(57)【要約】  外部共振器型発光装置１は、半導体レーザ光を発振する活性層５を有する半導体レーザ光源２；半導体レーザ光が入射する入射面と所望波長の出射光を出射する出射面を有するリッジ型光導波路、およびリッジ型光導波路内に形成された凹凸からなるブラッググレーティング１２を有するグレーティング素子９；および発光装置の温度を測定する温度センサ２１を備える。温度センサ２１によって測定した温度に応じて半導体レーザ光源の駆動電流を制御する。【選択図】          図１
2015087914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ光源とグレーティング素子とによって外部共振器を構成する外部共振器型発光装置であって、
半導体レーザ光を発振する活性層を有する半導体レーザ光源；
前記半導体レーザ光が入射する入射面と所望波長の出射光を出射する出射面を有するリッジ型光導波路、およびこのリッジ型光導波路内に形成された凹凸からなるブラッググレーティングを有するグレーティング素子；および
前記発光装置の温度を測定する温度センサを備えており、前記温度センサによって測定した温度に応じて前記半導体レーザ光源の駆動電流を制御することを特徴とする、外部共振器型発光装置。
【請求項２】
前記グレーティング素子が、支持基板、および前記支持基板上に設けられた光学材料層であって、厚さ０．５μｍ以上、３．０μｍ以下の光学材料層を備えており、前記リッジ型光導波路が前記光学材料層内に設けられており、下記式（１）〜式（４）の関係が満足されることを特徴とする、請求項１記載の装置。
０．８ｎｍ≦△λG≦６．０ｎｍ・・・（１）
１０μｍ≦Ｌｂ≦３００μｍ    ・・・（２）
２０ｎｍ≦ｔｄ≦２５０ｎｍ    ・・・（３）
ｎｂ≧１．８                  ・・・（４）
（式（１）において、△λGは、ブラッグ反射率のピークにおける半値全幅である。
式（２）において、Ｌｂは、前記ブラッググレーティングの長さである。
式（３）において、ｔｄは、前記ブラッググレーティングを構成する凹凸の深さである。
式（４）において、ｎｂは、前記ブラッググレーティングを構成する材質の屈折率である。）
【請求項３】
前記支持基板と前記光学材料層とを接合する接合層を備えていることを特徴とする、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記ブラッググレーティングを構成する材質が、ガリウム砒素、ニオブ酸リチウム単結晶、酸化タンタル、酸化亜鉛および酸化アルミナからなる群より選択されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の装置。
【請求項５】
下記式（５）の関係が満足されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の装置。
ＬＷＧ  ≦５００μｍ        ・・・（５）
（式（５）において、ＬＷＧは、前記グレーティング素子の長さである。）
【請求項６】
前記光導波路が細長いコアからなり、前記コアの横断面が凸図形をなしていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の装置。
【請求項７】
前記光導波路が、リッジ部と、このリッジ部を成形する少なくとも一対のリッジ溝からなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の装置。
【請求項８】
前記半値全幅△λGの中に、レーザ発振の位相条件が満足可能な波長が２以上、５以下存在することを特徴とする、請求項２〜７のいずれか一つの請求項に記載の装置。
【請求項９】
下記式（６）の関係が満足されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つの請求項に記載の装置。
【数１１】
2015087914.tif 000013
（式（６）において、dλG／ｄＴは、ブラッグ波長の温度係数である。
dλＴＭ／ｄＴは、外部共振器レーザの位相条件を満足する波長の温度係数である。）
【請求項１０】
前記外部共振器型発光装置が単一モード発振することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つの請求項に記載の装置。
【請求項１１】
前記リッジ型光導波路の横モードがマルチモードであって、前記外部共振器型発光装置から出力するレーザ光の横モードが基本モードであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一つの請求項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部共振器型発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザは、一般的に、活性層の両端面に形成したミラーで挟まれた光共振器を構成した、ファブリ−ペロー（ＦＰ）型が利用されている。しかしながら、このＦＰ型レーザは、定在波条件が成立する波長で発振するために、縦モードが多モードになりやすく、とくに電流や温度が変化すると発振波長が変化し、それにより光強度が変化する。【０００３】
このため、光通信やガスセンシングなどの目的では、波長安定性の高い単一モード発振のレーザが必要である。このため、分布帰還型（DFB）レーザや分布反射型（DBR）レーザが開発された。これらのレーザは、半導体中に回折格子を設け、その波長依存性を利用して特定の波長のみを発振させるものである。【０００４】
波長安定性のある半導体レーザを実現するために、グレーティングを半導体レーザの中にモノリシックに形成したDBRレーザやDFBレーザ、またファイバーグレーティング（FBG）をレーザの外部に取り付けた外部共振器型レーザが例示できる。これらは、ブラッグ反射を利用した波長選択性のあるミラーによりレーザ光の一部をレーザに帰還して波長安定動作を実現する原理である。【０００５】
DBRレーザは、活性層の導波路の延長上の導波路面に凹凸を形成しブラッグ反射によるミラーを構成し、共振器を実現している（特許文献１（特開昭49-128689）：特許文献２（特開昭56-148880））。このレーザは、光導波層の両端に回折格子が設けられているので、活性層で発光した光は光導波層を伝搬し、この回折格子で一部が反射され、電流注入部に戻り、増幅される。回折格子から決められた方向に反射するのは、特定の波長の光だけであるので、レーザ光の波長は一定になる。【０００６】
また、この応用として、回折格子を半導体とは異なる部品とし、外部で共振器を形成する、外部共振器型半導体レーザが開発されている。このタイプのレーザは、波長安定性、温度安定性、制御性がよいレーザとなる。外部共振器は、ファイバ・ブラッグ・グレーティング（FBG）（非特許文献１）や、ボリューム・ホログラム・グレーティング（VHG）（非特許文献２）がある。回折格子を半導体レーザとは別部材で構成するので、反射率、共振器長を個別に設計できるという特徴があり、電流注入による発熱による温度上昇の影響を受けないので、波長安定性をさらに良くすることができる。また、半導体の屈折率の温度変化が異なるので、共振器長と合わせて設計することにより、温度安定性を高めることができる。【０００７】
特許文献６（特開2002-134833）には、石英ガラス導波路に形成したグレーティングを利用した外部共振器型レーザが開示されている。これは温度コントローラなしで室温が大きく（例えば30℃以上）変化する環境で使える、周波数安定化レーザを提供しようとするものである。また、モードホッピングが抑圧され、かつ発振周波数の温度依存性がない温度無依存レーザを提供することが記載されている。【０００８】
特許文献８（特開2010-171252）には、ＳｉＯ２、ＳｉＯ１−ｘＮｘ（ｘは０．５５乃至０．６５）、あるいはＳｉとＳｉＮをコア層とする光導波路、およびこの光導波路にグレーティングを形成した外部共振器型レーザが開示されている。これは精密な温度制御なしで発振波長を一定に保つ外部共振器レーザで、回折格子の反射波長の温度変化率（ブラッグ反射波長の温度係数）を小さくすることを前提条件としている。その上でレーザ発振を縦モード：マルチモードとすることでパワー安定性を実現できることが記載されている。【０００９】
特許文献９（特許第3667209）には、石英、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ポリイミド樹脂とする光導波路に形成したグレーティングを利用した外部共振器レーザが開示されている。これは、光源である半導体レーザの光射出面における反射率が実効反射率Ｒｅ（実質的に０．１〜３８．４％）であり、その上でレーザ発振を縦モード：マルチモードとすることでパワー安定性を実現できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭49-128689
【特許文献２】特開昭56-148880
【特許文献３】WO2013/034813
【特許文献４】特開2000-082864
【特許文献５】特開2006-222399
【特許文献６】特開2002-134833
【特許文献７】特願２０１３−１２０９９９
【特許文献８】特開2010-171252
【特許文献９】特許第3667209
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】電子情報通信学会論文誌  C‐II  Vol.J81, No.7 pp.664-665, 1998年7月
【非特許文献２】電子情報通信学会技術研究報告  LQE, 2005年 105巻 52号 pp.17-20
【非特許文献３】古河電工時報  平成12年1月  第105号  p24-29
【非特許文献４】M.Asada,etal, “Gain and intervalence band absorption in quantum-well lasers”, IEEE J. Quantumn Electron, QE-2(7), p.745-753, 1984.
