WO2009081577A1 - レーザ光源、それを用いた画像表示装置及び加工装置 - Google Patents

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Koichi Kusukame
Hiroyuki Furuya
Tetsuro Mizushima
Kazuhisa Yamamoto
Shinichi Kadowaki
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Panasonic Corporation
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    • G02F1/3548—Quasi phase matching [QPM], e.g. using a periodic domain inverted structure

Definitions

  • the present invention relates to a laser light source including a wavelength conversion element that performs wavelength conversion using a nonlinear optical effect, a control method thereof, and an image display device and a processing apparatus using the laser light source.
  • Laser light is used not only for communication and optical recording but also in various fields such as measurement, medical use, processing, and display.
  • a semiconductor laser is used as a main light source because of its controllability and small size.
  • a semiconductor laser that stably generates light having a wavelength in the visible region of 0.5 ⁇ m to 0.6 ⁇ m has not been realized. Further, a semiconductor laser that generates light having a wavelength in the mid-infrared region of 2 ⁇ m or more needs to be cooled from ⁇ 100 ° C. to ⁇ 200 ° C., and is difficult to continuously oscillate at room temperature.
  • a wavelength conversion element made of a nonlinear optical crystal using light emitted from a semiconductor laser or a fiber laser excited by a semiconductor laser as excitation light. Therefore, a wavelength conversion technique for converting the wavelength of the excitation light is widely used. As the excitation light propagates through the wavelength conversion element, the energy of the excitation light is converted into the energy of the wavelength conversion light. Increasing the interaction length between the excitation light and the wavelength conversion element increases the amount of conversion into wavelength converted light.
  • the wavelength of the excitation light and the wavelength of the wavelength conversion light are different, so that the refractive indexes for the excitation light and the wavelength conversion light are greatly different.
  • a typical non-linear optical crystal lithium niobate (LiNbO 3 ) is used as a wavelength conversion element, and excitation light having a wavelength of 1064 nm is incident, and green laser light (wavelength converted light having a wavelength of 532 nm) is used as a display light source. ).
  • the refractive indexes of the excitation light and the wavelength converted light are, for example, 2.15600 and 2.23389 at 40 ° C.
  • the phase of the excitation light and the wavelength conversion light gradually shifts within the wavelength conversion element, so that the wavelength conversion cannot be performed efficiently.
  • the refractive indexes of the excitation light and the wavelength converted light that were 2.15600 and 2.23389 at 40 ° C. also change to 2.156642 and 2.23447 at 50 ° C., for example.
  • the element temperature is stable, wavelength conversion cannot be performed stably. That is, it is necessary to perform wavelength conversion while optimally adjusting the element temperature.
  • the optimum element temperature at which the wavelength conversion efficiency is maximized is referred to as a phase matching temperature.
  • the temperature of a semiconductor laser or a fiber laser serving as an excitation light source varies, and the phase matching temperature varies as the wavelength of the excitation light to be output varies.
  • An object of the present invention is to provide a laser light source capable of stabilizing the output by greatly reducing the output fluctuation that has occurred during the conventional constant temperature control.
  • a laser light source has an excitation light source and a plurality of optical paths through which excitation light from the excitation light source passes, and converts the excitation light passing through the plurality of optical paths into wavelength converted light.
  • a wavelength conversion element comprising a nonlinear optical crystal that generates output light having a first temperature characteristic and emitted to the outside of the apparatus and reference light having a second temperature characteristic different from the first temperature characteristic
  • the temperature of the wavelength conversion element is controlled based on the reference light measurement unit that measures the reference light and the reference light measured by the reference light measurement unit so that the intensity of the output light is maximized.
  • a control unit is controlled based on the reference light measurement unit that measures the reference light and the reference light measured by the reference light measurement unit so that the intensity of the output light is maximized.
  • this laser light source a plurality of optical paths through which excitation light passes are formed in the wavelength conversion element, and the reference light having temperature characteristics different from the output light to be wavelength converted light output to the outside of the laser light source is monitored. Since the temperature of the wavelength conversion element is controlled, high-speed temperature control is possible. As a result, output fluctuations that have occurred during conventional constant temperature control can be greatly reduced, and the output can be stabilized.
  • wavelength conversion element temperature It is a figure which shows the relationship between wavelength conversion element temperature, and the output of output light and reference light. It is a figure which shows the relationship between the angle which the polarization inversion periodic direction in a quasi phase matching wavelength conversion element and the optical path of excitation light comprise, and phase matching temperature. It is a figure which shows the relationship between wavelength conversion element temperature, and the output of output light and reference light. It is a schematic diagram which shows the other structure of the laser light source which concerns on Embodiment 2 of this invention. It is a figure which shows the relationship between the wavelength conversion element temperature in case there exists a part in which the polarization inversion periodic structure is not formed, and the output of output light and a reference light.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a laser light source according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a laser light source functioning as a wavelength converter according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG.
  • a laser light source 100 shown in FIG. 1 includes a semiconductor laser 101, a current drive circuit 102, a control circuit 103, a wavelength conversion element 104, a heater 105, a light separation mirror 106, a light separation mirror 107, a wavelength selection filter 108, a photodiode 109, a photo A diode 110 and a wavelength selection filter 111 are provided.
  • the semiconductor laser 101 outputs excitation light with the current from the current drive circuit 102.
  • the output excitation light is incident on the wavelength conversion element 104, and a part of the excitation light is converted into wavelength conversion light.
  • the laser light emitted from the wavelength conversion element 104 enters the light separation mirror 106, and the light separation mirror 106 separates the excitation light transmitted without being wavelength-converted from the wavelength conversion light.
  • a harmonic separator having an incident angle of 45 °, a wavelength-converted light transmittance of 98 to 99%, and an excitation light reflectance of 99% or more is used as the light separation mirror 106. 99% or more of the excitation light reflected by the light separation mirror 106 and 1 to 2% of the wavelength converted light enter the light separation mirror 107.
  • a harmonic separator having a transmittance similar to that of the light separation mirror 106 at 45 ° incidence was used as the light separation mirror 107.
  • the excitation light and the wavelength converted light transmitted through the light separation mirror 107 are incident on the wavelength selection filter 108 that absorbs the excitation light, and only the transmitted wavelength converted light is incident on the photodiode 109. Further, the excitation light and the wavelength converted light reflected by the light separation mirror 107 are incident on the wavelength selection filter 111 that absorbs the wavelength converted light, and only the transmitted excitation light is incident on the photodiode 110.
  • the control circuit 103 uses the power of the excitation light incident on the photodiode 110, the power of the wavelength converted light incident on the photodiode 109, the transmittance and reflectance of each of the mirrors, and the like.
  • the light intensity (excitation light output) and the wavelength converted light intensity (wavelength converted light output) are calculated. By adding these together, it is possible to obtain the intensity of the excitation light (excitation light input) incident on the wavelength conversion element 104.
  • the excitation light input is obtained from the excitation light emitted from the wavelength conversion element 104 and the wavelength conversion light, the excitation light input is monitored without losing the excitation light incident on the wavelength conversion element 104. Therefore, it is possible to prevent a decrease in conversion efficiency.
  • the method of measuring the intensity of the excitation light incident on the wavelength conversion element 104 is not particularly limited to the above example, and the excitation light is 1 between the semiconductor laser 101 serving as the excitation light source and the wavelength conversion element 104.
  • a mirror that reflects approximately% may be inserted to monitor the reflected excitation light.
  • the excitation light and the wavelength converted light are absorbed in the wavelength conversion element 104, the excitation light can be excited more accurately than the method of obtaining the excitation light input from the sum of the excitation light and the wavelength converted light transmitted through the wavelength conversion element.
  • the optical input can be monitored.
  • the control circuit 103 uses the current of the current driving circuit 102 and the heater 105 so as to eliminate the deviation between the element temperature and the phase matching temperature based on the excitation light input value obtained as described above. Control the heating power.
  • the heater 105 is controlled by the control circuit 103 and adjusts the temperature of the wavelength conversion element 104.
  • the current driving circuit 102 is controlled by the control circuit 103 and adjusts the current to the semiconductor laser 101.
  • the control method including the rising operation of the laser light source 100 will be described below. First, the rising operation will be described.
  • the phase matching temperature of the wavelength conversion element 104 is preferably higher than the environmental temperature.
  • the phase matching temperature of the wavelength conversion element 104 is set to 60 °C.
  • the cooling function of the wavelength conversion element 104 is not required, and the inexpensive heater 105 can be used as a heating and cooling member for the wavelength conversion element 104.
  • the control circuit 103 controls the current drive circuit 102 so that the drive current of the semiconductor laser 101 (hereinafter referred to as excitation photocurrent (I)) is maximized.
  • the maximum value of the excitation photocurrent (hereinafter referred to as I MAX ) is the amount of current supplied during normal operation (when the element temperature reaches the phase matching temperature) in order to achieve the desired wavelength-converted light output. It is desirable to limit it to a level that is larger than (hereinafter referred to as I 0 ) and does not degrade the semiconductor laser 101 and shorten the lifetime.
  • the wavelength converted light output with respect to the element temperature is as shown in FIG. As shown in FIG. 4, the maximum is reached at 60 ° C., and the temperature decreases as the element temperature shifts to the high temperature side or the low temperature side.
  • the wavelength-converted light output is proportional to the square of the excitation light input, and the excitation light input is substantially proportional to the excitation photoelectric flow rate.
  • the excitation light input is greater than I0 as described above. For this reason, the desired wavelength converted light output is reached before the phase matching temperature is reached.
  • the control circuit 103 ends the rising operation and shifts to the normal operation.
  • the control circuit 103 controls the current driving circuit 102 so that the wavelength-converted light output monitored by the photodiode 109 is constant. That is, when the wavelength converted light output is lower than the desired value, the control circuit 103 increases the excitation photocurrent to increase the wavelength converted light output to the desired value, and the wavelength converted light output is lower than the desired value. When it is high, the excitation photocurrent is decreased to reduce the wavelength converted light output to a desired value.
  • the excitation light input changes as shown in FIG.
  • temperature control can be performed simultaneously without stopping the constant output control. It becomes.
  • the excitation light input is calculated based on the values of the photodiodes 109 and 110 in consideration of the transmittance and reflectance of the light separation mirror 106 and the like.
  • the control circuit 103 increases the heating current of the heater 105 and determines the increase or decrease of the heating current of the heater 105 based on the increase or decrease of the excitation light input accompanying the increase in the element temperature. For example, when the excitation light input is monitored while the heating current of the heater 105 is increased by a predetermined change amount ⁇ IH and the most recent excitation light input is stored, the change state of the excitation light input is as shown in FIGS. Can be classified into the three states shown in FIG.
  • the element temperature is higher than the phase matching temperature when the excitation light input of the last three times monotonously increases.
  • the control circuit 103 decreases the heating current in order to decrease the element temperature.
  • the control circuit 103 increases the heating current in order to increase the element temperature.
  • the temperature range in which constant output control can be performed depends on I MAX , and the fluctuation range of the element temperature needs to be half or less of this width.
  • I MAX 1.5 times I 0
  • the heating current of the heater 105 is increased by ⁇ IH, the time until the element temperature becomes constant is stored in the control circuit 103 in advance, and the amount of heating current is monitored for each stored time, thereby controlling the temperature. It is possible to reduce the hunting of the element temperature at the time, increase the control speed, and increase the average conversion efficiency.
  • the temperature of the wavelength conversion element 104 may be directly monitored using a thermistor or the like. It is desirable to control the temperature by using the change amount ⁇ T of the element temperature instead of ⁇ IH, thereby enabling more accurate temperature control.
  • the element temperature and the phase matching temperature match, leave the pumping light input that is required is previously stored in the control circuit 103 as P 0, when the excitation light input is close to P 0, the element temperature and the phase The temperature control for matching the matching temperature may be temporarily stopped, and the constant temperature control may be performed with the heating current amount of the heater 105 kept constant.
  • the excitation light input increases, it is necessary to switch from the constant temperature control to the temperature control that matches the element temperature with the phase matching temperature.
  • constant output control is performed in parallel. By using this method, it is possible to reduce the load on the control circuit 103 necessary for the constant temperature control during the constant temperature control. Note that when the wavelength conversion element 104 is deteriorated or the like, P 0 increases. Therefore, it is desirable that P 0 stored in the control circuit 103 is periodically updated.
  • predetermined a predetermined threshold value if the excitation light input is less, when performing temperature constant control, by bringing the threshold P 0, the average conversion efficiency in the constant temperature control is further increased.
  • the closer the threshold is to P 0 the narrower the temperature range at which constant temperature control can be performed.
  • the threshold value is 1.1 times P 0
  • constant temperature control can be performed when the element temperature is in the range of the phase matching temperature ⁇ 0.4 ° C.
  • the threshold value is 1.3 times P 0
  • constant temperature control can be performed when the element temperature is in the range of the phase matching temperature ⁇ 0.5 ° C.
  • the degree of change in the difference between the element temperature during use and the phase matching temperature varies depending on the severity of temperature changes in the usage environment and the type of excitation light source used. Is desirable.
  • the increase / decrease in the excitation light input incident on the wavelength conversion element 104 increases / decreases the excitation light output incident on the photodiode 110. Matches. Therefore, the relationship between the value of the photodiode 110 and the element temperature is the same as that in FIG.
  • the excitation photoelectric flow rate is substantially proportional to the excitation light output, and the relationship between the excitation photoelectric flow rate and the element temperature is the same.
  • the pumping light output incident on the photodiode 110 during constant output control and the increase / decrease of the pumping photoelectric flow rate are used in place of the pumping light input, and the element temperature. It is also possible to perform temperature control to adjust the temperature to the phase matching temperature, and the same effect as the temperature control using the excitation light input already shown is exhibited. Further, when controlling by monitoring the increase / decrease of the excitation photoelectric flow rate, the number of photodiodes used can be reduced, and a cheaper laser light source can be realized.
  • the normalized wavelength conversion efficiency is the same as the wavelength converted light output shown in FIG. Increasing closer to the matching temperature.
  • the increase / decrease in normalized wavelength conversion efficiency is opposite to the increase / decrease in excitation light input, excitation photoelectric flow rate, and excitation light output, but is not affected by the increase / decrease in excitation light input and depends only on the element temperature. For this reason, in the same way as the above-described excitation light input, excitation photoelectric flow rate, and excitation light output, it is also possible to execute control for adjusting the element temperature so as to maximize the normalized wavelength conversion efficiency during constant output control. Is possible. This method also exhibits the same effect as the temperature control using the excitation light input already shown.
  • the wavelength conversion element 104 it is desirable to use a quasi phase matching wavelength conversion element mainly composed of lithium niobate or lithium tantalate as the wavelength conversion element 104. In this case, highly efficient wavelength conversion is possible.
  • the wavelength conversion element having a phase matching temperature of 60 ° C. has been described as an example, but in the case of a quasi phase matching wavelength conversion element, by adjusting the period of the polarization period inversion structure to be formed, Wavelength conversion can be performed at an arbitrary phase matching temperature.
  • the wavelength conversion element using lithium niobate or lithium tantalate has a large output fluctuation amount with respect to temperature change, and output fluctuation due to temperature change caused by absorbing excitation light or wavelength conversion light.
  • a stable output can be obtained by using the control of this embodiment.
  • phase matching temperature 50 ° C. or higher and higher than the environmental temperature
  • laser scattering due to condensation occurring on the incident / exit surface of the wavelength conversion element can be prevented, and an inexpensive heater can be used as a temperature adjustment member for the element. Can be used.
  • a temperature adjusting member having a function of lowering the element temperature such as a Peltier element
  • a Peltier element By using a Peltier element, the speed at which the element temperature is lowered increases. Control is also possible when the ambient temperature exceeds the phase matching temperature.
  • the semiconductor laser 101 is used as the excitation light source.
  • a fiber laser or a solid-state laser may be used as the excitation light source.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration of a laser light source according to Embodiment 2 of the present invention.
  • a laser light source that functions as a wavelength conversion device according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
  • a laser light source 100a shown in FIG. 7 includes a semiconductor laser 101, a current drive circuit 102, a control circuit 103, a heater 105, a quasi phase matching wavelength conversion element 701, a light separation coat 702, a light separation mirror 703, a photodiode 704, and an antireflection coat. 705 and a beam stopper 706.
  • the semiconductor laser 101 generates the excitation light by the current from the current drive circuit 102 as in the first embodiment.
  • the excitation light is incident on a quasi phase matching wavelength conversion element (hereinafter abbreviated as “wavelength conversion element” as appropriate) 701.
  • the polarization direction of the wavelength conversion element 701 coincides with the polarization direction of the excitation light, and the excitation light is parallel to the polarization inversion period, that is, the polarization inversion period. Incident along the direction (left-right direction in the figure), a part of which is converted into wavelength-converted light.
  • a light separation coat 702 is provided at the emission end of the wavelength conversion element 701.
  • the light separation coat 702 reflects excitation light by 90% or more and transmits wavelength conversion light by 99.8% or more.
  • the incident angle of the excitation light to the emission end is set to ⁇ / 2 °
  • the excitation light reflected by the light separation coat 702 has a polarization inversion period in the wavelength conversion element 701 as shown in FIG.
  • it propagates with an inclination of ⁇ °, and a part thereof is converted into wavelength converted light.
  • the propagation optical path of the first incident excitation light is referred to as the forward path
  • the propagation optical path of the excitation light reflected at the emission end is referred to as the return path.
  • the return path excitation light and the wavelength converted light generated from the return path excitation light are emitted from the incident end (for the forward path).
  • the return path excitation light and wavelength converted light that pass through the incident end of the wavelength conversion element 701 enter the light separation mirror 703.
  • the light separation mirror 703 reflects the excitation light and transmits the wavelength-converted light.
  • the wavelength-converted light that passes through the light separation mirror 703 enters the photodiode 704, and the control circuit 103 monitors its output.
  • the excitation light reflected by the light separation mirror 703 enters the beam stopper 706 and stops.
  • the wavelength converted light generated in the forward path is emitted to the outside of the laser light source 100a as output light.
  • the control circuit 103 uses the heater 105 to use the wavelength converted light generated in the return path as the reference light.
  • the intensity of the output light can be controlled to be constant. The method is shown below.
  • FIG. 8 is a diagram showing the temperature characteristics of the output light and the reference light.
  • the vertical axis in FIG. 8 is the intensity of the output light and the reference light normalized with the output at the phase matching temperature of the output light and the reference light as 1, and the horizontal axis is the temperature of the wavelength conversion element 701.
  • the solid line in FIG. 8 indicates the temperature characteristic 801 of the output light, and the broken line indicates the temperature characteristic 802 of the reference light.
