專利名稱：激光光源、使用激光光源的圖像顯示裝置以及加工裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種包含利用非線性光學效果進行波長轉(zhuǎn)換的波長轉(zhuǎn)換元件的激光光源 及其控制方法，還涉及使用該激光光源的圖像顯示裝置以及加工裝置。
背景技術：
激光不僅用于通信和光學記錄，還在測量、醫(yī)療、加工、顯示等各種各樣的領域中使 用。在這些用途中，由于控制的容易性或小型的特征，半導體激光器作為主要的光源而加 以使用。
在上述光源中，并未實現(xiàn)穩(wěn)定地產(chǎn)生0.5pm至0.6irni的可見區(qū)域的波長的光的半導 體激光器。此外，產(chǎn)生2!rni以上的中紅外區(qū)域的波長的光的半導體激光器必須冷卻至 -100°〇至-200°〇，在室溫下的連續(xù)振蕩比較困難。
對此，為了產(chǎn)生可見區(qū)域和中紅外區(qū)域的波長的光，將從半導體激光器、由半導體激 光器激勵的光纖激光器等射出的光用作激勵光，利用采用非線性光學晶體的波長轉(zhuǎn)換元件 對激勵光進行波長轉(zhuǎn)換的波長轉(zhuǎn)換技術得到了廣泛使用。通過激勵光在波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)傳 播，激勵光的能量被轉(zhuǎn)換為波長轉(zhuǎn)換光的能量。若增大激勵光與波長轉(zhuǎn)換元件的相互作用 長度，則向波長轉(zhuǎn)換光的轉(zhuǎn)換量會增大。
但是，在使用了非線性光學晶體的波長轉(zhuǎn)換中，由于激勵光的波長和波長轉(zhuǎn)換光的波 長不同，所以激勵光以及波長轉(zhuǎn)換光的折射率有較大不同。例如，在將作為代表性的非線 性光學晶體的鈮酸鋰(LiNb03)作為波長轉(zhuǎn)換元件使用，入射波長為1064nm的激勵光， 得到作為顯示器用光源而加以利用的綠色激光(波長為532nm的波長轉(zhuǎn)換光)的情況下， 激勵光以及波長轉(zhuǎn)換光的折射率例如在40'C時為2.15600以及2.23389。伴隨著該激勵光 與波長轉(zhuǎn)換光的折射率的差，在波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)激勵光與波長轉(zhuǎn)換光的相位逐漸發(fā)生偏 離，因此無法高效率地進行波長轉(zhuǎn)換。
因此， 一直以來，作為修正激勵光與波長轉(zhuǎn)換光的折射率的差的方法，有將形成了周 期性的極化反轉(zhuǎn)周期結構的非線性光學晶體用作波長轉(zhuǎn)換元件的準相位匹配(quasi phase matching)、或產(chǎn)生與激勵光不同的偏振的波長轉(zhuǎn)換光的雙折射相位匹配(birefringentphase matching)。通過使用這些方法，在某一溫度下，能夠使激勵光與波長轉(zhuǎn)換光的相位 一致，或者能夠使其準恒定。
但是，在4(TC時為2.15600以及2.23389的激勵光以及波長轉(zhuǎn)換光的折射率，例如 在50'C時變化為2.15642以及2.23447。因此，不管是在哪種情況下，若元件溫度不穩(wěn)定， 都無法穩(wěn)定地進行波長轉(zhuǎn)換。即，必須在將元件溫度調(diào)節(jié)為最佳的同時進行波長轉(zhuǎn)換。以 后，將波長轉(zhuǎn)換效率達到最大的最佳元件溫度稱為相位匹配溫度。
作為一直以來廣泛使用的波長轉(zhuǎn)換元件的溫度調(diào)節(jié)方法，提出了將波長轉(zhuǎn)換元件的溫 度控制為恒定值的方法(溫度恒定控制)、將輸出值反饋給向激勵光光源輸入的電力的方 法(輸出恒定控制)等。即使在使用該溫度恒定控制的情況下，也由于下述的原因而導致 元件溫度會逐漸偏離相位匹配溫度。
(1) 由于成為激勵光光源的半導體激光器或光纖激光器的溫度發(fā)生變動，輸出的激 勵光的波長發(fā)生變動，從而相位匹配溫度發(fā)生變化。
(2) 由于伴隨波長轉(zhuǎn)換元件的固定的應力變化的影響，折射率發(fā)生變化，從而相位 匹配溫度發(fā)生變化。
(3) 測定波長轉(zhuǎn)換元件溫度的溫度傳感器的特性發(fā)生變化，從而由溫度傳感器監(jiān)視 的元件溫度偏離實際的元件溫度，元件溫度發(fā)生變化。
隨著元件溫度與相位匹配溫度的偏差增大，波長轉(zhuǎn)換效率降低，因此通過增大激勵光 的輸出來保持波長轉(zhuǎn)換光的輸出恒定的輸出恒定控制被加以利用。但是，在此情況下，無 法避免功耗的增大。此外，由于激勵光的輸出存在限制，所以能夠容許的溫度偏差幅度也 受到限制。此外，在使用半導體激光器作為激勵光的情況下，隨著輸入電力的增加，光源 的壽命也會縮短。而且，由于在元件溫度與相位匹配溫度發(fā)生了偏離的狀態(tài)下，被輸出的 波長轉(zhuǎn)換光的光束質(zhì)量較低，因此，在需要高質(zhì)量激光的加工、醫(yī)療中的應用較為困難。 因此，在日,本專利公開公報特開2007-233039號(以下稱作"專利文獻l")中，除了溫度 恒定控制以及輸出恒定控制之外，還同時利用定期消除元件溫度與相位匹配溫度的差的控 制。
但是，在專利文獻l的以往技術中，為了消除元件溫度與相位匹配溫度的偏差，暫時 中斷輸出恒定控制， 一邊增減元件溫度一邊檢測輸出的變動，進行接近成為最佳輸出的元 件溫度的控制，因此在此期間輸出發(fā)生變動。
此外，在投影顯示器或液晶顯示器的背光等民用設備的內(nèi)部配置波長轉(zhuǎn)換元件的情況 下，殼體內(nèi)的溫度徐徐上升，因此頻繁地發(fā)生元件溫度與相位匹配溫度的偏差，此時輸出變得不穩(wěn)定。由此，顯示器的白平衡(whitebalance)被破壞，所以作為顯示器用，特別需 要激光光源的輸出穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種激光光源，通過大幅度減輕以往的溫度恒定控制中產(chǎn)生的 輸出變動，能夠使輸出得以穩(wěn)定。
本發(fā)明所提供的激光光源包括激勵光光源；采用非線性光學晶體的波長轉(zhuǎn)換元件，
其具有讓來自上述激勵光光源的激勵光經(jīng)過的多條光路，通過將經(jīng)過上述多條光路的激勵 光轉(zhuǎn)換為波長轉(zhuǎn)換光，生成具有第一溫度特性且向裝置外部射出的輸出光和具有與上述第
一溫度特性不同的第二溫度特性的參照光；測量上述參照光的參照光測量部；以及基于由 上述參照光測量部測量到的參照光來控制上述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度，使得上述輸出光的強 度達到最大的控制部。
在該激光光源中，在波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)形成有讓激勵光經(jīng)過的多條光路，通過監(jiān)視顯示 出與輸出至激光光源外部的成為波長轉(zhuǎn)換光的輸出光不同的溫度特性的參照光，來對波長 轉(zhuǎn)換元件進行溫度控制，因此能夠進行高速的溫度控制。其結果是，能夠大幅度減輕以往 的溫度恒定控制中產(chǎn)生的輸出變動，從而能夠使輸出得以穩(wěn)定。


圖l是表示本發(fā)明的實施例l涉及的激光光源的結構的示意圖。 圖2是表示波長轉(zhuǎn)換元件溫度與波長轉(zhuǎn)換光輸出的關系的圖。 圖3是表示輸出恒定控制中的波長轉(zhuǎn)換元件溫度與激勵光輸出的關系的圖。 圖4是表示輸出恒定控制中的加熱器加熱電流與激勵光輸入的第一關系的圖。 圖5是表示輸出恒定控制中的加熱器加熱電流與激勵光輸入的第二關系的圖。 圖6是表示輸出恒定控制中的加熱器加熱電流與激勵光輸入的第三關系的圖。 圖7是表示本發(fā)明的實施例2涉及的激光光源的結構的示意圖。 圖8是表示波長轉(zhuǎn)換元件溫度與輸出光以及參照光的輸出的關系的圖。 圖9是表示準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的極化反轉(zhuǎn)周期方向與激勵光的光路所成的角 度與相位匹配溫度的關系的圖。
圖IO是表示波長轉(zhuǎn)換元件溫度與輸出光以及參照光的輸出的關系的圖。 圖11是表示本發(fā)明的實施例2涉及的激光光源的另一結構的示意圖。圖12是表示存在未形成極化反轉(zhuǎn)周期結構的部分時波長轉(zhuǎn)換元件溫度與輸出光以及 參照光的輸出的關系的圖。
圖13是表示本發(fā)明的實施例2涉及的激光光源的又一結構的示意圖。
圖14是表示本發(fā)明的實施例2涉及的激光光源的又一結構的示意圖。
圖15是表示本發(fā)明的實施例3涉及的激光光源的結構的示意圖。
圖16是表示本發(fā)明的實施例4涉及的激光光源的結構的示意圖。
圖17是表示波長轉(zhuǎn)換元件溫度與輸出光、第一以及第二參照光的輸出的關系的圖。
圖18是表示本發(fā)明的實施例4涉及的激光光源的另一結構的示意圖。
圖19是表示本發(fā)明的實施例5涉及的激光光源的結構的示意圖。
圖20是表示本發(fā)明的第六實施例涉及的激光光源的結構的示意圖。
圖21是表示波長轉(zhuǎn)換元件溫度與輸出光以及兩個參照光的輸出的關系的圖。
圖22是表示本發(fā)明的實施例7涉及的圖像顯示裝置的結構的一個例子的概要結構圖。
圖23是表示本發(fā)明的第八實施例涉及的圖像顯示裝置的結構的一個例子的概要結構圖。
圖24是表示本發(fā)明的實施例9涉及的加工裝置的結構的一個例子的概要結構圖。
具體實施例方式
以下參照附圖對本發(fā)明的實施例所涉及的激光光源進行說明。另外，對附圖中標注了 相同符號的部分有時會省略說明。 (實施例1)
圖l是表示本發(fā)明的實施例l所涉及的激光光源的結構的示意圖。以下，用圖l來說 明本發(fā)明的實施例1涉及的作為波長轉(zhuǎn)換裝置而起作用的激光光源。
圖l所示的激光光源100包括半導體激光器101、電流驅(qū)動電路102、控制電路103、 波長轉(zhuǎn)換元件104、加熱器105、分光鏡(light separating mirror) 106、分光鏡107、波長選 擇濾光器108、光電二極管(photodiode)109、光電二極管110以及波長選擇濾光器111。
半導體激光器101使用來自電流驅(qū)動電路102的電流輸出激勵光。被輸出的激勵光入 射到波長轉(zhuǎn)換元件104，其一部分被轉(zhuǎn)換為波長轉(zhuǎn)換光。從波長轉(zhuǎn)換元件104射出的激光 入射到分光鏡106，分光鏡106分離未經(jīng)波長轉(zhuǎn)換而透過的激勵光和波長轉(zhuǎn)換光。在圖l 中，作為分光鏡106，使用以45。入射、波長轉(zhuǎn)換光的透過率為98%至99%，激勵光的反 射率為99%以上的諧波分離器(harmonic separator)。由分光鏡106反射的99%以上的激勵光和1%至2%的波長轉(zhuǎn)換光入射到分光鏡107。
作為分光鏡107，使用以45。入射、具有與分光鏡106相同的透過率的諧波分離器。 透過分光鏡107的激勵光和波長轉(zhuǎn)換光入射到吸收激勵光的波長選擇濾光器108，只有透 過的波長轉(zhuǎn)換光入射到光電二極管109。此外，由分光鏡107反射的激勵光和波長轉(zhuǎn)換光 入射到吸收波長轉(zhuǎn)換光的波長選擇濾光器111，只有透過的激勵光入射到光電二極管110。
