JPH0445478A - Laser display - Google Patents
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Landscapes
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- Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、レーザ光を光源に用いたデイスプレィ装置に
関し、特に薄型、軽量、長寿命、高安定性、低価格で高
品位テレビにも応用できるレーザディスプレイ装置に関
する。[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a display device using a laser beam as a light source, and is particularly applicable to a thin, lightweight, long-life, high-stability, low-priced, and high-definition television. This invention relates to a laser display device that can be used.
(従来技術)
映像信号により、強度変調したレーザ光スポットでスク
リーンやフィルム等の出力媒体上を走査し、映像を表示
したり、記録したりするレーザディスプレイは、レーザ
光の光輝度、収束性、単一波長性などから種々の利点を
有し、産業用、医療用の各分野で広く利用されている。(Prior art) Laser displays display and record images by scanning an output medium such as a screen or film with a laser beam spot whose intensity is modulated by a video signal. It has various advantages such as single wavelength property, and is widely used in various industrial and medical fields.
このようなレーザディスプレイとしては、例えば、昭和
57.8NHK 技術月報 p330〜334に、3
原色レーザ光源としてHe−Neレーザ(赤)、Ar゛
レーザ(緑)、He−Cd(青)などのガスレーザを用
い、光変調器で変調をかけた後、レンズ系でコリメート
し、ついで水平方向にポリゴンミラーにて偏向させ、さ
らに垂直方向にガルバノメータにて偏向させ、スクリー
ン上を走査することにより映像を投影する装置が開示さ
れている。As such a laser display, for example, NHK Technical Monthly Report, pp. 330-334, 1985, 3
A gas laser such as a He-Ne laser (red), an Ar laser (green), or a He-Cd (blue) is used as a primary color laser light source, and after being modulated by an optical modulator, it is collimated by a lens system, and then horizontally An apparatus has been disclosed in which an image is projected by deflecting the image using a polygon mirror, further deflecting the image in the vertical direction using a galvanometer, and scanning the image on a screen.
(発明が解決しようとする問題点)
しかしながらこのようなレーザディスプレイは、光源と
してガスレーザを使用しており、ガスレーザは大型で高
価である上に不安定で短寿命であり、また外部変調器を
必要とすることから、装置全体が複雑化、大型化、重量
化してしまう。(Problems to be Solved by the Invention) However, such laser displays use gas lasers as light sources, and gas lasers are large, expensive, unstable and short-lived, and require an external modulator. As a result, the entire device becomes complicated, large, and heavy.
また半導体レーザなどの小型固体レーザは、600nm
より短波長領域は実用化されておらず、3原色に必要な
緑や青の実用的な半導体レーザを得ることが困難であっ
た。In addition, small solid-state lasers such as semiconductor lasers have a wavelength of 600 nm.
Shorter wavelength regions have not been put to practical use, and it has been difficult to obtain practical semiconductor lasers for green and blue, which are necessary for the three primary colors.
また、ポリゴンミラー、ガルバノメータの偏向速度は、
各々30kHz程度、および60〜100Hz程度が限
界である。ポリゴンミラー、ガルバノメータをそれぞれ
レーザ光の水平偏向、および垂直偏向に使用するために
は、デイスプレィの要求性能として、水平方向に30k
Hz以上、垂直方向に60Hz以上の偏向速度が必要な
ため、装置性能の限界で使用することになり、長時間、
連続運転するテレビ装置では、実質的に使用することは
困難であった。In addition, the deflection speed of the polygon mirror and galvanometer is
The limits are about 30 kHz and about 60 to 100 Hz, respectively. In order to use a polygon mirror and a galvanometer for horizontal and vertical deflection of laser light, the required performance of the display is 30K in the horizontal direction.
Since a deflection speed of Hz or higher and a deflection speed of 60Hz or higher in the vertical direction is required, the device must be used at the limit of its performance, and for long periods of time.
It has been practically difficult to use a television set that operates continuously.
本発明者らは、鋭意研究した結果、光源とじて半導体レ
ーザ、半導体レーザと第2高調波発生素子を組み合わせ
た固体レーザ、あるいは半導体レーザと非線形光学素子
を組み合わせた固体レーザを用いることにより、3原色
に必要な赤、緑、青色レーザ光が得られ、また水平方向
の偏向手段として導波路型の光偏向素子を用いることに
より、前述の問題を解決できることを新規に見出し、本
発明を完成した。As a result of intensive research, the present inventors have found that by using a semiconductor laser as a light source, a solid-state laser that combines a semiconductor laser and a second harmonic generation element, or a solid-state laser that combines a semiconductor laser and a nonlinear optical element, The inventors have newly discovered that the above-mentioned problems can be solved by obtaining the red, green, and blue laser beams necessary for the primary colors, and by using a waveguide-type optical deflection element as the horizontal deflection means, and have completed the present invention. .
(問題を解決するための手段)
本発明は、光源として複数波長を有するレーザ光を用い
、これらレーザ光を画像信号により変調させた後、偏向
手段により水平方向および垂直方向に偏向させ、出力媒
体上を走査することにより、出力媒体上に画像信号に対
応した画像を出力するレーザディスプレイであって、前
記光源は、半導体レーザ、半導体レーザと第2高調波発
生素子を組み合わせた固体レーザ、あるいは半導体レー
ザと非線形光学素子を組み合わせた固体レーザの組合せ
により構成され、前記レーザ光を水平方向に偏向する偏
向手段として電気光学効果あるいは音響光学効果を用い
た導波路型光偏向素子が、また前記レーザ光を垂直方向
に偏向する偏向手段として、回転多面鏡あるいは回転ホ
ログラムディスクが用いられてなることを特徴とするレ
ーザディスプレイである。(Means for solving the problem) The present invention uses laser beams having multiple wavelengths as a light source, modulates these laser beams with an image signal, and then deflects the laser beams in the horizontal and vertical directions by a deflection means, and A laser display that outputs an image corresponding to an image signal on an output medium by scanning the top, and the light source is a semiconductor laser, a solid-state laser combining a semiconductor laser and a second harmonic generation element, or a semiconductor laser. A waveguide type optical deflection element is configured by a combination of a solid-state laser that is a combination of a laser and a nonlinear optical element, and uses an electro-optic effect or an acousto-optic effect as a deflection means for deflecting the laser beam in the horizontal direction. This laser display is characterized in that a rotating polygon mirror or a rotating hologram disk is used as a deflecting means for deflecting the image in the vertical direction.
(作用)
本発明は、光源として複数波長を有するレーザ光を用い
、これらレーザ光を画像信号により変調させた後、偏向
手段により水平方向および垂直方向に偏向させ、出力媒
体上を走査させることが必要である。(Function) The present invention uses laser light having multiple wavelengths as a light source, modulates the laser light with an image signal, and then deflects the laser light in the horizontal and vertical directions using a deflection means to scan the output medium. is necessary.
このようにレーザスボントを出力媒体上で走査すること
により、電気信号のもつ映像情報を出力媒体上に鮮明に
視覚化できる。By scanning the laser ribbon over the output medium in this manner, the image information contained in the electrical signal can be clearly visualized on the output medium.
前記出力媒体は、スクリーンであることが好適である。Preferably, the output medium is a screen.
前記スクリーンはガラス粉を塗布した布製または紙製の
もの、ガラス製または半透明ガラス製のもの、あるいは
プラスチック製のものなどを用いることができる。The screen may be made of cloth or paper coated with glass powder, glass or translucent glass, or plastic.
前記光源は、三原色である、赤色、緑色、青色レーザ光
からなることが望ましい。It is preferable that the light source consists of three primary colors of red, green, and blue laser light.
本発明に使用する光源は、半導体レーザ、半導体レーザ
と第2高調波発生素子を組み合わせた固体レーザ、ある
いは半導体レーザと非線形光学素子を組み合わせた固体
レーザの組合せにより構成されていることが必要である
。The light source used in the present invention must be composed of a semiconductor laser, a solid-state laser that combines a semiconductor laser and a second harmonic generation element, or a combination of a solid-state laser that combines a semiconductor laser and a nonlinear optical element. .
この理由は、固体レーザの方がガスレーザに比べて、低
価格、小型、安定、長寿命で、量産性に優れるからであ
る。The reason for this is that solid-state lasers are cheaper, smaller, more stable, have a longer lifespan, and are better suited for mass production than gas lasers.
