(57)【要約】      （修正有）【課題】光出力パワーが高い出力レーザ光を出射しつつ、スペックルコントラストを十分に低くすることが可能な分極反転波長変換素子を提供する。【解決手段】分極反転構造部では、分極反転構造を有する領域Ｄ１〜Ｄ３が並設されている。入射面２０１に入射した基本レーザ光３００のうち、波長帯域が分離された複数の基本波のそれぞれの波長を変換して、波長帯域が分離された複数の変換波のそれぞれを出射する。また、分極反転構造部の各領域から出射された変換波を含む出力レーザ光４００が出射面２０３から出射される。【選択図】図８
2011154275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光が入射する入射面と、
分極反転構造を有する複数の領域が並設され、各領域は、前記入射面に入射した入射光のうち、波長帯域が分離された複数の基本波のそれぞれの波長を変換して、波長帯域が分離された複数の変換波のそれぞれを出射する、分極反転構造部と、
前記分極反転構造部の各領域から出射された変換波を含む出射光を出射する出射面と、を有する分極反転波長変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の分極反転波長変換素子において、
ｎを２以上の整数としたとき、各領域では、自身が波長を変換する基本波の波長帯域がｎ分割されたｎ個のサブ波長帯域のそれぞれに含まれる波長を変換するｎ個のサブ領域｛Ｄk：ｋ＝１、２…ｎ｝が並設され、
各サブ領域｛Ｄk：ｋ＝１、２…ｎ｝の前記入射光の進行方向に沿った長さ｛Ｌk[ｍｍ]｝と、互いに隣接するサブ波長帯域の中央値｛λk[ｎｍ]｝の間隔｛Δλk＝λk−λk-1｝とが、
【数１】
2011154275.tif 000034
を満たす、分極反転波長変換素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の分極反転波長変換素子において、
前記変換波は、前記基本波の第二高調波である、分極反転波長変換素子。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の分極反転波長変換素子において、
各領域にて波長が変換される基本波の波長帯域のうち、互いに隣接する波長帯域の中央値の差が全て等しい、分極反転波長変換素子
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の分極反転波長変換素子において、
各領域にて波長が変換される波長帯域のうち、互いに隣接する波長帯域の中央値の差δが、０．５μｍ≦δ≦２μｍを満たす、分極反転波長変換素子。
【請求項６】
請求項５に記載の分極反転波長変換素子において、
前記中央値の差δが、０．８μｍ≦δ≦１．５μｍを満たす、分極反転波長変換素子。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の分極反転波長変換素子において、
前記分極反転構造部は、前記入射光を所定の断面積の空間に閉じ込めて伝搬させるための導波路を有する、分極反転波長変換素子。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の分極反転波長変換素子において、
前記入射面に、前記入射光の反射を軽減するための第一の反射防止膜が形成され、前記出射面に、前記出射光の反射を軽減するための第二の反射防止膜が形成された、分極反転波長変換素子。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の分極反転波長変換素子と、
前記分極反転波長変換素子に前記入射光を出射する光出力部と、を有する光源。
【請求項１０】
請求項９に記載の光源において、
各領域は、光強度が高い基本波ほど、前記入射光の直径の大きい位置で波長が変換されるように配列される、光源。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の光源において、
各領域の前記入射光の進行方向に沿った長さは、光強度が高い基本波を変換する領域ほど短い、光源。
【請求項１２】
請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の光源において、
前記分極反転波長変換素子内における前記入射光の直径の最小値ｄが５０μｍ≦ｄ≦５００μｍを満たすように、前記光出力部から出射された入射光を集光して前記分極反転波長変換素子に入射する第一集光部を有する光源。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光源において、
前記第一集光部は、前記入射光の直径の最小値ｄが７０μｍ≦ｄ≦１５０μｍを満たすように、前記入射光を集光する、光源。
【請求項１４】
請求項９ないし１３のいずれか１項に記載の光源において、
前記光出力部は、高周波重畳駆動が行われる半導体レーザ素子を用いて、前記入射光を出射する、光源。
【請求項１５】
請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の光源において、
前記分極反転波長変換素子は、複数あり、
前記光出力部は、各分極反転波長変換素子に前記入射光を入射し、
各分極反転波長変換素子から出射された出射光を合波して出射する合波部をさらに有する、光源。
【請求項１６】
請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の光源において、
前記分極反転波長変換素子は、複数あり、各分極反転波長変換素子の出射面は、前記入射光をさらに出射し、
前記光出力部は、前記複数の分極反転波長変換素子のいずれかに前記入射光を入射し、
各分極反転波長変換素子に前記入射光が入射するように、前記分極反転波長変換素子から出射された出射光および入射光を、別の分極反転波長変換素子に入射する導光部を有する、光源。
【請求項１７】
請求項１６に記載の光源において、
前記導光部は、前記出射光および入射光を所定の口径に集光する第二集光部を有する、光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分極反転波長変換素子および光源に関し、特には、走査型レーザプロジェクタの緑色レーザ光源に用いるための分極反転波長変換素子および光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤色、青色および緑色のレーザ光を用いたフルカラーの走査型レーザプロジェクタが提案されている。走査型レーザプロジェクタは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを用いてレーザ光を反射および走査することで、画像をスクリーンに投射しているため、フォーカスの調整が必要なく、画像を非平坦形状のスクリーンに投射しても焦点ボケが生じないという利点がある。
【０００３】
走査型レーザプロジェクタに用いる緑色レーザ光源としては、通常、ＳＨＧ（Second Harmonic Generation：第二高調波発生）素子を備えた波長変換光源が用いられる。波長変換光源では、ＳＨＧ素子を用いて、レーザ素子からの基本レーザ光の波長変換を行い、基本レーザ光を、波長が異なる出力レーザ光に変換して出射する。
【０００４】
また、近年では、周期分極反転（Periodically poled）構造を有するＳＨＧ素子を用いて基本レーザ光の波長を変換する波長変換光源が開発されている。周期分極反転構造を有するＳＨＧ素子は、分極反転波長変換素子とも呼ばれ、基本レーザ光および出力レーザ光に疑似位相整合（ＱＰＭ：Quasi Phase Matching）を発生させることで、基本レーザ光を出力レーザ光に変換している。分極反転波長変換素子は、従来のＳＨＧ素子と比べて、基本レーザ光を出力レーザ光に変換する波長変換効率が高いので、光出力パワーが高い出力レーザ光を出射することができる。
【０００５】
なお、疑似位相整合が発生する基本レーザ光の波長帯域は、分極反転構造の周期長である分極反転周期に応じて決定される。したがって、分極反転波長変換素子において波長変換が可能な基本レーザ光の波長帯域は、分極反転周期に応じて変化する。以下、分極反転波長変換素子において波長変換が可能な基本レーザ光の波長帯域を、波長変換領域と呼ぶこともある。
【０００６】
図７４は、分極反転波長変換素子を用いた緑色レーザ光源の他の例を示した概念図である。
【０００７】
図７４で示した緑色レーザ光源では、半導体レーザアレイ１１から、波長８０８ｎｍ帯の半導体レーザ光１５が出射される。半導体レーザ光１５は、Ｎｄ：ＹＶＯ4（Neodymium Doped Yttrium Orthovanadate）結晶１２で励起されて波長１０６０ｎｍ帯の赤色外線レーザ光１６に変換されて出射される。赤色外線レーザ光１６は、一対の共振器ミラー１３Ａおよび１３Ｂからなる共振器に入射される。
【０００８】
共振器では、赤色外線レーザ光１６の光路上に、分極反転波長変換素子であるＰＰＳＬＴ（periodically poled stoichiometric LiTaO3：周期分極反転タンタル酸リチウム）結晶１４が設けられ、赤色外線レーザ光１６は、ＰＰＳＬＴ１４にて波長５３０ｎｍ帯の緑色レーザ光１７に変換されて、共振器ミラー１３Ａから出射される。
【０００９】
図７４で示した緑色レーザ光源は、緑色のレーザ光を出射することが可能であるが、走査型レーザプロジェクタに使用することが困難であるという問題がある。
【００１０】
走査型レーザプロジェクタのレーザ光源には、１．ＭＥＭＳミラーで走査が可能な単一ビームの出力レーザ光が出射可能であること、２．出力レーザ光の高速変調が可能であること、３．小型かつ低コストであること、４．光出力パワーが高い出力レーザ光を出射可能であること、５．スペックルが弱い投射画像を実現する出力レーザ光が出射可能であることが求められる。
【００１１】
なお、スペックルは、レーザ光のようなコヒーレンスを有する光がスクリーンに投射された際に、そのスクリーン上の各点で散乱された光が干渉することで生じる斑点状のノイズである。スペックルの強さは、スペックルコントラストと呼ばれる値で評価することができる。スペックルコントラストは０％〜１００％までの値をとり、その値が小さいほど、スペックルが弱いことを表わす。また、走査型レーザプロジェクタでは、スペックルコントラストが１０％程度以下であれば、投射画像の観察者にあまりスペックルを感じさせなくすることができる。
【００１２】
図７４で示した緑色レーザ光源は、単一ビームの出力レーザ光を出射することが可能である。また、この緑色レーザ光源は、小型かつ低コストであり、レーザ光の高速変調を行うことが可能である。これは、緑色レーザ光源のＤＢＲレーザ１が、小型かつ低コストであり、かつ、数ＧＨｚ程度までの高速変調を行うことが可能だからである。
【００１３】
しかしながら、図７４で示した緑色レーザ光源では、光出力パワーが高い出力レーザ光を出射し、かつ、スペックルが弱い投射画像を実現することができないという問題がある。
【００１４】
図７４で示した緑色レーザ光源は、分極反転波長変換素子であるＰＰＬＮ結晶に入射する半導体レーザ光の光強度を高くすることで、光出力パワーが高い緑色レーザ光を出射することが可能である。しかしながら、ＰＰＬＮ結晶に光強度の高い半導体レーザ光が入射されると、ＰＰＬＮ結晶にフォトリフラクテブ損傷が発生して、ＰＰＬＮ結晶が破損することがある。このため、ＰＰＬＮ結晶に入射する半導体レーザ光の光強度をある程度以下にしながら光出力パワーが高い出力レーザ光を出射可能にする必要がある。
【００１５】
ＰＰＬＮ結晶などの分極反転波長変換素子における波長変換効率は、分極反転波長変換素子の長さの２乗に比例して大きくなる。このため、光出力パワーが高い出力レーザ光を得るためには、分極反転波長変換素子を長くする必要がある。通常、分極反転波長変換素子の長さが１０ｍｍ程度あれば、ＰＰＬＮ結晶にフォトリフラクテブ損傷が発生しない程度の半導体レーザ光を用いて、出力レーザ光の光出力パワーを、走査型レーザプロジェクタに必要な５０ｍＷ以上にすることができる。
【００１６】
しかしながら、分極反転波長変換素子が長くなるほど、分極反転波長変換素子における波長変換領域が小さくなるので、出力レーザ光の波長幅が小さくなる。出力レーザ光の波長幅が小さいほど、投射画像のスペックルは大きくなるので、光出力パワーが高い出力レーザ光を得るために分極反転波長変換素子を長くすると、投射画像のスペックルが強くなる。したがって、光出力パワーが高いレーザ光を出射し、かつ、スペックルが弱い投射画像を実現することができない。
【００１７】
なお、通常、長さが１０ｍｍ程度の分極反転波長変換素子では、波長変換領域は、約０．１６ｎｍと極めて小さい。しかしながら、スペックルコントラストを１０％程度にするためには、波長変換領域は、５ｎｍ〜１０ｎｍ程度必要となる。
【００１８】
光出力パワーが高い出力レーザ光を出射し、かつ、波長変換領域を広くすることが可能な技術としては、特許文献１に記載の光波長変換素子がある。図７５は、特許文献１に記載の光波長変換素子を示した概念図である。
【００１９】
図７５において、光波長変換素子は、単一波長変換素子２１と、単一波長変換素子２１の両側に配置されたチャープ構造部２２および２３とを有する。
【００２０】
図７６は、光波長変換素子における、基本レーザ光の進行方向に沿った距離と分極反転周期との関係を示した図である。図７６で示されたように、単一波長変換素子２１では、分極反転周期は一定である。また、チャープ構造部２２および２３では、分極反転周期がレーザ光の進行方向に沿って連続的に変化する。さらに、単一波長変換素子２１とチャープ構造部２２および２３との境界では、分極反転周期は連続する。
【００２１】
図７６で示したような分極反転周期を有するチャープ構造部２２および２３が設けられることにより、チャープ構造部２２および２３における波長変換領域を、単一波長変換素子２１における波長変換領域と連結させることが可能になる。したがって、光波長変換素子の波長変換領域を、単一波長変換素子２１の波長変換領域より広くすることが可能になる。
【００２２】
具体的には、光波長変換素子が１０ｍｍ程度の場合、光波長変換素子の波長変換領域の幅が０．５ｎｍ程度になっている。
【００２３】
したがって、分極反転波長変換素子を短くしなくても、波長変換領域を広くすることが可能になるので、光出力パワーを高くし、かつ、波長変換領域の幅を広くすることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特開２０００−３２１６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
