(57)【要約】【課題】波長変換光の経時的な出力低下を抑制することができるレーザ光源を提供する。【解決手段】励起レーザを先生する半導体レーザチップ７０１と、励起レーザにより励起した基本波レーザ光７０４を発振する固体レーザ結晶７０３と、基本波レーザ光７０４を波長変換レーザ光７１０に変換する、周期的分極反転構造を備えた強誘電体結晶からなる波長変換素子７０５と、前記周期的分極反転構造の分極方向と交差する波長変換素子７０５の素子面７０５ａを保持する保持部材１０２・７１１と、保持部材１０２・７１１と素子面７０５ａとの間に設けられる絶縁層１０１とを備え、絶縁層１０１の電気抵抗率が、１×１０８Ω・ｃｍ以上である。【選択図】図１
2010020285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波レーザ光を生成する基本波レーザ生成部と、
前記基本波レーザ光を異なる波長のレーザ光に変換する、周期的分極反転構造を備えた強誘電体結晶からなる波長変換素子と、
前記周期的分極反転構造の分極方向と交差する前記波長変換素子の素子面の少なくとも一部を保持する保持部材と、
前記保持部材と前記素子面との間に設けられる絶縁層と、を備え、
前記絶縁層の電気抵抗率が、１×１０８Ω・ｃｍ以上であることを特徴とするレーザ光源。
【請求項２】
前記素子面における前記保持部材により保持される面の７５％以上に前記絶縁層が設けられていることを特徴とする請求項１記載のレーザ光源。
【請求項３】
前記周期的分極反転構造の分極方向と前記素子面との成す角度が６０°以上１２０°以下であることを特徴とする請求項１または２記載のレーザ光源。
【請求項４】
前記波長変換素子がＬｉＮｂＯ３または、ＬｉＴａＯ３を主とする強誘電体結晶であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項５】
前記絶縁層は、分極反転構造が形成されていないＬｉＮｂＯ３または、ＬｉＴａＯ３であり、
前記波長変換素子と前記絶縁層とは、同一材料からなることを特徴とする請求項４に記載のレーザ光源。
【請求項６】
前記絶縁層は、プラズマＣＶＤまたはＥＣＲスパッタにより前記素子面に形成されたものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項７】
前記波長変換素子には、金属が添加されていることを特徴とする請求項４記載のレーザ光源。
【請求項８】
前記波長変換素子は、５．７５ｍｏｌ％以上のＭｇが添加されたコングルエント組成のＬｉＮｂＯ３結晶である請求項７記載のレーザ光源。
【請求項９】
前記波長変換素子は、（Ｌｉ）と（Ｌｉ＋Ｎｂ）との原子比が０．４６０≦（Ｌｉ）／（Ｌｉ＋Ｎｂ）≦０．４８６であり、添加されるＭｇのモル濃度が５．０６ｍｏｌ％以上５．３７ｍｏｌ％以下のＬｉＮｂＯ３結晶であることを特徴とする請求項７に記載のレーザ光源。
【請求項１０】
前記保持部材の熱伝導率が、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項１１】
前記基本波レーザ生成部を変調駆動させ、前記基本波レーザ光の間欠部分またはパルス部分の１周期当りのエネルギーが０．０１５Ｊを超えるように制御する制御手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項１２】
前記基本波レーザ生成部は、励起レーザを生成する励起レーザ光源と、前記励起レーザにより励起して基本波レーザ光を発振する基本波発振部とを含み、
前記基本波発振部を含む一対の共振器をさらに備え、
前記共振器内に前記波長変換素子が設けられていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項１３】
前記基本波レーザ生成部は、励起レーザを生成する励起レーザ光源を備え、
前記波長変換素子にＮｄまたはＹｂが添加されていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項１４】
前記基本波発振部は、ＮｄまたはＹｂが添加されている固体レーザ結晶であり、
前記固体レーザ結晶と前記波長変換素子とが接触していることを特徴とする請求項１２に記載のレーザ光源。
【請求項１５】
前記波長変換素子の位相整合温度が１５０℃以上であることを特徴とする請求項１４に記載のレーザ光源。
【請求項１６】
前記波長変換素子が、バルク型または２次元導波路型または３次元マルチモード導波路型であることを特徴とする請求項１２ないし１５のいずれか１項に記載のレーザ光源。
【請求項１７】
少なくとも、緑色のレーザ光源と、前記レーザ光源のレーザ光を空間変調する空間変調素子と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を前記空間変調素子に導く光学系と、を含む画像表示装置であって、
前記緑色のレーザ光源は、請求項１ないし１６のいずれか１項に記載のレーザ光源であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１８】
少なくとも、緑色のレーザ光源と、前記レーザ光源のレーザ光を走査する走査部と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を前記走査部に導く光学系と、を含む画像表示装置であって、
前記緑色のレーザ光源は、請求項１ないし１６のいずれか１項に記載のレーザ光源であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１９】
請求項１ないし１６のいずれか１項に記載のレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されるレーザ光を加工対象物に導く光学系と、を含むことを特徴とする加工装置。
【請求項２０】
前記レーザ光源から出射されるレーザ光の波長が４４１ｎｍから５９２ｎｍであることを特徴とする請求項１９に記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非線形光学効果を利用して波長変換を行う擬似位相整合波長変換素子を備えたレーザ光源、該レーザ光源を用いた画像表示装置及び加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
分極反転領域を形成した強誘電体結晶は、非線形分極の分極反転を利用した波長変換素子や、プリズム形状、レンズ形状等の反転構造を利用した光偏向器などに利用される。
【０００３】
強誘電体結晶に分極反転構造を形成する方法としては、例えば、図１５に示す方法が用いられる。すなわち、強誘電体結晶２０１の分極方向を一定方向に揃える処理を施し、その後、電源２０５と部分的に形成した電極対２０４を用いて、強誘電体結晶２０１の分極方向２０２と逆方向の電界を電極対２０４間に印加することによって、強制的に電極対２０４間の分極方向２０２を反転させる方法が用いられている。
【０００４】
この方法によれば、強誘電体結晶２０１の内部に、他の領域（非分極反転領域２０６）と分極方向２０２が反対となる分極反転領域２０３とを形成することができる。このとき、電極対２０４の二つの電極間距離（分極方向に投射した成分）が短いことが好ましい。このため、強誘電体結晶２０１は、分極方向にほぼ垂直な面で切り出され、板厚は２ｍｍ以下であることが好ましい。
【０００５】
また、分極反転領域２０３は、電極対２０４の形成位置に依存する。このため、周期的に電極対２０４を形成し、周期的な分極反転構造を形成することも可能である。
【０００６】
このように、強誘電体結晶の分極を周期的に反転させることで作製される擬似位相整合（ＱＰＭ）波長変換素子（以降、波長変換素子と略す）は、近年、広く研究が進められている。
【０００７】
特に、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）やＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）（以下、それぞれＬＮ、ＬＴと略す）などの非線形光学定数が大きな強誘電体結晶に周期的分極反転構造を形成することにより、高効率な波長変換が可能となる。
【０００８】
また、ＬＮ系またはＬＴ系の結晶にＭｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｃなどを添加することにより、光損傷耐性が向上し、室温にて高出力波長変換が可能となっている。
【０００９】
また、特許文献１に示すように、Ｍｇを添加したＬＮ（以下、ＭｇＬＮと略す。）基板に、周期電極を用いて電界を印加することで、数μｍ周期の微細な周期的分極反転構造を形成することも可能となっている。このように作製される波長変換素子を用いることで、半導体レーザなどの光の波長を変換し、印刷、光情報処理、光応用計測制御分野などに応用できる小型の短波長光源を実現することができる。また、ワット級の高出力レーザ（ファイバーレーザ、あるいは固体レーザ結晶など）の光を変換すれば、ワット級の短波長可視光（緑色、青色）、あるいは高出力な紫外レーザが実現でき、高輝度ディスプレイ、加工、露光などに応用可能な高出力短波長光源を提供することができる。特に、波長変換素子は、半導体レーザでの発振が難しい緑色レーザに対して広く研究が進められている。
【００１０】
ここで、緑色光を生成する、波長変換素子を用いた内部共振器型の波長変換レーザ光源の一例について、図１６を用いて説明する。
【００１１】
波長変換レーザ光源７００は、図１６に示すように、半導体レーザチップ７０１、固体レーザ結晶７０３、波長変換素子７０５、波長変換素子７０５を保持する保持部材７１１、及び波長変換素子７０５を制御する制御装置７１２を備えている。
【００１２】
図１６中、DC-axisは、波長変換素子７０５のC軸方向を示し、Dｆは、基本波レーザ光７０４の伝播方向を示している。
【００１３】
半導体レーザチップ７０１は、波長８０８ｎｍの励起レーザ７０２を生成する。そして、励起レーザ７０２により、後述する共振器内に設置されたＮｄ：ＹＶＯ４などからなる固体レーザ結晶７０３が励起し、波長１０６４ｎｍの基本波レーザ光７０４を発振する構成である。また、基本波レーザ光７０４は、前記共振器内の波長変換素子７０５内にて第２高調波である波長５３２ｎｍ（緑色光）の波長変換レーザ光７１０に変換される。そして、発生した波長変換レーザ光７１０（５３２ｎｍ）は共振器外部へ出力されるという仕組みになっている。
【００１４】
また、固体レーザ結晶７０３にはＮｄを２ａｔ％添加したＹＶＯ４結晶（長さ１ｍｍ）を使用している。ここで、励起レーザ７０２の偏光方向と、ＹＶＯ４結晶のＣ軸方向とが一致するように入射すれば、効率よく励起される。
【００１５】
また、固体レーザ結晶７０３の入出射面には誘電体多層膜７０６および７０８が、波長変換素子７０５の入出射面には、誘電体多層膜７０９および７０７がそれぞれ形成されている。固体レーザ結晶７０３の入射面に形成される誘電体多層膜７０６は、励起レーザ７０２の反射を防止すると共に、基本波レーザ光７０４を反射させる。固体レーザ結晶７０３の出射面に形成される誘電体多層膜７０８は、基本波レーザ光７０４の反射を防止する。波長変換素子７０５の入射面に形成される誘電体多層膜７０９は、基本波レーザ光７０４の反射を防止すると共に、波長変換レーザ光７１０を反射させる。波長変換素子７０５の出射面に形成される誘電体多層膜７０７は、波長変換レーザ光７１０の反射を防止すると共に、基本波レーザ光７０４を反射させる。これにより、固体レーザ結晶７０３の入射面に形成された誘電体多層膜７０６と、波長変換素子７０５の出射面に形成された誘電体多層膜７０７との間で１０６４ｎｍ波長帯の共振器が形成され、波長１０６４ｎｍの光がレーザ発振する。
【００１６】
ここでは、固体レーザ結晶７０３および波長変換素子７０５として、導波路構造を形成していないバルク型のものを用いているが、固体レーザ結晶７０３と波長変換素子７０５との内部において、基本波レーザ光７０４及び波長変換レーザ光７１０の一部を吸収するため、熱レンズ効果により２平面間（誘電体多層膜７０６と７０７との間）で共振する。
【００１７】
波長変換素子７０５としては、周期約７μｍの周期的分極反転構造を有する長さ５ｍｍのＭｇを添加したＬｉＮｂＯ３結晶（以下、ＰＰＭｇＬＮと略す。）を用いている。ここで、ＰＰＭｇＬＮ結晶のＣ軸（分極方向）と、固体レーザ結晶７０３であるＮｄ：ＹＶＯ４単結晶のＣ軸とが一致するように配置することで、ＰＰＭｇＬＮ結晶の位相整合条件の一つである基本波の偏光方向と分極方向との一致条件を満たすことができ、波長変換素子として動作させることができる。
【００１８】
