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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024156462
(43)【公開日】2024-11-06
(54)【発明の名称】レーザモジュール
(51)【国際特許分類】
H01S 5/02253 20210101AFI20241029BHJP
H01S 5/14 20060101ALI20241029BHJP
G02B 3/00 20060101ALI20241029BHJP
G02B 5/18 20060101ALI20241029BHJP
【ＦＩ】
H01S5/02253
H01S5/14
G02B3/00
G02B3/00 Z
G02B5/18
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023070941
(22)【出願日】2023-04-24
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、研究成果展開事業 研究成果最適展開支援プログラム、「海洋マイクロプラスチックの迅速分析を可能にする中赤外レーザー分光顕微鏡装置の開発」、委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】000236436
【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100140442
【弁理士】
【氏名又は名称】柴山 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100183081
【弁理士】
【氏名又は名称】岡▲崎▼ 大志
(72)【発明者】
【氏名】落合 隆英
(72)【発明者】
【氏名】杉山 厚志
(72)【発明者】
【氏名】枝村 忠孝
【テーマコード（参考）】
2H249
5F173
【Ｆターム（参考）】
2H249AA07
2H249AA13
2H249AA50
2H249AA64
2H249AA68
5F173MA10
5F173MB04
5F173MC01
5F173MC30
5F173MD33
5F173MD36
5F173MD51
5F173MD84
5F173ME64
5F173ME85
5F173MF02
5F173MF13
5F173MF39
(57)【要約】
【課題】レーザモジュールの歩留まりの低下を抑制しつつ、レーザモジュールを好適に小型化することができるレーザモジュールを提供する。
【解決手段】レーザモジュール１は、ＱＣＬ素子２と、ＱＣＬ素子２の端面２ａから出射される光Ｌ１を回折及び反射させて光Ｌ１の一部である光Ｌ２を端面２ａに帰還させる回折格子部６４と、端面２ａと回折格子部６４との間に配置され、光Ｌ１及び光Ｌ２を通過させるレンズ部材６と、ＱＣＬ素子２の端面２ｂに対向する位置に配置され、端面２ｂから出射される光Ｌ３を通過させるレンズ部材８と、ＱＣＬ素子２、回折格子部６４、及びレンズ部材６を収容するパッケージ３と、を備える。光Ｌ１が入射するレンズ部材６の入射面と端面２ａとのＸ軸方向における距離ｄ１は、光Ｌ３が入射するレンズ部材８の入射面８ａと端面２ｂとのＸ軸方向における距離ｄ２よりも短い。
【選択図】図３
【解決手段】レーザモジュール１は、ＱＣＬ素子２と、ＱＣＬ素子２の端面２ａから出射される光Ｌ１を回折及び反射させて光Ｌ１の一部である光Ｌ２を端面２ａに帰還させる回折格子部６４と、端面２ａと回折格子部６４との間に配置され、光Ｌ１及び光Ｌ２を通過させるレンズ部材６と、ＱＣＬ素子２の端面２ｂに対向する位置に配置され、端面２ｂから出射される光Ｌ３を通過させるレンズ部材８と、ＱＣＬ素子２、回折格子部６４、及びレンズ部材６を収容するパッケージ３と、を備える。光Ｌ１が入射するレンズ部材６の入射面と端面２ａとのＸ軸方向における距離ｄ１は、光Ｌ３が入射するレンズ部材８の入射面８ａと端面２ｂとのＸ軸方向における距離ｄ２よりも短い。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
活性層及び前記活性層の両側に配置される一対のクラッド層を含む積層構造と、前記積層構造の積層方向である第１方向に直交する第２方向に互いに対向する第１端面及び第２端面と、を有し、前記第１端面及び前記第２端面の各々から光を出射する量子カスケードレーザ素子と、
前記第１端面から出射される第１光を回折及び反射させて前記第１光の一部である第２光を前記第１端面に帰還させる回折格子部と、
前記第１端面と前記回折格子部との間に配置され、前記第１光及び前記第２光を通過させる第１レンズ部材と、
前記第２端面に対向する位置に配置され、前記第２端面から出射される第３光を通過させる第２レンズ部材と、
前記量子カスケードレーザ素子、前記回折格子部、及び前記第１レンズ部材を収容し、前記回折格子部と前記第２レンズ部材における前記第３光の入射面との間の光路が配置されるパッケージと、を備え、
前記第１光が入射する前記第１レンズ部材の入射面と前記第１端面との前記第２方向における第１距離は、前記第３光が入射する前記第２レンズ部材の入射面と前記第２端面との前記第２方向における第２距離よりも短い、レーザモジュール。
前記第１端面から出射される第１光を回折及び反射させて前記第１光の一部である第２光を前記第１端面に帰還させる回折格子部と、
前記第１端面と前記回折格子部との間に配置され、前記第１光及び前記第２光を通過させる第１レンズ部材と、
前記第２端面に対向する位置に配置され、前記第２端面から出射される第３光を通過させる第２レンズ部材と、
前記量子カスケードレーザ素子、前記回折格子部、及び前記第１レンズ部材を収容し、前記回折格子部と前記第２レンズ部材における前記第３光の入射面との間の光路が配置されるパッケージと、を備え、
前記第１光が入射する前記第１レンズ部材の入射面と前記第１端面との前記第２方向における第１距離は、前記第３光が入射する前記第２レンズ部材の入射面と前記第２端面との前記第２方向における第２距離よりも短い、レーザモジュール。
【請求項2】
前記第１距離は、前記第２距離の１／２以下である、
請求項１に記載のレーザモジュール。
請求項１に記載のレーザモジュール。
【請求項3】
前記第１レンズ部材を支持する支持部材を更に備え、
前記量子カスケードレーザ素子に対向する前記第１レンズ部材の面は、前記支持部材に支持されていない、
請求項１又は２に記載のレーザモジュール。
前記量子カスケードレーザ素子に対向する前記第１レンズ部材の面は、前記支持部材に支持されていない、
請求項１又は２に記載のレーザモジュール。
【請求項4】
前記支持部材は、
前記回折格子部側に開口する第１孔部と、
前記第２方向から見た場合に前記第１孔部を含み且つ前記第１孔部よりも大きく前記量子カスケードレーザ素子側に開口する第２孔部と、
前記第１孔部と前記第２孔部とを接続し、前記第２方向に交差する面に沿って延在する座ぐり面と、を有し、
前記第１レンズ部材は、前記第２孔部に挿入されており、
前記第１レンズ部材のうち前記回折格子部に対向する少なくとも一部は、前記座ぐり面に面接触して支持されている、
請求項３に記載のレーザモジュール。
前記回折格子部側に開口する第１孔部と、
前記第２方向から見た場合に前記第１孔部を含み且つ前記第１孔部よりも大きく前記量子カスケードレーザ素子側に開口する第２孔部と、
前記第１孔部と前記第２孔部とを接続し、前記第２方向に交差する面に沿って延在する座ぐり面と、を有し、
前記第１レンズ部材は、前記第２孔部に挿入されており、
前記第１レンズ部材のうち前記回折格子部に対向する少なくとも一部は、前記座ぐり面に面接触して支持されている、
請求項３に記載のレーザモジュール。
【請求項5】
前記第１レンズ部材を支持する支持部材を更に備え、
前記第１レンズ部材は、
前記第１光をコリメートするコリメートレンズを構成する第１部分と、
前記第２方向から見た場合に、前記第１部分の外縁部において前記第１部分と接続され、前記コリメートレンズを構成しない第２部分と、を有し、
前記第２部分は、前記支持部材に直接的に支持されており、
前記第１部分は、前記支持部材に直接的に支持されていない、
請求項１に記載のレーザモジュール。
前記第１レンズ部材は、
前記第１光をコリメートするコリメートレンズを構成する第１部分と、
前記第２方向から見た場合に、前記第１部分の外縁部において前記第１部分と接続され、前記コリメートレンズを構成しない第２部分と、を有し、
前記第２部分は、前記支持部材に直接的に支持されており、
前記第１部分は、前記支持部材に直接的に支持されていない、
請求項１に記載のレーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、レーザモジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
外部共振型レーザモジュール（以下、単に「レーザモジュール」という。）として、量子カスケードレーザ素子（以下、「ＱＣＬ素子」という。）と、回折格子部と、ＱＣＬ素子と回折格子部との間に配置されたレンズと、を備えるものが知られている（例えば特許文献１参照）。上記レーザモジュールでは、ＱＣＬ素子からの光が回折格子部によって回折及び反射され、特定波長の光がＱＣＬ素子に帰還する。これにより、当該特定波長の光が、ＱＣＬ素子と回折格子部との間で増幅され、ＱＣＬ素子の端面（回折格子部側とは反対側の端面）から外部に出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許出願公開２００８／０２９８４０６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述したようなレーザモジュールにおいては、更なる小型化が求められている。また、レーザモジュールを小型化するにあたっては、レーザモジュールの小型化による製造難易度の増大に起因する歩留まりの低下を抑制することが重要である。
【0005】
そこで、本開示の一側面は、レーザモジュールの歩留まりの低下を抑制しつつ、レーザモジュールを好適に小型化することができるレーザモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示は、以下の［１］～［５］のレーザモジュールを含む。
【0007】
［１］活性層及び前記活性層の両側に配置される一対のクラッド層を含む積層構造と、前記積層構造の積層方向である第１方向に直交する第２方向に互いに対向する第１端面及び第２端面と、を有し、前記第１端面及び前記第２端面の各々から光を出射する量子カスケードレーザ素子と、
前記第１端面から出射される第１光を回折及び反射させて前記第１光の一部である第２光を前記第１端面に帰還させる回折格子部と、
前記第１端面と前記回折格子部との間に配置され、前記第１光及び前記第２光を通過させる第１レンズ部材と、
前記第２端面に対向する位置に配置され、前記第２端面から出射される第３光を通過させる第２レンズ部材と、
前記量子カスケードレーザ素子、前記回折格子部、及び前記第１レンズ部材を収容し、前記回折格子部と前記第２レンズ部材における前記第３光の入射面との間の光路が配置されるパッケージと、を備え、
前記第１光が入射する前記第１レンズ部材の入射面と前記第１端面との前記第２方向における第１距離は、前記第３光が入射する前記第２レンズ部材の入射面と前記第２端面との前記第２方向における第２距離よりも短い、レーザモジュール。
前記第１端面から出射される第１光を回折及び反射させて前記第１光の一部である第２光を前記第１端面に帰還させる回折格子部と、
前記第１端面と前記回折格子部との間に配置され、前記第１光及び前記第２光を通過させる第１レンズ部材と、
