(57)【要約】【課題】小型化を図ることができる分散補償光学装置を提供する。【解決手段】分散補償光学装置１２０は、対向して配置された第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１及び第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２から成り、各透過型体積ホログラム回折格子１２１，１２２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。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置された第１の透過型体積ホログラム回折格子及び第２の透過型体積ホログラム回折格子から成り、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。
【請求項２】
半導体レーザ素子からのレーザ光が入射する第１の透過型体積ホログラム回折格子において、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請求項１に記載の分散補償光学装置。
【請求項３】
対向して配置された第１の透過型体積ホログラム回折格子及び第２の第１の透過型体積ホログラム回折格子から成り、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。
【請求項４】
レーザ光の入射角と１次の回折光の出射角との和は９０度である請求項３に記載の分散補償光学装置。
【請求項５】
第１の透過型体積ホログラム回折格子に入射したレーザ光は、第１の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、１次の回折光として出射され、更に、第２の透過型体積ホログラム回折格子に入射し、第２の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、１次の回折光として系外に出射される請求項１又は請求項３に記載の分散補償光学装置。
【請求項６】
平行に配置された第１の反射鏡及び第２の反射鏡を更に備えており、
第２の透過型体積ホログラム回折格子から出射されたレーザ光は、第１の反射鏡に衝突して反射され、次いで、第２の反射鏡に衝突して反射される請求項５に記載の分散補償光学装置。
【請求項７】
第１の透過型体積ホログラム回折格子に入射するレーザ光の延長線上に、第２の反射鏡に反射されたレーザ光が概ね位置している請求項６に記載の分散補償光学装置。
【請求項８】
第１の反射鏡及び第２の反射鏡を更に備えており、
第１の透過型体積ホログラム回折格子から出射されたレーザ光は、第１の反射鏡に衝突して反射され、次いで、第２の反射鏡に衝突して反射され、第２の透過型体積ホログラム回折格子に入射する請求項５に記載の分散補償光学装置。
【請求項９】
基体の第１面上に第１の透過型体積ホログラム回折格子が設けられており、
第１面と対向する基体の第２面上に第２の透過型体積ホログラム回折格子が設けられている請求項１又は請求項３に記載の分散補償光学装置。
【請求項１０】
反射鏡を更に備えており、
第１の透過型体積ホログラム回折格子に入射したレーザ光は、第１の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、１次の回折光として出射され、更に、第２の透過型体積ホログラム回折格子に入射し、第２の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、１次の回折光として出射されて、反射鏡に衝突し、
反射鏡によって反射されたレーザ光は、再び、第２の透過型体積ホログラム回折格子に入射し、第２の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、１次の回折光として出射され、更に、再び、第１の透過型体積ホログラム回折格子に入射し、第１の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、系外に出射される請求項１又は請求項３に記載の分散補償光学装置。
【請求項１１】
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請求項１又は請求項３に記載の分散補償光学装置。
【請求項１２】
透過型体積ホログラム回折格子及び反射鏡から成り、
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度であり、あるいは又、レーザ光の入射角と１次の回折光の出射角とは略等しく、
半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、透過型体積ホログラム回折格子に入射し、回折され、１次の回折光として出射され、反射鏡に衝突し、反射鏡によって反射された１次の回折光は、再び、透過型体積ホログラム回折格子に入射し、回折され、系外に出射される分散補償光学装置。
【請求項１３】
透過型体積ホログラム回折格子と反射鏡の間の距離を変えることで、群速度分散値を変える請求項１２に記載の分散補償光学装置。
【請求項１４】
レーザ光が出射される半導体レーザ素子は、モード同期半導体レーザ素子から成る請求項１、請求項３及び請求項１２のいずれか１項に記載の分散補償光学装置。
【請求項１５】
モード同期半導体レーザ素子、及び、
モード同期半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入射する、請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の分散補償光学装置、
を備えている半導体レーザ装置組立体。
【請求項１６】
モード同期半導体レーザ素子、
モード同期半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入射する第１の分散補償光学装置、
第１の分散補償光学装置から出射されたレーザ光が入射する半導体光増幅器、及び、
半導体光増幅器から出射されたレーザ光が入射する第２の分散補償光学装置、
を備えている半導体レーザ装置組立体。
【請求項１７】
第１の分散補償光学装置は、請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の分散補償光学装置から成る請求項１６に記載の半導体レーザ装置組立体。
【請求項１８】
第２の分散補償光学装置は、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の分散補償光学装置から成る請求項１６に記載の半導体レーザ装置組立体。
【請求項１９】
モード同期半導体レーザ素子は可飽和吸収領域を有する請求項１５又は請求項１６に記載の半導体レーザ装置組立体。
【請求項２０】
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１９に記載の半導体レーザ装置組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、分散補償光学装置、及び、係る分散補償光学装置を組み込んだ半導体レーザ装置組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
モード同期法に基づき駆動されるチタン／サファイア・レーザ装置に代表される超短パルスレーザ装置は、ピコ秒・フェムト秒の時間幅を有するレーザ光パルスを発生する。超短パルスレーザ装置から出射されるレーザ光パルスは、高いピークパワーを有するが故に、物質に照射したとき、通常の連続発振のレーザ装置とは異なる物理現象が生じる。この物理現象の多くは非線形光学現象として知られており、近年、生物顕微鏡や微細構造の加工等に多く利用されるようになってきている。
【０００３】
高いピークパワーを得るために、超短パルスレーザ装置から出射されたレーザ光パルスは、屡々、増幅器によって増幅させられる。ここで、増幅器によって大きなパルスエネルギーを得る方法として、増幅器に入射するレーザ光のパルス時間幅を伸長し、増幅後に再び圧縮する方法（「チャープパルス増幅」と呼ばれる）が知られている。そして、チャープパルス増幅を実行するためには、超短パルスレーザ光の波長分散を利用したパルス圧縮・伸長手段（「分散補償光学装置」とも呼ばれる）が用いられる。
【０００４】
特に、半導体利得媒質を用いた半導体レーザ素子は、チタン／サファイア・レーザ装置やＹＡＧレーザ装置といった固体媒質レーザ装置と比較して、キャリア寿命がナノ秒程度と短い。そのため、モード同期半導体レーザ素子で発生したピコ秒台のレーザ光パルスを、直接、増幅器で増幅すると、増幅に供されるキャリア数が時間的に限定され、連続光を増幅する場合と比較して増幅効率が低下する。従って、高ピークパワーを有する超短のレーザ光パルスを発生させる小型の半導体レーザ装置組立体のためには、分散補償光学装置が不可欠である。
【０００５】
分散補償光学装置は、図２０に示すように、通常、２つの刻線型の回折格子から構成される。しかしながら、刻線型の回折格子は高い回折効率を得ることが必ずしも容易ではなく、分散補償光学装置のスループットが低いという欠点がある。例えば、入射波長４００ｎｍ帯で用いられる刻線型の回折格子の効率は市販品で７５％程度であり、入射波長が短くなるに従い刻線間隔も短くなるため、次第に製造が難しくなり、回折効率が低下する。そして、２つの刻線型の回折格子から構成された分散補償光学装置にあっては、（７５％）2≒５６％までスループットが低下してしまう。また、刻線型の回折格子は、格子間隔に依存して高次の回折光が発生するなど、回折効率の高い１次の回折光を得るための条件が限定的である。更には、刻線型の回折格子は、回折角が刻線数と波長に依存するため、分散補償光学装置を構成する際の光学配置の自由度が低いといった問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Tsung-Yuan Yang, et al., "Femtosecond laser pulse compression using volume phase transmission holograms", Applied Optics, 1 July 1985, Vol. 24, No. 13
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような刻線型の回折格子の代わりに、２つの透過型体積ホログラム回折格子から分散補償光学装置を構成する技術が、Tsung-Yuan Yang, et al., "Femtosecond laser pulse compression using volume phase transmission holograms", Applied Optics, 1 July 1985, Vol. 24, No. 13 から周知である。この非特許文献には透過型体積ホログラム回折格子を利用したパルス圧縮の原理検証が報告されている。しかしながら、分散補償光学装置の小型化に最適な構成を開示してはいない。
【０００８】
従って、本開示の目的は、小型化を図ることができる分散補償光学装置、及び、係る分散補償光学装置を組み込んだ半導体レーザ装置組立体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本開示の第１の態様に係る分散補償光学装置は、対向して配置された第１の透過型体積ホログラム回折格子及び第２の透過型体積ホログラム回折格子から成り、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。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。
【００１０】
上記の目的を達成するための本開示の第２の態様に係る分散補償光学装置は、対向して配置された第１の透過型体積ホログラム回折格子及び第２の第１の透過型体積ホログラム回折格子から成り、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。具体的には、例えば、
０．９５≦φin／φout≦１．００
である。
【００１１】
上記の目的を達成するための本開示の第３の態様に係る分散補償光学装置は、
透過型体積ホログラム回折格子及び反射鏡から成り、
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度であり、あるいは又、レーザ光の入射角φinと１次の回折光の出射角φoutとは略等しく、
半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、透過型体積ホログラム回折格子に入射し、回折され、１次の回折光として出射され、反射鏡に衝突し、反射鏡によって反射された１次の回折光は、再び、透過型体積ホログラム回折格子に入射し、回折され、系外に出射される。
【００１２】
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、
モード同期半導体レーザ素子、及び、
モード同期半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入射する、本開示の第１の態様、第２の態様あるいは第３の態様に係る分散補償光学装置、
を備えている。
【００１３】
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、
モード同期半導体レーザ素子、
モード同期半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入射する第１の分散補償光学装置、
第１の分散補償光学装置から出射されたレーザ光が入射する半導体光増幅器、及び、
半導体光増幅器から出射されたレーザ光が入射する第２の分散補償光学装置、
を備えている。
【発明の効果】
【００１４】
