、好ましくは１×１０3Ω以上、より好ましくは１×１０4Ω以上であることが望ましい。このようなモード同期半導体レーザ素子を、便宜上、『第２の構成のモード同期半導体レーザ素子』と呼ぶ。
　第１の構成あるいは第２の構成のモード同期半導体レーザ素子にあっては、第２電極の第１部分から発光領域を経由して第１電極に直流電流を流して順バイアス状態とし、第１電極と第２電極の第２部分との間に電圧（逆バイアス電圧Ｖsa）を印加することによって可飽和吸収領域に電界を加えることで、モード同期動作させることができる。
　このような第１の構成あるいは第２の構成のモード同期半導体レーザ素子にあっては、第２電極の第１部分と第２部分との間の電気抵抗値を、第２電極と第１電極との間の電気抵抗値の１０倍以上とし、あるいは又、１×１０2Ω以上とすることで、第２電極の第１部分から第２部分への漏れ電流の流れを確実に抑制することができる。即ち、可飽和吸収領域（キャリア非注入領域）へ印加する逆バイアス電圧Ｖsaを高くすることができるため、パルス時間幅のより短いレーザ光を有するモード同期動作を実現できる。そして、第２電極の第１部分と第２部分との間のこのような高い電気抵抗値を、第２電極を第１部分と第２部分とに分離溝によって分離するだけで達成することができる。
　また、第１の構成及び第２の構成のモード同期半導体レーザ素子において、限定するものではないが、
　第３化合物半導体層は、井戸層及び障壁層を備えた量子井戸構造を有し、
　井戸層の厚さは、１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上、８ｎｍ以下であり、
　障壁層の不純物ドーピング濃度は、２×１０18ｃｍ-3以上、１×１０20ｃｍ-3以下、好ましくは、１×１０19ｃｍ-3以上、１×１０20ｃｍ-3以下である形態とすることができる。このようなモード同期半導体レーザ素子を、便宜上、『第３の構成のモード同期半導体レーザ素子』と呼ぶ場合がある。活性層に量子井戸構造を採用することで、量子ドット構造を採用するよりも高い注入電流量を実現することができ、容易に高出力を得ることができる。
　このように、第３化合物半導体層を構成する井戸層の厚さを１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下と規定し、更には、第３化合物半導体層を構成する障壁層の不純物ドーピング濃度を２×１０18ｃｍ-3以上、１×１０20ｃｍ-3以下と規定することで、即ち、井戸層の厚さを薄くし、しかも、第３化合物半導体層のキャリアの増加を図ることで、ピエゾ分極の影響を低減させることができ、パルス時間幅が短く、サブパルス成分の少ない単峰化されたレーザ光を発生させ得るレーザ光源を得ることができる。また、低い逆バイアス電圧Ｖsaでモード同期駆動を達成することが可能となるし、外部信号（電気信号及び光信号）と同期が取れたレーザ光のパルス列を発生させることが可能となる。障壁層にドーピングされた不純物はシリコン（Ｓｉ）である構成することができるが、これに限定するものではなく、その他、酸素（Ｏ）とすることもできる。
　更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の半導体レーザ装置組立体において、半導体レーザ素子は、ピークパワーの光密度が１×１０10ワット／ｃｍ2以上、好ましくは１．４×１０10ワット／ｃｍ2以上であり、且つ、キャリア密度が１×１０19／ｃｍ3以上である電流注入型のモード同期半導体レーザ素子である形態とすることができる。このように、モード同期半導体レーザ素子から出射されるレーザ光のピークパワーの光密度を規定し、しかも、モード同期半導体レーザ素子におけるキャリア密度の値を規定することで、高い光パワー密度及び高いキャリア密度において自己位相変調を発生させ、これに対して適切な群速度分散値を与えることでサブピコ秒台のレーザ光を確実に発生させることができる。しかも、このようなサブピコ秒台のレーザ光といったパルス時間幅の狭隘化に加えて、モード同期半導体レーザ素子を電流注入型とすることで、光励起型のモード同期半導体レーザ素子に比較してエネルギー効率が高いといった利点を有する。
　半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の光密度は、レーザ光のパワー（単位はワットであり、パルスの場合はピークパワー）を半導体レーザ素子端面における近視野像の断面積（ピーク強度に対して１／ｅ2となる領域）で除することによって得ることができる。また、キャリア密度は、キャリア寿命を測定し、注入電流量をゲイン部の電極（例えば、後述する第２電極の第１部分）の面積で除した値にキャリア寿命を乗ずることで得ることができる。更には、群速度分散値は、被測定光パルスを、既知の分散量を有する媒質を透過させた後にみられるパルス時間幅の変化を測定する方法や、周波数分解型光ゲート法（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｒｅｓｏｌｖｅｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｇａｔｉｎｇ，ＦＲＯＧ）で得ることができる。また、１ピコ秒程度あるいはそれ以下のパルス時間幅は、ＳＨＧ強度相関測定装置を用いて測定することができる。
　半導体レーザ素子は、リッジストライプ型の分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ構造、Separate Confinement Heterostructure）を有する半導体レーザ素子である形態とすることができる。あるいは又、斜めリッジストライプ型の分離閉じ込めヘテロ構造を有する半導体レーザ素子である形態とすることができる。即ち、半導体レーザ素子の軸線とリッジストライプ構造の軸線とは、所定の角度で交わっている構成とすることができる。ここで、所定の角度θとして、０．１度≦θ≦１０度を例示することができる。リッジストライプ構造の軸線とは、光出射端面（第２端面）におけるリッジストライプ構造の両端の二等分点と、光出射端面（第２端面）とは反対側の積層構造体の端面（第１端面）におけるリッジストライプ構造の両端の二等分点とを結ぶ直線である。また、半導体レーザ素子の軸線とは、第１端面及び第２端面に直交する軸線を指す。リッジストライプ構造の平面形状は、直線状であってもよいし、湾曲していてもよい。
　あるいは又、半導体レーザ素子において、第２端面におけるリッジストライプ構造の幅をＷ2、第１端面におけるリッジストライプ構造の幅をＷ1としたとき、Ｗ1＝Ｗ2であってもよいし、Ｗ2＞Ｗ1としてもよい。Ｗ2は５μｍ以上である形態とすることができ、Ｗ2の上限値として、限定するものではないが、例えば、４×１０2μｍを例示することができる。また、Ｗ1は１．４μｍ乃至２．０μｍである形態とすることができる。リッジストライプ構造の各端部は、１本の線分から構成されていてもよいし、２本以上の線分から構成されていてもよい。前者の場合、リッジストライプ構造の幅は、例えば、第１端面から第２端面に向かって、単調に、テーパー状に緩やかに広げられる構成することができる。一方、後者の場合、リッジストライプ構造の幅は、例えば、第１端面から第２端面に向かって、先ず同じ幅であり、次いで、単調に、テーパー状に緩やかに広げられ、あるいは又、リッジストライプ構造の幅は、例えば、第１端面から第２端面に向かって、先ず広げられ、最大幅を超えた後、狭められる構成とすることができる。
　半導体レーザ素子にあっては、レーザ光ビーム（パルス状のレーザ光）が出射される積層構造体の第２端面の光反射率は０．５％以下であることが好ましい。具体的には、第２端面には低反射コート層が形成されている構成とすることができる。ここで、低反射コート層は、例えば、酸化チタン層、酸化タンタル層、酸化ジルコニア層、酸化シリコン層及び酸化アルミニウム層から成る群から選択された少なくとも２種類の層の積層構造から成る。尚、この光反射率の値は、従来の半導体レーザ素子においてレーザ光ビーム（パルス状のレーザ光）が出射される積層構造体の一端面の光反射率（通常、５％乃至１０％）よりも格段に低い値である。また、第１端面は、高い光反射率、例えば、反射率８５％以上、好ましくは反射率９５％以上の高い反射率を有することが好ましい。
　外部共振器構造における外部共振器長さ（Ｘ’，単位：ｍｍ）の値は、
０＜Ｘ’＜１５００
好ましくは、
３０≦Ｘ’≦５００
であることが望ましい。ここで、外部共振器構造は、半導体レーザ素子の第１端面と、反射鏡あるいは部分反射鏡、第１の分散補償光学装置によって構成され、外部共振器長さとは、半導体レーザ素子の第１端面と、外部共振器構造を構成する反射鏡あるいは部分反射鏡、第１の分散補償光学装置との間の距離である。
　半導体レーザ素子において、積層構造体は、少なくとも第２化合物半導体層の厚さ方向の一部分から構成されたリッジストライプ構造を有するが、このリッジストライプ構造は、第２化合物半導体層のみから構成されていてもよいし、第２化合物半導体層及び第３化合物半導体層（活性層）から構成されていてもよいし、第２化合物半導体層、第３化合物半導体層（活性層）、及び、第１化合物半導体層の厚さ方向の一部分から構成されていてもよい。
　モード同期半導体レーザ素子において、限定するものではないが、
　第２電極の幅は、０．５μｍ以上、５０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上、５μｍ以下、
　リッジストライプ構造の高さは、０．１μｍ以上、１０μｍ以下、好ましくは０．２μｍ以上、１μｍ以下、
　第２電極を第１部分と第２部分とに分離する分離溝の幅は、１μｍ以上、モード同期半導体レーザ素子における共振器長（以下、単に『共振器長』と呼ぶ）の５０％以下、好ましくは１０μｍ以上、共振器長の１０％以下であることが望ましい。共振器長として、０．６ｍｍを例示することができるが、これに限定するものではない。本開示の半導体レーザ装置組立体において、リッジストライプ構造の両側面よりも外側に位置する第２化合物半導体層の部分の頂面から第３化合物半導体層（活性層）までの距離（Ｄ）は１．０×１０-7ｍ（０．１μｍ）以上であることが好ましい。距離（Ｄ）をこのように規定することによって、第３化合物半導体層の両脇（Ｙ方向）に可飽和吸収領域を確実に形成することができる。距離（Ｄ）の上限は、閾値電流の上昇、温度特性、長期駆動時の電流上昇率の劣化等に基づき決定すればよい。尚、以下の説明において、共振器長方向をＸ方向とし、積層構造体の厚さ方向をＺ方向とする。
　更には、半導体レーザ素子において、第２電極は、パラジウム（Ｐｄ）単層、ニッケル（Ｎｉ）単層、白金（Ｐｔ）単層、パラジウム層が第２化合物半導体層に接するパラジウム層／白金層の積層構造、又は、パラジウム層が第２化合物半導体層に接するパラジウム層／ニッケル層の積層構造から成る形態とすることができる。尚、下層金属層をパラジウムから構成し、上層金属層をニッケルから構成する場合、上層金属層の厚さを、０．１μｍ以上、好ましくは０．２μｍ以上とすることが望ましい。あるいは又、第２電極を、パラジウム（Ｐｄ）単層から成る構成とすることが好ましく、この場合、厚さを、２０ｎｍ以上、好ましくは５０ｎｍ以上とすることが望ましい。あるいは又、第２電極を、パラジウム（Ｐｄ）単層、ニッケル（Ｎｉ）単層、白金（Ｐｔ）単層、又は、下層金属層が第２化合物半導体層に接する下層金属層と上層金属層の積層構造（但し、下層金属層は、パラジウム、ニッケル及び白金から成る群から選択された１種類の金属から構成され、上層金属層は、後述する工程（Ｄ）において第２電極に分離溝を形成する際のエッチングレートが、下層金属層のエッチングレートと同じ、あるいは同程度、あるいは、下層金属層のエッチングレートよりも高い金属から構成されている）から成る構成とすることが好ましい。また、後述する工程（Ｄ）において第２電極に分離溝を形成する際のエッチング液を、王水、硝酸、硫酸、塩酸、又は、これらの酸の内の少なくとも２種類の混合液（具体的には、硝酸と硫酸の混合液、硫酸と塩酸の混合液）とすることが望ましい。
　以上に説明した好ましい形態、構成を含む第１の構成あるいは第２の構成のモード同期半導体レーザ素子において、可飽和吸収領域の長さは発光領域の長さよりも短い構成とすることができる。あるいは又、第２電極の長さ（第１部分と第２部分の総計の長さ）は第３化合物半導体層（活性層）の長さよりも短い構成とすることができる。第２電極の第１部分と第２部分の配置状態として、具体的には、
（１）１つの第２電極の第１部分と１つの第２電極の第２部分とが設けられ、第２電極の第１部分と、第２電極の第２部分とが、分離溝を挟んで配置されている状態
（２）１つの第２電極の第１部分と２つの第２電極の第２部分とが設けられ、第１部分の一端が、一方の分離溝を挟んで、一方の第２部分と対向し、第１部分の他端が、他方の分離溝を挟んで、他方の第２部分と対向している状態
（３）２つの第２電極の第１部分と１つの第２電極の第２部分とが設けられ、第２部分の端部が、一方の分離溝を挟んで、一方の第１部分と対向し、第２部分の他端が、他方の分離溝を挟んで、他方の第１部分と対向している状態（即ち、第２電極は、第２部分を第１部分で挟んだ構造）
を挙げることができる。また、広くは、
（４）Ｎ個の第２電極の第１部分と（Ｎ－１）個の第２電極の第２部分とが設けられ、第２電極の第１部分が第２電極の第２部分を挟んで配置されている状態
（５）Ｎ個の第２電極の第２部分と（Ｎ－１）個の第２電極の第１部分とが設けられ、第２電極の第２部分が第２電極の第１部分を挟んで配置されている状態
を挙げることができる。（４）及び（５）の状態は、云い換えれば、
（４’）Ｎ個の発光領域［キャリア注入領域、利得領域］と（Ｎ－１）個の可飽和吸収領域［キャリア非注入領域］とが設けられ、発光領域が可飽和吸収領域を挟んで配置されている状態
（５’）Ｎ個の可飽和吸収領域［キャリア非注入領域］と（Ｎ－１）個の発光領域［キャリア注入領域、利得領域］とが設けられ、可飽和吸収領域が発光領域を挟んで配置されている状態
である。（３）、（５）、（５’）の構造を採用することで、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面における損傷が発生し難くなる。
　モード同期半導体レーザ素子は、例えば、以下の方法で製造することができる。即ち、
　（Ａ）基体上に、第１導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層、ＧａＮ系化合物半導体から成る発光領域及び可飽和吸収領域を構成する第３化合物半導体層、並びに、第１導電型と異なる第２導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第２化合物半導体層が、順次、積層されて成る積層構造体を形成した後、
　（Ｂ）第２化合物半導体層上に帯状の第２電極を形成し、次いで、
　（Ｃ）第２電極をエッチング用マスクとして、少なくとも第２化合物半導体層の一部分をエッチングして、リッジストライプ構造を形成した後、
　（Ｄ）分離溝を第２電極に形成するためのレジスト層を形成し、次いで、レジスト層をウエットエッチング用マスクとして、第２電極に分離溝をウエットエッチング法にて形成し、以て、第２電極を第１部分と第２部分とに分離溝によって分離する、
各工程を具備した製造方法に基づき製造することができる。
　そして、このような製造方法を採用することで、即ち、帯状の第２電極をエッチング用マスクとして、少なくとも第２化合物半導体層の一部分をエッチングして、リッジストライプ構造を形成するので、即ち、パターニングされた第２電極をエッチング用マスクとして用いてセルフアライン方式にてリッジストライプ構造を形成するので、第２電極とリッジストライプ構造との間に合わせずれが生じることがない。また、第２電極に分離溝をウエットエッチング法にて形成する。このように、ドライエッチング法と異なり、ウエットエッチング法を採用することで、第２化合物半導体層に光学的、電気的特性の劣化が生じることを抑制することができる。それ故、発光特性に劣化が生じることを、確実に防止することができる。
　工程（Ｃ）にあっては、第２化合物半導体層を厚さ方向に一部分、エッチングしてもよいし、第２化合物半導体層を厚さ方向に全部、エッチングしてもよいし、第２化合物半導体層及び第３化合物半導体層を厚さ方向にエッチングしてもよいし、第２化合物半導体層及び第３化合物半導体層、更には、第１化合物半導体層を厚さ方向に一部分、エッチングしてもよい。
　更には、前記工程（Ｄ）において、第２電極に分離溝を形成する際の、第２電極のエッチングレートをＥＲ0、積層構造体のエッチングレートをＥＲ1としたとき、ＥＲ0／ＥＲ1≧１×１０、好ましくは、ＥＲ0／ＥＲ1≧１×１０2を満足することが望ましい。ＥＲ0／ＥＲ1がこのような関係を満足することで、積層構造体をエッチングすること無く（あるいは、エッチングされても僅かである）、第２電極を確実にエッチングすることができる。
　半導体レーザ素子あるいは半導体光増幅器において、積層構造体は、具体的には、ＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成る構成とすることができる。第１の構成あるいは第２の構成の半導体光増幅器における高屈折率層（後述する）も、ＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成る構成とすることができる。ここで、ＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体として、より具体的には、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮを挙げることができる。更には、これらの化合物半導体に、所望に応じて、ホウ素（Ｂ）原子やタリウム（Ｔｌ）原子、ヒ素（Ａｓ）原子、リン（Ｐ）原子、アンチモン（Ｓｂ）原子が含まれていてもよい。また、発光領域（利得領域）及び可飽和吸収領域を構成する第３化合物半導体層（活性層）は、量子井戸構造を有することが望ましい。具体的には、単一量子井戸構造［ＳＱＷ構造］を有していてもよいし、多重量子井戸構造［ＭＱＷ構造］を有していてもよい。量子井戸構造を有する第３化合物半導体層（活性層）は、井戸層及び障壁層が、少なくとも１層、積層された構造を有するが、（井戸層を構成する化合物半導体，障壁層を構成する化合物半導体）の組合せとして、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＧａＮ）、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＩｎzＧａ(1-z)Ｎ）［但し、ｙ＞ｚ］、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＡｌＧａＮ）を例示することができる。
　更には、半導体レーザ素子において、第２化合物半導体層は、ｐ型ＧａＮ層及びｐ型ＡｌＧａＮ層が交互に積層された超格子構造を有し；超格子構造の厚さは０．７μｍ以下である構造とすることができる。このような超格子構造の構造を採用することで、クラッド層として必要な屈折率を維持しながら、半導体レーザ素子の直列抵抗成分を下げることができ、半導体レーザ素子の低動作電圧化につながる。超格子構造の厚さの下限値として、限定するものではないが、例えば、０．３μｍを挙げることができるし、超格子構造を構成するｐ型ＧａＮ層の厚さとして１ｎｍ乃至５ｎｍを例示することができるし、超格子構造を構成するｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さとして１ｎｍ乃至５ｎｍを例示することができるし、ｐ型ＧａＮ層及びｐ型ＡｌＧａＮ層の層数合計として、６０層乃至３００層を例示することができる。また、第３化合物半導体層から第２電極までの距離は１μｍ以下、好ましくは、０．６μｍ以下である構成とすることができる。このように第３化合物半導体層から第２電極までの距離を規定することで、抵抗の高いｐ型の第２化合物半導体層の厚さを薄くし、半導体レーザ素子の動作電圧の低減化を達成することができる。第３化合物半導体層から第２電極までの距離の下限値として、限定するものではないが、例えば、０．３μｍを挙げることができる。また、第２化合物半導体層には、Ｍｇが、１×１０19ｃｍ-3以上、ドーピングされており；第３化合物半導体層からの波長４０５ｎｍの光に対する第２化合物半導体層の吸収係数は、少なくとも５０ｃｍ-1である構成とすることができる。このＭｇの原子濃度は、２×１０19ｃｍ-3の値で最大の正孔濃度を示すという材料物性に由来しており、最大の正孔濃度、即ち、この第２化合物半導体層の比抵抗が最小になるように設計された結果である。第２化合物半導体層の吸収係数は、半導体レーザ素子の抵抗を出来るだけ下げるという観点で規定されているものであり、その結果、第３化合物半導体層の光の吸収係数が、５０ｃｍ-1となるのが一般的である。しかし、この吸収係数を上げるために、Ｍｇドープ量を故意に２×１０19ｃｍ-3以上の濃度に設定することも可能である。この場合には、実用的な正孔濃度が得られる上での上限のＭｇドープ量は、例えば８×１０19ｃｍ-3である。また、第２化合物半導体層は、第３化合物半導体層側から、ノンドープ化合物半導体層、及び、ｐ型化合物半導体層を有しており；第３化合物半導体層からｐ型化合物半導体層までの距離は、１．２×１０-7ｍ以下である構成とすることができる。このように第３化合物半導体層からｐ型化合物半導体層までの距離を規定することで、内部量子効率が低下しない範囲で、内部損失を抑制することができ、これにより、レーザ発振が開始される閾値電流密度を低減させることができる。第３化合物半導体層からｐ型化合物半導体層までの距離の下限値として、限定するものではないが、例えば、５×１０-8ｍを挙げることができる。また、リッジストライプ構造の両側面には、ＳｉＯ2／Ｓｉ積層構造から成る積層絶縁膜が形成されており；リッジストライプ構造の有効屈折率と積層絶縁膜の有効屈折率との差は、５×１０-3乃至１×１０-2である構成とすることができる。このような積層絶縁膜を用いることで、１００ミリワットを超える高出力動作であっても、単一基本横モードを維持することができる。また、第２化合物半導体層は、第３化合物半導体層側から、例えば、ノンドープＩｎＧａＮ層（ｐ側光ガイド層）、ＭｇドープＡｌＧａＮ層（電子障壁層）、ＧａＮ層（Ｍｇドープ）／ＡｌＧａＮ層の超格子構造（超格子クラッド層）、及び、ＭｇドープＧａＮ層（ｐ側コンタクト層）が積層されて成る構造とすることができる。第３化合物半導体層における井戸層を構成する化合物半導体のバンドギャップは、２．４ｅＶ以上であることが望ましい。また、第３化合物半導体層（活性層）から出射されるレーザ光の波長は、３６０ｎｍ乃至５００ｎｍ、好ましくは４００ｎｍ乃至４１０ｎｍであることが望ましい。ここで、以上に説明した各種の構成を、適宜、組み合わせることができることは云うまでもない。
