WO2010098115A1 - 波長変換レーザ光源及び画像表示装置 - Google Patents

波長変換レーザ光源及び画像表示装置 Download PDF

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WO2010098115A1
WO2010098115A1 PCT/JP2010/001292 JP2010001292W WO2010098115A1 WO 2010098115 A1 WO2010098115 A1 WO 2010098115A1 JP 2010001292 W JP2010001292 W JP 2010001292W WO 2010098115 A1 WO2010098115 A1 WO 2010098115A1
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wavelength conversion
fundamental wave
conversion element
concave mirror
mirror
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PCT/JP2010/001292
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French (fr)
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堀川信之
古屋博之
水島哲郎
楠亀弘一
杉田知也
山本和久
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パナソニック株式会社
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    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/60—Temperature independent

Definitions

  • the present invention relates to a wavelength conversion laser light source for converting the wavelength of a fundamental laser beam and an image display apparatus using the light source.
  • Laser light sources widely used as embedded devices in industrial applications and consumer devices include semiconductor laser diodes and solid-state laser light sources. Further, there is a wavelength conversion laser light source as a light source for obtaining a laser beam having a wavelength that makes it difficult to directly oscillate a semiconductor laser diode or a solid-state laser light source.
  • SHG Silicon Harmonic Generation
  • fundamental wave fundamental laser light
  • FIG. 23 shows an example of a wavelength conversion laser light source that has been conventionally proposed and generates the second harmonic.
  • the wavelength conversion laser light source includes a fundamental wave laser light source 111 that generates a fundamental wave, a lens 112 that collects the fundamental wave emitted from the fundamental wave laser light source 111 and enters the wavelength conversion element 113, and a second fundamental wave light source. It comprises a wavelength conversion element 113 that generates harmonics, and a dichroic mirror 114 that separates the fundamental wave FL (transmission fundamental wave laser) and the second harmonic SL (wavelength conversion laser).
  • the second harmonic is generated by passing the wavelength conversion element 113 only once.
  • the wavelength conversion element 113 is made of a nonlinear optical crystal, and it is necessary to control the orientation of the crystal and the period of the domain-inverted structure so that the phases of the fundamental wave and the second harmonic coincide with each other.
  • a quasi-phase matching type wavelength conversion element using a periodically poled structure can perform wavelength conversion with high efficiency, and a fundamental wave of an arbitrary wavelength can be changed to a second harmonic by designing a polarization inversion period. It is widely used because it can be converted.
  • the wavelength conversion efficiency ⁇ from the fundamental wave to the second harmonic is expressed as follows: the interaction length of the wavelength conversion element is L, the power of the fundamental wave is P, the beam cross-sectional area at the wavelength conversion element is A, and the phase matching condition When the phase difference between the fundamental wave and the second harmonic is ⁇ k, the following equation (1) is obtained.
  • the interaction length L increases, conditions for reducing the phase difference ⁇ k between the fundamental wave and the second harmonic wave (for example, the incident angle of the fundamental wave and the temperature condition of the wavelength conversion element) become stricter, and therefore the wavelength conversion efficiency. Is significantly reduced, and the interaction length L is practically limited.
  • the interaction length L is limited by the temperature condition of the wavelength conversion element, and it has been difficult to achieve high efficiency.
  • the temperature of the wavelength conversion element when the phase difference ⁇ k between the fundamental wave and the second harmonic is 0 is called the phase matching temperature
  • the temperature width of the wavelength conversion element at which the wavelength conversion efficiency is halved is called the temperature tolerance. Yes.
  • Patent Document 1 proposes to increase the wavelength conversion efficiency by using a plurality of wavelength conversion elements and condensing means.
  • Patent Document 2 proposes that a fundamental wave reflector is provided on the wavelength conversion element by means of fundamental wave reflection means, and is incident again on the wavelength conversion element.
  • Patent Document 3 proposes that a wavelength conversion element is disposed between opposing concave mirrors to perform wavelength conversion of a reciprocating fundamental wave.
  • the wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion laser light source can be improved, but there is a problem that the wavelength conversion efficiency varies greatly depending on the temperature change of the wavelength conversion element.
  • the object of the present invention is to increase the temperature tolerance of the wavelength conversion element while maintaining high wavelength conversion efficiency, and to suppress fluctuations in the wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion element due to unnecessary fundamental waves.
  • An object of the present invention is to provide a wavelength conversion laser light source capable of high output and high stability.
  • a wavelength conversion laser light source includes a fundamental wave laser light source for generating a fundamental wave, a first mirror and a second mirror arranged to face each other, the first mirror, and the A wavelength conversion element that is arranged between the second mirror and converts the wavelength of the fundamental wave; and a temperature control unit that controls the temperature of the wavelength conversion element.
  • a part of the fundamental wave is wavelength-converted, and a fundamental wave that is not wavelength-converted is reflected by the first mirror and the second mirror, repeatedly incident on the wavelength conversion element, and wavelength-converted.
  • a control part is arrange
  • the allowable temperature range of the wavelength conversion element can be expanded while maintaining high wavelength conversion efficiency, and fluctuations in the wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion element due to unnecessary fundamental waves are suppressed. Therefore, a high-power and high-stable wavelength conversion laser light source can be realized.
  • FIG. 5 is a diagram showing the diameter of the fundamental wave beam at a position where the fundamental wave enters the wavelength conversion element in each path shown in FIG.
  • FIG. 2 is a top view of a wavelength conversion laser light source using a fundamental wave reflection mirror in place of the fundamental wave absorber in the wavelength conversion laser light source shown in FIG. 1. It is a side view of the wavelength conversion laser light source shown in FIG.
  • Embodiment 2 of this invention It is a top view of the wavelength conversion laser light source in Embodiment 2 of this invention. It is a side view of the wavelength conversion laser light source shown in FIG. It is a top view of the wavelength conversion laser light source in Embodiment 3 of this invention. It is a side view of the wavelength conversion laser light source shown in FIG. It is a top view of the wavelength conversion laser light source in Embodiment 4 of this invention. It is a side view of the wavelength conversion laser light source shown in FIG. It is a figure which shows the change of the diameter of the beam of the fundamental wave in the element thickness direction at the time of the incidence to the wavelength conversion element in Embodiment 4 of this invention. It is a schematic block diagram shown about an example of a structure of the liquid crystal display device in Embodiment 5 of this invention. It is a schematic diagram of the conventional wavelength conversion laser light source.
  • FIG. 1 and 2 are diagrams showing an example of the configuration of the wavelength conversion laser light source according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram of the configuration of the wavelength conversion laser light source according to Embodiment 1 as viewed from above.
  • FIG. 2 is a side view of the configuration of the wavelength conversion laser light source shown in FIG.
  • the directions indicated by the arrow 10 in FIG. 1 and the arrow 11 in FIG. 2 are the element width direction (width direction of the wavelength conversion element 3) and the element thickness direction (thickness direction of the wavelength conversion element 3), respectively.
  • 1 is a fundamental laser light source for generating a fundamental wave
  • 2 is a condensing optical system for condensing the fundamental wave
  • 3 is for converting the fundamental wave into a second harmonic.
  • 4 is a first concave mirror having a curvature R1
  • 5 is a second concave mirror having a curvature R2 different from the curvature R1
  • 6 is a temperature control element for controlling the temperature of the wavelength conversion element 3.
  • Reference numeral 7 denotes an element fixing base for fixing the wavelength conversion element 3
  • 18 denotes a fundamental wave absorber (an example of a fundamental wave shield) that serves as a fundamental laser shield.
  • a temperature control unit 8 is composed of the temperature control element 6 and the element fixing base 7, and the temperature control unit 8 is arranged so that one main surface is in contact with one main surface of the wavelength conversion element 3.
  • the fundamental wave absorption unit 18 is disposed between the first concave mirror 4 and the temperature control unit 8, and prevents the fundamental wave that cannot enter the wavelength conversion element 3 from being absorbed by the temperature control unit 8.
  • the light quantity of the fundamental wave absorbed by the temperature control unit 8 is reduced.
  • the upper surface of the fundamental wave absorber 18 is formed on the first concave mirror without shielding the fundamental wave and the second harmonic wave incident on the first concave mirror 4 from the wavelength conversion element 3.
  • 4 is preferably installed at a position where the fundamental wave reflected by 4 is shielded, for example, at the height of the contact surface between the wavelength conversion element 3 and the element fixing base 7.
  • FIG.1 and FIG.2 shows the central axis which is an axis which passes along the center of the 1st concave mirror 4, the 2nd concave mirror 5, and the wavelength conversion element 3, and the broken line shown by 12 is fundamental.
  • 2 schematically shows an optical path of a wave laser beam and a condensing state in an optical system constituting a wavelength conversion laser device in the present embodiment.
  • a fiber laser light source is used as the fundamental wave laser light source 1, and the condensing optical system 2 is composed of a collimator lens and a plano-convex lens.
  • the wavelength conversion element 3 is made of MgO: LiNbO 3 crystal (PPLN) having a periodic domain-inverted structure.
  • the wavelength conversion element 3 has a length (length in the direction of the central axis 9) of 26 mm, a width (length in the direction of arrow 10) of 10 mm, and a thickness (length in the direction of arrow 11) of 0.5 mm.
  • the first concave mirror 4 is provided with a coating that has a high fundamental wave reflectivity and a high second harmonic transmittance, and the second concave mirror 5 has a fundamental wave and a second harmonic wave. It has a coating that increases both reflectivity.
  • the first concave mirror 4 and the second concave mirror 5 are disposed so that the concave portions face each other, and the wavelength conversion element 3 is disposed between the two concave mirrors 4 and 5.
  • FIG. 3 is a front view of the second concave mirror 5 viewed from the direction of the central axis 9.
  • the first concave mirror 4 is circular, as shown in FIG. 3, the second concave mirror 5 is cut from the circular concave mirror at its lower part (area indicated by a broken line in the figure), and the fundamental laser beam source 1 has a notch area CA for allowing the fundamental wave generated from 1 to enter the wavelength conversion element 3.
  • the shape of the cutout area CA is not particularly limited to the above example, and other shapes may be used as long as the fundamental wave generated from the fundamental wave laser light source 1 can be incident on the wavelength conversion element 3. .
  • a temperature control unit 8 is constituted by the temperature control element 6 and an element fixing base 7 made of copper having a high thermal conductivity, and the element fixing base 7 and the wavelength conversion element 3 have high heat dissipation and thermal conductivity. Fixed and in contact with adhesive.
  • a Peltier element is used as the temperature control element 6, and the temperature control element 6 is set so that the temperature of the Peltier element, that is, the wavelength conversion element 3 becomes a predetermined temperature by using a control circuit (not shown). I have control.
  • the fundamental wave absorber 18 serving as a fundamental wave laser shading part for example, a colored glass filter that absorbs fundamental waves is used, and is disposed between the temperature controller 8 and the first concave mirror 4.
  • the colored glass filter for example, when the wavelength of the fundamental wave is 1064 nm, a rectangular absorption filter that absorbs 99% or more of light in the frequency band of 1064 ⁇ 1 nm can be used.
  • the shape of the fundamental wave absorber 18 is not particularly limited to the above example, and other shapes may be used as long as unnecessary fundamental waves can be absorbed.
  • a fundamental wave oscillated from the fundamental wave laser light source 1 (hereinafter also referred to as a fundamental wave laser beam) is condensed by the condensing optical system 2.
  • a part of the second concave mirror 5 is cut, and from the notch area CA, that is, the area where the second concave mirror 5 is not provided, in parallel with the central axis 9, The fundamental wave is incident on the wavelength conversion element 3.
  • the two concave mirrors 4 and 5 are arranged at intervals that are not confocal, and by using the concave mirrors 4 and 5 having different focal lengths, the fundamental wave reflects between the concave mirrors 4 and 5.
  • a mechanism is provided in which a plurality of condensing points can be provided in the wavelength conversion element 3.
  • the concave mirrors 4 and 5 By disposing the concave mirrors 4 and 5 at an interval that does not result in confocal arrangement, it is possible to prevent the condensing points from concentrating on one point in the wavelength conversion element 3, and to prevent the wavelength conversion element 3 from being destroyed or locally generating heat. Can do.
  • the fundamental wave reciprocates between the concave mirrors 4 and 5 and repeats passing through the wavelength conversion element 3 ten times or more.
  • the curvatures R1 and R2 of the two concave mirrors 4 and 5 are set to satisfy R1> R2. That is, the focal lengths f1 and f2 of the two concave mirrors 4 and 5 are set to satisfy f1> f2. Accordingly, for example, in FIG. 1, the fundamental wave traveling from the second concave mirror 5 toward the first concave mirror 4 is collected, and the fundamental returns from the first concave mirror 4 to the second concave mirror 5. The wave becomes substantially parallel light.
  • the optical path of the fundamental wave from one concave mirror to the other concave mirror is defined as one optical path, and the path through which the fundamental wave passes through the wavelength conversion element 3 for the nth time is defined as the nth path. Therefore, the fundamental wave is condensed by the condensing optical system 2 and a part of the fundamental wave incident on the wavelength conversion element 3 is converted into the second harmonic, and the remaining fundamental wave that has not been wavelength-converted and the wavelength conversion Together with the generated second harmonic wave, it reaches the first concave mirror 4 (first path).
  • the fundamental wave that has not been wavelength-converted is reflected by the first concave mirror 4, and the second harmonic is transmitted through the first concave mirror 4 and output to the outside.
  • the fundamental wave reflected by the first concave mirror 4 enters the wavelength conversion element 3 again, is partially converted into the second harmonic, and reaches the second concave mirror 5 (second path).
  • the wavelength conversion element 3 is repeatedly passed to generate the second harmonic. Since the first concave mirror 4 is coated to increase the transmittance with respect to the second harmonic, the generated second harmonic is output to the outside from the first concave mirror 4 side. At this time, the temperature of the wavelength conversion element 3 is controlled by the temperature control unit 8 so that the second harmonic output is maximized.
  • the wavelength conversion efficiency can be improved as compared with a conventional wavelength conversion laser light source that passes through the wavelength conversion element 3 only once.
  • the fundamental wave is condensed in the wavelength conversion element 3 during a pass from the direction of the second concave mirror 5 to the direction of the first concave mirror 4 (odd-numbered pass).
  • the fundamental wave at the time of the path from the first concave mirror 4 to the second concave mirror 5 (at the time of the even-numbered pass) becomes substantially parallel light, and the wavelength conversion from the fundamental wave to the second harmonic is Compared with the odd-numbered path, it is negligibly small.
  • the wavelength conversion efficiency from the fundamental wave to the second harmonic can be doubled compared to the conventional wavelength conversion laser light source that passes through the wavelength conversion element 3 only once.
  • the angle at which the fundamental wave enters the wavelength conversion element 3 changes for each passing path, and the phase matching condition is set according to the incident angle of the fundamental wave in each path.
  • Phase matching conditions such as the wavelength of the fundamental wave to be satisfied and the refractive index (temperature) of the nonlinear optical material (wavelength conversion element 3) are different.
  • the temperature of the wavelength conversion element 3 that satisfies the phase matching condition differs for each path. Even if it deviates, it is in agreement with the phase matching conditions of other paths, and there is an effect of suppressing a decrease in wavelength conversion efficiency.
  • the allowable temperature range (full width at half maximum) is 1.1 degrees, but the allowable temperature range (full width at half maximum) of the present embodiment is 2.6 degrees. It was possible to have a temperature tolerance width that is at least twice that of the above.
  • FIG. 4 shows the position where the fundamental wave enters the wavelength conversion element 3 in each path when the focal length f1 of the first concave mirror 4 is set to 25 mm and the focal length f2 of the second concave mirror 5 is set to 20 mm.
