WO2005083854A1 - コヒーレント光源およびその制御方法、並びにそれらを用いたディスプレイ装置およびレーザディスプレイ - Google Patents

コヒーレント光源およびその制御方法、並びにそれらを用いたディスプレイ装置およびレーザディスプレイ Download PDF

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Toshifumi Yokoyama
Kazuhisa Yamamoto
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • H01S5/06253—Pulse modulation

Definitions

  • the present invention relates to a coherent light source using a wavelength conversion element and a control method thereof, and a display device and a laser display using the same.
  • Fig. 11 shows a schematic configuration of a laser display 100 as an example of this type of conventional display device.
  • coherent light from RGB three-color laser light sources 101a to 101c is intensity-modulated by optical modulators 106a to 106c according to an input video signal, and multiplexed by dichroic mirrors 102a and 102b.
  • the polygon scanner (polygon mirror) 104 is driven in the horizontal direction and the galvanomirror 105 in the vertical direction, and a two-dimensional image is displayed on the screen 108.
  • the light from each of the RGB light sources is monochromatic light. Therefore, by using a laser light source having an appropriate wavelength, the color range that can be displayed is wider than that of the NTSC signal, and the color purity is higher. A vivid image can be displayed.
  • FIG. 12 shows a device connectable to this conventional laser display.
  • This conventional laser display uses a RGB terminal to input video signals, and is integrated with a personal computer 201 such as a notebook PC, a video game machine 202, an optical disk player 203 such as various DVDs, and a VTR.
  • Any device that has an RGB signal output terminal, such as the STB 211 for digital broadcasting, the STB 212 for terrestrial digital broadcasting, and the STB 213 for BS HD TV broadcasting, can be connected.
  • D4 input terminal, DVI-D input terminal, IEEE1394 terminal, component terminal, S terminal according to the format of the signal output from the device connected to the laser display , A video terminal or the like may be provided.
  • the red (R) light source needs to use a semiconductor laser
  • the green (G) and blue (B) light sources need to use an SHG light source.
  • the color range that can be displayed is wider than that of NTSC signals.Green light with a wavelength of about 530 nm and blue light with a wavelength of about 450 nm are required to enable the display of vivid images with high color purity.
  • Patent Document 1 JP-A-2003-98476 (FIG. 1 on page 4)
  • the present invention has been made to solve the above-described problem relating to the modulation of the light output of the SHG light source, and realizes gradation while increasing the speed of the output modulation of the SHG light source. It is an object.
  • a coherent light source includes a semiconductor laser having an active region and a distributed Bragg reflection region, and a nonlinear optical crystal.
  • An optical wavelength conversion element for converting the wavelength of the laser light emitted from the body laser, a photodetector for measuring a harmonic output from the optical wavelength conversion element, and an electric current separately flowing in the active region and the distributed Bragg reflection region.
  • a current injection means for controlling the current injection means based on a harmonic output measured by the photodetector, so that an oscillation wavelength of the semiconductor laser is tilted in a phase matching wavelength spectrum of the optical wavelength conversion element.
  • Pulsing the pulse current injection means to change the oscillation wavelength of the semiconductor laser to a desired value at the slope in the phase matching wavelength spectrum of the optical wavelength conversion element. Characterized in that it comprises a pulse current control means for.
  • the harmonic output of the laser light emitted from the semiconductor laser and having its wavelength converted by the optical wavelength conversion element is measured by the photodetector.
  • the current control means first controls the current injection means, adjusts the current applied to the active region and the distributed Bragg reflection region, and fixes the oscillation wavelength of the semiconductor laser to the slope in the phase matching wavelength spectrum.
  • the pulse current injection means applies a pulse current to at least one of the active region and the distributed Bragg reflection region.
  • the refractive index in the region to which the pulse current is applied is instantaneously reduced, and the wavelength of the harmonic shifts to the lower wavelength side, so that the harmonic output decreases.
  • the harmonic output can be rapidly and continuously changed to a desired value.
  • the method for controlling a coherent light source is a method for optically detecting a harmonic output from an optical wavelength conversion element which is made of a nonlinear optical crystal and converts the wavelength of laser light emitted from a semiconductor laser. And controlling a current applied to an active region and a distributed Bragg reflection region provided in the semiconductor laser based on an output of the photodetector.
  • the harmonic output detected by the photodetector After fixing the harmonic output detected by the photodetector to the inclined portion in the phase matching wavelength panel of the optical wavelength conversion element, apply a pulse current to the active region or the distributed Bragg reflection region, The harmonic output detected by the photodetector is changed to a desired value at a slope in a phase matching wavelength spectrum of the optical wavelength conversion device. According to the coherent light source using the control method according to this aspect, it is possible to change the harmonic output to a desired value at high speed and continuously.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser display.
  • FIG. 2 is a diagram showing an output adjustment device for an SHG light source
  • FIG. 5 is a diagram showing a phase matching wavelength spectrum of an optical wavelength conversion element.
  • FIG. 7 is a diagram showing harmonic output characteristics when a pulse current is applied to the DBR region
  • FIG. 8 A flow chart showing a flow of processing when a pulse current is controlled in a DBR region and a harmonic output is controlled.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a schematic configuration of an SHG light source output adjusting device using a three-electrode LD according to Embodiment 2.
  • FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of a laser display
  • FIG. 12 is a diagram showing devices that can be connected to a conventional laser display
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a laser display.
  • coherent light from laser light sources la to lc of three RGB colors is intensity-modulated in accordance with an input video signal, and multiplexed by dich-mouth mirrors (combining means) 2a and 2b. Further, they are horizontally scanned by a polygon scanner (polygon mirror, first scanning means) 4 composed of a rotating polygon mirror, and vertically scanned by a galvano mirror (second scanning means) 5. A two-dimensional image is displayed.
  • the horizontal scanning means and the vertical scanning means are not limited to the above, and any combination of the polygon scanner 4 and the galvanometer mirror 5 is possible.
  • SHG light sources were used for the light source lb for Green and the light source lc for Blue.
  • For Red A semiconductor laser is used as the light source la, and output modulation can be performed directly at high speed.
  • a display device a device having a configuration in which a screen is removed from a laser display is referred to as a display device.
  • the SHG light source according to the first embodiment includes a semiconductor laser (DBR-LD) having an active region for providing a gain and a distributed Bragg reflection region (DBR region) for controlling an oscillation wavelength, and a nonlinear laser.
  • DBR-LD semiconductor laser
  • a light wavelength conversion element made of an optical crystal.
  • the DBR-LD can change the oscillation wavelength of the semiconductor laser by applying a current to the DBR region, increasing the temperature of the DBR region, and changing the refractive index of the DBR region.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an SHG light source and an output adjusting device of the SHG light source according to the first embodiment.
  • the SHG light source alone, and the whole of the SHG light source and the output adjustment device of the SHG light source are referred to as a coherent light source.
  • This output adjustment device is used to convert a semiconductor laser (DBR-LD) 51 having an active region 52 and a DBR region 53, an optical wavelength conversion element 56, and a harmonic emitted from the optical wavelength conversion element 56 into parallel light.
  • DBR-LD semiconductor laser
  • the active region 52 and the DBR region 53 are shown separately for explanation, but are actually integrated.
  • the DBR-LD 51 and the optical wavelength conversion element 56 are integrated into an SHG light source 55.
  • the control circuit 60 includes a microcomputer (current control means and pulse current control means) 61 for performing control, and a current (hereinafter, referred to as Iop) applied to an active region 52 of the semiconductor laser.
  • Drive circuit (current injection means) 63 for controlling the current and a DBR drive circuit (current injection means) 64 for controlling the current (hereinafter referred to as Idbr) applied to the DBR region 53 are incorporated.
  • an active area panel circuit (pulse current injection means) 65 for applying a pulse current to the active area 52 and a DBR area pulse circuit (pulse current injection means) 66 for applying a pulse current to the DBR area are added.
  • the DBR-LD 51 is, for example, an AlGaAs semiconductor laser.
  • the output was rated at 100 mW, the threshold was 30 mA, and the operating current at 100 mW output was 150 mA.
  • the optical wavelength conversion element 56 a polarization inversion type optical waveguide device having an element length of 10 mm was used, and an optical waveguide and a periodic polarization inversion region were provided on a magnesium-doped lithium niobate substrate. Was.
  • blue light is emitted from the light wavelength conversion element 56
  • a DBR-LD51 that emits laser light in the 850 nm band
  • the polarization inversion cycle may be set to 3.2 zm.
  • blue light having a wavelength of about 425 nm can be obtained.
  • green light is emitted from the wavelength conversion element 56, for example, a DBR-LD51 that emits laser light in the 1064 nm band may be used, and the polarization inversion cycle may be set to 6. Thereby, green light having a wavelength of about 532 nm can be obtained.
  • a control method for obtaining a desired output in the SHG light source according to the first embodiment, modulating the output at a high speed, and realizing an output gradation will be described below.
  • FIG. 3 shows a change in the oscillation wavelength of the DBR-LD with respect to a change in lop.
  • ldbr 0 mA.
  • the solid line in FIG. 3 shows the wavelength change when lop is increased.
  • the dotted line in FIG. 3 shows the wavelength change when lop is reduced. From Fig. 3, it can be seen that the oscillation wavelength of the DBR-LD changes while repeating mode hops as the lop increases. This mode hop occurs because it is affected by the DBR region.
  • the oscillation wavelength of the DBR-LD with respect to the change of lop has a hysteresis characteristic.
  • the DBR-LD of the first embodiment it was confirmed that no mode hop was performed during a point (E point) force of ⁇ 30 mA immediately after the mode hop. This indicates that the mode hop point is the most stable point.
  • the oscillation wavelength of a DBR-LD it is stable to change the wavelength near the mode hop point.
  • the wavelength change at this time was 0.004 nmZmA. This means that the oscillation wavelength of the DBR-LD can be continuously changed by ⁇ 0.12 nm without mode hop.
  • FIG. 5 shows a phase matching wavelength spectrum of the optical wavelength conversion element 56.
  • the harmonic output is normalized by setting the peak output to “1”.
  • the optical wavelength conversion element has a different conversion efficiency from the fundamental wave to the harmonic with respect to the oscillation wavelength of the semiconductor laser which is the fundamental wave.
  • the optical wavelength conversion element length is: L 0 mm
  • the allowable range of the phase matching wavelength (half width at half maximum) where the harmonic output is half of the peak output is very narrow at 0.08 nm.
  • the phase-matched wavelength spectrum is a range of wavelengths including the peak wavelength and at which the harmonic output is minimized on the low wavelength side and the high wavelength side of the peak wavelength. That is, the side lobe in FIG. 5 is outside the phase matching wavelength spectrum.
  • the peak wavelength refers to the wavelength at which the harmonic output is maximum (peak output).
  • the oscillation wavelength of the semiconductor laser is fixed within the phase matching wavelength spectrum of the optical wavelength conversion element 56, and a harmonic output is obtained.
