JP5361897B2 - 光波長変換素子、波長変換レーザ装置および画像表示装置 - Google Patents

光波長変換素子、波長変換レーザ装置および画像表示装置 Download PDF

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Description

この発明は、基本波としての光の波長変換を行う光波長変換素子、波長変換レーザ装置および画像表示装置に関するものである。
従来、基本波から高調波への波長変換を行う光波長変換素子として、周期分極反転構造を有するＭｇＯ添加ＬｉＮｂＯ3コアと、コアをサンドイッチ状に覆うＳｉＯ2薄膜クラッドと、ＬｉＮｂＯ3基板とから構成されたものが知られている（例えば非特許文献１参照）。
K. Sakai, "Planar-waveguide quasi-phase-matched second-harmonic-generation device in Y-cut MgO-doped LiNbO3", OPTICS LETTERS, Vol. 31, No. 21, November 1, 2006, pp. 3134-3136.
非特許文献１に開示された従来の光波長変換素子は、周期分極反転構造を形成するために、外部電場によって分極が反転可能な強誘電体であるＭｇＯ添加ＬｉＮｂＯ3を用いている。強誘電体は焦電性を有し、温度変化に起因する焦電効果として、周期分極反転構造のドメイン内で分極の大きさが変わり、クラッドとの界面に分極電荷が現れて強い電界が発生し、経時的にドメイン内で不純物イオンが移動することによって、ドメイン毎に屈折率が変動し、クラッドとの界面における反射率がドメイン毎に変化し、導波路損失が変動するので、波長変換特性が経時的に変動する場合があるという問題点があった。
この発明は上記に鑑みてなされたもので、光波長変換素子において、周期分極反転構造を有する波長変換導波路における焦電効果の影響を低減し、経時的な変動が少なく安定な波長変換特性が得られる光波長変換素子、波長変換レーザ装置および画像表示装置を得ることを目的とする。
上記目的を達成するため、この発明にかかる光波長変換素子は、厚さ方向に分極方向が互いに反転したドメインが交互に周期的に形成された周期分極反転構造を有し、この周期分極反転構造に対応する基本波としての光を導波し、この導波した基本波の波長変換を行う波長変換導波路と、前記波長変換導波路の屈折率に比べて低い屈折率をもつ誘電体からなり、前記波長変換導波路の厚さ方向に交差する面で前記各ドメインに接して設けられた第１のクラッドと、前記波長変換導波路の屈折率に比べて低い屈折率をもつ誘電体からなり、前記波長変換導波路の厚さ方向に交差する面で前記第１のクラッドと対向するように前記各ドメインに接して設けられた第２のクラッドと、前記第１のクラッドを介して前記各ドメインを並列に電気的に接続する第１の導電手段と、前記第２のクラッドを介して前記各ドメインを並列に電気的に接続する第２の導電手段と、を備え、前記各ドメインに発生した電荷は、前記第１のクラッドおよび前記第２のクラッドの静電容量を介して移動することを特徴とする。
この発明によれば、光波長変換素子において、クラッドを介して各ドメインを並列に電気的に接続するようにしたので、周期分極反転構造を有する波長変換導波路における焦電効果の影響を低減し、安定な波長変換特性を得ることができるという効果を有する。
図１は、この発明の実施の形態１による光波長変換素子を示す構成図である。 図２は、この発明の実施の形態１による光波長変換素子を示す構成図である。 図３は、この発明の実施の形態１による光波長変換素子を示す構成図である。 図４は、この発明の実施の形態１による光波長変換素子を示す構成図である。 図５は、この発明の実施の形態１による光波長変換素子を説明するための説明図である。 図６は、この発明の実施の形態２による光波長変換素子を示す構成図である。 図７は、この発明の実施の形態２による光波長変換素子を示す構成図である。 図８は、この発明の実施の形態２による光波長変換素子を示す構成図である。 