JPWO2007013608A1 - レーザ光源およびディスプレイ装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、固体レーザ光源において、複数の半導体レーザ（２）と、固体レーザ（４）と、波長変換素子としての非線形材料（３）と、前記固体レーザの一方の面に形成された反射コート（５）と、前記非線形材料（３）の一方の面に形成された反射コート（６）とを備え、前記両反射コートの間に、前記固体レーザと前記波長変換素子とを配置してレーザ共振器を構成し、前記複数の半導体レーザにより励起される、前記固体レーザ（４）における複数の励起部（８）を互いに３００μｍ以上離したものであり、これによりレーザ発振の横モード間の干渉がなくなり、安定な高出力が得られる高出力で安定な小型の固体レーザ光源を提供することができるものである。

Description

本発明は、レーザ光源およびディスプレイ装置に関し、特に安定して高出力で動作するマイクロチップレーザ光源とそれを用いたディスプレイ装置に関するものである。
固体レーザを用いたマイクロチップレーザは、光源の小型化を可能にする。マイクロチップレーザとは、半導体レーザ励起の固体レーザで、その共振器長を数ｍｍ程度に短くしたものである。一般に固体レーザの共振器を短くすると、非特許文献１に示すように、出力安定性が図れる。さらに、マイクロチップレーザと波長変換素子を組み合わせて、緑色光の発生を行っているものがある（非特許文献２）。また、特許文献１に示すように高出力化のため、半導体レーザアレイと固体レーザと非線形結晶を組み合わせて高出力の緑色光発生を行っているものがある。
また特許文献２には、２次元のアレイ状に固体レーザを並べた構成で高出力化を図る方法も示されている。
特開２００４−１１１５４２ 特開平９−２４６６４８ Journal of Optical Society of America B Vol. 11, pp436-445, 1994 Optics Communications 105(1994) p183-87
しかしながら、従来の半導体レーザ励起の固体レーザと波長変換素子を組み合わせた構成では、出力の安定性が十分得られない。特に外部の温度変化が発生した場合に固体レーザ共振器内の横モードの不安定性により出力変動が生じるという問題があった。また、波長変換素子においても、温度上昇により位相整合波長が変化するため、熱による出力不安定現象が発生してしまうという問題があった。
本発明は、前記従来の問題を解決し、さらに、安定した横モードでレーザ発振する高出力のレーザ光源を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、レーザディスプレイ用のレーザ光源として、安定した横モードと高出力特性に優れたレーザ光源を実現することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明に係るレーザ光源は、複数の半導体レーザと、固体レーザ媒質と、波長変換素子と、前記固体レーザ媒質の一方の面に形成された第1の反射層と、前記波長変換素子の一方の面に形成された第２の反射層と、を備え、前記第1と第２の反射層の間に、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子とが配置され、前記第1の反射層と第２の反射層は、両反射端面がほぼ平行なレーザ共振器を構成し、前記複数の半導体レーザにより前記固体レーザ媒質の複数の励起部が励起され、前記複数の励起部が互いに３００μｍ以上離れている、ことを特徴とするものである。
これにより、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができる。
また、本発明に係るレーザ光源は、３以上の半導体レーザと、固体レーザ媒質と、波長変換素子と、前記固体レーザ媒質の一方の面に形成された第1の反射層と、前記波長変換素子の一方の面に形成された第２の反射層と、を備え、前記第1と第２の反射層の間に、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子とが配置され、前記第1の反射層と第２の反射層は、両反射端面がほぼ平行なレーザ共振器を構成し、前記３以上の半導体レーザにより前記固体レーザ媒質の３以上の励起部が励起され、前記３以上の励起部は、同一直線上に位置しないよう配置されている、ことを特徴とするものである。
これにより、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができる。
また、本発明に係るレーザ光源は、複数の半導体レーザと、固体レーザ媒質と、波長変換素子と、前記固体レーザ媒質の一方の面に形成された第1の反射層と、前記波長変換素子の一方の面に形成された第２の反射層と、を備え、前記第1と第２の反射層の間に、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子とが配置され、前記第1の反射層と第２の反射層は、両反射端面がほぼ平行なレーザ共振器を構成し、前記複数の半導体レーザにより前記固体レーザ媒質の複数の励起部が励起され、前記複数の励起部が互いに熱分離機構により分離されている、ことを特徴とするものである。
これにより、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができる。
また、上記レーザ光源において、前記波長変換素子が複数の非線形光学結晶からなることが好ましい。この場合、各非線形光学結晶を組成などが若干異なるものとすることにより、波長の異なる複数のレーザ光を発生することができ、スペックルノイズの低減を図ることができる。
また、上記レーザ光源において、前記波長変換素子が一つの非線形光学結晶からなることが好ましい。この場合、波長変換素子の構成を簡単にすることができる。
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ媒質が複数の固体レーザ結晶からなることが好ましい。この場合、各固体レーザ結晶を組成などが若干異なるものとすることにより、波長の異なる複数のレーザ光を発生することができ、スペックルノイズの低減を図ることができる。
また、上記レーザ光源において、前記複数の固体レーザ結晶は、その組成または材質の少なくともいずれかが異なるものであることが好ましい。
また、上記レーザ光源において、前記励起部は３以上あり、各隣接する励起部の間隔が互いに異なっていることが好ましい。この場合、各励起部での温度が異なるものとできる。これにより、温度の異なる励起部では、波長の異なるレーザ光が発生することとなり、スペックルノイズの低減を図ることができる。
また、上記レーザ光源において、さらにヒートシンクを備え、前記ヒートシンクの表面には段差が形成され、前記少なくともいくつかの半導体レーザは、前記ヒートシンク上の段差により異なる高さに位置するよう前記ヒートシンク上に実装されていることが好ましい。この場合、固体レーザ媒質における隣接する励起部間の距離を、固体レーザ媒質の大きさを変えずに広げることが可能である。
また、上記レーザ光源において、前記半導体レーザ及び前記固体レーザ媒質がそれぞれヒートシンクを備えたものであることが好ましい。この場合、固体レーザや半導体レーザで発生する熱を十分外部に放熱できるため、レーザ光源の小型化が可能となる。
また、上記レーザ光源において、前記半導体レーザと前記固体レーザ媒質は、互いのヒートシンクが分離されているものであることが好ましい。この場合、半導体レーザと前記固体レーザ媒質との間での熱の影響を低減でき、より放熱効果を高めることができる。
また、上記レーザ光源において、前記レーザ共振器は、前記固体レーザ媒質における複数の励起部の間に配置されたヒートシンク部を備えていることが好ましい。この場合、固体レーザ媒質における励起部間での熱の影響を低減でき、励起部の放熱効果をより高めることができる。
また、上記レーザ光源において、前記レーザ共振器は、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子との間に配置された熱分離層を有することが好ましい。この場合、固体レーザ媒質と前記波長変換素子との間での熱の影響を低減でき、より放熱効果を高めることができる。
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ媒質はセラミック材料からなり、前記固体レーザ媒質における複数の励起部の少なくとも１つは、材質または組成の少なくとも一方が、他の励起部とは異なり、前記少なくとも１つの励起部からは、他の励起部とは異なる波長のレーザ光を発生することが好ましい。この場合、組成などの異なる励起部では、波長の異なるレーザ光が発生することとなり、スペックルノイズの低減を図ることができる。
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ媒質の複数の励起部は、それぞれ発振状態において異なる温度を有し、前記温度差により互いに異なる発振波長または発振スペクトルを有するレーザ光を発振することが好ましい。この場合、温度の異なる励起部では、波長の異なるレーザ光が発生することとなり、スペックルノイズの低減を図ることができる。
また、上記レーザ光源において、さらに光フィードバック素子を備え、前記光フィードバック素子により前記半導体レーザの発振波長が固定されることが好ましい。この場合、外部温度が変化しても、発振波長は変動しないので、固体レーザ媒体の励起を安定に行うことができ、外部温度の変動による出力の変動を大幅に抑えることができる。
また、上記レーザ光源において、前記光フィードバック素子が体積グレーティング、あるいは波長選択フィルタであることが好ましい。
また、上記レーザ光源において、さらにファイバーアレイを有し、前記複数の半導体レーザからの光が前記ファイバーアレイを介して前記固体レーザ媒質に導入されて、該固体レーザ媒質を励起することが好ましい。この場合、励起用半導体レーザの配置の自由度を大きくすることができる。
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ媒質または前記波長変換素子の少なくとも一方が、前記励起光源からの励起光の光軸に対して傾斜した端面を有していることが好ましい。この場合、偏光分離特性の向上により出力の安定性を向上させることができる。
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ媒質または前記波長変換素子の少なくとも一方が有する傾斜した端面が前記励起光の光軸となす角度は、前記固体レーザ媒質の発振波長に対するブリュースター角となっていることが好ましい。この場合、偏光分離特性の向上により出力の安定性を向上させることができる。
また、上記レーザ光源において、前記波長変換素子は非線形光学結晶であり、前記非線形光学結晶が周期状の分極反転構造を有するＭｇ、Ｚｎ，Ｉｎ、Ｓｃの何れかを含むＬｉＮｂＯ3であり、かつ前記非線形光学結晶の厚みが１ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、共振器長を短くして安定したレーザ発振を行うことができる。
また、上記レーザ光源において、前記非線形光学結晶に形成された分極反転構造の周期が、前記非線形光学結晶内で分布を持っていることが好ましい。この場合、分極反転構造の周期の分布により、波長変換素子内での温度分布により位相整合条件が部分的に異なるのを抑えることができる。
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ媒質は固体レーザ結晶であり、前記固体レーザ結晶のいずれかの対向する側面が非平行であることが好ましい。この場合、固体レーザ媒質の両側面間での異常なレーザ発振を抑えることができる。
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ媒質は固体レーザ結晶であり、前記固体レーザ結晶の端面には、溝が前記隣接する励起部間に位置するよう形成されていることが好ましい。この場合、固体レーザ媒質における、励起部の配列方向での異常なレーザ発振を抑えることができる。
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ結晶の端面に形成された溝と、該固体レーザ結晶の、励起光の光軸と平行な側面とが非平行であることが好ましい。この場合、固体レーザ媒質の両側面間での異常なレーザ発振をより一層抑えることができる。
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ結晶の端面に、前記半導体レーザからの光が斜めに入射するよう、前記半導体レーザを傾けて配置することが好ましい。この場合、固体レーザ媒質の光入射端面で反射された光が半導体レーザの活性層に戻るのを抑えることができ、半導体レーザの出力の安定化と長寿命化を図ることができる。
本発明に係るレーザ光源は、励起光源と、固体レーザ媒質と、波長変換素子と、を備え、前記固体レーザ媒質は、前記励起光源により励起されることで、複数のレーザ光を発生し、前記波長変換素子は複数の波長変換部を備え、前記複数のレーザ光は、前記波長変換素子の異なる波長変換部で短波長光に変換され、前記波長変換部は、互いに１００μｍ以上離れている、ことを特徴とするものである。
これにより、波長変換素子における隣接する波長変換部間での熱的影響を緩和して波長変換を安定に行うことができる。
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ媒質がファイバーレーザであることが好ましい。この場合、励起光源の配置の自由度が大きくなり、励起光源を固体レーザ媒質から十分離して配置することもできる。
また、上記レーザ光源において、前記ファイバーレーザからのレーザ光が複数のレーザビームに分割されていることが好ましい。この場合、１つの励起光源により固体レーザ媒質に複数の励起部を発生させることができる。
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ媒質が複数のファイバーレーザからなることが好ましい。この場合、特性の異なるファイバーレーザを用いることにより、各励起部で発生されるレーザ光の発振波長や波長スペクトルを簡単に変えることができる。
また、上記レーザ光源において、前記複数のファイバーレーザからのレーザ光のうち、少なくとも１つが異なる発振波長または異なる波長スペクトルを有することが好ましい。この場合、スペックルノイズを低減することが可能となる。
また、上記レーザ光源において、前記波長変換素子が周期状の分極反転構造を備えた非線形光学結晶からなることが好ましい。この場合、分極反転構造の周期に分布を持たせることにより、波長変換素子内での温度分布により位相整合条件が部分的に異なるのを抑えることができる。
また、上記レーザ光源において、前記波長変換素子が複数の非線形光学結晶からなることが好ましい。この場合、各非線形光学結晶を組成などが若干異なるものとすることにより、波長の異なる複数のレーザ光を発生することができ、スペックルノイズの低減を図ることができる。
また、上記レーザ光源において、前記波長変換素子が一つの非線形光学結晶からなることが好ましい。この場合、波長変換素子の構成を簡単にすることができる。
また、上記レーザ光源において、前記波長変換素子は非線形光学結晶であり、前記非線形光学結晶が周期状の分極反転構造を有するＭｇ、Ｚｎ，Ｉｎ、Ｓｃの何れかを含むＬｉＮｂＯ3であり、かつ前記非線形光学結晶の厚みが１ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、共振器長を短くして安定したレーザ発振を行うことができる。
また、上記レーザ光源において、前記非線形光学結晶に形成された分極反転構造の周期が、前記非線形光学結晶内で分布を持っていることが好ましい。この場合、分極反転構造の周期の分布により、波長変換素子内での温度分布により位相整合条件が部分的に異なるのを抑えることができる。
また、本発明に係るディスプレイ装置は、上記レーザ光源と、コリメート光学系と、均一化光学系と、２次元画像変換デバイスと、を備え、前記レーザ光源からの複数のレーザビームは、前記均一化光学系により面内強度分布が均一化され、前記２次元画像変換デバイスにより画像に変換される、ことを特徴とするものである。
これにより、スペックルノイズを低減できる高画質のディスプレイ装置を実現できる。
また、上記ディスプレイ装置において、前記均一化光学系がロッドプリズムから構成されていることが好ましい。
また、上記ディスプレイ装置において、さらに光学素子を備え、前記ロッドプリズムに入射するレーザ光の偏向、位相、偏光の少なくともいずれかを前記光学素子により変調することが好ましい。この場合、スペックルノイズを、レーザ光の偏向などを変調することにより低減することができる。
本発明に係るレーザ光源によれば、固体レーザを複数の半導体レーザで励起することで、固体レーザでの励起部を複数に分散させることができ、しかも、複数の励起部を互いに所定距離以上離して配置する、あるいは一直線上に位置しないよう配置することで、固体レーザで発生する熱レンズ効果の影響を制御し、安定した高出力のマルチビームを実現することができる。
また、本発明に係るレーザ光源によれば、固体レーザにおける複数の励起部を互いに熱分離機構により分離して該複数の励起部でのレーザ発振の相互作用を抑圧することで、各励起部での安定したビーム出力を保つことができ、これにより、より安定な光源が実現できる。
また、本発明に係るレーザ光源によれば、複数の波長変換部でレーザ光を波長変換するようにし、該複数の波長変換部を互いに所定距離だけ離すことで、高出力の短波長光を発生できる。
さらに、本発明によれば、出力安定化のために固体レーザ共振器構造の最適設計を行うことで、縦モードをより少なく抑えて安定化させる共振器構造を実現することができる。
さらに、本発明によれば、外部の温度変動に対して、固体レーザの発振を安定に保持することができるレーザ光源を得ることができる。
さらに、本発明のレーザ光源をディスプレイ装置に用いることで、出力安定化と同時にスペックルノイズの低減を図ることが可能となり、高画質のディスプレイを実現できるという効果が得られる。
図１は、本発明の実施の形態１によるレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその上面図であり、図（ｂ）は、該レーザ光源を用いたディスプレイ装置の構成図である。 図２は、本発明の実施の形態２に係るレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図、図（ｃ）は、該レーザ光源における固体レーザの温度分布を説明する図である。 図３は、上記実施の形態２を説明するための図であり、共振器長とレーザ出力の出力変動との関係を示す特性要因図（図（ａ））、及び各種非線形材料の結晶長と効率との関係を示す特性要因図（図（ｂ））である。 図４は、本発明の実施の形態２によるレーザ光源の他の例を説明する図であり、図（ａ）はその上面図、図（ｂ）、図（ｃ）は側面図である。 図５は、本発明の実施の形態３によるレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図６は、本発明の実施の形態３によるレーザ光源の他の例を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図７は、本発明の実施の形態３によるレーザ光源の他の例を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図８は、本発明の実施の形態６によるレーザ光源を示す表面図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図１０は、本発明の実施の形態１０によるレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図１０は、本発明の実施の形態１１に係るレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図１１は、本発明の実施の形態１１に係るレーザ光源の他の例を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図１２は、本発明の実施の形態２によるレーザ光源におけるレーザ結晶の例（図（ａ），図（ｂ），図（ｃ））を説明する図である。 図１３は、本発明の実施の形態５によるレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図１４は、本発明の実施の形態２によるレーザ光源のレーザ結晶の一構成例（図（ａ））及び他の構成例（図（ｂ））を示す図である。 図１５は、本発明の実施の形態４によるレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図１６は、本発明の実施の形態１２によるレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその全体図であり、図（ｂ）はその部分拡大図である。 図１７は、本発明の実施の形態１２に係るレーザ光源の他の例を説明する部分拡大図である。 図１８は、本発明の実施の形態７によるレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図１９は、本発明の実施の形態８によるレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図２０は、本発明の実施の形態９によるレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図２１は、本発明の実施の形態１０によるレーザ光源の他の例を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図２２は、本発明の実施の形態１０によるレーザ光源の他の例を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図２３は、本発明の実施の形態１３によるディスプレイ装置を説明する構成図である。
符号の説明
１ ヒートシンク
２ 半導体レーザ
３ 非線形光学材料
４ 固体レーザ
５ 反射コート
６ 反射コート
７，７４，７５ ヒートシンク
８ 励起部
１０ 体積グレーティング
１１ レーザ光
１２ 熱分離層
１０１ ロッドプリズム
１０２ ＳＬＭ
１０３ａ〜１０３ｃ、１０３ｇ，１０３ｉ〜１０３ｋ，１０３ｍ，１０３ｎ，１０３ｐ〜１０３ｖ レーザ光源
１０４ 光学素子
１０５ レンズ
１１１ 半導体レーザ
１１２ 半導体レーザ
１１３ 励起部
１２１，１２２，１２３，１２４ 側面
１２５ 励起部
１２６ レーザ発振
１２７ 溝
１３１，１３２ マイクロレンズアレイ
１３３ 波長フィルター
１４１，１４２，１４３ 励起部
１４４ レーザ結晶Ａ
１４５ レーザ結晶Ｂ
１４６ レーザ結晶Ｃ
１５１ コア
１５２ 半導体レーザ
１５３ ファイバー
１５４ ファイバーアレイ
１６１ ファイバー
１６４，１６５ 反射コート
１６６ 変換部
１６７ ポンプ光源
１６８ ファイバーレーザ
１７１ ファイバー
１７２，１７３ 無反射コート
１８１，１８２ 非線形材料
２０１ 非線形材料
２０２ 固体レーザ
２１１ 体積グレーティング
２１２ 熱分離層
２１３ ヒートシンク
２２１ 透明ヒートシンク
２０００ ディスプレイ装置
２００１ 緑色光源
２００２ 青色光源
２００３ 赤色光源
２００４ ダイクロイックミラー
２００５ 走査ミラー
２００６ 拡散板
２００７ フィールドレンズ
２００８ ＳＬＭ
２００９ 投射レンズ
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１によるレーザ光源を説明する図であり、図１（ａ）は、その上面図であり、図１（ｂ）は、該レーザ光源を用いたディスプレイ装置の構成図である。
この実施の形態１によるレーザ光源１０３ａは、複数の半導体レーザチップ（以下半導体レーザともいう。）２と、固体レーザ４と、波長変換素子としての非線形材料３とを備え、前記固体レーザ４は、前記半導体レーザにより励起されることで複数のレーザ光を発生し、前記非線形材料は複数の波長変換部を備え、前記複数のレーザ光は、前記非線形材料の異なる波長変換部で短波長光に変換され、前記波長変換部は、互いに１００μｍ以上離れている。
図１（ａ）に示すように、この実施の形態１のレーザ光源１０３ａでは、複数の半導体レーザ２がヒートシンク１上に半田で固定されている。該複数の半導体レーザ２は一定間隔隔てて配置され、それぞれ８０８ｎｍ近傍の発振波長を有している。
次に動作、及び作用効果について説明する。
各半導体レーザ２から出た光は、固体レーザ４を励起する。このとき、固体レーザ４にて各半導体レーザ２からの光により励起される複数の励起部８は、互いに１００μｍ以上離れている。固体レーザ４は１．０６μｍ近傍の光を発生し、該固体レーザ４の光出射側に配置された非線形材料３は、固体レーザ４で発生した光を波長０．５３μｍのレーザ光１１に変換する。ここで上記非線形材料３は非線形光学結晶であり、波長変換素子を構成している。この波長変換素子では、レーザ光は異なる波長変換部で短波長光に変換され、前記波長変換部は、互いに１００μｍ以上離れている。また、上記固体レーザ４と非線形材料３は反射コート５，６に挟まれて共振器構造を形成しており、半導体レーザで励起された固体レーザは、共振器内でのレーザ発振を起こさせる。発振したレーザ光を非線形材料３により高調波に波長変換することで波長０．５３μｍのレーザ光１１として緑色光の発生が可能となる。