控制電路103根據(jù)入射到光電二極管110的激勵光的功率、入射到光電二極管109 的波長轉(zhuǎn)換光的功率和上述各鏡的透過率以及反射率等，計算從波長轉(zhuǎn)換元件104射出的 激勵光的強度(激勵光輸出)以及波長轉(zhuǎn)換光的強度(波長轉(zhuǎn)換光輸出)。通過對它們進 行合計，能夠求出入射到波長轉(zhuǎn)換元件104的激勵光的強度(激勵光輸入)。在本實施例 中，由于根據(jù)從波長轉(zhuǎn)換元件104射出的激勵光以及波長轉(zhuǎn)換光求出激勵光輸入，因此不 會損失入射到波長轉(zhuǎn)換元件104的激勵光而對激勵光輸入進行監(jiān)視，從而能夠防止轉(zhuǎn)換效 率的降低。
但作為入射到波長轉(zhuǎn)換元件104的激勵光的強度的測量方法，并不限定于上述的例子， 也可以在作為激勵光光源的半導體激光器101和波長轉(zhuǎn)換元件104之間插入反射約1%的 激勵光的鏡，對反射的激勵光進行監(jiān)視。在該方法中，如果在波長轉(zhuǎn)換元件104內(nèi)存在激 勵光以及波長轉(zhuǎn)換光的吸收，則與根據(jù)透過波長轉(zhuǎn)換元件的激勵光與波長轉(zhuǎn)換光的合計求 出激勵光輸入的方法相比，能夠更正確地監(jiān)視激勵光輸入。
在本實施例中，控制電路103基于像上述方式那樣求出的激勵光輸入的值，控制電流 驅(qū)動電路102的電流以及加熱器105的加熱電力，以便消除元件溫度與相位匹配溫度的偏 差。加熱器105由控制電路103控制，對波長轉(zhuǎn)換元件104的溫度進行調(diào)節(jié)。此外，電流 驅(qū)動電路102由控制電路103控制，對流向半導體激光器101的電流進行調(diào)整。
以下，示意激光光源100的包含啟動動作在內(nèi)的控制方法。首先，示意啟動動作。
較為理想的是，波長轉(zhuǎn)換元件104的相位匹配溫度高于環(huán)境溫度，在本實施例中，例 如，在環(huán)境溫度為0'C至4(TC的情況下，將波長轉(zhuǎn)換元件104的相位匹配溫度設為6(TC。 由此，在常溫0'C至4(TC的環(huán)境下，不需要波長轉(zhuǎn)換元件104的冷卻功能，能夠?qū)⒘畠r的 加熱器105作為波長轉(zhuǎn)換元件104的加熱以及冷卻部件來使用。
在啟動動作中，首先，加熱器105加熱波長轉(zhuǎn)換元件104。而且，同時，控制電路103 控制電流驅(qū)動電路102，以使半導體激光器101的驅(qū)動電流(以下稱為激勵光電流(I))
達到最大。在此，較為理想的是，激勵光電流的最大值(以下稱為lMAX)大于為了達到所
期望的波長轉(zhuǎn)換光輸出在通常動作時(元件溫度成為相位匹配溫度時)提供的電流量(以下稱為Io)，并且限制在不會使半導體激光器101劣化、不會縮短其壽命的程度。
例如，在相位匹配溫度為60°C、溫度的半值全幅(full width at half maximum)約為
1.3'C的波長轉(zhuǎn)換元件的情況下，若使激勵光電流量(激勵光輸入)恒定，則相對于元件溫
度的波長轉(zhuǎn)換光輸出，如圖2所示，在6(TC時為最大，元件溫度越向高溫一側(cè)或低溫一側(cè)
移動，變得越低。此外，在溫度恒定時，波長轉(zhuǎn)換光輸出與激勵光輸入的大約2次方成比
例，激勵光輸入與激勵光電流量大致成比例。
在啟動動作時，如上所述，激勵光輸入大于Io。因此，在達到相位匹配溫度之前達到
所期望的波長轉(zhuǎn)換光輸出。控制電路103在由光電二極管109監(jiān)視的波長轉(zhuǎn)換光輸出達到
所期望的值時，結束啟動動作，轉(zhuǎn)至通常動作。
接著，示意通常動作。在本實施例中，其特征在于在通常動作時，同時進行保持波長
轉(zhuǎn)換光輸出恒定的輸出恒定控制和使元件溫度與相位匹配溫度相符合的溫度控制(調(diào)整波
長轉(zhuǎn)換元件104的溫度以使入射到波長轉(zhuǎn)換元件104的激勵光的強度達到最小的溫度控制)。
在輸出恒定控制中，控制電路103控制電流驅(qū)動電路102，使得由光電二極管109監(jiān) 視的波長轉(zhuǎn)換光輸出成為恒定。即，控制電路103在波長轉(zhuǎn)換光輸出低于所期望的值時， 增加激勵光電流使波長轉(zhuǎn)換光輸出增加至所期望的值，此外，在波長轉(zhuǎn)換光輸出高于所期 望的值時，減少激勵光電流使波長轉(zhuǎn)換光輸出減少至所期望的值。
在像這樣增減激勵光電流以使波長轉(zhuǎn)換光輸出成為恒定的情況下，激勵光輸入則如圖 3所示那樣發(fā)生變化。在本實施例中，通過這樣在輸出恒定控制時進行利用了激勵光輸入 與元件溫度的關系的溫度控制，可以不讓輸出恒定控制停止而同時進行溫度控制。
接著，在本實施例中，以下示意在輸出恒定控制時基于激勵光輸入進行的溫度控制的 方法。此外，在此，考慮分光鏡106等的透過率以及反射率等，基于光電二極管109、 110 的值計算激勵光輸入。
在本控制中，控制電路103使加熱器105的加熱電流增加，基于伴隨著元件溫度上升 的激勵光輸入的增減，判斷加熱器105的加熱電流的增減。例如， 一邊讓加熱器105的加 熱電流每次增加指定變化量AIH， 一邊監(jiān)視激勵光輸入，并存儲最近三次的激勵光輸入， 在此情況下，激勵光輸入的變化狀態(tài)可以分類為圖4至圖6所示的三種狀態(tài)。
如圖4所示，在最近三次的激勵光輸入單調(diào)增加的情況下，可知元件溫度高于相位匹 配溫度。此外，如圖5所示，在最近三次的激勵光輸入在減少后又增加的情況下，可知元 件溫度位于相位匹配溫度附近，高于相位匹配溫度。在這些情況下，控制電路103為了降低元件溫度，使加熱電流減少。另一方面，如圖6所示，在最近三次的激勵光輸入單調(diào)減 少的情況下，可知元件溫度低于相位匹配溫度。在此情況下，控制電路103為了提高元件 溫度，使加熱電流增加。
在此，如果AIH過大，元件溫度的變動幅度會增加。此外，根據(jù)lMAX來決定能夠進
行輸出恒定控制的溫度幅度這一點自不待言，元件溫度的變動幅度必須為該幅度的一半以 下。在lMAX為Io的1.5倍的情況下，求出使元件溫度上升半值全幅的加熱電流增加量，至 少必須使AIH為它的二分之一以下，而為十分之一以下較為理想。據(jù)此，能夠減輕控制時 元件溫度的擺動幅度，提高波長轉(zhuǎn)換效率的平均值。
此外，將使加熱器105的加熱電流增加AIH之后到元件溫度達到恒定為止的時間預 先存儲在控制電路103中，通過每隔所存儲的時間監(jiān)視加熱電流量，能夠減輕控制時元件 溫度的擺動，加快控制速度，從而能夠增加平均轉(zhuǎn)換效率。
此外，也可以使用熱敏電阻等直接監(jiān)視波長轉(zhuǎn)換元件104的溫度。通過用元件溫度的 變化量AT代替AIH進行溫度控制，能夠進行更為正確的溫度控制，因此是較為理想的。
此外，也可以將元件溫度與相位匹配溫度一致時需要的激勵光輸入作為Po預先存儲在 控制電路103中，在激勵光輸入接近Po時，暫且停止用于使元件溫度與相位匹配溫度一 致的溫度控制，使加熱器105的加熱電流量恒定來進行溫度恒定控制。但在激勵光輸入增 加的情況下，必須從溫度恒定控制再次切換為使元件溫度與相位匹配溫度相符合的溫度控 制。此外，在切換為溫度恒定控制時，也同時進行輸出恒定控制。通過使用該方法，溫度 恒定控制中能夠減輕溫度恒定控制所需要的控制電路103的負荷。另外，如果發(fā)生波長轉(zhuǎn) 換元件104的劣化等，則Po會增加，因此較為理想的是定期更新控制電路103中存儲的 Po。
此外，在預先決定指定的閾值，激勵光輸入在閾值以下的情況下進行溫度恒定控制時， 通過使閾值接近Po，進一步增加溫度恒定控制中的平均轉(zhuǎn)換效率。但是，閾值越接近Po， 能夠進行溫度恒定控制的溫度幅度越狹窄。例如，在圖3的例子中，以Po的l.l倍為閾值 時，元件溫度位于相位匹配溫度的士0.4'C的范圍時，能夠進行溫度恒定控制。此外，在閾 值為Po的1.3倍的情況下，元件溫度位于相位匹配溫度的i0.5'C的范圍時，能夠進行溫度 恒定控制。另外，根據(jù)使用環(huán)境的溫度變化的急劇程度、使用的激勵光光源的種類等，使 用中的元件溫度與相位匹配溫度的差發(fā)生變化的程度不同，因此較為理想的是設定與之相 適應的閾值。
此外，在本實施例中，使用使波長轉(zhuǎn)換光輸出為恒定的輸出恒定控制，因此入射到波長轉(zhuǎn)換元件104的激勵光輸入的增減與入射到光電二極管110的激勵光輸出的增減一致。 因此，光電二極管110的值與元件溫度的關系也是與圖3相同的關系。此外，在使用半導 體激光器作為激勵光光源的情況下，激勵光電流量與激勵光輸出大致成比例，因此激勵光 電流量與元件溫度的關系也是相同的。
BP，也能夠利用輸出恒定控制時入射到光電二極管IIO的激勵光輸出或激勵光電流量 (提供給作為激勵光光源的半導體激光器101的輸入電力)的增減來代替激勵光輸入，進 行將元件溫度調(diào)節(jié)為相位匹配溫度的溫度控制，取得與己經(jīng)說明的利用激勵光輸入的溫度 控制相同的效果。此外，在監(jiān)視激勵光電流量的增減以進行控制的情況下，可以減少光電 二極管的使用個數(shù)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更為廉價的激光光源。
此外，如果將用激勵光輸入的2次方除波長轉(zhuǎn)換光輸出所得的值作為標準化波長轉(zhuǎn)換 效率，則標準化波長轉(zhuǎn)換效率與圖2所示的波長轉(zhuǎn)換光輸出相同，隨著元件溫度接近相位 匹配溫度而增加。此外，標準化波長轉(zhuǎn)換效率的增減雖然與激勵光輸入、激勵光電流量、 激勵光輸出的增減相反，但不受激勵光輸入的增減的影響，僅依賴于元件溫度。因此，與 上述的激勵光輸入、激勵光電流量、激勵光輸出相同，在輸出恒定控制時，也能夠并行執(zhí) 行調(diào)節(jié)元件溫度的控制以使標準化波長轉(zhuǎn)換效率成為最大。該方法也能取得與已經(jīng)示意的 使用激勵光輸入的溫度控制相同的效果。
此外，作為波長轉(zhuǎn)換元件104，較為理想的是使用以鈮酸鋰(lithium niobate)或鉭酸 鋰(lithium tantalite)為主的準相位匹配(quasi-phase matching)波長轉(zhuǎn)換元件，在此情況 下能夠進行高效率的波長轉(zhuǎn)換。此外，在本實施例中，以相位匹配溫度為60"C的波長轉(zhuǎn)換 元件為例進行了說明，而在準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件的情況下，通過調(diào)節(jié)所形成的極化周 期反轉(zhuǎn)結構的周期，能夠在任意的相位匹配溫度進行波長轉(zhuǎn)換。
此外，使用鈮酸鋰或鉭酸鋰的波長轉(zhuǎn)換元件相對于溫度變化的輸出變動量較大，由于 吸收激勵光或波長轉(zhuǎn)換光所產(chǎn)生的溫度變化而容易產(chǎn)生輸出變動，但通過使用本實施例的 控制，能夠得到穩(wěn)定的輸出。
此外，通過使相位匹配溫度為5(TC以上，設定得高于環(huán)境溫度，可以防止在波長轉(zhuǎn)換 元件的出射入射面產(chǎn)生的露水而造成的激光的散射，而且，作為元件的溫度調(diào)節(jié)部件，能 夠使用廉價的加熱器。
