JP4693364B2 - 光波長変換装置、その制御方法、およびそれを用いた画像投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体レーザー（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）光を第２高調波に変換する光波長変換装置に関するものである。特には、レーザーディスプレイや光記録、光計測用の光源として利用できる、高速変調駆動が可能なレーザー光を出射する光波長変換装置に関するものである。

非線形光学材料を利用してＬＤ光を別の波長に変換する試みが様々行われている。この技術によれば、ＬＤとしては実用化に至っていない波長域、例えば緑色域や紫外域のレーザー光を発生させることが可能となり、レーザーディスプレイや光記録用の光源としての応用が期待できる。特に、基本波光を非線形光学材料に入射してその１／２の波長の光（第２高調波）を発生させる、いわゆるＳＨＧ（second harmonic generation）方式が広く研究開発されている。例えば、分布反射型（ＤＢＲ；distributed bragg reflection）半導体レーザーを基本波光としてＳＨＧ光を発生させる際の駆動方法についての提案がある（特許文献１参照）。この例を図８を用いて説明する。図８において、ＤＢＲ半導体レーザー１は、活性部１１、位相部１２、回折格子が形成されたＤＢＲ部１３からなり、基本波光を発生する。位相部１２、ＤＢＲ部１３は、ｐｎ接合に垂直に電流を流すか、あるいは、薄膜ヒーターに電流を流すことにより温度が制御され、この温度変化により、導波路の屈折率を変化させ、ＤＢＲ型半導体レーザー１内の基本波光の位相、反射率を調整し、発振波長を変化させる。

ＳＨＧ素子２は、基本波光を入力し、基本波光を波長変換し、ＳＨＧ光を出力する。光検出器３は、ＳＨＧ光を入力し、電気信号に変換する。制御部８は、仮制御パラメータ算出手段８１、電流比算出手段８２、制御パラメータ決定手段８３からなり、光検出器３からの電気信号に基づいて、位相部１２の位相制御電流、ＤＢＲ部１３のＤＢＲ駆動電流を出力する。

このような装置の動作を以下に説明する。ＤＢＲ型半導体レーザー１の活性部１１にＬＤ駆動電流を与えて駆動し、基本波光を出力する。この基本波光を、ＳＨＧ素子２が入力し、波長変換し、ＳＨＧ光を出力する。このＳＨＧ光を光検出器３で電気信号に変換する。制御部８は、この電気信号から、モードホップさせずに位相制御電流、ＤＢＲ駆動電流を制御するための制御パラメータを抽出し、その制御パラメータに応じてＤＢＲ半導体レーザー１を駆動する。
特開２００２−４３６８３号公報

ＳＨＧ素子２は、変換効率が大きくなる波長域が限られている。したがって、位相部１２、ＤＢＲ部１３の電流を制御して波長を変えた場合、ＳＨＧ光を光検出器３でモニターできる領域が非常に狭くなってしまい、精度よく制御パラメータを抽出することが困難である。そのため、上記従来例では、モードホップさせずに波長をシフトできる波長幅が小さいという課題がある。さらに、素子温度の変化によって、ＳＨＧ素子２の変換効率が大きくなる波長域がシフトした場合、制御パラメータも変化させることが必要となるが、上記従来例では考慮されていない。すなわち、上記従来例は、ＳＨＧ素子２や半導体レーザー１の温度を一定にするためにペルチェ素子等の温度安定化機構を用いていることが前提となっており、消費電力が大きくなるという課題を有する。

上記課題に鑑み、本発明の光波長変換装置は、活性領域、位相領域、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）が形成されたＤＢＲ領域を有する半導体レーザーと、半導体レーザーから発せられた基本波を入力して波長変換した光を出力する非線形光学素子と、半導体レーザーから発せられた基本波の出力をモニターする第1の光検出器と、半導体レーザーの駆動電流を制御する制御部を有する光波長変換装置であって、前記制御部は、前記ＤＢＲ領域に与えるＤＢＲ電流、前記位相領域に与える位相電流を変化させ、前記第1の光検出器からの電気信号に基づいて、前記ＤＢＲ電流および前記位相電流を変化させたときに現れる基本波出力の変化点の隣り合う２つの軌跡の略中心を通る線を表す式のパラメータを抽出する制御パラメータ抽出手段と、前記式に従ってＤＢＲ電流、位相電流を制御することで半導体レーザーの発振波長を連続に制御する波長制御手段を有する。そして、前記式は、少なくとも（ａ・Ｉ _ＤＢＲ ^２ ＋ｂ・Ｉ _{ｐｈａｓｅ} ^２ ）を含む左辺が定数ｃの右辺と等号で結ばれる式で表され、Ｉ _ＤＢＲ は前記ＤＢＲ電流、Ｉ _{ｐｈａｓｅ} は前記位相電流、ａ及びｂは比例係数であり、前記制御パラメータ抽出手段は、前記パラメータとして前記比例係数と前記定数を抽出することを特徴とする。