本開示の第１の態様に係る分散補償光学装置にあっては、各分散補償光学装置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度であり、本開示の第２の態様に係る分散補償光学装置にあっては、各分散補償光学装置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とは略等しく、また、本開示の第３の態様に係る分散補償光学装置は透過型体積ホログラム回折格子及び反射鏡から成るので、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、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、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、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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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】図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、透過型体積ホログラム回折格子の模式的な一部断面図、及び、実施例１の半導体レーザ装置組立体におけるチャープ現象の概要を示す図である。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ、実施例２及び実施例３の分散補償光学装置の概念図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、実施例４の分散補償光学装置及びその変形例の概念図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、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分散補償光学装置の概念図、及び、実施例５の分散補償光学装置の概念図である。
【図６】図６は、実施例６の半導体レーザ装置組立体の概念図である。
【図７】図７Ａ及び図７Ｂは、実施例７の分散補償光学装置の概念図である。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、実施例８の分散補償光学装置における波長選択手段の概念図である。
【図９】図９は、実施例１におけるモード同期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１０】図１０は、実施例１におけるモード同期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１１】図１１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１２】図１２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１３】図１３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１４】図１４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１５】図１５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１６】図１６は、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、入射光の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１７】図１７Ａ及び図１７Ｂ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１８】図１８Ａ及び図１８Ｂは、図１７Ｂ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１９】図１９は、図１８Ｂ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２０】図２０は、従来の２つの刻線型の回折格子から構成された分散補償光学装置の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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．本開示の第１の態様〜第３の態様に係る分散補償光学装置、並びに、本開示の第１の態様及び第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の第１の態様に係る分散補償光学装置、本開示の第１の態様及び第２の態様に係る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の別の変形）
５．実施例４（実施例１の更に別の変形）
６．実施例５（実施例１〜実施例２、実施例４の変形）
７．実施例６（本開示の第２の態様に係る分散補償光学装置）
８．実施例７（本開示の第３の態様に係る分散補償光学装置）
９．実施例８（実施例１〜実施例７の変形）
１０．実施例９（実施例１〜実施例８の変形）、その他
【００１７】
［本開示の第１の態様〜第３の態様に係る分散補償光学装置、並びに、本開示の第１の態様及び第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体、全般に関する説明］
本開示の第１の態様あるいは第２の態様に係る分散補償光学装置、本開示の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体における本開示の第１の態様あるいは第２の態様に係る分散補償光学装置を総称して、『本開示の分散補償光学装置等』と呼ぶ場合がある。
【００１８】
本開示の第１の態様に係る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第１の透過型体積ホログラム回折格子において、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、体積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、第１の透過型体積ホログラム回折格子からの１次の回折光が入射する第２の透過型体積ホログラム回折格子にあっては、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、第１の透過型体積ホログラム回折格子におけるレーザ光の入射角φinと、第２の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とは等しく、且つ、第１の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と、第２の透過型体積ホログラム回折格子における１次の回折光の入射角φinとは等しいことが好ましい。後述する本開示の分散補償光学装置等−Ａ〜本開示の分散補償光学装置等−Ｅにおいても同様である。
【００１９】
また、本開示の第２の態様に係る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、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。
【００２０】
そして、上記の好ましい構成を含む本開示の分散補償光学装置等において、第１の透過型体積ホログラム回折格子に入射したレーザ光は、第１の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、１次の回折光として出射され、更に、第２の透過型体積ホログラム回折格子に入射し、第２の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、１次の回折光として系外に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、『本開示の分散補償光学装置等−Ａ』と呼ぶ。第１の透過型体積ホログラム回折格子に入射するレーザ光と、第２の透過型体積ホログラム回折格子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、第１の透過型体積ホログラム回折格子から出射されたレーザ光が第２の透過型体積ホログラム回折格子に入射し得る収まる程度に平行であることが）、既存の光学系に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。後述する本開示の分散補償光学装置等−Ｂ、本開示の分散補償光学装置等−Ｃ、本開示の分散補償光学装置等−Ｄにおいても同様である。
【００２１】
そして、本開示の分散補償光学装置等−Ａにあっては、
平行に配置された第１の反射鏡及び第２の反射鏡を更に備えており、
第２の透過型体積ホログラム回折格子から出射されたレーザ光は、第１の反射鏡に衝突して反射され、次いで、第２の反射鏡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、『本開示の分散補償光学装置等−Ｂ』と呼ぶ。更には、第１の透過型体積ホログラム回折格子に入射するレーザ光の延長線上に、第２の反射鏡に反射されたレーザ光が概ね位置しており、あるいは又、第１の透過型体積ホログラム回折格子に入射するレーザ光と、第２の透過型体積ホログラム回折格子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、既存の光学系に分散補償光学装置を配置、挿入することが容易となる。本開示の分散補償光学装置等−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、第１の透過型体積ホログラム回折格子に入射するレーザ光パルスのスペクトルの波長中心が回折される角度の延長線上に第２の反射鏡の中心が位置することを意味する。
【００２２】
あるいは又、本開示の分散補償光学装置等−Ａにあっては、
第１の反射鏡及び第２の反射鏡を更に備えており、
第１の透過型体積ホログラム回折格子から出射されたレーザ光は、第１の反射鏡に衝突して反射され、次いで、第２の反射鏡に衝突して反射され、第２の透過型体積ホログラム回折格子に入射する形態とすることができる。このような形態を、便宜上、『本開示の分散補償光学装置等−Ｃ』と呼ぶ。本開示の分散補償光学装置等−Ｃは、シングルパス型の分散補償光学装置である。尚、第１の透過型体積ホログラム回折格子と第１の反射鏡との間に集光手段（レンズ）を配し、第２の反射鏡と第２の透過型体積ホログラム回折格子との間に集光手段（レンズ）を配することが、群速度分散値（分散補償量）の調整といった観点から好ましい。
【００２３】
あるいは又、上記の好ましい構成を含む本開示の分散補償光学装置等において、
基体の第１面上に第１の透過型体積ホログラム回折格子が設けられており、
第１面と対向する基体の第２面上に第２の透過型体積ホログラム回折格子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、『本開示の分散補償光学装置等−Ｄ』と呼ぶ。本開示の分散補償光学装置等−Ｄ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。
【００２４】
あるいは又、上記の好ましい構成を含む本開示の分散補償光学装置等において、
反射鏡を更に備えており、
第１の透過型体積ホログラム回折格子に入射したレーザ光は、第１の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、１次の回折光として出射され、更に、第２の透過型体積ホログラム回折格子に入射し、第２の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、１次の回折光として出射されて、反射鏡に衝突し、
反射鏡によって反射されたレーザ光は、再び、第２の透過型体積ホログラム回折格子に入射し、第２の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、１次の回折光として出射され、更に、再び、第１の透過型体積ホログラム回折格子に入射し、第１の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、系外に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、『本開示の分散補償光学装置等−Ｅ』と呼ぶ。本開示の分散補償光学装置等−Ｅは、ダブルパス型の分散補償光学装置である。
【００２５】
以上に説明した各種の好ましい構成、形態を含む本開示の分散補償光学装置等にあっては、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、本開示の分散補償光学装置等−Ｄ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。また、本開示の分散補償光学装置等−Ｅにあっては、第２の透過型体積ホログラム回折格子と反射鏡との間の距離を変えてもよい。更には、本開示の第３の態様に係る分散補償光学装置にあっては、透過型体積ホログラム回折格子と反射鏡の間の距離を変えることで、群速度分散値（分散補償量）を変えることができる。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、モード同期半導体レーザ組立体から出射されるレーザ光パルスの特性に依存する。そして、レーザ光パルスの特性は、モード同期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、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。そして、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パルス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パルス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。透過型体積ホログラム回折格子にて回折され、出射された１次の回折光において、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、光学要素を配すればよい。
