JP2008118074A - レーザ光源装置及びそのレーザ光源装置を備えた画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力光のパワー低下を効率よく抑えて光利用効率が高く、かつ低コスト化、小型化が可能なレーザ光源装置、及びかかるレーザ光源装置の利用により、光の利用効率が向上した画像表示装置を提供する。
【解決手段】レーザ光源装置３１は、第１波長の光を射出する光源３１１と、第１波長の光を反射して光源の方に向かわせるミラー膜３１２Ｃと、光源とミラー膜との間に形成された第１光路Ｏ１上に第１波長の光を第２波長に変換する波長変換素子３１２と、ミラー膜で反射されて光源の方へ向かう過程で第２の波長に変換された光を第２光路Ｏ２に取り出す偏光ビームスプリッタ３１３と反射ミラー３１４からなる折り返し手段を備え、波長変換素子は、射出側の端面に第１波長の光を反射し第２波長の光を透過する特性のミラー膜と、入射側の端面に第１の波長近傍でバンドパス特性を有し、第１の波長の光を狭帯域化するバンドパス多層膜３１２Ｂを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を射出するレーザ光源装置、及びそのレーザ光源装置を備えた画像表示装置に関する。

近年、光通信、光応用測定、光表示などのオプトエレクトロニクス分野において、レーザ光源装置が広く使用されている。
こうしたレーザ光源装置としては、基本波レーザの波長をそのまま利用するものと、基本波レーザの波長を変換して利用するものとがある。後者のレーザ光源装置において、基本波レーザの波長の変換を行う素子として、第２次高調波発生（ＳＨＧ：Second Harmonic Generation）素子が知られている。

ここで、ＳＨＧ素子の変換効率は一般的に数％程度であるため、ＳＨＧ素子によって変換された光のパワーは、基本波レーザ光源の出力光のパワーに比べてかなり小さくなってしまう。
そこで、出力光のパワー低下を抑える構成として、特許文献１のようなレーザ光源装置が提案されている。このレーザ光源装置では、内部共振タイプのレーザ光源から射出され、ＳＨＧ素子を通過した光を、波長が変換された第１のＳＨＧ光と、残余基本波光とに分離する。そして、残余基本波光を、再度ＳＨＧ素子に通すことによって、波長が変換された第２のＳＨＧ光を取り出す。第２のＳＨＧ光は、第１のＳＨＧ光と偏光方向が９０°異なる偏光に変換された状態で、第１のＳＨＧ光とともに取り出される。特許文献１のレーザ光源装置では、このようにして、第１のＳＨＧ光と第２のＳＨＧ光の合成光を出力光として利用することにより、出力光のパワー低下を抑えている。

また、ＳＨＧ素子の変換波長に対して、温度変化によりレーザ光源の発振波長が変動する。あるいは、ＳＨＧ素子の変換波長の許容幅に対して、レーザ光源から射出される光の発振波長幅が広いために波長変換されない波長域の光が多く、変換効率が低いという課題が残る。
そこで、波長幅の狭いレーザ光を出力光として安定して供給するために、レーザ光源から射出されたレーザ光を共振させる外部共振器内にフォトポリマ体積ホログラムを備え、フォトポリマ体積ホログラムがレーザ光源から射出された光を回折して共振器内の光学系に入射させるとともに、所定の波長のレーザ光を選択的に透過して外部に射出する外部共振型レーザ装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭５９−１２８５２５号公報 特開２００１−２８４７１８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のレーザ光源装置では、残余基本波光を、再度ＳＨＧ素子に通すことによって波長が変換された第２のＳＨＧ光を利用することはできるものの、再度ＳＨＧ素子を通過しても波長が変換されなかった残余基本波光を利用することができない。よって、光の利用効率が劇的に向上することは無い。また、このような残余基本波光を、そのまま基本波レーザ光源へ戻すと、不安定になってしまう恐れがあるため、残余基本波光を光源へ戻さないようにする構成が必須となる。よって、光学系が大型化してしまう可能性がある。また、光路の長さが大きくなったり、光学要素を通過する回数が増えてしまったりするため、光の損失が発生してしまう可能性もある。つまり、特許文献１に記載のレーザ光源装置では、出力光のパワー低下をある程度抑えつつ、安定した出力を得ることは可能であるが、光の利用効率はそれ程上がらない。
一方、特許文献２に記載の外部共振型レーザ装置に用いられるフォトポリマ体積ホログラムは、例えば、樹脂中に屈折率の異なる干渉パターンが層状に多数形成され、発振波長のレーザ光を狭帯域化して反射する素子であり、非常に高価である。よって、レーザ装置を簡素に構成できるとはいえ、製造コストが嵩むという課題を有する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、出力光のパワー低下を効率よく抑えて光利用効率が高く、かつ低コスト化および小型化が可能なレーザ光源装置を提供することを目的とする。また、かかるレーザ光源装置の利用により、光の利用効率が向上した画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係るレーザ光源装置は、第１の波長の光を射出する光源と、前記第１の波長の光を選択的に反射して前記光源の方に向かわせるミラー手段と、前記光源と前記ミラー手段との間に形成された第１光路上に設けられ、入射した第１の波長の光のうち一部の光の波長を前記第１の波長とは異なる第２の波長に変換する波長変換素子と、前記ミラー手段によって反射されて前記光源の方へ向かう過程で前記第２の波長に変換された光を、前記第１光路とは異なる第２光路に取り出す折り返し手段と、を備え、前記ミラー手段から射出される前記第２の波長の第１のレーザ光と、前記折り返し手段から射出される前記第２の波長の第２のレーザ光とを出力光として利用するレーザ光源装置であって、前記ミラー手段は、前記波長変換素子の射出側の端面に設けられた前記第１の波長の光を８０％以上反射し前記第２の波長の光を８０％以上透過する特性を有するミラー膜よりなり、前記波長変換素子は、入射側の端面に、前記第１の波長近傍でバンドパス特性を有するバンドパス多層膜をさらに備えたことを特徴とする。

本発明によれば、光源とミラー手段とによって構成された共振構造（第１光路）中に波長変換素子を配置し、その波長変換素子の入射側の端面に、第１の波長近傍でバンドパス特性を有するバンドパス多層膜を備えることにより、光源から射出される第１の波長の光の波長が狭帯域化される。これにより、波長変換素子での変換効率が向上し、光の利用効率を高めた出力光を得ることができる。また、バンドパス多層膜およびミラー手段（ミラー膜）が、波長変換素子の入射側の端面および出射側の端面に設けられているため、光路の長さが長くなったり、光学要素を通過する回数が増えてしまったりすることによる光の損失を低減するとともに、構成部品点数が低減し、低コスト化および小型化したレーザ光源装置が得られる。
さらに、ミラー手段は発振波長を８０％以上反射し、変換波長を８０％以上透過する特性を有することで、光源の発振光を共振器の内部に閉じ込めながら、波長変換素子によって波長変換された第２の波長の光を効率良く取り出すことができる。さらにまた、ミラー手段によって反射されて光源へ向かう過程で波長が変換された第２の波長の光を、折り返し手段によって第２光路に取り出して利用することにより、出力光のパワー低下を効率よく低減することが可能である。

本発明に係るレーザ光源装置は、第１の波長の光を射出する光源と、前記第１の波長の光を選択的に反射して前記光源の方に向かわせるミラー手段と、前記光源と前記ミラー手段との間に形成された第１光路上に設けられ、入射した第１の波長の光のうち一部の光の波長を前記第１の波長とは異なる第２の波長に変換する波長変換素子と、前記光源と前記ミラー手段との間に形成された第１光路上に設けられ、前記第１の波長近傍でバンドパス特性を有するバンドパス多層膜を有するバンドパスフィルタと、前記ミラー手段によって反射されて前記光源の方へ向かう過程で前記第２の波長に変換された光を、前記第１光路とは異なる第２光路に取り出す折り返し手段と、を備え、前記ミラー手段から射出される前記第２の波長の第１のレーザ光と、前記折り返し手段から射出される前記第２の波長の第２のレーザ光とを出力光として利用するレーザ光源装置であって、前記ミラー手段は、前記波長変換素子の射出側の端面に設けられた前記第１の波長の光を８０％以上反射し前記第２の波長の光を８０％以上透過する特性を有するミラー膜よりなり、前記バンドパスフィルタは、前記第１光路上の前記光源と前記波長変換素子との間に配置され、前記光源のレーザ光射出面に対する傾斜角度が変位可能に構成されることを特徴とする。

本発明によれば、光源とミラー手段とによって構成された共振構造（第１光路）中に波長変換素子を配置し、その波長変換素子と光源との間に、第１の波長近傍でバンドパス特性を有するバンドパス多層膜を有し、光源のレーザ光射出面に対する傾斜角度が変位可能に構成されるバンドパスフィルタを配置することにより、光源から射出される第１の波長の光の波長が狭帯域化されるとともに、傾斜角度を変位して発振波長を変えることができる。これにより、温度変化などにより発振波長に変動が生じても、発振波長を調整することが可能となり、波長変換素子での変換効率が向上し、光の利用効率を高めた出力光を得ることができる。また、ミラー手段（ミラー膜）は発振波長を８０％以上反射し、変換波長を８０％以上透過する特性を有することで、光源の発振光を共振器の内部に閉じ込めながら、波長変換素子によって波長変換された第２の波長の光を効率良く取り出すことができる。
さらに、ミラー手段によって反射されて光源へ向かう過程で波長が変換された第２の波長の光を、折り返し手段によって第２光路に取り出して利用することにより、出力光のパワー低下を効率よく低減することが可能である。

