(57)【要約】【課題】  複数の半導体素子から構成される発光部と素子温度によって変換波長が制御可能な波長変換素子を有する光源装置において波長を微調整することが可能な光源装置を実現することを目的とする。【解決手段】  波長分布を有する基本光を出射する複数の半導体素子が配列された発光部と、前記基本光の所定波長域を第１光として取り出す波長選択素子と、前記第１光の少なくとも一部を波長変換して第２光を取り出す波長変換素子と、前記波長変換素子の温度を調整する温調器と、を備える光源装置であって、  前記光源装置は、前記波長選択素子が、前記半導体素子に対応する場所毎に通過可能な波長域が異なる構成を有し、前記波長選択素子を通過した互いに異なる複数の波長域のうち、所定の第２光の波長域に対応する所定の第１光の波長域に対して前記波長変換素子の変換波長域が重なるように前記波長変換素子を温調し、前記所定の第１光を波長変換して前記所定の第２光を出射することを特徴とする。【選択図】  図５
2014192445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長分布を有する基本光を出射する複数の半導体素子が配列された発光部と、前記基本光の所定波長域を第１光として取り出す波長選択素子と、前記第１光の少なくとも一部を波長変換して第２光を取り出す波長変換素子と、前記波長変換素子の温度を調整する温調器と、を備える光源装置であって、
前記光源装置は、前記波長選択素子が、前記半導体素子に対応する場所毎に通過可能な波長域が異なる構成を有し、前記波長選択素子を通過した互いに異なる複数の波長域のうち、所定の第２光の波長域に対応する所定の第１光の波長域に対して前記波長変換素子の変換波長域が重なるように前記波長変換素子を温調し、前記所定の第１光を波長変換して前記所定の第２光を出射することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記温調器は、前記波長変換素子について予め求めた変換波長域の温度変化に基づき、前記波長変換素子を温調することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記波長選択素子は、基板表面に誘電体多層薄膜を有し、該誘電体多層薄膜の膜厚が前記半導体素子に対応する場所毎に異なることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項４】
前記波長選択素子は、前記誘電体多層薄膜の膜厚が前記基板内において勾配を有することを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は外部共振型の光源装置に関する。より詳細には、本発明は、非線形光学結晶を用いた外部共振型の光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、面発光型の半導体レーザなどの半導体素子に外部共振器を設け、当該半導体素子と当該外部共振器との間に非線形光学結晶で形成された波長変換素子を配置した波長変換型光源装置が知られている。この外部共振器としては波長選択性反射鏡が用いられ、波長変換素子としては分極反転型ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ：Periodically Poled Lithium Niobate）などの光学結晶を用いる技術が知られている（下記特許文献１参照）。また、外部共振器に用いる反射鏡に変わり体積ブラッググレーティング（ＶＢＧ： Volume Bragg Grating）を用いる技術も知られている（下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５２６９３０号公報
【特許文献２】特開２０１２−０９８４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光源装置を形成するに当たっては、目標となる波長成分がピーク値近傍となるように発光部を設計し、更にこのピーク値を含む狭い波長域を選択することで、狭い波長分布を示す放射光をレーザ光として生成する。また、必要に応じて、選択された狭い波長域の光に対して波長変換を施すことで、所望の波長を有する放射光をレーザ光として生成する。
【０００５】
つまり、光源装置においては、各発光部から放射される、波長分布を有した光（以下、適宜「基本光」と呼ぶ。）から、波長選択素子において効率的に所望の波長を選択することが重要となる。
【０００６】
図１は、特許文献２に開示されている従来の光源装置の構成を模式的に示したものである。従来の光源装置９０は、複数の半導体素子２１を備える発光部２、波長選択素子としての体積ブラッググレーディング（ＶＢＧ）９３及び波長変換素子としての周期的分極反転型ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）９５を含む。
