(57)【要約】【課題】  短い外部共振器長で広範な同調範囲を有し、装置全体の小型化が図られ、量産性に優れた外部共振器型波長可変半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】  波長可変半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子１と、半導体レーザ素子１からの光を集光するための集光素子２と、集光素子２からの光を反射するための反射素子４と、狭帯域のバンドパス特性を有する波長選択素子３と、波長選択素子３を角変位させるための角変位駆動機構などで構成される。角変位駆動機構は、波長選択素子３を支持するための可動部７と、可動部７の角変位中心を規定する固定部６と、可動部７を角変位するためのマイクロマシン・アクチュエータ５などで構成される。【選択図】        図１
2005243756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端面および反射防止膜が施された第２端面を有する半導体レーザ素子と、
第２端面から出射した光を平行化するための光学素子と、
光学素子からの平行光を反射し、第１端面と共に外部共振器を構成する反射素子と、
光学素子と反射素子との間に設けられた波長選択素子と、
波長選択素子を角変位し、波長選択素子への光入射角度を制御するための駆動機構とを備え、
駆動機構は、マイクロマシン・アクチュエータを含むことを特徴とする外部共振器型波長可変半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記駆動機構は、波長選択素子を支持し、角変位可能な可動部と、
外部共振器の光路外に配置され、可動部の角変位中心を規定する固定部と、
可動部を角変位するための前記マイクロマシン・アクチュエータとを含むことを特徴とする請求項１記載の外部共振器型波長可変半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記マイクロマシン・アクチュエータは、櫛歯アクチュエータで構成されることを特徴とする請求項２記載の外部共振器型波長可変半導体レーザ装置。
【請求項４】
半導体レーザ素子、光学素子および反射素子を支持するためのベース部材と、
ベース部材とは別体で構成され、波長選択素子および駆動機構を支持するための波長選択ユニットとを備えることを特徴とする請求項１記載の外部共振器型波長可変半導体レーザ装置。
【請求項５】
反射素子の反射角を調整するための反射角調整機構を備えることを特徴とする請求項１記載の外部共振器型波長可変半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記反射角調整機構は、反射素子を支持するための可動部と、
可動部の離れた２箇所をそれぞれ独立に変位させるための一対のアクチュエータとを含むことを特徴とする請求項５記載の外部共振器型波長可変半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記反射角調整機構は、反射素子を支持するための可動部と、
可動部を撓み弾性変形させるためのアクチュエータとを含むことを特徴とする請求項５記載の外部共振器型波長可変半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信、光計測などの光源として好適な外部共振器型波長可変半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを用いて複数の波長を伝送する波長多重分割方式の光通信システムにおいて、単一発振波長の光を所定の波長間隔で発生するためのレーザ光源が重要になる。個々の伝送波長に対応して発振波長の異なるレーザ光源を個別に用意した場合、光源ユニットが多品種になってしまうことから、多数の伝送波長に対して安定に同調可能な波長可変レーザ光源が要望されている。関連する先行技術として、下記の文献が挙げられる。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−６９９８７号公報（第１図）
【特許文献２】特開２００２−３５３５５５号公報（図１）
【特許文献３】特開平９−２１４０２２号公報（図２）
【特許文献４】特開平１１−３０７８７９号公報
【非特許文献１】H. Jerman and J. D. Grade, “A mechanically-balanced DRIE rotary actuator for a high-power tunable laser,” Technical Digest of the 2002 Solid-State Sensor, Actuator, and Microsystems Workshop, Hilton Head, SC, pp. 7-10, June 2002.
