JP2006066817A - Light source device and image forming device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To sufficiently suppress parasitic oscillation which occurs near a wavelength of a fundamental wave, and to improve output and stability in a light source device where a non-linear optical element having a periodic polarization inversion structure is installed in a solid-state laser resonator which oscillates at a vertical/horizontal multi-mode and in an image forming device. <P>SOLUTION: In the light source device 1, the non-linear optical element 5 having the periodic polarization inversion structure is disposed in the solid-state laser resonator 3 which oscillates at the vertical/horizontal multi-mode. When a higher harmonic by phase matching is generated, oscillation wavelength width of the fundamental wave by a laser medium 4 in the resonator 3 becomes phase matching width or below of the non-linear optical element 5. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、縦横マルチモード発振の固体レーザを用いた光源装置及び該光源装置を用いた画像生成装置において、寄生発振を抑制して安定性を保証するための技術に関する。   The present invention relates to a technology for ensuring stability by suppressing parasitic oscillation in a light source device using a solid-state laser of vertical and horizontal multimode oscillation and an image generation device using the light source device.

固体レーザは高い出力を必要とする場合に使用され、その励起用光源として半導体レーザを用いた構成が知られている。例えば、周期分極反転構造を有する波長変換素子にビームを照射する場合に、半導体レーザの発振波長をドメイン反転部の周期と位相整合する波長に対して正確にロックさせるために、ビームの一部をビームスプリッタで分岐させて、ミラーとビームスプリッタとの間に狭帯域バンドパスフィルタ(エタロン又は複屈折フィルタ)を配置した例が知られている(例えば、特許文献1参照)。尚、分極反転構造の擬似位相整合素子を用いた第二高調波発生(SHG)、擬似位相整合等については、例えば、非特許文献1が挙げられる。   A solid-state laser is used when a high output is required, and a configuration using a semiconductor laser as a light source for excitation is known. For example, when irradiating a wavelength conversion element having a periodic polarization reversal structure with a beam, in order to accurately lock the oscillation wavelength of the semiconductor laser with respect to a wavelength that is phase-matched with the period of the domain inversion unit, An example is known in which a narrow-band bandpass filter (etalon or birefringence filter) is arranged between a mirror and a beam splitter after being branched by a beam splitter (see, for example, Patent Document 1). For example, Non-Patent Document 1 can be cited for second harmonic generation (SHG), quasi phase matching, etc. using a quasi phase matching element having a domain-inverted structure.

また、レーザ光源及び光変調素子を用いた画像生成装置(プロジェクタやプリンタ等)への適用において、レーザ光源と、ビーム拡大器、空間光変調器等を備えた構成が知られている。   In addition, in application to an image generation apparatus (such as a projector or a printer) using a laser light source and a light modulation element, a configuration including a laser light source, a beam expander, a spatial light modulator, and the like is known.

特開2000−35599号公報JP 2000-35599 A Martin M. Fejer, G. A. Magel, Dieter H. Jundt, Robert L. Byer,"Quasi-Phase-Matched Second Harmonic Generation: Tuning and Tolerances",IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL.28, NO.11,(U.S.A),1992年11月, p.2631Martin M. Fejer, GA Magel, Dieter H. Jundt, Robert L. Byer, "Quasi-Phase-Matched Second Harmonic Generation: Tuning and Tolerances", IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL.28, NO.11, (USA) , November 1992, p.2631

ところで、縦横マルチモード発振の固体レーザ共振器内に、周期分極反転構造を有する波長変換素子を配置した構成においては、基本波の最も強い発振線の近傍に発生する発振線が問題とされる(寄生発振)。   By the way, in a configuration in which a wavelength conversion element having a periodically poled structure is arranged in a vertical and horizontal multimode oscillation solid-state laser resonator, an oscillation line generated near the oscillation line having the strongest fundamental wave is a problem ( Parasitic oscillation).

固体レーザにおいて、幾つかの発振線が近接して存在する場合に、共振器を構成するミラーの反射率が、ある波長範囲においてほぼ100%とされ(特定波長で反射率がほぼ100%を示す訳でなく、ある波長幅をもって高反射率を示す。)、近接した波長の発振線に関してそれらが同時に発振する可能性がある。   In a solid-state laser, when several oscillation lines are close to each other, the reflectivity of the mirror constituting the resonator is almost 100% in a certain wavelength range (the reflectivity is almost 100% at a specific wavelength). It does not mean that it shows high reflectivity with a certain wavelength width.), There is a possibility that they oscillate at the same time with respect to oscillation lines of close wavelengths.

例えば、レーザ媒質としてNd:YAGを用いる場合に、波長1064nmの近辺で1052nm、1061nm、1074nm等の寄生発振を伴う可能性がある。   For example, when Nd: YAG is used as the laser medium, there is a possibility that parasitic oscillations such as 1052 nm, 1061 nm, and 1074 nm occur in the vicinity of the wavelength of 1064 nm.

尚、基本波のみの発振の場合には、共振器を構成する出力ミラーの透過波長幅を上記ミラーの反射率と同様に広く取れるために、最も強い発振線だけを容易に発振させることができるが、例えば、周期分極反転構造の波長変換素子(例えば、SHG素子)を用いて高調波を取り出す場合には、その波長幅(位相整合許容幅)が、結晶長1mmで数nmと狭いために、高調波(緑色光等)の発振とともに寄生発振が生じた場合に、出力の低下をもたらし、安定性を損なうノイズが発生する虞がある。   In the case of oscillation of only the fundamental wave, only the strongest oscillation line can be easily oscillated because the transmission wavelength width of the output mirror constituting the resonator can be made as wide as the reflectance of the mirror. However, for example, when a harmonic is extracted using a wavelength conversion element (for example, SHG element) having a periodically poled structure, the wavelength width (phase matching allowable width) is as narrow as several nanometers with a crystal length of 1 mm. When parasitic oscillation occurs together with the oscillation of harmonics (green light or the like), there is a risk that noise that causes a decrease in output and impairs stability.

そこで、本発明は、縦横マルチモード発振する固体レーザ共振器内に、周期分極反転構造を有する非線形光学素子を設けた光源装置及び画像生成装置において、基本波の波長近傍に生じ得る寄生発振を充分に抑制して、出力及び安定性を高めることを課題とする。   In view of this, the present invention is sufficient to prevent parasitic oscillation that may occur in the vicinity of the fundamental wavelength in a light source device and an image generation device in which a nonlinear optical element having a periodically poled structure is provided in a solid-state laser resonator that oscillates in a longitudinal and transverse multimode. It is an object to improve the output and stability by restraining to the above.

本発明に係る光源装置は、上記した課題を解決するために、縦横マルチモード発振する固体レーザ共振器内に周期分極反転構造を有する非線形光学素子を配置し、位相整合による高調波を発生させる場合に、共振器内のレーザ媒質による基本波の発振波長幅が、非線形光学素子の位相整合幅以下となるように構成したものである。   In the light source device according to the present invention, in order to solve the above-described problem, a nonlinear optical element having a periodically poled structure is arranged in a solid-state laser resonator that oscillates in a vertical and horizontal multimode, and harmonics due to phase matching are generated. In addition, the oscillation wavelength width of the fundamental wave by the laser medium in the resonator is configured to be equal to or smaller than the phase matching width of the nonlinear optical element.

また、本発明に係る画像生成装置は、非線形光学素子を用いて位相整合による高調波を発生させる構成の照明光源と、該照明光源からの光を変調する光変調手段を備えた構成において、縦横マルチモード発振する固体レーザ共振器内に周期分極反転構造を有する非線形光学素子を配置して位相整合による高調波を発生させる。その場合に、共振器内のレーザ媒質による基本波の発振波長幅が、非線形光学素子の位相整合幅以下となるように構成している。   In addition, an image generation apparatus according to the present invention includes an illumination light source configured to generate harmonics due to phase matching using a nonlinear optical element, and a configuration including an optical modulation unit that modulates light from the illumination light source. A non-linear optical element having a periodically poled structure is disposed in a solid-state laser resonator that oscillates in a multimode to generate harmonics due to phase matching. In this case, the oscillation wavelength width of the fundamental wave by the laser medium in the resonator is configured to be equal to or smaller than the phase matching width of the nonlinear optical element.

従って、本発明では、非線形光学素子の位相整合許容幅と基本波の発振波長幅との関係に着目して、基本波の発振波長幅が位相整合許容幅よりも大きくならないように規定することで、基本波の波長近傍に寄生する発振線を充分に抑制することができる。   Therefore, in the present invention, focusing on the relationship between the phase matching allowable width of the nonlinear optical element and the fundamental wave oscillation wavelength width, it is specified that the fundamental wave oscillation wavelength width is not larger than the phase matching allowable width. Therefore, it is possible to sufficiently suppress the oscillation line parasitic near the fundamental wave wavelength.

本発明によれば、寄生発振を抑制し安定性を保証するとともに、出力や効率の低下を防止することができる。例えば、非線形光学素子の位相整合許容幅が結晶長にほぼ反比例することから、素子サイズの選定により位相整合許容幅が基本波の発振ゲイン幅よりも大きくなるように設計すれば、装置構成の複雑化等の弊害を伴うことがなく、低コスト化に有利である。また、縦横マルチモードレーザを用いた照明光源からの光を、光変調素子によって変調する画像生成装置への適用において、S/N比(信号対ノイズ比)の向上により、高画質化等を実現することが可能である。   According to the present invention, it is possible to suppress parasitic oscillation and guarantee stability, and to prevent a decrease in output and efficiency. For example, since the phase matching tolerance of a nonlinear optical element is almost inversely proportional to the crystal length, if the design is made so that the phase matching tolerance is larger than the oscillation gain width of the fundamental wave by selecting the element size, the device configuration becomes complicated. This is advantageous in terms of cost reduction without causing adverse effects such as downsizing. In addition, when applied to an image generation device that modulates light from an illumination light source using vertical and horizontal multimode lasers with a light modulation element, high image quality is achieved by improving the S / N ratio (signal-to-noise ratio). Is possible.

また、寄生発振抑制のためには、波長選択素子又は複屈折フィルタを固体レーザ共振器内に配置した構成が好ましく、基本波長周辺の発振線を充分に抑えることが可能である。   In order to suppress parasitic oscillation, a configuration in which a wavelength selection element or a birefringence filter is disposed in a solid laser resonator is preferable, and oscillation lines around the fundamental wavelength can be sufficiently suppressed.

周期分極反転構造を有する非線形光学素子では、分極反転周期を変えることで位相整合波長を選択することが可能である。そこで、寄生発振波長に対応する分極反転周期の疑似位相整合部を有する構造を採用し、基本波とそれ以外の発振線について位相整合する部分を形成することにより寄生発振を抑制することができる。   In a nonlinear optical element having a periodic polarization inversion structure, it is possible to select a phase matching wavelength by changing the polarization inversion period. Therefore, it is possible to suppress parasitic oscillation by adopting a structure having a quasi-phase matching portion having a polarization inversion period corresponding to the parasitic oscillation wavelength and forming a phase matching portion for the fundamental wave and other oscillation lines.