図９は、この発明の実施の形態２による光波長変換素子を示す構成図である。 図１０は、この発明の実施の形態３による波長変換レーザ装置を示す構成図である。 図１１は、この発明の実施の形態４による波長変換レーザ装置を示す構成図である。 図１２は、この発明の実施の形態５による光波長変換素子を示す構成図である。 図１３は、この発明の実施の形態５による光波長変換素子を示す構成図である。 図１４は、この発明の実施の形態６による波長変換レーザ装置を示す構成図である。 図１５は、この発明の実施の形態７による画像表示装置を示す構成図である。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光波長変換素子、波長変換レーザ装置および画像表示装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
図１および図２は、この発明の実施の形態１による光波長変換素子を示す構成図であり、図１は斜視図であり、図２は、図１に示すＡ−Ａ’断面に対する断面図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図１および図２において、光波長変換素子１は、基板２と、第１の導電手段としての導電手段３と、第１および第２のクラッドとしてのクラッド４と、波長変換導波路５と、第２の導電手段も兼ねたヒートシンク６と、図示しない反射防止手段７と、図示しない反射防止手段８で構成される。また、９は基本波としての光である基本波光、１０は高調波としての波長変換光、１１ａと１１ｂは波長変換導波路５の端面、１２ａと１２ｂは波長変換導波路５のドメインである。
図１および図２において、波長変換導波路５には、端面１１ａに接して反射防止手段７が設けられ、端面１１ｂに接して反射防止手段８が設けられ、端面１１ａと端面１１ｂ以外の界面に接してクラッド４が設けられている。クラッド４には、波長変換導波路５に接する界面の裏面のうち３つの界面に接して導電手段３が形成され、他の１つの界面に接してヒートシンク６が設けられている。導電手段３には、クラッド４に接する界面の裏面に接して基板２が設けられている。
次に動作について説明する。基本波光９は、反射防止手段７を介して波長変換導波路５の端面１１ａに入射し、波長変換導波路５内を導波路伝搬する。波長変換導波路５内では、二次非線形光学効果を利用して、第二高調波発生や和周波数発生や差周波数発生等の光の波長変化や光パラメトリック光増幅が発生し、基本波光９は、波長変換導波路５内を伝搬していくにつれて、波長変換光１０に変換され、波長変換導波路５の端面１１ｂに到着した波長変換光１０は、反射防止手段８を介して波長変換導波路５の端面５ｂから出射される。
なお、導電手段３の材質は、電気伝導性が高いものが望ましく、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、クロム等の金属膜を用いることができる。ここでは、導電手段３として金の金属膜を用いている。
基板２の材質は、波長変換導波路５を保持することが可能な機械強度を有し、温度変化による応力変化を抑止するために、熱膨張係数が波長変換導波路５と同値であるものが望ましい。このため、導波路材料と同じ材料を補強用基板に用いるのが一般的である。ここでは、基板２としてニオブ酸リチウム（以下ＬｉＮｂＯ3、以下、ＬＮと記す）を用いている。
なお、上述の基板２を、同種の材料の導電性を高めた材料、または、高い機械強度と波長変換導波路５とほとんど同じ熱膨張係数と高い導電性を有する材料を用いた基板２ａに変更することにより、図３および図４で示すように、導電手段３を省略して光波長変換素子１ａを構成するようにしてもよい。たとえば、ＬＮの酸素を還元させる処理、すなわち、酸素の一部を除去する処理や、また、ＬＮに鉄を添加する処理等の方法により、基板２ａの導電性を高めることができる。この場合、導電性を有する基板２ａが、導電手段３を構成することになる。
