CN101878564B - 波长转换激光器 - Google Patents

波长转换激光器 Download PDF

Info

Publication number
CN101878564B
CN101878564B CN2008801179793A CN200880117979A CN101878564B CN 101878564 B CN101878564 B CN 101878564B CN 2008801179793 A CN2008801179793 A CN 2008801179793A CN 200880117979 A CN200880117979 A CN 200880117979A CN 101878564 B CN101878564 B CN 101878564B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
wavelength
wavelength conversion
solid
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2008801179793A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101878564A (zh
Inventor
水岛哲郎
横山敏史
伊藤达男
中山健二
水内公典
山本和久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of CN101878564A publication Critical patent/CN101878564A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101878564B publication Critical patent/CN101878564B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
    • H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
    • G02F1/3558—Poled materials, e.g. with periodic poling; Fabrication of domain inverted structures, e.g. for quasi-phase-matching [QPM]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/025—Constructional details of solid state lasers, e.g. housings or mountings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/07—Construction or shape of active medium consisting of a plurality of parts, e.g. segments
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08086—Multiple-wavelength emission
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/1671—Solid materials characterised by a crystal matrix vanadate, niobate, tantalate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/1671—Solid materials characterised by a crystal matrix vanadate, niobate, tantalate
    • H01S3/1673—YVO4 [YVO]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2375—Hybrid lasers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

波长转换激光器(100)包括：具有谐振器的固态激光器；以及配置在谐振器内的波长转换元件(6)，其中，固态激光器包含至少两种以上的激光晶体(4、5)，振荡多个波长的固态激光，波长转换元件(6)将所述多个波长的固态激光转换成多个波长的第二谐波及和频，同时产生多个波长的第二谐波及和频，波长转换激光器(100)可输出谱宽宽广的低相干的波长转换光，高效率地进行稳定的高输出振荡。

Description

波长转换激光器
技术领域
本发明涉及一种在固态激光器的谐振器内插入波长转换元件的内部谐振器型波长转换激光器。 
背景技术
利用波长转换元件的非线性光学现象，将基波激光的波长转换成第二谐波(SecondHarmonic Generation：SHG)、和频(Sum Frequency Generation：SFG)、差频(Difference Frequency Generation：DFG)等转换波的波长转换激光器正被开发。在固态激光器的谐振器内插入波长转换元件的内部谐振器型波长转换激光器，具有由于使用了谐振器结构，所以可进行高效率的波长转换这一特征。 
对于固态激光器而言，尤其是使用了亚毫米至数毫米的激光晶体的微芯片固态激光器(microchip solid-state laser)，因为小型且可获得W等级的输出，所以各种应用予以期待。微芯片固态激光器与内部谐振器型波长转换激光器的组合正被尝试应用在半导体激光无法直接振荡的波长区域、要求巨脉冲(giant pulse)或高频的区域中的应用。尤其是影像领域或分析领域中的应用予以期待。 
但是，当应用于影像领域或照明领域等时，内部谐振器型波长转换激光器存在谱宽(spectral width)狭窄，会产生被称为散斑杂讯(speckle noise)的斑点花纹的干涉杂讯的问题。而且，在内部谐振器型波长转换激光器中，为了能够进行高效率的波长转换，需要使固态激光器实现单模化及窄带域化。 
至今为止，已有使用两种固态激光晶体的内部谐振器型和频产生的方案。例如，在日本专利公开公报特开2004-279739号中，提出了利用偏振元件合并从两种固态激光介质振荡出的不同波长的光束的谐振光学系统，并通过波长转换元件产生合并的两个波长的光束的和频。另外，在日本专利公开公报特开2006-66436号中，提出了用两种固态激光晶体与三个反射镜构成共用一个反射镜的两个波长的谐振器，并通过非线性光学晶体进行和频混合的结构。 
另外，进行多纵模(multi-longitudinal mode)振荡的波长转换激光器与单纵模(single longitudinal mode)激光器相比，减少了散斑杂讯等干涉性杂讯，因此可应用在影像领域或照明领域中。在内部谐振器型波长转换激光器中，存在当固态激光器进行多模振荡时，转换效率降低的问题。尤其是当固态激光器进行高输出时，进一步多模化而导致转换效率降低。另外，内部谐振器型波长转换激光器的波长转换效率一般较低，无法像激光射出口的透射率那样自由地将波长转换效率设定得较高。因此，为了实现内部谐振器型波长转换激光器的高效率化，需要减少谐振器内的构件的内部损失，从而也存在构件成本增加的问题。 
另外，在微芯片固态激光器中，为了激发亚毫米级的激光晶体，将半导体激光器的激励光聚光在激光晶体上。对于微芯片固态激光器而言，因为激光晶体的激励光的吸收长度短，所以存在激光晶体的发热部位集中，高输出时效率降低，导致不稳定的问题。因此，为了实现稳定的动作需要调节温度，从而使处理变得困难。另外，内部谐振器型波长转换激光器存在以下问题，会产生由于将非线性光学晶体插入进行多模振荡的激光谐振器内而产生的被称为Green Problem的强烈的模竞争杂讯(mode competition noise)，导致输出不稳定。 
为了实现稳定的、多模的内部谐振器型波长转换激光器，在日本专利公开公报特开2007-73552号中，提出了将分割后的激励光照射到激光晶体上，由一个谐振器振荡多个光轴的激光，从而产生各光轴的激光的第二谐波的结构。因为具有多个独立光轴的激光，所以能抵抗外来干扰等且稳定。 
但是，在上述以往提出的使用两种固态激光晶体的内部谐振器型和频产生的结构中，虽然可产生和频，但是无法进行其他的波长转换。因此，无法获得多个波长的波长转换光。另外，并未考虑认为会在高输出时或多个波长的振荡时产生的模竞争杂讯。而且，内部谐振器型波长转换激光器的波长转换效率一般较低，无法像激光射出口的透射率那样自由地设定高波长转换效率。因此，为了实现内部谐振器型波长转换激光器的高效率化，需要减少由谐振器内的构件产生的内部损失，从而也存在构件成本等增加的问题。 
另外，在上述以往的多模的内部谐振器型波长转换激光器中，因为振荡多个光轴的激光，而在各光轴独立地进行波长转换，所以存在与在一个光轴进行波长转换的情况相比，转换效率降低的问题。另外，为了获得稳定性，需要有多个激光轴，从而难以处理射出的光束。另外，需要控制温度。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种波长转换效率高且谱宽较宽的低相干性的小型波长转换 激光器。 
本发明所提供的波长转换激光器包括：具有谐振器的固态激光器；以及配置在所述谐振器内的波长转换元件，其中，所述固态激光器包含至少两种以上的激光晶体，振荡多个波长的固态激光，所述波长转换元件将所述多个波长的固态激光转换成多个波长的第二谐波及和频，并且同时产生所述多个波长的第二谐波及和频。 
在该波长转换激光器中，由于固态激光器包含至少两种以上的激光晶体，振荡多个波长的固态激光，波长转换元件将多个波长的固态激光转换成多个波长的第二谐波及和频，并同时产生多个波长的第二谐波及和频，因此，可实现波长转换效率高且谱宽较宽的低相干的小型波长转换激光器。 
附图说明
图1是本发明实施方式1的波长转换激光器的概要结构图。 
图2是表示从图1所示的波长转换激光器输出的波长转换光的谱分布的图。 
图3是图1所示的激光晶体及激光晶体的保持器的概要图。 
图4是本发明实施方式2的波长转换激光器的概要结构图。 
图5是本发明实施方式3的波长转换激光器的概要结构图。 
图6是本发明实施方式4的波长转换激光器的概要结构图。 
图7是本发明实施方式5的波长转换激光器的概要结构图。 
图8是表示本发明实施方式6的波长转换激光器的概要结构的侧视图。 
图9是表示图8所示的波长转换激光器的概要结构的主视图。 
图10是波长转换激光器连续振荡时输出的波长转换光的谱分布的示意图。 
图11是对波长转换激光器的激励LD进行调制后输出的波长转换光的谱分布的示意图。 
图12是本发明实施方式8的波长转换激光器的概要结构图。 
图13是从图12所示的波长转换激光器输出的波长转换光的谱分布的示意图。 
图14是本发明实施方式9的波长转换激光器的概要结构图。 
图15是本发明实施方式10的使用绿色波长转换激光器的图像显示装置的概要图。 
图16是本发明实施方式11的波长转换激光器的概要结构图。 
图17是用以说明图16所示的波长转换激光器的固态激光与透镜平面的倾斜角的放大 图。 
图18是本发明实施方式12的波长转换激光器的概要结构图。 
图19是本发明实施方式13的波长转换激光器的概要结构图。 
图20是用以说明图19所示的透镜的配置状态的放大图。 
图21是本发明实施方式14的波长转换激光器的概要结构图。 
图22是表示本发明实施方式15的波长转换激光器的概要结构的侧视图。 
图23是表示图22所示的波长转换激光器的概要结构的俯视图。 
图24是表示两种波长转换光的光束剖面形状的示意图。 
图25是本发明实施方式16的波长转换激光器的概要结构图。 
图26是将实施方式15的波长转换激光器作为绿色波长转换激光器使用的本发明实施方式17的图像显示装置的概要图。 
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的各实施方式。 
(实施方式1) 
图1是本发明实施方式1的波长转换激光器的概要结构图。图1所示的波长转换激光器100包括激励激光二极管(LD)1、聚光光学系统2、凹面镜3、两个激光晶体4、5、波长转换元件6及平面镜7。这里，凹面镜3及平面镜7构成谐振器，凹面镜3、两个激光晶体4、5及平面镜7构成固态激光器，波长转换元件6配置在谐振器内(凹面镜3与平面镜7之间)。 
作为半导体激光器的激励LD1使激发两个激光晶体4、5的激励光EL振荡。聚光光学系统2包括控制激励LD1的活性层的厚度方向的激励光EL的光束直径的透镜2a；以及控制活性层的宽度方向的激励光EL的光束直径的透镜2b。从激励LD1射出的激励光EL通过聚光光学系统2而被聚光，以便在激光晶体4、5中与谐振器内的固态激光IR1、IR2重叠。另外，聚光光学系统2只要可控制激励光的光束直径，使得在激光晶体4、5内激励光EL与固态激光IR1、IR2具有重叠即可。 
激励光EL透过凹面镜3之后，射入激光晶体4及激光晶体5，并被各激光晶体所吸收。激光晶体4与激光晶体5是不同的两种激光晶体，它们进行不同激光波长的振荡。在本实施方式中，例如，激光晶体4采用Nd:GdVO4(Nd浓度为0.3％，厚度为0.5mm)，激光晶体5采用Nd:YVO4(Nd浓度为3％，厚度为0.5mm)。 
使两种波长谐振的固态激光器的谐振器包括凹面镜3和平面镜7，凹面镜3及平面镜7反射两种波长的固态激光IR1、IR2。例如，凹面镜3及平面镜7对波长为1060nm至1068nm的激光具有99％以上的反射率，而对其他的振荡线的反射率较低。 
根据上述结构，在激光晶体4(Nd:GdVO4)中，中心波长为1062.9nm的固态激光IR1振荡，在激光晶体5(Nd:YVO4)中，中心波长为1064.3nm的固态激光IR2振荡，两种不同波长的固态激光IR1、IR2在谐振器内振荡。激光晶体4及激光晶体5在两面上具有两种固态激光IR1、IR2的AR涂层(反射防止膜)和激励光EL的AR涂层。 
被插入谐振器内的波长转换元件6将谐振器内的两种固态激光IR1、IR2转换成固态激光IR1的第二谐波SHG1、固态激光IR2的第二谐波SHG2及固态激光IR1与固态激光IR2的和频SFG1。 
图2是表示从波长转换元件6输出的波长转换光的谱分布的图。在图2中，第二谐波SHG1是指从固态激光IR1转换的第二谐波(中心波长为531.5nm)，第二谐波SHG2是指从固态激光IR2转换的第二谐波(中心波长为532.2nm)，和频SFG1是指固态激光IR1与固态激光IR2的和频(中心波长为531.8nm)。当固态激光IR1及固态激光IR2各自以多纵模发生振荡时，经过波长转换的第二谐波SHG1、第二谐波SHG2及和频SFG1的谱分布也会扩展，并产生重叠。 
波长转换元件6将两个固态激光IR1、IR2相位匹配为第二谐波SHG1、第二谐波SHG2及和频SFG1，并同时输出包含第二谐波SHG1、第二谐波SHG2及和频SFG1的波长转换光S1、S2。波长转换元件6采用具有极化反转周期结构的MgO:LiNbO3(PPLN)，是厚度为0.5mm的非常薄的微芯片元件(microchip element)。极化反转周期以7μm形成。本发明中所使用的波长转换元件的特征在于具有非常宽的相位匹配允许幅度。在实施方式1中，因为相位匹配允许幅度宽，所以可使用厚度为0.5mm的非常薄的微芯片状的波长转换元件6。 
另外，波长转换元件6在朝激光晶体5一侧的端面6a具有固态激光IR1、IR2的AR涂层及波长转换光S1、S2的HR涂层(高反射膜)，且在朝平面镜7一侧的端面6b具有固态激光IR1、IR2的AR涂层及波长转换光的AR涂层。平面镜7具有固态激光IR1、IR2的HR涂层及波长转换光S1、S2的AR涂层。 
向图1的右方向通过波长转换元件6的固态激光的波长转换光S1不会再次射入波长转换元件6而从平面镜7输出到谐振器外部。波长转换元件端面6a相对于固态激光IR1、IR2的光轴OA倾斜指定角度而加以配置。另外，向图1的左方向通过波长转换元件6的 固态激光的波长转换光S2被波长转换元件6的端面6a倾斜地反射，偏离固态激光IR1、IR2的光轴OA而再次射入波长转换元件6，然后从平面镜7输出到外部。 
由于上述的波长转换元件6的端面6a的涂层(HR涂层)和倾斜配置，因此，波长转换光S2不会与固态激光IR1、IR2的光轴一致地再次射入波长转换元件6内，而是被输出到谐振器的外部(平面镜7的外侧)。而且，波长转换光S1、S2也不会与固态激光光路一致地射入激光晶体4、5。 
波长转换激光器100的特征在于：固态激光器的激光介质包括至少两种以上的激光晶体4、5，固态激光器进行多个波长的振荡，并且波长转换元件6将多个波长的固态激光IR1、IR2相位匹配为第二谐波SHG1、SHG2及和频SFG1，而且是同时产生多个波长的第二谐波SHG1、SHG2及和频SFG1。 
通过设为如上所述的结构，可以从由固态激光器的谐振器振荡的不同波长的固态激光IR1、IR2产生第二谐波及和频，并稳定地输出包含多个波长的低相干的波长转换激光。 