此外，能夠在溫度控制中使用像珀耳帖元件那樣具有降低元件溫度的功能的溫度調(diào)節(jié) 部件，這一點自不待言。通過使用珀耳帖元件，增加降低元件溫度的速度。此外，在環(huán)境 溫度超過相位匹配溫度的情況下也能進行控制。此外，在本實施例中，作為激勵光光源使用了半導體激光器101，但也可以將光纖激 光器或固體激光器作為激勵光光源使用。通過將它們作為激勵光光源使用，能夠得到峰值 輸出較高、M2 (M的平方)為1.4以下的光束質(zhì)量好的激光，能夠?qū)崿F(xiàn)適用于激光加工用 途的激光光源。
(實施例2)
圖7是表示本發(fā)明的實施例2涉及的激光光源的結構的示意圖。以下，用圖7來說明 該實施例2涉及的作為波長轉(zhuǎn)換裝置而起作用的激光光源。
圖7所示的激光光源100a包括半導體激光器101、電流驅(qū)動電路102、控制電路 103、加熱器105、準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件701、分光膜(light separating coat)702、分 光鏡703、光電二極管704、反射防止膜(anti-reflective coat) 705以及射束阻擋器(beam stopper) 706。
半導體激光器101與實施例1相同，使用來自電流驅(qū)動電路102的電流生成激勵光。
在本實施例中，激勵光入射到準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件(以下適當?shù)睾喎Q為"波長轉(zhuǎn)換元
件")701。此時，波長轉(zhuǎn)換元件701的極化方向(與圖的紙面垂直的方向)與激勵光的偏
振方向一致，激勵光沿著與極化反轉(zhuǎn)周期平行的方向即極化反轉(zhuǎn)周期方向(圖的左右方向) 入射，其一部分被轉(zhuǎn)換為波長轉(zhuǎn)換光。
在此，在波長轉(zhuǎn)換元件701的出射端設置分光膜702。分光膜702反射激勵光的90% 以上，并使波長轉(zhuǎn)換光的99.8%以上透過。此外，通過使射向出射端的激勵光的入射角為 6/2°，如圖7所示，被分光膜702反射的激勵光在波長轉(zhuǎn)換元件701內(nèi)相對于極化反轉(zhuǎn)周 期以e。的傾斜度傳播，其一部分被轉(zhuǎn)換為波長轉(zhuǎn)換光。以后，將最初入射的激勵光的傳播 光路稱為去路(incoming path)，將被出射端反射的激勵光的傳播光路稱為復路(outgoing path)。
復路的激勵光與從復路的激勵光產(chǎn)生的波長轉(zhuǎn)換光，從(對于去路來說的)入射端射 出。透過波長轉(zhuǎn)換元件701的入射端的復路的激勵光以及波長轉(zhuǎn)換光入射到分光鏡703。 在此，分光鏡703反射激勵光，而讓波長轉(zhuǎn)換光透過。透過分光鏡703的波長轉(zhuǎn)換光入射 到光電二極管704，控制電路103監(jiān)視其輸出。經(jīng)分光鏡703反射的激勵光射入射束阻擋 器706而停止。
在本實施例中，在去路中產(chǎn)生的波長轉(zhuǎn)換光作為輸出光射出到激光光源100a的外部， 此時，將在復路中產(chǎn)生的波長轉(zhuǎn)換光作為參照光，控制電路103通過使用加熱器105對波長轉(zhuǎn)換元件701進行溫度調(diào)節(jié)，能夠?qū)⑤敵龉獾膹姸瓤刂茷楹愣?。以下示意該方法?br> 圖8是表示輸出光與參照光各自的溫度特性的圖。圖8的縱軸是以輸出光及參照光在 相位匹配溫度時的輸出為l而進行了標準化后的輸出光及參照光的強度，橫軸是波長轉(zhuǎn)換 元件701的溫度。圖8中的實線表示輸出光的溫度特性801，虛線表示參照光的溫度特性 802，參照光的溫度特性802與輸出光的溫度特性801相比向低溫一側(cè)移動，由此可知， 參照光的相位匹配溫度低于輸出光的相位匹配溫度。
在準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件中，如果增加光路與極化反轉(zhuǎn)周期方向所成的角度的絕對 值，則波長轉(zhuǎn)換光的輸出達到最大的相位匹配溫度會降低。例如，在使用以鈮酸鋰為主的 準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件，從波長為1064nm的激勵光波長轉(zhuǎn)換為作為其第二諧波的波長 為532nm的光的情況下，如圖9所示，如果增加光路與極化反轉(zhuǎn)周期方向所成的角度6 的絕對值，則波長轉(zhuǎn)換光的輸出達到最大的相位匹配溫度會降低。在本實施例中，由于去 路與極化反轉(zhuǎn)周期方向所成的角度為0°，因此在復路與極化反轉(zhuǎn)周期方向所成的角度 0=±1°時，如圖8所示去路與復路的相位匹配溫度的差約為0.7°C。
這樣，在本實施例中，產(chǎn)生相位匹配溫度與輸出光不同的參照光，通過根據(jù)參照光的 強度變動進行溫度調(diào)節(jié)，與根據(jù)輸出光的強度變動進行溫度調(diào)節(jié)的以往技術相比，能夠以 高速進行穩(wěn)定的控制。以下，比較以往的溫度調(diào)節(jié)方法，示意本實施例的特征。
首先，如專利文獻l所示，在不具有參照光的以往的波長轉(zhuǎn)換元件的溫度調(diào)節(jié)中，測 量輸出光的強度，基于輸出光的溫度特性801進行波長轉(zhuǎn)換元件的溫度調(diào)節(jié)。B卩，在待機 位置803進行溫度恒定控制，在元件溫度與相位匹配溫度的偏差擴大的情況下，進行消除 相位匹配溫度與元件溫度的偏差的溫度調(diào)節(jié)。
在這樣的以往的溫度調(diào)節(jié)方法中，如果從待機位置803波長轉(zhuǎn)換效率降低，則無法判 斷元件溫度與相位匹配溫度相比是高溫還是低溫。因此，暫且加熱或冷卻元件，根據(jù)與此 相應的波長轉(zhuǎn)換光的輸出變動，判斷應該加熱元件還是冷卻元件。在該方法中，為了消除 元件溫度與相位匹配溫度的偏差而需要的時間較長，無法得到穩(wěn)定的輸出。
因此，還有一種像待機位置804那樣預先將元件溫度維持在比相位匹配溫度高的高溫 一側(cè)的控制方法。在該方法中，當波長轉(zhuǎn)換光的輸出增加(或減少)時，可知元件溫度下 降(或上升)，能夠立即進行加熱(或冷卻)的判斷。在將比相位匹配溫度低的低溫一側(cè) 作為待機位置的情況下，也能進行同樣的控制。
在該方法中，雖然能夠進行高速的^^度調(diào)節(jié)，波長轉(zhuǎn)換光的輸出比較穩(wěn)定，但無法最 大限度地發(fā)揮波長轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換效率。此外，在偏離相位匹配溫度的溫度下進行的波長轉(zhuǎn)換中，產(chǎn)生的光束的質(zhì)量會下降。
相對于這些方法，在本實施例的溫度調(diào)節(jié)方法中，基于在與輸出光不同的相位匹配溫 度下進行波長轉(zhuǎn)換的參照光的溫度特性802 (例如，比輸出光的溫度特性801向低溫一側(cè) 移動的參照光的溫度特性802)，對波長轉(zhuǎn)換元件104的溫度進行調(diào)節(jié)。
首先，在本實施例中，控制電路103預先存儲元件溫度為輸出光的相位匹配溫度時參 照光的強度。通過利用控制電路103進行溫度調(diào)節(jié)以使參照光成為預先存儲的值，待機位 置則成為參照光的溫度特性802中的待機位置805。通過在該位置處待機，監(jiān)視參照光的 輸出(強度)，當參照光增加(或減少)時，可知元件溫度下降(或上升)，能夠立即進行 加熱(或冷卻)的判斷。
這樣，在本實施例中，通過基于參照光的輸出進行溫度調(diào)節(jié)，能夠進行高速的溫度控 制，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高效率且穩(wěn)定的波長轉(zhuǎn)換。而且還能夠防止輸出光的光束劣化。
此外，在本實施例中，由于利用在去路的波長轉(zhuǎn)換中剩余的激勵光，因此不會使輸出 光的轉(zhuǎn)換效率降低而能夠得到參照光。此外，由于利用在去路的波長轉(zhuǎn)換中剩余的激勵光， 所以去路與復路的激勵光波長一致，從而能夠防止輸出光與參照光的相位匹配溫度的差發(fā) 生變化。
此外，在使用本實施例的控制的激光光源中，如果使激勵光輸入為可變，則對應于激 勵光輸入，輸出光達到相位匹配溫度時的參照光的輸出發(fā)生變化，因此較為理想的是預先 存儲激勵光輸入與最佳參照光的輸出的關系。
此外更為理想的是，用即使激勵光輸入增減也不發(fā)生變動的標準化波長轉(zhuǎn)換效率代替 參照光輸出，來進行溫度控制。在此，如實施例l所示，標準化波長轉(zhuǎn)換效率是用激勵光 輸出的2次方除參照光的輸出所得的值。在用標準化波長轉(zhuǎn)換效率代替參照光輸出的情況 下，可以讓通過復路后的激勵光不入射到射束阻擋器706，而是入射到光電二極管，監(jiān)視 其輸出。
此外，作為波長轉(zhuǎn)換元件701，較為理想的是使用以鈮酸鋰或鉭酸鋰為主的準相位匹 配波長轉(zhuǎn)換元件，能夠進行高效率的波長轉(zhuǎn)換。在本實施例中，復路與極化反轉(zhuǎn)周期方向 所成的角度e = ± 1°，但在使用以鈮酸鋰或鉭酸鋰為主的準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件的情況
下，較為理想的是，復路與極化反轉(zhuǎn)周期方向所成的角度e至少為(復路的溫度半值全
幅)"sx0.32。以上、(復路的溫度半值全幅)^xl.l5。以下。由此，能夠提高基于使用復路 的溫度控制的輸出光的穩(wěn)定性，提供適于醫(yī)療用途的激光光源。此外，作為進一步要求輸 出的穩(wěn)定性的顯示器用途，較為理想的是(復路的溫度半值全幅)i"x0.65。以上。此外，使用鈮酸鋰或鉭酸鋰的波長轉(zhuǎn)換元件，雖然由于吸收激勵光或波長轉(zhuǎn)換光所產(chǎn)生的溫度變 化而容易產(chǎn)生輸出變動，但通過使用本實施例，能夠得到穩(wěn)定的輸出。
此外，在本實施例中使用了準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件，而即使在雙折射相位匹配的情 況下，也由于通過改變激勵光的偏振方向與晶體的光軸的角度，相位匹配溫度會發(fā)生變化， 因此也能得到具有與輸出光不同的相位匹配溫度的參照光，能夠進行同樣的溫度調(diào)節(jié)，因
此在LBO、 KTP等雙折射相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件中使用時尤其理想。
此外，準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件通過部分地調(diào)節(jié)其周期，能夠自由地調(diào)節(jié)相位匹配溫 度，因此在以下情況下較為理想。例如，在去路與復路的角度較小，因而分光鏡703或光 電二極管704的設置較困難的情況下，也可以將去路與復路的角度增大為5。左右，在此情 況下，如圖9所示，復路的相位匹配溫度約為4(TC。
