JP2008170582A - 非線形光学結晶、レーザ装置、光源装置、光走査装置、画像形成装置、表示装置及び分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高パワーの波長変換されたレーザ光を出力する。
【解決手段】波長１０６３ｎｍの光を出力するレーザ光源１０１と、レーザ光源１０１からの光の光路上に配置された厚さが１ｍｍ、幅が１ｍｍ、及び分極反転周期が６．９μｍのＰＰＭｇＬＮからなる非線形光学結晶１０３とを備える。これにより、非線形光学結晶１０３がダメージを受けることなく、レーザ光源１０１から高いパワーの光を非線形光学結晶１０３に入射することができる。従って、非線形光学結晶１０３では、高パワーのレーザ光を波長変換することが可能となり、その結果、レーザ装置１００は、単純な構成で高パワーの第２高調波を出力することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、非線形光学結晶、レーザ装置、光源装置、光走査装置、画像形成装置、表示装置及び分析装置に係り、さらに詳しくは、マグネシウムが添加されたニオブ酸リチウム結晶からなり、周期的な分極反転構造を有する非線形光学結晶、該非線形光学結晶を有するレーザ装置、前記非線形光学結晶及びレーザ装置を有する光源装置、前記レーザ装置を有する光走査装置、画像形成装置、表示装置及び分析装置に関する。

近年、小型・軽量、安価な半導体レーザが普及し、レーザ光を利用した装置として、レーザプリンタやレーザ計測器などが実用化されている。また、将来の実用化を目指し、レーザディスプレイ等も開発、検討が進められている。

しかしながら、波長０．５〜０．６μｍの緑色、黄緑色、及び黄色領域の波長帯と、波長２〜５μｍの中赤外領域の波長帯とにおいては、半導体レーザは実用化されていない。そこで、非線形光学結晶を用いて波長変換を行うことが考案された。

例えば、特許文献１には、和周波混合によってナトリウムＤ線に相当する波長５８９．３±２ｎｍのレーザ光を出力するレーザ光源、和周波混合によって黄色領域に相当する波長５４６．１±５．０ｎｍのレーザ光を出力するレーザ光源、和周波混合によって黄色領域に相当する波長５６０．０±５．０ｎｍのレーザ光を出力するレーザ光源、和周波混合によって黄色領域に相当する波長５８５．０±５．０ｎｍのレーザ光を出力するレーザ光源、及び周波混合によって波長３．１〜２．０μｍのレーザ光を出力するレーザ光源が開示されている。

国際公開第２００５／０１２９９６号パンフレット

しかしながら、特許文献１に開示されているレーザ光源は、非線形光学結晶の分極反転構造の各ドメインにおける分極方向の長さ（以下では、便宜上「非線形光学結晶の厚さ」ともいう）が小さいため、高パワーのレーザ光を出力するのは困難であった。

本発明はかかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、高パワーのレーザ光を波長変換することができる非線形光学結晶を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、単純な構成で高パワーのレーザ光を出力することができるレーザ装置及び光源装置を提供することにある。

また、本発明の第３の目的は、被走査面上を高速で走査することができる光走査装置を提供することにある。

また、本発明の第４の目的は、高速で画像を形成することができる画像形成装置を提供することにある。

また、本発明の第５の目的は、表示品質に優れた情報の表示ができる表示装置を提供することにある。

また、本発明の第６の目的は、高い分解能で分析することができる分析装置を提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、マグネシウムが添加されたニオブ酸リチウム結晶からなり、周期的な分極反転構造を有する非線形光学結晶において、前記分極反転構造の各ドメインにおける分極方向の長さが少なくとも１ｍｍであることを特徴とする非線形光学結晶である。

これによれば、分極反転構造の各ドメインにおける分極方向の長さが少なくとも１ｍｍであるため、ダメージを受けることなく高いパワーの光を入射することができる。従って、高パワーのレーザ光を波長変換することが可能となる。

本発明は、第２の観点からすると、少なくとも１つのレーザ光源と；前記少なくとも１つのレーザ光源からの光の光路上に配置された本発明の非線形光学結晶と；を備えるレーザ装置である。

これによれば、本発明の非線形光学結晶を備えているため、単純な構成で高パワーのレーザ光を出力することが可能となる。

本発明は、第３の観点からすると、波長１０６４ｎｍの光を波長変換し、第２高調波を生成する本発明の第１のレーザ装置と；波長１０６４ｎｍの光を波長変換し、波長２４１６ｎｍの光及び波長１９１２ｎｍの光を生成する本発明の第２のレーザ装置と；前記第１のレーザ装置からの前記第２高調波と前記第２のレーザ装置からの前記波長２４１６ｎｍの光の和周波を生成する本発明の非線形光学結晶と；を備える光源装置である。

これによれば、本発明のレーザ装置及び非線形光学結晶を備えているため、単純な構成で高パワーのレーザ光を出力することが可能となる。

本発明は、第４の観点からすると、光によって被走査面上を走査する光走査装置であって、少なくとも１つの本発明のレーザ装置を有する光源ユニットと；前記光源ユニットからの光を偏向する偏向器と；前記偏光器で偏向された光を被走査面上に集光する光学系と；を備える光走査装置である。

これによれば、光源ユニットが本発明のレーザ装置を備えているため、被走査面上を高速で走査することが可能となる。

本発明は、第５の観点からすると、光を走査して画像を形成する画像形成装置であって、少なくとも１つの走査対象物と；前記少なくとも１つの走査対象物を走査する少なくとも１つの本発明の光走査装置と；を備える画像形成装置である。

これによれば、本発明の光走査装置を備えているため、高速で画像を形成することが可能となる。

本発明は、第６の観点からすると、媒体上に画像を形成する画像形成装置であって、少なくとも１つの本発明のレーザ装置を有し、画像情報に応じて前記媒体を露光する露光装置を備える画像形成装置である。

これによれば、露光装置が本発明のレーザ装置を有しているため、高速で画像を形成することが可能となる。

本発明は、第７の観点からすると、光を用いて情報をスクリーンに表示する表示装置であって、少なくとも１つの本発明のレーザ装置を有する光源ユニットと；前記光源ユニットからの光を前記スクリーンに導く光学系と；を備える表示装置である。

これによれば、光源ユニットが本発明のレーザ装置を備えているため、表示品質に優れた情報の表示が可能となる。

本発明は、第８の観点からすると、光を用いて気体を分析する分析装置であって、本発明のレーザ装置を有する光源ユニットと；前記光源ユニットから出力され、分析対象の気体を介した光を受光する光検出器と；を備える分析装置である。

これによれば、光源ユニットが本発明のレーザ装置を備えているため、高い分解能で分析することが可能となる。

《レーザ装置》
以下、本発明のレーザ装置の第１〜第４の実施形態を図１〜図１４に基づいて説明する。なお、本明細書では、レーザ発振方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に垂直な面内における互いに直交する２つの方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として説明する。

『第１の実施形態』
図１には、第１の実施形態に係るレーザ装置１００の概略構成が示されている。

このレーザ装置１００は、レーザ光源１０１、コリメートレンズ１０２、非線形光学素子１０３、及びフィルタ１０４などを備えている。

レーザ光源１０１は、一例として図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、いわゆる側面励起型で半導体レーザ励起の固体レーザ１１０を有している。この固体レーザ１１０は、２つの励起用の半導体レーザアレイ素子（ＬＤａ、ＬＤｂ）、２つの光学系（２０ａ、２０ｂ）、固体レーザ結晶１０、出力ミラー４０、及びヒートシンク３０を備えている。

２つの励起用の半導体レーザアレイ素子（ＬＤａ、ＬＤｂ）は、互いにＹ軸方向に対向して配置され、いずれも出力４０Ｗで波長８０８ｎｍの励起用レーザ光を発光する。ここでは、半導体レーザアレイ素子ＬＤａは＋Ｙ方向に励起用レーザ光を発光し、半導体レーザアレイ素子ＬＤｂは−Ｙ方向に励起用レーザ光を発光するものとする。

光学系２０ａは、半導体レーザアレイ素子ＬＤａの＋Ｙ側に配置され、半導体レーザアレイ素子ＬＤａからの励起用レーザ光を集光する。また、光学系２０ｂは、半導体レーザアレイ素子ＬＤｂの−Ｙ側に配置され、半導体レーザアレイ素子ＬＤｂからの励起用レーザ光を集光する。