【非特許文献５】Y.Suematsu, A.R.Adams, “Handbook of semiconductor lasers and photonic integrated circuits”, Ohmsha Ltd.,p.334-337, 1994.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
非特許文献１には、温度上昇に伴う波長安定性を損なうモードホップのメカニズムと、その改善策について言及している。温度による外部共振器レーザの波長変化量δλｓは、半導体の活性層領域の屈折率変化△ｎa、活性層の長さLa、FBG領域の屈折率変化△ｎf、長さLf、それぞれの温度変化δTa、δTfに対して、定在波条件より下式により表される。【００１３】
【数１】
2015087914.tif 000003
【００１４】
ここで、λ0は初期状態でのグレーティング反射波長を表す。
また、グレーティング反射波長の変化δλGは、下式で表される。【００１５】
【数２】
2015087914.tif 000004
【００１６】
モードホップは、外部共振器の縦モード間隔△λが波長変化量δλsとグレーティング反射波長の変化量δλGの差に等しくなったときに発生するので、次式が成立する。
【数３】
2015087914.tif 000005
【００１７】
縦モード間隔△λは、近似的に下式となる。【００１８】
【数４】
2015087914.tif 000006
【００１９】
数式３と数式４より、数式５が成立する。【００２０】
【数５】
2015087914.tif 000007
【００２１】
モードホップを抑制するためには、△Tall以下の温度内で使用する必要があり、ペルチェ素子にて温度制御している。数式５では、活性層とグレーティング層の屈折率変化が同じ場合（△ｎａ／ｎａ＝△ｎｆ／ｎｆ）、分母が零になり、モードホップが生じる温度が無限大になり、モードホップがなくなることを示している。しかしながら、モノリシックDBRレーザでは、レーザ発振させるために、活性層は電流注入がなされるために、活性層とグレーティング層の屈折率変化は一致させることができないので、モードホップが生じてしまう。【００２２】
モードホップは、共振器内の発振モード（縦モード）が、あるモードから違うモードに移る現象である。温度や注入電流が変化すると、ゲインや共振器の条件が異なり、レーザ発振波長が変化し、キンクといわれる、光パワーが変動するという問題を生じる。したがって、FP型のGaAs半導体レーザの場合、通常、波長が0.3nm／℃の温度係数で変化するが、モードホップが生じると、これよりも大きな変動が起こる。それと同時に、出力が５％以上変動する。【００２３】
このため、モードホップを抑制するために、ペルチェ素子を用いて温度制御している。しかし、このために部品点数が増え、モジュールが大きくなり、コストが高くなる。【００２４】
特許文献６では、温度無依存にするために、従来の共振器構造はそのままで光導波路層に応力を与えることで、熱膨張に起因する温度係数を補償することにより、温度無依存性を実現している。このため、素子に金属板を貼りつけ、さらに導波路中に温度係数を調整する層を付加させている。このため共振器構造が、さらに大きくなるという問題がある。【００２５】
また、非特許文献４、５に示すように、半導体レーザは温度が上昇すると最大のゲインが低下し、かつ発振閾値電流が上昇することがわかっている。このために半導体レーザを電流一定駆動させた場合には、環境温度が変動した場合に光出力が変動することを示唆している。【００２６】
本発明者は、光導波路型グレーティング素子を用いた外部共振器型のレーザ構造を、特許文献７において開示した。この出願では、グレーティング素子の反射特性の半値全幅△λGが特定の式を満足する場合に、波長安定性が高くパワー変動のないレーザ発振が可能としている。【００２７】
しかし、従来は、自動電流駆動によって、電流一定にて半導体レーザを駆動していた。しかし、図１０に示すように、環境温度が上がるとレーザ光の出力が低下するという問題があった。これを抑制するにはペルチェ素子を設置してレーザ光源の温度を一定に管理することが知られているが、しかしコストが高くなり、望ましくない。【００２８】
本発明の課題は、外部共振器型発光素子において、ペルチェ素子による自動温度制御を利用することなしに、環境温度の変化に伴う発光出力の変動を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明は、半導体レーザ光源とグレーティング素子とによって外部共振器を構成する外部共振器型発光装置であって、
半導体レーザ光を発振する活性層を有する半導体レーザ光源；
半導体レーザ光が入射する入射面と所望波長の出射光を出射する出射面を有するリッジ型光導波路、およびこのリッジ型光導波路内に形成された凹凸からなるブラッググレーティングを有するグレーティング素子；および
発光装置の温度を測定する温度センサを備えており、温度センサによって測定した温度に応じて半導体レーザ光源の駆動電流を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明者は、環境温度の変化に伴う外部共振器型発光装置の出力変動について種々検討した。
すなわち、本発明者の実験検討の結果、出力変動が大きい場合と小さい場合とがあることがわかった。出力変動が大きい場合は、環境温度によって半導体レーザの温度も追従して変化する場合であり、半導体レーザが適正なヒートシンクに実装されて十分に放熱されている場合に相当する。これに対して、出力変動が小さい場合は、環境温度が変化しても半導体レーザの温度が変化しない場合であり、半導体レーザの放熱が十分でない場合に相当する。【００３１】
かりに環境温度の変化に対して半導体レーザの温度が全く変化しない場合は、温度変動に対して出力変動が全くない動作が可能であることを意味している。【００３２】
これらの知見に基づき、本発明者は、環境温度の変化に対して半導体レーザ光源の温度が追従しにくい構成を検討した。
すなわち、グレーティング素子を用いた外部共振器型レーザの場合、実装状態においてはグレーティング素子にも半導体レーザからの熱が伝導するので、同時に加熱される。【００３３】
ここで、グレーティング素子がセラミックやガラス材料で構成される場合には、熱伝導が悪いので、蓄熱効果があり、半導体レーザから伝導した熱を蓄積し、放熱を阻害するので半導体レーザの放熱を抑制して高温に保持できることがわかった。【００３４】
また、グレーティング素子が熱伝導性の悪いセラミックやガラス材料からなる場合、蓄熱効果があり、半導体レーザとグレーティング素子の温度差を小さくする効果がある。さらに、半導体レーザの放熱特性を抑制する効果がある。このことから、環境温度による素子の変動を小さくすることができ、注入電流（駆動電流）の制御を容易にする効果がある。【００３５】
