(57)【要約】【課題】特に半導体レーザ１２の発振波長に近い波長の光が半導体レーザ１２に直接入ってきた場合、その影響により発振波長が不安定になり、スペクトラム特性及び出力が不安定になるという問題があった。【解決手段】周期的な屈折率変化を有する位相格子を有し、各位相格子が、入射面に対し所定の角度βで傾斜していることを特徴とする体積型位相格子。【選択図】図１
2004220008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的な屈折率変化を有する位相格子を有し、各位相格子が、入射面に対し所定の角度βで傾斜していることを特徴とする体積型位相格子。
【請求項２】
入射面と出射面が平行であることを特徴とする請求項１記載の体積型位相格子。
【請求項３】
請求項１または２記載の位相格子の入射面に対する傾斜の角度βが
β＝ｓｉｎ―1｛（ｓｉｎα）／ｎ１｝  （α＞β）
α：体積型位相格子の入射面に対する入射光の入射角
ｎ：積型位相格子を形成する基板の屈折率
で、示されることを特徴とする光モジュール。
【請求項４】
請求項１〜２のいずれかに記載の体積型位相格子に、少なくとも１個の結合レンズを結合したことを特徴とする光モジュール。
【請求項５】
請求項１〜２のいずれかに記載の体積型位相格子を、光アイソレータ素子の片側又は両側に設置して、且つ結合用レンズと接続したことを特徴とする光モジュール。
【請求項６】
請求項３〜５記載の光モジュールを半導体レーザに接続して、半導体レーザの出射光の一部の波長を該半導体レーザに戻し、発振させることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項７】
請求項１または２記載の体積型位相格子の製造方法であって、位相の揃った紫外線を体積型位相格子用基板へ２方向から入射して、それぞれの入射角度をθ0、θ1としたとき、
β＝｜（θ２―θ３）／２｜
θ２＝ｓｉｎ―1{（ｓｉｎθ０）／ｎ１}
θ３＝ｓｉｎ―1{（ｓｉｎθ１）／ｎ１}
を満足することを特徴とする体積型位相格子の製造方法。
【請求項８】
上記体積型位相格子を、素子上面に対し、角度αで切断し、切断面を入出射面とし、該入射面を研磨した後、反射防止コートを形成することとしたことを特徴とする請求項７記載の体積型位相格子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光の特定波長のみを反射して戻すブラッグ反射を利用した体積型位相格子と製造方法及びそれを用いた光モジュール及び半導体レーザモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバ内で特定波長の光を戻す手段として、ファイバブラッググレーテイング（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ略してＦＢＧ）がある。
【０００３】
それは、図１２に示したように、ファイバコア２４内に周期的な屈折率変化をつけたもので、紫外領域の波長λｕｖの記録光３０を光ファイバ１０上にマスク間隔Λ(ｍａｓｋ)を有するフェーズマスク３６を介して照射し、そこからの±１次の回折光２５の干渉による強度変調領域を光ファイバ１０上に転写形成する光誘起屈折率変化により、光ファイバコア２４内に周期的な屈折率変化を生じさせ、位相格子２０を製作することができた。その際の屈折率変化周期の格子間隔Λ(ＦＢＧ)は、
Λ(ｍａｓｋ)＝２×Λ(ＦＢＧ)
の関係にある。
【０００４】
このようにして作製されたＦＢＧ１４の特性は、屈折率の変化量、格子間隔Λ(ＦＢＧ)、及びその長さによって決まる。屈折率の変化量、長さは、反射率と帯域幅に影響し、格子間隔Λ(ＦＢＧ)は、中心波長に影響する。光ファイバ１０の長手方向に対し、格子間隔Λ(ＦＢＧ)が一定なＦＢＧ１４の反射中心波長λｂは、
