JP2011154275A - Polarization inversion wavelength converting element, and light source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、分極反転波長変換素子および光源に関し、特には、走査型レーザプロジェクタの緑色レーザ光源に用いるための分極反転波長変換素子および光源に関する。 The present invention relates to a polarization inversion wavelength conversion element and a light source, and more particularly to a polarization inversion wavelength conversion element and a light source for use in a green laser light source of a scanning laser projector.
赤色、青色および緑色のレーザ光を用いたフルカラーの走査型レーザプロジェクタが提案されている。走査型レーザプロジェクタは、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラーを用いてレーザ光を反射および走査することで、画像をスクリーンに投射しているため、フォーカスの調整が必要なく、画像を非平坦形状のスクリーンに投射しても焦点ボケが生じないという利点がある。 Full-color scanning laser projectors using red, blue and green laser beams have been proposed. A scanning laser projector projects an image on a screen by reflecting and scanning laser light using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror, so that there is no need for focus adjustment, and the image has a non-flat shape. There is an advantage that even if it is projected on the screen, there is no out-of-focus blur.
走査型レーザプロジェクタに用いる緑色レーザ光源としては、通常、SHG(Second Harmonic Generation:第二高調波発生)素子を備えた波長変換光源が用いられる。波長変換光源では、SHG素子を用いて、レーザ素子からの基本レーザ光の波長変換を行い、基本レーザ光を、波長が異なる出力レーザ光に変換して出射する。 As a green laser light source used for a scanning laser projector, a wavelength conversion light source provided with an SHG (Second Harmonic Generation) element is usually used. The wavelength conversion light source uses the SHG element to convert the wavelength of the basic laser light from the laser element, converts the basic laser light into output laser light having a different wavelength, and emits it.
また、近年では、周期分極反転(Periodically poled)構造を有するSHG素子を用いて基本レーザ光の波長を変換する波長変換光源が開発されている。周期分極反転構造を有するSHG素子は、分極反転波長変換素子とも呼ばれ、基本レーザ光および出力レーザ光に疑似位相整合(QPM:Quasi Phase Matching)を発生させることで、基本レーザ光を出力レーザ光に変換している。分極反転波長変換素子は、従来のSHG素子と比べて、基本レーザ光を出力レーザ光に変換する波長変換効率が高いので、光出力パワーが高い出力レーザ光を出射することができる。 In recent years, a wavelength conversion light source that converts the wavelength of the basic laser beam using an SHG element having a periodically poled structure has been developed. An SHG element having a periodically poled structure is also called a polarization inversion wavelength conversion element, and generates basic phase laser light and output laser light by generating quasi phase matching (QPM) in the basic laser light and output laser light. Has been converted. Since the polarization inversion wavelength conversion element has a higher wavelength conversion efficiency for converting the basic laser light into the output laser light as compared with the conventional SHG element, the output laser light with high optical output power can be emitted.
なお、疑似位相整合が発生する基本レーザ光の波長帯域は、分極反転構造の周期長である分極反転周期に応じて決定される。したがって、分極反転波長変換素子において波長変換が可能な基本レーザ光の波長帯域は、分極反転周期に応じて変化する。以下、分極反転波長変換素子において波長変換が可能な基本レーザ光の波長帯域を、波長変換領域と呼ぶこともある。 Note that the wavelength band of the basic laser beam in which the quasi phase matching occurs is determined according to the polarization inversion period which is the period length of the domain inversion structure. Therefore, the wavelength band of the basic laser beam that can be converted in the polarization inversion wavelength conversion element changes according to the polarization inversion period. Hereinafter, the wavelength band of basic laser light capable of wavelength conversion in the polarization inversion wavelength conversion element may be referred to as a wavelength conversion region.
図74は、分極反転波長変換素子を用いた緑色レーザ光源の他の例を示した概念図である。 FIG. 74 is a conceptual diagram showing another example of a green laser light source using a polarization inversion wavelength conversion element.
図74で示した緑色レーザ光源では、半導体レーザアレイ11から、波長808nm帯の半導体レーザ光15が出射される。半導体レーザ光15は、Nd:YVO4(Neodymium Doped Yttrium Orthovanadate)結晶12で励起されて波長1060nm帯の赤色外線レーザ光16に変換されて出射される。赤色外線レーザ光16は、一対の共振器ミラー13Aおよび13Bからなる共振器に入射される。
In the green laser light source shown in FIG. 74, the
共振器では、赤色外線レーザ光16の光路上に、分極反転波長変換素子であるPPSLT(periodically poled stoichiometric LiTaO3:周期分極反転タンタル酸リチウム)結晶14が設けられ、赤色外線レーザ光16は、PPSLT14にて波長530nm帯の緑色レーザ光17に変換されて、共振器ミラー13Aから出射される。
In the resonator, a PPSLT (periodically poled stoichiometric LiTaO 3 )
図74で示した緑色レーザ光源は、緑色のレーザ光を出射することが可能であるが、走査型レーザプロジェクタに使用することが困難であるという問題がある。 The green laser light source shown in FIG. 74 can emit green laser light, but has a problem that it is difficult to use for a scanning laser projector.
走査型レーザプロジェクタのレーザ光源には、1.MEMSミラーで走査が可能な単一ビームの出力レーザ光が出射可能であること、2.出力レーザ光の高速変調が可能であること、3.小型かつ低コストであること、4.光出力パワーが高い出力レーザ光を出射可能であること、5.スペックルが弱い投射画像を実現する出力レーザ光が出射可能であることが求められる。 Laser light sources for scanning laser projectors include: 1. It is possible to emit a single beam of output laser light that can be scanned with a MEMS mirror. 2. High-speed modulation of output laser light is possible. 3. Small size and low cost. 4. It is possible to emit an output laser beam having a high optical output power. It is required to be able to emit an output laser beam that realizes a projection image with weak speckles.
なお、スペックルは、レーザ光のようなコヒーレンスを有する光がスクリーンに投射された際に、そのスクリーン上の各点で散乱された光が干渉することで生じる斑点状のノイズである。スペックルの強さは、スペックルコントラストと呼ばれる値で評価することができる。スペックルコントラストは0%〜100%までの値をとり、その値が小さいほど、スペックルが弱いことを表わす。また、走査型レーザプロジェクタでは、スペックルコントラストが10%程度以下であれば、投射画像の観察者にあまりスペックルを感じさせなくすることができる。 Note that speckle is speckled noise generated by interference of light scattered at each point on the screen when light having coherence such as laser light is projected onto the screen. The strength of speckle can be evaluated by a value called speckle contrast. The speckle contrast takes a value from 0% to 100%, and the smaller the value, the weaker the speckle. Further, in the scanning laser projector, if the speckle contrast is about 10% or less, it is possible to make the observer of the projected image feel less speckle.
図74で示した緑色レーザ光源は、単一ビームの出力レーザ光を出射することが可能である。また、この緑色レーザ光源は、小型かつ低コストであり、レーザ光の高速変調を行うことが可能である。これは、緑色レーザ光源のDBRレーザ1が、小型かつ低コストであり、かつ、数GHz程度までの高速変調を行うことが可能だからである。
The green laser light source shown in FIG. 74 can emit a single beam of output laser light. Further, this green laser light source is small and low-cost, and can perform high-speed modulation of laser light. This is because the
しかしながら、図74で示した緑色レーザ光源では、光出力パワーが高い出力レーザ光を出射し、かつ、スペックルが弱い投射画像を実現することができないという問題がある。 However, the green laser light source shown in FIG. 74 has a problem that an output laser beam having a high optical output power is emitted and a projection image with a weak speckle cannot be realized.
図74で示した緑色レーザ光源は、分極反転波長変換素子であるPPLN結晶に入射する半導体レーザ光の光強度を高くすることで、光出力パワーが高い緑色レーザ光を出射することが可能である。しかしながら、PPLN結晶に光強度の高い半導体レーザ光が入射されると、PPLN結晶にフォトリフラクテブ損傷が発生して、PPLN結晶が破損することがある。このため、PPLN結晶に入射する半導体レーザ光の光強度をある程度以下にしながら光出力パワーが高い出力レーザ光を出射可能にする必要がある。 The green laser light source shown in FIG. 74 can emit green laser light with high optical output power by increasing the light intensity of the semiconductor laser light incident on the PPLN crystal, which is a polarization inversion wavelength conversion element. . However, when a semiconductor laser beam having a high light intensity is incident on the PPLN crystal, photorefractive damage may occur in the PPLN crystal and the PPLN crystal may be damaged. For this reason, it is necessary to be able to emit an output laser beam having a high optical output power while reducing the intensity of the semiconductor laser beam incident on the PPLN crystal to a certain level.
PPLN結晶などの分極反転波長変換素子における波長変換効率は、分極反転波長変換素子の長さの2乗に比例して大きくなる。このため、光出力パワーが高い出力レーザ光を得るためには、分極反転波長変換素子を長くする必要がある。通常、分極反転波長変換素子の長さが10mm程度あれば、PPLN結晶にフォトリフラクテブ損傷が発生しない程度の半導体レーザ光を用いて、出力レーザ光の光出力パワーを、走査型レーザプロジェクタに必要な50mW以上にすることができる。 The wavelength conversion efficiency in a polarization inversion wavelength conversion element such as a PPLN crystal increases in proportion to the square of the length of the polarization inversion wavelength conversion element. For this reason, in order to obtain output laser light with high optical output power, it is necessary to lengthen the polarization inversion wavelength conversion element. Normally, if the length of the polarization inversion wavelength conversion element is about 10 mm, the optical output power of the output laser light is applied to the scanning laser projector by using semiconductor laser light that does not cause photorefractive damage to the PPLN crystal. The required 50 mW or more can be achieved.
しかしながら、分極反転波長変換素子が長くなるほど、分極反転波長変換素子における波長変換領域が小さくなるので、出力レーザ光の波長幅が小さくなる。出力レーザ光の波長幅が小さいほど、投射画像のスペックルは大きくなるので、光出力パワーが高い出力レーザ光を得るために分極反転波長変換素子を長くすると、投射画像のスペックルが強くなる。したがって、光出力パワーが高いレーザ光を出射し、かつ、スペックルが弱い投射画像を実現することができない。 However, the longer the polarization inversion wavelength conversion element, the smaller the wavelength conversion region in the polarization inversion wavelength conversion element, so the wavelength width of the output laser light becomes smaller. As the wavelength width of the output laser beam is smaller, the speckle of the projection image becomes larger. Therefore, if the polarization inversion wavelength conversion element is lengthened to obtain an output laser beam having a high optical output power, the speckle of the projection image becomes stronger. Therefore, it is not possible to realize a projected image that emits laser light with high optical output power and weak speckles.
なお、通常、長さが10mm程度の分極反転波長変換素子では、波長変換領域は、約0.16nmと極めて小さい。しかしながら、スペックルコントラストを10%程度にするためには、波長変換領域は、5nm〜10nm程度必要となる。 In general, in a polarization inversion wavelength conversion element having a length of about 10 mm, the wavelength conversion region is as extremely small as about 0.16 nm. However, in order to make the speckle contrast about 10%, the wavelength conversion region needs about 5 nm to 10 nm.
光出力パワーが高い出力レーザ光を出射し、かつ、波長変換領域を広くすることが可能な技術としては、特許文献1に記載の光波長変換素子がある。図75は、特許文献1に記載の光波長変換素子を示した概念図である。
As a technique capable of emitting an output laser beam having a high optical output power and widening the wavelength conversion region, there is an optical wavelength conversion element described in
図75において、光波長変換素子は、単一波長変換素子21と、単一波長変換素子21の両側に配置されたチャープ構造部22および23とを有する。
In FIG. 75, the optical wavelength conversion element has a single
図76は、光波長変換素子における、基本レーザ光の進行方向に沿った距離と分極反転周期との関係を示した図である。図76で示されたように、単一波長変換素子21では、分極反転周期は一定である。また、チャープ構造部22および23では、分極反転周期がレーザ光の進行方向に沿って連続的に変化する。さらに、単一波長変換素子21とチャープ構造部22および23との境界では、分極反転周期は連続する。
FIG. 76 is a diagram showing the relationship between the distance along the traveling direction of the basic laser light and the polarization inversion period in the optical wavelength conversion element. As shown in FIG. 76, in the single
図76で示したような分極反転周期を有するチャープ構造部22および23が設けられることにより、チャープ構造部22および23における波長変換領域を、単一波長変換素子21における波長変換領域と連結させることが可能になる。したがって、光波長変換素子の波長変換領域を、単一波長変換素子21の波長変換領域より広くすることが可能になる。
76. By providing the
具体的には、光波長変換素子が10mm程度の場合、光波長変換素子の波長変換領域の幅が0.5nm程度になっている。 Specifically, when the optical wavelength conversion element is about 10 mm, the width of the wavelength conversion region of the optical wavelength conversion element is about 0.5 nm.
したがって、分極反転波長変換素子を短くしなくても、波長変換領域を広くすることが可能になるので、光出力パワーを高くし、かつ、波長変換領域の幅を広くすることが可能になる。 Therefore, the wavelength conversion region can be widened without shortening the polarization inversion wavelength conversion element, so that the optical output power can be increased and the width of the wavelength conversion region can be widened.
特許文献1に記載の光波長変換素子では、波長変換領域の幅が0.5nm程度になっている。走査型レーザプロジェクタでは、スペックルコントラストを10%程度以下にすることが望まれているが、スペックルコントラストを10%程度以下にするためには、波長変換領域は、少なくとも5nm〜10nm程度必要となる。
In the optical wavelength conversion element described in
したがって、特許文献1に記載の光波長変換素子は、波長変換領域の幅の増減率が低く、スペックルコントラストを十分に低くすることができないため、走査型レーザプロジェクタに適用することが困難であるという問題がある。
Therefore, the optical wavelength conversion element described in
本発明の目的は、光出力パワーが高い出力レーザ光を出射しつつ、上記の課題であるスペックルコントラストを十分に低くすることができないという問題を解決する分極反転波長変換素子および光源を提供することである。 An object of the present invention is to provide a polarization inversion wavelength conversion element and a light source that solve the problem that the speckle contrast, which is the above-mentioned problem, cannot be sufficiently lowered while emitting an output laser beam having a high optical output power. That is.
本発明による分極反転波長変換素子は、入射光が入射する入射面と、分極反転構造を有する複数の領域が並設され、各領域は、前記入射面に入射した入射光のうち、波長帯域が分離された複数の基本波のそれぞれの波長を変換して、波長帯域が分離された複数の変換波のそれぞれを出射する、分極反転構造部と、前記分極反転構造部の各領域から出射された変換波を含む出射光を出射する出射面と、を有する。 The polarization inversion wavelength conversion element according to the present invention includes an incident surface on which incident light is incident and a plurality of regions having a polarization inversion structure, and each region has a wavelength band of incident light incident on the incident surface. Each of the plurality of separated fundamental waves is converted, and each of the plurality of converted waves having a separated wavelength band is emitted. And an exit surface that emits the exit light including the converted wave.
本発明による光源は、前記分極反転波長変換素子と、前記分極反転波長変換素子に前記入射光を出射する光出力部と、を有する。 The light source by this invention has the said polarization inversion wavelength conversion element and the light output part which radiate | emits the said incident light to the said polarization inversion wavelength conversion element.
本発明によれば、光出力パワーが高い出力レーザ光を出射しつつ、スペックルコントラストを十分に低くすることが可能になる。 According to the present invention, it is possible to sufficiently reduce speckle contrast while emitting an output laser beam having a high optical output power.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有する構成には同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, components having the same function may be denoted by the same reference numerals and description thereof may be omitted.
図1は、本発明の第一の実施形態のレーザ光源の構成を示したブロック図である。図1において、レーザ光源は、光出力部100と、分極反転波長変換素子200とを有する。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the laser light source according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the laser light source includes a
光出力部100は、基本レーザ光300を分極反転波長変換素子200に出射する。
The
分極反転波長変換素子200は、周期的分極構造を有するSHG素子である。分極反転波長変換素子200は、光出力部100から出射された基本レーザ光300が入射される。したがって、基本レーザ光300は、分極反転波長変換素子200の入射光になる。
The polarization inversion
分極反転波長変換素子200は、基本レーザ光300の波長を変換して出力レーザ光400を出射する。なお、出力レーザ光400は、出射光と呼ばれることもある。
The polarization inversion
図2は、図1で示したレーザ光源のより詳細な構成を示した概念図である。図1において、レーザ光源は、光出力部100と、分極反転波長変換素子200を含む波長変換部101とを有する。なお、光出力部100および波長変換部101は、基板50上に設けられている。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a more detailed configuration of the laser light source shown in FIG. In FIG. 1, the laser light source includes a
光出力部100は、LDモジュール111A〜111Cと、高周波LDドライバ電源112と、温度制御部113と、反射鏡114および115と、ダイクロイック鏡116および117と、1/2波長板118とを有する。
The
LDモジュール111A〜111Cは、レーザ光を出射する。以下、LDモジュール111Aのレーザ光をレーザ光301Aとし、LDモジュール111Bのレーザ光をレーザ光301Bとし、LDモジュール111Cのレーザ光をレーザ光301Cとする。なお、レーザ光301A〜301Cは、後述するように基本レーザ光300になる。
The LD modules 111A to 111C emit laser light. Hereinafter, the laser light of the LD module 111A is referred to as laser light 301A, the laser light of the LD module 111B is referred to as laser light 301B, and the laser light of the LD module 111C is referred to as laser light 301C. The laser beams 301A to 301C become the
レーザ光301Aの波長帯域の中心値はλaであり、レーザ光301Aの波長帯域の中心値はλa+Δであり、レーザ光301Aの波長帯域の中心値はλa+2Δであるとする。なお、λaおよびΔは、正の値である。以下では、λa=1.058μmであり、Δ=1nmであるとする。また、レーザ光301〜301Cの波長帯域の中央値の差が全て等しいとする。 The center value of the wavelength band of the laser beam 301A is λa, the center value of the wavelength band of the laser beam 301A is λa + Δ, and the center value of the wavelength band of the laser beam 301A is λa + 2Δ. Note that λa and Δ are positive values. In the following, it is assumed that λa = 1.58 μm and Δ = 1 nm. Further, it is assumed that the differences in the median values of the wavelength bands of the laser beams 301 to 301C are all equal.
なお、レーザ光301A〜301Cの偏光方向は、基板50に対して平行であるとする。以下、基板50に対して平行な方向を水平方向と呼び、基板50に対して垂直な方向を単に鉛直方向と呼ぶ。
It is assumed that the polarization directions of the laser beams 301 </ b> A to 301 </ b> C are parallel to the
LDモジュール111A〜111Cのそれぞれは、LDチップ121と、コリメータレンズ122と、ヒートシンク123とを有する。 Each of the LD modules 111 </ b> A to 111 </ b> C includes an LD chip 121, a collimator lens 122, and a heat sink 123.
LDチップ121は、励起用の半導体レーザ素子である。LDチップ121は、高周波LDドライバ電源112にて高周波重畳駆動が行われ、その高周波重畳駆動に応じたレーザ光を出力する。
The LD chip 121 is a semiconductor laser element for excitation. The LD chip 121 is subjected to high-frequency superposition driving by a high-frequency LD
高周波重畳駆動は、半導体レーザ素子の駆動電流に高周波成分を重畳した高周波重畳電流を用いて、半導体レーザ素子を駆動する駆動方式である。したがって、光出力部100は、高周波重畳駆動が行われる半導体レーザ素子を用いて、基本レーザ光300を出射することになる。
The high-frequency superimposed drive is a drive method for driving a semiconductor laser element using a high-frequency superimposed current obtained by superimposing a high-frequency component on the drive current of the semiconductor laser element. Therefore, the
コリメータレンズ122は、LDチップ121からのレーザ光を平行光にして出力する。ヒートシンク123は、LDチップ121にて発生された熱を拡散する。 The collimator lens 122 outputs the laser light from the LD chip 121 as parallel light. The heat sink 123 diffuses the heat generated by the LD chip 121.
