JPWO2007066641A1 - レーザ光源装置及び画像表示装置 - Google Patents

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Abstract

希土類添加ダブルクラッドファイバと一般的なシングルモードファイバとの接続部分の被覆を有する部分でポンプ光がしみ出し、そのエネルギーによってファイバが部分的に発熱し、劣化する問題があった。このため、ダブルクラッドファイバに残存する励起光がシングルモードファイバに出射されることを阻止することで、残存励起光によるファイバ劣化を防止することが可能となり、信頼性が向上する。また、励起光出力の制限を受けないため、発振光出力を増大させることができる。さらに、このファイバレーザ光源と波長変換モジュールとを組みあわせた光源を用いることにより、高い色再現性を持つレーザディスプレイ装置を実現することができる。

Description

本発明は、安定して高出力を得ることができるレーザ光源装置及び、このレーザ光源装置を用いた画像表示装置に関する。
近年、発振効率が高く、優れたビーム品質を持ち、なおかつ空冷が可能で構造が単純という特徴を持つファイバレーザ光源が、従来使用されてきた固体レーザ光源に変わる近赤外レーザ光源として注目されている。
図１３に典型的なファイバレーザ光源の構成模式図を示す。励起用（ポンプ用）ＬＤ（Laser
Diode）１０１から出射されるレーザ光をレーザ媒質である希土類ドープクラッドポンプファイバ１０３に入射し、反射ミラーであるファイバグレーティング１０２及び１０４で構成されたレーザ共振器内で共振させることによりレーザ光が発振する。
ポラライザ１０５は発振したレーザ光の偏光方向を単一にするために挿入されている。
このファイバレーザ光源は、ビーム品質が良く、なおかつ発振波長スペクトルを出口側のファイバグレーティング１０４における反射スペクトルの線幅で規定することが可能である。そのため、ファイバレーザ光源を基本波光源とし、非線形光学結晶を用いた高調波発生（波長変換光源と呼ぶ）に非常に適している。
図１３の第２高調波発生（Second-Harmonic Generation:
SHG）モジュール１０８は第２高調波発生を行うための機構で、この機構を用いることで、最終的に２倍の第２高調波１０７が出射される。
なおかつ、従来の固体レーザでは、レーザの発振波長は、用いるレーザ結晶により規定されていたが、このファイバレーザにおいては、発振波長も一組のファイバグレーティング１０２及び１０４によって規定されるため、波長により利得は異なるものの、発振波長を任意に変化することができるという特徴を持っている。
一方、このようなレーザ光の高調波を光源（波長変換光源）としたアプリケーションとして、レーザディスプレイが注目されている（非特許文献１）。
これまでに使用していた白色ランプと比較して、不要な赤外線、紫外線の発生が低く抑えられるため、消費電力を低く抑えることができる上、レーザを用いることで光を効率集光することが可能となり光の利用効率を向上させることができる。
また、発光ダイオードを用いた場合と比較して、レーザは単色光であり、色純度が高いため、ディスプレイ装置の色再現性を向上させることができる。特に緑色光の波長を５２０〜５３５ｎｍにすることにより、より深い緑色を表現することが可能となる。
図１４に、色度図上の青色光の波長が４６０ｎｍ、赤色光の波長が６３５ｎｍの場合における、使用する緑色光の色再現範囲を波長別に示す。このような波長は、固体レーザを用いた場合、Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４等を用いた場合の５３２ｎｍか、Ｎｄ：ＹＬＦを用いた場合の５２７ｎｍの２波長しか発生できなかった、特に、ＹＬＦはフッ化物結晶で製造が困難であるため、蛍光スペクトルがブロードで（非特許文献２）、自由に発振波長を選択できるファイバレーザが有望となっていた。
ファイバレーザあるいはファイバアンプにおいては、励起光と発振光が同一ファイバ上を伝搬するため特許文献１に示したように、発振した光の一部が不用意な戻り光となって、励起光源に損傷を与えることがある。このため、図１５に示すように、レンズ系とミラーを用いて発振光を取り除く回避方法等が検討されてきた。
レーザディスプレイの緑色光源としては、色再現範囲の点で波長が５３０ｎｍから５２０ｎｍの範囲であることが望ましいが、ファイバレーザを基本波光源として使用した波長変換光源を使用する場合、前述の波長範囲における基本波である１０７５ｎｍ以下の光では、レーザ媒質である希土類添加ファイバに吸収が存在し、レーザ共振器の（発振）動作が不安定となる。このため、相互作用長であるファイバ長を長くすることができない。この現象は、波長変換光源の場合必須である直線偏光を得るために使用するＰＡＮＤＡ（Polarization-maintaining AND Absorption-reducing）ファイバ等の偏波保持ファイバで顕著となる。
一方、レーザ光の出力を増加させるには励起光を増加させる必要があるが、励起光の波長によってはレーザ媒質である希土類添加ファイバで吸収されなかった励起光が原因となり、ファイバが劣化するという問題があった。図１６を用いて劣化のメカニズムを示す。
図１６に、希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバと一般的なシングルモード偏波保持ファイバとの融着接続部４１０を示している。ダブルクラッド偏波保持ファイバではアウタークラッド４０２に残存励起光４０８が閉じこめられた状態でインナークラッド４０３を光が伝搬する構造となっている。
一方、シングルモード偏波保持ファイバと接続した後では、シングルモード偏波保持ファイバの被覆４０７がない部分において、空気がクラッドとなり残存励起光４０８が閉じこめられる。しかしながら、被覆４０７を有する部分でポンプ光がしみ出し、そのエネルギーによってシングルモード偏波保持ファイバが部分的に発熱（たとえば発熱部４０９）し、劣化する。
例えば、励起光が１０Ｗであるとすると、希土類としてＹｂを添加したダブルクラッド偏波保持ファイバの吸収量は０．６ｄＢ／ｍであるため、１０ｍのファイバ長で７．５Ｗの励起光を吸収する。それにより、残存励起光として２．５Ｗの９１５ｎｍの光が放射され、シングルモード偏波保持ファイバのクラッドを伝搬することになる。
図１３に記載した従来構成の場合、１５Ｗの励起光（９１５ｎｍ）でポンプし、発振した１０６４ｎｍの出力が６．８Ｗとなるような場合、連続運転を行ってから２０分経過後に融着接続部１１０、シングルモード偏波保持ファイバ１１２のプライマリコート（被覆）が過熱し、ファイバが劣化した。
図１７に励起光のパワーをパラメータとしたレーザ媒質となるＹｂドープダブルクラッドファイバのファイバ長と残存励起光との関係を示すプロット図を示す。残存励起光が３．５Ｗ〜４Ｗを超えるとファイバが劣化することが、これまでの調査により分かっている。図１７より、ファイバの持つ損失のためにファイバ長を短くせねばならないような場合には、励起光を小さくする必要がある事が分かる。つまり、ファイバの損失が大きな１０５０ｎｍや１０３０ｎｍといった波長では、自ずと発生可能な出力は制限を受けることになる。
発振した光がファイバにより吸収されない１０７０ｎｍ以上の光を発振させる場合においては、希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバを長くすることによりファイバの過熱を防止することができる。しかしながら、１０６０ｎｍや１０５０ｎｍ等の波長変換により緑色を発生させることができるような波長では、希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバの長さを長くすることにより、ファイバ吸収による損失が大きく、発振が不安定になったり、所望の波長で発振したりしないなどの問題点が発生する事が分かっている。また、そのためにファイバが過熱しないような励起光の強度が自ずと決まり、最大出力において制限を受けていた。
このような現象を解決する方法の一例として図１８に希土類としてＹｂを１０００ｐｐｍ程度添加した希土類添加ダブルクラッドファイバの吸収スペクトルを示し、説明する。
励起光としては９１５ｎｍ近辺のレーザダイオード（ＬＤ）あるいは９７６ｎｍ付近のレーザダイオードを使用することができる。このとき、このファイバの９１５ｎｍ光の吸収量は０．６ｄＢ／ｍ程度であるのに対し、９７６ｎｍ光の吸収量は約１．８ｄＢ／ｍと３倍ほど大きいため、９７６ｎｍ光を使用することでファイバの劣化は解決できると考えられる。
しかしながら、吸収ピークの形状は９７６ｎｍ近辺で急峻であるのに対し、９１５ｎｍ近辺でブロードであるため、励起光ＬＤの温度変化等で発生する励起光の波長変動に対しては、９１５ｎｍ帯（９００−９５０ｎｍ）を用いた方がより安定であり、ＬＤの冷却機構を簡素化することができる。そのため装置コスト・消費電力を低減させることができる。以上のように、ファイバレーザ装置の温度安定性と、ファイバレーザで直線偏光かつ６Ｗ以上の１０７５ｎｍ以下の光を得る事とを両立させることは従来困難であった。
特許第３０１２０３４号公報 Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ． ４３， Ｎｏ． ８Ｂ， ２００４， ｐｐ． ５９０４−５９０６ Ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ−ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ， （Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ， Ｉｎｃ． ２００１年） １４５ページ ｆｉｇｕｒｅ１０．
本発明の目的は、残存励起光によるファイバ劣化に対する高い信頼性を有し、発振光の出力を増大させることができるレーザ光源装置を提供することである。
本発明の一局面に従うレーザ光源装置は、レーザ活性物質として希土類が添加されたダブルクラッドファイバと、前記ダブルクラッドファイバに励起光を出射し、前記ダブルクラッドファイバを励起するレーザ光源と、前記ダブルクラッドファイバの発振光の波長を決定する一組のファイバグレーティングと、前記ダブルクラッドファイバの発振光を伝搬させるシングルモードファイバと、前記ダブルクラッドファイバの発振光を高調波に変換する波長変換モジュールとを備え、前記レーザ光源の励起光が入射されたダブルクラッドファイバに残存する励起光が、前記シングルモードファイバに出射されることを阻止する。
本発明は、レーザ光源の励起光が入射されたダブルクラッドファイバに残存する励起光をシングルモードファイバに出射されることを阻止することにより、高出力光発生時に問題となっていた、ファイバの劣化を防止することが可能となる。この結果、本発明のレーザ光源装置を用いた画像表示装置において、従来の固体レーザと比較して色再現範囲を広げることが可能となる。
さらに、励起光として、希土類ファイバの吸収スペクトルがブロードな９１５ｎｍ帯のレーザ光を使用することができる。このため、励起用レーザの温度を精密に制御する必要がなくなり、ペルチェ素子が不要で消費電力を低減できる。
また、本発明のレーザ光源装置は高効率であることからさらに消費電力を低減することができる。
本発明の実施の形態１のファイバレーザ光源の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態２のファイバレーザ光源の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態３のファイバレーザ光源の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態３のファイバレーザ光源の残存励起光吸収機構の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態４のファイバレーザ光源の残存励起光反射機構の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態５のファイバレーザ光源の残存励起光反射機構の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態６のファイバレーザ光源の残存励起光反射機構の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態７のファイバレーザ光源の残存励起光反射機構の構成を示す模式図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、本発明の実施の形態１〜実施の形態７のファイバレーザ光源の筐体内への各部品の配置方法を示す模式図である。 本発明におけるファイバレーザ光源の波長安定性を示したプロット図である。 本発明におけるファイバレーザ光源を用いた２次元画像表示装置の一例を示す模式図である。 図１２Ａは、本発明におけるファイバレーザ光源を用いた液晶ディスプレイ装置の一例を示す模式図であり、図１２Ｂは、本発明におけるファイバレーザ光源を用いた装飾用照明装置用光源の一例を示す模式図である。 従来の第２高調波発生装置と組みあわせたファイバレーザ光源の模式構成図である。 Ｓ−ＲＧＢ規格の色再現範囲と緑色光として使用する波長別の色再現範囲との関係を示す色度図である。 従来の光ファイバ増幅器における、発振光の取り出し方法に関する図である。 ダブルクラッド偏波保持ファイバとシングルモード偏波保持ファイバとの接続部分の模式図である。 励起光パワーをパラメータとする、Ｙｂドープファイバ長と残存励起光との関係を示す図である。 Ｙｂ添加ダブルクラッドファイバの吸収スペクトルを示すプロット図である。
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同一部分には同一符号を付し、図面で同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合もある。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１においては、残存励起光発散・吸収機構として、ファイバの曲率による損失を利用した方法を示している。
図１に、本実施の形態１におけるレーザ光源装置の構成について示す。図１において、本実施の形態におけるレーザ光源装置は、ポンプ用ＬＤ（Laser Diode）１０１、ファイバグレーティング１０２、Ｙｂドープダブルクラッド偏波保持ファイバ１０３、ファイバグレーティング１０４、残存励起光発散・吸収機構（ポンプ光発散・吸収機構）６０１を備える。本実施の形態のレーザ光源装置は、発振光伝搬ファイバ１０６を介して、第２高調波発生（Second-Harmonic Generation: SHG）モジュール１０８に接続する。