特許文献１に記載の光波長変換素子では、波長変換領域の幅が０．５ｎｍ程度になっている。走査型レーザプロジェクタでは、スペックルコントラストを１０％程度以下にすることが望まれているが、スペックルコントラストを１０％程度以下にするためには、波長変換領域は、少なくとも５ｎｍ〜１０ｎｍ程度必要となる。
【００２６】
したがって、特許文献１に記載の光波長変換素子は、波長変換領域の幅の増減率が低く、スペックルコントラストを十分に低くすることができないため、走査型レーザプロジェクタに適用することが困難であるという問題がある。
【００２７】
本発明の目的は、光出力パワーが高い出力レーザ光を出射しつつ、上記の課題であるスペックルコントラストを十分に低くすることができないという問題を解決する分極反転波長変換素子および光源を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明による分極反転波長変換素子は、入射光が入射する入射面と、分極反転構造を有する複数の領域が並設され、各領域は、前記入射面に入射した入射光のうち、波長帯域が分離された複数の基本波のそれぞれの波長を変換して、波長帯域が分離された複数の変換波のそれぞれを出射する、分極反転構造部と、前記分極反転構造部の各領域から出射された変換波を含む出射光を出射する出射面と、を有する。
【００２９】
本発明による光源は、前記分極反転波長変換素子と、前記分極反転波長変換素子に前記入射光を出射する光出力部と、を有する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、光出力パワーが高い出力レーザ光を出射しつつ、スペックルコントラストを十分に低くすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態のレーザ光源の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のレーザ光源のより詳細な構成を示した概念図である。
【図３】高周波ＬＤドライバ電源の構成を示した回路図である。
【図４】ダイクロイック鏡の透過率と波長の関係を示した図である。
【図５】分極反転波長変換素子の構成を示した図である。
【図６】基本波の波長と分極反転周期との関係を示した図である。
【図７】分極反転波長変換素子の外観図である。
【図８】分極反転波長変換素子のより詳細な構成を示した図である。
【図９】分極反転波長変換素子の波長変換効率と基本波の波長との関係を示した図である。
【図１０】波長変換窓が平坦窓となるときの相互作用長と変換波長間隔との関係を示した図である。
【図１１】波長変換効率の波長依存性の一例を示した図である。
【図１２】波長変換効率の波長依存性の一例を示した図である。
【図１３】波長変換効率の波長依存性の一例を示した図である。
【図１４】分極反転波長変換素子の波長変換スペクトラムの一例を示した図である。
【図１５】分極反転波長変換素子の波長変換スペクトラムの他の例を示した図である。
【図１６】スペックルコントラストの変化率と波長差との関係を示した図である。
【図１７】第一の実施形態の分極反転波長変換素子と単一変換素子との波長変換スペクトルを比較するための図である。
【図１８】基本レーザ光のスペクトルの一例を示した図である。
【図１９】出力レーザ光のスペクトルの一例を示した図である。
【図２０】出力レーザ光のスペクトルの他の例を示した図である。
【図２１】単一変換素子からの出力レーザ光のスペクトルの一例を示した図である。
【図２２】本発明の第２の実施形態のレーザ光源の構成を示したブロック図である。
【図２３】分極反転波長変換素子の他の外観図である。
【図２４】分極反転波長変換素子の他の構成例を示した図である。
【図２５】波長変換効率の波長依存性の他の例を示した図である。
【図２６】出力レーザ光のスペクトルの他の例を示した図である。
【図２７】基本波の波長スペクトルの一例を示した図である。
【図２８】ＰＰＬＮ結晶中のレーザ光のビーム形状を示した図であり。
【図２９】空気中のレーザ光のビーム形状を示した図である。
【図３０】ＰＰＬＮ結晶中のレーザ光のビーム形状とビームウエスト幅との関係を示した図である。
【図３１】本発明の第３の実施形態のレーザ光源の構成を示したブロック図である。
【図３２】基本レーザ光のスペクトルの他の例を示した図である。
【図３３】分極反転波長変換素子の構成の他の例を示した図である。
【図３４】分極反転波長変換素子の波長変換効率の波長依存性の他の例を示した図である。
【図３５】スペックルコントラストおよび光出力パワーとビームウエスト幅との関係の一例を示した図である。
【図３６】出力レーザ光のスペクトルの他の例を示した図である。
【図３７】出力レーザ光のスペクトルの他の例を示した図である。
【図３８】出力レーザ光のスペクトルの他の例を示した図である。
【図３９】基本レーザ光のスペクトルの他の例を示した図である。
【図４０】スペックルコントラストおよび光出力パワーとビームウエスト幅との関係の他の例を示した図である。
【図４１】出力レーザ光のスペクトルの他の例を示した図である。
【図４２】出力レーザ光のスペクトルの他の例を示した図である。
【図４３】出力レーザ光のスペクトルの他の例を示した図である。
【図４４】基本レーザ光のスペクトルの他の例を示した図である。
【図４５】スペックルコントラストおよび光出力パワーとビームウエスト幅との関係の他の例を示した図である。
【図４６】出力レーザ光のスペクトルの他の例を示した図である。
【図４７】出力レーザ光のスペクトルの他の例を示した図である。
【図４８】出力レーザ光のスペクトルの他の例を示した図である。
【図４９】本発明の第４の実施形態のレーザ光源の構成を示したブロック図である。
【図５０】分極反転波長変換素子の他の外観図である。
【図５１】分極反転波長変換素子の構成の他の例を示した図である。
【図５２】基本波のスペクトルと相互作用長との関係の一例を示した図である。
【図５３】基本波のスペクトルと相互作用長との関係の一例を示した図である。
【図５４】出力レーザ光のスペクトルの一例を示した図である。
【図５５】緑光出力パワーの素子長に対する依存性の一例を示した図である。
【図５６】緑光出力パワーの素子長に対する依存性の他の例を示した図である。
【図５７】緑光出力パワーの励起光出力パワーに対する依存性の一例を示した図である。
【図５８】素子長の励起光出力パワーに対する依存性の一例を示した図である。
【図５９】緑光出力パワーの素子長に対する依存性の他の例を示した図である。
【図６０】緑光出力パワーの素子長に対する依存性の他の例を示した図である。
【図６１】緑光出力パワーの励起光出力パワーに対する依存性の他の例を示した図である。
【図６２】素子長の励起光出力パワーに対する依存性の他の例を示した図である。
【図６３】基本レーザ光のスペクトルと相互作用長分布とを示した図である。
【図６４】スペックルコントラストの分配パラメータに対する依存性の一例を示した図である。
【図６５】出力レーザ光のスペクトルの他の例を示した図である。
【図６６】基本レーザ光のスペクトルおよび波長変換スペクトルの一例を示した図である。
【図６７】基本レーザ光のスペクトルおよび波長変換スペクトルの他の例を示した図である。
【図６８】基本レーザ光のスペクトルと相互作用長分布とを示した図である。
【図６９】スペックルコントラストの分配パラメータに対する依存性の他の例を示した図である。
【図７０】出力レーザ光のスペクトルの他の例を示した図である。
【図７１】基本レーザ光のスペクトルおよび波長変換スペクトルの他の例を示した図である。
【図７２】本発明の第２の実施形態のレーザ光源の構成を示したブロック図である。
【図７３】本発明の第２の実施形態のレーザ光源の構成を示したブロック図である。
【図７４】関連技術であるレーザ光源の一例を示した概念図である。
【図７５】特許文献１に記載の光波長変換素子を示した概念図である。
【図７６】特許文献１に記載の光波長変換素子における分極反転周期を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有する構成には同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。
【００３３】
図１は、本発明の第一の実施形態のレーザ光源の構成を示したブロック図である。図１において、レーザ光源は、光出力部１００と、分極反転波長変換素子２００とを有する。
【００３４】
光出力部１００は、基本レーザ光３００を分極反転波長変換素子２００に出射する。
【００３５】
分極反転波長変換素子２００は、周期的分極構造を有するＳＨＧ素子である。分極反転波長変換素子２００は、光出力部１００から出射された基本レーザ光３００が入射される。したがって、基本レーザ光３００は、分極反転波長変換素子２００の入射光になる。
【００３６】
分極反転波長変換素子２００は、基本レーザ光３００の波長を変換して出力レーザ光４００を出射する。なお、出力レーザ光４００は、出射光と呼ばれることもある。
【００３７】
図２は、図１で示したレーザ光源のより詳細な構成を示した概念図である。図１において、レーザ光源は、光出力部１００と、分極反転波長変換素子２００を含む波長変換部１０１とを有する。なお、光出力部１００および波長変換部１０１は、基板５０上に設けられている。
【００３８】
光出力部１００は、ＬＤモジュール１１１Ａ〜１１１Ｃと、高周波ＬＤドライバ電源１１２と、温度制御部１１３と、反射鏡１１４および１１５と、ダイクロイック鏡１１６および１１７と、１／２波長板１１８とを有する。
【００３９】
ＬＤモジュール１１１Ａ〜１１１Ｃは、レーザ光を出射する。以下、ＬＤモジュール１１１Ａのレーザ光をレーザ光３０１Ａとし、ＬＤモジュール１１１Ｂのレーザ光をレーザ光３０１Ｂとし、ＬＤモジュール１１１Ｃのレーザ光をレーザ光３０１Ｃとする。なお、レーザ光３０１Ａ〜３０１Ｃは、後述するように基本レーザ光３００になる。
【００４０】
レーザ光３０１Ａの波長帯域の中心値はλａであり、レーザ光３０１Ａの波長帯域の中心値はλａ＋Δであり、レーザ光３０１Ａの波長帯域の中心値はλａ＋２Δであるとする。なお、λａおよびΔは、正の値である。以下では、λａ＝１．０５８μｍであり、Δ＝１ｎｍであるとする。また、レーザ光３０１〜３０１Ｃの波長帯域の中央値の差が全て等しいとする。
【００４１】
なお、レーザ光３０１Ａ〜３０１Ｃの偏光方向は、基板５０に対して平行であるとする。以下、基板５０に対して平行な方向を水平方向と呼び、基板５０に対して垂直な方向を単に鉛直方向と呼ぶ。
【００４２】
ＬＤモジュール１１１Ａ〜１１１Ｃのそれぞれは、ＬＤチップ１２１と、コリメータレンズ１２２と、ヒートシンク１２３とを有する。
【００４３】
ＬＤチップ１２１は、励起用の半導体レーザ素子である。ＬＤチップ１２１は、高周波ＬＤドライバ電源１１２にて高周波重畳駆動が行われ、その高周波重畳駆動に応じたレーザ光を出力する。
【００４４】
高周波重畳駆動は、半導体レーザ素子の駆動電流に高周波成分を重畳した高周波重畳電流を用いて、半導体レーザ素子を駆動する駆動方式である。したがって、光出力部１００は、高周波重畳駆動が行われる半導体レーザ素子を用いて、基本レーザ光３００を出射することになる。
【００４５】
コリメータレンズ１２２は、ＬＤチップ１２１からのレーザ光を平行光にして出力する。ヒートシンク１２３は、ＬＤチップ１２１にて発生された熱を拡散する。
【００４６】
高周波ＬＤドライバ電源１１２は、ＬＤチップ１２１の駆動部であり、ＬＤモジュール１１１Ａ〜１１１ＣのＬＤチップ１２１の高周波重畳駆動を行って、ＬＤモジュール１１１Ａ〜１１１ＣのＬＤチップ１２１からレーザ光３０１Ａ〜３０１Ｃを出射させる。
【００４７】
図３は、高周波ＬＤドライバ電源１１２の構成を示した回路図である。図３において、高周波ＬＤドライバ電源１１２は、電流源Ｖ０と、高周波電源Ｖｒｆと、コイルＬおよびコンデンサＣｎからなるＬＣ共振回路とを有する。
【００４８】
電流源Ｖ０は、ＬＤモジュール１１１Ａ〜１１１Ｃの駆動電流を生成する。高周波電源Ｖｒｆは、高周波成分を生成する。ＬＣ共振回路は、駆動電流に高周波成分を重畳することで、駆動電流を高周波重畳電流に変換してＬＤモジュール１１１Ａ〜１１１ＣのそれぞれのＬＤチップ１２１に供給する。なお、本実施形態では、高周波重畳電流の周波数は、３００ＭＨｚ〜６００ＭＨｚ程度であるとする。
【００４９】
高周波ＬＤドライバ電源１１２は、高周波重畳電流の電流値を、ＬＤチップ１２１の閾値電流より小さい第１の値から閾値電流より大きい第２の値までの範囲内を周期的に変化させる。これにより、ＬＤチップ１２１内部のキャリア密度が変動して、ＬＤチップ１２１に緩和振動が発生するため、ＬＤチップ１２１から出力されるレーザ光の波長が変動する。このため、レーザ光３０１Ａ〜３０１Ｃの波長帯域を広くすることができる。
【００５０】
また、高周波ＬＤドライバ電源１１２は、緩和振動の１周期が終了した時点で高周波重畳電流の出力を停止すれば、ＬＤチップ１２１から、緩和振動の周波数の最大値に応じて決定される時間幅の光パルスをレーザ光として出力することができる。これにより、ＬＤチップ１２１からのレーザ光の光出力パワーを高くすることができる。通常、ＬＤチップは、レーザ光として光パルスを出力する場合、１Ｗ〜２Ｗ程度の光出力パワーのレーザ光を出力することができる。
【００５１】
この場合、レーザ光３０１Ａ〜３０１Ｃの光出力パワーを高くすることができるので、レーザ光源から出射される出力レーザ光４００の光出力パワーを高くすることができる。また、ＬＤチップ１２１の温度上昇を軽減することができるので、レーザ光３０１Ａ〜３０１Ｃの波長の安定性を向上させることが可能になる。
【００５２】
図２の説明に戻る。温度制御部１１３は、ＬＤモジュール１１１Ａ〜１１１Ｃ内のＬＤチップ１２１の温度を測定し、その温度が一定になるように、ＬＤモジュール１１１Ａ〜１１２Ｃ内のヒートシンク１２３の温度を調整する。
【００５３】
反射鏡１１４は、ＬＤモジュール１１１Ｂからのレーザ光３０１Ｂを反射してダイクロイック鏡１１６に入射する。反射鏡１１５は、ＬＤモジュール１１１Ｃからのレーザ光３０１Ｃを反射してダイクロイック鏡１１７に入射する。
【００５４】
ダイクロイック鏡１１６および１１７は、波長依存性を有する透過率を有し、特定の波長帯域の光のみを透過する。
【００５５】