高周波LDドライバ電源112は、LDチップ121の駆動部であり、LDモジュール111A〜111CのLDチップ121の高周波重畳駆動を行って、LDモジュール111A〜111CのLDチップ121からレーザ光301A〜301Cを出射させる。
The high-frequency LD
図3は、高周波LDドライバ電源112の構成を示した回路図である。図3において、高周波LDドライバ電源112は、電流源V0と、高周波電源Vrfと、コイルLおよびコンデンサCnからなるLC共振回路とを有する。
FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the high frequency LD
電流源V0は、LDモジュール111A〜111Cの駆動電流を生成する。高周波電源Vrfは、高周波成分を生成する。LC共振回路は、駆動電流に高周波成分を重畳することで、駆動電流を高周波重畳電流に変換してLDモジュール111A〜111CのそれぞれのLDチップ121に供給する。なお、本実施形態では、高周波重畳電流の周波数は、300MHz〜600MHz程度であるとする。 The current source V0 generates a drive current for the LD modules 111A to 111C. The high frequency power supply Vrf generates a high frequency component. The LC resonance circuit superimposes a high-frequency component on the drive current, thereby converting the drive current into a high-frequency superimposed current and supplying it to the LD chips 121 of the LD modules 111A to 111C. In the present embodiment, the frequency of the high frequency superimposed current is about 300 MHz to 600 MHz.
高周波LDドライバ電源112は、高周波重畳電流の電流値を、LDチップ121の閾値電流より小さい第1の値から閾値電流より大きい第2の値までの範囲内を周期的に変化させる。これにより、LDチップ121内部のキャリア密度が変動して、LDチップ121に緩和振動が発生するため、LDチップ121から出力されるレーザ光の波長が変動する。このため、レーザ光301A〜301Cの波長帯域を広くすることができる。
The high-frequency LD
また、高周波LDドライバ電源112は、緩和振動の1周期が終了した時点で高周波重畳電流の出力を停止すれば、LDチップ121から、緩和振動の周波数の最大値に応じて決定される時間幅の光パルスをレーザ光として出力することができる。これにより、LDチップ121からのレーザ光の光出力パワーを高くすることができる。通常、LDチップは、レーザ光として光パルスを出力する場合、1W〜2W程度の光出力パワーのレーザ光を出力することができる。
Further, if the high frequency LD
この場合、レーザ光301A〜301Cの光出力パワーを高くすることができるので、レーザ光源から出射される出力レーザ光400の光出力パワーを高くすることができる。また、LDチップ121の温度上昇を軽減することができるので、レーザ光301A〜301Cの波長の安定性を向上させることが可能になる。
In this case, since the optical output power of the laser beams 301A to 301C can be increased, the optical output power of the
図2の説明に戻る。温度制御部113は、LDモジュール111A〜111C内のLDチップ121の温度を測定し、その温度が一定になるように、LDモジュール111A〜112C内のヒートシンク123の温度を調整する。 Returning to the description of FIG. The temperature control unit 113 measures the temperature of the LD chip 121 in the LD modules 111A to 111C and adjusts the temperature of the heat sink 123 in the LD modules 111A to 112C so that the temperature becomes constant.
反射鏡114は、LDモジュール111Bからのレーザ光301Bを反射してダイクロイック鏡116に入射する。反射鏡115は、LDモジュール111Cからのレーザ光301Cを反射してダイクロイック鏡117に入射する。 The reflecting mirror 114 reflects the laser beam 301B from the LD module 111B and enters the dichroic mirror 116. The reflecting mirror 115 reflects the laser beam 301C from the LD module 111C and enters the dichroic mirror 117.
ダイクロイック鏡116および117は、波長依存性を有する透過率を有し、特定の波長帯域の光のみを透過する。 The dichroic mirrors 116 and 117 have a wavelength-dependent transmittance and transmit only light in a specific wavelength band.
図4は、ダイクロイック鏡116および117の透過率と波長との関係を示した図である。図4で示されたように、ダイクロイック鏡116の透過率は、波長λa以下では略1であり、波長λからλa+Δの範囲で急峻に下がり、波長λa+Δ以上では略0となる。一方、ダイクロイック鏡117の透過率は、波長λa+Δ以下では略1であり、波長λa+Δからλa+2Δの範囲で急峻に下がり、波長λa+2Δ以上では略0となる。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the transmittance of the dichroic mirrors 116 and 117 and the wavelength. As shown in FIG. 4, the transmittance of the dichroic mirror 116 is approximately 1 below the wavelength λa, sharply decreases in the range from the wavelength λ to λa + Δ, and approximately 0 above the wavelength λa + Δ. On the other hand, the transmittance of the dichroic mirror 117 is approximately 1 below the wavelength λa + Δ, sharply decreases in the range from the wavelength λa + Δ to λa + 2Δ, and approximately 0 above the wavelength λa + 2Δ.
図2の説明に戻る。ダイクロイック鏡116は、レーザ光301Aのうちダイクロイック鏡116を透過したレーザ光と、レーザ光301Bのうちダイクロイック鏡116にて反射したレーザ光とが、光軸が一致するように合波されて、ダイクロイック鏡117にレーザ光302として出射されるように配置される。また、ダイクロイック鏡117は、レーザ光302のうちダイクロイック鏡117を透過したレーザ光と、レーザ光301Cのうちダイクロイック鏡117にて反射したレーザ光とが、光軸が一致するように合波されて、1/2波長板118に基本レーザ光300として出射されるように配置される。これにより、基本レーザ光300は、レーザ光301A〜301Cを有するレーザ光となる。また、レーザ光301A〜301Cの波長帯域は分離しているので、基本光の波長帯域は分離していることになる。
Returning to the description of FIG. The dichroic mirror 116 combines the laser light transmitted through the dichroic mirror 116 in the laser light 301A and the laser light reflected by the dichroic mirror 116 in the laser light 301B so that the optical axes thereof coincide with each other. The mirror 117 is arranged so as to be emitted as laser light 302. Further, the dichroic mirror 117 combines the laser light transmitted through the dichroic mirror 117 in the laser light 302 and the laser light reflected by the dichroic mirror 117 in the laser light 301C so that the optical axes thereof coincide with each other. The half-
なお、本実施形態では、基本レーザ光300の偏光方向は水平方向となる。
In the present embodiment, the polarization direction of the
1/2波長板118は、遅延軸が基本レーザ光300の偏光方向に対して45度傾くように配置される。これにより、1/2波長板118は、基本レーザ光300を、偏光方向を鉛直方向に変換して波長変換部101に出射することになる。
The half-
波長変換部101は、素子支持台131と、温度制御部132と、集光レンズ133と、出射光調整レンズ134と、分極反転波長変換素子200とを有する。なお、素子支持台131は、基板50上に配置され、温度制御部132、集光レンズ133、出射光調整レンズ134および分極反転波長変換素子200は、素子支持台131上に配置される。
The wavelength conversion unit 101 includes an element support 131, a
温度制御部132は、ヒートシンクを有する。また、温度制御装置132は、分極反転波長変換素子200の温度を測定し、その温度が一定になるように、自身のヒートシンクの温度を調整する。
The
集光レンズ133は、第一集光部と呼ばれることもある。集光レンズ133は、分極反転波長変換素子200内における基本レーザ光300の直径の最小値dが所望の範囲に含まれるように、基本レーザ光300を集光して分極反転波長変換素子200の入射面に入射する。所望の範囲は、50μm≦d≦500μmが望ましく、70μm≦d≦150μmがさらに望ましい。
The condensing lens 133 may be called a 1st condensing part. The condensing lens 133 condenses the
分極反転波長変換素子200は、周期分極反転構造を有するPPLN結晶で形成されたSHG素子である。周期分極反転構造では、互いに逆向きの分極方向を有する2つの誘電領域が並設されたドメインが複数並設されている。ドメインの長さは、周期分極反転構造の分極反転周期(ドメインピッチ)と呼ばれる。
The polarization inversion
また、分極反転波長変換素子200であるPPLN結晶は、本実施形態では、LN(LiNbO3:ニオブ酸リチウム)で形成されているものとする。しかしながら、PPLN結晶は、LNに限らず、周期分極反転構造を有する種々の強誘電体材料で形成されていればよい。例えば、PPLN結晶は、LT(LiTaO3:タンタル酸リチウム)、KTP(KTiOPO4:チタン酸リン酸カリウム)およびKN(KNbO3:ニオブ酸カリウム)などで形成されてもよい。
In addition, the PPLN crystal that is the polarization inversion
分極反転波長変換素子200は、集光レンズ133を介して入射された基本レーザ光300の波長帯域を変換して出力レーザ光400として出射光調整レンズ134に出射する。本実施形態では、出力レーザ光400は緑色のレーザ光であるとする。
The polarization inversion
出射光調整レンズ134は、分極反転波長変換素子200から出射された出力レーザ光400を平行光にして出射する。
The emitted light adjusting lens 134 emits the
次に分極反転波長変換素子200の詳細な説明を行う。
Next, the polarization inversion
図5は、分極反転波長変換素子200の構成を示した図である。図5において、分極反転波長変換素子200は、入射面201と、分極反転構造部202と、出射面203とを有する。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the polarization inversion
入射面201には、基本レーザ光300が入射される。
The
分極反転構造部202では、分極反転構造を有する複数の周期分極反転領域(以下、単に領域と呼ぶ)が並設されている。 In the domain-inverted structure 202, a plurality of periodic domain-inverted regions (hereinafter simply referred to as regions) having a domain-inverted structure are arranged in parallel.
各領域は、基本レーザ光300のうち、波長帯域が分離された複数の波長成分である複数の基本波のそれぞれの波長を変換して、波長帯域が分離された複数の変換波のそれぞれを出射する。なお、各領域にて波長が変換される基本波の波長帯域のうち、互いに隣接する波長帯域の中央値の差が全て等しいことが望ましい。また、各領域にて波長が変換される波長帯域のうち、互いに隣接する波長帯域の中央値の差δが、0.5μm≦δ≦2μmを満たすことが望ましく、0.8μm≦δ≦1.5μmを満たすことがさらに望ましい。
Each region converts each wavelength of a plurality of fundamental waves, which are a plurality of wavelength components separated from each other in the
より具体的には、各領域の分極反転周期が、各基本波と各基本波の第二高調波とが疑似位相整合条件を満たすように、各基本波の波長帯域に応じて定められる。 More specifically, the polarization inversion period of each region is determined according to the wavelength band of each fundamental wave so that each fundamental wave and the second harmonic of each fundamental wave satisfy the quasi phase matching condition.
なお、領域は、基本波と第二高調波とが疑似位相整合条件を満たせば、分極反転構造の分極方向に平行な基本波の電界成分を、第2高調波に変換して出射することが可能になる。したがって、各領域は、基本レーザ光に含まれる基本波のそれぞれの波長を変換して、波長帯域が分離された複数の第2高調波を変換波として出射することになる。以下、変換波を第二高調波として説明する。 In the region, if the fundamental wave and the second harmonic satisfy the quasi phase matching condition, the electric field component of the fundamental wave parallel to the polarization direction of the domain-inverted structure can be converted into the second harmonic and emitted. It becomes possible. Accordingly, each region converts each wavelength of the fundamental wave included in the fundamental laser beam, and emits a plurality of second harmonics separated from each other in wavelength band as converted waves. Hereinafter, the converted wave will be described as the second harmonic.
図6は、基本波と第二高調波とが疑似位相整合条件を満たすときの、基本波の波長と分極反転周期との関係を示した図である。また、図6では、基本波の波長と分極反転構造部202であるPPLN結晶の屈折率との関係をさらに示している。
なお、屈折率は実線で表わされ、分極反転周期は点線で表わされている。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the wavelength of the fundamental wave and the polarization inversion period when the fundamental wave and the second harmonic satisfy the quasi-phase matching condition. FIG. 6 further shows the relationship between the wavelength of the fundamental wave and the refractive index of the PPLN crystal that is the domain-inverted structure 202.
The refractive index is represented by a solid line, and the polarization inversion period is represented by a dotted line.
なお、分極反転周期および屈折率は温度に応じて変化するので、分極反転波長変換素子200の温度が変化すると、基本波を第二高調波に変換する変換効率が低下して出力レーザ光400の光出力パワーが低くなることがある。本実施形態では、上述したように温度制御部132が分極反転波長変換素子200の温度を一定に調整することで、温度変化による出力レーザ光400の光出力パワーの低下を抑制している。図6では、室温(20℃)程度における、基本波の波長および分極反転周期の関係が示されている。
Since the polarization inversion period and the refractive index change according to the temperature, when the temperature of the polarization inversion
図5の説明に戻る。本実施形態では、分極反転構造部202は、周期分極反転領域として、3つの領域D1〜D3を有している。 Returning to the description of FIG. In the present embodiment, the domain-inverted structure 202 has three regions D1 to D3 as periodic domain-inverted regions.
出射面203は、領域D1〜D3にて変換された3つの第二高調波を含む出力レーザ光400を出射する。なお、出力レーザ光400では、3つの第二高調波が、同一の光軸に揃えられている。
The emission surface 203 emits
次に分極反転波長変換素子200の製造方法の一例について説明する。
Next, an example of a method for manufacturing the polarization inversion
先ず、LNで形成されたLN基板を用意する。より具体的には、厚さ2mm、MgO添加濃度5mol%のZカットLNで形成されたLN基板を用意する。なお、LN基板は、非線形光学定数が大きいので、波長変換効率が高い分極反転波長変換素子200を実現できる。また、LN基板の組成は、一致溶融組成であるコングルエント組成でもよいし、定比組成であるストイキオメトリック組成でもよい。
First, an LN substrate formed of LN is prepared. More specifically, an LN substrate formed of a Z-cut LN having a thickness of 2 mm and an MgO addition concentration of 5 mol% is prepared. Since the LN substrate has a large nonlinear optical constant, the polarization inversion
続いて、LN基板内に分極反転構造を形成させるための電極を、LN基板の表面に形成する。 Subsequently, an electrode for forming a domain-inverted structure in the LN substrate is formed on the surface of the LN substrate.
より具体的には、LN基板の厚さ方向の表面の一方(以下、+Z面と呼ぶ)には、室温付近(20〜60℃)において、基本波である波長1064nm帯のレーザ光に対して疑似位相整合が発生するように、7μm付近の周期で櫛形電極を形成する。例えば、+Z面にTa薄膜(100nm厚)およびSiO2薄膜(200nm厚)を蒸着形成し、それらの膜を、フォトリソグラフィー技術を用いて露光して櫛形電極を形成する。 More specifically, one of the surfaces in the thickness direction of the LN substrate (hereinafter referred to as the + Z plane) is near the room temperature (20 to 60 ° C.) with respect to a laser beam having a wavelength of 1064 nm, which is a fundamental wave. Comb electrodes are formed with a period of about 7 μm so that quasi phase matching occurs. For example, a Ta thin film (100 nm thickness) and a SiO 2 thin film (200 nm thickness) are formed by vapor deposition on the + Z plane, and these films are exposed using a photolithography technique to form a comb-shaped electrode.
また、+Z面に対向するLN基板の表面(以下、−Z面と呼ぶ)に、ベタ電極を形成する。 Further, a solid electrode is formed on the surface of the LN substrate facing the + Z plane (hereinafter referred to as the −Z plane).
その後、+Z面の電位がプラスになり、−Z面の電位がマイナスとなるように、櫛形電極およびベタ電極に高圧電源を接続するとともに、LN基板を140℃にする。そして、高圧電源を用いて、LN基板の抗電圧以上の電圧(例えば、10kV)の電圧パルスをLN基板に印加して、LN基板に周期分極反転構造を形成する。なお、抗電圧以上の電圧がLN基板に印加されると、LN基板内の自発分極を電界の方向に揃えることができる。 Thereafter, a high voltage power source is connected to the comb-shaped electrode and the solid electrode, and the LN substrate is set to 140 ° C. so that the potential on the + Z plane becomes positive and the potential on the −Z plane becomes negative. Then, using a high-voltage power supply, a voltage pulse having a voltage equal to or higher than the coercive voltage of the LN substrate (for example, 10 kV) is applied to the LN substrate to form a periodically poled structure on the LN substrate. When a voltage higher than the coercive voltage is applied to the LN substrate, the spontaneous polarization in the LN substrate can be aligned with the direction of the electric field.
さらに、LN基板から所定の長さの分を切り出し、その両端面を光学的に研磨することで、分極反転波長変換素子を形成する。 Further, a portion of a predetermined length is cut out from the LN substrate, and both end faces thereof are optically polished to form a polarization inversion wavelength conversion element.
そして、分極反転波長変換素子の±Z面に垂直な面の一方を入射面201とし、その入射面201を、基本レーザ光300の反射を軽減するための反射防止膜として機能する誘電膜でコーティングする。入射面201の誘電膜としては、例えば、波長1064nmのレーザ光に対して反射率が0.2%以下となり、かつ、波長530nmのレーザ光に対して反射率が90%以上となるものを用いる。
Then, one of the surfaces perpendicular to the ± Z plane of the polarization inversion wavelength conversion element is used as the
また、分極反転波長変換素子の±Z面に垂直な面の他方の面を出射面202とし、その出射面202を、出力レーザ光400の反射を軽減するための反射防止膜として機能する誘電膜でコーティングして、分極反転波長変換素子200を生成する。出射面202の誘電膜としては、530nmのレーザ光に対して反射率が0.2%以下となるようなものを用いる。
In addition, the other surface perpendicular to the ± Z plane of the polarization inversion wavelength conversion element is used as the emission surface 202, and the emission surface 202 functions as an antireflection film for reducing the reflection of the
上記の製造方法を用いて製造された分極反転波長変換素子の一部を、ふっ酸と硝酸との比率が1:3の混合液に浸して選択エッチングを行い、その後、電子顕微鏡で断面を観察した結果、LN基板の分極反転比率は、理想的な値である50%に略一致していた。 A portion of the polarization inversion wavelength conversion element manufactured using the above manufacturing method is immersed in a mixed solution having a ratio of hydrofluoric acid and nitric acid of 1: 3 to perform selective etching, and then a cross section is observed with an electron microscope. As a result, the polarization inversion ratio of the LN substrate substantially coincided with the ideal value of 50%.
なお、分極反転波長変換素子200の製造方法は、上記の例に限らず、適宜変更可能である。
In addition, the manufacturing method of the polarization inversion
次に分極反転波長変換素子200のより詳細な説明を行う。
Next, the polarization inversion
図7は、分極反転波長変換素子200の外観図である。図7において、分極反転波長変換素子200は、入射面201と、分極反転構造部202と、出射面203と、誘電膜201Aおよび203Aを有する。なお、分極反転波長変換素子200は、温度制御部132のヒートシンク132A上に配置されている。
FIG. 7 is an external view of the polarization inversion
また、図7では、分極反転構造部202のドメインを構成する誘電領域である上方向誘電分極領域202Aおよび下方向誘電分極領域202Bが示されている。 Further, FIG. 7 shows an upper dielectric polarization region 202A and a lower dielectric polarization region 202B, which are dielectric regions constituting the domain of the domain-inverted structure 202.
上方向誘電分極領域202Aの分極方向は、鉛直方向上向きであり、下方向誘電分極領域202Bの分極方向は、鉛直方向下向きである。 The polarization direction of the upward dielectric polarization region 202A is upward in the vertical direction, and the polarization direction of the downward dielectric polarization region 202B is downward in the vertical direction.
