JP2008028380A - Laser beam source equipment and image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ファイバレーザと波長変換素子を組み合わせることにより、安定かつ高出力なレーザ光を得るレーザ光源装置及びそれを用いた画像表示装置に関する。 The present invention relates to a laser light source device that obtains stable and high-power laser light by combining a fiber laser and a wavelength conversion element, and an image display device using the same.
単色性の強い高出力の可視光光源は、大型ディスプレイや高輝度ディスプレイ等を実現する上で必要とされている。赤、緑、青の3原色のうち赤色の光源については、DVDレコーダー等で使用されている赤色高出力半導体レーザが、生産性の高い小型の光源として利用可能である。しかし、緑色または青色の光源については、半導体レーザ等での実現が難しく、生産性の高い小型の光源が求められている。 A high-power visible light source with strong monochromaticity is required to realize a large display, a high brightness display, and the like. Of the three primary colors of red, green, and blue, red high-power semiconductor lasers used in DVD recorders and the like can be used as compact light sources with high productivity. However, a green or blue light source is difficult to realize with a semiconductor laser or the like, and a compact light source with high productivity is demanded.
このような光源として、ファイバレーザと波長変換素子を組み合わせた波長変換装置が低出力の可視光光源として実現されている。ファイバレーザを励起する励起光源として半導体レーザを用い、波長変換素子として非線形光学結晶を用いた、緑色や青色の小型の光源はよく知られている。 As such a light source, a wavelength conversion device combining a fiber laser and a wavelength conversion element has been realized as a low-power visible light source. Small green and blue light sources using a semiconductor laser as an excitation light source for exciting a fiber laser and using a nonlinear optical crystal as a wavelength conversion element are well known.
このように大出力のレーザ光源を利用したレーザディスプレイでは、RGBそれぞれの光源の光が単色光であるため、適当な波長のレーザ光源を用いることで、色純度が高く、鮮やかな画像の表示が可能となる。さらに、このようなレーザ光源は、レーザを用いることによる光源の小型化、さらには容易に集光できるため光学系の小型化も可能であり、パームトップ型の画像表示装置を実現することができる。 In such a laser display using a high-power laser light source, the light from each of the RGB light sources is monochromatic light. Therefore, by using a laser light source of an appropriate wavelength, color purity is high and a vivid image can be displayed. It becomes possible. Furthermore, since such a laser light source can be downsized by using a laser, and can be easily condensed, the optical system can be downsized, and a palmtop type image display device can be realized. .
一方、コヒーレンシーの高いレーザを用いることで表示画像にスペックルノイズと呼ばれる干渉ノイズが生じてしまう。このため、プリズムを用い、偏光方向ごとに光路差をつけることによりスペックルノイズを低減させたり(特許文献1)、光学部品を揺動し、光源のビームパスを変化させることによりスクリーンに照射する光の波面をランダムにしたり(特許文献2)、光変調器を用いてスペクトルにサイドバンドを発生させ、見かけ上の光のスペクトルをよりブロードにしたり(特許文献3)、固体レーザへのインジェクションシーディング技術を用いて発振波長を操作したり(特許文献4)、複数波長の半導体レーザをモジュールにして使用したりする(特許文献5)ことにより、スペックルノイズを除去する方法が提案されている。 On the other hand, the use of a laser with high coherency causes interference noise called speckle noise in the display image. For this reason, a speckle noise is reduced by using a prism and an optical path difference is provided for each polarization direction (Patent Document 1), or light irradiating the screen by oscillating an optical component and changing the beam path of the light source. The wavefront of the light is made random (Patent Document 2), sidebands are generated in the spectrum using an optical modulator, and the apparent light spectrum is made broader (Patent Document 3), or injection seeding into a solid-state laser A method of removing speckle noise by manipulating the oscillation wavelength using a technique (Patent Document 4) or using a semiconductor laser having a plurality of wavelengths as a module (Patent Document 5) has been proposed.
一方で、ラマンファイバを使用したファイバレーザ(特許文献6)や、多波長を同時に発振することが可能な半導体レーザを実現するために複数の反射波長を持つ回折格子であるサンプルドグレーティングという反射素子を使用した半導体レーザ(特許文献7)が提案されている。特許文献6に開示されたファイバレーザの構成について図26(a)に示している。レーザはサンプルドグレーティング2001、ラマンファイバ2002、広帯域誘電体ミラー2003で構成されている。ラマンファイバ2002を励起光2004で励起することにより、サンプルドグレーティング2001の1つの反射ピークと広帯域誘電体ミラー2003との間の共振によりλ1の光が発生する。さらに、この発生したλ1の光を励起光とし、さらにサンプルドグレーティング2001の他の反射ピークと広帯域誘電体ミラー2003との間の共振によりλ2の光が発生する、このようにして順次λ3、λ4の光を発生させ、最終的にλ4の光2005を取り出す構成である。
On the other hand, a reflective element called a sampled grating which is a diffraction grating having a plurality of reflection wavelengths in order to realize a fiber laser using a Raman fiber (Patent Document 6) and a semiconductor laser capable of simultaneously oscillating multiple wavelengths. A semiconductor laser (Patent Document 7) using the above has been proposed. The configuration of the fiber laser disclosed in
特許文献7に開示された構成について図26(b)に示している。図26(b)のラマンファイバとサンプルドグレーティングとを組みあわせた構成は、ラマンシフトにより所望の波長を持つ励起光を生成することを目的とする。半導体基板2006上に発光領域2007と反射領域2008とを設け、反射領域2008がサンプルドグレーティング構造となっており、複数の波長を同時に発振できるよう構成されている。反射領域2008には、反射領域2008の屈折率を変化させるための制御手段(屈折率変化用電極)2009が設けられており、反射領域2008の波長をシフト可能な構造となっている。
The configuration disclosed in
特許文献8には、サンプルドグレーティング構造となった反射領域を2つ設け、発振波長を切り替える半導体レーザアレイの例が示されている。また、特許文献9には、特許文献8の構成をファイバレーザに適用させた例が示されている。
一方、上述した複数の発振波長を有するレーザ光源が医療分野で利用され始めている。医療分野では治療に応じて異なる波長のレーザ光が必要とされるが、特に眼科で使用されるレーザ光の波長としては、530nm付近、600nm付近、1μm付近が用いられている。眼の網膜凝固には530nm付近、眼底出血の止血には600nm付近、白内障手術には1μm付近が、それぞれ使われている。現在、このような眼科治療に用いるレーザ光源の開発が進められており、特に、1つのレーザ光源により、多くの施術に対応できるよう、多波長のレーザ光が得られるレーザ応用機器が必要とされて来ている。特許文献10には、ラマンファイバを用いて発振波長を長波長シフトさせることにより、多波長発振を可能とするレーザ装置が開示されている。その他にも、固体レーザの複数の蛍光ピークを利用することにより多波長発振を実現するレーザ等も開発されて来ている。
しかしながら、広帯域の光源を用いたり、複数の発振波長を持つ光源を使用したりすることでスペックルノイズを低減する方法に、上述した従来技術を用いると、複数のレーザ光源が必要となるため、コストが高くなったり、装置寸法が大型化する等の問題があった。また、サンプルドグレーティングを用いた半導体レーザ及びファイバレーザ光源においても、レーザディスプレイ用光源として使用できるほどの出力が得られていない上、2つの反射領域を制御して発振波長を決定しており、発振波長とレーザ出力を同時に制御する制御方法が複雑になるという課題があった。さらに、反射領域の制御による波長変化が外気温に関して敏感であるという課題もあった。また、ファイバレーザ光源の例に関しては、大きな可変範囲を得るためにはファイバグレーティングに大きな応力を加える必要があり、ファイバが切れる可能性があり、ファイバの信頼性に問題がある。さらに、波長を切り替えた場合にレーザ媒質が有するゲインの波長依存性が引き金となり、発振出力が変化するという課題があった。 However, when using the above-described conventional technique in a method of reducing speckle noise by using a broadband light source or using a light source having a plurality of oscillation wavelengths, a plurality of laser light sources are required. There have been problems such as high costs and increased device dimensions. In addition, in the semiconductor laser and the fiber laser light source using the sampled grating, an output that can be used as a light source for laser display has not been obtained, and the oscillation wavelength is determined by controlling the two reflection regions, There has been a problem that the control method for simultaneously controlling the oscillation wavelength and the laser output becomes complicated. Further, there is a problem that the wavelength change due to the control of the reflection region is sensitive to the outside air temperature. Further, regarding the example of the fiber laser light source, in order to obtain a large variable range, it is necessary to apply a large stress to the fiber grating, and there is a possibility that the fiber may break, and there is a problem in the reliability of the fiber. Furthermore, there is a problem that when the wavelength is switched, the wavelength dependence of the gain of the laser medium triggers and the oscillation output changes.
さらに、医療分野で利用され始めている、上述したラマンファイバを用いた多波長発振のレーザ装置では、同時に2つの波長の光を発生させることはできない。また、ラマンファイバレーザのゲインは、波長が1000〜1100nmで最も大きいことから、オレンジ色の光の波長として必要な1100〜1200nmの光を発生させた場合、1000〜1100nmのブロードな発光スペクトルを持つ光もあわせて発生してしまう。このため、パルス発振によるレーザ発振器の破壊という課題もあった。一方、上述した固体レーザを用いた多波長発振可能なレーザにおいては、発振波長ごとに光学系の切り替えが必要であり、瞬時に所望の波長に切り替えることが困難であるという課題があった。さらに、発振波長ごとにレーザ光の特性が大きく異なるため、得られる最大出力が一定しないという課題もあった。 Furthermore, the above-described multi-wavelength laser device using the Raman fiber, which has begun to be used in the medical field, cannot simultaneously generate light of two wavelengths. Further, the gain of the Raman fiber laser is the largest at a wavelength of 1000 to 1100 nm. Therefore, when light of 1100 to 1200 nm necessary as the wavelength of orange light is generated, it has a broad emission spectrum of 1000 to 1100 nm. Light is also generated. For this reason, there was a problem of destruction of the laser oscillator by pulse oscillation. On the other hand, the above-described laser capable of multi-wavelength oscillation using a solid-state laser needs to switch an optical system for each oscillation wavelength, and there is a problem that it is difficult to instantaneously switch to a desired wavelength. Furthermore, since the characteristics of the laser beam differ greatly depending on the oscillation wavelength, there is a problem that the maximum output that can be obtained is not constant.
また、従来の医療用のレーザ光源装置の構成では、レーザ発振器で発生したレーザ光の基本波を波長変換素子で可視光に波長変換した後、中空ファイバ等で手術用ハンドピースに伝搬させていた。しかし、レーザ発振器から中空ファイバへの可視光の結合損失や、ファイバ中の伝搬損失により、可視光の30%程度がロスし、伝搬効率を下げる原因となっていた。さらに、ファイバの取り回し等で、ハンドピースの取扱が困難になる等の課題もあった。 In the configuration of the conventional medical laser light source device, the fundamental wave of the laser beam generated by the laser oscillator is converted into visible light by the wavelength conversion element, and then propagated to the surgical handpiece by a hollow fiber or the like. . However, due to the coupling loss of visible light from the laser oscillator to the hollow fiber and the propagation loss in the fiber, about 30% of the visible light is lost, causing the propagation efficiency to decrease. In addition, there is a problem that handling of the handpiece becomes difficult due to fiber handling.
上記課題に鑑み、本発明の目的は、複数の波長を切り替えて発生することが可能で、Wクラスの大きな光出力を持つ高信頼性のレーザ光源装置及び画像表示装置を提供することである。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a highly reliable laser light source device and an image display device that can generate light by switching a plurality of wavelengths and has a large W-class light output.
上記目的を達成するため、本発明に係るレーザ光源装置は、励起光を出射するレーザ光源と、レーザ活性物質を含み、前記レーザ光源からの励起光が入射されるファイバと、前記ファイバの前記レーザ光源側に設けられた、複数の反射ピークを持つ第1ファイバグレーティングと、前記ファイバの出射端側に設けられた、複数の反射ピークを持つ第2のファイバグレーティングと、を有するレーザ共振器と、前記レーザ共振器から出射される基本波を高調波に変換する波長変換部と、前記第2のファイバグレーティングの反射ピークの反射波長をシフト可能な反射波長可変部と、前記反射波長可変部により前記レーザ共振器の発振波長を制御すると共に、前記波長変換部の位相整合条件を制御する制御部とを備え、前記第1のファイバグレーティングの隣接する反射ピークの間隔と前記第2のファイバグレーティングの隣接する反射ピークの間隔とは異なる。 In order to achieve the above object, a laser light source apparatus according to the present invention includes a laser light source that emits excitation light, a fiber that includes a laser active material, and into which excitation light from the laser light source is incident, and the laser of the fiber A laser resonator having a first fiber grating having a plurality of reflection peaks provided on the light source side, and a second fiber grating having a plurality of reflection peaks provided on the output end side of the fiber; A wavelength conversion unit that converts a fundamental wave emitted from the laser resonator into a harmonic, a reflection wavelength variable unit that can shift a reflection wavelength of a reflection peak of the second fiber grating, and the reflection wavelength variable unit A control unit for controlling an oscillation wavelength of the laser resonator and controlling a phase matching condition of the wavelength conversion unit, the first fiber gray Different from the spacing between adjacent reflection peak of the the spacing of the reflection peak second fiber grating adjacent Ingu to.
上記のレーザ光源装置では、第1及び第2のファイバグレーティングがそれぞれ複数の反射ピークを持っており、第1のファイバグレーティングの反射ピークの間隔と第2のファイバグレーティングの反射ピークの間隔とが異なるように設定されているので、第2のファイバグレーティングの反射ピークの反射波長をシフトさせることにより、レーザ共振器の発振波長を切り替えることができる。 In the above laser light source device, the first and second fiber gratings each have a plurality of reflection peaks, and the interval between the reflection peaks of the first fiber grating and the reflection peak of the second fiber grating is different. Thus, the oscillation wavelength of the laser resonator can be switched by shifting the reflection wavelength of the reflection peak of the second fiber grating.
前記第2のファイバグレーティングの複数の反射ピークの反射率のそれぞれを規定するグレーティング長は、前記レーザ共振器の発振波長の減少に伴う前記ファイバの発振効率の低下を妨げるように、前記レーザ共振器の発振波長が減少する方向に順々に長くなるように構成されていることが好ましい。 The grating length defining each of the reflectances of the plurality of reflection peaks of the second fiber grating prevents the decrease in oscillation efficiency of the fiber due to a decrease in the oscillation wavelength of the laser resonator. It is preferable that the wavelength is increased in order in the direction in which the oscillation wavelength decreases.
この場合、レーザ共振器の発振波長を減少させてもファイバの発振効率を維持することができる。特に、1045〜1070nm帯の光を発振させる際にレーザ共振器の発振波長の減少に伴うファイバの発振効率の低下が顕著である。したがって、この場合、1045〜1070nm帯の光の出力を向上させることができる。 In this case, the oscillation efficiency of the fiber can be maintained even if the oscillation wavelength of the laser resonator is decreased. In particular, when the light in the 1045 to 1070 nm band is oscillated, the decrease in the oscillation efficiency of the fiber accompanying the decrease in the oscillation wavelength of the laser resonator is significant. Therefore, in this case, the output of light in the 1045 to 1070 nm band can be improved.
前記第1のファイバグレーティングの反射ピークの帯域幅は、前記第2のファイバグレーティングの反射ピークの帯域幅よりも広く、前記第1のファイバグレーティングの反射ピークの反射率は、前記第2のファイバグレーティングの反射ピークの反射率よりも大きいことが好ましい。 The bandwidth of the reflection peak of the first fiber grating is wider than the bandwidth of the reflection peak of the second fiber grating, and the reflectance of the reflection peak of the first fiber grating is the second fiber grating. It is preferable that the reflectance of the reflection peak is larger.
この場合、第1のファイバグレーティングの反射ピークの帯域幅が第2のファイバグレーティングの反射ピークの帯域幅よりも広いので、第2のファイバグレーティングの反射ピークの反射率のシフト制御に要求される精度を緩和することができると共に、第1のファイバグレーティングの反射ピークの反射率が第2のファイバグレーティングの反射ピークの反射率よりも大きいので、第2のファイバグレーティングから基本波を効率よく出射することができる。 In this case, since the bandwidth of the reflection peak of the first fiber grating is wider than the bandwidth of the reflection peak of the second fiber grating, the accuracy required for shift control of the reflectance of the reflection peak of the second fiber grating is required. Since the reflectance of the reflection peak of the first fiber grating is larger than the reflectance of the reflection peak of the second fiber grating, the fundamental wave can be efficiently emitted from the second fiber grating. Can do.
前記第1のファイバグレーティングの反射ピークの帯域幅は0.5〜2nmであり、前記第2のファイバグレーティングの反射ピークの帯域幅は0.2nm以下であることが好ましい。 The bandwidth of the reflection peak of the first fiber grating is preferably 0.5 to 2 nm, and the bandwidth of the reflection peak of the second fiber grating is preferably 0.2 nm or less.