ここで、本発明では、発光装置の温度をモニターし、その温度によって半導体レーザを駆動する駆動電流を制御する。これによって、ペルチェ素子などの温度制御素子なにし、環境温度変化にともなう発光出力の変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、外部共振器型発光装置の模式図である。
【図２】グレーティング素子の横断面図である。
【図３】グレーティング素子を模式的に示す斜視図である。
【図４】他のグレーティング素子の横断面図である。
【図５】他の実施形態に係る外部共振器型発光装置の模式図である。
【図６】モードホップの形態を説明する図である。
【図７】モードホップの形態を説明する図である。
【図８】好適例における、離散的な位相条件例を示す。
【図９】レーザ発振条件を説明する図である。
【図１０】駆動電流が一定である場合の、環境温度変化と出力変動との関係を示す模式図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、細長いストライプ状の光導波路３０、３０Ａを用いたグレーティング素子２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの横断面を示す模式図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、細長いストライプ状の光導波路３０、３０Ａを用いたグレーティング素子２１Ｄ、２１Ｅの横断面を示す模式図である。
【図１３】レーザの発振波長と出力特性との温度および駆動（注入）電流に対する依存性を示すグラフである。
【図１４】レーザのゲイン特性の温度および注入電流に対する依存性を示すグラフである。
【図１５】グレーティング素子による外部共振器レーザの出力安定化動作の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１に模式的に示す外部共振器型発光装置１は、半導体レーザ光を発振する光源２と、グレーティング素子９とを備えている。光源２とグレーティング素子９とは、共通基板３上にマウントされている。
【００３８】
光源２は、半導体レーザ光を発振する活性層５を備えている。本実施形態では、活性層５は基体４に設けられている。基体４の外側端面には反射膜６が設けられており、活性層５のグレーティング素子側の端面には無反射層７Ａが形成されている。
【００３９】
また、光源２は、単独でレーザ発振するものであってよい。ここで、単独でレーザ発振するとは、グレーティング素子と外部共振器を構成することなしにレーザ発振できることを意味する。この場合、光源２は、縦モードがシングルモード発振するものが好ましい。しかし、グレーティング素子を使用した外部共振器型レーザの場合、反射特性に波長依存性を持たせることができる。このため、反射特性の波長依存性の形状を制御することにより、光源２は縦モードがマルチモード発振していても、外部共振器からはシングルモード発振させることが可能である。
【００４０】
この場合、光源２の外側端面には高反射膜６が設けられており、グレーティング素子側の端面７Ａにはグレーティングの反射率よりも小さい反射率の膜が形成されている。
【００４１】
図１、図３に示すように、グレーティング素子７には、半導体レーザ光Ａが入射する入射面１１ａと所望波長の出射光Ｂを出射する出射面１１ｂを有する光学材料層１１が設けられている。Ｃは反射光である。光学材料層１１内には、ブラッググレーティング１２が形成されている。光学材料層１１の入射面１１ａとブラッググレーティング１２との間には、回折格子のない伝搬部１３が設けられており、伝搬部１３が活性層５と間隙１４を介して対向している。７Ｂは、光学材料層１１の入射面側に設けられた無反射膜であり、７Ｃは、光学材料層１１の出射面側に設けられた無反射膜である。リッジ型光導波路１８は光学材料層１１に設けられている。リッジ型光導波路は、ブラッググレーティング１２と同一面に形成されていてもよく、相対する面に形成されていてもよい。
【００４２】
無反射層７Ｂ、７Ｃの反射率は、グレーティング反射率よりも小さい値であればよく、さらに０．１％以下が好ましい。しかし、端面における反射率がグレーティング反射率よりも小さい値であれば、無反射層はなくてもよく、反射膜であってもよい。
【００４３】
図２に示すように、本例では、基板１０上に接着層１５、下側バッファ層１６を介して光学材料層１１が形成されており、光学材料層１１上に上側バッファ層１７が形成されている。光学材料層１１には例えば一対のリッジ溝１９が形成されており、リッジ溝の間にリッジ型の光導波路１８が形成されている。この場合、ブラッググレーティングは平坦面１１ｃ面に形成していてもよく、１１ｄ面に形成していてもよい。ブラッググレーティング、およびリッジ溝の形状ばらつきを低減するという観点では、ブラッググレーティングを１１ｃ面上に形成することによって、ブラッググレーティングとリッジ溝１９とを基板の反対側に設けることが好ましい。
【００４４】
また、図４に示す素子９Ａでは、基板１０上に接着層１５、下側バッファ層１６を介して光学材料層１１が形成されており、光学材料層１１上に上側バッファ層１７が形成されている。光学材料層１１の基板１０側には、例えば一対のリッジ溝１９が形成されており、リッジ溝１９の間にリッジ型の光導波路１８が形成されている。この場合、ブラッググレーティングは平坦面１１ｃ側に形成していてもよく、リッジ溝のある１１ｄ面に形成していてもよい。ブラッググレーティング、およびリッジ溝の形状ばらつきを低減するという観点では、ブラッググレーティングを平坦面１１ｃ面側に形成することによって、ブラッググレーティングとリッジ溝１９とを基板の反対側に設けることが好ましい。また、上側バッファ層１７はなくてもよく、この場合、空気層が直接グレーティングに接することができる。これによりグレーティング溝が有る無しで屈折率差を大きくすることができ、短いグレーティング長で反射率を大きくすることができる。
【００４５】
上述の例では、光導波路が、リッジ部と、このリッジ部を成形する少なくとも一対のリッジ溝からなるリッジ型光導波路である。この場合には、リッジ溝の下に光学材料が残されており、かつリッジ溝の外側にもそれぞれ光学材料からなる延在部が形成されている。
【００４６】
しかし、リッジ型光導波路において、リッジ溝の下にある光学材料を除去してしまうことで、ストライプ状の細長いコアを形成することもできる。この場合には、リッジ型光導波路が、光学材料からなる細長いコアからなり、コアの横断面が凸図形をなしている。このコアの周りには、バッファ層（クラッド層）や空気層が存在しており、バッファ層や空気層がクラッドとして機能する。
【００４７】
凸図形とは、コアの横断面の外側輪郭線の任意の二点を結ぶ線分が、コアの横断面の外側輪郭線の内側に位置することを意味する。このような図形としては、三角形、四角形、六角形、八角形などの多角形、円形、楕円形などを例示できる。四角形としては、特に、上辺と下辺と一対の側面を有する四角形が好ましく、台形が特に好ましい。
【００４８】
図１１、図１２は、この実施形態に係るものである。