前記第２端面に対向する位置に配置され、前記第２端面から出射される第３光を通過させる第２レンズ部材と、
前記量子カスケードレーザ素子、前記回折格子部、及び前記第１レンズ部材を収容し、前記回折格子部と前記第２レンズ部材における前記第３光の入射面との間の光路が配置されるパッケージと、を備え、
前記第１光が入射する前記第１レンズ部材の入射面と前記第１端面との前記第２方向における第１距離は、前記第３光が入射する前記第２レンズ部材の入射面と前記第２端面との前記第２方向における第２距離よりも短い、レーザモジュール。
【0008】
第１距離を短くすることにより、レーザモジュール（パッケージ）の第２方向における長さを短くできると共に、第１レンズ部材を介して回折格子部へと向かう第１光のビーム径を小さくすることができるため、回折格子部を小型化することができる。従って、第１距離を短くすることにより、第２距離を短くするよりもレーザモジュールを効果的に小型化することができる。すなわち、第１距離を短くする方が、第２距離を同じ距離だけ短くする場合よりも、レーザモジュールの小型化に寄与する。一方、第２距離についても第１距離と同様に短くすることによって、レーザモジュールの第２方向における長さを短くできる。しかし、第１距離及び第２距離の両方を同様に短くした場合、レーザモジュールの製造時（例えば、ＱＣＬ素子に対する第１レンズ部材及び第２レンズ部材の位置決め時等）において、ＱＣＬ素子の第１端面又は第２端面と第１レンズ部材又は第２レンズ部材とが接触し、ＱＣＬ素子のレーザ発振において重要な役割を果たす第１端面又は第２端面が破損するリスクが増大する。上記［１］のレーザモジュールによれば、第１距離を優先的に短くする（すなわち、第２距離よりも短くする）ことにより、上述したようにレーザモジュールを効果的に小型化できるという利点を享受しつつ、第２距離を第１距離よりも長くすることにより、ＱＣＬ素子の第２端面と第２レンズ部材との間の空間的な余裕を確保し、上述したような製造時におけるＱＣＬ素子の破損のリスクを低減できる。すなわち、レーザモジュールの歩留まりの低下を抑制しつつ、レーザモジュールを好適に小型化することができる。
【0009】
［２］前記第１距離は、前記第２距離の１／２以下である、［１］のレーザモジュール。
【0010】
上記［２］の構成によれば、上記［１］の効果をより確実に得ることができる。
【0011】
［３］前記第１レンズ部材を支持する支持部材を更に備え、
前記量子カスケードレーザ素子に対向する前記第１レンズ部材の面は、前記支持部材に支持されていない、［１］又は［２］のレーザモジュール。
前記量子カスケードレーザ素子に対向する前記第１レンズ部材の面は、前記支持部材に支持されていない、［１］又は［２］のレーザモジュール。
【0012】
上記［３］の構成によれば、ＱＣＬ素子に対向する第１レンズ部材の面とＱＣＬ素子との間に支持部材の一部が配置される場合と比較して、第１レンズ部材の上記面をＱＣＬ素子の第１端面になるべく近接させて配置することが容易となる。すなわち、第１距離をより一層短くすることが可能となる。
【0013】
［４］前記支持部材は、
前記回折格子部側に開口する第１孔部と、
前記第２方向から見た場合に前記第１孔部を含み且つ前記第１孔部よりも大きく前記量子カスケードレーザ素子側に開口する第２孔部と、
前記第１孔部と前記第２孔部とを接続し、前記第２方向に交差する面に沿って延在する座ぐり面と、を有し、
前記第１レンズ部材は、前記第２孔部に挿入されており、
前記第１レンズ部材のうち前記回折格子部に対向する少なくとも一部は、前記座ぐり面に面接触して支持されている、［３］のレーザモジュール。
前記回折格子部側に開口する第１孔部と、
前記第２方向から見た場合に前記第１孔部を含み且つ前記第１孔部よりも大きく前記量子カスケードレーザ素子側に開口する第２孔部と、
前記第１孔部と前記第２孔部とを接続し、前記第２方向に交差する面に沿って延在する座ぐり面と、を有し、
前記第１レンズ部材は、前記第２孔部に挿入されており、
前記第１レンズ部材のうち前記回折格子部に対向する少なくとも一部は、前記座ぐり面に面接触して支持されている、［３］のレーザモジュール。
【0014】
上記［４］の構成によれば、第１孔部、第２孔部、及び座ぐり面を有する支持部材を用いて、第１レンズ部材を座ぐり面に面接触させて支持することにより、上記［３］の構成を実現しつつ、第１レンズ部材を安定的に支持することができる。その結果、レーザモジュールの信頼性を高めることができ、歩留まりの向上を図ることができる。
【0015】
［５］前記第１レンズ部材を支持する支持部材を更に備え、
前記第１レンズ部材は、
前記第１光をコリメートするコリメートレンズを構成する第１部分と、
前記第２方向から見た場合に、前記第１部分の外縁部において前記第１部分と接続され、前記コリメートレンズを構成しない第２部分と、を有し、
前記第２部分は、前記支持部材に直接的に支持されており、
前記第１部分は、前記支持部材に直接的に支持されていない、［１］～［４］のいずれかのレーザモジュール。
前記第１レンズ部材は、
前記第１光をコリメートするコリメートレンズを構成する第１部分と、
前記第２方向から見た場合に、前記第１部分の外縁部において前記第１部分と接続され、前記コリメートレンズを構成しない第２部分と、を有し、
前記第２部分は、前記支持部材に直接的に支持されており、
前記第１部分は、前記支持部材に直接的に支持されていない、［１］～［４］のいずれかのレーザモジュール。
【0016】
上記［５］の構成によれば、第１距離を短くすることにより、第１レンズ部材のうちコリメートレンズを構成する第１部分を小さくし、その外縁部にコリメートレンズを構成しない第２部分を設けることができる。これにより、レンズ機能を有さない第２部分のみを支持部材で直接的に支持することにより、レンズ機能を有する第１部分が支持部材と接触することによって損傷することを防止できる。その結果、レーザモジュールの信頼性を高めることができ、歩留まりの向上を図ることができる。
【発明の効果】
【0017】
本開示の一側面によれば、レーザモジュールの歩留まりの低下を抑制しつつ、レーザモジュールを好適に小型化することができるレーザモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。また、「上」、「下」等の語は図面に示される状態に基づく便宜的なものである。
【0020】
［レーザモジュールの全体構成］
図１～図３に示されるように、レーザモジュール１は、量子カスケードレーザ素子（以下「ＱＣＬ素子）２と、ＱＣＬ素子２を気密に収容するパッケージ３と、を備えている。レーザモジュール１は、出力光（レーザ光Ｌ）の波長が可変とされた波長可変光源である。レーザモジュール１は、例えば、グルコース等の生体計測、ＶＯＣガス（揮発性有機化合物）等の光吸収バンドを有する分析対象の吸収スペクトルの計測等に用いられ得る。例えば、このような吸収スペクトルの測定時には、光透過性の容器内に収容された分析対象が、レーザモジュール１と光検出器（不図示）との間に配置される。そして、レーザモジュール１は、出力光（レーザ光Ｌ）の波長を高速に変化させることにより、所定の波長範囲（例えば、中赤外領域）において波長掃引を行う。これにより、光検出器の検出結果に基づいて、吸収スペクトルが算出される。なお、分析対象は、気体、液体及び固体のいずれであってもよい。
図１～図３に示されるように、レーザモジュール１は、量子カスケードレーザ素子（以下「ＱＣＬ素子）２と、ＱＣＬ素子２を気密に収容するパッケージ３と、を備えている。レーザモジュール１は、出力光（レーザ光Ｌ）の波長が可変とされた波長可変光源である。レーザモジュール１は、例えば、グルコース等の生体計測、ＶＯＣガス（揮発性有機化合物）等の光吸収バンドを有する分析対象の吸収スペクトルの計測等に用いられ得る。例えば、このような吸収スペクトルの測定時には、光透過性の容器内に収容された分析対象が、レーザモジュール１と光検出器（不図示）との間に配置される。そして、レーザモジュール１は、出力光（レーザ光Ｌ）の波長を高速に変化させることにより、所定の波長範囲（例えば、中赤外領域）において波長掃引を行う。これにより、光検出器の検出結果に基づいて、吸収スペクトルが算出される。なお、分析対象は、気体、液体及び固体のいずれであってもよい。
【0021】
パッケージ３は、ＱＣＬ素子２と、マウント部材４と、回折格子ユニット５と、レンズ部材６（光学部材、第１レンズ部材）を支持（保持）するレンズホルダ７（支持部材）と、レンズ部材８（第２レンズ部材）を支持（保持）するレンズホルダ９と、を収容する筐体である。パッケージ３内には、回折格子ユニット５（回折格子部６４）とレンズ部材８の入射面８ａとの間の光路が配置される。本実施形態では一例として、パッケージ３は、バタフライパッケージとして構成されている。パッケージ３は、底壁３１と、側壁３２と、天壁３３と、を有している。図１及び図２においては、パッケージ３の天壁３３の図示が省略されている。
【0022】
底壁３１は、矩形板状の部材である。底壁３１は、例えば銅タングステン等の金属材料によって形成されている。底壁３１は、マウント部材４が搭載されるベース部材である。本明細書では便宜上、底壁３１の長手方向をＸ軸方向（第２方向）と表し、底壁３１の短手方向をＹ軸方向（第３方向）と表し、底壁３１に垂直な方向（すなわち、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方に直交する方向）をＺ軸方向（第１方向）と表す。本実施形態では、Ｘ軸方向は、後述するＱＣＬ素子２の端面２ａ，２ｂ同士が対向する方向（すなわち、端面２ａ，２ｂに直交する方向）であり、ＱＣＬ素子２から出射されるレーザ光Ｌの光軸に沿った方向（光軸方向）でもある。
【0023】
側壁３２は、底壁３１上に立設されている。側壁３２は、Ｚ軸方向から見た場合に、ＱＣＬ素子２等が収容される内部空間を包囲するように環状（本実施形態では、矩形環状）に形成されている。本実施形態では、側壁３２は、矩形筒状に形成されている。側壁３２は、コバール等の金属材料によって形成されている。側壁３２は、例えば、Ｎｉ／Ａｕメッキが施されたコバールフレームである。本実施形態では、側壁３２は、底壁３１の長手方向（Ｘ軸方向）における中央部に設けられている。側壁３２の短手方向（Ｙ軸方向）に沿った幅は底壁３１の短手方向の幅と一致しており、側壁３２の長手方向（Ｘ軸方向）に沿った幅は底壁３１の長手方向の幅よりも短い。すなわち、底壁３１の長手方向における両側には、側壁３２よりも外側に突出して延在する突出部３１ａが形成されている。突出部３１ａにおける底壁３１の四隅に対応する部分には、パッケージ３（底壁３１）を他の部材に取り付けるためのネジ孔３１ｂが設けられている。
【0024】
天壁３３（図３参照）は、側壁３２の底壁３１側とは反対側の開口を塞ぐ部材である。天壁３３は、矩形板状を呈している。Ｚ軸方向から見た天壁３３の外形（長手方向及び短手方向の幅）は、側壁３２の外形と略一致している。天壁３３は、例えば、側壁３２と同じ金属材料（例えばコバール等）によって形成されている。天壁３３は、パッケージ３の内部を真空又は窒素で置換した状態で、例えばシーム溶接等によって、側壁３２の底壁３１側とは反対側の端部３２ａに接合されている。
【0025】
