(57)【要約】  発光装置（４００）は、電気的にポンピングされるゲイン領域（２０）を有する導波路（２４）と、可飽和吸収体（４０）と、非線形結晶（１４０）と、傾斜鏡（Ｍ１）と、集光構造体（１２０）とを有する。ゲイン領域（２０）から放出される光パルス（Ｂ１）が、傾斜鏡（Ｍ１）によって反射され、集光構造体（１２０）によって非線形結晶（１４０）内へ向けて合焦され、周波数変換光パルス（Ｂ２）を生じさせる。ゲイン領域（２０）、可飽和吸収体（４０）、集光構造体（１２０）および傾斜鏡（Ｍ１）は、共通の基板（１０）上または内に実装される。結果として生じる構造体は、安定的かつ小型であり、生じるエミッタ（Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ１ｃ）のオンウエハ試験を可能とする。折曲げ構造体は非線形結晶（１４０）の容易な配置を可能とする。
2010517066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的にポンピングされるゲイン領域（２０）を有する導波路（２４）と、
可飽和吸収体（４０）と、
結合構造体（Ｍ１）と、
集光構造体（１２０）と、
基体（１０）と、
非線形媒体（１４０）とを有し、
可飽和吸収体（４０）およびゲイン領域（２０）は、第１光パルス（Ｂ１）を放出するように構成され、結合構造体（Ｍ１）は集光構造体（１２０）とともに、第１光パルス（Ｂ１）を非線形媒体（１４０）内に結合させるように構成され、非線形媒体（１４０）は、第２光パルス（Ｂ２）を生じさせるように構成され、第２光パルス（Ｂ２）の光周波数が第１光パルス（Ｂ１）の光周波数よりも高く、ゲイン領域（２０）、可飽和吸収体（４０）、結合構造体（Ｍ１）および集光構造体（１２０）は、基板（１０）上または内に実装され、結合構造体（Ｍ１）は第１光パルス（Ｂ１）の方向を７０〜１１０度の範囲内の角度（β）で変化させるように構成されることを特徴とする発光装置（４００）。
【請求項２】
第１光パルス（Ｂ１）の個々のパルスが第１光子（Ｂｆａ）および第２光子（Ｂｆｂ）を有し、生じる第２光パルス（Ｂ２）の光子の光周波数が、第１光子（Ｂｆａ）の光周波数と第２光子（Ｂｆｂ）の光周波数との合計に等しいことを特徴とする請求項１記載の装置（４００）。
【請求項３】
第２光パルス（Ｂ２）の光周波数が、第１光パルス（Ｂ１）の光周波数の２倍に等しいことを特徴とする請求項１または２記載の装置（４００）。
【請求項４】
後方反射体（６０）とともに光キャビティを規定する部分反射構造体（８０，８２）をさらに有し、光キャビティはゲイン領域（２０）を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置（４００）。
【請求項５】
部分反射構造体（８０，８２）が周波数選択構造体であることを特徴とする請求項４記載の装置（４００）。
【請求項６】
光キャビティが、５ｎｍ以下の狭さの反射帯域幅を有する１つの周波数選択構造体（８２）のみを有することを特徴とする請求項４または５記載の装置（４００）。
【請求項７】
非線形媒体（１４０）が、ゲイン領域（２０）にフィードバック（Ｂ１’）を与えるための周波数選択構造体（８２）を有する非線形結晶であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置（４００）。
【請求項８】
周波数選択構造体（８２）が、非線形結晶（１４０）を通してゲイン領域（２０）にフィードバック（Ｂ１’）を与えるように配置されることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の装置（４００）。
【請求項９】
周波数選択構造体（８２）が、非線形結晶（１４０）内または上に実装されるブラッグ格子または誘電体多層構造体であることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の装置（４００）。
【請求項１０】
結合構造体（Ｍ１）と非線形媒体（１４０）との間に配置される分布ブラッグ反射体（８０）を有することを特徴とする請求項５または６記載の装置（４００）。
【請求項１１】
第１光パルス（Ｂ１ａ，Ｂ１ｂ，Ｂ１ｃ）を放出するための複数の実質的に平行な導波路（２４）を有し、複数の導波路（２４）によって放出された第１光パルス（Ｂ１ａ，Ｂ１ｂ，Ｂ１ｃ）が単一の非線形結晶（１４０）内に結合することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置（４００）。
【請求項１２】
集光構造体（１２０）が、非線形物質（１４０）内へ向けて光を平行にする、または光を合焦させるように構成される湾曲面であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置（４００）。
【請求項１３】
基板（１０）が湾曲面を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置（４００）。
【請求項１４】
集光構造体が回析構造体であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置（４００）。
【請求項１５】
第１光パルス（Ｂ１）の光を閉込めるためのさらなる導波路（１４２，１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ）を有し、さらなる導波路（１４２，１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ）は非線形媒体（１４０）を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
さらなる導波路（１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ）が、さらなる導波路（１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ）の狭窄部内に集光させるための先細部を有することを特徴とする請求項１５記載の装置（４００）。
【請求項１７】
非線形媒体が、第１光パルス（Ｂ１）をさらなる導波路（１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ）内に屈折させるための１つ以上の凸状ファセット（１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ）を有する結晶（１４０）であることを特徴とする請求項１５または１６記載の装置（４００）。
【請求項１８】
非線形媒体（１４０）内に導入される第１光パルス（Ｂ１）が所定の偏光を有し、非線形媒体が、第２光パルス（Ｂ２）が各分極反転周期について同じ位相になるように、疑似位相整合を与えるための周期分極反転領域（１４４，１４６）を有し、領域（１４４，１４６）の配向が、第１光パルス（Ｂ１）の偏光と適合することを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の装置（４００）。
【請求項１９】
偏光回転要素（１２５）をさらに有することを特徴とする請求項１８記載の装置（４００）。
【請求項２０】
ゲイン領域（２０）のバイアス電圧（Ｖ２０）および可飽和吸収体（４０）のバイアス電圧（Ｖ４０）が別々に制御可能であることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の装置（４００）。
【請求項２１】
電気的にポンピングされるゲイン領域（２０）を有する導波路（２４）と、可飽和吸収体（４０）と、結合構造体（Ｍ１）と、基板（１０）と、集光構造体（１２０）と、非線形媒体（１４０）とを用い、ゲイン領域（２０）、可飽和吸収体（４０）、結合構造体（Ｍ１）および集光構造体（１２０）が基板（１０）上または内に実装されることによって光パルス（Ｂ２）を生じさせる方法であって、
可飽和吸収体（４０）およびゲイン領域（２０）を用いて第１光パルス（Ｂ１）を与え、
結合構造体（Ｍ１）によって、７０〜１１０度の範囲内の角度（β）で第１光パルス（Ｂ１）の方向を変化させ、
集光構造体（１２０）によって非線形媒体（１４０）内へ向けて第１光パルス（Ｂ１）を合焦させ、または第１光パルス（Ｂ１）を平行にして、第２光パルス（Ｂ２）の光周波数が第１光パルス（Ｂ１）の光周波数よりも高くなるように第２光パルス（Ｂ２）を生じさせることを含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
第１光パルス（Ｂ１）が第１光子（Ｂｆａ）および第２光子（Ｂｆｂ）を有し、生じる第２光パルス（Ｂ２）の光子の光周波数が、第１光子（Ｂｆａ）の光周波数と第２光子（Ｂｆｂ）の光周波数との合計に等しいことを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
第２光パルス（Ｂ２）の光周波数が第１光パルス（Ｂ１）の光周波数の２倍に等しいことを特徴とする請求項２１または２２記載の方法。
【請求項２４】
第１電圧レベルと第２電圧レベルとの間で可飽和吸収体（４０）のバイアス電圧（Ｖ４０）を変化させることをさらに含むことを特徴とする請求項２１〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
請求項１〜２０のいずれか１項に記載の光源（４００）と、
投影光学系（５６０）とを有することを特徴とする投影装置（５００）。
【請求項２６】
二次元変調器アレイ（５５０）を有することを特徴とする請求項２５記載の投影装置（５００）。
【請求項２７】
少なくとも１つの光線配向装置（５７１）を有し、第１光パルス（Ｂ１）がセミパッシブＱスイッチングによって生じるように構成されることを特徴とする請求項２５記載の投影装置（５００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置、詳細には、視覚用途用に発光するように構成される装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像プロジェクタは、変調器アレイに光を与える光源を有する。変調器アレイの画素からの透過光または反射光が、その後、投影光学系によって外部スクリーン上に投影されて画像を表示する。
【０００３】
レーザ光源によって与えられる高い光強度および低い発散が、画像プロジェクタを提供する際の魅力的な特性であろう。しかし、強力な半導体レーザエミッタの波長は、通常赤色または赤外（ＩＲ）領域にある。
【０００４】
視覚用途用の青色および／または緑色光は、周波数倍増によって生じることが知られている。米国特許出願公開第２００６／２３７５７号明細書は、周波数倍増用の非線形結晶を有するモードロックされた面発光レーザを開示している。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、１つ以上の可視波長で発光するように構成される装置を提供することである。
【０００６】
本発明の第１の態様に従えば、
電気的にポンピングされるゲイン領域を有する導波路と、
可飽和吸収体と、
反射構造体と、
基体と、
非線形媒体とを有し、
可飽和吸収体およびゲイン領域は、第１光パルスを導波路の端部から放出するように構成され、反射構造体は、第１光パルスを非線形媒体内に反射するように構成され、非線形媒体は、第２光パルスを生じさせるように構成され、第２光パルスの光周波数が第１光パルスの光周波数の２倍であり、ゲイン領域、可飽和吸収体および反射構造体は、基板上に実装され、反射構造体は第１光パルスの方向を７０〜１１０度の範囲内の角度で変化させるように構成される発光装置が提供される。
【０００７】
本発明の第２の態様に従えば、電気的にポンピングされるゲイン領域を有する導波路と、可飽和吸収体と、反射構造体と、基板と、非線形媒体とを用い、ゲイン領域、可飽和吸収体および反射構造体が基板上に実装されることによって光パルスを生じさせる方法であって、
可飽和吸収体およびゲイン領域を用いて第１光パルスを導波路の端部から与え、
反射構造体によって、７０〜１１０度の範囲内の角度で第１光パルスの方向を変化させ、
第１光パルスを非線形媒体内に結合させ、第２光パルスの光周波数が第１光パルスの光周波数の２倍となるように第２光パルスを生じさせることを含む方法が提供される。
【０００８】
本発明の第３の態様に従えば、
光源と、
投影光学系とを有する投影装置であって、
光源は、
電気的にポンピングされるゲイン領域を有する導波路と、
可飽和吸収体と、
反射構造体と、
基体と、
非線形媒体とを有し、
可飽和吸収体およびゲイン領域は、第１光パルスを導波路の端部から放出するように構成され、反射構造体は、第１光パルスを非線形媒体内に反射するように構成され、非線形媒体は、第２光パルスを生じさせるように構成され、第２光パルスの光周波数が第１光パルスの光周波数の２倍であり、ゲイン領域、可飽和吸収体および反射構造体は、基板上に実装され、反射構造体は第１光パルスの方向を７０〜１１０度の範囲内の角度で変化させるように構成される、投影装置が提供される。
【０００９】
第２光パルスは、和周波発生（ＳＦＧ）によって、特に第二高調波発生（ＳＨＧ）によって、生じる。
【００１０】
有利には、発光装置はさらに、非線形媒体内へ向けて光を平行にする、または合焦させるための、基板内または上に実装される集光構造体を有する。
【００１１】
傾斜反射構造体および集光構造体のおかげで、エミッタがウエハから分離される前に、光エミッタの作動がウエハ上で試験済みであってもよい。
【００１２】
傾斜反射構造体および集光構造体のおかげで、非線形媒体を含む非線形結晶が、放出される基本光線に対して容易に配列されてもよい。
【００１３】