波長変換導波路５では、非線形光学定数が高い強誘電体材料を用いて、擬似位相整合を得るために周期分極反転構造を形成している。分極反転周期幅は、基本波光９の波長と基本波光９の波長における波長変換導波路５の屈折率と波長変換光１０の波長における波長変換導波路５の屈折率で決定される相互作用長の倍の長さとなるようにしている。
なお、通常の材料では屈折率に波長分散があり、基本波光９と波長変換光１０の位相は一致しない。このため、分極周期構造は、基本波９と波長変換光１０の位相を一致させるために、相互作用長毎に自発分極の向きを反転させたドメイン１２ａ，１２ｂを交互に周期的に形成したものである。擬似位相整合は、このように自発分極を空間的に周期反転して位相整合を得る方式のことを示す。
クラッド４は、波長変換導波路５内に入射した基本波光９および波長変換導波路５内で発生した波長変換光１０を閉じ込める機能を有する。クラッド４の材質は、波長変換導波路５より屈折率が小さく、熱膨張係数が近いもの（誘電体）が望ましく、例えば、ＳｉＯ2やＴａ2Ｏ5が好適である。
ヒートシンク６は、第２の導電手段としての機能とともに、波長変換導波路５で発生する熱を排熱する機能を有し、電気伝導性が高く、熱抵抗が小さい材料からなる。例えば、ヒートシンク６の材料としては、銅やアルミニウム等が好適である。
反射防止手段７は、基本波光９の波長に対して、反射を防止する機能を有し、反射防止手段８は、波長変換光１０の波長に対して、反射を防止する機能を有する。また、反射防止手段７に波長変換光１０の波長を全反射する機能をもたせ、反射防止手段８に基本波光９の波長を全反射する機能をもたせるようにしてもよい。このとき、波長変換導波路５内を伝搬し、波長変換光１０に変換されず、波長変換導波路５の端面１１ｂに到着した基本波光９は、反射防止手段８によって、波長変換導波路５の端面１１ｂで反射され、再度、波長変換導波路５内に伝搬し、波長変換光１０に変換される。この波長変換光１０は、波長変換導波路５の端面１１ａに達した後、反射防止手段７によって反射され、再度波長変換導波路５内を伝搬し、波長変換導波路５の端面１１ｂから出射する。これにより、波長変換効率を向上させることができる。
図５に、この発明の実施の形態１による光波長変換素子１の回路モデル図を示す。Ｃ３は波長変換導波路５の静電容量、Ｃ４ａは導電手段３に接するクラッド４の静電容量、Ｃ４ｂはヒートシンク６に接するクラッド４の静電容量である。導電手段３とヒートシンク６によって、波長変換導波路５内の周期分極反転構造の各ドメイン１２ａ，１２ｂは、並列に接続される。このため、焦電効果によって、波長変換導波路５内に発生した電荷は、導電手段３またはヒートシンク６に接するクラッド４に移動するので、波長変換導波路５内の電界強度を低下させることができる。
これにより、結晶のドメイン内での不純物イオンの移動を抑止でき、ドメイン毎の屈折率変動はほとんど除去でき、導波路損失の変化はほとんど除去できる。また、電気光学効果に起因する屈折率変化もほとんど除去できるため、安定した波長変換出力が実現でき、長期信頼性が確保できる。さらに、基板２による焦電効果の影響も除去できるため、製造プロセス時の温度変化によるクラッド４の損傷も抑止できる。
以上のように、この発明の実施の形態１による光波長変換素子においては、クラッドを介して各ドメインを並列に電気的に接続するようにしたので、周期分極反転構造における焦電効果の影響を低減し、安定な波長変換特性が得られるようにすることができる。
実施の形態２．
図６および図７は、この発明の実施の形態２による光波長変換素子を示す構成図であり、図６は斜視図であり、図７は、図６に示すＡ−Ａ’断面に対する断面図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図６および図７において、光波長変換素子１ｂは、基板２ｂと、第１の導電手段としての導電手段３ａと、第１のクラッドとしてのクラッド４ａと、第２のクラッドとしてのクラッド４ｂと、プレーナ構造を有する波長変換導波路（以下、プレーナ型波長変換導波路と呼ぶ）５ａと、第２の導電手段も兼ねたヒートシンク６と、図示しない反射防止手段７と、図示しない反射防止手段８で構成される。また、９は基本波としての光である基本波光、１０は高調波としての波長変換光、１１ｃと１１ｄは波長変換導波路５ａの端面、１２ｃと１２ｄは波長変換導波路５ａのドメインである。
