CN102474065B - 波长转换激光光源及图像显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种波长转换激光光源，包括：产生基波光的激光介质；用于使所述基波光进行激光振荡的激光共振器；具有将由所述激光共振器激光振荡的所述基波光转换为不同波长的转换光的波长转换元件的波长转换区域；以及用于激励所述激光介质的激励激光光源，所述激光共振器具有反射所述基波的至少一个反射面以及设置在所述波长转换元件的端面上反射所述基波的第一反射构件，所述波长转换区域配置在所述至少一个反射面与所述第一反射构件之间，所述波长转换元件具有形成在所述波长转换区域的周期状的第一极化反转结构以及形成在所述第一反射构件与所述波长转换区域之间的非转换区域，所述非转换区域不将所述基波光转换为所述转换光。

Description

波长转换激光光源及图像显示装置
技术领域
本发明涉及波长转换激光光源以及图像显示装置。
背景技术
激光光源作为组装到工业用设备或民用设备中的组装设备得到广泛使用。作为激光光源，例示半导体激光二极管或固体激光光源。作为用于得到通过半导体激光二极管或固体激光光源的直接振荡难以得到的波长的激光的其他激光光源，例示波长转换激光光源。
波长转换激光光源典型地具备波长转换元件。波长转换激光光源将射入波长转换元件的基波激光(以下称为基波光)，利用产生基波光的两倍频率的光(以下称为第二谐波光)的第二谐波产生元件(SecondHarmonic Generation元件、SHG元件)，转换激光的频率。取而代之，波长转换激光光源利用从射入波长转换元件的两个频率的光产生频率为两个频率的和的光(和频)的和频产生元件(Sum Frequency Generation元件、SFG元件)，转换激光的频率。基于SHG或SFG等非线性光学效果的激光频率转换的结果是，输出波长被转换的激光。
已知的波长转换激光光源的其中之一包括具有一对反射镜的共振器以及配置在一对反射镜之间的激光介质和波长转换元件。
图16是以往的波长转换激光光源的概略图。利用图16说明以往的波长转换激光光源。
以往的波长转换激光光源900包括固体激光介质910、波长转换元件920、凹面透镜930以及介质多层膜(dielectric multi-layer film)940。介质多层膜940对基波光FL具有高反射率，对第二谐波光CL具有低反射率。凹面透镜930包含对基波光FL具有高反射率、对第二谐波光CL具有低反射率的介质多层膜。对由非线性光学晶体形成的波长转换元件920的晶体的方位或极化反转结构的周期进行控制，使得基波光FL与第二谐波光CL的相位一致。
凹面透镜930以及介质多层膜940作为共振器动作。共振器内部的基波光FL通过波长转换元件920被转换为第二谐波光CL。共振器内部产生的第二谐波光CL从波长转换元件920的端面向共振器外部输出。
若减小波长转换激光光源的波长转换元件内的光束剖面积，则从输入电力向第二谐波的转换效率增大。专利文献1和专利文献2提出在波长转换元件内形成束腰，实现高波长转换效率。
根据专利文献1和专利文献2，在激光介质的附近，配置具有指定曲率的曲面的反射镜。在波长转换元件的端面上，形成以高反射率反射基波光的反射涂层。反射镜与反射涂层作为共振器而动作。束腰在波长转换元件的端面上形成。由于波长转换元件内的基波光的光束剖面积减小，因而实现高波长转换效率。
专利文献1公开的小型且低成本的波长转换激光光源实现高转换效率。另外，专利文献2公开的波长转换激光光源将固体激光的热在SHG元件侧释放，得到稳定的输出。但是，这些以往技术没有致力于共振器的稳定化的实现。
专利文献1：日本专利公开公报特开平5-145160号
专利文献2：日本专利公开公报特开2000-183433号
发明内容
本发明的目的在于提供一种能获得较高波长转换效率以及稳定输出的波长转换激光光源。
本发明所提供的波长转换激光光源包括：产生基波光的激光介质；用于使所述基波光激光振荡的激光共振器；具有将由所述激光共振器激光振荡的所述基波光转换为不同波长的转换光的波长转换区域波长转换元件；以及用于激励所述激光介质的激励激光光源，所述激光共振器具有反射所述基波的至少一个反射面以及设置在所述波长转换元件的端面并反射所述基波的第一反射构件，所述波长转换区域配置在所述至少一个反射面与所述第一反射构件之间，所述波长转换元件具有形成在所述波长转换区域的周期状的第一极化反转结构以及形成在所述第一反射构件与所述波长转换区域之间的非转换区域，所述非转换区域不将所述基波光转换为所述转换光。
本发明所提供图像显示装置包括：射出红、绿以及蓝的至少其中之一色相的激光的激光光源；调制从所述激光光源射出的激光的空间光调制元件；以及将从所述激光光源射出的激光向所述空间调制元件引导的光学系统，所述激光光源具备上述的波长转换激光光源。
附图说明
图1是第一实施方式的波长转换激光光源的概略图。
图2(A)是概略地表示从典型的波长转换激光光源射出的第二谐波光输出的时间变化的曲线图，(B)是概略地表示从图1所示的波长转换激光光源射出的第二谐波光输出的时间变化的曲线图。
图3是概略表示ΔλS＝0.1(nm)时非转换区域的长度d1与Δφ/π(rad)之间的关系的曲线图。
图4是第二实施方式的波长转换激光光源的概略图。
图5是图4所示的波长转换激光光源的波长转换元件的概略的立体图。
图6是第三实施方式的波长转换激光光源的概略图。
图7是第四实施方式的波长转换激光光源的概略图。
图8是第五实施方式的波长转换激光光源的概略图。
图9是第六实施方式的波长转换激光光源的概略图。
图10是概略地表示在非转换区域同时使用两种不同材料时得到的基波光的振荡波长的频谱的曲线图。
图11是第七实施方式的波长转换激光光源的概略图。
图12是表示图11所示的波长转换激光光源的固体激光介质中的基波光的光束直径的概略图。
图13是说明布儒斯特角的概略图。
图14是具有平板状结构的波长转换激光光源的概略的立体图。
图15是作为第八实施方式的图像显示装置而被例示的液晶显示装置的概略图。
图16是以往的波长转换激光光源的概略图。
图17是表示共振器内的基波光的大小的概略图。
具体实施方式
以下，利用附图说明按照一种实施方式的波长转换激光器以及图像显示装置。图中，对具有同一、相同的作用或相同的动作的结构要素标注相同的符号。为了避免冗余的说明，根据需要省略重复的说明。为了帮助理解一系列实施方式的原理，图中所示的结构要素示意性地示出。因此，图中所示的结构要素的形状也是示意性的，并不对以下说明的实施方式的原理进行任何限定。
(波长转换激光光源所存在的问题)
图16是如上所述的以往的波长转换激光光源900的概略图。图17是表示共振器内的基波光FL的大小的概略图。利用图16以及图17说明以往的波长转换激光光源900。
如上所述，图16所示的波长转换激光光源900包括固体激光介质910、波长转换元件920、凹面透镜930以及介质多层膜940。波长转换激光光源900还包括生成激励激光PL的半导体激光二极管(以下称为激励LD950)和用于将激励激光PL聚光的聚光透镜960。凹面透镜930具有曲率R1的凹面931。固体激光介质910具有射出基波光FL的出射端面911。另外，波长转换元件920具有射出第二谐波光CL的出射端面921。图17中，基波光FL的光束直径用符号“D”表示。
