(57)【要約】  希土類添加ダブルクラッドファイバとシングルモードファイバとの接続部分では、被覆を有する部分でポンプ光がしみ出し、そのエネルギーによってファイバが部分的に発熱し、劣化する問題があった。また、発振波長が短波長化するに従い、出力が制限されるという課題もあった。このため、ファイバレーザとファイバアンプを組みあわせたレーザ光源装置において、ファイバアンプの励起光をファイバレーザの残存励起光とすることで、残存励起光によるファイバ劣化を防止し、信頼性を向上させる。さらに、励起光出力の制限を受けず、かつ後段のファイバアンプで出力を増幅させることで、発振光出力を増大させる。
2007083452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ活性物質として希土類が添加された第１のダブルクラッドファイバと、当該第１のダブルクラッドファイバの発振波長を決定する一組のファイバグレーティングが形成された第２のダブルクラッドファイバと、前記第１のダブルクラッドファイバに励起光を出射し、前記第１のダブルクラッドファイバを励起するレーザ光源と、を有するファイバレーザ部と、
レーザ活性物質として希土類が添加されたダブルクラッドファイバから構成され、前記ファイバレーザ部の発振光を増幅するファイバアンプ部と、
前記ファイバアンプ部で増幅された発振光を高調波に変換する波長変換モジュールと
を備え、
前記ファイバレーザ部は、前記レーザ光源の励起光が入射された第１のダブルクラッドファイバに残存する励起光を、前記ファイバアンプ部に出射し、前記ファイバアンプ部を励起することを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】
前記レーザ光源の発振波長は、９００〜９５０ｎｍであ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】
前記レーザ光源は、発振波長９７５ｎｍの第１のレーザ光源と、発振波長９１５ｎｍの第２のレーザ光源と、を含み、
前記第１のレーザ光源から出射される励起光と前記第２のレーザ光源から出射される励起光とは混合され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４】
前記ファイバレーザ部の発振波長は、１０３０〜１０７０ｎｍであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項５】
前記第１及び第２のダブルクラッドファイバは、偏波保持ファイバであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項６】
前記ファイバレーザ部は、前記第１のダブルクラッドファイバの出射側に、前記第１のダブルクラッドファイバの発振光の特定の偏光成分のみを透過させる偏光部が形成された第３のダブルクラッドファイバをさらに有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項７】
前記偏光部は、所定の曲率半径を有するコイル形状部であ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】
前記第３のダブルクラッドファイバの遮断波長は９８０ｎｍであり、コア径は５．５〜６．５μｍであり、前記コイル形状部の曲率半径は１０〜１５ｍｍであ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】
前記第３のダブルクラッドファイバの遮断波長は８５０ｎｍであり、コア径は５．５〜６．５μｍであり、前記コイル形状部の曲率半径は１０〜４５ｍｍであ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１０】
前記波長変換モジュールの高調波は、４００〜７００ｎｍの波長を有する可視光であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項１１】
前記波長変換モジュールは、前記ファイバレーザ部の発振波長の１／２の波長の光を出力する第２高調波発生モジュールを含むことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項１２】
前記ファイバレーザ部の発振波長は、１０３０〜１０７０ｎｍであり、前記波長変換モジュールの高調波の波長は、５１５〜５３５ｎｍであることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項１３】
前記レーザ光源の励起光の出力が２０〜２５Ｗであり、前記ファイバレーザ部の発振波長が１０３０〜１０７０ｎｍであることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項１４】
前記第１のダブルクラッドファイバの長さは、３ｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれか一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を用いて画像を表示する表示部と
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から請求項１４のいずれか一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を伝搬する伝搬用ファイバと
を備え、
前記伝搬用ファイバの屈折率を部分的に変化させることで、前記レーザ光源装置から出射されるレーザ光を前記伝搬用ファイバから放射させることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバレーザとファイバアンプとを組み合わせたレーザ光源装置、並びに、このレーザ光源装置を利用した画像表示装置及び照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発振効率が高く、優れたビーム品質を持ち、なおかつ空冷が可能で構造が単純という特徴を持つファイバレーザ光源が、従来使用されてきた固体レーザ光源に変わる近赤外レーザ光源として注目されている。【０００３】
図７に典型的なファイバレーザ光源の構成模式図を示す。励起用（ポンプ用）ＬＤ１０１から出射されるレーザ光をレーザ媒質である希土類ドープクラッドポンプファイバ１０３に入射し、反射ミラーであるファイバグレーティング１０２及び１０４で構成されたレーザ共振器内で共振させることによりレーザ光が発振する。【０００４】
ポラライザ１０５は発振したレーザ光の偏光方向を単一にするために挿入されている。【０００５】
このファイバレーザ光源は、ビーム品質が良く、なおかつ発振波長スペクトルを出口側のファイバグレーティング１０４における反射スペクトルの線幅で規定することが可能であるため、ファイバレーザ光源を基本波光源とし、非線形光学結晶を用いた高調波発生（波長変換光源と呼ぶ）に非常に適している。【０００６】
図７の第２高調波発生（Second-Harmonic Generation: SHG）モジュール１０８は第２高調波発生を行うための機構で、この機構を用いることで、最終的に２倍の第２高調波１０７が出射される。【０００７】
なおかつ、従来の固体レーザでは、レーザの発振波長は、用いるレーザ結晶により規定されていたが、このファイバレーザにおいては、発振波長も一組のファイバグレーティング１０２及び１０４によって規定されるため、波長により利得は異なるものの、発振波長を任意に変化することができるという特徴を持っている。【０００８】
一方、このようなレーザ光の高調波を光源（波長変換光源）としたアプリケーションとして、レーザディスプレイが注目されている（非特許文献１）。【０００９】
これまでに使用していた白色ランプと比較して、不要な赤外線、紫外線の発生が低く抑えられるため、消費電力を低く抑えることができる上、レーザを用いることで光を効率集光することが可能となり光の利用効率を向上させることができる。【００１０】
また、発光ダイオードを用いた場合と比較して、レーザは単色光であり、色純度が高いため、ディスプレイ装置の色再現性を向上させることができる。特に緑色光の波長を５２０〜５３５ｎｍにすることにより、より深い緑色を表現することが可能となる。【００１１】
図８に、色度図上の青色光の波長が４６０ｎｍ、赤色光の波長が６３５ｎｍの場合における、使用する緑色光の波長別に色再現範囲を示す。このような波長は、固体レーザを用いた場合、Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４等を用いた場合の５３２ｎｍか、Ｎｄ：ＹＬＦを用いた場合の５２７ｎｍの２波長しか発生できなかった。特に、ＹＬＦはフッ化物結晶で製造が困難であるため、蛍光スペクトルがブロードで（非特許文献２）、自由に発振波長を選択できるファイバレーザが有望となっていた。【００１２】
ファイバレーザあるいはファイバアンプにおいては、励起光と発振光が同一ファイバ上を伝搬するため特許文献１に示したように、発振した光の一部が不用意な戻り光となって、励起光源に損傷を与えることがある。このため、図９に示すように、レンズ系とミラーを用いて発振光を取り除く回避方法等が検討されてきた。【００１３】
また、信号光（種光）を希土類添加ファイバに励起光とともに入力し、信号光を増幅するファイバアンプの構成については特許文献１、特許文献２に示したものが代表的であり、ファイバレーザとファイバアンプを組みあわせることで、発振器で発生した信号光をファイバアンプで増幅することも可能である。【００１４】
レーザディスプレイの緑色光源としては、色再現範囲の点で波長が５２５ｎｍから５１０ｎｍの範囲であることが望ましいが、ファイバレーザを基本波光源として使用した波長変換光源を使用する場合、前述の波長範囲における基本波である１０７５ｎｍ以下の光では、レーザ媒質である希土類添加ファイバに吸収が存在し、レーザ共振器の（発振）動作が不安定となる。このため、相互作用長であるファイバ長を長くすることができない。この現象は、波長変換光源の場合必須である直線偏光を得るために使用するＰＡＮＤＡ（Polarization-maintaining AND Absorption-reducing）ファイバ等の偏波保持ファイバで顕著となる。【００１５】
一方、レーザ光の出力を増加させるには励起光を増加させる必要があるが、励起光の波長によってはレーザ媒質である希土類添加ファイバで吸収されなかった励起光が原因となり、ファイバが劣化するという問題があった。図８を用いて劣化のメカニズムを示す。【００１６】
図８に、希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバと一般的なシングルモード偏波保持ファイバとの融着接続部２１０を示している。ダブルクラッド偏波保持ファイバではアウタークラッド２０２に残存励起光２０８が閉じこめられた状態でインナークラッド２０３を光が伝搬する構造となっている。【００１７】
一方、シングルモード偏波保持ファイバと接続した後では、シングルモード偏波保持ファイバの被覆２０７がない部分において、空気がクラッドとなり残存励起光２０８が閉じこめられる。しかしながら、被覆２０７を有する部分でポンプ光がしみ出し、そのエネルギーによってシングルモード偏波保持ファイバが部分的に発熱（たとえば発熱部２０９）し、劣化する。【００１８】
このとき、励起光が１０Ｗであるとすると、希土類としてＹｂを添加したダブルクラッド偏波保持ファイバの吸収量は０．６ｄＢ／ｍであるため、１０ｍのファイバ長で７．５Ｗの励起光を吸収する。それにより、残存励起光として２．５Ｗの９１５ｎｍの光が放射され、シングルモード偏波保持ファイバのクラッドを伝搬することになる。【００１９】
図７に記載した従来構成の場合、１５Ｗの励起光（９１５ｎｍ）でポンプし、発振した１０６４ｎｍの出力が６．８Ｗとなるような場合、連続運転を行ってから２０分経過後に融着接続１１０、シングルモード偏波保持ファイバ１１２のプライマリコート（被覆）が過熱し、ファイバが劣化した。【００２０】
図９に励起光のパワーをパラメータとしたレーザ媒質となるＹｂドープダブルクラッドファイバのファイバ長と残存励起光との関係を示すプロット図を示す。残存励起光が３．５〜４Ｗを超えるとファイバが劣化することが、これまでの調査により分かっている。図９より、ファイバの持つ損失のためにファイバ長を短くせねばならないような場合には、励起光を小さくする必要がある事が分かる。つまり、ファイバの損失が大きな１０５０ｎｍや１０３０ｎｍといった波長では、自ずと発生可能な出力は制限を受けることになる。【００２１】
発振した光がファイバにより吸収されない１０７０ｎｍ以上の光を発振させる場合においては、希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバを長くすることによりファイバの過熱を防止することができる。しかしながら、１０６０ｎｍや１０５０ｎｍ等の波長変換により緑色を発生させることができるような波長では、希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバの長さを長くすることにより、ファイバ吸収による損失が大きく、発振が不安定になったり、所望の波長で発振したりしないなどの問題点が発生する事が分かっている。また、そのためにファイバが過熱しないような励起光の強度が自ずと決まり、最大出力において制限を受けていた。【００２２】
図１０に希土類としてＹｂを１０００ｐｐｍ程度添加した希土類添加ダブルクラッドファイバの吸収スペクトルを示し、このような現象を解決する方法の従来例を説明する。【００２３】
励起光としては９１５ｎｍ近辺のレーザダイオード（ＬＤ）あるいは９７６ｎｍ付近のレーザダイオードを使用することができる。このとき、このファイバの９１５ｎｍ光の吸収量は０．６ｄＢ／ｍ程度であるのに対し、９７６ｎｍ光の吸収量は約１．８ｄＢ／ｍと３倍ほど大きいため、９７６ｎｍ光を使用することでファイバの劣化は解決できると考えられる。【００２４】
