(57)【要約】  波長変換レーザ光源は、基本波光を出射する基本波光源と、非線形光学効果を有し、前記基本波光を異なる波長の高調波光に変換する波長変換素子と、前記基本波光に含まれる特定の偏光方向の光を受光してその光量を電気信号に変換する第１の受光器と、前記第１の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光の光量または波長を制御する基本波制御部と、前記波長変換素子から出力される高調波光を受光してその光量を電気信号に変換するする第２の受光器と、前記波長変換素子の温度を一定に保持する温度保持部と、前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光の光量を制御する第１の制御、および、前記第１の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光の光量を制御する第２の制御をそれぞれ行う基本波制御部と、前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記温度保持部の保持温度を制御する第３の制御を行う温度制御部と、を備えている。
2010004749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波光を出射する基本波光源と、
非線形光学効果を有し、前記基本波光を異なる波長の高調波光に変換する波長変換素子と、
前記基本波光源から出射される基本波光に含まれる特定の偏光方向の光を受光してその光量を電気信号に変換する第１の受光器と、
前記波長変換素子から出力される高調波光を受光してその光量を電気信号に変換するする第２の受光器と、
前記波長変換素子の温度を一定に保持する温度保持部と、
前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光源から出射される基本波光の光量を制御する第１の制御、および、前記第１の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光の光量を制御する第２の制御をそれぞれ行う基本波制御部と、
前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記温度保持部の保持温度を制御する第３の制御を行う温度制御部と、を含むことを特徴とする波長変換レーザ光源。
【請求項２】
前記第１の制御の実施タイミングと、前記第２の制御および前記第３の制御の実施タイミングとが重複しないように、前記第１ないし第３の制御が前記基本波制御部および前記温度制御部により間欠的に実施されることを特徴とする請求項１に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項３】
前記温度制御部は、
前記波長変換素子の温度を計測する温度計測部と、
前記温度計測部からの計測信号に基づいて、前記温度保持部に電流を供給し、前記温度保持部の保持温度を一定に制御する温度コントローラと、を含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項４】
前記温度コントローラは、中心温度Ｔｃ（℃）を中心にして±Δｔ（℃）でウォブリングすることによって、前記温度保持部の保持温度を調整するものであり、
前記波長変換素子の温度がＴｃ＋Δｔ（℃）、Ｔｃ（℃）およびＴｃ−Δｔ（℃）のときの前記高調波光の光量をそれぞれＰ（Ｔｃ＋Δｔ）、Ｐ（Ｔｃ）およびＰ（Ｔｃ−Δｔ）としたとき、
Ｐ（Ｔｃ−Δｔ）＜Ｐ（Ｔｃ）＜Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）の場合はＴｃを上昇させ、
Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）＜Ｐ（Ｔｃ）＞Ｐ（Ｔｃ−Δｔ）の場合はＴｃを維持させ、
Ｐ（Ｔｃ−Δｔ）＞Ｐ（Ｔｃ）＞Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）の場合はＴｃを低下させるよう、前記温度保持部に電流を供給することを特徴とする請求項３に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項５】
前記温度コントローラがウォブリングを行う前記Δｔの範囲は、０．１℃〜０．２℃であることを特徴とする請求項４に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項６】
前記温度コントローラによる前記ウォブリングの周期が、５秒〜１０秒であることを特徴とする請求項４または５に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項７】
基本波光を出射する基本波光源と、
非線形光学効果を有し、前記基本波光を異なる波長の高調波光に変換する波長変換素子と、
前記基本波光源から出射される基本波光に含まれる特定の偏光方向の光を受光してその光量を電気信号に変換する第１の受光器と、
前記波長変換素子から出力される高調波光を受光してその光量を電気信号に変換するする第２の受光器と、
前記波長変換素子の温度を一定に保持する温度保持部と、
前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光源から出射される基本波光の光量を制御する第１の制御、前記第１の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光の光量を制御する第２の制御、および前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光の波長を制御する第３の制御をそれぞれ行う前記基本波制御部と、を含むことを特徴とする波長変換レーザ光源。
【請求項８】
前記基本波制御部は、前記第１の制御の実施タイミングと、前記第２の制御および前記第３の制御の実施タイミングとが重複しないように、前記第１ないし第３の制御を間欠的に実施することを特徴とする請求項７に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項９】
前記基本波光源は、
励起光を発する半導体レーザと、
前記半導体レーザから発せられた励起光を吸収し、前記基本波光を発するダブルクラッド希土類添加ファイバと、
前記ダブルクラッド希土類添加ファイバの両端に配置され、当該基本波光源から発せられる前記基本波光の波長を決定する、狭反射帯域のファイバグレーティングおよび広反射帯域のファイバグレーティングと、
前記狭反射帯域のファイバグレーティングに応力を付加するアクチュエータと、を含み、
前記アクチュエータが前記狭反射帯域のファイバグレーティングに与える応力により前記基本波光の波長が変化することを特徴とする請求項７または８に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１０】
前記基本波光源は、分布帰還ミラー部を含む分布帰還型半導体レーザ光源であり、前記分布帰還ミラー部へ投入する電流を変化させることにより、前記基本波光の波長が変化することを特徴とする請求項７または８に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１１】
前記基本波光源は、
分布帰還ミラー部を有し、前記基本波光の元となる光を発生する分布帰還型半導体レーザ光源と、
励起光を発する励起光源と、
前記励起光を吸収することで前記分布帰還型半導体レーザ光源が発する光の強度を増幅させるレーザ媒質と、を含み、
前記分布帰還ミラー部へ投入する電流を変化させることで、前記基本波光の波長が変化することを特徴とする請求項７または８に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１２】
前記温度保持部の保持温度を制御する温度制御部をさらに含み、
前記温度制御部は、
前記波長変換素子の温度を計測する温度計測部と、
前記温度計測部からの計測信号に基づいて、前記温度保持部に電流を供給し、前記温度保持部の保持温度を一定に制御する温度コントローラと、を備えていることを特徴とする請求項７ないし１１の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１３】
前記波長変換素子の温度と前記温度計測部で計測される温度との間に差を設けるための熱抵抗調節材が、前記波長変換素子と前記温度計測部との間に設けられていることを特徴とする請求項３ないし６および１２の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１４】
前記熱抵抗調節材と、
前記波長変換素子、前記波長変換レーザ光源の筐体、または前記温度計測部と、の間に、
部材間の接触熱抵抗を均一にするための伝熱材が設けられていることを特徴とする請求項１３記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１５】
前記波長変換素子は、基本構造に酸素八面体構造を主とする光学結晶からなり、
前記光学結晶には、前記基本波光と前記高調波光との位相を整合させるための周期的分極反転構造が形成されていることを特徴とする請求項１ないし１４の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１６】
前記波長変換素子は、前記周期的分極反転構造の分極方向と直交する面が電気抵抗率１×１０８Ω・ｃｍ以上の被覆材で覆われていることを特徴とする請求項１５記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１７】
前記第１の受光器から出力される電気信号の位相と前記第２の受光器から出力される電気信号の位相とが同期しているときには前記第２の制御が選択的に実行される一方、
前記第１の受光器から出力される電気信号の位相と前記第２の受光器から出力される電気信号の位相とが非同期のときには前記第３の制御が選択的に実行されることを特徴とする請求項２または８に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１８】
請求項１ないし１７の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源と、
前記波長変換レーザ光源から発せられた前記高調波光を受けて画像を形成する２次元光変調素子と、
前記２次元変調素子で形成された画像を投影する投影レンズと、を含むことを特徴とするプロジェクションディスプレイ装置。
【請求項１９】
請求項１ないし１７の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源を含む光源ユニットと、
前記光源ユニットから発せられた光を受けて画像を形成する液晶パネルと、を含むことを特徴とする液晶ディスプレイ装置。
【請求項２０】
請求項１ないし１７の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源と、
前記波長変換レーザ光源から出力された前記高調波光を照射対象領域へ導くデリバリファイバと、を含むことを特徴とするレーザ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源が発するレーザ光を非線形光学効果により波長変換する波長変換レーザ光源、これを備えたプロジェクションディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置及びレーザ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、Ｎｄ：ＹＡＧレーザやＮｄ：ＹＶＯ４レーザから発振される光を、非線形光学効果を用いて波長変換することによって、緑色光等の可視レーザ光を得たり、緑色光をさらに変換した紫外レーザ光を得たりする波長変換レーザ光源が数多く開発・実用化されてきた。これらの変換光は、レーザ加工やレーザディスプレイ等の用途に用いられている。【０００３】
非線形光学効果を用いた従来の波長変換レーザ光源の一般的な構成例を図１に示している。非線形光学効果を得るには、複屈折率を有する非線形光学結晶を使用する必要がある。具体的には、複屈折率を有する非線形光学結晶として、ＬｉＢ３Ｏ５（リチウムトリボレート：ＬＢＯ）、ＫＴｉＯＰＯ４（リン酸チタニルカリウム：ＫＴＰ）、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（セシウムリチウムボレート：ＣＬＢＯ）、分極反転構造を形成したＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム：ＰＰＬＮ）やＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム：ＰＰＬＴ）等が用いられてきた。【０００４】
図１に示すように、波長変換レーザ光源１００は、基本波光源１０１、集光レンズ１０８、波長変換素子（非線形光学結晶）１０９、再コリメートレンズ１１１、波長分離ミラー１１３、波長変換素子１０９の温度を一定に保持するヒーターなどの温度保持装置１１６、レーザ出力を制御する制御装置１１５、及び制御装置１１５内に配置される非線形光学結晶の温度をコントロールする温度コントローラ１２２を含んでいる。基本波光源１０１には、波長１．０６μｍのＮｄ：ＹＡＧレーザやＮｄ：ＹＶＯ４レーザ、Ｙｂドープファイバを用いたファイバレーザ等がよく用いられる。【０００５】
ここで、波長１．０６μｍのレーザ光から半分の波長の０．５３２μｍのレーザ光を発生させる第２高調波発生を例に挙げて実際の動作について説明する。【０００６】
基本波光源１０１から発振された、波長１．０６μｍのレーザ光は、集光レンズ１０８により非線形光学結晶１０９に集光される。このとき、非線形光学結晶１０９が有する波長１．０６μｍの光に対する屈折率と、発生させたい波長０．５３２μｍの光に対する屈折率とが一致している必要があり、このことを位相整合と呼ぶ。一般に、結晶の屈折率は結晶自体の温度条件で変化するため、結晶の温度は一定にしておく必要がある。このため、非線形光学結晶自体は、温度保持装置１１６内に配置され、結晶の種類に応じた温度に保持される。【０００７】
例えば、ＬＢＯ結晶を用いて、ｔｙｐｅ−１非臨界位相整合と呼ばれる位相整合の方法をとる場合、１４８℃〜１５０℃という温度で結晶を保持する必要がある。【０００８】
また、分極反転構造のＬｉＮｂＯ３結晶を使用する場合においては、分極反転構造の周期を設計することにより、位相整合する温度や波長を任意に決定することが可能となっているが、位相整合条件を保ち続けるには、素子温度と基本波波長とを一定に保つ必要がある（特許文献１及び特許文献２参照）。【０００９】
図２は、波長変換後の光として、緑色光をモニターして、出力を一定に制御する制御ループを模式的に示している。【００１０】
図２に示す制御ループ２５０は、基本波光源１０１への投入電流２４０をコントロールすることで基本波光源１０１からの基本波出力２６０を制御している。基本波出力２６０は、素子温度制御部２８０の制御により、温度が一定に保たれた非線形光学結晶からなる波長変換素子１０９に入射される。そして、波長変換素子１０９内で波長変換された後、波長変換素子１０９から緑色光２７０が出力される。この緑色光２７０の出力を一定にするために、緑色光２７０の光強度に応じて、基本波光源１０１へ投入する電流２４０を、制御ループ２５０よって制御する方法が、ＡＰＣ（オートパワーコントロール）として用いられてきた。【００１１】
一方、非線形光学効果により波長変換を行う場合は、位相整合条件を満たす必要がある。このため、基本波光源１０１から発振される基本波の偏光方向及び基本波光源１０１から発振される基本波の波長も、波長変換の重要な要素となる。【００１２】
特許文献３では、基本波と第２高調波との出力をそれぞれモニターすることで緩和発振したときの出力のノイズを低減する方法について示されている。【００１３】
一方、特許文献４では、type-II位相整合を取る波長変換素子を使用した、波長変換レーザ光源において、基本波の各偏光成分を取得し、共振器内に具備した位相差調整手段の駆動にフィードバックする方法が提案されている。【００１４】
しかしながら、特許文献４の方法では、波長変換素子の位相整合状態も一緒に変動してしまうため、出力の安定化が難しかった。【００１５】
従来の制御ループでは、従来より指摘されている緩和発振の状態で対応できないという問題だけでなく、定常状態であっても、偏光の変化または波長の変化に対応できないという問題があった。【００１６】
以上のように、基本波の状態が原因となり、波長変換素子の位相整合状態が変化することで、安定して効率のよい波長変換をすることが不可能になるという課題があることがわかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００４−１５７２１７号公報
【特許文献２】特開２０００−３０５１２０号公報
【特許文献３】特開２００４−３４８０５２号公報
【特許文献４】特開平５−１８８４２１号公報
【発明の概要】
【００１８】
本発明の目的は、安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な波長変換レーザ光源、これを備えたプロジェクションディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置及びレーザ光源を提供することにある。
【００１９】
本発明の一局面に係る波長変換レーザ光源は、上記の目的を達成するために、基本波光を出射する基本波光源と、非線形光学効果を有し、前記基本波光を異なる波長の高調波光に変換する波長変換素子と、前記基本波光源から出射される基本波光に含まれる特定の偏光方向の光を受光してその光量を電気信号に変換する第１の受光器と、前記波長変換素子から出力される高調波光を受光してその光量を電気信号に変換するする第２の受光器と、前記波長変換素子の温度を一定に保持する温度保持部と、前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光源から出射される基本波光の光量を制御する第１の制御、および、前記第１の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光の光量を制御する第２の制御をそれぞれ行う基本波制御部と、前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記温度保持部の保持温度を制御する第３の制御を行う温度制御部と、を備えている。
【００２０】
本願発明者らの研究の結果、基本波光の偏光成分の変化が高調波光の出力の変動に大きく影響することが、今回初めて明らかとなった。そこで、本波長変換レーザ光源は、基本波光源から出射される基本波光に含まれる特定の偏光方向の光を第１の受光器で受光してその光量を電気信号に変換し、当該電気信号に基づいて、基本波光源から出射される基本波光の光量または波長を基本波制御部が制御する構成となっている。これにより、基本波光の偏光成分の変化に応じた基本波光の調整が適切に行えるので、安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な波長変換レーザ光源を実現できる。
【００２１】
本発明のさらに他の目的、特徴、及び優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来の波長変換レーザ光源の概略構成を示す模式図である。
【図２】従来の波長変換レーザ光源における制御ループを示す説明図である。
【図３】図３Ａは、基本波光の偏光方向の変化量を測定する測定装置の概略構成を示している。図３Ｂは、図３Ａに示す測定装置用いて測定した基本波光の偏光方向が変化する量を示している。
【図４】本発明の一実施の形態に係る高調波出力光の制御方法を適用した波長変換光源の概略構成を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る高調波出力光の制御方法を適用した制御ループを示す説明図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る高調波出力光の制御方法を適用した制御ループにおける、制御対象の切替のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の一実施の形態に係る波長変換素子の温度調整を行うための制御システムの概略構成を示す模式図である。
【図８】図８Ａは、本発明の一実施の形態に係る高調波出力光の制御方法において、波長変換素子の温度制御方法を説明するためのプロット図である。図８Ｂは、本発明の一実施の形態に係る高調波出力光の制御方法において、波長変換素子の温度制御方法を説明するためのプロット図である。図８Ｃは、本発明の一実施の形態に係る高調波出力光の制御方法において、波長変換素子の温度制御方法を説明するためのプロット図である。図８Ｄは、本発明の一実施の形態に係る高調波出力光の制御方法において、波長変換素子の温度制御方法を説明するためのプロット図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る高調波出力光の制御方法を適用した場合における出力安定性を示すプロット図である。
【図１０】本発明の一実施の形態における他の高調波出力光の制御方法を適用した波長変換光源の概略構成を示す説明図である。
【図１１】本発明の一実施の形態における他の高調波出力光の制御方法における、制御ループを示す説明図である。
【図１２】本発明の一実施の形態に係る発振波長の調整を行うための制御システムの概略構成を示す模式図である。
【図１３】本発明の一実施の形態に係る高調波出力光の他の制御方法を適用した場合における出力安定性を示すプロット図である。
【図１４】本発明の他の実施の形態に係る高調波出力光の制御方法を適用した波長変換光源の概略構成を示す模式図である。
【図１５Ａ】本発明の他の実施の形態に係る高調波出力光の制御工程を示すフローチャートである。
【図１５Ｂ】本発明の他の実施の形態に係る高調波出力光の制御方法における制御ループを示す模式図である。
【図１６】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概略構成を示す模式図である。
【図１７】本発明のさらに他の実施の形態に係る波長変換素子の基本波から高調波光への変換効率が最大となる温度からの差分（ΔＴ）と、設定した高調波出力を得るのに必要な基本波光量との関係を示したプロット図である。
【図１８】本発明のさらに他の実施の形態に係る波長変換素子の基本波から高調波光への変換効率が最大となる温度からの差分（ΔＴ）と、設定した高調波出力を得るのに必要な基本波光量との関係を示したプロット図である。
【図１９】本発明のさらに他の実施の形態に係る制御工程を示すフローチャートである。
【図２０】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波長変換素子温度の制御工程を示すフローチャートである。
【図２１】本発明のさらに他の実施の形態に係る制御における閾値ｃと図１７との関係を示すプロット図である。
【図２２】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概略構成を示す説明図である。
【図２３】本実施の形態のさらに他の実施の形態に係る波長変換レーザ光源のサーミスタと基本波光路との間の温度差と、基本波から高調波光への変換効率が最大となる温度からのずれ量ΔＴがシフトする様子を示すプロット図である。
【図２４】本実施の形態のさらに他の実施の形態に係る波長変換レーザ光源のサーミスタと基本波光路との間の温度差と、基本波から高調波光への変換効率が最大となる温度からのずれ量ΔＴがシフトする様子を示す他のプロット図である。
【図２５】本実施の形態のさらに他の実施の形態に係る波長変換レーザ光源のサーミスタと基本波光路との間の温度差と、基本波から高調波光への変換効率が最大となる温度からのずれ量ΔＴがシフトする様子を示すさらに他のプロット図である。
【図２６】本発明のさらに他の実施の形態に係る熱抵抗部材を備えた波長変換レーザ光源の概略構成を示す説明図である。
【図２７】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波長変換光量と基本波から高調波光への変換効率が最大となる温度からのずれ量ΔＴとの関係を示すプロット図である。
【図２８】本実施の形態のさらに他の実施の形態に係る波長変換レーザ光源の波長変換光量と基本波から高調波光への変換効率が最大となる温度からのずれ量ΔＴとの関係を示すプロット図である。
【図２９】本発明のさらに他の実施の形態に係る熱抵抗部材を備えた波長変換レーザ光源の概略構成を示す説明図である。
【図３０】本発明の一実施の形態に係る波長変換レーザ光源を適用したプロジェクタ（プロジェクションディスプレイ）の概略構成を示す説明図である。
【図３１】図３１Ａおよび図３１Ｂは、本発明の一実施の形態に係る波長変換レーザ光源を適用した液晶ディスプレイの概略構成を示す説明図である。
【図３２】本発明の一実施の形態に係る波長変換レーザ光源を適用した医療用光源の概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、図３ないし図１３を参照しながら説明する。
【００２４】
本願発明者らの研究の結果、基本波光の偏光成分の変化が高調波光の出力の変動に大きく影響することが、今回初めて明らかとなった。また、type-I位相整合や擬似位相整合を採る波長変換素子を使用した場合も、基本波の偏光成分の変化が高調波出力の変動に大きく影響することが今回の検討で明らかとなった。
【００２５】
この問題に関し、発振波長や偏光方向が変化しうる基本波光源を用いた場合、投入電流の余裕（制御マージン）を大きく取る必要があるという問題があることが今回初めて明らかとなった。
【００２６】
図３Ａは、基本波光の偏光方向の変化量を測定する測定装置３００の概略構成を示している。図３Ｂは、図３Ａに示す測定装置３００を用いて、基本波光源１０１から出射される基本波光の偏光方向が変化する量を測定した結果を示している。測定装置３００は、図３Ａに示すように、基本波光源１０１と、偏光プリズム３０１と、受光部３０２を備えたパワーメータ３０３とを有している。基本波光源１０１から出射される基本波光１０５は、偏光プリズム３０１へ入射され、直線偏光される。そして、当該直線偏光内の、所定の偏光成分のみがパワーメータ３０３の受光部３０２に入射される。そして、パワーメータ３０３は、この受光部３０２に入射された受光量に基づいて、出力変動量を測定する。図３Ｂのグラフは、測定時間に対する出力変動量すなわち偏光方向が変化する量をプロットしている。
【００２７】
図３Ｂのグラフから、図中破線で示すように、基本波光２０５が偏光プリズム３０１を通らない場合は、出力は略一定であるのに対し、基本波光２０５が偏光プリズム３０１を通る場合、出力が最大８％程度低下、すなわち偏光方向が変化することがわかる。
【００２８】
本実施の形態は、偏光方向の変化や波長の変化などの従来の制御方法では調整が難しかった要素について、制御マージンを小さくしても対応できる制御（制御Ａ）を実現している。
【００２９】
図４は、本発明の一実施の形態に係る波長変換レーザ光源２００の概略構成を示す模式図である。この波長変換レーザ光源２００は、上記制御Ａを実現する構成例である。
【００３０】
本波長変換レーザ光源２００は、図４に示すように、基本波光源（光源）２０１、ダイクロイックミラー２０６、ビームスプリッタ２０７、偏光フィルタ４０３、受光器（フォトダイオード）４０４、集光レンズ２０８、波長変換素子（非線形光学結晶を含む）２０９、再コリメートレンズ２１１、ビームスプリッタ２１３、受光器（フォトダイオード）２１２等を備えている。
【００３１】
基本波光源（光源）２０１から発振された基本波２０５の一部は、ビームスプリッタ２０７により光量の１％が透過され、残りの９９％が反射される。ビームスプリッタ２０７で反射された基本波２０５は、波長変換素子２０９に入力される。そして、基本波２０５は、波長変換素子２０９により波長変換され、第２高調波としての緑色光に変換される。
【００３２】
基本波光源２０１としては、Ｙｂドープファイバを用いたファイバレーザ光源を用いている。ファイバレーザ光源は、発振波長やスペクトル幅を任意に決定することができるという利点がある。したがって、スペクトル幅を狭帯域化することにより基本波から高調波への変換効率を大幅に向上することができる。
【００３３】
基本波光源２０１より発生した基本波光２０５は、集光レンズ２０８により非線形光学結晶を含む波長変換素子２０９へ集光される。本実施の形態では、非線形光学結晶として分極反転構造を形成したＭｇ：ＬｉＮｂＯ３結晶素子（ＭｇＬＮ素子）を用いている。
【００３４】
本実施の形態では、ビームスプリッタ２０７を透過し、偏光フィルタ４０３を通過した基本波をモニターし、フィードバック制御を行うように構成されている。
【００３５】
偏光フィルタ４０３は、ビームスプリッタ２０７を透過した基本波２０５のうち、波長変換に寄与する偏光成分だけを透過する。そして、偏光フィルタ４０３を透過した当該偏光成分の光を、受光器（フォトダイオード）４０４でモニターしている。
【００３６】
受光器４０４は、基本波２０５の強度の変化と同時に偏光揺らぎを強度の変化としてモニターし、電気信号に変換することができる。この電気信号は、基本波２０５の強度情報として、制御装置２１５へフィードバックされる。本実施の形態では、このフィードバックされた情報に基づいて、後述する図５のループ２の様に、所定の偏光成分の強度が一定になるようにフィードバック制御を行っている（ＡＰＣ：Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）。
【００３７】
また、本波長変換レーザ光源２００は、波長変換素子２０９の下面に配され、波長変換素子２０９を一定の温度に維持するための温度保持部２１６を備えている。この温度保持部２１６としては、ペルチェ素子を用いている。