この場合、第2のファイバグレーティングの反射ピークの反射率をシフトさせる際、第2のファイバグレーティングの反射ピークを第1のファイバグレーティングの反射ピークに確実に一致させることができる。 In this case, when shifting the reflectance of the reflection peak of the second fiber grating, the reflection peak of the second fiber grating can be surely matched with the reflection peak of the first fiber grating.
前記第1のファイバグレーティングの反射ピークの反射率は95%以上であり、前記第2のファイバグレーティングの反射ピークの反射率は5〜20%であることが好ましい。 The reflectance of the reflection peak of the first fiber grating is preferably 95% or more, and the reflectance of the reflection peak of the second fiber grating is preferably 5 to 20%.
この場合、レーザ共振器によるレーザ光による励起用レーザの破壊を防止しつつ、レーザ光を効率よく出射することができる。 In this case, the laser beam can be emitted efficiently while preventing the excitation laser from being destroyed by the laser beam by the laser resonator.
前記制御部は、前記反射波長可変部による前記第2のファイバグレーティングの反射ピークの反射波長のシフトにより前記レーザ共振器の発振波長を切り替えた後、前記切り替えられた発振波長に応じて前記波長変換部の位相整合条件を変更することが好ましい。 The control unit switches the oscillation wavelength of the laser resonator by shifting the reflection wavelength of the reflection peak of the second fiber grating by the reflection wavelength variable unit, and then converts the wavelength according to the switched oscillation wavelength. It is preferable to change the phase matching condition of the part.
この場合、レーザ共振器から出射される基本波の発振波長の切り替えに合わせて波長変換部の位相整合条件が変更されるので、基本波を効率よく高調波に波長変換することができる。 In this case, since the phase matching condition of the wavelength converter is changed in accordance with the switching of the oscillation wavelength of the fundamental wave emitted from the laser resonator, the fundamental wave can be efficiently wavelength-converted into a harmonic.
前記波長変換部は、角度位相整合を用いる非線形結晶から構成された第1の波長変換素子と、前記第1の波長変換素子を保持すると共に、前記第1の波長変換素子の角度位相整合条件を成立させるべく前記レーザ共振器の発振波長に応じた前記第1の波長変換素子に対する前記レーザ共振器から出射される基本波の入射角度を設定する第1の保持部とを有し、前記制御部は、前記第1の保持部により前記波長変換部の位相整合条件を制御することが好ましい。 The wavelength conversion unit holds a first wavelength conversion element composed of a nonlinear crystal using angular phase matching, the first wavelength conversion element, and an angular phase matching condition of the first wavelength conversion element. A first holding unit that sets an incident angle of a fundamental wave emitted from the laser resonator with respect to the first wavelength conversion element according to an oscillation wavelength of the laser resonator to be established, and the control unit Preferably, the phase matching condition of the wavelength conversion unit is controlled by the first holding unit.
この場合、波長変換素子を角度位相整合を用いる非線形結晶により構成した場合に、レーザ共振器からの基本波を効率よく高調波に波長変換することができる。 In this case, when the wavelength conversion element is formed of a nonlinear crystal using angular phase matching, the fundamental wave from the laser resonator can be wavelength-converted efficiently to a harmonic.
前記波長変換部はさらに、角度位相整合を用いる非線形結晶から構成された第2の波長変換素子と、前記第2の波長変換素子を保持すると共に、前記第2の波長変換素子の角度位相整合条件を成立させるべく前記レーザ共振器の発振波長に応じた前記第2の波長変換素子に対する前記第1の波長変換素子から出射される基本波の入射角度を設定する第2の保持部とを有し、前記第2の保持部は、前記第1の保持部により生じる光軸の変化を抑えるように配置されており、前記制御部は、前記第1及び第2の保持部により前記波長変換部の位相整合条件を制御することが好ましい。 The wavelength conversion unit further holds a second wavelength conversion element composed of a nonlinear crystal using angle phase matching, the second wavelength conversion element, and an angle phase matching condition of the second wavelength conversion element. A second holding unit that sets an incident angle of the fundamental wave emitted from the first wavelength conversion element with respect to the second wavelength conversion element according to the oscillation wavelength of the laser resonator so as to establish The second holding unit is disposed so as to suppress a change in the optical axis caused by the first holding unit, and the control unit is configured to control the wavelength converting unit by the first and second holding units. It is preferable to control the phase matching conditions.
この場合、波長変換素子を角度位相整合を用いる非線形結晶により構成した場合でも、波長変換の際に生じる光軸の変動を抑えることができる。 In this case, even when the wavelength conversion element is formed of a nonlinear crystal using angular phase matching, fluctuations in the optical axis that occur during wavelength conversion can be suppressed.
前記波長変換部は、温度位相整合を用いる非線形結晶から構成された波長変換素子と、前記波長変換素子を保持すると共に、前記波長変換素子の温度位相整合条件を成立させるべく前記レーザ共振器の発振波長に応じた前記波長変換素子の温度を設定する保持部とを有し、前記制御部は、前記保持部により前記波長変換部の位相整合条件を制御することが好ましい。 The wavelength conversion unit includes a wavelength conversion element composed of a nonlinear crystal using temperature phase matching, holds the wavelength conversion element, and oscillates the laser resonator to satisfy the temperature phase matching condition of the wavelength conversion element. It is preferable that the control unit controls the phase matching condition of the wavelength conversion unit by the holding unit.
この場合、波長変換素子を温度位相整合を用いる非線形結晶により構成した場合に、レーザ共振器からの基本波を効率よく高調波に波長変換することができる。 In this case, when the wavelength conversion element is composed of a nonlinear crystal using temperature phase matching, the fundamental wave from the laser resonator can be wavelength-converted efficiently to a harmonic.
前記波長変換部は、擬似位相整合を用いる非線形結晶から構成され、分極反転周期構造を持つ波長変換素子と、前記波長変換素子を保持すると共に、前記波長変換素子の擬似位相整合条件を成立させるべく前記レーザ共振器の発振波長に応じた前記波長変換素子の分極反転周期領域に前記レーザ共振器から出射される基本波を入射させる保持部とを有し、前記制御部は、前記保持部により前記波長変換部の位相整合条件を制御することが好ましい。 The wavelength conversion unit is composed of a nonlinear crystal using quasi phase matching, holds a wavelength conversion element having a polarization inversion periodic structure, the wavelength conversion element, and establishes a quasi phase matching condition of the wavelength conversion element A holding unit that causes the fundamental wave emitted from the laser resonator to enter the polarization inversion period region of the wavelength conversion element according to the oscillation wavelength of the laser resonator, and the control unit is configured to It is preferable to control the phase matching condition of the wavelength converter.
この場合、波長変換素子を擬似位相整合を用いる非線形結晶により構成した場合に、レーザ共振器からの基本波を効率よく高調波に波長変換することができる。 In this case, when the wavelength conversion element is composed of a nonlinear crystal using quasi phase matching, the fundamental wave from the laser resonator can be wavelength-converted efficiently into a harmonic.
前記波長変換素子の分極反転周期構造の周期は、前記レーザ共振器から出射される基本波の入射方向に対して垂直方向に変化し、前記保持部は、前記レーザ共振器の発振波長に応じて前記波長変換素子を前記分極反転周期構造の周期が変化する方向に移動可能な移動ステージ、を有することが好ましい。 The period of the polarization inversion periodic structure of the wavelength conversion element changes in a direction perpendicular to the incident direction of the fundamental wave emitted from the laser resonator, and the holding unit depends on the oscillation wavelength of the laser resonator. It is preferable to have a moving stage that can move the wavelength conversion element in a direction in which the period of the domain-inverted periodic structure changes.
この場合、波長変換素子の分極反転周期構造の周期を最適な長さにすることができるので、基本波から高調波への変換効率を高めることができる。 In this case, since the period of the polarization inversion periodic structure of the wavelength conversion element can be set to an optimum length, the conversion efficiency from the fundamental wave to the harmonic can be increased.
前記波長変換素子の分極反転周期構造の周期は、前記レーザ共振器から出射される基本波の入射方向に沿って変化することが好ましい。 It is preferable that the period of the polarization inversion periodic structure of the wavelength conversion element changes along the incident direction of the fundamental wave emitted from the laser resonator.
この場合、波長変換素子の移動を伴うことなく、レーザ共振器の発振波長に応じた分極反転周期領域に基本波を入射させることができるので、波長変換部を簡単な構成で実現することができる。 In this case, since the fundamental wave can be incident on the polarization inversion period region corresponding to the oscillation wavelength of the laser resonator without moving the wavelength conversion element, the wavelength conversion unit can be realized with a simple configuration. .
前記第1のファイバグレーティングと前記第2のファイバグレーティングとの間で重なり合う部分を持つ反射ピークは、2つであることが好ましく、前記重なり合う部分を持つ2つの反射ピークの各反射波長の範囲は、1000〜1090nmと1100〜1180nmであることが好ましい。 It is preferable that the number of reflection peaks having an overlapping portion between the first fiber grating and the second fiber grating is two, and the range of each reflection wavelength of the two reflection peaks having the overlapping portion is: It is preferable that they are 1000-1090nm and 1100-1180nm.
この場合、1100〜1180nmの波長帯域の光を発生させる場合であっても、1000〜1090nmの波長帯域の光を同時に発生させることにより、ASE光の発生によるレーザ共振器の破壊を防止することができる。 In this case, even when light in the wavelength band of 1100 to 1180 nm is generated, it is possible to prevent destruction of the laser resonator due to generation of ASE light by simultaneously generating light in the wavelength band of 1000 to 1090 nm. it can.
本発明に係る画像表示装置は、上記のレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置の制御部に接続され、前記レーザ光源装置の発振波長を決定するための選択信号を前記制御部に出力する波長決定回路と、前記レーザ光源装置から出射されるレーザ光により表示される映像信号に含まれる輝度信号に基づき前記映像信号の輝度を判定し、前記判定された輝度を前記波長決定回路に出力する輝度信号判定回路と、を有するプロジェクタ制御回路と、前記画像表示装置の利用者により入力された前記レーザ光源装置の発振波長を前記波長決定回路に指示する映像モード切り替え部と、前記画像表示装置により使用される電源の種類及び残量を判定し、前記判定された電源の種類及び残量を前記波長決定回路に出力する電源制御回路とを備える。 An image display device according to the present invention is connected to the laser light source device and the control unit of the laser light source device, and outputs a selection signal for determining an oscillation wavelength of the laser light source device to the control unit. A luminance signal for determining a luminance of the video signal based on a luminance signal included in a video signal displayed by a circuit and a laser beam emitted from the laser light source device, and outputting the determined luminance to the wavelength determining circuit; Used by the image display device, a projector control circuit having a determination circuit, a video mode switching unit that instructs the wavelength determination circuit to oscillate the oscillation wavelength of the laser light source device input by a user of the image display device A power supply control circuit that determines the type and remaining amount of power to be output and outputs the determined type and remaining amount of power to the wavelength determination circuit.
上記の画像表示装置では、映像信号の種類や電源の使用状況に応じてレーザ光源装置から出射されるレーザ光の発振波長を切り替えることができる。このため、高輝度で色再現範囲が広く、高画質化及び低消費電力化された画像表示装置が実現可能である。 In the above image display device, the oscillation wavelength of the laser light emitted from the laser light source device can be switched according to the type of the video signal and the usage status of the power source. For this reason, it is possible to realize an image display device with high brightness, a wide color reproduction range, high image quality, and low power consumption.
本発明に係る顕微鏡装置は、上記のレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から出射されるレーザ光の照射による蛍光試料の励起により前記蛍光試料の発光を観察可能とする顕微鏡部とを備える。 A microscope apparatus according to the present invention includes the laser light source apparatus described above and a microscope unit that enables observation of light emission of the fluorescent sample by excitation of the fluorescent sample by irradiation of laser light emitted from the laser light source apparatus.
上記の顕微鏡装置では、蛍光試料に応じてレーザ光源装置から出射されるレーザ光の発振波長を切り替えることができるので、複数の蛍光試料の励起を良く行うことができる。 In the above microscope apparatus, since the oscillation wavelength of the laser light emitted from the laser light source apparatus can be switched in accordance with the fluorescent sample, a plurality of fluorescent samples can be excited well.
本発明に係るレーザ光源装置は、少なくとも2つの基本波を出射するレーザ発振装置と、前記レーザ発振装置から出射される少なくとも2つの基本波を各々高調波に変換し、前記変換された高調波を照射可能なレーザ光照射部と、前記レーザ発振装置と前記レーザ光照射部との間に配置され、前記レーザ発振装置から出射される基本波を前記レーザ光照射部に伝搬するファイバ部とを備え、前記レーザ発振装置は、励起光を出射するレーザ光源と、レーザ活性物質を含み、前記レーザ光源からの励起光が入射されるファイバと、前記ファイバの前記レーザ光源側に設けられた少なくとも2つの第1のファイバグレーティングと、前記ファイバの出射端側に設けられ、前記第1のファイバグレーティングのそれぞれに一対一に対応する少なくとも2つの第2のファイバグレーティングと、から構成されたレーザ共振器とを有する。 A laser light source device according to the present invention includes a laser oscillation device that emits at least two fundamental waves, and converts at least two fundamental waves emitted from the laser oscillation device into harmonics, and the converted harmonics. An irradiable laser beam irradiation unit; and a fiber unit that is disposed between the laser oscillation device and the laser beam irradiation unit and that propagates a fundamental wave emitted from the laser oscillation device to the laser beam irradiation unit. The laser oscillation device includes: a laser light source that emits excitation light; a fiber that includes a laser active material; the excitation light from the laser light source is incident; and at least two provided on the laser light source side of the fiber. A first fiber grating and at least one corresponding to each of the first fiber gratings, provided at the output end side of the fiber; It has two second fiber grating and a laser resonator formed from.
上記のレーザ光源装置では、レーザ発振装置が少なくとも2つの基本波を出射し、それら基本波をファイバ部によりレーザ光照射部に伝搬し、レーザ光照射部がそれら基本波を各々高調波に波長変換するので、少なくとも2つの異なる波長のレーザ光を従来よりも効率よく発振させて照射することができる。 In the laser light source device described above, the laser oscillation device emits at least two fundamental waves, propagates these fundamental waves to the laser beam irradiation unit through the fiber unit, and the laser beam irradiation unit converts each wavelength of the fundamental wave into a harmonic. Therefore, it is possible to oscillate and emit at least two laser beams having different wavelengths more efficiently than in the past.
前記レーザ共振器はさらに、前記ファイバの出射光の偏光方向に従って前記出射光を分岐する光分岐部を有し、前記第2のファイバグレーティングは、前記光分岐部により分岐された分岐光のうちのいずれかを入射されることが好ましい。 The laser resonator further includes an optical branching unit that branches the outgoing light in accordance with a polarization direction of the outgoing light of the fiber, and the second fiber grating includes a portion of the branched light branched by the optical branching unit. Either is preferably incident.
この場合、ファイバの出射光の偏光方向ごとに異なる波長の基本波を発振させるので、多波長発振時に発生するモード間競合を抑えることができる。 In this case, since fundamental waves having different wavelengths are oscillated for each polarization direction of light emitted from the fiber, it is possible to suppress competition between modes that occurs during multi-wavelength oscillation.
前記第2のファイバグレーティングは、対応する第1のファイバグレーティングとの間で構成される共振器のQ値を可変とすべく前記第2のファイバグレーティングの反射波長がシフト可能に構成されていることが好ましい。 The second fiber grating is configured such that the reflection wavelength of the second fiber grating can be shifted so that the Q value of the resonator formed between the second fiber grating and the corresponding first fiber grating can be varied. Is preferred.
この場合、第1及び第2のファイバグレーティングとの間に構成される共振器のQ値を第2のファイバグレーティングの反射波長のシフトにより変化させることができるので、レーザ光照射部による照射に不要な基本波の共振器のQ値を低下させ、その発振を停止させることができる。 In this case, since the Q value of the resonator formed between the first and second fiber gratings can be changed by shifting the reflection wavelength of the second fiber grating, it is not necessary for irradiation by the laser beam irradiation unit. The Q value of a resonator having a fundamental wave can be lowered and its oscillation can be stopped.
前記レーザ光照射部は、前記レーザ共振器から出射される基本波を高調波に変換する少なくとも2つの波長変換素子と、前記波長変換素子から出射される高調波の一部を反射する光学部材とを有し、前記光学部材により反射された高調波は、前記ファイバ部により前記レーザ発振装置に帰還され、前記レーザ発振装置は、前記帰還された高調波の出力強度に基づいて前記レーザ共振器の発振波長を変化させる。 The laser light irradiation unit includes at least two wavelength conversion elements that convert a fundamental wave emitted from the laser resonator into a harmonic, and an optical member that reflects a part of the harmonic emitted from the wavelength conversion element. And the harmonics reflected by the optical member are fed back to the laser oscillation device by the fiber unit, and the laser oscillation device is configured to output the harmonics of the laser resonator based on the output intensity of the fed back harmonics. Change the oscillation wavelength.