  • the temperature characteristic 802 of the reference light is shifted to a lower temperature side than the temperature characteristic 801 of the output light. It can be seen that the phase matching temperature of the reference light is lower than the phase matching temperature of the output light.
  • the phase matching temperature at which the output of the wavelength conversion light becomes maximum decreases.
  • the absolute value of the angle ⁇ formed by the polarization inversion period direction increases, the phase matching temperature at which the output of the wavelength converted light becomes maximum decreases.
  • the reference light having a phase matching temperature different from that of the output light is generated, and the temperature is adjusted from the fluctuation of the intensity of the reference light, thereby adjusting the temperature from the fluctuation of the intensity of the output light.
  • high-speed and stable control can be performed. The features of the present embodiment will be described below in comparison with the conventional temperature control method.
  • Patent Document 1 in the temperature adjustment of the conventional wavelength conversion element that does not include the reference light, the intensity of the output light is measured, and the temperature of the wavelength conversion element is adjusted based on the temperature characteristic 801 of the output light. . That is, temperature control is performed at the standby position 803, and when the deviation between the element temperature and the phase matching temperature is increased, temperature adjustment is performed to eliminate the deviation between the phase matching temperature and the element temperature.
  • This method enables high-speed temperature adjustment and stabilizes the output of wavelength-converted light, but cannot maximize the conversion efficiency of the wavelength conversion element. Further, in the wavelength conversion at a temperature deviated from the phase matching temperature, the quality of the generated beam is deteriorated.
  • the temperature characteristic 802 of the reference light that is wavelength-converted at a phase matching temperature different from that of the output light (for example, a reference shifted to a lower temperature side than the temperature characteristic 801 of the output light)
  • the temperature of the wavelength conversion element 104 is adjusted based on the temperature characteristic of light 802).
  • the control circuit 103 stores in advance the intensity of the reference light when the element temperature becomes the phase matching temperature of the output light.
  • the standby position becomes the standby position 805 in the temperature characteristic 802 of the reference light by adjusting the temperature using the control circuit 103 so that the reference light has a value stored in advance.
  • the excitation light remaining in the wavelength conversion in the forward path since the excitation light remaining in the wavelength conversion in the forward path is used, it is possible to obtain the reference light without reducing the conversion efficiency of the output light.
  • the pumping light remaining in the wavelength conversion in the forward path since the pumping light remaining in the wavelength conversion in the forward path is used, it is possible to prevent the pumping light wavelengths in the forward path and the return path from matching to change the difference in phase matching temperature between the output light and the reference light. Is possible.
  • the output of the reference light changes when the output light reaches the phase matching temperature according to the excitation light input. It is desirable to previously store the relationship between and the output of the optimum reference light.
  • the normalized wavelength conversion efficiency is a value obtained by dividing the output of the reference light by the square of the excitation light output.
  • the excitation light after passing through the return path may be incident on the photodiode instead of the beam stopper 706 and the output may be monitored.
  • the wavelength conversion element 701 it is desirable to use a quasi phase matching wavelength conversion element mainly composed of lithium niobate or lithium tantalate, which enables highly efficient wavelength conversion.
  • the angle ⁇ ⁇ 1 ° formed between the return path and the polarization inversion period direction is used.
  • the return path and The angle ⁇ formed by the direction of the polarization inversion period is at least (full width at half maximum of the return path) 1/2 ⁇ 0.32 ° or more, and (full width at half maximum of the return path) 1/2 ⁇ 1.15 ° or less. Is desirable.
  • the stability of the output light by temperature control using the return path is improved, and a laser light source suitable for medical use can be provided.
  • the full width at half maximum of the return path is 1/2 ⁇ 0.65 ° or more.
  • the wavelength conversion element using lithium niobate or lithium tantalate is likely to cause output fluctuations due to temperature changes caused by absorption of excitation light or wavelength conversion light. Stable output can be obtained.
  • the quasi phase matching wavelength conversion element is used.
  • the phase matching temperature can be changed by changing the angle between the deflection direction of the excitation light and the optical axis of the crystal. Therefore, reference light having a phase matching temperature different from that of the output light can be obtained, and the same temperature adjustment can be performed. Therefore, it is particularly desirable when used for a birefringence phase matching wavelength conversion element such as LBO or KTP.
  • the quasi phase matching wavelength conversion element is desirable in the following cases because the phase matching temperature can be freely adjusted by partially adjusting the period.
  • the phase matching temperature of the return path is about 40 ° C.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the wavelength conversion element temperature and the output light and two types of reference light having different angles.
  • the temperature characteristic 1102 of the reference light when the angle between the forward path and the return path is set to 5 ° does not overlap with the temperature characteristic 801 of the output light, and the temperature as shown in FIG. Control is not possible.
  • the polarization inversion period of the return path portion is changed with respect to the forward path, so that the temperature characteristic 1102 of the reference light is changed to the temperature characteristic of the output light. It is easy to change to the temperature characteristic 1103 of the reference light overlapping with 801, and the temperature characteristic of the output light and the reference light can have the same relationship as in FIG.
  • the phase matching temperature shift due to the angle shift increases as can be seen from FIG. For this reason, the difference in phase matching temperature between the output light and the reference light tends to fluctuate.
  • the output of the reference light is 15% to 85% of the maximum output at the phase matching temperature of the output light (the reason will be described later).
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing another configuration of the laser light source according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the wavelength conversion element 701 of the laser light source 100a shown in FIG. 7 is changed to the wavelength conversion element 1201, and the wavelength conversion element 1201 has a polarization inversion periodic structure in a part of the optical path of the return path. It has the part NP which is not formed.
  • the output of the reference light is 15% to 85% of the maximum output of the reference light.
  • S / N is sufficiently high, and high-precision temperature control becomes possible.
  • the reflectance with respect to the wavelength conversion light of the light separation coat 702 in this embodiment is 5% or less, and in this case, the output light can be prevented from being mixed into the reference light. Further, in order to reduce the effect of the output light acting as reference light noise and increase the S / N, it is desirable to increase the conversion efficiency in the return path.
  • the wavelength conversion element 701 and the like since two optical paths (outbound path and return path) of the excitation light are formed in the wavelength conversion element 701 and the like, the wavelength conversion element or bulk that forms a slab waveguide that is easy to align. It is particularly desirable to use a type (non-waveguide type) wavelength conversion element.
  • the output of the wavelength converted light is 10 W or less, it is easy to secure the intensity of the excitation light in the return path by using the wavelength conversion element formed with the slab waveguide, and from the excitation light in the return path to the wavelength converted light. Therefore, the S / N of the reference light can be made sufficiently high.
  • the output of the wavelength conversion light is 500 mW. If exceeded, heat generation due to light absorption in the wavelength conversion element causes a temperature difference between the forward path and the return path. Since this temperature difference becomes a noise for the control of the present embodiment, it is necessary to use a bulk type wavelength conversion element that can easily reduce the influence of light absorption and the temperature rise by expanding the beam diameter. desirable.
  • the bulk type wavelength conversion element has a feature that the propagation loss in the wavelength conversion element is small.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing still another configuration of the laser light source according to Embodiment 2 of the present invention.
  • a bulk type wavelength conversion element it is possible to increase the wavelength conversion efficiency of the return path and increase the S / N of the reference light by using the laser light source 100c shown in FIG. Become.
  • the quasi phase matching wavelength conversion element 701 is provided with antireflection coatings 705 and 901 that transmit both 99% or more of the excitation light and the wavelength conversion light at the incident end and the emission end, respectively.
  • Excitation light is incident on the wavelength conversion element 701.
  • the excitation light and wavelength converted light transmitted through the emission end are incident on the light separation mirror 902 that reflects the excitation light and transmits the wavelength converted light, and only the excitation light is incident on the quasi phase matching wavelength conversion element 701 again.
  • the re-incident excitation light generates wavelength converted light again, the output of the wavelength converted light is detected by the photodiode 704, and the control circuit 103 monitors the output of the wavelength converted light.
  • the light separation mirror 902 is a concave mirror, and by adjusting the position and curvature of the light separation mirror 902, the reference light can be condensed in the wavelength conversion element 701, and the reference light generation efficiency is increased. It becomes possible to do. Thereby, the noise of the reference light due to the output light can be reduced, and the reference light output can be detected more accurately.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing still another configuration of the laser light source according to Embodiment 2 of the present invention.
  • a bulk type wavelength conversion element it is possible to increase the wavelength conversion efficiency of the return path and increase the S / N of the reference light by using the laser light source 100d shown in FIG. Become.
  • the quasi phase matching wavelength conversion element 701 has antireflection coatings 705 and 901 that transmit both excitation light and wavelength conversion light at 99% or more at the incident end and the emission end, respectively.
  • the excitation light is incident on the quasi phase matching wavelength conversion element 701.
  • the excitation light and wavelength conversion light emitted from the quasi phase matching wavelength conversion element 701 are incident on a light separation mirror 601 that transmits the excitation light and reflects the wavelength conversion light.
  • the excitation light that passes through the light separation mirror 601 is reflected by the concave mirror 602 that reflects the excitation light, and the excitation light passes through the light separation mirror 601 again and reenters the quasi phase matching wavelength conversion element 701.
  • the concave mirror 602 is used to suppress the divergence of excitation light.
  • the wavelength-converted light that has been re-incident on the light separation mirror 601 and reflected is incident on the beam stopper 707 and stopped.
  • the excitation light and the wavelength converted light can be more completely separated by passing the light separation mirror 601 that reflects the wavelength converted light twice. Therefore, it becomes possible to prevent part of the output light from becoming noise of the reference light, and high-precision control is possible even when the output of the wavelength converted light is low output wavelength conversion of about several mW. Become. It is further desirable to insert a wavelength conversion light absorption filter 603 between the light separation mirror 601 and the concave mirror 602 to absorb the wavelength conversion light generated in the forward path.
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing a configuration of a laser light source according to Embodiment 3 of the present invention.
  • a laser light source that functions as a wavelength conversion device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the semiconductor laser 101 outputs the excitation light with the current from the current drive circuit 102 as in the first and second embodiments.
  • excitation light is incident on the quasi phase matching wavelength conversion element 701 to generate output light and reference light, and the output of the reference light is monitored by the photodiode 704.
  • the output light is incident on the optical branching mirror 1001 that reflects the output light by about 1%, and the reflected output light is incident on the excitation light absorption filter 1002 to remove the mixed excitation light and only the transmitted output light is transmitted. Monitor with photodiode 1003.
  • control circuit 103 performs constant output control based on the intensity of the output light to be monitored, as in the first embodiment, and the temperature using the reference light as in the second embodiment. Take control. With these controls, in the present embodiment, the output is always stable, as in the first embodiment, and the element temperature and the phase matching temperature are almost the same as in the second embodiment. As a result, it is possible to prevent beam degradation that occurs when wavelength conversion is performed at a temperature that deviates from the phase matching temperature.
  • the control circuit 103 measures the output of the excitation light reflected by the light separation mirror 703 with the photodiode 1004, and measures the measured output of the excitation light with the photodiode 704.
  • the normalized wavelength conversion efficiency is a value obtained by dividing the reference light output by the square of the return pumping light output.
  • FIG. 16 is a schematic diagram showing a configuration of a laser light source according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the laser light source functioning as the wavelength conversion device according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • 16 has a configuration in which light separation mirrors 1401 and 1402 and a photodiode 1403 are further added to the laser light source 100c shown in FIG.
  • the wavelength converted light and the excitation light reflect the excitation light and transmit the wavelength converted light. Is incident on.
  • the wavelength-converted light that passes through the light separation mirror 1401 enters the photodiode 704 as in the second embodiment, and its output is monitored as the output of the first reference light.
  • the excitation light reflected by the light separation mirror 1401 is incident on the wavelength conversion element 701 again.
  • the optical path in the wavelength conversion element 701 for the excitation light incident from the semiconductor laser 101 is defined as a first forward path
  • the optical path in the wavelength conversion element 701 for the excitation light reflected by the light separation mirror 1401 is defined as a second forward path.
  • a part of the excitation light is converted into wavelength converted light, exits the wavelength conversion element 701, and then enters the light separation mirror 1402 that reflects the excitation light and transmits the wavelength converted light.
  • the output of the wavelength converted light transmitted through the light separation mirror 1402 is monitored by the photodiode 1403 as the second reference light. Further, the excitation light reflected by the light separation mirror 1402 enters the beam stopper 706 and stops.
  • the angles formed by the polarization inversion period direction of the wavelength conversion element 701 and the first forward path, the backward path, and the second forward path are 1.00 ° and 1.44 °, respectively.
  • the angles of the light separation mirrors 902 and 1401 and the wavelength conversion element 701 are adjusted so as to be 0.00 °.
  • the temperature characteristic 1502 of the first reference light (broken line in the drawing) and the temperature characteristic 1503 of the second reference light (one-dot chain line in the drawing) are the temperature characteristics of the output light.
  • 1501 solid line in the figure shifts by 0.7 ° C. and overlaps the low temperature side and the high temperature side.
  • the outputs of the first reference light and the second reference light are monitored, and the wavelength conversion element 701 is heated or cooled by the heater 105 so that the output light becomes maximum.
  • the output ratio of the first reference light and the second reference light is measured in advance at the wavelength conversion element temperature at which the intensity of the output light is maximized, and the control circuit 103 stores the output ratio in advance,
  • the temperature of the wavelength conversion element 701 is adjusted so that the output ratio between the first reference light and the second reference light approaches the value stored in advance.
  • the control circuit 103 determines the temperature of the wavelength conversion element 701 when the output ratio (the output of the first reference light / the output of the second reference light) is larger than the value stored in advance. In the case where it is small, the temperature of the wavelength conversion element 701 is controlled to decrease.
  • the temperature control of the wavelength conversion element 701 is performed based on the output ratio (the output of the first reference light / the output of the second reference light), the wavelength conversion in the forward path is performed. Even when the efficiency or the output of the excitation light that has not been converted in the forward path fluctuates, the temperature control can be performed with high accuracy.
  • the wavelength conversion element 701 it is desirable to use a quasi phase matching wavelength conversion element mainly composed of lithium niobate or lithium tantalate as the wavelength conversion element 701, which enables highly efficient wavelength conversion.
  • the quasi-phase matching wavelength conversion element can easily adjust the period of the domain-inverted periodic structure or form a part without the domain-inverted periodic structure, the first reference It is possible to freely adjust the phase matching temperature and the temperature tolerance of the light and the second reference light.
  • the wavelength conversion element using lithium niobate or lithium tantalate is liable to generate output fluctuation due to a temperature change caused by absorption of excitation light or wavelength conversion light. Stable output can be obtained.
  • phase matching temperature changes by changing the angle between the deflection direction of the excitation light and the optical axis of the crystal, and therefore the first reference light having a phase matching temperature different from that of the output light and The second reference light can be obtained, and the same temperature adjustment can be performed.
  • this embodiment is useful when used for a birefringence phase matching wavelength conversion element such as LBO excellent in high output wavelength conversion characteristics and inexpensive KTP.
  • the output of the first reference light and the second reference light is 15% or more and 85% or less of the respective maximum values. It is desirable to become. By setting it to 15% or more and 85% or less, S / N is sufficiently high, and high-precision temperature control becomes possible. Moreover, it is more desirable to become 30% or more and 60% or less. As a result, the output fluctuation of the first reference light and the second reference light with respect to the temperature change becomes sufficiently large, so that high-speed temperature control is possible, and the output fluctuation of the output light is further reduced.
  • the wavelength conversion element 701 three optical paths of the excitation light (first outgoing path, backward path, and second outgoing path) are formed in the wavelength conversion element 701, and therefore, a slab type guide that is easy to align. It is particularly desirable to use a wavelength conversion element forming a waveguide or a bulk type (non-waveguide type) wavelength conversion element. In particular, when the wavelength-converted light output is 10 W or less, it is easy to secure the intensity of the excitation light in the return path by using the wavelength conversion element in which the slab type waveguide is formed. Since high conversion efficiency is obtained, the S / N of the first reference light and the second reference light can be sufficiently increased.
  • wavelength conversion element made of lithium niobate or lithium tantalate
  • excitation light having a wavelength of 1200 nm or less is incident and converted into wavelength conversion light having a wavelength of 600 nm or less
  • the wavelength converted light output exceeds 500 mW.
  • heat generated by light absorption in the wavelength conversion element generates a temperature difference between the first forward path, the backward path, and the second forward path. Since this temperature difference becomes noise for the control of the present embodiment, it is desirable to use a bulk type wavelength conversion element that can easily reduce the influence of light absorption and temperature rise by expanding the beam diameter. .
  • FIG. 18 is a schematic diagram showing another configuration of the laser light source according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the concave light 1904 and 1901 are used to generate the excitation light. Only the first excitation light and the second excitation light are branched into the wavelength conversion element 701 again.
  • the concave mirror 1904 transmits 99% or more of the wavelength converted light, reflects about 50% of the excitation light and emits the first excitation light, and the concave mirror 1901 receives 99% or more of the wavelength converted light. The light is transmitted, and the excitation light is reflected by 99% or more to emit the second excitation light.
  • first and second excitation lights are converted into first and second wavelength conversion lights in the wavelength conversion element 701, respectively, and the first and second wavelength conversion lights reflect the excitation light.
  • the light is then monitored as first and second reference light by photodiodes 704 and 1903 via light separation mirrors 703 and 1902 that transmit wavelength-converted light. Further, the excitation light reflected by the light separation mirrors 703 and 1902 enters the beam stoppers 706 and 707 and stops.
  • the angles of the concave mirrors 1904 and 1901 and the wavelength conversion element 701 are adjusted so as to be 0.00 °. Therefore, it goes without saying that the example shown in FIG. 18 can also exhibit the same effect as the example shown in FIG.
  • the output ratio of the excitation light in the two return paths is constant, so the accuracy of temperature control is improved from the output ratio of the two reference lights, and more efficient and stable output light can be obtained. It becomes possible.
  • FIG. 19 is a schematic diagram showing a configuration of a laser light source according to Embodiment 5 of the present invention.
  • the laser light source functioning as the wavelength conversion device according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • a laser light source 100h illustrated in FIG. 19 includes a semiconductor laser 101, a current driving circuit 102, a control circuit 103, a heater 105, a diffractive optical element 1601, excitation light absorption filters 1602 and 1603, photodiodes 1604 and 1605, and a quasi phase matching wavelength conversion element. 1606 and anti-reflection coatings 705 and 1607.
  • the semiconductor laser 101 generates the excitation light by the current from the current drive circuit 102 as in the second embodiment.
  • the excitation light first enters the diffractive optical element 1601 and branches in three directions: a main optical path 1608 and two sub optical paths 1609 and 1610.
  • the power ratio of the excitation light in the main optical path 1608 and the sub optical paths 1609 and 1610 is, for example, 98: 1: 1.