図４は、ダイクロイック鏡１１６および１１７の透過率と波長との関係を示した図である。図４で示されたように、ダイクロイック鏡１１６の透過率は、波長λａ以下では略１であり、波長λからλａ＋Δの範囲で急峻に下がり、波長λａ＋Δ以上では略０となる。一方、ダイクロイック鏡１１７の透過率は、波長λａ＋Δ以下では略１であり、波長λａ＋Δからλａ＋２Δの範囲で急峻に下がり、波長λａ＋２Δ以上では略０となる。
【００５６】
図２の説明に戻る。ダイクロイック鏡１１６は、レーザ光３０１Ａのうちダイクロイック鏡１１６を透過したレーザ光と、レーザ光３０１Ｂのうちダイクロイック鏡１１６にて反射したレーザ光とが、光軸が一致するように合波されて、ダイクロイック鏡１１７にレーザ光３０２として出射されるように配置される。また、ダイクロイック鏡１１７は、レーザ光３０２のうちダイクロイック鏡１１７を透過したレーザ光と、レーザ光３０１Ｃのうちダイクロイック鏡１１７にて反射したレーザ光とが、光軸が一致するように合波されて、１／２波長板１１８に基本レーザ光３００として出射されるように配置される。これにより、基本レーザ光３００は、レーザ光３０１Ａ〜３０１Ｃを有するレーザ光となる。また、レーザ光３０１Ａ〜３０１Ｃの波長帯域は分離しているので、基本光の波長帯域は分離していることになる。
【００５７】
なお、本実施形態では、基本レーザ光３００の偏光方向は水平方向となる。
【００５８】
１／２波長板１１８は、遅延軸が基本レーザ光３００の偏光方向に対して４５度傾くように配置される。これにより、１／２波長板１１８は、基本レーザ光３００を、偏光方向を鉛直方向に変換して波長変換部１０１に出射することになる。
【００５９】
波長変換部１０１は、素子支持台１３１と、温度制御部１３２と、集光レンズ１３３と、出射光調整レンズ１３４と、分極反転波長変換素子２００とを有する。なお、素子支持台１３１は、基板５０上に配置され、温度制御部１３２、集光レンズ１３３、出射光調整レンズ１３４および分極反転波長変換素子２００は、素子支持台１３１上に配置される。
【００６０】
温度制御部１３２は、ヒートシンクを有する。また、温度制御装置１３２は、分極反転波長変換素子２００の温度を測定し、その温度が一定になるように、自身のヒートシンクの温度を調整する。
【００６１】
集光レンズ１３３は、第一集光部と呼ばれることもある。集光レンズ１３３は、分極反転波長変換素子２００内における基本レーザ光３００の直径の最小値ｄが所望の範囲に含まれるように、基本レーザ光３００を集光して分極反転波長変換素子２００の入射面に入射する。所望の範囲は、５０μｍ≦ｄ≦５００μｍが望ましく、７０μｍ≦ｄ≦１５０μｍがさらに望ましい。
【００６２】
分極反転波長変換素子２００は、周期分極反転構造を有するＰＰＬＮ結晶で形成されたＳＨＧ素子である。周期分極反転構造では、互いに逆向きの分極方向を有する２つの誘電領域が並設されたドメインが複数並設されている。ドメインの長さは、周期分極反転構造の分極反転周期（ドメインピッチ）と呼ばれる。
【００６３】
また、分極反転波長変換素子２００であるＰＰＬＮ結晶は、本実施形態では、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ3：ニオブ酸リチウム）で形成されているものとする。しかしながら、ＰＰＬＮ結晶は、ＬＮに限らず、周期分極反転構造を有する種々の強誘電体材料で形成されていればよい。例えば、ＰＰＬＮ結晶は、ＬＴ（ＬｉＴａＯ3：タンタル酸リチウム）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4：チタン酸リン酸カリウム）およびＫＮ（ＫＮｂＯ3：ニオブ酸カリウム）などで形成されてもよい。
【００６４】
分極反転波長変換素子２００は、集光レンズ１３３を介して入射された基本レーザ光３００の波長帯域を変換して出力レーザ光４００として出射光調整レンズ１３４に出射する。本実施形態では、出力レーザ光４００は緑色のレーザ光であるとする。
【００６５】
出射光調整レンズ１３４は、分極反転波長変換素子２００から出射された出力レーザ光４００を平行光にして出射する。
【００６６】
次に分極反転波長変換素子２００の詳細な説明を行う。
【００６７】
図５は、分極反転波長変換素子２００の構成を示した図である。図５において、分極反転波長変換素子２００は、入射面２０１と、分極反転構造部２０２と、出射面２０３とを有する。
【００６８】
入射面２０１には、基本レーザ光３００が入射される。
【００６９】
分極反転構造部２０２では、分極反転構造を有する複数の周期分極反転領域（以下、単に領域と呼ぶ）が並設されている。
【００７０】
各領域は、基本レーザ光３００のうち、波長帯域が分離された複数の波長成分である複数の基本波のそれぞれの波長を変換して、波長帯域が分離された複数の変換波のそれぞれを出射する。なお、各領域にて波長が変換される基本波の波長帯域のうち、互いに隣接する波長帯域の中央値の差が全て等しいことが望ましい。また、各領域にて波長が変換される波長帯域のうち、互いに隣接する波長帯域の中央値の差δが、０．５μｍ≦δ≦２μｍを満たすことが望ましく、０．８μｍ≦δ≦１．５μｍを満たすことがさらに望ましい。
【００７１】
より具体的には、各領域の分極反転周期が、各基本波と各基本波の第二高調波とが疑似位相整合条件を満たすように、各基本波の波長帯域に応じて定められる。
【００７２】
なお、領域は、基本波と第二高調波とが疑似位相整合条件を満たせば、分極反転構造の分極方向に平行な基本波の電界成分を、第２高調波に変換して出射することが可能になる。したがって、各領域は、基本レーザ光に含まれる基本波のそれぞれの波長を変換して、波長帯域が分離された複数の第２高調波を変換波として出射することになる。以下、変換波を第二高調波として説明する。
【００７３】
図６は、基本波と第二高調波とが疑似位相整合条件を満たすときの、基本波の波長と分極反転周期との関係を示した図である。また、図６では、基本波の波長と分極反転構造部２０２であるＰＰＬＮ結晶の屈折率との関係をさらに示している。
なお、屈折率は実線で表わされ、分極反転周期は点線で表わされている。
【００７４】
なお、分極反転周期および屈折率は温度に応じて変化するので、分極反転波長変換素子２００の温度が変化すると、基本波を第二高調波に変換する変換効率が低下して出力レーザ光４００の光出力パワーが低くなることがある。本実施形態では、上述したように温度制御部１３２が分極反転波長変換素子２００の温度を一定に調整することで、温度変化による出力レーザ光４００の光出力パワーの低下を抑制している。図６では、室温（２０℃）程度における、基本波の波長および分極反転周期の関係が示されている。
【００７５】
図５の説明に戻る。本実施形態では、分極反転構造部２０２は、周期分極反転領域として、３つの領域Ｄ１〜Ｄ３を有している。
【００７６】
出射面２０３は、領域Ｄ１〜Ｄ３にて変換された３つの第二高調波を含む出力レーザ光４００を出射する。なお、出力レーザ光４００では、３つの第二高調波が、同一の光軸に揃えられている。
【００７７】
次に分極反転波長変換素子２００の製造方法の一例について説明する。
【００７８】
先ず、ＬＮで形成されたＬＮ基板を用意する。より具体的には、厚さ２ｍｍ、ＭｇＯ添加濃度５ｍｏｌ％のＺカットＬＮで形成されたＬＮ基板を用意する。なお、ＬＮ基板は、非線形光学定数が大きいので、波長変換効率が高い分極反転波長変換素子２００を実現できる。また、ＬＮ基板の組成は、一致溶融組成であるコングルエント組成でもよいし、定比組成であるストイキオメトリック組成でもよい。
【００７９】
続いて、ＬＮ基板内に分極反転構造を形成させるための電極を、ＬＮ基板の表面に形成する。
【００８０】
より具体的には、ＬＮ基板の厚さ方向の表面の一方（以下、＋Ｚ面と呼ぶ）には、室温付近（２０〜６０℃）において、基本波である波長１０６４ｎｍ帯のレーザ光に対して疑似位相整合が発生するように、７μｍ付近の周期で櫛形電極を形成する。例えば、＋Ｚ面にＴａ薄膜（１００ｎｍ厚)およびＳｉＯ2薄膜(２００ｎｍ厚)を蒸着形成し、それらの膜を、フォトリソグラフィー技術を用いて露光して櫛形電極を形成する。
【００８１】
また、＋Ｚ面に対向するＬＮ基板の表面（以下、−Ｚ面と呼ぶ）に、ベタ電極を形成する。
【００８２】
その後、＋Ｚ面の電位がプラスになり、−Ｚ面の電位がマイナスとなるように、櫛形電極およびベタ電極に高圧電源を接続するとともに、ＬＮ基板を１４０℃にする。そして、高圧電源を用いて、ＬＮ基板の抗電圧以上の電圧（例えば、１０ｋＶ）の電圧パルスをＬＮ基板に印加して、ＬＮ基板に周期分極反転構造を形成する。なお、抗電圧以上の電圧がＬＮ基板に印加されると、ＬＮ基板内の自発分極を電界の方向に揃えることができる。
【００８３】
さらに、ＬＮ基板から所定の長さの分を切り出し、その両端面を光学的に研磨することで、分極反転波長変換素子を形成する。
【００８４】
そして、分極反転波長変換素子の±Ｚ面に垂直な面の一方を入射面２０１とし、その入射面２０１を、基本レーザ光３００の反射を軽減するための反射防止膜として機能する誘電膜でコーティングする。入射面２０１の誘電膜としては、例えば、波長１０６４ｎｍのレーザ光に対して反射率が０．２％以下となり、かつ、波長５３０ｎｍのレーザ光に対して反射率が９０％以上となるものを用いる。
【００８５】
また、分極反転波長変換素子の±Ｚ面に垂直な面の他方の面を出射面２０２とし、その出射面２０２を、出力レーザ光４００の反射を軽減するための反射防止膜として機能する誘電膜でコーティングして、分極反転波長変換素子２００を生成する。出射面２０２の誘電膜としては、５３０ｎｍのレーザ光に対して反射率が０．２％以下となるようなものを用いる。
【００８６】
上記の製造方法を用いて製造された分極反転波長変換素子の一部を、ふっ酸と硝酸との比率が１：３の混合液に浸して選択エッチングを行い、その後、電子顕微鏡で断面を観察した結果、ＬＮ基板の分極反転比率は、理想的な値である５０％に略一致していた。
【００８７】
なお、分極反転波長変換素子２００の製造方法は、上記の例に限らず、適宜変更可能である。
【００８８】
次に分極反転波長変換素子２００のより詳細な説明を行う。
【００８９】
図７は、分極反転波長変換素子２００の外観図である。図７において、分極反転波長変換素子２００は、入射面２０１と、分極反転構造部２０２と、出射面２０３と、誘電膜２０１Ａおよび２０３Ａを有する。なお、分極反転波長変換素子２００は、温度制御部１３２のヒートシンク１３２Ａ上に配置されている。
【００９０】
また、図７では、分極反転構造部２０２のドメインを構成する誘電領域である上方向誘電分極領域２０２Ａおよび下方向誘電分極領域２０２Ｂが示されている。
【００９１】
上方向誘電分極領域２０２Ａの分極方向は、鉛直方向上向きであり、下方向誘電分極領域２０２Ｂの分極方向は、鉛直方向下向きである。
【００９２】
なお、上述したように、第２高調波は、基本波の分極方向に平行な電界成分から発生されるので、基本波の偏光方向と、分極反転構造部２０２の分極方向とが同じであると、基本波を第二高調波に変換する変換効率が最も高くなる。本実施形態では、分極方向は垂直方向であるので、１／２波長板１１８を用いて基本レーザ光３００の偏光方向を垂直方向にしている。
【００９３】
誘電膜２０１Ａは、入射面に形成される。誘電膜２０１Ａでは、基本レーザ光３００の波長帯域の光透過率が高く、出力レーザ光４００の波長帯域の光透過率が低い。このため、誘電膜２０１Ａは、基本レーザ光３００の反射を軽減する反射防止膜として機能する。なお、誘電膜２０１Ａは、第一の反射防止膜の一例である。
【００９４】
誘電膜２０３Ａは、出射面に形成される。誘電膜２０３Ａでは、基本レーザ光３００の波長帯域の光透過率が低く、出力レーザ光４００の波長帯域の光透過率が高い。このため、誘電膜２０３Ａは、出力レーザ光４００の反射を軽減する反射防止膜として機能する。なお、誘電膜２０３Ａは、第二の反射防止膜の一例である。
【００９５】
図８は、分極反転波長変換素子のより詳細な構成を示した図である。図８では、分極反転構造部２０２における、領域Ｄ１〜Ｄ３が示されている。領域Ｄ１〜Ｄ３のそれぞれの相互作用長はＬ１〜Ｌ３とする。なお、相互作用長は、基本レーザ光３００の進行方向に沿った長さである。
【００９６】
領域Ｄ１〜Ｄ３のそれぞれでは、自身が波長を変換する基本波の波長帯域が分割された複数のサブ波長帯域のそれぞれに含まれる波長を変換する複数のサブ領域が並設されている。本実施形態では、領域Ｄ１〜Ｄ３のそれぞれは、３つのサブ領域を有する。より具体的には、領域Ｄ１はサブ領域Ｄ１１〜Ｄ１３を有し、領域Ｄ２はサブ領域Ｄ２１〜Ｄ２３を有し領域Ｄ３はサブ領域Ｄ３１〜Ｄ３３を有する。
【００９７】
サブ領域Ｄ１１〜Ｄ１３のそれぞれの相互作用長を、Ｌ１１〜Ｌ１３とし、サブ領域Ｄ２１〜Ｄ２３のそれぞれの相互作用長は、Ｌ２１〜Ｌ２３とし、サブ領域Ｄ３１〜Ｄ３３のそれぞれの相互作用長は、Ｌ３１〜Ｌ３３とする。本実施形態では、各サブ領域の相互作用長Ｌ１１〜Ｌ３３は、全てＬ0＝１３ｍｍであるとする。
【００９８】
サブ領域Ｄ１１〜Ｄ３３では、自サブ領域を含む領域が波長を変換する基本波の波長帯域が分割された複数のサブ波長帯域のそれぞれに含まれるｎ個の波長成分を変換する。
【００９９】
以下では、サブ領域Ｄ１１〜Ｄ１３にて変換される基本波の波長帯域の中央値であるサブ基本波長のそれぞれを、λD1＝１．０６０００μｍ、λD2＝１．０６０１５μｍ、λD3＝１．０６０３０μｍとし、サブ領域Ｄ２１〜Ｄ２３にて変換されるサブ基本波長のそれぞれをλD4＝１．０６１０５μｍ、λD5＝１．０６１２０μｍ、λD6＝１．０６１３５μｍとし、サブ領域Ｄ３１〜Ｄ３３にて変換されるサブ基本波長のそれぞれを、λD7＝１．０６２１０μｍ、λD8＝１．０６２２５μｍ、λD9＝１．０６２４０μｍとする。
【０１００】
また、サブ領域Ｄ１１〜Ｄ１３の分極反転周期は、図６で示した波長および分極反転周期の関係から、上記のサブ領域にて変換される基本波長が疑似位相整合条件を満たすように決定される。
【０１０１】
ここで、サブ領域で変換される第二高調波について説明する。
【０１０２】
基本レーザ光の進行方向をＬ方向とすると、分極反転波長変換素子が単一の分極反転周期を有する単一変換素子の場合、基本波の第二高調波の電界強度分布Ｅ(2ω)（Ｌ）は、微分方程式
【０１０３】
【数１】
2011154275.tif 000003
【０１０４】
で表わされる。ここで、ｉは虚数単位、ωは基本波の角周波数、μはサブ領域を形成するＰＰＬＮ結晶の透磁率、εはＰＰＬＮ結晶の誘電率、ｄeffはＰＰＬＮ結晶の実効的な非線形光学定数、Ｅ(ω)（Ｌ）は基本波の電界強度である。また、Δｋ（λ）は、波長λの基本波の波数ｋ(ω)の２倍と、第二高調波の波数ｋ(2ω)の差であり、基本波の波長λを用いて、
