JP2004214324A - ファイバレーザ装置並びに映像表示装置及びアップコンバージョンファイバレーザ装置における励起方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】アップコンバージョンファイバレーザ装置において、励起レーザ光の利用効率を高め、励起レーザ光が発光源に戻ることによる影響を低減する。
【解決手段】この発明は、励起レーザ光１２１を出射する励起用レーザ１２０と希土類添加ファイバ１２５との間に、偏光子１３１とアップコンバージョンレーザ出力１２７を取り出すための高反射ミラー１３２とを設け、希土類添加ファイバの出力側から出力される励起レーザ光のうち希土類添加ファイバへの入射時の偏波と直交する偏波の励起レーザ光１２９を再び希土類添加ファイバ内に戻し、もう一方の偏波を持つ励起レーザ光１３０を励起用レーザとは異なる方向に出力するファイバレーザ装置である。
【選択図】 図２
【解決手段】この発明は、励起レーザ光１２１を出射する励起用レーザ１２０と希土類添加ファイバ１２５との間に、偏光子１３１とアップコンバージョンレーザ出力１２７を取り出すための高反射ミラー１３２とを設け、希土類添加ファイバの出力側から出力される励起レーザ光のうち希土類添加ファイバへの入射時の偏波と直交する偏波の励起レーザ光１２９を再び希土類添加ファイバ内に戻し、もう一方の偏波を持つ励起レーザ光１３０を励起用レーザとは異なる方向に出力するファイバレーザ装置である。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希土類が添加されている光ファイバを励起レーザ光により励起して所望のレーザ光を得るアップコンバージョンファイバレーザ装置並びにファイバレーザ装置を光源に用いる映像表示装置及びアップコンバージョンファイバレーザ装置における励起方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体レーザを励起用レーザに用いたアップコンバージョンファイバレーザ装置においては、希土類を添加したアップコンバージョンファイバ内にて励起レーザ光が吸収されるが、一部の励起レーザ光は、吸収されないままファイバから出力されることが知られている。
【０００３】
このため、励起レーザ光の利用効率を上げる目的で、ファイバの出力側に励起レーザ光を高効率で反射するミラーを取り付け、利用されずにファイバの出力側に到達した励起レーザ光を反射させて再度利用している。
【０００４】
励起レーザ光の利用効率を高めるため、アップコンバージョンファイバの両端に反射手段を設けて光共振構造を与え、特に光源側に設けられる反射手段の反射率を高めることが既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、アップコンバージョンファイバの波長を時分割で切り換えて光源とする画像表示装置が既に提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、励起レーザ光をアップコンバージョンファイバ内に戻すことにより励起レーザ光の利用効率は向上されるが、出力側にて反射された戻り光すなわち反射された励起レーザ光のすべてが吸収されることはなく、一部の戻り光は利用されずに半導体レーザへと戻ることになる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３３９７３５号公報（図１、段落［００３０］〜［００３２］、要約）
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−９４１５６号公報（要約、図２、段落［００２２］〜［００２３］）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
アップコンバージョンファイバレーザ装置をディスプレイ用途の光源に用いる場合に、アップコンバージョンファイバすなわち希土類が添加された希土類添加ファイバの出力側ミラーに、励起レーザ光を高効率で反射する特性を持たせることで励起レーザ光の利用効率を向上できるが、希土類添加ファイバからの戻り光が励起レーザ光の光源である半導体レーザに戻ると、半導体レーザの発振効率が変動する等の影響が生じることから、半導体レーザとファイバとの間に光アイソレータが用いられることもある。
【００１０】
しかしながら、光アイソレータは、非常に高価であるうえ、高密度の動作には向かない問題がある。
【００１１】
この発明の目的は、アップコンバージョンファイバレーザ装置において、励起用に用いる励起レーザ光の利用効率を高め、励起レーザ光が発光源に戻ることによる影響を低減可能なファイバレーザ装置並びにファイバレーザ装置を光源に用いる映像表示装置及びアップコンバージョンファイバレーザ装置における励起方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザ光により希土類添加ファイバを励起するアップコンバージョンファイバレーザ装置において、励起用レーザ光を出射する励起用レーザと前記希土類添加ファイバとの間に、偏光子とアップコンバージョンレーザ出力を取り出すための高反射ミラーとを設け、前記希土類添加ファイバの出力側から出力される励起レーザ光のうち前記希土類添加ファイバへの入射時の偏波と直交する偏波の励起レーザ光を再び前記希土類添加ファイバ内に戻し、もう一方の偏波を持つ励起レーザ光を前記励起用レーザとは異なる方向に出力することを特徴とするファイバレーザ装置である。
【００１３】
また本発明は、励起用レーザ光を出射する励起レーザと、励起用レーザ光により励起されることで、予め添加されている希土類に応じて規定される所定の波長の出力レーザ光を出力可能なアップコンバージョンファイバと、前記励起レーザと前記アップコンバージョンファイバとの間に設けられ、上記励起用レーザ光に固有の偏波成分の光を透過するとともに、直交する偏波成分の光を反射する偏光子と、前記アップコンバージョンファイバの出力側に設けられ、前記アップコンバージョンファイバから出力された出力レーザ光と上記励起用レーザ光のうちの前記アップコンバージョンファイバにおける励起に寄与しない励起用レーザ光を前記励起レーザとは異なる所定の方向に案内可能な出力ミラーと、を有することを特徴とするファイバレーザ装置である。
