(57)【要約】従来では、部品点数が多く、光学系が複雑なため、光学系の小型化、安定化、高出力化が難しく、さらに、基本波入射光の光軸に対して、高調波の発生光軸が角度を持つため、光軸調整が難しいという課題があった。そこで、本発明のコヒーレント光源は、光源と、光源から出射された基本波の一部を高調波に変換する波長変換素子と、高調波に変換されない基本波の一部に対して狭帯域透過特性を有し、かつ高調波に対して透過特性を有する波長選択フィルターとを備えている。波長変換素子から出射された高調波に変換されない基本波の一部は、波長選択フィルターによって光源にフィードバックされ、高調波は、波長選択フィルターを透過して外部へ出射されることを特徴とする。これにより、高出力かつ安定で、量産性にすぐれた短波長光源が実現できる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射された基本波の一部を高調波に変換する波長変換素子と、
前記高調波に変換されない前記基本波の一部に対して狭帯域透過特性を有し、かつ前記高調波に対して透過特性を有する波長選択フィルターとを備え、
前記波長変換素子から出射された前記高調波に変換されない前記基本波の一部は、前記波長選択フィルターによって前記光源にフィードバックされ、
前記高調波は、前記波長選択フィルターを透過して外部へ出射されることを特徴とする、コヒーレント光源。
【請求項２】
前記波長選択フィルターは、バンドパスフィルターとダイクロイックミラーを有し、
前記バンドパスフィルターが、前記高調波に変換されない前記基本波の一部に対して狭帯域透過特性を有し、かつ前記高調波に対して透過特性を有し、
前記ダイクロイックミラーが、前記バンドパスフィルターを透過した前記高調波に変換されない前記基本波の一部を反射し、
前記高調波が、前記バンドパスフィルターを透過した後、前記ダイクロイックミラーを透過して外部へ出射されることを特徴とする、請求項１記載のコヒーレント光源。
【請求項３】
前記波長選択フィルターが、共焦点光学系であり、
前記ダイクロイックミラーが、前記共焦点光学系の焦点面に設置されていることを特徴とする、請求項２記載のコヒーレント光源。
【請求項４】
前記光源が、シングルモードの半導体レーザであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項５】
前記半導体レーザのキャビティの長さが、１ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項４記載のコヒーレント光源。
【請求項６】
前記半導体レーザが、高周波重畳されていることを特徴とする、請求項４または５記載のコヒーレント光源。
【請求項７】
前記光源が、ファイバーレーザであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項８】
前記波長選択フィルターの前記高調波の透過率が、８０％以上であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項９】
前記波長選択フィルターの選択波長幅が、０．２ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項１０】
前記波長変換素子が、周期状の分極反転構造を備えていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項１１】
前記波長変換素子の少なくとも一方の端面が、前記波長変換素子の光軸に対して３°以上傾いていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項１２】
前記光源と前記波長変換素子との間に集光光学系をさらに備え、
前記集光光学系は、色収差を有し、前記高調波と前記高調波に変換されない基本波の一部とを異なる集光点に集光することを特徴とする、請求項１から１１いずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項１３】
前記波長変換素子が、光導波路を備えていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項１４】
前記波長変換素子が、前記光源と直接接合されていることを特徴とする、請求項１３記載のコヒーレント光源。
【請求項１５】
前記波長選択フィルターが、前記光導波路の内部または端面に設置されることを特徴とする、請求項１３または１４記載のコヒーレント光源。