λｂ＝２×ｎ×Λ(ＦＢＧ)
ｎ：ファイバコアの実効屈折率
で、示される。
【０００５】
図１１に示したように半導体レーザモジュール１６の出力側ファイバ端１７に、ＦＢＧ１４を構成し、結合用レンズ7を介して結合し、一部の光
（数％〜１０％程度）を半導体レーザ１２に戻し、外部共振器として作用させ、半導体レーザ１２の出力波長スペクトラム特性を狭帯域化し、そのスペクトラム特性の安定化も図られる。又、半導体レーザ１２の発振スペクトラム特性は、外部共振器であるＦＢＧ１４の反射中心波長λｂにほぼ一致する。
【０００６】
又、温度変化に対するスペクトラム及び出力特性も安定させることができる（特許文献１参照）。
【０００７】
又、光ファイバ１０内に位相格子状の反射体を構成しているＦＢＧ１４ではなく、同じＳｉＯ2又はガラス系材料を用いて、屈折率変化を持たせ、位相格子２０が構成されたものに体積型位相格子がある。特に±１次の回折光２５の出射角の回折方向と反射光の角度の方向を一致させた使い方をする場合、体積型ブラッググレーテイング（Ｖｏｌｕｍｅ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ  略してＶＢＧ）と呼ぶ。
【０００８】
また、図示しないが位相の揃った波長λuvの記録光（例えばアルゴンレーザによる紫外帯域の波長４５８〜５２８ｎｍの光）を、途中ビームスプリッタ等により二つに分離し、それぞれの光を一度レンズにより収束し、不要回折光を除去する為に、焦点位置に設置したピンホール（直径：５〜２５μｍ）を通過させた後、平行光とする（図示せず）。
【０００９】
図１０（ａ）はその製法を示したもので、上下面を光学研磨した厚さＤの誘起屈折率媒体（ＳｉＯ2ベースの酸化ガラス等に銀等の添加物を加えたもの）からなる位相格子用基板３の素子面上２２にビームスプリッタから位相格子用基板３の素子表面上２２までの光路長を各々正確に一致させ、位相格子用基板３上を５分から３０分程度照射、露光する。
【００１０】
その露光時間は、使用する位相格子用基板3の材料に依存する。
【００１１】
位相格子用基板3への角度θ0を調整することにより、格子間隔Ｐ１を任意に設定する記録光３０の波長をλｕｖとし、入射する角度をθ0とするとスネルの法則から
ｎ０×ｓｉｎθ０＝ｎ１×ｓｉｎθ２
空気の屈折率ｎ0を１とすると、位相格子用基板3内での角度θ２は
θ２＝ｓｉｎ―1｛ｓｉｎθ０／ｎ１｝
ｎ１：位相格子用基板３の屈折率
ｎ０：空気の屈折率（＝１）
又、波長λｕｖでの屈折率ｎ１の位相格子用基板3内での波長λmは、位相格子用基板3内の光速度Ｃｍが、空気中の光速度Ｃｕｖの１／ｎ１（周波数ｆは一定）になることから
Ｃｍ＝Ｃｕｖ／ｎ１ となり 
Ｃｍ＝ｆ×λｍ、Ｃｕｖ＝ｆ×λｕｖより
λｍ＝λｕｖ／ｎ１  となる。
【００１２】
波長λｍの二つの振幅Ａの平面波の光が屈折率ｎ１の位相格子用基板3内で交差すると、その干渉から位相格子２０の屈折率変動の格子間隔Ｐ１は、各平面波の合成振幅がゼロになる場所で決まり、次式になる。
【００１３】
２Ａ×［ｃｏｓ{（２×π×Ｙ×ｓｉｎθ２）／λｍ}］＝０
Ａ：各平面波の振幅
Ｙ：Ｙ軸の位置
Ｙ（ｋ）＝｛（２×ｋ＋１）×λｍ｝／（４×ｓｉｎθ２）
（ｋは、任意の整数）
で示される直線群になる。
【００１４】
よって、各位相格子の格子間隔Ｐ１は、次式で与えられ
Ｐ１＝Ｙ（ｋ+１）−Ｙ（ｋ）
Ｐ１＝λｍ／｛２×ｓｉｎθ２｝
で示される。その一定周期のラインが露光される。その照射された位相格子用基板３を５００℃前後の高熱環境下に数時間放置すると、それが周期的な屈折率変化領域として表れる。屈折率の変化量△ｎとしては、０．０１〜０．００１程度のものが得られる。
【００１５】
図１０（ｂ）で、その後、位相格子用基板3の上下面から、垂直に体積型位相格子３７として幅Ｔで切り出す。切断面２６を光学研磨して得られる入射面２１に、入射面２１での反射防止の用に、誘電体多層膜によるＡＲコートを施す。