【０００７】
図２に示すように、発光部２上には複数の半導体素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ・・・・２１ｗ、２１ｘがアレイ状に配列されている。図２では、発光部２上に複数の半導体素子２１が一列に配置された構成が図示されている。この図では、２４個の半導体素子２１が配置された例を図示している。これらの発光部２から基本光が放射される。なお、発光部２は、半導体素子２１から生じる熱を放熱するためのヒートシンク１７上に当接されている。
【０００８】
半導体素子２１は半導体ウェハから形成され、１枚のウェハからは数百個以上の半導体素子２１が形成される。ウェハ上の形成位置に応じて、半導体素子２１から出射される基本光にはバラツキが存在する。
【０００９】
各半導体素子２１から放射される基本光は、所定の波長分布を有する光である。ＶＢＧ９３は、この光から特定の波長域を選択するために設けられている。また、ＰＰＬＮ９５は、入射される光のうち、特定の波長域の光の一部に対して波長変換を施して出射する機能を有する。
【００１０】
発光部２上に搭載された各半導体素子２１は、基本光を放射する。この基本光は、特定の波長域の成分のみを有する光ではなく、一定の波長分布を有する光である。この基本光がＶＢＧ９３を通過すると、所定の波長域の光のみが選択的に反射される。以下、波長選択素子としてのＶＢＧ９３によって選択された光を「第１光」と呼ぶ。なお、このＶＢＧ９３は、後述する第２光の波長域の光は透過する機能を有している。
【００１１】
ＶＢＧ９３から反射された第１光は、ＰＰＬＮ９５内を通過する。ＰＰＬＮ９５は、上述したように、特定の波長帯の光の一部に対して波長変換を施して出射する構成である。ここでは、ＰＰＬＮ９５は、第１光が有する波長成分の光の一部の波長を変換して、別の異なる波長の光を生成する。以下、ＰＰＬＮ９５によって変換された変換後の波長を有する光を「第２光」と呼ぶ。
【００１２】
なお、第１光の波長域がＰＰＬＮ９５による波長変換可能な波長域内である場合であっても、入射される全ての第１光が一度に第２光に変換されるわけではなく、一部は変換されないままＰＰＬＮ９５を通過する。このため、ＰＰＬＮ９５からは、発光部２に向かって、ＰＰＬＮ９５によって生成された第２光と、ＰＰＬＮ９５で波長変換されなかった第１光が出射する。
【００１３】
ＰＰＬＮ９５と発光部２の間には、反射部材２５及び２７が設けられている。これらの反射部材２５及び２７は、第２光が有する波長域の光を反射し、少なくとも第１光が有する波長域の光を透過するような構成である。このため、ＰＰＬＮ９５から発光部２に向かって出射された第２光は、反射部材２５及び２７で反射されることで光の向きが変えられた後、装置９０の外部へと出射される（第２光４０）。
【００１４】
一方、ＰＰＬＮ９５によって波長変換されずにそのまま透過した第１光は、反射部材２５を透過して発光部２内に進入する。発光部２の各半導体素子２１には、反射部材（内部ミラー）が設けられており（不図示）、入射された第１光は、ＰＰＬＮ９５の方向に向かって反射する。
【００１５】
発光部２側から入射された第１光は、前述したのと同様、ＰＰＬＮ９５内を通過する際に、一部が波長変換されて第２光になる。この第２光は、ＶＢＧ９３に達する。上述したように、ＶＢＧ９３は、第２光が有する波長帯の光を透過する構成のため、入射された第２光はそのまま透過して装置９０の外部へと出射される（第２光５０）。一方、波長変換されなかった第１光は、再びＶＢＧ９３で反射されてＰＰＬＮ９５に向かう。
【００１６】
つまり、光源装置９０は、発光部２の各半導体素子２１内に形成された内部ミラーとＶＢＧ９３の間で外部共振器が形成されており、第１光はこの両者間で反射が繰り返される。そして、この反射が繰り返されている間に、ＰＰＬＮ９５を通過した第１光が次々と第２光へと波長変換されて、ＶＢＧ９３又は反射部材２７から装置９０の外部へと取り出される。
【００１７】
すなわち、光源装置９０は、複数の半導体素子２１を含む発光部２から放射された基本光から、ＶＢＧ９３によって選択された第１の波長帯を有する第１光を選択し、この第１光から、ＰＰＬＮ９５によって波長変換されて第２の波長帯を有する第２光を生成して、この第２光を、目的とするレーザ光として外部に出射する構成である。一例として、第１光をピーク波長が１０６５ｎｍ程度の赤外光とし、第２光をピーク波長が５３２．５ｎｍ程度の緑色可視光とすることができる。
【００１８】
図３は、基本光の波長分布４１、ＶＢＧ９３によって波長選択可能な波長分布４２（以下、「選択波長分布」と呼ぶ。）、及びＰＰＬＮ９５によって波長変換可能な波長分布４３（以下、「変換波長分布」と呼ぶ。）を重ねて図示したものである。
【００１９】