在波长转换元件920中，周期状的极化反转结构在波长转换元件920的整体中形成。极化反转结构使基波光FL与第二谐波光CL相位匹配。
如上所述，在波长转换元件920的出射端面921上形成介质多层膜940。介质多层膜940对基波光FL具有高反射率，对第二谐波光CL具有低反射率。在凹面透镜930的凹面931上也形成介质多层膜。形成在凹面透镜930的凹面931上的介质多层膜对基波光FL具有高反射率。其结果，凹面透镜930的凹面931以及形成在波长转换元件920的出射端面921上的介质多层膜940针对基波光FL作为共振器而动作。
从激励LD950射出的激励激光PL由聚光透镜960聚光。被聚光的激励激光PL射入固体激光介质910，并激励固体激光介质910。受到激励的固体激光介质910例如自然地射出波长为1064nm的光。基波光FL在由凹面透镜930的凹面931以及形成在波长转换元件920的出射端面921上的介质多层膜940形成的共振器内共振。其结果，使基波光FL激光振荡。
作为构成共振器的反射面的其中之一而被利用的介质多层膜940形成在波长转换元件920的出射端面921上。如图17所示，基波光FL在波长转换元件920内聚光。其结果，从基波光FL到第二谐波光CL的转换效率增大。因此，第二谐波光CL向共振器外高效率地射出。
本发明人发现，使用具有形成在波长转换元件920的出射端面921上的介质多层膜940的共振器的从基波光FL到第二谐波光CL的转换效率随时间经过而降低。本发明人还发现，从基波光FL到第二谐波光CL的转换效率的随时间经过而降低的原因是，波长转换元件920的出射端面921附近的光电场的集中引起的波长转换元件920的折射率的部分变化。
以下所示的一系列实施方式的原理对本发明人新发现的以往的波长激光光源的问题进行适当改进。
(第一实施方式)
第一实施方式的波长转换激光光源的主要特征在于形成在波长转换元件的出射端面侧的“非转换区域”。术语“非转换区域”是指对从基波光到第二谐波的波长转换几乎不作出贡献的区域。
(波长转换激光光源的结构)
图1是第一实施方式的波长转换激光光源的概略图。利用图1说明波长转换激光光源。
本实施方式的波长转换激光光源100包括：生成激励激光PL的激励激光光源110；将激励激光PL聚光的聚光透镜120；具有以曲率R1形成的凹面131的凹面透镜130；由来自激励激光光源110的激励激光PL激励而产生基波光FL的固体激光介质140；以及将基波光FL转换为与基波光FL不同波长的转换光的波长转换元件150。波长转换元件150具有：将基波光FL向作为转换光的第二谐波光CL转换的波长转换区域151；以及对从基波光FL到转换光的转换不作出贡献的非转换区域152。在本实施方式中，固体激光介质140作为激光介质而被例示。
图1所示的符号“PLa”是指激励激光PL的光路。图1所示的符号“FLa”以及符号“FLb”是指基波光FL的光路。图1所示的符号“CLa”以及符号“CLb”是指第二谐波光CL的光路。
波长转换元件150具有横穿图1所示的光的传播路径(光路FLa、FLb、CLa、CLb)的端面153。波长转换元件150的端面153包括射出第二谐波光CL的出射端面154、以及与出射端面154相反一侧的入射端面155。基波光FL射入入射端面155。在本实施方式中，出射端面154作为第二出射端面而被例示。
固体激光介质140具有横穿图1所示的光的传播路径(光路PLa、FLa、FLb)的端面143。固体激光介质140的端面143包括射出基波光FL的出射端面144、以及激励激光PL射入的入射端面145。在本实施方式中，出射端面144作为第一出射端面而被例示。
作为激励激光光源110，例示AlGaAs系的半导体激光器(LaserDiode，激光二极管)。在本实施方式中，激励激光光源110振荡约808nm的波长的激励激光PL。
作为固体激光介质140，例示掺钕的YVO4(以下称为Nd:YVO4)。在本实施方式中，固体激光介质140振荡约1064nm的波长的基波光PL。
作为聚光透镜120，例示凸透镜。另外，在本实施方式中，具有以约20mm的曲率R1形成的凹面131的平凹透镜作为凹面透镜130使用。
作为波长转换元件150，可以使用非线性光学晶体。作为非线性光学晶体，例示掺镁的铌酸锂(MgO:LiNbO3)(以下称为MgLN)。
在波长转换区域151(长度L＝0.5mm)形成周期状的极化反转结构。形成在波长转换区域151的极化反转结构的极化反转周期为Λ(≈7μm)。形成在波长转换区域151的极化反转结构使基波光FL与第二谐波光CL相位匹配。在本实施方式中，形成在波长转换区域151的极化反转结构作为第一极化反转结构而被例示。
与波长转换区域151不同，非转换区域152中不形成周期状的极化反转结构，被单极化。非转换区域152的长度为d1(d1＝400μm)。
波长转换激光光源100还包括以覆盖波长转换元件150的出射端面154的方式形成的介质多层膜160。介质多层膜160对基波光FL具有高反射率，对第二谐波光CL具有低反射率。
波长转换激光光源100还包括以覆盖固体激光介质140的出射端面144的方式形成的介质多层膜170。介质多层膜170对基波光FL具有低反射率，对第二谐波光CL具有高反射率。
波长转换激光光源100还包括以覆盖凹面透镜130的凹面131的方式形成的介质多层膜180。介质多层膜180对基波光FL具有高反射率。
在本实施方式中，形成在凹面透镜130的凹面131上的介质多层膜180以及形成在波长转换元件150的出射端面154上的介质多层膜160作为用于使基波光FL激光振荡的共振器而动作。反射基波光FL的介质多层膜180作为至少一个反射面而被例示。另外，反射基波光FL的介质多层膜160作为第一反射构件以及第一反射膜而被例示。
(波长转换激光光源的动作)
利用图1说明波长转换激光光源100的动作。
从激励激光光源110射出的激励激光PL由聚光透镜120聚光。随后，激励激光PL射入固体激光介质140。其结果是，固体激光介质140受到激励，自然地射出1064nm的波长的光。从固体激光介质140自然射出的光在由设置在凹面透镜130的凹面131上的介质多层膜180与形成在波长转换元件150的出射端面154上的介质多层膜160形成的共振器内共振。其结果是，基波光FL激光振荡。
通过设置在凹面透镜130的凹面131上的介质多层膜180与形成在波长转换元件150的出射端面154上的介质多层膜160而被共振的基波光FL由以曲率R1弯曲的凹面透镜130的凹面聚光，在波长转换元件150的出射端面154附近形成束腰(beam waist)。其结果是，在波长转换元件150内的基波光FL的光束直径减小，从基波光FL到第二谐波光CL的转换效率增大。
沿着从凹面透镜130向波长转换元件150的光路FLa传播的基波光FL通过配置在介质多层膜160、180之间的波长转换元件150的波长转换区域151被转换为第二谐波光CL后，沿着光路CLa，从波长转换元件150的出射端面154向共振器外射出。另一方面，沿着从波长转换元件150向凹面透镜130的光路FLb传播的基波光FL通过波长转换元件150被转换为第二谐波光CL后，由形成在固体激光介质140的出射端面144上的介质多层膜170，向波长转换元件150反射。随后，第二谐波光CL经过波长转换元件150，向共振器外射出(参照图1中的光路CLb)。