【００２６】
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。
【００２７】
［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
【００２８】
より具体的には、本開示の分散補償光学装置等−Ｂ、本開示の分散補償光学装置等−Ｄ、本開示の分散補償光学装置等−Ｅ、及び、本開示の第２の態様に係る分散補償光学装置にあっては、群速度分散値は負である。一方、本開示の分散補償光学装置等−Ｃ、及び、本開示の第３の態様に係る分散補償光学装置にあっては、群速度分散値は正、負、どちらの値ともなる。
【００２９】
更には、以上に説明した各種の好ましい構成、形態を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る分散補償光学装置において、レーザ光が出射される半導体レーザ素子は、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。
【００３０】
本開示の第２の態様に係る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、以上に説明した各種の好ましい構成、形態を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る分散補償光学装置から構成することができる。また、第２の分散補償光学装置は、本開示の分散補償光学装置等−Ａ、本開示の分散補償光学装置等−Ｂ、本開示の分散補償光学装置等−Ｃ、本開示の分散補償光学装置等−Ｄを含む本開示の第１の態様あるいは第２の態様に係る分散補償光学装置から構成することができる。更には、以上に説明した好ましい構成、形態を含む本開示の第１の態様あるいは第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、モード同期半導体レーザ素子は可飽和吸収領域を有することが好ましい。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（ＳＥＳＡＭＥ）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、及び、分散補償光学装置の群速度分散値（分散補償量）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形態とすることができる。半導体光増幅器も、限定するものではないが、実質的に、モード同期半導体レーザ素子と同じ構成、構造とすることができる。
【００３１】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る分散補償光学装置にあっては、あるいは又、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様あるいは第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体にあっては、
波長選択手段（波長選択装置）を備えており、
波長選択手段（波長選択装置）は、最終的に系外に出力されるレーザ光の短波長成分を抽出する構成とすることができる。
【００３２】
ここで、波長選択手段は、バンドパスフィルタから成る構成とすることができるし、ロングパスフィルタやプリズムから成る構成とすることもできるし、あるいは又、アパーチャから成る構成とすることもできる。アパーチャは、例えば、多数のセグメントを有する透過型液晶表示装置から成る形態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。また、パルス状のレーザ光のバンドパスフィルタへの入射角を変えることで、バンドパスフィルタから出射するレーザ光の波長を選択することもできる。
【００３３】
本開示の分散補償光学装置等−Ａ、本開示の分散補償光学装置等−Ｂ、本開示の分散補償光学装置等−Ｃ、本開示の分散補償光学装置等−Ｄから構成された本開示の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体、あるいは又、これらの分散補償光学装置から第１の分散補償光学装置が構成された本開示の第２の態様に係る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（レーザ光出射端面）と分散補償光学装置、あるいは、半導体レーザ素子の第２端面と第１の分散補償光学装置との間に部分反射鏡（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）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）と部分反射鏡によって外部共振器構造が構成される。また、本開示の分散補償光学装置等−Ｅ、本開示の第３の態様に係る分散補償光学装置から構成された本開示の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体、あるいは又、これらの分散補償光学装置から第１の分散補償光学装置が構成された本開示の第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体にあっては、これらの分散補償光学装置と第１端面によって外部共振器構造が構成される。
【００３４】
外部共振器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、外部共振器は、上述したように、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、分散補償光学装置によって構成される。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、分散補償光学装置との間の距離である。
【００３５】
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。
【００３６】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様あるいは第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体（以下、これらを総称して、単に『本開示の半導体レーザ装置組立体等』と呼ぶ場合がある）において、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。
【００３７】
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。尚、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。尚、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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光パルス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。
【００４０】
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あっては、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。尚、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。尚、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。
【００４１】
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光パルス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）と同期が取れた光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。
【００４２】
ここで、モード同期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、モード同期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、第２端面（レーザ光出射端面）におけるリッジストライプ構造の両端の二等分点と、第２端面とは反対側の積層構造体の第１端面（レーザ光反射端面）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、モード同期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。
【００４３】
あるいは又、モード同期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。尚、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。
【００４４】
モード同期半導体レーザ素子にあっては、レーザ光ビーム（レーザ光パルス）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（レーザ光パルス）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。
【００４５】
モード同期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。
【００４６】
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、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。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。
【００４７】
更には、上記の好ましい形態を含む第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、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。
【００４８】
以上に説明した好ましい構成、形態を含む第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。尚、（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。尚、（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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
尚、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。
【００５２】
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。
【００５３】
モード同期半導体レーザ素子において、積層構造体は、具体的には、ＡｌＧａＩｎＮ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、ＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体として、より具体的には、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ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［ＱＷ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。
【００５４】
更には、モード同期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、モード同期半導体レーザ素子の直列抵抗成分を下げることができ、モード同期半導体レーザ素子の低動作電圧化につながる。尚、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、モード同期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。尚、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、モード同期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。尚、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ＧａＩｎＮ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。
【００５５】