  • the excitation light in the sub optical paths 1609 and 1610 is incident on the wavelength conversion element 1606, and a part of the excitation light is converted into wavelength converted light.
  • the wavelength-converted lights in the sub optical paths 1609 and 1610 are measured as output of reference light by photodiodes 1604 and 1605 through excitation light absorption filters 1602 and 1603, respectively.
  • the excitation light absorption filters 1602 and 1603 absorb the excitation light and transmit the wavelength converted light.
  • the polarization inversion period of the quasi phase matching wavelength conversion element 1606 is partially divided (the intermediate part where the excitation light of the main optical path 1608 passes, the upper part where the excitation light of the sub optical path 1609 passes, and the excitation light of the sub optical path 1610 By changing for each lower part), the temperature characteristics in the main optical path 1608 and the sub optical paths 1609 and 1610 can be set to the relations as the temperature characteristics 1501, 1503 and 1502 in FIG. That is, the same control as in the fourth embodiment is possible.
  • the incident / exit surfaces of the wavelength conversion element 1606 are provided with antireflection coatings 705 and 1607 for preventing reflection of the excitation light and the wavelength conversion light, so that the wavelengths generated from the sub optical paths 1609 and 1610 in the photodiodes 1604 and 1605 are provided. It becomes possible to prevent the incidence of unintended wavelength-converted light other than the converted light. Thereby, highly accurate control becomes possible.
  • the sub optical path should just be one or more.
  • temperature control using the control circuit 103 and the heater 105 can be performed based on the output ratio of the two reference beams, and more accurate temperature control can be performed. It becomes possible.
  • the wavelength conversion element having a different polarization inversion period for each portion is used.
  • the angles of the main optical path and the two sub optical paths and the polarization inversion period are adjusted.
  • a method may be used. Compared with the method of changing the phase matching temperature by changing the polarization inversion period, the method of changing the phase matching temperature by changing the angle between each optical path and the polarization inversion period can adjust the phase matching temperature with high accuracy. It becomes possible.
  • the polarization inversion period and the polarization inversion period direction in each optical path It is more desirable to use a method that adjusts both the angle to. Depending on the size of the light source, this is the case when the angle between the main optical path and the sub optical path is 10 ° or less.
  • FIG. 20 is a schematic diagram showing a configuration of a laser light source according to Embodiment 6 of the present invention.
  • a laser light source that functions as a wavelength conversion device according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • a laser light source 100i shown in FIG. 20 includes a semiconductor laser 101, a current drive circuit 102, a control circuit 103, a heater 105, a quasi phase matching wavelength conversion element 1701, a light reflection coat 1702, a light separation coat 1703, light branching mirrors 1704 and 1705, And photodiodes 1706 and 1707.
  • the semiconductor laser 101 generates the excitation light by the current from the current drive circuit 102 as in the second embodiment.
  • the excitation light is incident on the quasi-phase matching wavelength conversion element 1701 and a plurality of times between the light reflection coat 1702 and the light separation coat 1703 formed on both end faces of the quasi-phase matching wavelength conversion element 1701.
  • a plurality of optical paths are formed by reflection.
  • the light reflecting coat 1702 reflects both the excitation light and the wavelength converted light
  • the light separation coat 1703 reflects the excitation light and transmits the wavelength converted light.
  • the wavelength-converted light generated in each optical path is emitted from the end face on which the light separation coat 1703 is formed.
  • Part of the emitted wavelength-converted light is branched by the light branching mirrors 1704 and 1705, enters the photodiodes 1706 and 1707, and the output thereof is monitored.
  • each optical path is obtained by changing the polarization inversion period of the quasi phase matching wavelength conversion element 1701 for each optical path (for example, by narrowing the polarization inversion period as it moves from the upper part to the lower part).
  • the phase matching temperature is shifted little by little.
  • the temperature characteristic 1801 of the total power of the output light is a stable temperature characteristic from 40 ° C. to 60 ° C. Therefore, the output change with respect to the temperature change is reduced, and the temperature change is severe. Even under this, a laser light source with stable output can be realized.
  • the temperature characteristic 1801 of the total power is a substantially flat characteristic from 40 ° C. to 60 ° C.
  • the temperature of the quasi phase matching wavelength conversion element 1701 is predicted from the value of the output light between 40 ° C. and 60 ° C. Cannot be judged. Therefore, in this embodiment, a part of the wavelength converted light generated from the optical path having the lowest phase matching temperature and the optical path having the highest phase matching temperature is incident on the photodiodes 1706 and 1707 as reference lights, respectively.
  • the output is being monitored.
  • the temperature characteristics 1802 and 1803 of the reference light incident on the photodiodes 1706 and 1707 are maximum at 40 ° C. and 60 ° C., respectively. That is, by monitoring these outputs, it is possible to determine whether the quasi phase matching wavelength conversion element 1701 is heated or cooled before the temperature of the output light starts to decrease to 40 ° C. or lower or 60 ° C. or higher.
  • the optical path of the excitation light in the wavelength conversion element 1701 is long, the beam diameter of the laser is expanded by diffraction, and the wavelength conversion efficiency is lowered. For this reason, it is desirable to use a slab waveguide type wavelength conversion element as the wavelength conversion element 1701, and this can reduce the effect of unidirectional diffraction, thereby obtaining high wavelength conversion efficiency.
  • the plurality of optical paths in the wavelength conversion element are respectively at the same distance from the heater (the temperature adjusting member of the wavelength conversion element). Is disposed on the side surface (back surface) of the wavelength conversion element parallel to the paper surface of each figure. Thereby, the temperature difference between the optical paths is reduced, and the temperature control system is improved.
  • positions a heater is not specifically limited to said example, A various change is possible.
  • FIG. 22 is a schematic configuration diagram showing an example of the configuration of the image display device according to Embodiment 7 of the present invention.
  • the image display apparatus 2010 of the present embodiment includes a plurality of laser light sources 2001a, 2001b, and 2001c and a plurality of scanning units 2002a that scan the laser beams from the plurality of laser light sources 2001a, 2001b, and 2001c. , 2002b, 2002c.
  • laser light sources 2001a, 2001b, and 2001c of three colors of red (R), green (G), and blue (B) were used.
  • a semiconductor laser device made of an AlGaInP / GaAs material with a wavelength of 640 nm is used for the red laser light source (R light source) 2001a, and a semiconductor laser device made of a GaN material with a wavelength of 450 nm is used for the blue laser light source (B light source) 2001c. ing. Further, as the green laser light source (G light source) 2001b, any one of the laser light sources in the first to sixth embodiments is used as a wavelength conversion device that emits a laser beam having a wavelength of 532 nm.
  • the laser beams emitted from the R, G, and B light sources 2001a, 2001b, and 2001c of the image display apparatus 2010 are condensed by the condenser lenses 2009a, 2009b, and 2009c, and then are a reflection type two-dimensional that forms a scanning unit.
  • the diffusion plates 2003a, 2003b, and 2003c are scanned by the beam scanning units 2002a, 2002b, and 2002c.
  • the image data is divided into R, G, and B data, and signals corresponding to the data are input to the spatial modulation elements 2005a, 2005b, and 2005c.
  • Laser beams from the diffusion plates 2003a, 2003b, and 2003c are focused by the field lenses 2004a, 2004b, and 2004c, input to the spatial modulation elements 2005a, 2005b, and 2005c, modulated according to image data, and then modulated by the dichroic prism 2006. By combining, a color image is formed. The combined image is projected onto the screen 2008 by the projection lens 2007.
  • a concave lens 2009 for making the spot size of the G light at the spatial modulation element 2005b the same as that of the R light and the B light is inserted in the optical path incident on the spatial modulation element 2005b from the G light source 2001b.
  • the G light source 2001b is reflected by adding an optical component such as a condenser lens (not shown) to the G light source shown in the first to sixth embodiments and condensing a multi-beam of output light.
  • the type two-dimensional beam scanning unit 2002b facilitates scanning.
  • mirrors 2011a and 2011c are disposed between the reflective two-dimensional beam scanning units 2002a and 2002c and the diffusion plates 2003a and 2003c.
  • the G light source 2001b uses the G light source shown in the first to sixth embodiments. That is, the image display apparatus 2010 includes a screen 2008, a plurality of laser light sources 2001a, 2001b, and 2001c, and scanning units 2002a, 2002b, and 2002c that scan the laser beams from the laser light sources 2001a, 2001b, and 2001c. 2001a, 2001b, and 2001c are configured using light sources that emit at least red, green, and blue, respectively.
  • the laser light sources 2001a, 2001b, and 2001c at least the green light source (G light source) 2001b is the first embodiment. Any one of the laser light sources 1 to 6 is used.
  • the screen 2008 may be omitted from the configuration of the image display device 2010 of this embodiment, and an image may be directly formed on the retina. By doing so, it is possible to display an image with low power consumption, a small size, and a wide angle of view.
  • FIG. 23 is a schematic configuration diagram showing an example of the configuration of the image display device according to Embodiment 8 of the present invention.
  • a schematic configuration of a liquid crystal display device 2106 is shown as an example of an image display device, and the liquid crystal display device 2106 includes any one of the laser light sources of Embodiment Modes 1 to 6 as a G light source.
  • a backlight illumination device 2101 is used.
  • the liquid crystal display device 2106 includes a liquid crystal display panel 2107 that is a spatial modulation element, and a backlight illumination device 2101 that illuminates the liquid crystal display panel 2107 from the back side.
  • the light source of the backlight illumination device 2101 includes a laser light source 2102
  • the laser light source 2102 includes an R light source 2102a, a G light source 2102b, and a B light source 2102c that emit at least red, green, and blue, respectively. That is, the R light source 2102a, the G light source 2102b, and the B light source 2102c emit red, green, and blue laser beams, respectively.
  • the G light source 2102 b is configured using the G light source composed of the laser light sources described in the first to sixth embodiments.
  • a semiconductor laser device made of an AlGaInP / GaAs-based material with a wavelength of 640 nm is used for the R light source 2102a
  • a semiconductor laser device made of a GaN-based material with a wavelength of 450 nm is used for the blue laser light source (B light source) 2102c.
  • the green laser light source (G light source) 2102b uses any one of the laser light sources shown in the first to sixth embodiments, and is used as a wavelength conversion device that emits laser light having a wavelength of 532 nm.
  • a liquid crystal display device 2106 in this embodiment includes a backlight illumination device 2101 and a polarizing plate 2108 that performs image display using laser light of R light, G light, and B light emitted from the backlight illumination device 2101. And a liquid crystal display panel 2107 composed of a liquid crystal plate 2109.
  • the backlight illumination device 2101 includes an optical fiber 2103 that guides the R light, G light, and B light from the R light source 2102a, G light source 2102b, and B light source 2102c to the light guide plate 2105 via the light guide unit 2104.
  • the light guide plate 2105 is uniformly filled with the introduced R, G, and B laser beams and emits the laser beams from a main surface (not shown).
  • the G light source 2102b adds an optical component such as a condensing lens (not shown) to the laser light source shown in the first to sixth embodiments, and a multi-beam of output light is condensed on the optical fiber 2103. The light is guided to the light guide plate 2105.
  • a liquid crystal display device using a transmissive liquid crystal panel as a spatial modulation element is shown as an image display device using a laser light source.
  • a DMD mirror or a reflective LCOS is used as the spatial modulation element. It goes without saying that the same effect is exhibited even in an image display device such as a projector.
  • FIG. 24 is a schematic configuration diagram showing an example of the configuration of the laser processing apparatus according to Embodiment 9 of the present invention.
  • the laser processing apparatus uses any one of the laser light sources in the first to sixth embodiments.
  • the laser processing apparatus 2201 includes a laser light source 2202, a scan mirror 2203, and a stage 2204, and processes a sample 2205.
  • a laser light source 2202 includes the laser light source described in any of Embodiments 1 to 6, and the sample 2205 is reflected on the sample 2205 by reflecting the laser light emitted from the laser light source 2202 with the scan mirror 2203.
  • the laser irradiation position is moved in the Y-axis direction.
  • the laser irradiation position on the sample 2205 moves in the X-axis direction.
  • the laser light sources of Embodiments 1 to 6 are capable of generating laser light with stable and high beam quality, and are desirable as light sources used in laser processing apparatuses such as laser marking and laser peening.
  • laser peening it is desirable to use a laser light source that generates light having a wavelength of 441 nm or more and 592 nm or less as wavelength conversion light. This prevents water from evaporating due to absorption of the laser light. It is possible to exhibit a high laser peening effect on the irradiated surface.
  • a laser scanning type processing apparatus using a scan mirror has been described, but this is an example of a processing apparatus using a laser light source.
  • laser light generated by a laser light source is used as a fiber. It is good also as a processing apparatus of the structure which makes it inject and irradiates a laser beam to the arbitrary irradiation surfaces which faced the other surface (exit end) of the fiber. With this configuration, it is possible to realize a surgical laser processing apparatus.
  • M 2 (M square) has an excellent beam quality of 1.4 or less in order to reduce insertion loss when entering the fiber.
  • a laser light source is desirable.
  • the laser light source according to the present invention has a pumping light source and a plurality of optical paths through which the pumping light from the pumping light source passes, and converts the pumping light passing through the plurality of optical paths into wavelength converted light.
  • a wavelength conversion element comprising a nonlinear optical crystal that generates output light having a first temperature characteristic and emitted to the outside of the apparatus and reference light having a second temperature characteristic different from the first temperature characteristic
  • a reference light measurement unit that measures the reference light
  • a control unit that controls the temperature of the wavelength conversion element based on the reference light measured by the reference light measurement unit.
  • the wavelength conversion element In this laser light source, a plurality of optical paths through which excitation light passes are formed in the wavelength conversion element, and the reference light having temperature characteristics different from the output light to be wavelength converted light output to the outside of the laser light source is monitored. Since the wavelength conversion element is temperature-controlled, the intensity of the reference light has an inclined part at the element temperature at which the intensity of the output light is maximized, and by controlling the temperature of the wavelength conversion element using this inclined part, High-speed temperature control is possible in the vicinity of the element temperature where the intensity of the output light is maximized, and it is possible to greatly reduce output fluctuations that have conventionally occurred during temperature control and to stabilize the output. .
  • the output light has a first temperature characteristic that has a maximum value at a first element temperature
  • the reference light has a second value that has a maximum value at a second element temperature different from the first element temperature. It has a temperature characteristic, and the intensity of the reference light is preferably 15% to 85% of the maximum value of the reference light at an element temperature at which the intensity of the output light is a maximum value. More preferably, the maximum value is 30% or more and 60% or less.
  • the S / N is sufficiently high and high-precision temperature control is possible.
  • the output fluctuation of the reference light with respect to the temperature change is sufficiently large, so that high-speed temperature control is possible and the output fluctuation Is further reduced.
  • the control unit stores in advance the intensity of the reference light at the element temperature at which the intensity of the output light is a maximum value, and the intensity of the reference light stored by the intensity of the reference light measured by the reference light measurement unit It is preferable to adjust the temperature of the wavelength conversion element so that.
  • the intensity of the reference light when the element temperature becomes the phase matching temperature of the output light is stored in advance, and the temperature is adjusted so that the reference light becomes a value stored in advance, so the output of the reference light is monitored.
  • This makes it possible to immediately determine whether to heat or cool. As a result, high-speed temperature control becomes possible, highly efficient and stable wavelength conversion is possible, and beam degradation of output light can be prevented.
  • the control unit calculates the normalized wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion element from the reference light measured by the reference light measurement unit, and the normalized wavelength conversion efficiency at an element temperature at which the intensity of the output light is a maximum value. Is stored in advance, and the temperature of the wavelength conversion element is adjusted so that the normalized wavelength conversion efficiency calculated from the reference light measured by the reference light measurement unit becomes the stored normalized wavelength conversion efficiency. May be.
  • the normalized wavelength conversion efficiency when the element temperature becomes the phase matching temperature of the output light is stored in advance, and the temperature is adjusted so that the normalized wavelength conversion efficiency becomes a prestored value.
  • the temperature is adjusted so that the normalized wavelength conversion efficiency becomes a prestored value.
  • the reference light measurement unit includes a first reference light measurement unit that measures a first reference light having a low-temperature side shift temperature characteristic that is a maximum value at a temperature lower than the first element temperature, and the first element temperature.
  • a second reference light measuring unit that measures a second reference light having a high temperature side shift temperature characteristic that becomes a maximum value at a higher temperature
  • the control unit includes the first and second reference light measuring units.
  • the output ratio of the measured first and second reference lights is calculated, and the output ratio of the first and second reference lights at the element temperature at which the intensity of the output light is maximized is stored in advance.
  • the temperature of the wavelength conversion element is adjusted so that the output ratio calculated from the first and second reference lights measured by the first and second reference light measuring units becomes the stored output ratio. Also good.
  • the output ratio of the first reference light and the second reference light when the element temperature becomes the phase matching temperature of the output light is stored in advance, and when the output ratio is larger than the previously stored value, the wavelength conversion element Since the temperature can be controlled to increase and decrease the temperature of the wavelength conversion element when the temperature is small, the wavelength conversion efficiency in the forward path among the optical paths of the multiple excitation lights and the excitation light that has not been converted in the forward path Even when the output fluctuates, temperature control can be performed with high accuracy.
  • the laser light source further includes an output light measurement unit that measures a part of the output light, and the control unit outputs the output light that is output to the outside of the apparatus based on the output light measured by the output measurement unit. It is preferable to control the excitation light source so that the intensity of the light becomes constant.
  • the output constant control is performed based on the intensity of the output light, and the temperature control using the reference light is performed, the output is always stable, and the element temperature and the phase matching temperature are always substantially equal, It is possible to prevent beam degradation that occurs when wavelength conversion is performed at a temperature that is different from the phase matching temperature.
  • the laser light source further includes an excitation light measuring unit that measures excitation light emitted from the wavelength conversion element.
  • the wavelength conversion element is preferably a bulk type wavelength conversion element.
  • the wavelength conversion element may be a slab waveguide type wavelength conversion element.
  • the intensity of the wavelength conversion light is 10 W or less, it is easy to secure the intensity of the excitation light in the return path among the optical paths of the plurality of excitation lights, and high conversion efficiency from the excitation light in the return path to the wavelength converted light can be obtained. Therefore, the S / N of the reference light can be made sufficiently high.
  • the wavelength conversion element is preferably a quasi phase matching wavelength conversion element.
  • the period of the domain-inverted periodic structure can be partially adjusted, or a part without the domain-inverted periodic structure can be partially formed.
  • the width can be adjusted freely.
  • the polarization inversion period in the optical path of the excitation light that generates the reference light of the wavelength conversion element is preferably different from the polarization inversion period in the optical path of the excitation light that generates the output light.