【請求項１６】
前記波長変換素子が、光導波路を備えており、
前記波長選択フィルターは、前記光導波路の内部または端面に設置されたバンドパスフィルターと、前記光導波路の端面に設置されたダイクロイックミラーを有し、
前記バンドパスフィルターが、前記高調波に変換されない前記基本波の一部に対して狭帯域透過特性を有し、かつ前記高調波に対して透過特性を有し、
前記ダイクロイックミラーが、前記バンドパスフィルターを透過した前記高調波に変換されない前記基本波の一部を反射し、
前記高調波が、前記バンドパスフィルターを透過した後、前記ダイクロイックミラーを透過して外部へ出射されることを特徴とする、請求項１記載のコヒーレント光源。
【請求項１７】
前記ダイクロイックミラーの厚みが、１ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１６記載のコヒーレント光源。
【請求項１８】
請求項１から１７記載のいずれかのコヒーレント光源と画像変換光学系とを有し、前記コヒーレント光源からの光を、光学系により２次元画像に変換することを特徴とする、光学装置。
【請求項１９】
前記画像変換光学系が、２次元のビーム走査光学系からなることを特徴とする、請求項１８記載の光学装置。
【請求項２０】
前記画像変換光学系が、２次元スイッチからなることを特徴とする、請求項１８記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は波長変換素子を用いたコヒーレント光源、および光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  半導体レーザを用いた波長変換素子は小型高出力化が可能であり、高調波への波長変換を利用することで短波長化が可能となる。一方、波長変換素子が高い効率で波長変換するための波長許容度は一般的に非常に狭いため、出力を安定させるには半導体レーザの発振波長の安定化が必要となる。
この問題を解決する方法として、半導体レーザに光フィードバックをかける方法が提案されている。半導体レーザの導波モードは、外部からの光フィードバックで制御可能である。例えば、狭帯域の波長選択フィルターやファイバーグレーティングで半導体レーザの出射光を波長選択した後、半導体レーザの共振器内にフィードバックすることで、半導体レーザの発振波長を固定できることが示されている（例えば、特許文献１参照）。また、外部グレーティングにより外部から光を返すことで、半導体レーザの発振波長を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
図８は、従来のコヒーレント光源の例を示したものである。バンドパスフィルター５０４を用いて、半導体レーザ５０１に光フィードバックをかけ、バンドパスフィルター５０４の透過波長に半導体レーザの発振波長を固定している。ダイクロイックミラー５０５は高調波を全反射、かつ基本波を透過する特性を有し、バンドパスフィルター５０４は基本波の選択された波長のみを透過する構成となっている。半導体レーザ５０１から出た基本波は集光光学系５０２で集光され、波長変換素子５０３に入射する。波長変換素子５０３により基本波の一部は高調波に変換され、コリメートレンズを通った高調波はダイクロイックミラー５０５により波長分離され、高調波として外部に取り出される。一方、波長変換素子から出射した基本波は、コリメートレンズ５１０を通った後、ダイクロイックミラー５０５を通過し、バンドパスフィルター５０４により特定波長に選択される。その後、基本波は、ミラー５１３により反射され、同じ経路を逆行して半導体レーザ５０１の活性層内にフィードバックする。半導体レーザ５０１の活性層内では、フィードバック波長のパワーが増大するため、共振器内におけるフィードバック波長の光のロスが見かけ上低減するため、発振波長がフィードバック波長に固定される。バンドパスフィルター５０４の角度を調整することで、透過波長を制御することができるため、半導体レーザの発振波長を波長変換素子５０３の位相整合波長に調整して、高効率の波長変換が可能となる。
【特許文献１】特開平１０−１８６４２７号公報
【特許文献２】特開平０６−１０２５５２号公報
【発明の開示】
【０００３】  しかしながら、上記従来の方法では、光学部品点数が多く、また光学系が複雑なため、光学系の小型化、安定化が難しいという問題があった。さらに、基本波入射光の光軸に対して、高調波の発生光軸が角度を持つため、光軸調整が難しいという課題があった。