【００３８】
波長変換素子２０９での波長変換により生成された第２高調波２１０（緑色光）は、再コリメートレンズ２１１により平行光束とされた後、ビームスプリッタ２１３を介してその一部が受光器２１２で受光される。この受光器２１２は、波長変換素子２０９にて生成された第２高調波２１０の強度をモニターし、電気信号（緑色光の強度情報）に変換して出力する。
【００３９】
波長変換素子２０９の温度を保持する温度保持部２１６の温度は、受光器２１２でモニタされる第２高調波２１０の強度情報に基づいて制御されている（図５のループ３）。これにより、基本波の波長が変化したことによって、第２高調波２１０の強度が変動する場合、基本波の波長の変化に合わせて波長変換素子２０９の温度を変化させることができる。
【００４０】
すなわち、波長変換に寄与する偏光方向の基本波入力を一定に制御している（図５のループ２）にも関わらず、第２高調波２１０の出力が変動する場合、当該出力の変動の要因は、基本波の波長であると言える。そこで、本制御Ａでは、このような場合、波長変換素子２０９の温度を変化させて（図５のループ３）基本波の波長の変化に対応させている。
【００４１】
しかしながら、上記の２つのループ（ループ２及びループ３）のみによるフィードバック制御では、第２高調波２１０の出力の変動に対して、温度という時定数が大きなパラメータでしか制御できない。このため、第２高調波２１０の出力を一定にすることは困難である。
【００４２】
そこで、本制御Ａでは、図５のループ２及びループ３の制御を停止させた状態で、ループ１による制御を行っている。このループ１では、第２高調波２１０の強度情報を示す電気信号に基づいて、基本波を駆動する電流を制御している。このループ１のフィードバック制御を挿入することで、時定数が大きなパラメータを制御対象にした場合においても、第２高調波２１０の出力を一定にすることが可能となる。すなわち、本制御Ａのように、複数のループを時分割で動作させることで、第２高調波２１０の出力変動を小さくすることができる。
【００４３】
図６は、制御対象の切り替えタイミングの一例を示すタイミングチャートである。このタイミングチャートでは、波長変換レーザ光源２００の動作状況に対して各ループが動作しているか、休止しているかを示している。
【００４４】
まず、波長変換レーザ光源２００からの光出力（第２高調波２１０の出力）を設定する際には、光出力値を基本波光源２０１へ入力される電流値へフィードバックするＡＰＣ制御（ループ１）を行い、光出力を決定したところで時分割制御を開始している。
【００４５】
本制御Ａでは、基本波２０５の出力を一定にする制御（ループ２）と、波長変換素子２０９の温度を最適にする制御（ループ３）とを、同じタイミングで動作させている。これは、上記ループ２及びループ３の２つのループについては、同時に動作させても暴走等の問題が生じないためである。しかしながら、本実施の形態に係るフィードバック制御は、これに限定されるものではない。すなわち、ループ１の動作タイミングと、ループ２及びループ３の動作タイミングとを、異なるタイミングで動作させれば、ループ２及びループ３の２つのループについては、必ずしも同じタイミングで動作させる必要はなく、異なるタイミングで開始・終了されてもよい。
【００４６】
ループ３では、波長変換素子２０９の温度調整を行っている。このため、ループ３の動作時間は、１０秒から１分程度であることが好ましい。ここで、ループ２及びループ３を一定時間動作させた後、ループ２及びループ３の制御を一旦終了する。一方、ループ１の動作時間は０．１秒〜１０秒程度で十分追随させることができる。
【００４７】
そして、ループ２及びループ３を解放した後、再び、高調波光出力に基づいて、基本波光源へ入力される電流値へフィードバックするループ１を動作させている。このように、ループ１を動作させる時間、ループ２及びループ３を動作させる時間を分割させることで、周辺環境温度や基本波光の波長変動などの環境変化に対して波長変換素子２０９の温度を常に最適な値に保つことができる。そのため、波長変換素子２０９の温度を変化させず一定とした場合に必要な基本波光の出力マージン、つまり基本波光源へ入力される電流値のマージンを小さくすることができ、簡便な制御で装置の小型化・低消費電力化できる効果がある。
【００４８】
高調波光の出力が矩形波に変調され出射する場合やパルス発振した高調波光の出力について取り扱う際には、高調波光の出力を時間平均した値をフィードバック制御に用いることで本制御を適用することができる。
【００４９】
次に、波長変換素子２０９の温度設定方法について説明する。図７は、ループ３で用いる、波長変換素子２０９の温度調整を行う制御システムを示す模式図である。
【００５０】
波長変換素子２０９は、温度保持部２１６上に保持されており、温度保持部２１６の温度をサーミスタ７０３でモニターすることで間接的に波長変換素子２０９の温度をモニターしている。サーミスタ７０３からの温度信号と波長変換された光の光強度信号７１２は、Ａ／Ｄコンバータ７０４でデジタル値に変換され、レジスタ７０５へ格納される。高調波出力に対する素子温度のテーブルは、予め必要な基本波光源２０１へ投入される電流の値と共にＥＥＰＲＯＭ７０６へ格納されている。制御装置２１５は、高調波光出力の設定値のデータが、ＭＰＵ７０７に転送される。
【００５１】
温度コントローラ７１１は、図７に示すように、電源７０８、サーミスタ７０３、サーミスタ７０３からの温度信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ７０４、Ａ／Ｄコンバータ７０４によってデジタル値に変換された温度信号を格納するレジスタ７０５、出力−温度設定値の換算テーブル、予め必要な投入電流値等を格納するＥＥＰＲＯＭ７０６、制御装置２１５から高調波出力設定値のデータが転送されるＭＰＵ７０７、電源７０８から温度保持部２１６へ供給される電流波形に対し、ＰＷＭ(Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ)制御を行うためのスイッチ７０９を含んでいる。
【００５２】
本実施の形態では、波長変換素子２０９が分極反転構造を有しており（本実施形態では分極反転構造を有するＭｇ：ＬｉＮｂＯ３）、波長変換素子２０９の保持温度を５０℃としている。
【００５３】
図８Ａないし図８Ｄは、波長変換素子２０９の温度調整方法の一例を示している。
【００５４】
波長変換素子２０９の制御温度は、中心温度Ｔｃ（℃）を中心にして±Δｔ（℃）ウォブリングさせている。
【００５５】
素子温度がＴｃ＋Δｔ（℃）の時の高調波出力をＰ（Ｔｃ＋Δｔ）、Ｔｃ（℃）の時の高調波出力をＰ（Ｔｃ）、Ｔｃ−Δｔ（℃）の時の高調波出力をＰ（Ｔｃ−Δｔ）とした場合、図８Ａに示すように、Ｐ（Ｔｃ−Δｔ）＜Ｐ（Ｔｃ）＜Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）の場合、Ｔｃを上昇させる操作を行う。図８Ｂに示すように、Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）＜Ｐ（Ｔｃ）＞Ｐ（Ｔｃ−Δｔ）の場合は、Ｔｃを維持するよう制御する。一方、図８ＣのようにＰ（Ｔｃ−Δｔ）＞Ｐ（Ｔｃ）＞Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）の場合は、Ｔｃを減少させる操作を行う。なお、Δｔは０．１〜０．２℃の範囲であることが好ましい。ウォブリングの周期は５秒から１０秒としている。波長変換素子保持部分の熱容量にも関係するが、Δｔが０．２℃以上の場合やウォブリングの周期を５秒以下とした場合、高調波出力のハンチング（リップル）が大きくなるため、Ｐ（Ｔｃ）が最大となる点のサーチが難しくなる。一方、Δｔが０．１℃以下の場合は温度検出の際、外乱の影響を受けやすくなるため、上記の範囲に設定することで出力変動を小さく抑えたまま、出力一定動作を行うことができる効果がある。
【００５６】
なお、温度制御方法としては、この方法に限らず。図８Ｄに示すように、温度に対する出力特性カーブの出力ピーク値８０％〜９０％の位置で待機させておき、（図中のＰ（Ｔｐｖ））そこからの出力変動量から、基本波から高調波光への変換効率が最大となる温度からのずれを算出し、波長変換素子２０９の温度を補正する方法、いわゆる山登り制御も適用できる。
【００５７】
図９は、波長変換レーザ光源２００に、本実施の形態の出力制御方法を適用した場合の動作時間に対する出力変動量を示すプロット図である。これを図３Ｂと比較して本実施の形態の効果を以下に検証する。
【００５８】
図３Ｂの場合は、基本波の偏光成分の変化に起因する出力の低下は８％以上とかなり大きいものであり、基本波の波長変動に起因する出力の低下も動作開始から３５００秒後に２％程度になっていた。これに対して、本実施の形態の出力制御方法を適用した場合、図９に示すように、基本波の偏光成分の変化に起因する出力の低下は僅か１％程度に低減されており、基本波の波長変動に起因する出力の低下については略ゼロになっていることがわかる。
【００５９】
本実施の形態に係る制御方法は、上述のように、基本波の偏光成分の変化及び基本波の波長変動に起因する出力変動を効果的に抑制している。これにより、制御の安定性の向上及び波長変換レーザ光源の信頼性の向上を実現することができる。
【００６０】
次に、本実施の形態に係る他のフィードバック制御について、図１０を参照し以下に説明する。このフィードバック制御では、基本波光源２０１の発振波長を調整することによって、波長変換光の出力が一定となるように制御している（制御Ｂ）。
【００６１】
図１０は、制御Ｂで提案するレーザ光源１０００の構成を示す模式図である。
【００６２】
基本波光源２０１は、図１０に示すように、励起光を発する半導体レーザ１０２と、半導体レーザ１０２から発せられた励起光を吸収し、前記基本波光を発するダブルクラッド希土類添加ファイバ１０３と、ダブルクラッド希土類添加ファイバ１０３の両端に配置され、基本波光源２０１から発せられる前記基本波光の波長を決定する、狭反射帯域のファイバグレーティング１０４ｂおよび広反射帯域のファイバグレーティング１０４ａと、半導体レーザ１０２から発せられた前記励起光のうち前記ダブルクラッド希土類添加ファイバ１０３で吸収されなかった前記励起光を吸収処理する残存励起光処理機構（不図示）と、基本波光源２０１から発せられる前記基本波光の偏光方向を直線方向にする偏光単一化機構（不図示）と、前記狭反射帯域のファイバグレーティングに応力を付加するアクチュエータ１００１と、を備え、狭反射帯域のファイバグレーティング１０４ｂの一端が前記アクチュエータ１００１に保持され、アクチュエータ１００１が前記狭反射帯域のファイバグレーティング１０４ｂに与える応力により前記基本波光の波長が変化する構成としている。
【００６３】
基本波光源（ファイバレーザ）２０１から発振された基本波２０５の一部は、ビームスプリッタ２０７により光量の１％が透過され、残りの９９％が反射される。反射された基本波２０５は、波長変換素子２０９に入力される。そして、入力された基本波２０５は、波長変換素子２０９により波長変換され、高調波光としての緑色光へ変換される。
【００６４】
基本波２０５は、ビームスプリッタ２０７を透過してきた光によりモニターされている。ここで、偏光フィルタ４０３により一方の偏光成分だけを取り出された状態の光が受光器（フォトダイオード）４０４で観測される。これにより、受光器４０４は、基本波２０５の強度の変化と同時に偏光揺らぎを強度の変化としてモニターすることができる。基本波光源２０１から発振される基本波は、受光器４０４でモニターされ、制御装置２１５へ強度情報がフィードバックされる。
【００６５】
基本波光の波長を変更できる基本波光源としては、分布帰還ミラー部を含む分布帰還型半導体レーザ光源であって、前記分布帰還ミラー部へ投入する電流を変化させることにより、前記基本波光の波長が変化する構成としてもよい。
【００６６】
また、基本波光の波長を変更できる基本波光源として、分布帰還ミラー部を有し、前記基本波光の元となる光を発生する分布帰還型半導体レーザ光源と、励起光を発する励起光源と、前記励起光を吸収することで前記分布帰還型半導体レーザ光源が発する光の強度を増幅させるレーザ媒質と、を含み、前記分布帰還ミラー部へ投入する電流を変化させることで、前記基本波光の波長が変化する構成の光源を用いてもよい。
【００６７】
制御Ｂでも、前述の制御Ａと同様に、制御装置にフィードバックされた情報に基づいて、ある偏光成分の強度が一定になるようにフィードバック制御されている（ＡＰＣ：Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ, ループ２（図１１））。
【００６８】
次に、制御Ａと異なる点について説明する。制御Ａでは、波長変換素子２０９を温調している温度保持部２１６の温度は、受光器２１２でモニターされた緑色光の強度情報に基づいて制御しているが、本制御Ｂでは、温度保持部２１６の温度は、所定の温度で一定としている。本制御Ｂでは、素子温度を調整することに代えて、ファイバグレーティング１０４ｂを固定するアクチュエータ１００１を用いて、基本波波長を温度保持部２１６で定まる素子温度に調整している（ループ３）。すなわち、波長変換に寄与する偏光方向の基本波入力が一定となるように制御し（図１１のループ２）、もう一つの緑色光の変動要因である基本波の波長を変化させて（図１１のループ３）、緑色光の出力の変動に対応させるという思想である。
【００６９】
しかしながら、上記の２ループ構成では、緑色光の光量を基準として基本波光源２０１に投入する電流量を決めることができない。このため、所望の緑色光出力を設定する際に支障が生じる。そこで、本制御Ａでは、図１１のループ２及びループ３の制御を停止させた状態で、緑色光の強度信号に基づいて、基本波を駆動する電流へフィードバックする制御（図１１のループ１）を挿入することで、緑色出力を設定する場合においても緑色光出力を一定にすることが可能となる。つまり、複数のループを時分割で動作させることで、緑色光の変動を小さくすることができる。
【００７０】
なお、制御Ａと同様に、矩形波変調した光出力を出射する場合やパルス発振したレーザ光について取り扱う際には、出力を時間平均した値をフィードバック制御に用いることで本制御を適用することができる。
【００７１】
次に、波長変換素子２０９の基本波光の温度設定方法について説明する。図１２は、ループ３で用いる、発振波長の調整を行う制御システム１２００を示す模式図である。
【００７２】
発振波長を決めるファイバグレーティング（ＦＢＧ）１０４ｂの一端はアクチュエータ１００１上に保持されており、アクチュエータ１００１上に印加する電圧によりＦＢＧ１０４ｂへ与える応力を決定している。波長変換されて生じた緑色光の光強度信号１２０１は、Ａ／Ｄコンバータ１２０２でデジタル値に変換され、レジスタ１２０３へ格納される。高調波出力に対するアクチュエータ１００１への電圧つまり、ＦＢＧへ与える応力のテーブルは、必要な励起ＬＤへの投入電流と共に予めＥＥＰＲＯＭ１２０４へ格納されている。
【００７３】
制御装置２１５からは、高調波出力設定値のデータが、ＭＰＵ１２０５に転送される。ＭＰＵ１２０５は、ＥＥＰＲＯＭ１２０４に格納されている高調波出力に対するＦＢＧへの応力のデータを取得し、レジスタ１２０３に格納されている緑色光強度信号の現在値と比較・演算する。電源１２０６はアクチュエータ１００１へ供給する電源であり、信号変換器１２０７でＰＷＭ信号をアナログの電圧信号に変換してアクチュエータ１００１の制御を行っている。
【００７４】
なお、本実施の形態で使用できるアクチュエータ１００１としては、電磁コイルを用いたものであっても、圧電素子を用いたものであってもよいが、ＦＢＧに与える応力を電圧で制御でき、かつ電圧値で応力をモニターできる点から見て電磁コイルを用いたアクチュエータ１００１を使用するのが好ましい。
【００７５】
なお、基本波波長を変化させる方法としては、波長可変半導体レーザの一種であるＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザを用いることもできる。また、ＤＢＲレーザをシード光として、光ファイバアンプなどを用いて光増幅させる方法を採ることもできる。
【００７６】
図１３は、制御Ｂにおける波長変換レーザ光源１０００の動作時間に対する出力変動量のプロット図を示している。この場合、出力変動量は１％以内に収められており、図３Ｂに示すプロット図と比較して、基本波の波長変動に起因する出力変動および基本波の偏光成分の変化に起因する出力変動を大幅に低減できていることがわかる。本実施の形態の場合、波長変換素子の温度時間応答よりも高速な、基本波の発振波長を制御対象としているため、制御Ａと比較して制御応答速度を向上させることができる。そして、制御Ａを適用した場合の図９に示すプロット図では、１％程度残っていた波長に対する出力変動を、制御Ｂを適用することによってさらに抑制する効果があることがわかる。
【００７７】
本実施の形態の制御Ａ及び制御Ｂに示した構成の波長変換レーザ光源とすることで、基本波の偏光方向、基本波の波長、及び波長変換素子の温度に対する外乱による出力変化を検出することができるため、出力制御の安定性向上とともに装置の信頼性を高める効果がある。
【００７８】
（実施の形態２）
本発明の他の実施の形態について図１４及び図１５を参照し、以下に説明する。
【００７９】
本実施の形態では、前述の実施の形態１の制御方法を、内部共振器型波長変換レーザ光源に適用させた場合について説明する。
【００８０】
図１４は、本実施の形態に係る内部共振器型波長変換レーザ光源１４００の概略構成を示している。
【００８１】
本内部共振器型波長変換レーザ光源１４００は、電源装置１４０３、制御装置１４０２、出力設定器１４０１、励起光源（基本波光源、レーザダイオード）１４０５、コリメートレンズ１４０６、集光レンズ１４０７、固体レーザ素子１４０９、共振ミラー１４０８及び１４１２、誘電体多層膜ミラー１４１３、偏光子１４１５を備えた受光素子１４１６、温度コントローラ１４０４、高調波反射ミラー１４１４・１４１７、受光素子１４１８等を備えている。
【００８２】
励起光源（レーザダイオード）１４０５から出射された励起光は、コリメートレンズ１４０６及び集光レンズ１４０７を用いて固体レーザ素子１４０９に入射することで励起する。
【００８３】
固体レーザ素子１４０９及び波長変換素子１４１０は、共振ミラー１４０８及び１４１２で構成された共振器内に配置されている。固体レーザ素子１４０９から発振される基本波は、この共振器内で共振し、レーザ発振する。発生した基本波は、波長変換素子１４１０に入射され、その一部が第２高調波に変換される。共振ミラー１４０８及び出射ミラー１４１２は、基本波光の波長で高反射率となっており、特に光が出射される１４１２については、第二高調波が低反射（高透過）率となるよう誘電体多層膜が形成されている。
【００８４】
レーザ共振器から出射される光は、ほとんど第２高調波であるが、わずかに基本波も出射される。このため、出射ミラー１４１２から出射された第２高調波を誘電体多層膜ミラー１４１３に通し、第２高調波から基本波成分を分離している。誘電体多層膜ミラー１４１３で反射して第２高調波から分離された基本波は、偏光子１４１５を備えた受光素子１４１６に入射され、その光量がモニタされている。一方、第２高調波の成分は、誘電体多層膜ミラー１４１３を通過し、高調波反射ミラー１４１４、１４１７で反射され、出力光１４１９として光源外に出射される。このとき、第２高調波の一部は高調波反射ミラー１４１７を通過する。そして、高調波反射ミラー１４１７を通過した高調波を受光素子１４１８で受光し、高調波の光量をモニターしている。
【００８５】
本実施の形態では、波長変換素子として、周期分極反転構造を有する擬似位相整合ＬｉＮｂＯ３素子を使用しているが、同じく基本構造に酸素八面体構造を持つＬｉＴａＯ３やＫＴｉＯＰＯ４結晶に周期分極反転構造を形成した擬似位相整合波長変換素子を使用しても良い。また、一般的に行われているように、結晶系にＭｇやＣｅ等を添加して光屈折率変化を抑制した結晶基板を使用した素子を用いても良い。
【００８６】
受光素子１４１６で受光された基本波の光強度信号および受光素子１４１８で受光された高調波の光強度信号は、制御装置１４０２に送られる。制御装置１４０２は、基本波および高調波の各光強度信号と、出力設定器１４０１で設定された入力値とに基づいて、電源装置１４０３から励起光源１４０５へ送られる電流信号を制御する。また、波長変換素子１４１０は、温度コントローラ１４０４で温度調節されている。
【００８７】
実施の形態２においても受光素子１４１６に入射される基本波は、偏光子１４１５を通過することで所定の偏光成分のみとなっている。本実施の形態の構成とすることで、レーザ共振器のモード変化から生じる偏光変動を把握することが可能となり、以下に述べるようにレーザの発振状態に応じた制御を行うことができる。
【００８８】
本実施の形態に係る高調波光の制御工程について、図１５Ａのフローチャートを参照説明する。
【００８９】
まず、定常動作において、高調波光（高調波）の光量の変化の有無を判断する（Ｓ１）。高調波光の光量に変化がない場合は（Ｓ１でＮＯ）、定常動作を継続する（Ｓ２）。一方、高調波光の光量が変化した場合は（Ｓ１でＹＥＳ）、残存基本波の位相と高調波光の位相とが一致しているか反転しているかを判断する（Ｓ２）。残存基本波の位相と高調波光の位相とが一致している場合、励起電流を調整する（Ｓ３）。一方、残存基本波の位相と高調波光の位相とが反転している場合、素子温度を調整する（Ｓ４）。Ｓ３で励起電流を調整した後、又はＳ４で素子温度を調整したのち、高調波出力が回復したかを判断する（Ｓ５）。高調波出力が回復していない場合（Ｓ５でＮＯ）、Ｓ２に戻って、残存基本波の位相と高調波光の位相とが一致しているか反転しているかを判断し、以後の工程を繰り返す。一方、高調波出力が回復していた場合（Ｓ５でＹＥＳ）、Ｓ１に戻って、定常動作を継続する。
【００９０】
例えば、受光素子１４１６で検知される所定の偏光成分の光強度信号の位相と受光素子１４１８で検知される高調波の光強度信号の位相が一致（同期）している場合、出力変動の要因は基本波光源にあると予測できる。基本波光源に起因する出力低下要因としては、固体レーザ素子の発熱、励起光源の出力低下、及び発振した基本波のモード変化の３通りが考えられる。励起光源（基本波光源）１４０５に原因がある場合は、図１５Ｂに示すループ２に示すように、受光素子１４１６で検知された所定の偏光成分の基本波の強度が一定になるように、励起光源１４０５に供給する励起電流を変化させるフィードバック制御を行っている（ＡＰＣ：Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）。
【００９１】
一方、受光素子１４１６で検知される所定の偏光成分の光強度信号の位相と受光素子１４１８で検知される高調波の光強度信号の位相とが反転（非同期）してる場合は、出力変動の要因は波長変換素子に原因があると予測できる。このように、波長変換素子に異常がある場合は、実施の形態１において図８Ａないし図８Ｄを参照して説明した方法を用いて、素子温度を最適にすることで、出力を回復させることができる。
【００９２】
なお、受光素子１４１６で検知される所定の偏光成分の光強度信号と、受光素子１４１８で検知される高調波の光強度信号との位相が一致（同期）しているか反転（非同期）しているかの判断については、例えば、両信号の位相が０±４５度の範囲にあれば一致（同期）していると判断でき、また、両信号の位相が１８０±４５度の範囲にあれば反転（非同期）していると判断できる。
【００９３】
以上のように、基本波の光強度と高調波の光強度との位相差を検出することで、出力変動の要因を、迅速に認識することができる。これにより、レーザの発振状態に応じた制御を、迅速かつ安定して行うことができるため、信頼性の高い波長変換レーザ光源を実現することができる。
【００９４】
なお、上述した位相の同期・非同期の選択制御は、図１１の制御ループ２および制御ループ３にも適用できる。
【００９５】
本実施の形態に係る波長変換レーザ光源の制御ループを図１５Ｂに示す。
【００９６】
出射ミラーから出力される残存基本波と高調波（緑色光）とは、その強度の位相情報を比較し、強度変化の同期／非同期を示す情報に基づいて、ループ２でフィードバックするか、ループ３でフィードバックするかを判断する。ループ２では、励起光源１４０５への投入電流値へフィードバックしている。一方、ループ３では、素子温度という形でフィードバックを行う。この際、本実施の形態を実行する上で重要なことは、残存基本波の光量の変動に対し、高調波（緑色光）の光量が変化していなければ、フィードバック動作を行わないことにある。
【００９７】
ループ１は、出力を設定する際、又は一定時間毎に投入電流値と高調波（緑色光）出力との比較を行うために使用するループである。本実施の形態でも、実施の形態１で用いた制御対象の切り替えタイミングの一例をそのまま使用できる。図６のタイミングチャートでは、波長変換レーザ光源の動作状況に対して各ループが動作しているか、休止しているかを示している。
【００９８】
まず、光源からの光出力を設定する際には、光出力値を入力電流値へフィードバックするＡＰＣ制御を（ループ１）行い、光出力を決定したところで、時分割制御を開始する。
【００９９】
本実施の形態では、基本波の出力を一定にする制御（ループ２）と、波長変換素子の温度を最適にする制御（ループ３）とを、同じタイミングで動作させている。これは、上記ループ２及びループ３の２つのループについては、同時に動作させても暴走等の問題が生じないためである。しかしながら、実施の形態１と同様に、本実施の形態に係るフィードバック制御は、これに限定されるものではない。すなわち、ループ１の動作タイミングと、ループ２及びループ３の動作タイミングとを、異なるタイミングで動作させれば、ループ２及びループ３の２つのループについては、必ずしも同じタイミングで動作させる必要はなく、異なるタイミングで開始・終了されてもよい。
【０１００】
ループ３では、波長変換素子の温度調整を行っているため、ループ３の動作時間は１０秒から１分程度であることが好ましい。そして、ループ２およびループ３を一定時間動作させた後、ループ１およびループ２の制御を一旦終了してループを解放し、再び、高調波（緑色光）出力をもとに、入力電流値へフィードバックするループ１を動作させる。ループ１の動作時間は０．１秒〜１０秒程度で十分追随させることができる。このように、ループ１を動作させる時間、ループ２及びループ３を動作させる時間を分割させることで、環境温度・基本波光の波長変動などの環境変化に対して素子温度を常に最適な値に保つことができる。その結果、制御の安定性を向上させ、光源の信頼性を高める効果がある。
【０１０１】
以上のように、本実施の形態に係る制御方法によれば、素子温度を一定とした場合に必要な基本波光の出力マージン（入力電流値のマージン）を小さくすることができるため、簡便な制御で波長変換レーザ装置の小型化及び低消費電力化を実現することができる。
【０１０２】
本実施の形態に係る制御方法を用いた場合も、実施の形態１の図１３に示したプロット図と同様に、１％以下まで出力変動を抑制する効果があることがわかった。
【０１０３】
（実施の形態３）
本発明の他の実施の形態に係る波長変換レーザ光源について図１６ないし図２９を参照し以下に説明する。
【０１０４】
実施の形態１及び２で説明した制御による出力安定化・低消費電力化という課題に対して、より効果を増強することができる波長変換レーザ光源の構成について説明する。
【０１０５】
図１６は、本実施の形態で提案する波長変換レーザ光源の構成模式図を示している。図１７及び図１８は、波長変換効率が最大となるサーミスタ温度と、サーミスタでモニターした温度との差分（ΔＴ）と、設定した高調波出力を得るのに必要な基本波光量との関係を示したプロット図である。
【０１０６】
本実施の形態の波長変換レーザ光源１６００の構成について説明する。図１６に示すように、波長変換レーザ光源１６００は、基本波光源１６０１、集光レンズ１６０３、波長変換素子１６０４、ペルチェ素子１６０５、サーミスタ１６０６、コリメータレンズ１６０７、波長分離ミラー１６０８、光分岐ミラー１６１０、温度制御回路１６１１、フォトダイオード１６１２、及び光量一定制御回路を備えている。
【０１０７】
基本波光源１６０１より出射する基本波光１６０２を、非線形光学結晶を用いた波長変換素子１６０４に入射させて、基本波光１６０２の一部を波長変換光１６０９に変換させる。また、基本波光源１６０１はファイバレーザとし、基本波光１６０２は１μｍ帯の赤外光とし、波長変換光１６０９は赤外光の第２高調波となる緑色光とする。また、波長変換素子１６０４は、周期７μｍの分極反転構造を形成した５ｍｏｌ％のＭｇを添加したＬｉＮｂＯ３からなる擬似位相整合波長変換素子とする。本実施の形態では、波長変換素子１６０４の素子長は２０ｍｍとする。
【０１０８】
波長変換素子１６０４から出射した基本波光１６０２と波長変換光１６０９とを、波長分離ミラー１６０８にて分離し、得られた波長変換光１６０９を光分岐ミラー１６１０（波長変換光透過率１〜１０％程度）にてその一部をフォトダイオード１６０３に入射し、波長変換光１６０９の光量をモニターする。
【０１０９】
本実施の形態では、モニターされた値をもとに、光量一定制御を行う。波長変換光１６０９が所望の光量より増加すれば、基本波光１６０２を減らし、波長変換光１６０９が所望の光量より減少すれば、基本波光１６０２を増やすように基本波光源１６０１の駆動電流を制御する光量一定制御回路１６１３を備え、波長変換光１６０９のモニター値が一定となるよう制御する。
【０１１０】
また、基本波光源１６０１は、基本波光量をモニターした値をもとに、サーミスタ１６０６、ペルチェ素子１６０５を用いて、波長変換素子１６０４の温度を調節する温度制御回路１６１１を備えている。
【０１１１】
ここで、基本波光量をモニターする手段は、図１６に図示していないが、波長変換素子に入射する前の基本波光の一部を分岐ミラーで反射させてフォトダイオードで受光する構成でもよい。
【０１１２】
