(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発する半導体レーザ光源と、
前記半導体レーザ光源により励起され、光を発するレーザ媒質と、
前記レーザ媒質が発する前記光を閉じ込め、共振器を構成する２つの反射要素と、
前記レーザ媒質を保持する保持具と、を備え、
前記レーザ媒質が発する前記光の光路に対して、前記レーザ媒質内の前記レーザ光の光路が傾斜することにより、前記レーザ媒質が発する前記光の前記光路に沿う領域に熱歪みを生じさせることを特徴とするレーザ光源。
【請求項２】
レーザ光を発する半導体レーザ光源と、
前記半導体レーザ光源により励起され、光を発するレーザ媒質と、
前記レーザ媒質が発する前記光を閉じ込め、共振器を構成する２つの反射要素と、
前記レーザ媒質を保持する保持具と、を備え、
前記保持具は、前記レーザ媒質が発する前記光の光路に沿う領域に引張応力を生じさせる応力発生構造を含み、
前記レーザ媒質は、前記レーザ媒質が発する前記光の前記光路が形成される第１領域と、前記第１領域に隣接する第２領域及び第３領域と、を含み、
前記保持具は、前記第２領域及び前記第３領域に圧縮力を加えることにより、前記第１領域に前記引張応力を生じさせることを特徴とするレーザ光源。
【請求項３】
レーザ光を発する半導体レーザ光源と、
前記半導体レーザ光源により励起され、光を発するレーザ媒質と、
前記レーザ媒質が発する前記光を閉じ込め、共振器を構成する２つの反射要素と、
前記レーザ媒質を保持する保持具と、を備え、
前記レーザ媒質は、前記レーザ媒質が発する前記光の光路に沿う領域に引張応力を生じさせる応力発生構造を含み、
前記応力発生構造は、前記レーザ媒質において、前記レーザ媒質が発する前記光の前記光路に沿って延びるように形成された溝部を含み、
前記溝部が収縮されることにより、前記引張応力が生ずることを特徴とするレーザ光源。
【請求項４】
前記半導体レーザ光源は、前記レーザ媒質が発する前記光の前記光路に対して前記レーザ光の前記光路が傾斜するように配設されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源。
【請求項５】
前記レーザ媒質は、前記レーザ光が入射される入射端面を含み、
前記入射端面は、前記レーザ媒質が発する前記光の前記光路に垂直な面に対して傾斜することを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源。
【請求項６】
前記応力発生構造は、前記レーザ媒質とは異なる材質の充填材料を含み、
前記溝部に充填された前記充填材料は、前記溝部を収縮させることを特徴とする請求項３に記載のレーザ光源。
【請求項７】
前記充填材料は、樹脂材料を含むことを特徴とする請求項６に記載のレーザ光源。
【請求項８】
前記充填材料は、セラミック材料を含むことを特徴とする請求項６に記載のレーザ光源。
【請求項９】
レーザ光を発する半導体レーザ光源と、
前記半導体レーザ光源により励起され、光を発するレーザ媒質と、
前記レーザ媒質が発する前記光の波長を変換する波長変換素子と、
前記レーザ媒質が発する前記光を閉じ込め、共振器を構成する２つの反射要素と、
前記共振器内に配設されたセラミック材料で形成された前記レーザ媒質を保持する保持具と、
前記レーザ媒質及び前記波長変換素子と異なる材質の充填材料と、を備え、
前記レーザ媒質及び前記波長変換素子には、前記レーザ媒質が発する前記光の光路に沿う溝部が形成され、
前記溝部に充填された前記充填材料は、前記溝部を収縮させ、前記レーザ媒質が発する前記光の前記光路に沿う領域に引張応力を生じさせ、前記レーザ媒質が発する前記光の偏光方向を制御することを特徴とする波長変換レーザ光源。
【請求項１０】
レーザ光を発する半導体レーザ光源と、
前記半導体レーザ光源により励起され、光を発するレーザ媒質と、
前記レーザ媒質が発する前記光の波長を、変換する波長変換素子と、
前記レーザ媒質が発する前記光を閉じ込め、共振器を構成する２つの反射要素と、
前記レーザ媒質及び前記波長変換素子と異なる材質の充填材料と、を備え、
前記共振器内に配設されたセラミック材料で形成された前記レーザ媒質に光学的に接合された前記波長変換素子は、前記共振器内に配設され、
前記レーザ媒質及び前記波長変換素子には、前記レーザ媒質が発する前記光の光路に沿う溝部が形成され、
前記溝部に充填された前記充填材料は、前記溝部を収縮させ、前記レーザ媒質が発する前記光の前記光路に沿う領域に引張応力を生じさせ、前記レーザ媒質が発する前記光の偏光方向を制御することを特徴とする波長変換レーザ光源。
【請求項１１】
前記レーザ媒質は、前記レーザ光が入射される入射端面と、前記入射端面と反対側の出射端面と、を含み、
前記レーザ媒質には、レーザ活性物質が添加され、
前記レーザ活性物質の濃度は、前記入射端面から前記出射端面に向けて低下することを特徴とする請求項９又は１０に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１２】
光を発するレーザ光源と、
前記レーザ光源に電流を供給するレーザ駆動回路と、
前記光を変調し、画像を形成する変調素子と、
前記変調素子から出射された前記光を反射する反射ミラーと、
前記変調素子を駆動するコントローラと、を備え、
前記レーザ光源は、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の波長変換レーザ光源を含むことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック材料をレーザ媒質に用いたレーザ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工や医療用に向けた光源として、希土類イオンが添加された石英ファイバをレーザ媒質として用いたファイバレーザや、同様に希土類イオンが添加された多結晶セラミックス材料をレーザ媒質として用いたセラミックレーザ材料が開発されている。特に、多結晶セラミックス材料には、高濃度の希土類イオンの添加が可能である。したがって、光を用いてレーザ媒質を励起する場合、励起光を吸収するのに必要な長さが短縮される。このような優れた特性から、多結晶セラミックス材料は、コンパクトさと高効率・高ビーム品質を両立したレーザ装置を実現するための素材として注目されている。
【０００３】
上述のセラミックス材料を用いたレーザ光源は多くの機関で検討されている。
【０００４】
図２８は、特許文献１に開示される赤外レーザ光源或いは非特許文献１や非特許文献２に開示される短パルスレーザ光源の概略的な模式図を示す。図２９は、特許文献２に開示されるディスクレーザ光源の概略的な模式図である。図２８及び図２９に示される従来のレーザ光源は、後述される。
【０００５】
多結晶セラミックス材料を用いたレーザ媒質の研究以外にも、半導体レーザの偏光制御を行うための研究が行われている。例えば、半導体基板上に薄膜状の構造物を用いた半導体レーザの偏光制御方法が発表されている。
【０００６】
セラミックレーザ媒質は、等方性媒質であるので、発生する光の偏光方向は、ランダム偏光となる。出力される光が、単一偏光である必要があるならば、出力の半分は、そのまま損失となる。セラミックレーザ媒質は、半導体レーザ素子のように薄膜半導体材料をエピタキシャル成長させた構造でないので、薄膜状の構造物の形成にのみ依存する偏光制御は有効ではない。
【０００７】
セラミックレーザ媒質に適用される従来の偏光制御として、レーザ共振器内への単一偏光化素子の挿入が例示される。しかしながら、単一偏光化素子の挿入は、レーザ装置を大型化させる。更に、単一偏光化素子の挿入は、新たな部品の追加を意味するので、レーザ装置の製造コストを増大させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2002-57388号公報
【特許文献２】特開2007-299962号公報
【特許文献３】特開平11-54838号公報
【特許文献４】特開平11-330630号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Applied Physics letters Vol.77, No.23, 3707ページ
【非特許文献２】Japanese Journal of Applied Physics Vol.40, L552ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、セラミックレーザ媒質を用いた小型のレーザ光源装置を提供することを目的とする。当該レーザ光源装置は、適切な偏光制御下で、レーザ光を出力する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一の局面に係るレーザ光源は、レーザ光を発する半導体レーザ光源と、該半導体レーザ光源により励起され、光を発するレーザ媒質と、該レーザ媒質が発する前記光を閉じ込め、共振器を構成する２つの反射要素と、前記レーザ媒質を保持する保持具と、を備え、前記共振器内に配設されたセラミック材料で形成された前記レーザ媒質には、前記レーザ媒質が発する前記光の偏光方向が制御されるように応力が発生されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の局面に係る波長変換レーザ光源は、レーザ光を発する半導体レーザ光源と、該半導体レーザ光源により励起され、光を発するレーザ媒質と、該レーザ媒質が発する前記光の波長を変換する波長変換素子と、前記レーザ媒質が発する前記光を閉じ込め、共振器を構成する２つの反射要素と、前記レーザ媒質を保持する保持具と、を備え、前記共振器内に配設されたセラミック材料で形成された前記レーザ媒質には、前記レーザ媒質が発する前記光の偏光方向が制御されるように応力が発生されることを特徴とする。
【００１３】
