(57)【要約】【課題】  複数の波長のレーザ光を得たい場合、複数本の光ファイバレーザを使用する必要があり、光ファイバや励起光源が複数必要となる。本発明は、１本の光ファイバレーザから複数の波長のレーザ光を発生できるようにした光ファイバレーザ装置を提供ことを目的とする。【解決手段】  光ファイバのコア内にレーザ活性物質を添加し、励起光をレーザ活性物質に吸収させてレーザ発振を行う光ファイバレーザ装置において、光ファイバを内側クラッドと外側クラッドで構成し、内側クラッド内に複数のコアを埋め込み、励起光源からの励起光を光ファイバに入射する。また、複数のコアの両端面にそれぞれミラーを設置し、各コアの少くとも一方の端面に設置したミラーは、各コア間で異なる特性を有し、コア毎に異なる波長のレーザ発振を行い、複数のレーザ光を出射可能とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバのコア内にレーザ活性物質を添加し、励起光を前記レーザ活性物質に吸収させてレーザ発振を行う光ファイバレーザ装置において、
励起光源と、
内側クラッド及び外側クラッドを有し、前記内側クラッド内に複数のコアを埋め込み、前記励起光源からの励起光が前記内側クラッドに入射される光ファイバと、
前記複数のコアの両端面にそれぞれ設置したミラーとを備え、
前記各コアの少なくとも一方の端面に設置したミラーは、各コア間で異なる特性を有し、前記各コア毎に異なる波長のレーザ発振を行い複数のレーザ光を出射することを特徴とする光ファイバレーザ装置。
【請求項２】
前記複数のコアの両端面にそれぞれ設置したミラーの内、前記励起光の入射側端面に設置したミラーは、各コアに共通の特性を有し、前記複数のコアの出射側端面に設置したミラーは、各コア間でそれぞれ異なる特性を有することを特徴とする請求項１記載の光ファイバレーザ装置。
【請求項３】
前記複数のコアの前記入射側端面に設置したミラーは、各コアに共通の１枚のミラーで構成したことを特徴とする請求項２記載の光ファイバレーザ装置。
【請求項４】
前記複数のコアの断面積をそれぞれ異ならせ、各コア間のレーザ光の強度を所定の比率に制御したことを特徴とする請求項１記載の光ファイバレーザ装置。
【請求項５】
前記コアを３本で構成し、各コア内にレーザ活性物質Pr3+およびYb3+を添加し、前記励起光の波長を830nm〜850nmとし、前記各コアにより得られるレーザ光の波長をそれぞれ、635nm、520nm、490nmとしたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバレーザ装置。
【請求項６】
光ファイバのコア内にレーザ活性物質を添加し、励起光を前記レーザ活性物質に吸収させてレーザ発振を行う光ファイバレーザ装置において、
励起光源と、
内側クラッド及び外側クラッドを有し、前記内側クラッド内に複数のコアを埋め込み、前記励起光源からの励起光が前記内側クラッドに入射される第１光ファイバと、前記複数のコアの両端面にそれぞれ設置したミラーとを含み、前記各コアの少なくとも一方の端面に設置したミラーの特性を各コア間で異ならせ、前記各コア毎に異なる波長のレーザ発振を行い複数のレーザ光を出射する第１の光ファイバーレーザと、
クラッド内にコアを埋め込み前記第１の光ファイバレーザから出射される任意のレーザ光が励起光として入射される第２光ファイバと、この第２の光ファイバ内のコアの両端面にそれぞれ設置したミラーとを備え、これらミラー間で所定波長のレーザ発振を行い、レーザ光を出射する第２の光ファイバレーザとを具備したことを特徴とする光ファイバレーザ装置。
【請求項７】
前記第１の光ファイバレーザのコアを３本で構成し、各コア内にレーザ活性物質Pr3+およびYb3+を添加し、前記励起光の波長を830nm〜850nmとし、前記各コアにより得られるレーザ光の波長をそれぞれ、635nm、695nm、520nmとし、
前記第２の光ファイバレーザは第２の光ファイバ内のコア内にTm3+を添加し、励起光として前記第1の光ファイバレーザから得られた波長635nmと695nmのレーザ光を利用して、波長455nmのレーザ光を出射することを特徴とする請求項６記載の光ファイバレーザ装置。