共振器内に配置される非線形光学素子については、特に、気相平衡法処理を施した化学量論組成周期分極反転タンタル酸リチウムを用いる場合に、光損傷に強く長期信頼性に優れた素子が得られ、波長変換効率が高いため、高出力の光を安定に得ることができる。   As for the nonlinear optical element disposed in the resonator, there is an element that is resistant to optical damage and excellent in long-term reliability, particularly when using a stoichiometric composition periodically poled lithium tantalate subjected to vapor phase equilibrium treatment. Since it is obtained and the wavelength conversion efficiency is high, high output light can be obtained stably.

また、非線形光学素子を用いた第二高調波発生等により、紫外光又は青色光又は緑色光を出力する形態において、希土類添加の固体レーザ媒質を赤外共振器内に配置することにより、例えば、固体レーザ媒質からの高出力の赤外光に基づいて可視光を得ることができる。   Further, in the form of outputting ultraviolet light, blue light, or green light by second harmonic generation using a nonlinear optical element or the like, by arranging a rare earth-added solid laser medium in an infrared resonator, for example, Visible light can be obtained based on high-power infrared light from the solid-state laser medium.

本発明は、縦横マルチモードレーザを用いた光源装置及び画像生成装置に関するものであり、例えば、光変調素子を用いた画像表示装置(画像投射装置等)や描画装置、プリンタ等の画像出力装置、各種の加工装置、露光装置等に適用することができる。   The present invention relates to a light source device and an image generation device using vertical and horizontal multimode lasers. For example, an image display device (such as an image projection device) or a drawing device using a light modulation element, an image output device such as a printer, The present invention can be applied to various processing apparatuses, exposure apparatuses, and the like.

図1及び図3は、本発明に係る基本構成例を示したものである。   1 and 3 show an example of a basic configuration according to the present invention.

図1は、光源装置の基本構成例を示している。   FIG. 1 shows a basic configuration example of a light source device.

光源装置1は、励起用光源2と、縦横マルチモード発振する共振器3内のレーザ媒質4及び波長変換用の非線形光学素子5を備えている。   The light source device 1 includes an excitation light source 2, a laser medium 4 in a resonator 3 that oscillates in a vertical and horizontal multimode, and a nonlinear optical element 5 for wavelength conversion.

励起用光源2にはレーザや放電灯等が用いられるが、小型化や寿命等を考慮した場合に半導体レーザの使用が好ましい(全固体レーザ化が可能である。)。   A laser, a discharge lamp, or the like is used as the excitation light source 2, but it is preferable to use a semiconductor laser in view of downsizing, life, etc. (all-solid-state laser is possible).

レーザ媒質4には、希土類添加の固体レーザ材料が用いられ、例えば、Nd:YAG、Nd:YVO4、Nd:GdVO4、Yb:YAG等が挙げられる。 For the laser medium 4, a rare-earth-added solid laser material is used, and examples thereof include Nd: YAG, Nd: YVO 4 , Nd: GdVO 4 , and Yb: YAG.

非線形光学素子5は、例えば、SHG、THG(第三高調波発生)等の波長変換に用いられ、あるいは、和周波発生や光パラメトリック発振等に用いられる。使用材料には、PP−KTiOPO4、PP−MgO:LiNbO3、PP−MgO:S−LiNbO3、PP−S−LiTaO3等、周期分極反転構造を有する非線形光学材料が挙げられる。尚、ここで「PP」は「Periodical Poling」、「S」は「Stoichiometric」を意味する。 The nonlinear optical element 5 is used for wavelength conversion such as SHG and THG (third harmonic generation), or is used for sum frequency generation, optical parametric oscillation, and the like. The materials used, PP-KTiOPO 4, PP- MgO: LiNbO 3, PP-MgO: S-LiNbO 3, PP-S-LiTaO 3 , etc., nonlinear optical materials and the like having the periodically poled structure. Here, “PP” means “Periodical Poling”, and “S” means “Stoichiometric”.

非線形光学素子5を共振器3中に配置して、位相整合による高調波を発生させる構成では、共振器3の内部に閉じ込められる発振光のパワー密度が高く、高効率での波長変換が可能であり、連続発振が可能である。   In the configuration in which the nonlinear optical element 5 is arranged in the resonator 3 to generate harmonics by phase matching, the power density of the oscillation light confined inside the resonator 3 is high, and wavelength conversion with high efficiency is possible. Yes, continuous oscillation is possible.

励起用光源2の出力する励起光がレーザ媒質4に照射され、例えば、楕円状の横モードパターンでレーザ媒質4が励起される。これによって得られる線状ビームが非線形光学素子5に照射され、波長変換された線状光が共振器3から出力される。   Excitation light output from the excitation light source 2 is applied to the laser medium 4, and the laser medium 4 is excited with, for example, an elliptical transverse mode pattern. A linear beam obtained in this manner is irradiated onto the nonlinear optical element 5, and the wavelength-converted linear light is output from the resonator 3.

上記構成において、例えば、励起用光源2に近赤外レーザを用い、赤外共振器内にレーザ媒質4及び非線形光学素子5(SHG素子)を配置した形態では、第二高調波発生により緑色光又は青色光又は紫外光の線状ビームを出力することができる。   In the above configuration, for example, in the form in which a near-infrared laser is used as the excitation light source 2 and the laser medium 4 and the nonlinear optical element 5 (SHG element) are arranged in the infrared resonator, green light is generated by second harmonic generation. Alternatively, a linear beam of blue light or ultraviolet light can be output.

本発明においては、固体レーザ共振器内のレーザ媒質4による基本波の発振波長幅が、非線形光学素子5の位相整合幅以下とされる。   In the present invention, the oscillation wavelength width of the fundamental wave by the laser medium 4 in the solid-state laser resonator is set to be equal to or smaller than the phase matching width of the nonlinear optical element 5.

以下では、位相整合許容幅と発振ゲインとの関係について図2を用いて説明する。   Hereinafter, the relationship between the phase matching tolerance and the oscillation gain will be described with reference to FIG.

非線形光学素子5の材料として、化学量論組成周期分極反転タンタル酸リチウム(PPSLT)を例にした場合に、その位相整合許容幅(FWHM)は、結晶1mm長で2.5nmとされる。   When the stoichiometric composition periodically poled lithium tantalate (PPSLT) is taken as an example of the material of the nonlinear optical element 5, the allowable phase matching width (FWHM) is 2.5 nm when the crystal is 1 mm long.

ここで、位相整合許容幅が、結晶長(あるいは光軸方向の素子長)にほぼ反比例することを考慮すると、結晶長を、例えば、長さ3mm以下とすれば、位相整合許容幅が0.83nm以上となる。   Here, considering that the phase matching tolerance is almost inversely proportional to the crystal length (or the element length in the optical axis direction), for example, if the crystal length is 3 mm or less, the phase matching tolerance is 0. 83 nm or more.

他方、レーザ媒質として、例えば、Nd:YAGを想定した場合に、基本波長1064nmの発振線幅が0.57nmである。よって、結晶長3mmの場合に、「位相整合許容幅(0.83)>発振線幅(0.57)」の関係が成り立つ。   On the other hand, when Nd: YAG is assumed as the laser medium, for example, the oscillation line width of the fundamental wavelength of 1064 nm is 0.57 nm. Therefore, when the crystal length is 3 mm, the relationship of “phase matching allowable width (0.83)> oscillation line width (0.57)” is established.

図2は、実線Gで示す位相整合許容幅と、破線gで示す発振ゲイン幅とを対比的に例示したグラフ図であり、縦軸については、横軸「x=0」でのピーク値を「1」に規格化して示している。尚、本例では、実線Gのグラフ線が「(sin(x)/x)2」とされ、その半値幅が0.83(nm)である。また、破線gのグラフ線が「exp(−x2)」とされ、その半値幅が0.57(nm)である。 FIG. 2 is a graph illustrating the phase matching allowable width indicated by the solid line G and the oscillation gain width indicated by the broken line g in comparison with each other. The vertical axis indicates the peak value at the horizontal axis “x = 0”. This is standardized to “1”. In this example, the graph line of the solid line G is “(sin (x) / x) 2 ”, and its half-value width is 0.83 (nm). Also, the graph line of the broken line g is “exp (−x 2 )”, and the half width is 0.57 (nm).

実線Gと破線gとの関係において、図示のように、位相整合許容幅が発振線幅よりも広い場合には、寄生発振は無いが、両者の関係が逆になると、位相整合許容範囲外における寄生発振が問題となる。   In the relationship between the solid line G and the broken line g, as shown in the figure, when the allowable phase matching width is wider than the oscillation line width, there is no parasitic oscillation, but when the relationship between the two is reversed, the phase matching allowable range is outside the allowable range. Parasitic oscillation becomes a problem.

尚、結晶長を1mmとした場合の位相整合許容幅を「δλ」と記し、基本波の波長を「λ」と記すとき、下式からδλが求められる。   When the crystal matching length is 1 mm when the crystal matching tolerance is expressed as “δλ” and the wavelength of the fundamental wave is expressed as “λ”, δλ is obtained from the following equation.

Figure 2006066817
Figure 2006066817

尚、上式中の「ne(λ)」は基本波に対する実効屈折率を示し、「ne(λ/2)」は第二高調波に対する実効屈折率を示しており、「d」は波長に関する微分を表す。   In the above equation, “ne (λ)” represents the effective refractive index with respect to the fundamental wave, “ne (λ / 2)” represents the effective refractive index with respect to the second harmonic, and “d” is related to the wavelength. Represents differentiation.

基本波長λ=1064.15(nm)として、上式を用いてδλ=2.507(nm)が算出される。   As the fundamental wavelength λ = 1064.15 (nm), δλ = 2.507 (nm) is calculated using the above equation.

上記のように、非線形光学素子の結晶長によって規定される位相整合許容幅が、基本波の発振ゲイン幅よりも大きいことが、寄生発振をなくすための必要条件とされる。マルチモード発振する共振器内SHGレーザにおいて、SHG許容波長幅を、基本波の最も強い発振線の線幅以上とするには、該許容波長幅が結晶長にほぼ反比例することから、例えば、PPSLTの場合には、結晶長を3mm以下にすれば良い。   As described above, it is a necessary condition for eliminating parasitic oscillation that the allowable phase matching width defined by the crystal length of the nonlinear optical element is larger than the oscillation gain width of the fundamental wave. In an intracavity SHG laser that oscillates in a multimode, in order to make the SHG allowable wavelength width equal to or larger than the line width of the strongest oscillation line of the fundamental wave, the allowable wavelength width is almost inversely proportional to the crystal length. In this case, the crystal length may be 3 mm or less.

尚、1次元照明光学系への適用においては、光源装置1の出力光が、例えば、後段の光学系(図示せず)を経ることにより、所定の強度分布(一定範囲が平坦とされかつ裾野部分において強度が急峻に低下する、所謂トップハット形状の分布)をもって被照射部(1次元光変調素子等)への照明が行われる。該光学系には、インテグレータ光学系とエキスパンダー光学系が含まれる。前者は、周知のように1次元方向に沿って複数のレンズエレメントを配列させた1次元レンズアレイ(所謂フライアイ・レンズ)を用いて構成され、また、後者は、所定方向に拡がった線状照明光を得るために設けられ、集光レンズや視野レンズ等の光学素子を用いた構成が挙げられる。   In application to a one-dimensional illumination optical system, the output light of the light source device 1 passes through a subsequent optical system (not shown), for example, so that a predetermined intensity distribution (a constant range is flattened and the base is obtained). Illumination is performed on a portion to be irradiated (one-dimensional light modulation element or the like) with a so-called top hat shape distribution in which the intensity sharply decreases in the portion. The optical system includes an integrator optical system and an expander optical system. The former is configured using a one-dimensional lens array (a so-called fly-eye lens) in which a plurality of lens elements are arranged along a one-dimensional direction as is well known, and the latter is a linear shape extending in a predetermined direction. A configuration using an optical element such as a condenser lens or a field lens is provided to obtain illumination light.

