JP2003295243A - 高調波光源装置、その駆動方法、およびそれを用いた画像表示装置、画像形成装置、光記録装置 - Google Patents
高調波光源装置、その駆動方法、およびそれを用いた画像表示装置、画像形成装置、光記録装置Info
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- H01S5/32358—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000 nm, e.g. InP-based 1300 nm and 1500 nm lasers containing very small amounts, usually less than 1%, of an additional III or V compound to decrease the bandgap strongly in a non-linear way by the bowing effect
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高出力のレーザ光を高速に変調をかけること
ができる高調波光源装置を提供する。 【解決手段】 バイアス電流で出力する第１の出力光と
バイアス電流と変調電流とが重畳された電流で出力する
第２の出力光とを半導体レーザ光源が出射して第１、第
２の出力光の波長の何れかは前記波長変換素子の位相整
合波長許容範囲幅の範囲内の波長で他方は範囲外の波長
である高調波光源装置を提供する。
ができる高調波光源装置を提供する。 【解決手段】 バイアス電流で出力する第１の出力光と
バイアス電流と変調電流とが重畳された電流で出力する
第２の出力光とを半導体レーザ光源が出射して第１、第
２の出力光の波長の何れかは前記波長変換素子の位相整
合波長許容範囲幅の範囲内の波長で他方は範囲外の波長
である高調波光源装置を提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示、画像形
成、光情報処理、光記録、光計測などに有用な小形で変
調可能な高調波光源装置に関する。
成、光情報処理、光記録、光計測などに有用な小形で変
調可能な高調波光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】小形で変調可能な可視域レーザ光源（こ
こで可視域とは、波長にして４００ｎｍから７００ｎｍ
をいう）は、ディスプレイ、デジタルフォトプリンタ、
レーザビームプリンタ、光メモリ、レーザ加工機、レー
ザ治療器、その他、情報処理分野、計測分野、医療分
野、バイオ技術分野など広く応用が期待されている。半
導体レーザは小形で高速変調可能であるが、現在、可視
域において、信頼性を含め実用化しているものは、波長
範囲６３０ｎｍから７００ｎｍの赤色、および波長範囲
４００ｎｍから４６０ｎｍの紫色や青色に限られてい
る。これは、半導体レーザを構成する化合物半導体の材
料開発に依存しており、現状では、青色と赤色の間の波
長領域、即ち、青緑色、緑色、黄緑色、黄色、橙色の半
導体レーザは実用レベルまで達するのに多くの課題があ
る。
こで可視域とは、波長にして４００ｎｍから７００ｎｍ
をいう）は、ディスプレイ、デジタルフォトプリンタ、
レーザビームプリンタ、光メモリ、レーザ加工機、レー
ザ治療器、その他、情報処理分野、計測分野、医療分
野、バイオ技術分野など広く応用が期待されている。半
導体レーザは小形で高速変調可能であるが、現在、可視
域において、信頼性を含め実用化しているものは、波長
範囲６３０ｎｍから７００ｎｍの赤色、および波長範囲
４００ｎｍから４６０ｎｍの紫色や青色に限られてい
る。これは、半導体レーザを構成する化合物半導体の材
料開発に依存しており、現状では、青色と赤色の間の波
長領域、即ち、青緑色、緑色、黄緑色、黄色、橙色の半
導体レーザは実用レベルまで達するのに多くの課題があ
る。
【０００３】従来、緑色領域の小形レーザとしては、波
長８０８ｎｍの半導体レーザを励起光としてＮｄ：ＹＡ
Ｇ結晶あるいはＮｄ：ＹＶＯ４結晶からなる固体レーザ
を発振させ、その第２高調波を利用する波長変換レーザ
があった。Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４固体レーザの
発振波長は１０６４ｎｍであり、この発振光を非線形結
晶で第２高調波光に変換することで、５３２ｎｍの緑色
光が得られる。しかしながら、固体レーザを基本波光源
とする構成では、レーザ光変調速度は、固体レーザ結晶
の蛍光寿命に制限される。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶で
２３０μｓｅｃ、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶で９０μｓｅｃで
あるため、変調速度は高々数１０ｋＨｚ程度しか得られ
ない。より高速化するためには、波長変換レーザの出射
側に音響光学効果や電気光学効果を原理とした外部光変
調器を別個設ける必要がある。そのため、第一に、装置
全体として大形化、煩雑化し、第二に、外部光変調器に
光を通すためエネルギー効率が低下し、第三に、光変調
器の駆動分だけ消費電力も増大するといった課題があ
る。
長８０８ｎｍの半導体レーザを励起光としてＮｄ：ＹＡ
Ｇ結晶あるいはＮｄ：ＹＶＯ４結晶からなる固体レーザ
を発振させ、その第２高調波を利用する波長変換レーザ
があった。Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４固体レーザの
発振波長は１０６４ｎｍであり、この発振光を非線形結
晶で第２高調波光に変換することで、５３２ｎｍの緑色
光が得られる。しかしながら、固体レーザを基本波光源
とする構成では、レーザ光変調速度は、固体レーザ結晶
の蛍光寿命に制限される。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶で
２３０μｓｅｃ、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶で９０μｓｅｃで
あるため、変調速度は高々数１０ｋＨｚ程度しか得られ
ない。より高速化するためには、波長変換レーザの出射
側に音響光学効果や電気光学効果を原理とした外部光変
調器を別個設ける必要がある。そのため、第一に、装置
全体として大形化、煩雑化し、第二に、外部光変調器に
光を通すためエネルギー効率が低下し、第三に、光変調
器の駆動分だけ消費電力も増大するといった課題があ
る。
【０００４】そこで、例えば、オプトロニクス２０００
年１月号ｐｐ．８９−９３に解説されるように、半導体
レーザの光を非線形結晶素子に導入して、直接波長変換
を行う構成が開発されている。上記構成では、周期的分
極反転を非線形光学結晶に形成することで有効な非線形
光学定数を高めることができ、且つ、光導波路を使うこ
とで基本波パワー密度を上げることができるため、波長
変換効率の向上がなされる。しかしながら、分極反転に
よる擬似位相整合では基本波に対する波長許容幅が０．
１ｎｍ程度と小さい。また、光導波路にレーザ光を結合
するためには、レーザ光を小さく絞る必要がある。これ
らを満足するためには、変調駆動時にも半導体レーザの
発振波長と発振モードを安定化させることが要求され
る。光通信分野で用いられてきた半導体レーザでは導波
形のグレーティングを用いて波長をロックする、所謂、
分布ブラッグ反射型あるいは分布帰還型半導体レーザ
が、この目的に見合う。具体的には、発振波長１３００
ｎｍ帯、１５５０ｎｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系半
導体レーザや、発振波長８５０ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ／
ＧａＡｓ系の半導体レーザである。即ち、これら発振波
長の２分の１の波長であれば、比較的容易に直接波長変
換が行われ、基本波半導体レーザの変調で第２高調波光
も変調を行うことが可能である。
年１月号ｐｐ．８９−９３に解説されるように、半導体
レーザの光を非線形結晶素子に導入して、直接波長変換
を行う構成が開発されている。上記構成では、周期的分
極反転を非線形光学結晶に形成することで有効な非線形
光学定数を高めることができ、且つ、光導波路を使うこ
