(57)【要約】【課題】複数の波長を切り替えて発生することが可能で、Ｗクラスの大きな光出力を持つ高信頼性のレーザ光源装置及び画像表示装置を提供する。【解決手段】励起光を出射するレーザ光源２８と、レーザ光源２８からの励起光が入射されるファイバ２６と、複数の反射ピークを持つ第１及び第２のファイバグレーティング２９、３０と、を有するファイバレーザ２２と、ファイバレーザ２２から出射される基本波を高調波に変換する波長変換部２３と、第２のファイバグレーティング３０の反射ピークの反射波長をシフト可能な反射波長可変部３３と、反射波長可変部３３によりファイバレーザ２２の発振波長を制御すると共に、波長変換部３２の位相整合条件を制御する制御部３４と、を備え、第１のファイバグレーティング２９の隣接する反射ピークの間隔と第２のファイバグレーティング３０の隣接する反射ピークの間隔とは異なる。【選択図】図１
2008028380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を出射するレーザ光源と、
レーザ活性物質を含み、前記レーザ光源からの励起光が入射されるファイバと、前記ファイバの前記レーザ光源側に設けられた、複数の反射ピークを持つ第１ファイバグレーティングと、前記ファイバの出射端側に設けられた、複数の反射ピークを持つ第２のファイバグレーティングと、を有するレーザ共振器と、
前記レーザ共振器から出射される基本波を高調波に変換する波長変換部と、
前記第２のファイバグレーティングの反射ピークの反射波長をシフト可能な反射波長可変部と、
前記反射波長可変部により前記レーザ共振器の発振波長を制御すると共に、前記波長変換部の位相整合条件を制御する制御部と
を備え、
前記第１のファイバグレーティングの隣接する反射ピークの間隔と前記第２のファイバグレーティングの隣接する反射ピークの間隔とは異なることを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】
前記第２のファイバグレーティングの複数の反射ピークの反射率のそれぞれを規定するグレーティング長は、前記レーザ共振器の発振波長の減少に伴う前記ファイバの発振効率の低下を妨げるように、前記レーザ共振器の発振波長が減少する方向に順々に長くなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
【請求項３】
前記第１のファイバグレーティングの反射ピークの帯域幅は、前記第２のファイバグレーティングの反射ピークの帯域幅よりも広く、
前記第１のファイバグレーティングの反射ピークの反射率は、前記第２のファイバグレーティングの反射ピークの反射率よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ光源装置。
【請求項４】
前記第１のファイバグレーティングの反射ピークの帯域幅は０．５〜２ｎｍであり、前記第２のファイバグレーティングの反射ピークの帯域幅は０．２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
【請求項５】
前記第１のファイバグレーティングの反射ピークの反射率は９５％以上であり、前記第２のファイバグレーティングの反射ピークの反射率は５〜２０％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記反射波長可変部による前記第２のファイバグレーティングの反射ピークの反射波長のシフトにより前記レーザ共振器の発振波長を切り替えた後、前記切り替えられた発振波長に応じて前記波長変換部の位相整合条件を変更することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
【請求項７】
前記波長変換部は、
角度位相整合を用いる非線形結晶から構成された第１の波長変換素子と、
前記第１の波長変換素子を保持すると共に、前記第１の波長変換素子の角度位相整合条件を成立させるべく前記レーザ共振器の発振波長に応じた前記第１の波長変換素子に対する前記レーザ共振器から出射される基本波の入射角度を設定する第１の保持部と
を有し、
前記制御部は、前記第１の保持部により前記波長変換部の位相整合条件を制御することを特徴とする請求項６に記載のレーザ光源装置。
【請求項８】
前記波長変換部はさらに、
角度位相整合を用いる非線形結晶から構成された第２の波長変換素子と、
前記第２の波長変換素子を保持すると共に、前記第２の波長変換素子の角度位相整合条件を成立させるべく前記レーザ共振器の発振波長に応じた前記第２の波長変換素子に対する前記第１の波長変換素子から出射される基本波の入射角度を設定する第２の保持部と
を有し、
前記第２の保持部は、前記第１の保持部により生じる光軸の変化を抑えるように配置されており、
前記制御部は、前記第１及び第２の保持部により前記波長変換部の位相整合条件を制御することを特徴とする請求項７に記載のレーザ光源装置。
【請求項９】
前記波長変換部は、
温度位相整合を用いる非線形結晶から構成された波長変換素子と、
前記波長変換素子を保持すると共に、前記波長変換素子の温度位相整合条件を成立させるべく前記レーザ共振器の発振波長に応じた前記波長変換素子の温度を設定する保持部と
を有し、
前記制御部は、前記保持部により前記波長変換部の位相整合条件を制御することを特徴とする請求項６に記載のレーザ光源装置。
【請求項１０】
前記波長変換部は、
擬似位相整合を用いる非線形結晶から構成され、分極反転周期構造を持つ波長変換素子と、
前記波長変換素子を保持すると共に、前記波長変換素子の擬似位相整合条件を成立させるべく前記レーザ共振器の発振波長に応じた前記波長変換素子の分極反転周期領域に前記レーザ共振器から出射される基本波を入射させる保持部と
を有し、
前記制御部は、前記保持部により前記波長変換部の位相整合条件を制御することを特徴とする請求項６に記載のレーザ光源装置。
【請求項１１】
前記波長変換素子の分極反転周期構造の周期は、前記レーザ共振器から出射される基本波の入射方向に対して垂直方向に変化し、
前記保持部は、前記レーザ共振器の発振波長に応じて前記波長変換素子を前記分極反転周期構造の周期が変化する方向に移動可能な移動ステージ、を有することを特徴とする請求項１０に記載のレーザ光源装置。
【請求項１２】
前記波長変換素子の分極反転周期構造の周期は、前記レーザ共振器から出射される基本波の入射方向に沿って変化することを特徴とする請求項１０に記載のレーザ光源装置。
【請求項１３】
前記第１のファイバグレーティングと前記第２のファイバグレーティングとの間で重なり合う部分を持つ反射ピークは、２つであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
【請求項１４】
前記重なり合う部分を持つ２つの反射ピークの各反射波長の範囲は、１０００〜１０９０ｎｍと１１００〜１１８０ｎｍであることを特徴とする請求項１３に記載のレーザ光源装置。
【請求項１５】
画像表示装置であって、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のレーザ光源装置と、
前記レーザ光源装置の制御部に接続され、前記レーザ光源装置の発振波長を決定するための選択信号を前記制御部に出力する波長決定回路と、前記レーザ光源装置から出射されるレーザ光により表示される映像信号に含まれる輝度信号に基づき前記映像信号の輝度を判定し、前記判定された輝度を前記波長決定回路に出力する輝度信号判定回路と、を有するプロジェクタ制御回路と、
前記画像表示装置の利用者により入力された前記レーザ光源装置の発振波長を前記波長決定回路に指示する映像モード切り替え部と、
前記画像表示装置により使用される電源の種類及び残量を判定し、前記判定された電源の種類及び残量を前記波長決定回路に出力する電源制御回路と
を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１６】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のレーザ光源装置と、
前記レーザ光源装置から出射されるレーザ光の照射による蛍光試料の励起により前記蛍光試料の発光を観察可能とする顕微鏡部と
を備えることを特徴とする顕微鏡装置
【請求項１７】
少なくとも２つの基本波を出射するレーザ発振装置と、
前記レーザ発振装置から出射される少なくとも２つの基本波を各々高調波に変換し、前記変換された高調波を照射可能なレーザ光照射部と、
前記レーザ発振装置と前記レーザ光照射部との間に配置され、前記レーザ発振装置から出射される基本波を前記レーザ光照射部に伝搬するファイバ部と
を備え、
前記レーザ発振装置は、
励起光を出射するレーザ光源と、
レーザ活性物質を含み、前記レーザ光源からの励起光が入射されるファイバと、前記ファイバの前記レーザ光源側に設けられた少なくとも２つの第１のファイバグレーティングと、前記ファイバの出射端側に設けられ、前記第１のファイバグレーティングのそれぞれに一対一に対応する少なくとも２つの第２のファイバグレーティングと、から構成されたレーザ共振器と
を有することを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項１８】
前記レーザ共振器はさらに、前記ファイバの出射光の偏光方向に従って前記出射光を分岐する光分岐部を有し、
前記第２のファイバグレーティングは、前記光分岐部により分岐された分岐光のうちのいずれかを入射されることを特徴とする請求項１７に記載のレーザ光源装置。
【請求項１９】
前記第２のファイバグレーティングは、対応する第１のファイバグレーティングとの間で構成される共振器のＱ値を可変とすべく前記第２のファイバグレーティングの反射波長がシフト可能に構成されていることを特徴とする請求項１７または１８に記載のレーザ光源装置。
【請求項２０】
前記レーザ光照射部は、
前記レーザ共振器から出射される基本波を高調波に変換する少なくとも２つの波長変換素子と、
前記波長変換素子から出射される高調波の一部を反射する光学部材と
を有し、
前記光学部材により反射された高調波は、前記ファイバ部により前記レーザ発振装置に帰還され、
前記レーザ発振装置は、前記帰還された高調波の出力強度に基づいて前記レーザ共振器の発振波長を変化させることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
【請求項２１】
前記光学部材の反射率は、１〜１０％であることを特徴とする請求項２０に記載のレーザ光源装置。
【請求項２２】
前記光学部材は、前記波長変換素子の出射面に配置された誘電体多層膜であることを特徴とする請求項２０または２１に記載のレーザ光源装置。
【請求項２３】
前記レーザ光照射部はさらに、前記少なくとも２つの波長変換素子から出射される光のうちのいずれかを前記レーザ光照射部から選択的に照射させる光選択部を有することを特徴とする請求項２０〜２２のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
【請求項２４】
前記ファイバ部は、ダブルクラッドファイバであることを特徴とする請求項１７〜２３のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
【請求項２５】
前記第２のファイバグレーティングは、前記第２のファイバグレーティングの温度又は引っ張り応力の付加のいずれかの制御により反射波長がシフトされることを特徴とする請求項１７〜２４のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
【請求項２６】
前記レーザ発振装置はさらに、
前記ファイバ部により帰還される高調波の出力強度を検出する検出部と、
前記検出部により検出された高調波の出力強度に基づいて前記第２のファイバグレーティングの反射波長のシフト量を制御する制御部と
を有することを特徴とする請求項１７〜２５のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
【請求項２７】
前記検出部は、前記レーザ共振器と前記ファイバ部との接続点の近傍に配置され、前記接続点から前記高調波の漏れ光を受光する受光素子であることを特徴とする請求項２６に記載のレーザ光源装置。
【請求項２８】
前記レーザ発振装置はさらに、前記レーザ光源装置の利用者による前記レーザ光源の点灯指令が入力されるスイッチ部、を有し、
前記制御部は、前記スイッチ部により入力される点灯指令に基づいて前記レーザ光源を点灯させ、前記検出部により検出される高調波の出力強度を安定化させるべく前記第２のファイバグレーティングの反射波長のシフト量を制御し、
前記レーザ光照射部はさらに、前記制御部により前記高調波の出力強度が安定化された後に、前記波長変換素子から出射される高調波を前記レーザ光照射部から照射可能とする開閉器、を有することを特徴とする請求項２６または２７に記載のレーザ光源装置。
【請求項２９】
前記制御部は、前記第２のファイバグレーティングの反射波長のシフト量の制御による前記波長変換素子の位相整合条件の不成立により、前記レーザ共振器から出射される基本波を前記波長変換素子により波長変換されることなく前記波長変換素子から出射させることを特徴とする請求項２６〜２８のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
【請求項３０】
前記レーザ共振器から出射される少なくとも２つの基本波の発振波長の範囲は、１０００〜１１００ｎｍと１１００〜１２００ｎｍであることを特徴とする請求項１７〜２９のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
【請求項３１】
前記波長変換素子は、Ｍｇ：ＬｉＮｂＯ３結晶を擬似位相整合により構成されており、
前記レーザ共振器から出射される基本波の半値幅は、０．０６ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２０〜２３のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバレーザと波長変換素子を組み合わせることにより、安定かつ高出力なレーザ光を得るレーザ光源装置及びそれを用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
単色性の強い高出力の可視光光源は、大型ディスプレイや高輝度ディスプレイ等を実現する上で必要とされている。赤、緑、青の３原色のうち赤色の光源については、ＤＶＤレコーダー等で使用されている赤色高出力半導体レーザが、生産性の高い小型の光源として利用可能である。しかし、緑色または青色の光源については、半導体レーザ等での実現が難しく、生産性の高い小型の光源が求められている。
【０００３】