また、前記第2高調波発生素子は、光の波長を1/2に
するための素子であり、また、前記非線形光学素子は、
和周波混合(波長λ1、λ2の光を非線形光学素子に入
射すると出射光の波長λ3は、1/λ1+1/λ2−1
/λ3なる関係を満たし、このような非線形光学素子の
作用を和周波混合と称する)により、入射させた光より
短波長の光を得るための素子であることから、これら第
2高調波発生素子や非線形光学素子に、既に実用化され
ている赤外波長領域の半導体レーザ光を入射することに
より、固体レーザではこれまで得られなかった、緑色や
青色レーザ光を得ることができる。Further, the second harmonic generating element is an element for halving the wavelength of light, and the nonlinear optical element is
Sum frequency mixing (when light with wavelengths λ1 and λ2 enters a nonlinear optical element, the wavelength λ3 of the output light is 1/λ1+1/λ2-1
/λ3, and the action of such a nonlinear optical element is called sum frequency mixing), so these second harmonic generation elements By injecting semiconductor laser light in the infrared wavelength range, which has already been put into practical use, into a nonlinear optical element, it is possible to obtain green or blue laser light, which has not been previously possible with solid-state lasers.
前記光源を構成する三原色レーザ光としては、以下の1
)〜3)に示す形態が望ましい。The three primary color laser beams constituting the light source include the following 1:
) to 3) are preferable.
1)赤色レーザとして半導体レーザ、緑色レーザおよび
青色レーザとして、半導体レーザと第2高調波発生素子
を組み合わせた固体レーザを使用する形態。1) A configuration in which a semiconductor laser is used as the red laser, and a solid-state laser that is a combination of a semiconductor laser and a second harmonic generation element is used as the green laser and the blue laser.
前記赤色レーザとして直接半導体レーザを使用する理由
は、600nm帯の半導体レーザは既に実用化レヘルで
あり、半導体レーザを直接光源とした方が効率が良いか
らである。The reason why a semiconductor laser is directly used as the red laser is that a 600 nm band semiconductor laser is already in practical use, and it is more efficient to use a semiconductor laser as a direct light source.
また前記赤色レーザ、緑色レーザおよび青色レーザに使
用される半導体レーザの波長は、それぞれ600〜84
0 nm、980〜1100nm、760〜980 n
mであることが有利である。Further, the wavelengths of the semiconductor lasers used for the red laser, green laser, and blue laser are 600 to 84, respectively.
0nm, 980-1100nm, 760-980n
Advantageously, m.
2)赤色レーザ、緑色レーザおよび青色レーザとして、
半導体レーザと第2高調波発生素子を組み合わせた固体
レーザを使用する形態。2) As red laser, green laser and blue laser,
A form that uses a solid-state laser that combines a semiconductor laser and a second harmonic generation element.
前記赤色レーザ、緑色レーザおよび青色レーデに使用さ
れる半導体レーザの波長は、それぞれ1200〜160
0nm、980〜1100nm、760〜980nmで
あることが有利である。The wavelength of the semiconductor laser used for the red laser, green laser, and blue laser is 1200 to 160, respectively.
Advantageously, the wavelength is 0 nm, 980-1100 nm, 760-980 nm.
3)赤色レーザ、緑色レーザおよび青色レーザとして、
波長の異なる2種類の半導体レーザ、第2高調波発生素
子および非線形光学素子を組み合わせた固体レーザを使
用する形態。3) As red laser, green laser and blue laser,
A form that uses a solid-state laser that combines two types of semiconductor lasers with different wavelengths, a second harmonic generation element, and a nonlinear optical element.
前記波長の異なる2種類の半導体レーザは、1200〜
1600nmの波長を有するもの(半導体レーザA)と
、760−980nmの波長を有するもの(半導体レー
ザB)であることが望ましい
前記半導体レーザAより発せられるレーザ光Aは、第2
高調波発生素子により赤色レーザ光となり、また前記半
導体レーザBより発せられるレーザ光Bは、第2高調波
発生素子により青色レーザ光となり、さらに前記レーザ
光Aとレーザ光Bを同時に非線形光学素子に入射させ、
和周波混合を行うことにより、緑色レーザ光を得ること
ができ本発明で使用される第2高調波発生素子は、バル
ク型や導波路型などいずれも使用でき、限定されるもの
ではないが、特に以下に示す第2高調波発生素子、即ち
基板上に薄膜導波層が形成されてなる第2高調波発生素
子であって、基本波レーザー光波長(λμm)、薄膜導
波層の膜厚(1μm)、基本波レーザー光波長(λμm
)における基板の常光屈折率(Dos+)、基本波レー
ザー光波長(λμm)における薄膜導波層の常光屈折率
(n(IF+)、第2高調波波長(λμm/2)におけ
る基板の異常光屈折率(n*sZ )および第2高調波
波長(λμm/2)における薄膜導波層の異常光屈折率
(nBz)が、
λ3
あるいは、
のいずれかの関係式で表されることを特徴とする第2高
調波発生素子であることが望ましい。The two types of semiconductor lasers having different wavelengths are 1200~
Laser light A emitted from the semiconductor laser A preferably has a wavelength of 1600 nm (semiconductor laser A) and a wavelength of 760-980 nm (semiconductor laser B).
The harmonic generation element converts the laser beam B into a red laser beam, and the second harmonic generation element converts the laser beam B into a blue laser beam. Furthermore, the laser beam A and the laser beam B are simultaneously converted into a nonlinear optical element. incident,
Green laser light can be obtained by performing sum frequency mixing, and the second harmonic generation element used in the present invention can be either a bulk type or a waveguide type, but is not limited to the following. In particular, the second harmonic generation element shown below, that is, the second harmonic generation element in which a thin film waveguide layer is formed on a substrate, has a fundamental laser light wavelength (λμm), a film thickness of the thin film waveguide layer. (1μm), fundamental laser light wavelength (λμm
), the ordinary refractive index of the thin film waveguide layer (n(IF+)) at the fundamental laser wavelength (λμm), and the extraordinary refraction of the substrate at the second harmonic wavelength (λμm/2). The extraordinary refractive index (nBz) of the thin film waveguide layer at the index (n*sZ) and the second harmonic wavelength (λμm/2) is expressed by the following relational expression: Preferably, it is a second harmonic generating element.
ただし、上記関係式(A)中のN、は、また、上記関係
式(B)中のN2.は、前記第2高調波発生素子は、基
板上に薄膜導波層が形成されてなるものであって、基板
および薄膜導波層の基本波レーザ光に対する常光屈折率
、および第2高調波に対する異常光屈折率、薄膜導波層
の厚さを、前記関係式(A)あるいは(B)を満たす構
造とすることにより、特定の基本波レーザ光に対する第
2高調波光を発生させることができる。However, N in the above relational expression (A) is also N2 in the above relational expression (B). The second harmonic generation element is formed by forming a thin film waveguide layer on a substrate, and has an ordinary refractive index of the substrate and the thin film waveguide layer for the fundamental laser beam, and for the second harmonic. By setting the extraordinary light refractive index and the thickness of the thin film waveguide layer to a structure that satisfies the above relational expression (A) or (B), it is possible to generate second harmonic light with respect to a specific fundamental laser light.
前記第2高調波発生素子の構造は、基板上に薄膜導波層
が形成されてなるものであることが必要である。The structure of the second harmonic generation element needs to be such that a thin film waveguide layer is formed on a substrate.
その理由は、基板上に薄膜導波層が形成された第2高調
波発生素子における第2高調波光の発生は、薄膜に集中
した光のエネルギーを利用できることや光波が薄膜内に
閉し込められ、広がらないために、長い距離にわたって
相互作用を行わせ得ることなどの利点を有しているばか
りでなく、従来用いられているバルク単結晶を使用した
第2高調波発生素子では、位相整合できない物質でも薄
膜のモード分散を利用することにより位相整合ができる
ことなどの利点を有するからである。The reason for this is that the generation of second harmonic light in a second harmonic generation element in which a thin film waveguide layer is formed on a substrate can utilize the energy of light concentrated in the thin film, and that the light waves are confined within the thin film. Not only does it have the advantage of not spreading, allowing interaction to occur over a long distance, but it also cannot be phase matched with conventional second harmonic generation elements using bulk single crystals. This is because even materials have the advantage of being able to achieve phase matching by utilizing the mode dispersion of a thin film.
前記第2高調波発生素子は、基本波レーザー光波長(λ
μm)、薄膜導波層の膜厚(1μm)、基本波レーザー
光波長(λμm)における基板の常光屈折率(n031
) 、基本波レーザー光波長(λμm)における薄膜
導波層の常光屈折率(n。Fl)、第2高調波波長(λ
μm/2)における基板の異常光屈折率(n*sz)お
よび第2高調波波長(λμm/2)
における薄膜導波層の異常光
屈折率(n aFり
が、
(neF□
esZ
あるいは、
(11aF□
tr52
のいずれかの関係式を満足することが必要である。The second harmonic generation element has a fundamental laser light wavelength (λ
μm), the film thickness of the thin film waveguide layer (1 μm), and the ordinary refractive index of the substrate at the fundamental laser light wavelength (λ μm) (n031
), the ordinary refractive index (n.Fl) of the thin film waveguide layer at the fundamental laser light wavelength (λμm), and the second harmonic wavelength (λ
The extraordinary refractive index (n*sz) of the substrate at the wavelength (μm/2) and the extraordinary refractive index (naF) of the thin film waveguide layer at the second harmonic wavelength (λμm/2) are (neF□ esZ or ( It is necessary to satisfy one of the relational expressions 11aF□tr52.