圖10是表示波長轉(zhuǎn)換元件溫度與輸出光以及角度不同的兩種參照光的關系的圖。如 圖IO所示，將去路與復路的角度設定為5。時參照光的溫度特性1102與輸出光的溫度特性 801不重疊，無法進行使用圖8所示那樣的溫度控制。在這樣的情況下，通過使用準相位 匹配波長轉(zhuǎn)換元件作為波長轉(zhuǎn)換元件701，并通過改變復路部分相對于去路的極化反轉(zhuǎn)周 期，能夠容易地將參照光的溫度特性1102變?yōu)榕c輸出光的溫度特性801重疊的參照光的 溫度特性1103，能夠使輸出光與參照光的溫度特性具有與圖8相同的關系。
但是，在將去路與復路的角度增大為5。左右的情況下，從圖9也可知，由角度偏差產(chǎn) 生的相位匹配溫度的偏差會增大。因此，輸出光與參照光的相位匹配溫度的差會變得容易 變動。在本實施例中，較為理想的是，在輸出光的相位匹配溫度下，參照光的輸出為最大 輸出的15%以上85%以下(理由將在后面陳述)。此外，為了抑制輸出光與參照光的相位 匹配溫度的差的不穩(wěn)定，需要抑制射向出射端的激勵光的入射角6/2°的不穩(wěn)定。
圖11是表示本發(fā)明的實施例2涉及的激光光源的另一結構的示意圖。在圖11所示的 激光光源100b中，圖7所示的激光光源100a的波長轉(zhuǎn)換元件701被變更為波長轉(zhuǎn)換元 件1201，波長轉(zhuǎn)換元件1201在復路的光路的一部分具有未形成極化反轉(zhuǎn)周期結構的部分 NP。
如圖ll所示，在使用具有在復路的光路的一部分未形成極化反轉(zhuǎn)周期結構的部分NP 的波長轉(zhuǎn)換元件1201的情況下，如圖12所示，參照光的溫度特性1302的溫度依賴性下 降，呈具有緩和傾斜的山形，與輸出光的溫度特性801重疊。較為理想的是，以此方式降 低參照光的溫度特性1302的溫度依賴性，擴大輸出光與參照光的相位匹配溫度的差的容 許范圍。此外，較為理想的是，在元件溫度達到輸出光的相位匹配溫度、輸出光的強度為最大 時，參照光的輸出達到參照光的最大輸出的15%以上85%以下。通過達到15%以上85% 以下，能夠充分提高S/N(信噪比)，進行高精度的溫度控制。此外，更為理想的是達到30% 以上60%以下。據(jù)此，由于相對于溫度變化的參照光的輸出變動充分地增大，因此能夠進 行高速的溫度控制，進一步減輕輸出變動。
此外，如果輸出光混入?yún)⒄展?，則混入的光會成為參照光的噪聲，因此無法進行高精 度的溫度控制。因此，較為理想的是，本實施例中的分光膜702對波長轉(zhuǎn)換光的反射率為 5%以下，此時，能夠抑制輸出光混入?yún)⒄展?。此外，為了減輕輸出光作為參照光的噪聲而 產(chǎn)生作用的效果以提高S/N，較為理想的是，提高在復路中的轉(zhuǎn)換效率。
此外，在本實施例中，由于在波長轉(zhuǎn)換元件701等內(nèi)形成兩條激勵光的光路(去路以 及復路)，因此尤其理想的是使用形成有容易校準(alignment)的板波導路(slab waveguide path)型的波長轉(zhuǎn)換元件或體型的波長轉(zhuǎn)換元件(bulk type wavelength converting element)(沒 有波導路)。尤其是，在波長轉(zhuǎn)換光的輸出為IOW以下的情況下，通過使用形成有板型波 導路的波長轉(zhuǎn)換元件，容易確保復路的激勵光的強度，能得到在復路中從激勵光轉(zhuǎn)換到波 長轉(zhuǎn)換光的高轉(zhuǎn)換效率，因此能夠充分提高參照光的S/N。
此外，在使用采用鈮酸鋰或鉭酸鋰的波長轉(zhuǎn)換元件，入射波長為1200nm以下的激勵 光，將其轉(zhuǎn)換為波長為600nm以下的波長轉(zhuǎn)換光的情況下，如果波長轉(zhuǎn)換光的輸出超過 500mW，則波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的光吸收所導致的發(fā)熱會在去路與復路之間產(chǎn)生溫度差。該 溫度差成為本實施例的控制的噪聲，因此較為理想的是，使用通過擴大光束直徑容易減輕 光吸收和由其造成的溫度上升的影響的體型的波長轉(zhuǎn)換元件。此外，體型的波長轉(zhuǎn)換元件 還具有波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的傳播損失較少的特征。
圖13是表示本發(fā)明的實施例2涉及的激光光源的又一結構的示意圖。在體型的波長 轉(zhuǎn)換元件的情況下，使用圖13所示的激光光源100c，通過使用下面所示的方法，能夠提 高復路的波長轉(zhuǎn)換效率，提高參照光的S/N。
在圖13所示的激光光源100c中，準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件701在入射端以及出射端 分別具有讓激勵光和波長轉(zhuǎn)換光都透過99%以上的反射防止膜705、 901，激勵光射入準 相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件701。透過出射端的激勵光及波長轉(zhuǎn)換光入射到反射激勵光并且讓 波長轉(zhuǎn)換光透過的分光鏡902，只有激勵光再次射入準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件701。再次 入射的激勵光再次生成波長轉(zhuǎn)換光，光電二極管704檢測該波長轉(zhuǎn)換光的輸出，控制電路 103監(jiān)視波長轉(zhuǎn)換光的輸出。在此情況下，分光鏡902為凹面鏡，通過調(diào)整分光鏡902的位置和曲率，能夠?qū)⒄?光聚光在波長轉(zhuǎn)換元件701內(nèi)，從而能夠增大參照光產(chǎn)生效率。據(jù)此，能夠減輕由輸出光 產(chǎn)生的參照光的噪聲，從而更為正確地檢測參照光輸出。
圖14是表示本發(fā)明的實施例2涉及的激光光源的又一結構的示意圖。在體型的波長 轉(zhuǎn)換元件的情況下，使用圖14所示的激光光源100d，通過使用下面所示的方法，也能夠 提高復路的波長轉(zhuǎn)換效率，提高參照光的S/N。
在圖14所示的激光光源100d中，與圖13相同，準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件701在入 射端以及出射端分別具有讓激勵光和波長轉(zhuǎn)換光都透過99%以上的反射防止膜705、 901， 激勵光射入準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件701。從準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件701射出的激勵光 和波長轉(zhuǎn)換光入射到讓激勵光透過且反射波長轉(zhuǎn)換光的分光鏡601。透過分光鏡601的激 勵光經(jīng)反射激勵光的凹面鏡602反射，激勵光再次通過分光鏡601并再次射入準相位匹配 波長轉(zhuǎn)換元件701。在此，凹面鏡602用于抑制激勵光的發(fā)散。此外，再次入射到分光鏡 601并被反射的波長轉(zhuǎn)換光射入射束阻擋器707而停止。
在圖14所示的激光光源100d中，通過兩次通過反射波長轉(zhuǎn)換光的分光鏡601，能夠 更加完全地分離激勵光和波長轉(zhuǎn)換光。因此，能夠防止輸出光的一部分成為參照光的噪聲， 即使在波長轉(zhuǎn)換光的輸出為數(shù)mW程度的低輸出波長轉(zhuǎn)換的情況下，也能進行高精度的控 制。此外，更為理想的是，在分光鏡601與凹面鏡602之間插入波長轉(zhuǎn)換光吸收濾光器 603，吸收去路中產(chǎn)生的波長轉(zhuǎn)換光。
(實施例3)
圖15是表示本發(fā)明的實施例3涉及的激光光源的結構的示意圖。以下，用圖15來說 明本發(fā)明的實施例3涉及的作為波長轉(zhuǎn)換裝置而起作用的激光光源。
在圖15所示的激光光源100e中，與實施例1和實施例2相同，半導體激光器101 用來自電流驅(qū)動電路102的電流輸出激勵光。此外，與實施例2相同，激勵光射入準相位 匹配波長轉(zhuǎn)換元件701，生成輸出光和參照光，通過光電二極管704監(jiān)視參照光的輸出。 此外，輸出光入射到反射輸出光約1Q/。的光分歧鏡(light splitting mirror) 1001，被反射的輸 出光射入激勵光吸收濾光器1002，混入的激勵光被除去，僅有透過的輸出光通過光電二極 管1003來監(jiān)視。
在本實施例中，控制電路103與實施例l相同，基于被監(jiān)視的輸出光的強度進行輸出 恒定控制，此外，與實施例2相同，進行使用參照光的溫度控制。通過這些控制，在本實施例中，與實施例l相同，輸出總是保持穩(wěn)定，并且與實施例2相同，元件溫度與相位匹 配溫度總是大體上一致。其結果是，能夠防止在偏離了相位匹配溫度的溫度下進行波長轉(zhuǎn) 換時發(fā)生的光束劣化。
此外，在本實施例中，由于使輸出光的強度恒定，所以在讓從作為激勵光光源的半導 體激光器101生成的激勵光的輸出發(fā)生變動時，輸出光的相位匹配溫度時的參照光的輸出 會發(fā)生變動。因此，較為理想的是監(jiān)視復路的激勵光的輸出。在本實施例中，控制電路103 用光電二極管1004測量經(jīng)分光鏡703反射的激勵光的輸出，通過合計測量到的激勵光的 輸出和由光電二極管704測量到的參照光的輸出，能夠監(jiān)視復路的激勵光的輸出，從而能 夠與實施例1相同地進行輸出恒定控制。
此外，在本實施例的情況下，較為理想的是，基于在輸出光的相位匹配溫度時復路中 的標準化波長轉(zhuǎn)換效率，來進行實施例2中記載的溫度控制。在此，標準化波長轉(zhuǎn)換效率 是用復路的激勵光輸出的2次方除參照光輸出所得的值。
(實施例4)
圖16是表示本發(fā)明的實施例4涉及的激光光源的結構的示意圖。以下，用圖16來說 明本發(fā)明的實施例4涉及的作為波長轉(zhuǎn)換裝置而起作用的激光光源。
圖16所示的激光光源100f，其結構為在圖13所示的激光光源100c中進一步添加了 分光鏡1401、 1402和光電二極管1403。在本實施例中，在圖16的復路中激勵光的一部 分被轉(zhuǎn)換為波長轉(zhuǎn)換光后，波長轉(zhuǎn)換光和激勵光入射到反射激勵光且讓波長轉(zhuǎn)換光透過的 分光鏡1401。透過分光鏡1401的波長轉(zhuǎn)換光，與實施例2相同射入光電二極管704，其 輸出作為第一參照光的輸出被加以監(jiān)視。
另一方面，經(jīng)分光鏡1401反射的激勵光再次射入波長轉(zhuǎn)換元件701。以后，將從半 導體激光器101入射的激勵光在波長轉(zhuǎn)換元件701內(nèi)的光路作為第一去路，將經(jīng)分光鏡 1401反射的激勵光在波長轉(zhuǎn)換元件701內(nèi)的光路作為第二去路。在第二去路中，激勵光 的一部分被轉(zhuǎn)換為波長轉(zhuǎn)換光，從波長轉(zhuǎn)換元件701射出后，入射到反射激勵光且讓波長 轉(zhuǎn)換光透過的分光鏡1402。透過分光鏡1402的波長轉(zhuǎn)換光的輸出作為第二參照光受到光 電二極管1403監(jiān)視。此外，經(jīng)分光鏡1402反射的激勵光射入射束阻擋器706而停止。