【請求項８】
前記第１の光ファイバレーザから出射される前記波長635nmと695nmのレーザ光を、波長多重して前記第２の光ファイバレーザの励起光として入射する入射光学系を具備したことを特徴とする請求項６記載の光ファイバレーザ装置。
【請求項９】
前記入射光学系は、ミラー及びダイクロイックミラーとを組合せて構成したことを特徴とする請求項８記載の光ファイバレーザ装置。
【請求項１０】
光源から出射される光を、空間変調素子に入射し、この空間変調素子からの出射光を投射して表示する映像表示装置において、
前記光源として請求項1又は６記載の光ファイバレーザ装置を利用したことを特徴とす
る映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバレーザ装置に係り、特にシステムを構成する上で複数の波長のレーザ光が必要な場合の光ファイバレーザ装置に関するものである。また光ファイバレーザ装置を用いた映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特定の波長のレーザ光を生成する例として、例えば特許文献１には、希土類Pr3+とYb3+を添加した光ファイバに励起光として赤外光850nmを入射し、青、緑、橙、赤色のレーザ光を得る例が示されている。
【０００３】
このような光ファイバレーザ装置は、図９に示すような構成になっている。図９において、１は励起光源として使用する半導体レーザであり、２は半導体レーザ１から出射した光を入射するためのレンズ、３は希土類Pr3+とYb3+を添加した光ファイバ、４及び５は特定の波長の光を反射するミラーである。図１０は光ファイバ３の要部を示す斜視図であり、一部を断面で示すもので、６はコアを示し前記希土類が添加してある。また７は外側のクラッドを示す。
【０００４】
このような構成において、ミラー４を、例えば半導体レーザからの波長850nmを透過し、全ての可視光(青：490nm〜赤：635nm)を全反射するように設計し、ミラー５を赤波長635nmのみを一部反射及び一部透過し、他の波長をすべて透過するように設計する。これにより、赤波長635nmがミラー４とミラー５との間で共振するため、ミラー５からは赤波長：635nmのレーザ光が得られる。又、ミラー５を緑波長520nmのみを一部反射、一部透過し、他の波長をすべて透過するように設計すると緑波長：520nmのレーザ光が得られる。こうしてミラー４，５の特性を変化することで様々な波長のレーザ光を得ることができる。
【０００５】
しかしながら、同時に複数の波長のレーザ光を得たい場合には、１本の光ファイバから複数の波長のレーザ光を得ることは困難であり、複数本の光ファイバレーザが必要となるという欠点があった。尚、クラッドの中に複数のコアを含むマルチコア光ファイバーが特許文献２に示されているが、この例は複数の波長のレーザ光を得るものでない。
【特許文献１】米国特許第５８０５６３１号（Fig.1、Fig.7）
【特許文献２】特開平１１−９５０４９号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように複数の波長のレーザ光を得たい場合、従来は複数本の光ファイバレーザを使用する必要があった。この場合、光ファイバが複数本になるとともに励起光源も複数必要となりシステムの構成が複雑となり、コストアップになるという欠点があった。本発明は、１本の光ファイバレーザから複数の波長のレーザ光を発生できるようにした光ファイバレーザ装置を提供するとともに、それを利用した映像表示装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の本発明は、光ファイバのコア内にレーザ活性物質を添加し、励起光を前記レーザ活性物質に吸収させてレーザ発振を行う光ファイバレーザ装置において、
励起光源と、内側クラッド及び外側クラッドを有し前記内側クラッド内に複数のコアを