また、基本波光源が、駆動電流の増減と発振する基本波光量の増減が一致する光源の場合は、駆動電流をモニターする手段で代用しても良い。この場合、フォトダイオードの使用個数を軽減することが可能となり、より低コスト化が可能となるため好ましい。
【０１１３】
また、波長変換素子から出射する基本波光と波長変換光の合計光量は波長変換素子に入射する基本波光量にほぼ一致し、波長変換素子から出射する基本波光量と波長変換素子に入射する基本波光量の増減は一致する。本実施の形態の制御では波長変換素子に入射する基本波光量の増減がわかればよいので、波長変換素子から出射する基本波光量をモニターする手段で代用しても良い。この場合、基本波光源にて発振した基本波光を少しでも多く波長変換素子に入射させることが可能となるため好ましい。これにより、さらに高効率な波長変換が可能となる。
【０１１４】
次に、温度制御回路を用いたレーザ光源の波長変換素子の温度制御について、その基本的な動作について説明する。
【０１１５】
本実施の形態では、前述の通り、波長変換光量をモニターし、その値が一定となるように基本波光量を増減させて光量一定制御を行っている。このため、従来型（図１７）と同様、図１８に示すように、ΔＴの絶対値が大きくなるほど、多くの基本波光量が必要となる。このように、ΔＴの変化に伴って増減する基本波光量をモニターすることで、本実施の形態では、光量一定制御をかけながら波長変換素子１６０４の温度制御を行う。
【０１１６】
これにより、光量一定制御を中断させることなくレーザ光源を駆動させ続けることが可能となる。このように、光量一定制御を動作させながら、波長変換素子１６０４の温度制御を行う方法としては、例えば、次のような制御方法がある。
【０１１７】
制御Ｃ
図１８に示すように、例えば、所定の波長変換光量を得るために、必要な基本波光量が最低となる点（ΔＴ＝０）における基本波光量（以下、基準基本波光量とする）の１．３倍の基本波光量を閾値ａとし、当該基準基本波光量の１．１倍の基本波光量を閾値ｂとする。
【０１１８】
立上げ動作時には、まず、図１９のフローチャートに示す制御を実行する。
【０１１９】
まず、立上げ開始時の波長変換効率が最大となるサーミスタ温度と、サーミスタでモニターした温度との差分ΔＴが光量一定制御可能な範囲かどうかを判断する（Ｓ１１）。ΔＴが光量一定制御可能な範囲にある場合（Ｓ１１でＹＥＳ）は、立ち上げ動作を終了し、通常動作を開始する（Ｓ１２）。一方、光量一定制御可能な範囲にない場合（Ｓ１１でＮＯ）は、ΔＴ≧０かを判断する（Ｓ１３）。ΔＴ≧０であれば（Ｓ１３でＹＥＳ）、波長変換素子１６０４を加熱する（Ｓ１４）。ΔＴが負であれば（Ｓ１３でＮＯ）、波長変換素子１６０４を冷却する（Ｓ１５）。そして、再び光量一定制御可能な範囲に入っているかどうかを判断し（Ｓ１１）、以後、同様の処理を繰り返す。すなわち、光量一定制御可能な範囲にない場合（Ｓ１１でＮＯ）は、ΔＴ≧０かを判断する（Ｓ１３）。ΔＴ≧０であれば（Ｓ１３でＹＥＳ）波長変換素子１６０４を加熱し、ΔＴが負であれば（Ｓ１３でＮＯ）波長変換素子１６０４を冷却する。そして、光量一定制御可能なΔＴの範囲に到達した後は、立上げ動作を終了し、通常動作に切り替える（Ｓ１２）。
【０１２０】
次に、通常動作での制御工程を、図２０のフローチャートを参照し以下に説明する。
【０１２１】
通常動作では、まず、基本波光量が閾値ａより大きいか否かを判断する（Ｓ２１）。閾値ａ以下の場合は（Ｓ２１でＮＯ）、温度一定制御を行う（Ｓ２２）。一方、基本波光量が閾値ａより大きい場合は（Ｓ２１でＹＥＳ）、波長変換素子１６０４を加熱する（Ｓ２３）。次に、基本波光量が増加しているか否かを判断する（Ｓ２４）。基本波光量が増加していれば（Ｓ２４でＹＥＳ）、ＴＭ０とＴＭとのずれ量（ΔＴの絶対値）の増大を意味するため、波長変換素子１６０４を冷却する（Ｓ２５）。一方、基本波光量が増加していなければ（Ｓ２４でＮＯ）、基本波光量が閾値ｂより大きいか否かを判断する（Ｓ２６）。閾値ｂ以下の場合は（Ｓ２７でＮＯ）、温度一定制御を行う（Ｓ２２）。
【０１２２】
Ｓ２５で、波長変換素子１６０４を冷却したのち、さらに、基本波光量が増加しているか否かを判断する（Ｓ２７）。基本波光量が増加していれば（Ｓ２７でＹＥＳ）、Ｓ２３に戻り、波長変換素子１６０４を加熱する（Ｓ２３）。そして、Ｓ２３移行の工程を繰り返す。一方、基本波光量が増加していなければ（Ｓ２７でＮＯ）、基本波光量が閾値ｂより大きいか否かを判断する（Ｓ２８）。閾値ｂ以下の場合は（Ｓ２８でＮＯ）、温度一定制御を行う（Ｓ２２）。一方、基本波光量が閾値ｂより大きい場合（Ｓ２８でＹＥＳ）、Ｓ２５に戻り、波長変換素子１６０４を冷却し、Ｓ２５以後のルーチンを繰り返す。
【０１２３】
上記の制御方法では、光量一定制御を続けることで、基本波光量の変化量を検出している。このため、波長変換光量を一定にするための制御は、通常動作時に常に実行されている必要がある。
【０１２４】
このとき、基本波光量が増減したか否かを判断するための基準となる閾値ａと閾値ｂとの差が大きすぎると、サーミスタ温度のハンチングが増大する。この場合、温度調節に必要な加熱冷却のエネルギーが増え、より高出力な基本波光源が必要となり、コスト増となる。一方、基本波光量が増減したか否かを判断するための基準となる閾値ａと閾値ｂとの差が大きすぎると、基本波光量の増減の判断を誤る可能性が高まる。
【０１２５】
このため、基本波光量が増減したか否かを判断するための基準となる閾値ａと閾値ｂとの差は、基本波光量がΔＴ＝０のときに必要な基本波光量の１．５倍以下となるΔＴの幅の２０％以下であることが好ましい。この場合、ＴＭのハンチングが減少し、より少ないエネルギーで波長変換素子の温度調節が可能となる。
【０１２６】
また、基本波光量が増減したか否かを判断するための基準となる閾値ａと閾値ｂとの差は、基本波光量がΔＴ＝０のときに必要な基本波光量の１．５倍以下となるΔＴの幅の５％以上であることが好ましい。この場合、基本波光量の増減を正確に判断することが可能となり、より高速な温度調節が可能となる。これにより、必要な基本波光量の平均値も低くすることができるため、基本波光源の出力マージン値を低く抑えることができる。この結果、波長変換レーザ光源の低電力化及び低コスト化を実現することができる。
【０１２７】
本制御方法によれば、図１８に示すように、閾値ａ及び閾値ｂを設定し、ΔＴを解消するための温度制御と温度一定制御とを切り替えて実行する。これにより、光量一定制御を中断することなく、レーザ光源の駆動を継続することができる。さらに、波長変換素子の加熱又は冷却に必要なエネルギーを軽減することが可能となるため、安定した高調波出力を低消費電力で実現することができる。
【０１２８】
また、光量一定制御下における温度制御として、次のような制御方法をとることもできる。
【０１２９】
制御Ｄ
図２１に示すように、所定の波長変換光量を得るために、必要な基本波光量が最低となる点（ΔＴ＝０）における基本波光量（以下、基準基本波光量とする）の１．１５倍の基本波光量を閾値ｃとし、常に、基本波光量が閾値ｃに近づくように波長変換素子を加熱／冷却する場合について説明する。
【０１３０】
立上げ動作については、制御Ｃと同様に、ＴＭが光量一定制御可能な範囲に到達するまで、図２０のフローに示すような立上げ動作を行う。そして、光量一定制御が可能なΔＴの範囲に到達した後は、通常動作に切り替える。
【０１３１】
そして、立上げ開始時にΔＴが負の場合、立上げ動作として波長変換素子を加熱し、ΔＴが光量一定制御可能で、且つΔＴが負となる範囲で、通常動作に切り替える。
【０１３２】
通常動作時には、図２１に示す点Ａに収束するように、基本波光量が閾値ｃより大きい場合は波長変換素子を加熱し、基本波光量が閾値ｃ以下の場合は波長変換素子を冷却する。このように、点Ａに収束させることで、点Ｂに収束させる場合より、制御工程を削減できるため、より高速な制御を実現できる。
【０１３３】
逆に、立上げ開始時にΔＴ≧０の場合は、立上げ動作として波長変換素子を冷却する。一方、通常動作で（ΔＴ＝０の右側の曲線）図２１の点Ｂに収束させることが好ましい。この場合も、点Ａに収束させるより、制御工程を削減できるため、より高速な制御が可能となる。
【０１３４】
さらには、必要な基本波光量と加熱または冷却に必要なエネルギーの両方を減らすことが可能となり、より低消費電力なレーザ光源を実現することができる。
【０１３５】
また、波長変換素子の温度変化を少なくすることで、光源の発振波長変動を軽減することが可能となり、画像表示装置として用いた場合の色ずれなどを抑制した光源を提供できるという効果もある。
【０１３６】
また、入出射面に結露が発生し、基本波光や波長変換光の散乱やビーム品質低下を軽減することが可能となる。このため、波長変換素子は設置環境の温度より高温で使用することが好ましい。
【０１３７】
制御Ｄでは、ＴＭが点Ａより高温側或は低温側のどちらにシフトしたかを瞬時に判断することができる。これにより、前述の制御Ｃに比べ、制御工程を削減できるため、より高速な温度制御を実現することができる。その結果、ＴＭや波長変換素子内の基本波光路自体の温度が変動する幅を大幅に狭めることが可能となり、制御Ｃとの比較においては以下の点で優れている。
【０１３８】
すなわち、波長変換素子の温度制御のための加熱または冷却に必要なエネルギーを大きく軽減することが可能となる。また、波長変換素子の温度変化に起因するレーザ光源から発振される光の波長変動を抑制することが可能となる。これにより、本レーザ光源を画像表示装置に用いた場合、色ずれを抑制した画像表示装置を実現できる。また、計測装置用光源として用いた場合、波長ずれによる計測誤差を軽減することができる。
【０１３９】
また、制御Ｄにおいて、許容可能なΔＴの変動範囲（以降、ΔＴ許容範囲）は以下の方法で拡大することが可能となる。ΔＴ許容範囲を拡大することによって、より精度の低い温度計測手段を用いることが可能となり、より加熱・冷却能力が低い温度調節手段を用いることが可能となるため、更に低コスト化が可能となる。また、サーミスタで測定した温度における許容範囲を大きく拡大することで、温度調節手段を省くことができるため、波長変換レーザ光源の更なる低コスト化を実現することができる。
【０１４０】
次に、ΔＴ許容範囲を拡大するための構成について図２２を参照し以下に説明する。
【０１４１】
図２２に示す波長変換レーザ光源２４００のように、波長変換素子１６０４内において、基本波光１６０２の一部を吸収し波長変換素子１６０４内の基本波光１６０２光路とサーミスタ１６０６の間に熱抵抗調節材２４０１を備える構成とすることで、波長変換レーザ光源の外部温度の変化に対応できる許容範囲を広げることができる。
【０１４２】
上記の構成によれば、基本波光の大きさに比例して、サーミスタ１６０６と波長変換素子１６０４内の基本波光１６０２の光路との間に温度差が生じる。このため図２３のグラフ上では、熱抵抗調節材２４０１を備えない場合の実線１００２に対して、基本波光量が大きくなるほど、温度差の分だけ低温側にシフトすることになり、破線２５０１で示す曲線へと変化することになる。結果的にΔＴが負の場合のΔＴの変化に対する波長変換効率の変化の傾きが、ΔＴが正の場合に比べ緩やとなる。この場合、点Ａ’に収束するように温度制御を行うと、ΔＴの許容範囲が広がる。
【０１４３】
言い換えれば、ΔＴが負のとき、ΔＴが低下すると、基本波光量の吸収量が増加し、波長変換素子内の基本波光路とＴＭの温度差が増加するため、波長変換素子内の基本波光路における温度低下量はＴＭの温度低下量に比べて小さくなる。
【０１４４】
このため、ＴＭが変動する幅に比べて、波長変換素子内の基本波光路の温度が変動する幅が狭くなる。
【０１４５】
例えば、ΔＴ＝０のときに必要な基本波光量の１．５倍まで発振可能な基本波光源を用いる場合、熱抵抗調節材２４０１を備えない波長変換レーザ光源では、ΔＴ＝０．７℃付近から−０．７℃の範囲で光量一定制御が可能となるが、熱抵抗調節材２４０１を備えるレーザ光源の例では、ΔＴが１℃付近から−１．９℃の範囲で光量一定制御が可能となる。
【０１４６】
ここで、ΔＴ許容範囲を拡大する方法としては、波長変換素子の素子長を短くする方法があるが、この場合、基本波光から波長変換光への波長変換効率が大きく低下してしまう。
【０１４７】
これに対し、本実施の形態の構成では、波長変換効率の大幅な低下を招くことなく、ΔＴ許容範囲拡大効果が大きい点で、素子長を短くする方法より好ましい。このため、より低消費電力の波長変換レーザ光源を実現することができる。
【０１４８】
本実施の形態の構成において、サーミスタと基本波光路との間の熱抵抗を増加させることが好ましい。
【０１４９】
なお、サーミスタと基本波光路との間の温度差を拡大する方法としては、熱抵抗調節材２４０１の熱伝導率をより低い値とする、熱抵抗調節材２４０１を厚くする、波長変換素子１６０４内の基本波光１６０２の吸収率を高くする等の方法が挙げられる。
【０１５０】
この場合、サーミスタと基本波光路との間の温度差を拡大することができるため、図２４に示すように、左曲線２６０１ａと右曲線２６０１ｂとのΔＴに対する基本波光量の傾きを共に負とすることができる。
【０１５１】
また、ΔＴを一定とする場合、同一の波長変換光量が得られる基本波光量の値が、２つ以上となるΔＴを有することが好ましい。このように、左曲線２６０１aと右曲線２６０１ｂのΔＴに対する基本波量の傾きを共に負とすることが可能となる。
【０１５２】
特に、例えば、基本波光源としてファブリーペロー型の半導体レーザ共振器や固体レーザなどを用いた場合、基本波光の発振波長が瞬間的シフトし、左曲線２６０１ａから右曲線２６０１ｂに移ってしまうことがある。しかしながら、本実施の形態の構成では、ΔＴの増減と基本波光量の増減の傾きが共に負となるため、温度の制御が暴走することを抑制することができる。
【０１５３】
さらに、サーミスタと基本波光路との間の熱抵抗を増加させることにより、図２５に一点破線２７０１で示すように、ΔＴに対する基本波光量の増減の傾きをさらに緩やかにすることができる。
【０１５４】
基本波光源の最大光量が、ΔＴ＝０のときに必要な基本波光量の１．５倍とすると、図２５に示す例では、基本波光路とサーミスタの間に熱抵抗調節材２４０１を備えない構成におけるΔＴ許容幅２７０２ａが約１．４℃であるのに対して、熱抵抗調節材２４０１を備えた場合、ΔＴ許容幅２７０２ｂは約８．９℃と拡大できている。ここで、基本波光吸収による発熱量を増やし、サーミスタと基本波光路の間の熱抵抗をさらに拡大すれば、より許容幅を拡大することができることは言うまでもない。
【０１５５】
また、図２５に示すように、熱抵抗調節材２４０１を備えない場合の温度許容幅２７０２ａは、熱抵抗調節材２４０１を備える場合に、基本波光量を最大（一定）として、所望の波長変換光量が得られるΔＴの差２７０２ｃと一致する。このため、このΔＴの差２７０２ｃよりΔＴ許容幅２７０２ｂが広くなるように、熱抵抗調節材２４０１の熱抵抗を調節することが好ましい。
【０１５６】
熱抵抗調節材２４０１は、熱伝導率［Ｗ／ｍ／Ｋ］を厚み(波長変換素子とサーミスタの距離)[ｍ]で割った値が１５×１０４以下となることが好ましい。
【０１５７】
この場合、少なくとも本実施の形態に係る熱抵抗調節材を備えた構成による効果が得られ、温度特性を非対称とすることが可能となる。このため、制御Ｄを実行する際に、出力が不安定となる問題を抑制することができる。
【０１５８】
また、熱抵抗調節材２４０１は、熱伝導率［Ｗ／ｍ／Ｋ］を厚み(波長変換素子とサーミスタの距離)[ｍ]で割った値が５×１０４以下となることが好ましい。
【０１５９】
この場合、基本波光の発振波長が瞬間的にシフトし、左の曲線から右の曲線に移ってしまうことがあっても、ΔＴの増減と基本波光量の増減の傾きが共に負となるため、温度の制御が暴走することを抑制することができる。
【０１６０】
波長変換レーザ光源２４００では、波長変換素子の温度変化に対して光量一定時に必要な励起光量が、レーザ光源１６００における光量一定時に必要な基本波光の光量（図１８、図１９）と同様に変化する。このため、基本波光量の代わりに、本実施の形態では励起光量を制御することで、同様の制御が可能となる。つまり、ΔＴの変化に伴って増減する励起光量をモニターすることで、実施の形態２に示した内部共振器型波長変換光源の構成においても、光量一定制御をかけながら波長変換素子の温度制御を行う事ができる。
【０１６１】
また、本実施の形態に係る他の波長変換レーザ光源の構成について図２６を参照し以下に説明する。
【０１６２】
本波長変換レーザ光源２８００は、波長変換素子１６０４が熱抵抗調節材２４０１を介して波長変換レーザ光源２８００内に設置される構成とし、サーミスタやペルチェ素子等温度調節手段を省いている。
【０１６３】
図２６の構成において、波長変換レーザ光源２８００の外部温度を「Ｔ」とし、波長変換効率が最大となる波長変換レーザ光源２８００の温度を「Ｔ０」としている。また、先に、図１６の構成を用いた場合に示したＴＭやＴＭ０を、それぞれＴやＴ０に置き換え、ＴとＴ０との差をΔＴとすることで、図１６の構成と同様に、制御Ｃ及び制御Ｄを行うことができる。
【０１６４】
本波長変換レーザ光源２８００の場合も、ΔＴの変化に対し、出力を一定にするために必要な基本波光量は、図２１に示した物と同じ特性を示す。また、熱抵抗調節材２４０１を用いることで、図２３ないし図２５に示す特性となる。つまり、レーザ光源の温度が低下しても、基本波光量を増加させ、レーザ光源に対して基本波光路の温度を上昇させることで、基本波光路の温度低下を大幅に軽減させる構成となっている。
【０１６５】
これにより、温度調節手段を省き、レーザ光源温度（現在値）が、例えば、０℃〜６０℃と大きな範囲で変化しても、光量一定制御が可能な波長変換レーザ光源を実現することができる。
【０１６６】
本実施の形態の構成で基本波光路とサーミスタの間の熱抵抗を増加させて、温度差を拡大することによって、図２７に示すように、サーミスタ温度許容幅を従来に比べて大幅に拡大させることが可能となることを示している。これは、サーミスタで計測している位置の温度が低下しても、基本波光を増加させて、サーミスタに対して基本波光路の温度を上昇させることで、基本波光路の温度低下を大幅に軽減することができるからである。同様に本実施の形態では、レーザ光源の温度が低下しても、基本波光量を増加させ、レーザ光源に対して基本波光路の温度を上昇させることで、基本波光路の温度低下を大幅に軽減できる。
【０１６７】
すなわち、本実施の形態では、波長変換効率が最大となるサーミスタ温度と、サーミスタでモニターした温度との差をΔＴとし、熱抵抗調節材２４０１を用いた基本波光路とレーザ光源との間の熱抵抗を調節することで、図２５ないし図２７で示す関係を満たすことが可能となる。
【０１６８】
例えば、波長変換レーザ光源２８００の外部温度が６０℃のとき、波長変換レーザ光源２８００の外部温度と基本波光路の温度差が１２０℃となるように、発熱量と両者間の熱抵抗と波長変換素子の変換効率が最大となる温度を設計する。この設計により、波長変換レーザ光源２８００の外部温度が０℃の場合も、基本波光量を波長変換効率が最大となる時の１．５倍となり、波長変換レーザ光源２８００の外部温度と基本波光路との温度差が１８０℃となる。つまり、波長変換レーザ光源２８００の外部温度が０℃から６０℃まで変動しても、波長変換素子の温度は、１８０℃で、ほぼ一定とすることができる。
【０１６９】
図２９に示すように、本実施の形態に係るレーザ光源２９００では、波長変換素子２３０５は、熱抵抗調節材２４０１を挟んで、直接レーザ光源２９００に設置されている構成とする。
【０１７０】
また、内部共振器構成の場合で示したＴＭとＴＭ０とを、本実施の形態では、ＴとＴ０とに置き換えることで、本実施の形態と同様の効果が得られる。つまり、本実施の形態では、ＴとＴ０と差をΔＴとし、熱抵抗調節材２４０１を用いた基本波光路とレーザ光源の間の熱抵抗を調節することで、図２３ないし図２５で示す関係を満たす構成となっている。
【０１７１】
また、本実施の形態では、熱抵抗調節材と波長変換素子の間に伝熱材（熱伝導率が大きな物質。例えば、金属：アルミ（２３７Ｗ／ｍ／Ｋ）、銅（３９０Ｗ／ｍ／Ｋ）、銀（４２０Ｗ／ｍ／Ｋ）など）を備えることで、熱抵抗調節材と波長変換素子との接触面積を大きくすることができ接触熱抵抗の個体ばらつきの影響が低減することが可能となる。その結果、波長変換素子とサーミスタ間の熱抵抗の個体ばらつきも軽減できる。
【０１７２】
サーミスタと熱抵抗調節材との間に伝熱材を備えることで、さらに、波長変換素子とサーミスタとの間の熱抵抗の個体ばらつきを軽減することが可能となる。波長変換効率が最大となるサーミスタ温度の個体ばらつきを抑制することが可能となり、波長変換レーザ光源の歩留まりの向上及び信頼性の向上を図ることができる。この結果、サーミスタ又は波長変換素子と熱抵抗調節材との間に伝熱材を設けた構造とすることが好ましい。
【０１７３】
以上、光量一定制御を行う波長変換レーザ光源について、熱抵抗調節材を波長変換素子とサーミスタ、又は波長変換素子と波長変換レーザ光源の筐体との間に設置することによる効果について示した。しかしながら、本実施の形態に係る波長変換素子とサーミスタやレーザ光源の間に熱抵抗調節材を備える構成は、上記の構成に限らず、同様の構成の波長変換レーザ光源で入力一定制御を行う場合にも適用することができる。
以下に、その効果を示す。
【０１７４】
図２７は、従来の波長変換レーザ光源で入力一定制御を行った場合における、ΔＴに対する波長変換光量を示す。図２７中の３００１、３００２、３００３は基本波光量（又は励起光量：以下、投入光量と呼ぶ）をパラメータとした波長変換光量のプロット図である。波長変換光量が１以上となる最小の投入光量（以降、最小光量とする）としたときのΔＴと波長変換光量の関係を実線３００１で示し、最小光量の１．１倍としたときについて破線３００２で示し、最小光量の１．２倍としたときについて、点線３００３で示す。
【０１７５】
図２７に示すように、従来の波長変換レーザ光源では、例えば、波長変換光量を１以上得ることが可能なΔＴの範囲（３００４）は、投入光量が最大の時、つまり点線３００３で示す曲線は波長変換光量が１以上となる範囲と一致し、１℃（０．５℃〜−０．５℃）程度となる。
【０１７６】
これに対して、図２８は、波長変換素子とサーミスタとの間、又は波長変換素子と波長変換レーザ光源の筐体との間に熱抵抗調節材２４０１を備える波長変換レーザ光源で、入力一定制御を行った場合のΔＴに対する波長変換光量を示したプロット図である。
【０１７７】
図２８中、実線３１０１は、投入光量が最小光量のときのΔＴと波長変換光量との関係を示している。破線３１０２は、投入光量が最小光量の１．１倍のときのΔＴと波長変換光量との関係を示している。点線３１０３は、投入光量が最小光量の１．２倍のときのΔＴと波長変換光量との関係を示している。
【０１７８】
投入光量を増加させると、波長変換素子とサーミスタ又は波長変換レーザ光源の筐体との間の温度差が増加する。
【０１７９】
このため、図２８に示すように、投入光量が大きいほど、波長変換効率が最大となる温度は低温側にシフトする。その結果、熱抵抗調節材を備えた波長変換レーザ光源では、図２８に示す波長変換光量が１以上となるΔＴの範囲３１０４は、１．６℃（０．１℃〜−１．５℃）程度と従来の波長変換レーザ光源に比べて、１．６倍ほど拡大できていることがわかる。
【０１８０】
つまり、図２８に示すように、あるΔＴにおいて、投入光量がより大きな点線３１０３より、投入光量がより小さな破線３１０２の方が、波長変換光量が大きくなる。
【０１８１】
同様に、別のΔＴにおいて、破線３１０２より点線３１０１の方が、波長変換光量が大きくなるように、熱抵抗調節材２４０１を、波長変換素子とサーミスタとの間、又は波長変換素子とレーザ光源との間に設け、熱抵抗を調節することが好ましい。この場合、波長変換素子とサーミスタとの間、又は波長変換素子と波長変換レーザ光源の筐体との間の温度差が大きくなるため、所定の光量以上の波長変換光量が得られるΔＴの範囲を大きくすることができる。つまり、より広い温度範囲で平均出力を一定にすることができる。
【０１８２】
さらに、入力一定制御を用いながら、ある一定以上の光量が必要となる場合、上述のような効果を発揮する波長変換レーザ光源は低コスト化が実現可能となるため、レーザポインタなどに好適に用いることができる。
【０１８３】
また、１以上の波長変換光量が得られる場合、パルス駆動させることが好ましい。
【０１８４】
この場合、ピーク光量が１以上であっても、波長変換光の平均光量が１となるようにパルスＤｕｔｙ（パルス発振時間／パルス周期）を調節することが可能となる。
【０１８５】
レーザポインタや画像表示装置に用いる場合は、人間の目で出力のチラツキが視認できないように、高速でパルス駆動させることが望ましく、少なくとも６０Ｈｚ以上の周期であることが好ましい。この場合、広い温度範囲で平均出力が一定の波長変換レーザ光源を実現することが可能となる。
【０１８６】
以上の制御方法を採用することで、広い温度範囲で平均出力を一定にすることができる。このため、基本波光の出力マージン（入力電流値のマージン）を小さくすることができ、簡便な制御で波長変換レーザ光源の小型化及び低消費電力化できる。
【０１８７】
（実施の形態４）
本発明の他の実施の形態について、図３０ないし図３２を参照し、以下に説明する。
【０１８８】
図３０は、第１ないし第３の実施の形態で提案しているレーザを光源に用いたプロジェクタシステムの光学エンジン模式図を示している。本実施の形態に係る２次元画像表示装置１７００は、液晶３板式プロジェクタの光学エンジンに、第１ないし第３の各実施の形態の波長変換レーザ光源を適用させた一例である。図３１は、第１ないし第３の各実施の形態の波長変換レーザ光源を適用させた液晶ディスプレイの構成例を示す模式図である。図３２は、第１ないし第３の各実施の形態の波長変換レーザ光源を適用させたファイバ付きレーザ光源の構成例を示す模式図である。
【０１８９】
２次元画像表示装置１７００は、画像処理部１７０２と、レーザ出力コントローラ（コントローラ）１７０３、ＬＤ電源１７０４、赤色、緑色、青色レーザ光源１７０５Ｒ、１７０５Ｇ、１７０５Ｂ、ビーム形成ロッドレンズ１７０６Ｒ、１７０６Ｇ、１７０６Ｂ、リレーレンズ１７０７Ｒ、１７０７Ｇ、１７０７Ｂ、折り返しミラー１７０８Ｇ、１７０８Ｂ、画像を表示させるための２次元変調素子１７０９Ｒ、１７０９Ｇ、１７０９Ｂ、偏光子１７１０Ｒ、１７１０Ｇ、１７１０Ｂ、合波プリズム１７１１、および投影レンズ１７１２を含んでいる。
【０１９０】
緑色レーザ光源１７０５Ｇは、グリーン光源の出力をコントロールするレーザ出力コントローラ１７０３およびＬＤ電源１７０４で制御される。
【０１９１】
各光源（赤色、緑色、青色レーザ光源１７０５Ｒ、１７０５Ｇ、１７０５Ｂ）からのレーザ光は、ビーム形成ロッドレンズ１７０６Ｒ、１７０６Ｇ、１７０６Ｂにより、矩形に整形され、その後リレーレンズ１７０７Ｒ、１７０７Ｇ、１７０７Ｂを通して各色の２次元変調素子１７０９Ｒ、１７０９Ｇ、１７０９Ｂを照明する。そして、２次元に変調された各色の画像を合波プリズム１７１１で合成し、投影レンズ１７１２よりスクリーン上に投影することにより映像を表示する。
【０１９２】
また、緑色レーザ光源１７０５Ｇは、レーザ共振器をファイバ内に閉じた系とする。これにより、外部からの塵あるいは反射面のミスアライメントなどで共振器の損失が増加することによる出力の経時低下・出力変動を抑制することができる。
【０１９３】
画像処理部１７０２は、ＴＶ、ビデオ装置、ＰＣ等から入力される映像信号１７０１の輝度情報に応じてレーザ光の出力を変動させる光量制御信号を発生し、当該光量制御信号をレーザ出力コントローラ１７０３に送出する役割を果たしている。このように輝度情報に応じて光量を制御することにより、コントラストを向上することが可能となる。
【０１９４】
この際、レーザ出力コントローラ１７０３は、レーザをパルス駆動し、レーザの点灯時間のデューティー比（点灯時間／（点灯時間＋非点灯時間）の値）を変化させることにより平均的な光量を変化させるような制御方法（ＰＷＭ制御）を取ることもできる。
【０１９５】
また、このプロジェクタシステムに用いられる緑光源の波長は５１０ｎｍから５５０ｎｍの緑色レーザ光を出射する構成としてもよい。この構成により、視感度の高い緑色のレーザ出力光を得ることができ、色再現性の良いディスプレイとして、さらに原色に近い色表現をすることができる。
【０１９６】
また、本実施の形態の２次元画像表示装置は、スクリーンと、複数のレーザ光源と、レーザ光源を走査する走査部とを備え、レーザ光源は、少なくとも赤色、緑色及び青色をそれぞれ出射する光源を用いた構成からなり、レーザ光源のうち、少なくとも緑色の光源は上記の第１ないし第３の実施の形態で示したいずれかの波長変換レーザ光源を用いた構成としてもよい。
【０１９７】
この構成により、視感度の高い緑色のレーザ出力光を得ることができるので、色再現性の良いディスプレイ等に使用して、さらに原色に近い色表現をすることができる。
【０１９８】
なお、このようなスクリーンの背後から投影する形態（リアプロジェクションディスプレイ：図３０）のほかに、前方投影型構成の２次元画像表示装置の形態をとることも可能である。
【０１９９】
なお、空間変調素子には、透過型液晶あるいは反射型液晶、ガルバノミラーやＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）に代表されるメカニカルマイクロスイッチＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）などを用いた２次元変調素子を用いることももちろん可能である。
【０２００】
なお、本実施の形態のように反射型空間変調素子やＭＥＭＳ、ガルバノミラーといった光変調特性に対する偏光成分の影響が少ない光変調素子において、高調波を光ファイバで伝搬する際は、ＰＡＮＤＡファイバ(ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ  ａｎｄ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｒｅｄｕｃｉｎｇ) fiberなどの偏波保持ファイバである必要はない。しかしながら、液晶を用いた２次元変調デバイスを使用する際には、変調特性と偏光特性が大いに関係するため、偏波保持ファイバを使用することが好ましい。