また、フィードバックをかける方法としては、波長変換素子の入射端面の反射を利用して、半導体レーザを波長変換素子に結合する部分にバンドパスフィルターを挿入するものがあり、小型化を実現している。しかしながら、この方法では、波長変換される基本波が２０％以上低下し、さらに高調波の出力が４０％以上低下するため、高出力化に課題があった。
そこで、本発明のコヒーレント光源は、光源と、光源から出射された基本波の一部を高調波に変換する波長変換素子と、高調波に変換されない基本波の一部に対して狭帯域透過特性を有し、かつ高調波に対して透過特性を有する波長選択フィルターとを備えている。波長変換素子から出射された高調波に変換されない基本波の一部は、波長選択フィルターによって光源にフィードバックされ、高調波は、波長選択フィルターを透過して外部へ出射されることを特徴とする。これにより、高出力かつ安定で、量産性にすぐれた短波長光源が実現できる。
本発明のコヒーレント光源における波長選択フィルターは、バンドパスフィルターとダイクロイックミラーを有する。バンドパスフィルターは、高調波に変換されない基本波の一部に対して狭帯域透過特性を有し、かつ高調波に対して透過特性を有する。ダイクロイックミラーは、バンドパスフィルターを透過した高調波に変換されない基本波の一部を反射し、高調波が、バンドパスフィルターを透過した後、ダイクロイックミラーを透過して外部へ出射されることを特徴とする。これにより、光学系の簡素化が可能となり、小型化、安定化を向上させる。
本発明のコヒーレント光源における波長選択フィルターは、共焦点光学系であり、ダイクロイックミラーは共焦点光学系の焦点面に設置されていることを特徴とする。これにより、基本波は安定して半導体レーザにフィードバックする。
本発明のコヒーレント光源における光源は、シングルモードの半導体レーザであることを特徴とする。これにより、集光特性や変換効率が向上する。
また、半導体レーザのキャビティの長さが、１ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、半導体レーザの波長を位相整合波長に合わせることが容易になる。
さらに、半導体レーザが、高周波重畳されていることが好ましい。これにより、出力が安定化する。
本発明のコヒーレント光源における光源は、ファイバーレーザであってもよい。
本発明のコヒーレント光源における波長選択フィルターは、高調波の透過率が、８０％以上であることが好ましい。これにより、出力の低下を抑えることができる。
また、波長選択フィルターは、選択波長幅が、０．２ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、変換効率の低下を抑えることができる。
本発明のコヒーレント光源における波長変換素子が、周期状の分極反転構造を備えていることを特徴とする。これにより、高効率変換が可能となる。
波長変換素子は、少なくとも一方の端面が、波長変換素子の光軸に対して３°以上傾いていることが好ましい。これにより、ノイズや出力の不安定性を抑えることができる。
本発明のコヒーレント光源は、光源と波長変換素子との間に集光光学系をさらに備え、集光光学系は色収差を有し、高調波と高調波に変換されない基本波の一部とを異なる集光点に集光することを特徴とする。これにより、高性能なコヒーレント光源を得ることができる。
また、波長変換素子は、光導波路を備えていることを特徴とする。これにより、高効率変換が可能となる。
さらに、波長変換素子は、光源と直接接合されていることを特徴とする。これにより、光源の小型化が可能となる。
本発明のコヒーレント光源における波長選択フィルターは、光導波路の内部または端面に設置されることを特徴とする。これにより、小型化が可能となる。
本発明のコヒーレント光源において、波長変換素子は、光導波路を備えている。波長選択フィルターは、光導波路の内部または端面に設置されたバンドパスフィルターと、光導波路の端面に設置されたダイクロイックミラーを有している。また、バンドパスフィルターは、高調波に変換されない基本波の一部に対して狭帯域透過特性を有し、かつ高調波に対して透過特性を有している。ダイクロイックミラーは、バンドパスフィルターを透過した高調波に変換されない基本波の一部を反射し、高調波が、バンドパスフィルターを透過した後、ダイクロイックミラーを透過して外部へ出射されることを特徴とする。これにより、小型化が可能となる。