とで基本波パワー密度を上げることができるため、波長
変換効率の向上がなされる。しかしながら、分極反転に
よる擬似位相整合では基本波に対する波長許容幅が０．
１ｎｍ程度と小さい。また、光導波路にレーザ光を結合
するためには、レーザ光を小さく絞る必要がある。これ
らを満足するためには、変調駆動時にも半導体レーザの
発振波長と発振モードを安定化させることが要求され
る。光通信分野で用いられてきた半導体レーザでは導波
形のグレーティングを用いて波長をロックする、所謂、
分布ブラッグ反射型あるいは分布帰還型半導体レーザ
が、この目的に見合う。具体的には、発振波長１３００
ｎｍ帯、１５５０ｎｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系半
導体レーザや、発振波長８５０ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ／
ＧａＡｓ系の半導体レーザである。即ち、これら発振波
長の２分の１の波長であれば、比較的容易に直接波長変
換が行われ、基本波半導体レーザの変調で第２高調波光
も変調を行うことが可能である。
【０００５】しかしながら、これら光通信帯の第２高調
波波長は、大よそ４３０ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍ
程度となり、青色と赤色の間はやはり抜けてしまう。青
緑色から橙色の可視域中域のレーザ光を得るための基本
波波長は、９８０ｎｍから１２００ｎｍ程度であり、そ
の波長帯で発振する半導体レーザの代表例はＩｎＧａＡ
ｓの歪量子井戸を活性層とした半導体レーザである。但
し、この波長帯ではレーザ基板であるＧａＡｓが透明と
なるため、キャップ層や基板を透過してｎ電極あるいは
ｐ電極からの反射光が多重反射を起こし発振スペクトル
の多峰化、モードホッピングを生じやすい難点がある。
また、一般的に大きな第２高調波光パワーを得るために
は、高出力の半導体レーザが必要とされるが、半導体レ
ーザに大電流変調を加えることは、発振波長や発振モー
ドの大幅な変動を招き、波長変換効率が安定せず、その
結果、変調速度を高めることは困難である。特開平１１
−２３２６８０号公報では、図８に示すように、半導体
レーザの平均レーザ出力をある一定内の変動になるよう
に強度変調を行っている。平均レーザ出力が±２０％以
内の変動になるように強度変調することで、レーザ発振
波長を位相整合波長許容幅に常に入るように制御してい
る。
波波長は、大よそ４３０ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍ
程度となり、青色と赤色の間はやはり抜けてしまう。青
緑色から橙色の可視域中域のレーザ光を得るための基本
波波長は、９８０ｎｍから１２００ｎｍ程度であり、そ
の波長帯で発振する半導体レーザの代表例はＩｎＧａＡ
ｓの歪量子井戸を活性層とした半導体レーザである。但
し、この波長帯ではレーザ基板であるＧａＡｓが透明と
なるため、キャップ層や基板を透過してｎ電極あるいは
ｐ電極からの反射光が多重反射を起こし発振スペクトル
の多峰化、モードホッピングを生じやすい難点がある。
また、一般的に大きな第２高調波光パワーを得るために
は、高出力の半導体レーザが必要とされるが、半導体レ
ーザに大電流変調を加えることは、発振波長や発振モー
ドの大幅な変動を招き、波長変換効率が安定せず、その
結果、変調速度を高めることは困難である。特開平１１
−２３２６８０号公報では、図８に示すように、半導体
レーザの平均レーザ出力をある一定内の変動になるよう
に強度変調を行っている。平均レーザ出力が±２０％以
内の変動になるように強度変調することで、レーザ発振
波長を位相整合波長許容幅に常に入るように制御してい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では半導体レーザの平均出力をある一定の範囲に収
めるため、第２高調波光出力（図８ではブルー出力）が
常に存在することになる。つまり、振幅変調において
は、消光比を大きくとることが困難になる。そのため、
画像表示装置や画像形成装置などへの応用において、コ
ントラスト比や階調表現に大きな制限が加わる。また、
パルス幅変調やパルス数変調などを行う場合、パルス間
にも光出力が存在するため、信号−雑音比を高めるため
の工夫を要する。さらに、レーザ安全クラスを算出する
場合、パルス同士が完全に分離した一般的なパルス列と
しては扱えなくなる。そのため、正確な安全クラス分け
に障害が生じる。などといった課題があった。
来例では半導体レーザの平均出力をある一定の範囲に収
めるため、第２高調波光出力（図８ではブルー出力）が
常に存在することになる。つまり、振幅変調において
は、消光比を大きくとることが困難になる。そのため、
画像表示装置や画像形成装置などへの応用において、コ
ントラスト比や階調表現に大きな制限が加わる。また、
パルス幅変調やパルス数変調などを行う場合、パルス間
にも光出力が存在するため、信号−雑音比を高めるため
の工夫を要する。さらに、レーザ安全クラスを算出する
場合、パルス同士が完全に分離した一般的なパルス列と
しては扱えなくなる。そのため、正確な安全クラス分け
に障害が生じる。などといった課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、半導体レーザ光源と、前記半導体レーザ
光源が出射する出力光の波長を高調波に変換する非線形
光学材料からなる波長変換素子とを有する高調波光源装
置であって、前記半導体レーザ光源は、バイアス電流に
より出力する第１の出力光と前記バイアス電流と変調電
流とが重畳された電流により出力する第２の出力光とを
前記出射することができ、前記第１の出力光の波長と前
記第２の出力光の波長は異なり、前記第１の出力光の波
長と前記第２の出力光の波長の何れか一方の波長は前記
波長変換素子の位相整合波長許容範囲幅の範囲内の波長
であり、他方の波長は前記波長変換素子の位相整合波長
許容範囲幅の範囲外の波長である、ことを特徴とする高
調波光源装置を提供する。
め、本発明は、半導体レーザ光源と、前記半導体レーザ
光源が出射する出力光の波長を高調波に変換する非線形
光学材料からなる波長変換素子とを有する高調波光源装
置であって、前記半導体レーザ光源は、バイアス電流に
より出力する第１の出力光と前記バイアス電流と変調電
流とが重畳された電流により出力する第２の出力光とを
前記出射することができ、前記第１の出力光の波長と前
記第２の出力光の波長は異なり、前記第１の出力光の波
長と前記第２の出力光の波長の何れか一方の波長は前記
波長変換素子の位相整合波長許容範囲幅の範囲内の波長
であり、他方の波長は前記波長変換素子の位相整合波長
許容範囲幅の範囲外の波長である、ことを特徴とする高
調波光源装置を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】半導体レーザの発振波長は、注入
電流の増減に応じて変化することが知られている。要因
は、半導体レーザ材料やレーザ構造、あるいは実装形態
で異なるが、熱によるもの、キャリア効果によるものな
どが、重なり合って生じることが知られている。たとえ
ば、ＩｎＰ系半導体レーザでは、キャリアのプラズマ効
果により、注入電流増加にともない、発振波長は短波長
へシフトする。また、ＧａＡｓ系の高出力レーザでは、
一般的に、熱的効果が大きく、注入電流の増加とともに
発振波長は長波長側へシフトする。したがって、バイア
ス電流通電時から変調電流を加えると、変調電流の値に
応じて、発振波長が変化する。
電流の増減に応じて変化することが知られている。要因
は、半導体レーザ材料やレーザ構造、あるいは実装形態
で異なるが、熱によるもの、キャリア効果によるものな
どが、重なり合って生じることが知られている。たとえ
ば、ＩｎＰ系半導体レーザでは、キャリアのプラズマ効
果により、注入電流増加にともない、発振波長は短波長
へシフトする。また、ＧａＡｓ系の高出力レーザでは、
一般的に、熱的効果が大きく、注入電流の増加とともに
発振波長は長波長側へシフトする。したがって、バイア
ス電流通電時から変調電流を加えると、変調電流の値に
応じて、発振波長が変化する。
【０００９】一方、波長変換素子においては、高調波へ
の波長変換が生じる基本波の波長許容範囲は有限なもの
であり、その範囲を超えると高調波発生は生じなくな