本発明の更に他の局面に係る波長変換レーザ光源は、レーザ光を発する半導体レーザ光源と、該半導体レーザ光源により励起され、光を発するレーザ媒質と、該レーザ媒質が発する前記光の波長を、変換する波長変換素子と、前記レーザ媒質が発する前記光を閉じ込め、共振器を構成する２つの反射要素と、を備え、前記レーザ媒質に光学的に接合された前記波長変換素子は、前記共振器内に配設され、前記共振器内に配設されたセラミック材料で形成された前記レーザ媒質には、前記レーザ媒質が発する前記光の偏光方向が制御されるように応力が発生されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の更に他の局面に係る画像表示装置は、光を発するレーザ光源と、該レーザ光源に電流を供給するレーザ駆動回路と、前記光を変調し、画像を形成する変調素子と、該変調素子から出射された光を反射する反射ミラーと、前記変調素子を駆動するコントローラと、を備え、前記レーザ光源は、上述の波長変換レーザ光源を含むことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に従うレーザ光源を概略的に示す模式図である。
【図２】図１に示されるレーザ光源の保持具及び保持具に保持されたレーザ媒質の概略的な斜視図である。
【図３】図２に示される矢印の方向から見た保持具及び保持具に保持されたレーザ媒質を概略的に示す模式図である。
【図４】図２に示される矢印の方向から見た保持具及び保持具に保持されたレーザ媒質を概略的に示す模式図である。
【図５】単一偏光化に関する実験結果を示すグラフである。
【図６】単一偏光化に関する実験結果を示すグラフである。
【図７】図１に示されるレーザ光源の他の保持具並びにレーザ媒質の概略的な斜視図である。
【図８】図７に示される矢印の方向から見た保持具及び保持具に保持されたレーザ媒質を概略的に示す模式図である。
【図９】図７に示される矢印の方向から見た保持具及び保持具に保持されたレーザ媒質を概略的に示す模式図である。
【図１０】第２実施形態に従うレーザ光源のセラミックレーザ媒質及びセラミックレーザ媒質を保持する保持具の概略的な斜視図である。
【図１１】図１０に示される矢印の方向から見た保持具及び保持具に保持されたレーザ媒質を概略的に示す模式図である。
【図１２】図１０に示される矢印の方向から見た保持具及び保持具に保持されたレーザ媒質を概略的に示す模式図である。
【図１３】第２実施形態に従うレーザ光源の他のセラミックレーザ媒質及びセラミックレーザ媒質を保持する保持具の概略的な斜視図である。
【図１４】図１３に示される矢印の方向から見た保持具及び保持具に保持されたレーザ媒質を概略的に示す模式図である。
【図１５】図１３に示される矢印の方向から見た保持具及び保持具に保持されたレーザ媒質を概略的に示す模式図である。
【図１６】偏光比を比較するグラフである。
【図１７】第３実施形態に従うレーザ光源を概略的に示す模式図である。
【図１８】従来のレーザ光源の光学的設計を概略的に示す模式図である。
【図１９】セラミックレーザ媒質を励起する励起光と光励起により発生した発振光とのオーバーラップを利用した単一偏光化を達成する他のレーザ光源を概略的に示す模式図である。
【図２０】単一偏光化に対する効果を説明するグラフである。
【図２１】第４実施形態に従うレーザ光源に用いられるセラミックレーザ媒質を概略的に示す。
【図２２】第５実施形態に従う波長変換レーザ光源を概略的に示す模式図である。
【図２３】第５実施形態に従う他の波長変換レーザ光源の構成を概略的に示す模式図である。
【図２４】第５実施形態に従う他の波長変換レーザ光源の構成を概略的に示す模式図である。
【図２５】図２４に示されるレーザ媒質に添加されるレーザ活性物質の濃度変化を概略的に示す濃度分布図である。
【図２６】第６実施形態に従うレーザプロジェクタを示す模式図である。
【図２７】第７実施形態に従うヘッドアップディスプレイ装置を概略的に示す模式図である。
【図２８】特許文献１に開示される赤外レーザ光源或いは非特許文献１や非特許文献２に開示される短パルスレーザ光源の概略的な模式図である。
【図２９】特許文献２に開示されるディスクレーザ光源の概略的な模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、レーザ光源、波長変換レーザ光源及び画像表示装置の様々な実施形態が添付の図面を用いて説明される。図中、同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられる。同様の要素に関する説明は、冗長となるので、省略される。
【００１７】
上述の図２８及び図２９を用いて、セラミックレーザ媒質を用いた従来のレーザ光源が説明される。
【００１８】
図２８に示されるレーザ光源９００は、一般的に、端面励起型と称される。レーザ光源９００は、セラミックレーザ媒質（レーザ媒質９１０）を備える。励起光ＰＬは、レーザ媒質９１０の端面から入力される。
【００１９】
レーザ光源９００は、励起光ＰＬを発する励起光源９２０と、励起光源９２０からの励起光ＰＬを平行光にするコリメートレンズ９３０と、コリメートレンズ９３０からの励起光ＰＬをレーザ媒質９１０へ集光する集光レンズ９４０と、を更に備える。
【００２０】
レーザ光源９００は、励起光ＰＬが入射されるレーザ媒質９１０の入射端面に形成された１０６０ｎｍ帯の高反射光学膜９６０と、入射端面と反対側の出射端面に形成された１０６０ｎｍ帯の高透過光学膜９７０と、レーザ媒質９１０の出射端面側に配設された出力ミラー９８０と、レーザ媒質９１０を保持する保持具９９０を更に備える。かくして、高反射光学膜９６０と出力ミラー９８０との間でレーザ共振を発生させるための共振器が形成される。共振器内でのレーザ共振の結果、１０６０ｎｍ帯の発振光ＬＳがレーザ光源９００から出力される。
【００２１】
図２９は、端面励起型のレーザ光源９０５を示す。レーザ光源９０５は、円板形のレーザ媒質９１５を備える。図２９に示されるレーザ光源９０５は、一般的に、ディスクレーザと称される。図２８に関連して説明されたレーザ光源９００と同様に、励起光ＰＬは、セラミックレーザ媒質（レーザ媒質９１５）の端面から入力される。
【００２２】
レーザ光源９０５は、図２８に関連して説明されたレーザ光源９００と同様に、励起光源９２０と、コリメートレンズ９３０と、集光レンズ９４０と、を備える。集光レンズ９４０は、励起光源９２０から発せられた励起光ＰＬをレーザ媒質９１５に集光する。この結果、レーザ媒質９１５は、発振光ＬＳを発する。尚、図２８に関連して説明されたレーザ光源９００と異なり、発振光ＬＳは、励起光ＰＬが入射された面と同一の面から出力される。
【００２３】
レーザ光源９０５は、レーザ媒質９１５の両端面に形成された１０６０ｎｍ帯の高反射光学膜９６５，９７５を更に備える。高反射光学膜９６５，９７５は、レーザ共振器を形成する。レーザ共振器内で発振した１０６０ｎｍ帯の発振光ＬＳは、励起光ＰＬが入力されたレーザ媒質９１５の端面から出力される。
【００２４】
レーザ光源９０５は、発振光ＬＳを分離するビームスプリッタ９８５を更に備える。発振光ＬＳは、ビームスプリッタ９８５を介して出力される。
【００２５】
レーザ光源９０５（ディスクレーザ）のレーザ媒質９１５は、平板化されている。レーザ光源９０５は、レーザ媒質９１５を保持するための保持具９９５を備える。保持具９９５は、平板化されたレーザ媒質９１５が貼り付けられる保持プレート９９６を含む。図２９に関連して説明されたレーザ光源９０５によれば、平板化されたレーザ媒質９１５が保持プレート９９６に貼り付けられるので、レーザ媒質９１５からの熱が効率的に取り除かれる。
【００２６】
本発明者は、上述のセラミックレーザ媒質（レーザ媒質９１０，９１５）を用いられレーザ光源９００，９０５は、レーザ発振した光がランダム偏光となるので、波長変換といった用途に適用させにくいということを見出した。
【００２７】
従来において、レーザ媒質のうちＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）結晶はランダム偏光でしか発振しないことは知られている。したがって、単一偏光化を達成するために、典型的には、レーザ共振器内に偏光制御素子が挿入される。本発明者は、レーザ共振器内への偏光制御素子の挿入は、従来からの課題であるレーザ装置の大型化に加えて、共振器内部の損失の増大をもたらすことを見出した。また、本発明者は、共振器内部の損失の増大は、投入される励起光からレーザ光への変換効率の低下を招来することを見出した。
【００２８】
本発明者は、上述のセラミックレーザ媒質を用いたレーザ光源に係る課題に対して、レーザ媒質の内部に局所的な応力を発生させ、偏光比を向上させることができることを新たに見出した。後述される第１実施形態乃至第４実施形態は、上述の知見に基づき、案出された。
【００２９】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に従うレーザ光源の構成を概略的に示す模式図である。図１を用いて、第１実施形態に従うレーザ光源が説明される。
【００３０】
レーザ光源１００は、セラミックレーザ媒質（レーザ媒質１１０）と、レーザ媒質１１０を保持する保持具１９０と、を備える。本実施形態のレーザ光源１００は、レーザ媒質１１０及び保持具１９０に特徴付けられる。以下に説明される保持具１９０の構造は、レーザ媒質１１０が発する光の偏光方向を制御し、単一偏光化することに貢献する。
【００３１】
図２８に関連して説明されたレーザ光源９００と同様に、本実施形態のレーザ光を発するレーザ光源１００は、励起光ＰＬを発する励起光源１２０と、励起光源１２０からの励起光ＰＬを平行光にするコリメートレンズ１３０と、コリメートレンズ１３０からの励起光ＰＬをレーザ媒質１１０へ集光する集光レンズ１４０と、を更に備える。レーザ媒質１１０は、励起光源１２０からの励起光ＰＬにより励起され、発振光ＬＳを発する。本実施形態において、励起光源１２０は、半導体レーザ光源として例示される。
【００３２】
図２８に関連して説明されたレーザ光源９００と同様に、本実施形態のレーザ光源１００は、励起光ＰＬが入射されるレーザ媒質１１０の入射端面に形成された１０６０ｎｍ帯の高反射光学膜１６０と、入射端面と反対側の出射端面に形成された１０６０ｎｍ帯の高透過光学膜１７０と、レーザ媒質１１０の出射端面側に配設された出力ミラー１８０と、を更に備える。かくして、高反射光学膜１６０と出力ミラー１８０との間でレーザ共振を発生させるための共振器が形成される。共振器内でのレーザ共振の結果、１０６０ｎｍ帯の発振光ＬＳがレーザ光源１００から出力される。本実施形態において、高反射光学膜１６０及び出力ミラー１８０は、反射要素として例示される。
【００３３】
（保持具の構造：第１の構造）