この場合、レーザ発振装置は、レーザ光照射部により波長変換された高調波の出力強度に応じてレーザ共振器の発振波長を変化させるので、レーザ光照射部から出射される高調波の出力を安定化させることができる。 In this case, the laser oscillation device changes the oscillation wavelength of the laser resonator in accordance with the harmonic output intensity converted by the laser beam irradiation unit, so that the harmonic output emitted from the laser beam irradiation unit is stabilized. It can be made.
前記光学部材の反射率は、1〜10%であることが好ましく、前記光学部材は、前記波長変換素子の出射面に配置された誘電体多層膜であることが好ましい。 The reflectance of the optical member is preferably 1 to 10%, and the optical member is preferably a dielectric multilayer film disposed on the emission surface of the wavelength conversion element.
この場合、レーザ発振装置はレーザ光照射部により波長変換された高調波の出力強度を精度良く検出することができる。 In this case, the laser oscillation apparatus can accurately detect the output intensity of the harmonic wave whose wavelength has been converted by the laser beam irradiation unit.
前記レーザ光照射部はさらに、前記少なくとも2つの波長変換素子から出射される光のうちのいずれかを前記レーザ光照射部から選択的に照射させる光選択部を有することが好ましい。 It is preferable that the laser beam irradiation unit further includes a light selection unit that selectively irradiates one of the light emitted from the at least two wavelength conversion elements from the laser beam irradiation unit.
この場合、レーザ光照射部から出射されるレーザ光の波長を切り替えることが可能となる。 In this case, the wavelength of the laser light emitted from the laser light irradiation unit can be switched.
前記ファイバ部は、ダブルクラッドファイバであることが好ましい。 The fiber portion is preferably a double clad fiber.
この場合、レーザ発振装置からレーザ光照射部への基本波の伝搬及びレーザ光照射部からレーザ発振装置への高調波の伝搬を効率よく行うことができる。 In this case, it is possible to efficiently propagate the fundamental wave from the laser oscillation device to the laser beam irradiation unit and the harmonic wave from the laser beam irradiation unit to the laser oscillation device.
前記第2のファイバグレーティングは、前記第2のファイバグレーティングの温度又は引っ張り応力の付加のいずれかの制御により反射波長がシフトされることが好ましい。 The reflection wavelength of the second fiber grating is preferably shifted by controlling either the temperature of the second fiber grating or the addition of tensile stress.
この場合、第2のファイバグレーティングの反射波長のシフトを精度良く行うことができる。 In this case, the reflection wavelength of the second fiber grating can be shifted with high accuracy.
前記レーザ発振装置はさらに、前記ファイバ部により帰還される高調波の出力強度を検出する検出部と、前記検出部により検出された高調波の出力強度に基づいて前記第2のファイバグレーティングの反射波長のシフト量を制御する制御部とを有することが好ましい。 The laser oscillation device further includes a detection unit that detects an output intensity of a harmonic fed back by the fiber unit, and a reflection wavelength of the second fiber grating based on the output intensity of the harmonic detected by the detection unit. And a control unit for controlling the shift amount.
この場合、レーザ光照射部から帰還される高調波の出力強度を検出し、検出された高調波の出力強度に基づいて第2のファイバグレーティングの反射波長のシフト量を制御するので、レーザ光照射部により波長変換された高調波の出力強度に応じてレーザ共振器の発振波長を変化させることができる。この結果、レーザ光照射部から出射される高調波の出力を安定化させることができる。 In this case, the output intensity of the harmonics fed back from the laser beam irradiation unit is detected, and the shift amount of the reflected wavelength of the second fiber grating is controlled based on the detected output intensity of the harmonics. The oscillation wavelength of the laser resonator can be changed according to the output intensity of the harmonic wave converted by the unit. As a result, the output of the harmonics emitted from the laser beam irradiation unit can be stabilized.
前記検出部は、前記レーザ共振器と前記ファイバ部との接続点の近傍に配置され、前記接続点から前記高調波の漏れ光を受光する受光素子であることが好ましい。 The detection unit is preferably a light receiving element that is disposed in the vicinity of a connection point between the laser resonator and the fiber unit, and that receives the leakage light of the harmonics from the connection point.
この場合、レーザ光照射部から帰還される高調波の出力強度を精度良く把握することができる。 In this case, it is possible to accurately grasp the output intensity of the harmonics fed back from the laser beam irradiation unit.
前記レーザ発振装置はさらに、前記レーザ光源装置の利用者による前記レーザ光源の点灯指令が入力されるスイッチ部、を有し、前記制御部は、前記スイッチ部により入力される点灯指令に基づいて前記レーザ光源を点灯させ、前記検出部により検出される高調波の出力強度を安定化させるべく前記第2のファイバグレーティングの反射波長のシフト量を制御し、前記レーザ光照射部はさらに、前記高調波の出力強度が安定化された後に、前記波長変換素子から出射される高調波を前記レーザ光照射部から照射可能とする開閉器、を有することが好ましい。 The laser oscillation device further includes a switch unit to which an instruction to turn on the laser light source by a user of the laser light source device is input, and the control unit is configured to perform the operation based on the lighting instruction input by the switch unit. A laser light source is turned on to control a shift amount of the reflection wavelength of the second fiber grating so as to stabilize the output intensity of the harmonic detected by the detection unit, and the laser beam irradiation unit further includes the harmonic. It is preferable to have a switch that can irradiate the laser beam irradiation unit with the harmonics emitted from the wavelength conversion element after the output intensity of the laser beam is stabilized.
この場合、レーザ光照射部により波長変換された高調波の出力が安定した後に、レーザ光照射部の照射が可能となるので、レーザ光源を常時動作させる必要が無くなる。この結果、レーザ光源による消費電力の低減を図ることができる。 In this case, the laser light irradiation unit can be irradiated after the output of the harmonic wave whose wavelength has been converted by the laser light irradiation unit is stabilized, so that it is not necessary to always operate the laser light source. As a result, power consumption by the laser light source can be reduced.
前記制御部は、前記第2のファイバグレーティングの反射波長のシフト量の制御による前記波長変換素子の位相整合条件の不成立により、前記レーザ共振器から出射される基本波を前記波長変換素子により波長変換されることなく前記波長変換素子から出射させることが好ましい。 The control unit converts the wavelength of the fundamental wave emitted from the laser resonator by the wavelength conversion element when the phase matching condition of the wavelength conversion element is not established by controlling the shift amount of the reflection wavelength of the second fiber grating. It is preferable that the light is emitted from the wavelength conversion element without being used.
この場合、レーザ光照射部から出射される基本波の出力を増加させることができる。 In this case, the output of the fundamental wave emitted from the laser beam irradiation unit can be increased.
前記レーザ共振器から出射される少なくとも2つの基本波の発振波長の範囲は、1000〜1100nmと1100〜1200nmであることが好ましい。 The ranges of the oscillation wavelengths of at least two fundamental waves emitted from the laser resonator are preferably 1000 to 1100 nm and 1100 to 1200 nm.
この場合、1100〜1200nmの波長帯域の光を発生させる場合であっても、1000〜1100nmの波長帯域の光を同時に発生させることにより、ASE光の発生によるレーザ共振器の破壊を防止することができる。 In this case, even when light in the wavelength band of 1100 to 1200 nm is generated, it is possible to prevent destruction of the laser resonator due to generation of ASE light by simultaneously generating light in the wavelength band of 1000 to 1100 nm. it can.
前記波長変換素子は、Mg:LiNbO3結晶を擬似位相整合により構成されており、前記レーザ共振器から出射される基本波の半値幅は、0.06nm以下であることが好ましい。 The wavelength conversion element is made of Mg: LiNbO 3 crystal by quasi-phase matching, and the half width of the fundamental wave emitted from the laser resonator is preferably 0.06 nm or less.
この場合、波長変換素子をMg:LiNbO3結晶を擬似位相整合により構成されている場合に、基本波から高調波への波長変換効率を最大波長変換効率の90%以上で実現できる。 In this case, when the wavelength conversion element is composed of Mg: LiNbO 3 crystal by quasi phase matching, the wavelength conversion efficiency from the fundamental wave to the harmonic can be realized by 90% or more of the maximum wavelength conversion efficiency.
本発明によれば、複数の波長を切り替えて発生することが可能で、Wクラスの大きな光出力を持つ高信頼性のレーザ光源装置及び画像表示装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a highly reliable laser light source device and an image display device that can be generated by switching a plurality of wavelengths and have a large W-class light output.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同一部分には同一符号を付し、図面で同一の符号が付いたものは、説明を省略する場合もある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part, and what attached the same code | symbol in drawing may abbreviate | omit description.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係るレーザ光源の概略構成を示す図である。図1において、本実施の形態に係るレーザ光源21は、ファイバレーザ22と、ファイバレーザ22から出射される基本波53を高調波24に変換する波長変換素子25を有する波長変換部23と、制御部34と、を備えている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a laser light source according to
ファイバレーザ22は、レーザ活性物質を含むファイバ26と、ファイバ26にファイバ32を通して励起光27を入射する励起用レーザ28と、ファイバ26の両端に形成され、ファイバ26と共にレーザ共振器を構成する第1のファイバグレーティング29及び第2のファイバグレーティング30と、を有している。
The
第1のファイバグレーティング29は複数の広帯域反射ピークを持っており、各反射ピークの帯域幅は0.5〜3nmである。また、第2のファイバグレーティング30も複数の狭帯域反射ピークを持っており、各反射ピークの帯域幅は0.2nm以下である。ファイバレーザ22の共振器は、第1のファイバグレーティング29及び第2のファイバグレーティング30のそれぞれから選択された反射ピークを2つの反射面として、基本波53を増幅して出射する。第2のファイバグレーティング30の各反射ピークの帯域幅は、望ましくは0.2nm以下、より望ましくは0.15nm以下である。波長変換素子25による波長変換の際の波長許容幅から第2のファイバグレーティング30の帯域幅を狭くするほど、波長変換素子25が効率よく波長変換できるからである。このような波長変換応用技術では、発振した基本波53の波長帯域は狭い必要があるため、第2のファイバグレーティング30の波長帯域を狭くしなければならない。そこで、第1のファイバグレーティング29の帯域幅を第2のファイバグレーティング30の10倍程度、すなわち、第1のファイバグレーティング29の帯域幅を0.5〜3nm、より望ましくは0.5〜2nmとすることにより、狭帯域側の第2のファイバグレーティング30の制御を粗くすることができる。第1のファイバグレーティング29の帯域幅は広げすぎると帯域のトップ形状に発生するリップルが大きくなるため、0.5〜2nmとするのが望ましい。
The first fiber grating 29 has a plurality of broadband reflection peaks, and the bandwidth of each reflection peak is 0.5 to 3 nm. The second fiber grating 30 also has a plurality of narrow-band reflection peaks, and the bandwidth of each reflection peak is 0.2 nm or less. The resonator of the
第2のファイバグレーティング30は、反射波長可変部33上に配置されている。反射波長可変部33は、第2のファイバグレーティング30に引っ張り応力を与える応力付加機構を有している。そして、第2のファイバグレーティング30に引っ張り応力を加えることにより、第2のファイバグレーティング30の反射波長をシフトさせ、その波長シフトによってファイバレーザ22の発振波長を変化させる。第2のファイバグレーティング30の一端は基台上に固定され、他の一端はパルスモータで駆動される1軸ステージ上に固定されている。ステージの可動方向と第2のファイバグレーティング30の光伝搬方向とは平行であり、パルスモータの回転により第2のファイバグレーティング30に引っ張り応力を与えることができる。なお、ここでは、波長可変部33に応力付加機構を持たせたが、本実施の形態はこれに限られるものではない。例えば、ペルチェ素子を用いた温度制御機構を波長可変部33に持たせ、第2のファイバグレーティング30を温度制御することにより反射波長をシフトさせるようにしても良い。
The second fiber grating 30 is disposed on the reflection wavelength
次に、第1のファイバグレーティング29及び第2のファイバグレーティング30の各々の複数の反射ピークについて具体的に説明する。図2(a)に第1のファイバグレーティング29の反射スペクトルを、図2(b)に第2のファイバグレーティング30の反射スペクトルを示す。図2(a)において、第1のファイバグレーティング29は、λ1、λ2、λ3の3つの中心波長を持ち、反射率が98%以上、すなわちHigh−Refrect(HR)ミラーとなっている。一方、図2(b)において、第2のファイバグレーティング30は、λ4、λ5、λ6の3つの中心波長を持ち、反射率が12%程度である。12%程度の反射率を必要とするのは、第2のファイバグレーティング30が、発振光の一部をファイバ26へ帰還させる役割を果たすためである。図2(a)及び(b)では、第1のファイバグレーティング29は、帯域幅0.5nmで、中心波長が5nmずつ離れた特性を持っている。一方、第2のファイバグレーティング30は、帯域幅0.06nmで、中心波長が4.5nmずつ離れた特性を持っている。なお、第1のファイバグレーティング29及び第2のファイバグレーティング30の各中心波長間の間隔は、ファイバレーザ22に要求される発振波長に基づいて適宜設定されるものである。図2(a)及び(b)では、第1のファイバグレーティング29と第2のファイバグレーティング30とは、室温(25度)で第2のファイバグレーティング30に引っ張り応力を付加しない状態では、λ1=λ4となっている。
Next, the plurality of reflection peaks of each of the first fiber grating 29 and the second fiber grating 30 will be specifically described. 2A shows the reflection spectrum of the first fiber grating 29, and FIG. 2B shows the reflection spectrum of the second fiber grating 30. As shown in FIG. In FIG. 2A, the first fiber grating 29 has three central wavelengths of λ1, λ2, and λ3, and has a reflectivity of 98% or more, that is, a high-reflect (HR) mirror. On the other hand, in FIG. 2B, the second fiber grating 30 has three central wavelengths of λ4, λ5, and λ6, and the reflectance is about 12%. The reason why the reflectance of about 12% is required is that the second fiber grating 30 plays a role of returning a part of the oscillation light to the
このとき、励起用レーザ28として、0.45Aをしきい値電流とする、最大7W出力可能な、波長915nmの半導体レーザを2個使用した場合、基本波53の出力として7.2Wが実現された。励起波長として915nmを使用することで、冷却フィンと送風ファンを用いた簡単な冷却機構により、安定して基本波53を出力することができる。
At this time, when two semiconductor lasers having a wavelength of 915 nm and a maximum output of 7 W with a threshold current of 0.45 A are used as the
次に、本実施の形態に係るレーザ光源の波長選択動作について説明する。ここでは、図2(a)及び(b)に示した反射ピークを持つ第1のファイバグレーティング29及び第2のファイバグレーティング30を用いた場合について説明する。図3(a)〜(c)は、本実施の形態に係るレーザ光源の波長選択動作を説明するための図であり、図3(a)は、室温、かつ、第2のファイバグレーティング30に引っ張り応力が付加されていない状態を示す図、図3(b)は、室温、かつ、第2のファイバグレーティング30に引っ張り応力を付加することにより、第2のファイバグレーティング30の反射波長を0.5nmだけシフトさせた状態を示す図、図3(c)は、室温、かつ、第2のファイバグレーティング30にさらに引っ張り応力を付加し、第2のファイバグレーティング30の反射波長をさらに0.5nmシフトさせた状態を示す図である。 Next, the wavelength selection operation of the laser light source according to the present embodiment will be described. Here, a case will be described in which the first fiber grating 29 and the second fiber grating 30 having the reflection peaks shown in FIGS. 2A and 2B are used. 3A to 3C are diagrams for explaining the wavelength selection operation of the laser light source according to the present embodiment. FIG. 3A is a diagram illustrating the second fiber grating 30 at room temperature. FIG. 3B is a diagram showing a state in which no tensile stress is applied. FIG. 3B shows that the reflection wavelength of the second fiber grating 30 is set to 0. 0 by applying tensile stress to the second fiber grating 30 at room temperature. FIG. 3 (c) is a diagram showing a state shifted by 5 nm, and FIG. 3C shows that the second fiber grating 30 is further applied with tensile stress at room temperature, and the reflected wavelength of the second fiber grating 30 is further shifted by 0.5 nm. It is a figure which shows the state made to do.