しかしながら、吸収ピークの形状は９７６ｎｍ近辺で急峻であるのに対し、９１５ｎｍ近辺でブロードであるため、励起光ＬＤの温度変化等で発生する励起光の波長変動に対しては、９１５ｎｍ帯（９００〜９５０ｎｍ）を用いた方がより安定であり、ＬＤの冷却機構を簡素化することができる。そのため装置コスト・消費電力を低減させることができる。以上のように、ファイバレーザ装置の温度安定性と、ファイバレーザで直線偏光かつ１０Ｗ以上の１０７０ｎｍ以下の光を得る事とを両立させることは従来困難であった。【００２５】
一方で、全く別の技術として、希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバに信号光と励起光を入力し、信号光の出力を増幅するファイバアンプという技術があった。従来の構成を図１１に示す。【００２６】
信号光としては、シングルモードの半導体レーザ光やファイバレーザなどを使用することができる。図１１ではファイバレーザを信号光として使用した場合について示しており、同図に基づいて説明する。【００２７】
図１１に示すように、この従来例のレーザ光源は、ファイバレーザ部分と、ファイバアンプ部分と、を備える。【００２８】
ファイバレーザ部分は、ファイバレーザ励起用ＬＤ（レーザダイオード）１０１と、レーザ共振器と、から成っている。レーザ共振器は、Ｙｂドープクラッドポンプファイバ１０３、ファイバグレーティング１０２、ファイバグレーティング１０４、ポラライザ１０５で構成される。Ｙｂドープクラッドポンプファイバ１０３及びファイバグレーティング１０２はダブルクラッドファイバで形成され、ファイバグレーティング１０４及びポラライザ１０５はシングルモードファイバで形成される。【００２９】
ファイバアンプ部分は、ファイバアンプ励起用ＬＤ５０１と、Ｙｂドープダブルクラッドファイバ５０３と、ポンプコンバイナ５０２と、で構成されている。ポンプコンバイナ５０２は、信号光を入力するシングルモードファイバ５０４、励起光を入力するマルチモードファイバ５０５を一体化して構成される。ファイバアンプ部分は、ダブルクラッドファイバで形成される。【００３０】
ファイバレーザ部分で発生した信号光を後段のファイバアンプ部分で増幅する。【００３１】
しかし、この従来例の構成では、ファイバレーザ励起用レーザダイオード１０１と、ファイバアンプ励起用レーザダイオード５０１と、個別に準備する必要がある上、シングルモードファイバ５０４とマルチモードファイバ５０５が一体化したポンプコンバイナ５０２を準備する必要があり、この２点が要因で材料コストを上昇させる。【００３２】
その上、ファイバを融着接続する箇所が増えるため、装置の信頼性が劣るという欠点があった。【００３３】
また、発振波長によっては、ファイバレーザ部分で発生できる信号光の強度が十分に得られず、複数個のファイバアンプ部分を直列に接続し、多段構成とする必要があり、材料コストが上昇するという問題点がある。【００３４】
また、波長によってＹｂドープファイバの最適ファイバ長が異なる。発生した光出力を投入した励起光の入力パワーで割り算した光−光変換効率が最大となるように、Ｙｂドープファイバのファイバ長が決定される。【００３５】
図１２に、発生波長１０６４ｎｍで偏波保持ファイバを用いた場合におけるファイバ長と光−光変換効率との関係を示している。この場合、最適なファイバ長は１７〜１８ｍとなっている。この最適値は実際には、融着損失などで若干変化するものの、ファイバ長を変化させることで、変換効率の極大値を持つことができる。この光−光変換効率が極大値となるファイバ長は、発振波長が短くなるにつれて、短くなる傾向を持っている。したがって、発振波長が短くなるにつれて、励起光を減少させなければならず、高出力化を困難にしていた。この傾向は、偏波保持ファイバで顕著であり、通常のランダム偏光のシングルモードファイバで用いるＹｂドープファイバ長の半分程度となる。【００３６】
以上のように、図１１の従来構成のファイバレーザ・ファイバアンプにおいては、理化学用途としては使用できるが、産業用・民生用途への応用を困難にしていた。
【特許文献１】特許第３０１２０３４号公報
【特許文献２】特開平２−４３７８２号公報
【非特許文献１】Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．８Ｂ，２００４，ｐｐ．５９０４−５９０６
【非特許文献２】Ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ−ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，（Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ．２００１年）  １４５ページ  ｆｉｇｕｒｅ１０．
【発明の開示】
【００３７】
本発明の目的は、残存励起光によるファイバ劣化に対する高い信頼性を有し、発振光の出力を増大させることができるレーザ光源装置を提供することである。
【００３８】
本発明の一局面に従うレーザ光源装置は、レーザ活性物質として希土類が添加された第１のダブルクラッドファイバと、当該第１のダブルクラッドファイバの発振波長を決定する一組のファイバグレーティングが形成された第２のダブルクラッドファイバと、前記第１のダブルクラッドファイバに励起光を出射し、前記第１のダブルクラッドファイバを励起するレーザ光源と、を有するファイバレーザ部と、レーザ活性物質として希土類が添加されたダブルクラッドファイバから構成され、前記ファイバレーザ部の発振光を増幅するファイバアンプ部と、前記ファイバアンプ部で増幅された発振光を高調波に変換する波長変換モジュールとを備え、前記ファイバレーザ部は、前記レーザ光源の励起光が入射された第１のダブルクラッドファイバに残存する励起光を、前記ファイバアンプ部に出射し、前記ファイバアンプ部を励起する。
【００３９】
上記のレーザ光源装置では、ファイバレーザ部の残存励起光をファイバアンプ部の励起光源として用いているため、高出力光発生時に問題となっていた、ファイバの劣化を防止することが可能となる。さらに、ファイバアンプ部のための励起光源を追加すること無しに、さらなる出力向上を実現できる。この結果、レーザを用いた画像表示装置に応用する光源として十分な出力が得られるため、この光源を使用した画像表示装置は従来の固体レーザと比較して色再現範囲を広げることが可能となる。
【００４０】
さらに、ファイバレーザ部の励起光として、希土類ファイバの吸収スペクトルがブロードな９１５ｎｍ帯のレーザ光を使用することができる。このため、励起用レーザの温度を精密に制御する必要がなくなり、ペルチェ素子が不要で消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１のレーザ光源装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１のレーザ光源装置の１０５０ｎｍ光の出力特性を示すプロット図である。
【図３】図３Ａは、本発明の実施の形態１のレーザ光源装置の発生光のスペクトルを示す図（ポラライザなし）であり、図３Ｂは、本発明の実施の形態１のレーザ光源装置の発生光のスペクトルを示す図（ポラライザ挿入後）である。
【図４】本発明の実施の形態２のレーザ光源装置の１０３０ｎｍ光の出力特性を示すプロット図である。
【図５】本発明のレーザ光源装置を用いた画像表示装置の一例を示す模式図である。
【図６】図６Ａは、本発明のレーザ光源装置を用いた液晶ディスプレイ装置の一例を示す図であり、図６Ｂは、本発明のレーザ光源装置を用いた装飾用照明装置用光源の一例を示す模式図である。
【図７】従来の第２高調波発生装置と組みあわせたファイバレーザ光源の模式構成図である。
【図８】ダブルクラッド偏波保持ファイバとシングルモード偏波保持ファイバとの接続部分の模式図である。
【図９】励起光パワーをパラメータとする、Ｙｂドープファイバ長と残存励起光との関係を示す図である。
【図１０】Ｙｂ添加ダブルクラッドファイバの吸収スペクトルを示すプロット図である。
【図１１】ファイバレーザとファイバアンプとを組みあわせたレーザ光源の従来例を示す模式構成図である。
【図１２】Ｙｂドープファイバ長と光−光変換効率との関係（１０６４ｎｍ発生時）を示すプロット図である。
【図１３】Ｓ−ＲＧＢ規格の色再現範囲と緑色光として使用する波長別の色再現範囲との関係を示す色度図である。
【図１４】本発明のレーザ光源装置のファイバレーザ部分に２つのポンプ用ＬＤを適用した構成を示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
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、図面で同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合もある。【００４３】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１は、偏波保持ファイバを利用したファイバレーザとファイバアンプを組みあわせた場合である。【００４４】
図１に、本発明の実施の形態１のレーザ光源装置の構成を示す。図１において、本実施の形態におけるレーザ光源装置は、ファイバレーザ部分と、ファイバアンプ部分と、を備える。ファイバレーザ部分は、ポンプ用ＬＤ１０１、ファイバグレーティング１０２、Ｙｂドープダブルクラッド偏波保持ファイバ１０３、ファイバグレーティング１０４、ポラライザ１０５、を含む。ファイバアンプ部分は、Ｙｂドープダブルクラッド偏波保持ファイバ５０３を含む。ファイバレーザ部分及びファイバアンプ部分は共にダブルクラッド偏波保持ファイバで形成される。ファイバレーザ部分が発生する信号光をファイバアンプ部分が増幅する。本実施の形態のレーザ光源装置は、発振光伝搬ファイバ１０６を介して、第２高調波発生（Second-Harmonic Generation: SHG）モジュール１０８に接続する。【００４５】
ファイバレーザ部分においては、ポンプ用ＬＤ１０１で、コア部分に希土類としてＹｂをドープしたダブルクラッド偏波保持ファイバ１０３（本実施の形態の場合、ファイバ長１０ｍ）を励起し、一組のファイバグレーティング１０２及び１０４で構成された共振器内でレーザ光を発振させる。【００４６】
本実施の形態の場合、ポンプ用ＬＤ１０１として、発振波長９１５ｎｍのシングルエミッターレーザダイオード（最大出力１２Ｗ）を使用している。【００４７】
ファイバグレーティング１０２は、ダブルクラッド偏波保持ファイバのコア部分にゲルマニウムが添加されており、紫外光に対する感度を向上させ、グレーティングを形成させたものである。ファイバグレーティング１０２は、中心波長１０５０ｎｍ、反射スペクトル半値幅１ｎｍ、反射率９８％という特性を持っている。【００４８】
また、ファイバグレーティング１０４も、ダブルクラッド偏波保持ファイバ（コア径６μｍ、クラッド外形１２５μｍ）のコア部分に同じくゲルマニウムが添加されたものに形成しており、中心波長は１０５０．１ｎｍで反射スペクトル半値幅は０．０９ｎｍ、反射率１０％のものを使用している。【００４９】
本実施の形態のレーザ光源装置では、上記に例示する条件を有するファイバグレーティング１０４をダブルクラッド偏波保持ファイバに作製することで、残存した励起光を後段のファイバアンプ部分の励起源にすることを可能にしている。以下、この点について、説明する。【００５０】
従来、この残存励起光は、ディスプレイ装置等の高出力光を発生させる際に問題となっていたファイバ劣化の要因となるものであった。【００５１】
そのため、ファイバグレーティング１０４の反射率を大きくすることで、希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバの長さを長くし、残存励起光の吸収量を大きくすることが試みられた。しかし、特性の改善には限界があり、有効な対策と言えない。【００５２】
また、波長変換用途では狭帯域化が重要だが、ファイバグレーティング１０４の反射率を大きくすることで、逆に、ファイバグレーティング１０４の狭帯域化が困難になるという問題がある。【００５３】
そこで、本実施の形態のレーザ装置では、ファイバレーザ部分の残存励起光をファイバアンプ部分の励起光源として用いることにより、上述したファイバ劣化を防止することができる。【００５４】
さらに、本実施の形態のレーザ装置では、ファイバレーザ部分の残存励起光をファイバアンプ部分の励起光源として用いることにより、ファイバアンプ部分の励起光源を不要とし、製造コストの削減を図ることができる。【００５５】
発振した１０５０ｎｍ付近の光を伝搬させる光偏波保持ファイバ１０６により、ＳＨＧモジュール１０８に導入し、第２高調波発生により５２５ｎｍの光を発生させる。【００５６】
次に、本実施の形態のレーザ光源装置のファイバ劣化防止の効果について、さらに詳しく説明する。【００５７】
図７の従来構成の場合、Ｙｂドープクラッドポンプファイバ１０３とポラライザ１０５との間に希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバ１１１と一般的なシングルモード偏波保持ファイバ１１２との接続部分１１０が存在し、そのため、接続部１１０及びシングルモード偏波保持ファイバ１１２の劣化の要因となっていた。【００５８】
一方、本実施の形態のレーザ光源装置では、ダブルクラッドでないシングルモード偏波保持ファイバの部分を無くし、ファイバレーザ部分とファイバアンプ部分とをダブルクラッド偏波保持ファイバで形成する。それにより、ファイバレーザ部分における残存する基本波（波長９１５ｎｍ）を後段のファイバアンプ部分の励起光として使用することができる。【００５９】
このとき、励起光が３０Ｗであるとすると、今回使用したファイバ（ｎｕｆｅｒｎ社  ＰＭ−ＹＤＦ  ５／１３０）は、希土類としてＹｂを添加したダブルクラッド偏波保持ファイバで、励起光の吸収量は０．６ｄＢ／ｍである。このため、１０ｍのファイバ長で２２．５Ｗの励起光を吸収して、残存励起光として７．５Ｗの９１５ｎｍの光が放射され、シングルモードのクラッドを伝搬することになる。図７に記載した従来構成の場合、２０Ｗの励起光（９１５ｎｍ）でポンプし、発振した１０５０ｎｍの出力が９Ｗとなるような場合、連続運転を行ってから２０分経過後に接続部分１１０及びシングルモード偏波保持ファイバ１１２のプライマリコート（被覆）が過熱し、ファイバが劣化した。【００６０】