図3は、画像生成装置6の要部(上記光源装置1を用いた1次元照明光源を除く。)の構成例を概略的に示している。   FIG. 3 schematically shows a configuration example of a main part of the image generating device 6 (excluding the one-dimensional illumination light source using the light source device 1).

1次元光変調素子7R、7G、7Bは、図示しない駆動回路からの信号を受けて制御され、画像信号に基づいて光を変調する。   The one-dimensional light modulation elements 7R, 7G, and 7B are controlled in response to a signal from a drive circuit (not shown), and modulate light based on an image signal.

本発明の適用において1次元光変調素子の如何は問わないが、例えば、米国シリコン・ライト・マシン(SLM)社が開発したグレーティング・ライト・バルブ(Grating Light Valve)素子を用いることができる。この素子は反射型回折格子を用いて構成され、多数の可動リボンが所定間隔をもって配置され、隣り合う可動リボンの間に固定リボンが配置されている。そして、共通電極と可動リボンとの間に駆動電圧を印加することによって可動リボンが移動し、入射光に対する回折格子が構成される。つまり、この状態(所謂ピクセルオン時)では1次回折光が発生し、また、可動リボンを動かさずに固定リボンに揃えた状態(所謂ピクセルオフ時)では1次回折光が発生しない(入射光に対する正反射のみである。)。特定の回折光を利用する構成により、高い回折効率をもって画像表示等に用いることができる(例えば、高階調の画像表示にはブレーズ型素子が好ましい。)。   In the application of the present invention, any one-dimensional light modulation element may be used. For example, a grating light valve element developed by US Silicon Light Machine (SLM) may be used. This element is configured using a reflective diffraction grating, and a large number of movable ribbons are arranged at a predetermined interval, and a fixed ribbon is arranged between adjacent movable ribbons. Then, by applying a drive voltage between the common electrode and the movable ribbon, the movable ribbon moves, and a diffraction grating for incident light is configured. That is, in this state (so-called pixel on), the first-order diffracted light is generated, and in the state where the movable ribbon is aligned with the fixed ribbon without moving (so-called pixel off), the first-order diffracted light is not generated (positive with respect to the incident light). Only reflection.) A configuration using specific diffracted light can be used for image display or the like with high diffraction efficiency (for example, a blazed element is preferable for high gradation image display).

1次元光変調素子7R、7G、7Bは、R(赤)、G(緑)、B(青)の3原色にそれぞれ対応して設けられており、各色光を変調する光変調手段を構成している。これらの1次元光変調素子を用いて変調された光は、Lプリズム等を用いた合成手段8によって混合された後に、後段の光学系9、光走査手段10を経て被照射部11(例えば、スクリーンや感光体等)に投影される。   The one-dimensional light modulation elements 7R, 7G, and 7B are provided corresponding to the three primary colors R (red), G (green), and B (blue), respectively, and constitute light modulation means for modulating each color light. ing. The light modulated using these one-dimensional light modulation elements is mixed by the synthesizing unit 8 using an L prism or the like, and then passed through the optical system 9 and the optical scanning unit 10 in the subsequent stage to be irradiated 11 (for example, Projected onto a screen or a photoreceptor.

光学系9には、空間フィルタや投影系等が含まれ、1次元光変調素子を用いて変調された光は、例えば、シュリーレンフィルタに通されて1次回折光が選別される。   The optical system 9 includes a spatial filter, a projection system, and the like. The light modulated using the one-dimensional light modulation element is passed through, for example, a Schlieren filter, and first-order diffracted light is selected.

光走査手段10は、光変調手段からの出力光を所定方向(図の矢印「SS」参照)に走査するものであり、回転反射鏡が用いられ、その反射光は被照射部11に向けて照射される。尚、光走査については、ガルバノミラーやポリゴンミラー等を用いた各種形態が挙げられる。   The light scanning means 10 scans the output light from the light modulation means in a predetermined direction (see the arrow “SS” in the figure), and uses a rotary reflecting mirror, and the reflected light is directed toward the irradiated portion 11. Irradiated. As for optical scanning, various forms using a galvanometer mirror, a polygon mirror, etc. can be mentioned.

被照射部11に対して投影される1次元像は、光走査によって2次元像に展開される。   The one-dimensional image projected onto the irradiated portion 11 is developed into a two-dimensional image by optical scanning.

尚、本例に限らず、光走査系と投影系との位置関係を逆にして、光走査手段10と被照射部11との間に投影系を配置した形態等、光学要素の変更に関して各種形態での実施が可能である。   The present invention is not limited to this example, and there are various types of changes in optical elements such as a configuration in which the positional relationship between the optical scanning system and the projection system is reversed and the projection system is arranged between the optical scanning means 10 and the irradiated portion 11. Implementation in the form is possible.

次に、光源装置に関する具体的な構成について説明する。   Next, a specific configuration related to the light source device will be described.

励起方式については、例えば、下記に示す形態が挙げられる。   Examples of the excitation method include the following forms.

(A)レーザ媒質に対してレーザ出力軸に沿う方向の端部に励起光を照射する端面励起方式(所謂エンドポンプ)
(B)レーザ媒質に対してレーザ出力軸に対して平行な側面部から励起光を照射する側面励起方式(所謂サイドポンプ)。
(A) End face excitation method (so-called end pump) in which excitation light is irradiated to an end portion in a direction along the laser output axis with respect to a laser medium.
(B) Side excitation method (so-called side pump) in which excitation light is irradiated from a side surface parallel to the laser output axis to the laser medium.

先ず、形態(A)について説明する。   First, the form (A) will be described.

励起用光源として、例えば、発光領域幅の広いブロードエリアLD(レーザダイオード)を用いて楕円状の横モードパターンでの励起を行う形態が挙げられ、この場合に単一又は複数のLDが用いられる。また、バーレーザ等の並列化光源とマイクロレンズアレイを用いて光励起を行う形態が挙げられる。   Examples of the excitation light source include a mode in which excitation is performed in an elliptical transverse mode pattern using a broad area LD (laser diode) having a wide emission region width, and in this case, a single or a plurality of LDs are used. . Moreover, the form which performs optical excitation using parallel light sources, such as a bar laser, and a micro lens array is mentioned.

図4及び図5に示す構成例12では、半導体レーザ(bar laser)、マイクロレンズを使ったコリメートレンズ、集光レンズ等を用いてレーザ媒質に励起光を照射する。   4 and 5, the laser medium is irradiated with excitation light using a semiconductor laser (bar laser), a collimator lens using a microlens, a condenser lens, or the like.

図4は、紙面に設定される直交座標系のx軸及びz軸に対して直交するy軸方向からみた構成を示し、図5は、紙面に設定される直交座標系のx軸及びy軸に対して直交するz軸方向からみた構成を示しており、x軸が光軸に沿うように設定されている。   4 shows a configuration viewed from the y-axis direction orthogonal to the x-axis and z-axis of the orthogonal coordinate system set on the paper surface, and FIG. 5 shows the x-axis and y-axis of the orthogonal coordinate system set on the paper surface. The configuration seen from the z-axis direction orthogonal to is shown, and the x-axis is set along the optical axis.

励起用光源を構成する並列化光源13として、半導体レーザが用いられ、図6に示す例(1次元LDアレイ)では、複数のレーザエミッタを1次元的に配列させたアレイ構造を有する。例えば、GaAlAs(ガリウム・アルミニウム・砒素)の量子井戸構造のレーザダイオードを用いて波長808nm(ナノメートル)、40W程度の出力を得ることができ、開口幅「wa」のストライプ状エミッタ13a、13a、…が所定の間隔(図中の「d」参照。)をもってpn接合面に沿う方向に形成されている。各エミッタからほぼ楕円状をした横モードパターンの出力光が得られる。尚、光源部の長手方向のサイズ「D」は10mm程度である。   A semiconductor laser is used as the parallel light source 13 constituting the excitation light source. The example shown in FIG. 6 (one-dimensional LD array) has an array structure in which a plurality of laser emitters are arranged one-dimensionally. For example, a laser diode having a quantum well structure of GaAlAs (gallium, aluminum, arsenic) can be used to obtain an output of a wavelength of 808 nm (nanometers) and about 40 W, and stripe-shaped emitters 13 a, 13 a having an opening width “wa”. Are formed in a direction along the pn junction surface with a predetermined interval (see “d” in the figure). Output light of a transverse mode pattern having a substantially elliptical shape is obtained from each emitter. The size “D” in the longitudinal direction of the light source unit is about 10 mm.

多数のエミッタを並列化させることで、高出力化を実現でき、また、エミッタについては、発光領域幅が数十乃至数百μmのブロードエリア構造を用いることが好ましい。   A high output can be realized by paralleling a large number of emitters, and it is preferable to use a broad area structure with a light emitting region width of several tens to several hundreds μm.

図4及び図5に示すように、半導体レーザアレイを構成する各エミッタの出力光線は、2つのコリメートレンズ14、15によって平行光線化される。例えば、独国LIMO社製のレンズユニットを用いることができる。このレンズユニットは、半導体レーザの「Fast Axis」 、「Slow Axis」の各方向の発散をコリメートするシリンドリカルレンズを組み合わせて構成されており、その一方「Fast Axis Collimator」(FAC)が非球面シリンドリカルレンズとされ、他方「Slow Axis Collimator」(SAC)が、レーザアレイのエミッタ配列ピッチ及び発散角に合わせた球面シリンドリカルレンズアレイである。つまり、半導体レーザアレイに近い方のコリメートレンズ14を「FAC」、他方のコリメートレンズ15を「SAC」として、コリメートレンズ14によって図5のx−y平面において各エミッタの出力光線が集光されて平行化され、コリメートレンズ15のマイクロレンズによって図4のx−z平面内において各エミッタの出力光線が集光されて平行化される。尚、レーザダイオードの発散角に関して、x−y平面内ではx−z平面内に比べて大きな発散角をもつが、各面について別個のシリンドリカルレンズを用いるので、出射ビーム径をそれぞれ独立に制御して所望のビーム形状にすることができる。また、レーザダイオードの発光領域が大きい場合において、非点収差が問題となるときには、その補正用として上記のシリンドリカルレンズを用いることが好ましい。   As shown in FIGS. 4 and 5, the output light beam of each emitter constituting the semiconductor laser array is collimated by two collimating lenses 14 and 15. For example, a lens unit manufactured by LIMO of Germany can be used. This lens unit is composed of a combination of cylindrical lenses that collimate the divergence of the “Fast Axis” and “Slow Axis” directions of the semiconductor laser, while the “Fast Axis Collimator” (FAC) is an aspheric cylindrical lens. On the other hand, “Slow Axis Collimator” (SAC) is a spherical cylindrical lens array that matches the emitter array pitch and divergence angle of the laser array. In other words, the collimating lens 14 closer to the semiconductor laser array is “FAC” and the other collimating lens 15 is “SAC”, and the collimating lens 14 collects the output light beam of each emitter in the xy plane of FIG. The collimated lens 15 collimates and collimates and collimates the output rays of each emitter in the xz plane of FIG. The divergence angle of the laser diode has a larger divergence angle in the xy plane than in the xz plane. However, since a separate cylindrical lens is used for each surface, the exit beam diameter is controlled independently. Thus, a desired beam shape can be obtained. Further, when the astigmatism is a problem when the light emitting region of the laser diode is large, it is preferable to use the above-described cylindrical lens for correction.