　半導体レーザ素子にあっては、半導体レーザ素子を構成する各種のＧａＮ系化合物半導体層を基板や基体に順次形成するが、ここで、基板や基体として、サファイア基板の他にも、ＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、アルミナ基板、ＺｎＳ基板、ＺｎＯ基板、ＡｌＮ基板、ＬｉＭｇＯ基板、ＬｉＧａＯ2基板、ＭｇＡｌ2Ｏ4基板、ＩｎＰ基板、Ｓｉ基板、これらの基板の表面（主面）に下地層やバッファ層が形成されたものを挙げることができる。主に、ＧａＮ系化合物半導体層を基板に形成する場合、ＧａＮ基板が欠陥密度の少なさから好まれるが、ＧａＮ基板は成長面によって、極性／無極性／半極性と特性が変わることが知られている。また、半導体レーザ素子を構成する各種の化合物半導体層（例えば、ＧａＮ系化合物半導体層）の形成方法として、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法，ＭＯＶＰＥ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法等を挙げることができる。
　ここで、ＭＯＣＶＤ法における有機ガリウム源ガスとして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスやトリエチルガリウム（ＴＥＧ）ガスを挙げることができるし、窒素源ガスとして、アンモニアガスやヒドラジンガスを挙げることができる。また、ｎ型の導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層の形成においては、例えば、ｎ型不純物（ｎ型ドーパント）としてケイ素（Ｓｉ）を添加すればよいし、ｐ型の導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層の形成においては、例えば、ｐ型不純物（ｐ型ドーパント）としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加すればよい。また、ＧａＮ系化合物半導体層の構成原子としてアルミニウム（Ａｌ）あるいはインジウム（Ｉｎ）が含まれる場合、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを用いればよいし、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）ガスを用いればよい。更には、Ｓｉ源としてモノシランガス（ＳｉＨ4ガス）を用いればよいし、Ｍｇ源としてシクロペンタジエニルマグネシウムガスやメチルシクロペンタジエニルマグネシウム、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用いればよい。ｎ型不純物（ｎ型ドーパント）として、Ｓｉ以外に、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｔｅ、Ｓ、Ｏ、Ｐｄ、Ｐｏを挙げることができるし、ｐ型不純物（ｐ型ドーパント）として、Ｍｇ以外に、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｂａ、Ｃ、Ｈｇ、Ｓｒを挙げることができる。
　第１導電型をｎ型とするとき、ｎ型の導電型を有する第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、タングステン（Ｗ）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、錫（Ｓｎ）及びインジウム（Ｉｎ）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましく、例えば、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを例示することができる。第１電極は第１化合物半導体層に電気的に接続されているが、第１電極が第１化合物半導体層上に形成された形態、第１電極が導電材料層や導電性の基板や基体を介して第１化合物半導体層に接続された形態が包含される。第１電極や第２電極は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等のＰＶＤ法にて成膜することができる。
　第１電極や第２電極上に、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するために、パッド電極を設けてもよい。パッド電極は、Ｔｉ（チタン）、アルミニウム（Ａｌ）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｎｉ（ニッケル）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましい。あるいは又、パッド電極を、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ａｕの多層構成に例示される多層構成とすることもできる。
　第１の構成あるいは第２の構成のモード同期半導体レーザ素子においては、前述したとおり、第１電極と第２部分との間に逆バイアス電圧Ｖsaを印加する構成（即ち、第１電極を正極、第２部分を負極とする構成）とすることが望ましい。尚、第２電極の第２部分には、第２電極の第１部分に印加するパルス電流あるいはパルス電圧と同期したパルス電流あるいはパルス電圧を印加してもよいし、直流バイアスを印加してもよい。また、第２電極から発光領域を経由して第１電極に電流を流し、且つ、第２電極から発光領域を経由して第１電極に外部電気信号を重畳させる形態とすることができる。そして、これによって、レーザ光と外部電気信号との間の同期を取ることができる。あるいは又、積層構造体の一端面から光信号を入射させる形態とすることができる。そして、これによっても、レーザ光と光信号との間の同期を取ることができる。また、第２化合物半導体層において、第３化合物半導体層と電子障壁層との間には、ノンドープ化合物半導体層（例えば、ノンドープＩｎＧａＮ層、あるいは、ノンドープＡｌＧａＮ層）を形成してもよい。更には、第３化合物半導体層とノンドープ化合物半導体層との間に、光ガイド層としてのノンドープＩｎＧａＮ層を形成してもよい。第２化合物半導体層の最上層を、ＭｇドープＧａＮ層（ｐ側コンタクト層）が占めている構造とすることもできる。
　モード同期半導体レーザ素子は、バイ・セクション型（２電極型）の半導体レーザ素子に限定するものではなく、その他、マルチセクション型（多電極型）の半導体レーザ素子、発光領域と可飽和吸収領域とを垂直方向に配置したＳＡＬ（Saturable Absorber Layer）型や、リッジストライプ構造に沿って可飽和吸収領域を設けたＷＩ（Weakly Index guide）型の半導体レーザ素子を採用することもできる。
　前述したとおり、半導体光増幅器を備えている場合、半導体光増幅器は、第１の分散補償光学装置から出射されたレーザ光を増幅する、ＩＩＩ－Ｖ族窒化物系半導体層の積層構造体、又は、ワイドギャップ半導体層の積層構造体から成る構成とすることが好ましい。尚、この場合、半導体レーザ装置組立体から出力されるレーザ光は、周波数チャープが負であり、パルス時間幅が０．５ピコ秒以下であることが望ましい。ここで、半導体光増幅器へ入射するレーザ光のパルス時間幅をτ1、半導体光増幅器から出射されるレーザ光のパルス時間幅をτ2としたとき、τ1＞τ2であり、且つ、半導体光増幅器の駆動電流値が高い程、τ2の値が小さくなる形態とすることができる。また、半導体光増幅器において、キャリアのバンド内緩和時間は、２５フェムト秒以下であることが好ましい。また、半導体光増幅器から出射されるレーザ光の光スペクトル幅は４．５ＴＨｚ以上であることが好ましい。波長λ（単位：メートル）のレーザ光の光スペクトル幅ΔＳＰLは、通常、長さの単位（メートル）で表されるが、これを周波数ΔＳＰFで表示すると、光速をｃ（単位：メートル／秒）としたとき、以下の関係にある。
ΔＳＰF＝ΔＳＰL×ｃ／（λ2）
　更には、半導体光増幅器の駆動電流密度は５×１０3アンペア／ｃｍ2以上であることが望ましい。駆動電流密度とは、半導体光増幅器を駆動するための電流を、半導体光増幅器における駆動電流が流れる部分の面積で除した値である。更には、半導体光増幅器の光閉込め係数は３％以下、好ましくは１％以下であることが望ましく、これによって、半導体光増幅器の一層の高出力化を達成することができる。更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の半導体レーザ装置組立体にあっては、半導体光増幅器へ入射するレーザ光の光スペクトル幅に対して、半導体光増幅器から出射されるレーザ光の光スペクトル幅が、２．５ＴＨｚ以上増加することが望ましい。
　半導体光増幅器の光閉込め係数を３％以下、望ましくは１％以下とすることが望ましいが、そのためには、半導体光増幅器において、
　第１化合物半導体層は、基体側から、第１クラッド層及び第１光ガイド層の積層構造を有し、
　積層構造体は、第２化合物半導体層、第３化合物半導体層（活性層）、及び、第１光ガイド層の厚さ方向の一部分から構成されたリッジストライプ構造を有し、
　第１光ガイド層の厚さをｔ1、リッジストライプ構造を構成する第１光ガイド層の部分の厚さをｔ1’としたとき、
６×１０-7ｍ＜ｔ1
好ましくは、
８×１０-7ｍ≦ｔ1
を満足し、
０（ｍ）＜ｔ1’≦０．５・ｔ1
好ましくは、
０（ｍ）＜ｔ1’≦０．３・ｔ1
を満足する形態とすることが好ましい。このような形態の半導体光増幅器を、便宜上、『第１の構成の半導体光増幅器』と呼ぶ。このように、第１光ガイド層の厚さｔ1を規定することで、光閉込め係数を低くすることができ、また、光場強度分布のピークが第３化合物半導体層（活性層）から第１光ガイド層へと移動する結果、高出力動作時に第３化合物半導体層付近の光密度を低下させることができ、光学的損傷を防ぐことができるだけでなく、半導体光増幅器において、増幅レーザ光の飽和エネルギーが増大し、高出力化の達成を図ることができる。しかも、リッジストライプ構造を構成する第１光ガイド層の部分の厚さｔ1’を規定することで、出力される光ビームの単一モード化を達成することができる。また、スラブ導波路の幅と第１光ガイド層の厚さが同程度となる結果、真円に近い光ビーム断面形状を得ることができ、レンズや光ファイバを用いる応用において集光特性が劣化する等の弊害が生じることが無い。あるいは又、リッジストライプ構造の幅（例えば、光出射端面におけるリッジストライプ構造の幅）をＷとしたとき、
０．２×Ｗ＜ｔ1＜１．２×Ｗ
好ましくは、
０．２×Ｗ＜ｔ1≦Ｗ
の関係を満足することが好ましい。尚、
ｔ1≦３×１０-6ｍ
を満足することが望ましい。第１ガイド層の厚さｔ1を３×１０-6ｍ以下とする結晶成長を行えば、結晶成長表面モホロジーが荒れることが無く、半導体光増幅器から出射されるレーザ光の特性や電気特性が劣化することを防止し得る。
　第１の構成の半導体光増幅器において、半導体光増幅器は単一モードの光ビームを出射する形態とすることができる。そして、この場合、積層構造体の光出射端面から出射された光ビームのリッジストライプ構造の幅方向の寸法をＬＢX、リッジストライプ構造の厚さ方向の寸法をＬＢYとしたとき、
０．２≦ＬＢY／ＬＢX≦１．２
好ましくは、
０．２≦ＬＢY／ＬＢX≦１．０
を満足することが望ましい。更には、積層構造体の光出射端面において、リッジストライプ構造の厚さ方向に沿った、積層構造体における活性層中心点から、積層構造体から出射される光ビームの中心点までの距離ＹCCは、
ｔ1’≦ＹCC≦ｔ1
好ましくは、
ｔ1’≦ＹCC≦０．５・ｔ1
を満足することが望ましい。
　そして、第１の構成の半導体光増幅器において、第１光ガイド層内には、第１光ガイド層を構成する化合物半導体材料の屈折率よりも高い屈折率を有する化合物半導体材料から成る高屈折率層が形成されている構成とすることができる。
　具体的には、第１の構成の半導体光増幅器におけるこのような構成にあっては、第１光ガイド層を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎG-1、高屈折率層を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎHRとしたとき、
０．０１≦ｎHR－ｎG-1≦０．１
好ましくは、
０．０３≦ｎHR－ｎG-1≦０．１
を満足する形態とすることができる。第３化合物半導体層（活性層）を構成する化合物半導体材料の平均屈折率をｎAcとしたとき、
ｎHR≦ｎAc
を満足することが好ましい。更には、第２化合物半導体層は、基体側から、第２光ガイド層及び第２クラッド層の積層構造を有し、第１光ガイド層の厚さは、第２光ガイド層の厚さよりも厚い形態とすることができる。
　あるいは又、前述したとおり、光閉込め係数を３％以下、望ましくは１％以下とすることが望ましいが、そのためには、半導体光増幅器において、
　積層構造体は、少なくとも第２化合物半導体層の厚さ方向の一部分から構成されたリッジストライプ構造を有し、
　第１化合物半導体層は、０．６μｍを超える厚さ（厚さの上限値として、例えば、１０μｍを例示することができる）を有し、
　第１化合物半導体層内には、第１化合物半導体層を構成する化合物半導体材料の屈折率よりも高い屈折率を有する化合物半導体材料から成る高屈折率層が形成されている形態とすることができる。このような形態の半導体光増幅器を、便宜上、『第２の構成の半導体光増幅器』と呼ぶ。
　このように、第２の構成の半導体光増幅器にあっては、第１化合物半導体層は０．６μｍを超える厚さを有するので、光閉込め係数を低くすることができ、また、光場強度分布のピークが第３化合物半導体層（活性層）から第１化合物半導体層へと移動する結果、高出力動作時に第３化合物半導体層付近の光密度を低下させることができ、光学的損傷を防ぐことができるだけでなく、半導体光増幅器において、増幅レーザ光の飽和エネルギーが増大し、高出力化の達成を図ることができる。しかも、第１化合物半導体層内には、第１化合物半導体層を構成する化合物半導体材料の屈折率よりも高い屈折率を有する化合物半導体材料から成る高屈折率層が形成されているので、高屈折率層を設けない場合と比較して、より広い範囲で化合物半導体層の厚さ方向の単一モードの条件を満たすことができ、カットオフ条件の緩和が可能となり、単一モードの光ビームを出力することができる。
　そして、第２の構成の半導体光増幅器において、
　第１化合物半導体層は、基体側から、第１クラッド層及び第１光ガイド層の積層構造を有し、
　第１光ガイド層は、０．６μｍを超える厚さを有し、
　高屈折率層は、第１光ガイド層の内部に形成されている形態とすることができる。即ち、このような形態にあっては、第１光ガイド層は、基体側から、第１光ガイド層の第１の部分、高屈折率層、第１光ガイド層の第２の部分が積層された構成を有する。ここで、第１光ガイド層の第１の部分を、便宜上、『第１－Ａ光ガイド層』と呼び、第１光ガイド層の第２の部分を、便宜上、『第１－Ｂ光ガイド層』と呼ぶ。
　そして、この場合、第３化合物半導体層（活性層）と第１光ガイド層との界面（第３化合物半導体層と第１－Ｂ光ガイド層との界面）から、第３化合物半導体層側に位置する第１光ガイド層の部分（第１－Ｂ光ガイド層）と高屈折率層との界面までの距離（云い換えれば、第１－Ｂ光ガイド層の厚さ）は、０．２５μｍ以上であることが望ましい。第１光ガイド層の厚さから高屈折率層の厚さを減じた値の上限値として、５μｍを例示することができる。
　また、第１光ガイド層を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎG-1、高屈折率層を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎHRとしたとき、
０＜ｎHR－ｎG-1≦０．３
好ましくは、
０．０２≦ｎHR－ｎG-1≦０．２
を満足する形態とすることができる。第３化合物半導体層（活性層）を構成する化合物半導体材料の平均屈折率をｎAcとしたとき、
ｎHR≦ｎAc
を満足することが好ましい。
　そして、第２の構成の半導体光増幅器にあっては、半導体光増幅器は単一モードの光ビームを出射する形態とすることができる。そして、この場合、積層構造体の光出射端面から出射された光ビームのリッジストライプ構造の幅方向の寸法をＬＢX、リッジストライプ構造の厚さ方向の寸法をＬＢYとしたとき、
３×１０0≦ＬＢY／ＬＢX≦１×１０3
好ましくは、
１×１０1≦ＬＢY／ＬＢX≦１×１０2
を満足することが望ましい。更には、積層構造体の光出射端面において、リッジストライプ構造の厚さ方向に沿った、積層構造体における活性層中心点から、積層構造体から出射される光ビームの中心点までの距離ＹCCは、
０ｍ＜ＹCC≦（第１光ガイド層の厚さ）
好ましくは、
０ｍ＜ＹCC≦（第１－Ｂ光ガイド層の厚さ）
を満足することが望ましい。更には、第２化合物半導体層は、基体側から、第２光ガイド層及び第２クラッド層の積層構造を有し、第１光ガイド層の厚さは、第２光ガイド層の厚さよりも厚い形態とすることができる。
　半導体光増幅器において、積層構造体は、具体的には、ＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成る構成とすることができる。第１の構成あるいは第２の構成の半導体光増幅器における高屈折率層も、ＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成る構成とすることができる。半導体光増幅器の構成、構造は、第２電極が分割されていない点を除き、実質的に、半導体レーザ素子の構成、構造と同様とすることができる。
　更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の半導体レーザ装置組立体において、光スペクトル整形手段を更に備えている構成とすることができる。光スペクトル整形手段は、第２の分散補償光学装置から系外に出射されたレーザ光に対して光スペクトルを整形する。あるいは又、光スペクトル整形手段は、第２の分散補償光学装置と半導体光増幅器との間に配置されている。ここで、光スペクトル整形手段は、誘電多層膜から構成されたバンドパスフィルタから成り、第２の分散補償光学装置から系外に出射されたレーザ光は、バンドパスフィルタを複数回、通過する構成とすることができる。バンドパスフィルタは、例えば、低誘電率を有する誘電体薄膜と高誘電率を有する誘電体薄膜とを積層することで得ることができる。このように、第２の分散補償光学装置から系外に出射されたレーザ光を、光スペクトル整形手段を通過させることで、より確実に、適切なパルス伸長状態を得ることができる。但し、光スペクトル整形手段は、バンドパスフィルタに限定されるものではなく、必要なスペクトル幅が得られる構成であれば、回折格子やブラッグ回折格子、体積ホログラフィック回折格子等の波長分散素子から構成することもできる。
　本開示の半導体レーザ装置組立体を、例えば、光ディスクシステム、通信分野、光情報分野、光電子集積回路、非線形光学現象を応用した分野、光スイッチ、レーザ計測分野や種々の分析分野、超高速分光分野、多光子励起分光分野、質量分析分野、多光子吸収を利用した顕微分光の分野、化学反応の量子制御、ナノ３次元加工分野、多光子吸収を応用した種々の加工分野、医療分野、バイオイメージング分野、量子情報通信分野、量子情報処理分野といった分野に適用することができる。
　実施例１は、本開示の半導体レーザ装置組立体に関する。実施例１の半導体レーザ装置組立体の概念図を図１に示し、半導体レーザ素子１０の共振器の延びる方向に沿った（即ち、図３の矢印Ｉ－Ｉに沿った）模式的な端面図を図２に示し、半導体レーザ素子の共振器の延びる方向と直角方向に沿った（即ち、図２の矢印ＩＩ－ＩＩに沿った）模式的な断面図を図３に示す。
　実施例１あるいは後述する実施例２～実施例１５の半導体レーザ装置組立体は、
　半導体レーザ素子（具体的には、モード同期半導体レーザ素子）１０、及び、
　半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光が入出射する第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０、及び、
　第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０から出射されたレーザ光が入出射する第２の分散補償光学装置１５０、
から構成されており、
　第２の分散補償光学装置１５０は、第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０からのレーザ光の波長毎に群速度分散値を制御する。
　あるいは又、第２の分散補償光学装置１５０は、第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０からのレーザ光の位相を、光スペクトルの周波数成分毎に、周波数の３次以上の次数の関数（例えば、３次以上の次数の多項式）で変調する。
　ここで、実施例１あるいは後述する実施例２～実施例１５における半導体レーザ装置組立体において、
　半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光は、第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０に入射し、
