JP2003347637A - ファイバレーザ装置およびその調芯方法、映像表示装置 - Google Patents

ファイバレーザ装置およびその調芯方法、映像表示装置

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JP2003347637A JP2002156690A JP2002156690A JP2003347637A JP 2003347637 A JP2003347637 A JP 2003347637A JP 2002156690 A JP2002156690 A JP 2002156690A JP 2002156690 A JP2002156690 A JP 2002156690A JP 2003347637 A JP2003347637 A JP 2003347637A
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Hideaki Okano
英明 岡野
Kiyoyuki Kawai
清幸 川井
Masaki Tsuchida
雅基 土田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部共振器型のファイバレーザにおける調芯
を容易にする。 【解決手段】 発生したレーザ光を反射する反射面およ
び出射面を有する半導体レーザ101の出射面に対向す
る位置に光導波素子105を配置し、光ファイバ109
の一端に、光導波素子105を低反射接続し、他端に、
反射素子111を備える。半導体レーザ101の出射面
に半導体レーザ101と光導波素子105が離れている
場合は反射し、密着接続した場合はほぼ透過する特性の
誘電体膜110を施した。これにより、最適な調芯が可
能となる外部共振器型のファイバレーザを実現すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ディスプレイか
らレーザ加工などの幅広い分野での応用が考えられる外
部共振型のファイバレーザ装置とその調芯方法、このフ
ァイバレーザ装置を用いた映像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】任意の狭帯域波長で発振する半導体レー
ザとして、波長選択素子をその共振器の内部に持つ外部
共振器型半導体レーザというものが知られている。例え
ば、川上彰二郎・白石和男・大橋正治 共著「光ファイ
バとファイバ型デバイス」(培風館)に、波長選択素子
として<コアの屈折率を光ファイバの長手方向に周期的
に変化させたファイバ・ブラッグ・グレーティングを外
部共振器として用いた半導体レーザが示されている。こ
れを図5に示す。半導体レーザ51の出射端面には無反
射コート52が施してある。半導体レーザ51から発し
た光はファイバレンズ53を介して単一モードファイバ
54に入射する。この半導体レーザの無反射コート52
と反対の面56とファイバ・ブラッグ・グレーティング
55との間で共振器を形成し、ファイバ・ブラッグ・グ
レーティング55で制限された波長および単一モードフ
ァイバ54で制限されたモードでレーザ発振する。
【0003】このレーザの場合、調芯が非常に難しい。
それは無反射コート52が空気の屈折率に対してのもの
であり、単体の半導体レーザ51ではレーザ発振せず、
大きくビーム形状の異なる自然放出光であるため最適な
位置合わせが困難であるからである。最適位置近傍に調
芯できて初めて外部共振器として発振することになる。
そのためこのタイプの外部共振器型半導体レーザは最適
位置近傍に調芯するまで時間がかかり調芯コストが増大
するという問題がある
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の外部共振型のファイバレーザ装置の調芯は、空気に対
して無反射コートが施されており、外部共振器の発振モ
ードとは大きく異なるため調芯に時間がかかるという問
題があった。
【0005】この発明の目的は、外部共振器型のファイ
バレーザにおける調芯を容易にする外部共振器型のファ
イバレーザ装置およびその調芯方法並びにファイバレー
ザ装置を用いた映像表示装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、この発明のファイバレーザ装置では、発生した
レーザ光を反射する反射面および出射面を有する半導体
レーザと、該半導体レーザの出射面に対向する位置に配