図１１（ａ）のグレーティング素子２１Ａでは、支持基板１０上にバッファ層１６が形成されており、バッファ層１６上に光導波路３０が形成されている。光導波路３０は、前述したような屈折率１．８以上の光学材料からなるコアからなる。光導波路の横断面（光伝搬方向と垂直な方向の断面）形状は台形であり、光導波路は細長く伸びている。本例では、光導波路３０の上側面が下側面よりも狭くなっている。光導波路３０内には、前述したような入射側伝搬部、ブラッググレーティング、出射側伝搬部が形成されている。
【００４９】
図１１（ｂ）のグレーティング素子２１Ｂでは、支持基板１０上にバッファ層２２が形成されており、バッファ層２２内に光導波路３０が埋設されている。光導波路の横断面（光伝搬方向と垂直な方向の断面）形状は台形であり、光導波路は細長く伸びている。本例では、光導波路３０の上側面が下側面よりも狭くなっている。バッファ層２２は、光導波路３０上の上側バッファ２２ｂ、下側バッファ２２ａおよび光導波路３０の側面を被覆する側面バッファ２２ｃを含む。
【００５０】
図１１（ｃ）のグレーティング素子２１Ｃでは、支持基板１０上にバッファ層２２が形成されており、バッファ層２２内に光導波路３０Ａが埋設されている。光導波路３０Ａは、前述したような屈折率１．８以上の光学材料からなるコアからなる。光導波路の横断面（光伝搬方向と垂直な方向の断面）形状は台形であり、光導波路は細長く伸びている。本例では、光導波路３０Ａの下側面が上側面よりも狭くなっている。
【００５１】
図１２（ａ）のグレーティング素子２１Ｄでは、支持基板１０上にバッファ層１６が形成されており、バッファ層１６上に光導波路３０が形成されている。そして、光導波路３０が、別のバッファ層２３によって包含され、埋設されている。バッファ層２３は、上側バッファ２３ａおよび側面バッファ２３ｂからなる。本例では、光導波路３０の上側面が下側面よりも狭くなっている。
【００５２】
図１２（ｂ）のグレーティング素子２１Ｅでは、支持基板１０上にバッファ層１６が形成されており、バッファ層１６上に光導波路３０Ａが形成されている。そして、光導波路３０Ａが、別のバッファ層２３によって包含され、埋設されている。バッファ層２３は、上側バッファ２３ａおよび側面バッファ２３ｂからなる。本例では、光導波路３０Ａの下側面が上側面よりも狭くなっている。
なお、光導波路の幅Ｗｍは、光導波路の横断面における幅のうち最も狭い部分の幅とする。
【００５３】
本発明では、装置内の温度をモニターするための温度センサ２１を設ける（図１参照）。そして、温度センサ２１によって測定した温度を、半導体レーザ駆動回路２２にフィードバックし、光源２に注入する駆動電流を制御する。
【００５４】
温度センサは、装置内の測定点の温度を測定可能であれば限定されないが、サーミスタ、熱電対を例示できる。また、温度センサの測定点の設置場所は、半導体レーザの温度を反映できる場所であれば特に限定する必要はない。例えば、半導体レーザに直接設置でき、あるいはグレーティング素子に設置でき、あるいは共通基板３上に設置できる。あるいは、半導体レーザの近傍やグレーティング素子の近傍に設置することもできる。
【００５５】
半導体レーザの駆動回路は、活性層に対して注入する駆動電流をフィードバック制御できる、通常の電子回路を使用できる。
【００５６】
図１３には、レーザの発振波長と出力特性との温度および駆動（注入）電流に対する依存性を示す。一般的に半導体レーザは、温度や注入電流によって発振波長と出力は変化する。温度が増加すると、発振波長は長波長側にシフトし、出力は低下する。ＧａＡｓ系のレーザの場合に発振波長は０．３ｎｍ/℃で変化する。また、注入電流を変化しても発振波長は長波長側にシフトするが、温度変化に対する変化よりも小さい。
【００５７】
グレーティング素子を使用せずレーザのみで動作させる場合、温度センサを使用して出力制御するには、温度の増加とともに注入電流を増加させることにより出力一定動作ができる。しかしながら、発振波長は大きく長波長側にシフトすることになる。図１３の例においては、２０℃から８０℃において注入電流を１８０ｍＡから２２０ｍＡまで増加させることにより出力安定化動作を可能にしている。この場合、発振波長は１８ｎｍ変化することになる。
【００５８】
図５は、他の実施形態に係る装置１Ａを示す。本装置１Ａの大部分は図１の装置１と同様のものである。光源２は、レーザ光を発振する活性層５を備えているが、活性層５のグレーティング素子９側の端面に無反射層７Ａを設けず、その代わりに反射膜２０が形成されている。
【００５９】
この場合、レーザ光の発振波長は、グレーティングにより反射される波長で決定される。グレーティングによる反射光と活性層５のグレーティング素子側の端面からの反射光がレーザのゲイン閾値を上回れば、発振条件を満足する。これにより波長安定性の高いレーザ光を得ることができる。
【００６０】
図１４は、レーザのゲイン特性の温度および注入電流に対する依存性を示す。半導体レーザのゲインの波長幅は広く、１０ｎｍ以上の発振可能な波長幅をもつ。注入電流を増加するとゲインは大きくなり、その最大値は若干であるが長波長側にシフトする。温度が増加すると、ゲインの最大値は低下することになる。
【００６１】
グレーティング素子を利用した外部共振型レーザの場合、半導体レーザのゲインの最大値の温度係数（ＧａＡｓの場合、０．３ｎｍ／℃）とグレーティングの反射波長（中心波長）の温度係数の違いが大きいので、レーザ発振可能な温度範囲が狭いことやモードホップするという課題があった。しかし図１４のレーザのゲイン特性を利用し、さらに温度センサによる温度情報を参照することによりレーザ発振波長の変化を小さくし、かつ出力を安定に動作することが可能である。
【００６２】
グレーティング素子による外部共振器レーザの出力安定化動作の例を図１５に示す。この場合、グレーティング素子の光学材料層はＴａ２Ｏ５としている。温度２０℃〜８０℃で動作させる場合に、その中間の温度５０℃で注入電流が最小でかつゲインの最大値でレーザ発振するように設定する。光学材料層がＴａ２Ｏ５の場合、グレーティング反射波長は０．０４ｎｍ／℃で変化するので、温度５０℃を中心に反射波長は±１．２ｎｍしか変化しない。
【００６３】
温度２０℃の場合には、ゲインのピークは９ｎｍ短波長側に存在する。このため同じ注入電流値ではレーザ発振したとしてもレーザ出力は低下する。したがって、注入電流を大きくしてレーザのゲインを５０℃でレーザ発振する条件と同じになるようにグレーティング反射の中心波長のゲインを設定すれば、レーザ出力が変化することなくレーザ発振が可能である。
【００６４】
温度８０℃の場合には、５０℃の場合と比較して、ゲインのピークは９ｎｍ長波長側にシフトする。このため同じ注入電流値ではレーザ発振したとしてもレーザ出力は低下する。したがって、注入電流を大きくしてレーザのゲインを５０℃でレーザ発振する条件と同じになるようにグレーティング反射の中心波長のゲインを設定すれば、レーザ出力が変化することなくレーザ発振が可能である。
以上により、温度を計測してモニターすることにより注入電流を制御して外部共振器レーザの出力を安定に動作することが可能である。