【００１４】
さらに本発明は、偏光子を用いて励起用レーザからの励起レーザ光の特定の偏波を分離し、分離された偏波の励起レーザ光をアップコンバージョン用の希土類添加ファイバに供給して共振させてレーザ出力を得、希土類添加ファイバからレーザ出力とともに出射される励起レーザ光の一部を偏波の方向に関連づけて再び希土類添加ファイバに戻し、希土類添加ファイバからレーザ出力とともに出射される励起レーザ光であって、偏波の方向に起因してレーザ出力と同じ方向に出射される励起レーザ光を、レーザ出力とは異なる方向に向かわせる、ことを特徴とする、レーザ光を用いて希土類添加ファイバを励起するアップコンバージョンファイバレーザ装置における励起方法である。
【００１５】
またさらに本発明は、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光を出力する複数のファイバレーザ装置と、前記複数のファイバレーザ装置から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光、Ｇ光および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、を具備した映像表示装置において、前記複数のファイバレーザ装置の少なくとも１つは、励起用レーザ光を出射する励起用レーザと前記希土類添加ファイバとの間に、偏光子とアップコンバージョンレーザを取り出すための高反射ミラーとを設け、前記希土類添加ファイバの出力側から出力される励起レーザ光のうち前記希土類添加ファイバへの入射時の偏波と直交する偏波の励起レーザ光を再び前記希土類添加ファイバ内に戻し、もう一方の偏波を持つ励起レーザ光を前記励起用レーザとは異なる方向に出力することを特徴とするファイバレーザ装置であることを特徴とする映像表示装置である。
【００１６】
さらにまた本発明は、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光を出力する複数のファイバレーザ装置と、前記複数のファイバレーザ装置の各出力光を実質的に白色光となるようにまとめる白色光生成機構と、前記白色光生成機構の出力光を、表示すべき画像情報により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、を具備した映像表示装置において、前記複数のファイバレーザ装置の少なくとも１つは、励起用レーザ光を出射する励起用レーザと前記希土類添加ファイバとの間に、偏光子とアップコンバージョンレーザを取り出すための高反射ミラーとを設け、前記希土類添加ファイバの出力側から出力される励起レーザ光のうち前記希土類添加ファイバへの入射時の偏波と直交する偏波の励起レーザ光を再び前記希土類添加ファイバ内に戻し、もう一方の偏波を持つ励起レーザ光を前記励起用レーザとは異なる方向に出力することを特徴とするファイバレーザ装置であることを特徴とする映像表示装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態が適用されるファイバレーザ装置の一例を説明する。
【００１８】
図１に、励起用レーザと偏光子と高反射ミラーを用いたファイバレーザ装置の一例を示す。
【００１９】
アップコンバージョンファイバレーザ装置１０１は、励起レーザ光を出射する励起用レーザ１２０、励起用レーザからの励起レーザ光をアップコンバージョンファイバ（以下、単に希土類添加ファイバと呼称する）１２５に導く入出力光学系１２２、希土類添加ファイバ１２５の入力側と出力側に設けられる入力側ミラー１２４および出力側ミラー１２６からなる。なお、励起レーザ光１２１は、例えば赤外域のレーザ光である。
【００２０】
入出力光学系１２２は、励起用レーザ１２０からの励起レーザ光１２１が持つ偏光のみを透過する偏光子で構成されている。
【００２１】
希土類添加ファイバ１２５は、例えばＰｒあるいはＹｂあるいはＴｍもしくはＨｏまたはＥｒあるいはそれらの合金が少なくとも１つの希土類が添加されたファイバであって、入力側ミラー１２４と出力側ミラー１２６との間で励起レーザ光１２１のエネルギーを吸収し、入力側ミラー１２４と出力側ミラー１２６のそれぞれの低反射と高反射の組み合わせにより、所望波長のレーザ光を出力する。例えば、Ｒ用のミラーは入力側が高反射で出力側が低反射であり、低反射側からＲ光が出力される。なお、添加される希土類の種類により、任意の波長のレーザ光を得ることができ、例えばＰｒ／Ｙｂを添加した場合には、６３５（他に、４９０，５３４，６０４，６９５）ｎｍの波長のレーザ光がえら得る。また、Ｔｍを添加した場合には、青（Ｂ）表示に利用される４６０ｎｍないし４７０ｎｍに利用可能な４５０ｎｍと４８０ｎｍのレーザ光が得られる。また、ＨｏまたはＥｒを添加することで、緑（Ｇ）表示に利用可能な５４５ｎｍのレーザ光を得ることができる。
【００２２】
上述したアップコンバージョンファイバレーザ装置１０１においては、励起用レーザ１２０からの励起レーザ光１２１が、入出力光学系１２２に入射される。入出力光学系１２２に入射した励起レーザ光は、励起レーザ光１２３として共振器すなわち入力側ミラー１２４と出力側ミラー１２６に挟まれた希土類添加ファイバ１２５に入射される。その結果、共振された所望波長のレーザ光１２７が出力される。
【００２３】
出力側ミラー１２６からは、レーザ光１２７に加えて励起に使用されなかった残りの励起レーザ光が未吸収の励起レーザ光１２８として出力される。未吸収の励起レーザ光１２８は、まちまちの偏波を持った状態で再び入出力光学系１２２へと入射される。なお、入射時の励起レーザ光と直交する偏波の光（再利用可能な励起レーザ光（Ｐ偏波とする））１２９は、図２を用いて以下に説明するが、入出力光学系１２２内の偏光ビームスプリッタで反射され、再び希土類添加ファイバ１２５へと入射される。
【００２４】
一方、入射時と同一の偏波を持った光１３０は、入出力光学系１２２内の偏光ビームスプリッタを透過して、励起用レーザ１２０に戻ることなく、所定の場所へと出力される。
【００２５】
図２は、図１に示した入出力光学系の第一の実施例を説明する概略図である。なお、図１に示した構成と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２６】