側壁３２のうち長手方向（Ｘ軸方向）に沿って延在する一対の第１側壁３２１（すなわち、短手方向（Ｙ軸方向）に交差する部分）の各々には、第１側壁３２１の外側及び内側の両方に張り出した突出壁３４が設けられている。突出壁３４は、Ｚ軸方向における第１側壁３２１の中央位置よりも上方（天壁３３側）において、Ｘ軸方向に沿って延在する庇状の部材である。突出壁３４の上面には、パッケージ３内の各部材（例えば、ＱＣＬ素子２、可動回折格子５１（コイル６５）等）に給電するための複数（本実施形態では、各突出壁３４に７個ずつの計１４個）の平板状の電極端子１０が配置されている。各電極端子１０は、第１側壁３２１を貫通している。図１に示されるように、各電極端子１０のうち第１側壁３２１の外側に位置する部分は、外部電源と電気的に接続されるリードピン１１と電気的に接続されている。各電極端子１０は、Ｘ軸方向に沿って略等間隔で、突出壁３４の上面に配置されている。各リードピン１１は、Ｘ軸方向に沿って略等間隔で、各電極端子１０のうち第１側壁３２１の外側に位置する部分の上に配置されている。各電極端子１０のうち第１側壁３２１の内側に位置する部分は、パッケージ３内の各部材と図示しないワイヤ等を介して電気的に接続される。以上の構成により、図示しないワイヤ、電極端子１０、及びリードピン１１を介して、外部電源から各部材へと給電される。
【0026】
側壁３２のうち短手方向（Ｙ軸方向）に沿って延在する第２側壁３２２（すなわち、長手方向（Ｘ軸方向）に交差する部分）の一方には、ＱＣＬ素子２の一方の端面２ｂから出射されるレーザ光Ｌを通過させる光出射窓１２が設けられている。光出射窓１２は、例えば、中赤外領域の波長のレーザ光Ｌを透過させる材料（例えば、ゲルマニウム等）によって形成されている。本実施形態では一例として、光出射窓１２は、円板状に形成されている。光出射窓１２は、一方の第２側壁３２２に形成された円形状の開口部に固着されている。
【0027】
次に、パッケージ３に収容される各部材について説明する。図２及び図３に示されるように、ＱＣＬ素子２、回折格子ユニット５、レンズホルダ７、及びレンズホルダ９は、マウント部材４を介して、底壁３１上に配置されている。マウント部材４は、例えば、接合又はネジ留め等によって、底壁３１に固定されている。マウント部材４は、例えば銅等の熱伝導性に優れた材料によって形成されている。なお、本実施形態では、マウント部材４は底壁３１上に直接配置されているが、マウント部材４と底壁３１との間には、例えばペルチェモジュール等の冷却素子が配置されてもよい。また、本実施形態では、マウント部材４は単一の部材であるが、マウント部材４は、複数の部材（部品）を組み合わせたものであってもよい。
【0028】
図２及び図３に示されるように、マウント部材４は、Ｘ軸方向に長尺な部材である。マウント部材４には、ＱＣＬ素子２、回折格子ユニット５、レンズホルダ７、及びレンズホルダ９が搭載されている。マウント部材４は、第１搭載部４１、第２搭載部４２、第３搭載部４３、及び第４搭載部４４を有している。第１搭載部４１、第２搭載部４２、第３搭載部４３、及び第４搭載部４４は、Ｘ軸方向に沿って、レンズホルダ９側から回折格子ユニット５側に向かって順に配置されている。第１搭載部４１には、例えば光硬化性樹脂（例えばＵＶ硬化性樹脂等）からなる接着層Ｂ１を介して、レンズホルダ９が搭載されている。第２搭載部４２には、ＱＣＬ素子２が搭載されている。第３搭載部４３には、接着層Ｂ１と同様の光硬化性樹脂（例えばＵＶ硬化性樹脂等）からなる接着層Ｂ２を介して、レンズホルダ７が搭載されている。第４搭載部４４には、回折格子ユニット５が搭載されている。すなわち、光出射窓１２、レンズ部材８、ＱＣＬ素子２、レンズ部材６、及び回折格子ユニット５は、Ｘ軸方向に沿ってこの順に配置されている。
【0029】
第１搭載部４１及び第３搭載部４３は、Ｚ軸方向において、同一の厚さを有している。すなわち、底壁３１を基準として、第１搭載部４１の上面４１ａの高さ位置は、第３搭載部４３の上面４３ａの高さ位置と一致している。レンズホルダ９は、接着層Ｂ１を介して、第１搭載部４１の上面４１ａに接着固定されている。同様に、レンズホルダ７は、接着層Ｂ２を介して、第３搭載部４３の上面４３ａに接着固定されている。Ｘ軸方向におけるレンズホルダ７の長さは、例えば２．２ｍｍ程度である。
【0030】
マウント部材４に対してレンズホルダ７，９を固着させるための接着剤（接着層Ｂ１，Ｂ２）としては、光硬化性樹脂を用いることが好ましい。その理由は、以下の通りである。レンズホルダ７，９をマウント部材４に対して固着する際、レンズホルダ７，９（レンズ部材６，８）をＸＹＺ方向に調芯する必要がある。このため、上記接着剤を硬化させる処理は、レンズホルダ７，９をマウント部材４に対して十分に押圧した状態では行われない。このような場合、上記接着剤として熱硬化性樹脂を用いるよりも、光硬化性樹脂を用いた方が、マウント部材４に対してレンズホルダ７，９を高い位置精度で接着することができる。また、レンズホルダ７，９の間にはＱＣＬ素子２等の精密部材が配置される。上記接着剤として熱硬化性樹脂を用いた場合、上記接着剤を硬化させるための加熱処理が、ＱＣＬ素子２の品質に影響を及ぼす可能性がある。以上の理由から、本実施形態では、レンズホルダ７，９は、光硬化性樹脂からなる接着層Ｂ１，Ｂ２を介して、マウント部材４に固着されている。
【0031】
第２搭載部４２は、第１搭載部４１と第３搭載部４３との間に設けられている。第２搭載部４２は、Ｚ軸方向において、第１搭載部４１及び第３搭載部４３よりも厚くされている。すなわち、第２搭載部４２の上面４２ａは、第１搭載部４１の上面４１ａ及び第３搭載部４３の上面４３ａよりも高い位置にある。ＱＣＬ素子２は、サブマウント１３を介して、第２搭載部４２の上面４２ａに固定されている。サブマウント１３は、ＱＣＬ素子２が載置される矩形板状の部材である。本実施形態では、ＱＣＬ素子２及びサブマウント１３は、上面４２ａのＹ軸方向における中央位置（パッケージ３のＹ軸方向における中央位置）に配置されている。サブマウント１３は、ＱＣＬ素子２と近い熱膨張係数を有する材料（例えば、窒化アルミニウム等）によって形成されている。ＱＣＬ素子２は、例えばＡｕＳｎ系の半田材料を介して、サブマウント１３に接合されている。また、サブマウント１３は、例えばＩｎ系（ＩｎＳｎ、ＩｎＡｇ等）の半田材料を介して、マウント部材４（上面４２ａ）に接合されている。上述したように、ＱＣＬ素子２はサブマウント１３と一体化されているため、ＱＣＬ素子２及びサブマウント１３の両方を合わせたものを「ＱＣＬ素子」と見做し得る。
【0032】
第２搭載部４２の上面４２ａには、サブマウント１３以外に、電極パッド１４及び温度センサ（不図示）等が配置されている。電極パッド１４及び温度センサ等は、例えば樹脂接着剤等を介して、マウント部材４（上面４２ａ）に接合されている。本実施形態では、電極パッド１４は、電極端子１０とＱＣＬ素子２との電気的接続を中継する。本実施形態では、２つの電極パッド１４が、第２搭載部４２の上面４２ａに設けられている。具体的には、ＱＣＬ素子２のカソード（本実施形態では、ＱＣＬ素子２の上面（メサ上面））と電気的に接続される一方の電極パッド１４と、ＱＣＬ素子２のアノード（例えば、サブマウント１３）と電気的に接続される他方の電極パッド１４とが、第２搭載部４２の上面４２ａに設けられている。
【0033】
第４搭載部４４は、第１搭載部４１及び第３搭載部４３よりも薄くされている。すなわち、第４搭載部４４の上面４４ａは、第１搭載部４１の上面４１ａ及び第３搭載部４３の上面４３ａよりも低い位置にある。第４搭載部４４には、配置孔４４ｂ（孔部）が形成されている。図３に示されるように、回折格子ユニット５は、後述するヨーク５３の一部である突出部５３ｃが配置孔４４ｂに挿入された状態で、例えば熱硬化性樹脂等の樹脂接着剤Ｂ３を用いて第４搭載部４４に固定されている。
【0034】
ＱＣＬ素子２は、Ｘ軸方向（第２方向）に互いに対向する端面２ａ（第１端面）及び端面２ｂ（第２端面）を有している。端面２ａは、レンズ部材６に対向する面であり、端面２ｂは、レンズ部材８に対向する面である。ＱＣＬ素子２は、端面２ａ，２ｂの各々から、中赤外領域（例えば４μｍ～１２μｍ）の光を出射する。端面２ａ，２ｂは、Ｘ軸方向に垂直な平坦面（劈開面）であり、ＱＣＬ素子２から出射されるレーザ光Ｌの光軸は、Ｘ軸方向に沿っている。ＱＣＬ素子２は、例えば、複数の量子井戸層（例えばＩｎＧａＡｓ）及び複数の量子障壁層（例えばＩｎＡｌＡｓ）からなる活性層と、活性層を挟んで活性層の両側に配置される一対のクラッド層（例えばＩｎＰ）と、を含む積層構造を有している。本実施形態では、上記積層構造の積層方向は、Ｚ軸方向と一致している。なお、ＱＣＬ素子２は、互いに異なる中心波長を有する複数の活性層と一対のクラッド層とを含んでいてもよく、この場合でも上記のような広帯域の光を出射することができる。端面２ａには無反射コーティングが施されてもよく、共振面として機能する端面２ｂには低反射コーティングが施されてもよい。
【0035】
レンズ部材８は、ＱＣＬ素子２に対して可動回折格子５１（回折格子ユニット５）が位置する側とは反対側に配置されている。すなわち、レンズ部材８は、ＱＣＬ素子２の端面２ｂと対向する位置に配置されている。レンズ部材８は、例えば、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）からなる非球面レンズである。レンズ部材８の表面には無反射コーティングが施されてもよい。レンズ部材８は、ＱＣＬ素子２（端面２ｂ）から出射される光Ｌ３（第３光）を通過させる。例えば、レンズ部材８は、光Ｌ３をコリメートする。レンズ部材８によりコリメートされた光Ｌ３は、光出射窓１２を通って、出力光（レーザ光Ｌ）として外部に出力される。
【0036】
レンズ部材６は、ＱＣＬ素子２の端面２ａと可動回折格子５１（回折格子ユニット５）との間に配置されている。すなわち、レンズ部材６は、ＱＣＬ素子２の端面２ａと対向する位置に配置されている。レンズ部材６は、ＱＣＬ素子２の端面２ａから出射された光Ｌ１（第１光）及び可動回折格子５１からＱＣＬ素子２へと帰還する光Ｌ２（第２光）を通過させる。レンズ部材６は、光Ｌ１をコリメートする。
【0037】
レンズホルダ７，９は、略直方体状の外形を有している。レンズ部材６，８は、樹脂接着剤等によって、レンズホルダ７，９に支持（保持）されている。レンズホルダ７，９の表面は、例えばアルマイト処理等によって、黒色加工されている。レンズホルダ７，９によるレンズ部材６，８の支持構造（保持構造）の詳細については後述する。
【0038】
回折格子ユニット５は、可動回折格子５１と、磁石５２と、ヨーク５３と、を備えている。可動回折格子５１は、略板状に形成されている。磁石５２は、可動回折格子５１に対してＱＣＬ素子２とは反対側に配置されている。可動回折格子５１はヨーク５３に固定されており、磁石５２はヨーク５３内に収容されている。可動回折格子５１、磁石５２及びヨーク５３は、一体化されており、１つのユニットを構成している。
【0039】
レンズ部材６によりコリメートされた光Ｌ１は、回折格子ユニット５の可動回折格子５１に入射する。可動回折格子５１は、入射した光Ｌ１を回折及び反射させることにより、当該光Ｌ１の一部（特定波長の光Ｌ２）を、レンズ部材６を介して、ＱＣＬ素子２の端面２ａに帰還させる。すなわち、可動回折格子５１は、ＱＣＬ素子２の端面２ａから出射される光Ｌ１についての外部共振器を構成している。本実施形態では、可動回折格子５１とＱＣＬ素子２の端面２ｂとによって、リトロー型の外部共振器が構成されている。これにより、レーザモジュール１は、特定波長の光Ｌ２を増幅させて、出力光（レーザ光Ｌ）として外部に出力することができる。
【0040】
また、可動回折格子５１では、入射した光Ｌ１を回折及び反射させる回折格子部６４の向きを高速に変化させることができる。これにより、可動回折格子５１からＱＣＬ素子２の端面２ａに帰還する光Ｌ２の波長が可変となっており、ひいてはレーザモジュール１の出力光（レーザ光Ｌ）の波長が可変となっている。レーザ光Ｌの波長を変化させることで、例えば、ＱＣＬ素子２のゲインバンドの範囲内において波長掃引を行うことができる。