また、波長変換効率の向上と安定化を実現させるため、波長変換素子７０５内において、基本波レーザ光７０４と波長変換レーザ光７１０との屈折率を調節し、相互作用効果を高める必要がある。ここで、屈折率は温度に依存するため、制御装置７１２を用いて、波長変換素子７０５の温度を、変換効率が最大となる温度（以下、位相整合温度と略す。）に調節する。ここで、位相整合温度は、ＰＰＭｇＬＮ結晶の分極反転周期を変えることで、任意に変えることが可能である。
【００１９】
波長変換素子７０５の位相整合温度は、設置環境に合わせて設定すればよい。例えば、設置環境が室温付近であれば、２０℃〜４０℃程度に位相整合温度を設定し、設置環境が発熱の多い装置内部の場合は、６０℃〜８０℃程度に位相整合温度を設定することが多い。また、波長変換素子７０５において、基本波レーザ光７０４の伝搬する方向に温度分布が発生することによっても変換効率が低下する。このため、一般的に、熱伝導率が高い保持部材７１１に波長変換素子７０５を固定することが好ましい。保持部材７１１としては、熱伝導率が高く安価な銅や、銅に比べて熱容量の小さなアルミニウム等を用いることが多い。
【特許文献１】特開２０００−１４７５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、強誘電体結晶に分極反転構造を形成し、当該強誘電体結晶を波長変換素子として用いたレーザ光源は、時間の経過とともに出射する波長変換光の出力が低下するという課題があった。
【００２１】
本発明の目的は、波長変換光の経時的な出力低下を抑制することができるレーザ光源を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の一局面に係るレーザ光源は、上記の目的を達成するために、基本波レーザ光を生成する基本波レーザ生成部と、前記基本波レーザ光を異なる波長のレーザ光に変換する、周期的分極反転構造を備えた強誘電体結晶からなる波長変換素子と、前記周期的分極反転構造の分極方向と交差する前記波長変換素子の素子面の少なくとも一部を保持する保持部材と、前記保持部材と前記素子面との間に設けられる絶縁層とを備え、前記絶縁層の電気抵抗率が、１×１０８Ω・ｃｍ以上であることを特徴としている。
【００２３】
上記構成によれば、周期的分極反転構造の分極方向と交差する波長変換素子の素子面には、電気抵抗率が１×１０８Ω・ｃｍ以上の絶縁層が設けられており、当該絶縁層が設けられた部位においては保持部材が直接、波長変換素子の素子面に接触しないようになっている。波長変換素子である強誘電体結晶内の自発分極が伸縮した場合に、波長変換素子の素子面における保持部材が直接接触していない部位においては、昇電効果により前記素子面に電荷が発生する。発生した電荷による電界は、自発分極の伸縮を抑制するための相殺ストレスを分極壁に生じさせる。これにより、波長変換素子内部における経時的な光吸収率の増加を抑制することが可能となり、ひいては波長変換素子による波長変換により得られる波長変換レーザ光の経時的な出力の低下を抑制することができる。
【００２４】
上記の構成において、前記素子面における前記保持部材により保持される面の７５％以上に前記絶縁層が設けられていることが好ましい。
【００２５】
上記の構成によれば、波長変換素子による波長変換効率の低下を効果的に抑制することができる。
【００２６】
上記の構成において、前記周期的分極反転構造の分極方向と前記素子面との成す角度が６０°以上１２０°以下であることが好ましい。
【００２７】
本願発明者らは、上記の角度条件となるとき、より急激な経時的光吸収増加が発生することを見出した。したがって、上記の角度条件において、波長変換レーザ光の経時的な出力の低下の抑制効果が特に顕著となる。
【００２８】
上記の構成において、前記波長変換素子がＬｉＮｂＯ３または、ＬｉＴａＯ３を主とする強誘電体結晶であることが好ましい。
【００２９】
上記の構成において、前記絶縁層は、分極反転構造が形成されていないＬｉＮｂＯ３または、ＬｉＴａＯ３であり、前記波長変換素子と前記絶縁層とは、同一材料からなることが好ましい。
【００３０】
上記の構成によれば、分極反転構造が形成されていないＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム：ＬＮ）またはＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウムＬＴ）は、電気抵抗率が１×１０１３Ω・ｃｍ以上であり、充分に絶縁層としての機能を果たす。そして、分極反転構造が形成されていないＬＮまたはＬＴを絶縁層として使用し、波長変換素子と絶縁層とを同一材料とすれば、波長変換素子と絶縁層との熱膨張係数の差が小さくなるため、両者を張り合わせた境界に、温度変化による大きな応力が作用することを防止できる。この結果、応力による屈折率変化に起因した波長変換効率の低下を抑制することができる。
【００３１】
上記の構成において、前記絶縁層は、プラズマＣＶＤまたはＥＣＲスパッタにより前記素子面に形成されたものであることが好ましい。
【００３２】
上記の構成のように、絶縁層をプラズマＣＶＤまたはＥＣＲスパッタにより形成すれば、不純物が少なく緻密な絶縁層を形成することができる。この結果、ＲＦスパッタや、ＤＣスパッタで形成した場合に比べ、不純物が少ない絶縁層となり、絶縁層においてＤＣドリフトが発生しない。これにより、波長変換素子における光吸収率の増加の抑制および出力低下の抑制をより効果的に実現できる。
【００３３】
上記の構成において、前記波長変換素子には、金属が添加されていることが好ましい。
【００３４】
上記の構成により、波長変換素子に生じる光損傷を低減することができる。なお、波長変換素子に添加する金属としては、例えば、Ｍｇ，Ｉｎ，Ｚｎ，Ｓｃ等の金属を挙げることができる。
【００３５】
上記の構成において、前記波長変換素子は、５．７５ｍｏｌ％以上のＭｇが添加されたコングルエント組成のＬｉＮｂＯ３結晶であることが好ましい。
【００３６】
上記の構成により、波長変換素子の結晶耐性が向上する。これにより、従来は結晶破壊が生じて生成が難しかった２．５Ｗを超える緑色光の生成も可能となる。
【００３７】
上記の構成において、前記波長変換素子は、（Ｌｉ）と（Ｌｉ＋Ｎｂ）との原子比が０．４６０≦（Ｌｉ）／（Ｌｉ＋Ｎｂ）≦０．４８６であり、添加されるＭｇのモル濃度が５．０６ｍｏｌ％以上５．３７ｍｏｌ％以下のＬｉＮｂＯ３結晶であることが好ましい。
【００３８】
上記の構成の波長変換素子（コングルエント組成のＭｇＬＮ結晶）に、電界を印加して分極反転構造を形成すれば、深く均一で微細な分極反転構造を波長変換素子に形成することが可能となる。特に、高変換効率の波長変換素子に必要となる、周期長が数μｍ程度の周期的分極反転構造を広い範囲に均一に形成することが可能となる。
【００３９】
上記の構成において、前記保持部材の熱伝導率が、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。
【００４０】
上記の構成によれば、波長変換素子における基本波レーザ光が伝搬する方向の温度分布のばらつきを抑制し、波長変換効率の低下を効果的に抑制することが可能となる。
【００４１】
上記の構成において、前記基本波レーザ生成部を変調駆動させ、前記基本波レーザ光の間欠部分またはパルス部分の１周期当りのエネルギーが０．０１５Ｊを超えるように制御する制御手段を備えていることが好ましい。
【００４２】
上記の構成によれば、基本波レーザ生成部を変調駆動（間欠駆動またはパルス駆動）する場合、基本波レーザ光の間欠部分またはパルス部分の１周期当りのエネルギーが０．０１５Ｊを超えると、波長変換素子での光吸収率の増加が急増するため、前記絶縁層を設けた効果（波長変換効率の低下抑制効果）がより顕著となる。
【００４３】
上記の構成において、前記基本波レーザ生成部は、励起レーザを生成する励起レーザ光源と、前記励起レーザにより励起して基本波レーザ光を発振する基本波発振部とを含み、前記基本波発振部を含む一対の共振器をさらに備え、前記共振器内に前記波長変換素子が設けられている構成としてもよい。
【００４４】
上記の構成において、前記基本波レーザ生成部は、励起レーザを生成する励起レーザ光源を備え、前記波長変換素子にＮｄまたはＹｂが添加されていることが好ましい。
【００４５】
上記の構成によれば、波長変換素子にＮｄまたはＹｂを添加することにより、励起レーザにより励起して基本波レーザ光を発振する基本波発振部を省くことができるため、レーザ光源の小型化を実現することができる。
【００４６】
上記の構成において、前記基本波発振部は、ＮｄまたはＹｂが添加されている固体レーザ結晶であり、前記固体レーザ結晶と前記波長変換素子とが接触していることが好ましい。
【００４７】
上記の構成によれば、レーザ光源の小型化を実現することができる。
【００４８】
上記の構成において、前記波長変換素子の位相整合温度が１５０℃以上であることが好ましい。
【００４９】
上記のように、固体レーザ結晶と波長変換素子とが接触している構成においては、動作中に高温になる固体レーザ結晶にあわせて、波長変換素子の位相整合温度を上記構成のように１５０℃以上の高温に設定することが好ましい。ここで、レーザ光源をＯＮ／ＯＦＦする度に、波長変換素子を不使用時の温度（設置環境温度など）から使用時の温度（位相整合温度）に加熱または冷却する必要がある。使用時の温度（位相整合温度）を１５０℃以上の高温に設計すると、レーザ光源をＯＮ／ＯＦＦする度に波長変換素子に大きな温度変化を伴うこととなる。このように、波長変換素子の温度変化が大きいほど光吸収率の増加が大きくなるため、前記絶縁層を設けた効果（波長変換効率の低下抑制効果）がより顕著となる。
【００５０】
上記の構成において、前記波長変換素子が、バルク型または２次元導波路型または３次元マルチモード導波路型であることが好ましい。
【００５１】
上記の構成によれば、熱レンズ効果に依存しないシングルモードの３次元導波路型の波長変換レーザ光源に比べて、光強度の局所化を軽減することが可能となるため、より光吸収率の増加を軽減することが可能となる。
【００５２】
本発明の他の局面に係る画像表示装置は、少なくとも、緑色のレーザ光源と、前記レーザ光源のレーザ光を空間変調する空間変調素子と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を前記空間変調素子に導く光学系と、を含む画像表示装置であって、前記緑色のレーザ光源は、前記何れかの構成のレーザ光源であることを特徴としている。
【００５３】
本発明のさらに他の局面に係る画像表示装置は、少なくとも、緑色のレーザ光源と、前記レーザ光源のレーザ光を走査する走査部と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を前記走査部に導く光学系と、を含む画像表示装置であって、前記緑色のレーザ光源が、前記何れかの構成のレーザ光源であることを特徴としている。
【００５４】
上記の各画像形成装置の構成によれば、視感度の高い緑色のレーザ出力光を効率よく得ることができるため、色再現性に優れた低消費電力の画像形成装置を実現することができる。
【００５５】
本発明のさらに他の局面に係る加工装置は、前記何れかの構成のレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を加工対象物に導く光学系と、を含むことを特徴としている。
【００５６】
上記の構成によれば、波長変換光の経時的な出力低下を抑制し、効率よく波長変換光を得ることができるため、加工装置に好適に用いることができる。
【００５７】
上記の構成において、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の波長が４４１ｎｍから５９２ｎｍであることが好ましい。
【００５８】
前記レーザ光源から出射されるレーザ光の波長が４４１ｎｍから５９２ｎｍであれば、加工対象物がその表面上に水が存在する場合であっても、当該レーザ光が水に吸収されにくく、加工対象物の照射面で高いレーザピーニング効果を発現することが可能となる。
【発明の効果】
【００５９】
上記のように構成された本発明のレーザ光源では、波長変換素子内部における経時的な光吸収率の増加を抑制することができるので、それによる経時的な出力の低下も抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００６１】
（実施の形態１）
本発明の一実施の形態に係るレーザ光源について、主に図１ないし図４、および図６（ａ）（ｂ）を参照し、以下に説明する。本実施の形態のレーザ光源は、以下に詳述するように、波長変換レーザ光の経時的な出力低下を抑制することができる。