如上所述，本实施方式的波长转换激光光源100还包括形成波长转换元件150的出射端面154的非转换区域152。由于覆盖由配置在介质多层膜160与波长转换区域151之间的非转换区域152形成的出射端面154的介质多层膜160反射基波光FL，因此不易产生形成在波长转换区域151的周期状极化反转结构的劣化。其结果是，从基波光FL到第二谐波光CL的转换效率不易降低。
术语“周期状极化反转结构的劣化”是指因波长转换元件150内的折射率变化而引起的周期状极化反转结构的一部分周期表面上的变化。周期状极化反转结构的一部分周期的变化会引起相对于设计周期的偏离。其结果是，第二谐波光CL的输出降低。
(非转换区域的效果)
图2(A)是概略地表示从参照图16说明的波长转换激光光源900射出的第二谐波光CL输出的时间变化的曲线图。图2(B)是概略地表示从参照图1说明的波长转换激光光源100射出的第二谐波光CL输出的时间变化的曲线图。利用图1至图2(B)以及图16，对第二谐波光CL输出的时间变化进行说明。
本发明人连续驱动图16所示的波长转换激光光源900，调查了第二谐波光CL的输出。如图2(A)所示，可以看出，连续驱动10小时后从波长转换激光光源900射出的第二谐波光CL的输出与连续驱动开始时相比变为大约一半。
本发明人同样连续驱动参照图1说明的波长转换激光光源100，调查了第二谐波光CL的输出。如图2B所示，可以看出，在10小时的连续驱动期间，从波长转换激光光源100射出的第二谐波光CL的输出几乎没有降低。
根据图2(A)以及图2(B)所示的结果可知，在波长转换元件150的出射端面154侧配置的非转换区域152使周期状极化反转结构的劣化不易产生。另外，可以看出，非转换区域152使第二谐波光CL的输出不易降低。
(非转换区域的长度的设定)
在本实施方式中，将非转换区域152的长度d1(沿着传播的光的光路的方向的长度尺寸)设定为400μm。取而代之，若波长转换元件150将基波光FL转换成作为转换光的波长宽度(full width at halfmaximum，半值全宽)为ΔλSnm的第二谐波光CL，则可以将非转换区域152的长度d1设定为满足以下的数式(1)所规定的关系。
d1≤40μm/ΔλS(1)
如果满足数式(1)所规定的关系，则同样不易产生周期状极化反转结构的劣化，从而不易产生从基波光FL到第二谐波光CL的转换效率的降低。另外，若形成在波长转换区域151的周期状极化反转结构的周期为Λ(μm)，则可以将非转换区域152的长度d1设定为满足以下的数式(2)所规定的关系。
d1≥Λ(2)
如果满足上述的数式(2)的关系，则同样不易产生周期状极化反转结构的劣化，从而不易产生从基波光FL到第二谐波光CL的转换效率的降低。
非转换区域152的长度d1可以被设定成满足将上述数式(1)以及数式(2)表示的关系组合起来所成的条件(即Λ≤d1≤40μm/ΔλS)。其结果是，由非转换区域152产生的共振器内的损失得以减少，共振器内部的基波光FL增大。此外，从基波光FL到第二谐波光CL的转换效率也增大。
进一步说明上述非转换区域152的长度d1的设定。在以下的说明中，第二谐波光CL的中心波长用λSnm表示。另外，第二谐波光CL的波长宽度(半值全宽)用ΔλSnm表示。在波长转换元件150的出射端面154的波长“λS-Δλ/2”与波长“λS+Δλ/2”的相位差用Δφ/π(rad)表示。
图3是概略表示ΔλS＝0.1(nm)时的非转换区域152的长度d1与Δφ/π(rad)之间的关系的曲线图。利用图1以及图3说明非转换区域152的长度d1与Δφ/π(rad)的关系。
当非转换区域152的长度d1为“0”时(即从波长转换元件150的入射端面155到出射端面154形成波长转换区域151时)，从波长“λS-Δλ/2”到波长“λS+Δλ/2”的第二谐波光CL的相位全部相同(Δφ/π＝0)。在“Δφ/π＝0”的条件下，由于在波长转换元件150的出射端面154的电场强度较大，因而在波长转换元件150的出射端面154的附近，引起折射率的变化。波长转换元件150的出射端面154附近的折射率变化引起周期状极化反转结构的劣化(周期状极化反转结构的一部分周期表面上的变化)。周期状极化反转结构的劣化使从基波光FL到第二谐波光CL的波长转换效率降低，因而第二谐波光CL的输出降低。
若将非转换区域152的长度d1设定得较长，则Δφ/π(rad)增大。其结果是，在波长转换元件150的出射端面154的电场强度下降。在满足“d1≥40/ΔλS”所规定的条件时，由于Δ/π为0.05(rad)以上，因而尤其不易产生波长转换元件150的折射率变化。这样，不易产生第二谐波光CL的输出的降低。
即使将非转换区域152的长度d1设定得比Λ(周期状极化反转结构的周期)长，也能得到用来抑制第二谐波光CL的输出降低的有效的Δφ/π的值，使波长转换元件150的折射率变化得到缓和。其结果，同样不易产生第二谐波光CL的输出降低。另外，非转换区域152的长度d1的缩短会带来共振器内部的损失的减少。这会提高从基波光FL到第二谐波光CL的转换效率，因而实现更高的“电一光转换效率”，因此可以设定比较短的非转换区域152的长度d1。
非转换区域152的长度d1的延长会增大共振器内部的损失。因此，非转换区域152的长度d1最好被设定成使共振器的损失增加在0.4％以下。若将非转换区域152的长度d1设定为例如2000μm以下，则共振器的损失增加在0.4％以下。根据上述的研究，较为理想的是，形成在波长转换区域151的周期状极化反转结构的周期Λ以及非转换区域152的长度d1被设定为满足以下的数式(3)所规定的关系。在本实施方式中，形成在波长转换区域151的周期状极化反转结构的周期Λ作为第一极化反转周期而被例示。
Λ≤d1≤2000μm    (3)
在本实施方式中，由于非转换区域152的整个区域被单极化，因而基波光FL不需要跨越极化壁(极化进行交替的边界面)。其结果是，共振器的损失降低。另外，由于共振器损失被减少，基波光FL的强度提高，因而实现高转换效率。
尤其是，若非转换区域152的长度d1满足“Λ≤d1＜40μm/Δλ”所规定的关系，并且非转换区域152被单极化，则由于波长转换元件150的折射率变化被限定为单向(单调增加或单调减少)，因而对共振器内部的横模(transverse mode)的影响被适宜地减少。
(第二实施方式)
图4是第二实施方式的波长转换激光光源的概略图。利用图4说明第二实施方式的波长转换激光光源。
本实施方式的波长转换激光光源100A除了包括与参照第一实施方式说明的波长转换激光光源100同样的激励激光光源110、聚光透镜120、凹面透镜130、固体激光介质140以及介质多层膜160、170、180以外，还包括波长转换元件150A。波长转换元件150A除了具有参照第一实施方式说明的波长转换区域151以外，还具有非转换区域152A。在非转换区域152A，形成对从基波光FL到第二谐波光CL的转换不作出贡献的极化反转结构。
图5是波长转换元件150A的概略的立体图。利用图4以及图5说明波长转换元件150A。