図３によれば、基本光は約１０６５ｎｍをピーク波長として、広い波長分布を示している。上述したように、この基本光から所望のレーザ光を生成するためには、まずＶＢＧ９３によって所定の波長域の光を選択する必要がある。ＶＢＧ９３の選択波長分布４２は、図３に示すように急峻な曲線を描く。図３に示す選択波長分布４２は、選択可能な波長域のピークを約１０６５ｎｍとしているため、ＶＢＧ９３によって基本光から約１０６５ｎｍの波長の第１光を選択することができる。
【００２０】
更に、ＶＢＧ９３によって選択された第１光から、ＰＰＬＮ９５によって所望の波長の第２光に変換する必要がある。図３では、ＰＰＬＮ９５を用いた場合の変換波長分布４３が示されている。図３に示す変換波長分布４３は、変換可能な波長帯のピークを約１０６５ｎｍとしているため、ＰＰＬＮ９５によってピーク波長が約１０６５ｎｍの第１光に対して波長変換が施される。
【００２１】
つまり、発光部２から放射される基本光から所望の波長のレーザ光を生成するためには、基本光の波長分布４１、選択波長分布４２、及び変換波長分布４３が相互に重なり合う必要があり、変換波長分布４３において変換効率が高い波長域に選択波長分布４２を維持することで、基本光からレーザ光を高効率で生成できることになる。また、変換波長分布４３は半値幅１ｎｍ以下と非常に狭帯域であるため、選択波長分布４２も狭帯域な選択波長性が求められる。
【００２２】
近年では、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、および有機ＥＬディスプレイなどの表示装置、並びに、プロジェクタにおいては、実物に忠実な色表現（いわゆるナチュラルビジョン）や、人間が美しいと感じる記憶色を表示するなどといった色再現性の向上が求められており、レーザを光源に用いることによる広色域化が進んでいる。これと同時に、光源であるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三原色レーザ波長の微調節のニーズが高まっている。人間の目は特に緑色を敏感に感じる性質があり、真っ白と感じるのはＧ：５９％、Ｒ：３０％、Ｂ：１１％のときであることが知られている。つまり、人間は緑色のパワーや波長の変動に最も敏感であり、色バランスの微調整を行う上で、緑色のレーザ光の波長を微調整することが有効と言える。
【００２３】
本発明は、複数の半導体素子から構成される発光部と素子温度によって変換波長が制御可能な波長変換素子を有する光源装置において波長を微調整することが可能な光源装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明に係る光源装置は、波長分布を有する基本光を出射する複数の半導体素子が配列された発光部と、前記基本光の所定波長域を第１光として取り出す波長選択素子と、前記第１光の少なくとも一部を波長変換して第２光を取り出す波長変換素子と、前記波長変換素子の温度を調整する温調器と、を備える光源装置であって、
前記光源装置は、前記波長選択素子が、前記半導体素子に対応する場所毎に通過可能な波長域が異なる構成を有し、前記波長選択素子を通過した互いに異なる複数の波長域のうち、所定の第２光の波長域に対応する所定の第１光の波長域に対して前記波長変換素子の変換波長域が重なるように前記波長変換素子を温調し、前記所定の第１光を波長変換して前記所定の第２光を出射することを特徴とする。
【００２５】
本発明の光源装置は、半導体素子に対応する場所毎に選択波長分布が異なる波長選択素子を用いることにより、波長選択素子における選択される波長分布（「選択波長分布」）のピークの波長（以下、選択ピーク波長という）に一致するように、発光部の発振波長が集中する。つまり、波長選択素子によって、選択ピーク波長に一致する波長のレーザ光を取り出すことができる。
【００２６】
前述のように、発光部から出射される基本光は波長域のバラツキを有し、１０ｎｍ程度の半値幅を有するブロードな光である。上記選択ピーク波長が、基本光の波長域に含まれるようにすることで、基本光が選択ピーク波長に一致する波長で発振する。よって、各発光部から出射される基本光がブロードな波長分布を有する光であっても、選択ピーク波長に一致した波長の光が波長選択素子から取り出される。
【００２７】
本発明の光源装置は、波長選択素子における各半導体素子に対応する場所毎に通過可能な波長域が異なる構成の波長選択素子を有する。一例を挙げると、波長選択素子は、選択ピーク波長がＲ１ｎｍの場所もあれば、Ｒ２ｎｍの場所もある（Ｒ１＞Ｒ２）。
【００２８】
本発明の光源装置によれば、波長選択素子を通過した互いに異なる複数の波長域のうち、所定の第２光の波長域に対応する所定の第１光の波長域に対して前記波長変換素子の変換波長域が重なるように前記波長変換素子を温調し、前記所定の第１光を波長変換して前記所定の第２光を出射する。
【００２９】
