ファイバ装置、波長変換装置及び画像表示装置
【課題】出射される基本波の発振波長を切り替えることができるファイバ装置、このファイバ装置と波長変換素子を組み合わせた波長変換装置及び、この波長変換装置を光源として用いた画像表示装置を提供する。
【解決手段】出射されるレーザの基本波５の発振波長を切り替え可能なファイバ装置である。レーザ活性物質を含み、少なくとも１つのファイバグレーティング２、４が形成されたファイバ３を有するレーザ共振器と、ファイバ３に励起光を入射するレーザ光源１とを備え、レーザ共振器から出射されるレーザの基本波５の発振波長が切り替え可能となるように構成されている。
【解決手段】出射されるレーザの基本波５の発振波長を切り替え可能なファイバ装置である。レーザ活性物質を含み、少なくとも１つのファイバグレーティング２、４が形成されたファイバ３を有するレーザ共振器と、ファイバ３に励起光を入射するレーザ光源１とを備え、レーザ共振器から出射されるレーザの基本波５の発振波長が切り替え可能となるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を発生させるファイバ装置、このファイバ装置と波長変換素子を組み合わせて安定な可視光高出力レーザを得る波長変換装置及び、この波長変換装置を光源として用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
単色性が強く、Ｗ級の高出力を出力できる可視光光源は、大型ディスプレイや高輝度ディスプレイ等を実現する上で必要とされている。赤、緑、青の３原色のうち、赤色の光源については、ＤＶＤレコーダー等で使用されている赤色高出力半導体レーザが、生産性の高い小型の光源として利用可能である。しかし、緑色又は青色の光源については、半導体レーザ等での実現が難しく、生産性の高い小型の光源が求められている。特に、緑色の出力光を得ることは、半導体レーザとして構成できる適当な材料が無いこともあり、緑色の光源を実現する上での難易度は高い。
【０００３】
このような光源として、ファイバレーザと波長変換素子とを組み合わせた波長変換装置が、低出力の可視光光源として実現されている。ファイバレーザを励起する励起光の光源として半導体レーザを用い、波長変換素子として非線形光学結晶を用いた緑色や青色の小型の光源はよく知られている。
【０００４】
しかしながら、このような波長変換装置からＷ級の高出力の緑色や青色の出力光を得るためには、いくつかの課題を解決することが必要である。図２１に従来の波長変換装置２２０の概略構成を示す。この構成で、例えば、緑色の出力光を得る場合について説明する。図２１に示す波長変換装置２２０は、基本波を出力するファイバレーザ２１５と、基本波を緑色のレーザ光に変換する波長変換素子２０１と、波長変換素子２０１の端面に基本波の出力を集光するレンズ２０２と、から構成されている。
【０００５】
次に、ファイバレーザ２１５の基本のレーザ動作について説明する。まず、図２１で、励起用レーザ光源２０３からの励起光がファイバ２０４の一端２０４ａから入射する。入射した励起光はファイバ２０４に含まれるレーザ活性物質で吸収された後、ファイバ２０４の内部で基本波の種光が発生する。この基本波の種光は、ファイバ２０４に形成されたファイバグレーティング２０４ｂと、ファイバ２０４とは別のファイバ２０５に形成されたファイバグレーティング２０５ｂと、を一対の反射ミラーとするレーザ共振器の中を何度も反射して往復する。それと同時に、種光はファイバ２０４に含まれるレーザ活性物質によるゲインで増幅されて光強度が増大し、波長選択もされてレーザ発振に到る。なお、ファイバ２０４とファイバ２０５とは、接続部２０６で接続されており、レーザ光源２０３は励起用レーザ電流源２０７により電流駆動される。
【０００６】
次に、波長変換装置２２０の基本動作について説明する。上記のようにしてファイバレーザ２１５から基本波が出力され、その基本波がレンズ２０２を介して波長変換素子２０１に入射する。ファイバレーザ２１５からの基本波は波長変換素子２０１の非線形光学効果により高調波に変換される。この変換された高調波は、ビームスプリッタ２０８で一部反射されるが、透過した高調波は波長変換装置２２０の出力光である緑色のレーザ光となる。
【０００７】
ビームスプリッタ２０８で一部反射された高調波は、波長変換装置２２０の出力光をモニターするための受光素子２０９で受光された後、電気信号に変換されて利用される。この変換された信号の強度が波長変換装置２２０で所望の出力が得られる強度になるように、出力制御部２１０は励起用レーザ電流源２０７でレーザ光源２０３の駆動電流を調整する。そうすると、レーザ光源２０３からの励起光の強度が調整され、ファイバレーザ２１５の基本波の出力強度が調整され、その結果として波長変換装置２２０の出力の強度が調整される。このことにより、波長変換装置２２０の出力の強度は一定に保たれる、いわゆるオートパワーコントロール（以下、「ＡＰＣ」と略する）が安定に動作することとなる。
【０００８】
このような構成により、数百ｍＷの緑色の高出力レーザを得ることは可能であるが、Ｗ級の緑色の高出力レーザを得ることは難しい。すなわち、波長変換装置の光出力を増大するためには、ファイバレーザの基本波及び励起光の出力を増大させる必要がある。しかしながら、図２１に示す従来のファイバレーザ２１５の構成では、ファイバ２０４の長さを長くして、基本波のゲインを増加させようとしても基本波の吸収量が長さに比例して増加するので、ファイバ２０４の長さがある長さを超えるとファイバレーザ２１５はレーザ発振に至らなくなる。
【０００９】
ところで、ファイバの基本波に対する光吸収は、ファイバレーザの発振波長が短くなるに従って顕著に増加する。発振波長が１０８０ｎｍより１０２０ｎｍにまで短くなるに従い、最適ファイバ長も短くなるので、種光が増幅される区間が短くなり、ファイバレーザから得られる基本波の出力も小さくなる。
【００１０】
このような状況で基本波の出力の増大を図るためには、ファイバの長さを適当な長さに設定して、励起光の出力を大きくてファイバレーザを励起することとなるが、ファイバの長さが十分長くないので励起光を完全に吸収させることができずに、かなりの出力強度の励起光が余ってしまう。したがって、このようなファイバレーザを用いた波長変換装置からＷ級の高出力を得ようとする場合は、ファイバ内での基本波に励起光を加えた光出力の増大や光吸収の増大による温度上昇等が原因となり、ファイバの劣化の課題が顕著に生じるようになる。また、ファイバ内での光出力が増大して、その増大した基本波の戻り光により励起用のレーザ光源が損傷を受ける等の課題も生じる。
【００１１】
これらの課題を解決するために、様々な工夫がなされている。レーザ光源の損傷の防止の例としては、光通信用のファイバレーザにおいて、ファイバ内で増幅されたピーク光出力の高い信号光が、励起用のレーザ光源に戻らないように、光路中に波長選択フィルターを挿入している。励起光と信号光とのわずかな波長の差を利用することにより、この波長選択フィルターは、励起光を透過するが信号光は反射する。このことにより、励起用のレーザ光源からは、励起光が出射されるだけで、増幅された信号光は戻らないようにするのでレーザ光源は損傷を受けない（例えば、特許文献１）。
【００１２】
一方、ファイバの劣化の防止のためには、レーザ活性物質として希土類元素を添加したファイバの構造を工夫した例がある。すなわち、医療分野で使用する３μｍ帯の波長の基本波を出力するファイバレーザにおいて、希土類元素の添加量の範囲を定めることや、ファイバのコアやクラッドの直径を一定の範囲に調整することにより、励起光の吸収率が最適化される。このような構造にすることで、ファイバレーザが劣化することなく３Ｗの高い光出力が得られている（例えば、特許文献２）。
【００１３】
また、光通信分野等において、信号光が伝達されるファイバにガイドファイバを介して励起光を入射するときに、上記ファイバとガイドファイバとの接続構造を工夫してファイバの劣化が防止されている（例えば、特許文献３）。
【００１４】
さらに、ファイバのコア部を、コア部よりも屈折率の高い材料から成るアウターコアで包囲し、ファイバ内の光出力が増加した場合にファイバ外部に光を漏出して光出力の増加を抑制することにより、ファイバの劣化が防止されている（例えば、特許文献４）。
【００１５】
また、本願とは別の課題として、発振した光と励起光とを分離するために、励起光をファイバ内で折り返す構造や（例えば、特許文献５）、Ｙｂファイバを用いたＡＳＥ光源装置において、励起用レーザの温度を制御することにより励起効率を向上させる方法も提案されている（例えば、特許文献６）。
【００１６】
しかしながら、上記従来の波長変換装置では、基本波であるファイバレーザの光出力は２〜３Ｗしか得られず、５Ｗを超えるような基本波の出力を得ることが難しいため、Ｗ級の高出力の緑色や青色のレーザ出力光が得られない。また、ファイバレーザの利得を増加させて基本波の出力を増加させる目的で単純にファイバレーザのファイバの長さを長くしても、ファイバの基本波に対する光吸収量が長さに比例して大きくなるので、大きい光出力が得られない。
【００１７】
一方、ファイバの基本波に対する光吸収は、ファイバレーザの発振波長が１０７０ｎｍから短くなるに従って顕著になるため、１０７０ｎｍ以下の光を得るにはファイバ長を短くする必要があった。ところが、ファイバを短くすると効率が低下し、例えば１０３０ｎｍ付近の光を発生させる場合に高効率化が困難になる。
【００１８】
したがって、ファイバレーザの基本波の波長を短くすることにより得られるはずの、Ｗ級の短波長の緑色のレーザ出力光を得るのが難しいという課題があった。
【００１９】
ところで、上述した緑色レーザは、半導体レーザ単体での実現が難しく、現時点ではＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３等の波長変換素子を用いて波長変換により得る方法が主流である。また、波長変換素子に入射する基本波として、半導体レーザで励起した赤外域の高出力のファイバレーザを使用することが知られている。
【００２０】
一方で、単色性が強くＷ級の高出力を得られる可視光源は、大型ディスプレイや高輝度ディスプレイを実現する上で必要とされおり、緑色光源に関しても高出力光源の開発が進められている。一般に、カラーディスプレイはＲ、Ｇ、Ｂ三色の光源を用いて色表現を行っており、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの光源の波長により、表現できる色の範囲が色度図上で決まる。Ｒ、Ｇ、Ｂの各光源としてレーザを用いたレーザディスプレイでは、より短波長なＧ光源を使用することで、より色再現範囲を広げることができ、原色に近い色表現が出来る。
【００２１】
しかしながら、Ｇ光源の波長を短波長化することで色再現範囲を広げて原色に近い色表現が可能になったとは言え、Ｇ光源の波長が一つに決められていることで、どうしても再現できない色の範囲が残ってしまう。
【００２２】
一方、レーザを走査して画像を表現するレーザディスプレイにおいては、画像データに応じてレーザを変調する必要があり、レーザの変調方法に関しては音響光学素子や、例えば、特許文献７にあるような、ＬｉＮｂＯ３を用いた光変調器等が提案されている。
【００２３】
レーザの変調に関しても、音響光学素子やＬｉＮｂＯ３等の変調素子を用いると、スペース的に不利であり、さらには高価になるといった問題があった。
【特許文献１】特開平５−７０３８号公報
【特許文献２】特開２００５−７９１９７号公報
【特許文献３】特開２００５−１９５４０号公報
【特許文献４】特開２００４−１７０７４１号公報
【特許文献５】特開２００５−１０９１８５号公報
【特許文献６】特開２００４-６４０３１号公報
【特許文献７】特開平９−２４６６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
上記課題に鑑み、本発明の目的は、出射される基本波の発振波長を切り替えることができるファイバ装置、このファイバ装置と波長変換素子を組み合わせた波長変換装置及び、この波長変換装置を光源として用いた画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成するために、本発明に係るファイバ装置は、レーザ活性物質を含み、少なくとも１つのファイバグレーティングが形成されたファイバを有するレーザ共振器と、前記ファイバに励起光を入射するレーザ光源とを備え、前記レーザ共振器は、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波の発振波長を切り替え可能となるべく構成されている。
【００２６】
上記のファイバ装置では、異なる発振波長のレーザの基本波を出射することができる。
【００２７】
前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波の一部を前記レーザ共振器に戻すと共に、前記レーザ共振器への帰還光の光量を変更可能な帰還部、をさらに備え、前記ファイバグレーティングは、前記ファイバの前記レーザ光源側に配置された第１のファイバグレーティングと、前記ファイバの出射端側に配置された第２のファイバグレーティングと、を含み、前記帰還部により前記帰還部からの帰還光の光量が前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量以下となれば、前記レーザ共振器は前記第２のファイバグレーティングからの反射光を用いて第１の基本波を発振させ、前記帰還部により前記帰還部からの帰還光の光量が前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量を超えると、前記レーザ共振器は前記帰還部からの帰還光を用いて第２の基本波を発振させることが好ましい。
【００２８】
この場合、帰還部からの帰還光の光量を第２のファイバグレーティングからの反射光の光量に対して増減させることにより共振器の構成を切り替えて、出射されるレーザの基本波の発振波長を切り替えることができる。
【００２９】
前記ファイバグレーティングはさらに、前記第１及び第２のファイバグレーティング間で、かつ、前記第１のファイバグレーティングの近傍に配置された第３のファイバグレーティング、を含み、前記第３のファイバグレーティングの帯域は、前記第２のファイバグレーティングの帯域よりも長波長側に位置し、前記帰還部からの帰還光の光量が前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量以下であれば、前記レーザ共振器は前記第１のファイバグレーティング及び前記第２のファイバグレーティング間で前記第１の基本波を発振させ、前記帰還部からの帰還光の光量が前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量を超えると、前記レーザ共振器は前記第３のファイバグレーティング及び前記帰還部間で前記第２の基本波を発振させる。
【００３０】
この場合、第３のファイバグレーティングの帯域を第２のファイバグレーティングの帯域よりも長波長側に位置させることにより、第３のファイバグレーティングによる発振がより発生しやすくなる。このため、第１のファイバグレーティング及び第２のファイバグレーティング間の発振から第３のファイバグレーティング及び帰還部間の発振への切り替えをより円滑に行うことができる。
【００３１】
前記帰還部は、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する反射部材と、前記反射部材からの反射光の、前記レーザ共振器に対する反射方向を変化させるべく前記反射部材を駆動する駆動部とを有し、前記駆動部により前記レーザ共振器に入射されるべき前記反射部材からの反射光の光量を増減させることが好ましい。
【００３２】
この場合、反射部材の反射方向の変化により帰還光の光量を増減させることができるので、帰還部を簡単な構成で実現することができる。
【００３３】
前記帰還部は、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を前記レーザ共振器方向に反射する反射部材と、前記反射部材の前記レーザ共振器側に配置され、前記反射部材からの反射光の光量を増減させるべく、自身を通過する光の光量を変更可能な低減部とを有することが好ましい。
【００３４】
この場合、低減部を通過する光量の低減により帰還光の光量を増減させることができるので、帰還部を簡単な構成で実現することができる。
【００３５】
本発明に係る波長変換装置は、上記のファイバ装置と、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を高調波に変換する波長変換素子とを備える。
【００３６】
上記の波長変換装置では、異なる発振波長のレーザの基本波を波長変換することにより、異なる発振波長の高調波を発振させることができる。
【００３７】
前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波の一部を前記レーザ共振器に戻すと共に、前記レーザ共振器への帰還光の光量を変更可能な帰還部、をさらに備え、前記ファイバグレーティングは、前記ファイバの前記レーザ光源側に配置された第１のファイバグレーティングと、前記ファイバの出射端側に配置された第２のファイバグレーティングと、を含み、前記帰還部が前記帰還部からの帰還光の光量を前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量以下とすれば、前記レーザ共振器は前記第２のファイバグレーティングからの反射光を用いて第１の基本波を発振させ、前記帰還部が前記帰還部からの帰還光の光量を前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量を超えるようにすると、前記レーザ共振器は前記帰還部からの帰還光を用いて第２の基本波を発振させ、前記波長変換素子は、前記第１及び第２の基本波のうちの少なくとも一方を波長変換することが好ましい。
【００３８】
この場合、帰還部からの帰還光の光量を第２のファイバグレーティングからの反射光の光量に対して増減させることにより共振器の構成を切り替えて、出射されるレーザの基本波の発振波長を切り替えることができる。
【００３９】
前記ファイバグレーティングはさらに、前記第１及び第２のファイバグレーティング間で、かつ、前記第１のファイバグレーティングの近傍に配置された第３のファイバグレーティング、を含み、前記第３のファイバグレーティングの帯域は、前記第２のファイバグレーティングの帯域よりも長波長側に位置し、前記帰還部からの帰還光の光量が前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量以下であれば、前記レーザ共振器は前記第１のファイバグレーティング及び前記第２のファイバグレーティング間で前記第１の基本波を発振させ、前記帰還部からの帰還光の光量が前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量を超えると、前記レーザ共振器は前記第３のファイバグレーティング及び前記帰還部間で前記第２の基本波を発振させる。
【００４０】
この場合、第３のファイバグレーティングの帯域を第２のファイバグレーティングの帯域よりも長波長側に位置させることにより、第３のファイバグレーティングによる発振がより発生しやすくなる。このため、第１のファイバグレーティング及び第２のファイバグレーティング間の発振から第３のファイバグレーティング及び帰還部間の発振への切り替えをより円滑に行うことができる。
【００４１】
前記帰還部は、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する反射部材と、前記反射部材からの反射光の、前記レーザ共振器に対する反射方向を変化させるべく前記反射部材を駆動する駆動部とを有し、前記駆動部により前記レーザ共振器に入射されるべき前記反射部材からの反射光の光量を増減させることが好ましい。
【００４２】
この場合、反射部材の反射方向の変化により帰還光の光量を増減させることができるので、帰還部を簡単な構成で実現することができる。
【００４３】
前記レーザ共振器、前記波長変換素子、前記反射部材は、この順に配置され、前記反射部材の表面には、前記波長変換素子から出射される高調波を透過させ、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する膜が形成されることが好ましい。
【００４４】
この場合、レーザ共振器、波長変換素子、反射部材を略直線状に配置することができるので、波長変換装置を小型化することができる。
【００４５】
前記帰還部は、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を前記レーザ共振器方向に反射する反射部材と、前記反射部材の前記レーザ共振器側に配置され、前記反射部材からの反射光の光量を増減させるべく、自身を通過する光の光量を変更可能な低減部とを有することが好ましい。
【００４６】
この場合、低減部を通過する光量の低減により帰還光の光量を増減させることができるので、帰還部を簡単な構成で実現することができる。
【００４７】
前記レーザ共振器、前記低減部、前記波長変換素子、前記反射部材は、この順に配置され、前記反射部材の表面には、前記波長変換素子から出射される高調波を透過させ、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する膜が形成されることが好ましい。
【００４８】
この場合、波長変換素子から出射される高調波が低減部を通過することなく、レーザ共振器、波長変換素子、反射部材を略直線状に配置することができる。このため、高調波の光量を低減させることなく、波長変換装置を小型化することができる。
【００４９】
前記波長変換素子は、前記第１の基本波の発振波長に応じた位相整合条件を成立させることにより前記第１の基本波を波長変換する第１の領域と、前記第２の基本波の発振波長に応じた位相整合条件を成立させることにより前記第２の基本波を波長変換する第２の領域とを有し、前記第１及び第２の領域は、前記第１及び第２の基本波の入射方向に沿って順々に配置され、前記第１及び第２の基本波は、前記第１及び第２の領域を順々に通過することが好ましい。
【００５０】
この場合、第１及び第２の基本波の各発振波長に応じた位相整合条件を成立可能な第１及び第２の各領域に各基本波を入射させることができる。このため、異なる発振波長を持つ２つの高調波の発振が可能となる。
【００５１】
前記ファイバは、前記レーザ活性物質を含む、シングルモードファイバからなる第１のファイバと、前記ファイバグレーティングが形成された、偏波保持ファイバからなる第２のファイバと、を光学的に接続して構成されており、前記ファイバグレーティングは、前記第２のファイバが持つ複数の偏波軸のそれぞれに対応する複数の帯域を有し、入射光を前記複数の帯域により反射して複数のピークを持つ反射光を出射し、前記レーザ共振器は、前記ファイバグレーティングからの複数のピークを有する反射光を用いて複数の発振波長で基本波を発振させ、前記波長変換素子は、前記複数の発振波長の基本波のうちの少なくとも１つを波長変換することが好ましい。
【００５２】
この場合、第１のファイバをシングルモードファイバで、第２のファイバを偏波保持ファイバで、それぞれ構成することにより、偏波保持ファイバ内の複数の偏波軸のそれぞれの屈折率の違いを利用して得た複数の帯域を持つレーザ光を偏波無依存のシングルモードファイバ内で発振させることができる。このため、各帯域の光をいずれも損失させることないので、複数の発振波長の基本波を発振させることができる。
【００５３】
前記レーザ共振器はさらに、前記ファイバグレーティングの近傍に配置された第１の反射面と、前記レーザ光源の近傍に配置された第２の反射面と、を有し、前記レーザ光源から出射される励起光は、前記第２の反射面から入射された後、前記第１の反射面で反射されることにより、前記第２の反射面から前記第１の反射面までの間を一往復することが好ましい。
【００５４】
この場合、レーザ光源からファイバに入射する励起光は、ファイバの第２の反射面に入射した後、ファイバの第１の反射面で反射して、ファイバ内を往復してレーザ活性物質が関与するエネルギー準位により効率よく吸収される。従来、ファイバレーザに必要な長さは、励起光をほぼ全て吸収する長さが必要であったが、励起光をファイバレーザ内で折り返すことで半分の長さで励起光は吸収されることとなる。このため、ファイバレーザは従来の半分の長さのファイバで効率よく励起光を吸収し、高いゲインで基本波を発振して効率よく基本波を出射するので、波長変換装置は小型・高効率・低消費電力で構成できる。
【００５５】
さらに、従来と比べて半分の長さのファイバで励起光をほぼ吸収することができ、同時に基本波の吸収量もファイバの長さに比例して半分になる。このことにより、ファイバレーザの基本波は、光吸収量の多い１０３０ｎｍ付近の短波長側でも高出力のレーザ光として出力できるようになる。その結果、通常より短波長の基本波を入射光として用いると、波長変換素子から出力される高調波の波長も通常より短波長の光、例えば、視感度の高い５１５ｎｍ付近の緑色のレーザ光がＷ級の光出力で得られることとなる。
【００５６】
また、第１の反射面をファイバの他方の端部に設けることにより、ファイバと第１の反射面との間で光の伝搬を行うためのレンズ・ミラーなどの光学部品点数を削減でき、調整も不要となるため、コスト削減・信頼性向上を達成することができる。
【００５７】
さらに、第２の反射面をファイバの一方の端部に設けることにより、基本波を効率よく取り出すことができる。
【００５８】
前記レーザ共振器はさらに、前記第２の反射面の近傍に配置され、前記第１のファイバからの出射光の偏光方向を単一化することにより、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波の偏光方向を単一化する単一化部、を備えることが好ましい。
【００５９】
この場合、第１のファイバから出射される複数の発振波長を持つ基本波の偏光方向を単一化することができる。このため、波長変換素子における基本波の波長変換をより効率よく行うことができる。
【００６０】
前記単一化部は、前記第１のファイバの出射端面であり、前記出射端面の切断角は、前記第１のファイバの光軸方向に対してブリュースター角をなすことが好ましい。
【００６１】
この場合、第１のファイバの出射端面の切断角をブリュースター角とすることにより、複数の発振波長を持つ基本波の偏光方向を単一化することができる。このため、簡単な構成により単一化部を実現することができる。
【００６２】
前記レーザ光源から出射される励起光を前記第２の反射面に伝搬し、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を前記波長変換素子に伝搬する光伝搬部、をさらに備えることが好ましい。
【００６３】
この場合、レーザの基本波がレーザ光源に戻ることがないので、基本波を波長変換素子に効率よく伝搬することができる。
【００６４】
前記光伝搬部は、前記レーザ光源から出射される励起光を透過させ、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する反射部材を備えることが好ましい。
【００６５】
この場合、基本波の取り出しを簡単な構成で実現することができる。
【００６６】
前記反射部材の表面には、前記レーザ光源から出射される励起光を透過させ、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する波長選択層が形成されることが好ましい。
【００６７】
この場合、ファイバレーザからの高出力の基本波が波長選択層で反射され、励起光を出射するレーザ光源には入射しないので、基本波の入射によるレーザ光源の損傷をさらに防止することができる。
【００６８】
前記反射部材は、狭帯域透過フィルタからなることが好ましい。
【００６９】
この場合、励起光の波長の半値幅が小さくなり、励起光がファイバレーザでより効率よく吸収され、励起光から基本波への光出力の変換がさらに高効率で実現できる。
【００７０】
前記レーザ光源から出射された後に前記反射部材で反射される励起光のうち、所定の狭帯域の波長を有する光を回折する回折部材を具備し、前記回折部材による回折光が前記レーザ光源に戻ることにより、前記レーザ光源の発振波長が前記回折部材による回折光の波長に固定されることが好ましい。
【００７１】
この場合、ファイバレーザで吸収量が大きい波長が励起光の波長として固定されることにより、励起光はファイバレーザ内でさらに効率よく吸収される。
【００７２】
前記回折部材は、入射される光を反射する反射型の回折格子からなることが好ましい。
【００７３】
この場合、１つの回折格子を調整するだけで、所望の波長の光を回折させることができ、波長選択の調整のための制御が容易となる。
【００７４】
前記回折部材は、入射される光を透過させる透過型の回折格子と、前記回折格子を透過する光を反射する反射ミラーと、からなることが好ましい。
【００７５】
この場合、透過型の回折格子を用いるので、回折させることができる波長の範囲を広くすることができる。また、回折格子と反射ミラーとの組み合わせて調整するので、波長の選択と回折光の出射方向を独立して制御することができる。
【００７６】
前記第１の反射面は、多層膜からなることが好ましい。
【００７７】
この場合、第１の反射面は、励起光をほぼ全反射に近い反射率で反射することができ、励起光はさらに効率良く利用される。
【００７８】
前記第２の反射面は、偏光ミラーからなることが好ましい。
【００７９】
この場合、光学系の偏光面に関する調整がさらに容易になる。
【００８０】
前記反射部材の前記波長選択層は、多層膜からなることが好ましい。
【００８１】
この場合、光の吸収による損失をさらに少なくし、励起光と基本波との波長選択性をさらに高めた反射部材を実現することができる。
【００８２】
前記レーザ光源は、励起光を出射するレーザ素子と、前記レーザ素子から出射される励起光をビーム整形するレンズと、前記レーザ素子及び前記レンズを格納する筐体と、からなることが好ましい。
【００８３】
この場合、レーザ光源から出射される励起光をファイバレーザに入射する光学系が、さらに小型で結合効率の高いものとなる。
【００８４】
前記レンズは、シリンドリカルレンズであることが好ましい。
【００８５】
この場合、レーザ光源から出射する励起光は、その光量を減らすことなくアスペクト比が改善され、しかもファイバレーザと光学的に結合し易くすることができる。このことにより、励起光は、さらに効率よく利用されることとなる。
【００８６】
前記基本波の出力の一部を検出する基本波検出部と、前記基本波検出部による検出値に基づいて前記波長変換素子から出射する前記高調波の出力を制御する出力制御部と、をさらに備えることが好ましい。
【００８７】
この場合、基本波の出力の増大によるファイバグレーティングや波長変換素子での温度上昇をそれぞれで制御することにより、基本波の波長変換素子での位相整合条件を精密に制御することができ、さらに効率よく安定な高調波の出力が波長変換素子から得られる。
【００８８】
前記高調波の波長は、５１０〜５４０ｎｍであり、前記高調波の出力は、１Ｗ以上であることが好ましい。
【００８９】
この場合、視感度の高い緑色のレーザ出力光を得ることができ、色再現性の良いディスプレイとして、さらに原色に近い色表現をすることができる。
【００９０】
前記レーザ共振器はさらに、前記波長変換素子の出射端の近傍に配置された第３の反射面、を有し、前記基本波を前記波長変換素子を通過させながら、前記ファイバグレーティング及び前記第３の反射面間で前記基本波を発振させることが好ましい。
【００９１】
この場合、波長変換素子がファイバグレーティング及び第３の反射面からなる共振器内に配置されるので、より高効率の波長変換を実現することができる。
【００９２】
前記波長変換素子の出射端面の切断角は、前記波長変換素子から出射される高調波の偏光方向を単一化すべく、前記波長変換素子の光軸方向に対してブリュースター角をなすことが好ましい。
【００９３】
この場合、波長変換素子の出射端面の切断角をブリュースター角とすることにより、複数の発振波長を持つ高調波の偏光方向を単一化することができる。
【００９４】
前記基本波の複数の発振波長は、２つであり、前記波長変換素子は、前記基本波の一方の発振波長に応じた位相整合条件を成立させることにより前記一方の発振波長の基本波を波長変換する第１の領域と、前記基本波の他方の発振波長に応じた位相整合条件を成立させることにより前記他方の発振波長の基本波を波長変換する第２の領域とを有し、前記第１及び第２の領域は、前記基本波の入射方向に沿って順々に配置され、前記基本波は、前記第１及び第２の領域を順々に通過することが好ましい。