在波长转换区域151，形成在图5中的Y方向上使极化反转的周期状极化反转结构。在非转换区域152A，形成在与波长转换区域151的极化反转方向垂直的方向(X轴方向)上使极化反转的极化反转结构。术语“在Y方向上使极化反转的极化反转结构的形成”是指极化反转壁为沿Y轴方向的面。术语“在X方向上使极化反转的极化反转结构的形成”是指极化反转壁为沿X轴方向的面。在非转换区域152A形成的极化反转结构可以不是周期状的。在非转换区域152A形成的极化反转壁可以相对于Y轴在75度以上且105度以下的范围中倾斜。即使是具有在该范围中倾斜的极化反转壁的非转换区域152A的极化反转结构，也能产生和在与波长转换区域151的极化反转方向垂直的方向上使极化反转的极化反转结构相同的效果。
(第三实施方式)
图6是第三实施方式的波长转换激光光源的概略图。利用图6说明第三实施方式的波长转换激光光源。
本实施方式的波长转换激光光源100B除了包括与参照第一实施方式说明的波长转换激光光源100同样的激励激光光源110、聚光透镜120、凹面透镜130、固体激光介质140以及介质多层膜160、170、180以外，还包括波长转换元件150B。波长转换元件150B除了具有参照第一实施方式说明的波长转换区域151以外，还具有非转换区域152B。在非转换区域152B，与波长转换区域151同样，形成周期状的极化反转结构。另外，在非转换区域152B形成的极化反转结构的极化反转方向可以与在波长转换区域151形成的极化反转结构的极化反转方向相同。但是，在非转换区域152B形成的极化反转结构的周期与在波长转换区域151形成的极化反转结构的周期不同。在本实施方式中，在非转换区域152B形成的极化反转结构作为第二极化反转结构而被例示。
在非转换区域152B形成的极化反转结构的周期最好被设定为在波长转换区域151形成的极化反转结构的周期的1/2n(n为自然数)。其结果是，即使非转换区域152B的尺寸或特性在制造过程中产生偏差，对从基波光FL到第二谐波光CL的波长转换的影响也较小。本实施方式中，在非转换区域152B形成的极化反转结构的周期作为第二极化反转周期而被例示。
在本实施方式中，形成在波长转换区域151的周期状的极化反转结构的周期Λ以及非转换区域152B的长度d1基于在第一实施方式中的研究，被设定为满足由以下的数式(4)表示的关系较为理想。
2nΛ≤d1≤2000μm    (4)
另外，形成在非转换区域152B的极化反转结构的周期可以是形成在波长转换区域151的极化反转结构的周期的m/4倍(m为3以上的奇数)。取而代之，形成在非转换区域152B的极化反转结构的周期可以是形成在波长转换区域151的极化反转结构的周期的p/2倍(p为3以上的奇数)。进一步取而代之，形成在非转换区域152B的极化反转结构的周期可以是形成在波长转换区域151的极化反转结构的周期的q倍(q为正偶数)。
本发明人制作基于以下条件制成的波长转换元件，并调查了在波长转换元件的制作工序中产生偏差时对非转换区域152B产生的影响。
条件1：
非转换区域152B中的极化反转周期为波长转换区域151中的极化反转周期的1/2n倍(n为自然数)。
条件2：
非转换区域152B中的极化反转周期为波长转换区域151中的极化反转周期的p/2倍(p为3以上的奇数)或者q倍(q为正偶数)。
条件3：
非转换区域152B中的极化反转周期为波长转换区域151中的极化反转周期的m/4倍(m为3以上的奇数)。
在波长转换元件的制作工序中产生偏差时对非转换区域152B产生的影响在“条件3”下最大，在“条件1”下最小(条件3＞条件2＞条件1)。
在非转换区域152B形成的周期状极化反转结构的周期越大，非转换区域152B越容易制作，波长转换元件150B的生产成本减少。但是，波长转换区域151中的极化反转周期与非转换区域152B中的极化反转周期的差异越大，波长转换区域151与非转换区域152B之间的边界区域中的极化反转结构的形成越为困难。因此，非转换区域152B中的极化反转周期为波长转换区域151中的极化反转周期的7倍以下较为理想。如果将非转换区域152B的周期状极化反转的周期设定为1μm以上且为波长转换区域151中的极化反转周期的7倍以下，则波长转换区域151与非转换区域152B之间的边界区域中的极化反转结构容易按照设计来制作。因此，波长转换元件150B能够高效率地转换波长。
非转换区域152B中的极化反转周期也可以与波长转换区域151中的极化反转周期大致相同。另外，术语“大致相同”是指非转换区域152B中的极化反转周期被设定在波长转换区域151中的极化反转周期的93.4％以上且107％以下的范围内。若将非转换区域152B中的极化反转周期设定在这样的范围内，能够产生上述的有利效果。
取而代之，非转换区域152B中的极化反转周期也可以被设定在波长转换区域151中的极化反转周期的87.7％以上且114％以下的范围内。在该情况下，也能产生与上述有利效果接近的效果。
(波长转换元件的材料)
参照第一实施方式至第三实施方式说明的波长转换元件150、150A、150B的波长转换区域151以及非转换区域152、152A、152B可以采用相同的材料形成。取而代之，波长转换区域151以及非转换区域152、152A、152B也可以采用不同的材料形成。
参照第一实施方式至第三实施方式说明的波长转换元件150、150A、150B的波长转换区域151采用MgLN而形成。非转换区域152、152A、152B例如可以采用钽酸锂而形成。采用钽酸锂而形成的非转换区域152、152A、152B几乎不吸收基波光FL，射出高输出的第二谐波光CL。
作为非转换区域152、152A、152B所使用的材料，例示钽酸锂，但也可以使用具有与波长转换区域151使用的材料相等或近似的折射率的材料。例如，作为非转换区域152、152A、152B使用的其他材料，例示YVO4(yttrium vanadate，钒酸钇)、GVO4(gadoliniumvanadate，钒酸钆)或KNbO3(potassium niobate，铌酸钾)。将这些晶体材料用于非转换区域152、152A、152B，也能产生上述的有利效果。
如果非转换区域152、152A、152B使用的晶体的折射率与波长转换区域151使用的晶体的折射率不同，则波长转换元件150、150A、150B还可以具备缓冲膜，该缓冲膜具有的折射率的值为非转换区域152、152A、152B使用的晶体的折射率与波长转换区域151使用的晶体的折射率的中间的值。配置在非转换区域152、152A、152B与波长转换区域151之间的缓冲膜适宜地减少非转换区域152、152A、152B与波长转换区域151之间的界面的反射，因而使得波长转换效率不易降低。
(第四实施方式)
图7是第四实施方式的波长转换激光光源的概略图。利用图7说明第四实施方式的波长转换激光光源。
本实施方式的波长转换激光光源100C除了包括与参照第一实施方式说明的波长转换激光光源100同样的激励激光光源110、聚光透镜120、凹面透镜130、固体激光介质140、波长转换元件150以及介质多层膜160、180以外，还包括介质多层膜170C。以覆盖波长转换元件150的入射端面155的方式而形成的介质多层膜170C对第二谐波光CL具有高反射率。介质多层膜170C反射沿着光路CLb，从波长转换元件150的出射端面154向入射端面155传播的第二谐波光CL。其结果，使朝着出射端面154所产生的第二谐波光CL的光路Cla与朝着入射端面155所产生的第二谐波光CL的光路CLb适宜地达到一致，因而从共振器射出的第二谐波光CL容易聚光在一点。