  • output light and reference light having different temperature characteristics can be easily generated.
  • the wavelength conversion element is preferably made of a nonlinear optical crystal mainly composed of lithium niobate or lithium tantalate. In this case, highly efficient wavelength conversion is possible.
  • Another laser light source emits an excitation light source, a wavelength conversion element made of a nonlinear optical crystal that converts excitation light from the excitation light source into wavelength conversion light having different wavelengths, and the wavelength conversion element.
  • the excitation light source is controlled so that the intensity of the wavelength conversion light is constant based on the output light measured by the output measurement unit, and an output light measurement unit that measures part of the wavelength converted light as output light
  • a control unit that simultaneously performs constant output control and temperature control for adjusting the temperature of the wavelength conversion element so that the temperature of the wavelength conversion element approaches the phase matching temperature.
  • temperature control is performed so that the temperature of the wavelength conversion element approaches the phase matching temperature during constant output control that feeds back the output of wavelength converted light to the excitation light source. Without this, it is possible to eliminate the deviation of the element temperature from the phase matching temperature. As a result, since the output does not fluctuate significantly, it is possible to frequently control the temperature, always maintain high wavelength conversion efficiency, and always perform wavelength conversion at the optimum temperature. There is little beam degradation. In addition, when a semiconductor laser is used as the excitation light source, it is possible to reduce the drive current, and it is possible to suppress the performance of the semiconductor laser from being lowered or the life from being shortened.
  • the controller simultaneously performs the output constant control and the temperature control for heating or cooling the wavelength conversion element so that the intensity of the excitation light incident on the wavelength conversion element is minimized.
  • the excitation light is monitored and temperature control is performed to heat or cool the wavelength conversion element so that the intensity of the excitation light incident on the wavelength conversion element is minimized, the intensity of the wavelength conversion light is constant.
  • the temperature of the wavelength conversion element can be adjusted so that the temperature of the wavelength conversion element approaches the phase matching temperature without stopping the constant output control for adjusting the input power to the excitation light source.
  • the control unit may perform the output constant control and the temperature control for heating or cooling the wavelength conversion element so that the normalized wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion element is maximized.
  • temperature control is performed to heat or cool the wavelength conversion element so that the normalized wavelength conversion efficiency is maximized, so the input power to the excitation light source is adjusted so that the intensity of the wavelength converted light is constant.
  • the temperature of the wavelength conversion element can be adjusted so that the temperature of the wavelength conversion element approaches the phase matching temperature.
  • the increase / decrease in the normalized wavelength conversion efficiency is not affected by the increase / decrease in the excitation light input, and depends only on the element temperature, so that temperature control can be performed with high accuracy.
  • the control unit may simultaneously perform the output constant control and the temperature control for heating or cooling the wavelength conversion element so that the intensity of the excitation light emitted from the wavelength conversion element is minimized.
  • temperature control is performed to heat or cool the wavelength conversion element so that the intensity of the excitation light emitted from the wavelength conversion element is minimized, so that the intensity of the wavelength conversion light is constant to the excitation light source. It is possible to adjust the temperature of the wavelength conversion element so that the temperature of the wavelength conversion element approaches the phase matching temperature without stopping the constant output control for adjusting the input power.
  • the control unit may simultaneously perform the output constant control and the temperature control for heating or cooling the wavelength conversion element so that the input power of the excitation light source is minimized.
  • temperature control is performed to heat or cool the wavelength conversion element so that the input power of the excitation light source is minimized, so the input power to the excitation light source is set so that the intensity of the wavelength conversion light is constant.
  • the temperature of the wavelength conversion element can be adjusted so that the temperature of the wavelength conversion element approaches the phase matching temperature without stopping the output constant control to be adjusted.
  • the control unit obtains desired wavelength converted light, the intensity of excitation light incident on the wavelength conversion element, and the normalized wavelength conversion of the wavelength conversion element It is preferable to previously store values used for control among the efficiency, the intensity of the excitation light emitted from the wavelength conversion element, and the input power to the excitation light source.
  • the control unit includes the intensity of excitation light incident on the wavelength conversion element, the normalized wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion element, the intensity of excitation light emitted from the wavelength conversion element, and the input power to the excitation light source. When one of them satisfies a preset threshold condition, it is preferable to switch from the temperature control to a constant temperature control for controlling the temperature of the wavelength conversion element to be constant.
  • control unit controls the input power to the excitation light source with an upper limit.
  • the wavelength conversion element is a nonlinear optical crystal having a polarization inversion periodic structure, and the phase matching temperature of the wavelength conversion element is higher than the environmental temperature.
  • the cooling function of the wavelength conversion element is not required in a normal temperature environment, and an inexpensive heater or the like can be used as a heating and cooling member for the wavelength conversion element.
  • M 2 of the laser light emitted from the laser light source is preferably 1.4 or less.
  • laser light having excellent beam quality can be obtained, so that a laser light source suitable for laser processing can be realized.
  • An image display apparatus includes a plurality of laser light sources, a spatial modulation element, and an optical system that guides light emitted from the laser light source to the spatial modulation element, wherein the plurality of laser light sources are at least red, It includes green and blue laser light sources, and at least the green laser light source among the plurality of laser light sources is the laser light source described in any of the above.
  • Another image display device includes a plurality of laser light sources, a scanning unit, and an optical system that guides light emitted from the plurality of laser light sources to the scanning unit, and the scanning unit includes the optical system.
  • the plurality of laser light sources includes at least red, green, and blue laser light sources, and at least the green laser light source among the plurality of laser light sources includes the above-described laser light sources.
  • Another processing apparatus includes a laser light source and an optical system that guides laser light emitted from the laser light source to a processing target, and the laser light source is any of the laser light sources described above.
  • the laser light source that performs the above-described control since the laser light source that performs the above-described control is used, it is possible to generate laser light having a stable and high beam quality, and to perform laser processing such as laser marking and laser peening.
  • the wavelength of the laser light generated from the laser light source is preferably 441 nm or more and 592 nm or less.
  • the laser light source according to the present invention can stabilize the output and increase the efficiency of the laser light source using the wavelength conversion element, the wavelength in the visible region of 0.5 ⁇ m to 0.6 ⁇ m, the mid-infrared region of 2 ⁇ m or more Can be stably output, and can be applied to various fields such as medical use, processing use and display use.

Abstract

　レーザ光源（１００）は、半導体レーザ（１０１）と、半導体レーザ（１０１）からの励起光を波長の異なる波長変換光に変換する非線形光学結晶からなる波長変換素子（１０４）と、波長変換素子（１０４）から出射する波長変換光の一部を出力光として計測するフォトダイオード（１０９）と、波長変換素子（１０４）から出射される励起光を計測するフォトダイオード（１１０）と、制御回路（１０３）とを備え、制御回路（１０３）は、電流駆動回路（１０２）を用いて波長変換光の強度を一定にする出力一定制御と、ヒーター（１０５）を用いて波長変換素子（１０４）の温度を調整する温度制御とを同時に行う。

Description

レーザ光源、それを用いた画像表示装置及び加工装置
　本発明は、非線形光学効果を利用して波長変換を行う波長変換素子を含むレーザ光源と、その制御方法とに関し、また、このレーザ光源を用いた画像表示装置及び加工装置に関する。