【非特許文献２】Lixia Zhou, Joseph M. Kahn and Kristofer S. J. Pister,“ Corner-Cube Retroreflectors Based on Structure-Assisted Assembly for Free-Space Optical Communication,” Journal of MicroElectroMechanical Systems, Vol. 12, No.3, pp. 233-242, June 2003.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１では、半導体レーザ素子と外部に設けた反射鏡とで外部共振器を構成し、その間にレーザ光を平行光に変換する球レンズとバンドパスフィルタとが設けられた外部共振器型レーザが開示されている。バンドパスフィルタの回転によって、共振波長が選択され、その結果、レーザの発振波長が可変となる。しかしながら、本文献にはバンドパスフィルタの回転駆動機構が具体的に記載されていない。
【０００５】
上記の特許文献２では、半導体レーザ素子と外部反射ミラーとで外部共振器を構成し、共振器内部に光バンドパスフィルタを介在させた外部共振器型波長可変半導体レーザが開示されている。光バンドパスフィルタは回転テーブル上に設置され、外部反射ミラーはリニアアクチュエータ上に設置されている。制御部は、回転テーブルの駆動によりフィルタ角度を変化させてフィルタ特性を制御するとともに、リニアアクチュエータの駆動により外部共振器長を変化させて共振器モード間隔を制御している。しかしながら、回転テーブルを共振器内部に配置しているため、外部共振器が必然的に大型になる。その結果、共振器モード間隔が狭くなってフィルタ特性の仕様が厳しくなり、波長の同調範囲も制限される。従って、レーザ光源の小型化、低価格化が困難である。
【０００６】
上記の特許文献３では、波長選択フィルタを支持する回転機構が筐体の天井に設置された外部共振器型波長可変半導体レーザが開示されている。波長選択の際、マイナスドライバーを用いて手作業によるフィルタ角度調整を行なっている。
【０００７】
上記の非特許文献１では、光バンドパスフィルタではなく、Littman-Mitcalf型外部共振器を用いた波長可変レーザ（米国アイオロン社製）が提案されている。半導体レーザ素子から出射されレンズによりコリメートされた光は、回折格子により反射する。このときの反射角度が波長により異なる現象を利用し、特定の波長を有する光だけが対向する可動ミラーによって垂直反射し、再び半導体レーザ素子に戻ることで外部共振器を構成している。可動ミラーは、ＭＥＭＳ(Micro Electro-Mechanical Systems)技術を用いたロータリーアクチュエータによって駆動される。しかしながら、可動ミラーの回転とともに外部共振器長も変化してしまうため、モードホップが生じやすい。そのため外部共振器長を保持し、微小な角度変化を実現する必要があり、反射ミラー駆動に複雑な機構が必要となっている。
【０００８】
上記の特許文献４では、ＭＥＭＳ技術を用いた外部共振器型波長可変レーザが開示されており、外部共振器の内部にファブリペロー型の波長可変フィルタが配置されている。この波長可変フィルタは、２枚の反射ミラーが各弾性支持薄膜によって約７μｍの間隔で保持され、各薄膜に設けられた電極の間に電圧を印加することによってミラー間隔が狭くなり、その結果、フィルタ透過中心波長を短波長側にシフトさせることができる。しかしながら、波長可変フィルタにおける各電極への配線および微小なファブリペロー開口部の光路上へのアライメントが非常に困難である。
【０００９】
本発明の目的は、短い外部共振器長で広範な同調範囲を有し、装置全体の小型化が図られ、量産性に優れた外部共振器型波長可変半導体レーザ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る外部共振器型波長可変半導体レーザ装置は、第１端面および反射防止膜が施された第２端面を有する半導体レーザ素子と、
第２端面から出射した光を平行化するための光学素子と、
光学素子からの平行光を反射し、第１端面と共に外部共振器を構成する反射素子と、
光学素子と反射素子との間に設けられた波長選択素子と、
波長選択素子を角変位し、波長選択素子への光入射角度を制御するための駆動機構とを備え、