  • FIG. 5 is a diagram showing the beam diameter of the fundamental wave at a position where the fundamental wave is incident on the wavelength conversion element 3 (for example, the position shown in FIG. 4) in each path.
  • FIG. 6 shows the fundamental wave of each path at the center position of the wavelength conversion element 3 when the focal length f1 of the first concave mirror 4 is set to 25 mm and the focal length f2 of the second concave mirror 5 is set to 20 mm.
  • FIG. 7 is a diagram showing the diameter of the fundamental wave beam at the center position of the wavelength conversion element 3 (for example, the position shown in FIG. 6) in each path. 5 and 7, the horizontal axis represents the number of paths, and the vertical axis represents the diameter (mm) of the fundamental wave beam.
  • the diameter of the fundamental wave beam exceeds the thickness of 0.5 mm of the wavelength conversion element 3 during reciprocation between the concave mirrors 4 and 5 (shown above the dotted line in FIG. 5). It can be seen that some of the waves are not incident on the wavelength conversion element 3. Further, as shown in FIG. 7, the condensing optical system 2 is selected so that the diameter of the fundamental wave beam becomes the optimum condensing beam diameter in the first pass. As described above, it can be seen that when the odd-numbered group OG passes, the wavelength conversion element 3 has a condensing point, while when the even-numbered group EG passes, it does not have a condensing point.
  • the fundamental wave absorber 18 is desirable to dispose the fundamental wave absorber 18 at least between the first concave mirror 4 and the temperature controller 8. The reason will be described below.
  • the beam diameter of the fundamental wave exceeds the thickness of the wavelength conversion element 3 (for example, the eighth path in FIG. 5).
  • the fundamental wave is irradiated to the element fixing base 7 and the amount of light absorbed is increased
  • the fundamental wave is reflected by the second concave mirror 5 and is incident on the wavelength conversion element 3. This is because, in the path, the beam diameter at the position incident on the wavelength conversion element 3 is smaller than that of the even-numbered path, and the light amount of the fundamental wave irradiated to the element fixing base 7 and absorbed is small.
  • the fundamental wave absorber 18 is provided between the first concave mirror 4 and the temperature controller 8.
  • the temperature change of the element fixing base 7 can be effectively suppressed, and as a result, the second harmonic output becomes a stable light source.
  • the fundamental wave absorber 18 by disposing the fundamental wave absorber 18 between the temperature control element 6 and the first concave mirror 4, an unnecessary fundamental wave that is not wavelength-converted by the fundamental wave absorber 18 is generated. Absorbs and prevents the fundamental wave from being absorbed by the temperature controller 8. By this action, the temperature increase of the wavelength conversion element 3 due to the fundamental wave that is not wavelength-converted can be prevented, and the decrease in the second harmonic output can be reduced.
  • a fundamental wave absorber may also be provided between the second concave mirror 5 and the temperature controller 8, and in that case, a light source with a more stable output can be provided.
  • FIG. 8 shows a configuration in which the fundamental wave absorber 18 is omitted (for example, the configuration shown in FIG. 4), and the wavelength conversion laser light source is operated under constant current control, so that the second harmonic output becomes approximately 6 W.
  • FIG. 9 is a diagram showing a time change of the second harmonic output when adjusted as described above, and FIG. 9 is a diagram showing a second example in which the wavelength conversion laser light source is operated under constant current control using the configuration of the present embodiment. It is a figure which shows the time change of a 2nd harmonic output when adjusting so that a harmonic output may be set to about 6W. 8 and 9, the horizontal axis represents time (s), and the vertical axis represents the normalized value of the second harmonic output.
  • the temperature of the wavelength conversion element 3 is controlled by the temperature control unit 8, but as shown in FIG. If the continuous operation is performed for more than one minute, the temperature control unit 8 cannot sufficiently control the temperature of the wavelength conversion element 3, and the temperature control unit 8 absorbs an unnecessary fundamental wave and the temperature of the wavelength conversion element 3 is increased.
  • the second harmonic output fluctuates by 40% at maximum.
  • the fundamental wave absorber 18 absorbs an unnecessary fundamental wave and prevents the temperature conversion of the wavelength conversion element 3 due to the unnecessary fundamental wave. Therefore, the fluctuation of the second harmonic output can be suppressed to 3% or less, and a high-output and highly stable wavelength conversion laser light source can be obtained.
  • the fundamental wave absorption unit 18 may include a heat dissipation mechanism that radiates heat to the outside without transferring the heat generated by the absorbed fundamental wave to the temperature control unit 8.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example in which a heat dissipation mechanism is added to the wavelength conversion laser light source shown in FIG.
  • the fundamental wave absorption unit 18 is fixed to the heat dissipation mechanism 19 with an adhesive having high heat dissipation and thermal conductivity
  • the heat dissipation mechanism 19 includes a fixing unit 19 a joined to the fundamental wave absorption unit 18.
  • the plurality of fins 19b for radiating the heat transmitted from the fixed portion 19a to the outside are provided, and the fixed portion 19a and the plurality of fins 19b are integrally formed.
  • a metal having high thermal conductivity can be used, and for example, copper, silver, aluminum, or the like can be used. Moreover, you may make the fundamental wave absorption part 18 contact the thermal radiation mechanism 19 using grease. By using grease, heat dissipation and thermal conductivity can be further improved.
  • the heat dissipation mechanism 19 is not particularly limited to the above example, and various shapes and structures can be used as long as the heat absorbed by the fundamental wave absorption unit 18 can be radiated to the outside without being transmitted to the temperature control unit 8. For example, a flat metal having high thermal conductivity may be used.
  • the heat generated by the fundamental wave absorption unit 18 absorbing the fundamental wave is transmitted to the fixing unit 19a of the heat dissipation mechanism 19 and further to the plurality of fins 19b.
  • heat generated by absorbing the fundamental wave is efficiently radiated to the outside without being transmitted to the temperature control unit 8.
  • the fundamental wave absorbing unit 18 (or the heat dissipation mechanism 19) and the temperature control unit 8 are separated from each other by a predetermined distance or a heat insulating material is sandwiched between the fundamental wave absorbing unit 18 and The temperature controller 8 is thermally separated so that the thermal resistance between the fundamental wave absorber 18 and the temperature controller 8 is increased.
  • a light source can be provided.
  • a fiber laser light source is used as the fundamental laser light source 1 of the first embodiment.
  • a fundamental wave with high beam quality transverse mode
  • the fundamental wave with high beam quality can increase the wavelength conversion efficiency when passing through the wavelength conversion element 3 once.
  • the total wavelength conversion efficiency when passing through the wavelength conversion element 3 a plurality of times can be improved.
  • the fundamental laser light source 1 various laser light sources such as a semiconductor laser light source and a solid-state laser light source may be used in addition to the fiber laser light source.
  • a semiconductor laser light source or a solid-state laser light source the fundamental laser light source can be reduced in size, and the entire wavelength conversion laser can be reduced in size.
  • a collimator lens and a plano-convex lens are used, but wavelength conversion is performed using at least one of various lenses such as a collimator lens, a plano-convex lens, a convex lens, a plano-concave lens, a concave lens, and an aspheric lens.
  • the light may be condensed in the element 3.
  • the focal length can be shortened, and the wavelength conversion laser light source can be reduced in size.
  • the diameter of the fundamental wave beam is adjusted to the optimum focused beam diameter by the focusing optical system 2 so that the second harmonic output from the first path is increased. You may make it the diameter of the beam of the fundamental wave after the 3rd pass become an optimal condensing beam diameter. In this case, the spread of the diameter of the fundamental wave beam can be suppressed, the amount of heat absorbed by the fundamental wave absorber 18 can be reduced, and the heat dissipation mechanism provided in the fundamental wave absorber 18 can be made simpler. Can do.
  • the fundamental wave is parallel to the central axis 9 from a region where the second concave mirror 5 is not present (a part of the second concave mirror 5 is cut in the present embodiment).
  • the fundamental wave is incident on the wavelength conversion element 3, but the coating does not reflect the fundamental wave to a partial region of the second concave mirror 5 without cutting a part of the second concave mirror 5. May be provided.
  • PPLN having a thickness of 0.5 mm is used for the wavelength conversion element 3, but PPLN thicker than 0.9 mm may be used.
  • the amount of heat absorbed by the fundamental wave absorber 18 can be reduced to 50% or less, and the heat dissipation mechanism provided in the fundamental wave absorber 18 can be made simpler.
  • the fundamental wave component that can be incident on the wavelength conversion element 3 is increased, and the wavelength conversion efficiency is improved, so that driving with low power is possible. .
  • a PPLN having a length of 26 mm is used for the wavelength conversion element 3, but a PPLN shorter than 26 mm may be used.
  • the allowable temperature range can be further increased.
  • PPLN is used for the wavelength conversion element 3
  • various nonlinear optical materials may be used.
  • lithium triborate crystal (LiB 3 O 5 : LBO), potassium titanyl phosphate (KTiOPO 4 : KTP) crystal, and LiTaO 3 crystal (PPLT) having a periodic domain-inverted structure are used.
  • PPLN and PPLT can satisfy the phase matching condition at an arbitrary fundamental wave wavelength by changing the period of the periodically poled structure. Therefore, a wavelength conversion laser light source having an arbitrary second harmonic wavelength can be realized.
  • PPLN has a high second-order nonlinear constant
  • high wavelength conversion efficiency can be obtained even when the fundamental wave input is 20 W or less, and driving with low power is possible.
  • PPLT has a low fundamental wave light absorption factor and a second harmonic light absorption factor, and can obtain a more stable output when a fundamental wave of 20 W or more is input.
  • LBO is excellent in high output tolerance, it can obtain high wavelength conversion efficiency in a wavelength conversion laser light source that inputs a high peak pulse with a fundamental wave input of 100 W or more, and a high peak output wavelength conversion laser light source can be obtained. Can be provided.
  • a Peltier element is used as the temperature control element 6, but a heater may be used instead of the Peltier element.
  • the heater is used, the time for raising the wavelength conversion element 3 from the low temperature side to the phase matching temperature can be shortened by rapid heating, so that the startup time of the wavelength conversion laser light source can be shortened.
  • the element fixing base 7 Although copper having high thermal conductivity is used for the element fixing base 7, silver, aluminum or the like may be used. By using silver having higher thermal conductivity for the element fixing base 7 than copper, the temperature controllability of the wavelength conversion element 3 can be improved, and the second harmonic output can be obtained more stably. .
  • copper having high thermal conductivity may be disposed on the wavelength conversion element 3.
  • a metal having high thermal conductivity also on the upper part the temperature of the wavelength conversion element 3 can be made more uniform, high wavelength conversion efficiency can be obtained, and driving with low power becomes possible.
  • copper having a high thermal conductivity disposed at the upper portion is used as an element fixing base, and a temperature control element is adhered to the element fixing base, thereby providing a temperature control section on the upper portion of the wavelength converting element 3 to convert the wavelength. You may make it control the temperature of an element.
  • a fundamental wave absorber may be disposed between the temperature controller and the first concave mirror 4.
  • the element fixing base 7 and the wavelength conversion element 3 are fixed and contacted with an adhesive having high heat dissipation and thermal conductivity, they may be contacted using grease. By using grease, heat dissipation and thermal conductivity can be further improved, and the second harmonic output can be obtained more stably.
  • the fundamental wave absorber 18 may be integrated with the temperature controller 8 with a heat insulating material interposed therebetween. In this case, the position adjustment of the fundamental wave absorber 18 can be simplified, and the cost for adjusting the position of the fundamental wave absorber 18 can be reduced.
  • a colored glass filter that absorbs the fundamental wave is disposed as the fundamental wave absorbing unit 18 between the temperature control unit 8 and the first concave mirror 4, but an aperture that blocks or absorbs the fundamental wave is disposed.
  • May be. 11 is a top view of the configuration of a wavelength conversion laser light source using an aperture instead of the fundamental wave absorber in the wavelength conversion laser light source shown in FIG. 1, and
  • FIG. 12 is a diagram of the wavelength conversion laser light source shown in FIG. It is the figure which looked at the structure from the side.
  • the aperture 48 is an aperture in which a rectangular opening is provided at the inner center portion of a rectangular substrate, and the shape of the opening is the first concave mirror 4 of the wavelength conversion element 3.
  • the size of the opening is set to be equal to or smaller than the size of the end surface of the wavelength conversion element 3 on the first concave mirror 4 side.
  • the aperture 48 is disposed between the first concave mirror 4 and the temperature control unit 8, passes the fundamental wave from the opening, enters the wavelength conversion element 3, and enters the wavelength conversion element 3. Since the fundamental wave that cannot be absorbed is shielded, the fundamental wave that cannot enter the wavelength conversion element 3 is prevented from being absorbed by the temperature controller 8, and the light quantity of the fundamental wave absorbed by the temperature controller 8 is reduced.
  • the fundamental wave that is not incident on the wavelength conversion element 3 can be blocked by the aperture 48. Therefore, it is possible to prevent the fundamental wave from being absorbed by the temperature control unit 8 and to stabilize the output intensity of the second harmonic.
  • the shape of the aperture is not particularly limited to the above example. If the fundamental wave that cannot be incident on the wavelength conversion element 3 can be prevented from being absorbed by the temperature control unit 8, the aperture has a rectangular shape. It is also possible to use an aperture provided with an opening, or arrange two apertures on the top and bottom and provide an opening between them.
  • a mirror that reflects the fundamental wave (hereinafter referred to as a fundamental wave reflection mirror) may be disposed.
  • the fundamental wave reflecting mirror does not absorb the fundamental wave, and therefore does not generate heat. Therefore, the heat dissipation mechanism can be omitted, and the cost of the heat dissipation mechanism can be reduced.
  • the fundamental wave reflecting mirror by arranging the fundamental wave reflecting mirror to be inclined in the thickness direction of the wavelength conversion element 3 with respect to the optical axis of the fundamental wave, the fundamental wave once reflected by the fundamental wave reflecting mirror is combined with the first concave mirror 4 and the first concave mirror 4.
  • the light can be emitted from between the two concave mirrors 4 and 5 to the outside without being reflected by the two concave mirrors 5.
  • the fundamental wave that is not incident on the wavelength conversion element 3 is prevented from being absorbed by the temperature control unit 8, and an effect of reducing the output fluctuation of the second harmonic is obtained. be able to.
  • FIG. 13 is a top view of the configuration of a wavelength conversion laser light source using a fundamental wave reflection mirror in place of the fundamental wave absorber in the wavelength conversion laser light source shown in FIG. 1, and FIG. 14 is a wavelength conversion shown in FIG. It is the figure which looked at the structure of the laser light source from the side.
  • the fundamental wave reflection mirror 58 is not perpendicular or parallel to the fundamental wave optical path between the first concave mirror 4 and the temperature control unit 8, and the fundamental wave light.
  • the fundamental wave which is disposed inclining in the thickness direction of the wavelength conversion element 3 with respect to the axis and cannot enter the wavelength conversion element 3, is prevented from being absorbed by the temperature control unit 8 and absorbed by the temperature control unit 8. Reduce the amount of fundamental wave.
  • the thickness of the wavelength conversion element 3 is T
  • the diameter (length in the element thickness direction) of the first concave mirror 4 is r 1
  • the angle ⁇ 1 formed by the optical axis of the fundamental wave incident on the fundamental wave reflection mirror 58 and the reflection surface of the fundamental wave reflection mirror 58 is (r 1 ⁇ T) / It is desirable to satisfy 2> d 1 ⁇ tan ( ⁇ 2 ⁇ 1 ).
  • the fundamental wave reflected by the fundamental wave reflection mirror 58 is emitted to the outside without being reflected by the first concave mirror 4 again.
  • the influence on the temperature of the wavelength conversion element 3 can be eliminated.