ダイクロイックミラーの厚みは、１ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、集塵特性を抑えることができる。
本発明の光学装置は、コヒーレント光源と画像変換光学系とを有し、コヒーレント光源からの光を、光学系により２次元画像に変換することを特徴とする。
画像変換光学系は、２次元のビーム走査光学系からなることが好ましい。
画像変換光学系は、２次元スイッチからなることが好ましい。
ここで、画像変換光学系とは、２次元または１次元の光スイッチから構成されるものである。２次元の光スイッチは、透過型または反射型の液晶スイッチ、または、半導体のマイクロマシーンを利用した可動式のマイクロミラー（ＤＭＤ）がある。これらは、プロジェクターの画像変換素子として、ランプ光を画像変換するのに利用されている。
以上のように、波長選択フィルターに高調波透過特性を持たせることで、光学系の簡素化が可能となり、小型化、安定化を向上させる。また、光学系自体を大幅に小型化する直接接合方式への展開をも可能になる。ひいては、高出力かつ安定で、量産性にすぐれた短波長光源が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本発明の実施形態１に係るコヒーレント光源の構成を示す図
【図２】バンドパスフィルターの透過特性図
【図３】本発明の実施形態２に係るコヒーレント光源の構成を示す図
【図４】本発明の実施形態２に係るコヒーレント光源の他の構成を示す図
【図５】本発明の実施形態２に係るコヒーレント光源の他の構成を示す図
【図６】本発明の実施形態３に係る光学装置の構成を示す図
【図７】本発明の実施形態３に係る光学装置の他の構成を示す図
【図８】従来のコヒーレント光源の構成を示す図
【符号の説明】
【０００５】  １０１、２０１、３０１、５０１  半導体レーザ
１０２、２０２、５０２  集光光学系
１０３、２０３、３０８、５０３  波長変換素子
１０４、２０４、３０４、５０４  バンドパスフィルター
１０５、２０５、３０６、５０５  ダイクロイックミラー
１０６、２０６  基本波
１０７、２０７、３０５、３０７、５１２  高調波
１１０、２１０、３１０、５１０  コリメートレンズ
１１１、２１１、３１１、５１１  集光レンズ
２０８、３０３  分極反転
２０９、３０２  光導波路
５１３、９０２、９０３  ミラー
８０１、９０１  光源
８０２  ２次元スイッチ
８０３  プリズム
８０４  レンズ
８０５  ＲＧＢレーザ
８０７  回折素子
９０４  レーザ光
９０５  スクリーン
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】  本発明は、半導体レーザと波長変換素子からなるコヒーレント光源において、光フィードバックにより半導体レーザの波長を固定する方法である。波長選択フィルターの特性を制御し、高調波の透過特性を持たせることで、従来の問題点を解決し、小型化、高出力化が可能なコヒーレント光源を実現する。
以下、本発明のコヒーレント光源について説明する。
［第１実施形態］
図１に、本発明のコヒーレント光源の構成例を示す。ここでは、波長選択フィルターが、バンドパスフィルターとダイクロイックミラーから構成される例を示す。波長選択フィルターは共焦点光学系であり、ダイクロイックミラーは共焦点光学系の焦点面に設置されている。コヒーレント光源は、半導体レーザ１０１と集光光学系１０２、波長変換素子１０３、コリメートレンズ１１０、バンドパスフィルター１０４、集光レンズ１１１、ダイクロイックミラー１０５からなる。
バンドパスフィルター１０４は、誘電体多層膜からなり、半導体レーザ１０１の基本波に対しては特定波長のみ透過する。透過特性は、誘電体多層膜の膜設計により容易に実現可能である。詳細は、後述する。ダイクロイックミラー１０５は、基本波を反射、高調波を９５％以上透過するように設計されている。