【０１０５】
【数２】
2011154275.tif 000004
【０１０６】
と表わされる。なお、ｎ0（λ）は、波長λの光におけるＰＰＬＮ結晶の正常光屈折率であり、セルマイヤーの分散式を用いると、
【０１０７】
【数３】
2011154275.tif 000005
【０１０８】
で表わされる。また、疑似位相整合が発生するときの分極反転周期Λは、基本波長λの関数として、
【０１０９】
【数４】
2011154275.tif 000006
【０１１０】
と表わされる。
【０１１１】
数１で示した微分方程式を解くと、
【０１１２】
【数５】
2011154275.tif 000007
【０１１３】
となる。なお、基本波から第二高調波への変換が起こると、基本波の電界強度は減少するが、その変換効率は非常に小さいので、基本波の電界強度が変化しないと仮定して計算した。つまり、基本波の電界強度Ｅ(ω)（Ｌ）を定数Ｅ(ω)とした。
【０１１４】
数５から、第二高調波のスペクトル（電界強度）を表わしたスペクトル変換関数ｆ（λ，λ0，Ｌ0）は、
【０１１５】
【数６】
2011154275.tif 000008
【０１１６】
と表わされる。光強度は電界強度の絶対値の２乗であるので、第二高調波の光強度を表わした光強度変換関数Ｆ0は、
【０１１７】
【数７】
2011154275.tif 000009
【０１１８】
となる。したがって、第二高調波の光出力パワーＰ0は、
【０１１９】
【数８】
2011154275.tif 000010
【０１２０】
となる。ここで、Ｓは、ＰＰＬＮ結晶の断面積であり、Ｐは、基本波の光出力パワーであり、ｃは光速度であり、ε0は真空の誘電率である。数６で示されたように、第二高調波の光出力パワーＰ0は、サブ領域の相互作用長Ｌ0の２乗に比例し、かつ、基本波の光出力パワーＰの２乗に比例している。
【０１２１】
また、分極反転波長変換素子がＮ＋１個のサブ領域を有する場合、単一変換素子がＮ＋１個並設されたものとみなせるので、分極反転波長変換素子からの出力レーザ光の電界強度は、各サブ領域で変換された第二高調波の電界強度の和
【０１２２】
【数９】
2011154275.tif 000011
【０１２３】
で表わされる。なお、各サブ領域で変換された第二高調波の変換波長をλk（ｋ＝０，１，２…Ｎ）とし、各サブ領域の相互作用長をＬkとしている。より具体的には、入射面２０１から近いサブ領域から順に、そのサブ領域で変換された第二高調波の変換波長をλ0、λ1…λNとし、そのサブ領域の相互作用長をＬ0、Ｌ1…ＬNとしている。
【０１２４】
したがって、分極反転波長変換素子のスペクトル変換関数Ｆ（λ，｛λk｝，｛Ｌk｝）は、
【０１２５】
【数１０】
2011154275.tif 000012
【０１２６】
と表される。数１０にて示されたように、スペクトル変換関数は、各サブ領域で発生した第二高調波の干渉を表わす干渉因子
【０１２７】
【数１１】
2011154275.tif 000013
【０１２８】
を有する。このため、出力レーザ光内の各第二高調波の電界強度が他の第二高調波の干渉を受けるので、出力レーザ光の電界強度が基本波の波長変動に対して影響を受けやすくなり、出力レーザ光の光出力パワーが不安定になる。以下、干渉因子を含む各サブ領域のスペクトル変換関数をＦkとする。つまり、
【０１２９】
【数１２】
2011154275.tif 000014
【０１３０】
とする。
【０１３１】
各サブ領域のスペクトル変換関数Ｆkが示すスペクトルの片側の広がり幅Δλは、相互作用長Ｌkに依存する。広がり幅Δλおよび相互作用長Ｌkの関係は、スペクトル変換関数Ｆkがゼロになる条件
【０１３２】
【数１３】
2011154275.tif 000015
【０１３３】
から、
【０１３４】
【数１４】
2011154275.tif 000016
【０１３５】
と表わされる。つまり、相互作用長Ｌおよび広がり幅Δλは互いに反比例する。この広がり幅より、互いに隣接するサブ領域で変換された第二高調波の変換波長λkの差である変換波長間隔Δλk＝λk−λk-1が十分大きければ、各サブ領域で変換された第二高調波の干渉を無視することができる。つまり、
【０１３６】
【数１５】
2011154275.tif 000017
【０１３７】
であれば、各サブ領域で発生した第二高調波の干渉を無視することができる。例えば、第二高調波が十分な光強度となる相互作用長Ｌ0＝１０ｍｍのときの広がり幅Δλは、０．１３ｎｍであるので、変換波長間隔がΔλk≫０．１３ｎｍを満たせば、各サブ領域で発生した第二高調波の干渉を無視できる。
【０１３８】
この場合、スペクトル変換関数Ｆは、
【０１３９】
【数１６】
2011154275.tif 000018
【０１４０】
となる。したがって、分極反転波長変換素子のスペクトル変換関数Ｆは、各サブ領域のスペクトル変換関数Ｆkの和になり、各サブ領域で発生した第二高調波が互いに独立しているとみなせる。この場合、出力レーザ光の光出力パワーは、基本波の波長変動に対して比較的安定する。なお、実験によれば、相互作用長Ｌ0＝１０ｍｍの場合、変換波長λkの間隔Δλk＞０．５ｎｍを満たせば、各サブ領域で変換された第二高調波の干渉を無視でき、それらの第二高調波が互いに独立しているとみなせる。
【０１４１】
図８では、各サブ領域で変換された第二高調波のスペクトルの片側の広がり幅が０．１５ｎｍになるように、上述のように各サブ領域の相互作用長Ｌ0が１３ｍｍに設定されている。
【０１４２】
図９は、分極反転波長変換素子２００の波長変換効率と基本波の波長との関係を示した図である。
【０１４３】
図９で示されたように、分極反転波長変換素子２００では、領域Ｄ１〜Ｄ３のそれぞれに対応する波長変換窓Ｗ１〜Ｗ３が形成される。波長変換窓は、各領域にて変換される基本光の波長帯域である。
【０１４４】
波長変換窓Ｗ１〜Ｗ３の幅は、全て０．４５μｍである。また、波長変換窓Ｗ１およびＷ２の中心波長である基本波長の差は、λＤ５−λＤ２＝１．０６１２０μｍ−１．０６０１５μｍ＝１．０５ｎｍであり、波長変換窓Ｗ２およびＷ３の基本波長の差は、λＤ８−λＤ５＝１．０６２２５μｍ−１．０６１２０μｍ＝１．０５ｎｍである。したがって、分極反転波長変換素子２００では、１．０５ｎｍ間隔の波長変換窓Ｗ１〜Ｗ３が形成される。
【０１４５】
各波長変換窓Ｗ１〜Ｗ３では、その波長変換窓内の基本波の波長変換効率が一定であると、基本波の波長が多少変化しても、変換波の光出力パワーはあまり変化しない。つまり、基本レーザ光３００の波長変化に対して安定した出力レーザ光を得ることができる。以下、波長変換効率が一定である波長変換窓を平坦窓と呼ぶ。
【０１４６】
各領域Ｄ１〜Ｄ３に対応する波長変換窓を平坦窓にするためには、その領域内のサブ領域で変換される出射光の変換波長λkを、そのサブ領域に隣接するサブ領域のスペクトル変換関数Ｆk-1がゼロになる波長に設定すればよい。したがって、入射レーザ光が１０６０ｎｍ帯の場合、変換波長間隔Δλkと相互作用長Ｌ0とが
【０１４７】
【数１７】
2011154275.tif 000019
【０１４８】
を満たせば、各領域Ｄ１〜Ｄ３に対応する波長変換窓を平坦窓にすることができる。
【０１４９】
図１０は、波長変換窓が平坦窓となるときの、相互作用長Ｌ0および変換波長間隔Δλkの関係を示した図である。図１０において、丸点は、シミュレーションから求められた平坦窓が得られた点である。図１０で示された相互作用長Ｌ0と変換波長間隔Δλkの関係は、数１７で示された相互作用長Ｌ0と変換波長間隔Δλkの関係と合致している。なお、サブ領域の数は平坦窓が得られる条件に影響を与えない。
【０１５０】
図１１〜図１３のそれぞれは、サブ領域の数が９個の領域における波長変換効率の波長依存性を示した図である。図１１〜図１３のそれぞれでは、サブ領域の相互作用長を１２ｍｍ、１３ｍｍおよび１４ｍｍとしている。また、変換波長間隔Δλkを０．１５ｎｍとしている。
【０１５１】
図１１〜図１３で示されたようにサブ領域の数が９であっても、変換波長間隔Δλkが０．１５ｎｍの場合、相互作用長が１３ｍｍの場合にのみ平坦窓を得ることができる。
【０１５２】
図１４および図１５は、分極反転波長変換素子の波長変換スペクトラムを示した図である。より具体的には、図１４は、相互作用長が１０ｍｍの９個の波長変換窓を有し、各変換波長間隔が１．０ｎｍの分極反転波長変換素子の波長変換スペクトラムを示し、図１５は、相互作用長が１０ｍｍの９個の波長変換窓を有し、各変換波長間隔が０．５ｎｍの分極反転波長変換素子の波長変換スペクトラムを示す。
【０１５３】
図１４および図１５で示されたように、変換波長間隔が狭いと、平坦窓が得られず、第二高調波の光強度が低下するとともに、出力レーザ光による投射画像のスペックルが増加する。これは、スペクトル変換関数の干渉因子の影響のためである。本実施形態では、スペックルを低減するためには、波長間隔が０．５ｎｍ以上が望ましく、さらには、１ｎｍ以上が望ましい。
【０１５４】
次に、スペックルコントラストについて説明する。
【０１５５】
我々はスペックルに関する詳細な研究を行い、一般に、波長がそれぞれ異なる複数の単波長レーザ光を同一の光軸で合波させた多重レーザ光のスペックルコントラストは、多重レーザ光の各波長λkの光強度をａk（ｋ＝１、２…Ｎ）とすると、スペックルパターンの相関関数Ｃｏｒ（λｋ、λｉ）を用いて、
【０１５６】
【数１８】
2011154275.tif 000020
【０１５７】
と表わすことができることに気付いた。なお、Ｃ0は、単波長レーザ光のスペックルコントラストである。さらに、我々は実験から、相関関数が指数関数で表記できることを見出した。したがって、多重レーザ光のスペックルコントラストは、
【０１５８】
【数１９】
2011154275.tif 000021
【０１５９】
と表わされる。ここで、μを波長相関長と呼ぶ。波長相関長は、一般的に、単波長レーザ光の波長に依存する。数１９で示されたように、波長相関長が２倍になると、相関関数の値は、１／ｅ2倍になる。
【０１６０】
多重レーザ光に含まれる単波長レーザ光の波長間隔が広くなるにつれ、各単波長レーザ光の相関が低くなるので、多重レーザ光のスペックルパターンが平均化され、スペックルコントラストが減少する。波長相関長が低い極限では、多重レーザ光のスペックルコントラストは、
【０１６１】
【数２０】
2011154275.tif 000022
【０１６２】
となる。数２０で示されたように、多重レーザ光の光強度を一定にした場合、各単波長レーザ光の光強度が全て等しいとき、スペックルコントラストが最小となる。
【０１６３】
一方、相関長が大きい極限では、Ｃ＝Ｃ0となる。これは、単波長レーザ光が別々の光源から出射されたレーザ光であっても、同一波長であれば、スペックルコントラストを減少することができないことを意味する。
【０１６４】
また、単波長レーザ光の波長が長くなるにつれ、波長相関長は長くなる。波長が大きいと波長相関長が大きくなる原因は、波長が大きいと、スペックルの各斑点が大きくなるため、スペックルパターンが平均化されにくくなるためである。
【０１６５】
多重レーザ光内の単波長レーザ光が二つあり、各単波長レーザ光の光強度をａ１およびａ２をともに１／２とし、単波長レーザ光の波長差をδλとすると、多重レーザ光のスペックルコントラストＣは、数１９から
【０１６６】
【数２１】
2011154275.tif 000023
【０１６７】
となる。したがって、多重レーザ光のスペックルコントラストと、単波長レーザ光のスペックルコントラストの変化率ΔＣ/Ｃ0は、
【０１６８】
【数２２】
2011154275.tif 000024
【０１６９】
と表わされる。数２２と実験結果とを比較することにより、波長相関長が求められる。なお、このようにして求められた波長相関長は、単波長レーザ光が二つの場合に限らず、一般的な多重レーザ光でも同じ値になる。
【０１７０】
図１６は、スペックルコントラストの変化率ΔＣ/Ｃ0と波長差δλとの関係を示した図である。図１６では、多重レーザ光の周波数帯が１０６２ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯、６３０ｎｍ帯および４０２ｎｍ帯のそれぞれにおけるスペックルコントラストの変化率ΔＣ/Ｃ0と波長差δλとの関係が示されている。なお、緑色の多重レーザ光である、周波数帯が５３０ｎｍ帯の場合、波長相関長μは０．２３μｍ程度である。
【０１７１】
図１６で示されたように、緑色の多重レーザ光の場合、波長差δλが０．２５ｎｍ以上になると、多重レーザ光内の２つの単波長レーザ光に相関性が小さくなり、スペックルコントラストが減少する。特に波長差δλが０．５ｎｍ以上になると、スペックルコントラストの減少率が高くなる。
【０１７２】
以上説明したように、スペックルの低い緑色のレーザ光には、
１．波長帯域が分離された複数の単波長レーザ光が多重されていること（つまり、複数の波長ピークを有すること）
２．各単波長レーザ光の波長ピークの波長差が０．２５ｎｍ以上（さらに望ましくは、０．５ｎｍ以上）であること
が必要となる。さらに、緑色のレーザ光は、
３．各波長ピークの波長差が全て等しいこと
４．各単波長レーザ光の波長強度分布が均一であること
を満たせば、スペックルをより低くすることができる。
【０１７３】
上記の各条件を満たす緑色のレーザ光を、分極反転波長変換素子２００から出力レーザ光４００として出射させるためには、基本レーザ光３００に緑色のレーザ光の２倍の波長が必要となるので、基本レーザ光３００内の各基本波の基本波長の差が０．５ｎｍ以上（より望ましくは１ｎｍ以上）である必要がある。また、緑色のレーザ光の波長帯域は５２０ｎｍ〜５４０ｎｍなので、緑色の多重レーザ光の各波長ピークの波長差を０．５ｎｍ以上にする場合、波長ピークの数が４０以下となる。このように、波長帯域が限られているので、波長ピークの波長差を等しくすることで、効果的にスペックルを低減することが可能になる。
【０１７４】
分極反転波長変換素子２００は、１．０４０μｍ〜１．０８０μｍの範囲に含まれる複数の入射光のそれぞれを第二高調波に変換している。また、分極反転波長変換素子２００では、１．複数の波長変換窓が形成され、２．各波長変換窓の波長の中心波長の差が１ｎｍ程度であり、３．その中心波長の差が全て等しい。
【０１７５】