コリメートレンズ14、15を透過した光は後段の集光レンズ16によって収束され、線状ビームとしてレーザ媒質17の一端に照射される。   The light transmitted through the collimating lenses 14 and 15 is converged by the condenser lens 16 at the subsequent stage and irradiated to one end of the laser medium 17 as a linear beam.

レーザ媒質17の端面(反射面)又はこれに付設したミラー、反射手段(18、19、20)を用いて構成される共振器内には、SHG等による波長変換用に非線形光学素子21が設けられている。   A non-linear optical element 21 is provided for wavelength conversion by SHG or the like in the resonator formed by using the end face (reflecting face) of the laser medium 17 or a mirror attached thereto and reflecting means (18, 19, 20). It has been.

レーザ媒質17と非線形光学素子21との間の光路上に配置されたミラー18(平面鏡)、19(凹面鏡)は、光路折り返し用の反射手段として設けられたものである。本例ではレーザ媒質17の出力光がx軸方向に沿ってミラー18に到達し、該ミラーにて反射された光がミラー19に向かうように光路変更を受ける。そして、ミラー19の反射光が非線形光学素子21を透過してミラー20に到達して反射される。尚、反射手段(18、19)を用いた光路折り返しにより、装置サイズの小型化が可能である。   Mirrors 18 (plane mirrors) and 19 (concave mirrors) disposed on the optical path between the laser medium 17 and the nonlinear optical element 21 are provided as reflecting means for turning back the optical path. In this example, the output light of the laser medium 17 reaches the mirror 18 along the x-axis direction, and the optical path is changed so that the light reflected by the mirror goes to the mirror 19. Then, the reflected light of the mirror 19 passes through the nonlinear optical element 21 and reaches the mirror 20 to be reflected. The apparatus size can be reduced by turning the optical path using the reflecting means (18, 19).

SHG素子の場合、ミラー18、19、20は、レーザ媒質17の出力光(基本波)波長に対して高反射率とされる。そして、ミラー19、20から有効出力や後方出力(フォトダイオード等の光検出手段を用いてモニタリングされ、図示しない制御回路によって励起用光源の出力制御が行われる。)に係る光がそれぞれx軸に沿って反対方向に出射される。また、レーザ媒質17の端面又は付設のミラーについては、レーザ媒質17の出力光(基本波)波長に対して高反射率とされ、入射光波長(励起光波長)に対して高透過率とされる。   In the case of the SHG element, the mirrors 18, 19, and 20 have a high reflectance with respect to the output light (fundamental wave) wavelength of the laser medium 17. Then, the light related to the effective output and the rear output (monitored by using a light detection means such as a photodiode, and the output control of the excitation light source is performed by a control circuit (not shown)) from the mirrors 19 and 20 respectively on the x axis. Along the opposite direction. The end face of the laser medium 17 or the attached mirror has a high reflectance with respect to the output light (fundamental wave) wavelength of the laser medium 17 and a high transmittance with respect to the incident light wavelength (excitation light wavelength). The

光路折り返し用のミラー18、19において第二高調波(SHG光)に対する反射率を最小とすることで迷光を低減できる。   The stray light can be reduced by minimizing the reflectance with respect to the second harmonic (SHG light) in the mirrors 18 and 19 for turning the optical path.

以上のように、レーザダイオードを用いた励起光によって高効率が得られる。   As described above, high efficiency can be obtained by excitation light using a laser diode.

複数のレーザエミッタを1次元的に配列させた並列化光源を用いる場合には、該並列化光源とレーザ媒質との間に配置されるレンズアレイを用いて、各レンズエレメントの光軸を各エミッタに対して空間的に一致させることにより高効率での励起が可能となる(特に、1次元横マルチモードの場合、レーザ発振光に対してレーザダイオードのビームパターンの形状が一致するため高効率化に有効である。)。   When a parallel light source in which a plurality of laser emitters are arranged one-dimensionally is used, a lens array arranged between the parallel light source and the laser medium is used to set the optical axis of each lens element to each emitter. Can be excited with high efficiency (especially in the case of a one-dimensional transverse multimode, the shape of the laser diode beam pattern matches the laser oscillation light, resulting in higher efficiency). Effective.)

次に、上記形態(B)について説明する。   Next, the said form (B) is demonstrated.

サイドポンプの採用は、構成の簡素化によって部品点数の削減やコスト低減に有効であり、光学的な調整箇所が少ない等の利点が得られ、例えば、下記に示す構成形態が挙げられる。   Adoption of the side pump is effective for reducing the number of parts and reducing the cost by simplifying the configuration, and provides advantages such as fewer optical adjustment points. For example, the configuration modes shown below can be cited.

(B−1)並列化光源及び2つのコリメートレンズを用いる形態(図7、図8参照)
(B−2)並列化光源及び1つのコリメートレンズを用いる形態(図9、図10参照)
(B−3)コリメートレンズなしで並列化光源による励起光をレーザ媒質に直接照射する形態(図12、図13参照)。
(B-1) Form using a parallel light source and two collimating lenses (see FIGS. 7 and 8)
(B-2) Form using parallel light source and one collimating lens (see FIGS. 9 and 10)
(B-3) A mode in which excitation light from a parallel light source is directly irradiated onto a laser medium without a collimating lens (see FIGS. 12 and 13).

図7及び図8に示す構成例22では、半導体レーザ(bar laser)、2つのコリメートレンズを用いてレーザ媒質(Nd:YAG等)に励起光を照射する。   In the configuration example 22 shown in FIGS. 7 and 8, the excitation light is irradiated to the laser medium (Nd: YAG or the like) using a semiconductor laser (bar laser) and two collimating lenses.

尚、図7は、紙面に設定される直交座標系のx軸及びz軸に対して直交するy軸方向からみた構成を示し、図8は、紙面に設定される直交座標系のx軸及びy軸に対して直交するz軸方向からみた構成を示しており(共振器についてはレーザ媒質だけを示す。)、z軸が共振器光軸に沿うように設定されている。   7 shows a configuration viewed from the y-axis direction orthogonal to the x-axis and the z-axis of the orthogonal coordinate system set on the paper surface, and FIG. 8 shows the x-axis and the orthogonal coordinate system set on the paper surface. A configuration viewed from the z-axis direction orthogonal to the y-axis is shown (only the laser medium is shown for the resonator), and the z-axis is set along the resonator optical axis.

励起用光源を構成する上記並列化光源13と、コリメートレンズ14、15を用いる点において、図4及び図5の構成例と同様であるが、下記の点で相違する。   The parallel light source 13 that constitutes the excitation light source and the collimating lenses 14 and 15 are the same as the configuration examples of FIGS. 4 and 5, but are different in the following points.

・レーザ媒質17の出力軸がz軸方向(長軸方向)に設定されており、並列化光源13からの励起光がコリメートレンズ14、15によって平行化されてx軸方向からレーザ媒質17に対して照射されること
・z軸上に配置されるミラー18及び23がレーザ媒質17を挟んで互いに反対側に位置されていること。
The output axis of the laser medium 17 is set in the z-axis direction (long axis direction), and the excitation light from the parallel light source 13 is collimated by the collimating lenses 14 and 15 to the laser medium 17 from the x-axis direction. The mirrors 18 and 23 arranged on the z axis are positioned on opposite sides of the laser medium 17.

本例では、スラブ状結晶のレーザ媒質17において、その長手方向(長軸方向)がレーザ発振方向とされ、並列化光源13の出射光がコリメートレンズ14、15を透過して、レーザ媒質17の側面(x軸に直交する一方の側面)17aに照射される。つまり、並列化光源13を構成するLDの各エミッタからの出力光は、コリメートレンズ14によって図8のx−y平面において集光され、コリメートレンズ15のマイクロレンズによって図7のx−z平面内において集光される。そして、コリメートされた平行光線がレーザ媒質17の側面17aに垂直入射する。   In this example, in the laser medium 17 of slab-like crystal, the longitudinal direction (long axis direction) is the laser oscillation direction, and the light emitted from the parallel light source 13 is transmitted through the collimating lenses 14 and 15, so that the laser medium 17 Irradiated to the side surface (one side surface orthogonal to the x-axis) 17a. That is, the output light from each emitter of the LD constituting the parallel light source 13 is collected on the xy plane of FIG. 8 by the collimator lens 14, and within the xz plane of FIG. 7 by the microlens of the collimator lens 15. It is condensed in Then, the collimated parallel light beam is perpendicularly incident on the side surface 17 a of the laser medium 17.

尚、固体レーザ媒質として、例えば、ネオジウムイオンをイットリウム・アルミニウム・ガーネット(Y3Al512)をドープしたNd:YAGが挙げられる。その形状については板状のものや、長軸方向における端面が長軸に直交する平面に対して傾斜されて、ブリュースター角での入射条件が得られるように加工された形状が用いられる。 Examples of the solid-state laser medium include Nd: YAG in which neodymium ions are doped with yttrium aluminum garnet (Y 3 Al 5 O 12 ). As for the shape, a plate-like shape or an end surface in the major axis direction is inclined with respect to a plane perpendicular to the major axis so as to obtain an incident condition at a Brewster angle is used.

図7に示す反射手段(18、19、20、23)を用いて構成される共振器内には、SHG等による波長変換用に非線形光学素子21が設けられており、レーザ媒質17の長軸方向(z軸方向)における両端面からそれぞれ出射されるレーザ発振光の一方がミラー23に到達して反対方向に反射され、他方の発振光がミラー18に向けて出力される。   A nonlinear optical element 21 is provided for wavelength conversion by SHG or the like in a resonator configured using the reflecting means (18, 19, 20, 23) shown in FIG. One of the laser oscillation light emitted from both end faces in the direction (z-axis direction) reaches the mirror 23 and is reflected in the opposite direction, and the other oscillation light is output toward the mirror 18.

z軸方向に沿ってミラー18に到達した光は該ミラーで反射され、ミラー19に向かうように光路変更を受ける。そして、ミラー19の反射光が非線形光学素子21を透過してミラー20に到達して反射される。   The light that has reached the mirror 18 along the z-axis direction is reflected by the mirror, and undergoes an optical path change toward the mirror 19. Then, the reflected light of the mirror 19 passes through the nonlinear optical element 21 and reaches the mirror 20 to be reflected.