次に、本発明のコヒーレント光源とその原理について説明する。半導体レーザ１０１から出射した基本波は、集光光学系１０２により集光される。波長変換素子１０３に集光された基本波の一部は、波長変換素子１０３により高調波に変換される。一例として、半導体レーザ１０１として波長９８０ｎｍ、出力５００ｍＷの光源を用いた。ここでは、波長変換素子１０３は、周期状の分極反転構造を用いたＭｇドープのＬｉＮｂＯ３である。この波長変換素子１０３では、分極反転周期５．４μｍ、変換効率は５％程度で、基本波を波長４９０ｎｍの第２高調波に変換できる。波長変換された高調波は、コリメートレンズ１１０で平行光にされた後、バントパスフィルター１０４を透過して、集光レンズ１１１、バンドパスフィルター１０４を通って、外部に出力される。一方、基本波は、集光レンズ１１１によりダイクロイックミラー１０５のミラー面に集光される。ダイクロイックミラー１０５で反射された基本波は、同じ経路を逆行して半導体レーザ１０１の活性層にフィードバックされる。光学系が共焦点光学系になっているため、基本波は安定して半導体レーザ１０１にフィードバックする。波長変換素子１０３の入射面、反射面には基本波に対する反射防止膜が形成されており、途中の光が半導体レーザ１０１にフィードバックして、ノイズや出力不安定性の原因にならないように設計されている。また波長変換素子１０３の入出射面は素子の光軸（分極反転に対し垂直な軸）に対して斜めに形成されている。これも、端面での反射光が半導体レーザ１０１にフィードバックしないようにするためである。バンドパスフィルター１０５を用いると反射ミラー面で焦点を結ぶ共焦点光学系となるため、光学系の許容度が大きく安定な系を実現できる。
本発明の光学系には下記の利点がある。
第１は、部品点数が少なくなる点である。透過型のバンドパスフィルターを用いることで、ダイクロイックミラーを基本波反射ミラーおよび波長分離ミラーとして利用できるため、部品点数が削減できる。これによって、コリメート系からバンドパスミラーを削減でき、光学系の体積を大幅に低減できる。その結果、コヒーレント光源の簡素化、小型化が可能となり、光学系の安定度を大幅に向上できるという利点も有する。
第２は、直線光学系となっている点である。入射する基本波と出射する高調波が直線光学系となっているため、光学系の設計が容易になる。さらに、部品の組立が容易になり、組立精度も緩和されるため、作製工程の簡素化、組立速度の向上により量産化に有利となる。
第３は、発散光学系となっている点である。従来の光学系と異なり、出射する高調波が発散光となっている。従来はコリメート光となっているため、利用する光学系にビーム径を合わせるレンズ系を追加する必要があった。これに対して、発散光学系のため、適当なレンズ１枚で、ビーム径の調整が容易に設計できるという利点を有する。利用する光学系の設計が容易になる。
なお、ダイクロイックミラー１０５のミラー面は、集光側に形成するのが好ましい。これは、光のパワー密度が高い場合、光トラッピング効果により周辺の埃が収集され、特性が劣化してしまう現象が観測されたことによる。光トラッピングは光の出射側に発生し、パワー密度に依存する。これを防止するには、出射面でのパワー密度をできるだけ低減するのが好ましい。このため、ミラー面を内側に設置し、出射面でのパワー密度を低減している。また、ダイクロイックミラー１０５の基板の厚みを厚くするのも有効である。基板厚みを１ｍｍ以上にすれば、出射端面での高調波のパワー密度が低減されているため集塵特性が低くなる。ダイクロイックミラー１０５の基板としては、ブロックやプリズム等も適用可能である。
なお、ミラー面を内側にすると、収差の低減にも有効である。ミラー面を出射側に設置すると、集光光がダイクロイックミラー１０５の基板を透過するため、収差が増大する。ダイクロイックミラー１０５により反射された基本波は、半導体レーザ１０１の活性層にフィードバックする。活性層はμｍオーダーの形状であり、収差の発生はフィードバック光の光量低減につながり、出力の不安定性を増大させる。これを防止するためにも、ミラー面は集光側に設置するのが好ましい。
なお、利用する半導体レーザ１０１はシングルモードのものが好ましい。これは、光導波路で利用する場合、光導波路との結合効率を高めるために必要である。また、バルクで利用する場合においても、半導体レーザ１０１がマルチモードであると集光特性が悪くなり、変換効率が低下するためである。
なお、ここでは、バルク型の波長変換素子１０３を想定しているので、集光光学系としてプリズムペアを用いたビーム整形を用いている。バルク型では、楕円ビームの半導体レーザ１０１からの出力を円形ビームに整形することで、高効率化が図ることができる。