【００１６】
図１０（ｃ）のように、上記プロセスにより、高さＤｍｍ角、切断幅Ｔｍｍの多数の体積型位相格子１を製作することができる。体積型位相格子１にブラッグ条件を有するλａとλｂの波長の入射光１８を入射させると、波長λｂの光は全反射し、波長λａの光は端面反射２７となる。
【００１７】
また、図示しないが、角度αで傾斜させ、光を入射させると、構成された位相格子面２０ａに対し、回折方向と反射角が一致し、ブラッグ回折条件になる。その回折効率は、切断幅Ｔ（位相格子２０の数）に依存する。又、ブラッグ回折条件の波長と異なる波長の光、又は角度で光が入射すると、回折効率は下がり、又回折光の出射角度も変化する。
【特許文献１】特開平９−２８３８４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
このような特性の位相格子を用いた従来の構成の場合、以下のような欠点があった。
【００１９】
図１１のＦＢＧ１４を半導体レーザ１２の出力側ファイバ端１７に取り付けた場合、半導体レーザ１２以外の波長の光、特に半導体レーザ１２の発振波長に近い波長の光が半導体レーザ１２に直接入ってきた場合、その影響により発振波長が不安定になり、スペクトラム特性及び出力が不安定になるという問題があった。
【００２０】
その影響を排除する為、そうした光を除去する光アイソレータを半導体レーザ１２の出力側に取り付ければよいのであるが、光アイソレータ（図示せず）を取り付けた場合、外部共振器であるＦＢＧ１４からの半導体レーザ１２への必要な反射光１９をも遮断してしまう為、外部共振器として作用することができない。
【００２１】
又、そうした不要な反射光１９を除去する為、ＦＢＧ１４の出力側にインライン型光アイソレータ（図示せず）を取り付ければ除去することは可能であるが、コスト的に高価なものになり、複数のモジュールのアッセンブリ構成となる為、部品スペースを要するものになる。
【００２２】
又、出力側ファイバ端１７内のＦＢＧ１４領域は、通常１０mm前後と長く、大きな温度変化がある場合、線膨張により格子間隔Ｐ１そのものも変動するため、反射光１９の波長が変化し、それに併せ半導体レーザ素子１２の発振波長が変化してしまうという問題点があった。
【００２３】
又、従来の体積型位相格子３７を使用した場合には、そこに入射光１８を垂直に入射させると、図１０（ｃ）に示したように、各入射面２１にＡＲコートをしたとしても、どうしても僅かながら端面反射２７が生じ、特定なブラッグ条件以外の波長λａ等の不要な光までも反射して、それが半導体レーザ１２にそのまま戻り、レーザ１２内での不要な発振を起こし、出力スペクトラム特性を不安定なものにしてしまうという欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記に鑑みて本発明は、周期的な屈折率変化を有する位相格子を有し、各位相格子が、入射面に対し所定の角度βで傾斜していることを特徴とするものである。
【００２５】
更に、入射面と出射面が平行であることを特徴とするものである。
【００２６】
また、上記の位相格子の入射面に対する傾斜の角度βが
β＝ｓｉｎ―1｛（ｓｉｎα）／ｎ１｝  （α＞β）
α：体積型位相格子の入射面に対する入射光の入射角
ｎ：積型位相格子を形成する基板の屈折率
で、示されることを特徴とするものである。
【００２７】
また、上記の体積型位相格子に、少なくとも１個の結合レンズを結合したことを特徴とするものである。
【００２８】
また、上記の体積型位相格子を、光アイソレータ素子の片側又は両側に設置して、且つ結合用レンズと接続したことを特徴とするものである。
【００２９】
また、上記の光モジュールを半導体レーザに接続して、半導体レーザの出射光の一部の波長を該半導体レーザに戻し、発振させることを特徴とするものである。