駆動機構は、マイクロマシン・アクチュエータを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、波長選択素子の角変位駆動機構として、ＭＥＭＳ技術を用いたマイクロマシン・アクチュエータを利用することによって、外部共振器長を短縮化できる。そのため共振器モード間隔が広くなって、波長選択特性の仕様および位置決め精度を緩和することができ、装置全体の小型化、量産性の向上、コスト低減化が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１（ａ）は本発明の第１実施形態を示す平面図であり、図１（ｂ）はその側面図である。波長可変半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子１と、半導体レーザ素子１からの光を集光するための集光素子２と、集光素子２からの光を反射するための反射素子４と、狭帯域のバンドパス特性を有する波長選択素子３と、波長選択素子３を角変位させるための角変位駆動機構などで構成され、これらの部品はベース１０の上に搭載される。
【００１３】
半導体レーザ素子１は、２つの光学端面を有し、反射素子４側の端面には反射防止膜８がコーティングされている。他方の外側端面は、無コートでもよく、あるいは所定の反射率を有する反射膜を施してもよい。半導体レーザ素子１の発振波長は、光源の用途に応じて適宜選択でき、例えば光ファイバ通信の場合、８５０±４０ｎｍ、１３１０±１００ｎｍ、１５５０±１００ｎｍなどの波長帯域に設定される。
【００１４】
集光素子２は、反射防止膜８が施された端面からの出射光を集光して、平行光に変換するものであり、例えば球レンズや複合レンズ、コリメートレンズなどで構成される。
【００１５】
反射素子４は、半導体レーザ素子１への光帰還によって半導体レーザ素子１の外側端面と共に外部共振器を構成するものであり、例えば平面ミラー、プリズムミラー、コーナーキューブなどで構成される。外部共振器長Ｌは、図１（ａ）に示すように、反射素子４の反射膜９から半導体レーザ素子１の外側端面までの光学距離で定義される。
【００１６】
波長選択素子３は、例えば透明基板上に低屈折率誘電体層と高屈折率誘電体層とを交互に積層した多層膜フィルタで構成され、光入射角度が変化すると、透過帯域の中心波長が変化する特性を有する。波長選択素子３は、集光素子２と反射素子４との間に配置され、入射角度により決まる特定の波長以外に対して光学損失を付与して反射させ、特定の波長だけを透過させる。
【００１７】
角変位駆動機構は、波長選択素子３を支持するための可動部７と、可動部７の角変位中心を規定する固定部６と、可動部７を角変位するためのマイクロマシン・アクチュエータ５などで構成される。
【００１８】
可動部７は、所定の空間平面に沿って移動可能であり、ここではベース１０の上面に沿ってスライドする移動ステージとして構成している。可動部７は、固定部６に向かって延出したビーム部材７ａを有する。このビーム部材７ａの先端は、固定部６に対して揺動自在に連結している。一方、可動部７において固定部６の反対側には、アクチュエータの作用部７ｂが取り付けられる。
【００１９】
マイクロマシン・アクチュエータ５は、固定部６での角変位中心周りに円周方向に沿って可動部７を位置決めする。マイクロマシン・アクチュエータ５は、ＭＥＭＳ(Micro Electro-Mechanical Systems)技術を用いて製作したアクチュエータとして定義され、例えば磁力、電界、流体、電歪効果、磁歪効果、熱膨張、形状記憶材料などを利用した数μｍ〜数ｍｍオーダーの寸法を有する小型アクチュエータなどが挙げられる。
【００２０】
本実施形態において、マイクロマシン・アクチュエータ５は、円弧状に形成された櫛歯アクチュエータで構成している。櫛歯アクチュエータは、複数の固定アームおよび複数の移動アームが同心円弧状に形成され、各アームは交互に配置されており、アーム間の印加電圧に応じて移動アームを所望の位置に制御することができる。こうしたアームの数を増やすほど、アクチュエータの駆動力が増加するため、エネルギー効率の高い動作を実現できる。
【００２１】
固定アームの基部および固定部６の各上面には、マイクロマシン・アクチュエータ５と電気接続された電極５ａ，５ｂが設けられ、外部の駆動回路（不図示）から制御信号が供給される。
【００２２】
マイクロマシン・アクチュエータ５および固定部６は、ベース１０の上方から見て、外部共振器の光路から外れるように配置することが好ましい。これにより波長選択素子３を搭載した可動部７の可動範囲を確保できるようにして、反射素子４を半導体レーザ素子１へ可能な限り接近させることができる。その結果、外部共振器長Ｌを短縮化できるため、共振器モード間隔が広くなって、波長選択素子３の仕様および位置決め精度を緩和することができる。
【００２３】
図１（ａ）では固定部６を半導体レーザ素子１寄りに配置した例を示したが、図２に示すように、固定部６を反射素子４寄りに配置してもよく、同様な効果を達成できる。
【００２４】