【0041】
（回折格子ユニットの詳細構成）
図４及び図５に示されるように、可動回折格子５１は、支持部６１と、一対の連結部６２と、可動部６３と、回折格子部６４と、コイル６５と、を備えている。可動回折格子５１は、軸線Ａ周りに可動部６３を揺動させるＭＥＭＳデバイスとして構成されている。ＭＥＭＳデバイスとは、ＭＥＭＳ技術と呼ばれる微細加工技術（パターニング、エッチング等）を用いて形成された装置であり、半導体微細加工技術を用いて形成された半導体装置を含む。
図４及び図５に示されるように、可動回折格子５１は、支持部６１と、一対の連結部６２と、可動部６３と、回折格子部６４と、コイル６５と、を備えている。可動回折格子５１は、軸線Ａ周りに可動部６３を揺動させるＭＥＭＳデバイスとして構成されている。ＭＥＭＳデバイスとは、ＭＥＭＳ技術と呼ばれる微細加工技術（パターニング、エッチング等）を用いて形成された装置であり、半導体微細加工技術を用いて形成された半導体装置を含む。
【0042】
支持部６１は、平面視において矩形状を呈する平板状の枠体である。支持部６１は、一対の連結部６２を介して可動部６３を支持している。各連結部６２は、平面視において矩形棒状を呈する平板状の部材であり、軸線Ａに沿って延在している。各連結部６２は、可動部６３が軸線Ａ周りに揺動自在となるように、軸線Ａ上において可動部６３を支持部６１に連結している。
【0043】
可動部６３は、支持部６１の内側に位置している。可動部６３は、上述したように軸線Ａ周りに揺動可能となっている。可動部６３は、平面視において略矩形状を呈する平板状の部材である。本実施形態では一例として、可動部６３の四隅は、Ｒ状に面取りされている。すなわち、可動部６３の四隅は、平面視において円弧状に湾曲している。これにより、可動部６３の慣性モーメントを低減することができ、可動部６３の揺動を高速化することができる。この例では、可動部６３は、長辺が方向Ｄ１（軸線Ａと直交する方向）（第４方向）に平行な略長方形状に形成されており、方向Ｄ１における可動部６３の長さは、方向Ｄ２（軸線Ａと平行な方向）（第５方向）における可動部６３の長さよりも長くなっている。一例として、方向Ｄ１における支持部６１の長さは６～７ｍｍ程度であり、方向Ｄ２における支持部６１の長さは６ｍｍ程度である。また、方向Ｄ１における可動部６３の長さは５ｍｍ程度であり、方向Ｄ２における可動部６３の長さは４ｍｍ程度であり、可動部６３の厚さは３０μｍ程度である。支持部６１、連結部６２及び可動部６３は、例えば１つのＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板に作り込まれることにより、一体に形成されている。
【0044】
可動部６３におけるＱＣＬ素子２の側の表面には、回折格子部６４が設けられている。回折格子部６４は、複数の格子溝６４ａを有し、ＱＣＬ素子２から出射された光Ｌ１を回折及び反射させる。回折格子部６４は、例えば、可動部６３の表面上に設けられ、回折格子パターンが形成された樹脂層と、当該回折格子パターンに沿うように樹脂層の表面上にわたって設けられた金属層と、を含んでいる。或いは、回折格子部６４は、可動部６３上に設けられると共に回折格子パターンが形成された金属層のみにより構成されてもよい。回折格子パターンとしては、例えば、本実施形態のような鋸歯状断面のブレーズドグレーティングの他、矩形状断面のバイナリグレーティング、正弦波状断面のホログラフィックグレーティング等を用いることができる。回折格子パターンは、例えばナノインプリントリソグラフィ法により樹脂層に形成される。金属層は、例えば、金からなる金属反射膜であり、蒸着により形成される。
【0045】
図５に示されるように、複数の格子溝６４ａは、方向Ｄ１に等間隔で並んでいる。各格子溝６４ａは、方向Ｄ２に真っ直ぐに延在している。方向Ｄ１における格子溝６４ａの繰り返し周期（隣り合う格子溝６４ａ間の距離）ｄは、例えば４μｍ～１３μｍである。回折格子部６４の法線（格子面Ｓに垂直な直線）Ｎに平行な法線方向ＤＮに対する格子溝６４ａの角度（ブレーズド角）θは、例えば２０度～３５度である。
【0046】
回折格子部６４は、平面視において可動部６３よりも一回り小さく形成されており、回折格子部６４の外縁は、可動部６３の外縁から一定の間隔を空けて、可動部６３の外縁に沿って延在している。この例では、回折格子部６４は、平面視において可動部６３と相似な略長方形状に形成されている。すなわち、回折格子部６４は、長辺が方向Ｄ１に平行な略長方形状に形成されており、方向Ｄ１における回折格子部６４の長さＷ１は、方向Ｄ２における回折格子部６４の長さＷ２よりも長くなっている。このように、方向Ｄ１における回折格子部６４の長さＷ１が長いことで、図３に示されるように回折格子部６４が傾斜して配置された場合でも、ＱＣＬ素子２からの光Ｌ１を回折格子部６４によって良好に受けることができる。また、方向Ｄ２における回折格子部６４の長さＷ２が低減されていることで、レーザモジュール１の小型化を図ることができると共に、回折格子部６４の大型化を抑制して消費電力の増大を抑制することができる。また、後述するように、ＱＣＬ素子２から出射される光Ｌ１のＺ軸方向のビーム幅は、Ｙ軸方向のビーム幅よりも長くなる。従って、Ｘ軸方向から見た場合にＺ軸方向に沿った方向となる方向Ｄ１における回折格子部６４の長さＷ１を長くすることで、Ｚ軸方向に拡散する光Ｌ１を回折格子部６４に好適に入射させることが可能になると共に、Ｙ軸方向両側における回折格子部６４の無駄な領域（すなわち、光Ｌ１が入射しない領域）を低減できる。
【0047】
コイル６５は、例えば、銅等の金属材料からなり、可動部６３の表面に形成された溝内に埋め込まれたダマシン構造を有している。コイル６５は、可動回折格子５１を駆動させる（すなわち、可動部６３を揺動させる）ための電流を流す駆動コイルである。
【0048】
磁石５２は、コイル６５に作用する磁界（磁力）を発生させる。磁石５２は、例えば、略直方体状に形成されたネオジウム磁石（永久磁石）である。
【0049】
ヨーク５３は、磁石５２の磁力を増幅させ、磁石５２と共に磁気回路を形成する。ヨーク５３の表面は、例えば亜鉛メッキ処理によって、黒色加工されている。ヨーク５３は、傾斜面５３ａと、下面５３ｂと、突出部５３ｃと、位置決め面５３ｄと、を有している。
【0050】
傾斜面５３ａは、ＱＣＬ素子２の端面２ａに対して傾斜している。このような傾斜面５３ａ上に可動回折格子５１が固定されることにより、可動回折格子５１の回折格子部６４の法線Ｎを端面２ａに対して傾斜させることができる。この例ではＺ軸方向の一方側（天壁３３側）を向くように回折格子部６４が傾斜しているが、Ｚ軸方向の他方側（底壁３１側）を向くように回折格子部６４が傾斜していてもよい。傾斜面５３ａの傾斜角度（すなわち、Ｙ軸方向から見た場合における法線ＮのＸ軸方向に対する角度θ１）は、ＱＣＬ素子２の発振波長、並びに回折格子部６４における格子溝の溝本数及びブレーズド角等に応じて設定される。例えば、発振波長が７μｍ帯、溝本数が１５０本／ｍｍである場合、角度θ１は３０度程度に設定される。
【0051】
ヨーク５３は、Ｙ軸方向から見た場合に略コ字状（逆Ｃ字状）に形成されており、傾斜面５３ａに開口した配置空間ＳＰを画定している。この配置空間ＳＰ内に磁石５２が配置されて、磁石５２がヨーク５３内に収容されている。ヨーク５３は、Ｙ軸方向から見た場合に、磁石５２を包囲している。可動回折格子５１は、配置空間ＳＰの開口を覆うように、支持部６１の縁部において傾斜面５３ａに固定されている。
【0052】
下面５３ｂは、第４搭載部４４の上面４４ａに対向する面である。下面５３ｂには、下方に突出する突出部５３ｃが設けられている。位置決め面５３ｄは、傾斜面５３ａと下面５３ｂとを接続するようにＸ軸方向に交差する面である。本実施形態では、位置決め面５３ｄは、Ｘ軸方向に直交している。位置決め面５３ｄは、第３搭載部４３の側面（第３搭載部４３の上面４３ａと第４搭載部４４の上面４４ａとを接続するＸ軸方向に直交する面）に当接されている。これにより、Ｘ軸方向における回折格子ユニット５の位置決めがなされている。
【0053】
可動回折格子５１では、コイル６５に電流が流れると、磁石５２及びヨーク５３により形成される磁界により、コイル６５内を流れる電子に所定の方向にローレンツ力が生じる。これにより、コイル６５は所定の方向に力を受ける。このため、コイル６５に流れる電流の向き又は大きさ等を制御することで、可動部６３（回折格子部６４）を軸線Ａ周りに揺動させることができる。また、可動部６３の共振周波数に対応する周波数の電流をコイル６５に流すことで、可動部６３を共振周波数レベルで（例えば１ｋＨｚ以上の周波数で）高速に揺動させることができる。このように、コイル６５、磁石５２及びヨーク５３は、可動部６３を揺動させるアクチュエータ部として機能する。
【0054】
（第１レンズ部材の詳細構成）
図６を参照して、レンズ部材６（第１レンズ部材）の構成について詳細に説明する。図６の左部分は、レンズ部材６のＹ軸方向中央部における断面図を示している。図６の右部分は、レンズ部材６を回折格子ユニット５側からＸ軸方向に沿って見た場合の平面図を示している。図６に示されるように、レンズ部材６は、全体として略円板状の外形を有している。レンズ部材６は、第１部分６０１（レンズ部）と、第２部分６０２と、を有している。本実施形態では、レンズ部材６は、カルコゲナイド（カルコゲナイドガラス）によって形成されている。これにより、中赤外光を透過する材料の中でモールド精密成形を比較的容易に行うことが可能なカルコゲナイドを用いることにより、第１部分６０１及び第２部分６０２を有するレンズ部材６を容易且つ安定的に製造することができる。より具体的には、第１部分６０１と第２部分６０２とを一体型にした複雑な形状であっても、モールド成形によって低コストで製造することができるため、特にレンズ部材６を量産する場合において、高いコスト低減効果が得られる。
図６を参照して、レンズ部材６（第１レンズ部材）の構成について詳細に説明する。図６の左部分は、レンズ部材６のＹ軸方向中央部における断面図を示している。図６の右部分は、レンズ部材６を回折格子ユニット５側からＸ軸方向に沿って見た場合の平面図を示している。図６に示されるように、レンズ部材６は、全体として略円板状の外形を有している。レンズ部材６は、第１部分６０１（レンズ部）と、第２部分６０２と、を有している。本実施形態では、レンズ部材６は、カルコゲナイド（カルコゲナイドガラス）によって形成されている。これにより、中赤外光を透過する材料の中でモールド精密成形を比較的容易に行うことが可能なカルコゲナイドを用いることにより、第１部分６０１及び第２部分６０２を有するレンズ部材６を容易且つ安定的に製造することができる。より具体的には、第１部分６０１と第２部分６０２とを一体型にした複雑な形状であっても、モールド成形によって低コストで製造することができるため、特にレンズ部材６を量産する場合において、高いコスト低減効果が得られる。
【0055】
第１部分６０１は、ＱＣＬ素子２の端面２ａから出射される光Ｌ１をコリメートするコリメートレンズを構成する部分である。本実施形態では、第１部分６０１は、数ｍｍ以下の直径を有する短焦点マイクロレンズである。第１部分６０１は、Ｘ軸方向から見た場合において、レンズ部材６の中央部に形成された略円柱状の部分である。第１部分６０１は、第１面６ａと、第２面６ｂと、を含んでいる。
【0056】
第１面６ａは、回折格子ユニット５（回折格子部６４）に対向する面であり、回折格子部６４に向かって凸の曲面状に形成されている。第２面６ｂは、ＱＣＬ素子２の端面２ａに対向する面であり、平面状に形成されている。
【0057】