【００９５】
この場合、基本波の各発振波長に応じた位相整合条件を成立可能な第１及び第２の各領域に各基本波を入射させることができる。このため、異なる発振波長を持つ２つの高調波の発振が可能となる。
【００９６】
本発明に係る画像表示装置は、複数のレーザ光源と、前記各レーザ光源から出射されるレーザ光を走査する走査部と、前記各レーザ光源から出射されるレーザ光を用いて画像を表示するスクリーンとを備え、前記レーザ光源は、少なくとも赤色、緑色及び青色をそれぞれ出射する光源から構成され、前記レーザ光源のうち、少なくとも緑色の光源は、上記の波長変換装置を備える。
【００９７】
上記の画像表示装置では、視感度の高い緑色のレーザ出力光を得ることができるので、色再現性の良いディスプレイ等に使用して、さらに原色に近い色表現をすることができる。
【発明の効果】
【００９８】
本発明によれば、出射される基本波の発振波長を切り替えることができるファイバ装置、このファイバ装置と波長変換素子を組み合わせた波長変換装置及び、この波長変換装置を光源として用いた画像表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９９】
以下、本発明の実施の形態に係るファイバ装置、波長変換装置及び画像表示装置について、図面を参照しながら説明する。なお、同一部分には同一符号を付し、図面で同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合もある。
【０１００】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるファイバ装置の概略構成を示す模式図である。本実施の形態におけるファイバ装置は、波長切り替え可能な基本波を発生させるものであり、図１に示すように、本実施の形態におけるファイバ装置は、励起光源１と、ファイバ３と、励起光源側ファイバグレーティング（以下、「第１のファイバグレーティング」と呼ぶ）２と、出射側ファイバグレーティング（以下、「第２のファイバグレーティング」と呼ぶ）４と、基本波の波長の切り替えを行うための第１の反射部９と、を備えており、出射された基本波を波長変換する波長変換素子７と共に光学系（波長変換装置）を構成している。
【０１０１】
励起光源１から出射された励起レーザは、ファイバ３に導光され、第１のファイバグレーティング２を通過し、ファイバ３の中をレーザ活性物質に吸収されながら伝播し、ファイバ３を通り抜けるまでにファイバ３の中で消失する。この間に発生した基本波の種光は、第１のファイバグレーティング２及び第２のファイバグレーティング４で構成された共振器の間を往復しながら、励起光源１から出射された励起レーザにより増幅され、高出力の基本波としてレーザ発振に至る。
【０１０２】
本実施の形態において、第１のファイバグレーティング２は、帯域幅約１ｎｍ程度の広帯域な反射スペクトルを持ち、反射率はほぼ１００％に設定されている。また、第２のファイバグレーティング４は、帯域幅０．１ｎｍ程度の狭帯域な反射スペクトルを持ち、反射率は１０％程度に設定してある。
【０１０３】
通常、基本波の発振には、励起光源１、ファイバ３、第１のファイバグレーティング２及び第２のファイバグレーティング４のみからなる構成で実現されるが、本実施の形態は、この構成に第１の反射部９を加えて、出射した一定以上の光量の基本波をファイバ３に戻すことで基本波の波長を切り替える構成を取る。以下に、その構成を説明する。
【０１０４】
ファイバ３から出射し、第１の反射部９に向かう往路の基本波５は、波長変換素子７にて一部を高調波８に変換され、残りの透過した基本波は、第１の反射部９に入射する。ここで、第１の反射部９から励起光源１に向かう復路の基本波６がファイバ３に戻る光量を一定以下となるように第１の反射部９が配置された状態では、その戻り光は往路の基本波５の発振波長になんら影響を与えず、第２のファイバグレーティング４で決められた波長で発振し続ける。この場合、基本波５の発振波長は、帯域幅の狭い第２のファイバグレーティング４の帯域により規定される。以下、基本波５を発振させる共振器を第１のファイバグレーティング２及び第２のファイバグレーティング４により形成する状態を「状態１」と呼ぶ。
【０１０５】
これに対して、一定以上の光量の基本波６をファイバ３に戻す様に、第１の反射部９を配置し、復路の基本波６を往路の基本波５の伝播方向に対して略逆方向に伝播させた時のことを考える。「状態１」において、基本波５及び６を発振させる共振器は、ファイバグレーティング２及び４で形成されている。しかし、第２のファイバグレーティング４の反射率は１０％程度と低いため、第１の反射部９からファイバ３に戻る光量が第２のファイバグレーティング４による反射光量よりも多くなると、今度は、第１のファイバグレーティング２と第１の反射部９とで共振器を形成することになる。この場合、基本波５及び６の発振波長は、第１のファイバグレーティング２の帯域に依存することになり、第２のファイバグレーティング４で決められる波長とは違う波長で発振することになる。この場合、基本波５及び６の発振波長は、第２のファイバグレーティング４により規定をすることができず、「状態１」における発振波長からずれが生じることになる。以下、基本波５及び６を発振させる共振器を第１のファイバグレーティング２及び第１の反射部９により形成する状態を「状態２」と呼ぶ。
【０１０６】
次に、この「状態１」及び「状態２」での高調波８の発振に関して説明する。「状態１」において、基本波５及び６は通常通り、第２のファイバグレーティング４の帯域にロックされた波長で発振している。波長変換素子７が第２のファイバグレーティング４の帯域波長に対応している場合、「状態１」にて波長変換素子７で位相整合条件を満たして高調波８を発振することになる。
【０１０７】
第１の反射部９の移動により、「状態１」から「状態２」に移行すると、基本波５及び６の波長がずれ、「状態１」と同じ温度では波長変換素子７の位相整合条件を満たせなくなる。このため、「状態１」において発振していた高調波８は消光することになる。
【０１０８】
本発明の実施の形態１によれば、第１の反射部９を動作させて「状態１」と「状態２」を切り替えるだけで、基本波５及び６の波長をずらすことができ、それにより、簡便に高調波８の発振／消光の切り替えが可能になる。
【０１０９】
本実施の形態において、第１の反射部９は、基本波を反射して高調波を透過する様に、波長により透過率あるいは反射率の異なるコーティングを掛けておくと、高調波をより多く得ることができ望ましい。例えば、第１の反射部９として、ガルバノミラー等の高速で稼動が可能な光学モジュールを使用するのが望ましい。それにより、「状態１」と「状態２」の高速な切り替えが実現されるからである。この場合、図１に示すように、駆動部９１により第１の反射部９を駆動させればよい。
【０１１０】
また、本実施の形態において、「状態１」における第１の反射部９からの戻り光である基本波６が波長変換素子７の中を通過する際に発生する高調波を取り出すことにより、トータルとしての高調波の出力を向上させることが可能になる。例えば、「状態２」からわずかに第１の反射部９をずらして「状態１」にした場合、往路の基本波５の光路とはわずかにずれながらも、復路の基本波６は波長変換素子７の中を通過するが、その際高調波８とは逆向きの図示していない高調波を発生させることになる。こうして発生した高調波も、波長変換素子７とファイバ３の間に、図示していないダイクロイックミラー等の取り出しミラーを設けることにより、取り出すことが可能である。
【０１１１】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。上記の実施の形態１では、高速で稼動が可能な光学モジュールの移動によりファイバへの戻り光量を調節することにより、基本波の波長をずらすものであった。一方、本実施の形態では、ファイバから出射される光の強さを減衰させることにより、基本波の波長をずらすものである。図２に、本実施の形態におけるファイバ装置の概略構成を示す。
【０１１２】
図２に示すように、本実施の形態におけるファイバ装置は、励起光源１と、ファイバ３と、第１のファイバグレーティング２と、第２のファイバグレーティング４と、基本波の波長の切り替えを行うための第２の反射部９ａと、を備えており、出射された基本波を波長変換する波長変換素子７と共に光学系（波長変換装置）を構成している。第２の反射部９ａは、ファイバ３から出射された光を再びファイバ３に戻す光量を変調するものであり、アッテネータ１１と、反射部材１０と、を有している。
【０１１３】
ファイバ３から出射した基本波５は、図１と同様に、波長変換素子７で一部を高調波８に変換されて、残りは波長変換素子７を透過してアッテネータ１１に入り所定の光量分減衰して、反射部材１０に達する。反射部材１０にて反射された基本波５は、再びアッテネータ１１、波長変換素子７を透過して、ファイバ３に戻る。この時、反射部材１０で反射してファイバ３に戻った復路の基本波６の光量が、第２のファイバグレーティング４で反射した基本波６の光量より高くなるように、アッテネータ１１の透過率を調整すると、実施の形態１で述べた「状態２」になる。逆に、反射部材１０で反射してファイバ３に戻った復路の基本波６の光量が、第２のファイバグレーティング４で反射した基本波の光量より低くなるように、アッテネータ１１の透過率を調整すると、実施の形態１で述べた「状態１」になる。すなわち、アッテネータ１１の透過率を変調することで、ファイバ３の発振波長を選択することができ、さらには、高調波８の発振／消光制御が可能になる。アッテネータ１１の透過率の調整は、図２に示すように、制御部９２により制御すればよい。
【０１１４】
本実施の形態において、「状態１」と「状態２」との間の切り替わりは、第２のファイバグレーティング４での反射光量と第２の反射部９ａによってファイバ３の中に折り返した光量との割合のみで決定される。このため、アッテネータ１１の減衰率は、「状態１」と「状態２」との間の切り替わりにおいて、出力したい基本波光量の絶対値には依存せず、一定とすることができる。したがって、アッテネータ１１の減衰率の精密な制御は不要となり、第２の反射部９ａの構成が簡略化される。
【０１１５】
また、本実施の形態では、アッテネータ１１は、波長変換素子７と反射部材１０との間に配置されているが、ファイバ３と波長変換素子７との間に配置しても構わない。そうすることで、波長変換素子７から出射される高調波８がアッテネータ１１を通過する際のパワーのロスも無くなり、また、アッテネータ１１自体に高調波８が透過するようなコーティングを掛ける必要も無くなる。
【０１１６】
さらに、本実施の形態において、ファイバ３としては、例えば高出力の励起レーザを伝播させることが可能なダブルクラッドの偏波保持ファイバーの使用が考えられる。この場合、励起レーザは、ファイバ３のコア部分と内側のクラッドの比較的広い領域を伝播して、ファイバ３のコア部分に含まれるレーザ活性物質に吸収されることになる。また、ファイバ３のコア部分に含まれるレーザ活性物質として、例えば、希土類元素Ｙｂが知られている。この希土類元素Ｙｂを含むファイバに、例えば、波長９１５ｎｍあるいは９７５ｎｍの半導体レーザからの励起レーザを入射すると、波長約１０３０〜１１００ｎｍの誘導放出が起こることが知られている。
【０１１７】
また、本実施の形態において、波長変換素子７としては、周期状の分極反転構造を有する非線形光学結晶からなるＳＨＧ素子が好ましい。分極反転構造を有するＳＨＧ素子としては、ＫＴｉＯＰ４や、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３が用いられる。また、Ｍｇをドープした、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３、あるいは、ストイキオメトリ組成の、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３等も利用することができる。これらの結晶は、高い非線形定数を有するため高効率な波長変換が可能である。また、周期構造を変えることで、位相整合波長を自由に設計できるという利点がある。
【０１１８】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。上記の実施の形態１及び２では、基本波を発振させる共振器を構成する一方の反射面を第１のファイバグレーティング２とし、他方の反射面を第２のファイバグレーティング４または第１の反射部９（または第２の反射部９ａ）のいずれかとすることにより、基本波の発振波長の切り替えを行うものであった。一方、本実施の形態では、励起光源側ファイバグレーティングがさらに１つ追加され、基本波を発振させる共振器を構成する一方の反射面も２つの励起光源側ファイバグレーティングのうちから切り替え可能とするものである。図３は、本発明の実施の形態３におけるファイバ装置の概略構成を示す模式図である。
【０１１９】
図３に示すように、本実施の形態におけるファイバ装置は、上記の実施の形態１と同様に、励起光源１と、ファイバ３と、第１のファイバグレーティング２と、第２のファイバグレーティング４と、基本波の波長の切り替えを行うための第１の反射部９と、を備えており、出射された基本波を波長変換する波長変換素子７と共に光学系（波長変換装置）を構成している。そして、本実施の形態のファイバ装置はさらに、ファイバ３の励起光源１側に配置された励起光源側ファイバグレーティング（以下、「第３のファイバグレーティング」と呼ぶ）１２を備えている。なお、本実施の形態では、ファイバ３から出射された光を再びファイバ３に戻す反射部として、実施の形態１の第１の反射部９を用いているが、上記の実施の形態２の第２の反射部９ａを用いても構わない。
【０１２０】
第３のファイバグレーティング１２は、図３に示すように、第１のファイバグレーティング２と第２のファイバグレーティング４との間で、かつ、第１のファイバグレーティング２の近傍に配置されている。第３のファイバグレーティング１２は、帯域幅０．１ｎｍ程度の狭帯域ファイバグレーティングであり、その帯域は、第１のファイバグレーティング２の帯域に含まれないように設定される。
【０１２１】
第３のファイバグレーティング１２の帯域は、第３のファイバグレーティング１２による基本波の発振が容易に実現されるように、第１のファイバグレーティング２の帯域よりも長波長側に配置される。なお、第２のファイバグレーティング４の帯域は第１のファイバグレーティング２の帯域に含まれるべきものであるので、第２のファイバグレーティング４と第３のファイバグレーティング１２との間では、それらの帯域が重なり合う範囲はない。
【０１２２】
第３のファイバグレーティング１２の反射率は、可能な限り高くしておく。実質的に、１００％に近い値であることが望ましい。これにより、第１の反射部９により上記の「状態２」を実現すべくファイバ３に折り返された基本波６は、第１のファイバグレーティング２と第１の反射部９とで形成された共振器により増幅されずに、第３のファイバグレーティング１２と第１の反射部９とで形成される共振器により増幅されることになる。この結果、基本波５及び６の発振波長は、帯域幅の狭い第３のファイバグレーティング１２の帯域により規定され、第１の反射部９の移動前における波長から変化することになる。
【０１２３】
すなわち、第３のファイバグレーティング１２の反射率を可能な限り高くしておき、第３のファイバグレーティング１２の帯域を、ファイバ３として発振可能な波長範囲内で、かつ、第１のファイバグレーティング２の帯域よりも長波長側に指定しておくことにより、第１の反射部９の移動による戻り光量の増減により基本波の発振波長を切り替えることができる。また、切り替え可能な基本波の発振波長は、第２のファイバグレーティング４及び第３のファイバグレーティング１２の帯域の設定により任意に設定可能であるので、あらかじめ意図的に選択された２波長の基本波を切り替えて発振させることが実現される。
【０１２４】
本実施の形態において、波長変換素子７の位相整合条件は、第２のファイバグレーティング４により規定される発振波長及び第３のファイバグレーティング１２により規定される発振波長のうちのいずれかとの間で成立するように、設定される。そうすることにより、波長変換素子７の位相整合条件の成立する波長を持つ基本波の入射により、波長変換素子７はその波長変換により高調波を出射されることができる。したがって、第１の反射部９の移動により高調波の発振をオン／オフさせることが可能となる。なお、波長変換素子７は、温度位相整合を用いる非線形結晶、角度位相整合を用いる非線形結晶、擬似位相整合を用いる非線形結晶、のいずれの結晶を用いたものであっても構わない。
【０１２５】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。上記の実施の形態３では、異なる発振波長を持つ２つの基本波の出射の切り替えにより、高調波の発振のオン／オフを切り替えるものであった。一方、本実施の形態では、異なる発振波長を持つ２つの基本波の出射の切り替えの際、いずれの場合においても高調波の発振を可能とするものである。図４は、本発明の実施の形態４におけるファイバ装置の概略構成を示す模式図である。
【０１２６】
図４に示すように、本実施の形態におけるファイバ装置は、励起光源１と、ファイバ３と、第１のファイバグレーティング２と、第２のファイバグレーティング４と、基本波の波長の切り替えを行うための第１の反射部９と、第３のファイバグレーティング１２と、を備えており、出射された基本波を波長変換する波長変換素子７ａと共に光学系（波長変換装置）を構成している。なお、本実施の形態においても、ファイバ３から出射された光を再びファイバ３に戻す反射部として、実施の形態１の第１の反射部９を用いているが、上記の実施の形態２の第２の反射部９ａを用いても構わない。
【０１２７】
本実施の形態におけるファイバ装置が、上記の実施の形態３と異なる点は、ファイバ装置から出射された基本波を波長変換する波長変換素子として、異なる発振波長を持つ２つの基本波の各々に対応した位相整合条件を持つ、複数の波長変換領域を有する波長変換素子を用いた点である。以下、この点について説明する。なお、この点以外は、上記の実施の形態３と同様であり、ここでは説明を省略する。
【０１２８】
波長変換素子７ａは、２つの波長変換領域、すなわち、第１の波長変換領域１３と、第２の波長変換領域１４と、を有している。例えば、波長変換素子７ａは擬似位相整合を用いる非線形結晶を使用して構成され、基本波５の進行方向に沿って各分極反転周期が形成された第１の波長変換領域１３、第２の波長変換領域１４が順に並んでいる。例えば、第１の波長変換領域１３に形成された分極反転周期は第２のファイバグレーティング４により規定される発振波長の基本波５に対応し、第２の波長変換領域１４に形成された分極反転周期は第３のファイバグレーティング１２により規定される発振波長の基本波５に対応する。
【０１２９】
この時、第１の反射部９の移動により「状態１」と「状態２」との間で切り替えると、例えば「状態１」では第２のファイバグレーティング４の帯域波長に対応した第１の波長変換領域１３から高調波が発振し、第１の反射部９を透過して出射することになる。また、「状態２」では、第３のファイバグレーティング１２の帯域波長に対応した第２の波長変換領域１４から高調波が発振し、外部に出射される。
【０１３０】
本実施の形態によれば、異なる発振波長を持つ２つの高調波を切り替えて発振させることが可能になる。
【０１３１】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５について説明する。上記の実施の形態１〜４のファイバ装置を用いた波長変換装置を光源とする具体的な形態として、例えば、レーザプロジェクションテレビ等への応用が考えられる。本実施の形態は、上記の実施の形態１〜４のファイバ装置を用いた波長変換装置を適用したレーザディスプレイ（２次元画像表示装置）の一例である。図５に、本実施の形態におけるレーザディスプレイの概略構成を示す。
【０１３２】
図５に示すように、本実施の形態においては、光源には赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３色のレーザ光源５１５ａ、５１５ｂ及び５１５ｃを用いた。Ｒ光源５１５ａには波長６３８ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系半導体レーザを、Ｂ光源５１５ｃには、波長４６５ｎｍのＧａＮ系半導体レーザを用いている。Ｇ光源５１５ｂには、上記の実施の形態１〜４におけるファイバ装置を用いた波長変換装置が用いられている。Ｒ、Ｇ、Ｂ各光源５１５ａ、５１５ｂ及び５１５ｃから出射されたレーザビームは、集光レンズ５１６ａ、５１６ｂ及び５１６ｃにより集光した後、２次元ビーム走査手段５１７ａ、５１７ｂ及び５１７ｃにより、拡散板５１９ａ、５１９ｂ及び５１９ｃ上を走査される。
【０１３３】
画像データはＲ、Ｇ及びＢそれぞれのデータに分割されており、その信号をフィールドレンズ５２０ａ、５２０ｂ及び５２０ｃで絞って空間光変調素子５２１ａ、５２１ｂ及び５２１ｃに入力した後、ダイクロイックプリズム５２２で合波することにより、カラー画像を形成する。合波されたビームは、投射レンズ５２３及び５２４を通過してスクリーン５２５に投射される。ただし、Ｇ光源５１５ｂから空間光変調素子５２１ｂに入射する光路中には、空間光変調素子５２１ｂでのＧ光のスポットサイズをＲ光やＢ光と同じにするために、光路中に凹レンズ５１８を挿入している。
【０１３４】
このように、本実施の形態のレーザディスプレイでは、Ｒ、Ｇ及びＢの光源にレーザ光源を用いるので、高輝度でも薄型に構成できる。
【０１３５】
さらに、Ｒ、Ｇ及びＢそれぞれで単色のレーザ光源を用いることにより、ｓＲＧＢ標準やＮＴＳＣ規格で規定されている色再現範囲に対して再現範囲が大幅に拡大され、原色に近い色表現が可能になっている。例えば、図６に、レーザ光源の波長をＲ光源とＢ光源それぞれで６４０ｎｍ、４５０ｎｍとし、Ｇ光源の波長を５２０ｎｍ、５３０ｎｍ各波長の時の再現範囲を示す。Ｇ光源の波長を５３０ｎｍとした時、ｓＲＧＢ標準と比較して表現できる三角形の面積は約２倍、ＮＴＳＣ規格と比較しても約１．４倍に表現範囲が増える。さらに、波長を５２０ｎｍとした時、ｓＲＧＢ標準と比較して約２．１倍、ＮＴＳＣ規格と比較しても約１．５倍にまで色表現範囲が増えるのが分かる。その中で、Ｇ光源の波長を２波長から選択することが出来るようになると、画像の再現範囲を選択的に広げることが可能になる。図６に示すように、Ｇ光源波長５２０ｎｍと５３０ｎｍの例でも、互いにオーバーラップしている範囲もあるが、各波長でしか再現出来ていない範囲も多い。Ｇ光源の波長を切り替えることが出来るようになると、例えば緑の色調を好みに合わせてユーザーが選択できるようにしておくことも可能であるし、画像情報に応じて、Ｇ光源の波長を自動的に選択して表現することも可能になる。
【０１３６】
その他にも、例えば５２０ｎｍと５３０ｎｍで比較すると、５３０ｎｍの方が比視感度が高いため、一般に５３０ｎｍの方が発光量を下げることができる。そのため、例えばポータブルディスプレイ等でバッテリー残量が多い時は表現範囲の広い５２０ｎｍを使い、バッテリー残量が減った時には５３０ｎｍに切り替えて、発光量を落として使うといった使い方も考えられるし、ユーザー設定として省電力モード等を設定した時は５３０ｎｍに切り替えるといった使い方も考えられる。具体的には、プロジェクタやプロジェクタ用のリモコン等に「高画質モード」や「省エネモード」、「画質切り替えモード」といった切り替えボタンを設けておき、プロジェクタやプロジェクタ用リモコンでの各モードの切り替えに連動して、波長切り替え手段を動作させるといった動作が考えられる。
【０１３７】
本実施の形態において、高出力の可視域の緑光源を実現することができ、赤、青の高輝度レーザと合わせて、大型ディスプレイや高輝度ディスプレイ等のディスプレイ分野での応用が可能である。
【０１３８】
上記の実施の形態１〜５によれば、ファイバレーザ出力を高調波に波長変換する構成において、簡単な構成で基本波の発振波長を切り替えることができる。加えて、基本波を波長変換した高調波をオンオフ変調することができ、さらには、２波長の高調波を選択的に発振させることができる。
【０１３９】
（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６について説明する。図７に、本発明の実施の形態６に係る波長変換装置の構成を示す。図７に示す波長変換装置２１は、その基本構成として、ファイバレーザ２２と、ファイバレーザ２２から出射される基本波２３を高調波出力２４に変換する波長変換素子２５と、ファイバレーザ２２と波長変換素子２５との間に配置された集光レンズ３６と、を備えている。
【０１４０】
ファイバレーザ２２は、その主な構成要素としては、ファイバグレーティング２９とレーザ活性物質を含むファイバ２６とからなるレーザ共振器、ファイバ２６に励起光２７を入射するレーザ光源２８、ファイバ２６から出射される基本波２３を波長変換素子２５の方向に取り出す取り出しミラー３０を含む光学系２００、及び、ファイバ２６の各端面に形成された第１及び第２の反射面３４及び３３、である。なお、ここでファイバ２６からなるレーザ共振器は、ファイバグレーティング２９とファイバ２６の一方の端面に形成された第２の反射面３３を一組の反射面として基本波２３を増幅して出射する。
【０１４１】
すなわち、ファイバレーザ２２は、ファイバ２６に入射する励起光２７を出力するレーザ光源２８と、基本波の波長を選択して基本波を反射するファイバグレーティング２９と、各端面に第１及び第２の反射面３４及び３３が形成されたファイバ２６と、出力である基本波２３を波長変換素子２５に導く取り出しミラー３０を含む光学系２００と、から構成されている。なお、取り出しミラー３０は、励起光２７を透過してレーザ光源２８とファイバ２６を結びつけ、かつファイバ２６から出射する基本波２３を反射して波長変換素子２５に導く機能を果たしている。
【０１４２】
ファイバレーザ２２のレーザ共振器の一方の反射面としてファイバグレーティング２９を適用することで、任意の反射中心波長を選択することが可能となり発振中心波長を任意に選択できる上、波長変換素子２５側の要求する波長帯域０．０５〜０．２ｎｍの基本波を発生することができる。
【０１４３】
ファイバグレーティング２９は、偏波保持ファイバにより形成されている。一般に、偏波保持ファイバは、大きな複屈折率を持っており、光の偏波状態を保持し伝送することが可能である。本実施の形態においては、この偏波保持ファイバ上にファイバグレーティング２９を形成することにより、ファイバグレーティング２９に、偏波保持ファイバの持つ複屈折率の利用による、近接した２つのピークを持つ反射特性を持たせている。このような狭帯域かつ近接する２つの反射ピークを得ることは、誘電体多層膜を用いた反射ミラーでは困難である。誘電体多層膜のような帯域の広い反射面を用いた場合、ファイバのゲインが高い発振波長で発振する（発振しやすい発振波長で発振する）ため、任意に波長選択することも困難であり、発振波長が不安定になる原因となる。
【０１４４】
また、ファイバ２６を偏波無依存のシングルモードファイバとし、ファイバ２６の端面の第２の反射面３３に偏光単一化機構を配置することにより、ファイバグレーティング２９の反射による２つのピークを持つ基本波を単一偏光で得ることが可能となる。
【０１４５】
また、本実施の形態の場合、発振波長が１０２０〜１１００ｎｍであるため、ファイバ２６のコア径は４．５〜６．５μｍであることが必要である。コア径が１０μｍ以上となった場合、レーザ光の横モードがマルチモードとなるため、高効率な波長変換が実現できない。
【０１４６】
また、レーザ共振器をファイバ２６内に閉じた系とし、外部からの塵あるいは反射面のミスアライメントなどで共振器の損失が増加することによる出力の経時低下・出力変動を抑制することができる。
【０１４７】
次に、図７のファイバレーザ２２の基本のレーザ動作について説明する。図７でピッグテイル型のレーザ光源２８からの励起光２７は、レーザ光源２８に付属したファイバ３１中を伝搬した後、光学系２００のコリメートレンズ３２ａで平行光に変換された状態で取り出しミラー３０を透過する。さらに励起光２７は、光学系２００の集光レンズ３２ｂにより集光されて、ファイバ２６の第２の反射面３３よりファイバ２６に入射する。入射した励起光２７はファイバ２６に含まれるレーザ活性物質で吸収されつつファイバ２６中を伝搬する。励起光２７はファイバグレーティング２９を通過した後、第１の反射面３４で反射されてファイバ２６の中を折り返してレーザ活性物質で吸収されつつ伝搬し、第２の反射面３３に到達するまでに１往復してほぼレーザ活性物質に吸収されて消失する。従来はファイバ内を一方向に伝搬しつつ励起光が吸収されるだけなので、基本波を増幅するゲインは励起光が伝搬していく方向に進行するに従い減少していく。一方、本実施の形態では、励起光２７はファイバ２６内を折り返して一往復して吸収されるので、基本波を増幅するゲインは従来に比べてファイバ２６内で一様に高くなる。
【０１４８】
このように本実施の形態では、励起光２７がファイバ２６の中を一往復してほぼ全て吸収され、ファイバ２６内で基本波を増幅するゲインが一様に高くなった状態で、基本波２３の種光がファイバ２６の内部で発生する。この基本波２３の種光は、ファイバ２６の第２の反射面３３とファイバグレーティング２９をレーザ共振器の一組の反射面として、このレーザ共振器の中を増幅されて強度を増しつつ何度も反射して往復しレーザ発振に至る。
【０１４９】
本実施の形態で用いたファイバ２６は、例えば、高出力の励起光２７を伝搬させることが可能なダブルクラッドの偏波保持ファイバを使用した。したがって、励起光２７はファイバ２６のコアと内側のクラッドの比較的広い領域を伝搬して、ファイバ２６に含まれるレーザ活性物質により吸収される。また、広い範囲を伝搬することができるので高出力の励起光２７を用いることもできる。
【０１５０】
このようにしてファイバ２６から出力される基本波２３は第２の反射面３３から出射した後、集光レンズ３２ｂにより平行光に変換されて取り出しミラー３０に到達する。取り出しミラー３０の一方の表面には、波長選択用の多層膜３５が形成されている。この多層膜３５は励起光２７の波長の光は透過し、基本波２３の波長の光は反射するように構成されているので、第２の反射面３３から出射した基本波２３は取り出しミラー３０の表面の多層膜３５で反射されて波長変換素子２５に導かれる。
【０１５１】
本実施の形態において、取り出しミラー３０を狭帯域透過フィルタで構成し、励起光２７に対して、例えば、４０〜５０度の角度で挿入するのが望ましい。４０〜５０度で挿入するのは取り出しミラー３０で反射する励起光２７の一部がレーザ光源２８に戻らないようにするためである。また、ファイバ２６から出射される光の光路と波長変換素子２５から出射される光の光路とを直角にすることができるため、波長変換装置２１をモジュール化する場合、よりコンパクトにすることができるためである。また、取り出しミラー３０とは別個に狭帯域透過フィルタを取り出しミラー３０とコリメートレンズ３２ａの間に挿入してもよい。
【０１５２】
このような構成にすると、例えば、ファイバ２６をＹｂドープファイバとした場合に、透過フィルタの透過波長を９１５ｎｍや９７６ｎｍのＹｂドープファイバの吸収のピーク波長に合わせることができる。しかも、透過波長の９１５ｎｍや９７６ｎｍを中心に２〜３ｎｍの狭帯域の半値幅しか持たないこととなる。励起光２７がこのような狭帯域の光となって取り出しミラー３０を透過して光ファイバ２６に入射するとき、励起光２７の一部がファイバ２６の端面である第２の反射面３３で反射される。反射された励起光２７の一部は同じ光路を逆に進行してレーザ光源２８に帰還して、レーザ光源２８の発振波長はこの帰還した励起光２７の一部である狭帯域の光でロックされる。そもそも励起用レーザ光源２８はマルチモードで発振するため比較的広い５ｎｍ以上の波長半値幅を持つが、このように透過型フィルタなどの波長を狭帯域にロックする光学部品を用いると波長半値幅が２〜３ｎｍの狭帯域のレーザ光源になる。このような効果により、励起光２７の波長の半値幅が小さくなり、レーザ光源２８自体の効率も向上する上、励起光２７がファイバレーザ２２で、より効率よく吸収され、励起光２７から基本波２３への光出力の変換がさらに高効率で実現できる。また、本実施の形態では、ファイバ２６の励起光２７の吸収効率が高くファイバ長をより短くすることができるため１０３０ｎｍ以下の波長を発生させる際に使用すると、より高効率なファイバレーザを作製できる。なお、このときにファイバ２６の端面である第２の反射面３３での励起光２７の反射率は少なくとも３〜８％程度に設定されていることが望ましく、励起用ＬＤのエミッタ幅は、発振するモードの数が少ない方が波長ロックを行いやすくなるため、５０〜２００μｍ、より望ましくは５０〜１００μｍ程度であることが望ましい。
