JP2009157342A - レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザ光を出射するレーザ光源101と、レーザ光源101から出射されたレーザ光を光ファイバ126に結合させる光学部品114と、光学部品114を保持するアクチュエータ118と、光ファイバから出力されるレーザ光をモニターする受光器112と、受光器112によるモニターの結果に従って、アクチュエータ118を駆動して光学部品114の位置を制御する制御装置117とを備える。
【選択図】図1
Description
また、ファイバコアの中心からファイバコアとクラッドとの境界までの距離をrとすると、入射するレーザ光のビーム半径をωとした場合、光ファイバへレーザ光を結合させる集光位置を0.25(r−ω)〜0.75(r−ω)の範囲に設計することが望ましい。また、光ファイバは、長さが10m以上かつ直径が150mm以下でコイルされているか、長さが10m〜25mの範囲である。この光ファイバはコネクタによって着脱可能であってもよい。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るレーザ装置100の構成を示す図である。図1のレーザ装置100は、ファイバレーザ101と、ダイクロイックミラー106及び107と、集光レンズ108と、非線形光学素子109と、コリメートレンズ111と、受光器112と、ビームスプリッタ113と、結合レンズ114と、アクチュエータ118と、電源装置116と、制御装置117と、コネクタ115と、伝搬ファイバ126とを備える。
以下、その結合レンズ114をアライメントするレーザ光結合位置補正機構について説明する。
図4Aに示す結合レンズ114が中心位置(初期位置)にある場合、結合レンズ114で集光される集光点は、伝搬ファイバ126のコア上部にある。このとき、アクチュエータ118により結合レンズ114の位置を下側にシフトすることで、集光位置も下側にシフトすることができる。コネクタ付きファイバの製作バラツキは±5μm程度であり、レンズ位置の調整マージンは±10μm程度である。この方法での変位量は±15μm程度であるので、十分対応できる。
制御装置117は、伝搬ファイバ126へ入射するレーザ光の強度を測定する受光器112からの信号と、伝搬ファイバ126から出射されるレーザ光の強度を測定する受光器503からの信号とを、デジタル信号に変換するA/Dコンバータ601、A/Dコンバータ601でデジタル値に変換された信号605a及び605bを処理するMPU603、処理した数値を保存しておくレジスタ604、及びアクチュエータ118への駆動信号606aをデジタル値からアナログ電圧値へ変換するD/Aコンバータ602から構成されている。
まず、レーザ装置100のコントロールパネルを介して、ファイバアラインの指示を入力する。この際、伝搬ファイバ126の出口には、受光器503が設置された状態としておく。次に、アクチュエータ118に駆動信号が入力され、伝搬ファイバ126のy軸方向へビームをスキャンする。この際、駆動電圧と伝搬ファイバ126から出射されるレーザ光の強度とをレジスタ604内に保存し、最もレーザ光の強度が大きくなる駆動電圧をサーチする。
次に、伝搬ファイバ126から出射されるレーザビームの強度分布のばらつきを改善する方法について説明する。
図9A及び図9Bは、強度分布(横モード)のバラツキの一例について示している。このようなバラツキは、ビーム品質(M2値)が2以下とビーム品質のよいレーザビームを使用する際に顕著に現れ、ディスプレイ上の輝度ムラの原因となっていた。また、伝搬ファイバ126を変異させることで、プロファイルが変化することがわかっている。
結合レンズ114は、アクチュエータ118で保持されている。この際、アクチュエータ118に与えている電圧信号に、正弦波又は矩形波を重畳させることで、結合レンズ114で集光される第2高調波110の集光点504を微動させることができる。実験では、最大で±5μm程度、100〜1kHzで振動させることにより、強度分布を大幅に改善することができた。集光点504を微動させる方向は直線方向でよく、2次元に動かす必要はない。また、伝搬ファイバ126のファイバ端面126aへの入射角度をアクチュエータ118で変化させることによっても、同様の効果が得られる。