【００３０】
また、上記の体積型位相格子の製造方法であって、位相の揃った紫外線を体積型位相格子用基板へ２方向から入射して、それぞれの入射角度をθ0、θ１としたとき、
β＝｜（θ２―θ３）／２｜
θ２＝ｓｉｎ―1{（ｓｉｎθ０）／ｎ１}
θ３＝ｓｉｎ―1{（ｓｉｎθ１）／ｎ１}
を満足することを特徴とするものである。
【００３１】
更に、上記体積型位相格子を、素子上面に対し、角度αで切断し、切断面を入出射面とし、該入射面を研磨した後、反射防止コートを形成することとしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように本発明により、下記効果がある。
【００３３】
（１）入射光が体積型位相格子の入射面に対し、角度αで入射することにより、端面反射による不要な反射光が、位相格子での反射光と共に戻らないようにした。
【００３４】
（２）体積型位相格子の周期的な屈折率分布面を入射面に対し、角度βとしたことにより、媒体内の周期的な屈折率変化を有する位相格子に対して、垂直に入射させ、位相格子での反射光に不要な反射光がのらないようにした。
【００３５】
（３）本発明による体積型位相格子を光アイソレータと共に実装することにより、不要な反射光を除去する機能と半導体レーザの外部共振器としての機能を一体化させた。
【００３６】
（４）半導体レーザに実装することにより、外部共振器、光アイソレータ内蔵の半導体レーザモジュールを実現し、従来のように別途インライン型光アイソレータを取り付ける必要がなくなった。
【００３７】
（５）本発明による体積型位相格子の両端又は片端にレンズを付け、又はレンズ付ファイバに取り付けることにより、温度変動に対し、安定した特性を有するフィルタモジュールとして実現し、各種光モジュールへの応用を可能にした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態について説明をする。
【００３９】
図１は、本発明による体積型位相格子１の断面を示したもので、図１（ｂ）はそのＡ部の詳細を示したものである。
【００４０】
体積型位相格子１は、周期的な屈折率変動を有する位相格子２０を有し、各位相格子２０を入射面２１に対し角度β傾斜させたもので、その格子間隔Ｐ２は、ブラッグ条件の入射光１８の波長λｂの光が反射するように構成されている。
【００４１】
そのようにして構成した体積型位相格子１を傾斜させ、波長λｂである入射光１８を角度αで入射させる。
【００４２】
このとき、入射光１８は角度βで位相格子１に入射し、格子間隔Ｐ２の位相格子２０に垂直入射するように角度α、βを設定する。
【００４３】
又、その格子間隔Ｐ２は、波長λｂの光に対してのみブラッグ条件として構成されている為、高い反射率を有しており、波長λｂの光のみが全反射し、元の光路にそのまま戻る。
【００４４】
残りの波長λａは、そのまま進み、反対側の出射面２８に角度βで入射し、角度αで出射光２９が出射される。
【００４５】
ここで特に入射面２１と出射面２８は平行であることが好ましい。
【００４６】
体積型位相格子１への入射光１８と出射光２９は、平行になるが、光軸ズレ△１が生じ、以下の式で示される。
【００４７】
△１＝Ｔ１×ｔａｎγ／ｃｏｓα
Ｔ１：体積型位相格子１の幅
又γは、角度αと角度βの差で、次式で示される。
【００４８】
γ＝α―β
β＝ｓｉｎ―1{（ｓｉｎα）／ｎ１}
上記条件で設定された場合、入射光１８が位相格子２０に垂直入射し、波長λｂの光のみがブラッグ反射され、元の光路にそのまま戻る。又、入射面２１に対し、入射光１８が垂直入射でなく所定の角度αで入射する為、ブラッグ反射による反射光１９が体積型位相格子１の入射面２１での端面反射２７による影響を受けず、成分λｂのみを戻すことができる。
【００４９】