  • the output of the harmonics can be changed, and the output gradation is possible. It becomes.
  • the oscillation wavelength of the DBR-LD is limited only within a limited range ( ⁇ 0.12 nm in the present embodiment). It cannot be changed continuously. Therefore, in order to perform gradation in a wide range, it is necessary that the value of the wavelength to be changed is approximately larger than the half width at half maximum (0.008 nm in the present embodiment) of the phase matching wavelength spectrum. It is.
  • the harmonic output is the peak output 5. / 0 or more,
  • the portion that is 95% or less is defined as the slope (the thick line in the spectrum). This inclined portion has a characteristic that gradation is easy to perform because the output with respect to the wavelength changes almost linearly. Therefore, it is better to use a ramp to set the output of the SHG light source.
  • one inclined portion is provided on each of a lower wavelength side and a higher wavelength side than the peak wavelength.
  • the change in the oscillation wavelength of the DBR-LD due to lop and Idbr described above is a phenomenon that occurs thermally. This phenomenon occurs because the heat in the active region and the DBR region changes due to changes in lop and Idbr, and the refractive index in the active region and the DBR region fluctuates accordingly. Therefore, the change in the oscillation wavelength is a phenomenon that occurs on the order of msec, and is not sufficient as a speed for outputting a moving image as an image. To output a moving image, a wavelength change speed of at least the order of MHz, that is, the order of nsec power ⁇ sec is required.
  • the pulse current was measured using a DBR region pulse circuit 66 for applying a pulse current to the DBR region.
  • a pulse current is applied to the active region or the DBR region, for example, the carrier density inside the semiconductor increases, a phenomenon called a plasma effect occurs, and the refractive index of the DBR portion decreases instantaneously.
  • the oscillation wavelength of the DBR-LD instantaneously shifts to the lower wavelength side, so that the output of harmonics decreases. Also, there is almost no thermal change due to the noise current.
  • By controlling the oscillation wavelength of the DBR-LD at high speed by such wavelength control using the plasma effect it becomes possible to modulate the harmonic output in the order of nsec and to perform gradation.
  • the oscillation wavelength of the DBR-LD was controlled and fixed at point A in the phase matching wavelength spectrum of FIG.
  • a pulse current as shown in Fig. 6 was applied to the DBR region to generate a plasma effect.
  • a rectangular pulse is applied to the DBR region as an example of the pulse current.
  • one of the major factors affecting the plasma effect is the shape of the rising part of the pulse. As the inclination of the rising portion is steeper, the carrier density instantaneously increases, so that the plasma effect can be effectively generated. Therefore, it is preferable to use a rectangular pulse as compared with, for example, a triangular pulse or a pulse having a blunt rising portion.
  • the width of the pulse may be arbitrarily set because it hardly affects the plasma effect. However, if the pulse width is wide, heat is generated in the DBR region. Therefore, the pulse width is preferably as narrow as possible.
  • FIG. 7 is a diagram showing a change in harmonic output (dot-dash line in the figure) when a pulse current (solid line in the figure) similar to that in FIG. 6 is applied after fixing to point A.
  • the control is performed such that the harmonic output decreases linearly at an arbitrary time up to the target output value A7 at time t7. That is, it is assumed that the output values A1 to A7 of the harmonics are the target output values at times t1 to t7, respectively.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the flow of processing when the pulse current is supplied to the DBR region and the harmonic output is controlled.
  • the microcomputer 61 calculates a target output value A1 at the time tl so that the target output value A7 is obtained at the time t7 (step S101). Subsequently, the microcomputer 61 calculates the height of the pulse current that achieves the target output value A1 (step S102), and controls the pulse circuit 66 for the DBR region to calculate the calculated height.
  • the applied pulse current is applied to the DBR section (step S103). As a result, the oscillation wavelength of the DBR-LD shifts to the lower wavelength side (step S104).
  • the pulse current should have a linear value as shown by the dotted line in Fig. 8. However, in reality, there is a temperature change in the DBR region, etc., so that even if the pulse current of the required height is adjusted, the harmonic output does not reach the target output value, in many cases.
  • step S105 the harmonic output emitted from the light wavelength conversion element 56 is measured by the photodetector 59 (step S105). Since the time t7 has not yet been reached, the control has not been completed (No in step S106), and the process returns to step S101 to perform feedback control based on the value measured by the photodetector 59. For example, assuming that the output of the pulse current at time tl is higher than the target output value A1, the height of the pulse current at time t2 calculated in step S102 is the ideal value indicated by the dotted line. Need to be larger than Hereinafter, the above processing is sequentially performed, and if the harmonic output measured at the previous time is larger than the target output value, it is necessary to further reduce the output value.
  • a predetermined coefficient is set according to the difference between the target output value and the value measured by the photo detector 59. It may be configured to hang.
  • the harmonic output changes instantaneously as the output changes (in this case, the output decreases) according to the amplitude (pulse height) of the pulse current.
  • continuous gradation can be achieved by using the slope of the phase matching wavelength spectrum.
  • the first embodiment it is possible to set the output of the harmonic whose wavelength has been converted by the optical wavelength converter using the DBR-LD to a desired value at a high speed. .
  • high-speed modulation and gradation of the laser light source can be performed, and the device can be used for a device such as a display device that requires high-speed response and output control.
  • the microcomputer 61 stops the supply of lop to the active area when the scan reaches the edge of the screen, and during that time checks and re-adjusts the DBR current to prepare for a stable harmonic output.
  • a high-output signal may be continuously output.
  • the temperature of the DBR-LD may gradually increase. pulse
  • the microcomputer 61 can be configured so as to gradually change lop and Idbr little by little to cancel a wavelength change caused by an increase in heat.
  • a semiconductor laser (3) including an active region for providing a gain, a distributed Bragg reflection region (DBR region) for controlling an oscillation wavelength, and a phase region for continuously changing a wavelength (3).
  • DBR region distributed Bragg reflection region
  • a method for controlling an SHG light source including an electrode LD) and a light wavelength conversion element made of a nonlinear optical crystal will be described.
  • the three-electrode LD applies a current to the phase region to change the refractive index of the phase region, thereby changing the substantial resonator length of the semiconductor laser to continuously oscillate the oscillation wavelength of the semiconductor laser without mode hopping. It is possible to change it.
  • FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of an output adjusting device for an SHG light source according to the second embodiment.
  • This output adjusting device is configured to convert a semiconductor laser (three-electrode LD) 74 having an active region 75, a DBR region 77, and a phase region 76, an optical wavelength conversion element 80, and a harmonic emitted from the optical wavelength conversion element 80 into parallel.
  • the active region 75, the DBR region 77, and the phase region 76 are shown as being separated for explanatory purposes.
  • the three-electrode LD 74 and the optical wavelength conversion element 80 are integrated into an SHG light source 78.
  • the control circuit 84 includes a microcomputer (current control means and pulse current control means) 85 for performing control, and a current (lop) for controlling a current (lop) applied to the active region 75 of the semiconductor laser.
  • the laser drive circuit 88, the DBR drive circuit 86, and the phase section drive circuit 87 have a function as a current injection unit in the present embodiment.
  • an active region pulse circuit 95 for applying a pulse current to the active region 75, a DBR region pulse circuit 97 for applying a pulse current to the DBR region 77, and a phase region noise circuit for applying a pulse current to the phase region 76 96 is added.
  • the active region noise circuit 95, the DBR region pulse circuit 97, and the phase region pulse circuit 96 have a function as pulse current injection means in the present embodiment.
  • the three-electrode LD 74 has a continuously tunable characteristic as shown in FIG.
  • Idbr and Iphase cannot be continuously tuned unless they are changed at a certain ratio
  • This ratio is not limited to 1.6, but may be arbitrary.
  • the optical wavelength conversion element 80 the same one as in the first embodiment was used.
  • the oscillation wavelength of the semiconductor laser can be continuously varied, so that the oscillation wavelength is fixed within the phase matching wavelength spectrum of the optical wavelength conversion element. It will be very easy to do.
  • the slope portion of the phase matching wavelength spectrum of the optical wavelength conversion element it is possible to easily change the harmonic output and obtain a desired harmonic output.
  • the inclined portion referred to here is a portion where the harmonic output is 5% or more of the peak output and 95% or less of the peak output in the phase matching wavelength spectrum shown in Fig. 5 as in the first embodiment. Is preferred. In order to set the output of the SHG light source, it is better to use a slope.
  • the slope portion where the harmonic output is 5% or more and 95% or less of the peak output has a characteristic that the output with respect to the wavelength changes almost linearly, so that gradation is easy.
  • the error accuracy of the control circuit is about ⁇ 5%, when using parts other than the sloped part, for example, when the harmonic output is fixed to a point exceeding 95% of the peak output, the three-electrode LD This is because there is a risk that a desired value cannot be obtained even if the oscillation wavelength is changed.
  • the change in the oscillation wavelength of the three-electrode LD due to lop, Idbr, and Iphase described above is a phenomenon that occurs thermally. This phenomenon occurs because the heat in the active region, DBR region, and phase region changes due to changes in lop, Idbr, and Iphase, and the refractive index in the active region, DBR region, and phase region fluctuates accordingly. Therefore, the change in oscillation wavelength is a phenomenon that occurs on the order of msec, and is not sufficient as a speed for outputting moving images as video.
  • Video In order to output light, a wavelength change speed of at least the order of MHz, that is, from nsec to several / isec is required.
  • a pulse circuit 95 for an active region that applies a pulse current to the active region a pulse circuit 97 for a DBR region that applies a pulse current to the DBR region, and a phase region that applies a pulse current to the phase region
  • a pulse current was applied using the pulse circuit 96 for application.
  • a pulse current is applied to the active region, DBR region, or phase region, for example, the carrier density inside the semiconductor increases, a phenomenon called a plasma effect occurs, and the refractive index of each part decreases instantaneously.
  • the oscillation wavelength of the three-electrode LD shifts instantaneously to the lower wavelength side. Also, since it is a pulse current, there is almost no thermal change.
  • the oscillation wavelength of the three-electrode LD was controlled, and fixed to point A in FIG. 5, as in the first embodiment.
  • a plasma effect was generated by applying a noise current to the phase region and the DBR region. Due to this plasma effect, the refractive indices of the phase part and the DBR part were instantaneously reduced, and the output of the harmonics was instantaneously reduced because the oscillation wavelength of the three-electrode LD was shortened.
  • the wavelength change can be realized by applying pulse current only to the DBR region or applying pulse current only to the phase region. As a result, even when a three-electrode LD was used, the characteristics shown in FIG. 7 were obtained, and continuous gradation was possible.
  • the second embodiment it is possible to set the output of the harmonic whose wavelength has been converted by the optical wavelength conversion element using the three-electrode LD to a desired value at a high speed. .
  • high-speed modulation and gradation of the laser light source can be performed, and the device can be used for a device requiring a high-speed response, such as a display device.