図２にバンドパスフィルター１０４の透過特性を示す。バンドパスフィルター１０４は、波長変換素子１０３の位相整合波長λ近傍に半値幅の狭いシャープな透過特性をもつ。バンドパスフィルター１０４の透過波長の半値幅Δλ１は、０．６ｎｍ以下が好ましい。これは、波長変換素子１０３の波長許容幅に依存するが、一般的に波長変換素子が変換可能な波長の許容幅は０．１ｎｍ程度である。このため、バンドパスフィルターの波長が１ｎｍ以上になると、波長変換素子の許容度を大幅に超え、変換効率が低減する原因となる。これを防止するために、バンドパスフィルター１０４の基本波透過波長の幅は０．６ｎｍ以下が好ましい。さらに、０．２ｎｍ以下が好ましい。０．２ｎｍ以下にすることで安定な出力特性が得られる。
一方、高調波（ここではλ／２の波長）に対する特性としては、高い透過率が要求される。透過率が低い分、出力が低下するため、最低でも８０％以上の透過率が要求される。もう一つ重要な点は、図１に示すように高調波に対しては、ブロードな透過特性が要求されることである。図１の構成に示すように、バンドパスフィルター１０４は角度を変えることで基本波の透過波長を調整し、波長変換素子１０３の位相整合波に基本波波長を一致させる。このような角度調整範囲の全域において、高調波の透過特性は８０％以上に保つよう設計する必要がある。高調波の波長近傍での透過波長の半値幅Δλ２は１０ｎｍ以上が望ましい。また、バンドパスフィルター１０４の基本波の透過率は３０％〜８０％以下が好ましい。透過率が高いとダイクロイックミラー１０５での集光パワー密度が高くなり、ミラー面の信頼性が劣化する。一方、透過率が低くなりすぎると半導体レーザのフィードバックが少なくなり、安定した光フィードバックが実現できなくなる。基本波はバンドパスフィルターを２回通るため、３０％以下の透過率になるとフィードバック光が１０％以下になり、安定して波長を固定することが難しい。
半導体レーザ１０１の端面反射率は１％以下が望ましい。外部からの光フィードバックが活性層内に十分フィードバックするためである。
なお、半導体レーザ１０１の活性層の長さは１ｍｍ以上が望ましい。つまり、半導体レーザのキャビティの長さが、１ｍｍ以上であることが好ましい。半導体レーザ１０１の発振波長は、半導体レーザの共振器と外部フィードバックの共振器からなる複合キャビティにより決まるため、縦モード間隔は活性層の長さに反比例する。バンドパスフィルター１０４の透過波長の許容幅が０．２ｎｍ以下と狭いため、半導体レーザ１０１の縦モード間隔が狭すぎると、バンドパスフィルター１０４の角度を変えて、波長を制御するときに、半導体レーザ１０１の出力変動が大きくなる。また、波長変換素子１０３の位相整合波長許容度が０．１ｎｍ程度と狭いため、半導体レーザ１０１の縦モード間隔が広いと、正確に半導体レーザ１０１の波長を位相整合波長に合わせることが難しいという問題が生じる。これを防止するには、半導体レーザ１０１の活性層の長さを１ｍｍ以上にして、縦モード間隔を狭める必要がある。
なお、半導体レーザ１０１には高周波を重畳するのが望ましい。これには２つの利点がある。一つ目は、半導体レーザの駆動電流に高周波を重畳すると半導体レーザのコヒーレンスが低下し、発振波長が高速で変動するため、平均的には出力が安定する点である。特に、波長変換素子１０３は許容度が狭いため、半導体レーザ１０１の発振波長がバンドパスフィルター１０４の透過波長域０．２ｎｍにおいて揺らいでも、出力変動が発生する。高周波を重畳することで、波長変動が平均化され出力安定になる。二つ目は、波長変換素子１０３の変換効率が向上する点である。高周波重畳すると、半導体レーザ１０１の出力は高出力のパルス列となる。波長変換素子１０３は非線形光学効果を利用しているため、変換効率は光のピークパワーに依存する。従って、平均パワーは同じ場合でも、ピークパワーの高いパルス列にすることで変換効率を大幅に向上できる。
なお、基本波の光源として半導体レーザについて述べたが、光源はこれに限定されるものではない。例えば、固体レーザやファイバーレーザ等の利用も可能である。Ｙｂドープのファイバーレーザは、広い吸収波長域をもつ高効率のレーザ励起が可能であるが、ファイバーの場合発振波長が非常に広いため、波長変換素子での変換効率が低下する。これを防止するには、光フィードバックによる波長の狭帯域化が重要となる。その方式に対しても、本発明は有効である。
［第２実施形態］