第２部分６０２は、Ｘ軸方向から見た場合に、第１部分６０１の外縁部に接続され、コリメートレンズを構成しない部分である。すなわち、第２部分６０２は、レンズ部材６のうち、光Ｌ１をコリメートする役割を担っておらず、後述するようにレンズホルダ７に支持される役割を主に有する部分である。Ｘ軸方向から見た場合に、第２部分６０２は、第１部分６０１を包囲している。本実施形態では、Ｘ軸方向から見た場合に、第２部分６０２は、第１部分６０１の周囲において、円環状に形成されている。上記構成によれば、レンズとして機能する第１部分６０１の外縁部の全周に亘って第２部分６０２を設けることにより、第１部分６０１の支持安定性を向上させることができる。また、例えば、レンズ部材６の第２部分６０２を接着等によってレンズホルダ７に取り付ける場合において、当該接着に係る応力（外力）を第１部分６０１の外縁部の１箇所に集中させることなく、第１部分６０１の外縁部の全周に分散させることができる。これにより、第１部分６０１のレンズ機能を低下させるような第１部分６０１の局所的な変形を抑制できる。第２部分６０２は、第３面６ｃと、第４面６ｄと、を含んでいる。
【0058】
第３面６ｃは、回折格子ユニット５（回折格子部６４）に対向する面であり、内側平面６ｃ１と、傾斜面６ｃ２と、外側平面６ｃ３と、を含んでいる。内側平面６ｃ１は、Ｘ軸方向から見た場合に、第１部分６０１の第１面６ａの外縁部に接続された平面状の部分であり、本実施形態では一例として、Ｘ軸方向に直交する平面（ＹＺ平面）に沿っている。外側平面６ｃ３は、内側平面６ｃ１よりも回折格子部６４側に位置する平面状の部分であり、本実施形態では一例として、Ｘ軸方向に直交する平面（ＹＺ平面）に沿っている。傾斜面６ｃ２は、内側平面６ｃ１の外側縁部と外側平面６ｃ３の内側縁部とを接続する平面状の部分である。Ｙ軸方向から見た場合に、傾斜面６ｃ２は、Ｚ軸方向に対して傾斜している。より具体的には、傾斜面６ｃ２は、Ｚ軸方向に沿ってレンズ部材６の中心部から外側に向かうにつれて、第４面６ｄから離れていくように傾斜している。外側平面６ｃ３は、第１部分６０１の第１面６ａの中央部（最も回折格子部６４側に位置する部分）よりも回折格子部６４側に位置している。すなわち、本実施形態では、コリメートレンズを構成する第１部分６０１は、傾斜面６ｃ２及び外側平面６ｃ３により構成される円環状の壁部に囲まれている。
【0059】
第４面６ｄは、ＱＣＬ素子２の端面２ａに対向する面であり、Ｘ軸方向から見た場合に、第１部分６０１の第２面６ｂの外縁部に接続された平面状の部分を有する面である。本実施形態では、第４面６ｄの全体が、第２面６ｂと連続する（面一となる）平面として構成されている。
【0060】
上述したように、第１部分６０１の第１面６ａは曲面状に形成されており、第２部分６０２の内側平面６ｃ１は平面状に形成されている。これにより、レンズ部材６に対して回折格子部６４が位置する側における第１部分６０１と第２部分６０２との境界部において、第１部分６０１に含まれる曲面状の部分（すなわち、第１面６ａ）と第２部分６０２に含まれる平面状の部分（すなわち、内側平面６ｃ１）とが互いに接続されている。すなわち、回折格子部６４側における第１部分６０１と第２部分６０２との境界部を境目として、回折格子部６４に対向するレンズ部材６の面の曲率が変化している。上記構成によれば、レンズとして機能する部分（第１部分６０１）とその外側の部分（第２部分６０２）とを視覚的に容易に判別することができる。また、レンズ部材６に曲面状の部分同士が接続される形状が含まれていると、レンズ部材６を製造するために必要な金型の形状が複雑化してしまい、上記曲面状の部分同士の境界部の形状が乱れるおそれがある。従って、上記構成によれば、レンズ部材６の製造を容易化することができる。
【0061】
第１部分６０１及び第２部分６０２におけるＱＣＬ素子２に対向する面（すなわち、第２面６ｂ及び第４面６ｄ）及び回折格子部６４に対向する面（すなわち、第１面６ａ及び第３面６ｃ）の少なくとも一方（本実施形態では両方）に反射防止膜が形成されている。本実施形態では、反射防止膜６０３が、第１面６ａ及び第３面６ｃ上に成膜されており、反射防止膜６０４が、第２面６ｂ及び第４面６ｄ上に成膜されている。反射防止膜６０３，６０４は、例えば、ＹＦ３，ＣｅＦ３，ＢａＦ２等のフッ化物、ＺｎＳ，ＺｎＳｅ等の硫化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の高屈折率材料を用いた多層膜等によって形成されている。Ｘ軸方向から見た場合において、反射防止膜６０３，６０４の外縁部６０３ａ，６０４ａは、第２部分６０２の外縁部（すなわち、レンズ部材６の側面６ｅ）よりも内側に位置している。本実施形態では、反射防止膜６０３の外縁部６０３ａは、外側平面６ｃ３上に位置している。これにより、第２部分６０２の円環状の周縁部（外側平面６ｃ３の周縁部）が露出した状態とされている。上記のように反射防止膜６０３，６０４を設けることにより、第１部分６０１の第１面６ａ又は第２面６ｂにおける光Ｌ１及び光Ｌ２の反射を抑制し、光Ｌ１を好適に回折格子部６４に導くと共に光Ｌ２を好適にＱＣＬ素子２に導くことができる。また、反射防止膜６０３，６０４は、第１部分６０１を確実に覆うように、第１部分６０１だけでなく第２部分６０２にも設けられているが、反射防止膜６０３，６０４の外縁部６０３ａ，６０４ａは第２部分６０２の外縁部（側面６ｅ）まで達していない。これにより、例えば、後述するように接着剤等を介して第２部分６０２をレンズホルダ７に固定（接着）する場合等において、反射防止膜６０３，６０４が設けられていない第２部分６０２の一部（本実施形態では、外側平面６ｃ３の一部）を接着領域として用いることができる。また、レンズホルダ７に対するレンズ部材６の接着の影響が反射防止膜６０３，６０４に及ばないため、反射防止膜６０３，６０４の剥がれを抑制できる。また、反射防止膜６０３，６０４を第２部分６０２の外縁部（側面６ｅ）まで達するように設けた場合、反射防止膜６０３，６０４の成膜過程において上記外縁部の近傍でバリが発生し、当該バリを起点として反射防止膜６０３，６０４が剥がれ易くなるおそれがある。上述したように反射防止膜６０３，６０４の外縁部６０３ａ，６０４ａを第２部分６０２の外縁部よりも内側に設ける構成によれば、このようなバリの発生を抑制し、反射防止膜６０３，６０４の剥がれを抑制できる。
【0062】
本実施形態では一例として、レンズ部材６の全体（第１部分６０１及び第２部分６０２を合わせた部分）の径は５ｍｍであり、コリメートレンズとして機能する第１部分６０１の径は１．４ｍｍである。また、Ｘ軸方向における第１面６ａの頂部（中心）から第２面６ｂまでの長さは１ｍｍであり、Ｘ軸方向における外側平面６ｃ３から第４面６ｄまでの長さは１．１ｍｍである。
【0063】
また、図６の右部分に示されるように、Ｘ軸方向から見た場合に、第２部分６０２の面積（本実施形態では、中央部の円形領域を除いた円環状の領域の面積）は、第１部分６０１の面積（本実施形態では、中央部の円形領域の面積）よりも大きい。上記構成によれば、レンズ部材６を支持（保持）するための部分として利用可能な第２部分６０２の面積をレンズ部分（第１部分６０１）の面積よりも大きくすることにより、レンズ部材６を支持するための構造の設計の自由度を向上させることができる。また、レンズ部材６を保持するための第２部分６０２を大きくすることにより、レンズ部材６のハンドリング性を向上させることができるため、ハンドリングミスに起因するレンズ部材６（特にレンズ部分である第１部分６０１）の損傷のリスクを低減できる。また、第２部分６０２がレンズホルダ７に接着される部分から第１部分６０１までの距離を確保できるため、第１部分６０１へと接着剤が流入するリスクを低減できる。さらに、レンズホルダ７と第２部分６０２とが接着されることにより生じる接着応力が第１部分６０１に及ぼす影響を低減できる。
【0064】
（第１レンズ部材の支持構造）
図３を参照して、レンズホルダ７によるレンズ部材６（第１レンズ部材）の支持構造（保持構造）の一例について説明する。本実施形態では、レンズ部材６の第２部分６０２が、レンズホルダ７に直接的に支持（保持）されており、レンズ部材６の第１部分６０１は、レンズホルダ７に直接的に支持（保持）されていない。より具体的には、第１部分６０１は、レンズホルダ７と直接的に接触しておらず、接着剤等を介してレンズホルダ７と間接的にも接触していない。上記構成によれば、レンズ機能を有さない第２部分６０２のみをレンズホルダ７で直接的に支持することにより、レンズ機能を有する第１部分６０１がレンズホルダ７と接触して損傷することを防止できる。これにより、レーザモジュール１の信頼性を高めることができる。また、第１部分６０１にレンズホルダ７が接触しないことにより、第１部分６０１を通過する光Ｌ１の一部がレンズホルダ７に遮蔽されることを防ぐこともできる。
図３を参照して、レンズホルダ７によるレンズ部材６（第１レンズ部材）の支持構造（保持構造）の一例について説明する。本実施形態では、レンズ部材６の第２部分６０２が、レンズホルダ７に直接的に支持（保持）されており、レンズ部材６の第１部分６０１は、レンズホルダ７に直接的に支持（保持）されていない。より具体的には、第１部分６０１は、レンズホルダ７と直接的に接触しておらず、接着剤等を介してレンズホルダ７と間接的にも接触していない。上記構成によれば、レンズ機能を有さない第２部分６０２のみをレンズホルダ７で直接的に支持することにより、レンズ機能を有する第１部分６０１がレンズホルダ７と接触して損傷することを防止できる。これにより、レーザモジュール１の信頼性を高めることができる。また、第１部分６０１にレンズホルダ７が接触しないことにより、第１部分６０１を通過する光Ｌ１の一部がレンズホルダ７に遮蔽されることを防ぐこともできる。
【0065】
さらに、ＱＣＬ素子２に対向するレンズ部材６の面（本実施形態では、第２面６ｂ及び第４面６ｄ）は、レンズホルダ７に支持されていない。すなわち、第２面６ｂ及び第４面６ｄは、レンズホルダ７と直接的に接触しておらず、接着剤等を介してレンズホルダ７と間接的にも接触していない。上記構成によれば、ＱＣＬ素子２に対向するレンズ部材６の面がレンズホルダ７に支持される場合、すなわち、ＱＣＬ素子２に対向するレンズ部材６の面（第２面６ｂ及び第４面６ｄ）とＱＣＬ素子２との間にレンズホルダ７の一部が配置される場合と比較して、レンズ部材６の上記面（特に、レンズとして機能する第１部分６０１の第２面６ｂ）をＱＣＬ素子２の端面２ａになるべく近接させて配置することが容易となる。これにより、ＱＣＬ素子２の端面２ａから出射される光Ｌ１の大部分をレンズ部材６のレンズ部分（第１部分６０１）に通過させることが容易となる。その結果、回折格子部６４への光Ｌ１の入射量の増大、ひいてはレーザモジュール１の出力の向上を好適に図ることができる。
【0066】
本実施形態では一例として、上述した支持構造を実現するために、レンズホルダ７は、略直方体状の外形を有している。また、レンズホルダ７は、小径孔７ａ（第１孔部）と、大径孔７ｂ（第２孔部）と、座ぐり面７ｃと、を有している。小径孔７ａは、レンズ部材６の光軸方向（Ｘ軸方向）において、回折格子部６４側に開口している。大径孔７ｂは、Ｘ軸方向において、ＱＣＬ素子２側に開口している。大径孔７ｂは、Ｘ軸方向から見た場合に、小径孔７ａを含み且つ小径孔７ａよりも大きい形状を有している。Ｘ軸方向から見た場合に、小径孔７ａ及び大径孔７ｂの各々は、円形状に形成されており、大径孔７ｂの径は、小径孔７ａの径よりも大きい。一例として、小径孔７ａの中心軸及び大径孔７ｂの中心軸は、レンズ部材６の光軸と略一致している。座ぐり面７ｃは、小径孔７ａと大径孔７ｂとを接続し、Ｘ軸方向に交差する面に沿って延在する環状の面である。より具体的には、座ぐり面７ｃは、小径孔７ａの大径孔７ｂ側の端部と大径孔７ｂの小径孔７ａ側の端部とを接続している。