埋め込み、前記励起光源からの励起光が前記内側クラッドに入射される光ファイバと、前記複数のコアの両端面にそれぞれ設置したミラーとを備え、前記各コアの少なくとも一方の端面に設置したミラーは、各コア間で異なる特性を有し、前記各コア毎に異なる波長のレーザ発振を行い複数のレーザ光を出射することを特徴とする光ファイバレーザ装置である。
【０００８】
請求項６記載の本発明は、光ファイバのコア内にレーザ活性物質を添加し、励起光を前記レーザ活性物質に吸収させてレーザ発振を行う光ファイバレーザ装置において、
励起光源と、内側クラッド及び外側クラッドを有し、前記内側クラッド内に複数のコアを埋め込み前記励起光源からの励起光が前記内側クラッドに入射される第１光ファイバと、前記複数のコアの両端面にそれぞれ設置したミラーとを含み、前記各コアの少なくとも一方の端面に設置したミラーの特性を各コア間で異ならせ、前記各コア毎に異なる波長のレーザ発振を行い複数のレーザ光を出射する第１の光ファイバーレーザと、
クラッド内にコアを埋め込み前記第１の光ファイバレーザから出射される任意のレーザ光が励起光として入射される第２光ファイバと、この第２の光ファイバ内のコアの両端面にそれぞれ設置したミラーとを備え、これらミラー間で所定波長のレーザ発振を行い、レーザ光を出射する第２の光ファイバレーザとを具備したことを特徴とする光ファイバレーザ装置である。
【０００９】
また、請求項１０記載の本発明は、光源から出射される光を、空間変調素子に入射し、この空間変調素子からの出射光を投射して表示する映像表示装置であって、前記光源として請求項1又は６記載の光ファイバレーザ装置を利用したことを特徴とする。
【００１０】
これにより本発明では、１本の光ファイバレーザから複数の波長のレーザ光を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光ファイバレーザ装置によれば、1本の光ファイバで複数の波長のレーザ光を得ることが可能であり、特に投射型映像表示装置のように赤、緑、青の３つの波長のレーザ光を必要とするものにおいては、システムの構成を大幅に簡略化することができ、コストダウンと小型化が可能となるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１〜図4は、本発明の第１の実施例を示すものであり、図1は光ファイバレーザ装置１０の全体的な構成を示している。図１において、１１は励起光源として利用する半導体レーザであり、出力波長を830〜850nmの範囲とし、例えば840nmとする。１２はレンズであり、半導体レーザ１１からの光を集光して、光ファイバ１３に入射するものである。又、１４，１５，１６，１７は光ファイバ１３の入射側端面及び出射側端面に配置したミラーである。
【００１４】
図２は光ファイバ１３の要部を示す斜視図であり、一部を断面で示すもので、光ファイバ１３は、図2に示すようにダブルクラッド構造であり、複数本のコア２１，２２，２３と、内側クラッド２４及び外側クラッド２５から成っている。内側クラッド２４は励起光を均一吸収するように矩形状となっており、コア２１〜２３は、内側クラッド２４に埋め込まれ、希土類としてPr3+とYb3+が添加してある。
【００１５】
図3は光ファイバ１３の励起光入射側の端面構造を示し、ミラー１４が内側クラッド２
４の端面全体を覆うように設置してある。ミラー１４は励起光源（半導体レーザ１１）からの840nmの波長を透過し、他の波長を反射するように設計してある。
【００１６】
図4は光ファイバ１３の出射側の端面構造を示し、ミラー１５，１６，１７がコア２１，２２，２３の各端面をそれぞれ覆うように設置してある。例えばコア２１は635nmのレーザ光を出力し、コア２２は520nmのレーザ光を出力し、コア２３は490nmのレーザ光を出力するようにしたい場合には、ミラー１５は635nmのみを一部反射及び一部透過し、それ以外の波長は透過するようにし、ミラー１６は520nmのみを一部反射及び一部透過し、それ以外の波長は透過するようにし、ミラー１７は490nmのみを一部反射及び一部透過し、それ以外の波長は透過するように設計すれば良い。