【０１５３】
次に、波長変換素子２５の基本動作について説明する。上記のようにしてファイバレーザ２２により基本波２３のレーザ光が出力され、集光レンズ３６で集光されて波長変換素子２５に入射する。このファイバレーザ２２からの基本波２３が入射波となり波長変換素子２５の非線形光学効果により変換されると、波長が基本波２３の１／２の高調波出力２４となる。この変換された高調波出力２４は、ビームスプリッタ３７で一部反射されるが、透過した高調波出力２４のほとんど全てが波長変換装置２１の出力光となって出射される。
【０１５４】
図８（Ａ）は、本実施の形態のファイバレーザ２２により発生可能なレーザ光の発振スペクトルを、図８（Ｂ）は、従来例による発振スペクトルを、それぞれ示しており、図８（Ｃ）は、図８（Ａ）の発振スペクトルを変換可能な波長変換素子の構成を、図８（Ｄ）は、図８（Ｂ）の発振スペクトルを変換可能な波長変換素子の構成を、それぞれ模式的に示している。
【０１５５】
本実施の形態において、波長変換素子２５は、基本波の２つのピークに対応する位相整合条件を満足するよう設計されている。本実施の形態の場合には、波長変換素子２５を形成する分極反転周期が、波長λ１の基本波に対応する周期と、波長λ２の基本波に対応する周期と、を持つ２つの領域から形成されている。
【０１５６】
また、波長λ１の基本波と波長λ２の基本波との和周波発生する際の位相整合条件を満足する周期を同一の波長変換素子内に形成することで、第２高調波の波長スペクトルにおけるピークの形状をよりフラットにすることができる。従来、広いスペクトル幅の基本波を効率よく変換するためには、図８（Ｄ）に示すように、波長変換素子全域にわたって、徐々に位相整合条件を変化させる、つまり周期分極反転素子の場合には、分極反転周期を徐々に変化させることが必要であった。このため、０．１ｎｍ程度の狭帯域の基本波を変換する場合と比較して、１／３程度の変換効率しか得ることができなかった。一方、本実施の形態の場合は、図８（Ｃ）に示すように、波長λ１の基本波、波長λ２の基本波それぞれに対して最適な位相整合条件を持つ波長変換素子を準備することにより、各基本波を効率よく変換することができる。図８（Ｃ）の波長変換素子の設計は簡便な上、上記のように波長変換効率を向上させることも可能である。
【０１５７】
また、分極反転周期をそれぞれの基本波のピークにあわせて設計することに代えて、波長変換素子に温度勾配を設けたり、それぞれ各ピーク波長に対応する領域をそれぞれの位相整合温度に保持することにより、上記と同一の効果を得ることができる。
【０１５８】
ビームスプリッタ３７で一部反射された高調波出力３８は、波長変換装置２１の出力光をモニターするために受光素子３９で受光して電気信号に変換されて利用される。この変換された信号の強度が波長変換装置２１で所望の出力が得られる強度になるように、出力コントローラー４０は励起用レーザ電流源４１でレーザ光源２８の駆動電流を調整する。そうするとレーザ光源２８からの励起光２７の強度が調整され、ファイバレーザ２２の基本波２３の出力強度が調整され、その結果として波長変換装置２１の出力の強度が調整される。このことにより波長変換装置２１の出力の強度は一定に保たれ、いわゆるオートパワーコントロール（以下、「ＡＰＣ」と略する）が安定に動作することとなる。
【０１５９】
波長変換装置２１の出力の強度をＡＰＣ動作により、さらに精度よく制御するために、ファイバ２６の他方の端面に形成された第１の反射面３４の外側に受光素子４２を配置することもできる。このようにして、ファイバグレーティング２９で反射されずに、わずかに漏れて透過してくる基本波２３を検出する、または第１の反射面３４で反射されずに、わずかに漏れて透過してくる励起光２７を検出することができる。この検出データを基に、励起光２７や基本波２３の全体の強度を各々推定することにより、出力コントローラー４０は励起用レーザ電流源４１でレーザ光源２８の駆動電流を調整して波長変換装置２１の出力の強度をＡＰＣ動作させる。また同様に、取り出しミラー３０の基本波２３を反射する多層膜３５が構成された表面と反対の他方の表面４３から、わずかに反射してくる励起光２７の一部４４を受光素子５０で検出することにより、励起光２７の一部４４から励起光２７全体の強度を推定して出力コントローラー４０でＡＰＣ動作をさせることもできる。
【０１６０】
次に、図７の波長変換装置２１が高出力の緑色のレーザ光（以下、Ｇ光とする）を出力する具体的な動作について説明する。
【０１６１】
図７において、ファイバレーザ２２のファイバ２６のコア部分にはレーザ活性物質として希土類元素Ｙｂが１２００ｐｐｍの濃度でドープされている。ファイバ励起用のレーザ光源２８は波長９１５ｎｍ、しきい値電流４００ｍＡ、最大光出力１０Ｗの半導体レーザが使用されている。波長９１５ｎｍの励起光２７はファイバ２６に入射されて、反射率９８％の第１の反射面３４で折り返してファイバ２６を１往復して第２の反射ミラー３３に到達するまでに全て吸収される。その結果、このレーザ光源２８からの励起光２７をファイバ２６に入射すると、励起光２７がコア部分で吸収されてコア部分のＹｂの準位を利用して、ファイバ２６から波長約１０６０ｎｍの誘導放出が起こる。この約１０６０ｎｍの誘導放出光は、ファイバ２６の中を励起光２７が吸収されることで得られたゲインで増幅されて進み、波長約１０６０ｎｍの赤外レーザ光である基本波２３となる。
【０１６２】
また、この基本波２３はファイバグレーティング２９と第２の反射面３３とをレーザ共振器の一組の反射面として、これらの反射面の間を往復することにより、主として高反射率のファイバグレーティング２９により発振波長の選択が行われる。このときのファイバグレーティング２９の反射波長及び反射波長帯域幅は、１０６４ｎｍ及び０．１ｎｍに設定されている。したがって基本波２３の波長帯域幅は０．１ｎｍとなってファイバレーザ２２から出力される。なお、ファイバ２６のファイバグレーティング２９と第２の反射面３３の基本波２３の波長１０６４ｎｍに対する反射率は、それぞれ９８％と１０％に設定されている。レーザ共振器の一方の反射面において、波長帯域幅０．１ｎｍという狭帯域で、反射率９８％以上を実現できたのはファイバグレーティング２９を用いたためである。図９に、励起用レーザ光源２８の励起光パワーに対する波長１０６４ｎｍの基本波の光出力の入出力特性について示す。基本波出力は８Ｗまでレーザ光源２８の励起光パワーに対して比例して直線性よく増加しているのがわかる。
【０１６３】
このように励起光２７に対して第１の反射面３４において高い反射率を得るために、ファイバ２６の端面には、多層膜が形成されている。これらの多層膜は、例えば、誘電体からなる材料で、よく用いられるものはＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ３などであり、ファイバ２６の端面にスパッタ法や蒸着法などにより作製される。これらの材料から、例えば、２つの材料を選択し積層して、励起光２７の波長の１／４の厚さの膜を周期的な多層構造にすることにより第１の反射面３４は構成される。
【０１６４】
また、第２の反射面３３は、基本波２３が効率よく、波長変換素子２５の入射光として取り出せるように１０％の反射率に設定されている。さらに、基本波２３の偏光方向を安定させて波長変換素子２５への偏光方向の光学的調整を容易にするために、ファイバ２６の第２の反射面３３を偏光ミラーで構成してもよい。この偏光ミラーはファイバ２６の端面に、例えば、誘電体のＳｉＯ２／ＨｆＯ２の多層薄膜からなる薄膜を形成し、ＨｆＯ２薄膜の表面はストライプ状の凹凸の形状に加工し偏光方向を選択して反射することにより実現できる。第２の反射面３３を偏光ミラーとした場合、高効率かつ偏光分離性の良いレーザ共振器を構成するために、発振させたい偏光方向の光に対して反射率が１０〜１５％程度となり、不要な偏光方向の光に対して、透過率が９９％以上となるように第２の反射面３３を設計するのが望ましい。また、この偏光ミラーの反射帯域は、ファイバグレーティング２９の反射帯域と比較して５０〜１００ｎｍの広帯域で良い。また、反射率を１０〜２０％とすることで、ファイバ２６に入射させる励起光２７への反射スペクトルのサイドバンドによる不要なロスを低減することができる。
【０１６５】
図１０に、本実施の形態における基本波の発振スペクトルを示す。約０．５ｎｍ離れた２つのピークを持つレーザ光を得ることができた。
【０１６６】
次に、出射した基本波２３が波長変換素子２５により高調波出力２４に変換される過程について説明する。
【０１６７】
ファイバレーザ２２から出力された１０６４ｎｍの基本波２３は集光レンズ３６を介して波長変換素子２５に入射する。波長変換素子２５は、入射した光を第２高調波に変換して出力する素子で、ここでは長さ１０ｍｍの周期分極反転ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３結晶を用いている。ここで、波長変換素子２５において高調波に変換可能な波長は位相整合波長と呼ばれ、本実施の形態では２５℃で１０６４ｎｍに設定されている。したがって、ファイバレーザ２２の基本波２３の波長１０６４ｎｍは位相整合波長と一致し、波長変換素子２５で第２高調波に変換され、１／２の波長である５３２ｎｍの波長の緑色レーザとなって波長変換装置から高調波出力２４として出力される。なお、一般的に、波長変換素子２５は、素子の温度により位相整合波長が敏感に変化するため、０．０１℃の精度で温度制御されている。また、ファイバグレーティング２９もＷ級以上の出力の基本波２３が反射するときの温度上昇により、グレーティング間隔が変化することを防止するために、０．０１℃の精度で波長変換素子２５と同様に温度制御してもよい。
【０１６８】
本実施の形態では波長変換素子２５及びファイバグレーティング２９はペルチェ素子４６、４７を取り付けて０．０１℃の精度でそれぞれ個別に温度制御している。このようにすると、ファイバレーザ２２の基本波出力が５Ｗを超えて波長変換素子２５及びファイバグレーティング２９での発熱が大きくなってもＷ級の緑色レーザの高調波出力２４を得ることができる。なお、ペルチェ素子４６、４７には温度センサ４８、４９が取り付けられており、ペルチェ素子４６、４７及び温度センサ４８、４９は全て出力コントローラー４０に接続されて温度の信号出力の取り込みや各部品や素子の駆動などを制御されている。
【０１６９】
ところで、本実施の形態のファイバレーザ２２ではファイバ２６の長さを従来の約半分としている。本実施の形態の場合では、励起光２７を第１の反射面３４で折り返して、ファイバ２６の中を１往復する間に全て吸収するように設計している。本実施の形態のように、励起光２７を折り返す構造とすることにより、ファイバ２６の長さを従来の約半分にすることが可能となる。
【０１７０】
図７の波長変換装置２１を動作させたところ、光出力９Ｗの励起光でファイバを励起し、基本波出力が６．３Ｗのときに１．５ＷのＧ光が安定に得られた。さらに、基本波出力を増加するとＧ光の変換効率が大きく改善されると考えられる。図１１に、基本波の１０６４ｎｍの入力光に対する５３２ｎｍの高調波出力光の入出力特性を示す。入力光の２乗に比例して出力光が増加していることがわかる。
【０１７１】
以上に説明した構成により、本実施の形態のファイバレーザは従来のファイバの半分の長さで励起光をほぼ全て吸収でき、かつ基本波の増幅区間が長くなったため、基本波を増幅するのに一様な高いゲインを得ることができる。また、ファイバの長さが半分にできるのでファイバレーザをコンパクトにすることができ、高出力の基本波が得られ、かつ波長変換装置を小型にすることができる。
【０１７２】
さらに、本実施の形態のファイバレーザは従来の半分の長さのファイバで構成できる。したがって、ファイバレーザの基本波の吸収量も半分になるので、光吸収量の多い短波長側での吸収量も半分となり、例えば、１０６４ｎｍよりも短波長の１０３０ｎｍの基本波のレーザ光が高出力で出力することができるようになる。
【０１７３】
次に、図７のファイバレーザ２２の励起用レーザ光源２８とファイバ２６を結合している光学系の詳細について説明する。図１２（Ａ）は図７の光学系の拡大図、図１２（Ｂ）は図７の取り出しミラー３０の拡大図を示す。
【０１７４】
図１２（Ａ）で、励起用レーザ光源２８から付属のファイバ３１を介して出射される励起光２７は、コリメートレンズ３２ａで平行光に変換された後に、取り出しミラー３０を透過する。ほぼ全ての励起光２７が取り出しミラー３０を透過して集光レンズ３２ｂによりファイバ２６に入射する。入射した励起光２７はファイバ２６を１往復する間に全て吸収される。励起光２７を吸収して、基本波に対して一様な高いゲインを持つファイバ２６は基本波を増幅して、基本波２３を第２の反射面３３より出力する。基本波２３は取り出しミラー３０の表面に形成された多層膜３５により、ほぼ全ての基本波が反射されて波長変換素子２５に入射する。
【０１７５】
図１２（Ｂ）は取り出しミラー３０の拡大図である。基本波２３は取り出しミラー３０に入射して、取り出しミラー３０表面の多層膜３５により反射される。この多層膜３５は、基本波２３に対して吸収の少ない、例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＮｂ２Ｏ３などの誘電体薄膜３５ａ、３５ｂで構成される。多層膜３５中を基本波２３が進行する距離５２ａ、５２ｂは、反射した基本波２３の各成分２３ａ、２３ｂ、２３ｃの位相が揃う距離に設計されているので、基本波２３に対して高い反射率を示す。なお、基本波２３に対して取り出しミラー３０が４５度の角度で配置された場合は、距離５２ａ及び５２ｂは、基本波の１／２の波長に相当する厚さとなっている。一方、図１２（Ａ）で説明したように、取り出しミラー３０は励起光２７に対しては高い透過率を示すように設計される。すなわち、励起光２７の波長９１５ｎｍと基本波２３の波長１０６４ｎｍとの波長の差を利用して波長選択性を持った多層膜３５を取り出しミラー３０の表面に形成することで、励起光２７の透過率と基本波２３の反射率とが高くなり、波長変換装置全体の効率を高めている。また、基本波２３は取り出しミラー３０でほぼ全てが反射されるので、励起用レーザ光源２８にはほとんど到達しない。このことにより、取り出しミラー３０は波長選択部である多層膜３５によりレーザ光源２８の損傷なども防止している。
【０１７６】
さらに、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に図７の励起用レーザ光源２８の発振波長を安定化する構成の例について示す。図１３（Ａ）は反射型の回折格子を利用した例、図１３（Ｂ）は透過型の回折格子を利用した例である。
【０１７７】
図１３（Ａ）に示すように、図１２（Ａ）の光学系に反射型の回折格子５１ａを付け加えることにより、励起用レーザ光源２８の発振波長の安定化が可能となる。取り出しミラー３０でわずかに反射する励起光２７の一部の励起光２７ｂは、図１３（Ａ）に示す回折格子５１ａで高精度に波長選択をされた後に、同じ経路で励起光２７ａとして戻されることにより、レーザ光源２８に注入される。このようにすると、回折格子５１ａで高精度に選択された波長がレーザ光源２８で増幅されて、レーザ光源から出射する励起光２７の波長が、選択された波長に固定される。しかも、取り出しミラー３０を透過型フィルタとして構成する場合に説明したように、回折格子５１ａは中心波長を選択するだけではなく狭帯域のフィルタとしても働くこととなる。図１３（Ａ）に示すように、この励起光２７の波長選択は回折格子５１ａを配置して励起光２７ｂに対して角度θ１を回転調整することにより実現できる。
【０１７８】
また、図１３（Ｂ）に、図１３（Ａ）の反射型の回折格子５１ａに代えて、透過型の回折格子５１ｂと反射ミラー５３を使用することにより、励起用レーザ光源２８の発振波長を安定化した例を示す。取り出しミラー３０でわずかに反射する励起光２７の一部の励起光２７ｂは図１３（Ｂ）に示す回折格子５１ｂで高精度に波長選択をされて透過した後に、反射ミラー５３の反射面５４で反射される。反射された励起光２７ｂは、同じ経路で励起光２７ａとして戻されることによりレーザ光源２８に注入される。このようにすると回折格子５１ｂで高精度に選択された波長がレーザ光源２８で増幅されて、レーザ光源から出射する励起光２７の波長が、選択された波長に固定される。しかも、取り出しミラー３０を透過型フィルタとして構成する場合に説明したように、回折格子５１ｂは中心波長を選択するだけではなく狭帯域のフィルタとしても働くこととなる。
【０１７９】
取り出しミラー３０は、基本波２３を入射面に対して８０度の角度で入れられている。完全に垂直にすると戻り光が生じるからである。基本波２３のピークで８０％以上の透過光が得られている。また、取り出しミラー３０の透過波長は９７５ｎｍを中心に２〜３ｎｍの半値幅を持つ。レーザ光源２８からの励起光のうち特定の波長が透過後、ファイバ２６のファイバグレーティング２９側の端面で反射された基本波２３は同じ光路を逆に進行し、レーザ光源２８に帰還され、レーザ光源２８の波長がロックされる。レーザ光源２８はマルチモードであるため５ｎｍ以上の波長半値幅を持つが、フィルタやグレーティングにより波長ロックすることにより波長半値幅を２〜３ｎｍに狭帯域化する。そのため、ファイバレーザ２２の電気−光効率を向上させることができる。このとき、ファイバ２６の第１の反射面３４側の端面で３〜５％程度の励起光が反射されていることが望ましい。
【０１８０】
ところで、図１３（Ａ）の構成に比べて、図１３（Ｂ）の構成では回折格子５１ｂが透過型のものを用いるので中心波長の選択の範囲が広い。また、取り出しミラー３０を回転して基本波２３の出射方向を選択し制御することと励起光２７の波長の選択とを独立して行うことができる。すなわち、図１３（Ｂ）において、取り出しミラー３０をθ２だけ回して基本波２３の出射方向を選ぶと、これに追随して回折格子５１ｂと反射ミラー５３は一体となってθ３だけ回転する。しかしながら、励起光２７の波長の選択は、上記のθ２及びθ３の角度の回転とは別に、回折格子５１ｂを励起光２７に対してθ１の角度を選択することにより行っている。
【０１８１】
このように図１３（Ａ）または図１３（Ｂ）の構成を利用すると、例えば、本実施の形態でファイバレーザとして用いたＹｂドープファイバの吸収スペクトルにおいて、図７のレーザ光源２８の波長として、よりファイバの吸収量が大きい波長を利用することができる。すなわち、本実施の形態で利用した波長９１５ｎｍの吸収量よりも、３倍以上大きい吸収量をもつ９７６ｎｍの波長の励起光を利用することができる。この９７６ｎｍの吸収スペクトルは９１５ｎｍに比べて波長帯域が狭いが、図１３（Ａ）または図１３（Ｂ）で示した回折格子５１ａ、５１ｂを用いて高精度に波長選択をして、レーザ光源２８の励起光２７の発振波長を固定することにより十分利用することができる。なお、図７で示した構成の波長変換装置２１で励起光２７の波長を９７６ｎｍにして適用したところ、同じ９Ｗの波長９１５ｎｍの励起光で１．５ＷであったＧ光が２．５Ｗの出力となり、高調波出力２４であるＧ光が高効率で得られることを確認した。
【０１８２】
図１４に、ファイバレーザ２２の発振波長に対する最適なファイバ長の関係を示す。図１４からから明らかなように、ファイバレーザ２２の基本波２３の発振波長が短くなるに従い、基本波２３の吸収量が多くなるので、最適なファイバ長も短くなることがわかる。このため、基本波の種光が増幅される区間が短くなり、高出力の基本波を得ることは困難であった。しかしながら、本実施の形態では、励起光を折り返すことで、最適ファイバ長を短くして基本波の損失を抑え、それにより基本波の出力を向上させる。したがって、従来よりも短いファイバ長でＷクラスの高出力のＧ光を得ることができるので、本実施の形態の構成は、従来のＧ光より短い波長のＧ光の発生に適している。
【０１８３】
したがって、本実施の形態ではファイバに添加する希土類元素の種類や量を調整することやファイバグレーティングの反射波長を短波長に調整することにより、本実施の形態で用いた基本波よりも短波長の基本波を５Ｗ以上の高出力で出力できるので、より短波長の５１０〜５４０ｎｍのＷ級の緑色レーザ光を同様の構成で得ることができる。
【０１８４】
なお、ファイバレーザのファイバ長を短くすることで５１０〜５４０ｎｍの短波長の緑色レーザ光を得ることができ、再生色の範囲を従来のｓＲＧＢ規格より大きく拡げることができるので、ディスプレイ等に適用するときにさらに色再現範囲が広げられる。
【０１８５】
なお、本実施の形態では、図７の光学系２００内に取り出しミラー３０を設け、励起用レーザ光源２８からの励起光２７をそのまま直進させてファイバ２６に入射する一方、ファイバ２６からの基本波２３を、レーザ光源２８とファイバ２６との間の光路に対して略垂直となる方向に出射することで、ファイバレーザ２２から基本波２３を取り出している。しかしながら、本実施の形態は、この光学系２００の構成に限るものではない。すなわち、ファイバ２６からの基本波２３の取り出し方向がレーザ光源２８‐ファイバ２６間の光路と一致することを回避し、基本波２３がレーザ光源２８に戻ること無く、波長変換素子２５に出射することができるように、基本波２３の出射方向を変化させることができるものであれば、どのような構成の光学系を用いても構わない。
【０１８６】
（実施の形態７）
図１５に、本発明の実施の形態７に係る波長変換装置の構成を示す。本実施の形態の波長変換装置５５は、実施の形態６と同様に、その基本的な構成として、ファイバレーザ５６と、ファイバレーザ５６から出射される基本波２３を高調波出力２４に変換する波長変換素子２５と、ファイバレーザ５６と波長変換素子２５との間に配置された集光レンズ３６と、を備えている。本実施の形態が、上記の実施の形態６と異なるところは、ファイバレーザ５６のファイバが１本のものからではなく、レーザ活性物質を含む第１のファイバ５７とファイバグレーティング５９を内部に形成した第２のファイバ５８とが接続部６０で接続されたものからなることである。
【０１８７】
このような構成とすることで、第１のファイバ５７は励起光２７を効率よく吸収できるようにレーザ活性物質の材料と添加量を最適化した構造で作製することができる。また、第２のファイバ５８はファイバグレーティング５９や第１の反射面３４を形成しやすい構造のものを選ぶことができる。
【０１８８】
ここでは、例えば、第１のファイバ５７はダブルクラッドの偏波保持ファイバを使用しており、レーザ活性物質はコア部分に希土類元素のＹｂを１３２０ｐｐｍの濃度でドープして励起光２７の単位長さ当りの吸収量を増加させてファイバの長さを図７の構成と比較して１０％程度短くしている。基本波２３を増幅するゲインの総量を維持して、ファイバの長さを短くすることにより、ファイバレーザ５６の基本波２３の吸収量を少なくして、より短波長の基本波２３も出力可能な構成としている。
【０１８９】
一方、第２のファイバ５８は希土類元素を添加しない構造のものを使用し、第２のファイバ５８中での励起光２７の吸収を少なくしファイバレーザ５６全体での励起光２７の基本波２３への変換効率を高めている。また、第２のファイバ５８の材料・構造は、ファイバグレーティング５９の反射波長や波長帯域幅が精度良く設定して作製できるのに適した材料・構造となっている。このような構成のファイバレーザ５６を用いて、実施の形態６と同様に波長変換装置５５からＷ級のＧ光が得られた。
【０１９０】
なお、本実施の形態では第１及び第２のファイバ５７、５８はダブルクラッドファイバで構成されているため、図２１の従来例で示したようなダブルクラッドファイバ−シングルモードファイバの接続部分に生じるファイバ劣化を防止することができ、ファイバレーザ及び波長変換装置の信頼性を向上させることができる。
【０１９１】
また、ファイバを複数の部分に分けて、それぞれのファイバを最適な材料・構造で構成するので、さらにファイバ長を短くすることができる。したがって、ファイバレーザのファイバ長を短くすることで５１０〜５４０ｎｍの短波長の緑色レーザ光を得ることができ、再生色の範囲を従来のｓＲＧＢ規格より大きく広げることができるので、ディスプレイ等に適用するときにさらに色再現範囲が広げられる。
【０１９２】
（実施の形態８）
図１６に、本発明の実施の形態８に係る波長変換装置の構成を示す。本実施の形態において、図１６の波長変換装置６１は装置全体として予め入力されたデータに基づき波長変換後のレーザ出力を制御できる構成となっている。励起光２７、基本波２３及び高調波出力２４の各光量を検出する受光素子が多く配置されて出力コントローラー４０に接続されていること以外は、図７に示した実施の形態６と同様の構成である。
【０１９３】
図１６の波長変換装置６１において、高調波出力２４は、受光素子３９でその出力の一部３８を検出することにより検出される。また、基本波２３は、ファイバレーザ２２の第１の反射面３４から漏れてくる光、ファイバ２６の一部を加工し、その部分から漏れ出させた基本波の一部６２及びファイバグレーティング２９で散乱される基本波の一部６３のいずれかを受光素子４２、６４及び６５のいずれかで検出する。さらに、励起光２７は、取り出しミラー３０でわずかに反射する光を受光素子５０で検出するか、または、第１の反射面３４をわずかに透過する光を受光素子４２で検出する。これらの受光素子３９、４２、５０、６４、６５は全て出力コントローラー４０に接続されている。また、波長変換素子２５とファイバグレーティング２９との温度制御のためにそれぞれ配置されているペルチェ素子４６、４７及び温度センサ４８，４９も出力コントローラー４０に接続されている。出力コントローラー４０は、各受光素子３９、４２、５０、６４、６５や温度制御・温度検知素子の信号により波長変換装置６１の全体状況を把握し、これらの素子やレーザ電流源４１を制御することにより所望の高調波出力２４を安定に出力する。例えば、各受光素子３９、４２、５０、６４、６５からの検出信号と予め入力されたテーブルデータを基に入力である励起用レーザ光源２８の電流値を最小に、出力である高調波出力２４を最大にするように出力コントローラー４０が出力制御部として動作することとなる。
【０１９４】
テーブルとして予め入力され、記憶されたデータの代表的なものは、基本波出力２３に対する波長変換素子２５での位相整合波長変化量及びファイバグレーティング２９での反射波長変化量のデータである。この波長変化量の温度依存性は、波長変換素子２５とファイバグレーティング２９が、それぞれ０．０５ｎｍ／Ｋ、０．０１ｎｍ／Ｋであるので、この数値により、それぞれの温度上昇量を推定する。これらのデータにより波長変換素子２５の位相整合波長に基本波２３の波長を正確に合わせて、基本波２３の高調波出力２４への変換の効率を最大にする。そのために、波長変換素子２５は予め放熱フィンが取り付けられ、ファンによって温度上昇を極力抑制されるとともに、ペルチェ素子４６により温度上昇を抑えるために冷却されて常に、例えば、２５℃前後の室温になるように制御される。一方、基本波２３の波長はファイバグレーティング２９の反射波波長で決まるので、ペルチェ素子４７でファイバグレーティング２９を加熱・冷却してグレーティング間隔を変化させて反射波波長を変化させることにより、そのときの波長変換素子２５の位相整合波長に合うように調整される。このように波長変換装置６１の出力の効率を高めるための物理量が出力コントローラーで制御されるので、例えば、１０６４ｎｍの赤外光を基本波として使用したときは、基本波２３の出力が波長変換素子２５で第２高調波に効率よく変換されて、５３２ｎｍのＷ級のＧ光が得られる。
【０１９５】
（実施の形態９）
図１７に、本発明の実施の形態９に係る波長変換装置の構成を示す。本実施の形態において、波長変換素子２５をレーザ共振器内に配置することにより、さらに光高率な波長変換装置を実現することができる。図１７の構成の場合、ファイバレーザ共振器は、ファイバグレーティング２９と、第３の反射面９２と、で構成される。その共振器内は基本波の光パワー密度が大きくなるため、共振器内部に波長変換素子２５を配置した場合、より高効率な波長変換を実現することができる。この場合、ファイバ端面３３をブリュースター角にすることなく、結晶端面の角度をブリュースター角とすることにより単一偏波の基本波を得ることができる。
【０１９６】
この場合、第３の反射面９２は、基本波レーザ光に対して９８％以上の反射率を持ち、波長変換された第２高調波に対して１％以下の反射率であることが望ましい。基本波に対する反射率を９８％とすることにより、波長変換素子端面やレンズなどの光学部品からの不用意な反射が原因となるジャイアントパルスの発生を防止することができ、波長変換装置の信頼性を向上させることができる。
【０１９７】
加えて、共振器内に波長変換素子２５を配置する場合、波長λ１の基本波と波長λ２の基本波との和周波を発生させる場合においてもより高効率な波長変換が可能となる。
【０１９８】
（実施の形態１０）
図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に、本発明の実施の形態１０に係る波長変換装置に使用される励起用レーザ光源の構成について示す。上記の実施の形態６〜９では、励起用レーザ光源は励起光を外部に誘導するファイバを備えた、一般的なピッグテイル型のものを使用している。このようなレーザ光源を用いるとファイバレーザと結合する光学系を小型にすることが難しい。このような光学系を小型にするためには、励起用レーザチップの直近に光学系を配置することが必要である。
【０１９９】
図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、励起用のレーザチップ７０の直近に小型の光学部品を配置して、励起光７１のビーム径を数十μｍの状態で平行光線としてファイバレーザと結合する、小型化された光学系である。励起用のレーザチップ７０から出射する励起光７１の広がり角はレーザ構造に依存し、その構造が導波路型の半導体レーザであるので、導波路と平行な水平方向は１０°前後、導波路と垂直方向は３０°前後の値を持つ。したがって、水平方向と垂直方向のアスペクト比は２〜４程度となる。このアスペクト比がほぼ１になるように改善しないと、ファイバと結合するときにレーザ光を光学系に効率よく取り込めず光量の損失が生じる。
【０２００】
アスペクト比を改善するためには、レーザチップ７０から出射する励起光７１のレーザビームをビーム整形すればよい。ビーム整形の一例としてシリンドリカルレンズ７２を用いた例を図１８（Ａ）に示す。図１８（Ａ）でレーザチップ７０から出た励起光７１の垂直方向の広がり角が、垂直方向のビームを絞るシリンドリカルレンズ７２により絞られていることがわかる。このビーム整形された励起光７１は、コリメートレンズ７３により垂直方向と水平方向と光量のロスなく平行光に変換される。このときにレーザチップ７０は放熱性のよい、例えば、ＡｌＮ製のサブマウント７４にハンダ付けされており、このサブマウント７４は金属基台７５に高熱伝導のＡｕペーストで接着されている。すなわち、レーザチップ７０で生じた熱を熱伝導のよいサブマウント７４等で効率よくパッケージや筐体に放熱して、レーザチップ７０での発熱による温度上昇を抑えている。また、シリンドリカルレンズ７２及びコリメートレンズ７３は絶縁性のホルダー７６で支持され、このホルダー７６は接着剤等で金属基台７５に固定されている。
【０２０１】
もう１つの例として、図１８（Ｂ）にシリンドリカルレンズ機能が付いたレンズファイバ７７でビーム整形をした例について示す。図１８（Ｂ）でレーザチップ７０から出た励起光７１の垂直方向の広がり角が、垂直方向のビームを絞るシリンドリカルレンズ機能付きのレンズファイバ７７により絞られていることが判る。このレンズファイバ７７のテーパ状の先端部７８でビーム整形された励起光７１は、レンズファイバ７７の本体部分でコリメートされて光量のロスなく平行光に変換される。このときにレーザチップ７０は、図１８（Ａ）と同様に放熱性のよい、例えば、ＡｌＮ製のサブマウント７４にハンダ付けされており、このサブマウント７４は金属基台７５に高熱伝導のＡｕペーストで接着されている。また、レンズファイバ７７は絶縁性のホルダー７６で支持され、このホルダー７６は接着剤等で金属基台７５に固定されている。
【０２０２】
このように図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に示したレーザチップ７０は数ｍｍ以内の距離に光学素子を近接して配置できるので、レーザチップ７０と光学系の構成を放熱性の良い金属基台の付いた小型パッケージ内にコンパクトに納めることができる。このときのパッケージの金属製の筐体を金属基台としてもよい。また、パッケージは少なくとも防塵のための外部とのシールド、例えば、透明ガラスの付いた金属性のキャップ等でのシールドが必要である。このとき、水素を５％程度含んだ窒素雰囲気で内部をパージすることにより、パッケージ内部の塵がレーザビームで燃えた事による炭素の発生を抑えることができる。