このような光源として、ファイバレーザと波長変換素子を組み合わせた波長変換装置が低出力の可視光光源として実現されている。ファイバレーザを励起する励起光源として半導体レーザを用い、波長変換素子として非線形光学結晶を用いた、緑色や青色の小型の光源はよく知られている。
【０００４】
このように大出力のレーザ光源を利用したレーザディスプレイでは、ＲＧＢそれぞれの光源の光が単色光であるため、適当な波長のレーザ光源を用いることで、色純度が高く、鮮やかな画像の表示が可能となる。さらに、このようなレーザ光源は、レーザを用いることによる光源の小型化、さらには容易に集光できるため光学系の小型化も可能であり、パームトップ型の画像表示装置を実現することができる。
【０００５】
一方、コヒーレンシーの高いレーザを用いることで表示画像にスペックルノイズと呼ばれる干渉ノイズが生じてしまう。このため、プリズムを用い、偏光方向ごとに光路差をつけることによりスペックルノイズを低減させたり（特許文献１）、光学部品を揺動し、光源のビームパスを変化させることによりスクリーンに照射する光の波面をランダムにしたり（特許文献２）、光変調器を用いてスペクトルにサイドバンドを発生させ、見かけ上の光のスペクトルをよりブロードにしたり（特許文献３）、固体レーザへのインジェクションシーディング技術を用いて発振波長を操作したり（特許文献４）、複数波長の半導体レーザをモジュールにして使用したりする（特許文献５）ことにより、スペックルノイズを除去する方法が提案されている。
【０００６】
一方で、ラマンファイバを使用したファイバレーザ（特許文献６）や、多波長を同時に発振することが可能な半導体レーザを実現するために複数の反射波長を持つ回折格子であるサンプルドグレーティングという反射素子を使用した半導体レーザ（特許文献７）が提案されている。特許文献６に開示されたファイバレーザの構成について図２６（ａ）に示している。レーザはサンプルドグレーティング２００１、ラマンファイバ２００２、広帯域誘電体ミラー２００３で構成されている。ラマンファイバ２００２を励起光２００４で励起することにより、サンプルドグレーティング２００１の１つの反射ピークと広帯域誘電体ミラー２００３との間の共振によりλ１の光が発生する。さらに、この発生したλ１の光を励起光とし、さらにサンプルドグレーティング２００１の他の反射ピークと広帯域誘電体ミラー２００３との間の共振によりλ２の光が発生する、このようにして順次λ３、λ４の光を発生させ、最終的にλ４の光２００５を取り出す構成である。
【０００７】
特許文献７に開示された構成について図２６（ｂ）に示している。図２６（ｂ）のラマンファイバとサンプルドグレーティングとを組みあわせた構成は、ラマンシフトにより所望の波長を持つ励起光を生成することを目的とする。半導体基板２００６上に発光領域２００７と反射領域２００８とを設け、反射領域２００８がサンプルドグレーティング構造となっており、複数の波長を同時に発振できるよう構成されている。反射領域２００８には、反射領域２００８の屈折率を変化させるための制御手段（屈折率変化用電極）２００９が設けられており、反射領域２００８の波長をシフト可能な構造となっている。
【０００８】
特許文献８には、サンプルドグレーティング構造となった反射領域を２つ設け、発振波長を切り替える半導体レーザアレイの例が示されている。また、特許文献９には、特許文献８の構成をファイバレーザに適用させた例が示されている。
【０００９】
一方、上述した複数の発振波長を有するレーザ光源が医療分野で利用され始めている。医療分野では治療に応じて異なる波長のレーザ光が必要とされるが、特に眼科で使用されるレーザ光の波長としては、５３０ｎｍ付近、６００ｎｍ付近、１μｍ付近が用いられている。眼の網膜凝固には５３０ｎｍ付近、眼底出血の止血には６００ｎｍ付近、白内障手術には１μｍ付近が、それぞれ使われている。現在、このような眼科治療に用いるレーザ光源の開発が進められており、特に、１つのレーザ光源により、多くの施術に対応できるよう、多波長のレーザ光が得られるレーザ応用機器が必要とされて来ている。特許文献１０には、ラマンファイバを用いて発振波長を長波長シフトさせることにより、多波長発振を可能とするレーザ装置が開示されている。その他にも、固体レーザの複数の蛍光ピークを利用することにより多波長発振を実現するレーザ等も開発されて来ている。
【特許文献１】特開２００４−１５１１３３号公報
【特許文献２】特開２００４−１３８６６９号公報
【特許文献３】特開平９−１２１０６９号公報
【特許文献４】特開平１０−２９４５１７号公報
【特許文献５】特開２００４−１４４７９４号公報
【特許文献６】国際公開第０１／５４２３８号パンフレット
【特許文献７】特許第３６８９４８３号公報
【特許文献８】米国特許第６４３２７３６号公報
【特許文献９】米国特許第６５９７７１１号公報
【特許文献１０】特開２００６−１２２０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、広帯域の光源を用いたり、複数の発振波長を持つ光源を使用したりすることでスペックルノイズを低減する方法に、上述した従来技術を用いると、複数のレーザ光源が必要となるため、コストが高くなったり、装置寸法が大型化する等の問題があった。また、サンプルドグレーティングを用いた半導体レーザ及びファイバレーザ光源においても、レーザディスプレイ用光源として使用できるほどの出力が得られていない上、２つの反射領域を制御して発振波長を決定しており、発振波長とレーザ出力を同時に制御する制御方法が複雑になるという課題があった。さらに、反射領域の制御による波長変化が外気温に関して敏感であるという課題もあった。また、ファイバレーザ光源の例に関しては、大きな可変範囲を得るためにはファイバグレーティングに大きな応力を加える必要があり、ファイバが切れる可能性があり、ファイバの信頼性に問題がある。さらに、波長を切り替えた場合にレーザ媒質が有するゲインの波長依存性が引き金となり、発振出力が変化するという課題があった。
【００１１】
さらに、医療分野で利用され始めている、上述したラマンファイバを用いた多波長発振のレーザ装置では、同時に２つの波長の光を発生させることはできない。また、ラマンファイバレーザのゲインは、波長が１０００〜１１００ｎｍで最も大きいことから、オレンジ色の光の波長として必要な１１００〜１２００ｎｍの光を発生させた場合、１０００〜１１００ｎｍのブロードな発光スペクトルを持つ光もあわせて発生してしまう。このため、パルス発振によるレーザ発振器の破壊という課題もあった。一方、上述した固体レーザを用いた多波長発振可能なレーザにおいては、発振波長ごとに光学系の切り替えが必要であり、瞬時に所望の波長に切り替えることが困難であるという課題があった。さらに、発振波長ごとにレーザ光の特性が大きく異なるため、得られる最大出力が一定しないという課題もあった。
【００１２】
また、従来の医療用のレーザ光源装置の構成では、レーザ発振器で発生したレーザ光の基本波を波長変換素子で可視光に波長変換した後、中空ファイバ等で手術用ハンドピースに伝搬させていた。しかし、レーザ発振器から中空ファイバへの可視光の結合損失や、ファイバ中の伝搬損失により、可視光の３０％程度がロスし、伝搬効率を下げる原因となっていた。さらに、ファイバの取り回し等で、ハンドピースの取扱が困難になる等の課題もあった。
【００１３】
上記課題に鑑み、本発明の目的は、複数の波長を切り替えて発生することが可能で、Ｗクラスの大きな光出力を持つ高信頼性のレーザ光源装置及び画像表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明に係るレーザ光源装置は、励起光を出射するレーザ光源と、レーザ活性物質を含み、前記レーザ光源からの励起光が入射されるファイバと、前記ファイバの前記レーザ光源側に設けられた、複数の反射ピークを持つ第１ファイバグレーティングと、前記ファイバの出射端側に設けられた、複数の反射ピークを持つ第２のファイバグレーティングと、を有するレーザ共振器と、前記レーザ共振器から出射される基本波を高調波に変換する波長変換部と、前記第２のファイバグレーティングの反射ピークの反射波長をシフト可能な反射波長可変部と、前記反射波長可変部により前記レーザ共振器の発振波長を制御すると共に、前記波長変換部の位相整合条件を制御する制御部とを備え、前記第１のファイバグレーティングの隣接する反射ピークの間隔と前記第２のファイバグレーティングの隣接する反射ピークの間隔とは異なる。
【００１５】
上記のレーザ光源装置では、第１及び第２のファイバグレーティングがそれぞれ複数の反射ピークを持っており、第１のファイバグレーティングの反射ピークの間隔と第２のファイバグレーティングの反射ピークの間隔とが異なるように設定されているので、第２のファイバグレーティングの反射ピークの反射波長をシフトさせることにより、レーザ共振器の発振波長を切り替えることができる。
【００１６】
前記第２のファイバグレーティングの複数の反射ピークの反射率のそれぞれを規定するグレーティング長は、前記レーザ共振器の発振波長の減少に伴う前記ファイバの発振効率の低下を妨げるように、前記レーザ共振器の発振波長が減少する方向に順々に長くなるように構成されていることが好ましい。
【００１７】
この場合、レーザ共振器の発振波長を減少させてもファイバの発振効率を維持することができる。特に、１０４５〜１０７０ｎｍ帯の光を発振させる際にレーザ共振器の発振波長の減少に伴うファイバの発振効率の低下が顕著である。したがって、この場合、１０４５〜１０７０ｎｍ帯の光の出力を向上させることができる。
【００１８】
前記第１のファイバグレーティングの反射ピークの帯域幅は、前記第２のファイバグレーティングの反射ピークの帯域幅よりも広く、前記第１のファイバグレーティングの反射ピークの反射率は、前記第２のファイバグレーティングの反射ピークの反射率よりも大きいことが好ましい。
【００１９】
この場合、第１のファイバグレーティングの反射ピークの帯域幅が第２のファイバグレーティングの反射ピークの帯域幅よりも広いので、第２のファイバグレーティングの反射ピークの反射率のシフト制御に要求される精度を緩和することができると共に、第１のファイバグレーティングの反射ピークの反射率が第２のファイバグレーティングの反射ピークの反射率よりも大きいので、第２のファイバグレーティングから基本波を効率よく出射することができる。
【００２０】
前記第１のファイバグレーティングの反射ピークの帯域幅は０．５〜２ｎｍであり、前記第２のファイバグレーティングの反射ピークの帯域幅は０．２ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
この場合、第２のファイバグレーティングの反射ピークの反射率をシフトさせる際、第２のファイバグレーティングの反射ピークを第１のファイバグレーティングの反射ピークに確実に一致させることができる。
【００２２】
前記第１のファイバグレーティングの反射ピークの反射率は９５％以上であり、前記第２のファイバグレーティングの反射ピークの反射率は５〜２０％であることが好ましい。
【００２３】
この場合、レーザ共振器によるレーザ光による励起用レーザの破壊を防止しつつ、レーザ光を効率よく出射することができる。
【００２４】
前記制御部は、前記反射波長可変部による前記第２のファイバグレーティングの反射ピークの反射波長のシフトにより前記レーザ共振器の発振波長を切り替えた後、前記切り替えられた発振波長に応じて前記波長変換部の位相整合条件を変更することが好ましい。
【００２５】
この場合、レーザ共振器から出射される基本波の発振波長の切り替えに合わせて波長変換部の位相整合条件が変更されるので、基本波を効率よく高調波に波長変換することができる。
【００２６】
前記波長変換部は、角度位相整合を用いる非線形結晶から構成された第１の波長変換素子と、前記第１の波長変換素子を保持すると共に、前記第１の波長変換素子の角度位相整合条件を成立させるべく前記レーザ共振器の発振波長に応じた前記第１の波長変換素子に対する前記レーザ共振器から出射される基本波の入射角度を設定する第１の保持部とを有し、前記制御部は、前記第１の保持部により前記波長変換部の位相整合条件を制御することが好ましい。
【００２７】
この場合、波長変換素子を角度位相整合を用いる非線形結晶により構成した場合に、レーザ共振器からの基本波を効率よく高調波に波長変換することができる。
【００２８】
前記波長変換部はさらに、角度位相整合を用いる非線形結晶から構成された第２の波長変換素子と、前記第２の波長変換素子を保持すると共に、前記第２の波長変換素子の角度位相整合条件を成立させるべく前記レーザ共振器の発振波長に応じた前記第２の波長変換素子に対する前記第１の波長変換素子から出射される基本波の入射角度を設定する第２の保持部とを有し、前記第２の保持部は、前記第１の保持部により生じる光軸の変化を抑えるように配置されており、前記制御部は、前記第１及び第２の保持部により前記波長変換部の位相整合条件を制御することが好ましい。
【００２９】
この場合、波長変換素子を角度位相整合を用いる非線形結晶により構成した場合でも、波長変換の際に生じる光軸の変動を抑えることができる。
【００３０】
前記波長変換部は、温度位相整合を用いる非線形結晶から構成された波長変換素子と、前記波長変換素子を保持すると共に、前記波長変換素子の温度位相整合条件を成立させるべく前記レーザ共振器の発振波長に応じた前記波長変換素子の温度を設定する保持部とを有し、前記制御部は、前記保持部により前記波長変換部の位相整合条件を制御することが好ましい。
【００３１】
この場合、波長変換素子を温度位相整合を用いる非線形結晶により構成した場合に、レーザ共振器からの基本波を効率よく高調波に波長変換することができる。
【００３２】
前記波長変換部は、擬似位相整合を用いる非線形結晶から構成され、分極反転周期構造を持つ波長変換素子と、前記波長変換素子を保持すると共に、前記波長変換素子の擬似位相整合条件を成立させるべく前記レーザ共振器の発振波長に応じた前記波長変換素子の分極反転周期領域に前記レーザ共振器から出射される基本波を入射させる保持部とを有し、前記制御部は、前記保持部により前記波長変換部の位相整合条件を制御することが好ましい。
【００３３】
この場合、波長変換素子を擬似位相整合を用いる非線形結晶により構成した場合に、レーザ共振器からの基本波を効率よく高調波に波長変換することができる。
【００３４】
前記波長変換素子の分極反転周期構造の周期は、前記レーザ共振器から出射される基本波の入射方向に対して垂直方向に変化し、前記保持部は、前記レーザ共振器の発振波長に応じて前記波長変換素子を前記分極反転周期構造の周期が変化する方向に移動可能な移動ステージ、を有することが好ましい。
【００３５】
この場合、波長変換素子の分極反転周期構造の周期を最適な長さにすることができるので、基本波から高調波への変換効率を高めることができる。