モード同期半導体レーザ素子にあっては、モード同期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に順次形成するが、ここで、基板として、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、モード同期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。
【００５６】
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。尚、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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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、レーザ光パルス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、レーザ光パルス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ＧａＩｎＮ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ＧａＩｎＮ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。
【００６０】
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。
【００６１】
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といった分野に適用することができる。
【００６２】
以下、実施例に基づき本開示の分散補償光学装置及び半導体レーザ装置組立体を説明するが、それに先立ち、本開示の分散補償光学装置の原理等を説明する。
【００６３】
図２Ａ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）１１が、２枚のガラス基板１２，１３（屈折率：Ｎ）に挟まれている。回折格子部材１１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２Ａでは、太い斜線で示す）が平行して設けられている。入射光が回折される条件は、入射光の波数ベクトルをｋIv、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。
【００６４】
ｋIv＋ｍ・Ｋv＝ｋv                                                      （１）
【００６５】
ここで、入射光及び回折光の波数ベクトルｋIv，ｋvはガラス基板１２，１３内の波数ベクトルであり、分散補償光学装置（より具体的には、ガラス基板１２）へのレーザ光の入射角をφin、分散補償光学装置（より具体的には、ガラス基板１３）からのレーザ光の出射角をφoutとする。尚、前述したとおり、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１１へのレーザ光の入射角θin、回折格子部材１１からの出射角（回折角）θout、及び、入射光の波長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。
【００６６】
｜Ｋv｜＝２π／Ｐ                                                       （２）
【００６７】
Ｋ＝ｋ［｛ｓｉｎ（θin）＋ｓｉｎ（θout）｝2
＋｛ｃｏｓ（θin）−ｃｏｓ（θout）｝2］1/2
＝ｋ［２｛１−ｃｏｓ（θin＋θout）｝］1/2                            （３）
【００６８】
Ｐ＝λ／［２｛１−ｃｏｓ（θin＋θout）｝］1/2                          （４）
【００６９】
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２Ａ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。
【００７０】
ｋI,xv＋ｍ・Ｋxv＝ｋxv                                                  （５）
【００７１】
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。
【００７２】
ｓｉｎ（φin）＋ｍ・（λ／Ｐ）・ｓｉｎ（ψ）＝ｓｉｎ（φout）           （６）
【００７３】
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１１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。
【００７４】
ｓｉｎ（ψ）＝｛ｓｉｎ（θin）＋ｓｉｎ（θout）｝
／［２｛１−ｃｏｓ（θin＋θout）｝］1/2                （７）
【００７５】
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。
【００７６】
ｄφout／ｄλ＝｛ｓｉｎ（θin）＋ｓｉｎ（θout）｝／｛Ｎ・λ・ｃｏｓ（θout）｝
（８）
【００７７】
本開示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、本開示が目的の１つとする高いスループットは、体積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。
【００７８】
η＝ｓｉｎ2［（π・Δｎ・Ｌ）／２λ｛ｃｏｓ（θin）・ｃｏｓ（θout）｝1/2］
・Ｓｉｎｃ2［Δｋz・（Ｌ／２）］                                    （９）
【００７９】
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（非特許文献１参照）。このうち、回折波長の帯域は、体積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。
【００８０】
Δｋ＝２π・Ｎ｛１／（λ＋Δλ）−１／λ｝
≒−（２π・Ｎ）（Δλ／λ2）                                     （１０）
【００８１】
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。
【００８２】
Δｋz＝Δｋ｛１−ｃｏｓ（θin＋θout）｝／ｃｏｓ（θout）             （１１）
【００８３】
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。
【００８４】
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）
【００８５】
次に、式（１２）から、必要とされる要件を満たす体積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。
【００８６】
本開示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、本開示の第１の態様に係る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。
【００８７】
（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。
【００８８】
η≒ｉｎｃ2［π・Ｎ・Ｌ・（Δλ／λ2）｛１−ｃｏｓ（θin＋θout）｝
／ｃｏｓ（θout）］                                             （１３）
【００８９】
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。
【００９０】
｜π・Ｎ・Ｌ・（Δλ／λ2）｛１−ｃｏｓ（θin＋θout）｝／ｃｏｓ（θout）｜
≦０．５５３                                                    （１４）
【００９１】
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スペクトル幅）Δλを満たすための体積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。
【００９２】
｜１−ｃｏｓ（θin＋θout）｝／ｃｏｓ（θout）｜
≦｛０．５５３／（π・Ｎ・Ｌ）｝（λ2／Δλ）             （１５）／（Ａ）
【００９３】
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幅Δτによっても記述することができる。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。
【００９４】
Δτ・Δν≦０．４４１                                                （１６）
【００９５】
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。
【００９６】
Δν＝Ｃ0｛１／λ−１／（λ＋Δλ）｝
≒Ｃ0（Δλ／λ2）                                                （１７）
【００９７】
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。
【００９８】
Δτ≦（０．４４１／Δν）≒０．４４１｛λ2／（Ｃ0・Δλ｝            （１８）
【００９９】
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。
【０１００】
｜｛１−ｃｏｓ（θin＋θout）｝／ｃｏｓ（θout）｜
≦（０．５５３・Δτ・Ｃ0）／（０．４４１π・Ｎ・Ｌ）             （１９）
【０１０１】
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。
【０１０２】
（Ｂ）大きな空間分散に関して
小型の分散補償光学装置を構成するには、体積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。
【０１０３】
ｄφout／ｄλ＝１／｛Ｐｃｏｓ（θout）｝≦２／｛λｃｏｓ（θout）｝   （２０）
【０１０４】
式（２０）と式（８）とを比較すると、体積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。
【０１０５】
｛１−ｃｏｓ（θin＋θout）｝／ｃｏｓ（θout）＞０．３                （２１）
【０１０６】
この条件と前述の式（１５）あるいは式（１９）とを対応させると、体積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項におけるパルス幅と厚さＬの条件である。
【０１０７】
Ｌ≦｛０．５５３／（０．３・π・Ｎ）｝（λ2／Δλ）                   （２２）
【０１０８】
Ｌ≦（０．５５３・Δτ・Ｃ0）／（０．３×０．４４１・π・Ｎ）         （２３）
【０１０９】
更に、ｓｉｎ2項を最大化する条件は、以下の式（２４）で与えられる。
【０１１０】
Ｌ＝｛（１＋２ｍ）・λ／Δｎ｝・｛ｃｏｓ（θin）・ｃｏｓ（θout）｝1/2 （２４）
【０１１１】
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。
【０１１２】
｛（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）
【０１１３】
回折格子部材１１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１１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。
【０１１４】
（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１４に示す。
【０１１５】
以下に、φin≒φout，θin≒θoutの場合における体積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。
【０１１６】
屈折率変調度Δｎに依存するｓｉｎ2の項を計算した結果を図１５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。 
【０１１７】
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
【０１１８】
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、入射光のスペクトル幅を変化させたときの回折効率の変化を図１６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。
【０１１９】
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％以上の体積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１】
【０１２０】