【００１７】
尚、図4のミラーの形成方法としては、例えば蒸着あるいはスパッタなどを用い、対象とするコア以外はマスクをしておき、各コア毎に逐次ミラーを形成していけば良い。
次に図１の光ファイバレーザ装置１０の動作について説明する。半導体レーザ１１から出射した光は励起光としてレンズ１２を介して光ファイバ１３の内側クラッド２４に入射する。内側クラッド２４に入射した励起光は内側クラッド２４を伝播するに従いコア２１，２２，２３に添加した希土類に吸収される代わりに他の波長の光を発生する。ここで複数の波長の光が発生するが、各コア２１，２２，２３に設置したミラー１５，１６，１７の特性に従った波長の光が選択され共振器を形成し、コア２１では赤波長635nm、コア２２では緑波長520nm、コア２３では青波長490nmのレーザ光が得られ、各レーザ光は図４の端面側から出射する。
【００１８】
このような動作により、各コア２１，２２，２３毎に異なる波長のレーザ発振を行い複数のレーザ光を出射することができ、１本の光ファイバレーザから複数の波長のレーザ光を得ることができる。こうして得られた各波長のレーザ光は、例えば投射型映像表示装置の赤、緑、青の光源として利用する事ができる。
【実施例２】
【００１９】
次に本発明の第2の実施例について説明する。第2の実施例は複数のレーザ光の出力比を制御して出力するものであり、第１の実施例と異なる点は、光ファイバ１３の構成にある。図5は、第2の実施例における光ファイバ１３の入射側端面を示す正面図であり、ミラー１４は図示を省略している。特徴としては各コア２１，２２，２３の断面積比が違っており、図2の例ではコア２１断面積が最も大きく、コア２２の断面積が最も小さくなっている。即ち、断面積の大きい方が励起光を吸収する量は多いため、他の条件が一定ならば断面積の大きい方が小さい場合に比べレーザ光の出力は高くなる。
【００２０】
例えば、コア２１，２２，２３の断面積が一定の場合に比較して、コア２１からのレーザ光の出力を大きくし、コア２２からのレーザ光の出力を小さくしたい場合には、コア２１の断面積を大きく、コア２２の断面積を小さくすれば良い。但し、レーザ光の出力は断面積だけで決定するのでなく、励起光の光密度、ミラーの反射率、レーザ光の波長によっても変化するため前記諸条件を総合的に考慮する必要がある。こうすることにより、例えば赤レーザ光の出力を高くし、緑レーザ光の出力をそれよりも低くし、青レーザ光の出力をその中間強度に設定する事ができる。
【実施例３】
【００２１】
図6（ａ），（ｂ）に本発明の第3の実施例を示す。尚、図6において図1と同一部分は同一符号を示す。第1および第2の実施例では635nm、520nm、490nmのレーザ光を発生する場合について述べたが、これら波長の光をそれぞれ赤、緑、青の３原色としてディスプレイ用の光源に利用する場合、490nmの青色レーザ光は波長が長すぎるため、色再現範囲が狭くなる。青色レーザ光として利用するには波長がさらに短いほうが適当である。そこで第
3の実施例では455nmの青色レーザ光を発生する構成を提供するものである。
【００２２】
図6の光ファイバレーザ装置は、第１の光ファイバレーザ３０と、第２の光ファイバレーザ４０と、レンズ５０及びミラー６０から構成されている。第１の光ファイバレーザ３０は図１の光ファイバレーザ１０とほぼ同じであるが、この実施例においては、図６（ｂ）に示すように、コア２３の出射側端面に設けたミラー３１を波長695nm用のミラーとしたものである。即ちミラー３１は、波長695nmのみを一部反射及び一部透過し、それ以外の波長は透過するように設計している。これにより光ファイバレーザ３０の出射側端面からは、635nm、520nm、695nmのレーザ光を得ることができる。
【００２３】
こうして第１の光ファイバ３０から出射したレーザ光はレンズ５０にて平行化し、ミラー６０に当たる。ミラー６０は、ダイクロイックミラー構造を有し波長635nmを一部反射及び一部透過し、波長520nmを透過し、波長695nmを反射するように設計してある。ミラー６０を透過した635nm、520nmの波長のレーザ光はそのまま外部へ出力される。