【０２０３】
さらに、図１９に示すように、図１８（Ａ）又は図１８（Ｂ）の励起用レーザ光源の構成に加えて、ファイバとの結合の光学系や波長変換素子を含んだモジュールとして同一の筐体内にコンパクトに納めてもよい。
【０２０４】
図１９にモジュール８０の内部の構成を上部から見た模式図を示す。モジュール８０の内部に主に配置されるものを以下に示す。励起光７１はレーザチップ７０から出射された後、例えばここでは、レンズファイバ７７でビーム整形されて平行光に変換される。この励起光７１はレンズファイバ７７からコリメートレンズ８１を通過した後、集光レンズ８２によりファイバ２６に集光されて入射する。このときに、ファイバ２６はモジュール８０に設けられたファイバホルダー８３により第２の反射面３３を含めて固定されている。ファイバ２６でレーザ発振した基本波８４は、ファイバ２６の第２の反射面３３から出射した後に、集光レンズ８２を通過し、取り出しミラー８５で反射された後に集光レンズ８６により波長変換素子８７に集光されて高調波出力８８に変換される。この高調波出力８８がモジュール８０の出力となる。なお、波長変換素子８７には冷却のためのフィン（図示していない）が取り付けてあるのに加えて、温度調節のためのペルチェ素子８９を付けている。また、モジュール８０には、レーザチップ７０及び波長変換素子８７を冷却しているペルチェ素子８９を冷却するためのファン（図示していない）が取り付けてある。なお、モジュール８０の内部の素子や部品をモジュール制御部９０により、入出力配線９０ａを介して制御することもできる。
【０２０５】
このようにレーザチップとレンズとを筐体内に近接させて配置すると、レーザ光源をコンパクトにすることができる、さらに図１９に示したようにファイバ以外のものをコンパクトにモジュール化することができ、波長変換装置の小型化・軽量化が実現できる上、故障時においてもモジュール毎交換することができるので、複雑な光学調整を簡略化できるとともに、モジュール内を清浄な状態に保つことができるため、レーザトラッピングによる、波長変換素子８７やレンズなどの光学系への塵の付着を防止することが可能となり信頼性を向上させることができる。
【０２０６】
なお、ここでは受光素子や温度センサ及びペルチェ素子について、その配置を十分に図示していないが、図１６の実施の形態８に示したように必要なところに必要なだけ配置してもよい。
【０２０７】
なお、出力コントローラーや励起用レーザ電流源等についても図示していないが、波長変換装置に必要な部品及び機器は全て配置され、出力コントローラーで波長変換装置の全体が制御されている。
【０２０８】
なお、本実施の形態では励起用レーザの励起光をシリンドリカルレンズやレンズファイバを用いてビーム整形を行ったが、他のビーム整形ができる光学部品、例えば、ビーム整形プリズムや凹レンズ等を用いてもよい。
【０２０９】
（実施の形態１１）
図２０に、上記で説明した実施の形態６〜１０で示した波長変換装置を適用した、本発明の実施の形態１１に係るレーザディスプレイ（２次元画像表示装置）の構成の一例について示す。光源には赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のレーザ光源１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを用いた。赤色レーザ光源（Ｒ光源）１０１ａには波長６３８ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系半導体レーザを、青色レーザ光源（Ｂ光源）１０１ｃには波長４６５ｎｍのＧａＮ系半導体レーザを用いている。
【０２１０】
一方、緑色レーザ光源（Ｇ光源）１０１ｂには赤外レーザの波長を１／２にする波長変換素子を具備した、実施の形態６〜１０で示した波長変換装置を用いている。Ｒ、Ｇ、Ｂ各光源１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃより出射されたレーザビームは、集光レンズ１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃにより集光した後、反射型２次元ビーム走査手段１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃにより拡散板１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ上を走査される。画像データはＲ、Ｇ、Ｂそれぞれのデータに分割されており、その信号をフィールドレンズ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃで絞って空間変調素子１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃに入力した後、ダイクロイックプリズム１０６で合波することによりカラー画像を形成する。このように合波した画像は投射レンズ１０７によりスクリーン１０８に投影される。ただし、Ｇ光源１０１ｂから空間変調素子１０５ｂに入射する光路中には、空間変調素子１０５ｂでのＧ光のスポットサイズをＲ光やＢ光と同じにするための凹レンズ１０９が挿入されている。
【０２１１】
なお、本実施の形態では１つの半導体レーザを使用してＲ光源やＢ光源を構成しているが、複数個の半導体レーザの出力を、例えば、バンドルファイバなどにより１本のファイバとしてまとめて得られるようにＲ光源やＢ光源を構成する構造としてもよい。このようにすると、Ｒ光源やＢ光源の波長スペクトルの幅を大きくすることができて、可干渉性を緩和することができ光源としてスペックルノイズを抑制することもできる。同様にＧ光源についても、複数の波長変換装置のＧ光出力をそれぞれ出力ファイバで導波し、これらの出力ファイバを、例えば、バンドルファイバなどにより１本のファイバとしてまとめることにより、スペックルノイズを抑制したＧ光源としてもよい。
【０２１２】
また、拡散板やレンチキュラーレンズなどが２次元空間変調素子の手前に配置されている。このような部材の配置は、可干渉性の強いレーザ光線を光源に用いることにより発生するスペックルノイズを除去するためであり、これらのスペックルノイズ除去手段を揺動することにより、人間の目の応答時間で見たスペックルノイズを低減することができる。すなわち、本実施の形態では、Ｇ光源１０１ｂにファイバレーザから出射される基本波を波長変換素子に入射して第２高調波を発生させる波長変換装置を用いている。レーザディスプレイの構成においては、この波長変換装置が特徴となっている。
【０２１３】
このように、本実施の形態のレーザディスプレイは、Ｒ、Ｇ、Ｂの光源にレーザ光源を用いるので、高輝度で薄型に構成できる。また、Ｇ光源にはファイバレーザからなる波長変換装置を用い、しかもファイバ長を従来の１／２で構成できるので、さらに小型・軽量で低消費電力のレーザディスプレイを実現できる。そのうえ、本実施の形態の波長変換装置は、ファイバ長が短く基本波の吸収量を抑制できるので、従来よりも短波長の緑色のレーザ光、例えば、５３２ｎｍ及びその前後の５１０ｎｍや５４０ｎｍの波長の緑色レーザ光を出力することができる。このことにより、再生色範囲を従来のｓＲＧＢ規格より、例えば、５１０ｎｍの範囲にまで広く拡げることができ、さらに原色に近い色表現が可能となる。すなわち、本実施の形態のレーザディスプレイは、従来のレーザディスプレイよりも色再現範囲を拡げることができる。
【０２１４】
なお、このような構成の２次元画像表示装置のほかに、スクリーンの背後から投影する形態（リアプロジェクションディスプレイ）をとることも可能である。
【０２１５】
なお、図２０では超小型ミラーが集積された反射型空間変調素子を用いたが、液晶を用いた変調素子やガルバノミラー、メカニカルマイクロスイッチ（ＭＥＭＳ）を用いた２次元変調素子を用いることももちろん可能である。
【０２１６】
なお、本実施の形態のように反射型空間変調素子やＭＥＭＳ、ガルバノミラーといった光変調特性に対する偏光成分の影響が少ない光変調素子の場合、高調波を伝搬する光ファイバはＰＡＮＤＡ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ＡＮＤ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ−ｒｅｄｕｃｉｎｇ）ファイバなどの偏波保持ファイバである必要はないが、液晶を用いた２次元変調デバイスを使用する際には、変調特性と偏光特性が大いに関係するため、偏波保持ファイバを使用することが望ましい。
【０２１７】
なお、上記の実施の形態６〜１１において、ファイバレーザは希土類元素としてＹｂをドープしたものを用いたが、他の希土類元素、例えば、Ｎｄ、Ｅｒ等から選択された少なくとも１つの希土類元素を用いてもよい。また、波長変換装置の波長や出力に応じて希土類元素のドープ量を変えたり、複数の希土類元素をドープしたりしてもよい。
【０２１８】
また、上記の実施の形態６〜１１においてファイバレーザの励起用レーザ光源には、波長９１５ｎｍ及び波長９７６ｎｍのレーザを用いたが、ファイバレーザを励起できるものであれば、これらの波長以外のレーザ光源を用いてもよい。
【０２１９】
さらに、上記の実施の形態６〜１１において波長変換素子は周期分極反転ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３を用いたが、他の材料や構造の波長変換素子、例えば、周期的に分極反転構造を有するリン酸チタニルカリウム（ＫＴｉＯＰＯ４：ＫＴＰ）やＭｇＯ：ＬｉＴａＯ３等を用いてもよい。
【０２２０】
以上説明したように、本発明の波長変換装置によれば、ファイバに入射する励起光は、ファイバ内を一往復する間に吸収されて基本波の種光を発生し、基本波の種光は、この励起光により増幅されて発振し高出力の基本波となる。ファイバレーザは従来の半分の長さのファイバで効率よく励起光を吸収し、高いゲインで基本波を発振して効率よく取り出しミラーから基本波を出射するので、波長変換装置は小型・高効率・低消費電力で構成できる。さらに、従来構成と比較してファイバグレーティング部による基本波の帰還量が多いため、基本波を増幅する区間を大きく取ることができ、高効率・低消費電力なファイバレーザ光源を構成することができる。従来構成では５Ｗを超えるような出力の発生が困難だった短波長の１０３０ｎｍ付近の基本波も発生可能となったので、本発明の波長変換装置は５１０ｎｍ付近の短波長でＷ級の緑色レーザ光を出力することができる。
【０２２１】
また、ファイバ内で一様に励起光を吸収できるのでレーザ光による損傷もなく、波長変換装置からＷ級の可視のレーザ光を安定に出力でき、視感度の高い緑色のレーザ光を出射することもできるという大きな効果を奏する。
【０２２２】
さらに、ファイバ内で励起光を全て吸収するので、従来のようなファイバの接続部分で吸収されない励起光の吸収等によるファイバ劣化を防止することができ、ファイバレーザ及び波長変換装置の信頼性を向上させることができる。
【０２２３】
このような特徴を持つ波長変換装置を用いた本発明の２次元画像表示装置は、高輝度で、かつ色再現範囲が広く高画質に加えて、薄型・高効率・低消費電力化も可能であるという大きな効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【０２２４】
本発明のファイバ装置、波長変換装置及び画像表示装置は、高輝度で色再現範囲が広く低消費電力であるので、大型ディスプレイや高輝度ディスプレイ等のディスプレイ分野で有用である。
【図面の簡単な説明】
【０２２５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるファイバ装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態２におけるファイバ装置の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態３におけるファイバ装置の構成を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態４におけるファイバ装置の構成を示す概略図である。
【図５】本発明の実施の形態５における２次元画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図６】ｓＲＧＢ規格、ＮＴＳＣ規格及び本発明の実施の形態５における２次元画像表示装置の色再現範囲を示す色度図である。
【図７】本発明の実施の形態６における波長変換装置の構成を示す概略図である。
【図８】（Ａ）は、本発明の実施の形態６における発振波長スペクトルを示す図、（Ｂ）は、従来例における発振波長スペクトルを示す図、（Ｃ）は、（Ａ）の発振スペクトルを変換可能な波長変換素子の概略構成を示す模式図、（Ｄ）は、（Ｂ）の発振スペクトルを変換可能な波長変換素子の概略構成を示す模式図である。
【図９】励起用レーザ光源の励起光パワーに対する基本波の光出力の入出力特性を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態６のファイバレーザにより発生可能なレーザ光の発振スペクトルを示す図である。
【図１１】基本波の入力光に対する高調波の出力光の入出力特性を示す図である。
【図１２】（Ａ）は、本発明の実施の形態６における波長変換装置の励起用レーザ光源とファイバを結合する光学系の拡大図、（Ｂ）は、（Ａ）の光学系の中の取り出しミラーの拡大図である。
【図１３】（Ａ）は、本発明の実施の形態６における波長変換装置の励起光の波長を反射型の回折格子で選択する光学系の拡大図、（Ｂ）は、本発明の実施の形態６における波長変換装置の励起光の波長を透過型の回折格子で選択する光学系の拡大図である。
【図１４】従来の波長変換装置における従来のファイバレーザの発振波長に対する最適なファイバ長を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態７における波長変換装置の構成を示す概略図である。
【図１６】本発明の実施の形態８における波長変換装置の構成を示す概略図である。
【図１７】本発明の実施の形態９における波長変換装置の構成を示す概略図である。
【図１８】（Ａ）は、シリンドリカルレンズでビーム整形をするときの構成の模式図、（Ｂ）は、レンズファイバでビーム整形をするときの構成の模式図である。
【図１９】本発明の実施の形態１０における波長変換装置をモジュール化した構成を上部から見た模式図である。
【図２０】本発明の実施の形態１１における２次元画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図２１】従来の波長変換装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【０２２６】
１ 励起光源
２、４、１２、２９、５９ ファイバグレーティング
３、２６、３１、５７、５８ ファイバ
５、６、２３、６２、６３、８４ 基本波
７、７ａ、２５、８７ 波長変換素子
８、２４、３８、８８ 高調波
９、９ａ 反射部
１０ 反射部材
１１ アッテネータ
１３、１４ 波長変換領域
２１、５５、６１ 波長変換装置
２２、５６ ファイバレーザ
２７、４４、７１ 励起光
２８、１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、５１５ａ、５１５ｂ、５１５ｃ レーザ光源
３０、８５ 取り出しミラー
３２ａ、７３、８１ コリメートレンズ
３２ｂ、３６、８２、８６、１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃ 集光レンズ
３３、３４、９２ 反射面
３５ 波長選択用多層膜
３７ ビームスプリッタ
３９、４２、５０、６４、６５ 受光素子
４０ コントローラー
４１ 励起用レーザ電流源
４３ 取り出しミラーの表面
４６、４７、８９ ペルチェ素子
４８、４９ 温度センサ
５１ａ、５１ｂ 回折格子
５３ 反射ミラー
５４ 反射ミラーの反射面
６０ 接続部
７０ レーザチップ
７２ シリンドリカルレンズ
７４ サブマウント
７５ 金属基台
７６ ホルダー
７７ レンズファイバ
７８ レンズファイバ先端部
８０ モジュール
８３ ファイバホルダー
９０ モジュール制御部
９０ａ 入出力配線
９１ 駆動部
９２ 制御部
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、５１７ａ、５１７ｂ、５１７ｃ 走査手段
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、５１９ａ、５１９ｂ、５１９ｃ 拡散板
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃ フィールドレンズ
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、５２１ａ、５２１ｂ、５２１ｃ 空間光変調素子
１０６、５２２ ダイクロイックプリズム
１０７、５２３、５２４ 投射レンズ
１０８、５２５ スクリーン
１０９、５１８ 凹面レンズ
２００ 光学系
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を発生させるファイバ装置、このファイバ装置と波長変換素子を組み合わせて安定な可視光高出力レーザを得る波長変換装置及び、この波長変換装置を光源として用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
単色性が強く、Ｗ級の高出力を出力できる可視光光源は、大型ディスプレイや高輝度ディスプレイ等を実現する上で必要とされている。赤、緑、青の３原色のうち、赤色の光源については、ＤＶＤレコーダー等で使用されている赤色高出力半導体レーザが、生産性の高い小型の光源として利用可能である。しかし、緑色又は青色の光源については、半導体レーザ等での実現が難しく、生産性の高い小型の光源が求められている。特に、緑色の出力光を得ることは、半導体レーザとして構成できる適当な材料が無いこともあり、緑色の光源を実現する上での難易度は高い。
【０００３】
このような光源として、ファイバレーザと波長変換素子とを組み合わせた波長変換装置が、低出力の可視光光源として実現されている。ファイバレーザを励起する励起光の光源として半導体レーザを用い、波長変換素子として非線形光学結晶を用いた緑色や青色の小型の光源はよく知られている。
【０００４】
しかしながら、このような波長変換装置からＷ級の高出力の緑色や青色の出力光を得るためには、いくつかの課題を解決することが必要である。図２１に従来の波長変換装置２２０の概略構成を示す。この構成で、例えば、緑色の出力光を得る場合について説明する。図２１に示す波長変換装置２２０は、基本波を出力するファイバレーザ２１５と、基本波を緑色のレーザ光に変換する波長変換素子２０１と、波長変換素子２０１の端面に基本波の出力を集光するレンズ２０２と、から構成されている。
【０００５】
次に、ファイバレーザ２１５の基本のレーザ動作について説明する。まず、図２１で、励起用レーザ光源２０３からの励起光がファイバ２０４の一端２０４ａから入射する。入射した励起光はファイバ２０４に含まれるレーザ活性物質で吸収された後、ファイバ２０４の内部で基本波の種光が発生する。この基本波の種光は、ファイバ２０４に形成されたファイバグレーティング２０４ｂと、ファイバ２０４とは別のファイバ２０５に形成されたファイバグレーティング２０５ｂと、を一対の反射ミラーとするレーザ共振器の中を何度も反射して往復する。それと同時に、種光はファイバ２０４に含まれるレーザ活性物質によるゲインで増幅されて光強度が増大し、波長選択もされてレーザ発振に到る。なお、ファイバ２０４とファイバ２０５とは、接続部２０６で接続されており、レーザ光源２０３は励起用レーザ電流源２０７により電流駆動される。
【０００６】
次に、波長変換装置２２０の基本動作について説明する。上記のようにしてファイバレーザ２１５から基本波が出力され、その基本波がレンズ２０２を介して波長変換素子２０１に入射する。ファイバレーザ２１５からの基本波は波長変換素子２０１の非線形光学効果により高調波に変換される。この変換された高調波は、ビームスプリッタ２０８で一部反射されるが、透過した高調波は波長変換装置２２０の出力光である緑色のレーザ光となる。
【０００７】
ビームスプリッタ２０８で一部反射された高調波は、波長変換装置２２０の出力光をモニターするための受光素子２０９で受光された後、電気信号に変換されて利用される。この変換された信号の強度が波長変換装置２２０で所望の出力が得られる強度になるように、出力制御部２１０は励起用レーザ電流源２０７でレーザ光源２０３の駆動電流を調整する。そうすると、レーザ光源２０３からの励起光の強度が調整され、ファイバレーザ２１５の基本波の出力強度が調整され、その結果として波長変換装置２２０の出力の強度が調整される。このことにより、波長変換装置２２０の出力の強度は一定に保たれる、いわゆるオートパワーコントロール（以下、「ＡＰＣ」と略する）が安定に動作することとなる。
【０００８】
このような構成により、数百ｍＷの緑色の高出力レーザを得ることは可能であるが、Ｗ級の緑色の高出力レーザを得ることは難しい。すなわち、波長変換装置の光出力を増大するためには、ファイバレーザの基本波及び励起光の出力を増大させる必要がある。しかしながら、図２１に示す従来のファイバレーザ２１５の構成では、ファイバ２０４の長さを長くして、基本波のゲインを増加させようとしても基本波の吸収量が長さに比例して増加するので、ファイバ２０４の長さがある長さを超えるとファイバレーザ２１５はレーザ発振に至らなくなる。
【０００９】
ところで、ファイバの基本波に対する光吸収は、ファイバレーザの発振波長が短くなるに従って顕著に増加する。発振波長が１０８０ｎｍより１０２０ｎｍにまで短くなるに従い、最適ファイバ長も短くなるので、種光が増幅される区間が短くなり、ファイバレーザから得られる基本波の出力も小さくなる。
【００１０】
このような状況で基本波の出力の増大を図るためには、ファイバの長さを適当な長さに設定して、励起光の出力を大きくてファイバレーザを励起することとなるが、ファイバの長さが十分長くないので励起光を完全に吸収させることができずに、かなりの出力強度の励起光が余ってしまう。したがって、このようなファイバレーザを用いた波長変換装置からＷ級の高出力を得ようとする場合は、ファイバ内での基本波に励起光を加えた光出力の増大や光吸収の増大による温度上昇等が原因となり、ファイバの劣化の課題が顕著に生じるようになる。また、ファイバ内での光出力が増大して、その増大した基本波の戻り光により励起用のレーザ光源が損傷を受ける等の課題も生じる。
【００１１】
これらの課題を解決するために、様々な工夫がなされている。レーザ光源の損傷の防止の例としては、光通信用のファイバレーザにおいて、ファイバ内で増幅されたピーク光出力の高い信号光が、励起用のレーザ光源に戻らないように、光路中に波長選択フィルターを挿入している。励起光と信号光とのわずかな波長の差を利用することにより、この波長選択フィルターは、励起光を透過するが信号光は反射する。このことにより、励起用のレーザ光源からは、励起光が出射されるだけで、増幅された信号光は戻らないようにするのでレーザ光源は損傷を受けない（例えば、特許文献１）。
【００１２】
一方、ファイバの劣化の防止のためには、レーザ活性物質として希土類元素を添加したファイバの構造を工夫した例がある。すなわち、医療分野で使用する３μｍ帯の波長の基本波を出力するファイバレーザにおいて、希土類元素の添加量の範囲を定めることや、ファイバのコアやクラッドの直径を一定の範囲に調整することにより、励起光の吸収率が最適化される。このような構造にすることで、ファイバレーザが劣化することなく３Ｗの高い光出力が得られている（例えば、特許文献２）。
【００１３】
また、光通信分野等において、信号光が伝達されるファイバにガイドファイバを介して励起光を入射するときに、上記ファイバとガイドファイバとの接続構造を工夫してファイバの劣化が防止されている（例えば、特許文献３）。
【００１４】
さらに、ファイバのコア部を、コア部よりも屈折率の高い材料から成るアウターコアで包囲し、ファイバ内の光出力が増加した場合にファイバ外部に光を漏出して光出力の増加を抑制することにより、ファイバの劣化が防止されている（例えば、特許文献４）。
【００１５】
また、本願とは別の課題として、発振した光と励起光とを分離するために、励起光をファイバ内で折り返す構造や（例えば、特許文献５）、Ｙｂファイバを用いたＡＳＥ光源装置において、励起用レーザの温度を制御することにより励起効率を向上させる方法も提案されている（例えば、特許文献６）。
【００１６】
しかしながら、上記従来の波長変換装置では、基本波であるファイバレーザの光出力は２〜３Ｗしか得られず、５Ｗを超えるような基本波の出力を得ることが難しいため、Ｗ級の高出力の緑色や青色のレーザ出力光が得られない。また、ファイバレーザの利得を増加させて基本波の出力を増加させる目的で単純にファイバレーザのファイバの長さを長くしても、ファイバの基本波に対する光吸収量が長さに比例して大きくなるので、大きい光出力が得られない。
【００１７】
一方、ファイバの基本波に対する光吸収は、ファイバレーザの発振波長が１０７０ｎｍから短くなるに従って顕著になるため、１０７０ｎｍ以下の光を得るにはファイバ長を短くする必要があった。ところが、ファイバを短くすると効率が低下し、例えば１０３０ｎｍ付近の光を発生させる場合に高効率化が困難になる。
【００１８】
したがって、ファイバレーザの基本波の波長を短くすることにより得られるはずの、Ｗ級の短波長の緑色のレーザ出力光を得るのが難しいという課題があった。
【００１９】
ところで、上述した緑色レーザは、半導体レーザ単体での実現が難しく、現時点ではＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３等の波長変換素子を用いて波長変換により得る方法が主流である。また、波長変換素子に入射する基本波として、半導体レーザで励起した赤外域の高出力のファイバレーザを使用することが知られている。
【００２０】
一方で、単色性が強くＷ級の高出力を得られる可視光源は、大型ディスプレイや高輝度ディスプレイを実現する上で必要とされおり、緑色光源に関しても高出力光源の開発が進められている。一般に、カラーディスプレイはＲ、Ｇ、Ｂ三色の光源を用いて色表現を行っており、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの光源の波長により、表現できる色の範囲が色度図上で決まる。Ｒ、Ｇ、Ｂの各光源としてレーザを用いたレーザディスプレイでは、より短波長なＧ光源を使用することで、より色再現範囲を広げることができ、原色に近い色表現が出来る。
【００２１】
しかしながら、Ｇ光源の波長を短波長化することで色再現範囲を広げて原色に近い色表現が可能になったとは言え、Ｇ光源の波長が一つに決められていることで、どうしても再現できない色の範囲が残ってしまう。
【００２２】
一方、レーザを走査して画像を表現するレーザディスプレイにおいては、画像データに応じてレーザを変調する必要があり、レーザの変調方法に関しては音響光学素子や、例えば、特許文献７にあるような、ＬｉＮｂＯ３を用いた光変調器等が提案されている。
【００２３】
レーザの変調に関しても、音響光学素子やＬｉＮｂＯ３等の変調素子を用いると、スペース的に不利であり、さらには高価になるといった問題があった。
【特許文献１】特開平５−７０３８号公報
【特許文献２】特開２００５−７９１９７号公報
【特許文献３】特開２００５−１９５４０号公報
【特許文献４】特開２００４−１７０７４１号公報
【特許文献５】特開２００５−１０９１８５号公報
【特許文献６】特開２００４-６４０３１号公報
【特許文献７】特開平９−２４６６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
上記課題に鑑み、本発明の目的は、出射される基本波の発振波長を切り替えることができるファイバ装置、このファイバ装置と波長変換素子を組み合わせた波長変換装置及び、この波長変換装置を光源として用いた画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成するために、本発明に係るファイバ装置は、レーザ活性物質を含み、少なくとも１つのファイバグレーティングが形成されたファイバを有するレーザ共振器と、前記ファイバに励起光を入射するレーザ光源とを備え、前記レーザ共振器は、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波の発振波長を切り替え可能となるべく構成されている。
【００２６】
上記のファイバ装置では、異なる発振波長のレーザの基本波を出射することができる。
【００２７】
前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波の一部を前記レーザ共振器に戻すと共に、前記レーザ共振器への帰還光の光量を変更可能な帰還部、をさらに備え、前記ファイバグレーティングは、前記ファイバの前記レーザ光源側に配置された第１のファイバグレーティングと、前記ファイバの出射端側に配置された第２のファイバグレーティングと、を含み、前記帰還部により前記帰還部からの帰還光の光量が前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量以下となれば、前記レーザ共振器は前記第２のファイバグレーティングからの反射光を用いて第１の基本波を発振させ、前記帰還部により前記帰還部からの帰還光の光量が前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量を超えると、前記レーザ共振器は前記帰還部からの帰還光を用いて第２の基本波を発振させることが好ましい。
【００２８】
この場合、帰還部からの帰還光の光量を第２のファイバグレーティングからの反射光の光量に対して増減させることにより共振器の構成を切り替えて、出射されるレーザの基本波の発振波長を切り替えることができる。
【００２９】
前記ファイバグレーティングはさらに、前記第１及び第２のファイバグレーティング間で、かつ、前記第１のファイバグレーティングの近傍に配置された第３のファイバグレーティング、を含み、前記第３のファイバグレーティングの帯域は、前記第２のファイバグレーティングの帯域よりも長波長側に位置し、前記帰還部からの帰還光の光量が前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量以下であれば、前記レーザ共振器は前記第１のファイバグレーティング及び前記第２のファイバグレーティング間で前記第１の基本波を発振させ、前記帰還部からの帰還光の光量が前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量を超えると、前記レーザ共振器は前記第３のファイバグレーティング及び前記帰還部間で前記第２の基本波を発振させる。
【００３０】
この場合、第３のファイバグレーティングの帯域を第２のファイバグレーティングの帯域よりも長波長側に位置させることにより、第３のファイバグレーティングによる発振がより発生しやすくなる。このため、第１のファイバグレーティング及び第２のファイバグレーティング間の発振から第３のファイバグレーティング及び帰還部間の発振への切り替えをより円滑に行うことができる。
【００３１】
前記帰還部は、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する反射部材と、前記反射部材からの反射光の、前記レーザ共振器に対する反射方向を変化させるべく前記反射部材を駆動する駆動部とを有し、前記駆動部により前記レーザ共振器に入射されるべき前記反射部材からの反射光の光量を増減させることが好ましい。
【００３２】
この場合、反射部材の反射方向の変化により帰還光の光量を増減させることができるので、帰還部を簡単な構成で実現することができる。
【００３３】
前記帰還部は、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を前記レーザ共振器方向に反射する反射部材と、前記反射部材の前記レーザ共振器側に配置され、前記反射部材からの反射光の光量を増減させるべく、自身を通過する光の光量を変更可能な低減部とを有することが好ましい。
【００３４】