【０２０１】
また、図３１Ａ及び図３１Ｂに示すように、レーザを光源としたディスプレイの一形態として、レーザ光源１８０２と制御部１８０３、レーザ光源を点光源から線光源に変換する導光部材１８０４、線光源から面光源に変換し、液晶パネル全面を照明するための導光板部材１８０８、偏光方向をそろえたり照明ムラを除去したりするためのもの偏光板・拡散部材１８０９、および液晶パネル１８１０等を含む液晶ディスプレイ１８００を実現することも可能である。つまり、第１・第２・第３の実施の形態で示した波長変換レーザ光源を液晶ディスプレイのバックライト光源として使用することができる。
【０２０２】
また、図３２に示すように、第１ないし第３の実施の形態で示した本発明の波長変換レーザ光源を備えたレーザ装置を、手術用のファイバ付きレーザ光源１９００として使用することも可能である。この手術用のファイバ付きレーザ光源１９００は、レーザ光源、レーザ光源からの出力を制御する制御部、出力を設定する出力設定部１９０２、レーザ光源を出力させる出力コネクタ１９０３、レーザ光を照射したい領域へ導くデリバリファイバ１９０４、およびハンドピース１９０５などを備えている。
【０２０３】
以上のような、レーザディスプレイ（画像表示装置）、レーザ液晶バックライトあるいは手術用のレーザ光源に本願の波長変換レーザ光源を適用することにより、光源の出力制御安定性を向上させることができ、機器の動作温度拡大や信頼性向上という効果を得ることができる。
【０２０４】
なお、本願発明の各実施形態に示す構成は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形をしても構わない。
【０２０５】
各実施形態で使用した波長変換素子として、周期分極反転構造を有する、擬似位相整合ＬｉＮｂＯ３素子を使用しているが、本実施の形態はこれに限らず、基本構造に酸素八面体構造を持つＬｉＴａＯ３やＫＴｉＯＰＯ４結晶に周期分極反転構造を形成した擬似位相整合波長変換素子を使用しても良く、一般的に行われているこれらの結晶系にＭｇやＣｅ等を添加して光屈折率変化を抑制した結晶基板を使用した素子を用いても良い。
【０２０６】
周期分極反転構造を形成した擬似位相整合波長変換素子は、入射する基本波の偏光方向と出射する高調波の偏光方向が一致するが、波長変換素子の温度や基本波波長の変動に敏感であるため、本願で提案した構成・制御方法を採用することで、各構成要素に対する外乱による出力変化を検出し・要素毎に制御することができるため、高調波出力の時間安定性を向上させるより大きな効果を得ることができる。
【０２０７】
なお、本願発明の各実施形態で使用したニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウム系結晶に加えて、リン酸チタニルカリウム（ＫＴｉＯＰＯ４：ＫＴＰ）結晶など基本構造に酸素八面体構造を有する非線形光学結晶は、分極反転構造を形成することが可能で、可視光に対する吸収率は０．０１ｃｍ-1以上と大きいものの、赤外光に対する吸収率は０．００２ｃｍ-1から０．００４ｃｍ-1程度と低い。
【０２０８】
実施の形態１ないし４の光量一定制御をかけたレーザ光源の構成では、可視光である第２高調波の光量は一定であり、吸収量も一定となるため、第２高調波の吸収による発熱によって、本発明の効果を得ることができない。そのため、赤外光の吸収率を高めた材料とすることが好ましい。これにより波長変換素子内基本波光路とサーミスタ間の温度差が大きくなり、ΔＴ許容範囲はより大きくなる。ΔＴ許容範囲が数十℃程度と広い場合は、波長変換素子の温調手段（実施の形態１，２ではサーミスタ２０６、ペルチェ２０５、温度制御回路１０２、８１３を示す）を省き、温調フリーのレーザ光源とすることも可能となる。また、基本波光路部分の加熱・冷却を、より高速に調節することが可能となるため、温度が安定し、出力する波長が安定したレーザ光源を実現することが可能となる。このため、本レーザ光源を用いることにより、色ずれのない画像表示装置や、波長ずれによる計測誤差が少ない計測装置を実現することが可能となる。非線形光学結晶に分極反転構造を形成した（擬似位相整合）波長変換素子は分極反転壁（分極方向が入れ替わる境界）が露出する分極方向と交わる面に非絶縁体を設置して、ヒートサイクルを実施すると赤外光（波長８００nm〜１８００nm）の吸収率が増加することが我々の独自調査により分かった。
【０２０９】
例えば、ニオブ酸リチウム系の擬似位相整合波長変換素子の場合、分極方向と交わる面の被覆を、導電性コート材、電気抵抗率１×１０８Ω・ｃｍのコート材Ａ、電気抵抗率２×１０１１Ω・ｃｍのコート材Ｂ、ＲＦスパッタによるＳｉＯ２膜、ＣＶＤによって形成したＳｉＯ２膜として、それぞれ０〜８０℃のヒートサイクルを１００サイクル実施することで、表１に示すように、電気抵抗率１×１０８Ω・ｃｍ以下の非絶縁体コートで被覆した場合、ヒートサイクルを行うことによって赤外光の吸収率が増加することが分かる。また、ＲＦスパッタによるＳｉＯ２膜の場合も、ＤＣドリフトが発生し、赤外光の吸収率を増加させる効果を有することがわかる。また、ヒートサイクルについては、１００サイクル以下であっても、赤外光吸収を増加させる作用がある。この結果、より広い温度範囲で平均出力を一定にする事ができるという効果がある。
【０２１０】
酸素八面体構造を有する非線形光学結晶において赤外光吸収を増加させる方法としては、添加物を添加するなどの他の方法もあるが、擬似位相整合波長変換素子作製に不可欠な周期的分極反転構造の均一性が劣るため本実施の形態で提案する方法を採用するのが好ましい。本実施の形態の赤外光の吸収率を増加させる方法は、周期的分極反転構造を形成し擬似位相整合波長変換素子となった状態で、赤外光の吸収率を増加させる処理を行うことが可能となるため、分極反転構造の形成が容易であり、より好ましい方法である。
【０２１１】
以上のように、本発明の一局面に係る波長変換レーザ光源は、基本波光を出射する基本波光源と、非線形光学効果を有し、前記基本波光を異なる波長の高調波光に変換する波長変換素子と、前記基本波光源から出射される基本波光に含まれる特定の偏光方向の光を受光してその光量を電気信号に変換する第１の受光器と、前記波長変換素子から出力される高調波光を受光してその光量を電気信号に変換するする第２の受光器と、前記波長変換素子の温度を一定に保持する温度保持部と、前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光源から出射される基本波光の光量を制御する第１の制御、および、前記第１の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光の光量を制御する第２の制御をそれぞれ行う基本波制御部と、前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記温度保持部の保持温度を制御する第３の制御を行う温度制御部と、を備えている。
【０２１２】
本願発明者らの研究の結果、基本波光の偏光成分の変化が高調波光の出力の変動に大きく影響することが、今回初めて明らかとなった。そこで、本波長変換レーザ光源は、基本波光源から出射される基本波光に含まれる特定の偏光方向の光を第１の受光器で受光してその光量を電気信号に変換し、当該電気信号に基づいて、基本波光源から出射される基本波光の光量または波長を基本波制御部が制御する構成となっている。これにより、基本波光の偏光成分の変化に応じた基本波光の調整が適切に行えるので、安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な波長変換レーザ光源を実現できる。
【０２１３】
さらに、高調波光の光量を第２の受光器で受光して基本波光の光量をフィードバック制御し、高調波光を安定化させる第１の制御を行っている。また、基本波光に含まれる特定の偏光方向の光を第１の受光器で受光して基本波光の光量をフィードバック制御し、波長変換に寄与する偏光方向の基本波を安定させる第２の制御を行っている。これにより、高調波光のさらなる安定化を図っている。さらに、高調波光の光量を第２の受光器で受光して温度保持部の保持温度をフィードバック制御し、波長変換素子の温度を基本波の波長の変化に適切に対応させる第３の制御を行っている。このように、第１ないし第３の制御を実行することにより、安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な波長変換レーザ光源を実現できる。
【０２１４】
上記の構成において、前記第１の制御の実施タイミングと、前記第２の制御および前記第３の制御の実施タイミングとが重複しないように、前記第１ないし第３の制御が前記基本波制御部および前記温度制御部により間欠的に実施されることが好ましい。
【０２１５】
第１の制御は、第２の制御および第３の制御に比べて短時間で制御が可能である。特に、第３の制御では、温度という時定数が大きなパラメータを制御に使用するので、第１の制御に比して制御に要する時間が長くかかる。そこで、上記の構成のように、第１の制御の実施タイミングと、第２の制御および第３の制御の実施タイミングとが重複しないような時分割の制御を間欠的に実施する。これにより、第１の制御のタイミングにおいて高調波光の光量を基準として基本波光の光量を適切に制御しながら、前記第１の制御の実施タイミングと重複しないタイミングで波長変換に寄与する偏光方向の基本波を安定させると共に（第２の制御）、波長変換素子の温度を基本波光の波長変動に応じて調整することができる（第３の制御）。よって、さらに安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な波長変換レーザ光源を実現できる。
【０２１６】
上記の構成において、前記温度制御部は、前記波長変換素子の温度を計測する温度計測部と、前記温度計測部からの計測信号に基づいて、前記温度保持部に電流を供給し、前記温度保持部の保持温度を一定に制御する温度コントローラと、を含んでいることが好ましい。
【０２１７】
上記の構成のように温度制御部を構成することにより、第３の制御を的確に行うことができる。
【０２１８】
上記の構成において、前記温度コントローラは、中心温度Ｔｃ（℃）を中心にして±Δｔ（℃）でウォブリングすることによって、前記温度保持部の保持温度を調整するものであり、前記波長変換素子の温度がＴｃ＋Δｔ（℃）、Ｔｃ（℃）およびＴｃ−Δｔ（℃）のときの前記高調波光の光量をそれぞれＰ（Ｔｃ＋Δｔ）、Ｐ（Ｔｃ）およびＰ（Ｔｃ−Δｔ）としたとき、Ｐ（Ｔｃ−Δｔ）＜Ｐ（Ｔｃ）＜Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）の場合はＴｃを上昇させ、Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）＜Ｐ（Ｔｃ）＞Ｐ（Ｔｃ−Δｔ）の場合はＴｃを維持させ、Ｐ（Ｔｃ−Δｔ）＞Ｐ（Ｔｃ）＞Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）の場合はＴｃを低下させるよう、前記温度保持部に電流を供給することが好ましい。
【０２１９】
上記の構成のように温度コントローラがウォブリングを行うことにより、第３の制御を容易かつ的確に行うことができる。
【０２２０】
上記の構成において、前記温度コントローラがウォブリングを行う前記Δｔの範囲は、０．１℃〜０．２℃であることが好ましい。
【０２２１】
この場合、温度コントローラが適切なウォブリングを行うことができる。
【０２２２】
上記の構成において、前記温度コントローラによる前記ウォブリングの周期が、５秒〜１０秒であることが好ましい。
【０２２３】
この場合、温度コントローラが適切なウォブリングを行うことができる。
【０２２４】
上記の構成において、前記波長変換素子から出力される高調波光を受光してその光量を電気信号に変換するする第２の受光器と、前記波長変換素子の温度を一定に保持する温度保持部と、をさらに含み、前記基本波制御部は、前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光源から出射される基本波光の光量を制御する第１の制御、前記第１の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光の光量を制御する第２の制御、および前記第２の受光器からの電気信号に基づいて基本波光の波長を制御する第３の制御をそれぞれ行う構成とすることが好ましい。
【０２２５】
上記の構成によれば、高調波光の光量を第２の受光器で受光して基本波光の光量をフィードバック制御し、高調波光を安定化させる第１の制御を行っている。また、基本波光に含まれる特定の偏光方向の光を第１の受光器で受光して基本波光の光量をフィードバック制御し、波長変換に寄与する偏光方向の基本波を安定させる第２の制御を行っている。これにより、高調波光のさらなる安定化を図っている。さらに、基本波光の波長が変化することによって、一定温度に保持されている波長変換素子の温度に最適な基本波光の波長からずれた場合に対応できるように第３の制御を行っている。すなわち、高調波光の光量を第２の受光器で受光して基本波光の波長をフィードバック制御し、基本波光の波長を安定させる第３の制御を行っている。このように、第１ないし第３の制御を実行することにより、安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な波長変換レーザ光源を実現できる。
【０２２６】
上記の構成において、前記基本波制御部は、前記第１の制御の実施タイミングと、前記第２の制御および前記第３の制御の実施タイミングとが重複しないように、前記第１ないし第３の制御を間欠的に実施することが好ましい。
【０２２７】
上記の構成のように、前記第１の制御の実施タイミングと、前記第２の制御および前記第３の制御の実施タイミングとが重複しないような時分割の制御を間欠的に実施することにより、第１の制御のタイミングにおいて高調波光の光量を基準として基本波光の光量を適切に制御しながら、前記第１の制御の実施タイミングと重複しないタイミングで波長変換に寄与する偏光方向の基本波を安定させると共に（第２の制御）、基本波光の波長を安定させることができる（第３の制御）。これにより、さらに安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な波長変換レーザ光源を実現できる。
【０２２８】
上記の構成において、前記基本波光源は、励起光を発する半導体レーザと、前記半導体レーザから発せられた励起光を吸収し、前記基本波光を発するダブルクラッド希土類添加ファイバと、前記ダブルクラッド希土類添加ファイバの両端に配置され、当該基本波光源から発せられる前記基本波光の波長を決定する、狭反射帯域のファイバグレーティングおよび広反射帯域のファイバグレーティングと、前記狭反射帯域のファイバグレーティングに応力を付加するアクチュエータと、を含み、前記アクチュエータが前記狭反射帯域のファイバグレーティングに与える応力により前記基本波光の波長が変化する構成とすることが好ましい。
【０２２９】
この場合、上記構成の基本波光源を用いることにより、第３の制御を容易かつ的確に行うことができる。
【０２３０】
上記の構成において、前記基本波光源は、分布帰還ミラー部を含む分布帰還型半導体レーザ光源であり、前記分布帰還ミラー部へ投入する電流を変化させることにより、前記基本波光の波長が変化する構成とすることが好ましい。
【０２３１】
この場合、上記構成の基本波光源を用いることにより、第３の制御を容易かつ的確に行うことができる。
【０２３２】
上記の構成において、前記基本波光源は、分布帰還ミラー部を有し、前記基本波光の元となる光を発生する分布帰還型半導体レーザ光源と、励起光を発する励起光源と、前記励起光を吸収することで前記分布帰還型半導体レーザ光源が発する光の強度を増幅させるレーザ媒質と、を含み、前記分布帰還ミラー部へ投入する電流を変化させることで、前記基本波光の波長が変化する構成とすることが好ましい。
【０２３３】
上記構成の基本波光源を用いることにより、第３の制御を容易かつ的確に行うことができる。
【０２３４】
上記の構成において、前記温度保持部の保持温度を制御する温度制御部をさらに含み、前記温度制御部は、前記波長変換素子の温度を計測する温度計測部と、前記温度計測部からの計測信号に基づいて、前記温度保持部に電流を供給し、前記温度保持部の保持温度を一定に制御する温度コントローラと、を備えていることが好ましい。
【０２３５】
この場合、波長変換素子の温度を確実に一定に保持することができる。
【０２３６】
上記の構成において、前記波長変換素子の温度と前記温度計測部で計測される温度との間に差を設けるための熱抵抗調節材が、前記波長変換素子と前記温度計測部との間に設けられていることが好ましい。
【０２３７】
この場合、波長変換レーザ光源の外部温度の変化に対応できる許容範囲を広げることができる。
【０２３８】
上記の構成において、前記熱抵抗調節材と、前記波長変換素子、前記波長変換レーザ光源の筐体、または前記温度計測部と、の間に、部材間の接触熱抵抗を均一にするための伝熱材が設けられていることが好ましい。
【０２３９】
この場合、波長変換レーザ光源の外部温度の変化に対応できる許容範囲を広げることができる。
【０２４０】
この場合、熱抵抗調節材と波長変換素子との接触面積を大きくすることができ接触熱抵抗の個体ばらつきの影響を低減することができる。
【０２４１】
上記の構成において、前記波長変換素子は、基本構造に酸素八面体構造を主とする光学結晶からなり、前記光学結晶には、前記基本波光と前記高調波光との位相を整合させるための周期的分極反転構造が形成されていることが好ましい。
【０２４２】
上記構成の波長変換素子は、本波長変換レーザ光源に最適である。
【０２４３】
上記の構成において、前記波長変換素子は、前記周期的分極反転構造の分極方向と直交する面が電気抵抗率１×１０８Ω・ｃｍ以上の被覆材で覆われていることが好ましい。
【０２４４】
この場合、上記構成の被覆材で覆われた波長変換素子は、赤外光の吸収率が高まり、波長変換素子の基本波光路部分の温度調節が容易となる。
【０２４５】
上記の構成において、前記第１の受光器から出力される電気信号の位相と前記第２の受光器から出力される電気信号の位相とが同期しているときには前記第２の制御が選択的に実行される一方、前記第１の受光器から出力される電気信号の位相と前記第２の受光器から出力される電気信号の位相とが非同期のときには前記第３の制御が選択的に実行されることが好ましい。
【０２４６】
上記構成のように、前記第１の受光器から出力される電気信号の位相と前記第２の受光器から出力される電気信号の位相とが同期しているか否かにより、第２の制御と第３の制御とを選択的に実行することにより、適切な制御が可能である。すなわち、上記の両位相が同期している場合には、高調波光の出力変動の要因は基本波光源にあると予測できるので、波長変換に寄与する偏光方向の基本波を安定させる第２の制御が効果的である。一方、上記の両位相が非同期の場合には、高調波光の出力変動の要因は波長変換素子の温度に適した基本波光の波長になっていないことにあると予測できるので、波長変換素子の温度を調整するか又は基本波光の波長を調整する第３の制御が効果的である。上記構成の制御により、さらに安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な波長変換レーザ光源を実現できる。
【０２４７】
本発明の他の局面に係るプロジェクションディスプレイ装置は、上記の何れかの構成の波長変換レーザ光源と、前記波長変換レーザ光源から発せられた前記高調波光を受けて画像を形成する２次元光変調素子と、前記２次元変調素子で形成された画像を投影する投影レンズと、を備えている。
【０２４８】
上記の構成によれば、安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な上記の波長変換レーザ光源を用いることによって、高画質で低消費電力のプロジェクションディスプレイ装置を実現できる。
【０２４９】
本発明の他の局面に係る液晶ディスプレイ装置は、上記の何れかの構成の波長変換レーザ光源と、前記光源ユニットから発せられた光を受けて画像を形成する液晶パネルと、を備えている。
【０２５０】
上記の構成によれば、安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な上記の波長変換レーザ光源を用いることによって、高画質で低消費電力の液晶ディスプレイ装置を実現できる。
【０２５１】
本発明の他の局面に係るレーザ光源は、上記の何れかの構成の波長変換レーザ光源と、前記波長変換レーザ光源から出力された前記高調波光を照射対象領域へ導くデリバリファイバと、を備えている。
【０２５２】
上記の構成によれば、安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な上記の波長変換レーザ光源を用いることによって、信頼性の高い低消費電力のファイバ付きレーザ光源を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０２５３】
本願発明の波長変換レーザ光源は、基本波の偏光特性や発振波長が変化しやすい基本波光源を備えた波長変換レーザ光源に有益であり、色再現性が高いレーザディスプレイ装置などに適応することが可能となる。【０２５４】
なお、発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する特許請求事項との範囲内で、種々変更して実施することができるものである。
【図１】
2010004749.tif 000003
【図２】
2010004749.tif 000004
【図３】
2010004749.tif 000005
【図４】
2010004749.tif 000006
【図５】
2010004749.tif 000007
【図６】
2010004749.tif 000008
【図７】
2010004749.tif 000009
【図８】
2010004749.tif 000010
【図９】
2010004749.tif 000011
【図１０】
2010004749.tif 000012
【図１１】
2010004749.tif 000013
【図１２】
2010004749.tif 000014
【図１３】
2010004749.tif 000015
【図１４】
2010004749.tif 000016
【図１５Ａ】
2010004749.tif 000017
【図１５Ｂ】
2010004749.tif 000018
【図１６】
2010004749.tif 000019
【図１７】
2010004749.tif 000020
【図１８】
2010004749.tif 000021
【図１９】
2010004749.tif 000022
【図２０】
2010004749.tif 000023
【図２１】
2010004749.tif 000024
【図２２】
2010004749.tif 000025
【図２３】
2010004749.tif 000026
【図２４】
2010004749.tif 000027
【図２５】
2010004749.tif 000028
【図２６】
2010004749.tif 000029
【図２７】
2010004749.tif 000030
【図２８】
2010004749.tif 000031
【図２９】
2010004749.tif 000032
【図３０】
2010004749.tif 000033
【図３１】
2010004749.tif 000034
【図３２】
2010004749.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成22年4月30日(2010.4.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波光を出射する基本波光源と、
非線形光学効果を有し、前記基本波光を異なる波長の高調波光に変換する波長変換素子と、
前記基本波光が入射する位置に配置され、前記基本波光に含まれる特定の偏光方向の光のみを通過する偏光素子と、
前記偏光素子を通過した光を受光してその光量を電気信号に変換する第１の受光器と、
前記波長変換素子から出力される高調波光を受光してその光量を電気信号に変換するする第２の受光器と、
前記波長変換素子の温度を一定に保持する温度保持部と、
前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光源から出射される基本波光の光量を制御する第１の制御、および、前記第１の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光の光量を制御する第２の制御をそれぞれ行う基本波制御部と、
前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記温度保持部の保持温度を制御する第３の制御を行う温度制御部と、を含むことを特徴とする波長変換レーザ光源。
【請求項２】
基本波光を出射する基本波光源と、
非線形光学効果を有し、前記基本波光を異なる波長の高調波光に変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子から出射される高調波光が入射する位置に配置され、前記高調波光に含まれる特定の偏光方向の基本波光を分離する偏光素子と、
前記偏光素子によって分離された基本波光を受光してその光量を電気信号に変換する第１の受光器と、
前記波長変換素子から出力される高調波光を受光してその光量を電気信号に変換する第２の受光器と、
前記波長変換素子の温度を一定に保持する温度保持部と、
前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光源から出射される基本波光の光量を制御する第１の制御、および、前記第２の受光器からの電気信号と前記第１の受光器からの電気信号とを比較した結果に基づいて前記基本波の光量を制御する第２の制御をそれぞれ行う基本波制御部と、
前記第２の受光器からの電気信号と前記第１の受光器からの電気信号とを比較した結果に基づいて前記温度保持部の保持温度を制御する第３の制御を行う温度制御部と、を含むことを特徴とする波長変換レーザ光源。
【請求項３】
前記第１の制御の実施タイミングと、前記第２の制御および前記第３の制御の実施タイミングとが重複しないように、前記第１ないし第３の制御が前記基本波制御部および前記温度制御部により間欠的に実施されることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項４】
前記温度制御部は、
前記波長変換素子の温度を計測する温度計測部と、
前記温度計測部からの計測信号に基づいて、前記温度保持部に電流を供給し、前記温度保持部の保持温度を一定に制御する温度コントローラと、を含んでいることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項５】
前記温度コントローラは、中心温度Ｔｃ（℃）を中心にして±Δｔ（℃）でウォブリングすることによって、前記温度保持部の保持温度を調整するものであり、
前記波長変換素子の温度がＴｃ＋Δｔ（℃）、Ｔｃ（℃）およびＴｃ−Δｔ（℃）のときの前記高調波光の光量をそれぞれＰ（Ｔｃ＋Δｔ）、Ｐ（Ｔｃ）およびＰ（Ｔｃ−Δｔ）としたとき、
Ｐ（Ｔｃ−Δｔ）＜Ｐ（Ｔｃ）＜Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）の場合はＴｃを上昇させ、
Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）＜Ｐ（Ｔｃ）＞Ｐ（Ｔｃ−Δｔ）の場合はＴｃを維持させ、
Ｐ（Ｔｃ−Δｔ）＞Ｐ（Ｔｃ）＞Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）の場合はＴｃを低下させるよう、前記温度保持部に電流を供給することを特徴とする請求項４に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項６】
前記温度コントローラがウォブリングを行う前記Δｔの範囲は、０．１℃〜０．２℃であることを特徴とする請求項５に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項７】
前記温度コントローラによる前記ウォブリングの周期が、５秒〜１０秒であることを特徴とする請求項５または６に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項８】
前記第２の制御は、前記基本波のうち、前記波長変換素子の波長変換に寄与する偏光方向の光の強度が一定になるように、前記基本波の強度を制御することを特徴とする請求項１ないし７の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項９】
基本波光を出射する基本波光源と、
非線形光学効果を有し、前記基本波光を異なる波長の高調波光に変換する波長変換素子と、
前記基本波光が入射する位置に配置され、前記基本波光に含まれる特定の偏光方向の光のみを通過する偏光素子と、
前記偏光素子を通過した光を受光してその光量を電気信号に変換する第１の受光器と、
前記波長変換素子から出力される高調波光を受光してその光量を電気信号に変換するする第２の受光器と、
前記波長変換素子の温度を一定に保持する温度保持部と、
前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光源から出射される基本波光の光量を制御する第１の制御、前記第１の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光の光量を制御する第２の制御、および前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光の波長を制御する第３の制御をそれぞれ行う前記基本波制御部と、を含むことを特徴とする波長変換レーザ光源。