図３（ａ）は反射素子４の支持構造の一例を示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）中のＡ−Ａ’線に沿った断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）中のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。反射素子４は、可動部４１の上に直立して搭載されている。可動部４１は、可撓性あるブリッジ部材４２によって、水平面に沿って移動可能なように支持されている。可動部４１には、所定距離隔てて一対のマイクロマシン・アクチュエータ４５，４６が設けられる。
【００２５】
マイクロマシン・アクチュエータ４５，４６は、ＭＥＭＳ技術を用いて製作可能なものであり、ここでは図１（ａ）に示したマイクロマシン・アクチュエータ５と同様に、櫛歯アクチュエータで構成している。各櫛歯アクチュエータは、複数の固定アームおよび複数の移動アームが直線状に形成され、各アームが交互に平行配置されており、アーム間の印加電圧に応じて移動アームを所望の位置に制御することができる。こうしたアームの数を増やすほど、アクチュエータの駆動力が増加するため、エネルギー効率の高い動作を実現できる。
【００２６】
固定アームの基部上面には、マイクロマシン・アクチュエータ４５，４６と電気接続された電極４５ａ，４６ａが設けられ、ブリッジ部材の基部上面にはマイクロマシン・アクチュエータ４５，４６のコモン電極４６ｂが設けられ、各電極４５ａ，４６ａには外部の駆動回路（不図示）から制御信号が供給される。
【００２７】
マイクロマシン・アクチュエータ４５，４６の外側には、反射素子４の傾斜角を制御するための一対のマイクロマシン・アクチュエータ４７，４８が別個に配置される。マイクロマシン・アクチュエータ４７，４８は、ＭＥＭＳ技術を用いて製作可能なものであり、ここではＰＺＴなどの電歪材料を用いたピエゾアクチュエータで構成している。ピエゾアクチュエータは、印加電圧に応じて伸縮する機能を有し、図５に示すように、ブリッジ部材４２を介して可動部４１に曲げモーメントを印加することによって、反射素子４を所望の傾斜角を制御することができる。
【００２８】
図１（ａ）に示したように、半導体レーザ素子１からの出射光は、集光素子２および波長選択素子３を通過して、反射素子４によって反射した後、同じ光路で半導体レーザ素子１に戻ることにより光共振器が構成される。そのため、反射素子４の反射面と共振器の光軸とが垂直であることが重要である。半導体レーザ素子１は、一般に、波長選択素子３や反射素子４とは異なるプロセスによって製造され実装されることから、半導体レーザ素子１の実装時のアライメント誤差により光軸のズレが生じる。こうした光軸ズレは、上述のようなマイクロマシン・アクチュエータ４５〜４８を用いた支持構造を採用することによって、補正することができる。
【００２９】
図４（ａ）は反射素子４のヨー角（水平面内の回転角）を調整する手法を示す説明図であり、図４（ｂ）は反射素子４の光軸方向に沿った位置を調整する手法を示す説明図である。まず図４（ａ）において、マイクロマシン・アクチュエータ４５，４６のいずれか一方を駆動することによって、可動部４１は水平面内で角変位するようになり、その結果、反射素子４のヨー角が調整可能になる。
【００３０】
また、図４（ｂ）において、マイクロマシン・アクチュエータ４５，４６の各変位量が一致するように駆動することによって、可動部４１は光軸方向に沿って直線変位するようになり、その結果、反射素子４と半導体レーザ素子１との間の距離、即ち、外部共振器長Ｌが調整可能になるため、共振器の縦モード波長およびモード間隔を制御することができる。
【００３１】
図５は反射素子４のピッチ角（傾斜角）を調整する手法を示す説明図であり、図５（ａ）は正立した状態を示し、図５（ｂ）は傾斜した状態を示す。マイクロマシン・アクチュエータ４７，４８の各変位量が一致するように駆動することによって、可動部４１の両端に同じ量の曲げモーメントが印加され、可動部４１が撓むことによって、反射素子４のピッチ角が調整可能になる。また、マイクロマシン・アクチュエータ４７，４８の各変位量が異なるように駆動した場合、反射素子４のピッチ角およびヨー角が同時に調整可能になる。
【００３２】
こうした反射素子４の反射角度および外部共振器長Ｌの調整機構により、各光学部品の実装時の取り付け誤差を解消できるため、製造歩留まりを向上させることができる。
【００３３】
図６は、反射素子４の実装機構の一例を示す平面図である。反射素子４は、ガラスやＳｉ等の平面基板上に、Ａｕ，Ａｌ，誘電体多層膜等の高反射率膜をコーティングしたものである。可動部４１には、反射素子４と嵌合可能なようにギャップ変形部を形成している。反射素子４は、このギャップ変形部の開口形状に適合する形状を有し、ギャップ変形部へスライド挿入することにより固定される。
【００３４】