図６および図７において、光波長変換素子１ｂには、上から基板２ｂ、導電手段３ａ、クラッド４ａ、プレーナ型波長変換導波路５ａ、クラッド４ｂ、ヒートシンク１６の順に設けられ、プレーナ型波長変換導波路５ａの端面１１ｃには、反射防止手段７が設けられ、プレーナ型波長変換導波路５ａの端面１１ｄには、反射防止手段８が設けられている。
次に動作について説明する。基本波光９は、プレーナ型波長変換導波路５ａの端面１１ｃに入射し、プレーナ型波長変換導波路５ａ内を速軸方向成分に関して導波路伝搬し、遅軸方向成分は空間的に伝搬する。プレーナ型波長変換導波路５ａ内では、二次非線形光学効果を利用して、第二高調波発生や和周波数発生や差周波数発生等の光の波長変化や光パラメトリック光増幅が発生し、基本波光９は、プレーナ型波長変換導波路５ａ内を伝搬していくにつれて、波長変換光１０に変換され、プレーナ型波長変換導波路５ａの端面１１ｄに到着した波長変換光１０は、反射防止手段８を介してプレーナ型波長変換導波路５ａの端面１１ｄから出射される。ここで、プレーナ構造の場合、基本波光９と波長変換光１０は、横方向に空間的に伝搬してビーム幅を拡大することができ、パワースケーリングが容易で、高出力化が実現可能となる。なお、他の動作については、この発明の実施の形態１による光波長変換素子１と同様であり、同様の作用効果を奏する。
導電手段３ａに金属膜を用いた光波長変換素子１ｂの製造方法としては、まず、界面が研磨された基板２ｂにスパッタリング等によって金属膜を形成する。次に、プレーナ型波長変換導波路５ａにクラッド４ａを蒸着し、このクラッド４ａと、基板２ｂに形成された導電手段３ａとしての金属膜とを、光学接着剤を用いて接着し、プレーナ型波長変換導波路５ａを、接着面に対向する他方の面から所望の厚さに研磨する。その後、プレーナ型波長変換導波路５ａの研磨した界面にクラッド４ｂを成膜し、ヒートシンク６を熱伝導性に優れた接着剤を用いて接合する。
また、この発明の実施の形態１による光波長変換素子１ａと同様に、上述の基板２ｂを、同種の材料の導電性を向上させた材料、または、高い機械強度とプレーナ型波長変換導波路５ａとほとんど同じ熱膨張係数と高い導電性とを有する材料を用いた基板２ｃに変更することにより、図８および図９で示すように、導電手段３ａを省略して光波長変換素子１ｃを構成するようにしてもよい。この場合、基板２ｂが導電手段３ａとしての役割を有する。
以上のように、この発明の実施の形態２による光波長変換素子においては、クラッドを介して各ドメインを並列に電気的に接続するようにしたので、周期分極反転構造における焦電効果の影響を低減し、安定な波長変換特性が得られるようにすることができ、さらに、プレーナ構造を有するようにしたので、高出力化が可能となる。
なお、上述の実施の形態１，２において、波長変換導波路５，５ａと基板２，２ａ，２ｂ，２ｃとして他の非線形材料を用いてもよい。例えば、定比組成ニオブ酸リチウム（stoichiometric LiNbO3、以下、SLNという）、一致溶融組成ニオブ酸リチウム（Congruent LiNbO3、以下、CLNという）、定比組成タンタル酸リチウム（stoichiometric LiTaO3、以下、SLTという）、一致溶融組成タンタル酸リチウム（Congruent LiTaO3、以下、CLTという）、ＭｇＯ添加定比組成ニオブ酸リチウム（MgO-doped stoichiometric LiNbO3（MgO:SLN））、ＭｇＯ添加一致溶融組成ニオブ酸リチウム（MgO-doped Congruent LiNbO3（MgO:CLN））、ＭｇＯ添加定比組成タンタル酸リチウム（MgO-doped stoichiometric LiTaO3（MgO:SLT））、ＭｇＯ添加一致溶融組成タンタル酸リチウム（MgO-doped Congruent LiTaO3（MgO:CLT））、ＺｎＯ添加定比組成タンタル酸リチウム（ZnO-doped stoichiometric LiTaO3（ZnO:SLT））、ＺｎＯ添加一致溶融組成タンタル酸リチウム（ZnO-doped Congruent LiTaO3（ZnO:CLT））でもよく、上記と同様の作用効果が得られる。