まず、図3(a)において、第1のファイバグレーティング29の中心波長λ1と第2のファイバグレーティング30の中心波長λ4が一致している。このため、ファイバレーザ22は、λ1(=λ4)で発振することになる。
First, in FIG. 3A, the center wavelength λ1 of the first fiber grating 29 and the center wavelength λ4 of the second fiber grating 30 match. For this reason, the
次に、図3(b)において、反射波長可変部33による引っ張り応力の付加により、第2のファイバグレーティング30の反射波長はシフトする。それにより、第1のファイバグレーティング29の中心波長λ2と第2のファイバグレーティング30の中心波長λ5とが一致する。このため、ファイバレーザ22は、λ2(=λ5)で発振する。すなわち、第2のファイバグレーティング30の反射波長をわずか0.5nmシフトさせるだけで、ファイバレーザ22の発振波長を5nmシフトさせることができる。
Next, in FIG. 3B, the reflection wavelength of the second fiber grating 30 shifts due to the addition of tensile stress by the reflection wavelength
さらに、図3(c)において、反射波長可変部33による引っ張り応力のさらなる付加により、第2のファイバグレーティング30の反射波長はさらにシフトする。それにより、第1のファイバグレーティング29の中心波長λ3と第2のファイバグレーティング30の中心波長λ6とが一致する。このため、ファイバレーザ22は、λ3(=λ6)で発振することになり、その発振波長は図3(b)よりさらに5nmシフトする。
Further, in FIG. 3C, the reflection wavelength of the second fiber grating 30 is further shifted by the further addition of the tensile stress by the reflection wavelength
すなわち、第2のファイバグレーティング30の反射波長を1nmシフトさせることにより、ファイバレーザ22の発振波長を10nmシフトさせることが可能となる。このように、本実施の形態では、離散的ではあるが、ファイバレーザ22の発振波長を5nmずつ、計10nm切り替えることが可能となる。ファイバレーザ22の発振波長のシフト量は、第1のファイバグレーティング29及び第2のファイバグレーティング30の設計により、任意に設計が可能である。
That is, by shifting the reflection wavelength of the second fiber grating 30 by 1 nm, the oscillation wavelength of the
このように、高い反射率で広い帯域幅を持つ反射器である第1のファイバグレーティング29と、小さな反射率で狭い帯域幅を持つ反射器である第2のファイバグレーティング30とを組みあわせることにより、両方の反射器を微調整してファイバレーザ22の発振波長をコントロールする必要がなくなり、一方の反射器を制御するだけで発振波長を切り替えることが可能となる。その上、従来では、発振波長の監視をレーザの出力に基づいて行う必要があり、発振波長の変化とレーザ出力自体の変化との切り分けが困難となっていた。本実施の形態では、発振波長の監視を不要とすることにより、レーザ出力自体の変化のみを制御(Auto Power Control:APC)すればよい。したがって、レーザ出力の制御が容易となる。また、従来では、ファイバグレーティングの反射波長が外気温の変動に敏感であることから、発振波長が不用意に切り替わることがあった。本実施の形態では、第1のファイバグレーティング29の帯域幅を第2のファイバグレーティング30よりも広げることで、この課題も防止することができる。
In this way, by combining the first fiber grating 29 which is a reflector having a high reflectivity and a wide bandwidth and the second fiber grating 30 which is a reflector having a small reflectivity and a narrow bandwidth, Therefore, it is not necessary to finely adjust both reflectors to control the oscillation wavelength of the
ところで、本実施の形態に係るレーザ光源に用いられるファイバレーザでは、レーザ活性物質であるYbの添加によるファイバの吸収により、発振波長ごとに発振効率が異なることが知られている。図4に、Yb添加のファイバの発振波長と損失との関係を示す。図4に示すように、発振波長が1045〜1070nmの範囲では、発振波長が長いほどファイバの損失が小さくなる。そのため、発振波長の増加に伴い、発振効率が高くなる傾向がある。したがって、発振波長を短くする場合、発振効率の低下を防止する必要がある。本実施の形態では、この発振効率の低下に対し、第2のファイバグレーティング30の反射率を大きくする。すなわち、第2のファイバグレーティング30の反射率の向上によりファイバ26に帰還させる発振光を増加させることにより、発振効率の低下を防止する。複数の反射波長を持つ第2のファイバグレーティング30は、各反射波長に対応するグレーティングの長さを変化させることにより、各グレーティングの反射率を変化させることができる。各々のグレーティング長の増加により、各々のグレーティングの反射率は増加する。つまり、短い発振波長の場合(本実施の形態の場合、1045nm)では、各グレーティングの反射率を大きくし、長い発振波長(本実施の形態の場合、1070nm)の場合は、反射率を小さくすることにより、発振効率の低下を抑制することができる。それにより、APCによる励起用レーザ28の駆動電流量の増加を抑制できる。つまり、低消費電力化できる。図5に、第2のファイバグレーティング30の反射波長と反射率との関係の一例を示す。
By the way, in the fiber laser used for the laser light source according to the present embodiment, it is known that the oscillation efficiency differs for each oscillation wavelength due to absorption of the fiber by addition of Yb which is a laser active substance. FIG. 4 shows the relationship between the oscillation wavelength and loss of a Yb-doped fiber. As shown in FIG. 4, in the range where the oscillation wavelength is 1045 to 1070 nm, the longer the oscillation wavelength, the smaller the loss of the fiber. Therefore, the oscillation efficiency tends to increase as the oscillation wavelength increases. Therefore, when the oscillation wavelength is shortened, it is necessary to prevent a decrease in oscillation efficiency. In the present embodiment, the reflectance of the second fiber grating 30 is increased with respect to the decrease in oscillation efficiency. That is, the oscillation efficiency is prevented from lowering by increasing the oscillation light that is fed back to the
図5において、ファイバレーザ22を1045nmから5nm刻みで1070nmまでの波長範囲Xで発振させると設計する場合、第2のファイバグレーティング30に、最も大きな反射ピークを1045nmと設定し、順次5nm刻みで小さくなる順に、反射波長を割り当てていくことにより、ファイバレーザ22の発振効率の低下を抑制し、ファイバレーザ22の発振波長の変動による基本波53の出力変動を5%以内に抑えることができる。
In FIG. 5, when the
次に、ファイバレーザ22から出射された基本波53の高調波24を発生させる波長変換部23について説明する。図1に示すように、波長変換部23は、波長変換素子25と、集光レンズ31と、ビームスプリッタ8と、波長変換素子保持部35と、を有している。なお、本実施の形態では、集光レンズ31を波長変換部23に設けているが、ファイバレーザ22に設けても構わない。
Next, the
ファイバレーザ22により基本波53のレーザ光が出力されると、集光レンズ31で集光されて波長変換素子25に入射する。ファイバレーザ22からの基本波53が入射波となり、波長変換素子25の非線形光学効果により変換されると、波長が基本波53の1/2の高調波24となる。この変換された高調波24は、ビームスプリッタ8で一部反射される一方、透過した高調波24のほとんど全てがレーザ光源21の出力光となって出射される。
When the laser light of the
ビームスプリッタ8で一部反射された高調波24は、波長変換素子25の出力光をモニターするために受光素子37で受光して電気信号に変換されて利用される。この変換された信号の強度が波長変換素子25で所望の出力が得られる強度になるように、制御部34は励起用レーザ電流源36で励起用レーザ28の駆動電流を調整する。そうすると励起用レーザ28からの励起光27の強度が調整され、ファイバレーザ22の基本波53の出力強度が調整され、その結果としてレーザ光源21の出力の強度が調整される。このことによりレーザ光源21の出力の強度は一定に保たれ、いわゆるオートパワーコントロール(APC)が安定に動作する。なお、レーザ光源21の出力の強度をAPC動作により、さらに精度よく制御するために、ファイバ26の第2のファイバグレーティング30の外側に受光素子を配置することもできる。このようにして、第2のファイバグレーティング30で反射されずに、わずかに漏れてくる基本波53を検出することができる。この検出データを基に、励起光27や基本波53の全体の強度を各々推定することにより、制御部34は励起用レーザ電流源36で励起用レーザ28の駆動電流を調整してレーザ光源21の出力の強度をAPC動作させる。
The
なお、基本波53の検出は、第2のファイバグレーティング30の外側に受光素子を配置した構成に限るものでは無く、第2のファイバグレーティング30から出射された基本波53の分岐光を検出する構成であっても良い。また、第1のファイバグレーティング29を透過した基本波53の出力を受光素子で検出する構成でも良い。さらに、励起用レーザ28の励起光27を取り出しミラーにより反射させて、励起光27の一部を受光素子で検出することにより、基本波53の出力を制御して良い。これらの構成により、励起光27や基本波53の出力を、より正確に検出して基本波53の出力を安定に制御することにより、レーザ光源21からの出力をさらに安定して得ることができる。
The detection of the
次に、波長変換部23の波長変換素子25及び波長変換素子保持部35の具体的な構成について説明する。本実施の形態では、基本波53を出射するファイバレーザ22の発振波長を変化させる。このため、高調波24を発生させる波長変換部23の波長変換素子25に用いている非線形光学結晶の位相整合条件を、発振波長に応じて変化させる必要がある。本実施の形態では、角度位相整合を用いる結晶の例としてKTiOPO4(KTP)、温度位相整合を用いる結晶の例としてLiB3O5(LBO)、擬似位相整合を用いる結晶の例としてMgO:LiNbO3、を用いた場合について説明する。
Next, specific configurations of the
(角度位相整合を用いる場合)
図6(a)に、波長変換素子25に角度位相整合を用いる非線形結晶を使用した場合の波長変換部23の構成について示す。図6(a)において、波長変換部23は、波長変換素子25aと、集光レンズ31と、ビームスプリッタ8と、波長変換素子保持部35aと、を有している。波長変換素子25aはKTP結晶を角度位相整合により構成されており、波長変換素子保持部35aは結晶光学軸におけるφ方向に波長変換素子25aを回転させる回転ステージを設けている。
(When using angle phase matching)
FIG. 6A shows the configuration of the
ファイバレーザ22の発振波長を1055nm、1060nm、1065nm及び1070nmとし、波長変換素子25aを構成するKTP結晶をtype−II位相整合(xy面内、z軸と基本波入射方向とのなす角度θ=90)で使用した。それぞれの位相整合条件としては、位相整合角度φ(基本波入射方向とx軸とがなす角度:結晶内の角度)が35°、32.5°、28.5°及び23.5°であった。なお、この位相整合角度φは、結晶の温度により±0.2°程度変化するものである。
The oscillation wavelength of the
図6(b)に、波長変換素子25に角度位相整合を用いる非線形結晶を使用した場合の波長変換部23の他の構成について示す。図6(b)において、波長変換部23は、波長変換素子25aと、集光レンズ31と、ビームスプリッタ8と、波長変換素子保持部35aと、波長変換素子25bと、波長変換素子保持部35bと、を有している。もちろん、波長変換素子25bはKTP結晶を角度位相整合により構成されており、波長変換素子保持部35bは結晶光学軸におけるφ方向に波長変換素子25bを回転させる回転ステージを設けている。すなわち、図6(b)の構成は、図6(a)の構成に、波長変換素子25bと波長変換素子保持部35bを追加したものとなっている。この構成により、波長変換素子25aの回転により生じる光軸の変化を、波長変換素子25bの回転により、抑えることができる。
FIG. 6B shows another configuration of the
(温度位相整合を用いる場合)
図7に、波長変換素子25に温度位相整合を用いる非線形結晶を使用した場合の波長変換機部23の構成について示す。図7において、波長変換部23は、波長変換素子25cと、集光レンズ31と、ビームスプリッタ8と、波長変換素子保持部35cと、を有している。波長変換素子25cはLBO結晶を温度位相整合により構成されており、波長変換素子保持部35cは、波長変換素子25cの温度を保持するヒーター42と、ヒーター42と波長変換素子25cとの隙間に配置されたスペーサー41と、を有している。ヒーター42は、真鍮製のブロック内にカートリッジヒータを内蔵させたもので、5mm×5mm、長手方向に25mmの空間を設け、その空間内に、3mm×3mm×20mmのLBO結晶からなる波長変換素子25cを保持している。隙間にはアルミニウム製のスペーサー41を配置している。ここでの位相整合温度は、この真鍮ブロックに配置した温度モニター用の熱電対の温度を示している。
(When using temperature phase matching)
FIG. 7 shows the configuration of the
ファイバレーザ22の発振波長を1055nm、1060nm、1065nm及び1070nmとし、波長変換素子25cを構成するLBO結晶(θ=90°、φ=0°:x軸上)の非臨界位相整合条件(type−I)を使用した場合、それぞれの位相整合温度は161℃、155℃、147℃及び136℃であった。なお、この位相整合温度は、結晶の個体差やヒーター42での保持条件により、±2℃程度変化するものである。
The oscillation wavelength of the
(擬似位相整合を用いる場合)
図8に、波長変換素子25に擬似位相整合を用いる非線形結晶を使用した場合の波長変換部23の構成について示す。図8において、波長変換部23は、波長変換素子25dと、集光レンズ31と、ビームスプリッタ8と、波長変換素子保持部35dと、を有している。波長変換素子25dは非線形光学結晶(MgO:LiNbO3[MgO:LN])を擬似位相整合により構成されており、波長変換保持部35dは、波長変換素子25dの温度を保持するペルチェ素子及びそのコントローラ51と、波長変換素子25dを所定の方向に移動可能な移動ステージ52と、を有している。非線形光学結晶(MgO:LN)には分極反転周期が形成されており、MgO:LN結晶の最大の非線形光学定数d33を使用することができるため、高効率な波長変換が可能である。分極反転周期は、基本波53の波長で規定されるため、基本波53の波長を切り替えるたびに、非線形光学結晶に形成された分極反転周期も切り替える必要がある。
(When using quasi phase matching)
FIG. 8 shows the configuration of the
ファイバレーザ22の発振波長を1055nm、1060nm、1065nm及び1070nmとした場合、必要な分極反転周期は6.8μm、6.9μm、7μm及び7.1μmとなる。図9(a)〜(c)に、MgO:LN結晶に形成された分極反転周期を示す。図9(a)では、基本波53の進行方向に対して各分極反転周期が形成された領域A、B、C、・・・が平行に並んでいる。例えば、領域Aに形成された分極反転周期はλ1の基本波53に対応し、領域Bに形成された分極反転周期はλ2の基本波53に対応し、領域Cに形成された分極反転周期はλ3の基本波53に対応する。一方、図9(b)では、分極反転周期がリニアに変化するものであり、例えば、位置Dの分極反転周期がλ1の基本波53に対応し、位置Eの分極反転周期がλ2の基本波53に対応し、位置Fの分極反転周期がλ3の基本波53に対応する。
When the oscillation wavelength of the
図9(a)及び(b)に示す分極反転周期の構成を持つ波長変換素子25dは、基本波53の波長の切り替えに対応して、基本波53が入力される領域又は位置を切り替える必要がある。したがって、波長変換素子25dは波長変換素子保持部35dの移動ステージ52により移動可能となっている。また、移動ステージ52の駆動タイミングは、図1の反射波長可変部33の駆動タイミングに同期しなければならない。このため、制御部34は、反射波長可変部33を駆動する駆動信号に同期して、移動ステージ52を駆動する駆動信号を生成する。それにより、反射波長可変部33による第2のファイバグレーティング30の反射波長のシフトに合わせて、波長変換素子25dの基本波53が入力される領域又は位置を正確に切り替えることにより、波長変換を効率よく実行することができる。なお、MgO:LN結晶の結晶軸を考慮すれば、図9(a)の構成の作製が容易である。
The
一方、図9(c)では、基本波53の進行方向に沿って各分極反転周期が形成された領域G、H、I・・・が順に並んでいる。例えば、領域Gに形成された分極反転周期はλ1の基本波53に対応し、領域Hに形成された分極反転周期はλ2の基本波53に対応し、領域Iに形成された分極反転周期はλ3の基本波53に対応する。図9(c)の構成では、基本波53の進行方向に沿って各分極反転周期の領域を設けているため、基本波53の波長切り替えと連動させて、波長変換素子25dを移動する必要がない。したがって、図8の移動ステージ52は不要となり、波長変換素子保持部35dの構成は簡単化され、さらに制御部34の処理の負荷も軽減できる。図9(c)の構成は、基本波53の波長が離散的に変化することから実現可能となっている。ただし、波長変換される領域(相互作用長)が短くなるため、基本波53から高調波24への変換効率は低下する。このため、変換効率を重視する場合は図9(a)の構成が望ましい。
On the other hand, in FIG. 9C, regions G, H, I... Where the polarization inversion periods are formed are arranged in order along the traveling direction of the
次に、図1のレーザ光源21が高出力の緑色レーザ光(以下、「G光」とする。)を出力する方法について説明する。図1において、ファイバレーザ22のファイバ26のコア部分には、レーザ活性物質として希土類元素Ybが1200ppmの濃度でドープされている。ファイバ励起用の励起用レーザ28は、波長915nm、しきい値電流400mA、最大光出力10Wの半導体レーザが使用されている。波長915nmの励起光はファイバ26に入射されて、第2のファイバグレーティング30に到達するまでに全て吸収される。その結果、励起用レーザ28からの励起光27をファイバ26に入射すると、励起光27がコア部分で吸収されてコア部分のYbの準位を利用して、ファイバ26から波長約1050〜1065nmの誘導放出が起こる。この約1050〜1065nmの誘導放出光は、ファイバ26中を励起光27が吸収されることで得られたゲインで増幅されて進み、波長約1050〜1065nmの赤外レーザ光の基本波53となる。また、基本波53は第1のファイバグレーティング29と第2のファイバグレーティング30とをレーザ共振器の一組の反射面として、これらの反射面の間を往復することにより、主として低反射率の第2のファイバグレーティング30により発振波長の選択が行われる。このときの第2のファイバグレーティング30の反射波長は、上述したように、1050nm、1055nm、1060nm及び1065nmに設定され、反射波長帯域幅は0.1nmに設定されている。したがって、基本波53の波長帯域幅は0.1nmとなって、ファイバレーザ22から出力される。なお、第1のファイバグレーティング29と第2のファイバグレーティング30の発振波長1050nm、1055nm、1060nm及び1065nmに対する反射率は、それぞれ98%と10%程度に設定されているが、第1のファイバグレーティング29と第2のファイバグレーティング30は共に、サンプルドグレーティングとなっているため、設計により各発振波長に対する反射率を変化させることができる。第1のファイバグレーティング29の反射率を98%以上とすることにより、励起用レーザ28へ発振光が戻り、励起用レーザ28を破壊することを防ぐことができる。一方、第2のファイバグレーティング30の反射率は、所望の発振波長をロックするだけの光量を帰還すればよいため、5〜20%程度であることが望ましい。