入出力光学系１２２は、偏光の方向が所定の方向に向いている偏波のみを透過可能な偏光ビームスプリッタ１３１と出射用ミラー（高反射ミラー）１３２からなる。なお、偏光ビームスプリッタ１３１は、透過可能なレーザ光の偏波がＳ偏波となるように、配置されているものとする。
【００２７】
例えば垂直方向（Ｓ偏波とする）に偏波を持つ励起レーザ光１２１は、偏光ビームスプリッタ１３１を透過し、ミラー１２４を通過して、希土類添加ファイバ１２５に入力される。
【００２８】
希土類添加ファイバ１２５に入力されたＳ偏波の励起レーザ光１２３は、入力側ミラー１２４と出力側ミラー１２６との間で共振され、所望のレーザ光１２７となる。
【００２９】
出力側ミラー１２６から出力されたレーザ光１２７は、高反射ミラー１３２により、目的の方向に反射される。
【００３０】
出力側ミラー１２６を通過してレーザ光１２７と同じ方向に出力された残りの励起レーザ光１２８すなわち励起光として使用されなかった励起レーザ光１２３の残りのうち、Ｓ偏波の成分は、偏光ビームスプリッタ１３１を透過し、不要光１３０として、励起用レーザ１２０の方向とは異なる所定の方向に出力される。
【００３１】
残りの励起レーザ光１２８のうち、Ｐ偏波の成分は、今度は、偏光ビームスプリッタ１３１で反射され、前に説明したＳ偏波の励起レーザ光１２３と同様に、に再び入力される。
【００３２】
これにより、未吸収で出力された励起レーザ光が再利用可能となり、励起光の利用効率が向上できるとともに、励起レーザ光が半導体レーザへ戻される戻り光をなくす事ができる。
【００３３】
図３は、図１に示した入出力光学系の別の実施例を説明する概略図である。なお、図１および図２に示した構成と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３４】
図３においては、入出力光学系１２２は、偏光の方向が所定方向に向いている偏波のみを透過可能な偏光ビームスプリッタ１４３と出射用ミラー（高反射ミラー）１４４とが一体に形成されたビームスプリッタユニット１４１を含む。なお、ビームスプリッタユニット１４１の偏光ビームスプリッタ１４３は、Ｓ偏波である励起レーザ光１２１を反射可能に配置されるものとする。
【００３５】
詳細には、励起用レーザ１２０からの励起レーザ光１２１は、入出力光学系１２２の偏光ビームスプリッタ１４３で反射され、ミラー１２４を通って希土類添加ファイバ１２５に入力される。
【００３６】
希土類添加ファイバ１２５に入力されたＳ偏波の励起レーザ光１２３は、入力側ミラー１２４と出力側ミラー１２６との間で共振され、所望のレーザ光１２７となる。
【００３７】
出力側ミラー１２６から出力されたレーザ光１２７は、高反射ミラー１４４により、目的の方向に反射される。
【００３８】
レーザ光１２７と同時にミラー１２６から出力された励起光として使用されなかった励起レーザ光１２３の残りのうち、Ｐ偏波は、偏光ビームスプリッタ１４３を透過し、前に説明したＳ偏波の励起レーザ光１２３と同様に、希土類添加ファイバ１２５に再び入力される。
【００３９】
これに対して、励起光として使用されなかった励起レーザ光１２３の残りのうち、Ｓ偏波は、不要光１３０としてレーザ光１２７と同じ方向に出力される。なお、不要光１３０は、例えば赤外光を反射するミラー１４５により、レーザ光１２７とは異なる方向に反射される。
【００４０】
なお、図２または図３を用いて説明した示した不要光１３０の分離は、偏光子１３１（１４３）を用いて励起用レーザ１２０からの励起レーザ光１２１の特定の偏波を分離し、分離された偏波の励起レーザ光をアップコンバージョン用の希土類添加ファイバ１２５に供給して共振させてレーザ出力１２７を得、希土類添加ファイバからレーザ出力とともに出射される励起レーザ光１２８の一部１２９を偏波の方向に関連づけて再び希土類添加ファイバ１２５に戻し、希土類添加ファイバからレーザ出力とともに出射される励起レーザ光１２８であって、偏波の方向に起因してレーザ出力１２７と同じ方向に出射される励起レーザ光１３０を、レーザ出力１２７とは異なる方向に向かわせることにより達成される。
【００４１】
これにより、未吸収のまま出力された励起レーザ光を再利用でき、励起レーザ光の利用効率が向上されるのみならず、励起用レーザへの戻り光をなくすことができる。
【００４２】
図４は、図１ないし図３に示したファイバレーザ装置を用いた映像表示装置の一例を説明する概略図である。
【００４３】
図４に示されるように、映像表示装置２０１は、加法混色法によりカラー映像を表示させるための第１ないし第３の光源２１１Ｒ，２１１Ｇおよび２１１Ｂを有する。なお、それぞれの光源のうち少なくとも１つ、例えば赤用の光源である２１１Ｒには、図１ないし図３を用いて前に説明したファイバレーザ装置（図１に１０１で示されている）において、希土類添加ファイバ１２５として、Ｐｒ／Ｙｂが添加されたアップコンバージョンファイバレーザが用いられる。また、例えば緑用の光源である２１１Ｇにおいても、図１ないし図３を用いて前に説明したファイバレーザ装置において、希土類添加ファイバ１２５としてＰｒ／ＹｂまたはＨｏまたはＥｒが添加されたアップコンバージョンファイバレーザを用いることもできる。例えば青用の光源である２１１Ｂには、図１ないし図３を用いて前に説明したファイバレーザ装置（図１に１０１で示されている）において、希土類添加ファイバ１２５として、Ｔｍが添加されたアップコンバージョンファイバレーザが用いられる。
【００４４】
それぞれのファイバレーザ装置２１１Ｒ，２１１Ｇおよび２１１Ｂからは、Ｒ，ＧおよびＢの所定の強度の光が出射される。
【００４５】
各レーザ装置２１１Ｒ，２１１Ｇおよび２１１Ｂから出射された光は、Ｒ，ＧおよびＢの画像を表示する液晶パネル２１２Ｒ，２１２Ｇおよび２１２Ｂに入射され、空間変調される。
【００４６】
空間変調されたＲ，ＧおよびＢ光は、ダイクロイックプリズムなどの合成手段２１３によって合成され、投射レンズ２０２に入力される。
【００４７】
投射レンズ２０２から出射された光は、スクリーン２０５にカラー映像として表示される。
【００４８】
