(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳ可動ミラーの振動を抑圧することにより、波長可変レーザーチップから出射されるレーザー光のスペクトル線幅の広がりを狭くできる波長可変レーザー装置を提供すること。【解決手段】ＭＥＭＳ可動ミラーを有する波長可変レーザーチップがガラス窓を有する気密パッケージ内に収納され、内部に液体が封入される波長可変レーザー装置において、前記気密パッケージの内部に、内圧の変動を軽減する安定化手段を有することを特徴とするもの。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＥＭＳ可動ミラーを有する波長可変レーザーチップがガラス窓を有する気密パッケージ内に収納され、内部に液体が封入される波長可変レーザー装置において、
前記気密パッケージの内部に、内圧の変動を軽減する安定化手段を有することを特徴とする波長可変レーザー装置。
【請求項２】
安定化前記手段は、ゴム状弾性体を隔壁として形成された空間部であることを特徴とする請求項１記載の波長可変レーザー装置。
【請求項３】
前記安定化手段は、ゴム状弾性体で形成された中空のボールであることを特徴とする請求項１記載の波長可変レーザー装置。
【請求項４】
前記封入液体は、絶縁性を有することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の波長可変レーザー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変レーザー装置に関し、詳しくは、光測定器、ガス分析、ファイバーセンサ用光源、光通信用光源などに好適な波長可変レーザー装置の性能改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、従来のＭＥＭＳ可動ミラーを有する波長可変レーザーチップを用いた波長可変レーザー装置の一例を示す構成図である。図５において、波長可変レーザー装置は、印加電圧Ｅ１に応じて出射光の波長が変わる波長可変レーザーチップ１と、この波長可変レーザーチップ１からの出射光を収束するレンズ２と、ユーザーに波長可変レーザーチップ１の光を出力する光ファイバ３と、波長可変レーザーチップ１に電圧を印加する電圧回路４などで構成されている。
【０００３】
はじめに、波長可変レーザーチップ１の構成について説明する。波長可変レーザーチップ１は、ＩｎＰ基板１０１とＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板１０７で構成されている。
【０００４】
ＩｎＰ基板１０１の一方の表面には多層膜ミラー１０３が結晶成長され、多層膜ミラー１０３の表面には活性層１０４が結晶成長され、活性層１０４の中央部分を除いた表面には電極１０５が形成されている。ＩｎＰ基板１０１の他方の表面には電極１０２が形成されている。
【０００５】
ＳＯＩ基板１０７は、シリコン基板１０７ａ上に絶縁層１０７ｂとシリコン層１０７ｃが積層されたものである。シリコン層１０７ｃの表面を研磨することにより凹部が形成され、この凹部には可動ミラー１０９が設けられている。また、このシリコン層１０７ｃのＩｎＰ基板１０１の両端と対向する部分にはシリコン結晶を成長させて、スペーサ１０６が形成される。そして、スペーサ１０６を含むシリコン層１０７ｃの表面には、電極１０８が形成される。
【０００６】
一方、シリコン基板１０７ａの表面の中央部分を異方性エッチングや等方性エッチングで絶縁層１０７ｂに達するまで取り除くことにより、四角錐状のレーザー光取り出し口１１０が形成される。このレーザー光取り出し口１１０の外周には電極１１１が形成される。
【０００７】
さらに、絶縁層１０７ｂに対して選択エッチングを行い、絶縁層１０７ｂを部分的に除去する。これにより、絶縁層１０７ｂの膜厚よりなる空間が形成されてシリコン層１０７ｃはダイヤフラムとして機能することになる。以下、シリコン層１０７ｃをダイヤフラムともいう。
【０００８】
これらＩｎＰ基板１０１の電極１０５とＳＯＩ基板１０７のスペーサ１０６の表面に形成されている電極１０８との位置合わせを行って接合することにより、波長可変レーザーチップ１が形成される。これにより、ＩｎＰ基板１０１とＳＯＩ基板１０７との間にはスペーサ１０６と電極１０５および１０８の膜厚よりなる空間が形成される。ダイヤフラム１０７ｃと可動ミラー１０９は、これらの両面に形成された空間内で変位する。