  • the fundamental wave is condensed in the wavelength conversion element 3 during the odd-numbered path.
  • the even-numbered path is different from the odd-numbered path in that the angle at which the fundamental wave is incident on the wavelength conversion element 3 is greatly different in each path. Therefore, the temperature of the wavelength conversion element 3 satisfying the phase matching condition is different for each path. Since the allowable temperature range can be further increased, it is possible to provide a wavelength conversion laser capable of obtaining a more stable output.
  • the diameter of the fundamental wave beam exceeds the thickness of the wavelength conversion element 3.
  • the amount absorbed by being absorbed by the fixed base 7 increases. Therefore, for example, by arranging the fundamental wave absorber 18 or the aperture 48 between the second concave mirror 5 and the temperature controller 8 as the fundamental laser light shielding part, the temperature change of the element fixing base 7 can be effectively performed. Therefore, the second harmonic output becomes a stable light source.
  • a fundamental wave absorber may be disposed between the first concave mirror 4 and the temperature controller 8.
  • the fundamental wave reflection mirror 58 may be disposed between the second concave mirror 5 and the temperature control unit 8 as the fundamental wave laser shielding unit.
  • the thickness of the wavelength conversion element 3 is T
  • the diameter of the second concave mirror 5 (length in the element thickness direction) is r 2
  • the fundamental wave reflected by the fundamental wave reflection mirror 58 is emitted to the outside without being reflected by the second concave mirror 5 again.
  • the influence on the temperature of the wavelength conversion element 3 can be eliminated.
  • FIG. 15 and 16 are diagrams showing an example of the configuration of the wavelength conversion laser light source according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 15 is a diagram of the configuration of the wavelength conversion laser light source according to the present embodiment as viewed from above.
  • FIG. 16 is a side view of the configuration of the wavelength conversion laser light source shown in FIG. In the following, the directions indicated by the arrow 10 in FIG. 15 and the arrow 11 in FIG. 16 are the element width direction and the element thickness direction, respectively.
  • 1 is a fundamental laser light source for generating a fundamental wave
  • 2 is a condensing optical system for condensing the fundamental wave
  • 3 is for converting the fundamental wave into a second harmonic.
  • 4 is a first concave mirror having a curvature R1
  • 5 is a second concave mirror having a curvature R2 different from the curvature R1
  • 6 is a temperature control element for controlling the temperature of the wavelength conversion element 3.
  • Reference numeral 67 denotes an element fixing base for fixing the wavelength conversion element 3
  • the temperature control unit 68 includes the temperature control element 6 and the element fixing base 67.
  • FIG.15 and FIG.16 shows the central axis which is an axis which passes along the center of the 1st concave mirror 4, the 2nd concave mirror 5, and the wavelength conversion element 3, and the broken line shown by 12 is fundamental.
  • 1 schematically shows an optical path of a wave laser beam and a condensing state in an optical system constituting a wavelength conversion laser in the present embodiment.
  • the wavelength conversion laser light source shown in the present embodiment is different from the wavelength conversion laser light source shown in the first embodiment in that the fundamental wave absorption unit 18 is omitted, and instead, the end surface of the element fixing base 67 is a reflection end surface RP,
  • the fundamental laser beam is reflected in a desired direction (for example, outside the wavelength conversion laser light source) by the shape of the element fixing base 67.
  • the end face of the element fixing base 67 for equalizing the temperature of the wavelength conversion element 3 is processed to an angle that is not orthogonal to the incident angle of the fundamental wave.
  • the reflection end face RP is formed.
  • the thickness of the wavelength conversion element 3 is T
  • the diameter of the first concave mirror 4 (length in the element thickness direction)
  • the first concave mirror 4 and the first concave mirror 4 side Assuming that the distance from the end face of the wavelength conversion element 3 is d 1 , the angle ⁇ 1 formed by the optical axis of the fundamental wave incident on the reflection end face RP of the element fixing base 67 and the reflection end face RP of the element fixing base 67 is (r 1 ⁇ T) / 2> d 1 ⁇ tan ( ⁇ 2 ⁇ 1 ) is satisfied.
  • the light reflected by the reflection end surface RP of the element fixing base 67 is not reflected by the first concave mirror 4 again, but is reflected by the pair of concave mirrors (first concave mirror) that reflects the fundamental wave. 4 and the second concave mirror 5).
  • the fundamental laser beam is prevented from being repeatedly reflected between the element fixing base 67 and the concave mirror pair, thereby reducing the amount of absorption of the fundamental laser light at the element fixing base 67. The effect of being able to be obtained.
  • the absorption at the time of reflection can be further reduced by attaching a coating that reflects light of the fundamental wave well or a mirror that reflects the fundamental wave to the end face of the element fixing base 67, so that the higher power Even when the fundamental wave is irradiated, the fluctuation of the second harmonic output can be reduced.
  • the colored glass filter, the diffuser, and the like are provided with a heat radiation mechanism independently of the temperature control element 6, thereby eliminating the influence on the temperature of the wavelength conversion element 3 and obtaining a stable output.
  • the end face of the element fixing base 67 on the second concave mirror 5 side may be processed to an angle not orthogonal to the incident angle of the fundamental wave to form a reflection end face.
  • the thickness of the wavelength conversion element 3 is T
  • the diameter of the second concave mirror 5 is r 2
  • the wavelength conversion on the second concave mirror 5 and the second concave mirror 5 side is performed.
  • the angle ⁇ 2 formed with the reflection end face preferably satisfies (r 2 ⁇ T) / 2> d 2 ⁇ tan ( ⁇ 2 ⁇ 2 ).
  • the same effect as that of the reflection end surface RP of the element fixing base 67 can be obtained.
  • the fundamental wave laser light reflected by the end surface of the element fixing base 67 on the second concave mirror 5 side is absorbed or scattered, and thus the wavelength conversion element 3 is obtained.
  • the reflection end face is formed only on the end face of the element fixing base 67.
  • the present invention is not particularly limited to this example.
  • a reflection end face is also formed on the end face of the temperature control element 6, or the temperature control element 6 Various modifications, such as forming a reflection end face only on the end face, are possible.
  • FIG. 17 and 18 are diagrams schematically illustrating an example of the configuration of the wavelength conversion laser light source according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 illustrates the configuration of the wavelength conversion laser light source according to the present embodiment from above.
  • FIG. 18 is a side view of the configuration of the wavelength conversion laser light source shown in FIG. In the following, the directions indicated by the arrow 10 in FIG. 17 and the arrow 11 in FIG. 18 are the element width direction and the element thickness direction, respectively.
  • 1 is a fundamental laser light source for generating a fundamental wave
  • 2 is a condensing optical system for condensing the fundamental wave
  • 3 is for converting the fundamental wave into a second harmonic.
  • 74 is a first concave mirror having a curvature R1
  • 5 is a second concave mirror having a curvature R2 different from the curvature R1
  • 6 is a temperature control element for controlling the temperature of the wavelength conversion element 3.
  • Reference numeral 7 denotes an element fixing base for fixing the wavelength conversion element 3
  • the temperature control unit 8 includes the temperature control element 6 and the element fixing base 7.
  • FIG.17 and FIG.18 shows the central axis which is an axis which passes along the center of the 1st concave mirror 74, the 2nd concave mirror 5, and the wavelength conversion element 3, and the broken line shown by 12 is fundamental.
  • 1 schematically shows an optical path of a wave laser beam and a condensing state in an optical system constituting a wavelength conversion laser in the present embodiment.
  • the wavelength conversion laser light source shown in the present embodiment is different from the wavelength conversion laser light source shown in Embodiment 1 in that the fundamental wave absorption unit 18 is omitted and the first concave mirror 74 is vertically moved (element thickness direction).
  • a desired portion is processed by cutting or the like, for example, so as to be smaller than the thickness of the wavelength conversion element 3.
  • the first concave mirror 74 is processed by cutting a desired portion in the vertical direction (element thickness direction), for example, by cutting or the like, so that the first concave mirror 74 is positioned above and below the thickness of the wavelength conversion element 3.
  • the width is made smaller.
  • the reflection area in the element thickness direction of the first concave mirror 74 is set so that the fundamental laser beam reflected by the first concave mirror 74 is entirely incident on the wavelength conversion element 3.
  • the upper and lower parts of the circular first concave mirror 74 are cut so that the thickness of the first concave mirror 74 is 0.5 mm, which is the same as the thickness of the wavelength conversion element 3.
  • the beam diameter of the fundamental laser beam reflected by the first concave mirror 74 on the surface of the first concave mirror 74 is equal to or less than the thickness of the wavelength conversion element 3 (0.5 mm in the present embodiment). Therefore, the fundamental laser beam reflected by the first concave mirror 74 always passes through the wavelength conversion element 3 and is wavelength-converted from the fundamental laser beam to the second harmonic.
  • the fundamental laser beam reflected by the first concave mirror 74 is not irradiated to the element fixing base 7 or the temperature control element 6 (that is, the fundamental wave that cannot enter the wavelength conversion element 3). Since the laser light is not reflected by the first concave mirror 74), in principle, the temperature control unit 8 does not cause a temperature change due to absorption of the fundamental wave, and prevents the wavelength conversion element 3 from rising in temperature. And the fluctuation of the second harmonic output can be reduced.
  • the upper and lower sides (element thickness direction) of the second concave mirror 5 are shaped by cutting or the like, and all the fundamental laser light reflected by the second concave mirror 5 is incident on the wavelength conversion element 3. Thus, the same effect can be obtained. Further, by processing the shape and size in the element thickness direction of both the first concave mirror 74 and the second concave mirror 5 into a desired shape and size, the thickness direction of the wavelength conversion element 3 of the entire apparatus is processed. There is an advantage that the size of the can be reduced.
  • the fundamental wave is formed on the outer peripheral portion of the first concave mirror 74 corresponding to the cut portion. Even if a member made of a material that does not reflect light, such as an absorbing member that absorbs the fundamental wave or a transmissive member that transmits the fundamental wave and emits it to the outside, the fundamental wave irradiated to the element fixing base 7 and the temperature control element 6 is used. Laser light can be eliminated, and temperature fluctuations of the wavelength conversion element 3 can be reduced.
  • first concave mirror 74 for example, an in-plane region of 0.25 mm or more in the vertical direction in the element thickness direction from the center of the first concave mirror 74
  • antireflection coating for the fundamental wave Similar effects can be obtained.
  • the fundamental laser beam emitted to the outside without being reflected by the first concave mirror 74 and / or the second concave mirror 5 is, for example, an absorber attached to a metal having high thermal conductivity, By processing using the beam diffuser, it is possible to eliminate the influence on the temperature fluctuation of the wavelength conversion element 3.
  • FIG. 19 and 20 are diagrams showing an example of the configuration of the wavelength conversion laser light source according to the fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 19 is a diagram of the configuration of the wavelength conversion laser light source according to the present embodiment as viewed from above.
  • FIG. 20 is a side view of the configuration of the wavelength conversion laser light source shown in FIG.
  • the directions indicated by the arrow 10 in FIG. 19 and the arrow 11 in FIG. 20 are the element width direction and the element thickness direction, respectively.
  • 1 is a fundamental laser light source for generating a fundamental wave
  • 2 is a condensing optical system for condensing the fundamental wave
  • 3 is for converting the fundamental wave into a second harmonic.
  • 4 is a first concave mirror having a curvature R1
  • 51 is a second mirror composed of a cylindrical mirror having a curvature R2 different from the curvature R1 only in one direction (element width direction)
  • 6 is a wavelength conversion element.
  • 3 is a temperature control element for controlling the temperature
  • 7 is an element fixing base for fixing the wavelength conversion element 3
  • the temperature control unit 8 is composed of the temperature control element 6 and the element fixing base 7.
  • 19 and 20 indicates a central axis that is an axis passing through the centers of the first concave mirror 4, the second mirror 51, and the wavelength conversion element 3, and a broken line indicated by 12 indicates a fundamental wave.
  • the optical path of a laser beam and the condensing state in the optical system which comprises a wavelength conversion laser in this Embodiment are shown typically.
  • the wavelength conversion laser light source shown in the present embodiment is different from the wavelength conversion laser light source shown in Embodiment 1 in that the fundamental wave absorption unit 18 is omitted and the second mirror 51 is used instead of the second concave mirror 5.
  • the spread of the fundamental beam diameter in the vertical direction (element thickness direction) is suppressed.
  • the light quantity of the fundamental wave that is irradiated and absorbed by the element fixing base 7 can be reduced and the temperature increase of the wavelength conversion element 3 can be prevented, so that the wavelength conversion laser output can be stabilized.
  • the wavelength conversion element 3 is made of MgO: LiNbO 3 (length: 26 mm, width: 10 mm, thickness: 0.5 mm) having a periodic domain-inverted structure.
  • the fundamental wave reflected by the first concave mirror 4 and the second mirror 51 and repeatedly incident on the wavelength conversion element 3 is shifted in the focusing position in the element width direction and the element thickness direction. Therefore, the beam shape is an elliptical beam.
  • the light reflected by the first concave mirror 4 becomes substantially parallel light, and the light reflected by the second mirror 51 is condensed in the element. Therefore, the relationship between the beam diameter of the fundamental wave laser beam and the number of passes in the element width direction is as shown in FIG.
  • FIG. 21 is a diagram showing the diameter of the fundamental wave beam in the element thickness direction on the incident end face (for example, the position shown in FIG. 4) of the wavelength conversion element 3 in each path.
  • the horizontal axis indicates the number of paths
  • the vertical axis indicates the diameter (mm) of the fundamental wave beam.
  • the reflection of the fundamental wave in the element thickness direction is reflected by the plane mirror, so that the beam reflected by the second mirror 51 and incident on the wavelength conversion element 3 Becomes a convergent beam, and the diameter of the fundamental wave beam in the element thickness direction at the end face of the wavelength conversion element 3 is always 0.5 mm or less.
  • the diameter of the fundamental wave beam does not become larger than the thickness of the wavelength conversion element 3, and the fundamental wave is always incident on the wavelength conversion element 3, so that the temperature control element 6 and the element fixing base 7 are irradiated. This prevents the temperature control element 6 and the element fixing base 7 from absorbing the fundamental laser beam and generating heat.
  • the temperature increase of the wavelength conversion element 3 can be prevented, and the output fluctuation of the second harmonic can be suppressed to within 3%. Also, with this configuration, since the condensing position in the element width direction and the condensing position in the element thickness direction are shifted, the optical density of the fundamental laser beam inside the wavelength conversion element 3 can be reduced, and the wavelength conversion element 3 The absorption of the fundamental wave and the second harmonic due to can be reduced. Furthermore, according to this configuration, it is not necessary to align the second mirror 51 in the element thickness direction, and the assembly adjustment process can be simplified.
  • FIG. 22 shows a configuration of a liquid crystal display device using a backlight illumination device including any one of the wavelength conversion laser light sources shown in the first to fourth embodiments as an example of the image display device.
  • FIG. 22 shows a configuration of a liquid crystal display device using a backlight illumination device including any one of the wavelength conversion laser light sources shown in the first to fourth embodiments as an example of the image display device.
  • 101 is a backlight illumination device
  • 102 is a laser light source
  • 103 is an optical fiber
  • 104 is a light guide
  • 105 is a light guide plate
  • 107 is a liquid crystal display panel which is a spatial modulation element
  • 108 is a polarizing plate
  • 109 is A liquid crystal plate is shown.
  • the laser light source 102 included in the backlight illumination device 101 includes a red laser light source 102a (hereinafter referred to as R light source), a green laser light source 102b (hereinafter referred to as G light source), and a blue laser light source 102c ( Hereinafter, it is expressed as B light source).
  • R light source red laser light source
  • G light source green laser light source
  • B light source blue laser light source
  • the G light source 102b is the wavelength conversion laser light source shown in any one of the first to fourth embodiments of the present invention.