図７は、反射素子４の実装機構の他の例を示す平面図である。反射素子４は、ガラスやＳｉ等の平面基板上に、Ａｕ，Ａｌ，誘電体多層膜等の高反射率膜をコーティングしたものである。反射素子４の下部には、可動部４１と嵌合可能なようにギャップ変形部を形成している。可動部４１は、このギャップ変形部の開口形状に適合する形状を有し、反射素子４をスライド挿入することにより固定する。
【００３５】
こうした挿入実装以外にも、接着剤や半田等を用いて反射素子４を固定してもよい。
【００３６】
図８は、波長選択素子３の中心波長の入射角依存性の一例を示すグラフである。横軸は、波長選択素子３への入射角θ（ｄｅｇ）を示す。縦軸は、バンドパス特性の中心波長（μｍ）を示す。光の入射角θを４３〜４８°の範囲に設定した場合、光通信波長帯のＣバンド（１５３０〜１５６５ｎｍ）に同調可能になる。光の入射角θを３６〜４３°の範囲に設定した場合、光通信波長帯のＬバンド（１５６５〜１６１０ｎｍ）に同調可能になる。
【００３７】
波長選択素子３として、透明基板の一方の面に狭帯域の波長選択特性を有する誘電体多層膜を形成し、他方の面には無反射膜を形成したタイプ、あるいは透明基板の両面に狭帯域の波長選択特性を有する誘電体多層膜を形成したタイプが使用できる。誘電体多層膜の各層の屈折率と膜厚は、設計仕様である初期入射角、中心波長、波長可変範囲などにより決定される。
【００３８】
図９（ａ）〜図９（ｃ）は、外部共振器型波長可変半導体レーザ装置の動作を示す説明図である。横軸は波長を示し、縦軸は光の強度を示す。半導体レーザ素子１は、図９（ａ）に示すように、一般に比較的広い利得スペクトルを有し、外部共振器長Ｌと波長λで規定される共振器モード間隔Δλ（＝λ２／２Ｌ）で複数の縦モードが発振可能になる。一方、共振器内部には、図９（ｂ）に示すように、バンドパスフィルタ特性を有する波長選択素子３が介在しているため、フィルタの中心波長近傍にある縦モードが優勢になる。そこで、波長選択素子３のフィルタ半値幅ΔＷを２×Δλより小さく設定することによって（ΔＷ＜２×Δλ）、図９（ｃ）に示すように、特定の単一縦モードだけが選択的にレーザ発振が生ずる。さらに、フィルタの中心波長は、フィルタへの入射角を調整することによって、連続的に変化させることができる。
【００３９】
例えば、半導体レーザ素子１、集光素子２および波長選択素子３の各屈折率を考慮した実効的共振長Ｌは２．５ｍｍであるため、波長λ=１５５０ｎｍのとき共振器モード間隔Δλ=０．４８ｎｍとなる。そこで、フィルタ半値幅ΔＷ＜０．９６ｎｍのバンドパス透過特性を有する波長選択素子３を用いればよい。こうした特性を有する波長選択素子３は、誘電体多層膜フィルタを用いて実現することができ、例えばＳｉ層とＳｉＯ２層とを１５層程度に積層することにより所望の特定が得られる。
【００４０】
共振器モードが間隔Δλで離散的であることから、波長選択素子３を回転した場合、特定の縦モードから隣接した縦モードへのモードホップが生じる。そのため、モードホップのない連続した波長可変と安定した光強度を得るためには、図９（ａ）に示す発光スペクトル波長も連続的にシフトさせることが好ましい。波長シフトを行う方法として、半導体レーザ素子１に設けた位相調整領域で制御する手法、あるいは図４（ｂ）に示したように、外部共振器の反射素子４にアクチュエータを設けて共振器長Ｌを制御する手法がある。
【００４１】
また、安定した波長と光強度でのレーザ発振を持続させるため、半導体レーザ素子１、波長選択素子３、反射素子４等の構成部品の温度を安定化することが好ましい。温度を安定化する手法として、ヒートシンクを用いた放熱、ペルチェ素子を用いた冷却、サーミスタを用いた温度検出などの組合せで実現できる。
【００４２】
実施の形態２．
図１０は、本発明の第２実施形態を示す平面図である。波長可変半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子１と、半導体レーザ素子１からの光を集光するための集光素子２と、集光素子２からの光を反射するための反射素子４と、狭帯域のバンドパス特性を有する波長選択素子３と、波長選択素子３を角変位させるための角変位駆動機構などで構成され、これらの部品はベース１０の上に搭載される。
【００４３】
半導体レーザ素子１、集光素子２、波長選択素子３および反射素子４の構成および動作は、第１実施形態のものと同様であり、重複説明を省略する。
【００４４】
本実施形態では、波長選択素子３を角変位させるための角変位駆動機構に関して、図１のものと比べて、マイクロマシン・アクチュエータ５の搭載位置を変えることによって、全体の専有面積を小さくしている。
【００４５】
角変位駆動機構は、波長選択素子３を支持するための可動部７と、可動部７の角変位中心を規定する固定部６と、可動部７を角変位するためのマイクロマシン・アクチュエータ５などで構成される。
【００４６】