ただし、
上記式(A)
中のN
は、
(noF
n @sZ
また、
上記式(B)
中のN2
は、
その理由は、
基板上に薄膜導波層が形成された
第2高調波発生素子においては、前記関係式(A)ある
いはCB)のいずれかを満たす構造でないと第2高調波
光への変換効率が低く実用的でないからである。However, N in the above formula (A) is: This is because unless the structure satisfies either of the relational expressions (A) or CB), the conversion efficiency to second harmonic light will be low and it will not be practical.
特に第2高調波光への高い変換効率を得るには、基本波
レーザー光波長(λμm)、薄膜導波層の膜厚(Tμm
)、基本波レーザー光波長(λμm)における基板の常
光屈折率(nllsll)、基本波レーザー光波長(λ
μm)における薄膜導波層の常光屈折率(nllF+)
、第2高調波波長(λμm/2)における基板の異常光
屈折率(nssz)および第2高調波波長(λμm/2
)における薄膜導波層の異常光屈折率(n*rz)が、
(naF□ −n1□ )
下記の関係式(A゛)を満足することが好ましく、なか
でも下記の関係式(A”)を満足することが有利である
。In particular, in order to obtain high conversion efficiency to second harmonic light, the wavelength of the fundamental laser light (λμm), the thickness of the thin film waveguide layer (Tμm)
), the ordinary refractive index of the substrate (nllsll) at the fundamental laser light wavelength (λμm), the fundamental laser light wavelength (λ
Ordinary refractive index of thin film waveguide layer (nllF+) in μm)
, the extraordinary refractive index (nssz) of the substrate at the second harmonic wavelength (λμm/2) and the second harmonic wavelength (λμm/2
), the extraordinary refractive index (n*rz) of the thin film waveguide layer is
(naF□−n1□) It is preferable to satisfy the following relational expression (A′), and it is especially advantageous to satisfy the following relational expression (A″).
λ3 T
ただし、
上記関係式(A
)および(A”)中のN
は、
下記の関係式(B
)を満足することが好ましく、
なかでも下記の関係式(B”)を満足することがを利で
ある。λ3 T However, it is preferable that N in the above relational expressions (A) and (A'') satisfy the following relational expression (B), and in particular, it is preferable that the following relational expression (B'') be satisfied. It is advantageous.
ただし、
上記関係式(Bo)および(B”)中のN2は、
前記第2高調波発生素子は、薄膜導波層の光学軸(Z軸
)に対する基本波レーザー光の入射角(θ)が、0±1
5°あるいは90±15°の範囲内であることが好まし
い。However, N2 in the above relational expressions (Bo) and (B'') is such that the second harmonic generation element has an incident angle (θ) of the fundamental laser beam with respect to the optical axis (Z axis) of the thin film waveguide layer. ,0±1
Preferably, the angle is within the range of 5° or 90±15°.
その理由は、前記基本波レーザー光の入射角(θ)が、
前記範囲内の場合、第2高調波への変換効率が、極めて
高いからである。前記基本波レーザー光の入射角は、な
かでも、0±5°あるいは90±5°の範囲内であるこ
とが有利である。The reason is that the incident angle (θ) of the fundamental laser beam is
This is because within the above range, the conversion efficiency to the second harmonic is extremely high. The angle of incidence of the fundamental laser beam is preferably within the range of 0±5° or 90±5°.
本発明のSHG素子に入射される基本波レーザー光の波
長(λ)は、0.4〜1.6μmであることが好ましい
。The wavelength (λ) of the fundamental laser beam incident on the SHG element of the present invention is preferably 0.4 to 1.6 μm.
その理由は、前記基本波レーザー光(λ)としては、な
るべく波長の短いものであることが有利であるが、半導
体レーザによって0.4μmより短い波長のレーザー光
を発生させることは、実質的に困難であるからであり、
一方1.6μmより長い波長の基本波レーザー光を使用
した場合には、得られる第2高調波の波長が基本波レー
ザー光の1/2であることから、直接半導体レーザによ
って比較的簡単に発生させることのできる波長領域であ
って前記第2高調波発生素子を使用する優位性が見出せ
ないからである。前言己基本波レーザー光の波長(λ)
は、半導体レーザー光源を比較的入手し易い0.6〜1
.3μmが有利であり、なかでも、0.68〜0.94
μmが実用上好適である。The reason for this is that although it is advantageous for the fundamental wave laser light (λ) to have a wavelength as short as possible, it is practically impossible to generate laser light with a wavelength shorter than 0.4 μm using a semiconductor laser. This is because it is difficult;
On the other hand, when a fundamental laser beam with a wavelength longer than 1.6 μm is used, the wavelength of the second harmonic obtained is 1/2 of the fundamental laser beam, so it can be generated relatively easily by directly using a semiconductor laser. This is because no advantage can be found in using the second harmonic generation element in the wavelength range where it can be used. Wavelength of fundamental wave laser light (λ)
is 0.6 to 1, which is relatively easy to obtain a semiconductor laser light source.
.. 3 μm is advantageous, especially 0.68-0.94
μm is practically suitable.
前記の第2高調波発生素子の薄膜導波層の膜厚(T)は
、0.1〜20μmであることが好ましい。The thickness (T) of the thin film waveguide layer of the second harmonic generating element is preferably 0.1 to 20 μm.
その理由は、前記薄膜導波層の膜厚(T)が、0.1μ
mより薄い場合、基本波レーザ光を入射させることが困
難で、入射効率が低いため、実質的に高いSHG変換効
率が得られ難いからであり、一方20μmより厚い場合
、光パワー密度が低く、SHG変換効率が低くなって(
7まい、いずれの場合も第2高調波発生素子として、使
用することが困難であるからである。前記薄膜導波層の
膜厚は、なかでも0.2〜10μmが有利であり、特に
、0.4〜8μmが実用上好適である。The reason is that the thickness (T) of the thin film waveguide layer is 0.1 μm.
This is because if it is thinner than 20 μm, it is difficult to make the fundamental laser beam incident and the incidence efficiency is low, making it difficult to obtain substantially high SHG conversion efficiency.On the other hand, if it is thicker than 20 μm, the optical power density is low, SHG conversion efficiency becomes low (
However, in either case, it is difficult to use it as a second harmonic generating element. The thickness of the thin film waveguide layer is preferably 0.2 to 10 μm, and particularly preferably 0.4 to 8 μm for practical purposes.
前記第2高調波発生素子における基板、1膜厚波層は各
種光学材料を使用することができ、薄膜導波層としては
、例えばL i N b Oy 、α−石英、KTiO
PO,(KTP)、β−BaBzOa(BBO)、KB
、O,・4 H20(KBs )、KH2PO,(KD
P)、KD2PO,(KD’″P) 、NH,H,PO
,(ADP)、C,H2ASOa (CDA) 、C
s Dz As0a (CD’″A)、RbH2P○
= (RDP)、RbHz AsO,(RDA)、B
eS○、・4H,○、LiClO43Hz O,Li
IOs 、α−LiCdBO,l、L i B、O,(
LBO) 、尿素、ポリバラニトロアニリン(p−PN
A)、ポリジアセチレン(DCH)、4− (N、N−
ジメチルアミノ)3−アセトアミドニトコヘンゼン(D
AN)、4−ニトロベンズアルデヒド ヒドラジン(N
BAH)、3−メトキノ−4−ニトロベンズアルデヒド
ヒドラジン、2−メチル−4−二1−ロアニリン(M
NA)などが、また基板としては、例えばLiTaO3
、LiTa0z Fit膜が形成されたLiNbO3基
板、L i Ta 03 gt膜が形成された光学グレ
ードLiNb○、基板、SiO□、アルミナ、KTP、
BBO5LB○、KDP、および類似化合物、ソーダガ
ラス、パイレクソスガラス、ポリメタクリル酸メチル(
PMMA)などを使用することができる。前記基板およ
び薄膜導波層用の材料は、Na、Cr、Mg、Nd、T
iなどの異種元素を含有させることにより、その屈折率
を調整することができる。Various optical materials can be used for the substrate and one-film thick wave layer in the second harmonic generation element, and examples of the thin film waveguide layer include L i N b Oy, α-quartz, and KTiO.