図５は、図４に示した映像表示装置の別の例を説明する概略図である。なお、図４に示した構成と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４９】
図５に示されるように、映像表示装置３０１は、加法混色法によりカラー映像を表示させるための第１ないし第３の光源２１１Ｒ，２１１Ｇおよび２１１Ｂ、各光源からの光により投射されるべき映像が表示されるカラー表示が可能な液晶パネル３０２を有する。なお、それぞれ光源のうち少なくとも１つ、例えば赤用の光源である２１１Ｇには、図１ないし図３を用いて前に説明したファイバレーザ装置（１０１）が用いられる。
【００５０】
それぞれのファイバレーザ装置２１１Ｒ，２１１Ｇおよび２１１Ｂから出力された３光は、巨視的には、すなわち図示しない白色光生成機構により合成した状態で、または３つのレーザ装置からの光を案内する導光体を近接して配置した状態で所定の距離だけ離れた位置から見た状態では、実質的に白色光と見なすことができるから、例えばカラーフィルタ付の液晶パネル３０２に表示された映像をスクリーン２０３に投影するために利用可能である。
【００５１】
このように、図４または図５に示した映像表示装置では、ディスプレイ用途のファイバレーザ装置として、未吸収のまま出力された励起レーザ光を再利用することのできる偏光子と高反射ミラーからなる入出力光学系を用いることで、励起レーザ光の利用効率を高める事ができ、そのうえ励起用レーザに戻る戻りレーザ光を無くすこともできる。
【００５２】
なお、この発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形・変更が可能である。また、各実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合、組み合わせによる効果が得られる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本提案によれば、ディスプレイ用途の光源として、アップコンバージョンファイバレーザ装置を用いる場合に、励起レーザ光の利用効率を向上できる。
【００５４】
また、アップコンバージョンファイバからの戻り光、すなわち励起レーザ光のうちの励起に利用されなかったレーザ光が半導体レーザに戻されることがないので、励起レーザ光出力が安定化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態が適用可能なファイバレーザ装置の一例を説明する概略図。
【図２】図１に示したファイバレーザ装置に組み込み可能な入出力光学系の第１の例を説明する概略図。
【図３】図１に示したファイバレーザ装置に組み込み可能な入出力光学系の別の一例を説明する概略図。
【図４】図１ないし図３に示したファイバレーザ装置を用いた映像表示装置の例を説明する概略図。
【図５】図１ないし図３に示したファイバレーザ装置を用いた映像表示装置の別の例を説明する概略図。
【符号の説明】
１０１…アップコンバージョンファイバレーザ装置（ファイバレーザ装置）、１２０…励起用レーザ、 １２１…励起レーザ光、 １２２…入出力光学系、１２３…励起レーザ光（Ｓ偏波）、 １２４…入力側ミラー、 １２５…アップコンバージョンファイバ（ファイバ）、 １２６…出力側ミラー（高反射ミラー）、 １２７…レーザ光（出力レーザ光）、 １２８…残りの励起レーザ光、１２９…再利用可能な励起レーザ光、 １３０…不要光、 １３１，１４３…偏光ビームスプリッタ、 １３２，１４４…高反射ミラー、 １４１…ビームスプリッタユニット、 １４５…赤外反射ミラー。
【発明の属する技術分野】
本発明は、希土類が添加されている光ファイバを励起レーザ光により励起して所望のレーザ光を得るアップコンバージョンファイバレーザ装置並びにファイバレーザ装置を光源に用いる映像表示装置及びアップコンバージョンファイバレーザ装置における励起方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体レーザを励起用レーザに用いたアップコンバージョンファイバレーザ装置においては、希土類を添加したアップコンバージョンファイバ内にて励起レーザ光が吸収されるが、一部の励起レーザ光は、吸収されないままファイバから出力されることが知られている。
【０００３】
このため、励起レーザ光の利用効率を上げる目的で、ファイバの出力側に励起レーザ光を高効率で反射するミラーを取り付け、利用されずにファイバの出力側に到達した励起レーザ光を反射させて再度利用している。
【０００４】
励起レーザ光の利用効率を高めるため、アップコンバージョンファイバの両端に反射手段を設けて光共振構造を与え、特に光源側に設けられる反射手段の反射率を高めることが既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、アップコンバージョンファイバの波長を時分割で切り換えて光源とする画像表示装置が既に提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、励起レーザ光をアップコンバージョンファイバ内に戻すことにより励起レーザ光の利用効率は向上されるが、出力側にて反射された戻り光すなわち反射された励起レーザ光のすべてが吸収されることはなく、一部の戻り光は利用されずに半導体レーザへと戻ることになる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３３９７３５号公報（図１、段落［００３０］〜［００３２］、要約）
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−９４１５６号公報（要約、図２、段落［００２２］〜［００２３］）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
アップコンバージョンファイバレーザ装置をディスプレイ用途の光源に用いる場合に、アップコンバージョンファイバすなわち希土類が添加された希土類添加ファイバの出力側ミラーに、励起レーザ光を高効率で反射する特性を持たせることで励起レーザ光の利用効率を向上できるが、希土類添加ファイバからの戻り光が励起レーザ光の光源である半導体レーザに戻ると、半導体レーザの発振効率が変動する等の影響が生じることから、半導体レーザとファイバとの間に光アイソレータが用いられることもある。