このレーザ光源を用いたディスプレイを図１（ｂ）に示す。図においてレーザ光源１０３ａから出力された光は、光学素子１０４を通った後、ロッドプリズム１０１に入射する。該ロッドプリズム１０１に入射した光は、ロッドプリズム内で矩形状にその強度分布を整形した後、２次元画像変換スイッチであるＳＬＭ１０２で画像変換されてレンズ１０５により投射される。
本発明のレーザ光源がディスプレイ装置に有効なのは以下の２つの点で優れているためである。
一つは、高出力、高安定な特性であり、もう一つはスペックルノイズが少ない点である。
高出力、高安定な特性は以下のレーザ光源の特徴の中で説明するので、ここでは、スペックルノイズの低減について詳細を述べる。
スペックルノイズとは、レーザ光のような干渉性の高い光の干渉パターンが発生する現象で、レーザ光をディスプレイ等に適用する場合、画質の劣化の原因となる。この問題を低減するため、本発明のディスプレイの構成においては光学素子１０４を用いている。光学素子は屈折率可変のマイクロ形状からなる素子で、液晶を所定の平面パターンを有する構造内に閉じ込め、交流を印加することで時間的に屈折率を変化させ、該光学素子１０４を通過する光の偏向、位相を変化させている。この構成により、レーザ光のスペックルノイズの低減が可能となる。ここでのスペックルノイズの低減は、干渉パターンを時間的に変化させる方式で、人間の目には複数の干渉パターンが高速に変化することで複数のパターンが平均化されて滑らかな画像として認識させる方法である。この方法においては、本発明のレーザ光源は有効である。このレーザ光源はマルチビーム構造で、複数のビーム、つまり出力レーザ光が互いに所定の距離だけ離れているため、ロッドプリズム１０１にレーザ光が異なる角度で入射される。複数のレーザ光源からの光が異なる角度でプリズムに入射すると、スクリーンでの光の干渉パターンが複雑になるため、スペックルが多重化して抑圧効果が向上する。
また、複数のレーザ光を異なる周波数で発光させる方法も干渉パターンの変化に有効である。この場合の周波数は画像を切り替える周波数よりも十分速くする必要があり、励起用の半導体レーザ２からのレーザ光を変調することで可能となる。
さらに、固体レーザの２つの反射コート５及び６は、一方の反射コート６が緑色光を全反射し、他方の反射コート５が緑色光を透過するように設計する。これによって、レーザ光１１は非線形光学結晶３から直接外部に出た光と、反射コート６で一度反射された光の和となる。このためレーザビームはそれぞれ２つのビームから構成されており、それらがロッドプリズム内で強度分布を整形されることでより複雑な干渉パターンを構成し、効果的にスペックルノイズを低減できる。
さらに、波長変換素子における波長変換部の距離が、高出力化には重要である。周期状の分極反転構造による高効率波長変換が可能なＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴａＯ３、ＫＴＰまたはこれらのストイキオメトリックな材料系では、高い非線形性による高効率な波長変換が可能である。ところが、出力が１Ｗを越える第２高調波発生で可視光を発生する場合に、出力が不安定になる現象が見いだされた。その原因は、発生した可視光と基本波による第３高調波発生により波長４００ｎｍ以下の紫外光が発生すると、可視光の吸収が増大することによるものである。即ち、発生した可視の高調波の吸収により熱が発生し、変換効率が時間的、部分的に変化することで出力が不安定になる現象である。これを防止するには、波長変換素子における変換部分を複数に分離し、変換部分における可視光の発生出力を限定するとともに、隣接する波長変換部分の距離を保つことで、変換部分で発生する熱を抑圧することが重要である。
まず変換部分での可視光の発生としては、数Ｗ以下に抑える必要がある。信頼性を含めると１〜２Ｗ程度以下に抑えることで、出力の不安定性、変換効率の経年変化を抑圧できることが判明した。一方、熱的な影響を抑えるには、波長変換部分の間隔を１００μｍ以上に離すのが好ましいことが実験的に分かった。実験ではＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３結晶を用いて、２つの波長変換部で波長５３０ｎｍ近傍の緑色光を発生させた場合、変換部の距離が５０μｍ以下になると、安定した最大出力は合計で２Ｗ以下しか得られなかった。これは、変換部での発熱が互いに影響したことで、出力が不安定になったためと考えられる。変換部の距離を１００μｍ以上にすると最大出力を合計で３Ｗ以上にしても安定な出力が得られた。また数１００時間の耐性実験を行っても、変換効率、出力に変化はなかった。この結果より変換部の間隔は１００μｍ以上が好ましいことが明らかになった。
さらに、複数の結晶を用いて、基本波を波長変換すると、互いの熱的な影響がなくなり有効である。この場合は、一つの結晶での可視光発生の強度を数Ｗ以下に抑えるのみでよい。
さらに、複数のレーザビームからなる本発明のレーザ光源を用いたディスプレイ装置は、高い信頼性を実現できる。ポンプ用の半導体レーザおよび固体レーザ部分を複数用意することで、例えば、一部のレーザが劣化した場合に、他のレーザでその出力を補うことができる。このため、ディスプレイの長寿命化、信頼性向上に有効である。さらに、レーザ光源としては、ひとつの光源で出力可能な最大値に対して余裕をもたせることで、全体の寿命が向上する。さらにいずれかのレーザが劣化した場合、他のレーザ出力を上げることで、輝度を確保できる。また、予備のレーザを備えて、一部のレーザが劣化した場合に全体の出力を補うことも可能である。このように、マルチビーム構造にすることで、ディスプレイ用光源の信頼性を大幅に向上できる。
このように本実施の形態１によるレーザ光源１０３ａでは、複数の半導体レーザ２と、固体レーザ４と、波長変換素子を構成する非線形材料３と、前記固体レーザの一方の面に形成された反射コート５と、前記非線形材料３の一方の面に形成された反射コート６と、を備え、前記複数のレーザ光は、前記波長変換素子の異なる波長変換部で短波長光に変換され、前記波長変換部は、互いに１００μｍ以上離れているので、隣接する波長変換部間での熱的影響を緩和して、波長変換を安定に行うことができる。
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２に係るレーザ光源を説明する図であり、図２（ａ）はその表面図であり、図２（ｂ）はその側面図であり、図２（ｃ）は固体レーザの温度分布を説明するための図である。
図２において、１０３ｂは本実施の形態２によるレーザ光源であり、このレーザ光源１０３ｂは、複数の半導体レーザ２と、固体レーザ４と、波長変換素子を構成する非線形材料３と、前記固体レーザの一方の面に形成された反射コート５と、前記非線形材料３の一方の面に形成された反射コート６と、を備え、前記両反射コートの間に、前記固体レーザと前記波長変換素子とが配置され、前記両反射コートはほぼ平行に配置されてレーザ共振器を構成し、前記複数の半導体レーザにより前記固体レーザの複数の励起部８が励起され、前記複数の励起部８が互いに３００μｍ以上離れている。
ここで、半導体レーザ２はヒートシンク１上に固定されている。固体レーザ４と非線形光学材料３とは接合され、非線形材料３の光出射面には反射コート５が、固体レーザ４の光入射面には反射コート６が施されて、レーザ共振器が構成されている。
次に動作、及び作用効果について説明する。
半導体レーザ２から出力したレーザ光（波長８０８ｎｍ）は固体レーザ４を励起し、固体レーザ４は１．０６μｍ近傍の光を発生する。この１．０６μｍの光はレーザ共振器内で非線形光学材料３により波長変換され、波長０．５３μｍの緑色のレーザ光１１となって外部に出射される。ここで固体レーザと非線形光学材料とは一つの材料から構成されており、構造の簡素化が図れている。また、高出力化には、レーザ共振器から出力されるビームスポットを増やすことで対応できる。
このような固体レーザを安定に発振するには、共振器内でのレーザ発振を安定化させる必要があり、レーザ発振の縦モードおよび横モードの安定化が重要である。
縦モードはレーザ共振器内での発振スペクトルの多さであり、マルチモードとなって発振スペクトルが増大すると不安定となる。マイクロチップレーザは、共振器長を短くすることで発振モードを抑圧して出力の安定化が図れる。実際にはレーザ共振器の光学長を４ｍｍ以下にすることでマルチモード発生の抑圧が可能になる。共振器長を変えて出力の安定性を実験した結果を図３（ａ）に示すが、レーザ媒質の屈折率が２程度のとき共振器長が２ｍｍ以上になると光学長が４ｍｍ以上になり出力変動が増大した。
一方、レーザ共振器には、固体レーザと非線形光学結晶とが必要であり、これらを合わせた共振器の長さを２ｍｍ以下にする必要がある。ところが、非線形結晶からなる波長変換素子の長さは変換効率に比例するため、該素子を短くすると変換効率が低下する。図３（ｂ）は高効率な非線形材料の変換効率と素子長（結晶長）の関係を示したものである。ポンプする固体レーザの出力を１Ｗ程度としたとき、最大の変換効率を得るには、図３（ｂ）に示した最大変換効率が得られる値程度の結晶長が必要となる。
このときの結晶長としてはＫＴＰで４ｍｍ、周期分極反転構造を形成したＬｉＴａＯ3（ＰＰＬＴ）で０．８ｍｍ、周期分極反転構造を形成したＫＴＰ（ＰＰＫＴＰ）で０．５ｍｍ、周期分極反転構造を形成したＬｉＮｂＯ3（ＰＰＬＮ）で０．２５ｍｍ必要である。固体レーザの結晶長が０．５ｍｍ程度であるため、共振器長を２ｍｍ以下にするには、従来使用されているＫＴＰでは最大効率が得られない。ＰＰＬＴ，ＰＰＫＴＰ，ＰＰＬＮといった周期状の分極反転構造を有する結晶を用いて初めて安定な出力特性が得られた。
中でもＰＰＬＮは非常に高い変換効率を有するため、共振器長を短くでき安定性、高効率特性が最も優れていた。しかしながらＰＰＬＮには、光損傷の問題があり、高出力の緑色光を安定に得るのが難しいという問題があった。これを解決するためＭｇドープしたＬｉＮｂＯ3を用いると、光損傷の問題は無くなり、固体レーザ結晶と合わせても１ｍｍ以下の共振器長が実現できた。このため、出力の安定性は大幅に増大し、外部の温度変化に対しても安定な動作が得られた。
また本発明のレーザ光源の構成は、平板状の反射コートの間でレーザ発振が行われる共振器構造をとっているため、共振器の損失は共振器長に大きく影響される。共振器長を２ｍｍ以下にすることで、共振器の損失も低減し、高効率化が可能になった。
また、非線形材料は、周期状の分極反転構造を有する結晶を用いている。非線形光学結晶の位相整合波長は分極反転周期により決定される。固体レーザの励起部を複数設けて同時に励起する構成では、固体レーザ部分の温度上昇が発生する。この温度上昇は、各励起部で発生するが、各励起部間で温度分布が発生する。具体的には、非線形光学結晶の中央に近い励起部は、その端部に位置するものに比べて温度が高くなる。この温度は非線形光学結晶にも伝わるので、非線形光学結晶の位相整合条件が部分的に異なることになり、全体の変換効率が低下する。これを解決するため、分極反転周期は非線形光学結晶にて部分的に分布を持たせて設計することが望ましい。非線形光学結晶の中央部は温度が高くなるので周辺部より分布反転周期を短く設計するのが好ましい。
一方、横モードの安定性が出力安定性には重要である。そのため、本発明では固体レーザでのレーザ発振がそれぞれ独立して互いに干渉しないように励起部間隔をとっている。マイクロチップレーザは、平板状の反射コートの間でレーザ発振が行われる共振器を用いるため、励起された固体レーザ部分の熱レンズ効果を利用して共振器の安定化、低損失化を図っている。このため、固体レーザの励起部分が光学的にも、熱的にも互いに干渉すると発振が不安定になる。また励起部分が干渉すると、共振器内での光のビームスポットが拡大するので、非線形光学結晶での変換効率が低下する。このため、共振器内での横方向の干渉を十分抑える必要がある。
図２（ｃ）は固体レーザにおける横方向の温度分布を示している。図に示されるように各励起部では励起スポットを中心に温度上昇が起きる。この温度分布が横方向に分離されることで、互いの励起部での熱レンズの発生を安定化させることが可能となる。我々の検討では、励起半導体レーザの活性層の幅が５０μｍ程度の時、励起部の間隔が２００μｍ以上になると安定した発振が確認された。活性層幅が１００μｍのときは２５０μｍ以上の間隔が必要となる。半導体レーザの活性層幅は１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がさらに好ましい。活性層の幅は、固体レーザの励起部分の大きさを決定し、固体レーザで発振する横モードの大きさを決める。横モードが大きいと、共振器内のパワー密度が低下し波長変換の効率が大幅に低下する。このため、活性層の幅は５０μｍが好ましい。また、レーザ媒質としてＮｄ：ＹＶＯ4の基板を用い、基板の厚みが０．５ｍｍの場合、励起スポットの温度分布は半値全幅で３００μｍ程度の山形分布となる。それぞれの励起部のピーク温度が隣の励起部の影響により上昇しないためには、少なくとも各励起部の間隔を３００μｍ以上に設定することが望ましい。
本実施の形態２による構成のレーザ光源を作製した。半導体レーザには出力１Ｗのストライプ状のものを３つ用い、活性層の幅は５０μｍ、半導体レーザの間隔は２００μｍでそれぞれヒートシンク上に固定した。固体レーザはＮｄ：ＹＯ4であり、結晶長は０．５ｍｍ、非線形結晶は周期状の分極反転構造を有するＭｇドープＬｉＮｂＯ3で、結晶長は０．５ｍｍであった。この構成で、各ビームからの緑色光の出力は０．３Ｗ、合計で０．９Ｗの緑色光が発生した。出力は安定であり、モード等の変動による不安定性は観測されなかった。従来のＫＴＰを用いた構成では1ビームの構成で出力は０．１Ｗ程度なので、大幅な出力向上および安定性が確認された。
このことは、従来のアレイ型の半導体レーザでは、各半導体レーザにより励起される固体レーザでは、互いに励起部が干渉しレーザ発振が不安定になり、さらに固体レーザのモード広がりが生じ、波長変換の効率が低下するといった問題が生じていたが、この問題が本発明の構成で改善されたことを示す。
なお、ＭｇドープＬｉＮｂＯ3の代わりに、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｃ等をドープしたＬｉＮｂＯ3を非線形結晶として用いた場合でも、光損傷耐性は向上して高出力化が可能になった。ＰＰＭｇＬＮのさらなる特徴は、ＫＴＰで発生するグレイトラックの現象がないことである。ＫＴＰにおいては１００ｍＷ以上の高出力の可視光発生を長時間行うと、結晶にカラーセンターが発生し、特性が劣化するグレイトラックの現象が生じる。このため、高信頼性の光源を実現するのが難しい。これに対して、ＰＰＭｇＬＮは、１Ｗ程度の出力でもカラーセンターが生じることはなく、高い信頼性が得られるため、信頼性の高い光源を実現できる。
なお、固体レーザとしてはＮｄ：ＹＶＯ4，Ｎｄ：ＧｄＶＯ4が望ましい。Ｎｄのドープ量を高くできるので、吸収係数を大きくでき、マイクロチップレーザの構成が容易になる。Ｎｄ：ＹＶＯ4，Ｎｄ：ＧｄＶＯ4の好ましい点は、固体レーザの励起効率が結晶軸に対して異方性を持っているため、単一偏光でレーザ発振する点である。
非線形光学材料での波長変換は偏光依存性を持つため、単一偏光での発振は変換効率が大幅に向上する。特に周期状の分極反転構造を有する結晶は複屈折の光軸と位相整合の光軸とが一致しているため、温度による偏光の変化が少なく、単一偏光のレーザ結晶を組み合わせることで変換効率の向上が図れ、偏光の安定化が実現できる。さらに、Ｎｄ：ＹＶＯ4，Ｎｄ：ＧｄＶＯ4は異常光屈折率が２．１６５，２．１５であり、ＭｇドープのＬｉＮｂＯ3の屈折率２．１５とほぼ等しい。このため、オプティカルコンタクトまたは直接接合した場合の屈折率差が非常に小さくフレネル損失が大幅に低下するため、共振器内ロスが低下し高効率化が図れる。
固体レーザとしてはＮｄ：ＹＶＯ4に比べてＮｄ：ＧｄＶＯ4はより好ましい。Ｎｄ：ＧｄＶＯ4結晶の熱膨張係数がＭｇドープＬｉＮｂＯ3の熱膨張係数により近いため、非線形光学結晶と固体レーザ結晶を接合した場合に、結晶の温度変化により接合部に生じるひずみが小さくなる。このため、接合プロセスが容易になり、かつ外部の温度変化に対しても安定した接合が実現できるという利点がある。
また固体レーザとして、レーザ結晶の代わりにセラミックを用いたセラミックレーザ等も適用可能である。さらに、セラミックレーザは、レーザの微結晶を焼結することで作製するため、異なる結晶の混合や、その混合比に部分的に分布をつけることが容易になる。
図１４（ａ），図１４（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係るレーザ光源のレーザ結晶の構成例を示す図である。図１４（ａ）はレーザ結晶の一例の断面構造に示す。図１４（ａ）に示すように、レーザ結晶（固体レーザ）４ａは複数の励起部１４１〜１４３で励起されるものであり、励起部１４１，１４２，１４３がそれぞれ異なるレーザ結晶組成または材質で構成されている。例えば、励起部１４１はＮｄ：ＹＶＯ４、励起部１４２はＮｄ：ＧｄＶＯ４、励起部１４３はＮｄ：ＹＬＦを主材料になるように形成する。これによってレーザは、励起部１４１，１４２，１４３でそれぞれ異なる波長での発振が可能なものとなる。このような励起部で発振されたレーザを、位相整合条件をそれぞれの波長に合わせた波長変換素子で変換するようにすると、異なる発振波長を同時に発生する可視光のレーザ光源が実現できる。このレーザ光源をディスプレイ用途に用いることで、スペックルノイズは大幅に低減され、高画質なディスプレイが実現できる。なお、励起部のレーザ媒質としては、材料または組成、およびそれぞれのレーザ媒質の混合によっても発振波長を変えることができる。さらに発振波長だけでなく発振スペクトルを広げることも可能となる。発振波長を広げ、かつそれぞれの励起部が異なる波長を発生することでスペックルノイズの抑圧効果はさらに増大する。アモルファス材料は、異なる結晶の混合が容易であり、発振波長、発振特性の分布を容易に形成できる。またコストも安いため、有用である。さらに、レーザ結晶における励起部以外の部分を熱伝導の高いＹＡＧ材料などにして、励起部のみを異なる材料にすることで、放熱特性が高まり高出力でも安定な出力特性が得られる。
また、図１４（ｂ）はレーザ結晶の他の例の断面構造に示す。図１４（ｂ）に示すように、固体レーザを、異なるレーザ結晶を用いる構成も可能である。図１４（ｂ）では、固体レーザ４ｂは、異なるレーザ結晶１４４，１４５，１４６からなり、各励起部１４１，１４２，１４３がそれぞれ異なるレーザ結晶１４４，１４５，１４６内にある。これによって、各励起部では、異なるレーザ発振が可能となり、スペックルノイズの抑圧が可能となる。なお、励起部での発振波長は、これを構成するレーザ媒質の材料または組成、及びレーザ媒質の混合結晶によっても変えることができる。
このように本実施の形態２によるレーザ光源１０３ｂでは、複数の半導体レーザ２と、固体レーザ４と、波長変換素子を構成する非線形材料３と、前記固体レーザ４の一方の面に形成された反射コート５と、前記非線形材料３の一方の面に形成された反射コート６と、を備え、前記両反射コートの間に、前記固体レーザ４と前記波長変換素子３とが配置され、前記両反射コートはほぼ平行に配置されてレーザ共振器を構成し、前記複数の半導体レーザ２により前記固体レーザ４の複数の励起部８が励起され、前記複数の励起部８が互いに３００μｍ以上離れているので、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができる。
図４（ａ）は本発明の実施の形態２によるレーザ光源の他の例を示す上面図であり、図４（ｂ）はその側面図であり、図４（ｃ）はその側面図である。
これらの図に示すレーザ光源１０３ｃでは、ヒートシンク１ｃに段差を付けて、半導体レーザ２を段違いに実装している。ヒートシンクに段差を付けることで、半導体レーザ間の熱的な影響が少なくなり、それぞれの半導体レーザの発振が安定する。また表面積も大きくなるので冷却効果により半導体レーザの寿命が延びる。さらに固体レーザを立体的に配置することで、同じ大きさで固体レーザの発光点距離を大きくできるため、小型化に有効である。さらに、隣接した励起部間でレーザ発振が生じる結晶面内でのレーザ発振を抑圧することが可能となり、面内共振によるレーザの発振損失を低減できるため、効率の高い構成が実現できる。
図１２（ｃ）は、本発明の実施の形態２に係るレーザ光源のレーザ結晶の一例を示す図であり、この図を用いて、固体レーザを複数の励起部で励起する構成において、励起部の温度が異なるように設定する構成について述べる。
図１２（ｃ）では、隣接する励起部間の距離を各励起部の温度が異なるよう設定している。つまり、固体レーザ４ｆの中央に位置する励起部１４２と、その一方側に位置する励起部１４１との距離Ｌ１は、固体レーザ４ｆの中央に位置する励起部１４２と、その他方側に位置する励起部１４３との距離Ｌ２とは異なっている。
図に示したように、励起部は励起スポットで表されるが、この励起部間の距離が互いに異なる場合において励起部の温度が異なる。なお、各励起部は、固体レーザ４の側面からの距離が違うものであってもよい。その他、励起部の励起パワー密度や、励起スポットの大きさを複数の励起部で異なるように設定することも有効である。この場合は励起用半導体レーザおよび集光光学系の設計により可能になる。このような構成によって、励起部の温度を互いに異なるようにすることで、固体レーザの各励起部は発振波長がわずかに異なる波長で発振する。また温度の違いにより発振するスペクトルの形状も異なる。波長の違いは１ｎｍ以下の値であるが、互いに異なる発振波長または発振スペクトルで発振することで、波長変換された高調波の光も異なる波長またはスペクトルで発生する。この光をディスプレイ用の光源として用いることで、複数の光の干渉が低減され、干渉によって発生するスペックルノイズが低減できる。
図１２（ａ），図１２（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係るレーザ光源のレーザ結晶の他の例を示す図であり、これらの図を用いて、固体レーザでの異常なレーザ発振を抑制する構成について述べる。
図１２（ａ）において、４ｄは固体レーザであり、１２１，１２２は上記固体レーザ４ｄとしてのレーザ結晶の側面、１２３，１２４は上記固体レーザ４ｄとしてのレーザ結晶の上面，下面、１２５は固体レーザの励起部分である。
レーザ媒質としての固体レーザ４ｄを半導体レーザにより励起した場合に、励起部にて共振器長方向のレーザ発振が励起されることで、共振器を構成する反射ミラー間でレーザ光が共振する。ところが、励起光が強くなるとレーザ結晶４ｄの両側面１２１，１２２の間で異常なレーザ発振（レーザ結晶の面内共振）１２６が発生する。このようなレーザ発振が発生すると損失となるため、レーザの発振効率が大幅に低下する。本発明では固体レーザ結晶を多点で励起するため、共振器長方向と垂直な方向にレーザ発振１２６が誘起されやすい。これを防止するため、本発明では、レーザ結晶の側面１２１と側面１２２をこれらが非平行になるように設計している。このように非平行にすることで異常なレーザ発振が抑圧され安定した発振が可能となった。さらに側面を砂状にしてその面での反射率を低減するのも有効である。
また、図１２（ｂ）に示す構成の固体レーザ４ｅも有効である。図１２（ｂ）では図４に示す構成を利用して励起部１２５を交互に段違いに設定している。これによって、隣接する励起部間での相互作用による異常なレーザ発振１２６を防止できる。また、励起部間に溝１２７も形成している。溝としては側面１２１，１２２と非平行にすることでより効果が強くなる。溝によって励起部間が分断されることで面内での異常なレーザ発振を防止でき、安定な高効率が得られる。また、固体レーザ結晶に溝を入れることは、非線形光学結晶とレーザ結晶を張り合わせる場合に熱膨張の違いを緩和するのにも有効である。非線形光学結晶としてＭｇドープＬｉＮｂＯ３と、レーザ結晶とでは２倍前後の熱膨張係数の差がある。このため、結晶同士を張り合わせた後、レーザの励起等で温度が上昇すると熱膨張の違いにより接合がはがれたり、ひずみが生じる場合がある。これに対して、結晶に溝を入れると熱膨張の差による歪を吸収できるため、温度変化に強い構成が実現できる。さらに、励起部間の熱の伝導を防ぐ効果もある。
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３によるレーザ光源を説明する図であり、図５（ａ）はその表面図であり、図５（ｂ）はその側面図である。
図において、１０３ｇは、この実施の形態３によるレーザ光源であり、このレーザ光源１０３ｇは、図２に示す実施の形態２のレーザ光源１０３ｂにおいて、固体レーザ４及び波長変換素子３を冷却するヒートシンク７を備えたものであり、ここで、ヒートシンク７は、共振器部を構成する固体レーザ４及び波長変換素子３の上下に、これらに跨るよう取り付けられている。なお、その他の構成は、実施の形態２のものと同一である。
次に、作用効果について説明する。
図５に示されるレーザ光源は、固体レーザ４の上下にヒートシンク７を配置して、出力の安定化を図っている。固体レーザ４は励起半導体レーザ２の光を吸収して１．０６μｍの光に変換するが、変換効率は５０％程度であり、励起された光の半分は熱に変わる。この熱による熱レンズ効果で固体レーザでのレーザ発振を安定化させているが、隣接する励起部の影響を抑圧する必要がある。ここでは、この問題を解決するため、固体レーザ部分にヒートシンク７を設けている。ヒートシンク７により固体レーザで発生する熱を十分外部に放熱できるため、全体の小型化が可能となる。