【００２４】
一方、ミラー６０で反射した波長635nmと695nmの光は第２の光ファイバレーザ４０の励起光として使用するため、レンズ７０により集光し光ファイバレーザ４０に入射する。光ファイバレーザ４０は、クラッド４１に埋め込んだコア４２にTm3+を添加したシングルクラッドの光ファイバ４３を有し、その両端面にミラー４４，４５を配置している。ミラー４４は波長635nmと695nmの励起光を透過し、他の波長を反射するように設計する。また、ミラー４５は波長455nmを一部反射及び一部透過し、それ以外の波長は透過するように設計する。この構成により励起光635nmと695nmはコア４２内で波長455nmのレーザ光に変換され、励起光入力側と反対側の端面から出力する。この結果、図６の実施例では赤：635nm、緑：520nm、青：455nmの三波長の光を得ることができる。
【実施例４】
【００２５】
図7に本発明の第4の実施例を示す。図7において図6と同一部分は同一符号を示す。第4の実施例は第3の実施例に対し、第２の光ファイバレーザ４０への、波長635nmと695nmのレーザ光の入射光学系を改良した点にある。
【００２６】
先の第3の実施例ではレンズ７０を用いて635nmと695nmのレーザ光を集光した際、結像パターンが２つに分かれてしまう。そのため効率よく入射するには光ファイバ４３のコア４２を大きくする必要があるが、励起光の光密度が低下することにより455nmレーザ光への変換効率が低下する。そこで第4の実施例では波長多重を用いて波長635nmと695nmの結像パターンを1つにし、光ファイバ４３のコア４２を小さくし、励起光の光密度を高くして455nmへの変換効率を向上したものである。
【００２７】
即ち、図7の実施例では、第２の光ファイバレーザ４０の入射光学系に４つのミラー６１，６２，６３，６４を用いた点に特徴がある。尚、ミラー６１，６２，６４はダイクロイックミラーの構造を有している。その動作は、第１の光ファイバレーザ３０において波長635nm、520nm、695nmのレーザ光を発生するまでは第3の実施例と同様である。そしてレンズ５０でレーザ光を平行化した後、ミラー６１に当てる。ミラー６１では波長695nmのみを反射し、波長635nmと520nmは透過するように設計する。ミラー６１を透過した635nmと520nmのレーザ光はミラー６２に当たる。ミラー６２は波長635nmの一部を反射し一部を透過し、波長520nmを透過するように設計する。ミラー６２を透過した波長635nmと520nmのレーザ光はそのまま外部へ出力する。
【００２８】
一方、ミラー６１で反射した波長695nmはミラー６３で反射しミラー６４に当たる。又、ミラー６２で反射した波長635nmのレーザ光もミラー６４に当たる。ミラー６４は、ミラー６３からの波長695nmを反射し、ミラー６２からの波長635nmを透過するように設計さ
れている。これにより波長635nmと693nmは波長多重した後、レンズ７０により集光する。かくてミラー６１，６３，６４の位置を調整することでレンズ７０で集光した結合パターンを一つにすることができる。尚、第２の光ファイバレーザ４０に入射した波長635nmと695nmのレーザ光は、第3の実施例と同様に処理され、波長455nmのレーザ光を出射する。
【００２９】
尚、上述した第1〜第4の実施例において、励起光源に利用する半導体レーザ１１としては、シングルエミッタの半導体レーザや、レーザアレイを用いれば良い。また半導体レーザと光ファイバレーザを結合するレンズは単レンズでなく、光ファイバレーザへの入射効率を高めるために複数のレンズにより構成しても良い。また内側クラッドの断面形状は矩形である必要はなく、均一吸収をさせるために円形以外なら良い。
【実施例５】
【００３０】
図8に本発明の第5の実施例を示す。第5の実施例は第1から第4までの実施例の光ファイバレーザ装置を利用した投射型映像表示装置に関するものである。
【００３１】