固体レーザ結晶１０は、光学系２０ａの＋Ｙ側であり、かつ光学系２０ｂの−Ｙ側に配置されている。この固体レーザ結晶１０は、一例としてディスク状（もしくはチップ状）のガドリニウムバナデイト（ＧｄＶＯ_４）の一軸性単結晶であり、励起用レーザ光によって励起される添加物（発光中心）としてネオジウム（Ｎｄ）が添加されているコア部と、レーザ発振にほとんど寄与しないクラッド部とから構成されている。なお、ＧｄＶＯ_４結晶全体にネオジウムが添加されていても良い。

出力ミラー４０は、固体レーザ結晶１０の＋Ｚ側に配置されている。そして、固体レーザ結晶１０の−Ｚ側の端面と出力ミラー４０とによって共振器が形成されるように設定されている。

半導体レーザアレイ素子ＬＤａからの励起用レーザ光は、光学系２０ａを通過後、固体レーザ結晶１０にその側面より入射する。また、半導体レーザアレイ素子ＬＤｂからの励起用レーザ光は、光学系２０ｂを通過後、固体レーザ結晶１０にその側面より入射する。

固体レーザ結晶１０中のＮｄは、各励起用レーザ光により励起され、共振器により、波長１０６３ｎｍのレーザ発振に至る。そして、出力ミラー４０を透過した波長１０６３ｎｍのレーザ光が、レーザ光源１０１から＋Ｚ方向に出力される。

コリメートレンズ１０２は、レーザ光源１０１の＋Ｚ側に配置され、レーザ光源１０１からの光を略平行光とする。

前記非線形光学素子１０３は、コリメートレンズ１０２の＋Ｚ側に配置され、コリメートレンズ１０２を介したレーザ光源１０１からの光の波長変換を行う。この非線形光学素子１０３には、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が添加されているニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）結晶、いわゆるＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ_３結晶が用いられている。

なお、本第１の実施形態で用いられるＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ_３結晶は、一致溶融組成（ｃｏｎｇｒｕｅｎｔ ｍｅｌｔ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）のニオブ酸リチウムに５モル％のＭｇＯが添加され、溶融引き上げ法により育成されたものである。すなわち、いわゆる一致溶融型のＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ_３結晶である。

このＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ_３結晶は、厚さ（Ｙ軸方向の長さ）が１ｍｍ、幅（Ｘ軸方向の長さ）が１ｍｍ、長さ（Ｚ軸方向の長さ）が３０ｍｍであり、一例として図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示されるように、長さ方向に周期的な分極反転構造を有している。なお、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）における符号１０３ａ及び１０３ｂは、自発分極の向きが互いに反対の領域（ドメイン）を示している。ここでは、分極方向はＹ軸方向である。このように、周期的な分極反転構造を有するＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ_３結晶は、「ＰＰＭｇＬＮ」とも呼ばれている。

本第１の実施形態では、非線形光学素子１０３は、レーザ光源１０１からの光を波長変換し、第２高調波を生成するように設定されている。すなわち、非線形光学素子１０３は、第２高調波発生器（Second Harmonic Generation：ＳＨＧ）である。

そして、非線形光学素子１０３は、次の（１）式と（２）式とがいずれも満足されるように、その分極反転周期が設定されている。ここで、λ_１は入射光の波長、λ_２は第２高調波の波長、ｎ_１は波長λ_１の光に対する屈折率、ｎ_２は波長λ_２の光に対する屈折率、Λは分極反転周期である。なお、ＰＰＭｇＬＮにおける２５℃での第２高調波の波長λ_２と分極反転周期Λとの関係が図４に示されている。

λ_１＝２λ_２ ……（１）
２πｎ_１／λ_１＝２πｎ_２／λ_２−２π／Λ ……（２）

本第１の実施形態では、入射光の波長λ_１は１０６３ｎｍ、第２高調波の波長λ_２は５３１．５ｎｍであり、分極反転周期Λは６．９５μｍである。

図１に戻り、フィルタ１０４は、非線形光学素子１０３の＋Ｚ側に配置され、非線形光学素子１０３からの第２高調波と波長変換されずに非線形光学素子１０３を透過した光とを分離する。ここでは、一例として、フィルタ１０４は、波長１０６３ｎｍの光を−Ｙ方向に反射し、波長５３１．５ｎｍの光を透過させる。

従って、フィルタ１０４を透過した波長５３１．５ｎｍの緑色の光が、レーザ装置１００から出力される。

以上説明したように、本第１の実施形態に係るレーザ装置１００によると、波長１０６３ｎｍの光を出力するレーザ光源１０１と、レーザ光源１０１からの光の光路上に配置された厚さが１ｍｍ、幅が１ｍｍ、及び分極反転周期が６．９μｍのＰＰＭｇＬＮからなる非線形光学結晶１０３とを備えている。

これにより、非線形光学結晶１０３への入射光のパワー密度を下げることができ、非線形光学結晶１０３がダメージを受けることなく、レーザ光源１０１から高いパワーの光を非線形光学結晶１０３に入射することができる。従って、非線形光学結晶１０３は、高パワーのレーザ光を波長変換することが可能となる。その結果、レーザ装置１００は、単純な構成で高パワーの第２高調波を出力することが可能となる。

なお、上記第１の実施形態では、レーザ光源１０１から波長１０６３ｎｍの光が出力される場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、前記レーザ光源１０１に代えて、波長１３４６ｎｍの光を出力するレーザ光源を用い、分極反転周期を１３．６μｍにすると、レーザ装置１００から６７３ｎｍの赤色の光を高パワーで出力することができる。

また、前記レーザ光源１０１に代えて、波長９１２ｎｍの光を出力するレーザ光源を用い、分極反転周期を４．２μｍにすると、レーザ装置１００から４５６ｎｍの青色の光を高パワーで出力することができる。

ところで、前記固体レーザ１１０における共振器の特性を変更することにより、前記固体レーザ１１０と同様な構成で、波長９１２ｎｍの光、及び波長１３４６ｎｍの光を出力することが可能である。

さらに、前記固体レーザ１１０に代えて、波長８０８ｎｍの光を出力する半導体レーザを用い、分極反転周期を２．８μｍにすると、レーザ装置１００から４０４ｎｍの赤紫色の光を高パワーで出力することができる。

要するに、上記（１）式と（２）式が満足されれば、レーザ装置１００から所望の波長の第２高調波を高パワーで出力することができる。例えば、分極反転周期を２μｍ〜１４μｍにすると、レーザ装置１００から４００ｎｍ〜６７５ｎｍの第２高調波を高パワーで出力することができる。

また、上記第１の実施形態において、固体レーザ結晶として、前記Ｎｄ：ＧｄＶＯ_４結晶に代えて、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶、Ｎｄ：ＹＶＯ_４結晶を用いても良い。

また、一例として図５に示されるように、レーザ光源１０１の温度を制御する温度コントローラ１０５、及び非線形光学結晶１０３の温度を制御する温度コントローラ１０６を更に設けても良い。そして、レーザ光源１０１の温度及び非線形光学結晶１０３の温度の少なくとも一方の温度を変化させて、レーザ装置１００から出力される光の波長を可変とすることができる。

『第２の実施形態』
図６には、第２の実施形態に係るレーザ装置２００の概略構成が示されている。

このレーザ装置２００は、２つのレーザ光源（２０１ａ、２０１ｂ）、２つのコリメートレンズ（２０２ａ、２０２ｂ）、非線形光学素子２０３、フィルタ２０４、反射ミラー２０５、及び合波器２０６などを備えている。

レーザ光源２０１ａは、波長１０６４ｎｍの光を＋Ｚ方向に出力する。

レーザ光源２０１ｂは、レーザ光源２０１ａの＋Ｙ側に配置され、波長８００ｎｍの光を＋Ｚ方向に出力する。

コリメートレンズ２０２ａは、レーザ光源２０１ａの＋Ｚ側に配置され、レーザ光源２０１ａからの光を略平行光とする。

コリメートレンズ２０２ｂは、レーザ光源２０１ｂの＋Ｚ側に配置され、レーザ光源２０１ｂからの光を略平行光とする。

反射ミラー２０５は、コリメートレンズ２０２ｂの＋Ｚ側に配置され、コリメートレンズ２０２ｂを介したレーザ光源２０１ｂからの光の光路を−Ｙ方向に折り曲げる。

合波器２０６は、コリメートレンズ２０２ａの＋Ｚ側で、かつ反射ミラー２０５の−Ｙ側に配置され、コリメートレンズ２０２ａを介したレーザ光源２０１ａからの光と反射ミラー２０５でその光路が折り曲げられたレーザ光源２０１ｂからの光とを合波する。