ポンプ用ＬＤ１０１で、ダブルクラッド偏波保持ファイバ１１１のコア部分に希土類としてＹｂをドープしたダブルクラッド偏波保持ファイバ１０３（本実施の形態の場合、ファイバ長１０ｍ）を励起する。そして、一組のファイバグレーティング１０２及びファイバグレーティング１０４で構成された共振器内で、レーザ光を発振させる。本実施の形態の場合、ポンプ用ＬＤ１０１として、発振波長９１５ｎｍのシングルエミッターレーザダイオード（最大出力１０Ｗ）を使用している。
ファイバグレーティング１０２は、ダブルクラッド偏波保持ファイバ１１１のコア部分にゲルマニウムが添加されており、紫外光に対する感度を向上させ、グレーティングを形成させたものである。ファイバグレーティング１０２は、中心波長１０６４．０ｎｍ、反射スペクトル半値幅１ｎｍ、反射率９８％という特性を持っている。
また、ファイバグレーティング１０４は、一般的なシングルモード偏波保持ファイバ（コア径６μｍ、クラッド外形１２５μｍ）１１２のコア部分に同じくゲルマニウムが添加されたものに形成しており、中心波長は１０６４．１ｎｍで反射スペクトル半値幅は０．０９ｎｍ、反射率１０％のものを使用している。ファイバグレーティング１０４の反射率を大きくすることで、希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバ１０３を長くし、残存励起光の吸収量を大きくすることは可能であるが、特性の改善には限界があり、有効な対策とは言えない。また波長変換用途では狭帯域化が重要だが、ファイバグレーティング１０４の反射率を大きくすることで、逆に、ファイバグレーティング１０４の狭帯域化が困難になるという問題がある。
発振した１０６４ｎｍ付近の光を伝搬させる発振光伝搬ファイバ１０６により、ＳＨＧモジュール１０８に導入し、第２高調波発生により５３２ｎｍの光を発生させる。
次に、本実施の形態におけるレーザ光源装置の残存励起光発散・吸収機構６０１について説明する。
図１に示すように、Ｙｂドープダブルクラッド偏波保持ファイバ１０３とファイバグレーティング１０４との間にダブルクラッド偏波保持ファイバ１１１とシングルモード偏波保持ファイバ１１２との接続部分（融着接続部）１１０が存在する。この接続部分１１０の存在は、ファイバ劣化の要因となるため、本実施の形態では、残存励起光発散・吸収機構６０１を設けている。
残存励起光発散・吸収機構６０１は、シングルモード偏波保持ファイバ１１２のプライマリーコート（樹脂被覆）を１０ｃｍ程度除去し、その除去された部分を用いて直径３０ｍｍ程度のコイル形状部６０２を形成することにより実現される。このコイル形状部６０２を通してシングルモード偏波保持ファイバ１１２のクラッド部分を伝搬する残存基本波（波長９１５ｎｍ）を放射させる。
例えば、励起光が１０Ｗであるとすると、希土類としてＹｂを添加したダブルクラッド偏波保持ファイバ１０３の吸収量は０．６ｄＢ／ｍであるため、１０ｍのファイバ長で７．５Ｗの励起光を吸収する。そして、残存励起光として２．５Ｗの９１５ｎｍの光がコイル形状部６０２を通して放射され、シングルモード偏波保持ファイバ１１２のクラッドを伝搬することになる。
ここでシングルモード偏波保持ファイバ１１２のコイル形状部６０２は、吸収板６０３に固定されており、この吸収板６０３はコイル形状部６０２が放射した赤外光を吸収して熱に変換する。この吸収板６０３としては、アルマイト加工したアルミニウム板を使用した。
図１３に記載した従来構成の場合、１５Ｗの励起光（９１５ｎｍ）でポンプし、発振した１０６４ｎｍの出力が６．８Ｗとなるような場合、連続運転を行ってから２０分経過後に図１３の接続部分（融着接続部）１１０及びシングルモード偏波保持ファイバ１１２のプライマリコート（被覆）が過熱し、ファイバ１１２が劣化したが、本実施の形態のレーザ光源装置により、２０時間以上連続運転を行っても前記被覆が過熱することがなく、信頼性を向上させることが可能であることが分かった。
その上、より大きなパワーの励起光をポンプできるため、１０６４ｎｍの出力を増大させることが出来、なおかつ、そこから波長変換される緑色光の出力も増大させることができる。
本実施の形態において、コイル形状部６０２からの発散効率の向上の点から、残存励起光発散・吸収機構６０１のコイル形状部６０２を形成するシングルモード偏波保持ファイバ１１２のコア径を４．５μｍ〜５．５μｍとし、コイル形状部６０２の直径を３５ｍｍ〜７０ｍｍとし、コイル形状部６０２のターン数を５ターン以上とすることが望ましい。
さらに、残存励起光発散・吸収機構６０１のコイル形状部６０２を形成するシングルモード偏波保持ファイバ１１２の直径は、小さくしすぎた場合、発生した１０６４ｎｍ光の損失が大きくなる上、ファイバ素線（プライマリコートのないファイバを指す）が劣化する可能性があるため２０ｍｍより大きい方がより望ましく、４０ｍｍ以上になると、残存基本波の放射が小さくなるため、２０〜４０ｍｍ程度であることがより望ましい。
また、本実施の形態において、残存励起光発散・吸収機構６０１の被覆剥離部１０９は、接合部１１０からコイル形状部６０２までの直線部及び、コイル形状部６０２にあるのが望ましい。さらに、コイル形状部６０２から見てファイバグレーティング１０４側の直線部分１０９ａにもあればより望ましい。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２におけるレーザ光源装置の構成について説明する。本実施の形態は、ファイバ素線部を高屈折材料に埋め込むものである。
図２に、本実施の形態２におけるレーザ光源装置の構成について示す。上記の実施の形態１においては、コイル形状部６０２を屈折率１の空気中に配置し、シングルモードモード偏波保持ファイバ１１２のコイル形状部６０２を含む被覆剥離部１０９を励起光にとってのマルチモードファイバとして作用させ、コイル形状部６０２の曲げ曲率を大きくすることにより、不要な励起光を発散させていた。
しかしながら、シングルモード偏波保持ファイバ１１２のクラッドと空気との屈折率差が１．４程度存在する。したがって、励起光の発散効率をさらに向上させるためには、屈折率差の低減化が必要である。
そこで、本実施の形態では、シングルモード偏波保持ファイバ１１２のコイル形状部７０２の周囲を屈折率が１．５以上の材料７０３で覆い、積極的に励起光を抜く作用を起こさせることに特徴を持っている。
屈折率１．５以上の材料としては、屈折率整合液として使用されるシリコーンオイル（あるいはシリコーンジェル）などが従来から使用されているが、液体であることから保持が難しかった。そこで、本実施の形態では、シリコーン系の紫外線硬化樹脂あるいは熱硬化樹脂（たとえば信越化学Ｏｐｔｉｃｌｅａｒ（ｎ＝１．５２程度）など）を使用した。このほかにも、屈折率が１．５以上であればエポキシ系紫外線硬化樹脂も使用可能である。
上述したように、図２は、本実施の形態における、ファイバレーザ波長変換緑色光源の構成図を示しているが、上記の実施の形態１と異なっている部分は、ダブルクラッド偏波保持ファイバ１１１とシングルモード偏波保持ファイバ１１２との接続部分１１０と、シングルモード偏波保持ファイバ１１２の被覆を剥がした素線部分から成るコイル形状部７０２が、屈折率１．５以上の材料に埋め込まれていることである。通常、シングルモード偏波保持ファイバ１１２を被覆しているプライマリコートも屈折率１．５以上の材料が使用されている場合があるが、被覆膜の厚さが７０μｍ程度であり、この部分にエネルギーが集中して過熱する。
一方、本実施の形態の場合は、コイル形状部７０２を、その外周から１ｍｍ以上の厚みを持つ樹脂で覆うことにより過熱を防止している。ファイバ１１２のコイル形状部７０２を覆う樹脂７０３はアルマイト加工されたアルミニウム製の容器７０４に流し込まれ、接続部１１０及びシングルモード偏波保持ファイバ１１２のコイル形状部７０２を埋め込んだ後、固化させる。樹脂７０３を流し込んだ領域の寸法は、長さ×奥行×深さ＝３５ｍｍ×３５ｍｍ×２ｍｍの領域であった。長さ×奥行に関してはできるだけ大きな面積にすることが望ましいが、装置の大型化に繋がるため３０ｍｍ×３０ｍｍ〜５０ｍｍ×５０ｍｍでの範囲内であることが望ましい。
このように屈折率がファイバ１１２のクラッドに近い物質で満たすことで効率よく、残存励起光を引き抜くことが可能となる上、広い領域に残存励起光を広げることにより、過熱を防止し、熱として発散しやすくする役目を持っている。
本実施の形態において、屈折率１．５以上の材料としてガラス材料を採用することも可能ではある。しかしながら、ガラス材料を採用した場合、シングルモード偏波保持ファイバ１１２のコイル形状部７０２をはめ込むことができる形状を持つ部材の加工が必要になってしまう。このため、上記の樹脂を用いてモールドする場合と比べて、製造コスト、製造に要する工数の増大を招くことになる。したがって、本実施の形態では、屈折率１．５以上の材料としてシリコーン系の紫外線硬化樹脂や、熱硬化樹脂、エポキシ系紫外線硬化樹脂等の樹脂を採用することにより、部材の加工を不要とし、製造コスト、製造工数の削減を図っている。
なお、本実施の形態において、残存励起光のエネルギーを熱に変換するため、ファイバレーザの筐体内温度が３−５度上昇する。そのため、出射側に設けられた、発振波長を決定するファイバグレーティング１０４の反射波長が温度上昇に伴い、代表的な値の場合０．０１ｎｍ／℃の割合で長波長側にシフトする。この波長シフトは波長変換で緑色光発生を行う場合、緑色光出力低下の原因になる。そのため、ファイバグレーティング１０４自体を、温度上昇に伴って熱収縮するような基板に保持させること（温度補償パッケージを使用すること）や、ファイバグレーティング１０４を筐体の外に配置することが望ましい。また、筐体内にファイバグレーティング１０４を配置する場合においても、熱源となる本発明の残存励起光発散・吸収機構７０１よりも下部に配置し、なおかつ熱的に分離されていることが望ましい。
より効果を上げるためには、残存励起光発散・吸収機構７０１を、放熱フィン等に配置し、冷却ファンなどを用いて冷却することが望ましい。
本実施の形態の残存励起光発散・吸収機構７０１において、コイル形状部７０１を、被覆（プライマリーコート）を除去した直線形状部に代えても構わない。屈折率がファイバ１１２のクラッドに近い物質で満たすことで効率よく、残存励起光を発散させることが可能だからである。もちろん、より効率良く残存励起光を発散させる必要がある場合には、直線形状をコイル形状にするのが望ましい。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３として、希土類ドープダブルクラッド偏波保持ファイバとシングルモード偏波保持ファイバとの間にレンズ系を用い、レーザビームをいったん空間に放出し、励起光と発振光の収束ビーム径の差を利用して、励起光を低減する方法を提案する。
図３に、本実施の形態３におけるファイバレーザを用いた波長変換型光源の構成を示す。図３において、本実施の形態におけるレーザ光源装置は、ポンプ用ＬＤ１０１、ファイバグレーティング１０２、Ｙｂドープダブルクラッド偏波保持ファイバ１０３、ファイバグレーティング１０４、励起光吸収機構８０１を備える。本実施の形態のレーザ光源装置は、発振光伝搬ファイバ１０６を介して、ＳＨＧ（Second-Harmonic Generation）モジュール１０８に接続する。そして、ポラライザ１０５が、発振したレーザ光の偏光方向を単一にするために、挿入されている。
レーザ共振器は、一組のファイバグレーティング１０２、ファイバグレーティング１０４と、レーザ活性物質である希土類ドープダブルクラッド偏波保持ファイバ１０３とで構成されており、励起用レーザダイオード１０１でポンプする構成は上記の実施の形態１及び２と全く同じである。
本実施の形態においては、上記実施の形態１及び２の残存励起光発散・吸収機構６０１及び７０１に代えて、ダブルクラッド偏波保持ファイバ１１１からシングルモード偏波保持ファイバ１１２へファイバの種類が切り替わる部分にレンズ系と励起光吸収部で構成された残存励起光吸収機構８０１を設ける。
本実施の形態における残存励起光吸収機構８０１について図４を用いて説明する。
図４において、残存励起光吸収機構８０１は、ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２、コリメート用組レンズ８０３、励起光吸収体８０４、ファイバ結合用組レンズ８０５、シングルモード偏波保持ファイバ８０６で構成されている。
本実施の形態の場合、ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２のコア径は６μｍであり、励起光が伝搬するインナークラッドの径は１０５μｍ、アウタークラッドの径は１２５μｍであった。また、シングルモード偏波保持ファイバ８０６のコア径は６μｍで、クラッド径は１２５μｍとなっていた。
この際、ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２のコア径６μｍの部分を通過する発振光（本実施の形態の場合１０６０ｎｍ帯）と１０５μｍのインナークラッド部分を通過する励起光（９１５ｎｍ帯）とで、コリメート用組レンズ８０３を通過して平行光になったときのビーム径の差を利用して、不要な励起光９０１を励起光吸収部８０４に吸収させ、除去する仕組みとなっている。
具体的には、発振光９０２における平行光（コリメートビーム）のビーム径は２００μｍとなっていたが、励起光９０１のビーム径は４３０μｍとなるため２５０μｍ程度のピンホールが形成された励起光吸収部８０４を設けることにより、励起光９０１のみを吸収し、熱エネルギーへ変換することができる。変換された熱エネルギーは、レンズ８０３、レンズ８０５を保持している筐体８０７へ発散され、放熱される。
励起光吸収部８０４のピンホールを通過した発振光９０２は再び結合レンズ８０５によりシングルモード偏波保持ファイバ８０６に結合され、同ファイバ８０６のコア部分を導波する。
以上に説明した構造を取ることにより、残存基本波を遮蔽することが可能となり、ファイバ劣化の問題を回避することができる。
ここで説明した残存励起光吸収機構８０１を組み立てる際には、シングルモードファイバ８０６のコアを伝搬する発振光の透過量が最大となるように位置あわせをする必要がある。本実施の形態では、従来の分離ミラーを挿入する場合と比較して、調整の指針として透過光量を観察するだけでよいので、調整コストが低減できるという特徴を持つ。
また、残存励起光吸収機構８０１の使用に際して、１０Ｗの励起光でポンプした場合、本体筐体８０７が２．５Ｗの発熱をするため、放熱フィンなど放熱機構を設ける必要がある。１０Ｗ励起時ではＣＰＵ用の放熱フィンだけでかまわないが、励起光量が２０Ｗ以上となるような場合、残存励起光吸収機構８０１を固定した放熱フィンをファンモーターなどで冷却するのが望ましい。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４として、希土類ドープダブルクラッド偏波保持ファイバとシングルモード偏波保持ファイバとの間にレンズ系を用い、レーザビームを一旦空間に放出し、誘電体多層膜ミラーへ垂直に入射させ、励起光と発振光を分離し、励起光を再び希土類ドープダブルクラッド偏波保持ファイバへ戻す構成について説明する。