(第五实施方式)
在参照第四实施方式说明的波长转换激光光源100C的波长转换元件150的入射端面155的附近区域，有时会引起周期状极化反转结构的劣化。另外，由于从第二谐波光CL向基波光FL的逆转换，有时还会产生第二谐波光CL的输出变动。
第五实施方式的波长转换激光光源在波长转换元件的入射端面反射第二谐波光。本实施方式的波长转换激光光源的特征在于形成在波长转换元件的入射端面侧的非转换区域。
图8是第五实施方式的波长转换激光光源的概略图。利用图8说明第五实施方式的波长转换激光光源。
本实施方式的波长转换激光光源100D除了包括与参照第四实施方式说明的波长转换激光光源100C同样的激励激光光源110、聚光透镜120、凹面透镜130、固体激光介质140以及介质多层膜160、170C、180以外，还包括波长转换元件150D。波长转换元件150D除了具有与参照第四实施方式说明的波长转换元件150同样的波长转换区域151以及非转换区域152以外，还具有配置在波长转换区域151与介质多层膜170C之间的非转换区域156。非转换区域156形成波长转换元件150D的入射端面155。在本实施方式中，非转换区域156作为第二非转换区域而被例示。另外，覆盖在非转换区域156形成的入射端面155的介质多层膜170C作为第二反射膜而被例示。此外，形成在波长转换元件150D的端面153上的介质多层膜170C、160作为第一反射构件而被例示。
非转换区域156的长度为d2。如果第二谐波光CL的波长宽度(半值全宽)为ΔλS(nm)，则非转换区域156的长度d2最好是满足以下的数式(5)所规定的关系。
d2≤40μm/ΔλS    (5)
如果满足上述数式(5)的关系，则形成在波长转换区域151的周期状极化反转结构不易发生劣化，从而从基波光FL到第二谐波光CL的转换效率不易降低。
波长转换区域151的周期状极化反转结构的周期为Λ。非转换区域156的长度d2最好是满足以下的数式(6)所规定的关系。
d2≥Λ(6)
如果满足上述数式(6)的关系，则形成在波长转换区域151的周期状极化反转结构不易发生劣化，从而从基波光FL到第二谐波光CL的转换效率不易降低。
基波光FL的波长宽度(半值全宽)为Δλf(nm)。当基波光FL的波长宽度Δλf为0.2nm时，最好将非转换区域156的长度d2设定为1mm以上。其结果是，由从第二谐波光CL向基波光FL的逆转换引起的第二谐波光CL的输出变化减少至20％以下。如果将非转换区域156的长度d2设定为2mm，则第二谐波光CL的输出变化减少至5％以下，实现更加稳定的第二谐波光CL的输出。
作为波长转换元件150D所具有的波长分散特性的结果，在非转换区域156，基波光FL与第二谐波光CL之间的相位差得到平均化。其结果是，从第二谐波光CL向基波光FL的逆转换的量得到稳定化。这样，非转换区域156的长度d2较长，则第二谐波光CL的输出较为稳定。但是，非转换区域156的延长会带来共振器内部的损失的增大。其结果是，共振器内部的基波光FL减少。为了防止基波光FL的过度减少，最好将非转换区域156的长度d2设定为2mm以下。
在上述的说明中，基波光的波长宽度Δλf(半值全宽)为0.2nm。但是，基波光的波长宽度Δλf(半值全宽)也可以为其他数值。如果非转换区域156的长度d2满足以下数式(7)的关系，则第二谐波光CL的输出变化被抑制在20％以下。
0.2mm/Δλf≤d2(mm)(7)
进一步，如果非转换区域156的长度d2满足以下数式(8)的关系，则第二谐波光CL的输出变化被抑制在5％以下。
d2(mm)＝0.3mm/Δλf    (8)
根据上述的研究，将非转换区域156的长度d2设定为满足以下的数式(9)所规定的关系较为理想。如果满足以下的数式(9)的关系，则从基波光FL向第二谐波光CL的转换效率不易降低，并且第二谐波光CL的输出比较稳定。
0.2mm/Δλf≤d2≤0.3mm/Δλf    (9)
参照本实施方式说明的波长转换元件150D的波长转换区域151以及非转换区域156可以采用相同的材料形成。取而代之，波长转换区域151以及非转换区域156也可以采用不同的材料形成。在本实施方式中，作为波长转换区域151所使用的材料，例示MgLN。此时，非转换区域156可以采用钽酸锂而形成。其结果是，减少基波光FL的吸收，并且射出高输出的第二谐波光CL。
(第六实施方式)
图9是第六实施方式的波长转换激光光源的概略图。利用图8以及图9说明第六实施方式的波长转换激光光源。
本实施方式的波长转换激光光源100E除了包括与参照第五实施方式说明的波长转换激光光源100D同样的激励激光光源110、聚光透镜120、凹面透镜130以及介质多层膜160、170C、180以外，还包括波长转换元件150E。波长转换元件150E除了具有与参照第五实施方式说明的波长转换元件150D同样的波长转换区域151以及非转换区域152以外，还具有配置在波长转换区域151与介质多层膜170C之间的非转换区域156E。
非转换区域156E采用具有双折射率(birefringence)的固体激光介质而形成。其结果是，产生与参照第五实施方式说明的波长转换激光光源100D同样的有利效果。
与参照第五实施方式说明的波长转换激光光源100D不同，本实施方式的波长转换激光光源100E不需要与波长转换元件分开设置的固体激光介质。因此，使波长转换激光光源100E小型化。
在本实施方式中，作为非转换区域156E所使用的固体激光介质，例示Nd:YVO4。取而代之，作为非转换区域156E所使用的固体激光介质，也可以使用掺杂Nd的GdVO4、掺杂Nd的YAG或者掺杂Yb的YAG晶体。进一步取而代之，非转换区域156E也可以不使用晶体，而使用由陶瓷材料形成的固体激光介质。
图10是概略地表示非转换区域156E同时使用两种不同材料时得到的基波光的振荡波长的频谱的曲线图。利用图9以及图10进一步说明波长转换激光光源100E。
非转换区域156E例如可以使用Nd:YVO4与Nd:GdVO4两种材料形成。如果非转换区域156E使用两种不同材料，则得到具有两个峰值波长的振荡波长频谱的基波光FL。另外，基波光FL的波长宽度Δλf此时是指如图10所示，从规定作为短波长具有峰值的振荡波长频谱的半值全宽的波长中较小的波长到规定作为长波长具有峰值的振荡波长频谱的半值宽度的波长中较大的波长为止的波长宽度。
(第七实施方式)
图11是第七实施方式的波长转换激光光源的概略图。利用图11说明第七实施方式的波长转换激光光源。
本实施方式的波长转换激光光源100F包括与参照第五实施方式说明的波长转换激光光源100D同样的激励激光光源110、聚光透镜120、凹面透镜130、波长转换元件150D以及介质多层膜160、180。另外，波长转换激光光源100F还包括与参照第一实施方式说明的波长转换激光光源100同样的介质多层膜170。波长转换激光光源100F还包括固体激光介质140F。对第二谐波光CL具有高反射率的介质多层膜170以覆盖固体激光介质140F的出射端面144的方式而形成。介质多层膜170反射由波长转换元件150D产生的朝着固体激光介质140F的作为转换光的第二谐波光CL。在本实施方式中，介质多层膜170作为第二反射构件而被例示。