　第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０に入射したレーザ光の一部は半導体レーザ素子１０に戻され、残りは第２の分散補償光学装置１５０に向けて出射される。
　具体的には、実施例１の半導体レーザ装置組立体において、
　第１の分散補償光学装置１１０は、具体的には、ホログラフィック型であって反射型の第１の回折格子１１１、第１の集光手段（具体的には、第１のレンズ）１１２、及び、反射鏡（具体的には、平面反射鏡であり、より具体的には、例えば、誘電多層膜反射鏡）１１３Ａから成り、
　半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光は、第１の回折格子１１１と衝突し、
　第１の回折格子１１１からの０次光（具体的には、第１の回折格子１１１において反射された０次の回折光）は第２の分散補償光学装置１５０に向けて出射され、
　第１の回折格子１１１からの回折光（具体的には、第１の回折格子１１１において反射された１次以上の回折光）は第１の集光手段１１２を介して反射鏡１１３Ａに入射し、次いで、反射鏡１１３Ａから出射され、第１の集光手段１１２、第１の回折格子１１１を介して半導体レーザ素子１０に戻される。
　第１の分散補償光学装置１１０からのレーザ光は、例えば、光アイソレータ（図示せず）を経由して第２の分散補償光学装置１５０に入射する。光アイソレータは、第２の分散補償光学装置１５０からの戻り光が半導体レーザ素子１０に向かうことを防止するために配置されている。
　外部共振器構造は、半導体レーザ素子１０及び第１の分散補償光学装置１１０によって構成される。具体的には、外部共振器構造の一端は反射鏡１１３Ａから構成され、外部共振器構造の他端は、半導体レーザ素子１０を構成する積層構造体の光反射端面（第１端面）から構成される。第１の集光手段１１２と反射鏡１１３Ａとの間の距離を固定した状態で、第１の回折格子１１１と第１の集光手段１１２との間の距離を周知の移動手段を用いて変えることで、第１の分散補償光学装置１１０における群速度分散値（分散補償量）を変えることができる。具体的には、第１の集光手段１１２と反射鏡１１３Ａとを、一体として、第１の集光手段１１２の光軸上（１次の回折光の光路上）を移動させることで、第１の分散補償光学装置１１０に入射するレーザ光と出射するレーザ光とにおいて、相互に分散の変化を生じさせる。
　例えば、第１の回折格子１１１と第１の集光手段１１２との間の距離が第１の集光手段１１２の焦点距離と等しい場合、第１の回折格子１１１から第１の集光手段１１２に向かうレーザ光と反射鏡１１３Ａで反射されて第１の集光手段１１２を経由して第１の回折格子１１１に入射するレーザ光の角度分散は変化しない。従って、この場合、第１の分散補償光学装置１１０が与える分散補償量はゼロである。一方、第１の回折格子１１１と第１の集光手段１１２との距離が第１の集光手段１１２の焦点距離よりも長い場合、第１の回折格子１１１で回折されたレーザ光の内、長波長成分の光路は短波長成分の光路よりも長くなり、この場合、負の群速度分散を形成する。即ち、群速度分散値は負となる。以下の説明において、第１の回折格子１１１と第１の集光手段１１２との距離を『距離Ｌ』と呼ぶ。距離Ｌ＝０ｍｍとは、第１の回折格子１１１と第１の集光手段１１２との距離が第１の集光手段１１２の焦点距離と同じことを意味し、距離Ｌの値（Ｌ＞０）は、第１の回折格子１１１と第１の集光手段１１２との距離が第１の集光手段１１２の焦点距離よりもＬｍｍ長いことを意味する。分散補償量は、距離Ｌに比例する量である。距離Ｌが正の値において第１の分散補償光学装置１１０が与える分散は負の群速度分散である。
　半導体レーザ素子１０と第１の回折格子１１１との間には、半導体レーザ素子１０からのレーザ光を平行光束とするためのコリメート手段１１である焦点距離４．０ｍｍの非球面の凸レンズが配されている。第１の回折格子１１１及び第２の回折格子１５１に入射（衝突）するレーザ光の中に含まれる第１の回折格子１１１及び第２の回折格子１５１における格子状のパターンの本数は、実施例にあっては、２４００本／ｍｍである。
　実施例１にあっては、凸のパワーを有する第１の集光手段（レンズ）１１２と反射鏡１１３Ａとの間の距離を１００ｍｍとし、第１の集光手段１１２の焦点距離ｆを１００ｍｍとした。即ち、第１の集光手段１１２と反射鏡１１３Ａとの間の距離と、第１の集光手段（レンズ）１１２の焦点距離ｆとは一致しており、レーザ光の像は、第１の集光手段１１２によって反射鏡１１３Ａにおいて結像する。第１の集光手段１１２に入射する光と出射する光とは、倍率１．０の望遠鏡における入射レーザ光と出射レーザ光の関係にある。これらの距離は固定である。
　また、第２の分散補償光学装置１５０は、ホログラフィック型であって反射型の回折格子から成る第２の回折格子１５１、第２の集光手段（具体的には、第２のレンズ）１５２、及び、空間位相変調器（位相補償光学装置）１５３Ａ，１５３Ｂ，１５３Ｃから成り、
　第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０からのレーザ光は、第２の回折格子１５１と衝突し、第２の回折格子１５１からの回折光は、第２の集光手段１５２を介して空間位相変調器１５３Ａ，１５３Ｂ，１５３Ｃに入射し、次いで、空間位相変調器１５３Ａ，１５３Ｂ，１５３Ｃから出射して、第２の集光手段１５２、第２の回折格子１５１、ミラー１５４を介して系外に出射され、
　空間位相変調器１５３Ａ，１５３Ｂ，１５３Ｃによって、第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０から出射するレーザ光の波長毎に群速度分散値が制御される。そして、実施例１にあっては、空間位相変調器（位相補償光学装置）１５３Ａは、空間光位相変調器である反射型液晶表示装置から成る。
　ミラー１５４は、第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０から第２の回折格子１５１へと進行するレーザ光の進路を妨げないように、図１の紙面に対して垂直な方向に配置されている。第２の回折格子１５１の角度は、回折方向と直交した方向に僅かに傾けられている。即ち、図１におけるＺ軸を中心として僅かに回転させている。これによって、第２の回折格子１５１への入射レーザ光と出射レーザ光を空間的に分離することが可能となり、第２の回折格子１５１からの出射レーザ光を系外に出力することができる。
　実施例１にあっては、凸のパワーを有する第２の集光手段（レンズ）１５２と空間位相変調器１５３Ａとの間の距離を１００ｍｍとし、第２の集光手段１５２の焦点距離ｆを１００ｍｍとした。即ち、第２の集光手段１５２と空間位相変調器１５３Ａとの間の距離と、第２の集光手段１５２の焦点距離ｆとは一致しており、レーザ光の像は、第２の集光手段１５２によって空間位相変調器１５３Ａにおいて結像する。第２の集光手段１５２に入射する光と出射する光とは、倍率１．０の望遠鏡における入射レーザ光と出射レーザ光の関係にある。これらの距離は固定である。
　実施例１にあっては、上述したとおり、空間位相変調器１５３Ａを反射型液晶表示装置（具体的には、ＬＣＯＳ）から構成している。そして、平行に配向されたネマチック液晶層に電圧を印加することで、液晶層においてレーザ光を変調し、位相を変調する。第２の回折格子１５１からの回折光は、第２の集光手段１５２を介して空間位相変調器１５３Ａに入射するが、第２の回折格子１５１からの回折光の出射角はレーザ光の波長に依存する。それ故、空間位相変調器１５３Ａへの入射位置はレーザ光の波長に依存する。従って、空間位相変調器１５３Ａの各領域（ピクセル）に適切な電圧を印加することで、空間位相変調器１５３Ａの各領域（ピクセル）における位相を変調し、空間位相変調器１５３Ａに入射し、出射するレーザ光の位相を変調することができる結果、レーザ光の群速度分散値を制御することができる。
　ＬＣＯＳから成る空間位相変調器１５３Ａの諸元を以下に例示する。
デバイスサイズ：１６ｍｍ×１２ｍｍ
ピクセル数　　：８００×６００ピクセル
ピクセルサイズ：２０×２０μｍ
　図５を用いて、実施例１の第２の分散補償光学装置１５０の原理を説明する。実施例１の第２の分散補償光学装置１５０にあっては、反射型のＬＣＯＳから成る空間位相変調器１５３Ａによってレーザ光は折り返される。それ故、図５のように表わしても一般性を失わない。図５にあっては、左側に示す回折格子ａ（第２の回折格子１５１）に入射した光が、空間的に分散された後、集光手段ａ（第２の集光手段１５２）によって平行光に変換され、透過型のＬＣＯＳから成る空間位相変調器１５３Ａを通過した後、再び集光手段ｂ（第２の集光手段１５２）によって右側に示す回折格子ｂ（第２の回折格子１５１）に集光される。図５では、入射光の波長分布が回折格子ａによって空間的に分散され、分散された光が空間位相変調器１５３Ａを透過する際に空間位相変調器１５３Ａによって位相の変化を受ける。空間位相変調器１５３Ａの領域毎（ピクセル毎）に位相の変化量を制御することで、第２の分散補償光学装置１５０を透過するレーザ光に任意の位相変化を波長毎に与えることが可能になる。回折格子ａ、集光手段ａ、空間位相変調器１５３Ａ、集光手段ｂ、回折格子ｂの間の距離は、いずれも、集光手段ａ及び集光手段ｂの焦点距離ｆと等しい。このような構成によれば、回折格子上のレーザ光の角度情報は、透過型のＬＣＯＳから成る空間位相変調器の位置情報とフーリエ変換の関係にある。
　そして、前述したとおり、第２の分散補償光学装置１５０は、第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０からのレーザ光の位相を、光スペクトルの周波数成分毎に、周波数の３次以上の次数の関数で変調する。具体的には、ＬＣＯＳの各ピクセルに適切な電圧を印加することで、ＬＣＯＳの各ピクセルにおける液晶分子の配向状態を変化させ、屈折率を変調（変化）させることによって、ＬＣＯＳに入射し、出射するレーザ光の位相を変調することができる。ここで、ＬＣＯＳの各ピクセルに印加する電圧の変化パターン（図５の矢印「Ａ」に沿った各ピクセルに印加する電圧の変化パターン）を３次以上の次数の関数とすることで、ＬＣＯＳが、第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０からのレーザ光の位相を、光スペクトルの周波数成分毎に、周波数の３次以上の次数の関数（例えば、３次以上の次数の多項式）で変調することを達成することができる。即ち、第２の分散補償光学装置１５０は、第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０からのレーザ光の位相を、光スペクトルの周波数成分毎に、レーザ光の第２の分散補償光学装置１５０への入射位置の３次以上の次数の関数で変調する。具体的には、例えば、ＬＣＯＳのピクセルの位置を「ｘ」で表したとき、３次以上の次数の多項式、ａnｘn＋ａn-1ｘn-1＋・・・＋ａ1ｘ＋ａ0（但し、ｎは３以上の自然数）で変調する。
　具体的には、ＬＣＯＳの各ピクセルに印加する電圧の変化パターンの一例を図３１Ｂに示す。尚、ピクセル上の位相は２πで折り返して「Ｂ」で表示している。また、全位相変化量を「Ａ」で示している。ところで、２次の位相分散は、入射光の周波数に対して群速度分散（ＧＤＤ）の値を一定にすることで実現できる。また、３次以上の位相分散は周波数に対してＧＤＤの値を線形に変化させることによって実現することができる。そこで、第２の分散補償光学装置１５０から出力される光パルスの自己相関波形を観測しながら、第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０からのレーザ光の波長毎に群速度分散値を制御（調整）することで、出射されるレーザ光の位相の最適化を図ることができる。第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０からのレーザ光の波長毎に群速度分散値を制御する（あるいは、第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０からのレーザ光の位相を、光スペクトルの周波数成分毎に、周波数の３次以上の次数の関数で変調する）ことで得られた光パルスの自己相関波形を図３１Ａに「圧縮後」で示す。尚、波形「圧縮前」は、図３３Ａに示した自己相関波形である。図３３Ｃに示した光パルス（２次の位相分散のみが補正されている）の自己相関波形と比較すると、２ピコ秒程度の遅い成分が抑圧されており、光パルス中心部にエネルギーが集中していることが判る。強度の自己相関波形の半値全幅は２３０フェムト秒と評価され、パルス波形をｓｅｃｈ2関数としたときの畳み込み因子を利用すると、パルス時間幅は１５０フェムト秒と評価された。この値は、ＩｎＧａＮ半導体レーザ素子から成るモード同期半導体レーザ素子において得られた最短のパルス時間幅である。尚、図３３Ｃに示した光パルスにあっては、強度の自己相関波形の半値全幅は２９０フェムト秒と評価され、パルス波形をｓｅｃｈ2関数としたときの畳み込み因子を利用すると、パルス時間幅は１９０フェムト秒と評価された。
　図３５に示すように、波長λの光が反射型の回折格子に角度αで入射し、角度βで回折するものとする。ここで、角度α，βは回折格子の法線からの角度であり、反時計回りを正とする。するとグレーティング方程式は次のとおりとなる。ここで、ｄGは回折格子の溝の間隔であり、ｍは回折次数（ｍ＝０，±１，±２・・・である。
ｄG×｛ｓｉｎ（α）＋ｓｉｎ（β）｝＝ｍ・λ　　　（Ａ）
　溝の斜面に対して、入射レーザ光とｍ次の回折光が鏡面反射の関係にあるとき、ｍ次の回折光にエネルギーの大部分が集中する。このときの溝の傾きをブレーズ角と呼び、θBで表すと、
θB＝（α＋β）／２
となる。また、このときの波長はブレーズ波長と呼ばれ、λBと表すと、
λB＝｛２ｄG／ｍ｝ｓｉｎ（θB）・ｃｏｓ（α－θB）
となる。
　また、第２の回折格子１５１の分散角によって１ピクセルあたりの波長範囲が変化する。これを補正する第２の分散補償光学装置１５０の例を、図４に示す。第２の分散補償光学装置１５０における第２の回折格子１５１と第２の集光手段１５２との間に凹レンズ１５２’を設けることで、第２の回折格子１５１の虚像を形成し、角度分散を所望の倍率ｍだけ拡大することが可能となる。ここで、第２の回折格子１５１から凹レンズ１５２’までの距離を「ａ」、凹レンズ１５２’から第２の集光手段（凸レンズ）１５２までの距離を「ｄ」、凹レンズ１５２’の焦点距離を「ｂ」、第２の集光手段（凸レンズ）１５２の焦点距離、第２の集光手段１５２から空間位相変調器１５３Ａまでの距離を「ｆ」としたとき、
ａ＝ｆ・（ｍ－１）
ｂ＝ｆ・（ｍ－１）／ｍ
ｄ＝ｆ－ｂ
となる。
　実施例１あるいは後述する実施例２～実施例１５における半導体レーザ素子１０は、可飽和吸収領域を有するモード同期半導体レーザ素子から成る。そして、モード同期半導体レーザ素子は、
　ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１導電型（実施例においては、ｎ型導電型）を有する第１化合物半導体層３０、
　ＧａＮ系化合物半導体から成る第３化合物半導体層（活性層）４０、及び、
　ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１導電型とは異なる第２導電型（実施例においては、ｐ型導電型）を有する第２化合物半導体層５０、
が、順次、積層されて成る積層構造体を有する。第１化合物半導体層３０は、基体（具体的には、基板２１）上に形成されている。
　より具体的には、半導体レーザ素子１０は、具体的には、共振器方向に発光領域と可飽和吸収領域とを並置した、発光波長４０５ｎｍ帯のバイ・セクション型のモード同期半導体レーザ素子から成る。そして、実施例１あるいは後述する実施例２～実施例１５におけるバイ・セクション型の半導体レーザ素子１０は、ピークパワーの光密度が１×１０10ワット／ｃｍ2以上、好ましくは１．４×１０10ワット／ｃｍ2以上であり、且つ、キャリア密度が１×１０19／ｃｍ3以上である電流注入型であって受動モード同期のモード同期半導体レーザ素子であり、第１の構成あるいは第２の構成のモード同期半導体レーザ素子であり、図２及び図３に示すように、
　（ａ）第１導電型（各実施例においては、具体的には、ｎ型導電型）を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層３０、
　ＧａＮ系化合物半導体から成る発光領域（利得領域）４１及び可飽和吸収領域４２を構成する第３化合物半導体層（活性層）４０、並びに、
　第１導電型と異なる第２導電型（各実施例においては、具体的には、ｐ型導電型）を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第２化合物半導体層５０、
が、順次、積層されて成る積層構造体、
　（ｂ）第２化合物半導体層５０上に形成された帯状の第２電極６２、並びに、
　（ｃ）第１化合物半導体層３０に電気的に接続された第１電極６１、
を備えている。
　第２電極６２は、発光領域（利得領域）４１を経由して第１電極６１に直流電流を流すことで順バイアス状態とするための第１部分６２Ａと、可飽和吸収領域４２に電界を加えるための第２部分６２Ｂ（可飽和吸収領域４２に逆バイアス電圧Ｖsaを加えるための第２部分６２Ｂ）とに、分離溝６２Ｃによって分離されている。ここで、第２電極６２の第１部分６２Ａと第２部分６２Ｂとの間の電気抵抗値（『分離抵抗値』と呼ぶ場合がある）は、第２電極６２と第１電極６１との間の電気抵抗値の１×１０倍以上、具体的には１．５×１０3倍である。また、第２電極６２の第１部分６２Ａと第２部分６２Ｂとの間の電気抵抗値（分離抵抗値）は、１×１０2Ω以上、具体的には、１．５×１０4Ωである。半導体レーザ素子１０の共振器長を６００μｍ、第２電極６２の第１部分６２Ａ、第２部分６２Ｂ、分離溝６２Ｃのそれぞれの長さを、５６０μｍ、３０μｍ、１０μｍとした。また、リッジストライプ構造５５の幅を１．４μｍとした。リッジストライプ構造５５は、端面反射を軽減させるために光出射端面（第２端面）に向かって湾曲しているが、このような形状に限定するものではない。リッジストライプ構造５５は、光反射端面（第１端面）には直交している。
　実施例１あるいは後述する実施例２～実施例１５における半導体レーザ素子１０は、具体的には、リッジストライプ型の分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ構造）を有する半導体レーザ素子である。より具体的には、この半導体レーザ素子１０は、インデックスガイド型のＡｌＩｎＧａＮから成るＧａＮ系半導体レーザ素子であり、リッジストライプ構造を有する。そして、第１化合物半導体層３０、第３化合物半導体層（活性層）４０、及び、第２化合物半導体層５０は、具体的には、ＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成り、より具体的には、以下の表２に示す層構成を有する。ここで、表２において、下方に記載した化合物半導体層ほど、ｎ型ＧａＮ基板２１に近い層である。第３化合物半導体層４０における井戸層を構成する化合物半導体のバンドギャップは３．０６ｅＶである。実施例１あるいは後述する実施例２～実施例１５における半導体レーザ素子１０は、ｎ型ＧａＮ基板２１の（０００１）面上に設けられており、第３化合物半導体層４０は量子井戸構造を有する。ｎ型ＧａＮ基板２１の（０００１）面は、『Ｃ面』とも呼ばれ、極性を有する結晶面である。
［表２］
第２化合物半導体層５０
　　ｐ型ＧａＮコンタクト層（Ｍｇドープ）５４
　　ｐ型ＧａＮ（Ｍｇドープ）／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層５３
　　ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層（Ｍｇドープ）５２
　　ノンドープＩｎＧａＮ光ガイド層５１
第３化合物半導体層４０
　　ＩｎＧａＮ量子井戸活性層
　　　　（井戸層：Ｉｎ0.08Ｇａ0.92Ｎ／障壁層：Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ）
第１化合物半導体層３０
　　ｎ型ＧａＮクラッド層３２
　　ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３１
但し、
井戸層（２層）　　　８ｎｍ　　ノン・ドープ
障壁層（３層）　　１４ｎｍ　　Ｓｉドープ
　また、ｐ型ＧａＮコンタクト層５４及びｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層５３の一部は、ＲＩＥ法にて除去されており、リッジストライプ構造５５が形成されている。リッジストライプ構造５５の両側にはＳｉＯ2／Ｓｉから成る積層絶縁膜５６が形成されている。尚、ＳｉＯ2層が下層であり、Ｓｉ層が上層である。ここで、リッジストライプ構造５５の有効屈折率と積層絶縁膜５６の有効屈折率との差は、５×１０-3乃至１×１０-2、具体的には、７×１０-3である。そして、リッジストライプ構造５５の頂面に相当するｐ型ＧａＮコンタクト層５４上には、第２電極（ｐ側オーミック電極）６２が形成されている。一方、ｎ型ＧａＮ基板２１の裏面には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕから成る第１電極（ｎ側オーミック電極）６１が形成されている。
　実施例１あるいは後述する実施例２～実施例１５における半導体レーザ素子１０にあっては、第３化合物半導体層４０及びその近傍から発生した光密度分布に、Ｍｇドープした化合物半導体層である、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層５２、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層５３及びｐ型ＧａＮコンタクト層５４が出来るだけ重ならないようにすることで、内部量子効率が低下しない範囲で、内部損失を抑制している。そして、これにより、レーザ発振が開始される閾値電流密度を低減させている。具体的には、第３化合物半導体層４０からｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層５２までの距離ｄを０．１０μｍ、リッジストライプ構造５５の高さを０．３０μｍ、第２電極６２と第３化合物半導体層４０との間に位置する第２化合物半導体層５０の厚さを０．５０μｍ、第２電極６２の下方に位置するｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層５３の部分の厚さを０．４０μｍとした。