本実施の形態のレーザ光源装置は、図３の実施の形態３のレーザ光源装置と同様、レーザ共振器が一組のファイバグレーティング１０２、ファイバグレーティング１０４と、レーザ活性物質である希土類ドープダブルクラッド偏波保持ファイバ１０３とで構成されており、励起用レーザダイオード１０１でポンプする構成である。本実施の形態においては、ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２からシングルモード偏波保持ファイバ８０６へファイバの種類が切り替わる部分に、レンズ系と誘電体多層膜ミラーで構成された残存励起光反射機構を設ける。
本実施の形態における残存励起光反射機構について図５を用いて説明する。
残存励起光反射機構１００１は、ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２、コリメート用組レンズ８０３、励起光反射用誘電体多層膜ミラー１００２、ファイバ結合用組レンズ８０５、シングルモード偏波保持ファイバ８０６で構成されている。
本実施の形態の場合、ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２のコア径は６μｍであり、励起光が伝搬するインナークラッドの径は１０５μｍ、アウタークラッドの径は１２５μｍであった。また、シングルモード偏波保持ファイバ８０６のコア径は６μｍで、クラッド径は１２５μｍとなっていた。
この際、コリメート用組レンズ８０３とファイバ結合用組レンズ８０５の間に存在する発振光９０２が平行光となる領域に、９１５ｎｍ帯の光は反射し、１０６４ｎｍ帯の光は透過する誘電体多層膜ミラー１００２を配置することにより１０６４ｎｍ帯の光のみ、シングルモード偏波保持ファイバ８０６に結合することが可能となる。
一方、反射された９１５ｎｍ帯の光は再びコリメート用組レンズ８０３より入射され、希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２に再び結合・導波する。これにより、残留励起光となっていた９１５ｎｍの光が再び希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２によって吸収され、ファイバ８０２を往復するうちに励起光の９４％（１０Ｗ励起の場合９．４Ｗ）が吸収される。
本実施の形態の場合、一度希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２を通過してきた光を再び希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２に戻して再吸収させることから励起光のロスを低減することができ、励起光から発振光を得る場合の効率（光−光変換効率）を向上させることができる。
（実施の形態５）
図６に、本発明の実施の形態５における残存励起光反射機構の構成を示す。
上記の実施の形態４では、コリメート用組レンズ８０３とシングルモード偏波保持ファイバ８０６へ再び発振光９０２を結合させるファイバ結合用組レンズ８０５との間に誘電体多層膜ミラー１００２を挿入した残存励起光反射機構１００１を用いた。本実施の形態では、図６に示すように、コリメート用組レンズ８０３の表面に９１５ｎｍ帯の光を反射させる誘電体多層膜コーティングミラー１１０２を施すことにより、図５の誘電体多層膜ミラー１００２を配置する必要がなくなる。
本実施の形態によれば、レンズのアライメントを行うだけで、自動的に残存励起光のアライメントまで完了でき、ミラー角度の調整が不要となる。そのため調整工程を簡略化できるという長所がある。
（実施の形態６）
図７に、本発明の実施の形態６の残存励起光反射機構の構成を示す。
本実施の形態６の残存励起光反射機構１２０１では、光ファイバコネクタ等に使用されるガラスあるいはジルコニア製フェルール１２０２に希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２の先端を保持させ、保持した端面を研磨加工した上で、その部分に９１５ｎｍ帯の光を反射し、１０６４ｎｍ帯の光を透過する誘電体多層膜ミラー１２０３を形成する。
この場合も、上記の実施の形態５と同様に、ミラーをファイバ出射端面に設けているため、ミラーのアライメントが不要となり、基本波光源の光軸調整のみアライメントすれば自動的に残存励起光のアライメント無しに調整完了できるため調整工程を大幅に簡略化できるという特徴がある。
（実施の形態７）
図８に、本発明の実施の形態７における残存励起光反射機構の構成を示す。
本実施の形態では、残存励起光反射機構１３１０のダブルクラッド偏波保持ファイバの部分に９１５ｎｍ帯の光を反射するファイバグレーティングを形成する。図８に、９１５ｎｍ帯の光を反射するように形成したファイバグレーティング１３０９を形成した場合の形成位置を示す。
このダブルクラッド偏波保持ファイバは通常紫外線による屈折率変化の感度を向上させるために添加されるゲルマニウムが、インナークラッド１３０３のみか、あるいは、インナークラッド１３０３とコア１３０４とに添加されている。ファイバグレーティング１３０９の周期はファイバの実効屈折率と、反射波長から、Λ［周期］＝λ［反射波長］／（２・ｎｅｆｆ［実効屈折率］）で計算することができる。反射波長９１５ｎｍとしたとき、ファイバの実効屈折率１．４３からグレーティング１３０９の形成周期は３２０ｎｍ程度と算出される。このファイバグレーティング１３０９を使用することにより、光を一旦空間に出すことなく、残留励起光を反射させることができる。
上記の実施の形態１〜実施の形態７のレーザ光源装置は、高出力光を要するレーザディスプレイ装置等の緑色光源として適している。例えば、３Ｗの緑色光を発生させる場合、レーザ光源装置からの発振波長を１０７０ｎｍとすると、必要とする励起光パワーは２０Ｗであり、発生する緑色光の波長は５３５ｎｍとなる。このとき必要とするファイバ長は１５ｍである。図１７に示すように、さらに多くの緑色光を得ようとした場合、ファイバ劣化のレベルを超えるため、上記の実施の形態１〜実施の形態７のレーザ光源装置を適用することで、ファイバ劣化を防止できる。
レーザ光源装置からの発振波長を１０３０ｎｍとした場合、励起光パワーを２５Ｗ必要とし、５１５ｎｍの波長の緑色光が発生する。このとき必要とするファイバ長は１０ｍである。この場合、図１７に示すように、ファイバ劣化のレベルを超えてしまう。したがって、上記の実施の形態１〜実施の形態７のレーザ光源装置を適用し、ファイバ劣化の防止が必要となる。
なお、発振波長を１０５０ｎｍとした場合、必要とするファイバ長は１２ｍであり、１Ｗレベルの緑色光で、ファイバ劣化のレベルを超えてしまう。また、発振波長を１０６０ｎｍとした場合、必要とするファイバ長は１４ｍであり、２Ｗレベルの緑色光で、ファイバ劣化のレベルを超えてしまう。したがって、上記の実施の形態１〜実施の形態７のレーザ光源装置の適用が必須である。
ここで、本願発明におけるファイバレーザ光源部材の筐体への配置方法について述べる。上記の実施の形態１〜実施の形態７の残存励起光発散・吸収機構、残存励起光吸収機構及び残存励起光反射機構は筐体内の発熱源となり、特に、実施の形態１、２及び３では、熱へ変化した残存励起光のエネルギーが放出されることになる。
図９Ａ及び図９Ｂにおいて、ファイバレーザ光源の筐体１４０３内には、励起用レーザダイオード１０１と、実施の形態１の残存励起光発散・吸収機構１４０１とが、発熱源として配置されている。もちろん、残存励起光発散・吸収機構１４０１が実施の形態２の残存励起光発散・吸収機構や、実施形態３の残存励起光吸収機構や、実施の形態４〜７の残存励起光反射機構の場合でも良い。
図９Ａ及び図９Ｂに示すように、残存励起光発散・吸収機構１４０１は、筐体１４０４内のできるだけ上部に配置することが望ましい。
特に、発振光の出射側に配置されるファイバグレーティング１０４は、発熱源となるレーザダイオード１０１あるいは残存励起光発散・吸収機構１４０１よりも下部に配置することが望ましく、熱的に分離することが望ましい。その理由として、以上二つの発熱源から発せられた熱より、筐体内の温度は１０℃程度上昇する。そのためファイバグレーティング１０４の反射中心波長は徐々に長波長へシフトすることとなる。この長波長シフトを避けるために熱源から話すことが望ましい。
特に、図９Ａでは、ファイバグレーティング１０４に温度補償機構１４０２を取り付け、筐体１４０４内に配置した例を示している。
また、図９Ｂでは、ファイバグレーティング１０４を筐体１４０３内の温度上昇から熱分離するために筐体１４０３外に配置した例を示している。
また、発熱源付近には、放熱フィンと冷却ファン１４０４を設けることが望ましい。
以上、図９Ａ及び図９Ｂに示したような部材配置を取ることにより、波長変動に対する要求が厳しい（０．０１ｎｍ以下）波長変換用途にも使用可能な完全空冷ファイバレーザ基本波光源が実現できる。
図９Ｂの配置構成のファイバレーザ光源における出力６Ｗ時の基本波１０６４ｎｍ光の波長変動をプロットしたグラフを図１０に示す。この場合、波長変動幅は０．００５ｎｍ以下で波長変換用途で求められる仕様を十分満たしたものとなっている。
なお、図９Ａの温度補償機構１４０２は有効であるが、コスト面を考えた場合、図９Ｂのファイバグレーティング１０４を筐体１４０３外に配置する構成がより望ましい。
（実施の形態８）
上記の実施の形態１〜実施の形態７で説明したレーザ光源装置は、レーザディスプレイ（画像表示装置）の表示用光源や、液晶ディスプレイ装置のバックライト用光源、又は、装飾用照明装置用光源として用いられる。
上記の実施の形態１〜実施の形態７で説明したレーザ光源装置の用途の一例として、前記レーザ光源装置を適用したレーザディスプレイ（画像表示装置）の構成の一例について図１１を用いて説明する。
レーザ光源装置には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のレーザ光源１６０１ａ〜１６０１ｃを用いた。赤色レーザ光源１６０１ａには波長６３８ｎｍのＧａＡｓ系半導体レーザを用い、青色レーザ光源１６０１ｃには波長４６５ｎｍのＧａＮ系半導体レーザを用いている。また、緑色レーザ光源１６０１ｂには、赤外レーザの波長を１／２にする波長変換素子を具備した波長変換緑色光源装置を用いており、この波長変換緑色光源装置として、上記実施の形態１〜実施の形態７で説明したレーザ光源装置を用いている。
各光源１６０１ａ、１６０１ｂ、１６０１ｃより発せられたレーザビームは、反射型２次元ビーム走査手段１６０２ａ〜１６０２ｃにより２次元的に走査され、拡散板１６０３ａ〜１６０３ｃを照射する。拡散板１６０３ａ〜１６０３ｃ上を２次元的に走査される各色のレーザビームは、フィールドレンズ１６０４ａ〜１６０４ｃを通過した後、２次元空間光変調素子１６０５ａ〜１６０５ｃへ導かれる。
ここで、画像データは、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれに分割されており、各信号が２次元空間光変調素子１６０５ａ〜１６０５ｃに入力され、ダイクロイックプリズム１６０６で合波されることにより、カラー画像が形成される。このように合波された画像は、投射レンズ１６０７によりスクリーン１６０８に投影される。このとき、拡散板１６０３ａ〜１６０３ｃがスペックルノイズ除去部として２次元空間変調素子１６０５ａ〜１６０５ｃの手前に配置されており、拡散板１６０３ａ〜１６０３ｃを揺動することにより、スペックルノイズを低減することができる。スペックルノイズ除去部としては、レンチキュラーレンズ等を用いてもよい。
また、本実施形態では、色毎に１つの半導体レーザを使用しているが、バンドルファイバにより２〜８個の半導体レーザの出力を１本のファイバ出力で得られるような構造をとってもよい。その場合、波長スペクトル幅は数ｎｍと非常にブロードになり、この広いスペクトルによりスペックルノイズの発生を抑制することができる。
上記の画像表示装置の構成としては、スクリーンの背後から投影する形態（リアプロジェクションディスプレイ）もとることができる。
２次元空間変調素子１６０５ａ〜１６０５ｃとしては、超小型ミラーが集積された反射型空間変調素子（ＤＭＤミラー）を用いることができるが、液晶パネルを用いた２次元空間変調素子や、ガルバノミラー、メカニカルマイクロスイッチ（ＭＥＭＳ）を用いた２次元空間変調素子を用いてもよい。
なお、反射型空間変調素子やＭＥＭＳ、ガルバノミラーといった光変調特性に対する偏光成分の影響が少ない光変調素子の場合、高調波を伝搬する光ファイバはＰＡＮＤＡファイバなどの偏波保持ファイバである必要はないが、液晶パネルを用いた２次元空間変調素子を用いる場合には、変調特性と偏光特性が大いに関係するため、偏波保持ファイバを使用することが望ましい。
次に、上記の実施の形態１〜実施の形態７で説明したレーザ光源装置の用途の他の一例として、前記レーザ光源装置を適用した液晶ディスプレイ装置のバックライト用光源、装飾用照明装置用光源の構成について図１２Ａ及び図１２Ｂを用いて説明する。
図１２Ａに、上記の実施の形態１〜実施の形態７のレーザ光源装置を用いた液晶ディスプレイ装置の構成を示す。
上記の実施の形態１〜実施の形態７のレーザ光源装置１８０１より発生されたレーザビーム１８０２は、導光板・拡散板１８０３により一様に液晶パネル１８０４を照明するようになっている。
このとき、レーザ光源装置１８０１から発生できる光は単一偏光（直線偏光）であるため、液晶パネル１８０４を照明する光を単一偏光とすることが出来、従来の蛍光管や発光ダイオードを光源とした場合に必要だった入射側の偏光子が不要となる。これにより、材料コストが低減できる上、透過光量を１０−２０％程度増大させることができるため、より明るい液晶ディスプレイ装置を作製することができる。
図１２Ｂに、上記の実施の形態１〜実施の形態７のレーザ光源装置を用いた装飾用照明装置用光源の構成を示す。
上記の実施の形態１〜実施の形態７のレーザ光源装置１８０６から発せられたレーザビームは可視光伝搬用ファイバ１８０７を通して、建物や樹木などの照明対象物１８０８まで運ばれる。照明対象物１８０８に取り付けられているファイバ１８０９には、光散乱機構が設けられており、光を外部に放射することができる。ファイバグレーティングを作製する、あるいはファイバ被覆の屈折率を１．４３程度とすることで光散乱機構を構成することが可能となる。また、このファイバに複数の波長の直線偏光の光を入射させることで、色の制御なども可能となる。
なお、本実施の形態に例示したレーザディスプレイ（画像表示装置）の表示用光源や、液晶ディスプレイ装置のバックライト用光源、装飾用照明装置用光源は、あくまでも一例であり、他の態様を取ることが可能であることは言うまでもない。
上記の各実施の形態から本発明を要約すると、以下のようになる。すなわち、本発明のレーザ光源装置は、レーザ活性物質として希土類が添加されたダブルクラッドファイバと、前記ダブルクラッドファイバに励起光を出射し、前記ダブルクラッドファイバを励起するレーザ光源と、前記ダブルクラッドファイバの発振光の波長を決定する一組のファイバグレーティングと、前記ダブルクラッドファイバの発振光を伝搬させるシングルモードファイバと、前記ダブルクラッドファイバの発振光を高調波に変換する波長変換モジュールとを備え、前記レーザ光源の励起光が入射されたダブルクラッドファイバに残存する励起光が、前記シングルモードファイバに出射されることを阻止する。