Next, a description will be given of a method in which the
図10に、励起用レーザ28からの励起光量に対する波長1065nmの基本波53の光出力の入出力特性について示す。基本波53の出力は、7Wまで励起光量に対して比例して直線性よく増加しているのがわかる。
FIG. 10 shows the input / output characteristics of the optical output of the
次に、ファイバレーザ22から出射された基本波53が波長変換素子25により高調波24に変換される過程について説明する。ファイバレーザ22から出力された基本波53(例えば、波長1065nm)は、集光レンズ31を介して波長変換素子25に入射する。波長変換素子25は、入射した光を高調波24に変換して出力する素子で、たとえば長さ20mmの分極反転周期構造のMgO:LiNbO3結晶を用いている。以下、分極反転周期構造のMgO:LiNbO3結晶を用いた場合について記述する。ここで、波長変換素子25において高調波に変換可能な波長は位相整合波長と呼ばれ、本実施の形態では25℃で1065nmに設定されている。したがって、ファイバレーザ22の基本波53の波長1065nmは位相整合波長と一致し、波長変換素子25で高調波24に変換され、1/2の波長である532.5nmの波長の緑色レーザとなって波長変換部23から高調波24として出力される。
Next, a process in which the
一般に、波長変換素子25は、素子温度により位相整合波長が敏感に変化するため、0.01℃の精度で温度制御されている。本実施の形態では、波長変換素子25及び第2のファイバグレーティング30は、ペルチェ素子を取り付けて0.01℃の精度でそれぞれ個別に温度制御されている。このようにすると、ファイバレーザ22の基本波出力が5Wを超えて波長変換素子25及び第2のファイバグレーティング30での発熱が大きくなっても、W級の緑色レーザの高調波24を得ることができる。なお、ペルチェ素子には温度センサが取り付けられており、ペルチェ素子及び温度センサは全て、制御部34に接続されて温度の信号出力の取り込みや各部品や素子の駆動などを制御されている。
In general, the
したがって、本実施の形態では、ファイバ26に添加する希土類元素の種類や量を調整することや、第2のファイバグレーティング30の反射波長を短波長に調整することにより、より短波長の基本波を5W以上の高出力で出力できる。したがって、より短波長の526〜540nmのW級の緑色レーザ光を得ることができる。
Therefore, in this embodiment, by adjusting the kind and amount of rare earth element added to the
制御部34は、予め入力されたテーブルを記憶し、テーブルに基づき第2のファイバグレーティング30と波長変換素子25の温度制御を行う構成としてもよい。これらの構成により、基本波53の波長変換素子25での位相整合条件を精密に制御することができ、さらに安定な高調波24の出力が効率良く、波長変換素子25より得ることができる。
The
テーブルは、基本波53の出力に対する波長変換素子25での位相整合波長変化量のデータからなる構成としてもよい。また、テーブルは、基本波53の出力に対する基本波53の第2のファイバグレーティング30での反射波長変化量のデータからなる構成としてもよい。これらの構成により、基本波53の出力が変化したときに上記のようなテーブルのデータに基づき、迅速に基本波53の出力と波長に対して波長変換素子25の位相整合条件が、第2のファイバグレーティング30と波長変換素子25の温度制御により迅速に調整されて、波長変換素子25の高調波出力がさらに安定に維持される。
The table may be configured by data of a phase matching wavelength change amount in the
なお、ファイバレーザ22のファイバ26のファイバ長を短くすることで526〜540nmの短波長の緑色レーザ光を得ることができ、再生色の範囲を従来のSRGB規格より大きく拡げることができる。このため、ディスプレイ等に適用するときに、さらに色再現範囲が広げられる。
Note that by shortening the fiber length of the
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2について説明する。図11に、本発明の実施の形態2に係るレーザディスプレイ(2次元画像表示装置)の構成を示す。本実施の形態に係るレーザディスプレイは、上記の実施の形態1に係るレーザ光源を適用したレーザディスプレイの一例である。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 shows a configuration of a laser display (two-dimensional image display device) according to
光源には、赤(R)、緑(G)、青(B)の3色のレーザ光源1001a〜1001cを用いている。赤色レーザ光源(R光源)1001aには、波長638nmのAlGaInP/GaAs系半導体レーザを、青色レーザ光源(B光源)1001cには、波長465nmのGaN系半導体レーザを用いている。
As light sources,
一方、緑色レーザ光源(G光源)1001bには、上記の実施の形態1に係るレーザ光源を用いている。赤外レーザの波長を1/2にする波長変換素子を具備したレーザ光源である。R、G、B各光源1001a〜1001cより出射されたレーザビームは、集光レンズ1009a〜1009cにより集光したのち、反射型2次元ビーム走査手段1002a〜1002cにより拡散板1003a〜1003c上を走査される。画像データは、R、G、Bそれぞれのデータに分割されており、その信号をフィールドレンズ1004a〜1004cで絞って空間光変調素子1005a〜1005cに入力したのち、ダイクロイックプリズム1006で合波することによりカラー画像を形成する。このように合波した画像は投射レンズ1007によりスクリーン1008に投影される。ただし、G光源1001bから空間光変調素子1005bに入射する光路中には、空間変調素子1005bでのG光のスポットサイズをR光やB光と同じにするための凹レンズ1009が挿入されている。
On the other hand, the laser light source according to the first embodiment is used for the green laser light source (G light source) 1001b. The laser light source includes a wavelength conversion element that halves the wavelength of the infrared laser. The laser beams emitted from the R, G, and
なお、本実施の形態では、1つの半導体レーザを使用してR光源やB光源を構成しているが、複数個の半導体レーザの出力を、例えば、バンドルファイバなどにより1本のファイバとしてまとめて得られるようにR光源やB光源を構成してもよい。このようにすると、R光源やB光源の波長スペクトルの幅を大きくすることができて、可干渉性を緩和することができ、光源としてスペックルノイズを抑制することもできる。同様にG光源についても、複数のレーザ光源のG光出力をそれぞれ出力ファイバで導波し、これらの出力ファイバを、例えば、バンドルファイバなどにより1本のファイバとしてまとめることにより、スペックルノイズを抑制したG光源としてもよい。 In this embodiment, the R light source and the B light source are configured by using one semiconductor laser, but the outputs of a plurality of semiconductor lasers are collected as one fiber by, for example, a bundle fiber. You may comprise R light source and B light source so that it may be obtained. If it does in this way, the width | variety of the wavelength spectrum of R light source or B light source can be enlarged, coherence can be eased, and speckle noise can also be suppressed as a light source. Similarly, for the G light source, speckle noise is suppressed by guiding the G light outputs of a plurality of laser light sources through output fibers, and combining these output fibers as a single fiber by, for example, a bundle fiber. The G light source may be used.
また、図11のレーザディスプレイでは、振動拡散板1003a〜1003cやフィールドレンズ1004a〜1004c等の部材が空間光変調素子1005a〜1005cの手前に配置されている。このような部材の配置は、可干渉性の強いレーザ光線を光源に用いることにより、発生するスペックルノイズを除去するためであり、これらのスペックルノイズ除去手段を揺動することにより、人間の目の応答時間で見たスペックルノイズを低減することができる。
In the laser display of FIG. 11, members such as
本実施の形態では、G光源1001bに上記の実施の形態1にレーザ光源を用いて、ファイバレーザから出射される基本波を波長変換素子に入射して高調波を発生させている。本実施の形態に係るレーザディスプレイの構成においては、G光源1001bに用いられたレーザ光源が特徴となっている。
In this embodiment, the fundamental light emitted from the fiber laser is incident on the wavelength conversion element using the laser light source of the first embodiment as the G
本実施の形態のレーザディスプレイは、R、G、Bの光源にレーザ光源を用いるので、高輝度で薄型に構成できる。さらに、G光源1001bに上記実施の形態1に係るレーザ光源を用いることにより、再生色範囲を従来のSRGB規格より、例えば、525nmの範囲にまで広く拡げることができ、さらに原色に近い色表現が可能となる。すなわち、本実施の形態のレーザディスプレイは、従来のレーザディスプレイよりも色再現範囲を拡げることができる。
Since the laser display of this embodiment uses a laser light source for the R, G, and B light sources, it can be configured to be thin with high brightness. Further, by using the laser light source according to the first embodiment as the G
さらに、G光源1001bは、例えば、波長が525nm、527.5nm、530nm及び532.5nmのいずれかの光を任意に発振可能である。このため、スペックルノイズを単一波長の場合の2割以下に低下させることができる。さらに、振動拡散板1003bを揺動することにより、ヒトの目にとってスペックルノイズが感じられない程度(2%以下)にスペックルノイズによる明暗の高低差を低減することができる。
Furthermore, for example, the G
なお、本実施の形態では、このような構成の2次元画像表示装置のほかに、スクリーンの背後から投影する形態(リアプロジェクションディスプレイ)をとることも可能である。また、導光板でレーザ光を均一化することにより、液晶パネルのバックライトとしても使用することが可能である。 In the present embodiment, in addition to the two-dimensional image display device having such a configuration, it is possible to adopt a form (rear projection display) in which projection is performed from behind the screen. Further, by making the laser light uniform with the light guide plate, it can also be used as a backlight of a liquid crystal panel.
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3について説明する。一般に、緑色光の発振波長が変化すると、映像の色再現範囲が変化することが知られている。図12に、緑色光の波長と色再現範囲との関係を示す。532.5nmは視感度が高いため、同じ明るさを得る場合には少ない投入電力でよいが、海の色などを表示するのに必要な「シアン系」の色が出せないという問題がある。一方、525nmでは「シアン系」の色を再現できるが、視感度が低いため、532.5nmの場合と比較して2倍以上の投入電力を必要とするという問題点があった。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In general, it is known that the color reproduction range of an image changes when the oscillation wavelength of green light changes. FIG. 12 shows the relationship between the wavelength of green light and the color reproduction range. Since 532.5 nm has high visibility, a small amount of input power is sufficient to obtain the same brightness, but there is a problem that a “cyan” color necessary for displaying the color of the sea cannot be produced. On the other hand, although “cyan” color can be reproduced at 525 nm, since the visibility is low, there is a problem that input power more than twice that of the case of 532.5 nm is required.
このような問題を解決するために、本実施の形態に係るレーザ光源では、映像の種類や使用状況に応じてレーザ光の発振波長を切り替えることにより、ヒトの目の視感度を利用して同じ消費電力で、より明るい映像を表示させることを可能にする。以下、本実施の形態に係るレーザ光源がレーザディスプレイの緑色光源に用いられた場合について説明する。 In order to solve such a problem, the laser light source according to the present embodiment uses the visibility of the human eye by switching the oscillation wavelength of the laser light according to the type of image and usage conditions. Brighter images can be displayed with power consumption. Hereinafter, a case where the laser light source according to the present embodiment is used as a green light source of a laser display will be described.
図13に、本実施の形態に係るレーザ光源の概略構成を示す。本実施の形態に係るレーザ光源110は、上記の実施の形態1に係るレーザ光源に、波長決定回路1102及び輝度信号判定回路1103を含むプロジェクタ制御回路1101と、映像モード切替スイッチ1104と、が追加された構成となっている。また、外部より映像信号(データ)1105あるいは映像信号(ビデオ)1106がプロジェクタ制御回路1101に入力され、プロジェクタ制御回路1101により制御部34へ波長選択信号1107が送信され、レーザ光の発振波長が選択される。
FIG. 13 shows a schematic configuration of the laser light source according to the present embodiment. In the
プロジェクタ制御回路1101の動作について説明する。通常、レーザディスプレイには、映像信号の入出力用の複数の端子、例えば、D−sub15pinや、DVI、RCAピン、S端子、D端子、HDMI、が設けられている。そこで、まず、プロジェクタ制御回路1101が、レーザディスプレイの端子のうちのいずれに映像信号が入力されたかを検知することにより、レーザ光の発振波長を変化させる場合について説明する。
The operation of the
例えば、レーザディスプレイに映像信号(データ)1105が入力されたとする。映像信号(データ)1105がD−sub15pinあるいはDVIから入力されていれば、映像信号1105はプレゼンテーションに用いるような、明るさが重要視されるデータ信号であると言える。この場合、波長決定回路1102は、波長選択信号1107を制御部34に送信することにより、視感度の高い波長の緑色光を選択する。
For example, assume that a video signal (data) 1105 is input to the laser display. If the video signal (data) 1105 is input from D-sub15pin or DVI, it can be said that the
また、RCAピンや、S端子、D端子、HDMI等の端子から映像信号が入力された場合、その映像信号は映像信号(ビデオ)1106であることが多い。この場合、輝度信号判定回路1103は、映像ソースの明るさを判定する。輝度信号判定回路1103は、映像中の輝度信号を解析することにより、入力された映像信号1106が、一般的なテレビ番組(例えば、スタジオ収録された番組)のような明るい場面が多く、それほど色が重要視されない映像信号であるのか、あるいは、映画のような暗い場面が多いが、広い色再現範囲が求められるような映像信号であるのかを判別する。前者の場合は、視感度の高い緑色波長を使用する割合を増やし、効率を向上させ、後者の場合には、色再現性が拡大できる526nmなどの短波長の緑色波長を使用する割合を増やすことで画質を向上させることが可能となる。
When a video signal is input from an RCA pin, an S terminal, a D terminal, or an HDMI terminal, the video signal is often a video signal (video) 1106. In this case, the luminance
また、映像モード切替スイッチ1104により、ユーザーが任意にどちらの波長を使用するか決定することもできる。例えば、ユーザーが明るい映像を好む場合には、視感度の高い緑色波長を指定できる一方、色再現性が広い高画質な映像を常に見たい場合には、色再現性が拡大できる波長を指定できる。また、輝度信号判定回路1103で決定される波長選択信号1107において、発振波長を決定することもできる。
Also, the video mode change-
本実施の形態に係るレーザ光源110では、525nm、527.5nm、530nm、あるいは、532.5nmのいずれかの波長を任意に発振可能となるため、色再現性よりも明るさが要求されるデータプロジェクターとして使用する際には、視感度の高い532.5nmの発光とすることで、同じ消費電力でヒトの目に感じる明るさを向上することができる。一方、明るさよりも映画などの色再現性が要求される場合においては、視感度は低いが、再現色範囲を広げることが可能な525nmの発光として、色再現性を高めることができる。
In the
以上の発光比率を変化させる方法としては、以上に挙げた限りでなく、他の方法を適用しても同様の効果が得られるものである。 The method for changing the above light emission ratio is not limited to the above, and the same effect can be obtained by applying other methods.