なお、上述したように、第2高調波は、基本波の分極方向に平行な電界成分から発生されるので、基本波の偏光方向と、分極反転構造部202の分極方向とが同じであると、基本波を第二高調波に変換する変換効率が最も高くなる。本実施形態では、分極方向は垂直方向であるので、1/2波長板118を用いて基本レーザ光300の偏光方向を垂直方向にしている。
As described above, since the second harmonic is generated from an electric field component parallel to the polarization direction of the fundamental wave, the polarization direction of the fundamental wave and the polarization direction of the domain-inverted structure 202 are the same. The conversion efficiency for converting the fundamental wave to the second harmonic becomes the highest. In this embodiment, since the polarization direction is the vertical direction, the polarization direction of the
誘電膜201Aは、入射面に形成される。誘電膜201Aでは、基本レーザ光300の波長帯域の光透過率が高く、出力レーザ光400の波長帯域の光透過率が低い。このため、誘電膜201Aは、基本レーザ光300の反射を軽減する反射防止膜として機能する。なお、誘電膜201Aは、第一の反射防止膜の一例である。
The dielectric film 201A is formed on the incident surface. In the dielectric film 201A, the light transmittance in the wavelength band of the
誘電膜203Aは、出射面に形成される。誘電膜203Aでは、基本レーザ光300の波長帯域の光透過率が低く、出力レーザ光400の波長帯域の光透過率が高い。このため、誘電膜203Aは、出力レーザ光400の反射を軽減する反射防止膜として機能する。なお、誘電膜203Aは、第二の反射防止膜の一例である。
The dielectric film 203A is formed on the emission surface. In the dielectric film 203A, the light transmittance in the wavelength band of the
図8は、分極反転波長変換素子のより詳細な構成を示した図である。図8では、分極反転構造部202における、領域D1〜D3が示されている。領域D1〜D3のそれぞれの相互作用長はL1〜L3とする。なお、相互作用長は、基本レーザ光300の進行方向に沿った長さである。
FIG. 8 is a diagram showing a more detailed configuration of the polarization inversion wavelength conversion element. In FIG. 8, the regions D1 to D3 in the domain-inverted structure 202 are shown. The interaction lengths of the regions D1 to D3 are L1 to L3. The interaction length is a length along the traveling direction of the
領域D1〜D3のそれぞれでは、自身が波長を変換する基本波の波長帯域が分割された複数のサブ波長帯域のそれぞれに含まれる波長を変換する複数のサブ領域が並設されている。本実施形態では、領域D1〜D3のそれぞれは、3つのサブ領域を有する。より具体的には、領域D1はサブ領域D11〜D13を有し、領域D2はサブ領域D21〜D23を有し領域D3はサブ領域D31〜D33を有する。 In each of the regions D1 to D3, a plurality of subregions that convert wavelengths included in each of a plurality of subwavelength bands obtained by dividing the wavelength band of the fundamental wave that converts the wavelength itself are arranged in parallel. In the present embodiment, each of the regions D1 to D3 has three subregions. More specifically, the region D1 has sub-regions D11 to D13, the region D2 has sub-regions D21 to D23, and the region D3 has sub-regions D31 to D33.
サブ領域D11〜D13のそれぞれの相互作用長を、L11〜L13とし、サブ領域D21〜D23のそれぞれの相互作用長は、L21〜L23とし、サブ領域D31〜D33のそれぞれの相互作用長は、L31〜L33とする。本実施形態では、各サブ領域の相互作用長L11〜L33は、全てL0=13mmであるとする。 The interaction lengths of the subregions D11 to D13 are L11 to L13, the interaction lengths of the subregions D21 to D23 are L21 to L23, and the interaction lengths of the subregions D31 to D33 are L31. ~ L33. In the present embodiment, it is assumed that the interaction lengths L11 to L33 of each sub-region are all L 0 = 13 mm.
サブ領域D11〜D33では、自サブ領域を含む領域が波長を変換する基本波の波長帯域が分割された複数のサブ波長帯域のそれぞれに含まれるn個の波長成分を変換する。 In the sub-regions D11 to D33, the n wavelength components included in each of the plurality of sub-wavelength bands obtained by dividing the wavelength band of the fundamental wave in which the region including the sub-region is converted are converted.
以下では、サブ領域D11〜D13にて変換される基本波の波長帯域の中央値であるサブ基本波長のそれぞれを、λD1=1.06000μm、λD2=1.06015μm、λD3=1.06030μmとし、サブ領域D21〜D23にて変換されるサブ基本波長のそれぞれをλD4=1.06105μm、λD5=1.06120μm、λD6=1.06135μmとし、サブ領域D31〜D33にて変換されるサブ基本波長のそれぞれを、λD7=1.06210μm、λD8=1.06225μm、λD9=1.06240μmとする。 In the following, the sub fundamental wavelengths, which are the median values of the wavelength bands of the fundamental waves converted in the sub-regions D11 to D13, are denoted by λ D1 = 1.06000 μm, λ D2 = 1.06015 μm, and λ D3 = 1.06030 μm. The sub fundamental wavelengths converted in the sub-regions D21 to D23 are λ D4 = 1.06105 μm, λ D5 = 1.06120 μm, and λ D6 = 1.06135 μm, and are converted in the sub-regions D31 to D33. The sub fundamental wavelengths are λ D7 = 1.06210 μm, λ D8 = 1.06225 μm, and λ D9 = 1.06240 μm.
また、サブ領域D11〜D13の分極反転周期は、図6で示した波長および分極反転周期の関係から、上記のサブ領域にて変換される基本波長が疑似位相整合条件を満たすように決定される。 Further, the polarization inversion periods of the sub-regions D11 to D13 are determined so that the fundamental wavelength converted in the sub-region satisfies the quasi phase matching condition from the relationship between the wavelength and the polarization inversion period shown in FIG. .
ここで、サブ領域で変換される第二高調波について説明する。 Here, the second harmonic converted in the sub-region will be described.
基本レーザ光の進行方向をL方向とすると、分極反転波長変換素子が単一の分極反転周期を有する単一変換素子の場合、基本波の第二高調波の電界強度分布E(2ω)(L)は、微分方程式 Assuming that the traveling direction of the fundamental laser light is the L direction, when the polarization inversion wavelength conversion element is a single conversion element having a single polarization inversion period, the electric field intensity distribution E (2 ω ) ( L) is the differential equation
で表わされる。ここで、iは虚数単位、ωは基本波の角周波数、μはサブ領域を形成するPPLN結晶の透磁率、εはPPLN結晶の誘電率、deffはPPLN結晶の実効的な非線形光学定数、E(ω)(L)は基本波の電界強度である。また、Δk(λ)は、波長λの基本波の波数k(ω)の2倍と、第二高調波の波数k(2ω)の差であり、基本波の波長λを用いて、 It is represented by Where i is the imaginary unit, ω is the angular frequency of the fundamental wave, μ is the permeability of the PPLN crystal forming the subregion, ε is the dielectric constant of the PPLN crystal, d eff is the effective nonlinear optical constant of the PPLN crystal, E ( ω ) (L) is the electric field strength of the fundamental wave. Further, .DELTA.k (lambda) is twice the fundamental wave of the wave number k of wavelength lambda (omega), the difference in wave number k of the second harmonic (2 omega), using the wavelength of the fundamental wave lambda,
と表わされる。なお、n0(λ)は、波長λの光におけるPPLN結晶の正常光屈折率であり、セルマイヤーの分散式を用いると、 It is expressed as Note that n 0 (λ) is the normal light refractive index of the PPLN crystal in the light of wavelength λ, and using the Selmeier dispersion formula,
で表わされる。また、疑似位相整合が発生するときの分極反転周期Λは、基本波長λの関数として、 It is represented by In addition, the polarization inversion period Λ when quasi phase matching occurs is a function of the fundamental wavelength λ,
と表わされる。 It is expressed as
数1で示した微分方程式を解くと、
Solving the differential equation shown in
となる。なお、基本波から第二高調波への変換が起こると、基本波の電界強度は減少するが、その変換効率は非常に小さいので、基本波の電界強度が変化しないと仮定して計算した。つまり、基本波の電界強度E(ω)(L)を定数E(ω)とした。 It becomes. Note that when the conversion from the fundamental wave to the second harmonic occurs, the electric field strength of the fundamental wave decreases, but the conversion efficiency is very small, so the calculation was performed assuming that the electric field strength of the fundamental wave does not change. That is, the electric field intensity E ( ω ) (L) of the fundamental wave is set as a constant E ( ω ) .
数5から、第二高調波のスペクトル(電界強度)を表わしたスペクトル変換関数f(λ,λ0,L0)は、
From
と表わされる。光強度は電界強度の絶対値の2乗であるので、第二高調波の光強度を表わした光強度変換関数F0は、 It is expressed as Since the light intensity is the square of the absolute value of the electric field intensity, the light intensity conversion function F 0 representing the light intensity of the second harmonic is
となる。したがって、第二高調波の光出力パワーP0は、 It becomes. Therefore, the optical output power P 0 of the second harmonic is
となる。ここで、Sは、PPLN結晶の断面積であり、Pは、基本波の光出力パワーであり、cは光速度であり、ε0は真空の誘電率である。数6で示されたように、第二高調波の光出力パワーP0は、サブ領域の相互作用長L0の2乗に比例し、かつ、基本波の光出力パワーPの2乗に比例している。
It becomes. Here, S is the cross-sectional area of the PPLN crystal, P is the optical output power of the fundamental wave, c is the speed of light, and ε 0 is the dielectric constant of vacuum. As shown in
また、分極反転波長変換素子がN+1個のサブ領域を有する場合、単一変換素子がN+1個並設されたものとみなせるので、分極反転波長変換素子からの出力レーザ光の電界強度は、各サブ領域で変換された第二高調波の電界強度の和 In addition, when the polarization inversion wavelength conversion element has N + 1 sub-regions, it can be considered that N + 1 single conversion elements are arranged in parallel. Therefore, the electric field intensity of the output laser light from the polarization inversion wavelength conversion element is Sum of field strengths of second harmonics transformed in the region
で表わされる。なお、各サブ領域で変換された第二高調波の変換波長をλk(k=0,1,2…N)とし、各サブ領域の相互作用長をLkとしている。より具体的には、入射面201から近いサブ領域から順に、そのサブ領域で変換された第二高調波の変換波長をλ0、λ1…λNとし、そのサブ領域の相互作用長をL0、L1…LNとしている。
It is represented by Note that the converted wavelength of the second harmonic converted in each sub-region is λ k (k = 0, 1, 2,... N), and the interaction length of each sub-region is L k . More specifically, in order from the sub-region closer to the
したがって、分極反転波長変換素子のスペクトル変換関数F(λ,{λk},{Lk})は、 Therefore, the spectrum conversion function F (λ, {λ k }, {L k }) of the polarization inversion wavelength conversion element is
と表される。数10にて示されたように、スペクトル変換関数は、各サブ領域で発生した第二高調波の干渉を表わす干渉因子
It is expressed. As shown in
を有する。このため、出力レーザ光内の各第二高調波の電界強度が他の第二高調波の干渉を受けるので、出力レーザ光の電界強度が基本波の波長変動に対して影響を受けやすくなり、出力レーザ光の光出力パワーが不安定になる。以下、干渉因子を含む各サブ領域のスペクトル変換関数をFkとする。つまり、 Have For this reason, since the electric field strength of each second harmonic in the output laser light is subject to interference of other second harmonics, the electric field strength of the output laser light is easily affected by the wavelength variation of the fundamental wave, The optical output power of the output laser beam becomes unstable. Hereinafter, the spectral conversion function of each sub-region including the interference factor is assumed to be F k . That means
とする。 And
各サブ領域のスペクトル変換関数Fkが示すスペクトルの片側の広がり幅Δλは、相互作用長Lkに依存する。広がり幅Δλおよび相互作用長Lkの関係は、スペクトル変換関数Fkがゼロになる条件 The spread width Δλ on one side of the spectrum indicated by the spectral conversion function F k of each sub-region depends on the interaction length L k . The relationship between the spread width Δλ and the interaction length L k is such that the spectral conversion function F k becomes zero.
から、 From
と表わされる。つまり、相互作用長Lおよび広がり幅Δλは互いに反比例する。この広がり幅より、互いに隣接するサブ領域で変換された第二高調波の変換波長λkの差である変換波長間隔Δλk=λk−λk-1が十分大きければ、各サブ領域で変換された第二高調波の干渉を無視することができる。つまり、 It is expressed as That is, the interaction length L and the spread width Δλ are inversely proportional to each other. If the conversion wavelength interval Δλ k = λ k −λ k−1, which is the difference between the conversion wavelengths λ k of the second harmonics converted in the sub-regions adjacent to each other, is sufficiently large from this spread width, conversion is performed in each sub-region. The interference of the generated second harmonic can be ignored. That means
であれば、各サブ領域で発生した第二高調波の干渉を無視することができる。例えば、第二高調波が十分な光強度となる相互作用長L0=10mmのときの広がり幅Δλは、0.13nmであるので、変換波長間隔がΔλk≫0.13nmを満たせば、各サブ領域で発生した第二高調波の干渉を無視できる。 If so, the interference of the second harmonic generated in each sub-region can be ignored. For example, since the spread width Δλ when the interaction length L 0 = 10 mm at which the second harmonic wave has sufficient light intensity is 0.13 nm, each conversion wavelength interval satisfies Δλ k >> 0.13 nm. The second harmonic interference generated in the sub-region can be ignored.
この場合、スペクトル変換関数Fは、 In this case, the spectral conversion function F is
となる。したがって、分極反転波長変換素子のスペクトル変換関数Fは、各サブ領域のスペクトル変換関数Fkの和になり、各サブ領域で発生した第二高調波が互いに独立しているとみなせる。この場合、出力レーザ光の光出力パワーは、基本波の波長変動に対して比較的安定する。なお、実験によれば、相互作用長L0=10mmの場合、変換波長λkの間隔Δλk>0.5nmを満たせば、各サブ領域で変換された第二高調波の干渉を無視でき、それらの第二高調波が互いに独立しているとみなせる。 It becomes. Therefore, the spectrum conversion function F of the polarization inversion wavelength conversion element is the sum of the spectrum conversion functions F k of each sub-region, and it can be considered that the second harmonics generated in each sub-region are independent from each other. In this case, the optical output power of the output laser light is relatively stable with respect to the wavelength variation of the fundamental wave. According to the experiment, when the interaction length L 0 = 10 mm, the interference of the second harmonic converted in each sub-region can be ignored if the interval Δλ k > 0.5 nm of the conversion wavelength λ k is satisfied, It can be considered that those second harmonics are independent of each other.
図8では、各サブ領域で変換された第二高調波のスペクトルの片側の広がり幅が0.15nmになるように、上述のように各サブ領域の相互作用長L0が13mmに設定されている。 In FIG. 8, the interaction length L 0 of each sub-region is set to 13 mm as described above so that the spread width on one side of the spectrum of the second harmonic converted in each sub-region is 0.15 nm. Yes.
図9は、分極反転波長変換素子200の波長変換効率と基本波の波長との関係を示した図である。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the wavelength conversion efficiency of the polarization inversion
図9で示されたように、分極反転波長変換素子200では、領域D1〜D3のそれぞれに対応する波長変換窓W1〜W3が形成される。波長変換窓は、各領域にて変換される基本光の波長帯域である。
As shown in FIG. 9, in the polarization inversion
波長変換窓W1〜W3の幅は、全て0.45μmである。また、波長変換窓W1およびW2の中心波長である基本波長の差は、λD5−λD2=1.06120μm−1.06015μm=1.05nmであり、波長変換窓W2およびW3の基本波長の差は、λD8−λD5=1.06225μm−1.06120μm=1.05nmである。したがって、分極反転波長変換素子200では、1.05nm間隔の波長変換窓W1〜W3が形成される。
The widths of the wavelength conversion windows W1 to W3 are all 0.45 μm. The difference between the fundamental wavelengths, which are the center wavelengths of the wavelength conversion windows W1 and W2, is λD5−λD2 = 1.06120 μm−1.06015 μm = 1.05 nm, and the difference between the fundamental wavelengths of the wavelength conversion windows W2 and W3 is λD8−λD5 = 1.06225 μm−1.06 120 μm = 1.05 nm. Therefore, in the polarization inversion
各波長変換窓W1〜W3では、その波長変換窓内の基本波の波長変換効率が一定であると、基本波の波長が多少変化しても、変換波の光出力パワーはあまり変化しない。つまり、基本レーザ光300の波長変化に対して安定した出力レーザ光を得ることができる。以下、波長変換効率が一定である波長変換窓を平坦窓と呼ぶ。
In each of the wavelength conversion windows W1 to W3, if the wavelength conversion efficiency of the fundamental wave in the wavelength conversion window is constant, the optical output power of the converted wave does not change much even if the wavelength of the fundamental wave changes somewhat. That is, stable output laser light can be obtained with respect to the wavelength change of the
各領域D1〜D3に対応する波長変換窓を平坦窓にするためには、その領域内のサブ領域で変換される出射光の変換波長λkを、そのサブ領域に隣接するサブ領域のスペクトル変換関数Fk-1がゼロになる波長に設定すればよい。したがって、入射レーザ光が1060nm帯の場合、変換波長間隔Δλkと相互作用長L0とが In order to make the wavelength conversion window corresponding to each of the regions D1 to D3 flat, the converted wavelength λ k of the outgoing light converted in the sub-region within the region is converted into the spectral conversion of the sub-region adjacent to the sub-region. What is necessary is just to set to the wavelength from which the function F k-1 becomes zero. Therefore, when the incident laser beam is in the 1060 nm band, the conversion wavelength interval Δλ k and the interaction length L 0 are
を満たせば、各領域D1〜D3に対応する波長変換窓を平坦窓にすることができる。 If this condition is satisfied, the wavelength conversion windows corresponding to the regions D1 to D3 can be made flat.
図10は、波長変換窓が平坦窓となるときの、相互作用長L0および変換波長間隔Δλkの関係を示した図である。図10において、丸点は、シミュレーションから求められた平坦窓が得られた点である。図10で示された相互作用長L0と変換波長間隔Δλkの関係は、数17で示された相互作用長L0と変換波長間隔Δλkの関係と合致している。なお、サブ領域の数は平坦窓が得られる条件に影響を与えない。 FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the interaction length L 0 and the conversion wavelength interval Δλ k when the wavelength conversion window is a flat window. In FIG. 10, a round dot is a point where the flat window calculated | required from simulation was obtained. The relationship between the interaction length L 0 and the conversion wavelength interval Δλ k shown in FIG. 10 matches the relationship between the interaction length L 0 and the conversion wavelength interval Δλ k shown in Equation 17. Note that the number of sub-regions does not affect the condition for obtaining a flat window.
図11〜図13のそれぞれは、サブ領域の数が9個の領域における波長変換効率の波長依存性を示した図である。図11〜図13のそれぞれでは、サブ領域の相互作用長を12mm、13mmおよび14mmとしている。また、変換波長間隔Δλkを0.15nmとしている。 Each of FIG. 11 to FIG. 13 is a diagram showing the wavelength dependence of the wavelength conversion efficiency in a region where the number of sub-regions is nine. In each of FIGS. 11 to 13, the interaction lengths of the sub-regions are 12 mm, 13 mm, and 14 mm. Further, the conversion wavelength interval Δλ k is set to 0.15 nm.
図11〜図13で示されたようにサブ領域の数が9であっても、変換波長間隔Δλkが0.15nmの場合、相互作用長が13mmの場合にのみ平坦窓を得ることができる。 Even if the number of sub-regions is 9 as shown in FIGS. 11 to 13, when the conversion wavelength interval Δλ k is 0.15 nm, a flat window can be obtained only when the interaction length is 13 mm. .
図14および図15は、分極反転波長変換素子の波長変換スペクトラムを示した図である。より具体的には、図14は、相互作用長が10mmの9個の波長変換窓を有し、各変換波長間隔が1.0nmの分極反転波長変換素子の波長変換スペクトラムを示し、図15は、相互作用長が10mmの9個の波長変換窓を有し、各変換波長間隔が0.5nmの分極反転波長変換素子の波長変換スペクトラムを示す。 14 and 15 are diagrams showing the wavelength conversion spectrum of the polarization inversion wavelength conversion element. More specifically, FIG. 14 shows a wavelength conversion spectrum of a polarization inversion wavelength conversion element having nine wavelength conversion windows with an interaction length of 10 mm and a conversion wavelength interval of 1.0 nm, and FIG. The wavelength conversion spectrum of a polarization inversion wavelength conversion element having nine wavelength conversion windows with an interaction length of 10 mm and a conversion wavelength interval of 0.5 nm is shown.
図14および図15で示されたように、変換波長間隔が狭いと、平坦窓が得られず、第二高調波の光強度が低下するとともに、出力レーザ光による投射画像のスペックルが増加する。これは、スペクトル変換関数の干渉因子の影響のためである。本実施形態では、スペックルを低減するためには、波長間隔が0.5nm以上が望ましく、さらには、1nm以上が望ましい。 As shown in FIGS. 14 and 15, when the conversion wavelength interval is narrow, a flat window cannot be obtained, the light intensity of the second harmonic is reduced, and the speckle of the projected image by the output laser light is increased. . This is due to the influence of the interference factor of the spectral conversion function. In this embodiment, in order to reduce speckles, the wavelength interval is preferably 0.5 nm or more, and more preferably 1 nm or more.
次に、スペックルコントラストについて説明する。 Next, speckle contrast will be described.