された光導波素子と、一端に前記光導波素子が低反射接
続され、他端に反射素子を備えた光ファイバとを具備
し、前記半導体レーザの出射面に前記半導体レーザと前
記光導波素子が離れている場合は反射し、密着接続した
場合はほぼ透過する特性の膜を施したことを特徴とす
る。
【0007】この発明のファイバレーザ装置の調芯方法
では、発生したレーザ光を反射する反射面および出射面
を有する半導体レーザと、該半導体レーザの出射面に対
向する位置に配された光導波素子と、一方の端に前記光
導波素子が低反射接続された光ファイバとを具備したフ
ァイバレーザ装置の調芯方法にあって、前記半導体レー
ザの出射面に、前記半導体レーザと前記光導波素子とが
離れている場合は反射し、密着接続した場合はほぼ透過
するような特性を有する膜を施し、前記半導体レーザと
前記光導波素子との調芯をするときは、前記半導体レー
ザを発振させ光検出器の結果を用いて調芯を行い、前記
調芯を終了後は前記半導体レーザと前記光導波素子とを
密着させることを特徴とする。
【0008】この発明のファイバレーザ装置を用いた映
像表示装置では、それぞれR,G,Bを出力する複数の
ファイバレーザ装置にあって、それぞれR,G,Bを出
力する複数のファイバレーザ装置にあって、それぞれの
ファイバ装置は、発生したレーザ光を反射する反射面お
よび出射面を有する半導体レーザと、該半導体レーザの
出射面に対向する位置に配された光導波素子と、一方の
端に前記光導波素子が低反射接続された光ファイバと、
前記半導体レーザの出射面に施した前記半導体レーザと
前記光導波素子が離れている場合は反射し、密着接続し
た場合はほぼ透過する特性の膜とで構成し、前記複数の
ファイバレーザ装置の各出力光を空間変調する複数の空
間変調素子と、前記複数の空間変調素子によりそれぞれ
空間変調されたR,G,B光を合成する合成手段と、前
記合成手段の出力光を所定の位置に結像させる光学素子
とを具備したことを特徴とする。
【0009】また、この発明のファイバレーザ装置を用
いた映像表示装置では、それぞれR,G,Bを出力する
複数のファイバレーザ装置にあって、それぞれのファイ
バレーザ装置は、発生したレーザ光を反射する反射面お
よび出射面を有する半導体レーザと、該半導体レーザの
出射面に対向する位置に配された光導波素子と、一方の
端に前記光導波素子が低反射接続された光ファイバと、
前記半導体レーザの出射面に施した前記半導体レーザと
前記光導波素子が離れている場合は反射し、密着接続し
た場合はほぼ透過する特性の膜とで構成し、前記複数の
ファイバレーザ装置の出力光を1つにまとめ、巨視的に
見て白色光となるようにする白色光生成手段と、前記白
色生成手段の出力光を空間変調する空間変調素子と、前
記空間変調素子により空間変調された光を所定の位置に
結像させる光学素子とを具備したことを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、こ
の発明の一実施の形態について説明するための構成図で
ある。図1において、101は半導体レーザであり、1
02は反射膜が施された反射面、103は半導体レーザ
101の活性層104内で発生したレーザ光が出射され
る出射面である。105は光導波素子であり、クラッド
106より屈折率の高いコア107を有し、光はこのコ
ア107を導波する。
【0011】たとえば、半導体レーザ101がマルチモ
ード発振の場合、活性層104は200μm×1μmと
いった非対称形をしており、これを対称なコア108を
持つ光ファイバ109などに接続する場合はスポットサ
イズを変換する必要がある。光導波素子105のコア1
07の大きさを軸方向に変化させることにより、スポッ
トサイズを変換することができる。
【0012】110は半導体レーザ101の出射面10
3に施された誘電体膜である。この誘電体膜110は、
半導体レーザ101から発する光の波長に関し、空気の
屈折率に対しては数%の反射率を持ち、光導波素子10
5のコア107の屈折率に対しては無反射となるよう
に、屈折率と膜厚が最適化されている。
【0013】この実施の形態の場合は、誘電体膜110
の屈折率と膜厚を変化させ、空気に対しては定格電流以
内で発振する程度の反射率を持ち、光導波素子105の
コア107に対してはほぼ無反射になるように最適化す
る。例えば、半導体レーザ101の発振波長が850n
mであり、半導体レーザ101の活性層の屈折率が3.