  • the microcomputer 85 stops the supply of the lop to the active area when the scan reaches the edge of the screen, during which time the Idbr and Iphase are checked and readjusted to prepare for a stable output of the harmonic output.
  • a high-output signal may be continuously output.
  • the temperature of the three-electrode LD may gradually increase.
  • the microcomputer 85 can be configured so as to gradually change Iphase and Idbr in advance so as to cancel a wavelength change caused by an increase in heat.
  • LiNbO LiNbO
  • LiTa ⁇ LiTa ⁇
  • KTP KTiOPoO
  • optical wavelength conversion elements 56, 8 are RbTiOAsO, RbTiOPO, etc. can also be used. Furthermore, the optical wavelength conversion elements 56, 8
  • a nonlinear organic polymer or the like may be used as a material of 0, a nonlinear organic polymer or the like may be used.
  • the coherent light source according to the present invention comprises a semiconductor laser having an active region and a distributed Bragg reflection region, and a non-linear optical crystal, and a laser emitted from the semiconductor laser.
  • a light wavelength conversion element for converting the wavelength of light a light detector for measuring a harmonic output from the light wavelength conversion element, and a current injection means for individually applying a current to the active region and the distributed Bragg reflection region.
  • a pulse current injection means for applying a pulse current to the region, and controlling the pulse current injection means based on a harmonic output measured by the photodetector, and changing an oscillation wavelength of the semiconductor laser to the optical wavelength conversion element.
  • Pulse current control means for changing to a desired value at an inclined portion in the phase matching wavelength spectrum.
  • the harmonic output of the laser light emitted from the semiconductor laser and having its wavelength converted by the light wavelength conversion element is measured by the photodetector.
  • the current control means first controls the current injection means, adjusts the current applied to the active region and the distributed Bragg reflection region, and fixes the oscillation wavelength of the semiconductor laser to the slope in the phase matching wavelength spectrum. .
  • the pulse current injection means applies the pulse current to at least four regions of the active region and the distributed Bragg reflection region.
  • the refractive index in the region to which the pulse current is applied is instantaneously reduced, and the wavelength of the harmonic shifts to the lower wavelength side, so that the harmonic output decreases.
  • the harmonic output can be rapidly and continuously changed to a desired value.
  • the coherent light source is the coherent light source (1), wherein the current control means controls the current injection means to apply a current to the active region when stopping harmonic output. Stopping is a special feature.
  • the harmonic output becomes zero. Therefore, by stopping the current applied to the active region, the harmonic output can be reliably stopped.
  • the coherent light source is the coherent light source (1), wherein the pulse current control means controls the pulse current injection means when stopping the output of the harmonic wave, thereby controlling the active region and the distributed Bragg. It is characterized in that a pulse current is applied to the reflection area.
  • the coherent light source is a coherent light source (3), and the pulse current applied by the pulse current injecting means has a higher harmonic wavelength due to the pulse current, and a phase matching wavelength spectrum of the optical wavelength conversion element. It has a pulse height that fluctuates outward.
  • the coherent light source is the coherent light source (1) or (2), wherein the current applied to the distributed Bragg reflection region is adjusted when the harmonic output is stopped. I do.
  • the coherent light source is any of the coherent light sources (1) to (5), and when the high-power state of the harmonics is continuous, the current control means controls the current injection means, A current applied to at least one of the active region and the distributed Bragg reflection region is adjusted to keep the wavelength of the harmonic wave constant.
  • the coherent light source is a coherent light source (1), wherein the semiconductor laser is further provided with a phase region, and the current injection means applies a current also to the phase region.
  • the current control means controls the current injection means based on a harmonic output measured by the photodetector, and changes a current applied to the distributed Bragg reflection region and the phase region at a constant ratio.
  • the oscillation wavelength of the semiconductor laser The wavelength conversion element is fixed to an inclined portion in a phase matching wavelength spectrum of the wavelength conversion element, and the panelless current injection unit is configured to apply a pulse to at least one of the active region, the distributed Bragg reflection region, and the phase region. It is characterized by the ability to reduce the current.
  • the harmonic output of the laser light emitted from the semiconductor laser and having its wavelength converted by the light wavelength conversion element is measured by the photodetector.
  • the current control means controls the current injection means, adjusts the current applied to the active region, the distributed Bragg reflection region and the phase region, and adjusts the oscillation wavelength of the semiconductor laser within the phase matching wavelength spectrum.
  • the pulse current injection means applies the pulse current to at least one of the active region, the distributed Bragg reflection region, and the phase region.
  • the refractive index in the region to which the pulse current is applied instantaneously decreases, and the wavelength of the harmonic shifts to the lower wavelength side, so that the harmonic output decreases.
  • the degree to which the harmonic output is reduced is controlled by the pulse current control means, the harmonic output can be rapidly and continuously changed to a desired value.
  • the coherent light source is a coherent light source (7), wherein the current control means controls the current injection means to apply a current to the active region when stopping harmonic output. Stopping is a special feature.
  • the harmonic output becomes zero. Therefore, by stopping the current applied to the active region, the harmonic output can be reliably stopped.
  • the coherent light source is a coherent light source (7), wherein the pulse current control means controls the pulse current injection means when stopping the output of the harmonic wave, so that the active region and the distributed Bragg are controlled.
  • a pulse current is applied to a plurality of regions out of the reflection region and the phase region.
  • the wavelength of the harmonic can be instantaneously changed to outside the phase matching wavelength spectrum, and the output of the harmonic can be stopped.
  • the coherent light source is a coherent light source (9), wherein the pulse current applied by the pulse current injecting means is such that the wavelength of a higher harmonic wave by the pulse current is a phase matching wavelength spectrum of the optical wavelength conversion element. It has a pulse height that fluctuates outward.
  • the coherent light source is the coherent light source (7) or (8), and adjusts a current applied to the distributed Bragg reflection region or the phase region when the output of the harmonic is stopped. It is characterized by.
  • the coherent light source is any of the coherent light sources (7) to (11), and when the high-power state of the harmonics is continuous, the current control means controls the current injection means, A current applied to at least one of the active region, the distributed Bragg reflection region, and the phase region is adjusted to keep the wavelength of the harmonic wave constant.
  • the coherent light source is any one of the coherent light sources (1) to (12), and the inclined portion in the phase matching wavelength spectrum is high in the phase matching wavelength spectrum.
  • the harmonic output is the part where the peak output is 5% or more and 95% or less of the peak output.
  • the portion where the harmonic output is 5% or more and 95% or less of the peak output changes almost linearly. Therefore, by fixing the oscillation wavelength of the semiconductor laser to the inclined portion, the gradation can be changed continuously and easily.
  • the coherent light source is a coherent light source (13), and the inclined portion in the phase matching wavelength spectrum is a portion on the wavelength side lower than a peak wavelength in the phase matching wavelength spectrum. It is characterized by.
  • the current applied to the distributed Bragg reflection region can be made smaller than when the wavelength is fixed to the portion on the higher wavelength side, so that the power consumption is suppressed. be able to.
  • the coherent light source is any of the coherent light sources (1) to (14), wherein the current control means controls a current injection means to apply a current applied to the distributed Bragg reflection region to the semiconductor.
  • the laser oscillation wavelength is fixed immediately after the mode hop.
  • the oscillation wavelength of the semiconductor laser is mode hopped, mode hops occur due to temperature change or the like, and the oscillation wavelength becomes unstable immediately. Therefore, the oscillation wavelength can be stabilized by fixing it immediately after the mode hop.
  • the coherent light source is any of the coherent light sources (1) to (15), wherein the pulse current applied by the pulse current injection means is a rectangular pulse.
  • the carrier density in the semiconductor to which the rectangular panel is added is increased, and the harmonic output is reduced instantaneously. be able to.
  • the display device is a display device that projects laser light whose intensity is modulated according to an input video signal, and includes a laser light source that emits red laser light and In (1) to (16), which emit blue laser light, Combining the coherent light source described above, the coherent light source according to any one of (1) to (16), which emits green laser light, and the red, blue, and green laser lights into one laser light Multiplexing means, first scanning means for scanning one laser beam multiplexed by the multiplexing means in a predetermined first direction, and a laser beam scanned in the first direction. And second scanning means for scanning in the second direction perpendicular to the first direction.
  • the coherent light source that changes the oscillation wavelength of the semiconductor laser instantaneously by applying a pulse current is used as the light source of the blue and green laser lights, the output modulation can be performed at high speed. It is possible to realize a display device which can perform the operation and can obtain a continuous gradation.
  • the display device is a display device (17), wherein the first running means and the second running means are selected from a polygon mirror comprising a rotating polygon mirror and a galvanomirror. Characterized by a combination of
  • a laser display according to the present invention includes the display device according to (17) or (18), and a screen that projects laser light from the display device.
  • a laser display wherein, at an end of the screen, the current control means, which receives the input video signal, controls the current injection means to stop supplying current to the active region, and stops the current from the semiconductor laser. When the output is stopped, the current control means adjusts the current applied to the distributed Bragg reflection region.
  • the current control means continuously adjusts the current applied to the distributed Bragg reflection area. This includes, for example, checking and re-adjusting the current flowing into the distributed Bragg reflection region. It is. Thereby, when the suspension of the output from the semiconductor laser is released, the laser beam can be stably output.
  • the method for controlling a coherent light source provides a method of controlling a harmonic output from an optical wavelength conversion element that is made of a nonlinear optical crystal and converts the wavelength of laser light emitted from a semiconductor laser. Is detected by a photodetector, and based on the output of the photodetector, the current applied to the active region and the distributed Bragg reflection region provided in the semiconductor laser is controlled to control the harmonic detected by the photodetector. After fixing the wave output to an inclined portion in the phase matching wavelength spectrum of the optical wavelength conversion element, a pulse current is applied to the active region or the distributed Bragg reflection region, and the harmonic detected by the photodetector is applied. It is characterized in that the wave output is changed to a desired value at a slope in the phase matching wavelength spectrum of the light wavelength conversion element.
  • the main applications of the coherent light source described above include a drawing device, a measuring device, an optical disk device, and the like in addition to the display device described above.
  • a coherent light source using a wavelength conversion element which is useful in the present invention, can modulate an SHG light source at high speed, and is useful, for example, as a light source for a display.