如上所述，在本实施方式中，由于从具有不同的中心波长的固态激光产生和频，并且同时产生各自的第二谐波，因此，与仅产生和频或分别产生各自的第二谐波的情况相比，可实现较高的波长转换效率，并可获得高效率的激光。这样，通过同时产生第二谐波与和频来提高波长转换效率，可以降低由固态激光器的谐振器内的各构件造成的内部损失带来的影响程度。由此，可缓和谐振器内的构件损失的程度(specification)，实现构件成本的降低。 
另外，在本实施方式中，通过使用采用微芯片固态激光晶体的激光晶体4和激光晶体5、以及采用相位匹配允许幅度宽且可进行多个波长转换的微芯片波长转换元件的波长转换元件6，也可以使波长转换激光器100小型化。作为结果，在本实施方式的结构中，可使波长转换激光器100小到约为数立方厘米。 
此外，在本实施方式中得到的同时产生多个波长的低相干波长转换激光器，可除去因激光的相干性而产生的各种干涉杂讯。尤其是可除去在影像领域或照明领域中成为问题的散斑杂讯。 
这里，从具有多个中心波长的固态激光同时产生和频及第二谐波时存在以下问题：例如，波长转换光在波长转换元件内被逆转换而成为固态激光振荡的杂讯，从而引起不稳定的模竞争杂讯(mode competition noise)。但是，本实施方式的波长转换激光器100的特征在于：包含第二谐波及和频的波长转换光不会以其光轴与固态激光IR1、IR2的光轴一致地再次射入波长转换元件6内，而是被输出到谐振器的外部。 
因此，在本实施方式中，通过从波长转换元件6内的固态激光IR1、IR2谐振的路径中除去再次射入波长转换元件6的波长转换光S2，可防止波长转换光S2被逆转换而成为固态激光的振荡杂讯的现象，从而可获得稳定的输出。 
如上所述，在本实施方式的波长转换元件6的作为输出面的端面6b相反侧的端面6a上设置波长转换光的HR涂层并使该面相对于固态激光IR1、IR2的光轴倾斜的结构，是不使波长转换光S2与固态激光IR1、IR2一致而再次射入波长转换元件6的理想结构。在此情况下，不使用附加的光学部件等，就可避免在同时产生第二谐波及和频时产生的模竞争杂讯。 
这样，由于在从具有多个中心波长的固态激光器同时产生第二谐波及和频时，容易产生模竞争杂讯，所以在波长转换光和固态激光再次射入波长转换元件时使两者不一致的结构是非常重要的。另外，在使波长转换光再次射入本实施方式的波长转换元件6时与固态激光错开的结构，同时还可避免在以往的内部谐振器型波长转换激光器中产生的GreenProblem。而且，在本实施方式中，因为波长转换光不射入激光晶体4、5，所以可防止激光晶体4、5对波长转换光的吸收所引起的损失。 
另外，在本实施方式中，虽然使用了多种激光晶体4、5，但通过用相同的激励LD1激发这些激光晶体，可减少激励LD的个数，降低装置成本并减小装置尺寸。此时，较为理想的是，本发明中所使用的多种激光晶体在吸收带域(absorption band)具有重叠。由于在吸收带域中具有重叠，因此可使用相同的激励LD来激发多种激光晶体。 
另外，本实施方式的优选实施例是，当相同的激励LD1激发激光晶体4和激光晶体5时，通过由聚光光学系统2将激励光EL转换成会聚光，并使该会聚光射入激光晶体4、5，作为振荡波长长的激光晶体的激光晶体5(Nd:YVO4)的激励光的点径(直径)小于激光晶体4的激励光的点径(直径)。 
固态激光晶体的振荡波长随着激光晶体的温度升高而变长。通过使激光晶体5的激励光EL的点径小于激光晶体4的激励光EL的点径，可提高激光晶体5的光吸收密度，使激光晶体5的进行振荡的部位的温度高于激光晶体4的进行振荡的部位的温度，优先使激光晶体5的振荡波长变长。相对于振荡波长短的激光晶体4，使振荡波长长的激光晶体5的波长向长波长方向移动(shift)，这样，可进一步扩展本实施方式的波长转换激光器100的谱宽。 
另外，如果不同的激光晶体的振荡波长过于接近，则有可能在高输出时产生固态激光的模竞争，导致不稳定，而在本实施方式中，通过像上述那样调整激励光EL的点径以分 开激光晶体4和激光晶体5的振荡波长，可减少激光晶体4和激光晶体5的增益的重叠，从而使固态激光稳定地进行振荡。 
另外，在本实施方式中，例如，固态激光的最短振荡波长的中心波长λs为1062.9nm，最长振荡波长的中心波长λ1为1064.3nm，两者的和频的波长λsfg为531.8nm，λs及λ1的平均波长λave为1063.6nm。构成波长转换元件6的MgO:LiNbO3的λsfg的折射率nsfg为2.22，λave的折射率nave为2.15。波长转换元件6的厚度t为0.5mm。 
此时，近似相位匹配允许幅度的下述公式的值为1.44mm。 
λave2/(8×(λ1-λs)×(nsfg-nave)) 
因此，本实施方式的优选实施例是，具有极化反转周期结构的波长转换元件6的厚度t满足0＜t＜λave2/(8×(λ1-λs)×(nsfg-nave))的关系。 
若波长转换元件6的厚度为λave2/(8×(λ1-λs)×(nsfg-nave))以上，则在固态激光器振荡的多个波长的范围中与相位匹配条件的偏差变大，对于第二谐波及和频的转换，无法获得充分的波长转换效率，从而无法获得与固态激光的振荡波长幅度(oscillationbandwidth)相对应的谱宽宽广的波长转换光。 
另一方面，在无波长转换元件的情况下，当然无法进行波长转换。另外，更为理想的是，波长转换元件6的厚度t为0.2mm以上。若厚度t不足0.2mm，则波长转换效率显著下降，无法获得高效率的波长转换光。而且难以操作，会导致装置成本增加。 
另外，本实施方式的优选实施例是，固态激光的多个振荡波长中最短振荡波长的中心波长λs及最长振荡波长的中心波长λ1满足0.5nm＜λ1-λs＜5nm的关系。在此情况下，由于固态激光的振荡波长幅度(从最短振荡波长至最长振荡波长的范围)处于上述范围内，所以能够高效率地获得低相干的波长转换光。 
即，当固态激光的振荡波长幅度为0.5nm以下时，波长转换光的谱宽变窄，波长转换光的相干性不会充分地降低，干涉杂讯的减低效果受限。另外，如果所述固态激光的振荡波长幅度为0.5nm以下，容易产生固态激光的模竞争，在高输出时容易变得不稳定。另一方面，当固态激光的振荡波长幅度为5nm以上时，无法进行整个固态激光的振荡波长幅度的波长转换，波长转换效率变低，导致波长转换激光器的效率降低。 
另外，在本实施方式中，激励LD1为波长被锁定的宽条(wide stripe)LD，其射出808nm的激励光。对于激光晶体4，设计Nd离子添加量和激光晶体的厚度，以便激光晶体4吸收射入谐振器内的约40％的激励光。对于激光晶体5，设计Nd离子添加量和激光晶体的厚度，以便激光晶体5几乎吸收射入的全部激励光，并几乎吸收激光晶体4所无法 吸收的全部的激励光。因此，在本实施方式中，由激光晶体4和激光晶体5吸收射入谐振器内的98％以上的激励光。 
这样，本实施方式1的优选实施例是，当设多个激光晶体的数目为N(N为2以上的整数)时，由振荡波长最短的激光晶体4吸收射入谐振器内的激励光中的1/2N以上且1/N以下的激励光，并由多个激光晶体即激光晶体4及激光晶体5整体吸收射入谐振器内的95％以上的激励光(在实施方式1中，N＝2)。 
通过将振荡波长最短的激光晶体4的吸收量设为1/N以下，可抑制振荡波长与其他的激光晶体相比为最短的激光晶体的发热，防止振荡波长向长波长方向的移动。由此，可防止固态激光的振荡波长幅度缩小，并防止波长转换光的谱宽缩小。另外，还可避免由于固态激光的振荡波长接近所引起的模竞争。 
另外，通过将振荡波长最短的激光晶体的吸收量设为1/2N以上，可保持固态激光的最短振荡波长的强度，并防止产生波长转换光的谱偏倚(spectral bias)。换言之，当所述吸收量不足1/2N时，波长转换光的短波长成分减少，相干性的减低效果受限。此外，通过将多个激光晶体对激励光的总计吸收率设为95％以上，可提高固态激光器的激励效率，并高效率地产生波长转换光。 
另外，本实施方式的优选实施例是，多个激光晶体4、5为在不同的主材料(hostmaterial)中添加了相同的活性离子材料的晶体，且振荡波长长的激光晶体5的活性离子添加量大于振荡波长短的激光晶体4的添加量。当使用在不同的主材料中添加了相同的活性离子材料的晶体时，由于吸收带域相近，所以可由一个半导体激光器激发。另外，因为具有相近的振荡波长，所以能够振荡可波长转换同时产生本发明中所需的第二谐波与和频的带域的波长。但是，如果振荡波长过于接近，则有可能产生固态激光的模竞争或波长转换光的谱宽变窄，因此，在本实施方式中，通过使振荡波长长的激光晶体5的活性离子添加量大于振荡波长短的激光晶体4的活性离子添加量，可防止振荡波长过于接近。 
另外，本实施方式的优选实施例是激光晶体采用Nd:GdVO4和d:YVO4这两种物质。Nd:GdVO4和Nd:YVO4可由一个激励LD激发，因为Nd:GdVO4的振荡波长较短约为1nm至3nm，所以是最适合于本发明的低相干波长转换激光器的激光晶体的组合。另外，因为钒酸盐(vanadate)系晶体的受激发射(induced emission)剖面积大，可实现微芯片化，所以可实现聚光光学系统及谐振器的小型化，并可实现波长转换激光器的小型化。 
另外，本实施方式的优选实施例是两个激光晶体4、5及波长转换元件6采用厚度为1mm以下的微芯片晶体，且晶体之间在光路上空间分离。虽然微芯片的激光晶体存在由 于高输出时的温度上升而变得不稳定的倾向，但在本实施方式中，通过使作为发热体的激光晶体4、5之间在光路上空间分离，可消除彼此的热干涉，从而进行冷却。另外，与仅使用一个激光晶体的结构相比，由于使用本实施方式的多个激光晶体的结构可将发热部分散在多处，因此，热性能优异的在高输出时稳定的振荡得以进行。此外，通过使波长转换元件6在固态激光的光路上与激光晶体4、5分离，可防止激光晶体4、5对波长转换元件6造成的热干涉。 
接下来，具体地说明如上述那样使两个激光晶体4、5之间在光路上空间分离的结构例。图3是图1所示的激光晶体4及激光晶体5的保持器的概要图。图3所示的保持器HO包括晶体保持器Ha、晶体保持器共用部Hb、晶体保持器Hc及固定部Hd、He，晶体保持器Ha、晶体保持器共用部Hb及晶体保持器Hc呈矩形形状，在它们的中心形成有激光通过口LH1、LH2、LH3。晶体保持器Ha通过固定部Hd被固定在晶体保持器共用部Hb上，激光晶体4被晶体保持器Ha和晶体保持器共用部Hb夹持。晶体保持器Hc通过固定部He被固定在晶体保持器共用部Hb上，激光晶体5被晶体保持器Hc和晶体保持器共用部Hb夹持。另外，保持器HO与激光晶体4、5的界面也可根据接触性而夹入钎焊(solder)或铟(indium)。 
在图3的结构例中，微芯片的激光晶体4、5在固态激光的光路上空间分离，并共用作为散热机构的保持器HO。保持器HO采用导热性高的铜等。在此情况下，因为保持器HO的导热率比激光晶体4、5高10倍以上，所以即使共用保持器HO，也可忽视激光晶体4与激光晶体5之间的热干涉。 
图3的结构例是由共用的保持器保持两个激光晶体的理想结构。在使用多个激光晶体的情况下，虽然存在进行激光的轴对准等的调整机构变得复杂的问题，但通过像本结构例这样通过一个保持器HO连接激光晶体4、5，可节省调整的麻烦。 
(实施方式2) 
图4是本发明实施方式2的波长转换激光器200的概要结构图。另外，在图4中，对于与实施方式1相同的构件，使用相同符号并省略详细说明。 
在波长转换激光器200中，进行多个波长的振荡的固态激光器包括激光晶体41、激光晶体51及凹面镜31，固态激光器的谐振器包括激光晶体41和凹面镜31。 
激光晶体41采用Nd:GdVO4(Nd浓度为0.5％，厚度为0.6mm)，其振荡中心波长为1062.9nm的波长。激光晶体51采用Nd:YVO4(Nd浓度为2％，厚度为1mm)，其振 荡中心波长为1064.3nm的波长。从激励LD11射出的激励光EL，通过聚光光学系统2而被聚光，以便在激光晶体41及激光晶体51中与固态激光IR1、IR2重叠。因此，激励光EL被聚光成其点径在振荡波长长的激光晶体51中比在激光晶体41中更小。 
激光晶体41的激励光EL的入射面41a被施加有针对激励光(808nm)的AR涂层、及固态激光波长(1060～1068nm)的HR涂层。激光晶体41的另一面41b被施加有针对固态激光波长和激励光的AR涂层。激光晶体51的朝着激励LD11侧的端面51a被施加有针对激励光和固态激光波长的AR涂层，另一端面51b被施加有针对固态激光波长的AR涂层及针对波长转换光的HR涂层。 
波长转换元件61采用具有极化反转周期结构的MgO:LiTaO3(PPLT)，其在固态激光的光路方向上具有1mm的厚度。波长转换元件61被配置成相对于固态激光IR1、IR2的光轴倾斜约65度，以便相对于固态激光波长成布儒斯特角(Brewster′s angle)。波长转换元件61可进行相位匹配，产生由两个激光晶体41、51振荡的波长的第二谐波与和频，同时将固态激光IR1、IR2转换成第二谐波与和频并输出波长转换光S1、S2。 
凹面镜31被施加有针对固态激光波长的HR涂层及针对波长转换光(530nm至534nm)的AR涂层，凹面镜31作为波长转换光的输出镜。 
根据上述结构，向图4的右方向通过波长转换元件61的固态激光的波长转换光S1从凹面镜31输出到谐振器外部。另一方面，向图4的左方向通过波长转换元件61的固态激光的波长转换光S2由于波长转换元件61的色散，而以比固态激光光路更大的角度从波长转换元件61射出，并偏离固态激光IR1、IR2。然后，波长转换光S2被激光晶体51的端面51b反射，再次射入波长转换元件61。由于再次射入波长转换元件61内的波长转换光S2与固态激光偏离，所以可避免在同时产生第二谐波与和频时成为问题的因逆转换所引起的模竞争杂讯。 
这样，本实施方式的优选实施例是，通过布儒斯特角的倾斜和波长转换元件61的色散来避免模竞争杂讯。在此情况下，即使是难以涂敷AR涂层、HR涂层等的波长转换元件，也只通过波长转换元件61的配置，就能够在紧凑的结构中使波长转换光与固态激光错开。另外，通过由激光晶体51反射波长转换光，可防止波长转换光射入激光晶体41、51，从而防止波长转换光被激光晶体吸收。 
另外，在本实施方式中，例如，波长转换元件61的厚度t在固态激光的光路中为1mm的厚度，厚度t满足0＜t＜λave2/(8×(λ1-λs)×(nsfg-nave))的关系。因此，与实施方式1同样，波长转换元件61相对于固态激光的多个波长具有十分宽广的相位匹配 允许幅度。 
另外，在本实施方式中，激励LD11是808nm带域的宽条半导体激光器，其温度通过LD温度控制器12而受到控制。LD温度控制器12使激励LD11的温度变化，从而可使振荡波长移动。 
这里，激光晶体41对激励光的吸收量根据激励光的波长而发生变化。激光晶体51几乎吸收透过了激光晶体41的全部的激励光。在本实施方式中，可根据激励LD11的控制温度，使激光晶体41对射入谐振器内的激励光的吸收率在20％至60％内发生变化。 
例如，当激光晶体41对激励光的吸收率较低时，由激光晶体41振荡的固态激光的功率小于由激光晶体51振荡的固态激光的功率，输出到谐振器外部的波长转换光中所含的来自激光晶体41的振荡波长的波长成分变小。 
在本实施方式中，LD温度控制器12控制激励LD11的温度以控制激励LD的波长，由此来控制波长转换光的波长分布。也就是，由于激光晶体41使振荡波长短的部分发生振荡，因此若对激励光的吸收率小，则波长转换光的短波长成分变小，波长转换光的波长分布向高波长一侧移动。同样，当激光晶体41对激励光的吸收率较高时，波长转换光的波长分布向低波长一侧移动。 
这样，本实施方式的优选实施例是，根据作为激励固态激光器的半导体激光器(激励光源)的激励LD11的波长来进行波长转换光的波长分布的控制。以往的内部谐振器型波长转换激光器无法根据激励LD的波长变化控制波长转换光的波长，但在本实施方式中，通过使用多种激光晶体41、51，并使激励LD11的波长发生变化，可控制波长转换光的波长。该波长转换光的波长分布的控制可扩大分析领域等应用用途。 
(实施方式3) 
图5是本发明实施方式3的波长转换激光器300的概要结构图。另外，在图5中，对于与上述实施方式相同的构件，使用相同符号并省略详细说明。 
在波长转换激光器300中，振荡多个波长的固态激光器包括凹面镜32、凹面镜33、激光晶体42、激光晶体52、平面镜71及平面镜72，固态激光器的谐振器包括凹面镜32和凹面镜33。在谐振器内配置有激光晶体42、激光晶体52及波长转换元件62，平面镜71、72作为波长转换光S3、S4的输出镜。 
聚光光学系统22、23与聚光光学系统2同样，包括：控制激励LD12、13的活性层的厚度方向的激励光EL1、EL2的光束直径的透镜22a、23a；以及控制活性层的宽度方 向的激励光EL1、EL2的光束直径的透镜22b、23b。从激励LD12射出的激励光EL1通过聚光光学系统22而被聚光，以便在激光晶体42中与固态激光IR1重叠。从激励LD13射出的激励光EL2通过聚光光学系统23而被聚光，以便在激光晶体52中与固态激光IR2重叠。 
激光晶体42采用Nd:GdYVO4(Nd浓度为1％，厚度为2mm)，其振荡出中心波长为1062.9nm的波长。激光晶体52采用Nd:YVO4(Nd浓度为1％，厚度为2mm)，其振荡出中心波长为1064.3nm的波长。另外，激光晶体42固定在晶体保持器HA上，其通过晶体保持器HA而被冷却。激光晶体52固定在晶体保持器HB上，其通过晶体保持器HB而被冷却。 