【0067】
レンズ部材６は、大径孔７ｂに挿入されている。また、レンズ部材６の第２部分６０２のうち回折格子部６４に対向する少なくとも一部（本実施形態では、外側平面６ｃ３のうち反射防止膜６０３が設けられていない部分）が、座ぐり面７ｃに面接触して支持されている。一例として、第２部分６０２の周縁部（外側平面６ｃ３のうち反射防止膜６０３が設けられていない部分）は、例えば、樹脂接着剤等によって、座ぐり面７ｃに固着されている。或いは、レンズ部材６は、レンズ部材６の側面６ｅと大径孔７ｂの内面とが樹脂接着剤等によって接合されることにより、レンズホルダ７に固定されてもよい。上記構成によれば、小径孔７ａ、大径孔７ｂ、座ぐり面７ｃを有するレンズホルダ７を用いて、第２部分６０２のうち回折格子部６４に対向する部分（本実施形態では、第３面６ｃの外側平面６ｃ３の一部）を座ぐり面７ｃに面接触させて支持することにより、上述したようにレンズ部材６とＱＣＬ素子２との間にレンズホルダ７の一部が配置されない構成を実現しつつ、レンズ部材６を安定的に支持することができる。
【0068】
（第２レンズ部材の支持構造）
図３を参照して、レンズホルダ９によるレンズ部材８（第２レンズ部材）の支持構造（保持構造）の一例について説明する。レンズ部材８は、ＱＣＬ素子２の端面２ｂから出射される光Ｌ３が入射する入射面８ａと、レンズ部材８の内部を通過した光Ｌ３を光出射窓１２に向けて出射する出射面８ｂと、を有している。一例として、入射面８ａは、ＱＣＬ素子２の端面２ｂに対向する平面状の面であり、出射面８ｂは、光出射窓１２に対向する曲面状の面である。入射面８ａ及び出射面８ｂには、反射防止膜６０３，６０４と同様の反射防止膜が設けられてもよい。
図３を参照して、レンズホルダ９によるレンズ部材８（第２レンズ部材）の支持構造（保持構造）の一例について説明する。レンズ部材８は、ＱＣＬ素子２の端面２ｂから出射される光Ｌ３が入射する入射面８ａと、レンズ部材８の内部を通過した光Ｌ３を光出射窓１２に向けて出射する出射面８ｂと、を有している。一例として、入射面８ａは、ＱＣＬ素子２の端面２ｂに対向する平面状の面であり、出射面８ｂは、光出射窓１２に対向する曲面状の面である。入射面８ａ及び出射面８ｂには、反射防止膜６０３，６０４と同様の反射防止膜が設けられてもよい。
【0069】
レンズホルダ９は、一例として、略直方体状の外形を有している。また、レンズホルダ９は、小径孔９ａと、大径孔９ｂと、座ぐり面９ｃと、を有している。小径孔９ａは、レンズ部材８の光軸方向（Ｘ軸方向）において、回折格子部６４側に開口している。大径孔９ｂは、Ｘ軸方向において、光出射窓１２側に開口している。大径孔９ｂは、Ｘ軸方向から見た場合に、小径孔９ａを含み且つ小径孔９ａよりも大きい形状を有している。Ｘ軸方向から見た場合に、小径孔９ａ及び大径孔９ｂの各々は、円形状に形成されており、大径孔９ｂの径は、小径孔９ａの径よりも大きい。一例として、小径孔９ａの中心軸及び大径孔９ｂの中心軸は、レンズ部材８の光軸と略一致している。座ぐり面９ｃは、小径孔９ａと大径孔９ｂとを接続し、Ｘ軸方向に交差する面に沿って延在する環状の面である。より具体的には、座ぐり面９ｃは、小径孔９ａの大径孔９ｂ側の端部と大径孔９ｂの小径孔９ａ側の端部とを接続している。レンズ部材８は、大径孔９ｂに挿入されている。また、レンズ部材８の入射面８ａの周縁部が、座ぐり面９ｃに面接触して支持されている。一例として、入射面８ａの周縁部は、例えば、樹脂接着剤等によって、座ぐり面９ｃに固着されている。或いは、レンズ部材８は、レンズ部材８の側面（大径孔９ｂの内面と対向する面）と大径孔９ｂの内面とが樹脂接着剤等によって接合されることにより、レンズホルダ９に固定されてもよい。
【0070】
上述したように、本実施形態では、レンズ部材８を支持するレンズホルダ９の座ぐり面９ｃがレンズ部材８とＱＣＬ素子２（端面２ｂ）との間に設けられているのに対して、レンズ部材６を支持するレンズホルダ７の座ぐり面７ｃは、レンズ部材６に対してＱＣＬ素子２（端面２ａ）が位置する側とは反対側に設けられている。上記構成によれば、レンズホルダ７の一部がレンズ部材６とＱＣＬ素子２との間に介在しないため、すなわち、第２面６ｂと端面２ａとを近づける際にレンズホルダ７の一部が干渉しないため、第２面６ｂと端面２ａとをなるべく近づけることが可能になる。一方、レンズ部材８については、レンズ部材８とＱＣＬ素子２との間に座ぐり面９ｃが介在するため、レンズ部材８の入射面８ａとＱＣＬ素子２（端面２ｂ）とをより確実に離間させることができる。これにより、製造時（例えば、ＱＣＬ素子２に対してレンズ部材８を配置する作業時等）において、入射面８ａと端面２ｂとが接触するおそれを低減できる。
【0071】
（ＱＣＬ素子、第１レンズ部材、及び第２レンズ部材の位置関係）
図３に示されるように、ＱＣＬ素子２の端面２ａから出射される光Ｌ１が入射するレンズ部材６（第１レンズ部材）の入射面（すなわち、第１部分６０１の第２面６ｂ）と端面２ａとのＸ軸方向における距離ｄ１（第１距離）は、ＱＣＬ素子２の端面２ｂから出射される光Ｌ３が入射するレンズ部材８（第２レンズ部材）の入射面８ａと端面２ｂとのＸ軸方向における距離ｄ２（第２距離）よりも短い。すなわち、レーザモジュール１では、レンズ部材６（具体的には、コリメートレンズとして機能する第１部分６０１）のワーキングディスタンス（距離ｄ１）は、レンズ部材８のワーキングディスタンス（距離ｄ２）よりも短くなるように構成されている。本実施形態では一例として、距離ｄ１は０．３ｍｍであり、距離ｄ２は１ｍｍである。
図３に示されるように、ＱＣＬ素子２の端面２ａから出射される光Ｌ１が入射するレンズ部材６（第１レンズ部材）の入射面（すなわち、第１部分６０１の第２面６ｂ）と端面２ａとのＸ軸方向における距離ｄ１（第１距離）は、ＱＣＬ素子２の端面２ｂから出射される光Ｌ３が入射するレンズ部材８（第２レンズ部材）の入射面８ａと端面２ｂとのＸ軸方向における距離ｄ２（第２距離）よりも短い。すなわち、レーザモジュール１では、レンズ部材６（具体的には、コリメートレンズとして機能する第１部分６０１）のワーキングディスタンス（距離ｄ１）は、レンズ部材８のワーキングディスタンス（距離ｄ２）よりも短くなるように構成されている。本実施形態では一例として、距離ｄ１は０．３ｍｍであり、距離ｄ２は１ｍｍである。
【0072】
（ＱＣＬ素子、第１レンズ部材、及び回折格子部の位置関係）
図７を参照して、ＱＣＬ素子２、レンズ部材６（第１レンズ部材）、及び回折格子部６４の位置関係の一例について説明する。図７に示されるように、ＱＣＬ素子２の端面２ａから出射される光Ｌ１は、レンズ部材６の第１部分６０１の第２面６ｂに入射する。このとき、光Ｌ１が第２面６ｂにおいて屈折することにより、第２面６ｂに入射した光Ｌ１の進行方向のＸ軸方向に対する平行度は、第２面６ｂに入射する前の光Ｌ１の進行方向のＸ軸方向に対する平行度よりも高くなる。また、第１部分６０１の内部を通過した光Ｌ１は、第１部分６０１の第１面６ａから回折格子部６４に向けて出射される。このとき、光Ｌ１が第１面６ａにおいて屈折することにより、第１面６ａから出射した光Ｌ１の進行方向のＸ軸方向に対する平行度は、第１面６ａから出射する前の光Ｌ１の進行方向のＸ軸方向に対する平行度よりも高くなる。このように、光Ｌ１は、第１部分６０１の第２面６ｂ及び第１面６ａの各々で屈折することにより、平行化される。なお、本実施形態において、第１部分６０１による光Ｌ１の平行化（コリメート）とは、第１部分６０１を通過して回折格子部６４に向かう光Ｌ１を、第１部分６０１を通過する前の光Ｌ１よりも平行光に近づけるものであればよく、第１部分６０１により平行化された光Ｌ１の進行方向は、理想的な平行光よりも若干収束方向又は拡散方向にずれたものであってもよい。
図７を参照して、ＱＣＬ素子２、レンズ部材６（第１レンズ部材）、及び回折格子部６４の位置関係の一例について説明する。図７に示されるように、ＱＣＬ素子２の端面２ａから出射される光Ｌ１は、レンズ部材６の第１部分６０１の第２面６ｂに入射する。このとき、光Ｌ１が第２面６ｂにおいて屈折することにより、第２面６ｂに入射した光Ｌ１の進行方向のＸ軸方向に対する平行度は、第２面６ｂに入射する前の光Ｌ１の進行方向のＸ軸方向に対する平行度よりも高くなる。また、第１部分６０１の内部を通過した光Ｌ１は、第１部分６０１の第１面６ａから回折格子部６４に向けて出射される。このとき、光Ｌ１が第１面６ａにおいて屈折することにより、第１面６ａから出射した光Ｌ１の進行方向のＸ軸方向に対する平行度は、第１面６ａから出射する前の光Ｌ１の進行方向のＸ軸方向に対する平行度よりも高くなる。このように、光Ｌ１は、第１部分６０１の第２面６ｂ及び第１面６ａの各々で屈折することにより、平行化される。なお、本実施形態において、第１部分６０１による光Ｌ１の平行化（コリメート）とは、第１部分６０１を通過して回折格子部６４に向かう光Ｌ１を、第１部分６０１を通過する前の光Ｌ１よりも平行光に近づけるものであればよく、第１部分６０１により平行化された光Ｌ１の進行方向は、理想的な平行光よりも若干収束方向又は拡散方向にずれたものであってもよい。
【0073】
上述したように、Ｙ軸方向から見た場合に、回折格子部６４は、Ｚ軸方向に対して傾斜している。そして、第１部分６０１によりコリメートされた光Ｌ１のビームウェストの位置Ｐは、Ｘ軸方向において、Ｚ軸方向における回折格子部６４の上端（一端）の位置Ｐ１（第１位置）と、Ｚ軸方向における回折格子部６４の下端（他端）の位置Ｐ２（第２位置）と、の間に位置している。すなわち、Ｙ軸方向から見た場合に、光Ｌ１のビームウェストの位置Ｐは、Ｘ軸方向における位置Ｐ１と位置Ｐ２との間の領域Ｒ１に含まれている。上記のように、レーザモジュール１では、光Ｌ１のビームウェストの位置ＰがＸ軸方向において回折格子部６４が存在する範囲（すなわち、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間の領域Ｒ１）に含まれるように、第１部分６０１と回折格子部６４との相対的な位置関係が調整されている。これにより、平行度が比較的高い状態の光Ｌ１を回折格子部６４に入射させることが可能となる。その結果、回折格子部６４における光Ｌ１の回折効率が向上し、適切にＱＣＬ素子２へと帰還する光Ｌ２の光量が増大する。以上により、レーザモジュール１によれば、レーザモジュールの出力の向上を図ることができる。なお、上述した光Ｌ１のビームウェストの位置Ｐは、可動部６３が揺動可能な範囲において、回折格子部６４が最も寝た状態になるとき（すなわち、Ｚ軸方向に対する回折格子部６４の傾斜（角度θ１）が最大となるとき）の位置Ｐ１と位置Ｐ２との間の領域Ｒ１（すなわち、可動部６３の揺動によって変化する領域Ｒ１のうち最も広い範囲の領域）に含まれるように構成されればよい。ただし、上述した光Ｌ２の光量の増大効果を波長掃引幅に含まれる各波長について好適に発揮する観点から、光Ｌ１のビームウェストの位置Ｐは、可動部６３が揺動可能な範囲の任意の状態において、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間の領域Ｒ１に含まれるように構成されることが好ましい。すなわち、光Ｌ１のビームウェストの位置Ｐは、可動部６３の揺動によって変化する領域Ｒ１のうち最も狭い範囲の領域（すなわち、Ｚ軸方向に対する回折格子部６４の傾斜（角度θ１）が最小となるときの領域Ｒ１）に含まれるように構成されることが好ましい。
【0074】