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Abstract

　コヒーレント光をスクリーン上に走査させ、映像を映し出すディスプレイ装置においてはコヒーレント光源の高速な変調と階調が必要となる。 　コヒーレント光源にパルス電流を加え、プラズマ効果を発生させることで基本波を出力する半導体レーザの発振波長を高速に変化させる。波長変化により、光波長変換素子から発生する高調波の出力が変化するため、これを用いて階調を行う。

Description

明 細 書
コヒーレント光源およびその制御方法、並びにそれらを用いたディスプレ ィ装置およびレーザディスプレイ
技術分野
[0001] 本発明は、波長変換素子を用いたコヒーレント光源およびその制御方法、並びにそ れらを用いたディスプレイ装置およびレーザディスプレイに関するものである。
背景技術
[0002] 図 11に従来のこの種のディスプレイ装置の一例として、レーザディスプレイ 100の 概略構成を示す。図において、 RGB3色のレーザ光源 101aないし 101cからのコヒ 一レント光は光変調器 106aないし 106cにより入力映像信号に応じて強度変調され 、ダイクロイツクミラー 102a、 102bにて合波される。さらにポリゴンスキャナ（ポリゴンミ ラー） 104にて水平方向に、ガルバノミラー 105によって垂直方向に、それぞれ走查 され、スクリーン 108上に 2次元の画像が表示される。
[0003] この構成のディスプレイでは、 RGBそれぞれの光源の光が単色光であるため、適 当な波長のレーザ光源を用いることで、 NTSC信号よりも表示可能な色範囲が広がり 、色純度が高ぐ鮮やかな画像の表示が可能となる。
[0004] 図 12はこの従来のレーザディスプレイに接続可能な機器を示すものである。この従 来例のレーザディスプレイは RGB端子により映像信号を入力するものとしており、ノ ート PC等のパーソナルコンピュータ 201、ビデオゲーム機 202、各種 DVD等の光デ イスクプレーヤ 203、 VTRとの一体型を含む光ディスクレコーダ 204、カメラ一体型 V TR205、据え置き型 VTR206、 BS/CSチューナ 207、 TV208、各種光ディスクド ライブとの一体型を含むハードディスクレコーダ 209、インターネット放送用 STB (Set Top Box) 210、 CATV用 STB211、地上波デジタノレ放送用 STB212、 BS HD TV放送用 STB213等、 RGB信号の出力端子を有するものであれば、接続が可能 である。
[0005] この他、レーザディスプレイと接続する機器が出力する信号のフォーマットに合わせ て、 D4入力端子、 DVI—D入力端子、 IEEE1394端子、コンポーネント端子、 S端子 、ビデオ端子等を設けてもよい。
[0006] この種のディスプレイ装置の小型化'省電力化を図り、持ち運びを容易にするため には、レーザ光源 101aないし 101cを直接変調し、光変調器 106aないし 106cを取 り除く必要がある。前記従来の構成において、 RGB光源の内、赤色 (R)光源は半導 体レーザを、緑色（G)および青色（B)光源は SHG光源を用いる必要がある。 NTSC 信号よりも表示可能な色範囲が広ぐ色純度が高ぐ鮮やかな画像の表示を可能とす るには波長 530nm近傍の緑色光および波長 450nm近傍の青色光が必要であるが 、高出力化が可能で信頼性の確保が可能な緑色用および青色用の半導体レーザが 現時点で存在しないため SHG光源の利用が必要となる。ディスプレイ用の光源への 利用を考えると、 SHG光源の出力を高速で変調させるとともに出力の階調を行う必 要がある。なお、赤色については半導体レーザを高速変調し階調を実現することが 可能である。
[0007] 例として 800本（水平方向） X 600本（垂直方向）の 2次元走査を毎秒 30フレーム 行う場合、 14. 4MHzの周波数で出力変調させるとともに少なくとも 256段階程度の 出力階調を行う必要がある。 SHG光源の出力を変化させるには（特許 03329446に 示されるように)分布ブラッグ反射領域や位相領域を備えた半導体レーザを用い、直 流電源を用いて分布ブラッグ反射領域や位相領域へ加える電流を変化させ、各部の 熱上昇により発生する屈折率変化により半導体レーザの発振波長を SHG素子の位 相整合波長スペクトル内で変化させる方法がある。しかし、このような方法では屈折 率変化が熱的に発生するため、変化に要する時間が msecオーダーと長ぐ MHzォ ーダ一の変調は困難である。
特許文献 1 :特開 2003 - 98476号公報（第 4頁 図 1)
発明の開示
[0008] この発明は、上記のような SHG光源の光出力の変調に関する問題点を解決するた めになされたもので、 SHG光源の出力変調の高速化を図りながら階調を実現するこ とを目的としている。
[0009] この目的のために本発明の一態様に係るコヒーレント光源は、活性領域および分 布ブラッグ反射領域を備えた半導体レーザと、非線形光学結晶からなり、当該半導 体レーザから出射されたレーザ光の波長を変換する光波長変換素子と、前記光波長 変換素子からの高調波出力を測定する光検出器と、前記活性領域および前記分布 ブラッグ反射領域に個別に電流を加える電流注入手段と、前記光検出器で測定され る高調波出力に基づいて前記電流注入手段を制御し、前記半導体レーザの発振波 長を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定する電流制 御手段と、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のいずれか 1つ の領域へパルス電流を加えるパルス電流注入手段と、前記光検出器で測定される高 調波出力に基づレ、て前記パルス電流注入手段を制御し、前記半導体レーザの発振 波長を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部で所望の値に変 化させるパルス電流制御手段と、を備えることを特徴とする。
[0010] この態様によれば、半導体レーザから出射され、光波長変換素子により波長が変 換されたレーザ光の高調波出力は、光検出器により測定されている。この状態で、ま ず、電流制御手段は電流注入手段を制御し、活性領域および分布ブラッグ反射領 域に加える電流を調整し、半導体レーザの発振波長を位相整合波長スペクトル内の 傾斜部に固定する。続いて、パルス電流注入手段は、少なくとも活性領域および分 布ブラッグ反射領域のいずれ力 1つの領域にパルス電流を加える。これにより、当該 パルス電流が加えられた領域の屈折率が瞬間的に低下し高調波の波長が低波長側 にシフトするので、高調波出力は減少する。このとき、どの程度高調波出力を減少さ せるかはパルス電流制御手段により制御されているので、高調波出力を所望の値に 高速にかつ連続的に変化させることができる。
[0011] また、本発明の一態様に係るコヒーレント光源の制御方法は、非線形光学結晶から なり、半導体レーザから出射されたレーザ光の波長を変換する光波長変換素子から の高調波出力を光検出器で検出し、当該光検出器の出力に基づいて、前記半導体 レーザに備えられた活性領域および分布ブラッグ反射領域へ加える電流を制御して
、前記光検出器で検出される高調波出力を前記光波長変換素子の位相整合波長ス ぺ外ル内の傾斜部に固定した後、前記活性領域または前記分布ブラッグ反射領域 へパルス電流を加え、前記光検出器で検出される高調波出力を前記光波長変換素 子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部で所望の値に変化させることを特徴とする。 [0012] この態様に係る制御方法を用いたコヒーレント光源によれば、高調波出力を所望の 値に高速にかつ連続的に変化させることが可能となる。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]レーザディスプレイの概略構成図
[図 2]SHG光源の出力調整装置を示す図
[図 3]DBR-LDにおいて lopを変化させたときの発振波長特性を示す図
[図 4]DBR— LDにおいて Idbrを変化させたときの発振波長特性を示す図
[図 5]光波長変換素子の位相整合波長スペクトルを示す図
[図 6]DBR領域への印加パルス電流を示す図
[図 7]DBR領域へパルス電流を加えた際の高調波出力特性を示す図
[図 8]DBR領域にパルス電流をカ卩え、高調波出力を制御する際の処理の流れを示す フローチャート
[図 9]実施の形態 2における 3電極 LDを用いた SHG光源の出力調整装置の概略構 成を示すブロック図
[図 10]3電極 LDにおいて Idbrと Iphaseの比率を一定にして Idbrを変化させたときの 発振波長特性を示す図
[図 11]レーザディスプレイの概略構成を示す図
[図 12]従来のレーザディスプレイに接続可能な機器を示す図
発明を実施するための最良の形態
[0014] (実施の形態 1)
図 1に、レーザディスプレイの概略構成を示す。図において、 RGB3色のレーザ光 源 laないし lcからのコヒーレント光は入力映像信号に応じて強度変調され、ダイク口 イツクミラー（合波手段） 2a、 2bにて合波される。さらに回転多面鏡からなるポリゴンス キヤナ（ポリゴンミラー、第 1の走査手段) 4にて水平方向に、ガルバノミラー（第 2の走 查手段） 5によって垂直方向に、それぞれ走査され、スクリーン 8上に 2次元の画像が 表示される。この水平方向の走査手段と垂直方向の走査手段としては、上記に限ら れず、ポリゴンスキャナ 4とガルバノミラー 5との任意の組み合わせが可能である。また 、 Green用の光源 lbおよび Blue用の光源 lcには SHG光源を使用した。 Red用の 光源 laには半導体レーザを用いており、出力の変調を高速かつ直接行うことが可能 である。また、本明細書においては、レーザディスプレイからスクリーンを除いた構成 を持つ装置をディスプレイ装置とレヽぅ。
[0015] 本実施の形態 1における SHG光源は、利得を与えるための活性領域および発振 波長を制御するための分布ブラッグ反射領域 (DBR領域）を備えた半導体レーザ (D BR— LD)と、非線形光学結晶からなる光波長変換素子とを具備している。ここでは S HG光源の出力変調制御方法について説明する。なお、 DBR— LDは DBR領域へ 電流を加え、 DBR領域の温度を上昇させ、 DBR領域の屈折率を変化させることによ つて半導体レーザの発振波長を変えることが可能である。
[0016] 図 2は、実施の形態 1における SHG光源および当該 SHG光源の出力調整装置の 概略構成を示す図である。本明細書においては、 SHG光源単独、並びに SHG光源 および当該 SHG光源の出力調整装置を合わせた全体をコヒーレント光源という。こ の出力調整装置は、活性領域 52および DBR領域 53を有する半導体レーザ (DBR— LD) 51と、光波長変換素子 56と、光波長変換素子 56から出射された高調波を平行 光にするためのコリメートレンズ 57および基本波をカットするための波長選択フィルタ 一 58と、平行光の一部を分岐するビームスプリツター 54と、高調波出力をモニターす るためのフォトディテクター（光検出器） 59と、各部を制御する制御回路 60とから構成 される。この図 2において、活性領域 52と DBR領域 53は説明のために分割して示し ているが、実際には一体となっている。また、 DBR— LD51と光波長変換素子 56とは 一体化されており SHG光源 55となっている。