共通の基板上へ、ゲイン領域、可飽和吸収体、傾斜反射構造体および集光構造体を実装することは、先行技術の直線的なエッジ発光配置と比較して、かなりの安定性およびより容易なモジュールパッケージングを提供する。
【００１４】
一実施形態において、ゲイン領域、可飽和吸収体、傾斜反射構造体および集光構造体は、共通の半導体基板上に取付けられ、安定した構造体を提供する。特に、ゲイン領域、可飽和吸収体、傾斜反射構造体および結合レンズは、単一の半導体チップ上または内に実装されてもよい。
【００１５】
固体−気体界面が光キャビティにおいて不都合な反射を引起す。これらの反射は、たとえば反射防止被覆によって、最小化し得る。しかし、ゲイン領域の端部に直接的に反射防止被覆を実装することは、被覆領域の小ささのために問題がある。一実施形態において、反射防止被覆は、傾斜反射構造体のおかげで、エミッタの劈開端の代わりに、基板の表面に実装されてもよい。
【００１６】
特定の場合において、ゲイン領域の端部に直接的に反射防止被覆を実装することは、ウエハスケール処理において不可能ですらある。
【００１７】
傾斜反射構造体のおかげで、発光装置の光表面はウエハレベルプロセスにおいて不動態化され、これが低コストの大量生産を促進する。
【００１８】
高いピーク強度が、半導体ファセットにおいて破壊的光学損傷（ＣＯＤ）を導くかもしれない。一実施形態において、エミッタの劈開端での高い強度は回避される。傾斜反射構造体のおかげで、放出される基本光線の光パワーは、基板表面の広い領域にわたって分布し、強度の低下をもたらす。基板は、従来のエッジ発光半導体レーザの端部よりも広いバンドギャップを有するように選択され、その結果として基板材料はＣＯＤについてより高い閾値強度を有し得る。
【００１９】
傾斜反射体は、反射体での破壊的光学損傷のより高い閾値強度を与えるために、熱消散サブマウントに直接接触してもよい。
【００２０】
逆バイアスによる可飽和吸収体の作動が、吸収体の付近で破壊的光学損傷の閾値強度を増大させる。
【００２１】
一実施形態において、非常に短い光パルスがＱスイッチ配置によって生じ、非線形結晶が、結晶を通してゲイン領域に周波数選択光フィードバックを与えるためのブラッグ格子を有する。結晶および格子の組合せの反射率は、高い強度値にて実質的に低下し、キャビティダンピングによる光パルスの発生を可能とする。
【００２２】
発光装置は、高い繰返し率の短い光パルスを放出するように構成される。パルスの持続期間はたとえば５００ｆｓ〜１ｎｓの範囲内にあってよい。パルスの繰返し率はたとえばほぼ１００ＭＨｚ〜１００ＧＨｚ程度であってよい。連続パルスは、短いコヒーレンス長を有し、互いに実質的に非コヒーレントである。その結果として、パルス光は、継続的に作動するレーザによって与えられる光よりも低いスペックルコントラストをもたらす。コヒーレントな光によって形成される画像は通常、視覚的に見て気に障るスペックルパターンをもたらす。
【００２３】
スペックルコントラストは、光源が高い繰返し率の短い光パルスを与える場合、実質的に低下する。パルスの短い持続期間のおかげで、パルスは、スペックルコントラストをさらに低下させる広いスペクトルを有する。
【００２４】
一実施形態において、発光装置は、実質的に独立して光パルスを放出するように構成される複数のエミッタを有する。その結果として、スペックルコントラストは、単一のエミッタ装置と比較して、実質的に低下し得る。高いスペックルコントラストは通常、見るのにかなり気に障り、投影画像の質を低下させる。
【００２５】
パルス作動のおかげで、ピークパワーは、装置が同じ平均パワーを有する場合、継続的に作動するレーザ装置のピークパワーよりも実質的に高い。ピーク光パワーは、たとえば平均光パワーの１０倍よりも大きいか、平均光パワーの１００倍よりもずっと大きい。その結果として、非線形結晶における周波数変換の効率は、実質的に増大し得る。
【００２６】
高い繰返し率のパルス作動のおかげで、装置は、同じ可視波長で同じ光パワーを与える継続的作動装置よりも少ない電力しか消費しない。その結果として、装置はより低い温度で作動し、作動信頼性はより高くなり得る。その結果として、所望される冷却ユニットの重さおよび大きさは縮小され得る。
【００２７】
個々の光パルスのエネルギは、人間の目に障害を引起さないほど小さくなるように選択されてもよい。個々の光パルスのエネルギは、たとえば１ｎＪよりも実質的に小さくてもよい。一実施形態において、発光装置は、実質的に非コヒーレントな光を与えると考えられる。非コヒーレントな光源の使用を管理する当局の規定は、特定の州においてあまり厳しくない。
【００２８】
偏光の安定性は、先行技術の垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）配置と比較して、より良好である。一実施形態において、偏光の安定性は、非線形結晶の有効利用を可能とする。
【００２９】
本発明の実施形態およびそれらの利益は、以下に与えられる記載および例によって、および添付の特許請求の範囲によって、当業者にとってより明らかとなるであろう。
以下の例において、添付の図面を参照して本発明の実施形態をより詳細に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ゲイン領域、可飽和吸収体、傾斜反射構造体および非線形結晶を有する発光装置の側面図である。
【図２】ブラッグ格子を有する発光装置の側面図である。
【図３】後方反射体および部分反射構造体によって規定される光キャビティを有する発光装置の側面図である。
【図４】光キャビティが後方反射体およびブラッグ格子によって規定される発光装置の側面図である。
【図５】折曲げ光キャビティを規定するように、後方反射体、傾斜反射構造体、および部分反射構造体を有する発光装置の側面図である。
【図６】共通の基板から離れるように光を反射するための傾斜反射構造体を有する発光装置の側面図である。
【図７】出力光線を増幅させるためのさらなるゲイン領域またはさらなるゲインモジュールを有する発光装置の側面図である。
【図８】非線形結晶内へ向けて光を合焦させるまたは平行にするための集光構造体を有する発光装置の側面図である。
【図９】非線形結晶内へ向けて光を合焦させるまたは平行にするための屈折面を有する基板を有する発光装置の側面図である。
【図１０】折曲げ光キャビティおよび集光構造体を有する発光装置の側面図である。
【図１１】ゲイン領域にフィードバックを与えるためのブラッグ格子を有する非線形結晶を有する発光装置の側面図である。
【図１２】反射防止被覆された固体−気体界面を有する発光装置の側面図である。
【図１３】隣接するレーザエミッタのアレイ、傾斜反射構造体、および非線形結晶内へ向けて速軸の方向で光を平行にするまたは合焦させる共通の円筒形状表面を有する発光装置の三次元図である。
【図１４】２つの対向する、エミッタのアレイを有する発光装置の三次元図である。
【図１５】同じ垂直平面にある複数の光線を与えるように構成される、交互に配置された複数の傾斜反射構造体の三次元図である。
【図１６】対向するエミッタ、および共通の基板を通して非線形結晶内へ光を反射する傾斜反射構造体を有する発光装置の側面図である。
【図１７】対向するエミッタ、および共通の基板から離れるように非線形結晶内へ光を反射する傾斜反射構造体の側面図である。
【図１８】非線形結晶内へ向けて遅軸の方向で光を合焦させるまたは平行にする複数の円筒形状屈折面を有する発光装置の三次元図である。
【図１９ａ】各導波路が、導波路の狭窄部分内へ向けて光を合焦させる先細入力部および非平面入力ファセットを有する、複数の導波路を有する非線形結晶の三次元図である。
【図１９ｂ】エッチングされたファセットを有する非線形結晶の三次元図である。
【図２０ａ】ＴＥ偏光用に周期分極反転された非線形結晶の三次元図である。
【図２０ｂ】ＴＥ偏光用に周期分極反転された非線形結晶の三次元図であり、結晶はリッジ導波路を含む。
【図２０ｃ】ＴＭ偏光用に周期分極反転された非線形結晶の三次元図である。
【００３１】
【図２１】偏光回転要素を有する発光装置の側面図である。
【図２２ａ】レーザエミッタの構造層の側面図である。
【図２２ｂ】図２２ａのエミッタと関連する寸法を示す側面図である。
【図２３】リッジ導波路を有するレーザエミッタの三次元図である。
【図２４】傾斜反射構造体を有する発光装置の構造層の側面図である。
【図２５】凹状反射構造体を有する発光装置の三次元図である。
【図２６】凹状反射構造体をエッチングするマスクの平面図である。
【図２７】外部スクリーンに画像を投影するように構成される投影装置の三次元図である。
【図２８】発光装置および変調器ユニットを有する投影装置を示す図である。
【図２９ａ】パッシブＱスイッチングによる光パルスの発生を示す図である。
【図２９ｂ】アクティブＱスイッチングによる光パルスの発生を示す図である。
【図２９ｃ】セミパッシブＱスイッチングによる光パルスシーケンスの発生を示す図である。
【図３０】２つの光線配向装置および変調光発光装置を有する画像プロジェクタの三次元図である。
【図３１】光線配向装置および別々に変調される光のエミッタのアレイを有する画像プロジェクタの三次元図である。
【図３２】傾斜反射構造体のない直線的な発光装置の側面図である。
【図３３】複数のエミッタを有する直線的な発光装置の三次元図である。
【図３４ａ】周期分極反転された非線形結晶を有する発光装置の側面図である。
【図３４ｂ】非線形結晶が導波路および周波数選択反射構造体を有する発光装置の側面図である。
【図３５】導波路、および結晶に実装されるブラッグ格子を有する非線形結晶の側面図である。
【図３６ａ】一例として、第１光パルスのスペクトルピークを示す図である。
【図３６ｂ】一例として、第二高調波発生ＳＨＧに寄与する図３６ａのスペクトルピークの一部分を示す図である。
【図３６ｃ】一例として、和周波発生ＳＦＧに寄与する図３６ｂのスペクトルピークの一部分を示す図である。
【図３６ｄ】一例として、第二高調波発生ＳＨＧによって生じる光パルスのスペクトルピークを示す図である。
【図３６ｅ】一例として、和周波発生ＳＦＧによって生じる光パルスのスペクトルピークを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１を参照して、発光装置４００は、ゲイン領域２０を有する導波路２４を有し、装置４００はさらに、半導体可飽和吸収体４０、第１反射構造体６０、第２反射構造体Ｍ１、基板１０および非線形結晶１４０を有する。可飽和吸収体４０と第１反射構造体６０との組合せは、頭字語のＳＥＳＡＭ（semiconductor saturable absorber mirror：半導体可飽和吸収体鏡）としても知られている。第２反射構造体Ｍ１は、ここでは傾斜反射構造体Ｍ１または結合構造体Ｍ１としても呼ばれる。第１反射構造体６０は、ここでは後方反射体６０としても呼ばれる。ゲイン領域２０、可飽和吸収体４０および傾斜反射構造体Ｍ１は、共通の基板１０上に実装される。
【００３３】
レーザエミッタＥ１は、後方反射体６０、可飽和吸収体４０およびゲイン領域２０を含む。図１のエミッタＥ１は、ゲイン領域のゲインが充分に高くなるように選択される場合、レーザ光を与えてもよい。エミッタＥ１は、導波路２４の第１端から光パルスＢ１を与える。光パルスＢ１は、非線形結晶１４０内に結合して、光パルスＢ１と比べるとより高い周波数を有する第２光パルスＢ２を与える。
【００３４】
第２光パルスＢ２は、和周波発生ＳＦＧによって生じる。第１光パルスＢ１の個々のパルスは、第１光子Ｂｆａおよび第２光子Ｂｆｂを有する（図３５）。生じた第２光パルスＢ２の光子の光周波数は、第１光子Ｂｆａの光周波数と第２光子Ｂｆｂの光周波数との合計に等しい。
【００３５】
特に、第２光パルスＢ２は、第二高調波発生ＳＨＧによって生じる。第２光パルスＢ２は、たとえば、光Ｂ１と比べると倍の光周波数かつ半分の波長を有してもよく、すなわち第二高調波発生（ＳＨＧ）を与える。言い換えれば、非線形媒体１４０は、非線形結晶によって与えられる光Ｂ２の光周波数が、光Ｂ１の光周波数の２倍となるように、第２光を生じさせるように構成されてもよい。
【００３６】
傾斜反射構造体Ｍ１は、導波路２４から放出される光線Ｂ１を非線形結晶１４０内に反射するように構成される。傾斜反射構造体Ｍ１は、７０〜１１０度の範囲内の角度βで光線Ｂ１の方向を変化させるように構成される。特に、角度βは９０度に実質的に等しくてもよい。
【００３７】
有利には、光Ｂ１は、集光構造体１２０によって非線形結晶１４０内へ向けて平行にされる、または合焦される（図１３，図３４ａ，図３４ｂ）。
【００３８】
導波路２４は、リッジ導波路であってもよい。すなわち、リッジの形状を有してもよい（図２３参照）。導波路２４は、水平方向ＳＸに平行である。導波路の長手方向に、すなわち実質的に方向ＳＸに伝播する光は、導波路の側面の全内部反射によって導波路２４に閉込められる。
【００３９】
傾斜反射構造体Ｍ１は、エミッタＥ１によって与えられる光線Ｂ１を実質的に鉛直方向ＳＺに反射するように構成される。方向ＳＺは、方向ＳＸと垂直である。傾斜反射構造体Ｍ１が、鏡などの反射面である場合、反射面と方向ＳＸとの間の角度αが３５〜５５度の範囲内にあってよい。特に、角度αは実質的に４５度であってよい。
【００４０】
共通の基板１０は、光線Ｂ１が共通の基板１０を垂直に通ることが可能であるように、光線Ｂ１の波長にて実質的に透明である。また、非線形結晶１４０は、光線Ｂ１が基板１０を通って結晶１４０内へ反射される場合、共通の基板１０に取付けられる。
【００４１】
非線形結晶１４０を共通の基板１０の実質的に水平な面上に位置づけ、光線Ｂ１を実質的に垂直に結晶１４０内へ向けることによって、傾斜反射構造体Ｍ１なしに直線的に配置する場合よりも容易に、光線Ｂ１に対して結晶１４０を配列することが可能であろう。このような直線的配置は、たとえば図３２および図３３に示される。
【００４２】
傾斜反射構造体Ｍ１は、導波路の傾斜端によって実施されてもよい。