　レーザ光は、通信用や光学記録用ばかりでなく、計測用、医療用、加工用、ディスプレイ用など様々な分野で用いられている。これらの用途には、制御の容易性や小型であるという特徴から、半導体レーザが主な光源として用いられている。
　上記光源の中で、０．５μｍから０．６μｍの可視領域の波長の光を安定して発生させる半導体レーザは、実現していない。また、２μｍ以上の中赤外領域の波長の光を発生させる半導体レーザは、－１００℃から－２００℃に冷却する必要があり、室温での連続発振が困難である。
　そこで、可視領域や中赤外領域の波長の光を発生させる為に、半導体レーザや、半導体レーザで励起したファイバレーザなどから出射される光を励起光として用い、非線形光学結晶からなる波長変換素子により励起光を波長変換する波長変換技術が広く用いられている。励起光が波長変換素子内を伝搬することで、励起光のエネルギーは、波長変換光のエネルギーに変換されていく。励起光と波長変換素子との相互作用長を大きくすると、波長変換光への変換量が増大する。
　しかし、非線形光学結晶を用いた波長変換において、励起光の波長と波長変換光の波長とが異なるので、励起光及び波長変換光に対する屈折率は、大きく異なる。例えば、代表的な非線形光学結晶であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を波長変換素子として用い、波長１０６４ｎｍの励起光を入射し、ディスプレイ用光源として利用される緑色レーザ光（波長５３２ｎｍの波長変換光）を得る場合、励起光及び波長変換光の屈折率は、例えば、４０℃のときに２．１５６００及び２．２３３８９となる。この励起光と波長変換光との屈折率の差に伴い、波長変換素子内で励起光と波長変換光との位相が次第にずれるため、効率よく波長変換が行なえない。
　このため、従来から、励起光と波長変換光との屈折率の差を修正する方法として、周期的な分極反転周期構造を形成した非線形光学結晶を波長変換素子に用いる擬似位相整合や、励起光と異なる偏光の波長変換光を生成する複屈折位相整合がある。これらの方法を用いることで、ある温度において、励起光と波長変換光との位相を一致させる、又は、擬似的に一定にさせることが可能となる。
　しかし、４０℃のときに２．１５６００及び２．２３３８９であった励起光及び波長変換光の屈折率も、例えば、５０℃のときに２．１５６４２及び２．２３４４７と変化する。このため、いずれの場合においても、素子温度が安定しないと、安定して波長変換が行なえない。つまり、素子温度を最適に調節しながら、波長変換を行なう必要がある。以後、波長変換効率が最大となる最適素子温度を位相整合温度と呼ぶ。
　従来から広く用いられてきた波長変換素子の温度調節方法としては、波長変換素子の温度を一定値に制御する方法（温度一定制御）、出力値を励起光光源への入力電力にフィードバックする方法（出力一定制御）などが提案されている。この温度一定制御を用いた場合にも、下記のような原因により素子温度が次第に位相整合温度とずれる。
（１）励起光光源となる半導体レーザやファイバレーザの温度が変動し、出力する励起光の波長が変動することで、位相整合温度が変化する。
（２）波長変換素子の固定に伴う応力変化の影響で屈折率が変化し、位相整合温度が変化する。
（３）波長変換素子の温度を測定する温度センサの特性が変化し、温度センサでモニターする素子温度と実際の素子温度が乖離し、素子温度が変化する。
　素子温度と位相整合温度とのずれが増大するにつれて、波長変換効率が低下するため、励起光の出力を増大させることで波長変換光の出力を一定に保つ出力一定制御が用いられる。しかし、この場合、消費電力の増大は避けられない。また、励起光の出力に限界があるため、許容可能な温度のずれ幅も限られる。また、励起光に半導体レーザを用いている場合は、投入電力の増加に伴い光源の寿命も短縮される。更に、素子温度と位相整合温度とがずれた状態で、出力される波長変換光は、ビーム品質が低いため、高品質なレーザを必要とする加工用や医療用への応用が難しい。このため、特許文献１では、温度一定制御及び出力一定制御に加えて、定期的に素子温度と位相整合温度の差を解消する制御を併用している。
　しかしながら、特許文献１の従来の技術では、素子温度と位相整合温度とのずれを解消するため、一時的に出力一定制御を中断し、素子温度を増減させながら出力の変動を検出し、最適出力となる素子温度に近づける制御を行うため、その間は出力が変動する。
　また、プロジェクションディスプレイや液晶ディスプレイのバックライト等の民生機器の内部に波長変換素子を配置する場合、筐体内の温度が徐々に上昇するため、頻繁に素子温度と位相整合温度とのずれが発生し、その度、出力が不安定となる。これにより、ディスプレイのホワイトバランスが崩れるため、ディスプレイ用としては特に、レーザ光源の出力安定性が求められている。
特開２００７-２３３０３９号公報
　本発明の目的は、従来の温度一定制御中に発生していた出力変動を大幅に軽減することにより、出力を安定化することができるレーザ光源を提供することである。
　本発明の一局面に従うレーザ光源は、励起光光源と、前記励起光光源からの励起光が通過する複数の光路を有し、前記複数の光路を通過する励起光を波長変換光に変換することにより、第１の温度特性を有し且つ装置外部へ出射される出力光と、前記第１の温度特性と異なる第２の温度特性を有する参照光とを生成する非線形光学結晶からなる波長変換素子と、前記参照光を計測する参照光計測部と、前記参照光計測部により計測された参照光を基に、前記出力光の強度が最大となるように、前記波長変換素子の温度を制御する制御部とを備える。
　このレーザ光源においては、波長変換素子内に励起光が通過する複数の光路が形成され、レーザ光源の外部へ出力される波長変換光となる出力光と異なる温度特性を示す参照光をモニターして波長変換素子を温度制御しているので、高速な温度制御が可能となる。この結果、従来の温度一定制御中に発生していた出力変動を大幅に軽減することができ、出力を安定化することができる。
本発明の実施の形態１に係るレーザ光源の構成を示す模式図である。 波長変換素子温度と波長変換光出力との関係を示す図である。 出力一定制御中の波長変換素子温度と励起光出力との関係を示す図である。 出力一定制御中のヒーター加熱電流と励起光入力との第１の関係を示す図である。 出力一定制御中のヒーター加熱電流と励起光入力との第２の関係を示す図である。 出力一定制御中のヒーター加熱電流と励起光入力との第３の関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るレーザ光源の構成を示す模式図である。 波長変換素子温度と出力光及び参照光の出力との関係を示す図である。 擬似位相整合波長変換素子内における分極反転周期方向と励起光の光路とが成す角度と位相整合温度との関係を示す図である。 波長変換素子温度と出力光及び参照光の出力との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るレーザ光源の他の構成を示す模式図である。 分極反転周期構造が形成されていない部分がある場合の波長変換素子温度と出力光及び参照光の出力との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るレーザ光源のさらに他の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態２に係るレーザ光源のさらに他の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態３に係るレーザ光源の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態４に係るレーザ光源の構成を示す模式図である。 波長変換素子温度と出力光、第１及び第２の参照光の出力との関係を示す図である。 本発明の実施の形態４に係るレーザ光源の他の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態５に係るレーザ光源の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態６に係るレーザ光源の構成を示す模式図である。 波長変換素子温度と出力光及び２つの参照光の出力との関係を示す図である。 本発明の実施の形態７に係る画像表示装置の構成の一例について示す概略構成図である。 本発明の実施の形態８に係る画像表示装置の構成の一例について示す概略構成図である。 本発明の実施の形態９に係る加工装置の構成の一例について示す概略構成図である。
　以下、本発明の実施の形態に係るレーザ光源について、図面を参照しながら説明する。なお、図面において同じ符号を付したものは、説明を省略する場合もある。
　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１に係るレーザ光源の構成を示す模式図である。以下、図１を用いて、本発明の実施の形態１に係る、波長変換装置として機能するレーザ光源について説明する。
　図１に示すレーザ光源１００は、半導体レーザ１０１、電流駆動回路１０２、制御回路１０３、波長変換素子１０４、ヒーター１０５、光分離ミラー１０６、光分離ミラー１０７、波長選択フィルター１０８、フォトダイオード１０９、フォトダイオード１１０、及び波長選択フィルター１１１を備える。
　半導体レーザ１０１は、電流駆動回路１０２からの電流で励起光を出力する。出力された励起光は、波長変換素子１０４に入射し、その一部は、波長変換光に変換される。波長変換素子１０４から出射したレーザ光は、光分離ミラー１０６に入射し、光分離ミラー１０６は、波長変換されずに透過した励起光と、波長変換光とを分離する。図１では、光分離ミラー１０６として、４５°入射で、波長変換光の透過率９８～９９％、励起光の反射率９９％以上のハーモニックセパレーターを用いた。光分離ミラー１０６で反射した９９％以上の励起光と１～２％の波長変換光とが、光分離ミラー１０７に入射する。
　光分離ミラー１０７として、４５°入射で、光分離ミラー１０６と同様の透過率を有するハーモニックセパレーターを用いた。光分離ミラー１０７を透過した励起光と波長変換光とは、励起光を吸収する波長選択フィルター１０８に入射し、透過した波長変換光のみがフォトダイオード１０９に入射する。また、光分離ミラー１０７で反射した励起光と波長変換光とは、波長変換光を吸収する波長選択フィルター１１１に入射し、透過した励起光のみがフォトダイオード１１０に入射する。
　制御回路１０３は、フォトダイオード１１０に入射した励起光のパワーと、フォトダイオード１０９に入射した波長変換光のパワーと、上記各ミラーの透過率及び反射率等から、波長変換素子１０４から出射する励起光の強度（励起光出力）及び波長変換光の強度（波長変換光出力）を算出する。これらを足し合わせることで、波長変換素子１０４に入射する励起光の強度（励起光入力）を求めることが可能となる。本実施の形態では、波長変換素子１０４から出射した励起光及び波長変換光から励起光入力を求めているので、波長変換素子１０４に入射する励起光を損失することなく、励起光入力をモニターすることが可能となり、変換効率の低下を防止することができる。
　ただし、波長変換素子１０４に入射する励起光の強度の計測方法としては、上記の例に特に限定されず、励起光光源となる半導体レーザ１０１と波長変換素子１０４との間に、励起光を１％程度反射するミラーを挿入し、反射する励起光をモニターしてもよい。この方法では、波長変換素子１０４内において励起光及び波長変換光の吸収がある場合に、波長変換素子を透過する励起光と波長変換光との合計から励起光入力を求める方法より、正確に励起光入力をモニターすることが可能となる。
　本実施の形態では、制御回路１０３は、上記のようにして求めた励起光入力の値を基に、素子温度と位相整合温度のずれを解消するように、電流駆動回路１０２の電流及びヒーター１０５の加熱電力を制御する。ヒーター１０５は、制御回路１０３により制御され、波長変換素子１０４の温度を調節する。また、電流駆動回路１０２は、制御回路１０３により制御され、半導体レーザ１０１への電流を調整する。
　以下に、レーザ光源１００の立ち上がり動作を含めて、その制御方法を示す。まず、立ち上がり動作について示す。
　波長変換素子１０４の位相整合温度は、環境温度より高温であることが好ましく、本実施の形態では、例えば、環境温度を０～４０℃とした場合、波長変換素子１０４の位相整合温度を、６０℃とする。これにより、常温０～４０℃の環境下では、波長変換素子１０４の冷却機能を必要とせず、安価なヒーター１０５を波長変換素子１０４の加熱及び冷却部材として用いることが可能となる。
　立ち上がり動作では、まず、ヒーター１０５は、波長変換素子１０４を加熱する。また、同時に、制御回路１０３は、半導体レーザ１０１の駆動電流（以降、励起光電流（Ｉ）とする）が最大となるように電流駆動回路１０２を制御する。ここで、励起光電流の最大値（以降、ＩＭＡＸとする）は、所望の波長変換光出力を達成するために通常動作時（素子温度が位相整合温度となったとき）に供給する電流量（以降、Ｉ０とする）より大きく、且つ、半導体レーザ１０１を劣化させず、寿命を短縮させない程度に制限しておくことが望ましい。
　例えば、位相整合温度が６０℃、温度の半値全幅が約１．３℃の波長変換素子の場合、励起光電流量（励起光入力）を一定とすると、素子温度に対する波長変換光出力は、図２に示すように、６０℃で最大となり、素子温度が高温側又は低温側にずれるほど、低下する。また、温度が一定の場合、波長変換光出力は、励起光入力のおよそ２乗に比例し、励起光入力は、励起光電流量にほぼ比例する。
　立ち上がり動作時は、上記のように、励起光入力がＩ０より大きい。このため、位相整合温度に達する前に、所望の波長変換光出力に達する。制御回路１０３は、フォトダイオード１０９でモニターする波長変換光出力が所望の値に達したところで、立ち上がり動作を終了し、通常動作に移行する。
　次に、通常動作について示す。本実施の形態では、通常動作時に、波長変換光出力を一定に保つ出力一定制御と、素子温度を位相整合温度に合わせる温度制御（波長変換素子１０４へ入射する励起光の強度が最小となるように波長変換素子１０４の温度を調整する温度制御）を同時に行なうことを特徴とする。
　出力一定制御では、制御回路１０３は、フォトダイオード１０９でモニターする波長変換光出力が一定となるように、電流駆動回路１０２を制御する。すなわち、制御回路１０３は、波長変換光出力が所望の値より低い場合は、励起光電流を増加させて波長変換光出力を所望の値に増加させ、また、波長変換光出力が所望の値より高いとき、励起光電流を減少させて波長変換光出力を所望の値に低下させる。
　このように、波長変換光出力が一定となるように励起光電流を増減させた場合、励起光入力は、図３に示すように変化する。本実施の形態では、このように、出力一定制御時に励起光入力と素子温度との関係を利用した温度制御を行なうことで、出力一定制御を停止させることなく、温度制御を同時に行なうことが可能となる。
　次に、本実施の形態では、以下で、出力一定制御時に励起光入力を基に行なう温度制御の方法について示す。また、ここで、励起光入力は、光分離ミラー１０６等の透過率及び反射率等を考慮して、フォトダイオード１０９、１１０の値を基に算出する。
　本制御では、制御回路１０３は、ヒーター１０５の加熱電流を増加させて、素子温度上昇に伴う励起光入力の増減を基に、ヒーター１０５の加熱電流の増減を判断する。例えば、ヒーター１０５の加熱電流を所定変化量ΔＩＨずつ増加させながら、励起光入力をモニターし、直近３回の励起光入力を記憶させた場合、励起光入力の変化状態は、図４～図６に示す３つの状態に分類することができる。
　図４に示すように、直近３回の励起光入力が単調増加する場合、素子温度が位相整合温度より高温であることが分かる。また、図５に示すように、直近３回の励起光入力が減少の後に増加する場合、素子温度は、位相整合温度付近にあり、位相整合温度より高温であることが分かる。これらの場合、制御回路１０３は、素子温度を低下させるため、加熱電流を減少させる。一方、図６に示すように、直近３回の励起光入力が単調減少する場合は、素子温度が位相整合温度より低温であることが分かる。この場合、制御回路１０３は、素子温度を上昇させるため、加熱電流を増加させる。
　ここで、ΔＩＨが大きすぎると、素子温度の変動の幅が増加する。また、ＩＭＡＸ次第で出力一定制御を行なえる温度幅が決まることは言うまでも無く、素子温度の変動幅は、この幅の半分以下にする必要がある。ＩＭＡＸを、Ｉ０の１．５倍とする場合、素子温度を半値全幅上昇させる加熱電流増加量を求め、少なくともΔＩＨをその２分の１以下にすることが必要となり、１０分の１以下にすることが望ましい。これにより、制御時の素子温度のハンチングの幅を軽減し、波長変換効率の平均値を向上させることが可能となる。
　また、ヒーター１０５の加熱電流をΔＩＨ増加させた後、素子温度が一定になるまでの時間を制御回路１０３に予め記憶させておき、記憶させた時間ごとに加熱電流量をモニターすることで、制御時の素子温度のハンチングを軽減し、制御速度を速めることが可能となり、平均変換効率を増加させることが可能となる。
　また、サーミスタ等を用いて波長変換素子１０４の温度を直接モニターしてもよい。素子温度の変化量ΔＴをΔＩＨの代わりに用いて温度制御することで、より正確な温度制御が可能となるため望ましい。
　また、素子温度と位相整合温度とが一致するときに、必要となる励起光入力をＰ０として制御回路１０３に予め記憶させておき、励起光入力がＰ０に近い場合は、素子温度と位相整合温度とを一致させるための温度制御を一旦停止し、ヒーター１０５の加熱電流量を一定にして温度一定制御を行なってもよい。ただし、励起光入力が増加した場合は、温度一定制御から、素子温度を位相整合温度に合わせる温度制御に再び切り替えることが必要となる。また、温度一定制御に切り替える場合も、出力一定制御は並行して行なう。この方法を用いることで、温度一定制御中は、温度一定制御に必要となる制御回路１０３の負荷を軽減することが可能となる。なお、波長変換素子１０４の劣化等が発生すると、Ｐ０は増加するため、制御回路１０３に記憶させるＰ０は、定期的に更新されることが望ましい。
　また、所定の閾値を予め決めて、励起光入力がそれ以下の場合は、温度一定制御を行なうとき、閾値をＰ０に近づけることで、温度一定制御中の平均変換効率は更に増加する。しかし、閾値をＰ０に近づけるほど、温度一定制御が行なえる温度の幅が狭くなる。例えば、図３の例では、Ｐ０の１．１倍を閾値とするとき、素子温度が位相整合温度±０．４℃の範囲にあるとき、温度一定制御を行なうことが可能となる。また、閾値がＰ０の１．３倍の場合は、素子温度が位相整合温度±０．５℃の範囲にあるとき、温度一定制御を行なうことが可能となる。なお、使用環境の温度変化の激しさや、使用する励起光光源の種類などによって、使用中の素子温度と位相整合温度との差が変化する程度が異なるため、それに合わせた閾値を設定することが望ましい。
　また、本実施の形態では、波長変換光出力を一定とする出力一定制御を用いているため、波長変換素子１０４に入射する励起光入力の増減は、フォトダイオード１１０に入射する励起光出力の増減と一致する。このため、フォトダイオード１１０の値と素子温度との関係も、図３と同様の関係となる。また、励起光光源として半導体レーザを使用する場合、励起光電流量は励起光出力にほぼ比例するため、励起光電流量と素子温度の関係も同様となる。
　つまり、出力一定制御時のフォトダイオード１１０に入射する励起光出力や、励起光電流量（励起光光源である半導体レーザ１０１への入力電力）の増減を、励起光入力の代わりに用いて、素子温度を位相整合温度に調節する温度制御を行うことも可能であり、既に示した励起光入力を用いた温度制御と同様の効果を発揮する。また、励起光電流量の増減をモニターして制御を行う場合、フォトダイオードの使用個数を軽減することが可能となり、より安価なレーザ光源を実現することができる。
　また、波長変換光出力を励起光入力の２乗で割った値を規格化波長変換効率とすると、規格化波長変換効率は、図２で示した波長変換光出力と同様に、素子温度が位相整合温度に近いほど増加する。また、規格化波長変換効率の増減は、励起光入力、励起光電流量、励起光出力の増減とは逆になるが、励起光入力の増減の影響を受けず、素子温度のみに依存する。このため、前述の励起光入力、励起光電流量、励起光出力と同様に、出力一定制御時に、規格化波長変換効率が最大となるように素子温度を調節する制御を並行して実行することも可能である。この方法についても、既に示した励起光入力を用いた温度制御と同様の効果を発揮する。
　また、波長変換素子１０４として、ニオブ酸リチウム、又は、タンタル酸リチウムを主とする擬似位相整合波長変換素子を用いることが望ましく、この場合、高効率波長変換が可能となる。また、本実施の形態では、位相整合温度が６０℃となる波長変換素子を例として説明したが、擬似位相整合波長変換素子の場合は、形成する分極周期反転構造の周期を調節することで、任意の位相整合温度で波長変換することが可能となる。
　また、ニオブ酸リチウム、又は、タンタル酸リチウムを用いた波長変換素子は、温度変化に対する出力変動量が大きく、励起光や波長変換光を吸収することにより発生する温度変化が原因となって出力変動が発生しやすいが、本実施の形態の制御を用いることで、安定した出力が得られる。
　また、位相整合温度を５０℃以上とし、環境温度より高く設定することにより、波長変換素子の入出射面において発生する結露によるレーザの散乱を防ぎ、更に、素子の温度調節部材として、安価なヒーターを使用することが可能となる。
　また、ペルチエ素子のように素子温度を低下させる機能を持った温度調節部材を温度制御に使用することが可能であることは言うまでもない。ペルチエ素子を使用することで、素子温度を低下させる速度が増加する。また、環境温度が位相整合温度を超えた場合にも制御が可能となる。