また、上記課題に鑑み、本発明の光波長変換装置の制御方法は、活性領域、位相領域、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）が形成されたＤＢＲ領域を有する半導体レーザーと、半導体レーザーから発せられた基本波を入力して波長変換した光を出力する非線形光学素子と、前記半導体レーザーから発せられた基本波の出力をモニターする第１の光検出器と、有する光波長変換装置の制御方法であって、前記ＤＢＲ領域に与えるＤＢＲ電流、前記位相領域に与える位相電流を変化させ、前記第１の光検出器からの電気信号に基づいて、前記ＤＢＲ電流および前記位相電流を変化させたときに現れる基本波出力の変化点の隣り合う２つの軌跡の略中心を通る線を表す式のパラメータを抽出する工程と、前記式に従ってＤＢＲ電流、位相電流を制御することで半導体レーザーの発振波長を連続に制御する波長制御工程を有する。そして、前記式は、少なくとも（ａ・Ｉ _ＤＢＲ ^２ ＋ｂ・Ｉ _{ｐｈａｓｅ} ^２ ）を含む左辺が定数ｃの右辺と等号で結ばれる式で表され、Ｉ _ＤＢＲ は前記ＤＢＲ電流、Ｉ _{ｐｈａｓｅ} は前記位相電流、ａ及びｂは比例係数であり、前記パラメータを抽出する工程では、前記パラメータとして前記比例係数と前記定数を抽出することを特徴とする。前記波長制御工程では、常に、あるいは、一定時間間隔ごとに前記半導体レーザーの発振波長を連続にスイープして、前記非線形光学素子の出力である第2高調波出力が一定値になるか、あるいは最大値になるように制御を行うようにできる。こうした制御は、上記の半導体レーザーの駆動電流を制御する制御部に、この手順を実行するプログラムを実装することなどで行える。

また、上記課題に鑑み、本発明の画像投影装置（これには、レーザーディスプレイなどの画像表示装置、感光体を有するレーザープリンタなどの画像形成装置などが含まれる）は、上記光波長変換装置および少なくとも１つの光走査素子を有し、光波長変換装置によって発せられた出力を光走査素子で走査することで画像が投影されることを特徴とする。

本発明によると、ペルチェ素子等の温度安定化機構が不要で比較的低消費電力にできる光波長変換装置を実現することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明による光波長変換装置の一実施形態の構成図である。

図１において、ＤＢＲ型半導体レーザー１０１は、活性領域１０３、位相領域１０５、回折格子が形成されたＤＢＲ領域１０７からなり、基本波光を発生する。位相領域１０５、ＤＢＲ領域１０７は、ｐｎ接合に垂直に電流を流すか、あるいは、薄膜ヒーターに電流を流すことにより温度が制御され、この温度変化により、導波路の屈折率を変化させ、ＤＢＲ半導体レーザー１０１内の基本波光の位相、反射率を調整し、発振波長を変化させる。半導体レーザー１０１の後ろ側から発せられた基本波光は、基本波光検出器１１３に入力される。基本波光検出器１１３は、基本波光のパワーを電気信号に変換して制御部１１９に信号を送る。他方、ＳＨＧ素子１０９は、基本波光を入力し、基本波光を波長変換し、ＳＨＧ光を出力する。出力されたＳＨＧ光の一部は、基本波光カットフィルタ１１４を通過後、ビームスプリッタ１１５によって分離されＳＨＧ光検出器１１７に入力される。ＳＨＧ光検出器１１７は、ＳＨＧ光のパワーを電気信号に変換して制御部１１９に信号を送る。制御部１１９は、制御パラメータ抽出手段１２１、波長制御手段１２３、ＳＨＧ光出力制御手段１２５からなる。