固体激光介质140F被配置成射出基波光FL的出射端面144相对于射出第二谐波光CL的波长转换元件150D的出射端面154以角度θ倾斜。如果将固体激光介质140F的出射端面144与波长转换元件150D的出射端面154之间的角度θ设定为0.1°以上89.9°以下，则从第二谐波光CL向基波光FL的逆转换得到抑制。在本实施方式中，固体激光介质140F的出射端面144作为第一出射端面而被例示。
如图11所示，固体激光介质140F的出射端面144可以与固体激光介质140F的入射端面145大致平行。在此情况下，固体激光介质140F整体上相对于光路倾斜，可以将固体激光介质140F的出射端面144与波长转换元件150D的出射端面154之间的角度θ设定为0.1°以上89.9°以下。若固体激光介质140F的出射端面144相对于波长转换元件150D的出射端面154发生倾斜，则波长转换元件150D产生的朝向出射端面154的第二谐波光CL的光路CLa与波长转换元件150D产生的朝向入射端面155的第二谐波光CL的光路CLb发生偏离。其结果，导致第二谐波CL的输出变动的从第二谐波光CL向基波光FL的逆转换不易发生。
固体激光介质140F的倾斜使固体激光介质140F内的基波光FL的光束直径增大，从这一点来看，固体激光介质140F的倾斜配置也是较为理想的。
图12是表示波长转换激光光源100F的固体激光介质140F中的基波光FL的光束直径的概略图。
图12中，用虚线表示的区域表示相对于波长转换元件150D的出射端面154大致平行地配置的固体激光介质中的基波光FL的光路BP1。图12中，用实线表示的区域表示相对于波长转换元件150D的出射端面154而倾斜的固体激光介质140F中的基波光FL的光路BP2。
图12中，符号“D1”表示相对于波长转换元件150D的出射端面154大致平行地配置的固体激光介质中的基波光FL的光束直径。图12中，符号“D2”表示相对于波长转换元件150D的出射端面154而倾斜的固体激光介质140F中的基波光FL的光束直径。
射入倾斜的固体激光介质140F的基波光FL在入射端面145发生折射。在入射端面145的基波光FL的折射的结果是，固体激光介质140F中的基波光FL的光束直径增大。基波光FL随后从固体激光介质140F射出。基波光FL在固体激光介质140F的出射端面144再次折射。其结果是，从倾斜的固体激光介质140F射出的基波光FL的光束直径D2与由光路BP1表示的基波光FL的光束直径D1相等。
即使在非转换区域152产生折射率变化，共振器内的横模发生变化，也由于固体激光介质140F内的光束直径D2增大，所以从激励激光PL向基波光FL的转换效率不易降低。因此，也不易产生第二谐波光CL的输出变动。
在固体激光介质140F中，激励激光PL的折射率与基波光FL的折射率不同。因此，较为理想的是，考虑激励激光PL与基波光FL之间的光束重叠，固体激光介质140F的出射端面144与波长转换元件150D的出射端面154之间的角度θ最好被设定为70°以下。
可以配置固体激光介质140F，使得固体激光介质140F的端面143相对于激励激光PL的光路以布儒斯特角(Brewster’sangle)倾斜。如果配置固体激光介质140F，使得固体激光介质140F的端面143相对于激励激光PL的光路以布儒斯特角倾斜，则在固体激光介质140F的端面143，作为P偏振的基波光FL的透射率增高，不必在固体激光介质140F的端面上形成对基波光FL反射率较低的多层膜。其结果是，实现波长转换激光光源100F的低成本化。
另一方面，在固体激光介质140F的端面143，作为S偏振的基波光FL的反射率增高，因而S偏振不容易振荡。其结果是，基波光FL振荡的偏振实现单偏振化。单偏振化会带来从基波光FL向第二谐波光CL的转换效率的提高。此外，不存在横模的竞争，因而第二谐波光CL的输出实现稳定化。
图13是说明布儒斯特角的概略图。利用图12以及图13进一步说明波长转换激光光源100F。
图13中示出折射率为n1的介质以及折射率为n2的介质。布儒斯特角是指从折射率为n1的介质射入折射率为n2的介质的光的入射角能够用arctan(n2/n1)表示时的角度。
如果将图13所示的布儒斯特角的原理应用于波长转换激光光源100F，则共振器内的折射率用“n1”表示。另外，固体激光介质140F的折射率用“n2”表示。如果波长转换元件150D的出射端面154与固体激光介质140F的出射端面144之间的角度θ被设定为布儒斯特角，或者布儒斯特角的96.4％以上并且104％以下的范围内，则能得到上述有利效果。
(具有平板状结构的波长转换激光光源)
上述一系列实施方式的原理适合应用于具有平板状结构的波长转换激光光源。
图14是具有平板状结构的波长转换激光光源的概略的立体图。利用图14说明波长转换激光光源。
图14所示的波长转换激光光源300具有平板状结构。波长转换激光光源300包括激励激光光源310、聚光透镜320、激光介质340以及SHG元件350(Second Harmonic Generation元件，第二谐波产生元件)。激光介质340及/或SHG元件350的上下面被光学研磨，并用低折射率的材料施以涂层。其结果是，激光介质340及/或SHG元件350形成包层，光在激光介质340及/或SHG元件350内被导波。在与SHG元件350相对置的激光介质340的端面342以及与激光介质340相对置的SHG元件350的端面352上，施以无反射膜涂层。
激励激光光源310向聚光透镜320射出激励激光。聚光透镜320使激励激光在水平方向上聚光。另外，由于激励激光被包层封闭，因此无须进行激励激光在垂直方向的聚光。
与激励激光光源310相对置的聚光透镜320的端面作为第一反射面321而起作用。第一反射面321例如反射1060nm频带的光以及530nm频带的光。
射出第二谐波光的SHG元件350的出射端面作为第二反射面351而起作用。第二反射面351反射1060nm频带的光，允许530nm频带的光透过。第一反射面321以及第二反射面351作为共振器而起作用。
激光介质340吸收通过聚光透镜320而被聚光的激励激光。其结果是，激光介质340产生1060nm频带的基波光。基波光在由第一反射面321以及第二反射面351形成的共振器内激光振荡。
如果激光振荡的基波光通过SHG元件350，则530nm频带的第二谐波光被输出。
激光介质340以及SHG元件350的厚度例如可以为约100μm。其结果是，产生的1060nm频带的基波光的功率密度在激光介质340以及SHG元件350内增大。其结果是，从基波光向第二谐波光的转换效率提高。
如上所述，具有平板状结构的波长转换激光光源因较大的光功率密度而导致参照图16以及图17说明的问题变得比较严重。
在SHG元件350中，具有参照上述一系列实施方式说明的非转换区域。其结果是，不易产生SHG元件350的折射率变化。这样，因折射率变化产生的极化反转结构的劣化也不易产生。因此，波长转换激光光源300小型地形成，并且具有较高的波长转换效率。此外，波长转换激光光源300能够射出高输出的第二谐波光。
在上述的一系列实施方式中，波长转换元件采用MgLN而形成。取而代之，波长转换元件可以采用钽酸锂、磷酸钛氧钾等材料而形成。如果在这些材料中形成周期状极化反转结构，则会带来参照上述一系列实施方式说明的有利效果。