非線形光学素子２０３は、合波器２０６の＋Ｚ側に配置され、合波器２０６で合波された光の波長変換を行う。この非線形光学素子２０３は、分極反転周期のみが前記非線形光学素子１０３と異なるＰＰＭｇＬＮである。

本第２の実施形態では、非線形光学素子２０３は、レーザ光源２０１ａからの光とレーザ光源２０１ｂからの光の和周波を生成するように設定されている。すなわち、非線形光学素子２０３は、和周波発生器（Sum Frequency Generation：ＳＦＧ）である。

そして、非線形光学素子２０３は、次の（３）式と（４）式とがいずれも満足されるように、その分極反転周期が設定されている。ここで、λ_１及びλ_２はそれぞれ入射光の波長、λ_３は和周波の波長、ｎ_１は波長λ_１の光に対する屈折率、ｎ_２は波長λ_２の光に対する屈折率、ｎ_３は波長λ_３の光に対する屈折率、Λは分極反転周期である。

１／λ_１＋１／λ_２＝１／λ_３ ……（３）
２πｎ_１／λ_１＋２πｎ_２／λ_２＝２πｎ_３／λ_３−２π／Λ ……（４）

本第２の実施形態では、入射光の波長λ_１は１０６４ｎｍ、波長λ_２は８００ｎｍ、和周波の波長λ_３は４５７ｎｍであり、分極反転周期Λは４．３μｍである。

フィルタ２０４は、非線形光学素子２０３の＋Ｚ側に配置され、非線形光学素子２０３からの和周波と波長変換されずに非線形光学素子２０３を透過した光とを分離する。ここでは、一例として、フィルタ２０４は、波長１０６４ｎｍの光及び波長８００ｎｍの光を−Ｙ方向に反射し、波長４５７ｎｍの光を透過させる。

従って、フィルタ２０４を透過した波長４５７ｎｍの青色の光が、レーザ装置２００から出力される。

以上説明したように、本第２の実施形態に係るレーザ装置２００によると、波長１０６４ｎｍの光を出力するレーザ光源２０１ａと、波長８００ｎｍの光を出力するレーザ光源２０１ｂと、各レーザ光源からの光の合波の光路上に配置された厚さが１ｍｍ、幅が１ｍｍ、及び分極反転周期が４．３μｍのＰＰＭｇＬＮからなる非線形光学結晶２０３とを備えている。

これにより、非線形光学結晶２０３への入射光のパワー密度を下げることができ、非線形光学結晶２０３がダメージを受けることなく、各レーザ光源から高いパワーの光を非線形光学結晶２０３に入射することができる。従って、非線形光学結晶２０３は、高パワーのレーザ光を波長変換することが可能となる。その結果、レーザ装置２００は、単純な構成で高パワーの和周波を出力することが可能となる。

なお、上記第２の実施形態では、和周波の波長が４５７ｎｍの場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、前記レーザ光源２０１ｂに代えて、波長１５８８ｎｍの光を出力するレーザ光源を用い、分極反転周期を１２．３μｍにすると、レーザ装置２００から６３７ｎｍの赤色の光を高パワーで出力することができる。

また、前記レーザ光源２０１ｂに代えて、波長１３２０ｎｍの光を出力するレーザ光源を用い、分極反転周期を９．５μｍにすると、レーザ装置２００から５８９ｎｍの黄色領域の光を高パワーで出力することができる。

また、前記レーザ光源２０１ａに代えて、波長１５３０ｎｍの光を出力するレーザ光源を用い、前記レーザ光源２０１ｂに代えて、波長１６００ｎｍの光を出力するレーザ光源を用い、分極反転周期を１９．９μｍにすると、レーザ装置２００から波長７８８ｎｍの光を高パワーで出力することができる。

また、前記レーザ光源２０１ａに代えて、波長９３１ｎｍの光を出力するレーザ光源を用い、前記レーザ光源２０１ｂに代えて、波長１３２０ｎｍの光を出力するレーザ光源を用い、分極反転周期を７．７μｍにすると、レーザ装置２００から水銀のｅ線に相当する波長５４６ｎｍの光を高パワーで出力することができる。

要するに、上記（３）式と（４）式が満足されれば、レーザ装置２００から所望の波長の和周波を高パワーで出力することができる。

また、各レーザ光源の少なくとも一方の温度、及び非線形光学結晶２０３の温度の少なくとも一方を変化させて、レーザ装置２００から出力される光の波長を可変とすることができる。

『第３の実施形態』
図７には、第３の実施形態に係るレーザ装置３００の概略構成が示されている。

このレーザ装置３００は、２つのレーザ光源（３０１ａ、３０１ｂ）、２つのコリメートレンズ（３０２ａ、３０２ｂ）、非線形光学素子３０３、フィルタ３０４、反射ミラー３０５、及び合波器３０６などを備えている。

レーザ光源３０１ａは、波長９１０ｎｍの光を＋Ｚ方向に出力する。

レーザ光源３０１ｂは、レーザ光源３０１ａの＋Ｙ側に配置され、波長１３００ｎｍの光を＋Ｚ方向に出力する。

コリメートレンズ３０２ａは、レーザ光源３０１ａの＋Ｚ側に配置され、レーザ光源３０１ａからの光を略平行光とする。

コリメートレンズ３０２ｂは、レーザ光源３０１ｂの＋Ｚ側に配置され、レーザ光源３０１ｂからの光を略平行光とする。

反射ミラー３０５は、コリメートレンズ３０２ｂの＋Ｚ側に配置され、コリメートレンズ３０２ｂを介したレーザ光源３０１ｂからの光の光路を−Ｙ方向に折り曲げる。

合波器３０６は、コリメートレンズ３０２ａの＋Ｚ側で、かつ反射ミラー３０５の−Ｙ側に配置され、コリメートレンズ３０２ａを介したレーザ光源３０１ａからの光と反射ミラー３０５でその光路が折り曲げられたレーザ光源３０１ｂからの光とを合波する。

非線形光学素子３０３は、合波器３０６の＋Ｚ側に配置され、合波器３０６で合波された光の波長変換を行う。この非線形光学素子３０３は、分極反転周期のみが前記非線形光学素子１０３と異なるＰＰＭｇＬＮである。

本第３の実施形態では、非線形光学素子３０３は、レーザ光源３０１ａからの光とレーザ光源３０１ｂからの光の差周波を生成するように設定されている。すなわち、非線形光学素子３０３は、差周波発生器（Difference Frequency Generation：ＤＦＧ）である。

そして、非線形光学素子３０３は、次の（５）式と（６）式とがいずれも満足されるように、その分極反転周期が設定されている。ここで、λ_１及びλ_２はそれぞれ入射光の波長、λ_３は差周波の波長、ｎ_１は波長λ_１の光に対する屈折率、ｎ_２は波長λ_２の光に対する屈折率、ｎ_３は波長λ_３の光に対する屈折率、Λは分極反転周期である。

１／λ_１−１／λ_２＝１／λ_３ ……（５）
２πｎ_１／λ_１−２πｎ_２／λ_２＝２πｎ_３／λ_３−２π／Λ ……（６）

本第３の実施形態では、入射光の波長λ_１は９１０ｎｍ、波長λ_２は１３００ｎｍ、差周波の波長λ_３は３１００ｎｍであり、分極反転周期Λは２６μｍである。

フィルタ３０４は、非線形光学素子３０３の＋Ｚ側に配置され、非線形光学素子３０３からの差周波と波長変換されずに非線形光学素子３０３を透過した光とを分離する。ここでは、一例として、フィルタ３０４は、波長９１０ｎｍの光及び波長１３００ｎｍの光を−Ｙ方向に反射し、波長３１００ｎｍの光を透過させる。

従って、フィルタ３０４を透過した波長３１００ｎｍの中赤外光が、レーザ装置３００から出力される。

以上説明したように、本第３の実施形態に係るレーザ装置３００によると、波長９１０ｎｍの光を出力するレーザ光源３０１ａと、波長１３００ｎｍの光を出力するレーザ光源３０１ｂと、各レーザ光源からの光の合波の光路上に配置された厚さが１ｍｍ、幅が１ｍｍ、及び分極反転周期が２６μｍのＰＰＭｇＬＮからなる非線形光学結晶３０３とを備えている。