これに対し、本実施の形態のレーザ光源装置により、２０時間以上連続運転を行っても前記被覆が過熱することがなく、信頼性と出力を向上させることが可能であることが分かった。【００６１】
その上、より大きなパワーの励起光をポンプでき、かつ出力を増幅できるため、１０５０ｎｍの出力を増大させることができ、なおかつ、そこから波長変換される緑色光の出力も増大させることができる。【００６２】
また、図７の従来の構成では、ファイバアンプ部分が励起されている際に、ファイバレーザ部分が停止すると、ファイバアンプ部分に異常発振が起こり、その異常発振によってファイバレーザ部分が破壊されてしまう恐れがあった。一方、本実施の形態のレーザ光源装置では、ポンプ用ＬＤ１０１でファイバレーザ部分のＹｂドープクラッドファイバ１０３を励起し、その残存励起光でファイバアンプ部分のＹｂドープクラッドファイバ５０３を励起する構成を採用する。このため、ファイバアンプ部分のみが励起されることは起こらず、上記のようなファイバアンプ部分の異常発振によるファイバレーザ部分の破壊を防止することできる。【００６３】
ここで、本実施の形態のレーザ光源装置の出力光を波長変換し、緑色光を出力するＳＨＧモジュール１０８について説明する。基本波光源として発振波長１０５０ｎｍのＹｂドープファイバレーザを用いた場合のＳＨＧモジュール１０８の構成について述べる。【００６４】
ＳＨＧモジュール１０８において、本実施の形態のレーザ光源装置からの赤外光（平行光：ビーム径７６０μｍ）が発振光伝搬ファイバ１０６を通して出射されると、集光レンズ（ｆ＝３０ｍｍ）で波長変換素子に集光する。この際、波長変換素子として周期分極反転構造を設けたＭｇＯドープニオブ酸リチウム素子を使用した。このとき波長変換素子の分極反転周期は、６．６９μｍであった。分極反転素子は金属板に固定され、ぺルチェ素子により約２５℃に温度管理されている。【００６５】
この分極反転素子から発生した第２高調波（緑色光）を波長分離フィルタで基本波（ω）と第２高調波（２ω）に分離することで５２５ｎｍのグリーン光を得ることができる。今回、周期分極反転ＭｇＯドープニオブ酸リチウム素子を用いたのは、実効的非線形光学定数が約１５ｐｍ／Ｖと大きく、赤外光からグリーン光への波長変換効率が大きいためである。このほかにもリチウムタンタレート、ＭｇＯドープリチウムタンタレート、リン酸チタニルカリウム（ＫＴＰ：ＫＴｉＰＯ４）等を使用することができる。リチウムテトラボレート等のボレート系結晶も使用できるが、実効的非線形光学定数が小さい上、空気中の湿度と反応する性質を持つ物が多数あるため、環境管理が厳しくなる。【００６６】
図２に、本実施の形態のレーザ光源装置の１０５０ｎｍの波長の出力光の出力特性を示す。ここでは、本実施の形態の構成において、ファイバレーザ部分のＹｂドープファイバ１０３のファイバ長を１８ｍとし、ファイバアンプ部分のＹｂドープファイバ５０３のファイバ長を２０ｍとした。そして、本実施の形態の構成であるファイバアンプ部分を接続した場合（図２の「レーザ＋アンプ」で示されたグラフ）と、本実施の形態の構成からファイバアンプ部分を除いた場合（図２の「レーザのみ」で示されたグラフ）の各出力特性をプロットしている。【００６７】
本実施の形態のレーザ光源装置では、ファイバレーザ部分における残存励起光をファイバアンプ部分の励起光として活用できる。このため、図２に示すように、ファイバ長、発振波長による影響を受けることなく、出力を向上させることができる。【００６８】
また、本実施の形態のレーザ光源装置は、偏波保持ファイバを利用したファイバレーザ部分とファイバアンプ部分との組みあわせで構成されるが、図１に示すように、ポラライザ（偏光部）１０５を挿入することにより、偏波保持ファイバのｓｌｏｗ軸方向、ｆａｓｔ軸方向それぞれの偏光で出力されている発振光を単一偏光化することができる。【００６９】
ポラライザ１０５は、ダブルクラッド偏波保持ファイバをコイル形状とすることで構成される。この構成とすることにより、ファイバレーザ部分の残存励起光のパワーを低減することなく、ファイバアンプ部分に伝搬することができる。【００７０】
例えば、ポラライザ１０５が形成されるダブルクラッド偏波保持ファイバとして、遮断波長が９８０ｎｍ、あるいは、８５０ｎｍのファイバを使用することができる。【００７１】
ファイバの遮断波長が９８０ｎｍの場合には、コア径が５．５〜６．５μｍ、直径３０ｍｍ以下のコイル形状で構成すれば良い。さらに、直径１５ｍｍ以下にするとファイバ劣化の可能性があるため、直径２０〜３０ｍｍ（半径１０〜１５ｍｍ）であるのが望ましい。【００７２】
また、遮断波長が８５０ｎｍの場合、コア径が５．５〜６．５μｍ、直径９０ｍｍ以下のコイル形状で構成すれば良い。さらに、直径１５ｍｍ以下にするとファイバ劣化の可能性があるため、直径２０〜９０ｍｍ（半径１０〜４５ｍｍ）であるのが望ましい。また、ファイバの特性ばらつきを考慮すれば、直径２０〜３５ｍｍとするのがより望ましい。【００７３】
また、ポラライザ１０５の他の構成としては、複屈折率結晶を利用したものや、光部品の一種である偏光ビームコンバイナを用いても良い。双方とも、発振光と励起光が入出力されるファイバにはダブルクラッド偏波保持ファイバを使用している。このような構成にすることにより波長スペクトルのピークを単一化することが可能となり、ＳＨＧモジュールでの波長変換効率を向上させることが可能となる。特に偏光ビームコンバイナは、ダブルクラッド偏波保持ファイバで構成されており、複屈折率結晶を用いたポラライザを用いた場合と比較して、励起光の透過ロスを低減させることができるためより望ましい。【００７４】
図３Ａ及び図３Ｂに、ポラライザ１０５による単一偏光化する前後の波長スペクトルを示す。図３Ａは、ポラライザ１０５を挿入する前の波長スペクトルを示し、図３Ｂは、ポラライザ１０５を挿入した後の波長スペクトルを示す図である。【００７５】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、ポラライザ１０５を入れる前では波長スペクトルのピークが２本あったのに対し、ポラライザ挿入後はｓｌｏｗ軸側のピーク１本だけに抑制されている。なお、図３Ｂのスペクトルは、図３Ｂのスペクトルにおける波長範囲Ａ部分の波長範囲をプロットしている。【００７６】
本実施の形態のレーザ光源装置は、高出力光を要するレーザディスプレイ装置等の緑色光源として適している。例えば、３Ｗの緑色光を発生させる場合、レーザ光源装置からの発振波長を１０７０ｎｍとすると、必要とする励起光パワーは２０Ｗであり、発生する緑色光の波長は５３５ｎｍとなる。このとき必要とするファイバ長は１５ｍである。図９に示すように、さらに多くの緑色光を得ようとした場合、ファイバ劣化のレベルを超えるため、本実施の形態のレーザ光源装置を適用することで、ファイバ劣化を防止できる。【００７７】
レーザ光源装置からの発振波長を１０３０ｎｍとした場合、励起光パワーを２５Ｗ必要とし、５１５ｎｍの波長の緑色光が発生する。このとき必要とするファイバ長は１０ｍである。この場合、図９に示すように、ファイバ劣化のレベルを超えてしまう。したがって、本実施の形態のレーザ光源装置を適用し、ファイバ劣化の防止が必要となる。【００７８】
なお、発振波長を１０５０ｎｍとした場合、必要とするファイバ長は１２ｍであり、１Ｗレベルの緑色光で、ファイバ劣化のレベルを超えてしまう。また、発振波長を１０６０ｎｍとした場合、必要とするファイバ長は１４ｍであり、２Ｗレベルの緑色光で、ファイバ劣化のレベルを超えてしまう。したがって、本実施の形態のレーザ光源装置の適用が必須である。【００７９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２として、１０３０ｎｍの基本波からの第２高調波発生により５１５ｎｍの光を発生させる構成について説明する。本実施の形態のレーザ光源装置により、高出力Ａｒイオンレーザの置き換えを図ることが可能となる。【００８０】
本実施の形態のレーザ光源装置が、上記の実施の形態１のレーザ光源装置と異なる点は、図１のファイバレーザ部分で用いられているＹｂドープファイバ１０３の長さである。以下、この異なる点について説明する。なお、本実施の形態のレーザ光源装置は、このＹｂドープファイバ１０３の長さ以外は、上記の実施の形態１のレーザ光源装置と同一の構成で実現することができる。【００８１】
１０３０ｎｍ光発生では、ファイバ長が３ｍを超えるとファイバグレーティング１０４による波長選択が不可能になり、発振波長が不安定になった。これは、発振した１０３０ｎｍ光に対するＹｂドープファイバの損失が大きくなるためである。【００８２】
本実施の形態のレーザ光源装置では、発振波長の不安定性を回避するために、ファイバレーザ部分のＹｂドープファイバファイバ１０３のファイバ長を２．５〜３ｍ程度にし、後段のファイバアンプ部分のＹｂドープファイバ５０３のファイバ長を３０ｍとした。また、励起光源のポンプ用ＬＤ１０１の波長は９１５ｎｍを用いている。【００８３】
１０３０ｎｍ光を図７の従来の構成で発生させるためには、Ｙｂドープファイバ長を短くする必要があったため、温度による波長制御が必要な９７５ｎｍの励起光を使用していたが、本実施の形態のように、後段にファイバアンプ部分を設け、ファイバレーザ部分の残存励起光を再利用することができる構成とすることで、ポンプ用ＬＤ１０１として９１５ｎｍの励起光も使用できるようになった。【００８４】
つまり、本実施の形態のレーザ光源装置によれば、１０３０ｎｍ光を発生させる場合であっても、Ｙｂドープファイバの吸収スペクトルがブロードな波長帯域を使用することが可能となる。したがって、温度による波長制御が不要となるため、装置のコストを低減し、消費電力を低減することができる。【００８５】
また、本実施の形態のレーザ光源装置では、ファイバレーザ部分の残存励起光を後段のファイバアンプ部分の励起源として使用できるため、強力な励起光を投入する（強励起する）ことができる。さらに、その増幅効果により、高出力化することが可能となる。【００８６】
図４に、本実施の形態のレーザ光源装置で発生させた１０３０ｎｍ光の出力特性を示す。このように従来と比較して１０倍程度の出力を得ることができた。なおかつ、この波長域において、Ｗクラスの出力を得ようとするとファイバが過熱・劣化するが、本実施の形態の構成とすることによりファイバの過熱・劣化を防止することができる。【００８７】
本実施の形態のレーザ光源装置により発生させた１０３０ｎｍ光を、上記の実施の形態１で示したような非線形光学効果（結晶）を用いた波長変換装置に入射させることにより５１５ｎｍの緑色光を発生させることができる。【００８８】
以上のように本実施の形態の構成とすることにより、従来固体レーザでは発振できず、ファイバレーザを用いても１Ｗ以上の出力を得ることが困難であった５１５ｎｍを発生させることができる。【００８９】
これにより、従来主流であったアルゴンイオンガスレーザを小型・低消費電力の光源に置き換えることが可能となる。【００９０】
（実施の形態３）
上記の実施の形態１及び実施の形態２で説明したレーザ光源装置は、レーザディスプレイ（画像表示装置）の表示用光源や、液晶ディスプレイ装置のバックライト用光源、又は、装飾用照明装置用光源として用いられる。【００９１】
上記の実施の形態１及び実施の形態２で説明したレーザ光源装置の用途の一例として、前記レーザ光源装置を適用したレーザディスプレイ（画像表示装置）の構成の一例について図５を用いて説明する。【００９２】
レーザ光源装置には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のレーザ光源１２０１ａ〜１２０１ｃを用いた。赤色レーザ光源１２０１ａには波長６３８ｎｍのＧａＡｓ系半導体レーザを用い、青色レーザ光源１２０１ｃには波長４６５ｎｍのＧａＮ系半導体レーザを用いている。また、緑色レーザ光源１２０１ｂには、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波長変換緑色光源装置を用いており、この波長変換緑色光源装置として、上記実施の形態１〜実施の形態２で説明したレーザ光源装置を用いている。【００９３】
各光源１２０１ａ、１２０１ｂ、１２０１ｃより発せられたレーザビームは、反射型２次元ビーム走査手段１２０２ａ〜１２０２ｃにより２次元的に走査され、拡散板１２０３ａ〜１２０３ｃを照射する。拡散板１２０３ａ〜１２０３ｃ上を２次元的に走査される各色のレーザビームは、フィールドレンズ１２０４ａ〜１２０４ｃを通過した後、２次元空間光変調素子１２０５ａ〜１２０５ｃへ導かれる。【００９４】
ここで、画像データは、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれに分割されており、各信号が２次元空間光変調素子１２０５ａ〜１２０５ｃに入力され、ダイクロイックプリズム１２０６で合波されることにより、カラー画像が形成される。このように合波された画像は、投射レンズ１２０７によりスクリーン１２０８に投影される。このとき、拡散板１２０３ａ〜１２０３ｃがスペックルノイズ除去部として２次元空間変調素子１２０５ａ〜１２０５ｃの手前に配置されており、拡散板１２０３ａ〜１２０３ｃを揺動することにより、スペックルノイズを低減することができる。スペックルノイズ除去部としては、レンチキュラーレンズ等を用いてもよい。【００９５】
また、本実施形態では、色毎に１つの半導体レーザを使用しているが、バンドルファイバにより２〜８個の半導体レーザの出力を１本のファイバ出力で得られるような構造をとってもよい。その場合、波長スペクトル幅は数ｎｍと非常にブロードになり、この広いスペクトルによりスペックルノイズの発生を抑制することができる。【００９６】
上記の画像表示装置の構成としては、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）もとることができる。【００９７】
２次元空間変調素子１２０５ａ〜１２０５ｃとしては、超小型ミラーが集積された反射型空間変調素子（ＤＭＤミラー）を用いることができるが、液晶パネルを用いた２次元空間変調素子や、ガルバノミラー、メカニカルマイクロスイッチ（ＭＥＭＳ）を用いた２次元空間変調素子を用いてもよい。【００９８】