レーザ媒質１１０を保持する保持具１９０は、例えば、Ｃ型の断面を有する本体部１９１と、本体部１９１の上面に形成された開口部を閉塞する蓋部１９２と、を備える。セラミック材料で形成されたレーザ媒質１１０は、本体部１９１と蓋部１９２とにより形成される空間（高反射光学膜１６０と出力ミラー１８０との間に形成された共振器の内部空間）内で保持される。
【００３４】
レーザ媒質１１０は、本体部１９１内に装着される。その後、蓋部１９２が本体部１９１に取り付けられる。このとき、図１に示される如く、本体部１９１と蓋部１９２との間に、１００〜５００μｍの隙間（空隙）が形成される。
【００３５】
蓋部１９２は、ネジといった適切な固定具を用いて、本体部１９１に固定される。このとき、本体部１９１と蓋部１９２との間に形成された空隙に起因して、蓋部１９２は、レーザ媒質１１０に不均一な応力を生じさせる。当該不均一な応力の発生は、後述されるレーザ光の偏光方向の単一偏光化に貢献する。
【００３６】
図２は、保持具１９０及び保持具１９０に保持されたレーザ媒質１１０の概略的な斜視図である。図３及び図４は、図２に示される矢印の方向から見た保持具１９０及び保持具１９０に保持されたレーザ媒質１１０を概略的に示す。図３に示されるレーザ媒質１１０には、応力は発生していない。図４に示されるレーザ媒質１１０には応力が発生している。図２乃至図４を用いて、レーザ媒質１１０中で発生する応力が説明される。
【００３７】
図３に示される如く、蓋部１９２は、本体部１９１内のレーザ媒質１１０によって、本体部１９１から浮き上がっている。例えば、蓋部１９２と本体部１９１とを連結するためのネジの締め付けトルクが５０ｃＮ・ｍに設定されるならば、蓋部１９２と本体部１９１との間の空隙は、３００μｍに設計される。尚、本体部１９１への蓋部１９２のネジ止めは、レーザ媒質１１０の左右領域で行われる。
【００３８】
蓋部１９２が本体部１９１にネジ止めされると、蓋部１９２は湾曲し、蓋部１９２と本体部１９１との間の空隙は低減する。図４に示される蓋部１９２と本体部１９１との間の空隙は、例えば、１００μｍとなる。この結果、蓋部１９２に応力ＳＬが生ずる。
【００３９】
図４に示される如く、蓋部１９２は上方に湾曲するので、蓋部１９２の左右の領域に生ずる応力ＳＬは、レーザ媒質１１０の上面のうち稜に近い左右領域に垂直方向の圧縮応力ＣＳを生じさせる一方で、当該左右領域の間の中央領域には、圧縮応力ＣＳを生じさせない。この結果、レーザ媒質１１０の中央領域には、垂直方向の引張応力ＴＳが生ずる。本実施形態において、レーザ媒質１１０の中央領域は、第１領域として例示される。中央領域の左右の領域は、第２領域及び第３領域として例示される。
【００４０】
図２乃至図４に示される保持具１９０は、蓋部１９２を用いて、レーザ媒質１１０に応力を付与することができる。この結果、レーザビームが通過するレーザ媒質１１０の中央領域に引張応力ＴＳが発生する。
【００４１】
図５及び図６は、単一偏光化に関する実験結果を示すグラフである。図５は、レーザ媒質１１０に応力が生じていないときの実験結果を示す。図６は、上述の本実施形態の原理に従ってレーザ媒質１１０に応力が生じているときの実験結果を示す。図１乃至図６及び図２８を用いて、単一偏光化に関する実験結果が説明される。
【００４２】
単一偏光化の実験には、レーザ活性イオンであるＮｄ（ネオジム）が２％添加されたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）セラミックがセラミックレーザ媒質（レーザ媒質１１０）として用いられた。励起光源１２０として、発振波長８０７ｎｍの半導体レーザ光源が用いられた。
【００４３】
図１に示されるように、出力ミラー１８０は、レーザ媒質１１０に対向する曲面１８１を備える。曲面１８１の曲率半径は、発振した１０６０ｎｍ帯のレーザビーム径が約１００μｍとなるように設定された。集光レンズ１４０は、励起光ＰＬと発振した１０６０ｎｍ帯の光との重なり積分が大きくなるように配設された。
【００４４】
図５に示される実験結果は、レーザ媒質１１０に応力が生じていないときに得られたグラフであり、従来のレーザ光源（図２８に関連して説明されたレーザ光源９００）に相当する。図６に示される実験結果は、図２乃至図４に関連して説明された原理に従って応力が付加されたレーザ媒質１１０を用いて得られた。
【００４５】
図５に示されるように、レーザ媒質１１０に応力が生じていないとき、レーザ光源１００から発せられる光の縦偏光及び横偏光は略等しい出力であった。このことは、レーザ媒質１１０に応力が生じていないとき、レーザ光源１００から発せられる光は、ランダム偏光であることを意味する。
【００４６】
一方、図２乃至図４に関連して説明された原理に従って、レーザ媒質１１０に応力を生じさせると、「１０：１」の偏光比が得られた。この偏光比は、レーザ光源１００の温度変化や出力変化に依存せず、略一定であることを本発明者は確認した。
【００４７】
上述の如く、保持具１９０は、レーザ媒質１１０（セラミックレーザ媒質）に応力を生じさせることができるように形成され、レーザ媒質１１０が発する光の光路に沿う領域（レーザ媒質１１０の長手方向に延びるレーザ媒質１１０の中央領域）に引張応力ＴＳを生じさせる。レーザ媒質１１０が発する光の光路に沿う領域に生じた引張応力ＴＳは、光の偏光方向を適切に制御し、レーザ光源１００の偏光方向が単一偏光化される。本実施形態において説明された保持具１９０の構造は、応力発生構造として例示される。
【００４８】
（保持具の構造：第２の構造）
図７乃至図９は、レーザ媒質１１０を保持する他の保持具の構造を概略的に示す。図７は、保持具及び保持具に保持されたレーザ媒質１１０の概略的な斜視図である。図８及び図９は、図７に示される矢印の方向から見た保持具及び保持具に保持されたレーザ媒質１１０を概略的に示す。図８に示されるレーザ媒質１１０には、応力は発生していない。図９に示されるレーザ媒質１１０には応力が発生している。図１、図７乃至図９を用いて、レーザ媒質１１０中で発生する応力が説明される。
【００４９】
第１の構造の保持具１９０に代えて、レーザ光源１００は、第２の構造の保持具１９０Ａを用いて、レーザ媒質１１０を保持してもよい。図７乃至図９に示される保持具１９０Ａも、第１の構造の保持具１９０と同様に、レーザ媒質１１０に適切に応力を生じさせることができる。
【００５０】
図７に示される如く、保持具１９０Ａは、例えば、Ｃ型の断面を有する本体部１９１Ａと、本体部１９１Ａの上面に形成された開口部を閉塞する蓋部１９２Ａと、を備える。セラミック材料で形成されたレーザ媒質１１０は、本体部１９１Ａと蓋部１９２Ａとにより形成される空間（高反射光学膜１６０と出力ミラー１８０との間に形成された共振器の内部空間）内で保持される。
【００５１】
図８に示される如く、蓋部１９２Ａの下面には、レーザビームが通過する領域に沿って延びる突条１９３が形成される。また、本体部１９１Ａには、蓋部１９２Ａに形成された突条１９３に対向する突条１９４が形成される。突条１９３，１９４は、保持具１９０Ａ内に収容されたレーザ媒質１１０を挟む。
【００５２】
蓋部１９２Ａの下面に形成された突条１９３及び本体部１９１Ａから若干はみ出したレーザ媒質１１０によって、蓋部１９２Ａと本体部１９１Ａとの間には空隙が形成される。本体部１９１Ａへの蓋部１９２Ａのネジ止めは、レーザ媒質１１０の左右領域で行われる。
【００５３】
蓋部１９２Ａが本体部１９１Ａに固定されると、蓋部１９２の左右の領域に応力ＳＬが生ずる。応力ＳＬに起因して、突条１９３，１９４は、レーザ媒質１１０を集中的に押圧し、レーザ媒質１１０内に圧縮応力ＣＳを生じさせる。突条１９３からの下向きの圧縮応力ＣＳ及び突条１９４からの上向きの圧縮応力ＣＳがレーザ媒質１１０の断面の中心でぶつかる結果、レーザ媒質１１０の断面の中心を横切る水平面ＨＰ上において、レーザ媒質１１０には、水平方向の引張応力ＴＳが生ずる。レーザ媒質１１０として、セラミックＹＡＧが用いられるならば、偏光方向は横方向に単一偏光化される。
【００５４】
保持具１９０Ａの構造によれば、突条１９３，１９４は、レーザ媒質１１０に効果的に応力を生じさせることができる。したがって、保持具１９０と同様に、蓋部１９２Ａが本体部１９１Ａに対して、５０ｃＮ・ｍの締め付けトルクでネジ止めされるならば、例えば、「５０：１」の偏光比が得られ、第１の構造の保持具１９０よりも大きな偏光比が達成される。
【００５５】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に関連して、応力を発生させるための応力発生構造が形成されたセラミックレーザ媒質が説明される。セラミックレーザ媒質に設けられた応力発生構造は、単一偏光化に好適に貢献する。
【００５６】
（セラミックレーザ媒質の構造：第３の構造）
図１０乃至図１２は、応力発生構造が形成されたセラミックレーザ媒質を概略的に示す。図１０は、セラミックレーザ媒質及びセラミックレーザ媒質を保持する保持具の概略的な斜視図である。図１１は、図１０に示される矢印の方向から見た保持具及び保持具に保持されたレーザ媒質を概略的に示す。図１２は、図１０に示される矢印の方向から見たレーザ媒質を概略的に示す。図１、図１０乃至図１２を用いて、セラミックレーザ媒質に設けられた応力発生構造が説明される。
【００５７】
応力発生構造が形成されたセラミックレーザ媒質（レーザ媒質１１０Ｃ）は、第１実施形態に関連して説明された保持具１９０（第１の構造）内に収容される。第１実施形態に関連して説明されたレーザ媒質１１０に代えて、レーザ光源１００は、応力発生構造が形成されたレーザ媒質１１０Ｃを用いて、レーザ光を発生させてもよい。
【００５８】
図１１に示される如く、レーザ媒質１１０Ｃは、蓋部１９２と本体部１９１との間で直立する左側面１１１及び右側面１１２を含む。左側面１１１には、レーザビームが通過する領域に沿ってレーザ媒質１１０Ｃの長手方向に延びる溝部１１３が凹設される。また、右側面１１２には、レーザビームが通過する領域に沿ってレーザ媒質１１０Ｃの長手方向に延びる溝部１１４が凹設される。溝部１１３，１１４は、レーザ媒質１１０Ｃ内の歪み変形を促す。本実施形態において、溝部１１３は、溝部１１４に対向するように形成される。代替的に、レーザ媒質内の歪み変形が増大されるならば、レーザ媒質に形成される溝部は、他の位置に形成されてもよい。本実施形態において、レーザビームが通過する領域（レーザ媒質１１０Ｃの中央の領域）は、第１領域として例示される。溝部１１３，１１４が形成された領域は、第２領域及び第３領域として例示される。
【００５９】