【００１０】
しかしながら、光アイソレータは、非常に高価であるうえ、高密度の動作には向かない問題がある。
【００１１】
この発明の目的は、アップコンバージョンファイバレーザ装置において、励起用に用いる励起レーザ光の利用効率を高め、励起レーザ光が発光源に戻ることによる影響を低減可能なファイバレーザ装置並びにファイバレーザ装置を光源に用いる映像表示装置及びアップコンバージョンファイバレーザ装置における励起方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザ光により希土類添加ファイバを励起するアップコンバージョンファイバレーザ装置において、励起用レーザ光を出射する励起用レーザと前記希土類添加ファイバとの間に、偏光子とアップコンバージョンレーザ出力を取り出すための高反射ミラーとを設け、前記希土類添加ファイバの出力側から出力される励起レーザ光のうち前記希土類添加ファイバへの入射時の偏波と直交する偏波の励起レーザ光を再び前記希土類添加ファイバ内に戻し、もう一方の偏波を持つ励起レーザ光を前記励起用レーザとは異なる方向に出力することを特徴とするファイバレーザ装置である。
【００１３】
また本発明は、励起用レーザ光を出射する励起レーザと、励起用レーザ光により励起されることで、予め添加されている希土類に応じて規定される所定の波長の出力レーザ光を出力可能なアップコンバージョンファイバと、前記励起レーザと前記アップコンバージョンファイバとの間に設けられ、上記励起用レーザ光に固有の偏波成分の光を透過するとともに、直交する偏波成分の光を反射する偏光子と、前記アップコンバージョンファイバの出力側に設けられ、前記アップコンバージョンファイバから出力された出力レーザ光と上記励起用レーザ光のうちの前記アップコンバージョンファイバにおける励起に寄与しない励起用レーザ光を前記励起レーザとは異なる所定の方向に案内可能な出力ミラーと、を有することを特徴とするファイバレーザ装置である。
【００１４】
さらに本発明は、偏光子を用いて励起用レーザからの励起レーザ光の特定の偏波を分離し、分離された偏波の励起レーザ光をアップコンバージョン用の希土類添加ファイバに供給して共振させてレーザ出力を得、希土類添加ファイバからレーザ出力とともに出射される励起レーザ光の一部を偏波の方向に関連づけて再び希土類添加ファイバに戻し、希土類添加ファイバからレーザ出力とともに出射される励起レーザ光であって、偏波の方向に起因してレーザ出力と同じ方向に出射される励起レーザ光を、レーザ出力とは異なる方向に向かわせる、ことを特徴とする、レーザ光を用いて希土類添加ファイバを励起するアップコンバージョンファイバレーザ装置における励起方法である。
【００１５】
またさらに本発明は、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光を出力する複数のファイバレーザ装置と、前記複数のファイバレーザ装置から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光、Ｇ光および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、を具備した映像表示装置において、前記複数のファイバレーザ装置の少なくとも１つは、励起用レーザ光を出射する励起用レーザと前記希土類添加ファイバとの間に、偏光子とアップコンバージョンレーザを取り出すための高反射ミラーとを設け、前記希土類添加ファイバの出力側から出力される励起レーザ光のうち前記希土類添加ファイバへの入射時の偏波と直交する偏波の励起レーザ光を再び前記希土類添加ファイバ内に戻し、もう一方の偏波を持つ励起レーザ光を前記励起用レーザとは異なる方向に出力することを特徴とするファイバレーザ装置であることを特徴とする映像表示装置である。
【００１６】
さらにまた本発明は、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光を出力する複数のファイバレーザ装置と、前記複数のファイバレーザ装置の各出力光を実質的に白色光となるようにまとめる白色光生成機構と、前記白色光生成機構の出力光を、表示すべき画像情報により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、を具備した映像表示装置において、前記複数のファイバレーザ装置の少なくとも１つは、励起用レーザ光を出射する励起用レーザと前記希土類添加ファイバとの間に、偏光子とアップコンバージョンレーザを取り出すための高反射ミラーとを設け、前記希土類添加ファイバの出力側から出力される励起レーザ光のうち前記希土類添加ファイバへの入射時の偏波と直交する偏波の励起レーザ光を再び前記希土類添加ファイバ内に戻し、もう一方の偏波を持つ励起レーザ光を前記励起用レーザとは異なる方向に出力することを特徴とするファイバレーザ装置であることを特徴とする映像表示装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態が適用されるファイバレーザ装置の一例を説明する。
【００１８】
図１に、励起用レーザと偏光子と高反射ミラーを用いたファイバレーザ装置の一例を示す。
【００１９】
アップコンバージョンファイバレーザ装置１０１は、励起レーザ光を出射する励起用レーザ１２０、励起用レーザからの励起レーザ光をアップコンバージョンファイバ（以下、単に希土類添加ファイバと呼称する）１２５に導く入出力光学系１２２、希土類添加ファイバ１２５の入力側と出力側に設けられる入力側ミラー１２４および出力側ミラー１２６からなる。なお、励起レーザ光１２１は、例えば赤外域のレーザ光である。
【００２０】
入出力光学系１２２は、励起用レーザ１２０からの励起レーザ光１２１が持つ偏光のみを透過する偏光子で構成されている。
【００２１】