これにより、非線形光学結晶３０３への入射光のパワー密度を下げることができ、非線形光学結晶３０３がダメージを受けることなく、各レーザ光源から高いパワーの光を非線形光学結晶３０３に入射することができる。従って、非線形光学結晶３０３は、高パワーのレーザ光を波長変換することが可能となる。その結果、レーザ装置３００は、単純な構成で高パワーの差周波を出力することが可能となる。

なお、上記第３の実施形態では、差周波の波長が３１００ｎｍの場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、前記レーザ光源３０１ｂに代えて、波長１６８０ｎｍのレーザ光を出力するレーザ光源を用いると、レーザ装置３００から波長２０００ｎｍの光を高パワーで出力することができる。

要するに、上記（５）式と（６）式が満足されれば、レーザ装置３００から所望の波長の差周波を高パワーで出力することができる。

また、各レーザ光源の少なくとも一方の温度、及び非線形光学結晶３０３の温度の少なくとも一方を変化させて、レーザ装置３００から出力される光の波長を可変とすることができる。

『第４の実施形態』
図８には、本発明の第４の実施形態に係るレーザ装置４００の概略構成が示されている。

このレーザ装置４００は、レーザ光源４０１、コリメートレンズ４０２、非線形光学素子４０３、及びフィルタ４０４などを備えている。

レーザ光源４０１は、波長１０６４ｎｍのレーザ光を＋Ｚ方向に出力する。

コリメートレンズ４０２は、レーザ光源４０１の＋Ｚ側に配置され、レーザ光源４０１からの光を略平行光とする。

非線形光学素子４０３は、コリメートレンズ４０２の＋Ｚ側に配置され、コリメートレンズ４０２を介した光の波長変換を行う。この非線形光学素子４０３は、分極反転周期のみが前記非線形光学素子１０３と異なるＰＰＭｇＬＮである。

本第４の実施形態では、非線形光学素子４０３は、レーザ光源４０１からの光を光パラメトリック変換するように設定されている。すなわち、非線形光学素子４０３は、光パラメトリック発生器（Optical Parametric Generation：ＯＰＧ）である。

そして、非線形光学素子４０３は、次の（７）式と（８）式とがいずれも満足されるように、その分極反転周期が設定されている。ここで、λ_１は入射光（ポンプ光）の波長、λ_２及びλ_３はそれぞれ光パラメトリック変換によって発生する光（シグナル光、アイドラ光）の波長、ｎ_１は波長λ_１のポンプ光に対する屈折率、ｎ_２は波長λ_２のシグナル光に対する屈折率、ｎ_３は波長λ_３のアイドラ光に対する屈折率、Λは分極反転周期である。なお、一例として、入射光の波長λ_１が１０６４ｎｍのときに、ＰＰＭｇＬＮにおける２５℃での光パラメトリック変換によって発生するシグナル光ＬＢｓの波長λ_２及びアイドラ光ＬＢiの波長λ_３と分極反転周期Λとの関係が図９に示されている。

１／λ_１＝１／λ_２＋１／λ_３ ……（７）
２πｎ_１／λ_１＝２πｎ_２／λ_２＋２πｎ_３／λ_３＋２π／Λ ……（８）

本第４の実施形態では、入射光の波長λ_１は１０６４ｎｍ、シグナル光の波長λ_２は１５５０ｎｍ、アイドラ光の波長λ_３は３３９３ｎｍであり、分極反転周期Λは３０μｍである。

フィルタ４０４は、非線形光学素子４０３の＋Ｚ側に配置され、非線形光学素子４０３からのアイドラ光と波長変換されずに非線形光学素子４０３を透過した光及び非線形光学素子４０３からのシグナル光とを分離する。ここでは、一例として、フィルタ４０４は、波長１０６４ｎｍの光及び波長１５５０ｎｍの光を−Ｙ方向に反射し、波長３３９３ｎｍの光を透過させる。

従って、フィルタ４０４を透過した波長３３９３ｎｍの中赤外光が、レーザ装置４００から出力される。

以上説明したように、本第４の実施形態に係るレーザ装置４００によると、波長１０６４ｎｍの光を出力するレーザ光源４０１と、レーザ光源４０１からの光の光路上に配置された厚さが１ｍｍ、幅が１ｍｍ、及び分極反転周期が３０μｍのＰＰＭｇＬＮからなる非線形光学結晶４０３とを備えている。

これにより、非線形光学結晶４０３への入射光のパワー密度を下げることができ、非線形光学結晶４０３がダメージを受けることなく、レーザ光源４０１から高いパワーの光を非線形光学結晶４０３に入射することができる。従って、非線形光学結晶４０３では、高パワーのレーザ光を波長変換することが可能となる。その結果、レーザ装置４００は、単純な構成で高パワーのアイドラ光を出力することが可能となる。

なお、上記第４の実施形態では、レーザ装置４００がアイドラ光を出力する場合について説明したが、前記フィルタ４０４に代えて、波長１０６４ｎｍの光及び波長３３９３ｎｍの光を−Ｙ方向に反射し、波長１５５０ｎｍの光を透過させるフィルタを用いることにより、レーザ装置４００は、単純な構成でシグナル光を高パワーで出力することができる。

また、上記第４の実施形態において、一例として図１０に示されるように、前記フィルタ４０４の−Ｙ側に、波長１５５０ｎｍの光を＋Ｚ方向に反射し、波長１０６４ｎｍの光を透過させるフィルタ４０５を更に設けることにより、レーザ装置４００は、単純な構成で高パワーのアイドラ光及びシグナル光をそれぞれ個別に出力することが可能となる。

また、上記第４の実施形態では、シグナル光の波長λ_２が１５５０ｎｍ、アイドラ光の波長λ_３が３３９３ｎｍの場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、分極反転周期Λを２７μｍとすることにより、シグナル光の波長λ_２を１４１０ｎｍ、アイドラ光の波長λ_３を４３３５ｎｍとすることができる。また、分極反転周期Λを３１μｍとすることにより、シグナル光の波長λ_２を２１２８ｎｍ、アイドラ光の波長λ_３を２１２８ｎｍとすることができる。

要するに、上記（７）式と（８）式が満足されれば、レーザ装置４００から所望の波長のシグナル光及びアイドラ光の少なくとも一方を高パワーで出力することができる。

また、一例として図１１に示されるように、分極反転周期Λが一定であっても、非線形光学結晶４０３の温度Ｔが変化すると、シグナル光ＬＢｓの波長λ_２及びアイドラ光ＬＢｉの波長λ_３はいずれも変化する。そこで、一例として図１２に示されるように、非線形光学結晶４０３の温度を制御する温度コントローラ４０６を更に設けると、レーザ装置４００から出力される光の波長を可変とすることができる。

また、レーザ光源４０１の温度を変化させて、レーザ装置４００から出力される光の波長を可変とすることも可能である。

なお、上記第４の実施形態において、レーザ光源４０１からパルス光を射出しても良い。この場合に、非線形光学結晶４０３を、光パラメトリック発振器（Optical Parametric Oscillation：ＯＰＯ）とすることができる。

また、上記第１〜４の各実施形態では、安価な一致溶融型のＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ_３結晶を用いているため、低コスト化を図ることができる。

また、上記第１〜４の各実施形態では、非線形光学結晶として、マグネシウムが添加されたＬｉＮｂＯ_３結晶を用いているため、常温でのフォトリフダメージを抑制することができる。

また、上記第１〜４の各実施形態で用いられた非線形光学結晶は、その厚さ及び幅がそれぞれ１ｍｍと従来よりも大きいため、上記以外にも多くの利点を有している（図１３参照）。

（利点１：評価項目Ｂ）
ビームを通しやすくなるため、各構成部材の光軸調整（アライメント）が容易となる。

（利点２：評価項目Ｃ）
一例として図１４（Ａ）に示されるように、非線形光学結晶の多段化が容易となる。従来は、一例として図１４（Ｂ）に示されるように、各非線形光学結晶に入射する光のビーム径を絞るためのレンズを複数個必要としていた。従って、非線形光学結晶が多段化されるレーザ装置を大幅に小型化することが可能となる。さらに、この場合には、部品点数が減少するため、低コスト化を図ることができる。