在凹面镜32、33上形成有针对固态激光波长(1060nm至1068nm)的HR涂层和针对激励光(808nm)的AR涂层，在凹面镜32、33朝着激励LD12、13的一侧的面上形成有针对激励光的AR涂层。在激光晶体42、52上形成有针对固态激光波长的AR涂层，在激光晶体42、52的朝着激励LD12、13的一侧形成有针对激励光的AR涂层。在波长转换元件62上形成有针对固态激光波长及波长转换光(530nm至534nm)的AR涂层。在平面镜71、72上形成有针对固态激光波长的HR涂层及针对波长转换光的AR涂层。 
波长转换元件62可进行相位匹配，产生由两个激光晶体42、52振荡的波长的第二谐波与和频，同时将固态激光IR1、IR2转换成第二谐波与和频并输出波长转换光S3、S4。波长转换元件62采用具有极化反转周期结构的MgO:LiNbO3(PPLN)，其在固态激光的光路方向上具有0.5mm的厚度。 
根据上述结构，向图5的朝上的方向通过波长转换元件62的固态激光的波长转换光S3由平面镜71输出到谐振器外部。另一方面，向图5的朝下的方向通过波长转换元件62的固态激光的波长转换光S4由平面镜72输出到谐振器外部。这样，波长转换激光器300通过具有两束波长转换光S3、S4的输出镜71、72，可防止波长转换光S3、S4与固态激光IR1、IR2一致地再次射入波长转换元件62内。其结果，本实施方式通过使用两个输出镜71、72，避免在同时产生第二谐波及和频时产生的模竞争杂讯。 
另外，在本实施方式中进行控制，使得，振荡波长长的激光晶体52在激光晶体的固态激光振荡的区域中达到比振荡波长短的激光晶体42更高的温度。 
具体而言，在本实施方式中，通过改变凹面镜32及凹面镜33的曲率半径并使凹面镜33的曲率半径小于凹面镜32的曲率半径，可使固态激光的光束直径在激光晶体52中比 在激光晶体42中更小。另外，聚光光学系统23被设计成与聚光光学系统22相比，使激励光的光束直径更小，以使激励光EL2与在激光晶体52内光束直径已变小的固态激光IR2重叠。因此，即使在以相同的温度控制晶体保持器HA、HB时，激光晶体52的固态激光IR2发生振荡的区域的温度也比激光晶体42的固态激光IR1发生振荡的区域要高。 
通过设为这种结构，还可使振荡波长长的激光晶体52的固态激光发生振荡的区域的温度比振荡波长短的激光晶体42的要高。另外，当激光晶体中的固态激光的直径对于激光晶体都相同时，通过使晶体保持器HA、HB的温度有所不同，可控制激光晶体的固态激光发生振荡的区域的温度。可以使用各种方法，例如使晶体保持器之间的散热量发生变化，或与实施方式2同样，在晶体保持器上设置温度控制器等。 
这里，随着激光晶体的温度增高，固态激光的振荡波长向长波长方向移动。在本实施方式中，激光晶体52的进行振荡的区域、即激光晶体52内的固态激光发生振荡的区域的温度，高于激光晶体42的进行振荡的区域即激光晶体42内的固态激光发生振荡的区域的温度，并优先地增加激光晶体52的振荡波长。其结果，相对于振荡波长短的激光晶体42，使振荡波长长的激光晶体52的波长向长波长方向移动，这样，可进一步扩展波长转换激光器的谱宽。 
另外，若不同的激光晶体的振荡波长过于接近，则有可能在高输出时会产生固态激光的模竞争，导致不稳定，但在本实施方式中，通过像上述那样使激光晶体52的波长向长波长方向移动以分开激光晶体42和激光晶体52的振荡波长，可减少激光晶体42与激光晶体52的增益的重叠，使固态激光器稳定地进行振荡。 
(实施方式4) 
图6是本发明实施方式4的波长转换激光器400的概要结构图。另外，在图6中，对于与上述实施方式相同的构件，使用相同符号并省略详细说明。 
在波长转换激光器400中，振荡多个波长的固态激光器包括激光晶体41、激光晶体51及波长转换元件63，固态激光器的谐振器包括激光晶体41和波长转换元件63。 
激光晶体41的激励光EL的入射面41a被施加有针对激励光(808nm)的AR涂层及针对固态激光波长(1060nm至1068nm)的HR涂层。激光晶体41的另一面41b被施加有针对固态激光波长及激励光的AR涂层。激光晶体51的朝激励LD侧的端面51a被施加有针对激励光及固态激光波长的AR涂层，另一面51b被施加有针对固态激光波长的AR涂层。 
波长转换元件63的朝激光晶体侧的端面63a被施加有针对固态激光波长及波长转换光(530nm至534nm)的AR涂层。波长转换元件63的另一面63b被施加有针对固态激光波长的HR涂层和针对波长转换光的AR涂层，面63b作为波长转换光S1的输出镜。 
透镜8被施加有针对固态激光波长的AR涂层和针对波长转换光的HR涂层。透镜8采用球面平凸透镜，被配置在相对于固态激光IR1、IR2而偏芯的位置，并使固态激光IR1、IR2倾斜。作为谐振器镜的波长转换元件63也对应于该倾斜角而倾斜地加以配置。通过该倾斜配置，可防止波长转换光S2与固态激光IR1、IR2一致地再次射入波长转换元件63内。 
另外，本实施方式的结构是，通过透镜8，使波长转换元件63中的固态激光IR1、IR2的光束直径小于激光晶体41、51中的固态激光IR1、IR2的光束直径。这样，通过使波长转换元件63中的固态激光束直径减小，可提高固态激光在波长转换元件63内的光强度，从而提高波长转换效率，因此，可提高波长转换激光器400的效率。另外，波长转换效率的提高可减小谐振器内的光学构件引起的内部损失对输出的影响。这样，可缓和谐振器内的构件损失的程度，从而降低构件成本。 
另外，使固态激光的光束直径在激光晶体41、51中较大，可增加激励光在激光晶体41、51内的光束直径，从而减小激励光的光强度，并抑制激光晶体41、51的发热。通过抑制激光晶体的发热，可改善波长转换激光器400的高输出特性。 
此外，在透镜8上形成有反射波长转换光的涂层，透镜8反射波长转换光S2，防止波长转换光S2与固态激光IR1、IR2一致地再次射入波长转换元件63内，从而除去模竞争杂讯。这样，通过在固态激光器的谐振器内插入反射波长转换光并控制固态激光的光束直径的透镜，可获得高效率化与高输出时的稳定性。 
如上所述，本实施方式的优选实施例是，将波长转换元件63的端面63b作为输出镜，并通过透镜8使波长转换光S2不会与固态激光光路一致地再次射入波长转换元件63内而输出到谐振器外部。 
另外，在使用透镜8的情况下，为了缩小波长转换元件63内的光束直径，使波长转换元件63的端面63b为谐振器镜较为理想。通过使波长转换元件63的端面63b为谐振器镜，可在在波长转换元件63内形成固态激光的光束聚光点，并使光束理想地聚光，且可实现紧凑的结构。 
另外，插入的透镜只要通过折射具有透镜光学能力(lens power)即可，也可使用多透镜或非球面透镜。另外，在本实施方式中，使透镜偏芯加以配置，但并不特别限定于该例 子，也可以通过将透镜配置成透镜面的任一面相对于固态激光倾斜，来防止波长转换光S2与固态激光一致地再次射入波长转换元件62。 
(实施方式5) 
图7是本发明实施方式5的波长转换激光器500的概要结构图。另外，在图7中，对于与上述实施方式相同的构件，使用相同符号并省略详细说明。 
波长转换激光器500具有通过偏振分束器(polarizing beam splitter，PBS)75使S偏振的固态激光器的谐振器与P偏振的固态激光器的谐振器耦合的结构。激光晶体43和激光晶体53被这样配置，晶体的光学轴旋转90度，并且以激光晶体的π偏振进行激光振荡，而从谐振器来看，偏振方向相差90度。S偏振的谐振器镜包括凹面镜32和波长转换元件64，P偏振的谐振器镜包括凹面镜33与波长转换元件64。PBS75通过反射S偏振并让P偏振透过来使谐振器耦合。 
激光晶体43采用Nd:GdYVO4(Nd浓度为1％，厚度为2mm)，其振荡出中心波长为1062.9nm的波长。激光晶体53采用Nd:YVO4(Nd浓度为1％，厚度为2mm)，其振荡出中心波长为1064.3nm的波长。如上所述，激光晶体43和激光晶体53被这样配置，晶体的光学轴相对于固态激光器的谐振器旋转了90度。 
作为波长转换元件64，使用具有极化反转周期结构的MgO:LiNbO3(PPLN)，在z轴的±方向上形成极化反转周期结构。该z轴被配置在与谐振器的S偏振及P偏振成45度的方向。虽然波长转换元件64的厚度约为0.5mm，但被研磨至对于固态激光的谐振波长作为λ/2板而发挥功能的厚度。固态激光IR1、IR2通过在波长转换元件64中往返，偏振方向与谐振的激光一致，而返回各自的激光晶体43、53。在波长转换元件64的朝图左侧的面64a上形成有针对固态激光波长(1062nm至1066nm)的AR涂层和针对波长转换光(531nm至533nm)的AR涂层，在朝图右侧的面64b上形成有针对固态激光波长的HR涂层和针对波长转换光的AR涂层。 
另外，决定凹面镜32、33的曲率半径并调整其他的光学部件，以使S偏振与P偏振这两个固态激光在波长转换元件64中重叠。在波长转换元件64中，将两个固态激光的谐振波长分别相位匹配为第二谐波及和频，而且第二谐波与和频的波长转换光同时产生。 
在本实施方式中，通过将波长转换元件64的z轴设为向与固态激光的偏振方向成45度的方向倾斜的光学轴，可同时产生偏振不同的波长的第二谐波及和频。另外，使波长转换元件64变薄，可扩大能够波长转换的波长允许幅度。此外，通过使波长转换元件64的 厚度达到作为λ/2板而发挥功能的厚度，固态激光稳定地进行谐振。 
向图7的右方向通过波长转换元件64的固态激光的波长转换光S1从波长转换元件64的端面64b输出到谐振器外部。向图7的左方向通过波长转换元件64的固态激光的波长转换光S2被分色镜(dichroic mirror)74反射而输出到谐振器外部，其不会与固态激光一致地再次射入波长转换元件64内。这样，在本实施方式中，通过使波长转换光不会与固态激光一致地再次射入波长转换元件64，可防止因同时产生第二谐波及和频而产生的模竞争杂讯。 
即，本实施方式的优选实施例是，在谐振器内具有波长转换元件64的波长转换激光器500中，在谐振器内使波长不同且偏振正交的波长谐振，波长转换元件64具有相对于波长的正交偏振成分倾斜的光学轴，将波长及偏振不同的振荡波长相位匹配为第二谐波及和频，而且是同时产生多个波长的第二谐波及和频。 
如上所述，通过使偏振正交的波长谐振，可避免在谐振器内振荡的多个波长之间产生的模竞争，从而可使多个波长稳定地谐振。另外，因为波长转换元件64具有相对于振荡波长倾斜的光学轴，所以对正交的偏振成分可进行两者的波长转换，可产生各振荡波长的第二谐波及和频。而且，因为波长转换元件64具有能够产生各自的第二谐波及和频的相位匹配范围，所以经波长转换后而被输出的波长转换光包含多个波谱，因此，谱宽变宽，干涉性降低。 
(实施方式6) 
图8是表示本发明实施方式6的波长转换激光器600的概要结构的侧视图，图9是表示图8所示的波长转换激光器600的概要结构的主视图。另外，在图8及图9中，对于与上述实施方式相同的构件，使用相同符号并省略详细说明。 
在图8中，激励LD16是射出880nm波长的激励光的具有内部波长锁定机构的宽条半导体激光器。从激励LD16射出的激励光经过聚光光学系统26射入激光晶体46。聚光光学系统26采用单透镜。 
在波长转换激光器600中，两种激光晶体46、56的端面被贴合。激光晶体46与激光晶体56直接接合而成为光学性接合状态。激光晶体46采用3×1×1mm的Nd0.5％:GdVO4，在谐振器长度方向上为1mm。激光晶体56采用3×1×1mm的Nd2％:YVO4，在谐振器长度方向上为1mm。 
图9的主视图省略了激励LD16及聚光光学系统26的图示，是从激光晶体46的朝激 励LD侧的面P1侧看到的激光晶体46等的图，该图的横方向的激光晶体46的宽度为3mm。激光晶体46和激光晶体56的激励光的吸收系数通过活性离子(Nd)的添加量得以调整，在激励LD侧的激光晶体46的吸收系数低于激光晶体56的吸收系数。 
在波长转换激光器600中，波长转换元件66也直接与激光晶体56接合而成为光学性接合状态。波长转换元件66采用形成有极化反转周期结构的MgO:LiNbO3，在谐振器长度方向上的厚度为0.5mm，外形为3×1×0.5mm。 
接合后的两个激光晶体46、56及波长转换元件66构成固态激光器的谐振器，激光晶体46的面P1与波长转换元件66的面P2作为谐振器镜。面P1具有针对激励光的AR涂层和针对谐振的固态激光及产生的波长转换光的HR涂层。面P2具有针对固态激光的HR涂层和针对波长转换光的AR涂层，并作为输出镜。 
激光晶体46使中心波长为1063.0nm的波长振荡，激光晶体56使中心波长为1064.4nm的波长振荡，固态激光在面P1与面P2之间谐振。在波长转换元件66中，产生并输出以作为各固态激光的第二谐波的531.5nm和532.2nm为中心波长的波长转换光、以及以作为两个固态激光的波长的和频的531.9nm为中心波长的波长转换光。 
包括接合后的两个激光晶体46、56及波长转换元件66的复合晶体通过Ag浆料(paste)而被插在上部散热器H1与下部散热器H2之间，上部散热器H1和下部散热器H2采用以Cu为主成分的材料。另外，在复合晶体的面P1侧，下部散热器H2的一部分从两处突出，该部分成为入射面侧散热器H3，通过Ag浆料与复合晶体粘合。入射面侧散热器H3被配置在激励光点旁边的两处以便不遮挡激励光。入射面侧散热器H3发挥复合晶体的定位和降低入射面侧的固态激光晶体46的温度的作用。另外，散热器的结构并不特别限定于上述的例子，该散热器也可以配置在其他的侧面，或可根据复合晶体的形状等进行各种变更。 
复合晶体因吸收激励光而发热，复合晶体中央部的温度高于复合晶体侧面的温度，其表现出热透镜效应(thermal lens effect)。由于该热透镜效应，固态激光的光束在面P1和面P2上会聚，固态激光在面P1与面P2之间发生谐振。 
波长转换激光器600最好是，将两种以上的激光晶体彼此贴合，其中，激励光的吸收系数最小的激光晶体位于激励LD一侧，由一个激励LD来激发两种以上的激光晶体。 
如上所述，通过贴合激光晶体46、56，无需激光晶体之间所需要的涂层，可减少谐振器内的损失。另外，通过使激励LD侧的激光晶体46对激励光的吸收系数较小，可在抑制激励LD侧的激光晶体46的发热的同时，使远离激励LD16的激光晶体56吸收激励光 而发生振荡。其结果，可从多个固态激光获得不同的波长的振荡。 
在本实施方式中，虽然需要多个激光晶体46、56，调整部件有时会增加，但因为是贴合激光晶体46、56，并使用一个激励LD16，所以可减少调整部件，并且可实现紧凑的结构。尤其是，在波长转换激光器600中，通过也贴合波长转换元件66，进一步减少调整部件，从而实现非常紧凑的结构。 
另外，波长转换激光器600最好是，将贴合的激光晶体46、56的激励光的入射面P1中未被射入激励光的区域及激光晶体46、56的侧面(图中的上面及下面)与作为散热器的上部散热器H1、下部散热器H2及入射面侧散热器H3接合，激励光入射侧的激光晶体46的温度低于其他激光晶体56的温度。 
这里，在使用贴合的激光晶体的波长转换激光器中，结构变得紧凑，热有可能会集中在较小的部位，但在本实施方式中，通过在复合晶体的侧面及入射面设置散热器，可缓和热的局部集中，实现稳定的动作。尤其是，在激励光入射侧的激光晶体46中，，由于被射入在其他的激光晶体中衰减之前的功率大的激励光，所以发热量容易变高，但通过在入射面侧配设入射面侧散热器H3来降低激光晶体的吸收系数，可使激励LD侧的激光晶体46的温度低于其他的激光晶体56的温度。 
其结果，可减小在固态激光的光路上产生最大温度差的激励光入射面的温度差，从而缓和由热引起的变形。因此可实现高功率下的动作。尤其是，像本实施方式这样，将振荡波长短的激光晶体46配设在激励LD侧来降低激励LD侧的激光晶体温度，可通过温度偏移扩大激光晶体的振荡波长的间隔，从而具有扩展输出的波长转换光的谱宽。 
(实施方式7) 
在本实施方式中，使用图1所示的实施方式1的波长转换激光器100，由指定的驱动电路对激励LD1进行调制。图10是波长转换激光器100连续振荡时输出的波长转换光的谱分布的示意图，图11是对波长转换激光器100的激励LD1进行调制后输出的波长转换光的谱分布的示意图。 
如图10所示，在连续振荡时，由激光晶体4(Nd:GdVO4)振荡的固态激光IR1的第二谐波SHG1、由激光晶体5(Nd:YVO4)振荡的固态激光IR2的第二谐波SHG2及第二谐波SHG1与第二谐波SHG2的和频SFG1这三个波长峰值明确地被识别。这样，波长转换激光器100通过同时输出多个波长，可减少干涉杂讯。 
此外，为了减少波长转换激光器的相干性，较为理想的是，使输出的谱分布平坦化。 图11的对激励LD调制时的输出实现了该谱分布的平坦化。激励LD1进行重复频率为120Hz，占空比(duty)为0.3的矩形波形的调制。通过以毫秒至微秒级的重复周期进行激励LD1的驱动电流的调制，激光晶体4、5的温度反复地在激励LD1射出激励光时上升，在激励LD1停止时下降，导致温度随着时间发生变化。此时，振荡的固态激光的波长根据温度状态而发生变化，进行时间积分之后，谱宽扩展。 
在本实施方式的波长转换激光器100中，通过扩展由各个激光晶体4、5振荡的谱宽，如图11所示，可使转换后的波长转换光的谱宽扩展。尤其是，在本实施方式中，因为同时产生第二谐波及和频，所以在进行时间积分时，第二谐波SHG1、SHG2与和频SFG1的波谱的重叠增加，从而可实现谱分布的平坦化。这样，通过使谱分布平坦化，可进一步减小相干性，并可进一步减少散斑杂讯等干涉性杂讯。 
(实施方式8) 
图12是本发明实施方式8的波长转换激光器110的概要结构图，图13是从图12所示的波长转换激光器110输出的波长转换光的谱分布的示意图。另外，在图12中，对于与上述实施方式相同的构件，使用相同符号并省略详细说明。 