  • a semiconductor laser made of an AlGaInP / GaAs material with a wavelength of 640 nm is used for the R light source 102a, and a semiconductor laser made of a GaN material with a wavelength of 450 nm is used for the B light source 102c.
  • the backlight illumination device 101 includes a laser light source 102, an optical fiber 103 that guides red laser light, green laser light, and blue laser light from the laser light source 102 to the light guide plate 105 through the light guide unit 104, and the introduced red light.
  • the light guide plate 105 emits laser light, green laser light, and blue laser light uniformly from a main surface (not shown).
  • the G light source 102b adds an optical component such as a condenser lens (not shown) to the wavelength conversion laser light source shown in any of Embodiments 1 to 4, and the output light is efficiently supplied to the optical fiber 103. They are coupled and guided to the light guide plate 105.
  • an image display device can be realized with excellent color reproducibility and low power consumption.
  • a stable and high-power laser light source is required. By using the wavelength conversion laser light source shown in any of Embodiments 1 to 4, the image display device can be enlarged. Screening is possible.
  • a liquid crystal display device using a transmissive liquid crystal panel as a spatial light modulation element has been described as an example.
  • DMD Digital Micro-mirror Device
  • reflective liquid crystal is used. The same effect can be exhibited even in an image display device such as a projector using (Liquid Crystal On Silicon: LCOS) as a spatial modulation element.
  • LCOS Liquid Crystal On Silicon
  • an optical fiber, a light guide unit, and a light guide plate are used for the optical system that guides the light emitted from the laser light source to the spatial modulation element.
  • a wavelength conversion laser light source includes a fundamental laser light source for generating a fundamental wave, a first mirror and a second mirror arranged to face each other, the first mirror, A wavelength conversion element that is arranged between the second mirror and converts the wavelength of the fundamental wave; and a temperature control unit that controls the temperature of the wavelength conversion element.
  • a part of the fundamental wave is wavelength-converted, and a fundamental wave that is not wavelength-converted is reflected by the first mirror and the second mirror, repeatedly incident on the wavelength conversion element, and wavelength-converted.
  • a control part is arrange
  • the fundamental wave is wavelength-converted by the wavelength conversion element, and the fundamental wave that has not been wavelength-converted is reflected by the first mirror and the second mirror, and is repeatedly transmitted to the wavelength conversion element.
  • the fundamental wave is repeatedly wavelength-converted while changing the incident angle inside the wavelength conversion element, so that the temperature tolerance of the wavelength conversion element can be expanded while maintaining high wavelength conversion efficiency.
  • the temperature control unit is disposed so as to contact the wavelength conversion element and the amount of the fundamental wave incident on the temperature control unit is reduced, the fundamental wave not incident on the wavelength conversion element is absorbed by the temperature control unit. This can be prevented, and fluctuations in the output of the wavelength conversion laser light source can be reduced.
  • the wavelength conversion laser light source that can suppress fluctuations in the wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion element due to unnecessary fundamental waves, has high wavelength conversion efficiency from the fundamental wave to the second harmonic, and has high output and high stability. Can be realized.
  • the first mirror includes a first concave mirror having a first curvature
  • the second mirror includes a second concave mirror having a second curvature different from the first curvature
  • the wavelength conversion laser light source includes a condensing optical system arranged so that the fundamental wave has a condensing point in the wavelength conversion element, and between the first concave mirror and the temperature control unit and / or the It is preferable to further include a fundamental wave light shielding unit that is disposed between the second concave mirror and the temperature control unit and that reduces the amount of the fundamental wave absorbed by the temperature control unit.
  • the fundamental wave is repeatedly incident on the wavelength conversion element while changing the incident angle, and converted into the second harmonic.
  • the fundamental wave light shielding unit can prevent the fundamental wave that is not incident on the wavelength conversion element from being absorbed by the temperature control unit, output fluctuation of the wavelength conversion laser light source can be reduced.
  • the fundamental wave shielding unit includes a fundamental wave absorption unit that absorbs the fundamental wave so that the fundamental wave does not enter the temperature control unit, and the fundamental wave absorption unit is thermally separated from the temperature control unit. It is preferred that
  • the fundamental wave absorption unit absorbs the fundamental wave that is not incident on the wavelength conversion element, and the fundamental wave that is not incident on the wavelength conversion element can be prevented from being absorbed by the temperature control unit. Variations can be reduced.
  • the wavelength conversion element is reduced by the heat generated from the fundamental wave absorption unit by reducing the temperature rise caused by the fundamental wave absorption unit absorbing the fundamental wave. It is possible to provide a wavelength-converted laser light source that prevents the temperature of the light from changing and that has a stable output.
  • the fundamental wave shielding unit includes a reflection mirror that reflects the fundamental wave so that the fundamental wave does not enter the temperature control unit.
  • the fundamental wave can be reflected so that the fundamental wave does not enter the temperature control unit, the fundamental wave that could not be incident on the wavelength conversion element can be prevented from entering the temperature control unit and reflected. Since the mirror does not absorb the fundamental wave and does not generate heat, the heat dissipation mechanism can be omitted, and the cost of the heat dissipation mechanism can be reduced.
  • the thickness of the wavelength conversion element is T
  • the length of the first concave mirror in the thickness direction of the wavelength conversion element is r 1
  • the length of the second concave mirror in the thickness direction of the wavelength conversion element R 2 the distance between the first concave mirror and the end surface of the wavelength conversion element on the first concave mirror side is d 1
  • the second concave mirror and the second of the wavelength conversion element Assuming that the distance from the end surface on the concave mirror side is d 2 , the fundamental wave light incident on the reflection mirror when the reflection mirror is disposed between the first concave mirror and the temperature control unit.
  • An angle ⁇ 1 formed between the axis and the reflecting surface of the reflecting mirror satisfies (r 1 ⁇ T) / 2> d 1 ⁇ tan ( ⁇ 2 ⁇ 1 ), and the reflecting mirror is connected to the second concave mirror and the When it is placed between the temperature control unit, it is incident on the reflection mirror
  • the angle ⁇ 2 formed by the optical axis of the wave and the reflecting surface of the reflecting mirror preferably satisfies (r 2 ⁇ T) / 2> d 2 ⁇ tan ( ⁇ 2 ⁇ 2 ).
  • the fundamental wave reflected by the reflecting mirror can be emitted to the outside of the first concave mirror and the second concave mirror without being reflected again by the first concave mirror and the second concave mirror.
  • the temperature control unit has a reflection end surface that reflects the fundamental wave so that the fundamental wave does not enter the temperature control unit.