図8において、８１はレーザ光源を示し、第1から第4のまでの実施例に示した光ファイバレーザ装置を利用して赤、緑、青色のレーザ光を出射するものである。又、８２はレーザ光源８１の励起光源(半導体レーザ)を駆動するレーザ駆動部であり、レーザ光源８１からのレーザ光は光ファイバ８３を伝播して空間変調素子（例えば、液晶）に供給される。
【００３２】
又、８４はレーザ光を平行化するレンズ、８５はカラーフィルタ、８６は液晶パネル、８７は投射レンズ、８８はスクリーン、８９は映像入力端子、９０は液晶駆動部である。尚、レーザ光源８１に用いられる光ファイバレーザと光ファイバ８３との接続に関しては、以下のような光結合手段を用いれば良い。
【００３３】
即ち、第1および第2の実施例の光ファイバレーザ１０と接続する場合には、光ファイバ１３の複数本のコア全体を覆う断面積以上のコアをもつ光ファイバ８３を利用し、バッドジョイントにより接続すれば良い。又、第3および第4の実施例の光ファイバレーザ３０，４０と接続する場合には、光学部品を用いて635nmおよび520nmと455nmを波長多重により合成し光ファイバ８３に入射すれば良い。いずれの場合でも光ファイバ８３内の光密度は高い必要がないため、光ファイバ８３のコアを大きめにするなど結合損失を小さくするような設計とすることが望ましい。
【００３４】
次に図8の投射型映像表示装置の動作について説明する。光ファイバ８３から出力したレーザ光はレンズ８４により平行化し、カラーフィルタ８５を介して、赤、緑、青に分解された後、液晶パネル８６に入射する。一方映像信号は映像入力端子８９から入力し、液晶駆動部９０は映像信号に従って液晶パネル８６を駆動する。これにより液晶パネル８６に入射した光は、映像信号に沿った空間変調がなされる。空間変調した光は投射レンズ８７を介してスクリーン８８に結像する。
【００３５】
尚、光の利用効率を向上するためにカラーフィルタの代わりにダイクロイックミラーとマイクロレンズを用いても良い。また３板式の液晶パネルを使用する場合は、光ファイバ８３からの光を、ダイクロイックミラーを利用した分光手段により赤、緑、青の光に分光してそれぞれ液晶パネルに入射し、各液晶パネルをＲ，Ｇ，Ｂ信号によって駆動し、各液晶パネルの出射光を合成プリズムによって合成してスクリーンに投射するようにすれば良い。尚、液晶パネルとしては透過型や反射型が利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の光ファイバレーザ装置を示す構成図。（実施例１）
【図２】図１の光ファイバレーザ装置に使用する光ファイバの斜視図。
【図３】図１の光ファイバの励起光入射側端面を示す正面図。
【図４】図１の光ファイバの光出射側端面を示す正面図。
【図５】本発明の光ファイバレーザ装置に使用する光ファイバの正面図（実施例２）
【図６】本発明の光ファイバレーザ装置を示す構成図。（実施例３）
【図７】本発明の光ファイバレーザ装置を示す構成図。（実施例４）
【図８】本発明の投射型映像表示装置を示す構成図（実施例５）
【図９】従来の光ファイバレーザ装置を示す構成図。
【図１０】図９の光ファイバレーザ装置に使用する光ファイバの斜視図。
【符号の説明】
【００３７】
１０  光ファイバレーザ装置
１１  半導体レーザ
１３  光ファイバ
１４，１５，１６，１７  ミラー
２１，２２，２３  コア
２４  内側クラッド
２５  外側クラッド
３０  第１の光ファイバレーザ
３１  ミラー
４０  第２の光ファイバレーザ
４１  クラッド
４２  コア
４３  光ファイバ
４４，４５  ミラー
６０〜６４  ミラー
８１  レーザ光源
８３  光ファイバ
８５  カラーフィルタ
８６  液晶パネル
８７  投射レンズ
８８  スクリーン
８９  映像信号入力端子
９０  液晶駆動部
【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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