【請求項１０】
前記基本波制御部は、前記第１の制御の実施タイミングと、前記第２の制御および前記第３の制御の実施タイミングとが重複しないように、前記第１ないし第３の制御を間欠的に実施することを特徴とする請求項９に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１１】
前記基本波光源は、
励起光を発する半導体レーザと、
前記半導体レーザから発せられた励起光を吸収し、前記基本波光を発するダブルクラッド希土類添加ファイバと、
前記ダブルクラッド希土類添加ファイバの両端に配置され、当該基本波光源から発せられる前記基本波光の波長を決定する、狭反射帯域のファイバグレーティングおよび広反射帯域のファイバグレーティングと、
前記狭反射帯域のファイバグレーティングに応力を付加するアクチュエータと、を含み、
前記アクチュエータが前記狭反射帯域のファイバグレーティングに与える応力により前記基本波光の波長が変化することを特徴とする請求項９または１０に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１２】
前記基本波光源は、分布帰還ミラー部を含む分布帰還型半導体レーザ光源であり、前記分布帰還ミラー部へ投入する電流を変化させることにより、前記基本波光の波長が変化することを特徴とする請求項９または１０に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１３】
前記基本波光源は、
分布帰還ミラー部を有し、前記基本波光の元となる光を発生する分布帰還型半導体レーザ光源と、
励起光を発する励起光源と、
前記励起光を吸収することで前記分布帰還型半導体レーザ光源が発する光の強度を増幅させるレーザ媒質と、を含み、
前記分布帰還ミラー部へ投入する電流を変化させることで、前記基本波光の波長が変化することを特徴とする請求項９または１０に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１４】
前記温度保持部の保持温度を制御する温度制御部をさらに含み、
前記温度制御部は、
前記波長変換素子の温度を計測する温度計測部と、
前記温度計測部からの計測信号に基づいて、前記温度保持部に電流を供給し、前記温度保持部の保持温度を一定に制御する温度コントローラと、を備えていることを特徴とする請求項９ないし１３の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１５】
前記波長変換素子の温度と前記温度計測部で計測される温度との間に差を設けるための熱抵抗調節材が、前記波長変換素子と前記温度計測部との間に設けられていることを特徴とする請求項４ないし７および１４の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１６】
前記第２の制御は、前記基本波のうち、前記波長変換素子の波長変換に寄与する偏光方向の光の強度が一定になるように、前記基本波の強度を制御することを特徴とする請求項９ないし１５の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１７】
前記熱抵抗調節材と、
前記波長変換素子、前記波長変換レーザ光源の筐体、または前記温度計測部と、の間に、
部材間の接触熱抵抗を均一にするための伝熱材が設けられていることを特徴とする請求項１５記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１８】
前記波長変換素子は、基本構造に酸素八面体構造を主とする光学結晶からなり、
前記光学結晶には、前記基本波光と前記高調波光との位相を整合させるための周期的分極反転構造が形成されていることを特徴とする請求項１ないし１７の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１９】
前記波長変換素子は、前記周期的分極反転構造の分極方向と直交する面が電気抵抗率１×１０８Ω・ｃｍ以上の被覆材で覆われていることを特徴とする請求項１８記載の波長変換レーザ光源。
【請求項２０】
前記第１の受光器から出力される電気信号の位相と前記第２の受光器から出力される電気信号の位相とが同期しているときには前記第２の制御が選択的に実行される一方、
前記第１の受光器から出力される電気信号の位相と前記第２の受光器から出力される電気信号の位相とが非同期のときには前記第３の制御が選択的に実行されることを特徴とする請求項２に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項２１】
請求項１ないし２０の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源と、
前記波長変換レーザ光源から発せられた前記高調波光を受けて画像を形成する２次元光変調素子と、
前記２次元変調素子で形成された画像を投影する投影レンズと、を含むことを特徴とするプロジェクションディスプレイ装置。
【請求項２２】
請求項１ないし２０の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源を含む光源ユニットと、
前記光源ユニットから発せられた光を受けて画像を形成する液晶パネルと、を含むことを特徴とする液晶ディスプレイ装置。
【請求項２３】
請求項１ないし２０の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源と、
前記波長変換レーザ光源から出力された前記高調波光を照射対象領域へ導くデリバリファイバと、を含むことを特徴とするレーザ光源。
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月14日(2010.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波光を出射する基本波光源と、
非線形光学効果を有し、前記基本波光を異なる波長の高調波光に変換する波長変換素子と、
前記基本波光が入射する位置に配置され、前記基本波光に含まれる特定の偏光方向の光のみを通過する偏光素子と、
前記偏光素子を通過した光を受光してその光量を電気信号に変換する第１の受光器と、
前記波長変換素子から出力される高調波光を受光してその光量を電気信号に変換するする第２の受光器と、
前記波長変換素子の温度を一定に保持する温度保持部と、
前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光源から出射される基本波光の光量を制御する第１の制御、および前記第１の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光の光量を制御する第２の制御をそれぞれ行う基本波制御部と、
前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記温度保持部の保持温度を制御する第３の制御を行う温度制御部と、を含むことを特徴とする波長変換レーザ光源。
【請求項２】
基本波光を出射する基本波光源と、
非線形光学効果を有し、前記基本波光を異なる波長の高調波光に変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子から出射される高調波光が入射する位置に配置され、前記高調波光に含まれる基本波光を分離するミラーと、
前記分離された基本波光が入射する位置に配置され、前記基本波光に含まれる特定の偏光方向の光のみを通過する偏光素子と、
前記偏光素子を通過した光を受光してその光量を電気信号に変換する第１の受光器と、
前記波長変換素子から出力される高調波光を受光してその光量を電気信号に変換する第２の受光器と、
前記波長変換素子の温度を一定に保持する温度保持部と、
前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光源から出射される基本波光の光量を制御する第１の制御、および、前記第２の受光器からの電気信号と前記第１の受光器からの電気信号とを比較した結果に基づいて前記基本波の光量を制御する第２の制御をそれぞれ行う基本波制御部と、
前記第２の受光器からの電気信号と前記第１の受光器からの電気信号とを比較した結果に基づいて前記温度保持部の保持温度を制御する第３の制御を行う温度制御部と、を含むことを特徴とする波長変換レーザ光源。
【請求項３】
前記第１の制御の実施タイミングと、前記第２の制御および前記第３の制御の実施タイミングとが重複しないように、前記第１ないし第３の制御が前記基本波制御部および前記温度制御部により間欠的に実施されることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項４】
前記温度制御部は、
前記波長変換素子の温度を計測する温度計測部と、
前記温度計測部からの計測信号に基づいて、前記温度保持部に電流を供給し、前記温度保持部の保持温度を一定に制御する温度コントローラと、を含んでいることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項５】
前記温度コントローラは、中心温度Ｔｃ（℃）を中心にして±Δｔ（℃）でウォブリングすることによって、前記温度保持部の保持温度を調整するものであり、
前記波長変換素子の温度がＴｃ＋Δｔ（℃）、Ｔｃ（℃）およびＴｃ−Δｔ（℃）のときの前記高調波光の光量をそれぞれＰ（Ｔｃ＋Δｔ）、Ｐ（Ｔｃ）およびＰ（Ｔｃ−Δｔ）としたとき、
Ｐ（Ｔｃ−Δｔ）＜Ｐ（Ｔｃ）＜Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）の場合はＴｃを上昇させ、
Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）＜Ｐ（Ｔｃ）＞Ｐ（Ｔｃ−Δｔ）の場合はＴｃを維持させ、
Ｐ（Ｔｃ−Δｔ）＞Ｐ（Ｔｃ）＞Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）の場合はＴｃを低下させるよう、前記温度保持部に電流を供給することを特徴とする請求項４に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項６】
前記温度コントローラがウォブリングを行う前記Δｔの範囲は、０．１℃〜０．２℃であることを特徴とする請求項５に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項７】
前記温度コントローラによる前記ウォブリングの周期が、５秒〜１０秒であることを特徴とする請求項５または６に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項８】
前記第２の制御は、前記基本波のうち、前記波長変換素子の波長変換に寄与する偏光方向の光の強度が一定になるように、前記基本波の強度を制御することを特徴とする請求項１ないし７の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項９】
基本波光を出射する基本波光源と、
非線形光学効果を有し、前記基本波光を異なる波長の高調波光に変換する波長変換素子と、
前記基本波光が入射する位置に配置され、前記基本波光に含まれる特定の偏光方向の光のみを通過する偏光素子と、
前記偏光素子を通過した光を受光してその光量を電気信号に変換する第１の受光器と、
前記波長変換素子から出力される高調波光を受光してその光量を電気信号に変換するする第２の受光器と、
前記波長変換素子の温度を一定に保持する温度保持部と、
前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光源から出射される基本波光の光量を制御する第１の制御、前記第１の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光の光量を制御する第２の制御、および前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光の波長を制御する第３の制御をそれぞれ行う基本波制御部と、を含むことを特徴とする波長変換レーザ光源。
【請求項１０】
前記基本波制御部は、前記第１の制御の実施タイミングと、前記第２の制御および前記第３の制御の実施タイミングとが重複しないように、前記第１ないし第３の制御を間欠的に実施することを特徴とする請求項９に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１１】
前記基本波光源は、
励起光を発する半導体レーザと、
前記半導体レーザから発せられた励起光を吸収し、前記基本波光を発するダブルクラッド希土類添加ファイバと、
前記ダブルクラッド希土類添加ファイバの両端に配置され、当該基本波光源から発せられる前記基本波光の波長を決定する、狭反射帯域のファイバグレーティングおよび広反射帯域のファイバグレーティングと、
前記狭反射帯域のファイバグレーティングに応力を付加するアクチュエータと、を含み、
前記アクチュエータが前記狭反射帯域のファイバグレーティングに与える応力により前記基本波光の波長が変化することを特徴とする請求項９または１０に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１２】
前記基本波光源は、分布帰還ミラー部を含む分布帰還型半導体レーザ光源であり、前記分布帰還ミラー部へ投入する電流を変化させることにより、前記基本波光の波長が変化することを特徴とする請求項９または１０に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１３】
前記基本波光源は、
分布帰還ミラー部を有し、前記基本波光の元となる光を発生する分布帰還型半導体レーザ光源と、
励起光を発する励起光源と、
前記励起光を吸収することで前記分布帰還型半導体レーザ光源が発する光の強度を増幅させるレーザ媒質と、を含み、
前記分布帰還ミラー部へ投入する電流を変化させることで、前記基本波光の波長が変化することを特徴とする請求項９または１０に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１４】
前記温度保持部の保持温度を制御する温度制御部をさらに含み、
前記温度制御部は、
前記波長変換素子の温度を計測する温度計測部と、
前記温度計測部からの計測信号に基づいて、前記温度保持部に電流を供給し、前記温度保持部の保持温度を一定に制御する温度コントローラと、を備えていることを特徴とする請求項９ないし１３の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１５】
前記波長変換素子の温度と前記温度計測部で計測される温度との間に差を設けるための熱抵抗調節材が、前記波長変換素子と前記温度計測部との間に設けられていることを特徴とする請求項４ないし７および１４の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１６】
前記第２の制御は、前記基本波のうち、前記波長変換素子の波長変換に寄与する偏光方向の光の強度が一定になるように、前記基本波の強度を制御することを特徴とする請求項９ないし１５の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１７】
前記熱抵抗調節材と、
前記波長変換素子、前記波長変換レーザ光源の筐体、または前記温度計測部と、の間に、
部材間の接触熱抵抗を均一にするための伝熱材が設けられていることを特徴とする請求項１５記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１８】
前記波長変換素子は、基本構造に酸素八面体構造を主とする光学結晶からなり、
前記光学結晶には、前記基本波光と前記高調波光との位相を整合させるための周期的分極反転構造が形成されていることを特徴とする請求項１ないし１７の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項１９】
前記波長変換素子は、前記周期的分極反転構造の分極方向と直交する面が電気抵抗率１×１０８Ω・ｃｍ以上の被覆材で覆われていることを特徴とする請求項１８記載の波長変換レーザ光源。
【請求項２０】
前記第１の受光器から出力される電気信号の位相と前記第２の受光器から出力される電気信号の位相とが同期しているときには前記第２の制御が選択的に実行される一方、
前記第１の受光器から出力される電気信号の位相と前記第２の受光器から出力される電気信号の位相とが非同期のときには前記第３の制御が選択的に実行されることを特徴とする請求項２に記載の波長変換レーザ光源。
【請求項２１】
請求項１ないし２０の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源と、
前記波長変換レーザ光源から発せられた前記高調波光を受けて画像を形成する２次元光変調素子と、
前記２次元変調素子で形成された画像を投影する投影レンズと、を含むことを特徴とするプロジェクションディスプレイ装置。
【請求項２２】
請求項１ないし２０の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源を含む光源ユニットと、
前記光源ユニットから発せられた光を受けて画像を形成する液晶パネルと、を含むことを特徴とする液晶ディスプレイ装置。
【請求項２３】
請求項１ないし２０の何れか１項に記載の波長変換レーザ光源と、
前記波長変換レーザ光源から出力された前記高調波光を照射対象領域へ導くデリバリファイバと、を含むことを特徴とするレーザ光源。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源が発するレーザ光を非線形光学効果により波長変換する波長変換レーザ光源、これを備えたプロジェクションディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置及びレーザ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、Ｎｄ：ＹＡＧレーザやＮｄ：ＹＶＯ４レーザから発振される光を、非線形光学効果を用いて波長変換することによって、緑色光等の可視レーザ光を得たり、緑色光をさらに変換した紫外レーザ光を得たりする波長変換レーザ光源が数多く開発・実用化されてきた。これらの変換光は、レーザ加工やレーザディスプレイ等の用途に用いられている。
【０００３】
非線形光学効果を用いた従来の波長変換レーザ光源の一般的な構成例を図１に示している。非線形光学効果を得るには、複屈折率を有する非線形光学結晶を使用する必要がある。具体的には、複屈折率を有する非線形光学結晶として、ＬｉＢ３Ｏ５（リチウムトリボレート：ＬＢＯ）、ＫＴｉＯＰＯ４（リン酸チタニルカリウム：ＫＴＰ）、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（セシウムリチウムボレート：ＣＬＢＯ）、分極反転構造を形成したＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム：ＰＰＬＮ）やＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム：ＰＰＬＴ）等が用いられてきた。
【０００４】
図１に示すように、波長変換レーザ光源１００は、基本波光源１０１、集光レンズ１０８、波長変換素子（非線形光学結晶）１０９、再コリメートレンズ１１１、波長分離ミラー１１３、波長変換素子１０９の温度を一定に保持するヒーターなどの温度保持装置１１６、レーザ出力を制御する制御装置１１５、及び制御装置１１５内に配置される非線形光学結晶の温度をコントロールする温度コントローラ１２２を含んでいる。基本波光源１０１には、波長１．０６μｍのＮｄ：ＹＡＧレーザやＮｄ：ＹＶＯ４レーザ、Ｙｂドープファイバを用いたファイバレーザ等がよく用いられる。
【０００５】
ここで、波長１．０６μｍのレーザ光から半分の波長の０．５３２μｍのレーザ光を発生させる第２高調波発生を例に挙げて実際の動作について説明する。
【０００６】
基本波光源１０１から発振された、波長１．０６μｍのレーザ光は、集光レンズ１０８により非線形光学結晶１０９に集光される。このとき、非線形光学結晶１０９が有する波長１．０６μｍの光に対する屈折率と、発生させたい波長０．５３２μｍの光に対する屈折率とが一致している必要があり、このことを位相整合と呼ぶ。一般に、結晶の屈折率は結晶自体の温度条件で変化するため、結晶の温度は一定にしておく必要がある。このため、非線形光学結晶自体は、温度保持装置１１６内に配置され、結晶の種類に応じた温度に保持される。
【０００７】
例えば、ＬＢＯ結晶を用いて、ｔｙｐｅ−１非臨界位相整合と呼ばれる位相整合の方法をとる場合、１４８℃〜１５０℃という温度で結晶を保持する必要がある。
【０００８】
また、分極反転構造のＬｉＮｂＯ３結晶を使用する場合においては、分極反転構造の周期を設計することにより、位相整合する温度や波長を任意に決定することが可能となっているが、位相整合条件を保ち続けるには、素子温度と基本波波長とを一定に保つ必要がある（特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００９】
図２は、波長変換後の光として、緑色光をモニターして、出力を一定に制御する制御ループを模式的に示している。
【００１０】
図２に示す制御ループ２５０は、基本波光源１０１への投入電流２４０をコントロールすることで基本波光源１０１からの基本波出力２６０を制御している。基本波出力２６０は、素子温度制御部２８０の制御により、温度が一定に保たれた非線形光学結晶からなる波長変換素子１０９に入射される。そして、波長変換素子１０９内で波長変換された後、波長変換素子１０９から緑色光２７０が出力される。この緑色光２７０の出力を一定にするために、緑色光２７０の光強度に応じて、基本波光源１０１へ投入する電流２４０を、制御ループ２５０よって制御する方法が、ＡＰＣ（オートパワーコントロール）として用いられてきた。
【００１１】
一方、非線形光学効果により波長変換を行う場合は、位相整合条件を満たす必要がある。このため、基本波光源１０１から発振される基本波の偏光方向及び基本波光源１０１から発振される基本波の波長も、波長変換の重要な要素となる。
【００１２】
特許文献３では、基本波と第２高調波との出力をそれぞれモニターすることで緩和発振したときの出力のノイズを低減する方法について示されている。
【００１３】
一方、特許文献４では、type-II位相整合を取る波長変換素子を使用した、波長変換レーザ光源において、基本波の各偏光成分を取得し、共振器内に具備した位相差調整手段の駆動にフィードバックする方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−１５７２１７号公報
【特許文献２】特開２０００−３０５１２０号公報
【特許文献３】特開２００４−３４８０５２号公報
【特許文献４】特開平５−１８８４２１号公報
【発明の概要】
【００１５】
しかしながら、特許文献４の方法では、波長変換素子の位相整合状態も一緒に変動してしまうため、出力の安定化が難しかった。
【００１６】
従来の制御ループでは、従来より指摘されている緩和発振の状態で対応できないという問題だけでなく、定常状態であっても、偏光の変化または波長の変化に対応できないという問題があった。
【００１７】
以上のように、基本波の状態が原因となり、波長変換素子の位相整合状態が変化することで、安定して効率のよい波長変換をすることが不可能になるという課題があることがわかった。
【００１８】
本発明の目的は、安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な波長変換レーザ光源、これを備えたプロジェクションディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置及びレーザ光源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の一局面に係る波長変換レーザ光源は、上記の目的を達成するために、基本波光を出射する基本波光源と、非線形光学効果を有し、前記基本波光を異なる波長の高調波光に変換する波長変換素子と、前記基本波光源から出射される基本波光に含まれる特定の偏光方向の光を受光してその光量を電気信号に変換する第１の受光器と、前記波長変換素子から出力される高調波光を受光してその光量を電気信号に変換するする第２の受光器と、前記波長変換素子の温度を一定に保持する温度保持部と、前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光源から出射される基本波光の光量を制御する第１の制御、および、前記第１の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光の光量を制御する第２の制御をそれぞれ行う基本波制御部と、前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記温度保持部の保持温度を制御する第３の制御を行う温度制御部と、を備えている。
【００２０】
本願発明者らの研究の結果、基本波光の偏光成分の変化が高調波光の出力の変動に大きく影響することが、今回初めて明らかとなった。そこで、本波長変換レーザ光源は、基本波光源から出射される基本波光に含まれる特定の偏光方向の光を第１の受光器で受光してその光量を電気信号に変換し、当該電気信号に基づいて、基本波光源から出射される基本波光の光量または波長を基本波制御部が制御する構成となっている。これにより、基本波光の偏光成分の変化に応じた基本波光の調整が適切に行えるので、安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な波長変換レーザ光源を実現できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な波長変換レーザ光源、これを備えたプロジェクションディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置及びレーザ光源を提供することができる。
【００２２】
本発明のさらに他の目的、特徴、及び優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来の波長変換レーザ光源の概略構成を示す模式図である。
【図２】従来の波長変換レーザ光源における制御ループを示す説明図である。
【図３】図３Ａは、基本波光の偏光方向の変化量を測定する測定装置の概略構成を示している。図３Ｂは、図３Ａに示す測定装置用いて測定した基本波光の偏光方向が変化する量を示している。
【図４】本発明の一実施の形態に係る高調波出力光の制御方法を適用した波長変換光源の概略構成を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る高調波出力光の制御方法を適用した制御ループを示す説明図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る高調波出力光の制御方法を適用した制御ループにおける、制御対象の切替のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の一実施の形態に係る波長変換素子の温度調整を行うための制御システムの概略構成を示す模式図である。
【図８】図８Ａは、本発明の一実施の形態に係る高調波出力光の制御方法において、波長変換素子の温度制御方法を説明するためのプロット図である。図８Ｂは、本発明の一実施の形態に係る高調波出力光の制御方法において、波長変換素子の温度制御方法を説明するためのプロット図である。図８Ｃは、本発明の一実施の形態に係る高調波出力光の制御方法において、波長変換素子の温度制御方法を説明するためのプロット図である。図８Ｄは、本発明の一実施の形態に係る高調波出力光の制御方法において、波長変換素子の温度制御方法を説明するためのプロット図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る高調波出力光の制御方法を適用した場合における出力安定性を示すプロット図である。
【図１０】本発明の一実施の形態における他の高調波出力光の制御方法を適用した波長変換光源の概略構成を示す説明図である。
【図１１】本発明の一実施の形態における他の高調波出力光の制御方法における、制御ループを示す説明図である。
【図１２】本発明の一実施の形態に係る発振波長の調整を行うための制御システムの概略構成を示す模式図である。
【図１３】本発明の一実施の形態に係る高調波出力光の他の制御方法を適用した場合における出力安定性を示すプロット図である。
【図１４】本発明の他の実施の形態に係る高調波出力光の制御方法を適用した波長変換光源の概略構成を示す模式図である。
【図１５Ａ】本発明の他の実施の形態に係る高調波出力光の制御工程を示すフローチャートである。
【図１５Ｂ】本発明の他の実施の形態に係る高調波出力光の制御方法における制御ループを示す模式図である。
【図１６】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概略構成を示す模式図である。
【図１７】本発明のさらに他の実施の形態に係る波長変換素子の基本波から高調波光への変換効率が最大となる温度からの差分（ΔＴ）と、設定した高調波出力を得るのに必要な基本波光量との関係を示したプロット図である。
【図１８】本発明のさらに他の実施の形態に係る波長変換素子の基本波から高調波光への変換効率が最大となる温度からの差分（ΔＴ）と、設定した高調波出力を得るのに必要な基本波光量との関係を示したプロット図である。
【図１９】本発明のさらに他の実施の形態に係る制御工程を示すフローチャートである。
【図２０】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波長変換素子温度の制御工程を示すフローチャートである。
【図２１】本発明のさらに他の実施の形態に係る制御における閾値ｃと図１７との関係を示すプロット図である。