上記のレーザ光源装置では、レーザ光源の励起光が入射されたダブルクラッドファイバに残存する励起光をシングルモードファイバに出射されることを阻止することにより、高出力光発生時に問題となっていた、ファイバの劣化を防止することが可能となる。この結果、上記のレーザ光源装置を用いた画像表示装置において、従来の固体レーザと比較して色再現範囲を広げることが可能となる。
さらに、上記のレーザ光源装置の励起光として、希土類ファイバの吸収スペクトルがブロードな９１５ｎｍ帯のレーザ光を使用することができる。このため、励起用レーザの温度を精密に制御する必要がなくなり、ペルチェ素子が不要で消費電力を低減できる。
また、上記のレーザ光源装置は高効率であることからさらに消費電力を低減することができる。
上記のレーザ光源装置において、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光の光エネルギーは、熱エネルギーに変換されることが望ましい。
この構成によれば、ダブルクラッドファイバに残存する励起光の光エネルギーを熱エネルギーに変換して、残存励起光のエネルギーを熱として発散することができる。それにより、発散光による周囲の部品の劣化を防止することができる。
上記のレーザ光源装置において、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光は、前記シングルモードファイバに出射されることなく、反射されることが望ましい。
この構成によれば、ダブルクラッドファイバに残存する励起光を再びダブルクラッドファイバに戻すことができる。このため、ダブルクラッドファイバにおける励起光から発振光を得る場合の効率（光−光変換効率）を向上させることができる。
上記のレーザ光源装置において、前記レーザ光源の発振波長は、９００−９５０ｎｍの範囲内であることが望ましい。
この構成によれば、温度変化によってレーザ光源の励起光に波長変動が生じても、ダブルクラッドファイバの励起光の吸収量の変動を小さくすることができる。このため、レーザ光源の温度管理を高精度に行う必要はなく、したがって、レーザ光源の冷却機構を簡素化することができる。
上記のレーザ光源装置において、前記ダブルクラッドファイバは、偏波保持ファイバであることが望ましい。
この構成によれば、特定の偏光方向のレーザ光を発生することができるので、単一偏光を必要とする画像表示装置に適したレーザ光を与えることができる。
上記のレーザ光源装置において、前記シングルモードファイバは、被覆が除去された所定の曲率半径を有するコイル形状部を含み、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光は、前記コイル形状部から発散されることが望ましい。
この構成によれば、コイル形状部からの光放射を利用して、ダブルクラッドファイバに残存する励起光を効率よく発散させることができる。
上記のレーザ光源装置において、前記コイル形状部は、屈折率１．５以上の材料から構成された被覆部材でモールドされることが望ましい。
この構成によれば、コイル形状部とその周囲との屈折率差を小さくすることで、コイル形状部からの残存励起光の発散効率を向上させることができる。
上記のレーザ光源装置において、前記被覆部材は、樹脂で構成されることが望ましい。
この構成によれば、コイル形状部をモールドし、コイル形状部を被覆部材に埋め込んだ構造を容易に実現することができる。
上記のレーザ光源装置において、前記ダブルクラッドファイバと前記シングルモードファイバとの間に配置され、前記レーザ光源の励起光が入射されたダブルクラッドファイバに残存する励起光が、前記シングルモードファイバに出射されることを阻止するように構成された残存励起光処理部をさらに備えることが望ましい。
この構成によれば、レーザ光源の励起光が入射されたダブルクラッドファイバに残存する励起光が、シングルモードファイバに出射されることを阻止する残存励起光処理部を別体で設けることができる。
上記のレーザ光源装置において、前記残存励起光処理部は、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光と前記ダブルクラッドファイバの発振光との色収差に基づいて、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光を吸収することが望ましい。
この構成によれば、ダブルクラッドファイバに残存する励起光を除去し、ダブルクラッドファイバの発振光のみをシングルモードファイバに出射することが可能となる。
上記のレーザ光源装置において、前記残存励起光処理部は、前記ダブルクラッドファイバから出射されたレーザ光を前記シングルモードファイバに結合する光学系を含み、前記光学系は、前記ダブルクラッドファイバから出射されたレーザ光の経路上に、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光を反射させ、前記ダブルクラッドファイバの発振光を透過させる反射部材を配置することが望ましい。
この構成によれば、ダブルクラッドファイバに残存する励起光を反射し、ダブルクラッドファイバの発振光のみを透過させることが可能となる。このため、ダブルクラッドファイバの発振光のみをシングルモードファイバに出射することができる。
上記のレーザ光源装置において、前記残存励起光処理部は、前記ダブルクラッドファイバから出射されたレーザ光を前記シングルモードファイバに結合する光学系を含み、前記光学系は、前記ダブルクラッドファイバから出射されたレーザ光の経路上に配置されたレンズに、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光を反射させ、前記ダブルクラッドファイバの発振光を透過させる反射部材を設けたことが望ましい。
この構成によれば、ダブルクラッドファイバに残存する励起光を反射し、ダブルクラッドファイバの発振光のみを透過させることが可能となる。このため、ダブルクラッドファイバの発振光のみをシングルモードファイバに出射することができる。また、レンズに反射部材を設けているので、反射される残存励起光とダブルクラッドファイバとの位置合わせを容易にすることができる。
上記のレーザ光源装置において、前記残存励起光処理部は、前記ダブルクラッドファイバから出射されたレーザ光を前記シングルモードファイバに結合する光学系を含み、前記ダブルクラッドファイバの前記光学系側の先端に、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光を反射させ、前記ダブルクラッドファイバの発振光を透過させる反射部材を設けたことが望ましい。
この構成によれば、ダブルクラッドファイバに残存する励起光を反射し、ダブルクラッドファイバの発振光のみを透過させることが可能となる。このため、ダブルクラッドファイバの発振光のみをシングルモードファイバに出射することができる。また、ダブルクラッドファイバの先端に反射部材を備えているので、反射される残存励起光とダブルクラッドファイバとの位置合わせを容易にすることができる。
上記のレーザ光源装置において、前記ダブルクラッドファイバには、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光を反射させ、前記ダブルクラッドファイバの発振光を透過させるファイバグレーティングが形成されることが望ましい。
この構成によれば、ダブルクラッドファイバに残存する励起光を一旦空間に出すことなく反射させることができ、反射の際の残存励起光の出力の損失を抑えることができる。
上記のレーザ光源装置において、前記ファイバグレーティングは、前記レーザ光源側の広帯域ファイバグレーティングと、前記波長変換モジュール側の狭帯域ファイバグレーティングと、を含み、前記レーザ光源、前記コイル形状部及び前記残存励起光処理部が、前記レーザ光源装置を格納する筐体内部で、前記狭帯域ファイバグレーティングよりも上部に配置されていることが望ましい。
この構成によれば、狭帯域ファイバグレーティングを、熱源であるレーザ光源、コイル形状部、残存励起光処理部から遠ざけることができるので、温度変化による狭帯域ファイバグレーティングの波長変動を抑制することができる。
上記のレーザ光源装置において、前記ファイバグレーティングは、前記レーザ光源側の広帯域ファイバグレーティングと、前記波長変換モジュール側の狭帯域ファイバグレーティングと、を含み、前記狭帯域ファイバグレーティングが、前記レーザ光源装置を格納する筐体外部に配置されていることが望ましい。
この構成によれば、狭帯域ファイバグレーティングを、熱源であるレーザ光源、コイル形状部、残存励起光処理部から大幅に遠ざけることができるので、温度変化による狭帯域ファイバグレーティングの波長変動を大きく抑制することができる。
上記のレーザ光源装置において、前記ファイバグレーティングは、前記レーザ光源側の広帯域ファイバグレーティングと、前記波長変換モジュール側の狭帯域ファイバグレーティングと、を含み、前記狭帯域ファイバグレーティングが、前記レーザ光源装置を格納する筐体内部に配置されており、かつ前記狭帯域ファイバグレーティングは、前記狭帯域ファイバグレーティングの温度を補償する温度補償部を有していることが望ましい。
この構成によれば、狭帯域ファイバグレーティングの温度管理を高精度に行うことができ、それにより、温度変化による狭帯域ファイバグレーティングの波長変動を防止することができる。
上記のレーザ光源装置において、前記波長変換モジュールは、前記ダブルクラッドファイバの発振光の波長の１／２の波長の光を出力する第２高調波発生モジュールを含むことが望ましい。
この構成によれば、ダブルクラッドファイバの発振光から、さらに、１／２の波長の高調波を得ることができる。
上記のレーザ光源装置において、前記ダブルクラッドファイバの発振光の波長が１０３０〜１０７０ｎｍであり、前記波長変換モジュールの高調波の波長が５１５ｎｍ〜５３５ｎｍであることが望ましい。
この構成によれば、レーザディスプレイ装置等の画像表示装置の緑色光源として望ましい５１５ｎｍ〜５３５ｎｍの波長の光を得ることができる。
上記のレーザ光源装置において、前記レーザ光源の励起光の出力が２０Ｗ〜２５Ｗであり、前記ダブルクラッドファイバの発振光の波長が１０３０〜１０７０ｎｍであることが望ましい。
この構成によれば、レーザディスプレイ装置等の画像表示装置の緑色光源として望ましい５１５ｎｍ〜５３５ｎｍの波長の光を得ることができる。
本発明の画像表示装置は、上記のいずれかのレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から出射されるレーザ光を用いて画像を表示する表示部と、を備える。
上記の画像表示装置では、広い色再現範囲を実現することができる。
本発明によれば、ファイバレーザ光源、特に１０７０ｎｍ以下の直線偏光のファイバレーザ光源で問題となっていた、残存励起光によるファイバ劣化を防止することが可能となり、信頼性が向上し、励起光出力の制限を受けないため、発振光出力を増大させることができる。なおかつ、このファイバレーザ光源と波長変換モジュールとを組みあわせた光源を用いることにより、これまで以上の明るさ・大きさを持ち、なおかつ高い色再現性を持つ、レーザディスプレイ装置などに応用することが可能となる。
本発明は、安定して高出力を得ることができるレーザ光源装置及び、このレーザ光源装置を用いた画像表示装置に関する。
近年、発振効率が高く、優れたビーム品質を持ち、なおかつ空冷が可能で構造が単純という特徴を持つファイバレーザ光源が、従来使用されてきた固体レーザ光源に変わる近赤外レーザ光源として注目されている。
図１３に典型的なファイバレーザ光源の構成模式図を示す。励起用（ポンプ用）ＬＤ（Laser Diode）１０１から出射されるレーザ光をレーザ媒質である希土類ドープクラッドポンプファイバ１０３に入射し、反射ミラーであるファイバグレーティング１０２及び１０４で構成されたレーザ共振器内で共振させることによりレーザ光が発振する。
ポラライザ１０５は発振したレーザ光の偏光方向を単一にするために挿入されている。
このファイバレーザ光源は、ビーム品質が良く、なおかつ発振波長スペクトルを出口側のファイバグレーティング１０４における反射スペクトルの線幅で規定することが可能である。そのため、ファイバレーザ光源を基本波光源とし、非線形光学結晶を用いた高調波発生（波長変換光源と呼ぶ）に非常に適している。
図１３の第２高調波発生（Second-Harmonic Generation: SHG）モジュール１０８は第２高調波発生を行うための機構で、この機構を用いることで、最終的に２倍の第２高調波１０７が出射される。
なおかつ、従来の固体レーザでは、レーザの発振波長は、用いるレーザ結晶により規定されていたが、このファイバレーザにおいては、発振波長も一組のファイバグレーティング１０２及び１０４によって規定されるため、波長により利得は異なるものの、発振波長を任意に変化することができるという特徴を持っている。
一方、このようなレーザ光の高調波を光源（波長変換光源）としたアプリケーションとして、レーザディスプレイが注目されている（非特許文献１）。
これまでに使用していた白色ランプと比較して、不要な赤外線、紫外線の発生が低く抑えられるため、消費電力を低く抑えることができる上、レーザを用いることで光を効率集光することが可能となり光の利用効率を向上させることができる。
また、発光ダイオードを用いた場合と比較して、レーザは単色光であり、色純度が高いため、ディスプレイ装置の色再現性を向上させることができる。特に緑色光の波長を５２０〜５３５ｎｍにすることにより、より深い緑色を表現することが可能となる。
図１４に、色度図上の青色光の波長が４６０ｎｍ、赤色光の波長が６３５ｎｍの場合における、使用する緑色光の色再現範囲を波長別に示す。このような波長は、固体レーザを用いた場合、Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４等を用いた場合の５３２ｎｍか、Ｎｄ：ＹＬＦを用いた場合の５２７ｎｍの２波長しか発生できなかった、特に、ＹＬＦはフッ化物結晶で製造が困難であるため、蛍光スペクトルがブロードで（非特許文献２）、自由に発振波長を選択できるファイバレーザが有望となっていた。
ファイバレーザあるいはファイバアンプにおいては、励起光と発振光が同一ファイバ上を伝搬するため特許文献１に示したように、発振した光の一部が不用意な戻り光となって、励起光源に損傷を与えることがある。このため、図１５に示すように、レンズ系とミラーを用いて発振光を取り除く回避方法等が検討されてきた。