なお、上記実施の形態３では、ヒートシンク７は固体レーザ４の上下に配置しているが、ヒートシンク７の配置はこれに限るものではない。
例えば、図５に示すレーザ光源において、さらに図６に示すように、ヒートシンク７ａを固体レーザの両側面側に、ヒートシンク７ｂを固体レーザにおける励起部間に設けることでより高い冷却能力が実現される。これによってさらなる高出力化が可能となる。
また、さらなる高出力化を図った場合には、固体レーザから非線形光学結晶への熱の伝導が問題となる。固体レーザ結晶は１０℃から数１０℃温度が上昇するため、非線形結晶の温度が伝わると特性が不安定になり、位相整合がはずれて出力が低下するといった問題が生じる。これを防止するには、図６に示すレーザ光源において、図７に示すように、さらに固体レーザ４と非線形材料３の間に熱分離層１２を設ける構成が有効である。熱分離層としては、空気層が断熱効果が高く有効である。またＹＡＧ等の透明で熱伝導度の高い材料を挟み込んで、熱をヒートシンクから逃がす構成も有効である。
また、半導体レーザと固体レーザの間での熱の伝導はレーザ発振を不安定にする。このため半導体レーザが固定されているヒートシンクと固体レーザとの間は熱分離するのが好ましい。具体的にはセラミック材料等の熱伝導の低い材料を介して互いを固定することが望まれる。
なお、上記実施の形態３では、レーザ光源は、実施の形態２のレーザ光源においてヒートシンク７を備えたものとしているが、実施の形態３のレーザ光源は、実施の形態１のレーザ光源においてヒートシンク７を備えたものでもよい。
また、上記実施の形態３におけるポンプレーザとしての半導体レーザに代えて、ファイバーアレイを用いる構成も有効である。
（実施の形態４）
図１５は本発明の実施の形態４によるレーザ光源を説明する図であり、図１５（ａ）はその表面図であり、図１５（ｂ）はその側面図である。
この実施の形態４のレーザ光源１０３ｉは、図１に示す実施の形態１のレーザ光源１０３ａにおいて、半導体レーザ２により直接固体レーザ４を励起するようにしているのに代えて、光ファイバ１５３を介して半導体レーザ１５２からの励起光を固体レーザ４に導入するようにしたものであり、その他の構成は、実施の形態１のものと同一である。
ここでは、３つの光ファイバ１５３と、励起光を発生する３つの半導体レーザ１５２とによりポンプ光源が構成されており、半導体レーザ１５２からの光をファイバー１５３で、共振器構造の固体レーザ部４に導いている。このようなポンプ光源としてファイバーアレイを用いる構成も、安定な高出力特性を実現する上で有効である。
ここで、複数のファイバー１５３の一端１５４は、図１５（ｂ）に示すようにアレイ状に並んでおり、固体レーザ４は、３つのファイバー１５３のアレイ状に並んでいる一端１５４に接近して配置されている。また、各ファイバ１５３の他端は、図１５（ａ）に示すように離れて位置している。励起光を発生する各半導体レーザ１５２は、それぞれのファイバー１５３の他端に結合しており、互いに熱の影響を受けない程度に距離を離して設置している。これによって、水冷やペルチェなどの冷却装置を用いなくても数Ｗの半導体レーザを複数用いることが可能となる。
また、ここでは、各ファイバー１５３の一端１５４は、そのコア１５１の間隔が約２００μｍ程度となるよう離してアレイ状に配置している。これによって、固体レーザ４の励起部分は互いに離れた位置に位置するよう設計できる。固体レーザ４の複数の励起部間での熱の影響を避けることで、高出力の可視光発生が可能となる。また、同時に複数の半導体レーザをそれぞれ分離させて設置することで、放熱効果が向上し、空冷での高出力化が実現できる。さらに固体レーザと半導体レーザとの距離を離すことができるので、半導体レーザの熱が固体レーザに影響することがなくなり、固体レーザの放熱が容易になるという利点も有する。本構成では、固体レーザの隣接する励起部間、及び波長変換素子の隣接する波長変換部の間に、熱の影響を分離できる程度の距離を確保することで、安定な高出力特性が得られる。
なお、ファイバーを用いる場合、ファイバーにグレーティング構造を形成したファイバーグレーティングを用いることで、半導体レーザに特定波長を帰還して、固体レーザの発振波長を固定することも可能である。また、ファイバーとしては、偏波保持ファイバーを用いて、偏光を固定するのが望ましい。用いるファイバーとしては、コア径が５０〜１００μｍ程度のマルチモードファイバーである。コア径が大きいと伝搬するレーザ光のマルチモードの本数が大きくなり、偏波保持が難しくなるので、コア径は１００μｍ以下に抑えるのが好ましい。このため、励起用の半導体レーザのストライプ幅も１００μｍ以下にすることで、ファイバーとの結合損失を低減できる。
（実施の形態５）
図１３は本発明の実施の形態５によるレーザ光源を説明する図であり、図１３（ａ）はその表面図であり、図１３（ｂ）はその側面図である。
本実施の形態５のレーザ光源１０３ｊは、図５に示す実施の形態３のレーザ光源１０３ｇにおいて、半導体レーザ２の光出射側に狭帯域の波長フィルタ１３３を配置し、半導体レーザ２の発振波長をロックするようにしたものである。
ここで、上記狭帯域の波長フィルター１３３の一方の端面側にマイクロレンズアレイ１３１が配置され、もう一方の端面側にはマイクロレンズアレイ１３２が配置されている。
このような構成のレーザ光源１０３ｊでは、励起用半導体レーザ２からの出力をマイクロレンズアレイ１３１でコリメートし、波長フィルター１３３を通った後、マイクロレンズアレイ１３２で、固体レーザ４の端面に集光している。波長フィルター１３３は狭帯域特性を有しており、波長フィルター１３３を通過した光が固体レーザ端面で反射されて半導体レーザ２に帰還することで、波長フィルター１３３の透過波長に半導体レーザ２の発振波長を固定できる。これによって、外部温度が変動しても半導体レーザの発振波長が揺らぐことなくレーザ発振をするので、安定した固体レーザ出力を得ることができる。
（実施の形態６）
図８は本発明の実施の形態６によるレーザ光源を示す表面図であり、図８（ａ）はその表面図であり、図８（ｂ）はその側面図である。
図８において、１０３ｋは本実施の形態６のレーザ光源であり、このレーザ光源１０３ｋは、図２に示す実施の形態２のレーザ光源１０３ｂにおいて、半導体レーザ２を実装したヒートシンク１を、該半導体レーザ２の光軸が固体レーザ４の光入射端面に対して斜めになるよう傾けて配置したものであり、その他の構成は実施の形態２のものと同一である。
本実施の形態のレーザ光源１０３ｋは、マイクロチップレーザと呼ばれるものであり、このマイクロチップレーザの構成は、半導体レーザにより固体レーザの端面を直接励起する構成であり、小型化、低コスト化に有効である。固体レーザ４の端面と半導体レーザ２の距離は５０〜１００μｍ程度であり、固体レーザ内で励起されるレーザ発振の横モードと、半導体レーザの励起光の強度分布が近い場所で励起効率が最大となる。半導体レーザが劣化する要因として、レーザの戻り光による影響が大きい。固体レーザ４の端面で反射された光は半導体レーザの活性層に帰還する。反射戻り光があると半導体レーザの出力が不安定になり、かつ寿命も大幅に低下する。これに対して、半導体レーザの活性層を固体レーザ端面に対して僅かに傾けると、戻り光が大幅に低下する。これによって、出力の安定化と、長寿命化が図れる。また、固体レーザ端面でのビームスポットの小型化が可能となるため、励起効率が向上するといった利点もある。
なお、半導体レーザ２の光軸を固体レーザ４の端面に対して傾ける角度は０．５度以上が好ましく、３度以上がさらに好ましい。
また、本実施の形態６では、実施の形態２のレーザ光源において、半導体レーザ２の光軸を固体レーザ４の端面に対して傾けたものを示したが、この実施の形態６のレーザ光源は、上述した実施の形態２以外の実施の形態において、半導体レーザ２の光軸を固体レーザ４の端面に対して傾けたものでもよい。
（実施の形態７）
図１８は本発明の実施の形態７によるレーザ光源を説明する図であり、図１８（ａ）はその表面図であり、図１８（ｂ）はその側面図である。
図において、１０３ｍは本実施の形態７によるレーザ光源であり、このレーザ光源１０３ｍは、レーザ発振を行う固体レーザ４と、該固体レーザ４に近接させて配置した波長変換素子１８１と、ヒートシンク１上に固定された、固体レーザ４を励起する複数の半導体レーザ２とを有している。
ここで、固体レーザ４は、その励起光の入射側端面に反射コート６が形成されたものであり、該励起光の光軸と平行な両側面にはヒートシンク７１ａが取り付けられている。この固体レーザ４では、上記複数の半導体レーザ２からの励起光により励起される複数の励起部が、ヒートシンク１上での半導体レーザ２の配列方向と平行な方向に一直線上に並んでおり、隣接する励起部間は、ヒートシンク７１ｂにより熱分離されている。
また、上記波長変換素子１８１は非線形光学結晶からなり、レーザ光の出射側端面に反射コート５が形成され、その反対側の端面が、出射側端面に対して斜めに傾くよう加工されたものである。この波長変換素子１８１は、その光軸である非線形光学結晶のＸ軸が、半導体レーザ２からの励起光の光軸に対して所定の角度θ１をなすよう傾けて配置されており、その両側面にはヒートシンク７２ａが、その上面側及び下面側にはヒートシンク７２ｂが取り付けられている。
そして、前記両反射コート５及び６と、これらの間に配置された固体レーザ４及び波長変換素子１８１とによりレーザ共振器が構成されている。
なお、ここでは、固体レーザ４側のヒートシンクと波長変換素子１８１側のヒートシンクとは、別体としているが、これらのヒートシンクは一体に形成してもよい。
次に作用効果について説明する。
波長変換素子１８１を構成する非線形光学結晶の一方の端面を入射光の光軸に対してブリュースター角をなすよう研磨することで基本波の反射を低減し、同時に、偏光分離特性を向上することで出力の安定性を向上させることが可能となる。
非線形光学結晶１８１の光軸が入射光の光軸に対してブリュースター角をなすようにすることで紙面に平行な偏光成分の反射率はほぼゼロになり、共振器損失が低減するため、他の偏光の発振を抑圧できる。ここでは、非線形材料１８１として周期状の分極反転構造を有するＰＰＭｇＬＮを用いた。結晶の鋭角を約６５度として、結晶のＸ軸と光軸の成す角θ１を２５度程度に設定すると、波長１０６４ｎｍの基本波に対してブリュースター条件を満足できる。このとき、緑色光は図に示すように約２５度の方向に発生する。非線形光学結晶１８１の光軸と入射光の光軸とのなす角度をブリュースター角に設定すると、非線形光学結晶の端面での無反射コートが必要なくなるため、低コスト化が実現できる。また、従来のＫＴＰでは、非線形光学定数が低いため結晶長が数ｍｍ必要であり、さらに非線形光学結晶１８１を図１８のように斜め配置にすると、共振器長が長くなる。このため、共振器の安定性が低下、変換効率も低くなるなどの問題が生じていた。これに対してＰＰＭｇＬＮは、非線形定数が大きいため、結晶長は１ｍｍ以下でも高い変換効率が得られる。このため、図１８のように非線形光学結晶１８１を斜め配置にしても、共振器長を２ｍｍ以下に設定することが可能となる。これによって、共振器の安定化を実現できるという利点を有する。
さらに、固体レーザ結晶、ＰＰＭｇＬＮ結晶の対向する面を互いにブリュースター角をなすよう傾斜させる構成も有効である。
（実施の形態８）
図１９は本発明の実施の形態８によるレーザ光源を説明する図であり、図１９（ａ）はその表面図であり、図１９（ｂ）はその側面図である。
図において、１０３ｎは本実施の形態８によるレーザ光源であり、このレーザ光源１０３ｎは、レーザ発振を行う固体レーザ４と、該固体レーザ４に近接させて配置した波長変換素子１８２と、ヒートシンク１上に固定された、固体レーザ４を励起する複数の半導体レーザ２とを有している。
そして、この実施の形態８では、固体レーザ４と半導体レーザ２との間には、狭帯域の波長フィルタ１３３を配置し、半導体レーザ２の発振波長をロックするようにしている。この狭帯域の波長フィルター１３３の一端面側にはマイクロレンズアレイ１３１が配置され、もう一方の端面側にはマイクロレンズアレイ１３２が配置されている。
また、上記固体レーザ４は、その励起光の入射側端面に反射コート６が形成されたものであり、この固体レーザ４では、上記複数の半導体レーザ２からの励起光により励起される複数の励起部が、ヒートシンク１上での半導体レーザ２の配列方向と平行な方向に一直線上に並んでおり、これらの励起部は、実施の形態２と同様、互いに３００μｍ以上離れている。また、上記波長変換素子１８２は実施の形態７における波長変換素子１８１と同一のものである。そして、上記固体レーザ４及び波長変換素子１８２の上面側及び下面側には、これらに跨るようヒートシンク７３が取り付けられている。
この実施の形態８では、固体レーザ４における複数の半導体レーザ２により励起される複数の励起部が互いに３００μｍ以上離れているので、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができる。
また、この実施の形態８では、実施の形態７と同様、基本波の反射低減、かつ偏光分離特性の向上により出力の安定性を向上させることができ、さらに、励起用半導体レーザ２の光出射側に狭帯域特性を有する波長フィルター１３３を配置し、半導体レーザ２の発振波長をロックするようにしているので、上記半導体レーザは、外部温度が変動しても半導体レーザの発振波長が揺らぐことなくレーザ発振をすることとなり、これにより安定した固体レーザ出力が得られる。
（実施の形態９）
図２０は本発明の実施の形態９によるレーザ光源を説明する図であり、図２０（ａ）はその表面図であり、図２０（ｂ）はその側面図である。
図において、１０３ｐは本実施の形態９によるレーザ光源であり、このレーザ光源１０３ｐは、レーザ発振を行う固体レーザ２０２と、該固体レーザ２０２に近接させた配置した波長変換素子２０１と、ヒートシンク１上に固定された、固体レーザ２０２を励起する複数の半導体レーザ２とを有している。
ここで、固体レーザ２０２は、その励起光の入射側端面に反射コート６が形成され、その反対側の光出射端面が、入射側端面に対して斜めに傾くよう加工されたものであり、この固体レーザ２０２では、上記複数の半導体レーザ２からの励起光により励起される複数の励起部が、ヒートシンク１上での半導体レーザ２の配列方向と平行な方向に一直線上に並んでおり、これらの励起部は、実施の形態２と同様、互いに３００μｍ以上離れている。また、上記波長変換素子２０１は非線形光学結晶からなり、レーザ光の出射側端面に反射コート５を形成し、その反対側の光入射側端面を、上記固体レーザ２０２の傾斜させた端面と平行になるよう加工したものである。
そして、固体レーザ２０２及び波長変換素子１８２の上面側及び下面側には、これらに跨るようヒートシンク７４が取り付けられている。
次に作用効果について説明する。
この実施の形態９では、固体レーザ２０２における複数の半導体レーザ２により励起される複数の励起部が互いに３００μｍ以上離れており、これにより、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができる。
また、固体レーザ２０２を構成する光学結晶としてＮｄ：ＹＶＯ4を用い、波長変換素子を構成する非線形光学材料３には、ＰＰＭｇＬＮを用いた。Ｎｄ：ＹＶＯ4とＰＰＭｇＬＮは１０６４ｎｍの基本波に対してほぼ等しい屈折率を有する。このため、図２０に示すように、固体レーザ２０２と波長変換素子２０１とでブリュースター角をほぼ等しくできる。このため、固体レーザ２０２及び波長変換素子２０１を含む共振器部分の構成が簡単になり、共振器の位置あわせが容易になるという利点を有する。また、固体レーザ結晶、非線形材料ともに、対向する面のＡＲ（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コートが不要になるため、低コスト化、信頼性向上が可能となる。さらに、反射コートによるロスがほとんど無視できるほど小さくできるため、レーザの発振効率を高めることも可能になる。また共振器の構成ではＰＰＭｇＬＮ以外に、周期分極反転構造を有するＭｇドープＬｉＴａＯ3（ＰＰＭｇＬＴ）も利用できる。ＰＰＭｇＬＴは吸収ロスが小さいため、高出力特性を実現できる。
また、この実施の形態９では、図１３に示した実施の形態５のレーザ光源１０３ｊと同様に、励起用半導体レーザ２に光出射側に狭帯域特性を有する波長フィルター１３３を配置し、半導体レーザの発振波長を固定するようにしているので、外部温度が変動しても半導体レーザの発振波長が揺らぐことはなく、安定した固体レーザ出力が得られる。
なお、本実施の形態では、半導体レーザの波長固定に狭帯域フィルターを用いたが、フィルターの代わりに体積グレーティングを用いることも可能である。グレーティングのブラッグ反射を利用した体積グレーティングは、狭帯域フィルターに比べて、透過損失が少ないため、より効率の高い光源が実現できる。
（実施の形態１０）
図９は本発明の実施の形態１０によるレーザ光源を説明する図であり、図９（ａ）はその表面図であり、図９（ｂ）はその側面図である。
本実施の形態１０のレーザ光源１０３ｑは、図５に示す実施の形態３のレーザ光源１０３ｇにおいて、半導体レーザ２の裏面側に体積グレーティング１０を配置し、半導体レーザ２の発振波長をロックするようにしたものであり、その他の構成は実施の形態３と同一である。
次に作用効果について説明する。
半導体レーザ励起の固体レーザの問題として、固体レーザの吸収スペクトルが狭く、外部の温度変化により半導体レーザの発振波長が固体レーザの吸収スペクトルからずれることで出力が低下するという問題がある。この問題を解決する方法として、図９に示す構成を提案する。構成としては、上記実施の形態３で説明した半導体レーザの裏面に体積グレーティング１０を設置する構成である。半導体レーザは、体積グレーティング１０からのブラッグ波長に固定されるため、外部の温度が変化しても波長が変動しない。このため、安定した固体レーザ励起ができ、外部の温度変動による出力の変動を大幅に抑えることができた。さらに、この構成においては、図８で示した、半導体レーザを固体レーザ端面に対して傾ける構成がより有効である。グレーティングの回折光により半導体レーザの発振波長を固定する場合、半導体レーザに他の反射面からの戻り光が存在すると、安定な波長の固定が難しくなる。半導体レーザを固体レーザの端面に対して傾けることで、固体レーザ端面からの半導体レーザへの戻り光が低減できるので、安定な波長の固定が実現する。
図２１は本発明の実施の形態１０によるレーザ光源の他の例を説明する図であり、図２１（ａ）はその表面図であり、図２１（ｂ）はその側面図である。
図において、１０３ｒはレーザ光源であり、このレーザ光源１０３ｒは、図２０に示す実施の形態９のレーザ光源１０３ｐにおいて、狭帯域の波長フィルタ１３３に代えて体積グレーティング２１１を備え、反射コート６の表面の、半導体レーザ２からの励起光を遮らない位置にヒートシンク２１３を配置したものである。また、このレーザ光源１０３ｒでは、固体レーザ２０２と波長変換素子２０１との間には熱分離層２１２を配置し、固体レーザ２０２と波長変換素子２０１の側面に、これらに跨るようヒートシンク７５を配置している。
ここで、半導体レーザ２は複数のストライプを有するマルチストライプの半導体レーザであり、ヒートシンク１上に固定されている。マイクロレンズアレイ１３１，１３２により挟まれた体積グレーティング２１１は、半導体レーザ２から発生したレーザ光のなかで、特定波長を半導体レーザに帰還させるものであり、半導体レーザ２の発振波長を体積グレーティング２１１の反射波長に固定することができる。これによって、外部の温度変化が生じても、半導体レーザの発振波長を固体レーザの吸収波長である８０８ｎｍ近傍に固定することができ、安定な固体レーザの発振が実現できる。また、マイクロレンズアレイを用いることで光学系の小型化が可能になる。
固体レーザ２０２と、波長変換素子２０１としての非線形材料とは、熱分離層２１２を挟んで固定されている。熱分離層２１２は空気層または熱伝導度の高いＹＡＧ結晶やダイヤモンドなどが利用できる。熱分離層２１２は固体レーザ２０２の発熱が非線形材料２０１に伝わるのを抑圧する。ここでは、熱分離層２１２を固体レーザ２０２の光軸に対して斜めに配置することで、固体レーザ２０２にて不要な偏光成分が発生するのを防いでいる。ヒートシンクは、固体レーザ２０２の側面とマイクロレンズからの光で励起される励起部の間の固体レーザ表面にも配置した。これによって固体レーザ２０２の励起スポット間の熱の伝わりを大幅に低減でき、複数の励起部での熱の影響を抑圧して大出力の複数レーザ発振が可能となる。
熱分離層２１２としてＹＡＧ結晶やダイヤモンドを用いる利点は、熱の分離を可能にするのに加えて、固体レーザ２０２および非線形材料２０１で発生する熱をより広い部分に分散して温度上昇を抑圧することができ、これによって高出力化が可能になる点、さらに、固体レーザ２０２と非線形材料２０１との距離を、熱分離層２１２の厚みで正確に制御できる点にある。レーザ発振の効率化には固体レーザ共振器の面精度が重要である。熱分離層として平面度の高い基材を用いることで、作製精度が向上し、高精度で共振器を作製することが可能となる。これによって、作製歩留まりが向上する。
図２２は本発明の実施の形態１０によるレーザ光源のその他の例を説明する図であり、図２２（ａ）はその表面図であり、図２２（ｂ）はその側面図である。
図２２に示すレーザ光源１０３ｓは、図２１に示すレーザ光源１０３ｒにおいて、固体レーザの光入射側の面に透明のヒートシンク２２１を設けたものであり、また、このレーザ光源１０３ｓでは、固体レーザ４及び波長変換素子３には、これらを構成する結晶の端面を斜めに加工した構造は取り入れていない。
このレーザ光源１０３ｓでは、透明ヒートシンクとしてはダイヤモンド薄膜が好ましい。熱伝導度が非常に優れており、固体レーザの温度上昇を抑圧でき、高出力化が可能となる。また、隣接する励起部の間にはヒートシンク２１３を設けて、熱の拡散効果を高めて温度上昇を低減している。熱分離層２１２を固体レーザ４と非線形材料３との間に設けて、固体レーザ４の熱が非線形材料３に伝わるのを防止している。ここでは、熱分離層を励起光の光軸に対して斜めに配置する構造を取り入れていないので、偏光分離は図２１に示すものに比べて悪くなるが、構成が簡単なため、作製が容易になる。また、透明ヒートシンク２２１とヒートシンク２１３とを組み合わせて、複数の励起部により波長変換することで高出力化が可能となる。
（実施の形態１１）
図１０は本発明の実施の形態１１によるレーザ光源を説明する図であり、図１０（ａ）はその表面図であり、図１０（ｂ）はその側面図である。
図において、１０３ｔはこの実施の形態１１によるレーザ光源であり、このレーザ光原１０３ｔは、図２に示す実施の形態２のレーザ装置１０３ｂにおいて、ヒートシンク１の裏面側にも半導体レーザ２を複数配置したものである。ここで、ヒートシンク裏面側の複数の半導体レーザ２は、これらの半導体レーザにより励起される固体レーザ４における励起部が互いに３００μｍ以上離れ、かつ、ヒートシンク１表面上に配置された複数の半導体レーザ２により励起される固体レーザ４のいずれの励起部とも、３００μｍ以上離れるよう配置されている。
このような構成のレーザ光源１０３ｔでは、ヒートシンク１の上下に半導体レーザ２が実装されているので、より少ない体積で半導体レーザの実装密度が上がり、これにより高効率なレーザ光源の小型化が図れる。
図１１は本発明の実施の形態１１によるレーザ光源の他の例を説明する図であり、図１１（ａ）はその表面図であり、図１１（ｂ）はその側面図である。
図において、１０３ｕはレーザ光源であり、このレーザ光源１０３ｕは、図１０に示す実施の形態１１のレーザ光源１０３ｔのヒートシンクの厚さを、固体レーザ側に近い部分ほど薄くなるようにしたものである。このレーザ光源１０３ｕでは、ヒートシンク１ｕはその表面及び裏面が傾斜した構造となっており、このヒートシンクの表面に実装された半導体レーザ１１１からの励起光と、その裏面に実装された半導体レーザ１１２からの励起光を、固体レーザ４における励起部１１３に集中させることができる。これによって励起部１１３のパワー密度を上げることができ、高出力のレーザ発振が可能となる。ヒートシンクとしては熱伝導度の高い材料が必要でＳｉＣ、ダイヤモンド、Ｃｕ合金等が好ましい。
なお、上述した各実施の形態のレーザ光源では、固体レーザでは、３または６の励起部が励起されるものとしたが、励起部の数は当然これに限定されるものではない。また、各励起部の間隔も一定とは限らない。
（実施の形態１２）
図１６は本発明の実施の形態１２によるレーザ光源を説明する図であり、図１６（ａ）はレーザ光源の全体図であり、図１６（ｂ）はその部分拡大図である。図１７は本発明の実施の形態２０によるレーザ光源の他の例を説明する部分拡大図である。
本実施の形態１２のレーザ光源１０３ｖは、レーザ光を発生するファイバーレーザ１６８と、ファイバーレーザ１６８からのレーザ光の波長変換を行う波長変換素子３とを有している。
ここで、上記波長変換素子３は、非線形光学結晶からなり、その光入射面には、赤外光を透過し、可視光を反射する反射コート１６５が形成され、その光出射面には、可視光を透過し、赤外光を反射する反射コート１６４が形成されている。
また、ファイバーレーザ１６８は、ポンプ光源１６７とＹｂドープのファイバーからなり、その一端側がポンプ光源１６７に結合され、他端側は、非線形光学結晶３の光入射面に近接し、３つのファイバー部１６１に分岐された構造となっている。従って、このレーザ光源は、波長変換素子３が３つの変換部を有するものとなっている。