実施の形態３．
図１０は、この発明の実施の形態３による波長変換レーザ装置を示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図１０において、波長変換レーザ装置２０は、励起光源２１とレーザ媒質２２と光波長変換素子１ｄとヒートシンク６ａで構成される。なお、励起光源２１とレーザ媒質２２とでレーザ光源が構成される。また、９は基本波光、１０は波長変換光、１３は励起光である。なお、光波長変換素子１ｄとして、上記した実施の形態１，２で説明した光波長変換素子１，１ａ，１ｂ，１ｃを用いることができる。
励起光源２１とレーザ媒質２２と光波長変換素子１ｄは、ヒートシンク６ａ上に設けられ、励起光源２１、レーザ媒質２２、光波長変換素子２３の順に配置される。
励起光源２１は、複数のエミッタ数と、レーザ媒質２２の平面方向に対して、小さい広がり角と、レーザ媒質２２がよく吸収する発振波長を有する励起光１１を出力するものが望ましい。ここでは、励起光源２１としてＬＤ（Laser Diode）アレイを用いている。
レーザ媒質２２は、プレーナ構造を形成し、基本波光９の波長に対して高い利得を有し、機械強度および熱伝導性に優れるものが望ましい。
次に動作について説明する。励起光源２１から出射された励起光１１は、レーザ媒質２２に入射する。レーザ媒質２２に入射した励起光１１は、垂直方向で導波路伝搬し、平面方向で空間的に伝搬し、レーザ媒質２２内を光励起する。レーザ媒質２２によって、発生した基本波光９は、レーザ媒質２２の励起光源２１の入射面と逆の面で共振し、基本波光９は、増幅され、利得が損失を超えると、基本波光９がレーザ光として発振する。発振した基本波光９は、光波長変換素子１ｄに入射し、二次非線形光学効果を利用して、波長変換光１０に変換され、基本波９が入射した逆の面から出射され、波長変換光１０を得る。
また、レーザ媒質２２の基本波出射面には、基本波光９に対する反射防止手段を設け、光波長変換素子１ｄの波長変換光出射面には、基本波光９に対する全反射手段を設け、光波長変換素子１ｄの基本波光出射面には、波長変換光１０に対する全反射手段を、施すことによって、波長変換された光を出力結合として共振器外部に出力し、残留した基本波は共振器で再利用できるため、高効率化が実現できる。
このようにプレーナ構造を有する場合、横方向にビーム幅を拡大することができ、ＬＤアレイとの整合性が高く、パワースケーリングが容易で、高出力化が実現可能となる。このときは、光波長変換素子１ｄとして、プレーナ型波長変換導波路５ａを有する光波長変換素子１ｂ，１ｃを用いてもよい。
以上のように、この発明の実施の形態３による波長変換レーザ装置においては、この発明の実施の形態２による光波長変換素子を用いるようにしたので、安定な波長変換光が得られ、さらに、レーザ媒質２２がプレーナ構造を有するようにしたので、高出力化が可能となる。
実施の形態４．
図１１は、この発明の実施の形態４による波長変換レーザ装置を示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図１１において、波長変換レーザ装置２０ａは、励起光源２１とレーザ媒質２２と光波長変換素子１ｄとヒートシンク６ａ，６ｂ，６ｃで構成される。なお、励起光源２１とレーザ媒質２２とでレーザ光源が構成される。また、９は基本波光、１０は波長変換光、１３は励起光である。なお、光波長変換素子１ｄとして、上記した実施の形態１，２で説明した光波長変換素子１，１ａ，１ｂ，１ｃを用いることができる。
励起光源２１とレーザ媒質２２と光波長変換素子１ｄは、それぞれヒートシンク６ａ，６ｂ，６ｃ上に設けられ、励起光源２１、レーザ媒質２２、光波長変換素子２３の順に配置される。
なお、その他の構成については、実施の形態３と同様であるので、その説明を省略する。また、動作についても、実施の形態３と同様であるので、その説明を省略する。