　実施例１あるいは後述する実施例２～実施例１５における半導体レーザ素子１０において、コリメート手段１１と対向する光出射端面（第２端面）には、無反射コート層（ＡＲ）が形成されている。一方、半導体レーザ素子１０における光出射端面（第２端面）と対向する光反射端面（第１端面）には、高反射コート層（ＨＲ）が形成されている。可飽和吸収領域４２は、半導体レーザ素子１０における第１端面の側に設けられている。無反射コート層（低反射コート層）として、酸化チタン層、酸化タンタル層、酸化ジルコニア層、酸化シリコン層及び酸化アルミニウム層から成る群から選択された少なくとも２種類の層の積層構造を挙げることができる。
　実施例１あるいは後述する実施例２～実施例１５における半導体レーザ素子１０のパルス繰返し周波数を１ＧＨｚとした。半導体レーザ素子１０は、レーザ光の繰返し周波数が１ＧＨｚ以下であることが好ましい。尚、外部共振器長さＸ’（第１端面と反射鏡１１３との間の距離）によって光パルス列の繰り返し周波数ｆが決定され、次式で表される。ここで、ｃは光速であり、ｎは共振器の実効的な屈折率である。
ｆ＝ｃ／（２ｎ・Ｘ’）
　レーザ発振に必要な光学利得を得るためには第３化合物半導体層（活性層）４０内に高密度のキャリアを注入（励起）し、反転分布を形成する必要がある。ここで、電子及び正孔の有効質量が大きいＧａＮ系化合物半導体から半導体レーザ素子を構成する場合、光学利得が正の値を取るには第３化合物半導体層４０のキャリア密度が１０19／ｃｍ3を超える必要がある（例えば、高橋清監修、吉川明彦、長谷川文夫編著「ワイドギャップ半導体　光・電子デバイス」、森北出版、p.124-126 参照）。この反転分布キャリア密度は、ＧａＡｓ系化合物半導体から成る半導体レーザ素子と比較して、１桁程度高く、ＧａＮ系化合物半導体から成る半導体レーザ素子の発振には非常に高密度のキャリア密度を注入する必要がある。実施例のモード同期半導体レーザ素子にあっては、キャリア密度（反転分布キャリア密度）は約１．７×１０19／ｃｍ3と見積もられる。
　ところで、上述したとおり、第２化合物半導体層５０上に、１×１０2Ω以上の分離抵抗値を有する２電極６２を形成することが望ましい。ＧａＮ系半導体レーザ素子の場合、従来のＧａＡｓ系半導体レーザ素子とは異なり、ｐ型導電型を有する化合物半導体における移動度が小さいために、ｐ型導電型を有する第２化合物半導体層５０をイオン注入等によって高抵抗化することなく、その上に形成される第２電極６２を分離溝６２Ｃで分離することで、第２電極６２の第１部分６２Ａと第２部分６２Ｂとの間の電気抵抗値を第２電極６２と第１電極６１との間の電気抵抗値の１０倍以上とし、あるいは又、第２電極６２の第１部分６２Ａと第２部分６２Ｂとの間の電気抵抗値を１×１０2Ω以上とすることが可能となる。
　ここで、第２電極６２に要求される特性は、以下のとおりである。即ち、
（１）第２化合物半導体層５０をエッチングするときのエッチング用マスクとしての機能を有すること。
（２）第２化合物半導体層５０の光学的、電気的特性に劣化を生じさせることなく、第２電極６２はウエットエッチング可能であること。
（３）第２化合物半導体層５０上に成膜したとき、１０-2Ω・ｃｍ2以下のコンタクト比抵抗値を示すこと。
（４）積層構造とする場合、下層金属層を構成する材料は、仕事関数が大きく、第２化合物半導体層５０に対して低いコンタクト比抵抗値を示し、しかも、ウエットエッチング可能であること。
（５）積層構造とする場合、上層金属層を構成する材料は、リッジストライプ構造を形成する際のエッチングに対して（例えば、ＲＩＥ法において使用されるＣｌ2ガス）に対して耐性があり、しかも、ウエットエッチング可能であること。
　実施例１あるいは後述する実施例２～実施例１５にあっては、第２電極６２を厚さ０．１μｍのＰｄ単層から構成した。
　尚、ｐ型ＧａＮ層及びｐ型ＡｌＧａＮ層が交互に積層された超格子構造を有するｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層５３の厚さは０．７μｍ以下、具体的には、０．４μｍであり、超格子構造を構成するｐ型ＧａＮ層の厚さは２．５ｎｍであり、超格子構造を構成するｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さは２．５ｎｍであり、ｐ型ＧａＮ層及びｐ型ＡｌＧａＮ層の層数合計は１６０層である。また、第３化合物半導体層４０から第２電極６２までの距離は１μｍ以下、具体的には０．５μｍである。更には、第２化合物半導体層５０を構成するｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層５２、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層５３、ｐ型ＧａＮコンタクト層５４には、Ｍｇが、１×１０19ｃｍ-3以上（具体的には、２×１０19ｃｍ-3）、ドーピングされており、波長４０５ｎｍの光に対する第２化合物半導体層５０の吸収係数は、少なくとも５０ｃｍ-1、具体的には、６５ｃｍ-1である。また、第２化合物半導体層５０は、第３化合物半導体層側から、ノンドープ化合物半導体層（ノンドープＩｎＧａＮ光ガイド層５１及びｐ型化合物半導体層を有しているが、第３化合物半導体層４０からｐ型化合物半導体層（具体的には、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層５２）までの距離（ｄ）は１．２×１０-7ｍ以下、具体的には１００ｎｍである。
　以下、図２８Ａ、図２８Ｂ、図２９Ａ、図２９Ｂ、図３０を参照して、実施例１あるいは後述する実施例２～実施例１５におけるモード同期半導体レーザ素子の製造方法を説明する。尚、図２８Ａ、図２８Ｂ、図２９Ａ、図２９Ｂは、基板等をＹＺ平面にて切断したときの模式的な一部断面図であり、図３０は、基板等をＸＺ平面にて切断したときの模式的な一部端面図である。
　　［工程－１００］
　先ず、基体上、具体的には、ｎ型ＧａＮ基板２１の（０００１）面上に、周知のＭＯＣＶＤ法に基づき、第１導電型（ｎ型導電型）を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層３０、ＧａＮ系化合物半導体から成る発光領域（利得領域）４１及び可飽和吸収領域４２を構成する第３化合物半導体層（活性層）４０、並びに、第１導電型と異なる第２導電型（ｐ型導電型）を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第２化合物半導体層５０が、順次、積層されて成る積層構造体を形成する（図２８Ａ参照）。
　　［工程－１１０］
　その後、第２化合物半導体層５０上に帯状の第２電極６２を形成する。具体的には、真空蒸着法に基づきＰｄ層６３を全面に成膜した後（図２８Ｂ参照）、Ｐｄ層６３上に、フォトリソグラフィ技術に基づき帯状のエッチング用レジスト層を形成する。そして、王水を用いて、エッチング用レジスト層に覆われていないＰｄ層６３を除去した後、エッチング用レジスト層を除去する。こうして、図２９Ａに示す構造を得ることができる。尚、リフトオフ法に基づき、第２化合物半導体層５０上に帯状の第２電極６２を形成してもよい。
　　［工程－１２０］
　次いで、第２電極６２をエッチング用マスクとして、少なくとも第２化合物半導体層５０の一部分をエッチングして（具体的には、第２化合物半導体層５０の一部分をエッチングして）、リッジストライプ構造を形成する。具体的には、Ｃｌ2ガスを用いたＲＩＥ法に基づき、第２電極６２をエッチング用マスクとして用いて、第２化合物半導体層５０の一部分をエッチングする。こうして、図２９Ｂに示す構造を得ることができる。このように、帯状にパターニングされた第２電極６２をエッチング用マスクとして用いてセルフアライン方式にてリッジストライプ構造を形成するので、第２電極６２とリッジストライプ構造との間に合わせずれが生じることがない。
　　［工程－１３０］
　その後、分離溝を第２電極６２に形成するためのレジスト層６４を形成する（図３０参照）。尚、参照番号６５は、分離溝を形成するために、レジスト層６４に設けられた開口部である。次いで、レジスト層６４をウエットエッチング用マスクとして、第２電極６２に分離溝６２Ｃをウエットエッチング法にて形成し、以て、第２電極６２を第１部分６２Ａと第２部分６２Ｂとに分離溝６２Ｃによって分離する。具体的には、王水をエッチング液として用い、王水に約１０秒、全体を浸漬することで、第２電極６２に分離溝６２Ｃを形成する。そして、その後、レジスト層６４を除去する。こうして、図２及び図３に示す構造を得ることができる。このように、ドライエッチング法と異なり、ウエットエッチング法を採用することで、第２化合物半導体層５０の光学的、電気的特性に劣化が生じることがない。それ故、モード同期半導体レーザ素子の発光特性に劣化が生じることがない。尚、ドライエッチング法を採用した場合、第２化合物半導体層５０の内部損失αiが増加し、閾値電圧が上昇したり、光出力の低下を招く虞がある。ここで、第２電極６２のエッチングレートをＥＲ0、積層構造体のエッチングレートをＥＲ1としたとき、
ＥＲ0／ＥＲ1≒１×１０2
である。このように、第２電極６２と第２化合物半導体層５０との間に高いエッチング選択比が存在するが故に、積層構造体をエッチングすること無く（あるいは、エッチングされても僅かである）、第２電極６２を確実にエッチングすることができる。尚、ＥＲ0／ＥＲ1≧１×１０、好ましくは、ＥＲ0／ＥＲ1≧１×１０2を満足することが望ましい。
　第２電極を、厚さ２０ｎｍのパラジウム（Ｐｄ）から成る下層金属層と、厚さ２００ｎｍのニッケル（Ｎｉ）から成る上層金属層の積層構造としてもよい。ここで、王水によるウエットエッチングにあっては、ニッケルのエッチングレートは、パラジウムのエッチングレートの約１．２５倍である。
　　［工程－１４０］
　その後、ｎ側電極の形成、基板の劈開等を行い、更に、パッケージ化を行うことで、半導体レーザ素子１０を作製することができる。
　製作した半導体レーザ素子１０の第２電極６２の第１部分６２Ａと第２部分６２Ｂとの間の電気抵抗値を４端子法にて測定した結果、分離溝６２Ｃの幅が２０μｍのとき、第２電極６２の第１部分６２Ａと第２部分６２Ｂとの間の電気抵抗値は１５ｋΩであった。また、製作した半導体レーザ素子１０において、第２電極６２の第１部分６２Ａから発光領域４１を経由して第１電極６１に直流電流を流して順バイアス状態とし、第１電極６１と第２電極６２の第２部分６２Ｂとの間に逆バイアス電圧Ｖsaを印加することによって可飽和吸収領域４２に電界を加えることで、セルフ・パルセーション動作させることができた。即ち、第２電極６２の第１部分６２Ａと第２部分６２Ｂとの間の電気抵抗値は、第２電極６２と第１電極６１との間の電気抵抗値の１０倍以上であり、あるいは又、１×１０2Ω以上である。従って、第２電極６２の第１部分６２Ａから第２部分６２Ｂへの漏れ電流の流れを確実に抑制することができる結果、発光領域４１を順バイアス状態とし、しかも、可飽和吸収領域４２を確実に逆バイアス状態とすることができ、確実にシングルモードのセルフ・パルセーション動作を生じさせることができた。
　実施例１の半導体レーザ装置組立体にあっては、第１の分散補償光学装置によって適切な群速度分散を与えることで適切なスペクトル幅が得られ、サブピコ秒台の光パルスを発生させることができる。しかも、第１の分散補償光学装置から出射されるレーザ光の波長毎に群速度分散値が第２の分散補償光学装置によって制御されるので、半導体レーザ装置組立体から最終的に出力されるレーザ光のパルス波形が整形される。その結果、パルス時間幅２００フェムト秒以下のレーザ光（パルス状のレーザ光）、例えば、１００フェムト秒以下のレーザ光（パルス状のレーザ光）を発生させることができる。しかも、第２の分散補償光学装置は、第１の分散補償光学装置及び半導体レーザ素子から構成される外部共振器構造の系外に配置されているので、レーザ発振時の非線形の相互作用を考慮しなくともよく、レーザ光の制御を行い易い。
　実施例２は、実施例１の変形である。実施例１にあっては、第１の回折格子１１１及び第２の回折格子１５１をホログラフィック型であって反射型の回折格子から構成した。一方、実施例２にあっては、第１の回折格子１１１Ａ及び第２の回折格子１５１Ａを、透過型回折格子、具体的には、透過型体積ホログラム回折格子から構成する。実施例２の半導体レーザ装置組立体の概念図を図６に示し、実施例２における第２の分散補償光学装置の原理を説明する図を図７に示す。
　実施例２の半導体レーザ装置組立体において、
　半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光は、第１の回折格子１１１Ａと衝突し、
　第１の回折格子１１１Ａからの透過光（具体的には、第１の回折格子１１１Ａを透過した０次の回折光）は第２の分散補償光学装置１５０に向けて出射され、
　第１の回折格子１１１Ａからの回折光（具体的には、第１の回折格子１１１Ａを透過した１次以上の回折光）は第１の集光手段１１２を介して反射鏡１１３Ａに入射し、次いで、反射鏡１１３Ａから出射され、第１の集光手段１１２、第１の回折格子１１１Ａを介して半導体レーザ素子１０に戻される。
　また、第２の分散補償光学装置１５０においては、第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０からのレーザ光は、第２の回折格子１５１Ａを通過（透過）し、第２の回折格子１５１Ａからの回折光は、第２の集光手段１５２を介して空間位相変調器１５３Ａ，１５３Ｂ，１５３Ｃに入射し、次いで、空間位相変調器１５３Ａ，１５３Ｂ，１５３Ｃから出射して、第２の集光手段１５２、第２の回折格子１５１Ａ、ミラー１５４を介して系外に出射される。
　以上の点を除き、実施例２の半導体レーザ装置組立体の構成、構造は、実施例１の半導体レーザ装置組立体の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
　実施例３は、実施例１～実施例２の変形である。実施例３において、第２の分散補償光学装置１５０を構成する空間位相変調器は、デフォーマブルミラー１５３Ｂから成り（図８Ａ参照）、あるいは又、複数の反射鏡１５３Ｃから成る（図８Ｂ参照）。空間位相変調器をデフォーマブルミラー１５３Ｂといった波面補償素子から構成する場合、デフォーマブルミラー１５３Ｂの光反射面の形状を制御することで、即ち、ＭＥＭＳ技術に基づき作製されたアクチュエータを作動させてミラー表面を微小に歪曲させることで、デフォーマブルミラー１５３Ｂによって反射されるレーザ光の空間的な位相を変調することができる。また、空間位相変調器を複数の反射鏡１５３Ｃから構成する場合、回折格子から各反射鏡１５３Ｃまでの空間的な距離を制御することで、回折格子から出射され、空間位相変調器に入射し、次いで、空間位相変調器から出射して、回折格子に再び入射するレーザ光が通過する空間的な距離を、レーザ光の波長に依存して変化させることができる。そして、以上の結果として、レーザ光の群速度分散値を制御することができる。即ち、デフォーマブルミラー１５３Ｂの光反射面の形状変化パターンを３次以上の次数の関数とすることで、また、第２の回折格子から各反射鏡１５３Ｃまでの空間的な距離の変化パターンを３次以上の次数の関数とすることで、第２の分散補償光学装置１５０が、第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０からのレーザ光の位相を、光スペクトルの周波数成分毎に、周波数の３次以上の次数の関数（例えば、３次以上の次数の多項式）で変調することを達成することができる。即ち、第２の分散補償光学装置１５０は、第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０からのレーザ光の位相を、光スペクトルの周波数成分毎に、レーザ光の第２の分散補償光学装置１５０への入射位置の３次以上の次数の関数で変調する。具体的には、例えば、デフォーマブルミラー１５３Ｂの光反射面の位置、回折格子から各反射鏡１５３Ｃまでの空間的な距離を「ｘ」で表したとき、３次以上の次数の多項式、ａnｘn＋ａn-1ｘn-1＋・・・＋ａ1ｘ＋ａ0（但し、ｎは３以上の自然数）で変調する。
　実施例４は、実施例１、実施例３の変形である。実施例４にあっても、
　半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光は、第１の分散補償光学装置１２０に入射され、
　第１の分散補償光学装置１２０に入射したレーザ光の一部は、第１の分散補償光学装置１２０から出射され、半導体レーザ素子１０に戻され、第１の分散補償光学装置１２０に入射したレーザ光の残りは、第２の分散補償光学装置１５０に向けて出射される。
　実施例４にあっては、外部共振器構造は、第１の分散補償光学装置１２０及び部分反射鏡１２３によって構成される。具体的には、第１の分散補償光学装置１２０は、図９Ａに概念図を示すように、一対の回折格子１２１，１２２から成る。半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光は、回折格子〈Ａ〉１２１に衝突し、１次以上の回折光が出射され、回折格子〈Ｂ〉１２２に衝突し、１次以上の回折光が出射されて、外部共振器の一端を構成する部分反射鏡１２３に到達する。尚、回折格子〈Ａ〉１２１と回折格子〈Ｂ〉１２２とは平行に配置されている。そして、部分反射鏡１２３に到達したレーザ光の一部は部分反射鏡１２３を通過し、第２の分散補償光学装置１５０に向けて出射される。一方、部分反射鏡１２３に到達したレーザ光の残りは、回折格子〈Ｂ〉１２２、回折格子〈Ａ〉１２１を経由して半導体レーザ素子１０に戻される。回折格子〈Ａ〉１２１と回折格子〈Ｂ〉１２２との間の距離を変えることで、第１の分散補償光学装置１２０における群速度分散値を変えることができる。
　尚、使用する回折格子を１枚とすることも可能である。この場合、回折格子からの回折光を部分反射鏡に入射させ、且つ、モード同期半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の光をこの部分反射鏡に集光させる。部分反射鏡が反射する光を同じ光路を通じて回折格子に戻すことで、回折格子が対向していることと同じ効果が得られる。分散補償量は、回折格子と部分反射鏡との間の距離を変えることで変化させることができる。尚、この場合、部分反射鏡から出射される光は発散光であるため、共振器外に、光束をコリメートする手段を設けることが好ましい。また、実施例４では反射型の回折格子を想定したが、同様の機能の外部共振器が構成できるのであれば透過型の回折格子を用いることもできる。
　あるいは又、図９Ｂに概念図を示すように、第１の分散補償光学装置１３０は、一対のプリズム１３１，１３２から成る。そして、半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光は、プリズム〈Ａ〉１３１を通過し、更に、プリズム〈Ｂ〉１３２を通過し、外部共振器の一端を構成する部分反射鏡１３３に到達する。尚、プリズム〈Ａ〉１３１とプリズム〈Ｂ〉１３２との配置状態は、点対称である。そして、部分反射鏡１３３に到達したレーザ光の一部は部分反射鏡１３３を通過し、第２の分散補償光学装置１５０に向けて出射される。一方、部分反射鏡１３３に到達したレーザ光の残りは、プリズム〈Ｂ〉１３２、プリズム〈Ａ〉１３１を経由して半導体レーザ素子１０に戻される。プリズム〈Ａ〉１３１とプリズム〈Ｂ〉１３２との間の距離を変えることで、第１の分散補償光学装置１２０における群速度分散値を変えることができる。
　尚、使用するプリズムを１つとすることも可能である。この場合、プリズムを通過したレーザ光を部分反射鏡に入射させ、且つ、モード同期半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の光をこの部分反射鏡に集光させる。部分反射鏡が反射する光を同じ光路を通じてプリズムに戻すことで、プリズムを２つ設けたと同じ効果が得られる。分散補償量は、プリズムと部分反射鏡との間の距離を変えることで変化させることができる。尚、この場合、部分反射鏡から出射される光は発散光であるため、共振器外に、光束をコリメートする手段を設けることが好ましい。
　あるいは又、図１０に概念図を示すように、第１の分散補償光学装置１４０は、Ｇｉｒｅｓ－Ｔｏｕｒｎｏｉｓ型の干渉計１４１から成る。Ｇｉｒｅｓ－Ｔｏｕｒｎｏｉｓ型干渉計１４１は、反射率１の反射鏡１４１Ａと反射率１未満の部分反射鏡１４１Ｂから成る。反射鏡１４１Ａと部分反射鏡１４１Ｂとの間の距離を制御することで、あるいは又、入射光の入射角を調整することによって、第１の分散補償光学装置１４０における群速度分散値を変えることができる。半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光は、平面鏡１４２で反射され、部分反射鏡１４１Ｂを通過し、反射鏡１４１Ａによって反射され、部分反射鏡１４１Ｂを再び通過し、外部共振器を構成する部分反射鏡１４３に到達する。そして、部分反射鏡１４３に到達したレーザ光の一部は部分反射鏡１４３を通過し、第２の分散補償光学装置１５０に向けて出射される。一方、部分反射鏡１４３に到達したレーザ光の残りは、部分反射鏡１４１Ｂを通過し、反射鏡１４１Ａによって反射され、部分反射鏡１４１Ｂを再び通過し、平面鏡１４２で反射され、半導体レーザ素子１０に戻される。あるいは又、第１の分散補償光学装置は、誘電体多層膜ミラーから成る。この場合、入射光の入射角を調整することによって、第１の分散補償光学装置における群速度分散値を変えることができる。