5の場合、屈折率2.18のZrO2膜を290nm程度
積層させることにより実現可能である。この場合、光導
波素子105のコア107の屈折率が1.5であれば、
コア107に対しては0.28%程度、屈折率1.0の
空気に対しては2.4%程度の反射率を得る。この程度
の反射率の差があれば対空気については発振、対導波素
子に対しては発振しないという状態になる。
【0014】光ファイバ109の一方の端面は、光導波
素子105のコア107に、例えば端面結合法のように
直接端面同士を付き合わせることにより低反射接続がさ
れており、調芯の最後に光ファイバ109のもう一方の
端に半導体レーザ101が発する波長の光を反射する反
射素子111を設置する。反射素子111側には光検出
器112が設置し、光ファイバ109からの出射光を検
出できるようにする。
【0015】次に、図1の動作について説明する。ま
ず、半導体レーザ101に電流を印加する。誘電体膜1
10は空気に対して数%の反射率を持つので、あるしき
い値電流値以上になるとレーザ発振を開始する。外部共
振器型ファイバレーザの場合、発振モードは光ファイバ
109の伝搬モードで制限される。例えば、光ファイバ
109が最低次のモードしか伝搬しないシングルモード
ファイバや、マルチモードファイバでも伝搬モード数が
少ないならば、半導体レーザ101に印加する電流は発
振しきい値を少し超えた程度にしておく。マルチモード
半導体レーザの場合、電流値が大きくなるにつれて高次
の横モードが増えていくため外部共振器発振したときの
発振モードと大きく異なってしまうためである。
【0016】発振したレーザ光は、出射面103から出
射する。光導波素子105のコア107に入射された光
は、接続された光ファイバ109のコア部108を伝搬
して行き、他端から出射して光検出器112により検出
する。つまり、この系によりいわゆるパッシブアライメ
ントを行い、半導体レーザ101と光導波素子105の
相対位置を最適化する。
【0017】次に、半導体レーザ101と光導波素子1
05を密着させた状態とする。このとき、誘電体膜11
0は光導波素子105のコア107に対して無反射とな
る。そして反射素子111を光ファイバ109に設置す
ることにより、半導体レーザ101から発した光は反射
面102と反射素子111との間で構成された光共振器
により外部共振器動作する。
【0018】このように、誘電体膜110の屈折率・膜
厚を最適化することにより、半導体レーザ101は調芯
時でも外部共振器動作時とほぼ同様の発振モードで発振
するために最適な調芯を短時間で行うことができ、組み
立てコストを少なくすることができる。
【0019】図2は、この発明の他の実施の形態につい
て説明するための構成図である。この実施の形態は、反
射素子111を予め光ファイバ109に設置したもの
で、図1と同一の構成部分には同一の符号を付してここ
での説明は省略する。
【0020】この実施の形態の場合、半導体レーザ10
1と光導波素子105との調芯を行うときに、半導体レ
ーザ101より発せられたレーザ光が反射素子111に
より一部反射してしまい、光検出器112で検出される
光の量は少なくなってしまうが、半導体レーザ101と
光導波素子105を密着接続したとき、調芯ができてい
れば、すぐさま外部共振器動作をするために調芯の結果
を早く知ることができる。
【0021】図3は、この発明のファイバレーザ装置を
用いた映像表示装置の一実施の形態を概略的に示したも
のである。31R,31G,31Bは、R,G,Bの出
射光を得るファイバレーザ装置である。この例では、各
ファイバレーザ装置31R,31G,31Bは、調芯後
の図1に示した構成のファイバレーザ装置を用いてい
る。
【0022】ファイバレーザ装置31R,31G,31
Bは、それぞれ半導体レーザ101、光導波素子10
5、光ファイバ109を有する。ファイバレーザ装置3
1R,31G,31Bは、それぞれR,G,Bの出力光
が得られるように光ファイバ109に添加する希土類お
よびその濃度などが設定されている。
【0023】各ファイバレーザ装置31R,31G,3
1Bから出力されるR,G,B光は、それぞれの光に応
じた液晶パネル32R,32G,32Bに入射され空間
変調を受ける。空間変調を受けたR,G,B光は、ダイ
クロイックプリズムなどの合成手段33によって合成ざ
れ、投射レンズ34に入射する。この入射光は、投射レ
ンズ34によってスクリーン35に映像として表示させ
る。
【0024】図4は、この発明のファイバレーザ装置を
用いた映像表示装置の他の実施の形態を概略的に示した
ものである。ファイバレーザ装置31R,31G,31
Bから出力されるR,G,B光を1つにまとめて巨視的
(全体的)に見た場合の白色光を作る。この白色光をカ
ラーフィルタ付の液晶パネル41に入射し、投射レンズ
34によってスクリーン35に映像として表示させる。
【0025】上記したこの発明のファイバレーザ装置を
用いた各映像表示装置によれば簡単に最適な調芯を実現
するできることから映像表示装置の量産性に寄与するこ
とができる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、半導体レーザの出射面に空気に対しては反射し、密
着させる光導波路に対しては透過する特性を持つ誘電体