SHG素子の場合、ミラー18、19、20は、レーザ媒質17の出力光(基本波)波長に対して高反射率とされ、第二高調波の波長に対して高透過率とされる。そして、ミラー19、20から有効出力や後方出力(モニタ光として励起用光源の出力制御に利用される。)に係る光がそれぞれ反対方向に出射される。また、ミラー23については、レーザ媒質17の出力光(基本波)波長に対して高反射率とされる。   In the case of an SHG element, the mirrors 18, 19, and 20 have a high reflectance with respect to the output light (fundamental wave) wavelength of the laser medium 17 and a high transmittance with respect to the wavelength of the second harmonic. And the light which concerns on an effective output and back output (it is utilized for the output control of the light source for excitation as monitor light) is each radiate | emitted from the mirrors 19 and 20. The mirror 23 has a high reflectance with respect to the output light (fundamental wave) wavelength of the laser medium 17.

図9に示す構成例24では、半導体レーザ(bar laser)と1つのコリメートレンズを用いてレーザ媒質に励起光を照射する(コリメートレンズ15が不要とされる。)。つまり、並列化光源13からの出射光が、コリメートレンズ14を透過してレーザ媒質17に照射される点において、上記構成例22と相違する。尚、図9は、紙面に設定される直交座標系のx軸及びz軸に対して直交するy軸方向からみた構成を示している。   In the configuration example 24 shown in FIG. 9, a laser medium is irradiated with excitation light using a semiconductor laser (bar laser) and one collimating lens (the collimating lens 15 is unnecessary). That is, the configuration differs from the above configuration example 22 in that the light emitted from the parallel light source 13 passes through the collimating lens 14 and is irradiated onto the laser medium 17. FIG. 9 shows a configuration viewed from the y-axis direction orthogonal to the x-axis and z-axis of the orthogonal coordinate system set on the paper surface.

並列化光源13の出力するレーザ光は、コリメートレンズ14を透過した後、反射鏡25にて反射された上でレーザ媒質17(Nd:YAG)に側面から照射される。   The laser light output from the parallel light source 13 passes through the collimator lens 14, is reflected by the reflecting mirror 25, and is irradiated from the side surface to the laser medium 17 (Nd: YAG).

共振器は、ミラー(平面鏡)23、凹面鏡19A、ミラー(平面鏡)20Aを用いて構成され、80mmの間隔をもって配置されたミラー23と凹面鏡19Aとの間の光路上にレーザ媒質17が配置されている。また、凹面鏡19Aとミラー20Aとの間の光路上には、非線形光学素子(PPSLT)21が所定の距離(26mm)をもって配置されている。   The resonator is configured by using a mirror (plane mirror) 23, a concave mirror 19A, and a mirror (plane mirror) 20A, and a laser medium 17 is disposed on the optical path between the mirror 23 and the concave mirror 19A arranged at an interval of 80 mm. Yes. A nonlinear optical element (PPSLT) 21 is disposed at a predetermined distance (26 mm) on the optical path between the concave mirror 19A and the mirror 20A.

尚、ミラー23、凹面鏡19Aは、基本波に対して高反射率とされ、ミラー20Aは基本波及び高調波に対して高反射率とされる。   The mirror 23 and the concave mirror 19A have a high reflectance with respect to the fundamental wave, and the mirror 20A has a high reflectance with respect to the fundamental wave and harmonics.

レーザ媒質17の出力する基本波は、曲率半径50mmの凹面鏡19Aに入射角10°で入射し、その反射光が非線形光学素子21を透過してミラー20Aで反射される。   The fundamental wave output from the laser medium 17 enters a concave mirror 19A having a curvature radius of 50 mm at an incident angle of 10 °, and the reflected light passes through the nonlinear optical element 21 and is reflected by the mirror 20A.

非線形光学素子21で発生する高調波は凹面鏡19Aを透過し、該凹面鏡から所定の距離(5.1mm)をもって位置されたコリメートレンズ(f30mm)26によって平行化されて出力される。   The harmonics generated by the nonlinear optical element 21 pass through the concave mirror 19A, and are collimated and output by a collimating lens (f30 mm) 26 positioned at a predetermined distance (5.1 mm) from the concave mirror.

図10(z軸方向から見た図)に示すように、寄生発振抑制のための波長選択素子又は複屈折フィルタを固体レーザ共振器内の光路上に積極的に配置した構成が挙げられる。   As shown in FIG. 10 (a diagram viewed from the z-axis direction), there is a configuration in which wavelength selection elements or birefringent filters for suppressing parasitic oscillation are positively arranged on the optical path in the solid-state laser resonator.

本例では、側面励起方式において、レーザ媒質17としてNd:YAG(長さ15mm)を用い、非線形光学素子21としてPPSLT(長さ3mm)を用いることによって、基本波(1064nm)からSHG光(532nm)を出力する。   In this example, by using Nd: YAG (length: 15 mm) as the laser medium 17 and PPSLT (length: 3 mm) as the nonlinear optical element 21 in the side surface excitation method, SHG light (532 nm) is generated from the fundamental wave (1064 nm). ) Is output.

Nd:YAGの端面17b、17rのうち、その一方17bは、基本波に関してブリュースター角(61.2°)をもつように加工された傾斜面とされ、また、他方17rはHRコートによる反射面であり、基本波に関して高反射率とされる(上記ミラー23と同様の作用をもつ。)。   Of the end faces 17b and 17r of Nd: YAG, one of them 17b is an inclined surface processed to have a Brewster angle (61.2 °) with respect to the fundamental wave, and the other 17r is a reflecting surface by an HR coat. And has a high reflectance with respect to the fundamental wave (having the same effect as the mirror 23).

Nd:YAGからの出射光は、光学素子(波長選択素子又は複屈折フィルタ)27を透過する。本例では、厚み1乃至3mm程度の水晶板が用いられ、ブリュースター角での入射条件をもって水晶板に入射され、その出射光が凹面鏡19A(曲率半径50mm)に向かう。尚、水晶板の結晶方位については、図11(y軸方向からみた図)に示すように、入射面の垂直方向を回転軸にしておよそ45°の回転方向とされ、ブリュースター角条件を満たすように傾いた姿勢で光路上に配置されている。   The outgoing light from Nd: YAG passes through an optical element (wavelength selection element or birefringent filter) 27. In this example, a quartz plate having a thickness of about 1 to 3 mm is used, and is incident on the quartz plate with an incident condition at a Brewster angle, and the emitted light is directed to the concave mirror 19A (curvature radius 50 mm). As shown in FIG. 11 (viewed from the y-axis direction), the crystal orientation of the quartz plate is set to a rotation direction of about 45 ° with the vertical direction of the incident surface as the rotation axis, and satisfies the Brewster angle condition. It is arranged on the optical path with a tilted posture.

凹面鏡19Aに到達した光は、反射後(反射角度10°)に、非線形光学素子21(PPSLT)に入射する。PPSLTの端面21b、21rのうち、その一方21bは、基本波及び第二高調波に関してほぼブリュースター角(64.9°)をもつように加工された傾斜面とされ、また、他方21rはHRコートによる反射面であり、基本波及び高調波に対して高反射率とされる(上記ミラー20Aと同様の作用をもつ。)。PPSLTによる高調波は、凹面鏡19A(出力ミラー)を透過して出力され、図示しないコリメートレンズで集光される。   The light that has reached the concave mirror 19A is incident on the nonlinear optical element 21 (PPSLT) after reflection (reflection angle 10 °). One end 21b of the end faces 21b and 21r of the PPSLT is an inclined surface processed to have a Brewster angle (64.9 °) with respect to the fundamental wave and the second harmonic, and the other 21r is an HR. It is a reflective surface by a coat, and has a high reflectivity with respect to the fundamental wave and harmonics (have the same effect as the mirror 20A). The harmonics generated by PPSLT are transmitted through the concave mirror 19A (output mirror) and output, and are collected by a collimator lens (not shown).

本例のように、PPSLT等の結晶長から決まる位相整合許容幅(波長幅)を、基本波の最も強い発振線の線幅以上として、かつそれ以外の近傍の発振線を、波長選択素子又は複屈折フィルタを用いて抑制することが好ましい。   As in this example, the allowable phase matching width (wavelength width) determined from the crystal length of PPSLT or the like is set to be equal to or larger than the line width of the strongest oscillation line of the fundamental wave, and other nearby oscillation lines are connected to the wavelength selection element or It is preferable to suppress using a birefringent filter.

図12及び図13に示す構成例28では、半導体レーザ(bar laser)だけを用い、該レーザにレーザ媒質を近接させてコリメートレンズなしで励起光を照射する。   In the configuration example 28 shown in FIGS. 12 and 13, only a semiconductor laser (bar laser) is used, and a laser medium is brought close to the laser to irradiate excitation light without a collimating lens.

図12は、紙面に設定される直交座標系のx軸及びz軸に対して直交するy軸方向からみた構成を示し、図13は、紙面に設定される直交座標系のx軸及びy軸に対して直交するz軸方向からみた構成を示しており(共振器についてはレーザ媒質だけを示す。)、z軸が共振器光軸に沿うように設定されている。   12 shows a configuration viewed from the y-axis direction orthogonal to the x-axis and z-axis of the orthogonal coordinate system set on the paper surface, and FIG. 13 shows the x-axis and y-axis of the orthogonal coordinate system set on the paper surface. 2 shows a configuration viewed from the z-axis direction orthogonal to (resonator only shows a laser medium), and the z-axis is set along the optical axis of the resonator.

本例では、並列化光源13を用いてレーザ媒質17を直接励起するため、コリメートレンズが一切不要であり、部品点数を削減できる。また、その光学アライメントが必要ないので作製工数の削減に有効である。   In this example, since the laser medium 17 is directly excited using the parallel light source 13, no collimating lens is required, and the number of parts can be reduced. Moreover, since the optical alignment is not necessary, it is effective for reducing the number of manufacturing steps.

但し、並列化光源13からレーザ媒質17への照射光について、x−y平面内で比較的大きな発散角をもってレーザ媒質17に入射される場合に、この光がレーザ媒質17を透過して外部に漏れてしまうと効率低下の原因となる。   However, when the irradiation light from the parallel light source 13 to the laser medium 17 is incident on the laser medium 17 with a relatively large divergence angle in the xy plane, this light is transmitted through the laser medium 17 to the outside. If it leaks, it will cause a decrease in efficiency.

そこで、レーザ媒質17に対して光閉じ込め手段を設けることが好ましく、例えば、該手段として下記に示す構成形態が挙げられる。   Therefore, it is preferable to provide an optical confinement means for the laser medium 17, and examples of the means include the following configurations.

・全反射利用を利用する形態
・反射膜を形成する形態
・反射部材等を付設する形態。
-A form that uses total reflection-A form that forms a reflective film-A form that is provided with a reflecting member or the like

例えば、レーザ媒質17への入射光が、その内部で全反射されるように角度設定や研磨等を行う形態では、反射部材等の付加的な手段が不要である。また、レーザ媒質17の外表面(z軸に直交する端面を除く。)に反射膜を形成したり、反射部材を設ける形態では、レーザ媒質の内部に入射された光を、反射膜や反射部材での反射によって効率良く閉じ込めることができる。   For example, in an embodiment in which angle setting, polishing, or the like is performed so that light incident on the laser medium 17 is totally reflected inside, no additional means such as a reflecting member is required. Further, in a form in which a reflection film is formed on the outer surface of the laser medium 17 (excluding an end surface orthogonal to the z-axis) or a reflection member is provided, the light incident on the laser medium is converted into the reflection film or the reflection member. It is possible to confine efficiently by reflection on the surface.