溝部１１３，１１４の間にレーザビームが通過する領域が設けられる。溝部１１３，１１４は、上述の如く、レーザ媒質１１０Ｃ内の歪み変形を促すので、レーザビームが通過する領域に効率的に引張応力ＴＳを生じさせ、偏光比を高めることができる。本実施形態において、溝部１１３，１１４は、応力発生構造として例示される。
【００６０】
図１１は、保持具１９０に固定されたレーザ媒質１１０Ｃを示す。第１実施形態と同様に、レーザ媒質１１０Ｃとして、２％のＮｄが添加されたＹＡＧセラミックが用いられてもよい。また、励起光源１２０として、波長８０７ｎｍの半導体レーザ光源が用いられてもよい。
【００６１】
出力ミラー１８０の曲面１８１（図１参照）は、発振した１０６０ｎｍ帯のレーザビーム径が約１００μｍとなるように設定されてもよい。集光レンズ１４０は、好ましくは、励起光ＰＬと発振した１０６０ｎｍ帯の光との重なり積分が大きくなるように配設される。
【００６２】
レーザ媒質１１０Ｃは、例えば、１ｍｍ×１ｍｍの端面及び３ｍｍの長さ寸法を有する。溝部１１３，１１４は、例えば、ダイシングソーを用いて形成される。溝部１１３，１１４の深さ寸法は、例えば、約２００μｍである。
【００６３】
第１実施形態と同様に、蓋部１９２が本体部１９１にネジ止めされると、蓋部１９２は湾曲し、蓋部１９２と本体部１９１との間の空隙は低減する。蓋部１９２は上方に湾曲するので、蓋部１９２は、溝部１１３，１１４が形成された左右領域に垂直方向の圧縮応力ＣＳを生じさせる。
【００６４】
圧縮応力ＣＳは、溝部１１３，１１４に逃げる（即ち、溝部１１３，１１４が垂直方向に収縮するようにレーザ媒質１１０Ｃは変形する）。この結果、レーザビームが通過する領域には一層大きな引張応力ＴＳが生じ、単一偏光化された光の偏光比が増大する。
【００６５】
本発明者は、上述のレーザ媒質１１０Ｃ及び保持具１９０を用いて、偏光比を調査した。蓋部１９２に応力ＳＬを生じさせる前における蓋部１９２と本体部１９１との間の空隙は、５００μｍであった。本発明者は、５００μｍの空隙が３００μｍになるまで、蓋部１９２を本体部１９１にネジ止めし、蓋部１９２に応力ＳＬを生じさせた。尚、ネジの締め付けトルクは、５０ｃＮ・ｍであった。本実験において、本発明者は、「１５０：１」の偏光比を観察した。
【００６６】
図１２は、レーザ媒質１１０Ｃの断面中の応力を概略的に示す。図１２に示される如く、レーザビームが通過する領域において、図１２中において縦方向の引張応力ＴＳが生じている。したがって、上述の実験において得られた偏光方向は縦偏光となった。
【００６７】
（セラミックレーザ媒質の構造：第４の構造）
図１３乃至図１５は、応力発生構造が形成されたセラミックレーザ媒質を概略的に示す。図１３は、セラミックレーザ媒質及びセラミックレーザ媒質を保持する保持具の概略的な斜視図である。図１４は、図１３に示される矢印の方向から見た保持具及び保持具に保持されたレーザ媒質を概略的に示す。図１５は、図１３に示される矢印の方向から見たレーザ媒質を概略的に示す。図１、図１３乃至図１５を用いて、セラミックレーザ媒質に設けられた応力発生構造が説明される。
【００６８】
応力発生構造が形成されたセラミックレーザ媒質（レーザ媒質１１０Ｄ）は、第１実施形態に関連して説明された保持具１９０（第１の構造）内に収容される。第１実施形態に関連して説明されたレーザ媒質１１０に代えて、レーザ光源１００は、応力発生構造が形成されたレーザ媒質１１０Ｄを用いて、レーザ光を発生させてもよい。
【００６９】
図１４に示される如く、レーザ媒質１１０Ｄは、左側面１１１と右側面１１２との間で延びる上面１１５及び下面１１６を含む。上面１１５には、レーザビームが通過する領域に沿ってレーザ媒質１１０Ｄの長手方向に延びる溝部１１７が凹設される。また、下面１１６には、レーザビームが通過する領域に沿ってレーザ媒質１１０Ｄの長手方向に延びる溝部１１８が凹設される。代替的に、溝部は、レーザ媒質の側面に形成されてもよい。
【００７０】
溝部１１７，１１８は、レーザ媒質１１０Ｄ内の歪み変形を促す。本実施形態において、溝部１１７は、溝部１１８に対向するように形成される。代替的に、レーザ媒質１１０Ｄ内の歪み変形が増大されるならば、レーザ媒質に形成される溝部は、他の位置に形成されてもよい。
【００７１】
応力発生構造は、溝部１１７，１１８に埋め込まれた樹脂１１９（接着剤）を含む。溝部１１７，１１８は、硬化するときに収縮する。溝部１１７，１１８内の樹脂１１９の収縮は、溝部１１７，１１８の水平方向の収縮変形を生じさせ、レーザ媒質１１０Ｄの断面に応力を生じさせる。本実施形態において、セラミック製のレーザ媒質１１０Ｄとは異なる材質の樹脂１１９は、充填材料として例示される。代替的に、レーザ媒質に形成された溝部を収縮することができる他の材料（レーザ媒質とは異質の材料）が充填材料として用いられてもよい。
【００７２】
溝部１１７，１１８の間にレーザビームが通過する領域が設けられる。溝部１１７，１１８は、「第３の構造」に関連して説明されたレーザ媒質１１０Ｃの溝部１１３，１１４と同様に、レーザ媒質１１０Ｄ内の歪み変形を促すので、レーザビームが通過する領域に効率的に引張応力ＴＳを生じさせ、偏光比を高めることができる。本実施形態において、溝部１１７，１１８は、応力発生構造として例示される。
【００７３】
樹脂１１９がレーザ媒質１１０Ｄに応力を生じさせるので、保持具１９０はレーザ媒質１１０Ｄに応力を生じさせなくともよい。図１、図１３乃至図１５を用いて、レーザ媒質１１０Ｄに埋設された樹脂によってもたらされる作用及び効果が説明される。
【００７４】
第１実施形態と同様に、レーザ媒質１１０Ｄとして、２％のＮｄが添加されたＹＡＧセラミックが用いられてもよい。また、励起光源１２０として、波長８０７ｎｍの半導体レーザ光源が用いられてもよい。
【００７５】
出力ミラー１８０の曲面１８１（図１参照）は、発振した１０６０ｎｍ帯のレーザビーム径が約１００μｍとなるように設定されてもよい。集光レンズ１４０は、好ましくは、励起光ＰＬと発振した１０６０ｎｍ帯の光との重なり積分が大きくなるように配設される。
【００７６】
レーザ媒質１１０Ｄは、例えば、１ｍｍ×１ｍｍの端面及び３ｍｍの長さ寸法を有する。溝部１１７，１１８は、例えば、ダイシングソーを用いて形成される。溝部１１７，１１８の深さ寸法は、例えば、約２００μｍである。第３の構造に関連して説明されたレーザ媒質１１０Ｃと異なり、溝部１１７，１１８に流し込まれた接着剤（樹脂１１９）の効果に伴う収縮（硬化収縮）により、レーザ媒質１１０Ｄの断面中のレーザビームが通過する領域に引張応力ＴＳが生ずる。本実施形態において、接着剤として、エポキシ樹脂を基材として熱硬化型接着剤が好適に利用される。引張応力ＴＳを生じさせるために、接着剤は、好ましくは、５％以上の硬化収縮率を有する。レーザ媒質１１０Ｄの温度に起因する偏光比の変動を小さくするために、接着剤は、好ましくは、１０ｐｐｍ／℃以下の線膨張係数を有する。
【００７７】
溝部１１７，１１８中で収縮する接着剤（樹脂１１９）が収縮力ＣＦを、レーザビームが通過する領域の上側及び下側の領域に生じさせると、レーザビームが通過する領域には、高い引張応力ＴＳが生じ、単一偏光化された光の偏光比が増大する。
【００７８】
本発明者は、上述のレーザ媒質１１０Ｄ及び樹脂１１９を用いて、偏光比を調査し、「１００：１」の偏光比を観察した。
【００７９】
図１５は、レーザ媒質１１０Ｄの断面中の応力を概略的に示す。図１５に示される如く、レーザビームが通過する領域において、図１５中において横方向の引張応力ＴＳが生じている。したがって、上述の実験において得られた偏光方向は横偏光となった。
【００８０】
本実施形態において、溝部１１７，１１８に充填される充填材料として、樹脂１１９が用いられている。代替的に、充填後に体積が低減する材料であるならば、樹脂以外の材料（例えば、セラミック材料）が充填材料として用いられてもよい。例えば、セラミックレーザ媒質に溝部が形成された後、セラミックレーザ媒質とは異なるセラミック材料から形成されたグリーンシート或いはペーストが溝部に充填され、その後、焼成されてもよい。このような手法によっても、上述の効果と同様の効果が達成される。
【００８１】
図１６は、第１実施形態に関連して説明された第１の構造並びに第２の構造及び第２実施形態に関連して説明された第３の構造及び第４の構造から得られる偏光比を示すグラフである。図４、図９、図１２、図１５及び図１６を用いて、偏光比の比較が説明される。
【００８２】
溝部１１３，１１４，１１７，１１８が形成されない第１の構造及び第２の構造と比べて、溝部１１３，１１４，１１７，１１８が形成された第３の構造及び第４の構造は、レーザビームが通過する領域により大きな引張応力を生じさせることができる。したがって、比較的高い偏光比を得るためには、第２実施形態に関連して説明された第３の構造及び／又は第４の構造が好ましい。
【００８３】
＜第３実施形態＞
第３実施形態に関連して、セラミックレーザ媒質を励起する励起光と光励起により発生した発振光とのオーバーラップを利用した単一偏光化が説明される。
【００８４】
図１７は、第３実施形態に従うレーザ光源の構成を概略的に示す模式図である。図１７を用いて、第３実施形態に従うレーザ光源が説明される。第１実施形態及び／又は第２実施形態に関連して説明された要素と同様の要素には、同様の符号が付されている。これらの要素に対して、第１実施形態及び／又は第２実施形態に関連する説明が援用される。
【００８５】
レーザ光源１００Ｅは、第１実施形態に関連して説明されたレーザ光源１００と同様に、レーザ媒質１１０、レーザ媒質１１０を保持する保持具１９０、レーザ媒質１１０の出射端面側に配設された出力ミラー１８０及びレーザ媒質１１０に励起光ＰＬを集光する集光レンズ１４０を備える。集光レンズ１４０、レーザ媒質１１０及び出力ミラー１８０の光軸ＯＸは、一線上に整列している。また、レーザ光源１００Ｅは、励起光ＰＬが入射されるレーザ媒質１１０の入射端面に形成された１０６０ｎｍ帯の高反射光学膜１６０と、入射端面と反対側の出射端面に形成された１０６０ｎｍ帯の高透過光学膜１７０と、を更に備える。かくして、高反射光学膜１６０と出力ミラー１８０との間でレーザ共振を発生させるための共振器が形成される。
【００８６】