後方反射体６０は、導波路２４と接触するか、間に空間を有してよい。導波路２４は、傾斜反射構造体Ｍ１と接触するか、間に空間を有してよい。非線形結晶１４０は、共通の基板１０と接触するか、間に空間を有してよい。可飽和吸収体４０は、ゲイン領域２０と接触するか、間に空間を有してよい。光界面は、反射防止（ＡＲ）被覆を有してもよい。代わりに、光界面は、光反射を増幅させる、および／または固体／気体界面を不動態化する被覆を有してもよい。
【００４３】
第２反射構造体Ｍ１は、非線形媒体１４０内に光を結合させるように構成される。第２反射構造体Ｍ１はまた、回折格子であってよく、たとえば、非線形結晶１４０に向けて実質的に垂直に光線Ｂ１を回折するように導波路２４の側面に実装されてもよい。格子はまた、導波路２４と実質的に平行であってもよく、ゆえに第２反射構造体、すなわち結合構造体Ｍ１は、導波路２４に対して「傾斜」される必要は必ずしもないことが強調される。結合構造体Ｍ１として機能する回折格子は、基板１０の面と実質的に平行であってよい。
【００４４】
傾斜反射構造体Ｍ１を用いて光線Ｂ１の方向を向け直すことは、安定した折曲げ構造体を提供することが可能であろう。
【００４５】
後方反射体６０は、ゲイン領域２０の第２端から放出される光を反射して、可飽和吸収体４０を通して、ゲイン領域２０に、すなわち方向ＳＸに戻すように構成される。第１反射構造体６０の反射率は、充分な光フィードバックを与えるように選択される。第１反射構造体６０の反射率は、たとえば３０〜９５％の範囲内にあってよい。第１反射構造体６０は、たとえば、導波路２４の劈開端によって実現されてもよい。第１反射構造体６０は、たとえば、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）などのドライエッチングによって実現されてもよい。
【００４６】
傾斜反射構造体Ｍ１のおかげで、ウエハから分離される前にエミッタＥ１の作動が試験され得る。ゆえに、欠陥のあるエミッタＥ１はいずれも、さらなる処理前に識別され得、コスト削減が期待できる。
【００４７】
ゆえに、発光装置４００の製造方法は、
基板ウエハ１０にゲイン領域２０を実装することと、
基板ウエハ１０に可飽和吸収体４０を実装することと、
基板ウエハ１０に反射構造体Ｍ１を実装することと、
反射構造体Ｍ１によって反射される第１光パルスＢ１に基づいて、少なくとも１つの性能パラメータを測定することとを含む。
【００４８】
詳細には、発光装置４００の製造方法は、
基板ウエハ１０にゲイン領域２０を実装することと、
ゲイン領域２０から可飽和吸収体４０を電気的に分離することと、
基板ウエハ１０に反射構造体Ｍ１を実装することと、
基板ウエハ１０に集光構造体１２０を実装することと、
反射構造体Ｍ１によって反射される第１光パルスＢ１に基づいて、少なくとも１つの性能パラメータを測定することとを含む。
【００４９】
図２を参照して、後方反射体６０は、たとえば、導波路２４の側面に実装されるブラッグ格子であってもよい。
【００５０】
発光装置４００が高Ｑ光キャビティを有さない場合、発光装置４００は、可飽和吸収体４０におけるゲインスイッチングによって、または変動強度依存損失によって、すなわち、Ｑスイッチングに類似したプロセスによって、光パルスＢ１を与えてもよい。「Ｑ」は、光キャビティの品質係数を示す。吸収体４０は最初、低い強度の光を吸収する状態にある。ゲイン領域２０におけるゲインは、先行する光パルスの発光後、一時的に低下する。吸収体４０から伝達される強度は、強度が吸収体４０の飽和レベルに達するまで、入射光の強度の増大とともに、増大する。後方反射体６０と可飽和吸収体４０との組合せの反射率は一気に増大し、ゲイン領域２０において増幅される光強度の劇的な増加を導く。しかし、高い強度の発生が、スペクトルホールバーニング効果によってゲイン領域２０におけるゲインを低下させ、パルスの立下りエッジを与える。可飽和吸収体４０は、超短パルスを可能にするほど充分に短いキャリアライフタイムを有してもよい。強度はすぐに、吸収体を吸収状態に設定するのに必要とされるレベル未満に下げられ、前述のサイクルが繰返し現れる。
【００５１】
図３を参照して、発光装置４００はさらに、光線Ｂ１の特性を制御し、および／または自然放出の波長選択的な増幅を可能にする光キャビティ、すなわち光共振器を有してもよい。光キャビティは、後方反射体６０および部分反射構造体８０によって規定される。部分反射構造体８０は、たとえばゲイン領域２０と傾斜反射構造体Ｍ１との間にあってよい。部分反射構造体８０の反射率は、たとえば３〜７０％の範囲内にあってよい。部分反射構造体８０は、たとえばエミッタＥ１の劈開端によって、すなわち、固体と気体との間の反射界面を用いることによって、実現されてもよい。キャビティは、ファブリ−ペローキャビティであってよい。
【００５２】
ゲイン領域２０および可飽和吸収体４０を有する光キャビティは、水平方向ＳＸに光パルスＢ１を与えるように構成されてもよい。
【００５３】
可飽和吸収体４０は、逆バイアスがかけられてもよい。可飽和吸収体における可飽和吸収は、放出される光線Ｂ１を、第一近似でキャビティの光路長に反比例する周波数で、振動させ得る。
【００５４】
発光装置４００が光キャビティを有する場合、発光装置４００は、ゲインスイッチングによって、アクティブモード同期によって、パッシブモード同期によって、アクティブＱスイッチングによって、パッシブＱスイッチングによって、および／またはセミパッシブＱスイッチングによって、光パルスＢ１を与えてもよい。
【００５５】
装置４００は、たとえば、可飽和吸収体４０の逆バイアス電圧を充分に高く選択することによって、可飽和吸収体４０の光路長を選択することによって、可飽和吸収体における可飽和光吸収を充分に高くなるべく選択することによって、ならびに／または前方反射体８０および／もしくは後方反射体６０の反射率を充分に低くなるべく選択することによって、Ｑスイッチ作動に設定されてもよい。
【００５６】
傾斜反射構造体Ｍ１は、ゲイン領域２０に非常に低い光フィードバックを与えるように構成され、これが高バイアス電流でのゲイン領域の作動を可能とし、同時に発光装置４００のパルス作動をなお維持してもよい。
【００５７】
パッシブＱスイッチングにおいて、可飽和吸収体４０のバイアス電圧は、実質的に一定のレベルに維持される。アクティブＱスイッチングにおいて、可飽和吸収体４０の光損失は、可飽和吸収体４０のバイアス電圧を変調することによって変調される。セミパッシブＱスイッチングは、可飽和吸収体４０のバイアス電圧が変調されてレーザをオンまたはオフにするが、個々のパルスシーケンスがパッシブＱスイッチングによって生じることを意味する（図２９ａ〜図２９ｃ参照）。
【００５８】
Ｑスイッチングに加えて、ゲイン領域２０の駆動電流が、非常に高い周波数でも変調されて、レージングをオンまたはオフに切換えてもよい。
【００５９】
Ｑスイッチングなしでゲイン領域２０の駆動電流を変調することによる光パルスの発生は、Ｑスイッチングを用いるよりも、電力のパルス光への変換効率を小さくすることに注目されたい。これは、レーザエミッタ内に結合する電力と各光出力との間の非線形の関係による。より高いバイアス電流はより高い電圧を要求し、効率の低下を導く。電気入力の倍増に相当する光パワーは通常、倍増なしに与えられる光パワーの２倍未満である。
【００６０】
パルス繰返し率は、たとえば１００ＭＨｚ〜１００ＧＨｚの範囲内にあってよい。詳細には、パルス繰返し率は、１０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの範囲内にあってよい。パルスの持続時間は、ほぼ５００フェムト秒〜１ナノ秒（５００ｆｓ〜１ｎｓ）程度であってよく、個々の光パルスのエネルギは、１ｎＪ（ナノジュール）未満に維持されてもよい。その結果として、単一のエミッタＥ１から放出される個々の光パルスのピークパワーは、たとえば０．５Ｗ〜１０Ｗの範囲内にあってよい。
【００６１】
パルス繰返し率はまた、１ＧＨｚ〜５００ＧＨｚの範囲内にあってよい。パルスの持続時間はまた、１ｐｓ〜１０ｐｓの範囲内にあってよい。単一のエミッタＥ１から放出される個々の光パルスのピークパワーはまた、１０Ｗ〜５０Ｗの範囲内にあってよい。
【００６２】
可飽和吸収体４０およびゲイン領域の速度が、光パルスの最小持続時間を決定する。加えて、レーザキャビティにおける光子寿命が、パルス特性に影響を及ぼす。効果的な周波数変換のために、基本波光は、短く、高い強度のパルスによって達成され得る高い強度を有するべきである。パルス幅が短く、かつパルス繰返し率が高くなるにつれ、人間の目によって認識されるスペックルコントラストは低くなる。特に、パッシブＱスイッチングの場合、個々の光パルスの位相は実質的にランダムであり、パルス間のランダムな干渉を結果として生じる。
【００６３】
通常、パルス幅が短く、パルスの光学帯域幅が広く、および／またはパルス繰返し率が高くなるにつれ、人間の目によって認識されるスペックルコントラストは低くなる。
【００６４】
人間の目の蓄積時間は通常１０ｍｓの範囲内にある。単一のエミッタのパルス繰返し率がたとえば１０ＧＨｚである場合、人間の目は、１０ｍｓの蓄積時間あたりの短いコヒーレンス長パルスによって形成される最大で１０００万のスペックルパターンを受け得る。パルス幅をさらに縮小し、パルス繰返し率を増大させ、かつ複数の独立したエミッタを用いることによって、受けられるスペックルパターンの数は、１０ｍｓあたり１０９をさらに超え、スペックルコントラストが実質的に低下する。
【００６５】
ゆえに、非常に低いスペックルコントラストは、短いコヒーレンス長を有し、かつ高い繰返し率の第１光パルスＢ１を与える、多数の独立したエミッタを用いて達成され得る。
【００６６】
パルスの持続時間の減少はまた、ピーク強度の増大を導き、その結果として電気エネルギの可視光エネルギへのより大きな変換効率を導き得る。
【００６７】
可飽和吸収体４０の回復時間は、たとえば、可飽和吸収体４０の逆バイアス電圧を増大させることによって、またはたとえばイオン注入によって欠陥を結晶に導入することによって、減少し得る。
【００６８】
キャビティ内光線Ｂ０は、部分反射構造体８０を透過した光線Ｂ１よりも実質的に大きい強度を有してもよい（図３）。
【００６９】
発光装置４００はさらに、後方反射体６０と部分反射構造体８０との間に位相シフト領域を有してもよい（不図示）。
【００７０】
図４を参照して、部分反射構造体８０はブラッグ格子であってもよい。その結果として、エミッタＥ１は、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザとして機能し得る。ブラッグ格子は、たとえば導波路２４の側面に実装されてもよい。
【００７１】
図５を参照して、部分反射構造体８０は、折曲げキャビティレーザを提供するために、傾斜反射構造体Ｍ１の後に位置付けられてもよい。言い換えれば、傾斜反射構造体Ｍ１は、光学的に、ゲイン領域２０と部分反射構造体８０との間にある。部分反射構造体８０はたとえば、共通の基板１０の水平表面上にあってよい。
【００７２】
部分反射構造体８０は、基板１０と傾斜反射構造体Ｍ１との間でエピタキシャル成長される分布ブラッグ反射体であってもよい。
【００７３】
図６を参照して、傾斜反射構造体Ｍ１は、共通の基板１０から離れる方向ＳＺに反射光を向けるように構成されてもよい。共通の基板はこの実施形態において透明である必要はない。
【００７４】
図７を参照して、発光装置４００は、さらなるゲイン領域またはゲインモジュール１５０を有してよい。さらなるゲイン領域１５０は、導波路２４の端部から放出される一次光線Ｂ００を増幅することによって光線Ｂ１を与えてもよい。増幅光Ｂ１はその後、非線形結晶１４０内に結合する。
【００７５】
図８を参照して、発光装置４００は、非線形結晶１４０内へ向けて光Ｂ１を平行にする、または光Ｂ１を合焦させるための集光構造体１２０を有する。集光構造体１２０は、方向ＳＸである速軸の方向で、光Ｂ１を平行にする、または光Ｂ１を合焦させるように構成される、実質的に円筒形のレンズであってもよい。導波路２４から放出される光線の速軸は、元々は方向ＳＺであるが、構造体Ｍ１による反射の後、速軸は方向ＳＸである。
【００７６】
光の収束は、ほぼ平行な光線を提供することを含んでよい。
集光構造体１２０は、共通の基板１０と非線形結晶１４０との間に位置付けられてもよい。たとえば、レンズ１２０が、たとえば光学接着剤によって基板１０に取付けられてもよい。
【００７７】
同レンズ１２０は、速軸の方向および遅軸の方向で光Ｂ１を平行にするように構成されてもよい。レンズ１２０は、たとえば楕円体表面を有し、またはレンズ１２０の第１表面が方向ＳＺに円筒形の屈曲を有し、かつレンズの第２表面が方向ＳＹに円筒形の屈曲を有する。方向ＳＹは図１３に示される。
【００７８】
集光構造体１２０は、実質的に球状の面であってもよい。
集光構造体１２０は、非線形結晶１４０内へ向けて光Ｂ１を合焦させる、または光Ｂ１を平行にするためのレンズの代わりに、またはレンズに加えて、回析構造体であってもよい。
【００７９】
図９を参照して、基板１０の表面の一部が、速軸の方向で光線Ｂ１を平行にする、または光線Ｂ１を合焦させるように、実質的に円筒形であってよい。
【００８０】
特に、集光構造体１２０は、たとえばドライまたはウェットエッチングによって基板１０に形成されてもよい。導波路２４および集光構造体１２０は、基板１０の異なる側面にあってもよい。集光構造体１２０は、光線Ｂ１を効果的に、取付けた非線形結晶１４０内に、詳細には取付けた非線形結晶１４０の導波路１４２内に、結合させるように構成されてもよい。ゆえに、傾斜反射構造体Ｍ１および集光構造体１２０の組合せは、効果的な周波数変換のために、放出された光線Ｂ１を、取付けた非線形結晶１４０の導波路１４２内に効果的に結合させるのに、コンパクトな解決を可能とする（図１９ａ〜図２０ｃ、図２１）。