【００６２】
本実施の形態のレーザ光源を説明するため、先ず、従来のレーザ光源を用いた比較実験の結果を示す。
【００６３】
図１６に示す従来の波長変換レーザ光源７００を用いた比較実験として、ピーク出力１Ｗ、繰り返し周波数１００ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ５０％で１０００時間パルス駆動を行った。この比較実験の結果、図１７に示すように、波長変換レーザ光源７００の運転時間が４００時間を越えたところから、波長変換レーザ光の出力が徐々に低下することが明らかとなった。
【００６４】
従来の内部共振器型波長変換レーザ光源において出力が低下する原因は、共振機内のＱ値の低下、すなわち共振器内部に光学的な損失が発生することがあげられる。
【００６５】
なお、本比較実験では、図１６に示す固体レーザ結晶７０３及び波長変換素子７０５の何れの端面においても汚損は観測されなかった。また、波長変換素子７０５の代わりに基本波レーザ光を反射するミラーを用いて、固体レーザ結晶７０３の基本波レーザ光発振効率から、固体レーザ結晶７０３の内部における光吸収率を評価したが、固体レーザ結晶７０３自身の光吸収率が増加しているわけでもないことが確認できた。
【００６６】
そこで、図１６に示す従来の波長変換レーザ光源７００において、波長変換素子７０５を加熱し、位相整合条件からはずした状態で、波長変換素子７０５内部の光吸収率を共振器内損失から算出する方法を用いて評価した。その結果を図１８に示す。連続動作時間が増加する毎に波長変換素子の１０６４ｎｍ光の吸収率が増加していることがわかる。初期状態では０．２％／ｃｍ程度であった光吸収率が、６００時間後には０．６％／ｃｍ、測定終了時の１１００時間後には１．７％／ｃｍまで増加していた。
【００６７】
同様条件下における波長変換素子の光吸収率の増加は、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｆｅなどの金属を添加したＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム：ＬＮ）またはＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウムＬＴ）に分極反転構造を形成した結晶やＫＴＰに分極反転構造を形成した結晶においても発生した。
【００６８】
上記従来のレーザ光源で生じていた波長変換素子における経時的な光吸収率の増加を抑制することができる本実施の形態の波長変換レーザ光源１００について、図１を用いて以下に説明する。
【００６９】
本実施の形態に係る波長変換レーザ光源１００は、上述した図１６に示す波長変換レーザ光源７００と同様に、内部共振器型の緑色レーザ光源であり、同様の構成を有するものについては、同一の符号を付してその説明を適宜省略する。
【００７０】
波長変換レーザ光源１００は、半導体レーザチップ７０１（基本波レーザ光源・励起レーザ光源）、固体レーザ結晶７０３（基本波レーザ光源・基本波発振部）、波長変換素子７０５、波長変換素子７０５を保持する保持部材７１１・１０２、誘電体多層膜７０６〜７０９、絶縁層１０１、および波長変換素子７０５を制御する制御装置７１２を備えている。
【００７１】
図１中、DC-axisは、波長変換素子７０５のC軸方向を示し、Dｆは、基本波レーザ光７０４の伝播方向を示し、Dpは、周期的分極反転構造の分極方向を示している。また、ｔは、保持部材１０２の厚さを示している。
【００７２】
半導体レーザチップ７０１は励起レーザを生成し、固体レーザ結晶７０３は励起レーザにより励起して基本波レーザ光（例えば波長１０６４ｎｍの光）を発振する。これら半導体レーザチップ７０１および固体レーザ結晶７０３は、基本波レーザ生成部を構成する。固体レーザ結晶７０３は、例えばＮｄまたはＹｂが添加されているＹＶＯ４などからなる結晶である。
【００７３】
波長変換素子７０５は、基本波レーザ光を異なる波長のレーザ光（例えば波長１０６４ｎｍの基本波レーザ光をその二次高調波である５３２ｎｍの緑色光）に変換する。この波長変換素子７０５は、周期的分極反転構造を備えた強誘電体結晶からなる。波長変換素子７０５としては、ＬｉＮｂＯ３または、ＬｉＴａＯ３を主とする強誘電体結晶であることが好ましい。
【００７４】
また、固体レーザ結晶７０３の入出射面には、誘電体多層膜７０６および誘電体多層膜７０８がそれぞれ形成されている。同様に、波長変換素子７０５の入出射面には、誘電体多層膜７０９および誘電体多層膜７０７がそれぞれ形成されている。これらの誘電体多層膜は、それぞれ下記の特性を備えている。
【００７５】
固体レーザ結晶７０３の入射面に形成される誘電体多層膜７０６は、励起レーザ７０２の反射を防止する機能と、基本波レーザ光７０４を反射させる機能（反射率９９％以上）とを備えている。
【００７６】
固体レーザ結晶７０３の出射面に形成される誘電体多層膜７０８は、基本波レーザ光７０４の反射を防止する機能を備えている。
【００７７】
波長変換素子７０５の入射面に形成される誘電体多層膜７０９は、基本波レーザ光７０４の反射を防止する機能と、波長変換レーザ光７１０を反射させる機能（反射率９０％以上）とを備えている。
【００７８】
波長変換素子７０５の出射面に形成される誘電体多層膜７０７は、波長変換レーザ光７１０の反射を防止する機能と、基本波レーザ光７０４を反射させる機能（反射率９９％以上）とを備えている。
【００７９】
上記の構成により、固体レーザ結晶７０３の入射面に形成された誘電体多層膜７０６と、波長変換素子７０５の出射面に形成された誘電体多層膜７０７との間で１０６４ｎｍ波長帯の共振器が形成され、波長１０６４ｎｍの光がレーザ発振するように構成されている。
【００８０】
保持部材７１１・１０２は、周期的分極反転構造の分極方向と交差する波長変換素子７０５の素子面７０５ａの少なくとも一部を保持する。図１の構成例では、保持部材７１１・１０２は、素子面７０５ａの全体を保持している。
【００８１】
絶縁層１０１は、保持部材７１１・１０２と素子面７０５ａとの間に設けられている。本実施の形態に係る波長変換レーザ光源１００は、保持部材７１１・１０２における波長変換素子７０５の設置面が、絶縁層１０１で覆われている点で、図１６に示す従来の波長変換レーザ光源７００と異なっている。
【００８２】
すなわち、保持部材７１１と波長変換素子７０５との間に絶縁層１０１を介在させ、保持部材７１１と波長変換素子７０５とが直接接触しないように構成している。これにより、従来の構成における課題である、時間の経過に伴う光吸収率の増加による出力低下を抑制することができる。
【００８３】
上述のように、波長変換素子７０５は、周期的分極反転構造を備えた強誘電体結晶からなる。自発分極が反転した領域が隣接する分極壁を複数有する分極反転構造において、結晶温度が急激に変化すると、自発分極の大きさが変化し、強誘電体結晶内で自発分極の伸縮が生じる。この自発分極の変化は分極壁において結晶構造にストレスを与えて、結晶欠陥を発生させる。この結晶欠陥は強誘電体結晶内で光吸収率の増加を引き起こすこととなる。この光吸収率の増加を抑制するため、上記の構成のように、周期的分極反転構造の分極方向と交差する波長変換素子７０５の素子面７０５ａには絶縁層１０１が設けられており、当該絶縁層１０１が設けられた部位においては保持部材７１１・１０２が直接、波長変換素子７０５の素子面７０５ａに接触しないようにしている。波長変換素子７０５である強誘電体結晶内の自発分極が伸縮した場合に、波長変換素子７０５の素子面７０５ａにおける保持部材７１１・１０２が直接接触していない部位においては、昇電効果により前記素子面７０５ａに電荷が発生する。発生した電荷による電界は、自発分極の伸縮を抑制するための相殺ストレスを分極壁に生じさせる。これにより、波長変換素子７０５内部における経時的な光吸収率の増加を抑制することが可能となり、ひいては波長変換素子７０５による波長変換により得られる波長変換レーザ光７１０の経時的な出力の低下を抑制することができる。
【００８４】
図２は、波長変換素子７０５のＣ軸方向と交わる面（周期的分極反転構造の分極方向と交差する素子面７０５ａ）に金属製の保持部材７１１・１０２を設置し、波長変換素子７０５と保持部材７１１・１０２の間に挿入する下地材料の電気抵抗率を変えた場合について、運転開始から１０００時間後の基本波（レーザ）透過率を示している。下記条件１〜６の各サンプルの素子長は２０ｍｍとした。以下にサンプル条件１〜６についてそれぞれ説明する。
（条件１）：波長変換素子７０５の素子面７０５ａに、導電性銀ペースト（電気抵抗率５×１０−５Ω・ｃｍ）を５０μｍ厚に塗布したあと、当該導電性銀ペーストを銅製の保持部材７１１・１０２に接触させた。
（条件２）：波長変換素子７０５の素子面７０５ａに、絶縁性コート材料Ａ（電気抵抗率１×１０８Ω・ｃｍ）を５０μｍ厚に塗布したあと、当該絶縁性コート材料Ａを銅製の保持部材７１１・１０２に接触させた。
（条件３）：波長変換素子７０５の素子面７０５ａに、絶縁性コート材料Ｂ（電気抵抗率２×１０１１Ω・ｃｍ）を５０μｍ厚に塗布したあと、当該絶縁性コート材料Ｂを銅製の保持部材７１１・１０２に接触させた。
（条件４）：波長変換素子７０５の素子面７０５ａに、ＲＦスパッタにてＳｉＯ２膜を１００００Åの厚さで製膜し、当該ＳｉＯ２膜を銅製の保持部材７１１・１０２に接触させた。
（条件５）：波長変換素子７０５の素子面７０５ａに、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）にてＳｉＯ２膜を１００００Åの厚さで製膜し、当該ＳｉＯ２膜を銅製の保持部材７１１・１０２に接触させた。
（条件６）：リファレンス素子（下地材料も保持部材も使用せず、波長変換素子７０５を空中保持）。
【００８５】
以上の条件のサンプルをそれぞれ１０００時間連続運転する試験を行った。まず、リファレンス素子（条件６）については、１０００時間連続運転後も運転開始時と比較して基本波透過率が変化してないことを確認した。さらに条件３および条件５でも、１０００時間連続運転後も運転開始時と比較して基本波透過率の変化が無いことを確認した。また、条件２では運転開始時と比較して１０００時間連続運転後は、僅か０．８％程度、基本波透過率が低下するに留まった。
【００８６】
一方、条件１では、１０００時間連続運転後は運転開始時に対して基本波透過率が３．２％と大幅に低下していることを確認した。また、条件４では、条件１よりは若干改善されているが、やはり基本波透過率が２．４％と大幅に低下していることを確認した。
【００８７】
なお、条件５について、プラズマＣＶＤにより酸化物膜を形成する代わりに、ＳｉＮなどの窒化膜を用いても、同様の結果が得られた。また、条件５の膜形成方法に関し、プラズマＣＶＤに代えてＥＣＲスパッタにより絶縁膜を形成した場合でも、同様の効果（基本波透過率の低下なし）が得られた。
【００８８】
また、上記実験結果については、波長変換素子７０５の周期的分極反転構造の分極方向と、素子面７０５ａ（保持部材７１１・１０２の設置面）との交差角が、９０°±３０°の範囲で、同様の結果が得られている。
【００８９】
以上より、絶縁層１０１は、電気抵抗率が１×１０８Ω・ｃｍ以上の絶縁物質からなることが好ましい。この場合、絶縁層１０１で覆っている部分の光吸収率の増加を、従来の２５％以下に軽減することができる。この結果、波長変換レーザ光源１００の波長変換光の出力低下を、従来の約３３％以下に軽減することができる。
【００９０】
また、絶縁層１０１の電気抵抗率は、２×１０１１Ω・ｃｍ以上であることがより好ましい。この場合、絶縁層１０１で覆っている部分の光吸収率増加を大幅に軽減することができる。この結果、波長変換レーザ光源１００の出力低下をほぼ無くすことが可能となる。
【００９１】
絶縁層１０１は、例えば、蒸着により形成することができる。また、絶縁層１０１は、酸化物膜やＳｉＮなどの窒化膜を用い、プラズマＣＶＤにより形成してもよい。この場合も、同様の効果を得ることができた。さらに、形成方法としてプラズマＣＶＤに変えて、ＥＣＲスパッタにより形成した絶縁層を用いた場合も、同様の効果が得られた。
【００９２】
本実施の形態の絶縁層１０１としては、プラズマＣＶＤによる酸化物膜やＳｉＮなどの窒化膜を用いることが好ましい。この場合、不純物が少なく緻密な絶縁層１０１を形成することができる。この結果、ＲＦスパッタや、ＤＣスパッタで形成した場合に比べ、不純物が少ない絶縁層１０１を形成することができるため、光吸収率の増加の抑制および出力低下の問題をより効果的に抑制することができる。
【００９３】