よって、分極反転波長変換素子２００は、１．０４０μｍ〜１．８０μｍの範囲に含まれる波長を有する複数の入射光を、１．複数の波長ピークを有し、２．各波長ピークの波長差が０．５ｎｍ以上であり、３．各波長ピークの波長差が全て等しい出射光に変換することができる。また、分極反転波長変換素子２００では、各サブ領域の相互作用長が同じであるので、ＬＤモジュール１１１Ａ〜１１１Ｃから出射される光ビームの光強度を等しくすることで、出射光の波長強度分布を均一にすることができる。
【０１７６】
したがって、分極反転波長変換素子２００を用いることで、スペックルの低い緑色のレーザ光を得ることができる。
【０１７７】
図１７は、単一の波長変換窓を形成する分極反転波長変換素子の波長変換スペクトルと、複数の波長変換窓を形成する分極反転波長変換素子２００との波長変換スペクトルを比較するための図である。
【０１７８】
図１７では、分極反転波長変換素子２００の各サブ領域の相互作用長は７ｍｍであるとしている。また、波長変換窓は、１ｎｍ間隔で９個ある。分極反転波長変換素子２００の素子長は６３ｍｍとなる。この場合、８ｎｍの波長幅が得られる。一方、従来の分極反転波長変換素子では、２８波長分の波長変換領域が必要となるので、素子長が１９６ｍｍになる。
【０１７９】
したがって、分極反転波長変換素子２００の素子長を従来短くすることができる。なお、従来の分極反転波長変換素子では、素子長が長いために、単一のＬＮ基板から分極反転波長変換素子を製造することが難しいが、分極反転波長変換素子２００では、それも容易になる。
【０１８０】
緑色のレーザ光をＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを用いて、水平走査周波数１０ｋＨｚかつ垂直走査周波数６０Ｈｚで走査して拡散板に投射した。その拡散板に映った走査像のスペックルパタ−ンを、人間の眼の光学的な構造を模擬したＣＭＯＳカメラで撮影し、画像処理してスペックルコントラストを求めた。なお、緑色のレーザ光が単一波長のレーザ光の場合、走査像のスペックルコントラストは２５％であった。
【０１８１】
高周波ＬＤドライバ電源１１２が高周波重畳駆動を行っていない場合、基本レーザ光３００のスペクトルは、図１８で示したスペクトルとなり、出力レーザ光４００のスペクトルは、図１９で示したスペクトルとなる。
【０１８２】
この場合、分極反転波長変換素子２００からの出力レーザ光４００による走査像のスペックルコントラストは１４．４％であった。したがって、スペックルコントラストの低減率は、４２％となる。
【０１８３】
また、高周波ＬＤドライバ電源１１２が高周波重畳駆動を行っている場合、出力レーザ光４００のスペクトルは、図２０で示したスペクトルとなる。この場合、出力レーザ光４００による走査像のスペックルコントラストは１２．５％であった。したがって、スペックルコントラストの低減率は、５０％となる。
【０１８４】
図２１は、単一変換素子からの出力レーザ光のスペクトルを示した図である。この波長変換素子には、高周波重畳駆動が行われて生成されたレーザ光が入射されている。
【０１８５】
この場合、単一変換素子からの出力レーザ光による走査像のスペックルコントラストは２０％であった。したがって、スペックルコントラストの低減率は２０％とかなり低かった。
【０１８６】
本実施形態によれば、分極反転構造部２０２では、分極反転構造を有する領域Ｄ１〜Ｄ３が並設されている。入射面２０１に入射した基本レーザ光３００のうち、波長帯域が分離された複数の基本波のそれぞれの波長を変換して、波長帯域が分離された複数の変換波のそれぞれを出射する。また、分極反転構造部２０２の各領域から出射された変換波を含む出力レーザ光４００が出射面２０２から出射される。
【０１８７】
この場合、領域Ｄ１〜Ｄ３のそれぞれにて波長帯域が分離された複数の基本波のそれぞれの波長が変換されて、波長帯域が分離された複数の変換波のそれぞれが出射される。そして、それらの変換波を含む出力レーザ光４００が出射される。このため、光出力パワーが高い出力レーザ光４００を出射しつつ、スペックルコントラストを十分に低くすることが可能になる。
【０１８８】
また、本実施形態では、領域Ｄ１〜Ｄ３では、自身が波長を変換する基本波の波長帯域が３分割された３個のサブ波長帯域のそれぞれに含まれる基本波を変換する３個のサブ領域が並設される。また、各サブ領域の相互作用長｛Ｌk[ｍｍ]｝と、互いに隣接するサブ波長帯域の中央値の間隔である変換波長間隔｛Δλk｝とが数１７を満たす。
【０１８９】
この場合、各領域の波長変換効率が一定することが可能になるので、基本レーザ光３００の波長変化による出力レーザ光４００の光出力パワーの劣化を軽減することが可能になる。
【０１９０】
また、本実施形態では、領域Ｄ１〜Ｄ３のそれぞれにて波長が変換される基本波の波長帯域のうち、互いに隣接する波長帯域の中央値の差が全て等しい。この場合、スペックルの低減率をより高くすることが可能になる。
【０１９１】
また、本実施形態では、各領域にて波長が変換される波長帯域のうち、互いに隣接する波長帯域の中央値の差δが、０．５μｍ≦δ≦２μｍ、または、０．８μｍ≦δ≦１．５μｍを満たす。この場合、出力レーザ光４００内の各第二高調波の相関を低くすることが可能になり、スペックルの低減率をより高くすることが可能になる。
【０１９２】
次に本発明の第２の実施形態について説明する。
【０１９３】
図２２は、本実施形態のレーザ光源の構成を示したブロック図である。図２２では、レーザ光源では、光出力部１００は、図２で示した構成に加えて、ＬＤモジュール１１１Ｄおよび反射鏡１１９をさらに有する。また、レーザ光源は、反射鏡１１５の代わりにダイクロイック鏡１１５Ａを有し、分極反転波長変換素子２００の代わりに、導波路型の分極反転波長変換素子である分極反転波長変換素子５００を有する。
【０１９４】
ＬＤモジュール１１１Ｄは、ＬＤモジュール１１１Ａ〜１１１Ｃと同じ構成を有する。ＬＤモジュール１１１Ｄは、高周波ＬＤドライバ電源１１２にて行われる高周波重畳駆動に応じたレーザ光３０１Ｄを出射する。
【０１９５】
反射鏡１１９は、ＬＤモジュール１１１Ｄからのレーザ光３０１Ｄを反射してダイクロイック鏡１１５Ａに入射する。
【０１９６】
ダイクロイック鏡１１５Ａは、ダイクロイック鏡１１６および１１７と同様に波長依存性を有する透過率を持つ。より具体的には、ダイクロイック鏡１１５Ａの透過率は、波長λａ＋２Δ以下では略１であり、波長λａ＋２Δからλａ＋３Δの範囲で急峻に下がり、波長λａ＋３Δ以上では略０となる。
【０１９７】
ダイクロイック鏡１１５Ａは、レーザ光３０１Ｄのうちダイクロイック鏡１１５Ａを透過したレーザ光と、レーザ光３０１Ｃのうちダイクロイック鏡１１５Ａにて反射したレーザ光とが、光軸が一致するように合波されてダイクロイック鏡１１７にレーザ光３０３として出射されるように配置される。また、ダイクロイック鏡１１７は、レーザ光３０２のうちダイクロイック鏡１１７を透過したレーザ光と、レーザ光３０３のうちダイクロイック鏡１１７にて反射したレーザ光とが、光軸が一致するように合波されて、１／２波長板１１８に基本レーザ光３００として出射されるように配置される。このため、本実施形態では、基本レーザ光３００は、４つの波長ピークを有することになる。
【０１９８】
図２３は、分極反転波長変換素子５００の外観図である。図２３において、分極反転波長変換素子５００は、図７で示した構成に加えて、基本レーザ光３００を所定の断面積の空間に閉じ込めて伝搬させるための導波路５０１をさらに有する。導波路５０１は、分極反転構造部２０２に形成される。
【０１９９】
導波路５０１の幅は４μｍより小さいと、基本レーザ光３００を導波路５０１に導くための光結合効率が低下し、さらには、分極反転波長変換素子５００を形成するＰＰＬＮ結晶に光損傷が生じやすくなる。また、導波路５０１の幅が６μｍより大きいと、分極反転波長変換素子５００で発生した第二高調波がマルチモードになりやすい。このため、導波路５０１の幅は、４μｍ〜６μｍであることが望ましい。
【０２００】
図２４は、分極反転波長変換素子５００の構成を示した図である。図５において、分極反転波長変換素子５００は、入射面２０１と、分極反転構造部２０２と、出射面２０３と、導波路５０１とを有する。
【０２０１】
本実施形態では、分極反転構造部２０２は、領域Ｄ１〜Ｄ４を有する。領域Ｄ１〜Ｄ４のそれぞれは、第一の実施形態と同様に、３つのサブ領域を有する。
【０２０２】
以下、領域Ｄ４のサブ領域のそれぞれをサブ領域Ｄ４１〜Ｄ４３とする。また、領域Ｄ４の相互作用長をＬ４とし、サブ領域Ｄ４１〜Ｄ４３のそれぞれの相互作用長をＬ４１〜Ｌ４３とする。また、各サブ領域の相互作用長Ｌ１１〜Ｌ４３は、全て等しく、Ｌ0＝１３ｍｍであるとする。
【０２０３】
さらに、サブ領域Ｄ１１〜Ｄ１３にて変換される基本波長のそれぞれを、第１の実施形態と同様に、λD1＝１．０６０００μｍ、λD2＝１．０６０１５μｍ、λD3＝１．０６０３０μｍとし、サブ領域Ｄ２１〜Ｄ２３にて変換される基本波長のそれぞれを、第１の実施形態と同様に、λD4＝１．０６１０５μｍ、λD5＝１．０６１２０μｍ、λD6＝１．０６１３５μｍとする。また、サブ領域Ｄ３１〜Ｄ３３にて変換される基本波長のそれぞれを、λD7＝１．０６２２５μｍ、λD8＝１．０６２４０μｍ、λD9＝１．０６２５５μｍとし、サブ領域Ｄ４１〜Ｄ４３にて変換される基本波長のそれぞれを、λD10＝１．０６３４５μｍ、λD11＝１．０６３６０μｍ、λD12＝１．０６３７５μｍとする。
【０２０４】
図２５は、分極反転波長変換素子５００の波長変換効率の波長依存性を示した図である。図２５で示されたように、分極反転波長変換素子５００では、領域Ｄ１〜Ｄ４のそれぞれに対応する波長変換窓Ｗ１〜Ｗ４が形成される。
【０２０５】
波長変換窓Ｗ１〜Ｗ４の幅は、全て０．４５μｍである。また、波長変換窓Ｗ１およびＷ２の波長間隔は、１．０５ｎｍであり、波長変換窓Ｗ２およびＷ３の波長間隔は、１．２ｎｍであり、波長変換窓Ｗ３およびＷ４の波長間隔は、１．２ｎｍである。このように分極反転波長変換素子５００は、第一の実施形態で説明した分極反転波長変換素子２００と異なり、波長変換窓は等間隔になっていないが、各波長変換窓に幅があるので、基本レーザ光３００の波長変化による出力レーザ光４００の光出力パワーの劣化を軽減することが可能になる。
【０２０６】
次に導波路５０１の製造方法の一例について説明する。
【０２０７】
導波路５０１は、以下に述べるプロトン交換法を用いて形成した。なお、導波路５０１の幅は、４μｍ〜６μｍであり、導波路５０１の深さは、２μｍ〜４μｍである。
【０２０８】
ＬＮで形成されたＬＮ基板を用意し、そのＬＮ基板の＋Ｚ面にクロム膜を蒸着する。そして、フォトリソグラフィー技術を用いて、光導波路の幅と長さに合わせた開口部を有するプロトン交換用マスクを形成する。
【０２０９】
次に、ＬＮ基板を２００℃の安息香酸（Ｃ6Ｈ5ＣＯＯＨ）の溶融液に浸す浸漬処理を１２０分間行い、ＬＮ基板のプロトン交換を行う。なお、プロトン交換溶融液である安息香酸の溶融液は、安息香酸５００ｇに１ｍｏｌ％のリチウム安息香酸Ｃ6Ｈ5ＣＯＯＬｉ）を添加し、その添加物をガラス容器内で溶融して調製する。この添加物の融解温度は、安息香酸の沸点２４９℃より低いため、ガラス容器の上面を開放させた状態で基板の浸漬処理がなされる。
【０２１０】
ここで、プロトン交換による誘起欠陥は、リチウム安息香酸（Ｃ6Ｈ5ＣＯＯＬｉ）を用いて安息香酸にリチウムを補うことで低減する。また、プロトン交換法により、ＬＮ基板中のＬｉ＋と安息香酸の溶融液中のＨ+とが交換することで、ＬＮ基板の表面にステップ型の高屈折率領域を導波路として形成することができる。
【０２１１】
ＬＮ基板の浸漬処理を１２０分間行うと、ＬＮ基板を安息香酸の溶液から取り出し、そのＬＮ基板からプロトン交換用マスクを除去する。その後、ＬＮ基板の高屈折領域を基板内部に拡散させて、高屈折領域内のＨ＋濃度を最適化することで屈折率分布を最適化するために、ＬＮ基板を３５０℃で１２０分間加熱処理を行う。
【０２１２】
さらに、ＬＮ基板から所定の長さ分を切り出し、その両端面を光学的に研磨することで、分極反転波長変換素子を形成する。そして、分極反転波長変換素子の±Ｚ面に垂直な面の一方を入射面とし、その入射面を、波長１０６４ｎｍのレーザ光に対して反射率が０．２％以下となり、かつ、波長５３０ｎｍのレーザ光に対して反射率が９０％以上となるように誘電膜でコーティングする。
【０２１３】
次にスペックルの低減率について評価する。
【０２１４】
高周波ＬＤドライバ電源１１２が高周波重畳駆動を行っていない場合、出力レーザ光４００の走査像のスペックルコントラストは、１２．５％である。したがって、緑色のレーザ光が単一波長のレーザ光の場合における走査像のスペックルコントラストが２５％であるので、本実施形態の光源のスペックルコントラストの低減率は、５０％であった。これは、緑のレーザ光が、波長がそれぞれ異なる４つのレーザ光が独立している場合と一致する。
【０２１５】
また、高周波ＬＤドライバ電源１１２が高周波重畳駆動を行った場合、出力レーザ光４００のスペックルは、図２６で示したスペクトルとなる。この場合、出力レーザ光による走査像のスペックルコントラストは、１１．２％であった。したがって、スペックルコントラストの低減率は、５５．２％である。
【０２１６】
次に第３の実施形態について説明する。
【０２１７】
第１および第２の実施形態では、基本レーザ光３００に含まれる基本波の光強度が等しい場合について説明したが、本実施形態では、基本波の光強度が異なる場合について説明する。
【０２１８】
分極反転波長変換素子から出力される第二高調波の光強度は、基本波の光強度の２乗に比例するため、基本波における光強度が低い波長成分に対応する第二高調波の光強度が顕著に低くなるため、第二高調波の波長幅が小さくなる。このため、スペックルの低減率が低くなる。
【０２１９】
上記の問題を解決するために、本実施形態の分極反転波長変換素子では、各領域が、各基本波の光強度と基本レーザ光のビームウエストの位置とに応じて、各領域から出射される第二高調波のピーク波長の光強度が均一になるように、基本レーザ光の進行方向に沿って配列される。より具体的には、各領域は、光強度が高い基本波ほど、基本レーザ光の直径の大きい位置で波長が変換されるように配列される。
【０２２０】
先ず、分極反転波長変換素子に入射される基本レーザ光の形状について説明する。
【０２２１】
図２７は、基本レーザ光の波長スペクトルの一例を示した図である。図２７で示したように、基本レーザ光の波長スペクトルの広がり幅σは、３ｎｍである。広がり幅σは、光強度が最大値の波長から、光強度が最大値の１／ｅとなる波長までの長さである。
【０２２２】