【００８１】
図１０を参照して、部分反射構造体８０は、折曲げレーザキャビティを規定するために、集光機構１２０と非線形結晶１４０との間に位置付けられてもよい。
【００８２】
基板１０の上部表面、レンズ１２０の表面、または非線形結晶１４０の表面は、部分反射構造体８０として機能するように構成されてよい。反射を増幅するために、誘導体コーティングが表面に塗布されてもよい。
【００８３】
図１１を参照して、非線形結晶１４０は、たとえば光キャビティを提供するために、ゲイン領域にフィードバックを与えるためのブラッグ格子８２を有してよい。非線形結晶は、光を閉込め、かつ周波数変換効率を向上させるための導波路１４２を有してもよい。
【００８４】
発光装置４００は、周波数選択フィードバックをゲイン領域２０に与えるためのブラッグ格子要素を有してよい。ブラッグ格子要素は、結晶１４０を通して第１光パルスＢ１を反射するように、たとえば非線形結晶１４０の表面に位置付けられる。代わりに、ブラッグ格子要素は、結晶１４０と基板１０との間に位置付けられてもよい（図５）。
【００８５】
スペックルコントラストは、エミッタＥ１によって与えられる光パルスの持続時間を縮小することによって最小化してもよい。短い光パルスの使用はまた、電気エネルギの可視波長での光エネルギへの良い変換効率を与える。特に、一度だけ、放出された高い強度のパルスがゲイン領域２０を伝って移動するときに、非常に短い光パルスが与えられる。これは、たとえばキャビティダンピングによって達成され得る。ブラッグ格子８２は、基本波光パルスＢ１の所定の周波数にて、すなわち光パルスＢ１の波長にて、周波数選択的フィードバックを与えるように構成されてもよい。ブラッグ格子８２は、基本周波数の安定化およびキャビティダンピングによる光パルスの発生を可能にする。非線形結晶１４０およびブラッグ格子８２の組合せによって与えられる光フィードバックは、低い強度の光についてよりも、高い強度の光パルスについて実質的に小さい。強度依存フィードバックのおかげで、生じるパルスの立下り時間は非常に短くなり得る。その結果として、可視光の非常に短く、かつ強い光パルスが、高い効率で生じ得る。
【００８６】
可飽和吸収体４０、ゲイン領域２０、および非線形媒体は、後方反射体６０とブラッグ格子８２との間に光学的に配置される。可飽和吸収体４０およびゲイン領域２０は、非線形媒体内に結合して第２光パルスＢ２を生じさせる第１光パルスＢ１を放出するように構成される。ゲイン領域２０はまた、増幅された自然放出によって低い強度の光を放出し、この低い強度の光は第１光パルスよりも実質的に低い強度を有する。低い強度の光は、非線形媒体を通ってブラッグ格子８２に結合し、格子８２は、周波数選択的に光をゲイン媒体２０内に反射して、第１光パルスＢ１の光周波数を安定化させるように構成される。
【００８７】
ブラッグ格子８２および非線形結晶１４０の組合せの反射率は、低い強度の値で、および基本周波数で、高くてもよく、基本周波数の光を増幅する。より高い強度で、基本周波数の光パルスＢ１のエネルギは、単一パスプロセスにおいて、より高い周波数の光パルスＢ２のエネルギに変換されてもよい。高い強度を有するパルスＢ１の単一パス変換効率は、非線形媒体を有する導波路１４２において８０％よりもさらに大きくてもよい。基本波光Ｂ１の、高い強度のより高い周波数光Ｂ２への変換は、ブラッグ格子８２および非線形結晶１４０の組合せの反射率を低下させ、キャビティダンピングを引起す。
【００８８】
ブラッグ格子８２は、導波路１４２の側面に、または導波路１４２内に、実装されてもよい。導波路１４２の分散およびブラッグ格子８２の格子周期は、ブラッグ格子８２の反射率が、第２光パルスＢ２についてよりも第１光パルスＢ１について実質的に高くなるように、選択されてもよい。言い換えれば、ブラッグ格子８２は、第２光パルスＢ２について実質的に透過させてもよい。
【００８９】
導波路１４２は、導波路１４２の中心部よりも低い屈折率を有するクラッド層を有してもよい。ブラッグ格子は、このクラッド上に実装されてもよい。導波路の中心部とブラッグ格子８２の回折機構間の距離は、ブラッグ格子８２の反射率が、第２光パルスＢ２についてよりも第１光パルスＢ１について実質的に高くなるように、選択されてもよい。
【００９０】
図１２を参照して、キャビティにおける固体−気体界面由来の不所望の反射が、反射防止被覆ＡＲ１，ＡＲ２を実装することによってさらに減少してもよい。共通の基板１０の表面、レンズ１２０の表面および／または非線形結晶１４０の表面は、ゲイン領域２０への広帯域フィードバックを最小化させ、かつ光線Ｂ１のピーク光パワーを最大化させるために、反射防止被覆ＡＲ１，ＡＲ２を有する。傾斜反射構造体Ｍ１を用いて得られる利点は、反射防止被覆ＡＲ１，ＡＲ２が、エミッタＥ１の導波路２４の端部によりも、基体１０、レンズ１２０および／または結晶１４０により容易に塗布され得るということである。
【００９１】
図１３を参照して、発光装置４００は、アレイＡ１として基板１０に配置される複数の隣接するレーザエミッタＥ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ１ｃを有してもよい。アレイＡ１のエミッタＥ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ１ｃの導波路２４は、互いに実質的に平行である。アレイＡ１は、図１〜図１２を参照して前述したような、２つ以上のレーザエミッタＥ１を有してもよい。
【００９２】
方向ＳＹは方向ＳＸおよび方向ＳＺと垂直である。
アレイＡ１におけるエミッタの数は、たとえば２〜５の範囲内にあってよい。エミッタの数は、高いパワーおよび／または低いスペックルコントラストを与えるために、６〜５０の範囲内にあってもよい。エミッタの数は、非常に低いスペックルコントラストおよび高い光束を与えるために、５１〜２０００の範囲内にあってもよい。
【００９３】
エミッタの中心線間の距離は、たとえばほぼ２５〜１００μｍ程度であってよい。２．５ｍｍ幅のアレイＡ１は、たとえば２５〜１００個のエミッタＥ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ１ｃをそれぞれ有してもよい。中心線は実質的に同じ面にあってもよい。
【００９４】
アレイＡ１のエミッタＥ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ１ｃによって与えられる光は、共通の傾斜反射構造体Ｍ１によって反射され、１つ以上の集光機構１２０によって共通の非線形結晶１４０内へ向けて平行にされる、または合焦されてもよい。集光機構１２０は、速軸の方向で、すなわち方向ＳＸで光を平行にする、または光を合焦させるように構成される、実質的に円筒形のレンズ１２０であってもよい。
【００９５】
エミッタＥ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ１ｃによって与えられる光は、いくつかの個々の傾斜反射構造体Ｍ１を用いて非線形結晶１４０内に結合してもよい（たとえば図１５）。しかし、単一の共通の傾斜反射構造体Ｍ１を実装する方が、複数の別個の構造体Ｍ１を実装するよりもコスト効率がよいであろう。
【００９６】
非線形結晶１４０は、結合光を閉込める１つ以上の導波路１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃを有してもよい（図１３）。導波路１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃは、非線形媒体を有する。導波路の目的は、より効果的な単一パス周波数変換のために、結晶の長手に沿って、すなわち垂直方向ＳＺに、高い強度を維持することである。
【００９７】
非線形材料の限られた透過性のために、特にニオブ酸リチウムなどのある種の非線形材料を有する、バルクタイプの非線形結晶１４０内にブラッグ格子８２を実装するよりも、導波路１４２にブラッグ格子８２を実装する方が適しているであろう（図１１および図１２）。導波路１４２のおかげで、非線形材料の単位長さあたりの変換効率が増大し得るので、より短い相互作用長が使用され得る。
【００９８】
導波路１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃの高さはたとえば５μｍであってよく、幅はたとえば７μｍであってよい。この（方向ＳＸの）高さおよび（方向ＳＹの）幅は、導波路１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃにおける光線Ｂ１の伝播方向ＳＺに垂直である。
【００９９】
導波路１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃは、たとえばアニールプロトン交換（ＡＰＥ）によって、またはたとえば亜鉛もしくはチタン拡散といった拡散によって、非線形結晶１４０の側面に実装されてもよい。
【０１００】
複数の隣接し平行する導波路１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃは、複数の隣接する周波数変換された光線Ｂ２ａ，Ｂ２ｂ，Ｂ２ｃなどを与えてもよい。
【０１０１】
導波路１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃに作用する光線Ｂ１の大きさは、集光構造体１２０と導波路１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ間の光学距離を最小化させることによって最小化されてもよく、一方、この光学距離の最小化は、集光構造体１２０の焦点距離を最小化させることによって達成され得る。各導波路１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃの入力端は、集光構造体１２０によって合焦される、または平行にされる光線の狭窄部に位置付けられてもよい。エミッタＥ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ１ｃの導波路２４は、光線Ｂ１ａ，Ｂ１ｂ，Ｂ１ｃの発散が最小化するように設計されてもよい。
【０１０２】
発光装置４００は、遅軸の方向ＳＹでも光線Ｂ１を平行にする、または光線Ｂ１を合焦させる、さらなる円筒形状表面またはレンズ（図１８）を有してもよい。非線形結晶１４０は、遅軸の方向ＳＹで光線Ｂ１を平行にする、または光線Ｂ１を合焦させる、複数の非平面ファセット１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃを有してよい（図１９ａおよび図１９ｂ）。
【０１０３】
非線形結晶１４０は、光Ｂ１および／またはＢ２を合焦させる、または光Ｂ１および／またはＢ２を平行にするための回折構造を有してもよい。
【０１０４】
非線形結晶１４０は、スペーサ１２２によって基板１０に取付けられてもよい（図１３および図３４ａ）。結晶の位置は、たとえばスペーサ１２２の厚さを選択することによって、設定されてもよい。
【０１０５】
図１４を参照して、発光装置４００は、パワーを増大させ、および／またはスペックルコントラストをさらに下げる、２つの対向するエミッタアレイＡ１，Ａ２を有してもよい。対向するアレイＡ１，Ａ２は、共通の基板１０に実装されてもよい。アレイＡ１のエミッタＥ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ１ｃおよびアレイＡ２のエミッタＥ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃによって与えられる光は、１つ以上の集光機構１２０によって共通の非線形結晶１４０内へ向けて平行にされてもよい。レンズ１２０は、速軸の方向で、すなわち方向ＳＸで光を平行にする、または光を合焦させるように構成されてもよい。アレイＡ１によって与えられる光線は、傾斜反射構造体Ｍ１によって反射され、アレイＡ２によって与えられる光線は、第２傾斜反射構造体Ｍ２によって反射されてもよい。エミッタＥ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ１ｃ，Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃは、図１〜図１３を参照して、前述したようなものである。アレイＡ１，Ａ２のエミッタは、実質的に類似する。
【０１０６】
エミッタＥ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ１ｃ，Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃは、周知の半導体処理技術を用いて、共通の基板１０上に実質的に同時に実装されてもよい。
【０１０７】
異なるエミッタＥ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ１ｃ，Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃによって与えられる光線は、非線形結晶１４０において実質的に別個のままであるように構成されてもよい。
【０１０８】
図１５を参照して、傾斜反射構造体Ｍ１，Ｍ２は、反射された光線Ｂ１が、方向ＳＹおよびＳＺによって規定されるのと実質的に同じ垂直平面にあるように、交互に配置されてもよい。
【０１０９】
図１６を参照して、第１エミッタＥ１および第２エミッタＥ２は、第２エミッタＥ２が第１エミッタＥ１に実質的に対向するように、共通の基板１０上に実装されてもよい。エミッタＥ１，Ｅ２によって与えられる光線は、反射構造体Ｍ１，Ｍ２によって反射されて基板１０を通ってもよい。光線Ｂ１は、１つ以上のレンズ１２０によって共通の非線形結晶１４０内へ向けて平行にされてもよい。非線形結晶１４０は、図１６に示されるように、結晶１４０の両側面に、光を制限する導波路１４２を有してもよい。対向するエミッタＥ１，Ｅ２からの光線Ｂ１は、結晶１４０の一表面上の共通の導波路１４２へ向けて平行にされるか、合焦されてもよい。