【００３６】
前記波長変換素子の分極反転周期構造の周期は、前記レーザ共振器から出射される基本波の入射方向に沿って変化することが好ましい。
【００３７】
この場合、波長変換素子の移動を伴うことなく、レーザ共振器の発振波長に応じた分極反転周期領域に基本波を入射させることができるので、波長変換部を簡単な構成で実現することができる。
【００３８】
前記第１のファイバグレーティングと前記第２のファイバグレーティングとの間で重なり合う部分を持つ反射ピークは、２つであることが好ましく、前記重なり合う部分を持つ２つの反射ピークの各反射波長の範囲は、１０００〜１０９０ｎｍと１１００〜１１８０ｎｍであることが好ましい。
【００３９】
この場合、１１００〜１１８０ｎｍの波長帯域の光を発生させる場合であっても、１０００〜１０９０ｎｍの波長帯域の光を同時に発生させることにより、ＡＳＥ光の発生によるレーザ共振器の破壊を防止することができる。
【００４０】
本発明に係る画像表示装置は、上記のレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置の制御部に接続され、前記レーザ光源装置の発振波長を決定するための選択信号を前記制御部に出力する波長決定回路と、前記レーザ光源装置から出射されるレーザ光により表示される映像信号に含まれる輝度信号に基づき前記映像信号の輝度を判定し、前記判定された輝度を前記波長決定回路に出力する輝度信号判定回路と、を有するプロジェクタ制御回路と、前記画像表示装置の利用者により入力された前記レーザ光源装置の発振波長を前記波長決定回路に指示する映像モード切り替え部と、前記画像表示装置により使用される電源の種類及び残量を判定し、前記判定された電源の種類及び残量を前記波長決定回路に出力する電源制御回路とを備える。
【００４１】
上記の画像表示装置では、映像信号の種類や電源の使用状況に応じてレーザ光源装置から出射されるレーザ光の発振波長を切り替えることができる。このため、高輝度で色再現範囲が広く、高画質化及び低消費電力化された画像表示装置が実現可能である。
【００４２】
本発明に係る顕微鏡装置は、上記のレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から出射されるレーザ光の照射による蛍光試料の励起により前記蛍光試料の発光を観察可能とする顕微鏡部とを備える。
【００４３】
上記の顕微鏡装置では、蛍光試料に応じてレーザ光源装置から出射されるレーザ光の発振波長を切り替えることができるので、複数の蛍光試料の励起を良く行うことができる。
【００４４】
本発明に係るレーザ光源装置は、少なくとも２つの基本波を出射するレーザ発振装置と、前記レーザ発振装置から出射される少なくとも２つの基本波を各々高調波に変換し、前記変換された高調波を照射可能なレーザ光照射部と、前記レーザ発振装置と前記レーザ光照射部との間に配置され、前記レーザ発振装置から出射される基本波を前記レーザ光照射部に伝搬するファイバ部とを備え、前記レーザ発振装置は、励起光を出射するレーザ光源と、レーザ活性物質を含み、前記レーザ光源からの励起光が入射されるファイバと、前記ファイバの前記レーザ光源側に設けられた少なくとも２つの第１のファイバグレーティングと、前記ファイバの出射端側に設けられ、前記第１のファイバグレーティングのそれぞれに一対一に対応する少なくとも２つの第２のファイバグレーティングと、から構成されたレーザ共振器とを有する。
【００４５】
上記のレーザ光源装置では、レーザ発振装置が少なくとも２つの基本波を出射し、それら基本波をファイバ部によりレーザ光照射部に伝搬し、レーザ光照射部がそれら基本波を各々高調波に波長変換するので、少なくとも２つの異なる波長のレーザ光を従来よりも効率よく発振させて照射することができる。
【００４６】
前記レーザ共振器はさらに、前記ファイバの出射光の偏光方向に従って前記出射光を分岐する光分岐部を有し、前記第２のファイバグレーティングは、前記光分岐部により分岐された分岐光のうちのいずれかを入射されることが好ましい。
【００４７】
この場合、ファイバの出射光の偏光方向ごとに異なる波長の基本波を発振させるので、多波長発振時に発生するモード間競合を抑えることができる。
【００４８】
前記第２のファイバグレーティングは、対応する第１のファイバグレーティングとの間で構成される共振器のＱ値を可変とすべく前記第２のファイバグレーティングの反射波長がシフト可能に構成されていることが好ましい。
【００４９】
この場合、第１及び第２のファイバグレーティングとの間に構成される共振器のＱ値を第２のファイバグレーティングの反射波長のシフトにより変化させることができるので、レーザ光照射部による照射に不要な基本波の共振器のＱ値を低下させ、その発振を停止させることができる。
【００５０】
前記レーザ光照射部は、前記レーザ共振器から出射される基本波を高調波に変換する少なくとも２つの波長変換素子と、前記波長変換素子から出射される高調波の一部を反射する光学部材とを有し、前記光学部材により反射された高調波は、前記ファイバ部により前記レーザ発振装置に帰還され、前記レーザ発振装置は、前記帰還された高調波の出力強度に基づいて前記レーザ共振器の発振波長を変化させる。
【００５１】
この場合、レーザ発振装置は、レーザ光照射部により波長変換された高調波の出力強度に応じてレーザ共振器の発振波長を変化させるので、レーザ光照射部から出射される高調波の出力を安定化させることができる。
【００５２】
前記光学部材の反射率は、１〜１０％であることが好ましく、前記光学部材は、前記波長変換素子の出射面に配置された誘電体多層膜であることが好ましい。
【００５３】
この場合、レーザ発振装置はレーザ光照射部により波長変換された高調波の出力強度を精度良く検出することができる。
【００５４】
前記レーザ光照射部はさらに、前記少なくとも２つの波長変換素子から出射される光のうちのいずれかを前記レーザ光照射部から選択的に照射させる光選択部を有することが好ましい。
【００５５】
この場合、レーザ光照射部から出射されるレーザ光の波長を切り替えることが可能となる。
【００５６】
前記ファイバ部は、ダブルクラッドファイバであることが好ましい。
【００５７】
この場合、レーザ発振装置からレーザ光照射部への基本波の伝搬及びレーザ光照射部からレーザ発振装置への高調波の伝搬を効率よく行うことができる。
【００５８】
前記第２のファイバグレーティングは、前記第２のファイバグレーティングの温度又は引っ張り応力の付加のいずれかの制御により反射波長がシフトされることが好ましい。
【００５９】
この場合、第２のファイバグレーティングの反射波長のシフトを精度良く行うことができる。
【００６０】
前記レーザ発振装置はさらに、前記ファイバ部により帰還される高調波の出力強度を検出する検出部と、前記検出部により検出された高調波の出力強度に基づいて前記第２のファイバグレーティングの反射波長のシフト量を制御する制御部とを有することが好ましい。
【００６１】
この場合、レーザ光照射部から帰還される高調波の出力強度を検出し、検出された高調波の出力強度に基づいて第２のファイバグレーティングの反射波長のシフト量を制御するので、レーザ光照射部により波長変換された高調波の出力強度に応じてレーザ共振器の発振波長を変化させることができる。この結果、レーザ光照射部から出射される高調波の出力を安定化させることができる。
【００６２】
前記検出部は、前記レーザ共振器と前記ファイバ部との接続点の近傍に配置され、前記接続点から前記高調波の漏れ光を受光する受光素子であることが好ましい。
【００６３】
この場合、レーザ光照射部から帰還される高調波の出力強度を精度良く把握することができる。
【００６４】
前記レーザ発振装置はさらに、前記レーザ光源装置の利用者による前記レーザ光源の点灯指令が入力されるスイッチ部、を有し、前記制御部は、前記スイッチ部により入力される点灯指令に基づいて前記レーザ光源を点灯させ、前記検出部により検出される高調波の出力強度を安定化させるべく前記第２のファイバグレーティングの反射波長のシフト量を制御し、前記レーザ光照射部はさらに、前記高調波の出力強度が安定化された後に、前記波長変換素子から出射される高調波を前記レーザ光照射部から照射可能とする開閉器、を有することが好ましい。
【００６５】
この場合、レーザ光照射部により波長変換された高調波の出力が安定した後に、レーザ光照射部の照射が可能となるので、レーザ光源を常時動作させる必要が無くなる。この結果、レーザ光源による消費電力の低減を図ることができる。
【００６６】
前記制御部は、前記第２のファイバグレーティングの反射波長のシフト量の制御による前記波長変換素子の位相整合条件の不成立により、前記レーザ共振器から出射される基本波を前記波長変換素子により波長変換されることなく前記波長変換素子から出射させることが好ましい。
【００６７】
この場合、レーザ光照射部から出射される基本波の出力を増加させることができる。
【００６８】
前記レーザ共振器から出射される少なくとも２つの基本波の発振波長の範囲は、１０００〜１１００ｎｍと１１００〜１２００ｎｍであることが好ましい。
【００６９】
この場合、１１００〜１２００ｎｍの波長帯域の光を発生させる場合であっても、１０００〜１１００ｎｍの波長帯域の光を同時に発生させることにより、ＡＳＥ光の発生によるレーザ共振器の破壊を防止することができる。
【００７０】
前記波長変換素子は、Ｍｇ：ＬｉＮｂＯ３結晶を擬似位相整合により構成されており、前記レーザ共振器から出射される基本波の半値幅は、０．０６ｎｍ以下であることが好ましい。
【００７１】
この場合、波長変換素子をＭｇ：ＬｉＮｂＯ３結晶を擬似位相整合により構成されている場合に、基本波から高調波への波長変換効率を最大波長変換効率の９０％以上で実現できる。
【発明の効果】
【００７２】
本発明によれば、複数の波長を切り替えて発生することが可能で、Ｗクラスの大きな光出力を持つ高信頼性のレーザ光源装置及び画像表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同一部分には同一符号を付し、図面で同一の符号が付いたものは、説明を省略する場合もある。
【００７４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るレーザ光源の概略構成を示す図である。図１において、本実施の形態に係るレーザ光源２１は、ファイバレーザ２２と、ファイバレーザ２２から出射される基本波５３を高調波２４に変換する波長変換素子２５を有する波長変換部２３と、制御部３４と、を備えている。
【００７５】
ファイバレーザ２２は、レーザ活性物質を含むファイバ２６と、ファイバ２６にファイバ３２を通して励起光２７を入射する励起用レーザ２８と、ファイバ２６の両端に形成され、ファイバ２６と共にレーザ共振器を構成する第１のファイバグレーティング２９及び第２のファイバグレーティング３０と、を有している。
【００７６】
第１のファイバグレーティング２９は複数の広帯域反射ピークを持っており、各反射ピークの帯域幅は０．５〜３ｎｍである。また、第２のファイバグレーティング３０も複数の狭帯域反射ピークを持っており、各反射ピークの帯域幅は０．２ｎｍ以下である。ファイバレーザ２２の共振器は、第１のファイバグレーティング２９及び第２のファイバグレーティング３０のそれぞれから選択された反射ピークを２つの反射面として、基本波５３を増幅して出射する。第２のファイバグレーティング３０の各反射ピークの帯域幅は、望ましくは０．２ｎｍ以下、より望ましくは０．１５ｎｍ以下である。波長変換素子２５による波長変換の際の波長許容幅から第２のファイバグレーティング３０の帯域幅を狭くするほど、波長変換素子２５が効率よく波長変換できるからである。このような波長変換応用技術では、発振した基本波５３の波長帯域は狭い必要があるため、第２のファイバグレーティング３０の波長帯域を狭くしなければならない。そこで、第１のファイバグレーティング２９の帯域幅を第２のファイバグレーティング３０の１０倍程度、すなわち、第１のファイバグレーティング２９の帯域幅を０．５〜３ｎｍ、より望ましくは０．５〜２ｎｍとすることにより、狭帯域側の第２のファイバグレーティング３０の制御を粗くすることができる。第１のファイバグレーティング２９の帯域幅は広げすぎると帯域のトップ形状に発生するリップルが大きくなるため、０．５〜２ｎｍとするのが望ましい。
【００７７】
第２のファイバグレーティング３０は、反射波長可変部３３上に配置されている。反射波長可変部３３は、第２のファイバグレーティング３０に引っ張り応力を与える応力付加機構を有している。そして、第２のファイバグレーティング３０に引っ張り応力を加えることにより、第２のファイバグレーティング３０の反射波長をシフトさせ、その波長シフトによってファイバレーザ２２の発振波長を変化させる。第２のファイバグレーティング３０の一端は基台上に固定され、他の一端はパルスモータで駆動される１軸ステージ上に固定されている。ステージの可動方向と第２のファイバグレーティング３０の光伝搬方向とは平行であり、パルスモータの回転により第２のファイバグレーティング３０に引っ張り応力を与えることができる。なお、ここでは、波長可変部３３に応力付加機構を持たせたが、本実施の形態はこれに限られるものではない。例えば、ペルチェ素子を用いた温度制御機構を波長可変部３３に持たせ、第２のファイバグレーティング３０を温度制御することにより反射波長をシフトさせるようにしても良い。
【００７８】
次に、第１のファイバグレーティング２９及び第２のファイバグレーティング３０の各々の複数の反射ピークについて具体的に説明する。図２（ａ）に第１のファイバグレーティング２９の反射スペクトルを、図２（ｂ）に第２のファイバグレーティング３０の反射スペクトルを示す。図２（ａ）において、第１のファイバグレーティング２９は、λ１、λ２、λ３の３つの中心波長を持ち、反射率が９８％以上、すなわちＨｉｇｈ−Ｒｅｆｒｅｃｔ（ＨＲ）ミラーとなっている。一方、図２（ｂ）において、第２のファイバグレーティング３０は、λ４、λ５、λ６の３つの中心波長を持ち、反射率が１２％程度である。１２％程度の反射率を必要とするのは、第２のファイバグレーティング３０が、発振光の一部をファイバ２６へ帰還させる役割を果たすためである。図２（ａ）及び（ｂ）では、第１のファイバグレーティング２９は、帯域幅０．５ｎｍで、中心波長が５ｎｍずつ離れた特性を持っている。一方、第２のファイバグレーティング３０は、帯域幅０．０６ｎｍで、中心波長が４．５ｎｍずつ離れた特性を持っている。なお、第１のファイバグレーティング２９及び第２のファイバグレーティング３０の各中心波長間の間隔は、ファイバレーザ２２に要求される発振波長に基づいて適宜設定されるものである。図２（ａ）及び（ｂ）では、第１のファイバグレーティング２９と第２のファイバグレーティング３０とは、室温（２５度）で第２のファイバグレーティング３０に引っ張り応力を付加しない状態では、λ１＝λ４となっている。