在上述的一系列实施方式中，波长转换元件将波长为1064nm的基波光转换为波长为532nm的第二谐波光。取而代之，波长转换元件可以基于其他波长的基波光，转换为该基波光的谐波光、和频光或差频光。组装了这种波长转换元件的波长转换激光光源也会带来参照上述一系列实施方式说明的有利效果。
基波光可以具有多个波长。波长转换元件可以产生该基波光的和频光或差频光。组装了这种波长转换元件的波长转换激光光源也会带来参照上述一系列实施方式说明的有利效果。
在上述的一系列实施方式中，形成在波长转换元件的波长转换区域的极化反转结构的极化反转的周期Λ是约7μm的单一周期。取而代之，在波长转换元件的波长转换区域中也可以形成周期不同的极化反转结构。形成在波长转换区域的极化反转区域中可以插入相位控制区域。进一步，极化反转结构的极化反转的周期可以以啁啾状(线性调频)(chirp shape)变化。这些各种各样的极化反转结构适合扩大能够进行相位匹配的波长的允许范围。
在上述的一系列实施方式中，说明了准相位匹配型的波长转换元件，该准相位匹配型的波长转换元件具有形成了周期状极化反转结构的波长转换区域、以及对从基波光向第二谐波光的波长转换不作贡献的非转换区域。上述的一系列实施方式仅是波长转换激光光源的一例。因此，上述说明并不限定上述实施方式的原理的应用范围。应该容易地认识到，在不脱离上述原理的含义以及范围的情况下，本领域技术人员能够进行各种变形或组合。
(第八实施方式)
在第八实施方式中，说明作为图像显示装置而例示的液晶显示装置。第八实施方式的液晶显示装置包括具备参照上述第一实施方式至第七实施方式说明的波长转换激光光源的背光照明装置。
图15是液晶显示装置的概略图。利用图15对液晶显示装置进行说明。
液晶显示装置500包括背光照明装置510。背光照明装置510包括光源部511。光源部511具有射出红色激光的红色激光光源(以下称为R光源511R)、射出绿色激光的绿色激光光源(以下称为G光源511G)、以及射出蓝色激光的蓝色激光光源(以下称为B光源511B)。
背光照明装置510还包括光纤512、设置在光纤512的前端部的导光部513、以及将来自导光部513的激光均匀化的导光板514。
液晶显示装置500还包括：作为调制红色激光、绿色激光以及蓝色激光的空间调制元件使用的液晶显示面板520；以及使来自液晶显示面板520的光偏振的偏振板530。
在光源部511中，作为G光源511G，使用按照上述第一实施方式至第七实施方式中的任一实施方式的波长转换激光光源。作为R光源511R，使用由A1GaInP/GaAs系材料形成的半导体激光器。R光源511R射出波长640nm的红色激光。作为B光源511B，使用由GaN系材料形成的半导体激光器。R(应为B)光源511R(应为B)射出波长450nm的蓝色激光。
光纤512将来自光源部511的红色激光、绿色激光以及蓝色激光汇集一起经由导光部513导入导光板514。导光板514将经由导光部513导入的激光均匀地从主面(未图示)射出。在本实施方式中，光纤512作为将从激光光源射出的激光导入空间调制元件的光学系统而被例示。
G光源511G除了包括参照第一实施方式至第七实施方式说明的波长转换激光光源以外，还可以包括聚光透镜等光学部件。其结果是，来自G光源511G的输出光与光纤512高效地结合，被导入导光板514。
上述液晶显示装置500能够以低耗电显示色彩再现性优良的图像。
大画面的图像显示装置一般要求稳定且高输出的激光光源。参照上述第一实施方式至第七实施方式说明的波长转换激光光源满足大画面的图像显示装置的要求特性，因而能够实现图像显示装置的大画面化。
在本实施方式中，作为使用激光光源的图像显示装置，例示将透射型的液晶面板作为空间光调制元件进行利用的液晶显示装置。取而代之，也可以将使用DMD(DigitalMicro-MirrorDevice，数字微镜设备)或反射型液晶(Liquid Crystal onSilicon：LCOS，硅基液晶)等空间调制元件的投影仪等装置作为图像显示装置使用。对于这些图像显示装置也适合应用上述的一系列实施方式的原理，带来上述有利效果。
在本实施方式中，从激光光源射出的光利用光纤、导光部以及导光板而被导入空间调制元件。取而代之，也可以代替这些光学元件，使用分色镜、正交棱镜或匀光杆等适当的光学元件。
上述的一系列实施方式仅是波长转换激光光源以及图像显示装置的一例。因此，上述说明不限定上述实施方式的原理的应用范围。应该容易地认识到，在不脱离上述原理的含义以及范围的情况下，本领域技术人员能够进行各种变形或组合。
上述的实施方式主要具有以下结构。具有以下结构的波长转换激光光源以及图像显示装置典型地在波长转换元件内将基波光聚光，增大从输入电力向第二谐波光的转换效率。非转换区域使波长转换激光光源以及图像显示装置的长时间动作期间的经时变化(例如横模变化或共振器长度的变化)不易产生。其结果是，实现共振器实现稳定化，较高的转换效率得到维持。这样，波长转换激光光源以及图像显示装置能够稳定地输出第二谐波光。
上述实施方式所涉及的波长转换激光光源包括：产生基波光的激光介质；用于使所述基波光激光振荡的激光共振器；具有将由所述激光共振器激光振荡的所述基波光转换为不同波长的转换光的波长转换区域的波长转换元件；以及用于激励所述激光介质的激励激光光源，所述激光共振器具有反射所述基波的至少一个反射面以及设置在所述波长转换元件的端面上反射所述基波的第一反射构件，所述波长转换区域配置在所述至少一个反射面与所述第一反射构件之间，所述波长转换元件具有形成在在所述波长转换区域的周期状的第一极化反转结构以及形成在所述第一反射构件与所述波长转换区域之间的非转换区域，所述非转换区域不将所述基波光转换为所述转换光。
根据上述结构，激光介质由激励激光光源激励，产生基波光。激光共振器使激光介质产生的基波光激光振荡。波长转换元件具有将由激光共振器激光振荡的基波光转换为不同波长的转换光的波长转换区域。激光共振器具有反射基波的至少一个反射面以及反射基波的第一反射构件。第一反射构件设置在波长转换元件的端面上。波长转换区域配置在至少一个反射面与第一反射构件之间。波长转换元件具有形成在波长转换区域的周期状的第一极化反转结构以及形成在第一反射构件与所述波长转换区域之间的非转换区域。由于非转换区域使在长时间的波长转换激光光源的动作期间横模变化或共振器长度的变化等经时变化不易产生，因而共振器能够稳定地动作。因此，在较高的转换效率下稳定地输出转换光。
在上述结构中，较为理想的是，所述第一极化反转结构的第一极化反转周期为Λ(μm)，所述非转换区域的长度为d1(μm)，所述第一极化反转周期以及所述非转换区域的长度满足Λ≤d1≤2000μm所规定的关系。
根据上述结构，第一极化反转结构的第一极化反转周期为Λ(μm)，非转换区域的长度为d1(μm)。由于第一极化反转周期以及非转换区域的长度满足Λ≤d1≤2000μm所规定的关系，因而共振器的损失得以减少。
在上述结构中，较为理想的是，所述波长转换元件将所述基波光转换成作为所述转换光的波长宽度为ΔλS的第二谐波光，被单极化的所述非转换区域的长度满足Λ≤d1≤40μm/ΔλS所规定的关系。
根据上述结构，波长转换元件将基波光转换成作为转换光的波长宽度为ΔλS的第二谐波光。由于单极化的非转换区域的长度满足Λ≤d1≤40μm/ΔλS所规定的关系，因而第二谐波光的输出不易降低。