また、絶縁層１０１の電気抵抗率が、１×１０８Ω・ｃｍ以上の場合、絶縁層１０１の厚みは、１００００Å以上であることが好ましい。また、絶縁層１０１の電気抵抗率が、２×１０１１Ω・ｃｍ以上の場合、絶縁層１０１の厚みは、４０００Å以上であることが好ましい。この場合、特に高い出力低下抑制効果を得ることができる。
【００９４】
また、従来の構成と同様に、熱伝導率が高く安価な金属を保持部材７１１・１０２に用いることが好ましい。具体的には、少なくとも厚さが５０μｍ以上で熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の保持部材を用いることが好ましい。この場合、基本波レーザ光が伝搬する方向の温度分布による変換効率の低下を効果的に抑制することが可能となる。
【００９５】
波長変換素子７０５の素子面７０５ａにおける保持部材７１１・１０２により保持される面の７５％以上に絶縁層１０１が設けられていることが好ましい。この場合、基本波から高調波への変換効率の低下をより効果的に抑制することができる。
【００９６】
また、絶縁層１０１の厚みは１５０μｍ以下であることが好ましく、絶縁層１０１の熱伝導率は２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。この場合、基本波から高調波への変換効率の低下をより効果的に抑制することができる。
【００９７】
また、１Ｗを超える波長変換レーザ光を生成する場合、厚さ５０μｍ以上で熱伝導率が２２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の保持部材７１１・１０２を用いることがより好ましい。これにより、基本波レーザ光が伝搬する方向の温度分布の変化によって引き起こされる波長変換レーザ光出力の不安定性を解消することができる。
【００９８】
保持部材７１１・１０２としては、例えば、銅（熱伝導率  約４００Ｗ／（ｍ・Ｋ））やアルミニウム（熱伝導率  約２４０Ｗ／（ｍ・Ｋ））等を用いることが好ましい。
【００９９】
保持部材７１１・１０２としては、グラファイトシート等の熱伝導率の比較的高い絶縁体を用いてもよい。しかしながら、グラファイトシートの電気抵抗率は１×１０８Ω・ｃｍ未満であるため、グラファイトシートが絶縁層１０１の役割を充分に果たすわけではない。そこで、保持部材７１１・１０２としてグラファイトシートを用いた場合であっても、少なくとも電気抵抗率１×１０８Ω・ｃｍ以上、好ましくは２×１０１１Ω・ｃｍ以上の絶縁層１０１を用いることが好ましい。
【０１００】
本実施の形態に係る波長変換レーザ光源１００は、図１に示すように、波長変換素子７０５の保持部材７１１と対向する面にも、高熱伝導率の材料からなる保持部材１０２を備えている。これにより、より高い放熱性を実現することができる。
【０１０１】
また、分極反転構造が形成されていないＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム：ＬＮ）またはＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウムＬＴ）は、電気抵抗率が１×１０１３Ω・ｃｍ以上である。このため、絶縁層１０１として、分極反転構造を形成していないニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムを用いてもよい。
【０１０２】
例えば、図４に示す波長変換レーザ光源１２００ように、本実施の形態に係る波長変換素子として、分極反転領域が保持部材７１１・１０２を設置する何れかの面に到達していない波長変換素子１２０１を用いてもよい。この場合、分極方向が一定となる面（分極反転領域が形成されていない領域）が絶縁層の機能を果たすので、当該分極方向が一定となる面には新たに別の絶縁層を形成する必要はない。
【０１０３】
図４中、DC-axisは、波長変換素子１２０１のC軸方向を示し、Dｆは、基本波レーザ光７０４の伝播方向を示している。
【０１０４】
また、波長変換素子７０５と絶縁層１０１とは、同じ材料からなることが好ましい。例えば、波長変換素子７０５が分極反転構造が形成されたＬＮを主とする強誘電体結晶である場合、絶縁層１０１として分極反転構造が形成されていないＬＮを用いる。波長変換素子７０５が分極反転構造が形成されたＬＴを主とする強誘電体結晶である場合、同様に絶縁層１０１として分極反転構造が形成されていないＬＴを用いる。この場合、波長変換素子７０５と絶縁層１０１との熱膨張係数の差が小さくなるため、両者を張り合わせた２つの結晶に、温度変化による応力がかかることを防止することができる。この結果、応力による屈折率変化に起因する波長変換効率が低下することを防止することができる。なお、波長変換素子７０５と絶縁層１０１とを同じ材料で構成するために、図４に示す構成の波長変換素子（分極反転領域が保持部材７１１・１０２を設置する何れかの面に到達していないもの）を用いることもできる。
【０１０５】
また、波長変換素子７０５としてＬＮ系材料を用いた場合、保持部材７１１としては、ＬＮと熱膨張係数が近いシリコンを用いることが好ましい。これにより、上記と同様の効果を得ることができる。さらに、シリコンは熱伝導率も高い（約１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ））ため、保持部材７１１・１０２としてシリコンを用いることにより、基本波レーザ光が伝播する方向の温度分布によって引き起こされる変換効率の低下や不安定性の課題も軽減することができる。
【０１０６】
また、絶縁層１０１としては、絶縁性の接着剤を用いてもよい。この接着剤としては、１×１０８Ω・ｃｍ程度以上の電気抵抗率の絶縁性接着剤を使用することが好ましく、２×１０１１Ω・ｃｍ以上の絶縁性接着剤を使用することがより好ましい。この場合、前述の通り、波長変換レーザ光源１００の波長変換光の出力低下を、効果的に軽減することができる。さらに、絶縁層１０１として絶縁性の接着剤を用いることにより、波長変換素子の保護と固定とを同時に行うことができる。この結果、波長変換レーザ光源１００の製造コストの削減を図ることができる。
【０１０７】
また、本願発明者らは、図２に示した上述の実験において、波長変換素子７０５の周期的分極反転構造の分極方向（波長変換素子のＣ軸方向）と、素子面７０５ａ（保持部材７１１・１０２の設置面）との交差角が、９０°±３０°の範囲となるとき、より急激な経時的光吸収増加が発生することを見出した。したがって、波長変換素子７０５の周期的分極反転構造の分極方向と素子面７０５ａとの成す角が、６０°以上１２０°以下の範囲となるとき、本実施の形態に係る波長変換レーザ光源１００の出力低下抑制効果が特に顕著となる。
【０１０８】
また、波長変換素子７０５の分極反転周期が短いほど、本発明の課題となる光吸収の増加への影響が大きくなる。したがって、分極反転周期が短い構成の波長変換素子７０５を用いた場合、本実施の形態に係る波長変換レーザ光源の効果が特に顕著となる。具体的には、分極反転周期が２０μｍ以下の波長変換素子７０５に特に有効である。
【０１０９】
ところで、絶縁層１０１は、上述のように、波長変換素子７０５の素子面７０５ａにおける保持部材７１１・１０２により保持される面の７５％以上に絶縁層１０１が設けられていることが好ましい。もちろん、絶縁層１０１を保持部材７１１・１０２による保持面の全体（１００％）に設けてもよい。しかし、図１に示す構成では、波長変換光（例えば５３２ｎｍの緑色光）は、波長変換素子７０５の入射側よりも出射側の方が高い強度を示す。このため、波長変換素子７０５の出射側の方が入射側よりも温度が高くなる傾向がある。そこで、絶縁層１０１を波長変換素子７０５の出射側の方が入射側よりも広範囲となるように形成することにより、波長変換素子７０５内の基本波レーザ光が伝播する方向の温度分布のばらつきを軽減できる。すなわち、上記のように絶縁層１０１の形成位置を調整することにより、波長変換素子７０５の出射側の方が入射側よりも光吸収率が低下し、光吸収による波長変換素子７０５の発熱が抑制される。これにより、波長変換素子７０５内の基本波レーザ光の入射側と出射側との温度分布のばらつきが軽減できるのである。そして、この温度分布のばらつき軽減により、波長変換効率の低下を軽減することが可能となる。このことは、後述する図５の構成でも同様である。
【０１１０】
また、本実施の形態のように、内部共振器型の波長変換レーザ光源１００の場合、共振器内の固体レーザ結晶及び波長変換素子において発生する熱レンズ効果によって、その共振条件が決まる。すなわち、光吸収率が変化することで、熱レンズ効果による収束効果が変化し、共振条件が変化する。このように、共振条件が内部の熱レンズ効果に依存する内部共振器型波長変換レーザ光源では、波長変換レーザ光源から出射されるレーザ光の広がり角が波長変換素子の光吸収率に依存する。このため、光吸収率が増加すると波長変換レーザ光源から出射されるレーザ光の広がり角も変わるという課題がある。ディスプレイ、医療・加工などに用いられる光源では、出射光の広がり角が変わると、光利用効率が低下するなどの課題がある。そこで、光吸収率の低下を抑制することができる本実施の形態の波長変換レーザ光源を用いることにより、熱レンズ効果により波長変換レーザ光源から出射されるレーザ光の広がり角に影響を与える構成における上記の課題についても、軽減効果がある。このような、波長変換レーザ光源として、バルク型、２次元導波路型、マルチモードの３次元導波路型の波長変換レーザ光源がある。
【０１１１】
すなわち、上記の波長変換レーザ光源を用いた場合、熱レンズ効果に依存しないシングルモードの３次元導波路型の波長変換レーザ光源に比べて、光強度の局所化を軽減することが可能となるため、より光吸収率の増加を軽減することが可能となる。
【０１１２】
図３は、本実施の形態の波長変換レーザ光源のさらに他の構成例を示している。図３の波長変換レーザ光源１１００は、固体レーザ結晶７０３の出射面と波長変換素子７０５の入射面とが接合されている点で、図１に示す波長変換レーザ光源と異なっている。
【０１１３】
図３中、DC-axisは、波長変換素子１１００のC軸方向を示し、Dｆは、基本波レーザ光７０４の伝播方向を示している。
【０１１４】
上述のように、固体レーザ結晶７０３は、例えばＮｄまたはＹｂが添加されているＹＶＯ４などからなる結晶である。
【０１１５】
そして、ＬＮや、ＬＴに９ｍｏｌ％を超えないＭｇ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｓｃ，Ｆｅなどの金属添加物を添加した結晶は、それぞれＹＶＯ４と同程度の屈折率となる。したがって、これらの結晶をそれぞれ固体レーザ結晶７０３（ＹＶＯ４）と波長変換素子７０５（金属を添加したＬＮやＬＴ）とに用いる場合、図３に示すように、固体レーザ結晶７０３の出射面と波長変換素子７０５の入射面とを接合させることができる。固体レーザ結晶７０３と波長変換素子７０５との各接触面は、例えば、親水化処理した後、接触させて熱処理を施すことにより、直接接合させることができる。
【０１１６】
この場合、基本波レーザ光の損失を防ぐ目的で形成していた図１の誘電体多層膜７０８および７０９を省くことができるため、より安価な波長変換レーザ光源１１００を実現することができる。また、波長変換レーザ光源のさらなる小型化を実現することができる。
【０１１７】
ただし、上記の構成では、固体レーザ結晶７０３の入射面に形成される誘電体多層膜１１０１が、励起レーザ光７０２の反射を防止する機能と、基本波レーザ光７０４及び波長変換レーザ光７１０を共に反射させる機能と、を備えることが好ましい。この場合、波長変換レーザ光７１０の出射方向を一方向に揃えることが可能となるため、より小さな光学系で波長変換レーザ光源を実現することができる。
【０１１８】
固体レーザ結晶７０３内の発熱量は、波長変換素子７０５内の発熱量に比べ十倍程度多い。このため、図３に示す構成では、波長変換素子７０５の入射側の方が出射側よりも温度が高くなり、波長変換素子７０５の入射面から出射面にかけて、より大きな温度分布のばらつきが発生し、波長変換効率の低下の影響が大きくなる。
【０１１９】
そこで、図３に示すように、固体レーザ結晶７０３側から放熱させる放熱部１１０２を、さらに備えることが好ましい。これにより、固体レーザ結晶７０３の外周部に形成された放熱部１１０２が固体レーザ結晶７０３の発熱を抑制し、ひいては波長変換素子７０５の入射側の温度上昇を抑制する。よって、波長変換素子７０５内の基本波レーザ光が伝播する方向の温度分布のばらつきが軽減し、高出力波長変換時の変換効率の低下を軽減することが可能となる。また、波長変換素子７０５全体を少なくとも２２０℃以上の高温に制御して使用することがさらに好ましい。この場合、波長変換素子７０５内に発生する入射面から出射面にかけての温度分布をより効果的に軽減し、波長変換効率の低下を抑制することができる。