在图12所示的波长转换激光器110中，将图1所示的波长转换激光器100的波长转换元件6改换成了具有多周期结构的波长转换元件67。波长转换元件67采用具有两个极化反转周期结构的MgO:LiNbO3。两个周期形成的长度在谐振激光的光轴方向上分别为3mm，波长转换元件67的晶体长度为6mm。两个周期为6.97μm和7.00μm，该两个周期分别被设计为使激光晶体4(Nd:GdVO4)的第二谐波SHG1的转换效率和激光晶体5(Nd:YVO4)的第二谐波SHG2的转换效率增高。波长转换元件67与波长转换元件6同样，在朝激光晶体5侧的端面67a上具有针对固态激光的AR涂层及针对波长转换光的HR涂层，在朝平面镜7侧的端面67b上具有针对固态激光的AR涂层及针对波长转换光的AR涂层，且被配置相对于固态激光的光轴倾斜。 
波长转换元件67因为具有与各激光晶体4、5的振荡波长的第二谐波产生对应的周期，所以第二谐波SHG1及第二谐波SHG2的波长转换效率提高，产生和频的波长转换效率相对地降低。波长转换效率取决于由各激光晶体振荡的激光功率、和与由周期决定的相位匹配条件的偏差量。在使用多个激光晶体4、5的本实施方式的情况下，由于固态激光的波长分布宽广，所以与仅使用一种激光晶体的情况相比，容易偏离相位匹配条件，与各波长对应的第二谐波的波长转换效率容易降低。因此，在本实施方式中，通过波长转换元件 67具有多个周期，并具有与各激光晶体4、5的第二谐波产生对应的周期，可防止向第二谐波的波长转换效率降低。 
另外，在极化反转周期结构为单周期的情况下，因为通过从多个固态激光的转换而产生和频，所以存在和频的强度大于第二谐波的强度的倾向。因此，在本实施方式中，通过使周期分别与各固态激光的第二谐波产生相对应，可以在产生和频时发生与相位匹配条件的偏离。 
其结果，如图13所示，可提高第二谐波SHG1及第二谐波SHG2的波长转换效率，降低和频SFG1的波长转换效率以相对地降低和频SFG1的强度，使波长转换光的谱分布平坦化。该谱分布的平坦化可进一步减小相干性，并进一步减少散斑杂讯等干涉杂讯。另外，通过使用具有多个周期的极化反转周期结构的波长转换元件，可自由地设定能够进行波长转换的波长转换元件的温度。 
另外，在本实施方式中，使用了具有两个周期的波长转换元件，但也可使用具有3个以上的周期的波长转换元件。另外，若具有对应于多个激光晶体的周期，则周期无需恒定，周期也可有微小的波动。 
(实施方式9) 
图14是本发明实施方式9的波长转换激光器900的概要结构图。另外，在图14中，对于与上述实施方式相同的构件，使用相同符号并省略详细说明。 
波长转换激光器900，为了获得低相干的波长转换激光，在谐振器内具有能够进行宽带域的激光振荡的掺镱(Yb)的激光晶体48及多周期波长转换元件68。激光晶体48不仅可以是单晶体，而且也可以是陶瓷等。例如，激光晶体48采用Yb10at％:YAG陶瓷、是Yb浓度非常高的激光材料。在此情况下，振荡增益处于1020nm至1080nm的非常宽广的范围内。激光晶体48是在固态激光的光轴方向上具有1mm的厚度的微芯片，其外形为3×3×1mm。 
波长转换元件68采用具有四个极化反转周期结构的MgO:LiNbO3晶体。在波长转换元件68中，分别以0.2mm的长度形成作为与1020nm、1040nm、1060nm、1080nm的第二谐波产生相对应的周期的6.1μm、6.5μm、6.9μm、7.3μm这四个周期，波长转换元件68是在固态激光的光轴方向上为0.8mm的元件。波长转换元件68被配置成与固态激光成布儒斯特角，将谐振激光的偏振作为P偏振，并进行P偏振的波长转换。 
激励LD18射出940nm的激励光，激励光通过聚光光学系统28而射入激光晶体48 内，以便与谐振的固态激光重叠。凹面镜38具有针对1020nm至1080nm的固态激光的HR涂层及针对510nm至540nm的AR涂层，并输出波长转换光。激光晶体48的朝激励LD侧的端面48a具有940nm的AR涂层及针对固态激光的HR涂层，端面48a及凹面镜38作为谐振镜。激光晶体48的朝波长转换元件68侧的端面48b具有针对固态激光的AR涂层及针对波长转换光的HR涂层，反射波长转换光S2。被反射的波长转换光S2通过偏离固态激光光路的光路从凹面镜38输出。 
因为在谐振器内具有包含多个周期的多周期波长转换元件68，所以掺镱的激光晶体48在宽广的增益内振荡多个波长。波长转换元件68产生谐振的多个固态激光的第二谐波及和频，该波长转换光从凹面镜38输出。射出的波长转换光遍及510nm至540nm的非常宽的带域，其相干性低且干涉杂讯已被除去。 
波长转换激光器900最好是，在谐振器内具有振荡增益宽广的激光晶体48及包含多个周期的波长转换元件68，多个波长的固态激光发生谐振，且同时产生多个波长的第二谐波及和频。另外，通过具有多个周期的波长转换元件68将谐振器损失给予与各周期相对应的固态激光的波长，可产生多个谐振的波长。然后，通过由波长转换元件68产生谐振的多个波长的第二谐波及和频，从而实现低相干的波长转换激光器。 
另外，以往，在振荡增益宽广的激光晶体的波长转换中需要波长锁定机构，但在本实施方式中，通过在谐振器内使用具有多个周期的波长转换元件68，不用锁定波长即可进行波长转换。另外，通过同时产生第二谐波及和频，可实现高效率的波长转换。 
(实施方式10) 
图15是本发明实施方式10的使用绿色波长转换激光器150的图像显示装置1000的概要图。另外，在图15中，对于与上述实施方式相同的构件，使用相同符号并省略详细说明。 
图像显示装置1000是激光投影仪，具有射出绿色激光的绿色波长转换激光器150、射出红色激光的红色LD1010及射出蓝色激光的蓝色LD1020。 
绿色波长转换激光器150包括射出880nm波长的光的激励LD16、聚光光学系统26、激光晶体(Nd0.5％:GdVO4)49、激光晶体(Nd3％:YVO4)59、波长转换元件6及凹面镜31。激光晶体49和激光晶体59通过直接接合而光学性地接合。激光晶体49和凹面镜31构成固态激光器的谐振镜。 
从激励LD16射出的光通过聚光光学系统26而射入激光晶体49和激光晶体59并被 吸收。激光晶体49和激光晶体59进行不同波长的振荡。波长转换元件6产生谐振的多个波长的第二谐波及和频，并从凹面镜31输出波长转换光。 
此时，波长转换元件6在朝激光晶体59的一侧具有针对波长转换光的HR涂层，并以相对于固态激光倾斜的状态插入谐振器内。波长转换光从两个光路输出，其中之一从偏离固态激光的位置输出。激光晶体49和激光晶体59各自的厚度为1mm，两者通过贴合达到2mm的厚度。激光晶体49在朝激励LD16的一侧具有针对固态激光的HR涂层与针对激励光的AR涂层，激光晶体59在朝凹面镜31的一侧具有针对固态激光的AR涂层。 
从红色LD1010及蓝色LD1020射出的光由准直器1025准直后，通过合波棱镜1030与从绿色波长转换激光器150射出的两束光束合波。合波后的光被照明光学系统1040整形为呈矩形且具有均匀强度的光。 
照明光学系统1040包括交叉多透镜(cross lenticular lens)及发散角补偿透镜(divergence angle compensating lens)。整形后的光束经过作为偏振分束器的PBS1060照明空间光调制元件1050。空间光调制元件1050采用反射型LCOS(Liquid Crystal OnSilicon，基硅液晶)，通过偏振光的旋转表示色阶(gradation)。被空间光调制元件1050反射并通过PBS1060的经过调制的光，被投射透镜1070放大投射到显示面1080上。 
另外，使用多模LD(multi-mode LD)作为红色LD1010与蓝色LD1020，以扩展谱分布。绿色波长转换激光器150输出源于多个波长的固态激光的第二谐波及和频，扩展谱分布。 
图像显示装置1000最好是包括：稳定地输出源于多个不同波长的固态激光的第二谐波及和频的低相干的绿色波长转换激光器150；以及对输出的波长转换光进行调制的空间光调制元件1050。在此情况下，通过使用谱分布扩展的低相干的波长转换光，可减少成为图像杂讯的散斑杂讯，从而显示高品质的图像。 
将本实施方式这样的波长转换激光器用于特别是视觉感度(visual sensitivity)高的绿色激光器较为理想。因为绿色的视觉感度高，所以散斑杂讯容易被观看者觉察。通过将波长转换激光器150用于绿色，散斑杂讯不会被观看者所觉察。 
空间光调制元件1050分时地调制红色、绿色、蓝色的激光。从各色的激光光源1010、1020、150依次射出红色、蓝色、绿色的激光，绿色波长转换激光器150也反复波长转换光的射出与停止。此时，因为激励LD16反复激励光的射出与停止，所以激光晶体49、59及波长转换元件6在输出时产生温度变化。该温度变化引起波长转换激光器150的振荡波长在输出时发生变化。因为振荡波长发生变化，所以当对波长转换光进行时间积分时，波 长转换激光器150的谱分布进一步扩展，相干性进一步降低。 
如上所述，图像显示装置1000最好是，具有使红色、蓝色、绿色的波长振荡的激光光源，至少作为绿色的激光光源使用波长转换激光器150，激光光源依次射出各色的激光，波长转换激光器150反复光束的射出与停止，在射出光时因激励光而过热，在停止时被冷却，从而扩展波长转换激光器150的谱宽。 
这样，通过利用来自激光光源的激光的依次射出，可除去容易觉察的绿色的散斑杂讯。此时，较为理想的是，使用半导体激光光源作为红色及蓝色的激光光源。红色及蓝色的激光光源在射出光时，激光芯片的温度也会发生变化，导致振荡波长发生变化，从而可扩展时间积分时的谱分布。这样，在显示彩色图像的红色、绿色、蓝色的所有的激光中可除去散斑杂讯。另外，通过使用激光光源作为全部的光源，可实现图像显示装置1000的小型化、薄型化及省电化。 
另外，也可以使用透射型液晶或DMD(Digital Micromirror Device)等空间调制元件作为图像显示装置1000的波长转换光的空间光调制元件。另外，在透射型液晶中，也可以不使用投射透镜，而是将液晶面作为显示面。另外，调制元件不仅可以是空间光调制元件，而且也可以是波长转换光的强度调制与扫描光学系统的组合。本实施方式中，照明光学系统1040使用了多透镜，但并不特别限定于该例子，也可使用棒型积分器(rodintegrator)或复眼透镜(fly eye lens)。另外，可适用于图像显示装置的波长转换激光器并不特别限定于本实施方式，也可以使用其他的实施方式的波长转换激光器。 
(实施方式11) 
图16是本发明实施方式11的波长转换激光器111的概要结构图。另外，在图16中，对于与上述实施方式相同的构件，使用相同符号并省略详细说明。 
作为半导体激光器的激励LD1使激发激光晶体30的激励光EL振荡。激励LD1是使808nm带域发生振荡的波长锁定型宽条半导体激光器。另外，激发固态激光器的半导体激光器只要能够使可激发激光晶体的波长振荡即可。 
从激励LD1射出的激励光EL通过聚光光学系统2而被聚光，以便在激光晶体30内与谐振的固态激光重叠。聚光光学系统2包括透镜2a与透镜2b这两个透镜，透镜2a控制激励LD1的活性层的厚度方向的激励光EL的光束直径，透镜2b控制活性层的宽度方向的激励光EL的光束直径。聚光光学系统2只要可控制激励光的光束直径，使得在激光晶体30内激励光EL与固态激光IR具有重叠即可。 
激励光EL射入激光晶体30并被吸收。这样的半导体激光激励固态激光器使激励光与固态激光耦合的效率高，可进行高效率振荡。所谓本发明的固态激光器，例如是指使将被转换成波长转换光的基波振荡的激光器。固态激光器的谐振器的结构是以激光晶体30的朝激励LD侧的端面3a、和波长转换元件50的朝激光出射侧的端面5b作为反射面，并以多纵模进行振荡。 
波长转换激光器111在激光晶体30与波长转换元件50之间具有透镜8。透镜8对光束进行整形，使得波长转换元件50内的固态激光IR的光束直径小于激光晶体30内的固态激光IR的光束直径，以进行谐振。波长转换元件50对谐振的多纵模的固态激光IR进行波长转换，产生第二谐波及和频。所谓本发明的波长转换激光器，例如是指包括激励LD、固态激光器及固态激光器的谐振器内的波长转换元件的用以产生波长转换光的整个装置。 
激光晶体30采用Nd:YVO4(Nd浓度为2.0at.％，厚度为1.0mm)的平行平板的微芯片。激光晶体30在端面3a上具有针对激励光(波长为808nm)的AR涂层及针对固态激光(波长为1064nm)的HR涂层，在另一端面3b上具有针对固态激光的AR涂层。另外，虽然激光晶体30使用了Nd:YVO4，但只要是能够使激光振荡的固态材料即可，并无特别限定。较为理想的是，激光晶体30为作为微芯片固态激光器的在钒酸盐(vanadate)系晶体中添加了活性离子的晶体。 
透镜8是球面平凸透镜，被配置成凸面4a朝着激光晶体一侧，平面4b朝着波长转换元件一侧。透镜8具有针对固态激光的AR涂层及针对波长转换光(波长为532nm)的HR涂层。透镜8以透镜的折射中心偏芯于固态激光IR的光轴而加以配置，固态激光IR的光轴由于透镜8而倾斜。 
波长转换元件50采用具有周期性极化反转周期结构的MgO:LiNbO3(PPLN)的微芯片(厚度为0.5mm)。波长转换元件50只要是具有极化反转周期结构的非线性材料即可，极化反转周期被设定以便产生波长转换光。极化反转周期无需恒定，可根据用途而具有非周期性部分。较为理想的是，使用非线性常数高的LiNbO3系或LiTaO3系的材料。固态激光所通过的波长转换元件50采用有效体积为1mm3的微芯片。在固态激光通过的方向上的波长转换元件50的厚度较为理想的是在1mm以下。通过使所述厚度为1mm以下，可实现无需温度控制的波长转换激光器。 
波长转换元件50在朝激励LD侧的端面5a上具有针对固态激光及波长转换光的AR涂层，在另一端面5b上具有针对固态激光的HR涂层与针对波长转换光的AR涂层。波长转换元件50呈平行平板形状，对应于固态激光光轴的倾斜而倾斜地配置。透镜8的平 面8b相对于固态激光IR的光轴的倾斜角度大于固态激光IR的发散角。所谓本实施方式的固态激光的发散角(divergence angle)，是指在透镜8与波长转换元件50之间的固态激光扩大的半值半宽(half width at halfmaximum)的角度。 
对向图的右方向通过波长转换元件50的固态激光进行波长转换所得到的波长转换光S1从波长转换元件50的端面5b输出到谐振器外部。对向图的左方向通过波长转换元件50的固态激光进行波长转换所得到的波长转换光S2被透镜8的平面8b反射后，输出到谐振器外部。波长转换光S2因为被透镜8反射，所以不会射入激光晶体30而被输出到外部。 
这样，在本实施方式中，透镜8的作为反射面的平面8b相对于固态激光倾斜。因此，波长转换光S2向与固态激光不同的方向反射，不会通过与固态激光相同的光路再次射入波长转换元件50，而被输出到谐振器外部。其结果，在本实施方式中，波长转换光S2不会再次射入波长转换元件50而被输出到谐振器外部。 
光从透镜8的凸面8a侧射入时的主点LC与激光晶体30之间的距离L1包含激光晶体30的厚度(换算成空气中的长度)在内为6mm。透镜8的主点LC与波长转换元件50之间的距离L2包含波长转换元件的厚度(换算成空气中的长度)在内为3.3mm。透镜8的焦距f为3mm。 
根据上述结构，在本实施方式中，激光晶体30中的固态激光的光束直径约为110μm，波长转换元件50中的固态激光的光束直径约为40μm，波长转换元件50内的光束直径减小至激光晶体30的光束直径的1/2以下。若谐振器内的内部功率相同，则通过使光束直径变成1/2以下，转换效率可提高4倍以上。 
另外，在本实施方式中，谐振器具有谐振器长度也约为9mm的非常紧凑的结构，从激励LD1至激光晶体30的距离约为6mm，波长转换激光器111的全长约为15mm，与光学构件的保持器和散热器一起形成约2立方厘米的模块。这样，实现非常紧凑的波长转换激光器111。 
另外，在本实施方式中，激光晶体30及波长转换元件50采用微芯片。通过使激光晶体30及波长转换元件50小型化，可使波长转换激光器111成为数立方厘米左右的非常小的波长转换激光器。另外，通过将波长转换元件50设为微芯片，可扩大进行波长转换的相位匹配的温度允许幅度，从而即使没有温度控制，波长转换元件50也可工作。例如，在将波长转换元件50的厚度设为0.5mm的本实施方式中，具有50度以上的温度允许幅度，因此不用温度控制便可加以使用。为了像所述那样无需温度控制，波长转换元件50 的厚度为1mm以下较为理想的。 
另外，本实施方式的特征在于：在半导体激光激励固态激光器的谐振器内具有波长转换元件50的波长转换激光器111中，固态激光器进行多纵模振荡，波长转换元件50采用具有极化反转周期结构的微芯片，其进行产生多纵模振荡的第二谐波及和频的波长转换，在固态激光器的激光晶体30与波长转换元件50之间具有透镜8，该透镜8使固态激光的光束直径在波长转换元件50内比在激光晶体30内更小，并反射波长转换后的光，激光晶体30及波长转换元件50的端面兼作为固态激光器的谐振器的反射面。 
通过设为上述结构，可提高波长转换效率并减少损失，从而可实现高效率的波长转换激光器111。另外，在本实施方式中，因为使固态激光器多纵模振荡，所以无需使用标准具(etalon)等波长选择元件，因此可实现小型化及低损失化，也没有单模时产生的在高输出下的不稳定。而且，通过利用多纵模，波长转换光也成为第二谐波及和频的多纵模(multi-longitudinal mode)，从而可获得能够应用在影像领域或照明领域中的干涉杂讯得以降低的激光。 