PO, (KTP), β-BaBzOa (BBO), KB
,O,・4 H20(KBs ),KH2PO,(KD
P), KD2PO, (KD'″P), NH,H,PO
, (ADP), C, H2ASOa (CDA), C
s Dz As0a (CD'''A), RbH2P○
= (RDP), RbHz AsO, (RDA), B
eS○,・4H,○,LiClO43Hz O,Li
IOs ,α-LiCdBO,l,L i B,O,(
LBO), urea, polyvalanitroaniline (p-PN
A), polydiacetylene (DCH), 4- (N, N-
dimethylamino) 3-acetamidonitochonzene (D
AN), 4-nitrobenzaldehyde hydrazine (N
BAH), 3-methoquino-4-nitrobenzaldehyde hydrazine, 2-methyl-4-21-roaniline (M
NA), etc., and as a substrate, for example, LiTaO3
, LiNbO3 substrate with LiTa0z Fit film formed, optical grade LiNb○ with LiTa03gt film formed, substrate, SiO□, alumina, KTP,
BBO5LB○, KDP, and similar compounds, soda glass, Pyrexos glass, polymethyl methacrylate (
PMMA) etc. can be used. The materials for the substrate and thin film waveguide layer include Na, Cr, Mg, Nd, T.
By containing a different element such as i, the refractive index can be adjusted.
前記Na、Cr、Mg、Nd、Tiなどの異種元素を含
有させる方法としては、予め、材料の原料と不純物を混
合しておき、LPE法にて単結晶基板上に薄膜導波層を
形成する方法あるいは、前記単結晶基板あるいは薄膜導
波層に、Na、MgNd、Tiなどの不純物を拡散させ
る拡散法を用いることが望ましい。As a method for incorporating different elements such as Na, Cr, Mg, Nd, and Ti, the raw materials and impurities are mixed in advance, and a thin film waveguide layer is formed on a single crystal substrate using the LPE method. Alternatively, it is preferable to use a diffusion method in which impurities such as Na, MgNd, and Ti are diffused into the single crystal substrate or thin film waveguide layer.
また前記第2高調波発生素子に適した組合せとしては、
薄膜導波層/単結晶基板が、2−メチル4−ニトロアニ
リン(MNA) / S i Oz ; 2メチル−
4−ニトロアニリン(MNA)/アルミナ; KT i
OPO,(KTP)/アルミナ;βBaB、O,(B
BO)/アルミナ;4−(NN−ジメチルアミン)〜3
−アセトアミドニトロヘンゼン(DAN)/Si○z;
4(N、Nツメチルアミン)−3〜ルアトアミドニト口
ヘンゼン(DAN)/ポリメタクル酸メチル(PMM、
A) i L + Bz Os (L Be)/B
BO、LB○/Beミナ、RbH,PO,(RDP)/
KH。Further, as a combination suitable for the second harmonic generating element,
The thin film waveguide layer/single crystal substrate is 2-methyl-4-nitroaniline (MNA)/SiOz; 2-methyl-
4-nitroaniline (MNA)/alumina; KT i
OPO, (KTP)/Alumina; βBaB, O, (B
BO)/Alumina; 4-(NN-dimethylamine)~3
-acetamidonitrohenzene (DAN)/Si○z;
4(N,N-methylamine)-3-ruatamide nitride (DAN)/polymethyl methacrylate (PMM,
A) i L + Bz Os (L Be)/B
BO, LB○/Be Mina, RbH, PO, (RDP)/
K.H.
PO,(KDP)iポリパラニトロアニリン(ρPNA
)/PMMAなどがある。PO, (KDP)i polyparanitroaniline (ρPNA
)/PMMA, etc.
前記第2高調波発生素子に適した組合せとしては、なか
でも単結晶基板としてLiTaO3、薄膜導波層として
L + N b Oyを用いる組み合わせが好適である
。Among the combinations suitable for the second harmonic generation element, a combination using LiTaO3 as the single crystal substrate and L + N b Oy as the thin film waveguide layer is particularly suitable.
その理由は、前記L i N b Oxは非線形光学定
数が大きいこと、光の損失が小さいこと、均一な膜を作
成できることが挙げられ、また、LiTaO3は、前記
LiNb○3と結晶構造が類似しており、前記LiNb
0.のyi膜を形成しやすく、また、高品質で安価な結
晶を入手し易いからである。The reason for this is that LiNbOx has a large nonlinear optical constant, low optical loss, and can form a uniform film, and LiTaO3 has a similar crystal structure to LiNb○3. and the LiNb
0. This is because it is easy to form a yi film and it is easy to obtain high quality and inexpensive crystals.
また、前記第2高調波発生素子は、幅が1〜10μmで
あるチャン名ル型であることが有利である。チセン不ル
型のSHG素子が有利である理由は、スラブ型に比べて
、光パワー密度を高くできるからであり、また、幅が1
〜10μmであることがを利である理由は、幅が1μm
より小さいと、入射光を導波路に導入することが難しく
、入射効率が低いため、SHG変換効率も低くなってし
まうからであり、一方入射効率は幅が大きいほど高いが
、lOl、Imより大きいと、光パワー密度が低下する
ため、SHG変換効率が低下するからである。前記第2
高調波発生素子は、その入力端に基本波長光を選択的に
透過させるための波長選択性の薄膜が形成されているこ
とが望ましい。Further, it is advantageous that the second harmonic generation element is a channel type having a width of 1 to 10 μm. The reason why a chisene-type SHG element is advantageous is that it can increase the optical power density compared to a slab type, and it also has a width of 1
The reason why it is advantageous to have a width of ~10 μm is that the width is 1 μm.
This is because if the width is smaller, it is difficult to introduce the incident light into the waveguide, and the incidence efficiency is low, resulting in a low SHG conversion efficiency.On the other hand, the incidence efficiency is higher as the width is larger, but it is larger than lOl, Im. This is because the optical power density decreases and the SHG conversion efficiency decreases. Said second
It is desirable that the harmonic generation element has a wavelength-selective thin film formed at its input end to selectively transmit fundamental wavelength light.
本発明の第2高調波発生素子は、その出力側に基本波長
光を除去するための波長選択性の薄膜が形成されている
ことが望ましい。It is desirable that the second harmonic generation element of the present invention has a wavelength selective thin film formed on its output side to remove fundamental wavelength light.
また、前記波長選択性の薄膜を、直接出射端面に形成し
て第2高調波光に対する反射防止条件を満たすよう調整
することにより、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜層と空気
との屈折率に大きな差があるために出射端面で生してい
た反射による損失を低減でき、SHG出力を向上させる
ことができる。Furthermore, by forming the wavelength-selective thin film directly on the emission end face and adjusting it to satisfy the anti-reflection conditions for second harmonic light, a large difference in refractive index between the lithium niobate single crystal thin film layer and air can be realized. Because of this, it is possible to reduce the loss due to reflection that occurs at the output end face, and it is possible to improve the SHG output.
前記波長選択性の薄膜は、出射端面の後方の出射端面か
ら離れた位置に形成されてもよく、また適当な接着剤を
用いて出射端面上に固定されていてもよい。The wavelength-selective thin film may be formed at a position remote from the output end face behind the output end face, or may be fixed on the output end face using a suitable adhesive.
前記接着剤を用いて出射端面上に固定する場合は、接着
層の屈折率、厚さを前記第2高調波光に対する反射防止
条件に適合するよう調節して、SHG出力を向上させる
ことが望ましい。When fixing on the output end face using the adhesive, it is desirable to improve the SHG output by adjusting the refractive index and thickness of the adhesive layer to meet anti-reflection conditions for the second harmonic light.
前記波長選択性の薄膜としては、色ガラスフィルター、
ガラス基板上に波長選択性の干渉膜をコーティングした
もの、等を使用できる。The wavelength selective thin film may include a colored glass filter,
A glass substrate coated with a wavelength-selective interference film can be used.
前記波長選択性の薄膜の材料としては、SiOx 、M
gO,ZnCL Al2O2等の酸化物、Li NbO
3、L 1Taoz 、Yx Gas○1、Gd3Ga
、01□等の複合酸化物、あるいはPMMA、MNA等
のを機動等を用いることができ、これらを重ねた多層薄
膜も用いることができる。Materials for the wavelength selective thin film include SiOx, M
oxides such as gO, ZnCL Al2O2, Li NbO
3, L 1Taoz, Yx Gas○1, Gd3Ga
, 01□, etc., or a composite oxide such as PMMA, MNA, etc. can be used, and a multilayer thin film made by stacking these can also be used.
前記波長選択性の薄膜の作成方法としては、スパッタリ
ング法、液相エピタキシャル法、蒸着法、MBE(分子
ビームエピタキシャル:Mo1ecular Bea
m Epitaxial)法、MOCVD(Meta
l Organic Chemical Vap
or Depositi。Methods for producing the wavelength selective thin film include sputtering method, liquid phase epitaxial method, vapor deposition method, and MBE (Molecular Beam Epitaxial method).