なお、反射型空間変調素子やＭＥＭＳ、ガルバノミラーといった光変調特性に対する偏光成分の影響が少ない光変調素子の場合、高調波を伝搬する光ファイバはＰＡＮＤＡファイバなどの偏波保持ファイバである必要はないが、液晶パネルを用いた２次元空間変調素子を用いる場合には、変調特性と偏光特性が大いに関係するため、偏波保持ファイバを使用することが望ましい。【００９９】
次に、上記の実施の形態１及び実施の形態２で説明したレーザ光源装置の用途の他の一例として、前記レーザ光源装置を適用した液晶ディスプレイ装置のバックライト用光源、装飾用照明装置用光源の構成について図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。【０１００】
図６Ａに、上記の実施の形態１及び実施の形態２のレーザ光源装置を用いた液晶ディスプレイ装置の構成を示す。【０１０１】
上記の実施の形態１及び実施の形態２のレーザ光源装置１３０１より発生されたレーザビーム１３０２は、導光板・拡散板１３０３により一様に液晶パネル１３０４を照明するようになっている。【０１０２】
このとき、レーザ光源装置１３０１から発生できる光は単一偏光（直線偏光）であるため、液晶パネル１３０４を照明する光を単一偏光とすることができ、従来の蛍光管や発光ダイオードを光源とした場合に必要だった入射側の偏光子が不要となる。これにより、材料コストが低減できる上、透過光量を１０〜２０％程度増大させることができるため、より明るい液晶ディスプレイ装置を作製することができる。【０１０３】
図６Ｂに、上記の実施の形態１及び実施の形態２のレーザ光源装置を用いた装飾用照明装置用光源の構成を示す。【０１０４】
上記の実施の形態１及び実施の形態２のレーザ光源装置１３０６から発せられたレーザビームは可視光伝搬用ファイバ１３０７を通して、建物や樹木などの照明対象物１３０８まで運ばれる。照明対象物１３０８に取り付けられているファイバ１３０９には、光散乱機構が設けられており、光を外部に放射することができる。ファイバグレーティングを作製する、あるいはファイバ被覆の屈折率を１．４３程度とすることで光散乱機構を構成することが可能となる。また、このファイバに複数の波長の直線偏光の光を入射させることで、色の制御なども可能となる。【０１０５】
従来のディスプレイにおける色再現範囲とレーザなどの単色光源を用いた場合の色再現範囲を比較した色度図を図１３に示す。従来のディスプレイではＳ−ＲＧＢ規格の色再現範囲で表示されていた。ここで、青色光源として４５０ｎｍのＩｎＧａＮ半導体レーザ光を、赤色光源として６３５ｎｍのＡｌＧａＡｓ半導体レーザ光を使用し、緑色光の波長を変化させた場合の色再現範囲を示している。緑色光として５３５〜５１５ｎｍの範囲にあるとき、色再現範囲がＳ−ＲＧＢ規格との比較で１５０〜２００％に拡大することができる。【０１０６】
なお、本実施の形態に例示したレーザディスプレイ（画像表示装置）の表示用光源や、液晶ディスプレイ装置のバックライト用光源、装飾用照明装置用光源は、あくまでも一例であり、他の態様を取ることが可能であることは言うまでもない。【０１０７】
上記の実施の形態１及び実施の形態２のファイバレーザ光源装置の構成は、偏波保持ファイバを使用する場合に特に有効である。その理由として、偏波保持ファイバの吸収特性がランダム偏光の光が発生できるシングルモードファイバの吸収特性と比較して、損失が大きくなっているため、ファイバ長をより短くする必要があるためである。上記の実施の形態３で述べたような応用展開では偏光方向があらかじめ決まっている事が必要であるため、実施の形態１及び実施の形態２のファイバレーザ光源装置が非常に有用となる。【０１０８】
なお、以上の各実施の形態に例示したレーザ光源装置はあくまでも一例であり、他の態様をとることが可能であることは言うまでもない。【０１０９】
上記の実施の形態１及び実施の形態２では、ポンプ用ＬＤ１０１として、発振波長９１５ｎｍのシングルエミッターレーザダイオードを１つ使用したが、本発明はこの構成に限るものではない。図１４に示すように、２つのレーザダイオード、すなわち、発振波長９１５ｎｍのレーザダイオード１０１ａと発振波長９７５ｎｍのレーザダイオード１０１ｂを使用し、それぞれから発せられる光をコンバイナー１０９で混合し、９７５ｎｍの励起光を主にファイバレーザ部分の励起に使用し、９１５ｎｍの励起光を主にファイバアンプ部分の励起に使用するようにしてもよい。ファイバレーザ部分からの種光の強度を大きくすることで、レーザ光源装置の出力を増大させることができ、また、発振波長９７５ｎｍのレーザダイオード１０１ｂの温度特性によるレーザ光源装置の温度特性の劣化を緩和することができる。【０１１０】
上記の実施の形態から本発明について要約すると、以下のようになる。すなわち、本発明に係るレーザ光源装置は、レーザ活性物質として希土類が添加された第１のダブルクラッドファイバと、当該第１のダブルクラッドファイバの発振波長を決定する一組のファイバグレーティングが形成された第２のダブルクラッドファイバと、前記第１のダブルクラッドファイバに励起光を出射し、前記第１のダブルクラッドファイバを励起するレーザ光源と、を有するファイバレーザ部と、レーザ活性物質として希土類が添加されたダブルクラッドファイバから構成され、前記ファイバレーザ部の発振光を増幅するファイバアンプ部と、前記ファイバアンプ部で増幅された発振光を高調波に変換する波長変換モジュールとを備え、前記ファイバレーザ部は、前記レーザ光源の励起光が入射された第１のダブルクラッドファイバに残存する励起光を、前記ファイバアンプ部に出射し、前記ファイバアンプ部を励起する。【０１１１】
上記のレーザ光源装置では、ファイバレーザ部の残存励起光をファイバアンプ部の励起光源として用いているため、高出力光発生時に問題となっていた、ファイバの劣化を防止することが可能となる。さらに、ファイバアンプ部のための励起光源を追加すること無しに、さらなる出力向上を実現できる。この結果、レーザを用いた画像表示装置に応用する光源として十分な出力が得られるため、この光源を使用した画像表示装置は従来の固体レーザと比較して色再現範囲を広げることが可能となる。【０１１２】
さらに、ファイバレーザ部の励起光として、希土類ファイバの吸収スペクトルがブロードな９１５ｎｍ帯のレーザ光を使用することができる。このため、励起用レーザの温度を精密に制御する必要がなくなり、ペルチェ素子が不要で消費電力を低減することができる。【０１１３】
上記のレーザ光源装置において、前記レーザ光源の発振波長は、９００〜９５０ｎｍであることが望ましい。【０１１４】
この構成によれば、温度変化によってレーザ光源の励起光に波長変動が生じても、ダブルクラッドファイバの励起光の吸収量の変動を小さくすることができる。このため、レーザ光源の温度管理を高精度に行う必要はなく、したがって、レーザ光源の冷却機構を簡素化することができる。【０１１５】
上記のレーザ光源装置において、前記レーザ光源は、発振波長９７５ｎｍの第１のレーザ光源と、発振波長９１５ｎｍの第２のレーザ光源と、を含み、前記第１のレーザ光源から出射される励起光と前記第２のレーザ光源から出射される励起光とは混合されることが望ましい。【０１１６】
この構成によれば、第１のレーザ光源から発せられる発振波長９７５ｎｍの光を主にファイバレーザ部の励起に使用し、第２のレーザ光源から発せられる発振波長９１５ｎｍの光を主にファイバアンプ部の励起に使用することができる。このため、ファイバレーザ部からの種光の強度を大きくし、レーザ光源装置の出力を増大させることができる。さらに、レーザ光源装置の温度特性の劣化を緩和することができる。【０１１７】
上記のレーザ光源装置において、前記ファイバレーザ部の発振波長は、１０３０〜１０７０ｎｍであることが望ましい。【０１１８】
この構成によれば、レーザディスプレイ装置等の画像表示装置の緑色光源として望ましい５１５〜５３５ｎｍの波長を得ることができる。【０１１９】
上記のレーザ光源装置において、前記第１及び第２のダブルクラッドファイバは、偏波保持ファイバであることが望ましい。【０１２０】
この構成によれば、特定の偏光方向のレーザ光を発生することができるので、単一偏光を必要とする画像表示装置に適したレーザ光を与えることができる。【０１２１】
上記のレーザ光源装置において、前記ファイバレーザ部は、前記第１のダブルクラッドファイバの出射側に、前記第１のダブルクラッドファイバの発振光の特定の偏光成分のみを透過させる偏光部形成された第３のダブルクラッドファイバをさらに有することが望ましい。【０１２２】
この構成によれば、ファイバレーザ部の発振光を単一偏光とし、画像表示装置に適した直線偏光の光を出射することが可能となる。【０１２３】
上記のレーザ光源装置において、前記偏光部は、所定の曲率半径を有するコイル形状部であることが望ましい。【０１２４】
この構成によれば、ファイバレーザ部からの発振光の出力損失を抑えながら、単一偏光とすることができる。【０１２５】
上記のレーザ光源装置において、前記第３のダブルクラッドファイバの遮断波長は９８０ｎｍであり、コア径は５．５〜６．５μｍであり、前記コイル形状部の曲率半径は１０〜１５ｍｍであることが望ましい。【０１２６】
この構成によれば、ファイバの劣化を引き起こすことなく、ファイバレーザ部からの発振光の出力損失を抑え、単一偏光とすることができる。【０１２７】
上記のレーザ光源装置において、前記第３のダブルクラッドファイバの遮断波長は８５０ｎｍであり、コア径は５．５〜６．５μｍであり、前記コイル形状部の曲率半径は１０〜４５ｍｍであることが望ましい。【０１２８】
この構成によれば、ファイバの劣化を引き起こすことなく、ファイバレーザ部からの発振光の出力損失を抑え、単一偏光とすることができる。【０１２９】
上記のレーザ光源装置において、前記波長変換モジュールの高調波は、４００〜７００ｎｍの波長を有する可視光であることが望ましい。【０１３０】
この構成によれば、画像表示装置の色再現性を向上させることができる緑色光源を実現することができる。【０１３１】
上記のレーザ光源装置において、前記波長変換モジュールは、前記ファイバレーザ部の発振波長の１／２の波長の光を出力する第２高調波発生モジュールを含むことが望ましい。【０１３２】
この構成によれば、ファイバレーザ部の発振光から、さらに、１／２の波長の高調波を得ることができる。【０１３３】
上記のレーザ光源装置において、前記ファイバレーザ部の発振波長は、１０３０〜１０７０ｎｍであり、前記波長変換モジュールの高調波の波長は、５１５〜５３５ｎｍであることが望ましい。【０１３４】
この構成によれば、レーザディスプレイ装置等の画像表示装置の緑色光源として望ましい５１５〜５３５ｎｍの波長の光を得ることができる。【０１３５】
上記のレーザ光源装置において、前記レーザ光源の励起光の出力が２０〜２５Ｗであり、前記ファイバレーザ部の発振波長が１０３０〜１０７０ｎｍであることが望ましい。
この構成によれば、レーザディスプレイ装置等の画像表示装置の緑色光源として望ましい５１５〜５３５ｎｍの波長の光を得ることができる。【０１３６】
上記のレーザ光源装置において、前記第１のダブルクラッドファイバの長さは、３ｍ以下であることが望ましい。【０１３７】
この構成によれば、ファイバレーザ部の発振波長を１０３０ｎｍとし、画像表示装置の緑色光源として望ましい５１５〜５３５ｎｍの波長の光を得ることができる。【０１３８】
本発明の画像表示装置は、上記のいずれか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を用いて画像を表示する表示部とを備える。【０１３９】
上記の画像表示装置では、広い色再現範囲を実現することができる。【０１４０】
本発明の照明装置は、上記のいずれか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を伝搬する伝搬用ファイバとを備え、前記伝搬用ファイバの屈折率を部分的に変化させることで、前記レーザ光源装置から出射されるレーザ光を前記伝搬用ファイバから放射させる。【０１４１】
上記の照明装置では、照明に適した光の散乱を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
本願発明によれば、ファイバレーザ光源、特に１０７０ｎｍ以下直線偏光のファイバレーザ光源で問題となっていた、残存励起光によるファイバ劣化を防止することが可能となり、信頼性が向上し、励起光出力の制限を受けず、かつ後段のファイバアンプで出力が増幅されるため、発振光出力を従来以上に増大させることができる。なおかつ、このファイバレーザ光源と波長変換モジュールとを組みあわせた光源を用いることにより、これまで以上の明るさ・大きさを持ち、なおかつ高い色再現性を持つレーザディスプレイ装置などに応用することが可能となる。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成19年6月12日(2007.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
レーザ活性物質として希土類が添加された第１のダブルクラッドファイバと、当該第１のダブルクラッドファイバの発振波長を決定する一組のファイバグレーティングが形成された第２のダブルクラッドファイバと、前記第１のダブルクラッドファイバに励起光を出射し、前記第１のダブルクラッドファイバを励起するレーザ光源と、を有するファイバレーザ部と、
レーザ活性物質として希土類が添加されたダブルクラッドファイバから構成され、前記ファイバレーザ部の発振光を増輻するファイバアンプ部と、
前記ファイバアンプ部で増幅された発振光を高調波に変換する波長変換モジュールと
を備え、
前記ファイバレーザ部、前記ファイバアンプ部、前記波長変換モジュールは、この順に配置され、
前記ファイバレーザ部は、前記レーザ光源の励起光が入射された第１のダブルクラッドファイバに残存する励起光を、前記ファイバアンプ部に出射し、前記ファイバアンプ部を励起することを特徴とするレーザ光源装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記レーザ光源は、発振波長９７５ｎｍの第１のレーザ光源と、発振波長９１５ｎｍの第２のレーザ光源と、を含み、