このような装置の動作を以下に説明する。まず、所定のゲイン電流を活性領域１０３に注入した状態で、位相領域１０５に注入する位相制御電流とＤＢＲ部１０７に注入するＤＢＲ駆動電流の制御を行い、基本波光の出力の変化を基本波光検出器１１３によってモニターする。制御パラメータ抽出手段１２１は、基本波光検出器１１３からの電気信号に基づいて、モードホップが生じないように位相領域１０５に注入する位相電流とＤＢＲ部１０７に注入するＤＢＲ電流の関係（制御パラメータ）を決定する。具体的には、ＤＢＲ電流および位相電流を変化させたときにモードホップによって基本波光のパワーが不連続に変化する点（変化点）を検出し、その変化点の軌跡に近づかないように位相電流とＤＢＲ電流の関係を決定する。波長制御手段１２３は、この制御パラメータに従って、ＤＢＲ電流、位相電流の制御を行う。その結果、ＤＢＲ型半導体レーザー１０１の波長を連続に制御することが可能となる。

一方、ＳＨＧ光出力制御手段１２５は、ＳＨＧ光検出器１１７からの信号に基づいてＳＨＧ光のパワーが所定の値になるように制御を行う。本発明によれば、基本波光のパワーの変化点から位相電流とＤＢＲ電流の関係（制御パラメータ）を求めているため、広い範囲で波長を連続に制御できる。そのため、素子温度の変化によって、ＳＨＧ素子１０９の変換効率が大きくなる波長域がシフトした場合においても、そのＳＨＧ光出力が最大になるように半導体レーザー１０１の発振波長を追随させることができる。

以下に、より具体的な実施例を図面に沿って説明する。
（実施例１）
図１は本発明による光波長変換装置の第１の実施例の構成図である。図１において、ＤＢＲ型半導体レーザー１０１は、活性領域１０３、位相領域１０５、ＤＢＲ領域１０７からなり、波長１０６０ｎｍの基本波光を発生する。半導体レーザー１０１の後ろ側から発せられた基本波光は基本波光検出器１１３に入力される。基本波光検出器１１３は基本波光のパワーを電気信号に変換して制御部１１９に信号を送る。ＳＨＧ素子１０９は、基本波光を波長変換し、波長５３０ｎｍのＳＨＧ光を出力する。出力されたＳＨＧ光の一部は、基本波光カットフィルタ１１４を通過後、ビームスプリッタ１１５によって分離されＳＨＧ光検出器１１７に入力される。ＳＨＧ光検出器１１７はＳＨＧ光のパワーを電気信号に変換して制御部１１９に信号を送る。

本実施例の半導体レーザー部およびＳＨＧ素子部について、図２を用いて詳細に説明する。図２は光波長変換素子の模式的な側断面図である。ＤＢＲ型半導体レーザー１０１はサブマウント２０１に実装されており、活性領域１０３中に設けられた活性層２０３に電流が注入できるように電極２０５が形成されている。位相領域１０５、ＤＢＲ領域１０７の表面には薄膜ヒーター２０７、２０９が形成されており、これらのヒーターに電流を注入することで、これらの領域の温度を変えて発振波長を制御することができる。

さらに、２１１はレンズマウントであり、その中に、コリメートレンズ２１３、２分の１波長板２１５、集光レンズ２１７が配置されている。ＳＨＧ素子１０９は、素子長１０ｍｍのＬｉＮｂＯ_３（ＬＮ）からなり、基本波光の波長に合わせて所定の周期の分極反転構造２１９が設けられており、イオン交換による光導波路２２１が形成されている。サブマウント２０１、レンズマウント２１１、ＳＨＧ素子１０９はヒートシンク２２３上にアライメントした状態で固定されている。