実施例１は、本開示の第１の態様に係る分散補償光学装置、より具体的には、本開示の分散補償光学装置等−Ａ及び本開示の分散補償光学装置等−Ｃに関し、更には、本開示の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体、及び、本開示の第２の態様に係る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、実施例１の半導体レーザ装置組立体におけるチャープ現象の概要を図２Ｂ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２Ａに示したとおりである。また、モード同期半導体レーザ素子１１０の共振器の延びる方向に沿った模式的な端面図を図９に示し、モード同期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を図１０に示す。
【０１２１】
実施例１の分散補償光学装置１２０Ａ，１２０Ｂ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（第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１及び第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２）から成り、各透過型体積ホログラム回折格子１２１，１２２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。尚、分散補償光学装置において、レーザ光が出射される半導体レーザ素子は、モード同期半導体レーザ素子から成る。
【０１２２】
第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１と第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２の間の距離を調整することで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、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１と第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２の間の距離を広げると、それに対応して、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。
【０１２３】
また、実施例１の半導体レーザ装置組立体は、
モード同期半導体レーザ素子１１０、及び、
モード同期半導体レーザ素子１１０から出射されたレーザ光が入射する実施例１の分散補償光学装置１２０Ａ、
を備えている。あるいは又、実施例１の半導体レーザ装置組立体は、
モード同期半導体レーザ素子１１０、
モード同期半導体レーザ素子１１０から出射されたレーザ光が入射する第１の分散補償光学装置１２０Ａ、
第１の分散補償光学装置１２０Ａから出射されたレーザ光が入射する半導体光増幅器１３０、及び、
半導体光増幅器１３０から出射されたレーザ光が入射する第２の分散補償光学装置１２０Ｂ、
を備えている。尚、第１の分散補償光学装置１２０Ａは本開示の分散補償光学装置等−Ａから構成されており、第２の分散補償光学装置１２０Ｂは本開示の分散補償光学装置等−Ｃから構成されている。
【０１２４】
第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１及び第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２は、互いに平行に配置されている。そして、実施例１の分散補償光学装置１２０Ａ，１２０Ｂにあっては、モード同期半導体レーザ素子１１０からのレーザ光が入射する第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１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、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１からの１次の回折光が入射する第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２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、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１におけるレーザ光の入射角φinと、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２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、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１における１次の回折光の出射角（回折角）φoutと、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２における１次の回折光の入射角φinとは等しい。
【０１２５】
そして、実施例１の第１の分散補償光学装置１２０Ａにおいて、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１に入射したレーザ光は、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１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、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２に入射し、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２によって回折・反射され、１次の回折光として系外に出射される。第１の分散補償光学装置１２０Ａにおいて、群速度分散値（分散補償量）は負である。
【０１２６】
一方、第２の分散補償光学装置１２０Ｂにおいては、第１の反射鏡１２３1及び第２の反射鏡１２３2が更に備えられている。更には、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１と第１の反射鏡１２３1との間には第１の集光手段（レンズ）１２４1が配置されており、第２の反射鏡１２３2と第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２との間には第２の集光手段（レンズ）１２４2が配置されている。第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１、第１の集光手段（レンズ）１２４1及び第１の反射鏡１２３1と、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２、第２の集光手段（レンズ）１２４2及び第２の反射鏡１２３2とは、仮想平面に対して空間的に対称に配置されている。そして、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１から出射されたレーザ光は、第１の反射鏡１２３1に衝突して反射され、次いで、第２の反射鏡１２３2に衝突して反射され、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２に入射する。第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１に入射するレーザ光と、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２から出射されるレーザ光とは、概ね平行である。
【０１２７】
第２の分散補償光学装置１２０Ｂにおける群速度分散値の制御は、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１と第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２との間の光学的距離を変えることで、制御することができる。具体的には、光軸に沿って第１の集光手段１２４1を移動させることで、また、光軸に沿って第２の集光手段１２４2を移動させることで、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１と第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２との間の光学的距離を変えることができる。尚、透過型体積ホログラム回折格子に近づく方向に集光手段を移動させると、分散補償量は正方向に変化し、透過型体積ホログラム回折格子から遠ざかる方向に集光手段を移動させると、分散補償量は負方向に変化する。第２の分散補償光学装置１２０Ｂにあっては、群速度分散値（分散補償量）は正である。
【０１２８】
理想的な状態にあっては、図２Ｂに示すように、モード同期半導体レーザ素子１１０から出射されるレーザ光は、チャープ無しのレーザ光である。そして、適切な負の群速度分散値を有するように設定された分散補償光学装置１２０Ａから出射されたレーザ光のパルス時間幅は伸長され、また、ダウンチャープ現象を示す。次いで、半導体光増幅器１３０に入射し、出射されるレーザ光の性質は、変化せず、ダウンチャープ現象を示す。更には、適切な正の群速度分散値を有するように設定された分散補償光学装置１２０Ｂから出射されたレーザ光のパルス時間幅は圧縮され、また、チャープ無しのレーザ光である。
【０１２９】
以上のとおり、分散補償光学装置１２０Ａ，１２０Ｂにおける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。より具体的には、例えば、ダウンチャープ現象を示すレーザ光パルスに対しては、群速度分散値の値を負／正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。群速度分散値の制御は、上述したとおり、分散補償光学装置１２０Ａ，１２０Ｂのそれぞれにおける第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１と第２の透過型体積ホログラム回折格子１２１との間の距離を変えることで、制御することができる。尚、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１に入射するレーザ光と、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２から出射されるレーザ光とは、概ね平行である。
【０１３０】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例９において、モード同期半導体レーザ素子１１０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導電型とは異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層５０、
が、順次、積層されて成る積層構造体を有する。
【０１３１】
そして、モード同期半導体レーザ素子１１０の第２端面１１０Ｂと第１の分散補償光学装置１２０Ａとの間には、モード同期半導体レーザ素子１１０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１１１である焦点距離４．０ｍｍの非球面の凸レンズ、及び、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）１１２が配置されている。モード同期半導体レーザ素子１１０の第１端面１１０Ａと部分反射鏡１１２によって外部共振器構造が構成される。モード同期半導体レーザ素子１１０の第２端面１１０Ｂから出射されたレーザ光は、部分反射鏡１１２に衝突し、一部は、部分反射鏡１１２を通過して、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１に入射する。残りは、モード同期半導体レーザ素子１１０に戻される。
【０１３２】
半導体光増幅器１３０は、実質的に、モード同期半導体レーザ素子１１０と同じ構成、構造を有する。半導体光増幅器１３０とモード同期半導体レーザ素子１１０との違いは、半導体光増幅器１３０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る点にあり、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１３０の前後には、レンズ１３１，１３２が配置されている。
【０１３３】
実施例１の半導体レーザ装置組立体にあっては、更に、波長選択手段２００を備えている。波長選択手段２００は、系外に出力されるレーザ光の所望の波長成分（例えば、短波長成分）を抽出する。波長選択手段２００は、具体的には、バンドパスフィルタから成る。これによって、インコヒーレントな光パルス成分が除去され、コヒーレントな光パルスを得ることができる。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。
【０１３４】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例９において、モード同期半導体レーザ素子１１０は可飽和吸収領域を有する。具体的には、モード同期半導体レーザ素子１１０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・セクション型のモード同期半導体レーザ素子１１０から成る。より具体的には、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１１０は、図９及び図１０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。