（利点３：評価項目Ｄ）
ビームが部分的に蹴られるのを防ぐことができるため、ビーム形状の劣化を防ぐことができる。

（利点４：評価項目Ｅ）
共振器に組み込む場合に、入射する光のビーム径を大きくすることができるため、高出力化に有利である。

（利点５：評価項目Ｆ）
ＰＰＭｇＬＮ自体の端面を利用して共振器に加工する場合に、加工が容易となる。

（利点６：評価項目Ｇ）
バルク型のＰＰＭｇＬＮでブリュースター角を利用して入射端面及び反射端面での反射を防止する場合に、ｚ軸に対して角度を持たせることができるため、各端面での反射防止に有利である。

（利点７：評価項目Ｈ）
一例として図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示されるように、非線形光学結晶を回動して、非線形光学結晶に対する入射光ＬＢの入射角θを変更させると、透過する光に対する実質的な分極反転周期が変更する。これにより、例えば、ＯＰＯ、ＯＰＧのときに、レーザ装置から出力される光の波長を可変とすることが可能となる。そこで、非線形光学結晶の回転角を調整して、レーザ装置から出力される光の波長を連続的に変化させることも可能となる。

なお、上記第１〜４の各実施形態では、非線形光学結晶の厚さ及び幅がそれぞれ１ｍｍの場合について説明したが、これに限らず、例えば、非線形光学結晶の厚さ及び幅がそれぞれ１．５ｍｍであっても良い。この場合には、非線形光学結晶の光軸調整が更に容易となる。要するに、非線形光学結晶の厚さ及び幅がそれぞれ少なくとも１ｍｍであれば良い。但し、非線形光学結晶の厚さあるいは幅が２ｍｍを超えると、（１）焦電効果により発生する電圧が大きくなり、温度変化や衝撃で基板が破損しやすい、（２）焦電効果の影響もあり、研磨加工が難しく、製造コストが高くなる、（３）分極反転に必要な電界強度が大きくなり、均一な分極反転が難しくなる、などの理由から実用的ではない。

《光源装置》
次に、本発明の一実施形態に係る光源装置５００について図１６を用いて説明する。

この光源装置５００は、レーザ装置５０１ａ、レーザ装置５０１ｂ、非線形光学素子５０３、フィルタ５０４、反射ミラー５０５、及び合波器５０６などを備えている。

レーザ装置５０１ａは、前記レーザ装置１００と同様な構成を有し、波長１０６４ｎｍの光の第２高調波である波長５３２ｎｍの光を＋Ｚ方向に出力する。

レーザ装置５０１ｂは、前記レーザ装置４００と同様な構成を有し、レーザ装置５０１ａの＋Ｙ側に配置され、波長１０６４ｎｍの光の光パラメトリック変換によるアイドラ光である波長２４１６ｎｍの光を＋Ｚ方向に出力する。

反射ミラー５０５は、レーザ装置５０１ｂの＋Ｚ側に配置され、レーザ装置５０１ｂからの光の光路を−Ｙ方向に折り曲げる。

合波器５０６は、レーザ装置５０１ａの＋Ｚ側で、かつ反射ミラー５０５の−Ｙ側に配置され、レーザ装置５０１ａからの光と反射ミラー５０５でその光路が折り曲げられたレーザ装置５０１ｂからの光とを合波する。

非線形光学素子５０３は、合波器５０６の＋Ｚ側に配置され、合波器５０６で合波された光の波長変換を行う。この非線形光学素子５０３は、分極反転周期のみが前記非線形光学素子１０３と異なるＰＰＭｇＬＮである。

ここでは、非線形光学素子５０３は、レーザ装置５０１ａからの光とレーザ装置５０１ｂからの光の和周波を生成するように設定されている。すなわち、非線形光学素子５０３は和周波発生器である。

そして、非線形光学素子５０３は、上記（３）式と（４）式とがいずれも満足されるように、その分極反転周期が設定されている。ここでは、入射光の波長λ_１は５３２ｎｍ、波長λ_２は２４１６ｎｍ、和周波の波長λ_３は４３６ｎｍであり、分極反転周期Λは５．５μｍである。

フィルタ５０４は、非線形光学素子５０３の＋Ｚ側に配置され、非線形光学素子５０３からの和周波と波長変換されずに非線形光学素子５０３を透過した光とを分離する。ここでは、一例として、フィルタ５０４は、波長５３２ｎｍの光及び波長２４１６ｎｍの光を＋Ｙ方向に反射し、波長４３６ｎｍの光を透過させる。

従って、フィルタ５０４を透過した水銀のｇ線に相当する波長４３６ｎｍの光が、光源装置５００から出力される。

以上説明したように、本実施形態に係る光源装置５００によると、波長５３２ｎｍの光を出力するレーザ装置５０１ａと、波長２４１６ｎｍの光を出力するレーザ装置５０１ｂと、各レーザ装置からの光の合波の光路上に配置された厚さが１ｍｍ、幅が１ｍｍ、分極反転周期が５．５μｍのＰＰＭｇＬＮからなる非線形光学結晶５０３とを備えている。

これにより、非線形光学結晶５０３への入射光のパワー密度を下げることができ、非線形光学結晶５０３がダメージを受けることなく、各レーザ装置から高いパワーの光を非線形光学結晶５０３に入射することができる。従って、非線形光学結晶５０３では、高パワーのレーザ光を波長変換することが可能となる。その結果、光源装置５００は、単純な構成で波長４３６ｎｍの光を高パワーで出力することが可能となる。

また、非線形光学結晶５０３の厚さ及び幅がそれぞれ１ｍｍと従来よりも大きいため、上記レーザ装置の利点と同様な利点を有している。

また、上記実施形態では、光源装置として、波長４３６ｎｍの光を出力する光源装置について説明したが、これに限定されるものではなく、少なくとも１つのレーザ装置と少なくとも１つの非線形光学結晶とを適切に組み合わせることにより、単純な構成で種々の波長の光を高パワーで出力することが可能となる。

《光吸収分析装置》
次に、本発明の一実施形態に係る分析装置としての光吸収分析装置６００について図１７を用いて説明する。

この光吸収分析装置６００は、メタン、ＮＯ、ＮＯ_２、ＣＯ、及びＣＯ_２の濃度を検出できる分析装置であり、光源装置６０１、３個の集光レンズ（６０２、６１０、６１１）、光ファイバ６０３、ガスセル６０４、ガス導入管６０５、ガス排気管６０６、検出器６０７、２個のポンプ（６０８、６０９）などを有している。

さらに、光源装置６０１は、２個のレーザ装置（６２１、６２２）、非線形光学素子６２３、フィルタ６２４、反射ミラー６２５、及び合波器６２６などを備えている。

レーザ装置６２１は、前記レーザ装置１００と同様な構成を有し、波長９１０ｎｍの光を＋Ｚ方向に出力する。

レーザ装置６２２は、前記レーザ装置４００と同様な構成を有し、レーザ装置６２１の＋Ｙ側に配置され、波長１１４０ｎｍ〜１６７０ｎｍの光を＋Ｚ方向に出力する。

反射ミラー６２５は、レーザ装置６２２の＋Ｚ側に配置され、レーザ装置６２２からの光の光路を−Ｙ方向に折り曲げる。

合波器６２６は、レーザ装置６２１の＋Ｚ側で、かつ反射ミラー６２５の−Ｙ側に配置され、レーザ装置６２１からの光と反射ミラー６２５でその光路が折り曲げられたレーザ装置６２２からの光とを合波する。

非線形光学素子６２３は、合波器６２６の＋Ｚ側に配置され、合波器６２６で合波された光の波長変換を行う。この非線形光学素子６２３は、分極反転周期のみが前記非線形光学素子１０３と異なるＰＰＭｇＬＮである。

ここでは、非線形光学素子６２３は、レーザ装置６２１からの光とレーザ装置６２２からの光の差周波を生成するように設定されている。すなわち、非線形光学素子６２３は、差周波発生器である。

そして、非線形光学素子６２３は、上記（５）式と（６）式とがいずれも満足されるように、その分極反転周期が設定されている。ここでは、入射光の波長λ_１は９１０ｎｍ、波長λ_２は１１４０ｎｍ〜１６７０ｎｍ、差周波の波長λ_３は４５００ｎｍ〜２０００ｎｍであり、分極反転周期Λは２６μｍである。

