(57)【要約】【課題】駆動電流や光出力が経時的に変動するのを抑制することの可能な光装置を提供する。【解決手段】ステム１０上の光増幅素子２０は、透過型ＳＯＡと称されるものであり、入射側端面２０Ａに入射した短波長の光を増幅して、入射した光よりも大きな輝度の光を射出側端面２０Ｂから発するようになっている。光増幅素子２０の入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂは共に、その表面に反射防止膜（図示せず）を有している。光増幅素子２０は、ステム１０およびキャップ３０によって封止されており、かつキャップ３０のうち入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂのとの対向部分にそれぞれ光透過窓３２が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端面および第２端面を有し、前記第１端面および前記第２端面のうち少なくとも前記第２端面から波長が３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下である光を発する光素子と、
前記光素子を支持する支持基板と、前記光素子と電気的に接続された接続端子とを有する台座部と、
前記第１端面および前記第２端面との対向部分にそれぞれ光透過窓を有すると共に前記光素子を封止する封止部と
を備えた光装置。
【請求項２】
各光透過窓は、表面に反射防止膜の形成された透明部材を含んで構成されている
請求項１に記載の光装置。
【請求項３】
前記光素子は、前記第１端面に入射した光を増幅して、入射した光よりも大きな輝度の光を前記第１端面および前記第２端面のうち少なくとも前記第２端面から発する光増幅素子である
請求項１または請求項２に記載の光装置。
【請求項４】
前記第１端面および前記第２端面は共に、その表面に反射防止膜を有する
請求項３に記載の光装置。
【請求項５】
前記光素子は、前記第１端面と前記光透過窓とが正対しない向きに前記第１端面を向けて配置されている
請求項３に記載の光装置。
【請求項６】
前記光素子は、ウルツ鉱型半導体結晶を含んで構成されている
請求項３に記載の光装置。
【請求項７】
前記光素子は、ＡｌＧａＩｎＮを含んで構成されている
請求項３に記載の光装置。
【請求項８】
前記光透過窓と前記第１端面との間に第１レンズを備えると共に、前記光透過窓と前記第２端面との間に第２レンズを備える
請求項３に記載の光装置。
【請求項９】
前記透明部材は、レンズ機能を有する
請求項３に記載の光装置。
【請求項１０】
前記第１端面および前記第２端面は共に、前記第１端面に波長が３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下である光が入射し、その入射光によって誘導放出が生じたときに、その誘導放出光が増幅されると共に、レーザ光が当該第１端面および当該第２端面の双方の端面から出力される程度の反射率の第１反射コート膜を有する
請求項３に記載の光装置。
【請求項１１】
前記光素子は、フレア構造のリッジ部を有し、
前記リッジ部の前記第１端面側の幅が前記リッジ部の前記第２端面側の幅よりも狭くなっている
請求項３に記載の光装置。
【請求項１２】
前記光素子は、半導体レーザである
請求項１または請求項２に記載の光装置。
【請求項１３】
２つの光透過窓のうち前記第２端面側の光透過窓との対向領域に第３レンズと、反射ミラーとを前記光透過窓側から順に備え、
前記第２端面は、その表面に反射防止膜を有し、
前記第１端面は、当該第１端面と前記反射ミラーとによって、波長が３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下である光において外部共振器が構成される程度の反射率の第２反射コート膜を有する
請求項１１に記載の光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子（例えば、半導体レーザまたは光増幅素子）を内蔵した光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体レーザの分野では、短波長において、チタンサファイアレーザを代表とする固体レーザが主として用いられている。しかし、固体レーザは、高価で大型であることから、固体レーザに代わる、安価で小型の半導体レーザの実用化が期待されている。短波長の半導体レーザが実用化されれば、その半導体レーザを、高密度光ディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙディスク）の次世代にあたる体積型光ディスクの光源として用いることができる。さらに、その半導体レーザを他の波長帯の半導体レーザとセットにすることで可視光域の全波長帯をカバーした手軽な光源を実現することができ、医療やバイオイメージング等の分野で要求されるあらゆる光源を提供することができることにもなる。
【０００３】
しかし、短波長の半導体レーザでは、固体レーザのような高出力を得ることが容易ではない。そのため、高出力を得るために、例えば、光増幅素子を用いたり、外部共振器を用いたりすることが考えられる（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０１５８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、短波長の半導体レーザを高出力化すると、駆動電流や光出力が経時的に変動するという問題があった。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、駆動電流や光出力が経時的に変動するのを抑制することの可能な光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による光装置は、光素子を備えると共に、光素子を支持する支持基板と、光素子と電気的に接続された接続端子とを有する台座部を備えている。この光素子は、第１端面および第２端面を有しており、第１端面および第２端面のうち少なくとも第２端面から波長４３０ｎｍ以下の光を発するようになっている。この光装置は、さらに、第１端面および第２端面との対向部分にそれぞれ光透過窓を有すると共に光素子を封止する封止部を備えている。