【図２２】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概略構成を示す説明図である。
【図２３】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サーミスタと基本波光路との間の温度差と、基本波から高調波光への変換効率が最大となる温度からのずれ量ΔＴがシフトする様子を示すプロット図である。
【図２４】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サーミスタと基本波光路との間の温度差と、基本波から高調波光への変換効率が最大となる温度からのずれ量ΔＴがシフトする様子を示す他のプロット図である。
【図２５】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サーミスタと基本波光路との間の温度差と、基本波から高調波光への変換効率が最大となる温度からのずれ量ΔＴがシフトする様子を示すさらに他のプロット図である。
【図２６】本発明のさらに他の実施の形態に係る熱抵抗部材を備えた波長変換レーザ光源の概略構成を示す説明図である。
【図２７】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波長変換光量と基本波から高調波光への変換効率が最大となる温度からのずれ量ΔＴとの関係を示すプロット図である。
【図２８】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波長変換光量と基本波から高調波光への変換効率が最大となる温度からのずれ量ΔＴとの関係を示すプロット図である。
【図２９】本発明のさらに他の実施の形態に係る熱抵抗部材を備えた波長変換レーザ光源の概略構成を示す説明図である。
【図３０】本発明の一実施の形態に係る波長変換レーザ光源を適用したプロジェクタ（プロジェクションディスプレイ）の概略構成を示す説明図である。
【図３１】図３１Ａおよび図３１Ｂは、本発明の一実施の形態に係る波長変換レーザ光源を適用した液晶ディスプレイの概略構成を示す説明図である。
【図３２】本発明の一実施の形態に係る波長変換レーザ光源を適用した医療用光源の概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、図３ないし図１３を参照しながら説明する。
【００２５】
本願発明者らの研究の結果、基本波光の偏光成分の変化が高調波光の出力の変動に大きく影響することが、今回初めて明らかとなった。また、type-I位相整合や擬似位相整合を採る波長変換素子を使用した場合も、基本波の偏光成分の変化が高調波出力の変動に大きく影響することが今回の検討で明らかとなった。
【００２６】
この問題に関し、発振波長や偏光方向が変化しうる基本波光源を用いた場合、投入電流の余裕（制御マージン）を大きく取る必要があるという問題があることが今回初めて明らかとなった。
【００２７】
図３Ａは、基本波光の偏光方向の変化量を測定する測定装置３００の概略構成を示している。図３Ｂは、図３Ａに示す測定装置３００を用いて、基本波光源１０１から出射される基本波光の偏光方向が変化する量を測定した結果を示している。測定装置３００は、図３Ａに示すように、基本波光源１０１と、偏光プリズム３０１と、受光部３０２を備えたパワーメータ３０３とを有している。基本波光源１０１から出射される基本波光１０５は、偏光プリズム３０１へ入射され、直線偏光される。そして、当該直線偏光内の、所定の偏光成分のみがパワーメータ３０３の受光部３０２に入射される。そして、パワーメータ３０３は、この受光部３０２に入射された受光量に基づいて、出力変動量を測定する。図３Ｂのグラフは、測定時間に対する出力変動量すなわち偏光方向が変化する量をプロットしている。
【００２８】
図３Ｂのグラフから、図中破線で示すように、基本波光２０５が偏光プリズム３０１を通らない場合は、出力は略一定であるのに対し、基本波光２０５が偏光プリズム３０１を通る場合、出力が最大８％程度低下、すなわち偏光方向が変化することがわかる。
【００２９】
本実施の形態は、偏光方向の変化や波長の変化などの従来の制御方法では調整が難しかった要素について、制御マージンを小さくしても対応できる制御（制御Ａ）を実現している。
【００３０】
図４は、本発明の一実施の形態に係る波長変換レーザ光源２００の概略構成を示す模式図である。この波長変換レーザ光源２００は、上記制御Ａを実現する構成例である。
【００３１】
本波長変換レーザ光源２００は、図４に示すように、基本波光源（光源）２０１、ダイクロイックミラー２０６、ビームスプリッタ２０７、偏光フィルタ４０３、受光器（フォトダイオード）４０４、集光レンズ２０８、波長変換素子（非線形光学結晶を含む）２０９、再コリメートレンズ２１１、ビームスプリッタ２１３、受光器（フォトダイオード）２１２等を備えている。
【００３２】
基本波光源（光源）２０１から発振された基本波２０５の一部は、ビームスプリッタ２０７により光量の１％が透過され、残りの９９％が反射される。ビームスプリッタ２０７で反射された基本波２０５は、波長変換素子２０９に入力される。そして、基本波２０５は、波長変換素子２０９により波長変換され、第２高調波としての緑色光に変換される。
【００３３】
基本波光源２０１としては、Ｙｂドープファイバを用いたファイバレーザ光源を用いている。ファイバレーザ光源は、発振波長やスペクトル幅を任意に決定することができるという利点がある。したがって、スペクトル幅を狭帯域化することにより基本波から高調波への変換効率を大幅に向上することができる。
【００３４】
基本波光源２０１より発生した基本波光２０５は、集光レンズ２０８により非線形光学結晶を含む波長変換素子２０９へ集光される。本実施の形態では、非線形光学結晶として分極反転構造を形成したＭｇ：ＬｉＮｂＯ３結晶素子（ＭｇＬＮ素子）を用いている。
【００３５】
本実施の形態では、ビームスプリッタ２０７を透過し、偏光フィルタ４０３を通過した基本波をモニターし、フィードバック制御を行うように構成されている。
【００３６】
偏光フィルタ４０３は、ビームスプリッタ２０７を透過した基本波２０５のうち、波長変換に寄与する偏光成分だけを透過する。そして、偏光フィルタ４０３を透過した当該偏光成分の光を、受光器（フォトダイオード）４０４でモニターしている。
【００３７】
受光器４０４は、基本波２０５の強度の変化と同時に偏光揺らぎを強度の変化としてモニターし、電気信号に変換することができる。この電気信号は、基本波２０５の強度情報として、制御装置２１５へフィードバックされる。本実施の形態では、このフィードバックされた情報に基づいて、後述する図５のループ２の様に、所定の偏光成分の強度が一定になるようにフィードバック制御を行っている（ＡＰＣ：Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）。
【００３８】
また、本波長変換レーザ光源２００は、波長変換素子２０９の下面に配され、波長変換素子２０９を一定の温度に維持するための温度保持部２１６を備えている。この温度保持部２１６としては、ペルチェ素子を用いている。
【００３９】
波長変換素子２０９での波長変換により生成された第２高調波２１０（緑色光）は、再コリメートレンズ２１１により平行光束とされた後、ビームスプリッタ２１３を介してその一部が受光器２１２で受光される。この受光器２１２は、波長変換素子２０９にて生成された第２高調波２１０の強度をモニターし、電気信号（緑色光の強度情報）に変換して出力する。
【００４０】
波長変換素子２０９の温度を保持する温度保持部２１６の温度は、受光器２１２でモニタされる第２高調波２１０の強度情報に基づいて制御されている（図５のループ３）。これにより、基本波の波長が変化したことによって、第２高調波２１０の強度が変動する場合、基本波の波長の変化に合わせて波長変換素子２０９の温度を変化させることができる。
【００４１】
すなわち、波長変換に寄与する偏光方向の基本波入力を一定に制御している（図５のループ２）にも関わらず、第２高調波２１０の出力が変動する場合、当該出力の変動の要因は、基本波の波長であると言える。そこで、本制御Ａでは、このような場合、波長変換素子２０９の温度を変化させて（図５のループ３）基本波の波長の変化に対応させている。
【００４２】
しかしながら、上記の２つのループ（ループ２及びループ３）のみによるフィードバック制御では、第２高調波２１０の出力の変動に対して、温度という時定数が大きなパラメータでしか制御できない。このため、第２高調波２１０の出力を一定にすることは困難である。
【００４３】
そこで、本制御Ａでは、図５のループ２及びループ３の制御を停止させた状態で、ループ１による制御を行っている。このループ１では、第２高調波２１０の強度情報を示す電気信号に基づいて、基本波を駆動する電流を制御している。このループ１のフィードバック制御を挿入することで、時定数が大きなパラメータを制御対象にした場合においても、第２高調波２１０の出力を一定にすることが可能となる。すなわち、本制御Ａのように、複数のループを時分割で動作させることで、第２高調波２１０の出力変動を小さくすることができる。
【００４４】
図６は、制御対象の切り替えタイミングの一例を示すタイミングチャートである。このタイミングチャートでは、波長変換レーザ光源２００の動作状況に対して各ループが動作しているか、休止しているかを示している。
【００４５】
まず、波長変換レーザ光源２００からの光出力（第２高調波２１０の出力）を設定する際には、光出力値を基本波光源２０１へ入力される電流値へフィードバックするＡＰＣ制御（ループ１）を行い、光出力を決定したところで時分割制御を開始している。
【００４６】
本制御Ａでは、基本波２０５の出力を一定にする制御（ループ２）と、波長変換素子２０９の温度を最適にする制御（ループ３）とを、同じタイミングで動作させている。これは、上記ループ２及びループ３の２つのループについては、同時に動作させても暴走等の問題が生じないためである。しかしながら、本実施の形態に係るフィードバック制御は、これに限定されるものではない。すなわち、ループ１の動作タイミングと、ループ２及びループ３の動作タイミングとを、異なるタイミングで動作させれば、ループ２及びループ３の２つのループについては、必ずしも同じタイミングで動作させる必要はなく、異なるタイミングで開始・終了されてもよい。
【００４７】
ループ３では、波長変換素子２０９の温度調整を行っている。このため、ループ３の動作時間は、１０秒から１分程度であることが好ましい。ここで、ループ２及びループ３を一定時間動作させた後、ループ２及びループ３の制御を一旦終了する。一方、ループ１の動作時間は０．１秒〜１０秒程度で十分追随させることができる。
【００４８】
そして、ループ２及びループ３を解放した後、再び、高調波光出力に基づいて、基本波光源へ入力される電流値へフィードバックするループ１を動作させている。このように、ループ１を動作させる時間、ループ２及びループ３を動作させる時間を分割させることで、周辺環境温度や基本波光の波長変動などの環境変化に対して波長変換素子２０９の温度を常に最適な値に保つことができる。そのため、波長変換素子２０９の温度を変化させず一定とした場合に必要な基本波光の出力マージン、つまり基本波光源へ入力される電流値のマージンを小さくすることができ、簡便な制御で装置の小型化・低消費電力化できる効果がある。
【００４９】
高調波光の出力が矩形波に変調され出射する場合やパルス発振した高調波光の出力について取り扱う際には、高調波光の出力を時間平均した値をフィードバック制御に用いることで本制御を適用することができる。
【００５０】
次に、波長変換素子２０９の温度設定方法について説明する。図７は、ループ３で用いる、波長変換素子２０９の温度調整を行う制御システムを示す模式図である。
【００５１】
波長変換素子２０９は、温度保持部２１６上に保持されており、温度保持部２１６の温度をサーミスタ７０３でモニターすることで間接的に波長変換素子２０９の温度をモニターしている。サーミスタ７０３からの温度信号と波長変換された光の光強度信号７１２は、Ａ／Ｄコンバータ７０４でデジタル値に変換され、レジスタ７０５へ格納される。高調波出力に対する素子温度のテーブルは、予め必要な基本波光源２０１へ投入される電流の値と共にＥＥＰＲＯＭ７０６へ格納されている。制御装置２１５は、高調波光出力の設定値のデータが、ＭＰＵ７０７に転送される。
【００５２】
温度コントローラ７１１は、図７に示すように、電源７０８、サーミスタ７０３、サーミスタ７０３からの温度信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ７０４、Ａ／Ｄコンバータ７０４によってデジタル値に変換された温度信号を格納するレジスタ７０５、出力−温度設定値の換算テーブル、予め必要な投入電流値等を格納するＥＥＰＲＯＭ７０６、制御装置２１５から高調波出力設定値のデータが転送されるＭＰＵ７０７、電源７０８から温度保持部２１６へ供給される電流波形に対し、ＰＷＭ (Pulse Width Modulation) 制御を行うためのスイッチ７０９を含んでいる。
【００５３】
本実施の形態では、波長変換素子２０９が分極反転構造を有しており（本実施形態では分極反転構造を有するＭｇ：ＬｉＮｂＯ３）、波長変換素子２０９の保持温度を５０℃としている。
【００５４】
図８Ａないし図８Ｄは、波長変換素子２０９の温度調整方法の一例を示している。
【００５５】
波長変換素子２０９の制御温度は、中心温度Ｔｃ（℃）を中心にして±Δｔ（℃）ウォブリングさせている。
【００５６】
素子温度がＴｃ＋Δｔ（℃）の時の高調波出力をＰ（Ｔｃ＋Δｔ）、Ｔｃ（℃）の時の高調波出力をＰ（Ｔｃ）、Ｔｃ−Δｔ（℃）の時の高調波出力をＰ（Ｔｃ−Δｔ）とした場合、図８Ａに示すように、Ｐ（Ｔｃ−Δｔ）＜Ｐ（Ｔｃ）＜Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）の場合、Ｔｃを上昇させる操作を行う。図８Ｂに示すように、Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）＜Ｐ（Ｔｃ）＞Ｐ（Ｔｃ−Δｔ）の場合は、Ｔｃを維持するよう制御する。一方、図８ＣのようにＰ（Ｔｃ−Δｔ）＞Ｐ（Ｔｃ）＞Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）の場合は、Ｔｃを減少させる操作を行う。なお、Δｔは０．１〜０．２℃の範囲であることが好ましい。ウォブリングの周期は５秒から１０秒としている。波長変換素子保持部分の熱容量にも関係するが、Δｔが０．２℃以上の場合やウォブリングの周期を５秒以下とした場合、高調波出力のハンチング（リップル）が大きくなるため、Ｐ（Ｔｃ）が最大となる点のサーチが難しくなる。一方、Δｔが０．１℃以下の場合は温度検出の際、外乱の影響を受けやすくなるため、上記の範囲に設定することで出力変動を小さく抑えたまま、出力一定動作を行うことができる効果がある。
【００５７】
なお、温度制御方法としては、この方法に限らず。図８Ｄに示すように、温度に対する出力特性カーブの出力ピーク値８０％〜９０％の位置で待機させておき、（図中のＰ（Ｔｐｖ））そこからの出力変動量から、基本波から高調波光への変換効率が最大となる温度からのずれを算出し、波長変換素子２０９の温度を補正する方法、いわゆる山登り制御も適用できる。
【００５８】
図９は、波長変換レーザ光源２００に、本実施の形態の出力制御方法を適用した場合の動作時間に対する出力変動量を示すプロット図である。これを図３Ｂと比較して本実施の形態の効果を以下に検証する。
【００５９】
図３Ｂの場合は、基本波の偏光成分の変化に起因する出力の低下は８％以上とかなり大きいものであり、基本波の波長変動に起因する出力の低下も動作開始から３５００秒後に２％程度になっていた。これに対して、本実施の形態の出力制御方法を適用した場合、図９に示すように、基本波の偏光成分の変化に起因する出力の低下は僅か１％程度に低減されており、基本波の波長変動に起因する出力の低下については略ゼロになっていることがわかる。
【００６０】
本実施の形態に係る制御方法は、上述のように、基本波の偏光成分の変化及び基本波の波長変動に起因する出力変動を効果的に抑制している。これにより、制御の安定性の向上及び波長変換レーザ光源の信頼性の向上を実現することができる。
【００６１】
次に、本実施の形態に係る他のフィードバック制御について、図１０を参照し以下に説明する。このフィードバック制御では、基本波光源２０１の発振波長を調整することによって、波長変換光の出力が一定となるように制御している（制御Ｂ）。
【００６２】
図１０は、制御Ｂで提案するレーザ光源１０００の構成を示す模式図である。
【００６３】
基本波光源２０１は、図１０に示すように、励起光を発する半導体レーザ１０２と、半導体レーザ１０２から発せられた励起光を吸収し、前記基本波光を発するダブルクラッド希土類添加ファイバ１０３と、ダブルクラッド希土類添加ファイバ１０３の両端に配置され、基本波光源２０１から発せられる前記基本波光の波長を決定する、狭反射帯域のファイバグレーティング１０４ｂおよび広反射帯域のファイバグレーティング１０４ａと、半導体レーザ１０２から発せられた前記励起光のうち前記ダブルクラッド希土類添加ファイバ１０３で吸収されなかった前記励起光を吸収処理する残存励起光処理機構（不図示）と、基本波光源２０１から発せられる前記基本波光の偏光方向を直線方向にする偏光単一化機構（不図示）と、前記狭反射帯域のファイバグレーティングに応力を付加するアクチュエータ１００１と、を備え、狭反射帯域のファイバグレーティング１０４ｂの一端が前記アクチュエータ１００１に保持され、アクチュエータ１００１が前記狭反射帯域のファイバグレーティング１０４ｂに与える応力により前記基本波光の波長が変化する構成としている。
【００６４】
基本波光源（ファイバレーザ）２０１から発振された基本波２０５の一部は、ビームスプリッタ２０７により光量の１％が透過され、残りの９９％が反射される。反射された基本波２０５は、波長変換素子２０９に入力される。そして、入力された基本波２０５は、波長変換素子２０９により波長変換され、高調波光としての緑色光へ変換される。
【００６５】
基本波２０５は、ビームスプリッタ２０７を透過してきた光によりモニターされている。ここで、偏光フィルタ４０３により一方の偏光成分だけを取り出された状態の光が受光器（フォトダイオード）４０４で観測される。これにより、受光器４０４は、基本波２０５の強度の変化と同時に偏光揺らぎを強度の変化としてモニターすることができる。基本波光源２０１から発振される基本波は、受光器４０４でモニターされ、制御装置２１５へ強度情報がフィードバックされる。
【００６６】
基本波光の波長を変更できる基本波光源としては、分布帰還ミラー部を含む分布帰還型半導体レーザ光源であって、前記分布帰還ミラー部へ投入する電流を変化させることにより、前記基本波光の波長が変化する構成としてもよい。
【００６７】
また、基本波光の波長を変更できる基本波光源として、分布帰還ミラー部を有し、前記基本波光の元となる光を発生する分布帰還型半導体レーザ光源と、励起光を発する励起光源と、前記励起光を吸収することで前記分布帰還型半導体レーザ光源が発する光の強度を増幅させるレーザ媒質と、を含み、前記分布帰還ミラー部へ投入する電流を変化させることで、前記基本波光の波長が変化する構成の光源を用いてもよい。
【００６８】
制御Ｂでも、前述の制御Ａと同様に、制御装置にフィードバックされた情報に基づいて、ある偏光成分の強度が一定になるようにフィードバック制御されている（ＡＰＣ：Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ, ループ２（図１１））。
【００６９】
次に、制御Ａと異なる点について説明する。制御Ａでは、波長変換素子２０９を温調している温度保持部２１６の温度は、受光器２１２でモニターされた緑色光の強度情報に基づいて制御しているが、本制御Ｂでは、温度保持部２１６の温度は、所定の温度で一定としている。本制御Ｂでは、素子温度を調整することに代えて、ファイバグレーティング１０４ｂを固定するアクチュエータ１００１を用いて、基本波波長を温度保持部２１６で定まる素子温度に調整している（ループ３）。すなわち、波長変換に寄与する偏光方向の基本波入力が一定となるように制御し（図１１のループ２）、もう一つの緑色光の変動要因である基本波の波長を変化させて（図１１のループ３）、緑色光の出力の変動に対応させるという思想である。
【００７０】
しかしながら、上記の２ループ構成では、緑色光の光量を基準として基本波光源２０１に投入する電流量を決めることができない。このため、所望の緑色光出力を設定する際に支障が生じる。そこで、本制御Ｂでは、図１１のループ２及びループ３の制御を停止させた状態で、緑色光の強度信号に基づいて、基本波を駆動する電流へフィードバックする制御（図１１のループ１）を挿入することで、緑色出力を設定する場合においても緑色光出力を一定にすることが可能となる。つまり、複数のループを時分割で動作させることで、緑色光の変動を小さくすることができる。
【００７１】
なお、制御Ａと同様に、矩形波変調した光出力を出射する場合やパルス発振したレーザ光について取り扱う際には、出力を時間平均した値をフィードバック制御に用いることで本制御を適用することができる。
【００７２】
次に、波長変換素子２０９の基本波光の温度設定方法について説明する。図１２は、ループ３で用いる、発振波長の調整を行う制御システム１２００を示す模式図である。
【００７３】
発振波長を決めるファイバグレーティング（ＦＢＧ）１０４ｂの一端はアクチュエータ１００１上に保持されており、アクチュエータ１００１上に印加する電圧によりＦＢＧ１０４ｂへ与える応力を決定している。波長変換されて生じた緑色光の光強度信号１２０１は、Ａ／Ｄコンバータ１２０２でデジタル値に変換され、レジスタ１２０３へ格納される。高調波出力に対するアクチュエータ１００１への電圧つまり、ＦＢＧへ与える応力のテーブルは、必要な励起ＬＤへの投入電流と共に予めＥＥＰＲＯＭ１２０４へ格納されている。
【００７４】
制御装置２１５からは、高調波出力設定値のデータが、ＭＰＵ１２０５に転送される。ＭＰＵ１２０５は、ＥＥＰＲＯＭ１２０４に格納されている高調波出力に対するＦＢＧへの応力のデータを取得し、レジスタ１２０３に格納されている緑色光強度信号の現在値と比較・演算する。電源１２０６はアクチュエータ１００１へ供給する電源であり、信号変換器１２０７でＰＷＭ信号をアナログの電圧信号に変換してアクチュエータ１００１の制御を行っている。
【００７５】
なお、本実施の形態で使用できるアクチュエータ１００１としては、電磁コイルを用いたものであっても、圧電素子を用いたものであってもよいが、ＦＢＧに与える応力を電圧で制御でき、かつ電圧値で応力をモニターできる点から見て電磁コイルを用いたアクチュエータ１００１を使用するのが好ましい。
【００７６】
なお、基本波波長を変化させる方法としては、波長可変半導体レーザの一種であるＤＢＲ(Distributed Bragg Reflector)レーザを用いることもできる。また、ＤＢＲレーザをシード光として、光ファイバアンプなどを用いて光増幅させる方法を採ることもできる。
【００７７】
図１３は、制御Ｂにおける波長変換レーザ光源１０００の動作時間に対する出力変動量のプロット図を示している。この場合、出力変動量は１％以内に収められており、図３Ｂに示すプロット図と比較して、基本波の波長変動に起因する出力変動および基本波の偏光成分の変化に起因する出力変動を大幅に低減できていることがわかる。本実施の形態の場合、波長変換素子の温度時間応答よりも高速な、基本波の発振波長を制御対象としているため、制御Ａと比較して制御応答速度を向上させることができる。そして、制御Ａを適用した場合の図９に示すプロット図では、１％程度残っていた波長に対する出力変動を、制御Ｂを適用することによってさらに抑制する効果があることがわかる。
【００７８】
本実施の形態の制御Ａ及び制御Ｂに示した構成の波長変換レーザ光源とすることで、基本波の偏光方向、基本波の波長、及び波長変換素子の温度に対する外乱による出力変化を検出することができるため、出力制御の安定性向上とともに装置の信頼性を高める効果がある。
【００７９】
（実施の形態２）
本発明の他の実施の形態について図１４及び図１５を参照し、以下に説明する。
【００８０】
本実施の形態では、前述の実施の形態１の制御方法を、内部共振器型波長変換レーザ光源に適用させた場合について説明する。
【００８１】
図１４は、本実施の形態に係る内部共振器型波長変換レーザ光源１４００の概略構成を示している。
【００８２】
本内部共振器型波長変換レーザ光源１４００は、電源装置１４０３、制御装置１４０２、出力設定器１４０１、励起光源（基本波光源、レーザダイオード）１４０５、コリメートレンズ１４０６、集光レンズ１４０７、固体レーザ素子１４０９、共振ミラー１４０８及び１４１２、誘電体多層膜ミラー１４１３、偏光子１４１５を備えた受光素子１４１６、温度コントローラ１４０４、高調波反射ミラー１４１４・１４１７、受光素子１４１８等を備えている。
【００８３】
励起光源（レーザダイオード）１４０５から出射された励起光は、コリメートレンズ１４０６及び集光レンズ１４０７を用いて固体レーザ素子１４０９に入射することで励起する。
【００８４】
固体レーザ素子１４０９及び波長変換素子１４１０は、共振ミラー１４０８及び１４１２で構成された共振器内に配置されている。固体レーザ素子１４０９から発振される基本波は、この共振器内で共振し、レーザ発振する。発生した基本波は、波長変換素子１４１０に入射され、その一部が第２高調波に変換される。共振ミラー１４０８及び出射ミラー１４１２は、基本波光の波長で高反射率となっており、特に光が出射される１４１２については、第二高調波が低反射（高透過）率となるよう誘電体多層膜が形成されている。
【００８５】
レーザ共振器から出射される光は、ほとんど第２高調波であるが、わずかに基本波も出射される。このため、出射ミラー１４１２から出射された第２高調波を誘電体多層膜ミラー１４１３に通し、第２高調波から基本波成分を分離している。誘電体多層膜ミラー１４１３で反射して第２高調波から分離された基本波は、偏光子１４１５を備えた受光素子１４１６に入射され、その光量がモニタされている。一方、第２高調波の成分は、誘電体多層膜ミラー１４１３を通過し、高調波反射ミラー１４１４、１４１７で反射され、出力光１４１９として光源外に出射される。このとき、第２高調波の一部は高調波反射ミラー１４１７を通過する。そして、高調波反射ミラー１４１７を通過した高調波を受光素子１４１８で受光し、高調波の光量をモニターしている。
【００８６】
本実施の形態では、波長変換素子として、周期分極反転構造を有する擬似位相整合ＬｉＮｂＯ３素子を使用しているが、同じく基本構造に酸素八面体構造を持つＬｉＴａＯ３やＫＴｉＯＰＯ４結晶に周期分極反転構造を形成した擬似位相整合波長変換素子を使用しても良い。また、一般的に行われているように、結晶系にＭｇやＣｅ等を添加して光屈折率変化を抑制した結晶基板を使用した素子を用いても良い。
【００８７】
受光素子１４１６で受光された基本波の光強度信号および受光素子１４１８で受光された高調波の光強度信号は、制御装置１４０２に送られる。制御装置１４０２は、基本波および高調波の各光強度信号と、出力設定器１４０１で設定された入力値とに基づいて、電源装置１４０３から励起光源１４０５へ送られる電流信号を制御する。また、波長変換素子１４１０は、温度コントローラ１４０４で温度調節されている。
【００８８】
実施の形態２においても受光素子１４１６に入射される基本波は、偏光子１４１５を通過することで所定の偏光成分のみとなっている。本実施の形態の構成とすることで、レーザ共振器のモード変化から生じる偏光変動を把握することが可能となり、以下に述べるようにレーザの発振状態に応じた制御を行うことができる。
【００８９】
本実施の形態に係る高調波光の制御工程について、図１５Ａのフローチャートを参照説明する。
【００９０】
まず、定常動作において、高調波光（高調波）の光量の変化の有無を判断する（Ｓ１）。高調波光の光量に変化がない場合は（Ｓ１でＮＯ）、定常動作を継続する（Ｓ２）。一方、高調波光の光量が変化した場合は（Ｓ１でＹＥＳ）、残存基本波の位相と高調波光の位相とが一致しているか反転しているかを判断する（Ｓ２）。残存基本波の位相と高調波光の位相とが一致している場合、励起電流を調整する（Ｓ３）。一方、残存基本波の位相と高調波光の位相とが反転している場合、素子温度を調整する（Ｓ４）。Ｓ３で励起電流を調整した後、又はＳ４で素子温度を調整したのち、高調波出力が回復したかを判断する（Ｓ５）。高調波出力が回復していない場合（Ｓ５でＮＯ）、Ｓ２に戻って、残存基本波の位相と高調波光の位相とが一致しているか反転しているかを判断し、以後の工程を繰り返す。一方、高調波出力が回復していた場合（Ｓ５でＹＥＳ）、Ｓ１に戻って、定常動作を継続する。
【００９１】
例えば、受光素子１４１６で検知される所定の偏光成分の光強度信号の位相と受光素子１４１８で検知される高調波の光強度信号の位相が一致（同期）している場合、出力変動の要因は基本波光源にあると予測できる。基本波光源に起因する出力低下要因としては、固体レーザ素子の発熱、励起光源の出力低下、及び発振した基本波のモード変化の３通りが考えられる。励起光源（基本波光源）１４０５に原因がある場合は、図１５Ｂに示すループ２に示すように、受光素子１４１６で検知された所定の偏光成分の基本波の強度が一定になるように、励起光源１４０５に供給する励起電流を変化させるフィードバック制御を行っている（ＡＰＣ：Auto Power Control）。
【００９２】
一方、受光素子１４１６で検知される所定の偏光成分の光強度信号の位相と受光素子１４１８で検知される高調波の光強度信号の位相とが反転（非同期）してる場合は、出力変動の要因は波長変換素子に原因があると予測できる。このように、波長変換素子に異常がある場合は、実施の形態１において図８Ａないし図８Ｄを参照して説明した方法を用いて、素子温度を最適にすることで、出力を回復させることができる。
【００９３】