このようなＤＢＲ型半導体レーザー１０１において、ＤＢＲ電流、位相電流を変化した場合の発振波長および光パワーの関係を図３に示す。図３（ａ）はＤＢＲ電流、位相電流と発振波長の関係（ほぼ左上から右下に伸びる線は等波長線を示し、濃淡の部分では、変化点の軌跡部分を除いて、波長は連続的に変化し、ここでは、ほぼ左下から右上にかけて波長が増大している）、図３（ｂ）はＤＢＲ電流、位相電流と光パワーの関係（ここでも、ほぼ上下に伸びる線は等光パワー線を示し、濃淡の部分では、変化点の軌跡部分を除いて、光パワーは連続的に変化している様子を示している）、図３（ｃ）は位相電流一定（ここでは１００ｍＡ）の場合のＤＢＲ電流と発振波長、光パワーの関係である。或る電流状態において、モードホップが生じるため発振波長および光パワーは不連続となるが、その点は一致している。したがって、基本波光の光出力の変化から変化点（モードホップ点）の軌跡を求め、その軌跡の間の略中心線上を通るようにＤＢＲ電流、位相電流を制御すれば、基本波光の波長をモニターする手段を設けなくても連続に波長をシフトすることができる。変化点の軌跡は複数存在するが、そのうち適当な隣り合う２つの軌跡をもとにＤＢＲ電流、位相電流を制御する曲線、すなわち、波長連続可変曲線を決定すればよい。

薄膜ヒーターを用いたＤＢＲ型半導体レーザーでは、電流による温度上昇は電流の二乗に比例し、半導体の屈折率変化（すなわち位相の変化）は温度変化に比例することから、近似的には、変化点の軌跡は、
ａ・I_DBR ^２＋ｂ・I_phase ^２＝ｃ
の形で表すことができる。ここで、I_DBR、I_phaseはそれぞれＤＢＲ電流、位相電流であり、ａ、ｂは比例係数、ｃは定数である。

変化点の軌跡は複数存在するが、近似的には、比例係数ａ、ｂは軌跡にかかわらず一定であり、定数ｃのみが異なるとみなしても問題無い。適当な隣り合う２つの軌跡の定数をｃ(i)、ｃ(i+1)とすると、波長連続可変曲線は、
ａ・I_DBR ^２＋ｂ・I_phase ^２＝（ｃ(i)＋ｃ(i+1)）／２
とすればよい。制御パラメータ抽出手段１２１はこのようなパラメータａ、ｂ、ｃを求める機能を有している。

もちろん、ここに示した関数に限定されるものではなく、離散的に検出した変化点から、或る適当な関数にフィッティングしたり、変化点間を直線でつないで折れ線状の変化点の軌跡としても実用上問題無い。

本実施例の制御方法については以下に記載のとおりである。
１．上記した方法で制御パラメータ抽出手段１２１によりＤＢＲ電流、位相電流の制御パラメータを求める。
２．その制御パラメータに基づいて、波長制御手段１２３はＤＢＲ電流、位相電流を波長連続可変曲線上を通るようにシフトさせ、ＳＨＧ光のパワーが最大になるか、あるいは基本波光からＳＨＧ光への変換効率が最大になるようにＤＢＲ電流、位相電流を決定する。
３．ＳＨＧ光のパワーが所望の値になるように、ＳＨＧ光出力制御手段１２５が活性領域１０３へ注入するゲイン電流を制御する。この工程は、出力制御が必要な場合に有効である。
４．波長制御手段１２３は、常に、あるいは或る一定間隔ごとに、ＤＢＲ電流、位相電流を、現在の値を中心に波長連続可変曲線上で動かし、その中でＳＨＧ光のパワーが最大になる、あるいは基本波光からＳＨＧ光への変換効率が最大になるようにＤＢＲ電流、位相電流を決定する。
５．３および４の動作を繰り返す。
６．４における一定間隔よりも大きい時間間隔で、１の動作を行い、新たな制御パラメータを求める。もしくは、モードホップが生じたとき、すなわち、基本波光やＳＨＧ光のパワーが不連続に変化したときに、１の動作を行い、新たな制御パラメータを求める。
７．１から６の動作を繰り返す。

本実施例における光波長変換装置を特別な温度調節機構を設けることなく駆動したところ、環境温度２５℃において、１００ｍＷの基本波光から２ｍＷのＳＨＧ光を得た。次いで，ＳＨＧ光のパワーが１．５ｍＷになるように制御を行った状態で環境温度を変化させたところ、１０℃から４０℃の範囲で、モードホップを起こすことなく安定に制御することができた。

本実施例では、薄膜ヒーターに電流を注入することで屈折率を制御して波長を変化させており、薄膜ヒーターの消費電力は０．１から０．２Ｗ程度である。この方法は、ペルチェ素子を用いて温度を安定化させる場合では１Ｗから数Ｗ消費するのに比べ、低消費電力であるという効果がある。