【０００８】
本発明による光装置では、光素子が封止部によって封止されており、かつ封止部のうち第１端面および第２端面との対向部分にそれぞれ光透過窓が設けられている。これにより、光素子への光照射や、光素子からの光射出を阻害することなく、光素子を封止することができる。
【０００９】
ここで、本発明による光装置において、光素子が、第１端面に入射した光を増幅して、入射した光よりも大きな輝度の光を第１端面および第２端面のうち少なくとも第２端面から発する光増幅素子であってもよい。また、光素子が半導体レーザであってもよい。ただし、光素子が半導体レーザである場合には、２つの光透過窓のうち第２端面側の光透過窓との対向領域に第３レンズと、反射ミラーとが光透過窓側から順に設けられていることが好ましい。さらに、第２端面が、その表面に反射防止膜を有しており、かつ第１端面が、当該第１端面と反射ミラーとによって、波長４３０ｎｍ以下の光において外部共振器が構成される程度の反射率の第２反射コート膜を有していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光装置によれば、光素子への光照射や、光素子からの光射出を阻害することなく、光素子を封止することができるようにした。これにより、外部雰囲気中に含まれる微量のＳｉ有機物ガスがレーザ光と反応して第１端面や第２端面に堆積物が生成されるのを抑制することができる。その結果、駆動電流や光出力が経時的に変動するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による第１の実施の形態に係る光増幅装置の縦方向の断面図である。
【図２】図１の光増幅装置の横方向の断面図である。
【図３】図１の光増幅素子の一例を表す断面図である。
【図４】図１の光増幅素子の他の例を表す断面図である。
【図５】図１の光増幅素子のその他の例を表す断面図である。
【図６】図１の光増幅装置を発光装置の光路上に組み込んだ様子を表す概略図である。
【図７】光増幅素子を封止したときと、封止しなかったときとにおける輝度劣化の経時変化を表す特性図である。
【図８】図１の光増幅装置の一変形例を表す断面図である。
【図９】図１の光増幅装置の他の変形例を表す断面図である。
【図１０】本発明による第２の実施の形態に係る発光装置の縦方向の断面図である。
【図１１】図１０の発光装置に外部共振器を取り付けた様子を表す概略図である。
【図１２】一実施例に係る光増幅装置の光出力スペクトル図である。
【図１３】一実施例に係る光増幅装置の出力と入力パワーとの関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（光増幅装置、図１〜図９）
２．第２の実施の形態（発光装置、図１０、図１１）
３．実施例（光増幅装置、図１２、図１３）
【００１３】
＜第１の実施の形態＞
（光増幅装置１の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光増幅装置１の縦方向の断面構成の一例を表したものである。図２は図１の光増幅装置１の横方向の断面構成の一例を表したものである。なお、図１，図２は、模式的に表したものであり、実際の寸法，形状とは異なっている。
【００１４】
本実施の形態の光増幅装置１は、例えば、ステム１０、光増幅素子２０、およびキャップ３０を備えている。なお、ステム１０は、本発明の「台座部」の一具体例に相当する。また、光増幅素子２０は、本発明の「光素子」の一具体例に相当する。キャップ３０は、本発明の「封止部」の一具体例に相当する。
【００１５】
ステム１０は、キャップ３０と共に、光増幅装置１のパッケージを構成するものであり、例えば、光増幅素子２０を支持する支持基板１１と、複数の接続端子１２とを有している。支持基板１１は、例えば、図２に示したように方形状となっており、支持基板１１の上面１１Ａは、キャップ３０を載置（固定）することの可能な程度の大きさとなっている。複数の接続端子１２は、支持基板１１を貫通しており、例えば、上面１１Ａとは反対側に長く突出しており、かつ上面１１Ａ側に短く突出している。複数の接続端子１２のうち上面１１Ａとは反対側に長く突出している部分が、例えば光源用の基板などに嵌め込まれる部分に相当する。一方、複数の接続端子１２のうち上面１１Ａ側に短く突出している部分が、ワイヤ（図示せず）などを介して光増幅素子２０と電気的に接続される部分に相当する。複数の接続端子１２は、支持基板１１に設けられた絶縁部材（図示せず）よって支持されている。複数の接続端子１２と支持基板１１とは、上記の絶縁部材によって互いに絶縁分離されている。さらに、個々の接続端子１２についても、上記の絶縁部材によって互いに絶縁分離されている。
【００１６】