例えば、波長変換素子が、高温になるに従い変換波長分布が長波長側にシフトするものである場合は、以下のようにして、光源装置から出射されるレーザ光の波長を微調整することができる。
【００３０】
所定の第２光の波長域が、ピーク波長（Ｒ１／２）ｎｍを含む長波長域である場合は、波長変換素子の温度を上昇させることにより、変換波長域を長波長側にシフトさせ、変換波長域が波長Ｒ１ｎｍをピーク波長として含む波長域に一致するように温調する。これにより、波長選択素子を通過した、波長Ｒ１ｎｍをピーク波長として含む波長域の第１光が、波長変換素子によって波長変換され、所定の長波長域の第２光が光源装置から出射される。
【００３１】
また、所定の第２光の波長域が、ピーク波長（Ｒ２／２）ｎｍを含む短波長域である場合は、波長変換素子の温度を下降させることにより、変換波長域を短波長側にシフトさせ、変換波長域が波長Ｒ２ｎｍをピーク波長として含む波長域に一致するように温調する。これにより、波長選択素子を通過した、波長Ｒ２ｎｍをピーク波長として含む波長域の第１光が、波長変換素子によって波長変換され、所定の短波長域の第２光が光源装置から出射される。
【００３２】
また、本発明の光源装置の好ましい態様としては、前記温調器は、前記波長変換素子について予め求めた変換波長域の温度変化に基づき、前記波長変換素子を温調することを特徴とする。
【００３３】
また、本発明の光源装置の好ましい態様としては、波長選択素子は、基板表面に誘電体多層薄膜を有し、該誘電体多層薄膜の膜厚が各半導体素子に対応する場所毎に異なるものであることが好ましい。誘電体多層薄膜の膜厚を増加させることに伴い、選択ピーク波長が長波長側にシフトする。したがって、誘電体多層薄膜の膜厚を増減させることにより、波長選択素子の選択波長分布におけるピーク波長を微調整することができ、精緻な色補正が可能となる。
【００３４】
また、本発明の光源装置の好ましい態様としては、波長選択素子は、誘電体多層薄膜の膜厚が前記基板内において勾配を有するものであることが好ましい。誘電体多層薄膜の膜厚が勾配を有することにより、波長選択素子を通過した第１光の波長域が連続的に変化するため、第２光の波長を連続的に変化させることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の光源装置によれば、各発光部から出射される基本光が波長分布にバラツキを生じていても、半導体素子に対応する場所毎に波長選択分布が異なる波長選択素子を用いることにより、種々のピーク波長を有する波長域の第１光を取り出すことができる。しかも、波長変換素子の温度を様々に変化させることにより、変換波長分布を変化させることができるので、種々の異なるピーク波長を有する第２光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来の光源装置の構成を示す図である。
【図２】発光部を構成する半導体素子をアレイ状に配置した基板を示す図である。
【図３】従来の光源装置において、基本光の波長分布、選択波長分布、および変換波長分布を重ねて示す図である。
【図４】本発明の光源装置の構成を、各発光部の波長分布、波長選択分布、および変換波長分布と合わせて示す図である。
【図５】本発明の光源装置の概略構成を示す図である。
【図６】波長選択素子の模式的な断面構造を示す図である。
【図７】図６の波長選択素子における波長選択分布を示すグラフである。
【図８】基本光を波長選択素子を用いずに外部共振器により発振させた際の発振波長分布と、基本光を波長選択素子を用いて外部共振器により発振させた際の発振波長分布とを示す。
【図９】波長変換素子の温度を種々変化させた際の変換効率の波長分布を示す。
【図１０】波長変換素子における変換波長の温度変化を示すグラフである。
【図１１】波長変換素子の変換波長域を、波長選択素子を通過後の特定の第１光の波長域に重ねて示す図である。
【図１２】波長選択素子を最も一般的なＢＰＦ（バンドパスフィルタ）の設計パターンであるワンキャビティとして設計した場合の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下では、一例として、ピーク波長が１０６５ｎｍ近傍の近赤外光を波長変換して、ピーク波長が５３２ｎｍ近傍の緑色光を取り出すことが可能な光源装置について説明する。前述したように、プロジェクタ装置における色バランスの微調整を行うためには、ピーク波長が５３２ｎｍ±１０ｎｍの範囲の緑色光を取り出すことが可能であることが好ましい。勿論、本発明は、上記波長域以外の光を取り出すための光源装置にも適用することができる。
【００３８】