この発明の実施の形態４による波長変換レーザ装置においても、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
実施の形態５．
図１２および図１３は、この発明の実施の形態５による光波長変換素子を示す構成図であり、図１２は斜視図であり、図１３は、図１２に示すＡ−Ａ’断面に対する断面図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図１２および図１３において、光波長変換素子１ｅは、基板２ｂと、第１の導電手段としての導電手段３ａと、第１のクラッドとしてのクラッド４ａと、第２のクラッドとしてのクラッド４ｂと、プレーナ構造を有する波長変換導波路（以下、プレーナ型波長変換導波路と呼ぶ）５ａと、金属膜１４と、ヒートシンク６と、図示しない反射防止手段７と、図示しない反射防止手段８と、で構成される。ここで、金属膜１４とヒートシンク６とは、両者で第２の導電手段を兼ねてもよいし、いずれか一方のみが第２の導電手段として機能するようにしてもよい。また、９は基本波としての光である基本波光、１０は高調波としての波長変換光、１１ｃと１１ｄは波長変換導波路５ａの端面、１２ｃと１２ｄは波長変換導波路５ａのドメインである。
図１２および図１３において、光波長変換素子１ｅには、上から基板２ｂ、導電手段３ａ、クラッド４ａ、プレーナ型波長変換導波路５ａ、クラッド４ｂ、金属膜１４、ヒートシンク６の順に設けられ、プレーナ型波長変換導波路５ａの端面１１ｃには、反射防止手段７が設けられ、プレーナ型波長変換導波路５ａの端面１１ｄには、反射防止手段８が設けられている。
なお、動作については、この発明の実施の形態２による光波長変換素子１ｂと同様であり、同様の作用効果を奏する。
導電手段３ａに金属膜を用いた光波長変換素子１ｄの製造方法としては、まず、界面が研磨された基板２ｂにスパッタリング等によって導電手段３ａとしての金属膜を形成する。次に、プレーナ型波長変換導波路５ａにクラッド４ａを蒸着し、このクラッド４ａと、基板２ｂに形成された導電手段３ａとしての金属膜とを、光学接着剤を用いて接着した後、プレーナ型波長変換導波路５ａを接着面に対向する他方の面から所望の厚さに研磨する。その後、プレーナ型波長変換導波路５ａの研磨した界面にクラッド４ｂを成膜し、クラッド４ｂの外側に金属膜１４を蒸着し、ヒートシンク６を半田接合する。
金属膜１４は、半田の付着性を向上させるために設けており、導波路５ａとヒートシンク６との半田接合を実現させている。
例えば、金属膜１４の材料には、Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｕ膜等がよく、基板２ｂの材料としてＬＮを用いる場合には、線膨張係数が近い、Ｃｕ製のヒートシンクを用いれば、高温度の半田接合が可能である。また、加工性に優れたＳｉ製のヒートシンクにおいては、低温度の半田を用いることによって接合可能である。
また、この発明の実施の形態１による光波長変換素子１ａと同様に、上述の基板２ｂを、同種の材料の導電性を向上させた材料、または、高い機械強度とプレーナ型波長変換導波路５ａとほとんど同じ熱膨張係数と高い導電性とを有する材料を用いた基板に変更することによって、導電手段３ａを省略した光波長変換素子を構成することができる。この場合、基板２ｂが導電手段３ａとしての役割を有する。
以上のように、この発明の実施の形態５による光波長変換素子においては、導波路とヒートシンク６間を半田接合可能にしたため、熱伝導性、接着強度、信頼性の向上や半田厚さの制御が可能であるため、高精度な接合が図れる。
実施の形態６．
図１４は、この発明の実施の形態６による波長変換レーザ装置を示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図１４において、波長変換レーザ装置２０ｂは、励起光源２１とレーザ媒質２２ｂと光波長変換素子１ｅと基板２３とヒートシンク２４で構成される。なお、励起光源２１と導波路型レーザ媒質２２ｂとでレーザ光源が構成される。また、９は基本波光、１０は波長変換光、１３は励起光である。