【０１２０】
波長変換素子７０５は、波長変換レーザ光源１１００をＯＮ／ＯＦＦする度に、波長変換素子７０５を不使用時の温度（設置環境温度など）から使用時の温度（位相整合温度）に加熱または冷却する必要がある。図３に示す構成では、前述の理由により、使用時の温度を高温に設計することが好ましい。このため、波長変換レーザ光源１１００をＯＮ／ＯＦＦする度により大きな波長変換素子７０５の温度変化を伴うこととなる。このように、波長変換素子７０５の温度変化が大きいほど光吸収率の増加が大きくなることも実験にて確認されている。したがって、波長変換素子７０５の位相整合温度が高温になるほど、本実施の形態による効果が大きくなる。特に、波長変換素子７０５を１５０℃以上で使用する場合に、本発明による効果が大きくなる。
【０１２１】
ところで、絶縁層１０１は、上述のように、波長変換素子７０５の素子面７０５ａにおける保持部材７１１・１０２により保持される面の７５％以上に絶縁層１０１が設けられていることが好ましい。図３に示す構成では、波長変換素子７０５の入射側の方が出射側よりも温度が高くなる傾向があるので、絶縁層１０１を波長変換素子７０５の入射側の方が出射側よりも広範囲となるように形成することにより、波長変換素子７０５内の基本波レーザ光が伝播する方向の温度分布のばらつきを軽減できる。すなわち、上記のように絶縁層１０１の形成位置を調整することにより、波長変換素子７０５の入射側の方が出射側よりも光吸収率が低下し、光吸収による波長変換素子７０５の発熱が抑制される。これにより、波長変換素子７０５内の基本波レーザ光の入射側と出射側との温度分布のばらつきが軽減できるのである。そして、この温度分布のばらつき軽減により、波長変換効率の低下を軽減することが可能となる。
【０１２２】
また、本実施の形態に係る波長変換レーザ光源１００または１１００を、ディスプレイ用の光源として使用する場合、３秒以内の速い立ち上がりが好ましい。このため、前述の通り波長変換素子を高温に制御して使用する場合は、特に立ち上げ時に急激に波長変換素子７０５を加熱することになる。これらの条件で波長変換レーザ光源を使用する場合、波長変換素子内の光吸収率増加が発生しやすいため、本実施の形態による光吸収率増加の抑制が特に重要となる。
【０１２３】
また、本実施の形態に係る波長変換レーザ光源１００または１１００において、波長変換レーザ光源を間欠駆動またはパルス駆動する場合、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、間欠部分１４０１やパルス部分１４０２の出力を時間で積分した１周期当りのエネルギーが、０．０１５Ｊを超えると、従来構成での光吸収率の増加が急増するため、本実施の形態の効果がより顕著となる。（ここで、Ｄｕｔｙ５０％未満の変調駆動をパルス駆動、Ｄｕｔｙ５０％以上の変調駆動を間欠駆動とする。）波長変換レーザ光源１００または１１００は、基本波レーザ生成部を構成する半導体レーザチップ７０１を変調駆動させ、前記基本波レーザ光の間欠部分またはパルス部分の１周期当りのエネルギーが０．０１５Ｊを越えるように制御する制御手段として、制御装置７１２を備えている。
【０１２４】
本実施の形態では、上述の通り、固体レーザ結晶及び波長変換素子として、バルク型のものを用いている。しかしながら、本実施の形態に係る固体レーザ結晶及び波長変換素子は、これに限らず導波路型のものを用いてもよい。導波路型の場合、バルク型に比べて波長変換素子内の光強度が増加するため、レーザ光源のＯＮ／ＯＦＦ、変調駆動による波長変換素子温度の変化量が増加し、光吸収率の増加もバルク型より大きくなる。また、導波路型の場合、光吸収によって、基本波レーザ光が伝播する方向と垂直な方向に温度分布ができると、基本波レーザ光および波長変換レーザ光の伝播速度が変化するため、位相整合条件（位相整合温度、位相整合波長）の変化を引き起こす。このため、導波路型のものを用いた場合、出力の低下がバルク型のものに比べ大きくなるため、本実施の形態の効果である光吸収率増加の軽減がより顕著となる。
【０１２５】
また、本実施の形態で用いたような内部共振器型の波長変換レーザ光源では、後述する実施の形態５の波長変換レーザ光源などに比べて、波長変換素子内における基本波レーザ光の光強度が高くなる。このため、光吸収率増加による熱レンズ効果の増大で、出射する波長変換レーザ光のビーム品質が低下しやすく、本実施の形態の構成を適用することによる効果がより大きくなる。
【０１２６】
また、本実施の形態では、波長１０６４ｎｍの基本波レーザ光から５３２ｎｍの波長変換レーザ光に変換する例について示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、波長変換素子の温度変化による光吸収率増加の問題は、波長変換素子を用いる波長変換レーザ光源に共通の課題であるため、本実施の形態に記載の発明の主旨を逸脱しない範囲で様々な形態の波長変換レーザ光源において、波長変換素子における光吸収率増加の抑制効果を発揮し、波長変換レーザ光出力の低下を抑制することが可能であることは言うまでもない。
【０１２７】
また、本実施の形態では分極反転構造を形成したＬＮ系またはＬＴ系の強誘電体結晶について、温度変化による光吸収率増加の課題を示し、その改善策を示したが、同様のことがＫＴＰについても言える。また、ＫＴＰの屈折率もＹＶＯ４と同程度であり、図１のみならず図３の構成をとることも可能となる。
【０１２８】
また、本発明の課題は分極反転構造を形成したＬＮやＬＴ、ＫＴＰを主成分とする強誘電体結晶共通の課題であり、本実施の形態に記載の構成を適用することにより、波長変換素子における光吸収率増加の抑制効果を発揮し、波長変換レーザ光出力の低下を抑制する効果を発揮する。例えば、本実施の形態に記載のレーザ光源を、レンズ効果やプリズム効果を備える光偏向器として用いる場合、光偏向器内での光吸収率の増加によって、熱レンズ効果が増加し、設計と異なるレンズ効果を発現する課題を軽減することが可能となる。
【０１２９】
（実施の形態２）
本発明の他の実施の形態について、図面を参照し以下に説明する。
【０１３０】
なお、本実施の形態に係る波長変換レーザ光源は、実施の形態１の波長変換レーザ光源と基本的な構成が共通するため、特徴部分のみを説明し、同様の構成を有する部材については、同一の符号を付してその説明を適宜省略する。
【０１３１】
図５は、本実施の形態に係る波長変換レーザ光源１３００の概略構成を示す説明図である。本実施の形態に係る波長変換レーザ光源１３００は、実施の形態１と同様に内部共振器型の緑色レーザ光源である。
【０１３２】
波長変換レーザ光源１３００は、本実施の形態１に係る波長変換レーザ光源１００（図１）における固体レーザ結晶７０３を具備せず、ＮｄまたはＹｂを添加したＬＮまたはＬＴに分極反転構造を形成した波長変換素子１３０１を用いている。
【０１３３】
図５中、DC-axisは、波長変換素子１３０１のC軸方向を示し、Dｆは、基本波レーザ光７０４の伝播方向を示している。
【０１３４】
波長変換レーザ光源１３００では、半導体レーザチップ（基本波レーザ光源）７０１より生成した励起レーザ７０２（波長８０８ｎｍ）は、直接、波長変換素子１３０１内のＮｄまたはＹｂを励起し、波長１０６４ｎｍの基本波レーザ光を発生する。そして、波長変換素子１３０１の両端面に形成された、１０６４ｎｍの光を反射する誘電体多層膜７０７及び誘電体多層膜１１０１を共振器として、基本波レーザ光７０４（波長１０６４ｎｍ）が発振し、波長変換素子１３０１内で基本波レーザ光７０４が波長変換レーザ光７１０（波長５３２ｎｍ）に波長変換され、波長変換レーザ光７１０が共振器から出射する。
【０１３５】
本実施の形態で用いるＮｄやＹｂを添加したＬＮやＬＴは、チョクラルスキー（Czochralski（CZ））法や二重るつぼ（Double Cup Insulator）法によって結晶を育成することが可能である。これらの結晶育成方法によれば、従来用いられていたＹＶＯ４などの固体レーザ結晶に比べて、安価に作製することが可能となる。このため、レーザ光源全体として、大幅なコストの削減が可能となる。
【０１３６】
しかし、本実施の形態の構成では波長変換素子１３０１内で発生する発熱量が大きく、図１や図４に示す実施の形態１の構成に比べて、レーザ光源のＯＮ／ＯＦＦや変調駆動に伴う経時的光吸収増加がより急激に発生する。このため、絶縁層１０１を含む本実施の形態の構成を適用することによる効果（波長変換素子における光吸収率増加の抑制効果を発揮し、波長変換レーザ光出力の低下を抑制する効果）がより顕著となる。
【０１３７】
また、波長変換素子１３０１内の発熱による温度変化を極力軽減することが好ましく、励起レーザ光の波長は８７０ｎｍより長波長の方が、より好ましい。また、特に、波長変換素子１３０１にＹｂを添加した場合、励起レーザ光の波長は９１０ｎｍより長波長の方が、波長変換素子１３０１内部における発熱が少なく、波長変換素子１３０１内の温度変化を抑制することが可能となるため好ましい。波長変換素子１３０１内の温度変化を軽減することにより、光吸収率の増加をさらに抑制し、出力の低下を抑制することが可能となる。
【０１３８】
（実施の形態３）
本発明のさらに他の実施の形態について、図面を参照し以下に説明する。
【０１３９】
なお、本実施の形態に係る波長変換レーザ光源は、実施の形態１の波長変換レーザ光源と基本的な構成が共通するため、特徴部分のみを説明し、同様の構成を有する部材については、同一の符号を付してその説明を適宜省略する。
【０１４０】
本実施の形態の係る波長変換レーザ光源は、以下に説明するように、数Ｗを超える可視光領域の高出力波長変換を実施する場合に招来する課題を軽減することができる波長変換素子を備えている。
【０１４１】
ＬＮ系またはＬＴ系結晶からなる波長変換素子については、赤外光から可視光への波長変換時における可視光による結晶の屈折率の変化に起因する光損傷と呼ばれる現象（フォトリフラクティブ現象）の防止が課題となる。光損傷は、光電界によって電子が励起され、結晶が持つ電気光学効果により、レーザビームが通過した位置周辺の屈折率が変化する光誘起屈折率変化現象を意味する。この光損傷は、Ｍｇ，Ｉｎ，Ｚｎ，Ｓｃ等の金属をＬＮ系結晶またはＬＴ系結晶に必要量を添加することで低減できることが知られている。
【０１４２】
例えば、（Ｌｉ）と（Ｌｉ＋Ｎｂ）の原子比が０．４６０≦（Ｌｉ）／（Ｌｉ＋Ｎｂ）≦０．４８６となるコングルエント組成のＬＮに、５．０ｍｏｌ％以上のＭｇを添加することで、光損傷を抑制することが可能となる。
【０１４３】
しかし、Ｗクラスの高出力の可視光が発生する場合においては、可視光の２光子吸収や可視光と赤外光の相互作用による光吸収等の、非線形吸収が増加する。このため、出力不安定、熱レンズによるビーム劣化、波長変換素子自身の結晶破壊等の問題が発生し、高出力化が実現し難いという課題がある。
【０１４４】
例えば、５．０ｍｏｌ％のＭｇを添加したＬＮからなる波長変換素子（素子長２６ｍｍ）に、赤外光レーザを、外部から波長変換素子中央で集光し、ビームウエスト径が約６０μｍとなるように波長変換素子へ入射し、入射した赤外光レーザの第２高調波である緑色光レーザに変換する場合、素子にもよるが、一般に出力が２．０Ｗ〜２．５Ｗで波長変換素子の結晶破壊が発生し始める。
【０１４５】
そこで、本願発明者らが、鋭意研究を重ねた結果、光損傷を抑制するために必要な最低限の濃度より１．１５倍以上高い濃度のＭｇを添加することで、結晶耐性が向上することが実験結果から明らかとなった。
【０１４６】
以下に、実験から明らかとなったＬＮ系結晶内のＭｇ添加濃度と高出力耐性との関係について説明する。
【０１４７】
本願発明者らは、Ｍｇ添加濃度が異なるコングルエント組成のＬＮ結晶（波長変換素子）をチョクラルスキー法により育成し、それぞれの結晶耐性の評価を行った。この結晶耐性の評価には、赤外の基本波レーザ光から緑色の波長変換レーザ光に変換する場合の条件に合わせて、図８に示す耐性評価装置１６００を用いた。
【０１４８】
図８に示すように、耐性評価装置１６００は、波長変換素子を用いた２波長レーザ光源１６０１と、色消しレンズ１６０４とを備えている。
【０１４９】
２波長レーザ光源１６０１は、光軸が一致した赤外光レーザ１６０２と緑色光レーザ１６０３との２波長レーザを生成する。色消しレンズ１６０４は、赤外光と緑色光に対応している。２波長レーザ光源１６０１で生成された２波長レーザは、色消しレンズ１６０４によって、耐性評価サンプル１６０５内の同一箇所に集光される。このとき、耐性評価サンプル１６０５内の２波長レーザの集光径（直径）は赤外光レーザが約６０μｍ、緑色光が約４０μｍとする。