また、本実施形態では、回折格子部６４は、光Ｌ１のビーム幅領域Ｒの全体が回折格子部６４に入射するように、配置されている。ここで、「光Ｌ１のビーム幅領域Ｒ」とは、Ｚ軸方向において、光Ｌ１の強度がピーク強度の１／ｅ２になる２点間の領域（いわゆる、１／ｅ２幅）である。上記構成によれば、回折格子部６４に入射する光Ｌ１のロスを効果的に低減できるため、光Ｌ２の光量をより一層増大させることができ、ひいてはレーザモジュール１の出力をより一層向上させることができる。
【0075】
さらに、光Ｌ１のビームウェストの位置Ｐは、Ｘ軸方向において、回折格子部６４に入射した光Ｌ１のビーム幅領域ＲのＺ軸方向における上端（一端）の位置Ｐ３（第３位置）と、回折格子部６４に入射した光Ｌ１のビーム幅領域ＲのＺ軸方向における下端（他端）の位置Ｐ４（第４位置）と、の間に位置している。すなわち、Ｙ軸方向から見た場合に、光Ｌ１のビームウェストの位置Ｐは、Ｘ軸方向における位置Ｐ３と位置Ｐ４との間の領域Ｒ２に含まれている。ここで、図７に示されるように、光Ｌ１のビーム幅領域Ｒの全体が回折格子部６４の方向Ｄ１（図４参照）における両側縁部を除く領域に入射する場合、位置Ｐ３は、位置Ｐ１よりも左側（レンズ部材６側）に位置する。また、位置Ｐ４は、位置Ｐ２よりも右側（レンズ部材６から離れる側）に位置する。すなわち、領域Ｒ２は、領域Ｒ１に含まれ、且つ、領域Ｒ１よりも狭い領域となる。上記構成によれば、よりビームウェスト（位置Ｐ）に近い位置で光Ｌ１を回折格子部６４に入射させることができる。すなわち、平行度がより高い状態の光Ｌ１を回折格子部６４に入射させることが可能となる。その結果、レーザモジュール１の出力をより一層効果的に向上させることができる。
【0076】
また、本実施形態では、第１部分６０１（レンズ部材６）は、回折格子部６４に対向する第１面６ａを光Ｌ１が通過する際において、光Ｌ１のビーム幅領域Ｒの全体が第１面６ａに収まるという要件を満たすように、配置されている。上記構成によれば、ＱＣＬ素子２の端面２ａから出射された光Ｌ１を、第１部分６０１を介して、効率良く回折格子部６４に導くことができる。すなわち、光Ｌ１のうち第１部分６０１から外れる光（平行化されず回折格子部６４に入射されない光）の発生を抑制し、光Ｌ１のロスを低減できる。これにより、レーザモジュール１の出力をより一層効果的に向上させることができる。本実施形態では、一例として、ＱＣＬ素子２の積層構造は、波長、ゲインバンド幅、出力等の観点において最適化されており、当該最適化された積層構造において、ＱＣＬ素子２の端面２ａから出射される光Ｌ１の垂直方向（Ｚ軸方向）の放射角度（１／ｅ２幅）が１０４度、水平方向（Ｙ軸方向）の放射角度（１／ｅ２幅）が７０度となっている。また、上述したように、第１部分６０１の第２面６ｂとＱＣＬ素子２の端面２ａとの距離ｄ１（ワーキングディスタンス）が０．３０ｍｍに設定され、第１部分６０１の径が１．４ｍｍに設定され、第１部分６０１の厚さ（第１面６ａの中央部から第２面６ｂまでのＸ軸方向における長さ）が１．１ｍｍに設定されている。本実施形態では、このように各パラメータが設定されることによって、上記要件を満たす構造が実現されている。
【0077】
本実施形態では、光Ｌ１のビームウェストとレンズ部材６との距離、すなわち、Ｘ軸方向における第１面６ａの中央部とビームウェストの位置Ｐとの距離ｄ３は、２ｍｍ～３ｍｍ（本実施形態では一例として２．５ｍｍ）である。上記構成によれば、ＱＣＬ素子２、レンズ部（第１部分６０１）、及び回折格子部６４を同一の筐体（パッケージ３）内に収容してパッケージ化する場合において、上述した条件（すなわち、位置Ｐが領域Ｒ１又はＲ２に含まれるという条件）を満たすようにレンズ部材６及び回折格子部６４の位置関係を調整することにより、パッケージ３を適切に小型化（すなわち、レーザモジュール１の小型化）できると共に、上述したような効果（すなわち、平行度の高い光Ｌ１を回折格子部６４に入射させることによるレーザモジュール１の出力の向上）を得ることができる。
【0078】
上記について補足すると、従来のレーザモジュールの構成においては、レンズ部材８と同一のレンズ部材がＱＣＬ素子２と回折格子部６４との間に配置されることがあった。ここで、レーザモジュール１からの出射光（レーザ光Ｌ）を通過させるための出射側のレンズ部材８では、パッケージ３の外側で出射光（レーザ光Ｌ）が平行光となるように、ビームウェスト位置が比較的遠い位置に設定されている。このため、このようなレンズ部材８と同様のレンズ部材をＱＣＬ素子２と回折格子部６４との間に配置する従来の構成においては、当該レンズ部材を通過した光Ｌ１のビームウェスト位置が、回折格子部６４よりも遠い位置（回折格子部６４に対してＱＣＬ素子２が配置される側とは反対側の位置）に位置していた。このため、回折格子部６４に入射する光Ｌ１は、比較的平行度が低いものとなっていた。また、回折格子部６４に含まれる複数の格子溝６４ａは、回折格子部６４に入射する光が平行光であることを想定して設計されている。このため、平行度の低い光Ｌ１が回折格子部６４に入射してしまうと、設計値からのずれによって、適切に帰還する光Ｌ２の量が低減したり、波長掃引幅が縮小したりするといった問題が生じ得る。これに対して、上述したレーザモジュール１によれば、マイクロレンズ（第１部分６０１）を用いてビームウェストの位置Ｐが回折格子部６４の位置と合うように調整されていることにより、平行度の高い光Ｌ１を回折格子部６４に入射させることが可能となる。その結果、上述した問題の解消を図ることができる。すなわち、従来の構成よりも、光Ｌ２の量を増大させ、レーザモジュール１の出力（レーザ光Ｌの出力）を向上させることができると共に、波長掃引幅の拡大を図ることができる。なお、仮に、レンズ部材８のビームウェスト位置がパッケージ３内に存在すると、レーザモジュール１から出射されるレーザ光Ｌが測定対象に照射される位置（パッケージ３の外側）において、ビーム（レーザ光Ｌ）が拡がってしまうため、レーザモジュール１を分光計測に用いることが困難となる。このような理由から、レーザモジュール１では、レンズ部材８として、レンズ部材６のようなマイクロレンズが用いられていない。
【0079】
以上述べたレーザモジュール１では、ＱＣＬ素子２と回折格子部６４との間に配置される光学部材（本実施形態では、レンズ部材６）は、光Ｌ１をコリメートするコリメートレンズを構成する第１部分６０１と、第１部分６０１の外縁部に接続され、コリメートレンズを構成しない第２部分６０２と、を有する。別の表現を用いると、レンズ部材６は、回折格子部６４に向かって凸の曲面状に形成された第１面６ａを有する第１部分６０１（すなわち、ＱＣＬ素子２から回折格子部６４へと向かう光Ｌ１のビーム拡がりを抑制するレンズとして機能する部分）と、第１部分６０１の外縁部に接続された第２部分６０２と、を有している。上記構成によれば、第１部分６０１によって、従来よりもレンズ径が小さいレンズ（本実施形態では、直径が１．４ｍｍのマイクロレンズ）を容易に実現できる。ここで、回折格子部６４は、なるべくレンズのビームウェスト位置に近い位置に配置されることが好ましい。すなわち、回折格子部６４には、平行光に近いビームが照射されることが好ましい。従って、上記のように従来よりもレンズ径が小さいレンズ（第１部分６０１）を構成することにより、ビームウェスト位置をレンズに近づけることができ、回折格子部６４をレンズ部材６に近接して配置することが可能となる。その結果、レーザモジュール１の小型化（コンパクト化）を図ることができる。また、第２部分６０２において、第１部分６０１によるレンズ機能を妨げることなくレンズ部材６を支持（保持）することが可能となる。これにより、コリメートレンズとして機能する第１部分６０１の小型化とレンズ部材６の支持容易性の両立を図ることができる。以上により、レーザモジュール１によれば、レーザモジュール１の出力の向上を図りつつ、ＱＣＬ素子２と回折格子部６４との間に配置されるレンズ（すなわち、レンズ部材６に含まれる第１部分６０１）の支持を容易化することができる。また、レンズ部材６を第１部分６０１及び第２部分６０２を有するように構成することにより、レンズ部材６をレンズホルダ７に取り付ける際のレンズ部材６のハンドリングが容易となる。例えば、レンズ機能を有する部分を保持する場合には、レンズの傷つき、損傷等を抑制する観点から慎重に当該部分を保持する必要が生じる。これに対して、レンズ部材６にレンズ機能を有さない第２部分６０２を設けることにより、レンズ部材６を保持するために第２部分６０２を保持することが可能となる。
【0080】
レーザモジュール１は、ＱＣＬ素子２、回折格子部６４、及びレンズ部材６を収容し、回折格子部６４とレンズ部材８の入射面８ａとの間の光路が配置されるパッケージ３を備えている。また、図３に示されるように、光Ｌ１が入射するレンズ部材６の入射面（第１部分６０１の第２面６ｂ）とＱＣＬ素子２の端面２ａとのＸ軸方向における距離ｄ１は、光Ｌ３が入射するレンズ部材８の入射面８ａとＱＣＬ素子２の端面２ｂとのＸ軸方向における距離ｄ２よりも短い。距離ｄ１を短くすることにより、レーザモジュール１（パッケージ３）のＸ軸方向における長さを短くできると共に、レンズ部材６を介して回折格子部６４へと向かう光Ｌ１のビーム径を小さくすることができるため、回折格子部６４を小型化することができる。従って、距離ｄ１を短くすることにより、距離ｄ２を短くするよりもレーザモジュール１を効果的に小型化することができる。すなわち、距離ｄ１を短くする方が、距離ｄ２を同じ距離だけ短くする場合よりも、レーザモジュール１の小型化に寄与する。一方、距離ｄ２についても距離ｄ１と同様に短くすることによって、レーザモジュール１のＸ軸方向における長さを短くできる。しかし、距離ｄ１，ｄ２の両方を同様に短くした場合、レーザモジュール１の製造時（例えば、ＱＣＬ素子２に対するレンズ部材６及びレンズ部材８の位置決め時等）において、ＱＣＬ素子２の端面２ａ又は端面２ｂとレンズ部材６又はレンズ部材８とが接触し、ＱＣＬ素子２のレーザ発振において重要な役割を果たす端面２ａ，２ｂが破損するリスクが増大する。これに対して、レーザモジュール１によれば、距離ｄ１を優先的に短くする（すなわち、距離ｄ２よりも短くする）ことにより、上述したようにレーザモジュール１を効果的に小型化できるという利点を享受しつつ、距離ｄ２を距離ｄ１よりも長くすることにより、ＱＣＬ素子２の端面２ｂとレンズ部材８との間の空間的な余裕を確保し、上述したような製造時におけるＱＣＬ素子２の破損のリスクを低減できる。すなわち、レーザモジュール１の歩留まりの低下を抑制しつつ、レーザモジュール１を好適に小型化することができる。
【0081】
距離ｄ１は、距離ｄ２の１／２以下である。本実施形態では、距離ｄ１は０．３ｍｍであり、距離ｄ２は１ｍｍである。上記構成によれば、上述した効果をより確実に得ることができる。すなわち、レーザモジュール１の歩留まり低下の抑制と小型化をより効果的に両立させることができる。
【0082】
レンズ部材６の第２面６ｂ及び第４面６ｄは、レンズホルダ７に支持されていない。すなわち、レンズ部材６とＱＣＬ素子２の端面２ａとの間に、レンズホルダ７が配置されていない。これにより、距離ｄ１（第２面６ｂと端面２ａとの距離）をより一層短くすることが可能となる。より具体的には、仮にレンズ部材６とＱＣＬ素子２との間にレンズホルダ７の一部が配置される場合には、当該一部が干渉することによって上記距離ｄ１を一定以上短くできないという制約が生じ得るが、上記のようにレンズ部材６とＱＣＬ素子２との間にレンズホルダ７が配置されないことにより、このような制約を排除できる。
【0083】
レンズ部材６は、レンズホルダ７の大径孔７ｂに挿入されており、レンズ部材６のうち回折格子部６４に対向する少なくとも一部（本実施形態では、外側平面６ｃ３の一部）は、座ぐり面７ｃに面接触して支持されている。上記構成によれば、小径孔７ａ、大径孔７ｂ、及び座ぐり面７ｃを有するレンズホルダ７を用いて、レンズ部材６を座ぐり面７ｃに面接触させて支持することにより、上述したようにレンズ部材６とＱＣＬ素子２の端面２ａとの間にレンズホルダ７が配置されない構成を実現しつつ、レンズ部材６を安定的に支持することができる。その結果、レーザモジュール１の信頼性を高めることができ、歩留まりの向上を図ることができる。