【００６５】
波長安定性をより高くするには、グレーティングからの帰還量を大きくすればよく、この観点からグレーティングの反射率は活性層５の端面における反射率よりも大きくする方が好ましい。
【００６６】
光源としては、高い信頼性を有するＧａＡｓ系やＩｎＰ系材料によるレーザが好適である。本願構造の応用として、例えば、非線形光学素子を利用して第２高調波である緑色レーザを発振させる場合は、波長１０６４ｎｍ付近で発振するＧａＡｓ系のレーザを用いることになる。ＧａＡｓ系やＩｎＰ系のレーザは信頼性が高いため、一次元状に配列したレーザアレイ等の光源も実現可能である。スーパールミネッセンスダイオードや半導体光アンプ（ＳＯＡ）であってもよい。また、活性層の材質や波長も適宜選択できる。
【００６７】
波長が長くなるとブラッグ波長の温度変化が大きくなることから、波長安定性を高めるには、光源２の中心波長は９９０ｎｍ以下が特に好ましい。一方、波長が短くなると半導体の屈折率変化△ｎａが大きくなりすぎるため、波長安定性を高めるためには光源２の中心波長は、７８０ｎｍ以上が特に好ましい。
また、活性層の材質や波長も適宜選択できる。
【００６８】
なお、半導体レーザとグレーティング素子との組み合わせでパワー安定化を行う方法は、下記に開示されている。
（非特許文献３：  古河電工時報  平成12年1月  第105号  p24-29）
【００６９】
リッジ型の光導波路は、例えば外周刃による切削加工やレーザアブレーション加工することによって物理的に加工し、成形することによって得られる。
【００７０】
ブラッググレーティングは以下のようにして物理的、あるいは化学的なエッチングにより形成することができる。
【００７１】
具体例として、Ｎｉ、Ｔｉなどの金属膜を光学材料層に成膜し、フォトリソグラフィーにより周期的に窓を形成しエッチング用マスクを形成する。その後、反応性イオンエッチングなどのドライエッチング装置で周期的なグレーティング溝を形成する。最後に金属マスクを除去することにより形成できる。
【００７２】
光学材料層中には、光導波路の耐光損傷性を更に向上させるために、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）及びインジウム（Ｉｎ）からなる群より選ばれる１種以上の金属元素を含有させてもよく、この場合、マグネシウムが特に好ましい。また結晶中には、ドープ成分として、希土類元素を含有させることができる。希土類元素としては、特にＮｄ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｐｒが好ましい。
【００７３】
接着層の材質は、無機接着剤であってよく、有機接着剤であってよく、無機接着剤と有機接着剤との組み合わせであってよい。また、接着層を使用せず直接接合による貼り合せであってもよい。この場合、常温直接接合法、表面活性化法、原子拡散接合法を採用することができる。
【００７４】
また、光学材料層１１は、支持基体上に薄膜形成法によって成膜して形成してもよい。こうした薄膜形成法としては、スパッタ、蒸着、ＣＶＤを例示できる。この場合には、光学材料層１１は支持基体に直接形成されており、上述した接着層は存在しない。
【００７５】
支持基体の具体的材質は特に限定されず，ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、石英ガラスなどのガラスや水晶、Si、アルミナ、サファイア、窒化アルミ、ＳｉＣなどを例示することができる。
【００７６】
無反射層の反射率は、グレーティング反射率以下である必要があり、無反射層に成膜する膜材としては、二酸化珪素、五酸化タンタルなどの酸化物で積層した膜や、金属類も使用可能である。
【００７７】
また、光源素子、グレーティング素子の各端面は、それぞれ、端面反射を抑制するために斜めカットしていてもよい。また、グレーティング素子と支持基板の接合は、図２の例では接着固定だが、直接接合でもよい。
【００７８】
グレーティング素子がセラミックやガラス材料で構成される場合には、熱伝導が悪いので、蓄熱効果があり、半導体レーザとの温度差を小さくできる。こうしたセラミックス、ガラスとしては、ニオブ酸リチウム（LN）、タンタル酸リチウム（LT）、酸化タンタル（Ta2O5）、酸化亜鉛（ZnO）、酸化アルミナ（Al2O3）、酸化チタン（TiO2）が特に好ましい。
また、こうしたガラス、セラミックスの熱伝導率は、５０W・m-1・K-1以下が好ましい。蓄熱効果を高めるためには、２５W・m-1・K-1以下が好ましく、１０W・m-1・K-1以下がもっとも好ましい。
【００７９】
グレーティング素子に関して、一般的に、ファイバグレーティングを使用する場合に、石英は屈折率の温度係数が小さいのでdλG／dTが小さく、｜dλG／dT―dλTM／dT｜が大きくなる。このためモードホップがおこる温度域△Tが小さくなってしまう傾向がある。
【００８０】
このため、好適な実施形態においては、グレーティングが形成される導波路基板の屈折率が１．８以上の材料を使用する。これにより屈折率の温度係数を大きくでき、dλG／dTが大きくできるので、｜dλG／dT―dλTM／dT｜を小さくでき、モードホップがおこる温度域△Tを大きくできる。
【００８１】
そして、好適な実施形態においては、これを前提として、当業者の常識に反して、ブラッグ反射率のピークにおける半値全幅△λGを大きめに設定している。その上で、モードホップが起こりにくいようにするために、位相条件を満足する波長間隔（縦モード間隔）を大きくする必要がある。このため、共振器長を短くする必要があるので、グレーティング素子の長さＬｂを３００μｍ以下と短くした。
【００８２】
その上で、ブラッググレーティングを構成する凹凸の深さｔｄを２０ｎｍ以上、２５０ｎｍ以下の範囲内で調節することによって、△λGを０．８ｎｍ以上、６ｎｍ以下にすることができ、この△λGの範囲内に縦モードの数を２〜５に調節できる。すなわち、位相条件を満足する波長は離散的であり、△λGの中に縦モードの数が２以上、５以下存在しているときには、△λGの中でモードホップを繰り返し、この外にはずれることはない。このため大きなモードホップが起きないので、波長安定性を高くし、光パワー変動を抑制できる。
【００８３】
以下、図８に示すような構成において、好適な条件について更に述べる。
ただし、数式は抽象的で理解しにくいので、最初に、従来技術の典型的な形態と本実施形態とを端的に比較し、次いで、好適な各条件について述べていくこととする。
【００８４】
まず、半導体レーザの発振条件は、下式のようにゲイン条件×位相条件で決まる。
【００８５】
【数６】
2015087914.tif 000008
【００８６】
ゲイン条件は、（2-1）式より下式となる。
【数７】
2015087914.tif 000009
【００８７】