また、本実施の形態では、バッテリー1109を電源として使用できる構成の場合、AC電源1108かバッテリー1109のいずれの使用か、あるいはバッテリー1109の残量に応じて、発振する波長を切り替えることで、バッテリー1109の寿命を向上させることも可能である。例えば、AC電源1108かバッテリー1109を使用しているかで判断する場合、電源制御回路1110により電源種類を判断し、波長決定回路1102に電源判定信号1111を送信することで、波長決定回路1102により波長が決定される。また、バッテリー1109の残量を電源制御回路1110で判断することにより発振波長を決定することで、バッテリー1109を使用している場合やバッテリー残量が少なくなった場合、ファイバレーザ22としての効率が高く、かつ視感度も大きな長波長のグリーン光で投影することにより、より少ない消費電力で明るい画像を表示できる。
In this embodiment mode, in the case where the
(実施の形態4)
次に、本発明の実施の形態4について説明する。図14に、本発明の実施の形態4に係るレーザ蛍光顕微鏡の構成を示す。本実施の形態に係るレーザ蛍光顕微鏡は、上記の実施の形態1に係るレーザ光源を用いたものである。本実施の形態に係るレーザ蛍光顕微鏡は、試料にローダミンなどの蛍光物質で染色し、上記実施の形態1に係るレーザ光源から発生した光により励起することにより、蛍光した部分を観察するものである。蛍光物質は数種類あり、それぞれ励起光の波長が異なっている。例えば、TRITCという蛍光試薬の励起波長は540nmであり、TexasRedという試薬では560nmとなっている他、様々な励起波長の蛍光試薬が市販されている。それぞれの試薬で細胞内に留まる部分が異なっているため、視認性を大きく高めることができるものである。
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 shows the configuration of a laser fluorescence microscope according to
本実施の形態に係るレーザ蛍光顕微鏡1301のレーザ光源21から発せられたレーザ光をミラー1302a及び1302bで折り返し、顕微鏡1303内に導入する。レーザ光を試料1304に照射することで、試料1304内に保持されている蛍光試料を励起し、発光部分を画像で確認することができる。従来は、ハロゲンランプの光をダイクロイックミラーで分離したものや、色素レーザを使用した光源が用いられていたが、ハロゲンランプのものでは色分離しきれず、励起したくない色素まで励起してしまうという課題があった。色素レーザを用いたものでは、チューナブルレーザのため色分離が可能であるが、液体の色素を頻繁に交換する必要があり、メンテナンス回数が多いという課題があった。本実施の形態では、離散的な波長可変となるが、メンテナンスフリーであり、色素レーザと比較して大幅に小型化が可能となる。
Laser light emitted from the
以上説明したように、本発明の実施の形態1〜4によれば、複数の反射波長を持つ一組のファイバグレーティングの狭帯域側のファイバグレーティング周期を可変とすることにより、レーザの発振波長を離散的に変化させることができる。このことにより、高出力かつ複数の波長を切り替えて使用可能なレーザ光源装置を実現できる。また、狭帯域側の反射率とレーザ媒質のゲインとを合致させ、発振させたい波長を任意に選択できるため、複数波長を同時発振させる場合と比較して、W級の可視のレーザ光を安定に出力でき、視感度の高い緑色のレーザ光を出射することができる。さらに、高輝度で、色再現範囲が広く、高画質化、低消費電力化された2次元画像表示装置を実現できる。 As described above, according to the first to fourth embodiments of the present invention, by changing the fiber grating period on the narrow band side of a set of fiber gratings having a plurality of reflection wavelengths, the oscillation wavelength of the laser can be changed. It can be changed discretely. As a result, it is possible to realize a laser light source device that can be used by switching between a plurality of wavelengths with high output. In addition, because the reflectance on the narrow band side and the gain of the laser medium are matched and the wavelength to be oscillated can be arbitrarily selected, W-class visible laser light is more stable than when simultaneously oscillating multiple wavelengths. It is possible to output a green laser beam with high visibility. Furthermore, it is possible to realize a two-dimensional image display device that has high brightness, a wide color reproduction range, high image quality, and low power consumption.
なお、上記の実施の形態1〜4において、図15(a)に示すように、1120nmなどの1100nm以上の光を発振させ、高調波を得る場合、ファイバレーザ側で1000〜1100nmの波長範囲で増幅自然放出光(Amplifired Spontanious Emission)が発生し、励起用レーザを破壊することがある。このため、図15(b)に示すように、1000〜1100nmの波長範囲のうちのいずれかの波長で、同時に発振するようにファイバグレーティングを設計することにより、励起用レーザの破壊を防止することができ、安定した出力を得ることができる。 In the above first to fourth embodiments, as shown in FIG. 15A, when oscillating light of 1100 nm or more such as 1120 nm to obtain harmonics, the fiber laser side has a wavelength range of 1000 to 1100 nm. Amplified spontaneous emission may be generated, destroying the excitation laser. For this reason, as shown in FIG. 15B, the destruction of the excitation laser can be prevented by designing the fiber grating so that it oscillates simultaneously at any wavelength within the wavelength range of 1000 to 1100 nm. And stable output can be obtained.
また、上記の実施の形態1〜4において、ファイバレーザは希土類元素としてYbをドープしたものを用いたが、他の希土類元素、例えば、Nd、Er等から選択された少なくとも1つの希土類元素を用いてもよい。また、波長変換素子の波長や出力に応じて、希土類元素のドープ量を変えたり、複数の希土類元素をドープしたりしてもよい。 In the first to fourth embodiments, the fiber laser doped with Yb as the rare earth element is used. However, at least one rare earth element selected from other rare earth elements such as Nd and Er is used. May be. Further, the doping amount of the rare earth element may be changed or a plurality of rare earth elements may be doped according to the wavelength and output of the wavelength conversion element.
さらに、上記の実施の形態1〜4において、ファイバレーザの励起用レーザには、波長915nm及び波長976nmのレーザを用いたが、ファイバレーザを励起できるものであれば、これらの波長以外のレーザを用いても良い。
Furthermore, in
上記の実施の形態1〜4に係るレーザ光源及び2次元画像表示装置は、高輝度で色再現範囲が広く低消費電力であるので、大型ディスプレイや高輝度ディスプレイ等のディスプレイ分野や、生化学分野における分析応用等に有用である。 Since the laser light source and the two-dimensional image display device according to the first to fourth embodiments have high brightness, a wide color reproduction range, and low power consumption, the display field such as a large display or a high brightness display, or the biochemistry field This is useful for analytical applications.
(実施の形態5)
次に、本発明の実施の形態5について説明する。本実施の形態は、安定な可視光高出力レーザを得るレーザ光源を用いる、手術等に利用される医療用のレーザ光源装置に係るものである。
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. The present embodiment relates to a medical laser light source apparatus used for surgery or the like using a laser light source that obtains a stable visible light high-power laser.
図16は、本実施の形態に係るレーザ光源装置の概略構成を示す図である。本実施の形態に係るレーザ光源装置2100は、レーザ発振装置2101と、レーザ光照射部2102と、を備えている。レーザ発振装置2101は、ファイバレーザ2103と、電源部2104と、制御部2105と、を有し、レーザ光照射部2102は、2つの波長変換素子2111及び2112と、光選択部2113と、を有している。また、レーザ発振装置2101には、レーザ光を出射させるタイミングをユーザにより決定可能とする点灯スイッチ2106が設けられている。ファイバレーザ2103から出射されたレーザ光は、ファイバ2117を通して、レーザ光照射部2102に伝搬される。
FIG. 16 is a diagram showing a schematic configuration of the laser light source apparatus according to the present embodiment. A laser
ファイバレーザ2103は、Yb等の希土類が添加されたファイバ2110と、ファイバ2110に入射する励起光を出力する励起用レーザ2107と、基本波の波長を選択可能なファイバグレーティング2108a、2108b、2109a及び2109bと、パンダカップラ2110aと、を有し、ファイバグレーティング2108a、2109a及びファイバ2110は、ダブルクラッド偏波保持ファイバで構成されている。
The
レーザ光照射部2102は、発生した可視光の一部をファイバ2117を通してレーザ発振装置2101に帰還させている。レーザ発振装置2101では、ファイバ2117を介して帰還する可視光がフォトダイオード2115及び2116によりモニターされる。制御部2105はそのモニター結果に基づき励起用レーザ2107の駆動する電源部2104を制御することにより励起用レーザ2107の出力を安定化させる。ファイバ2117は、レーザ光照射部2102からファイバ2117への可視光の結合損失及び、ファイバ2117による可視光の伝搬損失を低減するためには、ダブルクラッド偏波保持ファイバであることが望ましい。また、ファイバグレーティング2108b及び2109bを通常の偏波保持ファイバで構成することで、ダブルクラッド偏波保持ファイバであるファイバ2117との接続点で漏れ光が発生する。それにより、フォトダイオード2115及び2116のためのモニター用可視光を得ることができる。
The laser
次に、ファイバレーザ2103の動作について説明する。励起用レーザ2107からの励起光がファイバ2110に入射する。入射した励起光はファイバ2110に含まれるレーザ活性物質で吸収されつつ、ファイバ2110中を伝搬する。励起光がファイバ2110中を通過・吸収され、ファイバ2110内で基本波を増幅するゲインが一様に高くなった状態で、基本波の種光がファイバ2110の内部で発生する。この基本波の種光は、ファイバグレーティング2108aと2108bとを一組の共振器として、あるいは、ファイバグレーティング2109aと2109bを一組の共振器として、これら共振器の中を増幅されて強度を増しつつ何度も反射して往復し、ついにレーザ発振に至る。
Next, the operation of the
パンダカプラ2110aは、基本波の偏光方向ごとに発振波長を変化させるために用いている。例えば、パンダカプラ2110aのslow軸方向に反射波長が1064nm、反射帯域が0.05nmのファイバグレーティング2109bを融着し、fast軸方向に反射波長が1178nm、反射帯域が0.05nmのファイバグレーティング2108bを融着することで、Ybファイバ2110内ではslow軸方向が1064nm、fast軸方向が1178nmで発振する。各波長によるfast/slow軸の方向は、それぞれの波長での偏光方向が直交していれば、それぞれ入れ替わっても同様の効果を得ることができる。
The
このように、基本波の偏光方向ごとに発振波長を変えることで、多波長発振時に発生するモード間競合による出力不安定を防止することができる。また、1178nmを発生させる場合には、波長が1040〜1090nmのASE(Amplitude Spontaneous Emission)光が発生してしまう。その結果、1178nm発生の効率が低下するばかりか、不用意なパルス発振が発生し、ファイバレーザ共振器を破壊する。このため、1178nm発生時には、1064nmも同時に発振させるようにしている。こうすることで、不用意なパルス発振が抑制されてファイバレーザ共振器の破壊を防ぐことができる。このとき、所望の波長が1178nmの高調波である589nmであれば、1064nmを発生させるためのファイバグレーティング2109bの温度または引っ張り応力を制御することにより、ファイバグレーティング2109bの反射波長を変化させて1064nmが発生している共振器のQ値を低下させる。それにより、励起光のエネルギーがファイバグレーティング2108bによる1178nmの発生に、より多く使われるようになる。
Thus, by changing the oscillation wavelength for each polarization direction of the fundamental wave, it is possible to prevent output instability due to inter-mode competition that occurs during multi-wavelength oscillation. When 1178 nm is generated, ASE (Amplitude Spontaneous Emission) light having a wavelength of 1040 to 1090 nm is generated. As a result, not only the efficiency of generation of 1178 nm is lowered, but also inadvertent pulse oscillation occurs, and the fiber laser resonator is destroyed. For this reason, when 1178 nm is generated, 1064 nm is also oscillated simultaneously. By doing so, inadvertent pulse oscillation can be suppressed and the destruction of the fiber laser resonator can be prevented. At this time, if the desired wavelength is 589 nm, which is a harmonic of 1178 nm, the reflection wavelength of the fiber grating 2109b is changed by controlling the temperature or tensile stress of the fiber grating 2109b for generating 1064 nm, so that 1064 nm becomes 1064 nm. The Q value of the generated resonator is reduced. As a result, the energy of the excitation light is used more for generation of 1178 nm by the
このように、ファイバグレーティング2108a、2109a及びファイバ2110はダブルクラッド偏波保持ファイバであることが必須である。一方、パンダカップラ2110a、ファイバグレーティング2108b及び2109bはダブルクラッド構造を持たない通常の偏波保持ファイバであることが望ましい。ファイバグレーティング2108b及び2109bが形成された偏波保持ファイバの末端、つまり基本波の出口は、基本波レーザ光をレーザ光出射部2102へ伝搬するファイバ2117に融着接続されている。そして、その融着接続点付近にはそれぞれ、レーザ光照射部2102内に配置される波長変換素子2111及び2112で発生する可視光の戻り光をモニターするためのフォトダイオード2115及び2116が配置されている。ただし、接続点では、赤外光も一緒に漏れてくるため、フォトダイオード2115及び2116には、赤外光フィルターが装着されていることが望ましい。本実施の形態の場合、波長変換素子2111及び2112の出射面に、波長変換により発生する可視光のうち8%だけ入射方向に戻すための誘電体多層膜が形成されている。入射方向へ反射された可視光は、再びファイバ2117に結合される。この際、ファイバ2117がダブルクラッドファイバであることにより、ファイバ2117への可視光の結合効率が向上し、より多くの可視光を上記の接続点まで伝搬することが可能となる。その結果、フォトダイオード2115及び2116は、上記の可視光をより正確にモニターすることができる。なお、波長変換素子2111及び2112の各出射面での可視光の反射量は、ファイバ2117の長さに依存し、1〜10%の範囲内であることが望ましい。
Thus, it is essential that the
本実施の形態に係るレーザ光源装置2100は、波長変換素子2111及び2112の位相整合条件をファイバレーザ2103の発振波長を変化させることにより制御する。以下、この位相整合条件の制御について説明する。
The laser
図16において、上述したように、レーザ光照射部2102の波長変換素子2111及び2112の出射端面で反射された可視光は、ファイバ2117を通して、レーザ発振装置2101に伝搬され、フォトダイオード2115及び2116によりモニターされている。制御部2105は、フォトダイオード2115及び2116のモニター結果により、波長変換素子2111及び2112の各可視光の出力強度を取得する。制御部2105は、波長変換素子2111及び2112の各可視光の出力強度に基いてファイバグレーティング2108b及び2109bの反射波長をシフトさせることによりファイバレーザ2103の発振波長を変化させる。ファイバレーザ2103の発振波長が変化することにより、波長変換素子2111及び2112の位相整合条件が制御されることになる。
In FIG. 16, as described above, visible light reflected by the emission end faces of the
ファイバグレーティング2108b及び2109bの反射波長のシフト量の設定は、例えば、ペルチェ素子による温度制御により実現される。制御部2105は、波長変換素子2111及び2112の位相整合条件の不成立による出力強度の変動が生じると、ファイバグレーティング2108b及び2109bの温度制御によりファイバレーザ2103の発振波長を変化させることにより、波長変換素子2111及び2112の位相整合条件を再び成立させる。なお、ファイバグレーティング2108b及び2109bの反射波長のシフト量の設定は、上記の実施の形態1と同等、ファイバグレーティング2108b及び2109bに引っ張り応力を付加することにより制御しても良い。
The setting of the shift amount of the reflection wavelength of the
次に、制御部2105によるファイバグレーティング2108b及び2109bの温度制御について具体的に説明する。なお、ファイバグレーティング2108b及び2109bのいずれの温度制御も同一の処理が行われるため、以下では、ファイバグレーティング2108bを温度制御する場合について説明する。図17(a)は、波長変換素子2112の温度が低下した場合の位相整合波長の変化を表わす模式図、図17(b)は、波長変換素子2112の温度が上昇した場合の位相整合波長の変化を表わす模式図である。ファイバグレーティング2108bは、予め所定の待機温度となるように、ペルチェ素子による温度制御がなされている。待機温度としては、例えば、波長変換素子2112の出力強度がピークとなる位相整合温度の85〜95%となり、かつ、位相整合温度より低い温度を用いることができる。
Next, temperature control of the
まず、図17(a)において、波長変換素子2112の温度が低下すると、図中の矢印A1で示すように、波長変換素子2112の出力は上昇する。このとき、位相整合波長の特性曲線は、図中の矢印A2で示すように、短波長側にシフトする。そこで、制御部2105は、ファイバグレーティング2108bの温度を低下させてファイバレーザ2103から出射される基本波の発振波長を短波長側にシフトさせる。それにより、図中の矢印A3で示すように、波長変換素子2112の出力は低下し、波長変換素子2112の待機温度時における出力に回復する。
First, in FIG. 17A, when the temperature of the
一方、図17(b)において、波長変換素子2112の温度が上昇すると、図中の矢印B1で示すように、波長変換素子2112の出力は低下する。このとき、位相整合波長の特性曲線は、図中の矢印B2で示すように、長波長側にシフトする。そこで、制御部2105は、ファイバグレーティング2108bの温度を上昇させてファイバレーザ2103から出射される基本波の発振波長を長波長側にシフトさせる。それにより、図中の矢印B3で示すように、波長変換素子2112の出力は上昇し、波長変換素子2112の待機温度時における出力に回復する。
On the other hand, in FIG. 17B, when the temperature of the