【０１５０】
本実験では、赤外光と緑色光の出力比を約３：１として、出力を徐々に増加させて、結晶破壊が発生する直前の緑色光出力から結晶耐性を評価した。
【０１５１】
耐性評価サンプル１６０５は、Ｍｇモル濃度がそれぞれ４．６ｍｏｌ％、４．８ｍｏｌ％、５．０ｍｏｌ％、５．３ｍｏｌ％、５．６ｍｏｌ％、５．８ｍｏｌ％、６．５ｍｏｌ％であり、（Ｌｉ）／（Ｌｉ＋Ｎｂ）が約０．４８２となるコングルエント組成の各ＬＮ結晶を用いて、結晶耐性を評価した。Ｍｇ添加濃度が５．０ｍｏｌ％未満の結晶については、既に知られているとおり、光損傷が発生し、５．０ｍｏｌ％以上の結晶については光損傷の発生を防ぐことができることが本実験でも確認できた。
【０１５２】
光損傷の影響が少ない５．０ｍｏｌ％以上の結晶についての評価結果を図７に示した。図７のグラフの縦軸は、従来の約５．０ｍｏｌ％のＭｇを添加したＬＮ結晶で規格化した結晶耐性を示し、横軸は、Ｍｇ添加濃度（ｍｏｌ％）を示している。
【０１５３】
図７のグラフに示すように、光損傷を解消すために必要となるＭｇ添加量である５．０ｍｏｌ％の１．１５倍である５．７５ｍｏｌ％以上のＭｇを添加した場合、結晶耐性が向上することが明らかとなった。
【０１５４】
すなわち、光損傷を解消すために必要となるＭｇ添加量の１．１５倍である５．７５ｍｏｌ％以上のＭｇが添加されたコングルエント組成のＬＮ結晶に周期的分極反転構造を形成した波長変換素子に、赤外光レーザを外部から照射すれば、従来は結晶破壊が生じて生成が難しかった２．５Ｗを超える緑色光生成が可能となった。
【０１５５】
ここで、分極反転構造作製方法について、図９を参照し説明する。まず、Ｍｇを添加したＭｇＬＮ基板１７０１の＋Ｃ面１７０２に周期状電極１７０３、−Ｃ面１７０４に平板電極１７０５をそれぞれ形成した。ＭｇＬＮ基板１７０１の＋Ｃ面から−Ｃ面までの厚みは１ｍｍ、周期状電極、平板電極形成領域の周期方向の長さは２６ｍｍとし、周期状電極の周期は６．９７μｍとした。そして、パルス電源１７０６を用いて、周期状電極１７０３と平板電極１７０５と間に電界を印加した。電界印加は、約１００℃の絶縁液中にて実施し、周期状電極１７０３、平板電極１７０５間に印加する電圧は３ｋＶとした。この電界印加法により、周期状電極１７０３の下部に分極反転領域１７０７が形成されるため、周期状電極１７０３の周期を調節し、分極反転構造の周期を任意に調節することが可能となる。
【０１５６】
図９中、Dtは、ＭｇＬＮ基板１７０１の厚み方向を示し、Dwは、ＭｇＬＮ基板１７０１の幅方向を示している。また、Pは、分極反転構造の周期を示し、Dpは、分極反転構造の周期方向を示している。
【０１５７】
ＬＮ結晶に添加するＭｇの添加量としては、光の損傷を解消するために必要となるＭｇ添加量の１．２５倍である６．２５ｍｏｌ％以上のＭｇを添加することがより好ましい。この場合、３Ｗの緑色光生成が可能となる。また、光損傷を解消するために必要となるＭｇ添加量の１．３倍である６．５ｍｏｌ％以上のＭｇを添加することがより好ましい。この場合、３．２Ｗの緑色光生成が可能となる。
【０１５８】
また、本発明は、赤外光と可視光の相互作用による結晶破壊を軽減するため、例えば、波長２０００ｎｍ以下のレーザを入射し、その第３高調波として、６７０ｎｍ以下の光を生成する場合においても、第３高調波による第２高調波の吸収を軽減することが可能となり、効果を発揮する。
【０１５９】
さらに、１３００ｎｍ以下の波長のレーザを入射し、その第２高調波を得る場合、第２高調波による基本波の吸収を軽減することが可能となり、効果を発揮する。
【０１６０】
ＬＮ結晶としては、（Ｌｉ）／（Ｌｉ＋Ｎｂ）が０．４８２〜０．４８６のＭｇ濃度のＬＮ結晶が好ましい。この組成のＬＮ結晶を用いることにより、チョクラルスキー法を用いた結晶育成における歩留まりが向上し、より安価な波長変換素子を実現することができる。この結果、当該波長変換素子を用いたレーザ光源の製造コストの軽減を図ることができる。
【０１６１】
また、波長変換素子の入射面及び出射面は結晶性が低く、結晶破壊が起こりやすい。そこで、これらの入射面及び出射面での赤外光のビーム径が、１００μｍ以上となるように光学系を設計することが好ましい。また、入射面及び出射面からそれぞれ２０μｍ以内の領域には、分極反転構造が形成されていないことが好ましい。この場合、入射面及び出射面からそれぞれ２０μｍ以内の領域では、自発分極は一方向を向いていることになるが、入射面付近の分極方向と出射面付近の分極方向は一致している必要はない。
【０１６２】
本実施の形態の波長変換素子を実施の形態１の波長変換レーザ光源の波長変換素子７０５や１２０１として用いることにより、２．５Ｗを超える高出力波長変換が可能となる。
【０１６３】
（実施の形態４）
本発明のさらに他の実施の形態について、図面を参照し以下に説明する。
【０１６４】
なお、本実施の形態に係る波長変換レーザ光源は、実施の形態１の波長変換レーザ光源と基本的な構成が共通するため、特徴部分のみを説明し、同様の構成を有する部材については、同一の符号を付してその説明を適宜省略する。
【０１６５】
本実施の形態の係る波長変換レーザ光源は、以下に説明するように、高効率な波長変換レーザ光源を実現する波長変換素子を備えている。具体的には、チョクラルスキー法を用いて育成するコングルエント組成のＭｇＬＮ結晶に数μｍ以下の微細な分極反転構造が形成する場合の課題を軽減することができる波長変換素子を備えている。
【０１６６】
チョクラルスキー法を用いて育成するコングルエント組成のＭｇＬＮ結晶の自発分極を、周期電極を用いた電界により反転させて、周期的分極反転構造を形成する場合、電極パターン通りに分極反転構造を形成することが難しいため、微細な分極反転パターンの形成が難しく、歩留の低下の問題があった。特に、高効率で可視光に波長変換する波長変換素子にとって必要となる、周期長が数μｍ程度の周期的分極反転構造を形成することが困難であった。
【０１６７】
また、コングルエント組成のＭｇＬＮ結晶は欠陥が結晶内に均一に分布しておらず、欠陥濃度が高い箇所では分極反転形成が進みにくい。さらに、結晶内のＭｇ濃度が高い部分ほど低い電圧で自発分極が反転するため、Ｍｇ濃度が低い部分では分極反転形成進度が遅くなる。つまり、コングルエント組成のＭｇＬＮ結晶を用いた場合、結晶内の欠陥濃度ムラやＭｇ濃度ムラのために、広い範囲で均一な分極反転領域を形成することが困難であった。
【０１６８】
周期方向への分極反転領域拡大を抑える従来の方法として、パルス幅が１００μｓ程度である短時間パルス電圧を電極に印加することによって、電圧印加時間を短縮する方法がある。
【０１６９】
しかし、この方法を用いた場合においても、分極反転領域の周期方向への広がりを完全に抑制することが難しく、短波長用のような、数μｍの分極反転周期の作製が難しい。特に、ＭｇＯを５ｍｏｌ％以上添加した一致溶融組成（コングルエント組成）のＬＮの場合には、内部電場が大きいため強誘電体のヒステリシス曲線（Ｐ−Ｅ曲線）の対称性が悪く、かつ、抗電場近傍でのＰ−Ｅ曲線の立ち上がりがなだらかで急峻でないため外部から自発分極と反対方向の電場を加えたときの自発分極の反転の制御が悪い。
【０１７０】
また、二重るつぼ法を用いて、ＬＮ単結晶の不定比欠陥の存在を低減し、結晶組成比を定比に近付けることで、Ｌｉ欠陥濃度ムラによる分極反転不均一を抑制し、より理想的な素子作製を実現する方法も提案されている。しかし、二重るつぼ法を用いて一致溶融組成より高いＬｉ濃度の融液から引き上げる結晶育成法は、歩留まりの点で大きな課題を抱えている。二重るつぼ法では育成時間が数日から１週間程度と長い場合に、高温度に保たれた融液表面から、わずかの量の原料の蒸発が起こる。融液の蒸発や育成融液内における組成比の不均質、育成中の坩堝内の温度分布に起因して、結晶内にコングルエント組成比［Ｌｉ／（Ｌｉ＋Ｎｂ）］の不均質が発生する。これによる結晶組成のバラツキのため、同じ特性の結晶を高い歩留で育成することが非常に困難となっている。
【０１７１】
そこで、本願発明者らが、鋭意研究を重ねた結果、コングルエント組成（［Ｌｉ／（Ｌｉ＋Ｎｂ）］比率０．４６０〜０．４８６：一致溶融組成）のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３：ＬＮ）に、添加するＭｇのモル濃度が、分極反転構造の作製精度に影響していることを実験結果から見出した。
【０１７２】
以下に、実験から明らかとなった添加するＭｇのモル濃度と、分極反転構造の作製精度との関係について説明する。
【０１７３】
まず、評価サンプルとして、Ｌｉ／（Ｌｉ＋Ｎｂ）が０．４６０〜０．４８６のＬＮ系結晶であり、Ｍｇ（ｍｏｌ％）＝［Ｍｇ］／（［Ｍｇ］＋［Ｌｉ２Ｏ］＋［Ｎｂ２Ｏ５］）が、それぞれ４．９７ｍｏｌ％、５．００ｍｏｌ％、５．０６ｍｏｌ％、５．１３ｍｏｌ％、５．２２ｍｏｌ％、５．３７ｍｏｌ％となる各ＭｇＬＮ結晶に対して、電界印加法により周期分極反転構造を形成した。
【０１７４】
本実験では、赤外光の入射により第２高調波となる緑色光を生成する周期分極反転ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３（Periodically Poled ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３：ＰＰＭｇＬＮ）（以下、ＰＰＭｇＬＮと略す）を作製し、波長変換素子であるＰＰＭｇＬＮの変換効率から分極反転精度を評価した。なお、波長変換素子の分極反転構造は、図９に示す前述の実施の形態３と同様の方法にて作成した。
【０１７５】
ここで、Ｌｉ／（Ｌｉ＋Ｎｂ）が０．４６０〜０．４８６で６ｍｏｌ％以下のＭｇ濃度のＭｇＬＮ結晶は、大口径のＬＮ結晶を工業的に大量生産する手段として使用されているチョクラルスキー法を用いて育成が可能であり、安価なＰＰＭｇＬＮ作製が可能となるため好ましい。
【０１７６】
更に、Ｌｉ／（Ｌｉ＋Ｎｂ）が０．４８２〜０．４８６で６ｍｏｌ％以下のＭｇ濃度のＭｇＬＮ結晶は、チョクラルスキー法を用いた結晶育成において、高歩留で引き上げが可能となるため、より好ましい。
【０１７７】
また、ＭｇＬＮ結晶に含まれるＭｇ添加濃度は、分極反転構造を形成したＰＰＭｇＬＮと同一ウエハの一部を砕き、蛍光Ｘ線分析装置を用いて評価した。
【０１７８】
次に、図１１に示す計測装置を用いて、得られたＰＰＭｇＬＮの波長変換効率を評価した。以下に、その評価方法を説明する。
【０１７９】
図１１に示すように、計測装置１９００は、ファイバーレーザ装置１９０１、集光レンズ１９０５、ヒーター１９０６、光分離ミラー１９０２及びフォトダイオード１９０３を備えている。
【０１８０】
図１１中、Dtは、ＰＰＭｇＬＮ１９０４の厚み方向を示し、Dwは、ＰＰＭｇＬＮ１９０４の幅方向を示している。また、Dpは、分極反転構造の周期方向を示している。
【０１８１】
まず、ファイバーレーザ装置１９０１を用いて１０６４ｎｍの赤外光を生成する。そして、該赤外光を、集光レンズ１９０５によってウエスト径が約５０μｍとなるように、ＰＰＭｇＬＮ１９０４内の中心部分に集光させる。このとき、赤外光は直線偏光とし、偏光方向とＰＰＭｇＬＮ１９０４の分極方向とを一致させる。また、赤外光の出力を約２５０ｍＷとし、ＰＰＭｇＬＮ１９０４の周期方向に伝搬させる。ＰＰＭｇＬＮ１９０４内において、赤外光の一部はその第２高調波となる緑色光に変換される。ＰＰＭｇＬＮ１９０４の温度はヒーター１９０６を用いて、４０℃付近に加熱する。ＰＰＭｇＬＮ１９０４内で生成した緑色光と波長変換されずに残った赤外光とが光分離ミラー１９０２に入射する。そして、光分離ミラー１９０２は緑色光を反射する一方、赤外光を透過する。反射した緑色光は、フォトダイオード１９０３に入射される。ここで、ＰＰＭｇＬＮ１９０４の温度と赤外光が通過するＰＰＭｇＬＮ１９０４の厚み方向の位置とを調節することによって、赤外光から緑色光への変換効率が最大となるよう微調節する。
【０１８２】
このとき得られた緑色光出力の最大値を、入射する赤外光出力の２乗で割った値（規格化変換効率）を算出した。
【０１８３】
図１０に示すように、５．０６ｍｏｌ％以上５．３７ｍｏｌ％以下のＭｇ濃度のＭｇＬＮに分極反転構造を形成することで、規格化変換効率の高い波長変換素子（ＰＰＭｇＬＮ）作製が可能となることが、明らかになった。
【０１８４】
ＭｇＬＮのＭｇ濃度は、５．２２ｍｏｌ％以下とすることがより好ましい。この場合、規格化変換効率７％／Ｗを超える波長変換素子を実現することができる。ここで、波長変換素子の場合、分極反転領域と電極パターンとの差異が小さいほど変換効率が高くなり、規格化変換効率７％／Ｗを超えると、ほぼ電極パターン通りの分極反転構造が形成できていると言える。