る。その原理を利用して、バイアス電流通電時の発振波
長を波長許容範囲外になるように設定し、変調電流を加
えることで、波長許容範囲内に発振波長がシフトするよ
うに設定する。即ち、変調電流の変化で生じる発振波長
の変化を利用して、僅かの半導体レーザの出力変化で大
きな高調波出力の変化を得ることができる。
の波長変換が生じる基本波の波長許容範囲は有限なもの
であり、その範囲を超えると高調波発生は生じなくな
る。その原理を利用して、バイアス電流通電時の発振波
長を波長許容範囲外になるように設定し、変調電流を加
えることで、波長許容範囲内に発振波長がシフトするよ
うに設定する。即ち、変調電流の変化で生じる発振波長
の変化を利用して、僅かの半導体レーザの出力変化で大
きな高調波出力の変化を得ることができる。
【００１０】本発明において、半導体レーザの変調手段
は、バイアス電流に加わる変調電流で行われる。そのた
め、たとえ高出力を得るため大電流を要する半導体レー
ザであっても、小振幅の変調電流を制御するだけでよく
なり、高調波出力光の高速変調が可能となる。
は、バイアス電流に加わる変調電流で行われる。そのた
め、たとえ高出力を得るため大電流を要する半導体レー
ザであっても、小振幅の変調電流を制御するだけでよく
なり、高調波出力光の高速変調が可能となる。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の基本的構成を表す図面であ
り、同図において１１は基本波光源となる半導体レー
ザ、１２は集光用レンズ、１３は波長変換素子、１４は
基本波光を遮断する基本波光カットフィルタ、１５は半
導体レーザへ電流を供給する駆動電源、１６は変調され
た基本波光、１７は変調された高調波光である。図２は
本発明の動作原理を最もよく表す図画であり、便宜上Ｇ
ａＡｓ系の材料を波長変換素子に用いた。同図において
（ａ）は半導体レーザの出力光時間波形、（ｂ）は半導
体レーザ出力と発振波長の関係、（ｃ）は波長変換素子
への入射波長と高調波変換効率、（ｄ）は高調波出力光
の時間波形を表す。
り、同図において１１は基本波光源となる半導体レー
ザ、１２は集光用レンズ、１３は波長変換素子、１４は
基本波光を遮断する基本波光カットフィルタ、１５は半
導体レーザへ電流を供給する駆動電源、１６は変調され
た基本波光、１７は変調された高調波光である。図２は
本発明の動作原理を最もよく表す図画であり、便宜上Ｇ
ａＡｓ系の材料を波長変換素子に用いた。同図において
（ａ）は半導体レーザの出力光時間波形、（ｂ）は半導
体レーザ出力と発振波長の関係、（ｃ）は波長変換素子
への入射波長と高調波変換効率、（ｄ）は高調波出力光
の時間波形を表す。
【００１２】以降「基本波」と「発振波長」との言葉を
用いるが、波長変換素子に入る光を表現する場合に「基
本波」の表現を用い、レーザが発振されることから光を
表現する場合は「発振波長」の表現を用いるが両者は同
じである。また波長変換素子の入出力の区別として、入
力光を基本波（基本波長を与える光波の意）、出力光を
高調波（高調波成分からなる光波の意）と表現する。半
導体レーザから見れば、ある発振波長でレーザ光を出射
する光源という言い方を用いた。半導体レーザの発振波
長が、波長変換素子にとって基本波波長になる。
用いるが、波長変換素子に入る光を表現する場合に「基
本波」の表現を用い、レーザが発振されることから光を
表現する場合は「発振波長」の表現を用いるが両者は同
じである。また波長変換素子の入出力の区別として、入
力光を基本波（基本波長を与える光波の意）、出力光を
高調波（高調波成分からなる光波の意）と表現する。半
導体レーザから見れば、ある発振波長でレーザ光を出射
する光源という言い方を用いた。半導体レーザの発振波
長が、波長変換素子にとって基本波波長になる。
【００１３】非線形結晶を用いて発生する高調波には第
２高調波、第３高調波、・・・とあるが、電界の二乗に
比例する第２高調波がもっとも効率が高い。しかしなが
ら、所望の波長がより短波長である場合、第３高調波を
利用することもある。ここでは、代表的な第２高調波を
例に実施例を説明する。
２高調波、第３高調波、・・・とあるが、電界の二乗に
比例する第２高調波がもっとも効率が高い。しかしなが
ら、所望の波長がより短波長である場合、第３高調波を
利用することもある。ここでは、代表的な第２高調波を
例に実施例を説明する。
【００１４】波長変換素子における基本波から第２高調
波への変換効率ηＳＨＧは、「固体レーザー」小林喬郎
編、学会出版センター、Ｐ．２１０に記載されているよ
うに、以下のように表される。
波への変換効率ηＳＨＧは、「固体レーザー」小林喬郎
編、学会出版センター、Ｐ．２１０に記載されているよ
うに、以下のように表される。
【００１５】
【外１】
【００１６】ここで、μ０、ε０は真空の透磁率、誘電
率、ｄは有効非線形定数、ｌは結晶長、ｎは結晶の屈折
率、λは基本波の波長、Ｐ（ω）は基本波のパワー、Ａ
はビーム面積、Δｋは位相不整合量である。（１）式か
ら、位相整合波長許容幅の目安は、最後の項ｓｉｎ
２（△ｋｌ／２）／（△ｋｌ／２）２による。△ｋｌ／
２＝πになる条件で、ほぼ変換効率は０となる。即ち、
△ｋｌ／２がほぼ３以上になる波長ズレを目安にして、
発振波長の変化量を設計すればよい。例えば、ＫＴｉＯ
ＰＯ４（ＫＴＰ）やＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）では、大よそ
１ｎｍから２ｎｍ程度、位相整合中心波長から離調すれ
ばよい。この値（離調距離の値）は、ピーク波長からこ
の半値全幅の半分だけ離調すれば強度は半減することに
注目し、したがって，本発明で十分な消光比を得るため
に，大よその目安として離調量を１ｎｍから２ｎｍとし
た値である。
率、ｄは有効非線形定数、ｌは結晶長、ｎは結晶の屈折
率、λは基本波の波長、Ｐ（ω）は基本波のパワー、Ａ
はビーム面積、Δｋは位相不整合量である。（１）式か
ら、位相整合波長許容幅の目安は、最後の項ｓｉｎ
２（△ｋｌ／２）／（△ｋｌ／２）２による。△ｋｌ／
２＝πになる条件で、ほぼ変換効率は０となる。即ち、
△ｋｌ／２がほぼ３以上になる波長ズレを目安にして、
発振波長の変化量を設計すればよい。例えば、ＫＴｉＯ
ＰＯ４（ＫＴＰ）やＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）では、大よそ
１ｎｍから２ｎｍ程度、位相整合中心波長から離調すれ
ばよい。この値（離調距離の値）は、ピーク波長からこ
の半値全幅の半分だけ離調すれば強度は半減することに
注目し、したがって，本発明で十分な消光比を得るため
に，大よその目安として離調量を１ｎｍから２ｎｍとし
た値である。
【００１７】本発明において適用される半導体レーザ１
１は、青緑色〜緑色の光（波長にして４９０ｎｍから５
６０ｎｍ程度）を得るのであれば、９８０ｎｍから１１
２０ｎｍで発振する半導体レーザを選択する。黄緑色〜
黄色〜橙色の光（波長にして５６０ｎｍから６００ｎｍ
程度）を得るのであれば、１１２０ｎｍから１２００ｎ
ｍの波長で発振する半導体レーザである。半導体レーザ
の出力光を集光用レンズ１２を通して波長変換素子に入
射する。レンズで集光するのは、波長変換素子１３中で
の光パワー密度を高めて変換効率を高めるためである。
１は、青緑色〜緑色の光（波長にして４９０ｎｍから５
６０ｎｍ程度）を得るのであれば、９８０ｎｍから１１
２０ｎｍで発振する半導体レーザを選択する。黄緑色〜
黄色〜橙色の光（波長にして５６０ｎｍから６００ｎｍ
程度）を得るのであれば、１１２０ｎｍから１２００ｎ
ｍの波長で発振する半導体レーザである。半導体レーザ
の出力光を集光用レンズ１２を通して波長変換素子に入
射する。レンズで集光するのは、波長変換素子１３中で
の光パワー密度を高めて変換効率を高めるためである。
【００１８】非線形光学材料中を透過する基本波光は赤
外線吸収フィルタと多層干渉膜フィルタの重ね合わせで
構成された基本波光カットフィルタ１４で排除されて、
第２高調波光のみが得られる。半導体レーザ１１には、
駆動電源１５からバイアスに変調信号の重畳された駆動
電流が注入され、図２の（ａ）に示すように、半導体レ
ーザ光出力の時間波形は、バイアス出力Ｐ１の上に変調
出力が重畳された出力Ｐ２となる。このとき、レーザ発
振波長は図２（ｂ）に見られるようにバイアス出力時の
発振波長λ１から変調信号の重畳に従い、λ２に変化す