在此，在本實施例中，例如，對分光鏡902、 1401以及波長轉(zhuǎn)換元件701的角度進 行調(diào)節(jié)，使得波長轉(zhuǎn)換元件701的極化反轉(zhuǎn)周期方向與第一去路、復路以及第二去路所成 的角度分別為1.00°、 1.44°、 0.00°。由此，如圖17所示，第一參照光的溫度特性1502(圖中的虛線)與第二參照光的溫度特性1503 (圖中的點劃線)分別向輸出光的溫度特性 1501 (圖中的實線)的低溫一側(cè)和高溫一側(cè)移動0.7'C重疊。
在本實施例中，監(jiān)視第一參照光以及第二參照光的輸出，用加熱器105加熱或冷卻波 長轉(zhuǎn)換元件701以使輸出光達到最大。例如，在輸出光的強度達到最大的波長轉(zhuǎn)換元件溫 度下，預先測量第一參照光與第二參照光的輸出比，控制電路103預先存儲該輸出比，對 波長轉(zhuǎn)換元件701的溫度進行調(diào)節(jié)，以使第一參照光與第二參照光的輸出比接近預先存儲 的值。在圖17所示的例子的情況下，控制電路103在輸出比(第一參照光的輸出/第二參 照光的輸出)大于預先存儲的值時，進行增加波長轉(zhuǎn)換元件701的溫度的控制，在輸出比 小于預先存儲的值時，進行降低波長轉(zhuǎn)換元件701的溫度的控制。
這樣，在本實施例中，由于是基于輸出比(第一參照光的輸出/第二參照光的輸出)來 實施波長轉(zhuǎn)換元件701的溫度控制，因此，即使在去路中的波長轉(zhuǎn)換效率或去路中未被轉(zhuǎn) 換的激勵光的輸出發(fā)生變動的情況下，也能以高精度實施溫度控制。
此外，作為波長轉(zhuǎn)換元件701，與實施例2相同，較為理想的是使用以鈮酸鋰或鉭酸 鋰為主的準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件，從而能夠進行高效率的波長轉(zhuǎn)換。此外，準相位匹配 波長轉(zhuǎn)換元件，由于容易部分調(diào)節(jié)極化反轉(zhuǎn)周期結構的周期或者部分形成沒有極化反轉(zhuǎn)周 期結構的部分，因此能夠自由調(diào)節(jié)第一參照光以及第二參照光的相位匹配溫度和溫度容許 范圍。此外，使用鈮酸鋰或鉭酸鋰的波長轉(zhuǎn)換元件，雖然由于吸收激勵光或波長轉(zhuǎn)換光所 產(chǎn)生的溫度變化而容易產(chǎn)生輸出變動，但通過使用本實施例，能夠得到穩(wěn)定的輸出。
此外，即使在雙折射相位匹配的情況下，也由于通過改變激勵光的偏振方向與晶體的 光軸的角度，相位匹配溫度會發(fā)生變化，因此也能夠得到具有與輸出光不同的相位匹配溫 度的第一參照光以及第二參照光，能夠進行相同的溫度調(diào)節(jié)。尤其是，在高輸出波長轉(zhuǎn)換 特性良好的LBO或廉價的KTP等雙折射相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件中使用時，本實施例是有 益的。
此外，較為理想的是，在元件溫度達到輸出光的相位匹配溫度、輸出光的強度成為最 大時，第一參照光以及第二參照光的輸出達到各自的最大值的15%以上85%以下。通過達 到15%以上85%以下，能夠充分提高S/N，進行高精度的溫度控制。此外，更為理想的是 達到30%以上60%以下。據(jù)此，由于相對于溫度變化的第一參照光以及第二參照光的輸出 變動充分地增大，因此能夠進行高速的溫度控制，進一步減輕輸出光的輸出變動。
此外，在輸出光混入第一參照光以及第二參照光的情況下或者第一參照光混入第二參 照光的情況下，無法進行高精度的溫度控制。因此，較為理想的是，將本實施例中的分光鏡902、 1401的波長轉(zhuǎn)換光反射率設定為5°/。以下，防止混入。
此外，在本實施例的激光光源100f中，在波長轉(zhuǎn)換元件701內(nèi)形成三條激勵光的光 路(第一去路、復路以及第二去路)，因此尤其理想的是使用形成容易校準的板波導路型 的波長轉(zhuǎn)換元件或體型的波長轉(zhuǎn)換元件(沒有波導路)。尤其是，在波長轉(zhuǎn)換光輸出為IOW 以下的情況下，通過使用形成板型波導路的波長轉(zhuǎn)換元件，容易確保復路的激勵光的強度， 能得到從復路中的激勵光到波長轉(zhuǎn)換光的高轉(zhuǎn)換效率，因此能夠充分提高第一參照光以及 第二參照光的S/N。
此外，在使用采用鈮酸鋰或鉭酸鋰的波長轉(zhuǎn)換元件，入射波長為1200nm以下的激勵 光，將其轉(zhuǎn)換為波長為600nm以下的波長轉(zhuǎn)換光的情況下，如果波長轉(zhuǎn)換光輸出超過 500mW，則波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的光吸收導致的發(fā)熱會在第一去路、復路以及第二去路之間 產(chǎn)生溫度差。該溫度差成為本實施例的控制的噪聲，因此較為理想的是，使用通過擴大光 束直徑容易減輕光吸收和由其造成的溫度上升的影響的體型的波長轉(zhuǎn)換元件。
此外，在體型的波長轉(zhuǎn)換元件的情況下，通過調(diào)節(jié)分光鏡902、 1401的曲率，能夠提 高復路以及第二去路的波長轉(zhuǎn)換效率，從而能夠提高第一參照光以及第二參照光的S/N。
此外，作為本實施例的另一結構，也可考慮圖18所示那樣的結構。圖18是表示本發(fā) 明的實施例4涉及的激光光源的另一結構的示意圖。
在圖18所示的激光光源100g中，從半導體激光器101射出的激勵光射入波長轉(zhuǎn)換元 件701，其一部分被轉(zhuǎn)換為波長轉(zhuǎn)換光后，用凹面鏡1904、 1901僅將激勵光分歧為第一 激勵光和第二激勵光兩束，再次射入波長轉(zhuǎn)換元件701。在此，例如，凹面鏡1904讓99% 以上的波長轉(zhuǎn)換光透過，并反射大約50%的激勵光，射出第一激勵光，凹面鏡1901讓99% 以上的波長轉(zhuǎn)換光透過，并反射大約99%的激勵光，射出第二激勵光。
這兩束第一及第二激勵光分別在波長轉(zhuǎn)換元件701內(nèi)被轉(zhuǎn)換為第一及第二波長轉(zhuǎn)換 光，第一及第二波長轉(zhuǎn)換光經(jīng)過反射激勵光并且讓波長轉(zhuǎn)換光透過的分光鏡703、 1902， 作為第一及第二參照光而被光電二極管704、 1903監(jiān)視。此外，經(jīng)分光鏡703、 1902反 射的激勵光射入射束阻擋器706、 707而停止。
在此，在本實施例中，與圖16所示的例子相同，例如，對凹面鏡1904、 1901以及 波長轉(zhuǎn)換元件701的角度進行調(diào)節(jié)，以使波長轉(zhuǎn)換元件701的極化反轉(zhuǎn)周期方向與從半導 體激光器101射出的激勵光(去路)、以及被凹面鏡1904、 1901反射的第一及第二激勵 光(第一及第二兩條復路)所成的角度分別為1.00° (=92)、 1.44° (=91 + 92)、 0.00°。 因此，在圖18所示的例子中，也能夠發(fā)揮與圖16所示的例子相同的效果，這一點自不待言。此外，在本結構中，由于兩個復路的激勵光的輸出比恒定，因此能夠提高根據(jù)這兩個 參照光的輸出比進行溫度控制的精度，從而以更高的效率得到穩(wěn)定的輸出光。
(實施例5)
圖19是表示本發(fā)明的實施例5涉及的激光光源的結構的示意圖。以下，用圖19說明 本發(fā)明的實施例5涉及的作為波長轉(zhuǎn)換裝置而起作用的激光光源。
圖19所示的激光光源100h包括半導體激光器IOI、電流驅(qū)動電路102、控制電路 103、加熱器105、衍射光學元件1601、激勵光吸收濾光器1602、 1603、光電二極管1604、 1605、準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件1606、以及反射防止膜705、 1607。
半導體激光器101與實施例2相同，用來自電流驅(qū)動電路102的電流生成激勵光。在 本實施例中，激勵光首先射入衍射光學元件1601，被分歧成主光路1608、兩條副光路 1609、 1610的三個方向。在此，將主光路1608、副光路1609、 1610的激勵光的功率比 設為例如98 : 1 : 1。
分歧后的占激勵光輸出的98%的輸出最大的主光路1608的激勵光射入波長轉(zhuǎn)換元件 1606，其一部分被轉(zhuǎn)換為波長轉(zhuǎn)換光，作為輸出光射出到激光光源100h的外部。副光路 1609、 1610的激勵光射入波長轉(zhuǎn)換元件1606，其一部分被轉(zhuǎn)換為波長轉(zhuǎn)換光。副光路 1609、 1610的波長轉(zhuǎn)換光分別通過激勵光吸收濾光器1602、 1603，由光電二極管1604、 1605將其輸出作為參照光的輸出而加以測量。在此，激勵光吸收濾光器1602、 1603吸收 激勵光，并讓波長轉(zhuǎn)換光透過。
在本實施例中，通過針對每一部分(主光路1608的激勵光通過的中間部、副光路1609 的激勵光通過的上部以及副光路1610的激勵光通過的下部)改變準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元 件1606的極化反轉(zhuǎn)周期，能夠使主光路1608、副光路1609、 1610中的溫度特性分別具 有圖17的溫度特性1501、 1503、 1502那樣的關系。艮卩，能夠進行與實施例4相同的控 制。
本實施例由于射入主光路與副光路的激勵光功率的比為恒定，所以即使在激勵光的輸 出變動較大的情況下，也能進行高精度的溫度控制。此外，通過在波長轉(zhuǎn)換元件1606的 出射入射面設置防止激勵光以及波長轉(zhuǎn)換光的反射的反射防止膜705、 1607，能夠防止從 副光路1609、 1610生成的波長轉(zhuǎn)換光以外的沒有意圖的波長轉(zhuǎn)換光入射到光電二級管 1604、 1605。由此，能夠進行高精度的控制。
另外，在本實施例中，示意了副光路為兩條的情況，但只要副光路為一條以上便可。但是，通過采用兩條以上，與實施例4相同，能夠基于兩個參照光的輸出比進行使用控制 電路103以及加熱器105的溫度控制，從而能夠進行更高精度的溫度控制。
此外，在本實施例中，是在每一部分使用了極化反轉(zhuǎn)周期不同的波長轉(zhuǎn)換元件，但也 可以與實施例4相同，使用調(diào)整主光路以及兩條副光路與極化反轉(zhuǎn)周期的角度的方法。與 通過改變極化反轉(zhuǎn)周期來改變相位匹配溫度的方法相比，通過改變各個光路與極化反轉(zhuǎn)周 期的角度來改變相位匹配溫度的方法能夠高精度地調(diào)節(jié)相位匹配溫度。
但是，在角度的差過小，難以分離來自各個光路的波長轉(zhuǎn)換光的情況下，更為理想的 是，如實施例2所示，使用調(diào)節(jié)各個光路中的極化反轉(zhuǎn)周期和相對于極化反轉(zhuǎn)周期方向的 角度這兩個的方法。雖然也基于光源的尺寸，但在主光路與副光路的角度為10。以下時， 適合用該方法。
(實施例6)
圖20是表示本發(fā)明的實施例6涉及的激光光源的結構的示意圖。以下，用圖20來說 明本發(fā)明的實施例6涉及的作為波長轉(zhuǎn)換裝置而起作用的激光光源。
圖20所示的激光光源lOOi包括半導體激光器IOI、電流驅(qū)動電路102、控制電路 103、加熱器105、準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件1701、光反射膜1702、分光膜1703、光分 歧鏡1704、 1705以及光電二極管1706、 1707。