体積型位相格子１の屈折率ｎ１が１．５〜２．０の範囲の場合、角度βは、α＞β＞γの条件にある。
【００５０】
図２は、図１で示した体積型位相格子１を平行四辺形にカットした体積型位相格子２で、周期的な屈折率変動する素子上面２２に対する位相格子面２０ａの角度はγである。その場合の入射光１８と出射光２９との光軸ズレ△２は、
△２＝Ｔ２×ｔａｎγ
Ｔ２：体積型位相格子２の幅
で示される。
【００５１】
この場合は、実装用の基板上に傾斜なしにそのまま載せることができる。
【００５２】
図７（ａ）は、図１及び図２の本発明による体積型位相格子１の製法を示したものである。位相格子用基板３（ＳｉＯ２ベースのガラス板に銀、Ｎａ、Ｋ等を添加したもの）を準備し、その素子上面２２を研磨し、光が透過する平面に加工する。それを基板ホルダー（図示せず）に固定し、素子上面２２に向かってＡ方向から角度θ0、Ｂ方向から角度θ１の波長λｕｖの記録光３０で、等しい強度の平面波の紫外光をある一定時間（数十秒から数十分間）照射し、位相格子用基板３内で光学干渉を生じさせ、露光記録する。ＡＢ両方向からの記録光３０の角度θ０、θ１による媒体内での各屈折する角度θ２、θ３は、空気の屈折率ｎ０＝１とすると、スネルの法則から次式で示される。
【００５３】
θ２＝ｓｉｎ―1{（ｓｉｎθ０）／ｎ１}
θ３＝ｓｉｎ―1{（ｓｉｎθ１）／ｎ１}
又、位相格子用基板3の屈折率がｎ１の場合、該位相格子用基板3内の記録光３０の波長λｍは、
λｍ＝λｕｖ／ｎ１
で示される。
【００５４】
その際、図７では角度βは、
β＝｜（θ２―θ３）／２｜  （θ３＞θ２）
となる。
【００５５】
次に露光記録した位相格子用基板３を電気炉内に入れ５００°Ｃ前後に加熱する。それにより、紫外光照射されていな部分の屈折率が小さくなり、周期的な正弦波状の屈折率変化が生じる。
【００５６】
又、位相格子用基板3がＳｉＯ２基板の場合、紫外線照射前に水素などによる加圧処理を事前にすることにより、屈折率変化量を増大させることが知られており、そうした処理も効果的である。
【００５７】
それにより生じる屈折率変動の格子間隔Ｐ２は、次式で表される。
【００５８】
Ｐ２＝λｍ／［２×ｓｉｎ｛（θ２＋θ３）／２｝］
そして図７（ｂ）、（ｃ）で、位相格子用基板3から垂直方向に体積型位相格子１を切断幅Ｔ１で切断し、その切断面２６を光の入出射面とした図１に示す体積型位相格子１になる。又、角度αの方向に切断幅Ｔ２で切断すれば、図２の実施例に示した体積型位相格子２になる。切断幅Ｔ１、Ｔ２により、位相格子面２０の層数が決まり、回折効率が設定できる。切断幅Ｔ１、Ｔ２が薄い程、位相格子面２０の層数が少なく、回折効率が小さくなり、反射率が下がる。半導体レーザ用外部共振器の場合は、１０％程度の回折効率でよく、切断幅Ｔ１、Ｔ２が小さいものでよいが、ＷＤＭ伝送用のアド・ドロップ用フィルタの場合は、回折効率が１００％に近く高くする必要性がある為、切断幅Ｔ１,Ｔ２はそれより大きくなる。
【００５９】
通常、半導体レーザ用外部共振器用の切断幅Ｔ１、Ｔ２は、１ｍｍ程度、アド・ドロップモジュール用は、４〜５ｍｍ程度になる。体積型位相格子１，２の切断面２６を光学研磨した後、更に空間的に独立した使用を要する場合は、端面反射防止の為、誘電体多層膜等による反射防止のＡＲコートを施す。上記のプロセスを経て、本発明の体積型位相格子１，２は製作され、各種光モジュールに適用することができる。
【００６０】
図３は、本発明の体積型位相格子２を光アイソレータ１５の片側に装着したものである。
【００６１】
光アイソレータ１５は、半導体レーザ１２の出射側に設置され、半導体レーザ１２の出射光波長近傍の波長範囲の出射光２９を透過させ、その反射光１９を遮断するもので、半導体レーザ素子１２内部の発振状態が不安定になることを防止する為に取り付けられている。一般的にガーネット材料からなるファラデー回転子４を、偏光子５で挟んだ構成からなり、ファラデー回転子４に飽和磁界を印加する磁石６を設置する。