光増幅素子２０は、支持基板１１の上面１１Ａに実装されたものである。光増幅素子２０は、例えば、サブマウント２１上に配置された状態で、上面１１Ａに実装されている。なお、図示しないが、光増幅素子２０が、直接、支持基板１１に接して設けられていてもよい。光増幅素子２０は、一般に、透過型ＳＯＡ(Semiconductor Optical Amplifier)と称されるものである。この光増幅素子２０は、入射側端面２０Ａ（第１端面）および射出側端面２０Ｂ（第２端面）を有しており、入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂのうち射出側端面２０Ｂから光を発する素子である。この光増幅素子２０から発せられる光（誘導放出光）の中心波長（波長λ１）は、例えば、３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、好ましくは３６０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは３６０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下である。さらに、この光増幅素子２０は、入射側端面２０Ａに入射した光を増幅して、入射した光よりも大きな輝度の光を射出側端面２０Ｂから発するようになっている。
【００１７】
この光増幅素子２０は、例えば、図３（Ａ），（Ｂ）に示したように、基板１２０上に、バッファ層１２１、下部クラッド層１２２、下部ガイド層１２３、活性層１２４、上部ガイド層１２５、上部クラッド層１２６およびコンタクト層１２７を基板１０側からこの順に含む半導体層を備えたものである。この光増幅素子２０は、例えば、さらに、上部クラッド層１２６内に電子障壁層１２８を含んでいる。なお、この光増幅素子２０において、上記した層以外の層がさらに設けられていてもよく、また、上記した層の一部（例えば、バッファ層１２１、電子障壁層１２８など）が省略されていてもよい。
【００１８】
基板１２０は、例えばＧａＮなどのウルツ鉱型結晶構造を有するＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体からなる。ここで、「ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体」とは、短周期型周期率表における３Ｂ族元素群のうちの少なくとも１種と、短周期型周期率表における５Ｂ族元素のうちの少なくともＮとを含むものを指している。ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体としては、例えば、ＧａとＮとを含んだ窒化ガリウム系化合物が挙げられる。窒化ガリウム系化合物には、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどが含まれる。ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体には、必要に応じてＳｉ、Ｏ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄなどのｎ型不純物、または、Ｍｇ、Ｚｎなどのｐ型不純物がドープされている。
【００１９】
基板１２０上の半導体層は、例えば、基板１２０と同様に、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（例えば、ＡｌＧａＩｎＮ）を含んで構成されている。バッファ層１２１は、例えば、ｎ型ＧａＮにより構成されている。下部クラッド層１２２は、例えば、ｎ型ＡｌＧａＮにより構成されている。下部ガイド層１２３は、例えば、ノンドープＧａＩｎＮにより構成されている。活性層１２４は、例えば、組成比の互いに異なるＧａＩｎＮによりそれぞれ形成された井戸層および障壁層を交互に積層してなる多重量子井戸により構成されている。活性層１２４の障壁層には、例えば、１×１０16〜５×１０19ｃｍ-3程度のｎ型不純物がドープされている。この場合、活性層１２４の障壁層によって、量子井戸に加わる、ピエゾによる量子シュタルク効果を抑制することができる。
【００２０】
上部ガイド層１２５は、例えば、ノンドープＧａＩｎＮにより構成されている。上部クラッド層１２６においては、電子障壁層１２８との関係で活性層１２４側の層が、例えば、ノンドープＧａＩｎＮにより構成されている。一方、上部ガイド層１２５において、電子障壁層１２８との関係でコンタクト層１２７側の層が、例えば、ＭｇドープＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子により構成されている。コンタクト層１２７は、例えば、ＭｇドープＧａＮにより構成されている。電子障壁層１２８は、例えば、ＭｇドープＡｌＧａＮにより構成されている。
【００２１】
ここで、下部ガイド層１２３および上部ガイド層１２５は、例えば、通信用などの低出力タイプにおいて一般的に適用される厚さよりも厚くなっていてもよい。この場合、積層方向(垂直方向)の光閉じ込めが若干弱くなるので、垂直方向のビーム放射半値角θ⊥は大きめ（例えば２５度以下）になる。垂直方向の光閉じ込めの度合いによって、垂直方向の横モードが２次以上の高次モードとなる場合もある。ただし、その場合であっても、本実施の形態では、横方向の横モードについては、少なくともリッジ部１２９によって十分に光閉じ込めがなされており、単一モードとなる。
【００２２】
基板１２０上の半導体層の上部、具体的には、上部クラッド層１２６の上部およびコンタクト層１２７には、帯状のリッジ部１２９が形成されている。リッジ部１２９は、基板１２０上の半導体層のうち、リッジ部１２９の両脇の部分と共に、光導波路を構成しており、横方向（共振器方向と直交する方向）の屈折率差を利用して横方向の光閉じ込めを行うと共に、基板１２０上の半導体層へ注入される電流を狭窄するものである。活性層１２４のうち上述の光導波路の直下の部分が、電流注入領域に対応しており、この電流注入領域が発光領域１２４Ａとなる。
【００２３】