【０００９】
また、レーザー光取り出し口１１０には、可動ミラー１０９とレーザーを集光するレンズ２と光ファイバ３が出射されるレーザー光の光軸の中心線上に並ぶように配置される。
【００１０】
ＳＯＩ基板１０７の両面に形成された電極１０８、１１１間には第１の直流電源Ｅ１が接続され、ＩｎＰ基板１０１に形成された電極１０２とＳＯＩ基板１０７に形成された電極１０８間には第２の直流電源Ｅ２が接続されている。
【００１１】
これら多層膜ミラー１０３と活性層１０４と可動ミラー１０９で光共振器を構成している。ＳＯＩ基板１０７の両面に形成された電極１０８、１１１の間は絶縁層１０７ｂで絶縁されているので、可動ミラー１０９が設けられたダイヤフラム１０７ｃを変位させる直流電源Ｅ１の電圧を制御することができる。
【００１２】
このような構成において、ＩｎＰ基板１０１に形成された電極１０２とＳＯＩ基板１０７に形成された電極１０８間に第２の直流電源Ｅ２の出力電圧を印加することにより活性層１０４に電流が注入されて活性層１０４に含まれる電子が励起され、光が出射される。この出力光が可動ミラー１０９と多層膜ミラー１０３の間を反射してレーザー発振を行う。すなわち、電流注入による励起方式を採っている。そして、レーザー出力光はレンズ２を経由して光ファイバ３に入射される。
【００１３】
出射されるレーザー光の発振波長は、可動ミラー１０９と多層膜ミラー１０３の間の距離で決定される。すなわち、ＳＯＩ基板１０７の両面に形成された電極１０８と電極１１１間に電圧Ｅ１を印加することにより、電圧Ｅ１に応じた静電気力でダイヤフラム１０７ｃとともに可動ミラー１０９が変位して多層膜ミラー１０３との間の距離が変化し、レーザー光の発振波長を変えることができる。そして、ＳＯＩ基板１０７に四角錐状のレーザー光取り出し口１１０を設けていることにより、レンズ２および光ファイバ３に効率良くレーザー光を取り入れることができる。
【００１４】
特許文献１は、面発光型レーザーから出射されるレーザー光を効率よく光ファイバに入れることができ、損失を軽減できる面発光型レーザーに関するものである。
【００１５】
【特許文献１】特開２００７−１７３５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、図５のような従来のＭＥＭＳ可動ミラーを有する波長可変レーザーチップ１を用いた波長可変レーザー装置は、ＭＥＭＳ可動ミラーが振動することから、波長可変レーザーチップ１から出射されるレーザー光のスペクトル線幅（波長変動）が広く（大きく）なってしまうという問題がある。レーザー光のスペクトル線幅が広くなると、たとえば光測定器の測定精度が低下することになり、好ましくない。
【００１７】
本発明は、上記のような問題点を解決するものであり、ＭＥＭＳ可動ミラーの振動を抑圧することにより、波長可変レーザーチップから出射されるレーザー光のスペクトル線幅の広がりを狭くでき、光測定器などスペクトル線幅の広がりが問題となるアプリケーションにも使用できる波長可変レーザー装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記のような目的を達成するために、本発明の請求項１は、
ＭＥＭＳ可動ミラーを有する波長可変レーザーチップがガラス窓を有する気密パッケージ内に収納され、内部に液体が封入される波長可変レーザー装置において、
前記気密パッケージの内部に、内圧の変動を軽減する安定化手段を有することを特徴とする。
【００１９】
請求項２は、請求項１記載の波長可変レーザー装置において、
安定化前記手段は、ゴム状弾性体を隔壁として形成された空間部であることを特徴とする。
【００２０】
請求項３は、請求項１記載の波長可変レーザー装置において、
前記安定化手段は、ゴム状弾性体で形成された中空のボールであることを特徴とする。
【００２１】
請求項４は、請求項１〜３いずれかに記載の波長可変レーザー装置において、
前記封入液体は、絶縁性を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
このように構成することにより、波長可変レーザーチップのＭＥＭＳ可動ミラーの振動を抑えることができ、波長可変レーザー装置から出力されるレーザー光のスペクトル線幅の広がりを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を用いて、本発明の波長可変レーザー装置を説明する。図１は本発明の一実施例を示す構成図である。図１において、ステム５の穴にハーメチックピン６が差し込まれ、ステム５とハーメチックピン６の間を封着ガラス７で封止されている。