另外，在本实施方式中，为了实现通过多纵模的波长转换和宽广的温度允许幅度而无需温度控制，进行了波长转换元件50的微芯片化。虽然波长转换元件的微芯片化会产生转换效率降低的问题，但为了解决这个问题，可通过透镜8减小波长转换元件50内的光束直径，提高波长转换元件50内的光功率密度，从而提高转换效率。 
这里，因为转换效率与光功率密度成比例，所以较为理想的是，使光束聚光直至波长转换元件50不会产生损伤或发热的程度为止。当谐振器内的透镜8使波长转换元件50内的光束聚光时，通过将波长转换元件50的端面5b作为固态激光器的谐振器的反射面，可使光束理想地聚光，并可实现谐振器的小型化。另外，通过将波长转换元件50的端面5b作为谐振器的反射面，使固态激光的光束束腰(beam waist)位置与波长转换元件50的端面5b一致。 
通过增大激光晶体30的固态激光束的直径，谐振器内的透镜8提高固态激光与激励光的耦合效率，同时防止激光晶体30的温度过度地上升。即，虽然微芯片固态激光器存在由于激光晶体的温度上升而妨碍高输出化及稳定性的问题，但在本实施方式中，即使抑制激励光的光功率密度，激励光与固态激光的耦合效率也较高，因此，可降低激励光的光功率密度，防止激光晶体30的温度上升。另外，通过透镜8使波长转换元件50内的光功率密度增大，有助于提高转换效率，增加相对于激励功率的输出，减少谐振器内的热量，并防止激光晶体30的温度上升。 
另外，在本实施方式中，通过将激光晶体30及波长转换元件50作为固态激光器的谐振器的反射面，可仅由激光晶体30、透镜8及波长转换元件50这三个构件构成固态激光器及谐振器，因此，可消除由于构件增加引起的谐振器的内部损失的增加，而且，可实现紧凑化。另外，通过透镜8的波长转换光的反射，可消除由于波长转换光射入激光晶体30而被吸收所引起的损失。 
另外，通过由透镜8反射波长转换光，可使波长转换光与固态激光错开地加以输出。虽然在波长转换光与固态激光一致地再次射入波长转换元件时，会产生上述的多模波长转换时的被称为Green Problem的模竞争杂讯，但这个问题可被防止。 
另外，当作为波长转换光的绿色光与作为固态激光的红外光重叠地通过波长转换元件时，会产生被称为GRIIRA(Green Induced IR Absorption)的波长转换元件内的光吸收现象，虽然GRIIRA导致从固态激光转换成波长转换光的效率降低，但在本实施方式中，该波长转换元件内的光吸收现象也可被防止。 
另外，在本实施方式中，为了缓和由于波长转换元件50的微芯片化而引起的转换效率的减小，使用每单位长度的转换效率高的利用准相位匹配quasi-phase matching)且具有极化反转周期结构的波长转换元件。在此情况下，由于可使波长转换元件50内的光束直径减小以提高波长转换光的转换效率，所以可降低谐振器的内部功率。该内部功率的降低可减小由谐振器内的光学构件引起的损失。其结果，通过减小由光学构件带来的损失，可缓和光学构件的规格，并减少构件成本。 
另外，本实施方式的优选实施例是，作为透镜8的至少其中之一面的平面8b以大于固态激光发散角的倾斜角相对于固态激光倾斜，被透镜8的平面8b反射的波长转换光在谐振器内与固态激光光路分离而被输出到谐振器外部。 
图17是用以说明图16所示的波长转换激光器111的固态激光IR与透镜8的平面8b的倾斜角的放大图。在图17中，倾斜角θ1表示作为透镜面的透镜8的平面8b相对于固态激光IR的光轴OA倾斜的角度。向与固态激光IR的光轴OA一致的方向输出的波长转换光S1、和被透镜8的平面8b反射的波长转换光S2以倾斜角θ1的2倍的角度分开而被输出。另外，发散角θ2是透镜8与波长转换元件50之间的固态激光IR的发散角。发散角θ2相当于达到固态激光IR的强度的半值的半角。 
在波长转换激光器111中存在θ1＞θ2的关系，透镜8的平面8b比固态激光IR的发散角θ2更大幅地倾斜。因为反射后的波长转换光S2以比固态激光IR的发散角θ2更大的角度倾斜而前进，所以它在谐振器内与固态激光IR的光路分离。 
这里，当波长转换光与固态激光重叠而射入波长转换元件时，会产生逆转换，产生类似于固态激光的波长，发生模竞争，从而导致固态激光器的振荡变得不稳定，或妨碍输出。 
因此，在本实施方式中，利用谐振器内的透镜8的反射及倾斜，分离波长转换光，以除去使振荡不稳定的主要原因。另外，因为波长转换光S2不与固态激光重叠地射入波长转换元件50，所以不会产生GRIIRA，也不会使转换效率降低。而且，即使在激光晶体30中产生了热透镜效应时，谐振器内具有透镜8的结构也不会使透镜8与波长转换元件50之间的固态激光的发散角增大，从而可防止波长转换光与固态激光在波长转换元件50内重叠。 
另外，本实施方式的优选实施例是，透镜8采用平凸透镜，且朝着波长转换元件50一侧的面5b(应为8b)为平面。在本实施方式中，谐振器内的透镜8具有针对波长转换光的反射功能，但通过将作为该反射面的面4b(应为8b)设为平面，可以容易地调整反射的波长转换光S2的方向。本实施方式的固态激光在激光晶体30与透镜8之间的光束发散角小于在波长转换元件50与透镜8之间的发散角，激光晶体30与透镜8之间的固态激光接近于平行光。在本实施方式中，通过使用平凸透镜作为透镜8，并使凸面朝着激光晶体侧，使平面朝着波长转换元件侧，还可减小固态激光器的谐振器内的像差。 
另外，本实施方式的优选实施例是，激光晶体30与透镜8的主点LC之间的距离L1、波长转换元件50与透镜8的主点LC之间的距离L2及透镜8的焦距f满足以下关系。 
f＜L2＜L1   ……(1) 
L2＜2×f    ……(2) 
L1+f＞2×L2 ……(3) 
L1-f＜20mm  ……(4) 
在本实施方式中，距离L1为6mm，距离L2为3.3mm，焦距f为3mm。通过满足式(1)至式(4)这四个关系，使固态激光的光束聚光在波长转换元件50内以提高波长转换效率，即使在激光晶体30中产生了热透镜效应，也可使谐振继续，而且，可实现紧凑的结构。即，通过满足式(1)至式(4)，即使产生了热透镜效应，也可满足谐振条件并缩短谐振器长度。另外，通过满足式(1)至式(3)，可在满足谐振条件的同时，使固态激光在波长转换元件50内的光束直径不足激光晶体30内的光束直径的1/2。 
另外，插入谐振器内的透镜只要具有正透镜光学能力且呈焦距满足式(1)至式(4)的形状即可。可使用人工石英或BK7等一般的材料作为透镜材料。 
(实施方式12) 
图18是本发明实施方式12的波长转换激光器112的概要结构图。另外，在图18中，对于与上述实施方式相同的构件，使用相同符号并省略详细说明。另外，与图17相比，图18是激光的光束直径与光学元件的大小之比更接近于实际尺寸的图。 
图18所示的波长转换激光器112最好是，包括将透镜8的波长转换光S2的反射位置作为光轴的合成光学系统9，且合成光学系统9将被透镜8反射的波长转换光S2和未射入透镜8的波长转换光S1这两束波长转换光合成为一束光束。 
在本实施方式中，产生从波长转换元件50直接向谐振器外射出的波长转换光S1、和被透镜8反射后向谐振器外射出的波长转换光S2这两束波长转换光。通过将合成两束波长转换光的合成光学系统9设置在紧接波长转换元件50的后面，并将其与固态激光器组合，可将输出当作一束光束，并根据各用途进行光束整形。 
具体而言，合成光学系统9采用一个球面平凸透镜，使合成光学系统9的光轴O1对准透镜8反射波长转换光S2的位置RP(例如，波长转换光S2的反射区域的中心位置)。通过将合成光学系统9的光轴O1对准波长转换光S2与固态激光分离的透镜9(应为8)的反射位置RP，可将两束波长转换光S1、S2当作同轴光束。另外，通过使合成光学系统9的焦点位置与透镜8的反射位置RP吻合，可使两束波长转换光S1、S2大体上平行。严格地说，两束波长转换光S1、S2各自的光束束腰的位置并不相同，但可近似地将两束波长转换光S1、S2当作同轴的平行光。 
另外，合成光学系统9也可采用一个透镜，但也可以是组合了多个光学部件的结构。例如，为了使两束波长转换光的光束束腰的位置光学性吻合，也可以仅让被透镜9(应为8)反射而输出的波长转换光S2透过高折射率板。 
(实施方式13) 
图19是本发明实施方式13的波长转换激光器113的概要结构图。另外，在图19中，对于与上述实施方式相同的构件，使用相同符号并省略详细说明。 
在图19中，从激励LD1射出的激励光通过聚光光学系统2而被聚光，以便在低掺杂激光晶体30a及高掺杂激光晶体30b中与谐振器内的固态激光重叠。 
低掺杂激光晶体30a采用Nd:YVO4(Nd浓度为0.5at.％，厚度为0.25mm)，高掺杂激光晶体30b采用Nd:YVO4(Nd浓度为3at.％，厚度为0.25mm)。低掺杂激光晶体30a的对激励光的吸收率比高掺杂激光晶体30b的低，其吸收系数约为高掺杂激光晶体30b的 1/6。低掺杂激光晶体30a与高掺杂激光晶体30b通过光学接合而成为一体。成为一体的激光晶体30c可被视为0.5mm的一个激光晶体。在低掺杂激光晶体30a的朝激励LD1侧的端面31a上形成有针对激励光(波长为808nm)的AR涂层、以及针对固态激光(波长为1064nm)的HR涂层，在高掺杂激光晶体30b的朝波长转换元件91侧的端面31b上形成有针对固态激光的AR涂层。 
固态激光器的谐振器具有以低掺杂激光晶体30a的端面31a和波长转换元件91的朝激光出射侧的端面91b作为反射面的结构，以多纵模进行振荡。在激光晶体30c与波长转换元件91之间配置有透镜81。透镜81进行光束整形，使得固态激光的光束直径在波长转换元件91内比在激光晶体30c内小，谐振得以进行。波长转换元件91对谐振的多纵模的固态激光进行波长转换，产生第二谐波及和频。 
透镜81为弯月形(meniscus)透镜，被配置成凸面81a朝着激光晶体30c侧，凹面81b朝着波长转换元件91侧。透镜81具有针对固态激光的AR涂层与针对波长转换光(532nm)的HR涂层。 
图20是用以说明图19所示的透镜81的配置状态的放大图。如图20所示，透镜81被配置成相对于固态激光IR的光轴O2、O3倾斜。透镜81的倾斜角度θ3被设定成大于固态激光IR的发散角θ4。虽然固态激光IR的光轴O2、O3由于透镜81而发生移动，但激光晶体30c内的光轴O2与波长转换元件91内的光轴O3平行。 
再来参照图19，波长转换元件91采用具有周期性极化反转周期结构的MgO:LiNbO3(PPLN)的微芯片(厚度为0.3mm)。波长转换元件91在朝激励LD侧的端面91a上具有针对固态激光和波长转换光的AR涂层，在另一端面91b上具有针对固态激光的HR涂层及针对波长转换光的AR涂层。波长转换元件91呈平行平板形状，与激光晶体30c平行地配置。 
对向图的右方向通过波长转换元件91的固态激光进行波长转换所得的波长转换光S1从端面91b输出到谐振器外部。对向图的左方向通过波长转换元件91的固态激光进行波长转换所得的波长转换光S2被透镜81的面81b反射后，通过波长转换元件91而被输出到谐振器外部。因为弯月形透镜的凹面81b朝着波长转换元件91侧，所以波长转换光S2的发散角变小，被输出到谐振器外部。此时，因为透镜81以大于固态激光的发散角的角度倾斜，所以被面81b反射的波长转换光S2与固态激光分离，当波长转换光S2再次射入波长转换元件91时，不会与固态激光重叠。 
光从透镜81的凸面81a侧射入时的主点LC与激光晶体30c之间的距离L1包含激光 晶体30a的厚度(换算成空气中的长度)在内为7mm。透镜81的主点LC与波长转换元件91之间的距离L2包含波长转换元件91的厚度(换算成空气中的长度)在内为4.2mm。透镜81的焦距f为4mm。 
在本实施方式中，固态激光的光束直径在激光晶体30c中约为140μm，在波长转换元件91中约为40μm，波长转换元件91内的光束直径减小至激光晶体30c内的光束直径的1/3以下。另外，谐振器具有谐振器长度也约为11mm的非常紧凑的结构。另外，本实施方式的距离L1、距离L2及焦距f在满足上述式(1)至式(4)的范围内。虽然波长转换元件91的厚度非常薄，为0.3mm，但根据上述结构，由于可使波长转换元件91内的光束直径减小，所以可提高转换效率，并可实现无需温度控制的宽广的温度允许幅度和高波长转换效率。 
本实施方式的优选实施例是，谐振器内的透镜81采用弯月形透镜，且朝波长转换元件91侧的面81b为凹面。在本实施方式中，谐振器内的透镜81具有针对波长转换光S2的反射功能，而通过将面81b设为凹面，可减小反射的波长转换光S2的发散角，并将被面81b反射的波长转换光S2的光束直径保持得较小。 
从波长转换激光器113输出的波长转换光包括从波长转换元件91直接射出的波长转换光S1和被透镜81反射后射出的波长转换光S2这两束波长转换光。因为所述波长转换光S1、S2的光束束腰位置在波长转换元件91的端面91b，所以被透镜81反射的波长转换光S2在谐振器外部其光束直径与波长转换光S1相比相对地增大。 
在本实施方式中，通过使用弯月形透镜的凹面减小被透镜81反射的波长转换光S2的光束直径，可使两束波长转换光S1、S2在谐振器外部的光束直径基本一致。通过使波长转换光S1、S2的光束直径为相近的大小，可容易地处理从波长转换激光器113射出的波长转换光。 
另外，本实施方式的优选实施例是，激光晶体30c包括激励光吸收率不同的两个以上的晶体(例如，低掺杂激光晶体30a及高掺杂激光晶体30b)，且激光晶体从激励LD侧起，按照从吸收率低的晶体到吸收率高的晶体的顺序串联地排列。在固态激光器中，由于激光晶体的吸收激励光的吸收部的发热会产生热透镜效应或热应变，在高输出时产生输出的不稳定性或输出饱和。另外，微芯片固态激光器存在激励光的吸收部集中在非常狭小的体积中的倾向。 
在本实施方式中，激光晶体使用激励光吸收率不同的两个晶体(低掺杂激光晶体30a及高掺杂激光晶体30b)，并按照从激励光的吸收小的晶体到激励光的吸收高的晶体的顺 序，从激励LD侧起串联地排列，这样，吸收激励光的范围在固态激光的光轴方向上扩大。通过在固态激光的光轴方向上扩大吸收激励光的范围，可抑制热透镜效应或热应变，实现高输出的振荡。 
另外，在本实施方式中，激光晶体30c内的固态激光的光束直径大，且从激励LD侧起，激光晶体30c内的固态激光的光束直径逐渐增大。为了高效率地使固态激光器振荡，需要将激励光与固态激光重叠，但在本实施方式中，因为固态激光的光束直径在激光晶体30c内较大，所以也可增加激励光的光束直径，因此，还可在光束直径方向上扩大吸收范围。另外，即使激励光的光束直径与固态激光的光束直径同样从激励LD侧起增加，也可高效率地进行振荡。 
另外，在本实施方式中，为了在固态激光的光轴方向上扩大激光晶体30c内的吸收的范围，将作为激励光的吸收率高的激光晶体的高掺杂激光晶体30b配置在从激励LD1来看较远一侧的位置。此时，越远离激励LD1，激励光的光束直径越增大，从而在激励光的吸收率高的高掺杂激光晶体30b中，即使在与光轴方向正交的方向上扩大激励光的吸收范围，也可减少发热。另外，通过使固态激光的光束直径在波长转换元件91内减小，可高效率地进行波长转换，并通过向谐振器外射出波长转换光，可防止热积蓄在激光晶体内。 
(实施方式14) 
图21是本发明实施方式14的波长转换激光器114的概要结构图。另外，在图21中，对于与上述实施方式相同的构件，使用相同符号并省略详细说明。 
在图21中，波长转换激光器114的固态激光器的谐振器具有以激光晶体30的朝激励LD1侧的端面31a和波长转换元件92的朝激光出射侧的端面92b作为反射面的结构，以多纵模进行振荡。在激光晶体30与波长转换元件92之间具有透镜82。透镜82进行光束整形，使得固态激光的光束直径在波长转换元件92内比在激光晶体30内小，谐振得以进行。因为波长转换元件92内的光束直径小，所以波长转换元件92高效率地对谐振的多纵模的固态激光进行波长转换，产生第二谐波及和频。 
透镜82为多透镜，具有针对固态激光的AR涂层和针对波长转换光的HR涂层。波长转换元件92采用具有极化反转周期结构的MgO:LiTaO3(PPLT)的微芯片(厚度为1.0mm)。波长转换元件92在朝激励LD1一侧具有针对固态激光和波长转换光的AR涂层，在另一面上具有针对固态激光的HR涂层和针对波长转换光的AR涂层。 
对向图的右方向通过波长转换元件92的固态激光进行波长转换所得的波长转换光S1 从波长转换元件92的端面92b输出到谐振器外部。对向图的左方向通过波长转换元件92的固态激光进行波长转换所得的波长转换光S2被透镜82反射后，输出到谐振器外部。此时，由于透镜82的凸面形状，波长转换光S2的发散角变大，再次射入波长转换元件92后，被输出到谐振器外部。另外，由于被透镜82反射的波长转换光S2在波长转换元件92内大幅地扩大，因此，其在波长转换元件92内与固态激光重叠，但因为重叠部分的波长转换光S2的光量少，所以几乎不会产生使输出不稳定的模竞争杂讯。 
光从激光晶体30侧射入时的透镜82的主点LC与激光晶体30之间的距离L1包含激光晶体30的厚度(换算成空气中的长度)在内为5mm。透镜82的主点LC与波长转换元件92之间的距离L2包含波长转换元件92的厚度(换算成空气中的长度)在内为2.2mm。透镜82的焦距f为2mm。 