M Epitaxial) method, MOCVD (Meta
l Organic Chemical Vap
or Deposit.
n)法、イオンブレーティング法、LB法、スピンコー
ド法、ディンブ法などを用いることができる。n) method, ion blating method, LB method, spin code method, Dimbu method, etc. can be used.
前記チャンネル型の第2高調波発生素子の製造方法とし
ては、例えば、基板上にスパッタリングや液相エピタキ
シャル成長法などの方法により、薄膜導波層を形成した
後、さらに、前記薄膜導波層上にフォトリソグラフィー
とRFスパッタリングによりTi導波路パターンを形成
し、これをエンチングマスクとして、イオンビームエツ
チングすることにより、位相整合膜厚に調整するか、あ
るいはエツチングマスクを形成した後、イオンビームエ
ツチングを行い、ついでエンチングマスクを除去して、
再度イオンビームエツチングを行い、位相整合膜厚に調
整することによりチャンネル型の第2高調波発生素子を
作成するなどの方法をとることかできる。The method for manufacturing the channel-type second harmonic generating element includes, for example, forming a thin film waveguide layer on the substrate by sputtering or liquid phase epitaxial growth, and then further forming the thin film waveguide layer on the thin film waveguide layer. A Ti waveguide pattern is formed by photolithography and RF sputtering, and this is used as an etching mask to perform ion beam etching to adjust the thickness of the phase matching film, or after forming an etching mask, ion beam etching is performed. , then remove the enching mask,
It is possible to use a method such as performing ion beam etching again and adjusting the thickness of the phase matching film to create a channel type second harmonic generating element.
また、本発明で使用される第2高調波発生素子は、薄膜
導波層上にクラッド層が形成されてなることが望ましい
。Further, it is desirable that the second harmonic generation element used in the present invention has a cladding layer formed on the thin film waveguide layer.
この理由は、前記クラッド層を薄膜導波層上に設けるこ
とにより、基板、薄膜導波層、クラッド層が屈折率に関
して対称形に近くなるため、基本波レーザ光および、第
2高調波光の電界分布を対称形とすることができ、薄膜
導波層の膜厚が、理論位相整合膜厚に完全に一致してい
ない場合でも、第2高調波光の出力低下を緩和できるこ
とから、位相整合膜厚の許容範囲が広く、高変換効率の
第2高調波発生素子が得られるからである。The reason for this is that by providing the cladding layer on the thin film waveguide layer, the substrate, the thin film waveguide layer, and the cladding layer become nearly symmetrical with respect to the refractive index. The distribution can be made symmetrical, and even if the thickness of the thin film waveguide layer does not completely match the theoretical phase matching film thickness, the decrease in the output of the second harmonic light can be alleviated. This is because a second harmonic generation element with a wide tolerance range and high conversion efficiency can be obtained.
また、前記クラッド層は、保護層として働き、導波層の
破損や塵、埃の付着による光散乱を防止でき、端面研磨
で問題となる導波層のカケ(チッピング)を完全に防止
できる。Further, the cladding layer functions as a protective layer, and can prevent light scattering due to breakage of the waveguide layer or adhesion of dust and dirt, and can completely prevent chipping of the waveguide layer, which is a problem in end face polishing.
さらに、前記クラッド層は、関係式1)および2)を満
たすことが望ましい。Further, it is desirable that the cladding layer satisfies relational expressions 1) and 2).
nos 0.50≦nOc≦no、−0,05・・式1
)n、、s O,70≦n1lc≦n、s−0,15
・ ・式2)n05:基本波レーザ光波長(λμm)に
おける基板の常光屈折率
n6c:基本波レーザ光波長(λμm)におけるクラッ
ド層の常光屈折率
n、5:第2高調波波長(λμm/2)における基板の
異常光屈折率
n*c’第2高調波波長(λμm/2)におけるクラッ
ト層の異常光屈折率
この理由は、前記クラッド層が、前記1)および2)式
を満足することにより、第2高調波光と基本波レーザ光
の電界分布型なりを最大限にでき、位相整合膜厚の許容
範囲が広く、高変換効率の第2高調波発生素子が得られ
るからである。nos 0.50≦nOc≦no, -0,05...Formula 1
) n,,s O,70≦n1lc≦n, s-0,15
- Equation 2) n05: Ordinary refractive index of the substrate at the fundamental laser light wavelength (λμm) n6c: Ordinary refractive index n of the cladding layer at the fundamental laser light wavelength (λμm), 5: Second harmonic wavelength (λμm/ The extraordinary refractive index of the cladding layer at the second harmonic wavelength (λμm/2) is the extraordinary refractive index of the substrate n*c' in 2). This is because the electric field distribution of the second harmonic light and the fundamental laser light can be maximized, and a second harmonic generation element with a wide tolerance range of phase matching film thickness and high conversion efficiency can be obtained.
特に、膜厚の位相整合誤差の許容範囲を拡張するために
は、式3)および4)を満たすことが好ましい。In particular, in order to expand the allowable range of phase matching errors in film thickness, it is preferable to satisfy equations 3) and 4).
n、、−0,25≦noc≦nosO,10・・・式3
)neS−o、ss≦n、c≦n@$−0,20−、式
4)n0ド基本波レーザ光波長(λμm)における基板
の常光屈折率
noc−基本波レーザ光波長(λμm)におけるクラッ
ド層の常光屈折率
n、、:第2高調波波長(λμm/2)における基板の
異常光屈折率
n、c:第2高調波波長(λμm/2)におけるクラッ
ド層の異常光屈折率
また、前記第2高調波発生素子のクラッド層の厚みは、
0.2〜30μmが望ましい。この理由は、0.2μm
より薄い場合は、導波光を閉し込めることができず、ま
た30μmより厚い場合は、クラッド層の結晶性が低下
して、光学的特性が低下するからである。n,, -0,25≦noc≦nosO,10...Formula 3
) neS-o, ss≦n, c≦n@$-0,20-, Formula 4) n0 Ordinary refractive index of the substrate at the fundamental laser light wavelength (λμm) - noc at the fundamental laser light wavelength (λμm) Ordinary refractive index of the cladding layer n, , : Extraordinary refractive index of the substrate at the second harmonic wavelength (λμm/2) n, c: Extraordinary refractive index of the cladding layer at the second harmonic wavelength (λμm/2) , the thickness of the cladding layer of the second harmonic generating element is:
A thickness of 0.2 to 30 μm is desirable. The reason for this is 0.2μm
This is because if it is thinner, the guided light cannot be confined, and if it is thicker than 30 μm, the crystallinity of the cladding layer decreases and the optical characteristics deteriorate.
前記クラッド層は、0.5〜lOμmが好ましく、1〜
8μmが好適である。The cladding layer preferably has a thickness of 0.5 to 10 μm, and a thickness of 1 to 10 μm.
8 μm is suitable.
前記クラッド層は各種光学材料を使用することができ、
Zn○、MgO1A 1. z Os 、P M M
A 。The cladding layer can use various optical materials,
Zn○, MgO1A 1. z Os , P M M
A.
SiO□、パイレンクスガラス、ソーダガラスなどが使
用でき、なかでもZnOが好適である。SiO□, Pyrex glass, soda glass, etc. can be used, and ZnO is particularly suitable.
本発明で使用される第2高調波発生素子は、レーザ光が
、SHG素子の薄膜導波層に入射されるように、半導体
レーザのヘアチップを接合し、パンケージ化しておくこ
とが望ましい。In the second harmonic generation element used in the present invention, it is preferable that the hair tip of the semiconductor laser is bonded to form a pancage so that the laser beam is incident on the thin film waveguide layer of the SHG element.
前記パッケージは、気密化されていることが望ましく、
窒素ガスのような不活性ガスが封入されていることが好
ましい。The package is preferably airtight,
Preferably, an inert gas such as nitrogen gas is sealed.
また、前記パッケージのレーザ光出射部は、波長選択性
の板もしくは薄膜がはめこまれた窓が形成されているこ
とが望ましい。Further, it is preferable that the laser beam emitting portion of the package is formed with a window into which a wavelength selective plate or thin film is fitted.
次に、本発明で使用される第2高調波発生素子の製造方
法としては、単結晶基板上にスパンタリングや液相エピ
タキシャル成長法などの方法により、薄膜導波層を形成
することにより製造することができ、さらに、前記薄膜
導波層上にフォトリソグラフィーとRFスパッタリング
によりT1導波路パターンを形成し、これを工、チング
マスクとして、イオンビームエツチングするか、この後
エツチングマスクを除去して再びイオンビームエツチン
グすることにより膜厚を調整し、チャンネル型の第2高
調波発生素子を作成するなどの方法をとることができる
。Next, the second harmonic generation element used in the present invention can be manufactured by forming a thin film waveguide layer on a single crystal substrate by a method such as sputtering or liquid phase epitaxial growth. Then, a T1 waveguide pattern is formed on the thin film waveguide layer by photolithography and RF sputtering, and this is used as a etching mask for ion beam etching, or after this, the etching mask is removed and ion beam etching is performed again. The film thickness can be adjusted by beam etching to create a channel type second harmonic generating element.