【０１８５】
通常、ＭｇＬＮ結晶内のＭｇ添加量が増加するほど結晶の抵抗は下がり、分極反転の制御が難しくなるため、均一な分極反転構造を形成することが難しくなる。しかしながら、Ｍｇ濃度が５．００ｍｏｌ％から５．０６ｍｏｌ％以上５．３７ｍｏｌ％以下に増加することで、結晶内のＬｉ欠陥が軽減されることにより、分極反転形成バラツキが軽減される。これにより、局所的に分極反転形成が進み、抵抗が低下することを防ぐことが可能となり、電界印加時の結晶の抵抗は逆に高くなる。
【０１８６】
すなわち、ＭｇＬＮ結晶内のＭｇ濃度を上記の範囲（５．０６ｍｏｌ％以上５．３７ｍｏｌ％以下）に設定すれば、５．００ｍｏｌ％以下のＭｇを添加したものに比べて電界印加時の抵抗が高く、基板に対してより高電界を印加することが可能となることが明らかになった。つまり、本発明の範囲は最も高電圧で分極反転形成が可能となる。このため、広い範囲で均一な分極反転を形成することが可能となり、２６ｍｍと長尺でかつ、幅１０ｍｍの大型の波長変換素子であっても、本発明のように規格化変換効率が７％／Ｗを超えるような高効率の波長変換素子を作製することが可能となる。これにより、一度に大面積の分極反転が可能となり、素子作製における分極反転工程を大幅に簡略化させることが可能となる。この結果、波長変換素子の作製コストを軽減し、波長変換素子を用いたレーザ光源をより安価にすることが可能となる。
【０１８７】
また、印加電界を高めることにより、周期方向の分極反転形成を抑制し、深く微細な分極反転構造を形成することが可能となる。この場合、高い規格化変換効率の波長変換素子作製が可能となるのみならず、従来難しいとされていた＋Ｃ面から遠く深い位置に均一な分極反転構造を形成することも可能となる。さらに、５．０６ｍｏｌ％以上５．２２ｍｏｌ％以下のＭｇ濃度のＰＰＭｇＬＮでは、＋Ｃ面から５００μｍ以上の深い領域でも、規格化変換効率７％／Ｗを超えることがわかった。よって、より大きなバルク型波長変換素子を作製することが可能となるため、波長変換素子への基本波レーザ光の入射位置調整尤度が拡大し、より安価なレーザ光源となる。さらに、入射位置ズレに対する許容範囲が広がるため、振動や熱に強いレーザ光源となる。
【０１８８】
本実施の形態では、ＭｇＬＮに微細で均一な反転構造を形成することが可能であり、微細なプリズム形状やレンズ形状などの光偏光器を作製する場合においてもその精度が向上する。
【０１８９】
また、本実施形態では周期６．９７μｍのＰＰＭｇＬＮ作製について、その効果を示したが、任意の周期のＰＰＭｇＬＮ作製において、同様の効果を示すことは言うまでもない。
【０１９０】
本発明は、従来、理想的な周期的分極反転構造を形成することが難しいとされてきた周期４０μｍ以下のＰＰＭｇＬＮ作製において、特に、その効果を発揮する。光パラメトリック発振器内に、周期４０μｍ以下のＰＰＭｇＬＮを設置し、近・中赤外レーザを高効率で発振する場合、周期的分極反転部が周期方向に２０ｍｍを超える長尺なＰＰＭｇＬＮが好ましい。本発明では、広範囲に均一な分極反転形成が可能であり、２０ｍｍを超える長尺素子の場合に、その効果は大きい。また、図１に示すような構成で、共振器内部にＰＰＭｇＬＮを設置し、波長変換を行なう場合、共振機内部の損失（吸収・散乱）により変換効率が低下する。このため、入射損失、散乱が少ないバルク型ＰＰＭｇＬＮ（非導波路型）が好ましい。バルク型ＰＰＭｇＬＮを使用することで、調整も容易となる。特に、バルク型ＰＰＭｇＬＮの周期方向に垂直な断面方向における断面が、３００μｍ×３００μｍを超えることが好ましい。これにより、結晶の入射端、出射端における励起光の損失を防ぐことが可能となるため、より高出力なレーザ光源を実現することが可能となる。また、本発明は、分極反転を深く均一に形成することが必要とされる、バルク型ＰＰＭｇＬＮを作製する場合に、その効果は特に大きい。
【０１９１】
本発明は、従来、更に理想的な周期的分極反転構造を形成することが難しいとされてきた周期１７μｍ以下のＰＰＭｇＬＮ作製において、特にその効果を発揮する。
【０１９２】
本実施の形態では分極反転構造をＭｇＬＮに形成する精度が向上し、既に示した波長変換素子としての応用において、変換効率の向上などの効果を発揮する他に、プリズム形状やレンズ形状の反転構造を利用した光偏光器などに利用される。
【０１９３】
本実施の形態の波長変換素子を実施の形態１の波長変換レーザ光源の波長変換素子７０５や１２０１として用いることにより、高い効率での波長変換が可能となる。
【０１９４】
（実施の形態５）
本発明のさらに他の実施の形態について、図面を参照し以下に説明する。
【０１９５】
本実施の形態のレーザ光源に、実施の形態３または実施の形態４に示す波長変換素子を用いても良い。
【０１９６】
本実施の形態となる波長変換レーザ光源２０００は、図１２に示すように、基本波レーザ光源２００１、集光レンズ２００４、波長変換素子２００５、保持部材２００６、及び制御装置２００７を備えている。
【０１９７】
波長変換レーザ光源２０００は、基本波レーザ光源２００１より基本波レーザ光２００２を生成する。そして、基本波レーザ光２００２を、集光レンズ２００４を介して波長変換素子２００５に入射することで、波長変換レーザ光２００３に変換する構成である。基本波レーザ光源２００１としては、ファイバーレーザを用いている。基本波レーザ光２００２は波長１０６４ｎｍの赤外光レーザであり、波長変換レーザ光２００３は、基本波レーザ光２００２の第２高調波となる波長５３２ｎｍの緑色光レーザである。波長変換素子２００５には、分極反転構造が形成されたＬＮ系またはＬＴ系の強誘電体結晶を用いている。波長変換素子２００５がＬＮを主とする場合は、周期が約７μｍとなる周期的分極反転構造を形成し、ＬＴを主とする場合は、周期が約８μｍとなる周期的分極反転構造を形成する。
【０１９８】
波長変換素子２００５は、保持部材２００６に固定されている。波長変換素子２００５の温度は、制御装置２００７によって保持部材２００６を介して位相整合条件を満たすように調節される。本実施の形態でも、実施の形態１の場合と同様に、保持部材２００６としては、熱伝導率が高く、安価な材料を用いることが好ましい。また、実施の形態１と同様の理由により、波長変換素子２００５と保持部材２００６の間に、絶縁層２００８を備えることが好ましい。これにより、経時的な光吸収率の増加を軽減し、それによる出力低下を抑制することが可能となる。
【０１９９】
本実施の形態と同様に、絶縁層２００８の電気抵抗率は、１×１０８Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。この場合、絶縁層２００８で覆っている部分の光吸収率増加を、従来の２５％以下に軽減することができる。この結果、波長変換レーザ光源２０００の出力低下を、従来の約１０％以下に軽減することができる。
【０２００】
また、絶縁層２００８の電気抵抗率は、２×１０１１Ω・ｃｍ以上であることがより好ましい。この場合、絶縁層２００８で覆っている部分の光吸収率増加を大幅に軽減することができる。この結果、波長変換レーザ光源２０００の出力低下をほぼ無くすことが可能となる。
【０２０１】
絶縁層２００８は、例えば、蒸着により形成することができる。また、絶縁層２００８は、酸化物膜やＳｉＮなどの窒化膜を用い、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により形成してもよい。この場合も、同様の効果を得ることができる。さらに、絶縁層２００８の形成方法としてプラズマＣＶＤに変えて、ＥＣＲスパッタにより形成した絶縁層を用いた場合も、同様の効果を得ることができる。
【０２０２】
しかしながら、ＲＦスパッタ、ＤＣスパッタのような作製方法では、成膜時に取り込まれた不純物によって、ＤＣドリフトが発生し、十分な絶縁効果が得られない点で好ましくない。
【０２０３】
また、絶縁層２００８が、電気抵抗率が１×１０８Ω・ｃｍ以上の絶縁物質からなる場合、絶縁層２００８の厚みは、１００００Å以上が好ましい。絶縁層２００８が、電気抵抗率が２×１０１１Ω・ｃｍ以上の絶縁物質からなる場合、絶縁層２００８の厚みは、４０００Å以上が好ましい。絶縁層２００８の電気抵抗率が上記の範囲を下回る場合、本実施の形態による効果が軽減させるからである。
【０２０４】
また、従来の構成と同様に、熱伝導率が高く安価な金属を保持部材２００６に用いることが好ましい。具体的には、少なくとも厚さが５０μｍ以上で熱伝導率が５０Ｗ／ｍ／Ｋ以上の保持部材を用いることが好ましい。この場合、基本波レーザ光が伝搬する方向の温度分布による変換効率の低下を抑制することが可能となる。
【０２０５】
絶縁層２００８は、保持部材２００６における波長変換素子２００５の設置面の７５％以上を覆うように形成されていることが好ましい。この場合、基本波から高調波への変換効率の低下をより効果的に抑制することができる。
【０２０６】
また、絶縁層２００８の厚みは１５０μｍ以下であることが好ましく、熱伝導率は２Ｗ／ｍ／Ｋ以上であることが好ましい。この場合、基本波から高調波への変換効率の低下をより効果的に抑制することができる。
【０２０７】
また、１Ｗを超える波長変換レーザ光を生成する場合、厚さ５０μｍ以上で熱伝導率が２２０Ｗ／ｍ／Ｋ以上の保持部材２００６を用いることがより好ましい。この場合、基本波レーザ光が伝搬する方向の温度分布の変化によって引き起こされる波長変換レーザ光出力の不安定性を解消することができる。
【０２０８】
絶縁層２００８としては、例えば、銅（熱伝導率  約４００Ｗ／（ｍ・Ｋ））やアルミ等（熱伝導率  約２４０Ｗ／（ｍ・Ｋ））を用いることが好ましい。
【０２０９】
保持部材２００６としては、グラファイトシート等の熱伝導率の高い絶縁体を用いてもよい。しかしながら、グラファイトシートの電気抵抗率は１×１０８Ω・ｃｍ未満であり、絶縁層２００８として少なくとも電気抵抗率１×１０８Ω・ｃｍ以上、好ましくは２×１０１１Ω・ｃｍ以上の材料を用いることが好ましい。
【０２１０】
本実施の形態に係る波長変換レーザ光源２０００は、波長変換素子２００５の保持部材２００６と対向する面にも、高熱伝導率の材料からなる保持部材を備えることが好ましい。これにより、より高い放熱性を実現することができる。この保持部材としても、熱伝導率が高く安価な金属を用いることが好ましい。
【０２１１】
また、分極反転構造が形成されていないＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム：ＬＮ）またはＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム：ＬＴ）は、電気抵抗率が１×１０１３Ω・ｃｍ以上である。このため、絶縁層２００８として、分極反転構造を形成していないＬＮまたはＬＴを用いてもよい。
【０２１２】
また、波長変換素子２００５と絶縁層２００８とは、同じ材料からなることが好ましい。この場合、波長変換素子２００５と絶縁層２００８との熱膨張係数の差が少ないため、両者を張り合わせた２つの結晶に、温度変化による応力がかかることを防ぐことができる。この結果、応力による屈折率変化によって、波長変換効率が低下することを防止することができる。
【０２１３】
また、波長変換素子２００５としてＬＮ系材料を用いた場合は、保持部材２００６としては、ＬＮと熱膨張係数が近いシリコンを用いることが好ましい。これにより、上記と同様の効果を得ることができる。さらに、シリコンは熱伝導率も高い（約１４０Ｗ／ｍ／Ｋ）ため、保持部材２００６としては、シリコンを用いることにより、基本波レーザ光が伝播する方向の温度分布によって引き起こされる変換効率の低下や不安定性の課題も軽減することができる。
【０２１４】
また、本実施の形態でも、前述の本実施の形態１における図４の構成と同様に、分極反転領域が保持部材を設置する何れかの面に到達していない波長変換素子１２０１を用いた場合は、分極方向が一定となる面については新たに絶縁層を形成する必要はない。
【０２１５】
さらに、保持部材２００６と波長変換素子２００５間の絶縁層２００８としては、絶縁性の接着剤を用いてもよい。この接着剤としては、１×１０８Ω・ｃｍ程度以上の電気抵抗率の絶縁性接着剤を使用することが好ましく、２×１０１１Ω・ｃｍ以上の絶縁性接着剤を使用することがより好ましい。この場合、前述の通り、波長変換レーザ光源１００の波長変換光の出力低下を、効果的に軽減することができる。さらに、絶縁層１０１として絶縁性の接着剤を用いることにより、波長変換素子２００５の保護と固定とを同時に行うことができる。この結果、波長変換レーザ光源の製造コストの削減を図ることができる。