この実施の形態１２のレーザ光源１０３ｖでは、図に示すように、ポンプ光源１６７とＹｂドープのファイバーとからなるファイバーレーザ１６８で発生した光を、ファイバー１６１のアレイ構造により分岐して、非線形光学材料３の複数箇所に導入している。複数のファイバー部１６１からの光を、非線形光学材料３の波長変換部１６６で変換し、可視のレーザ光１１を複数ビーム発生している。非線形光学材料３のでの波長変換部は、上記実施の形態１で説明したように、熱による出力不安定現象が発生するため、各変換部が１Ｗを越える高出力を発生する場合、各変換部での出力を低減すると同時に、各変換部の互いの熱の影響を抑圧するため、変換部の間隔を１００μｍ以上に離すことが必要となる。
本実施の形態１２では、ファイバーレーザ１６８で発生した光を分岐する複数のファイバー部１６１には、コア径８μｍ、クラッド径１５０μｍのシングルモードファイバーをアレイ状に配置したものを使用した。ファイバーアレイのコア間隔は１５０μｍであり、変換部の間隔も１５０μｍとなった。変換部の間隔が十分広いため、互いの熱の影響を抑圧して、高出力な特性を安定に実現できた。ファイバーアレイへの基本波としては、ファイバーレーザ１６８のものを用いた。ファイバーレーザは、横モードシングルの高出力な基本波が得られるため、波長変換素子での高効率変換が可能となる。ポンプ光源１６７からの出力は、ファイバーアレイ、つまり複数の分岐されたファイバー部によって複数に分散される。ファイバーレーザを構成するファイバーを分岐することで、ファイバーレーザで発生した赤外光を分散させ、複数の波長変換部で可視のレーザ光１１に波長変換することで、高出力の可視光を得ることができる。
ここで、波長変換素子３における波長変換部は、幾つかの構成がとれるが、本実施の形態では図１６（ｂ）に示すように、非線形光学材料の両面に反射コートを施した構成としている。反射コート１６４は、可視光を透過し、赤外光を反射する。一方反射コート１６５は、赤外光を透過し、可視光を反射する。ファイバーレーザ１６８から出た赤外光の一部は波長変換素子３で可視光に変換され、レーザ光１１となって反射コート１６４を通過して出力される。変換されなかった赤外光は反射コート１６４で反射されるが、反射された赤外光は再び波長変換素子３を通過して可視光に変換される。可視光に変換された光は反射コート１６５で反射されて、反射コート１６４を通過して外部に出射される。このように反射膜を設けることで、赤外光は往復で波長変換されるため、変換効率が大幅に向上する。
一方、図１７に示すレーザ光源は、図１６に示す実施の形態１２のレーザ光源１０３ｖにおいて、反射コート１６４及び１６５に代えて、非線形光学結晶３の両端に無反射コート１７２，１７３を施したものである。このような構成のレーザ光源においても、ファイバーレーザ１６８の分岐されたファイバー１６１からの赤外光は、非線形材料３で可視光に波長変換される。この場合、レーザ光源の変換効率は、図１６に示す実施の形態１２のものに比べて半分程度の変換効率となるが、その構成が単純で安定性に優れたレーザ光源を実現できる。
なお、本実施の形態１２では、ファイバーレーザとして、単一のファイバーレーザを構成する光ファイバーの一端側を複数に分岐したものを用いたが、このような単一のファイバーレーザに代えて、複数のファイバーレーザを用いることも可能である。この場合、複数のファイバーレーザの光出射側をアレイ状に配列し、これらのファイバーレーザからの光を、図１６（ｂ），図１７に示すように、波長変換することで高出力化が図れる。このように複数のファイバーレーザを用いる場合は、より高出力の特性が得られる点で有利である。さらに、複数のファイバーレーザの発振波長を異なる波長に選択することで、波長変換された可視光を複数の波長を含むものとできる。この場合、波長変換部の条件をそれぞれのファイバーレーザからの波長に一致するように、分極反転の周期構造を設計する必要がある。異なる波長の可視光を発生することで、レーザ光のスペックルノイズを低減でき、高画質の画像表示が可能となる。また、上記のように、複数のファイバーレーザを発振波長が異なるものとする代わりに、複数のファイバーレーザをその波長スペクトルが異なるものとするようにしてもよい。
また、ファイバーと波長変換素子との間に集光光学系を設けることで、ファイバーからの出射光を非線形材料３の内部で集光し、変換効率の向上を図ることもできる。またこの場合、非線形材料３を、ファイバーからのビームの光軸に対してわずかに傾けて配置することで、非線形材料からの反射光がファイバーへ戻るのを防ぐことができる。ファイバーに強い基本波が戻ると、ファイバー端面が損傷を受けたり、ファイバーレーザ自体またはファイバーレーザのポンプ光源が損傷を受けたりすることがあるので、上記のように非線形材料３をファイバーからのビームの光軸に傾けて配置することは、戻り光を防止する有効な手段である。
なお、本実施の形態１２のレーザ光源は、波長変換素子が３つの変換部を有するものとしたが、変換部の数は当然これに限定されるものではない。また、各変換部の間隔も一定とは限らない。
（実施の形態１３）
図２３は本発明の実施の形態１３によるディスプレイ装置を説明する構成図である。
この実施の形態１３のディスプレイ装置２０００は、赤色光源２００３，青色光源２００２、緑色光源２００１と、各光源からの光を合波するダイクロイックミラー２００４と、入射した光を拡散する拡散板２００６と、合波した光を拡散板２００６上に走査する走査ミラー２００５と、前記拡散板２００６を通過した光をコリメート光にするフィールドレンズ２００７と、該コリメート光の画像変換を行うＳＬＭ２００８と、画像変換された光を投影する投射レンズ２００９とを有している。そして、この実施の形態２２では、上記緑色光源２００１には、図１に示す実施の形態１のレーザ光源１０３ａを用いている。
このディスプレイ装置２０００では、図に示されるように、赤色光源２００３，青色光源２００２、緑色光源２００１から出た光をダイクロイックミラー２００４により合波し、走査ミラー２００５によって走査することで、画像変換素子であるＳＬＭ２００８の２次元面内で均一な光量分布を持つように、合波した光を広げている。また、拡散板２００６では照射された光を散乱させ、走査ミラー２００５で時間的に拡散板での光の拡散状態を変えることで、レーザ光により発生するスペックルノイズを低減している。フィールドレンズ２００７で、拡散板を通過した光をコリメート光にし、ＳＬＭ２００８で画像変換された光を投射レンズ２００９により外部のスクリーンに投射している。単板のＳＬＭを用いることで小型化が可能であるが、ＲＧＢのフルカラー表示を行うには、赤、青、緑の光を時間的に切り替えて、それぞれの映像を投射するフィールドシーケンシャル方式による投射が必要になる。ＲＧＢの映像を時間分割で切り替えて投影する方式では、それぞれの光源輝度には、連続して赤、青、緑の映像を投射してそれぞれを後で合成する方式に比べて、高い輝度が必要となる。
また、本実施の形態１３では、赤色光源２００３，青色光源２００２には半導体レーザを用い、緑色光源２００１には、本発明のレーザ光源である固体レーザと波長変換素子とを組み合わせた光源を用いている。
これは、緑色は半導体レーザでの直接発振が難しく、高出力で信頼性を有する光源がないからである。フィールドシーケンシャル方式では、ＲＧＢの切り替えは映像の切り替えの３倍の周波数での切り替えとなる。１倍速の映像の場合、映像の切り替えは６０Ｈｚであり、ＲＧＢの光源はその３倍の１８０Ｈｚで切り替える。このため映像を投射する場合の光の切り替えのスイッチング速度は、数１００〜数ｋＨｚ程度と非常に遅いので、光源の温度上昇が追従できる。このため、パルスによる光ピークパワー化は望めず、光源にはＣＷ動作（連続動作）での高出力特性が求められる。例えば１００ｌｍの明るさの映像を投射するためには、緑色光源としては平均パワーでは０．５Ｗ程度、ピークパワーでは１〜２Ｗ程度の高出力のパルスを出力する必要があり、冷却機構を有さない通常の固体レーザと波長変換素子とでは、安定した発振が難しい。そのため、本発明の複数の励起部を有する光源が非常に有効となる。複数の発光点によって、それぞれの発光点での輝度を下げることで、安定した発振が可能となり、かつ全体の光量を高くすることができる。このため、ペルチェ素子や水冷といった冷却装置を必要とせず、小型化、低消費電力化が可能となる。平均パワーはそれほど大きくないので、光源の消費電力を下げることが可能となり、光源の発熱を抑えた小型のディスプレイ装置が実現できるという利点を有する。
本実施の形態２２によるディスプレイ装置は、２次元画像変換素子により入射光を映像化するため、光源が複数ビームを持つことによりビーム品質が劣化する弊害がないという特徴がある。複数ビームを持つことで、レーザ光の干渉性を低減することができるため、スペックルノイズを低減でき、画像の劣化が防げるという利点を有する。
ＲＧＢ光源としては、赤色＞緑色＞青色の順に消費電力が大きい。このため、小型のディスプレイ装置の構成では、図２３に示したように、赤色と緑色の場所を離す構成が望ましい。この構成によって光源間の発熱の影響を下げることができる。
なお、上記実施の形態１３のディスプレイ装置では、緑色光源２００１には、本発明の実施の形態１によるレーザ光源を用いているが、該緑色光源２００１には、本発明の実施の形態２ないし１２のいずれのレーザ光源を用いてもよい。
本発明は、マイクロチップレーザを多発光させることで、高固体レーザ化を可能にし、同時に固体レーザ内の縦モード、横モードの安定性を図ることで、出力安定化を図る。出力変動の少ない高出力の小型レーザ光源が実現できるためその実用効果は大きい。また、本発明のレーザ光源をディスプレイ装置に適用することで、小型のディスプレイ装置が実現できるため、その実用効果は大きい。また、本発明のレーザ光源をディスプレイ装置に適用することで、スペックルノイズの低減が可能となり高画質のディスプレイ装置を実現できるため、その実用効果は大きい。
【０００２】
高出力のレーザ光源を提供することを目的とする。
［０００６］
さらに、本発明は、レーザディスプレイ用のレーザ光源として、安定した横モードと高出力特性に優れたレーザ光源を実現することを目的とする。
課題を解決するための手段
［０００７］
前記の目的を達成するために、本発明に係るレーザ光源は、複数の半導体レーザと、固体レーザ媒質と、波長変換素子と、前記固体レーザ媒質の一方の面に形成された第１の反射層と、前記波長変換素子の一方の面に形成された第２の反射層と、を備え、前記第１と第２の反射層の間に、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子とが配置され、前記第１の反射層と第２の反射層は、両反射端面がほぼ平行なレーザ共振器を構成し、前記複数の半導体レーザにより前記固体レーザ媒質の複数の励起部が励起され、前記複数の励起部が互いに３００μｍ以上離れているレーザ光源であって、前記固体レーザ媒質が組成または材料の異なる複数の固体レーザからなり、前記波長変換素子が位相整合の異なる複数の部分を有し、前記固体レーザは、励起部ごとに波長の異なるレーザ光を発生する、ことを特徴とするものである。
［０００８］
これにより、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができ、また、各固体レーザ結晶を組成などが若干異なるものとすることにより、波長の異なる複数のレーザ光を発生させて、スペックルノイズの低減を図ることができる。
［０００９］
また、本発明に係るレーザ光源は、３以上の半導体レーザと、固体レーザ媒質と、波長変換素子と、前記固体レーザ媒質の一方の面に形成された第１の反射層と、前記波長変換素子の一方の面に形成された第２の反射層と、を備え、前記第１と第２の反射層の間に、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子とが配置され、前記第１の反射層と第２の反射層は、両反射端面がほぼ平行なレーザ共振器を構成し、前記３以上の半導体レーザにより前記固体レーザ媒質の３以上の励起部が励起され、前記３以上の励起部は、同一直線上に位置しないよう配置されているレーザ光源であって、前記固体レーザ媒質が組成または材料の異なる複数の固体レーザからなり、前記波長変換素子が位相整合の異なる複数の部分を有し、前記固体レーザは、励起部ごとに波長の異なるレーザ光を発生する、ことを特徴とするものである。
［００１０］
これにより、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができ、また、各固体レーザ結晶を組成などが若干異なるものとすることにより、波長の異なる複数のレーザ光を発生させて、スペックルノイズの低減を図ることができる。
［００１１］
また、本発明に係るレーザ光源は、複数の半導体レーザと、固体レーザ媒質と、波長変換素子と、前記固体レーザ媒質の一方の面に形成された第１の反射層と、前記波長変換素子の一方の面に形成された第２の反射層と、を備え、前記第１と第２の反射層の間に、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子とが配置され、前記第１の反射層と第２の反射層は、両反射端面がほぼ平行なレーザ共振器を構成し、前記複数の半導体レーザにより前記固体レーザ媒質の複数の励起部が励起され、前記複数の励起部が互いに熱分離機構により分離されているレーザ光源であって、前記固体レーザ媒質が組成または材料の異なる複数の固体レーザからなり、前記波長変換素子が位相整合の異なる複数の部分を有し、前記固体レーザは、励起部ごとに波長の異なるレーザ光を発生する、ことを特徴とするものである。
【０００３】
［００１２］
これにより、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができ、また、各固体レーザ結晶を組成などが若干異なるものとすることにより、波長の異なる複数のレーザ光を発生させて、スペックルノイズの低減を図ることができる。
また、本発明に係るレーザ光源は、複数の半導体レーザと、固体レーザ媒質と、波長変換素子と、前記固体レーザ媒質の一方の面に形成された第１の反射層と、前記波長変換素子の一方の面に形成された第２の反射層と、を備え、前記第１と第２の反射層の間に、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子とが配置され、前記第１の反射層と第２の反射層は、両反射端面がほぼ平行なレーザ共振器を構成し、前記複数の半導体レーザにより前記固体レーザ媒質の複数の励起部が励起され、前記複数の励起部が互いに３００μｍ以上離れているレーザ光源であって、前記固体レーザ媒質はセラミック材料からなり、前記固体レーザ媒質における複数の励起部の少なくとも１つは、組成または材料が他の励起部とは異なり、前記波長変換素子が位相整合の異なる複数の部分を有し、前記固体レーザは、励起部ごとに波長の異なるレーザ光を発生する、ことを特徴とするものである。
これにより、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができ、また、組成などの異なる励起部では、波長の異なるレーザ光が発生することになるため、スペックルノイズの低減を図ることができる。
また、本発明に係るレーザ光源は、３以上の半導体レーザと、固体レーザ媒質と、波長変換素子と、前記固体レーザ媒質の一方の面に形成された第１の反射層と、前記波長変換素子の一方の面に形成された第２の反射層と、を備え、前記第１と第２の反射層の間に、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子とが配置され、前記第１の反射層と第２の反射層は、両反射端面がほぼ平行なレーザ共振器を構成し、前記３以上の半導体レーザにより前記固体レーザ媒質の３以上の励起部が励起され、前記３以上の励起部は、同一直線上に位置しないよう配置されているレーザ光源であって、前記固体レーザ媒質はセラミック材料からなり、前記固体レーザ媒質における複数の励起部の少なくとも１つは、組成または材料が他の励起部とは異なり、前記波長変換素子が位相整合の異なる複数の部分を有し、前記固体レーザは、励起部ごとに波長の異なるレーザ光を発生する、ことを特徴とするものである。
これにより、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができ、また、組成などの異なる励起部では、波長の異なるレーザ光が発生することになるため、スペックルノイズの低減を図ることができる。
また、本発明に係るレーザ光源は、複数の半導体レーザと、固体レーザ媒質と、波長変換素子と、前記固体レーザ媒質の一方の面に形成された第１の反射層と、前記波長変換素子の一方の面に形成された第２の反射層と、を備え、前記第１と第２の反射層の間に、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子とが配置され、前記第１の反射層と第２の反射層は、両反射端面がほぼ平行なレーザ共振器を構成し、前記複数の半導体レーザにより前記固体レーザ媒質の複数の励起部が励起され、前記複数の励起部が互いに熱分離機構により分離されているレーザ光源であって、前記固体レーザ媒質はセラミック材料からなり、前記固体レーザ媒質における複数の励起部の少なくとも１つは、組成または材料が他の励起部とは異なり、前記波長変換素子が位相整合の異なる複数の部分を有し、前記固体レーザは、励起部ごとに波長の異なるレーザ光を発生する、ことを特徴とするものである。
これにより、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができ、また、組成などの異なる励起部では、波長の異なるレーザ光が発生するになるため、スペックルノイズの低減を図ることができる。
［００１３］
また、上記レーザ光源において、前記波長変換素子が複数の非線形光学結晶からなることが好ましい。この場合、各非線形光学結晶を組成などが若干異なるものとすることにより、波長の異なる複数のレーザ光を発生することができ、スペックルノイズの低減を図ることができる。
［００１４］
また、上記レーザ光源において、前記波長変換素子が一つの非線形光学結晶からなることが好ましい。この場合、波長変換素子の構成を簡単にすることができる。
［００１５］
［００１６］
［００１７］
また、上記レーザ光源において、前記励起部は３以上あり、各隣接する励起部の間隔が互いに異なっていることが好ましい。この場合、各励起部での温度が異なるものとできる。これにより、温度の異なる励起部では、波長の異なるレーザ光が発生することとなり、スペックルノイズの低減を図ることができる。
［００１８］
また、上記レーザ光源において、さらにヒートシンクを備え、前記ヒートシンクの表面には段差が形成され、前記少なくともいくつかの半導体レーザは、前記ヒートシンク上の段差により異なる高さに位置するよう前記ヒートシンク上に実装されていることが好ましい。この場合、固体レーザ媒質における隣接する励起部間の距離を、固体レーザ媒質の大きさを変えずに広げることが可能である。
［００１９］
また、上記レーザ光源において、前記半導体レーザ及び前記固体レーザ媒質がそれぞれヒートシンクを備えたものであることが好ましい。この場合、固体レーザや半導
【０００４】
体レーザで発生する熱を十分外部に放熱できるため、レーザ光源の小型化が可能となる。
［００２０］
また、上記レーザ光源において、前記半導体レーザと前記固体レーザ媒質は、互いのヒートシンクが分離されているものであることが好ましい。この場合、半導体レーザと前記固体レーザ媒質との間での熱の影響を低減でき、より放熱効果を高めることができる。
［００２１］
また、上記レーザ光源において、前記レーザ共振器は、前記固体レーザ媒質における複数の励起部の間に配置されたヒートシンク部を備えていることが好ましい。この場合、固体レーザ媒質における励起部間での熱の影響を低減でき、励起部の放熱効果をより高めることができる。
［００２２］
また、上記レーザ光源において、前記レーザ共振器は、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子との間に配置された熱分離層を有することが好ましい。この場合、固体レーザ媒質と前記波長変換素子との間での熱の影響を低減でき、より放熱効果を高めることができる。
［００２３］
［００２４］
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ媒質の複数の励起部は、それぞれ発振状態において異なる温度を有し、前記温度差により互いに異なる発振波長または発振スペクトルを有するレーザ光を発振することが好ましい。この場合、温度の異なる励起部では、波長の異なるレーザ光が発生することとなり、スペックルノイズの低減を図ることができる。
［００２５］
また、上記レーザ光源において、さらに光フィードバック素子を備え、前記光フィードバック素子により前記半導体レーザの発振波長が固定されることが好ましい。この場合、外部温度が変化しても、発振波長は変動しないので、固体レーザ媒体の励起
【０００６】
前記固体レーザ結晶の端面には、溝が前記隣接する励起部間に位置するよう形成されていることが好ましい。この場合、固体レーザ媒質における、励起部の配列方向での異常なレーザ発振を抑えることができる。
［００３４］
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ結晶の端面に形成された溝と、該固体レーザ結晶の、励起光の光軸と平行な側面とが非平行であることが好ましい。この場合、固体レーザ媒質の両側面間での異常なレーザ発振をより一層抑えることができる。
［００３５］
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ結晶の端面に、前記半導体レーザからの光が斜めに入射するよう、前記半導体レーザを傾けて配置することが好ましい。この場合、固体レーザ媒質の光入射端面で反射された光が半導体レーザの活性層に戻るのを抑えることができ、半導体レーザの出力の安定化と長寿命化を図ることができる。
また、上記レーザ光源において、前記波長変換素子が周期状の分極反転構造を有し、前記分極反転構造の周期が部分的に分布を持っていることが好ましい。
［００３６］
本発明に係るレーザ光源は、励起光源と、固体レーザ媒質と、波長変換素子と、を備え、前記固体レーザ媒質は、前記励起光源により励起されることで、複数のレーザ光を発生し、前記波長変換素子は複数の波長変換部を備え、前記複数のレーザ光は、前記波長変換素子の異なる波長変換部で短波長光に変換され、前記波長変換部は、互いに１００μｍ以上離れているレーザ光源であって、前記波長変換素子は非線形光学結晶であり、前記非線形光学結晶が周期状の分極反転構造を有するＭｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｃの何れかを含むＬｉＮｂＯ３であり、かつ前記レーザ媒質と前記非線形光学結晶を含む共振器の長さが２ｍｍ以下である、ことを特徴とするものである。
［００３７］
これにより、波長変換素子における隣接する波長変換部間での熱的影響を緩和して波長変換を安定に行うことができるとともに、共振器長を短くして安定したレーザ発振を行うことができる。さらに、分極反転構造の周期に分布を持たせることで、波長変換素子内での温度分布により位相整合条件が部分的に異なるのを抑えることができる。
［００３８］
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ媒質がファイバーレーザであることが好ましい。この場合、励起光源の配置の自由度が大きくなり、励起光源を固体レーザ媒質から十分離して配置することもできる。
［００３９］
また、上記レーザ光源において、前記ファイバーレーザからのレーザ光が複数のレーザビームに分割されていることが好ましい。この場合、１つの励起光源により固体レーザ媒質に複数の励起部を発生させることができる。
［００４０］
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ媒質が複数のファイバーレーザからなることが好ましい。この場合、特性の異なるファイバーレーザを用いることにより、各励起部で発生されるレーザ光の発振波長や波長スペクトルを簡単に変えることが
【０００７】
できる。
［００４１］
また、上記レーザ光源において、前記複数のファイバーレーザからのレーザ光のうち、少なくとも１つが異なる、発振波長または異なる波長スペクトルを有することが好ましい。この場合、スペックルノイズを低減することが可能となる。
［００４２］
［００４３］
また、上記レーザ光源において、前記波長変換素子が複数の非線形光学結晶からなることが好ましい。この場合、各非線形光学結晶を組成などが若干異なるものとすることにより、波長の異なる複数のレーザ光を発生することができ、スペックルノイズの低減を図ることができる。
［００４４］
また、上記レーザ光源において、前記波長変換素子が一つの非線形光学結晶からなることが好ましい。この場合、波長変換素子の構成を簡単にすることができる。
［００４５］
［００４６］
また、上記レーザ光源において、前記非線形光学結晶に形成された分極反転構造の周期が、前記非線形光学結晶内で分布を持っていることが好ましい。この場合、分極反転構造の周期の分布により、波長変換素子内での温度分布により位相整合条件が部分的に異なるのを抑えることができる。