本発明においては、変調された複数のレーザ光は、同一
経路を伝播した後、偏向手段へ人力されることが好まし
い。In the present invention, it is preferable that the plurality of modulated laser beams be manually applied to the deflecting means after propagating along the same path.
この理由は、複雑のレーザ光が各々別個の経路を伝播す
る場合には、各々のレーザ光について光学部品、伝播す
るための空間、さらに別個の偏向手段が必要になるため
、部品数が多くなり、装置が大型、高価になり量産性も
低下するからである。The reason for this is that when complex laser beams propagate through separate paths, each laser beam requires an optical component, a space for propagation, and a separate deflection means, which increases the number of components. This is because the equipment becomes large and expensive, and mass productivity decreases.
前記同一経路は、光ファイバーあるいは光導波路である
ことが有利であり、例えば、レーザ光の入射部を複数存
し、その入射部からのレーザ光を導波する複数の光ファ
イバーもしくは光導波路が途中で1本の経路に集合され
た構造などが考えられる。It is advantageous for the same path to be an optical fiber or an optical waveguide. For example, there may be a plurality of laser beam entrance parts, and a plurality of optical fibers or optical waveguides for guiding the laser light from the entrance parts may be connected to one midway. Possible structures include a structure assembled along the route of a book.
前記同一経路として光導波路を使用する場合は、光導波
路自体に第2高調波発生素子、もしくは非線形光学素子
が組み込まれていることが好ましい。When an optical waveguide is used as the same path, it is preferable that a second harmonic generation element or a nonlinear optical element is incorporated in the optical waveguide itself.
本発明では、走査線の走査のために、偏向手段が必要で
あるが、水平方向の偏向は、電気光学効果あるいは音響
光学効果を用いた導波路型光偏向素子により、また垂直
方向の偏向は、ポリゴンミラー(回転多面鏡)あるいは
回転ホログラムディスクにより行うことが必要である。In the present invention, a deflection means is necessary for scanning the scanning line, and the horizontal direction deflection is performed by a waveguide type optical deflection element using the electro-optic effect or the acousto-optic effect, and the vertical direction deflection is , it is necessary to use a polygon mirror (rotating polygon mirror) or a rotating hologram disk.
前記水平方向の偏向手段として、電気光学効果あるいは
音響光学効果を用いた導波路型光偏向素子が使用される
理由は、前記電気光学効果あるいは音響光学効果を用い
た導波路型光偏向素子は、数百KHz数十MHzの高速
走査が可能で、水平偏向に要求される走査速度である数
十kHzに比べて十分な余裕があり、長時間連続使用が
可能で、高い信転性が得られるからである。The reason why a waveguide-type optical deflection element using an electro-optic effect or an acousto-optic effect is used as the horizontal deflection means is that the waveguide-type optical deflection element using an electro-optic effect or an acousto-optic effect is: High-speed scanning of several hundred KHz to several tens of MHz is possible, and there is sufficient margin compared to the scanning speed of several tens of kHz required for horizontal deflection, allowing continuous use for long periods of time and providing high reliability. It is from.
また、前記電気光学効果あるいは音響光学効果を用いた
導波路型光偏向素子は非機械式の偏向器であるため、小
型安定、低価格、軽量で、振動、騒音が少ないなどの利
点がある。Further, since the waveguide type optical deflection element using the electro-optic effect or the acousto-optic effect is a non-mechanical deflector, it has advantages such as being small and stable, low cost, lightweight, and having little vibration and noise.
さらに、前記垂直方向の偏向手段として、ポリゴンミラ
ー(回転多面鏡)あるいは回転ホログラムディスクが使
用される理由は、垂直方向の走査速度は、60Hz程度
でよいため、機械式の偏向器であるポリゴンミラーある
いは回転ホログラムディスクを使用しても十分な余裕が
あり、長時間連続使用に耐えられるからである。Furthermore, the reason why a polygon mirror (rotating polygon mirror) or a rotating hologram disk is used as the vertical deflection means is that the vertical scanning speed may be about 60 Hz, so a polygon mirror, which is a mechanical deflector, is used. Alternatively, even if a rotating hologram disk is used, there is sufficient margin and it can withstand continuous use for a long time.
また、前記電気光学効果あるいは音響光学効果を用いた
導波路型光偏向素子からポリゴンミラーまでの距離は2
0mm以下であることが好ましい。Further, the distance from the waveguide type optical deflection element using the electro-optic effect or the acousto-optic effect to the polygon mirror is 2
It is preferable that it is 0 mm or less.
この理由は、次のように説明される。The reason for this is explained as follows.
前記電気光学効果あるいは音響光学効果を用いた導波路
型光偏向素子の偏向角は、30°以上であることが好ま
しく、またポリゴンミラーの高速回転時における信転性
、安定性を考慮した場合、重量はできるだけ軽くしなけ
ればならず、このためポリゴンミラーの高さは10mm
程度が限界となることから、全ての偏向光をポリゴンミ
ラーの偏向面で受光し、反射させるために、導波路型光
偏向素子からポリゴンミラーまでの距離を20mm以下
に設定することが好ましい。The deflection angle of the waveguide type optical deflection element using the electro-optic effect or the acousto-optic effect is preferably 30° or more, and considering reliability and stability during high-speed rotation of the polygon mirror, The weight must be as light as possible, so the height of the polygon mirror is 10 mm.
Since the degree of deflection is a limit, it is preferable to set the distance from the waveguide type optical deflection element to the polygon mirror to be 20 mm or less in order to receive and reflect all the deflected light on the deflection surface of the polygon mirror.
本発明で使用される導波路型光偏向素子は、基板上に薄
膜導波層が形成されてなり、一方に光の入力部があり、
また他方に出力部を有し、薄膜導波層には導波路の実効
屈折率を電気光学効果により変える手段か、もしくは導
波路面内で電気光学効果あるいは音響光学効果により光
偏向させるための手段を有していることが望ましい。The waveguide type optical deflection element used in the present invention has a thin film waveguide layer formed on a substrate, and has a light input section on one side.
The other side has an output section, and the thin film waveguide layer has a means for changing the effective refractive index of the waveguide by an electro-optic effect, or a means for deflecting light within the plane of the waveguide by an electro-optic effect or an acousto-optic effect. It is desirable to have the following.
前記入力部は、端面入射、プリズム入射、グレーティン
グ入射方式がを利である。The input section is preferably of an edge incidence, prism incidence, or grating incidence type.
前記出力部は、導波路面内で偏向させた光をそのまま端
面、あるいは、プリズム結合器、グレーティング結合器
で取り出すことができるが、導波路の導波光に対する実
効屈折率の変化に応した角度で光を出射できるプリズム
結合器やグレーティング結合器を設けることが、導波路
面に垂直な方向に大きな偏向角が得られることから有利
である。The output section can take out the light deflected within the waveguide plane as it is at the end face, or by using a prism coupler or a grating coupler. Providing a prism coupler or grating coupler that can emit light is advantageous because a large deflection angle can be obtained in the direction perpendicular to the waveguide surface.
また前記プリズム結合器には電極などの屈折率を変化さ
せるための手段を有していることが好ましい。Further, it is preferable that the prism coupler has a means for changing the refractive index, such as an electrode.
さらに、入射光を導波路面内で偏向させる場合、出力部
として、入射光に対して特定の角度を有するグレーティ
ングが有利である。Furthermore, if the incident light is to be deflected in the plane of the waveguide, a grating with a specific angle relative to the incident light is advantageous as an output.
このようなグレーティングを出力部とすることにより、
導波路面に垂直な方向に大きな偏向角が得られる。By using such a grating as the output part,
A large deflection angle can be obtained in the direction perpendicular to the waveguide plane.
前記入射光に対して特定の角度を有するグレーティング
としては、周期が扇状に連続的変化している形態、導波
路面内の導波光の入射方向に垂直な方向に対して傾斜角
φを有してなる形態などが有利であるが、後者の方がよ
り大きな偏向角が得られる。The grating having a specific angle with respect to the incident light may have a form in which the period changes continuously in a fan shape, and a grating having an inclination angle φ with respect to the direction perpendicular to the direction of incidence of the guided light in the waveguide plane. Although the latter configuration is advantageous, a larger deflection angle can be obtained.
前記傾斜角φは、30〜85°であることが望ましい。The inclination angle φ is preferably 30 to 85 degrees.
この理由は、φが大きい程面内偏向角が小さくても大き
な出力偏向角が得られるが、φが大きい程偏向効率が低
下するため上記範囲が望ましい。The reason for this is that the larger φ is, the larger the output deflection angle can be obtained even if the in-plane deflection angle is small, but the larger φ is, the lower the deflection efficiency is, so the above range is desirable.