レーザ媒質２２ｂと光波長変換素子１ｅとは、同一の基板２３の平面上で位置調整を行い、図示しない半田により接合が行われる。導波路速軸方向の位置精度とエレベーション方向およびロール方向の角度精度は基板２３の平面精度で決定され、レーザ媒質２２ｂと光波長変換素子１ｅの光軸調整は、導波路遅軸方向の位置調整およびレーザ媒質２２ｂと光波長変換素子１ｅ間の距離調整、レーザ媒質２２ｂと光波長変換素子１ｅ間のアジマス方向の角度調整のみに限定される。
半田接合に用いる半田は、厚さを精度よく調整でき、均一に接合可能であるため、レーザ媒質２２と光波長変換素子１ｅの導波路速軸方向の位置ずれやロール方向の角度ずれを小さく抑えることが可能となる。
なお、動作については、この発明の実施の形態３による波長変換レーザ装置２０と同様であり、同様の作用効果を奏する。
以上のように、この発明の実施の形態６による波長変換レーザ装置２０ｂにおいては、この発明の実施の形態５による光波長変換素子を用い、レーザ媒質２２ｂと光波長変換素子１ｅとを一つの基板２３上に接合することを可能にしたので、レーザ装置の小型化、加工、および光軸調整が容易となり、低コストなレーザ装置２０ｂの提供が実現可能となる。
実施の形態７．
例えば、緑色の２倍の波長をもつ赤外光としての基本波を波長変換して緑色のレーザ光を発生させるように、この発明の実施の形態３による波長変換レーザ装置を構成すると、レーザＴＶの緑色光源として用いることができる。
図１５は、この発明の実施の形態７による画像表示装置を示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図１５において、画像表示装置としてのレーザＴＶ３０は、緑色光源としての波長変換レーザ装置２０、赤色光源３１、青色光源３２、光伝搬手段３３、光学系３４、スクリーン３５で構成される。
次に動作について説明する。赤色光源３１、緑色光源としての波長変換レーザ装置２０、および青色光源３２によってそれぞれ出射された赤色、緑色、青色の各レーザ光は、光伝搬手段３３によって結合し、光学系３４に出射され、光学系３４によってスクリーン３５に投影され、各レーザ光に含まれるＴＶ画像情報に応じた画像がスクリーン３５に表示される。ＴＶ画像を表示するための光源にレーザを用いることによって色再現性に優れ、高輝度、高精細、高色域、低消費電力なディスプレイが実現できる。
ここで、緑色のレーザ光は、半導体レーザでは直接発振が困難であり、従来、レーザＴＶに適した緑色光源の実用化が望まれていたが、安定かつ高出力な波長変換光が得られる波長変換レーザ装置２０を緑色光源として用いることによってレーザＴＶが実現可能になるのである。なお、波長変換レーザ装置２０を他の色の光源として用いるようにしてもよい。また、ここでは、実施の形態３の波長変換レーザ装置２０を画像表示装置の光源として用いる場合を説明したが、実施の形態４，６の波長変換レーザ装置２０ａ，２０ｂを緑色光源や他の色の光源として用いるようにしてもよい。
以上のように、この発明の実施の形態７による画像表示装置においては、この発明の実施の形態３による波長変換レーザ装置を緑色光源として用いるようにしたので、色再現性に優れ、高輝度、高精細、高色域、低消費電力なレーザＴＶが実現可能となる。
以上のように、この発明にかかる波長変換素子は、波長変換レーザ装置に有用であり、特に、緑色光源に適している。
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ 光波長変換素子
２，２ａ，２ｂ，２ｃ 基板
３，３ａ，３ｂ 導電手段
４，４ａ，４ｂ クラッド
５，５ａ 波長変換導波路
６，６ａ，６ｂ，６ｃ ヒートシンク
９ 基本波光
１０ 波長変換光
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 波長変換導波路の端面
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ ドメイン
１３ 励起光
１４ 金属膜
２０，２０ａ，２０ｂ 波長変換レーザ