レーザディスプレイの緑色光源としては、色再現範囲の点で波長が５３０ｎｍから５２０ｎｍの範囲であることが望ましいが、ファイバレーザを基本波光源として使用した波長変換光源を使用する場合、前述の波長範囲における基本波である１０７５ｎｍ以下の光では、レーザ媒質である希土類添加ファイバに吸収が存在し、レーザ共振器の（発振）動作が不安定となる。このため、相互作用長であるファイバ長を長くすることができない。この現象は、波長変換光源の場合必須である直線偏光を得るために使用するＰＡＮＤＡ（Polarization-maintaining AND Absorption-reducing）ファイバ等の偏波保持ファイバで顕著となる。
一方、レーザ光の出力を増加させるには励起光を増加させる必要があるが、励起光の波長によってはレーザ媒質である希土類添加ファイバで吸収されなかった励起光が原因となり、ファイバが劣化するという問題があった。図１６を用いて劣化のメカニズムを示す。
図１６に、希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバと一般的なシングルモード偏波保持ファイバとの融着接続部４１０を示している。ダブルクラッド偏波保持ファイバではアウタークラッド４０２に残存励起光４０８が閉じこめられた状態でインナークラッド４０３を光が伝搬する構造となっている。
一方、シングルモード偏波保持ファイバと接続した後では、シングルモード偏波保持ファイバの被覆４０７がない部分において、空気がクラッドとなり残存励起光４０８が閉じこめられる。しかしながら、被覆４０７を有する部分でポンプ光がしみ出し、そのエネルギーによってシングルモード偏波保持ファイバが部分的に発熱（たとえば発熱部４０９）し、劣化する。
例えば、励起光が１０Ｗであるとすると、希土類としてＹｂを添加したダブルクラッド偏波保持ファイバの吸収量は０．６ｄＢ／ｍであるため、１０ｍのファイバ長で７．５Ｗの励起光を吸収する。それにより、残存励起光として２．５Ｗの９１５ｎｍの光が放射され、シングルモード偏波保持ファイバのクラッドを伝搬することになる。
図１３に記載した従来構成の場合、１５Ｗの励起光（９１５ｎｍ）でポンプし、発振した１０６４ｎｍの出力が６．８Ｗとなるような場合、連続運転を行ってから２０分経過後に融着接続部１１０、シングルモード偏波保持ファイバ１１２のプライマリコート（被覆）が過熱し、ファイバが劣化した。
図１７に励起光のパワーをパラメータとしたレーザ媒質となるＹｂドープダブルクラッドファイバのファイバ長と残存励起光との関係を示すプロット図を示す。残存励起光が３．５Ｗ〜４Ｗを超えるとファイバが劣化することが、これまでの調査により分かっている。図１７より、ファイバの持つ損失のためにファイバ長を短くせねばならないような場合には、励起光を小さくする必要がある事が分かる。つまり、ファイバの損失が大きな１０５０ｎｍや１０３０ｎｍといった波長では、自ずと発生可能な出力は制限を受けることになる。
発振した光がファイバにより吸収されない１０７０ｎｍ以上の光を発振させる場合においては、希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバを長くすることによりファイバの過熱を防止することができる。しかしながら、１０６０ｎｍや１０５０ｎｍ等の波長変換により緑色を発生させることができるような波長では、希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバの長さを長くすることにより、ファイバ吸収による損失が大きく、発振が不安定になったり、所望の波長で発振したりしないなどの問題点が発生する事が分かっている。また、そのためにファイバが過熱しないような励起光の強度が自ずと決まり、最大出力において制限を受けていた。
このような現象を解決する方法の一例として図１８に希土類としてＹｂを１０００ｐｐｍ程度添加した希土類添加ダブルクラッドファイバの吸収スペクトルを示し、説明する。
励起光としては９１５ｎｍ近辺のレーザダイオード（ＬＤ）あるいは９７６ｎｍ付近のレーザダイオードを使用することができる。このとき、このファイバの９１５ｎｍ光の吸収量は０．６ｄＢ／ｍ程度であるのに対し、９７６ｎｍ光の吸収量は約１．８ｄＢ／ｍと３倍ほど大きいため、９７６ｎｍ光を使用することでファイバの劣化は解決できると考えられる。
しかしながら、吸収ピークの形状は９７６ｎｍ近辺で急峻であるのに対し、９１５ｎｍ近辺でブロードであるため、励起光ＬＤの温度変化等で発生する励起光の波長変動に対しては、９１５ｎｍ帯（９００−９５０ｎｍ）を用いた方がより安定であり、ＬＤの冷却機構を簡素化することができる。そのため装置コスト・消費電力を低減させることができる。以上のように、ファイバレーザ装置の温度安定性と、ファイバレーザで直線偏光かつ６Ｗ以上の１０７５ｎｍ以下の光を得る事とを両立させることは従来困難であった。
特許第３０１２０３４号公報 Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ． ４３， Ｎｏ． ８Ｂ， ２００４， ｐｐ． ５９０４−５９０６ Ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ−ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ， （Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ， Ｉｎｃ． ２００１年） １４５ページ ｆｉｇｕｒｅ１０．
本発明の目的は、残存励起光によるファイバ劣化に対する高い信頼性を有し、発振光の出力を増大させることができるレーザ光源装置を提供することである。
本発明の一局面に従うレーザ光源装置は、レーザ活性物質として希土類が添加されたダブルクラッドファイバと、前記ダブルクラッドファイバに励起光を出射し、前記ダブルクラッドファイバを励起するレーザ光源と、前記ダブルクラッドファイバの発振光の波長を決定する一組のファイバグレーティングと、前記ダブルクラッドファイバの発振光を伝搬させるシングルモードファイバと、前記ダブルクラッドファイバの発振光を高調波に変換する波長変換モジュールとを備え、前記レーザ光源の励起光が入射されたダブルクラッドファイバに残存する励起光が、前記シングルモードファイバに出射されることを阻止する。
本発明は、レーザ光源の励起光が入射されたダブルクラッドファイバに残存する励起光をシングルモードファイバに出射されることを阻止することにより、高出力光発生時に問題となっていた、ファイバの劣化を防止することが可能となる。この結果、本発明のレーザ光源装置を用いた画像表示装置において、従来の固体レーザと比較して色再現範囲を広げることが可能となる。
さらに、励起光として、希土類ファイバの吸収スペクトルがブロードな９１５ｎｍ帯のレーザ光を使用することができる。このため、励起用レーザの温度を精密に制御する必要がなくなり、ペルチェ素子が不要で消費電力を低減できる。
また、本発明のレーザ光源装置は高効率であることからさらに消費電力を低減することができる。
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同一部分には同一符号を付し、図面で同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合もある。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１においては、残存励起光発散・吸収機構として、ファイバの曲率による損失を利用した方法を示している。
図１に、本実施の形態１におけるレーザ光源装置の構成について示す。図１において、本実施の形態におけるレーザ光源装置は、ポンプ用ＬＤ（Laser Diode）１０１、ファイバグレーティング１０２、Ｙｂドープダブルクラッド偏波保持ファイバ１０３、ファイバグレーティング１０４、残存励起光発散・吸収機構（ポンプ光発散・吸収機構）６０１を備える。本実施の形態のレーザ光源装置は、発振光伝搬ファイバ１０６を介して、第２高調波発生（Second-Harmonic Generation: SHG）モジュール１０８に接続する。
ポンプ用ＬＤ１０１で、ダブルクラッド偏波保持ファイバ１１１のコア部分に希土類としてＹｂをドープしたダブルクラッド偏波保持ファイバ１０３（本実施の形態の場合、ファイバ長１０ｍ）を励起する。そして、一組のファイバグレーティング１０２及びファイバグレーティング１０４で構成された共振器内で、レーザ光を発振させる。本実施の形態の場合、ポンプ用ＬＤ１０１として、発振波長９１５ｎｍのシングルエミッターレーザダイオード（最大出力１０Ｗ）を使用している。
ファイバグレーティング１０２は、ダブルクラッド偏波保持ファイバ１１１のコア部分にゲルマニウムが添加されており、紫外光に対する感度を向上させ、グレーティングを形成させたものである。ファイバグレーティング１０２は、中心波長１０６４．０ｎｍ、反射スペクトル半値幅１ｎｍ、反射率９８％という特性を持っている。
また、ファイバグレーティング１０４は、一般的なシングルモード偏波保持ファイバ（コア径６μｍ、クラッド外形１２５μｍ）１１２のコア部分に同じくゲルマニウムが添加されたものに形成しており、中心波長は１０６４．１ｎｍで反射スペクトル半値幅は０．０９ｎｍ、反射率１０％のものを使用している。ファイバグレーティング１０４の反射率を大きくすることで、希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバ１０３を長くし、残存励起光の吸収量を大きくすることは可能であるが、特性の改善には限界があり、有効な対策とは言えない。また波長変換用途では狭帯域化が重要だが、ファイバグレーティング１０４の反射率を大きくすることで、逆に、ファイバグレーティング１０４の狭帯域化が困難になるという問題がある。
発振した１０６４ｎｍ付近の光を伝搬させる発振光伝搬ファイバ１０６により、ＳＨＧモジュール１０８に導入し、第２高調波発生により５３２ｎｍの光を発生させる。
次に、本実施の形態におけるレーザ光源装置の残存励起光発散・吸収機構６０１について説明する。
図１に示すように、Ｙｂドープダブルクラッド偏波保持ファイバ１０３とファイバグレーティング１０４との間にダブルクラッド偏波保持ファイバ１１１とシングルモード偏波保持ファイバ１１２との接続部分（融着接続部）１１０が存在する。この接続部分１１０の存在は、ファイバ劣化の要因となるため、本実施の形態では、残存励起光発散・吸収機構６０１を設けている。
残存励起光発散・吸収機構６０１は、シングルモード偏波保持ファイバ１１２のプライマリーコート（樹脂被覆）を１０ｃｍ程度除去し、その除去された部分を用いて直径３０ｍｍ程度のコイル形状部６０２を形成することにより実現される。このコイル形状部６０２を通してシングルモード偏波保持ファイバ１１２のクラッド部分を伝搬する残存基本波（波長９１５ｎｍ）を放射させる。
例えば、励起光が１０Ｗであるとすると、希土類としてＹｂを添加したダブルクラッド偏波保持ファイバ１０３の吸収量は０．６ｄＢ／ｍであるため、１０ｍのファイバ長で７．５Ｗの励起光を吸収する。そして、残存励起光として２．５Ｗの９１５ｎｍの光がコイル形状部６０２を通して放射され、シングルモード偏波保持ファイバ１１２のクラッドを伝搬することになる。
ここでシングルモード偏波保持ファイバ１１２のコイル形状部６０２は、吸収板６０３に固定されており、この吸収板６０３はコイル形状部６０２が放射した赤外光を吸収して熱に変換する。この吸収板６０３としては、アルマイト加工したアルミニウム板を使用した。
図１３に記載した従来構成の場合、１５Ｗの励起光（９１５ｎｍ）でポンプし、発振した１０６４ｎｍの出力が６．８Ｗとなるような場合、連続運転を行ってから２０分経過後に図１３の接続部分（融着接続部）１１０及びシングルモード偏波保持ファイバ１１２のプライマリコート（被覆）が過熱し、ファイバ１１２が劣化したが、本実施の形態のレーザ光源装置により、２０時間以上連続運転を行っても前記被覆が過熱することがなく、信頼性を向上させることが可能であることが分かった。
その上、より大きなパワーの励起光をポンプできるため、１０６４ｎｍの出力を増大させることが出来、なおかつ、そこから波長変換される緑色光の出力も増大させることができる。
本実施の形態において、コイル形状部６０２からの発散効率の向上の点から、残存励起光発散・吸収機構６０１のコイル形状部６０２を形成するシングルモード偏波保持ファイバ１１２のコア径を４．５μｍ〜５．５μｍとし、コイル形状部６０２の直径を３５ｍｍ〜７０ｍｍとし、コイル形状部６０２のターン数を５ターン以上とすることが望ましい。
さらに、残存励起光発散・吸収機構６０１のコイル形状部６０２を形成するシングルモード偏波保持ファイバ１１２の直径は、小さくしすぎた場合、発生した１０６４ｎｍ光の損失が大きくなる上、ファイバ素線（プライマリコートのないファイバを指す）が劣化する可能性があるため２０ｍｍより大きい方がより望ましく、４０ｍｍ以上になると、残存基本波の放射が小さくなるため、２０〜４０ｍｍ程度であることがより望ましい。
また、本実施の形態において、残存励起光発散・吸収機構６０１の被覆剥離部１０９は、接合部１１０からコイル形状部６０２までの直線部及び、コイル形状部６０２にあるのが望ましい。さらに、コイル形状部６０２から見てファイバグレーティング１０４側の直線部分１０９ａにもあればより望ましい。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２におけるレーザ光源装置の構成について説明する。本実施の形態は、ファイバ素線部を高屈折材料に埋め込むものである。
図２に、本実施の形態２におけるレーザ光源装置の構成について示す。上記の実施の形態１においては、コイル形状部６０２を屈折率１の空気中に配置し、シングルモードモード偏波保持ファイバ１１２のコイル形状部６０２を含む被覆剥離部１０９を励起光にとってのマルチモードファイバとして作用させ、コイル形状部６０２の曲げ曲率を大きくすることにより、不要な励起光を発散させていた。
しかしながら、シングルモード偏波保持ファイバ１１２のクラッドと空気との屈折率差が１．４程度存在する。したがって、励起光の発散効率をさらに向上させるためには、屈折率差の低減化が必要である。
そこで、本実施の形態では、シングルモード偏波保持ファイバ１１２のコイル形状部７０２の周囲を屈折率が１．５以上の材料７０３で覆い、積極的に励起光を抜く作用を起こさせることに特徴を持っている。
屈折率１．５以上の材料としては、屈折率整合液として使用されるシリコーンオイル（あるいはシリコーンジェル）などが従来から使用されているが、液体であることから保持が難しかった。そこで、本実施の形態では、シリコーン系の紫外線硬化樹脂あるいは熱硬化樹脂（たとえば信越化学Ｏｐｔｉｃｌｅａｒ（ｎ＝１．５２程度）など）を使用した。このほかにも、屈折率が１．５以上であればエポキシ系紫外線硬化樹脂も使用可能である。
上述したように、図２は、本実施の形態における、ファイバレーザ波長変換緑色光源の構成図を示しているが、上記の実施の形態１と異なっている部分は、ダブルクラッド偏波保持ファイバ１１１とシングルモード偏波保持ファイバ１１２との接続部分１１０と、シングルモード偏波保持ファイバ１１２の被覆を剥がした素線部分から成るコイル形状部７０２が、屈折率１．５以上の材料に埋め込まれていることである。通常、シングルモード偏波保持ファイバ１１２を被覆しているプライマリコートも屈折率１．５以上の材料が使用されている場合があるが、被覆膜の厚さが７０μｍ程度であり、この部分にエネルギーが集中して過熱する。