【０１１０】
垂直の光線Ｂ１の反射点間の距離Ｌ３は、たとえば３〜１５μｍの範囲内にあってよい。速軸発散のために、光線Ｂ１の幅Ｌ６は、基板１０の上部表面にて１５〜８０μｍの範囲内にあってよい。
【０１１１】
図１７を参照して、反射構造体Ｍ１，Ｍ２は、基板１０から離れるように、共通の非線形結晶１４０内へ、エミッタＥ１，Ｅ２によって与えられる光線Ｂ１を反射するように構成されてもよい。
【０１１２】
図１８を参照して、発光装置４００は、遅軸の方向で光を平行にする、または光を合焦させるためのさらなる円筒形状レンズまたは表面１２４を有してもよい。
【０１１３】
図１９ａを参照して、非線形結晶１４０の導波路１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃの入力端は、導波路１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃの狭窄部内に集光させる先細部を有してもよい。導波路１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃの入力端は、導波路１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃの狭窄部内に集光させるために光を屈折させる非平面ファセットを有してもよい。導波路１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃの出力端部は、先細部および／またはファセットを有してもよい。
【０１１４】
非平面ファセットは、たとえば凸または凹形状を有してもよい。非線形結晶は、たとえば、複数の導波路１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ内へ向けて光を合焦させる、または光を平行にするための、複数の実質的に円筒形状の表面１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃを有してよい。その結果として、光Ｂ１の結合効率は向上し、および／または第二高調波光Ｂ２の発散は減少し得る。
【０１１５】
図１９ｂを参照して、非平面ファセットは、たとえば、非線形結晶１４０の表面にエッチングをすることによって、形成されてもよい。エッチングは、非線形結晶１４０の表面付近でのみなされてもよい。エッチングの深さｄ１は、たとえば２０μｍであってよい。
【０１１６】
図２０ａおよび図２０ｂを参照して、非線形結晶１４０は、方向ＳＹに、すなわち非線形結晶１４０の表面に沿って、周期分極反転され（periodically poled）、疑似位相整合状態を与えてもよい。結晶１４０は、空間周期的な電場によって分極反転される強誘電材料を有してもよい。その結果として、非線形結晶１４０は、一定の間隔で分極反転ドメイン１４４，１４６を有してもよく、その方向は第二高調波光線Ｂ２の電場Ｅと適合する。疑似位相整合格子は、光パルスの形状を圧縮および／または修正するために、チャープ化またはパターン化されてもよい。入射レーザ光線の電場Ｅは、方向ＳＹと実質的に平行であってもよい。分極反転ドメインの周期は、生じる第二高調波光線Ｂ２の位相が各分極反転周期において基本波光Ｂ１と適合するように、選択される。この選択は、非線形媒体の分散に、すなわち、基本波光Ｂ１と第二高長波光Ｂ２との屈折率の差異に、基づいている。
【０１１７】
疑似位相整合格子は、広範な波長範囲の第二高調波発生を可能にするために、チャープ化またはパターン化されてもよい。
【０１１８】
疑似位相整合格子は、和周波発生を促進するように構成されてもよい。
周期分極反転された非線形結晶１４０は、１つ以上の導波路１４２，１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃを有してよい。導波路は、非線形結晶１４０の片側または両側に形成されてもよい（図１６参照）。
【０１１９】
単一の非線形結晶１４０は、複数の周期分極反転領域を有してもよく、それらの周期は複数の異なる基本周波数について最適化される。ゆえに、単一の非線形結晶１４０が、たとえば赤色、緑色、および青色の光を与えるように構成されてもよい。
【０１２０】
非線形結晶または媒体１４０は、たとえば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＫＴＰとしても周知であるチタンリン酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ４）、周期分極反転ＫＴＰ、周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）、または三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）であってもよい。特に、非線形結晶１４０は、周期分極反転酸化マグネシウムドープニオブ酸リチウム（ＰＰ−ＭｇＯ−ＬＮ）であってよい。マグネシウムによるドーピングが、ニオブ酸リチウム非線形材料の光伝導性を増大させるので、非線形結晶のより低い作動温度を可能とし、かつ疑似位相整合格子の高い光損傷閾値をなお維持する。
【０１２１】
発光装置４００は、１つ以上の非線形結晶１４０を有してもよい。
非線形結晶１４０は、導波路が、および／または分極反転ドメインが、なくてもよい。
【０１２２】
図２０ｂを参照して、非線形結晶の導波路１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃは、たとえばエッチングによって実現される、リッジ導波路であってよい。
【０１２３】
図２０ｃを参照して、非線形結晶は、方向ＳＸに、すなわち結晶１４０の表面と実質的に垂直に、分極反転されてもよい。
【０１２４】
図１２および図１９ａ〜図２０ｃを参照して、非線形結晶１４０は、１つ以上の以下の機構：
光を閉込める導波路１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃと、
非線形媒体を通して周波数選択フィードバックを与えるためのブラッグ格子と、
収束または平行化を促進する導波路の先細入口／出口部と、
収束または平行化を促進するために光を屈折させる非平面ファセットまたは回析構造体と、
周期分極反転領域１４４，１４６とを有する。特に、非線形結晶は、導波路、ブラッグ格子、周期分極反転領域、および先細入口部を有してもよい。
【０１２５】
図２１を参照して、発光装置４００は、エミッタＥ１と非線形結晶１４０との間、すなわちエミッタＥ１の導波路２４と非線形結晶１４０との間に位置付けられる、偏光回転要素１２５を有してよい。偏光回転要素１２５は、非線形結晶１４０内に結合する光が、分極反転領域１４４，１４６の配向に対して最適な偏光を有するように、導波路２４から放出された光線Ｂ１の偏光を回転させてもよい。偏光回転要素１２５は、たとえば９０度偏光を回転させてもよい。偏光回転要素は、たとえば半波長板であってもよい。
【０１２６】
偏光回転要素は、反射構造体Ｍ１および／またはＭ２内または上に実装されてもよい。この場合、偏光回転要素は、反射構造体Ｍ１および／またはＭ２の光界面内または上にエッチングされる回折構造体であってもよい。
【０１２７】
図２２ａは、一例として、エッジ発光レーザエミッタＥ１の構造層を示す。導波路２４は、たとえば１つ以上の量子井戸といった、少なくとも１つの活性領域２１を有する。詳細には、活性領域２１は量子ドットまたは３つの量子井戸を含んでもよい。
【０１２８】
導波路２４は、活性領域２１の構造層と実質的に平行であり、光線Ｂ１はこの活性領域に沿って伝播する。比較のために、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）によって与えられる光線は通常、ＶＣＳＥＬの構造層と実質的に垂直である。エッジ発光構成を用いて得られる利点は、単一パスゲインが実質的により高く、偏光が安定することである。可飽和吸収量は、さらなる構造層の実装なしに、可飽和吸収体４０の長さを選択することによって、選択されてもよい。その結果として、可飽和吸収体４０は、製造コストを増大させることなく高い可飽和吸収を与えるように構成され得る。
【０１２９】
共通の基板１０は、たとえばヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、ヒ化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＡｓ）またはリン化インジウム（ＩｎＰ）といった、実質的に透明の半導体材料から成ってもよい。
【０１３０】
導波路２４は、クラッド層３２，３３の間に配置される。基板側クラッド３２はｎドープされ、第２クラッド３３はｐドープされてもよい。接触層３４は、ｐドープクラッド上に成長する。構造体は、他の半導体層を含んでもよい。ゲイン領域２０および可飽和吸収体は、別個の金属接触部２６，４７を有する。レーザチップ、すなわちエミッタＥ１は、たとえばＡｕ／ＡｕＳｎはんだパッド４８，２８によって、絶縁パターンサブマウントに取付けられてもよい。
【０１３１】
共通の基板１０の上側は、金属接触層１２で被覆されてもよい。後方反射体６０は、光学多層被膜によって実現されてもよい。
【０１３２】
導波路２４は、共通の基板１０と実質的に平行である。導波路２４は、ゲイン領域２０および可飽和吸収体４０を有する。
【０１３３】
層４８，２８は、装置４００を冷却するために、電気絶縁サブマウント（不図示）と接触してもよい。可飽和吸収体４０がサブマウントから電気絶縁されている接触パッド２８を有する場合、サブマウントは導電性であってもよい。サブマウントは、たとえば窒化アルミニウム、酸化ベリリウム、炭化ケイ素、またはダイアモンドから成ってもよい。層４８および２８は、このサブマウント上に予め配置されてもよい。サブマウントは、装置４００を冷却するために、ヒートシンク（不図示）と接触してもよい。
【０１３４】
代わりに、層１２がサブマウントと接触してもよい。しかし、この冷却は、共通の基板１０を介するより大きな熱抵抗のために、層２８，４８を介して冷却する場合よりも、効果的でない。
【０１３５】
ゲイン領域２０は電気的にポンピングされる。接地ＧＮＤに対して、正のバイアス電圧Ｖ＋がゲイン領域２０に結合され、負のバイアス電圧Ｖ−が可飽和吸収体４０に結合されてもよい。言い換えれば、ゲイン領域２０には順バイアスがかけられ、可飽和吸収体４０には逆バイアスがかけられる。
【０１３６】
詳細には、吸収体４０の作動状態を修正するために、バイアス電圧Ｖ４０が、接触層１２（接地）と接触部４７との間に印加されてもよい。ゲイン領域２０にバイアス電流を生じさせるために、バイアス電圧Ｖ２０が接触層１２（接地）と接触部２６との間に印加されてもよい。ゲイン領域２０のバイアス電圧Ｖ２０および可飽和吸収体４０のバイアス電圧Ｖ４０は、別々に制御可能であってもよい。
【０１３７】
可飽和吸収体４０とゲイン領域２０との間に電気絶縁体４６が存在してもよい。絶縁体は、たとえば二酸化ケイ素ＳｉＯ２の層であってもよい。高度にドープされた接触層３４は、ゲイン領域２０と可飽和吸収体４０との間の抵抗がたとえば１ｋΩよりも高いように、絶縁体４６の下方で局所的にエッチングされて除かれてもよい。ゲイン領域２０と可飽和吸収体４０との間の抵抗は、たとえばイオン注入によって増大してもよい。高度にドープされた接触層３４は、水平方向にも電流を分布させることによって、可飽和吸収体４０の有効長さを最大化させるために、絶縁体４６の下方に延在してもよく、パッケージングを促進するために、２つの金属接触部２６，４７の充分な分離をさらに与える。
【０１３８】
図２２ｂは、図２２ａの構造と関連のあるいくつかの寸法を示す。導波路およびクラッド層３２，３３の全厚さＴ２は、たとえば３〜４μｍの範囲内にあってよい。共通の基板１０の厚さはたとえば８０〜１５０μｍの範囲内にあってよい。可飽和吸収体４０とゲイン領域２０との間の絶縁領域の長さＬ５は、たとえば５〜５０μｍの範囲内にあってよい。ゲイン領域２０の長さＬ２は、たとえば２５０〜４０００μｍの範囲内にあってよい。可飽和吸収体の長さＬ４は、たとえば１０〜２００μｍの範囲内にあってよい。
【０１３９】
全厚さＴ２は、たとえば４〜６μｍの範囲内にあってもよい。可飽和吸収体の長さＬ４は、たとえば２００〜４００μｍの範囲内にあってもよい。
【０１４０】
図２３を参照して、レーザエミッタＥ１はリッジ導波路２４を有してもよい。導波路２４は、ゲイン領域２０を有し、さらに可飽和吸収体４０を有してもよい。ゲイン領域２０および可飽和吸収体４０は、共通の基板１０上に実装されてもよい。
【０１４１】
ゲイン領域２０における電場は、実質的に方向ＳＺに配向する。この電場は、バイアス電圧Ｖ＋によって生じる。ゲイン領域２０の特性は、基本波光Ｂ１の偏光を決定する。導波路２４の端部から放出される基本波光Ｂ１の偏光は、実質的に方向ＳＺに平行であるか、方向ＳＹに平行であってもよい。
【０１４２】
格子不整合ゲイン領域２０を有するエッジ放射レーザは、装置非対称性およびゲイン領域２０の歪によって決定される、安定した偏光を有する。安定した偏光は、非線形結晶の有効利用を可能にする。比較のために、垂直キャビティ面発光レーザは通常、高い装置対称性によって、不安定な偏光を有する。
【０１４３】
レーザアレイＡ１は、図２３に従う、複数の平行なリッジ導波路２４を有してもよい。隣接するエミッタＥ１の接触層２６，４７は、共通のヒートシンクに取付けられてもよい。リッジ導波路２４を規定するために、発光装置４００は、クラッド層３３内までエッチングされた溝４１を有してもよい。
【０１４４】