なお、受光素子１４１６で検知される所定の偏光成分の光強度信号と、受光素子１４１８で検知される高調波の光強度信号との位相が一致（同期）しているか反転（非同期）しているかの判断については、例えば、両信号の位相が０±４５度の範囲にあれば一致（同期）していると判断でき、また、両信号の位相が１８０±４５度の範囲にあれば反転（非同期）していると判断できる。
【００９４】
以上のように、基本波の光強度と高調波の光強度との位相差を検出することで、出力変動の要因を、迅速に認識することができる。これにより、レーザの発振状態に応じた制御を、迅速かつ安定して行うことができるため、信頼性の高い波長変換レーザ光源を実現することができる。
【００９５】
なお、上述した位相の同期・非同期の選択制御は、図１１の制御ループ２および制御ループ３にも適用できる。
【００９６】
本実施の形態に係る波長変換レーザ光源の制御ループを図１５Ｂに示す。
【００９７】
出射ミラーから出力される残存基本波と高調波（緑色光）とは、その強度の位相情報を比較し、強度変化の同期／非同期を示す情報に基づいて、ループ２でフィードバックするか、ループ３でフィードバックするかを判断する。ループ２では、励起光源１４０５への投入電流値へフィードバックしている。一方、ループ３では、素子温度という形でフィードバックを行う。この際、本実施の形態を実行する上で重要なことは、残存基本波の光量の変動に対し、高調波（緑色光）の光量が変化していなければ、フィードバック動作を行わないことにある。
【００９８】
ループ１は、出力を設定する際、又は一定時間毎に投入電流値と高調波（緑色光）出力との比較を行うために使用するループである。本実施の形態でも、実施の形態１で用いた制御対象の切り替えタイミングの一例をそのまま使用できる。図６のタイミングチャートでは、波長変換レーザ光源の動作状況に対して各ループが動作しているか、休止しているかを示している。
【００９９】
まず、光源からの光出力を設定する際には、光出力値を入力電流値へフィードバックするＡＰＣ制御を（ループ１）行い、光出力を決定したところで、時分割制御を開始する。
【０１００】
本実施の形態では、基本波の出力を一定にする制御（ループ２）と、波長変換素子の温度を最適にする制御（ループ３）とを、同じタイミングで動作させている。これは、上記ループ２及びループ３の２つのループについては、同時に動作させても暴走等の問題が生じないためである。しかしながら、実施の形態１と同様に、本実施の形態に係るフィードバック制御は、これに限定されるものではない。すなわち、ループ１の動作タイミングと、ループ２及びループ３の動作タイミングとを、異なるタイミングで動作させれば、ループ２及びループ３の２つのループについては、必ずしも同じタイミングで動作させる必要はなく、異なるタイミングで開始・終了されてもよい。
【０１０１】
ループ３では、波長変換素子の温度調整を行っているため、ループ３の動作時間は１０秒から１分程度であることが好ましい。そして、ループ２およびループ３を一定時間動作させた後、ループ１およびループ２の制御を一旦終了してループを解放し、再び、高調波（緑色光）出力をもとに、入力電流値へフィードバックするループ１を動作させる。ループ１の動作時間は０．１秒〜１０秒程度で十分追随させることができる。このように、ループ１を動作させる時間、ループ２及びループ３を動作させる時間を分割させることで、環境温度・基本波光の波長変動などの環境変化に対して素子温度を常に最適な値に保つことができる。その結果、制御の安定性を向上させ、光源の信頼性を高める効果がある。
【０１０２】
以上のように、本実施の形態に係る制御方法によれば、素子温度を一定とした場合に必要な基本波光の出力マージン（入力電流値のマージン）を小さくすることができるため、簡便な制御で波長変換レーザ装置の小型化及び低消費電力化を実現することができる。
【０１０３】
本実施の形態に係る制御方法を用いた場合も、実施の形態１の図１３に示したプロット図と同様に、１％以下まで出力変動を抑制する効果があることがわかった。
【０１０４】
（実施の形態３）
本発明の他の実施の形態に係る波長変換レーザ光源について図１６ないし図２９を参照し以下に説明する。
【０１０５】
実施の形態１及び２で説明した制御による出力安定化・低消費電力化という課題に対して、より効果を増強することができる波長変換レーザ光源の構成について説明する。
【０１０６】
図１６は、本実施の形態で提案する波長変換レーザ光源の構成模式図を示している。図１７及び図１８は、波長変換効率が最大となるサーミスタ温度と、サーミスタでモニターした温度との差分（ΔＴ）と、設定した高調波出力を得るのに必要な基本波光量との関係を示したプロット図である。
【０１０７】
本実施の形態の波長変換レーザ光源１６００の構成について説明する。図１６に示すように、波長変換レーザ光源１６００は、基本波光源１６０１、集光レンズ１６０３、波長変換素子１６０４、ペルチェ素子１６０５、サーミスタ１６０６、コリメータレンズ１６０７、波長分離ミラー１６０８、光分岐ミラー１６１０、温度制御回路１６１１、フォトダイオード１６１２、及び光量一定制御回路を備えている。
【０１０８】
基本波光源１６０１より出射する基本波光１６０２を、非線形光学結晶を用いた波長変換素子１６０４に入射させて、基本波光１６０２の一部を波長変換光１６０９に変換させる。また、基本波光源１６０１はファイバレーザとし、基本波光１６０２は１μｍ帯の赤外光とし、波長変換光１６０９は赤外光の第２高調波となる緑色光とする。また、波長変換素子１６０４は、周期７μｍの分極反転構造を形成した５ｍｏｌ％のＭｇを添加したＬｉＮｂＯ３からなる擬似位相整合波長変換素子とする。本実施の形態では、波長変換素子１６０４の素子長は２０ｍｍとする。
【０１０９】
波長変換素子１６０４から出射した基本波光１６０２と波長変換光１６０９とを、波長分離ミラー１６０８にて分離し、得られた波長変換光１６０９を光分岐ミラー１６１０（波長変換光透過率１〜１０％程度）にてその一部をフォトダイオード１６０３に入射し、波長変換光１６０９の光量をモニターする。
【０１１０】
本実施の形態では、モニターされた値をもとに、光量一定制御を行う。波長変換光１６０９が所望の光量より増加すれば、基本波光１６０２を減らし、波長変換光１６０９が所望の光量より減少すれば、基本波光１６０２を増やすように基本波光源１６０１の駆動電流を制御する光量一定制御回路１６１３を備え、波長変換光１６０９のモニター値が一定となるよう制御する。
【０１１１】
また、基本波光源１６０１は、基本波光量をモニターした値をもとに、サーミスタ１６０６、ペルチェ素子１６０５を用いて、波長変換素子１６０４の温度を調節する温度制御回路１６１１を備えている。
【０１１２】
ここで、基本波光量をモニターする手段は、図１６に図示していないが、波長変換素子に入射する前の基本波光の一部を分岐ミラーで反射させてフォトダイオードで受光する構成でもよい。
【０１１３】
また、基本波光源が、駆動電流の増減と発振する基本波光量の増減が一致する光源の場合は、駆動電流をモニターする手段で代用しても良い。この場合、フォトダイオードの使用個数を軽減することが可能となり、より低コスト化が可能となるため好ましい。
【０１１４】
また、波長変換素子から出射する基本波光と波長変換光の合計光量は波長変換素子に入射する基本波光量にほぼ一致し、波長変換素子から出射する基本波光量と波長変換素子に入射する基本波光量の増減は一致する。本実施の形態の制御では波長変換素子に入射する基本波光量の増減がわかればよいので、波長変換素子から出射する基本波光量をモニターする手段で代用しても良い。この場合、基本波光源にて発振した基本波光を少しでも多く波長変換素子に入射させることが可能となるため好ましい。これにより、さらに高効率な波長変換が可能となる。
【０１１５】
次に、温度制御回路を用いたレーザ光源の波長変換素子の温度制御について、その基本的な動作について説明する。
【０１１６】
本実施の形態では、前述の通り、波長変換光量をモニターし、その値が一定となるように基本波光量を増減させて光量一定制御を行っている。このため、従来型（図１７）と同様、図１８に示すように、ΔＴの絶対値が大きくなるほど、多くの基本波光量が必要となる。このように、ΔＴの変化に伴って増減する基本波光量をモニターすることで、本実施の形態では、光量一定制御をかけながら波長変換素子１６０４の温度制御を行う。
【０１１７】
これにより、光量一定制御を中断させることなくレーザ光源を駆動させ続けることが可能となる。このように、光量一定制御を動作させながら、波長変換素子１６０４の温度制御を行う方法としては、例えば、次のような制御方法がある（制御Ｃ）。
【０１１８】
図１８に示すように、例えば、所定の波長変換光量を得るために、必要な基本波光量が最低となる点（ΔＴ＝０）における基本波光量（以下、基準基本波光量とする）の１．３倍の基本波光量を閾値ａとし、当該基準基本波光量の１．１倍の基本波光量を閾値ｂとする。
【０１１９】
立上げ動作時には、まず、図１９のフローチャートに示す制御を実行する。
【０１２０】
まず、立上げ開始時の波長変換効率が最大となるサーミスタ温度と、サーミスタでモニターした温度との差分ΔＴが光量一定制御可能な範囲かどうかを判断する（Ｓ１１）。ΔＴが光量一定制御可能な範囲にある場合（Ｓ１１でＹＥＳ）は、立ち上げ動作を終了し、通常動作を開始する（Ｓ１２）。一方、光量一定制御可能な範囲にない場合（Ｓ１１でＮＯ）は、ΔＴ≧０かを判断する（Ｓ１３）。ΔＴ≧０であれば（Ｓ１３でＹＥＳ）、波長変換素子１６０４を加熱する（Ｓ１４）。ΔＴが負であれば（Ｓ１３でＮＯ）、波長変換素子１６０４を冷却する（Ｓ１５）。そして、再び光量一定制御可能な範囲に入っているかどうかを判断し（Ｓ１１）、以後、同様の処理を繰り返す。すなわち、光量一定制御可能な範囲にない場合（Ｓ１１でＮＯ）は、ΔＴ≧０かを判断する（Ｓ１３）。ΔＴ≧０であれば（Ｓ１３でＹＥＳ）波長変換素子１６０４を加熱し、ΔＴが負であれば（Ｓ１３でＮＯ）波長変換素子１６０４を冷却する。そして、光量一定制御可能なΔＴの範囲に到達した後は、立上げ動作を終了し、通常動作に切り替える（Ｓ１２）。
【０１２１】
次に、通常動作での制御工程を、図２０のフローチャートを参照し以下に説明する。
【０１２２】
通常動作では、まず、基本波光量が閾値ａより大きいか否かを判断する（Ｓ２１）。閾値ａ以下の場合は（Ｓ２１でＮＯ）、温度一定制御を行う（Ｓ２２）。一方、基本波光量が閾値ａより大きい場合は（Ｓ２１でＹＥＳ）、波長変換素子１６０４を加熱する（Ｓ２３）。次に、基本波光量が増加しているか否かを判断する（Ｓ２４）。基本波光量が増加していれば（Ｓ２４でＹＥＳ）、ＴＭ０とＴＭとのずれ量（ΔＴの絶対値）の増大を意味するため、波長変換素子１６０４を冷却する（Ｓ２５）。一方、基本波光量が増加していなければ（Ｓ２４でＮＯ）、基本波光量が閾値ｂより大きいか否かを判断する（Ｓ２６）。閾値ｂ以下の場合は（Ｓ２７でＮＯ）、温度一定制御を行う（Ｓ２２）。
【０１２３】
Ｓ２５で、波長変換素子１６０４を冷却したのち、さらに、基本波光量が増加しているか否かを判断する（Ｓ２７）。基本波光量が増加していれば（Ｓ２７でＹＥＳ）、Ｓ２３に戻り、波長変換素子１６０４を加熱する（Ｓ２３）。そして、Ｓ２３以降の工程を繰り返す。一方、基本波光量が増加していなければ（Ｓ２７でＮＯ）、基本波光量が閾値ｂより大きいか否かを判断する（Ｓ２８）。閾値ｂ以下の場合は（Ｓ２８でＮＯ）、温度一定制御を行う（Ｓ２２）。一方、基本波光量が閾値ｂより大きい場合（Ｓ２８でＹＥＳ）、Ｓ２５に戻り、波長変換素子１６０４を冷却し、Ｓ２５以後のルーチンを繰り返す。
【０１２４】
上記の制御方法では、光量一定制御を続けることで、基本波光量の変化量を検出している。このため、波長変換光量を一定にするための制御は、通常動作時に常に実行されている必要がある。
【０１２５】
このとき、基本波光量が増減したか否かを判断するための基準となる閾値ａと閾値ｂとの差が大きすぎると、サーミスタ温度のハンチングが増大する。この場合、温度調節に必要な加熱冷却のエネルギーが増え、より高出力な基本波光源が必要となり、コスト増となる。一方、基本波光量が増減したか否かを判断するための基準となる閾値ａと閾値ｂとの差が大きすぎると、基本波光量の増減の判断を誤る可能性が高まる。
【０１２６】
このため、基本波光量が増減したか否かを判断するための基準となる閾値ａと閾値ｂとの差は、基本波光量がΔＴ＝０のときに必要な基本波光量の１．５倍以下となるΔＴの幅の２０％以下であることが好ましい。この場合、ＴＭのハンチングが減少し、より少ないエネルギーで波長変換素子の温度調節が可能となる。
【０１２７】
また、基本波光量が増減したか否かを判断するための基準となる閾値ａと閾値ｂとの差は、基本波光量がΔＴ＝０のときに必要な基本波光量の１．５倍以下となるΔＴの幅の５％以上であることが好ましい。この場合、基本波光量の増減を正確に判断することが可能となり、より高速な温度調節が可能となる。これにより、必要な基本波光量の平均値も低くすることができるため、基本波光源の出力マージン値を低く抑えることができる。この結果、波長変換レーザ光源の低電力化及び低コスト化を実現することができる。
【０１２８】
本制御方法によれば、図１８に示すように、閾値ａ及び閾値ｂを設定し、ΔＴを解消するための温度制御と温度一定制御とを切り替えて実行する。これにより、光量一定制御を中断することなく、レーザ光源の駆動を継続することができる。さらに、波長変換素子の加熱又は冷却に必要なエネルギーを軽減することが可能となるため、安定した高調波出力を低消費電力で実現することができる。
【０１２９】
また、光量一定制御下における温度制御として、次のような制御方法をとることもできる（制御Ｄ）。
【０１３０】
図２１に示すように、所定の波長変換光量を得るために、必要な基本波光量が最低となる点（ΔＴ＝０）における基本波光量（以下、基準基本波光量とする）の１．１５倍の基本波光量を閾値ｃとし、常に、基本波光量が閾値ｃに近づくように波長変換素子を加熱／冷却する場合について説明する。
【０１３１】
立上げ動作については、制御Ｃと同様に、ＴＭが光量一定制御可能な範囲に到達するまで、図２０のフローに示すような立上げ動作を行う。そして、光量一定制御が可能なΔＴの範囲に到達した後は、通常動作に切り替える。
【０１３２】
そして、立上げ開始時にΔＴが負の場合、立上げ動作として波長変換素子を加熱し、ΔＴが光量一定制御可能で、且つΔＴが負となる範囲で、通常動作に切り替える。
【０１３３】
通常動作時には、図２１に示す点Ａに収束するように、基本波光量が閾値ｃより大きい場合は波長変換素子を加熱し、基本波光量が閾値ｃ以下の場合は波長変換素子を冷却する。このように、点Ａに収束させることで、点Ｂに収束させる場合より、制御工程を削減できるため、より高速な制御を実現できる。
【０１３４】
逆に、立上げ開始時にΔＴ≧０の場合は、立上げ動作として波長変換素子を冷却する。一方、通常動作で（ΔＴ＝０の右側の曲線）図２１の点Ｂに収束させることが好ましい。この場合も、点Ａに収束させるより、制御工程を削減できるため、より高速な制御が可能となる。
【０１３５】
さらには、必要な基本波光量と加熱または冷却に必要なエネルギーの両方を減らすことが可能となり、より低消費電力なレーザ光源を実現することができる。
【０１３６】
また、波長変換素子の温度変化を少なくすることで、光源の発振波長変動を軽減することが可能となり、画像表示装置として用いた場合の色ずれなどを抑制した光源を提供できるという効果もある。
【０１３７】
また、入出射面に結露が発生し、基本波光や波長変換光の散乱やビーム品質低下を軽減することが可能となる。このため、波長変換素子は設置環境の温度より高温で使用することが好ましい。
【０１３８】
制御Ｄでは、ＴＭが点Ａより高温側或は低温側のどちらにシフトしたかを瞬時に判断することができる。これにより、前述の制御Ｃに比べ、制御工程を削減できるため、より高速な温度制御を実現することができる。その結果、ＴＭや波長変換素子内の基本波光路自体の温度が変動する幅を大幅に狭めることが可能となり、制御Ｃとの比較においては以下の点で優れている。
【０１３９】
すなわち、波長変換素子の温度制御のための加熱または冷却に必要なエネルギーを大きく軽減することが可能となる。また、波長変換素子の温度変化に起因するレーザ光源から発振される光の波長変動を抑制することが可能となる。これにより、本レーザ光源を画像表示装置に用いた場合、色ずれを抑制した画像表示装置を実現できる。また、計測装置用光源として用いた場合、波長ずれによる計測誤差を軽減することができる。
【０１４０】
また、制御Ｄにおいて、許容可能なΔＴの変動範囲（以降、ΔＴ許容範囲）は以下の方法で拡大することが可能となる。ΔＴ許容範囲を拡大することによって、より精度の低い温度計測手段を用いることが可能となり、より加熱・冷却能力が低い温度調節手段を用いることが可能となるため、更に低コスト化が可能となる。また、サーミスタで測定した温度における許容範囲を大きく拡大することで、温度調節手段を省くことができるため、波長変換レーザ光源の更なる低コスト化を実現することができる。
【０１４１】
次に、ΔＴ許容範囲を拡大するための構成について図２２を参照し以下に説明する。
【０１４２】
図２２に示す波長変換レーザ光源２４００のように、波長変換素子１６０４内において、基本波光１６０２の一部を吸収し波長変換素子１６０４内の基本波光１６０２光路とサーミスタ１６０６の間に熱抵抗調節材２４０１を備える構成とすることで、波長変換レーザ光源の外部温度の変化に対応できる許容範囲を広げることができる。
【０１４３】
上記の構成によれば、基本波光の大きさに比例して、サーミスタ１６０６と波長変換素子１６０４内の基本波光１６０２の光路との間に温度差が生じる。このため図２３のグラフ上では、熱抵抗調節材２４０１を備えない場合の実線１００２に対して、基本波光量が大きくなるほど、温度差の分だけ低温側にシフトすることになり、破線２５０１で示す曲線へと変化することになる。結果的にΔＴが負の場合のΔＴの変化に対する波長変換効率の変化の傾きが、ΔＴが正の場合に比べ緩やとなる。この場合、点Ａ’に収束するように温度制御を行うと、ΔＴの許容範囲が広がる。
【０１４４】
言い換えれば、ΔＴが負のとき、ΔＴが低下すると、基本波光量の吸収量が増加し、波長変換素子内の基本波光路とＴＭの温度差が増加するため、波長変換素子内の基本波光路における温度低下量はＴＭの温度低下量に比べて小さくなる。
【０１４５】
このため、ＴＭが変動する幅に比べて、波長変換素子内の基本波光路の温度が変動する幅が狭くなる。
【０１４６】
例えば、ΔＴ＝０のときに必要な基本波光量の１．５倍まで発振可能な基本波光源を用いる場合、熱抵抗調節材２４０１を備えない波長変換レーザ光源では、ΔＴ＝０．７℃付近から−０．７℃の範囲で光量一定制御が可能となるが、熱抵抗調節材２４０１を備えるレーザ光源の例では、ΔＴが１℃付近から−１．９℃の範囲で光量一定制御が可能となる。
【０１４７】
ここで、ΔＴ許容範囲を拡大する方法としては、波長変換素子の素子長を短くする方法があるが、この場合、基本波光から波長変換光への波長変換効率が大きく低下してしまう。
【０１４８】
これに対し、本実施の形態の構成では、波長変換効率の大幅な低下を招くことなく、ΔＴ許容範囲拡大効果が大きい点で、素子長を短くする方法より好ましい。このため、より低消費電力の波長変換レーザ光源を実現することができる。
【０１４９】
本実施の形態の構成において、サーミスタと基本波光路との間の熱抵抗を増加させることが好ましい。
【０１５０】
なお、サーミスタと基本波光路との間の温度差を拡大する方法としては、熱抵抗調節材２４０１の熱伝導率をより低い値とする、熱抵抗調節材２４０１を厚くする、波長変換素子１６０４内の基本波光１６０２の吸収率を高くする等の方法が挙げられる。
【０１５１】
この場合、サーミスタと基本波光路との間の温度差を拡大することができるため、図２４に示すように、左曲線２６０１ａと右曲線２６０１ｂとのΔＴに対する基本波光量の傾きを共に負とすることができる。
【０１５２】
また、ΔＴを一定とする場合、同一の波長変換光量が得られる基本波光量の値が、２つ以上となるΔＴを有することが好ましい。このように、左曲線２６０１aと右曲線２６０１ｂのΔＴに対する基本波量の傾きを共に負とすることが可能となる。
【０１５３】
特に、例えば、基本波光源としてファブリーペロー型の半導体レーザ共振器や固体レーザなどを用いた場合、基本波光の発振波長が瞬間的シフトし、左曲線２６０１ａから右曲線２６０１ｂに移ってしまうことがある。しかしながら、本実施の形態の構成では、ΔＴの増減と基本波光量の増減の傾きが共に負となるため、温度の制御が暴走することを抑制することができる。
【０１５４】
さらに、サーミスタと基本波光路との間の熱抵抗を増加させることにより、図２５に一点破線２７０１で示すように、ΔＴに対する基本波光量の増減の傾きをさらに緩やかにすることができる。
【０１５５】
基本波光源の最大光量が、ΔＴ＝０のときに必要な基本波光量の１．５倍とすると、図２５に示す例では、基本波光路とサーミスタの間に熱抵抗調節材２４０１を備えない構成におけるΔＴ許容幅２７０２ａが約１．４℃であるのに対して、熱抵抗調節材２４０１を備えた場合、ΔＴ許容幅２７０２ｂは約８．９℃と拡大できている。ここで、基本波光吸収による発熱量を増やし、サーミスタと基本波光路の間の熱抵抗をさらに拡大すれば、より許容幅を拡大することができることは言うまでもない。
【０１５６】
また、図２５に示すように、熱抵抗調節材２４０１を備えない場合の温度許容幅２７０２ａは、熱抵抗調節材２４０１を備える場合に、基本波光量を最大（一定）として、所望の波長変換光量が得られるΔＴの差２７０２ｃと一致する。このため、このΔＴの差２７０２ｃよりΔＴ許容幅２７０２ｂが広くなるように、熱抵抗調節材２４０１の熱抵抗を調節することが好ましい。
【０１５７】
熱抵抗調節材２４０１は、熱伝導率［Ｗ／ｍ／Ｋ］を厚み(波長変換素子とサーミスタの距離)[ｍ]で割った値が１５×１０４以下となることが好ましい。
【０１５８】
この場合、少なくとも本実施の形態に係る熱抵抗調節材を備えた構成による効果が得られ、温度特性を非対称とすることが可能となる。このため、制御Ｄを実行する際に、出力が不安定となる問題を抑制することができる。
【０１５９】
また、熱抵抗調節材２４０１は、熱伝導率［Ｗ／ｍ／Ｋ］を厚み(波長変換素子とサーミスタの距離)[ｍ]で割った値が５×１０４以下となることが好ましい。
【０１６０】
この場合、基本波光の発振波長が瞬間的にシフトし、左の曲線から右の曲線に移ってしまうことがあっても、ΔＴの増減と基本波光量の増減の傾きが共に負となるため、温度の制御が暴走することを抑制することができる。
【０１６１】
波長変換レーザ光源２４００では、波長変換素子の温度変化に対して光量一定時に必要な励起光量が、レーザ光源１６００における光量一定時に必要な基本波光の光量（図１８、図１９）と同様に変化する。このため、基本波光量の代わりに、本実施の形態では励起光量を制御することで、同様の制御が可能となる。つまり、ΔＴの変化に伴って増減する励起光量をモニターすることで、実施の形態２に示した内部共振器型波長変換光源の構成においても、光量一定制御をかけながら波長変換素子の温度制御を行う事ができる。
【０１６２】
また、本実施の形態に係る他の波長変換レーザ光源の構成について図２６を参照し以下に説明する。
【０１６３】
本波長変換レーザ光源２８００は、波長変換素子１６０４が熱抵抗調節材２４０１を介して波長変換レーザ光源２８００内に設置される構成とし、サーミスタやペルチェ素子等温度調節手段を省いている。
【０１６４】
図２６の構成において、波長変換レーザ光源２８００の外部温度を「Ｔ」とし、波長変換効率が最大となる波長変換レーザ光源２８００の温度を「Ｔ０」としている。また、先に、図１６の構成を用いた場合に示したＴＭやＴＭ０を、それぞれＴやＴ０に置き換え、ＴとＴ０との差をΔＴとすることで、図１６の構成と同様に、制御Ｃ及び制御Ｄを行うことができる。
【０１６５】
本波長変換レーザ光源２８００の場合も、ΔＴの変化に対し、出力を一定にするために必要な基本波光量は、図２１に示した物と同じ特性を示す。また、熱抵抗調節材２４０１を用いることで、図２３ないし図２５に示す特性となる。つまり、レーザ光源の温度が低下しても、基本波光量を増加させ、レーザ光源に対して基本波光路の温度を上昇させることで、基本波光路の温度低下を大幅に軽減させる構成となっている。
【０１６６】
これにより、温度調節手段を省き、レーザ光源温度（現在値）が、例えば、０℃〜６０℃と大きな範囲で変化しても、光量一定制御が可能な波長変換レーザ光源を実現することができる。
【０１６７】
本実施の形態の構成で基本波光路とサーミスタの間の熱抵抗を増加させて、温度差を拡大することによって、図２７に示すように、サーミスタ温度許容幅を従来に比べて大幅に拡大させることが可能となることを示している。これは、サーミスタで計測している位置の温度が低下しても、基本波光を増加させて、サーミスタに対して基本波光路の温度を上昇させることで、基本波光路の温度低下を大幅に軽減することができるからである。同様に本実施の形態では、レーザ光源の温度が低下しても、基本波光量を増加させ、レーザ光源に対して基本波光路の温度を上昇させることで、基本波光路の温度低下を大幅に軽減できる。
【０１６８】
すなわち、本実施の形態では、波長変換効率が最大となるサーミスタ温度と、サーミスタでモニターした温度との差をΔＴとし、熱抵抗調節材２４０１を用いた基本波光路とレーザ光源との間の熱抵抗を調節することで、図２５ないし図２７で示す関係を満たすことが可能となる。
【０１６９】
例えば、波長変換レーザ光源２８００の外部温度が６０℃のとき、波長変換レーザ光源２８００の外部温度と基本波光路の温度差が１２０℃となるように、発熱量と両者間の熱抵抗と波長変換素子の変換効率が最大となる温度を設計する。この設計により、波長変換レーザ光源２８００の外部温度が０℃の場合も、基本波光量を波長変換効率が最大となる時の１．５倍となり、波長変換レーザ光源２８００の外部温度と基本波光路との温度差が１８０℃となる。つまり、波長変換レーザ光源２８００の外部温度が０℃から６０℃まで変動しても、波長変換素子の温度は、１８０℃で、ほぼ一定とすることができる。
【０１７０】
図２９に示すように、本実施の形態に係るレーザ光源２９００では、波長変換素子２３０５は、熱抵抗調節材２４０１を挟んで、直接レーザ光源２９００に設置されている構成とする。
【０１７１】
また、内部共振器構成の場合で示したＴＭとＴＭ０とを、本実施の形態では、ＴとＴ０とに置き換えることで、本実施の形態と同様の効果が得られる。つまり、本実施の形態では、ＴとＴ０と差をΔＴとし、熱抵抗調節材２４０１を用いた基本波光路とレーザ光源の間の熱抵抗を調節することで、図２３ないし図２５で示す関係を満たす構成となっている。
【０１７２】
また、本実施の形態では、熱抵抗調節材と波長変換素子の間に伝熱材（熱伝導率が大きな物質。例えば、金属：アルミ（２３７Ｗ／ｍ／Ｋ）、銅（３９０Ｗ／ｍ／Ｋ）、銀（４２０Ｗ／ｍ／Ｋ）など）を備えることで、熱抵抗調節材と波長変換素子との接触面積を大きくすることができ接触熱抵抗の個体ばらつきの影響が低減することが可能となる。その結果、波長変換素子とサーミスタ間の熱抵抗の個体ばらつきも軽減できる。
【０１７３】
サーミスタと熱抵抗調節材との間に伝熱材を備えることで、さらに、波長変換素子とサーミスタとの間の熱抵抗の個体ばらつきを軽減することが可能となる。波長変換効率が最大となるサーミスタ温度の個体ばらつきを抑制することが可能となり、波長変換レーザ光源の歩留まりの向上及び信頼性の向上を図ることができる。この結果、サーミスタ又は波長変換素子と熱抵抗調節材との間に伝熱材を設けた構造とすることが好ましい。
【０１７４】
以上、光量一定制御を行う波長変換レーザ光源について、熱抵抗調節材を波長変換素子とサーミスタ、又は波長変換素子と波長変換レーザ光源の筐体との間に設置することによる効果について示した。しかしながら、本実施の形態に係る波長変換素子とサーミスタやレーザ光源の間に熱抵抗調節材を備える構成は、上記の構成に限らず、同様の構成の波長変換レーザ光源で入力一定制御を行う場合にも適用することができる。
【０１７５】
以下に、その効果を示す。
【０１７６】
図２７は、従来の波長変換レーザ光源で入力一定制御を行った場合における、ΔＴに対する波長変換光量を示す。図２７中の３００１、３００２、３００３は基本波光量（又は励起光量：以下、投入光量と呼ぶ）をパラメータとした波長変換光量のプロット図である。波長変換光量が１以上となる最小の投入光量（以降、最小光量とする）としたときのΔＴと波長変換光量の関係を実線３００１で示し、最小光量の１．１倍としたときについて破線３００２で示し、最小光量の１．２倍としたときについて、点線３００３で示す。
【０１７７】
図２７に示すように、従来の波長変換レーザ光源では、例えば、波長変換光量を１以上得ることが可能なΔＴの範囲（３００４）は、投入光量が最大の時、つまり点線３００３で示す曲線は波長変換光量が１以上となる範囲と一致し、１℃（０．５℃〜−０．５℃）程度となる。
【０１７８】
これに対して、図２８は、波長変換素子とサーミスタとの間、又は波長変換素子と波長変換レーザ光源の筐体との間に熱抵抗調節材２４０１を備える波長変換レーザ光源で、入力一定制御を行った場合のΔＴに対する波長変換光量を示したプロット図である。
【０１７９】
図２８中、実線３１０１は、投入光量が最小光量のときのΔＴと波長変換光量との関係を示している。破線３１０２は、投入光量が最小光量の１．１倍のときのΔＴと波長変換光量との関係を示している。点線３１０３は、投入光量が最小光量の１．２倍のときのΔＴと波長変換光量との関係を示している。
【０１８０】
投入光量を増加させると、波長変換素子とサーミスタ又は波長変換レーザ光源の筐体との間の温度差が増加する。
【０１８１】
このため、図２８に示すように、投入光量が大きいほど、波長変換効率が最大となる温度は低温側にシフトする。その結果、熱抵抗調節材を備えた波長変換レーザ光源では、図２８に示す波長変換光量が１以上となるΔＴの範囲３１０４は、１．６℃（０．１℃〜−１．５℃）程度と従来の波長変換レーザ光源に比べて、１．６倍ほど拡大できていることがわかる。