一方、本実施の形態の場合は、コイル形状部７０２を、その外周から１ｍｍ以上の厚みを持つ樹脂で覆うことにより過熱を防止している。ファイバ１１２のコイル形状部７０２を覆う樹脂７０３はアルマイト加工されたアルミニウム製の容器７０４に流し込まれ、接続部１１０及びシングルモード偏波保持ファイバ１１２のコイル形状部７０２を埋め込んだ後、固化させる。樹脂７０３を流し込んだ領域の寸法は、長さ×奥行×深さ＝３５ｍｍ×３５ｍｍ×２ｍｍの領域であった。長さ×奥行に関してはできるだけ大きな面積にすることが望ましいが、装置の大型化に繋がるため３０ｍｍ×３０ｍｍ〜５０ｍｍ×５０ｍｍでの範囲内であることが望ましい。
このように屈折率がファイバ１１２のクラッドに近い物質で満たすことで効率よく、残存励起光を引き抜くことが可能となる上、広い領域に残存励起光を広げることにより、過熱を防止し、熱として発散しやすくする役目を持っている。
本実施の形態において、屈折率１．５以上の材料としてガラス材料を採用することも可能ではある。しかしながら、ガラス材料を採用した場合、シングルモード偏波保持ファイバ１１２のコイル形状部７０２をはめ込むことができる形状を持つ部材の加工が必要になってしまう。このため、上記の樹脂を用いてモールドする場合と比べて、製造コスト、製造に要する工数の増大を招くことになる。したがって、本実施の形態では、屈折率１．５以上の材料としてシリコーン系の紫外線硬化樹脂や、熱硬化樹脂、エポキシ系紫外線硬化樹脂等の樹脂を採用することにより、部材の加工を不要とし、製造コスト、製造工数の削減を図っている。
なお、本実施の形態において、残存励起光のエネルギーを熱に変換するため、ファイバレーザの筐体内温度が３−５度上昇する。そのため、出射側に設けられた、発振波長を決定するファイバグレーティング１０４の反射波長が温度上昇に伴い、代表的な値の場合０．０１ｎｍ／℃の割合で長波長側にシフトする。この波長シフトは波長変換で緑色光発生を行う場合、緑色光出力低下の原因になる。そのため、ファイバグレーティング１０４自体を、温度上昇に伴って熱収縮するような基板に保持させること（温度補償パッケージを使用すること）や、ファイバグレーティング１０４を筐体の外に配置することが望ましい。また、筐体内にファイバグレーティング１０４を配置する場合においても、熱源となる本発明の残存励起光発散・吸収機構７０１よりも下部に配置し、なおかつ熱的に分離されていることが望ましい。
より効果を上げるためには、残存励起光発散・吸収機構７０１を、放熱フィン等に配置し、冷却ファンなどを用いて冷却することが望ましい。
本実施の形態の残存励起光発散・吸収機構７０１において、コイル形状部７０１を、被覆（プライマリーコート）を除去した直線形状部に代えても構わない。屈折率がファイバ１１２のクラッドに近い物質で満たすことで効率よく、残存励起光を発散させることが可能だからである。もちろん、より効率良く残存励起光を発散させる必要がある場合には、直線形状をコイル形状にするのが望ましい。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３として、希土類ドープダブルクラッド偏波保持ファイバとシングルモード偏波保持ファイバとの間にレンズ系を用い、レーザビームをいったん空間に放出し、励起光と発振光の収束ビーム径の差を利用して、励起光を低減する方法を提案する。
図３に、本実施の形態３におけるファイバレーザを用いた波長変換型光源の構成を示す。図３において、本実施の形態におけるレーザ光源装置は、ポンプ用ＬＤ１０１、ファイバグレーティング１０２、Ｙｂドープダブルクラッド偏波保持ファイバ１０３、ファイバグレーティング１０４、励起光吸収機構８０１を備える。本実施の形態のレーザ光源装置は、発振光伝搬ファイバ１０６を介して、ＳＨＧ（Second-Harmonic Generation）モジュール１０８に接続する。そして、ポラライザ１０５が、発振したレーザ光の偏光方向を単一にするために、挿入されている。
レーザ共振器は、一組のファイバグレーティング１０２、ファイバグレーティング１０４と、レーザ活性物質である希土類ドープダブルクラッド偏波保持ファイバ１０３とで構成されており、励起用レーザダイオード１０１でポンプする構成は上記の実施の形態１及び２と全く同じである。
本実施の形態においては、上記実施の形態１及び２の残存励起光発散・吸収機構６０１及び７０１に代えて、ダブルクラッド偏波保持ファイバ１１１からシングルモード偏波保持ファイバ１１２へファイバの種類が切り替わる部分にレンズ系と励起光吸収部で構成された残存励起光吸収機構８０１を設ける。
本実施の形態における残存励起光吸収機構８０１について図４を用いて説明する。
図４において、残存励起光吸収機構８０１は、ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２、コリメート用組レンズ８０３、励起光吸収体８０４、ファイバ結合用組レンズ８０５、シングルモード偏波保持ファイバ８０６で構成されている。
本実施の形態の場合、ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２のコア径は６μｍであり、励起光が伝搬するインナークラッドの径は１０５μｍ、アウタークラッドの径は１２５μｍであった。また、シングルモード偏波保持ファイバ８０６のコア径は６μｍで、クラッド径は１２５μｍとなっていた。
この際、ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２のコア径６μｍの部分を通過する発振光（本実施の形態の場合１０６０ｎｍ帯）と１０５μｍのインナークラッド部分を通過する励起光（９１５ｎｍ帯）とで、コリメート用組レンズ８０３を通過して平行光になったときのビーム径の差を利用して、不要な励起光９０１を励起光吸収部８０４に吸収させ、除去する仕組みとなっている。
具体的には、発振光９０２における平行光（コリメートビーム）のビーム径は２００μｍとなっていたが、励起光９０１のビーム径は４３０μｍとなるため２５０μｍ程度のピンホールが形成された励起光吸収部８０４を設けることにより、励起光９０１のみを吸収し、熱エネルギーへ変換することができる。変換された熱エネルギーは、レンズ８０３、レンズ８０５を保持している筐体８０７へ発散され、放熱される。
励起光吸収部８０４のピンホールを通過した発振光９０２は再び結合レンズ８０５によりシングルモード偏波保持ファイバ８０６に結合され、同ファイバ８０６のコア部分を導波する。
以上に説明した構造を取ることにより、残存基本波を遮蔽することが可能となり、ファイバ劣化の問題を回避することができる。
ここで説明した残存励起光吸収機構８０１を組み立てる際には、シングルモードファイバ８０６のコアを伝搬する発振光の透過量が最大となるように位置あわせをする必要がある。本実施の形態では、従来の分離ミラーを挿入する場合と比較して、調整の指針として透過光量を観察するだけでよいので、調整コストが低減できるという特徴を持つ。
また、残存励起光吸収機構８０１の使用に際して、１０Ｗの励起光でポンプした場合、本体筐体８０７が２．５Ｗの発熱をするため、放熱フィンなど放熱機構を設ける必要がある。１０Ｗ励起時ではＣＰＵ用の放熱フィンだけでかまわないが、励起光量が２０Ｗ以上となるような場合、残存励起光吸収機構８０１を固定した放熱フィンをファンモーターなどで冷却するのが望ましい。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４として、希土類ドープダブルクラッド偏波保持ファイバとシングルモード偏波保持ファイバとの間にレンズ系を用い、レーザビームを一旦空間に放出し、誘電体多層膜ミラーへ垂直に入射させ、励起光と発振光を分離し、励起光を再び希土類ドープダブルクラッド偏波保持ファイバへ戻す構成について説明する。
本実施の形態のレーザ光源装置は、図３の実施の形態３のレーザ光源装置と同様、レーザ共振器が一組のファイバグレーティング１０２、ファイバグレーティング１０４と、レーザ活性物質である希土類ドープダブルクラッド偏波保持ファイバ１０３とで構成されており、励起用レーザダイオード１０１でポンプする構成である。本実施の形態においては、ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２からシングルモード偏波保持ファイバ８０６へファイバの種類が切り替わる部分に、レンズ系と誘電体多層膜ミラーで構成された残存励起光反射機構を設ける。
本実施の形態における残存励起光反射機構について図５を用いて説明する。
残存励起光反射機構１００１は、ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２、コリメート用組レンズ８０３、励起光反射用誘電体多層膜ミラー１００２、ファイバ結合用組レンズ８０５、シングルモード偏波保持ファイバ８０６で構成されている。
本実施の形態の場合、ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２のコア径は６μｍであり、励起光が伝搬するインナークラッドの径は１０５μｍ、アウタークラッドの径は１２５μｍであった。また、シングルモード偏波保持ファイバ８０６のコア径は６μｍで、クラッド径は１２５μｍとなっていた。
この際、コリメート用組レンズ８０３とファイバ結合用組レンズ８０５の間に存在する発振光９０２が平行光となる領域に、９１５ｎｍ帯の光は反射し、１０６４ｎｍ帯の光は透過する誘電体多層膜ミラー１００２を配置することにより１０６４ｎｍ帯の光のみ、シングルモード偏波保持ファイバ８０６に結合することが可能となる。
一方、反射された９１５ｎｍ帯の光は再びコリメート用組レンズ８０３より入射され、希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２に再び結合・導波する。これにより、残留励起光となっていた９１５ｎｍの光が再び希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２によって吸収され、ファイバ８０２を往復するうちに励起光の９４％（１０Ｗ励起の場合９．４Ｗ）が吸収される。
本実施の形態の場合、一度希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２を通過してきた光を再び希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２に戻して再吸収させることから励起光のロスを低減することができ、励起光から発振光を得る場合の効率（光−光変換効率）を向上させることができる。
（実施の形態５）
図６に、本発明の実施の形態５における残存励起光反射機構の構成を示す。
上記の実施の形態４では、コリメート用組レンズ８０３とシングルモード偏波保持ファイバ８０６へ再び発振光９０２を結合させるファイバ結合用組レンズ８０５との間に誘電体多層膜ミラー１００２を挿入した残存励起光反射機構１００１を用いた。本実施の形態では、図６に示すように、コリメート用組レンズ８０３の表面に９１５ｎｍ帯の光を反射させる誘電体多層膜コーティングミラー１１０２を施すことにより、図５の誘電体多層膜ミラー１００２を配置する必要がなくなる。
本実施の形態によれば、レンズのアライメントを行うだけで、自動的に残存励起光のアライメントまで完了でき、ミラー角度の調整が不要となる。そのため調整工程を簡略化できるという長所がある。
（実施の形態６）
図７に、本発明の実施の形態６の残存励起光反射機構の構成を示す。
本実施の形態６の残存励起光反射機構１２０１では、光ファイバコネクタ等に使用されるガラスあるいはジルコニア製フェルール１２０２に希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバ８０２の先端を保持させ、保持した端面を研磨加工した上で、その部分に９１５ｎｍ帯の光を反射し、１０６４ｎｍ帯の光を透過する誘電体多層膜ミラー１２０３を形成する。
この場合も、上記の実施の形態５と同様に、ミラーをファイバ出射端面に設けているため、ミラーのアライメントが不要となり、基本波光源の光軸調整のみアライメントすれば自動的に残存励起光のアライメント無しに調整完了できるため調整工程を大幅に簡略化できるという特徴がある。
（実施の形態７）
図８に、本発明の実施の形態７における残存励起光反射機構の構成を示す。
本実施の形態では、残存励起光反射機構１３１０のダブルクラッド偏波保持ファイバの部分に９１５ｎｍ帯の光を反射するファイバグレーティングを形成する。図８に、９１５ｎｍ帯の光を反射するように形成したファイバグレーティング１３０９を形成した場合の形成位置を示す。
このダブルクラッド偏波保持ファイバは通常紫外線による屈折率変化の感度を向上させるために添加されるゲルマニウムが、インナークラッド１３０３のみか、あるいは、インナークラッド１３０３とコア１３０４とに添加されている。ファイバグレーティング１３０９の周期はファイバの実効屈折率と、反射波長から、Λ［周期］＝λ［反射波長］／（２・ｎｅｆｆ［実効屈折率］）で計算することができる。反射波長９１５ｎｍとしたとき、ファイバの実効屈折率１．４３からグレーティング１３０９の形成周期は３２０ｎｍ程度と算出される。このファイバグレーティング１３０９を使用することにより、光を一旦空間に出すことなく、残留励起光を反射させることができる。
上記の実施の形態１〜実施の形態７のレーザ光源装置は、高出力光を要するレーザディスプレイ装置等の緑色光源として適している。例えば、３Ｗの緑色光を発生させる場合、レーザ光源装置からの発振波長を１０７０ｎｍとすると、必要とする励起光パワーは２０Ｗであり、発生する緑色光の波長は５３５ｎｍとなる。このとき必要とするファイバ長は１５ｍである。図１７に示すように、さらに多くの緑色光を得ようとした場合、ファイバ劣化のレベルを超えるため、上記の実施の形態１〜実施の形態７のレーザ光源装置を適用することで、ファイバ劣化を防止できる。
レーザ光源装置からの発振波長を１０３０ｎｍとした場合、励起光パワーを２５Ｗ必要とし、５１５ｎｍの波長の緑色光が発生する。このとき必要とするファイバ長は１０ｍである。この場合、図１７に示すように、ファイバ劣化のレベルを超えてしまう。したがって、上記の実施の形態１〜実施の形態７のレーザ光源装置を適用し、ファイバ劣化の防止が必要となる。
なお、発振波長を１０５０ｎｍとした場合、必要とするファイバ長は１２ｍであり、１Ｗレベルの緑色光で、ファイバ劣化のレベルを超えてしまう。また、発振波長を１０６０ｎｍとした場合、必要とするファイバ長は１４ｍであり、２Ｗレベルの緑色光で、ファイバ劣化のレベルを超えてしまう。したがって、上記の実施の形態１〜実施の形態７のレーザ光源装置の適用が必須である。