　また、本実施の形態では、励起光光源として半導体レーザ１０１を用いたが、ファイバレーザや固体レーザを励起光光源として用いてもよい。これらを励起光光源として用いることにより、ピーク出力が高く、Ｍ２（Ｍ　ｓｑｕａｒｅ）が１．４以下のビーム品質に優れたレーザ光を得ることが可能となり、レーザ加工用途に適したレーザ光源を実現することができる。
　（実施の形態２）
　図７は、本発明の実施の形態２に係るレーザ光源の構成を示す模式図である。以下、図７を用いて、本実施の形態２に係る、波長変換装置として機能するレーザ光源について説明する。
　図７に示すレーザ光源１００ａは、半導体レーザ１０１、電流駆動回路１０２、制御回路１０３、ヒーター１０５、擬似位相整合波長変換素子７０１、光分離コート７０２、光分離ミラー７０３、フォトダイオード７０４、反射防止コート７０５、及びビームストッパー７０６を備える。
　半導体レーザ１０１は、実施の形態１と同様、電流駆動回路１０２からの電流で励起光を生成する。本実施の形態では、励起光が擬似位相整合波長変換素子（以下、適宜「波長変換素子」と略す）７０１に入射する。このとき、波長変換素子７０１の分極方向（図の紙面と直交する方向）と、励起光の偏光方向とは、一致しており、励起光は、分極反転周期に対して平行にすなわち分極反転周期方向（図の左右方向）に沿って入射し、その一部は、波長変換光に変換される。
　ここで、波長変換素子７０１の出射端には、光分離コート７０２が設けられている。光分離コート７０２は、励起光を９０％以上反射し、波長変換光を９９．８％以上透過する。また、出射端への励起光の入射角をθ/２°とすることで、図７に示すように、光分離コート７０２で反射する励起光は、波長変換素子７０１内において、分極反転周期に対してθ°の傾きを持って伝搬し、その一部は波長変換光に変換される。以降、最初に入射した励起光の伝搬光路を往路、出射端にて反射した励起光の伝搬光路を復路と呼ぶ。
　復路の励起光と、復路の励起光から発生した波長変換光とは、（往路にとっての）入射端から出射する。波長変換素子７０１の入射端を透過する復路の励起光及び波長変換光は、光分離ミラー７０３に入射する。ここで、光分離ミラー７０３は、励起光を反射し、波長変換光を透過する。光分離ミラー７０３を透過する波長変換光は、フォトダイオード７０４に入射し、制御回路１０３は、その出力をモニターする。光分離ミラー７０３にて反射する励起光は、ビームストッパー７０６に入射して停止する。
　本実施の形態では、往路で発生する波長変換光が出力光としてレーザ光源１００ａの外部に出射し、このとき、復路で発生する波長変換光を参照光として、制御回路１０３がヒーター１０５を用いて波長変換素子７０１の温度調節を行うことで、出力光の強度を一定に制御することが可能となる。以下に、その方法を示す。
　図８は、出力光と参照光とについてそれぞれの温度特性を示す図である。図８の縦軸は、出力光及び参照光の位相整合温度時の出力を１として規格化した出力光及び参照光の強度であり、横軸は、波長変換素子７０１の温度である。図８中の実線が出力光の温度特性８０１を示し、破線が参照光の温度特性８０２を示しており、参照光の温度特性８０２は、出力光の温度特性８０１より低温側へシフトしており、参照光の位相整合温度は、出力光の位相整合温度より低いことが分かる。
　擬似位相整合波長変換素子では、光路と分極反転周期方向とがなす角度の絶対値が増加すると、波長変換光の出力が最大となる位相整合温度は低下する。例えば、ニオブ酸リチウムを主とする擬似位相整合波長変換素子を用いて、波長１０６４ｎｍの励起光からその第２高調波となる波長５３２ｎｍの光に波長変換する場合、図９に示すように、光路と分極反転周期方向とがなす角度θの絶対値が増加すると、波長変換光の出力が最大となる位相整合温度は低下する。本実施の形態では、往路と分極反転周期方向とがなす角度を０°としているため、復路と分極反転周期方向とがなす角度θ＝±１°となるとき、図８のように往路と復路との位相整合温度の差が約０．７℃となる。
　このように、本実施の形態では、出力光と位相整合温度が異なる参照光を発生させ、参照光の強度の変動から温度調節を行うことで、出力光の強度の変動から温度調節を行っていた従来に比べて、高速で安定した制御が行える。以下に、従来型の温度調節方法と比較し、本実施の形態の特徴を示す。
　まず、特許文献１に示すように、参照光を備えない従来の波長変換素子の温度調節では、出力光の強度を計測し、出力光の温度特性８０１を基に波長変換素子の温度調節を行う。つまり、待機位置８０３にて温度一定制御を行い、素子温度と位相整合温度とのずれが拡大した場合、位相整合温度と素子温度とのずれを解消する温度調節を行なう。
　このような従来の温度調節方法では、待機位置８０３から波長変換効率が低下した場合、素子温度が位相整合温度に比べて、高温であるか低温であるかの判断ができない。そのため、一旦素子を加熱又は冷却し、それに応じた波長変換光の出力変動から、素子を加熱すべきか、冷却すべきかを判断する。この方法では、素子温度と位相整合温度とのずれを解消するために必要となる時間が長く、安定した出力が得られない。
　このため、待機位置８０４のように、予め位相整合温度より高温側に素子温度を維持する制御方法もある。この方法では、波長変換光の出力が増加（又は減少）した場合、素子温度が低下（又は上昇）していることがわかり、即座に加熱（又は冷却）の判断が可能となる。位相整合温度より低温側を待機位置とした場合も、同様の制御が可能となる。
　この方法では、高速な温度調節が可能となり、波長変換光の出力が安定するが、波長変換素子の変換効率を最大限発揮することができない。また、位相整合温度からずれた温度での波長変換では、生成されるビームの品質が低下する。
　これらの方法に対して、本実施の形態の温度調節方法では、出力光と異なる位相整合温度で波長変換する参照光の温度特性８０２（例えば、出力光の温度特性８０１より低温側にシフトした参照光の温度特性８０２）を基に波長変換素子１０４の温度を調節する。
　まず、本実施の形態では、制御回路１０３は、素子温度が出力光の位相整合温度となるときの参照光の強度を予め記憶しておく。参照光が予め記憶された値となるように制御回路１０３を用いて温度調節を行うことで、待機位置は、参照光の温度特性８０２における待機位置８０５となる。この位置で待機し、参照光の出力（強度）をモニターすることで、参照光が増加（又は減少）した場合、素子温度が低下（又は上昇）していることがわかり、即座に加熱（又は冷却）の判断が可能となる。
　このように、本実施の形態では、参照光の出力を基に温度調節を行なうことで、高速な温度制御が可能となるとともに、高効率で安定した波長変換が可能となる。更に、出力光のビーム劣化も防ぐことが可能となる。
　また、本実施の形態では、往路での波長変換にて残った励起光を用いているため、出力光の変換効率を低下させることなく、参照光を得ることが可能である。また、往路での波長変換にて残った励起光を用いているので、往路と復路との励起光波長が一致し、出力光と参照光との位相整合温度の差が変化することを防ぐことが可能となっている。
　また、本実施の形態の制御を用いるレーザ光源において、励起光入力を可変とする場合、励起光入力に応じて出力光が位相整合温度となる時の参照光の出力が変わるため、励起光入力と最適参照光の出力との関係を予め記憶させておくことが望ましい。
　また、励起光入力が増減しても変動しない規格化波長変換効率を参照光出力の代わりに用いて、温度制御することが更に望ましい。ここで、実施の形態１で示したとおり、規格化波長変換効率は、参照光の出力を励起光出力の２乗で割った値となる。規格化波長変換効率を参照光出力の代わりに用いる場合、復路通過後の励起光をビームストッパー７０６の代わりにフォトダイオードに入射し、その出力をモニターすればよい。
　また、波長変換素子７０１として、ニオブ酸リチウム、又は、タンタル酸リチウムを主とする擬似位相整合波長変換素子を用いることが望ましく、高効率波長変換が可能となる。本実施の形態では、復路と分極反転周期方向とがなす角度θ＝±１°としたが、ニオブ酸リチウム、又は、タンタル酸リチウムを主とする擬似位相整合波長変換素子を用いる場合、復路と分極反転周期方向とがなす角度θは少なくとも、（復路の温度全半値幅）１／２×０．３２°以上、（復路の温度全半値幅）１／２×１．１５°以下であることが望ましい。これによって、復路を用いた温度制御による出力光の安定性が向上し、医療用途に適したレーザ光源を提供することが可能となる。また、更に出力の安定性が求められるディスプレイ用途としては、（復路の温度全半値幅）１／２×０．６５°以上であることが望ましい。また、ニオブ酸リチウム、又は、タンタル酸リチウムを用いた波長変換素子は、励起光や波長変換光を吸収することにより発生する温度変化が原因となり、出力変動が発生しやすいが、本実施の形態に用いることで、安定した出力が得られる。
　また、本実施の形態では、擬似位相整合波長変換素子を用いたが、複屈折位相整合の場合においても、励起光の偏向方向と結晶の光軸との角度を変えることで、位相整合温度が変わるため、出力光と異なる位相整合温度の参照光を得ることが可能となり、同様の温度調節が行なえるため、ＬＢＯやＫＴＰなど複屈折位相整合波長変換素子に用いる場合に特に望ましい。
　また、擬似位相整合波長変換素子は、その周期を部分的に調節することにより、位相整合温度を自由に調節することが可能であるため、次のような場合に望ましい。例えば、往路と復路との角度が小さいために、光分離ミラー７０３やフォトダイオード７０４の設置が難しい場合は、往路と復路との角度を５°程度と大きくしてもよいが、この場合、図９に示すように、復路の位相整合温度は約４０℃となる。
　図１０は、波長変換素子温度と、出力光及び角度の異なる２種類の参照光との関係を示す図である。図１０に示すように、往路と復路との角度を５°に設定した場合の参照光の温度特性１１０２は、出力光の温度特性８０１と重ならず、図８を用いて示したような温度制御ができない。こういった場合に、波長変換素子７０１として擬似位相整合波長変換素子を用いることにより、往路に対して復路部分の分極反転周期を変えることにより、参照光の温度特性１１０２を、出力光の温度特性８０１と重なる参照光の温度特性１１０３に変えることが容易であり、出力光と参照光との温度特性を図８と同様の関係にすることが可能となる。
　ただし、往路と復路との角度を５°程度と大きくした場合、図９からも分かるように、角度ずれによる位相整合温度のずれが大きくなる。このため、出力光と参照光との位相整合温度の差が変動しやすくなる。本実施の形態では、出力光の位相整合温度において、参照光の出力が最大出力の１５％以上８５％以下となることが望ましい（理由は後述する）。また、出力光と参照光の位相整合温度の差のばらつきを抑えるため、出射端への励起光の入射角θ／２°のバラツキを抑える必要がある。
　図１１は、本発明の実施の形態２に係るレーザ光源の他の構成を示す模式図である。図１１に示すレーザ光源１００ｂでは、図７に示すレーザ光源１００ａの波長変換素子７０１が波長変換素子１２０１に変更されており、波長変換素子１２０１は、復路の光路の一部に分極反転周期構造が形成されていない部分ＮＰを有する。
　図１１に示すように、復路の光路の一部に分極反転周期構造が形成されていない部分ＮＰを備えた波長変換素子１２０１を用いる場合、図１２に示すように、参照光の温度特性１３０２は、温度依存性が低下し、緩やかな傾斜を有する山形となり、出力光の温度特性８０１に重なる。このように、参照光の温度特性１３０２の温度依存性を低下させて、出力光と参照光との位相整合温度の差の許容度を拡大することが望ましい。
　また、素子温度が出力光の位相整合温度となり、出力光の強度が最大となるとき、参照光の出力が参照光の最大出力の１５％以上８５％以下となることが望ましい。１５％以上８５％以下とすることにより、Ｓ／Ｎが十分高く、高精度の温度制御が可能となる。また、３０％以上６０％以下となることがより望ましい。これにより、温度変化に対する参照光の出力変動が十分大きくなるため、高速な温度制御が可能となり、出力変動が更に軽減される。
　また、出力光が参照光に混入する場合、混入した光が参照光のノイズとなるため、高精度の温度制御が行えない。そのため、本実施の形態における光分離コート７０２の波長変換光に対する反射率は、５％以下であることが好ましく、この場合、出力光が参照光に混入することを抑制することができる。また、出力光が参照光のノイズとして作用する効果を軽減してＳ／Ｎを高めるため、復路での変換効率を高めることが望ましい。
　また、本実施の形態では、波長変換素子７０１等内に２本の励起光の光路（往路及び復路）を形成するため、アライメントが容易なスラブ型導波路を形成している波長変換素子やバルク型（非導波路型）の波長変換素子を用いることが特に望ましい。特に、波長変換光の出力が１０Ｗ以下の場合は、スラブ型導波路を形成した波長変換素子を用いることで、復路の励起光の強度を確保しやすく、復路での励起光から波長変換光への高い変換効率が得られるため、参照光のＳ／Ｎを十分高くすることができる。
　また、ニオブ酸リチウム、又はタンタル酸リチウムからなる波長変換素子を用い、１２００ｎｍ以下の波長の励起光を入射し、６００ｎｍ以下の波長の波長変換光に変換する場合、波長変換光の出力が５００ｍＷを超えると、波長変換素子内の光吸収による発熱が往路と復路との間に温度差を発生させる。この温度差が、本実施の形態の制御にとって、ノイズとなるため、ビーム径を拡大することにより、光吸収とそれによる温度上昇との影響を軽減し易いバルク型の波長変換素子を用いることが望ましい。また、バルク型の波長変換素子は、波長変換素子内での伝搬ロスが少ない特徴も有する。
　図１３は、本発明の実施の形態２に係るレーザ光源のさらに他の構成を示す模式図である。バルク型の波長変換素子の場合、図１３に示すレーザ光源１００ｃを用いて、下記に示す方法を用いることで、復路の波長変換効率を高めて、参照光のＳ／Ｎを高めることが可能となる。
　図１３に示すレーザ光源１００ｃでは、擬似位相整合波長変換素子７０１は、励起光及び波長変換光を共に９９％以上透過する反射防止コート７０５、９０１をそれぞれ入射端及び出射端に備え、擬似位相整合波長変換素子７０１に励起光が入射する。出射端を透過する励起光及び波長変換光は、励起光を反射し且つ波長変換光を透過する光分離ミラー９０２に入射し、励起光のみが擬似位相整合波長変換素子７０１に再び入射する。再入射した励起光は、再び波長変換光を生成し、この波長変換光の出力をフォトダイオード７０４が検出し、制御回路１０３は、波長変換光の出力をモニターする。
　この場合、光分離ミラー９０２を凹面ミラーとし、光分離ミラー９０２の位置と曲率とを調整することにより、参照光を波長変換素子７０１内で集光することが可能となり、参照光発生効率を大きくすることが可能となる。これにより、出力光による参照光のノイズを軽減し、より正確に参照光出力を検出することが可能となる。
　図１４は、本発明の実施の形態２に係るレーザ光源のさらに他の構成を示す模式図である。バルク型の波長変換素子の場合、図１４に示すレーザ光源１００ｄを用いて、下記に示す方法を用いることでも、復路の波長変換効率を高めて、参照光のＳ／Ｎを高めることが可能となる。
　図１４に示すレーザ光源１００ｄでは、図１３と同様に、擬似位相整合波長変換素子７０１は、励起光及び波長変換光を共に９９％以上透過する反射防止コート７０５、９０１をそれぞれ入射端、出射端に備え、擬似位相整合波長変換素子７０１に励起光が入射する。擬似位相整合波長変換素子７０１から出射する励起光及び波長変換光は、励起光を透過し且つ波長変換光を反射する光分離ミラー６０１に入射する。光分離ミラー６０１を透過する励起光は、励起光を反射する凹面ミラー６０２にて反射し、励起光は、再び光分離ミラー６０１を通過して擬似位相整合波長変換素子７０１に再入射する。ここで、凹面ミラー６０２は、励起光の発散を抑制するために用いる。また、光分離ミラー６０１に再入射して反射された波長変換光は、ビームストッパー７０７に入射して停止する。
　図１４に示すレーザ光源１００ｄでは、波長変換光を反射する光分離ミラー６０１を二度通すことで、励起光と波長変換光とをより完全に分離することが可能となる。そのため、出力光の一部が参照光のノイズとなることを防ぐことが可能となり、波長変換光の出力が数ｍＷ程度の低出力波長変換の場合であっても、高精度な制御が可能となる。また、光分離ミラー６０１と凹面ミラー６０２の間に、波長変換光吸収フィルター６０３を挿入し、往路で発生した波長変換光を吸収させることが尚望ましい。
　（実施の形態３）
　図１５は、本発明の実施の形態３に係るレーザ光源の構成を示す模式図である。以下、図１５を用いて、本発明の実施の形態３に係る、波長変換装置として機能するレーザ光源について説明する。
　図１５に示すレーザ光源１００ｅでは、実施の形態１、２と同様、半導体レーザ１０１は、電流駆動回路１０２からの電流で励起光を出力する。また、実施の形態２と同様に、擬似位相整合波長変換素子７０１に励起光を入射し、出力光と参照光とを生成し、参照光の出力をフォトダイオード７０４にてモニターする。また、出力光は、出力光を１％程度反射する光分岐ミラー１００１に入射し、反射した出力光は、励起光吸収フィルター１００２に入射し、混入する励起光を取り除き、透過する出力光のみをフォトダイオード１００３でモニターする。
　本実施の形態では、制御回路１０３は、実施の形態１と同様に、モニターする出力光の強度を基に出力一定制御を行い、また、実施の形態２と同様に、参照光を用いた温度制御を行なう。これらの制御により、本実施の形態では、実施の形態１と同様に、出力が常に安定するとともに、実施の形態２と同様に、素子温度と位相整合温度とが常にほぼ一致する。この結果、位相整合温度とずれた温度にて波長変換する際に発生するビーム劣化を防ぐことが可能となる。
　また、本実施の形態では、出力光の強度を一定とするために、励起光光源となる半導体レーザ１０１から生成する励起光の出力を変動させる場合、出力光の位相整合温度時の参照光の出力が変動する。そのため、復路の励起光の出力をモニターすることが望ましい。このため、本実施の形態では、制御回路１０３は、光分離ミラー７０３にて反射する励起光の出力をフォトダイオード１００４にて計測し、計測された励起光の出力と、フォトダイオード７０４で計測される参照光の出力と合算することにより、復路の励起光の出力をモニターすることが可能となり、実施の形態１と同様に、出力一定制御を行うことができる。
　また、本実施の形態の場合は、出力光の位相整合温度時の復路における規格化波長変換効率を基に実施の形態２に記載されるような温度制御を行なうことが望ましい。ここで、規格化波長変換効率は、参照光出力を復路の励起光出力の二乗で割った値となる。
　（実施の形態４）
　図１６は、本発明の実施の形態４に係るレーザ光源の構成を示す模式図である。以下、図１６を用いて、本発明の実施の形態４に係る、波長変換装置として機能するレーザ光源について説明する。
　図１６に示すレーザ光源１００ｆは、図１３にて示したレーザ光源１００ｃに、更に、光分離ミラー１４０１、１４０２と、フォトダイオード１４０３とを加えた構成を有する。本実施の形態では、図１６の復路で励起光の一部が波長変換光に変換された後、波長変換光及び励起光は、励起光を反射し且つ波長変換光を透過する光分離ミラー１４０１に入射する。光分離ミラー１４０１を透過する波長変換光は、実施の形態２と同様に、フォトダイオード７０４に入射し、その出力が第１の参照光の出力としてモニターされる。
　一方、光分離ミラー１４０１にて反射された励起光は、再び波長変換素子７０１に入射する。以降、半導体レーザ１０１から入射した励起光の波長変換素子７０１内の光路を第１の往路とし、光分離ミラー１４０１で反射した励起光の波長変換素子７０１内の光路を第２の往路とする。第２の往路にて、励起光の一部は、波長変換光に変換され、波長変換素子７０１を出射した後、励起光を反射し且つ波長変換光を透過する光分離ミラー１４０２に入射する。光分離ミラー１４０２を透過した波長変換光の出力は、第２の参照光としてフォトダイオード１４０３にてモニターされる。また、光分離ミラー１４０２にて反射された励起光は、ビームストッパー７０６に入射して停止する。
　ここで、本実施の形態では、例えば、波長変換素子７０１の分極反転周期方向と、第１の往路、復路及び第２の往路とがなす角度が、それぞれ、１．００°、１．４４°、０．００°となるように、光分離ミラー９０２、１４０１及び波長変換素子７０１の角度が調節されている。これにより、図１７に示すように、第１の参照光の温度特性１５０２（図中の破線）と第２の参照光の温度特性１５０３（図中の一点鎖線）とは、出力光の温度特性１５０１（図中の実線）の低温側と高温側とにそれぞれ０．７℃シフトして重なる。
　本実施の形態では、第１の参照光及び第２の参照光の出力をモニターし、出力光が最大となるように波長変換素子７０１をヒーター１０５にて加熱又は冷却する。例えば、出力光の強度が最大となる波長変換素子温度にて、第１の参照光と第２の参照光との出力比を予め計測し、制御回路１０３は、この出力比を予め記憶し、第１の参照光と第２の参照光との出力比が予め記憶している値に近づくように、波長変換素子７０１の温度を調節する。図１７に示した例の場合、制御回路１０３は、予め記憶させた値より出力比（第１の参照光の出力／第２の参照光の出力）が大きい場合に、波長変換素子７０１の温度を増加させ、小さい場合に、波長変換素子７０１の温度を減少させる制御を行う。
　このように、本実施の形態では、出力比（第１の参照光の出力／第２の参照光の出力）を基に、波長変換素子７０１の温度制御を実施するため、往路での波長変換効率や、往路にて変換されなかった励起光の出力が変動した場合でも、高精度に温度制御を実施することが可能となる。
　また、波長変換素子７０１として、実施の形態２と同様に、ニオブ酸リチウム、又は、タンタル酸リチウムを主とする擬似位相整合波長変換素子を用いることが望ましく、高効率波長変換が可能となる。また、擬似位相整合波長変換素子は、分極反転周期構造の周期を部分的に調節したり、部分的に分極反転周期構造の無い部分を形成したりすることが容易であるため、第１の参照光及び第２の参照光の位相整合温度や温度許容幅を自由に調節することが可能となる。また、ニオブ酸リチウム、又は、タンタル酸リチウムを用いた波長変換素子は、励起光や波長変換光を吸収することにより発生する温度変化が原因となり、出力変動が発生し易いが、本実施の形態に用いることで、安定した出力が得られる。