半導體激光器101與實施例2相同，用來自電流驅(qū)動電路102的電流生成激勵光。在 本實施例中，激勵光射入準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件1701，在形成于準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元 件1701的兩端面的光反射膜1702與分光膜1703之間多次反射，形成多條光路。在此， 光反射膜1702同時反射激勵光和波長轉(zhuǎn)換光，分光膜1703反射激勵光，讓波長轉(zhuǎn)換光透 過。因此，在各光路中產(chǎn)生的波長轉(zhuǎn)換光從形成分光膜1703的端面射出。射出的波長轉(zhuǎn) 換光的一部分經(jīng)光分歧鏡1704、 1705分歧，射入光電二極管1706、 1707，其輸出被加 以監(jiān)視。
在本實施例的激光光源100i中，通過針對每一光路改變準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件 1701的極化反轉(zhuǎn)周期(例如，通過隨著從上部向下部移動而使極化反轉(zhuǎn)周期變窄)，使各 光路的相位匹配溫度一點點錯開。其結果是，如圖21所示，輸出光的全功率(totalpower of output light)的溫度特性1801從4(TC到6(TC具有穩(wěn)定的溫度特性，因此，相對于溫度 變化的輸出變化得以減輕，即使在溫度變化劇烈的環(huán)境下也能實現(xiàn)輸出穩(wěn)定的激光光源。
但是，由于全功率的溫度特性1801從40'C到6(TC呈大致平坦的特性，所以在40°C到6(TC之間，無法根據(jù)輸出光的值預測準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件1701的溫度，無法進行 加熱或冷卻的判斷。于是，在本實施例中，將從相位匹配溫度最低的光路和相位匹配溫度 最高的光路生成的波長轉(zhuǎn)換光的一部分作為參照光，分別入射到光電二極管1706、 1707， 對其輸出進行監(jiān)視。如圖21所示，入射到光電二極管1706、 1707的參照光的溫度特性 1802、 1803分別在4CTC和6CTC達到最大。即，通過監(jiān)視它們的輸出，在輸出光的溫度達
到開始下降的4crc以下或6crc以上之前，能夠進行準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件1701的加熱 或冷卻的判斷。
此外，在本實施例中，由于波長轉(zhuǎn)換元件1701內(nèi)激勵光的光路較長，所以由于衍射 激光的光束直徑擴大，波長轉(zhuǎn)換效率下降。因此，作為波長轉(zhuǎn)換元件1701，較為理想的是 使用板波導路型的波長轉(zhuǎn)換元件，由此能夠減輕其中一個方向的衍射效果，從而能夠得到 較高的波長轉(zhuǎn)換效率。
此外，在實施例1至6的結構中，較為理想的是，波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的多條光路分別離 開加熱器(波長轉(zhuǎn)換元件的溫度調(diào)節(jié)部件)相同程度的距離，因此，實施例1至6的加熱 器設置在與各圖的紙面平行的波長轉(zhuǎn)換元件的側(cè)面(背面)。由此，減輕光路間的溫度差， 提高溫度控制的精度。另外，配置加熱器的面并不特別限定于上述的例子，能夠進行各種 變更。
(實施例7)
圖22是表示本發(fā)明的實施例7涉及的圖像顯示裝置的結構的一個例子的概要結構圖。 如圖22所示，本實施例的圖像顯示裝置2010包括多個激光光源2001a、 2001b、 2001c和讓來自多個激光光源2001a、2001b、2001c的激光射束掃描的多個掃描部2002a、 2002b、 2002c。并且，使用紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)三種顏色的激光光源2001a、 2001b、 2001c作為光源。紅色激光光源(R光源)2001a使用波長為640nm的采用基于 AlGalnP/GaAs材料(A!GalnP/GaAs-basedmaterial)的半導體激光器裝置，藍色激光光源(B 光源)2001c使用波長為450mn的采用基于GaN材料(GaN-based material)的半導體激光 器裝置。此外，綠色激光光源(G光源)2001b使用實施例l至6中的任一個的激光光源， 作為射出波長為532nm的激光的波長轉(zhuǎn)換裝置來使用。
從圖像顯示裝置2010的R、 G、 B的各光源2001a、 2001b、 2001c射出的激光射束， 通過聚光透鏡2009a、 2009b、 2009c而被聚光后，通過構成掃描部的反射型二維射束掃 描部2002a、 2002b、 2002c掃描到擴散板2003a、 2003b、 2003c上。圖像數(shù)據(jù)被分為R、G、 B各自的數(shù)據(jù)，與各數(shù)據(jù)對應的信號被輸入到空間調(diào)制元件2005a、 2005b、 2005c。 來自擴散板2003a、 2003b、 2003c的激光射束通過場透鏡2004a、 2004b、 2004c而被匯 聚，輸入到空間調(diào)制元件2005a、 2005b、 2005c并根據(jù)圖像數(shù)據(jù)加以調(diào)制后，通過由二 色棱鏡2006合波，彩色圖像得以形成。以此方式合波的圖像通過投影透鏡2007被投影到 屏幕2008。
但是，在從G光源2001b入射到空間調(diào)制元件2005b的光路中，插有用于使G光在 空間調(diào)制元件2005b上的光點與R光及B光相同的凹透鏡2009。此外，G光源2001b， 通過在實施例1至6所示的G光源中附加聚光透鏡(未圖示)等光學部件，將輸出光的多 個光束聚光，使反射型二維射束掃描部2002b易于進行掃描。此外，在反射型二維射束掃 描部2002a、 2002c與擴散板2003a、 2003c之間配置鏡2011a、 2011c。
這樣，在本實施例的圖像顯示裝置2010中，G光源2001b使用實施例l至6所示的 G光源。即，圖像顯示裝置2010包括屏幕2008，多個激光光源2001a、 2001b、 2001c， 和讓來自激光光源2001a、 2001b、 2001c的激光射束掃描的掃描部2002a、 2002b、 2002c， 其中激光光源2001a、 2001b、 2001c采用使用至少分別射出紅色、綠色以及藍色的光源 的結構，激光光源2001a、 2001b、 2001c中，至少綠色的光源(G光源)2001b使用實 施例1至6的任一個激光光源。
通過采用這樣的結構，能夠?qū)崿F(xiàn)色彩再現(xiàn)性良好、低功耗的穩(wěn)定的圖像顯示裝置。此 外，也可以從本實施例的圖像顯示裝置2010的結構中省去屏幕2008，直接在視網(wǎng)膜上形 成圖像。通過這樣做，能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗、小型且廣視角的圖像顯示。
(實施例8)
圖23是表示本發(fā)明的實施例8涉及的圖像顯示裝置的結構的一個例子的概要結構圖。 在本實施例中，作為圖像顯示裝置的一個例子，給出液晶顯示裝置2106的示意結構，液 晶顯示裝置2106使用包含作為G光源的實施例1至6中的任一個激光光源的背光照明裝 置2101。
如圖23所示，液晶顯示裝置2106的結構為包括作為空間調(diào)制元件的液晶顯示面板 2107和從背面一側(cè)照明液晶顯示面板2107的背光照明裝置2101。而且，背光照明裝置 2101的光源為激光光源2102，激光光源2102至少包含分別射出紅色、綠色以及藍色的 R光源2102a、 G光源2102b以及B光源2102c。即，R光源2102a、 G光源2102b以 及B光源2102c分別射出紅色、綠色以及藍色的激光。激光光源2102中的G光源2102b使用由實施例1至6所示的激光光源構成的G光源。
在此，R光源2102a，使用波長為640nm的采用AlGalnP/GaAs系材料的半導體激 光器裝置，藍色激光光源(B光源)2102c，使用波長為450nm的采用GaN系材料的半 導體激光器裝置。此外，綠色激光光源(G光源)2102b，使用實施例l至6中所示的任 一個的激光光源，作為射出波長532nm的激光的波長轉(zhuǎn)換裝置來使用。
下面對本實施例的液晶顯示裝置2106的結構進行具體說明。本實施例中的液晶顯示 裝置2106包括背光照明裝置2101和液品顯示面板2107，其中，液晶顯示面板2107具 有偏振板2108和液晶板2109，利用從該背光照明裝置2101射出的R光、G光以及B光 的激光進行圖像顯示，。
背光照明裝置2101包括匯集來自R光源2102a、 G光源2102b以及B光源2102c 的R光、G光以及B光的激光并經(jīng)由導光部2104引導至導光板2105的光纖2103，和被 導入的R光、G光以及B光的激光均勻充滿而從主面(未圖示)射出激光的導光板2105。 另外，G光源2102b在實施例l至6所示的激光光源中附加聚光透鏡(未圖示)等光學部 件，輸出光的多個光束聚光到光纖2103后被引導至導光板2105。
因此，在本實施例中，也能夠?qū)崿F(xiàn)色彩再現(xiàn)性良好、低功耗的穩(wěn)定的圖像顯示裝置。 另外，在上述說明中，作為使用激光光源的圖像顯示裝置，示出了將透過型液晶面板作為 空間調(diào)制元件使用的液晶顯示裝置，當然，將DMD鏡或反射型LCOS用于空間調(diào)制元件 的投影儀等圖像顯示裝置也能顯示相同的效果。
(實施例9)
圖24是表示本發(fā)明的實施例9涉及的激光加工裝置的結構的一個例子的概要結構圖。 在此，激光加工裝置使用實施例1至6中的任一個激光光源。
如圖24所示，激光加工裝置2201包括激光光源2202、掃描鏡2203以及工作臺2204， 對樣品2205進行加工。激光光源2202采用實施例1至6的其中之一所示的激光光源， 通過由掃描鏡2203反射從激光光源2202射出的激光來照射樣品2205，使樣品2205上 的激光照射位置沿Y軸方向移動。同時，通過使載有樣品2205的工作臺2204沿X軸方 向移動，使樣品2205上的激光照射位置沿X軸方向移動。
在這樣的結構中，例如，通過使激光光源2202脈沖振蕩讓激光照射到任意的激光照 射位置，能夠在樣品2205的表面上實施任意圖案的打標(marking)。此外，將樣品2205 設置在水槽內(nèi)，與上述相同，通過讓激光對著樣品2205的表面上脈沖照射，也能應用于激光噴丸(laser peening)等。
這樣，實施例1至6的激光光源能夠生成穩(wěn)定的射束質(zhì)量高的激光，作為激光打標 (laser marking)或激光噴丸等激光加工裝置中使用的光源是較為理想的。
此外，較為理想的是，在激光噴丸中使用生成作為波長轉(zhuǎn)換光的波長為441mn以上 592nm以下的光的激光光源，由此，可以防止水通過吸收激光而蒸發(fā)，從而能夠取得樣品 2205的照射面上的較高的激光噴丸效果。
在本實施例中，描述了使用掃描鏡的激光掃描型加工裝置，但這是使用激光光源的加 工裝置的一個例子，也可以采用具有例如，讓激光光源生成的激光射入光纖，對朝向光纖 的相反面(出射端)的任意照射面照射激光的結構的加工裝置。通過采用這樣的結構，能 夠?qū)崿F(xiàn)手術用的激光加工裝置。.