[0017] 上記制御回路 60には、制御を行うためのマイクロコンピュータ（電流制御手段およ びパルス電流制御手段） 61と、半導体レーザの活性領域 52へ加える電流（以下、 Io pと記する）を制御するためのレーザ駆動回路（電流注入手段） 63と、 DBR領域 53へ 加える電流（以下、 Idbrと記する）を制御するための DBR駆動回路（電流注入手段） 64とが組み込まれている。さらに活性領域 52へパルス電流をカ卩える活性領域用パ ノレス回路（パルス電流注入手段） 65と DBR領域へパルス電流を加える DBR領域用 パルス回路 (パルス電流注入手段） 66が付加されている。
[0018] 本実施の形態 1において、 DBR—LD51は、例えば AlGaAs系半導体レーザであり 、出力は定格 100mW、しきい値は 30mA、 lOOmW出力時の動作電流は 150mA であった。また、光波長変換素子 56としては素子長 10mmの分極反転型光導波路 デバイスを用い、マグネシウムをドーピングしたニオブ酸リチウム基板上に、光導波路 と周期的な分極反転領域を設けたものを用レ、た。
[0019] この光波長変換素子 56から青色光を出射させる場合には、例えば、 850nm帯の レーザ光を出射する DBR— LD51を用レ、、分極反転周期を 3. 2 z mとすればよい。 これにより、波長 425nm程度の青色光を得ることができる。また、波長変換素子 56か ら緑色光を出射させる場合には、例えば、 1064nm帯のレーザ光を出射する DBR- LD51を用レ、、分極反転周期を 6. とすればよレ、。これにより、波長 532nm程 度の緑色光を得ることができる。
[0020] 以下に、本実施の形態 1の SHG光源において所望の出力を得ると共に、その出力 を高速に変調し、出力階調を実現する制御方法について説明する。
[0021] 図 3に、 lopの変化に対する DBR— LDの発振波長の変化を示す。ここでは ldbr=0 mAとしている。図 3の実線は lopを増加させた場合の波長変化を示している。図 3中 の点線は lopを低下させた場合の波長変化を示している。図 3から、 lopの増加と共に DBR— LDの発振波長がモードホップを繰り返しながら変化するのがわかる。このよう にモードホップが生じるのは、 DBR領域の影響を受けているためである。
[0022] また、図 3に示すように、 lopの変化に対する DBR— LDの発振波長は、ヒステリシス 特性を有している。本実施の形態 1の DBR— LDでは、モードホップした直後の点（E 点）力 ± 30mAの間モードホップしないことを確認できた。このことは、モードホップ した点が最も安定な点であることを示してレ、る。 DBR— LDの発振波長を制御する際 にはモードホップ点付近で波長変化させるのが安定である。このときの波長変化は、 0. 004nmZmAであった。このことは、 DBR— LDの発振波長を、モードホップ無し で連続的に ± 0. 12nmだけ変化させることができることを意味している。
[0023] 図 4には Iop = 100mAと一定にし、 Idbrを変化させたときの特性を示す。図 4より、 I dbrを増加させると、 DBR-LD51の発振波長がステップ状に増加することがわかる。 本実施の形態においては、このステップの幅 (横軸方向）はおよそ 10mAであり、ステ ップの高さ（縦軸方向）はおよそ 0. lnmである。また、 Idbrを増加させるときと減少さ せるときとで発振波長が異なり、図のようにヒステリシス特性を有している。このため、 I dbrをモードホップする電流値の近傍（図の B点及び C点）に固定すると、環境温度変 化等によるモードホップを起こしやすぐ発振波長が不安定になる。したがって、発振 波長を安定化させるためには、 Idbrを半導体レーザの発振波長がモードホップした 直後の電流値のところ（図の A点）に固定することが好ましい。図 3、 4より、 lopと Idbr を変化させることで限られた範囲内で DBR— LDの発振波長を連続的に変化させら れることがゎカゝる。
[0024] 図 5に、光波長変換素子 56の位相整合波長スペクトルを示す。この図においては、 ピーク出力を「1」として高調波出力を規格化してある。図 5に示すように、光波長変換 素子は基本波である半導体レーザの発振波長に対して、基本波から高調波への変 換効率が異なる。例えば、光波長変換素子長が： L0mmの場合、高調波出力がピー ク出力の半値となる位相整合波長許容幅（半値半幅）は 0. 08nmと非常に狭い。こ の図 5からわかるように、高調波を出力させるためには半導体レーザの発振波長を光 波長変換素子の位相整合波長スペクトル内に合わせる必要がある。ここで、位相整 合波長スペクトル内とは、ピーク波長を含み、当該ピーク波長の低波長側及び高波 長側において高調波出力が極小になる波長の範囲のことである。つまり、図 5のサイ ドローブ部は、位相整合波長スペクトル外ということになる。尚、ピーク波長とは、高調 波出力が最大（ピーク出力）となる波長のことをいう。
[0025] そして、 DBR— LDを用いて半導体レーザの発振波長を光波長変換素子 56の位相 整合波長スペクトル内に固定し、高調波出力を得る。位相整合波長スペクトル内で図 3、 4に示すように lopや Idbrを変化させて DBR— LDの発振波長を変化させれば高 調波の出力を変化させることができ、出力の階調が可能となる。ただし、図 3に示した ように、 Idbrを固定して lopを変化させる場合には、限られた範囲内（本実施の形態 においては、 ± 0. 12nm)でしか DBR— LDの発振波長を連続的に変化させられな レ、。したがって、広い範囲で階調を行うためには、この変化させられる波長の値が、 おおよそ位相整合波長スペクトルの半値半幅（本実施の形態においては、 0. 08nm )よりも大きレ、ことが必要である。
[0026] 図 5に示す位相整合波長スペクトルのうち、高調波出力がピーク出力の 5。/0以上、 かつ、 95%以下となる部分を傾斜部とする（スペクトルの太線部）。この傾斜部は、波 長に対する出力がほぼリニアに変化するため階調しやすいという特性がある。そのた め、 SHG光源の出力を設定するには傾斜部を用いるのがよい。
[0027] また、この傾斜部は、ピーク波長より低波長側と高波長側とにそれぞれ 1つずつある 。これらのうち、 SHG光源の出力を設定するにはピーク波長より低波長側の部分を 用いることが好ましい。これは、図 4からわかるように、ピーク波長より低波長側の部分 に波長を固定する方が、高波長側の部分に波長を固定する場合に比べて Idbrを小 さくできる、つまり消費電力を低く抑えることができるからである。
[0028] また、制御回路の誤差精度が ± 5%程度あるために、傾斜部以外の部分を使用す る場合、たとえば高調波出力をピーク出力の 95%を超える点に固定した場合におい ては、 lopや Idbrを変化させても所望の値を得られなレ、危険性があるからである。
[0029] これまで説明した lopや Idbrによる DBR— LDの発振波長の変化は熱的に発生する 現象である。 lopや Idbrの変化により活性領域や DBR領域の熱が変化し、それに伴 い活性領域や DBR領域の屈折率が変動するために発生する現象である。よって発 振波長の変化は msecのオーダーで生じる現象であり、動画を映像として出力させる ためのスピードとしては不十分である。動画を出力するには最低でも MHzオーダー、 つまり nsec力 数 μ secオーダーの波長変化スピードが要求される。
[0030] そこで、 DBR領域へパルス電流を加える DBR領域用パルス回路 66を用いてパル ス電流をカ卩えた。活性領域や DBR領域へパルス電流を加えると、例えば、半導体内 部でのキャリア密度が上昇し、プラズマ効果という現象が発生し、 DBR部の屈折率が 瞬間的に低下する。このとき、 DBR— LDの発振波長は瞬時に低波長側へシフトする ため、高調波の出力が減少する。また、ノ^レス電流であるため熱的な変化はほとんど 発生しない。このようなプラズマ効果を用いた波長制御により、 DBR— LDの発振波長 を高速に制御することで、高調波出力を nsecオーダーで変調するとともに階調するこ とが可能となる。
[0031] 具体的に説明すると、まず DBR— LDの発振波長を制御し図 5の位相整合波長ス ぺクトル内の A点に固定した。次に DBR領域へ図 6のようなパルス電流を加えプラズ マ効果を発生させた。ここで、パルス電流の一例として矩形パルスを DBR領域へ加 えたが、プラズマ効果に影響を与える大きな要因の一つはパルスの立ち上がり部の 形状である。この立ち上がり部の傾きが急峻であるほど瞬間的にキャリア密度が上昇 するので、プラズマ効果を有効に発生させることができる。したがって、例えば、三角 形パルスや立ち上がり部が鈍った形状のパルス等に比較して、矩形パルスを用いる ことが好ましい。また、プラズマ効果にほとんど影響を与えないためノ^レス幅は任意 で構わないが、パルス幅が広いとその分 DBR領域において熱が発生する。そのため 、パルス幅は、できるだけ狭い方が好ましい。
[0032] 図 7は A点に固定後、図 6と同様のパルス電流（図の実線）を加えた際の高調波出 力（図の一点鎖線）の変化を示す図である。この例では、時刻 t7において目標出力 値 A7になるように、そこまでの任意の時刻において高調波出力が直線的に減少して レ、くように制御するものとする。つまり、高調波の出力値 A1— A7は、それぞれ時刻 t 1一 t7における目標出力値であるとする。また、図 8は DBR領域にパルス電流をカロえ 、高調波出力を制御する際の処理の流れを示すフローチャートである。
[0033] まず、マイクロコンピュータ 61は、時刻 t7において目標出力値 A7になるように、時 刻 tlにおける目標出力値 A1を算出する（ステップ S101)。続いて、マイクロコンピュ ータ 61は、その目標出力値 A1を達成するパルス電流の高さを算出し (ステップ S10 2)、 DBR領域用パルス回路 66を制御することで、算出された高さを有するパルス電 流を DBR部に加える（ステップ S103)。これにより、 DBR— LDの発振波長が低波長 側にシフトする（ステップ S104)。高調波出力を変化させる要因がなければ、理想的 には、パルス電流の高さは図 8に点線で示したように直線的な値を取るはずである。 し力 ながら、実際は、 DBR領域の温度変化等があるため、求められた高さのパルス 電流をカ卩えても高調波出力は目標出力値に達しなレ、ことが多レ、。
[0034] そこで、光波長変換素子 56から出射された高調波出力をフォトディテクター 59で測 定する（ステップ S105)。まだ、時刻 t7に至っていないので、制御は終了しておらず（ ステップ S106で No)、ステップ S101に戻り、フォトディテクター 59で測定された値を もとにフィードバック制御を行う。例えば、時刻 tlでパルス電流をカ卩えた結果、 目標出 力値 A1よりも高調波出力が大きかったとすると、ステップ S102で算出される時刻 t2 におけるパルス電流の高さは、点線で示した理想的な値よりも大きくする必要がある [0035] 以下、上記の処理を順次行っていき、前の時刻で測定された高調波出力が目標出 力値よりも大きければ、より出力値を下げる必要があるのでパルス電流の高さを理想 的な値よりも大きく算出し、逆に前の時刻で測定された高調波出力が目標出力値より も小さければ、より出力値を上げる必要があるのでパルス電流の高さを小さく算出す ればよレ、。このとき、パルス電流の高さを理想的な値に対して、大きくあるいは小さく する際には、例えば、 目標出力値とフォトディテクター 59により測定された値との差に 応じて、所定の係数を掛けるような構成であってもよい。
[0036] 以上図 7を用いて説明したように、高調波出力がパルス電流の振幅 (パルス高さ）に 応じて出力が変化 (今回の場合出力が減少）するとともに瞬時に変化する。また、位 相整合波長スペクトルの傾斜部を用いることで連続的な階調が可能となる。