（実施例２）
次に、本発明の第２の実施例について図面を用いて説明する。第１の実施例では、２つの隣り合う変化点の軌跡を求め、その略中心線上を波長連続可変曲線としていたが、本実施例では、順方向にＤＢＲ電流および位相電流を変化させたときに現れる変化点の隣り合う２つの軌跡の略中心と、逆方向にＤＢＲ電流および位相電流を変化させたときに現れる変化点の隣り合う２つの軌跡の略中心とを平均した線を波長連続可変曲線としている。その他の点は第１の実施例と同様である。

図４を用いて説明する。図４はＤＢＲ電流、位相電流を順方向（電流を増やす方向）あるいは逆方向（電流を減らす方向）に変化した場合の光パワーとの関係を示す。図４（ａ）は順方向にＤＢＲ電流を変化させた場合の光パワーとの関係、図４（ｂ）は逆方向にＤＢＲ電流を変化させた場合の光パワーとの関係、図４（ｃ）は位相電流一定の場合のＤＢＲ電流と光パワーの関係を示す。

一般に多電極ＤＢＲ型半導体レーザーを駆動する場合、順方向と逆方向でモードホップの位置が異なる、いわゆるヒステリシスが生じることがよく知られている。図４はそれを顕著に示している。よって、ヒステリシスを考慮して波長連続可変曲線を設定することが望ましい。本実施例では、順方向にＤＢＲ電流および位相電流を変化させたときに現れる変化点の隣り合う２つの軌跡の略中心と、逆方向にＤＢＲ電流および位相電流を変化させたときに現れる変化点の隣り合う２つの軌跡の略中心とを平均した線を波長連続可変曲線としているため、第１の実施例に比べ、より安定に制御できることが期待できる。

本実施例における光波長変換装置を特別な温度調節機構を設けることなく駆動したところ、環境温度２５℃において、１００ｍＷの基本波光から２ｍＷのＳＨＧ光を得た。次いで，ＳＨＧ光のパワーが１．５ｍＷになるように制御を行った状態で環境温度を変化させたところ、５℃から４５℃の範囲で、モードホップを起こすことなく安定に制御することができた。

（実施例３）
次に、本発明の第３の実施例について図面を用いて説明する。図５は本発明の第３の実施例における光波長変換装置の構成図である。図１と共通する部分については同一の番号を付し、説明は省略する。

第１の実施例との違いは、ＤＢＲ型半導体レーザー１０１が実装されているサブマウント４０１に温度センサー４０３が設けられており、その情報が制御部１１９に送られていること、および、波長制御手段１２３は温度センサー４０３からの温度情報に対する補正係数を予め記憶していることである。その他の点は第１の実施例と同様である。

第１の実施例では、波長連続可変曲線を
ａ・I_DBR ^２＋ｂ・I_phase ^２＝（ｃ(i)＋ｃ(i+1)）／２
と設定する例を示した。この中で、比例係数a、ｂはレーザーの温度が変化してもほとんど変わらず、定数ｃ(i)は温度に依存し、定数ｃ(i)の変化は温度変化に概ね比例することが実験的に判っている。そこで、波長制御手段１２３は前記温度センサー４０３からの温度情報に対する補正係数を予め記憶しておく。この補正係数をｄとして、本実施例では、波長連続可変曲線を
ａ・I_DBR ^２＋ｂ・I_phase ^２＝（ｃ(i)＋ｃ(i+1)）／２＋ｄ・DＴ
と設定する。ここで、DＴは温度変化量である。

本実施例では、制御パラメータ抽出手段１２１によって求められた制御パラメータに温度情報によって補正を加えて波長制御に用いている。その結果、第１の実施例に比べ、より広い温度範囲で安定に制御できることが期待できる。

制御方法としては、第１の実施例に記したものとほぼ同様であり、第４項の部分のみが以下のようになる。
４．波長制御手段１２３は、常に、あるいはある一定間隔ごとに、温度センサー４０３からの情報をもとに制御パラメータの補正を行い、ＤＢＲ電流、位相電流を、現在の値を中心に、補正した波長連続可変曲線上で動かし、その中でＳＨＧ光のパワーが最大になるか、あるいは基本波光からＳＨＧ光への変換効率が最大になるようにＤＢＲ電流、位相電流を決定する。