接触層３４および溝４１は、電気絶縁層１５によって被覆されてもよい。絶縁層１５は局所的に除去されてよく、電気接触層２６，４７が、リッジ導波路２４の中心部分を覆う露出接触層３４上に実装されてもよい。溝４１はトレンチであってもよい。
【０１４５】
導波路２４は、放出される光線Ｂ１の発散を遅軸の方向で修正するために、先細形状を有してもよい。
【０１４６】
図２４を参照して、傾斜反射構造体Ｍ１は、導波路２４と誘電体層９２との間の界面によって実現されてもよい。すなわち、反射は全内部反射（ＴＩＲ）で起こってもよい。誘電体層９２は、たとえば窒化ケイ素Ｓｉ３Ｎ４、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）または二酸化ケイ素ＳｉＯ２であってもよい。誘電体層９２は、さらなる金属層９４によって、たとえば金の層によって、保護されてよい。
【０１４７】
傾斜反射構造体Ｍ１は、たとえば化学支援イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）によって、またはウェットエッチングによって、形成されてもよい。
【０１４８】
図２４の傾斜反射構造体Ｍ１に関連する利点は、レーザエミッタＥ１の出力面での高い強度が、基板１０における光線の発散によって回避され得ることである。強度の低下は、出力界面での破壊的光学損傷（ＣＯＤ）の危険性を減少させる。傾斜反射構造体Ｍ１は、サブマウントへのさらなる金属層（不図示）によって冷却されてもよく、これはＣＯＤの危険性をさらに減少させる。傾斜反射構造体Ｍ１は、基本波光Ｂ１の非線形結晶１４０内への効果的な結合のために、共通の基板１０上または内にレンズ表面１２０を実装することも可能とする。
【０１４９】
構造体は、ゲイン領域２０と基板１０の表面との間にいかなる固体−気体界面もなく、実装されてもよい。共通の基板１０の表面の部分１２０は、非線形結晶１４０内へ向けて光線Ｂ１を平行する、または光線Ｂ１を合焦させるための実質的に湾曲した形状を有してもよい。
【０１５０】
図２４に示される他の構造層は、図２２ａ、図２２ｂおよび図２３を参照して、先に記載された。
【０１５１】
傾斜反射表面Ｍ１は、非線形結晶１４０内に光線の一部を反射することに加えて、光線Ｂ１の一部を反射して導波路２４に戻すための回折格子をさらに有してよい。ゆえに、傾斜反射表面Ｍ１は、光キャビティを規定する部分反射構造体８０（図３）としても機能し得る。
【０１５２】
図２５を参照して、傾斜鏡Ｍ１は、遅軸の方向ＳＹで光線の発散を修正するための凹形状を有してよい。その形状は、反射光線の側から見て形状は凹形である。凹形状は、たとえば円筒面、楕円面、または放物面の一部であってもよい。
【０１５３】
ゆえに、発光装置４００は、アレイＡ１のエミッタＥ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ１ｃによって放出される各光線の発散を別々に修正するための複数の凹面鏡Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ１ｃを有してよい。
【０１５４】
凹面鏡Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ１ｃは、図２６に示される湾曲マスク６０１を用いてエッチングされてもよい。図２６はまた、第２のアレイＡ２（図１４）用の第２系列の鏡の同時エッチングのための第２のマスクも示している。
【０１５５】
凹面鏡Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ１ｃの形状は、化学支援イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）を用いてエッチングされてもよい。凹面鏡Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ１ｃは、たとえば反応性イオンエッチングなどの物理エッチングおよび化学エッチングの組合せによって、エッチングされてもよい。
【０１５６】
通常、発光装置４００の出力は、ゲイン部分２０の電流を変調することによって、および／または可飽和吸収体４０のバイアス電圧を変調することによって、変調され得る。
【０１５７】
発光装置４００は、周波数変換された光線Ｂ２から、基本光線Ｂ１を吸収または分離するための追加のフィルタまたは格子を有してよい。
【０１５８】
装置４００は、光線Ｂ１の波長を安定化させるために、格子またはエタロンなどの追加の構造体を有してよい。
【０１５９】
発光装置４００のエミッタＥ１は、たとえば空間的に変化する損失またはゲインを配列することによって、単一横モード動作を示すように構成されてもよい。
【０１６０】
エミッタＥ１の波長は、たとえば６２５ｎｍ（赤色光）、５３２ｎｍ（緑色光）、または４６５ｎｍ（青色光）の波長が周波数変換によって生じるように、選択されてもよい。アレイＡ１のエミッタＥ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ１ｃは、同じ、または僅かに異なる波長を放出するように構成される。わずかに異なる波長を与えることは、さらにスペックルコントラストを減少させる。
【０１６１】
放出される赤色光は、６２０ｎｍの波長を有してもよい。
対向するアレイＡ１およびＡ２は、同じ波長、または異なる波長を放出するように構成されてよい。
【０１６２】
エミッタＥ１の光パワーは、ゲイン領域２０のバイアス電流を調整することによって、および可飽和吸収体４０のバイアス電圧を調整することによって、制御され得る。
【０１６３】
赤色光、緑色光および青色光は、ＲＧＢ全域から色を選択するのに必要とされ得る。３以上の異なる発光装置が使用されてもよい。たとえば、緑色光は、ＩｎＧａＡｓ量子井戸（ヒ化インジウムガリウム）に基づくエミッタＥ１によって与えられる１０６４ｎｍの光を周波数変換することによって、与えられてもよい。青色光は、ＩｎＧａＡｓ量子井戸に基づくエミッタＥ１によって与えられる９３０ｎｍの光を周波数変換することによって、与えられてもよい。赤色光は、ＩｎＧａＡｓ（Ｎ）量子井戸（ヒ化チッ化インジウムガリウム）に基づくエミッタＥ１によって与えられる１２５０ｎｍの光を周波数変換することによって、与えられてもよい。
【０１６４】
異なる色は、別個の非線形結晶１４０を用いて生じさせてもよい。代わりに、単一の非線形結晶１４０が、異なる色を生じさせるための分離領域を有してもよい。
【０１６５】
複数のエミッタによって与えられる色は、異なる波長を有するエミッタの、ゲイン領域２０の動作電流を別々に制御することによって、および／または可飽和吸収体４０のバイアス電圧を制御することによって、調整されてもよい。その結果として、非線形結晶において生じる赤色光、緑色光および青色光の相対比が制御され得る。
【０１６６】
図２７を参照して、画像投影装置５００が、１人以上の人間によって見られるべき画像６１０を表示するために、外部スクリーン上に光線Ｂ３を投影するように構成されてもよい。光線Ｂ３の光パワーは、たとえば０．０５〜５Ｗの範囲内にあってよい。画像を大勢の聴衆に表示するには、たとえば５〜１００Ｗの範囲内にあるさらなる光パワーを必要とし得る。画像６１０は、モノクロ画像またはカラー画像であってよい。画像６１０は、静止画像またはビデオ画像であってよい。
【０１６７】
図２８を参照して、画像投影装置５００は、光源４００、光空間積分器５３０、コンデンサ５４０、変調器５５０、および投影光学系５６０を有してもよい。光源４００は、本発明に従う発光装置４００であってよい。光源４００は、空間的に一様でない可視光線Ｂ２を与えてもよい。光線Ｂ２は、たとえば充分な長さを有する光ファイバであってよい空間積分器５３０において、一様にされる。積分器５３０は、コンデンサ５４０によって変調器５５０に向けられる、実質的に一様な光線を与えてもよい。コンデンサ５４０は、たとえば１つ以上のレンズまたは鏡面によって、実施されてもよい。コンデンサ５４０は、コリメータとして機能するように構成されてもよい。変調器５５０は、たとえば二次元小型液晶ディスプレイ、または微小機械移動鏡のアレイ（ＭＥＭＳディスプレイ）であってよい。図２８に示される透過配置の代わりに反射構成が用いられてもよい。変調器５５０によって生じる照射画素がその後、投影光学系５６０によってスクリーン６００に結像される。投影光学系５６０は、１つ以上のレンズまたは鏡面によって実施されてもよい。投影装置５００はさらに、投影画像６２０を合焦させるために、アレイ５５０および光学系５６０間の距離を調整するためのアクチュエータ５２０を有する。発光装置４００、変調器５５０および収束アクチュエータ５２０は、制御ユニット５１０によって制御され得る。
【０１６８】
投影装置５００は、ＲＧＢ全域から選択される色の投影を可能にするために、３つの別個の変調器５５０と、たとえば赤色発光装置４００、緑色発光装置４００、および青色発光装置４００といった、色の投影を実行する３つの別個の発光装置４００とを有してもよい。投影装置５００は、ＲＧＧＢ表色系を実行するのに、１つの赤色発光装置４００、２つの緑色発光装置および１つの青色発光装置４００を有してもよい。
【０１６９】
赤色光線、緑色光線、および青色光線で照射される単一の二次元変調器アレイ５５０は、光線が異なる角度からアレイに衝突する場合に、色の投影を実行するのに使用されてもよい。その後、反射光が組合わされ、スクリーン６００に投影されて、カラー画像６１０を形成する。
【０１７０】
発光装置４００のエミッタは、パッシブＱスイッチモード、アクティブＱスイッチモード、セミパッシブＱスイッチモードまたは連続波モードで、作動されてもよい。実質的に安定した最大反転分布をゲイン領域２０に与えるために、これらすべてのモードにおいて、ゲイン領域２０は、実質的に一定の電流によって駆動されてもよい。ゲイン領域２０における電流は、高い単一パスゲインを与えるために、高くなるように選択されてもよい。図２９ａはパッシブＱスイッチモードを、図２９ｂはアクティブＱスイッチモードを、図２９ｃはセミパッシブＱスイッチモードを示す。図２９ａ〜図２９ｃに示される符号−Ｖ４０は、バイアス電圧の負の値を表す。
【０１７１】
パッシブＱスイッチモードにおいて、可飽和吸収体４０のバイアス電圧Ｖ４０は、光パルスＢ１の発生中に実質的に一定のネガティブレベルで維持される。光パルスＢ１は、可飽和吸収体４０が、変化する光強度によって吸収状態と非吸収状態との間で迅速に切替えられるにつれて、生じる。吸収体４０は最初、低い強度の光の吸収状態にある。ゲイン領域２０におけるゲインが、先行する光パルスの発光後、一時的に枯渇する。吸収体を介して伝達される強度は、強度が吸収体４０の飽和レベルに達するまで、入射光の強度が増大するにつれて、増大する。キャビティ損失が一気に低下し、発光されるパルス強度の劇的な増加を導く。しかし、光パルスの発生が、スペクトルホールバーニング効果によって反転分布を一時的に低下させ、これはパルスの立下りエッジを与える。強度はすぐに、吸収体を吸収状態に設定するのに必要とされるレベル未満に下げられ、吸収体４０のバイアス電圧Ｖ４０のアクティブ変調なしに前述のサイクルが繰返し現れ得る。個々の光パルスの持続時間は、たとえば５００ｆｓ〜１ｎｓの範囲内にあってよく、連続するパルス間の時間的分離ｔ２−ｔ１は、たとえば１０ｐｓ〜１０ｎｓの範囲内にあってよい。ｔは時間を示し、ｔ１は光パルスの開始時間を示し、ｔ２は次のパルスの開始時間を示す。
【０１７２】
アクティブＱスイッチングは、可飽和吸収体４０のバイアス電圧Ｖ４０が、第１所定レベルと第２所定レベルとの間で、所定の変化率にて変化することを意味する。バイアス電圧Ｖ４０の第１レベルへの設定が、単一の光パルスＢ１の発生を開始し、バイアス電圧Ｖ４０の第２レベルへの設定が、光パルスＢ１の形成を防止する。第１レベルは、たとえば実質的にゼロの電圧または正の電圧であってよく、第２レベルは、可飽和吸収体４０において高い吸収を引き起こすように選択される、負のバイアス電圧であってよい。光パルスＢ１は、バイアス電圧Ｖ４０の変化率で生じる。個々のパルスの持続時間は、たとえば５０ｐｓ〜１μｓの範囲内にあってよく、連続するパルス間の時間的分離ｔ３−ｔ１は、たとえば１ｎｓ〜１０μｓの範囲内にあってよい。ｔ１は光パルスの開始時間を示し、ｔ２は次のパルスの開始時間を示す。
【０１７３】
セミパッシブＱスイッチングは、可飽和吸収体４０のバイアス電圧Ｖ４０を変化させることによって、パッシブＱスイッチングによる光パルスＢ１の発生が有効または無効になることを意味する。可飽和吸収体４０のバイアス電圧Ｖ４０は、第１所定レベルと第２所定レベルとの間で変化する。
【０１７４】
バイアス電圧Ｖ４０の第１のネガティブレベルへの設定が、図２９ｂに示されるような短い光パルスＢ１の発生を可能にし、バイアス電圧Ｖ４０の第２のより大きいネガティブレベルへの設定が、光パルスＢ１の発生を防止する。
【０１７５】
代わりに、第２のレベルは、より小さいネガティブレベル、またはポジティブレベルでさえあってもよく、そこでパルスのピークパワーは低下する。第２レベルは、レーザの連続波動作さえ可能であってよい。連続波モードで作動される場合、周波数変換効率は、非線形結晶でのより低い光強度のために、低下する。その結果として、可視波長の光パワーが変調され得る。
【０１７６】
出力光線の時間平均強度は、デューティサイクル（ｔ４−ｔ１）／（ｔ５−ｔ１）を変化させることによって、０％〜１００％の間で調整され得る。言い換えれば、見掛けの強度はパルス幅変調によって制御され得る。前述のように、人間の目の蓄積時間はほぼ１０ｍｓ程度であり、視聴者はおおよそ１０ｍｓの期間にわたる時間平均強度を認識する。ｔ１はパルスシーケンスの開始時間を示し、ｔ４はそのパルスシーケンスの停止時間を示し、ｔ５は次のパルスシーケンスの開始時間を示す。期間ｔ５−ｔ１は、たとえば５ｎｓ〜１０μｓの範囲内にあってよい。各パルスシーケンスは、期間ｔ５−ｔ１よりも桁違いに短い、時間的分離ｔ２−ｔ１を有する複数の光パルスから成っていてもよい。