リッジ部１２９の両側面および周辺の表面には、絶縁膜１３０が形成されている。絶縁膜１３０は、酸化物または窒化物などの絶縁材料からなり、例えば、ＳｉＯ2およびＳｉを上部クラッド層１２６側から順に積層して構成されている。絶縁膜１３０は、基本的には光増幅素子２０を保護するものであるが、必要に応じて、絶縁膜１３０に高次モードを抑制する役割が付与される。ここで、横方向の有効屈折率差Δｎが、例えば、５×１０-3以上１×１０-2以下となるように、絶縁膜１３０の材料が選択されている場合は、絶縁膜１３０は高次モードを抑制する機能を有しているといえる。
【００２４】
リッジ部１２９は、半導体層の積層方向から見たときに直線状となっている。リッジ部１２９は、例えば、ウルツ鉱型結晶のｍ軸またはｃ軸（図示せず）と平行な方向に延在している。なお、リッジ部１２９は、例えば、ウルツ鉱型結晶のｍ軸またはｃ軸と、０度より大きく４５度以下の範囲内の角度で交差する方向に延在していてもよい。その場合に、リッジ部１２９は、ウルツ鉱型結晶のｍ軸またはｃ軸と、０度より大きく１０度以下の範囲内の角度で交差する方向に延在していることが好ましい。
【００２５】
リッジ部１２９の長さ（デバイス長）は、例えば、３００μｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内となっており、例えば、３ｍｍとなっている。リッジ部１２９の幅は、例えば、図３（Ａ）に示したように、入射側端面２０Ａ付近で狭く、入射側端面２０Ａから射出側端面２０Ｂに向かうにつれて広くなっている。つまり、リッジ部１２９は、この場合に、いわゆるフレア構造となっている。なお、リッジ部１２９は、例えば、図３（Ａ）に示したように、入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂと直交する方向に必ず延在している必要はなく、例えば、図４に示したように、入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂと斜めに交差する方向に延在していてもよい。また、リッジ部１２９の幅は、例えば、図５に示したように、縦方向（共振器方向）の中央部で狭く、入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂの双方の端面付近で中央部よりも広くなっていてもよい。
【００２６】
リッジ部１２９の入射側端面２０Ａ側の幅Ｗ１は、リッジ部１２９の射出側端面２０Ｂ側の幅Ｗ２よりも狭くなっている。幅Ｗ１は、例えば、２μｍ以下となっており、例えば、デバイス長が３ｍｍとなっているときに１．４μｍ程度となっている。幅Ｗ２は、例えば、１０００μｍ以下となっており、好ましくは１０μｍ以下となっており、例えば、デバイス長が３ｍｍとなっているときに５μｍ程度となっている。
【００２７】
基板１２０上の半導体層には、リッジ部１２９をリッジ部１２９の延在方向から挟み込む一対の入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂが形成されている。これら入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂは、製造過程においてウェハ（図示せず）を切断することによって形成されたものであり、例えばへき開によって形成されたへき開面である。入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂによって積層面内方向に共振器が構成されている。
【００２８】
入射側端面２０Ａは、後述の発光装置２から出力された光が入射する面であり、その表面には、反射防止膜１３３が形成されている。一方、射出側端面２０Ｂは、レーザ光を射出する面であり、その表面には、反射防止膜１３４が形成されている。反射防止膜１３３，１３４は、酸化物または窒化物からなる１または複数の膜を積層して構成されている。反射防止膜１３３，１３４は、例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、またはＡｌＮなどからなる一層構造となっている。また、反射防止膜１３３，１３４は、例えば、ＴｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2／ＳｉＯ2、またはＴａ2Ｏ3／ＳｉＯ2などからなる二層構造となっている。これにより、反射防止膜１３３，１３４は、後述の発光装置２から出力された光や、光増幅素子２０のから出力された光が垂直に入射したときに、その光を例えば１０-3（０．１％）以下の反射率で透過するようになっている。
【００２９】
リッジ部１２９の上面（コンタクト層１２７の表面）には上部電極１３１が設けられている。この上部電極１３１は、例えばＴｉ、Ｐｔ、Ａｕをこの順に積層して構成されており、コンタクト層１２７と電気的に接続されている。一方、基板１２０の裏面には下部電極１３２が設けられている。この下部電極１３２は、例えばＡｕとＧｅとの合金，ＮｉおよびＡｕを基板１２０側から順に積層して構成されており、基板１２０と電気的に接続されている。
【００３０】
ところで、光増幅素子２０の上面であるコンタクト層１２７の表面、および光増幅素子２０の下面である基板１２０の裏面は、例えば、ウルツ鉱型結晶のｃ面となっており、このときに、入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂは、ウルツ鉱型結晶のｍ面となっている。また、光増幅素子２０の上面および下面は、例えば、ウルツ鉱型結晶のｍ面またはａ面となっており、このときに、入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂは、ウルツ鉱型結晶のｃ面となっている。
【００３１】