本発明に係るレーザ光源装置は、第１の波長の光を射出する光源と、前記第１の波長の光を選択的に反射して前記光源の方に向かわせるミラー手段と、前記光源と前記ミラー手段との間に形成された第１光路上に設けられ、入射した第１の波長の光のうち一部の光の波長を前記第１の波長とは異なる第２の波長に変換する波長変換素子と、前記光源と前記ミラー手段との間に形成された第１光路上に設けられ、前記第１の波長近傍でバンドパス特性を有するバンドパス多層膜を有するバンドパスフィルタと、前記ミラー手段によって反射されて前記光源の方へ向かう過程で前記第２の波長に変換された光を、前記第１光路とは異なる第２光路に取り出す折り返し手段と、を備え、前記ミラー手段から射出される前記第２の波長のレーザ光と、前記折り返し手段から射出される前記第２の波長の第２のレーザ光とを出力光として利用するレーザ光源装置であって、前記ミラー手段は、前記第１の波長の光を８０％以上反射し、前記第２の波長の光を８０％以上透過する特性を有するミラー膜を備えた多層膜ミラーよりなり、前記バンドパスフィルタは、前記第１光路上の前記光源と前記波長変換素子との間、または前記多層膜ミラーと前記波長変換素子との間に配置され、前記光源のレーザ光射出面に対する傾斜角度が変位可能に構成されることを特徴とする。

本発明によれば、光源とミラー手段としての多層膜ミラーによって構成された共振構造（第１光路）中に波長変換素子を配置し、その波長変換素子と光源との間または多層膜ミラーと波長変換素子との間に、第１の波長近傍でバンドパス特性を有するバンドパス多層膜を有し、光源のレーザ光射出面に対する傾斜角度が変位可能に構成されるバンドパスフィルタを配置することにより、光源から射出される第１の波長の光の波長が狭帯域化されるとともに、傾斜角度を変位して発振波長を変えることができる。これにより、温度変化などにより発振波長に変動が生じても、発振波長を調整することが可能となり、波長変換素子での変換効率が向上し、光の利用効率を高めた出力光を得ることができる。また、ミラー手段は発振波長を８０％以上反射し、変換波長を８０％以上透過する特性を有することで、光源の発振光を共振器の内部に閉じ込めながら、波長変換素子によって波長変換された第２の波長の光を効率良く取り出すことができる。
さらに、ミラー手段によって反射されて光源へ向かう過程で波長が変換された第２の波長の光を、折り返し手段によって第２光路に取り出して利用することにより、出力光のパワー低下を効率よく低減することが可能である。さらにまた、波長変換素子、バンドパスフィルタ、多層膜ミラーを独立に各種特性の調整をすることが可能となり、発振効率および歩留まりの向上が期待できる。

本発明に係るレーザ光源装置において、前記バンドパス多層膜は、前記第２の波長に対して８０％以上の透過率を有し、高屈折率層Ｈと低屈折率層Ｌが交互に積層され、発振波長をλとおいて、光学膜厚が前記波長変換素子側から順に、０．２３６λＨ、０．３５５λＬ、０．２０７λＨ、０．２０３λＬ、（０．２５λＨ、０．２５λＬ）ｎ、０．５λＨ、（０．２５λＬ、０．２５λＨ）ｎ、０．２６６λＬ、０．２５５λＨ、０．２４８λＬ、０．３０１λＨ、０．６３１λＬであることが好ましい。但し、ｎは３から１０の範囲の値であり、括弧内の層を繰り返し積層する繰り返し数を示す。

かかる構成によれば、バンドパス多層膜は、第２の波長に対して８０％以上の透過率を有し、前記のように高屈折率層Ｈと低屈折率層Ｌが交互に積層されて形成されることにより、第１の波長近傍でバンドパス特性を有し、光源から射出された第１の波長の光を狭帯域化することができる。これにより、波長変換素子における波長変換の変換効率が向上するとともに、使用環境の温度変化などによってレーザ光源の発振波長に変動が生じたとしても、常に一定波長のレーザ光を、レーザ光源装置から射出することができる。

本発明に係るレーザ光源装置において、前記ミラー手段から射出される前記第２の波長の第１のレーザ光と、前記折り返し手段から射出される前記第２の波長の第２のレーザ光とは、略平行であることが好ましい。
本発明に係るレーザ光源装置は、レンズ、フィルター、ミラー、回折格子、プリズム、光変調素子など、他の光学デバイスと組み合わせて利用される可能性が高いが、このような光学デバイスの多くは、入射光の角度に依存して特性が変化したり、出力結果が変化してしまったりする。そこで、第１のレーザ光と第２のレーザ光とを略平行とすれば、レーザ光源装置の後に配置される光学デバイスの設計や配置が容易となる。したがって、かかる構成によれば、特に、本発明に係るレーザ光源装置を、画像表示装置等に応用した場合に、光学設計の自由度が非常に高まるという効果がある。

また、このとき、前記波長変換素子の、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とに直交する線と平行な方向の幅をＷ１とし、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との間の距離をＷ２としたとき、Ｗ２＞Ｗ１であることが好ましい。
かかる構成により、第１光路と折り返し手段との相対位置が多少ずれたとしても、第２光路が波長変換素子によって遮られることが無い。よって、光路変換素子の位置合わせが比較的容易となる。

さらに、折り返し手段は、第１の波長の光を透過し、第２の波長の光を反射する機能を有する選択性反射膜が設けられた偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタより入射する第２の波長の光を全反射する機能を有する反射膜が設けられた反射ミラーと、から構成されるのが好ましい。
かかる構成により、ミラー手段によって反射されて光源へ向かう過程で波長が変換された第２の波長の光を、第２光路に容易に取り出して利用することができる。

本発明に係るレーザ光源装置において、前記光源は、アレイ化された複数の発光部を備えることが好ましい。本発明では、このようにアレイ化された光源を用いたとしても、ミラー手段、波長変換素子、バンドパスフィルタ、折り返し手段の光入射端面および光射出端面の面積を、アレイに対応した面積に拡張すれば良いだけである。このように、本発明では、光源がアレイ化されたとしても、装置の過度な大型化を招くことが無く、簡単な構成で対応することが可能である。よって、本発明では、光源がアレイ化されたとしても、出力光のパワー低下を効率よく抑えて、光利用効率が高く、出力が安定したレーザ光源装置を得ることが可能となる効果をそのまま保持しつつ、アレイ化による光量の増加を、効果的に出力光のパワーアップに繋げることが可能である。

また、本発明に係るレーザ光源装置において、前記波長変換素子は、擬似位相整合型の波長変換素子であることが好ましい。擬似位相整合型の波長変換素子は、他のタイプの波長変換素子よりも変換効率が高いため、本発明の効果をより高めることが可能である。

本発明に係る画像表示装置は、上述したようなレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から射出されたレーザ光を画像情報に応じて変調する光変調素子とを備えたことを特徴とする。
かかる画像表示装置は、上述したようなレーザ光源装置を用いているため、光の利用効率を向上させることが可能である。

以下、本発明における実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るレーザ光源装置の概略構成を示す模式図である。
レーザ光源装置３１は、光源３１１と、波長変換素子３１２と、偏光ビームスプリッタ３１３と、反射ミラー３１４とを備えている。

光源３１１は、第１の波長の光を射出する。
図２は光源３１１の構造を模式的に示す断面図である。図２に示した光源３１１は、いわゆる面発光半導体レーザであり、例えば半導体ウエハより少なくともなる基板４００と、基板４００上に形成され、反射ミラーとしての機能を有するミラー層３１１Ａと、ミラー層３１１Ａの表面に積層されるレーザ媒体３１１Ｂとを有する。

ミラー層３１１Ａは、基板４００上に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により形成された、高屈折率の誘電体と低屈折率の誘電体の積層体によって構成されている。ミラー層３１１Ａを構成する各層の厚さ、各層の材料、層の数は、光源３１１から射出される光の波長（第１の波長）に対して最適化され、反射光が干渉し強め合う条件に設定されている。

レーザ媒体３１１Ｂは、ミラー層３１１Ａの面上に形成されている。このレーザ媒体３１１Ｂは、図示しない電通手段が接続されており、電通手段から所定量の電流が流されると、所定波長（第１の波長）の光を射出する。また、レーザ媒体３１１Ｂは、ミラー層３１１Ａと、図１に示した波長変換素子３１２のバンドパス多層膜３１２Ｂとの間で、第１の波長の光が共振することにより、特定の波長（第１の波長）の光を増幅させる。すなわち、ミラー層３１１Ａや、波長変換素子３１２のバンドパス多層膜３１２Ｂにより反射された光は、レーザ媒体３１１Ｂにより新たに射出される光と共振して増幅され、レーザ媒体３１１Ｂの光射出端面からミラー層３１１Ａや基板４００に略直交する方向に射出される。