前記第１のレーザ光源から出射される励起光と前記第２のレーザ光源から出射される励起光とは混合され、
前記ファイバレーザ部は、前記レーザ光源の主として発振波長９７５ｎｍを有する励起光により励起されると共に、前記レーザ光源の励起光が入射された第１のダブルクラッドファイバに残存する主として発振波長９１５ｎｍを有する励起光を前記ファイバアンプ部に出射することを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月2日(2008.7.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ活性物質として希土類が添加された第１のダブルクラッドファイバと、当該第１のダブルクラッドファイバの発振波長を決定する一組のファイバグレーティングが形成された第２のダブルクラッドファイバと、前記第１のダブルクラッドファイバに励起光を出射し、前記第１のダブルクラッドファイバを励起するレーザ光源と、を有するファイバレーザ部と、
レーザ活性物質として希土類が添加されたダブルクラッドファイバから構成され、前記ファイバレーザ部の発振光を増幅するファイバアンプ部と、
前記ファイバアンプ部で増幅された発振光を高調波に変換する波長変換モジュールと
を備え、
前記ファイバレーザ部、前記ファイバアンプ部、前記波長変換モジュールは、この順に配置され、
前記ファイバレーザ部は、前記レーザ光源の励起光が入射された第１のダブルクラッドファイバに残存する励起光を、前記ファイバアンプ部に出射し、前記ファイバアンプ部を励起することを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】
前記レーザ光源の発振波長は、９００〜９５０ｎｍであ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】
前記レーザ光源は、発振波長９７５ｎｍの第１のレーザ光源と、発振波長９１５ｎｍの第２のレーザ光源と、を含み、
前記第１のレーザ光源から出射される励起光と前記第２のレーザ光源から出射される励起光とは混合され、
前記ファイバレーザ部は、前記レーザ光源の主として発振波長９７５ｎｍを有する励起光により励起されると共に、前記レーザ光源の励起光が入射された第１のダブルクラッドファイバに残存する主として発振波長９１５ｎｍを有する励起光を前記ファイバアンプ部に出射す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４】
前記ファイバレーザ部の発振波長は、１０３０〜１０７０ｎｍであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項５】
前記第１及び第２のダブルクラッドファイバは、偏波保持ファイバであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項６】
前記ファイバレーザ部は、前記第１のダブルクラッドファイバの出射側に、前記第１のダブルクラッドファイバの発振光の特定の偏光成分のみを透過させる偏光部が形成された第３のダブルクラッドファイバをさらに有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項７】
前記偏光部は、所定の曲率半径を有するコイル形状部であ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】
前記第３のダブルクラッドファイバの遮断波長は９８０ｎｍであり、コア径は５．５〜６．５μｍであり、前記コイル形状部の曲率半径は１０〜１５ｍｍであ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】
前記第３のダブルクラッドファイバの遮断波長は８５０ｎｍであり、コア径は５．５〜６．５μｍであり、前記コイル形状部の曲率半径は１０〜４５ｍｍであ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１０】
前記波長変換モジュールの高調波は、４００〜７００ｎｍの波長を有する可視光であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項１１】
前記波長変換モジュールは、前記ファイバレーザ部の発振波長の１／２の波長の光を出力する第２高調波発生モジュールを含むことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項１２】
前記ファイバレーザ部の発振波長は、１０３０〜１０７０ｎｍであり、前記波長変換モジュールの高調波の波長は、５１５〜５３５ｎｍであることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項１３】
前記レーザ光源の励起光の出力が２０〜２５Ｗであり、前記ファイバレーザ部の発振波長が１０３０〜１０７０ｎｍであることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項１４】
前記第１のダブルクラッドファイバの長さは、３ｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のレーザ光源装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれか一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を用いて画像を表示する表示部と
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から請求項１４のいずれか一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を伝搬する伝搬用ファイバと
を備え、
前記伝搬用ファイバの屈折率を部分的に変化させることで、前記レーザ光源装置から出射されるレーザ光を前記伝搬用ファイバから放射させることを特徴とする照明装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバレーザとファイバアンプとを組み合わせたレーザ光源装置、並びに、このレーザ光源装置を利用した画像表示装置及び照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発振効率が高く、優れたビーム品質を持ち、なおかつ空冷が可能で構造が単純という特徴を持つファイバレーザ光源が、従来使用されてきた固体レーザ光源に変わる近赤外レーザ光源として注目されている。
【０００３】
図７に典型的なファイバレーザ光源の構成模式図を示す。励起用（ポンプ用）ＬＤ１０１から出射されるレーザ光をレーザ媒質である希土類ドープクラッドポンプファイバ１０３に入射し、反射ミラーであるファイバグレーティング１０２及び１０４で構成されたレーザ共振器内で共振させることによりレーザ光が発振する。
【０００４】
ポラライザ１０５は発振したレーザ光の偏光方向を単一にするために挿入されている。
【０００５】
このファイバレーザ光源は、ビーム品質が良く、なおかつ発振波長スペクトルを出口側のファイバグレーティング１０４における反射スペクトルの線幅で規定することが可能であるため、ファイバレーザ光源を基本波光源とし、非線形光学結晶を用いた高調波発生（波長変換光源と呼ぶ）に非常に適している。
【０００６】
図７の第２高調波発生（Second-Harmonic Generation: SHG）モジュール１０８は第２高調波発生を行うための機構で、この機構を用いることで、最終的に２倍の第２高調波１０７が出射される。
【０００７】
なおかつ、従来の固体レーザでは、レーザの発振波長は、用いるレーザ結晶により規定されていたが、このファイバレーザにおいては、発振波長も一組のファイバグレーティング１０２及び１０４によって規定されるため、波長により利得は異なるものの、発振波長を任意に変化することができるという特徴を持っている。
【０００８】
一方、このようなレーザ光の高調波を光源（波長変換光源）としたアプリケーションとして、レーザディスプレイが注目されている（非特許文献１）。
【０００９】
これまでに使用していた白色ランプと比較して、不要な赤外線、紫外線の発生が低く抑えられるため、消費電力を低く抑えることができる上、レーザを用いることで光を効率集光することが可能となり光の利用効率を向上させることができる。
【００１０】
また、発光ダイオードを用いた場合と比較して、レーザは単色光であり、色純度が高いため、ディスプレイ装置の色再現性を向上させることができる。特に緑色光の波長を５２０〜５３５ｎｍにすることにより、より深い緑色を表現することが可能となる。
【００１１】
図１３に、色度図上の青色光の波長が４６０ｎｍ、赤色光の波長が６３５ｎｍの場合における、使用する緑色光の波長別に色再現範囲を示す。このような波長は、固体レーザを用いた場合、Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４等を用いた場合の５３２ｎｍか、Ｎｄ：ＹＬＦを用いた場合の５２７ｎｍの２波長しか発生できなかった。特に、ＹＬＦはフッ化物結晶で製造が困難であるため、蛍光スペクトルがブロードで（非特許文献２）、自由に発振波長を選択できるファイバレーザが有望となっていた。
【００１２】
ファイバレーザあるいはファイバアンプにおいては、励起光と発振光が同一ファイバ上を伝搬するため特許文献１に示したように、発振した光の一部が不用意な戻り光となって、励起光源に損傷を与えることがある。このため、レンズ系とミラーを用いて発振光を取り除く回避方法等が検討されてきた。
【００１３】
また、信号光（種光）を希土類添加ファイバに励起光とともに入力し、信号光を増幅するファイバアンプの構成については特許文献１、特許文献２に示したものが代表的であり、ファイバレーザとファイバアンプを組みあわせることで、発振器で発生した信号光をファイバアンプで増幅することも可能である。
【特許文献１】特許第３０１２０３４号公報
【特許文献２】特開平２−４３７８２号公報
【非特許文献１】Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．８Ｂ，２００４，ｐｐ．５９０４−５９０６
【非特許文献２】Ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ−ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，（Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ．２００１年）  １４５ページ  ｆｉｇｕｒｅ１０．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
レーザディスプレイの緑色光源としては、色再現範囲の点で波長が５２５ｎｍから５１０ｎｍの範囲であることが望ましいが、ファイバレーザを基本波光源として使用した波長変換光源を使用する場合、前述の波長範囲における基本波である１０７５ｎｍ以下の光では、レーザ媒質である希土類添加ファイバに吸収が存在し、レーザ共振器の（発振）動作が不安定となる。このため、相互作用長であるファイバ長を長くすることができない。この現象は、波長変換光源の場合必須である直線偏光を得るために使用するＰＡＮＤＡ（Polarization-maintaining AND Absorption-reducing）ファイバ等の偏波保持ファイバで顕著となる。
【００１５】
一方、レーザ光の出力を増加させるには励起光を増加させる必要があるが、励起光の波長によってはレーザ媒質である希土類添加ファイバで吸収されなかった励起光が原因となり、ファイバが劣化するという問題があった。図８を用いて劣化のメカニズムを示す。
【００１６】
図８に、希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバと一般的なシングルモード偏波保持ファイバとの融着接続部２１０を示している。ダブルクラッド偏波保持ファイバではアウタークラッド２０２に残存励起光２０８が閉じこめられた状態でインナークラッド２０３を光が伝搬する構造となっている。
【００１７】
一方、シングルモード偏波保持ファイバと接続した後では、シングルモード偏波保持ファイバの被覆２０７がない部分において、空気がクラッドとなり残存励起光２０８が閉じこめられる。しかしながら、被覆２０７を有する部分でポンプ光がしみ出し、そのエネルギーによってシングルモード偏波保持ファイバが部分的に発熱（たとえば発熱部２０９）し、劣化する。
【００１８】
このとき、励起光が１０Ｗであるとすると、希土類としてＹｂを添加したダブルクラッド偏波保持ファイバの吸収量は０．６ｄＢ／ｍであるため、１０ｍのファイバ長で７．５Ｗの励起光を吸収する。それにより、残存励起光として２．５Ｗの９１５ｎｍの光が放射され、シングルモード偏波保持ファイバのクラッドを伝搬することになる。
【００１９】
図７に記載した従来構成の場合、１５Ｗの励起光（９１５ｎｍ）でポンプし、発振した１０６４ｎｍの出力が６．８Ｗとなるような場合、連続運転を行ってから２０分経過後に融着接続１１０、シングルモード偏波保持ファイバ１１２のプライマリコート（被覆）が過熱し、ファイバが劣化した。
【００２０】
図９に励起光のパワーをパラメータとしたレーザ媒質となるＹｂドープダブルクラッドファイバのファイバ長と残存励起光との関係を示すプロット図を示す。残存励起光が３．５〜４Ｗを超えるとファイバが劣化することが、これまでの調査により分かっている。図９より、ファイバの持つ損失のためにファイバ長を短くせねばならないような場合には、励起光を小さくする必要がある事が分かる。つまり、ファイバの損失が大きな１０５０ｎｍや１０３０ｎｍといった波長では、自ずと発生可能な出力は制限を受けることになる。
【００２１】