前記傾斜角φは、45〜80″であることが好適である
。It is preferable that the inclination angle φ is 45 to 80''.
本発明の光偏向素子の導波路の実効屈折率を電気光学効
果により変える手段、および導波路面内で電気光学効果
あるいは音響光学効果により光偏向させるための手段は
、チャンネル型導波路の両側に電極を設けて電界を印加
することによってチャンネル型導波路の実効屈折率を電
気光学効果により変える方法、基板の下部とスラブ型あ
るいはチャンネル型導波路の上部に電極を設けて電界を
印加することによってスラブ型あるいはチャンネル型導
波路の実効屈折率を電気光学効果により変える方法、導
波路の光伝搬経路にあたる導波路内あるいは導波路の上
部あるいは下部に櫛形あるいは他の形状の電極を設けて
電界を印加することによって、電気光学効果により光を
面内で偏向させる方法、さらには導波路面内に表面弾性
波発生用の櫛形電極を設けて電界を印加し、光伝搬経路
に表面弾性波を発生させることによって、音響光学効果
により光を面内で偏向させる方法などが好ましい。The means for changing the effective refractive index of the waveguide of the optical deflection element of the present invention by an electro-optic effect, and the means for deflecting light within the plane of the waveguide by an electro-optic effect or an acousto-optic effect are provided on both sides of the channel-type waveguide. A method of changing the effective refractive index of a channel waveguide using the electro-optic effect by providing an electrode and applying an electric field.A method of changing the effective refractive index of a channel waveguide by applying an electric field to the lower part of the substrate and the upper part of the slab type or channel type waveguide. A method of changing the effective refractive index of a slab-type or channel-type waveguide by electro-optic effect, applying an electric field by providing a comb-shaped or other shaped electrode within the waveguide or at the top or bottom of the waveguide corresponding to the optical propagation path of the waveguide. A method of deflecting light within a plane using the electro-optic effect, and a method of creating a surface acoustic wave in the optical propagation path by applying an electric field by providing a comb-shaped electrode for generating surface acoustic waves in the plane of the waveguide. Therefore, a method in which light is deflected within a plane by an acousto-optic effect is preferable.
また、前記導波路の実効屈折率を電気光学効果により変
える手段として、導波路に、光伝播方向に対して垂直方
向に勾配を持たせ、導波路面内で光偏向させる方法が可
能である。Further, as a means for changing the effective refractive index of the waveguide by electro-optic effect, it is possible to provide the waveguide with a gradient in the direction perpendicular to the light propagation direction and deflect the light within the waveguide plane.
本発明で使用される光漏同素子の導波路としては、Li
Ta0.単結晶基板上にL IN b Oz薄膜を形成
したもの、L i N b Oz基板上にLiTa01
薄膜を形成し、さらにLiNb○、薄膜を形成したもの
、LiTa0.単結晶基板上にSrX Bat−x N
bz 06 (SBN)Fi膜を形成したもの、表層
に510zTil膜を形成した31基板上に5BNFi
l膜を形成したもの、Qd3 Gas olZ(GGG
) 、Ndi Gas○l 2 (N d G G
)、S m 3 G a s OIz (S m G
G )などのガーネット基板上に5BNI膜を形成した
もの、PbTiO3単結晶基板上にBaTiO3単結晶
薄膜を形成したもの、KN b O,単結晶基板上にK
(Nb。As the waveguide of the optical leakage element used in the present invention, Li
Ta0. A thin film of L IN b Oz is formed on a single crystal substrate, and a thin film of LiTa01 is formed on a L i N b Oz substrate.
A thin film was formed and then LiNb○, a thin film was formed, LiTa0. SrX Bat-x N on a single crystal substrate
bz 06 (SBN) with Fi film formed, 5BNFi on 31 substrate with 510zTil film formed on the surface layer
Qd3 Gas olZ (GGG
), Ndi Gas○l 2 (Nd G G
), S m 3 Gas OIz (S m G
5BNI film formed on a garnet substrate such as G), BaTiO3 single crystal thin film formed on a PbTiO3 single crystal substrate, KN b O, K on a single crystal substrate
(Nb.
Ta1−)Oi (KTN)Fi膜を形成したもの。Ta1-)Oi (KTN)Fi film formed.
PLZTセラミックス基板上にPLZTi膜を形成した
ものなどを使用できるが、特に、LiTa01単結晶基
板上にL i N b Ox薄膜を形成したものが、電
気光学効果の大きさから最も好適である。Although a PLZTi film formed on a PLZT ceramic substrate can be used, in particular, a LiNb Ox thin film formed on a LiTa01 single crystal substrate is most suitable because of its large electro-optic effect.
本発明で使用されるレーザ光を画像信号により強度変調
させる装置としては、音響光学効果を用いたバルク型あ
るいは導波路型の光変調器、電気光学効果を用いたバル
ク型あるいは導波路型の光変調器、さらには光源の半導
体レーザに変調信号を入力することによる直接変調方式
などがあるが、特に直接変調方式が望ましい。Devices that modulate the intensity of laser light using image signals used in the present invention include bulk type or waveguide type optical modulators using an acousto-optic effect, and bulk type or waveguide type optical modulators using an electro-optic effect. Although there are direct modulation methods in which a modulation signal is input to a modulator or even a semiconductor laser as a light source, the direct modulation method is particularly desirable.
この理由は、ハイビジョンなどの高品位テレビを考えた
場合変調帯域としては20〜30MHzが必要になるが
、通常の半導体レーザは最大数百MH2までの直接変調
が可能であり、直接変調方式を採用すれば外部変調器が
不要となるため低価格化・小型化が可能になるからであ
る。The reason for this is that when considering high-definition televisions such as high-definition television, a modulation band of 20 to 30 MHz is required, but ordinary semiconductor lasers can directly modulate up to several hundred MHz, and the direct modulation method is used. This is because an external modulator is not required, making it possible to reduce the cost and size.
また本発明の光学系は、第1図に示すようになり、レー
ザ光#(半導体レーザ、もしくは半導体レーザと第2高
調波発生素子あるいは非線形光学素子を組み合わせた固
体レーザ)から出射したレーザ光の導波路型光偏向器へ
の入射は、端面入射、あるいはレンズで集光した後で端
面入射、さらにはプリズム入射、グレーティング入射な
どの方法をとることができる。In addition, the optical system of the present invention is as shown in FIG. The light can be input to the waveguide type optical deflector by end face incidence, end face incidence after condensing with a lens, prism incidence, grating incidence, or the like.
導波路型光偏向器から出射したレーザ光は、必要に応し
てレンズなどで集光あるいはビーム整形してからポリゴ
ンミラーあるいは回転ホログラムディスクに入射させる
ことが好ましい。さらに、ポリゴンミラーから反射した
レーザ光あるいは回転ホログラムディスクから出射した
レーザ光についても、必要に応して、面倒れ補正あるい
はビーム整形などのためのレンズ等の光学系を通過させ
てからスクリーン上に投影することが好ましい。It is preferable that the laser beam emitted from the waveguide type optical deflector is focused or beam-shaped by a lens or the like as necessary, and then made incident on a polygon mirror or a rotating hologram disk. Furthermore, the laser beam reflected from the polygon mirror or the laser beam emitted from the rotating hologram disk is passed through an optical system such as a lens for tilt correction or beam shaping, if necessary, before being projected onto the screen. Projection is preferred.
なお第2図においては導波路型光偏向器として、グレー
ティング出力結合器を用いて導波路面に垂直な方向に光
偏向させる光偏向器の場合を示したが、電気光学効果あ
るいは音響光学効果を用いて面内に光偏向させる導波路
型光偏向器などを用いることもできる。Although Fig. 2 shows a waveguide-type optical deflector that uses a grating output coupler to deflect light in a direction perpendicular to the waveguide surface, it is also possible to use an electro-optic effect or an acousto-optic effect. It is also possible to use a waveguide type optical deflector that deflects light in a plane.
[実施例C 以下、本発明を実施例に沿ってさらに詳細に説明する。[Example C Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.