　また、複屈折位相整合の場合においても、励起光の偏向方向と結晶の光軸との角度を変えることで、位相整合温度が変わるため、出力光と異なる位相整合温度の第１の参照光及び第２の参照光を得ることが可能となり、同様の温度調節が行なえる。特に、高出力波長変換特性に優れたＬＢＯや安価なＫＴＰなど複屈折位相整合波長変換素子に用いる場合に、本実施の形態が有益となる。
　また、素子温度が出力光の位相整合温度となり、出力光の強度が最大となるときに、第１の参照光及び第２の参照光の出力がそれぞれの最大値の１５％以上８５％以下となることが望ましい。１５％以上８５％以下とすることにより、Ｓ／Ｎが十分高く、高精度の温度制御が可能となる。また、３０％以上６０％以下となることがより望ましい。これにより、温度変化に対する第１の参照光及び第２の参照光の出力変動が十分大きくなるため、高速な温度制御が可能となり、出力光の出力変動が更に軽減される。
　また、出力光が第１の参照光及び第２の参照光に混入する場合や、第１の参照光が第２の参照光に混入する場合、高精度の温度制御が行えない。そのため、本実施の形態における光分離ミラー９０２、１４０１の波長変換光反射率を５％以下に設定して、混入を防止することが望ましい。
　また、本実施の形態のレーザ光源１００ｆでは、波長変換素子７０１内に３本の励起光の光路（第１の往路、復路及び第２の往路）を形成するため、アライメントが容易なスラブ型導波路を形成している波長変換素子やバルク型（非導波路型）の波長変換素子を用いることが特に望ましい。特に、波長変換光出力が１０Ｗ以下の場合は、スラブ型導波路を形成した波長変換素子を用いることで、復路の励起光の強度を確保しやすく、復路での励起光から波長変換光への高い変換効率が得られるため、第１の参照光及び第２の参照光のＳ／Ｎを十分高くすることができる。
　また、ニオブ酸リチウム、又はタンタル酸リチウムからなる波長変換素子を用い、１２００ｎｍ以下の波長の励起光を入射し、６００ｎｍ以下の波長の波長変換光に変換する場合、波長変換光出力が５００ｍＷを超えると、波長変換素子内の光吸収による発熱が第１の往路、復路及び第２の往路との間に温度差を発生させる。この温度差が、本実施の形態の制御にとって、ノイズとなるため、ビーム径を拡大することで光吸収とそれによる温度上昇との影響を軽減しやすいバルク型の波長変換素子を用いることが望ましい。
　また、バルク型の波長変換素子の場合、光分離ミラー９０２、１４０１の曲率を調節することで、復路及び第２の往路の波長変換効率を高めることが可能となり、第１の参照光及び第２の参照光のＳ／Ｎを高めることが可能となる。
　また、本実施の形態の他の構成として、図１８に示すような構成も考えられる。図１８は、本発明の実施の形態４に係るレーザ光源の他の構成を示す模式図である。
　図１８に示すレーザ光源１００ｇでは、半導体レーザ１０１から出射する励起光が波長変換素子７０１に入射し、その一部が波長変換光に変換された後、凹面ミラー１９０４、１９０１を用いて、励起光のみが二つの第１の励起光及び第２の励起光に分岐され、波長変換素子７０１に再び入射する。ここで、例えば、凹面ミラー１９０４は、波長変換光を９９％以上透過し、励起光を５０％程度反射して第１の励起光を出射し、凹面ミラー１９０１は、波長変換光を９９％以上透過し、励起光を９９％以上反射して第２の励起光を出射する。
　これら二つの第１及び第２の励起光は、それぞれ波長変換素子７０１内にて第１及び第２の波長変換光に変換され、第１及び第２の波長変換光は、励起光を反射し且つ波長変換光を透過する光分離ミラー７０３、１９０２を経て、フォトダイオード７０４、１９０３にて第１及び第２の参照光としてモニターされる。また、光分離ミラー７０３、１９０２にて反射された励起光は、ビームストッパー７０６、７０７に入射して停止する。
　ここで、本実施の形態では、図１６で示した例と同様に、例えば、波長変換素子７０１の分極反転周期方向と、半導体レーザ１０１から出射した励起光（往路）、並びに凹面ミラー１９０４、１９０１にて反射させた第１及び第２の励起光（第１及び第２の復路の２本）とがなす角度が、それぞれ、１．００°（＝θ２）、１．４４°（＝θ２＋θ１）、０．００°となるように、凹面ミラー１９０４、１９０１及び波長変換素子７０１の角度が調節されている。したがって、図１８に示す例でも、図１６で示した例と同様の効果を発揮することが可能となることは言うまでもない。また、本構成では、二つの復路の励起光の出力比が一定となるため、二つの参照光の出力比から温度制御を行う精度が向上し、より高効率で安定な出力光を得ることが可能となる。
　（実施の形態５）
　図１９は、本発明の実施の形態５に係るレーザ光源の構成を示す模式図である。以下、図１９を用いて、本発明の実施の形態５に係る、波長変換装置として機能するレーザ光源について説明する。
　図１９に示すレーザ光源１００ｈは、半導体レーザ１０１、電流駆動回路１０２、制御回路１０３、ヒーター１０５、回折光学素子１６０１、励起光吸収フィルター１６０２、１６０３、フォトダイオード１６０４、１６０５、擬似位相整合波長変換素子１６０６、及び反射防止コート７０５、１６０７を備える。
　半導体レーザ１０１は、実施の形態２と同様、電流駆動回路１０２からの電流で励起光を生成する。本実施の形態では、励起光は、まず、回折光学素子１６０１に入射し、主光路１６０８、２本の副光路１６０９、１６１０の３方向に分岐する。ここで、主光路１６０８、副光路１６０９、１６１０の励起光のパワー比を例えば、９８：１：１とする。
　分岐後の励起光の出力の９８％を占める最も出力の大きな主光路１６０８の励起光が波長変換素子１６０６に入射し、その一部が波長変換光に変換され、出力光としてレーザ光源１００ｈの外部に出射される。副光路１６０９、１６１０の励起光は、波長変換素子１６０６に入射し、その一部が波長変換光に変換される。副光路１６０９、１６１０の波長変換光は、それぞれ励起光吸収フィルター１６０２、１６０３を通して、フォトダイオード１６０４、１６０５にて、その出力を参照光の出力として計測される。ここで、励起光吸収フィルター１６０２、１６０３は、励起光を吸収して波長変換光を透過する。
　本実施の形態では、擬似位相整合波長変換素子１６０６の分極反転周期を部分（主光路１６０８の励起光が通過する中間部、副光路１６０９の励起光が通過する上部及び副光路１６１０の励起光が通過する下部）毎に変えることで、主光路１６０８、副光路１６０９、１６１０での温度特性をそれぞれ図１７の温度特性１５０１、１５０３、１５０２のような関係にすることが可能となる。つまり、実施の形態４と同様の制御が可能となる。
　本実施の形態は、主光路と副光路とに入射する励起光パワーの比が一定となるため、励起光の出力変動が大きい場合にも、高精度な温度制御が可能となる。また、波長変換素子１６０６の入出射面には、励起光及び波長変換光の反射を防止する反射防止コート７０５、１６０７を備えることで、フォトダイオード１６０４、１６０５に副光路１６０９、１６１０から生成した波長変換光以外の意図しない波長変換光の入射を防ぐことが可能となる。これにより、高精度な制御が可能となる。
　なお、本実施の形態では、副光路が二本の場合について示したが、副光路は一本以上であればよい。ただし、二本以上となることにより、実施の形態４と同様に、二つの参照光の出力比を基に制御回路１０３及びヒーター１０５を用いた温度制御が可能となり、より高精度な温度制御が可能となる。
　また、本実施の形態では、部分ごとに分極反転周期が異なる波長変換素子を用いたが、実施の形態４と同様に、主光路及び二本の副光路と分極反転周期との角度を調整する方法を用いてもよい。分極反転周期を変えることにより位相整合温度を変える方法に比べて、それぞれの光路と分極反転周期との角度を変えることにより位相整合温度を変える方法は、高精度に位相整合温度を調節することが可能となる。
　但し、角度の差が小さすぎて、それぞれの光路からの波長変換光を分離することが難しい場合は、実施の形態２で示したように、それぞれの光路における分極反転周期と、分極反転周期方向に対する角度との両方を調節する方法を用いることが、より望ましい。光源のサイズにもよるが、主光路と副光路との角度が１０°以下となるとき、これに該当する。
　（実施の形態６）
　図２０は、本発明の実施の形態６に係るレーザ光源の構成を示す模式図である。以下、図２０を用いて、本発明の実施の形態６に係る、波長変換装置として機能するレーザ光源について説明する。
　図２０に示すレーザ光源１００ｉは、半導体レーザ１０１、電流駆動回路１０２、制御回路１０３、ヒーター１０５、擬似位相整合波長変換素子１７０１、光反射コート１７０２、光分離コート１７０３、光分岐ミラー１７０４、１７０５、及びフォトダイオード１７０６、１７０７を備える。
　半導体レーザ１０１は、実施の形態２と同様、電流駆動回路１０２からの電流で励起光を生成する。本実施の形態では、励起光は、擬似位相整合波長変換素子１７０１に入射し、擬似位相整合波長変換素子１７０１の両端面に形成された光反射コート１７０２と光分離コート１７０３との間で複数回反射して、複数の光路を形成する。ここで、光反射コート１７０２は、励起光及び波長変換光を共に反射し、光分離コート１７０３は、励起光を反射し、波長変換光を透過する。このため、各光路にて発生する波長変換光は、光分離コート１７０３を形成した端面から出射する。出射した波長変換光の一部は、光分岐ミラー１７０４、１７０５にて分岐され、フォトダイオード１７０６、１７０７に入射し、その出力がモニターされる。
　本実施の形態のレーザ光源１００ｉでは、擬似位相整合波長変換素子１７０１の分極反転周期を光路毎に変えることで（例えば、上部から下部に移行するに従って分極反転周期を狭くすることで）、各光路の位相整合温度を少しずつずらしている。この結果、図２１に示すように、出力光の全パワーの温度特性１８０１は、４０℃から６０℃まで安定した温度特性となるので、温度変化に対する出力の変化が軽減され、温度変化が激しい環境下でも、出力の安定したレーザ光源を実現することが可能となる。
　但し、全パワーの温度特性１８０１が４０℃から６０℃までほぼフラットな特性となるため、４０℃から６０℃の間では、擬似位相整合波長変換素子１７０１の温度を、出力光の値から予測することができず、加熱又は冷却の判断ができない。そこで、本実施の形態では、最も位相整合温度が低い光路と、最も位相整合温度が高い光路とから生成した波長変換光の一部を参照光として、それぞれフォトダイオード１７０６、１７０７に入射し、その出力をモニターしている。図２１に示すように、フォトダイオード１７０６、１７０７に入射する参照光の温度特性１８０２、１８０３は、それぞれ４０℃と６０℃で最大となる。つまり、これらの出力をモニターすることで、出力光の温度が低下し始める４０℃以下や６０℃以上となる前に、擬似位相整合波長変換素子１７０１の加熱又は冷却の判断が可能となる。
　また、本実施の形態では、波長変換素子１７０１内の励起光の光路が長いため、回折によってレーザのビーム径が拡大し、波長変換効率が低下する。このため、波長変換素子１７０１として、スラブ導波路型の波長変換素子を用いることが望ましく、これによって、一方向の回折の効果を軽減することができるので、高い波長変換効率が得られる。
　また、実施の形態１～６の構成において、波長変換素子内の複数の光路がそれぞれヒーター（波長変換素子の温度調節部材）から同程度の距離であることが望ましいため、実施の形態１～６のヒーターは、各図の紙面と平行な波長変換素子の側面（裏面）に配置されている。これにより、光路間の温度差が軽減され、温度制御の制度が向上する。なお、ヒーターを配置する面は、上記の例に特に限定されず、種々の変更が可能である。
　（実施の形態７）
　図２２は、本発明の実施の形態７に係る画像表示装置の構成の一例について示す概略構成図である。
　図２２に示すように、本実施の形態の画像表示装置２０１０は、複数のレーザ光源２００１ａ、２００１ｂ、２００１ｃと、複数のレーザ光源２００１ａ、２００１ｂ、２００１ｃからのレーザビームを走査する複数の走査部２００２ａ、２００２ｂ、２００２ｃと、を備えている。そして、光源には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のレーザ光源２００１ａ、２００１ｂ、２００１ｃを用いた。赤色レーザ光源（Ｒ光源）２００１ａには、波長６４０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系材料からなる半導体レーザ装置を、青色レーザ光源（Ｂ光源）２００１ｃには、波長４５０ｎｍのＧａＮ系材料からなる半導体レーザ装置を用いている。また、緑色レーザ光源（Ｇ光源）２００１ｂには、実施の形態１～６のうちのいずれかのレーザ光源を用い、波長５３２ｎｍのレーザ光を出射する波長変換装置として使用している。
　画像表示装置２０１０のＲ、Ｇ、Ｂの各光源２００１ａ、２００１ｂ、２００１ｃから出射されたレーザビームは、集光レンズ２００９ａ、２００９ｂ、２００９ｃにより集光された後、走査部を構成する反射型２次元ビーム走査部２００２ａ、２００２ｂ、２００２ｃにより拡散板２００３ａ、２００３ｂ、２００３ｃ上を走査される。画像データはＲ、Ｇ、Ｂそれぞれのデータに分割されており、各データに対応する信号が空間変調素子２００５ａ、２００５ｂ、２００５ｃに入力される。拡散板２００３ａ、２００３ｂ、２００３ｃからのレーザビームは、フィールドレンズ２００４ａ、２００４ｂ、２００４ｃで絞られ、空間変調素子２００５ａ、２００５ｂ、２００５ｃに入力して画像データに応じて変調された後、ダイクロイックプリズム２００６で合波することにより、カラー画像が形成される。このように合波した画像は、投射レンズ２００７によりスクリーン２００８に投影される。
　ただし、Ｇ光源２００１ｂから空間変調素子２００５ｂに入射する光路中には、空間変調素子２００５ｂでのＧ光のスポットサイズをＲ光やＢ光と同じにするための凹レンズ２００９が挿入されている。また、Ｇ光源２００１ｂは、実施の形態１～６で示したＧ光源に集光レンズ（図示せず）などの光学部品を付加して、出力光のマルチビームが集光されることにより、反射型２次元ビーム走査部２００２ｂで走査しやすいようにしている。また、反射型２次元ビーム走査部２００２ａ、２００２ｃと拡散板２００３ａ、２００３ｃとの間には、ミラー２０１１ａ、２０１１ｃが配置されている。
　このように、本実施の形態の画像表示装置２０１０において、Ｇ光源２００１ｂは、実施の形態１～６で示したＧ光源を用いている。すなわち、画像表示装置２０１０は、スクリーン２００８と、複数のレーザ光源２００１ａ、２００１ｂ、２００１ｃと、レーザ光源２００１ａ、２００１ｂ、２００１ｃからのレーザビームを走査する走査部２００２ａ、２００２ｂ、２００２ｃとを備え、レーザ光源２００１ａ、２００１ｂ、２００１ｃは、少なくとも赤色、緑色及び青色をそれぞれ出射する光源を用いた構成からなり、レーザ光源２００１ａ、２００１ｂ、２００１ｃのうち、少なくとも緑色の光源（Ｇ光源）２００１ｂは、実施の形態１～６のいずれかのレーザ光源を用いている。
　このような構成とすることにより、色再現性に優れ、低消費電力の安定した画像表示装置を実現することができる。また、本実施の形態の画像表示装置２０１０の構成からスクリーン２００８を省き、直接網膜に画像を形成してもよい。こうすることにより、低消費電力で小型、且つ、広画角な画像表示が可能となる。
　（実施の形態８）
　図２３は、本発明の実施の形態８に係る画像表示装置の構成の一例について示す概略構成図である。本実施の形態では、画像表示装置の一例として、液晶表示装置２１０６の模式的な構成を示し、液晶表示装置２１０６は、実施の形態１～６のうちのいずれかのレーザ光源をＧ光源として含むバックライト照明装置２１０１を用いている。
　図２３に示すように、液晶表示装置２１０６は、空間変調素子である液晶表示パネル２１０７と、液晶表示パネル２１０７を背面側から照明するバックライト照明装置２１０１と、を備えて構成されている。そして、バックライト照明装置２１０１の光源は、レーザ光源２１０２から構成され、レーザ光源２１０２は、少なくとも赤色、緑色及び青色をそれぞれ出射するＲ光源２１０２ａ、Ｇ光源２１０２ｂ及びＢ光源２１０２ｃを含む。すなわち、Ｒ光源２１０２ａ、Ｇ光源２１０２ｂ及びＢ光源２１０２ｃは、それぞれ赤色、緑色及び青色のレーザ光を出射する。レーザ光源２１０２のうちＧ光源２１０２ｂは、実施の形態１～６で示したレーザ光源からなるＧ光源を用いて構成される。
　ここでは、Ｒ光源２１０２ａには、波長６４０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系材料からなる半導体レーザ装置を、青色レーザ光源（Ｂ光源）２１０２ｃには、波長４５０ｎｍのＧａＮ系材料からなる半導体レーザ装置を用いている。また、緑色レーザ光源（Ｇ光源）２１０２ｂには、実施の形態１～６において示したうちのいずれかのレーザ光源を用い、波長５３２ｎｍのレーザ光を出射する波長変換装置として使用している。
　次に、本実施の形態の液晶表示装置２１０６の構成について具体的に説明する。本実施の形態における液晶表示装置２１０６は、バックライト照明装置２１０１と、このバックライト照明装置２１０１から出射されるＲ光、Ｇ光及びＢ光のレーザ光を利用して画像表示を行う偏光板２１０８及び液晶板２１０９から構成される液晶表示パネル２１０７とからなる。
　バックライト照明装置２１０１は、Ｒ光源２１０２ａ、Ｇ光源２１０２ｂ及びＢ光源２１０２ｃからのＲ光、Ｇ光及びＢ光のレーザ光をまとめて導光部２１０４を介して導光板２１０５に導く光ファイバ２１０３と、導入したＲ光、Ｇ光及びＢ光のレーザ光で均一に満たされて主面（図示せず）からレーザ光を出射する導光板２１０５とから構成されている。なお、Ｇ光源２１０２ｂは、実施の形態１～６で示したレーザ光源に集光レンズ（図示せず）などの光学部品を付加して、出力光のマルチビームが光ファイバ２１０３に集光されて導光板２１０５に導かれるようにしている。
　したがって、本実施の形態でも、色再現性に優れ、低消費電力の安定した画像表示装置を実現することができる。なお、上記の説明では、レーザ光源を用いた画像表示装置として、透過型の液晶パネルを空間変調素子として用いた液晶表示装置について示したが、ＤＭＤミラーや反射型ＬＣＯＳを空間変調素子に用いたプロジェクタなどの画像表示装置であっても、同様の効果を発現することは言うまでもない。
　（実施の形態９）
　図２４は、本発明の実施の形態９に係るレーザ加工装置の構成の一例について示す概略構成図である。ここで、レーザ加工装置は、実施の形態１～６のうちのいずれかのレーザ光源を用いている。
　図２４に示すように、レーザ加工装置２２０１は、レーザ光源２２０２、スキャンミラー２２０３、及びステージ２２０４から構成され、サンプル２２０５を加工する。レーザ光源２２０２は、実施の形態１～６のいずれかに示したレーザ光源からなり、レーザ光源２２０２から出射したレーザ光をスキャンミラー２２０３で反射させてサンプル２２０５に照射することで、サンプル２２０５上のレーザ照射位置をＹ軸方向に移動させる。同時に、サンプル２２０５を載せたステージ２２０４をＸ軸方向に移動させることで、サンプル２２０５上のレーザ照射位置はＸ軸方向に移動する。
　このような構成で、例えば、レーザ光源２２０２をパルス発振させて任意のレーザ照射位置にレーザ光を照射することで、サンプル２２０５の表面上に任意のパターンのマーキングを施すことが可能となる。また、サンプル２２０５を水槽内に設置し、上記と同様に、サンプル２２０５表面上に向けてレーザをパルス照射することで、レーザピーニングなどに応用することも可能となる。
　このように、実施の形態１～６のレーザ光源は、安定したビーム品質が高いレーザ光を生成することが可能であり、レーザマーキングやレーザピーニングなど、レーザ加工装置に用いる光源として望ましい。
　また、レーザピーニングには、波長変換光として４４１ｎｍ以上５９２ｎｍ以下の波長の光を生成するレーザ光源を用いることが望ましく、これにより、水がレーザ光を吸収することで蒸発することを防ぎ、サンプル２２０５の照射面での高いレーザピーニング効果を発現することが可能となる。
　本実施の形態では、スキャンミラーを用いたレーザ走査型の加工装置について述べたが、これは、レーザ光源を用いた加工装置の一例であり、例えば、レーザ光源にて生成したレーザ光をファイバに入射させて、ファイバの反対面（出射端）を向けた任意の照射面にレーザ光を照射する構成の加工装置としてもよい。このような構成とすることにより、手術用のレーザ加工装置を実現することが可能となる。
　また、波長変換にて生成した波長変換光をファイバに入射して用いる場合、ファイバに入射する際の挿入損失を軽減するため、Ｍ２（Ｍ　ｓｑｕａｒｅ）が１．４以下のビーム品質に優れたレーザ光源であることが望ましい。
　また、本明細書にて、各実施の形態に示した構成は一例であって、本発明の主旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能であることは言うまでもない。
　上記の各実施の形態から本発明について要約すると、以下のようになる。すなわち、本発明に係るレーザ光源は、励起光光源と、前記励起光光源からの励起光が通過する複数の光路を有し、前記複数の光路を通過する励起光を波長変換光に変換することにより、第１の温度特性を有し且つ装置外部へ出射される出力光と、前記第１の温度特性と異なる第２の温度特性を有する参照光とを生成する非線形光学結晶からなる波長変換素子と、前記参照光を計測する参照光計測部と、前記参照光計測部により計測された参照光を基に前記波長変換素子の温度を制御する制御部とを備える。