　実施例５も、実施例１、実施例３の変形であり、第１の分散補償光学装置の構成を変更した。以下、実施例５の半導体レーザ装置組立体における第１の分散補償光学装置（『実施例５の第１の分散補償光学装置』と呼ぶ）を説明するが、それに先立ち、実施例５の第１の分散補償光学装置の原理等を説明する。
　図１１に透過型体積ホログラム回折格子の模式的な一部断面図を示す。透過型体積ホログラム回折格子にあっては、厚さＬの回折格子部材（フォトポリマー材料）３１１が、２枚のガラス基板３１２，３１３（屈折率：Ｎ）に挟まれている。回折格子部材３１１中には、２光束干渉を利用して、周期的な屈折率変調度Δｎ（図１１では、太い斜線で示す）が平行して設けられている。入射レーザ光が回折される条件は、入射レーザ光の波数ベクトルをｋI v、回折光の波数ベクトルをｋv、屈折率の周期変調の逆格子ベクトル（以下、『回折格子ベクトル』と呼ぶ）をＫvとしたとき、次の式（１）で与えられる。 ここで、ｍは整数である。尚、ベクトルを表記するために、便宜上、上付き文字「ｖ」を付している。
ｋI v＋ｍ・Ｋv＝ｋv　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）
　ここで、入射レーザ光及び回折光の波数ベクトルｋI v，ｋvはガラス基板３１２，３１３内の波数ベクトルであり、第１の分散補償光学装置（より具体的には、ガラス基板３１２）へのレーザ光の入射角をφin、第１の分散補償光学装置（より具体的には、ガラス基板３１３）からのレーザ光の出射角をφoutとする。尚、入射角φin及び出射角φoutは、透過型体積ホログラム回折格子のレーザ光入射面の法線と成す角度である。ここで、回折格子ベクトルＫvは、屈折率変調度Δｎの周期Ｐを用いて、以下の式（２）で与えられる。また、回折格子ベクトルＫvの大きさは、回折格子部材３１１へのレーザ光の入射角θin、回折格子部材３１１からの出射角（回折角）θout、及び、入射レーザ光の波長λから、以下の式（３）で与えられる。従って、屈折率変調度Δｎの周期Ｐは、以下の式（４）で与えられる。
｜Ｋv｜＝２π／Ｐ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （２）
Ｋ＝ｋ［｛ｓｉｎ（θin）＋ｓｉｎ（θout）｝2
　　　　＋｛ｃｏｓ（θin）－ｃｏｓ（θout）｝2］1/2
　＝ｋ［２｛１－ｃｏｓ（θin＋θout）｝］1/2　　　　　　　　　　　　　　（３）
Ｐ＝λ／［２｛１－ｃｏｓ（θin＋θout）｝］1/2　　　　　　　　　　　　　（４）
　ところで、式（１）の回折条件は、各ベクトルの回折格子面内の成分（図１１のｘ成分）のみを考慮しても一般性を失うことがないので、以下の式（５）のように書き改めることができる。
ｋI,x v＋ｍ・Ｋx v＝ｋx v　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）
　式（５）から、透過型体積ホログラム回折格子に対するレーザ光の入射角φinと出射角（回折角）φoutの関係を求めると、以下の式（６）のとおりとなる。
ｓｉｎ（φin）＋ｍ・（λ／Ｐ）・ｓｉｎ（ψ）＝ｓｉｎ（φout）　　　　　 （６）
　ここで、ψは、透過型体積ホログラム回折格子の法線と回折格子ベクトルＫvが成す角度であり、回折格子部材３１１に対する光の入射角θin及び回折角θoutは、次の式（７）の関係にある。
ｓｉｎ（ψ）＝｛ｓｉｎ（θin）＋ｓｉｎ（θout）｝
　　　　　　　　／［２｛１－ｃｏｓ（θin＋θout）｝］1/2　　　　　　　　（７）
　式（６）から、波長に対する回折光の角度分散の依存性を計算することができ、次の式（８）で与えられる。
ｄφout／ｄλ＝｛ｓｉｎ（θin）＋ｓｉｎ（θout）｝／｛Ｎ・λ・ｃｏｓ（θout）｝
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（８）
　実施例５の第１の分散補償光学装置にあっては、式（８）が示す空間分散の波長依存性を超短パルスの圧縮・伸長に利用する。また、高いスループットは、透過型体積ホログラム回折格子の回折効率によって決定される。そして、回折効率ηは、次の式（９）で近似することができる。
η＝ｓｉｎ2［（π・Δｎ・Ｌ）／２λ｛ｃｏｓ（θin）・ｃｏｓ（θout）｝1/2］
　　・Ｓｉｎｃ2［Δｋz・（Ｌ／２）］　　　　　　　　　　　　　　　　　　（９）
　ここで、ｓｉｎ2の項は、屈折率変調度Δｎと透過型体積ホログラム回折格子を構成する回折格子部材の厚さＬから決まる入射レーザ光と回折光の結合定数であり、Ｓｉｎｃ2の項は、ブラッグの回折条件から波長がずれた場合の回折効率の変化に対応する。このうち、回折波長の帯域は、透過型体積ホログラム回折格子内で許容される逆格子ベクトルの広がりによって決定される。入射波長の変化に伴う波数ベクトルの差Δｋは、次の式（１０）で与えられる。
Δｋ＝２π・Ｎ｛１／（λ＋Δλ）－１／λ｝
　　≒－（２π・Ｎ）（Δλ／λ2）　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （１０）
　このとき、回折格子面内の波数ベクトル成分Δｋzは、次の式（１１）で与えられる。
Δｋz＝Δｋ｛１－ｃｏｓ（θin＋θout）｝／ｃｏｓ（θout）　　　
　　　 （１１）
　式（１１）を用いると、パルス圧縮に必要とされる波長帯域に対する回折効率を次の式（１２）のように近似することができる。
η＝ｓｉｎ2［（π・Δｎ・Ｌ）／２λ｛ｃｏｓ（θin）・ｃｏｓ（θout）｝1/2］
　　・Ｓｉｎｃ2［π・Ｎ・Ｌ・（Δλ／λ2）｛１－ｃｏｓ（θin＋θout）｝
　　　／ｃｏｓ（θout）］　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （１２）
　次に、式（１２）から、必要とされる要件を満たす透過型体積ホログラム回折格子の条件を求める。ここで、式（１２）は、２つの関数の積として記述され、屈折率変調度Δｎに伴う回折効率を示すｓｉｎ2に比例する項、及び、入射レーザ光と回折光の波数ベクトルの差に依存するＳｉｎｃ2に比例する項から構成されている。
　実施例５の第１の分散補償光学装置は、
（Ａ）９０％以上の高いスループット
（Ｂ）大きな空間分散
といった要求を満たし、また、第１の形態の第１の分散補償光学装置にあっては、
（Ｃ）レーザ光の入射角φinと１次の回折光の出射角φoutとの和は９０度である。
（Ａ）高スループットの実現に関して
　高スループットの実現にあっては、必要とされる波長帯域において可能な限り高い回折効率を実現する必要がある。式（１２）では、Ｓｉｎｃ2の項のみが波長帯域に依存するため、適当な条件のもと、ｓｉｎ2の項が「１」であると仮定すると、 以下の式（１３）のとおりとなる。
η≒ｉｎｃ2［π・Ｎ・Ｌ・（Δλ／λ2）｛１－ｃｏｓ（θin＋θout）｝
　　　／ｃｏｓ（θout）］　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （１３）
　この式（１３）に対して、η≧９０％であるためには、以下の式（１４）を満足する必要がある。
｜π・Ｎ・Ｌ・（Δλ／λ2）｛１－ｃｏｓ（θin＋θout）｝／ｃｏｓ（θout）｜
　　　≦０．５５３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１４）
　ここで、「０．５５３」は、上記のＳｉｎｃ2の項が０．９以上となるための値である。これより、必要とされる波長λにおける帯域（パルス圧縮／伸長の対象であるレーザ光の光スペクトル幅）Δλを満たすための透過型体積ホログラム回折格子を構成する回折格子部材の厚さＬ及び屈折率Ｎの条件が、次の式（１５）あるいは式（Ａ）のように導出される。
｜１－ｃｏｓ（θin＋θout）｝／ｃｏｓ（θout）｜
　　≦｛０．５５３／（π・Ｎ・Ｌ）｝（λ2／Δλ）　　　　　　 （１５）／（Ａ）
　この式（１５）は、圧縮・伸長の対象となるレーザ光パルスのパルス時間幅Δτによっても記述することができる。第１の分散補償光学装置によって圧縮し得る光パルスの時間幅Δτと周波数幅Δνは、光パルス波形がガウス関数であるとすると、以下の関係が成り立つ。但し、フーリエ限界パルス時には等式となる。
Δτ・Δν≦０．４４１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１６）
　また、周波数幅Δνは、波長λ、波長幅Δλ、及び、光速Ｃ0（２．９９７９２４５８×１０8ｍ／秒）を用いて、λ≫Δλのとき、次の式（１７）のように近似することができる。
Δν＝Ｃ0｛１／λ－１／（λ＋Δλ）｝
　　≒Ｃ0（Δλ／λ2）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１７）
　式（１７）を用いると、時間帯域幅積の不等式は、次の式（１８）のように、光速と波長帯域によって書き換えることができる。
Δτ≦（０．４４１／Δν）≒０．４４１｛λ2／（Ｃ0・Δλ｝　　　　　　（１８）
　この式（１８）を用いると、回折格子部材の厚さＬに関する条件は、パルス圧縮し得る最短パルス時間幅Δτを用いて、次の式（１９）のように書き換えることができる。
｜｛１－ｃｏｓ（θin＋θout）｝／ｃｏｓ（θout）｜
　　≦（０．５５３・Δτ・Ｃ0）／（０．４４１π・Ｎ・Ｌ）　　　　　　 （１９）
　尚、ここでは、パルス波形としてガウス型関数を仮定したため、時間帯域幅積の最小値として「０．４４１」を用いたが、その他のパルス波形を仮定することも可能である。例えば、Ｓｅｃｈ2型の関数の場合、時間帯域幅積の最小値として「０．３１５」を用いることができる。
（Ｂ）大きな空間分散に関して
　小型の第１の分散補償光学装置を構成するには、透過型体積ホログラム回折格子による角度分散を大きくする必要がある。角度分散を大きくするには、式（８）で与えられる波長に対する角度分散依存性を大きくする必要がある。屈折率変調度Δｎの周期Ｐと同じ刻線を有する刻線型の回折格子の角度分散は、次の式（２０）で与えられる。
ｄφout／ｄλ＝１／｛Ｐｃｏｓ（θout）｝≦２／｛λｃｏｓ（θout）｝　 （２０）
　式（２０）と式（８）とを比較すると、透過型体積ホログラム回折格子では角度分散が１／（２Ｎ）程度小さくなることが分かる。そこで、刻線型の回折格子と比較して１／３程度の空間分散が得られる条件として、
ｓｉｎ（θin）＋ｓｉｎ（θout）≧１
について考える。この角度の条件を、
｛１－ｃｏｓ（θin＋θout）｝／ｃｏｓ（θout）
の条件に換算すると、次の式（２１）のように近似することができる。
｛１－ｃｏｓ（θin＋θout）｝／ｃｏｓ（θout）＞０．３　　　　　　　　（２１）
　この条件と前述の式（１５）あるいは式（１９）とを対応させると、透過型体積ホログラム回折格子を構成する回折格子部材の厚さＬの条件として、波長帯域による記述に基づく場合、式（２２）が得られ、パルス時間幅による記述に基づく場合、式（２３）が得られる。尚、この条件は、Ｓｉｎｃ2項におけるパルス時間幅と厚さＬの条件である。
Ｌ≦｛０．５５３／（０．３・π・Ｎ）｝（λ2／Δλ）　　　　　　　　　 （２２）
Ｌ≦（０．５５３・Δτ・Ｃ0）／（０．３×０．４４１・π・Ｎ）　　　　 （２３）
　更に、ｓｉｎ2項を最大化する条件は、以下の式（２４）で与えられる。
Ｌ＝｛（１＋２ｍ）・λ／Δｎ｝・｛ｃｏｓ（θin）・ｃｏｓ（θout）｝1/2 （２４）
　そして、式（２４）から、回折効率を９０％以上にする条件は、以下の式（２５）あるいは式（Ｂ）のとおりとなる。
｛（０．８＋２ｍ）・λ／Δｎ｝・｛ｃｏｓ（θin）・ｃｏｓ（θout）｝1/2
　　≦　Ｌ　≦
｛（１．２＋２ｍ）・λ／Δｎ｝・｛ｃｏｓ（θin）・ｃｏｓ（θout）｝1/2
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２５）／（Ｂ）
　回折格子部材３１１の屈折率変調度Δｎが所与の場合、回折格子部材の厚さＬは上記の条件を満たす必要がある。屈折率変調度Δｎは２光束干渉の露光時間にも依存するため、一意に決定することは容易ではない。しかしながら、その上限は回折格子部材３１１の物性によって決まるため、屈折率変調度Δｎから回折格子部材の厚さＬを規定する要件を記述した。
（Ｃ）レーザ光の入射角φinと１次の回折光の出射角φoutとの和が９０度である場合についての考察
　光軸調整が容易な第１の分散補償光学装置を構成するためには、
φin＋φout＝９０度
を満足する必要がある。特に、φout＞φinとすると、式（８）における角度分散を大きくとることができる。φoutに対する空間分散の依存性ｄφout／ｄλを図１２に示す。
　以下に、φin≒φout，θin≒θoutの場合における透過型体積ホログラム回折格子の回折効率についての計算例を示す。
　屈折率変調度Δｎに依存するｓｉｎ2の項を計算した結果を図１３に示す。この計算にあっては、式（１２）において波長を固定し、ｓｉｎ2項に比例する項を取り出している。また、以下の値を用いている。Ｌ＝７０μｍのとき、ｓｉｎ2項に比例する項が最大となる。
屈折率変調度Δｎ　　　　　＝０．００５
波長λ　　　　　　　　　　＝４０５ｎｍ
回折格子部材への入射角θin＝２８度
　次に、Ｌ＝７０μｍ、屈折率変調度Δｎ＝０．００５、波長λ＝４０５ｎｍの条件を固定した上で、入射レーザ光の光スペクトル幅を変化させたときの回折効率の変化を図１４に示す。顕著な波長依存性が見られるが、回折効率９５％以上を示す波長広がりは波長４０５ｎｍの光に対して約±０．２ｎｍ程度である。この波長広がりは、フーリエ変換限界にある超短パルスでは約０．６ピコ秒のパルス時間幅に対応しており、このパルス時間幅よりも広い時間幅の超短パルスに対して適用が可能な波長帯域である。従って、ＩｎＧａＮ化合物半導体から構成されたモード同期半導体レーザ素子によって発生したレーザ光パルスに対して適用が可能である。
　以上のように屈折率変調度Δｎの条件を、適宜、選ぶことにより、所望の波長の所望の回折角において回折効率９０％以上の透過型体積ホログラム回折格子を実現することができる。そして、これを用いることで、以下の実施例において説明する第１の分散補償光学装置全体のスループットを８０％以上にすることが可能となる。
　実施例５は、第１の形態の第１の分散補償光学装置、より具体的には、第１の分散補償光学装置－Ａに関する。実施例５の半導体レーザ装置組立体の一部分の概念図を図１５に示す。尚、透過型体積ホログラム回折格子の模式的な一部断面図は、図１１に示したとおりである。また、半導体レーザ素子１０の共振器の延びる方向に沿った模式的な端面図は図２に示したとおりであり、半導体レーザ素子１０の共振器の延びる方向と直角方向に沿った模式的な断面図は図３に示したとおりである。
　実施例５の第１の分散補償光学装置４１０Ａは、対向して配置された２つの透過型体積ホログラム回折格子（透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１及び透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉４１２）から成り、各透過型体積ホログラム回折格子４１１，４１２において、レーザ光の入射角φinと１次の回折光の出射角φoutとの和は９０度である。即ち、
φin＋φout＝９０度
である。
　透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１と透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉４１２の間の距離を調整することで第１の分散補償光学装置による群速度分散値（分散補償量）を制御することができる。ところで、（φin＋φout）の値が９０度でない場合、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１と透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉４１２の間の距離を広げると、それに対応して、第１の分散補償光学装置からの１次の回折光の出射位置に変化が生じる。そのため、群速度分散値（分散補償量）を変化させると、それに対応して光学系の調整が必要となる。しかしながら、（φin＋φout）の値を９０度とすることで、１次の回折光の第１の分散補償光学装置からの出射位置に変化が生じることが無くなり、群速度分散値（分散補償量）の調整が容易となる。
　透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１及び透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉４１２は、互いに平行に配置されている。そして、実施例５の第１の分散補償光学装置４１０Ａにあっては、半導体レーザ素子１０からのレーザ光が入射する透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１において、１次の回折光の出射角φoutはレーザ光の入射角φinよりも大きい。即ち、
φout＞φin
である。一方、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１からの１次の回折光が入射する透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉４１２にあっては、１次の回折光の出射角φoutはレーザ光の入射角φinよりも小さい。即ち、
φout＜φin
である。更には、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１におけるレーザ光の入射角φinと、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉４１２における１次の回折光の出射角（回折角）φoutとは等しく、且つ、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１における１次の回折光の出射角（回折角）φoutと、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉４１２における１次の回折光の入射角φinとは等しい。
　そして、実施例５の第１の分散補償光学装置４１０Ａにおいて、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１に入射したレーザ光は、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１によって回折・反射され、１次の回折光として出射され、更に、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉４１２に入射し、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉４１２によって回折・反射され、部分反射鏡１２に入射し、一部が１次の回折光として第２の分散補償光学装置１５０に出射され、残部は透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉４１２、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１を経由して半導体レーザ素子１０へと戻される。第１の分散補償光学装置４１０Ａにおいて、群速度分散値（分散補償量）は負である。群速度分散値の制御は、第１の分散補償光学装置４１０Ａにおける透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１と透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉４１２との間の距離を変えることで、制御することができる。尚、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１に入射するレーザ光と、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉４１２から出射されるレーザ光とは、概ね平行である。
　半導体レーザ素子１０の第２端面と第１の分散補償光学装置４１０Ａとの間には、半導体レーザ素子１０からのレーザ光を平行光束とするためのコリメート手段１１である焦点距離４．０ｍｍの非球面の凸レンズが配置されている。半導体レーザ素子１０の第１端面と部分反射鏡１２によって外部共振器構造が構成される。
　実施例５の第１の分散補償光学装置にあっては、レーザ光の入射角φinと１次の回折光の出射角φoutとの和は９０度であり、高い回折効率による高いスループットを有する小型の第１の分散補償光学装置を提供することができる。また、第１の分散補償光学装置の小型化を図ることができるし、第１の分散補償光学装置を構成する光学部品の配置の自由度が高い。更には、式（８）で与えられる波長に対する角度分散依存性を大きくすることができる。また、回折角を任意に設計できるため、第１の分散補償光学装置の光学設計の自由度を高くすることができるし、第１の分散補償光学装置における群速度分散値（分散補償量）の調整が容易となり、第１の分散補償光学装置を構成する光学部品の配置の高い自由度を達成することができる。