希土類添加ファイバ１２５は、例えばＰｒあるいはＹｂあるいはＴｍもしくはＨｏまたはＥｒあるいはそれらの合金が少なくとも１つの希土類が添加されたファイバであって、入力側ミラー１２４と出力側ミラー１２６との間で励起レーザ光１２１のエネルギーを吸収し、入力側ミラー１２４と出力側ミラー１２６のそれぞれの低反射と高反射の組み合わせにより、所望波長のレーザ光を出力する。例えば、Ｒ用のミラーは入力側が高反射で出力側が低反射であり、低反射側からＲ光が出力される。なお、添加される希土類の種類により、任意の波長のレーザ光を得ることができ、例えばＰｒ／Ｙｂを添加した場合には、６３５（他に、４９０，５３４，６０４，６９５）ｎｍの波長のレーザ光がえら得る。また、Ｔｍを添加した場合には、青（Ｂ）表示に利用される４６０ｎｍないし４７０ｎｍに利用可能な４５０ｎｍと４８０ｎｍのレーザ光が得られる。また、ＨｏまたはＥｒを添加することで、緑（Ｇ）表示に利用可能な５４５ｎｍのレーザ光を得ることができる。
【００２２】
上述したアップコンバージョンファイバレーザ装置１０１においては、励起用レーザ１２０からの励起レーザ光１２１が、入出力光学系１２２に入射される。入出力光学系１２２に入射した励起レーザ光は、励起レーザ光１２３として共振器すなわち入力側ミラー１２４と出力側ミラー１２６に挟まれた希土類添加ファイバ１２５に入射される。その結果、共振された所望波長のレーザ光１２７が出力される。
【００２３】
出力側ミラー１２６からは、レーザ光１２７に加えて励起に使用されなかった残りの励起レーザ光が未吸収の励起レーザ光１２８として出力される。未吸収の励起レーザ光１２８は、まちまちの偏波を持った状態で再び入出力光学系１２２へと入射される。なお、入射時の励起レーザ光と直交する偏波の光（再利用可能な励起レーザ光（Ｐ偏波とする））１２９は、図２を用いて以下に説明するが、入出力光学系１２２内の偏光ビームスプリッタで反射され、再び希土類添加ファイバ１２５へと入射される。
【００２４】
一方、入射時と同一の偏波を持った光１３０は、入出力光学系１２２内の偏光ビームスプリッタを透過して、励起用レーザ１２０に戻ることなく、所定の場所へと出力される。
【００２５】
図２は、図１に示した入出力光学系の第一の実施例を説明する概略図である。なお、図１に示した構成と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２６】
入出力光学系１２２は、偏光の方向が所定の方向に向いている偏波のみを透過可能な偏光ビームスプリッタ１３１と出射用ミラー（高反射ミラー）１３２からなる。なお、偏光ビームスプリッタ１３１は、透過可能なレーザ光の偏波がＳ偏波となるように、配置されているものとする。
【００２７】
例えば垂直方向（Ｓ偏波とする）に偏波を持つ励起レーザ光１２１は、偏光ビームスプリッタ１３１を透過し、ミラー１２４を通過して、希土類添加ファイバ１２５に入力される。
【００２８】
希土類添加ファイバ１２５に入力されたＳ偏波の励起レーザ光１２３は、入力側ミラー１２４と出力側ミラー１２６との間で共振され、所望のレーザ光１２７となる。
【００２９】
出力側ミラー１２６から出力されたレーザ光１２７は、高反射ミラー１３２により、目的の方向に反射される。
【００３０】
出力側ミラー１２６を通過してレーザ光１２７と同じ方向に出力された残りの励起レーザ光１２８すなわち励起光として使用されなかった励起レーザ光１２３の残りのうち、Ｓ偏波の成分は、偏光ビームスプリッタ１３１を透過し、不要光１３０として、励起用レーザ１２０の方向とは異なる所定の方向に出力される。
【００３１】
残りの励起レーザ光１２８のうち、Ｐ偏波の成分は、今度は、偏光ビームスプリッタ１３１で反射され、前に説明したＳ偏波の励起レーザ光１２３と同様に、に再び入力される。
【００３２】
これにより、未吸収で出力された励起レーザ光が再利用可能となり、励起光の利用効率が向上できるとともに、励起レーザ光が半導体レーザへ戻される戻り光をなくす事ができる。
【００３３】
図３は、図１に示した入出力光学系の別の実施例を説明する概略図である。なお、図１および図２に示した構成と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３４】
図３においては、入出力光学系１２２は、偏光の方向が所定方向に向いている偏波のみを透過可能な偏光ビームスプリッタ１４３と出射用ミラー（高反射ミラー）１４４とが一体に形成されたビームスプリッタユニット１４１を含む。なお、ビームスプリッタユニット１４１の偏光ビームスプリッタ１４３は、Ｓ偏波である励起レーザ光１２１を反射可能に配置されるものとする。
【００３５】
詳細には、励起用レーザ１２０からの励起レーザ光１２１は、入出力光学系１２２の偏光ビームスプリッタ１４３で反射され、ミラー１２４を通って希土類添加ファイバ１２５に入力される。
【００３６】
希土類添加ファイバ１２５に入力されたＳ偏波の励起レーザ光１２３は、入力側ミラー１２４と出力側ミラー１２６との間で共振され、所望のレーザ光１２７となる。
【００３７】
出力側ミラー１２６から出力されたレーザ光１２７は、高反射ミラー１４４により、目的の方向に反射される。
【００３８】
レーザ光１２７と同時にミラー１２６から出力された励起光として使用されなかった励起レーザ光１２３の残りのうち、Ｐ偏波は、偏光ビームスプリッタ１４３を透過し、前に説明したＳ偏波の励起レーザ光１２３と同様に、希土類添加ファイバ１２５に再び入力される。
【００３９】
これに対して、励起光として使用されなかった励起レーザ光１２３の残りのうち、Ｓ偏波は、不要光１３０としてレーザ光１２７と同じ方向に出力される。なお、不要光１３０は、例えば赤外光を反射するミラー１４５により、レーザ光１２７とは異なる方向に反射される。
【００４０】
なお、図２または図３を用いて説明した示した不要光１３０の分離は、偏光子１３１（１４３）を用いて励起用レーザ１２０からの励起レーザ光１２１の特定の偏波を分離し、分離された偏波の励起レーザ光をアップコンバージョン用の希土類添加ファイバ１２５に供給して共振させてレーザ出力１２７を得、希土類添加ファイバからレーザ出力とともに出射される励起レーザ光１２８の一部１２９を偏波の方向に関連づけて再び希土類添加ファイバ１２５に戻し、希土類添加ファイバからレーザ出力とともに出射される励起レーザ光１２８であって、偏波の方向に起因してレーザ出力１２７と同じ方向に出射される励起レーザ光１３０を、レーザ出力１２７とは異なる方向に向かわせることにより達成される。
【００４１】
これにより、未吸収のまま出力された励起レーザ光を再利用でき、励起レーザ光の利用効率が向上されるのみならず、励起用レーザへの戻り光をなくすことができる。