  • the fundamental wave can be reflected so that the fundamental wave does not enter the temperature control unit, the fundamental wave that could not be incident on the wavelength conversion element can be prevented from entering the temperature control unit, and the temperature can be reduced. Since the end surface of the control unit can be used as a reflecting surface, the number of parts can be reduced and the cost of the apparatus can be reduced.
  • the thickness of the wavelength conversion element is T
  • the length of the first concave mirror in the thickness direction of the wavelength conversion element is r 1
  • the length of the second concave mirror in the thickness direction of the wavelength conversion element R 2 the distance between the first concave mirror and the end surface of the wavelength conversion element on the first concave mirror side is d 1
  • the second concave mirror and the second of the wavelength conversion element When the distance between the end surface on the concave mirror side is d 2 and the reflection end surface is provided on the first concave mirror side, the optical axis of the fundamental wave incident on the reflection end surface and the reflection end surface are formed.
  • the angle ⁇ 1 satisfies (r 1 ⁇ T) / 2> d 1 ⁇ tan ( ⁇ 2 ⁇ 1 ), and when the reflection end surface is provided on the second concave mirror side, the basic incident on the reflection end surface the angle formed phi 2 between the optical axis and the reflecting end face of the wave, (r 2 -T) / 2 It is preferable to satisfy the d 2 ⁇ tan ( ⁇ -2 ⁇ 2).
  • the fundamental wave reflected by the reflection end face can be emitted to the outside of the first concave mirror and the second concave mirror without being reflected again by the first concave mirror and the second concave mirror.
  • the first mirror includes a first concave mirror having a first curvature
  • the second mirror includes a second concave mirror having a second curvature different from the first curvature
  • the fundamental wave reflected by at least one of the first and second concave mirrors does not enter the temperature control unit, but always passes through the wavelength conversion element and changes from the fundamental wave to the second harmonic. Since the wavelength is converted, the amount of the fundamental wave absorbed by the temperature control unit can be reduced. As a result, the temperature increase of the wavelength conversion element can be prevented, and the output fluctuation of the wavelength conversion laser light source can be reduced.
  • One of the first and second mirrors includes a concave mirror having a first curvature, and the other includes a cylindrical mirror having a second curvature different from the first curvature in the width direction of the wavelength conversion element. It is preferable that the cylindrical mirror limit the diameter of the fundamental wave in the thickness direction of the wavelength conversion element to be equal to or less than the thickness of the wavelength conversion element.
  • the fundamental wave diameter does not become larger than the thickness of the wavelength conversion element, and the fundamental wave is always the wavelength conversion element. Therefore, the amount of the fundamental wave absorbed by the temperature control unit can be reduced. As a result, the temperature increase of the wavelength conversion element can be prevented, and the output fluctuation of the wavelength conversion laser light source can be reduced.
  • At least one of the first and second mirrors has a notch region for allowing the fundamental wave generated from the fundamental wave laser light source to enter the wavelength conversion element.
  • the fundamental wave can be easily incident on the wavelength conversion element from the notch region.
  • An image display device includes a laser light source that generates laser light of at least one of blue, green, and red, a spatial light modulation element, and light emitted from the laser light source to the spatial light modulation element.
  • An optical system for guiding, and the laser light source is the wavelength conversion laser light source according to any one of the above.
  • a stable and high-output wavelength conversion laser light source can be used as a laser light source, so that the image display device can be enlarged in screen size, excellent in color reproducibility, and low power consumption.
  • An apparatus can be realized.
  • the wavelength conversion laser light source of the present invention is useful as a highly efficient wavelength conversion laser light source having excellent temperature controllability and output stability.

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Abstract

　波長変換レーザ光源は、基本波を生成するための基本波レーザ光源（１）と、互いに向かい合うように配置された第１及び第２の凹面ミラー（４、５）と、第１の凹面ミラーと前記第２の凹面ミラーとの間に配置され、基本波の波長を変換するための波長変換素子（３）と、波長変換素子の温度を制御するための温度制御部（８）とを備え、波長変換素子において基本波の一部が波長変換され、且つ、波長変換されていない基本波が第１の及び第２のミラーにより反射されて波長変換素子に繰り返し入射されて波長変換され、温度制御部は、波長変換素子に接するように配置され、基本波吸収部（１８）により温度制御部へ入射される基本波の光量が低減される。

Description

波長変換レーザ光源及び画像表示装置
　本発明は、基本波レーザ光の波長を変換する波長変換レーザ光源及び該光源を用いた画像表示装置に関するものである。
　産業用途や民生用機器への組み込みデバイスとして広く用いられているレーザ光源には、半導体レーザダイオードや固体レーザ光源などがある。また、半導体レーザダイオードや固体レーザ光源の直接発振が困難な波長のレーザ光を得るための光源として波長変換レーザ光源がある。
　波長変換レーザ光源では、波長変換素子に入射された基本波レーザ光（以下、基本波と略す）の２倍の周波数の光（第２高調波）を発生するＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ　Ｈａｒｍｏｎｉｃ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）や、２つの周波数の光が入射されることにより２つの周波数の和の周波数の光（和周波）を発生するＳＦＧ（Ｓｕｍ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）などの非線形光学効果により、レーザ光の周波数、つまり波長が変換される。
　従来から提案されている、第２高調波を発生させる波長変換レーザ光源の一例を図２３に示す。波長変換レーザ光源は、基本波を生成する基本波レーザ光源１１１、基本波レーザ光源１１１から出射された基本波を集光して波長変換素子１１３に入射するためのレンズ１１２、基本波の第２高調波を発生する波長変換素子１１３、及び、基本波ＦＬ（透過基本波レーザ）と第２高調波ＳＬ（波長変換レーザ）とを分離するダイクロイックミラー１１４により構成され、基本波を集光して一度だけ波長変換素子１１３を通過させて第２高調波を発生させる。
　波長変換素子１１３は非線形光学結晶からなり、基本波と第２高調波との位相が一致するように、結晶の方位や分極反転構造の周期を制御する必要がある。特に、周期状分極反転構造を用いた擬似位相整合方式の波長変換素子は、高効率の波長変換を行うことができることと、分極反転周期の設計により任意の波長の基本波を第２高調波へと変換することとができるため、幅広く利用されている。
　ここで、基本波から第２高調波への波長変換効率ηは、波長変換素子の相互作用長をＬ、基本波のパワーをＰ、波長変換素子でのビーム断面積をＡ、位相整合条件に対する基本波と第２高調波との位相差をΔｋとすると、下記の式（１）となる。
　η∝（Ｌ２×Ｐ／Ａ）×ｓｉｎｃ２（Δｋ×Ｌ)　…　（１）
　上記の式（１）から、波長変換素子の相互作用長Ｌを長くすることにより、高効率な波長変換を行うことができることがわかる。
　しかしながら、相互作用長Ｌが長くなると、基本波と第２高調波との位相差Δｋを小さくする条件（例えば、基本波の入射角度や波長変換素子の温度条件）が厳しくなるため、波長変換効率の低下が顕著となり、実用上、相互作用長Ｌは制限される。例えば、波長変換素子の温度条件により、相互作用長Ｌが制限され、高効率化が困難となっていた。なお、基本波と第２高調波との位相差Δｋが０となる時の波長変換素子の温度を位相整合温度、波長変換効率が半分となる波長変換素子の温度幅を温度許容幅と呼んでいる。
　これまで波長変換レーザ光源の波長変換効率を向上するため、多くの提案がある。例えば、特許文献１では、複数個の波長変換素子と集光手段とを用いることで、波長変換効率を高めることが提案されている。また、特許文献２では、基本波の反射手段により波長変換素子に基本波の反射体を設け、波長変換素子に再入射させることが提案されている。また、特許文献３では、対向する凹面ミラー間に波長変換素子を配置し、往復する基本波の波長変換を行うことが提案されている。
　しかしながら、従来提案されている上記の各構成では、波長変換レーザ光源の波長変換効率を向上させることはできるが、波長変換素子の温度変化により波長変換効率が大きく変動するという課題があった。
特開平１１－４４８９７号公報 特開２００６－２０８６２９号公報 特開２００５－２６８７８０号公報
　本発明の目的は、高い波長変換効率を維持した状態で、波長変換素子の温度許容幅を拡大することができるとともに、不要な基本波による波長変換素子の波長変換効率の変動を抑制することができる、高出力且つ高安定な波長変換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波長変換レーザ光源は、基本波を生成するための基本波レーザ光源と、互いに向かい合うように配置された第１のミラー及び第２のミラーと、前記第１のミラーと前記第２のミラーとの間に配置され、前記基本波の波長を変換するための波長変換素子と、前記波長変換素子の温度を制御するための温度制御部とを備え、前記波長変換素子において前記基本波の一部が波長変換され、且つ、波長変換されていない基本波が前記第１のミラー及び前記第２のミラーにより反射されて前記波長変換素子に繰り返し入射されて波長変換され、前記温度制御部は、前記波長変換素子に接するように配置され、前記温度制御部へ入射される前記基本波の光量が低減される。
　上記の波長変換レーザ光源においては、高い波長変換効率を維持した状態で、波長変換素子の温度許容幅を拡大することができるとともに、不要な基本波による波長変換素子の波長変換効率の変動を抑制することができるので、高出力且つ高安定な波長変換レーザ光源を実現することができる。
本発明の実施の形態１における波長変換レーザ光源の上面図である。 図１に示す波長変換レーザ光源の側面図である。 図１に示す第２の凹面ミラーを中心軸方向から見た正面図である。 第１の凹面ミラーの焦点距離ｆ１を２５ｍｍ、第２の凹面ミラーの焦点距離ｆ２を２０ｍｍに設定したときに、各パスにおいて基本波が波長変換素子へ入射する位置を示す説明図である。 図４に示す各パスにおいて基本波が波長変換素子へ入射する位置における基本波のビームの直径を示す図である。 第１の凹面ミラー４の焦点距離ｆ１を２５ｍｍ、第２の凹面ミラー５の焦点距離ｆ２を２０ｍｍに設定したときに、波長変換素子３の中心位置における各パスの基本波の位置を示す説明図である。 図６に示す各パスにおいて波長変換素子の中心位置における基本波のビームの直径を示す図である。 基本波吸収部が省略された構成を用いて、波長変換レーザ光源を電流一定制御下で動作させて第２高調波出力がおよそ６Ｗとなるように調整したときの、第２高調波出力の時間変化を示す図である。 実施の形態１の構成を用いて、波長変換レーザ光源を電流一定制御下で動作させて第２高調波出力がおよそ６Ｗとなるように調整したときの、第２高調波出力の時間変化を示す図である。 図１に示す波長変換レーザ光源に放熱機構を追加した例を示す図である。 図１に示す波長変換レーザ光源において基本波吸収部に代えてアパーチャーを用いた波長変換レーザ光源の上面図である。 図１１に示す波長変換レーザ光源の側面図である。 図１に示す波長変換レーザ光源において基本波吸収部に代えて基本波反射ミラーを用いた波長変換レーザ光源の上面図である。 図１３に示す波長変換レーザ光源の側面図である。 本発明の実施の形態２における波長変換レーザ光源の上面図である。 図１５に示す波長変換レーザ光源の側面図である。 本発明の実施の形態３における波長変換レーザ光源の上面図である。 図１７に示す波長変換レーザ光源の側面図である。 本発明の実施の形態４における波長変換レーザ光源の上面図である。 図１９に示す波長変換レーザ光源の側面図である。 本発明の実施の形態４における波長変換素子への入射時の素子厚方向における基本波のビームの直径の変化を示す図である。 本発明の実施の形態５における液晶表示装置の構成の一例について示す概略構成図である。 従来の波長変換レーザ光源の模式図である。
　以下、本発明の実施の形態における波長変換レーザ光源について図面を用いながら説明する。なお、各図面において、同一の符号は同一の構成要素又は同様の作用及び動作をなすものを表す。
　（実施の形態１）
　図１及び図２は、本発明の実施の形態１における波長変換レーザ光源の構成の一例を示す図であり、図１は、本実施の形態における波長変換レーザ光源の構成を上面から見た図であり、図２は、図１に示す波長変換レーザ光源の構成を側面から見た図である。以下において、図１中の矢印１０及び図２中の矢印１１で示す方向をそれぞれ素子幅方向（波長変換素子３の幅方向）、素子厚方向（波長変換素子３の厚さ方向）とする。