ここで、入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂが、ウルツ鉱型結晶のｍ面となっている場合に、リッジ部１２９がウルツ鉱型結晶のｍ軸と交差する方向に延在しているときは、リッジ部１２９は、例えば、図４に示したように、入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂと斜めに交差する方向に延在していることになる。同様に、入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂが、ウルツ鉱型結晶のｃ面となっている場合に、リッジ部１２９がウルツ鉱型結晶のｃ軸と交差する方向に延在しているときは、リッジ部１２９は、例えば、図４に示したように、入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂと斜めに交差する方向に延在していることになる。
【００３２】
光増幅素子２０は、入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂの法線と平行な光軸ＡＸ１が上面１１Ａと平行となるように配置されており、上面１１Ａと平行な方向に光を出力するようになっている。光増幅素子２０は、図２に示したように、光軸ＡＸ１が後述の光透過窓３２の法線ＡＸ２と角度θ（０°＜θ≦４５°）で交差するように配置されていることが好ましい。言い換えると、光増幅素子２０は、入射側端面２０Ａと光透過窓３２とが正対しない向きに入射側端面２０Ａを向けて配置されていることが好ましい。入射側端面２０Ａに入射した光が図示しない光源に戻る、いわゆる戻り光の発生をなくすることができるからである。ただし、戻り光の発生が問題とならない場合には、光増幅素子２０が、図示しないが、光軸ＡＸ１が法線ＡＸ２と平行となるように配置されていてもよい。
【００３３】
キャップ３０は、光増幅素子２０を封止するものである。キャップ３０は、入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂとの対向部分にそれぞれ開口３１Ａが設けられた筒部３１を有している。筒部３１の下端が上面１１Ａに固定されており、筒部３１の内部空間３１Ｂに光増幅素子２０が位置している。内部空間３１Ｂには、例えば、Ｓｉ有機化合物ガスの蒸気圧の極めて低い気体が充填されている。
【００３４】
キャップ３０は、筒部３１の側面に設けられた２つの開口３１Ａを塞ぐようにして配置された光透過窓３２を有している。光透過窓３２は、例えば、図１、図２に示したように、筒部３１の内部空間３１Ｂ内に配置されており、光増幅素子２０の入射側端面２０Ａに入射する光や、光増幅素子２０の射出側端面２０Ｂから出力された光を透過する機能を有している。光透過窓３２は、例えば、図示しないが、表面に、光増幅素子２０に形成された反射防止膜１３３，１３４と同様の機能を有する反射防止膜の形成された透明部材を含んで構成されている。
【００３５】
本実施の形態の光増幅装置１は、例えば、図６に示したように、発光装置２から出力された短波長（４３０ｎｍ以下）の光Ｌの光軸上に配置される。具体的には、キャップ３０に設けられた２つの光透過窓３２が発光装置２の光軸上に配置されると共に、２つの光透過窓３２のうち光増幅素子２０の入射側端面２０Ａ側の光透過窓３２が発光装置２側に向けられる。さらに、入射側端面２０Ａ側の光透過窓３２の法線ＡＸ２（図６には示さず）が発光装置２から出力された光Ｌの光軸と平行となるように、光増幅装置１が配置される。
【００３６】
発光装置２の光軸上には、例えば、３つのレンズ３，４，５が配置される。レンズ３は、発光装置２から出力されたレーザ光Ｌを平行光化するものである。レンズ４は、レンズ３で平行光化された光を集光して入射側端面２０Ａに導くものである。レンズ５は、光増幅装置１で増幅され、射出側端面２０Ｂから出力された光を平行光化するものである。なお、レンズ５は、用途によっては省略することが可能である。
【００３７】
レンズ４，５は、例えば、射出側端面２０Ｂの法線（光軸ＡＸ１）に対して、以下の式で決まる角度θで交差する方向にレンズ４，５の光軸が向くように、配置される。
ｓｉｎθ＝ｓｉｎα×（ｎ1／ｎ2）
【００３８】
ここで、αは、射出側端面２０Ｂの法線（光軸ＡＸ１）と、リッジ部１２９の延在方向と平行な線分とのなす角である。ｎ1は、発光素子２０の光路を構成する材料の屈折率である。ｎ2は、レンズ５のうち発光素子２０側の表面に触れる気体の屈折率である。
【００３９】
（発光装置２の構成）
発光装置２は、例えば、図６に示したように、例えば、ステム４０、発光素子５０、およびキャップ６０を備えている。
【００４０】
ステム４０は、キャップ６０と共に、発光装置２のパッケージを構成するものであり、例えば、発光素子５０を支持する支持基板４１と、複数の接続端子４２とを有している。複数の接続端子４２は、ワイヤ（図示せず）などを介して発光素子５０と電気的に接続されている。発光素子５０は、電気信号を光信号に変換して出力するものであり、例えば、支持基板４１の法線と平行な方向に光を出力するようになっている。発光素子５０は、例えば、端面発光型の半導体レーザであり、光軸が支持基板４１の法線と平行となるように配置されている。発光素子５０は、図示しないが、フロント端面およびリア端面を有しており、フロント端面から光を発する素子である。
【００４１】
この発光素子５０から発せられる光の波長λ２は、例えば、３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、好ましくは３６０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは３６０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下である。波長λ２は、λ１±５ｎｍ以内の値となっており、好ましくはλ１±２ｎｍ以内の値となっている。また、波長λ２は、波長λ１よりも長波長側であることが好ましい。