図２８は、ＰＰＬＮ結晶中のレーザ光のビーム形状を示した図であり、図２９は、空気中のレーザ光のビーム形状を示した図である。図２８および図２９では、緑色レーザ光（波長：５３０ｎｍ）のビーム形状と、赤外線レーザ光（波長：１０６０ｎｍ）のビーム形状とが示されている。
【０２２３】
図２８および図２９で示されたように、レーザ光は、波長が小さいほど、ビーム径の広がりが小さくなる。また、ＰＰＬＮ結晶の屈折率は空気の屈折率より高いので、ＰＰＬＮ結晶中のレーザ光の口径の広がりは、空気中のレーザ光の口径の広がりよりも小さい。
【０２２４】
図３０は、ＰＰＬＮ結晶中のレーザ光のビーム形状と、レーザ光のビームウエスト幅との関係を示した図である。図３０では、ビームウエスト幅が５０μｍ、１００μｍおよび１５０μｍの場合における、レーザ光のビーム形状が示されている。図３０で示されたように、ウエスト幅が小さくなるほど、レーザ光の口径の広がりは大きくなるが、ウエスト幅が１００μｍおよび１５０μｍの場合、レーザ光の口径はあまり差がない。
【０２２５】
次に、本実施形態のレーザ光源について説明する。
【０２２６】
図３１は、本実施形態のレーザ光源の構成を示したブロック図である。図３１において、レーザ光源は、光出力部６００と、波長変換部６０１とを有する。なお、光出力部６００および波長変換部６０１は、基板５０上に配置されている。
【０２２７】
光出力部６００は、ＬＤモジュール６１１と、高周波ＬＤドライバ電源６１２と、温度制御部６１３と、１／２波長板６１４とを有する。
【０２２８】
ＬＤモジュール６１１は、ＬＤチップ６２１と、コリメータレンズ６２２と、ヒートシンク６２３とを有する。
【０２２９】
ＬＤチップ６２１は、複数の波長ピークを有する多波長赤外線レーザ光である基本レーザ光３５０を出射する。なお、本実施形態では、基本レーザ光３５０の波長ピークは９個あるものとする。
【０２３０】
コリメータレンズ６２２は、ＬＤチップ６２１から出力された基本レーザ光３５０を平行光にして出力する。ヒートシンク６２３は、ＬＤチップ６２１にて発生された熱を拡散する。
【０２３１】
高周波ＬＤドライバ電源６１２は、駆動部と呼ばれることもある。高周波ＬＤドライバ電源６１２は、ＬＤモジュール６１１の高周波重畳駆動を行って、ＬＤモジュール６１１から基本レーザ光３５０を出射させる。
【０２３２】
図３２は、基本レーザ光３５０のスペクトルを示した図である。図３２で示されたように、基本レーザ光３５０は、波長間隔が１ｎｍの波長ピークλ1〜λ9を有する。なお、λ1＜λ2＜λ3＜λ4＜λ5＜λ6＜λ7＜λ8＜λ9を満たす。また、基本レーザ光３５０のスペクトルの広がり幅σは、４ｎｍである。
【０２３３】
図３１の説明に戻る。温度制御部６１３は、ＬＤモジュール６１１内のＬＤチップ６２１の温度を測定し、その温度が一定になるように、ＬＤモジュール６１１内のヒートシンク６２３の温度を調整する。
【０２３４】
１／２波長板６１４は、多波長赤外線レーザ光を、偏光方向を鉛直方向に変換して波長変換部６０１に出射する。
【０２３５】
波長変換部６０１は、素子支持台６３１と、温度制御部６３２と、集光レンズ６３３と、出射光調整レンズ６３４と、分極反転波長変換素子７００とを有する。なお、温度制御部６３２、集光レンズ６３３、出射光調整レンズ６３４および分極反転波長変換素子７００は、素子支持台６３１上に配置される。
【０２３６】
温度制御部６３２は、ヒートシンクを有し、そのヒートシンクを用いて分極反転波長変換素子７００の温度を一定に制御する。
【０２３７】
集光レンズ６３３は、第一集光部と呼ばれることもある。集光レンズ６３３は、基本レーザ光３５０を第一の所望の口径に集光して分極反転波長変換素子７００の入射面に入射する。
【０２３８】
分極反転波長変換素子７００は、バルク型のＳＨＧ素子であり、周期的分極構造を有する。分極反転波長変換素子７００は、集光レンズ６３３を介して入射された基本レーザ光３５０の波長を変換して出力レーザ光４５０として出射光調整レンズ１３４に出射する。
【０２３９】
出射光調整レンズ６３４は、分極反転波長変換素子７００から出射された出力レーザ光４５０を平行光にして出射する。
【０２４０】
図３３は、分極反転波長変換素子７００のより詳細な構成を示した図である。図３３において、分極反転波長変換素子７００は、入射面７０１と、分極反転構造部７０２と、出射面７０３とを有する。
【０２４１】
入射面７０１には、基本レーザ光３５０が入射される。
【０２４２】
分極反転構造部７０２では、分極反転構造を有する複数の領域が並設されている。各領域は、基本レーザ光３５０のうち、波長帯域が分離された複数の波長成分である複数の基本波のそれぞれの波長を変換して、波長帯域が分離された複数の変換波のそれぞれを出射する。
【０２４３】
図３３では、分極反転構造部７０２は、分極反転周期構造を有する９個の領域Ｄ１〜Ｄ９が並設されている。なお、領域Ｄ１〜Ｄ９の相互作用長は、全て１０ｍｍ（＝Ｌ0）である。
【０２４４】
領域Ｄ１〜Ｄ９のそれぞれにて波長が変換される基本波の基本波長は、領域Ｄ１から順にλ1、λ2…λ9となっている。したがって、領域Ｄ１は、波長λ1の基本波と疑似位相整合し、領域Ｄ２は、波長λ2の基本波と疑似位相整合し、領域Ｄ３は、波長λ3の基本波と疑似位相整合し、領域Ｄ４は、波長λ4の基本波と疑似位相整合し、領域Ｄ５は、波長λ5の基本波と疑似位相整合し、領域Ｄ６は、波長λ6の基本波と疑似位相整合し、領域Ｄ７は、波長λ7の基本波と疑似位相整合し、領域Ｄ８は、波長λ8の基本波と疑似位相整合し、領域Ｄ９は、波長λ9の基本波と疑似位相整合するように、分極反転構造部７０２の分極反転周期が設定されている。なお、各領域は、４０℃で疑似位相整合するように設定されている。
【０２４５】
領域Ｄ１〜Ｄ９が、各基本波の光強度と基本レーザ光３５０のビームウエストの位置とに応じて、領域Ｄ１〜Ｄ９から出射される第二高調波のピーク波長の光強度が均一になるように、基本レーザ光３５０の進行方向に沿って配列される。より具体的には、各領域は、光強度が高い基本波ほど、基本レーザ光３５０の直径の大きい位置で波長が変換されるように配列される。図３３では、入射面７０１から順に、領域Ｄ５、Ｄ４、Ｄ３、Ｄ２、Ｄ１、Ｄ９、Ｄ８、Ｄ７、Ｄ６の順に配列されている。
【０２４６】
図３３では、領域Ｄ１〜Ｄ９にて変換される基本波の基本波長は、入射面７０１からλ5、λ4、λ3、λ2、λ1、λ9、λ8、λ7、λ6の順番に並んでいる。したがって
集光レンズ６３３は、基本レーザ光３５０のビームウエストが領域Ｄ５およびＤ６の境界に位置するように設けられる。なお、基本レーザ光３５０のビームウエスト幅が１００μｍの場合、入射面７０１における基本レーザ光３５０の口径（直径）は、３１０μｍとなり、基本レーザ光３５０のビームウエスト幅が５０μｍの場合、入射面７０１における基本レーザ光３５０の口径は、６１０μｍとなる。
【０２４７】
図３４は、分極反転波長変換素子７００の波長変換効率と基本波の波長との関係を示した図である。図３４で示されたように、波長変換効率は、領域Ｄ１〜Ｄ９のそれぞれに対応する９個のピークを有する。
【０２４８】
次にスペックルについて説明する。
【０２４９】
先ず、基本レーザ光３５０の波長スペクトルの広がり幅σが４ｎｍである場合について説明する。
【０２５０】
図３５は、出力レーザ光４５０の投射画像のスペックルコントラストおよび出力レーザ光４５０の光出力パワーと、基本レーザ光３５０のビームウエスト幅との関係を示した図である。なお、図３５において、実線は、スペックルコントラストを示し、点線は、光出力パワーを示す。
【０２５１】
図３５で示されたように、スペックルコントラストは、ビームウエスト幅が８０〜１００μｍの場合に最小となる。また、光出力パワーはビームウエスト幅が１００〜１３０μｍの場合に最大となる。
【０２５２】
また、ビームウエスト幅が５０μｍの場合、スペックルコントラストは１０．１％であり、光出力パワーは１８．６ｍＷである。また、ビームウエスト幅が１００μｍの場合、スペックルコントラストは８．４％であり、光出力パワーは３０ｍＷである。さらに、ビームウエスト幅が１５０μｍの場合、スペックルコントラストは８．９％であり、光出力パワーは２８．１ｍＷである。
【０２５３】
図３６〜図３８は、出力レーザ光４５０のスペクトルを示した図である。なお、図３６では、出力レーザ光４５０のビームウエスト幅が５０μｍであり、図３７では、出力レーザ光４５０のビームウエスト幅が１００μｍであり、図３８では、出力レーザ光４５０のビームウエスト幅が１５０μｍである。
【０２５４】
図３６〜図３８で示されたように、ビームウエスト幅が１００μｍの場合、出力レーザ光４５０の光強度分布は比較的均一になる。
【０２５５】
次に、基本レーザ光３５０の波長スペクトルの広がり幅σが３ｎｍである場合について説明する。
【０２５６】
図３９は、広がり幅σが３ｎｍの基本レーザ光３５０の波長スペクトルを示した図である。また、図４０は、出力レーザ光４５０の投射画像のスペックルコントラストおよび出力レーザ光４５０の光出力パワーと、基本レーザ光３５０のビームウエスト幅との関係を示した図である。なお、図４０において、実線は、スペックルコントラストを示し、点線は、光出力パワーを示す。
【０２５７】
図４０で示されたように、スペックルコントラストは、ビームウエスト幅が５０〜６０μｍの場合に最小となる。また、光出力パワーはビームウエスト幅が１２０〜１５０μｍの場合に最大となる。
【０２５８】
また、ビームウエスト幅が５０μｍの場合、スペックルコントラストは８．４％であり、光出力パワーは１２ｍＷである。また、ビームウエスト幅が１００μｍの場合、スペックルコントラストは９．２％であり、光出力パワーはが２７ｍＷである。ビームウエスト幅が１５０μｍの場合、スペックルコントラストは１０．０％であり、光出力パワーは２９．８ｍＷである。
【０２５９】
図４１〜図４３は、出力レーザ光４５０の波長スペクトルを示した図である。なお、図４１では、出力レーザ光４５０のビームウエスト幅が５０μｍであり、図４２では、出力レーザ光４５０のビームウエスト幅が１００μｍであり、図４３では、出力レーザ光４５０のビームウエスト幅が１５０μｍである。
【０２６０】
図４１〜図４３で示されたように、ビームウエスト幅が５０μｍの場合、出力レーザ光４５０の光強度分布が比較的均一になったが、光出力パワーは比較的小さい。また、基本レーザ光３５０の波長スペクトルの広がり幅σが４ｎｍの場合と比べて、ビームウエスト幅を大きくした時の、スペックルコントラストの増加率が高い。しかしながら、ビームウエスト幅を小さくすると、光出力パワーが非常に小さくなるので、基本レーザ光３５０の波長スペクトルの広がり幅σが３ｎｍの場合、スペックルコントラストがやや高くなるが、ビームウエスト幅は１００μｍ程度がよい。
【０２６１】
次に基本レーザ光３５０の波長スペクトルの広がり幅σが５ｎｍである場合について説明する。
【０２６２】
図４４は、広がり幅σが５ｎｍの基本レーザ光３５０の波長スペクトルを示した図である。また、図４５は、出力レーザ光４５０の投射画像のスペックルコントラストおよび出力レーザ光４５０の光出力パワーと、基本レーザ光３５０のビームウエスト幅との関係を示した図である。なお、図４５において、実線は、スペックルコントラストを示し、点線は、光出力パワーを示す。
【０２６３】
図４５で示されたように、スペックルコントラストは、ビームウエスト幅が１００〜１５０μｍの場合に最小となる。また、光出力パワーはビームウエスト幅が７０〜１３０μｍの場合に最大となる。
【０２６４】
また、ビームウエスト幅が５０μｍの場合、スペックルコントラストは１１．６％であり、光出力パワーが２４．７ｍＷである。また、ビームウエスト幅が１００μｍの場合、スペックルコントラストは８．５％であり、光出力パワーが３２ｍＷである。ビームウエスト幅が１５０μｍの場合、スペックルコントラストは８．５％であり、光出力パワーが２８．１ｍＷである。
【０２６５】
図４６〜図４８は、出力レーザ光４５０の波長スペクトルを示した図である。なお、図４６では、出力レーザ光４５０のビームウエスト幅が５０μｍであり、図４７では、出力レーザ光４５０のビームウエスト幅が１００μｍであり、図４８では、出力レーザ光４５０のビームウエスト幅が１５０μｍである。
【０２６６】
図４６〜図４８で示されたように、ビームウエストの幅が１００μｍ以上になると、光出力パワーが低下し、ビームウエストの幅を１００μｍ以下になると、スペックルコントラストが上昇する。スペックルコントラストを低くしつつ、十分な光出力パワーを得るためには、ビームウエストの幅は１００μｍ〜１５０μｍ程度であればよい。
【０２６７】
本実施形態によれば、分極反転構造部７０２では、光強度の大きい基本波の波長を変換する領域ほど、基本レーザ光３５０の直径の大きい位置に設けられる。
【０２６８】
この場合、基本波の光強度が等しくなくても、第二高調波のピーク波長の光強度が均一にすることが可能になり、スペックルコントラストの低減率の高くすることが可能になる。
【０２６９】
次に第４の実施形態について説明する。
【０２７０】
図４９は、本実施形態のレーザ光源の構成を示したブロック図である。図４９において、レーザ光源は、図３１で示したレーザ光源と比べて、分極反転波長変換素子７００の代わりに、分極反転波長変換素子７１０を有する。
【０２７１】
分極反転波長変換素子７１０は、導波路型のＳＨＧ素子であり、周期的分極構造を有する。分極反転波長変換素子７１０は、集光レンズ６３３を介して入射された基本レーザ光３５０の波長を変換して出力レーザ光４５０として出射光調整レンズ１３４に出射する。
【０２７２】
図５０は、分極反転波長変換素子７１０の構成を示した図である。図５０において、分極反転波長変換素子７１０は、入射面７１１と、分極反転構造部７１２と、出射面７１３と、誘電膜７１１Ａおよび７１３Ａを有する。なお、分極反転波長変換素子７１０は、温度制御部６３２のヒートシンク６３２Ａ上に配置されている。
【０２７３】
入射面７１１には、基本レーザ光３５０が入射される。
【０２７４】
分極反転構造部７１２は、分極反転構造を有する複数の領域が並設されている。各領域は、基本レーザ光３５０のうち、波長帯域が分離された複数の波長成分である複数の基本波のそれぞれの波長を変換して、波長帯域が分離された複数の変換波のそれぞれを出射する。
【０２７５】
また、分極反転構造部７１２には、基本レーザ光３５０を所定の断面積の空間に閉じ込めて伝搬させるための導波路７２０が形成されている。
【０２７６】