　図１及び図２において、１は基本波を生成するための基本波レーザ光源、２は基本波を集光するための集光光学系、３は基本波を第２高調波へと変換させるための波長変換素子、４は曲率Ｒ１を有する第１の凹面ミラー、５は曲率Ｒ１と異なる曲率Ｒ２を有する第２の凹面ミラー、６は波長変換素子３の温度を制御するための温度制御素子、７は波長変換素子３を固定するための素子固定台、１８は基本波レーザ遮光部となる基本波吸収部（基本波遮光部の一例）を示す。
　温度制御素子６及び素子固定台７から温度制御部８が構成され、温度制御部８は、一方の主面が波長変換素子３の一方の主面に接するように配置されている。基本波吸収部１８は、第１の凹面ミラー４と温度制御部８との間に配置され、波長変換素子３に入射することができない基本波が温度制御部８に吸収されることを防ぎ、温度制御部８に吸収される基本波の光量を低減する。なお、基本波吸収部１８の上面は、図２に示すように、波長変換素子３から第１の凹面ミラー４へ入射する基本波及び第２高調波を遮光することなく、第１の凹面ミラー４により反射された基本波を遮光する位置、例えば、波長変換素子３と素子固定台７との接触面の高さに設置されることが好ましい。
　また、図１及び図２中に示す９は、第１の凹面ミラー４、第２の凹面ミラー５及び波長変換素子３の中心を通る軸である中心軸を示し、１２で示す破線は、基本波レーザ光の光路と、本実施の形態において波長変換レーザ装置を構成する光学系内での集光状態とを模式的に示している。
　ここで、基本波レーザ光源１として、ファイバレーザ光源を用い、また、集光光学系２は、コリメータレンズと平凸レンズとで構成している。また、第１の凹面ミラー４には、焦点距離ｆ１＝２５ｍｍの凹面ミラー、第２の凹面ミラー５には、焦点距離ｆ２＝２０ｍｍの凹面ミラーを用いている。また、波長変換素子３には、周期状分極反転構造を有するＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３結晶（ＰＰＬＮ）を用いている。波長変換素子３の長さ（中心軸９方向の長さ）は２６ｍｍ、幅（矢印１０方向の長さ）は１０ｍｍ、厚さ（矢印１１方向の長さ）は０．５ｍｍである。
　また、第１の凹面ミラー４は、基本波の反射率が高く且つ第２高調波の透過率が高くなるようなコーティングを備え、第２の凹面ミラー５は、基本波と第２高調波の反射率が共に高くなるようなコーティングを備えている。また、第１の凹面ミラー４と第２の凹面ミラー５とは、凹面部が向かい合うように配置されており、波長変換素子３は、２つの凹面ミラー４、５の間に配置されている。
　図３は、第２の凹面ミラー５を中心軸９方向から見た正面図である。第１の凹面ミラー４は円形であるが、図３に示すように、第２の凹面ミラー５は、円形凹面ミラーからその下部（図中の破線で示す領域）が切断され、基本波レーザ光源１から生成された基本波を波長変換素子３に入射するための切り欠き領域ＣＡを有している。なお、切り欠き領域ＣＡの形状は、上記の例に特に限定されず、基本波レーザ光源１から生成された基本波を波長変換素子３に入射することができれば、他の形状を用いてもよい。
　温度制御素子６と、熱伝導率の高い銅からなる素子固定台７とにより温度制御部８を構成しており、素子固定台７と波長変換素子３とは、放熱性及び熱伝導性の高い接着剤により固定され接触している。本実施の形態では、温度制御素子６として、ペルチェ素子を用いており、図示省略の制御回路等を用いてペルチェ素子すなわち波長変換素子３の温度が所定の温度になるように温度制御素子６を制御している。
　基本波レーザ遮光部となる基本波吸収部１８としては、例えば、基本波を吸収する色ガラスフィルターを用い、温度制御部８と第１の凹面ミラー４との間に配置されている。色ガラスフィルターとしては、例えば、基本波の波長が１０６４ｎｍの場合、１０６４±１ｎｍの周波数帯域の光を９９％以上吸収する長方形の吸収フィルターを用いることができる。なお、基本波吸収部１８の形状は、上記の例に特に限定されず、不要な基本波を吸収することができれば、他の形状を用いてもよい。
　以下に、上記のように構成された波長変換レーザ光源の動作及び機能を説明する。まず、基本波レーザ光源１から発振された基本波（以下、基本波レーザ光ともいう）は、集光光学系２により集光される。このとき、本実施の形態では、第２の凹面ミラー５の一部を切断しており、切り欠き領域ＣＡすなわち第２の凹面ミラー５が無い領域から、中心軸９と平行になるように、基本波が波長変換素子３に入射される。
　２枚の凹面ミラー４、５は、共焦点配置とならない間隔で配置されており、且つ、異なる焦点距離を持つ凹面ミラー４、５を用いることで、基本波が凹面ミラー４、５間を反射する間に、複数の集光点を波長変換素子３内に設けることができる仕組みとなっている。共焦点配置とならない間隔で凹面ミラー４、５を配置することにより、集光点が波長変換素子３内で一点に集中することを防ぎ、波長変換素子３の破壊や局所的な発熱を防ぐことができる。また、この光学配置により、基本波は、凹面ミラー４、５間を往復し、十回以上波長変換素子３の通過を繰り返す。
　ここで、２枚の凹面ミラー４、５の曲率Ｒ１、Ｒ２が、Ｒ１＞Ｒ２となるようにしている。つまり、２枚の凹面ミラー４、５の焦点距離ｆ１、ｆ２が、ｆ１＞ｆ２となるようにしている。そのことにより、例えば、図１において、第２の凹面ミラー５から第１の凹面ミラー４に向かって進む基本波は集光され、第１の凹面ミラー４から第２の凹面ミラー５へ戻る基本波は、略平行光になる。
　本実施の形態は、片方の凹面ミラーから他方の凹面ミラーまで向かう基本波の光路を一つの光学パスとし、基本波がｎ回目に波長変換素子３を通過するパスをｎ番目のパスとする。したがって、基本波は集光光学系２で集光され、波長変換素子３に入射された基本波の一部は第２高調波に変換され、波長変換されていない残りの基本波と、波長変換された第２高調波とは共に第１の凹面ミラー４に到達する（１番目のパス）。
　次に、波長変換されていない基本波は、第１の凹面ミラー４で反射され、第２高調波は、第１の凹面ミラー４を透過して外部に出力される。第１の凹面ミラー４で反射した基本波は、再び波長変換素子３に入射し、第２高調波に一部変換され、第２の凹面ミラー５に達する（２番目のパス）。
　次に、第２の凹面ミラー５で反射された基本波と第２高調波とは、波長変換素子３に再入射され、基本波の一部は第２高調波に変換され、第１の凹面ミラー４に達する（３番目のパス）。
　以上の様に、基本波が２つの凹面ミラー４、５間を往復する間に、波長変換素子３を繰り返し通過し、第２高調波を発生させる仕組みとなっている。第１の凹面ミラー４には、第２高調波に対する透過率を高くするコーティングが施されているため、発生した第２高調波は、第１の凹面ミラー４側から外部へ出力される。このとき、温度制御部８により第２高調波出力が最大となるように、波長変換素子３の温度が制御されている。
　以上の構成により、波長変換素子３を一度だけ通過する従来の波長変換レーザ光源と比べて、波長変換効率を向上することができる。
　また、第２の凹面ミラー５方向から第１の凹面ミラー４方向に向かうパス時（奇数番目のパス時）に、波長変換素子３内で基本波を集光するように制御するのが望ましい。このとき、第１の凹面ミラー４から第２の凹面ミラー５に向かうパス時（偶数番目のパス時）の基本波は、略平行光となり、基本波から第２高調波への波長変換は、奇数番目のパスと比較して無視できるほど小さくなる。以上の構成により、波長変換素子３を一度だけ通過する従来の波長変換レーザ光源に比べ、基本波から第２高調波への波長変換効率を２倍にすることができる。
　また、本実施の形態の波長変換レーザ光源では、通過パス毎に基本波が波長変換素子３へ入射する角度が変化しており、各パスで基本波の入射角に応じて、位相整合条件を満たす、基本波の波長、非線形光学材料（波長変換素子３）の屈折率（温度）などの位相整合条件が異なる。つまり、ある波長の基本波を波長変換する時、パス毎に位相整合条件を満たす波長変換素子３の温度が異なるため、波長変換素子３の温度があるひとつのパスの位相整合条件を満たす温度から外れた場合でも、他のパスの位相整合条件と合致し、波長変換効率の低下を抑制する効果がある。
　例えば、図２３に示す従来の構成の場合、温度許容幅（半値全幅）は１.１度であったが、本実施の形態の温度許容幅（半値全幅）は２.６度となり、従来構成の２倍以上の温度許容幅を持たせることができた。
　また、波長変換素子３に入射される基本波のビームの直径は、２つの凹面ミラー４、５の間を往復する間に広がる。図４は、第１の凹面ミラー４の焦点距離ｆ１を２５ｍｍ、第２の凹面ミラー５の焦点距離ｆ２を２０ｍｍに設定したときに、各パスにおいて基本波が波長変換素子３へ入射する位置を示す説明図であり、図５は、各パスにおいて、基本波が波長変換素子３へ入射する位置（例えば、図４に示す位置）における基本波のビームの直径を示す図である。
　また、図６は、第１の凹面ミラー４の焦点距離ｆ１を２５ｍｍ、第２の凹面ミラー５の焦点距離ｆ２を２０ｍｍに設定したときに、波長変換素子３の中心位置における各パスの基本波の位置を示す説明図であり、図７は、各パスにおいて、波長変換素子３の中心位置（例えば、図６に示す位置）における基本波のビームの直径を示す図である。なお、図５及び図７の横軸にはパス数を示しており、縦軸には基本波のビームの直径（ｍｍ）を示している。
　図５より、基本波のビームの直径は、凹面ミラー４、５間を往復する間に波長変換素子３の厚さ０．５ｍｍを上回り（図５中の点線よりも上に示される）、基本波の一部は、波長変換素子３に入射されないことが分かる。また、図７に示すように、１番目のパスで基本波のビームの直径が最適集光ビーム直径となるように集光光学系２を選択している。前述した通り、奇数番目グループＯＧのパス時には、波長変換素子３内で集光点を持ち、一方、偶数番目グループＥＧのパス時には、集光点を持たないことが分かる。
　上記のように基本波のビームの直径が変化するため、本実施の形態では、少なくとも第１の凹面ミラー４と温度制御部８との間に基本波吸収部１８を配置するのが望ましい。その理由について以下に説明する。
　基本波が第１の凹面ミラー４で反射され、波長変換素子３に入射する偶数番目のパスでは、基本波のビーム直径が波長変換素子３の厚さを上回り（例えば、図５中の８番目のパス）、基本波が素子固定台７に照射されて吸収される光量が多くなるのに対し、基本波が第２の凹面ミラー５で反射され、波長変換素子３に入射される奇数番目のパスでは、偶数番目のパスと比較して、波長変換素子３に入射する位置でのビーム直径が小さく、素子固定台７に照射されて吸収される基本波の光量が少ないためである。
　ここで、素子固定台７の温度変化は、照射されて吸収される基本波の光量に依存するので、基本波吸収部１８を、第１の凹面ミラー４と温度制御部８との間に設けることにより、効果的に素子固定台７の温度変化を抑えることができ、この結果、第２高調波出力が安定な光源となる。
　このように、本実施の形態では、基本波吸収部１８を温度制御素子６と第１の凹面ミラー４との間に配置することにより、基本波吸収部１８が波長変換されない不要な基本波を吸収し、温度制御部８により基本波が吸収されることを防ぐ作用がある。この作用により、波長変換されない基本波による波長変換素子３の温度上昇を妨げ、第２高調波出力の低下を低減することができる。もちろん、さらに第２の凹面ミラー５と温度制御部８との間にも、基本波吸収部を設けてもよく、その場合には、さらに出力が安定な光源を提供することができる。
　上記構成により得られる効果を図８及び図９を用いて具体的に説明する。図８は、基本波吸収部１８が省略された構成（例えば、図４に示す構成）を用いて、波長変換レーザ光源を電流一定制御下で動作させて第２高調波出力がおよそ６Ｗとなるように調整したときの、第２高調波出力の時間変化を示す図であり、図９は、本実施の形態の構成を用いて、波長変換レーザ光源を電流一定制御下で動作させて第２高調波出力がおよそ６Ｗとなるように調整したときの、第２高調波出力の時間変化を示す図である。図８及び図９の横軸に時間（ｓ）、縦軸には第２高調波出力の規格化値を示している。
　上記の各例では、温度制御部８により波長変換素子３の温度を制御しているが、図８に示すように、基本波吸収部１８がない構成を用いて第２高調波出力６Ｗで３分以上の連続動作を行うと、温度制御部８により波長変換素子３の温度を十分に制御することができず、温度制御部８が不要な基本波を吸収して波長変換素子３の温度が上昇し、第２高調波出力が最大で４０％変動する。一方、図９に示すように、本実施の形態の構成を用いることで、基本波吸収部１８が不要な基本波を吸収し、不要な基本波による波長変換素子３の温度上昇を妨げることができるので、第２高調波出力の変動を３％以下に抑制することができ、高出力且つ高安定な波長変換レーザ光源を得ることができた。
　また、基本波吸収部１８は、吸収した基本波による熱を温度制御部８に伝達することなく、外部へ放熱する放熱機構を備えるようにしてもよい。図１０は、図１に示す波長変換レーザ光源に放熱機構を追加した例を示す図である。図１０に示すように、基本波吸収部１８は、放熱性及び熱伝導性の高い接着剤により放熱機構１９に固定され、放熱機構１９は、基本波吸収部１８に接合される固定部１９ａと、固定部１９ａから伝達された熱を外部へ放熱する複数のフィン１９ｂとを備え、固定部１９ａと複数のフィン１９ｂとが一体に形成されている。
　放熱機構１９としては、熱伝導率の高い金属を用いることができ、例えば、銅、銀、アルミニウムなどを用いることができる。また、グリスを用いて基本波吸収部１８を放熱機構１９に接触させてもよい。グリスを用いることで、放熱性及び熱伝導性をさらに向上することができる。なお、放熱機構１９としては、上記の例に特に限定されず、基本波吸収部１８が吸収した熱を温度制御部８に伝達することなく、外部へ放熱することができれば、種々の形状及び構造の放熱機構を用いることができ、例えば、熱伝導率の高い平板金属を用いてもよい。
　上記の構成により、基本波吸収部１８が基本波を吸収することによる熱は、放熱機構１９の固定部１９ａに伝達され、さらに、複数のフィン１９ｂへ伝達される。この結果、基本波を吸収することによる熱は、温度制御部８に伝達されることなく、外部へ効率よく放熱される。
　また、本実施の形態では、基本波吸収部１８（又は放熱機構１９）と温度制御部８との間を所定距離だけ離間したり、断熱材を挟んだりすることにより、基本波吸収部１８と温度制御部８とを熱的に分離し、基本波吸収部１８と温度制御部８との熱抵抗が大きくなるようにしている。この結果、基本波吸収部１８が基本波を吸収することによる温度上昇を低減し、さらに基本波吸収部１８から発する熱により波長変換素子３の温度が変化することを防ぎ、さらに出力が安定な光源を提供することができる。
　また、本実施の形態１の基本波レーザ光源１には、ファイバレーザ光源を用いている。ファイバレーザ光源を用いることで、高いビーム品質（横モード）の基本波を得ることができる。高いビーム品質の基本波は、波長変換素子３を１回通過するときの波長変換効率を高めることができる。このように、各パスの波長変換効率を高めることで、複数回波長変換素子３を通過したときの合計の波長変換効率としても向上させることができる。
　なお、基本波レーザ光源１として、ファイバレーザ光源の他、半導体レーザ光源、固体レーザ光源など各種レーザ光源を用いてもよい。半導体レーザ光源や固体レーザ光源を用いることで、基本波レーザ光源を小型化することができ、波長変換レーザ全体として小型化できる。
　また、集光光学系２としては、コリメータレンズと平凸レンズとを用いているが、コリメータレンズ、平凸レンズ、凸レンズ、平凹レンズ、凹レンズ、非球面レンズなど各種レンズの少なくとも１つを用いて波長変換素子３内に集光させてもよい。各種レンズを組み合わせることで、焦点距離を短くすることが可能となり、波長変換レーザ光源を小型化することができる。
　また、本実施の形態では、１番目のパスからの第２高調波出力が大きくなるように、集光光学系２により基本波のビームの直径を最適集光ビーム直径に調整しているが、３番目のパス以降の基本波のビームの直径が最適集光ビーム直径となるようにしてもよい。この場合、基本波のビームの直径の広がりを抑えることができ、基本波吸収部１８に吸収される熱量を低減し、基本波吸収部１８に備えられた放熱機構をよりシンプルな機構にすることができる。
　また、本実施の形態では、基本波を第２の凹面ミラー５の無い領域（本実施の形態では第２の凹面ミラー５の一部を切断している）から、中心軸９と平行になるように、基本波を波長変換素子３に入射していたが、第２の凹面ミラー５の一部を切断することなく、第２の凹面ミラー５の一部の領域に基本波を反射しないコーティングを備えてもよい。第２の凹面ミラー５の一部の領域に基本波を反射しないコーティングを備えることで、第２の凹面ミラー５を切断加工する工程を省くことができ、工程を簡略化することができる。
　また、本実施の形態では、波長変換素子３に厚さ０．５ｍｍのＰＰＬＮを用いているが、０．９ｍｍより厚いＰＰＬＮを用いてもよい。この場合、基本波吸収部１８に吸収される熱量を５０％以下にすることができ、基本波吸収部１８に備えられた放熱機構をよりシンプルな機構にすることができる。また、波長変換素子３の厚さを厚くすることで、波長変換素子３に入射することができる基本波の成分が増加し、波長変換効率が向上するため、低電力での駆動が可能となる。
　また、本実施の形態では、波長変換素子３に長さ２６ｍｍのＰＰＬＮを用いているが、２６ｍｍよりも短いＰＰＬＮを用いてもよい。波長変換素子３の長さを短くすることで、温度許容幅をより広げることができる。
　また、波長変換素子３には、ＰＰＬＮを用いているが、各種非線形光学材料を用いてもよい。例えば、リチウムトリボレート結晶（ＬｉＢ３Ｏ５：ＬＢＯ）、リン酸チタニルカリウム（ＫＴｉＯＰＯ４：ＫＴＰ)結晶、周期状分極反転構造を有するＬｉＴａＯ３結晶(ＰＰＬＴ)が用いられる。ＰＰＬＮやＰＰＬＴは、周期状分極反転構造の周期を変えることにより任意の基本波波長で位相整合条件を満たすことができる。そのため、任意の第２高調波波長の波長変換レーザ光源を実現できる。
　また、ＰＰＬＮは、二次の非線形定数が高いため、基本波入力が２０Ｗ以下の時にも高い波長変換効率を得ることができ、低電力での駆動が可能となる。ＰＰＬＴは、基本波の光吸収率及び第２高調波の光吸収率が低く、２０Ｗ以上の基本波入力時において、さらに安定した出力を得ることができる。ＬＢＯは、高出力耐性に優れているため、基本波入力１００Ｗ以上の高いピークのパルスを入力する波長変換レーザ光源において、高い波長変換効率を得ることができ、高いピーク出力の波長変換レーザ光源を提供することができる。
　また、本実施の形態では、温度制御素子６としてペルチェ素子を用いているが、ペルチェ素子に代わってヒーターを用いてもよい。ヒーターを用いた場合、急速に加熱することで波長変換素子３を低温側から位相整合温度まで上昇させる時間を短縮できるため、波長変換レーザ光源の起動時間を短縮できる。
　また、素子固定台７には熱伝導率の高い銅を用いているが、銀やアルミニウムなどを用いても良い。銅と比較してさらに熱伝導率の高い銀を素子固定台７に用いることで、波長変換素子３の温度制御性を向上することができ、さらに安定に第２高調波出力を得ることができる。
　また、波長変換素子３の上部にも熱伝導率の高い銅を配置してもよい。上部にも熱伝導率の高い金属を配置することで、さらに波長変換素子３の温度を均一化し、高い波長変換効率を得ることができ、低電力での駆動が可能となる。この場合、上部に配置された熱伝導率の高い銅を素子固定台とし、この素子固定台に温度制御素子を接着することにより、波長変換素子３の上部にも温度制御部を設け、波長変換素子の温度を制御するようにしてもよい。さらに、この温度制御部と第１の凹面ミラー４との間に基本波吸収部を配置するようにしてもよい。