我々はスペックルに関する詳細な研究を行い、一般に、波長がそれぞれ異なる複数の単波長レーザ光を同一の光軸で合波させた多重レーザ光のスペックルコントラストは、多重レーザ光の各波長λkの光強度をak(k=1、2…N)とすると、スペックルパターンの相関関数Cor(λk、λi)を用いて、 We have conducted detailed research on speckle. In general, the speckle contrast of multiple laser beams obtained by combining multiple single-wavelength laser beams with different wavelengths on the same optical axis is the wavelength λ k of the multiple laser beams. Is a k (k = 1, 2... N), the speckle pattern correlation function Cor (λk, λi) is used.
と表わすことができることに気付いた。なお、C0は、単波長レーザ光のスペックルコントラストである。さらに、我々は実験から、相関関数が指数関数で表記できることを見出した。したがって、多重レーザ光のスペックルコントラストは、 I realized that I can express it. C 0 is the speckle contrast of the single wavelength laser beam. Furthermore, we have found from experiments that the correlation function can be expressed as an exponential function. Therefore, the speckle contrast of the multiple laser light is
と表わされる。ここで、μを波長相関長と呼ぶ。波長相関長は、一般的に、単波長レーザ光の波長に依存する。数19で示されたように、波長相関長が2倍になると、相関関数の値は、1/e2倍になる。
It is expressed as Here, μ is called a wavelength correlation length. The wavelength correlation length generally depends on the wavelength of the single wavelength laser beam. As shown in
多重レーザ光に含まれる単波長レーザ光の波長間隔が広くなるにつれ、各単波長レーザ光の相関が低くなるので、多重レーザ光のスペックルパターンが平均化され、スペックルコントラストが減少する。波長相関長が低い極限では、多重レーザ光のスペックルコントラストは、 As the wavelength interval of the single-wavelength laser light included in the multiple laser light increases, the correlation between the single-wavelength laser lights decreases, so that the speckle pattern of the multiple laser light is averaged and the speckle contrast is reduced. In the limit where the wavelength correlation length is low, the speckle contrast of multiple laser light is
となる。数20で示されたように、多重レーザ光の光強度を一定にした場合、各単波長レーザ光の光強度が全て等しいとき、スペックルコントラストが最小となる。
It becomes. As shown in
一方、相関長が大きい極限では、C=C0となる。これは、単波長レーザ光が別々の光源から出射されたレーザ光であっても、同一波長であれば、スペックルコントラストを減少することができないことを意味する。 On the other hand, in the extreme correlation length is large, the C = C 0. This means that even if the single wavelength laser light is emitted from different light sources, the speckle contrast cannot be reduced if the wavelength is the same.
また、単波長レーザ光の波長が長くなるにつれ、波長相関長は長くなる。波長が大きいと波長相関長が大きくなる原因は、波長が大きいと、スペックルの各斑点が大きくなるため、スペックルパターンが平均化されにくくなるためである。 Further, as the wavelength of the single wavelength laser beam becomes longer, the wavelength correlation length becomes longer. The reason why the wavelength correlation length is increased when the wavelength is large is that when the wavelength is large, speckle patterns are difficult to be averaged because the speckle spots are increased.
多重レーザ光内の単波長レーザ光が二つあり、各単波長レーザ光の光強度をa1およびa2をともに1/2とし、単波長レーザ光の波長差をδλとすると、多重レーザ光のスペックルコントラストCは、数19から There are two single-wavelength laser lights in the multiple laser light, the light intensity of each single-wavelength laser light is halved for both a1 and a2, and the wavelength difference of the single-wavelength laser light is δλ. Le Contrast C
となる。したがって、多重レーザ光のスペックルコントラストと、単波長レーザ光のスペックルコントラストの変化率ΔC/C0は、 It becomes. Therefore, the change rate ΔC / C 0 of the speckle contrast of the multiple laser light and the speckle contrast of the single wavelength laser light is
と表わされる。数22と実験結果とを比較することにより、波長相関長が求められる。なお、このようにして求められた波長相関長は、単波長レーザ光が二つの場合に限らず、一般的な多重レーザ光でも同じ値になる。
It is expressed as The wavelength correlation length is obtained by comparing
図16は、スペックルコントラストの変化率ΔC/C0と波長差δλとの関係を示した図である。図16では、多重レーザ光の周波数帯が1062nm帯、660nm帯、630nm帯および402nm帯のそれぞれにおけるスペックルコントラストの変化率ΔC/C0と波長差δλとの関係が示されている。なお、緑色の多重レーザ光である、周波数帯が530nm帯の場合、波長相関長μは0.23μm程度である。 FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the speckle contrast change rate ΔC / C 0 and the wavelength difference δλ. FIG. 16 shows the relationship between the speckle contrast change rate ΔC / C 0 and the wavelength difference δλ when the frequency bands of the multiplexed laser light are the 1062 nm band, the 660 nm band, the 630 nm band, and the 402 nm band, respectively. Note that when the frequency band of the green multiple laser light is the 530 nm band, the wavelength correlation length μ is about 0.23 μm.
図16で示されたように、緑色の多重レーザ光の場合、波長差δλが0.25nm以上になると、多重レーザ光内の2つの単波長レーザ光に相関性が小さくなり、スペックルコントラストが減少する。特に波長差δλが0.5nm以上になると、スペックルコントラストの減少率が高くなる。 As shown in FIG. 16, in the case of the green multiple laser light, when the wavelength difference δλ is 0.25 nm or more, the correlation between the two single-wavelength laser lights in the multiple laser light is reduced, and the speckle contrast is reduced. Decrease. In particular, when the wavelength difference δλ is 0.5 nm or more, the reduction rate of speckle contrast increases.
以上説明したように、スペックルの低い緑色のレーザ光には、
1.波長帯域が分離された複数の単波長レーザ光が多重されていること(つまり、複数の波長ピークを有すること)
2.各単波長レーザ光の波長ピークの波長差が0.25nm以上(さらに望ましくは、0.5nm以上)であること
が必要となる。さらに、緑色のレーザ光は、
3.各波長ピークの波長差が全て等しいこと
4.各単波長レーザ光の波長強度分布が均一であること
を満たせば、スペックルをより低くすることができる。
As explained above, green laser light with low speckle
1. Multiple single-wavelength laser beams with separate wavelength bands are multiplexed (that is, having multiple wavelength peaks)
2. The wavelength difference between the wavelength peaks of the single-wavelength laser beams needs to be 0.25 nm or more (more desirably, 0.5 nm or more). Furthermore, the green laser light is
3. 3. The wavelength difference of each wavelength peak is all equal. If the wavelength intensity distribution of each single wavelength laser beam is satisfied, speckle can be further reduced.
上記の各条件を満たす緑色のレーザ光を、分極反転波長変換素子200から出力レーザ光400として出射させるためには、基本レーザ光300に緑色のレーザ光の2倍の波長が必要となるので、基本レーザ光300内の各基本波の基本波長の差が0.5nm以上(より望ましくは1nm以上)である必要がある。また、緑色のレーザ光の波長帯域は520nm〜540nmなので、緑色の多重レーザ光の各波長ピークの波長差を0.5nm以上にする場合、波長ピークの数が40以下となる。このように、波長帯域が限られているので、波長ピークの波長差を等しくすることで、効果的にスペックルを低減することが可能になる。
In order to emit green laser light satisfying the above conditions as output laser light 400 from the polarization inversion
分極反転波長変換素子200は、1.040μm〜1.080μmの範囲に含まれる複数の入射光のそれぞれを第二高調波に変換している。また、分極反転波長変換素子200では、1.複数の波長変換窓が形成され、2.各波長変換窓の波長の中心波長の差が1nm程度であり、3.その中心波長の差が全て等しい。
The polarization inversion
よって、分極反転波長変換素子200は、1.040μm〜1.80μmの範囲に含まれる波長を有する複数の入射光を、1.複数の波長ピークを有し、2.各波長ピークの波長差が0.5nm以上であり、3.各波長ピークの波長差が全て等しい出射光に変換することができる。また、分極反転波長変換素子200では、各サブ領域の相互作用長が同じであるので、LDモジュール111A〜111Cから出射される光ビームの光強度を等しくすることで、出射光の波長強度分布を均一にすることができる。
Therefore, the polarization inversion
したがって、分極反転波長変換素子200を用いることで、スペックルの低い緑色のレーザ光を得ることができる。
Therefore, by using the polarization inversion
図17は、単一の波長変換窓を形成する分極反転波長変換素子の波長変換スペクトルと、複数の波長変換窓を形成する分極反転波長変換素子200との波長変換スペクトルを比較するための図である。
FIG. 17 is a diagram for comparing the wavelength conversion spectrum of the polarization inversion wavelength conversion element that forms a single wavelength conversion window and the wavelength conversion spectrum of the polarization inversion
図17では、分極反転波長変換素子200の各サブ領域の相互作用長は7mmであるとしている。また、波長変換窓は、1nm間隔で9個ある。分極反転波長変換素子200の素子長は63mmとなる。この場合、8nmの波長幅が得られる。一方、従来の分極反転波長変換素子では、28波長分の波長変換領域が必要となるので、素子長が196mmになる。
In FIG. 17, the interaction length of each sub-region of the polarization inversion
したがって、分極反転波長変換素子200の素子長を従来短くすることができる。なお、従来の分極反転波長変換素子では、素子長が長いために、単一のLN基板から分極反転波長変換素子を製造することが難しいが、分極反転波長変換素子200では、それも容易になる。
Therefore, the element length of the polarization inversion
緑色のレーザ光をMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラーを用いて、水平走査周波数10kHzかつ垂直走査周波数60Hzで走査して拡散板に投射した。その拡散板に映った走査像のスペックルパタ−ンを、人間の眼の光学的な構造を模擬したCMOSカメラで撮影し、画像処理してスペックルコントラストを求めた。なお、緑色のレーザ光が単一波長のレーザ光の場合、走査像のスペックルコントラストは25%であった。 The green laser beam was scanned at a horizontal scanning frequency of 10 kHz and a vertical scanning frequency of 60 Hz using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror and projected onto the diffusion plate. The speckle pattern of the scanned image reflected on the diffuser was photographed with a CMOS camera simulating the optical structure of the human eye, and the image was processed to obtain the speckle contrast. When the green laser beam is a single wavelength laser beam, the speckle contrast of the scanned image was 25%.
高周波LDドライバ電源112が高周波重畳駆動を行っていない場合、基本レーザ光300のスペクトルは、図18で示したスペクトルとなり、出力レーザ光400のスペクトルは、図19で示したスペクトルとなる。
When the high-frequency LD
この場合、分極反転波長変換素子200からの出力レーザ光400による走査像のスペックルコントラストは14.4%であった。したがって、スペックルコントラストの低減率は、42%となる。
In this case, the speckle contrast of the scanned image by the
また、高周波LDドライバ電源112が高周波重畳駆動を行っている場合、出力レーザ光400のスペクトルは、図20で示したスペクトルとなる。この場合、出力レーザ光400による走査像のスペックルコントラストは12.5%であった。したがって、スペックルコントラストの低減率は、50%となる。
When the high frequency LD
図21は、単一変換素子からの出力レーザ光のスペクトルを示した図である。この波長変換素子には、高周波重畳駆動が行われて生成されたレーザ光が入射されている。 FIG. 21 is a diagram showing a spectrum of output laser light from a single conversion element. Laser light generated by high frequency superposition driving is incident on the wavelength conversion element.
この場合、単一変換素子からの出力レーザ光による走査像のスペックルコントラストは20%であった。したがって、スペックルコントラストの低減率は20%とかなり低かった。 In this case, the speckle contrast of the scanned image by the laser beam output from the single conversion element was 20%. Therefore, the reduction rate of speckle contrast was as low as 20%.
本実施形態によれば、分極反転構造部202では、分極反転構造を有する領域D1〜D3が並設されている。入射面201に入射した基本レーザ光300のうち、波長帯域が分離された複数の基本波のそれぞれの波長を変換して、波長帯域が分離された複数の変換波のそれぞれを出射する。また、分極反転構造部202の各領域から出射された変換波を含む出力レーザ光400が出射面202から出射される。
According to this embodiment, in the domain-inverted structure 202, regions D1 to D3 having domain-inverted structures are arranged in parallel. Of the
この場合、領域D1〜D3のそれぞれにて波長帯域が分離された複数の基本波のそれぞれの波長が変換されて、波長帯域が分離された複数の変換波のそれぞれが出射される。そして、それらの変換波を含む出力レーザ光400が出射される。このため、光出力パワーが高い出力レーザ光400を出射しつつ、スペックルコントラストを十分に低くすることが可能になる。
In this case, the wavelengths of the plurality of fundamental waves separated from each other in the regions D1 to D3 are converted, and each of the plurality of converted waves separated from the wavelength band is emitted. Then, an
また、本実施形態では、領域D1〜D3では、自身が波長を変換する基本波の波長帯域が3分割された3個のサブ波長帯域のそれぞれに含まれる基本波を変換する3個のサブ領域が並設される。また、各サブ領域の相互作用長{Lk[mm]}と、互いに隣接するサブ波長帯域の中央値の間隔である変換波長間隔{Δλk}とが数17を満たす。 In the present embodiment, in the regions D1 to D3, three subregions for converting the fundamental wave included in each of the three subwavelength bands obtained by dividing the wavelength band of the fundamental wave to which the wavelength is converted into three. Are placed side by side. Further, the interaction length {L k [mm]} of each sub-region and the conversion wavelength interval {Δλ k }, which is the median interval between adjacent sub-wavelength bands, satisfy Expression 17.
この場合、各領域の波長変換効率が一定することが可能になるので、基本レーザ光300の波長変化による出力レーザ光400の光出力パワーの劣化を軽減することが可能になる。
In this case, since the wavelength conversion efficiency in each region can be made constant, it is possible to reduce the deterioration of the optical output power of the
また、本実施形態では、領域D1〜D3のそれぞれにて波長が変換される基本波の波長帯域のうち、互いに隣接する波長帯域の中央値の差が全て等しい。この場合、スペックルの低減率をより高くすることが可能になる。 Moreover, in this embodiment, the difference of the median value of the mutually adjacent wavelength band is equal among the wavelength bands of the fundamental wave in which the wavelength is converted in each of the regions D1 to D3. In this case, the speckle reduction rate can be further increased.
また、本実施形態では、各領域にて波長が変換される波長帯域のうち、互いに隣接する波長帯域の中央値の差δが、0.5μm≦δ≦2μm、または、0.8μm≦δ≦1.5μmを満たす。この場合、出力レーザ光400内の各第二高調波の相関を低くすることが可能になり、スペックルの低減率をより高くすることが可能になる。
In the present embodiment, among the wavelength bands in which wavelengths are converted in each region, the difference δ between the median values of adjacent wavelength bands is 0.5 μm ≦ δ ≦ 2 μm or 0.8 μm ≦ δ ≦. Fills 1.5 μm. In this case, the correlation between the second harmonics in the
次に本発明の第2の実施形態について説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図22は、本実施形態のレーザ光源の構成を示したブロック図である。図22では、レーザ光源では、光出力部100は、図2で示した構成に加えて、LDモジュール111Dおよび反射鏡119をさらに有する。また、レーザ光源は、反射鏡115の代わりにダイクロイック鏡115Aを有し、分極反転波長変換素子200の代わりに、導波路型の分極反転波長変換素子である分極反転波長変換素子500を有する。
FIG. 22 is a block diagram showing the configuration of the laser light source of this embodiment. In FIG. 22, in the laser light source, the
LDモジュール111Dは、LDモジュール111A〜111Cと同じ構成を有する。LDモジュール111Dは、高周波LDドライバ電源112にて行われる高周波重畳駆動に応じたレーザ光301Dを出射する。
The LD module 111D has the same configuration as the LD modules 111A to 111C. The LD module 111 </ b> D emits laser light 301 </ b> D corresponding to high frequency superposition driving performed by the high frequency LD
反射鏡119は、LDモジュール111Dからのレーザ光301Dを反射してダイクロイック鏡115Aに入射する。 The reflecting mirror 119 reflects the laser beam 301D from the LD module 111D and enters the dichroic mirror 115A.
ダイクロイック鏡115Aは、ダイクロイック鏡116および117と同様に波長依存性を有する透過率を持つ。より具体的には、ダイクロイック鏡115Aの透過率は、波長λa+2Δ以下では略1であり、波長λa+2Δからλa+3Δの範囲で急峻に下がり、波長λa+3Δ以上では略0となる。 The dichroic mirror 115A has a wavelength-dependent transmittance similar to the dichroic mirrors 116 and 117. More specifically, the transmittance of the dichroic mirror 115A is approximately 1 below the wavelength λa + 2Δ, sharply decreases in the range from the wavelength λa + 2Δ to λa + 3Δ, and approximately 0 above the wavelength λa + 3Δ.
ダイクロイック鏡115Aは、レーザ光301Dのうちダイクロイック鏡115Aを透過したレーザ光と、レーザ光301Cのうちダイクロイック鏡115Aにて反射したレーザ光とが、光軸が一致するように合波されてダイクロイック鏡117にレーザ光303として出射されるように配置される。また、ダイクロイック鏡117は、レーザ光302のうちダイクロイック鏡117を透過したレーザ光と、レーザ光303のうちダイクロイック鏡117にて反射したレーザ光とが、光軸が一致するように合波されて、1/2波長板118に基本レーザ光300として出射されるように配置される。このため、本実施形態では、基本レーザ光300は、4つの波長ピークを有することになる。
The dichroic mirror 115A is a dichroic mirror in which the laser light transmitted through the dichroic mirror 115A in the laser light 301D and the laser light reflected by the dichroic mirror 115A in the laser light 301C are combined so that their optical axes coincide. 117 is arranged to be emitted as laser light 303. The dichroic mirror 117 combines the laser light transmitted through the dichroic mirror 117 in the laser light 302 and the laser light reflected by the dichroic mirror 117 in the laser light 303 so that the optical axes thereof coincide with each other. The half-
図23は、分極反転波長変換素子500の外観図である。図23において、分極反転波長変換素子500は、図7で示した構成に加えて、基本レーザ光300を所定の断面積の空間に閉じ込めて伝搬させるための導波路501をさらに有する。導波路501は、分極反転構造部202に形成される。
FIG. 23 is an external view of the polarization inversion wavelength conversion element 500. 23, in addition to the configuration shown in FIG. 7, the polarization inversion wavelength conversion element 500 further includes a waveguide 501 for confining and propagating the
導波路501の幅は4μmより小さいと、基本レーザ光300を導波路501に導くための光結合効率が低下し、さらには、分極反転波長変換素子500を形成するPPLN結晶に光損傷が生じやすくなる。また、導波路501の幅が6μmより大きいと、分極反転波長変換素子500で発生した第二高調波がマルチモードになりやすい。このため、導波路501の幅は、4μm〜6μmであることが望ましい。
If the width of the waveguide 501 is smaller than 4 μm, the optical coupling efficiency for guiding the
図24は、分極反転波長変換素子500の構成を示した図である。図5において、分極反転波長変換素子500は、入射面201と、分極反転構造部202と、出射面203と、導波路501とを有する。
FIG. 24 is a diagram showing a configuration of the polarization inversion wavelength conversion element 500. In FIG. 5, the domain-inverted wavelength conversion element 500 includes an
本実施形態では、分極反転構造部202は、領域D1〜D4を有する。領域D1〜D4のそれぞれは、第一の実施形態と同様に、3つのサブ領域を有する。 In the present embodiment, the domain-inverted structure 202 has regions D1 to D4. Each of the regions D1 to D4 has three subregions as in the first embodiment.
以下、領域D4のサブ領域のそれぞれをサブ領域D41〜D43とする。また、領域D4の相互作用長をL4とし、サブ領域D41〜D43のそれぞれの相互作用長をL41〜L43とする。また、各サブ領域の相互作用長L11〜L43は、全て等しく、L0=13mmであるとする。 Hereinafter, each of the sub-regions of the region D4 is referred to as sub-regions D41 to D43. The interaction length of the region D4 is L4, and the interaction lengths of the subregions D41 to D43 are L41 to L43. In addition, it is assumed that the interaction lengths L11 to L43 of the respective sub-regions are all equal and L 0 = 13 mm.