本発明の光源装置１は、複数の半導体素子２１がアレイ状に配列されてなる発光部２（図２参照）を有している。図４は、本発明の光源装置を、発光部２から放射される基本光、波長選択素子３により選択されたレーザ光、波長変換素子４により波長変換され、光学部材５を透過したレーザ光とともに示す図である。以下では、発光部２から出射したレーザ光を「基本光」とし、波長選択素子３を通過したレーザ光を「第１光」とし、波長変換素子４によって波長変換されたレーザ光を「第２光」とする。図４に示す実線が、光源装置から取り出される第２光である。図４に示す点線が、図５に示すカットフィルタ６によって吸収、反射若しくは散乱によって除外され光源装置から取り出されないレーザ光である。
【００３９】
本発明の光源装置1は、複数の半導体素子２１により構成される発光部２から放射される基本光を、発光部２に対応する場所毎に通過可能な波長域が異なる波長選択素子を通過させることで得られる互いに波長域が異なる種々の第１光のうち、所定の第２光の波長域に対応する所定の第１光の波長域に対してのみ波長変換を行って第２光として取り出す構成である。すなわち、本発明の光源装置は、波長選択素子の全域から出射する全ての第１光について波長変換を行って同時に第２光を取り出すものではない。本発明の光源装置は、第２光として取り出したい所定の波長域のレーザ光のみが第２光に変換されるように、波長変換素子４を温調し、変換波長域を所定の第２光の波長域に対応する所定の第１光の波長域に一致させる。
【００４０】
例えば、図４に示すように、各半導体素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ・・・・２１ｘから出射した基本光４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ・・・・４１ｘが波長選択素子３を通過し、第１光４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ・・・・４２ｘとして取り出され、そのうち半導体素子２１ｄから出射して波長選択素子３を通過した第1光４２ｄのみが波長変換素子４によって波長変換され、第２光４３ｄとして取り出される。その他の半導体素子２１ａ等から出射し波長選択素子３を通過した第１光４２ａ等（４２ｄを除く）は、波長変換素子４による波長変換が行われず、カットフィルタ６によって除外され光源装置１の外部に取り出されることがない。
なお、図４では便宜のため、理想的な組み合わせとして、基本光４１ａ〜４１ｘのピーク波長と波長選択素子を透過した第１光４２ａ〜４２ｘのピーク波長とが一致するように描かれているが、波長選択素子３の通過可能な波長域が基本光の波長域の範囲内であれば、基本光のピーク波長と波長選択素子３の選択ピーク波長とが一致しなくても良い。
【００４１】
つまり、本発明の光源装置は、所望の第２光の波長域を種々設定し、設定した第２光の波長域に対応する第１光の波長域と、波長変換素子４の変換波長域とが重なり合うように、波長変換素子４を温調するものである。第２光の波長域は、用途に応じて種々の値に設定することができる。
【００４２】
以下、本発明の光源装置につき、図面を参照して説明する。
【００４３】
図５は、本発明の光源装置の構成を模式的に示す図である。光源装置１は、図１に示す従来の光源装置９０と比較して、波長選択素子３としてＶＢＧ９３に代えてＢＰＦ（バンドパスフィルタ）を用いることと、光学部材５およびカットフィルタ６を備えることと、が異なる。他の構成は、光源装置９０と同様であるため、説明を省略する。
【００４４】
波長選択素子３は、発光部２に搭載された複数の半導体素子２１から放射される基本光の波長分布から、所定の波長域の第１光を選択して透過させる機能を有する。また、光学部材５は、第１の特定の波長域の光を反射し、且つ第２の特定の波長域の光を透過する構成である。より具体的には、波長選択素子３で選択された波長域の光（第１光）を反射し、波長変換素子４で変換された波長域の光（第２光）を透過するように設計される。光学部材５は、例えば第１の特定の波長域に対する高反射（ＨＲ）コートと第２の特定の波長域に対する減反射（ＡＲ）コートが波長選択素子３のガラス基板上に形成されている。
【００４５】
発光部２に搭載された複数の半導体素子２１から放射された基本光は、波長選択素子３を通過することで、所定の波長域の光のみが選択的に透過される。波長選択素子３で選択透過された光が「第１光」に対応する。この第１光は、光学部材５によって反射されて波長変換素子４の方向に進行する。波長変換素子４は、第１光のうちの一部の光に対して波長変換を行って第２光を生成し、この第２光が反射部材２５および２７を介して外部に取り出される（第２光４０）。
【００４６】
また、波長変換素子４によって波長変換されずにそのまま透過した第１光は、反射部材２５を透過して発光部２内に進入し、内部ミラーによって反射されて波長変換素子４へと送られる。波長変換素子４において一部の第１光が第２光へと波長変換され、これが光学部材５を透過して外部に取り出される（第２光５０）。また、波長変換されなかった第１光は、再度、光学部材５で反射されて波長変換素子４へと送られる。