フィルタ６２４は、非線形光学素子６２３の＋Ｚ側に配置され、非線形光学素子６２３からの差周波と波長変換されずに非線形光学素子６２３を透過した光とを分離する。ここでは、一例として、フィルタ６２４は、波長９１０ｎｍの光及び波長１１４０ｎｍ〜１６７０ｎｍの光を＋Ｙ方向に反射し、波長４５００ｎｍ〜２０００ｎｍの光を透過させる。

従って、フィルタ６２４を透過した波長４５００ｎｍ〜２０００ｎｍの光が、光源装置６０１から出力される。

分析対象の気体は、ポンプ６０８によってガス導入管６０５からガスセル６０４内に導入される。

光源装置６０１からの光は、集光レンズ６０２、光ファイバ６０３、及び集光レンズ６１０を介してガスセル６０４内の分析対象の気体に照射される。

分析対象の気体を介した光は、集光レンズ６１１を介して検出器６０７で受光される。その受光結果は、不図示の制御装置に出力される。

分析が終了すると、分析対象の気体はポンプ６０９によってガスセル６０４内からガス排気管６０６を介して外部に排出される。

以上説明したように、本実施形態に係る光吸収分析装置６００によると、光源装置６０１から高パワーの光を出力することができるため、高い分解能で分析することが可能となる。

なお、上記実施形態では、レーザ装置６２２から出力される光の波長を可変とする場合について説明したが、これに限らず、レーザ装置６２２から出力される光の波長を固定とし、光源装置６０１から波長４５００ｎｍ〜２０００ｎｍの光が出力されるように、前記非線形光学素子６２３の温度を変化させても良い。この場合には、非線形光学素子６２３の温度を制御するための温度コントローラが必要となる。

また、レーザ装置６２２から出力される光の波長を固定とし、光源装置６０１から波長４５００ｎｍ〜２０００ｎｍの光が出力されるように、前記非線形光学素子６２３を回動させても良い。この場合には、非線形光学素子６２３を回動するための駆動機構が必要となる。

《２波長差分吸収ライダ》
次に、本発明の一実施形態に係る２波長差分吸収ライダ７００について図１８を用いて説明する。

この２波長差分吸収ライダ７００は、メタン、ＮＯ、ＮＯ_２、ＣＯ、及びＣＯ_２の濃度を検出できる装置であり、光源装置７０１及び検出器７０２などを有している。

光源装置７０１は、前記光源装置６０１と同様な構成を有し、波長４５００ｎｍ〜２０００ｎｍの光を出力することができる。この光源装置７０１からの光は、検出対象の気体７１０に照射される。

検出器７０２は、光源装置７０１の近傍に配置され、検出対象の気体７１０で散乱された光の一部が入射する。この検出器７０２内には受光器７０３が設けられ、検出器７０２に入射した光を受光する。その受光結果は、不図示の制御装置に出力される。

以上説明したように、本実施形態に係る２波長差分吸収ライダ７００によると、光源装置７０１から高パワーの光を出力することができるため、高い検出感度を実現することが可能となる。

《レーザプリンタ》
図１９には、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてレーザプリンタ１０００の概略構成が示されている。

このレーザプリンタ１０００は、光走査装置１０１０、感光体ドラム１０３０、帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４、クリーニングブレード１０３５、トナーカートリッジ１０３６、給紙コロ１０３７、給紙トレイ１０３８、レジストローラ対１０３９、定着ローラ１０４１、排紙ローラ１０４２、及び排紙トレイ１０４３などを備えている。

帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４及びクリーニングブレード１０３５は、それぞれ感光体ドラム１０３０の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム１０３０の回転方向に関して、帯電チャージャ１０３１→現像ローラ１０３２→転写チャージャ１０３３→除電ユニット１０３４→クリーニングブレード１０３５の順に配置されている。

感光体ドラム１０３０の表面には、感光層が形成されている。

帯電チャージャ１０３１は、感光体ドラム１０３０の表面を均一に帯電させる。

光走査装置１０１０は、帯電チャージャ１０３１で帯電された感光体ドラム１０３０の表面に、上位装置（例えばパソコン）からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。これにより、感光体ドラム１０３０の表面では、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム１０３０の表面に形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って現像ローラ１０３２の方向に移動する。ところで、感光体ドラム９０１の長手方向（回転軸に沿った方向）は「主走査方向」と呼ばれている。なお、この光走査装置１０１０の構成については後述する。

トナーカートリッジ１０３６にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ１０３２に供給される。

現像ローラ１０３２は、感光体ドラム１０３０の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ１０３６から供給されたトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着された潜像（以下では、便宜上「トナー像」ともいう）は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って転写チャージャ１０３３の方向に移動する。

給紙トレイ１０３８には記録紙１０４０が格納されている。この給紙トレイ１０３８の近傍には給紙コロ１０３７が配置されており、該給紙コロ１０３７は、記録紙１０４０を給紙トレイ１０３８から１枚づつ取り出し、レジストローラ対１０３９に搬送する。該レジストローラ対１０３９は、転写ローラ９１１の近傍に配置され、給紙コロ１０３７によって取り出された記録紙１０４０を一旦保持するとともに、該記録紙１０４０を感光体ドラム１０３０の回転に合わせて感光体ドラム１０３０と転写チャージャ１０３３との間隙に向けて送り出す。

転写チャージャ１０３３には、感光体ドラム１０３０の表面上のトナーを電気的に記録紙１０４０に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム１０３０の表面のトナー像が記録紙１０４０に転写される。ここで転写された記録紙１０４０は、定着ローラ１０４１に送られる。

この定着ローラ１０４１では、熱と圧力とが記録紙１０４０に加えられ、これによってトナーが記録紙１０４０上に定着される。ここで定着された記録紙１０４０は、排紙ローラ１０４２を介して排紙トレイ１０４３に送られ、排紙トレイ１０４３上に順次スタックされる。

除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。

クリーニングブレード１０３５は、感光体ドラム１０３０の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラム１０３０の表面は、再度帯電チャージャ１０３１の位置に戻る。

《光走査装置》
次に、前記光走査装置１０１０の構成及び作用について図２０を用いて説明する。

この光走査装置１０１０は、光源ユニット１０１１、カップリングレンズ１０１２、変調器１０１３、シリンドリカルレンズ１０１４、ポリゴンミラー１０１５、ｆθレンズ１０１６、トロイダルレンズ１０１７及び上記各部を統括的に制御する不図示の制御装置を備えている。

光源ユニット１０１１は、レーザ光源と厚さ及び幅がそれぞれ少なくとも１ｍｍのＰＰＭｇＬＮ結晶とを有し、波長変換された光を出力するレーザ装置を含んでいる。なお、光源ユニット１０１１からは、感光体ドラム１０３０の感光特性に応じた波長の光が出力される。

カップリングレンズ１０１２は、光源ユニット１０１１からの光を略平行光とする。

変調器１０１３は、カップリングレンズ１２を介した光を変調する。

シリンドリカルレンズ１０１４は、変調器１０１３を介した光を副走査方向に関してポリゴンミラー１０１５の偏向面近傍に集光する。

ポリゴンミラー１０１５は、高さの低い正六角柱状部材からなり、側面には６面の偏向面が形成されている。そして、不図示の回転機構により、一定の角速度で回転している。従って、シリンドリカルレンズ１０１４によって集光された光は、ポリゴンミラー１０１５の回転により一定の角速度で偏向される。

ｆθレンズ１０１６は、ポリゴンミラー１０１５からの光の入射角に比例した像高をもち、ポリゴンミラー１０１５により一定の角速度で偏向される光の像面を、主走査方向に対して等速移動させる。

トロイダルレンズ１０１７は、ｆθレンズ１０１６を介した光を感光体ドラム１０３０の表面上に結像する。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置１０１０によると、光源ユニット１０１１は、高パワーの光を出力することができるレーザ装置を含んでいる。従って、感光体ドラム１０３０の表面上を高速で走査することが可能となる。

また、本実施形態に係るレーザプリンタ１０００によると、感光体ドラム１０３０の表面上を高速で走査することができる光走査装置１０１０を備えているため、結果として、画像を高速で形成することが可能となる。