可動部７は、所定の空間平面に沿って移動可能であり、ここではベース１０の上面に沿ってスライドする移動ステージとして構成している。可動部７は、固定部６に向かって延出したビーム部材７ａを有する。このビーム部材７ａの先端は、固定部６に対して揺動自在に連結している。
【００４７】
マイクロマシン・アクチュエータ５は、可動部７の側面に配置され、固定部６での角変位中心周りに円周方向に沿って可動部７を位置決めする。マイクロマシン・アクチュエータ５は、ＭＥＭＳ(Micro Electro-Mechanical Systems)技術を用いて製作したアクチュエータとして定義され、例えば磁力、電界、流体、電歪効果、磁歪効果、熱膨張、形状記憶材料などを利用した数μｍ〜数ｍｍオーダーの寸法を有する小型アクチュエータなどが挙げられる。
【００４８】
本実施形態において、マイクロマシン・アクチュエータ５は、円弧状に形成された櫛歯アクチュエータで構成している。櫛歯アクチュエータは、複数の固定アームおよび複数の移動アームが同心円弧状に形成され、各アームは交互に配置されており、アーム間の印加電圧に応じて移動アームを所望の位置に制御することができる。こうしたアームの数を増やすほど、アクチュエータの駆動力が増加するため、エネルギー効率の高い動作を実現できる。
【００４９】
固定アームの基部および固定部６の各上面には、マイクロマシン・アクチュエータ５と電気接続された電極５ａ，５ｂが設けられ、外部の駆動回路（不図示）から制御信号が供給される。
【００５０】
角変位中心を規定する固定部６は、ベース１０の上方から見て、外部共振器の光路から外れるように配置することが好ましい。これにより波長選択素子３を搭載した可動部７の可動範囲を確保できるようにして、反射素子４を半導体レーザ素子１へ可能な限り接近させることができる。その結果、外部共振器長Ｌを短縮化できるため、共振器モード間隔が広くなって、波長選択素子３の仕様および位置決め精度を緩和することができる。
【００５１】
実施の形態３．
図１１（ａ）および（ｂ）は、本発明の第３実施形態を示す平面図である。本実施形態では、波長選択素子３およびこれを角変位させるための角変位駆動機構を波長選択ユニット３０として構成している。
【００５２】
半導体レーザ素子１、集光素子２、波長選択素子３および反射素子４の構成および動作は、第１実施形態のものと同様であり、重複説明を省略する。
【００５３】
波長選択ユニット３０は、狭帯域のバンドパス特性を有する波長選択素子３と、波長選択素子３を角変位させるための角変位駆動機構と、これらの部品を支持するユニットベース３１などで構成される。波長選択ユニット３０は、図１に示したベース１０とは別体で構成され、波長可変半導体レーザ装置の組立て段階でベース１０の上に搭載される。
【００５４】
まず図１１（ａ）において、可動部７は、ユニットベース３１の上面に沿ってスライドする移動ステージとして構成している。可動部７は、固定部６に向かって延出したビーム部材７ａを有する。このビーム部材７ａの先端は、固定部６に対して揺動自在に連結している。一方、可動部７において固定部６の反対側には、アクチュエータの作用部７ｂが取り付けられる。
【００５５】
固定アームの基部および固定部６の各上面には、マイクロマシン・アクチュエータ５１と電気接続された電極５ａ，５ｂが設けられ、外部の駆動回路（不図示）から制御信号が供給される。
【００５６】
次に図１１（ｂ）では、図１１（ａ）のマイクロマシン・アクチュエータ５１に追加して、図１０に示したマイクロマシン・アクチュエータ５２を可動部７の側面に配置しており、２つのアクチュエータで可動部７をプッシュプル駆動している。
【００５７】
マイクロマシン・アクチュエータ５１の固定アームの基部には電極５ａ、固定部６には電極５ｂ、そしてマイクロマシン・アクチュエータ５２の固定アームの基部には電極５ｃがそれぞれ設けられ、外部の駆動回路（不図示）から各アクチュエータへ制御信号が供給される。
【００５８】
マイクロマシン・アクチュエータ５１，５２は、固定部６での角変位中心周りに円周方向に沿って可動部７を位置決めする。マイクロマシン・アクチュエータ５１，５２は、ＭＥＭＳ(Micro Electro-Mechanical Systems)技術を用いて製作したアクチュエータとして定義され、例えば磁力、電界、流体、電歪効果、磁歪効果、熱膨張、形状記憶材料などを利用した数μｍ〜数ｍｍオーダーの寸法を有する小型アクチュエータなどが挙げられ、ここでは円弧状に形成された櫛歯アクチュエータで構成している。
【００５９】
図１１（ａ）および（ｂ）において、角変位中心を規定する固定部６は、外部共振器の光路から外れるように配置することが好ましい。
【００６０】
図１２は、角変位中心を外部共振器の光路内部に配置した例を示す平面図である。波長選択素子３を支持する可動部７は、波長選択素子３の中心周りで自転するように構成される。２つのマイクロマシン・アクチュエータ５１，５２は、可動部７の外側にそれぞれ配置される。