【００４７】
すなわち、光源装置１は、発光部２を構成する各半導体素子２１内に形成された内部ミラーと反射素子としての光学部材５との間で外部共振器が形成されており、第１光はこの両者間で反射が繰り返される。そして、この反射が繰り返されている間に、波長変換素子４を通過した第１光が次々と第２光へと波長変換されて、光学部材５又は反射部材２７から光源装置１の外部へと取り出される。
【００４８】
発光部２を構成する各半導体素子２１は、例えば図３に示すように、ピーク波長が１０６５ｎｍであるブロードな波長分布を有する基本光４１を放射するものであるが、半導体素子２１内に形成された内部ミラーと反射素子としての光学部材５の間で形成される外部共振器によって発振させることにより、図８に示す波長分布を有する発振光を放射する。
【００４９】
波長選択素子３は、基板上に高屈折率の誘電体材料と低屈折率の誘電体材料とが複数積層されることで構成される。これらの材料の屈折率と膜厚を調整することで、選択される光の波長域が設定される。
【００５０】
ここで、光源装置１が備える波長選択素子３は、上記のように誘電体材料の膜厚を調整することにより、各半導体素子２１に対応する場所毎に選択可能な波長域を異ならせている。図６は、波長選択素子３の模式的な断面構造の一例である。領域３１、領域３２、および領域３３において膜厚をそれぞれ異ならせることで波長選択素子３を設計している。なお、図６では、基板上に４層の膜が成膜されているかのように図示されているが、これは単に領域毎に膜厚が異なっていることを示すために模式的に示したものであり、実際は成膜する層数はもっと多いものとして構わない。
【００５１】
より具体的には、波長選択素子３は、低屈折材料Lと、高屈折材料Hとの交互積層膜で形成する。図１２は、波長選択素子３を最も一般的なＢＰＦ（バンドパスフィルタ）の設計パターンであるワンキャビティとして設計した場合の一例を示す。ワンキャビティとは、１ｑｗ（quarter wavelength = λ／４）の偶数倍の層を、高屈折率層Hと低屈折率層L（各１ｑｗの奇数倍）の積層膜で挟んだ構造のことである。中央の層をキャビティ層と呼び、透過波長は凡そキャビティ層の膜厚で決定され、一般的に透過させたい波長の数のキャビティ層を有する。
本例では、図１２に示すように、ＳｉＯ２のキャビティ層（６ｑｗ）をH：Ｔａ２Ｏ５／Ｌ：ＳｉＯ２（各１ｑｗ）８ペアで挟んだ構成とした。このときの透過率を、膜設計ツールとして知られるＴＦＣａｌｃを用いて計算した結果を図７に示す。なお、図６の領域３２は、領域３１における各層の膜厚を１．００１倍し、図６の領域３３は領域３１における各層の膜厚を１．００２倍して積層させた。
【００５２】
図７は、図６の波長選択素子における選択波長分布を示すグラフである。図７に示すＢＰＦの場合は、ＢＰＦが所定波長域を透過させる素子であるため、縦軸が透過率を表している。図７の選択波長分布３１ａが、波長選択素子３内の図６の領域３１において波長選択可能な波長分布に対応する。同様に、図７の選択波長分布３２ａが、波長選択素子３内の図６の領域３２において波長選択可能な波長分布に対応し、図７の選択波長分布３３ａが、図６の波長選択素子３内の領域３３において波長選択可能な波長分布に対応する。
【００５３】
図７によれば、基本光が波長選択素子３を通過した場合、領域３１を通過した基本光については、１０６４．０４ｎｍ近傍の波長が選択され、領域３２を通過した基本光については１０６５．１０ｎｍ近傍の波長が選択され、領域３３を通過した基本光については１０６６．１６ｎｍ近傍の波長が選択される。つまり、波長選択素子３を通過する領域に応じて、基本光から選択される波長域を異ならせることができる。
【００５４】
つまり、波長選択素子３の膜厚を発光部２に対応する場所に応じて異ならせることにより、波長選択素子３の選択波長分布を場所に応じて変化させることが可能となる。より詳細には、選択したい波長を長波長側にしたい場合には膜厚を厚く形成し、逆に選択したい波長を短波長側にしたい場合には膜厚を薄く形成すればよい。
【００５５】
さらに、波長選択素子３は、図６に示すように、誘電体多層薄膜の膜厚が基板内において勾配を有する構成とすることが好ましい。かかる勾配により、波長選択素子３を通過する波長域を、基板の一方向において連続的に変化させることができる。そのため、波長選択素子３の各場所を通過する第１光の波長を連続的に変化させることができ、後述する波長変換後に得られる第２光の波長を連続的に変化させることができる。
【００５６】