【００６２】
図３（ａ）は、その構成図を示したもので、体積型位相格子２を基板８上に実装固定したものである。これは、各素子を透光性の接着剤又はガラスハンダ材料により一体化して構成したものであるが、各素子を分離固定して構成してもよい。又、磁石6は、使用するファラデー回転子４に磁性ガーネット材料を使用した場合、不要であるが、付けていても問題ない。
【００６３】
図３（ｂ）は、図３（ａ）の光学素子の両側に結合レンズ７を結合固定した場合で、図６（ａ）に示した半導体レーザモジュール１６内において、体積型位相格子２側を半導体レーザ１２に設置、ペルチエ素子２３上の基板８に固定する。
【００６４】
そうした構成にすることにより、半導体レーザ１２からの出射光は、結合用レンズ７で平行光に変換され、先ず体積型位相格子２に入射する。その際、体積型位相格子２のブラッグ反射波長を半導体レーザ１２の発振波長スペクトル幅内に設定しておく。それにより半導体レーザ１２からの光の一部（出力の１０％程度）が反射する。
【００６５】
一般的に体積型位相格子２の反射率としては５〜１０％程度に設定され、体積型位相格子２は半導体レーザ１２の外部共振器として作用する。そうすることにより、レーザ発振は、体積型位相格子２のブラッグ反射光の波長特性と等しい波長に引き込まれ、その範囲で安定したスペクトラム特性の発振が可能になる。
【００６６】
又、図６（ｂ）に示したこの体積型位相格子２を実装した光モジュール１３は、半導体レーザ１２と同様、ペルチエ素子２３上に設置、そこで温度コントロールされる為、温度変化が大きな環境の場合でも、体積型位相格子２の屈折率変動の周期が温度変化による線膨張により影響を受けることがなく、半導体レーザ１２は安定した発振をすることができる。又、出力側ファイバ端１７を介し、外部からの不要な反射光１９、特に半導体レーザ１２の発振波長近傍の波長範囲の反射光１９が半導体レーザ１２に戻ると、その影響で発振が不安定になり、波長−スペクトラム出力特性が不安定になり、使用上好ましくない。
【００６７】
この場合、光モジュール１３内の光アイソレータ１５がそうした反射光１９を遮断する為、半導体レーザ１２の発振がそうした反射光１９により影響を受けることは全くない。
【００６８】
図１１の従来のＦＢＧ付き半導体レーザモジュール１６は、この場合、ＦＢＧ１４が、フェルール３１に実装された出力側ファイバ端１７に構成されており、周囲の温度変化による影響を受けやすい構成になっている。
【００６９】
又、光ファイバ１０からの反射光１９は、ＦＢＧ１４内に構成された多数の位相格子面２０を介して半導体レーザ１２に入射し、特に半導体レーザ１２の発振波長近傍の波長範囲の反射光１９が戻ると、発振が不安定になり、その波長―スペクトラム出力特性が安定せず乱れる。特にＤＷＭ伝送用光ファイバ増幅器用の励起光源用の場合、高出力化、波長多重化、偏波多重化が要求されており、発振波長の安定化、スペクトル幅の狭帯域化が必要となるため、本発明による体積型位相格子を用いた半導体レーザモジュールが有効である。
【００７０】
図４は、本発明による位相格子２の両端を結合用レンズ７で結合した構成のもので、図６（ｂ）の半導体レーザ１２の出射側に用いられ、入射光１８の一部の光を回折により反射し、外部共振器として作用させ、半導体レーザ１２の発振波長を安定化させる為に使用するものである。この場合、光アイソレータ１５は、図６（ａ）と異なり体積型位相格子２と分離し、出力側ファイバ端１７に取り付けることにより、光ファイバ１０からの反射光１９を除去することができる。
【００７１】