【００４２】
この発光素子５０は、光増幅素子２０と同様、ＡｌＧａＩｎＮを含んで構成されており、例えば、図示しないが、ＧａＮ基板上に、ＡｌＧａＩｎＮ系の活性層を含む積層体が形成されたものである。フロント端面およびリア端面には共に、例えば、図示しないが、その表面に反射コート膜が設けられている。ここでの反射コート膜とは、発光素子５０に電流が注入され、活性層で発光が生じたときに、その発光光がフロント端面およびリア端面で反射を繰り返すことにより発光素子５０がレーザ発振する程度の反射率を有するものである。このように、フロント端面およびリア端面に反射コート膜を設けることにより、発光素子５０を利得スイッチ動作またはセルフパルセーション動作させることが可能となる。なお、リア端面には、例えば、図示しないが、その表面に反射コート膜が設けられ、フロント端面には、例えば、図示しないが、その表面に反射防止膜１３３，１３４と同様の機能を有する膜（無反射コート膜）が設けられていてもよい。この場合には、レンズ３とレンズ４との間に半透明ミラーを挿入することで外部共振器を設置し、発光素子５０をモードロック動作させることが可能となる。
【００４３】
キャップ６０は、発光素子５０を封止するものである。キャップ６０は、例えば、上端および下端に開口が設けられた筒部６１を有している。筒部６１の下端が、支持基板４１の上面に固定されており、筒部６１の内部空間に、発光素子５０が位置している。キャップ６０は、筒部６１の上端側の開口６１Ａを塞ぐようにして配置された光透過窓６２を有している。光透過窓６２は、例えば、図６に示したように、発光素子５０の光射出方向に配置されており、発光素子５０から出力された光を透過する機能を有している。
【００４４】
本実施の形態の光増幅装置１は、例えば次のようにして製造することができる。まず、ステム１０、光増幅素子２０、およびキャップ３０を用意したのち、支持基板１１の上面に光増幅素子２０を実装したのち、光増幅素子２０をキャップ３０で封止する。次に、ドライエア中において、キャップ３０の下端（筒部３１の下端）と、支持基板１１の上面１１Ａとを電気溶接により接着する。このようにして、本実施の形態の光増幅装置１が製造される。
【００４５】
（光増幅装置１の動作）
次に、図６を参照しつつ、光増幅装置１の動作について説明する。まず、発光装置２内の発光素子５０に外部から電気信号が入力されると、電気信号が発光素子５０において光信号に変換され、発光素子５０から波長λ２のレーザ光Ｌが光透過窓６２を介して外部に出力される。外部に出力されたレーザ光Ｌは、レンズ３で平行光化されたのち、レンズ４で集光されて、光増幅装置１の光透過窓３２に入射する。光透過窓３２に入射した光は、光透過窓３２を透過したのち、光増幅素子２０の入射側端面２０Ａに入射し、光増幅素子２０で増幅されたのち、波長λ１のレーザ光として、光透過窓３２を介して外部に出力される。そして、外部に出力された光は、レンズ５で平行光化されたのち、他のデバイス（図示せず）に入射する。このようにして、発光装置２から出力されたレーザ光Ｌの増幅が光増幅装置１によって行われる。
【００４６】
ここで、光増幅素子２０は、ＤＣ信号、またはパルス信号によって駆動される。例えば、パルス幅が２０ｎｓで、繰り返し周波数が１ＭＨｚである高周波信号が、パルス信号として光増幅素子２０に入力される。また、発光素子５０では、必要に応じて、モードロック動作、利得スイッチ動作またはセルフパルセーション動作により、光パルスが出力される。この光パルスを光増幅素子２０に入射することで、高ピークパワーの光パルスが光増幅素子２０から出力される。
【００４７】
（光増幅装置１の効果）
次に、光増幅装置１の効果について説明する。本実施の形態では、光増幅素子２０がステム１０およびキャップ３０によって封止されており、かつキャップ３０のうち入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂのとの対向部分にそれぞれ光透過窓３２が設けられている。これにより、光増幅素子２０への光照射や、光増幅素子２０からの光射出を阻害することなく、光増幅素子２０を封止することができる。その結果、外部雰囲気中に含まれる微量のＳｉ有機物ガスがレーザ光と反応して入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂに堆積物が生成されるのを抑制することができる。
【００４８】
ところで、堆積物の生成は、入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂのように、反射防止膜１３３，１３４が形成され、低反射率となっている端面において、特に問題となる。例えば、キャップ３０を設けず、光増幅素子２０を外部雰囲気に曝した場合には、外部雰囲気中に含まれる微量のＳｉ有機物ガスがレーザ光と反応して入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂに堆積物が生成され、その堆積物に起因して入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂでの反射率が変化する。入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂでの反射率の変化は、光増幅素子２０の駆動電流を変化させたり、例えば、図７の破線で示したように、光出力を変化（低下）させたりしてしまう。
【００４９】