図８は、（Ａ）基本光を外部共振器により発振させた得られる発振光の光強度波長分布であって、波長選択素子を通過させる前の波長分布と、（Ｂ）該基本光を波長選択素子に通した場合の光強度波長分布を示す。尚、図８は、基本光が波長選択素子３内の領域３２を通過した場合を示す。発光部２から放射される基本光を波長選択素子３に入射させることにより、波長選択素子３の選択ピーク波長に発振波長が集中して発振光が狭帯域化する、という波長ロック効果が生じる。例えば、基本光は外部共振器により発振させると図８（Ａ）に示すような波長分布２２を示すが、共振器内に波長選択素子３を設けると、図８（Ｂ）に示すように、波長選択素子３の選択ピーク波長に一致するピーク波長を有する狭帯域化された波長域２３を有する発振光が得られる。
【００５７】
したがって、波長選択素子３の各領域３１、３２、３３に対して、外部共振器で発振された基本光を入射させると、領域３１を通過した基本光については１０６４．０４ｎｍ近傍に発振波長が集中し、領域３２を通過した基本光については１０６５．１ｎｍ近傍に発振波長が集中し、領域３３を通過した基本光については１０６６．１６ｎｍ近傍に発振波長が集中する。このように、外部共振器で発振された基本光が、波長選択素子３の各領域を通過することにより、波長選択素子３の各領域において、異なるピーク波長を有する狭帯域化された波長域を有する基本光が取り出される。
【００５８】
波長変換素子４は、入射される光のうち、特定の波長域の光の一部に対して波長変換を施して出射する機能を有する。本発明の光源装置では、波長変換素子４がＰＰＬＮで構成されるものとして説明する。なお、ＰＰＬＮ以外に、コングレント組成のニオブ酸リチウム（ＣＬＮ）、タンタル酸リチウム（ＣＬＴ）、ＭｇＯをドープしたＬＮ、ＬＴ結晶（ＭｇＯ：ＬＮ，ＭｇＯ：ＬＴ）、定比組成のＬＮ（ＳＬＮ）やＬＴ（ＳＬＴ）、ＭｇＯをドープしたＳＬＮ（ＭｇＯ：ＳＬＮ）やＳＬＴ（ＭｇＯ：ＳＬＴ）、ＫＴＰ結晶、ＭｇＯ：ＬＮ、ＭｇＯ：ＳＬＴなど、種々の波長変換素子を用いることが可能である。
【００５９】
図９は、波長変換素子４を温度変化させた際における変換効率の波長分布を示す、図１０は、波長変換素子４における変換波長の温度依存性を示す。図１０は、温度を横軸とし、図９で得られた変換効率の波長分布の曲線のピーク値を縦軸として、1次関数として表現したグラフである。図９および図１０によれば、波長変換素子４は温度依存性を有しており、波長変換素子４の温度が高温になるほど変換可能な波長域が長波長側にシフトすることが分かる。なお、波長変換素子４の変換効率は、以下に示すように、波長変換素子４に入射した第１光のパワーＡと、波長変換素子４から取り出される第２光のパワーＢとの比で示される。
（波長変換素子４の変換効率＝第２光のパワーＢ／第１光のパワーＡ）
【００６０】
図５に戻り、温調器７は、不図示の制御部からの指令に応じて波長変換素子に付与する熱エネルギーを増減するものであり、周知のものを用いることができる。温調器７は、波長変換素子４を温調して波長変換素子４の温度を増減させることにより、波長変換可能な波長域を可変する。例えば、長波長の第２光を出射するための指令を制御部から受けた場合は、波長変換素子４に付与する熱エネルギーを増加させるように制御され、短波長の第２光を出射するための指令を制御部から受けた場合は、波長変換素子４に付与する熱エネルギーを減少させるように制御される。
【００６１】
温調器７による波長変換素子４の温調は、所望の波長の第２光のみが取り出されるように行う。つまり、所望の第２光のピーク波長がＲ１である場合には、波長変換素子４の変換波長域が、ピーク波長２Ｒ１を含む波長域に重なるように、波長変換素子４の温度を上昇させる。こうすることで、波長選択素子３の各場所から取り出された種々のピーク波長を有する第１光のうち、ピーク波長が２Ｒ１である波長域の第１光のみが波長変換され、ピーク波長Ｒ１の第２光が得られる。一方、所望の第２光のピーク波長がＲ１であるため、ピーク波長が２Ｒ１から外れる波長域の第１光については、波長変換されることなく図５に示す光学部材５から出射され、カットフィルタ６により除外される。
【００６２】
より詳細には、温調器７を制御して、図１１に示すように、波長変換素子４の変換波長域４３が、波長選択素子３を通過する際に狭帯域化された第１光の発振光の波長域２３に重なるように、波長変換素子４を温調する。変換波長域４３のピーク波長が、波長選択素子３を通過した第１光の波長域２３のピーク波長に一致するように、波長変換素子４を温調することが好ましい。このようにすれば、第１光を効率よく第２光に変換することができる。
【００６３】
一例を挙げると、波長選択素子３から取り出された波長１０６５．１ｎｍの第１光について波長変換を行う場合、図１０のグラフに従い、変換波長分布のピーク波長が１０６５．１ｎｍ近傍となるように、波長変換素子４を７８℃に温調する。こうすることで、ピーク波長が１０６５．１ｎｍの第1光を第２光に変換することができる。
【００６４】