根据上述结构，在本实施方式中，激光晶体30内的固态激光的光束直径约为100μm，波长转换元件92内的光束直径约为30μm，波长转换元件92内的光束直径减小至激光晶体30内的光束直径的1/3以下。另外，谐振器具有谐振器长度也约为7mm的非常紧凑的结构。而且，本实施方式的距离L1、距离L2及焦距f在满足上述式(1)至式(4)的范围内。其结果，波长转换激光器114成为紧凑且转换效率高，无需温度控制就可获得稳定的输出的多模波长转换激光器。 
(实施方式15) 
图22是表示本发明实施方式15的波长转换激光器115的概要结构的侧视图，图23是表示图22所示的波长转换激光器115的概要结构的俯视图。另外，在图22及图23中，对于与上述实施方式相同的构件，使用相同符号并省略详细说明。 
激励LD14为射出808nm带域的波长的宽条半导体激光器。从激励LD14射出的激励光直接射入激光晶体34。 
激光晶体34采用Nd1％:Gd0.6Y0.4VO4，其外形为3×3×2mm，在谐振器方向上具有2mm的厚度。激光晶体34是GdVO4与YVO4的混晶材料。通过混合GdVO4与YVO4，使振荡增益的谱宽及吸收带域为宽带域。激光晶体34在朝激励LD14侧的端面34a上具有1064nm带域的HR涂层及和808nm带域的AR涂层，在朝波长转换元件93侧的端面34b上具有1064nm带域的AR涂层。通过将添加离子元素设为Nd，可实现高效率的激光振荡以及激光晶体的微芯片化。 
波长转换元件93采用具有极化反转周期结构的MgO:LiNbO3(PPLN)的微芯片(厚 度为0.5mm)。波长转换元件93在朝激励LD14侧的端面93a上具有针对固态激光及波长转换光的AR涂层，在另一端面93b上具有针对固态激光的HR涂层及针对波长转换光的AR涂层。端面93b作为谐振器镜，并作为波长转换光的输出面。波长转换元件93呈平行平板形状，与激光晶体34平行地配置。 
如图23所示，柱面透镜(cylindrical lens)83是在水平方向(图23的纸面方向)上具有曲率的平凸的柱面透镜，凸面83a朝着激光晶体34一侧。柱面透镜83具有1064nm带域的AR涂层及532nm带域的HR涂层。 
激光晶体34进行1063.2nm至1064.4nm的整个带域的多纵模的振荡。激光晶体34通过使用如上所述的混晶材料，与使用仅为YVO4或仅为GdVO4的单晶体材料的情况相比，振荡带域扩大。激光晶体34的端面34a与波长转换元件93的端面93b构成谐振器，基于柱面透镜83的透镜光学能力，水平方向的光束直径小的纵长的光束发生谐振。另外，在谐振器的垂直方向上，通过热透镜效应而保持谐振。 
如图22及图23所示，来自激励LD14的输出，其厚度方向的发散角相对于宽度方向明显较大，在激光晶体34内成为纵长的光束。在波长转换激光器115中，通过使用柱面透镜83使固态激光成为纵长的椭圆光束，可提高激励光与固态激光的耦合效率，从而可实现高效率的激光振荡。通过柱面透镜83，使固态激光的水平方向的光束直径在波长转换元件93内较小，在激光晶体34内较大。因为激光晶体34内的水平方向的光束直径较小，所以即使使用宽条的激励LD14，也可获得激励光与固态激光的高耦合效率。 
另外，如图23所示，柱面透镜83在水平方向上相对于固态激光的光轴倾斜，反射的波长转换光S2在水平方向偏离光轴射出。此时，水平方向是柱面透镜83的存在曲率的轴方向。 
波长转换元件93通过使用非常薄的微芯片波长转换元件，扩展能够波长转换的波长带域。在波长转换激光器115中，通过使用GdVO4与YVO4的混晶材料扩展振荡带域，而在1064nm带域的全部振荡带域中，可通过微芯片波长转换元件产生第二谐波及和频。因此，波长转换激光器115可输出具有宽广的波长带域的波长转换光。另外，通过柱面透镜83使波长转换元件93内的光束直径变小，提高固态激光的每单位面积的强度，实现高效率的波长转换。 
波长转换激光器115最好是激光晶体34采用添加Nd的GdXY1-XYVO4晶体(其中，0＜X＜1)，在谐振器内进行多纵模振荡，波长转换元件93进行产生多纵模振荡的第二谐波及和频的波长转换。这样，通过在激光晶体34中使用GdVO4与NdVO4的混晶主材料， 可获得具有扩展的谱分布的多纵模振荡。 
而且，通过产生该固态激光的第二谐波及和频，可输出谱分布扩展的波长转换光。通过扩展谱分布，被输出的波长转换光的相干性降低，干涉杂讯减少。尤其是，在图像显示装置中，作为干涉杂讯的散斑杂讯是使用波长转换光时的大问题，但波长转换激光器115可减少该散斑杂讯。另外，波长转换激光器115通过同时产生第二谐波及和频，提高波长转换效率，从而提高激光的电光转换效率。 
另外，波长转换激光器115最好是，使用柱面透镜83，被柱面透镜83反射的波长转换光S2相对于不被柱面透镜83反射就输出的波长转换光S1，向柱面透镜83的曲率存在的轴方向倾斜地射出，即，在柱面透镜83具有透镜光学能力的水平面内倾斜地射出。 
如上所述，通过使用柱面透镜83使椭圆光束谐振，形成对于作为椭圆光束输出的激励LD14的激励光为最佳的耦合状态。其结果，在波长转换激光器115中，即使排除激励LD14与激光晶体34之间的聚光光学系统，也可获得激励光与固态激光的高耦合效率。 
另外，在波长转换激光器115中，通过柱面透镜83使波长转换光S2在存在透镜曲率的方向上与波长转换光S1错开，因此，如图24所示，包含波长转换光S1和波长转换光S2这两束光束的输出光呈纵长的光束横向排列两束的形状。在本实施方式中，上述的两束光束被输出，而通过使光束排列在椭圆光束的短轴方向上，可缩短两束光束之间的距离。通过缩短光束之间的距离，容易由相同的光学系统处理两束光束，从而可实现输出光束的光学系统的小型化。 
另外，在本实施方式中，通过使用柱面透镜83，可同时控制与激励LD的耦合和与输出光束的外部的耦合。另外，通过使用无垂直方向的偏芯的柱面透镜83可减少调整轴，如图22及图23所示，可将激光晶体34、柱面透镜83及波长转换元件93并排地配置在同一基座BA上，从而可使波长转换激光器115形成紧凑形态。 
(实施方式16) 
图25是本发明实施方式16的波长转换激光器116的概要结构图。另外，在图25中，对于与上述实施方式相同的构件，使用相同符号并省略详细说明。 
图25所示的波长转换激光器116是装入9mm 
Figure GPA00001141816700361
的包装体(package)的紧凑的波长转换激光器。波长转换激光器116的各激光部件被收纳在9 
Figure GPA00001141816700362
罐(CAN)包装体201内，密封口202防止灰尘从外部进入，并作为红外光的截止滤波器(cutofffilter)发挥功能。 
激励LD15是射出880nm波长的光的内部波长锁定型宽条半导体激光器。从激励 LD15射出的激励光通过折射率分布型(GRIN)透镜24而聚光在包括低掺杂激光晶体30a和高掺杂激光晶体30b的激光晶体30c上。激光晶体30a与激光晶体30b吸收激励光并进行激光振荡。 
在激光晶体30b与波长转换元件94之间插入有折射率分布型(GRIN)透镜84。GRIN透镜24、84呈长方体形状，通过内部的折射率分布带来透镜效应。折射率分布通过玻璃的离子交换法而形成。在波长转换激光器116中，激光晶体30a、激光晶体30b、GRIN透镜84及波长转换元件94被贴合而成为一体。另外，作为聚光光学系统的GRIN透镜24也与激光晶体30a贴合而成为一体。成为一体的长方体状的这些光学构件被固定在兼作为散热器的基座203上。 
GRIN透镜24在朝激励LD的一侧具有针对激励光的AR涂层，在GRIN透镜24与激光晶体30a的界面上形成有针对固态激光的HR涂层及针对激励光的AR涂层。激光晶体30a与激光晶体30b直接接合。在GRIN透镜84与激光晶体30b之间形成有针对固态激光的AR涂层。另外，在GRIN透镜84与波长转换元件94之间形成有针对固态激光的AR涂层及针对波长转换光的HR涂层。由于该针对波长转换光的HR涂层，波长转换光被GRIN透镜84反射。波长转换元件94的输出面具有针对固态激光的HR涂层及针对波长转换光的AR涂层，将波长转换光输出。 
激光晶体30a的朝激励LD侧的界面与波长转换元件94的输出面构成谐振器，使固态激光(波长为1064nm)以多纵模振荡。固态激光通过GRIN透镜84聚光在波长转换元件94上。通过使波长转换元件94中的光束直径减小，波长转换元件94中的光强度提高，可进行高效率的波长转换。另外，由于通过GRIN透镜84使激光晶体30c内的谐振光束的直径大于波长转换元件94内的谐振光束的直径，所以激励光与固态激光有效地耦合。 
波长转换激光器116最好是，透镜采用折射率分布型透镜84，并且折射率分布型透镜84与激光晶体30c和波长转换元件94的至少其中之一接合。通过将折射率分布型透镜84与激光晶体30c或波长转换元件94接合而成为一体，在制造波长转换激光器116时无需进行光学调整，可实现小型化及低成本化。尤其是，通过使激光晶体30c、GRIN透镜84及波长转换元件94成为一体，谐振器的可靠性也会提高。另外，将作为聚光光学系统的GRIN透镜24也与激光晶体30c等贴合的结构，可实现波长转换激光器116整体的调整成本的削减以及可靠性的提高。尤其是，本实施方式因使用微芯片晶体，所以生产时的处理会成为问题，但通过使用GRIN透镜并使光学构件成为一体，可解决生产时的操作或调 整等问题。 
这里，对上述的各实施方式的波长转换激光器的较为理想的输出方法进行说明。通过对激励LD的驱动电流进行调制，使波长转换激光器的谐振器内的固态激光的多纵模随着时间发生变化。通过以毫秒至微秒级的周期对激励LD进行调制，激光晶体的温度反复地在激励LD射出激励光时上升，并在激励LD停止时下降，即温度随着时间发生变化。 
振荡的固态激光的纵模根据温度状态而发生变化，成为多个模。这样，对固态激光进行时间积分后，固态激光的谱宽扩展。在上述的各实施方式的波长转换激光器中，由于可产生宽带域的第二谐波与和频，因此，在扩展了由激光晶体振荡的固态激光的谱宽时，也进行整个宽广谱宽的转换，包含转换后的第二谐波及和频的波长转换光的谱宽扩展。尤其是，因为第二谐波及和频同时产生，所以当对这些波长转换光进行时间积分时，产生波长转换光的波谱重叠，从而可实现谱分布的平坦化。这样，通过扩展谱分布使其平坦化，可减少输出的波长转换光的相干性，可减少散斑杂讯等干涉性杂讯。 
(实施方式17) 
图26是将实施方式15的波长转换激光器115用作绿色波长转换激光器117的本发明实施方式17的图像显示装置1001的概要图。另外，在图26中，对于与上述实施方式相同的构件，使用相同符号并省略详细说明。 
图像显示装置1001是激光投影仪，具有射出绿色激光的绿色波长转换激光器117、射出红色激光的红色LD1011及射出蓝色激光的蓝色LD1021。使用宽条的多模LD作为红色LD1011及蓝色LD1021，使用实施方式15的波长转换激光器115作为绿色波长转换激光器117。另外，也可使用其他实施方式的波长转换激光器作为绿色波长转换激光器117。 
从红色LD1011及蓝色LD1021射出的光由准直器1025准直后，通过合波棱镜1030与从绿色波长转换激光器117射出的两束光束合波。合波后的光被照明光学系统1040整形为呈矩形且具有均匀强度的光。 
照明光学系统1040包括交叉多透镜及发散角补偿透镜。整形后的光束经过作为偏振分束器的PBS1060照明空间光调制元件1050。空间光调制元件1050采用反射型LCOS，通过偏振的旋转表示色阶。被空间光调制元件1050反射并通过PBS1060的经过调制的光，被投射透镜1070放大投射到显示面1080上。 
图像显示装置1001最好是包括上述实施方式15的波长转换激光器以及对输出的波长 转换光进行调制的元件。通过使用上述实施方式15的紧凑且高效率的波长转换激光器，可实现图像显示装置1001的小型化和省电化。为了将波长转换激光器用于图像显示装置，尤其是尺寸和效率成为问题，但在图像显示装置1001中可解决所述问题。 
空间光调制元件1050分时地调制红色、绿色、蓝色的激光。从各色的激光光源1011、1021、117依次射出红色、蓝色、绿色的激光，绿色波长转换激光器117也反复波长转换光的射出与停止。此时，因为激励LD14反复激励光的射出与停止，所以激光晶体34在输出时会产生温度偏移。由于该温度偏移，在绿色波长转换激光器117中，固态激光的振荡波长在输出时发生变化。因为固态激光的振荡波长发生变化，所以当对输出的第二谐波及和频进行时间积分时的谱宽扩展。这样，对波长转换光时间积分后的相干性降低，图像显示装置1001的散斑杂讯被除去。 
如上所述，图像显示装置1001最好是，具有使红色、蓝色、绿色的波长振荡的激光光源，至少作为绿色的激光光源使用绿色波长转换激光器117，激光光源依次射出各色的激光，绿色波长转换激光器117反复光束的射出与停止，在射出光时因激励光而过热，在停止时被冷却，从而扩展绿色波长转换激光器117的谱宽。 
这样，通过利用来自激光光源的激光的依次射出，可除去容易觉察的绿色的散斑杂讯。此时，较为理想的是，使用半导体激光光源作为红色及蓝色的半导体激光源。红色及蓝色的激光光源在射出光时，激光芯片的温度也会发生偏移，导致振荡波长发生变化，从而可扩展进行时间积分时的谱宽。这样，在显示彩色图像的红色、绿色、蓝色的所有的激光中可除去散斑杂讯。另外，通过使用激光光源作为全部的光源，可实现图像显示装置1001的小型化、薄型化及省电化。 
另外，也可以使用透射型液晶或DMD等空间调制元件作为图像显示装置1001的波长转换光的空间光调制元件。另外，在透射型液晶中，也可以不使用投射透镜，而是将液晶面作为显示面。另外，调制元件不仅可以是空间光调制元件，而且也可以是波长转换光的强度调制与扫描光学系统的组合。另外，在本实施方式中，照明光学系统1040使用了双多透镜，但并不特别限定于该例子，也可以使用棒型积分器或复眼透镜。 
另外，可适用于本发明的激光晶体的数目并不限定于上述的各例，也可使用一个激光晶体或三种以上的激光晶体。而且，也可将两种激光晶体逐个地配置在谐振器内。另外，固态激光器的结构可以是仅包括两种以上的激光晶体和波长转换元件的结构，也可以是根据需要来附加其他光学部件的结构。 
另外，激光晶体不一定必须是单晶体，也可以使用陶瓷或混晶。另外，在上述的实施 方式中，使用Nd作为激光晶体的掺杂离子，但也可以掺杂Nd以外的活性元素。另外，也可以复合掺杂多种离子。例如，通过复合掺杂Nd和Cr，Cr所吸收的光通过量子迁移而向Nd转移，从而可实现Cr对吸收波长带域的激发。这样，通过在掺杂Nd的激光晶体中再掺杂Cr等，扩展吸收波长带域，可使用无波长锁定等的半导体激光器，从而可廉价地制造波长转换激光器。 
另外，在上述的实施方式中，使用具有极化反转周期结构的LN或LT作为波长转换元件，但也可以使用其他的非线性光学晶体。另外，极化反转周期结构也可以是通过设计使周期发生变化的结构。另外，在上述的实施方式中表示了输出绿色波长转换光的结构，但输出的波长不受限定，也可输出蓝色、黄色、红色等各色的激光。另外，透镜形状并不限于球面或平面，也可在不脱离本发明的主旨的范围内进行变更，例如透镜形状也可以是非球面。 
从上述的各实施方式将本发明概括如下。即，本发明所提供的波长转换激光器包括：具有谐振器的固态激光器；以及配置在所述谐振器内的波长转换元件，其中，所述固态激光器包含至少两种以上的激光晶体，振荡多个波长的固态激光，所述波长转换元件将所述多个波长的固态激光转换成多个波长的第二谐波及和频，并且同时产生所述多个波长的第二谐波及和频。 
在该波长转换激光器中，由于固态激光器包含至少两种以上的激光晶体，振荡多个波长的固态激光，波长转换元件将多个波长的固态激光转换成多个波长的第二谐波及和频，并且同时产生多个波长的第二谐波及和频，因此，可从在固态激光器的谐振器中振荡的不同波长的固态激光产生第二谐波及和频，并稳定地输出包含多个波长的低相干的波长转换激光。其结果，可实现波长转换效率高且谱宽宽广的低相干的小型波长转换激光器。另外，因为可获得稳定的高输出的振荡和高效率的小型光源，所以可获得谱宽宽广、效率高的高输出的小型波长转换激光器。此外，因为可使用减少了在影像领域或照明领域中成为问题的干涉杂讯的激光，所以可高效率且稳定地输出能够应用于影像领域及照明领域等的W级的低相干的波长转换激光，还可实现装置的小型化。 
较为理想的是，包含所述第二谐波及和频的波长转换光，不会与固态激光一致地再次射入所述波长转换元件内，而被输出到所述谐振器的外部。 
在此情况下，因为包含第二谐波及和频的波长转换光不会与固态激光一致地再次射入波长转换元件内，而被输出到谐振器外部，所以可防止波长转换光被逆转换而成为固态激光的振荡杂讯的现象，从而可获得稳定的高输出的振荡特性。 
较为理想的是，所述两种以上的激光晶体由相同的激励光源激发。 
在此情况下，可减少激励光源的个数，减少装置的成本及减小尺寸。 
较为理想的是，所述两种以上的激光晶体内的所述激励光源的激励光的点径越在振荡波长长的激光晶体中越小。 
在此情况下，由于通过使激励光的点径越在振荡波长长的激光晶体中越小，可提高振荡波长长的激光晶体的光吸收密度，提高激光晶体进行振荡的部位的温度，优先地增加振荡波长长的激光晶体的振荡波长，因此，相对于振荡波长短的激光晶体，可使振荡波长长的激光晶体的波长向长波长方向移动，从而可进一步扩展波长转换激光器的谱宽。 
较为理想的是，当设所述固态激光的多个振荡波长中的最短振荡波长的中心波长为λs、最长振荡波长的中心波长为λ1、λs及λ1的和频的波长为λsfg、λs及λ1的平均波长为λave、所述波长转换元件的厚度为t、所述波长转换元件的λsfg的折射率为nsfg、所述波长转换元件的λave的折射率为nave时，所述波长转换元件具有极化反转周期结构，且所述波长转换元件的厚度t满足0＜t＜λave2/8×(λ1-λs)×(nsfg-nave))的关系。 