【０１７７】
セミパッシブＱスイッチングは、たとえば５０ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの範囲内の周波数での可視出力強度の迅速な変調を可能にし、電気エネルギの可視光への高い変換効率をも与える。アクティブＱスイッチングと比較して、セミパッシブＱスイッチングによって生じる光は、実質的により小さい可干渉性を有するので、視覚的表現により適している。
【０１７８】
発光装置４００のレージングは、ゲイン領域２０のバイアス電圧／電流を変調することによって制御されてもよい。しかし、ゲイン領域２０のバイアス電圧／電流の変調は、可飽和吸収体４０のバイアス電圧の変調よりも効果的でない。より高い変調周波数は、ゲイン領域２０を変調することによってよりも、可飽和吸収体４０を変調することによって、実現されてもよい。さらに、可飽和吸収体４０のバイアス電圧の変調によるセミパッシブＱスイッチングは、ゲイン領域２０の電流の変調よりも、熱的により安定した作動を可能にしてもよい。
【０１７９】
図３０を参照して、画像投影装置５００は、結像光学系５６０によって外部スクリーン６００上に光線Ｂ２が合焦される、発光装置４００を有してもよい。ここで、Ｂ３は収束光線を示す。スクリーン６００上の合焦点Ｐ１の位置は、１つ以上の光線配向装置５７１，５７３によって変化し得る。光線配向装置は、たとえば、１つ以上の反射または屈折ファセットを有する転向鏡またはプリズムであってよい。
【０１８０】
第１鏡５７１の転向は、合焦点Ｐ１を実質的に方向ＳＸに移動させる、すなわち合焦点Ｐ１のｘ座標を変化させる。第２鏡５７３の転向は、合焦点Ｐ１を実質的に方向ＳＹに移動させる、すなわち合焦点Ｐ１のｙ座標を変化させる。鏡５７１，５７３は、アクチュエータ５７２，５７４によって移動させられてもよい。
【０１８１】
画像６１０は、合焦点Ｐ１の水平位置ｘおよび垂直位置ｙに従って、発光装置４００によって与えられる光線Ｂ２の強度を調整することによって表示されてもよい。発光装置４００は、セミパッシブＱスイッチモードで作動されてもよく、強度は、１つ以上の可飽和吸収体４０のバイアス電圧を変調することによって、調整されてもよい。制御ユニット５１０は、合焦点Ｐ１の位置に従って、強度を制御するように構成されてもよい。制御ユニット５１０は、強度を制御するために可飽和吸収体４０に直接的または間接的に結合されてもよい。制御ユニット５１０は、合焦点Ｐ１の位置を設定するために、および／またはアクチュエータまたは位置センサからの位置信号を受信するために、アクチュエータ５７２，５７４に直接的または間接的に結合されてもよい。
【０１８２】
スキャン速度要求は、プロジェクタ５００が高解像度ビデオ画像を示すように構成される場合、かなり高い。画像の速度はたとえば１秒あたり８０画像よりも高くてもよく、各画像はたとえば５１２×１０２４画素を含んでもよい。ビデオ画像を示すために、単一の投影光線Ｂ３の強度は、４０ＭＨｚよりも大きい周波数で変調されるべきである。１０％の解像度ずつ個々の画素の強度を調整するために、可飽和吸収体４０のバイアス電圧は、４００ＭＨｚよりも大きい周波数で変調されてもよい。さらに、少なくとも１つの光線配向装置は、１秒あたり４００００回以上画像領域上をスイープすべきである。たとえ回転多面鏡が４０のファセットを有していても、回転速度は１秒あたりおおよそ１０００回転であるべきである。高いスイープ速度を実施するために、光線配向装置５７１および／または５７３は、たとえば速いマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）鏡、音響光学偏向器、または回転もしくは移動ホログラフィック偏向器であってもよい。
【０１８３】
図３１を参照して、画像投影装置５００は、エミッタのアレイＡ１（図１３）を有する１つ以上の発光装置４００を用いることによって、実施されてもよい。エミッタＥ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ１ｃ，Ｅ１ｄによって与えられる光線Ｂ３ａ，Ｂ３ｂ，Ｂ３ｄが、同じ垂線ＶＬ１上に複数の合焦点を形成するために、結像光学系５６０によって外部スクリーン６００上に合焦されてもよい。スクリーン６００上の合焦点の水平位置は、光線配向装置５７１によって、たとえば１つ以上の反射ファセットを有する転向鏡によって、変化し得る。垂線ＶＬ１における画素の強度は、セミパッシブＱスイッチングによって、すなわち各エミッタＥ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ１ｃ，Ｅ１ｄの可飽和吸収体４０のバイアス電圧を別々に変調することによって、同時に制御され得る。ゆえに、投影光線の強度は、画像６１０を表示するために、スクリーンのそれぞれの位置にて別々に制御され得る。たとえば、エミッタＥ１ｃによって与えられる光線（図３１では不図示）の強度は、一時的にゼロに設定され得る。画像投影装置５００は、図３０を参照して記載されるアクチュエータ５７２および制御ユニット５１０を有してもよい。異なるエミッタのアレイが積重ねられて異なるＲＧＢ色の投影を実行し得るか、単一のアレイが、異なる色を表示する交互に配置されたエミッタを有してもよい。
【０１８４】
発光装置４００は、たとえば５１２個の別々に制御されるエミッタＥ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ１ｃ，Ｅ１ｄを有してもよい。回転鏡５７１はたとえば８つのファセットを有してもよく、鏡５７１はたとえば１秒あたり１２．５回の速度で回転してもよい。ゆえに、光線Ｂ３ａ，Ｂ３ｂ，Ｂ３ｄは、１秒あたり１００回スクリーン上をスイープする。エミッタの可飽和吸収体４０に結合される２０ＭＨｚの変調周波数は、水平方向において１０２４個の別々に制御される画素を１秒あたり１００の画像速度で可能にすると同時に、強度調整を１％の解像度で可能とし、光線が転向鏡５７１の２つの隣接するファセットに衝突する期間中は、放出される光線を完全に見えなくすることができる。
【０１８５】
図３２を参照して、発光装置４００は、傾斜反射構造体Ｍ１を持たずに実質的に直線的に実施されてもよい。しかし、折曲げ設計よりも、オンウエハ試験が困難であり、破壊的光学損傷（ＣＯＤ）のリスクが高く、非線形結晶の正確な配列が困難であり、および／または反射防止被覆の提供が困難であり得る。可飽和吸収体４０、ゲイン領域２０、非線形結晶１４０および集光構造体１２０は、実装基板１４上に実装されてもよい。直線的な発光装置４００は、図１１，図１２，図１９ａ〜図２０ｃに従う非線形結晶１４０を有してもよい。特に、非線形結晶１４０は、導波路を有してもよく、周期分極反転されてもよい。非線形結晶はさらに、狭帯域のフィードバックを与えるためのブラッグ格子８２を有してもよい。
【０１８６】
図３３を参照して、発光装置４００は、図１〜図１２を参照して先に述べたように、複数のエミッタＥ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ１ｃを有してもよいが、傾斜反射構造体Ｍ１はない。レンズ１２０の正確な位置は、たとえばスペーサ１２３の厚みを選択することによって、設定され得る。
【０１８７】
図３４ａは、周期分極反転された非線形結晶１４０を有する発光装置４００を示す。装置４００は、ゲイン領域２０を有する導波路２４を有する。ゲイン領域２０、可飽和吸収体４０および結合構造体Ｍ１は、基板１０上に実装されてもよい。可飽和吸収体４０は、ゲイン領域２０によって生じるレーザ発光Ｂ１を変調する。ゲイン領域２０および可飽和吸収体４０は、前述のように、第１光パルスＢ１を生じさせる。第１光パルスＢ１は、結合構造体Ｍ１および集光構造体１２０によって非線形結晶１４０内に結合される。結合構造体Ｍ１は、基板１０を通して非線形結晶に向けて光を反射または回折してもよい。集光構造体１２０、たとえばレンズは、非線形結晶１４０内へ向けて光を平行にする、または光を合焦させてもよい。結晶１４０は、スペーサ１２２によって基板１０に取付けられてもよい。結晶１４０は、外部フレームに取付けられてもよい（不図示）。結晶１４０は、結晶の作動温度を制御するオーブン内に位置付けられてもよい（不図示）。結晶は、温度制御面と接触してよい（不図示）。
【０１８８】
図３４ｂは、非線形結晶１４０が、光を閉込めるための導波路１４２、および／またはゲイン領域２０に周波数選択フィードバックを与えるための周波数選択構造体８２をさらに有する、発光装置４００を示す。周波数選択構造体８２および後方反射体は全体として光キャビティを規定する。
【０１８９】
周波数選択構造体８２は、非線形結晶１４０内または上に実装されてもよい。
周波数選択構造体８２は、キャビティダンピングを与え、および／または光パルスの光周波数を安定化させるために、非線形結晶１４０を通して第１光パルスＢ１の周波数選択フィードバックを与えてもよい。
【０１９０】
装置４００が、非線形結晶１４０上に実装される第１周波数選択構造体、および後方反射体として機能するために、導波路２４上に実装される第２周波数選択構造体（図２）を有する場合、これらの構造体の反射帯のスペクトル位置は、適合されるべきである。ブラッグ格子の反射帯のスペクトル位置は、たとえばブラッグ格子の周期を選択することによって、選択されてもよい。ブラッグ格子の反射帯のスペクトル位置は、構造体の作動温度を制御することによって、調整され、および／または安定化され得る。
【０１９１】
反射帯は、光が第１光パルスＢ１の光周波数／波長の付近で周波数選択構造体によって反射される、スペクトル帯を意味する。周波数選択構造体８２の反射帯域幅は、反射帯の半値全幅（ＦＷＨＭ）を意味する。
【０１９２】
周波数選択構造体８２は、非線形結晶１４０内または上にのみ実装される場合、有利であろう。ゆえに、反射帯のスペクトル位置を適合させる必要はなく、装置４００の製造および／または操作は大いに単純化される。
【０１９３】
周波数選択構造体８２は、非線形結晶１４０内または上に実装される誘電体多層構造体であってもよい。誘電体多層被膜は、非線形結晶１４０の入力または出力ファセットに塗布されてもよい。
【０１９４】
代わりに、周波数選択構造体８２は、エミッタＥ１の導波路２４内または上にのみ実装されてもよい。その場合、非線形結晶は、第１光パルスＢ１を反射してゲイン領域２０に戻す広帯域反射体を有してもよい。
【０１９５】
図３５を参照して、導波路１４２は、たとえば、ＰＰ−ＭｇＯ−ＬＮ導波路とも呼ばれる、周期分極反転酸化マグネシウムドープニオブ酸リチウム（ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３）導波路であってよい。ブラッグ格子８２は、ゲイン領域２０に狭帯域の光フィードバックＢ１’を与えるために、導波路１４２の表面に形成されてもよい。後方反射光Ｂ１’は、第１光パルスＢ１の周波数ロッキングのために、および／または第１光パルスＢ１の帯域幅を狭めるために用いられてもよく、より高い周波数変換効率を達成する。
【０１９６】
第１光パルスＢ１の個々のパルスは、第１光子Ｂｆａおよび第２光子Ｂｆｂを有してもよい。第１光子Ｂｆａの光周波数は、第２光子Ｂｆｂの光周波数と異なっていてもよい。言い換えれば、第１光子Ｂｆａの波長は、第２光子Ｂｆｂの光周波数と異なっていてもよい。第１光子Ｂｆａの光周波数は、第２光子Ｂｆｂの光周波数と等しくてもよい。言い換えれば、第１光子Ｂｆａの波長は、第２光子Ｂｆｂの光周波数と等しくてもよい。
【０１９７】
結晶１４０の非線形材料は、和周波発生ＳＦＧによって、特に第二高調波発生ＳＨＧによって、第２光パルスＢ２を与えてもよい。
【０１９８】
ブラッグ格子８２は、導波路１４２の有効屈折率の周期的変化によって実施され得る。Λ１は、ブラッグ格子８２の周期を示す。導波路１４２の有効屈折率の周期的変化は、たとえば、導波路１４２の付近で周期的に配置される複数の回折突起８３によって実施されてもよい。最小屈折率と最大屈折率との差を小さくするほど、かつ周期数を大きくするほど、ブラッグ格子の反射帯域幅は狭くなる。
【０１９９】
Λ２は、周期分極反転領域１４４，１４６の周期を示す。
効果的周波数変換について、効果的周波数ロッキングのために、および狭帯域幅を達成するために、ブラッグ格子８２の反射率は１０％以上であるべきである。効果的な第二高調波発生（ＳＨＧ）のために、周波数選択構造体８２の反射帯域幅は０．５ｎｍ以下の狭さであるべきである。和周波発生（ＳＦＧ）のために、反射帯域幅はより広くなり得る。和周波発生（ＳＦＧ）のために、反射帯域幅は、たとえば５０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下の狭さであってよい。
【０２００】
和周波発生（ＳＦＧ）と第二高調波発生（ＳＨＧ）との差異を、図３６ａ〜図３６ｅを参照して議論する。図３６ａは、一例として、第１光パルスＢ１の強度ＩＮのスペクトル分布を示す。λは波長を示す。第１光パルスＢ１の発光スペクトルピークは、たとえば１０６４ｎｍの波長でピークを有してよく、ピークの半値全幅ＦＷＨＭは、たとえば２０ｎｍであってよい。
【０２０１】
図３６ｂは、第二高調波発生ＳＨＧによる第２光パルスＢ２の形成に寄与する図３６ａのスペクトルピークの一部分を示す。中心波長λｃに非常に近い波長を有する光子だけが、第二高調波発生ＳＨＧに関与し得る。その結果として、パルスＢ１のエネルギの多くの部分が失われる。
【０２０２】
図３６ｃは、和周波発生ＳＦＧによる第２光パルスＢ２の形成に寄与する図３６ａのスペクトルピークの一部分を示す。和周波変換プロセスにおいて、生じる光パルスＢ２の光子は、第１光パルスＢ１の第１光子の光周波数と、第１光パルスＢ１の第２光子の光周波数との合計に等しい光周波数を有する。