図５（ａ）、（ｂ）は、体積型位相格子２を内部に実装したインライン型光モジュールの構成例である。複数の波長の光を入射した際、体積型位相格子２の屈折率変動に対応したある特定波長の光を反射するバンドパスフィルタとして使用されるものである。ＦＢＧ型のバンドパスフィルタに比較して、素子長が２〜３mmと短く、温度変化による線膨張が小さく、格子間隔の変動が殆どない為、ＦＢＧ方式に比較し温度変化に対し安定した特性と小形実装構造を有するものである。
【００７２】
図５（ｃ）は、体積型位相格子２を光サーキュレータ用素子１１と共に実装した場合で、従来のようにアド・ドロップ回路として構成するために別途ＦＢＧ１４を取り付ける必要性がない。又、温度特性も安定したものとして、構成することができる。本発明による体積位相格子２は、これらに留まらず、あらゆる形態の光モジュールに適用できるものである。
【実施例】
【００７３】
実際に体積位相型素子１を図７のプロセスに従って作製した。
【００７４】
位相格子用基板３に上下面を光学研磨した直径２インチ、厚さ２mmのＳｉＯ２ベースの光誘起屈折率材料からなる位相格子用基板３（屈折率ｎ1＝１．５２５）を準備した。コヒーレントな光源として、水冷式の波長４８８ｎｍ、出力３Ｗのアルゴンレーザを使用した。アルゴンレーザ及び干渉露光用光学系を防振台上に設置し、レーザ出力光を途中ビームスプリッタにより等しい強度にして分離し、各ビームをレンズを介し、その収束位置に設置した直径１０μｍのピンホールにより不要な回折光を排除した。そして、コリメータ用レンズ系により外径３５ｍｍ（ピーク強度の１／ｅ2）の平行光とし、２光束干渉法（ホログラフィック手法）により、位相格子用基板３上に約１０分間程度照射、暗室内で露光記録した。（以上図示せず）
各記録光の角度は、θ0＝４７°、θ１＝５４°とし、位相格子用基板3内での角度は、θ２＝２８．７°、θ３＝３２°とした。
【００７５】
入射面２１に対する位相格子２０の角度は、β＝１．６５°となり、従って、その角度αは、α＝２．５°とした。
【００７６】
そして、露光記録した位相格子型基板３をホルダーから外し、電気炉内で４５０℃〜６００℃程度の範囲で３〜４時間加熱、露光した部分の屈折率を低下させ、位相格子用基板３内に周期的な屈折率変化を生じさせた。その後、幅Ｔが１ｍｍで垂直に切断した。
【００７７】
次に切断面２６を光学研磨し、その面にＡＲコート用の誘電体多層膜を蒸着、体積型位相格子1を製作した。
【００７８】
その反射スペクトラム特性は、１４７５ｎｍ±１ｎｍの範囲内にあり、反射率は、１０％程度のものである。
【００７９】
そして、図４に示す体積型位相格子1を角度α＝２．５°で傾斜させ、両端を結合用レンズ７で挟み、基板８上に固定し、光モジュール１３とした。
【００８０】
それを図６（ｂ）に示すように、反射スペクトラム特性からややずらして、２５℃で発振波長１４７２ｎｍの半導体レーザ１２を有する半導体レーザーモジュール１６のペルチエ素子２３上の基板８に固定実装した。
【００８１】
体積型位相格子１を取り付けた出力側ファイバ端１７の回折効率が、約１０％のもの用い、外部温度が２５℃での出力パワーのピークに対する半値幅が、約１．５ｎｍの図８に示すスペクトラム特性の半導体レーザー１２である。
【００８２】
それを、温度変化条件、−２０℃〜６０℃の間で、半導体レーザモジュール１６にＡＰＣ（Auto Power Controlの略）及びペルチエ素子２３による温度制御をかけた状態で、パワー及び出力スペクトラム特性をモニターした。
【００８３】
図９は、その出力パワーのピーク波長の波長シフト量を示したもので、本発明の体積型位相格子１を付けた場合（実線）、殆ど波長シフトが起きず、その特性が殆ど変化しない安定な発振状態が得られた。
【００８４】
従来のＦＢＧを使用した場合（破線）、その構造上実施例のようにＡＰＣ及びペルチェ素子２３による温度制御ができないため、ＦＢＧが外部温度の影響により線膨張し、反射波長が長波長帯にシフトする事により、半導体レーザ１２の発振波長もそれに引き込まれ、長波長帯にシフトする。
【００８５】