レーザ光源１００Ｅは、励起光ＰＬを発する励起光源１２０Ｅと、励起光源１２０Ｅからの励起光ＰＬを平行光にするコリメートレンズ１３０Ｅと、を更に備える。励起光源１２０Ｅ及びコリメートレンズ１３０Ｅの光軸は、光軸ＯＸに対してずらされている。励起光源１２０Ｅから発せられた励起光ＰＬは、コリメートレンズ１３０Ｅ及び集光レンズ１４０を介して、レーザ媒質１１０に入射される。この結果、高反射光学膜１６０と出力ミラー１８０との間でレーザ共振が生じ、発振光ＬＳが出力ミラー１８０を介して出力される。
【００８７】
本実施形態において、上述の如く、光軸ＯＸに対してずらされて配置された励起光源１２０Ｅ及びコリメートレンズ１３０Ｅにより、単一偏光化が達成される。光軸ＯＸに対する励起光ＰＬの入射角度の傾斜は、発振光ＬＳの偏光方向と同一面内で設定される。図１７中、発振光ＬＳの偏光方向は、垂直方向であるので、光軸ＯＸに対する励起光ＰＬの入射角度の傾斜は、垂直方向に設定される。本実施形態において、光軸ＯＸは、レーザ媒質が発する発振光ＬＳの光路に沿う軸線である。また、励起光源１２０Ｅは、半導体レーザ光源として例示される。
【００８８】
図１８は、図２８に関連して説明されたレーザ光源９００の光学的設計を概略的に示す模式図である。図１７及び図１８を用いて、従来の光学的設計と本実施形態の光学的設計との比較がなされる。
【００８９】
励起光ＰＬを効率的に発振光ＬＳへ変換するためには、レーザ媒質９１０内の励起光ＰＬ及び発振光ＬＳが重なり合う領域ＯＲの重なり積分が大きくなることが好ましい。したがって、典型的には、発振光ＬＳのビームパスＢＰ１に励起光ＰＬのビームパスＢＰ２が完全に一致するように光学的な設計がなされる。このような設計思想は、ランダム偏光で発振するレーザ媒質９１０によって発振光ＬＳを得るときにも、同様に適用され、励起光ＰＬ及び発振光ＬＳが重なり合う領域ＯＲの重なり積分が最大となるような光学的設計がなされてきた。
【００９０】
図１７に示される如く、本実施形態において、レーザ媒質１１０内の励起光ＰＬ及び発振光ＬＳが重なり合う領域ＯＲは、光軸ＯＸに対して傾斜している。この結果、レーザ媒質１１０内に熱歪みが発生する（即ち、レーザ媒質１１０内に応力が生ずる）。かくして、光軸ＯＸに対して偏った屈折率分布が生じ、偏光比が増大する。本発明者は、以下に示される条件の下、偏光比の増大を確認した。
【００９１】
本発明者は、発振光ＬＳの偏光方向を含む面内で、励起光ＰＬの入射角度を光軸ＯＸに対して傾斜させた（外部角において、２°の傾斜角度で）。励起光ＰＬが集光されるレーザ媒質１１０の入射端面近傍の領域２１１において、励起光ＰＬと発振光ＬＳとの重なり積分が最大となり、レーザ媒質１１０内での発振光ＬＳのビーム径が最大となる出射端面の近傍の領域２１２において、励起される領域が光軸ＯＸに対して偏りを生ずるように、励起光源１２０Ｅ及びコリメートレンズ１３０Ｅが配置された。出射端面の近傍の領域２１２において、励起光ＰＬと発振光ＬＳとの重なり積分は６０％程度であるが、励起光ＰＬのビーム径は小さくなっているので、エネルギ密度は大きく、投入される光エネルギの９０％以上は、発振光ＬＳが存在する範囲で吸収される。
【００９２】
上述の光学的配置の結果、励起光ＰＬが吸収されるときにレーザ媒質１１０が発生する熱によって、レーザ媒質１１０内での発振光ＬＳが存在する領域内で、光軸ＯＸに対して偏った屈折率分布が生じ、偏光制御が達成される。
【００９３】
図１９は、セラミックレーザ媒質を励起する励起光と光励起により発生した発振光とのオーバーラップを利用した単一偏光化を達成する他のレーザ光源を概略的に示す模式図である。図１７に関連して説明されたレーザ光源１００Ｅに用いられた要素と同様の要素には、同様の符号が付されている。これらの要素に対して、図１７に関連して説明されたレーザ光源１００Ｅに関連する説明が援用される。図１９を用いて、セラミックレーザ媒質を励起する励起光と光励起により発生した発振光とのオーバーラップを利用した単一偏光化を達成する他のレーザ光源が説明される。
【００９４】
レーザ光源１００Ｆは、図１７に関連して説明されたレーザ光源１００Ｅと同様に、励起光源１２０Ｅ、コリメートレンズ１３０Ｅ、集光レンズ１４０及び出力ミラー１８０を備える。
【００９５】
レーザ光源１００Ｆは、発振光ＬＳを発生させるレーザ媒質１１０Ｆ及びレーザ媒質１１０Ｆを保持する保持具１９０Ｆを備える。レーザ媒質１１０Ｆは、光軸ＯＸに対して直交する面ＰＳに対して傾斜した入射端面２１３及び出射端面２１４を含む。面ＰＳに対する入射端面２１３及び出射端面２１４の傾斜角度は、例えば、１０°に設定される。レーザ光源１００Ｆは、入射端面２１３に形成された高反射光学膜１６０及び出射端面２１４に形成された高透過光学膜１７０を更に備える。
【００９６】
励起光源１２０Ｅからの励起光ＰＬは、傾斜した入射端面２１３で屈折し、レーザ媒質１１０Ｆ内に伝播する。この結果、レーザ媒質１１０内の励起光ＰＬ及び発振光ＬＳが重なり合う領域ＯＲは、光軸ＯＸに対して傾斜し、レーザ媒質１１０Ｆ内で熱歪みを生じさせる。かくして、光軸ＯＸに対して偏った屈折率分布が生じ、偏光比が増大する。
【００９７】
本実施形態において、レーザ媒質１１０Ｆは、光軸ＯＸに対して直交する面ＰＳに対して傾斜した入射端面２１３及び出射端面２１４を含む。代替的に、面ＰＳに対して、入射端面のみが傾斜していてもよい。
【００９８】
図２０は、本実施形態に従う原理がもたらす単一偏光化に対する効果を説明するグラフである。図２０中に示される「垂直入射」との用語は、図２８に示されるように、励起光ＰＬがレーザ媒質９１０の入射端面に対して、垂直に入射する条件を意味する。図２０中に示される「入射角シフト」との用語は、図１７に示されるように、光軸ＯＸに対して、励起光ＰＬが傾斜している条件を意味する。図２０中に示される「端面傾斜」との用語は、図１９に示されるように、レーザ媒質１１０Ｆの入射端面２１３が傾斜している条件を意味する。図２０中のグラフの縦軸は、偏光比を表す。図１７、図１９、図２０及び図２８を用いて、本実施形態に従う原理がもたらす単一偏光化に対する効果が説明される。
【００９９】
図２０に示される「入射角シフト」に対応する偏光比は、光軸ＯＸに対して５°の傾斜角度で励起光ＰＬをレーザ媒質１１０に入射させたときに得られた。また、図２０に示される「端面傾斜」に対応する偏光比は、光軸ＯＸに対して垂直な面ＰＳに対して１０°傾斜した入射端面２１３に励起光ＰＬを入射させたときに得られた。
【０１００】
図２０に示されるように、「垂直入射」の条件と比して、「入射角シフト」及び「端面傾斜」の条件下において、大きな偏光比が得られた。特に、「端面傾斜」の条件下では、レーザ媒質１１０Ｆの出射端面２１４での偏光方向の選択効果に加えて、レーザ媒質１１０Ｆ内での励起光ＰＬと発振光ＬＳとの重なり積分を増大させることが可能であり、より高い偏光比が達成された。
【０１０１】
図２０に示される偏光比の増大効果は、「入射角シフト」の条件下において、光軸ＯＸに対する励起光ＰＬの傾斜角度が、「５°±２．５°」の範囲で好適に得られた。また、図２０に示される偏光比の増大効果は、「端面傾斜」の条件下において、光軸ＯＸに垂直な面ＰＳに対する入射端面２１３の傾斜角度が「１０°±５°」の範囲で好適に得られた。
【０１０２】
＜第４実施形態＞
第４実施形態に関連して、セラミックレーザ媒質の内部に設けられた材料の密度分布を用いた単一偏光化が説明される。
【０１０３】
図２１は、セラミックレーザ媒質を概略的に示す。図２１のセクション（ａ）は、セラミックレーザ媒質の概略的な斜視図である。図２１のセクション（ｂ）は、セラミックレーザ媒質の概略的な断面図である。
【０１０４】
レーザ媒質１１０Ｇ（セラミックレーザ媒質）は、レーザ活性物質を含有する第１セラミック要素２１５と、レーザ活性物質を含有しない第２セラミック要素２１６と、レーザ活性物質を含有しない第３セラミック要素２１７と、を備える。第１セラミック要素２１５は、第２セラミック要素２１６及び第３セラミック要素２１７に挟まれる（サンドイッチ構造）。
【０１０５】
図２１のセクション（ｂ）に示されるように、第１セラミック要素２１５は、例えば、長軸長さ約２００μｍ、短軸長さ約８０μｍの楕円が連接された断面形状を有する。第１セラミック要素２１５、第２セラミック要素２１６及び第３セラミック要素２１７の間で材料の密度を変動させ、第２実施形態に関連して説明された効果と同様の偏光比の増大効果が達成される。
【０１０６】
第１セラミック要素２１５、第２セラミック要素２１６及び第３セラミック要素２１７の間での材料密度は、第１セラミック要素２１５、第２セラミック要素２１６及び第３セラミック要素２１７の焼結条件（圧力）の変化により、変化されてもよい。代替的に、第１セラミック要素２１５、第２セラミック要素２１６及び第３セラミック要素２１７の間での材料密度は、第１セラミック要素２１５、第２セラミック要素２１６及び第３セラミック要素２１７間の材料の変化により、変化されてもよい。
【０１０７】
本発明者は、第１セラミック要素２１５、第２セラミック要素２１６及び第３セラミック要素２１７間の材料を変化させ、偏光比の増大効果を確認した。
【０１０８】
本発明者は、レーザ活性物質を含有する第１セラミック要素２１５の材料として、Ｎｄ：ＹＧＧ（イットリウム・ガリウム・ガーネット）を選択し、レーザ活性物質を含まない第２セラミック要素２１６及び第３セラミック要素２１７として、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）を選択した。第１セラミック要素２１５、第２セラミック要素２１６及び第３セラミック要素２１７間で異なる材料が用いられるので、焼結条件の変更を伴うことなく、密度分布（屈折率分布）が変動される。
【０１０９】
ＹＧＧ（屈折率：１．９５）とＹＡＧ（屈折率：１．８２）との間の屈折率差は、光閉じ込め作用を生じさせる。したがって、レーザ媒質１１０Ｇは、導波路として機能することができる。かくして、励起光から発振光への変換効率が向上する。
【０１１０】
図２１のセクション（ｂ）に示されるように、第１セラミック要素は、楕円が連接された断面形状を有するので、楕円の中心部には、第２実施形態に関連して説明された引張応力と同様の引張応力が生ずる。この結果、偏光比が増大される。
【０１１１】
本発明者は、本実施形態に関連して説明されたレーザ媒質１１０Ｇを固体レーザ光源に組み込み、偏光比に関する実験を行った。当該実験において、本発明者は、「１００：１」の偏光比を有する発振光（基本波光）を確認した。
【０１１２】
＜第５実施形態＞