【０１３５】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例９におけるモード同期半導体レーザ素子１１０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、このモード同期半導体レーザ素子１１０は、インデックスガイド型のＡｌＧａＩｎＮ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４０、及び、第２化合物半導体層５０は、具体的には、ＡｌＧａＩｎＮ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８におけるモード同期半導体レーザ素子１１０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。
【０１３６】
［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ＧａＩｎＮ光ガイド層５１
第３化合物半導体層４０
ＧａＩｎＮ量子井戸活性層
（井戸層：Ｇａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ／障壁層：Ｇａ0.98Ｉｎ0.02Ｎ）
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
【０１３７】
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。
【０１３８】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例９におけるモード同期半導体レーザ素子１１０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。また、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、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。
【０１３９】
そして、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例９におけるモード同期半導体レーザ素子１１０において、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。モード同期半導体レーザ素子１１０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。
【０１４０】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例９におけるモード同期半導体レーザ素子１１０において、コリメート手段１１１と対向する光出射端面（第２端面）１１０Ｂには、無反射コート層（ＡＲ）が形成されている。一方、モード同期半導体レーザ素子１１０における光出射端面（第２端面）１１０Ｂと対向する端面（第１端面）１１０Ａ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、モード同期半導体レーザ素子１１０における第１端面１１０Ａ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。
【０１４１】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例９におけるモード同期半導体レーザ素子１１０のパルス繰返し周波数を１ＧＨｚとした。尚、外部共振器長さＸ’（第１端面１１０Ａと部分反射鏡１１２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、Ｃ0は光速であり、ｎは共振器の実効的な屈折率である。
ｆ＝Ｃ0／（２ｎ・Ｘ’）
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例９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。
【０１４５】
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ＧａＩｎＮ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。
【０１４６】
以下、図１７Ａ、図１７Ｂ、図１８Ａ、図１８Ｂ、図１９を参照して、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例９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１７Ａ、図１７Ｂ、図１８Ａ、図１８Ｂ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１９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。尚、半導体光増幅器１３０も同様の方法で製造することができる。
【０１４７】
［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１７Ａ参照）。
【０１４８】
［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１７Ｂ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１８Ａ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。
【０１４９】
［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１８Ｂ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。
【０１５０】
［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１９参照）。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９及び図１０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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
［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、モード同期半導体レーザ素子１１０を作製することができる。
【０１５３】
製作したモード同期半導体レーザ素子１１０の第２電極６２の第２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、製作したモード同期半導体レーザ素子１１０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。
【０１５４】
実施例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分散補償光学装置を提供することができる。また、分散補償光学装置の小型化を図ることができるし、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、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、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、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２】
【０１５５】
実施例２は、実施例１の変形であり、本開示の分散補償光学装置等−Ｂに関する。概念図を図３Ａに示す実施例２の分散補償光学装置１２０2は、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１２０Ａ及び第２の分散補償光学装置１２０Ｂを構成し、平行に配置された第１の反射鏡１２５1及び第２の反射鏡１２５2を更に備えている。そして、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２から出射されたレーザ光は、第１の反射鏡１２５1に衝突して反射され、次いで、第２の反射鏡１２５2に衝突して反射される。ここで、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１に入射するレーザ光の延長線上に、第２の反射鏡１２５2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、既存の光学系に分散補償光学装置１２０2を配置、挿入することが容易となる。尚、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１と第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２の間の距離を調整する場合、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２と第１の反射鏡１２５1との位置関係に変化が生じないように、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２及び第１の反射鏡１２５1を移動させればよい。分散補償光学装置１２０2において、分散補償量は負であり、レーザ光のチャープに関する性質にも依存するが、例えば、レーザ光のパルス時間幅は伸長される。
【０１５６】
以上の点を除き、実施例２の分散補償光学装置は、実施例１の分散補償光学装置と同じ構成、構造を有するし、実施例２の半導体レーザ装置組立体は、実施例１の半導体レーザ装置組立体と同じ構成、構造を有するので、これらの詳細な説明は省略する。
【実施例３】
【０１５７】
実施例３も、実施例１の変形であり、本開示の分散補償光学装置等−Ｄに関する。概念図を図３Ｂに示す実施例３の分散補償光学装置１２０3は、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１２０Ａ及び第２の分散補償光学装置１２０Ｂを構成し、ガラスから成る基体１２６の第１面１２６Ａ上に第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１が設けられており、第１面１２６Ａと対向する基体１２６の第２面１２６Ｂ上に第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２が設けられている。実施例３の分散補償光学装置１２０3において、２つの透過型体積ホログラム回折格子１２１，１２２の間の距離を変えるためには基体１２６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。第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１に入射するレーザ光と、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２から出射されるレーザ光とは、概ね平行である。
【０１５８】
以上の点を除き、実施例３の分散補償光学装置は、実施例１の分散補償光学装置と同じ構成、構造を有するし、実施例３の半導体レーザ装置組立体は、実施例１の半導体レーザ装置組立体と同じ構成、構造を有するので、これらの詳細な説明は省略する。
【実施例４】
【０１５９】
実施例４も、実施例１の変形であり、本開示の分散補償光学装置等−Ｅに関する。概念図を図４Ａに示す実施例４の分散補償光学装置は、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１２０Ａを構成し、反射鏡１２７を更に備えている。そして、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１に入射したレーザ光は、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１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、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２に入射し、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２によって回折・反射され、１次の回折光として出射されて、反射鏡１２７に衝突し、反射鏡１２７によって反射されたレーザ光は、再び、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２に入射し、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２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、再び、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１に入射し、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１によって回折・反射され、系外に（具体的には、半導体光増幅器１３０へと）出射される。第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１からレーザ光を系外に出射させるためには、反射鏡１２７の角度を回折方向とは直交した方向に僅かに傾ければよく、即ち、図４ＡにおけるＺ軸を中心として僅かに回転させればよく、これによって、入射光と出射光を空間的に分離することが可能となる。後述する実施例７においても同様である。群速度分散値の制御は、分散補償光学装置１２０Ａ，１２０Ｂのそれぞれにおける第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１と第２の透過型体積ホログラム回折格子１２１との間の距離を変えることで行うことができる。群速度分散値は負である。尚、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２と反射鏡１２７との間に集光手段（レンズ）を配し、反射鏡１２７と集光手段との間の距離を固定し、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２と集光手段との間の距離を変えることで、群速度分散値を制御することもできる。