この場合、低減部を通過する光量の低減により帰還光の光量を増減させることができるので、帰還部を簡単な構成で実現することができる。
【００３５】
本発明に係る波長変換装置は、上記のファイバ装置と、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を高調波に変換する波長変換素子とを備える。
【００３６】
上記の波長変換装置では、異なる発振波長のレーザの基本波を波長変換することにより、異なる発振波長の高調波を発振させることができる。
【００３７】
前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波の一部を前記レーザ共振器に戻すと共に、前記レーザ共振器への帰還光の光量を変更可能な帰還部、をさらに備え、前記ファイバグレーティングは、前記ファイバの前記レーザ光源側に配置された第１のファイバグレーティングと、前記ファイバの出射端側に配置された第２のファイバグレーティングと、を含み、前記帰還部が前記帰還部からの帰還光の光量を前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量以下とすれば、前記レーザ共振器は前記第２のファイバグレーティングからの反射光を用いて第１の基本波を発振させ、前記帰還部が前記帰還部からの帰還光の光量を前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量を超えるようにすると、前記レーザ共振器は前記帰還部からの帰還光を用いて第２の基本波を発振させ、前記波長変換素子は、前記第１及び第２の基本波のうちの少なくとも一方を波長変換することが好ましい。
【００３８】
この場合、帰還部からの帰還光の光量を第２のファイバグレーティングからの反射光の光量に対して増減させることにより共振器の構成を切り替えて、出射されるレーザの基本波の発振波長を切り替えることができる。
【００３９】
前記ファイバグレーティングはさらに、前記第１及び第２のファイバグレーティング間で、かつ、前記第１のファイバグレーティングの近傍に配置された第３のファイバグレーティング、を含み、前記第３のファイバグレーティングの帯域は、前記第２のファイバグレーティングの帯域よりも長波長側に位置し、前記帰還部からの帰還光の光量が前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量以下であれば、前記レーザ共振器は前記第１のファイバグレーティング及び前記第２のファイバグレーティング間で前記第１の基本波を発振させ、前記帰還部からの帰還光の光量が前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量を超えると、前記レーザ共振器は前記第３のファイバグレーティング及び前記帰還部間で前記第２の基本波を発振させる。
【００４０】
この場合、第３のファイバグレーティングの帯域を第２のファイバグレーティングの帯域よりも長波長側に位置させることにより、第３のファイバグレーティングによる発振がより発生しやすくなる。このため、第１のファイバグレーティング及び第２のファイバグレーティング間の発振から第３のファイバグレーティング及び帰還部間の発振への切り替えをより円滑に行うことができる。
【００４１】
前記帰還部は、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する反射部材と、前記反射部材からの反射光の、前記レーザ共振器に対する反射方向を変化させるべく前記反射部材を駆動する駆動部とを有し、前記駆動部により前記レーザ共振器に入射されるべき前記反射部材からの反射光の光量を増減させることが好ましい。
【００４２】
この場合、反射部材の反射方向の変化により帰還光の光量を増減させることができるので、帰還部を簡単な構成で実現することができる。
【００４３】
前記レーザ共振器、前記波長変換素子、前記反射部材は、この順に配置され、前記反射部材の表面には、前記波長変換素子から出射される高調波を透過させ、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する膜が形成されることが好ましい。
【００４４】
この場合、レーザ共振器、波長変換素子、反射部材を略直線状に配置することができるので、波長変換装置を小型化することができる。
【００４５】
前記帰還部は、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を前記レーザ共振器方向に反射する反射部材と、前記反射部材の前記レーザ共振器側に配置され、前記反射部材からの反射光の光量を増減させるべく、自身を通過する光の光量を変更可能な低減部とを有することが好ましい。
【００４６】
この場合、低減部を通過する光量の低減により帰還光の光量を増減させることができるので、帰還部を簡単な構成で実現することができる。
【００４７】
前記レーザ共振器、前記低減部、前記波長変換素子、前記反射部材は、この順に配置され、前記反射部材の表面には、前記波長変換素子から出射される高調波を透過させ、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する膜が形成されることが好ましい。
【００４８】
この場合、波長変換素子から出射される高調波が低減部を通過することなく、レーザ共振器、波長変換素子、反射部材を略直線状に配置することができる。このため、高調波の光量を低減させることなく、波長変換装置を小型化することができる。
【００４９】
前記波長変換素子は、前記第１の基本波の発振波長に応じた位相整合条件を成立させることにより前記第１の基本波を波長変換する第１の領域と、前記第２の基本波の発振波長に応じた位相整合条件を成立させることにより前記第２の基本波を波長変換する第２の領域とを有し、前記第１及び第２の領域は、前記第１及び第２の基本波の入射方向に沿って順々に配置され、前記第１及び第２の基本波は、前記第１及び第２の領域を順々に通過することが好ましい。
【００５０】
この場合、第１及び第２の基本波の各発振波長に応じた位相整合条件を成立可能な第１及び第２の各領域に各基本波を入射させることができる。このため、異なる発振波長を持つ２つの高調波の発振が可能となる。
【００５１】
前記ファイバは、前記レーザ活性物質を含む、シングルモードファイバからなる第１のファイバと、前記ファイバグレーティングが形成された、偏波保持ファイバからなる第２のファイバと、を光学的に接続して構成されており、前記ファイバグレーティングは、前記第２のファイバが持つ複数の偏波軸のそれぞれに対応する複数の帯域を有し、入射光を前記複数の帯域により反射して複数のピークを持つ反射光を出射し、前記レーザ共振器は、前記ファイバグレーティングからの複数のピークを有する反射光を用いて複数の発振波長で基本波を発振させ、前記波長変換素子は、前記複数の発振波長の基本波のうちの少なくとも１つを波長変換することが好ましい。
【００５２】
この場合、第１のファイバをシングルモードファイバで、第２のファイバを偏波保持ファイバで、それぞれ構成することにより、偏波保持ファイバ内の複数の偏波軸のそれぞれの屈折率の違いを利用して得た複数の帯域を持つレーザ光を偏波無依存のシングルモードファイバ内で発振させることができる。このため、各帯域の光をいずれも損失させることないので、複数の発振波長の基本波を発振させることができる。
【００５３】
前記レーザ共振器はさらに、前記ファイバグレーティングの近傍に配置された第１の反射面と、前記レーザ光源の近傍に配置された第２の反射面と、を有し、前記レーザ光源から出射される励起光は、前記第２の反射面から入射された後、前記第１の反射面で反射されることにより、前記第２の反射面から前記第１の反射面までの間を一往復することが好ましい。
【００５４】
この場合、レーザ光源からファイバに入射する励起光は、ファイバの第２の反射面に入射した後、ファイバの第１の反射面で反射して、ファイバ内を往復してレーザ活性物質が関与するエネルギー準位により効率よく吸収される。従来、ファイバレーザに必要な長さは、励起光をほぼ全て吸収する長さが必要であったが、励起光をファイバレーザ内で折り返すことで半分の長さで励起光は吸収されることとなる。このため、ファイバレーザは従来の半分の長さのファイバで効率よく励起光を吸収し、高いゲインで基本波を発振して効率よく基本波を出射するので、波長変換装置は小型・高効率・低消費電力で構成できる。
【００５５】
さらに、従来と比べて半分の長さのファイバで励起光をほぼ吸収することができ、同時に基本波の吸収量もファイバの長さに比例して半分になる。このことにより、ファイバレーザの基本波は、光吸収量の多い１０３０ｎｍ付近の短波長側でも高出力のレーザ光として出力できるようになる。その結果、通常より短波長の基本波を入射光として用いると、波長変換素子から出力される高調波の波長も通常より短波長の光、例えば、視感度の高い５１５ｎｍ付近の緑色のレーザ光がＷ級の光出力で得られることとなる。
【００５６】
また、第１の反射面をファイバの他方の端部に設けることにより、ファイバと第１の反射面との間で光の伝搬を行うためのレンズ・ミラーなどの光学部品点数を削減でき、調整も不要となるため、コスト削減・信頼性向上を達成することができる。
【００５７】
さらに、第２の反射面をファイバの一方の端部に設けることにより、基本波を効率よく取り出すことができる。
【００５８】
前記レーザ共振器はさらに、前記第２の反射面の近傍に配置され、前記第１のファイバからの出射光の偏光方向を単一化することにより、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波の偏光方向を単一化する単一化部、を備えることが好ましい。
【００５９】
この場合、第１のファイバから出射される複数の発振波長を持つ基本波の偏光方向を単一化することができる。このため、波長変換素子における基本波の波長変換をより効率よく行うことができる。
【００６０】
前記単一化部は、前記第１のファイバの出射端面であり、前記出射端面の切断角は、前記第１のファイバの光軸方向に対してブリュースター角をなすことが好ましい。
【００６１】
この場合、第１のファイバの出射端面の切断角をブリュースター角とすることにより、複数の発振波長を持つ基本波の偏光方向を単一化することができる。このため、簡単な構成により単一化部を実現することができる。
【００６２】
前記レーザ光源から出射される励起光を前記第２の反射面に伝搬し、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を前記波長変換素子に伝搬する光伝搬部、をさらに備えることが好ましい。
【００６３】
この場合、レーザの基本波がレーザ光源に戻ることがないので、基本波を波長変換素子に効率よく伝搬することができる。
【００６４】
前記光伝搬部は、前記レーザ光源から出射される励起光を透過させ、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する反射部材を備えることが好ましい。
【００６５】
この場合、基本波の取り出しを簡単な構成で実現することができる。
【００６６】
前記反射部材の表面には、前記レーザ光源から出射される励起光を透過させ、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する波長選択層が形成されることが好ましい。
【００６７】
この場合、ファイバレーザからの高出力の基本波が波長選択層で反射され、励起光を出射するレーザ光源には入射しないので、基本波の入射によるレーザ光源の損傷をさらに防止することができる。
【００６８】
前記反射部材は、狭帯域透過フィルタからなることが好ましい。
【００６９】
この場合、励起光の波長の半値幅が小さくなり、励起光がファイバレーザでより効率よく吸収され、励起光から基本波への光出力の変換がさらに高効率で実現できる。
【００７０】
前記レーザ光源から出射された後に前記反射部材で反射される励起光のうち、所定の狭帯域の波長を有する光を回折する回折部材を具備し、前記回折部材による回折光が前記レーザ光源に戻ることにより、前記レーザ光源の発振波長が前記回折部材による回折光の波長に固定されることが好ましい。
【００７１】
この場合、ファイバレーザで吸収量が大きい波長が励起光の波長として固定されることにより、励起光はファイバレーザ内でさらに効率よく吸収される。
【００７２】
前記回折部材は、入射される光を反射する反射型の回折格子からなることが好ましい。
【００７３】
この場合、１つの回折格子を調整するだけで、所望の波長の光を回折させることができ、波長選択の調整のための制御が容易となる。
【００７４】
前記回折部材は、入射される光を透過させる透過型の回折格子と、前記回折格子を透過する光を反射する反射ミラーと、からなることが好ましい。
【００７５】
この場合、透過型の回折格子を用いるので、回折させることができる波長の範囲を広くすることができる。また、回折格子と反射ミラーとの組み合わせて調整するので、波長の選択と回折光の出射方向を独立して制御することができる。
【００７６】
前記第１の反射面は、多層膜からなることが好ましい。
【００７７】
この場合、第１の反射面は、励起光をほぼ全反射に近い反射率で反射することができ、励起光はさらに効率良く利用される。
【００７８】
前記第２の反射面は、偏光ミラーからなることが好ましい。
【００７９】
この場合、光学系の偏光面に関する調整がさらに容易になる。
【００８０】
前記反射部材の前記波長選択層は、多層膜からなることが好ましい。
【００８１】
この場合、光の吸収による損失をさらに少なくし、励起光と基本波との波長選択性をさらに高めた反射部材を実現することができる。
【００８２】
前記レーザ光源は、励起光を出射するレーザ素子と、前記レーザ素子から出射される励起光をビーム整形するレンズと、前記レーザ素子及び前記レンズを格納する筐体と、からなることが好ましい。
【００８３】
この場合、レーザ光源から出射される励起光をファイバレーザに入射する光学系が、さらに小型で結合効率の高いものとなる。
【００８４】
前記レンズは、シリンドリカルレンズであることが好ましい。
【００８５】
この場合、レーザ光源から出射する励起光は、その光量を減らすことなくアスペクト比が改善され、しかもファイバレーザと光学的に結合し易くすることができる。このことにより、励起光は、さらに効率よく利用されることとなる。
【００８６】
前記基本波の出力の一部を検出する基本波検出部と、前記基本波検出部による検出値に基づいて前記波長変換素子から出射する前記高調波の出力を制御する出力制御部と、をさらに備えることが好ましい。
【００８７】
この場合、基本波の出力の増大によるファイバグレーティングや波長変換素子での温度上昇をそれぞれで制御することにより、基本波の波長変換素子での位相整合条件を精密に制御することができ、さらに効率よく安定な高調波の出力が波長変換素子から得られる。
【００８８】
前記高調波の波長は、５１０〜５４０ｎｍであり、前記高調波の出力は、１Ｗ以上であることが好ましい。
【００８９】
この場合、視感度の高い緑色のレーザ出力光を得ることができ、色再現性の良いディスプレイとして、さらに原色に近い色表現をすることができる。
【００９０】
前記レーザ共振器はさらに、前記波長変換素子の出射端の近傍に配置された第３の反射面、を有し、前記基本波を前記波長変換素子を通過させながら、前記ファイバグレーティング及び前記第３の反射面間で前記基本波を発振させることが好ましい。
【００９１】
この場合、波長変換素子がファイバグレーティング及び第３の反射面からなる共振器内に配置されるので、より高効率の波長変換を実現することができる。
【００９２】
前記波長変換素子の出射端面の切断角は、前記波長変換素子から出射される高調波の偏光方向を単一化すべく、前記波長変換素子の光軸方向に対してブリュースター角をなすことが好ましい。
【００９３】
この場合、波長変換素子の出射端面の切断角をブリュースター角とすることにより、複数の発振波長を持つ高調波の偏光方向を単一化することができる。
【００９４】
前記基本波の複数の発振波長は、２つであり、前記波長変換素子は、前記基本波の一方の発振波長に応じた位相整合条件を成立させることにより前記一方の発振波長の基本波を波長変換する第１の領域と、前記基本波の他方の発振波長に応じた位相整合条件を成立させることにより前記他方の発振波長の基本波を波長変換する第２の領域とを有し、前記第１及び第２の領域は、前記基本波の入射方向に沿って順々に配置され、前記基本波は、前記第１及び第２の領域を順々に通過することが好ましい。
【００９５】
この場合、基本波の各発振波長に応じた位相整合条件を成立可能な第１及び第２の各領域に各基本波を入射させることができる。このため、異なる発振波長を持つ２つの高調波の発振が可能となる。
【００９６】
本発明に係る画像表示装置は、複数のレーザ光源と、前記各レーザ光源から出射されるレーザ光を走査する走査部と、前記各レーザ光源から出射されるレーザ光を用いて画像を表示するスクリーンとを備え、前記レーザ光源は、少なくとも赤色、緑色及び青色をそれぞれ出射する光源から構成され、前記レーザ光源のうち、少なくとも緑色の光源は、上記の波長変換装置を備える。
【００９７】
上記の画像表示装置では、視感度の高い緑色のレーザ出力光を得ることができるので、色再現性の良いディスプレイ等に使用して、さらに原色に近い色表現をすることができる。
【発明の効果】
【００９８】
本発明によれば、出射される基本波の発振波長を切り替えることができるファイバ装置、このファイバ装置と波長変換素子を組み合わせた波長変換装置及び、この波長変換装置を光源として用いた画像表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９９】
以下、本発明の実施の形態に係るファイバ装置、波長変換装置及び画像表示装置について、図面を参照しながら説明する。なお、同一部分には同一符号を付し、図面で同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合もある。
【０１００】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるファイバ装置の概略構成を示す模式図である。本実施の形態におけるファイバ装置は、波長切り替え可能な基本波を発生させるものであり、図１に示すように、本実施の形態におけるファイバ装置は、励起光源１と、ファイバ３と、励起光源側ファイバグレーティング（以下、「第１のファイバグレーティング」と呼ぶ）２と、出射側ファイバグレーティング（以下、「第２のファイバグレーティング」と呼ぶ）４と、基本波の波長の切り替えを行うための第１の反射部９と、を備えており、出射された基本波を波長変換する波長変換素子７と共に光学系（波長変換装置）を構成している。
【０１０１】
励起光源１から出射された励起レーザは、ファイバ３に導光され、第１のファイバグレーティング２を通過し、ファイバ３の中をレーザ活性物質に吸収されながら伝播し、ファイバ３を通り抜けるまでにファイバ３の中で消失する。この間に発生した基本波の種光は、第１のファイバグレーティング２及び第２のファイバグレーティング４で構成された共振器の間を往復しながら、励起光源１から出射された励起レーザにより増幅され、高出力の基本波としてレーザ発振に至る。
【０１０２】
本実施の形態において、第１のファイバグレーティング２は、帯域幅約１ｎｍ程度の広帯域な反射スペクトルを持ち、反射率はほぼ１００％に設定されている。また、第２のファイバグレーティング４は、帯域幅０．１ｎｍ程度の狭帯域な反射スペクトルを持ち、反射率は１０％程度に設定してある。
【０１０３】
通常、基本波の発振には、励起光源１、ファイバ３、第１のファイバグレーティング２及び第２のファイバグレーティング４のみからなる構成で実現されるが、本実施の形態は、この構成に第１の反射部９を加えて、出射した一定以上の光量の基本波をファイバ３に戻すことで基本波の波長を切り替える構成を取る。以下に、その構成を説明する。
【０１０４】
ファイバ３から出射し、第１の反射部９に向かう往路の基本波５は、波長変換素子７にて一部を高調波８に変換され、残りの透過した基本波は、第１の反射部９に入射する。ここで、第１の反射部９から励起光源１に向かう復路の基本波６がファイバ３に戻る光量を一定以下となるように第１の反射部９が配置された状態では、その戻り光は往路の基本波５の発振波長になんら影響を与えず、第２のファイバグレーティング４で決められた波長で発振し続ける。この場合、基本波５の発振波長は、帯域幅の狭い第２のファイバグレーティング４の帯域により規定される。以下、基本波５を発振させる共振器を第１のファイバグレーティング２及び第２のファイバグレーティング４により形成する状態を「状態１」と呼ぶ。
【０１０５】
これに対して、一定以上の光量の基本波６をファイバ３に戻す様に、第１の反射部９を配置し、復路の基本波６を往路の基本波５の伝播方向に対して略逆方向に伝播させた時のことを考える。「状態１」において、基本波５及び６を発振させる共振器は、ファイバグレーティング２及び４で形成されている。しかし、第２のファイバグレーティング４の反射率は１０％程度と低いため、第１の反射部９からファイバ３に戻る光量が第２のファイバグレーティング４による反射光量よりも多くなると、今度は、第１のファイバグレーティング２と第１の反射部９とで共振器を形成することになる。この場合、基本波５及び６の発振波長は、第１のファイバグレーティング２の帯域に依存することになり、第２のファイバグレーティング４で決められる波長とは違う波長で発振することになる。この場合、基本波５及び６の発振波長は、第２のファイバグレーティング４により規定をすることができず、「状態１」における発振波長からずれが生じることになる。以下、基本波５及び６を発振させる共振器を第１のファイバグレーティング２及び第１の反射部９により形成する状態を「状態２」と呼ぶ。
【０１０６】
次に、この「状態１」及び「状態２」での高調波８の発振に関して説明する。「状態１」において、基本波５及び６は通常通り、第２のファイバグレーティング４の帯域にロックされた波長で発振している。波長変換素子７が第２のファイバグレーティング４の帯域波長に対応している場合、「状態１」にて波長変換素子７で位相整合条件を満たして高調波８を発振することになる。
【０１０７】
第１の反射部９の移動により、「状態１」から「状態２」に移行すると、基本波５及び６の波長がずれ、「状態１」と同じ温度では波長変換素子７の位相整合条件を満たせなくなる。このため、「状態１」において発振していた高調波８は消光することになる。
【０１０８】
本発明の実施の形態１によれば、第１の反射部９を動作させて「状態１」と「状態２」を切り替えるだけで、基本波５及び６の波長をずらすことができ、それにより、簡便に高調波８の発振／消光の切り替えが可能になる。
【０１０９】
本実施の形態において、第１の反射部９は、基本波を反射して高調波を透過する様に、波長により透過率あるいは反射率の異なるコーティングを掛けておくと、高調波をより多く得ることができ望ましい。例えば、第１の反射部９として、ガルバノミラー等の高速で稼動が可能な光学モジュールを使用するのが望ましい。それにより、「状態１」と「状態２」の高速な切り替えが実現されるからである。この場合、図１に示すように、駆動部９１により第１の反射部９を駆動させればよい。
【０１１０】
また、本実施の形態において、「状態１」における第１の反射部９からの戻り光である基本波６が波長変換素子７の中を通過する際に発生する高調波を取り出すことにより、トータルとしての高調波の出力を向上させることが可能になる。例えば、「状態２」からわずかに第１の反射部９をずらして「状態１」にした場合、往路の基本波５の光路とはわずかにずれながらも、復路の基本波６は波長変換素子７の中を通過するが、その際高調波８とは逆向きの図示していない高調波を発生させることになる。こうして発生した高調波も、波長変換素子７とファイバ３の間に、図示していないダイクロイックミラー等の取り出しミラーを設けることにより、取り出すことが可能である。
【０１１１】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。上記の実施の形態１では、高速で稼動が可能な光学モジュールの移動によりファイバへの戻り光量を調節することにより、基本波の波長をずらすものであった。一方、本実施の形態では、ファイバから出射される光の強さを減衰させることにより、基本波の波長をずらすものである。図２に、本実施の形態におけるファイバ装置の概略構成を示す。
【０１１２】
図２に示すように、本実施の形態におけるファイバ装置は、励起光源１と、ファイバ３と、第１のファイバグレーティング２と、第２のファイバグレーティング４と、基本波の波長の切り替えを行うための第２の反射部９ａと、を備えており、出射された基本波を波長変換する波長変換素子７と共に光学系（波長変換装置）を構成している。第２の反射部９ａは、ファイバ３から出射された光を再びファイバ３に戻す光量を変調するものであり、アッテネータ１１と、反射部材１０と、を有している。
【０１１３】
ファイバ３から出射した基本波５は、図１と同様に、波長変換素子７で一部を高調波８に変換されて、残りは波長変換素子７を透過してアッテネータ１１に入り所定の光量分減衰して、反射部材１０に達する。反射部材１０にて反射された基本波５は、再びアッテネータ１１、波長変換素子７を透過して、ファイバ３に戻る。この時、反射部材１０で反射してファイバ３に戻った復路の基本波６の光量が、第２のファイバグレーティング４で反射した基本波６の光量より高くなるように、アッテネータ１１の透過率を調整すると、実施の形態１で述べた「状態２」になる。逆に、反射部材１０で反射してファイバ３に戻った復路の基本波６の光量が、第２のファイバグレーティング４で反射した基本波の光量より低くなるように、アッテネータ１１の透過率を調整すると、実施の形態１で述べた「状態１」になる。すなわち、アッテネータ１１の透過率を変調することで、ファイバ３の発振波長を選択することができ、さらには、高調波８の発振／消光制御が可能になる。アッテネータ１１の透過率の調整は、図２に示すように、制御部９２により制御すればよい。
【０１１４】
本実施の形態において、「状態１」と「状態２」との間の切り替わりは、第２のファイバグレーティング４での反射光量と第２の反射部９ａによってファイバ３の中に折り返した光量との割合のみで決定される。このため、アッテネータ１１の減衰率は、「状態１」と「状態２」との間の切り替わりにおいて、出力したい基本波光量の絶対値には依存せず、一定とすることができる。したがって、アッテネータ１１の減衰率の精密な制御は不要となり、第２の反射部９ａの構成が簡略化される。
【０１１５】
また、本実施の形態では、アッテネータ１１は、波長変換素子７と反射部材１０との間に配置されているが、ファイバ３と波長変換素子７との間に配置しても構わない。そうすることで、波長変換素子７から出射される高調波８がアッテネータ１１を通過する際のパワーのロスも無くなり、また、アッテネータ１１自体に高調波８が透過するようなコーティングを掛ける必要も無くなる。
【０１１６】
さらに、本実施の形態において、ファイバ３としては、例えば高出力の励起レーザを伝播させることが可能なダブルクラッドの偏波保持ファイバーの使用が考えられる。この場合、励起レーザは、ファイバ３のコア部分と内側のクラッドの比較的広い領域を伝播して、ファイバ３のコア部分に含まれるレーザ活性物質に吸収されることになる。また、ファイバ３のコア部分に含まれるレーザ活性物質として、例えば、希土類元素Ｙｂが知られている。この希土類元素Ｙｂを含むファイバに、例えば、波長９１５ｎｍあるいは９７５ｎｍの半導体レーザからの励起レーザを入射すると、波長約１０３０〜１１００ｎｍの誘導放出が起こることが知られている。
【０１１７】
また、本実施の形態において、波長変換素子７としては、周期状の分極反転構造を有する非線形光学結晶からなるＳＨＧ素子が好ましい。分極反転構造を有するＳＨＧ素子としては、ＫＴｉＯＰ４や、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３が用いられる。また、Ｍｇをドープした、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３、あるいは、ストイキオメトリ組成の、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３等も利用することができる。これらの結晶は、高い非線形定数を有するため高効率な波長変換が可能である。また、周期構造を変えることで、位相整合波長を自由に設計できるという利点がある。
【０１１８】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。上記の実施の形態１及び２では、基本波を発振させる共振器を構成する一方の反射面を第１のファイバグレーティング２とし、他方の反射面を第２のファイバグレーティング４または第１の反射部９（または第２の反射部９ａ）のいずれかとすることにより、基本波の発振波長の切り替えを行うものであった。一方、本実施の形態では、励起光源側ファイバグレーティングがさらに１つ追加され、基本波を発振させる共振器を構成する一方の反射面も２つの励起光源側ファイバグレーティングのうちから切り替え可能とするものである。図３は、本発明の実施の形態３におけるファイバ装置の概略構成を示す模式図である。
【０１１９】
図３に示すように、本実施の形態におけるファイバ装置は、上記の実施の形態１と同様に、励起光源１と、ファイバ３と、第１のファイバグレーティング２と、第２のファイバグレーティング４と、基本波の波長の切り替えを行うための第１の反射部９と、を備えており、出射された基本波を波長変換する波長変換素子７と共に光学系（波長変換装置）を構成している。そして、本実施の形態のファイバ装置はさらに、ファイバ３の励起光源１側に配置された励起光源側ファイバグレーティング（以下、「第３のファイバグレーティング」と呼ぶ）１２を備えている。なお、本実施の形態では、ファイバ３から出射された光を再びファイバ３に戻す反射部として、実施の形態１の第１の反射部９を用いているが、上記の実施の形態２の第２の反射部９ａを用いても構わない。
【０１２０】
第３のファイバグレーティング１２は、図３に示すように、第１のファイバグレーティング２と第２のファイバグレーティング４との間で、かつ、第１のファイバグレーティング２の近傍に配置されている。第３のファイバグレーティング１２は、帯域幅０．１ｎｍ程度の狭帯域ファイバグレーティングであり、その帯域は、第１のファイバグレーティング２の帯域に含まれないように設定される。
【０１２１】
第３のファイバグレーティング１２の帯域は、第３のファイバグレーティング１２による基本波の発振が容易に実現されるように、第１のファイバグレーティング２の帯域よりも長波長側に配置される。なお、第２のファイバグレーティング４の帯域は第１のファイバグレーティング２の帯域に含まれるべきものであるので、第２のファイバグレーティング４と第３のファイバグレーティング１２との間では、それらの帯域が重なり合う範囲はない。
【０１２２】
第３のファイバグレーティング１２の反射率は、可能な限り高くしておく。実質的に、１００％に近い値であることが望ましい。これにより、第１の反射部９により上記の「状態２」を実現すべくファイバ３に折り返された基本波６は、第１のファイバグレーティング２と第１の反射部９とで形成された共振器により増幅されずに、第３のファイバグレーティング１２と第１の反射部９とで形成される共振器により増幅されることになる。この結果、基本波５及び６の発振波長は、帯域幅の狭い第３のファイバグレーティング１２の帯域により規定され、第１の反射部９の移動前における波長から変化することになる。
【０１２３】
すなわち、第３のファイバグレーティング１２の反射率を可能な限り高くしておき、第３のファイバグレーティング１２の帯域を、ファイバ３として発振可能な波長範囲内で、かつ、第１のファイバグレーティング２の帯域よりも長波長側に指定しておくことにより、第１の反射部９の移動による戻り光量の増減により基本波の発振波長を切り替えることができる。また、切り替え可能な基本波の発振波長は、第２のファイバグレーティング４及び第３のファイバグレーティング１２の帯域の設定により任意に設定可能であるので、あらかじめ意図的に選択された２波長の基本波を切り替えて発振させることが実現される。
【０１２４】