波長変換素子３１２は、光源３１１から入射された第１の波長の光を狭帯域化するとともに、第１の波長の光を略半分の波長（第２の波長）の光に変換する。波長変換素子３１２は、図１に示すように、光源３１１と、後述するミラー手段としてのミラー膜３１２Ｃとの間に形成された第１光路Ｏ１上に設けられている。

図３は波長変換素子３１２の構造を模式的に示す断面図である。
波長変換素子３１２は、例えば四角柱形状を成し、波長変換部３１２Ａと、波長変換部３１２Ａの光源３１１側の端面（入射側の端面）に形成されたバンドパス多層膜３１２Ｂと、波長変換部３１２Ａの射出側の端面に形成されたミラー手段としてのミラー膜３１２Ｃと、を備えている。

波長変換部３１２Ａは、入射した光の第２次高調波を生成する第２次高調波発生（ＳＨＧ：Second Harmonic Generation）素子である。波長変換部３１２Ａは、周期的な分極反転構造を備えており、擬似位相整合（ＱＰＭ：Quasi Phase Matching）による波長変換によって、入射した光の波長を略半分の波長（第２の波長）の光に変換する。例えば、光源３１１から射出される光の波長（第１の波長）が１０６４ｎｍ（近赤外）である場合、波長変換部３１２Ａは、これを半分の波長（第２の波長）５３２ｎｍに変換して、緑色の光を生成する。但し、背景技術でも述べたように、波長変換部３１２Ａの波長変換効率は、一般的に３０〜４０％程度である。つまり、光源３１１から射出された光のすべてが、第２の波長の光に変換されるわけではない。

周期的な分極反転構造は、例えばニオブ酸リチウム（ＬＮ：ＬｉＮｂＯ₃）やタンタル酸リチウム（ＬＴ：ＬｉＴａＯ₃）などの無機非線形光学材料の結晶基板内部に形成されている。具体的には、周期的な分極反転構造は、このような結晶基板内部に、光源３１１から射出された光に対して略直交する方向に、相互に分極方向が反転した２つの領域３１２ＡＡ，３１２ＡＢを、所定の間隔で交互に多数形成した構成となっている。これら２つの領域３１２ＡＡ，３１２ＡＢのピッチは、入射光の波長と結晶基板の屈折率分散とを考慮して、適宜決定される。

なお、一般に半導体レーザから射出される光は、利得帯域の中で複数の縦モードが発振し、温度の変動などの影響によりそれらの波長が変化する。また、波長変換素子３１２において変換される光の波長の許容幅は０．３ｎｍ程度であり、使用環境温度の変化に対して、０．１ｎｍ／℃程度変動する。

バンドパス多層膜３１２Ｂは、第１の波長近傍でバンドパス特性を有する。それは、光源３１１から射出される光の内、設定された特定波長の光のみを選択的に透過し、それ以外の光を反射する。すなわち、光源３１１より射出される光を狭帯域化する機能を有する。なお、バンドパス多層膜３１２Ｂを選択的に透過する光の特定波長は、第１の波長における半値幅が略０．５ｎｍの光である。

バンドパス多層膜３１２Ｂの膜構成は、高屈折率層Ｈと低屈折率層Ｌが交互に積層され、発振波長をλとおいて、光学膜厚が前記波長変換素子側から順に、０．２３６λＨ、０．３５５λＬ、０．２０７λＨ、０．２０３λＬ、（０．２５λＨ、０．２５λＬ）ｎ、０．５λＨ、（０．２５λＬ、０．２５λＨ）ｎ、０．２６６λＬ、０．２５５λＨ、０．２４８λＬ、０．３０１λＨ、０．６３１λＬとしたものである。但し、ｎは３から１０の範囲の値であり、括弧内の層を繰り返し積層する繰り返し数を示す。

高屈折率層Ｈの材料としては、使用波長領域において透明で、環境にやさしいＴａ₂０₅、Ｎｂ₂０₅、Ｔｉ０₂、Ｚｒ０₂などの物質の内から１種類が選択され、低屈折率層Ｌの材料としては、同様に、環境にやさしいＳｉＯ₂、ＭｇＦ₂などの物質の内から１種類が選択される。

図４は、このように形成されたバンドパス多層膜３１２Ｂの分光透過率特性の一例を示すグラフである。グラフの横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は透過率（％）を示す。なお、この分光透過率特性は、光源３１１から射出される光の波長（第１の波長）が１０６４ｎｍ近傍である場合を示す。
図４に示すように、バンドパス多層膜３１２Ｂは、波長変換部３１２Ａにおいて変換された第２の波長の光に対して略８０％以上の透過率を有する。特に、波長５３２ｎｍの緑色光近傍の第２の波長の光に対して１００％に近い透過率を有する。

ミラー膜３１２Ｃは、第１の波長の光を選択的に反射して光源３１１の方に向かわせ、それ以外の波長（第２の波長を含む）の光を透過する機能を有する。ミラー膜３１２Ｃは、第１の波長の光を選択的に反射することで、増幅する光の波長を狭帯域化する機能も担っている。

ミラー膜３１２Ｃは、誘電体多層膜によって構成される。このような誘電体多層膜は、例えばＣＶＤによって形成することが可能であり、多層膜を構成する各層の厚さ、各層の材料、層の数は、求められる特性に応じて最適化される。このミラー膜３１２Ｃの第２の波長の光に対する透過率、および第１の波長の光に対する反射率は、高ければ高いほど良く、８０％以上が望ましい。

偏光ビームスプリッタ３１３は、ガラス基板３１３Ａの一方の面に選択性反射膜３１３Ｂが形成され、他方の面に光の反射を防止するための反射防止（ＡＲ：anti-reflective）膜３１３Ｃが形成されている。この偏光ビームスプリッタ３１３は、第１の波長の光を透過し、波長変換素子３１２によって変換された第２の波長の光を反射ミラー３１４の方に向かって反射する機能を有する。

偏光ビームスプリッタ３１３は、第１光路Ｏ１上の光源３１１と波長変換素子３１２との間に、第１光路Ｏ１に対して略４５°傾斜する角度に配置されている。
なお、選択性反射膜３１３Ｂは、反射効率を考慮すると、ガラス基板３１３Ａよりも入射光に近い側、つまり、ガラス基板３１３Ａの波長変換素子３１２側の面に設けた方が良いが、ガラス基板３１３Ａの光源３１１側の面に形成するようにしても良い。また、ＡＲ膜３１３Ｃは、偏光ビームスプリッタ３１３の機能を達成する上で必須の構成ではないため、省略することも可能である。

反射ミラー３１４は、ガラス基板３１４Ａの一方の面に反射膜３１４Ｂを備え、他方の面にＡＲ膜３１４Ｃを備えている。この反射ミラー３１４は、偏光ビームスプリッタ３１３から入射した第２の波長の光ＩＬを反射する機能を有し、第１光路Ｏ１に対して偏光ビームスプリッタ３１３と面対称となる位置に配置されている。

反射膜３１４Ｂは、選択性反射膜３１３Ｂと同様、誘電体多層膜によって構成することが可能である。このとき、反射膜３１４Ｂを構成する誘電体多層膜は、選択性反射膜３１３Ｂと異なる誘電体多層膜でも良いが、同じ誘電体多層膜でも良い。また、反射膜３１４Ｂはアルミニウム、クロム、銀などの金属膜によって構成しても良い。
一般的に、誘電体多層膜の方が、金属膜に比べて耐熱性に優れている。また、誘電体多層膜は、これを構成する各層の厚さ、各層の材料、層の数の最適化により、特定波長の光に対する反射率を高めることが可能であり、レーザ光のように波長帯域が狭く、指向性の高い光を効率よく反射するにも適している。一方、金属膜は、コスト面において誘電体多層膜よりも有利である。

なお、反射膜３１４Ｂは、反射効率を考慮すると、ガラス基板３１４Ａよりも入射光に近い側、つまり、ガラス基板３１４Ａの偏光ビームスプリッタ３１３側の面に設けた方が良いが、その反対側の面に形成するようにしても良い。また、ＡＲ膜３１４Ｃは、反射ミラー３１４の機能を達成する上で必須の構成ではないため、省略することも可能である。

次に、レーザ光源装置３１から出力光が得られるまでの過程について、図１〜図３を参照して説明する。

光源３１１は、レーザ媒体３１１Ｂに電流が流されると、第１の波長の光を射出する。光源３１１から射出された第１の波長の光は、偏光ビームスプリッタ３１３を通過して、波長変換素子３１２に入射する。
波長変換素子３１２では、バンドパス多層膜３１２Ｂにおいて、第１の波長の光のうち波長幅が略０．５ｎｍ程度の光が透過され、それ以外の波長幅の光が反射される。すなわち、入射する第１の波長の光の狭帯域化が行われる。

バンドパス多層膜３１２Ｂにおいて反射された第１の波長の光は、光源３１１に向けて射出される。
光源３１１に向けて射出された第１の波長の光は、光源３１１に戻り、ミラー層３１１Ａによって反射され、再び光源３１１から射出される。このように、バンドパス多層膜３１２Ｂにおいて反射された第１の波長の光は、光源３１１とバンドパス多層膜３１２Ｂとの間を往復することにより、レーザ媒体３１１Ｂにて新たに発振される光と共振して増幅される。