出射面７１３は、分極反転構造部７１２生成された出力レーザ光４５０が出射される。誘電膜７１１Ａは、入射面７１１に形成され、基本レーザ光３５０の反射を軽減する反射防止膜として機能する。誘電膜７１３Ａは、出射面７１３に形成され、出力レーザ光４５０の反射を軽減する反射防止膜として機能する。
【０２７７】
図５１は、分極反転波長変換素子７１０の構成を示した図である。図５１では、分極反転波長変換素子７１０は、入射面７１１と、分極反転構造部７１２と、出射面７１３と、導波路７２０とが示されている。
【０２７８】
図５１で示されたように、分極反転構造部７１２では、入射面７１１から順に、領域Ｄ１〜Ｄ９が並設されている。
【０２７９】
本実施形態では、領域Ｄ１〜Ｄ９の相互作用長Ｌ１〜Ｌ９は、出力レーザ光４５０内の各変換波のピーク波長の光強度が均一になるように、各基本波の光強度に応じて設定される。より具体的には、領域Ｄ１〜Ｄ９の相互作用長Ｌ１〜Ｌ９は、光強度が高い基本波を変換する領域ほど短くなる。
【０２８０】
図５２および図５３は、基本レーザ光３５０のスペクトルと各領域の相互作用長の関係を示した図である。
【０２８１】
図５２では、基本波の波長スペクトルの広がり幅σが３ｎｍであるとし、分極反転波長変換素子７１０の素子長Ｌを３０ｍｍとしている。この場合、各領域の相互作用長Ｌ１〜Ｌ９は、Ｌ１＝７．５１ｍｍ、Ｌ２＝３．４５ ｍｍ、Ｌ３＝１．９８ｍｍ、Ｌ４＝１．４２ｍｍ、Ｌ５＝１．２７ ｍｍ、Ｌ６＝１．４２、Ｌ７＝１．９８ ｍｍ、Ｌ８＝３．４５ｍｍ、Ｌ９＝７．５１ｍｍとなる。
【０２８２】
なお、基本波の波長スペクトルの広がり幅σが３ｎｍであり、分極反転波長変換素子７１０の素子長Ｌを２５ｍｍの場合、各領域の相互作用長Ｌ１〜Ｌ９は、Ｌ１＝６．２６ｍｍ、Ｌ２＝２．８８ｍｍ、Ｌ３＝１．６５ｍｍ、Ｌ４＝１．１８ｍｍ、Ｌ５＝１．０６ ｍｍ、Ｌ６＝１．１８ｍｍ、Ｌ７＝１．６５ｍｍ、Ｌ８＝２．８８ｍｍ、Ｌ９＝６．２６ｍｍとなる。
【０２８３】
図５３は、基本波の波長スペクトルの広がり幅σが４ｎｍであるとし、分極反転波長変換素子７１０の素子長Ｌを３０ｍｍとしている。この場合、各領域の相互作用長Ｌ1〜Ｌ9は、Ｌ１＝５．５７ｍｍ、Ｌ２＝３．６０ｍｍ、Ｌ３＝２．６３ｍｍ、Ｌ４＝２．１８ｍｍ、Ｌ５＝２．０５ ｍｍ、Ｌ６＝２．１８ｍｍ、Ｌ７＝２．６３ ｍｍ、Ｌ８＝３．６０ｍｍ、Ｌ９＝５．５７ｍｍとなる。
【０２８４】
なお、基本波の波長スペクトルの広がり幅σが４ｎｍであり、分極反転波長変換素子７１０の素子長Ｌを２５ｍｍの場合、各領域の相互作用長Ｌ1〜Ｌ9は、Ｌ１＝４．６４ｍｍ、Ｌ２＝３．００ｍｍ、Ｌ３＝２．１９ｍｍ、Ｌ４＝１．８２ｍｍ、Ｌ５＝１．７１ ｍｍ、Ｌ６＝１．８２ｍｍ、Ｌ７＝２．１９ ｍｍ、Ｌ８＝３．００ｍｍ、Ｌ９＝４．６４ｍｍとなる。
【０２８５】
次に、相互作用長の具体的な決定方法について説明する。なお、分極反転波長変換素子７１０の素子長をＬ、基本波長λkの基本波と疑似位相整合する領域の相互作用長をＬkとすると、
【０２８６】
【数２３】
2011154275.tif 000025
【０２８７】
を満たす。また、基本レーザ光３５０の光出力パワーをＡ、基本波長λkの基本波の光強度akをとすると、
【０２８８】
【数２４】
2011154275.tif 000026
【０２８９】
を満たす。この場合、出力レーザ光４５０内の波長λk／２の出射光の光出力パワーＰkは、
【０２９０】
【数２５】
2011154275.tif 000027
【０２９１】
と表わすことができる。このとき出力レーザ光４５０の光出力パワーＰは、
【０２９２】
【数２６】
2011154275.tif 000028
【０２９３】
であり、出力レーザ光４５０のスペックルコントラストＣは、
【０２９４】
【数２７】
2011154275.tif 000029
【０２９５】
である。
【０２９６】
出力レーザ光４５０の光出力パワーＰをできるだけ大きくし、かつ、出力レーザ光４５０による投射画像のスペックルコントラストＣをできるだけ小さくするように、相互作用長Ｌkを選ぶことが望ましい。
【０２９７】
出力レーザ光４５０が緑色のレーザ光の場合、出射光の変換波長λk／２の間隔が０．５ｎｍより大きければ、各第二高調波を独立していると考えられるため、各第二高調波の光出力パワーＰkは独立にスペックルに寄与すると考えられる。この場合、出力レーザ光４５０のスペックルコントラストＣは、各相互作用長Ｌkを
【０２９８】
【数２８】
2011154275.tif 000030
【０２９９】
と選択すればスペックルコントラストＣを最小にすることができる。この場合、第二高調波の光出力パワーＰkは、
【０３００】
【数２９】
2011154275.tif 000031
【０３０１】
となり、ｋに依存しなくなる。このため、各第二高調波の光強度が一定の平坦な出力レーザ光４５０が得られる。このとき、出力レーザ光４５０のスペックルコントラストＣは、
【０３０２】
【数３０】
2011154275.tif 000032
【０３０３】
となる。
【０３０４】
図５４は、各相互作用長Ｌkが数２８を満たす場合における出力レーザ光４５０のスペクトルを示した図である。図５４では、出力レーザ光４５０内の各第二高調波の波長間隔が０．５ｎｍである。したがって、各第二高調波の波長間隔が十分大きいので、各第二高調波が独立にスペックルに寄与することになる。したがって、本実施形態では、出力レーザ光４５０には９個の波長ピークがあるので、スペックルコントラストの減少率が最大で１／３となる。
【０３０５】
例えば、緑色レーザ光が単一波長のレーザ光の場合における走査像のスペックルコントラストが２５％であるとき、緑色のレーザ光が本実施形態の出力レーザ光の場合における走査像のスペックルコントラストは、８．３（＝２５／３）％となる。
【０３０６】
なお、複数のレーザ光を光ファイバなどで単一光に合波すれば、基本レーザ光３５０の光出力パワーを大きくすることができるが、装置が大きくなる。このため、シングルモードＬＤ素子で出力可能なレーザ光の光出力パワーを鑑みて、基本レーザ光３５０の光出力パワーは０．５ｗ〜２．５Ｗとした。
【０３０７】
また、分極反転波長変換素子の素子長は１０ｍｍ〜３０ｍｍが目標値である。本実施形態のレーザ光源を用いた走査型プロジェクタで１０〜２０ルーメンの白色光を出射するためには、光学損失を鑑みて、緑色レーザ光の光出力パワーは６０ｍＷ程度が望ましい。
【０３０８】
出力レーザ光４５０は、分極反転波長変換素子７１０の素子長と基本レーザ光３５０の光出力パワーの２乗に比例するため、緑色レーザ光の光出力パワーを一定にする場合、基本レーザ光３５０の光パワーが大きければ、分極反転波長変換素子７１０の素子長を小さくすることができる。基本レーザ光３５０の波長スペクトルの広がり幅σが４ｎｍの場合、基本レーザ光３５０の光出力パワーを１．５Ｗ、分極反転波長変換素子７１０の素子長を２８ｍｍ、導波路の幅Ｗを５μｍとした場合、出力レーザ光４５０として６０ｍＷの緑色のレーザ光が得られた。なお、走査像のスペックルコントラストＣは、分極反転波長変換素子の素子長に依らず８．３％となる。
【０３０９】
次に、基本レーザ光３５０の光出力パワー、出力レーザ光４５０の光出力パワー、素子長および導波路７２０の幅Ｗの関係について説明する。以下では、基本レーザ光３５０の波長帯域を１０６０ｎｍ〜１０６８ｎｍとする。また、基本レーザ光３５０の光出力パワーを励起光出力パワーと呼び、出力レーザ光４５０の光出力パワーの光出力パワーを緑光出力パワーと呼ぶこともある。
【０３１０】
先ず、基本レーザ光３５０の波長スペクトルの広がり幅σが３ｎｍの場合について説明する。
【０３１１】
図５５は、緑光出力パワーＰＧの素子長Ｌに対する依存性を示した図である。なお、図５５では、励起光出力パワーＰＥを１．５Ｗとしている。
【０３１２】
図５５で示されたように、素子長Ｌが一定であれば、導波路７２０の幅Ｗが小さいほど、緑光出力パワーＰＧは大きくなる。例えば、素子長Ｌが３０ｍｍの場合、導波路７２０の幅Ｗが５μｍであると、緑光出力パワーＰＧは４０ｍＷとなり、導波路７２０の幅Ｗが４μｍであると、緑光出力パワーＰＧは６０ｍＷとなる。
【０３１３】
図５６は、緑光出力パワーＰＧの素子長Ｌに対する依存性を示した図である。なお、図５６では、導波路７２０の幅Ｗを５μｍとしている。
【０３１４】
図５６で示されたように、素子長Ｌが一定であれば、励起光出力パワーＰＥが大きいほど、緑光出力パワーＰＧは大きくなる。緑光出力パワーを６０ｍＷとするためには、励起光出力パワーが１．５Ｗであると、素子長Ｌとしては３６ｍｍが必要となる。
【０３１５】
図５７は、緑光出力パワーＰＧの励起光出力パワーＰＥに対する依存性を示した図である。なお、図５７では、導波路７２０の幅Ｗを５μｍとしている。
【０３１６】
図５７で示されたように、緑光出力パワーを６０ｍＷにするためには、素子長Ｌが３０ｍｍであると、励起出力パワーとしては１．８Ｗが必要となる。
【０３１７】
図５８は、素子長Ｌの励起光出力パワーＰＧに対する依存性を示した図である。なお、図５８では、導波路７２０の幅Ｗを５μｍとしている。図５８で示されたように、励起光出力パワーＰＧおよび素子長Ｌの関係は、反比例となる。
【０３１８】
次に、基本レーザ光３５０の波長スペクトルの広がり幅σが４ｎｍの場合について説明する。この場合、広がり幅σが広くなった分だけ、装置の小型化に有利である。
図５９は、緑光出力パワーＰＧの素子長Ｌに対する依存性を示した図である。なお、図５９では、励起光出力パワーＰＥを１．５Ｗとしている。
【０３１９】
図５９で示されたように、素子長Ｌが一定であれば、導波路７２０の幅Ｗが小さいほど、緑光出力パワーＰＧは大きくなる。例えば、素子長Ｌが３０ｍｍの場合、導波路７２０の幅Ｗが５μｍであると、緑光出力パワーＰＧは７０ｍＷとなり、素子長Ｌが２５ｍｍの場合、導波路７２０の幅Ｗが５μｍであると、緑光出力パワーＰＧは５０ｍＷとなる。
図６０は、緑光出力パワーＰＧの素子長Ｌに対する依存性を示した図である。なお、図６０では、導波路７２０の幅Ｗを５μｍとしている。
【０３２０】
図６０で示されたように、素子長Ｌが一定であれば、励起光出力パワーＰＥが大きいほど、緑光出力パワーＰＧは大きくなる。緑光出力パワーを６０ｍＷとするためには、励起光出力パワーが１．５Ｗであると、素子長Ｌとしては２８ｍｍが必要となる。
【０３２１】
図６１は、緑光出力パワーＰＧの励起光出力パワーＰＥに対する依存性を示した図である。なお、図６１では、導波路７２０の幅Ｗを５μｍとしている。
【０３２２】
図６１で示されたように、緑光出力パワーを６０ｍＷにするためには、素子長Ｌが３０ｍｍであると、励起出力パワーとしては１．４Ｗが必要となる。
【０３２３】
図６２は、素子長Ｌの励起光出力パワーＰＧに対する依存性を示した図である。なお、図６２では、導波路７２０の幅Ｗを５μｍとしている。図６２で示されたように、励起光出力パワーＰＧおよび素子長Ｌの関係は、反比例となる。
【０３２４】
以上説明したように、緑光出力パワーＰＧは、基本レーザ光３５０の波長スペクトルの広がり幅σ、励起光出力パワーＰＥ、素子長Ｌおよび導波路７２０の幅Ｗに依存する。これらのパラメータには制限があるため、スペックルコントラストＣを最小にし、かつ、所望の緑光出力パワーを得ることができない場合がある。
【０３２５】
以下では、所望の緑光出力パワーを得つつ、スペックルコントラストＣをできるだけ小さくする方法について説明する。
【０３２６】
領域Ｄkの相互作用長Ｌkを決定する分配パラメータｑを用いて、相互作用長Ｌkを
【０３２７】
【数３１】
2011154275.tif 000033
【０３２８】
と表わす。なお、分配パラメータｑは、０以上１以下の実数である。
【０３２９】
分配パラメータｑが０の場合、相互作用長Ｌkは素子長Ｌを均等に分割した値Ｌk（０）＝Ｌ／Ｎとなり、分配パラメータｑが１の場合、スペックルコントラストＣが最小となる相互作用長となる。なお、素子長Ｌは、分配パラメータに依存しない。
【０３３０】
図６３は、基本レーザ光３５０のスペクトルと相互作用長分布とを示した図である。なお、図６３では、素子長Ｌを３５ｍｍとし、基本レーザ光３５０の波長スペクトルの広がり幅σを３ｎｍとしている。
【０３３１】
図６３で示されたように、分配パラメータｑが０．５３の場合、各領域の相互作用長Ｌ１〜Ｌ９は、Ｌ１＝６．４７ｍｍ、Ｌ２＝３．９６ｍｍ、Ｌ３＝３．０５ｍｍ、Ｌ４＝２．７０ｍｍ、Ｌ５＝２．６１ｍｍ、Ｌ６＝２．７０ｍｍ、Ｌ７＝３．０５ｍｍ、Ｌ８＝３．９６ｍｍ、Ｌ９＝６．４７ｍｍである。また、分配パラメータｑが０．８１の場合、各領域の相互作用長Ｌ１〜Ｌ９は、Ｌ１＝７．８４ｍｍ、Ｌ２＝４．００ｍｍ、Ｌ３＝２．６１ｍｍ、Ｌ４＝２．０８ｍｍ、Ｌ５＝１．９４ｍｍ、Ｌ６＝２．８０ｍｍ、Ｌ７＝２．６１ｍｍ、Ｌ８＝４．００ｍｍ、Ｌ９＝７．８４ｍｍである。
【０３３２】
図６４は、スペックルコントラストの分配パラメータに対する依存性を示した図である。なお、図６４では、素子長Ｌを３５ｍｍとし、基本レーザ光３５０の波長スペクトルの広がり幅σを３ｎｍとしている。
【０３３３】
図６４で示されたように、分配パラメ−タｑが大きいほど、スペックルコントラストが高くなるが、緑光出力パワーも大きくなる。例えば、分配パラメータｑが１の場合、励起光パワーが１．２Ｗであると、スペックルコントラストＣは最小値である８．４％となるが、緑光出力パワーは３８ｍＷとやや低い。一方、分配パワメータｑが０．５３の場合、スペックルコントラストが９．５％とやや高くなるが、緑光出力パワーも６０ｍＷと高くなる。
【０３３４】
なお、分配パワメータｑが０．５３の場合、出力レーザ光４５０のスペクトルは、図６５で示したようになり、基本レーザ光３５０のスペクトルおよび波長変換スペクトルは、図６６で示したようになる。また、分配パワメータｑが０の場合、基本レーザ光３５０のスペクトルおよび波長変換スペクトルは図６７で示したようになる。図６５〜図６６では、基本レーザ光３５０の波長スペクトルの広がり幅σを３ｎｍとし、素子長Ｌを３５ｍｍとしている。
【０３３５】
次に、基本レーザ光３５０の波長スペクトルの広がり幅σが４ｎｍの場合について説明する。
【０３３６】
図６８は、基本レーザ光３５０の波長スペクトルと、相互作用長分布とを示した図である。なお、図６８では、素子長を３５ｍｍとしている。
【０３３７】
図６８で示されたように、分配パラメータｑが０．５９の場合、各領域の相互作用長Ｌ１〜Ｌ９は、Ｌ１＝４．６５ｍｍ、Ｌ２＝３．４９ｍｍ、Ｌ３＝２．９２ｍｍ、Ｌ４＝２．６５ｍｍ、Ｌ５＝２．５８ ｍｍ、Ｌ６＝２．６５ｍｍ、Ｌ７＝２．９２ ｍｍ、Ｌ８＝３．４９ｍｍ、Ｌ９＝４．６５ｍｍである。
【０３３８】
図６９は、スペックルコントラストの分配パラメータに対する依存性を示した図である。なお、図６９では、素子長を３５ｍｍとしている。