ただし、αa、αg、αwg、αgrは、それぞれ、活性層、半導体レーザと導波路間のギャップ、入力側のグレーティング未加工導波路部、グレーティング部の損失係数であり、La、Lg、Lwg 、Lgrは、それぞれ、活性層、半導体レーザと導波路間のギャップ、入力側のグレーティング未加工導波路部、グレーティング部の長さであり、r1、r2は、ミラー反射率（r2はグレーティングの反射率）であり、Ｃoutは、グレーティング素子と光源との結合損失であり、ξtgtは、レーザ媒体のゲイン閾値であり、φ1は、レーザ側反射ミラーによる位相変化量であり、φ2は、グレーティング部での位相変化量である。
【００８８】
（2-2）式より、レーザ媒体のゲインξtgth（ゲイン閾値）が損失を上回れば、レーザ発振することを表す。レーザ媒体のゲインカーブ（波長依存性）は、半値全幅は50nm以上あり、ブロードな特性をもっている。また、損失部（右辺）は、グレーティングの反射率以外はほとんど波長依存性がないので、ゲイン条件はグレーティングにより決まる。このため、比較表では、ゲイン条件はグレーティングのみで考えることができる。
【００８９】
一方、位相条件は（2-1）式から、下式のようになる。ただし、φ1については零となる。
【数８】
2015087914.tif 000010
光源２がレーザ発振している場合は、複合共振器になるために上記の（2-1）、（2-2）、（2-3）式は複雑な数式になり、レーザ発振の目安として考えることができる。
【００９０】
外部共振器型レーザは、外部共振器として、石英系ガラス導波路、FBGを用いたものが製品化されている。従来の設計コンセプトは、図６と図７に示すように、グレーティングの反射特性は△λG=0.2nm程度、反射率10%となっている。このことから、グレーティング部の長さは１ｍｍとなっている。一方、位相条件については、満足する波長は離散的になり、△λG内に、(2-3)式が2〜3点あるように設計されている。このため、レーザ媒体の活性層長さが長いものが必要になり、１ｍｍ以上のものが使用されている。
【００９１】
ガラス導波路やFBGの場合、λgの温度依存性は非常に小さく、dλG/dT＝0.01nm/℃程度となる。このことから、外部共振器型レーザは、波長安定性が高いという特徴をもつ。
【００９２】
しかし、位相条件を満足する波長の温度依存性は、これに比してdλs/dT＝dλTM/dT＝ 0.05nm/℃と大きく、その差は0.04nm/℃となる。
また、コア層としてSi02やSiO(1-x)Nxを使用する場合、屈折率の温度変化率△ｎｆは1×10-5／℃と小さく、波長1.3μｍではλgの温度依存性は非常に小さくdλG/dT＝0.01nm/℃となる。一方、外部共振器の位相条件が成り立つ波長（発振波長）の温度係数について、InGaAsP系レーザを使用した場合、光源の等価屈折率3.6、屈折率の温度変化3×10-4／℃、長さＬａ＝400μｍ、回折格子の等価屈折率1.54、1×10-5／℃、長さ155μｍとすると、dλG/dT＝dλTM/dT＝ 0.09nm/℃となる。したがって、その差は0.08 nm/℃となる。
【００９３】
このようにしてレーザ発振したレーザ光のスペクトル波形は、線幅は０．２ｎｍ以下となる。広い温度範囲でレーザ発振するために、さらにモードホップしない温度範囲をより広くするために、室温２５℃における外部共振器によるレーザ発振波長はレーザのゲインの最大値の波長よりも長波長側であることが好ましい。この場合、温度が上昇するにつれてレーザ発振波長は長波長側にシフトしてレーザのゲインの最大値の波長よりも短波長側でレーザ発振することになる。
【００９４】
室温での外部共振器によるレーザ発振波長と光源２の発振波長の差は、レーザ発振の温度許容範囲を広くする観点において、０．５ｎｍ以上が好ましく、さらに２ｎｍ以上であってもよい。しかし、波長差を大きくしすぎると、パワーの温度変動が大きくなるので、この観点から１０ｎｍ以下が好ましく、さらに６ｎｍ以下が好ましい。
【００９５】
一般的に、モードホップが起こる温度Tmhは、非特許文献１より下式のように考えることができる（Ta=Tfとして考える）。
ΔＧＴＭは、外部共振器レーザの位相条件を満足する波長間隔（縦モード間隔）である。先に用いた△λは△GTMに等しく、λｓはλTMに等しい。
【００９６】
【数９】
2015087914.tif 000011
【００９７】
これより従来の場合、Tmhは5℃程度となる。このためモードホップが起こりやすい。したがって、モードホップが起こってしまうと、グレーティングの反射特性に基づきパワーが変動し、５％以上変動することになる。
【００９８】
以上から、実動作において、従来のガラス導波路やFBGを利用した外部共振器型レーザは、ペルチェ素子を利用して温度制御を行っていた。
【００９９】
これに対し、好適な実施形態においては、前提条件として(2-4)式の分母が小さくなるグレーティング素子を使用する。(2-4)式の分母は、0.03nm/℃以下にすることが好ましく、具体的な光学材料層としては、ガリウム砒素（GaAs）、ニオブ酸リチウム（LN）、タンタル酸リチウム（LT）、酸化タンタル（Ta2O5）、酸化亜鉛（ZnO）、酸化アルミナ（Al2O3）、酸化チタン（TiO2）が好ましい。
【０１００】
位相条件を満足する波長は、△λG内に５点以下存在していれば、モードホップが起こったとしても、安定なレーザ発振条件で動作が可能であることがわかった。
【０１０１】
すなわち、本形態の構造では，例えば、ＬＮのｚ軸の偏光を使用する場合に温度変化に対して、発振波長はグレーティングの温度特性に基づき0.１nm／℃で変化するが、モードホップは起こしてもパワー変動が起こりにくくすることが可能である。本構造は、△λGを大きくするためにグレーティング長Lbは例えば100μｍとし、△ＧTMを大きくするためにLaは例えば250μｍとしている。
【０１０２】
なお、特許文献６との相違についても補足する。
本願は、グレーティング波長の温度係数と半導体のゲインカーブの温度係数を近づけることを前提としている。このことから屈折率が１．８以上の材料を使用することとしている。さらにグレーティングの溝深さｔｄを２０ｎｍ以上、２５０ｎｍ以上とし、反射率を３％以上、６０％以下で、かつその半値全幅△λGを０．８ｎｍ以上、２５０ｎｍ以下としている。これらにより共振器構造をコンパクトにでき、かつ付加するものをなくして温度無依存性が実現できる。特許文献６では、各パラメータは以下のように記載されており、いずれも従来技術の範疇となっている。
△λG＝0.4nm
縦モード間隔△GTM＝0.2nm
グレーティング長Lb＝3mm
LD活性層長さLa＝600μｍ
伝搬部の長さ＝1.5mm
【０１０３】
以下の各条件について更に具体的に述べる。
０．８ｎｍ≦△λG≦６．０ｎｍ・・・（１）
１０μｍ≦Ｌｂ≦３００μｍ    ・・・（２）
２０ｎｍ≦ｔｄ≦２５０ｎｍ    ・・・（３）
ｎｂ≧１．８                  ・・・（４）
【０１０４】
式（４）において、ブラッググレーティングを構成する材質の屈折率ｎｂは１．８以上とする。