る。一方、波長変換素子の変換効率は、基本波波長に対
して図２（ｃ）のように変化する。このとき、λ２で効
率的な波長変換が生じ、λ１では生じないように波長変
換素子の設計を行えば、第２高調波の光出力は、図２
（ｄ）に見られるように、ゼロ値から所望の尖頭値まで
立ち上がり、また、ゼロ値まで立ち戻るパルス波形が得
られる。即ち、半導体レーザの変調波形はバイアス出力
に小振幅の変調が重畳されているのに対し、第２高調波
の光出力は変調振幅の深いパルス波形となる。半導体レ
ーザの変調において、ゼロ値から立ち上がるような振幅
の大きな電流を注入することは、半導体活性層中のキャ
リア変動が大きく、また、電気素子として考えても高速
に時間波形を追従させることは困難である。さらに、駆
動電源にとっても、高速に変化する大電流を供給するこ
とは制御が困難である。それに対して、本発明によるバ
イアス電流を予め流しておく手法によれば半導体活性層
でのキャリア変動も小さく押えられ、駆動電源の高速化
対応も容易である。
外線吸収フィルタと多層干渉膜フィルタの重ね合わせで
構成された基本波光カットフィルタ１４で排除されて、
第２高調波光のみが得られる。半導体レーザ１１には、
駆動電源１５からバイアスに変調信号の重畳された駆動
電流が注入され、図２の（ａ）に示すように、半導体レ
ーザ光出力の時間波形は、バイアス出力Ｐ１の上に変調
出力が重畳された出力Ｐ２となる。このとき、レーザ発
振波長は図２（ｂ）に見られるようにバイアス出力時の
発振波長λ１から変調信号の重畳に従い、λ２に変化す
る。一方、波長変換素子の変換効率は、基本波波長に対
して図２（ｃ）のように変化する。このとき、λ２で効
率的な波長変換が生じ、λ１では生じないように波長変
換素子の設計を行えば、第２高調波の光出力は、図２
（ｄ）に見られるように、ゼロ値から所望の尖頭値まで
立ち上がり、また、ゼロ値まで立ち戻るパルス波形が得
られる。即ち、半導体レーザの変調波形はバイアス出力
に小振幅の変調が重畳されているのに対し、第２高調波
の光出力は変調振幅の深いパルス波形となる。半導体レ
ーザの変調において、ゼロ値から立ち上がるような振幅
の大きな電流を注入することは、半導体活性層中のキャ
リア変動が大きく、また、電気素子として考えても高速
に時間波形を追従させることは困難である。さらに、駆
動電源にとっても、高速に変化する大電流を供給するこ
とは制御が困難である。それに対して、本発明によるバ
イアス電流を予め流しておく手法によれば半導体活性層
でのキャリア変動も小さく押えられ、駆動電源の高速化
対応も容易である。
【００１９】上記とは逆に、図３（ａ）に示すように、
バイアス電流をレーザ出力Ｐ１となるように設定してお
き、負の変調電流を加えることで、レーザ出力をＰ２に
なるように設定する。レーザ発振波長は図３（ｂ）に見
られるようにバイアス出力時の発振波長λ１から変調信
号の重畳に従い、λ２に変化する。一方、波長変換素子
の変換効率は、基本波波長に対して図３（ｃ）のように
変化する。このとき、λ２で効率的な波長変換が生じ、
λ１では生じないように波長変換素子の設計を行えば、
第２高調波の光出力は、図３（ｄ）に見られるように、
ゼロ値から所望の尖頭値まで立ち上がり、また、ゼロ値
まで立ち戻るパルス波形が得られる。
バイアス電流をレーザ出力Ｐ１となるように設定してお
き、負の変調電流を加えることで、レーザ出力をＰ２に
なるように設定する。レーザ発振波長は図３（ｂ）に見
られるようにバイアス出力時の発振波長λ１から変調信
号の重畳に従い、λ２に変化する。一方、波長変換素子
の変換効率は、基本波波長に対して図３（ｃ）のように
変化する。このとき、λ２で効率的な波長変換が生じ、
λ１では生じないように波長変換素子の設計を行えば、
第２高調波の光出力は、図３（ｄ）に見られるように、
ゼロ値から所望の尖頭値まで立ち上がり、また、ゼロ値
まで立ち戻るパルス波形が得られる。
【００２０】以上の説明では、バイアス電流駆動時に高
調波出力が出ないように設定しているが、逆にバイアス
電流駆動時に高調波出力が発生して、変調電流が重畳さ
れることで、高調波出力が発生しなくなる設定でも良
い。その場合、図２および図３において、発振波長の関
係は、λ１は位相整合波長許容幅内に位置し、λ２では
位相整合波長許容幅外に位置することになる。
調波出力が出ないように設定しているが、逆にバイアス
電流駆動時に高調波出力が発生して、変調電流が重畳さ
れることで、高調波出力が発生しなくなる設定でも良
い。その場合、図２および図３において、発振波長の関
係は、λ１は位相整合波長許容幅内に位置し、λ２では
位相整合波長許容幅外に位置することになる。
【００２１】（第１の実施例）図１を用いて本発明によ
る第１の実施例を説明する。半導体レーザ１１はＩｎＧ
ａＡｓを井戸層、ＩｎＧａＡｓＰを障壁層とした歪量子
井戸構造の活性層からなる。ＩｎＧａＡｓ量子井戸層は
圧縮歪を加えられて、発振中心波長は１Ａ駆動電流時で
１０６４ｎｍとなる。電流を１Ａまで流すことでほぼ６
００ｍＷの光出力を得ることができる。この半導体レー
ザにバイアス電流を８００ｍＡほど流すと、光出力が５
００ｍＷ弱で発振中心波長は１０６１ｎｍ程度となる。
バイアス電流に２００ｍＡの振幅の変調電流を加えるこ
とで、発振中心波長は１０６４ｎｍに達して、第２高調
波光のパルス応答が得られる。波長変換素子１３はＫＴ
ｉＯＰＯ４（ＫＴＰ）を位相整合角θ＝９０°（結晶主
軸のＺ軸に垂直）、φ＝２４．５°（Ｘ−Ｙ平面内で結
晶主軸のＸ軸からの角度）にカットした結晶長１０ｍｍ
のものを用い、半導体レーザの偏波面を第２種の位相整
合条件に合うように入射する。また、ＫＴＰの両端面に
は１０６４ｎｍと５３２ｎｍで反射が生じないようにＴ
ｉＯ２とＳｉＯ２からなる無反射コーティングが施され
ている（不図示）。結晶中へは集光レンズ１２でほぼ５
０μｍのビーム径に絞っている。その結果、波長５３２
ｎｍでパルス強度２００μＷ程度の第２高調波出力を得
ることができる。パルス繰返し周波数は５００ＭＨｚで
基本波の変調信号波形とほぼ同様な第２高調波パルス波
形が得られる。第２高調波への変換効率を高めるために
は、ＫＴＰを挟むようにして光共振器構造をとれば、結
晶中の光パワー密度が増大し、変換効率を高めることが
できる。ＫＴＰを透過した基本波である１０６４ｎｍの
光は基本波カットフィルタ１４の構成要素である赤外線
吸収フィルタで吸収され、且つ、同じく基本波カットフ
ィルタ１４の構成要素である５３２ｎｍを中心波長とす
る多層干渉膜フィルタで反射される。その結果、５３２
ｎｍを中心波長とする第２高調波光のみが得られる。
る第１の実施例を説明する。半導体レーザ１１はＩｎＧ
ａＡｓを井戸層、ＩｎＧａＡｓＰを障壁層とした歪量子
井戸構造の活性層からなる。ＩｎＧａＡｓ量子井戸層は
圧縮歪を加えられて、発振中心波長は１Ａ駆動電流時で
１０６４ｎｍとなる。電流を１Ａまで流すことでほぼ６
００ｍＷの光出力を得ることができる。この半導体レー
ザにバイアス電流を８００ｍＡほど流すと、光出力が５
００ｍＷ弱で発振中心波長は１０６１ｎｍ程度となる。
バイアス電流に２００ｍＡの振幅の変調電流を加えるこ
とで、発振中心波長は１０６４ｎｍに達して、第２高調
波光のパルス応答が得られる。波長変換素子１３はＫＴ
ｉＯＰＯ４（ＫＴＰ）を位相整合角θ＝９０°（結晶主
軸のＺ軸に垂直）、φ＝２４．５°（Ｘ−Ｙ平面内で結
晶主軸のＸ軸からの角度）にカットした結晶長１０ｍｍ
のものを用い、半導体レーザの偏波面を第２種の位相整
合条件に合うように入射する。また、ＫＴＰの両端面に
は１０６４ｎｍと５３２ｎｍで反射が生じないようにＴ
ｉＯ２とＳｉＯ２からなる無反射コーティングが施され
ている（不図示）。結晶中へは集光レンズ１２でほぼ５
０μｍのビーム径に絞っている。その結果、波長５３２
ｎｍでパルス強度２００μＷ程度の第２高調波出力を得
ることができる。パルス繰返し周波数は５００ＭＨｚで
基本波の変調信号波形とほぼ同様な第２高調波パルス波
形が得られる。第２高調波への変換効率を高めるために
は、ＫＴＰを挟むようにして光共振器構造をとれば、結
晶中の光パワー密度が増大し、変換効率を高めることが
できる。ＫＴＰを透過した基本波である１０６４ｎｍの
光は基本波カットフィルタ１４の構成要素である赤外線
吸収フィルタで吸収され、且つ、同じく基本波カットフ
ィルタ１４の構成要素である５３２ｎｍを中心波長とす