【００７９】
このとき、励起用レーザ２８として、０．４５Ａをしきい値電流とする、最大７Ｗ出力可能な、波長９１５ｎｍの半導体レーザを２個使用した場合、基本波５３の出力として７．２Ｗが実現された。励起波長として９１５ｎｍを使用することで、冷却フィンと送風ファンを用いた簡単な冷却機構により、安定して基本波５３を出力することができる。
【００８０】
次に、本実施の形態に係るレーザ光源の波長選択動作について説明する。ここでは、図２（ａ）及び（ｂ）に示した反射ピークを持つ第１のファイバグレーティング２９及び第２のファイバグレーティング３０を用いた場合について説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態に係るレーザ光源の波長選択動作を説明するための図であり、図３（ａ）は、室温、かつ、第２のファイバグレーティング３０に引っ張り応力が付加されていない状態を示す図、図３（ｂ）は、室温、かつ、第２のファイバグレーティング３０に引っ張り応力を付加することにより、第２のファイバグレーティング３０の反射波長を０．５ｎｍだけシフトさせた状態を示す図、図３（ｃ）は、室温、かつ、第２のファイバグレーティング３０にさらに引っ張り応力を付加し、第２のファイバグレーティング３０の反射波長をさらに０．５ｎｍシフトさせた状態を示す図である。
【００８１】
まず、図３（ａ）において、第１のファイバグレーティング２９の中心波長λ１と第２のファイバグレーティング３０の中心波長λ４が一致している。このため、ファイバレーザ２２は、λ１（＝λ４）で発振することになる。
【００８２】
次に、図３（ｂ）において、反射波長可変部３３による引っ張り応力の付加により、第２のファイバグレーティング３０の反射波長はシフトする。それにより、第１のファイバグレーティング２９の中心波長λ２と第２のファイバグレーティング３０の中心波長λ５とが一致する。このため、ファイバレーザ２２は、λ２（＝λ５）で発振する。すなわち、第２のファイバグレーティング３０の反射波長をわずか０．５ｎｍシフトさせるだけで、ファイバレーザ２２の発振波長を５ｎｍシフトさせることができる。
【００８３】
さらに、図３（ｃ）において、反射波長可変部３３による引っ張り応力のさらなる付加により、第２のファイバグレーティング３０の反射波長はさらにシフトする。それにより、第１のファイバグレーティング２９の中心波長λ３と第２のファイバグレーティング３０の中心波長λ６とが一致する。このため、ファイバレーザ２２は、λ３（＝λ６）で発振することになり、その発振波長は図３（ｂ）よりさらに５ｎｍシフトする。
【００８４】
すなわち、第２のファイバグレーティング３０の反射波長を１ｎｍシフトさせることにより、ファイバレーザ２２の発振波長を１０ｎｍシフトさせることが可能となる。このように、本実施の形態では、離散的ではあるが、ファイバレーザ２２の発振波長を５ｎｍずつ、計１０ｎｍ切り替えることが可能となる。ファイバレーザ２２の発振波長のシフト量は、第１のファイバグレーティング２９及び第２のファイバグレーティング３０の設計により、任意に設計が可能である。
【００８５】
このように、高い反射率で広い帯域幅を持つ反射器である第１のファイバグレーティング２９と、小さな反射率で狭い帯域幅を持つ反射器である第２のファイバグレーティング３０とを組みあわせることにより、両方の反射器を微調整してファイバレーザ２２の発振波長をコントロールする必要がなくなり、一方の反射器を制御するだけで発振波長を切り替えることが可能となる。その上、従来では、発振波長の監視をレーザの出力に基づいて行う必要があり、発振波長の変化とレーザ出力自体の変化との切り分けが困難となっていた。本実施の形態では、発振波長の監視を不要とすることにより、レーザ出力自体の変化のみを制御（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＰＣ）すればよい。したがって、レーザ出力の制御が容易となる。また、従来では、ファイバグレーティングの反射波長が外気温の変動に敏感であることから、発振波長が不用意に切り替わることがあった。本実施の形態では、第１のファイバグレーティング２９の帯域幅を第２のファイバグレーティング３０よりも広げることで、この課題も防止することができる。
【００８６】
ところで、本実施の形態に係るレーザ光源に用いられるファイバレーザでは、レーザ活性物質であるＹｂの添加によるファイバの吸収により、発振波長ごとに発振効率が異なることが知られている。図４に、Ｙｂ添加のファイバの発振波長と損失との関係を示す。図４に示すように、発振波長が１０４５〜１０７０ｎｍの範囲では、発振波長が長いほどファイバの損失が小さくなる。そのため、発振波長の増加に伴い、発振効率が高くなる傾向がある。したがって、発振波長を短くする場合、発振効率の低下を防止する必要がある。本実施の形態では、この発振効率の低下に対し、第２のファイバグレーティング３０の反射率を大きくする。すなわち、第２のファイバグレーティング３０の反射率の向上によりファイバ２６に帰還させる発振光を増加させることにより、発振効率の低下を防止する。複数の反射波長を持つ第２のファイバグレーティング３０は、各反射波長に対応するグレーティングの長さを変化させることにより、各グレーティングの反射率を変化させることができる。各々のグレーティング長の増加により、各々のグレーティングの反射率は増加する。つまり、短い発振波長の場合（本実施の形態の場合、１０４５ｎｍ）では、各グレーティングの反射率を大きくし、長い発振波長（本実施の形態の場合、１０７０ｎｍ）の場合は、反射率を小さくすることにより、発振効率の低下を抑制することができる。それにより、ＡＰＣによる励起用レーザ２８の駆動電流量の増加を抑制できる。つまり、低消費電力化できる。図５に、第２のファイバグレーティング３０の反射波長と反射率との関係の一例を示す。
【００８７】
図５において、ファイバレーザ２２を１０４５ｎｍから５ｎｍ刻みで１０７０ｎｍまでの波長範囲Ｘで発振させると設計する場合、第２のファイバグレーティング３０に、最も大きな反射ピークを１０４５ｎｍと設定し、順次５ｎｍ刻みで小さくなる順に、反射波長を割り当てていくことにより、ファイバレーザ２２の発振効率の低下を抑制し、ファイバレーザ２２の発振波長の変動による基本波５３の出力変動を５％以内に抑えることができる。
【００８８】
次に、ファイバレーザ２２から出射された基本波５３の高調波２４を発生させる波長変換部２３について説明する。図１に示すように、波長変換部２３は、波長変換素子２５と、集光レンズ３１と、ビームスプリッタ８と、波長変換素子保持部３５と、を有している。なお、本実施の形態では、集光レンズ３１を波長変換部２３に設けているが、ファイバレーザ２２に設けても構わない。
【００８９】
ファイバレーザ２２により基本波５３のレーザ光が出力されると、集光レンズ３１で集光されて波長変換素子２５に入射する。ファイバレーザ２２からの基本波５３が入射波となり、波長変換素子２５の非線形光学効果により変換されると、波長が基本波５３の１／２の高調波２４となる。この変換された高調波２４は、ビームスプリッタ８で一部反射される一方、透過した高調波２４のほとんど全てがレーザ光源２１の出力光となって出射される。
【００９０】
ビームスプリッタ８で一部反射された高調波２４は、波長変換素子２５の出力光をモニターするために受光素子３７で受光して電気信号に変換されて利用される。この変換された信号の強度が波長変換素子２５で所望の出力が得られる強度になるように、制御部３４は励起用レーザ電流源３６で励起用レーザ２８の駆動電流を調整する。そうすると励起用レーザ２８からの励起光２７の強度が調整され、ファイバレーザ２２の基本波５３の出力強度が調整され、その結果としてレーザ光源２１の出力の強度が調整される。このことによりレーザ光源２１の出力の強度は一定に保たれ、いわゆるオートパワーコントロール（ＡＰＣ）が安定に動作する。なお、レーザ光源２１の出力の強度をＡＰＣ動作により、さらに精度よく制御するために、ファイバ２６の第２のファイバグレーティング３０の外側に受光素子を配置することもできる。このようにして、第２のファイバグレーティング３０で反射されずに、わずかに漏れてくる基本波５３を検出することができる。この検出データを基に、励起光２７や基本波５３の全体の強度を各々推定することにより、制御部３４は励起用レーザ電流源３６で励起用レーザ２８の駆動電流を調整してレーザ光源２１の出力の強度をＡＰＣ動作させる。
【００９１】
なお、基本波５３の検出は、第２のファイバグレーティング３０の外側に受光素子を配置した構成に限るものでは無く、第２のファイバグレーティング３０から出射された基本波５３の分岐光を検出する構成であっても良い。また、第１のファイバグレーティング２９を透過した基本波５３の出力を受光素子で検出する構成でも良い。さらに、励起用レーザ２８の励起光２７を取り出しミラーにより反射させて、励起光２７の一部を受光素子で検出することにより、基本波５３の出力を制御して良い。これらの構成により、励起光２７や基本波５３の出力を、より正確に検出して基本波５３の出力を安定に制御することにより、レーザ光源２１からの出力をさらに安定して得ることができる。
【００９２】
次に、波長変換部２３の波長変換素子２５及び波長変換素子保持部３５の具体的な構成について説明する。本実施の形態では、基本波５３を出射するファイバレーザ２２の発振波長を変化させる。このため、高調波２４を発生させる波長変換部２３の波長変換素子２５に用いている非線形光学結晶の位相整合条件を、発振波長に応じて変化させる必要がある。本実施の形態では、角度位相整合を用いる結晶の例としてＫＴｉＯＰＯ４（ＫＴＰ）、温度位相整合を用いる結晶の例としてＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）、擬似位相整合を用いる結晶の例としてＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３、を用いた場合について説明する。
【００９３】
（角度位相整合を用いる場合）
図６（ａ）に、波長変換素子２５に角度位相整合を用いる非線形結晶を使用した場合の波長変換部２３の構成について示す。図６（ａ）において、波長変換部２３は、波長変換素子２５ａと、集光レンズ３１と、ビームスプリッタ８と、波長変換素子保持部３５ａと、を有している。波長変換素子２５ａはＫＴＰ結晶を角度位相整合により構成されており、波長変換素子保持部３５ａは結晶光学軸におけるφ方向に波長変換素子２５ａを回転させる回転ステージを設けている。
【００９４】
ファイバレーザ２２の発振波長を１０５５ｎｍ、１０６０ｎｍ、１０６５ｎｍ及び１０７０ｎｍとし、波長変換素子２５ａを構成するＫＴＰ結晶をｔｙｐｅ−ＩＩ位相整合（ｘｙ面内、ｚ軸と基本波入射方向とのなす角度θ＝９０）で使用した。それぞれの位相整合条件としては、位相整合角度φ（基本波入射方向とｘ軸とがなす角度：結晶内の角度）が３５°、３２．５°、２８．５°及び２３．５°であった。なお、この位相整合角度φは、結晶の温度により±０．２°程度変化するものである。
【００９５】
図６（ｂ）に、波長変換素子２５に角度位相整合を用いる非線形結晶を使用した場合の波長変換部２３の他の構成について示す。図６（ｂ）において、波長変換部２３は、波長変換素子２５ａと、集光レンズ３１と、ビームスプリッタ８と、波長変換素子保持部３５ａと、波長変換素子２５ｂと、波長変換素子保持部３５ｂと、を有している。もちろん、波長変換素子２５ｂはＫＴＰ結晶を角度位相整合により構成されており、波長変換素子保持部３５ｂは結晶光学軸におけるφ方向に波長変換素子２５ｂを回転させる回転ステージを設けている。すなわち、図６（ｂ）の構成は、図６（ａ）の構成に、波長変換素子２５ｂと波長変換素子保持部３５ｂを追加したものとなっている。この構成により、波長変換素子２５ａの回転により生じる光軸の変化を、波長変換素子２５ｂの回転により、抑えることができる。
【００９６】
（温度位相整合を用いる場合）
図７に、波長変換素子２５に温度位相整合を用いる非線形結晶を使用した場合の波長変換機部２３の構成について示す。図７において、波長変換部２３は、波長変換素子２５ｃと、集光レンズ３１と、ビームスプリッタ８と、波長変換素子保持部３５ｃと、を有している。波長変換素子２５ｃはＬＢＯ結晶を温度位相整合により構成されており、波長変換素子保持部３５ｃは、波長変換素子２５ｃの温度を保持するヒーター４２と、ヒーター４２と波長変換素子２５ｃとの隙間に配置されたスペーサー４１と、を有している。ヒーター４２は、真鍮製のブロック内にカートリッジヒータを内蔵させたもので、５ｍｍ×５ｍｍ、長手方向に２５ｍｍの空間を設け、その空間内に、３ｍｍ×３ｍｍ×２０ｍｍのＬＢＯ結晶からなる波長変換素子２５ｃを保持している。隙間にはアルミニウム製のスペーサー４１を配置している。ここでの位相整合温度は、この真鍮ブロックに配置した温度モニター用の熱電対の温度を示している。
【００９７】
ファイバレーザ２２の発振波長を１０５５ｎｍ、１０６０ｎｍ、１０６５ｎｍ及び１０７０ｎｍとし、波長変換素子２５ｃを構成するＬＢＯ結晶（θ＝９０°、φ＝０°：ｘ軸上）の非臨界位相整合条件（ｔｙｐｅ−Ｉ）を使用した場合、それぞれの位相整合温度は１６１℃、１５５℃、１４７℃及び１３６℃であった。なお、この位相整合温度は、結晶の個体差やヒーター４２での保持条件により、±２℃程度変化するものである。
【００９８】
（擬似位相整合を用いる場合）
図８に、波長変換素子２５に擬似位相整合を用いる非線形結晶を使用した場合の波長変換部２３の構成について示す。図８において、波長変換部２３は、波長変換素子２５ｄと、集光レンズ３１と、ビームスプリッタ８と、波長変換素子保持部３５ｄと、を有している。波長変換素子２５ｄは非線形光学結晶（ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３［ＭｇＯ：ＬＮ］）を擬似位相整合により構成されており、波長変換保持部３５ｄは、波長変換素子２５ｄの温度を保持するペルチェ素子及びそのコントローラ５１と、波長変換素子２５ｄを所定の方向に移動可能な移動ステージ５２と、を有している。非線形光学結晶（ＭｇＯ：ＬＮ）には分極反転周期が形成されており、ＭｇＯ：ＬＮ結晶の最大の非線形光学定数ｄ３３を使用することができるため、高効率な波長変換が可能である。分極反転周期は、基本波５３の波長で規定されるため、基本波５３の波長を切り替えるたびに、非線形光学結晶に形成された分極反転周期も切り替える必要がある。
【００９９】