なお、上記実施形態に係る光走査装置１０１０において、前記光源ユニット１０１１は、レーザ装置を複数含んでいても良い。この場合には、同時に複数の走査を行うことができ、その結果、レーザプリンタ１０００では更に高速に画像を形成することができる。

また、上記実施形態において、前記ポリゴンミラー１０１５に代えて、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを用いても良い。この場合には、ＭＥＭＳミラーの偏向角度を制御することにより、光の偏向方向を制御することとなる。

また、上記実施形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ１０００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、前記光走査装置１０１０を備える画像形成装置であれば、画像を高速で形成することが可能となる。

例えば、前記光走査装置１０１０を備え、像担持体として銀塩フィルムを用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により銀塩フィルム上に潜像が形成され、この潜像は通常の銀塩写真プロセスにおける現像処理と同等の処理で可視化することができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼付け処理と同等の処理で印画紙に転写することができる。このような画像形成装置は光製版装置や、ＣＴスキャン画像等を描画する光描画装置として実施できる。いずれも画像を高速で形成することが可能となる。

また、一例として図２１に示されるように、画像形成装置として、カラー画像に対応し、複数の感光体ドラムを備えるタンデムカラー機であっても良い。このタンデムカラー機は、ブラック（Ｋ）用の感光体ドラムＫ１、帯電器Ｋ２、現像器Ｋ４、クリーニング手段Ｋ５、及び転写用帯電手段Ｋ６と、シアン（Ｃ）用の感光体ドラムＣ１、帯電器Ｃ２、現像器Ｃ４、クリーニング手段Ｃ５、及び転写用帯電手段Ｃ６と、マゼンダ（Ｍ）用の感光体ドラムＭ１、帯電器Ｍ２、現像器Ｍ４、クリーニング手段Ｍ５、及び転写用帯電手段Ｍ６と、イエロー（Ｙ）用の感光体ドラムＹ１、帯電器Ｙ２、現像器Ｙ４、クリーニング手段Ｙ５、及び転写用帯電手段Ｙ６と、光走査装置１０１０と、転写ベルト１０８０と、定着手段１０８１などを備えている。

この場合には、光走査装置１０１０は、ブラック用のレーザ装置、シアン用のレーザ装置、マゼンダ用のレーザ装置、イエロー用のレーザ装置を備えている。そして、各レーザ装置は、いずれもレーザ光源と厚さ及び幅がそれぞれ少なくとも１ｍｍのＰＰＭｇＬＮ結晶とを有し、波長変換された光を出力するレーザ装置である。

そして、ブラック用のレーザ装置からの光束は感光体ドラムＫ１に照射され、シアン用のレーザ装置からの光束は感光体ドラムＣ１に照射され、マゼンダ用のレーザ装置からの光束は感光体ドラムＭ１に照射され、イエロー用のレーザ装置からの光束は感光体ドラムＹ１に照射されるようになっている。なお、色毎に光走査装置１０１０を備えていても良い。

各感光体ドラムは、図２１中の矢印の方向に回転し、回転順にそれぞれ帯電器、現像器、転写用帯電手段、クリーニング手段が配置されている。各帯電器は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。この帯電器によって帯電された感光体ドラム表面に光走査装置１０１０により光束が照射され、感光体ドラムに静電潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像器により感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写用帯電手段により、記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着手段１０８１により記録紙に画像が定着される。

また、前記光走査装置１０１０を備え、レーザ光によって発色する媒体（例えば、用紙）に直接、レーザ光を照射する画像形成装置であっても良い。

また、一例として図２２に示されるように、書き換え可能な記録紙に対応した多色画像形成装置１１００であっても良い。この多色画像形成装置１１００は、露光装置１１０１、複数の搬送ローラ対（１１０２、１１０５、１１０７）、紫外線照射器１１０３、加熱器１１０４、加熱器１１０６などを備えている。

露光装置１１０１は、赤色に対応したレーザ装置、緑色に対応したレーザ装置、青色に対応したレーザ装置を含み、各レーザ装置は、いずれもレーザ光源と厚さ及び幅がそれぞれ少なくとも１ｍｍのＰＰＭｇＬＮ結晶とを有し、波長変換された光を出力する。

なお、露光装置１１０１は、前記光走査装置１０１０と同様に、書き換え可能な記録紙上を各レーザ装置からの光で走査しても良いし、液晶パネル等を介して書き換え可能な記録紙に各レーザ装置からの光を照射しても良い。

多色画像形成装置１１００の一般的なことについては、例えば特開２００３−３１２０６４号公報に開示されている。

《表示装置》
図２３には、本発明の一実施形態に係る表示装置としてのレーザ・ディスプレイ装置２０００の概略構成が示されている。

このレーザ・ディスプレイ装置２０００は、光源ユニット２００１と、光源ユニット２００１からのレーザ光をスクリーン２０１０に向けて照射するためのミラーを含む光学系２００３と、前記光源ユニット２００１及び前記光学系２００３を制御する制御装置２００５とを備えている。

光源ユニット２００１は、赤色の光を出力するレーザ装置Ｒ、緑色の光を出力するレーザ装置Ｇ、青色の光を出力するレーザ装置Ｂを含んでいる。各レーザ装置は、いずれもレーザ光源と厚さ及び幅がそれぞれ少なくとも１ｍｍのＰＰＭｇＬＮ結晶とを有し、波長変換された光を出力する。

このように、本実施形態に係るレーザ・ディスプレイ装置２０００は、光源ユニット２００１の各レーザ装置が、厚さ及び幅がそれぞれ１ｍｍのＰＰＭｇＬＮ結晶を有し、高パワーの光を出力することができるため、スクリーン２０１０上に絵や文字を高品質で表示することが可能となる。

なお、空間を貫くレーザ光によって映像表現を行うレーザ・ディスプレイ装置であっても、前記光源ユニット２００１を備えるレーザ・ディスプレイ装置であれば、高品質で表現することが可能となる。

また、図２４には、透過型液晶パネルを用いたプロジェクタ２１００の概略構成が示されている。

このプロジェクタ２１００は、レーザ光源と厚さ及び幅がそれぞれ少なくとも１ｍｍのＰＰＭｇＬＮ結晶とを有し、波長変換された緑色の光を出力する光源装置２１０１、コリメート光学系２１０２、インテグレータ光学系２１０３、液晶パネル２１０４、投影レンズ２１０５などを備えている。

光源装置２１０１から出力された光は、コリメート光学系２１０２及びインテグレータ光学系２１０３を介して液晶パネル２１０４に入射する。

液晶パネル２１０４に入射した光は、表示情報に応じて変調され、投影レンズ２１０５でスクリーン２１１０上に拡大投影される。

この場合にも、光源装置２１０１から高パワーの光が出力されるため、情報を高品質でスクリーン２１１０上に表示することが可能となる。

なお、反射型液晶パネルを用いたプロジェクタであっても良い。

以上説明したように、本発明の非線形光学結晶によれば、高パワーのレーザ光を波長変換するのに適している。また、本発明のレーザ装置によれば、単純な構成で高パワーのレーザ光を出力するのに適している。また、本発明の光源装置によれば、単純な構成で高パワーのレーザ光を出力するのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、被走査面上を高速で走査するのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高速で画像を形成するのに適している。また、本発明の表示装置によれば、表示品質に優れた情報を表示するのに適している。また、本発明の分析装置によれば、高い分解能で分析するのに適している。

本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置を説明するための図である。 図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、それぞれ図１におけるレーザ光源を説明するための図である。 図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、それぞれ図１における非線形光学結晶を説明するための図である。 ＰＰＭｇＬＮの分極反転周期と第２高調波との関係（２５℃）を説明するための図である。 図１のレーザ装置の変形例を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係るレーザ装置を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態に係るレーザ装置を説明するための図である。 本発明の第４の実施形態に係るレーザ装置を説明するための図である。 分極反転周期と光パラメトリック変換によって発生するシグナル光及びアイドル光の波長との関係を説明するための図である。 図８のレーザ装置の変形例１を説明するための図である。 光パラメトリック変換の温度依存性を説明するための図である。 図８のレーザ装置の変形例２を説明するための図である。 厚い非線形光学結晶を用いる利点を説明するための図である。 図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、それぞれ非線形光学結晶の多段化を説明するための図である。 図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、それぞれ非線形光学結晶の回動による、分極反転周期の実質的な変更を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る光源装置を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る光吸収分析装置を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る２波長差分吸収ライダを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。 図１９のレーザプリンタにおける光走査装置の概略構成を説明するための図である。 タンデムカラー機の概略構成を説明するための図である。 書き換え可能な記録紙に対応した多色画像形成装置の概略構成を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ・ディスプレイ装置を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るプロジェクタを説明するための図である。