従来は石英などの、より屈折率の低い材料が一般的であったが、本実施形態の思想では、ブラッググレーティングを構成する材質の屈折率を高くする。この理由は、屈折率が大きい材料は屈折率の温度変化が大きいからであり、（2-4）式のＴmhを大きくすることができ、さらに前述のようにグレーティングの温度係数dλG/dTを大きくできるからである。この観点からは、ｎｂは１．９以上であることが更に好ましい。また、ｎｂの上限は特にないが、グレーティングピッチが小さくなりすぎて形成が困難になることから４以下であるが、さらに３．６以下であることが好ましい。また、同じ観点で光導波路の等価屈折率は３．３以下であることが好ましい。
【０１０５】
ブラッグ反射率のピークにおける半値全幅△λGを０．８ｎｍ以上とする（式１）。λＧはブラッグ波長である。すなわち、図６、図７に示すように、横軸にブラッググレーティングによる反射波長をとり、縦軸に反射率をとったとき、反射率が最大となる波長をブラッグ波長とする。またブラッグ波長を中心とするピークにおいて、反射率がピークの半分になる二つの波長の差を半値全幅△λGとする。
【０１０６】
ブラッグ反射率のピークにおける半値全幅△λGを０．８ｎｍ以上とする（式（１））。これは、反射率ピークをブロードにするためである。この観点からは、半値全幅△λGを1.２ｎｍ以上とすることが好ましく、１.５ｎｍ以上とすることが更に好ましい。また、半値全幅△λGを５ｎｍ以下とするが、３ｎｍ以下とすることが更に好ましく、２ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１０７】
ブラッググレーティングの長さＬｂは３００μｍ以下とする（式２）。ブラッググレーティングの長さＬｂは、光導波路を伝搬する光の光軸の方向におけるグレーティング長である。ブラッググレーティングの長さＬｂを３００μｍ以下と従来に比べて短くすることは、本実施形態の設計思想の前提となる。すなわち、モードホップをしにくくするために位相条件を満足する波長間隔（縦モード間隔）を大きくする必要がある。このためには、共振器長を短くする必要がありグレーティング素子の長さを短くする。この観点からは、ブラッググレーティングの長さＬｂを２００μｍ以下とすることがいっそう好ましい。
【０１０８】
グレーティング素子の長さを短くすることは、損失を小さくすることになりレーザ発振の閾値を低減できる。この結果、低電流、低発熱、低エネルギーで駆動が可能となる。
【０１０９】
また、グレーティングの長さＬｂは、３％以上の反射率を得るためには、５μｍ以上が好ましく、５％以上の反射率を得るためには、１０μｍ以上が更に好ましい。
【０１１０】
式（３）において、ｔｄは、前記ブラッググレーティングを構成する凹凸の深さである。２０ｎｍ≦ｔｄ≦２５０ｎｍとすることで、△λGを０．８ｎｍ以上、２５０ｎｍ以下とすることができ、縦モードの数を△λGの中に２以上、５以下に調整することができる。こうした観点からは、ｔｄは、３０ｎｍ以上が更に好ましく、また、２００ｎｍ以下が更に好ましい。半値全幅を３ｎｍ以下とするには１５０ｎｍ以下が好ましい。
【０１１１】
好適な実施形態においては、レーザ発振を促進するために、グレーティング素子の反射率は３％以上、４０％以下に設定することが好ましい。この反射率は、より出力パワーを安定させるために５％以上が更に好ましく、また、出力パワーを大きくするためには２５％以下が更に好ましい。
【０１１２】
レーザ発振条件は、図８に示すように、ゲイン条件と位相条件から成立する。位相条件を満足する波長は離散的であり、たとえば図９に示される。すなわち、本構造ではゲインカーブの温度係数（GaAsの場合０．３ｎｍ／℃）とグレーティングの温度係数dλG/dTを近づけることにより、発振波長を△λGの中に固定することができる。さらに△λGの中に縦モードの数が２以上、５以下存在するときには、発振波長は△λGの中でモードホップを繰り返し、△λGの外でレーザ発振する確率を低減できることから大きなモードホップが起こることがなく、さらに波長が安定で、出力パワーが安定に動作できる。
【０１１３】
好適な実施形態においては、活性層の長さＬａも５００μｍ以下とする。この観点からは、活性層の長さＬａを３００μｍ以下とすることが更に好ましい。また、レーザの出力を大きくするという観点では活性層の長さＬａは、１５０μｍ以上とすることが好ましい。
【０１１４】
【数１０】
2015087914.tif 000012
【０１１５】
式（６）において、dλG／ｄＴは、ブラッグ波長の温度係数である。
また、dλＴＭ／ｄＴは、外部共振器レーザの位相条件を満足する波長の温度係数である。
ここで、λＴＭは、外部共振器レーザの位相条件を満足する波長であり、つまり前述した（2.3式）の位相条件を満足する波長である。これを本明細書では「縦モード」と呼ぶ。
【０１１６】
以下、縦モードについて補足する。
（2.3）式の中のβ＝2πｎeff／λであり、ｎeffはその部の実効屈折率であり、これを満足するλがλTMとなる。φ2は、ブラッググレーティングの位相変化であり、λTMは図１３で示される。
【０１１７】
△GTMは、外部共振器レーザの位相条件を満足する波長間隔（縦モード間隔）である。λTMは、複数存在するので、複数のλTMの差を意味する。
【０１１８】
したがって、式（６）を満足することで、モードホップが起こる温度を高くし、事実上モードホップを抑制することができる。式（６）の数値は、０.０２５以下とすることが更に好ましい。
【０１１９】
好適な実施形態においては、グレーティング素子の長さＬＷＧも６００μｍ以下とする。ＬＷＧは４００μｍ以下が好ましく、３００μｍ以下が更に好ましい。また、ＬＷＧは５０μｍ以上が好ましい。
【０１２０】
好適な実施形態においては、光源の出射面と光導波路の入射面との距離Ｌｇは、1μｍ以上、１０μｍ以下とする。これによって安定した発振が可能となる。
【実施例】
【０１２１】
（実施例１）
図３および図４に示すような装置を作製した。
具体的には、ｚ板MgOドープのニオブ酸リチウム結晶基板にＴｉを成膜して、フォトリソグラフィー技術によりy軸方向にグレーティングパターンを作製した。その後、Ｔｉパターンをマスクにしてフッ素系の反応性イオンエッチングにより、ピッチ間隔Λ222nm、長さLb 100μｍのグレーティング溝を形成した。グレーティングの溝深さは40nmであった。また、ｙ軸伝搬の光導波路を形成するために、エキシマレーザにて、グレーティング部に、幅Wm3μｍ、Tr0.5μｍの溝加工を実施した。さらに、溝形成面にSiO2からなるバッファ層１６をスパッタ装置で0.5μｍ成膜し、支持基板としてブラックＬＮ基板を使用してグレーティング形成面を接着した。【０１２２】
次に、ブラックＬＮ基板側を研磨定盤に貼り付け、グレーティングを形成したＬＮ基板の裏面を精密研磨して1.2μｍの厚み（Ｔｓ）とした。その後、定盤から外し、研磨面をスパッタにてSiO2からなるバッファ層１７を0.5μｍ成膜した。【０１２３】
その後、ダイシング装置にてバー状に切断し、両端面を光学研磨し、両端面を0.1％のARコートを形成し、最後にチップ切断を行いグレーティング素子を作製した。素子サイズは幅1mm、長さLwg  500μmとした。【０１２４】