図12に示す機構は、第2高調波110をコリメートするコリメートレンズ111、受光器112、レーザビームを一度集光する集光レンズ1101、集光を平行光へ変換するコリメートレンズ1102、結合レンズ114、コネクタ115、伝搬ファイバ126、補正機構として拡散板1103、及び拡散板揺動機構1104で構成されている。拡散板1103の拡散角は、5度程度である。拡散板1103は、第2高調波110が集光レンズ1101で集光されている集光点に配置されており、100〜1kHzで振動させている。拡散板揺動機構1104には、アクチュエータや圧電素子を使用することができる。1〜2kHzと周波数が高くなると併せて高周波の音も発生するため、100〜1kHzの周波数とすることが実用上望ましい。
従来例では、M2値が5以上のレーザビームを使用して、ファイバから出射されるビームプロファイルを時間平均してトップハット形状を得る方法がいくつか提案されている。しかし、従来例のようにファイバを単純に振動させたりする方法では、本発明のようにM2値が2以下と小さなビーム品質のよいレーザビームを集光させる場合、図13のようなファーフィールドパターンとならず、三角形のような形状となる。
101 ファイバレーザ
102 励起用レーザ光源
103 Ybドープファイバ
104a、104b ファイバグレーティング
106、107 ダイクロイックミラー
108、1101 集光レンズ
109 非線形光学素子
111、301、1102 コリメートレンズ
112、503 受光器
113 ビームスプリッタ
114 結合レンズ
115 コネクタ
116 電源装置
117 制御装置
118 アクチュエータ
126 伝搬ファイバ
300 液晶ディスプレイ
302 導光板
303、304、1103、1104 拡散板
305 液晶パネル
306、308 偏光フィルタ
307 カラーフィルタ
501 レーザ光結合位置補正機構
601 A/Dコンバータ
602 D/Aコンバータ
603 MPU
604 レジスタ
901 融着点
1001 散乱部
1003 クラッド部
1004 コア部
Claims (17)
- レーザ光を光ファイバから出力するレーザ装置であって、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記光ファイバに結合させる光学部品と、
前記光学部品を保持するアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動して前記光学部品の位置を制御する制御装置とを備える、レーザ装置。 - 前記光ファイバから出力されるレーザ光をモニターする受光器をさらに備え、
前記制御装置は、前記受光器によるモニターの結果に従って、前記アクチュエータを駆動して前記光学部品の位置を制御する、請求項1に記載のレーザ装置。 - 前記光学部品が結合レンズである、請求項1に記載のレーザ装置。
- 前記光学部品が拡散素子である、請求項1に記載のレーザ装置。
- 前記レーザ光源は、ファイバレーザから発せられるレーザ光を基本波とし、当該基本波を非線形光学素子により波長変換して得られたレーザ光を出射する、請求項1に記載のレーザ装置。
- 前記レーザ光源が半導体レーザである、請求項1に記載のレーザ装置。
- 前記制御装置は、前記レーザ光源が点灯している期間に、100〜1kHzの周波数で前記アクチュエータを振動させる、請求項1に記載のレーザ装置。
- 前記制御装置は、前記受光器で受光される光強度に基づいて、前記光学部品の位置を移動させて、前記光ファイバへのレーザ光入射位置を決定する、請求項1に記載のレーザ装置。
- 前記アクチュエータが電磁アクチュエータである、請求項1に記載のレーザ装置。
- 前記レーザ光源から発せられるレーザ光のM2値が2以下である、請求項1に記載のレーザ装置。
- 前記半導体レーザ光源から出射されるレーザ光は、活性層に対して垂直又は水平のいずれか一方向あるいは両方のM2値が2以下である、請求項6に記載のレーザ装置。
- 前記光ファイバのコア部分に散乱部を設けて空間光強度分布を均一化させた、請求項1に記載のレーザ装置。
- ファイバコアの中心からファイバコアとクラッドとの境界までの距離をrとし、入射するレーザ光のビーム半径をωとした場合、前記光ファイバへレーザ光を結合させる集光位置を0.25(r−ω)〜0.75(r−ω)の範囲とする、請求項1に記載のレーザ装置。
- 前記光ファイバは、長さが10m以上かつ直径が150mm以下でコイルされている、請求項1に記載のレーザ装置。
- 前記光ファイバは、長さが10m〜25mの範囲である、請求項1に記載のレーザ装置。
- 前記光ファイバがコネクタによって着脱可能である、請求項1に記載のレーザ装置。
- 液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト照明装置とを備え、
前記バックライト照明装置として請求項1に記載のレーザ装置を用いた、液晶表示装置。
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