膜をつけることにより、最適な調芯を実現することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施の形態について説明するた
めの概略構成図。
【図2】 この発明の他の実施の形態について説明する
ための概略構成図。
【図3】 この発明のファイバレーザ装置を用いた映像
表示装置の一実施の形態について説明するための概略構
成図。
【図4】 この発明のファイバレーザ装置を用いた映像
表示装置の他の実施の形態について説明するための概略
構成図。
【図5】 従来の外部共振型ファイバレーザ装置につい
て説明するための説明図。
【符号の説明】
101・・・半導体レーザ 102・・・反射面 103・・・出射面 105・・・光導波素子 106・・・クラッド 107,108・・・コア 109・・・光ファイバ 110・・・誘電体膜 112・・・光検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土田 雅基 埼玉県深谷市幡羅町一丁目9番地2 株式 会社東芝深谷工場内 Fターム(参考) 2H048 GA13 GA24 GA25 GA62 5F072 AB13 FF09 JJ12 KK01 KK05 MM11 MM16 YY06 YY20

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発生したレーザ光を反射する反射面およ
    び出射面を有する半導体レーザと、該半導体レーザの出
    射面に対向する位置に配された光導波素子と、一端に前
    記光導波素子が低反射接続され、他端に反射素子を備え
    た光ファイバとを具備し、 前記半導体レーザの出射面に前記半導体レーザと前記光
    導波素子が離れている場合は反射し、密着接続した場合
    はほぼ透過する特性の膜を施したことを特徴とするファ
    イバレーザ装置。
  2. 【請求項2】 前記反射素子は、前記半導体レーザの出
    射面に前記半導体レーザを密着接続する前または後に、
    前記光ファイバに取付けてなることを特徴とする請求項
    1記載のファイバレーザ装置
  3. 【請求項3】 発生したレーザ光を反射する反射面およ
    び出射面を有する半導体レーザと、該半導体レーザの出
    射面に対向する位置に配された光導波素子と、一方の端
    に前記光導波素子が低反射接続された光ファイバとを具
    備したファイバレーザ装置の調芯方法において、 前記半導体レーザの出射面に、前記半導体レーザと前記
    光導波素子とが離れている場合は反射し、密着接続した
    場合はほぼ透過するような特性を有する膜を施し、 前記半導体レーザと前記光導波素子との調芯をするとき
    は、前記半導体レーザを発振させ光検出器の結果を用い
    て調芯を行い、 前記調芯を終了後は前記半導体レーザと前記光導波素子
    とを密着させることを特徴とするファイバレーザ装置の
    調芯方法。
  4. 【請求項4】 それぞれR,G,Bを出力する複数のフ
    ァイバレーザ装置にあって、それぞれのファイバ装置
    は、発生したレーザ光を反射する反射面および出射面を
    有する半導体レーザと、該半導体レーザの出射面に対向
    する位置に配された光導波素子と、一方の端に前記光導
    波素子が低反射接続された光ファイバと、前記半導体レ
    ーザの出射面に施した前記半導体レーザと前記光導波素
    子が離れている場合は反射し、密着接続した場合はほぼ
    透過する特性の膜とで構成し、 前記複数のファイバレーザ装置の各出力光を空間変調す
    る複数の空間変調素子と、 前記複数の空間変調素子によりそれぞれ空間変調された
    R,G,B光を合成する合成手段と、 前記合成手段の出力光を所定の位置に結像させる光学素
    子と、を具備したことを特徴とする映像表示装置。
  5. 【請求項5】 それぞれR,G,Bを出力する複数のフ
    ァイバレーザ装置にあって、それぞれのファイバレーザ
    装置は、発生したレーザ光を反射する反射面および出射
    面を有する半導体レーザと、該半導体レーザの出射面に
    対向する位置に配された光導波素子と、一方の端に前記
    光導波素子が低反射接続された光ファイバと、前記半導
    体レーザの出射面に施した前記半導体レーザと前記光導
    波素子が離れている場合は反射し、密着接続した場合は
    ほぼ透過する特性の膜とで構成し、 前記複数のファイバレーザ装置の出力光を1つにまと
    め、巨視的に見て白色光となるようにする白色光生成手
    段と、 前記白色光生成手段の出力光を空間変調する空間変調素
    子と、 前記空間変調素子により空間変調された光を所定の位置
    に結像させる光学素子と、を具備したことを特徴とする
    映像表示装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008209377A (ja) * 2007-02-28 2008-09-11 Sun Tec Kk バイオチップ読取装置
WO2017110017A1 (ja) * 2015-12-25 2017-06-29 ソニー株式会社 発光素子および表示装置

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