る多層干渉膜フィルタで反射される。その結果、５３２
ｎｍを中心波長とする第２高調波光のみが得られる。
【００２２】（第２の実施例）第２の実施例では、半導
体レーザの活性層をＩｎＧａＡｓ圧縮歪量子井戸と圧縮
歪を緩和するＧａＡｓＰ引張り歪障壁層で構成し、クラ
ッド層をＡｌＧａＡｓで構成し、発振波長を１０８０ｎ
ｍとしている。ＫＴＰの位相整合角はこの波長では、θ
＝９０°、φ＝０°となり、角度φに関してノンクリテ
ィカル位相整合となり、波長変換効率に対する角度許容
幅が極めて大きくなる。また、有効非線形定数も３．６
４ｐｍ／Ｖとなり、１０６４ｎｍでの３．３３ｐｍ／Ｖ
と比べて大きくなる特長がある。さらに、この結晶条件
では、基本波光と高調波光がずれてくる所謂ウォークオ
フも生じなくなるため、ＫＴＰの素子長を３０ｍｍとし
て高い変換効率を得ることができる。バイアス電流を７
５０ｍＡ、変調電流振幅を２５０ｍＡとして重畳させる
ことで、レーザ出力波形は図２（ａ）のようになるが、
発振波長が変わるため、第２高調波出力は図２（ｄ）の
ようなパルス波形となる。パルス光出力約３ｍＷを得る
ことができた。このときの第２高調波光の中心波長は５
４０ｎｍとなる。バイアス電流のみを流している間は、
波長変換がほとんど起きないため、高調波出力パルスの
休止期間の光出力は生じない。
体レーザの活性層をＩｎＧａＡｓ圧縮歪量子井戸と圧縮
歪を緩和するＧａＡｓＰ引張り歪障壁層で構成し、クラ
ッド層をＡｌＧａＡｓで構成し、発振波長を１０８０ｎ
ｍとしている。ＫＴＰの位相整合角はこの波長では、θ
＝９０°、φ＝０°となり、角度φに関してノンクリテ
ィカル位相整合となり、波長変換効率に対する角度許容
幅が極めて大きくなる。また、有効非線形定数も３．６
４ｐｍ／Ｖとなり、１０６４ｎｍでの３．３３ｐｍ／Ｖ
と比べて大きくなる特長がある。さらに、この結晶条件
では、基本波光と高調波光がずれてくる所謂ウォークオ
フも生じなくなるため、ＫＴＰの素子長を３０ｍｍとし
て高い変換効率を得ることができる。バイアス電流を７
５０ｍＡ、変調電流振幅を２５０ｍＡとして重畳させる
ことで、レーザ出力波形は図２（ａ）のようになるが、
発振波長が変わるため、第２高調波出力は図２（ｄ）の
ようなパルス波形となる。パルス光出力約３ｍＷを得る
ことができた。このときの第２高調波光の中心波長は５
４０ｎｍとなる。バイアス電流のみを流している間は、
波長変換がほとんど起きないため、高調波出力パルスの
休止期間の光出力は生じない。
【００２３】（第３の実施例）第３の実施例では、光導
波路を形成する波長変換素子としてＬｉＮｂＯ３（Ｌ
Ｎ）を使用する。図３に示すように、１０６４ｎｍの基
本波３１に対して擬似位相整合をとるため、周期６．８
１μｍの格子状電極をｚカットＬＮ基板３２上に作製
し、高電界を印加して、周期的分極反転構造３３を形成
している。さらに、分極反転格子と直交するように、幅
５μｍ、深さ５μｍの光導波路３４をプロトン交換によ
り形成している。非線形光学材料中の光パワー密度を高
める効果は、（１）式のＰ（ω）／Ａに表されている。
非線形光学材料中に光導波路を形成することでこの効果
を飛躍的に生かすことができる。導波路長は２０ｍｍと
し、偏波面を基板に対して直交させて基本波光を結合さ
せる。３００ｍＷ半導体レーザ光入力に対して、約１０
０ｍＷの第２高調波出力を得られる。擬似位相整合を用
いた本実施例の波長変換素子では基本波波長に対する波
長許容幅が０．２ｎｍ程度と狭く、半導体レーザのバイ
アス光出力２５０ｍＷに対して、変調信号振幅５０ｍＷ
で、所望のパルス変調の第２高調波出力３５が得られ
る。パルスの応答特性は立上り、立下りとも１ｎｓｅｃ
である。波長変換素子として、ＫＮｂＯ３（ＫＮ）を用
いても同様の特性が得られる。光導波路を通過した基本
波３６は、基本波カットフィルタ３７で除去されて第２
高調波成分のみのパルス３５となる。
波路を形成する波長変換素子としてＬｉＮｂＯ３（Ｌ
Ｎ）を使用する。図３に示すように、１０６４ｎｍの基
本波３１に対して擬似位相整合をとるため、周期６．８
１μｍの格子状電極をｚカットＬＮ基板３２上に作製
し、高電界を印加して、周期的分極反転構造３３を形成
している。さらに、分極反転格子と直交するように、幅
５μｍ、深さ５μｍの光導波路３４をプロトン交換によ
り形成している。非線形光学材料中の光パワー密度を高
める効果は、（１）式のＰ（ω）／Ａに表されている。
非線形光学材料中に光導波路を形成することでこの効果
を飛躍的に生かすことができる。導波路長は２０ｍｍと
し、偏波面を基板に対して直交させて基本波光を結合さ
せる。３００ｍＷ半導体レーザ光入力に対して、約１０
０ｍＷの第２高調波出力を得られる。擬似位相整合を用
いた本実施例の波長変換素子では基本波波長に対する波
長許容幅が０．２ｎｍ程度と狭く、半導体レーザのバイ
アス光出力２５０ｍＷに対して、変調信号振幅５０ｍＷ
で、所望のパルス変調の第２高調波出力３５が得られ
る。パルスの応答特性は立上り、立下りとも１ｎｓｅｃ
である。波長変換素子として、ＫＮｂＯ３（ＫＮ）を用
いても同様の特性が得られる。光導波路を通過した基本
波３６は、基本波カットフィルタ３７で除去されて第２
高調波成分のみのパルス３５となる。
【００２４】（第４の実施例）本発明による第４の実施
例では、基本波光源としてＧａＩｎＮＡｓを活性層とす
る半導体レーザを用いる。半導体レーザは、ＧａＡｓ基
板上に、ｐ側およびｎ側のクラッド層としてＡｌＧａＡ
ｓ層を、そして、量子井戸層をＧａＩｎＮＡｓ、光ガイ
ド層をＧａＡｓとして成長した構造からなる。Ｇａ
１−ｘＩｎｘＮｙＡｓ１−ｙはＩｎ組成ｘとＮ組成ｙに
より大よそ波長にして１０００ｎｍから１３００ｎｍま
での範囲での発振が可能で、その第２高調波として５０
０ｎｍから６５０ｎｍを得ることができる。即ち、青緑
色から赤色まで広い色範囲のレーザ光を得ることが可能
である。ここでは、発振波長を１１６０ｎｍに制御した
ＧａＩｎＮＡｓ半導体レーザを作製し、波長変換素子と
してＫＴＰ基板に周期的分極反転を施し、さらに光導波
路を形成したものを用いる。基本波レーザ光を波長変換
素子に通すことで、中心波長５８０ｎｍの黄色をした第
２高調波光を得ることができる。半導体レーザ駆動電源
からバイアス電流を予め通電しておき、信号に合わせて
パルス電流を重畳させることで、発振波長がパルス状に
１１６０ｎｍに達し、波長変換素子を介して第２高調波
パルス光が得られる。変調信号のパルス幅を変化させる
ことで、第２高調波光にパルス幅変調が加えられる。こ
のようにして、小形で変調可能な黄色レーザ光源を作製
できる。活性層としてＧａＩｎＮＡｓ系の代りにＧａＡ
ｓＳｂ系を用いても同様の波長域で基本波波長をレーザ
光として得ることができるため、同じく、青緑色から赤
色の高調波光を変調した光として得ることができる。
例では、基本波光源としてＧａＩｎＮＡｓを活性層とす
る半導体レーザを用いる。半導体レーザは、ＧａＡｓ基
板上に、ｐ側およびｎ側のクラッド層としてＡｌＧａＡ
ｓ層を、そして、量子井戸層をＧａＩｎＮＡｓ、光ガイ
ド層をＧａＡｓとして成長した構造からなる。Ｇａ
１−ｘＩｎｘＮｙＡｓ１−ｙはＩｎ組成ｘとＮ組成ｙに
より大よそ波長にして１０００ｎｍから１３００ｎｍま
での範囲での発振が可能で、その第２高調波として５０
０ｎｍから６５０ｎｍを得ることができる。即ち、青緑
色から赤色まで広い色範囲のレーザ光を得ることが可能
である。ここでは、発振波長を１１６０ｎｍに制御した
ＧａＩｎＮＡｓ半導体レーザを作製し、波長変換素子と
してＫＴＰ基板に周期的分極反転を施し、さらに光導波
路を形成したものを用いる。基本波レーザ光を波長変換
素子に通すことで、中心波長５８０ｎｍの黄色をした第
２高調波光を得ることができる。半導体レーザ駆動電源
からバイアス電流を予め通電しておき、信号に合わせて
パルス電流を重畳させることで、発振波長がパルス状に
１１６０ｎｍに達し、波長変換素子を介して第２高調波
パルス光が得られる。変調信号のパルス幅を変化させる
ことで、第２高調波光にパルス幅変調が加えられる。こ
のようにして、小形で変調可能な黄色レーザ光源を作製
できる。活性層としてＧａＩｎＮＡｓ系の代りにＧａＡ
ｓＳｂ系を用いても同様の波長域で基本波波長をレーザ
光として得ることができるため、同じく、青緑色から赤
色の高調波光を変調した光として得ることができる。
【００２５】（第５の実施例）本発明による高調波光源
装置を用いた画像表示装置について図４および図５を用