　実施例６は、実施例５の変形であり、第１の分散補償光学装置－Ｂに関する。概念図を図１６Ａに示す実施例６の半導体レーザ装置組立体における第１の分散補償光学装置（『実施例６の第１の分散補償光学装置』と呼ぶ）４１０Ｂは、半導体レーザ装置組立体における透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１を構成し、平行に配置された反射鏡〈Ａ〉４１３1及び反射鏡〈Ｂ〉４１３2を更に備えている。そして、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉４１２から出射されたレーザ光は、反射鏡〈Ａ〉４１３1に衝突して反射され、次いで、反射鏡〈Ｂ〉４１３2に衝突して反射される。ここで、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１に入射するレーザ光の延長線上に、反射鏡〈Ｂ〉４１３2に反射されたレーザ光が概ね位置している。これによって、既存の光学系に第１の分散補償光学装置４１０を配置、挿入することが容易となる。尚、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１と透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉４１２の間の距離を調整する場合、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉４１２と反射鏡〈Ａ〉４１３1との位置関係に変化が生じないように、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉４１２及び反射鏡〈Ａ〉４１３1を移動させればよい。第１の分散補償光学装置４１０Ｂにおいて、分散補償量は負である。
　以上の点を除き、実施例６の第１の分散補償光学装置は、実施例５の第１の分散補償光学装置と同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。
　実施例７も、実施例５の変形であり、第１の分散補償光学装置－Ｃに関する。概念図を図１６Ｂに示す実施例７の半導体レーザ装置組立体における第１の分散補償光学装置（『実施例７の第１の分散補償光学装置』と呼ぶ）４１０Ｃは、半導体レーザ装置組立体における透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１を構成し、ガラスから成る基体４１４の第１面４１４Ａ上に透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１が設けられており、第１面４１４Ａと対向する基体４１４の第２面４１４Ｂ上に透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉４１２が設けられている。実施例７の第１の分散補償光学装置４１０Ｃにおいて、２つの透過型体積ホログラム回折格子４１１，４１２の間の距離を変えるためには基体４１４の厚さを変えればよい。そして、これによって、群速度分散値を変えることができる。尚、群速度分散値は負である。透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１に入射するレーザ光と、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉４１２から出射されるレーザ光とは、概ね平行である。
　以上の点を除き、実施例７の第１の分散補償光学装置は、実施例５の第１の分散補償光学装置と同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。
　実施例８は、実施例５～実施例６の変形である。ところで、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１における１次の回折光の出射角φoutの実用上の上限値は、回折光がガラス基板３１３から全反射せずに出射する条件に依存する。即ち、図１７Ａに示すように、回折光がガラス基板３１３の内部において全反射したのでは、回折光を透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉４１１から取り出せなくなる。
　模式的な一部断面図を図１７Ｂ及び図１７Ｃに示す実施例８の半導体レーザ装置組立体における第１の分散補償光学装置（『実施例８の第１の分散補償光学装置』と呼ぶ）４１０Ｅにあっては、透過型体積ホログラム回折格子を構成する出射側のガラス基板３１３Ａを、斜面３１３ａ，３１３ｂを有するプリズム状とし、回折光がガラス基板３１３Ａの斜面３１３ａから出射する構成とすることで、回折光がガラス基板３１３Ａにおいて全反射しない構造とすることができる。尚、透過型体積ホログラム回折格子を構成する入射側のガラス基板３１２Ａの表面３１２ａは、斜面３１３ａ，３１３ｂとは平行でない。斜面３１３ａの法線と１次の回折光の成す角度である出射角φout’が、例えば、０度±１０度となるように斜面３１３ａの傾斜角を設定することが好ましい。
　以上の点を除き、実施例８の第１の分散補償光学装置は、実施例５～実施例６の第１の分散補償光学装置と同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。
　実施例９は、実施例５の変形であり、第２の形態の第１の分散補償光学装置に関する。第１の分散補償光学装置（『実施例９の第１の分散補償光学装置』と呼ぶ）を組み込んだ実施例９の半導体レーザ装置組立体の一部分の概念図を図１８に示す。実施例９の第１の分散補償光学装置５１０は、対向して配置された２つの透過型体積ホログラム回折格子（透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉５１１及び透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉５１２）から成り、各透過型体積ホログラム回折格子５１１，５１２において、レーザ光の入射角φinと１次の回折光の出射角φoutとは略等しい（具体的には、実施例９にあっては等しい）。また、レーザ光の入射角φinと１次の回折光の出射角φoutとの和は９０度である。即ち、φin＝φout＝４５度である。
　以上の点を除き、実施例９の第１の分散補償光学装置５１０は、実施例５の第１の分散補償光学装置４１０Ａと同様の構成、構造を有する。また、実施例９の第１の分散補償光学装置５１０は、φin＝φout＝４５度とする点を除き、実施例６～実施例８の第１の分散補償光学装置と同じ構成、構造を有する構成とすることもできる。それ故、これらの詳細な説明は省略する。尚、第１の分散補償光学装置５１０にあっては、群速度分散値は負である。
　実施例９の第１の分散補償光学装置にあっては、レーザ光の入射角φinと１次の回折光の出射角φoutとは略等しいので、高い回折効率による高いスループットを有する小型の第１の分散補償光学装置を提供することができる。また、第１の分散補償光学装置の小型化を図ることができるし、第１の分散補償光学装置を構成する光学部品の配置の自由度が高い。更には、回折角を任意に設計できるため、第１の分散補償光学装置の光学設計の自由度を高くすることができるし、第１の分散補償光学装置における群速度分散値（分散補償量）の調整が容易となり、第１の分散補償光学装置を構成する光学部品の配置の高い自由度を達成することができる。
　実施例１０は、実施例１～実施例９の変形であり、図１９に実施例１０の半導体レーザ装置組立体の概念図を示すように、第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０と第２の分散補償光学装置１５０との間に、第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０から出射されたレーザ光を増幅する、ＩＩＩ－Ｖ族窒化物系半導体層の積層構造体から成る半導体光増幅器（ＳＯＡ）２１０が備えられている。半導体光増幅器２１０は、「Master Oscillator Power Amplifier，ＭＯＰＡ」と呼ばれる方式によってレーザ光を増幅する。ここで、半導体光増幅器とは、光信号を電気信号に変換せず、直接光の状態で増幅するものであり、共振器効果を極力排除したレーザ構造を有し、半導体光増幅器の光利得に基づき入射光を増幅する。半導体光増幅器は周知の半導体光増幅器から成る。
　具体的には、第１の分散補償光学装置１１０，１２０，１３０，１４０から出射されたレーザ光は、集光手段（レンズ）２１１Ａを通過して、半導体光増幅器２１０に入射する。そして、半導体光増幅器２１０から出力されたレーザ光は、集光手段（レンズ）２１１Ｂを経由して系外に出力される。
　半導体光増幅器２１０は、
　ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１導電型を有する第１化合物半導体層３０、
　ＧａＮ系化合物半導体から成る第３化合物半導体層（活性層）４０、及び、
　ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１導電型と異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層５０、
が、順次、基体上に積層されて成る積層構造体、
　第２化合物半導体層５０上に形成された第２電極６２、並びに、
　第１化合物半導体層３０に電気的に接続された第１電極６１、
を備えている。尚、第１化合物半導体層３０は、基板（具体的には、基板２１）上に形成されている。
　半導体光増幅器２１０の構成、構造は、第２電極が分割されていない点、及び、リッジストライプ構造は、湾曲しておらず、代わりに、光入射端面（第１端面）から光出射端面（第２端面）に向かって、その幅が広くなっている点を除き、実質的に、半導体レーザ素子１０と同じ構成、構造を有する。具体的には、半導体光増幅器２１０は、デバイス長３．０ｍｍ、フレア幅１５μｍのテーパー型の半導体光増幅器である。以上の点を除き、実質的に、実施例１において半導体レーザ素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
　図２０に実施例１０の半導体レーザ装置組立体の変形例の概念図を示すように、第１の分散補償光学装置と半導体光増幅器との間に、第３の分散補償光学装置が備えられており、第３の分散補償光学装置は、第１の分散補償光学装置からのレーザ光の波長毎に群速度分散値を制御する構成とすることもできる。ここで、第３の分散補償光学装置の構成、構造は、実施例１～実施例４において説明した第３の分散補償光学装置のいずれかの構成、構造と同様とすればよい。
　実施例１１は、実施例１０の変形である。実施例１１にあっては、半導体レーザ装置組立体を構成する半導体光増幅器の光閉込め係数の値の低下を図っている。実施例１１における半導体光増幅器は、第１の構成の半導体光増幅器である。
　半導体光増幅器の軸線に垂直な仮想平面で切断したときの半導体光増幅器の模式的な一部断面図を図２１に示すように、積層構造体は、第１導電型を有する第１化合物半導体層７１、化合物半導体から成る第３化合物半導体層（活性層、利得領域）７３、及び、第１導電型と異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層７２が、順次、基体７０上に積層されて成る。ここで、第１化合物半導体層７１は、基体側から、第１クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＮ層）７１Ａ、及び、第１光ガイド層（ｎ型ＧａＮ層）７１Ｂの積層構造を有する。そして、第１光ガイド層７１Ｂの厚さをｔ1、リッジストライプ構造７５を構成する第１光ガイド層の部分７１Ｂ’の厚さをｔ1’としたとき、
６×１０-7ｍ＜ｔ1
好ましくは、
８×１０-7ｍ≦ｔ1
を満足し、
０（ｍ）＜ｔ1’≦０．５・ｔ1
好ましくは、
０（ｍ）＜ｔ1’≦０．３・ｔ1
を満足する。具体的には、実施例１１にあっては、
ｔ1　＝１．２５μｍ
ｔ1’＝０．１５μｍ
とした。また、リッジストライプ構造７５の長さ及び幅を、それぞれ、１．０ｍｍ、１．６μｍとした。
　具体的には、基体７０はｎ型ＧａＮ基板から成り、化合物半導体層はｎ型ＧａＮ基板の（０００１）面上に設けられている。また、第１化合物半導体層７１、活性層７３、及び、第２化合物半導体層７２から構成された積層構造体は、ＧａＮ系化合物半導体、具体的にはＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成り、より具体的には、以下の表３に示す層構成を有する。ここで、表３において、下方に記載した化合物半導体層ほど、基体７０に近い層である。活性層７３における井戸層を構成する化合物半導体のバンドギャップは３．０６ｅＶである。活性層７３は、井戸層及び障壁層を備えた量子井戸構造を有しており、障壁層の不純物（具体的には、シリコン，Ｓｉ）のドーピング濃度は、２×１０17ｃｍ-3以上、１×１０20ｃｍ-3以下である。また、リッジストライプ構造７５の両側にはＳｉＯ2／Ｓｉから成る積層絶縁膜７６が形成されている。ＳｉＯ2層が下層であり、Ｓｉ層が上層である。そして、リッジストライプ構造７５の頂面に相当するｐ型ＧａＮコンタクト層７４に、第２電極（ｐ側オーミック電極）６２が形成されている。一方、基体７０の裏面には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕから成る第１電極（ｎ側オーミック電極）６１が形成されている。実施例１１にあっては、第２電極６２を厚さ０．１μｍのＰｄ単層から構成した。ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７２Ａの厚さは１０ｎｍであり、第２光ガイド層（ｐ型ＡｌＧａＮ層）７２Ｂの厚さは５０ｎｍであり、第２クラッド層（ｐ型ＡｌＧａＮ層）７２Ｃの厚さは０．５μｍであり、ｐ型ＧａＮコンタクト層７４の厚さは１００ｎｍである。更には、第２化合物半導体層７２を構成するｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７２Ａ、第２光ガイド層７２Ｂ、第２クラッド層７２Ｃ、ｐ型ＧａＮコンタクト層７４には、Ｍｇが、１×１０19ｃｍ-3以上（具体的には、２×１０19ｃｍ-3）、ドーピングされている。一方、第１クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＮ層）７１Ａの厚さは２．５μｍである。第１光ガイド層（ｎ型ＧａＮ層）７１Ｂの厚さは上述したとおりであり、第１光ガイド層７１Ｂの厚さ（１．２５μｍ）は、第２光ガイド層７２Ｂの厚さ（１００ｎｍ）よりも厚い。また、第１光ガイド層７１ＢをＧａＮから構成しているが、代替的に、第１光ガイド層７１Ｂを、活性層７３よりもバンドギャップの広い化合物半導体であって、第１クラッド層７１Ａよりもバンドギャップの狭い化合物半導体から構成することもできる。
［表３］
第２化合物半導体層７２
　　ｐ型ＧａＮコンタクト層（Ｍｇドープ）７４
　　第２クラッド層（ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層（Ｍｇドープ））７２Ｃ
　　第２光ガイド層（ｐ型Ａｌ0.01Ｇａ0.99Ｎ層（Ｍｇドープ））７２Ｂ
　　ｐ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ｎ電子障壁層（Ｍｇドープ）７２Ａ
活性層７３
　　ＩｎＧａＮ量子井戸活性層７３
　　　　（井戸層：Ｉｎ0.08Ｇａ0.92Ｎ／障壁層：Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ）
第１化合物半導体層７１
　　第１光ガイド層（ｎ型ＧａＮ層）７１Ｂ
　　第１クラッド層（ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ層）７１Ａ
但し、
井戸層（２層）：１０ｎｍ［ノン・ドープ］
障壁層（３層）：１２ｎｍ［ドーピング濃度（Ｓｉ）：２×１０18ｃｍ-3］
　実施例１１の半導体光増幅器にあっては、第１光ガイド層の厚さｔ1が規定されているので、光閉込め係数を低くすることができ、また、光場強度分布のピークが活性層から第１光ガイド層へと移動する結果、高出力動作時に活性層付近の光密度を低下させることができ、光学的損傷を防ぐことができるだけでなく、高出力化の達成を図ることができる。しかも、実施例１１にあっては、リッジストライプ構造を構成する第１光ガイド層の部分の厚さｔ1’が規定されているので、出力される光ビームの単一モード化を達成することができる。また、スラブ導波路の幅と第１光ガイド層の厚さが同程度となる結果、真円に近い光ビーム断面形状を得ることができ、レンズや光ファイバを用いる応用において集光特性が劣化する等の弊害が生じることが無い。
　実施例１２は、実施例１１の半導体光増幅器の変形である。実施例１２の半導体光増幅器の軸線に垂直な仮想平面で切断したときの半導体光増幅器の模式的な一部断面図を図２２に示すように、基体７０には、半導体光増幅器の軸線方向に沿って延びる凹部８１が２つ、形成されている。そして、全面に、即ち、２つの凹部８１、及び、２つの凹部８１によって挟まれた基体７０の領域８２の上には、実施例１１にて説明した積層構造体が形成されている。更には、基体７０の領域８２の上方には、第２電極６２が設けられている。
　ここで、第１化合物半導体層７１は、基体側から、第１クラッド層及び第１光ガイド層の積層構造を有し、
　２つの凹部８１によって挟まれた基体７０の領域８２の上の第１光ガイド層の厚さをｔ1、積層構造体の総厚をＴTotal、凹部８１の深さをＤとしたとき、
６×１０-7ｍ＜ｔ1
好ましくは、
８×１０-7ｍ≦ｔ1
を満足し、
（ＴTotal－０．５・ｔ1）≦Ｄ≦ＴTotal
好ましくは、
（ＴTotal－０．３・ｔ1）≦Ｄ≦ＴTotal
を満足する。具体的には、実施例１２にあっては、
ｔ1　　＝１．２５μｍ
ＴTotal＝４．１μｍ
Ｄ　　 ＝３．７μｍ
とした。また、凹部８１の幅を２０μｍ、２つの凹部８１によって挟まれた基体７０の領域８２の幅を１．５μｍとした。
　以上の点を除き、実施例１２の半導体光増幅器は、実施例１１の半導体光増幅器と同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。
　実施例１２の半導体光増幅器にあっては、２つの凹部によって挟まれた基体の領域（即ち、凹部と凹部との間に位置する基体の部分）の上の第１光ガイド層の厚さｔ1が規定されているので、高出力動作時に活性層付近の光密度を低下させることができ、光学的損傷を防ぐことができるだけでなく、増幅レーザ光の飽和エネルギーが増大し、高出力化の達成を図ることができる。しかも、実施例１２の半導体光増幅器にあっては、凹部の深さＤが規定されているので、出力される光ビームの単一モード化を達成することができる。また、スラブ導波路の幅と第１光ガイド層の厚さが同程度となる結果、真円に近い光ビーム断面形状を得ることができ、レンズや光ファイバを用いる応用において集光特性が劣化する等の弊害が生じることが無い。
　実施例１３は、実施例１１～実施例１２の変形である。模式的な一部断面図を図２３に示すように、実施例１３の半導体光増幅器において、第１化合物半導体層７１は、基体７０側から、第１クラッド層７１Ａ及び第１光ガイド層７１ｂ1，７１ｂ2の積層構造を有し、第１光ガイド層７１ｂ1，７１ｂ2の内部には、第１化合物半導体層７１を構成する化合物半導体材料の屈折率よりも高い屈折率を有する化合物半導体材料から成る高屈折率層７９、具体的には、厚さ５０ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎから成る高屈折率層７９が形成されている。活性層７３と上層の第１光ガイド層７１ｂ2との界面から、上層の第１光ガイド層７１ｂ2と高屈折率層７９との界面までの距離を０．３５μｍとした。ここで、第１光ガイド層７１ｂ1，７１ｂ2を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎG-1、高屈折率層７９を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎHR、活性層７３を構成する化合物半導体材料の平均屈折率をｎAcとしたとき、
０．０１≦ｎHR－ｎG-1≦０．１
を満足し、
ｎHR≦ｎAc
を満足している。具体的には、
ｎHR ＝２．５４７
ｎG-1＝２．５２０
ｎAc ＝２．６２０
である。
　実施例１４も、実施例１０の変形である。実施例１４にあっても、半導体レーザ装置組立体を構成する半導体光増幅器の光閉込め係数の値の低下を図っている。実施例１４における半導体光増幅器は、第２の構成の半導体光増幅器である。
　模式的な一部断面図を図２４に示すように、実施例１４の半導体光増幅器において、積層構造体は、少なくとも第２化合物半導体層の厚さ方向の一部分から構成されたリッジストライプ構造９５を有し；第１化合物半導体層９１は、０．６μｍを超える厚さを有し；第１化合物半導体層９１内には、第１化合物半導体層９１を構成する化合物半導体材料の屈折率よりも高い屈折率を有する化合物半導体材料から成る高屈折率層９９が形成されている。具体的には、第１化合物半導体層９１は、基体側から、第１クラッド層９１Ａ及び第１光ガイド層９１Ｂの積層構造を有し、第１光ガイド層９１Ｂは０．６μｍを超える厚さを有し、高屈折率層９９は第１光ガイド層９１Ｂの内部に形成されている。ここで、第１光ガイド層９１Ｂは、基体側から、第１光ガイド層の第１の部分（第１－Ａ光ガイド層９１Ｂ1）、高屈折率層９９、第１光ガイド層の第２の部分（第１－Ｂ光ガイド層９１Ｂ2）が積層された構成を有する。
　高屈折率層９９を含む第１光ガイド層９１Ｂの全体の厚さを１．２５μｍとした。また、活性層９３と第１光ガイド層９１Ｂとの界面（活性層９３と第１－Ｂ光ガイド層９１Ｂ2との界面）から、活性層側に位置する第１光ガイド層９１Ｂの部分（第１－Ｂ光ガイド層９１Ｂ2）と高屈折率層９９との界面までの距離は、０．２５μｍ以上であり、実施例１４にあっては、具体的には、０．３５μｍである。即ち、第１－Ｂ光ガイド層９１Ｂ2の厚さは０．３５μｍである。高屈折率層９９は、厚さ５０ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎから成る。第１光ガイド層９１Ｂ1，９１Ｂ2を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎG-1、高屈折率層９９を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎHR、活性層９３を構成する化合物半導体材料の平均屈折率をｎAcとしたとき、
０＜ｎHR－ｎG-1≦０．３
好ましくは、
０．０２≦ｎHR－ｎG-1≦０．２
を満足し、
ｎHR≦ｎAc
を満足している。具体的には、
ｎHR ＝２．５４７
ｎG-1＝２．５２０
ｎAc ＝２．６２０