さらに、サブ領域D11〜D13にて変換される基本波長のそれぞれを、第1の実施形態と同様に、λD1=1.06000μm、λD2=1.06015μm、λD3=1.06030μmとし、サブ領域D21〜D23にて変換される基本波長のそれぞれを、第1の実施形態と同様に、λD4=1.06105μm、λD5=1.06120μm、λD6=1.06135μmとする。また、サブ領域D31〜D33にて変換される基本波長のそれぞれを、λD7=1.06225μm、λD8=1.06240μm、λD9=1.06255μmとし、サブ領域D41〜D43にて変換される基本波長のそれぞれを、λD10=1.06345μm、λD11=1.06360μm、λD12=1.06375μmとする。 Further, the fundamental wavelengths converted in the sub-regions D11 to D13 are set to λ D1 = 1.06000 μm, λ D2 = 1.06015 μm, and λ D3 = 1.06030 μm, as in the first embodiment. The fundamental wavelengths converted in the regions D21 to D23 are set to λ D4 = 1.06105 μm, λ D5 = 1.06120 μm, and λ D6 = 1.06135 μm, as in the first embodiment. Further, the fundamental wavelengths converted in the sub-regions D31 to D33 are λ D7 = 1.06225 μm, λ D8 = 1.06240 μm, and λ D9 = 1.06255 μm, respectively, and converted in the sub-regions D41 to D43. The fundamental wavelengths are λ D10 = 1.06345 μm, λ D11 = 1.06360 μm, and λ D12 = 1.06375 μm.
図25は、分極反転波長変換素子500の波長変換効率の波長依存性を示した図である。図25で示されたように、分極反転波長変換素子500では、領域D1〜D4のそれぞれに対応する波長変換窓W1〜W4が形成される。 FIG. 25 is a diagram showing the wavelength dependence of the wavelength conversion efficiency of the polarization inversion wavelength conversion element 500. As shown in FIG. 25, in the polarization inversion wavelength conversion element 500, wavelength conversion windows W1 to W4 corresponding to the regions D1 to D4 are formed.
波長変換窓W1〜W4の幅は、全て0.45μmである。また、波長変換窓W1およびW2の波長間隔は、1.05nmであり、波長変換窓W2およびW3の波長間隔は、1.2nmであり、波長変換窓W3およびW4の波長間隔は、1.2nmである。このように分極反転波長変換素子500は、第一の実施形態で説明した分極反転波長変換素子200と異なり、波長変換窓は等間隔になっていないが、各波長変換窓に幅があるので、基本レーザ光300の波長変化による出力レーザ光400の光出力パワーの劣化を軽減することが可能になる。
The widths of the wavelength conversion windows W1 to W4 are all 0.45 μm. The wavelength interval between the wavelength conversion windows W1 and W2 is 1.05 nm, the wavelength interval between the wavelength conversion windows W2 and W3 is 1.2 nm, and the wavelength interval between the wavelength conversion windows W3 and W4 is 1.2 nm. It is. Thus, the polarization inversion wavelength conversion element 500 is different from the polarization inversion
次に導波路501の製造方法の一例について説明する。 Next, an example of a method for manufacturing the waveguide 501 will be described.
導波路501は、以下に述べるプロトン交換法を用いて形成した。なお、導波路501の幅は、4μm〜6μmであり、導波路501の深さは、2μm〜4μmである。 The waveguide 501 was formed using the proton exchange method described below. The width of the waveguide 501 is 4 μm to 6 μm, and the depth of the waveguide 501 is 2 μm to 4 μm.
LNで形成されたLN基板を用意し、そのLN基板の+Z面にクロム膜を蒸着する。そして、フォトリソグラフィー技術を用いて、光導波路の幅と長さに合わせた開口部を有するプロトン交換用マスクを形成する。 An LN substrate formed of LN is prepared, and a chromium film is deposited on the + Z plane of the LN substrate. Then, using a photolithography technique, a proton exchange mask having openings matching the width and length of the optical waveguide is formed.
次に、LN基板を200℃の安息香酸(C6H5COOH)の溶融液に浸す浸漬処理を120分間行い、LN基板のプロトン交換を行う。なお、プロトン交換溶融液である安息香酸の溶融液は、安息香酸500gに1mol%のリチウム安息香酸C6H5COOLi)を添加し、その添加物をガラス容器内で溶融して調製する。この添加物の融解温度は、安息香酸の沸点249℃より低いため、ガラス容器の上面を開放させた状態で基板の浸漬処理がなされる。 Next, the LN substrate is immersed in a melt of benzoic acid (C 6 H 5 COOH) at 200 ° C. for 120 minutes, and proton exchange of the LN substrate is performed. A benzoic acid melt as a proton exchange melt is prepared by adding 1 mol% of lithium benzoic acid C 6 H 5 COOLi to 500 g of benzoic acid and melting the additive in a glass container. Since the melting temperature of this additive is lower than the boiling point of benzoic acid, which is 249 ° C., the substrate is immersed while the upper surface of the glass container is opened.
ここで、プロトン交換による誘起欠陥は、リチウム安息香酸(C6H5COOLi)を用いて安息香酸にリチウムを補うことで低減する。また、プロトン交換法により、LN基板中のLi+と安息香酸の溶融液中のH+とが交換することで、LN基板の表面にステップ型の高屈折率領域を導波路として形成することができる。 Here, induced defects due to proton exchange are reduced by supplementing lithium with benzoic acid using lithium benzoic acid (C 6 H 5 COOLi). Further, by exchanging Li + in the LN substrate and H + in the benzoic acid melt by the proton exchange method, a step-type high refractive index region can be formed as a waveguide on the surface of the LN substrate. .
LN基板の浸漬処理を120分間行うと、LN基板を安息香酸の溶液から取り出し、そのLN基板からプロトン交換用マスクを除去する。その後、LN基板の高屈折領域を基板内部に拡散させて、高屈折領域内のH+濃度を最適化することで屈折率分布を最適化するために、LN基板を350℃で120分間加熱処理を行う。 When the immersion treatment of the LN substrate is performed for 120 minutes, the LN substrate is taken out of the benzoic acid solution, and the proton exchange mask is removed from the LN substrate. Thereafter, the LN substrate is heated at 350 ° C. for 120 minutes in order to optimize the refractive index distribution by diffusing the high refractive region of the LN substrate into the substrate and optimizing the H + concentration in the high refractive region. Do.
さらに、LN基板から所定の長さ分を切り出し、その両端面を光学的に研磨することで、分極反転波長変換素子を形成する。そして、分極反転波長変換素子の±Z面に垂直な面の一方を入射面とし、その入射面を、波長1064nmのレーザ光に対して反射率が0.2%以下となり、かつ、波長530nmのレーザ光に対して反射率が90%以上となるように誘電膜でコーティングする。 Further, the polarization inversion wavelength conversion element is formed by cutting out a predetermined length from the LN substrate and optically polishing both end faces thereof. Then, one of the planes perpendicular to the ± Z plane of the polarization inversion wavelength conversion element is used as an incident plane, and the reflectance of the incident plane is 0.2% or less with respect to a laser beam having a wavelength of 1064 nm, and a wavelength of 530 nm. Coating is performed with a dielectric film so that the reflectance with respect to the laser beam is 90% or more.
次にスペックルの低減率について評価する。 Next, the speckle reduction rate is evaluated.
高周波LDドライバ電源112が高周波重畳駆動を行っていない場合、出力レーザ光400の走査像のスペックルコントラストは、12.5%である。したがって、緑色のレーザ光が単一波長のレーザ光の場合における走査像のスペックルコントラストが25%であるので、本実施形態の光源のスペックルコントラストの低減率は、50%であった。これは、緑のレーザ光が、波長がそれぞれ異なる4つのレーザ光が独立している場合と一致する。
When the high-frequency LD
また、高周波LDドライバ電源112が高周波重畳駆動を行った場合、出力レーザ光400のスペックルは、図26で示したスペクトルとなる。この場合、出力レーザ光による走査像のスペックルコントラストは、11.2%であった。したがって、スペックルコントラストの低減率は、55.2%である。
Further, when the high frequency LD
次に第3の実施形態について説明する。 Next, a third embodiment will be described.
第1および第2の実施形態では、基本レーザ光300に含まれる基本波の光強度が等しい場合について説明したが、本実施形態では、基本波の光強度が異なる場合について説明する。
In the first and second embodiments, the case where the light intensity of the fundamental wave included in the
分極反転波長変換素子から出力される第二高調波の光強度は、基本波の光強度の2乗に比例するため、基本波における光強度が低い波長成分に対応する第二高調波の光強度が顕著に低くなるため、第二高調波の波長幅が小さくなる。このため、スペックルの低減率が低くなる。 Since the light intensity of the second harmonic output from the polarization inversion wavelength conversion element is proportional to the square of the light intensity of the fundamental wave, the light intensity of the second harmonic wave corresponding to the wavelength component having a low light intensity in the fundamental wave. Is significantly reduced, the wavelength width of the second harmonic is reduced. For this reason, the reduction rate of speckle becomes low.
上記の問題を解決するために、本実施形態の分極反転波長変換素子では、各領域が、各基本波の光強度と基本レーザ光のビームウエストの位置とに応じて、各領域から出射される第二高調波のピーク波長の光強度が均一になるように、基本レーザ光の進行方向に沿って配列される。より具体的には、各領域は、光強度が高い基本波ほど、基本レーザ光の直径の大きい位置で波長が変換されるように配列される。 In order to solve the above problem, in the polarization inversion wavelength conversion element of the present embodiment, each region is emitted from each region according to the light intensity of each fundamental wave and the position of the beam waist of the fundamental laser beam. They are arranged along the traveling direction of the basic laser beam so that the light intensity of the peak wavelength of the second harmonic becomes uniform. More specifically, each region is arranged so that the wavelength is converted at a position where the diameter of the fundamental laser beam is larger as the fundamental wave has a higher light intensity.
先ず、分極反転波長変換素子に入射される基本レーザ光の形状について説明する。 First, the shape of the basic laser light incident on the polarization inversion wavelength conversion element will be described.
図27は、基本レーザ光の波長スペクトルの一例を示した図である。図27で示したように、基本レーザ光の波長スペクトルの広がり幅σは、3nmである。広がり幅σは、光強度が最大値の波長から、光強度が最大値の1/eとなる波長までの長さである。 FIG. 27 is a diagram showing an example of the wavelength spectrum of the basic laser beam. As shown in FIG. 27, the spread width σ of the wavelength spectrum of the basic laser light is 3 nm. The spread width σ is a length from a wavelength at which the light intensity is maximum to a wavelength at which the light intensity is 1 / e of the maximum value.
図28は、PPLN結晶中のレーザ光のビーム形状を示した図であり、図29は、空気中のレーザ光のビーム形状を示した図である。図28および図29では、緑色レーザ光(波長:530nm)のビーム形状と、赤外線レーザ光(波長:1060nm)のビーム形状とが示されている。 FIG. 28 is a diagram showing the beam shape of laser light in a PPLN crystal, and FIG. 29 is a diagram showing the beam shape of laser light in air. 28 and 29, the beam shape of green laser light (wavelength: 530 nm) and the beam shape of infrared laser light (wavelength: 1060 nm) are shown.
図28および図29で示されたように、レーザ光は、波長が小さいほど、ビーム径の広がりが小さくなる。また、PPLN結晶の屈折率は空気の屈折率より高いので、PPLN結晶中のレーザ光の口径の広がりは、空気中のレーザ光の口径の広がりよりも小さい。 As shown in FIGS. 28 and 29, the laser beam has a smaller beam diameter spread as the wavelength is smaller. Further, since the refractive index of the PPLN crystal is higher than the refractive index of air, the spread of the diameter of the laser light in the PPLN crystal is smaller than the spread of the diameter of the laser light in the air.
図30は、PPLN結晶中のレーザ光のビーム形状と、レーザ光のビームウエスト幅との関係を示した図である。図30では、ビームウエスト幅が50μm、100μmおよび150μmの場合における、レーザ光のビーム形状が示されている。図30で示されたように、ウエスト幅が小さくなるほど、レーザ光の口径の広がりは大きくなるが、ウエスト幅が100μmおよび150μmの場合、レーザ光の口径はあまり差がない。 FIG. 30 is a diagram showing the relationship between the beam shape of the laser light in the PPLN crystal and the beam waist width of the laser light. FIG. 30 shows the beam shape of the laser light when the beam waist width is 50 μm, 100 μm, and 150 μm. As shown in FIG. 30, as the waist width becomes smaller, the spread of the diameter of the laser light becomes larger. However, when the waist width is 100 μm and 150 μm, the diameter of the laser light is not so different.
次に、本実施形態のレーザ光源について説明する。 Next, the laser light source of this embodiment will be described.
図31は、本実施形態のレーザ光源の構成を示したブロック図である。図31において、レーザ光源は、光出力部600と、波長変換部601とを有する。なお、光出力部600および波長変換部601は、基板50上に配置されている。
FIG. 31 is a block diagram showing the configuration of the laser light source of the present embodiment. In FIG. 31, the laser light source includes a
光出力部600は、LDモジュール611と、高周波LDドライバ電源612と、温度制御部613と、1/2波長板614とを有する。
The
LDモジュール611は、LDチップ621と、コリメータレンズ622と、ヒートシンク623とを有する。 The LD module 611 includes an LD chip 621, a collimator lens 622, and a heat sink 623.
LDチップ621は、複数の波長ピークを有する多波長赤外線レーザ光である基本レーザ光350を出射する。なお、本実施形態では、基本レーザ光350の波長ピークは9個あるものとする。
The LD chip 621 emits
コリメータレンズ622は、LDチップ621から出力された基本レーザ光350を平行光にして出力する。ヒートシンク623は、LDチップ621にて発生された熱を拡散する。
The collimator lens 622 outputs the
高周波LDドライバ電源612は、駆動部と呼ばれることもある。高周波LDドライバ電源612は、LDモジュール611の高周波重畳駆動を行って、LDモジュール611から基本レーザ光350を出射させる。 The high frequency LD driver power supply 612 may be called a drive unit. The high frequency LD driver power source 612 performs high frequency superposition driving of the LD module 611 and emits the basic laser light 350 from the LD module 611.
図32は、基本レーザ光350のスペクトルを示した図である。図32で示されたように、基本レーザ光350は、波長間隔が1nmの波長ピークλ1〜λ9を有する。なお、λ1<λ2<λ3<λ4<λ5<λ6<λ7<λ8<λ9を満たす。また、基本レーザ光350のスペクトルの広がり幅σは、4nmである。
FIG. 32 is a diagram showing the spectrum of the
図31の説明に戻る。温度制御部613は、LDモジュール611内のLDチップ621の温度を測定し、その温度が一定になるように、LDモジュール611内のヒートシンク623の温度を調整する。 Returning to the description of FIG. The temperature control unit 613 measures the temperature of the LD chip 621 in the LD module 611 and adjusts the temperature of the heat sink 623 in the LD module 611 so that the temperature becomes constant.
1/2波長板614は、多波長赤外線レーザ光を、偏光方向を鉛直方向に変換して波長変換部601に出射する。 The half-wave plate 614 converts the multi-wavelength infrared laser light to the wavelength conversion unit 601 after converting the polarization direction to the vertical direction.
波長変換部601は、素子支持台631と、温度制御部632と、集光レンズ633と、出射光調整レンズ634と、分極反転波長変換素子700とを有する。なお、温度制御部632、集光レンズ633、出射光調整レンズ634および分極反転波長変換素子700は、素子支持台631上に配置される。
The wavelength conversion unit 601 includes an element support base 631, a temperature control unit 632, a
温度制御部632は、ヒートシンクを有し、そのヒートシンクを用いて分極反転波長変換素子700の温度を一定に制御する。 The temperature control unit 632 includes a heat sink, and controls the temperature of the polarization inversion wavelength conversion element 700 to be constant using the heat sink.
集光レンズ633は、第一集光部と呼ばれることもある。集光レンズ633は、基本レーザ光350を第一の所望の口径に集光して分極反転波長変換素子700の入射面に入射する。
The condensing
分極反転波長変換素子700は、バルク型のSHG素子であり、周期的分極構造を有する。分極反転波長変換素子700は、集光レンズ633を介して入射された基本レーザ光350の波長を変換して出力レーザ光450として出射光調整レンズ134に出射する。
The polarization inversion wavelength conversion element 700 is a bulk SHG element and has a periodic polarization structure. The polarization inversion wavelength conversion element 700 converts the wavelength of the
出射光調整レンズ634は、分極反転波長変換素子700から出射された出力レーザ光450を平行光にして出射する。
The emitted
図33は、分極反転波長変換素子700のより詳細な構成を示した図である。図33において、分極反転波長変換素子700は、入射面701と、分極反転構造部702と、出射面703とを有する。 FIG. 33 is a diagram showing a more detailed configuration of the polarization inversion wavelength conversion element 700. In FIG. 33, the polarization inversion wavelength conversion element 700 has an incident surface 701, a polarization inversion structure portion 702, and an exit surface 703.
入射面701には、基本レーザ光350が入射される。
The
分極反転構造部702では、分極反転構造を有する複数の領域が並設されている。各領域は、基本レーザ光350のうち、波長帯域が分離された複数の波長成分である複数の基本波のそれぞれの波長を変換して、波長帯域が分離された複数の変換波のそれぞれを出射する。
In the domain-inverted structure portion 702, a plurality of regions having domain-inverted structures are arranged in parallel. Each region converts each wavelength of a plurality of fundamental waves, which are a plurality of wavelength components separated from each other in the
図33では、分極反転構造部702は、分極反転周期構造を有する9個の領域D1〜D9が並設されている。なお、領域D1〜D9の相互作用長は、全て10mm(=L0)である。 In FIG. 33, the domain-inverted structure portion 702 includes nine regions D1 to D9 each having a domain-inverted periodic structure. The interaction lengths of the regions D1 to D9 are all 10 mm (= L 0 ).
領域D1〜D9のそれぞれにて波長が変換される基本波の基本波長は、領域D1から順にλ1、λ2…λ9となっている。したがって、領域D1は、波長λ1の基本波と疑似位相整合し、領域D2は、波長λ2の基本波と疑似位相整合し、領域D3は、波長λ3の基本波と疑似位相整合し、領域D4は、波長λ4の基本波と疑似位相整合し、領域D5は、波長λ5の基本波と疑似位相整合し、領域D6は、波長λ6の基本波と疑似位相整合し、領域D7は、波長λ7の基本波と疑似位相整合し、領域D8は、波長λ8の基本波と疑似位相整合し、領域D9は、波長λ9の基本波と疑似位相整合するように、分極反転構造部702の分極反転周期が設定されている。なお、各領域は、40℃で疑似位相整合するように設定されている。
The fundamental wavelengths of the fundamental waves whose wavelengths are converted in each of the regions D1 to D9 are λ 1 , λ 2 ... Λ 9 in order from the region D1. Therefore, the region D1 is quasi-phase matched with the fundamental wave with the wavelength λ 1 , the region D2 is quasi-phase matched with the fundamental wave with the wavelength λ 2 , and the region D3 is quasi-phase matched with the fundamental wave with the wavelength λ 3 , region D4 is to the fundamental wave and the quasi phase matching wavelength lambda 4, area D5 is to the fundamental wave and the quasi-phase matching wavelength lambda 5, region D6 is to the fundamental wave and the quasi-phase matching wavelength lambda 6, region D7 Is quasi-phase matched with the fundamental wave of wavelength λ 7 ,
領域D1〜D9が、各基本波の光強度と基本レーザ光350のビームウエストの位置とに応じて、領域D1〜D9から出射される第二高調波のピーク波長の光強度が均一になるように、基本レーザ光350の進行方向に沿って配列される。より具体的には、各領域は、光強度が高い基本波ほど、基本レーザ光350の直径の大きい位置で波長が変換されるように配列される。図33では、入射面701から順に、領域D5、D4、D3、D2、D1、D9、D8、D7、D6の順に配列されている。
In the regions D1 to D9, the light intensity of the peak wavelength of the second harmonic emitted from the regions D1 to D9 is uniform according to the light intensity of each fundamental wave and the position of the beam waist of the
図33では、領域D1〜D9にて変換される基本波の基本波長は、入射面701からλ5、λ4、λ3、λ2、λ1、λ9、λ8、λ7、λ6の順番に並んでいる。したがって
集光レンズ633は、基本レーザ光350のビームウエストが領域D5およびD6の境界に位置するように設けられる。なお、基本レーザ光350のビームウエスト幅が100μmの場合、入射面701における基本レーザ光350の口径(直径)は、310μmとなり、基本レーザ光350のビームウエスト幅が50μmの場合、入射面701における基本レーザ光350の口径は、610μmとなる。
In FIG. 33, the fundamental wavelengths of the fundamental waves converted in the regions D1 to D9 are λ 5 , λ 4 , λ 3 , λ 2 , λ 1 , λ 9 , λ 8 , λ 7 , λ 6 from the incident surface 701. Are in order. Therefore, the condensing
図34は、分極反転波長変換素子700の波長変換効率と基本波の波長との関係を示した図である。図34で示されたように、波長変換効率は、領域D1〜D9のそれぞれに対応する9個のピークを有する。 FIG. 34 is a diagram showing the relationship between the wavelength conversion efficiency of the polarization inversion wavelength conversion element 700 and the wavelength of the fundamental wave. As shown in FIG. 34, the wavelength conversion efficiency has nine peaks corresponding to each of the regions D1 to D9.