此外，在將波長轉(zhuǎn)換生成的波長轉(zhuǎn)換光射入光纖加以使用的情況下，為了減輕射入光 纖時的插入損失，使用M2 (M的平方)為1.4以下的光束質(zhì)量好的激光光源較為理想。
此外，本說明書中各實施例所示的結構為一個例子，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi) 能夠進行各種各樣的變更，這一點自不待言。
根據(jù)上述的各實施例，將本發(fā)明歸納如下。即，本發(fā)明所提供的激光光源包括激勵 光光源；采用非線性光學晶體的波長轉(zhuǎn)換元件，其具有讓來自上述激勵光光源的激勵光經(jīng) 過的多條光路，通過將經(jīng)過上述多條光路的激勵光轉(zhuǎn)換為波長轉(zhuǎn)換光，生成具有第一溫度 特性且向裝置外部射出的輸出光和具有與上述第一溫度特性不同的第二溫度特性的參照 光；測量上述參照光的參照光測量部；以及基于由上述參照光測量部測量到的參照光來控
制上述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度的控制部。
在該激光光源中，波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)形成有讓激勵光經(jīng)過的多條光路，監(jiān)視具有與作為 向激光光源外部輸出的波長轉(zhuǎn)換光的輸出光不同的溫度特性的參照光，對波長轉(zhuǎn)換元件進 行溫度控制，因此參照光的強度在輸出光的強度達到最大的元件溫度下具有傾斜部分，通 過利用該傾斜部分控制波長轉(zhuǎn)換元件的溫度，能夠在輸出光的強度達到最大的元件溫度附 近進行高速的溫度控制，從而能夠大幅度減輕以往的溫度控制中發(fā)生的輸出變動，并能夠 使輸出得以穩(wěn)定。
較為理想的是，上述輸出光具有在第一元件溫度下達到最大值的第一溫度特性，上述 參照光具有在與上述第一元件溫度不同的第二元件溫度下達到最大值的第二溫度特性，上 述參照光的強度在上述輸出光的強度達到最大值的元件溫度下為上述參照光的最大值的
15%以上85%以下，而為上述參照光的最大值的30%以上60%以下則更為理想。在前者的情況下，S/N足夠高，能夠進行高精度的溫度控制，而在后者的情況下，由 于相對于溫度變化的參照光的輸出變動足夠地增大，因此能夠進行高速的溫度控制，進一 步減輕輸出變動。
較為理想的是，上述控制部預先存儲上述輸出光的強度達到最大值的元件溫度下的上 述參照光的強度，調(diào)整上述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度，以使由上述參照光測量部測量到的參照 光的強度達到所存儲的參照光的強度。
在此情況下，由于預先存儲元件溫度達到輸出光的相位匹配溫度時參照光的強度，進 行溫度調(diào)節(jié)以使參照光達到預先存儲的值，所以通過監(jiān)視參照光的輸出，能夠立即進行加 熱或冷卻的判斷。其結果是，能夠進行高速的溫度控制，并且能夠以高效率進行穩(wěn)定的波 長轉(zhuǎn)換，此外，還能夠防止輸出光的光束劣化。
上述控制部也可以根據(jù)由上述參照光測量部測量到的參照光計算上述波長轉(zhuǎn)換元件 的標準化波長轉(zhuǎn)換效率，并且預先存儲上述輸出光的強度達到最大值的元件溫度下的標準 化波長轉(zhuǎn)換效率，調(diào)整上述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度，以使根據(jù)由上述參照光測量部測量到的 參照光計算出的標準化波長轉(zhuǎn)換效率達到所存儲的標準化波長轉(zhuǎn)換效率。
在此情況下，由于預先存儲元件溫度達到輸出光的相位匹配溫度時的標準化波長轉(zhuǎn)換 效率，進行溫度調(diào)節(jié)以使標準化波長轉(zhuǎn)換效率達到預先存儲的值，所以通過監(jiān)視標準化波 長轉(zhuǎn)換效率，能夠立即進行加熱或冷卻的判斷。其結果是，能夠進行高速的溫度控制，并 且能夠以高效率進行穩(wěn)定的波長轉(zhuǎn)換，此外，還能夠防止輸出光的光束劣化。進而，由于 標準化波長轉(zhuǎn)換效率的增減不受激勵光的輸入的增減的影響，僅依賴于元件溫度，因此能 夠高精度地進行溫度控制。
上述參照光測量部也可以包括測量具有在低于上述第一元件溫度的低溫下達到最大 值的向低溫一側(cè)移動的溫度特性的第一參照光的第一參照光測量部，和測量具有在高于上 述第一元件溫度的高溫下達到最大值的向高溫一側(cè)移動的溫度特性的第二參照光的第二 參照光測量部，上述控制部計算由上述第一及第二參照光測量部測量到的第一及第二參照 光的輸出比，并且預先存儲上述輸出光的強度達到最大值的元件溫度下的第一及第二參照 光的輸出比，調(diào)整上述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度，以使根據(jù)由上述第一及第二參照光測量部測 量到的第一及第二參照光而計算出的輸出比達到所存儲的輸出比。
在此情況下，由于預先存儲元件溫度達到輸出光的相位匹配溫度時第一參照光與第二 參照光的輸出比，能夠在輸出比大于預先存儲的值時進行增加波長轉(zhuǎn)換元件的溫度的控 制，在小于時進行減小波長轉(zhuǎn)換元件的溫度的控制，所以，即使在多條激勵光的光路中的去路中的波長轉(zhuǎn)換效率、或去路中未被轉(zhuǎn)換的激勵光的輸出發(fā)生變動的情況下，也能夠高 精度地實施溫度控制。
較為理想的是，上述激光光源還包括測量上述輸出光的一部分的輸出光測量部，上述 控制部基于由上述輸出測量部測量到的輸出光，控制上述激勵光光源，以使輸出到裝置外 部的上述輸出光的強度為恒定。
在此情況下，既基于輸出光的強度進行輸出恒定控制，又進行使用參照光的溫度控制， 因此輸出總是保持穩(wěn)定，并且元件溫度與相位匹配溫度總是大體上一致，從而能夠防止在 偏離相位匹配溫度的溫度下進行波長轉(zhuǎn)換時發(fā)生的光束劣化。
較為理想的是，上述激光光源還包括測量從上述波長轉(zhuǎn)換元件射出的激勵光的激勵光
在此情況下，通過合計測量到的激勵光的輸出和測量到的參照光的輸出，能夠監(jiān)視多 條激勵光的光路中復路的激勵光的輸出，因此能夠高精度地進行輸出恒定控制。 較為理想的是，上述波長轉(zhuǎn)換元件為體型波長轉(zhuǎn)換元件。
在此情況下，通過擴大光束直徑，能夠減輕光吸收和由其造成的溫度上升的影響，并 能夠減少波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的傳播損失。
上述波長轉(zhuǎn)換元件也可以為板波導路型波長轉(zhuǎn)換元件。
在此情況下，當波長轉(zhuǎn)換光的強度為IOW以下時，容易確保多條激勵光的光路中的 復路的激勵光的強度，能得到復路中的從激勵光到波長轉(zhuǎn)換光的高轉(zhuǎn)換效率，因此能夠充
分提高參照光的S/N。
較為理想的是，上述波長轉(zhuǎn)換元件為準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件。
在此情況下，能夠部分調(diào)節(jié)極化反轉(zhuǎn)周期結構的周期或者部分形成沒有極化反轉(zhuǎn)周期
結構的部分，因此能夠自由調(diào)節(jié)多個參照光的相位匹配溫度和溫度容許范圍。
較為理想的是，上述波長轉(zhuǎn)換元件的生成上述參照光的激勵光光路中的極化反轉(zhuǎn)周期
與生成上述輸出光的激勵光光路中的極化反轉(zhuǎn)周期不同。
在此情況下，能夠容易地生成溫度特性不同的輸出光以及參照光。
較為理想的是，上述波長轉(zhuǎn)換元件采用以鈮酸鋰或鉭酸鋰為主的非線性光學晶體。在
此情況下，能夠進行高效率的波長轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明所提供的另一激光光源包括激勵光光源；采用將來自上述激勵光光源的激勵 光轉(zhuǎn)換為波長不同的波長轉(zhuǎn)換光的非線性光學晶體的波長轉(zhuǎn)換元件；將從上述波長轉(zhuǎn)換元 件射出的波長轉(zhuǎn)換光的一部分作為輸出光加以測量的輸出光測量部；以及控制部，該控制部同時進行基于由上述輸出測量部測量到的輸出光控制上述激勵光光源以使上述波長轉(zhuǎn) 換光的強度為恒定的輸出恒定控制，和調(diào)整上述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度以使上述波長轉(zhuǎn)換元 件的溫度接近相位匹配溫度的溫度控制。
在該激光光源中，由于是在將波長轉(zhuǎn)換光的輸出反饋至激勵光光源的輸出恒定控制中 進行溫度控制，以使波長轉(zhuǎn)換元件的溫度接近相位匹配溫度，所以，能夠在不停止輸出恒 定控制的情況下消除元件溫度與相位匹配溫度的偏差。其結果是，不會發(fā)生輸出的劇烈變 動，因此能夠頻繁地進行溫度控制，能夠總是維持高的波長轉(zhuǎn)換效率，并且由于總是進行 最佳溫度下的波長轉(zhuǎn)換，所以波長轉(zhuǎn)換光的光束劣化也較少。此外，在激勵光光源使用半 導體激光器的情況下，能夠減少驅(qū)動電流，能夠抑制半導體激光器的性能下降或壽命縮短。
較為理想的是，上述控制部同時進行上述輸出恒定控制，和加熱或冷卻上述波長轉(zhuǎn)換 元件以使入射到上述波長轉(zhuǎn)換元件的激勵光的強度達到最小的溫度控制。
在此情況下，監(jiān)視激勵光，進行加熱或冷卻波長轉(zhuǎn)換元件以使入射到波長轉(zhuǎn)換元件的 激勵光的強度達到最小的溫度控制，因此能夠在不使調(diào)節(jié)激勵光光源的輸入電力以使波長 轉(zhuǎn)換光的強度為恒定的輸出恒定控制停止的情況下，調(diào)整波長轉(zhuǎn)換元件的溫度以使波長轉(zhuǎn) 換元件的溫度接近相位匹配溫度。
上述控制部也可以同時進行上述輸出恒定控制，和加熱或冷卻上述波長轉(zhuǎn)換元件以使 上述波長轉(zhuǎn)換元件的標準化波長轉(zhuǎn)換效率達到最大的溫度控制。
在此情況下，進行加熱或冷卻波長轉(zhuǎn)換元件以使標準化波長轉(zhuǎn)換效率達到最大的溫度 控制，因此能夠在不使調(diào)節(jié)激勵光光源的輸入電力以使波長轉(zhuǎn)換光的強度為恒定的輸出恒 定控制停止的情況下，調(diào)整波長轉(zhuǎn)換元件的溫度以使波長轉(zhuǎn)換元件的溫度接近相位匹配溫 度。此外，標準化波長轉(zhuǎn)換效率的增減不受激勵光的輸入的增減的影響，僅依賴于元件溫 度，因此能夠高精度地進行溫度控制。
上述控制部也可以同時進行上述輸出恒定控制，和加熱或冷卻上述波長轉(zhuǎn)換元件以使 從上述波長轉(zhuǎn)換元件射出的激勵光的強度達到最小的溫度控制。
在此情況下，進行加熱或冷卻波長轉(zhuǎn)換元件以使從上述波長轉(zhuǎn)換元件射出的激勵光的 強度達到最小的溫度控制，因此能夠在不使調(diào)節(jié)激勵光光源的輸入電力以使波長轉(zhuǎn)換光的 強度為恒定的輸出恒定控制停止的情況下，調(diào)整波長轉(zhuǎn)換元件的溫度以使波長轉(zhuǎn)換元件的 溫度接近相位匹配溫度。
上述控制部也可以同時進行上述輸出恒定控制，和加熱或冷卻上述波長轉(zhuǎn)換元件以使 上述激勵光光源的輸入電力達到最小的溫度控制。在此情況下，進行加熱或冷卻波長轉(zhuǎn)換元件以使激勵光光源的輸入電力達到最小的溫 度控制，因此能夠在不使調(diào)節(jié)激勵光光源的輸入電力以使波長轉(zhuǎn)換光的強度為恒定的輸出 恒定控制停止的情況下，調(diào)整波長轉(zhuǎn)換元件的溫度以使波長轉(zhuǎn)換元件的溫度接近相位匹配溫度。
較為理想的是，上述控制部預先存儲，當上述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度為相位匹配溫度時， 能得到所期望的波長轉(zhuǎn)換光的，入射到上述波長轉(zhuǎn)換元件的激勵光的強度、上述波長轉(zhuǎn)換 元件的標準化波長轉(zhuǎn)換效率、從上述波長轉(zhuǎn)換元件射出的激勵光的強度以及上述激勵光光 源的輸入電力中用于控制的值。
在此情況下，能夠進行溫度調(diào)節(jié)以使控制值達到預先存儲的值，因此能夠進行高速的 溫度控制。