である。
　リッジストライプ構造９５の長さ及び幅を、それぞれ、１．０ｍｍ、１．６μｍとした。半導体光増幅器は単一モードの光ビームを出力する。
　具体的には、基体９０はｎ型ＧａＮ基板から成り、化合物半導体層はｎ型ＧａＮ基板の（０００１）面上に設けられている。また、第１化合物半導体層９１、活性層９３、及び、第２化合物半導体層９２から構成された積層構造体は、ＧａＮ系化合物半導体、具体的にはＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成り、より具体的には、以下の表４に示す層構成を有する。ここで、表４において、下方に記載した化合物半導体層ほど、基体９０に近い層である。活性層９３における井戸層を構成する化合物半導体のバンドギャップは３．０６ｅＶである。活性層９３は、井戸層及び障壁層を備えた量子井戸構造を有しており、障壁層の不純物（具体的には、シリコン，Ｓｉ）のドーピング濃度は、２×１０17ｃｍ-3以上、１×１０20ｃｍ-3以下である。また、リッジストライプ構造９５の両側にはＳｉＯ2／Ｓｉから成る積層絶縁膜９６が形成されている。ＳｉＯ2層が下層であり、Ｓｉ層が上層である。そして、リッジストライプ構造９５の頂面に相当するｐ型ＧａＮコンタクト層９４に、第２電極（ｐ側オーミック電極）６２が形成されている。一方、基体９０の裏面には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕから成る第１電極（ｎ側オーミック電極）６１が形成されている。実施例１４にあっては、第２電極６２を厚さ０．１μｍのＰｄ単層から構成した。ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層９２Ａの厚さは１０ｎｍであり、第２光ガイド層（ｐ型ＡｌＧａＮ層）９２Ｂの厚さは５０ｎｍであり、第２クラッド層（ｐ型ＡｌＧａＮ層）９２Ｃの厚さは０．５μｍであり、ｐ型ＧａＮコンタクト層９４の厚さは１００ｎｍである。更には、第２化合物半導体層９２を構成するｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層９２Ａ、第２光ガイド層９２Ｂ、第２クラッド層９２Ｃ、ｐ型ＧａＮコンタクト層９４には、Ｍｇが、１×１０19ｃｍ-3以上（具体的には、２×１０19ｃｍ-3）、ドーピングされている。一方、第１クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＮ層）９１Ａの厚さは２．５μｍである。高屈折率層９９を含む第１光ガイド層（ｎ型ＧａＮ層）９１Ｂの全体の厚さは、上述したとおり、１．２５μｍであり、第１光ガイド層９１Ｂの全体の厚さ（１．２５μｍ）は、第２光ガイド層９２Ｂの厚さ（１００ｎｍ）よりも厚い。また、第１光ガイド層９１ＢをＧａＮから構成しているが、代替的に、第１光ガイド層９１Ｂを、活性層９３よりもバンドギャップの広い化合物半導体であって、第１クラッド層９１Ａよりもバンドギャップの狭い化合物半導体から構成することもできる。
［表４］
第２化合物半導体層９２
　　ｐ型ＧａＮコンタクト層（Ｍｇドープ）９４
　　第２クラッド層（ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層（Ｍｇドープ））９２Ｃ
　　第２光ガイド層（ｐ型Ａｌ0.01Ｇａ0.99Ｎ層（Ｍｇドープ））９２Ｂ
　　ｐ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ｎ電子障壁層（Ｍｇドープ）９２Ａ
活性層９３
　　ＩｎＧａＮ量子井戸活性層９３
　　　　（井戸層：Ｉｎ0.08Ｇａ0.92Ｎ／障壁層：Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ）
第１化合物半導体層９１
　　第１－Ｂ光ガイド層（ｎ型ＧａＮ層）９１Ｂ2
　　高屈折率層（ｎ型Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ高屈折率層）９９
　　第１－Ａ光ガイド層（ｎ型ＧａＮ層）９１Ｂ1
　　第１クラッド層（ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ層）９１Ａ
但し、
井戸層（２層）：１０ｎｍ［ノン・ドープ］
障壁層（３層）：１２ｎｍ［ドーピング濃度（Ｓｉ）：２×１０18ｃｍ-3］
　実施例１４においては、高屈折率層を、第１光ガイド層に設けたが、場合によっては、第１クラッド層に設けてもよく、この場合、高屈折率層を構成する化合物半導体材料の屈折率は、第１クラッド層を構成する化合物半導体材料の屈折率よりも高い。
　実施例１５は実施例１において説明したモード同期半導体レーザ素子の変形であり、第３の構成のモード同期半導体レーザ素子に関する。実施例１においては、半導体レーザ素子１０を、極性を有する結晶面であるｎ型ＧａＮ基板２１の（０００１）面、Ｃ面上に設けた。ところで、このような基板を用いた場合、第３化合物半導体層（活性層）４０にピエゾ分極及び自発分極に起因した内部電界によるＱＣＳＥ効果（量子閉じ込めシュタルク効果）によって、電気的に可飽和吸収が制御し難くなる場合がある。即ち、場合によっては、セルフ・パルセーション動作及びモード同期動作を得るために第１電極に流す直流電流の値及び可飽和吸収領域に印加する逆バイアス電圧の値を高くする必要が生じたり、メインパルスに付随したサブパルス成分が発生したり、外部信号と光パルスとの間での同期が取り難くなることが判った。
　そして、このような現象の発生を防止するためには、第３化合物半導体層（活性層）４０を構成する井戸層の厚さの最適化、第３化合物半導体層４０を構成する障壁層における不純物ドーピング濃度の最適化を図ることが好ましいことが判明した。
　具体的には、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層を構成する井戸層の厚さを、１ｎｍ以上、１０．０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上、８ｎｍ以下とすることが望ましい。このように井戸層の厚さを薄くすることによって、ピエゾ分極及び自発分極の影響を低減させることができる。また、障壁層の不純物ドーピング濃度を、２×１０18ｃｍ-3以上、１×１０20ｃｍ-3以下、好ましくは、１×１０19ｃｍ-3以上、１×１０20ｃｍ-3以下とすることが望ましい。ここで、不純物として、シリコン（Ｓｉ）あるいは酸素（Ｏ）を挙げることができる。そして、障壁層の不純物ドーピング濃度をこのような濃度とすることで、活性層のキャリアの増加を図ることができる結果、ピエゾ分極及び自発分極の影響を低減させることができる。
　実施例１５においては、表２に示した層構成における３層の障壁層（Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎから成る）と２層の井戸層（Ｉｎ0.08Ｇａ0.92Ｎ）から成るＩｎＧａＮ量子井戸活性層から構成された第３化合物半導体層（活性層）４０の構成を以下の表５のとおりとした。また、参考例１５のモード同期半導体レーザ素子においては、表２に示した層構成における第３化合物半導体層４０の構成を以下の表５のとおりとした。具体的には、実施例１と同じ構成とした。
［表５］
　　　　　　　　　　　　　　　　　実施例１５　　　　　　　　　　参考例１５
井戸層　　　　　　　　　　　　　　　８ｎｍ　　　　　　　　　　１０．５ｎｍ
障壁層　　　　　　　　　　　　　　１２ｎｍ　　　　　　　　　　１４ｎｍ
井戸層の不純物ドーピング濃度　　　ノン・ドープ　　　　　　　　ノン・ドープ
障壁層の不純物ドーピング濃度　　　Ｓｉ：２×１０18ｃｍ-3　　　ノン・ドープ
　実施例１５においては井戸層の厚さが８ｎｍであり、また、障壁層にはＳｉが２×１０18ｃｍ-3、ドーピングされており、活性層内のＱＣＳＥ効果が緩和されている。一方、参考例１５においては井戸層の厚さが１０．５ｎｍであり、また、障壁層には不純物がドーピングされていない。
　モード同期は、実施例１と同様に、発光領域に印加する直流電流と可飽和吸収領域に印加する逆バイアス電圧Ｖsaとによって決定される。実施例１５及び参考例１５の注入電流と光出力の関係（Ｌ－Ｉ特性）の逆バイアス電圧依存性を測定した。その結果、参考例１５にあっては、逆バイアス電圧Ｖsaを増加していくと、レーザ発振が開始する閾値電流が次第に上昇し、更には、実施例１５に比べて、低い逆バイアス電圧Ｖsaで変化が生じていることが判った。これは、実施例１５の活性層の方が、逆バイアス電圧Ｖsaにより可飽和吸収の効果が電気的に制御されていることを示唆している。但し、参考例１５にあっても、可飽和吸収領域に逆バイアスを印加した状態でシングルモード（単一基本横モード）のセルフ・パルセーション動作及びモード同期（モードロック）動作が確認されており、参考例１５も本開示に包含されることは云うまでもない。
　以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定するものではない。実施例において説明した半導体レーザ装置組立体、半導体レーザ素子、モード同期半導体レーザ素子、半導体光増幅器、第１の分散補償光学装置、第２の分散補償光学装置や空間位相変調器の構成、構造の構成は例示であり、適宜、変更することができる。また、実施例においては、種々の値を示したが、これらも例示であり、例えば、使用する半導体レーザ素子、半導体光増幅器の仕様が変われば、変わることは当然である。空間位相変調器は、その他、例えば、レンズから成る集光手段に替えて同様の焦点距離を実現できる凹面ミラーを用いることができるし、同様の空間分散を実現する透過型の第１の回折格子を用いることもできる。また、所望に応じて、空間位相変調器を複数用いることもできる。例えば、半導体レーザ素子や半導体光増幅器の軸線とリッジストライプ構造の軸線とは、所定の角度で交わっている構成としてもよいし、リッジストライプ構造の平面形状をテーパー状としてもよい。
　発光領域４１や可飽和吸収領域４２の数は１に限定されない。１つの第２電極の第１部分６２Ａと２つの第２電極の第２部分６２Ｂ1，６２Ｂ2とが設けられたモード同期半導体レーザ素子（マルチセクション型（多電極型）の半導体レーザ素子）の模式的な端面図を図２５に示す。図２５に示すモード同期半導体レーザ素子にあっては、第１部分６２Ａの一端が、一方の分離溝６２Ｃ1を挟んで、一方の第２部分６２Ｂ1と対向し、第１部分６２Ａの他端が、他方の分離溝６２Ｃ2を挟んで、他方の第２部分６２Ｂ2と対向している。そして、１つの発光領域４１が、２つの可飽和吸収領域４２1，４２2によって挟まれている。あるいは又、２つの第２電極の第１部分６２Ａ1，６２Ａ2と１つの第２電極の第２部分６２Ｂとが設けられたモード同期半導体レーザ素子の模式的な端面図を図２６に示す。このモード同期半導体レーザ素子にあっては、第２部分６２Ｂの端部が、一方の分離溝６２Ｃ1を挟んで、一方の第１部分６２Ａ1と対向し、第２部分６２Ｂの他端が、他方の分離溝６２Ｃ2を挟んで、他方の第１部分６２Ａ2と対向している。そして、１つの可飽和吸収領域４２が、２つの発光領域４１1，４１2によって挟まれている。
　半導体レーザ素子を、斜め導波路を有する斜めリッジストライプ型の分離閉じ込めヘテロ構造の半導体レーザ素子とすることもできる。このような半導体レーザ素子におけるリッジストライプ構造５５’を上方から眺めた模式図を図２７に示す。このモード同期半導体レーザ素子にあっては、直線状の２つのリッジストライプ構造が組み合わされた構造を有し、２つのリッジストライプ構造の交差する角度θの値は、例えば、
０＜θ≦１０（度）
好ましくは、
０＜θ≦６（度）
とすることが望ましい。斜めリッジストライプ型を採用することで、無反射コートをされた第２端面の反射率を、より０％の理想値に近づけることができ、その結果、モード同期半導体レーザ素子内で周回してしまうレーザ光の発生を防ぐことができ、メインのレーザ光に付随する副次的なレーザ光の生成を抑制できるといった利点を得ることができる。
　実施例においては、半導体レーザ素子や半導体光増幅器を、ｎ型ＧａＮ基板の極性面であるＣ面，｛０００１｝面上に設けたが、代替的に、｛１１－２０｝面であるＡ面、｛１－１００｝面であるＭ面、｛１－１０２｝面といった無極性面上、あるいは又、｛１１－２４｝面や｛１１－２２｝面を含む｛１１－２ｎ｝面、｛１０－１１｝面、｛１０－１２｝面といった半極性面上に、半導体レーザ素子や半導体光増幅器を設けてもよく、これによって、半導体レーザ素子や半導体光増幅器の第３化合物半導体層（活性層）にたとえピエゾ分極及び自発分極が生じた場合であっても、第３化合物半導体層の厚さ方向にピエゾ分極が生じることは無く、第３化合物半導体層の厚さ方向とは略直角の方向にピエゾ分極が生じるので、ピエゾ分極及び自発分極に起因した悪影響を排除することができる。｛１１－２ｎ｝面とは、ほぼＣ面に対して４０度を成す無極性面を意味する。また、無極性面上あるいは半極性面上に半導体レーザ素子１０を設ける場合、実施例１５にて説明したような、井戸層の厚さの制限（１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下）及び障壁層の不純物ドーピング濃度の制限（２×１０18ｃｍ-3以上、１×１０20ｃｍ-3以下）を無くすことが可能である。
　尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
［Ａ０１］《半導体レーザ装置組立体：第１の態様》
　半導体レーザ素子、
　半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入出射する第１の分散補償光学装置、及び、
　第１の分散補償光学装置から出射されたレーザ光が入出射する第２の分散補償光学装置、
から構成されており、
　第２の分散補償光学装置は、第１の分散補償光学装置からのレーザ光の波長毎に群速度分散値を制御する半導体レーザ装置組立体。
［Ａ０２］《半導体レーザ装置組立体：第２の態様》
　半導体レーザ素子、
　半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入出射する第１の分散補償光学装置、及び、
　第１の分散補償光学装置から出射されたレーザ光が入出射する第２の分散補償光学装置、
から構成されており、
　第２の分散補償光学装置は、第１の分散補償光学装置からのレーザ光の位相を、光スペクトルの周波数成分毎に、周波数の３次以上の次数の関数で変調する半導体レーザ装置組立体。
［Ａ０３］半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、第１の分散補償光学装置に入射し、
　第１の分散補償光学装置に入射したレーザ光の一部は半導体レーザ素子に戻され、残りは第２の分散補償光学装置に向けて出射される［Ａ０１］又は［Ａ０２］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ０４］第１の分散補償光学装置は、第１の回折格子、第１の集光手段、及び、反射鏡から成り、
　半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、第１の回折格子と衝突し、
　第１の回折格子からの０次光は第２の分散補償光学装置に向けて出射され、
　第１の回折格子からの回折光は第１の集光手段を介して反射鏡に入射し、次いで、反射鏡から出射され、第１の集光手段、第１の回折格子を介して半導体レーザ素子に戻される［Ａ０１］乃至［Ａ０３］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ０５］第１の回折格子は反射型の回折格子から成り、
　半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、第１の回折格子と衝突し、第１の回折格子において反射された０次光は第２の分散補償光学装置に向けて出射され、第１の回折格子において反射された回折光は第１の集光手段を介して反射鏡に入射し、次いで、反射鏡から出射され、第１の集光手段、第１の回折格子を介して半導体レーザ素子に戻される［Ａ０４］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ０６］第１の回折格子は透過型の回折格子から成り、
　半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、第１の回折格子と衝突し、第１の回折格子を透過した０次光は第２の分散補償光学装置に向けて出射され、第１の回折格子を透過した回折光は第１の集光手段を介して反射鏡に入射し、次いで、反射鏡から出射され、第１の集光手段、第１の回折格子を介して半導体レーザ素子に戻される［Ａ０４］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ０７］《第１の形態の第１の分散補償光学装置》
　第１の分散補償光学装置は、対向して配置された透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉及び透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉から成り、各透過型体積ホログラム回折格子において、レーザ光の入射角と１次の回折光の出射角との和は９０度である分散補償光学装置から成る［Ａ０１］乃至［Ａ０３］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ０８］半導体レーザ素子からのレーザ光が入射する透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉において、１次の回折光の出射角は、レーザ光の入射角よりも大きい［Ａ０７］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ０９］《第２の形態の第１の分散補償光学装置》
　第１の分散補償光学装置は、対向して配置された透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉及び透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉から成り、各透過型体積ホログラム回折格子において、レーザ光の入射角と１次の回折光の出射角とは略等しい分散補償光学装置から成る［Ａ０１］乃至［Ａ０３］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ１０］レーザ光の入射角と１次の回折光の出射角との和は９０度である［Ａ０９］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ１１］《第１の分散補償光学装置－Ａ》
　透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉に入射したレーザ光は、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉によって回折され、１次の回折光として出射され、更に、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉に入射し、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉によって回折され、１次の回折光として第２の分散補償光学装置に向けて出射される［Ａ０７］乃至［Ａ１０］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ１２］《第１の分散補償光学装置－Ｂ》
　平行に配置された反射鏡〈Ａ〉及び反射鏡〈Ｂ〉を更に備えており、
　透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉から出射されたレーザ光は、反射鏡〈Ａ〉に衝突して反射され、次いで、反射鏡〈Ｂ〉に衝突して反射される［Ａ１１］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ１３］透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉に入射するレーザ光の延長線上に、反射鏡〈Ｂ〉に反射されたレーザ光が概ね位置している［Ａ１２］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ１４］《第１の分散補償光学装置－Ｃ》
　基体の第１面上に透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉が設けられており、
　第１面と対向する基体の第２面上に透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉が設けられている［Ａ０７］乃至［Ａ１０］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ１５］部分反射鏡を更に備えており、
　透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉に入射したレーザ光は、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉によって回折され、１次の回折光として出射され、更に、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉に入射し、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉によって回折され、１次の回折光として出射されて、部分反射鏡に衝突し、一部は第２の分散補償光学装置に向けて出射され、残りは、部分反射鏡によって反射され、再び、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉に入射し、透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉によって回折され、１次の回折光として出射され、更に、再び、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉に入射し、透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉によって回折される［Ａ０７］乃至［Ａ１０］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ１６］２つの透過型体積ホログラム回折格子の間の距離を変えることで、群速度分散値を変える［Ａ０７］乃至［Ａ１５］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ１７］透過型体積ホログラム回折格子は、２枚のガラス基板の間に回折格子部材が挟まれた構造を有し、