【０１８２】
つまり、図２８に示すように、あるΔＴにおいて、投入光量がより大きな点線３１０３より、投入光量がより小さな破線３１０２の方が、波長変換光量が大きくなる。
【０１８３】
同様に、別のΔＴにおいて、破線３１０２より点線３１０１の方が、波長変換光量が大きくなるように、熱抵抗調節材２４０１を、波長変換素子とサーミスタとの間、又は波長変換素子とレーザ光源との間に設け、熱抵抗を調節することが好ましい。この場合、波長変換素子とサーミスタとの間、又は波長変換素子と波長変換レーザ光源の筐体との間の温度差が大きくなるため、所定の光量以上の波長変換光量が得られるΔＴの範囲を大きくすることができる。つまり、より広い温度範囲で平均出力を一定にすることができる。
【０１８４】
さらに、入力一定制御を用いながら、ある一定以上の光量が必要となる場合、上述のような効果を発揮する波長変換レーザ光源は低コスト化が実現可能となるため、レーザポインタなどに好適に用いることができる。
【０１８５】
また、１以上の波長変換光量が得られる場合、パルス駆動させることが好ましい。
【０１８６】
この場合、ピーク光量が１以上であっても、波長変換光の平均光量が１となるようにパルスＤｕｔｙ（パルス発振時間／パルス周期）を調節することが可能となる。
【０１８７】
レーザポインタや画像表示装置に用いる場合は、人間の目で出力のチラツキが視認できないように、高速でパルス駆動させることが望ましく、少なくとも６０Ｈｚ以上の周期であることが好ましい。この場合、広い温度範囲で平均出力が一定の波長変換レーザ光源を実現することが可能となる。
【０１８８】
以上の制御方法を採用することで、広い温度範囲で平均出力を一定にすることができる。このため、基本波光の出力マージン（入力電流値のマージン）を小さくすることができ、簡便な制御で波長変換レーザ光源の小型化及び低消費電力化できる。
【０１８９】
（実施の形態４）
本発明の他の実施の形態について、図３０ないし図３２を参照し、以下に説明する。
【０１９０】
図３０は、第１ないし第３の実施の形態で提案しているレーザを光源に用いたプロジェクタシステムの光学エンジン模式図を示している。本実施の形態に係る２次元画像表示装置１７００は、液晶３板式プロジェクタの光学エンジンに、第１ないし第３の各実施の形態の波長変換レーザ光源を適用させた一例である。図３１は、第１ないし第３の各実施の形態の波長変換レーザ光源を適用させた液晶ディスプレイの構成例を示す模式図である。図３２は、第１ないし第３の各実施の形態の波長変換レーザ光源を適用させたファイバ付きレーザ光源の構成例を示す模式図である。
【０１９１】
２次元画像表示装置１７００は、画像処理部１７０２と、レーザ出力コントローラ（コントローラ）１７０３、ＬＤ電源１７０４、赤色、緑色、青色レーザ光源１７０５Ｒ、１７０５Ｇ、１７０５Ｂ、ビーム形成ロッドレンズ１７０６Ｒ、１７０６Ｇ、１７０６Ｂ、リレーレンズ１７０７Ｒ、１７０７Ｇ、１７０７Ｂ、折り返しミラー１７０８Ｇ、１７０８Ｂ、画像を表示させるための２次元変調素子１７０９Ｒ、１７０９Ｇ、１７０９Ｂ、偏光子１７１０Ｒ、１７１０Ｇ、１７１０Ｂ、合波プリズム１７１１、および投影レンズ１７１２を含んでいる。
【０１９２】
緑色レーザ光源１７０５Ｇは、グリーン光源の出力をコントロールするレーザ出力コントローラ１７０３およびＬＤ電源１７０４で制御される。
【０１９３】
各光源（赤色、緑色、青色レーザ光源１７０５Ｒ、１７０５Ｇ、１７０５Ｂ）からのレーザ光は、ビーム形成ロッドレンズ１７０６Ｒ、１７０６Ｇ、１７０６Ｂにより、矩形に整形され、その後リレーレンズ１７０７Ｒ、１７０７Ｇ、１７０７Ｂを通して各色の２次元変調素子１７０９Ｒ、１７０９Ｇ、１７０９Ｂを照明する。そして、２次元に変調された各色の画像を合波プリズム１７１１で合成し、投影レンズ１７１２よりスクリーン上に投影することにより映像を表示する。
【０１９４】
また、緑色レーザ光源１７０５Ｇは、レーザ共振器をファイバ内に閉じた系とする。これにより、外部からの塵あるいは反射面のミスアライメントなどで共振器の損失が増加することによる出力の経時低下・出力変動を抑制することができる。
【０１９５】
画像処理部１７０２は、ＴＶ、ビデオ装置、ＰＣ等から入力される映像信号１７０１の輝度情報に応じてレーザ光の出力を変動させる光量制御信号を発生し、当該光量制御信号をレーザ出力コントローラ１７０３に送出する役割を果たしている。このように輝度情報に応じて光量を制御することにより、コントラストを向上することが可能となる。
【０１９６】
この際、レーザ出力コントローラ１７０３は、レーザをパルス駆動し、レーザの点灯時間のデューティー比（点灯時間／（点灯時間＋非点灯時間）の値）を変化させることにより平均的な光量を変化させるような制御方法（ＰＷＭ制御）を取ることもできる。
【０１９７】
また、このプロジェクタシステムに用いられる緑光源の波長は５１０ｎｍから５５０ｎｍの緑色レーザ光を出射する構成としてもよい。この構成により、視感度の高い緑色のレーザ出力光を得ることができ、色再現性の良いディスプレイとして、さらに原色に近い色表現をすることができる。
【０１９８】
また、本実施の形態の２次元画像表示装置は、スクリーンと、複数のレーザ光源と、レーザ光源を走査する走査部とを備え、レーザ光源は、少なくとも赤色、緑色及び青色をそれぞれ出射する光源を用いた構成からなり、レーザ光源のうち、少なくとも緑色の光源は上記の第１ないし第３の実施の形態で示したいずれかの波長変換レーザ光源を用いた構成としてもよい。
【０１９９】
この構成により、視感度の高い緑色のレーザ出力光を得ることができるので、色再現性の良いディスプレイ等に使用して、さらに原色に近い色表現をすることができる。
【０２００】
なお、このようなスクリーンの背後から投影する形態（リアプロジェクションディスプレイ：図３０）のほかに、前方投影型構成の２次元画像表示装置の形態をとることも可能である。
【０２０１】
なお、空間変調素子には、透過型液晶あるいは反射型液晶、ガルバノミラーやＤＭＤ(Digital Mirror Device)に代表されるメカニカルマイクロスイッチＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)などを用いた２次元変調素子を用いることももちろん可能である。
【０２０２】
なお、本実施の形態のように反射型空間変調素子やＭＥＭＳ、ガルバノミラーといった光変調特性に対する偏光成分の影響が少ない光変調素子において、高調波を光ファイバで伝搬する際は、ＰＡＮＤＡファイバ(Polarization Maintaining and Absorption Reducing) Fiberなどの偏波保持ファイバである必要はない。しかしながら、液晶を用いた２次元変調デバイスを使用する際には、変調特性と偏光特性が大いに関係するため、偏波保持ファイバを使用することが好ましい。
【０２０３】
また、図３１Ａ及び図３１Ｂに示すように、レーザを光源としたディスプレイの一形態として、レーザ光源１８０２と制御部１８０３、レーザ光源を点光源から線光源に変換する導光部材１８０４、線光源から面光源に変換し、液晶パネル全面を照明するための導光板部材１８０８、偏光方向をそろえたり照明ムラを除去したりするためのもの偏光板・拡散部材１８０９、および液晶パネル１８１０等を含む液晶ディスプレイ１８００を実現することも可能である。つまり、第１・第２・第３の実施の形態で示した波長変換レーザ光源を液晶ディスプレイのバックライト光源として使用することができる。
【０２０４】
また、図３２に示すように、第１ないし第３の実施の形態で示した本発明の波長変換レーザ光源を備えたレーザ装置を、手術用のファイバ付きレーザ光源１９００として使用することも可能である。この手術用のファイバ付きレーザ光源１９００は、レーザ光源、レーザ光源からの出力を制御する制御部、出力を設定する出力設定部１９０２、レーザ光源を出力させる出力コネクタ１９０３、レーザ光を照射したい領域へ導くデリバリファイバ１９０４、およびハンドピース１９０５などを備えている。
【０２０５】
以上のような、レーザディスプレイ（画像表示装置）、レーザ液晶バックライトあるいは手術用のレーザ光源に本願の波長変換レーザ光源を適用することにより、光源の出力制御安定性を向上させることができ、機器の動作温度拡大や信頼性向上という効果を得ることができる。
【０２０６】
なお、本願発明の各実施形態に示す構成は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形をしても構わない。
【０２０７】
各実施形態で使用した波長変換素子として、周期分極反転構造を有する、擬似位相整合ＬｉＮｂＯ３素子を使用しているが、本実施の形態はこれに限らず、基本構造に酸素八面体構造を持つＬｉＴａＯ３やＫＴｉＯＰＯ４結晶に周期分極反転構造を形成した擬似位相整合波長変換素子を使用しても良く、一般的に行われているこれらの結晶系にＭｇやＣｅ等を添加して光屈折率変化を抑制した結晶基板を使用した素子を用いても良い。
【０２０８】
周期分極反転構造を形成した擬似位相整合波長変換素子は、入射する基本波の偏光方向と出射する高調波の偏光方向が一致するが、波長変換素子の温度や基本波波長の変動に敏感であるため、本願で提案した構成・制御方法を採用することで、各構成要素に対する外乱による出力変化を検出し・要素毎に制御することができるため、高調波出力の時間安定性を向上させるより大きな効果を得ることができる。
【０２０９】
なお、本願発明の各実施形態で使用したニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウム系結晶に加えて、リン酸チタニルカリウム（ＫＴｉＯＰＯ４：ＫＴＰ）結晶など基本構造に酸素八面体構造を有する非線形光学結晶は、分極反転構造を形成することが可能で、可視光に対する吸収率は０．０１ｃｍ-1以上と大きいものの、赤外光に対する吸収率は０．００２ｃｍ-1から０．００４ｃｍ-1程度と低い。
【０２１０】
実施の形態１ないし４の光量一定制御をかけたレーザ光源の構成では、可視光である第２高調波の光量は一定であり、吸収量も一定となるため、第２高調波の吸収による発熱によって、本発明の効果を得ることができない。そのため、赤外光の吸収率を高めた材料とすることが好ましい。これにより波長変換素子内基本波光路とサーミスタ間の温度差が大きくなり、ΔＴ許容範囲はより大きくなる。ΔＴ許容範囲が数十℃程度と広い場合は、波長変換素子の温調手段（実施の形態１，２ではサーミスタ２０６、ペルチェ２０５、温度制御回路１０２、８１３を示す）を省き、温調フリーのレーザ光源とすることも可能となる。また、基本波光路部分の加熱・冷却を、より高速に調節することが可能となるため、温度が安定し、出力する波長が安定したレーザ光源を実現することが可能となる。このため、本レーザ光源を用いることにより、色ずれのない画像表示装置や、波長ずれによる計測誤差が少ない計測装置を実現することが可能となる。非線形光学結晶に分極反転構造を形成した（擬似位相整合）波長変換素子は分極反転壁（分極方向が入れ替わる境界）が露出する分極方向と交わる面に非絶縁体を設置して、ヒートサイクルを実施すると赤外光（波長８００nm〜１８００nm）の吸収率が増加することが我々の独自調査により分かった。
【０２１１】
例えば、ニオブ酸リチウム系の擬似位相整合波長変換素子の場合、分極方向と交わる面の被覆を、導電性コート材、電気抵抗率１×１０８Ω・ｃｍのコート材Ａ、電気抵抗率２×１０１１Ω・ｃｍのコート材Ｂ、ＲＦスパッタによるＳｉＯ２膜、ＣＶＤによって形成したＳｉＯ２膜として、それぞれ０〜８０℃のヒートサイクルを１００サイクル実施することで、表１に示すように、電気抵抗率１×１０８Ω・ｃｍ以下の非絶縁体コートで被覆した場合、ヒートサイクルを行うことによって赤外光の吸収率が増加することが分かる。また、ＲＦスパッタによるＳｉＯ２膜の場合も、ＤＣドリフトが発生し、赤外光の吸収率を増加させる効果を有することがわかる。また、ヒートサイクルについては、１００サイクル以下であっても、赤外光吸収を増加させる作用がある。この結果、より広い温度範囲で平均出力を一定にする事ができるという効果がある。
【０２１２】
酸素八面体構造を有する非線形光学結晶において赤外光吸収を増加させる方法としては、添加物を添加するなどの他の方法もあるが、擬似位相整合波長変換素子作製に不可欠な周期的分極反転構造の均一性が劣るため本実施の形態で提案する方法を採用するのが好ましい。本実施の形態の赤外光の吸収率を増加させる方法は、周期的分極反転構造を形成し擬似位相整合波長変換素子となった状態で、赤外光の吸収率を増加させる処理を行うことが可能となるため、分極反転構造の形成が容易であり、より好ましい方法である。
【０２１３】
以上のように、本発明の一局面に係る波長変換レーザ光源は、基本波光を出射する基本波光源と、非線形光学効果を有し、前記基本波光を異なる波長の高調波光に変換する波長変換素子と、前記基本波光源から出射される基本波光に含まれる特定の偏光方向の光を受光してその光量を電気信号に変換する第１の受光器と、前記波長変換素子から出力される高調波光を受光してその光量を電気信号に変換するする第２の受光器と、前記波長変換素子の温度を一定に保持する温度保持部と、前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光源から出射される基本波光の光量を制御する第１の制御、および、前記第１の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光の光量を制御する第２の制御をそれぞれ行う基本波制御部と、前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記温度保持部の保持温度を制御する第３の制御を行う温度制御部と、を備えている。
【０２１４】
本願発明者らの研究の結果、基本波光の偏光成分の変化が高調波光の出力の変動に大きく影響することが、今回初めて明らかとなった。そこで、本波長変換レーザ光源は、基本波光源から出射される基本波光に含まれる特定の偏光方向の光を第１の受光器で受光してその光量を電気信号に変換し、当該電気信号に基づいて、基本波光源から出射される基本波光の光量または波長を基本波制御部が制御する構成となっている。これにより、基本波光の偏光成分の変化に応じた基本波光の調整が適切に行えるので、安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な波長変換レーザ光源を実現できる。
【０２１５】
さらに、高調波光の光量を第２の受光器で受光して基本波光の光量をフィードバック制御し、高調波光を安定化させる第１の制御を行っている。また、基本波光に含まれる特定の偏光方向の光を第１の受光器で受光して基本波光の光量をフィードバック制御し、波長変換に寄与する偏光方向の基本波を安定させる第２の制御を行っている。これにより、高調波光のさらなる安定化を図っている。さらに、高調波光の光量を第２の受光器で受光して温度保持部の保持温度をフィードバック制御し、波長変換素子の温度を基本波の波長の変化に適切に対応させる第３の制御を行っている。このように、第１ないし第３の制御を実行することにより、安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な波長変換レーザ光源を実現できる。
【０２１６】
上記の構成において、前記第１の制御の実施タイミングと、前記第２の制御および前記第３の制御の実施タイミングとが重複しないように、前記第１ないし第３の制御が前記基本波制御部および前記温度制御部により間欠的に実施されることが好ましい。
【０２１７】
第１の制御は、第２の制御および第３の制御に比べて短時間で制御が可能である。特に、第３の制御では、温度という時定数が大きなパラメータを制御に使用するので、第１の制御に比して制御に要する時間が長くかかる。そこで、上記の構成のように、第１の制御の実施タイミングと、第２の制御および第３の制御の実施タイミングとが重複しないような時分割の制御を間欠的に実施する。これにより、第１の制御のタイミングにおいて高調波光の光量を基準として基本波光の光量を適切に制御しながら、前記第１の制御の実施タイミングと重複しないタイミングで波長変換に寄与する偏光方向の基本波を安定させると共に（第２の制御）、波長変換素子の温度を基本波光の波長変動に応じて調整することができる（第３の制御）。よって、さらに安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な波長変換レーザ光源を実現できる。
【０２１８】
上記の構成において、前記温度制御部は、前記波長変換素子の温度を計測する温度計測部と、前記温度計測部からの計測信号に基づいて、前記温度保持部に電流を供給し、前記温度保持部の保持温度を一定に制御する温度コントローラと、を含んでいることが好ましい。
【０２１９】
上記の構成のように温度制御部を構成することにより、第３の制御を的確に行うことができる。
【０２２０】
上記の構成において、前記温度コントローラは、中心温度Ｔｃ（℃）を中心にして±Δｔ（℃）でウォブリングすることによって、前記温度保持部の保持温度を調整するものであり、前記波長変換素子の温度がＴｃ＋Δｔ（℃）、Ｔｃ（℃）およびＴｃ−Δｔ（℃）のときの前記高調波光の光量をそれぞれＰ（Ｔｃ＋Δｔ）、Ｐ（Ｔｃ）およびＰ（Ｔｃ−Δｔ）としたとき、Ｐ（Ｔｃ−Δｔ）＜Ｐ（Ｔｃ）＜Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）の場合はＴｃを上昇させ、Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）＜Ｐ（Ｔｃ）＞Ｐ（Ｔｃ−Δｔ）の場合はＴｃを維持させ、Ｐ（Ｔｃ−Δｔ）＞Ｐ（Ｔｃ）＞Ｐ（Ｔｃ＋Δｔ）の場合はＴｃを低下させるよう、前記温度保持部に電流を供給することが好ましい。
【０２２１】
上記の構成のように温度コントローラがウォブリングを行うことにより、第３の制御を容易かつ的確に行うことができる。
【０２２２】
上記の構成において、前記温度コントローラがウォブリングを行う前記Δｔの範囲は、０．１℃〜０．２℃であることが好ましい。
【０２２３】
この場合、温度コントローラが適切なウォブリングを行うことができる。
【０２２４】
上記の構成において、前記温度コントローラによる前記ウォブリングの周期が、５秒〜１０秒であることが好ましい。
【０２２５】
この場合、温度コントローラが適切なウォブリングを行うことができる。
【０２２６】
上記の構成において、前記波長変換素子から出力される高調波光を受光してその光量を電気信号に変換するする第２の受光器と、前記波長変換素子の温度を一定に保持する温度保持部と、をさらに含み、前記基本波制御部は、前記第２の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光源から出射される基本波光の光量を制御する第１の制御、前記第１の受光器からの電気信号に基づいて前記基本波光の光量を制御する第２の制御、および前記第２の受光器からの電気信号に基づいて基本波光の波長を制御する第３の制御をそれぞれ行う構成とすることが好ましい。
【０２２７】
上記の構成によれば、高調波光の光量を第２の受光器で受光して基本波光の光量をフィードバック制御し、高調波光を安定化させる第１の制御を行っている。また、基本波光に含まれる特定の偏光方向の光を第１の受光器で受光して基本波光の光量をフィードバック制御し、波長変換に寄与する偏光方向の基本波を安定させる第２の制御を行っている。これにより、高調波光のさらなる安定化を図っている。さらに、基本波光の波長が変化することによって、一定温度に保持されている波長変換素子の温度に最適な基本波光の波長からずれた場合に対応できるように第３の制御を行っている。すなわち、高調波光の光量を第２の受光器で受光して基本波光の波長をフィードバック制御し、基本波光の波長を安定させる第３の制御を行っている。このように、第１ないし第３の制御を実行することにより、安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な波長変換レーザ光源を実現できる。
【０２２８】
上記の構成において、前記基本波制御部は、前記第１の制御の実施タイミングと、前記第２の制御および前記第３の制御の実施タイミングとが重複しないように、前記第１ないし第３の制御を間欠的に実施することが好ましい。
【０２２９】
上記の構成のように、前記第１の制御の実施タイミングと、前記第２の制御および前記第３の制御の実施タイミングとが重複しないような時分割の制御を間欠的に実施することにより、第１の制御のタイミングにおいて高調波光の光量を基準として基本波光の光量を適切に制御しながら、前記第１の制御の実施タイミングと重複しないタイミングで波長変換に寄与する偏光方向の基本波を安定させると共に（第２の制御）、基本波光の波長を安定させることができる（第３の制御）。これにより、さらに安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な波長変換レーザ光源を実現できる。
【０２３０】
上記の構成において、前記基本波光源は、励起光を発する半導体レーザと、前記半導体レーザから発せられた励起光を吸収し、前記基本波光を発するダブルクラッド希土類添加ファイバと、前記ダブルクラッド希土類添加ファイバの両端に配置され、当該基本波光源から発せられる前記基本波光の波長を決定する、狭反射帯域のファイバグレーティングおよび広反射帯域のファイバグレーティングと、前記狭反射帯域のファイバグレーティングに応力を付加するアクチュエータと、を含み、前記アクチュエータが前記狭反射帯域のファイバグレーティングに与える応力により前記基本波光の波長が変化する構成とすることが好ましい。
【０２３１】
この場合、上記構成の基本波光源を用いることにより、第３の制御を容易かつ的確に行うことができる。
【０２３２】
上記の構成において、前記基本波光源は、分布帰還ミラー部を含む分布帰還型半導体レーザ光源であり、前記分布帰還ミラー部へ投入する電流を変化させることにより、前記基本波光の波長が変化する構成とすることが好ましい。
【０２３３】
この場合、上記構成の基本波光源を用いることにより、第３の制御を容易かつ的確に行うことができる。
【０２３４】
上記の構成において、前記基本波光源は、分布帰還ミラー部を有し、前記基本波光の元となる光を発生する分布帰還型半導体レーザ光源と、励起光を発する励起光源と、前記励起光を吸収することで前記分布帰還型半導体レーザ光源が発する光の強度を増幅させるレーザ媒質と、を含み、前記分布帰還ミラー部へ投入する電流を変化させることで、前記基本波光の波長が変化する構成とすることが好ましい。
【０２３５】
上記構成の基本波光源を用いることにより、第３の制御を容易かつ的確に行うことができる。
【０２３６】
上記の構成において、前記温度保持部の保持温度を制御する温度制御部をさらに含み、前記温度制御部は、前記波長変換素子の温度を計測する温度計測部と、前記温度計測部からの計測信号に基づいて、前記温度保持部に電流を供給し、前記温度保持部の保持温度を一定に制御する温度コントローラと、を備えていることが好ましい。
【０２３７】
この場合、波長変換素子の温度を確実に一定に保持することができる。
【０２３８】
上記の構成において、前記波長変換素子の温度と前記温度計測部で計測される温度との間に差を設けるための熱抵抗調節材が、前記波長変換素子と前記温度計測部との間に設けられていることが好ましい。
【０２３９】
この場合、波長変換レーザ光源の外部温度の変化に対応できる許容範囲を広げることができる。
【０２４０】
上記の構成において、前記熱抵抗調節材と、前記波長変換素子、前記波長変換レーザ光源の筐体、または前記温度計測部と、の間に、部材間の接触熱抵抗を均一にするための伝熱材が設けられていることが好ましい。
【０２４１】
この場合、波長変換レーザ光源の外部温度の変化に対応できる許容範囲を広げることができる。
【０２４２】
この場合、熱抵抗調節材と波長変換素子との接触面積を大きくすることができ接触熱抵抗の個体ばらつきの影響を低減することができる。
【０２４３】
上記の構成において、前記波長変換素子は、基本構造に酸素八面体構造を主とする光学結晶からなり、前記光学結晶には、前記基本波光と前記高調波光との位相を整合させるための周期的分極反転構造が形成されていることが好ましい。
【０２４４】
上記構成の波長変換素子は、本波長変換レーザ光源に最適である。
【０２４５】
上記の構成において、前記波長変換素子は、前記周期的分極反転構造の分極方向と直交する面が電気抵抗率１×１０８Ω・ｃｍ以上の被覆材で覆われていることが好ましい。
【０２４６】
この場合、上記構成の被覆材で覆われた波長変換素子は、赤外光の吸収率が高まり、波長変換素子の基本波光路部分の温度調節が容易となる。
【０２４７】
上記の構成において、前記第１の受光器から出力される電気信号の位相と前記第２の受光器から出力される電気信号の位相とが同期しているときには前記第２の制御が選択的に実行される一方、前記第１の受光器から出力される電気信号の位相と前記第２の受光器から出力される電気信号の位相とが非同期のときには前記第３の制御が選択的に実行されることが好ましい。
【０２４８】
上記構成のように、前記第１の受光器から出力される電気信号の位相と前記第２の受光器から出力される電気信号の位相とが同期しているか否かにより、第２の制御と第３の制御とを選択的に実行することにより、適切な制御が可能である。すなわち、上記の両位相が同期している場合には、高調波光の出力変動の要因は基本波光源にあると予測できるので、波長変換に寄与する偏光方向の基本波を安定させる第２の制御が効果的である。一方、上記の両位相が非同期の場合には、高調波光の出力変動の要因は波長変換素子の温度に適した基本波光の波長になっていないことにあると予測できるので、波長変換素子の温度を調整するか又は基本波光の波長を調整する第３の制御が効果的である。上記構成の制御により、さらに安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な波長変換レーザ光源を実現できる。
【０２４９】
本発明の他の局面に係るプロジェクションディスプレイ装置は、上記の何れかの構成の波長変換レーザ光源と、前記波長変換レーザ光源から発せられた前記高調波光を受けて画像を形成する２次元光変調素子と、前記２次元変調素子で形成された画像を投影する投影レンズと、を備えている。
【０２５０】
上記の構成によれば、安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な上記の波長変換レーザ光源を用いることによって、高画質で低消費電力のプロジェクションディスプレイ装置を実現できる。
【０２５１】
本発明の他の局面に係る液晶ディスプレイ装置は、上記の何れかの構成の波長変換レーザ光源と、前記光源ユニットから発せられた光を受けて画像を形成する液晶パネルと、を備えている。
【０２５２】
上記の構成によれば、安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な上記の波長変換レーザ光源を用いることによって、高画質で低消費電力の液晶ディスプレイ装置を実現できる。
【０２５３】
本発明の他の局面に係るレーザ光源は、上記の何れかの構成の波長変換レーザ光源と、前記波長変換レーザ光源から出力された前記高調波光を照射対象領域へ導くデリバリファイバと、を備えている。
【０２５４】
上記の構成によれば、安定して効率のよい波長変換を行うことが可能な上記の波長変換レーザ光源を用いることによって、信頼性の高い低消費電力のファイバ付きレーザ光源を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０２５５】
本願発明の波長変換レーザ光源は、基本波の偏光特性や発振波長が変化しやすい基本波光源を備えた波長変換レーザ光源に有益であり、色再現性が高いレーザディスプレイ装置などに適応することが可能となる。
【０２５６】
なお、発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する特許請求事項との範囲内で、種々変更して実施することができるものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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】
2010004749.tif 000043
【図９】
2010004749.tif 000044
【図１０】
2010004749.tif 000045
【図１１】
2010004749.tif 000046
【図１２】
2010004749.tif 000047
【図１３】
2010004749.tif 000048
【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
2010004749.tif 000051
【図１６】
2010004749.tif 000052
【図１７】
2010004749.tif 000053
【図１８】
2010004749.tif 000054
【図１９】
2010004749.tif 000055
【図２０】
2010004749.tif 000056
【図２１】
2010004749.tif 000057
【図２２】
2010004749.tif 000058
【図２３】
2010004749.tif 000059
【図２４】
2010004749.tif 000060
【図２５】
2010004749.tif 000061
【図２６】
2010004749.tif 000062
【図２７】
2010004749.tif 000063
【図２８】
2010004749.tif 000064
【図２９】
2010004749.tif 000065
【図３２】
2010004749.tif 000066
【図３０】
2010004749.tif 000067
【図３１】
2010004749.tif 000068
【国際調査報告】
2010004749.tif 000069
2010004749.tif 000070
2010004749.tif 000071