本実施例における光波長変換装置を特別な温度調節機構を設けることなく駆動したところ、環境温度２５℃において、１００ｍＷの基本波光から２ｍＷのＳＨＧ光を得た。次いで，ＳＨＧ光のパワーが１．５ｍＷになるように制御を行った状態で環境温度を変化させたところ、０℃から５３℃の範囲で、モードホップを起こすことなく安定に制御することができた。

（実施例４）
次に、本発明の第４の実施例について図面を用いて説明する。図６は本発明の第４の実施例における光波長変換装置の一部である光波長変換素子の構成図である。図２と共通する部分については同一の番号を付し、説明は省略する。

本実施例では、キャリア注入により半導体層の屈折率を変化させるタイプのＤＢＲ型半導体レーザーを用いている。図６中、ＤＢＲ型半導体レーザー５０１はサブマウント２０１に実装されており、活性領域５０３中に設けられた活性層５０４に電流を注入できるように電極５０５が形成されている。位相領域５０５、ＤＢＲ領域５０７中の活性層は除去されており、よりバンドギャップの広い半導体層５０６が再成長により形成されている。また、半導体層５０６にキャリアを注入できるように電極５０７、５０９が形成されている。半導体層５０６にキャリアを注入することで、この層の屈折率を変えて波長を制御できる。その他の点は第１の実施例と同様である。

キャリア注入による波長可変のＤＢＲ型半導体レーザーでは、半導体の屈折率変化はキャリア密度に概ね比例し、キャリア密度は電流注入量に概ね比例する。また、電流注入による温度上昇については電流の二乗に比例することから、近似的には、変化点の軌跡は、
ａ_１・I_DBR＋ａ_２・I_DBR ^２＋ｂ_１・I_phase＋ｂ_２・I_phase ^２＝ｃ
の形で表すことができる。ここで、I_DBR、I_phaseはそれぞれＤＢＲ電流、位相電流であり、ａ_１、ａ_２、ｂ_１、ｂ_２は比例係数、ｃは定数である。

変化点の軌跡は複数存在するが、近似的には、比例係数ａ_１、ａ_２、ｂ_１、ｂ_２は軌跡にかかわらず一定であり、定数ｃのみが異なるとみなしても問題無い。適当な隣り合う２つの軌跡の定数をｃ(i)、ｃ(i+1)とすると、波長連続可変曲線は、
ａ_１・I_DBR＋ａ_２・I_DBR ^２＋ｂ_１・I_phase＋ｂ_２・I_phase ^２＝（ｃ(i)＋ｃ(i+1)）／２
とすればよい。制御パラメータ抽出手段１２１はこのようなパラメータａ_１、ａ_２、ｂ_１、ｂ_２、ｃを求める機能を有している。

もちろん、ここに示した関数に限定されるものではなく、離散的に検出した変化点から、或る適当な関数にフィッティングしたり、変化点間を直線でつないで折れ線状の変化点の軌跡としても実用上問題無い。もちろん、波長連続可変曲線を、隣接する変化点軌跡の中心線とするのではなく、第２の実施例のようにヒステリシスを考慮した形で求めてもよい。

キャリア注入による屈折率変化は、熱による屈折率変化に比べて非常に早く生じさせることが可能になる。よって、より短い時間でＳＨＧ光のパワーを安定にすることができ、システム構成上有用である。

上記した複数の実施例１乃至４では、ＳＨＧ素子として分極反転構造を設けたＬｉＮｂＯ_３（ＬＮ）を用いているが、これに限ったものではなく、その他の材料、例えば、ＫＴＰ、ＬｉＴａＯ_３（ＬＴ）、ＫＮｂＯ_３（ＫＮ）などの強誘電体結晶や、その他の有機非線形結晶などを用いてもよい。また、基本波光とＳＨＧ光の位相整合が実現できるのであれば分極反転構造は必須ではない。さらに、基本波の波長を１０６０ｎｍとして例を示しているが、これに限ったものではない。

（実施例５）
次に、本発明の第５の実施例について図面を用いて説明する。図７は、本発明の第５の実施例における画像表示装置の模式的な構成図である。

図７中、７０１は実施例１から実施例４で説明したような緑色レーザー光を出力する光波長変換装置からなる緑色光源、７０３は半導体レーザーモジュールからなる赤色光源、７０５は半導体レーザーモジュールからなる青色光源、７０７はダイクロイックミラー、７０９は水平走査素子、７１１は垂直走査素子、７１３はスクリーンである。