発振した光がファイバにより吸収されない１０７０ｎｍ以上の光を発振させる場合においては、希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバを長くすることによりファイバの過熱を防止することができる。しかしながら、１０６０ｎｍや１０５０ｎｍ等の波長変換により緑色を発生させることができるような波長では、希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバの長さを長くすることにより、ファイバ吸収による損失が大きく、発振が不安定になったり、所望の波長で発振したりしないなどの問題点が発生する事が分かっている。また、そのためにファイバが過熱しないような励起光の強度が自ずと決まり、最大出力において制限を受けていた。
【００２２】
図１０に希土類としてＹｂを１０００ｐｐｍ程度添加した希土類添加ダブルクラッドファイバの吸収スペクトルを示し、このような現象を解決する方法の従来例を説明する。
【００２３】
励起光としては９１５ｎｍ近辺のレーザダイオード（ＬＤ）あるいは９７６ｎｍ付近のレーザダイオードを使用することができる。このとき、このファイバの９１５ｎｍ光の吸収量は０．６ｄＢ／ｍ程度であるのに対し、９７６ｎｍ光の吸収量は約１．８ｄＢ／ｍと３倍ほど大きいため、９７６ｎｍ光を使用することでファイバの劣化は解決できると考えられる。
【００２４】
しかしながら、吸収ピークの形状は９７６ｎｍ近辺で急峻であるのに対し、９１５ｎｍ近辺でブロードであるため、励起光ＬＤの温度変化等で発生する励起光の波長変動に対しては、９１５ｎｍ帯（９００〜９５０ｎｍ）を用いた方がより安定であり、ＬＤの冷却機構を簡素化することができる。そのため装置コスト・消費電力を低減させることができる。以上のように、ファイバレーザ装置の温度安定性と、ファイバレーザで直線偏光かつ１０Ｗ以上の１０７０ｎｍ以下の光を得る事とを両立させることは従来困難であった。
【００２５】
一方で、全く別の技術として、希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバに信号光と励起光を入力し、信号光の出力を増幅するファイバアンプという技術があった。従来の構成を図１１に示す。
【００２６】
信号光としては、シングルモードの半導体レーザ光やファイバレーザなどを使用することができる。図１１ではファイバレーザを信号光として使用した場合について示しており、同図に基づいて説明する。
【００２７】
図１１に示すように、この従来例のレーザ光源は、ファイバレーザ部分と、ファイバアンプ部分と、を備える。
【００２８】
ファイバレーザ部分は、ファイバレーザ励起用ＬＤ（レーザダイオード）１０１と、レーザ共振器と、から成っている。レーザ共振器は、Ｙｂドープクラッドポンプファイバ１０３、ファイバグレーティング１０２、ファイバグレーティング１０４、ポラライザ１０５で構成される。Ｙｂドープクラッドポンプファイバ１０３及びファイバグレーティング１０２はダブルクラッドファイバで形成され、ファイバグレーティング１０４及びポラライザ１０５はシングルモードファイバで形成される。
【００２９】
ファイバアンプ部分は、ファイバアンプ励起用ＬＤ５０１と、Ｙｂドープダブルクラッドファイバ５０３と、ポンプコンバイナ５０２と、で構成されている。ポンプコンバイナ５０２は、信号光を入力するシングルモードファイバ５０４、励起光を入力するマルチモードファイバ５０５を一体化して構成される。ファイバアンプ部分は、ダブルクラッドファイバで形成される。
【００３０】
ファイバレーザ部分で発生した信号光を後段のファイバアンプ部分で増幅する。
【００３１】
しかし、この従来例の構成では、ファイバレーザ励起用レーザダイオード１０１と、ファイバアンプ励起用レーザダイオード５０１と、個別に準備する必要がある上、シングルモードファイバ５０４とマルチモードファイバ５０５が一体化したポンプコンバイナ５０２を準備する必要があり、この２点が要因で材料コストを上昇させる。
【００３２】
その上、ファイバを融着接続する箇所が増えるため、装置の信頼性が劣るという欠点があった。
【００３３】
また、発振波長によっては、ファイバレーザ部分で発生できる信号光の強度が十分に得られず、複数個のファイバアンプ部分を直列に接続し、多段構成とする必要があり、材料コストが上昇するという問題点がある。
【００３４】
また、波長によってＹｂドープファイバの最適ファイバ長が異なる。発生した光出力を投入した励起光の入力パワーで割り算した光−光変換効率が最大となるように、Ｙｂドープファイバのファイバ長が決定される。
【００３５】
図１２に、発生波長１０６４ｎｍで偏波保持ファイバを用いた場合におけるファイバ長と光−光変換効率との関係を示している。この場合、最適なファイバ長は１７〜１８ｍとなっている。この最適値は実際には、融着損失などで若干変化するものの、ファイバ長を変化させることで、変換効率の極大値を持つことができる。この光−光変換効率が極大値となるファイバ長は、発振波長が短くなるにつれて、短くなる傾向を持っている。したがって、発振波長が短くなるにつれて、励起光を減少させなければならず、高出力化を困難にしていた。この傾向は、偏波保持ファイバで顕著であり、通常のランダム偏光のシングルモードファイバで用いるＹｂドープファイバ長の半分程度となる。
【００３６】
以上のように、図１１の従来構成のファイバレーザ・ファイバアンプにおいては、理化学用途としては使用できるが、産業用・民生用途への応用を困難にしていた。
【００３７】
本発明の目的は、残存励起光によるファイバ劣化に対する高い信頼性を有し、発振光の出力を増大させることができるレーザ光源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
本発明の一局面に従うレーザ光源装置は、レーザ活性物質として希土類が添加された第１のダブルクラッドファイバと、当該第１のダブルクラッドファイバの発振波長を決定する一組のファイバグレーティングが形成された第２のダブルクラッドファイバと、前記第１のダブルクラッドファイバに励起光を出射し、前記第１のダブルクラッドファイバを励起するレーザ光源と、を有するファイバレーザ部と、レーザ活性物質として希土類が添加されたダブルクラッドファイバから構成され、前記ファイバレーザ部の発振光を増幅するファイバアンプ部と、前記ファイバアンプ部で増幅された発振光を高調波に変換する波長変換モジュールとを備え、前記ファイバレーザ部は、前記レーザ光源の励起光が入射された第１のダブルクラッドファイバに残存する励起光を、前記ファイバアンプ部に出射し、前記ファイバアンプ部を励起する。
【発明の効果】
【００３９】
上記のレーザ光源装置では、ファイバレーザ部の残存励起光をファイバアンプ部の励起光源として用いているため、高出力光発生時に問題となっていた、ファイバの劣化を防止することが可能となる。さらに、ファイバアンプ部のための励起光源を追加すること無しに、さらなる出力向上を実現できる。この結果、レーザを用いた画像表示装置に応用する光源として十分な出力が得られるため、この光源を使用した画像表示装置は従来の固体レーザと比較して色再現範囲を広げることが可能となる。
【００４０】
さらに、ファイバレーザ部の励起光として、希土類ファイバの吸収スペクトルがブロードな９１５ｎｍ帯のレーザ光を使用することができる。このため、励起用レーザの温度を精密に制御する必要がなくなり、ペルチェ素子が不要で消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
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、図面で同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合もある。
【００４２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１は、偏波保持ファイバを利用したファイバレーザとファイバアンプを組みあわせた場合である。
【００４３】
図１に、本発明の実施の形態１のレーザ光源装置の構成を示す。図１において、本実施の形態におけるレーザ光源装置は、ファイバレーザ部分と、ファイバアンプ部分と、を備える。ファイバレーザ部分は、ポンプ用ＬＤ１０１、ファイバグレーティング１０２、Ｙｂドープダブルクラッド偏波保持ファイバ１０３、ファイバグレーティング１０４、ポラライザ１０５、を含む。ファイバアンプ部分は、Ｙｂドープダブルクラッド偏波保持ファイバ５０３を含む。ファイバレーザ部分及びファイバアンプ部分は共にダブルクラッド偏波保持ファイバで形成される。ファイバレーザ部分が発生する信号光をファイバアンプ部分が増幅する。本実施の形態のレーザ光源装置は、発振光伝搬ファイバ１０６を介して、第２高調波発生（Second-Harmonic Generation: SHG）モジュール１０８に接続する。
【００４４】
ファイバレーザ部分においては、ポンプ用ＬＤ１０１で、コア部分に希土類としてＹｂをドープしたダブルクラッド偏波保持ファイバ１０３（本実施の形態の場合、ファイバ長１０ｍ）を励起し、一組のファイバグレーティング１０２及び１０４で構成された共振器内でレーザ光を発振させる。
【００４５】
本実施の形態の場合、ポンプ用ＬＤ１０１として、発振波長９１５ｎｍのシングルエミッターレーザダイオード（最大出力１２Ｗ）を使用している。
【００４６】
ファイバグレーティング１０２は、ダブルクラッド偏波保持ファイバのコア部分にゲルマニウムが添加されており、紫外光に対する感度を向上させ、グレーティングを形成させたものである。ファイバグレーティング１０２は、中心波長１０５０ｎｍ、反射スペクトル半値幅１ｎｍ、反射率９８％という特性を持っている。
【００４７】
また、ファイバグレーティング１０４も、ダブルクラッド偏波保持ファイバ（コア径６μｍ、クラッド外径１２５μｍ）のコア部分に同じくゲルマニウムが添加されたものに形成しており、中心波長は１０５０．１ｎｍで反射スペクトル半値幅は０．０９ｎｍ、反射率１０％のものを使用している。
【００４８】
本実施の形態のレーザ光源装置では、上記に例示する条件を有するファイバグレーティング１０４をダブルクラッド偏波保持ファイバに作製することで、残存した励起光を後段のファイバアンプ部分の励起源にすることを可能にしている。以下、この点について、説明する。
【００４９】
従来、この残存励起光は、ディスプレイ装置等の高出力光を発生させる際に問題となっていたファイバ劣化の要因となるものであった。
【００５０】
そのため、ファイバグレーティング１０４の反射率を大きくすることで、希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバの長さを長くし、残存励起光の吸収量を大きくすることが試みられた。しかし、特性の改善には限界があり、有効な対策と言えない。
【００５１】
また、波長変換用途では狭帯域化が重要だが、ファイバグレーティング１０４の反射率を大きくすることで、逆に、ファイバグレーティング１０４の狭帯域化が困難になるという問題がある。
【００５２】
そこで、本実施の形態のレーザ光源装置では、ファイバレーザ部分の残存励起光をファイバアンプ部分の励起光源として用いることにより、上述したファイバ劣化を防止することができる。
【００５３】
さらに、本実施の形態のレーザ光源装置では、ファイバレーザ部分の残存励起光をファイバアンプ部分の励起光源として用いることにより、ファイバアンプ部分の励起光源を不要とし、製造コストの削減を図ることができる。
【００５４】
発振した１０５０ｎｍ付近の光を伝搬させる発振光伝搬ファイバ１０６により、ＳＨＧモジュール１０８に導入し、第２高調波発生により５２５ｎｍの光を発生させる。
【００５５】
次に、本実施の形態のレーザ光源装置のファイバ劣化防止の効果について、さらに詳しく説明する。
【００５６】
図７の従来構成の場合、Ｙｂドープクラッドポンプファイバ１０３とポラライザ１０５との間に希土類添加ダブルクラッド偏波保持ファイバ１１１と一般的なシングルモード偏波保持ファイバ１１２との接続部分１１０が存在し、そのため、接続部１１０及びシングルモード偏波保持ファイバ１１２の劣化の要因となっていた。
【００５７】
一方、本実施の形態のレーザ光源装置では、ダブルクラッドでないシングルモード偏波保持ファイバの部分を無くし、ファイバレーザ部分とファイバアンプ部分とをダブルクラッド偏波保持ファイバで形成する。それにより、ファイバレーザ部分における残存する基本波（波長９１５ｎｍ）を後段のファイバアンプ部分の励起光として使用することができる。
【００５８】
このとき、励起光が３０Ｗであるとすると、今回使用したファイバ（ｎｕｆｅｒｎ社  ＰＭ−ＹＤＦ  ５／１３０）は、希土類としてＹｂを添加したダブルクラッド偏波保持ファイバで、励起光の吸収量は０．６ｄＢ／ｍである。このため、１０ｍのファイバ長で２２．５Ｗの励起光を吸収して、残存励起光として７．５Ｗの９１５ｎｍの光が放射され、シングルモードのクラッドを伝搬することになる。図７に記載した従来構成の場合、２０Ｗの励起光（９１５ｎｍ）でポンプし、発振した１０５０ｎｍの出力が９Ｗとなるような場合、連続運転を行ってから２０分経過後に接続部分１１０及びシングルモード偏波保持ファイバ１１２のプライマリコート（被覆）が過熱し、ファイバが劣化した。
【００５９】
これに対し、本実施の形態のレーザ光源装置により、２０時間以上連続運転を行っても前記被覆が過熱することがなく、信頼性と出力を向上させることが可能であることが分かった。
【００６０】
その上、より大きなパワーの励起光をポンプでき、かつ出力を増幅できるため、１０５０ｎｍの出力を増大させることができ、なおかつ、そこから波長変換される緑色光の出力も増大させることができる。
【００６１】
また、図７の従来の構成では、ファイバアンプ部分が励起されている際に、ファイバレーザ部分が停止すると、ファイバアンプ部分に異常発振が起こり、その異常発振によってファイバレーザ部分が破壊されてしまう恐れがあった。一方、本実施の形態のレーザ光源装置では、ポンプ用ＬＤ１０１でファイバレーザ部分のＹｂドープクラッドファイバ１０３を励起し、その残存励起光でファイバアンプ部分のＹｂドープクラッドファイバ５０３を励起する構成を採用する。このため、ファイバアンプ部分のみが励起されることは起こらず、上記のようなファイバアンプ部分の異常発振によるファイバレーザ部分の破壊を防止することできる。
【００６２】