本実施の形態において、波長変換素子７の位相整合条件は、第２のファイバグレーティング４により規定される発振波長及び第３のファイバグレーティング１２により規定される発振波長のうちのいずれかとの間で成立するように、設定される。そうすることにより、波長変換素子７の位相整合条件の成立する波長を持つ基本波の入射により、波長変換素子７はその波長変換により高調波を出射されることができる。したがって、第１の反射部９の移動により高調波の発振をオン／オフさせることが可能となる。なお、波長変換素子７は、温度位相整合を用いる非線形結晶、角度位相整合を用いる非線形結晶、擬似位相整合を用いる非線形結晶、のいずれの結晶を用いたものであっても構わない。
【０１２５】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。上記の実施の形態３では、異なる発振波長を持つ２つの基本波の出射の切り替えにより、高調波の発振のオン／オフを切り替えるものであった。一方、本実施の形態では、異なる発振波長を持つ２つの基本波の出射の切り替えの際、いずれの場合においても高調波の発振を可能とするものである。図４は、本発明の実施の形態４におけるファイバ装置の概略構成を示す模式図である。
【０１２６】
図４に示すように、本実施の形態におけるファイバ装置は、励起光源１と、ファイバ３と、第１のファイバグレーティング２と、第２のファイバグレーティング４と、基本波の波長の切り替えを行うための第１の反射部９と、第３のファイバグレーティング１２と、を備えており、出射された基本波を波長変換する波長変換素子７ａと共に光学系（波長変換装置）を構成している。なお、本実施の形態においても、ファイバ３から出射された光を再びファイバ３に戻す反射部として、実施の形態１の第１の反射部９を用いているが、上記の実施の形態２の第２の反射部９ａを用いても構わない。
【０１２７】
本実施の形態におけるファイバ装置が、上記の実施の形態３と異なる点は、ファイバ装置から出射された基本波を波長変換する波長変換素子として、異なる発振波長を持つ２つの基本波の各々に対応した位相整合条件を持つ、複数の波長変換領域を有する波長変換素子を用いた点である。以下、この点について説明する。なお、この点以外は、上記の実施の形態３と同様であり、ここでは説明を省略する。
【０１２８】
波長変換素子７ａは、２つの波長変換領域、すなわち、第１の波長変換領域１３と、第２の波長変換領域１４と、を有している。例えば、波長変換素子７ａは擬似位相整合を用いる非線形結晶を使用して構成され、基本波５の進行方向に沿って各分極反転周期が形成された第１の波長変換領域１３、第２の波長変換領域１４が順に並んでいる。例えば、第１の波長変換領域１３に形成された分極反転周期は第２のファイバグレーティング４により規定される発振波長の基本波５に対応し、第２の波長変換領域１４に形成された分極反転周期は第３のファイバグレーティング１２により規定される発振波長の基本波５に対応する。
【０１２９】
この時、第１の反射部９の移動により「状態１」と「状態２」との間で切り替えると、例えば「状態１」では第２のファイバグレーティング４の帯域波長に対応した第１の波長変換領域１３から高調波が発振し、第１の反射部９を透過して出射することになる。また、「状態２」では、第３のファイバグレーティング１２の帯域波長に対応した第２の波長変換領域１４から高調波が発振し、外部に出射される。
【０１３０】
本実施の形態によれば、異なる発振波長を持つ２つの高調波を切り替えて発振させることが可能になる。
【０１３１】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５について説明する。上記の実施の形態１〜４のファイバ装置を用いた波長変換装置を光源とする具体的な形態として、例えば、レーザプロジェクションテレビ等への応用が考えられる。本実施の形態は、上記の実施の形態１〜４のファイバ装置を用いた波長変換装置を適用したレーザディスプレイ（２次元画像表示装置）の一例である。図５に、本実施の形態におけるレーザディスプレイの概略構成を示す。
【０１３２】
図５に示すように、本実施の形態においては、光源には赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３色のレーザ光源５１５ａ、５１５ｂ及び５１５ｃを用いた。Ｒ光源５１５ａには波長６３８ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系半導体レーザを、Ｂ光源５１５ｃには、波長４６５ｎｍのＧａＮ系半導体レーザを用いている。Ｇ光源５１５ｂには、上記の実施の形態１〜４におけるファイバ装置を用いた波長変換装置が用いられている。Ｒ、Ｇ、Ｂ各光源５１５ａ、５１５ｂ及び５１５ｃから出射されたレーザビームは、集光レンズ５１６ａ、５１６ｂ及び５１６ｃにより集光した後、２次元ビーム走査手段５１７ａ、５１７ｂ及び５１７ｃにより、拡散板５１９ａ、５１９ｂ及び５１９ｃ上を走査される。
【０１３３】
画像データはＲ、Ｇ及びＢそれぞれのデータに分割されており、その信号をフィールドレンズ５２０ａ、５２０ｂ及び５２０ｃで絞って空間光変調素子５２１ａ、５２１ｂ及び５２１ｃに入力した後、ダイクロイックプリズム５２２で合波することにより、カラー画像を形成する。合波されたビームは、投射レンズ５２３及び５２４を通過してスクリーン５２５に投射される。ただし、Ｇ光源５１５ｂから空間光変調素子５２１ｂに入射する光路中には、空間光変調素子５２１ｂでのＧ光のスポットサイズをＲ光やＢ光と同じにするために、光路中に凹レンズ５１８を挿入している。
【０１３４】
このように、本実施の形態のレーザディスプレイでは、Ｒ、Ｇ及びＢの光源にレーザ光源を用いるので、高輝度でも薄型に構成できる。
【０１３５】
さらに、Ｒ、Ｇ及びＢそれぞれで単色のレーザ光源を用いることにより、ｓＲＧＢ標準やＮＴＳＣ規格で規定されている色再現範囲に対して再現範囲が大幅に拡大され、原色に近い色表現が可能になっている。例えば、図６に、レーザ光源の波長をＲ光源とＢ光源それぞれで６４０ｎｍ、４５０ｎｍとし、Ｇ光源の波長を５２０ｎｍ、５３０ｎｍ各波長の時の再現範囲を示す。Ｇ光源の波長を５３０ｎｍとした時、ｓＲＧＢ標準と比較して表現できる三角形の面積は約２倍、ＮＴＳＣ規格と比較しても約１．４倍に表現範囲が増える。さらに、波長を５２０ｎｍとした時、ｓＲＧＢ標準と比較して約２．１倍、ＮＴＳＣ規格と比較しても約１．５倍にまで色表現範囲が増えるのが分かる。その中で、Ｇ光源の波長を２波長から選択することが出来るようになると、画像の再現範囲を選択的に広げることが可能になる。図６に示すように、Ｇ光源波長５２０ｎｍと５３０ｎｍの例でも、互いにオーバーラップしている範囲もあるが、各波長でしか再現出来ていない範囲も多い。Ｇ光源の波長を切り替えることが出来るようになると、例えば緑の色調を好みに合わせてユーザーが選択できるようにしておくことも可能であるし、画像情報に応じて、Ｇ光源の波長を自動的に選択して表現することも可能になる。
【０１３６】
その他にも、例えば５２０ｎｍと５３０ｎｍで比較すると、５３０ｎｍの方が比視感度が高いため、一般に５３０ｎｍの方が発光量を下げることができる。そのため、例えばポータブルディスプレイ等でバッテリー残量が多い時は表現範囲の広い５２０ｎｍを使い、バッテリー残量が減った時には５３０ｎｍに切り替えて、発光量を落として使うといった使い方も考えられるし、ユーザー設定として省電力モード等を設定した時は５３０ｎｍに切り替えるといった使い方も考えられる。具体的には、プロジェクタやプロジェクタ用のリモコン等に「高画質モード」や「省エネモード」、「画質切り替えモード」といった切り替えボタンを設けておき、プロジェクタやプロジェクタ用リモコンでの各モードの切り替えに連動して、波長切り替え手段を動作させるといった動作が考えられる。
【０１３７】
本実施の形態において、高出力の可視域の緑光源を実現することができ、赤、青の高輝度レーザと合わせて、大型ディスプレイや高輝度ディスプレイ等のディスプレイ分野での応用が可能である。
【０１３８】
上記の実施の形態１〜５によれば、ファイバレーザ出力を高調波に波長変換する構成において、簡単な構成で基本波の発振波長を切り替えることができる。加えて、基本波を波長変換した高調波をオンオフ変調することができ、さらには、２波長の高調波を選択的に発振させることができる。
【０１３９】
（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６について説明する。図７に、本発明の実施の形態６に係る波長変換装置の構成を示す。図７に示す波長変換装置２１は、その基本構成として、ファイバレーザ２２と、ファイバレーザ２２から出射される基本波２３を高調波出力２４に変換する波長変換素子２５と、ファイバレーザ２２と波長変換素子２５との間に配置された集光レンズ３６と、を備えている。
【０１４０】
ファイバレーザ２２は、その主な構成要素としては、ファイバグレーティング２９とレーザ活性物質を含むファイバ２６とからなるレーザ共振器、ファイバ２６に励起光２７を入射するレーザ光源２８、ファイバ２６から出射される基本波２３を波長変換素子２５の方向に取り出す取り出しミラー３０を含む光学系２００、及び、ファイバ２６の各端面に形成された第１及び第２の反射面３４及び３３、である。なお、ここでファイバ２６からなるレーザ共振器は、ファイバグレーティング２９とファイバ２６の一方の端面に形成された第２の反射面３３を一組の反射面として基本波２３を増幅して出射する。
【０１４１】
すなわち、ファイバレーザ２２は、ファイバ２６に入射する励起光２７を出力するレーザ光源２８と、基本波の波長を選択して基本波を反射するファイバグレーティング２９と、各端面に第１及び第２の反射面３４及び３３が形成されたファイバ２６と、出力である基本波２３を波長変換素子２５に導く取り出しミラー３０を含む光学系２００と、から構成されている。なお、取り出しミラー３０は、励起光２７を透過してレーザ光源２８とファイバ２６を結びつけ、かつファイバ２６から出射する基本波２３を反射して波長変換素子２５に導く機能を果たしている。
【０１４２】
ファイバレーザ２２のレーザ共振器の一方の反射面としてファイバグレーティング２９を適用することで、任意の反射中心波長を選択することが可能となり発振中心波長を任意に選択できる上、波長変換素子２５側の要求する波長帯域０．０５〜０．２ｎｍの基本波を発生することができる。
【０１４３】
ファイバグレーティング２９は、偏波保持ファイバにより形成されている。一般に、偏波保持ファイバは、大きな複屈折率を持っており、光の偏波状態を保持し伝送することが可能である。本実施の形態においては、この偏波保持ファイバ上にファイバグレーティング２９を形成することにより、ファイバグレーティング２９に、偏波保持ファイバの持つ複屈折率の利用による、近接した２つのピークを持つ反射特性を持たせている。このような狭帯域かつ近接する２つの反射ピークを得ることは、誘電体多層膜を用いた反射ミラーでは困難である。誘電体多層膜のような帯域の広い反射面を用いた場合、ファイバのゲインが高い発振波長で発振する（発振しやすい発振波長で発振する）ため、任意に波長選択することも困難であり、発振波長が不安定になる原因となる。
【０１４４】
また、ファイバ２６を偏波無依存のシングルモードファイバとし、ファイバ２６の端面の第２の反射面３３に偏光単一化機構を配置することにより、ファイバグレーティング２９の反射による２つのピークを持つ基本波を単一偏光で得ることが可能となる。
【０１４５】
また、本実施の形態の場合、発振波長が１０２０〜１１００ｎｍであるため、ファイバ２６のコア径は４．５〜６．５μｍであることが必要である。コア径が１０μｍ以上となった場合、レーザ光の横モードがマルチモードとなるため、高効率な波長変換が実現できない。
【０１４６】
また、レーザ共振器をファイバ２６内に閉じた系とし、外部からの塵あるいは反射面のミスアライメントなどで共振器の損失が増加することによる出力の経時低下・出力変動を抑制することができる。
【０１４７】
次に、図７のファイバレーザ２２の基本のレーザ動作について説明する。図７でピッグテイル型のレーザ光源２８からの励起光２７は、レーザ光源２８に付属したファイバ３１中を伝搬した後、光学系２００のコリメートレンズ３２ａで平行光に変換された状態で取り出しミラー３０を透過する。さらに励起光２７は、光学系２００の集光レンズ３２ｂにより集光されて、ファイバ２６の第２の反射面３３よりファイバ２６に入射する。入射した励起光２７はファイバ２６に含まれるレーザ活性物質で吸収されつつファイバ２６中を伝搬する。励起光２７はファイバグレーティング２９を通過した後、第１の反射面３４で反射されてファイバ２６の中を折り返してレーザ活性物質で吸収されつつ伝搬し、第２の反射面３３に到達するまでに１往復してほぼレーザ活性物質に吸収されて消失する。従来はファイバ内を一方向に伝搬しつつ励起光が吸収されるだけなので、基本波を増幅するゲインは励起光が伝搬していく方向に進行するに従い減少していく。一方、本実施の形態では、励起光２７はファイバ２６内を折り返して一往復して吸収されるので、基本波を増幅するゲインは従来に比べてファイバ２６内で一様に高くなる。
【０１４８】
このように本実施の形態では、励起光２７がファイバ２６の中を一往復してほぼ全て吸収され、ファイバ２６内で基本波を増幅するゲインが一様に高くなった状態で、基本波２３の種光がファイバ２６の内部で発生する。この基本波２３の種光は、ファイバ２６の第２の反射面３３とファイバグレーティング２９をレーザ共振器の一組の反射面として、このレーザ共振器の中を増幅されて強度を増しつつ何度も反射して往復しレーザ発振に至る。
【０１４９】
本実施の形態で用いたファイバ２６は、例えば、高出力の励起光２７を伝搬させることが可能なダブルクラッドの偏波保持ファイバを使用した。したがって、励起光２７はファイバ２６のコアと内側のクラッドの比較的広い領域を伝搬して、ファイバ２６に含まれるレーザ活性物質により吸収される。また、広い範囲を伝搬することができるので高出力の励起光２７を用いることもできる。
【０１５０】
このようにしてファイバ２６から出力される基本波２３は第２の反射面３３から出射した後、集光レンズ３２ｂにより平行光に変換されて取り出しミラー３０に到達する。取り出しミラー３０の一方の表面には、波長選択用の多層膜３５が形成されている。この多層膜３５は励起光２７の波長の光は透過し、基本波２３の波長の光は反射するように構成されているので、第２の反射面３３から出射した基本波２３は取り出しミラー３０の表面の多層膜３５で反射されて波長変換素子２５に導かれる。
【０１５１】
本実施の形態において、取り出しミラー３０を狭帯域透過フィルタで構成し、励起光２７に対して、例えば、４０〜５０度の角度で挿入するのが望ましい。４０〜５０度で挿入するのは取り出しミラー３０で反射する励起光２７の一部がレーザ光源２８に戻らないようにするためである。また、ファイバ２６から出射される光の光路と波長変換素子２５から出射される光の光路とを直角にすることができるため、波長変換装置２１をモジュール化する場合、よりコンパクトにすることができるためである。また、取り出しミラー３０とは別個に狭帯域透過フィルタを取り出しミラー３０とコリメートレンズ３２ａの間に挿入してもよい。
【０１５２】
このような構成にすると、例えば、ファイバ２６をＹｂドープファイバとした場合に、透過フィルタの透過波長を９１５ｎｍや９７６ｎｍのＹｂドープファイバの吸収のピーク波長に合わせることができる。しかも、透過波長の９１５ｎｍや９７６ｎｍを中心に２〜３ｎｍの狭帯域の半値幅しか持たないこととなる。励起光２７がこのような狭帯域の光となって取り出しミラー３０を透過して光ファイバ２６に入射するとき、励起光２７の一部がファイバ２６の端面である第２の反射面３３で反射される。反射された励起光２７の一部は同じ光路を逆に進行してレーザ光源２８に帰還して、レーザ光源２８の発振波長はこの帰還した励起光２７の一部である狭帯域の光でロックされる。そもそも励起用レーザ光源２８はマルチモードで発振するため比較的広い５ｎｍ以上の波長半値幅を持つが、このように透過型フィルタなどの波長を狭帯域にロックする光学部品を用いると波長半値幅が２〜３ｎｍの狭帯域のレーザ光源になる。このような効果により、励起光２７の波長の半値幅が小さくなり、レーザ光源２８自体の効率も向上する上、励起光２７がファイバレーザ２２で、より効率よく吸収され、励起光２７から基本波２３への光出力の変換がさらに高効率で実現できる。また、本実施の形態では、ファイバ２６の励起光２７の吸収効率が高くファイバ長をより短くすることができるため１０３０ｎｍ以下の波長を発生させる際に使用すると、より高効率なファイバレーザを作製できる。なお、このときにファイバ２６の端面である第２の反射面３３での励起光２７の反射率は少なくとも３〜８％程度に設定されていることが望ましく、励起用ＬＤのエミッタ幅は、発振するモードの数が少ない方が波長ロックを行いやすくなるため、５０〜２００μｍ、より望ましくは５０〜１００μｍ程度であることが望ましい。
【０１５３】
次に、波長変換素子２５の基本動作について説明する。上記のようにしてファイバレーザ２２により基本波２３のレーザ光が出力され、集光レンズ３６で集光されて波長変換素子２５に入射する。このファイバレーザ２２からの基本波２３が入射波となり波長変換素子２５の非線形光学効果により変換されると、波長が基本波２３の１／２の高調波出力２４となる。この変換された高調波出力２４は、ビームスプリッタ３７で一部反射されるが、透過した高調波出力２４のほとんど全てが波長変換装置２１の出力光となって出射される。
【０１５４】
図８（Ａ）は、本実施の形態のファイバレーザ２２により発生可能なレーザ光の発振スペクトルを、図８（Ｂ）は、従来例による発振スペクトルを、それぞれ示しており、図８（Ｃ）は、図８（Ａ）の発振スペクトルを変換可能な波長変換素子の構成を、図８（Ｄ）は、図８（Ｂ）の発振スペクトルを変換可能な波長変換素子の構成を、それぞれ模式的に示している。
【０１５５】
本実施の形態において、波長変換素子２５は、基本波の２つのピークに対応する位相整合条件を満足するよう設計されている。本実施の形態の場合には、波長変換素子２５を形成する分極反転周期が、波長λ１の基本波に対応する周期と、波長λ２の基本波に対応する周期と、を持つ２つの領域から形成されている。
【０１５６】
また、波長λ１の基本波と波長λ２の基本波との和周波発生する際の位相整合条件を満足する周期を同一の波長変換素子内に形成することで、第２高調波の波長スペクトルにおけるピークの形状をよりフラットにすることができる。従来、広いスペクトル幅の基本波を効率よく変換するためには、図８（Ｄ）に示すように、波長変換素子全域にわたって、徐々に位相整合条件を変化させる、つまり周期分極反転素子の場合には、分極反転周期を徐々に変化させることが必要であった。このため、０．１ｎｍ程度の狭帯域の基本波を変換する場合と比較して、１／３程度の変換効率しか得ることができなかった。一方、本実施の形態の場合は、図８（Ｃ）に示すように、波長λ１の基本波、波長λ２の基本波それぞれに対して最適な位相整合条件を持つ波長変換素子を準備することにより、各基本波を効率よく変換することができる。図８（Ｃ）の波長変換素子の設計は簡便な上、上記のように波長変換効率を向上させることも可能である。
【０１５７】
また、分極反転周期をそれぞれの基本波のピークにあわせて設計することに代えて、波長変換素子に温度勾配を設けたり、それぞれ各ピーク波長に対応する領域をそれぞれの位相整合温度に保持することにより、上記と同一の効果を得ることができる。
【０１５８】
ビームスプリッタ３７で一部反射された高調波出力３８は、波長変換装置２１の出力光をモニターするために受光素子３９で受光して電気信号に変換されて利用される。この変換された信号の強度が波長変換装置２１で所望の出力が得られる強度になるように、出力コントローラー４０は励起用レーザ電流源４１でレーザ光源２８の駆動電流を調整する。そうするとレーザ光源２８からの励起光２７の強度が調整され、ファイバレーザ２２の基本波２３の出力強度が調整され、その結果として波長変換装置２１の出力の強度が調整される。このことにより波長変換装置２１の出力の強度は一定に保たれ、いわゆるオートパワーコントロール（以下、「ＡＰＣ」と略する）が安定に動作することとなる。
【０１５９】
波長変換装置２１の出力の強度をＡＰＣ動作により、さらに精度よく制御するために、ファイバ２６の他方の端面に形成された第１の反射面３４の外側に受光素子４２を配置することもできる。このようにして、ファイバグレーティング２９で反射されずに、わずかに漏れて透過してくる基本波２３を検出する、または第１の反射面３４で反射されずに、わずかに漏れて透過してくる励起光２７を検出することができる。この検出データを基に、励起光２７や基本波２３の全体の強度を各々推定することにより、出力コントローラー４０は励起用レーザ電流源４１でレーザ光源２８の駆動電流を調整して波長変換装置２１の出力の強度をＡＰＣ動作させる。また同様に、取り出しミラー３０の基本波２３を反射する多層膜３５が構成された表面と反対の他方の表面４３から、わずかに反射してくる励起光２７の一部４４を受光素子５０で検出することにより、励起光２７の一部４４から励起光２７全体の強度を推定して出力コントローラー４０でＡＰＣ動作をさせることもできる。
【０１６０】
次に、図７の波長変換装置２１が高出力の緑色のレーザ光（以下、Ｇ光とする）を出力する具体的な動作について説明する。
【０１６１】
図７において、ファイバレーザ２２のファイバ２６のコア部分にはレーザ活性物質として希土類元素Ｙｂが１２００ｐｐｍの濃度でドープされている。ファイバ励起用のレーザ光源２８は波長９１５ｎｍ、しきい値電流４００ｍＡ、最大光出力１０Ｗの半導体レーザが使用されている。波長９１５ｎｍの励起光２７はファイバ２６に入射されて、反射率９８％の第１の反射面３４で折り返してファイバ２６を１往復して第２の反射ミラー３３に到達するまでに全て吸収される。その結果、このレーザ光源２８からの励起光２７をファイバ２６に入射すると、励起光２７がコア部分で吸収されてコア部分のＹｂの準位を利用して、ファイバ２６から波長約１０６０ｎｍの誘導放出が起こる。この約１０６０ｎｍの誘導放出光は、ファイバ２６の中を励起光２７が吸収されることで得られたゲインで増幅されて進み、波長約１０６０ｎｍの赤外レーザ光である基本波２３となる。
【０１６２】
また、この基本波２３はファイバグレーティング２９と第２の反射面３３とをレーザ共振器の一組の反射面として、これらの反射面の間を往復することにより、主として高反射率のファイバグレーティング２９により発振波長の選択が行われる。このときのファイバグレーティング２９の反射波長及び反射波長帯域幅は、１０６４ｎｍ及び０．１ｎｍに設定されている。したがって基本波２３の波長帯域幅は０．１ｎｍとなってファイバレーザ２２から出力される。なお、ファイバ２６のファイバグレーティング２９と第２の反射面３３の基本波２３の波長１０６４ｎｍに対する反射率は、それぞれ９８％と１０％に設定されている。レーザ共振器の一方の反射面において、波長帯域幅０．１ｎｍという狭帯域で、反射率９８％以上を実現できたのはファイバグレーティング２９を用いたためである。図９に、励起用レーザ光源２８の励起光パワーに対する波長１０６４ｎｍの基本波の光出力の入出力特性について示す。基本波出力は８Ｗまでレーザ光源２８の励起光パワーに対して比例して直線性よく増加しているのがわかる。
【０１６３】
このように励起光２７に対して第１の反射面３４において高い反射率を得るために、ファイバ２６の端面には、多層膜が形成されている。これらの多層膜は、例えば、誘電体からなる材料で、よく用いられるものはＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ３などであり、ファイバ２６の端面にスパッタ法や蒸着法などにより作製される。これらの材料から、例えば、２つの材料を選択し積層して、励起光２７の波長の１／４の厚さの膜を周期的な多層構造にすることにより第１の反射面３４は構成される。
【０１６４】
また、第２の反射面３３は、基本波２３が効率よく、波長変換素子２５の入射光として取り出せるように１０％の反射率に設定されている。さらに、基本波２３の偏光方向を安定させて波長変換素子２５への偏光方向の光学的調整を容易にするために、ファイバ２６の第２の反射面３３を偏光ミラーで構成してもよい。この偏光ミラーはファイバ２６の端面に、例えば、誘電体のＳｉＯ２／ＨｆＯ２の多層薄膜からなる薄膜を形成し、ＨｆＯ２薄膜の表面はストライプ状の凹凸の形状に加工し偏光方向を選択して反射することにより実現できる。第２の反射面３３を偏光ミラーとした場合、高効率かつ偏光分離性の良いレーザ共振器を構成するために、発振させたい偏光方向の光に対して反射率が１０〜１５％程度となり、不要な偏光方向の光に対して、透過率が９９％以上となるように第２の反射面３３を設計するのが望ましい。また、この偏光ミラーの反射帯域は、ファイバグレーティング２９の反射帯域と比較して５０〜１００ｎｍの広帯域で良い。また、反射率を１０〜２０％とすることで、ファイバ２６に入射させる励起光２７への反射スペクトルのサイドバンドによる不要なロスを低減することができる。
【０１６５】
図１０に、本実施の形態における基本波の発振スペクトルを示す。約０．５ｎｍ離れた２つのピークを持つレーザ光を得ることができた。
【０１６６】
次に、出射した基本波２３が波長変換素子２５により高調波出力２４に変換される過程について説明する。
【０１６７】
ファイバレーザ２２から出力された１０６４ｎｍの基本波２３は集光レンズ３６を介して波長変換素子２５に入射する。波長変換素子２５は、入射した光を第２高調波に変換して出力する素子で、ここでは長さ１０ｍｍの周期分極反転ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３結晶を用いている。ここで、波長変換素子２５において高調波に変換可能な波長は位相整合波長と呼ばれ、本実施の形態では２５℃で１０６４ｎｍに設定されている。したがって、ファイバレーザ２２の基本波２３の波長１０６４ｎｍは位相整合波長と一致し、波長変換素子２５で第２高調波に変換され、１／２の波長である５３２ｎｍの波長の緑色レーザとなって波長変換装置から高調波出力２４として出力される。なお、一般的に、波長変換素子２５は、素子の温度により位相整合波長が敏感に変化するため、０．０１℃の精度で温度制御されている。また、ファイバグレーティング２９もＷ級以上の出力の基本波２３が反射するときの温度上昇により、グレーティング間隔が変化することを防止するために、０．０１℃の精度で波長変換素子２５と同様に温度制御してもよい。
【０１６８】
本実施の形態では波長変換素子２５及びファイバグレーティング２９はペルチェ素子４６、４７を取り付けて０．０１℃の精度でそれぞれ個別に温度制御している。このようにすると、ファイバレーザ２２の基本波出力が５Ｗを超えて波長変換素子２５及びファイバグレーティング２９での発熱が大きくなってもＷ級の緑色レーザの高調波出力２４を得ることができる。なお、ペルチェ素子４６、４７には温度センサ４８、４９が取り付けられており、ペルチェ素子４６、４７及び温度センサ４８、４９は全て出力コントローラー４０に接続されて温度の信号出力の取り込みや各部品や素子の駆動などを制御されている。
【０１６９】
ところで、本実施の形態のファイバレーザ２２ではファイバ２６の長さを従来の約半分としている。本実施の形態の場合では、励起光２７を第１の反射面３４で折り返して、ファイバ２６の中を１往復する間に全て吸収するように設計している。本実施の形態のように、励起光２７を折り返す構造とすることにより、ファイバ２６の長さを従来の約半分にすることが可能となる。
【０１７０】
図７の波長変換装置２１を動作させたところ、光出力９Ｗの励起光でファイバを励起し、基本波出力が６．３Ｗのときに１．５ＷのＧ光が安定に得られた。さらに、基本波出力を増加するとＧ光の変換効率が大きく改善されると考えられる。図１１に、基本波の１０６４ｎｍの入力光に対する５３２ｎｍの高調波出力光の入出力特性を示す。入力光の２乗に比例して出力光が増加していることがわかる。
【０１７１】
以上に説明した構成により、本実施の形態のファイバレーザは従来のファイバの半分の長さで励起光をほぼ全て吸収でき、かつ基本波の増幅区間が長くなったため、基本波を増幅するのに一様な高いゲインを得ることができる。また、ファイバの長さが半分にできるのでファイバレーザをコンパクトにすることができ、高出力の基本波が得られ、かつ波長変換装置を小型にすることができる。
【０１７２】
さらに、本実施の形態のファイバレーザは従来の半分の長さのファイバで構成できる。したがって、ファイバレーザの基本波の吸収量も半分になるので、光吸収量の多い短波長側での吸収量も半分となり、例えば、１０６４ｎｍよりも短波長の１０３０ｎｍの基本波のレーザ光が高出力で出力することができるようになる。
【０１７３】
次に、図７のファイバレーザ２２の励起用レーザ光源２８とファイバ２６を結合している光学系の詳細について説明する。図１２（Ａ）は図７の光学系の拡大図、図１２（Ｂ）は図７の取り出しミラー３０の拡大図を示す。
【０１７４】
図１２（Ａ）で、励起用レーザ光源２８から付属のファイバ３１を介して出射される励起光２７は、コリメートレンズ３２ａで平行光に変換された後に、取り出しミラー３０を透過する。ほぼ全ての励起光２７が取り出しミラー３０を透過して集光レンズ３２ｂによりファイバ２６に入射する。入射した励起光２７はファイバ２６を１往復する間に全て吸収される。励起光２７を吸収して、基本波に対して一様な高いゲインを持つファイバ２６は基本波を増幅して、基本波２３を第２の反射面３３より出力する。基本波２３は取り出しミラー３０の表面に形成された多層膜３５により、ほぼ全ての基本波が反射されて波長変換素子２５に入射する。
【０１７５】
図１２（Ｂ）は取り出しミラー３０の拡大図である。基本波２３は取り出しミラー３０に入射して、取り出しミラー３０表面の多層膜３５により反射される。この多層膜３５は、基本波２３に対して吸収の少ない、例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＮｂ２Ｏ３などの誘電体薄膜３５ａ、３５ｂで構成される。多層膜３５中を基本波２３が進行する距離５２ａ、５２ｂは、反射した基本波２３の各成分２３ａ、２３ｂ、２３ｃの位相が揃う距離に設計されているので、基本波２３に対して高い反射率を示す。なお、基本波２３に対して取り出しミラー３０が４５度の角度で配置された場合は、距離５２ａ及び５２ｂは、基本波の１／２の波長に相当する厚さとなっている。一方、図１２（Ａ）で説明したように、取り出しミラー３０は励起光２７に対しては高い透過率を示すように設計される。すなわち、励起光２７の波長９１５ｎｍと基本波２３の波長１０６４ｎｍとの波長の差を利用して波長選択性を持った多層膜３５を取り出しミラー３０の表面に形成することで、励起光２７の透過率と基本波２３の反射率とが高くなり、波長変換装置全体の効率を高めている。また、基本波２３は取り出しミラー３０でほぼ全てが反射されるので、励起用レーザ光源２８にはほとんど到達しない。このことにより、取り出しミラー３０は波長選択部である多層膜３５によりレーザ光源２８の損傷なども防止している。
【０１７６】
さらに、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に図７の励起用レーザ光源２８の発振波長を安定化する構成の例について示す。図１３（Ａ）は反射型の回折格子を利用した例、図１３（Ｂ）は透過型の回折格子を利用した例である。
【０１７７】
図１３（Ａ）に示すように、図１２（Ａ）の光学系に反射型の回折格子５１ａを付け加えることにより、励起用レーザ光源２８の発振波長の安定化が可能となる。取り出しミラー３０でわずかに反射する励起光２７の一部の励起光２７ｂは、図１３（Ａ）に示す回折格子５１ａで高精度に波長選択をされた後に、同じ経路で励起光２７ａとして戻されることにより、レーザ光源２８に注入される。このようにすると、回折格子５１ａで高精度に選択された波長がレーザ光源２８で増幅されて、レーザ光源から出射する励起光２７の波長が、選択された波長に固定される。しかも、取り出しミラー３０を透過型フィルタとして構成する場合に説明したように、回折格子５１ａは中心波長を選択するだけではなく狭帯域のフィルタとしても働くこととなる。図１３（Ａ）に示すように、この励起光２７の波長選択は回折格子５１ａを配置して励起光２７ｂに対して角度θ１を回転調整することにより実現できる。
【０１７８】
また、図１３（Ｂ）に、図１３（Ａ）の反射型の回折格子５１ａに代えて、透過型の回折格子５１ｂと反射ミラー５３を使用することにより、励起用レーザ光源２８の発振波長を安定化した例を示す。取り出しミラー３０でわずかに反射する励起光２７の一部の励起光２７ｂは図１３（Ｂ）に示す回折格子５１ｂで高精度に波長選択をされて透過した後に、反射ミラー５３の反射面５４で反射される。反射された励起光２７ｂは、同じ経路で励起光２７ａとして戻されることによりレーザ光源２８に注入される。このようにすると回折格子５１ｂで高精度に選択された波長がレーザ光源２８で増幅されて、レーザ光源から出射する励起光２７の波長が、選択された波長に固定される。しかも、取り出しミラー３０を透過型フィルタとして構成する場合に説明したように、回折格子５１ｂは中心波長を選択するだけではなく狭帯域のフィルタとしても働くこととなる。