光源７０１、７０３、７０５から出力された光ビームはダイクロイックミラー７０７によって合波される。合波された光ビームは２つの走査素子７１１、７１３によって走査され、スクリーン７１３上に走査線を形成する。赤、緑、青各色の画像情報に基づいて光源７０１、７０３、７０５を変調することで、スクリーン上に所定の画像を表示することができる。

本発明による光波長変換装置は半導体レーザーと同等の変調性能を有しており、赤、緑、青それぞれを同じように変調できるので、画質のよい画像を表示できる。また、本発明による光波長変換装置は小型化が可能であり、他の光源や走査素子などとともに筐体に納めた場合、小型の画像表示装置が実現できる。

本発明による光波長変換装置は、画像形成装置などの光学機器にも用いられる。画像形成装置では、例えば、本発明の光波長変換装置から射出されたレーザー光（波長は感光体の波長域に合うように選択されている）は、光の偏向走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けて、光走査系により１次元的に走査される。この走査されたレーザー光は書き込みレンズにより、感光体上へ画像を形成する。感光体は帯電器により一様に帯電されており、この上に光を走査することによりその部分に静電潜像が形成される。そして、現像器により静電潜像の画像部分にトナー像を形成し、これを例えば用紙に転写・定着することで用紙上に画像が形成される。本発明の光波長変換装置により、画質のよい画像を形成できる。

本発明の第１の実施例の光波長変換装置の模式的な構成図である。 本発明の第１の実施例の光波長変換素子の模式的な側断面図である。 本発明の第１の実施例のＤＢＲ電流、位相電流と発振波長および光パワーとの関係を示す図である。 本発明の第２の実施例のＤＢＲ電流、位相電流と光パワーのヒステリシスを示す図である。 本発明の第３の実施例の光波長変換装置の模式的な構成図である。 本発明の第４の実施例の光波長変換素子の模式的な側断面図である。 本発明の第５の実施例の画像表示装置の模式的な斜視構成図である。 従来の光波長変換装置の模式的な構成図である。

符号の説明

１０１、５０１ ＤＢＲ型半導体レーザー
１０３、５０３ 活性領域
１０５、５０５ 位相領域
１０７、５０７ ＤＢＲ領域
１０９ ＳＨＧ素子
１１３ 基本波光検出器
１１７ ＳＨＧ光検出器
１１９ 制御部
１２１ 制御パラメータ抽出手段
１２３ 波長制御手段
１２５ ＳＨＧ光出力制御手段
７０１ 緑色光源
７０３ 赤色光源
７０５ 青色光源
７０９ 水平走査素子
７１１ 垂直走査素子
７１３ スクリーン

Claims (10)