第５実施形態に関連して、波長変換レーザ光源が説明される。波長変換光源には、第１実施形態及び第２実施形態に関連して説明されたレーザ媒質１１０，１１０Ｃ，１１０Ｄへの応力付加原理が適用され、単一偏光化された発振光が出力される。
【０１１３】
図２２は、第５実施形態に従う波長変換レーザ光源の構成を概略的に示す模式図である。図３、図１２、図１４及び図２２を用いて、第５実施形態に従う波長変換レーザ光源が説明される。第１実施形態及び／又は第２実施形態に関連して説明された要素と同様の要素には、同様の符号が付されている。これらの要素に対して、第１実施形態及び／又は第２実施形態に関連する説明が援用される。
【０１１４】
波長変換レーザ光源３００は、第１実施形態に関連して説明されたレーザ光源１００と同様に、励起光源１２０、コリメートレンズ１３０、集光レンズ１４０及び出力ミラー１８０を備える。
【０１１５】
波長変換レーザ光源３００は、レーザ媒質ユニット３５０を更に備える。レーザ媒質ユニット３５０は、レーザ媒質要素３５１とレーザ媒質要素３５１を保持する保持具３５２とを含む。レーザ媒質要素３５１は、第１実施形態に関連して説明されたレーザ媒質１１０（図３参照）、第２実施形態に関連して説明されたレーザ媒質１１０Ｃ（図１２参照）或いはレーザ媒質１１０Ｄと樹脂１１９との組み合わせ（図１４参照）であってもよい。保持具３５２は、第１実施形態に関連して説明された保持具１９０、１９０Ａであってもよい。
【０１１６】
励起光源１２０は、励起光ＰＬを発する。コリメートレンズ１３０は、励起光ＰＬを平行光にする。その後、集光レンズ１４０は、レーザ媒質要素３５１に励起光ＰＬを集光する。
【０１１７】
波長変換レーザ光源３００は、励起光ＰＬが入射されるレーザ媒質要素３５１の入射端面に形成された１０６０ｎｍ帯の高反射光学膜１６０と、入射端面と反対側の出射端面に形成された１０６０ｎｍ帯の高透過光学膜１７０と、を更に備える。かくして、高反射光学膜１６０と出力ミラー１８０との間でレーザ共振を発生させるための共振器が形成される。共振機内でレーザ共振が生じ、１０６０ｎｍ帯のレーザ光ＬＳ１が発生する。
【０１１８】
波長変換レーザ光源３００は、レーザ共振器内に配設された波長変換素子３１０を更に備える。波長変換素子３１０は、レーザ光ＬＳ１の波長を変換し、レーザ光ＬＳ１の波長の半分の波長のレーザ光ＬＳ２を出力する。レーザ光ＬＳ２は、出力ミラー１８０を通じて、外部に出力される。
【０１１９】
波長変換動作に対しては、１００：１以上の偏光比を有するレーザ光ＬＳ１が発生されることが好ましい。したがって、好ましくは、第２実施形態に関連して説明されたレーザ媒質１１０Ｃ（第３の構造）或いはレーザ媒質１１０Ｄと樹脂１１９との組み合わせ（第４の構造）がレーザ媒質要素３５１に用いられる。
【０１２０】
例えば、「第３の構造」に関連して説明されたレーザ媒質１１０Ｃがレーザ媒質要素３５１に用いられるならば、レーザ光ＬＳ２の出力の増大や周囲の環境温度の増大に起因して、レーザ媒質要素３５１（レーザ媒質１１０Ｃ）は熱膨張する。この結果、レーザビームが通過するレーザ媒質要素３５１の領域に大きな引張応力が生ずる。
【０１２１】
レーザ光ＬＳ２の出力が増大されるならば、引張応力によって所望の方向に偏光方向が制御されたレーザ光ＬＳ１が、波長変換された後、レーザ共振器内で偏光方向に直交する方向の光が発振しようとする。この結果、出力が変化されても、偏光方向は適切に維持される。
【０１２２】
図２３は、第５実施形態に従う他の波長変換レーザ光源の構成を概略的に示す模式図である。図１４、図２２及び図２３を用いて、第５実施形態に従う他の波長変換レーザ光源が説明される。図２２に関連して説明された要素と同様の要素には、同様の符号が付されている。これらの要素に対して、図２２に関連する説明が援用される。
【０１２３】
図２３に示される波長変換レーザ光源３００Ｈは、図２２に関連して説明された波長変換レーザ光源３００と同様に、励起光源１２０、コリメートレンズ１３０及び集光レンズ１４０を備える。
【０１２４】
波長変換レーザ光源３００Ｈは、レーザ媒質要素３５１Ｈ及び波長変換素子３１０Ｈを備える。波長変換素子３１０Ｈは、レーザ媒質要素３５１Ｈに直接的に接合される（マイクロチップ構成）。この結果、図２２に関連して説明された波長変換レーザ光源３００が備える出力ミラー１８０は不要となる。かくして、波長変換レーザ光源３００Ｈは、図２２に関連して説明された波長変換レーザ光源３００よりも小型化される。
【０１２５】
レーザ媒質要素３５１Ｈ及び波長変換素子３１０Ｈが接合されるので、図２２に関連して説明された保持具３５２がレーザ媒質要素３５１Ｈに応力を生じさせるよりも、上述の「第４の構造」に関連して説明された原理に従って、樹脂１１９（或いは、他の充填材料）がレーザ媒質１１０Ｄに応力を生じさせることが好ましい。したがって、図２３に示される波長変換レーザ光源３００Ｈは、レーザ媒質要素３５１Ｈとして、樹脂１１９とレーザ媒質１１０Ｄとの組み合わせを組み込んでいる。本実施形態において、樹脂１１９は、レーザ媒質要素３５１Ｈ及び波長変換素子３１０Ｈと異なる材質の充填材料として例示される。代替的に、「第４の構造」に関連して説明された原理に従って、偏光方向の制御を達成する他の材料が充填材料として用いられてもよい。
【０１２６】
図１４に関連して説明された如く、レーザ媒質１１０Ｄには、溝部１１７，１１８が形成される。波長変換素子３１０Ｈには、溝部１１７，１１８それぞれに連通する溝部３１１が形成される。樹脂１１９（例えば、接着剤）は、レーザ媒質１１０Ｄ及び波長変換素子３１０Ｈ中においてレーザビームが通過する領域に沿って延びる溝部１１７，１１８，３１１に充填される。この結果、波長変換素子３１０Ｈは、レーザ媒質１１０Ｄにしっかりと固定され、熱応力に起因するレーザ媒質１１０Ｄと波長変換素子３１０Ｈとの間の剥離が抑制される。また、樹脂１１９は、上述の「第４の構造」に関連して説明された原理に従って、溝部１１７，１１８，３１１を収縮させる。
【０１２７】
樹脂１１９は、レーザ媒質１１０Ｄだけでなく波長変換素子３１０Ｈにも応力を生じさせる。この結果、小型の波長変換レーザ光源３００Ｈであっても、１００：１以上の高い偏光比を維持することができる。
【０１２８】
波長変換素子３１０Ｈに溝部３１１が形成されないならば、波長変換に寄与する偏光方向の基本波は消費される。直接的に接合されたレーザ媒質１１０Ｄ及び波長変換素子３１０Ｈが基本波のレーザ共振器として考えられるならば、波長変換に寄与する偏光方向の光の損失は大きくなり、もう一方の偏光方向の基本波が発振しようとする。
【０１２９】
本実施形態において、樹脂１１９は、上述の如く、レーザ媒質１１０Ｄ及び波長変換素子３１０Ｈの両方に応力を生じさせるので、もう一方の偏光方向を有する基本波の発振は好適に抑制される。かくして、緑色光の安定した出力が達成される。
【０１３０】
本実施形態において、溝部１１７，１１８，３１１に充填される樹脂１１９は、接着剤である。代替的に、溝部１１７，１１８，３１１に充填される樹脂１１９は、接着剤以外の樹脂材料であってもよい。更に代替的に、溝部１１７，１１８，３１１に充填される充填材料として、セラミック材料が用いられてもよい。
【０１３１】
波長変換素子３１０Ｈとして分極反転構造が形成された誘電体材料が用いられるならば、溝部１１７，１１８，３１１に充填される充填材料が硬化される温度は、キュリー点以下（より好ましくは、５００℃以下）に設定されることが好ましい。この結果、分極反転構造は、消滅しにくくなる。
【０１３２】
図２４は、第５実施形態に従う他の波長変換レーザ光源の構成を概略的に示す模式図である。図２５は、図２４に示されるレーザ媒質に添加されるレーザ活性物質の濃度変化を概略的に示す。図３、図１２、図１４、図２２、図２４及び図２５を用いて、第５実施形態に従う他の波長変換レーザ光源が説明される。図２２に関連して説明された要素と同様の要素には、同様の符号が付されている。これらの要素に対して、図２２に関連する説明が援用される。
【０１３３】
図２４に示される波長変換レーザ光源３００Ｉは、図２２に関連して説明された波長変換レーザ光源３００と同様に、励起光源（図２４に示されず）、コリメートレンズ（図２４に示されず）、集光レンズ１４０、出力ミラー１８０、波長変換素子３１０、保持具３５２、高反射光学膜１６０及び高透過光学膜１７０を備える。
【０１３４】
波長変換レーザ光源３００Ｉは、保持具３５２に保持されたレーザ媒質要素３５１Ｉを更に備える。レーザ媒質要素３５１Ｉには、第１実施形態に関連して説明されたレーザ媒質１１０（図３参照）、第２実施形態に関連して説明されたレーザ媒質１１０Ｃ（図１２参照）或いはレーザ媒質１１０Ｄと樹脂１１９との組み合わせ（図１４参照）の原理が適用されてもよい。
【０１３５】
レーザ媒質要素３５１Ｉのレーザ媒質として、セラミックレーザ媒質が用いられる。したがって、レーザ媒質内のレーザ活性物質（本実施形態において、Ｎｄ）の濃度は、傾斜的に変動してもよい（図２５参照）。レーザ活性物質の濃度変化によって、波長変換レーザ光源３００Ｉの動作温度範囲は拡大される。
【０１３６】
例えば、ＹＡＧやＹＶＯ４といった単結晶の媒質がレーザ媒質として用いられるならば、図２５に示されるようなリニアな濃度変化は得られない。本実施形態において、レーザ媒質要素３５１Ｉのレーザ媒質として、セラミックレーザ媒質が用いられるので、レーザ媒質内のレーザ活性物質（本実施形態において、Ｎｄ）は熱拡散され、レーザ媒質内でのリニアな濃度変化が達成される。かくして、波長変換レーザ光源３００Ｉの動作温度範囲は好適に拡大される。
【０１３７】
図２５に示される如く、励起光ＰＬが入射される入射端面２１３近傍のレーザ活性物質（本実施形態において、Ｎｄ）の濃度は、入射端面２１３の反対側の出射端面２１４側の濃度よりも高く設定されてもよい。入射端面２１３から出射端面２１４に向けて、レーザ活性物質の濃度は徐々に低減されてもよい。
【０１３８】
図２５に示されるレーザ活性物質の濃度分布を有するセラミックレーザ媒質が用いられるならば、励起レーザの発振波長が温度によりシフトし、入射端面２１３から０．５ｍｍの領域で吸収されない励起光ＰＬを生じても、入射端面２１３から０．５ｍｍ以上離間した領域において、励起光ＰＬは適切に吸収される。したがって、セラミックレーザ媒質内での励起光ＰＬの吸収量は略一定となる。この結果、従来の波長変換光源は、約２０℃〜４０℃の動作温度範囲を有するが、本実施形態に従う波長変換レーザ光源３００Ｉの動作範囲は０℃〜７０℃の範囲となる。