いて説明する。緑色の高調波光源装置を波長１０６０ｎ
ｍの半導体レーザを基本波光源として、周期的分極反転
と光導波路を形成したＫＮｂＯ３結晶基板を用い、５３
０ｎｍの波長の光を得ている。緑色出力光強度最大１０
０ｍＷを得るため、波長１０６０ｎｍのレーザ出力強度
は最大１Ｗが得られる仕様である。バイアス電流４１を
半導体レーザに流すことで、発振波長１０５６ｎｍのレ
ーザ光が発生する。バイアス電流４１に重畳して変調電
流４２を流すことで、発振波長１０６０ ｎｍでピーク
出力１Ｗのレーザ光が得られる。重畳する変調電流４２
は、駆動電源からクロック周期４３でパルス幅４４に変
調が加えられた時間波形を有している。半導体レーザ出
力時間波形は、以上説明した駆動電流波形（図４
（ａ））に追従している。半導体レーザ出力を波長変換
素子に導入することで、図４（ｂ）に図示するように、
消光比の高い高調波光パルス４５を得ることができる。
パルス幅に変調が加わって各画素の緑色強度制御を行う
ことができる。画図５に概略示す投射型の画像表示装置
がＳＶＧＡ画像（８００×６００画素）でフレームレー
ト６０Ｈｚとすると、クロック周期には大よそ３５ｎｓ
ｅｃが要求される。クロック周期内で十分なパルス幅変
調を得るためには、１ｎｓｅｃ程度あるいはそれ以下の
応答特性が要求されるが、本発明によれば容易に可能と
なる。次に、青色の光源装置については、８９０ｎｍの
ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザを用いて、ＬＮ結晶により
波長４４５ｎｍの第２高調波出力を得る。あるいは、Ｉ
ｎＧａＮ半導体レーザに直接電流変調をかけて、波長４
４５ｎｍのパルス光出力を得ても良い。青色の出力光強
度は、最大８０ｍＷで緑色の場合と同様に高速の応答特
性を得ることができる。赤色に関しては、ＩｎＧａＡｌ
Ｐ系半導体レーザで直接６３５ｎｍの光が得られる。出
力光強度は、最大で１００ｍＷである。あるいは、Ｇａ
ＩｎＮＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系、ＩｎＡｌＧａＡｓ系
など波長１３００ｎｍ程度で発振する半導体レーザの第
２高調波を本発明による高調波光源装置として構成して
も良い。図５に示すように、以上の青、緑、赤、３色の
光源５１、５２、５３からの出力光を多層干渉膜による
合波器５４で合波して、投射レンズ５５を通して、Ｓｉ
基板を加工して作製したマイクロ共振ミラーからなる光
偏向器５６、５７へ入射させる。マイクロ共振ミラーは
水平方向、垂直方向の２方向に使用しても良いし、また
は、水平方向のみに使って、低速で構わない垂直方向に
関しては、マイクロモーターにガルバノミラーを取り付
けたものでも良い。被投射面５８へ、レーザ光を画素ス
ポット５９として投射し、各画素スポットの各色ごとに
その画素階調に応じてレーザ光のパルス幅を制御する。
各色の光源装置から出射した光は、光偏向器を含めた走
査・投射光学系で損失を受ける。さらに、スクリーン最
外部での光偏向器の非線形走査部分を除去したりするの
で、画像表示装置全体で２５％から５０％の光利用効率
になる。例えば、光利用効率５０％の場合、各レーザ光
強度でスクリーン上に投射されるのは、緑色、赤色で最
大５０ｍＷ、青色で最大４０ｍＷとなる。各色の中心波
長および出力光強度は、全部を点灯した場合、標準光源
Ｄ６５の白色となるように設定されている。
装置を用いた画像表示装置について図４および図５を用
いて説明する。緑色の高調波光源装置を波長１０６０ｎ
ｍの半導体レーザを基本波光源として、周期的分極反転
と光導波路を形成したＫＮｂＯ３結晶基板を用い、５３
０ｎｍの波長の光を得ている。緑色出力光強度最大１０
０ｍＷを得るため、波長１０６０ｎｍのレーザ出力強度
は最大１Ｗが得られる仕様である。バイアス電流４１を
半導体レーザに流すことで、発振波長１０５６ｎｍのレ
ーザ光が発生する。バイアス電流４１に重畳して変調電
流４２を流すことで、発振波長１０６０ ｎｍでピーク
出力１Ｗのレーザ光が得られる。重畳する変調電流４２
は、駆動電源からクロック周期４３でパルス幅４４に変
調が加えられた時間波形を有している。半導体レーザ出
力時間波形は、以上説明した駆動電流波形（図４
（ａ））に追従している。半導体レーザ出力を波長変換
素子に導入することで、図４（ｂ）に図示するように、
消光比の高い高調波光パルス４５を得ることができる。
パルス幅に変調が加わって各画素の緑色強度制御を行う
ことができる。画図５に概略示す投射型の画像表示装置
がＳＶＧＡ画像（８００×６００画素）でフレームレー
ト６０Ｈｚとすると、クロック周期には大よそ３５ｎｓ
ｅｃが要求される。クロック周期内で十分なパルス幅変
調を得るためには、１ｎｓｅｃ程度あるいはそれ以下の
応答特性が要求されるが、本発明によれば容易に可能と
なる。次に、青色の光源装置については、８９０ｎｍの
ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザを用いて、ＬＮ結晶により
波長４４５ｎｍの第２高調波出力を得る。あるいは、Ｉ
ｎＧａＮ半導体レーザに直接電流変調をかけて、波長４
４５ｎｍのパルス光出力を得ても良い。青色の出力光強
度は、最大８０ｍＷで緑色の場合と同様に高速の応答特
性を得ることができる。赤色に関しては、ＩｎＧａＡｌ
Ｐ系半導体レーザで直接６３５ｎｍの光が得られる。出
力光強度は、最大で１００ｍＷである。あるいは、Ｇａ
ＩｎＮＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系、ＩｎＡｌＧａＡｓ系
など波長１３００ｎｍ程度で発振する半導体レーザの第
２高調波を本発明による高調波光源装置として構成して
も良い。図５に示すように、以上の青、緑、赤、３色の
光源５１、５２、５３からの出力光を多層干渉膜による
合波器５４で合波して、投射レンズ５５を通して、Ｓｉ
基板を加工して作製したマイクロ共振ミラーからなる光
偏向器５６、５７へ入射させる。マイクロ共振ミラーは
水平方向、垂直方向の２方向に使用しても良いし、また
は、水平方向のみに使って、低速で構わない垂直方向に
関しては、マイクロモーターにガルバノミラーを取り付
けたものでも良い。被投射面５８へ、レーザ光を画素ス
ポット５９として投射し、各画素スポットの各色ごとに
その画素階調に応じてレーザ光のパルス幅を制御する。
各色の光源装置から出射した光は、光偏向器を含めた走
査・投射光学系で損失を受ける。さらに、スクリーン最
外部での光偏向器の非線形走査部分を除去したりするの
で、画像表示装置全体で２５％から５０％の光利用効率
になる。例えば、光利用効率５０％の場合、各レーザ光
強度でスクリーン上に投射されるのは、緑色、赤色で最
大５０ｍＷ、青色で最大４０ｍＷとなる。各色の中心波
長および出力光強度は、全部を点灯した場合、標準光源
Ｄ６５の白色となるように設定されている。
【００２６】（第６の実施例）第６の実施例では、本発
明による高調波光源装置をレーザビームプリンタに使用
する例を説明する。半導体レーザとして波長９８０ｎｍ
で発振するＩｎＧａＡｓ歪量子井戸レーザを基本波光源
として使用する。波長変換素子はＬＮ基板を用い、実施
例３と同様に周期的分極反転と光導波路を形成してい
る。ＩｎＧａＡｓ半導体レーザのピーク出力強度は３０
ｍＷで、ＬＮ波長変換素子を介して、ピーク出力５ｍＷ
の高調波出力を得ることができる。高調波波長は４９０
ｎｍである。バイアス電流と変調電流の組合せにより、
変調周波数１ＧＨｚを達成し、立上り時間、立下り時間
共に１ｎｓｅｃ以下にすることができる。この光源６１
をコリメートレンズ６２を通して、光偏向器６３である
ポリゴン回転ミラーで光ビームを偏向走査して、結像レ
ンズ６４を介して、被画像形成面６５へ結像する。本実
施例によれば、高速に短波長のレーザスポット列を形成
することができるため、解像度の高い潜像を被画像形成
面に形成することができ、潜像を紙へ転写する電子写真
システムを通して高解像のプリントを得ることができ
る。本実施例と同様にして、光ディスクメモリへの書き
込み、読み出し光源として本発明による高調波光源装置
を用いることができる。本実施例と同様、高速に変調が
かけられる特徴を生かして、高速書き込み、高速読み出
しが可能な光記録装置を構成できる。
明による高調波光源装置をレーザビームプリンタに使用
する例を説明する。半導体レーザとして波長９８０ｎｍ