ファイバレーザ２２の発振波長を１０５５ｎｍ、１０６０ｎｍ、１０６５ｎｍ及び１０７０ｎｍとした場合、必要な分極反転周期は６．８μｍ、６．９μｍ、７μｍ及び７．１μｍとなる。図９（ａ）〜（ｃ）に、ＭｇＯ：ＬＮ結晶に形成された分極反転周期を示す。図９（ａ）では、基本波５３の進行方向に対して各分極反転周期が形成された領域Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・が平行に並んでいる。例えば、領域Ａに形成された分極反転周期はλ１の基本波５３に対応し、領域Ｂに形成された分極反転周期はλ２の基本波５３に対応し、領域Ｃに形成された分極反転周期はλ３の基本波５３に対応する。一方、図９（ｂ）では、分極反転周期がリニアに変化するものであり、例えば、位置Ｄの分極反転周期がλ１の基本波５３に対応し、位置Ｅの分極反転周期がλ２の基本波５３に対応し、位置Ｆの分極反転周期がλ３の基本波５３に対応する。
【０１００】
図９（ａ）及び（ｂ）に示す分極反転周期の構成を持つ波長変換素子２５ｄは、基本波５３の波長の切り替えに対応して、基本波５３が入力される領域又は位置を切り替える必要がある。したがって、波長変換素子２５ｄは波長変換素子保持部３５ｄの移動ステージ５２により移動可能となっている。また、移動ステージ５２の駆動タイミングは、図１の反射波長可変部３３の駆動タイミングに同期しなければならない。このため、制御部３４は、反射波長可変部３３を駆動する駆動信号に同期して、移動ステージ５２を駆動する駆動信号を生成する。それにより、反射波長可変部３３による第２のファイバグレーティング３０の反射波長のシフトに合わせて、波長変換素子２５ｄの基本波５３が入力される領域又は位置を正確に切り替えることにより、波長変換を効率よく実行することができる。なお、ＭｇＯ：ＬＮ結晶の結晶軸を考慮すれば、図９（ａ）の構成の作製が容易である。
【０１０１】
一方、図９（ｃ）では、基本波５３の進行方向に沿って各分極反転周期が形成された領域Ｇ、Ｈ、Ｉ・・・が順に並んでいる。例えば、領域Ｇに形成された分極反転周期はλ１の基本波５３に対応し、領域Ｈに形成された分極反転周期はλ２の基本波５３に対応し、領域Ｉに形成された分極反転周期はλ３の基本波５３に対応する。図９（ｃ）の構成では、基本波５３の進行方向に沿って各分極反転周期の領域を設けているため、基本波５３の波長切り替えと連動させて、波長変換素子２５ｄを移動する必要がない。したがって、図８の移動ステージ５２は不要となり、波長変換素子保持部３５ｄの構成は簡単化され、さらに制御部３４の処理の負荷も軽減できる。図９（ｃ）の構成は、基本波５３の波長が離散的に変化することから実現可能となっている。ただし、波長変換される領域（相互作用長）が短くなるため、基本波５３から高調波２４への変換効率は低下する。このため、変換効率を重視する場合は図９（ａ）の構成が望ましい。
【０１０２】
次に、図１のレーザ光源２１が高出力の緑色レーザ光（以下、「Ｇ光」とする。）を出力する方法について説明する。図１において、ファイバレーザ２２のファイバ２６のコア部分には、レーザ活性物質として希土類元素Ｙｂが１２００ｐｐｍの濃度でドープされている。ファイバ励起用の励起用レーザ２８は、波長９１５ｎｍ、しきい値電流４００ｍＡ、最大光出力１０Ｗの半導体レーザが使用されている。波長９１５ｎｍの励起光はファイバ２６に入射されて、第２のファイバグレーティング３０に到達するまでに全て吸収される。その結果、励起用レーザ２８からの励起光２７をファイバ２６に入射すると、励起光２７がコア部分で吸収されてコア部分のＹｂの準位を利用して、ファイバ２６から波長約１０５０〜１０６５ｎｍの誘導放出が起こる。この約１０５０〜１０６５ｎｍの誘導放出光は、ファイバ２６中を励起光２７が吸収されることで得られたゲインで増幅されて進み、波長約１０５０〜１０６５ｎｍの赤外レーザ光の基本波５３となる。また、基本波５３は第１のファイバグレーティング２９と第２のファイバグレーティング３０とをレーザ共振器の一組の反射面として、これらの反射面の間を往復することにより、主として低反射率の第２のファイバグレーティング３０により発振波長の選択が行われる。このときの第２のファイバグレーティング３０の反射波長は、上述したように、１０５０ｎｍ、１０５５ｎｍ、１０６０ｎｍ及び１０６５ｎｍに設定され、反射波長帯域幅は０．１ｎｍに設定されている。したがって、基本波５３の波長帯域幅は０．１ｎｍとなって、ファイバレーザ２２から出力される。なお、第１のファイバグレーティング２９と第２のファイバグレーティング３０の発振波長１０５０ｎｍ、１０５５ｎｍ、１０６０ｎｍ及び１０６５ｎｍに対する反射率は、それぞれ９８％と１０％程度に設定されているが、第１のファイバグレーティング２９と第２のファイバグレーティング３０は共に、サンプルドグレーティングとなっているため、設計により各発振波長に対する反射率を変化させることができる。第１のファイバグレーティング２９の反射率を９８％以上とすることにより、励起用レーザ２８へ発振光が戻り、励起用レーザ２８を破壊することを防ぐことができる。一方、第２のファイバグレーティング３０の反射率は、所望の発振波長をロックするだけの光量を帰還すればよいため、５〜２０％程度であることが望ましい。
【０１０３】
図１０に、励起用レーザ２８からの励起光量に対する波長１０６５ｎｍの基本波５３の光出力の入出力特性について示す。基本波５３の出力は、７Ｗまで励起光量に対して比例して直線性よく増加しているのがわかる。
【０１０４】
次に、ファイバレーザ２２から出射された基本波５３が波長変換素子２５により高調波２４に変換される過程について説明する。ファイバレーザ２２から出力された基本波５３（例えば、波長１０６５ｎｍ）は、集光レンズ３１を介して波長変換素子２５に入射する。波長変換素子２５は、入射した光を高調波２４に変換して出力する素子で、たとえば長さ２０ｍｍの分極反転周期構造のＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３結晶を用いている。以下、分極反転周期構造のＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３結晶を用いた場合について記述する。ここで、波長変換素子２５において高調波に変換可能な波長は位相整合波長と呼ばれ、本実施の形態では２５℃で１０６５ｎｍに設定されている。したがって、ファイバレーザ２２の基本波５３の波長１０６５ｎｍは位相整合波長と一致し、波長変換素子２５で高調波２４に変換され、１／２の波長である５３２．５ｎｍの波長の緑色レーザとなって波長変換部２３から高調波２４として出力される。
【０１０５】
一般に、波長変換素子２５は、素子温度により位相整合波長が敏感に変化するため、０．０１℃の精度で温度制御されている。本実施の形態では、波長変換素子２５及び第２のファイバグレーティング３０は、ペルチェ素子を取り付けて０．０１℃の精度でそれぞれ個別に温度制御されている。このようにすると、ファイバレーザ２２の基本波出力が５Ｗを超えて波長変換素子２５及び第２のファイバグレーティング３０での発熱が大きくなっても、Ｗ級の緑色レーザの高調波２４を得ることができる。なお、ペルチェ素子には温度センサが取り付けられており、ペルチェ素子及び温度センサは全て、制御部３４に接続されて温度の信号出力の取り込みや各部品や素子の駆動などを制御されている。
【０１０６】
したがって、本実施の形態では、ファイバ２６に添加する希土類元素の種類や量を調整することや、第２のファイバグレーティング３０の反射波長を短波長に調整することにより、より短波長の基本波を５Ｗ以上の高出力で出力できる。したがって、より短波長の５２６〜５４０ｎｍのＷ級の緑色レーザ光を得ることができる。
【０１０７】
制御部３４は、予め入力されたテーブルを記憶し、テーブルに基づき第２のファイバグレーティング３０と波長変換素子２５の温度制御を行う構成としてもよい。これらの構成により、基本波５３の波長変換素子２５での位相整合条件を精密に制御することができ、さらに安定な高調波２４の出力が効率良く、波長変換素子２５より得ることができる。
【０１０８】
テーブルは、基本波５３の出力に対する波長変換素子２５での位相整合波長変化量のデータからなる構成としてもよい。また、テーブルは、基本波５３の出力に対する基本波５３の第２のファイバグレーティング３０での反射波長変化量のデータからなる構成としてもよい。これらの構成により、基本波５３の出力が変化したときに上記のようなテーブルのデータに基づき、迅速に基本波５３の出力と波長に対して波長変換素子２５の位相整合条件が、第２のファイバグレーティング３０と波長変換素子２５の温度制御により迅速に調整されて、波長変換素子２５の高調波出力がさらに安定に維持される。
【０１０９】
なお、ファイバレーザ２２のファイバ２６のファイバ長を短くすることで５２６〜５４０ｎｍの短波長の緑色レーザ光を得ることができ、再生色の範囲を従来のＳＲＧＢ規格より大きく拡げることができる。このため、ディスプレイ等に適用するときに、さらに色再現範囲が広げられる。
【０１１０】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図１１に、本発明の実施の形態２に係るレーザディスプレイ（２次元画像表示装置）の構成を示す。本実施の形態に係るレーザディスプレイは、上記の実施の形態１に係るレーザ光源を適用したレーザディスプレイの一例である。
【０１１１】
光源には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のレーザ光源１００１ａ〜１００１ｃを用いている。赤色レーザ光源（Ｒ光源）１００１ａには、波長６３８ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系半導体レーザを、青色レーザ光源（Ｂ光源）１００１ｃには、波長４６５ｎｍのＧａＮ系半導体レーザを用いている。
【０１１２】
一方、緑色レーザ光源（Ｇ光源）１００１ｂには、上記の実施の形態１に係るレーザ光源を用いている。赤外レーザの波長を１／２にする波長変換素子を具備したレーザ光源である。Ｒ、Ｇ、Ｂ各光源１００１ａ〜１００１ｃより出射されたレーザビームは、集光レンズ１００９ａ〜１００９ｃにより集光したのち、反射型２次元ビーム走査手段１００２ａ〜１００２ｃにより拡散板１００３ａ〜１００３ｃ上を走査される。画像データは、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれのデータに分割されており、その信号をフィールドレンズ１００４ａ〜１００４ｃで絞って空間光変調素子１００５ａ〜１００５ｃに入力したのち、ダイクロイックプリズム１００６で合波することによりカラー画像を形成する。このように合波した画像は投射レンズ１００７によりスクリーン１００８に投影される。ただし、Ｇ光源１００１ｂから空間光変調素子１００５ｂに入射する光路中には、空間変調素子１００５ｂでのＧ光のスポットサイズをＲ光やＢ光と同じにするための凹レンズ１００９が挿入されている。
【０１１３】
なお、本実施の形態では、１つの半導体レーザを使用してＲ光源やＢ光源を構成しているが、複数個の半導体レーザの出力を、例えば、バンドルファイバなどにより１本のファイバとしてまとめて得られるようにＲ光源やＢ光源を構成してもよい。このようにすると、Ｒ光源やＢ光源の波長スペクトルの幅を大きくすることができて、可干渉性を緩和することができ、光源としてスペックルノイズを抑制することもできる。同様にＧ光源についても、複数のレーザ光源のＧ光出力をそれぞれ出力ファイバで導波し、これらの出力ファイバを、例えば、バンドルファイバなどにより１本のファイバとしてまとめることにより、スペックルノイズを抑制したＧ光源としてもよい。
【０１１４】
また、図１１のレーザディスプレイでは、振動拡散板１００３ａ〜１００３ｃやフィールドレンズ１００４ａ〜１００４ｃ等の部材が空間光変調素子１００５ａ〜１００５ｃの手前に配置されている。このような部材の配置は、可干渉性の強いレーザ光線を光源に用いることにより、発生するスペックルノイズを除去するためであり、これらのスペックルノイズ除去手段を揺動することにより、人間の目の応答時間で見たスペックルノイズを低減することができる。
【０１１５】
本実施の形態では、Ｇ光源１００１ｂに上記の実施の形態１にレーザ光源を用いて、ファイバレーザから出射される基本波を波長変換素子に入射して高調波を発生させている。本実施の形態に係るレーザディスプレイの構成においては、Ｇ光源１００１ｂに用いられたレーザ光源が特徴となっている。
【０１１６】
本実施の形態のレーザディスプレイは、Ｒ、Ｇ、Ｂの光源にレーザ光源を用いるので、高輝度で薄型に構成できる。さらに、Ｇ光源１００１ｂに上記実施の形態１に係るレーザ光源を用いることにより、再生色範囲を従来のＳＲＧＢ規格より、例えば、５２５ｎｍの範囲にまで広く拡げることができ、さらに原色に近い色表現が可能となる。すなわち、本実施の形態のレーザディスプレイは、従来のレーザディスプレイよりも色再現範囲を拡げることができる。
【０１１７】
さらに、Ｇ光源１００１ｂは、例えば、波長が５２５ｎｍ、５２７．５ｎｍ、５３０ｎｍ及び５３２．５ｎｍのいずれかの光を任意に発振可能である。このため、スペックルノイズを単一波長の場合の２割以下に低下させることができる。さらに、振動拡散板１００３ｂを揺動することにより、ヒトの目にとってスペックルノイズが感じられない程度（２％以下）にスペックルノイズによる明暗の高低差を低減することができる。
【０１１８】
なお、本実施の形態では、このような構成の２次元画像表示装置のほかに、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）をとることも可能である。また、導光板でレーザ光を均一化することにより、液晶パネルのバックライトとしても使用することが可能である。
【０１１９】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。一般に、緑色光の発振波長が変化すると、映像の色再現範囲が変化することが知られている。図１２に、緑色光の波長と色再現範囲との関係を示す。５３２．５ｎｍは視感度が高いため、同じ明るさを得る場合には少ない投入電力でよいが、海の色などを表示するのに必要な「シアン系」の色が出せないという問題がある。一方、５２５ｎｍでは「シアン系」の色を再現できるが、視感度が低いため、５３２．５ｎｍの場合と比較して２倍以上の投入電力を必要とするという問題点があった。
【０１２０】
このような問題を解決するために、本実施の形態に係るレーザ光源では、映像の種類や使用状況に応じてレーザ光の発振波長を切り替えることにより、ヒトの目の視感度を利用して同じ消費電力で、より明るい映像を表示させることを可能にする。以下、本実施の形態に係るレーザ光源がレーザディスプレイの緑色光源に用いられた場合について説明する。
【０１２１】