グレーティング素子の光学特性は、広帯域波長光源であるスーパ・ルミネッセンス・ダイオード（SLD）を使用して、グレーティング素子にTEモードの光を入力して出力光を光スペクトルアナライザで分析することにより、その透過特性から反射特性を評価した。その結果、TEモードに対して中心波長945nm、最大反射率は２０％で、半値全幅△λGは2nmの特性を得た。【０１２５】
次に、図５に示すようにレーザモジュールを実装した。光源素子は通常のGaAs系レーザで出射端面にはARコートなしとした。マウントは実装基板に固定した。この実装基板はヒートシンクの役割を示し、駆動時の半導体レーザの温度を測定したところ環境温度と同じであった。温度はサーミスタにより測定した。【０１２６】
光源素子仕様：
中心波長：      977nm
出力：          50mW
半値幅：        0.1nm
レーザ素子長    250μｍ
実装仕様：
Lg：            1μｍ
Lm：          20μｍ【０１２７】
モジュール実装後、ペルチェ素子を使用することなく、またモニター用フォトダイオードを使用することなく、サーミスタの測定温度に基づき注入電流を制御して半導体レーザを駆動したところ、グレーティングの反射波長に対応した中心波長975nmで発振し、出力はグレーティング素子がない場合よりも小さくなるが、40ｍＷのレーザ特性であった。また動作温度範囲を評価するために恒温槽内にモジュールを設置し、レーザ発振波長の温度依存性、出力変動を測定した。その結果、発振波長の温度係数は0.05nm／℃、縦モードの温度係数は0.07nm／℃であり（6式の右辺は0.02nm／℃であった）、モード間隔は０．６ｎｍであった。本構造の場合、環境温度（外気温度）と半導体レーザの温度がほぼ同じ温度となった。モードホップする温度範囲を測定したところ、ほぼ３０℃であった。この範囲では発振波長の温度係数は0.07nm／℃で変化した。【０１２８】
さらに温度を変化させた場合、モードホップがおき、近似的に温度係数0.05nm／℃で波長が変化し、出力変動が若干大きくなるものの、グレーティングによる反射波長域に固定されるために温度域は80℃までパワー出力変動は１％以内であった。【０１２９】
（実施例２）
実施例１と同様にして、図３、図５に示すような装置を作製した。【０１３０】
具体的には、石英からなる支持基板１０にスパッタ装置にて下側クラッド層になるSiＯ2層１５を0.5μｍ成膜し、またその上にTa2O5を1.2μｍ成膜して光学材料層を形成した。次に、Ta2O5上にＴｉを成膜して、ＥＢ描画装置によりグレーティングパターンを作製した。その後、Ｔｉパターンをマスクにしてフッ素系の反応性イオンエッチングにより、ピッチ間隔Λ238nm、長さLb  １００μｍのブラッググレーティングを形成した。グレーティングの溝深さｔｄは40nmとした。【０１３１】
さらに光導波路１３を形成するために、上記と同様な方法で反応性イオンエッチングし、幅Wm３μｍの光導波路１３を形成した。光導波路の厚さＴｓは１．２μｍである。
最後に、上側クラッドとなるSiO2からなるバッファ層を光導波路１３を覆うように２μｍスパッタにて形成した。【０１３２】
その後、ダイシング装置にてバー状に切断し、両端面を光学研磨し、両端面を0.1％のARコートを形成し、最後にチップ切断を行いグレーティング素子を作製した。素子サイズは幅1mm、長さLwg  500μmとした。【０１３３】
グレーティング素子の光学特性は、広帯域波長光源であるスーパ・ルミネッセンス・ダイオード（SLD）を使用して、グレーティング素子にTEモードの光を入力して、出力光を光スペクトルアナライザで分析することにより、その透過特性から反射特性を評価した。
測定したグレーティング素子の反射中心波長は、室温２５℃にて975ｎｍであり、反射率は１８％、半値全幅△λGは2nmの特性を得た。また、反射中心波長の温度特性を測定したところ、０．０４ｎｍ／℃であった。温度による反射率、半値全幅の変化はなかった。【０１３４】
次に、図５に示すようにレーザモジュールを実装した。光源素子は通常のGaAs系レーザで出射端面にはARコートなしとした。マウントは実装基板に固定した。この実装基板はヒートシンクの役割を示し、駆動時の半導体レーザの温度を測定したところ、環境温度と同じであった。温度はサーミスタにより測定した。【０１３５】
光源素子仕様：
中心波長：      975nm（温度５０℃）
出力：          50mW
半値幅：        0.1nm
レーザ素子長    250μｍ
実装仕様：
Lg：            1μｍ
Lm：          20μｍ【０１３６】
モジュール実装後、恒温槽内にモジュールを設置してペルチェ素子を使用することなく、またモニター用フォトダイオードを使用することなく、サーミスタの測定温度に基づき注入電流を制御して半導体レーザを駆動した。温度５０℃にした場合、注入電流１８０ｍＡにてグレーティングの反射波長に対応した中心波長976.2nmで発振し、出力はグレーティング素子がない場合よりも小さくなるが、40ｍＷのレーザ特性であった。
また温度特性を評価するために、温度センサによる温度情報を参照しない状態でレーザ発振波長の温度依存性を測定した。その結果、発振波長の温度係数は0.04nm／℃、縦モードの温度係数は0.07nm／℃（式（６）の右辺は0.03nm／℃であった）であった。【０１３７】
次に、温度センサによる温度情報を参照して、かつ注入電流を制御して動作実験を行った。温度２５℃の場合、注入電流を１９０ｍＡにすることにより、波長９７５ｎｍで出力４０ｍＷでレーザ発振を確認できた。２５℃から５０℃の温度領域では、測定した温度とともに注入電流を徐々に小さくすることにより、出力変動±１％以内で動作することできた。【０１３８】
温度８０℃の場合、注入電流を２３０ｍＡにすることにより、波長９７７．４ｎｍで出力４０ｍＷでレーザ発振を確認できた。２５℃から５０℃の温度領域では、測定した温度とともに注入電流を徐々に小さくすることにより、出力変動±１％以内で動作することできた。【０１３９】
（比較例１）
実施例１において、温度センサを取り付けずに、通常の自動電流制御（ＡＣＣ）で半導体レーザを駆動させた。この場合も、環境温度（外気温度）と半導体レーザの温度がほぼ同じ温度となり、モードホップする温度間隔は、実施例１と同様に３０℃であった。しかし、半導体レーザのゲインが低下したために、光パワーが１０％低下した。さらに、環境温度を変化させた場合、さらにレーザゲインが低下するために出力低下がおこった。
【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１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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