【００４２】
図４は、図１ないし図３に示したファイバレーザ装置を用いた映像表示装置の一例を説明する概略図である。
【００４３】
図４に示されるように、映像表示装置２０１は、加法混色法によりカラー映像を表示させるための第１ないし第３の光源２１１Ｒ，２１１Ｇおよび２１１Ｂを有する。なお、それぞれの光源のうち少なくとも１つ、例えば赤用の光源である２１１Ｒには、図１ないし図３を用いて前に説明したファイバレーザ装置（図１に１０１で示されている）において、希土類添加ファイバ１２５として、Ｐｒ／Ｙｂが添加されたアップコンバージョンファイバレーザが用いられる。また、例えば緑用の光源である２１１Ｇにおいても、図１ないし図３を用いて前に説明したファイバレーザ装置において、希土類添加ファイバ１２５としてＰｒ／ＹｂまたはＨｏまたはＥｒが添加されたアップコンバージョンファイバレーザを用いることもできる。例えば青用の光源である２１１Ｂには、図１ないし図３を用いて前に説明したファイバレーザ装置（図１に１０１で示されている）において、希土類添加ファイバ１２５として、Ｔｍが添加されたアップコンバージョンファイバレーザが用いられる。
【００４４】
それぞれのファイバレーザ装置２１１Ｒ，２１１Ｇおよび２１１Ｂからは、Ｒ，ＧおよびＢの所定の強度の光が出射される。
【００４５】
各レーザ装置２１１Ｒ，２１１Ｇおよび２１１Ｂから出射された光は、Ｒ，ＧおよびＢの画像を表示する液晶パネル２１２Ｒ，２１２Ｇおよび２１２Ｂに入射され、空間変調される。
【００４６】
空間変調されたＲ，ＧおよびＢ光は、ダイクロイックプリズムなどの合成手段２１３によって合成され、投射レンズ２０２に入力される。
【００４７】
投射レンズ２０２から出射された光は、スクリーン２０５にカラー映像として表示される。
【００４８】
図５は、図４に示した映像表示装置の別の例を説明する概略図である。なお、図４に示した構成と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４９】
図５に示されるように、映像表示装置３０１は、加法混色法によりカラー映像を表示させるための第１ないし第３の光源２１１Ｒ，２１１Ｇおよび２１１Ｂ、各光源からの光により投射されるべき映像が表示されるカラー表示が可能な液晶パネル３０２を有する。なお、それぞれ光源のうち少なくとも１つ、例えば赤用の光源である２１１Ｇには、図１ないし図３を用いて前に説明したファイバレーザ装置（１０１）が用いられる。
【００５０】
それぞれのファイバレーザ装置２１１Ｒ，２１１Ｇおよび２１１Ｂから出力された３光は、巨視的には、すなわち図示しない白色光生成機構により合成した状態で、または３つのレーザ装置からの光を案内する導光体を近接して配置した状態で所定の距離だけ離れた位置から見た状態では、実質的に白色光と見なすことができるから、例えばカラーフィルタ付の液晶パネル３０２に表示された映像をスクリーン２０３に投影するために利用可能である。
【００５１】
このように、図４または図５に示した映像表示装置では、ディスプレイ用途のファイバレーザ装置として、未吸収のまま出力された励起レーザ光を再利用することのできる偏光子と高反射ミラーからなる入出力光学系を用いることで、励起レーザ光の利用効率を高める事ができ、そのうえ励起用レーザに戻る戻りレーザ光を無くすこともできる。
【００５２】
なお、この発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形・変更が可能である。また、各実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合、組み合わせによる効果が得られる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本提案によれば、ディスプレイ用途の光源として、アップコンバージョンファイバレーザ装置を用いる場合に、励起レーザ光の利用効率を向上できる。
【００５４】
また、アップコンバージョンファイバからの戻り光、すなわち励起レーザ光のうちの励起に利用されなかったレーザ光が半導体レーザに戻されることがないので、励起レーザ光出力が安定化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態が適用可能なファイバレーザ装置の一例を説明する概略図。
【図２】図１に示したファイバレーザ装置に組み込み可能な入出力光学系の第１の例を説明する概略図。
【図３】図１に示したファイバレーザ装置に組み込み可能な入出力光学系の別の一例を説明する概略図。
【図４】図１ないし図３に示したファイバレーザ装置を用いた映像表示装置の例を説明する概略図。
【図５】図１ないし図３に示したファイバレーザ装置を用いた映像表示装置の別の例を説明する概略図。
【符号の説明】
１０１…アップコンバージョンファイバレーザ装置（ファイバレーザ装置）、１２０…励起用レーザ、 １２１…励起レーザ光、 １２２…入出力光学系、１２３…励起レーザ光（Ｓ偏波）、 １２４…入力側ミラー、 １２５…アップコンバージョンファイバ（ファイバ）、 １２６…出力側ミラー（高反射ミラー）、 １２７…レーザ光（出力レーザ光）、 １２８…残りの励起レーザ光、１２９…再利用可能な励起レーザ光、 １３０…不要光、 １３１，１４３…偏光ビームスプリッタ、 １３２，１４４…高反射ミラー、 １４１…ビームスプリッタユニット、 １４５…赤外反射ミラー。
Claims (15)
- レーザ光により希土類添加ファイバを励起するアップコンバージョンファイバレーザ装置において、
励起用レーザ光を出射する励起用レーザと前記希土類添加ファイバとの間に、偏光子とアップコンバージョンレーザ出力を取り出すための高反射ミラーとを設け、前記希土類添加ファイバの出力側から出力される励起レーザ光のうち前記希土類添加ファイバへの入射時の偏波と直交する偏波の励起レーザ光を再び前記希土類添加ファイバ内に戻し、もう一方の偏波を持つ励起レーザ光を前記励起用レーザとは異なる方向に出力することを特徴とするファイバレーザ装置。 - 前記偏光子と前記高反射ミラーは、一体的に形成されてい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。