[0037] 以上のように、本実施の形態 1においては、 DBR— LDを用いて光波長変換素子で 波長変換された高調波の出力を所望の値に高速で設定することが可能となった。こ れにより、レーザ光源の高速変調と階調が可能となり、ディスプレイ装置などの高速 応答および出力制御が必要な装置への利用が可能となる。
[0038] 次に、ディスプレイ用の光源として利用する場合には映像信号の無い場合 (黒を出 力する場合）への対応が必要となる。この場合、活性領域へカ卩える電流である lopを ゼロにするのが最も効果的である。 Iop = 0では半導体レーザからの基本波の出力が なくなるため高調波出力も必然的にゼロとなる。他の手段として、活性領域および DB R領域へパルス電流をカ卩え、 DBR— LDの発振波長を大きく変動させ位相整合波長 スペクトル内力 スペクトル外へ波長を変動させれば高調波出力がゼロとなる。
[0039] また、レーザ光をスキャンして映像を出力させる際、画面の端は常に映像出力が無 い状態であるので、この領域を利用し、光源出力の安定化を図ることが可能である。 マイクロコンピュータ 61は、スキャンが画面の端に差し掛かったところで活性領域へ の lopの供給をストップし、その間に DBR電流の確認や再調整を行い、高調波出力 の安定出力に備えるのである。
[0040] さらに、ディスプレイ用の光源として利用する場合、高出力の信号が連続して出力さ れる場合がある。このとき、 DBR-LDの温度が徐々に上昇する場合がある。パルス 電流を加え、プラズマ効果による制御だけでは熱の変化を抑えきれない場合が発生 するのである。この場合、マイクロコンピュータ 61が、あら力じめ lopや Idbrを少しずつ 変化させて熱の上昇により発生する波長変化をキャンセルするように構成することが できる。
[0041] (実施の形態 2)
本実施の形態 2においては、利得を与えるための活性領域、発振波長を制御する ための分布ブラッグ反射領域 (DBR領域）および波長を連続的に変化させるための 位相領域を備えた半導体レーザ (3電極 LD)と、非線形光学結晶からなる光波長変 換素子とを具備した SHG光源の制御方法について説明する。なお、 3電極 LDは、 位相領域に電流を加え、位相領域の屈折率を変化させることにより、半導体レーザの 実質的な共振器長を変えることでモードホップすることなく半導体レーザの発振波長 を連続的に変化させることが可能である。
[0042] 図 9は、実施の形態 2における SHG光源の出力調整装置の概略構成を示す図で ある。この出力調整装置は、活性領域 75、 DBR領域 77および位相領域 76を有する 半導体レーザ（3電極 LD) 74と、光波長変換素子 80と、光波長変換素子 80から出 射された高調波を平行光にするためのコリメートレンズ 81および基本波をカットする ための波長選択フィルター 82と、高調波の一部を分岐するビームスプリツター 79と、 高調波出力をモニターするためのフォトディテクター（光検出器） 83と各部を制御す る制御回路 84とから構成される。この図 9において、活性領域 75、 DBR領域 77およ び位相領域 76は説明のために分割して示している力 実際には一体となっている。 また、 3電極 LD74と光波長変換素子 80とは一体化され SHG光源 78となっている。
[0043] 上記制御回路 84には、制御を行うためのマイクロコンピュータ（電流制御手段およ びパルス電流制御手段） 85と、半導体レーザの活性領域 75へ加える電流（lop)を制 御するためのレーザ駆動回路 88と、 DBR領域 77へ加える電流（Idbr)を制御するた めの DBR駆動回路 86と、位相領域 76へ加える電流（以下、 Iphaseと記する）を制御 するための位相部駆動回路 87とが組み込まれている。このレーザ駆動回路 88、 DB R駆動回路 86および位相部駆動回路 87は、本実施の形態における電流注入手段と しての機能を有する。 [0044] さらに活性領域 75へパルス電流を加える活性領域用パルス回路 95と DBR領域 77 へパルス電流を加える DBR領域用パルス回路 97と位相領域 76へパルス電流を加 える位相領域用ノ^レス回路 96とが付加されている。この活性領域用ノ^レス回路 95、 DBR領域用パルス回路 97および位相領域用パルス回路 96は、本実施の形態にお けるパルス電流注入手段としての機能を有する。
[0045] 本実施の形態 2において、 3電極 LD74は図 10に示すように連続波長可変特性を 有している。ここで、 Idbrと Iphaseとは、ある一定の比率で変化させなければ連続的 にチューニングできないため、本実施の形態 2においては Idbrと Iphaseの比率を Iph ase/ldbr= l . 6で変化させた。なお、この比率は 1. 6に限られず任意でよレ、。また 、光波長変換素子 80としては、実施の形態 1と同様のものを用いた。
[0046] 本実施の形態 2のように 3電極 LDを用いた場合には、半導体レーザの発振波長を 連続的に可変できるため、光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内に発振波 長を固定することが非常に容易となる。また、実施の形態 1と同様に光波長変換素子 の位相整合波長スペクトルの傾斜部を用いることによって、高調波出力を容易に変 化させ、所望の高調波出力を得ることが可能である。
[0047] ここで言う傾斜部は、実施の形態 1と同様に図 5に示す位相整合波長スペクトルに おいて、高調波出力がピーク出力の 5%以上、かつ、 95%以下となる部分であるの が好ましい。 SHG光源の出力を設定するには傾斜部を用いるのがよい。高調波出力 がピーク出力の 5%以上かつ 95%以下の傾斜部は波長に対する出力がほぼリニア に変化するため階調しやすいという特性がある。また、制御回路の誤差精度が ± 5% 程度あるために、傾斜部以外の部分を使用する場合、たとえば高調波出力をピーク 出力の 95%を超える点に固定した場合においては、 3電極 LDの発振波長を変化さ せても所望の値を得られない危険性があるからである。
[0048] これまで説明した lopや Idbr、 Iphaseによる 3電極 LDの発振波長の変化は熱的に 発生する現象である。 lopや Idbr、 Iphaseの変化により活性領域や DBR領域や位相 領域の熱が変化し、それに伴レ、活性領域や DBR領域や位相領域の屈折率が変動 するために発生する現象である。よって発振波長の変化は msecのオーダーで生じる 現象であり、動画を映像として出力させるためのスピードとしては不十分である。動画 を出力するには最低でも MHzオーダー、つまり nsecから数/ i secオーダーの波長変 化スピードが要求される。
[0049] そこで、活性領域へパルス電流をカ卩える活性領域用パルス回路 95と、 DBR領域へ パルス電流をカ卩える DBR領域用パルス回路 97と、位相領域へパルス電流をカ卩える 位相領域用パルス回路 96とを用いてパルス電流を加えた。活性領域や DBR領域、 位相領域へパルス電流を加えると、例えば、半導体内部でのキャリア密度が上昇し、 プラズマ効果という現象が発生し、各部の屈折率が瞬間的に低下する。このとき、 3 電極 LDの発振波長は瞬時に低波長側へシフトする。また、パルス電流であるため熱 的な変化はほとんど発生しない。このようなプラズマ効果を用いた波長制御により、 3 電極 LDの発振波長を高速に制御することで、高調波出力を nsecオーダーで変調す ること力 S可肯 となる。
[0050] 具体的には 3電極 LDの発振波長を制御し、実施の形態 1と同様に図 5中の A点に 固定した。次に位相領域と DBR領域へノ^レス電流を加えプラズマ効果を発生させた 。このプラズマ効果により位相部と DBR部の屈折率が瞬間的に低下し、 3電極 LDの 発振波長が短くなつたため高調波の出力が瞬時に低下した。 3電極 LDを用いる場 合は DBR領域だけへのパルス電流印カロ、または位相領域のみへのパルス電流印加 でも波長変化は実現される。この結果、 3電極 LDを用いた場合においても図 7のよう な特性が得られ、連続的な階調が可能となった。
[0051] 以上のように、本実施の形態 2においては、 3電極 LDを用いて光波長変換素子で 波長変換された高調波の出力を所望の値に高速で設定することが可能となった。こ れにより、レーザ光源の高速変調と階調が可能となり、ディスプレイ装置などの高速 応答が必要な装置への利用が可能となる。
[0052] 次に、ディスプレイ用の光源として利用する場合には映像信号の無い場合 (黒を出 力する場合）への対応が必要となる。この場合、活性領域へカ卩える電流である lopを ゼロにするのが最も効果的である。 Iop = 0では半導体レーザからの基本波の出力が なくなるため高調波出力も必然的にゼロとなる。他の手段として、活性領域および DB R領域、位相領域へパルス電流を加え、 3電極 LDの発振波長を大きく変動させ位相 整合波長スペクトル内力 スペクトル外へ波長を変動させれば高調波出力がゼロとな る。
[0053] また、レーザ光をスキャンして映像を出力させる際、画面の端は常に映像出力が無 い状態であるので、この領域を利用し、光源出力の安定化を図ることが可能である。 マイクロコンピュータ 85は、スキャンが画面の端に差し掛かったところで活性領域へ の lopの供給をストップし、その間に Idbrおよび Iphaseの確認や再調整を行い、高調 波出力の安定出力に備えるのである。
[0054] さらに、ディスプレイ用の光源として利用する場合、高出力の信号が連続して出力さ れる場合がある。このとき、 3電極 LDの温度が徐々に上昇する場合がある。パルス電 流をカ卩え、プラズマ効果による制御だけでは熱の変化を抑えきれなレ、場合が発生す るのである。この場合、マイクロコンピュータ 85が、あらかじめ Iphaseや Idbrを少しず つ変化させて熱の上昇により発生する波長変化をキャンセルするように構成すること ができる。
[0055] [その他の実施の形態]
(A)上記本発明の実施の形態においては、光波長変換素子 56, 80の材料として、 マグネシウムをドーピングしたニオブ酸リチウム（LiNbO )を用いるとして説明を行つ
3
た力、それに限られることなぐ LiNbO (LN)、LiTa〇（LT)、 KTiOPoO (KTP)、
3 3 4
RbTiOAsO、 RbTiOPOなどを用いることもできる。さらに、光波長変換素子 56, 8
4 4
0の材料としては、非線形有機高分子などを用いてもょレ、。
[0056] [実施の形態の概要]
本発明の実施の形態の概要を以下に記載する。
[0057] (1)上記したように、本願発明に係るコヒーレント光源は、活性領域および分布ブラ ッグ反射領域を備えた半導体レーザと、非線形光学結晶からなり、当該半導体レー ザから出射されたレーザ光の波長を変換する光波長変換素子と、前記光波長変換 素子からの高調波出力を測定する光検出器と、前記活性領域および前記分布ブラッ グ反射領域に個別に電流を加える電流注入手段と、前記光検出器で測定される高 調波出力に基づいて前記電流注入手段を制御し、前記半導体レーザの発振波長を 前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定する電流制御手 段と、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のいずれか 1つの領 域へパルス電流を加えるパルス電流注入手段と、前記光検出器で測定される高調波 出力に基づレ、て前記パルス電流注入手段を制御し、前記半導体レーザの発振波長 を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部で所望の値に変化さ せるパルス電流制御手段と、を備えることを特徴とする。