較為理想的是，上述控制部當入射到上述波長轉(zhuǎn)換元件的激勵光的強度、上述波長轉(zhuǎn) 換元件的標準化波長轉(zhuǎn)換效率、從上述波長轉(zhuǎn)換元件射出的激勵光的強度以及上述激勵光 光源的輸入電力的其中之一滿足預先設定的閾值條件時，從上述溫度控制切換到控制上述 波長轉(zhuǎn)換元件的溫度恒定的溫度恒定控制。
在此情況下，溫度恒定控制中能夠減輕溫度恒定控制所需要的控制部的負荷。 較為理想的是，上述控制部控制上述激勵光光源的輸入電力使其具有上限。 在此情況下，能夠防止激勵光光源的劣化，延長激勵光光源的壽命。 較為理想的是，上述波長轉(zhuǎn)換元件為形成了極化反轉(zhuǎn)周期結構的非線性光學晶體，上 述波長轉(zhuǎn)換元件的相位匹配溫度高于環(huán)境溫度。
在此情況下，在常溫的環(huán)境下，無須波長轉(zhuǎn)換元件的冷卻功能，能夠?qū)⒘畠r的加熱器 等作為波長轉(zhuǎn)換元件的加熱以及冷卻部件使用。
較為理想的是，上述激光光源射出的激光的Mz為1.4以下。
在此情況下，能夠得到光束質(zhì)量良好的激光，因此能夠?qū)崿F(xiàn)適于激光加工用途的激光 光源。
本發(fā)明所提供的圖像顯示裝置包括多個激光光源、空間調(diào)制元件和將從上述激光光源 射出的光引導至上述空間調(diào)制元件的光學系統(tǒng)，上述多個激光光源至少包含紅色、綠色以 及藍色的激光光源，上述多個激光光源中至少綠色的激光光源為上述的任一個激光光源。
本發(fā)明所提供的另一圖像顯示裝置包括多個激光光源、掃描部和將從上述多個激光光 源射出的光引導至上述掃描部的光學系統(tǒng)，上述掃描部讓由上述光學系統(tǒng)引導的來自多個 激光光源的光掃描，上述多個激光光源至少包含紅色、綠色以及藍色的激光光源，上述多個激光光源中至少綠色的激光光源為上述的任一個激光光源。
在這些圖像顯示裝置中，由于將實施上述控制的激光光源作為顯示器使用，因此能夠 實現(xiàn)白平衡的變動少且低功耗的圖像顯示裝置。
本發(fā)明所提供的另一加工裝置包括激光光源和將從上述激光光源射出的激光引導至 加工對象的光學系統(tǒng)，上述激光光源為上述的任一個激光光源。
在該加工裝置中，由于使用實施上述控制的激光光源，因此能夠生成穩(wěn)定的光束質(zhì)量 高的激光，能夠進行激光打標或激光噴丸等激光加工。
較為理想的是，從上述激光光源生成的激光的波長為441nm以上592nm以下。
在此情況下，能夠防止由于水吸收激光而使水蒸發(fā)，因此能夠在加工對象的照射面上 實現(xiàn)高的激光噴丸效果。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
本發(fā)明所涉及的激光光源能夠?qū)崿F(xiàn)使用波長轉(zhuǎn)換元件的激光光源的輸出穩(wěn)定化以及 高效率化，因此能夠使0.5pm到0.6!im的可見區(qū)域的波長、2pm以上的中紅外區(qū)域的波 長的光穩(wěn)定輸出，應用于醫(yī)療、加工、顯示等各種各樣的領域。
權利要求
1.一種激光光源，其特征在于包括激勵光光源；波長轉(zhuǎn)換元件，采用非線性光學晶體，具有讓來自所述激勵光光源的激勵光經(jīng)過的多條光路，通過將經(jīng)過所述多條光路的激勵光轉(zhuǎn)換為波長轉(zhuǎn)換光，生成具有第一溫度特性且向裝置外部射出的輸出光和具有與所述第一溫度特性不同的第二溫度特性的參照光；參照光測量部，測量所述參照光；以及控制部，基于由所述參照光測量部測量到的參照光，控制所述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度。
2. 根據(jù)權利要求1所述的激光光源，其特征在于 所述輸出光，具有在第一元件溫度下達到最大值的第一溫度特性，所述參照光，具有在與所述第一元件溫度不同的第二元件溫度下達到最大值的第二溫 度特性，所述參照光的強度，在所述輸出光的強度達到最大值的元件溫度下，為所述參照光的最大值的15%以上85%以下。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的激光光源，其特征在于所述控制部，預先存儲所述輸出光的強度達到最大值的元件溫度下的所述參照光的強度，調(diào)整所述波長轉(zhuǎn)換元件的溫 度，以使由所述參照光測量部測量到的參照光的強度達到所存儲的參照光的強度。
4. 根據(jù)權利要求1或2所述的激光光源，其特征在于所述控制部，根據(jù)由所述參照光測量部測量到的參照光計算所述波長轉(zhuǎn)換元件的標準化波長轉(zhuǎn)換效率，并預先存儲所述 輸出光的強度達到最大值的元件溫度下的標準化波長轉(zhuǎn)換效率，調(diào)整所述波長轉(zhuǎn)換元件的 溫度，以使根據(jù)由所述參照光測量部測量到的參照光計算出的標準化波長轉(zhuǎn)換效率達到所 存儲的標準化波長轉(zhuǎn)換效率。
5. 根據(jù)權利要求1或2所述的激光光源，其特征在于 所述參照光測量部包括，測量具有在低于所述第一元件溫度的低溫下達到最大值的向低溫一側(cè)移動的溫度特性的第一參照光的第一參照光測量部，和測量具有在高于所述第一 元件溫度的高溫下達到最大值的向高溫一側(cè)移動的溫度特性的第二參照光的第二參照光 測量部；所述控制部，計算由所述第一及第二參照光測量部測量到的第一及第二參照光的輸出 比，并預先存儲所述輸出光的強度達到最大值的元件溫度下的第一及第二參照光的輸出 比，調(diào)整所述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度，以使根據(jù)由所述第一及第二參照光測量部測量到的第 一及第二參照光計算出的輸出比達到所存儲的輸出比。
6. 根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的激光光源，其特征在于還包括測量所述輸出 光的一部分的輸出光測量部，其中，所述控制部，基于由所述輸出測量部測量到的輸出光，控制所述激勵光光源，以使輸 出到裝置外部的所述輸出光的強度為恒定。
7. 根據(jù)權利要求6所述的激光光源，其特征在于還包括測量從所述波長轉(zhuǎn)換元件射 出的激勵光的激勵光測量部。
8. 根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的激光光源，其特征在于所述波長轉(zhuǎn)換元件為 體型波長轉(zhuǎn)換元件。
9. 根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的激光光源，其特征在于所述波長轉(zhuǎn)換元件為 板波導路型波長轉(zhuǎn)換元件。
10. 根據(jù)權利要求1至9中任一項所述的激光光源，其特征在于所述波長轉(zhuǎn)換元件 為準相位匹配波長轉(zhuǎn)換元件。
11. 根據(jù)權利要求10所述的激光光源，其特征在于所述波長轉(zhuǎn)換元件的生成所述參 照光的激勵光光路中的極化反轉(zhuǎn)周期，與生成所述輸出光的激勵光光路中的極化反轉(zhuǎn)周期 不同。
12. —種激光光源，其特征在于包括 激勵光光源；波長轉(zhuǎn)換元件，采用非線性光學晶體，將來自所述激勵光光源的激勵光轉(zhuǎn)換為波長不 同的波長轉(zhuǎn)換光；輸出光測量部，將從所述波長轉(zhuǎn)換元件射出的波長轉(zhuǎn)換光的一部分作為輸出光加以測 量；以及控制部，同時進行基于由所述輸出測量部測量到的輸出光控制所述激勵光光源以使所 述波長轉(zhuǎn)換光的強度為恒定的輸出恒定控制，和調(diào)整所述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度以使所述波 長轉(zhuǎn)換元件的溫度接近相位匹配溫度的溫度控制。
13. 根據(jù)權利要求12所述的激光光源，其特征在于所述控制部同時進行所述輸出恒 定控制，和加熱或冷卻所述波長轉(zhuǎn)換元件以使入射到所述波長轉(zhuǎn)換元件的激勵光的強度達 到最小的溫度控制。
14. 根據(jù)權利要求12所述的激光光源，其特征在于所述控制部同時進行所述輸出恒 定控制，和加熱或冷卻所述波長轉(zhuǎn)換元件以使所述波長轉(zhuǎn)換元件的標準化波長轉(zhuǎn)換效率達 到最大的溫度控制。
15. 根據(jù)權利要求12所述的激光光源，其特征在于所述控制部同時進行所述輸出恒 定控制，和加熱或冷卻所述波長轉(zhuǎn)換元件以使從所述波長轉(zhuǎn)換元件射出的激勵光的強度達 到最小的溫度控制。
16. 根據(jù)權利要求12所述的激光光源，其特征在于所述控制部同時進行所述輸出恒 定控制，和加熱或冷卻所述波長轉(zhuǎn)換元件以使所述激勵光光源的輸入電力達到最小的溫度 控制。
17. 根據(jù)權利要求12至16中任一項所述的激光光源，其特征在于所述控制部預先 存儲，當所述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度為相位匹配溫度時，能得到所期望的波長轉(zhuǎn)換光的，入 射到所述波長轉(zhuǎn)換元件的激勵光的強度、所述波長轉(zhuǎn)換元件的標準化波長轉(zhuǎn)換效率、從所述波長轉(zhuǎn)換元件射出的激勵光的強度以及所述激勵光光源的輸入電力中的用于控制的值。
18. 根據(jù)權利要求12至17中任一項所述的激光光源，其特征在于所述控制部，當 入射到所述波長轉(zhuǎn)換元件的激勵光的強度、所述波長轉(zhuǎn)換元件的標準化波長轉(zhuǎn)換效率、從 所述波長轉(zhuǎn)換元件射出的激勵光的強度以及所述激勵光光源的輸入電力的其中之一滿足 預先設定的閾值條件時，從所述溫度控制切換到控制所述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度恒定的溫度 恒定控制。
19. 根據(jù)權利要求12至18中任一項所述的激光光源，其特征在于所述控制部控制所述激勵光光源的輸入電力使其具有上限。
20. 根據(jù)權利要求1至19中任一項所述的激光光源，其特征在于所述波長轉(zhuǎn)換元件為形成了極化反轉(zhuǎn)周期結構的非線性光學晶體，所述波長轉(zhuǎn)換元件的相位匹配溫度高于環(huán) 境溫度。
21. 根據(jù)權利要求1至20中任一項所述的激光光源，其特征在于所述激光光源射出 的激光的1V^為1.4以下。
22. —種圖像顯示裝置，其特征在于包括 多個激光光源；空間調(diào)制元件；以及將從所述激光光源射出的光引導至所述空間調(diào)制元件的光學系統(tǒng)；其中，所述多個激光光源，至少包含紅色、綠色以及藍色的激光光源，所述多個激光光源中，至少綠色的激光光源為如權利要求1至21中任一項所述的激光光源。
23. —種圖像顯示裝置，其特征在于包括-多個激光光源；掃描部；以及將從所述多個激光光源射出的光引導至所述掃描部的光學系統(tǒng)；其中， 所述掃描部，讓由所述光學系統(tǒng)引導的來自多個激光光源的光掃描， 所述多個激光光源，至少包含紅色、綠色以及藍色的激光光源，所述多個激光光源中，至少綠色的激光光源為如權利要求1至21中任一項所述的激 光光源。
24. —種加工裝置，其特征在于包括 激光光源；以及將從所述激光光源射出的激光引導至加工對象的光學系統(tǒng)；其中， 所述激光光源為如權利要求1至21中任一項所述的激光光源。
25. 根據(jù)權利要求24所述的加工裝置，其特征在于從所述激光光源生成的激光的波 長為441nm以上592nm以下。
全文摘要
激光光源(100)包括半導體激光器(101)；采用將來自半導體激光器(101)的激勵光轉(zhuǎn)換為波長不同的波長轉(zhuǎn)換光的非線性光學晶體的波長轉(zhuǎn)換元件(104)；測量作為輸出光的從波長轉(zhuǎn)換元件(104)射出的波長轉(zhuǎn)換光的一部分的光電二極管(109)；測量從波長轉(zhuǎn)換元件(104)射出的激勵光的光電二極管(110)；以及控制部(103)；其中，控制部(103)同時進行利用電流驅(qū)動電路(102)使波長轉(zhuǎn)換光的強度恒定的輸出恒定控制和利用加熱器(105)調(diào)整波長轉(zhuǎn)換元件(104)的溫度的溫度控制。
文檔編號G02F1/37GK101622575SQ20088000610
公開日2010年1月6日 申請日期2008年12月24日 優(yōu)先權日2007年12月26日
發(fā)明者古屋博之, 山本和久, 楠龜弘一, 水島哲郎, 門脅慎一 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社