【０１７９】
取り出しミラー３０は、基本波２３を入射面に対して８０度の角度で入れられている。完全に垂直にすると戻り光が生じるからである。基本波２３のピークで８０％以上の透過光が得られている。また、取り出しミラー３０の透過波長は９７５ｎｍを中心に２〜３ｎｍの半値幅を持つ。レーザ光源２８からの励起光のうち特定の波長が透過後、ファイバ２６のファイバグレーティング２９側の端面で反射された基本波２３は同じ光路を逆に進行し、レーザ光源２８に帰還され、レーザ光源２８の波長がロックされる。レーザ光源２８はマルチモードであるため５ｎｍ以上の波長半値幅を持つが、フィルタやグレーティングにより波長ロックすることにより波長半値幅を２〜３ｎｍに狭帯域化する。そのため、ファイバレーザ２２の電気−光効率を向上させることができる。このとき、ファイバ２６の第１の反射面３４側の端面で３〜５％程度の励起光が反射されていることが望ましい。
【０１８０】
ところで、図１３（Ａ）の構成に比べて、図１３（Ｂ）の構成では回折格子５１ｂが透過型のものを用いるので中心波長の選択の範囲が広い。また、取り出しミラー３０を回転して基本波２３の出射方向を選択し制御することと励起光２７の波長の選択とを独立して行うことができる。すなわち、図１３（Ｂ）において、取り出しミラー３０をθ２だけ回して基本波２３の出射方向を選ぶと、これに追随して回折格子５１ｂと反射ミラー５３は一体となってθ３だけ回転する。しかしながら、励起光２７の波長の選択は、上記のθ２及びθ３の角度の回転とは別に、回折格子５１ｂを励起光２７に対してθ１の角度を選択することにより行っている。
【０１８１】
このように図１３（Ａ）または図１３（Ｂ）の構成を利用すると、例えば、本実施の形態でファイバレーザとして用いたＹｂドープファイバの吸収スペクトルにおいて、図７のレーザ光源２８の波長として、よりファイバの吸収量が大きい波長を利用することができる。すなわち、本実施の形態で利用した波長９１５ｎｍの吸収量よりも、３倍以上大きい吸収量をもつ９７６ｎｍの波長の励起光を利用することができる。この９７６ｎｍの吸収スペクトルは９１５ｎｍに比べて波長帯域が狭いが、図１３（Ａ）または図１３（Ｂ）で示した回折格子５１ａ、５１ｂを用いて高精度に波長選択をして、レーザ光源２８の励起光２７の発振波長を固定することにより十分利用することができる。なお、図７で示した構成の波長変換装置２１で励起光２７の波長を９７６ｎｍにして適用したところ、同じ９Ｗの波長９１５ｎｍの励起光で１．５ＷであったＧ光が２．５Ｗの出力となり、高調波出力２４であるＧ光が高効率で得られることを確認した。
【０１８２】
図１４に、ファイバレーザ２２の発振波長に対する最適なファイバ長の関係を示す。図１４からから明らかなように、ファイバレーザ２２の基本波２３の発振波長が短くなるに従い、基本波２３の吸収量が多くなるので、最適なファイバ長も短くなることがわかる。このため、基本波の種光が増幅される区間が短くなり、高出力の基本波を得ることは困難であった。しかしながら、本実施の形態では、励起光を折り返すことで、最適ファイバ長を短くして基本波の損失を抑え、それにより基本波の出力を向上させる。したがって、従来よりも短いファイバ長でＷクラスの高出力のＧ光を得ることができるので、本実施の形態の構成は、従来のＧ光より短い波長のＧ光の発生に適している。
【０１８３】
したがって、本実施の形態ではファイバに添加する希土類元素の種類や量を調整することやファイバグレーティングの反射波長を短波長に調整することにより、本実施の形態で用いた基本波よりも短波長の基本波を５Ｗ以上の高出力で出力できるので、より短波長の５１０〜５４０ｎｍのＷ級の緑色レーザ光を同様の構成で得ることができる。
【０１８４】
なお、ファイバレーザのファイバ長を短くすることで５１０〜５４０ｎｍの短波長の緑色レーザ光を得ることができ、再生色の範囲を従来のｓＲＧＢ規格より大きく拡げることができるので、ディスプレイ等に適用するときにさらに色再現範囲が広げられる。
【０１８５】
なお、本実施の形態では、図７の光学系２００内に取り出しミラー３０を設け、励起用レーザ光源２８からの励起光２７をそのまま直進させてファイバ２６に入射する一方、ファイバ２６からの基本波２３を、レーザ光源２８とファイバ２６との間の光路に対して略垂直となる方向に出射することで、ファイバレーザ２２から基本波２３を取り出している。しかしながら、本実施の形態は、この光学系２００の構成に限るものではない。すなわち、ファイバ２６からの基本波２３の取り出し方向がレーザ光源２８‐ファイバ２６間の光路と一致することを回避し、基本波２３がレーザ光源２８に戻ること無く、波長変換素子２５に出射することができるように、基本波２３の出射方向を変化させることができるものであれば、どのような構成の光学系を用いても構わない。
【０１８６】
（実施の形態７）
図１５に、本発明の実施の形態７に係る波長変換装置の構成を示す。本実施の形態の波長変換装置５５は、実施の形態６と同様に、その基本的な構成として、ファイバレーザ５６と、ファイバレーザ５６から出射される基本波２３を高調波出力２４に変換する波長変換素子２５と、ファイバレーザ５６と波長変換素子２５との間に配置された集光レンズ３６と、を備えている。本実施の形態が、上記の実施の形態６と異なるところは、ファイバレーザ５６のファイバが１本のものからではなく、レーザ活性物質を含む第１のファイバ５７とファイバグレーティング５９を内部に形成した第２のファイバ５８とが接続部６０で接続されたものからなることである。
【０１８７】
このような構成とすることで、第１のファイバ５７は励起光２７を効率よく吸収できるようにレーザ活性物質の材料と添加量を最適化した構造で作製することができる。また、第２のファイバ５８はファイバグレーティング５９や第１の反射面３４を形成しやすい構造のものを選ぶことができる。
【０１８８】
ここでは、例えば、第１のファイバ５７はダブルクラッドの偏波保持ファイバを使用しており、レーザ活性物質はコア部分に希土類元素のＹｂを１３２０ｐｐｍの濃度でドープして励起光２７の単位長さ当りの吸収量を増加させてファイバの長さを図７の構成と比較して１０％程度短くしている。基本波２３を増幅するゲインの総量を維持して、ファイバの長さを短くすることにより、ファイバレーザ５６の基本波２３の吸収量を少なくして、より短波長の基本波２３も出力可能な構成としている。
【０１８９】
一方、第２のファイバ５８は希土類元素を添加しない構造のものを使用し、第２のファイバ５８中での励起光２７の吸収を少なくしファイバレーザ５６全体での励起光２７の基本波２３への変換効率を高めている。また、第２のファイバ５８の材料・構造は、ファイバグレーティング５９の反射波長や波長帯域幅が精度良く設定して作製できるのに適した材料・構造となっている。このような構成のファイバレーザ５６を用いて、実施の形態６と同様に波長変換装置５５からＷ級のＧ光が得られた。
【０１９０】
なお、本実施の形態では第１及び第２のファイバ５７、５８はダブルクラッドファイバで構成されているため、図２１の従来例で示したようなダブルクラッドファイバ−シングルモードファイバの接続部分に生じるファイバ劣化を防止することができ、ファイバレーザ及び波長変換装置の信頼性を向上させることができる。
【０１９１】
また、ファイバを複数の部分に分けて、それぞれのファイバを最適な材料・構造で構成するので、さらにファイバ長を短くすることができる。したがって、ファイバレーザのファイバ長を短くすることで５１０〜５４０ｎｍの短波長の緑色レーザ光を得ることができ、再生色の範囲を従来のｓＲＧＢ規格より大きく広げることができるので、ディスプレイ等に適用するときにさらに色再現範囲が広げられる。
【０１９２】
（実施の形態８）
図１６に、本発明の実施の形態８に係る波長変換装置の構成を示す。本実施の形態において、図１６の波長変換装置６１は装置全体として予め入力されたデータに基づき波長変換後のレーザ出力を制御できる構成となっている。励起光２７、基本波２３及び高調波出力２４の各光量を検出する受光素子が多く配置されて出力コントローラー４０に接続されていること以外は、図７に示した実施の形態６と同様の構成である。
【０１９３】
図１６の波長変換装置６１において、高調波出力２４は、受光素子３９でその出力の一部３８を検出することにより検出される。また、基本波２３は、ファイバレーザ２２の第１の反射面３４から漏れてくる光、ファイバ２６の一部を加工し、その部分から漏れ出させた基本波の一部６２及びファイバグレーティング２９で散乱される基本波の一部６３のいずれかを受光素子４２、６４及び６５のいずれかで検出する。さらに、励起光２７は、取り出しミラー３０でわずかに反射する光を受光素子５０で検出するか、または、第１の反射面３４をわずかに透過する光を受光素子４２で検出する。これらの受光素子３９、４２、５０、６４、６５は全て出力コントローラー４０に接続されている。また、波長変換素子２５とファイバグレーティング２９との温度制御のためにそれぞれ配置されているペルチェ素子４６、４７及び温度センサ４８，４９も出力コントローラー４０に接続されている。出力コントローラー４０は、各受光素子３９、４２、５０、６４、６５や温度制御・温度検知素子の信号により波長変換装置６１の全体状況を把握し、これらの素子やレーザ電流源４１を制御することにより所望の高調波出力２４を安定に出力する。例えば、各受光素子３９、４２、５０、６４、６５からの検出信号と予め入力されたテーブルデータを基に入力である励起用レーザ光源２８の電流値を最小に、出力である高調波出力２４を最大にするように出力コントローラー４０が出力制御部として動作することとなる。
【０１９４】
テーブルとして予め入力され、記憶されたデータの代表的なものは、基本波出力２３に対する波長変換素子２５での位相整合波長変化量及びファイバグレーティング２９での反射波長変化量のデータである。この波長変化量の温度依存性は、波長変換素子２５とファイバグレーティング２９が、それぞれ０．０５ｎｍ／Ｋ、０．０１ｎｍ／Ｋであるので、この数値により、それぞれの温度上昇量を推定する。これらのデータにより波長変換素子２５の位相整合波長に基本波２３の波長を正確に合わせて、基本波２３の高調波出力２４への変換の効率を最大にする。そのために、波長変換素子２５は予め放熱フィンが取り付けられ、ファンによって温度上昇を極力抑制されるとともに、ペルチェ素子４６により温度上昇を抑えるために冷却されて常に、例えば、２５℃前後の室温になるように制御される。一方、基本波２３の波長はファイバグレーティング２９の反射波波長で決まるので、ペルチェ素子４７でファイバグレーティング２９を加熱・冷却してグレーティング間隔を変化させて反射波波長を変化させることにより、そのときの波長変換素子２５の位相整合波長に合うように調整される。このように波長変換装置６１の出力の効率を高めるための物理量が出力コントローラーで制御されるので、例えば、１０６４ｎｍの赤外光を基本波として使用したときは、基本波２３の出力が波長変換素子２５で第２高調波に効率よく変換されて、５３２ｎｍのＷ級のＧ光が得られる。
【０１９５】
（実施の形態９）
図１７に、本発明の実施の形態９に係る波長変換装置の構成を示す。本実施の形態において、波長変換素子２５をレーザ共振器内に配置することにより、さらに光高率な波長変換装置を実現することができる。図１７の構成の場合、ファイバレーザ共振器は、ファイバグレーティング２９と、第３の反射面９２と、で構成される。その共振器内は基本波の光パワー密度が大きくなるため、共振器内部に波長変換素子２５を配置した場合、より高効率な波長変換を実現することができる。この場合、ファイバ端面３３をブリュースター角にすることなく、結晶端面の角度をブリュースター角とすることにより単一偏波の基本波を得ることができる。
【０１９６】
この場合、第３の反射面９２は、基本波レーザ光に対して９８％以上の反射率を持ち、波長変換された第２高調波に対して１％以下の反射率であることが望ましい。基本波に対する反射率を９８％とすることにより、波長変換素子端面やレンズなどの光学部品からの不用意な反射が原因となるジャイアントパルスの発生を防止することができ、波長変換装置の信頼性を向上させることができる。
【０１９７】
加えて、共振器内に波長変換素子２５を配置する場合、波長λ１の基本波と波長λ２の基本波との和周波を発生させる場合においてもより高効率な波長変換が可能となる。
【０１９８】
（実施の形態１０）
図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に、本発明の実施の形態１０に係る波長変換装置に使用される励起用レーザ光源の構成について示す。上記の実施の形態６〜９では、励起用レーザ光源は励起光を外部に誘導するファイバを備えた、一般的なピッグテイル型のものを使用している。このようなレーザ光源を用いるとファイバレーザと結合する光学系を小型にすることが難しい。このような光学系を小型にするためには、励起用レーザチップの直近に光学系を配置することが必要である。
【０１９９】
図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、励起用のレーザチップ７０の直近に小型の光学部品を配置して、励起光７１のビーム径を数十μｍの状態で平行光線としてファイバレーザと結合する、小型化された光学系である。励起用のレーザチップ７０から出射する励起光７１の広がり角はレーザ構造に依存し、その構造が導波路型の半導体レーザであるので、導波路と平行な水平方向は１０°前後、導波路と垂直方向は３０°前後の値を持つ。したがって、水平方向と垂直方向のアスペクト比は２〜４程度となる。このアスペクト比がほぼ１になるように改善しないと、ファイバと結合するときにレーザ光を光学系に効率よく取り込めず光量の損失が生じる。
【０２００】
アスペクト比を改善するためには、レーザチップ７０から出射する励起光７１のレーザビームをビーム整形すればよい。ビーム整形の一例としてシリンドリカルレンズ７２を用いた例を図１８（Ａ）に示す。図１８（Ａ）でレーザチップ７０から出た励起光７１の垂直方向の広がり角が、垂直方向のビームを絞るシリンドリカルレンズ７２により絞られていることがわかる。このビーム整形された励起光７１は、コリメートレンズ７３により垂直方向と水平方向と光量のロスなく平行光に変換される。このときにレーザチップ７０は放熱性のよい、例えば、ＡｌＮ製のサブマウント７４にハンダ付けされており、このサブマウント７４は金属基台７５に高熱伝導のＡｕペーストで接着されている。すなわち、レーザチップ７０で生じた熱を熱伝導のよいサブマウント７４等で効率よくパッケージや筐体に放熱して、レーザチップ７０での発熱による温度上昇を抑えている。また、シリンドリカルレンズ７２及びコリメートレンズ７３は絶縁性のホルダー７６で支持され、このホルダー７６は接着剤等で金属基台７５に固定されている。
【０２０１】
もう１つの例として、図１８（Ｂ）にシリンドリカルレンズ機能が付いたレンズファイバ７７でビーム整形をした例について示す。図１８（Ｂ）でレーザチップ７０から出た励起光７１の垂直方向の広がり角が、垂直方向のビームを絞るシリンドリカルレンズ機能付きのレンズファイバ７７により絞られていることが判る。このレンズファイバ７７のテーパ状の先端部７８でビーム整形された励起光７１は、レンズファイバ７７の本体部分でコリメートされて光量のロスなく平行光に変換される。このときにレーザチップ７０は、図１８（Ａ）と同様に放熱性のよい、例えば、ＡｌＮ製のサブマウント７４にハンダ付けされており、このサブマウント７４は金属基台７５に高熱伝導のＡｕペーストで接着されている。また、レンズファイバ７７は絶縁性のホルダー７６で支持され、このホルダー７６は接着剤等で金属基台７５に固定されている。
【０２０２】
このように図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に示したレーザチップ７０は数ｍｍ以内の距離に光学素子を近接して配置できるので、レーザチップ７０と光学系の構成を放熱性の良い金属基台の付いた小型パッケージ内にコンパクトに納めることができる。このときのパッケージの金属製の筐体を金属基台としてもよい。また、パッケージは少なくとも防塵のための外部とのシールド、例えば、透明ガラスの付いた金属性のキャップ等でのシールドが必要である。このとき、水素を５％程度含んだ窒素雰囲気で内部をパージすることにより、パッケージ内部の塵がレーザビームで燃えた事による炭素の発生を抑えることができる。
【０２０３】
さらに、図１９に示すように、図１８（Ａ）又は図１８（Ｂ）の励起用レーザ光源の構成に加えて、ファイバとの結合の光学系や波長変換素子を含んだモジュールとして同一の筐体内にコンパクトに納めてもよい。
【０２０４】
図１９にモジュール８０の内部の構成を上部から見た模式図を示す。モジュール８０の内部に主に配置されるものを以下に示す。励起光７１はレーザチップ７０から出射された後、例えばここでは、レンズファイバ７７でビーム整形されて平行光に変換される。この励起光７１はレンズファイバ７７からコリメートレンズ８１を通過した後、集光レンズ８２によりファイバ２６に集光されて入射する。このときに、ファイバ２６はモジュール８０に設けられたファイバホルダー８３により第２の反射面３３を含めて固定されている。ファイバ２６でレーザ発振した基本波８４は、ファイバ２６の第２の反射面３３から出射した後に、集光レンズ８２を通過し、取り出しミラー８５で反射された後に集光レンズ８６により波長変換素子８７に集光されて高調波出力８８に変換される。この高調波出力８８がモジュール８０の出力となる。なお、波長変換素子８７には冷却のためのフィン（図示していない）が取り付けてあるのに加えて、温度調節のためのペルチェ素子８９を付けている。また、モジュール８０には、レーザチップ７０及び波長変換素子８７を冷却しているペルチェ素子８９を冷却するためのファン（図示していない）が取り付けてある。なお、モジュール８０の内部の素子や部品をモジュール制御部９０により、入出力配線９０ａを介して制御することもできる。
【０２０５】
このようにレーザチップとレンズとを筐体内に近接させて配置すると、レーザ光源をコンパクトにすることができる、さらに図１９に示したようにファイバ以外のものをコンパクトにモジュール化することができ、波長変換装置の小型化・軽量化が実現できる上、故障時においてもモジュール毎交換することができるので、複雑な光学調整を簡略化できるとともに、モジュール内を清浄な状態に保つことができるため、レーザトラッピングによる、波長変換素子８７やレンズなどの光学系への塵の付着を防止することが可能となり信頼性を向上させることができる。
【０２０６】
なお、ここでは受光素子や温度センサ及びペルチェ素子について、その配置を十分に図示していないが、図１６の実施の形態８に示したように必要なところに必要なだけ配置してもよい。
【０２０７】
なお、出力コントローラーや励起用レーザ電流源等についても図示していないが、波長変換装置に必要な部品及び機器は全て配置され、出力コントローラーで波長変換装置の全体が制御されている。
【０２０８】
なお、本実施の形態では励起用レーザの励起光をシリンドリカルレンズやレンズファイバを用いてビーム整形を行ったが、他のビーム整形ができる光学部品、例えば、ビーム整形プリズムや凹レンズ等を用いてもよい。
【０２０９】
（実施の形態１１）
図２０に、上記で説明した実施の形態６〜１０で示した波長変換装置を適用した、本発明の実施の形態１１に係るレーザディスプレイ（２次元画像表示装置）の構成の一例について示す。光源には赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のレーザ光源１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを用いた。赤色レーザ光源（Ｒ光源）１０１ａには波長６３８ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系半導体レーザを、青色レーザ光源（Ｂ光源）１０１ｃには波長４６５ｎｍのＧａＮ系半導体レーザを用いている。
【０２１０】
一方、緑色レーザ光源（Ｇ光源）１０１ｂには赤外レーザの波長を１／２にする波長変換素子を具備した、実施の形態６〜１０で示した波長変換装置を用いている。Ｒ、Ｇ、Ｂ各光源１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃより出射されたレーザビームは、集光レンズ１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃにより集光した後、反射型２次元ビーム走査手段１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃにより拡散板１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ上を走査される。画像データはＲ、Ｇ、Ｂそれぞれのデータに分割されており、その信号をフィールドレンズ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃで絞って空間変調素子１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃに入力した後、ダイクロイックプリズム１０６で合波することによりカラー画像を形成する。このように合波した画像は投射レンズ１０７によりスクリーン１０８に投影される。ただし、Ｇ光源１０１ｂから空間変調素子１０５ｂに入射する光路中には、空間変調素子１０５ｂでのＧ光のスポットサイズをＲ光やＢ光と同じにするための凹レンズ１０９が挿入されている。
【０２１１】
なお、本実施の形態では１つの半導体レーザを使用してＲ光源やＢ光源を構成しているが、複数個の半導体レーザの出力を、例えば、バンドルファイバなどにより１本のファイバとしてまとめて得られるようにＲ光源やＢ光源を構成する構造としてもよい。このようにすると、Ｒ光源やＢ光源の波長スペクトルの幅を大きくすることができて、可干渉性を緩和することができ光源としてスペックルノイズを抑制することもできる。同様にＧ光源についても、複数の波長変換装置のＧ光出力をそれぞれ出力ファイバで導波し、これらの出力ファイバを、例えば、バンドルファイバなどにより１本のファイバとしてまとめることにより、スペックルノイズを抑制したＧ光源としてもよい。
【０２１２】
また、拡散板やレンチキュラーレンズなどが２次元空間変調素子の手前に配置されている。このような部材の配置は、可干渉性の強いレーザ光線を光源に用いることにより発生するスペックルノイズを除去するためであり、これらのスペックルノイズ除去手段を揺動することにより、人間の目の応答時間で見たスペックルノイズを低減することができる。すなわち、本実施の形態では、Ｇ光源１０１ｂにファイバレーザから出射される基本波を波長変換素子に入射して第２高調波を発生させる波長変換装置を用いている。レーザディスプレイの構成においては、この波長変換装置が特徴となっている。
【０２１３】
このように、本実施の形態のレーザディスプレイは、Ｒ、Ｇ、Ｂの光源にレーザ光源を用いるので、高輝度で薄型に構成できる。また、Ｇ光源にはファイバレーザからなる波長変換装置を用い、しかもファイバ長を従来の１／２で構成できるので、さらに小型・軽量で低消費電力のレーザディスプレイを実現できる。そのうえ、本実施の形態の波長変換装置は、ファイバ長が短く基本波の吸収量を抑制できるので、従来よりも短波長の緑色のレーザ光、例えば、５３２ｎｍ及びその前後の５１０ｎｍや５４０ｎｍの波長の緑色レーザ光を出力することができる。このことにより、再生色範囲を従来のｓＲＧＢ規格より、例えば、５１０ｎｍの範囲にまで広く拡げることができ、さらに原色に近い色表現が可能となる。すなわち、本実施の形態のレーザディスプレイは、従来のレーザディスプレイよりも色再現範囲を拡げることができる。
【０２１４】
なお、このような構成の２次元画像表示装置のほかに、スクリーンの背後から投影する形態（リアプロジェクションディスプレイ）をとることも可能である。
【０２１５】
なお、図２０では超小型ミラーが集積された反射型空間変調素子を用いたが、液晶を用いた変調素子やガルバノミラー、メカニカルマイクロスイッチ（ＭＥＭＳ）を用いた２次元変調素子を用いることももちろん可能である。
【０２１６】
なお、本実施の形態のように反射型空間変調素子やＭＥＭＳ、ガルバノミラーといった光変調特性に対する偏光成分の影響が少ない光変調素子の場合、高調波を伝搬する光ファイバはＰＡＮＤＡ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ＡＮＤ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ−ｒｅｄｕｃｉｎｇ）ファイバなどの偏波保持ファイバである必要はないが、液晶を用いた２次元変調デバイスを使用する際には、変調特性と偏光特性が大いに関係するため、偏波保持ファイバを使用することが望ましい。
【０２１７】
なお、上記の実施の形態６〜１１において、ファイバレーザは希土類元素としてＹｂをドープしたものを用いたが、他の希土類元素、例えば、Ｎｄ、Ｅｒ等から選択された少なくとも１つの希土類元素を用いてもよい。また、波長変換装置の波長や出力に応じて希土類元素のドープ量を変えたり、複数の希土類元素をドープしたりしてもよい。
【０２１８】
また、上記の実施の形態６〜１１においてファイバレーザの励起用レーザ光源には、波長９１５ｎｍ及び波長９７６ｎｍのレーザを用いたが、ファイバレーザを励起できるものであれば、これらの波長以外のレーザ光源を用いてもよい。
【０２１９】
さらに、上記の実施の形態６〜１１において波長変換素子は周期分極反転ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３を用いたが、他の材料や構造の波長変換素子、例えば、周期的に分極反転構造を有するリン酸チタニルカリウム（ＫＴｉＯＰＯ４：ＫＴＰ）やＭｇＯ：ＬｉＴａＯ３等を用いてもよい。
【０２２０】
以上説明したように、本発明の波長変換装置によれば、ファイバに入射する励起光は、ファイバ内を一往復する間に吸収されて基本波の種光を発生し、基本波の種光は、この励起光により増幅されて発振し高出力の基本波となる。ファイバレーザは従来の半分の長さのファイバで効率よく励起光を吸収し、高いゲインで基本波を発振して効率よく取り出しミラーから基本波を出射するので、波長変換装置は小型・高効率・低消費電力で構成できる。さらに、従来構成と比較してファイバグレーティング部による基本波の帰還量が多いため、基本波を増幅する区間を大きく取ることができ、高効率・低消費電力なファイバレーザ光源を構成することができる。従来構成では５Ｗを超えるような出力の発生が困難だった短波長の１０３０ｎｍ付近の基本波も発生可能となったので、本発明の波長変換装置は５１０ｎｍ付近の短波長でＷ級の緑色レーザ光を出力することができる。
【０２２１】
また、ファイバ内で一様に励起光を吸収できるのでレーザ光による損傷もなく、波長変換装置からＷ級の可視のレーザ光を安定に出力でき、視感度の高い緑色のレーザ光を出射することもできるという大きな効果を奏する。
【０２２２】
さらに、ファイバ内で励起光を全て吸収するので、従来のようなファイバの接続部分で吸収されない励起光の吸収等によるファイバ劣化を防止することができ、ファイバレーザ及び波長変換装置の信頼性を向上させることができる。
【０２２３】
このような特徴を持つ波長変換装置を用いた本発明の２次元画像表示装置は、高輝度で、かつ色再現範囲が広く高画質に加えて、薄型・高効率・低消費電力化も可能であるという大きな効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【０２２４】
本発明のファイバ装置、波長変換装置及び画像表示装置は、高輝度で色再現範囲が広く低消費電力であるので、大型ディスプレイや高輝度ディスプレイ等のディスプレイ分野で有用である。
【図面の簡単な説明】
【０２２５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるファイバ装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態２におけるファイバ装置の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態３におけるファイバ装置の構成を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態４におけるファイバ装置の構成を示す概略図である。
【図５】本発明の実施の形態５における２次元画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図６】ｓＲＧＢ規格、ＮＴＳＣ規格及び本発明の実施の形態５における２次元画像表示装置の色再現範囲を示す色度図である。
【図７】本発明の実施の形態６における波長変換装置の構成を示す概略図である。
【図８】（Ａ）は、本発明の実施の形態６における発振波長スペクトルを示す図、（Ｂ）は、従来例における発振波長スペクトルを示す図、（Ｃ）は、（Ａ）の発振スペクトルを変換可能な波長変換素子の概略構成を示す模式図、（Ｄ）は、（Ｂ）の発振スペクトルを変換可能な波長変換素子の概略構成を示す模式図である。
【図９】励起用レーザ光源の励起光パワーに対する基本波の光出力の入出力特性を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態６のファイバレーザにより発生可能なレーザ光の発振スペクトルを示す図である。
【図１１】基本波の入力光に対する高調波の出力光の入出力特性を示す図である。
【図１２】（Ａ）は、本発明の実施の形態６における波長変換装置の励起用レーザ光源とファイバを結合する光学系の拡大図、（Ｂ）は、（Ａ）の光学系の中の取り出しミラーの拡大図である。
【図１３】（Ａ）は、本発明の実施の形態６における波長変換装置の励起光の波長を反射型の回折格子で選択する光学系の拡大図、（Ｂ）は、本発明の実施の形態６における波長変換装置の励起光の波長を透過型の回折格子で選択する光学系の拡大図である。
【図１４】従来の波長変換装置における従来のファイバレーザの発振波長に対する最適なファイバ長を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態７における波長変換装置の構成を示す概略図である。
【図１６】本発明の実施の形態８における波長変換装置の構成を示す概略図である。
【図１７】本発明の実施の形態９における波長変換装置の構成を示す概略図である。
【図１８】（Ａ）は、シリンドリカルレンズでビーム整形をするときの構成の模式図、（Ｂ）は、レンズファイバでビーム整形をするときの構成の模式図である。
【図１９】本発明の実施の形態１０における波長変換装置をモジュール化した構成を上部から見た模式図である。
【図２０】本発明の実施の形態１１における２次元画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図２１】従来の波長変換装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【０２２６】
１ 励起光源
２、４、１２、２９、５９ ファイバグレーティング
３、２６、３１、５７、５８ ファイバ
５、６、２３、６２、６３、８４ 基本波
７、７ａ、２５、８７ 波長変換素子
８、２４、３８、８８ 高調波
９、９ａ 反射部
１０ 反射部材
１１ アッテネータ
１３、１４ 波長変換領域
２１、５５、６１ 波長変換装置
２２、５６ ファイバレーザ
２７、４４、７１ 励起光
２８、１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、５１５ａ、５１５ｂ、５１５ｃ レーザ光源
３０、８５ 取り出しミラー
３２ａ、７３、８１ コリメートレンズ
３２ｂ、３６、８２、８６、１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃ 集光レンズ
３３、３４、９２ 反射面
３５ 波長選択用多層膜
３７ ビームスプリッタ
３９、４２、５０、６４、６５ 受光素子
４０ コントローラー
４１ 励起用レーザ電流源
４３ 取り出しミラーの表面
４６、４７、８９ ペルチェ素子
４８、４９ 温度センサ
５１ａ、５１ｂ 回折格子
５３ 反射ミラー
５４ 反射ミラーの反射面
６０ 接続部
７０ レーザチップ
７２ シリンドリカルレンズ
７４ サブマウント