一方、バンドパス多層膜３１２Ｂを透過した第１の波長の光は、波長変換部３１２Ａに入射し、第１の波長の光のうち一部の光の波長が、半分の波長（第２の波長）に変換されてミラー膜３１２Ｃに入射する。
ミラー膜３１２Ｃでは、波長変換部３１２Ａから入射した光のうち第２の波長に変換された光を透過し、第２の波長に変換されなかった光（第１波長の光）を反射する。

ミラー膜３１２Ｃを透過した第２の波長の光は、第１のレーザ光ＬＳ１（出力光）として波長変換素子３１２から射出される。
一方、ミラー膜３１２Ｃによって反射された第２の波長に変換されなかった光（第１の波長の光）は、光源３１１の方に向かう。

ミラー膜３１２Ｃによって反射された第１の波長の光は、光源３１１の方へ向かう過程で再び波長変換部３１２Ａを通過する。そして、そのうちの一部の光が、第２の波長に変換されて、波長変換素子３１２から光源３１１の方へ射出される。
そして波長変換素子３１２から光源３１１の方へ射出された光は、偏光ビームスプリッタ３１３に入射する。

偏光ビームスプリッタ３１３では、選択性反射膜３１３Ｂに入射した光のうち、第１の波長の光は、選択性反射膜３１３Ｂを透過する。そして、選択性反射膜３１３Ｂを透過した第１の波長の光は、光源３１１に向けて射出される。
さらに、この光は光源３１１に戻り、ミラー層３１１Ａによって反射され、再び光源３１１から射出される。このように、第１の波長の光は、光源３１１と波長変換素子３１２のミラー膜３１２Ｃとの間に形成された第１光路Ｏ１を往復することにより、レーザ媒体３１１Ｂにて新たに発振される光と共振して増幅される。すなわち、レーザ光源装置３１は、光源３１１のミラー層３１１Ａと波長変換素子３１２のミラー膜３１２Ｃとの間に形成された共振構造を備えている。

一方、波長変換素子３１２のミラー膜３１２Ｃによって反射されて光源３１１の方へ向かう過程で波長変換素子３１２によって第２の波長に変換された光は、偏光ビームスプリッタ３１３の選択性反射膜３１３Ｂによって反射され、反射ミラー３１４の方に向かう。

そして、反射ミラー３１４に入射して、反射膜３１４Ｂによって第１のレーザ光ＬＳ１の進行方向と略平行な方向へ向けて反射され、第２のレーザ光ＬＳ２（出力光）として、レーザ光源装置３１から射出される。
つまり、偏光ビームスプリッタ３１３および反射ミラー３１４は、波長変換素子３１２のミラー膜３１２Ｃによって反射されて光源３１１の方へ向かう過程で第２の波長に変換された光を、第１光路Ｏ１とは異なる第２光路Ｏ２へ取り出す機能を備えている。なお、偏光ビームスプリッタ３１３と、反射ミラー３１４とで折り返し手段が構成されている。

なお、図１において、Ｌ１は、光源３１１から射出され、波長変換素子３１２によって第２の波長の光に変換され、波長変換素子３１２から第１のレーザ光ＬＳ１として射出される光を示している。Ｌ２は、波長変換素子３１２の波長変換部３１２Ａにおいて第２の波長に変換されること無く射出され、ミラー膜３１２Ｃによって反射されて光源３１１に向かう過程において波長変換部３１２Ａにおいて第２の波長に変換された光を示している。

また、図１では、第１光路Ｏ１、Ｌ１およびＬ２を異なる位置に示しているが、これらは説明の便宜上、異なる位置に示されているだけであり、本来は同じ位置に存在する。このことについては、以後の各実施形態において説明するレーザ光源装置の概略構成を示す模式図においても同様である。

最後に、第一のレーザ光ＬＳ１と第二のレーザ光ＬＳ２との間の距離と、波長変換素子３１２の幅との関係について、図１を参照しながら説明する。図１において、Ｗ１は、波長変換素子３１２の第一のレーザ光ＬＳ１と第二のレーザ光ＬＳ２とに直交する線（図示せず）と平行な方向の幅を示している。Ｗ２は、第一のレーザ光ＬＳ１と第二のレーザ光ＬＳ２との間の距離を示している。本実施形態のレーザ光源装置３１は、Ｗ２＞Ｗ１の関係となるように構成されている。

本実施形態に係るレーザ光源装置３１は、以下の効果を奏する。
（１）光源３１１とミラー手段としてのミラー膜３１２Ｃとによって構成された共振構造（第１光路Ｏ１）の内部に波長変換素子３１２を配置し、その波長変換素子３１２の入射側の端面に、第１の波長近傍でバンドパス特性を有するバンドパス多層膜３１２Ｂを備えることにより、光源３１１から射出される第１の波長の光の波長が狭帯域化される。これにより、波長変換素子３１２での変換効率が向上し、光の利用効率を高めた出力光を得ることができる。

（２）バンドパス多層膜３１２Ｂおよびミラー膜３１２Ｃが、波長変換素子３１２の入射側の端面および出射側の端面に設けられているため、光路の長さが長くなったり、光学要素を通過する回数が増えてしまったりすることによる光の損失を低減するとともに、構成部品点数が低減し、低コスト化および小型化したレーザ光源装置３１が得られる。

（３）ミラー膜３１２Ｃ（ミラー手段）によって反射されて光源３１１へ向かう過程で波長が変換された第２の波長の光を、偏光ビームスプリッタ３１３と反射ミラー３１４とで構成される折り返し手段によって第２光路Ｏ２に取り出して利用することにより、出力光のパワー低下を効率よく低減することが可能である。

（４）ミラー膜３１２Ｃ（ミラー手段）は第１の波長のレーザ光を８０％以上反射し、第２の波長のレーザ光を８０％以上透過する特性を有することで、光源３１１の発振光を共振構造の内部に閉じ込めながら、波長変換素子３１２によって変換された第２の波長のレーザ光を効率良く取り出すことができる。

（５）バンドパス多層膜３１２Ｂが前述のように高屈折率層Ｈと低屈折率層Ｌが交互に積層されて形成されることにより、第１の波長近傍でバンドパス特性を有し、光源３１１から射出された第１の波長のレーザ光を狭帯域化することができる。よって、波長変換素子３１２における波長変換の変換効率を向上することができる。

（６）波長変換素子３１２が、擬似位相整合型の波長変換素子であり、他のタイプの波長変換素子よりも変換効率が高いため、（１）の効果をより高めることが可能である。

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態に係るレーザ光源装置４１の概略構成を示す模式図である。
第２実施形態のレーザ光源装置４１は、第１実施形態のレーザ光源装置３１において、波長変換素子３１２の入射面に設けられたバンドパス多層膜３１２Ｂに代えて、バンドパスフィルタ４１２を配設したことだけが第１実施形態のレーザ光源装置３１と異なっており、それ以外は、前記第１実施形態と同様である。したがって、図５において、第１実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、レーザ光源装置４１から出力光（第一のレーザ光ＬＳ１および第二のレーザ光ＬＳ２）が得られるまでの過程についても同様であり、その詳細な説明も省略または簡略化する。

図５において、レーザ光源装置４１は、レーザ光を発振する光源３１１と、バンドパスフィルタ４１２と、偏光ビームスプリッタ３１３と、波長変換素子４１４と、反射ミラー３１４とを備えている。

バンドパスフィルタ４１２は、第１の波長近傍でバンドパス特性を有する。それは、光源３１１から射出される光の内、設定された特定波長の光のみを選択的に透過し、それ以外の光を反射する。すなわち、光源３１１より射出される光を狭帯域化する機能を有する。また、バンドパスフィルタ４１２は、光源３１１のレーザ光射出面に対する傾斜角度θが変位可能な構造（図示せず）を備え、傾斜角度θを変位することでバンドパスフィルタ４１２を透過する第１の波長の光の波長を調整することができる。この波長調整については後述する。
なお、バンドパスフィルタ４１２を選択的に透過する光の特定波長は、第１の波長における半値幅が略０．５ｎｍの光である。

バンドパスフィルタ４１２は、ガラス基板４１２Ａの一方の面にバンドパス多層膜４１２Ｂを有し、他方の面に光の反射を防止するためのＡＲ膜４１２Ｃが設けられている。バンドパスフィルタ４１２は、光源３１１と、後述するミラー膜４１４Ｃとの間に形成された第１光路Ｏ１上の光源３１１と偏光ビームスプリッタ３１３との間に、バンドパス多層膜４１２Ｂが形成された面を光源３１１側にして、光源３１１のレーザ光射出面（光源３１１から射出されるレーザ光の光軸に略直行する面）に対する傾斜角度θが、例えば、略５°に配置されている。

バンドパス多層膜４１２Ｂの膜構成は、前述の第１実施形態における波長変換素子３１２の入射端面に形成されたバンドパス多層膜３１２Ｂと同一の構成である。
なお、バンドパスフィルタ４１２は、バンドパス多層膜４１２Ｂが形成された面を、偏光ビームスプリッタ３１３側に向けて配置する場合であってもよい。また、ＡＲ膜４１２Ｃは、バンドパスフィルタ４１２の機能を達成する上で必須の構成ではないため、省略することもできる。