図18は、上述した制御部2105によるファイバグレーティング2108bの温度制御の処理手順を示すフローチャートである。まず、制御部2105は、フォトダイオード2116による波長変換素子2112からの戻り光の出力強度のモニター結果を取得し(ステップS101)、波長変換素子2112の出力が上昇しているか、あるいは、低下しているか、を判定する(ステップS102)。
FIG. 18 is a flowchart showing a processing procedure for temperature control of the
次に、上記のステップS102において、波長変換素子2112の出力は上昇していると判定された場合には、制御部2105は、ファイバグレーティング2108bのペルチェ素子に流れる平均電流を減少させる(ステップS103)。それにより、ペルチェ素子の温度を低下させることによりファイバグレーティング2108bの温度を低下させてファイバレーザ2103から出射される基本波の発振波長を短波長側にシフトさせる(図17(a)参照)。
Next, when it is determined in step S102 that the output of the
次に、制御部2105は、電源部2104により供給される励起用レーザ2107の駆動電流値が所定の設定範囲内にあることを確認するとともに、波長変換素子2112の出力強度を確認する(ステップS104)。そして、電源部2104からの駆動電流値と初期電流値とを比較し、両者の差が所定の設定範囲内であれば(ステップS105YES)、処理は終了し、所定の設定範囲外であれば(ステップS105NO)、再び上記のステップS101〜105を繰り返す。
Next, the
一方、上記のステップS102において、波長変換素子2112の出力は低下していると判定された場合には、制御部2105は、ファイバグレーティング2108bのペルチェ素子に流れる平均電流を増加させる(ステップS106)。それにより、ペルチェ素子の温度を上昇させることによりファイバグレーティング2108bの温度を上昇させてファイバレーザ2103から出射される基本波の発振波長を長波長側にシフトさせる(図17(b)参照)。そして、上記のステップS105に進む。
On the other hand, when it is determined in step S102 that the output of the
このようにして、上述した制御部2105によるファイバグレーティング2108bの温度制御の処理が行われる。
In this way, the temperature control processing of the
本実施の形態では、ファイバグレーティング2108a及び2109aの反射波長の帯域幅は、ファイバグレーティング2108b及び2109bの反射波長のシフト量に対応するため、1nm以上であることが望ましい。また、ファイバグレーティング2108b及び2109bの反射波長のシフトによる共振器の発振効率の変化を抑えるため、ファイバグレーティング2108a及び2109aの反射波長の帯域のトップ形状は、リップルを抑えた形、つまりできるだけフラットであることが望ましい。
In this embodiment, the bandwidth of the reflection wavelength of the
なお、本実施の形態では、ファイバグレーティング2108b及び2109bの温度を制御しているが、ファイバグレーティング2108a及び2108b、並びに、ファイバグレーティング2109a及び2109bを、それぞれ一組にして一緒に温度制御するようにしても良い。また、それぞれの組を温度補償パッケージに封入したりしても良い。このようにすることで、ファイバグレーティング2108a及び2109aの反射波長の帯域を0.2〜1nmとしても上記と同様の効果が得られる。
In this embodiment, the temperatures of the
このように、ファイバレーザ2103の発振波長により波長変換された可視光の出力強度を制御することにより、レーザ発振装置2101からレーザ光照射部2102への配線を少なくすることができ、レーザ照射部2102の設計の自由度が向上する。また、レーザ光照射部2102を実際に手で持って施術する際に障害となる配線等が少なくなり、レーザ光照射部2102のユーザによる使い勝手を向上させることができる。
In this way, by controlling the output intensity of the visible light that has been wavelength-converted by the oscillation wavelength of the
次に、レーザ光照射部2102の操作による出射光の波長変化について説明する。図19(a)〜(c)に、レーザ光照射部2102の概略構成を示す。
Next, the wavelength change of the emitted light by the operation of the laser
図19(a)〜(c)に示すように、レーザ光照射部2102は、2つの波長変換素子2111及び2112と、光選択部2113と、を有しており、光選択部2113は、図中の矢印で示す方向に移動可能な台座2401と、台座2401上に配置され、赤外光のみを反射する第1の誘電体多層膜ミラー2402と、第1の誘電体多層膜ミラー2402に隣接するように台座2401上に配置され、可視光のみを反射する第2の誘電体多層膜ミラー2403と、から構成されている。
As illustrated in FIGS. 19A to 19C, the laser
図19(a)に、グリーン光2111aを出射する波長変換素子2111の出射面に対向するように第2の誘電体多層膜ミラー2403が位置する状態を示す。この場合、可視光のみを反射する第2の誘電体多層膜ミラー2403が波長変換素子2111の出射面の前にあるため、グリーン光2111aがレーザ光照射部2102の外部に出射される。
FIG. 19A shows a state where the second
図19(b)に、オレンジ光2112aを出射する波長変換素子2112の出射面に対向するように第2の誘電体多層膜ミラー2403が位置する状態を示す。この場合、可視光のみを反射する第2の誘電体多層膜ミラー2403が波長変換素子2112の出射面の前にあるため、オレンジ光2112aがレーザ光照射部2102の外部に出射される。
FIG. 19B shows a state where the second
図19(c)に、赤外光2111bを出射する波長変換素子2111の出射面に対向するように第1の誘電体多層膜ミラー2402が位置する状態を示す。この場合、赤外光のみを反射する第1の誘電体多層膜ミラー2402が波長変換素子2111の出射面の前にあるため、波長変換素子2111に入射された基本波のうち未変換の赤外光2111bがレーザ光照射部2102の外部に出射されることになる。
FIG. 19C shows a state where the first dielectric multilayer mirror 2402 is positioned so as to face the emission surface of the
このようにして、レーザ光照射部2102の操作により出射光の波長を変化させることができる。
In this manner, the wavelength of the emitted light can be changed by operating the laser
本実施の形態では、レーザ光照射部2102の出射光の波長に応じてレーザ発振装置2101のファイバレーザ2103を制御することによりファイバレーザ2103の発振効率の最適化を図ることができる。以下、この発振効率の最適化について説明する。
In this embodiment mode, the oscillation efficiency of the
例えば、図19(a)の状態では、レーザ光照射部2102からの出射光はグリーン光2111aである。したがって、レーザ発振装置2101から出射されるべき基本波は、波長変換素子2111から出射されるグリーン光2111aの基本波となる1064nm光であり、波長変換素子2112から出射されるオレンジ光の基本波となる1178nm光は不要となる。そこで、このときには、制御部2105は、1178nm光を発振させるファイバグレーティング2108bの反射波長の帯域がファイバグレーティング2108aの反射波長の帯域から外れるように、ファイバグレーティング2108bの温度制御や引っ張り応力付加制御を行う。このようにすることで、1178nm光の発振を停止させ、励起用レーザ2107の励起エネルギーのすべてをファイバグレーティング2109bによる1064nm光の発振に利用することができる。このため、ファイバグレーティング2109bによる1064nm光の発振効率を向上させることができる。
For example, in the state of FIG. 19A, the emitted light from the laser
図20(a)に、ファイバレーザ2103の発振波長に対するファイバグレーティング2108a、2108b、2109a及び2109bの反射波長の帯域の関係を示す。上述したように、発振波長1178nmでは、ファイバグレーティング2108bの反射波長の帯域がファイバグレーティング2108aの反射波長の帯域から外れ、発振波長1064nmでは、ファイバグレーティング2109bの反射波長の帯域はファイバグレーティング2109aの反射波長の帯域内に位置している。
FIG. 20A shows the relationship of the reflection wavelength bands of the
次に、図19(b)の状態では、レーザ光照射部2102からの出射光はオレンジ光2112aである。したがって、レーザ発振装置2101から出射されるべき基本波は、波長変換素子2112から出射されるオレンジ光2112aの基本波となる1178nm光であり、波長変換素子2111から出射されるグリーン光の基本波となる1064nm光は、基本的には不要となる。ただし、このとき、上記のグリーン光の発生時と同様に、1064nm光の発振を完全に停止させた場合、ASE光のジャイアントパルスの発生によりファイバレーザ2103を破壊してしまう。このため、制御部2105は、1064nm光を発振させるファイバグレーティング2109bの反射波長の帯域がファイバグレーティング2109aの反射波長の帯域のエッジにかかるように、ファイバグレーティング2109bの温度制御や引っ張り応力付加制御を行う。このようにすることで、1064nm光を弱く発振させることが可能となり、ASEのジャイアントパルスを防止することができる。そのため、励起用レーザ2107の励起エネルギーの大部分をファイバグレーティング2108bによる1178nm光の発振に利用することができる。このため、ASEを発生させること無く、ファイバグレーティング2108bによる1178nm光の発振効率を向上させることができる。
Next, in the state of FIG. 19B, the emitted light from the laser
図20(b)に、ファイバレーザ2103の発振波長に対するファイバグレーティング2108a、2108b、2109a及び2109bの反射波長の帯域の関係を示す。上述したように、発振波長1064nmでは、ファイバグレーティング2109bの反射波長の帯域がファイバグレーティング2109aの反射波長の帯域のエッジにかかっており、発振波長1178nmでは、ファイバグレーティング2108bの反射波長の帯域はファイバグレーティング2108aの反射波長の帯域内に位置している。
FIG. 20B shows the relationship of the reflection wavelength bands of the
次に、図19(c)の状態では、レーザ光照射部2102からの出射光は波長変換素子2111に入射される基本波である赤外光2111bである。したがって、レーザ発振装置2101から出射されるべき基本波は、波長変換素子2111から出射されるグリーン光2111aの基本波となる1064nm光であり、波長変換素子2112から出射されるオレンジ光の基本波となる1178nm光は不要となる。そこで、このときには、制御部2105は、1178nm光を発振させるファイバグレーティング2108bの反射波長の帯域がファイバグレーティング2108aの反射波長の帯域から外れるように、ファイバグレーティング2108bの温度制御や引っ張り応力付加制御を行う。このようにすることで、1178nm光の発振を停止させ、励起用レーザ2107の励起エネルギーのすべてをファイバグレーティング2109bによる1064nm光の発振に利用することができる。このため、ファイバグレーティング2109bによる1064nm光の発振効率を向上させることができる。また、波長変換素子2111の位相整合条件を不成立とすることにより、波長変換素子2111による波長変換効率を低下させ、それにより、未変換の赤外光2111bの取り出し量を増加させることができる。
Next, in the state of FIG. 19C, the emitted light from the laser
本実施の形態ではさらに、レーザ発振装置2101の点灯スイッチ2106及びレーザ光照射部2102のシャッター2114を用いることにより、レーザ光を出射させるタイミングをユーザにより決定可能とし、それにより、ファイバレーザ2103による消費電力の低減を図ることができる。以下、この消費電力の低減について説明する。
Further, in this embodiment, by using the
図21は、点灯スイッチ2106及びレーザ光照射部2102によるレーザ光照射部2102の出射動作の処理手順を示すフローチャートである。まず、レーザ光源装置2100のユーザにより点灯スイッチ2106がONされると(ステップS201)、点灯スイッチ2106から制御部2105へ点灯指令が通知される(ステップS202)。
FIG. 21 is a flowchart showing a processing procedure of the emission operation of the laser
制御部2105は、点灯スイッチ2106からの点灯指令に基づき電源部2104を制御することにより励起用レーザ2107にあらかじめ定められた駆動電流により励起用レーザ2107を点灯させる(ステップS203)。制御部2105は、励起用レーザ2107の点灯により発生する、波長変換素子2111及び2112から出射された可視光の戻り光を、フォトダイオード2115及び2116によりモニターする。そして、そのモニター結果を用いて、波長変換素子2111及び2112の出力強度が最大となるように、ファイバグレーティング2108b及び2109bの反射波長の制御により、ファイバレーザ2103の発振波長を変化させる(ステップS204)。ここで、ファイバグレーティング2108b及び2109bの反射波長の制御は、上述したように、温度制御によっても良いし、引っ張り応力付加制御によっても良い。
The
次に、制御部2105は、波長変換素子2111及び2112の出力が安定したところで(ステップS205YES)、レーザ光照射部2102のシャッター2114を開き、レーザ光照射部2102から波長変換素子2111及び2112の出射光を照射する(ステップS206)。一方、上記のステップS205において、出力が安定しなければ(ステップS205NO)、上記のステップS204及び205を繰り返す。
Next, the
このようにして、点灯スイッチ2106及びレーザ光照射部2102によるレーザ光照射部2102の出射動作が行なわれる。
In this manner, the emission operation of the laser
本実施の形態では、波長変換素子2111及び2112の位相整合条件を満たす方法として、ファイバレーザ2103の発振波長を変化させることを採用することで、点灯スイッチ2106の操作から可視レーザ光の出射までを200μs以下で実行することができる。
In this embodiment, as a method for satisfying the phase matching conditions of the
なお、上述したように、波長変換素子2111及び2112の温度制御により位相整合条件を満足させる場合、波長変換素子2111及び2112の熱容量が小さいものが望ましい。熱容量の小さな波長変換素子を用いることにより、温度制御する際の時定数を小さくし、短い時間で位相整合条件を満足させることが可能となるからである。
As described above, when the phase matching condition is satisfied by the temperature control of the
このように、点灯スイッチ2106の操作からレーザ光照射部2102からの光発射までの時間を短縮することで、ファイバレーザ2103を動作状態で待機させる必要が無くなり、大幅な低消費電力化を実現することができる。
Thus, by shortening the time from the operation of the
本実施の形態では、発振波長ごとに異なるレーザ光照射部2102を使用する際において、レーザ光照射部2102の先端にプローブを付加することにより、レーザ光照射部2102の照射範囲を決定することができる。図22に、レーザ光照射部2102の出射面にプローブを付加した概略構成を示す。
In this embodiment, when using a different laser
図22に示すように、レーザ光照射部2102の出射面にプローブ2701が設けられている。プローブ2701の内部には、波長変換素子2111の出射光に対して例えば10%程度の反射率を有する反射ミラー2702が配置されている。波長変換素子2111の出射光は、反射ミラー2702により一部が反射され、その反射光は再び波長変換素子2111を通過し、ファイバ2117を通してレーザ発振装置2101のフォトダイオード2115によりモニターされることになる。このようにすることで、上記の反射光の有無により、プローブの装着/未装着を検出することが可能となり、レーザ光照射部2102の誤使用を防止することができる。また、出射光の波長範囲により使用するプローブの種類が異なる場合には、それぞれのプローブに適した波長範囲の光の反射に適した反射ミラーを設けることにより、使用波長に対するプローブの誤使用を防止することができる。
As shown in FIG. 22, a
本実施の形態において、励起用レーザ2107の励起エネルギーを校正することで、レーザの立ち上げ時から所望の出力でかつ安定した可視レーザ光を得ることができる。例えば、レーザ発振装置2101のフォトダイオード2115及び2116によるモニター結果と波長変換素子2111及び2112の実際の出力強度とを校正する校正モードを設ければよい。レーザ発振装置2101にレーザ光照射部2102の出射光を直接取り込むことにより、実際の出力強度とフォトダイオード2115及び2116のモニター結果とから、実際の出力強度とモニター結果との相関を取る操作を行う。この相関データを補正データとして制御部2105内のレジスタ等の記憶媒体に格納する。この操作により、励起用レーザ2107の立ち上げ時から所望の出力でかつ安定した可視レーザ光を得ることができる。
In this embodiment mode, by calibrating the excitation energy of the
なお、従来より、図23に示すように、ファイバレーザ2103の出力の増大によりファイバグレーティング2108b及び2109bが発振光により加熱され、不均一な熱膨張が発生して反射波長の帯域幅が広くなることがあった。例えば、図24に、波長変換素子2111及び2112を分極反転周期長25mmのMg:LiNbO3結晶を擬似位相整合により構成した場合における、ファイバレーザ2103のレーザ光の基本波の半値幅と、基本波から高調波への波長変換効率(規格化された波長変換効率)との関係を示す。図24に示すように、ファイバグレーティング2108b及び2109b反射波長の帯域幅が広くなる結果、ファイバレーザ2103から出射される基本波の半値幅が広くなり、波長変換素子2111及び2112による波長変換効率が低下するという課題がある。通常、Mg:LiNbO3結晶を用いた波長変換素子の最大波長変換効率は6.5%/W程度であるが、基本波の半値幅が大きくなると波長変換効率を最大限引き出すことが困難となってしまう。このため、最大波長変換効率の90%以上で波長変換素子を使用するためには、ファイバレーザ2103のレーザ光の基本波の半値幅は0.06nm以下であることが望ましい。本実施の形態では、この課題に対し、ファイバグレーティング2108b及び2109bに引っ張り応力を与えながら固定することにより、部分的な熱膨張を均一化することが可能となる。そのため、図25に示すように、ファイバレーザ2103の出力が増加した場合においても、基本波の帯域幅の広がりが抑制され、基本波から可視光への波長変換効率の低下を防止することができる。
Conventionally, as shown in FIG. 23, as the output of the
本実施の形態において、ファイバレーザ2103の励起用レーザ光源2107には、波長915nm及び波長976nmのレーザを用いることが一般的であるが、ファイバレーザ2103を励起できるものであれば、これらの波長以外のレーザ光源を用いてもよい。
In this embodiment mode, a laser having a wavelength of 915 nm and a wavelength of 976 nm is generally used for the excitation
また、波長変換素子2111及び2112は、分極反転周期構造のMgO:LiNbO3を用いたが、他の材料や構造の波長変換素子、例えば、分極反転周期構造のリン酸チタニルカリウム(KTP)やMg:LiTaO3を用いてもよい。
The
なお、ファイバレーザ2103のレーザ光の基本波の発振波長の範囲は、特に、医療用装置の分野に限れば、血液中に含まれるヘモグロビンの吸収スペクトルとの関係から、1028〜1064nmと1120〜1200nmであることが望ましい。
Note that the range of the oscillation wavelength of the fundamental wave of the laser light of the
以上説明したように、本発明の実施の形態5によれば、レーザ光の光学的な損失を小さくすることにより、装置全体の消費電力を低減することができる。また、互いに違う波長の偏光方向を直交させることによりモード間競合を防止し、安定したレーザ光出力を得ることができる。さらに、発振波長によりレーザ共振器のQ値を可変とすることにより、レーザ発振器の効率低下を抑えながら、不用意なレーザ光のパルス発振を防止できる。それにより、装置の信頼性を向上させることができる。 As described above, according to the fifth embodiment of the present invention, the power consumption of the entire apparatus can be reduced by reducing the optical loss of the laser beam. Further, by making the polarization directions of different wavelengths orthogonal to each other, it is possible to prevent competition between modes and obtain a stable laser light output. Furthermore, by making the Q value of the laser resonator variable according to the oscillation wavelength, it is possible to prevent inadvertent pulse oscillation of the laser light while suppressing a decrease in the efficiency of the laser oscillator. Thereby, the reliability of the apparatus can be improved.