【０２０３】
第１光子の波長は、中心波長λｃから量Δλ逸脱し得る。波長λｃ−Δλを有する第１光子のエネルギは、結果として生じる周波数合計パルスの光子、すなわち第２光パルスＢ２の光子が、おおよそλｃ／２の波長を有するように、波長λｃ＋Δλを有する第２光子のエネルギと組合されてもよい。わずかに異なる波長を有する光子が、光媒体においてわずかに異なる速度で伝播し、分散を引起す。その結果として、結果として生じるパルスＢ２の周波数合計光子の波長は、λｃ／２からわずかに逸脱する。
【０２０４】
第１レジームλ＜λｃの光子のエネルギは、第２レジームλ＞λｃの光子のエネルギと組合させてもよい。ゆえに、和周波発生ＳＦＧにおける寄与光子の帯域幅は、第二高調波発生ＳＨＧにおけるよりも実質的に広くてもよい。ゆえに、利用され得るエネルギの部分もまた、第二高調波発生ＳＨＧにおけるよりも大きくてもよい。
【０２０５】
第二高調波発生ＳＨＧにおいて、２つの光子のエネルギが組合わされ、両光子の波長は中心波長λｃの付近にある。ゆえに、第二高調波発生ＳＨＧは、より一般的な和周波発生ＳＦＧの特殊な場合であると考えられ得る。
【０２０６】
中心波長λｃは、中心周波数に対応する。光パルスＢ１の中心周波数の光子は、（和周波発生によって）第二高調波発生に関与する。中心周波数よりも低い周波数、および高い周波数の光子は、第二高調波発生ＳＨＧに関与することなく、和周波発生ＳＦＧに関与する。双方の場合において、結果として生じる周波数変換光パルスＢ２は、中心周波数の２倍に実質的に等しい光周波数を有する。
【０２０７】
図３６ｄを参照して、第二高調波発生によって生じる出力光Ｂ２のスペクトルピークは、典型的な非線形結晶１４０の狭帯域受入れによって、通常狭い。スペクトルピークのＦＷＨＭは、パルス光源を用いる場合、たとえば０．５ｎｍであってよい。
【０２０８】
しかし、非線形結晶１４０は、和周波発生のために分極反転されてもよく、より低い周波数、およびより高い周波数が合計され、合計周波数が出力として生じる（ＳＦＧプロセス）。図３６ｅを参照して、出力光Ｂ２のＦＷＨＭは、第二高調波発生ＳＨＧの場合よりも広くてよく、高い周波数変換効率を得る。スペクトルピークのＦＷＨＭは、たとえば３〜５ｎｍであってよい。
【０２０９】
生じたパルスＢ２のより広いスペクトル幅は、周波数変換パルスＢ２の非常に短いコヒーレンス長を与えることを容易にする。短いコヒーレンス長のおかげで、表示される画像のスペックルコントラストは低くされ得る。そして、これが画質および視覚認識される解像度を向上させる。
【０２１０】
高スペックル画像を見て、てんかん症状を起こす人もいる。スペックルコントラストを低くすれば、てんかん症状を誘導する可能性を下げる一助ともなり得る。
【０２１１】
和周波発生は、第１光パルスＢ１のＦＷＨＭがほぼ５０ｎｍ以下程度である場合でさえ、適用され得る。
【０２１２】
和周波発生ＳＦＧはまた、プロセスを第二高調波発生ＳＨＧにのみ限定するよりも、温度変化に敏感でない。周期分極反転された非線形結晶の温度ドリフトは通常ほぼ０．１ｎｍ／°Ｃであるが、典型的な半導体レーザでは０．３ｎｍ／°Ｃに近い。これは、２０°Ｃの温度変化が、位相整合波長の２ｎｍの変化として生じ得、第１光パルスＢ１の中心波長の６ｎｍの変化として生じ得ることを意味する。第１光パルスＢ１のスペクトルピークのＦＷＨＭが２０〜３０ｎｍの範囲内にある場合、中心波長λｃの６ｎｍの変化は、和周波発生の変換効率に小さな影響を及ぼすに過ぎず、すなわちより良好な温度不感受性が達成される。
【０２１３】
第２光パルスＢ２は、第三高調波発生によって、または第四高調波発生によって、第１光パルスＢ１から生じてもよい。
【０２１４】
装置４００の非線形結晶１４０は、個々の構成要素として供給されてもよい。
以下の具体例を参照して、いくつかの好ましい実施形態を与える。
【０２１５】
実施例１：電気的にポンピングされるゲイン領域２０を有する導波路２４と、
可飽和吸収体４０と、
結合構造体Ｍ１と、
基体１０と、
非線形媒体１４０とを有し、
可飽和吸収体４０およびゲイン領域２０は、第１光パルスＢ１を放出するように構成され、結合構造体Ｍ１は、第１光パルスＢ１を非線形媒体１４０内に結合させるように構成され、非線形媒体１４０は、第２光パルスＢ２を生じさせるように構成され、第２光パルスＢ２の光周波数が第１光パルスＢ１の光周波数よりも高く、ゲイン領域２０、可飽和吸収体４０および結合構造体Ｍ１は、基板１０上に実装され、結合構造体Ｍ１は第１光パルスＢ１の方向を７０〜１１０度の範囲内の角度βで変化させるように構成される、発光装置４００。
【０２１６】
実施例２：第１光パルスＢ１の個々のパルスが第１光子Ｂｆａおよび第２光子Ｂｆｂを有し、生じる第２光パルスＢ２の光子の光周波数が、第１光子Ｂｆａの光周波数と第２光子Ｂｆｂの光周波数との合計に等しい、実施例１の装置４００。
【０２１７】
実施例３：第２光パルスＢ２の光周波数が、第１光パルスＢ１の光周波数の２倍に等しい、実施例１または２の装置４００。
【０２１８】
実施例４：後方反射体６０とともに光キャビティを規定する部分反射構造体８０，８２をさらに有し、光キャビティはゲイン領域２０を有する、実施例１〜３のいずれか１つの装置４００。
【０２１９】
実施例５：部分反射構造体８０，８２が周波数選択構造体である、実施例４の装置４００。
【０２２０】
実施例６：光キャビティが、たとえば５ｎｍ以下の狭さの反射帯域幅を有する１つの周波数選択構造体８２のみを有する、実施例５の装置４００。
【０２２１】
実施例７：非線形媒体１４０が、ゲイン領域２０にフィードバックＢ１’を与えるための周波数選択構造体８２を有する非線形結晶である、実施例１〜６のいずれか１つの装置４００。
【０２２２】
実施例８：周波数選択構造体８２が、非線形結晶１４０を通してゲイン領域２０にフィードバックＢ１’を与えるように配置される、実施例５〜７のいずれか１つの装置４００。
【０２２３】
実施例９：周波数選択構造体８２が、非線形結晶１４０内または上に実装されるブラッグ格子または誘電体多層構造体である、実施例５〜８のいずれか１つの装置４００。
【０２２４】
実施例１０：結合構造体Ｍ１と非線形媒体１４０との間に配置される分布ブラッグ反射体８０を有する、実施例５または６の装置４００。
【０２２５】
実施例１１：第１光パルスＢ１ａ，Ｂ１ｂ，Ｂ１ｃを放出するための複数の実質的に平行な導波路２４を有し、複数の導波路２４によって放出された第１光パルスＢ１ａ，Ｂ１ｂ，Ｂ１ｃが単一の非線形結晶１４０内に結合する、実施例１〜１０のいずれか１つの装置４００。
【０２２６】
実施例１２：非線形結晶１４０内へ向けて光を平行にする、または光を合焦させるための集光構造体１２０をさらに有する、実施例１〜１１のいずれか１つの装置４００。
【０２２７】
実施例１３：集光構造体１２０が、第１光パルスＢ１の速軸の方向で光を平行にする、または光を合焦させるように構成される湾曲面である、実施例１２の装置４００。
【０２２８】
実施例１４：基板１０が湾曲面を有する、実施例１３の装置４００。
実施例１５：集光構造体１２０が回析構造体である、実施例１２の装置４００。
【０２２９】
実施例１６：第１光パルスＢ１の光を閉込めるためのさらなる導波路１４２，１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃを有し、さらなる導波路１４２，１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃは非線形媒体を有する、実施例１〜１５のいずれか１つの装置４００。
【０２３０】
実施例１７：さらなる導波路１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃが、さらなる導波路１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃの狭窄部内に集光させるための先細部を有する、実施例１６の装置４００。
【０２３１】
実施例１８：非線形媒体が、第１光パルスＢ１をさらなる導波路１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ内に屈折させるための１つ以上の凸状ファセット１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃを有する結晶１４０である、実施例１６または１７の装置４００。
【０２３２】
実施例２０：非線形媒体１４０内に導入される第１光パルスＢ１が所定の偏光を有し、非線形媒体が、第２光パルスＢ２が各分極反転周期について同じ位相になるように、疑似位相整合を与えるための周期分極反転領域１４４，１４６を有し、領域１４４，１４６の配向が、第１光パルスＢ１の偏光と適合する、実施例１〜１９のいずれか１つの装置４００。
【０２３３】
実施例２１：偏光回転要素１２５をさらに有する、実施例２０の装置４００。
実施例２２：ゲイン領域２０のバイアス電圧Ｖ２０および可飽和吸収体４０のバイアス電圧Ｖ４０が別々に制御可能である、実施例１〜２１のいずれか１つの装置４００。
【０２３４】
実施例２３：電気的にポンピングされるゲイン領域２０を有する導波路２４と、可飽和吸収体４０と、結合構造体Ｍ１と、基板１０と、非線形媒体１４０とを用い、ゲイン領域２０、可飽和吸収体４０および結合構造体Ｍ１が基板１０上に実装されることによって光パルスＢ２を生じさせる方法であって、
可飽和吸収体４０およびゲイン領域２０を用いて第１光パルスＢ１を与え、
結合構造体Ｍ１によって、７０〜１１０度の範囲内の角度βで第１光パルスＢ１の方向を変化させ、
第１光パルスＢ１を非線形媒体１４０内に結合させ、第２光パルスＢ２の光周波数が第１光パルスＢ１の光周波数よりも高くなるように第２光パルスＢ２を生じさせることを含む方法。
【０２３５】
実施例２４：第１光パルスＢ１が第１光子Ｂｆａおよび第２光子Ｂｆｂを有し、生じる第２光パルスＢ２の光子の光周波数が、第１光子Ｂｆａの光周波数と第２光子Ｂｆｂの光周波数との合計に等しい、実施例２３の方法。
【０２３６】
実施例２５：第２光パルスＢ２の光周波数が第１光パルスＢ１の光周波数の２倍に等しい、実施例２３または２４の方法。
【０２３７】
実施例２６：第１電圧レベルと第２電圧レベルとの間で可飽和吸収体４０のバイアス電圧Ｖ４０を変化させることをさらに含む、実施例２３〜２５のいずれか１つの方法。
【０２３８】
実施例２７：投影装置５００であって、
実施例１〜２１のいずれか１つの光源４００と、
投影光学系５６０とを有する投影装置５００。
【０２３９】
実施例２８：二次元変調器アレイ５５０を有する、実施例２７の投影装置５００。
実施例２９：少なくとも１つの光線配向装置５７１を有し、第１光パルスＢ１がセミパッシブＱスイッチングによって生じるように構成される、実施例２７の投影装置５００。
【０２４０】
当業者にとって、本発明に従う装置の変更および変形が知覚可能であることは明らかであろう。図は略図である。添付の図面を参照して前述した特定の実施形態は、説明のためだけのものであり、本発明の範囲を限定することを意図されず、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図２０ａ】
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【図２０ｂ】
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【図２０ｃ】
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【図２１】
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【図２２ａ】
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【図２２ｂ】
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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２９ａ】
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【図２９ｂ】
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【図２９ｃ】
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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３４ａ】
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【図３４ｂ】
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【図３５】
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【図３６ａ】
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【図３６ｂ】
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【図３６ｃ】
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【図３６ｄ】
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【図３６ｅ】
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【国際調査報告】
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