７５ 金属基台
７６ ホルダー
７７ レンズファイバ
７８ レンズファイバ先端部
８０ モジュール
８３ ファイバホルダー
９０ モジュール制御部
９０ａ 入出力配線
９１ 駆動部
９２ 制御部
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、５１７ａ、５１７ｂ、５１７ｃ 走査手段
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、５１９ａ、５１９ｂ、５１９ｃ 拡散板
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃ フィールドレンズ
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、５２１ａ、５２１ｂ、５２１ｃ 空間光変調素子
１０６、５２２ ダイクロイックプリズム
１０７、５２３、５２４ 投射レンズ
１０８、５２５ スクリーン
１０９、５１８ 凹面レンズ
２００ 光学系
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ活性物質を含み、少なくとも１つのファイバグレーティングが形成されたファイバを有するレーザ共振器と、
前記ファイバに励起光を入射するレーザ光源と
を備え、
前記レーザ共振器は、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波の発振波長を切り替え可能となるべく構成されることを特徴とするファイバ装置。
【請求項２】
前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波の一部を前記レーザ共振器に戻すと共に、前記レーザ共振器への帰還光の光量を変更可能な帰還部、をさらに備え、
前記ファイバグレーティングは、前記ファイバの前記レーザ光源側に配置された第１のファイバグレーティングと、前記ファイバの出射端側に配置された第２のファイバグレーティングと、を含み、
前記帰還部が前記帰還部からの帰還光の光量を前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量以下とすれば、前記レーザ共振器は前記第２のファイバグレーティングからの反射光を用いて第１の基本波を発振させ、
前記帰還部が前記帰還部からの帰還光の光量を前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量を超えるようにすると、前記レーザ共振器は前記帰還部からの帰還光を用いて第２の基本波を発振させることを特徴とする請求項１に記載のファイバ装置。
【請求項３】
前記ファイバグレーティングはさらに、前記第１及び第２のファイバグレーティング間で、かつ、前記第１のファイバグレーティングの近傍に配置された第３のファイバグレーティング、を含み、
前記第３のファイバグレーティングの帯域は、前記第２のファイバグレーティングの帯域よりも長波長側に位置し、
前記帰還部からの帰還光の光量が前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量以下であれば、前記レーザ共振器は前記第１のファイバグレーティング及び前記第２のファイバグレーティング間で前記第１の基本波を発振させ、
前記帰還部からの帰還光の光量が前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量を超えると、前記レーザ共振器は前記第３のファイバグレーティング及び前記帰還部間で前記第２の基本波を発振させることを特徴とする請求項２に記載のファイバ装置。
【請求項４】
前記帰還部は、
前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する反射部材と、
前記反射部材からの反射光の、前記レーザ共振器に対する反射方向を変化させるべく前記反射部材を駆動する駆動部と
を有し、
前記駆動部により前記レーザ共振器に入射されるべき前記反射部材からの反射光の光量を増減させることを特徴とする請求項２に記載のファイバ装置。
【請求項５】
前記帰還部は、
前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を前記レーザ共振器方向に反射する反射部材と、
前記反射部材の前記レーザ共振器側に配置され、前記反射部材からの反射光の光量を増減させるべく、自身を通過する光の光量を変更可能な低減部と
を有することを特徴とする請求項２に記載のファイバ装置。
【請求項６】
前記ファイバは、前記レーザ活性物質を含む、シングルモードファイバからなる第１のファイバと、前記ファイバグレーティングが形成された、偏波保持ファイバからなる第２のファイバと、を光学的に接続して構成されており、
前記ファイバグレーティングは、前記第２のファイバが持つ複数の偏波軸のそれぞれに対応する複数の帯域を有し、入射光を前記複数の帯域により反射して複数のピークを持つ反射光を出射し、
前記レーザ共振器は、前記ファイバグレーティングからの複数のピークを有する反射光を用いて複数の発振波長で基本波を発振させることを特徴とする請求項１に記載のファイバ装置。
【請求項７】
請求項１に記載のファイバ装置と、
前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を高調波に変換する波長変換素子と
を備えることを特徴とする波長変換装置。
【請求項８】
前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波の一部を前記レーザ共振器に戻すと共に、前記レーザ共振器への帰還光の光量を変更可能な帰還部、をさらに備え、
前記ファイバグレーティングは、前記ファイバの前記レーザ光源側に配置された第１のファイバグレーティングと、前記ファイバの出射端側に配置された第２のファイバグレーティングと、を含み、
前記帰還部が前記帰還部からの帰還光の光量を前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量以下とすれば、前記レーザ共振器は前記第２のファイバグレーティングからの反射光を用いて第１の基本波を発振させ、
前記帰還部が前記帰還部からの帰還光の光量を前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量を超えるようにすると、前記レーザ共振器は前記帰還部からの帰還光を用いて第２の基本波を発振させ、
前記波長変換素子は、前記第１及び第２の基本波のうちの少なくとも一方を波長変換することを特徴とする請求項７に記載の波長変換装置。
【請求項９】
前記ファイバグレーティングはさらに、前記第１及び第２のファイバグレーティング間で、かつ、前記第１のファイバグレーティングの近傍に配置された第３のファイバグレーティング、を含み、
前記第３のファイバグレーティングの帯域は、前記第２のファイバグレーティングの帯域よりも長波長側に位置し、
前記帰還部からの帰還光の光量が前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量以下であれば、前記レーザ共振器は前記第１のファイバグレーティング及び前記第２のファイバグレーティング間で前記第１の基本波を発振させ、
前記帰還部からの帰還光の光量が前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量を超えると、前記レーザ共振器は前記第３のファイバグレーティング及び前記帰還部間で前記第２の基本波を発振させることを特徴とする請求項８に記載の波長変換装置。
【請求項１０】
前記帰還部は、
前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する反射部材と、
前記反射部材からの反射光の、前記レーザ共振器に対する反射方向を変化させるべく前記反射部材を駆動する駆動部と
を有し、
前記駆動部により前記レーザ共振器に入射されるべき前記反射部材からの反射光の光量を増減させることを特徴とする請求項８に記載の波長変換装置。
【請求項１１】
前記レーザ共振器、前記波長変換素子、前記反射部材は、この順に配置され、
前記反射部材の表面には、前記波長変換素子から出射される高調波を透過させ、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する膜が形成されることを特徴とする請求項１０に記載の波長変換装置。
【請求項１２】
前記帰還部は、
前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を前記レーザ共振器方向に反射する反射部材と、
前記反射部材の前記レーザ共振器側に配置され、前記反射部材からの反射光の光量を増減させるべく、自身を通過する光の光量を変更可能な低減部と
を有することを特徴とする請求項８に記載の波長変換装置。
【請求項１３】
前記レーザ共振器、前記低減部、前記波長変換素子、前記反射部材は、この順に配置され、
前記反射部材の表面には、前記波長変換素子から出射される高調波を透過させ、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する膜が形成されることを特徴とする請求項１２に記載の波長変換装置。
【請求項１４】
前記波長変換素子は、
前記第１の基本波の発振波長に応じた位相整合条件を成立させることにより前記第１の基本波を波長変換する第１の領域と、
前記第２の基本波の発振波長に応じた位相整合条件を成立させることにより前記第２の基本波を波長変換する第２の領域と
を有し、
前記第１及び第２の領域は、前記第１及び第２の基本波の入射方向に沿って順々に配置され、
前記第１及び第２の基本波は、前記第１及び第２の領域を順々に通過することを特徴とする請求項８に記載の波長変換装置。
【請求項１５】
前記ファイバは、前記レーザ活性物質を含む、シングルモードファイバからなる第１のファイバと、前記ファイバグレーティングが形成された、偏波保持ファイバからなる第２のファイバと、を光学的に接続して構成されており、
前記ファイバグレーティングは、前記第２のファイバが持つ複数の偏波軸のそれぞれに対応する複数の帯域を有し、入射光を前記複数の帯域により反射して複数のピークを持つ反射光を出射し、
前記レーザ共振器は、前記ファイバグレーティングからの複数のピークを有する反射光を用いて複数の発振波長で基本波を発振させ、
前記波長変換素子は、前記複数の発振波長の基本波のうちの少なくとも１つを波長変換することを特徴とする請求項７に記載の波長変換装置。
【請求項１６】
前記レーザ共振器はさらに、前記ファイバグレーティングの近傍に配置された第１の反射面と、前記レーザ光源の近傍に配置された第２の反射面と、を有し、
前記レーザ光源から出射される励起光は、前記第２の反射面から入射された後、前記第１の反射面で反射されることにより、前記第２の反射面から前記第１の反射面までの間を一往復することを特徴とする請求項１５に記載の波長変換装置。
【請求項１７】
前記レーザ共振器はさらに、前記第２の反射面の近傍に配置され、前記第１のファイバからの出射光の偏光方向を単一化することにより、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波の偏光方向を単一化する単一化部、を有することを特徴とする請求項１６に記載の波長変換装置。
【請求項１８】
前記単一化部は、前記第１のファイバの出射端面であり、
前記出射端面の切断角は、前記第１のファイバの光軸方向に対してブリュースター角をなすことを特徴とする請求項１７に記載の波長変換装置。
【請求項１９】
前記レーザ光源から出射される励起光を前記第２の反射面に伝搬し、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を前記波長変換素子に伝搬する光伝搬部、をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の波長変換装置。
【請求項２０】
前記光伝搬部は、前記レーザ光源から出射される励起光を透過させ、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する反射部材を備えることを特徴とする請求項１９に記載の波長変換装置。
【請求項２１】
前記反射部材の表面には、前記レーザ光源から出射される励起光を透過させ、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する波長選択層が形成されることを特徴とする請求項２０に記載の波長変換装置。
【請求項２２】
前記反射部材は、狭帯域透過フィルタからなることを特徴とする請求項２０に記載の波長変換装置。
【請求項２３】
前記レーザ光源から出射された後に前記反射部材で反射される励起光のうち、所定の狭帯域の波長を有する光を回折する回折部材を具備し、
前記回折部材による回折光が前記レーザ光源に戻ることにより、前記レーザ光源の発振波長が前記回折部材による回折光の波長に固定されることを特徴とする請求項２０に記載の波長変換装置。
【請求項２４】
前記回折部材は、入射される光を反射する反射型の回折格子からなることを特徴とする請求項２３に記載の波長変換装置。
【請求項２５】
前記回折部材は、入射される光を透過させる透過型の回折格子と、前記回折格子を透過する光を反射する反射ミラーと、からなることを特徴とする請求項２４に記載の波長変換装置。
【請求項２６】
前記第１の反射面は、多層膜からなることを特徴とする請求項１６に記載の波長変換装置。
【請求項２７】
前記第２の反射面は、偏光ミラーからなることを特徴とする請求項１６に記載の波長変換装置。
【請求項２８】
前記反射部材の前記波長選択層は、多層膜からなることを特徴とする請求項２１に記載の波長変換装置。
【請求項２９】
前記レーザ光源は、励起光を出射するレーザ素子と、前記レーザ素子から出射される励起光をビーム整形するレンズと、前記レーザ素子及び前記レンズを格納する筐体と、からなることを特徴とする請求項１６に記載の波長変換装置。
【請求項３０】
前記レンズは、シリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項２９に記載の波長変換装置。
【請求項３１】
前記基本波の出力の一部を検出する基本波検出部と、前記基本波検出部による検出値に基づいて前記波長変換素子から出射する前記高調波の出力を制御する出力制御部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の波長変換装置。
【請求項３２】
前記高調波の波長は、５１０〜５４０ｎｍであり、前記高調波の出力は、１Ｗ以上であることを特徴とする請求項１６に記載の波長変換装置。
【請求項３３】
前記レーザ共振器はさらに、前記波長変換素子の出射端の近傍に配置された第３の反射面、を有し、前記基本波を前記波長変換素子を通過させながら、前記ファイバグレーティング及び前記第３の反射面間で前記基本波を発振させることを特徴とする請求項１６に記載の波長変換装置。
【請求項３４】
前記波長変換素子の出射端面の切断角は、前記波長変換素子から出射される高調波の偏光方向を単一化すべく、前記波長変換素子の光軸方向に対してブリュースター角をなすことを特徴とする請求項３３に記載の波長変換装置。
【請求項３５】
前記基本波の複数の発振波長は、２つであり、
前記波長変換素子は、
前記基本波の一方の発振波長に応じた位相整合条件を成立させることにより前記一方の発振波長の基本波を波長変換する第１の領域と、
前記基本波の他方の発振波長に応じた位相整合条件を成立させることにより前記他方の発振波長の基本波を波長変換する第２の領域と
を有し、
前記第１及び第２の領域は、前記基本波の入射方向に沿って順々に配置され、
前記基本波は、前記第１及び第２の領域を順々に通過することを特徴とする請求項１５に記載の波長変換装置。
【請求項３６】
複数のレーザ光源と、
前記各レーザ光源から出射されるレーザ光を走査する走査部と、
前記各レーザ光源から出射されるレーザ光を用いて画像を表示するスクリーンと
を備え、
前記レーザ光源は、少なくとも赤色、緑色及び青色をそれぞれ出射する光源から構成され、
前記レーザ光源のうち、少なくとも緑色の光源は、請求項７に記載の波長変換装置を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１】
レーザ活性物質を含み、少なくとも１つのファイバグレーティングが形成されたファイバを有するレーザ共振器と、
前記ファイバに励起光を入射するレーザ光源と
を備え、
前記レーザ共振器は、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波の発振波長を切り替え可能となるべく構成されることを特徴とするファイバ装置。
【請求項２】
前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波の一部を前記レーザ共振器に戻すと共に、前記レーザ共振器への帰還光の光量を変更可能な帰還部、をさらに備え、
前記ファイバグレーティングは、前記ファイバの前記レーザ光源側に配置された第１のファイバグレーティングと、前記ファイバの出射端側に配置された第２のファイバグレーティングと、を含み、
前記帰還部が前記帰還部からの帰還光の光量を前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量以下とすれば、前記レーザ共振器は前記第２のファイバグレーティングからの反射光を用いて第１の基本波を発振させ、
前記帰還部が前記帰還部からの帰還光の光量を前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量を超えるようにすると、前記レーザ共振器は前記帰還部からの帰還光を用いて第２の基本波を発振させることを特徴とする請求項１に記載のファイバ装置。
【請求項３】
前記ファイバグレーティングはさらに、前記第１及び第２のファイバグレーティング間で、かつ、前記第１のファイバグレーティングの近傍に配置された第３のファイバグレーティング、を含み、
前記第３のファイバグレーティングの帯域は、前記第２のファイバグレーティングの帯域よりも長波長側に位置し、
前記帰還部からの帰還光の光量が前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量以下であれば、前記レーザ共振器は前記第１のファイバグレーティング及び前記第２のファイバグレーティング間で前記第１の基本波を発振させ、
前記帰還部からの帰還光の光量が前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量を超えると、前記レーザ共振器は前記第３のファイバグレーティング及び前記帰還部間で前記第２の基本波を発振させることを特徴とする請求項２に記載のファイバ装置。
【請求項４】
前記帰還部は、
前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する反射部材と、
前記反射部材からの反射光の、前記レーザ共振器に対する反射方向を変化させるべく前記反射部材を駆動する駆動部と
を有し、
前記駆動部により前記レーザ共振器に入射されるべき前記反射部材からの反射光の光量を増減させることを特徴とする請求項２に記載のファイバ装置。
【請求項５】
前記帰還部は、
前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を前記レーザ共振器方向に反射する反射部材と、
前記反射部材の前記レーザ共振器側に配置され、前記反射部材からの反射光の光量を増減させるべく、自身を通過する光の光量を変更可能な低減部と
を有することを特徴とする請求項２に記載のファイバ装置。
【請求項６】
前記ファイバは、前記レーザ活性物質を含む、シングルモードファイバからなる第１のファイバと、前記ファイバグレーティングが形成された、偏波保持ファイバからなる第２のファイバと、を光学的に接続して構成されており、
前記ファイバグレーティングは、前記第２のファイバが持つ複数の偏波軸のそれぞれに対応する複数の帯域を有し、入射光を前記複数の帯域により反射して複数のピークを持つ反射光を出射し、
前記レーザ共振器は、前記ファイバグレーティングからの複数のピークを有する反射光を用いて複数の発振波長で基本波を発振させることを特徴とする請求項１に記載のファイバ装置。
【請求項７】
請求項１に記載のファイバ装置と、
前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を高調波に変換する波長変換素子と
を備えることを特徴とする波長変換装置。
【請求項８】
前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波の一部を前記レーザ共振器に戻すと共に、前記レーザ共振器への帰還光の光量を変更可能な帰還部、をさらに備え、
前記ファイバグレーティングは、前記ファイバの前記レーザ光源側に配置された第１のファイバグレーティングと、前記ファイバの出射端側に配置された第２のファイバグレーティングと、を含み、
前記帰還部が前記帰還部からの帰還光の光量を前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量以下とすれば、前記レーザ共振器は前記第２のファイバグレーティングからの反射光を用いて第１の基本波を発振させ、
前記帰還部が前記帰還部からの帰還光の光量を前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量を超えるようにすると、前記レーザ共振器は前記帰還部からの帰還光を用いて第２の基本波を発振させ、
前記波長変換素子は、前記第１及び第２の基本波のうちの少なくとも一方を波長変換することを特徴とする請求項７に記載の波長変換装置。
【請求項９】
前記ファイバグレーティングはさらに、前記第１及び第２のファイバグレーティング間で、かつ、前記第１のファイバグレーティングの近傍に配置された第３のファイバグレーティング、を含み、
前記第３のファイバグレーティングの帯域は、前記第２のファイバグレーティングの帯域よりも長波長側に位置し、
前記帰還部からの帰還光の光量が前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量以下であれば、前記レーザ共振器は前記第１のファイバグレーティング及び前記第２のファイバグレーティング間で前記第１の基本波を発振させ、
前記帰還部からの帰還光の光量が前記第２のファイバグレーティングからの反射光の光量を超えると、前記レーザ共振器は前記第３のファイバグレーティング及び前記帰還部間で前記第２の基本波を発振させることを特徴とする請求項８に記載の波長変換装置。
【請求項１０】
前記帰還部は、
前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する反射部材と、
前記反射部材からの反射光の、前記レーザ共振器に対する反射方向を変化させるべく前記反射部材を駆動する駆動部と
を有し、
前記駆動部により前記レーザ共振器に入射されるべき前記反射部材からの反射光の光量を増減させることを特徴とする請求項８に記載の波長変換装置。
【請求項１１】
前記レーザ共振器、前記波長変換素子、前記反射部材は、この順に配置され、
前記反射部材の表面には、前記波長変換素子から出射される高調波を透過させ、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する膜が形成されることを特徴とする請求項１０に記載の波長変換装置。
【請求項１２】
前記帰還部は、
前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を前記レーザ共振器方向に反射する反射部材と、
前記反射部材の前記レーザ共振器側に配置され、前記反射部材からの反射光の光量を増減させるべく、自身を通過する光の光量を変更可能な低減部と
を有することを特徴とする請求項８に記載の波長変換装置。
【請求項１３】
前記レーザ共振器、前記低減部、前記波長変換素子、前記反射部材は、この順に配置され、
前記反射部材の表面には、前記波長変換素子から出射される高調波を透過させ、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する膜が形成されることを特徴とする請求項１２に記載の波長変換装置。
【請求項１４】
前記波長変換素子は、
前記第１の基本波の発振波長に応じた位相整合条件を成立させることにより前記第１の基本波を波長変換する第１の領域と、
前記第２の基本波の発振波長に応じた位相整合条件を成立させることにより前記第２の基本波を波長変換する第２の領域と
を有し、
前記第１及び第２の領域は、前記第１及び第２の基本波の入射方向に沿って順々に配置され、
前記第１及び第２の基本波は、前記第１及び第２の領域を順々に通過することを特徴とする請求項８に記載の波長変換装置。
【請求項１５】
前記ファイバは、前記レーザ活性物質を含む、シングルモードファイバからなる第１のファイバと、前記ファイバグレーティングが形成された、偏波保持ファイバからなる第２のファイバと、を光学的に接続して構成されており、
前記ファイバグレーティングは、前記第２のファイバが持つ複数の偏波軸のそれぞれに対応する複数の帯域を有し、入射光を前記複数の帯域により反射して複数のピークを持つ反射光を出射し、
前記レーザ共振器は、前記ファイバグレーティングからの複数のピークを有する反射光を用いて複数の発振波長で基本波を発振させ、
前記波長変換素子は、前記複数の発振波長の基本波のうちの少なくとも１つを波長変換することを特徴とする請求項７に記載の波長変換装置。
【請求項１６】
前記レーザ共振器はさらに、前記ファイバグレーティングの近傍に配置された第１の反射面と、前記レーザ光源の近傍に配置された第２の反射面と、を有し、
前記レーザ光源から出射される励起光は、前記第２の反射面から入射された後、前記第１の反射面で反射されることにより、前記第２の反射面から前記第１の反射面までの間を一往復することを特徴とする請求項１５に記載の波長変換装置。
【請求項１７】
前記レーザ共振器はさらに、前記第２の反射面の近傍に配置され、前記第１のファイバからの出射光の偏光方向を単一化することにより、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波の偏光方向を単一化する単一化部、を有することを特徴とする請求項１６に記載の波長変換装置。
【請求項１８】
前記単一化部は、前記第１のファイバの出射端面であり、
前記出射端面の切断角は、前記第１のファイバの光軸方向に対してブリュースター角をなすことを特徴とする請求項１７に記載の波長変換装置。
【請求項１９】
前記レーザ光源から出射される励起光を前記第２の反射面に伝搬し、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を前記波長変換素子に伝搬する光伝搬部、をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の波長変換装置。
【請求項２０】
前記光伝搬部は、前記レーザ光源から出射される励起光を透過させ、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する反射部材を備えることを特徴とする請求項１９に記載の波長変換装置。
【請求項２１】
前記反射部材の表面には、前記レーザ光源から出射される励起光を透過させ、前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を反射する波長選択層が形成されることを特徴とする請求項２０に記載の波長変換装置。
【請求項２２】
前記反射部材は、狭帯域透過フィルタからなることを特徴とする請求項２０に記載の波長変換装置。
【請求項２３】
前記レーザ光源から出射された後に前記反射部材で反射される励起光のうち、所定の狭帯域の波長を有する光を回折する回折部材を具備し、
前記回折部材による回折光が前記レーザ光源に戻ることにより、前記レーザ光源の発振波長が前記回折部材による回折光の波長に固定されることを特徴とする請求項２０に記載の波長変換装置。
【請求項２４】
前記回折部材は、入射される光を反射する反射型の回折格子からなることを特徴とする請求項２３に記載の波長変換装置。
【請求項２５】
前記回折部材は、入射される光を透過させる透過型の回折格子と、前記回折格子を透過する光を反射する反射ミラーと、からなることを特徴とする請求項２４に記載の波長変換装置。
【請求項２６】
前記第１の反射面は、多層膜からなることを特徴とする請求項１６に記載の波長変換装置。
【請求項２７】
前記第２の反射面は、偏光ミラーからなることを特徴とする請求項１６に記載の波長変換装置。
【請求項２８】
前記反射部材の前記波長選択層は、多層膜からなることを特徴とする請求項２１に記載の波長変換装置。
【請求項２９】
前記レーザ光源は、励起光を出射するレーザ素子と、前記レーザ素子から出射される励起光をビーム整形するレンズと、前記レーザ素子及び前記レンズを格納する筐体と、からなることを特徴とする請求項１６に記載の波長変換装置。
【請求項３０】
前記レンズは、シリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項２９に記載の波長変換装置。
【請求項３１】
前記基本波の出力の一部を検出する基本波検出部と、前記基本波検出部による検出値に基づいて前記波長変換素子から出射する前記高調波の出力を制御する出力制御部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の波長変換装置。
【請求項３２】
前記高調波の波長は、５１０〜５４０ｎｍであり、前記高調波の出力は、１Ｗ以上であることを特徴とする請求項１６に記載の波長変換装置。
【請求項３３】
前記レーザ共振器はさらに、前記波長変換素子の出射端の近傍に配置された第３の反射面、を有し、前記基本波を前記波長変換素子を通過させながら、前記ファイバグレーティング及び前記第３の反射面間で前記基本波を発振させることを特徴とする請求項１６に記載の波長変換装置。
【請求項３４】
前記波長変換素子の出射端面の切断角は、前記波長変換素子から出射される高調波の偏光方向を単一化すべく、前記波長変換素子の光軸方向に対してブリュースター角をなすことを特徴とする請求項３３に記載の波長変換装置。
【請求項３５】
前記基本波の複数の発振波長は、２つであり、
前記波長変換素子は、
前記基本波の一方の発振波長に応じた位相整合条件を成立させることにより前記一方の発振波長の基本波を波長変換する第１の領域と、
前記基本波の他方の発振波長に応じた位相整合条件を成立させることにより前記他方の発振波長の基本波を波長変換する第２の領域と
を有し、
前記第１及び第２の領域は、前記基本波の入射方向に沿って順々に配置され、
前記基本波は、前記第１及び第２の領域を順々に通過することを特徴とする請求項１５に記載の波長変換装置。
【請求項３６】
複数のレーザ光源と、
前記各レーザ光源から出射されるレーザ光を走査する走査部と、
前記各レーザ光源から出射されるレーザ光を用いて画像を表示するスクリーンと
を備え、
前記レーザ光源は、少なくとも赤色、緑色及び青色をそれぞれ出射する光源から構成され、
前記レーザ光源のうち、少なくとも緑色の光源は、請求項７に記載の波長変換装置を備えることを特徴とする画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
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【図１０】
【図１１】
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【図１７】
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【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図８】
【公開番号】特開２００８−４２１７８（Ｐ２００８−４２１７８Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７４２４２（Ｐ２００７−１７４２４２）
【出願日】平成１９年７月２日（２００７．７．２）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２日（２００７．７．２）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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