ここで、本願発明におけるファイバレーザ光源部材の筐体への配置方法について述べる。上記の実施の形態１〜実施の形態７の残存励起光発散・吸収機構、残存励起光吸収機構及び残存励起光反射機構は筐体内の発熱源となり、特に、実施の形態１、２及び３では、熱へ変化した残存励起光のエネルギーが放出されることになる。
図９Ａ及び図９Ｂにおいて、ファイバレーザ光源の筐体１４０３内には、励起用レーザダイオード１０１と、実施の形態１の残存励起光発散・吸収機構１４０１とが、発熱源として配置されている。もちろん、残存励起光発散・吸収機構１４０１が実施の形態２の残存励起光発散・吸収機構や、実施形態３の残存励起光吸収機構や、実施の形態４〜７の残存励起光反射機構の場合でも良い。
図９Ａ及び図９Ｂに示すように、残存励起光発散・吸収機構１４０１は、筐体１４０４内のできるだけ上部に配置することが望ましい。
特に、発振光の出射側に配置されるファイバグレーティング１０４は、発熱源となるレーザダイオード１０１あるいは残存励起光発散・吸収機構１４０１よりも下部に配置することが望ましく、熱的に分離することが望ましい。その理由として、以上二つの発熱源から発せられた熱より、筐体内の温度は１０℃程度上昇する。そのためファイバグレーティング１０４の反射中心波長は徐々に長波長へシフトすることとなる。この長波長シフトを避けるために熱源から話すことが望ましい。
特に、図９Ａでは、ファイバグレーティング１０４に温度補償機構１４０２を取り付け、筐体１４０４内に配置した例を示している。
また、図９Ｂでは、ファイバグレーティング１０４を筐体１４０３内の温度上昇から熱分離するために筐体１４０３外に配置した例を示している。
また、発熱源付近には、放熱フィンと冷却ファン１４０４を設けることが望ましい。
以上、図９Ａ及び図９Ｂに示したような部材配置を取ることにより、波長変動に対する要求が厳しい（０．０１ｎｍ以下）波長変換用途にも使用可能な完全空冷ファイバレーザ基本波光源が実現できる。
図９Ｂの配置構成のファイバレーザ光源における出力６Ｗ時の基本波１０６４ｎｍ光の波長変動をプロットしたグラフを図１０に示す。この場合、波長変動幅は０．００５ｎｍ以下で波長変換用途で求められる仕様を十分満たしたものとなっている。
なお、図９Ａの温度補償機構１４０２は有効であるが、コスト面を考えた場合、図９Ｂのファイバグレーティング１０４を筐体１４０３外に配置する構成がより望ましい。
（実施の形態８）
上記の実施の形態１〜実施の形態７で説明したレーザ光源装置は、レーザディスプレイ（画像表示装置）の表示用光源や、液晶ディスプレイ装置のバックライト用光源、又は、装飾用照明装置用光源として用いられる。
上記の実施の形態１〜実施の形態７で説明したレーザ光源装置の用途の一例として、前記レーザ光源装置を適用したレーザディスプレイ（画像表示装置）の構成の一例について図１１を用いて説明する。
レーザ光源装置には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のレーザ光源１６０１ａ〜１６０１ｃを用いた。赤色レーザ光源１６０１ａには波長６３８ｎｍのＧａＡｓ系半導体レーザを用い、青色レーザ光源１６０１ｃには波長４６５ｎｍのＧａＮ系半導体レーザを用いている。また、緑色レーザ光源１６０１ｂには、赤外レーザの波長を１／２にする波長変換素子を具備した波長変換緑色光源装置を用いており、この波長変換緑色光源装置として、上記実施の形態１〜実施の形態７で説明したレーザ光源装置を用いている。
各光源１６０１ａ、１６０１ｂ、１６０１ｃより発せられたレーザビームは、反射型２次元ビーム走査手段１６０２ａ〜１６０２ｃにより２次元的に走査され、拡散板１６０３ａ〜１６０３ｃを照射する。拡散板１６０３ａ〜１６０３ｃ上を２次元的に走査される各色のレーザビームは、フィールドレンズ１６０４ａ〜１６０４ｃを通過した後、２次元空間光変調素子１６０５ａ〜１６０５ｃへ導かれる。
ここで、画像データは、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれに分割されており、各信号が２次元空間光変調素子１６０５ａ〜１６０５ｃに入力され、ダイクロイックプリズム１６０６で合波されることにより、カラー画像が形成される。このように合波された画像は、投射レンズ１６０７によりスクリーン１６０８に投影される。このとき、拡散板１６０３ａ〜１６０３ｃがスペックルノイズ除去部として２次元空間変調素子１６０５ａ〜１６０５ｃの手前に配置されており、拡散板１６０３ａ〜１６０３ｃを揺動することにより、スペックルノイズを低減することができる。スペックルノイズ除去部としては、レンチキュラーレンズ等を用いてもよい。
また、本実施形態では、色毎に１つの半導体レーザを使用しているが、バンドルファイバにより２〜８個の半導体レーザの出力を１本のファイバ出力で得られるような構造をとってもよい。その場合、波長スペクトル幅は数ｎｍと非常にブロードになり、この広いスペクトルによりスペックルノイズの発生を抑制することができる。
上記の画像表示装置の構成としては、スクリーンの背後から投影する形態（リアプロジェクションディスプレイ）もとることができる。
２次元空間変調素子１６０５ａ〜１６０５ｃとしては、超小型ミラーが集積された反射型空間変調素子（ＤＭＤミラー）を用いることができるが、液晶パネルを用いた２次元空間変調素子や、ガルバノミラー、メカニカルマイクロスイッチ（ＭＥＭＳ）を用いた２次元空間変調素子を用いてもよい。
なお、反射型空間変調素子やＭＥＭＳ、ガルバノミラーといった光変調特性に対する偏光成分の影響が少ない光変調素子の場合、高調波を伝搬する光ファイバはＰＡＮＤＡファイバなどの偏波保持ファイバである必要はないが、液晶パネルを用いた２次元空間変調素子を用いる場合には、変調特性と偏光特性が大いに関係するため、偏波保持ファイバを使用することが望ましい。
次に、上記の実施の形態１〜実施の形態７で説明したレーザ光源装置の用途の他の一例として、前記レーザ光源装置を適用した液晶ディスプレイ装置のバックライト用光源、装飾用照明装置用光源の構成について図１２Ａ及び図１２Ｂを用いて説明する。
図１２Ａに、上記の実施の形態１〜実施の形態７のレーザ光源装置を用いた液晶ディスプレイ装置の構成を示す。
上記の実施の形態１〜実施の形態７のレーザ光源装置１８０１より発生されたレーザビーム１８０２は、導光板・拡散板１８０３により一様に液晶パネル１８０４を照明するようになっている。
このとき、レーザ光源装置１８０１から発生できる光は単一偏光（直線偏光）であるため、液晶パネル１８０４を照明する光を単一偏光とすることが出来、従来の蛍光管や発光ダイオードを光源とした場合に必要だった入射側の偏光子が不要となる。これにより、材料コストが低減できる上、透過光量を１０−２０％程度増大させることができるため、より明るい液晶ディスプレイ装置を作製することができる。
図１２Ｂに、上記の実施の形態１〜実施の形態７のレーザ光源装置を用いた装飾用照明装置用光源の構成を示す。
上記の実施の形態１〜実施の形態７のレーザ光源装置１８０６から発せられたレーザビームは可視光伝搬用ファイバ１８０７を通して、建物や樹木などの照明対象物１８０８まで運ばれる。照明対象物１８０８に取り付けられているファイバ１８０９には、光散乱機構が設けられており、光を外部に放射することができる。ファイバグレーティングを作製する、あるいはファイバ被覆の屈折率を１．４３程度とすることで光散乱機構を構成することが可能となる。また、このファイバに複数の波長の直線偏光の光を入射させることで、色の制御なども可能となる。
なお、本実施の形態に例示したレーザディスプレイ（画像表示装置）の表示用光源や、液晶ディスプレイ装置のバックライト用光源、装飾用照明装置用光源は、あくまでも一例であり、他の態様を取ることが可能であることは言うまでもない。
上記の各実施の形態から本発明を要約すると、以下のようになる。すなわち、本発明のレーザ光源装置は、レーザ活性物質として希土類が添加されたダブルクラッドファイバと、前記ダブルクラッドファイバに励起光を出射し、前記ダブルクラッドファイバを励起するレーザ光源と、前記ダブルクラッドファイバの発振光の波長を決定する一組のファイバグレーティングと、前記ダブルクラッドファイバの発振光を伝搬させるシングルモードファイバと、前記ダブルクラッドファイバの発振光を高調波に変換する波長変換モジュールとを備え、前記レーザ光源の励起光が入射されたダブルクラッドファイバに残存する励起光が、前記シングルモードファイバに出射されることを阻止する。
上記のレーザ光源装置では、レーザ光源の励起光が入射されたダブルクラッドファイバに残存する励起光をシングルモードファイバに出射されることを阻止することにより、高出力光発生時に問題となっていた、ファイバの劣化を防止することが可能となる。この結果、上記のレーザ光源装置を用いた画像表示装置において、従来の固体レーザと比較して色再現範囲を広げることが可能となる。
さらに、上記のレーザ光源装置の励起光として、希土類ファイバの吸収スペクトルがブロードな９１５ｎｍ帯のレーザ光を使用することができる。このため、励起用レーザの温度を精密に制御する必要がなくなり、ペルチェ素子が不要で消費電力を低減できる。
また、上記のレーザ光源装置は高効率であることからさらに消費電力を低減することができる。
上記のレーザ光源装置において、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光の光エネルギーは、熱エネルギーに変換されることが望ましい。
この構成によれば、ダブルクラッドファイバに残存する励起光の光エネルギーを熱エネルギーに変換して、残存励起光のエネルギーを熱として発散することができる。それにより、発散光による周囲の部品の劣化を防止することができる。
上記のレーザ光源装置において、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光は、前記シングルモードファイバに出射されることなく、反射されることが望ましい。
この構成によれば、ダブルクラッドファイバに残存する励起光を再びダブルクラッドファイバに戻すことができる。このため、ダブルクラッドファイバにおける励起光から発振光を得る場合の効率（光−光変換効率）を向上させることができる。
上記のレーザ光源装置において、前記レーザ光源の発振波長は、９００−９５０ｎｍの範囲内であることが望ましい。
この構成によれば、温度変化によってレーザ光源の励起光に波長変動が生じても、ダブルクラッドファイバの励起光の吸収量の変動を小さくすることができる。このため、レーザ光源の温度管理を高精度に行う必要はなく、したがって、レーザ光源の冷却機構を簡素化することができる。
上記のレーザ光源装置において、前記ダブルクラッドファイバは、偏波保持ファイバであることが望ましい。
この構成によれば、特定の偏光方向のレーザ光を発生することができるので、単一偏光を必要とする画像表示装置に適したレーザ光を与えることができる。
上記のレーザ光源装置において、前記シングルモードファイバは、被覆が除去された所定の曲率半径を有するコイル形状部を含み、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光は、前記コイル形状部から発散されることが望ましい。
この構成によれば、コイル形状部からの光放射を利用して、ダブルクラッドファイバに残存する励起光を効率よく発散させることができる。
上記のレーザ光源装置において、前記コイル形状部は、屈折率１．５以上の材料から構成された被覆部材でモールドされることが望ましい。
この構成によれば、コイル形状部とその周囲との屈折率差を小さくすることで、コイル形状部からの残存励起光の発散効率を向上させることができる。
上記のレーザ光源装置において、前記被覆部材は、樹脂で構成されることが望ましい。
この構成によれば、コイル形状部をモールドし、コイル形状部を被覆部材に埋め込んだ構造を容易に実現することができる。
上記のレーザ光源装置において、前記ダブルクラッドファイバと前記シングルモードファイバとの間に配置され、前記レーザ光源の励起光が入射されたダブルクラッドファイバに残存する励起光が、前記シングルモードファイバに出射されることを阻止するように構成された残存励起光処理部をさらに備えることが望ましい。
この構成によれば、レーザ光源の励起光が入射されたダブルクラッドファイバに残存する励起光が、シングルモードファイバに出射されることを阻止する残存励起光処理部を別体で設けることができる。
上記のレーザ光源装置において、前記残存励起光処理部は、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光と前記ダブルクラッドファイバの発振光との色収差に基づいて、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光を吸収することが望ましい。
この構成によれば、ダブルクラッドファイバに残存する励起光を除去し、ダブルクラッドファイバの発振光のみをシングルモードファイバに出射することが可能となる。
上記のレーザ光源装置において、前記残存励起光処理部は、前記ダブルクラッドファイバから出射されたレーザ光を前記シングルモードファイバに結合する光学系を含み、前記光学系は、前記ダブルクラッドファイバから出射されたレーザ光の経路上に、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光を反射させ、前記ダブルクラッドファイバの発振光を透過させる反射部材を配置することが望ましい。
この構成によれば、ダブルクラッドファイバに残存する励起光を反射し、ダブルクラッドファイバの発振光のみを透過させることが可能となる。このため、ダブルクラッドファイバの発振光のみをシングルモードファイバに出射することができる。
上記のレーザ光源装置において、前記残存励起光処理部は、前記ダブルクラッドファイバから出射されたレーザ光を前記シングルモードファイバに結合する光学系を含み、前記光学系は、前記ダブルクラッドファイバから出射されたレーザ光の経路上に配置されたレンズに、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光を反射させ、前記ダブルクラッドファイバの発振光を透過させる反射部材を設けたことが望ましい。
この構成によれば、ダブルクラッドファイバに残存する励起光を反射し、ダブルクラッドファイバの発振光のみを透過させることが可能となる。このため、ダブルクラッドファイバの発振光のみをシングルモードファイバに出射することができる。また、レンズに反射部材を設けているので、反射される残存励起光とダブルクラッドファイバとの位置合わせを容易にすることができる。
上記のレーザ光源装置において、前記残存励起光処理部は、前記ダブルクラッドファイバから出射されたレーザ光を前記シングルモードファイバに結合する光学系を含み、前記ダブルクラッドファイバの前記光学系側の先端に、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光を反射させ、前記ダブルクラッドファイバの発振光を透過させる反射部材を設けたことが望ましい。