【００２４】
ハーメチックピン６には、ゴム状弾性体（以下、ゴムシート９という）よりなる隔壁が取り付けられた第１のスペーサー８と、図５と同様なＭＥＭＳ可動ミラーを有する波長可変レーザーチップ１が実装された第２のスペーサー１０が、重ね合わせるようにして取り付けられている。
【００２５】
第１のスペーサー８の一方の面には段付凹部が形成されていて、この段付凹部を塞ぐようにゴムシート９よりなる隔壁が接合されている。他方の面には、第２のスペーサー１０に実装された波長可変レーザーチップ１よりも広い開口面を有する凹部が形成されている。
【００２６】
第２のスペーサー１０は、第１のスペーサー８と重ね合わせた状態で外周が一致するように等しい大きさに形成されている。第２のスペーサー１０の第１のスペーサー８との対向面には、図５の波長可変レーザーチップ１を上下反転させた状態で実装するための凹部が形成されている。この凹部の中心部には、波長可変レーザーチップ１のレーザー光取り出し口１１０の開口と重なり合う大きさの穴が設けられている。
【００２７】
ステム５には、重ね合わせるようにしてハーメチックピン６に取り付けられた第１のスペーサー８と第２のスペーサー１０を内包するように形成されたキャップ１１が気密パッケージを構成するように取り付けられている。キャップ１１の主平面中央部にはレーザー光を取り出すための開口が設けられるとともにその外周の内面には凹部が形成され、この凹部にはガラス窓１２が接合されている。
【００２８】
このように気密パッケージ化された波長可変レーザー装置において、ゴムシート９で塞がれた第１のスペーサー８の段付凹部の空間部１４以外の全空間部には、液体１３が封入されている。
【００２９】
図２は、図１に示した波長可変レーザー装置の作製プロセスの一実施例を示す工程図である。まず、（ａ）に示すように、ステム５の穴にハーメチックピン６を差し込み、ステム５とハーメチックピン６の間を封着ガラス７で封止する。
【００３０】
次に、（ｂ）に示すように、第１のスペーサー８の段付凹部に位置を合わせながらゴムシート９を接合する。
【００３１】
そして、（ｃ）に示すように、ステム５の穴に差し込んで封着ガラス７で封止されたハーメチックピン６に、段付凹部にゴムシート９よりなる隔壁が接合された第１のスペーサー８を、ゴムシート９よりなる隔壁がステム５と対向するようにして差し込み接合する。
【００３２】
次に、（ｄ）に示すように、第２のスペーサー１０の凹部に、図５の波長可変レーザーチップ１を上下反転させた状態で位置を合わせながら接合する。なお、これら第１および第２のスペーサー８、１０は、たとえばセラミックで形成されている。
【００３３】
その後、（ｅ）に示すように、凹部に波長可変レーザーチップ１が接合された第２のスペーサー１０を、波長可変レーザーチップ１が第１のスペーサー８と対向するようにしてハーメチックピン６に差し込み接合する。
【００３４】
続いて、（ｆ）に示すように、キャップ１１の凹部に位置を合わせながらガラス窓１２を接合する。
【００３５】
そして、（ｇ）に示すように、凹部にガラス窓１２が接合されたキャップ１１を、重ね合わせるようにしてハーメチックピン６に取り付けられた第１のスペーサー８と第２のスペーサー１０を内包するようにステム５に取り付けて接合固着する。
【００３６】
ここまでの工程で、気密パッケージ化された波長可変レーザー装置を組み立てることができるが、さらに本発明の波長可変レーザー装置では、ゴムシート９で塞がれた第１のスペーサー８の段付凹部の空間部１４以外の全空間部に、液体１３を封入する。
【００３７】
液体１３の封入にあたっては、たとえば真空状態の雰囲気で図示しないステム５の穴から液体１３を注入してステム５の穴を閉じるようにするが、他の方法によって液体１３を封入してもよい。
【００３８】
ここで、液体１３としては、たとえばシリコンオイルのような絶縁剤を用いる。
【００３９】
波長可変レーザー装置の空間部に封入された液体１３は、波長可変レーザーチップ１の可動ミラー１０９の振動とダイヤフラム１０７ｃの振動を抑制するように機能する。ダイヤフラム１０７ｃの振動を抑制することにより、スペクトル線幅の拡大が低減できる。
【００４０】