在上述结构中，较为理想的是，所述非转换区域具有周期状的第二极化反转结构，所述第二极化反转结构的第二极化反转周期相当于所述第一极化反转结构的第一极化反转周期的1/2n(n为自然数)倍，所述非转换区域的长度满足2nΛ≤d1≤2000μm所规定的关系。
根据上述结构，非转换区域具有周期状的第二极化反转结构。第二极化反转结构的第二极化反转周期相当于第一极化反转结构的第一极化反转周期的1/2n倍。由于非转换区域的长度满足2nΛ≤d1≤2000μm所规定的关系，因而非转换区域对从基波光向转换光的转换产生的影响得以减小。
在上述结构中，较为理想的是，所述端面具有射出所述转换光的出射端面，所述第一反射构件具有设置在所述出射端面上反射所述基波光的第一反射膜，所述非转换区域具有形成所述出射端面的第一非转换区域。
根据上述结构，端面具有射出转换光的出射端面。第一反射构件具有设置在出射端面上反射基波光的第一反射膜。由于非转换区域具有形成出射端面的第一非转换区域，因而，共振器能够稳定地动作。因此，在较高的转换效率下稳定地输出转换光。
在上述结构中，较为理想的是，所述端面具有所述基波光射入的入射端面，所述第一反射构件具有设置在所述入射端面并反射所述转换光的第二反射膜，所述非转换区域具有形成所述入射端面的第二非转换区域，所述基波光具有Δλf的波长宽度，所述第二非转换区域具有d2的长度，所述基波光的波长宽度以及所述第二转换区域的长度满足0.2mm/Δλf≤d2≤0.3mm/Δλf所规定的关系。
根据上述结构，波长转换元件具有供基波光射入的入射端面。第一反射构件具有设置在入射端面上的第二反射膜。第二反射膜反射转换光。非转换区域具有形成入射端面的第二非转换区域。基波光的波长宽度为Δλf，第二非转换区域的长度为d2。由于基波光的波长宽度以及第二非转换区域的长度满足0.2mm/Δλf≤d2≤0.3mm/Δλf所规定的关系，因而稳定地射出转换光。
在上述结构中，较为理想的是，所述激光介质具有射出所述基波光的第一出射端面以及设置在该出射端面上的第二反射构件，该第二反射构件反射所述转换光，所述端面具有射出所述转换光的第二出射端面，该第二出射端面相对于所述第一出射端面倾斜角度θ，相对于所述第一出射端面的所述第二出射端面的角度满由0.1°≤θ≤70°所规定的关系。
根据上述结构，激光介质具有射出基波光的第一出射端面以及设置在出射端面上的第二反射构件。第二反射构件反射转换光。端面具有射出转换光的第二出射端面。第二出射端面相对于第一出射端面倾斜角度θ。由于相对于第一出射端面的第二出射端面的角度满足0.1°≤θ≤70°所规定的关系，因而不易产生从转换光向基波光的逆转换。另外，设定基波光与用于激励激光介质的激励光之间的适当的重叠区域。
在上述结构中，较为理想的是，所述共振器的折射率为n1，所述激光介质的折射率为n2，相对于所述第一出射端面的所述第二出射端面的角度满足0.964×arctan(n2/n1)≤θ≤1.04×arctan(n2/n1)所规定的关系。
根据上述结构，共振器的折射率为n1，激光介质的折射率为n2。相对于第一出射端面的第二出射端面的角度满足0.964×arctan(n2/n1)≤θ≤1.04×arctan(n2/n1)所规定的关系，因而稳定地输出转换光。
上述实施方式所涉及的图像显示装置包括：射出红、绿以及蓝的至少其中之一色相的激光的激光光源；调制从所述激光光源射出的激光的空间光调制元件；以及将从所述激光光源射出的激光导入所述空间调制元件的光学系统，所述激光光源具备上述的波长转换激光光源。
根据上述结构，激光光源射出红、绿以及蓝的至少其中之一色相的激光。空间光调制元件调制从激光光源射出的激光。光学系统将从激光光源射出的激光导入空间调制元件。激光光源具备上述的波长转换激光光源。由于在长时间的波长转换激光光源的动作期间横模变化或共振器长度的变化等经时变化几乎不产生，因而共振器能够稳定地动作。因此，在较高的转换效率下稳定地输出转换光，适当地显示图像。
产业上的可利用性
上述的一系列实施方式的原理适合应用于具有优良的温度控制性/输出稳定性的高效率的波长转换激光光源。

Claims (8)

1.一种波长转换激光光源，其特征在于包括：
激光介质，产生基波光；
激光共振器，用于使所述基波光激光振荡；
波长转换元件，具有将由所述激光共振器激光振荡的所述基波光转换为不同波长的转换光的波长转换区域、所述转换光射出的出射端面、所述基波光射入的入射端面；以及
激励激光光源，用于激励所述激光介质，其中，
所述激光共振器，具有反射所述基波光的至少一个反射面、在所述波长转换元件的所述出射端面所设置的并反射所述基波光的第一反射膜、在所述入射端面所设置的并反射所述转换光的第二反射膜，
所述波长转换区域，配置在所述至少一个反射面与所述第一反射膜之间，
所述波长转换元件，具有形成在所述波长转换区域的周期状的第一极化反转结构、形成在所述第一反射膜与所述波长转换区域之间的第一非转换区域、形成在所述第二反射膜和所述波长转换区域之间的第二非转换区域，
所述第一非转换区域及所述第二非转换区域，不将所述基波光转换为所述转换光。
2.根据权利要求1所述的波长转换激光光源，其特征在于：
所述第一极化反转结构的第一极化反转周期为Λ，Λ的单位为μm，
所述第一非转换区域的长度为d1，d1的单位为μm，
所述第一极化反转周期以及所述第一非转换区域的长度满足Λ≤d1≤2000μm所规定的关系。
3.根据权利要求1所述的波长转换激光光源，其特征在于：
所述波长转换元件将所述基波光转换成作为所述转换光的波长宽度为ΔλS的第二谐波光。
4.根据权利要求1所述的波长转换激光光源，其特征在于：
所述第一极化反转结构的第一极化反转周期为Λ，Λ的单位为μm，
所述第一非转换区域的长度为d1，d1的单位为μm，
所述第一非转换区域具有周期状的第二极化反转结构，
所述第二极化反转结构的第二极化反转周期为所述第一极化反转结构的第一极化反转周期的1／2n倍，其中，n为自然数，
所述第一非转换区域的长度满足2nΛ≤d1≤2000μm所规定的关系。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的波长转换激光光源，其特征在于：
所述第一非转换区域形成所述出射端面。
6.根据权利要求5所述的波长转换激光光源，其特征在于：
所述第二非转换区域形成所述入射端面。
7.根据权利要求1所述的波长转换激光光源，其特征在于：
所述激光介质具有射出所述基波光的第一出射端面以及在该第一出射端面上所设置的反射构件，
所述反射构件反射所述转换光，
所述波长转换元件的所述出射端面包括射出所述转换光的第二出射端面，
所述第一出射端面相对于所述第二出射端面倾斜角度θ，
所述第一出射端面的角度满足0.1°≤θ≤70°所规定的关系。
8.一种图像显示装置，其特征在于包括：
射出红、绿以及蓝的至少其中之一色相的激光的激光光源；
调制从所述激光光源射出的激光的空间光调制元件；以及
将从所述激光光源射出的激光引导至所述空间光调制元件的光学系统，其中，
所述激光光源具备如权利要求1至7中任一项所述的波长转换激光光源。
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