この構成によれば、ダブルクラッドファイバに残存する励起光を反射し、ダブルクラッドファイバの発振光のみを透過させることが可能となる。このため、ダブルクラッドファイバの発振光のみをシングルモードファイバに出射することができる。また、ダブルクラッドファイバの先端に反射部材を備えているので、反射される残存励起光とダブルクラッドファイバとの位置合わせを容易にすることができる。
上記のレーザ光源装置において、前記ダブルクラッドファイバには、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光を反射させ、前記ダブルクラッドファイバの発振光を透過させるファイバグレーティングが形成されることが望ましい。
この構成によれば、ダブルクラッドファイバに残存する励起光を一旦空間に出すことなく反射させることができ、反射の際の残存励起光の出力の損失を抑えることができる。
上記のレーザ光源装置において、前記ファイバグレーティングは、前記レーザ光源側の広帯域ファイバグレーティングと、前記波長変換モジュール側の狭帯域ファイバグレーティングと、を含み、前記レーザ光源、前記コイル形状部及び前記残存励起光処理部が、前記レーザ光源装置を格納する筐体内部で、前記狭帯域ファイバグレーティングよりも上部に配置されていることが望ましい。
この構成によれば、狭帯域ファイバグレーティングを、熱源であるレーザ光源、コイル形状部、残存励起光処理部から遠ざけることができるので、温度変化による狭帯域ファイバグレーティングの波長変動を抑制することができる。
上記のレーザ光源装置において、前記ファイバグレーティングは、前記レーザ光源側の広帯域ファイバグレーティングと、前記波長変換モジュール側の狭帯域ファイバグレーティングと、を含み、前記狭帯域ファイバグレーティングが、前記レーザ光源装置を格納する筐体外部に配置されていることが望ましい。
この構成によれば、狭帯域ファイバグレーティングを、熱源であるレーザ光源、コイル形状部、残存励起光処理部から大幅に遠ざけることができるので、温度変化による狭帯域ファイバグレーティングの波長変動を大きく抑制することができる。
上記のレーザ光源装置において、前記ファイバグレーティングは、前記レーザ光源側の広帯域ファイバグレーティングと、前記波長変換モジュール側の狭帯域ファイバグレーティングと、を含み、前記狭帯域ファイバグレーティングが、前記レーザ光源装置を格納する筐体内部に配置されており、かつ前記狭帯域ファイバグレーティングは、前記狭帯域ファイバグレーティングの温度を補償する温度補償部を有していることが望ましい。
この構成によれば、狭帯域ファイバグレーティングの温度管理を高精度に行うことができ、それにより、温度変化による狭帯域ファイバグレーティングの波長変動を防止することができる。
上記のレーザ光源装置において、前記波長変換モジュールは、前記ダブルクラッドファイバの発振光の波長の１／２の波長の光を出力する第２高調波発生モジュールを含むことが望ましい。
この構成によれば、ダブルクラッドファイバの発振光から、さらに、１／２の波長の高調波を得ることができる。
上記のレーザ光源装置において、前記ダブルクラッドファイバの発振光の波長が１０３０〜１０７０ｎｍであり、前記波長変換モジュールの高調波の波長が５１５ｎｍ〜５３５ｎｍであることが望ましい。
この構成によれば、レーザディスプレイ装置等の画像表示装置の緑色光源として望ましい５１５ｎｍ〜５３５ｎｍの波長の光を得ることができる。
上記のレーザ光源装置において、前記レーザ光源の励起光の出力が２０Ｗ〜２５Ｗであり、前記ダブルクラッドファイバの発振光の波長が１０３０〜１０７０ｎｍであることが望ましい。
この構成によれば、レーザディスプレイ装置等の画像表示装置の緑色光源として望ましい５１５ｎｍ〜５３５ｎｍの波長の光を得ることができる。
本発明の画像表示装置は、上記のいずれかのレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から出射されるレーザ光を用いて画像を表示する表示部と、を備える。
上記の画像表示装置では、広い色再現範囲を実現することができる。
本発明によれば、ファイバレーザ光源、特に１０７０ｎｍ以下の直線偏光のファイバレーザ光源で問題となっていた、残存励起光によるファイバ劣化を防止することが可能となり、信頼性が向上し、励起光出力の制限を受けないため、発振光出力を増大させることができる。なおかつ、このファイバレーザ光源と波長変換モジュールとを組みあわせた光源を用いることにより、これまで以上の明るさ・大きさを持ち、なおかつ高い色再現性を持つ、レーザディスプレイ装置などに応用することが可能となる。
本発明の実施の形態１のファイバレーザ光源の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態２のファイバレーザ光源の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態３のファイバレーザ光源の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態３のファイバレーザ光源の残存励起光吸収機構の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態４のファイバレーザ光源の残存励起光反射機構の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態５のファイバレーザ光源の残存励起光反射機構の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態６のファイバレーザ光源の残存励起光反射機構の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態７のファイバレーザ光源の残存励起光反射機構の構成を示す模式図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、本発明の実施の形態１〜実施の形態７のファイバレーザ光源の筐体内への各部品の配置方法を示す模式図である。 本発明におけるファイバレーザ光源の波長安定性を示したプロット図である。 本発明におけるファイバレーザ光源を用いた２次元画像表示装置の一例を示す模式図である。 図１２Ａは、本発明におけるファイバレーザ光源を用いた液晶ディスプレイ装置の一例を示す模式図であり、図１２Ｂは、本発明におけるファイバレーザ光源を用いた装飾用照明装置用光源の一例を示す模式図である。 従来の第２高調波発生装置と組みあわせたファイバレーザ光源の模式構成図である。 Ｓ−ＲＧＢ規格の色再現範囲と緑色光として使用する波長別の色再現範囲との関係を示す色度図である。 従来の光ファイバ増幅器における、発振光の取り出し方法に関する図である。 ダブルクラッド偏波保持ファイバとシングルモード偏波保持ファイバとの接続部分の模式図である。 励起光パワーをパラメータとする、Ｙｂドープファイバ長と残存励起光との関係を示す図である。 Ｙｂ添加ダブルクラッドファイバの吸収スペクトルを示すプロット図である。

Claims (22)

  1. レーザ活性物質として希土類が添加されたダブルクラッドファイバと、
    前記ダブルクラッドファイバに励起光を出射し、前記ダブルクラッドファイバを励起するレーザ光源と、
    前記ダブルクラッドファイバの発振光の波長を決定する一組のファイバグレーティングと、
    前記ダブルクラッドファイバの発振光を伝搬させるシングルモードファイバと、
    前記ダブルクラッドファイバの発振光を高調波に変換する波長変換モジュールと
    を備え、
    前記レーザ光源の励起光が入射されたダブルクラッドファイバに残存する励起光が、前記シングルモードファイバに出射されることを阻止することを特徴とするレーザ光源装置。
  2. 前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光の光エネルギーは、熱エネルギーに変換されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
  3. 前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光は、前記シングルモードファイバに出射されることなく、反射されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
  4. 前記レーザ光源の発振波長は、９００〜９５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
  5. 前記ダブルクラッドファイバは、偏波保持ファイバであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
  6. 前記シングルモードファイバは、被覆が除去された所定の曲率半径を有するコイル形状部を含み、
    前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光は、前記コイル形状部から発散されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ光源装置。
  7. 前記コイル形状部は、屈折率１．５以上の材料から構成された被覆部材でモールドされることを特徴とする請求項６に記載のレーザ光源装置。
  8. 前記被覆部材は、樹脂で構成されることを特徴とする請求項７に記載のレーザ光源装置。
  9. 前記ダブルクラッドファイバと前記シングルモードファイバとの間に配置され、前記レーザ光源の励起光が入射されたダブルクラッドファイバに残存する励起光が、前記シングルモードファイバに出射されることを阻止するように構成された残存励起光処理部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
  10. 前記残存励起光処理部は、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光と前記ダブルクラッドファイバの発振光との色収差に基づいて、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光を吸収することを特徴とする請求項９に記載のレーザ光源装置。
  11. 前記残存励起光処理部は、前記ダブルクラッドファイバから出射されたレーザ光を前記シングルモードファイバに結合する光学系を含み、
    前記光学系は、前記ダブルクラッドファイバから出射されたレーザ光の経路上に、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光を反射させ、前記ダブルクラッドファイバの発振光を透過させる反射部材を配置することを特徴とする請求項９に記載のレーザ光源装置。
  12. 前記残存励起光処理部は、前記ダブルクラッドファイバから出射されたレーザ光を前記シングルモードファイバに結合する光学系を含み、
    前記光学系は、前記ダブルクラッドファイバから出射されたレーザ光の経路上に配置されたレンズに、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光を反射させ、前記ダブルクラッドファイバの発振光を透過させる反射部材を設けたことを特徴とする請求項９に記載のレーザ光源装置。
  13. 前記残存励起光処理部は、前記ダブルクラッドファイバから出射されたレーザ光を前記シングルモードファイバに結合する光学系を含み、
    前記ダブルクラッドファイバの前記光学系側の先端に、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光を反射させ、前記ダブルクラッドファイバの発振光を透過させる反射部材を設けたことを特徴とする請求項９に記載のレーザ光源装置。
  14. 前記ダブルクラッドファイバには、前記ダブルクラッドファイバに残存する励起光を反射させ、前記ダブルクラッドファイバの発振光を透過させるファイバグレーティングが形成されることを特徴とする請求項１または請求項３に記載のレーザ光源装置。
  15. 前記ファイバグレーティングは、前記レーザ光源側の広帯域ファイバグレーティングと、前記波長変換モジュール側の狭帯域ファイバグレーティングと、を含み、
    前記レーザ光源及び前記コイル形状部の少なくとも一つが、前記レーザ光源装置を格納する筐体内部で、前記狭帯域ファイバグレーティングよりも上部に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のレーザ光源装置。
  16. 前記ファイバグレーティングは、前記レーザ光源側の広帯域ファイバグレーティングと、前記波長変換モジュール側の狭帯域ファイバグレーティングと、を含み、
    前記レーザ光源及び前記残存励起光処理部の少なくとも一つが、前記レーザ光源装置を格納する筐体内部で、前記狭帯域ファイバグレーティングよりも上部に配置されていることを特徴とする請求項９に記載のレーザ光源装置。
  17. 前記ファイバグレーティングは、前記レーザ光源側の広帯域ファイバグレーティングと、前記波長変換モジュール側の狭帯域ファイバグレーティングと、を含み、
    前記狭帯域ファイバグレーティングが、前記レーザ光源装置を格納する筐体外部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
  18. 前記ファイバグレーティングは、前記レーザ光源側の広帯域ファイバグレーティングと、前記波長変換モジュール側の狭帯域ファイバグレーティングと、を含み、
    前記狭帯域ファイバグレーティングが、前記レーザ光源装置を格納する筐体内部に配置されており、かつ前記狭帯域ファイバグレーティングは、前記狭帯域ファイバグレーティングの温度を補償する温度補償部を有していることを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
  19. 前記波長変換モジュールは、前記ダブルクラッドファイバの発振光の波長の１／２の波長の光を出力する第２高調波発生モジュールを含むことを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
  20. 前記ダブルクラッドファイバの発振光の波長が１０３０〜１０７０ｎｍであり、前記波長変換モジュールの高調波の波長が５１５ｎｍ〜５３５ｎｍであることを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
  21. 前記レーザ光源の励起光の出力が２０Ｗ〜２５Ｗであり、前記ダブルクラッドファイバの発振光の波長が１０３０〜１０７０ｎｍであることを特徴とする請求項１から請求項２０のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
  22. 請求項１から請求項２１のいずれか一項に記載のレーザ光源装置と、
    前記レーザ光源装置から出射されるレーザ光を用いて画像を表示する表示部と
    を備えることを特徴とする画像表示装置。
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