図13の丸枠の部分を拡大して右上に示す例では、レーザ媒質17に対して反射手段(金属膜や金属製ミラー等)29を用いた励起光の閉じ込めによって、高効率での光吸収が実現され、レーザ効率を向上させることができる。尚、共振器構成等については上記構成例22の場合と同様である。   In the example shown in the upper right portion of the enlarged round frame in FIG. 13, light absorption with high efficiency is achieved by confining excitation light using a reflecting means (metal film, metal mirror, etc.) 29 with respect to the laser medium 17. Is realized, and the laser efficiency can be improved. The resonator configuration and the like are the same as those in the above configuration example 22.

上記形態(B−1)、(B−2)、(B−3)の順にコリメートレンズが1つずつ減り、これに従って構成が簡単になるが、(B−3)では、光閉じ込め手段が必要とされる。   The collimating lenses are reduced one by one in the order of the above forms (B-1), (B-2), and (B-3), and the configuration is simplified accordingly. In (B-3), an optical confinement means is required. It is said.

以上のように、形態(B)によれば、簡易な構成であり、高出力化に適する。そして、励起光を分散できるため、排熱(レーザ媒質の放熱対策)が形態(A)よりも容易であり、安定性の向上や長寿命化等に有利である。また、1次元マルチモード発振の場合、励起法の工夫によってエンドポンプ並みの効率を得ることが可能である。   As described above, according to the mode (B), the configuration is simple and suitable for high output. And since excitation light can be disperse | distributed, exhaust heat (heat dissipation countermeasure of a laser medium) is easier than a form (A), and it is advantageous to a stability improvement, long lifetime, etc. In the case of one-dimensional multi-mode oscillation, it is possible to obtain the same efficiency as an end pump by devising the excitation method.

上記(B−1)のように、レンズアレイによるコリメートを行う形態では、平行光での励起により、高効率のサイドポンプを実現することが可能である。発振モードサイズと励起光のサイズを一致させれば、1次元横モード発振においてエンドポンプの場合と同様の高効率発振が可能となる。   As in (B-1) above, in the form of performing collimation by the lens array, it is possible to realize a highly efficient side pump by excitation with parallel light. If the oscillation mode size and the size of the excitation light are matched, high-efficiency oscillation similar to that of the end pump can be performed in one-dimensional transverse mode oscillation.

また、上記(B−2)では、ロッドレンズ(コリメータ)を用いて、x−y平面内でのコリメーションを行い、縦方向(z軸方向)において発振モードサイズと励起光のサイズを一致させることができる。   In (B-2) above, a rod lens (collimator) is used to perform collimation in the xy plane so that the oscillation mode size and the size of the excitation light are matched in the vertical direction (z-axis direction). Can do.

上記(B−3)では、レンズを使わないので、部品点数やコストの削減等に有効である。   In the above (B-3), since no lens is used, it is effective for reducing the number of parts and cost.

図14は、形態(B−3)に係る構成例30を概略的に示した斜視図である。   FIG. 14 is a perspective view schematically showing a configuration example 30 according to the form (B-3).

図中に設定した3次元直交座標系については、矩形状をしたレーザ媒質17のレーザ出力軸方向に延びる軸をz軸とし、該レーザ媒質17の側面部への励起光の照射方向に沿う軸をx軸に選定し、z軸及びx軸に直交する軸をy軸に設定している。   In the three-dimensional orthogonal coordinate system set in the figure, the axis extending in the laser output axis direction of the rectangular laser medium 17 is the z axis, and the axis along the irradiation direction of the excitation light to the side surface of the laser medium 17 Is selected as the x axis, and the z axis and the axis orthogonal to the x axis are set as the y axis.

レーザダイオードアレイを用いた光源31からの側方照射光によって共振器32内のレーザ媒質17(Nd:YAG、YVO等)の光励起が行われ、レーザ発振光が反射手段33(平面鏡33aと凹面鏡33b)によって折り返されて線状ビームが非線形光学素子34に照射される。   Optical excitation of the laser medium 17 (Nd: YAG, YVO, etc.) in the resonator 32 is performed by side irradiation light from a light source 31 using a laser diode array, and laser oscillation light is reflected by reflecting means 33 (a plane mirror 33a and a concave mirror 33b). ) To irradiate the nonlinear optical element 34 with a linear beam.

尚、側面励起方式では、レーザ媒質の横幅がアパーチャーとなって、ビーム横幅が決まる。また、縦方向の幅については、共振器ミラー(凹面鏡33b)の曲率半径を選定することにより、そのサイズを決めることができる。   In the lateral excitation method, the lateral width of the laser medium becomes an aperture, and the beam lateral width is determined. The size of the longitudinal width can be determined by selecting the radius of curvature of the resonator mirror (concave mirror 33b).

上記した各構成において、線状ビームが非線形光学素子34を透過することにより、波長変換された線状出力光が得られる。該非線形光学素子34には、周期分極反転構造を有する光学デバイスの使用が好ましい。従来の非線形光学結晶に比べて非線形光学定数が大きく、高い変換効率が得られるとともに、ウエハープロセス技術による大量生産が可能であるため、低コスト化に有利である。周期分極反転構造を有する非線形光学デバイス(SHG素子等)への適用において、周期分極反転材料として、気相平衡法処理(VTE:Vapor Transport Equilibration)されたPPSLTを用いる場合には、光損傷に強く、長期信頼性に優れており、変換効率が高いデバイスが得られるので、数ワット以上の高出力光(SHG光等)を安定に得ることができる。また、その横マルチモード方向と、スラブレーザの横マルチモード方向を一致させることで、横方向にパワースケーリングが可能である。   In each of the above-described configurations, the linear beam is transmitted through the non-linear optical element 34, so that the wavelength-converted linear output light is obtained. The nonlinear optical element 34 is preferably an optical device having a periodically poled structure. Compared with conventional nonlinear optical crystals, the nonlinear optical constant is large, high conversion efficiency is obtained, and mass production by wafer process technology is possible, which is advantageous for cost reduction. In application to nonlinear optical devices (such as SHG elements) having a periodically poled structure, when PPSLT subjected to vapor phase equilibration (VTE: Vapor Transport Equilibration) is used as a periodically poled material, it is highly resistant to optical damage. Since a device having excellent long-term reliability and high conversion efficiency can be obtained, high output light (SHG light or the like) of several watts or more can be stably obtained. Also, power scaling is possible in the horizontal direction by matching the horizontal multimode direction with the horizontal multimode direction of the slab laser.

強誘電体材料を用いて気相平衡法処理される基板を加工して作製される光学デバイスについて、以下では、化学量論組成周期分極タンタル酸リチウム(LiTa03)を例にして説明する。 In the following, an optical device manufactured by processing a substrate that is processed by a vapor phase equilibrium method using a ferroelectric material will be described using a stoichiometric composition periodically poled lithium tantalate (LiTaO 3 ) as an example.

製造プロセスとしては、概ね下記に示す工程を経て光学デバイスが作製される。   As a manufacturing process, an optical device is generally manufactured through the following steps.

(1)ウエハー投入
(2)VTE
(3)単分域化
(4)パターニング(電極形成等)
(5)周期分極反転(電圧印加による分極反転)
(6)切断・研磨・コート。
(1) Wafer input (2) VTE
(3) Single domain (4) Patterning (electrode formation, etc.)
(5) Periodic polarization reversal (polarization reversal by voltage application)
(6) Cutting / polishing / coating.

先ず、基板(結晶基板)を装置に投入して設定作業を行う。   First, a substrate (crystal substrate) is loaded into the apparatus to perform setting work.

VTE工程では、例えば、原料粉末が充填された白金皿等をアルミナ容器に入れて、原料粉末上に基板を配置した後、原料粉末及び基板の周囲を白金るつぼで覆った状態とし、それらをアルミナ容器内に収容して、高温で所定時間加熱する。   In the VTE process, for example, a platinum dish filled with raw material powder is placed in an alumina container, a substrate is placed on the raw material powder, and then the raw material powder and the periphery of the substrate are covered with a platinum crucible, and these are made of alumina. It is accommodated in a container and heated at a high temperature for a predetermined time.

そして、VTEによる高温処理を経た基板を取り出した後、所定温度で所定の電圧を印加することで単分域化し、リソグラフィーによるパターンニング工程で所定周期(数μm程度)の電極(アルミニウム電極等)を形成する。周期分極反転構造では、例えば、強誘電体の基板において分極周期パターンに一致する櫛状電極や格子状電極等を形成し、対をなす電極間(表裏面の電極対等)に所定の外部直流電圧を印加する。これによって、所要の分極反転周期をもったドメイン構造が実現される。   Then, after taking out the substrate that has been subjected to the high temperature treatment by VTE, it is made into a single domain by applying a predetermined voltage at a predetermined temperature, and an electrode (aluminum electrode, etc.) having a predetermined period (about several μm) in a lithography patterning process Form. In a periodic polarization reversal structure, for example, a comb-like electrode or a lattice-like electrode that matches the polarization periodic pattern is formed on a ferroelectric substrate, and a predetermined external DC voltage is formed between the paired electrodes (front-back electrode pair, etc.) Is applied. As a result, a domain structure having a required polarization inversion period is realized.

その後、研磨等の処理工程を経て基板上に形成された個々の素子部分が分離され、光学デバイス(SHG素子等)が完成する。   Thereafter, the individual element portions formed on the substrate through a processing step such as polishing are separated, and an optical device (SHG element or the like) is completed.

周期分極反転材料を用いた基板厚は、例えば、0.5乃至1mm程度とされ、厚い基板ではVTEの処理時間が長くなる等の問題が生じるため、厚みには一定の限界があるが、基板幅(光線伝播方向及び厚み方向に直交する方向の幅)に限界はなく、横幅を充分に大きくすることが可能である。このことは、レーザ媒質から出力される線状ビームに対して、充分な横幅をもった非線形光学素子を配置できることを意味する。つまり、結晶光密度(単位面積当たりの光出力)の限界に対しては、基板の横幅を大きくすることができるので、幅方向へのビーム拡大に関して容易に対応することができ、高出力化に好適である(基板厚に一定の限界が課せられる場合には、基板の幅方向を拡げることが有効である。)。   The thickness of the substrate using the periodically poled material is, for example, about 0.5 to 1 mm. A thick substrate has a problem that the processing time of VTE becomes long. There is no limit to the width (the width in the direction perpendicular to the light beam propagation direction and the thickness direction), and the lateral width can be made sufficiently large. This means that a nonlinear optical element having a sufficient lateral width can be arranged for the linear beam output from the laser medium. In other words, the width of the substrate can be increased with respect to the limit of crystal light density (light output per unit area), so that it is possible to easily cope with beam expansion in the width direction, and increase the output. (In the case where a certain limit is imposed on the substrate thickness, it is effective to widen the width direction of the substrate).