［００４７］
また、本発明に係るディスプレイ装置は、上記レーザ光源と、コリメート光学系と、均一化光学系と、２次元画像変換デバイスと、を備え、前記レーザ光源からの複数のレーザビームは、前記均一化光学系により面内強度分布が均一化され、前記２次元画像変換デバイスにより画像に変換される、ことを特徴とするものである。
［００４８］
これにより、スペックルノイズを低減できる高画質のディスプレイ装置を実現できる。
［００４９］
また、上記ディスプレイ装置において、前記均一化光学系がロッドプリズムから構成
本発明は、レーザ光源およびディスプレイ装置に関し、特に安定して高出力で動作するマイクロチップレーザ光源とそれを用いたディスプレイ装置に関するものである。
固体レーザを用いたマイクロチップレーザは、光源の小型化を可能にする。マイクロチップレーザとは、半導体レーザ励起の固体レーザで、その共振器長を数ｍｍ程度に短くしたものである。一般に固体レーザの共振器を短くすると、非特許文献１に示すように、出力安定性が図れる。さらに、マイクロチップレーザと波長変換素子を組み合わせて、緑色光の発生を行っているものがある（非特許文献２）。また、特許文献１に示すように高出力化のため、半導体レーザアレイと固体レーザと非線形結晶を組み合わせて高出力の緑色光発生を行っているものがある。
また特許文献２には、２次元のアレイ状に固体レーザを並べた構成で高出力化を図る方法も示されている。
特開２００４−１１１５４２ 特開平９−２４６６４８ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ｂ Ｖｏｌ． １１， ｐｐ４３６−４４５， １９９４ Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ １０５（１９９４） ｐ１８３−８７
しかしながら、従来の半導体レーザ励起の固体レーザと波長変換素子を組み合わせた構成では、出力の安定性が十分得られない。特に外部の温度変化が発生した場合に固体レーザ共振器内の横モードの不安定性により出力変動が生じるという問題があった。また、波長変換素子においても、温度上昇により位相整合波長が変化するため、熱による出力不安定現象が発生してしまうという問題があった。
本発明は、前記従来の問題を解決し、さらに、安定した横モードでレーザ発振する高出力のレーザ光源を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、レーザディスプレイ用のレーザ光源として、安定した横モードと高出力特性に優れたレーザ光源を実現することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明に係るレーザ光源は、複数の半導体レーザと、固体レーザ媒質と、波長変換素子と、前記固体レーザ媒質の一方の面に形成された第１の反射層と、前記波長変換素子の一方の面に形成された第２の反射層と、を備え、前記第１と第２の反射層の間に、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子とが配置され、前記第１の反射層と第２の反射層は、両反射端面がほぼ平行なレーザ共振器を構成し、前記複数の半導体レーザにより前記固体レーザ媒質の複数の励起部が励起され、前記複数の励起部が互いに３００μｍ以上離れているレーザ光源であって、前記固体レーザ媒質が組成または材料の異なる複数の固体レーザからなり、前記波長変換素子が位相整合の異なる複数の部分を有し、前記固体レーザは、励起部ごとに波長の異なるレーザ光を発生する、ことを特徴とするものである。
これにより、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができ、また、各固体レーザ結晶を組成などが若干異なるものとすることにより、波長の異なる複数のレーザ光を発生させて、スペックルノイズの低減を図ることができる。
また、本発明に係るレーザ光源は、３以上の半導体レーザと、固体レーザ媒質と、波長変換素子と、前記固体レーザ媒質の一方の面に形成された第１の反射層と、前記波長変換素子の一方の面に形成された第２の反射層と、を備え、前記第１と第２の反射層の間に、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子とが配置され、前記第１の反射層と第２の反射層は、両反射端面がほぼ平行なレーザ共振器を構成し、前記３以上の半導体レーザにより前記固体レーザ媒質の３以上の励起部が励起され、前記３以上の励起部は、同一直線上に位置しないよう配置されているレーザ光源であって、前記固体レーザ媒質が組成または材料の異なる複数の固体レーザからなり、前記波長変換素子が位相整合の異なる複数の部分を有し、前記固体レーザは、励起部ごとに波長の異なるレーザ光を発生する、ことを特徴とするものである。
これにより、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができ、また、各固体レーザ結晶を組成などが若干異なるものとすることにより、波長の異なる複数のレーザ光を発生させて、スペックルノイズの低減を図ることができる。
また、本発明に係るレーザ光源は、複数の半導体レーザと、固体レーザ媒質と、波長変換素子と、前記固体レーザ媒質の一方の面に形成された第１の反射層と、前記波長変換素子の一方の面に形成された第２の反射層と、を備え、前記第１と第２の反射層の間に、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子とが配置され、前記第１の反射層と第２の反射層は、両反射端面がほぼ平行なレーザ共振器を構成し、前記複数の半導体レーザにより前記固体レーザ媒質の複数の励起部が励起され、前記複数の励起部が互いに熱分離機構により分離されているレーザ光源であって、前記固体レーザ媒質が組成または材料の異なる複数の固体レーザからなり、前記波長変換素子が位相整合の異なる複数の部分を有し、前記固体レーザは、励起部ごとに波長の異なるレーザ光を発生する、ことを特徴とするものである。
これにより、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができ、また、各固体レーザ結晶を組成などが若干異なるものとすることにより、波長の異なる複数のレーザ光を発生させて、スペックルノイズの低減を図ることができる。
また、本発明に係るレーザ光源は、複数の半導体レーザと、固体レーザ媒質と、波長変換素子と、前記固体レーザ媒質の一方の面に形成された第１の反射層と、前記波長変換素子の一方の面に形成された第２の反射層と、を備え、前記第１と第２の反射層の間に、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子とが配置され、前記第１の反射層と第２の反射層は、両反射端面がほぼ平行なレーザ共振器を構成し、前記複数の半導体レーザにより前記固体レーザ媒質の複数の励起部が励起され、前記複数の励起部が互いに３００μｍ以上離れているレーザ光源であって、前記固体レーザ媒質はセラミック材料からなり、前記固体レーザ媒質における複数の励起部の少なくとも１つは、組成または材料が他の励起部とは異なり、前記波長変換素子が位相整合の異なる複数の部分を有し、前記固体レーザは、励起部ごとに波長の異なるレーザ光を発生する、ことを特徴とするものである。
これにより、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができ、また、組成などの異なる励起部では、波長の異なるレーザ光が発生することになるため、スペックルノイズの低減を図ることができる。
また、本発明に係るレーザ光源は、３以上の半導体レーザと、固体レーザ媒質と、波長変換素子と、前記固体レーザ媒質の一方の面に形成された第１の反射層と、前記波長変換素子の一方の面に形成された第２の反射層と、を備え、前記第１と第２の反射層の間に、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子とが配置され、前記第１の反射層と第２の反射層は、両反射端面がほぼ平行なレーザ共振器を構成し、前記３以上の半導体レーザにより前記固体レーザ媒質の３以上の励起部が励起され、前記３以上の励起部は、同一直線上に位置しないよう配置されているレーザ光源であって、前記固体レーザ媒質はセラミック材料からなり、前記固体レーザ媒質における複数の励起部の少なくとも１つは、組成または材料が他の励起部とは異なり、前記波長変換素子が位相整合の異なる複数の部分を有し、前記固体レーザは、励起部ごとに波長の異なるレーザ光を発生する、ことを特徴とするものである。
これにより、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができ、また、組成などの異なる励起部では、波長の異なるレーザ光が発生することになるため、スペックルノイズの低減を図ることができる。
また、本発明に係るレーザ光源は、複数の半導体レーザと、固体レーザ媒質と、波長変換素子と、前記固体レーザ媒質の一方の面に形成された第１の反射層と、前記波長変換素子の一方の面に形成された第２の反射層と、を備え、前記第１と第２の反射層の間に、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子とが配置され、前記第１の反射層と第２の反射層は、両反射端面がほぼ平行なレーザ共振器を構成し、前記複数の半導体レーザにより前記固体レーザ媒質の複数の励起部が励起され、前記複数の励起部が互いに熱分離機構により分離されているレーザ光源であって、前記固体レーザ媒質はセラミック材料からなり、前記固体レーザ媒質における複数の励起部の少なくとも１つは、組成または材料が他の励起部とは異なり、前記波長変換素子が位相整合の異なる複数の部分を有し、前記固体レーザは、励起部ごとに波長の異なるレーザ光を発生する、ことを特徴とするものである。
これにより、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができ、また、組成などの異なる励起部では、波長の異なるレーザ光が発生するになるため、スペックルノイズの低減を図ることができる。
また、上記レーザ光源において、前記波長変換素子が複数の非線形光学結晶からなることが好ましい。この場合、各非線形光学結晶を組成などが若干異なるものとすることにより、波長の異なる複数のレーザ光を発生することができ、スペックルノイズの低減を図ることができる。
また、上記レーザ光源において、前記波長変換素子が一つの非線形光学結晶からなることが好ましい。この場合、波長変換素子の構成を簡単にすることができる。
また、上記レーザ光源において、前記励起部は３以上あり、各隣接する励起部の間隔が互いに異なっていることが好ましい。この場合、各励起部での温度が異なるものとできる。これにより、温度の異なる励起部では、波長の異なるレーザ光が発生することとなり、スペックルノイズの低減を図ることができる。
また、上記レーザ光源において、さらにヒートシンクを備え、前記ヒートシンクの表面には段差が形成され、前記少なくともいくつかの半導体レーザは、前記ヒートシンク上の段差により異なる高さに位置するよう前記ヒートシンク上に実装されていることが好ましい。この場合、固体レーザ媒質における隣接する励起部間の距離を、固体レーザ媒質の大きさを変えずに広げることが可能である。
また、上記レーザ光源において、前記半導体レーザ及び前記固体レーザ媒質がそれぞれヒートシンクを備えたものであることが好ましい。この場合、固体レーザや半導体レーザで発生する熱を十分外部に放熱できるため、レーザ光源の小型化が可能となる。
また、上記レーザ光源において、前記半導体レーザと前記固体レーザ媒質は、互いのヒートシンクが分離されているものであることが好ましい。この場合、半導体レーザと前記固体レーザ媒質との間での熱の影響を低減でき、より放熱効果を高めることができる。
また、上記レーザ光源において、前記レーザ共振器は、前記固体レーザ媒質における複数の励起部の間に配置されたヒートシンク部を備えていることが好ましい。この場合、固体レーザ媒質における励起部間での熱の影響を低減でき、励起部の放熱効果をより高めることができる。
また、上記レーザ光源において、前記レーザ共振器は、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子との間に配置された熱分離層を有することが好ましい。この場合、固体レーザ媒質と前記波長変換素子との間での熱の影響を低減でき、より放熱効果を高めることができる。
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ媒質の複数の励起部は、それぞれ発振状態において異なる温度を有し、前記温度差により互いに異なる発振波長または発振スペクトルを有するレーザ光を発振することが好ましい。この場合、温度の異なる励起部では、波長の異なるレーザ光が発生することとなり、スペックルノイズの低減を図ることができる。
また、上記レーザ光源において、さらに光フィードバック素子を備え、前記光フィードバック素子により前記半導体レーザの発振波長が固定されることが好ましい。この場合、外部温度が変化しても、発振波長は変動しないので、固体レーザ媒体の励起を安定に行うことができ、外部温度の変動による出力の変動を大幅に抑えることができる。
また、上記レーザ光源において、前記光フィードバック素子が体積グレーティング、あるいは波長選択フィルタであることが好ましい。
また、上記レーザ光源において、さらにファイバーアレイを有し、前記複数の半導体レーザからの光が前記ファイバーアレイを介して前記固体レーザ媒質に導入されて、該固体レーザ媒質を励起することが好ましい。この場合、励起用半導体レーザの配置の自由度を大きくすることができる。
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ媒質または前記波長変換素子の少なくとも一方が、前記励起光源からの励起光の光軸に対して傾斜した端面を有していることが好ましい。この場合、偏光分離特性の向上により出力の安定性を向上させることができる。
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ媒質または前記波長変換素子の少なくとも一方が有する傾斜した端面が前記励起光の光軸となす角度は、前記固体レーザ媒質の発振波長に対するブリュースター角となっていることが好ましい。この場合、偏光分離特性の向上により出力の安定性を向上させることができる。
また、上記レーザ光源において、前記波長変換素子は非線形光学結晶であり、前記非線形光学結晶が周期状の分極反転構造を有するＭｇ、Ｚｎ，Ｉｎ、Ｓｃの何れかを含むＬｉＮｂＯ3であり、かつ前記非線形光学結晶の厚みが１ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、共振器長を短くして安定したレーザ発振を行うことができる。
また、上記レーザ光源において、前記非線形光学結晶に形成された分極反転構造の周期が、前記非線形光学結晶内で分布を持っていることが好ましい。この場合、分極反転構造の周期の分布により、波長変換素子内での温度分布により位相整合条件が部分的に異なるのを抑えることができる。
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ媒質は固体レーザ結晶であり、前記固体レーザ結晶のいずれかの対向する側面が非平行であることが好ましい。この場合、固体レーザ媒質の両側面間での異常なレーザ発振を抑えることができる。
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ媒質は固体レーザ結晶であり、前記固体レーザ結晶の端面には、溝が前記隣接する励起部間に位置するよう形成されていることが好ましい。この場合、固体レーザ媒質における、励起部の配列方向での異常なレーザ発振を抑えることができる。
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ結晶の端面に形成された溝と、該固体レーザ結晶の、励起光の光軸と平行な側面とが非平行であることが好ましい。この場合、固体レーザ媒質の両側面間での異常なレーザ発振をより一層抑えることができる。
また、上記レーザ光源において、前記固体レーザ結晶の端面に、前記半導体レーザからの光が斜めに入射するよう、前記半導体レーザを傾けて配置することが好ましい。この場合、固体レーザ媒質の光入射端面で反射された光が半導体レーザの活性層に戻るのを抑えることができ、半導体レーザの出力の安定化と長寿命化を図ることができる。
また、上記レーザ光源において、前記波長変換素子が周期状の分極反転構造を有し、前記分極反転構造の周期が部分的に分布を持っていることが好ましい。
また、本発明に係るディスプレイ装置は、上記レーザ光源と、コリメート光学系と、均一化光学系と、２次元画像変換デバイスと、を備え、前記レーザ光源からの複数のレーザビームは、前記均一化光学系により面内強度分布が均一化され、前記２次元画像変換デバイスにより画像に変換される、ことを特徴とするものである。
これにより、スペックルノイズを低減できる高画質のディスプレイ装置を実現できる。
また、上記ディスプレイ装置において、前記均一化光学系がロッドプリズムから構成されていることが好ましい。
また、上記ディスプレイ装置において、さらに光学素子を備え、前記ロッドプリズムに入射するレーザ光の偏向、位相、偏光の少なくともいずれかを前記光学素子により変調することが好ましい。この場合、スペックルノイズを、レーザ光の偏向などを変調することにより低減することができる。
本発明に係るレーザ光源によれば、固体レーザを複数の半導体レーザで励起することで、固体レーザでの励起部を複数に分散させることができ、しかも、複数の励起部を互いに所定距離以上離して配置する、あるいは一直線上に位置しないよう配置することで、固体レーザで発生する熱レンズ効果の影響を制御し、安定した高出力のマルチビームを実現することができる。
また、本発明に係るレーザ光源によれば、固体レーザにおける複数の励起部を互いに熱分離機構により分離して該複数の励起部でのレーザ発振の相互作用を抑圧することで、各励起部での安定したビーム出力を保つことができ、これにより、より安定な光源が実現できる。
また、本発明に係るレーザ光源によれば、複数の波長変換部でレーザ光を波長変換するようにし、該複数の波長変換部を互いに所定距離だけ離すことで、高出力の短波長光を発生できる。
さらに、本発明によれば、出力安定化のために固体レーザ共振器構造の最適設計を行うことで、縦モードをより少なく抑えて安定化させる共振器構造を実現することができる。
さらに、本発明によれば、外部の温度変動に対して、固体レーザの発振を安定に保持することができるレーザ光源を得ることができる。
さらに、本発明のレーザ光源をディスプレイ装置に用いることで、出力安定化と同時にスペックルノイズの低減を図ることが可能となり、高画質のディスプレイを実現できるという効果が得られる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１によるレーザ光源を説明する図であり、図１（ａ）は、その上面図であり、図１（ｂ）は、該レーザ光源を用いたディスプレイ装置の構成図である。
この実施の形態１によるレーザ光源１０３ａは、複数の半導体レーザチップ（以下半導体レーザともいう。）２と、固体レーザ４と、波長変換素子としての非線形材料３とを備え、前記固体レーザ４は、前記半導体レーザにより励起されることで複数のレーザ光を発生し、前記非線形材料は複数の波長変換部を備え、前記複数のレーザ光は、前記非線形材料の異なる波長変換部で短波長光に変換され、前記波長変換部は、互いに１００μｍ以上離れている。
図１（ａ）に示すように、この実施の形態１のレーザ光源１０３ａでは、複数の半導体レーザ２がヒートシンク１上に半田で固定されている。該複数の半導体レーザ２は一定間隔隔てて配置され、それぞれ８０８ｎｍ近傍の発振波長を有している。
次に動作、及び作用効果について説明する。
各半導体レーザ２から出た光は、固体レーザ４を励起する。このとき、固体レーザ４にて各半導体レーザ２からの光により励起される複数の励起部８は、互いに１００μｍ以上離れている。固体レーザ４は１．０６μｍ近傍の光を発生し、該固体レーザ４の光出射側に配置された非線形材料３は、固体レーザ４で発生した光を波長０．５３μｍのレーザ光１１に変換する。ここで上記非線形材料３は非線形光学結晶であり、波長変換素子を構成している。この波長変換素子では、レーザ光は異なる波長変換部で短波長光に変換され、前記波長変換部は、互いに１００μｍ以上離れている。また、上記固体レーザ４と非線形材料３は反射コート５，６に挟まれて共振器構造を形成しており、半導体レーザで励起された固体レーザは、共振器内でのレーザ発振を起こさせる。発振したレーザ光を非線形材料３により高調波に波長変換することで波長０．５３μｍのレーザ光１１として緑色光の発生が可能となる。
このレーザ光源を用いたディスプレイを図１（ｂ）に示す。図においてレーザ光源１０３ａから出力された光は、光学素子１０４を通った後、ロッドプリズム１０１に入射する。該ロッドプリズム１０１に入射した光は、ロッドプリズム内で矩形状にその強度分布を整形した後、２次元画像変換スイッチであるＳＬＭ１０２で画像変換されてレンズ１０５により投射される。
本発明のレーザ光源がディスプレイ装置に有効なのは以下の２つの点で優れているためである。
一つは、高出力、高安定な特性であり、もう一つはスペックルノイズが少ない点である。
高出力、高安定な特性は以下のレーザ光源の特徴の中で説明するので、ここでは、スペックルノイズの低減について詳細を述べる。
スペックルノイズとは、レーザ光のような干渉性の高い光の干渉パターンが発生する現象で、レーザ光をディスプレイ等に適用する場合、画質の劣化の原因となる。この問題を低減するため、本発明のディスプレイの構成においては光学素子１０４を用いている。光学素子は屈折率可変のマイクロ形状からなる素子で、液晶を所定の平面パターンを有する構造内に閉じ込め、交流を印加することで時間的に屈折率を変化させ、該光学素子１０４を通過する光の偏向、位相を変化させている。この構成により、レーザ光のスペックルノイズの低減が可能となる。ここでのスペックルノイズの低減は、干渉パターンを時間的に変化させる方式で、人間の目には複数の干渉パターンが高速に変化することで複数のパターンが平均化されて滑らかな画像として認識させる方法である。この方法においては、本発明のレーザ光源は有効である。このレーザ光源はマルチビーム構造で、複数のビーム、つまり出力レーザ光が互いに所定の距離だけ離れているため、ロッドプリズム１０１にレーザ光が異なる角度で入射される。複数のレーザ光源からの光が異なる角度でプリズムに入射すると、スクリーンでの光の干渉パターンが複雑になるため、スペックルが多重化して抑圧効果が向上する。
また、複数のレーザ光を異なる周波数で発光させる方法も干渉パターンの変化に有効である。この場合の周波数は画像を切り替える周波数よりも十分速くする必要があり、励起用の半導体レーザ２からのレーザ光を変調することで可能となる。
さらに、固体レーザの２つの反射コート５及び６は、一方の反射コート６が緑色光を全反射し、他方の反射コート５が緑色光を透過するように設計する。これによって、レーザ光１１は非線形光学結晶３から直接外部に出た光と、反射コート６で一度反射された光の和となる。このためレーザビームはそれぞれ２つのビームから構成されており、それらがロッドプリズム内で強度分布を整形されることでより複雑な干渉パターンを構成し、効果的にスペックルノイズを低減できる。
さらに、波長変換素子における波長変換部の距離が、高出力化には重要である。周期状の分極反転構造による高効率波長変換が可能なＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴａＯ３、ＫＴＰまたはこれらのストイキオメトリックな材料系では、高い非線形性による高効率な波長変換が可能である。ところが、出力が１Ｗを越える第２高調波発生で可視光を発生する場合に、出力が不安定になる現象が見いだされた。その原因は、発生した可視光と基本波による第３高調波発生により波長４００ｎｍ以下の紫外光が発生すると、可視光の吸収が増大することによるものである。即ち、発生した可視の高調波の吸収により熱が発生し、変換効率が時間的、部分的に変化することで出力が不安定になる現象である。これを防止するには、波長変換素子における変換部分を複数に分離し、変換部分における可視光の発生出力を限定するとともに、隣接する波長変換部分の距離を保つことで、変換部分で発生する熱を抑圧することが重要である。
まず変換部分での可視光の発生としては、数Ｗ以下に抑える必要がある。信頼性を含めると１〜２Ｗ程度以下に抑えることで、出力の不安定性、変換効率の経年変化を抑圧できることが判明した。一方、熱的な影響を抑えるには、波長変換部分の間隔を１００μｍ以上に離すのが好ましいことが実験的に分かった。実験ではＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３結晶を用いて、２つの波長変換部で波長５３０ｎｍ近傍の緑色光を発生させた場合、変換部の距離が５０μｍ以下になると、安定した最大出力は合計で２Ｗ以下しか得られなかった。これは、変換部での発熱が互いに影響したことで、出力が不安定になったためと考えられる。変換部の距離を１００μｍ以上にすると最大出力を合計で３Ｗ以上にしても安定な出力が得られた。また数１００時間の耐性実験を行っても、変換効率、出力に変化はなかった。この結果より変換部の間隔は１００μｍ以上が好ましいことが明らかになった。