【０１６０】
尚、概念図を図４Ｂに示すように、反射鏡１２７の代わりに、部分反射鏡１２８を配置し、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１に入射したレーザ光は、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１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、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２に入射し、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２によって回折・反射され、１次の回折光として出射されて、部分反射鏡１２８に衝突し、一部は系外に（具体的には、半導体光増幅器１３０へと）出射され、残りは、部分反射鏡１２８によって反射され、再び、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２に入射し、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２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、再び、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１に入射し、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１によって回折・反射され、モード同期半導体レーザ素子１１０に戻されるといった構成を採用してもよい。尚、この場合にも、分散補償光学装置１２０4（より具体的には、部分反射鏡１２８）とモード同期半導体レーザ素子１１０の第１端面１１０Ａによって外部共振器構造が構成され、図１に示した部分反射鏡１１２は不要となる。
【０１６１】
以上の点を除き、実施例４の分散補償光学装置は、実施例１の分散補償光学装置と同じ構成、構造を有するし、実施例４の半導体レーザ装置組立体は、実施例１の半導体レーザ装置組立体と同じ構成、構造を有するので、これらの詳細な説明は省略する。
【実施例５】
【０１６２】
実施例５は、実施例１〜実施例２、実施例４の変形である。ところで、第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１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１３から全反射せずに出射する条件に依存する。即ち、図５Ａに示すように、回折光がガラス基板１３の内部において全反射したのでは、回折光を第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１から取り出せなくなる。
【０１６３】
実施例５にあっては、模式的な一部断面図を図５Ｂに示すように、実施例５の分散補償光学装置１２０5における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１３Ａを、斜面１３ａ，１３ｂを有するプリズム状とし、回折光がガラス基板１３Ａの斜面１３ａから出射する構成とすることで、回折光がガラス基板１３Ａ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１２Ａの表面１２ａは、斜面１３ａ，１３ｂとは平行でない。斜面１３ａ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１３ａの傾斜角を設定することが好ましい。
【０１６４】
以上の点を除き、実施例５の分散補償光学装置は、実施例１〜実施例２、実施例４の分散補償光学装置と同じ構成、構造を有するし、実施例４の半導体レーザ装置組立体は、実施例１の半導体レーザ装置組立体と同じ構成、構造を有するので、これらの詳細な説明は省略する。
【実施例６】
【０１６５】
実施例６は、本開示の第２の態様に係る分散補償光学装置に関する。実施例６の分散補償光学装置を組み込んだ半導体レーザ装置組立体の概念図を図６に示す。実施例６の第１の分散補償光学装置２２０Ａ及び第２の分散補償光学装置２２０Ｂは、それぞれ、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（第１の透過型体積ホログラム回折格子１２１及び第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２）から成り、各透過型体積ホログラム回折格子１２１，１２２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６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。
【０１６６】
以上の点を除き、実施例６の第１の分散補償光学装置２２０Ａ及び第２の分散補償光学装置２２０Ｂは、実施例１の第１の分散補償光学装置１２０Ａ及び第２の分散補償光学装置１２０Ｂと同様の構成、構造を有する。また、実施例６の第１の分散補償光学装置２２０Ａは、φin＝φout＝４５度とする点を除き、実施例２〜実施例５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。更には、実施例６の半導体レーザ装置組立体は、実施例１の半導体レーザ装置組立体と同じ構成、構造を有するので、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２２０Ａにあっては、群速度分散値は負であり、第２の分散補償光学装置２２０Ｂにあっては、群速度分散値は正である。
【０１６７】
実施例６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分散補償光学装置を提供することができる。また、分散補償光学装置の小型化を図ることができるし、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、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、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、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７】
【０１６８】
実施例７は、本開示の第３の態様に係る分散補償光学装置に関する。実施例７の分散補償光学装置３２０の概念図を図７Ａに示す。実施例７の分散補償光学装置３２０は、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を構成し、
透過型体積ホログラム回折格子１２１及び反射鏡１２９Ａから成り、
透過型体積ホログラム回折格子１２１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とは略等しく（具体的には、実施例７にあっては等しく）、
モード同期半導体レーザ素子１１０から出射されたレーザ光は、透過型体積ホログラム回折格子１２１に入射し、回折され、１次の回折光として出射され、反射鏡１２９Ａに衝突し、反射鏡１２９Ａによって反射された１次の回折光は、再び、透過型体積ホログラム回折格子１２１に入射し、回折され、系外に出射される。
【０１６９】
あるいは又、概念図を図７Ｂに示すように、実施例７の分散補償光学装置３２０は、
透過型体積ホログラム回折格子１２１及び反射鏡１２９Ａから成り、
透過型体積ホログラム回折格子１２１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度であり、
モード同期半導体レーザ素子１１０から出射されたレーザ光は、透過型体積ホログラム回折格子１２１に入射し、回折され、１次の回折光として出射され、反射鏡１２９Ａに衝突し、反射鏡１２９Ａによって反射された１次の回折光は、再び、透過型体積ホログラム回折格子１２１に入射し、回折され、系外に出射される。
【０１７０】
そして、透過型体積ホログラム回折格子１２１と反射鏡１２９Ａとの間には、集光手段（レンズ）１２９Ｂが配置されている。透過型体積ホログラム回折格子１２１と反射鏡１２９Ａとの間の距離を変えることで、群速度分散値（分散補償量）を変えるが、具体的には、集光手段１２９Ｂと反射鏡１２９Ａとの間の距離を固定した状態で、透過型体積ホログラム回折格子１２１と集光手段１２９Ｂとの間の距離を変えることで、群速度分散値を変えることができる。例えば、透過型体積ホログラム回折格子１２１と集光手段１２９Ｂとの間の距離が集光手段１２９Ｂの焦点距離と等しい場合、透過型体積ホログラム回折格子１２１から集光手段１２９Ｂに向かうレーザ光と反射鏡１２９Ａで反射されて集光手段１２９Ｂを経由して透過型体積ホログラム回折格子１２１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、分散補償光学系が与える分散補償量はゼロである。一方、透過型体積ホログラム回折格子１２１と集光手段１２９Ｂとの距離が集光手段１２９Ｂの焦点距離よりも長い場合、透過型体積ホログラム回折格子１２１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、群速度分散値は負である。また、透過型体積ホログラム回折格子１２１と集光手段１２９Ｂとの距離が集光手段１２９Ｂの焦点距離よりも短い場合、群速度分散値は正となる。
【０１７１】
実施例７の分散補償光学装置３２０にあっては、分散補償光学装置３２０とモード同期半導体レーザ素子１１０の第１端面１１０Ａによって外部共振器構造が構成される。
【０１７２】
以上の点を除き、実施例７の分散補償光学装置は、実施例１の分散補償光学装置と同じ構成、構造を有するし、実施例７の半導体レーザ装置組立体は、実施例１の半導体レーザ装置組立体と同じ構成、構造を有するので、これらの詳細な説明は省略する。
【０１７３】
実施例７の分散補償光学装置は、透過型体積ホログラム回折格子１２１及び反射鏡１２９Ａから成るので、高い回折効率による高いスループットを有する小型の分散補償光学装置を提供することができる。また、分散補償光学装置の小型化を図ることができるし、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、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、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、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８】
【０１７４】
実施例８は、実施例１〜実施例７の変形である。実施例８にあっては、波長選択手段を、バンドパスフィルタから構成する代わりに、図８Ａ及び図８Ｂに概念図を示すように、回折格子２１０、及び、回折格子２１０から出射された１次の回折光を選択するアパーチャ２１１から成る構成とすることもできる。アパーチャ２１１は、例えば、多数のセグメントを有する透過型液晶表示装置２１２から成る。尚、波長選択手段を構成する回折格子２１０とアパーチャ２１１との間には、レンズ２１３が配されている。
【０１７５】
第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２から出射されるレーザ光の波長は或る波長範囲を有する。従って、回折格子２１０において回折された１次の回折光は、図８Ａに示すように、多数の領域でアパーチャ２１１に衝突し得る。尚、図８Ａ及び図８Ｂにおいては、レンズ２１３による光路の収束、発散は無視している。ここで、図８Ｂに示すように、多数のセグメントを有する透過型液晶表示装置２１２の所望のセグメント（アパーチャ２１１を構成する）においてレーザ光を透過させることによって、第２の透過型体積ホログラム回折格子１２２から出射された、所望の波長を有するレーザ光のみが、最終的に外部に出力される。このように、アパーチャ２１１を選択することで、波長選択を行うことができる。尚、図１や図６に示した実施例１や実施例６の半導体レーザ装置組立体において、分散補償光学装置１２０Ａを構成する透過型体積ホログラム回折格子１２１と透過型体積ホログラム回折格子１２２との間にアパーチャ２１１から成る波長選択手段を挿入してもよいし、分散補償光学装置１２０Ｂを構成する第１の反射鏡１２３1と第２の反射鏡１２３2との間にアパーチャ２１１から成る波長選択手段を挿入してもよい。
【実施例９】
【０１７６】
実施例９は実施例１〜実施例８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〜実施例８においては、モード同期半導体レーザ素子１１０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、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。
【０１７７】
そして、このような現象の発生を防止するためには、活性層４０を構成する井戸層の厚さの最適化、活性層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。
【０１７８】
具体的には、ＧａＩｎＮ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。
【０１７９】