　また、素子固定台７と波長変換素子３とは、放熱性及び熱伝導性の高い接着剤により固定され接触しているとしたが、グリスを用いて接触させてもよい。グリスを用いることで、放熱性及び熱伝導性をさらに向上することができ、さらに安定に第２高調波出力を得ることができる。
　また、基本波吸収部１８は、断熱材を挟み、温度制御部８と一体化してもよい。この場合、基本波吸収部１８の位置調整を簡略化することができ、基本波吸収部１８の位置を調整するためのコストを削減することができる。
　また、温度制御部８と第１の凹面ミラー４との間に基本波吸収部１８として、基本波を吸収する色ガラスフィルターを配置しているが、基本波を遮る又は吸収するアパーチャーを配置してもよい。図１１は、図１に示す波長変換レーザ光源において基本波吸収部に代えてアパーチャーを用いた波長変換レーザ光源の構成を上面から見た図、図１２は、図１１に示す波長変換レーザ光源の構成を側面から見た図である。
　図１１及び図１２に示すように、アパーチャー４８は、長方形の基板の内側中央部に長方形の開口部を設けたアパーチャーであり、開口部の形状は、波長変換素子３の第１の凹面ミラー４側の端面の形状に対応しており、開口部の大きさは、例えば、波長変換素子３の第１の凹面ミラー４側の端面の大きさ以下に設定されている。アパーチャー４８は、第１の凹面ミラー４と温度制御部８との間に配置され、その開口部から基本波を通過させて波長変換素子３に入射し、また、波長変換素子３に入射することができない基本波を遮光するので、波長変換素子３に入射することができない基本波が温度制御部８に吸収されることを防ぎ、温度制御部８に吸収される基本波の光量を低減する。また、２つの凹面ミラー４、５の位置ずれで基本波の反射角度が設計角度から逸脱した際も、波長変換素子３に入射されない基本波をアパーチャー４８で遮ることができる。そのため、温度制御部８に基本波が吸収されることを防ぎ、第２高調波の出力強度を安定させることができる。
　なお、アパーチャーの形状は、上記の例に特に限定されず、波長変換素子３に入射することができない基本波が温度制御部８に吸収されることを防止することができれば、円形の基板に長方形の開口部を設けたアパーチャーを用いたり、上下に２枚のアパーチャーを配置し、その間に開口を設けるようにしたりしてもよい。
　また、基本波吸収部１８の代わりに、基本波を反射するミラー（以下、基本波反射ミラーという）を配置してもよい。基本波反射ミラーを備えることにより、波長変換素子３に入射できなかった基本波が温度制御部８へ入射することを防ぐことができる。基本波反射ミラーでは、基本波の吸収は起こらないため、発熱も生じない。よって、放熱機構を省略することができ、放熱機構のコストを削減することができる。
　また、基本波反射ミラーを基本波の光軸に対して波長変換素子３の厚さ方向に傾けて配置することにより、基本波反射ミラーで一度反射した基本波を第１の凹面ミラー４と第２の凹面ミラー５とで反射させることなく、２枚の凹面ミラー４、５の間から外部へと出射させることができる。基本波を凹面ミラー対の外部へと反射することで、波長変換素子３に入射されない基本波が温度制御部８に吸収されることを妨げ、第２高調波の出力変動を低減する効果を得ることができる。
　図１３は、図１に示す波長変換レーザ光源において基本波吸収部に代えて基本波反射ミラーを用いた波長変換レーザ光源の構成を上面から見た図、図１４は、図１３に示す波長変換レーザ光源の構成を側面から見た図である。
　図１３及び図１４に示すように、基本波反射ミラー５８は、第１の凹面ミラー４と温度制御部８との間に、基本波の光路に対して垂直でも平行でもなく、基本波の光軸に対して波長変換素子３の厚さ方向に傾けて配置され、波長変換素子３に入射することができない基本波が温度制御部８に吸収されることを防ぎ、温度制御部８に吸収される基本波の光量を低減する。
　ここで、波長変換素子３の厚さをＴ、第１の凹面ミラー４の直径（素子厚方向の長さ）をｒ１、第１の凹面ミラー４側の波長変換素子３の端面と第１の凹面ミラー４との距離をｄ１とすると、基本波反射ミラー５８に入射する基本波の光軸と基本波反射ミラー５８の反射面との成す角θ１は、（ｒ１－Ｔ）／２＞ｄ１×ｔａｎ（π－２θ１）を満たすことが望ましい。
　上記条件を満たすことで、基本波反射ミラー５８により反射された基本波は、再び第１の凹面ミラー４に反射することなく、外部へと出射される。出射された基本波を、例えば色ガラスフィルターやビームディフューザーなどで吸収及び／又は拡散することで、波長変換素子３の温度への影響を無くすことができる。
　また、本実施の形態では、奇数番目のパスの時に波長変換素子３内で基本波を集光しているが、偶数番目のパスの時に波長変換素子３内で基本波を集光してもよい。偶数番目のパスは、奇数番目のパスと比較して、基本波の波長変換素子３へ入射する角度が各パスで大きく異なるため、パス毎に位相整合条件を満たす波長変換素子３の温度が異なり、温度許容幅をより広げることができるので、さらに安定な出力が得られる波長変換レーザを提供することができる。
　このとき、基本波が第２の凹面ミラー５で反射されて波長変換素子３に入射する奇数番目のパスでは、基本波のビームの直径が波長変換素子３の厚さを上回り、基本波が素子固定台７に照射されて吸収される量が多くなる。そのため、基本波レーザ遮光部として、例えば、基本波吸収部１８又はアパーチャー４８を第２の凹面ミラー５と温度制御部８との間に配置することにより、効果的に素子固定台７の温度変化を抑えることができるので、第２高調波出力が安定な光源となる。また、この場合にも、第１の凹面ミラー４と温度制御部８の間にも、基本波吸収部を配置してもよい。
　また、基本波レーザ遮光部として、例えば、基本波反射ミラー５８を第２の凹面ミラー５と温度制御部８との間に配置するようにしてもよい。ここで、波長変換素子３の厚さをＴ、第２の凹面ミラー５の直径（素子厚方向の長さ）をｒ２、第２の凹面ミラー５側の波長変換素子３の端面と第２の凹面ミラー５との距離をｄ２とすると、基本波反射ミラー５８に入射する基本波の光軸と基本波反射ミラー５８の反射面との成す角θ２は、（ｒ２－Ｔ）／２＞ｄ２×ｔａｎ（π－２θ２）を満たすことが望ましい。
　上記条件を満たすことで、基本波反射ミラー５８により反射された基本波は、再び第２の凹面ミラー５に反射することなく、外部へと出射される。出射された基本波を、例えば色ガラスフィルターやビームディフューザーなどで吸収及び／又は拡散することで、波長変換素子３の温度への影響を無くすことができる。
　（実施の形態２）
　図１５及び図１６は、本発明の実施の形態２における波長変換レーザ光源の構成の一例を示す図であり、図１５は、本実施の形態における波長変換レーザ光源の構成を上面から見た図であり、図１６は、図１５に示す波長変換レーザ光源の構成を側面から見た図である。以下において、図１５中の矢印１０及び図１６中の矢印１１で示す方向をそれぞれ素子幅方向、素子厚方向とする。
　図１５及び図１６において、１は基本波を生成するための基本波レーザ光源、２は基本波を集光するための集光光学系、３は基本波を第２高調波へと変換させるための波長変換素子、４は曲率Ｒ１を有する第１の凹面ミラー、５は曲率Ｒ１と異なる曲率Ｒ２を有する第２の凹面ミラー、６は波長変換素子３の温度を制御するための温度制御素子、６７は波長変換素子３を固定するための素子固定台を示し、温度制御素子６及び素子固定台６７から温度制御部６８が構成されている。
　また、図１５及び図１６中に示す９は、第１の凹面ミラー４、第２の凹面ミラー５及び波長変換素子３の中心を通る軸である中心軸を示し、１２で示す破線は、基本波レーザ光の光路と、本実施の形態において波長変換レーザを構成する光学系内での集光状態とを模式的に示している。
　本実施の形態に示す波長変換レーザ光源が実施の形態１に示す波長変換レーザ光源と異なる点は、基本波吸収部１８を省略し、その代わりに素子固定台６７の端面を反射端面ＲＰとし、素子固定台６７の形状により基本波レーザ光を所望の方向（例えば、波長変換レーザ光源の外部）に反射させる点である。この結果、素子固定台６７に照射されて吸収される基本波レーザ光の光量を低減し、波長変換素子３の温度上昇を防止することができるので、波長変換レーザ出力を安定化することができる。
　以下に、本実施の形態について、実施の形態１と異なる動作及び機能を説明する。本実施の形態に示す波長変換レーザ光源において、図１６に示すように、波長変換素子３の温度を均一化するための素子固定台６７の端面を、基本波の入射角度と直交しない角度に加工し、反射端面ＲＰを形成している。
　具体的には、波長変換素子３の厚さをＴ、第１の凹面ミラー４の直径（素子厚方向の長さ）をｒ１、第１の凹面ミラー４と第１の凹面ミラー４側の波長変換素子３の端面との距離をｄ１とすると、素子固定台６７の反射端面ＲＰに入射する基本波の光軸と素子固定台６７の反射端面ＲＰとの成す角φ１は、（ｒ１－Ｔ）／２＞ｄ１×ｔａｎ（π－２φ１）を満たす。
　上記条件を満たすことで、素子固定台６７の反射端面ＲＰで反射された光は、再び第１の凹面ミラー４で反射されることなく、基本波を反射する凹面ミラー対（第１の凹面ミラー４及び第２の凹面ミラー５）の間から外部へと出射される。このような構成により、素子固定台６７と凹面ミラー対との間で基本波レーザ光が繰り返し反射されることを防ぐことで、素子固定台６７での基本波レーザ光の吸収量を低減することができるという効果が得られる。
　また、素子固定台６７として、基本波の波長の光をよく反射する金属材料を用いることにより、基本波レーザ光に対して高反射面を得ることができる。この場合、基本波レーザ光を反射するミラーや吸収フィルターを備える必要が無く、シンプルな構成で第２高調波出力の変動を低減することができるといった利点がある。
　なお、素子固定台６７の端面に基本波の波長の光をよく反射するコーティングや基本波を反射するミラーを貼り付けることで、反射時の吸収をさらに小さくすることができるので、さらに高いパワーの基本波が照射された時にも、第２高調波出力の変動を低減できる。
　また、温度制御部６８に対して熱抵抗が高くなるように配置した色ガラスフィルターやビームディフューザーなどを用い、素子固定台６７の端面で反射された基本波レーザ光を吸収又は散乱させることにより、波長変換素子３への熱的影響を低減できる。また、色ガラスフィルターやディフューザーなどは、温度制御素子６から独立して放熱機構を備えることにより、波長変換素子３の温度への影響を無くすことができ、安定した出力を得ることができる。
　また、第２の凹面ミラー５側の素子固定台６７の端面も、基本波の入射角度と直交しない角度に加工し、反射端面を形成してもよい。このとき、波長変換素子３の厚さをＴ、第２の凹面ミラー５の直径（素子厚方向の長さ）をｒ２、第２の凹面ミラー５と第２の凹面ミラー５側の波長変換素子３の端面との距離をｄ２とすると、第２の凹面ミラー５側の素子固定台６７の反射端面に入射する基本波の光軸と第２の凹面ミラー５側の素子固定台６７の反射端面との成す角φ２は、（ｒ２－Ｔ）／２＞ｄ２×ｔａｎ（π－２φ２）を満たすことが望ましい。
　この場合も、素子固定台６７の反射端面ＲＰと同様の効果を得ることができる。また、同様に、色ガラスフィルターやビームディフューザーなどを用い、素子固定台６７の第２の凹面ミラー５側の端面で反射された基本波レーザ光を吸収又は散乱させることにより、波長変換素子３への熱的影響を低減でき、さらに出力が安定な光源を提供することができる。
　また、本実施の形態では、素子固定台６７の端面にのみ反射端面を形成したが、この例に特に限定されず、温度制御素子６の端面にも反射端面を形成したり、温度制御素子６の端面にのみ反射端面を形成したりする等の種々の変更が可能である。
　（実施の形態３）
　図１７及び図１８は、本発明の実施の形態３における波長変換レーザ光源の構成の一例を模式的に示す図であり、図１７は、本実施の形態における波長変換レーザ光源の構成を上面から見た図であり、図１８は、図１７に示す波長変換レーザ光源の構成を側面から見た図である。以下において、図１７中の矢印１０及び図１８中の矢印１１で示す方向をそれぞれ素子幅方向、素子厚方向とする。
　図１７及び図１８において、１は基本波を生成するための基本波レーザ光源、２は基本波を集光するための集光光学系、３は基本波を第２高調波へと変換させるための波長変換素子、７４は曲率Ｒ１を有する第１の凹面ミラー、５は曲率Ｒ１と異なる曲率Ｒ２を有する第２の凹面ミラー、６は波長変換素子３の温度を制御するための温度制御素子、７は波長変換素子３を固定するための素子固定台を示し、温度制御素子６及び素子固定台７から温度制御部８が構成されている。
　また、図１７及び図１８中に示す９は、第１の凹面ミラー７４、第２の凹面ミラー５及び波長変換素子３の中心を通る軸である中心軸を示し、１２で示す破線は、基本波レーザ光の光路と、本実施の形態において波長変換レーザを構成する光学系内での集光状態とを模式的に示している。
　本実施の形態に示す波長変換レーザ光源が実施の形態１に示す波長変換レーザ光源と異なる点は、基本波吸収部１８を省略し、第１の凹面ミラー７４の上下方向（素子厚方向）の所望の部分を、例えば切断等により加工し、波長変換素子３の厚さよりも小さくしている点である。この結果、素子固定台７に照射されて吸収される基本波レーザ光の光量を低減し、波長変換素子３の温度上昇を防止することができるので、波長変換レーザ出力を安定化することができる。
　以下に、本実施の形態について、実施の形態１と異なる動作及び機能を説明する。図１８に示すように、第１の凹面ミラー７４は、上下方向（素子厚方向）の所望の部分を例えば切断等により加工され、波長変換素子３の厚さよりも第１の凹面ミラー７４の上下幅が小さくなるようにしている。
　具体的には、第１の凹面ミラー７４で反射した基本波レーザ光が全て波長変換素子３に入射するような大きさ及び形状とするため、第１の凹面ミラー７４の素子厚方向の反射領域の厚さは、波長変換素子３の厚さと同じ０．５ｍｍとなるように、円形の第１の凹面ミラー７４の上部及び下部が切断されている。このような構成をとることにより、第１の凹面ミラー７４に到達した基本波レーザ光のうち、第１の凹面ミラー７４の中心から上下０．２５ｍｍを超える領域に存在する基本波レーザ光は、反射されることなく、第１の凹面ミラー７４の外部へと出射される。
　一方、第１の凹面ミラー７４により反射された基本波レーザ光の第１の凹面ミラー７４の面上でのビーム直径は、波長変換素子３の厚さ（本実施の形態では０．５ｍｍ）以下となるため、第１の凹面ミラー７４により反射された基本波レーザ光は、必ず波長変換素子３内を通過し、基本波レーザ光から第２高調波へと波長変換される。
　本構成により、第１の凹面ミラー７４により反射された基本波レーザ光が素子固定台７や温度制御素子６に照射されることがなくなる（すなわち、波長変換素子３に入射することができない基本波レーザ光は、第１の凹面ミラー７４で反射されない）ため、原理的に温度制御部８で基本波の吸収に起因する温度変化が発生することはなく、波長変換素子３の温度上昇を防ぐことができ、第２高調波出力の変動を低減することができる。
　なお、第２の凹面ミラー５の上下（素子厚方向）を切断等により形状加工し、第２の凹面ミラー５で反射された基本波レーザ光がすべて波長変換素子３に入射する構成とすることにより、同様の効果を得ることができる。また、第１の凹面ミラー７４と第２の凹面ミラー５の双方の素子厚方向の形状及び大きさを所望の形状及び大きさに加工することで、装置全体の波長変換素子３の厚さ方向のサイズを小さくすることができるという利点がある。
　また、本実施の形態では、第１の凹面ミラー７４の素子厚方向の上部及び下部を切断加工する例を示したが、この切断部分に対応する第１の凹面ミラー７４の外周部に基本波を反射しない材料からなる部材、例えば、基本波を吸収する吸収部材又は基本波を透過して外部へ出射する透過部材を備えても、素子固定台７及び温度制御素子６に照射される基本波レーザ光をなくすことができ、波長変換素子３の温度変動を低減することができる。また、第１の凹面ミラー７４の所望の部分（例えば、第１の凹面ミラー７４の中心から素子厚方向に上下０．２５ｍｍ以上の面内領域）に基本波に対する無反射コーティングを施しても、同様の効果を得ることができる。
　また、第１の凹面ミラー７４及び／又は第２の凹面ミラー５により反射されずに外部へ出射された基本波レーザ光は、例えば、熱伝導率の高い金属に貼り付けられた吸収体や、ビームディフューザーを用いて処理することにより、波長変換素子３の温度変動への影響をなくすことができる。
　（実施の形態４）
　本実施の形態では、第２の凹面ミラー５の代わりにシリンドリカルミラー５１を用いることにより基本波のビーム直径の広がりを制限し、素子固定台７に基本波レーザ光が照射されないようにする構成について説明する。本構成を用いることにより、上記実施の形態１から実施の形態３で述べてきたのと同様の波長変換素子３の温度変動に起因する第２高調波出力の変動低減効果が得られることを示す。
　図１９及び図２０は、本発明の実施の形態４における波長変換レーザ光源の構成の一例を示す図であり、図１９は、本実施の形態における波長変換レーザ光源の構成を上面から見た図であり、図２０は、図１９に示す波長変換レーザ光源の構成を側面から見た図である。以下において、図１９中の矢印１０及び図２０中の矢印１１で示す方向をそれぞれ素子幅方向、素子厚方向とする。
　図１９及び図２０において、１は基本波を生成するための基本波レーザ光源、２は基本波を集光するための集光光学系、３は基本波を第２高調波へと変換させるための波長変換素子、４は曲率Ｒ１を有する第１の凹面ミラー、５１は一方向（素子幅方向）にのみ曲率Ｒ１と異なる曲率Ｒ２を有するシリンドリカルミラーからなる第２のミラー、６は波長変換素子３の温度を制御するための温度制御素子、７は波長変換素子３を固定するための素子固定台を示し、温度制御素子６及び素子固定台７から温度制御部８が構成されている。
　また、図１９及び図２０中に示す９は、第１の凹面ミラー４、第２のミラー５１及び波長変換素子３の中心を通る軸である中心軸を示し、１２で示す破線は、基本波レーザ光の光路と、本実施の形態において波長変換レーザを構成する光学系内での集光状態とを模式的に示している。
　本実施の形態に示す波長変換レーザ光源が実施の形態１に示す波長変換レーザ光源と異なる点は、基本波吸収部１８を省略し、第２の凹面ミラー５の代わりに第２のミラー５１を用い、基本波のビームの直径の上下方向（素子厚方向）の広がりを抑制している点である。この結果、素子固定台７に照射されて吸収される基本波の光量を低減し、波長変換素子３の温度上昇を防止することができるので、波長変換レーザ出力を安定化することができる。
　ここで、第１の凹面ミラー４には焦点距離ｆ１＝２２ｍｍの凹面ミラー、第２のミラー５１には焦点距離ｆ２＝２０ｍｍのシリンドリカルミラーを用いている。また、波長変換素子３には、周期状分極反転構造を有するＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３(長さ２６ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ)を用いている。
　以下に、本実施の形態について、実施の形態１と異なる動作及び機能を説明する。上記構成を用いることにより、第１の凹面ミラー４及び第２のミラー５１で反射され、繰り返し波長変換素子３に入射される基本波は、素子幅方向と素子厚方向とで集光位置がずれるため、そのビーム形状が楕円ビームとなる。このとき、素子幅方向においては、実施の形態１と同様に、第１の凹面ミラー４で反射された光は略平行光となり、第２のミラー５１で反射された光は素子内で集光されるので、素子幅方向における基本波レーザ光のビーム直径とパス数の関係は、図５に示すとおりである。