また、図６に示す波長選択素子３の領域３１を通過することで、ピーク波長１０６４．０４ｎｍ近傍の波長域の第１光を波長変換するため、図１０のグラフに従い、波長変換素子４を６５℃近傍に温調する。同様に、図６に示す波長選択素子３の領域３３を通過することで、ピーク波長１０６６．１６ｎｍ近傍の波長域の第１光を波長変換するため、図１０のグラフに従い、波長変換素子４を９０℃近傍に温調する。
【００６５】
尚、図５に示すように、光学部材５の前方側（光源装置１の光出射方向側）には、カットフィルタ６が配置されている。カットフィルタ６は、波長選択素子３と同様に、基板上に２種の屈折率を有する誘電体薄膜が積層形成されてなる誘電体多層薄膜を有する構成である。カットフィルタ６は、第２光の波長域は通過させるが、波長変換素子４によって波長変換されないまま光学部材５を通過した第１光は通過させないように、誘電体多層膜が設計されている。一例を挙げると、カットフィルタ６は、波長Ｒ１（＝５３２ｎｍ±１０ｎｍ）の第２光は通過させるが、波長２Ｒ１（＝１０６４±２０ｎｍ）の第１光は透過させないように、誘電体多層薄膜が設計されている。また、カットフィルタ６は、色ガラスなど波長２Ｒ１（＝１０６４±２０ｎｍ）の第１光を吸収する材料を用いて構成しても良く、誘電体多層薄膜と色ガラスの両者を組み合わせて構成しても良い。
【００６６】
本発明の光源装置は、波長選択素子３の面内の一部からレーザ光が出射される仕組みであることから、第２光の波長域により出射位置が異なる。したがって、光源装置から出射された光は、集光レンズで集光し光ファイバへ導入するファイバカップリングを用いて取り出されることが望ましい。
【００６７】
このように、本発明の光源装置は、各発光部２に対応する場所毎に選択波長分布が異なる波長選択素子３を用いて、波長選択素子３の各半導体素子２１に対応する各場所から異なるピーク波長を有する波長域の第１光を取り出すとともに、波長変換素子４の変換波長域が温度変化に応じて変化する特性を利用して、波長変換素子４の変換波長域が波長選択素子３の各場所毎に狭帯域化された第１光の波長域に重なるように、波長変換素子４の温度を可変させることで、波長選択素子３の各場所から取り出された各ピーク波長を有する第１光に対して波長変換を行い、第２光として取り出すことができる。しかも、本発明に係る波長選択素子３は、基板上に設けられた誘電体多層薄膜の膜厚の僅かな変化によって選択波長域が微小変化するものであるため、波長選択素子３から取り出される第１光の波長を自在に調整することができる。さらに、波長変換素子４は、僅かな温度変化に応じて変換波長域がリニアに変化する特性を有するものであるため、波長選択素子３を通過する所望の波長域に対して変換波長域を容易に重ね合わせることができる。したがって、本発明の光源装置は、上記の波長選択素子３および波長変換素子４を共に具備することによって、波長選択素子３によって取り出された種々の波長域の第１光に対して効率良く波長変換を行うことで、種々のピーク波長の第２光を取り出すことができる。
【符号の説明】
【００６８】
１    ：  光源装置
２    ：  発光部
２１  ：  半導体素子
３    ：  波長選択素子
４    ：  波長変換素子
５    ：  光学部材
６    ：  カットフィルタ
７    ：  温調器
１７  ：  ヒートシンク
２２  ：  基本光を外部共振器により発振させて得られる発振光の光強度波長分布
２３  ：  波長選択素子を通過後に得られる狭帯域化された発振光の光強度波長分布
２５  ：  反射部材
２７  ：  反射部材
３１，３２，３３  ：  波長選択素子の領域
３１ａ，３２ａ，３３ａ  ：  波長選択素子の領域毎の選択波長分布
４０  ：  第２光
４１  ：  基本光の波長分布
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ・・・・４１ｘ  ：  基本光
４２  ：  選択波長分布
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ・・・・４２ｘ  ：  第1光
４３  ：  変換波長分布
４３ｄ  ：  第２光
５０  ：  第２光
９０  ：  従来の光源装置
９３  ：  ＶＢＧ
９５  ：  ＰＰＬＮ
【図１】
2014192445.tif 000003
【図２】
2014192445.tif 000004
【図３】
2014192445.tif 000005
【図４】
2014192445.tif 000006
【図５】
2014192445.tif 000007
【図６】
2014192445.tif 000008
【図７】
2014192445.tif 000009
【図８】
2014192445.tif 000010
【図９】
2014192445.tif 000011
【図１０】
2014192445.tif 000012
【図１１】
2014192445.tif 000013
【図１２】
2014192445.tif 000014