実施例９においては、表３に示した層構成における３層の障壁層（Ｇａ0.98Ｉｎ0.02Ｎから成る）と２層の井戸層（Ｇａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ）から成るＧａＩｎＮ量子井戸活性層から構成された活性層４０の構成を以下のとおりとした。また、参考例９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活性層４０の構成を以下のとおりとした。具体的には、実施例１と同じ構成とした。
【０１８０】
［表３］
実施例９                    参考例９
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
【０１８１】
実施例９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９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。
【０１８２】
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９及び参考例９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９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９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９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９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９も本開示に包含されることは云うまでもない。
【０１８３】
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、モード同期半導体レーザ素子、分散補償光学装置の構成、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、使用するモード同期半導体レーザ素子の仕様が変われば、変わることは当然である。
【０１８４】
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１１及び図１２に示す。図１１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１２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。
【０１８５】
モード同期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。このようなモード同期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１３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。
【０１８６】
実施例においては、モード同期半導体レーザ素子１１０を、ｎ型ＧａＮ基板２１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、モード同期半導体レーザ素子１１０を設けてもよく、これによって、モード同期半導体レーザ素子１１０の第３化合物半導体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。尚、｛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モード同期半導体レーザ素子１１０を設ける場合、実施例９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。
【０１８７】
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
［１］《分散補償光学装置：第１の態様》
対向して配置された第１の透過型体積ホログラム回折格子及び第２の透過型体積ホログラム回折格子から成り、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。
［２］半導体レーザ素子からのレーザ光が入射する第１の透過型体積ホログラム回折格子において、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［１］に記載の分散補償光学装置。
［３］《分散補償光学装置：第２の態様》
対向して配置された第１の透過型体積ホログラム回折格子及び第２の第１の透過型体積ホログラム回折格子から成り、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。
［４］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［３］に記載の分散補償光学装置。
［５］第１の透過型体積ホログラム回折格子に入射したレーザ光は、第１の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、１次の回折光として出射され、更に、第２の透過型体積ホログラム回折格子に入射し、第２の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、１次の回折光として系外に出射される［１］乃至［４］のいずれか１項に記載の分散補償光学装置。
［６］平行に配置された第１の反射鏡及び第２の反射鏡を更に備えており、
第２の透過型体積ホログラム回折格子から出射されたレーザ光は、第１の反射鏡に衝突して反射され、次いで、第２の反射鏡に衝突して反射される［５］に記載の分散補償光学装置。
［７］第１の透過型体積ホログラム回折格子に入射するレーザ光の延長線上に、第２の反射鏡に反射されたレーザ光が概ね位置している［６］に記載の分散補償光学装置。
［８］第１の反射鏡及び第２の反射鏡を更に備えており、
第１の透過型体積ホログラム回折格子から出射されたレーザ光は、第１の反射鏡に衝突して反射され、次いで、第２の反射鏡に衝突して反射され、第２の透過型体積ホログラム回折格子に入射する［５］に記載の分散補償光学装置。
［９］第１の透過型体積ホログラム回折格子と第１の反射鏡との間には集光手段が配されており、第２の反射鏡と第２の透過型体積ホログラム回折格子との間には集光手段が配されている［８］に記載の分散補償光学装置。
［１０］基体の第１面上に第１の透過型体積ホログラム回折格子が設けられており、
第１面と対向する基体の第２面上に第２の透過型体積ホログラム回折格子が設けられている［１］乃至［４］のいずれか１項に記載の分散補償光学装置。
［１１］反射鏡を更に備えており、
第１の透過型体積ホログラム回折格子に入射したレーザ光は、第１の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、１次の回折光として出射され、更に、第２の透過型体積ホログラム回折格子に入射し、第２の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、１次の回折光として出射されて、反射鏡に衝突し、
反射鏡によって反射されたレーザ光は、再び、第２の透過型体積ホログラム回折格子に入射し、第２の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、１次の回折光として出射され、更に、再び、第１の透過型体積ホログラム回折格子に入射し、第１の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、系外に出射される［１］乃至［４］のいずれか１項に記載の分散補償光学装置。
［１２］部分反射鏡を更に備えており、
第１の透過型体積ホログラム回折格子に入射したレーザ光は、第１の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、１次の回折光として出射され、更に、第２の透過型体積ホログラム回折格子に入射し、第２の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、１次の回折光として出射されて、部分反射鏡に衝突し、一部は系外に出射され、残りは、部分反射鏡によって反射され、再び、第２の透過型体積ホログラム回折格子に入射し、第２の透過型体積ホログラム回折格子によって回折され、１次の回折光として出射され、更に、再び、第１の透過型体積ホログラム回折格子に入射し、第１の透過型体積ホログラム回折格子によって回折される［１］乃至［４］のいずれか１項に記載の分散補償光学装置。
［１３］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［１］乃至［１２］のいずれか１項に記載の分散補償光学装置。
［１４］《分散補償光学装置：第３の態様》
透過型体積ホログラム回折格子及び反射鏡から成り、
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度であり、あるいは又、レーザ光の入射角と１次の回折光の出射角とは略等しく、
半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、透過型体積ホログラム回折格子に入射し、回折され、１次の回折光として出射され、反射鏡に衝突し、反射鏡によって反射された１次の回折光は、再び、透過型体積ホログラム回折格子に入射し、回折され、系外に出射される分散補償光学装置。
［１５］透過型体積ホログラム回折格子と反射鏡の間の距離を変えることで、群速度分散値を変える［１４］に記載の分散補償光学装置。
［１６］レーザ光が出射される半導体レーザ素子は、モード同期半導体レーザ素子から成る［１］乃至［１５］のいずれか１項に記載の分散補償光学装置。
［１７］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［１］乃至［１６］のいずれか１項に記載の分散補償光学装置。
｜１−ｃｏｓ（θin＋θout）｝／ｃｏｓ（θout）｜
≦｛０．５５３／（π・Ｎ・Ｌ）｝（λ2／Δλ）                      （Ａ）
［１８］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［１７］に記載の分散補償光学装置。
｛（０．８＋２ｍ）・λ／Δｎ｝・｛ｃｏｓ（θin）・ｃｏｓ（θout）｝1/2
≦  Ｌ  ≦
｛（１．２＋２ｍ）・λ／Δｎ｝・｛ｃｏｓ（θin）・ｃｏｓ（θout）｝1/2 （Ｂ）
［１９］《半導体レーザ装置組立体：第１の態様》
モード同期半導体レーザ素子、及び、
モード同期半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入射する、［１］乃至［１８］のいずれか１項に記載の分散補償光学装置、
を備えている半導体レーザ装置組立体。
［２０］《半導体レーザ装置組立体：第２の態様》
モード同期半導体レーザ素子、
モード同期半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入射する第１の分散補償光学装置、
第１の分散補償光学装置から出射されたレーザ光が入射する半導体光増幅器、及び、
半導体光増幅器から出射されたレーザ光が入射する第２の分散補償光学装置、
を備えている半導体レーザ装置組立体。
［２１］第１の分散補償光学装置は、［１］乃至［１８］のいずれか１項に記載の分散補償光学装置から成る［２０］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［２２］第２の分散補償光学装置は、［１］乃至［１０］のいずれか１項に記載の分散補償光学装置から成る［２０］又は［２１］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［２３］モード同期半導体レーザ素子は可飽和吸収領域を有する［１９］乃至［２２］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［２４］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［２３］に記載の半導体レーザ装置組立体。
【符号の説明】
【０１８８】
１１・・・回折格子部材、１２，１２Ａ１３，１３Ａ・・・ガラス基板、１２ａ・・・ガラス基板の表面、１３ａ，１３ｂ・・・ガラス基板の斜面、２１・・・ｎ型ＧａＮ基板、２２・・・ＧａＮバッファ層、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ＧａＩｎＮ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・・・開口部、１１０・・・モード同期半導体レーザ素子、１１１・・・コリメート手段、１１２・・・部分反射鏡、１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０2，１２０3，１２０4，１２０5，２２０，２２０Ａ，２２０Ｂ，３２０・・・分散補償光学装置（分散補償光学系）、１２１，１２２・・・透過型体積ホログラム回折格子、１２３1，１２３2，１２５1，１２５2，１２７，１２９Ａ・・・反射鏡、１２４1，１２４2，１２９Ｂ・・・集光手段（レンズ）、１２６・・・基体、１２８・・・部分反射鏡、１３０・・・半導体光増幅器、１３１，１１３２・・・レンズ、２００・・・波長選択手段（波長選択装置）、２１０・・・回折格子、２１１・・・アパーチャ、２１２・・・透過型液晶表示装置、２１３・・・レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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