また、多層膜ミラー１０３と活性層１０４と可動ミラー１０９で構成される波長可変レーザーチップ１の光共振器の光路部分に液体１３を封入することにより、外部からの衝撃による揺れが生じたとしても液体１３により振動が抑制されるので、ダイヤフラム１０７ｃの振動を軽減できる。
【００４１】
なお、ガラス窓１２が設けられた気密パッケージ内にシリコンオイルなどの液体１３を封入した場合、封入した液体１３が温度上昇によって膨張して内圧が上昇し、ガラス窓１２が割れるおそれがある。また、温度が低下した場合には、液体１３の収縮によって気泡が発生し、レーザー光を遮るおそれもある。
【００４２】
そこで、本発明では、温度変化に基づく液体１３の膨張および収縮による内圧変化を吸収して軽減するために、ゴムシート９の隔壁を設けている。
【００４３】
なお、ゴムシート９としては、耐薬品性・耐熱性が高い液体１３中で安定な材料であるバイトン（登録商標）などのフッ素ゴム系の材料を用いる。
【００４４】
このように、ゴムシート９のような柔らかい材料で液体１３の膨張収縮による内圧変化を吸収することにより、波長可変レーザーチップ１のＭＥＭＳ可動ミラー１０９の振動を抑えることができ、波長可変レーザー装置から出力されるレーザー光のスペクトル線幅の広がりを抑制できる。
【００４５】
図３は本発明の他の実施例を示す構成図であり、図１と共通する部分には同一の符号を付けている。図１と異なる点は、空間部１４を形成する第１のスペーサー８の隔壁がゴムシート９ではなく、中空のゴムボール１５を用いていることである。
【００４６】
図３のように液体１３内部に中空のゴムボール１５を設けることによって、図１と同じように液体１３の膨張収縮による内圧変化を吸収して、軽減できる。
【００４７】
また、中空のゴムボール１５を用いることにより、第１のスペーサー８に隔壁としてゴムシート９を接合するための段付凹部の段付部が不要になり、第１のスペーサー８の構造を単純化できる。
【００４８】
そして、中空のゴムボール１５で液体１３の膨張収縮による内圧変化を吸収して軽減することにより、図１と同様に、波長可変レーザーチップ１のＭＥＭＳ可動ミラー１０９の振動を抑えることができ、波長可変レーザー装置から出力されるレーザー光のスペクトル線幅の広がりを抑制できる。
【００４９】
図４は図３に示した波長可変レーザー装置の作製プロセスの他の実施例を示す工程図であり、図２と共通する部分には同一の符号を付けている。図２と異なる点は、（ｂ）に示す第１のスペーサー８に隔壁として接合しているゴムシート９に代えて中空のゴムボール１５を設けていることである。
【００５０】
このように、中空のゴムボール１５のような柔らかい材料で液体１３の膨張収縮による内圧変化を吸収して軽減することにより、波長可変レーザーチップ１のＭＥＭＳ可動ミラー１０９の振動を抑えることができ、波長可変レーザーチップ１における出力光のスペクトル線幅の狭窄化を実現できる。
【００５１】
以上説明したように、本発明によれば、波長可変レーザーチップのＭＥＭＳ可動ミラーの振動を抑えることができ、出力レーザー光のスペクトル線幅の広がりを抑制できる波長可変レーザー装置を実現でき、光測定器、ガス分析、ファイバーセンサ用光源、光通信用光源などに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】図１の波長可変レーザー装置の作製プロセスの一実施例を示す工程図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図４】図３の波長可変レーザー装置の作製プロセスの他の実施例を示す工程図である。
【図５】従来のＭＥＭＳ可動ミラーを有する波長可変レーザーチップを用いた波長可変レーザー装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  波長可変レーザーチップ
５  ステム
６  ハーメチックピン
７  封着ガラス
８  第１のスペーサー
９  ゴムシート
１０  第２のスペーサー
１１  キャップ
１２  ガラス窓
１３  液体
１４  空間部
１５  ゴムボール
【図１】
2010147284.tif 000003
【図２】
2010147284.tif 000004
【図３】
2010147284.tif 000005
【図４】
2010147284.tif 000006
【図５】
2010147284.tif 000007