次にスペックルについて説明する。 Next, speckle will be described.
先ず、基本レーザ光350の波長スペクトルの広がり幅σが4nmである場合について説明する。
First, the case where the spread width σ of the wavelength spectrum of the
図35は、出力レーザ光450の投射画像のスペックルコントラストおよび出力レーザ光450の光出力パワーと、基本レーザ光350のビームウエスト幅との関係を示した図である。なお、図35において、実線は、スペックルコントラストを示し、点線は、光出力パワーを示す。
FIG. 35 is a diagram showing the relationship between the speckle contrast of the projected image of the
図35で示されたように、スペックルコントラストは、ビームウエスト幅が80〜100μmの場合に最小となる。また、光出力パワーはビームウエスト幅が100〜130μmの場合に最大となる。 As shown in FIG. 35, the speckle contrast is minimized when the beam waist width is 80 to 100 μm. Further, the optical output power becomes maximum when the beam waist width is 100 to 130 μm.
また、ビームウエスト幅が50μmの場合、スペックルコントラストは10.1%であり、光出力パワーは18.6mWである。また、ビームウエスト幅が100μmの場合、スペックルコントラストは8.4%であり、光出力パワーは30mWである。さらに、ビームウエスト幅が150μmの場合、スペックルコントラストは8.9%であり、光出力パワーは28.1mWである。 When the beam waist width is 50 μm, the speckle contrast is 10.1% and the optical output power is 18.6 mW. When the beam waist width is 100 μm, the speckle contrast is 8.4% and the optical output power is 30 mW. Further, when the beam waist width is 150 μm, the speckle contrast is 8.9% and the optical output power is 28.1 mW.
図36〜図38は、出力レーザ光450のスペクトルを示した図である。なお、図36では、出力レーザ光450のビームウエスト幅が50μmであり、図37では、出力レーザ光450のビームウエスト幅が100μmであり、図38では、出力レーザ光450のビームウエスト幅が150μmである。
36 to 38 are diagrams showing the spectrum of the
図36〜図38で示されたように、ビームウエスト幅が100μmの場合、出力レーザ光450の光強度分布は比較的均一になる。
As shown in FIGS. 36 to 38, when the beam waist width is 100 μm, the light intensity distribution of the
次に、基本レーザ光350の波長スペクトルの広がり幅σが3nmである場合について説明する。
Next, the case where the spread width σ of the wavelength spectrum of the
図39は、広がり幅σが3nmの基本レーザ光350の波長スペクトルを示した図である。また、図40は、出力レーザ光450の投射画像のスペックルコントラストおよび出力レーザ光450の光出力パワーと、基本レーザ光350のビームウエスト幅との関係を示した図である。なお、図40において、実線は、スペックルコントラストを示し、点線は、光出力パワーを示す。
FIG. 39 is a diagram showing a wavelength spectrum of the
図40で示されたように、スペックルコントラストは、ビームウエスト幅が50〜60μmの場合に最小となる。また、光出力パワーはビームウエスト幅が120〜150μmの場合に最大となる。 As shown in FIG. 40, the speckle contrast is minimized when the beam waist width is 50 to 60 μm. Further, the optical output power becomes maximum when the beam waist width is 120 to 150 μm.
また、ビームウエスト幅が50μmの場合、スペックルコントラストは8.4%であり、光出力パワーは12mWである。また、ビームウエスト幅が100μmの場合、スペックルコントラストは9.2%であり、光出力パワーはが27mWである。ビームウエスト幅が150μmの場合、スペックルコントラストは10.0%であり、光出力パワーは29.8mWである。 When the beam waist width is 50 μm, the speckle contrast is 8.4% and the optical output power is 12 mW. When the beam waist width is 100 μm, the speckle contrast is 9.2% and the optical output power is 27 mW. When the beam waist width is 150 μm, the speckle contrast is 10.0% and the optical output power is 29.8 mW.
図41〜図43は、出力レーザ光450の波長スペクトルを示した図である。なお、図41では、出力レーザ光450のビームウエスト幅が50μmであり、図42では、出力レーザ光450のビームウエスト幅が100μmであり、図43では、出力レーザ光450のビームウエスト幅が150μmである。
41 to 43 are diagrams showing the wavelength spectrum of the
図41〜図43で示されたように、ビームウエスト幅が50μmの場合、出力レーザ光450の光強度分布が比較的均一になったが、光出力パワーは比較的小さい。また、基本レーザ光350の波長スペクトルの広がり幅σが4nmの場合と比べて、ビームウエスト幅を大きくした時の、スペックルコントラストの増加率が高い。しかしながら、ビームウエスト幅を小さくすると、光出力パワーが非常に小さくなるので、基本レーザ光350の波長スペクトルの広がり幅σが3nmの場合、スペックルコントラストがやや高くなるが、ビームウエスト幅は100μm程度がよい。
As shown in FIGS. 41 to 43, when the beam waist width is 50 μm, the light intensity distribution of the
次に基本レーザ光350の波長スペクトルの広がり幅σが5nmである場合について説明する。
Next, a case where the spread width σ of the wavelength spectrum of the
図44は、広がり幅σが5nmの基本レーザ光350の波長スペクトルを示した図である。また、図45は、出力レーザ光450の投射画像のスペックルコントラストおよび出力レーザ光450の光出力パワーと、基本レーザ光350のビームウエスト幅との関係を示した図である。なお、図45において、実線は、スペックルコントラストを示し、点線は、光出力パワーを示す。
FIG. 44 is a diagram showing a wavelength spectrum of the
図45で示されたように、スペックルコントラストは、ビームウエスト幅が100〜150μmの場合に最小となる。また、光出力パワーはビームウエスト幅が70〜130μmの場合に最大となる。 As shown in FIG. 45, the speckle contrast is minimized when the beam waist width is 100 to 150 μm. Further, the optical output power becomes maximum when the beam waist width is 70 to 130 μm.
また、ビームウエスト幅が50μmの場合、スペックルコントラストは11.6%であり、光出力パワーが24.7mWである。また、ビームウエスト幅が100μmの場合、スペックルコントラストは8.5%であり、光出力パワーが32mWである。ビームウエスト幅が150μmの場合、スペックルコントラストは8.5%であり、光出力パワーが28.1mWである。 When the beam waist width is 50 μm, the speckle contrast is 11.6% and the optical output power is 24.7 mW. When the beam waist width is 100 μm, the speckle contrast is 8.5% and the optical output power is 32 mW. When the beam waist width is 150 μm, the speckle contrast is 8.5% and the optical output power is 28.1 mW.
図46〜図48は、出力レーザ光450の波長スペクトルを示した図である。なお、図46では、出力レーザ光450のビームウエスト幅が50μmであり、図47では、出力レーザ光450のビームウエスト幅が100μmであり、図48では、出力レーザ光450のビームウエスト幅が150μmである。
46 to 48 are diagrams showing the wavelength spectrum of the
図46〜図48で示されたように、ビームウエストの幅が100μm以上になると、光出力パワーが低下し、ビームウエストの幅を100μm以下になると、スペックルコントラストが上昇する。スペックルコントラストを低くしつつ、十分な光出力パワーを得るためには、ビームウエストの幅は100μm〜150μm程度であればよい。 As shown in FIGS. 46 to 48, when the width of the beam waist becomes 100 μm or more, the optical output power decreases, and when the width of the beam waist becomes 100 μm or less, the speckle contrast increases. In order to obtain a sufficient optical output power while lowering the speckle contrast, the width of the beam waist may be about 100 μm to 150 μm.
本実施形態によれば、分極反転構造部702では、光強度の大きい基本波の波長を変換する領域ほど、基本レーザ光350の直径の大きい位置に設けられる。
According to the present embodiment, in the domain-inverted structure portion 702, the region where the wavelength of the fundamental wave having a higher light intensity is converted is provided at a position where the diameter of the
この場合、基本波の光強度が等しくなくても、第二高調波のピーク波長の光強度が均一にすることが可能になり、スペックルコントラストの低減率の高くすることが可能になる。 In this case, even if the light intensity of the fundamental wave is not equal, the light intensity of the peak wavelength of the second harmonic can be made uniform, and the reduction rate of speckle contrast can be increased.
次に第4の実施形態について説明する。 Next, a fourth embodiment will be described.
図49は、本実施形態のレーザ光源の構成を示したブロック図である。図49において、レーザ光源は、図31で示したレーザ光源と比べて、分極反転波長変換素子700の代わりに、分極反転波長変換素子710を有する。 FIG. 49 is a block diagram showing the configuration of the laser light source of the present embodiment. 49, the laser light source has a polarization inversion wavelength conversion element 710 instead of the polarization inversion wavelength conversion element 700, as compared with the laser light source shown in FIG.
分極反転波長変換素子710は、導波路型のSHG素子であり、周期的分極構造を有する。分極反転波長変換素子710は、集光レンズ633を介して入射された基本レーザ光350の波長を変換して出力レーザ光450として出射光調整レンズ134に出射する。
The polarization inversion wavelength conversion element 710 is a waveguide type SHG element and has a periodic polarization structure. The polarization inversion wavelength conversion element 710 converts the wavelength of the
図50は、分極反転波長変換素子710の構成を示した図である。図50において、分極反転波長変換素子710は、入射面711と、分極反転構造部712と、出射面713と、誘電膜711Aおよび713Aを有する。なお、分極反転波長変換素子710は、温度制御部632のヒートシンク632A上に配置されている。 FIG. 50 is a diagram showing a configuration of the polarization inversion wavelength conversion element 710. In FIG. 50, the polarization inversion wavelength conversion element 710 has an entrance surface 711, a polarization inversion structure portion 712, an exit surface 713, and dielectric films 711A and 713A. The polarization inversion wavelength conversion element 710 is disposed on the heat sink 632A of the temperature control unit 632.
入射面711には、基本レーザ光350が入射される。
The
分極反転構造部712は、分極反転構造を有する複数の領域が並設されている。各領域は、基本レーザ光350のうち、波長帯域が分離された複数の波長成分である複数の基本波のそれぞれの波長を変換して、波長帯域が分離された複数の変換波のそれぞれを出射する。
In the domain-inverted structure portion 712, a plurality of regions having domain-inverted structures are arranged in parallel. Each region converts each wavelength of a plurality of fundamental waves, which are a plurality of wavelength components separated from each other in the
また、分極反転構造部712には、基本レーザ光350を所定の断面積の空間に閉じ込めて伝搬させるための導波路720が形成されている。
In addition, a waveguide 720 for confining and propagating the
出射面713は、分極反転構造部712生成された出力レーザ光450が出射される。誘電膜711Aは、入射面711に形成され、基本レーザ光350の反射を軽減する反射防止膜として機能する。誘電膜713Aは、出射面713に形成され、出力レーザ光450の反射を軽減する反射防止膜として機能する。
The output surface 713 emits the
図51は、分極反転波長変換素子710の構成を示した図である。図51では、分極反転波長変換素子710は、入射面711と、分極反転構造部712と、出射面713と、導波路720とが示されている。 FIG. 51 is a diagram showing a configuration of the polarization inversion wavelength conversion element 710. In FIG. 51, the polarization inversion wavelength conversion element 710 includes an entrance surface 711, a polarization inversion structure portion 712, an exit surface 713, and a waveguide 720.
図51で示されたように、分極反転構造部712では、入射面711から順に、領域D1〜D9が並設されている。 As shown in FIG. 51, in the domain-inverted structure portion 712, regions D1 to D9 are arranged in parallel from the incident surface 711.
本実施形態では、領域D1〜D9の相互作用長L1〜L9は、出力レーザ光450内の各変換波のピーク波長の光強度が均一になるように、各基本波の光強度に応じて設定される。より具体的には、領域D1〜D9の相互作用長L1〜L9は、光強度が高い基本波を変換する領域ほど短くなる。
In this embodiment, the interaction lengths L1 to L9 of the regions D1 to D9 are set according to the light intensity of each fundamental wave so that the light intensity at the peak wavelength of each converted wave in the
図52および図53は、基本レーザ光350のスペクトルと各領域の相互作用長の関係を示した図である。
52 and 53 are diagrams showing the relationship between the spectrum of the
図52では、基本波の波長スペクトルの広がり幅σが3nmであるとし、分極反転波長変換素子710の素子長Lを30mmとしている。この場合、各領域の相互作用長L1〜L9は、L1=7.51mm、L2=3.45 mm、L3=1.98mm、L4=1.42mm、L5=1.27 mm、L6=1.42、L7=1.98 mm、L8=3.45mm、L9=7.51mmとなる。 In FIG. 52, the spread width σ of the wavelength spectrum of the fundamental wave is 3 nm, and the element length L of the polarization inversion wavelength conversion element 710 is 30 mm. In this case, the interaction lengths L1 to L9 of each region are L1 = 7.51 mm, L2 = 3.45 mm, L3 = 1.98 mm, L4 = 1.42 mm, L5 = 1.27 mm, L6 = 1. 42, L7 = 1.98 mm, L8 = 3.45 mm, and L9 = 7.51 mm.
なお、基本波の波長スペクトルの広がり幅σが3nmであり、分極反転波長変換素子710の素子長Lを25mmの場合、各領域の相互作用長L1〜L9は、L1=6.26mm、L2=2.88mm、L3=1.65mm、L4=1.18mm、L5=1.06 mm、L6=1.18mm、L7=1.65mm、L8=2.88mm、L9=6.26mmとなる。 In addition, when the spread width σ of the wavelength spectrum of the fundamental wave is 3 nm and the element length L of the polarization inversion wavelength conversion element 710 is 25 mm, the interaction lengths L1 to L9 of each region are L1 = 6.26 mm, L2 = 2.88 mm, L3 = 1.65 mm, L4 = 1.18 mm, L5 = 1.06 mm, L6 = 1.18 mm, L7 = 1.65 mm, L8 = 2.88 mm, L9 = 6.26 mm.
図53は、基本波の波長スペクトルの広がり幅σが4nmであるとし、分極反転波長変換素子710の素子長Lを30mmとしている。この場合、各領域の相互作用長L1〜L9は、L1=5.57mm、L2=3.60mm、L3=2.63mm、L4=2.18mm、L5=2.05 mm、L6=2.18mm、L7=2.63 mm、L8=3.60mm、L9=5.57mmとなる。 In FIG. 53, the spread width σ of the wavelength spectrum of the fundamental wave is 4 nm, and the element length L of the polarization inversion wavelength conversion element 710 is 30 mm. In this case, the interaction lengths L 1 to L 9 of each region are L1 = 5.57 mm, L2 = 3.60 mm, L3 = 2.63 mm, L4 = 2.18 mm, L5 = 2.05 mm, L6 = 2. .18 mm, L7 = 2.63 mm, L8 = 3.60 mm, and L9 = 5.57 mm.
なお、基本波の波長スペクトルの広がり幅σが4nmであり、分極反転波長変換素子710の素子長Lを25mmの場合、各領域の相互作用長L1〜L9は、L1=4.64mm、L2=3.00mm、L3=2.19mm、L4=1.82mm、L5=1.71 mm、L6=1.82mm、L7=2.19 mm、L8=3.00mm、L9=4.64mmとなる。 When the spread width σ of the wavelength spectrum of the fundamental wave is 4 nm and the element length L of the polarization inversion wavelength conversion element 710 is 25 mm, the interaction lengths L 1 to L 9 of each region are L1 = 4.64 mm, L2 = 3.00 mm, L3 = 2.19 mm, L4 = 1.82 mm, L5 = 1.71 mm, L6 = 1.82 mm, L7 = 2.19 mm, L8 = 3.00 mm, L9 = 4.64 mm Become.
次に、相互作用長の具体的な決定方法について説明する。なお、分極反転波長変換素子710の素子長をL、基本波長λkの基本波と疑似位相整合する領域の相互作用長をLkとすると、 Next, a specific method for determining the interaction length will be described. If the element length of the polarization inversion wavelength conversion element 710 is L, and the interaction length of the region that is pseudo-phase matched with the fundamental wave of the fundamental wavelength λ k is L k ,
を満たす。また、基本レーザ光350の光出力パワーをA、基本波長λkの基本波の光強度akをとすると、
Meet. Also, assuming that the optical output power of the
を満たす。この場合、出力レーザ光450内の波長λk/2の出射光の光出力パワーPkは、
Meet. In this case, the optical output power P k of the emitted light having the wavelength λ k / 2 in the
と表わすことができる。このとき出力レーザ光450の光出力パワーPは、
Can be expressed as At this time, the optical output power P of the
であり、出力レーザ光450のスペックルコントラストCは、
The speckle contrast C of the
である。 It is.
出力レーザ光450の光出力パワーPをできるだけ大きくし、かつ、出力レーザ光450による投射画像のスペックルコントラストCをできるだけ小さくするように、相互作用長Lkを選ぶことが望ましい。
It is desirable to select the interaction length L k so that the optical output power P of the
出力レーザ光450が緑色のレーザ光の場合、出射光の変換波長λk/2の間隔が0.5nmより大きければ、各第二高調波を独立していると考えられるため、各第二高調波の光出力パワーPkは独立にスペックルに寄与すると考えられる。この場合、出力レーザ光450のスペックルコントラストCは、各相互作用長Lkを
When the
と選択すればスペックルコントラストCを最小にすることができる。この場合、第二高調波の光出力パワーPkは、 The speckle contrast C can be minimized. In this case, the optical output power P k of the second harmonic is
となり、kに依存しなくなる。このため、各第二高調波の光強度が一定の平坦な出力レーザ光450が得られる。このとき、出力レーザ光450のスペックルコントラストCは、
And does not depend on k. Therefore, a flat
となる。 It becomes.
図54は、各相互作用長Lkが数28を満たす場合における出力レーザ光450のスペクトルを示した図である。図54では、出力レーザ光450内の各第二高調波の波長間隔が0.5nmである。したがって、各第二高調波の波長間隔が十分大きいので、各第二高調波が独立にスペックルに寄与することになる。したがって、本実施形態では、出力レーザ光450には9個の波長ピークがあるので、スペックルコントラストの減少率が最大で1/3となる。
FIG. 54 is a diagram showing a spectrum of the
例えば、緑色レーザ光が単一波長のレーザ光の場合における走査像のスペックルコントラストが25%であるとき、緑色のレーザ光が本実施形態の出力レーザ光の場合における走査像のスペックルコントラストは、8.3(=25/3)%となる。 For example, when the speckle contrast of the scanned image when the green laser beam is a single wavelength laser beam is 25%, the speckle contrast of the scanned image when the green laser beam is the output laser beam of this embodiment is 8.3 (= 25/3)%.
なお、複数のレーザ光を光ファイバなどで単一光に合波すれば、基本レーザ光350の光出力パワーを大きくすることができるが、装置が大きくなる。このため、シングルモードLD素子で出力可能なレーザ光の光出力パワーを鑑みて、基本レーザ光350の光出力パワーは0.5w〜2.5Wとした。
Note that if a plurality of laser beams are combined into a single beam by an optical fiber or the like, the optical output power of the
また、分極反転波長変換素子の素子長は10mm〜30mmが目標値である。本実施形態のレーザ光源を用いた走査型プロジェクタで10〜20ルーメンの白色光を出射するためには、光学損失を鑑みて、緑色レーザ光の光出力パワーは60mW程度が望ましい。 The element length of the polarization inversion wavelength conversion element is a target value of 10 mm to 30 mm. In order to emit 10 to 20 lumens of white light with the scanning projector using the laser light source of the present embodiment, the light output power of the green laser light is preferably about 60 mW in view of optical loss.