レーザ光源として、波長1300 n mの半導体レー
ザとLiTa0.基板上にL+NbO3薄膜を形成して
なる導波路型第2高調波発生(SHG)素子を組み合わ
せた小型赤色レーザ光源、波長11090nの半導体レ
ーザとLiTaO35板上にLiNb0z薄膜を形成し
てなる導波路型SHG素子を組み合わせた小型緑色レー
ザ光源、および波長880nmの半導体レーザとLiT
a0.基板上にL+Nb0=薄膜を形成してなる導波路
型SHG素子を組み合わせた小型青色レーザ光源を用い
、各々レンズで集光して、一つの電気光学効果を用いた
導波路型光偏向器に端面から入射させた。この際、赤、
緑、青、各レーザ光はそれぞれグレーティング出力結合
器に対する入射角を変え、さらに)赤、緑、青、各レー
ザ光を発振させるための半導体レーザに印加する変調信
号と同期して、電気光学効果により光偏向を起こさせる
為の電極への印加電圧を変化させることにより、波長に
よる偏向角度のずれを補正して導波路型光偏向器から出
射する赤、緑、青色レーザ光の光路が常に一致するよう
にした。As a laser light source, a semiconductor laser with a wavelength of 1300 nm and LiTa0. A small red laser light source that combines a waveguide type second harmonic generation (SHG) element formed by forming an L+NbO3 thin film on a substrate, and a waveguide type formed by forming a semiconductor laser with a wavelength of 11090n and a LiNb0z thin film on a LiTaO35 plate. A small green laser light source that combines an SHG element, a semiconductor laser with a wavelength of 880 nm, and LiT
a0. Using a small blue laser light source that combines a waveguide type SHG element formed by forming a thin film of L+Nb0 on a substrate, the light is focused by each lens, and the end face is connected to a waveguide type optical deflector using an electro-optic effect. It was made incident from At this time, red,
The green, blue, and blue laser beams each have different incident angles with respect to the grating output coupler, and the electro-optic effect is synchronized with the modulation signal applied to the semiconductor laser to oscillate the red, green, and blue laser beams. By changing the voltage applied to the electrodes to cause optical deflection, the deviation in the deflection angle due to wavelength is corrected, and the optical paths of the red, green, and blue laser beams emitted from the waveguide type optical deflector are always aligned. I decided to do so.
このレーザ光を高さ11mmの8面体ポリゴンミラーに
当て、このポリゴンミラーを毎分450回転で回転させ
ることによって、垂直方向に60Hzの光偏向を行なっ
た。このようにして水平方向および垂直方向に各々30
KHz、60KHzの偏向を行った3原色のレーザ光を
f・θレンズおよびシリンドカルレンズによって、面倒
れ等の補正を行なった後に、スクリーンに投影した。This laser beam was applied to an octahedral polygon mirror with a height of 11 mm, and the polygon mirror was rotated at 450 revolutions per minute to deflect the light at 60 Hz in the vertical direction. In this way, 30 in each horizontal and vertical direction.
Laser beams of three primary colors, which were deflected at KHz and 60 KHz, were projected onto a screen after correction for surface tilt etc. using an f/theta lens and a cylindrical lens.
[発明の効果]
以上述べたように、本発明によれば、薄型、軽量、長寿
命で安定性に優れ、低価格でハイビジョンなどの高品位
テレビにも応用できるレーザディスプレイ装置を提供す
ることができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to provide a laser display device that is thin, lightweight, long-life, excellent in stability, and can be applied to high-definition televisions such as high-definition television at a low price. can.
第1図は本発明の基本的構成を示す図であり、特にポリ
ゴンミラーによる垂直方向の偏向方法を示した回である
。第2図は本発明の偏向手段を説明する斜視図であり、
導波路型光偏向器による水平方向の光偏向と、ポリゴン
ミラーによる垂直方向の光偏向を示した図である。
1・・・・・導波型光偏向器
2・・・・・ポリゴンミラー
3・・ ・・レンズ
4 ・・・・スクリーン
5・・・・・レーザ光源FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of the present invention, and particularly shows a method of vertical deflection using a polygon mirror. FIG. 2 is a perspective view illustrating the deflection means of the present invention,
FIG. 2 is a diagram showing horizontal optical deflection by a waveguide type optical deflector and vertical optical deflection by a polygon mirror. 1... Waveguide type optical deflector 2... Polygon mirror 3... Lens 4... Screen 5... Laser light source
Claims (1)
らレーザ光を画像信号により変調させた後、偏向手段に
より水平方向および垂直方向に偏向させ、出力媒体上を
走査することにより、出力媒体上に画像信号に対応した
画像を出力するレーザディスプレイであって、前記光源
は、半導体レーザ、半導体レーザと第2高調波発生素子
を組み合わせた固体レーザ、あるいは半導体レーザと非
線形光学素子を組み合わせた固体レーザの組合せにより
構成され、前記レーザ光を水平方向に偏向する偏向手段
として電気光学効果あるいは音響光学効果を用いた導波
路型光偏向素子が、また前記レーザ光を垂直方向に偏向
する偏向手段として、回転多面鏡あるいは回転ホログラ
ムディスクが用いられてなることを特徴とするレーザデ
ィスプレイ。 2)前記第2高調波発生素子は、LiTaO_3基板上
にLiNbO_3薄膜導波層が形成されてなる請求項1
に記載のレーザディスプレイ。 3)前記光源は、半導体レーザからなる赤色レーザと、
半導体レーザと第2高調波発生素子を組み合わせた固体
レーザからなる緑色レーザおよび青色レーザから構成さ
れる請求項1に記載のレーザディスプレイ。 4)前記赤色レーザ、緑色レーザおよび青色レーザに使
用される半導体レーザの波長は、それぞれ600〜84
0nm、980〜1100nm、760〜980nmで
ある請求項3に記載のレーザディスプレイ。 5)前記光源は、半導体レーザと第2高調波発生素子を
組み合わせた固体レーザからなる、赤色レーザ、緑色レ
ーザおよび青色レーザにより構成される請求項1に記載
のレーザディスプレイ。 6)前記赤色レーザ、緑色レーザおよび青色レーザに使
用される半導体レーザの波長は、それぞれ1200〜1
600nm、980〜1100nm、760nm〜98
0nmである請求項5に記載のレーザディスプレイ。 7)前記光源は、波長の異なる2種類の半導体レーザ、
第2高調波発生素子および非線形光学素子から構成され
る請求項1に記載のレーザディスプレイ。 8)前記変調された複数のレーザ光は、同一経路を伝播
した後、偏向手段へ入力される請求項1に記載のレーザ
ディスプレイ。 9)前記同一経路は、光ファイバーあるいは光導波路で
ある請求項8に記載のレーザディスプレイ。 10)前記導波路型光偏向素子は、LiTaO_3基板
上にLiNbO_3薄膜導波層が形成されてなる請求項
1に記載のレーザディスプレイ。 11)前記導波路型光偏向素子と回転多面体との距離は
20mm以下である請求項1に記載のレーザディスプレ
イ。[Claims] 1) Using laser beams having multiple wavelengths as a light source, modulating these laser beams with an image signal, and then deflecting the laser beams in the horizontal and vertical directions by a deflection means to scan an output medium. A laser display that outputs an image corresponding to an image signal on an output medium, the light source being a semiconductor laser, a solid-state laser combining a semiconductor laser and a second harmonic generation element, or a semiconductor laser and a nonlinear optical element. A waveguide-type optical deflection element using an electro-optic effect or an acousto-optic effect as a deflection means for deflecting the laser light in the horizontal direction, and a waveguide type optical deflection element that deflects the laser light in the vertical direction. 1. A laser display characterized in that a rotating polygon mirror or a rotating hologram disk is used as a deflecting means for deflecting. 2) Claim 1 in which the second harmonic generation element is formed by forming a LiNbO_3 thin film waveguide layer on a LiTaO_3 substrate.
Laser display described in. 3) The light source includes a red laser made of a semiconductor laser;
2. The laser display according to claim 1, comprising a green laser and a blue laser, each of which is a solid-state laser that is a combination of a semiconductor laser and a second harmonic generation element. 4) The wavelength of the semiconductor laser used for the red laser, green laser, and blue laser is 600 to 84, respectively.
4. The laser display according to claim 3, which has a wavelength of 0 nm, 980 to 1100 nm, and 760 to 980 nm. 5) The laser display according to claim 1, wherein the light source includes a red laser, a green laser, and a blue laser, each of which is a solid-state laser that is a combination of a semiconductor laser and a second harmonic generation element. 6) The wavelengths of the semiconductor lasers used for the red laser, green laser, and blue laser are each 1200 to 1
600nm, 980-1100nm, 760nm-98
The laser display according to claim 5, which has a wavelength of 0 nm. 7) The light source includes two types of semiconductor lasers with different wavelengths,
The laser display according to claim 1, comprising a second harmonic generation element and a nonlinear optical element. 8) The laser display according to claim 1, wherein the plurality of modulated laser beams are input to the deflection means after propagating along the same path. 9) The laser display according to claim 8, wherein the same path is an optical fiber or an optical waveguide. 10) The laser display according to claim 1, wherein the waveguide type optical deflection element is formed by forming a LiNbO_3 thin film waveguide layer on a LiTaO_3 substrate. 11) The laser display according to claim 1, wherein the distance between the waveguide type optical deflection element and the rotating polyhedron is 20 mm or less.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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