[0058] この構成によれば、半導体レーザから出射され、光波長変換素子により波長が変 換されたレーザ光の高調波出力は、光検出器により測定されている。この状態で、ま ず、電流制御手段は電流注入手段を制御し、活性領域および分布ブラッグ反射領 域に加える電流を調整し、半導体レーザの発振波長を位相整合波長スペクトル内の 傾斜部に固定する。続いて、パルス電流注入手段は、少なくとも活性領域および分 布ブラッグ反射領域のいずれ力 4つの領域にパルス電流をカ卩える。これにより、当該 パルス電流が加えられた領域の屈折率が瞬間的に低下し高調波の波長が低波長側 にシフトするので、高調波出力は減少する。このとき、どの程度高調波出力を減少さ せるかはパルス電流制御手段により制御されているので、高調波出力を所望の値に 高速にかつ連続的に変化させることができる。
[0059] (2)コヒーレント光源は、コヒーレント光源（1)であって、前記電流制御手段は高調 波出力を停止する際、前記電流注入手段を制御して、前記活性領域へ電流を加え ることを停止することを特 ί数とする。
[0060] 活性領域へ加える電流を停止する（ゼロにする）と、半導体レーザから出射される基 本波の出力がなくなり、ゼロとなる。それに伴って、高調波出力もゼロとなる。したがつ て、活性領域へ加える電流を停止することで、高調波出力を確実に停止することがで きる。
[0061] (3)コヒーレント光源は、コヒーレント光源（1)であって、前記パルス電流制御手段 は高調波出力を停止する際、前記パルス電流注入手段を制御して、前記活性領域 および前記分布ブラッグ反射領域へパルス電流を加えることを特徴とする。
[0062] 活性領域および分布ブラッグ反射領域へパルス電流が加えられると、当該領域の 屈折率が瞬間的に低下し、高調波の波長が低波長側にシフトする。これにより、高調 波の波長を位相整合波長スペクトル外へ瞬間的に変動させ、高調波出力を停止させ ること力 Sできる。 [0063] (4)コヒーレント光源は、コヒーレント光源（3)であって、前記パルス電流注入手段 により加えられるパルス電流は、当該パルス電流により高調波の波長が前記光波長 変換素子の位相整合波長スペクトル外へ変動するパルス高さを有することを特徴と する。
[0064] この構成によれば、パルス電流の高さが十分に大きいので、 1度のパルスで高調波 の波長を位相整合波長スペクトル外へ瞬間的に変動させ、高調波出力を停止させる こと力 Sできる。
[0065] (5)コヒーレント光源は、コヒーレント光源（1)または（2)であって、高調波出力が停 止させられた際、前記分布ブラッグ反射領域へ加える電流の調整を行うことを特徴と する。
[0066] この構成によれば、例えば、活性領域へ電流を加えることを停止して、高調波出力 を停止したような場合に、分布ブラッグ反射領域へ加える電流の確認や再調整を行う ことで、高調波出力の停止が解除されたときに安定した高周波出力を行うことができ る。
[0067] (6)コヒーレント光源は、コヒーレント光源（1)乃至（5)のいずれかであって、高調波 の高出力状態が連続する場合、前記電流制御手段は前記電流注入手段を制御し、 少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のレ、ずれか 1つの領域へ 加える電流を調整し、高調波の波長を一定に保つことを特徴とする。
[0068] 高調波の高出力状態が連続する場合には、半導体レーザの温度が上昇することが 想定される。この場合、半導体レーザから出射されるレーザ光の波長が変動するの で、その変動分を打ち消すように活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のレ、ず れカ、 1つの領域へ加える電流を調整する。これにより、高調波の高出力状態が連続 する場合であっても、安定した高周波出力を得ることができる。
[0069] (7)コヒーレント光源は、コヒーレント光源（1)であって、前記半導体レーザはさらに 位相領域を備えて構成されており、前記電流注入手段は当該位相領域にも電流を 加えるものであり、前記電流制御手段は、前記光検出器で測定される高調波出力に 基づレ、て前記電流注入手段を制御し、前記分布ブラッグ反射領域および前記位相 領域へ加える電流を一定比で変化させて、前記半導体レーザの発振波長を前記光 波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定するものであり、前記パ ノレス電流注入手段は、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域お よび前記位相領域のいずれか 1つの領域へパルス電流をカ卩えることを特徴とする。
[0070] この構成によれば、半導体レーザから出射され、光波長変換素子により波長が変 換されたレーザ光の高調波出力は、光検出器により測定されている。この状態で、ま ず、電流制御手段は電流注入手段を制御し、活性領域、分布ブラッグ反射領域およ び位相領域に加える電流を調整し、半導体レーザの発振波長を位相整合波長スぺ タトル内の傾斜部に固定する。このとき、分布ブラッグ反射領域および前記位相領域 へ加える電流を一定比で変化させることで、半導体レーザの発振波長を連続的に変 えること力できる。続いて、パルス電流注入手段は、少なくとも活性領域および分布ブ ラッグ反射領域および位相領域のいずれか 1つの領域にパルス電流をカ卩える。これ により、当該パルス電流が加えられた領域の屈折率が瞬間的に低下し高調波の波長 が低波長側にシフトするので、高調波出力は減少する。このとき、どの程度高調波出 力を減少させるかはパルス電流制御手段により制御されているので、高調波出力を 所望の値に高速にかつ連続的に変化させることができる。
[0071] (8)コヒーレント光源は、コヒーレント光源（7)であって、前記電流制御手段は高調 波出力を停止する際、前記電流注入手段を制御して、前記活性領域へ電流を加え ることを停止することを特 ί数とする。
[0072] 活性領域へ加える電流を停止する（ゼロにする）と、半導体レーザから出射される基 本波の出力がなくなり、ゼロとなる。それに伴って、高調波出力もゼロとなる。したがつ て、活性領域へ加える電流を停止することで、高調波出力を確実に停止することがで きる。
[0073] (9)コヒーレント光源は、コヒーレント光源（7)であって、前記パルス電流制御手段 は高調波出力を停止する際、前記パルス電流注入手段を制御して、前記活性領域 および前記分布ブラッグ反射領域および前記位相領域のうち、複数の領域へパルス 電流を加えることを特徴とする。
[0074] 活性領域、分布ブラッグ反射領域および位相領域へパルス電流が加えられると、 当該領域の屈折率が瞬間的に低下し、高調波の波長が低波長側にシフトする。これ により、高調波の波長を位相整合波長スペクトル外へ瞬間的に変動させ、高調波出 力を停止させることができる。
[0075] (10)コヒーレント光源は、コヒーレント光源（9)であって、前記パルス電流注入手段 により加えられるパルス電流は、当該パルス電流により高調波の波長が前記光波長 変換素子の位相整合波長スペクトル外へ変動するパルス高さを有することを特徴と する。
[0076] この構成によれば、パルス電流の高さが十分に大きいので、 1度のパルスで高調波 の波長を位相整合波長スペクトル外へ瞬間的に変動させ、高調波出力を停止させる こと力 Sできる。
[0077] (11)コヒーレント光源は、コヒーレント光源（7)または（8)であって、高調波出力が 停止させられた際、前記分布ブラッグ反射領域または前記位相領域へ加える電流の 調整を行うことを特徴とする。
[0078] この構成によれば、例えば、活性領域へ電流を加えることを停止して、高調波出力 を停止したような場合に、分布ブラッグ反射領域および位相領域へ加える電流の確 認ゃ再調整を行うことで、高調波出力の停止が解除されたときに安定した高周波出 力を行うことができる。
[0079] (12)コヒーレント光源は、コヒーレント光源（7)乃至（11)のいずれかであって、高調 波の高出力状態が連続する場合、前記電流制御手段は前記電流注入手段を制御し 、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域および前記位相領域の いずれか 1つの領域へ加える電流を調整し、高調波の波長を一定に保つことを特徴 とする。
[0080] 高調波の高出力状態が連続する場合には、半導体レーザの温度が上昇することが 想定される。この場合、半導体レーザから出射されるレーザ光の波長が変動するの で、その変動分を打ち消すように活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のいず れカ、 1つの領域へ加える電流を調整する。これにより、高調波の高出力状態が連続 する場合であっても、安定した高周波出力を得ることができる。
[0081] (13)コヒーレント光源は、コヒーレント光源（1)乃至（12)のいずれかであって、前記 位相整合波長スペクトル内の傾斜部は、前記位相整合波長スペクトルにおいて、高 調波出力がピーク出力の 5%以上かつ 95%以下となる部分であることを特徴とする。
[0082] 位相整合波長スペクトルにおいては、高調波出力がピーク出力の 5%以上かつ 95 %以下となる部分は、ほぼ直線的に変化している。したがって、半導体レーザの発振 波長をこの傾斜部に固定することで、階調変化を連続的にかつ容易に行うことができ る。
[0083] (14)コヒーレント光源は、コヒーレント光源（13)であって、前記位相整合波長スぺ タトル内の傾斜部は、前記位相整合波長スペクトルにおいて、ピーク波長より低波長 側の部分であることを特徴とする。
[0084] ピーク波長より低波長側の部分に波長を固定すると、高波長側の部分に波長を固 定する場合に比べて、分布ブラッグ反射領域に加える電流を小さくできるため、消費 電力を低く抑えることができる。
[0085] (15)コヒーレント光源は、コヒーレント光源（1)乃至（14)のいずれかであって、前記 電流制御手段は電流注入手段を制御し、前記分布ブラッグ反射領域へ加える電流 を、前記半導体レーザの発振波長がモードホップした直後のところで固定することを 特徴とする。
[0086] 分布ブラッグ反射領域へ加える電流を、半導体レーザの発振波長がモードホップ する近傍に固定すると、温度変化等によってもモードホップが生じやすぐ発振波長 が不安定となる。したがって、モードホップした直後のところに固定することで、発振 波長を安定化することができる。
[0087] (16)コヒーレント光源は、コヒーレント光源（1)乃至（15)のいずれかであって、前記 パルス電流注入手段により加えられるパルス電流は矩形パルスであることを特徴とす る。
[0088] 矩形パルスでは、パルスの立ち上がり部の傾きが急峻であるために、当該矩形パ ノレスが加えられた半導体中のキャリア密度を上昇させ、高調波出力を減少させること を、瞬間的に行うことができる。
[0089] (17)上記したように、本願発明に係るディスプレイ装置は、入力映像信号に応じて 強度変調されたレーザ光を投影するディスプレイ装置であって、赤色のレーザ光を 出射するレーザ光源と、青色のレーザ光を出射する（1)乃至（16)のレ、ずれかに記 載のコヒーレント光源と、緑色のレーザ光を出射する（1)乃至（16)のいずれかに記 載のコヒーレント光源と、前記赤色、青色および緑色のレーザ光を 1本のレーザ光に 合波する合波手段と、前記合波手段により合波された 1本のレーザ光を、所定の第 1 の方向に走査させる第 1の走查手段と、前記第 1の方向に走査されたレーザ光を、前 記第 1の方向に垂直な第 2の方向に走査させる第 2の走查手段と、を備えることを特 徴とする。