さらに、複数の結晶を用いて、基本波を波長変換すると、互いの熱的な影響がなくなり有効である。この場合は、一つの結晶での可視光発生の強度を数Ｗ以下に抑えるのみでよい。
さらに、複数のレーザビームからなる本発明のレーザ光源を用いたディスプレイ装置は、高い信頼性を実現できる。ポンプ用の半導体レーザおよび固体レーザ部分を複数用意することで、例えば、一部のレーザが劣化した場合に、他のレーザでその出力を補うことができる。このため、ディスプレイの長寿命化、信頼性向上に有効である。さらに、レーザ光源としては、ひとつの光源で出力可能な最大値に対して余裕をもたせることで、全体の寿命が向上する。さらにいずれかのレーザが劣化した場合、他のレーザ出力を上げることで、輝度を確保できる。また、予備のレーザを備えて、一部のレーザが劣化した場合に全体の出力を補うことも可能である。このように、マルチビーム構造にすることで、ディスプレイ用光源の信頼性を大幅に向上できる。
このように本実施の形態１によるレーザ光源１０３ａでは、複数の半導体レーザ２と、固体レーザ４と、波長変換素子を構成する非線形材料３と、前記固体レーザの一方の面に形成された反射コート５と、前記非線形材料３の一方の面に形成された反射コート６と、を備え、前記複数のレーザ光は、前記波長変換素子の異なる波長変換部で短波長光に変換され、前記波長変換部は、互いに１００μｍ以上離れているので、隣接する波長変換部間での熱的影響を緩和して、波長変換を安定に行うことができる。
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２に係るレーザ光源を説明する図であり、図２（ａ）はその表面図であり、図２（ｂ）はその側面図であり、図２（ｃ）は固体レーザの温度分布を説明するための図である。
図２において、１０３ｂは本実施の形態２によるレーザ光源であり、このレーザ光源１０３ｂは、複数の半導体レーザ２と、固体レーザ４と、波長変換素子を構成する非線形材料３と、前記固体レーザの一方の面に形成された反射コート５と、前記非線形材料３の一方の面に形成された反射コート６と、を備え、前記両反射コートの間に、前記固体レーザと前記波長変換素子とが配置され、前記両反射コートはほぼ平行に配置されてレーザ共振器を構成し、前記複数の半導体レーザにより前記固体レーザの複数の励起部８が励起され、前記複数の励起部８が互いに３００μｍ以上離れている。
ここで、半導体レーザ２はヒートシンク１上に固定されている。固体レーザ４と非線形光学材料３とは接合され、非線形材料３の光出射面には反射コート５が、固体レーザ４の光入射面には反射コート６が施されて、レーザ共振器が構成されている。
次に動作、及び作用効果について説明する。
半導体レーザ２から出力したレーザ光（波長８０８ｎｍ）は固体レーザ４を励起し、固体レーザ４は１．０６μｍ近傍の光を発生する。この１．０６μｍの光はレーザ共振器内で非線形光学材料３により波長変換され、波長０．５３μｍの緑色のレーザ光１１となって外部に出射される。ここで固体レーザと非線形光学材料とは一つの材料から構成されており、構造の簡素化が図れている。また、高出力化には、レーザ共振器から出力されるビームスポットを増やすことで対応できる。
このような固体レーザを安定に発振するには、共振器内でのレーザ発振を安定化させる必要があり、レーザ発振の縦モードおよび横モードの安定化が重要である。
縦モードはレーザ共振器内での発振スペクトルの多さであり、マルチモードとなって発振スペクトルが増大すると不安定となる。マイクロチップレーザは、共振器長を短くすることで発振モードを抑圧して出力の安定化が図れる。実際にはレーザ共振器の光学長を４ｍｍ以下にすることでマルチモード発生の抑圧が可能になる。共振器長を変えて出力の安定性を実験した結果を図３（ａ）に示すが、レーザ媒質の屈折率が２程度のとき共振器長が２ｍｍ以上になると光学長が４ｍｍ以上になり出力変動が増大した。
一方、レーザ共振器には、固体レーザと非線形光学結晶とが必要であり、これらを合わせた共振器の長さを２ｍｍ以下にする必要がある。ところが、非線形結晶からなる波長変換素子の長さは変換効率に比例するため、該素子を短くすると変換効率が低下する。図３（ｂ）は高効率な非線形材料の変換効率と素子長（結晶長）の関係を示したものである。ポンプする固体レーザの出力を１Ｗ程度としたとき、最大の変換効率を得るには、図３（ｂ）に示した最大変換効率が得られる値程度の結晶長が必要となる。
このときの結晶長としてはＫＴＰで４ｍｍ、周期分極反転構造を形成したＬｉＴａＯ3（ＰＰＬＴ）で０．８ｍｍ、周期分極反転構造を形成したＫＴＰ（ＰＰＫＴＰ）で０．５ｍｍ、周期分極反転構造を形成したＬｉＮｂＯ3（ＰＰＬＮ）で０．２５ｍｍ必要である。固体レーザの結晶長が０．５ｍｍ程度であるため、共振器長を２ｍｍ以下にするには、従来使用されているＫＴＰでは最大効率が得られない。ＰＰＬＴ，ＰＰＫＴＰ，ＰＰＬＮといった周期状の分極反転構造を有する結晶を用いて初めて安定な出力特性が得られた。
中でもＰＰＬＮは非常に高い変換効率を有するため、共振器長を短くでき安定性、高効率特性が最も優れていた。しかしながらＰＰＬＮには、光損傷の問題があり、高出力の緑色光を安定に得るのが難しいという問題があった。これを解決するためＭｇドープしたＬｉＮｂＯ3を用いると、光損傷の問題は無くなり、固体レーザ結晶と合わせても１ｍｍ以下の共振器長が実現できた。このため、出力の安定性は大幅に増大し、外部の温度変化に対しても安定な動作が得られた。
また本発明のレーザ光源の構成は、平板状の反射コートの間でレーザ発振が行われる共振器構造をとっているため、共振器の損失は共振器長に大きく影響される。共振器長を２ｍｍ以下にすることで、共振器の損失も低減し、高効率化が可能になった。
また、非線形材料は、周期状の分極反転構造を有する結晶を用いている。非線形光学結晶の位相整合波長は分極反転周期により決定される。固体レーザの励起部を複数設けて同時に励起する構成では、固体レーザ部分の温度上昇が発生する。この温度上昇は、各励起部で発生するが、各励起部間で温度分布が発生する。具体的には、非線形光学結晶の中央に近い励起部は、その端部に位置するものに比べて温度が高くなる。この温度は非線形光学結晶にも伝わるので、非線形光学結晶の位相整合条件が部分的に異なることになり、全体の変換効率が低下する。これを解決するため、分極反転周期は非線形光学結晶にて部分的に分布を持たせて設計することが望ましい。非線形光学結晶の中央部は温度が高くなるので周辺部より分布反転周期を短く設計するのが好ましい。
一方、横モードの安定性が出力安定性には重要である。そのため、本発明では固体レーザでのレーザ発振がそれぞれ独立して互いに干渉しないように励起部間隔をとっている。マイクロチップレーザは、平板状の反射コートの間でレーザ発振が行われる共振器を用いるため、励起された固体レーザ部分の熱レンズ効果を利用して共振器の安定化、低損失化を図っている。このため、固体レーザの励起部分が光学的にも、熱的にも互いに干渉すると発振が不安定になる。また励起部分が干渉すると、共振器内での光のビームスポットが拡大するので、非線形光学結晶での変換効率が低下する。このため、共振器内での横方向の干渉を十分抑える必要がある。
図２（ｃ）は固体レーザにおける横方向の温度分布を示している。図に示されるように各励起部では励起スポットを中心に温度上昇が起きる。この温度分布が横方向に分離されることで、互いの励起部での熱レンズの発生を安定化させることが可能となる。我々の検討では、励起半導体レーザの活性層の幅が５０μｍ程度の時、励起部の間隔が２００μｍ以上になると安定した発振が確認された。活性層幅が１００μｍのときは２５０μｍ以上の間隔が必要となる。半導体レーザの活性層幅は１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がさらに好ましい。活性層の幅は、固体レーザの励起部分の大きさを決定し、固体レーザで発振する横モードの大きさを決める。横モードが大きいと、共振器内のパワー密度が低下し波長変換の効率が大幅に低下する。このため、活性層の幅は５０μｍが好ましい。また、レーザ媒質としてＮｄ：ＹＶＯ4の基板を用い、基板の厚みが０．５ｍｍの場合、励起スポットの温度分布は半値全幅で３００μｍ程度の山形分布となる。それぞれの励起部のピーク温度が隣の励起部の影響により上昇しないためには、少なくとも各励起部の間隔を３００μｍ以上に設定することが望ましい。
本実施の形態２による構成のレーザ光源を作製した。半導体レーザには出力１Ｗのストライプ状のものを３つ用い、活性層の幅は５０μｍ、半導体レーザの間隔は２００μｍでそれぞれヒートシンク上に固定した。固体レーザはＮｄ：ＹＯ4であり、結晶長は０．５ｍｍ、非線形結晶は周期状の分極反転構造を有するＭｇドープＬｉＮｂＯ3で、結晶長は０．５ｍｍであった。この構成で、各ビームからの緑色光の出力は０．３Ｗ、合計で０．９Ｗの緑色光が発生した。出力は安定であり、モード等の変動による不安定性は観測されなかった。従来のＫＴＰを用いた構成では１ビームの構成で出力は０．１Ｗ程度なので、大幅な出力向上および安定性が確認された。
このことは、従来のアレイ型の半導体レーザでは、各半導体レーザにより励起される固体レーザでは、互いに励起部が干渉しレーザ発振が不安定になり、さらに固体レーザのモード広がりが生じ、波長変換の効率が低下するといった問題が生じていたが、この問題が本発明の構成で改善されたことを示す。
なお、ＭｇドープＬｉＮｂＯ3の代わりに、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｃ等をドープしたＬｉＮｂＯ3を非線形結晶として用いた場合でも、光損傷耐性は向上して高出力化が可能になった。ＰＰＭｇＬＮのさらなる特徴は、ＫＴＰで発生するグレイトラックの現象がないことである。ＫＴＰにおいては１００ｍＷ以上の高出力の可視光発生を長時間行うと、結晶にカラーセンターが発生し、特性が劣化するグレイトラックの現象が生じる。このため、高信頼性の光源を実現するのが難しい。これに対して、ＰＰＭｇＬＮは、１Ｗ程度の出力でもカラーセンターが生じることはなく、高い信頼性が得られるため、信頼性の高い光源を実現できる。
なお、固体レーザとしてはＮｄ：ＹＶＯ4，Ｎｄ：ＧｄＶＯ4が望ましい。Ｎｄのドープ量を高くできるので、吸収係数を大きくでき、マイクロチップレーザの構成が容易になる。Ｎｄ：ＹＶＯ4，Ｎｄ：ＧｄＶＯ4の好ましい点は、固体レーザの励起効率が結晶軸に対して異方性を持っているため、単一偏光でレーザ発振する点である。
非線形光学材料での波長変換は偏光依存性を持つため、単一偏光での発振は変換効率が大幅に向上する。特に周期状の分極反転構造を有する結晶は複屈折の光軸と位相整合の光軸とが一致しているため、温度による偏光の変化が少なく、単一偏光のレーザ結晶を組み合わせることで変換効率の向上が図れ、偏光の安定化が実現できる。さらに、Ｎｄ：ＹＶＯ4，Ｎｄ：ＧｄＶＯ4は異常光屈折率が２．１６５，２．１５であり、ＭｇドープのＬｉＮｂＯ3の屈折率２．１５とほぼ等しい。このため、オプティカルコンタクトまたは直接接合した場合の屈折率差が非常に小さくフレネル損失が大幅に低下するため、共振器内ロスが低下し高効率化が図れる。
固体レーザとしてはＮｄ：ＹＶＯ4に比べてＮｄ：ＧｄＶＯ4はより好ましい。Ｎｄ：ＧｄＶＯ4結晶の熱膨張係数がＭｇドープＬｉＮｂＯ3の熱膨張係数により近いため、非線形光学結晶と固体レーザ結晶を接合した場合に、結晶の温度変化により接合部に生じるひずみが小さくなる。このため、接合プロセスが容易になり、かつ外部の温度変化に対しても安定した接合が実現できるという利点がある。
また固体レーザとして、レーザ結晶の代わりにセラミックを用いたセラミックレーザ等も適用可能である。さらに、セラミックレーザは、レーザの微結晶を焼結することで作製するため、異なる結晶の混合や、その混合比に部分的に分布をつけることが容易になる。
図１４（ａ），図１４（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係るレーザ光源のレーザ結晶の構成例を示す図である。図１４（ａ）はレーザ結晶の一例の断面構造に示す。図１４（ａ）に示すように、レーザ結晶（固体レーザ）４ａは複数の励起部１４１〜１４３で励起されるものであり、励起部１４１，１４２，１４３がそれぞれ異なるレーザ結晶組成または材質で構成されている。例えば、励起部１４１はＮｄ：ＹＶＯ４、励起部１４２はＮｄ：ＧｄＶＯ４、励起部１４３はＮｄ：ＹＬＦを主材料になるように形成する。これによってレーザは、励起部１４１，１４２，１４３でそれぞれ異なる波長での発振が可能なものとなる。このような励起部で発振されたレーザを、位相整合条件をそれぞれの波長に合わせた波長変換素子で変換するようにすると、異なる発振波長を同時に発生する可視光のレーザ光源が実現できる。このレーザ光源をディスプレイ用途に用いることで、スペックルノイズは大幅に低減され、高画質なディスプレイが実現できる。なお、励起部のレーザ媒質としては、材料または組成、およびそれぞれのレーザ媒質の混合によっても発振波長を変えることができる。さらに発振波長だけでなく発振スペクトルを広げることも可能となる。発振波長を広げ、かつそれぞれの励起部が異なる波長を発生することでスペックルノイズの抑圧効果はさらに増大する。アモルファス材料は、異なる結晶の混合が容易であり、発振波長、発振特性の分布を容易に形成できる。またコストも安いため、有用である。さらに、レーザ結晶における励起部以外の部分を熱伝導の高いＹＡＧ材料などにして、励起部のみを異なる材料にすることで、放熱特性が高まり高出力でも安定な出力特性が得られる。
また、図１４（ｂ）はレーザ結晶の他の例の断面構造に示す。図１４（ｂ）に示すように、固体レーザを、異なるレーザ結晶を用いる構成も可能である。図１４（ｂ）では、固体レーザ４ｂは、異なるレーザ結晶１４４，１４５，１４６からなり、各励起部１４１，１４２，１４３がそれぞれ異なるレーザ結晶１４４，１４５，１４６内にある。これによって、各励起部では、異なるレーザ発振が可能となり、スペックルノイズの抑圧が可能となる。なお、励起部での発振波長は、これを構成するレーザ媒質の材料または組成、及びレーザ媒質の混合結晶によっても変えることができる。
このように本実施の形態２によるレーザ光源１０３ｂでは、複数の半導体レーザ２と、固体レーザ４と、波長変換素子を構成する非線形材料３と、前記固体レーザ４の一方の面に形成された反射コート５と、前記非線形材料３の一方の面に形成された反射コート６と、を備え、前記両反射コートの間に、前記固体レーザ４と前記波長変換素子３とが配置され、前記両反射コートはほぼ平行に配置されてレーザ共振器を構成し、前記複数の半導体レーザ２により前記固体レーザ４の複数の励起部８が励起され、前記複数の励起部８が互いに３００μｍ以上離れているので、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができる。
図４（ａ）は本発明の実施の形態２によるレーザ光源の他の例を示す上面図であり、図４（ｂ）はその側面図であり、図４（ｃ）はその側面図である。
これらの図に示すレーザ光源１０３ｃでは、ヒートシンク１ｃに段差を付けて、半導体レーザ２を段違いに実装している。ヒートシンクに段差を付けることで、半導体レーザ間の熱的な影響が少なくなり、それぞれの半導体レーザの発振が安定する。また表面積も大きくなるので冷却効果により半導体レーザの寿命が延びる。さらに固体レーザを立体的に配置することで、同じ大きさで固体レーザの発光点距離を大きくできるため、小型化に有効である。さらに、隣接した励起部間でレーザ発振が生じる結晶面内でのレーザ発振を抑圧することが可能となり、面内共振によるレーザの発振損失を低減できるため、効率の高い構成が実現できる。
図１２（ｃ）は、本発明の実施の形態２に係るレーザ光源のレーザ結晶の一例を示す図であり、この図を用いて、固体レーザを複数の励起部で励起する構成において、励起部の温度が異なるように設定する構成について述べる。
図１２（ｃ）では、隣接する励起部間の距離を各励起部の温度が異なるよう設定している。つまり、固体レーザ４ｆの中央に位置する励起部１４２と、その一方側に位置する励起部１４１との距離Ｌ１は、固体レーザ４ｆの中央に位置する励起部１４２と、その他方側に位置する励起部１４３との距離Ｌ２とは異なっている。
図に示したように、励起部は励起スポットで表されるが、この励起部間の距離が互いに異なる場合において励起部の温度が異なる。なお、各励起部は、固体レーザ４の側面からの距離が違うものであってもよい。その他、励起部の励起パワー密度や、励起スポットの大きさを複数の励起部で異なるように設定することも有効である。この場合は励起用半導体レーザおよび集光光学系の設計により可能になる。このような構成によって、励起部の温度を互いに異なるようにすることで、固体レーザの各励起部は発振波長がわずかに異なる波長で発振する。また温度の違いにより発振するスペクトルの形状も異なる。波長の違いは１ｎｍ以下の値であるが、互いに異なる発振波長または発振スペクトルで発振することで、波長変換された高調波の光も異なる波長またはスペクトルで発生する。この光をディスプレイ用の光源として用いることで、複数の光の干渉が低減され、干渉によって発生するスペックルノイズが低減できる。
図１２（ａ），図１２（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係るレーザ光源のレーザ結晶の他の例を示す図であり、これらの図を用いて、固体レーザでの異常なレーザ発振を抑制する構成について述べる。
図１２（ａ）において、４ｄは固体レーザであり、１２１，１２２は上記固体レーザ４ｄとしてのレーザ結晶の側面、１２３，１２４は上記固体レーザ４ｄとしてのレーザ結晶の上面，下面、１２５は固体レーザの励起部分である。
レーザ媒質としての固体レーザ４ｄを半導体レーザにより励起した場合に、励起部にて共振器長方向のレーザ発振が励起されることで、共振器を構成する反射ミラー間でレーザ光が共振する。ところが、励起光が強くなるとレーザ結晶４ｄの両側面１２１，１２２の間で異常なレーザ発振（レーザ結晶の面内共振）１２６が発生する。このようなレーザ発振が発生すると損失となるため、レーザの発振効率が大幅に低下する。本発明では固体レーザ結晶を多点で励起するため、共振器長方向と垂直な方向にレーザ発振１２６が誘起されやすい。これを防止するため、本発明では、レーザ結晶の側面１２１と側面１２２をこれらが非平行になるように設計している。このように非平行にすることで異常なレーザ発振が抑圧され安定した発振が可能となった。さらに側面を砂状にしてその面での反射率を低減するのも有効である。
また、図１２（ｂ）に示す構成の固体レーザ４ｅも有効である。図１２（ｂ）では図４に示す構成を利用して励起部１２５を交互に段違いに設定している。これによって、隣接する励起部間での相互作用による異常なレーザ発振１２６を防止できる。また、励起部間に溝１２７も形成している。溝としては側面１２１，１２２と非平行にすることでより効果が強くなる。溝によって励起部間が分断されることで面内での異常なレーザ発振を防止でき、安定な高効率が得られる。また、固体レーザ結晶に溝を入れることは、非線形光学結晶とレーザ結晶を張り合わせる場合に熱膨張の違いを緩和するのにも有効である。非線形光学結晶としてＭｇドープＬｉＮｂＯ３と、レーザ結晶とでは２倍前後の熱膨張係数の差がある。このため、結晶同士を張り合わせた後、レーザの励起等で温度が上昇すると熱膨張の違いにより接合がはがれたり、ひずみが生じる場合がある。これに対して、結晶に溝を入れると熱膨張の差による歪を吸収できるため、温度変化に強い構成が実現できる。さらに、励起部間の熱の伝導を防ぐ効果もある。
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３によるレーザ光源を説明する図であり、図５（ａ）はその表面図であり、図５（ｂ）はその側面図である。
図において、１０３ｇは、この実施の形態３によるレーザ光源であり、このレーザ光源１０３ｇは、図２に示す実施の形態２のレーザ光源１０３ｂにおいて、固体レーザ４及び波長変換素子３を冷却するヒートシンク７を備えたものであり、ここで、ヒートシンク７は、共振器部を構成する固体レーザ４及び波長変換素子３の上下に、これらに跨るよう取り付けられている。なお、その他の構成は、実施の形態２のものと同一である。
次に、作用効果について説明する。
図５に示されるレーザ光源は、固体レーザ４の上下にヒートシンク７を配置して、出力の安定化を図っている。固体レーザ４は励起半導体レーザ２の光を吸収して１．０６μｍの光に変換するが、変換効率は５０％程度であり、励起された光の半分は熱に変わる。この熱による熱レンズ効果で固体レーザでのレーザ発振を安定化させているが、隣接する励起部の影響を抑圧する必要がある。ここでは、この問題を解決するため、固体レーザ部分にヒートシンク７を設けている。ヒートシンク７により固体レーザで発生する熱を十分外部に放熱できるため、全体の小型化が可能となる。
なお、上記実施の形態３では、ヒートシンク７は固体レーザ４の上下に配置しているが、ヒートシンク７の配置はこれに限るものではない。
例えば、図５に示すレーザ光源において、さらに図６に示すように、ヒートシンク７ａを固体レーザの両側面側に、ヒートシンク７ｂを固体レーザにおける励起部間に設けることでより高い冷却能力が実現される。これによってさらなる高出力化が可能となる。
また、さらなる高出力化を図った場合には、固体レーザから非線形光学結晶への熱の伝導が問題となる。固体レーザ結晶は１０℃から数１０℃温度が上昇するため、非線形結晶の温度が伝わると特性が不安定になり、位相整合がはずれて出力が低下するといった問題が生じる。これを防止するには、図６に示すレーザ光源において、図７に示すように、さらに固体レーザ４と非線形材料３の間に熱分離層１２を設ける構成が有効である。熱分離層としては、空気層が断熱効果が高く有効である。またＹＡＧ等の透明で熱伝導度の高い材料を挟み込んで、熱をヒートシンクから逃がす構成も有効である。
また、半導体レーザと固体レーザの間での熱の伝導はレーザ発振を不安定にする。このため半導体レーザが固定されているヒートシンクと固体レーザとの間は熱分離するのが好ましい。具体的にはセラミック材料等の熱伝導の低い材料を介して互いを固定することが望まれる。
なお、上記実施の形態３では、レーザ光源は、実施の形態２のレーザ光源においてヒートシンク７を備えたものとしているが、実施の形態３のレーザ光源は、実施の形態１のレーザ光源においてヒートシンク７を備えたものでもよい。
また、上記実施の形態３におけるポンプレーザとしての半導体レーザに代えて、ファイバーアレイを用いる構成も有効である。
（実施の形態４）
図１５は本発明の実施の形態４によるレーザ光源を説明する図であり、図１５（ａ）はその表面図であり、図１５（ｂ）はその側面図である。
この実施の形態４のレーザ光源１０３ｉは、図１に示す実施の形態１のレーザ光源１０３ａにおいて、半導体レーザ２により直接固体レーザ４を励起するようにしているのに代えて、光ファイバ１５３を介して半導体レーザ１５２からの励起光を固体レーザ４に導入するようにしたものであり、その他の構成は、実施の形態１のものと同一である。
ここでは、３つの光ファイバ１５３と、励起光を発生する３つの半導体レーザ１５２とによりポンプ光源が構成されており、半導体レーザ１５２からの光をファイバー１５３で、共振器構造の固体レーザ部４に導いている。このようなポンプ光源としてファイバーアレイを用いる構成も、安定な高出力特性を実現する上で有効である。
ここで、複数のファイバー１５３の一端１５４は、図１５（ｂ）に示すようにアレイ状に並んでおり、固体レーザ４は、３つのファイバー１５３のアレイ状に並んでいる一端１５４に接近して配置されている。また、各ファイバ１５３の他端は、図１５（ａ）に示すように離れて位置している。励起光を発生する各半導体レーザ１５２は、それぞれのファイバー１５３の他端に結合しており、互いに熱の影響を受けない程度に距離を離して設置している。これによって、水冷やペルチェなどの冷却装置を用いなくても数Ｗの半導体レーザを複数用いることが可能となる。
また、ここでは、各ファイバー１５３の一端１５４は、そのコア１５１の間隔が約２００μｍ程度となるよう離してアレイ状に配置している。これによって、固体レーザ４の励起部分は互いに離れた位置に位置するよう設計できる。固体レーザ４の複数の励起部間での熱の影響を避けることで、高出力の可視光発生が可能となる。また、同時に複数の半導体レーザをそれぞれ分離させて設置することで、放熱効果が向上し、空冷での高出力化が実現できる。さらに固体レーザと半導体レーザとの距離を離すことができるので、半導体レーザの熱が固体レーザに影響することがなくなり、固体レーザの放熱が容易になるという利点も有する。本構成では、固体レーザの隣接する励起部間、及び波長変換素子の隣接する波長変換部の間に、熱の影響を分離できる程度の距離を確保することで、安定な高出力特性が得られる。
なお、ファイバーを用いる場合、ファイバーにグレーティング構造を形成したファイバーグレーティングを用いることで、半導体レーザに特定波長を帰還して、固体レーザの発振波長を固定することも可能である。また、ファイバーとしては、偏波保持ファイバーを用いて、偏光を固定するのが望ましい。用いるファイバーとしては、コア径が５０〜１００μｍ程度のマルチモードファイバーである。コア径が大きいと伝搬するレーザ光のマルチモードの本数が大きくなり、偏波保持が難しくなるので、コア径は１００μｍ以下に抑えるのが好ましい。このため、励起用の半導体レーザのストライプ幅も１００μｍ以下にすることで、ファイバーとの結合損失を低減できる。