で発振するＩｎＧａＡｓ歪量子井戸レーザを基本波光源
として使用する。波長変換素子はＬＮ基板を用い、実施
例３と同様に周期的分極反転と光導波路を形成してい
る。ＩｎＧａＡｓ半導体レーザのピーク出力強度は３０
ｍＷで、ＬＮ波長変換素子を介して、ピーク出力５ｍＷ
の高調波出力を得ることができる。高調波波長は４９０
ｎｍである。バイアス電流と変調電流の組合せにより、
変調周波数１ＧＨｚを達成し、立上り時間、立下り時間
共に１ｎｓｅｃ以下にすることができる。この光源６１
をコリメートレンズ６２を通して、光偏向器６３である
ポリゴン回転ミラーで光ビームを偏向走査して、結像レ
ンズ６４を介して、被画像形成面６５へ結像する。本実
施例によれば、高速に短波長のレーザスポット列を形成
することができるため、解像度の高い潜像を被画像形成
面に形成することができ、潜像を紙へ転写する電子写真
システムを通して高解像のプリントを得ることができ
る。本実施例と同様にして、光ディスクメモリへの書き
込み、読み出し光源として本発明による高調波光源装置
を用いることができる。本実施例と同様、高速に変調が
かけられる特徴を生かして、高速書き込み、高速読み出
しが可能な光記録装置を構成できる。
【００２７】以上説明したように本発明による波長変換
素子は、非線形光学材料としてＫＴｉＯＰＯ４（ＫＴ
Ｐ）、ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）、ＫＮｂＯ３（ＫＮ）、Ｌ
ｉＴａＯ３（ＬＴ）、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）、β−Ｂ
ａＢ２Ｏ２（ＢＢＯ）など強誘電体結晶に限らず、たと
えば、２−ａｄａｍａｎｔｙｌａｍｉｎｏ−５−ｎｉｔ
ｒｏｐｙｒｉｄｉｎｅ（ＡＡＮＰ）や２−ｍｅｔｈｙｌ
−４−ｎｉｔｒｏａｎｉｌｉｎｅ（ＭＮＡ）といった有
機非線形材料、あるいはガラスに強電界を印加すること
で表面に分極を形成させた非線形ガラス材料でも構成可
能である。
素子は、非線形光学材料としてＫＴｉＯＰＯ４（ＫＴ
Ｐ）、ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）、ＫＮｂＯ３（ＫＮ）、Ｌ
ｉＴａＯ３（ＬＴ）、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）、β−Ｂ
ａＢ２Ｏ２（ＢＢＯ）など強誘電体結晶に限らず、たと
えば、２−ａｄａｍａｎｔｙｌａｍｉｎｏ−５−ｎｉｔ
ｒｏｐｙｒｉｄｉｎｅ（ＡＡＮＰ）や２−ｍｅｔｈｙｌ
−４−ｎｉｔｒｏａｎｉｌｉｎｅ（ＭＮＡ）といった有
機非線形材料、あるいはガラスに強電界を印加すること
で表面に分極を形成させた非線形ガラス材料でも構成可
能である。
【００２８】また、本発明に使用される半導体レーザと
しては、半導体レーザ基板の切断面ないしエッチング面
を利用したファブリペロー型レーザでも、あるいは、分
布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）型レーザ、あるいは、分布
帰還（ＤＦＢ）型レーザ、あるいは、基板垂直に共振器
を構成する面発光レーザなどが好適に使用される。半導
体レーザの発振波長は、発振の縦モードに依存し、シン
グルモード発振の場合は、狭いスペクトル幅で、ある値
モード発振の場合は、比較的広いスペクトル幅で発振す
る。その際、半導体レーザのスペクトル幅を考慮して、
高調波出力を発生させない条件では、位相整合波長許容
幅との重なりが生じないように設計する必要がある。
しては、半導体レーザ基板の切断面ないしエッチング面
を利用したファブリペロー型レーザでも、あるいは、分
布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）型レーザ、あるいは、分布
帰還（ＤＦＢ）型レーザ、あるいは、基板垂直に共振器
を構成する面発光レーザなどが好適に使用される。半導
体レーザの発振波長は、発振の縦モードに依存し、シン
グルモード発振の場合は、狭いスペクトル幅で、ある値
モード発振の場合は、比較的広いスペクトル幅で発振す
る。その際、半導体レーザのスペクトル幅を考慮して、
高調波出力を発生させない条件では、位相整合波長許容
幅との重なりが生じないように設計する必要がある。
【００２９】また、半導体レーザへの変調信号はパルス
に限らず、正弦波や三角波、鋸波のように任意の波形に
対応できることは言うまでも無い。
に限らず、正弦波や三角波、鋸波のように任意の波形に
対応できることは言うまでも無い。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本出願に係る発明
によれば、高出力のレーザ光を高速に変調をかけること
ができる。特に、ゼロ値から立ち上がるような消光比の
高いレーザパルスを形成することができる特長を有す
る。そのため、様々な画像表示装置、画像形成装置、光
記録装置、計測装置などへの応用において、極めて高い
消光比やコントラスト比を達成することができる。さら
に、本発明によれば、半導体レーザの直接変調では得ら
れない波長領域、即ち、青緑色から緑色、黄緑色、黄
色、橙色にかけて、変調制御可能なレーザ光を得ること
ができるため、様々な光の波長を必要とする画像表示装
置、画像形成装置、光記録装置、計測装置などに極めて
有効な光源を提供することができる。
によれば、高出力のレーザ光を高速に変調をかけること
ができる。特に、ゼロ値から立ち上がるような消光比の
高いレーザパルスを形成することができる特長を有す
る。そのため、様々な画像表示装置、画像形成装置、光
記録装置、計測装置などへの応用において、極めて高い
消光比やコントラスト比を達成することができる。さら
に、本発明によれば、半導体レーザの直接変調では得ら
れない波長領域、即ち、青緑色から緑色、黄緑色、黄
色、橙色にかけて、変調制御可能なレーザ光を得ること
ができるため、様々な光の波長を必要とする画像表示装
置、画像形成装置、光記録装置、計測装置などに極めて
有効な光源を提供することができる。
【図１】本発明の基本的構成を表す図面である。
【図２】本発明の動作原理を説明する図面である。
【図３】本発明の動作原理を説明する図面である。
【図４】本発明の実施例に係る波長変換素子を説明する
図である。
図である。
【図５】本発明の実施例に係るパルス幅変調を説明する
図である。
図である。
【図６】本発明の実施例に係る画像表示装置を説明する
図である。
図である。
【図７】本発明の実施例に係る画像形成装置を説明する
図である。
図である。
【図８】従来例を説明する図である。
１１ 半導体レーザ
１２、５５、６２、６４ レンズ
１３ 波長変換素子
１４、３７ 基本波光カットフィルタ
１５ 駆動電源
１６、３１、３６ 基本波光
１７、３５ 高調波光
３２ 非線形結晶基板
３３ 周期的分極反転
３４ 光導波路
４１ バイアス電流
４２ 変調電流
４３ クロック周期
４４ パルス幅
４５ 光パルス高
５１、５２、５３、６１ 光源
５４ 合波器
５６、５７、６３ 光偏向器
５８ 被投射面
５９ 画素スポット
６５ 被画像形成面
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2C362 AA03 AA04 AA61
2K002 AA06 AB12 BA03 CA02 CA03
CA26 EA07 EA28 FA26 FA27
GA04 HA20
5F073 AA65 AA72 AB23 BA07 CA05
CA07 GA04
Claims (20)
- 【請求項１】 半導体レーザ光源と、前記半導体レーザ
光源が出射する出力光の波長を高調波に変換する非線形
光学材料からなる波長変換素子とを有する高調波光源装
置であって、 前記半導体レーザ光源は、バイアス電流により出力する
第１の出力光と前記バイアス電流と変調電流とが重畳さ
れた電流により出力する第２の出力光とを前記出射する
ことができ、 前記第１の出力光の波長と前記第２の出力光の波長は異
なり、 前記第１の出力光の波長と前記第２の出力光の波長の何
れか一方の波長は前記波長変換素子の位相整合波長許容
範囲幅の範囲内の波長であり、他方の波長は前記波長変
換素子の位相整合波長許容範囲幅の範囲外の波長であ
る、ことを特徴とする高調波光源装置。 - 【請求項２】 半導体レーザの出力光を非線形光学材料
から構成される波長変換素子に入射させて高調波を発生