1. 活性領域、位相領域、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）が形成されたＤＢＲ領域を有する半導体レーザーと、前記半導体レーザーから発せられた基本波を入力して波長変換した光を出力する非線形光学素子と、前記半導体レーザーから発せられた基本波の出力をモニターする第１の光検出器と、前記半導体レーザーの駆動電流を制御する制御部を有する光波長変換装置であって、
   前記制御部は、
   前記ＤＢＲ領域に与えるＤＢＲ電流、前記位相領域に与える位相電流を変化させ、前記第１の光検出器からの電気信号に基づいて、前記ＤＢＲ電流および前記位相電流を変化させたときに現れる基本波出力の変化点の隣り合う２つの軌跡の略中心を通る線を表す式のパラメータを抽出する制御パラメータ抽出手段と、
   前記式に従ってＤＢＲ電流、位相電流を制御することで半導体レーザーの発振波長を連続に制御する波長制御手段と、
   を有し、
   前記式は、少なくとも（ａ・Ｉ _ＤＢＲ ^２ ＋ｂ・Ｉ _{ｐｈａｓｅ} ^２ ）を含む左辺が定数ｃの右辺と等号で結ばれる式で表され、Ｉ _ＤＢＲ は前記ＤＢＲ電流、Ｉ _{ｐｈａｓｅ} は前記位相電流、ａ及びｂは比例係数であり、前記制御パラメータ抽出手段は、前記パラメータとして前記比例係数と前記定数を抽出する
   ことを特徴とする光波長変換装置。
2. 前記非線形光学素子の出力である第２高調波出力をモニターする第２の光検出器を有し、
   前記制御部は、前記第２の光検出器からの電気信号に基づいて、第２高調波出力が所定の値になるように前記活性領域に注入するゲイン電流を制御する第２高調波出力制御手段を有していることを特徴とする請求項１に記載の光波長変換装置。
3. 前記制御パラメータ抽出手段は、順方向にＤＢＲ電流および位相電流を変化させたときに現れる変化点の隣り合う２つの軌跡の略中心と、逆方向にＤＢＲ電流および位相電流を変化させたときに現れる変化点の隣り合う２つの軌跡の略中心と、を平均した線を表す式のパラメータを抽出することを特徴とする請求項１に記載の光波長変換装置。
4. 前記半導体レーザーの温度をモニターするための温度モニターを有しており、前記波長制御手段は、前記温度モニターからの温度情報に対する補正係数を予め記憶しており、前記制御パラメータ抽出手段によって抽出された前記定数ｃを前記温度モニターからの温度情報に基づいて補正することを特徴とする請求項１に記載の光波長変換装置。
5. 前記半導体レーザーは、前記ＤＢＲ領域中および位相領域中に設けられた半導体層にキャリアを注入することで前記半導体層の屈折率を変化させることが可能な構成を有しており、
   前記制御パラメータ抽出手段は、前記式に前記屈折率の変化を反映した式のパラメータを抽出し、
   前記反映した式は、ａ _１ ・Ｉ _ＤＢＲ ＋ａ _２ ・Ｉ _ＤＢＲ ^２ ＋ｂ _１ ・Ｉ _{ｐｈａｓｅ} ＋ｂ _２ ・Ｉ _{ｐｈａｓｅ} ^２ ＝ｃで表され、ａ _１ 、ａ _２ 、ｂ _１ 、ｂ _２ は比例係数、ｃは定数であり、前記制御パラメータ抽出手段は、前記パラメータとして前記比例係数と前記定数を抽出する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光波長変換装置。
6. 前記半導体レーザーは、前記ＤＢＲ領域中および位相領域中に設けられた発熱体に電流を注入して発熱させることでその領域の屈折率を変化させることが可能な構成を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光波長変換装置。
7. 活性領域、位相領域、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）が形成されたＤＢＲ領域を有する半導体レーザーと、前記半導体レーザーから発せられた基本波を入力して波長変換した光を出力する非線形光学素子と、前記半導体レーザーから発せられた基本波の出力をモニターする第１の光検出器と、を有する光波長変換装置の制御方法であって、
   前記ＤＢＲ領域に与えるＤＢＲ電流、前記位相領域に与える位相電流を変化させ、前記第1の光検出器からの電気信号に基づいて、前記ＤＢＲ電流および前記位相電流を変化させたときに現れる基本波出力の変化点の隣り合う２つの軌跡の略中心を通る線を表す式のパラメータを抽出する工程と、
   前記式に従ってＤＢＲ電流、位相電流を制御することで半導体レーザーの発振波長を連続に制御する波長制御工程と、
   を有し、
   前記式は、少なくとも（ａ・Ｉ _ＤＢＲ ^２ ＋ｂ・Ｉ _{ｐｈａｓｅ} ^２ ）を含む左辺が定数ｃの右辺と等号で結ばれる式で表され、Ｉ _ＤＢＲ は前記ＤＢＲ電流、Ｉ _{ｐｈａｓｅ} は前記位相電流、ａ及びｂは比例係数であり、前記パラメータを抽出する工程では、前記パラメータとして前記比例係数と前記定数を抽出する
   ことを特徴とする光波長変換装置の制御方法。
8. 前記光波長変換装置が更に有する前記非線形光学素子の出力である第２高調波出力をモニターする第２の光検出器からの電気信号に基づいて、第２高調波出力が所定の値になるように前記活性領域に注入するゲイン電流を制御する工程を更に有することを特徴とする請求項７に記載の光波長変換装置の制御方法。
9. 前記波長制御工程では、常に、あるいは、一定時間間隔ごとに前記半導体レーザーの発振波長を連続にスイープして、前記非線形光学素子の出力である第２高調波出力が一定値になるか、あるいは最大値になるように制御を行うことを特徴とする請求項７または８に記載の光波長変換装置の制御方法。
10. 請求項１乃至６の何れかに記載の光波長変換装置および少なくとも１つの光走査素子を有し、光波長変換装置によって発せられた出力を光走査素子で走査することで画像が形成されることを特徴とする画像投影装置。