（実施の形態５）
図１３は本発明の実施の形態５によるレーザ光源を説明する図であり、図１３（ａ）はその表面図であり、図１３（ｂ）はその側面図である。
本実施の形態５のレーザ光源１０３ｊは、図５に示す実施の形態３のレーザ光源１０３ｇにおいて、半導体レーザ２の光出射側に狭帯域の波長フィルタ１３３を配置し、半導体レーザ２の発振波長をロックするようにしたものである。
ここで、上記狭帯域の波長フィルター１３３の一方の端面側にマイクロレンズアレイ１３１が配置され、もう一方の端面側にはマイクロレンズアレイ１３２が配置されている。
このような構成のレーザ光源１０３ｊでは、励起用半導体レーザ２からの出力をマイクロレンズアレイ１３１でコリメートし、波長フィルター１３３を通った後、マイクロレンズアレイ１３２で、固体レーザ４の端面に集光している。波長フィルター１３３は狭帯域特性を有しており、波長フィルター１３３を通過した光が固体レーザ端面で反射されて半導体レーザ２に帰還することで、波長フィルター１３３の透過波長に半導体レーザ２の発振波長を固定できる。これによって、外部温度が変動しても半導体レーザの発振波長が揺らぐことなくレーザ発振をするので、安定した固体レーザ出力を得ることができる。
（実施の形態６）
図８は本発明の実施の形態６によるレーザ光源を示す表面図であり、図８（ａ）はその表面図であり、図８（ｂ）はその側面図である。
図８において、１０３ｋは本実施の形態６のレーザ光源であり、このレーザ光源１０３ｋは、図２に示す実施の形態２のレーザ光源１０３ｂにおいて、半導体レーザ２を実装したヒートシンク１を、該半導体レーザ２の光軸が固体レーザ４の光入射端面に対して斜めになるよう傾けて配置したものであり、その他の構成は実施の形態２のものと同一である。
本実施の形態のレーザ光源１０３ｋは、マイクロチップレーザと呼ばれるものであり、このマイクロチップレーザの構成は、半導体レーザにより固体レーザの端面を直接励起する構成であり、小型化、低コスト化に有効である。固体レーザ４の端面と半導体レーザ２の距離は５０〜１００μｍ程度であり、固体レーザ内で励起されるレーザ発振の横モードと、半導体レーザの励起光の強度分布が近い場所で励起効率が最大となる。半導体レーザが劣化する要因として、レーザの戻り光による影響が大きい。固体レーザ４の端面で反射された光は半導体レーザの活性層に帰還する。反射戻り光があると半導体レーザの出力が不安定になり、かつ寿命も大幅に低下する。これに対して、半導体レーザの活性層を固体レーザ端面に対して僅かに傾けると、戻り光が大幅に低下する。これによって、出力の安定化と、長寿命化が図れる。また、固体レーザ端面でのビームスポットの小型化が可能となるため、励起効率が向上するといった利点もある。
なお、半導体レーザ２の光軸を固体レーザ４の端面に対して傾ける角度は０．５度以上が好ましく、３度以上がさらに好ましい。
また、本実施の形態６では、実施の形態２のレーザ光源において、半導体レーザ２の光軸を固体レーザ４の端面に対して傾けたものを示したが、この実施の形態６のレーザ光源は、上述した実施の形態２以外の実施の形態において、半導体レーザ２の光軸を固体レーザ４の端面に対して傾けたものでもよい。
（実施の形態７）
図１８は本発明の実施の形態７によるレーザ光源を説明する図であり、図１８（ａ）はその表面図であり、図１８（ｂ）はその側面図である。
図において、１０３ｍは本実施の形態７によるレーザ光源であり、このレーザ光源１０３ｍは、レーザ発振を行う固体レーザ４と、該固体レーザ４に近接させて配置した波長変換素子１８１と、ヒートシンク１上に固定された、固体レーザ４を励起する複数の半導体レーザ２とを有している。
ここで、固体レーザ４は、その励起光の入射側端面に反射コート６が形成されたものであり、該励起光の光軸と平行な両側面にはヒートシンク７１ａが取り付けられている。この固体レーザ４では、上記複数の半導体レーザ２からの励起光により励起される複数の励起部が、ヒートシンク１上での半導体レーザ２の配列方向と平行な方向に一直線上に並んでおり、隣接する励起部間は、ヒートシンク７１ｂにより熱分離されている。
また、上記波長変換素子１８１は非線形光学結晶からなり、レーザ光の出射側端面に反射コート５が形成され、その反対側の端面が、出射側端面に対して斜めに傾くよう加工されたものである。この波長変換素子１８１は、その光軸である非線形光学結晶のＸ軸が、半導体レーザ２からの励起光の光軸に対して所定の角度θ１をなすよう傾けて配置されており、その両側面にはヒートシンク７２ａが、その上面側及び下面側にはヒートシンク７２ｂが取り付けられている。
そして、前記両反射コート５及び６と、これらの間に配置された固体レーザ４及び波長変換素子１８１とによりレーザ共振器が構成されている。
なお、ここでは、固体レーザ４側のヒートシンクと波長変換素子１８１側のヒートシンクとは、別体としているが、これらのヒートシンクは一体に形成してもよい。
次に作用効果について説明する。
波長変換素子１８１を構成する非線形光学結晶の一方の端面を入射光の光軸に対してブリュースター角をなすよう研磨することで基本波の反射を低減し、同時に、偏光分離特性を向上することで出力の安定性を向上させることが可能となる。
非線形光学結晶１８１の光軸が入射光の光軸に対してブリュースター角をなすようにすることで紙面に平行な偏光成分の反射率はほぼゼロになり、共振器損失が低減するため、他の偏光の発振を抑圧できる。ここでは、非線形材料１８１として周期状の分極反転構造を有するＰＰＭｇＬＮを用いた。結晶の鋭角を約６５度として、結晶のＸ軸と光軸の成す角θ１を２５度程度に設定すると、波長１０６４ｎｍの基本波に対してブリュースター条件を満足できる。このとき、緑色光は図に示すように約２５度の方向に発生する。非線形光学結晶１８１の光軸と入射光の光軸とのなす角度をブリュースター角に設定すると、非線形光学結晶の端面での無反射コートが必要なくなるため、低コスト化が実現できる。また、従来のＫＴＰでは、非線形光学定数が低いため結晶長が数ｍｍ必要であり、さらに非線形光学結晶１８１を図１８のように斜め配置にすると、共振器長が長くなる。このため、共振器の安定性が低下、変換効率も低くなるなどの問題が生じていた。これに対してＰＰＭｇＬＮは、非線形定数が大きいため、結晶長は１ｍｍ以下でも高い変換効率が得られる。このため、図１８のように非線形光学結晶１８１を斜め配置にしても、共振器長を２ｍｍ以下に設定することが可能となる。これによって、共振器の安定化を実現できるという利点を有する。
さらに、固体レーザ結晶、ＰＰＭｇＬＮ結晶の対向する面を互いにブリュースター角をなすよう傾斜させる構成も有効である。
（実施の形態８）
図１９は本発明の実施の形態８によるレーザ光源を説明する図であり、図１９（ａ）はその表面図であり、図１９（ｂ）はその側面図である。
図において、１０３ｎは本実施の形態８によるレーザ光源であり、このレーザ光源１０３ｎは、レーザ発振を行う固体レーザ４と、該固体レーザ４に近接させて配置した波長変換素子１８２と、ヒートシンク１上に固定された、固体レーザ４を励起する複数の半導体レーザ２とを有している。
そして、この実施の形態８では、固体レーザ４と半導体レーザ２との間には、狭帯域の波長フィルタ１３３を配置し、半導体レーザ２の発振波長をロックするようにしている。この狭帯域の波長フィルター１３３の一端面側にはマイクロレンズアレイ１３１が配置され、もう一方の端面側にはマイクロレンズアレイ１３２が配置されている。
また、上記固体レーザ４は、その励起光の入射側端面に反射コート６が形成されたものであり、この固体レーザ４では、上記複数の半導体レーザ２からの励起光により励起される複数の励起部が、ヒートシンク１上での半導体レーザ２の配列方向と平行な方向に一直線上に並んでおり、これらの励起部は、実施の形態２と同様、互いに３００μｍ以上離れている。また、上記波長変換素子１８２は実施の形態７における波長変換素子１８１と同一のものである。そして、上記固体レーザ４及び波長変換素子１８２の上面側及び下面側には、これらに跨るようヒートシンク７３が取り付けられている。
この実施の形態８では、固体レーザ４における複数の半導体レーザ２により励起される複数の励起部が互いに３００μｍ以上離れているので、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができる。
また、この実施の形態８では、実施の形態７と同様、基本波の反射低減、かつ偏光分離特性の向上により出力の安定性を向上させることができ、さらに、励起用半導体レーザ２の光出射側に狭帯域特性を有する波長フィルター１３３を配置し、半導体レーザ２の発振波長をロックするようにしているので、上記半導体レーザは、外部温度が変動しても半導体レーザの発振波長が揺らぐことなくレーザ発振をすることとなり、これにより安定した固体レーザ出力が得られる。
（実施の形態９）
図２０は本発明の実施の形態９によるレーザ光源を説明する図であり、図２０（ａ）はその表面図であり、図２０（ｂ）はその側面図である。
図において、１０３ｐは本実施の形態９によるレーザ光源であり、このレーザ光源１０３ｐは、レーザ発振を行う固体レーザ２０２と、該固体レーザ２０２に近接させた配置した波長変換素子２０１と、ヒートシンク１上に固定された、固体レーザ２０２を励起する複数の半導体レーザ２とを有している。
ここで、固体レーザ２０２は、その励起光の入射側端面に反射コート６が形成され、その反対側の光出射端面が、入射側端面に対して斜めに傾くよう加工されたものであり、この固体レーザ２０２では、上記複数の半導体レーザ２からの励起光により励起される複数の励起部が、ヒートシンク１上での半導体レーザ２の配列方向と平行な方向に一直線上に並んでおり、これらの励起部は、実施の形態２と同様、互いに３００μｍ以上離れている。また、上記波長変換素子２０１は非線形光学結晶からなり、レーザ光の出射側端面に反射コート５を形成し、その反対側の光入射側端面を、上記固体レーザ２０２の傾斜させた端面と平行になるよう加工したものである。
そして、固体レーザ２０２及び波長変換素子１８２の上面側及び下面側には、これらに跨るようヒートシンク７４が取り付けられている。
次に作用効果について説明する。
この実施の形態９では、固体レーザ２０２における複数の半導体レーザ２により励起される複数の励起部が互いに３００μｍ以上離れており、これにより、隣接する励起部間での熱的影響を緩和して、安定した横モードでのレーザ発振を行うことができる。
また、固体レーザ２０２を構成する光学結晶としてＮｄ：ＹＶＯ4を用い、波長変換素子を構成する非線形光学材料３には、ＰＰＭｇＬＮを用いた。Ｎｄ：ＹＶＯ4とＰＰＭｇＬＮは１０６４ｎｍの基本波に対してほぼ等しい屈折率を有する。このため、図２０に示すように、固体レーザ２０２と波長変換素子２０１とでブリュースター角をほぼ等しくできる。このため、固体レーザ２０２及び波長変換素子２０１を含む共振器部分の構成が簡単になり、共振器の位置あわせが容易になるという利点を有する。また、固体レーザ結晶、非線形材料ともに、対向する面のＡＲ（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コートが不要になるため、低コスト化、信頼性向上が可能となる。さらに、反射コートによるロスがほとんど無視できるほど小さくできるため、レーザの発振効率を高めることも可能になる。また共振器の構成ではＰＰＭｇＬＮ以外に、周期分極反転構造を有するＭｇドープＬｉＴａＯ3（ＰＰＭｇＬＴ）も利用できる。ＰＰＭｇＬＴは吸収ロスが小さいため、高出力特性を実現できる。
また、この実施の形態９では、図１３に示した実施の形態５のレーザ光源１０３ｊと同様に、励起用半導体レーザ２に光出射側に狭帯域特性を有する波長フィルター１３３を配置し、半導体レーザの発振波長を固定するようにしているので、外部温度が変動しても半導体レーザの発振波長が揺らぐことはなく、安定した固体レーザ出力が得られる。
なお、本実施の形態では、半導体レーザの波長固定に狭帯域フィルターを用いたが、フィルターの代わりに体積グレーティングを用いることも可能である。グレーティングのブラッグ反射を利用した体積グレーティングは、狭帯域フィルターに比べて、透過損失が少ないため、より効率の高い光源が実現できる。
（実施の形態１０）
図９は本発明の実施の形態１０によるレーザ光源を説明する図であり、図９（ａ）はその表面図であり、図９（ｂ）はその側面図である。
本実施の形態１０のレーザ光源１０３ｑは、図５に示す実施の形態３のレーザ光源１０３ｇにおいて、半導体レーザ２の裏面側に体積グレーティング１０を配置し、半導体レーザ２の発振波長をロックするようにしたものであり、その他の構成は実施の形態３と同一である。
次に作用効果について説明する。
半導体レーザ励起の固体レーザの問題として、固体レーザの吸収スペクトルが狭く、外部の温度変化により半導体レーザの発振波長が固体レーザの吸収スペクトルからずれることで出力が低下するという問題がある。この問題を解決する方法として、図９に示す構成を提案する。構成としては、上記実施の形態３で説明した半導体レーザの裏面に体積グレーティング１０を設置する構成である。半導体レーザは、体積グレーティング１０からのブラッグ波長に固定されるため、外部の温度が変化しても波長が変動しない。このため、安定した固体レーザ励起ができ、外部の温度変動による出力の変動を大幅に抑えることができた。さらに、この構成においては、図８で示した、半導体レーザを固体レーザ端面に対して傾ける構成がより有効である。グレーティングの回折光により半導体レーザの発振波長を固定する場合、半導体レーザに他の反射面からの戻り光が存在すると、安定な波長の固定が難しくなる。半導体レーザを固体レーザの端面に対して傾けることで、固体レーザ端面からの半導体レーザへの戻り光が低減できるので、安定な波長の固定が実現する。
図２１は本発明の実施の形態１０によるレーザ光源の他の例を説明する図であり、図２１（ａ）はその表面図であり、図２１（ｂ）はその側面図である。
図において、１０３ｒはレーザ光源であり、このレーザ光源１０３ｒは、図２０に示す実施の形態９のレーザ光源１０３ｐにおいて、狭帯域の波長フィルタ１３３に代えて体積グレーティング２１１を備え、反射コート６の表面の、半導体レーザ２からの励起光を遮らない位置にヒートシンク２１３を配置したものである。また、このレーザ光源１０３ｒでは、固体レーザ２０２と波長変換素子２０１との間には熱分離層２１２を配置し、固体レーザ２０２と波長変換素子２０１の側面に、これらに跨るようヒートシンク７５を配置している。
ここで、半導体レーザ２は複数のストライプを有するマルチストライプの半導体レーザであり、ヒートシンク１上に固定されている。マイクロレンズアレイ１３１，１３２により挟まれた体積グレーティング２１１は、半導体レーザ２から発生したレーザ光のなかで、特定波長を半導体レーザに帰還させるものであり、半導体レーザ２の発振波長を体積グレーティング２１１の反射波長に固定することができる。これによって、外部の温度変化が生じても、半導体レーザの発振波長を固体レーザの吸収波長である８０８ｎｍ近傍に固定することができ、安定な固体レーザの発振が実現できる。また、マイクロレンズアレイを用いることで光学系の小型化が可能になる。
固体レーザ２０２と、波長変換素子２０１としての非線形材料とは、熱分離層２１２を挟んで固定されている。熱分離層２１２は空気層または熱伝導度の高いＹＡＧ結晶やダイヤモンドなどが利用できる。熱分離層２１２は固体レーザ２０２の発熱が非線形材料２０１に伝わるのを抑圧する。ここでは、熱分離層２１２を固体レーザ２０２の光軸に対して斜めに配置することで、固体レーザ２０２にて不要な偏光成分が発生するのを防いでいる。ヒートシンクは、固体レーザ２０２の側面とマイクロレンズからの光で励起される励起部の間の固体レーザ表面にも配置した。これによって固体レーザ２０２の励起スポット間の熱の伝わりを大幅に低減でき、複数の励起部での熱の影響を抑圧して大出力の複数レーザ発振が可能となる。
熱分離層２１２としてＹＡＧ結晶やダイヤモンドを用いる利点は、熱の分離を可能にするのに加えて、固体レーザ２０２および非線形材料２０１で発生する熱をより広い部分に分散して温度上昇を抑圧することができ、これによって高出力化が可能になる点、さらに、固体レーザ２０２と非線形材料２０１との距離を、熱分離層２１２の厚みで正確に制御できる点にある。レーザ発振の効率化には固体レーザ共振器の面精度が重要である。熱分離層として平面度の高い基材を用いることで、作製精度が向上し、高精度で共振器を作製することが可能となる。これによって、作製歩留まりが向上する。
図２２は本発明の実施の形態１０によるレーザ光源のその他の例を説明する図であり、図２２（ａ）はその表面図であり、図２２（ｂ）はその側面図である。
図２２に示すレーザ光源１０３ｓは、図２１に示すレーザ光源１０３ｒにおいて、固体レーザの光入射側の面に透明のヒートシンク２２１を設けたものであり、また、このレーザ光源１０３ｓでは、固体レーザ４及び波長変換素子３には、これらを構成する結晶の端面を斜めに加工した構造は取り入れていない。
このレーザ光源１０３ｓでは、透明ヒートシンクとしてはダイヤモンド薄膜が好ましい。熱伝導度が非常に優れており、固体レーザの温度上昇を抑圧でき、高出力化が可能となる。また、隣接する励起部の間にはヒートシンク２１３を設けて、熱の拡散効果を高めて温度上昇を低減している。熱分離層２１２を固体レーザ４と非線形材料３との間に設けて、固体レーザ４の熱が非線形材料３に伝わるのを防止している。ここでは、熱分離層を励起光の光軸に対して斜めに配置する構造を取り入れていないので、偏光分離は図２１に示すものに比べて悪くなるが、構成が簡単なため、作製が容易になる。また、透明ヒートシンク２２１とヒートシンク２１３とを組み合わせて、複数の励起部により波長変換することで高出力化が可能となる。
（実施の形態１１）
図１０は本発明の実施の形態１１によるレーザ光源を説明する図であり、図１０（ａ）はその表面図であり、図１０（ｂ）はその側面図である。
図において、１０３ｔはこの実施の形態１１によるレーザ光源であり、このレーザ光原１０３ｔは、図２に示す実施の形態２のレーザ装置１０３ｂにおいて、ヒートシンク１の裏面側にも半導体レーザ２を複数配置したものである。ここで、ヒートシンク裏面側の複数の半導体レーザ２は、これらの半導体レーザにより励起される固体レーザ４における励起部が互いに３００μｍ以上離れ、かつ、ヒートシンク１表面上に配置された複数の半導体レーザ２により励起される固体レーザ４のいずれの励起部とも、３００μｍ以上離れるよう配置されている。
このような構成のレーザ光源１０３ｔでは、ヒートシンク１の上下に半導体レーザ２が実装されているので、より少ない体積で半導体レーザの実装密度が上がり、これにより高効率なレーザ光源の小型化が図れる。
図１１は本発明の実施の形態１１によるレーザ光源の他の例を説明する図であり、図１１（ａ）はその表面図であり、図１１（ｂ）はその側面図である。
図において、１０３ｕはレーザ光源であり、このレーザ光源１０３ｕは、図１０に示す実施の形態１１のレーザ光源１０３ｔのヒートシンクの厚さを、固体レーザ側に近い部分ほど薄くなるようにしたものである。このレーザ光源１０３ｕでは、ヒートシンク１ｕはその表面及び裏面が傾斜した構造となっており、このヒートシンクの表面に実装された半導体レーザ１１１からの励起光と、その裏面に実装された半導体レーザ１１２からの励起光を、固体レーザ４における励起部１１３に集中させることができる。これによって励起部１１３のパワー密度を上げることができ、高出力のレーザ発振が可能となる。ヒートシンクとしては熱伝導度の高い材料が必要でＳｉＣ、ダイヤモンド、Ｃｕ合金等が好ましい。
なお、上述した各実施の形態のレーザ光源では、固体レーザでは、３または６の励起部が励起されるものとしたが、励起部の数は当然これに限定されるものではない。また、各励起部の間隔も一定とは限らない。
（実施の形態１２）
図１６は本発明の実施の形態１２によるレーザ光源を説明する図であり、図１６（ａ）はレーザ光源の全体図であり、図１６（ｂ）はその部分拡大図である。図１７は本発明の実施の形態２０によるレーザ光源の他の例を説明する部分拡大図である。
本実施の形態１２のレーザ光源１０３ｖは、レーザ光を発生するファイバーレーザ１６８と、ファイバーレーザ１６８からのレーザ光の波長変換を行う波長変換素子３とを有している。
ここで、上記波長変換素子３は、非線形光学結晶からなり、その光入射面には、赤外光を透過し、可視光を反射する反射コート１６５が形成され、その光出射面には、可視光を透過し、赤外光を反射する反射コート１６４が形成されている。
また、ファイバーレーザ１６８は、ポンプ光源１６７とＹｂドープのファイバーからなり、その一端側がポンプ光源１６７に結合され、他端側は、非線形光学結晶３の光入射面に近接し、３つのファイバー部１６１に分岐された構造となっている。従って、このレーザ光源は、波長変換素子３が３つの変換部を有するものとなっている。
この実施の形態１２のレーザ光源１０３ｖでは、図に示すように、ポンプ光源１６７とＹｂドープのファイバーとからなるファイバーレーザ１６８で発生した光を、ファイバー１６１のアレイ構造により分岐して、非線形光学材料３の複数箇所に導入している。複数のファイバー部１６１からの光を、非線形光学材料３の波長変換部１６６で変換し、可視のレーザ光１１を複数ビーム発生している。非線形光学材料３のでの波長変換部は、上記実施の形態１で説明したように、熱による出力不安定現象が発生するため、各変換部が１Ｗを越える高出力を発生する場合、各変換部での出力を低減すると同時に、各変換部の互いの熱の影響を抑圧するため、変換部の間隔を１００μｍ以上に離すことが必要となる。
本実施の形態１２では、ファイバーレーザ１６８で発生した光を分岐する複数のファイバー部１６１には、コア径８μｍ、クラッド径１５０μｍのシングルモードファイバーをアレイ状に配置したものを使用した。ファイバーアレイのコア間隔は１５０μｍであり、変換部の間隔も１５０μｍとなった。変換部の間隔が十分広いため、互いの熱の影響を抑圧して、高出力な特性を安定に実現できた。ファイバーアレイへの基本波としては、ファイバーレーザ１６８のものを用いた。ファイバーレーザは、横モードシングルの高出力な基本波が得られるため、波長変換素子での高効率変換が可能となる。ポンプ光源１６７からの出力は、ファイバーアレイ、つまり複数の分岐されたファイバー部によって複数に分散される。ファイバーレーザを構成するファイバーを分岐することで、ファイバーレーザで発生した赤外光を分散させ、複数の波長変換部で可視のレーザ光１１に波長変換することで、高出力の可視光を得ることができる。
ここで、波長変換素子３における波長変換部は、幾つかの構成がとれるが、本実施の形態では図１６（ｂ）に示すように、非線形光学材料の両面に反射コートを施した構成としている。反射コート１６４は、可視光を透過し、赤外光を反射する。一方反射コート１６５は、赤外光を透過し、可視光を反射する。ファイバーレーザ１６８から出た赤外光の一部は波長変換素子３で可視光に変換され、レーザ光１１となって反射コート１６４を通過して出力される。変換されなかった赤外光は反射コート１６４で反射されるが、反射された赤外光は再び波長変換素子３を通過して可視光に変換される。可視光に変換された光は反射コート１６５で反射されて、反射コート１６４を通過して外部に出射される。このように反射膜を設けることで、赤外光は往復で波長変換されるため、変換効率が大幅に向上する。
一方、図１７に示すレーザ光源は、図１６に示す実施の形態１２のレーザ光源１０３ｖにおいて、反射コート１６４及び１６５に代えて、非線形光学結晶３の両端に無反射コート１７２，１７３を施したものである。このような構成のレーザ光源においても、ファイバーレーザ１６８の分岐されたファイバー１６１からの赤外光は、非線形材料３で可視光に波長変換される。この場合、レーザ光源の変換効率は、図１６に示す実施の形態１２のものに比べて半分程度の変換効率となるが、その構成が単純で安定性に優れたレーザ光源を実現できる。
なお、本実施の形態１２では、ファイバーレーザとして、単一のファイバーレーザを構成する光ファイバーの一端側を複数に分岐したものを用いたが、このような単一のファイバーレーザに代えて、複数のファイバーレーザを用いることも可能である。この場合、複数のファイバーレーザの光出射側をアレイ状に配列し、これらのファイバーレーザからの光を、図１６（ｂ），図１７に示すように、波長変換することで高出力化が図れる。このように複数のファイバーレーザを用いる場合は、より高出力の特性が得られる点で有利である。さらに、複数のファイバーレーザの発振波長を異なる波長に選択することで、波長変換された可視光を複数の波長を含むものとできる。この場合、波長変換部の条件をそれぞれのファイバーレーザからの波長に一致するように、分極反転の周期構造を設計する必要がある。異なる波長の可視光を発生することで、レーザ光のスペックルノイズを低減でき、高画質の画像表示が可能となる。また、上記のように、複数のファイバーレーザを発振波長が異なるものとする代わりに、複数のファイバーレーザをその波長スペクトルが異なるものとするようにしてもよい。
また、ファイバーと波長変換素子との間に集光光学系を設けることで、ファイバーからの出射光を非線形材料３の内部で集光し、変換効率の向上を図ることもできる。またこの場合、非線形材料３を、ファイバーからのビームの光軸に対してわずかに傾けて配置することで、非線形材料からの反射光がファイバーへ戻るのを防ぐことができる。ファイバーに強い基本波が戻ると、ファイバー端面が損傷を受けたり、ファイバーレーザ自体またはファイバーレーザのポンプ光源が損傷を受けたりすることがあるので、上記のように非線形材料３をファイバーからのビームの光軸に傾けて配置することは、戻り光を防止する有効な手段である。