本発明の体積型位相格子１が、大きな温度変化がある所でも、外部変調器として充分に安定に機能、安定した特性のレーザモジュールを実現することが示された。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】（ａ）は、本発明による体積型位相格子の断面図である。（ｂ）は、図１（ａ）のＡ部の詳細図である。
【図２】本発明による体積型位相格子の他の実施形態の断面図である。
【図３】（ａ）は、図２に示した体積型位相格子を光アイソレータと実装した場合の実施形態の断面図、（ｂ）は、図３（ａ）の体積型位相格子の両端をレンズ結合した光モジュールの断面図である。
【図４】本発明による体積型位相格子の両端をレンズで接続した光モジュールの断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明による体積型位相格子をファイバコリメータに取り付けた場合の実施形態、（ｂ）は、本発明の体積型位相格子をインライン型光モジュールに構成した場合の実施形態、（ｃ）は、本発明の体積型位相格子を光サーキュレータとともに実装した場合の実施形態をそれぞれ示す図である。
【図６】（ａ）は、本発明の体積型位相格子を取り付けた光アイソレータを実装した半導体レーザモジュールの断面図、（ｂ）は本発明の体積型位相格子を実装した半導体レーザモジュールの断面構成図である。
【図７】（ａ）は本発明の体積型位相格子の光学干渉法による製法を示した構成図、（ｂ）は、本発明の体積型位相格子用基板から、図１、図２に示した体積型位相格子に切断する条件を示した構成図、（ｃ）は、本発明の図１、図２に示した実施例の体積型位相格子の構成図である。
【図８】本発明の体積型位相格子を用いた半導体レーザモジュールの出力光のスペクトラム特性である。
【図９】本発明の体積型位相格子を用いた半導体レーザモジュールと従来のＦＢＧを用いた半導体レーザモジュールの外部温度による波長シフト量を示したものである。
【図１０】（ａ）は、従来の体積型位相格子の光学干渉法による製法を示した構成図、（ｂ）は、従来の体積型位相格子用基板から体積型位相格子を切り出す条件を示した構成図、（ｃ）は、従来の体積型位相格子を示した構成図である。
【図１１】従来のＦＢＧ付き半導体レーザモジュールの断面図である。
【図１２】従来のＦＢＧの製法例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００８７】
１：体積型位相格子
２：体積型位相格子
３：位相格子用基板
４：ファラデー回転子
５：偏光子
６：磁界印加用磁石
７：結合用レンズ
８：基板
１０：光ファイバ
１１：光サーキュレータ用素子
１２：半導体レーザ
１３：光モジュール
１４：ＦＢＧ
１５：光アイソレータ
１６：半導体レーザモジュール
１７：出力側ファイバ端
１８：入射光
１９：反射光
２０：位相格子
２０ａ：位相格子面
２１：入射面
２２：素子上面
２３：ペルチエ素子
２４：ファイバコア
２５：回折光
２６：切断面
２７：端面反射
２８：出射面
２９：出射光
３０：記録光
３１：フェルール
３３：ファイバコリメータ
３４：インライン型光モジュール
３５：光サーキュレータ
３６：フェーズマスク
３７：体積型位相格子
α：角度
β：角度
γ：角度
λａ：波長
λｂ：反射中心波長
λｍ：波長
Ａ：振幅
Ｔ：切断幅
Ｔ１：切断幅
Ｔ２：切断幅
Ｐ１：格子間隔
Ｐ２：格子間隔
△１：光軸ズレ
△２：光軸ズレ
Λ(ｍａｓｋ)：マスク間隔
Λ(ＦＢＧ)：格子間隔
λｕｖ：波長
ｎ１：屈折率
ｎ０：屈折率
△ｕ：屈折率変化量
Ｃｍ：光速度
Ｃｕｖ：光速度
【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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