【０３３９】
図６９で示されたように、分配パラメ−タｑが大きいほど、スペックルコントラストが高くなるが、緑光出力パワーも大きくなる。しかしながら、緑光出力パワーの分配パラメータに対する依存性は広がり幅σが３ｎｍの場合に比べて小さくなる。
【０３４０】
例えば、分配パラメータｑが０．５９の場合、励起光パワーが１．１Ｗであると、緑色光出力パワーは６０ｍＷであり、スペックルコントラストＣは８．６％である。また、分配パラメータが１の場合、励起光パワーが１．２Ｗであると、緑色光出力パワーは６２ｍＷであり、スペックルコントラストＣが８．３％である。
【０３４１】
なお、分配パワメータｑが０．５９の場合、出力レーザ光４５０のスペクトルは、図７０で示したようになり、基本レーザ光３５０のスペクトルおよび波長変換スペクトルは、図７１で示したようになる。
【０３４２】
本実施形態によれば、各領域の相互作用長は、光強度が高い基本波を変換する領域ほど短くなる。この場合、基本波の光強度が等しくなくても、第二高調波のピーク波長の光強度が均一にすることが可能になり、スペックルコントラストの低減率の高くすることが可能になる。
【０３４３】
次に第５の実施形態について説明する。
【０３４４】
本実施形態では、分極反転波長変換素子が複数あり、光出力部が、各分極反転波長変換素子に基本レーザ光を入射するレーザ光源を説明する。分極反転波長変換素子の数は、本実施形態では２としているが、実際には複数であればよい。
【０３４５】
図７２は、本実施形態のレーザ光源の構成を示したブロック図である。図７２において、レーザ光源は、光出力部８００と、波長変換部８０１とを有する。
【０３４６】
光出力部８００は、ＬＤアレイモジュール８１１と、高周波ＬＤドライバ電源８１２と、温度制御部８１３と、１／２波長板８１４とを有する。
【０３４７】
ＬＤアレイモジュール８１１は、ＬＤチップ８２１Ａおよび８２１Ｂと、コリメータレンズ８２２Ａおよび８２２Ｂと、ヒートシンク８２３とを有する。
【０３４８】
ＬＤチップ８２１Ａおよび８２１Ｂのそれぞれは、複数の波長ピークを有する多波長赤外線レーザ光を出射する。以下、ＬＤチップ８２１Ａが出射する多波長赤外線レーザ光を基本レーザ光３５０Ａとし、ＬＤチップ８２１Ｂが出射する多波長赤外線レーザ光を基本レーザ光３５０Ｂとする。
【０３４９】
本実施形態では、基本レーザ光３５０Ａおよび３５０Ｂのそれぞれの波長ピークは一定の波長間隔を有する。具体的には、基本レーザ光３５０Ａの波長ピークを１．０６０μｍ、１．０６１μｍ、１．０６２μｍ、１．０６３μｍおよび１．０６４μｍとし、基本レーザ光３５０Ｂの波長ピークを１．０６５μｍ、１．０６６μｍ、１．０６７μｍ、１．０６８μｍおよび１．０６９μｍとする。
【０３５０】
コリメータレンズ８２２Ａは、ＬＤチップ６２１Ａから出射された基本レーザ光３５０Ａを平行光にして出射し、コリメータレンズ８２２Ｂは、ＬＤチップ６２１Ｂから出力された基本レーザ光３５０Ｂを平行光にして出射する。ヒートシンク８２３は、ＬＤチップ６２１Ａおよび６２１Ｂにて発生された熱を拡散する。
【０３５１】
高周波ＬＤドライバ電源８１２は、駆動部と呼ばれることもある。高周波ＬＤドライバ電源８１２は、ＬＤアレイモジュール８１１の高周波重畳駆動を行って、ＬＤアレイモジュール８１１から基本レーザ光３５０Ａおよび３５０Ｂを出射させる。
【０３５２】
１／２波長板８１４は、ＬＤアレイモジュール８１１から出射された基本レーザ光３５０Ａおよび３５０Ｂの偏光方向を鉛直方向に変換して波長変換部８０１に出射する。
【０３５３】
波長変換部８０１は、素子支持台８３１と、温度制御部８３２と、集光レンズ８３３Ａおよび８３３Ｂと、分極反転波長変換素子８３４Ａおよび８３４Ｂと、合波部８３５とを有する。なお、温度制御部８３２と、分極反転波長変換素子８３４Ａおよび８３４Ｂとは素子支持台８３１上に配置される。
【０３５４】
温度制御部８３２は、ヒートシンクを有し、そのヒートシンクを用いて分極反転波長変換素子８３４Ａおよび８３４Ｂの温度を一定に制御する。
【０３５５】
集光レンズ８３３Ａは、第一集光部と呼ばれることもある。集光レンズ８３３Ａは、分極反転波長変換素子８３４Ａ内における基本レーザ光３５０Ａの直径の最小値ｄが所望の範囲に含まれるように、基本レーザ光３５０Ａを集光して分極反転波長変換素子８３４Ａに入射する。
【０３５６】
集光レンズ８３３Ｂは、第一集光部と呼ばれることもある。集光レンズ８３３Ｂは、分極反転波長変換素子８３４Ｂ内における基本レーザ光３５０Ｂの直径の最小値ｄが所望の範囲に含まれるように、基本レーザ光３５０Ｂを集光して分極反転波長変換素子８３４Ｂに入射する。
【０３５７】
したがって、光出力部８００から出力された基本レーザ光３５０Ａおよび３５０Ｂのそれぞれが分極反転波長変換素子８３４Ａおよび８３４Ｂに入射されるので、光出力部８００は、複数の分極反転波長変換素子に基本レーザ光を入射することになる。
【０３５８】
分極反転波長変換素子８３４Ａおよび８３４Ｂのそれぞれは、図５０で示した分極反転波長変換素子７１０と同様な構成を有する。なお、分極反転波長変換素子８３４Ａは、基本レーザ光３５０Ａのピーク波長のそれぞれと疑似分極整合条件を満たす複数の領域を有し、分極反転波長変換素子８３４Ｂは、基本レーザ光３５０Ｂのピーク波長のそれぞれと疑似分極整合条件を満たす複数の領域を有する。
【０３５９】
したがって、分極反転波長変換素子８３４Ａは、基本レーザ光３５０Ａ内の５つの波長ピークのそれぞれを含む５つの基本波の波長を変換して、５つの第二高調波を含む第一の出力レーザ光を出射することになる。また、分極反転波長変換素子８３４Ｂは、基本レーザ光３５０Ｂ内の５つの波長ピークのそれぞれを含む５つの基本波の波長を変換して、５つの第二高調波を含む第二の出力レーザ光を出射することになる。
【０３６０】
このため、第一の出力レーザ光の波長ピークは、０．５３０μｍ、０．５３０５μｍ、０．５３１μｍ、０．５３１５μｍおよび０．５３２μｍとなる。また、第二の出力レーザ光の波長ピークは、０．５３２５μｍ、０．５３３μｍ、０．５３３５μｍ、０．５３４μｍおよび０．５３４５μｍとなる。
【０３６１】
合波部８３５は、分極反転波長変換素子８３４Ａおよび８３４Ｂのそれぞれから出射された第一出力レーザ光および第二出力レーザ光を合波して出力レーザ光８５０として出射する。
【０３６２】
合波部８３５は、出射光調整レンズ８４１Ａおよび８４１Ｂと、１／２波長板８４２と、反射鏡８４３と、偏光ビ−ム合波器８４４とを有する。
【０３６３】
出射光調整レンズ８４１Ａは、分極反転波長変換素子８３４Ａから出射された第一の出力レーザ光を平行光にして出射する。出射光調整レンズ８４１Ｂは、分極反転波長変換素子８３４Ｂから出射された第二の出力レーザ光を平行光にして出射する。
【０３６４】
１／２波長板８４２は、出射光調整レンズ８４１Ａから出射された第一の出力レーザ光の偏光方向を９０度回転させて偏光ビーム合波器８４４に出射する。
【０３６５】
反射鏡８４３は、出射光調整レンズ８４１Ｂから出射された第二の出力レーザ光を反射して偏光ビーム合波器８４４に出射する。これにより、第二の出力レーザ光の偏光方向が９０度回転されられる。
【０３６６】
偏光ビーム合波器８４４は、１／２波長板８４２から出射された第一の出力レーザ光と、反射鏡８４３から出射された第二の出力レーザ光とを合波して出力レーザ光８５０として出射する。
【０３６７】
以上により、本実施形態のレーザ光源は、１０個の波長ピークを有する単位ビームの緑色レーザ光を出射することができる。また、本実施形態のレーザ光源では、走査像のスペックルコントラストは、７．９となり、スペックルコントラストの低減率が６８％となった。
【０３６８】
本実施形態によれば、複数の基本レーザ光が使用されているので、出力レーザ光８５０の光出力パワーを高くすることが可能になる。また、複数の分極反転波長変換素子を直列に設置する必要がなくなるので、基本レーザ光の進行方向に沿った分極反転波長変換素子の長さを小さくすることが可能になる。
【０３６９】
なお、通常、５３０ｎｍ付近の光において波長距離が１０ｎｍ以上離れた光は、人間に色合いの異なる光として認識されるので、本実施形態のレーザ光源を緑色レーザ光源として用いる場合、出力レーザ光８５０の波長帯域の幅は１０ｎｍ未満にすることが望ましい。このため、基本レーザ光３５０Ａおよび３５０Ｂを合わせた波長帯域は、２０ｎｍであることが望ましい。さらにいえば、基本レーザ光３５０Ａおよび３５０Ｂを合わせた波長帯域は４ｎｍ以上かつ１０ｎｍ以下が望ましい。
【０３７０】
次に第６の実施形態について説明する。
【０３７１】
図７３は、本実施形態のレーザ光源の構成を示したブロック図である。図７３において、レーザ光源は、光出力部６００と、波長変換部９０１とを有する。なお、本実施形態では、光出力部６００は、基本レーザ光３５０を波長変換部９０１に入射する。
【０３７２】
波長変換部９０１は、素子支持台９３１と、温度制御部９３２と、集光レンズ９３３および９４０と、分極反転波長変換素子９３４〜９３６と、三角プリズム９３７〜９３９と、出射光調整レンズ９４１とを有する。なお、温度制御部９３２と、集光レンズ９３３と、分極反転波長変換素子９３４〜９３６と、三角プリズム９３７と、出射光調整レンズ９４１とは、素子支持台９３１上に配置される。
【０３７３】
集光レンズ９３３は、第一集光部と呼ばれることもある。集光レンズ９３３は、基本レーザ光３５０を第一の所望の口径に集光して分極反転波長変換素子９３４に入射する。したがって、光出力部６００は、基本レーザ光３５０を分極反転波長変換素子９３４〜９３６のいずれかに入射することになる。
【０３７４】
分極反転波長変換素子９３４〜９３６は、図５０で示した分極反転波長変換素子７１０と同様な構成を有する。分極反転波長変換素子９３４〜９３６の各領域では、分極反転波長変換素子９３４〜９３６が基本レーザ光３５０に含まれる別々の波長帯域を有する基本波の波長を変換するように、分極反転周期が定められている。
【０３７５】
また、分極反転波長変換素子９３４および９３５の出射面は、第二高調波を含む出力レーザ光だけでなく、基本レーザ光３５０もさらに出射する。以下、分極反転波長変換素子９３４から出射される出力レーザ光を、第一出力光とし、分極反転波長変換素子９３５から出射される出力レーザ光を、第二出力光とする。
【０３７６】
三角プリズム９３７〜９４０と集光レンズ９４０とは導光部を構成する。導光部は、分極反転波長変換素子９３４〜９３６のそれぞれに基本レーザ光３５０が入射するように、分極反転波長変換素子から出射された基本レーザ光３５０および出力レーザ光を反射して、別の分極反転波長変換素子に入射する。
【０３７７】
具体的には、三角プリズム９３７は、分極反転波長変換素子９３４から出射された第一出力光を２回反射して分極反転波長変換素子９３５に入射する。また、三角プリズム９３８は、分極反転波長変換素子９３５から出射された第二出力光を反射して集光レンズ９４０を介して三角プリズム９３９に出射する。三角プリズム９４０は、第二出力光を反射して分極反転波長変換素子９３６に入射する。
【０３７８】
集光レンズ９４０は、第二集光部と呼ばれることもある。集光レンズ９４０は、第二出力レーザ光および基本レーザ光３５０を所定の口径に集光する
出射光調整レンズ９４１は、分極反転波長変換素子９３５から出射された出力レーザ光を平行光にして出射する。
【０３７９】
本実施形態によれば、複数の分極反転波長変換素子を直列に設置する必要がなくなるので、基本レーザ光の進行方向に沿った分極反転波長変換素子の長さを小さくすることが可能になる。
【０３８０】
また、集光レンズ９４０が設けられることにより、基本レーザ光３５０の広がりを抑制することが可能になり、波長変換効率を高くすることが可能になる。
【０３８１】
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
【０３８２】
例えば、第５および第６の実施形態に使用する分極反転波長変換素子は、分極反転波長変換素子２００または５００でもよい。
【符号の説明】
【０３８３】
５０      基板
１００、６００、８００    光出力部
１０１、６０１、８０１、９０１    波長変換部
１１１Ａ〜１１１Ｄ、６１１    ＬＤモジュール
１１２、６１２、８１２    高周波ＬＤドライバ電源
１１３、１３２、６１３、６３２、８１３、８３２、９３２  温度制御部
１１４、１１５、１１９    反射鏡
１１５Ａ、１１６、１１７    ダイクロイック鏡
１１８、６１４、８１４、８４２    １／２波長板
１２１、６２１、８２１Ａ、８２１Ｂ    ＬＤチップ
１２２、６２２、８２２Ａ、８２２Ｂ    コリメータレンズ
１２３、１３２Ａ、６２３、６３２Ａ、８２３    ヒートシンク
１３１、６３１、８３１、９３１    素子支持台
１３３、６３３、８３３Ａ、８３３Ｂ、９３３、９４０    集光レンズ
１３４、６３４、８４１Ａ、８４１Ｂ、９４１    出射光調整レンズ
２００、５００、７００、７１０、８３４Ａ、８３４Ｂ、９３４〜９３６    分極反転波長変換素子
２０１、７０１、７１１    入射面
２０１Ａ、２０３Ａ、７１１Ａ、７１３Ａ    誘電膜
２０２、７０２、７１２    分極反転構造部
２０３、７０３、７１３    出射面
３００、３５０    基本レーザ光
４００、４５０    出力レーザ光
５０１、７２０    導波路
８１１      ＬＤアレイモジュール
８３５      合波部
９３７〜９３９    三角プリズム
Ｄ１〜Ｄ９    領域
Ｄ１１〜Ｄ４３    サブ領域
【図１】
2011154275.tif 000035
【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】
2011154275.tif 000041
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2011154275.tif 000044
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2011154275.tif 000048
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2011154275.tif 000054
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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