なお、本実施の形態１２のレーザ光源は、波長変換素子が３つの変換部を有するものとしたが、変換部の数は当然これに限定されるものではない。また、各変換部の間隔も一定とは限らない。
（実施の形態１３）
図２３は本発明の実施の形態１３によるディスプレイ装置を説明する構成図である。
この実施の形態１３のディスプレイ装置２０００は、赤色光源２００３，青色光源２００２、緑色光源２００１と、各光源からの光を合波するダイクロイックミラー２００４と、入射した光を拡散する拡散板２００６と、合波した光を拡散板２００６上に走査する走査ミラー２００５と、前記拡散板２００６を通過した光をコリメート光にするフィールドレンズ２００７と、該コリメート光の画像変換を行うＳＬＭ２００８と、画像変換された光を投影する投射レンズ２００９とを有している。そして、この実施の形態２２では、上記緑色光源２００１には、図１に示す実施の形態１のレーザ光源１０３ａを用いている。
このディスプレイ装置２０００では、図に示されるように、赤色光源２００３，青色光源２００２、緑色光源２００１から出た光をダイクロイックミラー２００４により合波し、走査ミラー２００５によって走査することで、画像変換素子であるＳＬＭ２００８の２次元面内で均一な光量分布を持つように、合波した光を広げている。また、拡散板２００６では照射された光を散乱させ、走査ミラー２００５で時間的に拡散板での光の拡散状態を変えることで、レーザ光により発生するスペックルノイズを低減している。フィールドレンズ２００７で、拡散板を通過した光をコリメート光にし、ＳＬＭ２００８で画像変換された光を投射レンズ２００９により外部のスクリーンに投射している。単板のＳＬＭを用いることで小型化が可能であるが、ＲＧＢのフルカラー表示を行うには、赤、青、緑の光を時間的に切り替えて、それぞれの映像を投射するフィールドシーケンシャル方式による投射が必要になる。ＲＧＢの映像を時間分割で切り替えて投影する方式では、それぞれの光源輝度には、連続して赤、青、緑の映像を投射してそれぞれを後で合成する方式に比べて、高い輝度が必要となる。
また、本実施の形態１３では、赤色光源２００３，青色光源２００２には半導体レーザを用い、緑色光源２００１には、本発明のレーザ光源である固体レーザと波長変換素子とを組み合わせた光源を用いている。
これは、緑色は半導体レーザでの直接発振が難しく、高出力で信頼性を有する光源がないからである。フィールドシーケンシャル方式では、ＲＧＢの切り替えは映像の切り替えの３倍の周波数での切り替えとなる。１倍速の映像の場合、映像の切り替えは６０Ｈｚであり、ＲＧＢの光源はその３倍の１８０Ｈｚで切り替える。このため映像を投射する場合の光の切り替えのスイッチング速度は、数１００〜数ｋＨｚ程度と非常に遅いので、光源の温度上昇が追従できる。このため、パルスによる光ピークパワー化は望めず、光源にはＣＷ動作（連続動作）での高出力特性が求められる。例えば１００ｌｍの明るさの映像を投射するためには、緑色光源としては平均パワーでは０．５Ｗ程度、ピークパワーでは１〜２Ｗ程度の高出力のパルスを出力する必要があり、冷却機構を有さない通常の固体レーザと波長変換素子とでは、安定した発振が難しい。そのため、本発明の複数の励起部を有する光源が非常に有効となる。複数の発光点によって、それぞれの発光点での輝度を下げることで、安定した発振が可能となり、かつ全体の光量を高くすることができる。このため、ペルチェ素子や水冷といった冷却装置を必要とせず、小型化、低消費電力化が可能となる。平均パワーはそれほど大きくないので、光源の消費電力を下げることが可能となり、光源の発熱を抑えた小型のディスプレイ装置が実現できるという利点を有する。
本実施の形態２２によるディスプレイ装置は、２次元画像変換素子により入射光を映像化するため、光源が複数ビームを持つことによりビーム品質が劣化する弊害がないという特徴がある。複数ビームを持つことで、レーザ光の干渉性を低減することができるため、スペックルノイズを低減でき、画像の劣化が防げるという利点を有する。
ＲＧＢ光源としては、赤色＞緑色＞青色の順に消費電力が大きい。このため、小型のディスプレイ装置の構成では、図２３に示したように、赤色と緑色の場所を離す構成が望ましい。この構成によって光源間の発熱の影響を下げることができる。
なお、上記実施の形態１３のディスプレイ装置では、緑色光源２００１には、本発明の実施の形態１によるレーザ光源を用いているが、該緑色光源２００１には、本発明の実施の形態２ないし１２のいずれのレーザ光源を用いてもよい。
本発明は、マイクロチップレーザを多発光させることで、高固体レーザ化を可能にし、同時に固体レーザ内の縦モード、横モードの安定性を図ることで、出力安定化を図る。出力変動の少ない高出力の小型レーザ光源が実現できるためその実用効果は大きい。また、本発明のレーザ光源をディスプレイ装置に適用することで、小型のディスプレイ装置が実現できるため、その実用効果は大きい。また、本発明のレーザ光源をディスプレイ装置に適用することで、スペックルノイズの低減が可能となり高画質のディスプレイ装置を実現できるため、その実用効果は大きい。
図１は、本発明の実施の形態１によるレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその上面図であり、図（ｂ）は、該レーザ光源を用いたディスプレイ装置の構成図である。 図２は、本発明の実施の形態２に係るレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図、図（ｃ）は、該レーザ光源における固体レーザの温度分布を説明する図である。 図３は、上記実施の形態２を説明するための図であり、共振器長とレーザ出力の出力変動との関係を示す特性要因図（図（ａ））、及び各種非線形材料の結晶長と効率との関係を示す特性要因図（図（ｂ））である。 図４は、本発明の実施の形態２によるレーザ光源の他の例を説明する図であり、図（ａ）はその上面図、図（ｂ）、図（ｃ）は側面図である。 図５は、本発明の実施の形態３によるレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図６は、本発明の実施の形態３によるレーザ光源の他の例を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図７は、本発明の実施の形態３によるレーザ光源の他の例を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図８は、本発明の実施の形態６によるレーザ光源を示す表面図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図９は、本発明の実施の形態１０によるレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図１０は、本発明の実施の形態１１に係るレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図１１は、本発明の実施の形態１１に係るレーザ光源の他の例を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図１２は、本発明の実施の形態２によるレーザ光源におけるレーザ結晶の例（図（ａ），図（ｂ），図（ｃ））を説明する図である。 図１３は、本発明の実施の形態５によるレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図１４は、本発明の実施の形態２によるレーザ光源のレーザ結晶の一構成例（図（ａ））及び他の構成例（図（ｂ））を示す図である。 図１５は、本発明の実施の形態４によるレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図１６は、本発明の実施の形態１２によるレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその全体図であり、図（ｂ）はその部分拡大図である。 図１７は、本発明の実施の形態１２に係るレーザ光源の他の例を説明する部分拡大図である。 図１８は、本発明の実施の形態７によるレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図１９は、本発明の実施の形態８によるレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図２０は、本発明の実施の形態９によるレーザ光源を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図２１は、本発明の実施の形態１０によるレーザ光源の他の例を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図２２は、本発明の実施の形態１０によるレーザ光源の他の例を説明する図であり、図（ａ）はその表面図、図（ｂ）はその側面図である。 図２３は、本発明の実施の形態１３によるディスプレイ装置を説明する構成図である。
符号の説明
１ ヒートシンク
２ 半導体レーザ
３ 非線形光学材料
４ 固体レーザ
５ 反射コート
６ 反射コート
７，７４，７５ ヒートシンク
８ 励起部
１０ 体積グレーティング
１１ レーザ光
１２ 熱分離層
１０１ ロッドプリズム
１０２ ＳＬＭ
１０３ａ〜１０３ｃ、１０３ｇ，１０３ｉ〜１０３ｋ，１０３ｍ，１０３ｎ，１０３ｐ〜１０３ｖ レーザ光源
１０４ 光学素子
１０５ レンズ
１１１ 半導体レーザ
１１２ 半導体レーザ
１１３ 励起部
１２１，１２２，１２３，１２４ 側面
１２５ 励起部
１２６ レーザ発振
１２７ 溝
１３１，１３２ マイクロレンズアレイ
１３３ 波長フィルター
１４１，１４２，１４３ 励起部
１４４ レーザ結晶Ａ
１４５ レーザ結晶Ｂ
１４６ レーザ結晶Ｃ
１５１ コア
１５２ 半導体レーザ
１５３ ファイバー
１５４ ファイバーアレイ
１６１ ファイバー
１６４，１６５ 反射コート
１６６ 変換部
１６７ ポンプ光源
１６８ ファイバーレーザ
１７１ ファイバー
１７２，１７３ 無反射コート
１８１，１８２ 非線形材料
２０１ 非線形材料
２０２ 固体レーザ
２１１ 体積グレーティング
２１２ 熱分離層
２１３ ヒートシンク
２２１ 透明ヒートシンク
２０００ ディスプレイ装置
２００１ 緑色光源
２００２ 青色光源
２００３ 赤色光源
２００４ ダイクロイックミラー
２００５ 走査ミラー
２００６ 拡散板
２００７ フィールドレンズ
２００８ ＳＬＭ
２００９ 投射レンズ

Claims (39)

  1. 複数の半導体レーザと、
    固体レーザ媒質と、
    波長変換素子と、
    前記固体レーザ媒質の一方の面に形成された第1の反射層と、
    前記波長変換素子の一方の面に形成された第２の反射層と、を備え、
    前記第1と第２の反射層の間に、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子とが配置され、
    前記第1の反射層と第２の反射層は、両反射端面がほぼ平行なレーザ共振器を構成し、
    前記複数の半導体レーザにより前記固体レーザ媒質の複数の励起部が励起され、
    前記複数の励起部が互いに３００μｍ以上離れている、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  2. ３以上の半導体レーザと、
    固体レーザ媒質と、
    波長変換素子と、
    前記固体レーザ媒質の一方の面に形成された第1の反射層と、
    前記波長変換素子の一方の面に形成された第２の反射層と、を備え、
    前記第1と第２の反射層の間に、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子とが配置され、
    前記第1の反射層と第２の反射層は、両反射端面がほぼ平行なレーザ共振器を構成し、
    前記３以上の半導体レーザにより前記固体レーザ媒質の３以上の励起部が励起され、
    前記３以上の励起部は、同一直線上に位置しないよう配置されている、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  3. 複数の半導体レーザと、
    固体レーザ媒質と、
    波長変換素子と、
    前記固体レーザ媒質の一方の面に形成された第1の反射層と、
    前記波長変換素子の一方の面に形成された第２の反射層と、を備え、
    前記第1と第２の反射層の間に、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子とが配置され、
    前記第1の反射層と第２の反射層は、両反射端面がほぼ平行なレーザ共振器を構成し、
    前記複数の半導体レーザにより前記固体レーザ媒質の複数の励起部が励起され、
    前記複数の励起部が互いに熱分離機構により分離されている、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ光源において、
    前記波長変換素子が複数の非線形光学結晶からなる、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  5. 請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ光源において、
    前記波長変換素子が一つの非線形光学結晶からなる、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  6. 請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ光源において、
    前記固体レーザ媒質が複数の固体レーザ結晶からなる、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  7. 請求項６記載のレーザ光源において、
    前記複数の固体レーザ結晶は、その組成または材質の少なくともいずれかが異なるものである、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  8. 請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ光源において、
    前記励起部は３以上あり、
    各隣接する励起部の間隔が互いに異なっている、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  9. 請求項２記載のレーザ光源において、
    さらにヒートシンクを備え、
    前記ヒートシンクの表面には段差が形成され、
    前記少なくともいくつかの半導体レーザは、前記ヒートシンク上の段差により異なる高さに位置するよう前記ヒートシンク上に実装されている、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  10. 請求項３記載のレーザ光源において、
    前記半導体レーザ及び前記固体レーザ媒質がそれぞれヒートシンクを備えたものである、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  11. 請求項１０記載のレーザ光源において、
    前記半導体レーザと前記固体レーザ媒質は、互いのヒートシンクが分離されているものである、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  12. 請求項３記載のレーザ光源において、
    前記レーザ共振器は、前記固体レーザ媒質における複数の励起部の間に配置されたヒートシンク部を備えている、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  13. 請求項３記載のレーザ光源において、
    前記レーザ共振器は、前記固体レーザ媒質と前記波長変換素子との間に配置された熱分離層を有する、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  14. 請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ光源において、
    前記固体レーザ媒質はセラミック材料からなり、
    前記固体レーザ媒質における複数の励起部の少なくとも１つは、材質または組成の少なくとも一方が、他の励起部とは異なり、
    前記少なくとも１つの励起部からは、他の励起部とは異なる波長のレーザ光を発生する、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  15. 請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ光源において、
    前記固体レーザ媒質の複数の励起部は、それぞれ発振状態において異なる温度を有し、前記温度差により互いに異なる発振波長または発振スペクトルを有するレーザ光を発振する、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  16. 請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ光源において、
    さらに光フィードバック素子を備え、
    前記光フィードバック素子により前記半導体レーザの発振波長が固定される、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  17. 請求項１６記載のレーザ光源において、
    前記光フィードバック素子が体積グレーティング、あるいは波長選択フィルタである、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  18. 請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ光源において、
    さらにファイバーアレイを有し、
    前記複数の半導体レーザからの光が前記ファイバーアレイを介して前記固体レーザ媒質に導入されて、該固体レーザ媒質を励起する、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  19. 請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ光源において、
    前記固体レーザ媒質または前記波長変換素子の少なくとも一方が、
    前記励起光源からの励起光の光軸に対して傾斜した端面を有している、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  20. 請求項１９に記載のレーザ光源において、
    前記固体レーザ媒質または前記波長変換素子の少なくとも一方が有する傾斜した端面が前記励起光の光軸となす角度は、
    前記固体レーザ媒質の発振波長に対するブリュースター角となっている、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  21. 請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ光源において、
    前記波長変換素子は非線形光学結晶であり、
    前記非線形光学結晶が周期状の分極反転構造を有するＭｇ、Ｚｎ，Ｉｎ、Ｓｃの何れかを含むＬｉＮｂＯ3であり、
    かつ前記非線形光学結晶の厚みが１ｍｍ以下である、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  22. 請求項２１記載のレーザ光源において、
    前記非線形光学結晶に形成された分極反転構造の周期が、前記非線形光学結晶内で分布を持っている、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  23. 請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ光源において、
    前記固体レーザ媒質は固体レーザ結晶であり、
    前記固体レーザ結晶のいずれかの対向する側面が非平行である、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  24. 請求項３記載のレーザ光源において、
    前記固体レーザ媒質は固体レーザ結晶であり、
    前記固体レーザ結晶の端面には、溝が前記隣接する励起部間に位置するよう形成されている、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  25. 請求項２４記載のレーザ光源において、
    前記固体レーザ結晶の端面に形成された溝と、該固体レーザ結晶の、励起光の光軸と平行な側面とが非平行である、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  26. 請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ光源において、
    前記固体レーザ結晶の端面に前記半導体レーザからの光が斜めに入射するよう、前記半導体レーザを傾けて配置した、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  27. 励起光源と、
    固体レーザ媒質と、
    波長変換素子と、を備え、
    前記固体レーザ媒質は、前記励起光源により励起されることで、複数のレーザ光を発生し、
    前記波長変換素子は複数の波長変換部を備え、
    前記複数のレーザ光は、前記波長変換素子の異なる波長変換部で短波長光に変換され、
    前記波長変換部は、互いに１００μｍ以上離れている、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  28. 請求項２７記載のレーザ光源において、
    前記固体レーザ媒質がファイバーレーザである、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  29. 請求項２８記載のレーザ光源において、
    前記ファイバーレーザからのレーザ光が複数のレーザビームに分割されている、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  30. 請求項２７記載のレーザ光源において、
    前記固体レーザ媒質が複数のファイバーレーザからなる、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  31. 請求項３０記載のレーザ光源において、
    前記複数のファイバーレーザからのレーザ光のうち、少なくとも１つが異なる発振波長または異なる波長スペクトルを有する、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  32. 請求項２７記載のレーザ光源において、
    前記波長変換素子が周期状の分極反転構造を備えた非線形光学結晶からなる、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  33. 請求項２７記載のレーザ光源において、
    前記波長変換素子が複数の非線形光学結晶からなる、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  34. 請求項２７記載のレーザ光源において、
    前記波長変換素子が一つの非線形光学結晶からなる、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  35. 請求項２７記載のレーザ光源において、
    前記波長変換素子は非線形光学結晶であり、
    前記非線形光学結晶が周期状の分極反転構造を有するＭｇ、Ｚｎ，Ｉｎ、Ｓｃの何れかを含むＬｉＮｂＯ3であり、
    かつ前記非線形光学結晶の厚みが１ｍｍ以下である、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  36. 請求項３５記載のレーザ光源において、
    前記非線形光学結晶に形成された分極反転構造の周期が、前記非線形光学結晶内で分布を持っている、
    ことを特徴とするレーザ光源。
  37. 請求項１，２，３，２７のいずれかに記載のレーザ光源と、
    コリメート光学系と、
    均一化光学系と、
    ２次元画像変換デバイスと、を備え、
    前記レーザ光源からの複数のレーザビームは、前記均一化光学系により面内強度分布が均一化され、前記２次元画像変換デバイスにより画像に変換される、
    ことを特徴とするディスプレイ装置。
  38. 請求項３７記載のディスプレイ装置において、
    前記均一化光学系がロッドプリズムから構成されている、
    ことを特徴とするディスプレイ装置。
  39. 請求項３８記載のディスプレイ装置において、
    さらに光学素子を備え、
    前記ロッドプリズムに入射するレーザ光の偏向、位相、偏光の少なくともいずれかを前記光学素子により変調する、
    ことを特徴とするディスプレイ装置。
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