出力レーザ光450は、分極反転波長変換素子710の素子長と基本レーザ光350の光出力パワーの2乗に比例するため、緑色レーザ光の光出力パワーを一定にする場合、基本レーザ光350の光パワーが大きければ、分極反転波長変換素子710の素子長を小さくすることができる。基本レーザ光350の波長スペクトルの広がり幅σが4nmの場合、基本レーザ光350の光出力パワーを1.5W、分極反転波長変換素子710の素子長を28mm、導波路の幅Wを5μmとした場合、出力レーザ光450として60mWの緑色のレーザ光が得られた。なお、走査像のスペックルコントラストCは、分極反転波長変換素子の素子長に依らず8.3%となる。
Since the
次に、基本レーザ光350の光出力パワー、出力レーザ光450の光出力パワー、素子長および導波路720の幅Wの関係について説明する。以下では、基本レーザ光350の波長帯域を1060nm〜1068nmとする。また、基本レーザ光350の光出力パワーを励起光出力パワーと呼び、出力レーザ光450の光出力パワーの光出力パワーを緑光出力パワーと呼ぶこともある。
Next, the relationship between the optical output power of the
先ず、基本レーザ光350の波長スペクトルの広がり幅σが3nmの場合について説明する。
First, the case where the spread width σ of the wavelength spectrum of the
図55は、緑光出力パワーPGの素子長Lに対する依存性を示した図である。なお、図55では、励起光出力パワーPEを1.5Wとしている。 FIG. 55 is a diagram showing the dependency of the green light output power PG on the element length L. In FIG. 55, the pumping light output power PE is 1.5 W.
図55で示されたように、素子長Lが一定であれば、導波路720の幅Wが小さいほど、緑光出力パワーPGは大きくなる。例えば、素子長Lが30mmの場合、導波路720の幅Wが5μmであると、緑光出力パワーPGは40mWとなり、導波路720の幅Wが4μmであると、緑光出力パワーPGは60mWとなる。 As shown in FIG. 55, if the element length L is constant, the green light output power PG increases as the width W of the waveguide 720 decreases. For example, when the element length L is 30 mm, the green light output power PG is 40 mW when the width W of the waveguide 720 is 5 μm, and the green light output power PG is 60 mW when the width W of the waveguide 720 is 4 μm. .
図56は、緑光出力パワーPGの素子長Lに対する依存性を示した図である。なお、図56では、導波路720の幅Wを5μmとしている。 FIG. 56 is a diagram showing the dependency of the green light output power PG on the element length L. In FIG. 56, the width W of the waveguide 720 is 5 μm.
図56で示されたように、素子長Lが一定であれば、励起光出力パワーPEが大きいほど、緑光出力パワーPGは大きくなる。緑光出力パワーを60mWとするためには、励起光出力パワーが1.5Wであると、素子長Lとしては36mmが必要となる。 As shown in FIG. 56, if the element length L is constant, the green light output power PG increases as the pump light output power PE increases. In order to set the green light output power to 60 mW, if the pump light output power is 1.5 W, the element length L needs to be 36 mm.
図57は、緑光出力パワーPGの励起光出力パワーPEに対する依存性を示した図である。なお、図57では、導波路720の幅Wを5μmとしている。 FIG. 57 is a diagram showing the dependency of the green light output power PG on the pumping light output power PE. In FIG. 57, the width W of the waveguide 720 is 5 μm.
図57で示されたように、緑光出力パワーを60mWにするためには、素子長Lが30mmであると、励起出力パワーとしては1.8Wが必要となる。 As shown in FIG. 57, in order to set the green light output power to 60 mW, when the element length L is 30 mm, 1.8 W is required as the excitation output power.
図58は、素子長Lの励起光出力パワーPGに対する依存性を示した図である。なお、図58では、導波路720の幅Wを5μmとしている。図58で示されたように、励起光出力パワーPGおよび素子長Lの関係は、反比例となる。 FIG. 58 is a diagram showing the dependency of the element length L on the pumping light output power PG. In FIG. 58, the width W of the waveguide 720 is 5 μm. As shown in FIG. 58, the relationship between the pumping light output power PG and the element length L is inversely proportional.
次に、基本レーザ光350の波長スペクトルの広がり幅σが4nmの場合について説明する。この場合、広がり幅σが広くなった分だけ、装置の小型化に有利である。
図59は、緑光出力パワーPGの素子長Lに対する依存性を示した図である。なお、図59では、励起光出力パワーPEを1.5Wとしている。
Next, a case where the spread width σ of the wavelength spectrum of the
FIG. 59 is a diagram showing the dependency of the green light output power PG on the element length L. In FIG. 59, the pumping light output power PE is 1.5 W.
図59で示されたように、素子長Lが一定であれば、導波路720の幅Wが小さいほど、緑光出力パワーPGは大きくなる。例えば、素子長Lが30mmの場合、導波路720の幅Wが5μmであると、緑光出力パワーPGは70mWとなり、素子長Lが25mmの場合、導波路720の幅Wが5μmであると、緑光出力パワーPGは50mWとなる。
図60は、緑光出力パワーPGの素子長Lに対する依存性を示した図である。なお、図60では、導波路720の幅Wを5μmとしている。
As shown in FIG. 59, if the element length L is constant, the green light output power PG increases as the width W of the waveguide 720 decreases. For example, when the element length L is 30 mm, when the width W of the waveguide 720 is 5 μm, the green light output power PG is 70 mW. When the element length L is 25 mm, the width W of the waveguide 720 is 5 μm. The green light output power PG is 50 mW.
FIG. 60 is a diagram showing the dependency of the green light output power PG on the element length L. In FIG. 60, the width W of the waveguide 720 is 5 μm.
図60で示されたように、素子長Lが一定であれば、励起光出力パワーPEが大きいほど、緑光出力パワーPGは大きくなる。緑光出力パワーを60mWとするためには、励起光出力パワーが1.5Wであると、素子長Lとしては28mmが必要となる。 As shown in FIG. 60, if the element length L is constant, the green light output power PG increases as the pump light output power PE increases. In order to set the green light output power to 60 mW, if the pumping light output power is 1.5 W, the element length L needs to be 28 mm.
図61は、緑光出力パワーPGの励起光出力パワーPEに対する依存性を示した図である。なお、図61では、導波路720の幅Wを5μmとしている。 FIG. 61 is a diagram showing the dependency of the green light output power PG on the pumping light output power PE. In FIG. 61, the width W of the waveguide 720 is 5 μm.
図61で示されたように、緑光出力パワーを60mWにするためには、素子長Lが30mmであると、励起出力パワーとしては1.4Wが必要となる。 As shown in FIG. 61, in order to set the green light output power to 60 mW, when the element length L is 30 mm, 1.4 W is required as the excitation output power.
図62は、素子長Lの励起光出力パワーPGに対する依存性を示した図である。なお、図62では、導波路720の幅Wを5μmとしている。図62で示されたように、励起光出力パワーPGおよび素子長Lの関係は、反比例となる。 FIG. 62 is a diagram showing the dependency of the element length L on the pumping light output power PG. In FIG. 62, the width W of the waveguide 720 is 5 μm. As shown in FIG. 62, the relationship between the pumping light output power PG and the element length L is inversely proportional.
以上説明したように、緑光出力パワーPGは、基本レーザ光350の波長スペクトルの広がり幅σ、励起光出力パワーPE、素子長Lおよび導波路720の幅Wに依存する。これらのパラメータには制限があるため、スペックルコントラストCを最小にし、かつ、所望の緑光出力パワーを得ることができない場合がある。
As described above, the green light output power PG depends on the spread spectrum σ of the wavelength spectrum of the
以下では、所望の緑光出力パワーを得つつ、スペックルコントラストCをできるだけ小さくする方法について説明する。 Hereinafter, a method for reducing speckle contrast C as much as possible while obtaining a desired green light output power will be described.
領域Dkの相互作用長Lkを決定する分配パラメータqを用いて、相互作用長Lkを Using the distribution parameter q that determines the interaction length L k of the region D k, the interaction length L k
と表わす。なお、分配パラメータqは、0以上1以下の実数である。 It expresses. The distribution parameter q is a real number from 0 to 1.
分配パラメータqが0の場合、相互作用長Lkは素子長Lを均等に分割した値Lk(0)=L/Nとなり、分配パラメータqが1の場合、スペックルコントラストCが最小となる相互作用長となる。なお、素子長Lは、分配パラメータに依存しない。 When the distribution parameter q is 0, the interaction length L k is a value L k (0) = L / N obtained by equally dividing the element length L. When the distribution parameter q is 1, the speckle contrast C is minimized. The interaction length. The element length L does not depend on the distribution parameter.
図63は、基本レーザ光350のスペクトルと相互作用長分布とを示した図である。なお、図63では、素子長Lを35mmとし、基本レーザ光350の波長スペクトルの広がり幅σを3nmとしている。
FIG. 63 is a diagram showing the spectrum of the
図63で示されたように、分配パラメータqが0.53の場合、各領域の相互作用長L1〜L9は、L1=6.47mm、L2=3.96mm、L3=3.05mm、L4=2.70mm、L5=2.61mm、L6=2.70mm、L7=3.05mm、L8=3.96mm、L9=6.47mmである。また、分配パラメータqが0.81の場合、各領域の相互作用長L1〜L9は、L1=7.84mm、L2=4.00mm、L3=2.61mm、L4=2.08mm、L5=1.94mm、L6=2.80mm、L7=2.61mm、L8=4.00mm、L9=7.84mmである。 As shown in FIG. 63, when the distribution parameter q is 0.53, the interaction lengths L1 to L9 of the respective regions are L1 = 6.47 mm, L2 = 3.96 mm, L3 = 3.05 mm, L4 = 2.70 mm, L5 = 2.61 mm, L6 = 2.70 mm, L7 = 3.05 mm, L8 = 3.96 mm, L9 = 6.47 mm. Further, when the distribution parameter q is 0.81, the interaction lengths L1 to L9 of each region are L1 = 7.84 mm, L2 = 4.00 mm, L3 = 2.61 mm, L4 = 2.08 mm, L5 = 1. .94 mm, L6 = 2.80 mm, L7 = 2.61 mm, L8 = 4.00 mm, L9 = 7.84 mm.
図64は、スペックルコントラストの分配パラメータに対する依存性を示した図である。なお、図64では、素子長Lを35mmとし、基本レーザ光350の波長スペクトルの広がり幅σを3nmとしている。
FIG. 64 is a diagram showing the dependence of the speckle contrast on the distribution parameter. In FIG. 64, the element length L is 35 mm, and the spread spectrum σ of the wavelength spectrum of the
図64で示されたように、分配パラメ−タqが大きいほど、スペックルコントラストが高くなるが、緑光出力パワーも大きくなる。例えば、分配パラメータqが1の場合、励起光パワーが1.2Wであると、スペックルコントラストCは最小値である8.4%となるが、緑光出力パワーは38mWとやや低い。一方、分配パワメータqが0.53の場合、スペックルコントラストが9.5%とやや高くなるが、緑光出力パワーも60mWと高くなる。 As shown in FIG. 64, the larger the distribution parameter q, the higher the speckle contrast but the higher the green light output power. For example, when the distribution parameter q is 1, when the excitation light power is 1.2 W, the speckle contrast C is 8.4% which is the minimum value, but the green light output power is slightly low at 38 mW. On the other hand, when the distribution power q is 0.53, the speckle contrast is slightly high at 9.5%, but the green light output power is also high at 60 mW.
なお、分配パワメータqが0.53の場合、出力レーザ光450のスペクトルは、図65で示したようになり、基本レーザ光350のスペクトルおよび波長変換スペクトルは、図66で示したようになる。また、分配パワメータqが0の場合、基本レーザ光350のスペクトルおよび波長変換スペクトルは図67で示したようになる。図65〜図66では、基本レーザ光350の波長スペクトルの広がり幅σを3nmとし、素子長Lを35mmとしている。
When distribution power q is 0.53, the spectrum of
次に、基本レーザ光350の波長スペクトルの広がり幅σが4nmの場合について説明する。
Next, a case where the spread width σ of the wavelength spectrum of the
図68は、基本レーザ光350の波長スペクトルと、相互作用長分布とを示した図である。なお、図68では、素子長を35mmとしている。
FIG. 68 shows the wavelength spectrum of the
図68で示されたように、分配パラメータqが0.59の場合、各領域の相互作用長L1〜L9は、L1=4.65mm、L2=3.49mm、L3=2.92mm、L4=2.65mm、L5=2.58 mm、L6=2.65mm、L7=2.92 mm、L8=3.49mm、L9=4.65mmである。 As shown in FIG. 68, when the distribution parameter q is 0.59, the interaction lengths L1 to L9 of the respective regions are L1 = 4.65 mm, L2 = 3.49 mm, L3 = 2.92 mm, L4 = 2.65 mm, L5 = 2.58 mm, L6 = 2.65 mm, L7 = 2.92 mm, L8 = 3.49 mm, L9 = 4.65 mm.
図69は、スペックルコントラストの分配パラメータに対する依存性を示した図である。なお、図69では、素子長を35mmとしている。 FIG. 69 is a diagram showing the dependence of speckle contrast on the distribution parameter. In FIG. 69, the element length is 35 mm.
図69で示されたように、分配パラメ−タqが大きいほど、スペックルコントラストが高くなるが、緑光出力パワーも大きくなる。しかしながら、緑光出力パワーの分配パラメータに対する依存性は広がり幅σが3nmの場合に比べて小さくなる。 As shown in FIG. 69, the larger the distribution parameter q, the higher the speckle contrast, but the higher the green light output power. However, the dependence of the green light output power on the distribution parameter is smaller than when the spread width σ is 3 nm.
例えば、分配パラメータqが0.59の場合、励起光パワーが1.1Wであると、緑色光出力パワーは60mWであり、スペックルコントラストCは8.6%である。また、分配パラメータが1の場合、励起光パワーが1.2Wであると、緑色光出力パワーは62mWであり、スペックルコントラストCが8.3%である。 For example, when the distribution parameter q is 0.59, if the pumping light power is 1.1 W, the green light output power is 60 mW, and the speckle contrast C is 8.6%. When the distribution parameter is 1, when the pumping light power is 1.2 W, the green light output power is 62 mW and the speckle contrast C is 8.3%.
なお、分配パワメータqが0.59の場合、出力レーザ光450のスペクトルは、図70で示したようになり、基本レーザ光350のスペクトルおよび波長変換スペクトルは、図71で示したようになる。
When the distribution power meter q is 0.59, the spectrum of the
本実施形態によれば、各領域の相互作用長は、光強度が高い基本波を変換する領域ほど短くなる。この場合、基本波の光強度が等しくなくても、第二高調波のピーク波長の光強度が均一にすることが可能になり、スペックルコントラストの低減率の高くすることが可能になる。 According to the present embodiment, the interaction length of each region becomes shorter as the region in which the fundamental wave having higher light intensity is converted. In this case, even if the light intensity of the fundamental wave is not equal, the light intensity of the peak wavelength of the second harmonic can be made uniform, and the reduction rate of speckle contrast can be increased.
次に第5の実施形態について説明する。 Next, a fifth embodiment will be described.
本実施形態では、分極反転波長変換素子が複数あり、光出力部が、各分極反転波長変換素子に基本レーザ光を入射するレーザ光源を説明する。分極反転波長変換素子の数は、本実施形態では2としているが、実際には複数であればよい。 In the present embodiment, there will be described a laser light source in which a plurality of polarization inversion wavelength conversion elements are provided, and a light output unit makes basic laser light incident on each polarization inversion wavelength conversion element. The number of polarization inversion wavelength conversion elements is 2 in this embodiment, but actually, it may be plural.
図72は、本実施形態のレーザ光源の構成を示したブロック図である。図72において、レーザ光源は、光出力部800と、波長変換部801とを有する。
FIG. 72 is a block diagram showing the configuration of the laser light source of the present embodiment. In FIG. 72, the laser light source includes a light output unit 800 and a
光出力部800は、LDアレイモジュール811と、高周波LDドライバ電源812と、温度制御部813と、1/2波長板814とを有する。
The optical output unit 800 includes an
LDアレイモジュール811は、LDチップ821Aおよび821Bと、コリメータレンズ822Aおよび822Bと、ヒートシンク823とを有する。
The
LDチップ821Aおよび821Bのそれぞれは、複数の波長ピークを有する多波長赤外線レーザ光を出射する。以下、LDチップ821Aが出射する多波長赤外線レーザ光を基本レーザ光350Aとし、LDチップ821Bが出射する多波長赤外線レーザ光を基本レーザ光350Bとする。 Each of the LD chips 821A and 821B emits multi-wavelength infrared laser light having a plurality of wavelength peaks. Hereinafter, the multi-wavelength infrared laser light emitted from the LD chip 821A is referred to as basic laser light 350A, and the multi-wavelength infrared laser light emitted from the LD chip 821B is referred to as basic laser light 350B.
本実施形態では、基本レーザ光350Aおよび350Bのそれぞれの波長ピークは一定の波長間隔を有する。具体的には、基本レーザ光350Aの波長ピークを1.060μm、1.061μm、1.062μm、1.063μmおよび1.064μmとし、基本レーザ光350Bの波長ピークを1.065μm、1.066μm、1.067μm、1.068μmおよび1.069μmとする。 In the present embodiment, the wavelength peaks of the basic laser beams 350A and 350B have a constant wavelength interval. Specifically, the wavelength peak of the basic laser beam 350A is 1.060 μm, 1.061 μm, 1.062 μm, 1.063 μm, and 1.064 μm, and the wavelength peak of the basic laser beam 350B is 1.065 μm, 1.066 μm, 1.067 μm, 1.068 μm, and 1.069 μm.
コリメータレンズ822Aは、LDチップ621Aから出射された基本レーザ光350Aを平行光にして出射し、コリメータレンズ822Bは、LDチップ621Bから出力された基本レーザ光350Bを平行光にして出射する。ヒートシンク823は、LDチップ621Aおよび621Bにて発生された熱を拡散する。 The collimator lens 822A emits the basic laser light 350A emitted from the LD chip 621A as parallel light, and the collimator lens 822B emits the basic laser light 350B output from the LD chip 621B as parallel light. The heat sink 823 diffuses the heat generated in the LD chips 621A and 621B.
高周波LDドライバ電源812は、駆動部と呼ばれることもある。高周波LDドライバ電源812は、LDアレイモジュール811の高周波重畳駆動を行って、LDアレイモジュール811から基本レーザ光350Aおよび350Bを出射させる。
The high frequency LD
1/2波長板814は、LDアレイモジュール811から出射された基本レーザ光350Aおよび350Bの偏光方向を鉛直方向に変換して波長変換部801に出射する。
The half-wave plate 814 converts the polarization directions of the
波長変換部801は、素子支持台831と、温度制御部832と、集光レンズ833Aおよび833Bと、分極反転波長変換素子834Aおよび834Bと、合波部835とを有する。なお、温度制御部832と、分極反転波長変換素子834Aおよび834Bとは素子支持台831上に配置される。
The
温度制御部832は、ヒートシンクを有し、そのヒートシンクを用いて分極反転波長変換素子834Aおよび834Bの温度を一定に制御する。 The temperature controller 832 has a heat sink, and controls the temperature of the polarization inversion wavelength conversion elements 834A and 834B to be constant using the heat sink.
集光レンズ833Aは、第一集光部と呼ばれることもある。集光レンズ833Aは、分極反転波長変換素子834A内における基本レーザ光350Aの直径の最小値dが所望の範囲に含まれるように、基本レーザ光350Aを集光して分極反転波長変換素子834Aに入射する。 The condensing lens 833A may be referred to as a first condensing unit. The condensing lens 833A condenses the basic laser beam 350A so that the minimum value d of the diameter of the basic laser beam 350A in the polarization reversal wavelength conversion element 834A is included in a desired range, and the polarization reversal wavelength conversion element 834A. Incident.
集光レンズ833Bは、第一集光部と呼ばれることもある。集光レンズ833Bは、分極反転波長変換素子834B内における基本レーザ光350Bの直径の最小値dが所望の範囲に含まれるように、基本レーザ光350Bを集光して分極反転波長変換素子834Bに入射する。 The condensing lens 833B may be referred to as a first condensing unit. The condensing lens 833B condenses the basic laser beam 350B to the polarization inversion wavelength conversion element 834B so that the minimum value d of the diameter of the basic laser light 350B in the polarization inversion wavelength conversion element 834B is included in a desired range. Incident.