させる光源装置の駆動方法であって、該半導体レーザは
バイアス電流に変調電流が重畳された駆動電流によって
出力光変調を受け、バイアス電流での該半導体レーザの
発振波長は、該波長変換素子の位相整合波長許容幅外に
位置しており、該バイアス電流に変調電流が加わった時
点で、該半導体レーザの発振波長は、該波長変換素子の
位相整合波長許容幅内に位置することを特徴とする高調
波光源装置の駆動方法。 - 【請求項３】 半導体レーザの出力光を非線形光学材料
から構成される波長変換素子に入射させて高調波を発生
させる光源装置の駆動方法であって、該半導体レーザは
バイアス電流に変調電流が重畳された駆動電流によって
出力光変調を受け、バイアス電流での該半導体レーザの
発振波長は、該波長変換素子の位相整合波長許容幅内に
位置しており、該バイアス電流に変調電流が加わった時
点で、該半導体レーザの発振波長は、該波長変換素子の
位相整合波長許容幅外に位置することを特徴とする高調
波光源装置の駆動方法。 - 【請求項４】 請求項１記載の高調波光源装置におい
て、該高調波の光強度波形は、ゼロ値から所望の尖頭値
までの振幅を有する変調波形であることを特徴とする高
調波光源装置。 - 【請求項５】 請求項１記載の高調波光源装置におい
て、該波長変換素子を構成する非線形光学材料は、複屈
折位相整合により波長変換を行う強誘電体結晶であるこ
とを特徴とする高調波光源装置。 - 【請求項６】 請求項１記載の高調波光源装置におい
て、該波長変換素子を構成する非線形光学材料は、ガラ
スに分極処理を施した非線形光学材料であることを特徴
とする高調波光源装置。 - 【請求項７】 請求項１記載の高調波光源装置におい
て、該波長変換素子を構成する非線形光学材料は、有機
材料であることを特徴とする高調波光源装置。 - 【請求項８】 請求項１記載の高調波光源装置におい
て、該波長変換素子を構成する非線形光学材料は、周期
的分極反転構造を有することを特徴とする高調波光源装
置。 - 【請求項９】 請求項１記載の高調波光源装置におい
て、該波長変換素子を構成する非線形光学材料は、光共
振器構造を有することを特徴とする高調波光源装置。 - 【請求項１０】 請求項１記載の高調波光源装置におい
て、該波長変換素子は、光導波路を備えた非線形光学材
料であることを特徴とする高調波光源装置。 - 【請求項１１】 請求項１記載の高調波光源装置におい
て、該半導体レーザは、発振波長９８０ｎｍから１２０
０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする高調波光源装
置。 - 【請求項１２】 請求項１１記載の高調波光源装置にお
いて、該半導体レーザは、ＩｎＧａＡｓ歪量子井戸を活
性層に含む半導体レーザであることを特徴とする高調波
光源装置。 - 【請求項１３】 請求項１１記載の高調波光源装置にお
いて、該半導体レーザは、ＧａＩｎＮＡｓ系化合物半導
体を活性層に含む半導体レーザであることを特徴とする
高調波光源装置。 - 【請求項１４】 請求項１１記載の高調波光源装置にお
いて、該半導体レーザは、ＧａＡｓＳｂ系化合物半導体
を活性層に含む半導体レーザであることを特徴とする高
調波光源装置。 - 【請求項１５】 請求項１記載の高調波光源装置におい
て、該半導体レーザは、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体を
活性層に含む半導体レーザであることを特徴とする高調
波光源装置。 - 【請求項１６】 請求項１記載の高調波光源装置におい
て、該半導体レーザは出射端面を共振器鏡としたファブ
リペロー型半導体レーザであることを特徴とする高調波
光源装置。 - 【請求項１７】 請求項１記載の高調波光源装置におい
て、該半導体レーザは導波形グレーティングを共振器鏡
とした分布ブラッグ反射型あるいは分布帰還型の半導体
レーザであることを特徴とする高調波光源装置。 - 【請求項１８】 請求項１ないし１７のいずれかに記載
の高調波光源装置あるいはその駆動方法を用いたことを
特徴とする画像表示装置。 - 【請求項１９】 請求項１ないし１７のいずれかに記載
の高調波光源装置あるいはその駆動方法を用いたことを
特徴とする画像形成装置。 - 【請求項２０】 請求項１ないし１７のいずれかに記載
の高調波光源装置あるいはその駆動方法を用いたことを
特徴とする光記録装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002102702A JP2003295243A (ja) | 2002-04-04 | 2002-04-04 | 高調波光源装置、その駆動方法、およびそれを用いた画像表示装置、画像形成装置、光記録装置 |
| US10/404,057 US6987785B2 (en) | 2002-04-04 | 2003-04-02 | Harmonic generator, method for driving harmonic generator, image-displaying apparatus, image-forming apparatus, optical storage apparatus that employs harmonic generator |
| US11/156,464 US20050226285A1 (en) | 2002-04-04 | 2005-06-21 | Harmonic generator, method for driving harmonic generator, image-displaying apparatus, image-forming apparatus, optical storage apparatus that employs harmonic generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002102702A JP2003295243A (ja) | 2002-04-04 | 2002-04-04 | 高調波光源装置、その駆動方法、およびそれを用いた画像表示装置、画像形成装置、光記録装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003295243A true JP2003295243A (ja) | 2003-10-15 |
Family
ID=29242354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002102702A Withdrawn JP2003295243A (ja) | 2002-04-04 | 2002-04-04 | 高調波光源装置、その駆動方法、およびそれを用いた画像表示装置、画像形成装置、光記録装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6987785B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003295243A (ja) |
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| JP2008116968A (ja) * | 2006-11-07 | 2008-05-22 | Korea Electronics Telecommun | レーザディスプレイ光源として使われる特定光源の変調装置及びその変調方法 |
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| JP2013003476A (ja) * | 2011-06-21 | 2013-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | 液晶パネルの輝点欠陥黒化方法及び装置 |
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|---|---|---|---|---|
| JPWO2005083854A1 (ja) * | 2004-02-27 | 2007-11-29 | 松下電器産業株式会社 | コヒーレント光源およびその制御方法、並びにそれらを用いたディスプレイ装置およびレーザディスプレイ |
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