在此情况下，因为可在第二谐波及和频的转换时获得充分的波长转换效率，所以可获得与固态激光的振荡波长幅度相对应的谱宽宽广的波长转换光。 
较为理想的是，所述固态激光的多个振荡波长中的最短振荡波长的中心波长λs及最长振荡波长的中心波长λ1满足0.5nm＜λ1-λs＜5nm的关系。 
在此情况下，可高效率地获得低相干的波长转换光。 
较为理想的是，当设所述激光晶体的数目为N时，所述两种以上的激光晶体中的振荡波长最短的激光晶体吸收射入所述谐振器内的激励光中的1/2N以上且1/N以下的激励光，所述两种以上的激光晶体吸收射入所述谐振器内的95％以上的激励光。 
在此情况下，因为抑制振荡波长短的激光晶体的发热，并防止振荡波长向长波长方向移动，所以可防止固态激光的振荡波长幅度缩小，从而可防止波长转换光的谱宽缩小，并且可避免由于固态激光的振荡波长接近所引起的模竞争。另外，可保持固态激光器的最短振荡波长的强度，防止产生波长转换光的波谱偏倚。此外，可提高固态激光器的激励效率，并高效率地产生波长转换光。 
较为理想的是，所述两种以上的激光晶体是在不同的主材料中添加了相同的活性离子材料的晶体，所述两种以上的激光晶体中振荡波长长的激光晶体的活性离子添加量大于振荡波长短的激光晶体中的添加量。 
在此情况下，因为可防止振荡波长过于接近，所以可防止固态激光的模竞争，并且可 扩展波长转换光的谱宽。 
较为理想的是，所述两种以上的激光晶体采用Nd:GdVO4和Nd:YVO4这两种物质。 
在此情况下，可由一个激励光源激发，另外，因为钒酸盐系晶体的受激发射剖面积大，可实现微芯片化，所以可使聚光光学系统及谐振器小型化，并可使波长转换激光器小型化。 
较为理想的是，所述两种以上的激光晶体及波长转换元件采用微芯片晶体，晶体之间在空间上被光路而分离。 
在此情况下，通过使作为发热体的激光晶体之间在光路上空间分离，可消除相互的热干涉并冷却，另外，因为可将发热部分散在多处，所以热性能优异，可在高输出时稳定地进行振荡，此外，通过使波长转换元件在固态激光的光路上与激光晶体分离，可防止激光晶体对波长转换元件造成的热干涉。 
较为理想的是，所述波长转换光的波长分布由激发所述固态激光器的激励光源的波长控制。 
在此情况下，通过使激励光源的波长发生变化，可控制波长转换光的波长分布，因此，可将波长转换激光器的应用用途扩大到分析领域等。 
较为理想的是，所述两种以上的激光晶体中振荡波长长的激光晶体内的固态激光发生振荡的区域的温度，被控制成比振荡波长短的激光晶体内的固态激光发生振荡的区域的温度高的温度。 
在此情况下，因为可优先地增加振荡波长长的激光晶体的振荡波长，所以可使振荡波长长的激光晶体的波长向长波长方向移动，进一步扩展波长转换激光器的谱宽，并且可使固态激光器稳定地进行振荡。 
较为理想的是，所述波长转换激光器还包括配置在所述谐振器内的透镜，其中，所述透镜使所述波长转换元件内的固态激光的光束直径小于所述激光晶体内的固态激光的光束直径，在所述透镜上形成有反射所述波长转换光的涂层。 
在此情况下，由于通过使波长转换元件内的固态激光的光束直径减小，可提高固态激光在波长转换元件内的光强度，并提高波长转换效率，因此，可提高波长转换激光器的效率。另外，由于通过使激光晶体内的固态激光的光束直径增大，可降低激光晶体内的激励光的光强度，抑制激光晶体的发热，所以可提高波长转换激光器的高输出特性。此外，因为可由反射波长转换光的涂层反射波长转换光，所以可防止波长转换光与固态激光一致地再次射入波长转换元件内，从而可除去模竞争杂讯。 
较为理想的是，所述波长转换元件的端面构成所述谐振器的输出镜，所述透镜反射所 述波长转换光，所述波长转换光不会与所述固态激光一致地再次射入所述波长转换元件内，而被输出到所述谐振器外部。 
在此情况下，通过将波长转换元件的端面作为谐振镜，可在波长转换元件内形成固态激光的光束聚光点，使光束理想地聚光，并且可实现紧凑的结构，另外，因为可反射波长转换光，防止波长转换光与固态激光一致地再次射入波长转换元件内，所以可除去模竞争杂讯。 
较为理想的是，所述谐振器使波长不同且偏振正交的波长发生谐振，所述波长转换元件具有相对于所述波长的正交偏振成分倾斜的光学轴，将波长和偏振不同的振荡波长相位匹配为第二谐波及和频，并同时输出多个波长的第二谐波及和频。 
在此情况下，通过使偏光正交的波长谐振，可避免在谐振器内振荡的多个波长之间产生的模竞争，从而可稳定地使多个波长谐振，另外，因为同时输出多个波长的第二谐波及和频，所以波长转换后输出的波长转换光具有多个波谱，谱宽变宽，干涉性降低。 
另外，作为本发明所提供的其他的波长转换激光器，也可以是波长转换激光器包括：具有谐振器的固态激光器、以及配置在所述谐振器内的波长转换元件，其中，所述谐振器使波长不同且偏振正交的波长谐振，所述波长转换元件具有相对于所述波长的正交的偏振成分倾斜的光学轴，将波长和偏振不同的振荡波长相位匹配为第二谐波及和频，并同时输出多个波长的第二谐波及和频。 
较为理想的是，所述两种以上的激光晶体彼此贴合被一个激励光源激发，其中激励光的吸收系数最小的激光晶体位于激励光源一侧。 
在此情况下，通过将激光晶体贴合，无需激光晶体之间所需要的涂层，可减少谐振器内的损失，另外，通过减小激励光源侧的激光晶体对激励光的吸收系数，可在抑制激励光源侧的激光晶体的发热的同时，使远离激励光源的激光晶体吸收激励光而发生振荡，因此，可得到来自多个固态激光的不同波长的振荡。而且，因为将激光晶体贴合，并且使用一个激励光源，所以可减少调整部件，并且可实现紧凑的结构。 
较为理想的是，所述波长转换激光器还包括冷却构件，该冷却构件配置在所述对激励光的吸收系数最小的激光晶体的激励光入射面中未射入激励光的区域，其中，所述对激励光的吸收系数最小的激光晶体的温度通过所述冷却构件而被调整为低于其他的激光晶体的温度。 
在此情况下，因为可减小在固态激光的光路上会产生最大温度差的激励光入射面的温度差，缓和由热引起的形变，所以可实现高功率下的动作，并且可通过温度偏移扩大激光 晶体的振荡波长的间隔，从而可扩展输出的波长转换光的谱宽。 
较为理想的是，所述波长转换激光器还包括激发所述激光晶体的激励光源，其中，所述激励光源通过调制激励光而使所述激光晶体的温度随时间变化，扩展从所述激光晶体振荡出的波长的谱宽，增加所述第二谐波及和频的波谱的重叠。 
在此情况下，因为可使谱分布平坦化，所以可进一步减小相干性，并可进一步减少散斑杂讯等干涉性杂讯。 
较为理想的是，所述波长转换元件包括具有多个极化反转周期结构的多周期波长转换元件，所述多个极化反转周期结构的周期至少包括与所述多个波长的固态激光的第二谐波的产生对应的周期，所述多周期波长转换元件产生所述多个波长的固态激光的波长的第二谐波及和频。 
在此情况下，因为可提高向多个第二谐波的波长转换效率，降低向和频的波长转换效率以相对地降低和频的强度，所以可使波长转换光的谱分布平坦化，可进一步减小相干性，并进一步减少散斑杂讯等干涉杂讯。 
较为理想的是，所述固态激光器进行多纵模振荡，所述波长转换元件采用具有极化反转周期结构的微芯片，进行产生所述多纵模振荡的第二谐波及和频的波长转换，所述波长转换激光器还包括透镜，该透镜被配置在所述激光晶体与所述波长转换元件之间，使固态激光的光束直径在所述波长转换元件内比在所述激光晶体内小，且反射波长转换的光，所述激光晶体及所述波长转换元件的端面为所述固态激光器的谐振器的反射面。 
在此情况下，可获得小型且转换效率高的多模波长转换激光器，并且仅利用空冷机构，就可进行稳定的高输出的振荡，还可使包含冷却机构的装置小型化。其结果，可提供无需温度控制、并为小型、转换效率高、能够进行稳定的高输出的振荡的多模波长转换激光器。另外，可稳定且高效率地输出能够应用于影像领域及照明领域的波长转换光，还可使装置小型化。 
另外，作为本发明所提供的其他的波长转换激光器，也可以是波长转换激光器是在半导体激光激励固态激光器的谐振器内具有波长转换元件的波长转换激光器，所述固态激光器进行多纵模振荡，所述波长转换元件采用具有极化反转周期结构的微芯片，进行产生所述多纵模振荡的第二谐波及和频的波长转换，所述波长转换激光器还包括透镜，该透镜被配置在所述固态激光器的激光晶体与所述波长转换元件之间，使固态激光的光束直径在所述波长转换元件内比在所述激光晶体内小，且反射波长转换后的光，所述激光晶体及所述波长转换元件的端面为所述固态激光器的谐振器的反射面。 
较为理想的是，所述透镜的至少其中之一的透镜面以大于固态激光的发散角的角度相对于固态激光倾斜，被所述透镜面反射的波长转换光在所述谐振器内与固态激光分离而被输出到所述谐振器外部。 
在此情况下，因为波长转换光在谐振器内与固态激光分离而被输出到谐振器外部，所以可防止模竞争，并可进行稳定的高输出的振荡。 
较为理想的是，所述透镜采用平凸透镜，所述平凸透镜的朝所述波长转换元件侧的面为平面。 
在此情况下，通过将反射波长转换光的面设为平面，可容易地调整被反射的波长转换光的方向，并且还可减小固态激光器的谐振器内的像差。 
较为理想的是，所述激光晶体与所述透镜的主点之间的距离L1、所述波长转换元件与所述透镜的主点之间的距离L2以及所述透镜的焦距f满足下述的关系： 
f＜L2＜L1 
L2＜2×f 
L1+f＞2×L2 
L1-f＜20mm。 
在此情况下，使固态激光的光束聚光在波长转换元件内以提高波长转换效率，即使在激光晶体中产生了热透镜，也可使谐振继续，另外，可实现紧凑的结构。 
较为理想的是，所述透镜采用弯月形透镜，所述弯月形透镜的朝所述波长转换元件侧的面为凹面。 
在此情况下，通过将弯月形透镜的朝波长转换元件侧的面设为凹面，可减小被反射的波长转换光的发散角，并将被反射的波长转换光的光束直径保持得较小。 
较为理想的是，所述激光晶体包括对激励光的吸收率不同的两个以上的晶体，它们被以吸收率从激发所述激光晶体的激励光源一侧起依次增大的方式串联配置。 
在此情况下，因为可在固态激光的光轴方向上扩大激励光的吸收范围，所以可抑制热透镜或热形变，进行高输出的振荡。 
较为理想的是，所述波长转换激光器还包括将所述透镜的波长转换光的反射位置作为光轴的合成光学系统，其中，所述合成光学系统将被所述透镜反射的波长转换光和未射入所述透镜的波长转换光这两束波长转换光合成为一束光束。 
在此情况下，因为将两束波长转换光合成为一束光束，所以可将输出作为一束光束加以处理，根据各用途进行光束整形。 
较为理想的是，所述激光晶体包含添加Nd的GdXY1-XYVO4晶体(其中，0＜X＜1)，所述固态激光器在谐振器内进行多纵模振荡，所述波长转换元件进行产生多纵模振荡的第二谐波及和频的波长转换。 
在此情况下，因为在激光晶体中使用GdVO4与NdVO4的混晶主材料，所以可获得具有扩展的谱分布的多纵模振荡。 
较为理想的是，所述透镜采用折射率分布型透镜，所述折射率分布型透镜与所述激光晶体和所述波长转换元件的至少其中之一接合。 
在此情况下，通过将折射率分布型透镜与激光晶体或波长转换元件接合而成为一体，在制造波长转换激光器时无需进行光学调整，可实现小型化及低成本化，同时谐振器的可靠性也提高。 
较为理想的是，所述透镜采用柱面透镜，被所述柱面透镜反射的波长转换光相对于未经所述柱透镜反射便被输出的波长转换光倾斜地射出。 
在此情况下，包括被柱面透镜反射的波长转换光和未经柱面透镜反射便被输出的波长转换光这两束光束的输出光，在椭圆光束的短轴方向排列地加以输出，因为可缩短两束光束之间的距离，所以容易由相同的光学系统处理两束光束，从而可使输出光的光学系统小型化。 
本发明所提供的图像显示装置包括：上述任一项所述的波长转换激光器以及对所述波长转换光进行调制的元件。 
在该图像显示装置中，因为可使用谱分布被扩展的低相干的波长转换光，所以可减少成为图像杂讯的散斑杂讯，显示高品质的图像。 
较为理想的是，上述图像显示装置包括：使红色波长发生振荡的红色激光光源、使绿色波长发生振荡的绿色激光光源以及使蓝色波长发生振荡的蓝色激光光源，其中，所述绿色激光光源包括上述任一项所述的波长转换激光器，所述红色激光光源、所述绿色激光光源及所述蓝色激光光源依次射出各色的激光，所述波长转换激光器通过反复所述激励光的射出和停止，扩展所述波长转换光的谱宽。 
在此情况下，通过从激光光源依次射出激光，可除去容易被觉察的绿色的散斑杂讯，另外，在红色及蓝色的激光光源射出光束时产生温度变化，导致振荡波长发生变化，从而可扩展进行了时间积分时的谱分布，并且通过激励光源反复激励光的射出与停止，使激光晶体及波长转换元件的温度发生变化，波长转换激光器的振荡波长发生变化，因此，当对波长转换光进行时间积分时，波长转换激光器的谱分布进一步扩展，相干性进一步降低。 
产业上的利用可能性 
本发明的波长转换激光器可用作要求低干涉性的各波长转换激光器，因此，特别适合于影像领域或照明领域的低相干高效率小型激光器。另外，本发明的波长转换激光器可用作需要小型化的多模波长转换激光器，因此，特别适合于影像领域或照明领域的小型激光器。 

Claims (30)

1.一种波长转换激光器，其特征在于包括：
具有谐振器的固态激光器；以及
配置在所述谐振器内的一个波长转换元件，其中，
所述固态激光器包含至少两种以上的激光晶体，振荡多个波长的固态激光，
所述一个波长转换元件，将所述多个波长的固态激光转换成多个波长的第二谐波及和频，同时产生所述多个波长的第二谐波及和频，
当设所述固态激光的多个振荡波长中的最短振荡波长的中心波长为λs、最长振荡波长的中心波长为λl、λs及λl的和频的波长为λsfg、λs及λl的平均波长为λave、所述波长转换元件的厚度为t、所述波长转换元件的λsfg的折射率为nsfg、所述波长转换元件的λave的折射率为nave时，
所述波长转换元件具有极化反转周期结构，且所述波长转换元件的厚度t满足0＜t＜λave2/(8×(λl-λs)×(nsfg-nave))的关系，
所述固态激光的多个振荡波长中的最短振荡波长的中心波长λs及最长振荡波长的中心波长λl满足0.5nm＜λl-λs＜5nm的关系。
2.根据权利要求1所述的波长转换激光器，其特征在于：包含所述第二谐波及和频的波长转换光，不会与固态激光一致地再次射入所述波长转换元件内，而是被输出到所述谐振器的外部。
3.根据权利要求1所述的波长转换激光器，其特征在于：所述两种以上的激光晶体由相同的激励光源激发。
4.根据权利要求3所述的波长转换激光器，其特征在于：通过使所述两种以上的激光晶体内的所述激励光源的激励光的点径越在振荡波长长的激光晶体中越减小，来提高所述振荡波长长的激光晶体的温度，从而使所述振荡波长长的激光晶体的波长向长波长方向移动。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的波长转换激光器，其特征在于：
所述一个波长转换元件产生与λl和λs对应的第二谐波。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的波长转换激光器，其特征在于：
当设所述激光晶体的数目为N时，所述两种以上的激光晶体中的振荡波长为最短的激光晶体吸收射入所述谐振器内的激励光的1/2N以上且1/N以下的激励光，
所述两种以上的激光晶体，吸收射入所述谐振器内的95％以上的激励光。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的波长转换激光器，其特征在于：
所述两种以上的激光晶体是在不同的主材料中添加了相同的活性离子材料的晶体，
所述两种以上的激光晶体中，振荡波长长的激光晶体的活性离子添加量大于振荡波长短的激光晶体中的添加量。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的波长转换激光器，其特征在于：所述两种以上的激光晶体包含采用Nd:GdVO4的激光晶体和采用Nd:YVO4的激光晶体。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的波长转换激光器，其特征在于：所述两种以上的激光晶体及波长转换元件采用微芯片晶体，晶体之间在空间上被光路而分离。
10.根据权利要求1所述的波长转换激光器，其特征在于：包含所述多个波长的固态激光的第二谐波及和频的波长转换光的波长分布，由激发所述固态激光器的激励光源的波长控制。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的波长转换激光器，其特征在于：所述两种以上的激光晶体中振荡波长长的激光晶体内的固态激光发生振荡的区域的温度，被控制成比振荡波长短的激光晶体内的固态激光发生振荡的区域的温度高的温度。
12.根据权利要求1所述的波长转换激光器，其特征在于还包括：配置在所述谐振器内的透镜，其中，
所述透镜使所述波长转换元件内的固态激光的光束直径小于所述激光晶体内的固态激光的光束直径，
在所述透镜上形成有反射包含所述第二谐波及和频的波长转换光的涂层。
13.根据权利要求12所述的波长转换激光器，其特征在于：
所述波长转换元件的端面构成所述谐振器的输出镜，
所述透镜反射所述波长转换光，
所述波长转换光不会与所述固态激光一致地再次射入所述波长转换元件内，而被输出到所述谐振器外部。
14.根据权利要求1所述的波长转换激光器，其特征在于：
所述谐振器，使波长不同且偏振正交的波长发生谐振，