　一方、素子厚方向における基本波のビーム直径は、図２１に示すようになる。図２１には、各パスにおける波長変換素子３の入射端面（例えば、図４に示す位置）での素子厚方向における基本波のビームの直径を示す図である。図２１において、横軸はパス数を示しており、縦軸には基本波のビームの直径（ｍｍ）を示している。
　図２１に示すように、第２のミラー５１においては、素子厚方向における基本波の反射が平面ミラーによる反射となるため、第２のミラー５１で反射されて波長変換素子３に入射されるビームは収束ビームとなり、波長変換素子３の端面での素子厚方向における基本波のビームの直径は、必ず０．５ｍｍ以下となる。
　したがって、基本波のビームの直径が波長変換素子３の厚さよりも大きくなることがなく、基本波は、必ず波長変換素子３に入射されるため、温度制御素子６や素子固定台７に照射されることはなく、温度制御素子６や素子固定台７が基本波レーザ光を吸収して発熱することを防止することができる。
　これにより、本実施の形態では、波長変換素子３の温度上昇を防ぐことができ、第２高調波の出力変動を３％以内に抑えることができた。また、この構成により、素子幅方向の集光位置と素子厚方向の集光位置とがずれるので、波長変換素子３内部での基本波レーザ光の光密度を低くすることでき、波長変換素子３による基本波及び第２高調波の吸収を低減することができる。さらに、本構成によれば、第２のミラー５１の素子厚方向の位置合わせをする必要がなく、組立て調整工程を簡略化できる。
　（実施の形態５）
　図２２は、画像表示装置の一例として、上記の実施の形態１から実施の形態４において示した波長変換レーザ光源のいずれか一つを含むバックライト照明装置を用いた液晶表示装置の構成を示す概略図である。
　図２２において、１０１はバックライト照明装置、１０２はレーザ光源、１０３は光ファイバ、１０４は導光部、１０５は導光板、１０７は空間変調素子である液晶表示パネル、１０８は偏光板、１０９は液晶板を示す。ここで、バックライト照明装置１０１に含まれるレーザ光源１０２は、赤色レーザ光源１０２ａ（以下、Ｒ光源と表記する）、緑色レーザ光源１０２ｂ（以下、Ｇ光源と表記する）、及び青色レーザ光源１０２ｃ（以下、Ｂ光源と表記する）からなる。
　このレーザ光源１０２において、Ｇ光源１０２ｂが本発明の実施の形態１から４のいずれかで示した波長変換レーザ光源である。また、Ｒ光源１０２ａには波長６４０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系材料からなる半導体レーザを、Ｂ光源１０２ｃには波長４５０ｎｍのＧａＮ系材料からなる半導体レーザを用いている。
　バックライト照明装置１０１は、レーザ光源１０２、レーザ光源１０２からの赤色レーザ光、緑色レーザ光及び青色レーザ光をまとめて導光部１０４を介して導光板１０５に導く光ファイバ１０３、及び導入した赤色レーザ光、緑色レーザ光及び青色レーザ光を均一に主面（図示せず）から出射する導光板１０５から構成されている。
　また、Ｇ光源１０２ｂは、実施の形態１から４のいずれかで示した波長変換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、出力光が光ファイバ１０３に効率よく結合されて導光板１０５に導かれるようにしている。本構成により、色再現性に優れ、低消費電力で画像表示装置を実現することができる。また、画像表示装置の大画面化には、安定で高出力なレーザ光源が必要となり、本実施の形態１～４のいずれかで示した波長変換レーザ光源を用いることで、画像表示装置の大画面化が可能となる。
　また、ここでは、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光変調素子として用いた液晶表示装置を例に説明したが、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏ－ｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）や反射型液晶（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｏｎ　Ｓｉｌｉｃｏｎ：ＬＣＯＳ）等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ができる。
　また、レーザ光源から出射した光を空間変調素子に導く光学系には、光ファイバ、導光部、導光板を用いているが、ダイクロイックミラーやクロスプリズムやロッドインテグレータなどを用いてもよい。
　なお、以上に説明した実施の形態１～５は一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でさまざまな形態を採り得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。即ち、本発明に係る波長変換レーザ光源は、基本波を生成するための基本波レーザ光源と、互いに向かい合うように配置された第１のミラー及び第２のミラーと、前記第１のミラーと前記第２のミラーとの間に配置され、前記基本波の波長を変換するための波長変換素子と、前記波長変換素子の温度を制御するための温度制御部とを備え、前記波長変換素子において前記基本波の一部が波長変換され、且つ、波長変換されていない基本波が前記第１のミラー及び前記第２のミラーにより反射されて前記波長変換素子に繰り返し入射されて波長変換され、前記温度制御部は、前記波長変換素子に接するように配置され、前記温度制御部へ入射される前記基本波の光量が低減される。
　この波長変換レーザ光源においては、基本波の一部が波長変換素子によって波長変換され、且つ、波長変換されていない基本波が第１のミラー及び第２のミラーにより反射されて波長変換素子に繰り返し入射されることにより、基本波は波長変換素子の内部で入射角度を変えながら繰り返し波長変換されるので、高い波長変換効率を維持した状態で、波長変換素子の温度許容幅を拡大することができる。また、温度制御部が波長変換素子に接するように配置され、温度制御部へ入射される基本波の光量が低減されているので、波長変換素子に入射されない基本波が温度制御部に吸収されることを防ぐことができ、波長変換レーザ光源の出力の変動を低減することができる。この結果、不要な基本波による波長変換素子の波長変換効率の変動を抑制することができるとともに、基本波から第２高調波への波長変換効率が高く、高出力且つ高安定な波長変換レーザ光源を実現することができる。
　前記第１のミラーは、第１の曲率を有する第１の凹面ミラーを含み、前記第２のミラーは、前記第１の曲率と異なる第２の曲率を有する第２の凹面ミラーを含み、前記波長変換レーザ光源は、前記基本波が前記波長変換素子内に集光点を持つように配置された集光光学系と、前記第１の凹面ミラーと前記温度制御部との間及び／又は前記第２の凹面ミラーと前記温度制御部との間に配置され、前記温度制御部に吸収される基本波の光量を低減するための基本波遮光部とをさらに備えることが好ましい。
　この場合、曲率の異なる２枚の凹面ミラー対の間に波長変換素子を配置することにより、基本波は入射角度を変えながら繰り返し波長変換素子に入射され、第２高調波へと変換される。また、基本波遮光部により、波長変換素子に入射されない基本波が温度制御部に吸収されることを防ぐことができるので、波長変換レーザ光源の出力変動を低減することができる。
　前記基本波遮光部は、前記基本波が前記温度制御部に入射しないように前記基本波を吸収する基本波吸収部を含み、前記基本波吸収部は、前記温度制御部とは熱的に分離されることが好ましい。
　この場合、基本波吸収部が波長変換素子に入射されない基本波を吸収し、波長変換素子に入射されない基本波が温度制御部に吸収されることを防ぐことができるので、波長変換レーザ光源の出力変動を低減することができる。また、基本波吸収部と温度制御部とが熱的に分離されているので、基本波吸収部が基本波を吸収することによる温度上昇を低減し、基本波吸収部から発する熱により波長変換素子の温度が変化することを防ぎ、さらに出力が安定な波長変換レーザ光源を提供することができる。
　前記基本波遮光部は、前記基本波が前記温度制御部に入射しないように前記基本波を反射する反射ミラーを含むことが好ましい。
　この場合、基本波が温度制御部に入射しないように基本波を反射することができるので、波長変換素子に入射できなかった基本波が温度制御部へ入射することを防ぐことができるとともに、反射ミラーでは基本波の吸収が発生せず、発熱も生じないので、放熱機構を省略することができ、放熱機構のコストを削減することができる。
　前記波長変換素子の厚さをＴ、前記波長変換素子の厚さ方向における前記第１の凹面ミラーの長さをｒ１、前記波長変換素子の厚さ方向における前記第２の凹面ミラーの長さをｒ２、前記第１の凹面ミラーと前記波長変換素子の前記第１の凹面ミラー側の端面との間の距離をｄ１、前記第２の凹面ミラーと前記波長変換素子の前記第２の凹面ミラー側の端面との間の距離をｄ２とすると、前記反射ミラーが前記第１の凹面ミラーと前記温度制御部との間に配置される場合、前記反射ミラーに入射する基本波の光軸と前記反射ミラーの反射面との成す角θ１は、（ｒ１－Ｔ）／２＞ｄ１×ｔａｎ（π－２θ１）を満たし、前記反射ミラーが前記第２の凹面ミラーと前記温度制御部との間に配置される場合、前記反射ミラーに入射する基本波の光軸と前記反射ミラーの反射面との成す角θ２は、（ｒ２－Ｔ）／２＞ｄ２×ｔａｎ（π－２θ２）を満たすことが好ましい。
　この場合、反射ミラーにより反射された基本波を、第１の凹面ミラー及び第２の凹面ミラーにより再び反射することなく、第１の凹面ミラー及び第２の凹面ミラーの外部へ出射することができる。
　前記温度制御部は、前記基本波が前記温度制御部に入射しないように前記基本波を反射する反射端面を有することが好ましい。
　この場合、基本波が温度制御部に入射しないように基本波を反射することができるので、波長変換素子に入射できなかった基本波が温度制御部へ入射することを防ぐことができるとともに、温度制御部の端面を反射面として用いることができるので、部品点数を削減して装置の低コスト化を図ることができる。
　前記波長変換素子の厚さをＴ、前記波長変換素子の厚さ方向における前記第１の凹面ミラーの長さをｒ１、前記波長変換素子の厚さ方向における前記第２の凹面ミラーの長さをｒ２、前記第１の凹面ミラーと前記波長変換素子の前記第１の凹面ミラー側の端面との間の距離をｄ１、前記第２の凹面ミラーと前記波長変換素子の前記第２の凹面ミラー側の端面との間の距離をｄ２とすると、前記反射端面が前記第１の凹面ミラー側に設けられる場合、前記反射端面に入射する基本波の光軸と前記反射端面との成す角φ１は、（ｒ１－Ｔ）／２＞ｄ１×ｔａｎ（π－２φ１）を満たし、前記反射端面が前記第２の凹面ミラー側に設けられる場合、前記反射端面に入射する基本波の光軸と前記反射端面との成す角φ２は、（ｒ２－Ｔ）／２＞ｄ２×ｔａｎ（π－２φ２）を満たすことが好ましい。
　この場合、反射端面により反射された基本波を、第１の凹面ミラー及び第２の凹面ミラーにより再び反射することなく、第１の凹面ミラー及び第２の凹面ミラーの外部へ出射することができる。
　前記第１のミラーは、第１の曲率を有する第１の凹面ミラーを含み、前記第２のミラーは、前記第１の曲率と異なる第２の曲率を有する第２の凹面ミラーを含み、前記第１及び第２の凹面ミラーの少なくとも一方は、前記波長変換素子の厚さ方向において、前記波長変換素子の厚さ方向の中心を０とし、前記波長変換素子の厚さをＴとしたとき、－Ｔ／２からＴ／２までの領域のみ前記基本波を反射することが好ましい。
　この場合、第１及び第２の凹面ミラーの少なくとも一方により反射された基本波は、温度制御部に入射されることなく、必ず波長変換素子内を通過して基本波から第２高調波へと波長変換されるので、温度制御部に吸収される基本波の光量を低減することができる。この結果、波長変換素子の温度上昇を防止することができ、波長変換レーザ光源の出力変動を低減することができる。
　前記第１及び第２のミラーの一方は、第１の曲率を有する凹面ミラーを含み、他方は、前記波長変換素子の幅方向に前記第１の曲率と異なる第２の曲率を有するシリンドリカルミラーを含み、前記シリンドリカルミラーは、前記波長変換素子の厚さ方向における前記基本波の直径を前記波長変換素子の厚さ以下に制限することが好ましい。
　この場合、波長変換素子の厚さ方向における基本波の直径の広がりを抑制することができるので、基本波の直径が波長変換素子の厚さよりも大きくなることがなく、基本波が必ず波長変換素子に入射されるため、温度制御部に吸収される基本波の光量を低減することができる。この結果、波長変換素子の温度上昇を防止することができ、波長変換レーザ光源の出力変動を低減することができる。
　前記第１及び第２のミラーの少なくとも一方は、前記基本波レーザ光源から生成された基本波を前記波長変換素子に入射するための切り欠き領域を有することが好ましい。
　この場合、切り欠き領域から基本波を波長変換素子に容易に入射することができる。
　本発明に係る画像表示装置は、青色、緑色、及び赤色のうち少なくとも１色のレーザ光を発生するレーザ光源と、空間光変調素子と、前記レーザ光源から出射する光を前記空間光変調素子に導く光学系とを備え、前記レーザ光源は、上記のいずれかに記載の波長変換レーザ光源である。
　この画像表示装置においては、安定で高出力な波長変換レーザ光源をレーザ光源として用いることができるので、画像表示装置の大画面化が可能となり、色再現性に優れ且つ低消費電力な大型画像表示装置を実現することができる。
　本発明の波長変換レーザ光源は、優れた温度制御性及び出力安定性を有する高効率な波長変換レーザ光源として有用である。

Claims (11)

  1. 　基本波を生成するための基本波レーザ光源と、
    　互いに向かい合うように配置された第１のミラー及び第２のミラーと、
    　前記第１のミラーと前記第２のミラーとの間に配置され、前記基本波の波長を変換するための波長変換素子と、
    　前記波長変換素子の温度を制御するための温度制御部とを備え、
    　前記波長変換素子において前記基本波の一部が波長変換され、且つ、波長変換されていない基本波が前記第１のミラー及び前記第２のミラーにより反射されて前記波長変換素子に繰り返し入射されて波長変換され、
    　前記温度制御部は、前記波長変換素子に接するように配置され、前記温度制御部へ入射される前記基本波の光量が低減されることを特徴とする波長変換レーザ光源。
  2. 　前記第１のミラーは、第１の曲率を有する第１の凹面ミラーを含み、
    　前記第２のミラーは、前記第１の曲率と異なる第２の曲率を有する第２の凹面ミラーを含み、
    　前記基本波が前記波長変換素子内に集光点を持つように配置された集光光学系と、
    　前記第１の凹面ミラーと前記温度制御部との間及び／又は前記第２の凹面ミラーと前記温度制御部との間に配置され、前記温度制御部に吸収される基本波の光量を低減するための基本波遮光部とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の波長変換レーザ光源。
  3. 　前記基本波遮光部は、前記基本波が前記温度制御部に入射しないように前記基本波を吸収する基本波吸収部を含み、
    　前記基本波吸収部は、前記温度制御部とは熱的に分離されることを特徴とする請求項２に記載の波長変換レーザ光源。
  4. 　前記基本波遮光部は、前記基本波が前記温度制御部に入射しないように前記基本波を反射する反射ミラーを含むことを特徴とする請求項２に記載の波長変換レーザ光源。
  5. 　前記波長変換素子の厚さをＴ、前記波長変換素子の厚さ方向における前記第１の凹面ミラーの長さをｒ１、前記波長変換素子の厚さ方向における前記第２の凹面ミラーの長さをｒ２、前記第１の凹面ミラーと前記波長変換素子の前記第１の凹面ミラー側の端面との間の距離をｄ１、前記第２の凹面ミラーと前記波長変換素子の前記第２の凹面ミラー側の端面との間の距離をｄ２とすると、前記反射ミラーが前記第１の凹面ミラーと前記温度制御部との間に配置される場合、前記反射ミラーに入射する基本波の光軸と前記反射ミラーの反射面との成す角θ１は、（ｒ１－Ｔ）／２＞ｄ１×ｔａｎ（π－２θ１）を満たし、前記反射ミラーが前記第２の凹面ミラーと前記温度制御部との間に配置される場合、前記反射ミラーに入射する基本波の光軸と前記反射ミラーの反射面との成す角θ２は、（ｒ２－Ｔ）／２＞ｄ２×ｔａｎ（π－２θ２）を満たすことを特徴とする請求項４に記載の波長変換レーザ光源。
  6. 　前記温度制御部は、前記基本波が前記温度制御部に入射しないように前記基本波を反射する反射端面を有することを特徴とする請求項２に記載の波長変換レーザ光源。
  7. 　前記波長変換素子の厚さをＴ、前記波長変換素子の厚さ方向における前記第１の凹面ミラーの長さをｒ１、前記波長変換素子の厚さ方向における前記第２の凹面ミラーの長さをｒ２、前記第１の凹面ミラーと前記波長変換素子の前記第１の凹面ミラー側の端面との間の距離をｄ１、前記第２の凹面ミラーと前記波長変換素子の前記第２の凹面ミラー側の端面との間の距離をｄ２とすると、前記反射端面が前記第１の凹面ミラー側に設けられる場合、前記反射端面に入射する基本波の光軸と前記反射端面との成す角φ１は、（ｒ１－Ｔ）／２＞ｄ１×ｔａｎ（π－２φ１）を満たし、前記反射端面が前記第２の凹面ミラー側に設けられる場合、前記反射端面に入射する基本波の光軸と前記反射端面との成す角φ２は、（ｒ２－Ｔ）／２＞ｄ２×ｔａｎ（π－２φ２）を満たすことを特徴とする請求項６に記載の波長変換レーザ光源。
  8. 　前記第１のミラーは、第１の曲率を有する第１の凹面ミラーを含み、
    　前記第２のミラーは、前記第１の曲率と異なる第２の曲率を有する第２の凹面ミラーを含み、
    　前記第１及び第２の凹面ミラーの少なくとも一方は、前記波長変換素子の厚さ方向において、前記波長変換素子の厚さ方向の中心を０とし、前記波長変換素子の厚さをＴとしたとき、－Ｔ／２からＴ／２までの領域のみ前記基本波を反射することを特徴とする請求項１に記載の波長変換レーザ光源。
  9. 　前記第１及び第２のミラーの一方は、第１の曲率を有する凹面ミラーを含み、他方は、前記波長変換素子の幅方向に前記第１の曲率と異なる第２の曲率を有するシリンドリカルミラーを含み、
    　前記シリンドリカルミラーは、前記波長変換素子の厚さ方向における前記基本波の直径を前記波長変換素子の厚さ以下に制限することを特徴とする請求項１に記載の波長変換レーザ光源。
  10. 　前記第１及び第２のミラーの少なくとも一方は、前記基本波レーザ光源から生成された基本波を前記波長変換素子に入射するための切り欠き領域を有することを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載の波長変換レーザ光源。
  11. 　青色、緑色、及び赤色のうち少なくとも１色のレーザ光を発生するレーザ光源と、
    　空間光変調素子と、
    　前記レーザ光源から出射する光を前記空間光変調素子に導く光学系とを備え、
    　前記レーザ光源は、請求項１～１０のいずれかに記載の波長変換レーザ光源であることを特徴とする画像表示装置。
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