符号の説明

１００…レーザ装置、１０１…レーザ光源、１０３…非線形光学結晶、１０５…温度コントローラ（光源温度制御装置）、１０６…温度コントローラ（結晶温度制御装置）、２００…レーザ装置、２０１ａ、２０１ｂ…レーザ光源、２０３…非線形光学結晶、３００…レーザ装置、３０１ａ、３０１ｂ…レーザ光源、３０３…非線形光学結晶、４００…レーザ装置、４０１…レーザ光源、４０３…非線形光学結晶、５００…光源装置、６００…光吸収分析装置（分析装置）、６０１…光源装置（光源ユニット）、７００…２波長差分吸収ライダ（分析装置）、７０１…光源装置（光源ユニット）、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、１０１０…光走査装置、１０１１…光源ユニット、１１００…多色画像形成装置（画像形成装置）、１１０１…露光装置、２０００…レーザ・ディスプレイ装置（表示装置）、２００１…光源ユニット、２１００…プロジェクタ（表示装置）、２１０１…光源装置（光源ユニット）。

Claims (23)

1. マグネシウムが添加されたニオブ酸リチウム結晶からなり、周期的な分極反転構造を有する非線形光学結晶において、
   前記分極反転構造の各ドメインにおける分極方向の長さが少なくとも１ｍｍであることを特徴とする非線形光学結晶。
2. 前記分極反転構造の周期は２μｍ〜１４μｍであることを特徴とする請求項１に記載の非線形光学結晶。
3. 前記ニオブ酸リチウム結晶は、酸化マグネシウムが５モル％以上添加されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の非線形光学結晶。
4. 前記ニオブ酸リチウム結晶は、一致溶融組成の結晶であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の非線形光学結晶。
5. 前記分極方向及び前記分極反転構造の周期方向のいずれに対しても直交する方向の長さが少なくとも１ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の非線形光学結晶。
6. 少なくとも１つのレーザ光源と；
   前記少なくとも１つのレーザ光源からの光の光路上に配置された請求項１〜５のいずれか一項に記載の非線形光学結晶と；を備えるレーザ装置。
7. 前記少なくとも１つのレーザ光源の温度を制御する光源温度制御装置を更に備えることを特徴とする請求項６に記載のレーザ装置。
8. 前記非線形光学結晶の温度を制御する結晶温度制御装置を更に備えることを特徴とする請求項６又は７に記載のレーザ装置。
9. 前記少なくとも１つのレーザ光源は、波長λ_１のレーザ光を発するレーザ光源を含み、
   前記非線形光学結晶は、前記波長λ_１のレーザ光を波長変換し、波長λ_２の第２高調波を生成することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載のレーザ装置。
10. 前記非線形光学結晶は、前記波長λ_１のレーザ光に対する屈折率ｎ_１、前記波長λ_２のレーザ光に対する屈折率ｎ_２、及び前記非線形光学結晶の分極反転周期Λを用いて、２πｎ_１／λ_１＝２πｎ_２／λ_２−２π／Λ、の関係を満たすことを特徴とする請求項９に記載のレーザ装置。
11. 前記少なくとも１つのレーザ光源は、第１のレーザ光を発するレーザ光源、及び第２のレーザ光を発するレーザ光源を含み、
    前記非線形光学結晶は、前記第１のレーザ光と第２のレーザ光の和周波を生成することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載のレーザ装置。
12. 前記非線形光学結晶は、前記第１のレーザ光の波長λ_１、前記第２のレーザ光の波長λ_２、前記和周波の波長λ_３、前記非線形光学結晶の前記第１のレーザ光に対する屈折率ｎ_１、前記非線形光学結晶の前記第２のレーザ光に対する屈折率ｎ_２、前記非線形光学結晶の前記第３のレーザ光に対する屈折率ｎ_３、及び前記非線形光学結晶の分極反転周期Λを用いて、２πｎ_１／λ_１＋２πｎ_２／λ_２＝２πｎ_３／λ_３−２π／Λ、の関係を満たすことを特徴とする請求項１１に記載のレーザ装置。
13. 前記少なくとも１つのレーザ光源は、第１のレーザ光を発するレーザ光源、及び第２のレーザ光を発するレーザ光源を含み、
    前記非線形光学結晶は、前記第１のレーザ光と第２のレーザ光の差周波を生成することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載のレーザ装置。
14. 前記非線形光学結晶は、前記第１のレーザ光の波長λ_１、前記第２のレーザ光の波長λ_２、前記和周波の波長λ_３、前記非線形光学結晶の前記第１のレーザ光に対する屈折率ｎ_１、前記非線形光学結晶の前記第２のレーザ光に対する屈折率ｎ_２、前記非線形光学結晶の前記第３のレーザ光に対する屈折率ｎ_３、及び前記非線形光学結晶の分極反転周期Λを用いて、２πｎ_１／λ_１−２πｎ_２／λ_２＝２πｎ_３／λ_３−２π／Λ、の関係を満たすことを特徴とする請求項１３に記載のレーザ装置。
15. 前記少なくとも１つのレーザ光源は、波長λ_１のレーザ光を発するレーザ光源を含み、
    前記非線形光学結晶は、前記波長λ_１のレーザ光を光パラメトリック変換し、波長λ_２のレーザ光と波長λ_３のレーザ光を生成することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載のレーザ装置。
16. 前記非線形光学結晶は、前記非線形光学結晶の前記波長λ_１のレーザ光に対する屈折率ｎ_１、前記非線形光学結晶の前記波長λ_２のレーザ光に対する屈折率ｎ_２、前記非線形光学結晶の前記波長λ_３のレーザ光に対する屈折率ｎ_３、及び前記非線形光学結晶の分極反転周期Λを用いて、２πｎ_１／λ_１＝２πｎ_２／λ_２＋２πｎ_３／λ_３＋２π／Λ、の関係を満たすことを特徴とする請求項１５に記載のレーザ装置。
17. 波長１０６４ｎｍの光を波長変換し、第２高調波を生成する請求項８又は９に記載の第１のレーザ装置と；
    波長１０６４ｎｍの光を波長変換し、波長２４１６ｎｍの光及び波長１９１２ｎｍの光を生成する請求項１５又は１６に記載の第２のレーザ装置と；
    前記第１のレーザ装置からの前記第２高調波と前記第２のレーザ装置からの前記波長２４１６ｎｍの光の和周波を生成する請求項１〜５のいずれか一項に記載の非線形光学結晶と；を備える光源装置。
18. 光によって被走査面上を走査する光走査装置であって、
    少なくとも１つの請求項６〜８のいずれか一項に記載のレーザ装置を有する光源ユニットと；
    前記光源ユニットからの光を偏向する偏向器と；
    前記偏光器で偏向された光を被走査面上に集光する光学系と；を備える光走査装置。
19. 光を走査して画像を形成する画像形成装置であって、
    少なくとも１つの走査対象物と；
    前記少なくとも１つの走査対象物を走査する少なくとも１つの請求項１８に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
20. 画像表示媒体上に画像を形成する画像形成装置であって、
    少なくとも１つの請求項６〜８のいずれか一項に記載のレーザ装置を有し、画像情報に応じて前記画像表示媒体を露光する露光装置を備える画像形成装置。
21. 光を用いて情報をスクリーンに表示する表示装置であって、
    少なくとも１つの請求項６〜８のいずれか一項に記載のレーザ装置を有する光源ユニットと；
    前記光源ユニットからの光を前記スクリーンに導く光学系と；を備える表示装置。
22. 光を用いて気体を分析する分析装置であって、
    請求項６〜８のいずれか一項に記載のレーザ装置を有する光源ユニットと；
    前記光源ユニットから出力され、分析対象の気体を介した光を受光する光検出器と；を備える分析装置。
23. 前記分析対象の気体は、メタン、ＮＯ、ＮＯ_２、ＣＯ及びＣＯ_２のうちの少なくともいずれかを含み、
    前記光源ユニットから出力される光の波長は、２．０μｍ〜４．５μｍの間で可変であることを特徴とする請求項２２に記載の分析装置。