このような非線形光学素子を用いたSHGによって、紫外光又は青色光又は緑色光の線状ビームを出力する場合には、希土類添加の固体レーザ媒質を赤外共振器内に配置する。固体レーザ媒質による高出力の赤外出力光が赤外共振器中の非線形光学素子に照射され、SHGにより可視光が得られる。例えば、希土類の発振波長により、光色(緑や青)のもととなる発振光を得ることができる。   When a linear beam of ultraviolet light, blue light, or green light is output by SHG using such a nonlinear optical element, a rare earth-added solid-state laser medium is disposed in the infrared resonator. High-power infrared output light from the solid-state laser medium is applied to the nonlinear optical element in the infrared resonator, and visible light is obtained by SHG. For example, oscillating light that is a source of light color (green or blue) can be obtained by the oscillation wavelength of rare earth.

次に、寄生発振の抑制に関して、分極反転周期をそれぞれ異にする周期分極反転構造をもった、複数の疑似位相整合(QPM:Quasi-Phase Matching)部を有する構成(所謂マルチグレーティング)について説明する。   Next, a configuration (so-called multi-grating) having a plurality of quasi-phase matching (QPM) parts having a periodic polarization inversion structure with different polarization inversion periods for suppressing parasitic oscillation will be described. .

非線形光学素子が、寄生発振波長に対応する分極反転周期の疑似位相整合部を有する場合において、図15では、3つのQPM部が配置された光学素子35を例示している(基板面に対して直交する方向からみた概略平面図)。   In the case where the nonlinear optical element has a quasi phase matching portion having a polarization inversion period corresponding to the parasitic oscillation wavelength, FIG. 15 illustrates an optical element 35 in which three QPM portions are arranged (with respect to the substrate surface). Schematic plan view seen from the orthogonal direction).

つまり、本例では、位相整合波長がそれぞれλ1、λ2、λ3とされ、各波長に応じた分極反転周期のQPM部36、37、38が光軸に沿って配置されている。例えば、PPSLTの場合に、λ1=1.0615(μm)、λ2=1.06415(μm)、λ3=1.0737(μm)とされ、Nd:YAGレーザにおいて、基本波とその近辺での寄生発振線(1061nm、1074nm等)に相当する。   That is, in this example, the phase matching wavelengths are λ1, λ2, and λ3, respectively, and the QPM portions 36, 37, and 38 having polarization inversion periods corresponding to the respective wavelengths are arranged along the optical axis. For example, in the case of PPSLT, λ 1 = 1.0615 (μm), λ 2 = 1.06415 (μm), and λ 3 = 1.0737 (μm). In the Nd: YAG laser, the fundamental wave and the parasitic in the vicinity thereof are set. It corresponds to an oscillation line (1061 nm, 1074 nm, etc.).

光の入射側に位置されたQPM部36は周期Λ1の分極反転構造を有し、QPM部36から所定の間隔「d1」をもって位置されたQPM部37は周期Λ2の分極反転構造を有する。そして、QPM部37から所定の間隔「d2」をもって出射側に位置されたQPM部38は周期Λ3の分極反転構造を有する。尚、各周期(あるいは反転ピッチ)については、下式を用いて算出される。   The QPM unit 36 positioned on the light incident side has a polarization inversion structure with a period Λ1, and the QPM unit 37 positioned with a predetermined interval “d1” from the QPM unit 36 has a polarization inversion structure with a period Λ2. The QPM unit 38 positioned on the emission side with a predetermined interval “d2” from the QPM unit 37 has a domain-inverted structure with a period Λ3. Each period (or reverse pitch) is calculated using the following equation.

Figure 2006066817
Figure 2006066817

図16には、PPSLTの場合を例にして、横軸に基本波の波長λ(単位:μm)をとり、縦軸に分極反転周期「Λ(λ)」(単位:μm)をとって両者の関係を示している。   In FIG. 16, taking the case of PPSLT as an example, the horizontal axis represents the wavelength λ (unit: μm) and the vertical axis represents the polarization inversion period “Λ (λ)” (unit: μm). Shows the relationship.

上記λ1、λ2、λ3のそれぞれに対応する周期Λ1、Λ2、Λ3の各値は、Λ1=7.94(μm)、Λ2=8(μm)、Λ3=8.2(μm)とされる。   The values of the periods Λ1, Λ2, and Λ3 corresponding to the λ1, λ2, and λ3 are Λ1 = 7.94 (μm), Λ2 = 8 (μm), and Λ3 = 8.2 (μm), respectively.

PPSLTを用いた素子では、その分極反転周期を変えることにより位相整合波長を選ぶことができ、7.94μmの周期に対して1061nm、8.2μmの周期に対して1074nmの各波長において位相整合し、これによって意図的に寄生発振の抑制効果を発揮させることができる(SHG光の損失に依る。)。   In the element using PPSLT, the phase matching wavelength can be selected by changing the polarization inversion period, and the phase matching is performed at each wavelength of 1061 nm for the period of 7.94 μm and 1074 nm for the period of 8.2 μm. Thus, it is possible to intentionally exert the effect of suppressing parasitic oscillation (depending on the loss of SHG light).

尚、このような複数のQPM部を含む構成では、高調波出力に関して各部がそれぞれ単独に存在するとした場合の、各高調波出力の総和成分と、それ以外の成分、つまり、各部間での干渉による成分を考慮する必要がある。各QPM部で発生する高調波の干渉についてはそれらの位相関係で決まるため、各QPM部の間、つまり、間隔d1、d2に示す範囲に非QPM部(分極反転構造をもたない部分)を設けている。つまり、非QPM部は、各QPM部で発生する高調波の位相調整に用いられ、d1、d2の値は高調波の出力変動を考慮して規定される。   In addition, in such a configuration including a plurality of QPM parts, the sum component of each harmonic output and other components, that is, interference between the parts, when each part exists independently with respect to the harmonic output. It is necessary to consider the component due to. Since the interference of harmonics generated in each QPM part is determined by their phase relationship, a non-QPM part (a part having no polarization inversion structure) is provided between the QPM parts, that is, in the range indicated by the intervals d1 and d2. Provided. That is, the non-QPM part is used for phase adjustment of harmonics generated in each QPM part, and the values of d1 and d2 are defined in consideration of the output fluctuation of the harmonics.

上記した1次元光変調素子への照明において、該変調素子の1次元方向(長軸方向)と横マルチモードの方向とを合わせることで、ラインジェネレータ等によるプロファイル変換の必要がなくなり、部品点数を削減することができる。   In the above-described illumination to the one-dimensional light modulation element, by combining the one-dimensional direction (long axis direction) of the modulation element and the direction of the horizontal multimode, there is no need for profile conversion by a line generator or the like, and the number of parts can be reduced. Can be reduced.

また、例えば、回折格子型の1次元空間変調素子(グレーティング・ライト・バルブ素子等)への1次元照明に用いるビーム拡大系について各色共通の構成を用いることができる。つまり、R、G、B各色のビーム毎に異なる構成のビームエキスパンダを用いることは、構成の複雑化等の原因となるため、各色について同じ構成のビームエキスパンダを用いることが好ましく、上記の構成によれば、緑色や青色のビームに対して、赤色ビームの場合と同じ光学的構成を用いて、線状ビームを所定倍率で拡大して1次元光変調素子に照射することができる。例えば、4枚の平凸レンズと1枚の円筒レンズ(シリンドリカルレンズ)を用いた既知の光学系が挙げられ、1次元光変調素子の長軸方向及び光軸方向を含む面内において、線状ビームを一旦集光してから、該長軸方向に拡大整形すれば良い。   Further, for example, a common configuration for each color can be used for a beam expansion system used for one-dimensional illumination on a diffraction grating type one-dimensional spatial modulation element (grating, light, valve element, etc.). That is, it is preferable to use the beam expander having the same configuration for each color because the use of a beam expander having a different configuration for each color beam of R, G, and B causes a complication of the configuration. According to the configuration, the linear beam can be enlarged at a predetermined magnification and irradiated to the one-dimensional light modulation element with respect to the green and blue beams using the same optical configuration as that of the red beam. For example, there is a known optical system using four plano-convex lenses and one cylindrical lens (cylindrical lens), and a linear beam is formed in a plane including the major axis direction and the optical axis direction of the one-dimensional light modulation element. Is once condensed and then enlarged and shaped in the major axis direction.

縦横マルチモード発振の固体レーザ光源を用いた、回折格子型1次元空間変調素子への照明系を有する画像投射装置等への適用を想定した場合に、該素子への照明光に関して、1次元方向(変調素子の長軸方向)では集光特性の空間コヒーレンスに対する要求が厳しくないが、当該方向に直交する方向(変調素子の短軸方向)では所定幅(数十μm程度)にビームを絞るために高いコヒーレンスが要求される。上記した構成の照明光学系を採用することによって、そのような要求を満たすべく、1次元変調素子の長軸方向(長手方向)において横マルチモードでの光励起によって1次元方向に拡がったビームを得るとともに、1次元変調素子の短軸方向において、ほぼ回折限界まで絞り込んだ線状ビームを該素子に照射することができる。   Assuming application to an image projection apparatus or the like having an illumination system for a diffraction grating type one-dimensional spatial modulation element using a vertical and horizontal multimode oscillation solid-state laser light source, one-dimensional direction is applied to illumination light to the element. In the (major axis direction of the modulation element), the requirement for the spatial coherence of the condensing characteristic is not strict, but in the direction orthogonal to the direction (minor axis direction of the modulation element), the beam is narrowed to a predetermined width (about several tens of μm). High coherence is required. By adopting the illumination optical system having the above-described configuration, a beam expanded in the one-dimensional direction is obtained by optical excitation in the transverse multimode in the major axis direction (longitudinal direction) of the one-dimensional modulation element in order to satisfy such a requirement. At the same time, the linear beam narrowed to almost the diffraction limit in the short axis direction of the one-dimensional modulation element can be irradiated to the element.

上記に説明した構成によれば、高効率の照明が可能となり、寄生発振のない安定な出力を得ることができる。   According to the configuration described above, highly efficient illumination is possible, and a stable output without parasitic oscillation can be obtained.