【0084】
第２部分６０２は、レンズホルダ７に直接的に支持されており、第１部分６０１は、レンズホルダ７に直接的に支持されていない。上記のように、距離ｄ１を短くすることにより、レンズ部材６のうちコリメートレンズを構成する第１部分６０１を小さくし、その外縁部にコリメートレンズを構成しない第２部分６０２を設けることができる。これにより、レンズ機能を有さない第２部分６０２のみをレンズホルダ７で直接的に支持することにより、レンズ機能を有する第１部分６０１がレンズホルダ７と接触することによって損傷することを防止できる。その結果、レーザモジュール１の信頼性を高めることができ、歩留まりの向上を図ることができる。また、第１部分６０１にレンズホルダ７が接触しないことにより、第１部分６０１を通過する光Ｌ１の一部がレンズホルダ７に遮蔽されることを防ぐこともできる。
【0085】
図８の（Ａ）は、従来の構成、すなわち、レンズ部材６として、レンズ部材８と同様のレンズ径（５ｍｍ）及び材料（ＺｎＳｅ）で形成されたレンズ部材を用いた構成（比較例）の波長（横軸）及び出力（縦軸）の測定結果を示している。図８の（Ｂ）は、実施例（すなわち、上述したレーザモジュール１の構成）の波長（横軸）及び出力（縦軸）の測定結果を示している。図８の（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、実施例（レーザモジュール１）によれば、比較例と比較して、レーザモジュールの出力光（レーザ光Ｌ）の出力を、従来の２００ｍＷ程度の出力から１０００ｍＷ程度の出力まで向上させることができることが確認された。また、可動回折格子５１による波長掃引幅についても、実施例の波長掃引幅ＳＷ２は、従来の構成（比較例）の波長掃引幅ＳＷ１（２００ｃｍ－１程度）の１．５倍程度（３００ｃｍ－１程度）まで拡大されることも確認された。このような出力向上及び波長掃引幅の拡大の効果は、以下の作用により発揮されたと考えられる。すなわち、回折格子部６４は、平行光が照射されることを前提として設計されている。言い換えれば、回折格子部６４は、平行光が照射されるときに最も回折効率が高くなるように構成されている。また、回折効率が高い程、回折格子部６４からＱＣＬ素子２へとフィードバックされる光出力が増大する。また、このようにＱＣＬ素子２へとフィードバックされる光出力が大きいことは、ＱＣＬ素子２及び回折格子部６４によって構成される共振器の性能が高く（すなわち、共振器の発振閾値が低く）、レーザ発振し易いことを意味する。そして、発振閾値が低い場合、ゲインピークから離れたゲインの低い波長領域（ゲインの裾）においてもレーザ発振が得られることになる。その結果、波長掃引幅が広くなる。実施例（レーザモジュール１）では、平行光に近い光Ｌ１が回折格子部６４に照射するように構成されていることにより、上述したような作用が生じる結果、出力向上及び波長掃引幅の拡大の効果が好適に発揮されたと考えられる。
【0086】
［変形例］
本開示は、上記実施形態に限られない。各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。また、上記実施形態に係るレーザモジュール１に含まれる一部の構成は、適宜省略又は変更されてもよい。例えば、上記実施形態では、レーザモジュール１に含まれるいくつかの特徴的な構成、及び各構成によって発揮されるいくつかの効果について説明したが、本開示に係るレーザモジュールは、必ずしも、上記実施形態で説明された全ての効果を発揮するように構成される必要はなく、上記実施形態で説明された一部の効果のみを発揮するように構成されてもよい。後者の場合には、レーザモジュールは、少なくとも当該一部の効果を発揮するために必須の構成を備えていればよく、当該一部の効果を発揮するために必須ではない構成は適宜省略又は変更されてもよい。なお、一の効果に着目した場合において、当該一の効果を発揮するために必須の構成は、当業者を基準として、技術常識及び本明細書の記載に基づいて、合理的に把握されるべきである。以下、本開示のレーザモジュールについて、いくつかの具体的な変形例を例示する。
本開示は、上記実施形態に限られない。各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。また、上記実施形態に係るレーザモジュール１に含まれる一部の構成は、適宜省略又は変更されてもよい。例えば、上記実施形態では、レーザモジュール１に含まれるいくつかの特徴的な構成、及び各構成によって発揮されるいくつかの効果について説明したが、本開示に係るレーザモジュールは、必ずしも、上記実施形態で説明された全ての効果を発揮するように構成される必要はなく、上記実施形態で説明された一部の効果のみを発揮するように構成されてもよい。後者の場合には、レーザモジュールは、少なくとも当該一部の効果を発揮するために必須の構成を備えていればよく、当該一部の効果を発揮するために必須ではない構成は適宜省略又は変更されてもよい。なお、一の効果に着目した場合において、当該一の効果を発揮するために必須の構成は、当業者を基準として、技術常識及び本明細書の記載に基づいて、合理的に把握されるべきである。以下、本開示のレーザモジュールについて、いくつかの具体的な変形例を例示する。
【0087】
第２部分６０２は、第１部分６０１とは別部材によって形成されてもよい。例えば、第２部分６０２は、第１部分６０１の側面を包囲して第１部分６０１を支持する金属部材によって形成されてもよい。上記変形例によれば、図７に示したように光Ｌ１，Ｌ２を通過させることが想定されておらず（すなわち、レンズとして機能する必要がなく）、光学設計が不要な第２部分６０２を、第１部分６０１とは別部材（例えば、レンズホルダ７に固定し易い金属等）で構成することにより、レンズ部材６の設計の自由度を広げることができると共に、レーザモジュールの信頼性を向上させることができる。また、第２部分６０２とレンズホルダ７との接着部の機械的強度を確保できるため、レンズホルダ７に第２部分６０２を接着する際における接着部の欠けや損傷を抑制できる。
【0088】
また、レンズ部材６の第１部分６０１及び第２部分６０２の形状等の構成は、上記実施形態（図６参照）で例示した構成に限られない。図９に、ＱＣＬ素子２と回折格子部６４との間に配置されるレンズ部材の３つの変形例を示す。
【0089】
図９の（Ａ）に示される第１変形例に係るレンズ部材６Ａでは、第１部分６０１における第１面６ａを含む凸部を除いた部分の厚さは、第２部分６０２の厚さと同一とされている。すなわち、レンズ部材６Ａの第２部分６０２は、内側平面６ｃ１、傾斜面６ｃ２、及び外側平面６ｃ３を有していない。この例において、レンズ部材６Ａの全体（第１部分６０１及び第２部分６０２を合わせた部分）の径は５ｍｍであり、コリメートレンズとして機能する第１部分６０１の径は２．０ｍｍである。また、Ｘ軸方向における第２部分６０２の厚さは１．０８５ｍｍであり、Ｘ軸方向における第１面６ａの頂部（中心）から第２面６ｂまでの長さは１．３ｍｍである。また、レンズ部材６Ａのワーキングディスタンス（距離ｄ１）は、０．４０ｍｍである。
【0090】
図９の（Ｂ）に示される第２変形例に係るレンズ部材６Ｂは、第１部分６０１の第２面６ｂが、外側（ＱＣＬ素子２側）に凸な曲面状に形成されている点において、レンズ部材６Ａと相違している。レンズ部材６Ｂの他の構成は、レンズ部材６Ａと同様である。図９の（Ｃ）に示される第３変形例に係るレンズ部材６Ｃは、第１部分６０１の第２面６ｂが、内側（回折格子部６４側）に凸な曲面状に形成されている点（すなわち、第２面６ｂが内側に窪んでいる点）において、レンズ部材６Ａと相違している。レンズ部材６Ｃの他の構成は、レンズ部材６Ａと同様である。レンズ部材６Ｂ，６Ｃのように、第１部分６０１の第２面６ｂは、曲面状に形成されてもよい。レンズ部材６Ｂ，６Ｃによれば、レンズ設計の自由度が向上し、各種収差の小さいレンズを作製し易くなる。また、レンズ部材６Ｂによれば、レーザ発振に悪影響を及ぼす戻り光（第２面６ｂで反射してＱＣＬ素子２の端面２ａへと向かう光）を低減できる効果も得られる。
【0091】
また、ＱＣＬ素子２の端面２ｂに対向して配置されるレンズ部材８は、パッケージ３の外側に設けられてもよい。すなわち、パッケージ３は、ＱＣＬ素子２、回折格子部６４（回折格子ユニット５）、及びレンズ部材６を収容し、回折格子部６４とレンズ部材８の入射面８ａとの間の光路が配置されていればよく、レンズ部材８自体は、パッケージ３の外側に配置されてもよい。例えば、第２側壁３２２の開口部に、光出射窓１２ではなくレンズ部材８が設けられてもよい。この場合、光出射窓１２、レンズホルダ９、及びマウント部材４の第１搭載部４１を省略することができる。また、レンズホルダ９及び第１搭載部４１を省略することにより、Ｘ軸方向におけるパッケージ３の長さを短くすることができる。
【0092】
また、レーザモジュールは、レンズホルダ７を備えなくてもよい。例えば、レンズ部材６は、第２部分６０２の下部が、接着材（例えば、光硬化性樹脂等）によって、第３搭載部４３の上面４３ａに直接固定されてもよい。この場合、上記接着材（硬化した状態の接着材）が、レンズ部材６を支持する支持部材として機能する。レンズホルダ９も、レンズホルダ７と同様に省略されてもよい。
【0093】
また、図７に示した要件（すなわち、光Ｌ１のビームウェストの位置Ｐが領域Ｒ１又はＲ２に含まれる要件）を満たす構造を実現する上で、第２部分６０２が設けられることは必須ではない。例えば、第１部分６０１のみによって構成されるレンズ部材（レンズ部）が、当該レンズ部の大きさに合わせて用意されたレンズホルダ等によって直接支持されてもよい。ただし、上記実施形態で述べたとおり、第１部分６０１のみによって構成されるレンズ（マイクロレンズ）を直接的且つ安定的に保持することは困難であるため、上記実施形態のように第２部分６０２を設けることが支持構造の容易化を図る観点からは好ましい。
【0094】
また、上記実施形態では、第２部分６０２は、Ｘ軸方向から見た場合に第１部分６０１の全周を囲む環状に形成されたが、第２部分は、Ｘ軸方向から見た場合に、第１部分の外側縁部の一部のみに接続されてもよい。例えば、第２部分は、Ｘ軸方向から見た場合に、第１部分の下側半分の外側縁部に接続されて下方に延びる棒状の部材として構成されてもよい。
【符号の説明】
【0095】
１…レーザモジュール、２…ＱＣＬ素子（量子カスケードレーザ素子）、２ａ…端面（第１端面）、２ｂ…端面（第２端面）、３…パッケージ、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ…レンズ部材（光学部材、第１レンズ部材）、６ａ…第１面、６ｂ…第２面、６ｃ…第３面、６ｄ…第４面、７…レンズホルダ（支持部材）、７ａ…小径孔（第１孔部）、７ｂ…大径孔（第２孔部）、７ｃ…座ぐり面、８…レンズ部材（第２レンズ部材）、８ａ…入射面、６４…回折格子部、６４ａ…格子溝、６０１…第１部分（レンズ部）、６０２…第２部分、６０３，６０４…反射防止膜、６０３ａ，６０４ａ…外縁部、ｄ１…距離（第１距離）、ｄ２…距離（第２距離）、Ｌ１…光（第１光）、Ｌ２…光（第２光）、Ｌ３…光（第３光）、Ｐ…ビームウェストの位置、Ｐ１…位置（第１位置）、Ｐ２…位置（第２位置）、Ｐ３…位置（第３位置）、Ｐ４…位置（第４位置）、Ｒ…ビーム幅領域。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】