　回折格子部材へ入射するレーザ光の波長をλ、レーザ光スペクトル幅をΔλ、回折格子部材へのレーザ光の入射角をθin、回折角をθout、ガラス基板の屈折率をＮ、回折格子部材の厚さをＬとしたとき、以下の式（Ａ）を満足する［Ａ０７］乃至［Ａ１６］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
｜１－ｃｏｓ（θin＋θout）｝／ｃｏｓ（θout）｜
　　≦｛０．５５３／（π・Ｎ・Ｌ）｝（λ2／Δλ）　　　　　　　　　　　（Ａ）
［Ａ１８］ｍを整数、回折格子部材における屈折率変調度をΔｎとしたとき、以下の式（Ｂ）を満足する［Ａ１７］に記載の半導体レーザ装置組立体。
｛（０．８＋２ｍ）・λ／Δｎ｝・｛ｃｏｓ（θin）・ｃｏｓ（θout）｝1/2
　　≦　Ｌ　≦
｛（１．２＋２ｍ）・λ／Δｎ｝・｛ｃｏｓ（θin）・ｃｏｓ（θout）｝1/2 （Ｂ）
［Ａ１９］第２の分散補償光学装置は、第２の回折格子、第２の集光手段、及び、空間位相変調器から成り、
　第１の分散補償光学装置からのレーザ光は、第２の回折格子と衝突し、第２の回折格子からの回折光は、第２の集光手段を介して空間位相変調器に入射し、次いで、空間位相変調器から出射して、第２の集光手段、第２の回折格子を介して系外に出射され、
　空間位相変調器によって、第１の分散補償光学装置から出射するレーザ光の波長毎に群速度分散値が制御される［Ａ０１］乃至［Ａ１８］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ２０］空間位相変調器は反射型液晶表示装置から成る［Ａ１９］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ２１］空間位相変調器はデフォーマブルミラーから成る［Ａ１９］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ２２］空間位相変調器は複数の反射鏡から成る［Ａ１９］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ２３］半導体レーザ素子は、可飽和吸収領域を有するモード同期半導体レーザ素子から成る［Ａ０１］乃至［Ａ２２］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ２４］モード同期半導体レーザ素子は、
　ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１導電型を有する第１化合物半導体層、
　ＧａＮ系化合物半導体から成る第３化合物半導体層、及び、
　ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層、
が、順次、積層されて成る積層構造体を有する［Ａ２３］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ２５］
　半導体レーザ素子は、光密度が１×１０10ワット／ｃｍ2以上であり、且つ、キャリア密度が１×１０19／ｃｍ3以上である電流注入型のモード同期半導体レーザ素子から成る［Ａ２３］又は［Ａ２４］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ２６］第１の分散補償光学装置における群速度分散値は負である［Ａ０１］乃至［Ａ２５］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ２７］第２の分散補償光学装置に向けて出射されるレーザ光のパルス時間幅が最小値となる群速度分散値あるいはその近傍において、第１の分散補償光学装置を動作させる［Ａ０１］乃至［Ａ２６］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ２８］第１の分散補償光学装置と第２の分散補償光学装置との間に、半導体光増幅器が備えられている［Ａ０１］乃至［Ａ２７］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ａ２９］第１の分散補償光学装置と半導体光増幅器との間に、第３の分散補償光学装置が備えられており、
　第３の分散補償光学装置は、第１の分散補償光学装置からのレーザ光の波長毎に群速度分散値を制御する［Ａ２８］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｂ０１］半導体光増幅器は、ＩＩＩ－Ｖ族窒化物系半導体層の積層構造体あるいはワイドギャップ半導体層の積層構造体から成る［Ａ２８］又は［Ａ２９］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｂ０２］半導体光増幅器へ入射するレーザ光のパルス時間幅をτ1、半導体光増幅器から出力されるレーザ光のパルス時間幅をτ2としたとき、τ1＞τ2であり、且つ、半導体光増幅器の駆動電流値が高い程、τ2の値が小さくなる［［Ｂ０１］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｂ０３］半導体光増幅器から出力されるレーザ光の光スペクトル幅は４．５ＴＨｚ以上である［Ｂ０１］又は［Ｂ０２］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｂ０４］半導体光増幅器の駆動電流密度は５×１０3アンペア／ｃｍ2以上である［Ｂ０１］乃至［Ｂ０３］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｂ０５］半導体光増幅器の光閉込め係数は３％以下である［Ｂ０１］乃至［Ｂ０４］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｂ０６］半導体光増幅器へ入射するレーザ光の光スペクトル幅に対して、半導体光増幅器から出力されるレーザ光の光スペクトル幅が、２．５ＴＨｚ以上増加する［Ｂ０１］乃至［Ｂ０５］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｂ０７］モード同期半導体レーザ素子は、ピークパワーの光密度が１×１０10ワット／ｃｍ2以上であり、且つ、キャリア密度が１×１０19／ｃｍ3以上である電流注入型のモード同期半導体レーザ素子である［Ｂ０１］乃至［Ｂ０６］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｂ０８］モード同期半導体レーザ素子は、レーザ光の繰返し周波数が１ＧＨｚ以下である［Ｂ０１］乃至［Ｂ０７］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｃ０１］《第１の構成の半導体光増幅器》
　第１の分散補償光学装置において、
　第１化合物半導体層は、基体側から、第１クラッド層及び第１光ガイド層の積層構造を有し、
　積層構造体は、第２化合物半導体層、第３化合物半導体層、及び、第１光ガイド層の厚さ方向の一部分から構成されたリッジストライプ構造を有し、
　第１光ガイド層の厚さをｔ1、リッジストライプ構造を構成する第１光ガイド層の部分の厚さをｔ1’としたとき、
６×１０-7ｍ＜ｔ1
０（ｍ）＜ｔ1’≦０．５・ｔ1
を満足する［Ａ２８］乃至［Ｂ０８］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｃ０２］ｔ1≦３×１０-6ｍ
を満足する［Ｃ０１］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｃ０３］半導体光増幅器は単一モードの光ビームを出力する［Ｃ０１］又は［Ｃ０２］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｃ０４］積層構造体の光出射端面から出射された光ビームのリッジストライプ構造の幅方向の寸法をＬＢX、リッジストライプ構造の厚さ方向の寸法をＬＢYとしたとき、
０．２≦ＬＢY／ＬＢX≦１．２
を満足する［Ｃ０１］乃至［Ｃ０３］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｃ０５］積層構造体の光出射端面において、リッジストライプ構造の厚さ方向に沿った、積層構造体における活性層中心点から、積層構造体から出射される光ビームの中心点までの距離ＹCCは、
ｔ1’≦ＹCC≦ｔ1
を満足する［Ｃ０１］乃至［Ｃ０４］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｃ０６］第１光ガイド層内には、第１光ガイド層を構成する化合物半導体材料の屈折率よりも高い屈折率を有する化合物半導体材料から成る高屈折率層が形成されている［Ｃ０１］乃至［Ｃ０５］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｃ０７］第１光ガイド層を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎG-1、高屈折率層を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎHRとしたとき、
０．０１≦ｎHR－ｎG-1≦０．１
を満足する［Ｃ０６］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｃ０８］第２化合物半導体層は、基体側から、第２光ガイド層及び第２クラッド層の積層構造を有し、
　第１光ガイド層の厚さは、第２光ガイド層の厚さよりも厚い［Ｃ０１］乃至［Ｃ０７］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｄ０１］《第２の構成の半導体光増幅器》
　第１の分散補償光学装置において、
　積層構造体は、少なくとも第２化合物半導体層の厚さ方向の一部分から構成されたリッジストライプ構造を有し、
　第１化合物半導体層は、０．６μｍを超える厚さを有し、
　第１化合物半導体層内には、第１化合物半導体層を構成する化合物半導体材料の屈折率よりも高い屈折率を有する化合物半導体材料から成る高屈折率層が形成されている［Ａ２８］乃至［Ｂ０８］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｄ０２］第１化合物半導体層は、基体側から、第１クラッド層及び第１光ガイド層の積層構造を有し、
　第１光ガイド層は、０．６μｍを超える厚さを有し、
　高屈折率層は、第１光ガイド層の内部に形成されている［Ｄ０１］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｄ０３］活性層と第１光ガイド層との界面から、活性層側に位置する第１光ガイド層の部分と高屈折率層との界面までの距離は、０．２５μｍ以上である［Ｄ０２］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｄ０４］第１光ガイド層を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎG-1、高屈折率層を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎHRとしたとき、
０＜ｎHR－ｎG-1≦０．３
を満足する［Ｄ０２］又は［Ｄ０３］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｄ０５］半導体光増幅器は単一モードの光ビームを出力する［Ｄ０１］乃至［Ｄ０４］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［Ｄ０６］第２化合物半導体層は、基体側から、第２光ガイド層及び第２クラッド層の積層構造を有し、
　第１光ガイド層の厚さは、第２光ガイド層の厚さよりも厚い［Ｄ０１］乃至［Ｄ０５］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
１０・・・半導体レーザ素子（モード同期半導体レーザ素子）、１１・・・コリメート手段（凸レンズ）、１２・・・部分反射鏡、２１・・・基体（基板）、３０・・・第１化合物半導体層、３１・・・ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、３２・・・ｎ型ＧａＮクラッド層、４０・・・第３化合物半導体層（活性層）、４１，４１1，４１2・・・発光領域、４２，４２1，４２2・・・可飽和吸収領域、５０・・・第２化合物半導体層、５１・・・ノンドープＩｎＧａＮ光ガイド層、５２・・・ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層（Ｍｇドープ）、５３・・・ｐ型ＧａＮ（Ｍｇドープ）／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層、５４・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層（Ｍｇドープ）、５５，５５’・・・リッジストライプ構造、５６・・・積層絶縁膜、６１・・・第１電極、６２・・・第２電極、６２Ａ，６２Ａ1，６２Ａ2・・・第２電極の第１部分、６２Ｂ，６２Ｂ1，６２Ｂ2・・・第２電極の第２部分、６２Ｃ，６２Ｃ1，６２Ｃ2・・・分離溝、６３・・・Ｐｄ単層、６４・・・レジスト層、６５・・・レジスト層に設けられた開口部、７０・・・基体、７１・・・第１化合物半導体層、７１Ａ・・・第１クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＮ層）、７１Ｂ・・・第１光ガイド層（ｎ型ＧａＮ層）、７１Ｂ’・・・リッジストライプ構造を構成する第１光ガイド層の部分、７１ｂ1，７１ｂ2・・・第１光ガイド層、７２・・・第２化合物半導体層、７２Ａ・・・ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層、７２Ｂ・・・第２光ガイド層（ｐ型ＡｌＧａＮ層、７２Ｃ・・・第２クラッド層（ｐ型ＡｌＧａＮ層）、７３・・・第３化合物半導体層（活性層、利得領域）、７４・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層、７５・・・リッジストライプ構造、７６・・・積層絶縁膜、７９・・・高屈折率層、８１・・・凹部、８２・・・２つの凹部によって挟まれた基体の領域、９０・・・基体、９１・・・第１化合物半導体層、９１Ａ・・・第１クラッド層、９１Ｂ・・・第１光ガイド層、９１Ｂ1・・・第１－Ａ光ガイド層、９１Ｂ2・・・第１－Ｂ光ガイド層、９２・・・第２化合物半導体層、９２Ａ・・・ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層、９２Ｂ・・・第２光ガイド層（ｐ型ＡｌＧａＮ層）、９２Ｃ・・・第２クラッド層（ｐ型ＡｌＧａＮ層）、９３・・・活性層、９４・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層、９５・・・リッジストライプ構造、９６・・・積層絶縁膜、９９・・・高屈折率層、１１０，１２０，１３０，１４０，４１０Ａ，４１０Ｂ，４１０Ｃ，４１０Ｄ，４１０Ｅ，５１０，６１０・・・第１の分散補償光学装置、１１１，１１１Ａ・・・第１の回折格子、１１２・・・第１の集光手段（第１のレンズ）、１１３Ａ・・・反射鏡、１２１・・・回折格子〈Ａ〉、１２２・・・回折格子〈Ｂ〉、１２３・・・部分反射鏡、１３１・・・プリズム〈Ａ〉、１３２・・・プリズム〈Ｂ〉、１３３・・・部分反射鏡、１４１・・・干渉計、１４１Ａ・・・反射鏡、１４１Ｂ，１４３・・・部分反射鏡、１５０・・・第２の分散補償光学装置、１５１，１５１Ａ・・・第２の回折格子、１５２・・・第２の集光手段（第２のレンズ）、１５２’・・・凹レンズ、１５３Ａ・・・空間位相変調器（位相補償光学装置、反射型液晶表示装置）、１５３Ｂ・・・空間位相変調器（位相補償光学装置、デフォーマブルミラー）、１５３Ｃ・・・空間位相変調器（位相補償光学装置、複数の反射鏡）、１５４・・・ミラー、２１０・・・半導体光増幅器、２１１Ａ，２１１Ｂ・・・集光手段（レンズ）、３１１・・・回折格子部材（フォトポリマー材料）、３１２，３１３・・・ガラス基板、３１２ａ・・・ガラス基板の表面、３１３Ａ・・・ガラス基板、３１３ａ，３１３ｂ・・・ガラス基板の斜面、４１１，５１１・・・透過型体積ホログラム回折格子〈Ａ〉、４１２，５１２・・・透過型体積ホログラム回折格子〈Ｂ〉、４１３1・・・反射鏡〈Ａ〉、４１３2・・・反射鏡〈Ｂ〉、４１４・・・基体、４１４Ａ・・・基体の第１面、４１４Ｂ・・・基体の第２面、４１５・・・反射鏡、４１６・・・部分反射鏡、６１１・・・透過型体積ホログラム回折格子、６１２・・・集光手段（レンズ）、６１３・・・反射鏡、ＡＲ・・・無反射コート層、ＨＲ・・・高反射コート層

Claims (12)

  1. 　半導体レーザ素子、
    　半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入出射する第１の分散補償光学装置、及び、
    　第１の分散補償光学装置から出射されたレーザ光が入出射する第２の分散補償光学装置、
    から構成されており、
    　第２の分散補償光学装置は、第１の分散補償光学装置からのレーザ光の波長毎に群速度分散値を制御する半導体レーザ装置組立体。
  2. 　半導体レーザ素子、
    　半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入出射する第１の分散補償光学装置、及び、
    　第１の分散補償光学装置から出射されたレーザ光が入出射する第２の分散補償光学装置、
    から構成されており、
    　第２の分散補償光学装置は、第１の分散補償光学装置からのレーザ光の位相を、光スペクトルの周波数成分毎に、周波数の３次以上の次数の関数で変調する半導体レーザ装置組立体。
  3. 　半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、第１の分散補償光学装置に入射し、
    　第１の分散補償光学装置に入射したレーザ光の一部は半導体レーザ素子に戻され、残りは第２の分散補償光学装置に向けて出射される請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ装置組立体。
  4. 　第１の分散補償光学装置は、第１の回折格子、第１の集光手段、及び、反射鏡から成り、
    　半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、第１の回折格子と衝突し、
    　第１の回折格子からの０次光は第２の分散補償光学装置に向けて出射され、
    　第１の回折格子からの回折光は第１の集光手段を介して反射鏡に入射し、次いで、反射鏡から出射され、第１の集光手段、第１の回折格子を介して半導体レーザ素子に戻される請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ装置組立体。
  5. 　第２の分散補償光学装置は、第２の回折格子、第２の集光手段、及び、空間位相変調器から成り、
    　第１の分散補償光学装置からのレーザ光は、第２の回折格子と衝突し、第２の回折格子からの回折光は、第２の集光手段を介して空間位相変調器に入射し、次いで、空間位相変調器から出射して、第２の集光手段、第２の回折格子を介して系外に出射され、
    　空間位相変調器によって、第１の分散補償光学装置から出射するレーザ光の波長毎に群速度分散値が制御される請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ装置組立体。
  6. 　空間位相変調器は反射型液晶表示装置から成る請求項５に記載の半導体レーザ装置組立体。
  7. 　空間位相変調器はデフォーマブルミラーから成る請求項５に記載の半導体レーザ装置組立体。
  8. 　空間位相変調器は複数の反射鏡から成る請求項５に記載の半導体レーザ装置組立体。
  9. 　半導体レーザ素子は、可飽和吸収領域を有するモード同期半導体レーザ素子から成る請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ装置組立体。
  10. 　モード同期半導体レーザ素子は、
    　ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１導電型を有する第１化合物半導体層、
    　ＧａＮ系化合物半導体から成る第３化合物半導体層、及び、
    　ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層、
    が、順次、積層されて成る積層構造体を有する請求項９に記載の半導体レーザ装置組立体。
  11. 　第１の分散補償光学装置と第２の分散補償光学装置との間に、半導体光増幅器が備えられている請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ装置組立体。
  12. 　第１の分散補償光学装置と半導体光増幅器との間に、第３の分散補償光学装置が備えられており、
    　第３の分散補償光学装置は、第１の分散補償光学装置からのレーザ光の波長毎に群速度分散値を制御する請求項１１に記載の半導体レーザ装置組立体。
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