【０１３９】
セラミックレーザ媒質全体におけるレーザ活性物質の濃度を単純に増加させるならば、レーザ活性物質自身が発振した光を吸収し、レーザ発振が適切に行われにくい。本実施形態の原理に従うレーザ活性物質の濃度勾配は、上述の課題を適切に解消することができる。
【０１４０】
第５実施形態に関連して説明された原理は、波長変換レーザ光源に好適に適用される。第５実施形態に関連して説明された原理に基づき、緑色や青色といった可視光或いは紫外光を発生する波長変換レーザ光源が構築される。
【０１４１】
（第６実施形態）
本実施形態において、上述の第５実施形態に関連して説明された波長変換レーザ光源３００，３００Ｈ，３００Ｉを用いた画像表示装置が説明される。
【０１４２】
図２６は、レーザ光を光源とするレーザプロジェクタ（２次元変調素子として強誘電体ＬＣＯＳを用いたレーザプロジェクタ）を示す。本実施形態において、レーザプロジェクタは、画像表示装置として例示される。
【０１４３】
レーザプロジェクタ１０００は、青色レーザ光源１１００ｂ、赤色レーザ光源１１００ｒ及び緑色レーザ光源１１００ｇを備える。レーザプロジェクタ１０００は、青色レーザ光源１１００ｂ、赤色レーザ光源１１００ｒ及び緑色レーザ光源１１００ｇそれぞれに対応するコリメートレンズ１１１０ｂ、１１１０ｒ及び１１１０ｇを更に備える。青色レーザ光源１１００ｂ、赤色レーザ光源１１００ｒ及び緑色レーザ光源１１００ｇから発せられたレーザ光は、コリメートレンズ１１１０ｂ、１１１０ｒ及び１１１０ｇによってそれぞれ平行光にコリメートされる。本実施形態において、青色レーザ光源１１００ｂ、赤色レーザ光源１１００ｒ及び／又は緑色レーザ光源１１００ｇは、第５実施形態に示された波長変換レーザ光源３００，３００Ｈ，３００Ｉであってもよい。青色レーザ光源１１００ｂ、赤色レーザ光源１１００ｒ及び／又は緑色レーザ光源１１００ｇは、光を発するレーザ光源として例示される。
【０１４４】
レーザプロジェクタ１０００は、コリメートレンズ１１１０ｂ、１１１０ｒ及び１１１０ｇによってコリメートされたレーザ光をそれぞれ反射するミラー１１２０ｂ、１１２０ｒ及び１１２０ｇを更に備える。ミラー１１２０ｂ、１１２０ｒ及び１１２０ｇはそれぞれ、青（波長４００−４６０ｎｍ）、赤（波長６００ｎｍ以上）及び緑（波長５２０−５６０ｎｍ）領域に反射特性を持つ誘電体多層ミラーである。ミラー１１２０ｇの直後で、青色レーザ光源１１００ｂ、赤色レーザ光源１１００ｒ及び緑色レーザ光源１１００ｇのビームパスは同軸となるように、コリメートレンズ１１１０ｂ、１１１０ｒ及び１１１０ｇ及びミラー１１２０ｂ、１１２０ｒ及び１１２０ｇが調整される。
【０１４５】
レーザプロジェクタ１０００は、ビームをスキャンするスキャンミラー１１３０を更に備える。図２６において、スキャンミラー１１３０は、ミラー１１２０ｂ、１１２０ｒ及び１１２０ｇからのレーザ光を右方向に屈折させ、スキャンしている。
【０１４６】
レーザプロジェクタ１０００は、ビームを線状の輝線に整形するレンズ１１４０を更に備える。レンズ１１４０として、シリンドリカルレンズが用いられてもよい。
【０１４７】
レーザプロジェクタ１０００は、レンズ１１５０，１１６０及びレンズ１１５０，１１６０の間に配置された拡散板１１７０を更に備える。レンズ１１５０，１１６０は、一対のリレーレンズ・フィールドレンズである。拡散板１１７０は、レンズ１１４０（シリンドリカルレンズ）によって輝線に整形されたビームを、更に帯状にする。
【０１４８】
レーザプロジェクタ１０００は、偏光ビームスプリッタとして用いられるプリズム１１８０と、強誘電体液晶表示デバイス（ＬＣＯＳ１１９０）と、を更に備える。光の偏光方向の回転を通じて、ＬＣＯＳ１１９０のＯＮ・ＯＦＦ制御がなされる。したがって、プリズム１１８０は、偏光ビームスプリッタとして機能する。本実施形態において、ＬＣＯＳ１１９０は、光を変調し、画像を形成する変調素子として例示される。
【０１４９】
ビームは、スキャンミラー１１３０の前で合波される。その後、スキャンミラー１１３０によって光路を振られたビームは、Ｓ偏光でプリズム１１８０に入射される。プリズム１１８０内の反射膜は、Ｓ偏光で反射するように設計されている。したがって、Ｓ偏光の光は、ＬＣＯＳ１１９０を照明する。本実施形態において、プリズム１１８０は、反射ミラーとして例示される。
【０１５０】
レーザプロジェクタ１０００は、投射レンズ１２００と、スクリーン１２１０と、を更に備える。ＬＣＯＳ１１９０によって反射された光は、投射レンズ１２００を通じて、スクリーン１２１０に投影される。
【０１５１】
レーザプロジェクタ１０００は、コントローラ１２２０を備える。コントローラ１２２０は、ＬＣＯＳ１１９０を駆動するための第１駆動回路１２２１と、レーザ光源（青色レーザ光源１１００ｂ、赤色レーザ光源１１００ｒ及び緑色レーザ光源１１００ｇ）及びスキャンミラー１１３０を駆動するための第２駆動回路１２２２と、レーザ電流源１２２３と、を備える。本実施形態において、第２駆動回路１２２２は、レーザ駆動回路として例示される。
【０１５２】
ビデオ信号１２２４は、第１駆動回路１２２１に入力される。第１駆動回路１２２１は、その後、ＬＣＯＳ１１９０を駆動するためのＬＣＯＳ駆動信号１２２５を生成する。ＬＣＯＳ駆動信号１２２５の１つとして生成されるＶ−ＳＹＮＣ信号１２２６は、トリガ信号として、第２駆動回路１２２２へ出力される。
【０１５３】
第２駆動回路１２２２は、その後、Ｖ−ＳＹＮＣ信号１２２６に基づき、発光トリガ１２２７を生成並びに出力する。発光トリガ１２２７は、スキャンミラー１１３０の駆動波形と、レーザ光源（青色レーザ光源１１００ｂ、赤色レーザ光源１１００ｒ及び緑色レーザ光源１１００ｇ）の発光タイミングとを表す。発光トリガ１２２７は、レーザ電流源１２２３へ入力される。レーザ電流源１２２３は、発光トリガ１２２７に基づき、レーザ光源（青色レーザ光源１１００ｂ、赤色レーザ光源１１００ｒ及び緑色レーザ光源１１００ｇ）に電流を供給する。
【０１５４】
上述の一連の動作及び制御を通じて、スクリーン１２１０上に画像が表示される。
【０１５５】
（第７実施形態）
本実施形態において、上述の第５実施形態に関連して説明された波長変換レーザ光源３００，３００Ｈ，３００Ｉを用いた画像表示装置が説明される。
【０１５６】
図２７は、レーザ光を用いたヘッドアップディスプレイ装置を概略的に示す。本実施形態において、ヘッドアップディスプレイ装置は、画像表示装置として例示される。
【０１５７】
ヘッドアップディスプレイ装置２０００は、青色レーザ光源２１００ｂ、赤色レーザ光源２１００ｒ及び緑色レーザ光源２１００ｇを備える。ヘッドアップディスプレイ装置２０００は、小型液晶パネル或いはデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）といった２次元変調素子２１１０と、投射レンズ２１２０と、中間スクリーン２１３０と、折り返しミラー２１４０と、これらの要素を制御するためのコントローラ２１５０と、を更に備える。
【０１５８】
青色レーザ光源２１００ｂ、赤色レーザ光源２１００ｒ及び緑色レーザ光源２１００ｇから発せられたレーザ光は、光学系（図示せず）を介して、合波・整形され、その後、２次元変調素子２１１０を照明する。２次元変調素子２１１０で変調された光は、投射レンズ２１２０を介して、中間スクリーン２１３０に投影される。この結果、中間スクリーン２１３０上で、描画がなされる。
【０１５９】
ヘッドアップディスプレイ装置２０００は、画像データが入力される入力ポート２１６０を更に備える。ヘッドアップディスプレイ装置２０００を用いて表示される画像のデータは、入力ポート２１６０から電気信号として入力される。コントローラ２１５０は、画像データの信号を２次元変調素子２１１０の駆動信号に変換する。また、コントローラ２１５０は、画像データの信号に基づき、青色レーザ光源２１００ｂ、赤色レーザ光源２１００ｒ及び緑色レーザ光源２１００ｇの点灯タイミングを規定するタイミング信号を生成する。
【０１６０】
コントローラ２１５０は、タイミング信号に連動して、青色レーザ光源２１００ｂ、赤色レーザ光源２１００ｒ及び緑色レーザ光源２１００ｇに必要な電流を供給し、青色レーザ光源２１００ｂ、赤色レーザ光源２１００ｒ及び緑色レーザ光源２１００ｇを点灯させる。
【０１６１】
上述の如く、中間スクリーン２１３０に描画された画像を表す表示光２１７０は、折り返しミラー２１４０によって、車両のフロントガラス２１８０上に取り付けられた反射ミラー２１９０に向けて反射される。反射ミラー２１９０は、更に、表示光２１７０をドライバ２２００に向けて反射する。
【０１６２】
この結果、フロントガラス２１８０越しに表示光２１７０により表された画像の虚像２２１０（図２７中、点線で表される領域）を視認することができる。
【０１６３】
上述の一連の動作及び制御を通じて、ヘッドアップディスプレイ装置２０００はドライバ２２００に画像を提供することができる。
【０１６４】
第６実施形態及び第７実施形態に関連して説明された画像表示装置において、例えば、緑色レーザ光源１１００ｇ，２１００ｇに、上述の第５実施形態に関連して説明された波長変換レーザ光源３００，３００Ｈ，３００Ｉの原理が適用されてもよい。
【０１６５】
上述された実施形態は、以下の構成を主に備える。
【０１６６】
上述の実施形態の一局面に係るレーザ光源は、レーザ光を発する半導体レーザ光源と、該半導体レーザ光源により励起され、光を発するレーザ媒質と、該レーザ媒質が発する前記光を閉じ込め、共振器を構成する２つの反射要素と、前記レーザ媒質を保持する保持具と、を備え、前記共振器内に配設されたセラミック材料で形成された前記レーザ媒質には、前記レーザ媒質が発する前記光の偏光方向が制御されるように応力が発生されることを特徴とする。
【０１６７】
上記構成によれば、半導体レーザ光源は、レーザ光を発する。レーザ媒質は、半導体レーザ光源により励起され、光を発する。２つの反射要素は、共振器を構成し、レーザ媒質が発する光を閉じ込める。保持具は、レーザ媒質を保持する。共振器内に配設されたセラミック材料で形成されたレーザ媒質には、レーザ媒質が発する光の偏光方向が制御されるように応力が発生されるので、小型且つ低廉な半導体レーザ光源が提供される。
【０１６８】
上記構成において、前記保持具は、前記応力を発生させる応力発生構造を備え、該応力発生構造は、前記レーザ媒質が発する前記光の光路に沿う領域に引張応力を生じさせることが好ましい。