ここで、本実施の形態のレーザ光源装置の出力光を波長変換し、緑色光を出力するＳＨＧモジュール１０８について説明する。基本波光源として発振波長１０５０ｎｍのＹｂドープファイバレーザを用いた場合のＳＨＧモジュール１０８の構成について述べる。
【００６３】
ＳＨＧモジュール１０８において、本実施の形態のレーザ光源装置からの赤外光（平行光：ビーム径７６０μｍ）が発振光伝搬ファイバ１０６を通して出射されると、集光レンズ（ｆ＝３０ｍｍ）で波長変換素子に集光する。この際、波長変換素子として周期分極反転構造を設けたＭｇＯドープニオブ酸リチウム素子を使用した。このとき波長変換素子の分極反転周期は、６．６９μｍであった。分極反転素子は金属板に固定され、ぺルチェ素子により約２５℃に温度管理されている。
【００６４】
この分極反転素子から発生した第２高調波（緑色光）を波長分離フィルタで基本波（ω）と第２高調波（２ω）に分離することで５２５ｎｍのグリーン光を得ることができる。今回、周期分極反転ＭｇＯドープニオブ酸リチウム素子を用いたのは、実効的非線形光学定数が約１５ｐｍ／Ｖと大きく、赤外光からグリーン光への波長変換効率が大きいためである。このほかにもリチウムタンタレート、ＭｇＯドープリチウムタンタレート、リン酸チタニルカリウム（ＫＴＰ：ＫＴｉＰＯ４）等を使用することができる。リチウムテトラボレート等のボレート系結晶も使用できるが、実効的非線形光学定数が小さい上、空気中の湿度と反応する性質を持つ物が多数あるため、環境管理が厳しくなる。
【００６５】
図２に、本実施の形態のレーザ光源装置の１０５０ｎｍの波長の出力光の出力特性を示す。ここでは、本実施の形態の構成において、ファイバレーザ部分のＹｂドープファイバ１０３のファイバ長を１８ｍとし、ファイバアンプ部分のＹｂドープファイバ５０３のファイバ長を２０ｍとした。そして、本実施の形態の構成であるファイバアンプ部分を接続した場合（図２の「レーザ＋アンプ」で示されたグラフ）と、本実施の形態の構成からファイバアンプ部分を除いた場合（図２の「レーザのみ」で示されたグラフ）の各出力特性をプロットしている。
【００６６】
本実施の形態のレーザ光源装置では、ファイバレーザ部分における残存励起光をファイバアンプ部分の励起光として活用できる。このため、図２に示すように、ファイバ長、発振波長による影響を受けることなく、出力を向上させることができる。
【００６７】
また、本実施の形態のレーザ光源装置は、偏波保持ファイバを利用したファイバレーザ部分とファイバアンプ部分との組みあわせで構成されるが、図１に示すように、ポラライザ（偏光部）１０５を挿入することにより、偏波保持ファイバのｓｌｏｗ軸方向、ｆａｓｔ軸方向それぞれの偏光で出力されている発振光を単一偏光化することができる。
【００６８】
ポラライザ１０５は、ダブルクラッド偏波保持ファイバをコイル形状とすることで構成される。この構成とすることにより、ファイバレーザ部分の残存励起光のパワーを低減することなく、ファイバアンプ部分に伝搬することができる。
【００６９】
例えば、ポラライザ１０５が形成されるダブルクラッド偏波保持ファイバとして、遮断波長が９８０ｎｍ、あるいは、８５０ｎｍのファイバを使用することができる。
【００７０】
ファイバの遮断波長が９８０ｎｍの場合には、コア径が５．５〜６．５μｍ、直径３０ｍｍ以下のコイル形状で構成すれば良い。さらに、直径１５ｍｍ以下にするとファイバ劣化の可能性があるため、直径２０〜３０ｍｍ（半径１０〜１５ｍｍ）であるのが望ましい。
【００７１】
また、遮断波長が８５０ｎｍの場合、コア径が５．５〜６．５μｍ、直径９０ｍｍ以下のコイル形状で構成すれば良い。さらに、直径１５ｍｍ以下にするとファイバ劣化の可能性があるため、直径２０〜９０ｍｍ（半径１０〜４５ｍｍ）であるのが望ましい。また、ファイバの特性ばらつきを考慮すれば、直径２０〜３５ｍｍとするのがより望ましい。
【００７２】
また、ポラライザ１０５の他の構成としては、複屈折率結晶を利用したものや、光部品の一種である偏光ビームコンバイナを用いても良い。双方とも、発振光と励起光が入出力されるファイバにはダブルクラッド偏波保持ファイバを使用している。このような構成にすることにより波長スペクトルのピークを単一化することが可能となり、ＳＨＧモジュールでの波長変換効率を向上させることが可能となる。特に偏光ビームコンバイナは、ダブルクラッド偏波保持ファイバで構成されており、複屈折率結晶を用いたポラライザを用いた場合と比較して、励起光の透過ロスを低減させることができるためより望ましい。
【００７３】
図３Ａ及び図３Ｂに、ポラライザ１０５による単一偏光化する前後の波長スペクトルを示す。図３Ａは、ポラライザ１０５を挿入する前の波長スペクトルを示し、図３Ｂは、ポラライザ１０５を挿入した後の波長スペクトルを示す図である。
【００７４】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、ポラライザ１０５を入れる前では波長スペクトルのピークが２本あったのに対し、ポラライザ挿入後はｓｌｏｗ軸側のピーク１本だけに抑制されている。なお、図３Ｂのスペクトルは、図３Ａのスペクトルにおける波長範囲Ａ部分の波長範囲をプロットしている。
【００７５】
本実施の形態のレーザ光源装置は、高出力光を要するレーザディスプレイ装置等の緑色光源として適している。例えば、３Ｗの緑色光を発生させる場合、レーザ光源装置からの発振波長を１０７０ｎｍとすると、必要とする励起光パワーは２０Ｗであり、発生する緑色光の波長は５３５ｎｍとなる。このとき必要とするファイバ長は１５ｍである。図９に示すように、さらに多くの緑色光を得ようとした場合、ファイバ劣化のレベルを超えるため、本実施の形態のレーザ光源装置を適用することで、ファイバ劣化を防止できる。
【００７６】
レーザ光源装置からの発振波長を１０３０ｎｍとした場合、励起光パワーを２５Ｗ必要とし、５１５ｎｍの波長の緑色光が発生する。このとき必要とするファイバ長は１０ｍである。この場合、図９に示すように、ファイバ劣化のレベルを超えてしまう。したがって、本実施の形態のレーザ光源装置を適用し、ファイバ劣化の防止が必要となる。
【００７７】
なお、発振波長を１０５０ｎｍとした場合、必要とするファイバ長は１２ｍであり、１Ｗレベルの緑色光で、ファイバ劣化のレベルを超えてしまう。また、発振波長を１０６０ｎｍとした場合、必要とするファイバ長は１４ｍであり、２Ｗレベルの緑色光で、ファイバ劣化のレベルを超えてしまう。したがって、本実施の形態のレーザ光源装置の適用が必須である。
【００７８】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２として、１０３０ｎｍの基本波からの第２高調波発生により５１５ｎｍの光を発生させる構成について説明する。本実施の形態のレーザ光源装置により、高出力Ａｒイオンレーザの置き換えを図ることが可能となる。
【００７９】
本実施の形態のレーザ光源装置が、上記の実施の形態１のレーザ光源装置と異なる点は、図１のファイバレーザ部分で用いられているＹｂドープファイバ１０３の長さである。以下、この異なる点について説明する。なお、本実施の形態のレーザ光源装置は、このＹｂドープファイバ１０３の長さ以外は、上記の実施の形態１のレーザ光源装置と同一の構成で実現することができる。
【００８０】
１０３０ｎｍ光発生では、ファイバ長が３ｍを超えるとファイバグレーティング１０４による波長選択が不可能になり、発振波長が不安定になった。これは、発振した１０３０ｎｍ光に対するＹｂドープファイバの損失が大きくなるためである。
【００８１】
本実施の形態のレーザ光源装置では、発振波長の不安定性を回避するために、ファイバレーザ部分のＹｂドープファイバ１０３のファイバ長を２．５〜３ｍ程度にし、後段のファイバアンプ部分のＹｂドープファイバ５０３のファイバ長を３０ｍとした。また、励起光源のポンプ用ＬＤ１０１の波長は９１５ｎｍを用いている。
【００８２】
１０３０ｎｍ光を図７の従来の構成で発生させるためには、Ｙｂドープファイバ長を短くする必要があったため、温度による波長制御が必要な９７５ｎｍの励起光を使用していたが、本実施の形態のように、後段にファイバアンプ部分を設け、ファイバレーザ部分の残存励起光を再利用することができる構成とすることで、ポンプ用ＬＤ１０１として９１５ｎｍの励起光も使用できるようになった。
【００８３】
つまり、本実施の形態のレーザ光源装置によれば、１０３０ｎｍ光を発生させる場合であっても、Ｙｂドープファイバの吸収スペクトルがブロードな波長帯域を使用することが可能となる。したがって、温度による波長制御が不要となるため、装置のコストを低減し、消費電力を低減することができる。
【００８４】
また、本実施の形態のレーザ光源装置では、ファイバレーザ部分の残存励起光を後段のファイバアンプ部分の励起源として使用できるため、強力な励起光を投入する（強励起する）ことができる。さらに、その増幅効果により、高出力化することが可能となる。
【００８５】
図４に、本実施の形態のレーザ光源装置で発生させた１０３０ｎｍ光の出力特性を示す。このように従来と比較して１０倍程度の出力を得ることができた。なおかつ、この波長域において、Ｗクラスの出力を得ようとするとファイバが過熱・劣化するが、本実施の形態の構成とすることによりファイバの過熱・劣化を防止することができる。
【００８６】
本実施の形態のレーザ光源装置により発生させた１０３０ｎｍ光を、上記の実施の形態１で示したような非線形光学効果（結晶）を用いた波長変換装置に入射させることにより５１５ｎｍの緑色光を発生させることができる。
【００８７】
以上のように本実施の形態の構成とすることにより、従来固体レーザでは発振できず、ファイバレーザを用いても１Ｗ以上の出力を得ることが困難であった５１５ｎｍを発生させることができる。
【００８８】
これにより、従来主流であったアルゴンイオンガスレーザを小型・低消費電力の光源に置き換えることが可能となる。
【００８９】
（実施の形態３）
上記の実施の形態１及び実施の形態２で説明したレーザ光源装置は、レーザディスプレイ（画像表示装置）の表示用光源や、液晶ディスプレイ装置のバックライト用光源、又は、装飾用照明装置用光源として用いられる。
【００９０】
上記の実施の形態１及び実施の形態２で説明したレーザ光源装置の用途の一例として、前記レーザ光源装置を適用したレーザディスプレイ（画像表示装置）の構成の一例について図５を用いて説明する。
【００９１】
レーザ光源装置には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のレーザ光源１２０１ａ〜１２０１ｃを用いた。赤色レーザ光源１２０１ａには波長６３８ｎｍのＧａＡｓ系半導体レーザを用い、青色レーザ光源１２０１ｃには波長４６５ｎｍのＧａＮ系半導体レーザを用いている。また、緑色レーザ光源１２０１ｂには、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波長変換緑色光源装置を用いており、この波長変換緑色光源装置として、上記実施の形態１〜実施の形態２で説明したレーザ光源装置を用いている。
【００９２】
各光源１２０１ａ、１２０１ｂ、１２０１ｃより発せられたレーザビームは、反射型２次元ビーム走査手段１２０２ａ〜１２０２ｃにより２次元的に走査され、拡散板１２０３ａ〜１２０３ｃを照射する。拡散板１２０３ａ〜１２０３ｃ上を２次元的に走査される各色のレーザビームは、フィールドレンズ１２０４ａ〜１２０４ｃを通過した後、２次元空間光変調素子１２０５ａ〜１２０５ｃへ導かれる。
【００９３】
ここで、画像データは、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれに分割されており、各信号が２次元空間光変調素子１２０５ａ〜１２０５ｃに入力され、ダイクロイックプリズム１２０６で合波されることにより、カラー画像が形成される。このように合波された画像は、投射レンズ１２０７によりスクリーン１２０８に投影される。このとき、拡散板１２０３ａ〜１２０３ｃがスペックルノイズ除去部として２次元空間光変調素子１２０５ａ〜１２０５ｃの手前に配置されており、拡散板１２０３ａ〜１２０３ｃを揺動することにより、スペックルノイズを低減することができる。スペックルノイズ除去部としては、レンチキュラーレンズ等を用いてもよい。
【００９４】
また、本実施形態では、色毎に１つの半導体レーザを使用しているが、バンドルファイバにより２〜８個の半導体レーザの出力を１本のファイバ出力で得られるような構造をとってもよい。その場合、波長スペクトル幅は数ｎｍと非常にブロードになり、この広いスペクトルによりスペックルノイズの発生を抑制することができる。
【００９５】
上記の画像表示装置の構成としては、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）もとることができる。
【００９６】
２次元空間光変調素子１２０５ａ〜１２０５ｃとしては、超小型ミラーが集積された反射型空間変調素子（ＤＭＤミラー）を用いることができるが、液晶パネルを用いた２次元空間変調素子や、ガルバノミラー、メカニカルマイクロスイッチ（ＭＥＭＳ）を用いた２次元空間変調素子を用いてもよい。
【００９７】
なお、反射型空間変調素子やＭＥＭＳ、ガルバノミラーといった光変調特性に対する偏光成分の影響が少ない光変調素子の場合、高調波を伝搬する光ファイバはＰＡＮＤＡファイバなどの偏波保持ファイバである必要はないが、液晶パネルを用いた２次元空間変調素子を用いる場合には、変調特性と偏光特性が大いに関係するため、偏波保持ファイバを使用することが望ましい。
【００９８】
次に、上記の実施の形態１及び実施の形態２で説明したレーザ光源装置の用途の他の一例として、前記レーザ光源装置を適用した液晶ディスプレイ装置のバックライト用光源、装飾用照明装置用光源の構成について図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。
【００９９】
図６Ａに、上記の実施の形態１及び実施の形態２のレーザ光源装置を用いた液晶ディスプレイ装置の構成を示す。
【０１００】
上記の実施の形態１及び実施の形態２のレーザ光源装置１３０１より発生されたレーザビーム１３０２は、導光板・拡散板１３０３により一様に液晶パネル１３０４を照明するようになっている。
【０１０１】
このとき、レーザ光源装置１３０１から発生できる光は単一偏光（直線偏光）であるため、液晶パネル１３０４を照明する光を単一偏光とすることができ、従来の蛍光管や発光ダイオードを光源とした場合に必要だった入射側の偏光子が不要となる。これにより、材料コストが低減できる上、透過光量を１０〜２０％程度増大させることができるため、より明るい液晶ディスプレイ装置を作製することができる。
【０１０２】
図６Ｂに、上記の実施の形態１及び実施の形態２のレーザ光源装置を用いた装飾用照明装置用光源の構成を示す。
【０１０３】
上記の実施の形態１及び実施の形態２のレーザ光源装置１３０１から発せられたレーザビームは可視光伝搬用ファイバ１３０６を通して、建物や樹木などの照明対象物１３０７まで運ばれる。照明対象物１３０７に取り付けられているファイバ１３０８には、光散乱機構が設けられており、光を外部に放射することができる。ファイバグレーティングを作製する、あるいはファイバ被覆の屈折率を１．４３程度とすることで光散乱機構を構成することが可能となる。また、このファイバに複数の波長の直線偏光の光を入射させることで、色の制御なども可能となる。
【０１０４】
従来のディスプレイにおける色再現範囲とレーザなどの単色光源を用いた場合の色再現範囲を比較した色度図を図１３に示す。従来のディスプレイではＳ−ＲＧＢ規格の色再現範囲で表示されていた。ここで、青色光源として４５０ｎｍのＩｎＧａＮ半導体レーザ光を、赤色光源として６３５ｎｍのＡｌＧａＡｓ半導体レーザ光を使用し、緑色光の波長を変化させた場合の色再現範囲を示している。緑色光として５３５〜５１５ｎｍの範囲にあるとき、色再現範囲がＳ−ＲＧＢ規格との比較で１５０〜２００％に拡大することができる。
【０１０５】
なお、本実施の形態に例示したレーザディスプレイ（画像表示装置）の表示用光源や、液晶ディスプレイ装置のバックライト用光源、装飾用照明装置用光源は、あくまでも一例であり、他の態様を取ることが可能であることは言うまでもない。
【０１０６】
上記の実施の形態１及び実施の形態２のファイバレーザ光源装置の構成は、偏波保持ファイバを使用する場合に特に有効である。その理由として、偏波保持ファイバの吸収特性がランダム偏光の光が発生できるシングルモードファイバの吸収特性と比較して、損失が大きくなっているため、ファイバ長をより短くする必要があるためである。上記の実施の形態３で述べたような応用展開では偏光方向があらかじめ決まっている事が必要であるため、実施の形態１及び実施の形態２のファイバレーザ光源装置が非常に有用となる。
【０１０７】
なお、以上の各実施の形態に例示したレーザ光源装置はあくまでも一例であり、他の態様をとることが可能であることは言うまでもない。
【０１０８】
上記の実施の形態１及び実施の形態２では、ポンプ用ＬＤ１０１として、発振波長９１５ｎｍのシングルエミッターレーザダイオードを１つ使用したが、本発明はこの構成に限るものではない。図１４に示すように、２つのレーザダイオード、すなわち、発振波長９１５ｎｍのレーザダイオード１０１ａと発振波長９７５ｎｍのレーザダイオード１０１ｂを使用し、それぞれから発せられる光をコンバイナー１０９で混合し、９７５ｎｍの励起光を主にファイバレーザ部分の励起に使用し、９１５ｎｍの励起光を主にファイバアンプ部分の励起に使用するようにしてもよい。ファイバレーザ部分からの種光の強度を大きくすることで、レーザ光源装置の出力を増大させることができ、また、発振波長９７５ｎｍのレーザダイオード１０１ｂの温度特性によるレーザ光源装置の温度特性の劣化を緩和することができる。
【０１０９】
上記の実施の形態から本発明について要約すると、以下のようになる。すなわち、本発明に係るレーザ光源装置は、レーザ活性物質として希土類が添加された第１のダブルクラッドファイバと、当該第１のダブルクラッドファイバの発振波長を決定する一組のファイバグレーティングが形成された第２のダブルクラッドファイバと、前記第１のダブルクラッドファイバに励起光を出射し、前記第１のダブルクラッドファイバを励起するレーザ光源と、を有するファイバレーザ部と、レーザ活性物質として希土類が添加されたダブルクラッドファイバから構成され、前記ファイバレーザ部の発振光を増幅するファイバアンプ部と、前記ファイバアンプ部で増幅された発振光を高調波に変換する波長変換モジュールとを備え、前記ファイバレーザ部は、前記レーザ光源の励起光が入射された第１のダブルクラッドファイバに残存する励起光を、前記ファイバアンプ部に出射し、前記ファイバアンプ部を励起する。
【０１１０】
上記のレーザ光源装置では、ファイバレーザ部の残存励起光をファイバアンプ部の励起光源として用いているため、高出力光発生時に問題となっていた、ファイバの劣化を防止することが可能となる。さらに、ファイバアンプ部のための励起光源を追加すること無しに、さらなる出力向上を実現できる。この結果、レーザを用いた画像表示装置に応用する光源として十分な出力が得られるため、この光源を使用した画像表示装置は従来の固体レーザと比較して色再現範囲を広げることが可能となる。
【０１１１】
さらに、ファイバレーザ部の励起光として、希土類ファイバの吸収スペクトルがブロードな９１５ｎｍ帯のレーザ光を使用することができる。このため、励起用レーザの温度を精密に制御する必要がなくなり、ペルチェ素子が不要で消費電力を低減することができる。
【０１１２】
上記のレーザ光源装置において、前記レーザ光源の発振波長は、９００〜９５０ｎｍであることが望ましい。
【０１１３】
この構成によれば、温度変化によってレーザ光源の励起光に波長変動が生じても、ダブルクラッドファイバの励起光の吸収量の変動を小さくすることができる。このため、レーザ光源の温度管理を高精度に行う必要はなく、したがって、レーザ光源の冷却機構を簡素化することができる。
【０１１４】
上記のレーザ光源装置において、前記レーザ光源は、発振波長９７５ｎｍの第１のレーザ光源と、発振波長９１５ｎｍの第２のレーザ光源と、を含み、前記第１のレーザ光源から出射される励起光と前記第２のレーザ光源から出射される励起光とは混合されることが望ましい。
【０１１５】
この構成によれば、第１のレーザ光源から発せられる発振波長９７５ｎｍの光を主にファイバレーザ部の励起に使用し、第２のレーザ光源から発せられる発振波長９１５ｎｍの光を主にファイバアンプ部の励起に使用することができる。このため、ファイバレーザ部からの種光の強度を大きくし、レーザ光源装置の出力を増大させることができる。さらに、レーザ光源装置の温度特性の劣化を緩和することができる。
【０１１６】
上記のレーザ光源装置において、前記ファイバレーザ部の発振波長は、１０３０〜１０７０ｎｍであることが望ましい。
【０１１７】
この構成によれば、レーザディスプレイ装置等の画像表示装置の緑色光源として望ましい５１５〜５３５ｎｍの波長を得ることができる。
【０１１８】
上記のレーザ光源装置において、前記第１及び第２のダブルクラッドファイバは、偏波保持ファイバであることが望ましい。
【０１１９】
この構成によれば、特定の偏光方向のレーザ光を発生することができるので、単一偏光を必要とする画像表示装置に適したレーザ光を与えることができる。
【０１２０】
上記のレーザ光源装置において、前記ファイバレーザ部は、前記第１のダブルクラッドファイバの出射側に、前記第１のダブルクラッドファイバの発振光の特定の偏光成分のみを透過させる偏光部形成された第３のダブルクラッドファイバをさらに有することが望ましい。
【０１２１】
この構成によれば、ファイバレーザ部の発振光を単一偏光とし、画像表示装置に適した直線偏光の光を出射することが可能となる。
【０１２２】
上記のレーザ光源装置において、前記偏光部は、所定の曲率半径を有するコイル形状部であることが望ましい。
【０１２３】
この構成によれば、ファイバレーザ部からの発振光の出力損失を抑えながら、単一偏光とすることができる。
【０１２４】
上記のレーザ光源装置において、前記第３のダブルクラッドファイバの遮断波長は９８０ｎｍであり、コア径は５．５〜６．５μｍであり、前記コイル形状部の曲率半径は１０〜１５ｍｍであることが望ましい。
【０１２５】
この構成によれば、ファイバの劣化を引き起こすことなく、ファイバレーザ部からの発振光の出力損失を抑え、単一偏光とすることができる。
【０１２６】
上記のレーザ光源装置において、前記第３のダブルクラッドファイバの遮断波長は８５０ｎｍであり、コア径は５．５〜６．５μｍであり、前記コイル形状部の曲率半径は１０〜４５ｍｍであることが望ましい。
【０１２７】
この構成によれば、ファイバの劣化を引き起こすことなく、ファイバレーザ部からの発振光の出力損失を抑え、単一偏光とすることができる。
【０１２８】
上記のレーザ光源装置において、前記波長変換モジュールの高調波は、４００〜７００ｎｍの波長を有する可視光であることが望ましい。
【０１２９】
この構成によれば、画像表示装置の色再現性を向上させることができる緑色光源を実現することができる。
【０１３０】
上記のレーザ光源装置において、前記波長変換モジュールは、前記ファイバレーザ部の発振波長の１／２の波長の光を出力する第２高調波発生モジュールを含むことが望ましい。
【０１３１】
この構成によれば、ファイバレーザ部の発振光から、さらに、１／２の波長の高調波を得ることができる。
【０１３２】
上記のレーザ光源装置において、前記ファイバレーザ部の発振波長は、１０３０〜１０７０ｎｍであり、前記波長変換モジュールの高調波の波長は、５１５〜５３５ｎｍであることが望ましい。
【０１３３】
この構成によれば、レーザディスプレイ装置等の画像表示装置の緑色光源として望ましい５１５〜５３５ｎｍの波長の光を得ることができる。
【０１３４】
上記のレーザ光源装置において、前記レーザ光源の励起光の出力が２０〜２５Ｗであり、前記ファイバレーザ部の発振波長が１０３０〜１０７０ｎｍであることが望ましい。
【０１３５】
この構成によれば、レーザディスプレイ装置等の画像表示装置の緑色光源として望ましい５１５〜５３５ｎｍの波長の光を得ることができる。
【０１３６】
上記のレーザ光源装置において、前記第１のダブルクラッドファイバの長さは、３ｍ以下であることが望ましい。
【０１３７】
この構成によれば、ファイバレーザ部の発振波長を１０３０ｎｍとし、画像表示装置の緑色光源として望ましい５１５〜５３５ｎｍの波長の光を得ることができる。
【０１３８】
本発明の画像表示装置は、上記のいずれか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を用いて画像を表示する表示部とを備える。
【０１３９】
上記の画像表示装置では、広い色再現範囲を実現することができる。
【０１４０】
本発明の照明装置は、上記のいずれか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を伝搬する伝搬用ファイバとを備え、前記伝搬用ファイバの屈折率を部分的に変化させることで、前記レーザ光源装置から出射されるレーザ光を前記伝搬用ファイバから放射させる。
【０１４１】
上記の照明装置では、照明に適した光の散乱を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
本願発明によれば、ファイバレーザ光源、特に１０７０ｎｍ以下直線偏光のファイバレーザ光源で問題となっていた、残存励起光によるファイバ劣化を防止することが可能となり、信頼性が向上し、励起光出力の制限を受けず、かつ後段のファイバアンプで出力が増幅されるため、発振光出力を従来以上に増大させることができる。なおかつ、このファイバレーザ光源と波長変換モジュールとを組みあわせた光源を用いることにより、これまで以上の明るさ・大きさを持ち、なおかつ高い色再現性を持つレーザディスプレイ装置などに応用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の実施の形態１のレーザ光源装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１のレーザ光源装置の１０５０ｎｍ光の出力特性を示すプロット図である。
【図３】図３Ａは、本発明の実施の形態１のレーザ光源装置の発生光のスペクトルを示す図（ポラライザなし）であり、図３Ｂは、本発明の実施の形態１のレーザ光源装置の発生光のスペクトルを示す図（ポラライザ挿入後）である。
【図４】本発明の実施の形態２のレーザ光源装置の１０３０ｎｍ光の出力特性を示すプロット図である。
【図５】本発明のレーザ光源装置を用いた画像表示装置の一例を示す模式図である。
【図６】図６Ａは、本発明のレーザ光源装置を用いた液晶ディスプレイ装置の一例を示す図であり、図６Ｂは、本発明のレーザ光源装置を用いた装飾用照明装置用光源の一例を示す模式図である。
【図７】従来の第２高調波発生装置と組みあわせたファイバレーザ光源の模式構成図である。
【図８】ダブルクラッド偏波保持ファイバとシングルモード偏波保持ファイバとの接続部分の模式図である。
【図９】励起光パワーをパラメータとする、Ｙｂドープファイバ長と残存励起光との関係を示す図である。
【図１０】Ｙｂ添加ダブルクラッドファイバの吸収スペクトルを示すプロット図である。
【図１１】ファイバレーザとファイバアンプとを組みあわせたレーザ光源の従来例を示す模式構成図である。
【図１２】Ｙｂドープファイバ長と光−光変換効率との関係（１０６４ｎｍ発生時）を示すプロット図である。
【図１３】Ｓ−ＲＧＢ規格の色再現範囲と緑色光として使用する波長別の色再現範囲との関係を示す色度図である。
【図１４】本発明のレーザ光源装置のファイバレーザ部分に２つのポンプ用ＬＤを適用した構成を示す模式図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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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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【国際調査報告】
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