図１３に、本実施の形態に係るレーザ光源の概略構成を示す。本実施の形態に係るレーザ光源１１０は、上記の実施の形態１に係るレーザ光源に、波長決定回路１１０２及び輝度信号判定回路１１０３を含むプロジェクタ制御回路１１０１と、映像モード切替スイッチ１１０４と、が追加された構成となっている。また、外部より映像信号（データ）１１０５あるいは映像信号（ビデオ）１１０６がプロジェクタ制御回路１１０１に入力され、プロジェクタ制御回路１１０１により制御部３４へ波長選択信号１１０７が送信され、レーザ光の発振波長が選択される。
【０１２２】
プロジェクタ制御回路１１０１の動作について説明する。通常、レーザディスプレイには、映像信号の入出力用の複数の端子、例えば、Ｄ−ｓｕｂ１５ｐｉｎや、ＤＶＩ、ＲＣＡピン、Ｓ端子、Ｄ端子、ＨＤＭＩ、が設けられている。そこで、まず、プロジェクタ制御回路１１０１が、レーザディスプレイの端子のうちのいずれに映像信号が入力されたかを検知することにより、レーザ光の発振波長を変化させる場合について説明する。
【０１２３】
例えば、レーザディスプレイに映像信号（データ）１１０５が入力されたとする。映像信号（データ）１１０５がＤ−ｓｕｂ１５ｐｉｎあるいはＤＶＩから入力されていれば、映像信号１１０５はプレゼンテーションに用いるような、明るさが重要視されるデータ信号であると言える。この場合、波長決定回路１１０２は、波長選択信号１１０７を制御部３４に送信することにより、視感度の高い波長の緑色光を選択する。
【０１２４】
また、ＲＣＡピンや、Ｓ端子、Ｄ端子、ＨＤＭＩ等の端子から映像信号が入力された場合、その映像信号は映像信号（ビデオ）１１０６であることが多い。この場合、輝度信号判定回路１１０３は、映像ソースの明るさを判定する。輝度信号判定回路１１０３は、映像中の輝度信号を解析することにより、入力された映像信号１１０６が、一般的なテレビ番組（例えば、スタジオ収録された番組）のような明るい場面が多く、それほど色が重要視されない映像信号であるのか、あるいは、映画のような暗い場面が多いが、広い色再現範囲が求められるような映像信号であるのかを判別する。前者の場合は、視感度の高い緑色波長を使用する割合を増やし、効率を向上させ、後者の場合には、色再現性が拡大できる５２６ｎｍなどの短波長の緑色波長を使用する割合を増やすことで画質を向上させることが可能となる。
【０１２５】
また、映像モード切替スイッチ１１０４により、ユーザーが任意にどちらの波長を使用するか決定することもできる。例えば、ユーザーが明るい映像を好む場合には、視感度の高い緑色波長を指定できる一方、色再現性が広い高画質な映像を常に見たい場合には、色再現性が拡大できる波長を指定できる。また、輝度信号判定回路１１０３で決定される波長選択信号１１０７において、発振波長を決定することもできる。
【０１２６】
本実施の形態に係るレーザ光源１１０では、５２５ｎｍ、５２７．５ｎｍ、５３０ｎｍ、あるいは、５３２．５ｎｍのいずれかの波長を任意に発振可能となるため、色再現性よりも明るさが要求されるデータプロジェクターとして使用する際には、視感度の高い５３２．５ｎｍの発光とすることで、同じ消費電力でヒトの目に感じる明るさを向上することができる。一方、明るさよりも映画などの色再現性が要求される場合においては、視感度は低いが、再現色範囲を広げることが可能な５２５ｎｍの発光として、色再現性を高めることができる。
【０１２７】
以上の発光比率を変化させる方法としては、以上に挙げた限りでなく、他の方法を適用しても同様の効果が得られるものである。
【０１２８】
また、本実施の形態では、バッテリー１１０９を電源として使用できる構成の場合、ＡＣ電源１１０８かバッテリー１１０９のいずれの使用か、あるいはバッテリー１１０９の残量に応じて、発振する波長を切り替えることで、バッテリー１１０９の寿命を向上させることも可能である。例えば、ＡＣ電源１１０８かバッテリー１１０９を使用しているかで判断する場合、電源制御回路１１１０により電源種類を判断し、波長決定回路１１０２に電源判定信号１１１１を送信することで、波長決定回路１１０２により波長が決定される。また、バッテリー１１０９の残量を電源制御回路１１１０で判断することにより発振波長を決定することで、バッテリー１１０９を使用している場合やバッテリー残量が少なくなった場合、ファイバレーザ２２としての効率が高く、かつ視感度も大きな長波長のグリーン光で投影することにより、より少ない消費電力で明るい画像を表示できる。
【０１２９】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。図１４に、本発明の実施の形態４に係るレーザ蛍光顕微鏡の構成を示す。本実施の形態に係るレーザ蛍光顕微鏡は、上記の実施の形態１に係るレーザ光源を用いたものである。本実施の形態に係るレーザ蛍光顕微鏡は、試料にローダミンなどの蛍光物質で染色し、上記実施の形態１に係るレーザ光源から発生した光により励起することにより、蛍光した部分を観察するものである。蛍光物質は数種類あり、それぞれ励起光の波長が異なっている。例えば、ＴＲＩＴＣという蛍光試薬の励起波長は５４０ｎｍであり、ＴｅｘａｓＲｅｄという試薬では５６０ｎｍとなっている他、様々な励起波長の蛍光試薬が市販されている。それぞれの試薬で細胞内に留まる部分が異なっているため、視認性を大きく高めることができるものである。
【０１３０】
本実施の形態に係るレーザ蛍光顕微鏡１３０１のレーザ光源２１から発せられたレーザ光をミラー１３０２ａ及び１３０２ｂで折り返し、顕微鏡１３０３内に導入する。レーザ光を試料１３０４に照射することで、試料１３０４内に保持されている蛍光試料を励起し、発光部分を画像で確認することができる。従来は、ハロゲンランプの光をダイクロイックミラーで分離したものや、色素レーザを使用した光源が用いられていたが、ハロゲンランプのものでは色分離しきれず、励起したくない色素まで励起してしまうという課題があった。色素レーザを用いたものでは、チューナブルレーザのため色分離が可能であるが、液体の色素を頻繁に交換する必要があり、メンテナンス回数が多いという課題があった。本実施の形態では、離散的な波長可変となるが、メンテナンスフリーであり、色素レーザと比較して大幅に小型化が可能となる。
【０１３１】
以上説明したように、本発明の実施の形態１〜４によれば、複数の反射波長を持つ一組のファイバグレーティングの狭帯域側のファイバグレーティング周期を可変とすることにより、レーザの発振波長を離散的に変化させることができる。このことにより、高出力かつ複数の波長を切り替えて使用可能なレーザ光源装置を実現できる。また、狭帯域側の反射率とレーザ媒質のゲインとを合致させ、発振させたい波長を任意に選択できるため、複数波長を同時発振させる場合と比較して、Ｗ級の可視のレーザ光を安定に出力でき、視感度の高い緑色のレーザ光を出射することができる。さらに、高輝度で、色再現範囲が広く、高画質化、低消費電力化された２次元画像表示装置を実現できる。
【０１３２】
なお、上記の実施の形態１〜４において、図１５（ａ）に示すように、１１２０ｎｍなどの１１００ｎｍ以上の光を発振させ、高調波を得る場合、ファイバレーザ側で１０００〜１１００ｎｍの波長範囲で増幅自然放出光（Ａｍｐｌｉｆｉｒｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｉｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）が発生し、励起用レーザを破壊することがある。このため、図１５（ｂ）に示すように、１０００〜１１００ｎｍの波長範囲のうちのいずれかの波長で、同時に発振するようにファイバグレーティングを設計することにより、励起用レーザの破壊を防止することができ、安定した出力を得ることができる。
【０１３３】
また、上記の実施の形態１〜４において、ファイバレーザは希土類元素としてＹｂをドープしたものを用いたが、他の希土類元素、例えば、Ｎｄ、Ｅｒ等から選択された少なくとも１つの希土類元素を用いてもよい。また、波長変換素子の波長や出力に応じて、希土類元素のドープ量を変えたり、複数の希土類元素をドープしたりしてもよい。
【０１３４】
さらに、上記の実施の形態１〜４において、ファイバレーザの励起用レーザには、波長９１５ｎｍ及び波長９７６ｎｍのレーザを用いたが、ファイバレーザを励起できるものであれば、これらの波長以外のレーザを用いても良い。
【０１３５】
上記の実施の形態１〜４に係るレーザ光源及び２次元画像表示装置は、高輝度で色再現範囲が広く低消費電力であるので、大型ディスプレイや高輝度ディスプレイ等のディスプレイ分野や、生化学分野における分析応用等に有用である。
【０１３６】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態は、安定な可視光高出力レーザを得るレーザ光源を用いる、手術等に利用される医療用のレーザ光源装置に係るものである。
【０１３７】
図１６は、本実施の形態に係るレーザ光源装置の概略構成を示す図である。本実施の形態に係るレーザ光源装置２１００は、レーザ発振装置２１０１と、レーザ光照射部２１０２と、を備えている。レーザ発振装置２１０１は、ファイバレーザ２１０３と、電源部２１０４と、制御部２１０５と、を有し、レーザ光照射部２１０２は、２つの波長変換素子２１１１及び２１１２と、光選択部２１１３と、を有している。また、レーザ発振装置２１０１には、レーザ光を出射させるタイミングをユーザにより決定可能とする点灯スイッチ２１０６が設けられている。ファイバレーザ２１０３から出射されたレーザ光は、ファイバ２１１７を通して、レーザ光照射部２１０２に伝搬される。
【０１３８】
ファイバレーザ２１０３は、Ｙｂ等の希土類が添加されたファイバ２１１０と、ファイバ２１１０に入射する励起光を出力する励起用レーザ２１０７と、基本波の波長を選択可能なファイバグレーティング２１０８ａ、２１０８ｂ、２１０９ａ及び２１０９ｂと、パンダカップラ２１１０ａと、を有し、ファイバグレーティング２１０８ａ、２１０９ａ及びファイバ２１１０は、ダブルクラッド偏波保持ファイバで構成されている。
【０１３９】
レーザ光照射部２１０２は、発生した可視光の一部をファイバ２１１７を通してレーザ発振装置２１０１に帰還させている。レーザ発振装置２１０１では、ファイバ２１１７を介して帰還する可視光がフォトダイオード２１１５及び２１１６によりモニターされる。制御部２１０５はそのモニター結果に基づき励起用レーザ２１０７の駆動する電源部２１０４を制御することにより励起用レーザ２１０７の出力を安定化させる。ファイバ２１１７は、レーザ光照射部２１０２からファイバ２１１７への可視光の結合損失及び、ファイバ２１１７による可視光の伝搬損失を低減するためには、ダブルクラッド偏波保持ファイバであることが望ましい。また、ファイバグレーティング２１０８ｂ及び２１０９ｂを通常の偏波保持ファイバで構成することで、ダブルクラッド偏波保持ファイバであるファイバ２１１７との接続点で漏れ光が発生する。それにより、フォトダイオード２１１５及び２１１６のためのモニター用可視光を得ることができる。
【０１４０】
次に、ファイバレーザ２１０３の動作について説明する。励起用レーザ２１０７からの励起光がファイバ２１１０に入射する。入射した励起光はファイバ２１１０に含まれるレーザ活性物質で吸収されつつ、ファイバ２１１０中を伝搬する。励起光がファイバ２１１０中を通過・吸収され、ファイバ２１１０内で基本波を増幅するゲインが一様に高くなった状態で、基本波の種光がファイバ２１１０の内部で発生する。この基本波の種光は、ファイバグレーティング２１０８ａと２１０８ｂとを一組の共振器として、あるいは、ファイバグレーティング２１０９ａと２１０９ｂを一組の共振器として、これら共振器の中を増幅されて強度を増しつつ何度も反射して往復し、ついにレーザ発振に至る。
【０１４１】
パンダカプラ２１１０ａは、基本波の偏光方向ごとに発振波長を変化させるために用いている。例えば、パンダカプラ２１１０ａのｓｌｏｗ軸方向に反射波長が１０６４ｎｍ、反射帯域が０．０５ｎｍのファイバグレーティング２１０９ｂを融着し、ｆａｓｔ軸方向に反射波長が１１７８ｎｍ、反射帯域が０．０５ｎｍのファイバグレーティング２１０８ｂを融着することで、Ｙｂファイバ２１１０内ではｓｌｏｗ軸方向が１０６４ｎｍ、ｆａｓｔ軸方向が１１７８ｎｍで発振する。各波長によるｆａｓｔ／ｓｌｏｗ軸の方向は、それぞれの波長での偏光方向が直交していれば、それぞれ入れ替わっても同様の効果を得ることができる。
【０１４２】
このように、基本波の偏光方向ごとに発振波長を変えることで、多波長発振時に発生するモード間競合による出力不安定を防止することができる。また、１１７８ｎｍを発生させる場合には、波長が１０４０〜１０９０ｎｍのＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光が発生してしまう。その結果、１１７８ｎｍ発生の効率が低下するばかりか、不用意なパルス発振が発生し、ファイバレーザ共振器を破壊する。このため、１１７８ｎｍ発生時には、１０６４ｎｍも同時に発振させるようにしている。こうすることで、不用意なパルス発振が抑制されてファイバレーザ共振器の破壊を防ぐことができる。このとき、所望の波長が１１７８ｎｍの高調波である５８９ｎｍであれば、１０６４ｎｍを発生させるためのファイバグレーティング２１０９ｂの温度または引っ張り応力を制御することにより、ファイバグレーティング２１０９ｂの反射波長を変化させて１０６４ｎｍが発生している共振器のＱ値を低下させる。それにより、励起光のエネルギーがファイバグレーティング２１０８ｂによる１１７８ｎｍの発生に、より多く使われるようになる。
【０１４３】
このように、ファイバグレーティング２１０８ａ、２１０９ａ及びファイバ２１１０はダブルクラッド偏波保持ファイバであることが必須である。一方、パンダカップラ２１１０ａ、ファイバグレーティング２１０８ｂ及び２１０９ｂはダブルクラッド構造を持たない通常の偏波保持ファイバであることが望ましい。ファイバグレーティング２１０８ｂ及び２１０９ｂが形成された偏波保持ファイバの末端、つまり基本波の出口は、基本波レーザ光をレーザ光出射部２１０２へ伝搬するファイバ２１１７に融着接続されている。そして、その融着接続点付近にはそれぞれ、レーザ光照射部２１０２内に配置される波長変換素子２１１１及び２１１２で発生する可視光の戻り光をモニターするためのフォトダイオード２１１５及び２１１６が配置されている。ただし、接続点では、赤外光も一緒に漏れてくるため、フォトダイオード２１１５及び２１１６には、赤外光フィルターが装着されていることが望ましい。本実施の形態の場合、波長変換素子２１１１及び２１１２の出射面に、波長変換により発生する可視光のうち８％だけ入射方向に戻すための誘電体多層膜が形成されている。入射方向へ反射された可視光は、再びファイバ２１１７に結合される。この際、ファイバ２１１７がダブルクラッドファイバであることにより、ファイバ２１１７への可視光の結合効率が向上し、より多くの可視光を上記の接続点まで伝搬することが可能となる。その結果、フォトダイオード２１１５及び２１１６は、上記の可視光をより正確にモニターすることができる。なお、波長変換素子２１１１及び２１１２の各出射面での可視光の反射量は、ファイバ２１１７の長さに依存し、１〜１０％の範囲内であることが望ましい。