波長変換素子４１４は、四角柱形状を成し、波長変換部４１４Ａと、波長変換部４１４Ａの光源３１１側の面（入射側の端面）に形成されたＡＲ膜４１４Ｂと、波長変換部４１４Ａの射出側の端面に形成されたミラー手段としてのミラー膜４１４Ｃとを備えている。
波長変換部４１４Ａおよびミラー膜４１４Ｃは、前述の第１実施形態における波長変換部３１２Ａおよびミラー膜３１２Ｃと同一の構成および機能を有する。

偏光ビームスプリッタ３１３は、前述の第１実施形態と同一の構成および機能を有し、第１光路Ｏ１上のバンドパスフィルタ４１２と波長変換素子４１４との間に、第１光路Ｏ１に対して略４５°傾斜する角度に配置されている。
反射ミラー３１４は、前述の第１実施形態と同一の構成および機能を有し、第１光路Ｏ１に対して偏光ビームスプリッタ３１３と面対称となる位置に配置されている。

次に、レーザ光源装置４１から出力光が得られるまでの過程について、図５を参照して説明する。

光源３１１は、第１の波長の光を射出する。光源３１１から射出された第１の波長の光は、バンドパスフィルタ４１２に入射する。
バンドパスフィルタ４１２では、バンドパス多層膜４１２Ｂにおいて、第１の波長の光のうち波長幅が略０．５ｎｍ程度の光が透過され、それ以外の波長幅の光が反射される。すなわち、入射する第１の波長の光の狭帯域化が行われる。

バンドパス多層膜４１２Ｂを透過した第１の波長の光は、偏光ビームスプリッタ３１３を通過して、波長変換素子４１４に向けて射出される。
一方、バンドパス多層膜４１２Ｂにおいて反射された第１の波長の光は、光源３１１に向けて射出される。光源３１１に向けて射出された第１の波長の光は、光源３１１に戻り、ミラー層３１１Ａによって反射され、再び光源３１１から射出される。このように、バンドパス多層膜４１２Ｂにおいて反射された第１の波長の光は、光源３１１とバンドパス多層膜４１２Ｂとの間を往復することにより、レーザ媒体３１１Ｂにて新たに発振される光と共振して増幅される。

そして、偏光ビームスプリッタ３１３から射出された第１の波長の光は、波長変換素子４１４に入射する。波長変換素子４１４では、波長変換部４１４Ａに入射した第１の波長の光のうち一部の光の波長が、半分の波長（第２の波長）に変換されてミラー膜４１４Ｃに入射する。
ミラー膜４１４Ｃでは、波長変換部４１４Ａから入射した光のうち第２の波長に変換された光を透過し、第２の波長に変換されなかった光（第１波長の光）を反射する。

ミラー膜４１４Ｃを透過した第２の波長の光は、第１のレーザ光ＬＳ１（出力光）として波長変換素子４１２から射出される。
一方、ミラー膜４１４Ｃによって反射された第２の波長に変換されなかった光（第１の波長の光）は、光源３１１の方に向かう。

ミラー膜４１４Ｃによって反射された第１の波長の光は、光源３１１の方へ向かう過程で再び波長変換部４１４Ａを通過する。そして、そのうちの一部の光が、第２の波長に変換されて、波長変換素子４１４から光源３１１の方へ射出される。
そして波長変換素子４１４から光源３１１の方へ射出された光は、偏光ビームスプリッタ３１３に入射する。

偏光ビームスプリッタ３１３では、選択性反射膜３１３Ｂに入射した光のうち、第１の波長の光は、選択性反射膜３１３Ｂを透過する。そして、選択性反射膜３１３Ｂを透過した第１の波長の光は、光源３１１に向けて射出される。
さらに、この光は光源３１１に戻り、ミラー層３１１Ａによって反射され、再び光源３１１から射出される。このように、第１の波長の光は、光源３１１と波長変換素子４１４のミラー膜４１４Ｃとの間に形成された第１光路Ｏ１を往復することにより、レーザ媒体３１１Ｂにて新たに発振される光と共振して増幅される。すなわち、レーザ光源装置４１は、光源３１１のミラー層３１１Ａと波長変換素子４１４のミラー膜４１４Ｃとの間に形成された共振構造を備えている。

一方、波長変換素子４１４のミラー膜４１４Ｃによって反射されて光源３１１の方へ向かう過程で波長変換素子４１４によって第２の波長に変換された光は、偏光ビームスプリッタ３１３の選択性反射膜３１３Ｂによって反射され、反射ミラー３１４の方に向かう。

そして、反射ミラー３１４に入射して、反射膜３１４Ｂによって第１のレーザ光ＬＳ１の進行方向と略平行な方向へ向けて反射され、第２のレーザ光ＬＳ２（出力光）として、レーザ光源装置４１から射出される。

次にバンドパスフィルタ４１２を透過する第１の波長の光の波長調整について説明する。
バンドパスフィルタ４１２を透過する第１の波長の光の波長調整は、バンドパスフィルタ４１２の光源３１１のレーザ光射出面に対する傾斜角度θを変位することで行われる。

一般に半導体レーザ（光源３１１）から発振される光は、利得帯域の中で複数の縦モードが発振し、温度の変動などの影響によりそれらの波長が変化する。また、波長変換素子４１４においても波長変換される光の波長は、温度の変動に対して、０．１ｎｍ／℃程度変化する。
バンドパスフィルタ４１２の傾斜角度θを変位する角度調節は、こうした温度の変動などに対応し、安定したレーザ光を得る目的で行われる。

図６は、傾斜角度θの変位による透過波長のシフト特性を表すグラフである。グラフの横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸に透過率（％）を示す。なお、図６に示すシフト特性は、光源３１１から射出される光の設定波長が１０６４ｎｍの場合を示す。
図６中に示す曲線ａは、バンドパスフィルタ４１２の傾斜角度θが０°における透過率曲線であり、同様に曲線ｂは傾斜角度θが１°、曲線ｃは２°、曲線ｄは３°、曲線ｅは４°、曲線ｆは５°における透過率曲線である。

図６において、バンドパスフィルタ４１２の傾斜角度θが０°から５°に向かって大きくなるに従って、バンドパスフィルタ４１２を透過する光のピーク波長が小さく（周波数を大きく）なる方向にシフト（移行）する。

したがって、バンドパスフィルタ４１２は、光源３１１のレーザ光射出面に対して略５°傾いた傾斜角度θを、５°よりも大きく調節（変位）することで、バンドパスフィルタ４１２を透過する第１の波長の光の波長を小さく調整することができる。また、バンドパスフィルタ４１２が、予め傾いて配設されていることから、傾斜角度θが略０°〜略５°の範囲において、透過する第１の波長を大きくする調整も可能である。
なお、バンドパスフィルタ４１２の傾斜角度θの角度調節は、光源３１１のレーザ光射出面に対して右傾斜あるいは左傾斜のどちらの方向であってもよい。

以上の第２実施形態のレーザ光源装置４１によれば、第１実施形態の上記効果（３）から（６）に加え、以下の効果を奏することができる。

光源３１１とミラー手段としてのミラー膜４１４Ｃによって構成された共振構造（第１光路Ｏ１）の内部に波長変換素子４１４を配置し、その波長変換素子４１４と光源３１１との間に、第１の波長近傍でバンドパス特性を有するバンドパス多層膜４１２Ｂを有し、光源３１１のレーザ光射出面に対する傾斜角度θが変位可能に構成されるバンドパスフィルタ４１２を配置することにより、光源３１１から射出される第１の波長の光の波長が狭帯域化されるとともに、傾斜角度θを変位して発振波長を変えることができる。これにより、温度変化などにより発振波長に変動が生じても、発振波長を調整することが可能となり、波長変換素子４１４での変換効率が向上し、光の利用効率を高めた出力光を得ることができる。

また、波長変換素子４１４とバンドパスフィルタ４１２とを個別に各種特性の調整をすることが可能となり、発振効率および歩留りの向上が期待できる。

こうした第２実施形態のレーザ光源装置４１は、レーザ光源装置４１を構成する構成要素を次のように配置することができる。

図７は、第２実施形態のレーザ光源装置における変形構成を示す模式図である。
図７に示すレーザ光源装置５１は、光源３１１と波長変換素子４１４のミラー膜４１４Ｃとの間に形成された第１光路Ｏ１上に、光源３１１側から順に、偏光ビームスプリッタ３１３、バンドパスフィルタ４１２、波長変換素子４１４が配設されている。
すなわち、上記レーザ光源装置４１におけるバンドパスフィルタ４１２が、光源３１１と偏光ビームスプリッタ３１３との間に配置されているのに対して、偏光ビームスプリッタ３１３と波長変換素子４１４との間に配置されている。