【０２１６】
また、本願発明者らは、実験により、保持部材２００６が波長変換素子２００５のＣ軸と交わる角が９０°±３０°の範囲となるとき、より急激な経時的光吸収増加が発生することを見出した。したがって、この構成に用いた場合、本実施の形態に係る波長変換レーザ光源２０００の効果が特に顕著となる。
【０２１７】
また、分極反転周期が短いほど、本発明の課題となる光吸収の増加への影響が大きくなるため、本発明の効果はより大きくなる。このため周期２０μｍ以下の波長変換素子に特に有効である。
【０２１８】
また、分極反転周期が短いほど、本発明の課題となる光吸収の増加への影響が大きくなる。したがって、分極反転周期が短い構成の波長変換素子２００５を用いた場合、本実施の形態に係る波長変換レーザ光源２０００の効果が特に顕著となる。具体的には、分極反転周期が２０μｍ以下の波長変換素子に特に有効である。
【０２１９】
また、本実施の形態の波長変換レーザ光源２０００では、実施の形態１に示す波長変換素子２００５に比べて、長尺の波長変換素子２００５を用いないと、十分な波長変換が得られない。具体的には、素子長１０ｍｍ以上のＬＮや、素子長１５ｍｍ以上のＬＴを波長変換素子２００５として用いることが好ましい。これにより、ディスプレイ用として求められる数Ｗ程度の緑色光生成と３０％以上の高効率波長変換との双方を実現することができる。しかしながら、波長変換素子２００５として、ＬＮまたはＬＴを用いた場合、それぞれ素子長１０ｍｍ以上、１２ｍｍ以上の場合、波長変換素子２００５を±０．１℃の幅で温度制御する必要がある。
【０２２０】
このため、光吸収率の増加による発熱増加が結晶の温度制御性を低下させて、出力安定性を低下させる課題が発生する。
【０２２１】
波長変換素子２００５として、実施の形態３に示す波長変換素子を用いることにより、２．５Ｗを超える高出力緑色光を生成することが可能となり、実施の形態４に示す波長変換素子を用いることにより、高効率な波長変換レーザ光源とすることが可能となる。
【０２２２】
このため、光吸収率の増加による発熱増加が結晶の温度制御性を低下させて、出力安定性を低下させる課題が発生する。
【０２２３】
波長変換素子２００５として、実施の形態３に示す波長変換素子を用いることにより、２．５Ｗを超える高出力緑色光を生成することが可能となり、実施の形態４に示す波長変換素子を用いることにより、高効率な波長変換レーザ光源とすることが可能となる。
【０２２４】
（実施の形態６）
図１３は、実施の形態１、２または５で示した緑色レーザを生成する波長変換レーザ光源を含むバックライト照明装置を用いた、本発明の実施の形態６にかかる、画像表示装置の構成の一例について示す概略構成図である。このような画像表示装置の例として液晶表示装置２１０６の模式的な構成図を示す。
【０２２５】
図１３に示すように液晶表示装置２１０６は、空間変調素子である液晶表示パネル２１０７と、液晶表示パネル２１０７を背面側から照明するバックライト照明装置２１０１と、を備えて構成されている。そして、バックライト照明装置２１０１の光源は、複数のレーザ光源２１０２を含んで構成され、このレーザ光源２１０２は少なくとも赤色、緑色および青色をそれぞれ出射する光源を用いた構成からなる。すなわち、Ｒ光源２１０２ａ、Ｇ光源２１０２ｂおよびＢ光源２１０２ｃは、それぞれ赤色、緑色および青色のレーザ光を出射する。このレーザ光源２１０２のうち、Ｇ光源２１０２ｂが本発明の実施の形態１、２または、５で示した波長変換レーザ光源からなるＧ光源を用いて構成される。
【０２２６】
また、ここでは、Ｒ光源２１０２ａには波長６４０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系材料からなる半導体レーザ装置を、青色レーザ光源（Ｂ光源）２１０２ｃには波長４５０ｎｍのＧａＮ系材料からなる半導体レーザ装置を用いている。
【０２２７】
次に、本実施の形態の液晶表示装置２１０６の模式的な構成について説明する。本実施の形態における液晶表示装置２１０６は、バックライト照明装置２１０１と、このバックライト照明装置２１０１から出射されるＲ光、Ｇ光およびＢ光のレーザ光を利用して画像表示を行う偏光板２１０８および液晶板２１０９から構成される液晶表示パネル２１０７とからなる。すなわち、図１３に示すように本実施の形態のバックライト照明装置２１０１は、レーザ光源２１０２、レーザ光源２１０２からのＲ光、Ｇ光およびＢ光のレーザ光をまとめて導光部２１０４を介して導光板２１０５に導く光ファイバ２１０３および導入したＲ光、Ｇ光およびＢ光のレーザ光で均一に満たされて主面（図示せず）からレーザ光を出射する導光板２１０５から構成されている。
【０２２８】
レーザ光源を用いることにより、色再現性に優れた低消費電力の画像表示装置を実現することができる。
【０２２９】
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変調素子として用いた液晶表示装置について示したが、ＤＭＤミラーや反射型ＬＣＯＳを空間変調素子に用いたプロジェクタなどの画像表示装置であっても同様の効果を発現することは言うまでもない。
【０２３０】
また、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を発生させるレーザ光源と、レーザ光を二次元走査する走査ミラーを備えた、いわゆるレーザ走査型画像表示装置の場合、更に低消費電力となり、また、小型の画像表示装置となる。
【０２３１】
これらの画像表示装置における緑色レーザ光源として、本実施の形態１または、２に示した波長変換レーザ光源を用いることにより、より長寿命な画像表示装置を実現することが可能となる。
【０２３２】
（実施の形態７）
上記のいずれかの波長変換素子を適用したレーザ加工装置の一例について、図１４を参照し説明する。
【０２３３】
図１４は、本発明の実施の形態７に係るレーザ加工装置の構成の一例について示す概略構成図である。
【０２３４】
図１４に示すように、レーザ加工装置２２０１は、レーザ光源２２０２、スキャンミラー２２０３、及びステージ２２０４を備えている。サンプル２２０５を加工する。
【０２３５】
レーザ加工装置２２０１の波長変換レーザ光源としては、実施の形態５に示した波長変換レーザ光源を用いている。レーザ光源２２０２から出射したレーザ光は、スキャンミラー２２０３で反射され、ステージ２２０４上のサンプル２２０５に照射される。サンプル２２０５上のレーザ照射位置は、図中Ｙ軸方向に移動させる。同時に、サンプル２２０５を載せたステージ２２０４をＸ軸方向に移動させることで、サンプル２２０５上のレーザ照射位置はＸ軸方向に移動する。上記の構成によれば、例えば、任意のレーザ照射位置でレーザ光源２２０２をパルス発振させることで、サンプル２２０５表面上に任意のパターンのマーキングを施すことが可能となる。
【０２３６】
また、サンプル２２０５を水槽内に設置し、同様にサンプル２２０５表面上に向けてレーザをパルス照射することで、レーザピーニングなどに応用することも可能となる。
【０２３７】
本発明のレーザ光源は安定したビーム品質が高いレーザ光を生成することが可能であり、レーザマーキングやレーザピーニングなど、レーザ加工装置に用いる光源として好ましい。
【０２３８】
また、レーザピーニングには、波長変換光として４４１ｎｍから５９２ｎｍの波長の光を生成するレーザ光源を用いることがこの好ましい。この場合、加工対象物としてのサンプル２２０５の表面上に水が存在する場合であっても、当該波長変換光が水に吸収されにくく、加工対象物の照射面で高いレーザピーニング効果を発現することが可能となる。
【０２３９】
本実施の形態では、スキャンミラーを用いたレーザ走査型の加工装置について述べた。ただし、これは、レーザ光源を用いた加工装置の一例であり、例えば、レーザ光源にて生成したレーザ光をファイバに入射させて、ファイバの反対面（出射端）を向けた任意の照射面にレーザ光を照射する構成の加工装置としてもよい。このような構成とすることにより、眼底治療などの手術用のレーザ加工装置を実現することが可能となる。
【０２４０】
波長変換にて生成した波長変換光をファイバに入射して用いる場合、フィアバーに入射する際の挿入損失を軽減するため、M２（M square）が１．４以下のビーム品質に優れたレーザ光源であることが好ましい。このため、本発明のように、光吸収率の増加を抑制し、熱レンズ効果を抑えることで高いビーム品質を維持させることが、重要となる。
【０２４１】
本明細書にて、実施の形態に示した構成は一例であって、本発明の主旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０２４２】
本発明のレーザ光源を用いることで出力の経時劣化が少ない緑色レーザ光源が実現可能であり、液晶テレビのバックライト、プロジェクションテレビ、プロジェクタなどに有用である。
【図面の簡単な説明】
【０２４３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る波長変換レーザ光源の一例の概略構成を示す説明図である。
【図２】波長変換素子と保持部材との間に挿入する下地材料の電気抵抗率を変えた場合について、運転開始から１０００時間後の基本波レーザの透過率を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る波長変換レーザ光源の他の例の概略構成を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る波長変換レーザ光源のさらに他の例の概略構成を示す説明図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る波長変換レーザ光源の一例の概略構成を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る波長変換レーザ光源の駆動方法を説明する説明図であり、（ａ）は間欠駆動、（ｂ）はパルス駆動の説明図である。
【図７】ＭｇＬＮ結晶からなる波長変換素子におけるＭｇのモル濃度と結晶耐性との関係を示すグラフである。
【図８】ＭｇＬＮの結晶耐性を評価する耐性評価装置の概略構成を示す説明図である。
【図９】波長変換素子における分極反転構造の作製方法を示す説明図である。
【図１０】ＭｇＬＮからなる波長変換素子におけるＭｇのモル濃度と規格化変換効率との関係を示すグラフである。
【図１１】波長変換素子の変換効率を評価する評価装置の概略構成を示す説明図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施の形態に係る波長変換レーザ光源の一例の概略構成を示す説明図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施の形態に係る画像表示装置の一例の概略構成を示す説明図である。
【図１４】本発明のさらに他の実施の形態に係るレーザ加工装置の一例の概略構成を示す説明図である。
【図１５】強誘電体（強誘電体結晶）の分極反転構造の作製方法を示す説明図である。
【図１６】従来の波長変換レーザ光源の概略構成を示す説明図である。
【図１７】従来の波長変換レーザ光源の運転時間に対する出力低下を示すグラフである。
【図１８】従来の波長変換レーザ光源における、運転時間に対する波長変換素子内の光吸収率の増加を示すグラフである。
【符号の説明】
【０２４４】
１００  波長変換レーザ光源
１０１  絶縁層
１０２  保持部材
２０３  分極反転領域
２０６  非分極反転領域
７０１  半導体レーザチップ（基本波レーザ光源・励起レーザ光源）
７０３  固体レーザ結晶（基本波レーザ光源・基本波発振部）
７０４  基本波レーザ光
７０５  波長変換素子
７０６〜７０９  誘電体多層膜
７１０  波長変換レーザ光
７１１  保持部材
７１２  制御装置
１１０２  放熱部
１２０１  波長変換素子
１３００  波長変換レーザ光源
１３０１  波長変換素子
１４０１  間欠部分
１４０２  パルス部分
１７０７  分極反転領域
２０００  波長変換レーザ光源
２００１  基本波レーザ光源
２００４  集光レンズ
２００５  波長変換素子
２００６  保持部材
２００７  制御装置
２１０６  液晶表示装置（画像表示装置）
２１０７  液晶表示パネル
２１０１  バックライト照明装置
２１０２  レーザ光源
２２０１  レーザ加工装置（加工装置）
２２０２  レーザ光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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