- 前記高反射ミラーと前記希土類添加ファイバの出力側との間に、前記希土類添加ファイバから出力される前記アップコンバージョンレーザ出力と前記もう一方の偏波を持つ励起レーザ光とを分離する分離装置を設けたことを特徴とする請求項２記載のファイバレーザ装置。
- 前記希土類添加ファイバには、ＰｒあるいはＹｂあるいはＴｍもしくはＨｏまたはＥｒあるいはそれらの合金が少なくとも１つ添加されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のファイバレーザ装置。
- 励起用レーザ光を出射する励起レーザと、
励起用レーザ光により励起されることで、予め添加されている希土類に応じて規定される所定の波長の出力レーザ光を出力可能なアップコンバージョンファイバと、
前記励起レーザと前記アップコンバージョンファイバとの間に設けられ、上記励起用レーザ光に固有の偏波成分の光を透過するとともに、直交する偏波成分の光を反射する偏光子と、
前記アップコンバージョンファイバの出力側に設けられ、前記アップコンバージョンファイバから出力された出力レーザ光と上記励起用レーザ光のうちの前記アップコンバージョンファイバにおける励起に寄与しない励起用レーザ光を前記励起レーザとは異なる所定の方向に案内可能な出力ミラーと、
を有することを特徴とするファイバレーザ装置。 - 前記偏光子は、前記出力ミラーを透過した上記励起用レーザ光のうちの前記アップコンバージョンファイバにおける励起に寄与しない励起用レーザ光のうちの前記励起レーザから前記偏光子に入射される際の偏波成分と直交する偏波成分の光を前記アップコンバージョンファイバに入力可能に位置されていることを特徴とする請求項５記載のファイバレーザ装置。
- 前記出力ミラーの下流側には、前記アップコンバージョンファイバから出力される上記出力レーザ光と上記励起用レーザ光のうちの前記アップコンバージョンファイバにおける励起に寄与しない励起用レーザ光のうちの前記偏光子を透過する偏波成分の光とを分離する分離装置が設けられていることを特徴とする請求項６記載のファイバレーザ装置。
- 前記アップコンバージョンファイバには、ＰｒあるいはＹｂあるいはＴｍもしくはＨｏまたはＥｒあるいはそれらの合金が少なくとも１つが添加されていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載のファイバレーザ装置。
- 偏光子を用いて励起用レーザからの励起レーザ光の特定の偏波を分離し、
分離された偏波の励起レーザ光をアップコンバージョン用の希土類添加ファイバに供給して共振させてレーザ出力を得、
希土類添加ファイバからレーザ出力とともに出射される励起レーザ光の一部を偏波の方向に関連づけて再び希土類添加ファイバに戻し、
希土類添加ファイバからレーザ出力とともに出射される励起レーザ光であって、偏波の方向に起因してレーザ出力と同じ方向に出射される励起レーザ光を、レーザ出力とは異なる方向に向かわせる、
ことを特徴とする、
レーザ光を用いて希土類添加ファイバを励起するアップコンバージョンファイバレーザ装置における励起方法。 - 再び希土類添加ファイバに戻される励起レーザ光の偏波と希土類添加ファイバから偏光子によりレーザ出力と同じ方向に出射される励起レーザ光の偏波は、その方向が互いに直交する方向であることを特徴とする請求項９記載のレーザ光を用いて希土類添加ファイバを励起するアップコンバージョンファイバレーザ装置における励起方法。
- 希土類添加ファイバからレーザ出力と同じ方向に出射される励起レーザ光を、レーザ出力とは異なる方向に向かわせるために、赤外光を反射可能なミラーを用いることを特徴とする請求項９記載のレーザ光を用いて希土類添加ファイバを励起するアップコンバージョンファイバレーザ装置における励起方法。
- Ｒ光、Ｇ光およびＢ光を出力する複数のファイバレーザ装置と、
前記複数のファイバレーザ装置から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光、Ｇ光および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、
を具備した映像表示装置において、
前記複数のファイバレーザ装置の少なくとも１つは、励起用レーザ光を出射する励起用レーザと前記希土類添加ファイバとの間に、偏光子とアップコンバージョンレーザを取り出すための高反射ミラーとを設け、前記希土類添加ファイバの出力側から出力される励起レーザ光のうち前記希土類添加ファイバへの入射時の偏波と直交する偏波の励起レーザ光を再び前記希土類添加ファイバ内に戻し、もう一方の偏波を持つ励起レーザ光を前記励起用レーザとは異なる方向に出力することを特徴とするファイバレーザ装置であることを特徴とする映像表示装置。 - 前記希土類添加ファイバには、ＰｒあるいはＹｂあるいはＴｍもしくはＨｏまたはＥｒあるいはそれらの合金が少なくとも１つが添加されていることを特徴とする請求項１２記載の映像表示装置。
- Ｒ光、Ｇ光およびＢ光を出力する複数のファイバレーザ装置と、
前記複数のファイバレーザ装置の各出力光を実質的に白色光となるようにまとめる白色光生成機構と、
前記白色光生成機構の出力光を、表示すべき画像情報により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、
を具備した映像表示装置において、
前記複数のファイバレーザ装置の少なくとも１つは、励起用レーザ光を出射する励起用レーザと前記希土類添加ファイバとの間に、偏光子とアップコンバージョンレーザを取り出すための高反射ミラーとを設け、前記希土類添加ファイバの出力側から出力される励起レーザ光のうち前記希土類添加ファイバへの入射時の偏波と直交する偏波の励起レーザ光を再び前記希土類添加ファイバ内に戻し、もう一方の偏波を持つ励起レーザ光を前記励起用レーザとは異なる方向に出力することを特徴とするファイバレーザ装置であることを特徴とする映像表示装置。 - 前記希土類添加ファイバには、ＰｒあるいはＹｂあるいはＴｍもしくはＨｏまたはＥｒあるいはそれらの合金が少なくとも１つが添加されていることを特徴とする請求項１４記載の映像表示装置。
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