したがって、光出力部800から出力された基本レーザ光350Aおよび350Bのそれぞれが分極反転波長変換素子834Aおよび834Bに入射されるので、光出力部800は、複数の分極反転波長変換素子に基本レーザ光を入射することになる。 Accordingly, since the basic laser beams 350A and 350B output from the light output unit 800 are incident on the polarization inversion wavelength conversion elements 834A and 834B, the light output unit 800 transmits the basic laser light to the plurality of polarization inversion wavelength conversion elements. Will be incident.
分極反転波長変換素子834Aおよび834Bのそれぞれは、図50で示した分極反転波長変換素子710と同様な構成を有する。なお、分極反転波長変換素子834Aは、基本レーザ光350Aのピーク波長のそれぞれと疑似分極整合条件を満たす複数の領域を有し、分極反転波長変換素子834Bは、基本レーザ光350Bのピーク波長のそれぞれと疑似分極整合条件を満たす複数の領域を有する。 Each of the polarization inversion wavelength conversion elements 834A and 834B has a configuration similar to that of the polarization inversion wavelength conversion element 710 shown in FIG. The domain-inverted wavelength conversion element 834A has a plurality of regions that satisfy each of the peak wavelengths of the basic laser light 350A and the pseudo-polarization matching condition, and the domain-inverted wavelength conversion element 834B has each of the peak wavelengths of the basic laser light 350B. And a plurality of regions that satisfy the pseudo-polarization matching condition.
したがって、分極反転波長変換素子834Aは、基本レーザ光350A内の5つの波長ピークのそれぞれを含む5つの基本波の波長を変換して、5つの第二高調波を含む第一の出力レーザ光を出射することになる。また、分極反転波長変換素子834Bは、基本レーザ光350B内の5つの波長ピークのそれぞれを含む5つの基本波の波長を変換して、5つの第二高調波を含む第二の出力レーザ光を出射することになる。 Therefore, the polarization inversion wavelength conversion element 834A converts the wavelengths of the five fundamental waves including each of the five wavelength peaks in the fundamental laser light 350A, and converts the first output laser light including the five second harmonics. It will be emitted. Further, the polarization inversion wavelength conversion element 834B converts the wavelengths of the five fundamental waves including each of the five wavelength peaks in the fundamental laser light 350B, and outputs the second output laser light including the five second harmonics. It will be emitted.
このため、第一の出力レーザ光の波長ピークは、0.530μm、0.5305μm、0.531μm、0.5315μmおよび0.532μmとなる。また、第二の出力レーザ光の波長ピークは、0.5325μm、0.533μm、0.5335μm、0.534μmおよび0.5345μmとなる。 For this reason, the wavelength peaks of the first output laser light are 0.530 μm, 0.5305 μm, 0.531 μm, 0.5315 μm, and 0.532 μm. The wavelength peaks of the second output laser light are 0.5325 μm, 0.533 μm, 0.5335 μm, 0.534 μm, and 0.5345 μm.
合波部835は、分極反転波長変換素子834Aおよび834Bのそれぞれから出射された第一出力レーザ光および第二出力レーザ光を合波して出力レーザ光850として出射する。 The multiplexing unit 835 combines the first output laser beam and the second output laser beam emitted from the polarization inversion wavelength conversion elements 834A and 834B, respectively, and emits the output laser beam 850.
合波部835は、出射光調整レンズ841Aおよび841Bと、1/2波長板842と、反射鏡843と、偏光ビ−ム合波器844とを有する。 The multiplexing unit 835 includes outgoing light adjusting lenses 841A and 841B, a half-wave plate 842, a reflecting mirror 843, and a polarization beam multiplexer 844.
出射光調整レンズ841Aは、分極反転波長変換素子834Aから出射された第一の出力レーザ光を平行光にして出射する。出射光調整レンズ841Bは、分極反転波長変換素子834Bから出射された第二の出力レーザ光を平行光にして出射する。 The emitted light adjusting lens 841A emits the first output laser beam emitted from the polarization inversion wavelength conversion element 834A as parallel light. The emitted light adjusting lens 841B emits the second output laser light emitted from the polarization inversion wavelength conversion element 834B as parallel light.
1/2波長板842は、出射光調整レンズ841Aから出射された第一の出力レーザ光の偏光方向を90度回転させて偏光ビーム合波器844に出射する。 The half-wave plate 842 rotates the polarization direction of the first output laser light emitted from the emitted light adjustment lens 841A by 90 degrees and emits it to the polarization beam combiner 844.
反射鏡843は、出射光調整レンズ841Bから出射された第二の出力レーザ光を反射して偏光ビーム合波器844に出射する。これにより、第二の出力レーザ光の偏光方向が90度回転されられる。 The reflecting mirror 843 reflects the second output laser light emitted from the outgoing light adjustment lens 841B and emits it to the polarization beam combiner 844. As a result, the polarization direction of the second output laser beam is rotated by 90 degrees.
偏光ビーム合波器844は、1/2波長板842から出射された第一の出力レーザ光と、反射鏡843から出射された第二の出力レーザ光とを合波して出力レーザ光850として出射する。 The polarization beam combiner 844 combines the first output laser beam emitted from the half-wave plate 842 and the second output laser beam emitted from the reflecting mirror 843 to obtain an output laser beam 850. Exit.
以上により、本実施形態のレーザ光源は、10個の波長ピークを有する単位ビームの緑色レーザ光を出射することができる。また、本実施形態のレーザ光源では、走査像のスペックルコントラストは、7.9となり、スペックルコントラストの低減率が68%となった。 As described above, the laser light source of the present embodiment can emit green laser light of a unit beam having ten wavelength peaks. In the laser light source of this embodiment, the speckle contrast of the scanned image is 7.9, and the speckle contrast reduction rate is 68%.
本実施形態によれば、複数の基本レーザ光が使用されているので、出力レーザ光850の光出力パワーを高くすることが可能になる。また、複数の分極反転波長変換素子を直列に設置する必要がなくなるので、基本レーザ光の進行方向に沿った分極反転波長変換素子の長さを小さくすることが可能になる。 According to the present embodiment, since a plurality of basic laser beams are used, the optical output power of the output laser beam 850 can be increased. Further, since it is not necessary to install a plurality of polarization inversion wavelength conversion elements in series, the length of the polarization inversion wavelength conversion element along the traveling direction of the basic laser light can be reduced.
なお、通常、530nm付近の光において波長距離が10nm以上離れた光は、人間に色合いの異なる光として認識されるので、本実施形態のレーザ光源を緑色レーザ光源として用いる場合、出力レーザ光850の波長帯域の幅は10nm未満にすることが望ましい。このため、基本レーザ光350Aおよび350Bを合わせた波長帯域は、20nmであることが望ましい。さらにいえば、基本レーザ光350Aおよび350Bを合わせた波長帯域は4nm以上かつ10nm以下が望ましい。 Normally, light having a wavelength distance of 10 nm or more in light near 530 nm is recognized as light having a different hue by humans. Therefore, when the laser light source of this embodiment is used as a green laser light source, The width of the wavelength band is desirably less than 10 nm. For this reason, it is desirable that the combined wavelength band of the basic laser beams 350A and 350B is 20 nm. More specifically, the combined wavelength band of the basic laser beams 350A and 350B is preferably 4 nm or more and 10 nm or less.
次に第6の実施形態について説明する。 Next, a sixth embodiment will be described.
図73は、本実施形態のレーザ光源の構成を示したブロック図である。図73において、レーザ光源は、光出力部600と、波長変換部901とを有する。なお、本実施形態では、光出力部600は、基本レーザ光350を波長変換部901に入射する。
FIG. 73 is a block diagram showing the configuration of the laser light source of the present embodiment. In FIG. 73, the laser light source includes a
波長変換部901は、素子支持台931と、温度制御部932と、集光レンズ933および940と、分極反転波長変換素子934〜936と、三角プリズム937〜939と、出射光調整レンズ941とを有する。なお、温度制御部932と、集光レンズ933と、分極反転波長変換素子934〜936と、三角プリズム937と、出射光調整レンズ941とは、素子支持台931上に配置される。 The wavelength conversion unit 901 includes an element support 931, a temperature control unit 932, condenser lenses 933 and 940, polarization inversion wavelength conversion elements 934 to 936, triangular prisms 937 to 939, and an outgoing light adjustment lens 941. Have. The temperature controller 932, the condenser lens 933, the polarization inversion wavelength conversion elements 934 to 936, the triangular prism 937, and the outgoing light adjustment lens 941 are disposed on the element support 931.
集光レンズ933は、第一集光部と呼ばれることもある。集光レンズ933は、基本レーザ光350を第一の所望の口径に集光して分極反転波長変換素子934に入射する。したがって、光出力部600は、基本レーザ光350を分極反転波長変換素子934〜936のいずれかに入射することになる。
The condensing lens 933 may be called a 1st condensing part. The condensing lens 933 condenses the
分極反転波長変換素子934〜936は、図50で示した分極反転波長変換素子710と同様な構成を有する。分極反転波長変換素子934〜936の各領域では、分極反転波長変換素子934〜936が基本レーザ光350に含まれる別々の波長帯域を有する基本波の波長を変換するように、分極反転周期が定められている。
The polarization inversion wavelength conversion elements 934 to 936 have the same configuration as the polarization inversion wavelength conversion element 710 shown in FIG. In each region of the polarization inversion wavelength conversion elements 934 to 936, the polarization inversion period is determined so that the polarization inversion wavelength conversion elements 934 to 936 convert wavelengths of fundamental waves having different wavelength bands included in the
また、分極反転波長変換素子934および935の出射面は、第二高調波を含む出力レーザ光だけでなく、基本レーザ光350もさらに出射する。以下、分極反転波長変換素子934から出射される出力レーザ光を、第一出力光とし、分極反転波長変換素子935から出射される出力レーザ光を、第二出力光とする。
Further, the emission surfaces of the polarization inversion wavelength conversion elements 934 and 935 emit not only the output laser beam including the second harmonic but also the
三角プリズム937〜940と集光レンズ940とは導光部を構成する。導光部は、分極反転波長変換素子934〜936のそれぞれに基本レーザ光350が入射するように、分極反転波長変換素子から出射された基本レーザ光350および出力レーザ光を反射して、別の分極反転波長変換素子に入射する。
The triangular prisms 937 to 940 and the condenser lens 940 constitute a light guide unit. The light guide unit reflects the
具体的には、三角プリズム937は、分極反転波長変換素子934から出射された第一出力光を2回反射して分極反転波長変換素子935に入射する。また、三角プリズム938は、分極反転波長変換素子935から出射された第二出力光を反射して集光レンズ940を介して三角プリズム939に出射する。三角プリズム940は、第二出力光を反射して分極反転波長変換素子936に入射する。 Specifically, the triangular prism 937 reflects the first output light emitted from the polarization inversion wavelength conversion element 934 twice and enters the polarization inversion wavelength conversion element 935. Further, the triangular prism 938 reflects the second output light emitted from the polarization inversion wavelength conversion element 935 and emits it to the triangular prism 939 via the condenser lens 940. The triangular prism 940 reflects the second output light and enters the polarization inversion wavelength conversion element 936.
集光レンズ940は、第二集光部と呼ばれることもある。集光レンズ940は、第二出力レーザ光および基本レーザ光350を所定の口径に集光する
出射光調整レンズ941は、分極反転波長変換素子935から出射された出力レーザ光を平行光にして出射する。
The condensing lens 940 may be called a second condensing unit. The condensing lens 940 condenses the second output laser beam and the
本実施形態によれば、複数の分極反転波長変換素子を直列に設置する必要がなくなるので、基本レーザ光の進行方向に沿った分極反転波長変換素子の長さを小さくすることが可能になる。 According to the present embodiment, since it is not necessary to install a plurality of polarization inversion wavelength conversion elements in series, the length of the polarization inversion wavelength conversion element along the traveling direction of the basic laser light can be reduced.
また、集光レンズ940が設けられることにより、基本レーザ光350の広がりを抑制することが可能になり、波長変換効率を高くすることが可能になる。
Further, the provision of the condensing lens 940 makes it possible to suppress the spread of the
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。 In each embodiment described above, the illustrated configuration is merely an example, and the present invention is not limited to the configuration.
例えば、第5および第6の実施形態に使用する分極反転波長変換素子は、分極反転波長変換素子200または500でもよい。
For example, the polarization inversion wavelength conversion element used in the fifth and sixth embodiments may be the polarization inversion
50 基板
100、600、800 光出力部
101、601、801、901 波長変換部
111A〜111D、611 LDモジュール
112、612、812 高周波LDドライバ電源
113、132、613、632、813、832、932 温度制御部
114、115、119 反射鏡
115A、116、117 ダイクロイック鏡
118、614、814、842 1/2波長板
121、621、821A、821B LDチップ
122、622、822A、822B コリメータレンズ
123、132A、623、632A、823 ヒートシンク
131、631、831、931 素子支持台
133、633、833A、833B、933、940 集光レンズ
134、634、841A、841B、941 出射光調整レンズ
200、500、700、710、834A、834B、934〜936 分極反転波長変換素子
201、701、711 入射面
201A、203A、711A、713A 誘電膜
202、702、712 分極反転構造部
203、703、713 出射面
300、350 基本レーザ光
400、450 出力レーザ光
501、720 導波路
811 LDアレイモジュール
835 合波部
937〜939 三角プリズム
D1〜D9 領域
D11〜D43 サブ領域
50
Claims (17)
分極反転構造を有する複数の領域が並設され、各領域は、前記入射面に入射した入射光のうち、波長帯域が分離された複数の基本波のそれぞれの波長を変換して、波長帯域が分離された複数の変換波のそれぞれを出射する、分極反転構造部と、
前記分極反転構造部の各領域から出射された変換波を含む出射光を出射する出射面と、を有する分極反転波長変換素子。 An incident surface on which incident light is incident;
A plurality of regions having a domain-inverted structure are arranged in parallel, and each region converts the wavelengths of a plurality of fundamental waves separated from each other in the incident light incident on the incident surface, and the wavelength band is A polarization inversion structure that emits each of the plurality of separated converted waves; and
A polarization reversal wavelength conversion element comprising: an exit surface that emits outgoing light including a converted wave emitted from each region of the domain-inverted structure.
nを2以上の整数としたとき、各領域では、自身が波長を変換する基本波の波長帯域がn分割されたn個のサブ波長帯域のそれぞれに含まれる波長を変換するn個のサブ領域{Dk:k=1、2…n}が並設され、
各サブ領域{Dk:k=1、2…n}の前記入射光の進行方向に沿った長さ{Lk[mm]}と、互いに隣接するサブ波長帯域の中央値{λk[nm]}の間隔{Δλk=λk−λk-1}とが、
When n is an integer of 2 or more, in each region, n subregions that convert wavelengths included in each of the n subwavelength bands obtained by dividing the wavelength band of the fundamental wave that converts the wavelength into n in each region {D k : k = 1, 2,... N} are juxtaposed,
The length {L k [mm]} along the traveling direction of the incident light of each sub-region {D k : k = 1, 2,... N} and the median value {λ k [nm] of adjacent sub-wavelength bands ]} Interval {Δλ k = λ k −λ k−1 }
前記変換波は、前記基本波の第二高調波である、分極反転波長変換素子。 The polarization inversion wavelength conversion element according to claim 1 or 2,
The polarization inversion wavelength conversion element, wherein the converted wave is a second harmonic of the fundamental wave.
各領域にて波長が変換される基本波の波長帯域のうち、互いに隣接する波長帯域の中央値の差が全て等しい、分極反転波長変換素子 The polarization inversion wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 3,
Polarization inversion wavelength conversion element in which the difference between the medians of wavelength bands adjacent to each other among the wavelength bands of fundamental waves whose wavelengths are converted in each region is the same
各領域にて波長が変換される波長帯域のうち、互いに隣接する波長帯域の中央値の差δが、0.5μm≦δ≦2μmを満たす、分極反転波長変換素子。 The polarization inversion wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 4,
A polarization inversion wavelength conversion element in which a median difference δ of wavelength bands adjacent to each other among wavelength bands in which wavelengths are converted in each region satisfies 0.5 μm ≦ δ ≦ 2 μm.
前記中央値の差δが、0.8μm≦δ≦1.5μmを満たす、分極反転波長変換素子。 In the polarization inversion wavelength conversion element according to claim 5,
The polarization inversion wavelength conversion element, wherein the median difference δ satisfies 0.8 μm ≦ δ ≦ 1.5 μm.
前記分極反転構造部は、前記入射光を所定の断面積の空間に閉じ込めて伝搬させるための導波路を有する、分極反転波長変換素子。 The polarization inversion wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 6,
The domain-inverted wavelength conversion element, wherein the domain-inverted structure section includes a waveguide for confining and propagating the incident light in a space having a predetermined cross-sectional area.
前記入射面に、前記入射光の反射を軽減するための第一の反射防止膜が形成され、前記出射面に、前記出射光の反射を軽減するための第二の反射防止膜が形成された、分極反転波長変換素子。 The polarization inversion wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 7,
A first antireflection film for reducing reflection of the incident light is formed on the incident surface, and a second antireflection film for reducing reflection of the emitted light is formed on the emission surface. , Polarization inversion wavelength conversion element.
前記分極反転波長変換素子に前記入射光を出射する光出力部と、を有する光源。 The polarization inversion wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 8,
A light output unit that emits the incident light to the polarization reversal wavelength conversion element.
各領域は、光強度が高い基本波ほど、前記入射光の直径の大きい位置で波長が変換されるように配列される、光源。 The light source according to claim 9,
Each region is a light source arranged such that the wavelength is converted at a position where the diameter of the incident light is larger as the fundamental wave has a higher light intensity.
各領域の前記入射光の進行方向に沿った長さは、光強度が高い基本波を変換する領域ほど短い、光源。 The light source according to claim 9 or 10,
A light source in which the length of each region along the traveling direction of the incident light is shorter in a region where a fundamental wave having a higher light intensity is converted.
前記分極反転波長変換素子内における前記入射光の直径の最小値dが50μm≦d≦500μmを満たすように、前記光出力部から出射された入射光を集光して前記分極反転波長変換素子に入射する第一集光部を有する光源。 The light source according to any one of claims 9 to 11,
The incident light emitted from the light output unit is condensed to the polarization inversion wavelength conversion element so that the minimum value d of the diameter of the incident light in the polarization inversion wavelength conversion element satisfies 50 μm ≦ d ≦ 500 μm. A light source having an incident first light collecting portion.
前記第一集光部は、前記入射光の直径の最小値dが70μm≦d≦150μmを満たすように、前記入射光を集光する、光源。 The light source according to claim 12,
The first condensing unit condenses the incident light so that a minimum value d of the diameter of the incident light satisfies 70 μm ≦ d ≦ 150 μm.
前記光出力部は、高周波重畳駆動が行われる半導体レーザ素子を用いて、前記入射光を出射する、光源。 The light source according to any one of claims 9 to 13,
The light output unit is a light source that emits the incident light using a semiconductor laser element that performs high-frequency superposition driving.
前記分極反転波長変換素子は、複数あり、
前記光出力部は、各分極反転波長変換素子に前記入射光を入射し、
各分極反転波長変換素子から出射された出射光を合波して出射する合波部をさらに有する、光源。 The light source according to any one of claims 9 to 14,
There are a plurality of the polarization inversion wavelength conversion elements,
The light output unit makes the incident light incident on each polarization inversion wavelength conversion element,
A light source further comprising a multiplexing unit that multiplexes and emits light emitted from each polarization inversion wavelength conversion element.
前記分極反転波長変換素子は、複数あり、各分極反転波長変換素子の出射面は、前記入射光をさらに出射し、
前記光出力部は、前記複数の分極反転波長変換素子のいずれかに前記入射光を入射し、
各分極反転波長変換素子に前記入射光が入射するように、前記分極反転波長変換素子から出射された出射光および入射光を、別の分極反転波長変換素子に入射する導光部を有する、光源。 The light source according to any one of claims 9 to 14,
There are a plurality of the polarization inversion wavelength conversion elements, and the exit surface of each polarization inversion wavelength conversion element further emits the incident light,
The light output unit makes the incident light incident on any of the plurality of polarization inversion wavelength conversion elements,
A light source having a light guide unit that makes the outgoing light and incident light emitted from the polarization inversion wavelength conversion element incident on another polarization inversion wavelength conversion element so that the incident light enters each polarization inversion wavelength conversion element .
前記導光部は、前記出射光および入射光を所定の口径に集光する第二集光部を有する、光源。 The light source according to claim 16,
The light guide unit includes a second light collecting unit that collects the emitted light and incident light to a predetermined aperture.
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