【０１６９】
上記構成によれば、保持具は、レーザ媒質に応力を生じさせる応力発生構造を備える。応力発生構造は、レーザ媒質が発する光の光路に沿う領域に引張応力を生じさせる。したがって、引張応力の方向に光の偏光方向が制御される。
【０１７０】
上記構成において、前記レーザ媒質は、前記応力を発生させるための応力発生構造を備え、該応力発生構造は、前記レーザ媒質が発する前記光の光路に沿う領域に引張応力を生じさせることが好ましい。
【０１７１】
上記構成によれば、レーザ媒質は、応力を発生させるための応力発生構造を備える。応力発生構造は、レーザ媒質が発する光の光路に沿う領域に引張応力を生じさせる。したがって、引張応力の方向に光の偏光方向が制御される。
【０１７２】
上記構成において、前記レーザ媒質が発する前記光の光路に対して、前記レーザ媒質内の前記レーザ光の光路が傾斜することにより、前記レーザ媒質が発する前記光の光路に沿う領域に熱歪みを生じさせることが好ましい。
【０１７３】
上記構成によれば、レーザ媒質が発する光の光路に対して、レーザ媒質内のレーザ光の光路が傾斜する結果、レーザ媒質が発する光の光路に沿う領域に熱歪みが生ずる。熱歪みは、レーザ媒質が発する光の光路に対するレーザ光の光路の傾斜方向に、レーザ媒質が発する光の偏光方向を制御する応力を生じさせる。したがって、小型且つ低廉な半導体レーザ光源が提供される。
【０１７４】
上記構成において、前記応力発生構造は、前記レーザ媒質に形成された溝部を含み、前記レーザ媒質が発する前記光の光路に沿って延びる前記溝部が収縮されることにより、前記引張応力が生ずることが好ましい。
【０１７５】
上記構成によれば、応力発生構造は、レーザ媒質に形成された溝部を含む。レーザ媒質が発する光の光路に沿って延びる溝部が収縮される結果、レーザ媒質が発する光の偏光方向を制御する引張応力が生ずる。したがって、小型且つ低廉な半導体レーザ光源が提供される。
【０１７６】
上記構成において、前記応力発生構造は、前記レーザ媒質とは異なる材質の充填材料を含み、前記溝部に充填された前記充填材料は、前記溝部を収縮させることが好ましい。
【０１７７】
上記構成によれば、応力発生構造は、レーザ媒質とは異なる材質の充填材料を含む。溝部に充填された充填材料は、溝部を収縮させるので、レーザ媒質が発する光の偏光方向を制御する引張応力が生ずる。したがって、小型且つ低廉な半導体レーザ光源が提供される。
【０１７８】
上記構成において、前記充填材料は、樹脂材料を含むことが好ましい。
【０１７９】
上記構成によれば、溝部に充填された樹脂材料は、溝部を収縮させるので、レーザ媒質が発する光の偏光方向を制御する引張応力が生ずる。したがって、小型且つ低廉な半導体レーザ光源が提供される。
【０１８０】
上記構成において、前記充填材料は、セラミック材料を含むことが好ましい。
【０１８１】
上記構成によれば、溝部に充填されたセラミック材料は、溝部を収縮させるので、レーザ媒質が発する光の偏光方向を制御する引張応力が生ずる。したがって、小型且つ低廉な半導体レーザ光源が提供される。
【０１８２】
上記構成において、前記レーザ媒質は、前記レーザ媒質が発する前記光の光路が形成される第１領域と、該第１領域に隣接する第２領域及び第３領域と、を含み、前記保持具は、前記第２領域及び前記第３領域に圧縮力を加えることにより、前記第１領域に前記引張応力を生じさせることが好ましい。
【０１８３】
上記構成によれば、レーザ媒質は、レーザ媒質が発する光の光路が形成される第１領域と、第１領域に隣接する第２領域及び第３領域と、を含む。保持具が、第２領域及第３領域に圧縮力を加える結果、第１領域にレーザ媒質が発する光の偏光方向を制御する引張応力が生ずる。したがって、小型且つ低廉な半導体レーザ光源が提供される。
【０１８４】
上記構成において、前記半導体レーザ光源は、前記レーザ媒質が発する前記光の前記光路に対して前記レーザ光の前記光路が傾斜するように配設されることが好ましい。
【０１８５】
上記構成によれば、半導体レーザ光源は、レーザ媒質が発する光の光路に対してレーザ光の光路が傾斜するように配設される結果、レーザ媒質が発する光の光路に沿う領域に熱歪みが生ずる。熱歪みは、レーザ媒質が発する光の光路に対するレーザ光の光路の傾斜方向に、レーザ媒質が発する光の偏光方向を制御する応力を生じさせる。したがって、小型且つ低廉な半導体レーザ光源が提供される。
【０１８６】
上記構成において、前記レーザ媒質は、前記レーザ光が入射される入射端面を含み、該入射端面は、前記レーザ媒質が発する前記光の前記光路に垂直な面に対して傾斜することが好ましい。
【０１８７】
上記構成によれば、レーザ媒質は、レーザ光が入射される入射端面を含む。入射端面は、レーザ媒質が発する光の光路に垂直な面に対して傾斜するので、レーザ媒質が発する光の光路に沿う領域に熱歪みが生ずる。熱歪みは、レーザ媒質が発する光の光路に対するレーザ光の光路の傾斜方向に、レーザ媒質が発する光の偏光方向を制御する応力を生じさせる。したがって、小型且つ低廉な半導体レーザ光源が提供される。
【０１８８】
上述の実施形態の他の局面に係る波長変換レーザ光源は、レーザ光を発する半導体レーザ光源と、該半導体レーザ光源により励起され、光を発するレーザ媒質と、該レーザ媒質が発する前記光の波長を変換する波長変換素子と、前記レーザ媒質が発する前記光を閉じ込め、共振器を構成する２つの反射要素と、前記レーザ媒質を保持する保持具と、を備え、前記共振器内に配設されたセラミック材料で形成された前記レーザ媒質には、前記レーザ媒質が発する前記光の偏光方向が制御されるように応力が発生されることを特徴とする。
【０１８９】
上記構成によれば、半導体レーザ光源は、レーザ光を発する。レーザ媒質は、半導体レーザ光源により励起され、光を発する。波長変換素子は、レーザ媒質が発する光の波長を変換する。２つの反射要素は、共振器を構成し、レーザ媒質が発する光を閉じ込める。保持具は、レーザ媒質を保持する。共振器内に配設されたセラミック材料で形成されたレーザ媒質には、レーザ媒質が発する光の偏光方向が制御されるように応力が発生されるので、小型且つ低廉な半導体レーザ光源が提供される。
【０１９０】
上述の実施形態の他の局面に係る波長変換レーザ光源は、レーザ光を発する半導体レーザ光源と、該半導体レーザ光源により励起され、光を発するレーザ媒質と、該レーザ媒質が発する前記光の波長を、変換する波長変換素子と、前記レーザ媒質が発する前記光を閉じ込め、共振器を構成する２つの反射要素と、を備え、前記レーザ媒質に光学的に接合された前記波長変換素子は、前記共振器内に配設され、前記共振器内に配設されたセラミック材料で形成された前記レーザ媒質には、前記レーザ媒質が発する前記光の偏光方向が制御されるように応力が発生されることを特徴とする。
【０１９１】
上記構成によれば、半導体レーザ光源は、レーザ光を発する。レーザ媒質は、半導体レーザ光源により励起され、光を発する。波長変換素子は、レーザ媒質が発する光の波長を変換する。２つの反射要素は、共振器を構成し、レーザ媒質が発する光を閉じ込める。レーザ媒質に光学的に接合された波長変換素子は、共振器内に配設される。共振器内に配設されたセラミック材料で形成されたレーザ媒質には、レーザ媒質が発する光の偏光方向が制御されるように応力が発生されるので、小型且つ低廉な半導体レーザ光源が提供される。
【０１９２】
上記構成において、波長変換レーザ光源は、前記レーザ媒質及び前記波長変換素子と異なる材質の充填材料を更に備え、前記レーザ媒質及び前記波長変換素子には、前記レーザ媒質が発する前記光の光路に沿う溝部が形成され、前記溝部に充填された前記充填材料は、前記溝部を収縮させ、前記レーザ媒質が発する前記光の前記光路に沿う領域に引張応力を生じさせることが好ましい。
【０１９３】
上記構成によれば、波長変換レーザ光源は、レーザ媒質及び波長変換素子と異なる材質の充填材料を更に備える。レーザ媒質及び波長変換素子には、レーザ媒質が発する光の光路に沿う溝部が形成される。溝部に充填された充填材料は、溝部を収縮させるので、レーザ媒質が発する光の前記光路に沿う領域に引張応力を生じさせる。引張応力は、レーザ媒質が発する光の偏光方向を制御するので、小型且つ低廉な半導体レーザ光源が提供される。
【０１９４】
上記構成において、前記レーザ媒質は、前記レーザ光が入射される入射端面と、該入射端面と反対側の出射端面と、を含み、前記レーザ媒質には、レーザ活性物質が添加され、前記レーザ活性物質の濃度は、前記入射端面から前記出射端面に向けて低下することが好ましい。
【０１９５】
上記構成によれば、レーザ媒質は、レーザ光が入射される入射端面と、入射端面と反対側の出射端面と、を含む。レーザ媒質には、レーザ活性物質が添加される。レーザ活性物質の濃度は、入射端面から出射端面に向けて低下するので、レーザ媒質が吸収するレーザ光の量は安定化される。
【０１９６】
上述の実施形態の更に他の局面に係る画像表示装置は、光を発するレーザ光源と、前記レーザ光源に電流を供給するレーザ駆動回路と、前記光を変調し、画像を形成する変調素子と、前記変調素子から出射される光を反射する反射ミラーと、前記変調素子を駆動するコントローラと、を備え、前記レーザ光源は、上述の波長変換レーザ光源を含むことを特徴とする。
【０１９７】
上記構成によれば、レーザ駆動回路が電流を供給すると、レーザ光源は光を発する。画像変調素子は、レーザ光源からの光を変調する。反射ミラーは、変調素子から出射される光を反射する。コントローラは、画像変調素子を駆動し、画像表示装置が表示する画像を制御する。レーザ光源は、上述の波長変換レーザ光源を含むので、長期間に亘って、高い出力を維持することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１９８】
上述の実施形態の原理にしたがって、小型のレーザ光源装置が提供される。レーザ光源装置のセラミックレーザ媒質を保持する保持具或いはセラミックレーザ媒質自体が偏光方向を制御する構造を有するので、偏光方向が適切に制御される。
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図２４】
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【図２５】
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