レーザ光源装置５１から出力光（第一のレーザ光ＬＳ１および第二のレーザ光ＬＳ２）が得られるまでの過程および動作については、光源３１１から射出された第１の波長の光のバンドパスフィルタ４１２および偏光ビームスプリッタ３１３への入射順序と、波長変換部４１４Ａのミラー膜４１４Ｃによって反射された第１の波長の光が光源３１１の方へ向かう過程でのバンドパスフィルタ４１２および偏光ビームスプリッタ３１３への入射順序とが異なるが、上記レーザ光源装置４１と同じである。

［第３実施形態］
図８は、第３実施形態に係るレーザ光源装置６１の概略構成を示す模式図である。
第３実施形態のレーザ光源装置６１は、前述の第２実施形態のレーザ光源装置４１における波長変換素子４１４の射出面に設けられたミラー膜４１４Ｃに代えて、多層膜ミラー５１５を配設したことだけが第２実施形態のレーザ光源装置４１と異なっており、それ以外は、前記第２実施形態と同じである。したがって、図８において、第２実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。また、出力光（第一のレーザ光ＬＳ１および第二のレーザ光ＬＳ２）が得られるまでの過程についても同様であり、その詳細な説明も省略または簡略化する。

図８において、レーザ光源装置６１は、レーザ光を発振する光源３１１と、バンドパスフィルタ４１２と、偏光ビームスプリッタ３１３と、波長変換素子５１４と、多層膜ミラー５１５と、反射ミラー３１４とを備えている。
これらの構成要素は、光源３１１と後述するミラー手段としてのミラー膜５１５Ｂとの間に形成された第１光路Ｏ１上に、光源３１１側から順に、バンドパスフィルタ４１２、偏光ビームスプリッタ３１３、波長変換素子５１４、多層膜ミラー５１５が配設され、光源３１１のミラー層３１１Ａ（図２参照）と多層膜ミラー５１５のミラー膜５１５Ｂとの間に形成された共振構造を備えている。

多層膜ミラー５１５は、ガラス基板５１５Ａの一方の面にミラー手段としてのミラー膜５１５Ｂを有し、他方の面に光の反射を防止するためのＡＲ膜５１５Ｃが設けられている。
ミラー膜５１５Ｂは、第２実施形態のレーザ光源装置４１における波長変換素子４１４の射出面に設けられたミラー膜４１４Ｃと同じ多層膜によって構成され、第１の波長の光を選択的に反射して光源３１１の方に向かわせ、それ以外の波長（第２の波長を含む）の光を透過する機能を有する。
なお、多層膜ミラー５１５は、ミラー膜５１５Ｂが形成された面を、波長変換素子５１４側または第１のレーザ光ＬＳ１の射出側のどちらに向けて配置した場合であってもよいが、変換効率の面からは、波長変換素子５１４側に向けるのが好ましい。

波長変換素子５１４は、四角柱形状を成し、波長変換部５１４Ａと、波長変換部５１４Ａの光源３１１側の面（入射側の端面）および射出側の端面に、ＡＲ膜５１４Ｂ，５１４Ｃを備えている。
波長変換部５１４Ａは、前述の第２実施形態における波長変換部４１４Ａと同一の構成および機能を有する。なお、ＡＲ膜５１４Ｂ，５１４Ｃは、波長変換素子５１４に光が入射したり、光が射出されたりする際の光の損失を低減することが可能となるが、波長変換素子５１４の機能を達成する上で必須の構成ではないため、省略することもできる。

このレーザ光源装置６１は、多層膜ミラー５１５および波長変換素子５１４以外の各構成要素の構成および機能は、前述の第２実施形態におけるレーザ光源装置４１と同じである。また、レーザ光源装置４１から出力光が得られるまでの過程および動作についても、レーザ光源装置４１の波長変換素子４１４の射出面に設けられたミラー膜４１４Ｃに代えて、多層膜ミラー５１５が機能すること以外は同じである。

以上の第３実施形態のレーザ光源装置６１によれば、第１実施形態の上記効果（３）から（６）に加え、以下の効果を奏することができる。

光源３１１とミラー手段としての多層膜ミラー５１５のミラー膜５１５Ｂとによって構成された共振構造（第１光路Ｏ１）の内部に波長変換素子５１４を配置し、その波長変換素子５１４と光源３１１との間に、第１の波長近傍でバンドパス特性を有するバンドパス多層膜４１２Ｂを有し、光源３１１のレーザ光射出面に対する傾斜角度θが変位可能に構成されるバンドパスフィルタ４１２を配置することにより、光源３１１から射出される第１の波長の光の波長が狭帯域化されるとともに、傾斜角度θを変位して発振波長を変えることができる。これにより、温度変化などにより発振波長に変動が生じても、発振波長を調整することが可能となり、波長変換素子５１４での変換効率が向上し、光の利用効率を高めた出力光を得ることができる。

また、波長変換素子５１４、バンドパスフィルタ４１２、多層膜ミラー５１５を個別に各種特性の調整をすることが可能となり、発振効率および歩留りの向上が期待できる。

以上の第３実施形態のレーザ光源装置６１は、レーザ光源装置６１を構成する構成要素を次のように配設することができる。
図９は、第３実施形態のレーザ光源装置における変形構成を示す模式図であり、図１０は、第３実施形態のレーザ光源装置のさらに別の変形構成を示す模式図である。

図９に示すレーザ光源装置７１は、レーザ光を発振する光源３１１と、偏光ビームスプリッタ３１３と、バンドパスフィルタ４１２と、波長変換素子５１４と、多層膜ミラー５１５と、反射ミラー３１４とを備えている。

これらの構成要素は、光源３１１と多層膜ミラー５１５のミラー膜５１５Ｂとの間に形成された第１光路Ｏ１上に、光源３１１側から順に、偏光ビームスプリッタ３１３、バンドパスフィルタ４１２、波長変換素子５１４、多層膜ミラー５１５が配設され、光源３１１のミラー層３１１Ａ（図２参照）と多層膜ミラー５１５のミラー膜５１５Ｂとの間に形成された共振構造を備えている。すなわち、上記レーザ光源装置６１におけるバンドパスフィルタ４１２が、光源３１１と偏光ビームスプリッタ３１３との間に配置されているのに対して、偏光ビームスプリッタ３１３と波長変換素子５１４との間に配置されている。

レーザ光源装置７１は、出力光（第一のレーザ光ＬＳ１および第二のレーザ光ＬＳ２）が得られるまでの過程および動作については、光源３１１から射出された第１の波長の光のバンドパスフィルタ４１２および偏光ビームスプリッタ３１３への入射順序と、多層膜ミラー５１５のミラー膜５１５Ｂによって反射された第１の波長の光が光源３１１の方へ向かう過程でのバンドパスフィルタ４１２および偏光ビームスプリッタ３１３への入射順序とが異なるが、上記レーザ光源装置６１と同じである。

図１０に示すレーザ光源装置８１は、レーザ光を発振する光源３１１と、偏光ビームスプリッタ３１３と、波長変換素子５１４と、バンドパスフィルタ４１２と、多層膜ミラー５１５と、反射ミラー３１４とを備えている。

これらの構成要素は、光源３１１と多層膜ミラー５１５のミラー膜５１５Ｂとの間に形成された第１光路Ｏ１上に、光源３１１側から順に、偏光ビームスプリッタ３１３、波長変換素子５１４、バンドパスフィルタ４１２、多層膜ミラー５１５が配設され、光源３１１のミラー層３１１Ａ（図２参照）と多層膜ミラー５１５のミラー膜５１５Ｂとの間に形成された共振構造を備えている。すなわち、上記レーザ光源装置６１におけるバンドパスフィルタ４１２が、光源３１１と偏光ビームスプリッタ３１３との間に配置されているのに対して、波長変換素子５１４と多層膜ミラー５１５との間に配置されている。

次に、レーザ光源装置８１から第一のレーザ光ＬＳ１が得られるまでの概略過程について説明する。
光源３１１から射出された第１の波長の光は、偏光ビームスプリッタ３１３を通過して、波長変換素子５１４に入射する。
波長変換素子５１４では、波長変換部５１４Ａにおいて、入射した第１の波長の光のうち一部の光の波長が、半分の波長（第２の波長）に変換され、バンドパスフィルタ４１２に向けて射出される。

波長変換素子５１４から射出された第１の波長の光、および第２の波長の光は、バンドパスフィルタ４１２に入射する。
バンドパスフィルタ４１２では、バンドパス多層膜４１２Ｂにおいて、入射する光のうち波長幅が略０．５ｎｍ程度の光が選択的に透過され、それ以外の波長幅の光が反射される。すなわち、入射する光の狭帯域化が行われる。

バンドパスフィルタ４１２を透過した光は、多層膜ミラー５１５に入射する。
多層膜ミラー５１５では、ミラー膜５１５Ｂにおいて、第２の波長の光が透過され、波長変換素子５１４にて第２の波長に変換されなかった光（第１の波長の光）が反射される。この時、ミラー膜５１５Ｂは、第１の波長の光に対して８０％以上の反射率で反射し、第２の波長の光に対して８０％以上の透過率で透過する。
そして、多層膜ミラー５１５のミラー膜５１５Ｂを透過した第２の波長の光は、第１のレーザ光ＬＳ１として多層膜ミラー５１５から射出される。