【０１４４】
本実施の形態に係るレーザ光源装置２１００は、波長変換素子２１１１及び２１１２の位相整合条件をファイバレーザ２１０３の発振波長を変化させることにより制御する。以下、この位相整合条件の制御について説明する。
【０１４５】
図１６において、上述したように、レーザ光照射部２１０２の波長変換素子２１１１及び２１１２の出射端面で反射された可視光は、ファイバ２１１７を通して、レーザ発振装置２１０１に伝搬され、フォトダイオード２１１５及び２１１６によりモニターされている。制御部２１０５は、フォトダイオード２１１５及び２１１６のモニター結果により、波長変換素子２１１１及び２１１２の各可視光の出力強度を取得する。制御部２１０５は、波長変換素子２１１１及び２１１２の各可視光の出力強度に基いてファイバグレーティング２１０８ｂ及び２１０９ｂの反射波長をシフトさせることによりファイバレーザ２１０３の発振波長を変化させる。ファイバレーザ２１０３の発振波長が変化することにより、波長変換素子２１１１及び２１１２の位相整合条件が制御されることになる。
【０１４６】
ファイバグレーティング２１０８ｂ及び２１０９ｂの反射波長のシフト量の設定は、例えば、ペルチェ素子による温度制御により実現される。制御部２１０５は、波長変換素子２１１１及び２１１２の位相整合条件の不成立による出力強度の変動が生じると、ファイバグレーティング２１０８ｂ及び２１０９ｂの温度制御によりファイバレーザ２１０３の発振波長を変化させることにより、波長変換素子２１１１及び２１１２の位相整合条件を再び成立させる。なお、ファイバグレーティング２１０８ｂ及び２１０９ｂの反射波長のシフト量の設定は、上記の実施の形態１と同等、ファイバグレーティング２１０８ｂ及び２１０９ｂに引っ張り応力を付加することにより制御しても良い。
【０１４７】
次に、制御部２１０５によるファイバグレーティング２１０８ｂ及び２１０９ｂの温度制御について具体的に説明する。なお、ファイバグレーティング２１０８ｂ及び２１０９ｂのいずれの温度制御も同一の処理が行われるため、以下では、ファイバグレーティング２１０８ｂを温度制御する場合について説明する。図１７（ａ）は、波長変換素子２１１２の温度が低下した場合の位相整合波長の変化を表わす模式図、図１７（ｂ）は、波長変換素子２１１２の温度が上昇した場合の位相整合波長の変化を表わす模式図である。ファイバグレーティング２１０８ｂは、予め所定の待機温度となるように、ペルチェ素子による温度制御がなされている。待機温度としては、例えば、波長変換素子２１１２の出力強度がピークとなる位相整合温度の８５〜９５％となり、かつ、位相整合温度より低い温度を用いることができる。
【０１４８】
まず、図１７（ａ）において、波長変換素子２１１２の温度が低下すると、図中の矢印Ａ１で示すように、波長変換素子２１１２の出力は上昇する。このとき、位相整合波長の特性曲線は、図中の矢印Ａ２で示すように、短波長側にシフトする。そこで、制御部２１０５は、ファイバグレーティング２１０８ｂの温度を低下させてファイバレーザ２１０３から出射される基本波の発振波長を短波長側にシフトさせる。それにより、図中の矢印Ａ３で示すように、波長変換素子２１１２の出力は低下し、波長変換素子２１１２の待機温度時における出力に回復する。
【０１４９】
一方、図１７（ｂ）において、波長変換素子２１１２の温度が上昇すると、図中の矢印Ｂ１で示すように、波長変換素子２１１２の出力は低下する。このとき、位相整合波長の特性曲線は、図中の矢印Ｂ２で示すように、長波長側にシフトする。そこで、制御部２１０５は、ファイバグレーティング２１０８ｂの温度を上昇させてファイバレーザ２１０３から出射される基本波の発振波長を長波長側にシフトさせる。それにより、図中の矢印Ｂ３で示すように、波長変換素子２１１２の出力は上昇し、波長変換素子２１１２の待機温度時における出力に回復する。
【０１５０】
図１８は、上述した制御部２１０５によるファイバグレーティング２１０８ｂの温度制御の処理手順を示すフローチャートである。まず、制御部２１０５は、フォトダイオード２１１６による波長変換素子２１１２からの戻り光の出力強度のモニター結果を取得し（ステップＳ１０１）、波長変換素子２１１２の出力が上昇しているか、あるいは、低下しているか、を判定する（ステップＳ１０２）。
【０１５１】
次に、上記のステップＳ１０２において、波長変換素子２１１２の出力は上昇していると判定された場合には、制御部２１０５は、ファイバグレーティング２１０８ｂのペルチェ素子に流れる平均電流を減少させる（ステップＳ１０３）。それにより、ペルチェ素子の温度を低下させることによりファイバグレーティング２１０８ｂの温度を低下させてファイバレーザ２１０３から出射される基本波の発振波長を短波長側にシフトさせる（図１７（ａ）参照）。
【０１５２】
次に、制御部２１０５は、電源部２１０４により供給される励起用レーザ２１０７の駆動電流値が所定の設定範囲内にあることを確認するとともに、波長変換素子２１１２の出力強度を確認する（ステップＳ１０４）。そして、電源部２１０４からの駆動電流値と初期電流値とを比較し、両者の差が所定の設定範囲内であれば（ステップＳ１０５ＹＥＳ）、処理は終了し、所定の設定範囲外であれば（ステップＳ１０５ＮＯ）、再び上記のステップＳ１０１〜１０５を繰り返す。
【０１５３】
一方、上記のステップＳ１０２において、波長変換素子２１１２の出力は低下していると判定された場合には、制御部２１０５は、ファイバグレーティング２１０８ｂのペルチェ素子に流れる平均電流を増加させる（ステップＳ１０６）。それにより、ペルチェ素子の温度を上昇させることによりファイバグレーティング２１０８ｂの温度を上昇させてファイバレーザ２１０３から出射される基本波の発振波長を長波長側にシフトさせる（図１７（ｂ）参照）。そして、上記のステップＳ１０５に進む。
【０１５４】
このようにして、上述した制御部２１０５によるファイバグレーティング２１０８ｂの温度制御の処理が行われる。
【０１５５】
本実施の形態では、ファイバグレーティング２１０８ａ及び２１０９ａの反射波長の帯域幅は、ファイバグレーティング２１０８ｂ及び２１０９ｂの反射波長のシフト量に対応するため、１ｎｍ以上であることが望ましい。また、ファイバグレーティング２１０８ｂ及び２１０９ｂの反射波長のシフトによる共振器の発振効率の変化を抑えるため、ファイバグレーティング２１０８ａ及び２１０９ａの反射波長の帯域のトップ形状は、リップルを抑えた形、つまりできるだけフラットであることが望ましい。
【０１５６】
なお、本実施の形態では、ファイバグレーティング２１０８ｂ及び２１０９ｂの温度を制御しているが、ファイバグレーティング２１０８ａ及び２１０８ｂ、並びに、ファイバグレーティング２１０９ａ及び２１０９ｂを、それぞれ一組にして一緒に温度制御するようにしても良い。また、それぞれの組を温度補償パッケージに封入したりしても良い。このようにすることで、ファイバグレーティング２１０８ａ及び２１０９ａの反射波長の帯域を０．２〜１ｎｍとしても上記と同様の効果が得られる。
【０１５７】
このように、ファイバレーザ２１０３の発振波長により波長変換された可視光の出力強度を制御することにより、レーザ発振装置２１０１からレーザ光照射部２１０２への配線を少なくすることができ、レーザ照射部２１０２の設計の自由度が向上する。また、レーザ光照射部２１０２を実際に手で持って施術する際に障害となる配線等が少なくなり、レーザ光照射部２１０２のユーザによる使い勝手を向上させることができる。
【０１５８】
次に、レーザ光照射部２１０２の操作による出射光の波長変化について説明する。図１９（ａ）〜（ｃ）に、レーザ光照射部２１０２の概略構成を示す。
【０１５９】
図１９（ａ）〜（ｃ）に示すように、レーザ光照射部２１０２は、２つの波長変換素子２１１１及び２１１２と、光選択部２１１３と、を有しており、光選択部２１１３は、図中の矢印で示す方向に移動可能な台座２４０１と、台座２４０１上に配置され、赤外光のみを反射する第１の誘電体多層膜ミラー２４０２と、第１の誘電体多層膜ミラー２４０２に隣接するように台座２４０１上に配置され、可視光のみを反射する第２の誘電体多層膜ミラー２４０３と、から構成されている。
【０１６０】
図１９（ａ）に、グリーン光２１１１ａを出射する波長変換素子２１１１の出射面に対向するように第２の誘電体多層膜ミラー２４０３が位置する状態を示す。この場合、可視光のみを反射する第２の誘電体多層膜ミラー２４０３が波長変換素子２１１１の出射面の前にあるため、グリーン光２１１１ａがレーザ光照射部２１０２の外部に出射される。
【０１６１】
図１９（ｂ）に、オレンジ光２１１２ａを出射する波長変換素子２１１２の出射面に対向するように第２の誘電体多層膜ミラー２４０３が位置する状態を示す。この場合、可視光のみを反射する第２の誘電体多層膜ミラー２４０３が波長変換素子２１１２の出射面の前にあるため、オレンジ光２１１２ａがレーザ光照射部２１０２の外部に出射される。
【０１６２】
図１９（ｃ）に、赤外光２１１１ｂを出射する波長変換素子２１１１の出射面に対向するように第１の誘電体多層膜ミラー２４０２が位置する状態を示す。この場合、赤外光のみを反射する第１の誘電体多層膜ミラー２４０２が波長変換素子２１１１の出射面の前にあるため、波長変換素子２１１１に入射された基本波のうち未変換の赤外光２１１１ｂがレーザ光照射部２１０２の外部に出射されることになる。
【０１６３】
このようにして、レーザ光照射部２１０２の操作により出射光の波長を変化させることができる。
【０１６４】
本実施の形態では、レーザ光照射部２１０２の出射光の波長に応じてレーザ発振装置２１０１のファイバレーザ２１０３を制御することによりファイバレーザ２１０３の発振効率の最適化を図ることができる。以下、この発振効率の最適化について説明する。
【０１６５】
例えば、図１９（ａ）の状態では、レーザ光照射部２１０２からの出射光はグリーン光２１１１ａである。したがって、レーザ発振装置２１０１から出射されるべき基本波は、波長変換素子２１１１から出射されるグリーン光２１１１ａの基本波となる１０６４ｎｍ光であり、波長変換素子２１１２から出射されるオレンジ光の基本波となる１１７８ｎｍ光は不要となる。そこで、このときには、制御部２１０５は、１１７８ｎｍ光を発振させるファイバグレーティング２１０８ｂの反射波長の帯域がファイバグレーティング２１０８ａの反射波長の帯域から外れるように、ファイバグレーティング２１０８ｂの温度制御や引っ張り応力付加制御を行う。このようにすることで、１１７８ｎｍ光の発振を停止させ、励起用レーザ２１０７の励起エネルギーのすべてをファイバグレーティング２１０９ｂによる１０６４ｎｍ光の発振に利用することができる。このため、ファイバグレーティング２１０９ｂによる１０６４ｎｍ光の発振効率を向上させることができる。
【０１６６】
図２０（ａ）に、ファイバレーザ２１０３の発振波長に対するファイバグレーティング２１０８ａ、２１０８ｂ、２１０９ａ及び２１０９ｂの反射波長の帯域の関係を示す。上述したように、発振波長１１７８ｎｍでは、ファイバグレーティング２１０８ｂの反射波長の帯域がファイバグレーティング２１０８ａの反射波長の帯域から外れ、発振波長１０６４ｎｍでは、ファイバグレーティング２１０９ｂの反射波長の帯域はファイバグレーティング２１０９ａの反射波長の帯域内に位置している。
【０１６７】
次に、図１９（ｂ）の状態では、レーザ光照射部２１０２からの出射光はオレンジ光２１１２ａである。したがって、レーザ発振装置２１０１から出射されるべき基本波は、波長変換素子２１１２から出射されるオレンジ光２１１２ａの基本波となる１１７８ｎｍ光であり、波長変換素子２１１１から出射されるグリーン光の基本波となる１０６４ｎｍ光は、基本的には不要となる。ただし、このとき、上記のグリーン光の発生時と同様に、１０６４ｎｍ光の発振を完全に停止させた場合、ＡＳＥ光のジャイアントパルスの発生によりファイバレーザ２１０３を破壊してしまう。このため、制御部２１０５は、１０６４ｎｍ光を発振させるファイバグレーティング２１０９ｂの反射波長の帯域がファイバグレーティング２１０９ａの反射波長の帯域のエッジにかかるように、ファイバグレーティング２１０９ｂの温度制御や引っ張り応力付加制御を行う。このようにすることで、１０６４ｎｍ光を弱く発振させることが可能となり、ＡＳＥのジャイアントパルスを防止することができる。そのため、励起用レーザ２１０７の励起エネルギーの大部分をファイバグレーティング２１０８ｂによる１１７８ｎｍ光の発振に利用することができる。このため、ＡＳＥを発生させること無く、ファイバグレーティング２１０８ｂによる１１７８ｎｍ光の発振効率を向上させることができる。
【０１６８】
図２０（ｂ）に、ファイバレーザ２１０３の発振波長に対するファイバグレーティング２１０８ａ、２１０８ｂ、２１０９ａ及び２１０９ｂの反射波長の帯域の関係を示す。上述したように、発振波長１０６４ｎｍでは、ファイバグレーティング２１０９ｂの反射波長の帯域がファイバグレーティング２１０９ａの反射波長の帯域のエッジにかかっており、発振波長１１７８ｎｍでは、ファイバグレーティング２１０８ｂの反射波長の帯域はファイバグレーティング２１０８ａの反射波長の帯域内に位置している。
【０１６９】
次に、図１９（ｃ）の状態では、レーザ光照射部２１０２からの出射光は波長変換素子２１１１に入射される基本波である赤外光２１１１ｂである。したがって、レーザ発振装置２１０１から出射されるべき基本波は、波長変換素子２１１１から出射されるグリーン光２１１１ａの基本波となる１０６４ｎｍ光であり、波長変換素子２１１２から出射されるオレンジ光の基本波となる１１７８ｎｍ光は不要となる。そこで、このときには、制御部２１０５は、１１７８ｎｍ光を発振させるファイバグレーティング２１０８ｂの反射波長の帯域がファイバグレーティング２１０８ａの反射波長の帯域から外れるように、ファイバグレーティング２１０８ｂの温度制御や引っ張り応力付加制御を行う。このようにすることで、１１７８ｎｍ光の発振を停止させ、励起用レーザ２１０７の励起エネルギーのすべてをファイバグレーティング２１０９ｂによる１０６４ｎｍ光の発振に利用することができる。このため、ファイバグレーティング２１０９ｂによる１０６４ｎｍ光の発振効率を向上させることができる。また、波長変換素子２１１１の位相整合条件を不成立とすることにより、波長変換素子２１１１による波長変換効率を低下させ、それにより、未変換の赤外光２１１１ｂの取り出し量を増加させることができる。
【０１７０】