上記の実施の形態5に係るレーザ光源装置は、高輝度で低消費電力であるので、眼科等で使用される医療用装置の分野で有用であるとともに、レーザディスプレイ等の表示装置としても応用可能である。 Since the laser light source device according to the fifth embodiment has high brightness and low power consumption, it is useful in the field of medical devices used in ophthalmology and the like, and can also be applied as a display device such as a laser display. It is.
本発明のレーザ光源装置および画像表示装置は、高輝度で色再現範囲が広く低消費電力であるので、大型ディスプレイや高輝度ディスプレイ等のディスプレイ分野や、生化学分野における分析応用、眼科等で使用される医療用装置の分野で有用である。 Since the laser light source device and the image display device of the present invention have high brightness, a wide color reproduction range and low power consumption, they are used in display fields such as large displays and high brightness displays, analysis applications in the biochemical field, ophthalmology, etc. Useful in the field of medical devices.
8 ビームスプリッタ
21、110 レーザ光源
22 ファイバレーザ
23 波長変換部
24 高調波
25、25a、25b、25c、25d、2111、2112 波長変換素子
26、32、2110、2117 ファイバ
27、2004 励起光
28、2107 励起用レーザ
29、30、2108a、2108b、2109a、2109b ファイバグレーティング
31、1009a、1009b、1009c 集光レンズ
33 反射波長可変部
34、2105 制御部(コントローラ)
35、35a、35b、35c、35d 波長変換素子保持部
36 励起用レーザ電流源
37 受光素子
41 スペーサ
42 ヒーター
51 ペルチェ素子コントローラ
52 移動ステージ
53 基本波
1001a 赤色レーザ光源(R光源)
1001b 緑色レーザ光源(G光源)
1001c 青色レーザ光源(B光源)
1002a、1002b、1002c 2次元ビーム走査手段
1003a、1003b、1003c 拡散板
1004a、1004b、1004c フィールドレンズ
1005a、1005b、1005c 空間光変調素子
1006 ダイクロイックプリズム
1007 投射レンズ
1008 スクリーン
1009 凹レンズ
1101 プロジェクタ制御回路
1102 波長決定回路
1103 輝度信号判定回路
1104 映像モード切替スイッチ
1105 映像信号(データ)
1106 映像信号(ビデオ)
1107 波長選択信号
1108 AC電源
1109 バッテリー
1110 電源制御回路
1111 電源判定信号
1301 レーザ蛍光顕微鏡
1302a、1302b ミラー
1303 顕微鏡
1304 試料
2001 サンプルドグレーティング
2002 ラマンファイバ
2003 広帯域誘電体ミラー
2005 λ4の光
2006 半導体基板
2007 発光領域
2008 反射領域
2009 制御手段(屈折率変化用電極)
2100 レーザ光源装置
2101 レーザ発振装置
2102 レーザ光照射部
2103 ファイバレーザ
2104 電源部
2106 点灯スイッチ
2110a パンダカプラ
2113 光選択部
2114 シャッター
2115、2116 フォトダイオード
2401 台座
2402、2403 誘電体多層膜ミラー
2111a グリーン光
2112a オレンジ光
2111b 赤外光
2701 プローブ
2702 反射ミラー
8
35, 35a, 35b, 35c, 35d Wavelength conversion
1001b Green laser light source (G light source)
1001c Blue laser light source (B light source)
1002a, 1002b, 1002c Two-dimensional beam scanning means 1003a, 1003b,
1106 Video signal (video)
DESCRIPTION OF
2100 Laser
Claims (31)
レーザ活性物質を含み、前記レーザ光源からの励起光が入射されるファイバと、前記ファイバの前記レーザ光源側に設けられた、複数の反射ピークを持つ第1ファイバグレーティングと、前記ファイバの出射端側に設けられた、複数の反射ピークを持つ第2のファイバグレーティングと、を有するレーザ共振器と、
前記レーザ共振器から出射される基本波を高調波に変換する波長変換部と、
前記第2のファイバグレーティングの反射ピークの反射波長をシフト可能な反射波長可変部と、
前記反射波長可変部により前記レーザ共振器の発振波長を制御すると共に、前記波長変換部の位相整合条件を制御する制御部と
を備え、
前記第1のファイバグレーティングの隣接する反射ピークの間隔と前記第2のファイバグレーティングの隣接する反射ピークの間隔とは異なることを特徴とするレーザ光源装置。 A laser light source that emits excitation light;
A fiber containing a laser active material and receiving excitation light from the laser light source; a first fiber grating having a plurality of reflection peaks provided on the laser light source side of the fiber; and an emission end side of the fiber A second fiber grating having a plurality of reflection peaks, and a laser resonator comprising:
A wavelength converter that converts the fundamental wave emitted from the laser resonator into a harmonic; and
A reflection wavelength variable portion capable of shifting the reflection wavelength of the reflection peak of the second fiber grating;
A control unit for controlling the oscillation wavelength of the laser resonator by the reflection wavelength variable unit, and for controlling a phase matching condition of the wavelength conversion unit,
The laser light source device, wherein an interval between adjacent reflection peaks of the first fiber grating is different from an interval between adjacent reflection peaks of the second fiber grating.
前記第1のファイバグレーティングの反射ピークの反射率は、前記第2のファイバグレーティングの反射ピークの反射率よりも大きいことを特徴とする請求項1または2に記載のレーザ光源装置。 The bandwidth of the reflection peak of the first fiber grating is wider than the bandwidth of the reflection peak of the second fiber grating,
3. The laser light source device according to claim 1, wherein the reflectance of the reflection peak of the first fiber grating is larger than the reflectance of the reflection peak of the second fiber grating. 4.
角度位相整合を用いる非線形結晶から構成された第1の波長変換素子と、
前記第1の波長変換素子を保持すると共に、前記第1の波長変換素子の角度位相整合条件を成立させるべく前記レーザ共振器の発振波長に応じた前記第1の波長変換素子に対する前記レーザ共振器から出射される基本波の入射角度を設定する第1の保持部と
を有し、
前記制御部は、前記第1の保持部により前記波長変換部の位相整合条件を制御することを特徴とする請求項6に記載のレーザ光源装置。 The wavelength converter is
A first wavelength converting element composed of a nonlinear crystal using angular phase matching;
The laser resonator for the first wavelength conversion element according to the oscillation wavelength of the laser resonator to hold the first wavelength conversion element and to satisfy the angle phase matching condition of the first wavelength conversion element A first holding unit for setting the incident angle of the fundamental wave emitted from
The laser light source device according to claim 6, wherein the control unit controls a phase matching condition of the wavelength conversion unit by the first holding unit.
角度位相整合を用いる非線形結晶から構成された第2の波長変換素子と、
前記第2の波長変換素子を保持すると共に、前記第2の波長変換素子の角度位相整合条件を成立させるべく前記レーザ共振器の発振波長に応じた前記第2の波長変換素子に対する前記第1の波長変換素子から出射される基本波の入射角度を設定する第2の保持部と
を有し、
前記第2の保持部は、前記第1の保持部により生じる光軸の変化を抑えるように配置されており、
前記制御部は、前記第1及び第2の保持部により前記波長変換部の位相整合条件を制御することを特徴とする請求項7に記載のレーザ光源装置。 The wavelength converter further includes
A second wavelength conversion element composed of a nonlinear crystal using angular phase matching;
While holding the second wavelength conversion element, the first wavelength conversion element corresponding to the second wavelength conversion element according to the oscillation wavelength of the laser resonator to satisfy the angle phase matching condition of the second wavelength conversion element A second holding unit for setting the incident angle of the fundamental wave emitted from the wavelength conversion element,
The second holding unit is arranged to suppress a change in the optical axis caused by the first holding unit,
The laser light source device according to claim 7, wherein the control unit controls a phase matching condition of the wavelength conversion unit by the first and second holding units.
温度位相整合を用いる非線形結晶から構成された波長変換素子と、
前記波長変換素子を保持すると共に、前記波長変換素子の温度位相整合条件を成立させるべく前記レーザ共振器の発振波長に応じた前記波長変換素子の温度を設定する保持部と
を有し、
前記制御部は、前記保持部により前記波長変換部の位相整合条件を制御することを特徴とする請求項6に記載のレーザ光源装置。 The wavelength converter is
A wavelength conversion element composed of a nonlinear crystal using temperature phase matching;
Holding the wavelength conversion element, and having a holding unit for setting the temperature of the wavelength conversion element according to the oscillation wavelength of the laser resonator so as to establish the temperature phase matching condition of the wavelength conversion element,
The laser light source device according to claim 6, wherein the control unit controls a phase matching condition of the wavelength conversion unit by the holding unit.
擬似位相整合を用いる非線形結晶から構成され、分極反転周期構造を持つ波長変換素子と、
前記波長変換素子を保持すると共に、前記波長変換素子の擬似位相整合条件を成立させるべく前記レーザ共振器の発振波長に応じた前記波長変換素子の分極反転周期領域に前記レーザ共振器から出射される基本波を入射させる保持部と
を有し、
前記制御部は、前記保持部により前記波長変換部の位相整合条件を制御することを特徴とする請求項6に記載のレーザ光源装置。 The wavelength converter is
A wavelength conversion element composed of a nonlinear crystal using quasi-phase matching and having a domain-inverted periodic structure;
The wavelength conversion element is held and emitted from the laser resonator to the polarization inversion period region of the wavelength conversion element according to the oscillation wavelength of the laser resonator to satisfy the quasi phase matching condition of the wavelength conversion element A holding part for making the fundamental wave incident,
The laser light source device according to claim 6, wherein the control unit controls a phase matching condition of the wavelength conversion unit by the holding unit.
前記保持部は、前記レーザ共振器の発振波長に応じて前記波長変換素子を前記分極反転周期構造の周期が変化する方向に移動可能な移動ステージ、を有することを特徴とする請求項10に記載のレーザ光源装置。 The period of the polarization inversion periodic structure of the wavelength conversion element changes in a direction perpendicular to the incident direction of the fundamental wave emitted from the laser resonator,
The said holding | maintenance part has a moving stage which can move the said wavelength conversion element in the direction in which the period of the said polarization inversion periodic structure changes according to the oscillation wavelength of the said laser resonator. Laser light source device.
請求項1〜14のいずれか1項に記載のレーザ光源装置と、
前記レーザ光源装置の制御部に接続され、前記レーザ光源装置の発振波長を決定するための選択信号を前記制御部に出力する波長決定回路と、前記レーザ光源装置から出射されるレーザ光により表示される映像信号に含まれる輝度信号に基づき前記映像信号の輝度を判定し、前記判定された輝度を前記波長決定回路に出力する輝度信号判定回路と、を有するプロジェクタ制御回路と、
前記画像表示装置の利用者により入力された前記レーザ光源装置の発振波長を前記波長決定回路に指示する映像モード切り替え部と、
前記画像表示装置により使用される電源の種類及び残量を判定し、前記判定された電源の種類及び残量を前記波長決定回路に出力する電源制御回路と
を備えることを特徴とする画像表示装置。 An image display device,
The laser light source device according to any one of claims 1 to 14,
A wavelength determination circuit that is connected to the control unit of the laser light source device and outputs a selection signal for determining the oscillation wavelength of the laser light source device to the control unit, and is displayed by laser light emitted from the laser light source device. A luminance signal determination circuit that determines the luminance of the video signal based on a luminance signal included in the video signal and outputs the determined luminance to the wavelength determination circuit;
A video mode switching unit for instructing the wavelength determination circuit to oscillate wavelengths of the laser light source device input by a user of the image display device;
An image display device comprising: a power supply control circuit that determines a type and remaining amount of a power source used by the image display device and outputs the determined power source type and remaining amount to the wavelength determination circuit. .
前記レーザ光源装置から出射されるレーザ光の照射による蛍光試料の励起により前記蛍光試料の発光を観察可能とする顕微鏡部と
を備えることを特徴とする顕微鏡装置 The laser light source device according to any one of claims 1 to 14,
A microscope unit comprising: a microscope unit capable of observing light emission of the fluorescent sample by excitation of the fluorescent sample by irradiation of laser light emitted from the laser light source device
前記レーザ発振装置から出射される少なくとも2つの基本波を各々高調波に変換し、前記変換された高調波を照射可能なレーザ光照射部と、
前記レーザ発振装置と前記レーザ光照射部との間に配置され、前記レーザ発振装置から出射される基本波を前記レーザ光照射部に伝搬するファイバ部と
を備え、
前記レーザ発振装置は、
励起光を出射するレーザ光源と、
レーザ活性物質を含み、前記レーザ光源からの励起光が入射されるファイバと、前記ファイバの前記レーザ光源側に設けられた少なくとも2つの第1のファイバグレーティングと、前記ファイバの出射端側に設けられ、前記第1のファイバグレーティングのそれぞれに一対一に対応する少なくとも2つの第2のファイバグレーティングと、から構成されたレーザ共振器と
を有することを特徴とするレーザ光源装置。 A laser oscillation device that emits at least two fundamental waves;
A laser beam irradiation unit capable of converting at least two fundamental waves emitted from the laser oscillation device into harmonics and irradiating the converted harmonics;
A fiber unit disposed between the laser oscillation device and the laser light irradiation unit and propagating a fundamental wave emitted from the laser oscillation device to the laser light irradiation unit;
The laser oscillation device includes:
A laser light source that emits excitation light;
A fiber containing a laser active material and receiving excitation light from the laser light source; at least two first fiber gratings provided on the laser light source side of the fiber; and provided on an emission end side of the fiber. A laser light source device comprising: at least two second fiber gratings corresponding to the first fiber gratings on a one-to-one basis, and laser resonators.
前記第2のファイバグレーティングは、前記光分岐部により分岐された分岐光のうちのいずれかを入射されることを特徴とする請求項17に記載のレーザ光源装置。 The laser resonator further includes an optical branching unit that branches the outgoing light according to a polarization direction of the outgoing light of the fiber,
18. The laser light source device according to claim 17, wherein the second fiber grating receives one of the branched lights branched by the light branching unit.
前記レーザ共振器から出射される基本波を高調波に変換する少なくとも2つの波長変換素子と、
前記波長変換素子から出射される高調波の一部を反射する光学部材と
を有し、
前記光学部材により反射された高調波は、前記ファイバ部により前記レーザ発振装置に帰還され、
前記レーザ発振装置は、前記帰還された高調波の出力強度に基づいて前記レーザ共振器の発振波長を変化させることを特徴とする請求項17〜19のいずれか1項に記載のレーザ光源装置。 The laser beam irradiation unit is
At least two wavelength conversion elements for converting a fundamental wave emitted from the laser resonator into a harmonic;
An optical member that reflects part of the harmonics emitted from the wavelength conversion element;
The harmonics reflected by the optical member are fed back to the laser oscillation device by the fiber part,
The laser light source device according to any one of claims 17 to 19, wherein the laser oscillation device changes an oscillation wavelength of the laser resonator based on an output intensity of the fed back harmonic.
前記ファイバ部により帰還される高調波の出力強度を検出する検出部と、
前記検出部により検出された高調波の出力強度に基づいて前記第2のファイバグレーティングの反射波長のシフト量を制御する制御部と
を有することを特徴とする請求項17〜25のいずれか1項に記載のレーザ光源装置。 The laser oscillation device further includes
A detection unit for detecting the output intensity of the harmonics fed back by the fiber unit;
The control unit according to any one of claims 17 to 25, further comprising: a control unit that controls a shift amount of a reflection wavelength of the second fiber grating based on an output intensity of a harmonic detected by the detection unit. The laser light source device according to 1.
前記制御部は、前記スイッチ部により入力される点灯指令に基づいて前記レーザ光源を点灯させ、前記検出部により検出される高調波の出力強度を安定化させるべく前記第2のファイバグレーティングの反射波長のシフト量を制御し、
前記レーザ光照射部はさらに、前記制御部により前記高調波の出力強度が安定化された後に、前記波長変換素子から出射される高調波を前記レーザ光照射部から照射可能とする開閉器、を有することを特徴とする請求項26または27に記載のレーザ光源装置。 The laser oscillation device further includes a switch unit to which an instruction to turn on the laser light source is input by a user of the laser light source device,
The control unit turns on the laser light source based on a lighting command input by the switch unit, and reflects the reflected wavelength of the second fiber grating so as to stabilize the output intensity of the harmonic detected by the detection unit. Control the shift amount of
The laser light irradiation unit further includes a switch that allows the laser light irradiation unit to irradiate the harmonics emitted from the wavelength conversion element after the output intensity of the harmonics is stabilized by the control unit. 28. The laser light source device according to claim 26, wherein the laser light source device is provided.
前記レーザ共振器から出射される基本波の半値幅は、0.06nm以下であることを特徴とする請求項20〜23のいずれか1項に記載のレーザ光源装置。 The wavelength conversion element is composed of Mg: LiNbO 3 crystal by quasi phase matching,
The laser light source device according to any one of claims 20 to 23, wherein a half width of a fundamental wave emitted from the laser resonator is 0.06 nm or less.
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