[0090] この構成によれば、青色および緑色のレーザ光の光源として、パルス電流を加える ことで半導体レーザの発振波長を瞬間的に変化させるコヒーレント光源を用いている ために、出力変調を高速に行うことが可能で、かつ連続的な階調が得られるディスプ レイ装置を実現することができる。
[0091] (18)ディスプレイ装置は、ディスプレイ装置（17)であって、前記第 1の走查手段お よび前記第 2の走查手段は、回転多面鏡からなるポリゴンミラーおよびガルバノミラー 力 選択された組み合わせであることを特徴とする。
[0092] この構成によれば、第 1の走査手段としてポリゴンミラーが選択された場合およびガ ルバノミラーが選択された場合の 2通りがあり、第 2の走査手段としても、同様に、ポリ ゴンミラーが選択された場合およびガルバノミラーが選択された場合の 2通りがある。 したがって、 目的とする機能に応じて、相応しい組み合わせを選択することができる。
[0093] (19)上記したように、本願発明に係るレーザディスプレイは、（17)または（18)に記 載のディスプレイ装置と、前記ディスプレイ装置からのレーザ光を投影するスクリーン と、を備えたレーザディスプレイであって、前記スクリーンの端部において、前記入力 映像信号がなぐ前記電流制御手段が前記電流注入手段を制御して前記活性領域 へ電流をカ卩えることを停止し、前記半導体レーザからの出力が停止させられた際、前 記電流制御手段は前記分布ブラッグ反射領域へ加える電流の調整を行うことを特徴 とする。
[0094] 通常、スクリーンの端部には入力映像信号がなぐ映像出力がない領域が存在する 。そこで、この領域を利用し、電流制御手段により半導体レーザからの出力が停止さ せられたときに、引き続き電流制御手段は分布ブラッグ反射領域へ加える電流の調 整を行う。これは例えば、分布ブラッグ反射領域へカ卩える電流の確認や再調整など である。これにより、半導体レーザからの出力停止が解除されたときに、レーザ光を安 定して出力することができる。
[0095] (20)上記したように、本願発明に係るコヒーレント光源の制御方法は、非線形光学 結晶からなり、半導体レーザから出射されたレーザ光の波長を変換する光波長変換 素子からの高調波出力を光検出器で検出し、当該光検出器の出力に基づいて、前 記半導体レーザに備えられた活性領域および分布ブラッグ反射領域へ加える電流を 制御して、前記光検出器で検出される高調波出力を前記光波長変換素子の位相整 合波長スぺ外ル内の傾斜部に固定した後、前記活性領域または前記分布ブラッグ 反射領域へパルス電流を加え、前記光検出器で検出される高調波出力を前記光波 長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部で所望の値に変化させることを特 徴とする。
[0096] この制御方法を用いたコヒーレント光源によれば、高調波出力を所望の値に高速に かつ連続的に変化させることが可能となる。
[0097] 以上説明したコヒーレント光源の主な用途としては、前述したディスプレイ装置意外 にも、描画装置、計測装置、光ディスク装置などが挙げられる。
[0098] 本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての局面において、例示であ つて、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例力 この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。 産業上の利用可能性
[0099] 本発明に力かる波長変換素子を用いたコヒーレント光源は、高速で SHG光源の変 調が可能となり、例えばディスプレイ用の光源として有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 活性領域および分布ブラッグ反射領域を備えた半導体レーザと、
非線形光学結晶からなり、当該半導体レーザから出射されたレーザ光の波長を変 換する光波長変換素子と、
前記光波長変換素子からの高調波出力を測定する光検出器と、
前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域に個別に電流を加える電流注入 手段と、
前記光検出器で測定される高調波出力に基づいて前記電流注入手段を制御し、 前記半導体レーザの発振波長を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内 の傾斜部に固定する電流制御手段と、
少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のいずれか 1つの領域 へパルス電流を加えるパルス電流注入手段と、
前記光検出器で測定される高調波出力に基づいて前記パルス電流注入手段を制 御し、前記半導体レーザの発振波長を前記光波長変換素子の位相整合波長スぺク トル内の傾斜部で所望の値に変化させるパルス電流制御手段と、
を備えることを特徴とするコヒーレント光源。
[2] 前記電流制御手段は高調波出力を停止する際、前記電流注入手段を制御して、 前記活性領域へ電流を加えることを停止することを特徴とする請求項 1記載のコヒー レント光源。
[3] 前記パルス電流制御手段は高調波出力を停止する際、前記パルス電流注入手段 を制御して、前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域へパルス電流を加える ことを特徴とする請求項 1記載のコヒーレント光源。
[4] 前記パルス電流注入手段により加えられるパルス電流は、当該パルス電流により高 調波の波長が前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル外へ変動するパルス 高さを有することを特徴とする請求項 3記載のコヒーレント光源。
[5] 高調波出力が停止させられた際、前記分布ブラッグ反射領域へカ卩える電流の調整 を行うことを特徴とする請求項 1又は 2に記載のコヒーレント光源。
[6] 高調波の高出力状態が連続する場合、前記電流制御手段は前記電流注入手段を 制御し、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域のレ、ずれか 1つの 領域へ加える電流を調整し、高調波の波長を一定に保つことを特徴とする請求項 1 乃至 5のレ、ずれかに記載のコヒーレント光源。
[7] 前記半導体レーザはさらに位相領域を備えて構成されており、
前記電流注入手段は当該位相領域にも電流をカ卩えるものであり、
前記電流制御手段は、前記光検出器で測定される高調波出力に基づいて前記電 流注入手段を制御し、前記分布ブラッグ反射領域および前記位相領域へ加える電 流を一定比で変化させて、前記半導体レーザの発振波長を前記光波長変換素子の 位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定するものであり、
前記パルス電流注入手段は、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反 射領域および前記位相領域のいずれか 1つの領域へパルス電流をカ卩えることを特徴 とする請求項 1記載のコヒーレント光源。
[8] 前記電流制御手段は高調波出力を停止する際、前記電流注入手段を制御して、 前記活性領域へ電流を加えることを停止することを特徴とする請求項 7記載のコヒー レント光源。
[9] 前記パルス電流制御手段は高調波出力を停止する際、前記パルス電流注入手段 を制御して、前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域および前記位相領域 のうち、複数の領域へパルス電流を加えることを特徴とする請求項 7記載のコヒーレン ト光源。
[10] 前記パルス電流注入手段により加えられるパルス電流は、当該パルス電流により高 調波の波長が前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル外へ変動するパルス 高さを有することを特徴とする請求項 9記載のコヒーレント光源。
[11] 高調波出力が停止させられた際、前記分布ブラッグ反射領域または前記位相領域 へ加える電流の調整を行うことを特徴とする請求項 7又は 8に記載のコヒーレント光源
[12] 高調波の高出力状態が連続する場合、前記電流制御手段は前記電流注入手段を 制御し、少なくとも前記活性領域および前記分布ブラッグ反射領域および前記位相 領域のいずれか 1つの領域へ加える電流を調整し、高調波の波長を一定に保つこと を特徴とする請求項 7乃至 11のいずれかに記載のコヒーレント光源。
[13] 前記位相整合波長スペクトル内の傾斜部は、前記位相整合波長スペクトルにおい て、高調波出力がピーク出力の 5%以上かつ 95%以下となる部分であることを特徴と する請求項 1乃至 12のいずれかに記載のコヒーレント光源。
[14] 前記位相整合波長スペクトル内の傾斜部は、前記位相整合波長スペクトルにおい て、ピーク波長より低波長側の部分であることを特徴とする請求項 13記載のコヒーレ ント光源。
[15] 前記電流制御手段は電流注入手段を制御し、前記分布ブラッグ反射領域へ加える 電流を、前記半導体レーザの発振波長がモードホップした直後のところで固定するこ とを特徴とする請求項 1乃至 14のいずれかに記載のコヒーレント光源。
[16] 前記パルス電流注入手段により加えられるパルス電流は矩形パルスであることを特 徴とする請求項 1乃至 15のいずれかに記載のコヒーレント光源。
[17] 入力映像信号に応じて強度変調されたレーザ光を投影するディスプレイ装置であ つて、
赤色のレーザ光を出射するレーザ光源と、
青色のレーザ光を出射する請求項 1乃至 16のいずれかに記載のコヒーレント光源 と、
緑色のレーザ光を出射する請求項 1乃至 16のいずれかに記載のコヒーレント光源 と、
前記赤色、青色および緑色のレーザ光を 1本のレーザ光に合波する合波手段と、 前記合波手段により合波された 1本のレーザ光を、所定の第 1の方向に走査させる 第 1の走査手段と、
前記第 1の方向に走査されたレーザ光を、前記第 1の方向に垂直な第 2の方向に 走査させる第 2の走査手段と、
を備えることを特徴とするディスプレイ装置。
[18] 前記第 1の走查手段および前記第 2の走查手段は、回転多面鏡からなるポリゴンミ ラーおよびガルバノミラーから選択された組み合わせであることを特徴とする請求項 1 7記載のディスプレイ装置。
[19] 請求項 17または 18に記載のディスプレイ装置と、
前記ディスプレイ装置からのレーザ光を投影するスクリーンと、
を備えたレーザディスプレイであって、
前記スクリーンの端部において、前記入力映像信号がなぐ前記電流制御手段が 前記電流注入手段を制御して前記活性領域へ電流を加えることを停止し、前記半導 体レーザからの出力が停止させられた際、前記電流制御手段は前記分布ブラッグ反 射領域へ加える電流の調整を行うことを特徴とするレーザディスプレイ。
[20] 非線形光学結晶からなり、半導体レーザから出射されたレーザ光の波長を変換す る光波長変換素子からの高調波出力を光検出器で検出し、当該光検出器の出力に 基づレ、て、前記半導体レーザに備えられた活性領域および分布ブラッグ反射領域へ 加える電流を制御して、前記光検出器で検出される高調波出力を前記光波長変換 素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部に固定した後、前記活性領域または前 記分布ブラッグ反射領域へパルス電流を加え、前記光検出器で検出される高調波 出力を前記光波長変換素子の位相整合波長スペクトル内の傾斜部で所望の値に変 化させることを特徴とするコヒーレント光源の制御方法。
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