　このレーザ光源においては、波長変換素子内に励起光が通過する複数の光路が形成され、レーザ光源の外部へ出力される波長変換光となる出力光と異なる温度特性を示す参照光をモニターして波長変換素子を温度制御しているので、参照光の強度は出力光の強度が最大になる素子温度で傾斜部分を有し、この傾斜部分を用いて波長変換素子の温度を制御することにより、出力光の強度が最大になる素子温度付近において高速な温度制御が可能となり、従来、温度制御中に発生していた出力変動を大幅に軽減することができるとともに、出力を安定化することができる。
　前記出力光は、第１の素子温度で最大値となる第１の温度特性を有し、前記参照光は、前記第１の素子温度と異なる第２の素子温度で最大値となる第２の温度特性を有し、前記参照光の強度は、前記出力光の強度が最大値となる素子温度で、前記参照光の最大値の１５％以上８５％以下となることが好ましく、前記参照光の最大値の３０％以上６０％以下となることがより好ましい。
　前者の場合、Ｓ／Ｎが十分高く、高精度の温度制御が可能となり、また、後者の場合、温度変化に対する参照光の出力変動が十分大きくなるため、高速な温度制御が可能となり、出力変動が更に軽減される。
　前記制御部は、前記出力光の強度が最大値となる素子温度における前記参照光の強度を予め記憶し、前記参照光計測部により計測された参照光の強度が記憶している参照光の強度になるように、前記波長変換素子の温度を調整することが好ましい。
　この場合、素子温度が出力光の位相整合温度となるときの参照光の強度を予め記憶し、参照光が予め記憶された値となるように温度調節しているので、参照光の出力をモニターすることにより、即座に加熱又は冷却の判断が可能となる。この結果、高速な温度制御が可能となるとともに、高効率で安定した波長変換が可能となり、また、出力光のビーム劣化も防ぐことが可能となる。
　前記制御部は、前記参照光計測部により計測された参照光から前記波長変換素子の規格化波長変換効率を算出するとともに、前記出力光の強度が最大値となる素子温度における規格化波長変換効率を予め記憶し、前記参照光計測部により計測された参照光から算出した規格化波長変換効率が記憶している規格化波長変換効率になるように、前記波長変換素子の温度を調整するようにしてもよい。
　この場合、素子温度が出力光の位相整合温度となるときの規格化波長変換効率を予め記憶し、規格化波長変換効率が予め記憶された値となるように温度調節しているので、規格化波長変換効率をモニターすることにより、即座に加熱又は冷却の判断が可能となる。この結果、高速な温度制御が可能となるとともに、高効率で安定した波長変換が可能となり、また、出力光のビーム劣化も防ぐことが可能となる。さらに、規格化波長変換効率の増減は、励起光の入力の増減の影響を受けず、素子温度のみに依存するので、温度制御を高精度に行うことができる。
　前記参照光計測部は、前記第１の素子温度より低温で最大値となる低温側シフト温度特性を有する第１の参照光を計測する第１の参照光計測部と、前記第１の素子温度より高温で最大値となる高温側シフト温度特性を有する第２の参照光を計測する第２の参照光計測部とを含み、前記制御部は、前記第１及び第２の参照光計測部により計測された第１及び第２の参照光の出力比を算出するとともに、前記出力光の強度が最大値となる素子温度における第１及び第２の参照光の出力比を予め記憶し、前記第１及び第２の参照光計測部により計測された第１及び第２の参照光から算出した出力比が記憶している出力比になるように、前記波長変換素子の温度を調整するようにしてもよい。
　この場合、素子温度が出力光の位相整合温度となるときの第１参照光と第２参照光との出力比を予め記憶し、予め記憶させた値より出力比が大きい場合に波長変換素子の温度を増加させ、小さい場合に波長変換素子の温度を減少させる制御を行うことができるので、複数の励起光の光路のうち往路での波長変換効率や、往路にて変換されなかった励起光の出力が変動した場合でも、高精度に温度制御を実施することが可能となる。
　上記レーザ光源は、前記出力光の一部を計測する出力光計測部をさらに備え、前記制御部は、前記出力計測部により計測された出力光を基に、装置外部へ出力される前記出力光の強度が一定になるように前記励起光光源を制御することが好ましい。
　この場合、出力光の強度を基に出力一定制御を行うとともに、参照光を用いた温度制御を行っているので、出力が常に安定するとともに、素子温度と位相整合温度とが常にほぼ一致し、位相整合温度とずれた温度にて波長変換する際に発生するビーム劣化を防ぐことが可能となる。
　上記レーザ光源は、前記波長変換素子から出射される励起光を計測する励起光計測部をさらに備えることが好ましい。
　この場合、計測された励起光の出力と、計測された参照光の出力と合算することにより、複数の励起光の光路のうち復路の励起光の出力をモニターすることができるので、出力一定制御を高精度に行うことができる。
　前記波長変換素子は、バルク型波長変換素子であることが好ましい。
　この場合、ビーム径を拡大することにより、光吸収とそれによる温度上昇との影響を軽減することができるとともに、波長変換素子内での伝搬ロスを少なくすることができる。
　前記波長変換素子は、スラブ導波路型波長変換素子であってもよい。
　この場合、波長変換光の強度が１０Ｗ以下のとき、複数の励起光の光路のうち復路の励起光の強度を確保しやすく、復路での励起光から波長変換光への高い変換効率が得られるため、参照光のＳ／Ｎを十分高くすることができる。
　前記波長変換素子は、擬似位相整合波長変換素子であることが好ましい。
　この場合、分極反転周期構造の周期を部分的に調節したり、部分的に分極反転周期構造の無い部分を形成したりすることが可能であるため、複数の参照光の位相整合温度や温度許容幅を自由に調節することが可能となる。
　前記波長変換素子の前記参照光を生成する励起光の光路における分極反転周期は、前記出力光を生成する励起光の光路における分極反転周期と異なることが好ましい。
　この場合、温度特性の異なる出力光及び参照光を容易に生成することができる。
　前記波長変換素子は、ニオブ酸リチウム、又は、タンタル酸リチウムを主とする非線形光学結晶からなることが好ましい。この場合、高効率な波長変換が可能となる。
　本発明に係る他のレーザ光源は、励起光光源と、前記励起光光源からの励起光を波長の異なる波長変換光に変換する非線形光学結晶からなる波長変換素子と、前記波長変換素子から出射する波長変換光の一部を出力光として計測する出力光計測部と、前記出力計測部により計測された出力光を基に前記波長変換光の強度が一定になるように前記励起光光源を制御する出力一定制御と、前記波長変換素子の温度が位相整合温度に近づくように前記波長変換素子の温度を調整する温度制御とを同時に行う制御部とを備える。
　このレーザ光源においては、波長変換光の出力を励起光光源にフィードバックする出力一定制御中に、波長変換素子の温度が位相整合温度に近づくように温度制御を行っているので、出力一定制御を停止させずに、素子温度の位相整合温度とのずれを解消することが可能となる。この結果、出力の激しい変動が発生しないため、頻繁に温度制御を行なうことが可能となり、常に高い波長変換効率を維持することができるとともに、常に最適温度での波長変換を行うため、波長変換光のビーム劣化も少ない。また、励起光光源に半導体レーザを使用する場合は、駆動電流を軽減することが可能となり、半導体レーザの性能が低下し又は寿命が短くなることを抑制することが可能となる。
　前記制御部は、前記出力一定制御と、前記波長変換素子へ入射する励起光の強度が最小となるように前記波長変換素子を加熱又は冷却する温度制御とを同時に行うことが好ましい。
　この場合、励起光をモニターし、波長変換素子へ入射する励起光の強度が最小となるように波長変換素子を加熱又は冷却する温度制御を行っているので、波長変換光の強度が一定となるように励起光光源への入力電力を調節する出力一定制御を停止させることなく、波長変換素子の温度が位相整合温度に近づくように波長変換素子の温度を調整することができる。
　前記制御部は、前記出力一定制御と、前記波長変換素子の規格化波長変換効率が最大となるように前記波長変換素子を加熱又は冷却する温度制御とを同時に行うようにしてもよい。
　この場合、規格化波長変換効率が最大となるように波長変換素子を加熱又は冷却する温度制御を行っているので、波長変換光の強度が一定となるように励起光光源への入力電力を調節する出力一定制御を停止させることなく、波長変換素子の温度が位相整合温度に近づくように波長変換素子の温度を調整することができる。また、規格化波長変換効率の増減は、励起光の入力の増減の影響を受けず、素子温度のみに依存するので、温度制御を高精度に行うことができる。
　前記制御部は、前記出力一定制御と、前記波長変換素子から出射する励起光の強度が最小となるように前記波長変換素子を加熱又は冷却する温度制御とを同時に行うようにしてもよい。
　この場合、波長変換素子から出射する励起光の強度が最小となるように波長変換素子を加熱又は冷却する温度制御を行っているので、波長変換光の強度が一定となるように励起光光源への入力電力を調節する出力一定制御を停止させることなく、波長変換素子の温度が位相整合温度に近づくように波長変換素子の温度を調整することができる。
　前記制御部は、前記出力一定制御と、前記励起光光源の入力電力が最小となるように前記波長変換素子を加熱又は冷却する温度制御とを同時に行うようにしてもよい。
　この場合、励起光光源の入力電力が最小となるように波長変換素子を加熱又は冷却する温度制御を行っているので、波長変換光の強度が一定となるように励起光光源への入力電力を調節する出力一定制御を停止させることなく、波長変換素子の温度が位相整合温度に近づくように波長変換素子の温度を調整することができる。
　前記制御部は、前記波長変換素子の温度が位相整合温度であるときに、所望の波長変換光が得られる、前記波長変換素子へ入射する励起光の強度、前記波長変換素子の規格化波長変換効率、前記波長変換素子から出射する励起光の強度、及び前記励起光光源への入力電力のうち制御に使用する値を予め記憶することが好ましい。
　この場合、制御値が予め記憶された値となるように温度調節を行うことができるので、高速な温度制御が可能となる。
　前記制御部は、前記波長変換素子へ入射する励起光の強度、前記波長変換素子の規格化波長変換効率、前記波長変換素子から出射する励起光の強度、及び前記励起光光源への入力電力のうちのいずれかが、予め設定した閾値条件を満たす場合に、前記温度制御から、前記波長変換素子の温度を一定に制御する温度一定制御に切り替えることが好ましい。
　この場合、温度一定制御中は、温度一定制御に必要となる制御部の負荷を軽減することが可能となる。
　前記制御部は、前記励起光光源への入力電力に上限を持たせて制御することが好ましい。
　この場合、励起光光源の劣化を防止し、励起光光源の寿命を長くすることができる。
　前記波長変換素子は、分極反転周期構造を形成した非線形光学結晶であり、前記波長変換素子の位相整合温度は、環境温度より高温であることが好ましい。
　この場合、常温の環境下では、波長変換素子の冷却機能を必要とせず、安価なヒーター等を波長変換素子の加熱及び冷却部材として用いることが可能となる。
　前記レーザ光源より出射するレーザ光のＭ２は、１．４以下であることが好ましい。
　この場合、ビーム品質に優れたレーザ光を得ることができるので、レーザ加工用途に適したレーザ光源を実現することができる。
　本発明に係る画像表示装置は、複数のレーザ光源と、空間変調素子と、前記レーザ光源から出射する光を前記空間変調素子に導く光学系とを備え、前記複数のレーザ光源は、少なくとも赤色、緑色及び青色のレーザ光源を含み、前記複数のレーザ光源のうち、少なくとも緑色のレーザ光源は、上記いずれかに記載されたレーザ光源である。
　本発明に係る他の画像表示装置は、複数のレーザ光源と、走査部と、前記複数のレーザ光源から出射する光を前記走査部に導く光学系とを備え、前記走査部は、前記光学系により導かれた複数のレーザ光源からの光を走査し、前記複数のレーザ光源は、少なくとも赤色、緑色及び青色のレーザ光源を含み、前記複数のレーザ光源のうち、少なくとも緑色のレーザ光源は、上記いずれかに記載されたレーザ光源である。
　これらの画像表示装置においては、上記の制御を実施するレーザ光源をディスプレイ用として用いているので、ホワイトバランスの変動が少なく且つ低消費電力の画像表示装置を実現することができる。
　本発明に係る他の加工装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射するレーザ光を加工対象に導く光学系とを備え、前記レーザ光源は、上記いずれかに記載されたレーザ光源である。
　この加工装置においては、上記の制御を実施するレーザ光源を用いているので、安定したビーム品質が高いレーザ光を生成することができ、レーザマーキングやレーザピーニングなどのレーザ加工を行うことできる。
　前記レーザ光源から生成するレーザ光の波長は、４４１ｎｍ以上５９２ｎｍ以下であることが好ましい。
　この場合、水がレーザ光を吸収することにより、水が蒸発することを防止することができるので、加工対象の照射面において、高いレーザピーニング効果を発現することが可能となる。
　本発明に係るレーザ光源は、波長変換素子を用いたレーザ光源の出力安定化及び高効率化が可能であるので、０．５μｍから０．６μｍの可視領域の波長、２μｍ以上の中赤外領域の波長の光を安定して出力することができ、医療用、加工用、ディスプレイ用など様々な分野に応用される。

Claims (25)

  1. 　励起光光源と、
    　前記励起光光源からの励起光が通過する複数の光路を有し、前記複数の光路を通過する励起光を波長変換光に変換することにより、第１の温度特性を有し且つ装置外部へ出射される出力光と、前記第１の温度特性と異なる第２の温度特性を有する参照光とを生成する非線形光学結晶からなる波長変換素子と、
    　前記参照光を計測する参照光計測部と、
    　前記参照光計測部により計測された参照光を基に前記波長変換素子の温度を制御する制御部とを備えることを特徴とするレーザ光源。
  2. 　前記出力光は、第１の素子温度で最大値となる第１の温度特性を有し、前記参照光は、前記第１の素子温度と異なる第２の素子温度で最大値となる第２の温度特性を有し、
    　前記参照光の強度は、前記出力光の強度が最大値となる素子温度で、前記参照光の最大値の１５％以上８５％以下となることを特徴とする請求項１記載のレーザ光源。
  3. 　前記制御部は、前記出力光の強度が最大値となる素子温度における前記参照光の強度を予め記憶し、前記参照光計測部により計測された参照光の強度が記憶している参照光の強度になるように、前記波長変換素子の温度を調整することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ光源。
  4. 　前記制御部は、前記参照光計測部により計測された参照光から前記波長変換素子の規格化波長変換効率を算出するとともに、前記出力光の強度が最大値となる素子温度における規格化波長変換効率を予め記憶し、前記参照光計測部により計測された参照光から算出した規格化波長変換効率が記憶している規格化波長変換効率になるように、前記波長変換素子の温度を調整することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ光源。
  5. 　前記参照光計測部は、
    　前記第１の素子温度より低温で最大値となる低温側シフト温度特性を有する第１の参照光を計測する第１の参照光計測部と、
    　前記第１の素子温度より高温で最大値となる高温側シフト温度特性を有する第２の参照光を計測する第２の参照光計測部とを含み、
    　前記制御部は、前記第１及び第２の参照光計測部により計測された第１及び第２の参照光の出力比を算出するとともに、前記出力光の強度が最大値となる素子温度における第１及び第２の参照光の出力比を予め記憶し、前記第１及び第２の参照光計測部により計測された第１及び第２の参照光から算出した出力比が記憶している出力比になるように、前記波長変換素子の温度を調整することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ光源。
  6. 　前記出力光の一部を計測する出力光計測部をさらに備え、
    　前記制御部は、前記出力計測部により計測された出力光を基に、装置外部へ出力される前記出力光の強度が一定になるように前記励起光光源を制御することを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載のレーザ光源。
  7. 　前記波長変換素子から出射される励起光を計測する励起光計測部をさらに備えることを特徴とする請求項６記載のレーザ光源。
  8. 　前記波長変換素子は、バルク型波長変換素子であることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載のレーザ光源。
  9. 　前記波長変換素子は、スラブ導波路型波長変換素子であることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載のレーザ光源。
  10. 　前記波長変換素子は、擬似位相整合波長変換素子であることを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載のレーザ光源。
  11. 　前記波長変換素子の前記参照光を生成する励起光の光路における分極反転周期は、前記出力光を生成する励起光の光路における分極反転周期と異なることを特徴とする請求項１０記載のレーザ光源。
  12. 　励起光光源と、
    　前記励起光光源からの励起光を波長の異なる波長変換光に変換する非線形光学結晶からなる波長変換素子と、
    　前記波長変換素子から出射する波長変換光の一部を出力光として計測する出力光計測部と、
    　前記出力計測部により計測された出力光を基に前記波長変換光の強度が一定になるように前記励起光光源を制御する出力一定制御と、前記波長変換素子の温度が位相整合温度に近づくように前記波長変換素子の温度を調整する温度制御とを同時に行う制御部とを備えることを特徴とするレーザ光源。
  13. 　前記制御部は、前記出力一定制御と、前記波長変換素子へ入射する励起光の強度が最小となるように前記波長変換素子を加熱又は冷却する温度制御とを同時に行うことを特徴とする請求項１２記載のレーザ光源。
  14. 　前記制御部は、前記出力一定制御と、前記波長変換素子の規格化波長変換効率が最大となるように前記波長変換素子を加熱又は冷却する温度制御とを同時に行うことを特徴とする請求項１２記載のレーザ光源。
  15. 　前記制御部は、前記出力一定制御と、前記波長変換素子から出射する励起光の強度が最小となるように前記波長変換素子を加熱又は冷却する温度制御とを同時に行うことを特徴とする請求項１２記載のレーザ光源。
  16. 　前記制御部は、前記出力一定制御と、前記励起光光源の入力電力が最小となるように前記波長変換素子を加熱又は冷却する温度制御とを同時に行うことを特徴とする請求項１２記載のレーザ光源。
  17. 　前記制御部は、前記波長変換素子の温度が位相整合温度であるときに、所望の波長変換光が得られる、前記波長変換素子へ入射する励起光の強度、前記波長変換素子の規格化波長変換効率、前記波長変換素子から出射する励起光の強度、及び前記励起光光源への入力電力のうち制御に使用する値を予め記憶することを特徴とする請求項１２～１６のいずれかに記載のレーザ光源。
  18. 　前記制御部は、前記波長変換素子へ入射する励起光の強度、前記波長変換素子の規格化波長変換効率、前記波長変換素子から出射する励起光の強度、及び前記励起光光源への入力電力のうちのいずれかが、予め設定した閾値条件を満たす場合に、前記温度制御から、前記波長変換素子の温度を一定に制御する温度一定制御に切り替えることを特徴とする請求項１２～１７のいずれかに記載のレーザ光源。
  19. 　前記制御部は、前記励起光光源への入力電力に上限を持たせて制御することを特徴とする請求項１２～１８のいずれかに記載のレーザ光源。
  20. 　前記波長変換素子は、分極反転周期構造を形成した非線形光学結晶であり、前記波長変換素子の位相整合温度は、環境温度より高温であることを特徴とする請求項１～１９のいずれかに記載のレーザ光源。
  21. 　前記レーザ光源より出射するレーザ光のＭ２は、１．４以下であることを特徴とする請求項１～２０のいずれかに記載のレーザ光源。
  22. 　複数のレーザ光源と、
    　空間変調素子と、
    　前記レーザ光源から出射する光を前記空間変調素子に導く光学系とを備え、
    　前記複数のレーザ光源は、少なくとも赤色、緑色及び青色のレーザ光源を含み、
    　前記複数のレーザ光源のうち、少なくとも緑色のレーザ光源は、請求項１～２１のいずれかに記載されたレーザ光源であることを特徴とする画像表示装置。
  23. 　複数のレーザ光源と、
    　走査部と、
    　前記複数のレーザ光源から出射する光を前記走査部に導く光学系とを備え、
    　前記走査部は、前記光学系により導かれた複数のレーザ光源からの光を走査し、
    　前記複数のレーザ光源は、少なくとも赤色、緑色及び青色のレーザ光源を含み、
    　前記複数のレーザ光源のうち、少なくとも緑色のレーザ光源は、請求項１～２１のいずれかに記載されたレーザ光源であることを特徴とする画像表示装置。
  24. 　レーザ光源と、
    　前記レーザ光源から出射するレーザ光を加工対象に導く光学系とを備え、
    　前記レーザ光源は、請求項１～２１のいずれかに記載されたレーザ光源であることを特徴とする加工装置。
  25. 前記レーザ光源から生成するレーザ光の波長は、４４１ｎｍ以上５９２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２４記載の加工装置。
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