一方、バンドパスフィルタ４１２のバンドパス多層膜４１２Ｂにおいて反射された光、および多層膜ミラー５１５のミラー膜５１５Ｂにおいて反射された光は、光源３１１の方に向かう。
そして、バンドパスフィルタ４１２のバンドパス多層膜４１２Ｂにおいて反射された光、および多層膜ミラー５１５のミラー膜５１５Ｂにおいて反射された光は、光源３１１の方へ向かう過程で再び波長変換素子５１４を通過する。そして、そのうちの一部の光が、第２の波長に変換されて、波長変換素子５１４から偏光ビームスプリッタ３１３の方へ射出され、偏光ビームスプリッタ３１３に入射する。

偏光ビームスプリッタ３１３では、選択性反射膜３１３Ｂに入射した光のうち、第１の波長の光は、選択性反射膜３１３Ｂを透過して光源３１１に向けて射出される。
さらに、この光は光源３１１に戻り、ミラー層３１１Ａによって反射され、再び光源３１１から射出される。

一方、選択性反射膜３１３Ｂに入射した光のうち、光源３１１の方へ向かう過程で波長変換素子５１４によって第２の波長に変換された光は、偏光ビームスプリッタ３１３の選択性反射膜３１３Ｂによって反射され、反射ミラー３１４の方に向かう。
そして、反射ミラー３１４に入射して、反射膜３１４Ｂによって第１のレーザ光ＬＳ１の進行方向と略平行な方向へ向けて反射され、第２のレーザ光ＬＳ２として、レーザ光源装置８１から射出される。

これらレーザ光源装置６１の変形構成のレーザ光源装置７１，８１は、構成要素の配置位置がそれぞれ異なるが、レーザ光源装置６１と同様の効果を得ることができる。

［実施形態の変形例］
本発明は前述の第１実施形態から第３実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。以下に変形例として挙げられているような形態であっても、前述の実施形態と同様な効果を得ることができる。

（Ａ）偏光ビームスプリッタ３１３は、第１光路Ｏ１上に、第１光路Ｏ１に対して略４５°傾斜する角度に配置された場合で説明したが、４５°に限定されない。
その場合には、偏光ビームスプリッタ３１３の傾斜角度に対応して、偏光ビームスプリッタ３１３から入射した第２の波長の光ＩＬを全反射する反射ミラー３１４を、第１のレーザ光ＬＳ１の進行方向と略平行な方向へ向けて反射するように配置すればよい。

（Ｂ）光源３１１としては、面発光型半導体レーザ以外に、いわゆる端面発光型半導体レーザまたは半導体励起固体レーザを用いることができる。なお、端面発光型半導体レーザを用いる場合には、光源３１１と偏光ビームスプリッタ３１３との間、または光源３１１とバンドパスフィルタ４１２との間に、光源３１１から射出された光を平行化するためのレンズを設けることが好ましい。

（Ｃ）光源３１１は、アレイ化された複数の発光部を備えたものとすることができる。図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、いずれも発光部がアレイ化された光源を示す模式図である。図１１（Ａ）の光源３２１では、複数の発光部３２２が一列に並んでいる。また、図１１（Ｂ）の光源３２３では、複数の発光部３２２が２列に並んでいる。なお、発光部の数や、列の数は、図１１（Ａ）や（Ｂ）に示したものには限らない。上述したレーザ光源装置３１，４１，５１，６１，７１，８１では、このように発光部がアレイ化された光源を用いたとしても、各構成要素（偏光ビームスプリッタ、波長選択素子、バンドパスフィルタ、反射ミラー、多層膜ミラー）の光入射出面の面積を、アレイに対応した面積に拡張すれば良いだけである。

このように、上述したレーザ光源装置３１，４１，５１，６１，７１，８１では、光源がアレイ化されたとしても、装置の過度な大型化を招くことが無く、簡単な構成で対応することが可能である。よって、上述したレーザ光源装置３１，４１，５１，６１，７１，８１では、光源がアレイ化されたとしても、出力光のパワー低下を効率よく抑えて、光利用効率が高く、出力が安定したレーザ光源装置を得ることが可能となる効果をそのまま保持しつつ、アレイ化による光量の増加を、効果的に出力光のパワーアップに繋げることが可能である。

（Ｄ）波長変換素子３１２を構成する非線形光学材料としては、先にＬＮ（ＬｉＮｂＯ₃）や、ＬＴ（ＬｉＴａＯ₃）を例示したが、これ以外にもＫＮｂＯ₃、ＢＮＮ（Ｂａ₂ＮａＮｂ₅Ｏ₁₅）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄）、ＫＴＡ（ＫＴｉＯＡｓＯ₄）、ＢＢＯ（β―ＢａＢ₂Ｏ₄）、ＬＢＯ（ＬｉＢ₃Ｏ₇）などの無機非線形光学材料を利用してもよい。また、メタニトロアニリン、２−メチル−４−ニトロアニリン、カルコン、ジシアノビニルアニソール、３，５−ジメチル−１−（４−ニトロフェニル）ピラゾール、Ｎ−メトキシメチル−４−ニトロアニリンなどの低分子有機材料や、ポールドポリマなどの有機非線形光学材料を用いてもよい。

（Ｅ）波長変換素子３１２，４１４，５１４として、上述したＳＨＧ素子に変えて、第３次高調波発生素子を用いても良い。

［レーザ光源装置の応用例］
以上に述べたようなレーザ光源装置３１，４１，５１，６１，７１，８１を画像表示装置やモニター装置に応用することにより、これらの装置における光の利用効率を向上させることが可能である。以下画像表示装置とモニター装置への応用例について説明する。

次に、第１の実施形態に係るレーザ光源装置３１を応用した画像表示装置の一例として、プロジェクタ３の構成について説明する。図１２は、プロジェクタ３の光学系の概略を示す模式図である。

図１２において、プロジェクタ３は、レーザ光源装置３１、光変調装置としての液晶パネル３２、偏光板３３１，３３２、クロスダイクロイックプリズム３４、投射レンズ３５などを備えている。なお、液晶パネル３２と、その光入射側に設けられた偏光板３３１および光射出側に設けられた偏光板３３２によって液晶ライトバルブ３３が構成される。

レーザ光源装置３１は、赤色レーザ光を射出する赤色光用光源装置３１Ｒと、青色レーザ光を射出する青色光用光源装置３１Ｂと、緑色レーザ光を射出する緑色光用光源装置３１Ｇを備えている。これらのレーザ光源装置３１（３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂ）は、それぞれクロスダイクロイックプリズム３４の側面三方にそれぞれ対向するように配置されている。図１２では、クロスダイクロイックプリズム３４を挟んで、赤色光用光源装置３１Ｒと青色光用光源装置３１Ｂとが互いに対向し、投射レンズ３５と緑色光用光源装置３１Ｇが互いに対向しているが、これらの位置は、適宜入れ替えることが可能である。

液晶パネル３２は、例えば、ポリシリコンＴＦＴ（Thin Film Transistor）をスイッチング素子として用いたものである。各レーザ光源装置３１から射出された色光は、入射側の偏光板３３１を介して液晶パネル３２に入射する。液晶パネル３２に入射した光は、画像情報に応じて変調されて、液晶パネル３２から射出される。液晶パネル３２によって変調された光のうち、特定の直線偏光だけが、射出側の偏光板３３２を透過して、クロスダイクロイックプリズム３４に向かう。

なお、レーザ光源装置３１から射出される光は、偏光方向が良く揃った光であるため、原理上は、入射側の偏光板３３１を省略することも可能である。しかしながら、実際は、レーザ光源装置３１から射出された光をそのまま照明光として利用する場合は少なく、レーザ光源装置３１から射出された光を照明光に適した光に加工するための光学要素（例えば、回折格子、レンズ、ロッドインテグレータ等）が、レーザ光源装置３１と液晶パネル３２との間に設けられることが多い。そして、このような光学要素を通過することにより、偏光に多少の乱れが生じる可能性もある。偏光が乱れた光を液晶パネル３２にそのまま入射させると、投射画像のコントラストが低下したり、投射画像に色むらが生じたりする可能性もある。そこで、液晶パネル３２の入射側に偏光板３３１を設けて、液晶パネル３２に入射する偏光の方向を揃えるようにすれば、投射画像のコントラストの低下や、色むらの発生を低減することができ、より質の高い画像を得ることが可能となる。

クロスダイクロイックプリズム３４は、各液晶パネル３２によって変調された各色光を合成して、カラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム３４は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなしている。そして、これら４つの直角プリズムの界面には、２種類の誘電体多層膜がＸ字状に設けられている。これら誘電体多層膜は、互いに対向する各液晶パネル３２から射出された各色光を反射し、投射レンズ３５に対向する液晶パネル３２から射出された色光を透過する。このようにして、各液晶パネル３２にて変調された各色光が合成されて、カラー画像が形成される。

投射レンズ３５は、複数のレンズが組み合わされた組レンズとして構成される。この投射レンズ３５は、カラー画像を拡大投射する。

なお、この応用例では、第１実施形態に係るレーザ光源装置３１（３１Ｒ，Ｇ，Ｂ）を用いているが、これらのうち一部もしくは全部を、他の実施形態に係るレーザ光源装置４１，５１，６１，７１，８１に置き換えても良い。
さらに、レーザ光源装置３１（３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂ）のうち、一部を基本波レーザの波長をそのまま利用するレーザ光源装置に置き換えても良い。