本実施の形態ではさらに、レーザ発振装置２１０１の点灯スイッチ２１０６及びレーザ光照射部２１０２のシャッター２１１４を用いることにより、レーザ光を出射させるタイミングをユーザにより決定可能とし、それにより、ファイバレーザ２１０３による消費電力の低減を図ることができる。以下、この消費電力の低減について説明する。
【０１７１】
図２１は、点灯スイッチ２１０６及びレーザ光照射部２１０２によるレーザ光照射部２１０２の出射動作の処理手順を示すフローチャートである。まず、レーザ光源装置２１００のユーザにより点灯スイッチ２１０６がＯＮされると（ステップＳ２０１）、点灯スイッチ２１０６から制御部２１０５へ点灯指令が通知される（ステップＳ２０２）。
【０１７２】
制御部２１０５は、点灯スイッチ２１０６からの点灯指令に基づき電源部２１０４を制御することにより励起用レーザ２１０７にあらかじめ定められた駆動電流により励起用レーザ２１０７を点灯させる（ステップＳ２０３）。制御部２１０５は、励起用レーザ２１０７の点灯により発生する、波長変換素子２１１１及び２１１２から出射された可視光の戻り光を、フォトダイオード２１１５及び２１１６によりモニターする。そして、そのモニター結果を用いて、波長変換素子２１１１及び２１１２の出力強度が最大となるように、ファイバグレーティング２１０８ｂ及び２１０９ｂの反射波長の制御により、ファイバレーザ２１０３の発振波長を変化させる（ステップＳ２０４）。ここで、ファイバグレーティング２１０８ｂ及び２１０９ｂの反射波長の制御は、上述したように、温度制御によっても良いし、引っ張り応力付加制御によっても良い。
【０１７３】
次に、制御部２１０５は、波長変換素子２１１１及び２１１２の出力が安定したところで（ステップＳ２０５ＹＥＳ）、レーザ光照射部２１０２のシャッター２１１４を開き、レーザ光照射部２１０２から波長変換素子２１１１及び２１１２の出射光を照射する（ステップＳ２０６）。一方、上記のステップＳ２０５において、出力が安定しなければ（ステップＳ２０５ＮＯ）、上記のステップＳ２０４及び２０５を繰り返す。
【０１７４】
このようにして、点灯スイッチ２１０６及びレーザ光照射部２１０２によるレーザ光照射部２１０２の出射動作が行なわれる。
【０１７５】
本実施の形態では、波長変換素子２１１１及び２１１２の位相整合条件を満たす方法として、ファイバレーザ２１０３の発振波長を変化させることを採用することで、点灯スイッチ２１０６の操作から可視レーザ光の出射までを２００μｓ以下で実行することができる。
【０１７６】
なお、上述したように、波長変換素子２１１１及び２１１２の温度制御により位相整合条件を満足させる場合、波長変換素子２１１１及び２１１２の熱容量が小さいものが望ましい。熱容量の小さな波長変換素子を用いることにより、温度制御する際の時定数を小さくし、短い時間で位相整合条件を満足させることが可能となるからである。
【０１７７】
このように、点灯スイッチ２１０６の操作からレーザ光照射部２１０２からの光発射までの時間を短縮することで、ファイバレーザ２１０３を動作状態で待機させる必要が無くなり、大幅な低消費電力化を実現することができる。
【０１７８】
本実施の形態では、発振波長ごとに異なるレーザ光照射部２１０２を使用する際において、レーザ光照射部２１０２の先端にプローブを付加することにより、レーザ光照射部２１０２の照射範囲を決定することができる。図２２に、レーザ光照射部２１０２の出射面にプローブを付加した概略構成を示す。
【０１７９】
図２２に示すように、レーザ光照射部２１０２の出射面にプローブ２７０１が設けられている。プローブ２７０１の内部には、波長変換素子２１１１の出射光に対して例えば１０％程度の反射率を有する反射ミラー２７０２が配置されている。波長変換素子２１１１の出射光は、反射ミラー２７０２により一部が反射され、その反射光は再び波長変換素子２１１１を通過し、ファイバ２１１７を通してレーザ発振装置２１０１のフォトダイオード２１１５によりモニターされることになる。このようにすることで、上記の反射光の有無により、プローブの装着／未装着を検出することが可能となり、レーザ光照射部２１０２の誤使用を防止することができる。また、出射光の波長範囲により使用するプローブの種類が異なる場合には、それぞれのプローブに適した波長範囲の光の反射に適した反射ミラーを設けることにより、使用波長に対するプローブの誤使用を防止することができる。
【０１８０】
本実施の形態において、励起用レーザ２１０７の励起エネルギーを校正することで、レーザの立ち上げ時から所望の出力でかつ安定した可視レーザ光を得ることができる。例えば、レーザ発振装置２１０１のフォトダイオード２１１５及び２１１６によるモニター結果と波長変換素子２１１１及び２１１２の実際の出力強度とを校正する校正モードを設ければよい。レーザ発振装置２１０１にレーザ光照射部２１０２の出射光を直接取り込むことにより、実際の出力強度とフォトダイオード２１１５及び２１１６のモニター結果とから、実際の出力強度とモニター結果との相関を取る操作を行う。この相関データを補正データとして制御部２１０５内のレジスタ等の記憶媒体に格納する。この操作により、励起用レーザ２１０７の立ち上げ時から所望の出力でかつ安定した可視レーザ光を得ることができる。
【０１８１】
なお、従来より、図２３に示すように、ファイバレーザ２１０３の出力の増大によりファイバグレーティング２１０８ｂ及び２１０９ｂが発振光により加熱され、不均一な熱膨張が発生して反射波長の帯域幅が広くなることがあった。例えば、図２４に、波長変換素子２１１１及び２１１２を分極反転周期長２５ｍｍのＭｇ：ＬｉＮｂＯ３結晶を擬似位相整合により構成した場合における、ファイバレーザ２１０３のレーザ光の基本波の半値幅と、基本波から高調波への波長変換効率（規格化された波長変換効率）との関係を示す。図２４に示すように、ファイバグレーティング２１０８ｂ及び２１０９ｂ反射波長の帯域幅が広くなる結果、ファイバレーザ２１０３から出射される基本波の半値幅が広くなり、波長変換素子２１１１及び２１１２による波長変換効率が低下するという課題がある。通常、Ｍｇ：ＬｉＮｂＯ３結晶を用いた波長変換素子の最大波長変換効率は６．５％／Ｗ程度であるが、基本波の半値幅が大きくなると波長変換効率を最大限引き出すことが困難となってしまう。このため、最大波長変換効率の９０％以上で波長変換素子を使用するためには、ファイバレーザ２１０３のレーザ光の基本波の半値幅は０．０６ｎｍ以下であることが望ましい。本実施の形態では、この課題に対し、ファイバグレーティング２１０８ｂ及び２１０９ｂに引っ張り応力を与えながら固定することにより、部分的な熱膨張を均一化することが可能となる。そのため、図２５に示すように、ファイバレーザ２１０３の出力が増加した場合においても、基本波の帯域幅の広がりが抑制され、基本波から可視光への波長変換効率の低下を防止することができる。
【０１８２】
本実施の形態において、ファイバレーザ２１０３の励起用レーザ光源２１０７には、波長９１５ｎｍ及び波長９７６ｎｍのレーザを用いることが一般的であるが、ファイバレーザ２１０３を励起できるものであれば、これらの波長以外のレーザ光源を用いてもよい。
【０１８３】
また、波長変換素子２１１１及び２１１２は、分極反転周期構造のＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３を用いたが、他の材料や構造の波長変換素子、例えば、分極反転周期構造のリン酸チタニルカリウム（ＫＴＰ）やＭｇ：ＬｉＴａＯ３を用いてもよい。
【０１８４】
なお、ファイバレーザ２１０３のレーザ光の基本波の発振波長の範囲は、特に、医療用装置の分野に限れば、血液中に含まれるヘモグロビンの吸収スペクトルとの関係から、１０２８〜１０６４ｎｍと１１２０〜１２００ｎｍであることが望ましい。
【０１８５】
以上説明したように、本発明の実施の形態５によれば、レーザ光の光学的な損失を小さくすることにより、装置全体の消費電力を低減することができる。また、互いに違う波長の偏光方向を直交させることによりモード間競合を防止し、安定したレーザ光出力を得ることができる。さらに、発振波長によりレーザ共振器のQ値を可変とすることにより、レーザ発振器の効率低下を抑えながら、不用意なレーザ光のパルス発振を防止できる。それにより、装置の信頼性を向上させることができる。
【０１８６】
上記の実施の形態５に係るレーザ光源装置は、高輝度で低消費電力であるので、眼科等で使用される医療用装置の分野で有用であるとともに、レーザディスプレイ等の表示装置としても応用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１８７】
本発明のレーザ光源装置および画像表示装置は、高輝度で色再現範囲が広く低消費電力であるので、大型ディスプレイや高輝度ディスプレイ等のディスプレイ分野や、生化学分野における分析応用、眼科等で使用される医療用装置の分野で有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１８８】
【図１】本発明の実施の形態１に係るレーザ光源の概略構成を示す模式図である。
【図２】（ａ）は、第１のファイバグレーティングの反射スペクトルを示す図、（ｂ）は、第２のファイバグレーティングの反射スペクトルを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るレーザ光源の波長選択動作を説明するための図である。
【図４】Ｙｂ添加ファイバの発振波長と損失との関係を示す図である。
【図５】第２のファイバグレーティングの反射波長と反射率との関係を示す図である。
【図６】波長変換部の構成を示す概略図である。
【図７】波長変換部の他の構成を示す概略図である。
【図８】波長変換部の他の構成を示す概略図である。
【図９】波長変換素子を構成する非線形光学結晶の分極反転周期の構造を示す模式図である。
【図１０】励起用レーザの基本波の入出力特性を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る２次元画像表示装置の概略構成を示す模式図である。
【図１２】緑色光の波長と色再現範囲との関係を示す色度図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係るレーザ光源の概略構成を示す模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態４に係るレーザ蛍光顕微鏡の概略構成を示す模式図である。
【図１５】（ａ）は、ＡＳＥ発生時のファイバレーザの発振スペクトルを示す図、（ｂ）は、ＡＳＥ対策時のファイバレーザの発振スペクトルを示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態５に係るレーザ光源装置の概略構成を示す模式図である。
【図１７】波長変換素子の位相整合波長の特性曲線の変化を示す図である。
【図１８】ファイバグレーティングの温度制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図１９】レーザ光照射部の概略構成を示す模式図である。
【図２０】ファイバレーザの発振波長に対するファイバグレーティングの反射波長の帯域の関係を示す図である。
【図２１】レーザ光照射部の出射動作の処理手順を示すフローチャートである。
【図２２】レーザ光照射部の出射面にプローブを付加した概略構成を示す模式図である。
【図２３】ファイバレーザの基本波出力と発振波長帯域幅との関係を示す図である。
【図２４】ファイバレーザの基本波半値幅と変換効率との関係を示す図である。
【図２５】ファイバレーザの基本波出力と発振波長帯域幅との他の関係を示す図である。
【図２６】（ａ）は、従来のファイバレーザの概略構成を示す模式図、（ｂ）は、従来の半導体レーザの概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１８９】
８  ビームスプリッタ
２１、１１０  レーザ光源
２２  ファイバレーザ
２３  波長変換部
２４  高調波
２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２１１１、２１１２  波長変換素子
２６、３２、２１１０、２１１７  ファイバ
２７、２００４  励起光
２８、２１０７  励起用レーザ
２９、３０、２１０８ａ、２１０８ｂ、２１０９ａ、２１０９ｂ  ファイバグレーティング
３１、１００９ａ、１００９ｂ、１００９ｃ  集光レンズ
３３  反射波長可変部
３４、２１０５  制御部（コントローラ）
３５、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ  波長変換素子保持部
３６  励起用レーザ電流源
３７  受光素子
４１  スペーサ
４２  ヒーター
５１  ペルチェ素子コントローラ
５２  移動ステージ
５３  基本波
１００１ａ  赤色レーザ光源（Ｒ光源）
１００１ｂ  緑色レーザ光源（Ｇ光源）
１００１ｃ  青色レーザ光源（Ｂ光源）
１００２ａ、１００２ｂ、１００２ｃ  ２次元ビーム走査手段
１００３ａ、１００３ｂ、１００３ｃ  拡散板
１００４ａ、１００４ｂ、１００４ｃ  フィールドレンズ
１００５ａ、１００５ｂ、１００５ｃ  空間光変調素子
１００６  ダイクロイックプリズム
１００７  投射レンズ
１００８  スクリーン
１００９  凹レンズ
１１０１  プロジェクタ制御回路
１１０２  波長決定回路
１１０３  輝度信号判定回路
１１０４  映像モード切替スイッチ
１１０５  映像信号（データ）
１１０６  映像信号（ビデオ）
１１０７  波長選択信号
１１０８  ＡＣ電源
１１０９  バッテリー
１１１０  電源制御回路
１１１１  電源判定信号
１３０１  レーザ蛍光顕微鏡
１３０２ａ、１３０２ｂ  ミラー
１３０３  顕微鏡
１３０４  試料
２００１  サンプルドグレーティング
２００２  ラマンファイバ
２００３  広帯域誘電体ミラー
２００５  λ４の光
２００６  半導体基板
２００７  発光領域
２００８  反射領域
２００９  制御手段（屈折率変化用電極）
２１００  レーザ光源装置
２１０１  レーザ発振装置
２１０２  レーザ光照射部
２１０３  ファイバレーザ
２１０４  電源部
２１０６  点灯スイッチ
２１１０ａ  パンダカプラ
２１１３  光選択部
２１１４  シャッター
２１１５、２１１６  フォトダイオード
２４０１  台座
２４０２、２４０３  誘電体多層膜ミラー
２１１１ａ  グリーン光
２１１２ａ  オレンジ光
２１１１ｂ  赤外光
２７０１  プローブ
２７０２  反射ミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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