【００６１】
こうした構成では角変位中心からアクチュエータ作用部までの距離が短くなるため、角変位中心を外部共振器の光路から外した配置と比べて、可動部７を駆動するモーメント（力×半径）が小さくなる。そのため、２つのアクチュエータ５１，５２が不可欠となる。さらに、可動部７およびアクチュエータ５１，５２の移動範囲を確保するために、波長選択ユニット３０の光路長が長くなってしまう。
【００６２】
従って、図１１（ａ）および（ｂ）に示したように、角変位中心を規定する固定部６は、外部共振器の光路から外れるように配置することが好ましく、これにより可動部７の駆動モーメントを増加できるとともに、外部共振器長Ｌの短縮化を図ることができる。
【００６３】
また、波長選択ユニット３０をベース１０とは別体で予め組立てて、波長可変半導体レーザ装置の組立て段階でベース１０の上に搭載している。そのため、波長可変範囲の粗調整が可能になり、装置の量産性を向上できる。
【００６４】
実施の形態４．
図１３（ａ）は本発明の第４実施形態を示す平面図であり、図１３（ｂ）はその部分斜視図、図１３（ｃ）は図１３（ｂ）中のＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。波長可変半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子１と、半導体レーザ素子１からの光を集光するための集光素子２と、集光素子２からの光を反射するための反射素子４と、狭帯域のバンドパス特性を有する波長選択素子３と、波長選択素子３を角変位させるための角変位駆動機構などで構成される。本実施形態では、波長選択素子３およびこれを角変位させるための角変位駆動機構を波長選択ユニット３０として構成している。
【００６５】
半導体レーザ素子１、集光素子２、波長選択素子３および反射素子４の構成および動作は、第１実施形態のものと同様であり、重複説明を省略する。
【００６６】
本実施形態では、波長選択ユニット３０のユニットベース３１をベース１０に立設して、波長選択素子３の回転軸をベース１０の法線方向に配置している。
【００６７】
角変位駆動機構は、図１３（ｂ）に示すように、波長選択素子３を支持するための可動部７と、可動部７を２本のビーム部材７ａを介して角変位中心を規定する固定部６と、可動部７を角変位するためのマイクロマシン・アクチュエータ５などで構成され、波長選択ユニット３０としてベース１０とは別体で組立てられる。
【００６８】
可動部７は、捩り弾性変形が可能な２本のビーム部材７ａによって懸架されており、可動部７の回転軸はビーム部材７ａの長手方向に一致する。波長選択素子３は、可動部７の上面に対して所定角度で傾斜するように固定される。マイクロマシン・アクチュエータ５は、可動部７の側面に配置され、可動部７の姿勢角を位置決めする。
【００６９】
マイクロマシン・アクチュエータ５は、ＭＥＭＳ(Micro Electro-Mechanical Systems)技術を用いて製作したアクチュエータとして定義され、例えば磁力、電界、流体、電歪効果、磁歪効果、熱膨張、形状記憶材料などを利用した数μｍ〜数ｍｍオーダーの寸法を有する小型アクチュエータなどが挙げられる。本実施形態では、マイクロマシン・アクチュエータ５は、上述と同様な櫛歯アクチュエータで構成している。固定部６の上面には、マイクロマシン・アクチュエータ５と電気接続された電極５ａ，５ｂが設けられ、外部の駆動回路（不図示）から制御信号が供給される。
【００７０】
図１３（ａ）に示すように、角変位中心を規定する固定部６は、外部共振器の光路から外れるように配置することが好ましく、これにより可動部７の駆動モーメントを増加できるとともに、外部共振器長Ｌの短縮化を図ることができる。
【００７１】
また、波長選択ユニット３０をベース１０とは別体で予め組立てて、波長可変半導体レーザ装置の組立て段階でベース１０の上に搭載している。そのため、波長可変範囲の粗調整が可能になり、装置の量産性を向上できる。
【００７２】
実施の形態５．
図１４は本発明の第５実施形態を示す側面図である。波長可変半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子１と、半導体レーザ素子１からの光を集光するための集光素子２と、集光素子２からの光を反射するための反射素子４と、狭帯域のバンドパス特性を有する波長選択素子３と、波長選択素子３を角変位させるための角変位駆動機構などで構成される。本実施形態では、波長選択素子３およびこれを角変位させるための角変位駆動機構を波長選択ユニット３０として構成している。
【００７３】
半導体レーザ素子１、集光素子２、波長選択素子３および反射素子４の構成および動作は、第１実施形態のものと同様であり、重複説明を省略する。
【００７４】