一方、本実施の形態では、光増幅素子２０がステム１０およびキャップ３０によって封止されており、入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂへの堆積物の生成が抑制されている。これにより、光増幅素子２０の駆動電流の変化を抑制することができ、さらに、図７の実線で示したように、光出力の変化（低下）を抑制することができる。
【００５０】
また、本実施の形態において、光増幅素子２０のリッジ部１２９がフレア構造となっており、かつ、そのフレア構造において入射側端面２０Ａ側の幅が射出側端面２０Ｂの幅よりも狭くなっている場合には、少なくとも幅方向において単一横モードを維持しつつ、高出力のレーザ光を出力することができる。また、少なくとも幅方向において単一横モードを維持することができることから、光増幅素子２０と他の光学系との高い光結合効率を実現することができる。
【００５１】
（第１の実施の形態の変形例）
上記実施の形態では、筒部３１の内部空間３１Ｂには光増幅素子２０およびサブマウント２１だけが設けられていたが、例えば、図８に示したように、レンズ４，５も設けられていてもよい。このとき、レンズ４は、入射側端面２０Ａと、光透過窓３１との間に設けられると共に、レンズ５は、射出側端面２０Ｂと、光透過窓３１との間に設けられている。なお、光増幅素子２０の光軸ＡＸ１とレンズ４，５の光軸とを合わせるために、光増幅素子２０とサブマウント２１との間に、さらにサブマウント２２が設けられていてもよい。また、例えば、図９に示したように、レンズ４，５の代わりに、筒部３１の開口３１Ａに嵌合可能な形状を有するレンズ３３，３４が、開口３１Ａに設置されていてもよい。この場合には、光透過窓３１とレンズ３３，３４とを概念的にひとまとめにすると、光透過窓３１およびレンズ３３，３４は、レンズ機能を持った光透過窓であるとも言える。このとき、レンズ３３，３４が接着剤（図示せず）によって光透過窓３２に接着されていてもよい。これにより、上記実施の形態のようにレンズ４，５を光増幅装置１とは別体に設けた場合と比べて、レンズ４，５の位置決めに要する工数を削減することが可能となる。
【００５２】
また、上記実施の形態では、光増幅素子２０は、透過型ＳＯＡと称されるものであったが、例えば、図示しないが、共振型ＳＯＡと称されるものであってもよい。ただし、この場合には、入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂは、図示しないが、その表面に、上述した反射防止膜１３３，１３４の代わりに、反射コート膜（第１反射コート膜）を有している。ここでの反射コート膜とは、入射側端面２０Ａに所定の波長（３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下）の光が入射し、その入射光によって活性層で誘導放出が生じたときに、その誘導放出光が入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂで反射を繰り返すことにより増幅されると共に、レーザ光が入射側端面２０Ａおよび射出側端面２０Ｂの双方の端面から出力される程度の反射率を有するものである。
【００５３】
＜第２の実施の形態＞
（発光装置６の構成）
図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る発光装置６の縦方向の断面構成の一例を表したものである。なお、図１０は、模式的に表したものであり、実際の寸法，形状とは異なっている。
【００５４】
本実施の形態の発光装置６は、上記実施の形態の光増幅装置１において、光増幅素子２０の代わりに発光素子７０を設けた点で、上記実施の形態の光増幅装置１の構成と相違する。そこで、以下では、上記実施の形態との相違点について主に説明し、上記実施の形態との共通点についての説明を適宜、省略するものとする。
【００５５】
発光素子７０は、電気信号を光信号に変換して出力するものであり、例えば、支持基板１１の上面１１Ａと平行な方向に光を出力するようになっている。発光素子７０は、例えば、端面発光型の半導体レーザであり、光軸が上面１１Ａと平行となるように配置されている。発光素子７０は、射出側端面７０Ａおよび透過側端面７０Ｂを有しており、入射側端面から光を発する素子である。この発光素子７０から発せられる光（誘導放出光）の中心波長は、例えば、３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、好ましくは３６０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは３６０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下である。この発光素子５０は、光増幅素子２０と同様、ＡｌＧａＩｎＮを含んで構成されており、例えば、図示しないが、ＧａＮ基板上に、ＡｌＧａＩｎＮ系の活性層を含む積層体が形成されたものである。透過側端面７０Ｂは、図示しないが、その表面に、上記の反射防止膜１３３，１３４と同様の機能を有する反射防止膜（第２反射コート膜）を有している。一方、射出側端面７０Ａは、図示しないが、その表面に反射コート膜を有している。ここでの反射コート膜は、発光素子７０に電流が注入され、活性層で発光が生じたときに、その発光光が射出側端面７０Ａおよび後述の反射ミラー７で反射を繰り返すことにより発光素子７０がレーザ発振すると同時に、射出側端面７０Ａからレーザ光が出力される程度の反射率を有するものである。つまり、ここでの反射コート膜は、射出側端面７０Ａと後述の反射ミラー７とによって、所定の波長の光において外部共振器が構成される程度の反射率を有している。ここで、所定の波長とは、例えば、３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、好ましくは３６０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは３６０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下である。