２１ 励起光源
２２，２２ｂ レーザ媒質
２３，２４ 基板
３０ レーザＴＶ
３１ 赤色光源
３２ 青色光源
３３ 光伝搬手段
３４ 光学系
３５ スクリーン

Claims (13)

  1. 厚さ方向に分極方向が互いに反転したドメインが交互に周期的に形成された周期分極反転構造を有し、この周期分極反転構造に対応する基本波としての光を導波し、この導波した基本波の波長変換を行う波長変換導波路と、
    前記波長変換導波路の屈折率に比べて低い屈折率をもつ誘電体からなり、前記波長変換導波路の厚さ方向に交差する面で前記各ドメインに接して設けられた第１のクラッドと、
    前記波長変換導波路の屈折率に比べて低い屈折率をもつ誘電体からなり、前記波長変換導波路の厚さ方向に交差する面で前記第１のクラッドと対向するように前記各ドメインに接して設けられた第２のクラッドと、
    前記第１のクラッドを介して前記各ドメインを並列に電気的に接続する第１の導電手段と、
    前記第２のクラッドを介して前記各ドメインを並列に電気的に接続する第２の導電手段と、
    を備え、
    前記各ドメインに発生した電荷は、前記第１のクラッドおよび前記第２のクラッドの静電容量を介して移動することを特徴とする光波長変換素子。
  2. 前記第１のクラッド側に設けられ、前記波長変換導波路を固定する基板と、
    前記第１のクラッドと前記基板の間に設けられた金属膜と、
    をさらに備え、
    前記第１の導電手段は、前記金属膜であることを特徴とする請求項１に記載の光波長変換素子。
  3. 前記第１の導電手段は、前記第１のクラッド側に設けられ、前記波長変換導波路を固定する導電性の基板であることを特徴とする請求項１に記載の光波長変換素子。
  4. 前記波長変換導波路は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなり、
    前記基板は、酸素還元または鉄添加の処理が行われたニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなることを特徴とする請求項３に記載の光波長変換素子。
  5. 前記第２の導電手段は、前記第２のクラッド側に設けられ、前記波長変換導波路で発生する熱を排熱する導電性のヒートシンクであることを特徴とする請求項１に記載の光波長変換素子。
  6. 前記第２のクラッド側に接して形成される金属膜と、
    前記波長変換導波路で発生する熱を排熱するヒートシンクと、
    をさらに備え
    前記金属膜と前記ヒートシンクとが半田を介して接合されることを特徴とする請求項１に記載の光波長変換素子。
  7. 前記波長変換導波路は、プレーナ構造を有することを特徴とする請求項１に記載の光波長変換素子。
  8. 請求項１に記載の光波長変換素子と、前記光波長変換素子で波長変換が行われる基本波としてのレーザ光を発生するレーザ光源と、を備えたことを特徴とする波長変換レーザ装置。
  9. 請求項１に記載の光波長変換素子と、
    前記光波長変換素子で波長変換が行われる基本波をレーザ光として発振するレーザ媒質、および前記レーザ媒質を光励起する励起光を出力する励起光源を有するレーザ光源と、
    を備え、
    前記光波長変換素子と前記レーザ媒質とが一枚の基板上に半田によって接合されていることを特徴とする波長変換レーザ装置。
  10. 請求項８に記載の波長変換レーザ装置を、画像を表示するための光源として用いることを特徴とする画像表示装置。
  11. 請求項９に記載の波長変換レーザ装置を、画像を表示するための光源として用いることを特徴とする画像表示装置。
  12. 前記光源を構成する３原色の光源うち緑色の前記光源に、請求項８に記載の波長変換レーザ装置を用いることを特徴とする画像表示装置。
  13. 前記光源を構成する３原色の光源うち緑色の前記光源に、請求項９に記載の波長変換レーザ装置を用いることを特徴とする画像表示装置。
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