本実施形態では、波長選択ユニット３０のユニットベース３１をベース１０の裏面に平行に設置して、波長選択素子３の回転軸をベース１０と平行に配置している。
【００７５】
角変位駆動機構は、図１３（ｂ）と同様に、波長選択素子３を支持するための可動部７と、可動部７を２本のビーム部材７ａを介して角変位中心を規定する固定部６と、可動部７を角変位するためのマイクロマシン・アクチュエータ５などで構成され、波長選択ユニット３０としてベース１０とは別体で組立てられる。
【００７６】
可動部７は、捩り弾性変形が可能な２本のビーム部材７ａによって懸架されており、可動部７の回転軸はビーム部材７ａの長手方向に一致する。波長選択素子３は、可動部７の上面に対して所定角度で傾斜するように固定される。マイクロマシン・アクチュエータ５は、可動部７の側面に配置され、可動部７の姿勢角を位置決めする。
【００７７】
本実施形態においても、角変位中心を規定する固定部６は、外部共振器の光路から外れるように配置することが好ましく、これにより可動部７の駆動モーメントを増加できるとともに、外部共振器長Ｌの短縮化を図ることができる。
【００７８】
また、波長選択ユニット３０をベース１０とは別体で予め組立てて、波長可変半導体レーザ装置の組立て段階でベース１０の上に搭載している。そのため、波長可変範囲の粗調整が可能になり、装置の量産性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１実施形態を示す平面図であり、図１（ｂ）はその側面図である。
【図２】角変位駆動機構の固定部６を反射素子４寄りに配置した例を示す平面図である。
【図３】図３（ａ）は反射素子４の支持構造の一例を示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）中のＡ−Ａ’線に沿った断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）中のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【図４】図４（ａ）は反射素子４のヨー角（水平面内の回転角）を調整する手法を示す説明図であり、図４（ｂ）は反射素子４の光軸方向に沿った位置を調整する手法を示す説明図である。
【図５】反射素子４のピッチ角（傾斜角）を調整する手法を示す説明図であり、図５（ａ）は正立した状態を示し、図５（ｂ）は傾斜した状態を示す。
【図６】反射素子４の実装機構の一例を示す平面図である。
【図７】反射素子４の実装機構の他の例を示す平面図である。
【図８】波長選択素子３の中心波長の入射角依存性の一例を示すグラフである。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｃ）は、外部共振器型波長可変半導体レーザ装置の動作を示す説明図である。
【図１０】本発明の第２実施形態を示す平面図である。
【図１１】図１１（ａ）（ｂ）は、本発明の第３実施形態を示す平面図である。
【図１２】角変位中心を外部共振器の光路内部に配置した例を示す平面図である。
【図１３】図１３（ａ）は本発明の第４実施形態を示す平面図であり、図１３（ｂ）はその部分斜視図、図１３（ｃ）は図１３（ｂ）中のＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。
【図１４】本発明の第５実施形態を示す側面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  半導体レーザ素子、  ２  集光素子、  ３  波長選択素子、  ４  反射素子、  ５，４５〜４８  マイクロマシン・アクチュエータ、  ５ａ〜５ｃ，４５ａ，４６ａ，４６ｂ  電極、  ６  固定部、  ７，４１  可動部、  ７ａ  ビーム部材、  ７ｂ  作用部、  ８  反射防止膜、  ９  反射膜、  １０  ベース、  ３０  波長選択ユニット、  ３１  ユニットベース、  ４２  ブリッジ部材。
【図１】
2005243756.tif 000003
【図２】
2005243756.tif 000004
【図３】
2005243756.tif 000005
【図４】
2005243756.tif 000006
【図５】
2005243756.tif 000007
【図６】
2005243756.tif 000008
【図７】
2005243756.tif 000009
【図８】
2005243756.tif 000010
【図９】
2005243756.tif 000011
【図１０】
2005243756.tif 000012
【図１１】
2005243756.tif 000013
【図１２】
2005243756.tif 000014
【図１３】
2005243756.tif 000015
【図１４】
2005243756.tif 000016