【００５６】
本実施の形態の発光装置６は、例えば、図１１に示したように、反射ミラー７およびレンズ８，９と一緒に使用される。反射ミラー７およびレンズ８は、発光装置６の外部であって、かつ透過側端面７０Ｂ側の空間に配置されている。反射ミラー７およびレンズ８は、２つの光透過窓３１のうち透過側端面７０Ｂ側の光透過窓３２との対向領域に配置されている。反射ミラー７およびレンズ８は、発光素子７０の光軸（図示せず）上に配置されており、レンズ８が反射ミラー７よりも発光装置６側に配置されている。一方、レンズ９は、発光装置６の外部であって、かつ射出側端面７０Ａ側の空間に配置されている。レンズ９は、２つの光透過窓３２のうち射出側端面７０Ａ側の光透過窓３２との対向領域に配置されている。レンズ９も、発光素子７０の光軸（図示せず）上に配置されている。
【００５７】
ここで、レンズ８は、例えば、発光装置６の透過側端面７０Ｂから出力されたレーザ光を平行光化するものである。なお、レンズ８は、入射光の放射角を調整するものであればよく、厳密に平行光化するものでなくてもよい。反射ミラー７は、レンズ８で平行光化された光を反射してレンズ８に戻すものであり、射出側端面７０Ａと共に外部共振器を構成するものである。レンズ９は、発光装置６の射出側端面７０Ａから出力されたレーザ光を平行光化するものである。なお、レンズ９は、用途によっては省略することが可能である。
【００５８】
（発光装置６の動作）
次に、図１１を参照しつつ、発光装置６の動作について説明する。まず、発光装置６内の発光素子７０に外部から電気信号が入力されると、電気信号が発光素子７０において光信号に変換され、発光素子７０の透過側端面７０Ｂからレーザ光が光透過窓３２を介して外部に出力される。外部に出力されたレーザ光は、レンズ８で平行光化されたのち、反射ミラー７で反射されて、発光素子７０に戻る。発光素子７０に戻った光によって活性層で誘導放出が生じ、その誘導放出光が射出側端面７０Ａおよび反射ミラー７で反射を繰り返すことにより発光素子７０がレーザ発振すると共に、レーザ光が射出側端面７０Ａから出力される。このようにして、発光装置６においてレーザ発振が生じる。
【００５９】
（発光装置６の効果）
次に、発光装置６の効果について説明する。本実施の形態では、発光素子７０がステム１０およびキャップ３０によって封止されており、かつキャップ３０のうち射出側端面７０Ａおよび透過側端面７０Ｂのとの対向部分にそれぞれ光透過窓３２が設けられている。これにより、発光素子７０への光入射や、発光素子７０からの光射出を阻害することなく、発光素子７０を封止することができる。その結果、外部雰囲気中に含まれる微量のＳｉ有機物ガスがレーザ光と反応して射出側端面７０Ａおよび透過側端面７０Ｂに堆積物が生成されるのを抑制することができる。
【００６０】
＜実施例＞
次に、第１の実施の形態に係る光増幅装置１の実施例１，２について説明する。実施例１，２は、第１の実施の形態に係る光増幅装置１において、デバイス長を３ｍｍとし、リッジ部１２９をフレア構造としたものである。実施例１では、リッジ部１２９を例えば図３（Ａ）に示したようなストレート型とし、実施例２では、リッジ部１２９を例えば図４に示したような斜め導波路型とした。
【００６１】
実施例１，２ともに、入射側端面２０Ａに波長４０４ｎｍのＣＷ光を入力し、このときに実施例１，２の光増幅装置１から出力された光のスペクトルを計測した。そのときの実施例１の結果を図１２（Ａ）に示し、実施例２の結果を図１２（Ｂ）に示した。さらに、実施例１の光増幅装置１に入力する駆動電流の大きさを変化させ、その時の出力パワーを計測した。その結果を図１３に示した。
【００６２】
図１２（Ａ），（Ｂ）から、ストレート型の光増幅装置１では、デバイス長で決まる強い縦モード構造が顕著に表れているのに対して、導波路を斜めに形成した光増幅装置１では、縦モード構造がほとんど見えないことがわかる。これは、波路を斜めにすることで、縦モードの深さが浅くなり、端面の残留反射が抑制されたことを示している。
【００６３】
図１３から、入力パワー３００ｍＷ以下において出力に飽和傾向が見られ、最大出力は、入力パワー１２Ｗ、駆動電流５００ｍＡのとき、約２００ｍＷであった。したがって、入力パワーに対して出力パワーが線形に増加する特性を使いたいときは、光増幅装置１の低電流注入領域を利用することができ、より高い出力を安定的に利用したいときは、高電流注入領域を利用できる。
【符号の説明】
【００６４】
１…光増幅装置、２，６…発光装置、３，４，５，８，９，３３，３４…レンズ、７…反射ミラー、１０，４０…ステム、１１，４１…支持基板、１１Ａ…上面、１２，４２…接続端子、２０…光増幅素子、２０Ａ…入射側端面、２０Ｂ，７０Ａ…射出側端面、２１，２２，５１…サブマウント、３０，６０…キャップ、３１，６１…筒部、３１Ａ，６１Ａ…開口、３１Ｂ…内部空間、３２，６２…光透過窓、５０，７０…発光素子、７０Ｂ…透過側端面、１２０…基板、１２１…バッファ層、１２２…下部クラッド層、１２３…下部ガイド層、１２４…活性層、１２４Ａ…発光領域、１２５…上部ガイド層、１２６…上部クラッド層、１２７…コンタクト層、１２８…電子障壁層、１２９…リッジ部、１３０…絶縁膜、１３１…上部電極、１３２…下部電極、１３３，１３４…反射防止膜、ＡＸ１…光軸、ＡＸ２…法線、ｎ1，ｎ2…屈折率、Ｗ１，Ｗ２…幅。
【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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