この応用例では、光変調素子を３つ用いたプロジェクタの例について説明したが、第１〜第３実施形態のレーザ光源装置３１，４１，５１，６１，７１，８１は、光変調装置を１つ、２つ、あるいは４つ以上用いたプロジェクタにも適用することができる。
また、この応用例では、透過型のプロジェクタについて説明したが、第１〜第３実施形態のレーザ光源装置３１，４１，５１，６１，７１，８１は、反射型プロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、光変調素子が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、光変調素子が光を反射するタイプであることを意味している。

また、光変調素子は液晶パネル３２に限られず、例えばマイクロミラーを用いたデバイスであっても良い。
さらに、プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行うフロントタイプと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行うリアタイプとがあるが、第１〜第３実施形態のレーザ光源装置３１，４１，５１，６１，７１，８１は、いずれのタイプにも適用可能である。

さらにまた、この応用例では、レーザ光源装置３１を応用した画像表示装置の一例として、画像を拡大投射する投射レンズ３５を備えたプロジェクタを紹介しているが、第１〜第３実施形態のレーザ光源装置３１，４１，５１，６１，７１，８１は、投射レンズ３５を用いない画像表示装置にも応用可能である。

第１実施形態に係るレーザ光源装置の概略構成を示す模式図。 光源の構造を模式的に示す断面図。 波長変換素子の構造を模式的に示す断面図。 バンドパス多層膜の分光透過率特性の一例を示すグラフ。 第２実施形態に係るレーザ光源装置の概略構成を示す模式図。 バンドパスフィルタの傾斜角度による透過波長のシフト特性を表すグラフ。 第２実施形態のレーザ光源装置の変形構成を示す模式図。 第３実施形態に係るレーザ光源装置の概略構成を示す模式図。 第３実施形態のレーザ光源装置の変形構成を示す模式図。 第３実施形態のレーザ光源装置のさらに別の変形構成を示す模式図。 発光部がアレイ化された光源を示す模式図。 プロジェクタの光学系の概略を示す模式図。

符号の説明

３…プロジェクタ、３１，４１，５１，６１，７１，８１…レーザ光源装置、３２…液晶パネル、３３…液晶ライトバルブ、３４…クロスダイクロイックプリズム、３５…投射レンズ、３１１…光源、３１１Ａ…ミラー層、３１１Ｂ…レーザ媒体、３１２，４１４，５１４…波長変換素子、３１２Ａ，４１４Ａ，５１４Ａ…波長変換部、３１２Ｂ，４１２Ｂ…バンドパス多層膜、３１２Ｃ，４１４Ｃ，５１５Ｂ…ミラー膜、３１３…偏光ビームスプリッタ、３１３Ｂ…選択性反射膜、３１４…反射ミラー、３１４Ｂ…反射膜、３２１，３２３…光源、３２２…発光部、３３１…偏光板、３３２…偏光板、４００…基板、４１２…バンドパスフィルタ、５１５…多層膜ミラー。

Claims (10)

1. 第１の波長の光を射出する光源と、
   前記第１の波長の光を選択的に反射して前記光源の方に向かわせるミラー手段と、
   前記光源と前記ミラー手段との間に形成された第１光路上に設けられ、入射した第１の波長の光のうち一部の光の波長を前記第１の波長とは異なる第２の波長に変換する波長変換素子と、
   前記ミラー手段によって反射されて前記光源の方へ向かう過程で前記第２の波長に変換された光を、前記第１光路とは異なる第２光路に取り出す折り返し手段と、
   を備え、
   前記ミラー手段から射出される前記第２の波長の第１のレーザ光と、前記折り返し手段から射出される前記第２の波長の第２のレーザ光とを出力光として利用するレーザ光源装置であって、
   前記ミラー手段は、前記波長変換素子の射出側の端面に設けられた前記第１の波長の光を８０％以上反射し前記第２の波長の光を８０％以上透過する特性を有するミラー膜よりなり、
   前記波長変換素子は、入射側の端面に、前記第１の波長近傍でバンドパス特性を有するバンドパス多層膜をさらに備えることを特徴とするレーザ光源装置。
2. 第１の波長の光を射出する光源と、
   前記第１の波長の光を選択的に反射して前記光源の方に向かわせるミラー手段と、
   前記光源と前記ミラー手段との間に形成された第１光路上に設けられ、入射した第１の波長の光のうち一部の光の波長を前記第１の波長とは異なる第２の波長に変換する波長変換素子と、
   前記光源と前記ミラー手段との間に形成された第１光路上に設けられ、前記第１の波長近傍でバンドパス特性を有するバンドパス多層膜を有するバンドパスフィルタと、
   前記ミラー手段によって反射されて前記光源の方へ向かう過程で前記第２の波長に変換された光を、前記第１光路とは異なる第２光路に取り出す折り返し手段と、
   を備え、
   前記ミラー手段から射出される前記第２の波長の第１のレーザ光と、前記折り返し手段から射出される前記第２の波長の第２のレーザ光とを出力光として利用するレーザ光源装置であって、
   前記ミラー手段は、前記波長変換素子の射出側の端面に設けられた前記第１の波長の光を８０％以上反射し前記第２の波長の光を８０％以上透過する特性を有するミラー膜よりなり、
   前記バンドパスフィルタは、前記第１光路上の前記光源と前記波長変換素子との間に配置され、前記光源のレーザ光射出面に対する傾斜角度が変位可能に構成されることを特徴とするレーザ光源装置。
3. 第１の波長の光を射出する光源と、
   前記第１の波長の光を選択的に反射して前記光源の方に向かわせるミラー手段と、
   前記光源と前記ミラー手段との間に形成された第１光路上に設けられ、入射した第１の波長の光のうち一部の光の波長を前記第１の波長とは異なる第２の波長に変換する波長変換素子と、
   前記光源と前記ミラー手段との間に形成された第１光路上に設けられ、前記第１の波長近傍でバンドパス特性を有するバンドパス多層膜を有するバンドパスフィルタと、
   前記ミラー手段によって反射されて前記光源の方へ向かう過程で前記第２の波長に変換された光を、前記第１光路とは異なる第２光路に取り出す折り返し手段と、
   を備え、
   前記ミラー手段から射出される前記第２の波長の第１のレーザ光と、前記折り返し手段から射出される前記第２の波長の第２のレーザ光とを出力光として利用するレーザ光源装置であって、
   前記ミラー手段は、前記第１の波長の光を８０％以上反射し、前記第２の波長の光を８０％以上透過する特性を有するミラー膜を備えた多層膜ミラーよりなり、
   前記バンドパスフィルタは、前記第１光路上の前記光源と前記波長変換素子との間、または前記多層膜ミラーと前記波長変換素子との間に配置され、前記光源のレーザ光射出面に対する傾斜角度が変位可能に構成されることを特徴とするレーザ光源装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載のレーザ光源装置において、
   前記バンドパス多層膜は、前記第２の波長に対して８０％以上の透過率を有し、高屈折率層Ｈと低屈折率層Ｌが交互に積層され、発振波長をλとおいて、光学膜厚が前記波長変換素子側から順に、０．２３６λＨ、０．３５５λＬ、０．２０７λＨ、０．２０３λＬ、（０．２５λＨ、０．２５λＬ）ｎ、０．５λＨ、（０．２５λＬ、０．２５λＨ）ｎ、０．２６６λＬ、０．２５５λＨ、０．２４８λＬ、０．３０１λＨ、０．６３１λＬであることを特徴とするレーザ光源装置。
   但し、ｎは３から１０の範囲の値であり、括弧内の層を繰り返し積層する繰り返し数を示す。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載のレーザ光源装置において、
   前記ミラー手段から射出される前記第２の波長の第１のレーザ光と、前記折り返し手段から射出される前記第２の波長の第２のレーザ光とは、略平行であることを特徴とするレーザ光源装置。
6. 請求項５に記載のレーザ光源装置において、
   前記波長変換素子の、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とに直交する線と平行な方向の幅をＷ１とし、
   前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との間の距離をＷ２としたとき、
   Ｗ２＞Ｗ１であることを特徴とするレーザ光源装置。
7. 請求項５または６に記載のレーザ光源装置において、
   前記折り返し手段は、
   前記第１の波長の光を透過し、前記第２の波長の光を反射する機能を有する選択性反射膜が設けられた偏光ビームスプリッタと、
   前記偏光ビームスプリッタより入射する前記第２の波長の光を反射する機能を有する反射膜が設けられた反射ミラーと、
   から構成されたことを特徴とするレーザ光源装置。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載のレーザ光源装置において、
   前記光源は、アレイ化された複数の発光部を備えることを特徴とするレーザ光源装置。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に記載のレーザ光源装置において、
   前記波長変換素子は、擬似位相整合型の波長変換素子であることを特徴とするレーザ光源装置。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載のレーザ光源装置と、
    前記レーザ光源装置から射出されたレーザ光を画像情報に応じて変調する光変調素子と、
    を備える画像表示装置。

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