本発明に係る光源装置の基本構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the basic composition of the light source device which concerns on this invention. 位相整合許容幅と発振ゲイン幅との関係について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between a phase matching allowable width | variety and an oscillation gain width | variety. 本発明に係る画像生成装置の構成例について要部を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the principal part about the structural example of the image generation apparatus which concerns on this invention. 図5とともに、本発明に係る構成形態を例示した図であり、本図は並列化光源を構成するエミッタの配列方向を含む面に対して直交する方向からみた場合の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration form according to the present invention together with FIG. 5, and is a diagram showing a configuration when viewed from a direction orthogonal to a plane including the arrangement direction of the emitters constituting the parallel light source. 図4とは異なる方向からみた場合の構成の要部を示す図である。It is a figure which shows the principal part of a structure at the time of seeing from a different direction from FIG. 並列化光源としてレーザダイオードアレイを例示した斜視図である。It is the perspective view which illustrated the laser diode array as a parallel light source. 図8とともに、本発明に係る構成形態の別例を示した図であり、本図は並列化光源を構成するエミッタの配列方向を含む面に対して直交する方向からみた場合の構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing another example of the configuration according to the present invention together with FIG. 8, and this diagram is a diagram showing a configuration when viewed from a direction orthogonal to the plane including the arrangement direction of the emitters constituting the parallel light source It is. 図7とは異なる方向からみた場合の構成の要部を示す図である。It is a figure which shows the principal part of a structure at the time of seeing from a different direction from FIG. 本発明に係るさらに別例を示した図であり、本図は並列化光源を構成するエミッタの配列方向を含む面に対して直交する方向からみた場合の構成を示す図である。It is the figure which showed another example which concerns on this invention, and this figure is a figure which shows the structure at the time of seeing from the direction orthogonal to the surface containing the arrangement direction of the emitter which comprises a parallel light source. 寄生発振抑制のために水晶板を固体レーザ共振器内に設けた構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example which provided the crystal plate in the solid-state laser resonator for parasitic oscillation suppression. 図10の水晶板の設置姿勢を示す図である。It is a figure which shows the installation attitude | position of the crystal plate of FIG. 図13とともに、本発明に係るさらに別例を示した図であり、本図は並列化光源を構成するエミッタの配列方向を含む面に対して直交する方向からみた場合の構成を示す図である。13 is a diagram showing still another example according to the present invention together with FIG. 13, which is a diagram showing a configuration when viewed from a direction orthogonal to a plane including the arrangement direction of the emitters constituting the parallel light source. . 図12とは異なる方向からみた場合の構成の要部を示す図である。It is a figure which shows the principal part of a structure at the time of seeing from a different direction from FIG. 本発明に係る光源装置の構成例を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the structural example of the light source device which concerns on this invention. 複数の疑似位相整合部を有する非線形光学素子の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the nonlinear optical element which has several quasi phase matching parts. 基本波の波長λと、分極反転周期Λ(λ)との関係を例示したグラフ図である。FIG. 6 is a graph illustrating the relationship between the wavelength λ of the fundamental wave and the polarization inversion period Λ (λ).

符号の説明Explanation of symbols

1…光源装置、3…共振器、4…レーザ媒質、5…非線形光学素子、6…画像生成装置、7R、7G、7B…光変調手段、17…レーザ媒質、21…非線形光学素子、32…共振器、34、35…非線形光学素子、36〜38…疑似位相整合部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source device, 3 ... Resonator, 4 ... Laser medium, 5 ... Nonlinear optical element, 6 ... Image generation apparatus, 7R, 7G, 7B ... Light modulation means, 17 ... Laser medium, 21 ... Nonlinear optical element, 32 ... Resonator, 34, 35 ... Nonlinear optical element, 36-38 ... Pseudo phase matching unit

Claims (12)

縦横マルチモード発振する固体レーザ共振器内に周期分極反転構造を有する非線形光学素子を配置して位相整合による高調波を発生させるように構成された光源装置において、
共振器内のレーザ媒質による基本波の発振波長幅が、上記非線形光学素子の位相整合幅以下とされる
ことを特徴とする光源装置。
In a light source device configured to generate a harmonic by phase matching by arranging a nonlinear optical element having a periodically poled structure in a solid-state laser resonator that oscillates vertically and horizontally in a multimode,
A light source device characterized in that an oscillation wavelength width of a fundamental wave by a laser medium in a resonator is equal to or less than a phase matching width of the nonlinear optical element.
請求項1に記載した光源装置において、
上記非線形光学素子の結晶長によって規定される位相整合許容幅が、基本波の発振ゲイン幅よりも大きい
ことを特徴とする光源装置。
The light source device according to claim 1,
A light source device characterized in that a phase matching tolerance defined by a crystal length of the nonlinear optical element is larger than an oscillation gain width of a fundamental wave.
請求項1に記載した光源装置において、
寄生発振抑制のための波長選択素子又は複屈折フィルタを上記固体レーザ共振器内に配置した
ことを特徴とする光源装置。
The light source device according to claim 1,
A light source device, wherein a wavelength selection element or a birefringent filter for suppressing parasitic oscillation is disposed in the solid-state laser resonator.
請求項1に記載した光源装置において、
上記非線形光学素子が、寄生発振波長に対応する分極反転周期の疑似位相整合部を有している
ことを特徴とする光源装置。
The light source device according to claim 1,
The non-linear optical element includes a quasi-phase matching unit having a polarization inversion period corresponding to a parasitic oscillation wavelength.
請求項1に記載した光源装置において、
上記非線形光学素子の基板材料が、気相平衡法処理を施した化学量論組成周期分極反転タンタル酸リチウムである
ことを特徴とする光源装置。
The light source device according to claim 1,
The substrate material of the nonlinear optical element is a stoichiometric composition periodically poled lithium tantalate subjected to a vapor phase equilibrium process.
請求項1に記載した光源装置において、
希土類添加の固体レーザ媒質を赤外共振器内に配置し、上記非線形光学素子の高調波発生により紫外光又は青色光又は緑色光を出力する
ことを特徴とする光源装置。
The light source device according to claim 1,
A light source device comprising: a solid-state laser medium doped with a rare earth element disposed in an infrared resonator; and outputting ultraviolet light, blue light, or green light by generating harmonics of the nonlinear optical element.
縦横マルチモード発振する固体レーザ共振器内に周期分極反転構造を有する非線形光学素子を配置して位相整合による高調波を発生させるように構成された照明光源と、該照明光源からの光を変調する光変調手段を備えた画像生成装置において、
共振器内のレーザ媒質による基本波の発振波長幅が、上記非線形光学素子の位相整合幅以下とされる
ことを特徴とする画像生成装置。
An illumination light source configured to generate a harmonic by phase matching by arranging a nonlinear optical element having a periodically poled structure in a solid-state laser resonator that oscillates in a longitudinal and transverse multimode, and modulates light from the illumination light source In the image generation apparatus provided with the light modulation means,
An image generation apparatus, wherein an oscillation wavelength width of a fundamental wave by a laser medium in a resonator is equal to or less than a phase matching width of the nonlinear optical element.
請求項7に記載した画像生成装置において、
上記非線形光学素子の結晶長によって規定される位相整合許容幅が、基本波の発振ゲイン幅よりも大きい
ことを特徴とする画像生成装置。
The image generation apparatus according to claim 7,
An image generating apparatus, wherein an allowable phase matching width defined by a crystal length of the nonlinear optical element is larger than an oscillation gain width of a fundamental wave.
請求項7に記載した画像生成装置において、
寄生発振抑制のための波長選択素子又は複屈折フィルタを上記固体レーザ共振器内に配置した
ことを特徴とする画像生成装置。
The image generation apparatus according to claim 7,
An image generating apparatus, wherein a wavelength selection element or a birefringent filter for suppressing parasitic oscillation is disposed in the solid-state laser resonator.
請求項7に記載した画像生成装置において、
上記非線形光学素子が、寄生発振波長に対応する分極反転周期の疑似位相整合部を有している
ことを特徴とする画像生成装置。
The image generation apparatus according to claim 7,
The non-linear optical element includes a quasi-phase matching unit having a polarization inversion period corresponding to a parasitic oscillation wavelength.
請求項7に記載した画像生成装置において、
上記非線形光学素子の基板材料が、気相平衡法処理を施した化学量論組成周期分極反転タンタル酸リチウムである
ことを特徴とする画像生成装置。
The image generation apparatus according to claim 7,
A substrate material of the nonlinear optical element is a stoichiometric composition periodically poled lithium tantalate subjected to a vapor phase equilibrium process.
請求項7に記載した画像生成装置において、
希土類添加の固体レーザ媒質を赤外共振器内に配置し、上記非線形光学素子の高調波発生により紫外光又は青色光又は緑色光を出力する
ことを特徴とする画像生成装置。
The image generation apparatus according to claim 7,
An image generating apparatus comprising: a rare-earth-added solid-state laser medium disposed in an infrared resonator; and outputting ultraviolet light, blue light, or green light by harmonic generation of the nonlinear optical element.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008185628A (en) * 2007-01-26 2008-08-14 Sony Corp Laser light source device and image generation device using the same
WO2009034625A1 (en) 2007-09-12 2009-03-19 Mitsubishi Electric Corporation Wavelength conversion element and wavelength conversion laser device
JP2010517066A (en) * 2007-01-18 2010-05-20 エピクリスタルズ オイ Pulsed laser light source based on frequency conversion
WO2014188793A1 (en) * 2013-05-20 2014-11-27 富士電機株式会社 Wavelength conversion element and light source device

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5552928A (en) * 1978-10-13 1980-04-17 Kobe Steel Ltd Reference sample for hydrogen analysis
JPH03108785A (en) * 1989-06-07 1991-05-08 Fuji Electric Co Ltd Laser light wavelength conversion system
JPH05273623A (en) * 1992-03-27 1993-10-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Optical wavelength conversion element and laser beam source using the same
JPH10239724A (en) * 1997-02-28 1998-09-11 Hitachi Metals Ltd Second harmonic generating device and laser application device
JPH10239723A (en) * 1997-02-28 1998-09-11 Hitachi Metals Ltd Second harmonic generating device and laser application device
JPH11145545A (en) * 1997-11-13 1999-05-28 Mitsui Chem Inc Solid-state laser
JP2000321610A (en) * 1999-05-14 2000-11-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Optical wavelength converting element and coherent light generating device and optical information processor using the same
JP2004157217A (en) * 2002-11-05 2004-06-03 Fuji Photo Film Co Ltd Wavelength converting laser beam source

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5552928A (en) * 1978-10-13 1980-04-17 Kobe Steel Ltd Reference sample for hydrogen analysis
JPH03108785A (en) * 1989-06-07 1991-05-08 Fuji Electric Co Ltd Laser light wavelength conversion system
JPH05273623A (en) * 1992-03-27 1993-10-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Optical wavelength conversion element and laser beam source using the same
JPH10239724A (en) * 1997-02-28 1998-09-11 Hitachi Metals Ltd Second harmonic generating device and laser application device
JPH10239723A (en) * 1997-02-28 1998-09-11 Hitachi Metals Ltd Second harmonic generating device and laser application device
JPH11145545A (en) * 1997-11-13 1999-05-28 Mitsui Chem Inc Solid-state laser
JP2000321610A (en) * 1999-05-14 2000-11-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Optical wavelength converting element and coherent light generating device and optical information processor using the same
JP2004157217A (en) * 2002-11-05 2004-06-03 Fuji Photo Film Co Ltd Wavelength converting laser beam source

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010517066A (en) * 2007-01-18 2010-05-20 エピクリスタルズ オイ Pulsed laser light source based on frequency conversion
JP2008185628A (en) * 2007-01-26 2008-08-14 Sony Corp Laser light source device and image generation device using the same
WO2009034625A1 (en) 2007-09-12 2009-03-19 Mitsubishi Electric Corporation Wavelength conversion element and wavelength conversion laser device
EP2192443A1 (en) * 2007-09-12 2010-06-02 Mitsubishi Electric Corporation Wavelength conversion element and wavelength conversion laser device
EP2192443A4 (en) * 2007-09-12 2011-05-25 Mitsubishi Electric Corp Wavelength conversion element and wavelength conversion laser device
US8094690B2 (en) 2007-09-12 2012-01-10 Mitsubishi Electric Corporation Wavelength converting element and wavelength converting laser apparatus
JP5159783B2 (en) * 2007-09-12 2013-03-13 三菱電機株式会社 Wavelength conversion element and wavelength conversion laser device
WO2014188793A1 (en) * 2013-05-20 2014-11-27 富士電機株式会社 Wavelength conversion element and light source device
JP5910794B2 (en) * 2013-05-20 2016-04-27 富士電機株式会社 Wavelength conversion element and light source device

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