所述波长转换元件，对于所述波长的正交偏振成分具有倾斜的光学轴，将波长和偏振不同的振荡波长相位匹配为第二谐波及和频，并同时输出多个波长的第二谐波及和频。
15.根据权利要求1至4中任一项所述的波长转换激光器，其特征在于：所述两种以上的激光晶体彼此贴合被一个激励光源激发，其中，激励光的吸收系数最小的激光晶体位于激励光源一侧。
16.根据权利要求15所述的波长转换激光器，其特征在于还包括冷却构件：该冷却构件被配置在所述激励光的吸收系数最小的激光晶体的激励光入射面中未被射入激励光的区域，其中，
所述激励光的吸收系数最小的激光晶体的温度，通过所述冷却构件而被调整为低于其他的激光晶体的温度。
17.根据权利要求1或2所述的波长转换激光器，其特征在于还包括：激发所述激光晶体的激励光源，其中，
所述激励光源，通过调制激励光使所述激光晶体的温度随时间而变化，扩展从所述激光晶体振荡出的波长的谱宽，增加所述第二谐波及和频的波谱的重叠。
18.根据权利要求1至4中任一项所述的波长转换激光器，其特征在于：
所述波长转换元件，包括具有多个极化反转周期结构的多周期波长转换元件，
所述多个极化反转周期结构的周期，至少包括与所述多个波长的固态激光的第二谐波的产生对应的周期，
所述多周期波长转换元件，产生所述多个波长的固态激光的波长的第二谐波及和频。
19.根据权利要求1所述的波长转换激光器，其特征在于：
所述固态激光器进行多纵模振荡，
所述波长转换元件采用具有极化反转周期结构的微芯片，进行产生所述多纵模振荡的第二谐波及和频的波长转换，
所述波长转换激光器还包括透镜，该透镜被配置在所述激光晶体与所述波长转换元件之间，使固态激光的光束直径在所述波长转换元件内比在所述激光晶体内小，且反射被波长转换过的光，
所述激光晶体及所述波长转换元件的端面为所述固态激光器的谐振器的反射面。
20.根据权利要求19所述的波长转换激光器，其特征在于：
所述透镜的至少其中之一的透镜面以大于固态激光的发散角的角度相对于固态激光倾斜，
被所述透镜面反射的波长转换光在所述谐振器内与固态激光分离而被输出到所述谐振器外部。
21.根据权利要求19或20所述的波长转换激光器，其特征在于：
所述透镜采用平凸透镜，
所述平凸透镜的所述波长转换元件一侧的面为平面。
22.根据权利要求19所述的波长转换激光器，其特征在于：
所述激光晶体与所述透镜的主点之间的距离L1、所述波长转换元件与所述透镜的主点之间的距离L2以及所述透镜的焦距f满足下述的关系：
f＜L2＜L1
L2＜2×f
L1+f＞2×L2
L1-f＜20mm。
23.根据权利要求19或20所述的波长转换激光器，其特征在于：
所述透镜采用弯月形透镜，
所述弯月形透镜的朝所述波长转换元件侧的面为凹面。
24.根据权利要求19所述的波长转换激光器，其特征在于：所述激光晶体包括对激励光的吸收率不同的两个以上的晶体，它们被以吸收率从激发所述激光晶体的激励光源一侧起依次增大的方式串联配置。
25.根据权利要求19所述的波长转换激光器，其特征在于还包括：将所述透镜的波长转换光的反射位置作为光轴的合成光学系统，其中，
所述合成光学系统将被所述透镜反射的波长转换光和未射入所述透镜的波长转换光这两束波长转换光合成为一束光束。
26.根据权利要求19所述的波长转换激光器，其特征在于：
所述激光晶体包含添加Nd的GdXY1-XYVO4晶体，其中，0＜X＜1，
所述固态激光器在谐振器内进行多纵模振荡，
所述波长转换元件进行产生多纵模振荡的第二谐波及和频的波长转换。
27.根据权利要求19或20所述的波长转换激光器，其特征在于：
所述透镜采用折射率分布型透镜，
所述折射率分布型透镜与所述激光晶体和所述波长转换元件中的至少其中之一接合。
28.根据权利要求19或20所述的波长转换激光器，其特征在于：
所述透镜采用柱面透镜，
被所述柱面透镜反射的波长转换光相对于未被所述柱面透镜反射就输出的波长转换光倾斜地射出。
29.一种图像显示装置，其特征在于包括：
如权利要求1至28中任一项所述的波长转换激光器；以及
对所述波长转换光进行调制的元件。
30.根据权利要求29所述的图像显示装置，其特征在于包括：
使红色波长振荡的红色激光光源；
使绿色波长振荡的绿色激光光源；以及
使蓝色波长振荡的蓝色激光光源，其中，
所述绿色激光光源包括权利要求1至28中任一项所述的波长转换激光器，
所述红色激光光源、所述绿色激光光源及所述蓝色激光光源依次射出各色的激光，
所述波长转换激光器通过反复所述激励光的射出和停止，扩展所述波长转换光的谱宽。
CN2008801179793A 2007-11-27 2008-11-25 波长转换激光器 Expired - Fee Related CN101878564B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007-305405 2007-11-27
JP2007305405 2007-11-27
JP2007-305404 2007-11-27
JP2007305404 2007-11-27
PCT/JP2008/003465 WO2009069282A1 (ja) 2007-11-27 2008-11-25 波長変換レーザ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101878564A CN101878564A (zh) 2010-11-03
CN101878564B true CN101878564B (zh) 2012-07-18

Family

ID=40678193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008801179793A Expired - Fee Related CN101878564B (zh) 2007-11-27 2008-11-25 波长转换激光器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8287131B2 (zh)
JP (1) JP5214630B2 (zh)
CN (1) CN101878564B (zh)
WO (1) WO2009069282A1 (zh)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5219745B2 (ja) * 2007-11-14 2013-06-26 キヤノン株式会社 発光装置
WO2010098115A1 (ja) * 2009-02-26 2010-09-02 パナソニック株式会社 波長変換レーザ光源及び画像表示装置
JP2010249966A (ja) * 2009-04-14 2010-11-04 Hitachi Ltd 光学エンジン
US8351108B2 (en) * 2009-08-03 2013-01-08 Panasonic Corporation Wavelength conversion laser and image display device
US20110044359A1 (en) * 2009-08-18 2011-02-24 Douglas Llewellyn Butler Intracavity Conversion Utilizing Narrow Band Reflective SOA
US20120077003A1 (en) * 2009-12-31 2012-03-29 Ye Hu Method of nonlinear crystal packaging and its application in diode pumped solid state lasers
WO2011140641A1 (en) * 2010-05-11 2011-11-17 Ye Hu Packaging method of laser and nonlinear crystal and its application in diode pumped solid state lasers
US8320418B2 (en) * 2010-05-18 2012-11-27 Corning Incorporated Multiple wavelength optical systems
KR101610608B1 (ko) * 2011-02-28 2016-04-07 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 금속재의 특성 측정 장치
US9048611B2 (en) 2011-04-04 2015-06-02 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Wavelength conversion device and image display device
EP2523277B1 (de) * 2011-05-09 2017-01-04 Trumpf Laser Marking Systems AG Laser-Resonator zur Erzeugung frequenzkonvertierter Laserstrahlung
JP5570537B2 (ja) * 2012-01-11 2014-08-13 パナソニック株式会社 レーザ光源装置及びそれを用いた画像表示装置
LT6022B (lt) * 2012-08-16 2014-04-25 Integrated Optics, Uab Būdas generuoti arba stiprinti keleto bangos ilgių lazerio spinduliuotę viename optiniame rezonatoriuje
TWI530750B (zh) * 2014-08-05 2016-04-21 中強光電股份有限公司 投影裝置
IL236339A0 (en) * 2014-12-18 2015-04-30 Ocuwave Ltd laser system
CN109031870B (zh) * 2015-06-30 2021-03-30 海信集团有限公司 一种荧光转换系统
US9859676B2 (en) 2015-12-18 2018-01-02 Sharp Kabushiki Kaisha Light source configured for stabilization relative to external operating conditions
JP6765064B2 (ja) * 2016-06-23 2020-10-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 赤外線検出装置
JP6812490B2 (ja) * 2018-12-11 2021-01-13 日東電工株式会社 光伝送システムおよび電気光変換デバイス
CN110444095A (zh) * 2019-08-02 2019-11-12 中国刑事警察学院 一种激光热透镜焦距测量实验装置
JP7438057B2 (ja) 2020-08-13 2024-02-26 株式会社ディスコ 固体レーザ発振器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4914658A (en) * 1987-10-30 1990-04-03 Max-Plank-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V. Mode-locked laser
CN1434552A (zh) * 2003-02-19 2003-08-06 南京大学 超晶格全固态红、黄、绿三色激光器的设置方法
CN1332483C (zh) * 2002-05-21 2007-08-15 中国科学院福建物质结构研究所 双波长钕激光器腔外倍频、和频的红绿蓝三基色激光器

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05218556A (ja) * 1992-02-04 1993-08-27 Fuji Photo Film Co Ltd 固体レーザー
US5870415A (en) 1996-06-10 1999-02-09 Biophotonics Information Laboratories Ltd. Lasers
JP3046562B2 (ja) 1996-06-12 2000-05-29 株式会社生体光情報研究所 レーザ装置
US5943351A (en) * 1997-05-16 1999-08-24 Excel/Quantronix, Inc. Intra-cavity and inter-cavity harmonics generation in high-power lasers
JP4171665B2 (ja) 2003-03-17 2008-10-22 株式会社ニデック レーザ装置
JP4231829B2 (ja) 2004-08-24 2009-03-04 昭和オプトロニクス株式会社 内部共振器型和周波混合レーザ
JP2007073552A (ja) 2005-09-02 2007-03-22 Sony Corp レーザ光発生装置及び画像生成装置
JP2007266537A (ja) 2006-03-30 2007-10-11 Showa Optronics Co Ltd 内部共振器型和周波混合レーザ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4914658A (en) * 1987-10-30 1990-04-03 Max-Plank-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V. Mode-locked laser
CN1332483C (zh) * 2002-05-21 2007-08-15 中国科学院福建物质结构研究所 双波长钕激光器腔外倍频、和频的红绿蓝三基色激光器
CN1434552A (zh) * 2003-02-19 2003-08-06 南京大学 超晶格全固态红、黄、绿三色激光器的设置方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2009069282A1 (ja) 2011-04-07
US8287131B2 (en) 2012-10-16
JP5214630B2 (ja) 2013-06-19
CN101878564A (zh) 2010-11-03
US20100309438A1 (en) 2010-12-09
WO2009069282A1 (ja) 2009-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101878564B (zh) 波长转换激光器
CN101809494B (zh) 波长转换激光装置及使用该装置的图像显示装置
US6373868B1 (en) Single-mode operation and frequency conversions for diode-pumped solid-state lasers
US7907646B2 (en) Laser light source and display device
CN101821914B (zh) 固体激光装置以及图像显示装置
US8254415B2 (en) Short wavelength light source and optical device
JP2006100772A (ja) １次元照明装置及び画像生成装置
US20050226303A1 (en) Solid-state laser pumped by semiconductor laser array
JP2008021798A (ja) 光増幅装置
JP4428382B2 (ja) レーザ光源装置及びこれを用いた画像生成装置
JP4760954B2 (ja) レーザ光源装置及びこれを用いた画像生成装置
CN102124616B (zh) 波长转换激光器及图像显示装置
US7446931B2 (en) Compact multicolor light beam source
JP5251040B2 (ja) レーザ光源装置及びこれを用いた画像生成装置
US20070041420A1 (en) Solid-state laser device
US20130208741A1 (en) Laser architectures
WO2022264791A1 (ja) 波長可変レーザ装置
Zhang Study of compact and efficient diode pumped solid state green lasers for display application
JP2008026873A (ja) 波長変換装置及び二次元画像表示装置
JP2017118038A (ja) 波長可変レーザ

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120718

Termination date: 20191125

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee