(57)【要約】【課題】高い波長変換効率と広い波長幅とを併せ持ち、ディスプレイ用光源として好適なレーザ装置を提供する。【解決手段】複数の発光点１０ａを有する半導体レーザ１０、半導体レーザ１０と共に共振器を構成するブラッグ反射構造１１（回折格子）、ブラッグ反射構造１１から出力された光（基本波）の波長変換を行い２次高調波を発生する非線形光学素子１２を備えている。ブラッグ反射構造１１は、発光点１０ａの配列方向(幅方向)に沿って格子の周期が変化しており、入射光毎に反射波長が異なる。半導体レーザ１とブラッグ反射構造１１で共振される光はブラッグ反射波長にロックされると共に互いの波長が異なる基本波Ｌ１となる。非線形光学素子１２では幅方向射に沿って分極反転周期が異なり、各基本波と２次高調波とは擬似位相整合条件を満たす。【選択図】図１
2009259914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光点を有する半導体レーザと共にブラッグ反射構造を有し、少なくとも１組は互いに波長の異なる複数の基本波を発生する基本波発生部と、
周期分極反転構造を有し、前記複数の基本波それぞれの高調波を発生する非線形光学素子と
を備えたレーザ装置。
【請求項２】
前記半導体レーザの複数の発光点は直線状に配列され、前記ブラッグ反射構造は前記発光点の配列方向に沿って反射波長が変化する周期構造
を有する請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記ブラッグ反射構造は、前記発光点の配列方向に沿って反射波長が段階的に変化する周期構造
を有する請求項２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記ブラッグ反射構造は、前記半導体レーザの外部に対面配置され、前記半導体レーザと共に共振器構造を形成する回折格子
である請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記ブラッグ反射構造は、前記半導体レーザの内部に形成された回折格子
である請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記半導体レーザは、前記回折格子を活性層に隣接する位置に有する分布帰還型レーザ
である請求項５に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記半導体レーザは、前記回折格子を光導波路内に有する分布反射型レーザ
である請求項５に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記非線形光学素子の分極反転周期は、前記半導体レーザの複数の発光点の配列方向に沿って変化する
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記非線形光学素子は、複数の高調波をそれぞれ前記基本波と擬似位相整合させて発生する
請求項８に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記非線形光学素子の後段に、前記非線形光学素子において発生した高調波のみを透過させるフィルタを
備えた請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記非線形光学素子の分極反転周期が変化する方向の長さは、前記半導体レーザの複数の発光点のうちの両端の発光点間の距離よりも長い
請求項２に記載のレーザ装置。
【請求項１２】
光源としてレーザ装置を備え、
前記レーザ装置は、
複数の発光点を有する半導体レーザと共にブラッグ反射構造を有し、少なくとも１組は互いに波長の異なる複数の基本波を発生する基本波発生部と、
周期分極反転構造を有し、前記複数の基本波それぞれの高調波を発生する非線形光学素子と、
前記非線形光学素子において発生した高調波光を透過するフィルタと
を備えたレーザディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記レーザ装置は、緑色の帯域のレーザ光を出力する
請求項１２に記載のレーザディスプレイ装置。
【請求項１４】
光源としてレーザ装置を備え、
前記レーザ装置は、
複数の発光点を有する半導体レーザと共にブラッグ反射構造を有し、少なくとも１組は互いに波長の異なる複数の基本波を発生する基本波発生部と、
周期分極反転構造を有し、前記複数の基本波それぞれの高調波を発生する非線形光学素子と
を備えたレーザ照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発光点を有するアレイ構造のレーザ装置、並びにこれを用いたレーザディスプレイ装置およびレーザ照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザは出射光の単色性が良好である他に、他の光源と比べて小型、軽量および低消費電力という特性を有することから、投影型ディスプレイ等の光源として好適に用いることができる。しかし、このレーザ光を被照射面に照射するとスペックルノイズと呼ばれる斑点模様が現れ、画像がちらついて見える。これは、レーザ光が単一波長で位相の揃った光であり、コヒーレンスが非常に高いために生じる独特の現象である。
【０００３】
このようなスペックルノイズの低減策としては、半導体レーザを高周波で駆動させる方法や、拡散板または拡散シートを振動させる方法、長さの異なるファイバにレーザ光を一旦通してコヒーレンシを落とす方法等の外部光学素子を用いる方法がある。また、他の低減策には、半導体レーザから光を出力しているときに内部に熱が発生して発振波長が変化する現象を利用して、半導体レーザアレイの発振波長幅を数ｎｍに広げる方法がある（特許文献１，２）。この中でも、半導体レーザアレイの波長幅拡大による方法は、部材点数の増加や駆動回路の大規模化を伴わないことから、安価な装置構成でスペックルの低減が可能となる利点がある。
【０００４】
ところで、この種の半導体レーザでは、赤（Ｒ），青（Ｂ）および緑（Ｇ）の３原色のうち緑色の波長域の光については、実用的な効率および信頼性で直接発振する材料系が現時点では開発されていない。このようなことから、現在、緑の波長域の光を得るには、以下のような波長変換による方法が考えられている。
【０００５】
この波長変換による方法は、レーザから赤外域（１０６０ｎｍ帯）の光を基本波として出力し、この基本波をニオブ酸リチウム（LiNbO3）やタンタル酸リチウム（LiTaO3）で形成された非線形光学素子に入射させるものである。この非線形光学素子によって基本波が２次高調波に波長変換され、波長５３０ｎｍ帯の緑色レーザ光となる。光源としては、半導体レーザまたは半導体レーザ励起固体レーザ（DPSSL: Diode Pumped Solid State Laser）が用いられる。
【特許文献１】特開２００７−２１４３００号公報
【特許文献２】特開２００８−４７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、波長変換による方法によって緑のレーザ光を得ることは可能であるが、これをディスプレイ用光源として用いるには、次のような問題があった。
【０００７】
すなわち、上記非線形光学素子を用いて、２次高調波（緑色光）を実用的な変換効率で得るためには、非線形光学素子を構成する結晶の分極の向きを周期的に反転させた構造（分極反転周期構造）によって、結晶中を進む基本波と２次高調波の位相を擬似的に合わせる（擬似位相整合させる）必要がある。しかしながら、従来から用いられていた非線形光学素子では、ある決まった周期で結晶の分極の向きが反転するものであり、幅方向に沿って分極反転周期が変化していない。また、擬似位相整合の条件を満たす基本波の波長幅が０．１ｎｍと小さいので、上述のスペックルノイズを低減するために必要とされる数ｎｍの波長幅にまで広げることができなかった。このようなことから、従来では、緑色の波長帯では、実用性の高いディスプレイ用光源として用いることができる、高い波長変換効率と広い波長幅とを併せ持ったレーザ装置を作製することが困難であった。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、第１の目的は、高い波長変換効率と広い波長幅とを併せ持ち、ディスプレイ用光源等として好適なレーザ装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の第２の目的は、上記レーザ装置を光源として用いたレーザディスプレイ装置およびレーザ照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のレーザ装置は、複数の発光点を有する半導体レーザと共にブラッグ反射構造を有し、少なくとも１組は互いに波長の異なる複数の基本波を発生する基本波発生部と、周期分極反転構造を有し、複数の基本波それぞれの高調波を発生する非線形光学素子とを備えたものである。より具体的には、半導体レーザの複数の発光点を直線状に配列すると共に、ブラッグ反射構造を、複数の発光点の配列方向に沿って反射波長が変化する周期構造を有するものとする。ここに、「配列方向に沿って反射波長が変化する」とは、複数の基本波の各入射位置において、反射波長が、複数の発光点の配列方向に沿って段階的に変化（増加または減少）する場合に限るものではなく、少なくとも２つの基本波の入射位置において反射波長が異なればよい。
【００１１】
このレーザ装置では、半導体レーザの各発光点において発生した複数の光が、ブラッグ反射構造との間で共振し、非線形光学素子で要求される小さい波長幅に安定化されると共に、互いに異なる波長を含む複数の基本波として出力される。そして、これら基本波が非線形光学素子において高調波に波長変換されることにより、所望の波長で、かつ広い波長幅を有するレーザ光として出力される。
【００１２】
本発明のレーザディスプレイ装置およびレーザ照射装置は、それぞれ光源として本発明のレーザ装置を備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のレーザ装置によれば、半導体レーザとブラッグ反射構造体との間において複数の光を共振させて安定化すると共に、基本波に互いに異なる波長を含め、これを非線形光学素子において波長変換するようにしたので、所望の波長で、かつ広い波長幅を有するレーザ光を出力することができる。よって、このレーザ装置を用いた本発明のレーザディスプレイ装置ではスペックルノイズを低減することができる。
【００１４】
また、本発明のレーザ照射装置においても、本発明のレーザ装置を用いることにより、均一で精度の良い照射を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザ装置１の構成を表すものである。このレーザ装置１は、複数の発光点１０ａを有するアレイ構造の半導体レーザ１０、ブラッグ反射構造１１、非線形光学素子１２およびフィルタ１３をこの順に並べて配置したものである。以下、半導体レーザ１０の長手方向（複数の発光点１０ａの配列方向）を幅方向、この幅方向に直交する方向（各要素の配置方向）を軸方向と称する。ブラッグ反射構造１１、非線形光学素子１２およびフィルタ１３は、それぞれ半導体レーザ１０の長手方向に沿って平行に配置されている。
【００１７】
本実施の形態では、半導体レーザ１０とブラッグ反射構造１１とにより基本波発生部１Ａが構成されている。この基本波発生部１Ａは、互いに波長の異なる複数（ここでは例えば７つ）の基本波Ｌ１（波長λ１〜λ７）を発生するものである。半導体レーザ１０は、例えば発振波長１０６０ｎｍの歪ＩｎＧａＡｓ活性層を備えており、７つの発光点１０ａはそれぞれこの１０６０ｎｍ帯のレーザ光を出力するようになっている。
【００１８】
ブラッグ反射構造１１は、半導体レーザ１０とは別体に構成されたＥＧ（External Grating）構造の回折格子であり、例えば体積ブラッグ回折格子（VBG ：Volume Bragg Reflector）により構成されている。このブラッグ反射構造１１は、低屈折率材料と高屈折率材料とを繰り返して配置することにより特定の波長（半導体レーザ１０から出射される光の１０６０ｎｍ帯の中の波長）に対して強い反射特性を有する。
【００１９】
ブラッグ反射構造１１は、例えばガラス材料で形成されており、ガラス板に紫外線レーザ光を照射して内部に干渉を生じさせ、光強度の強い領域で屈折率を恒久的に変化させるフォトリフラクティブ効果により周期的な屈折率変化を持たせ、格子パターンを形成したものである。本実施の形態のブラッグ反射構造１１では、回折格子の周期が幅方向、すなわち半導体レーザ１０における複数の発光点１０ａの配列方向に沿って段階的に変化（増加または減少）しており、その反射波長も上記特定波長内で段階的に変化している。
【００２０】
このブラッグ反射構造１１と半導体レーザ１０とは共振器を構成している。すなわち、ブラッグ反射構造１１は、特定の波長の光をブラッグ反射して半導体レーザ１０の各発光点１０ａに戻し、その反射光が半導体レーザ１０とブラッグ反射構造１１との間で共振し、ロックされる。これにより各発光点１０ａからの発振波長が０．１ｎｍ程度の狭い波長幅に安定化される。この波長安定化された光の一部がブラッグ反射構造１１から基本波Ｌ１として出力される。
【００２１】
このように非線形光学結晶１２の前段において、ブラッグ反射構造１１により基本波Ｌ１の各波長を安定化させるのは以下の理由による。すなわち、半導体レーザ１０の内部における光の発振波長幅は３ｎｍ程度、発光点１０ａにおける光の波長幅は１ｎｍ程度と広い。そのため、半導体レーザ１０の各発光点１０ａから出射した光を直接に非線形光学結晶１２に入射させても、後述する非線形光学結晶１２における分極反転周期の擬似位相条件を十分に満たすことができない。このようなことから、本実施の形態では、非線形光学結晶１２と半導体レーザ１０との間にブラッグ反射構造１１を配置し、出射光（基本波）を上記のように０．１ｍｍ程度の狭い波長幅に安定化させるものである。そして、このブラッグ反射構造１１では上記のように反射波長が幅方向に沿って段階的に変化しているので、半導体レーザ１０との間でロックされる光の波長も幅方向に沿って変化する。これにより、ブラッグ反射構造１１から出力される複数の基本波Ｌ１の各波長λ１〜λ７も、幅方向に沿って段階的に変化（増加または減少）する。
【００２２】
これらの基本波Ｌ１のうちの最短波長と最長波長との差（波長幅）は、レーザ装置１をレーザディスプレイ装置の光源として用いる場合には、スペックルノイズをより低減するために大きい方が好ましいが、色再現性の低下および半導体レーザ１０が持つゲイン帯域に起因した光電気変換効率の低下の兼ね合いから、４〜６ｎｍになるように設定するのが好ましい。
【００２３】
非線形光学素子１２はブラッグ反射構造１１に対面して配置されている。この非線形光学素子１２は周期分極反転構造を有し、ブラッグ反射構造１１から射出された複数の基本波Ｌ１（波長λ１〜λ７）のそれぞれの２次高調波Ｌ２（波長λ１／２〜λ７／２）を発生させるものである。具体的には、この非線形光学素子１２は例えばＬｉＴａＯ3やＬｉＮｂＯ3により形成されており、所定の電圧が印加されることにより、周期的な分極反転が発生し、その周期は幅方向に沿って、例えばＬｉＴａＯ３の場合、７．９１８〜８．０１０μｍの範囲で変化する。
【００２４】
非線形光学素子１２では、入射する基本波Ｌ１の波長の違いに合わせて、幅方向の位置によって基本波Ｌ１と２次高調波とを擬似位相整合させる必要がある。これは、基本波Ｌ１から２次高調波Ｌ２へ波長変換するに際し実用的な効率を得るために、非線形光学素子１２を構成する結晶の分極の向きを周期的に反転させた構造（分極反転周期構造）によって、結晶中を進む基本波Ｌ１と２次高調波Ｌ２の位相を擬似的に合わせる（擬似位相整合させる）必要があるからである。このためこの非線形光学素子１２では、これを構成する結晶の分極反転の周期が幅方向に沿って変化しており、分極反転周期の変化量が、複数の基本波Ｌ１（波長λ１〜λ７）がそれぞれ入射する位置において擬似位相整合条件を満たしている。これにより非線形光学素子１２では、基本波から２次高調波への波長変換効率が高くなり、２次高調波として波長λ１／２〜λ７／２の光を発生する。
【００２５】
非線形光学素子１２の幅方向の長さ（分極反転周期が変化する方向の長さ）は、位置調整のために、半導体レーザ１０の長さ（複数の発光点１０ａの両端間の距離）よりも長くなっている。この位置調整については後述する。
【００２６】
フィルタ１３は、非線形光学素子１２から出力される光のうち基本波Ｌ１を阻止し、２次高調波Ｌ２のみを透過するものである。このフィルタ１３を透過した２次高調波Ｌ２を集光すると、その合成波の波長幅は図２に示したように広くなる。例えば、上述のように基本波Ｌ１の波長幅が４〜６ｎｍに設定されていると、この合成波は２〜３ｎｍの波長幅を有するものとなる。
【００２７】
以上の構成を有する本実施の形態のレーザ装置１では、半導体レーザ１０の各発光点１０ａにおいて発生した光は、周期構造が段階的に変化（すなわち、反射特性が段階的に変化）しているブラッグ反射構造１０との間の共振器構造によって、波長幅が安定化し、かつ互いの波長が異なる基本波Ｌ１となる。
【００２８】
これら波長の異なる基本波Ｌ１は、擬似位相整合条件を満たす非線形光学素子１２において一部が波長変換される。その結果、非線形光学素子１２からは基本波Ｌ１と共に波長λ１／２〜λ７／２の２次高調波Ｌ２が出力され、そのうちの２次高調波Ｌ２のみがフィルタ１２を透過し、波長５３０ｎｍ帯の緑色レーザ光となる。
【００２９】
このように本実施の形態では、非線形光学素子１２を用いて波長変換を行うと共に、この非線形光学素子１２と半導体レーザ１０との間にブラッグ反射構造１１を設け、光を共振させて狭い波長幅に安定化させるようにしたので、非線形光学素子１２に入射する基本波Ｌ１が分極反転周期の擬似位相整合条件を満たすことになる。そして、この非線形光学素子１２では、分極反転周期構造が、幅方向に沿って基本波Ｌ１の各波長（λ１〜λ７)に合わせて段階的に変化しているので、複数の基本波Ｌ１が入射される位置毎に個別に擬似位相整合する条件を満たす。これにより互いに波長の異なる複数の２次高調波Ｌ２が発生する。よって、これら２次高調波Ｌ２の合成光ではその波長幅（最長波長と最短波長との差）が広くなる。従って、このレーザ装置１を光源として用いたレーザディスプレイ装置では、スペックルノイズの発生が抑制される。
【００３０】
特に、本実施の形態では、基本波の波長を赤外域とし、非線形光学素子１２がこの基本波の波長と２次高調波の波長との擬似位相整合条件を満たす分極反転周期を備えているので、高い変換効率をもって緑色の波長域の光を得ることができる。
【００３１】
ちなみに、従来は、基本波の波長および非線形光学素子における分極反転周期を一定としていた。図９は、そのようなレーザ装置２の構成を表すものである。このレーザ装置２も、半導体レーザ１１０、ブラッグ反射構造１１１、非線形光学素子１１２およびフィルタ１１３を備えているが、ブラッグ反射構造１１１の周期構造および非線形光学素子１１２の分極反転周期構造がともに幅方向に沿って一定である点において、上記レーザ装置１とは異なる。
【００３２】
このような構成のレーザ装置２では、ブラッグ反射構造１１１でブラッグ反射される光の波長が全て同じであるので、半導体レーザ１１０とブラッグ反射構造１１１とで光が共振され、その一部がブラッグ反射構造１１１から出力されても、各基本波の波長λ１は同じとなる。非線形光学素子１１２は一定の分極反転周期構造を持ち、各基本波に対して擬似位相整合条件を満たし、その結果、波長λ／２の２次高調波が得られる。基本波の波長λが１０６０ｎｍ帯であると、２次高調波の波長は５３０ｎｍ帯となる。よって、フィルタ１１３を透過した２次高調波の合成波も、図１０に示したように、１つのピークを持ち、その波長幅も０．１ｎｍと狭くなる。従って、このレーザ装置２をレーザディスプレイ装置の光源に用いると、前述のように強いスペックルノイズが発生する。
【００３３】
ところで、半導体レーザ１０の発振波長（基本波の波長）と、非線形光学素子１２における擬似位相整合条件との間では、波長幅を０．１ｎｍ程度の狭い範囲に揃えるのと同時に、その中心波長を波長幅以下の精度で合わせる必要がある。
【００３４】
一般的に、基本波の中心波長および非線形光学素子における分極周期反転の擬似位相整合条件は作製誤差によって変動する。このような場合、上記のような従来構成のレーザ装置２では、非線形光学素子１１２の温度制御や、基本波の入射角を僅かに調整することで、基本波の波長と非線形光学素子１１２において擬似位相整合する条件を満たす波長とを合わせることができる。
【００３５】
一方、本実施の形態では、非線形光学素子１２に入射する複数の基本波Ｌ１の波長が互いに異なっているので、基本波毎に個別に擬似位相整合条件を合わせる必要がある。そのため、より自由度の高い調整手段が必要となる。
【００３６】
このため本実施の形態では、非線形光学素子１２の幅方向の長さは半導体レーザ１０のそれよりも長く、且つ、幅方向に沿って基本波の波長が変化する割合と、幅方向に沿って擬似位相整合条件を満たす波長が変化する割合とが一致している。なお、両者の変化割合は、実用上問題がない範囲であれば、完全に一致していなくてもよい。
【００３７】
このようにすると、非線形光学素子１２が擬似位相整合条件を満たす範囲は、基本波となる半導体レーザ１０の発振波長の範囲よりも広くなり、それぞれの中心波長が一致する位置関係が作製誤差によってずれた場合でも、基本波から２次高調波への変換効率をモニタしながら非線形光学素子１２の半導体レーザ１０に対する相対位置を幅方向にずらして位置を調整することで補正が可能になる。この点について、以下、具体的に説明する。
【００３８】
図３は、基本波の波長と非線形光学素子１２の半導体レーザ１０に対する相対位置との関係を表すものである。ここで、横軸は非線形光学素子１２の半導体レーザ１０に対する幅方向の相対位置、縦軸は基本波の波長をそれぞれ示している。
【００３９】
ここで、半導体レーザ１０およびブラッグ反射構造１１によって波長安定化された基本波の波長λ１〜λ７がそれぞれの幅方向の位置に対して丸印で示したような分布を持つものとする。非線形光学素子１２での擬似位相整合条件を満たす波長は、図４（Ａ）〜（Ｃ）にそれぞれ示した非線形光学素子１２の半導体レーザ１０に対する相対位置ａ〜ｃについて、それぞれ点線Ａ〜Ｃのような関係を有する。この場合、非線形光学素子１２が相対位置ｂにあれば、複数の基本波の波長が擬似位相整合条件に同時に一致する。すなわち、非線形光学素子１２が相対位置ａ，ｃにある場合（図４（Ａ），（Ｃ））には、非線形光学素子１２の位置を相対位置ｂになるよう幅方向にずらして調整することにより、複数の基本波の波長を擬似位相整合条件に同時に一致させること可能になる。
【００４０】
なお、基本波の波長および擬似位相整合条件を満たす波長の変化の割合が作製誤差等によってずれている場合には、上記のように線形光学素子１２を幅方向に位置調整するだけでは基本波が入射する全ての位置において擬似位相整合条件を同時に満たすことができない。このときには、ブラッグ反射構造１１および非線形光学素子１２のうち少なくとも一方の温度を調整、あるいはこれら要素の配列方向（軸方向）を回転軸としてブラッグ反射構造１１および非線形光学素子１２のうち少なくとも一方を回転させて調整すればよい。これにより非線形光学素子１２での擬似位相整合条件を満たすことができる。
【００４１】
上記第１の実施の形態では、基本波発生部１Ａを構成するブラッグ反射構造１１を、ＥＧ構造の体積ブラッグ回折格子として説明したが、このブラッグ反射構造は、レーザ構造の内部に形成されたものでもよい。以下、その例について第２，第３の実施の形態として説明するが、非線形光学素子１２およびフィルタ１３の構成については第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００４２】
［第２の実施の形態］
本実施の形態では、基本波発生部１Ａとして、内部の光発生領域外にブラッグ反射構造を有するＤＢＲ(Distributed Bragg Reflector)構造の分布反射型レーザ（ＤＢＲレーザ）を用いたものである。
【００４３】
図５はこのＤＢＲレーザ２０の概略断面構造を表すものである。ＤＢＲレーザ２０は、ｐ型半導体からなるｐ型クラッド層２１とｎ型半導体からなるｎ型クラッド層２２との間に光導波路２３が設けられ、更に各クラッド層２１，２２の表面に電極２６が形成されたものである。光導波路２３は、活性層２４とブラッグ反射構造体となる分布反射層２５とが軸方向に配置されたものである。この分布反射層２５は、半導体層上にフォトレジスト膜を塗布形成し、紫外線レーザによる干渉模様を照射することでフォトレジストを露光し、現像することによって、半導体層上に格子状のマスクを形成した後、半導体層をエッチングすることによって形成することができる。
【００４４】
この分布反射層２５を有するＤＢＲレーザ２０では、活性層２４において発生した光は、光導波路２３を通じて軸方向に沿って伝播されるが、このとき分布反射層２５によってブラッグ反射が生じる。すなわち、ＤＢＲレーザ２０からはブラッグ波長の基本波が出射される。よって、発光点毎に、光導波路２３における分布反射層２５の格子パターンを調整すれば、波長の異なる複数の基本波を得ることができる。
【００４５】
［第３の実施の形態］
本実施の形態では、基本波発生部１Ａとして、光発生領域内にブラッグ反射構造を有するＤＦＢ(Distributed Feed Back)構造の分布帰還型レーザ（ＤＦＢレーザ）を用いたものである。
【００４６】
図６はこのＤＦＢレーザ３０の概略断面構造を表すものである。ＤＦＢレーザ３０は、ｐ型半導体からなるｐ型クラッド層３１とｎ型半導体からなるｎ型クラッド層３２との間に、活性層３３とブラッグ反射構造体となるグレーティング層３４とが縦方向（幅方向と軸方向のそれぞれに対して垂直な方向）に隣接して設けられ、更に各クラッド層３１，３２の表面に電極３５が形成されたものである。なお、グレーティング層３４は、上記実施の形態のＤＢＲレーザ２０の分布反射層２５と実質的に同様にして製造することができる。
【００４７】
このＤＦＢレーザ３０では、活性層３３の上に凹凸状の回折格子（グレーティング層３４）が配置されていることにより、回折格子が最も強い反射を示すブラッグ波長で発振し、これが基本波として出射される。よって、発光点毎に、グレーティング層３４の格子パターンを調整すれば、波長の異なる複数の基本波を得ることができる。
【００４８】
なお、上記第２，第３の実施の形態のその他の構成および作用効果については第１の実施の形態と同様である。
【００４９】
（具体例）
以下、具体例について説明する。
【００５０】
半導体レーザ１０として、発振波長１０６０ｎｍの歪ＩｎＧａＡｓ活性層を備え、１０ｍｍ幅に０．５ｍｍ間隔で、幅０．１５ｍｍの１９個の発光点１０ａを有するものを用いる。ブラッグ反射構造１１では１０６０ｎｍ帯の中の特定の波長を強く反射すると共に、その反射波長が幅方向（発光点１０ａの配列方向）に沿って段階的に変化している。その結果、１９個の発光点１０ａにおける発振波長は１０５７〜１０６３ｎｍの波長範囲に渡ってそれぞれ異なる波長になり、且つ、各々の光が０．１ｎｍの狭い波長幅でロックされ、波長が安定化される。これら波長の安定化されたレーザ光は、ＬｉＴａＯ3からなる幅１５ｍｍの非線形光学素子１２に入射する。この非線形光学素子１２では、電圧が印加されることにより周期的な分極反転が発生し、その周期が幅方向に沿って７．９１８〜８．０１０μｍの範囲で変化しており、その結果、２次高調波として波長５２８．５〜５３１．５ｎｍ（波長幅）の緑色レーザ光を発生する。これら２次高調波はフィルタ１３を透過し、一方、基本波（波長１０５７〜１０６３ｎｍ）は阻止される。このフィルタ１３を透過した光の合成波は、その波長幅が３ｎｍとなる。
【００５１】
非線形光学素子１２では、複数の基本波が入射する各々の位置において位相整合条件が満たされているので、２％／Ｗ／ｃｍの高い変換効率で２次高調波を発生させることができる。
【００５２】
以下、上記レーザ装置１の適用例について説明する。
【００５３】
図７はレーザディスプレイ装置２００への適用例を表すものである。このレーザディスプレイ装置２００は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）各色の光を出射する光源２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃを備えており、緑色の光を出射する光源２０１ｂとして上記レーザ装置１が配置されている。このレーザディスプレイ装置２００は、更に、各光源２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃに対応して設けられた光スイッチング素子アレイ２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ、ダイクロイックミラー２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ、プロジェクションレンズ２０４、１軸スキャナとしてのガルバノミラー２０５および投射スクリーン２０６を備えている。なお、３原色は、赤、緑、青の他、シアン、マゼンダ、イエローとしてもよい。スイッチング素子アレイ２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃはそれぞれスイッチング素子を紙面に対して垂直な方向に複数、必要画素数分、例えば１０００個を１次元に配列したものであり、これによりライトバルブを構成している。
【００５４】
このレーザディスプレイ装置２００では、ＲＧＢ各色の光源２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃから出射された光が、それぞれ光スイッチング素子アレイ２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃに入射される。なお、この入射角は偏光の影響がでないように、なるべく零に近くし、垂直に入射させるようにすることが好ましい。各光スイッチング素子アレイ２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃからの反射光Ｐは、ダイクロイックミラー２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃによりプロジェクションレンズ２０４に集光される。プロジェクションレンズ２０４で集光された光は、ガルバノミラー２０５によりスキャンされ、投射スクリーン２０６上に２次元の画像として投影される。
【００５５】
このようなレーザディスプレイ装置２００では、光源２０１ｂとして上記レーザ装置１を用いるようにしたので、２次高調波（緑色光）を高い効率、かつ低消費電力で発生することができると共に、その波長幅を従来のレーザ光源に比べて広くできる。よって、干渉に起因したスペックルノイズを大幅に低減でき、より鮮明な映像を作り出すことができる。
【００５６】
なお、上記レーザ装置１は、緑色の光源２０１ｂに限らず、基本波と高調波のそれぞれの波長を適宜設定することにより、他の色の光源とすることもできる。
【００５７】
図８は、レーザ照射装置の一例としてレーザ加工装置の光源にレーザ装置１を適用した例を表すものである。このレーザ加工装置３００では、光源３０１から出射された複数のレーザ光３０４（高調波）はビーム合成／整形光学系３０２により合成／整形され、波長幅が広げられる。そして、この波長幅の広い合成光が加工対象物３０３に照射され、これにより表面改質等の加工がなされる。なお、レーザ照射装置としては、加工以外に各種検査等にも適用可能である。
【００５８】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、半導体レーザ１０として半導体レーザアレイを例示したが、例えば発光点が１個あるいは複数の半導体レーザチップを複数個並べたものでもよい。更には、上記実施の形態では、複数の発光点１０ａを幅方向に１列に配置するようにしたが、２列以上に配置し，面発光とするようにしてもよい。
【００５９】
また、上記実施の形態では、複数の基本波の波長が幅方向に段階的に変化し、全ての基本波の波長が互いに異なるものとしたが、一部に同一波長の基本波が含まれていてもよく、少なくとも２つの基本波の波長が異なればよい。また、基本波の波長は１０６０ｎｍ付近に限られたものではなく、半導体レーザで発生できる波長であれば何でもよく、例えば９００ｎｍ帯波長で発振する半導体レーザの第２高調波発生による青色発生、８００〜６００ｎｍ帯で発振する半導体レーザの第２高調波発生による紫外光発生などにも利用することができる。さらに、非線形光学素子１２において発生した２次高調波を利用するようにしたが、更に、その２次高調波の波長変換を行い、より短い波長の光を利用することも可能であり、また、和周波・差周波発生等の第２高調波発生以外の非線形波長変換の場合にも適用できるなど、様々な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ装置の構成図である。
【図２】図１のレーザ装置から出力される２次高調波の波長幅を説明するための図である。
【図３】非線形光学素子の半導体レーザに対する相対位置と基本波の波長との関係を説明するための図である。
【図４】半導体レーザおよびブラッグ反射構造体と非線形光学素子との位置関係を表す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るＤＢＲレーザの構造を表す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係るＤＦＢレーザの構造を表す断面図である。
【図７】レーザディスプレイ装置の構成図である。
【図８】レーザ加工装置の構成図である。
【図９】従来のブラッグ反射構造体および非線形光学素子を用いたレーザ装置の構成を表す図である。
【図１０】図９のレーザ装置から出力される２次高調波を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…レーザ装置、１Ａ…基本波発生部、１０…半導体レーザ、１０ａ…発光点、１１…ブラッグ反射構造、１２…非線形光学素子、１３…フィルタ、２０…分布反射型（ＤＢＲ）レーザ、２３…光導波路、２５…分布反射層、３０…分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ、３４…グレーティング層、２００…レーザディスプレイ装置、２０１…光源、３００…レーザ加工装置、３０１…光源。
【図１】
2009259914.tif 000003
【図２】
2009259914.tif 000004
【図３】
2009259914.tif 000005
【図４】
2009259914.tif 000006
【図５】
2009259914.tif 000007
【図６】
2009259914.tif 000008
【図７】
2009259914.tif 000009
【図８】
2009259914.tif 000010
【図９】
2009259914.tif 000011
【図１０】
2009259914.tif 000012