ここでは、光導波路を用いた波長変換素子に、本発明の構成を適用した例について述べる。図３において、波長変換素子２０３は、周期的な分極反転２０８と光導波路２０９を備える。半導体レーザ２０１から出た基本波は、光導波路２０９に集光される。光導波路２０９を伝搬する基本波は、周期的な分極反転２０８により波長変換され、高調波になる。光導波路２０９を用いることで、変換効率は５０％程度と高効率になり、波長９８０ｎｍの半導体レーザ２０１（出力５００ｍＷ）から、２００ｍＷの高調波（波長４９０ｎｍ）を実現している。本構成により、光学系が簡素化、安定化し、小型かつ安定なコヒーレント光源を実現できた。
さらに、導波路型では、図４に示すような直接接合型の構成が実現できる。半導体レーザ３０１と波長変換素子３０８を直接接合することで、光源の小型化が可能となる。ここで、半導体レーザ３０１は光導波路３０２と直接接合している。ビーム径をあわせることで、結合効率は９０％程度となり、高効率結合が可能となる。また、サブマウント上に半導体レーザ３０１と波長変換素子３０８を接着することで、素子間の距離が非常に近くなり、安定した結合を実現できた。さらに、波長変換素子３０８から出射される高調波は、コリメートレンズ３１０、バンドパスフィルター３０４、集光レンズ３１１を通って、ダイクロイックミラー３０５に集光される。ダイクロイックミラー３０５は高調波を透過するため、高調波はそのまま外部に出力される。
一方、基本波は、バンドパスフィルター３０４で波長選択された後、ダイクロイックミラー３０５で反射され、同じ経路を逆方向に進んで、半導体レーザ３０１にフィードバックする。波長変換素子３０８の入射側端面は光導波路３０２に垂直とし、半導体レーザ３０１との結合効率向上を図っている。一方、出射側は、斜めに研磨されており、研磨角度は３°以上が好ましい。これにより、端面での反射光を０．１％以下に低減し、半導体レーザ３０１への端面からの戻り光によるノイズ発生、出力不安定化をなくすことができる。
また、コリメートレンズ３１０、集光レンズ３１１は、基本波と高調波に対して色収差を発生する構造にしている。そのため、ダイクロイックミラー３０６での両光の焦点が焦点深度程度ずれている。さらに、基本波の焦点にダイクロイックミラー３０６を設置し、基本波が半導体レーザ３０１の活性層にフィードバックするように調整する。これは、基本波、高調波がダイクロイックミラー３０６で同一点に集光されると、共焦点光学系のため、高調波が半導体レーザ３０１にフィードバックしてしまい、半導体レーザ３０１のノイズ発生の原因となるからである。この実施例では、レンズの色収差を利用してノイズ発生を防止することが可能となる。同時にダイクロイックミラー３０６表面での光のパワー密度を下げて、ダイクロイックミラー３０６の表面ダメージによる信頼性の劣化を防止できる。なお、色収差による基本波と高調波の焦点位置の関係については、基本波の集光点に対して、高調波の集光点が手前に来ることが好ましい。これは、ダイクロイックミラー３０６の手前で高調波が焦点を結ぶことで、ダイクロイックミラーの出射面での高調波のパワー密度が低下するため、光トラッピング効果による端面付着を低減できるからである。
さらに、小型集積化する構成について図５を用いて説明する。図５（ａ）においては、バンドパスフィルター３０４を、導波路途中に形成した溝内にはめ込んでいる。導波路の出射端面には、ダイクロイックミラー３０６を設置し、基本波を反射し、高調波を透過する。ダイクロイックミラー３０６で反射された基本波は、導波路を通って半導体レーザ３０１にフィードバックし、発振波長をフィルターの透過波長に固定する。さらに、図５（ｂ）では導波路端面に、バンドパスフィルター３０４とダイクロイックミラー３０６を堆積している。導波路素子に波長選択フィルターを集積化することで、光源の超小型化が可能になる。なお、バンドパスフィルター３０４を集積化した場合は、フィルターの角度調整による半導体レーザの発振波長の調整は難しい。この場合は、波長変換素子３０８の温度を変えることで位相整合波長を制御し、フィルターの透過波長に位相整合波長を合わせることが可能となる。
波長変換素子の非線形光学材料としては、ＭｇドープのＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、またはＫＴｉＯＰＯ４等がある。またストイキオメトリック構造のＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、またはＭｇドープのストイキオメトリック構造のＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３が高効率変換に有望である。分極反転構造を変えることで任意の波長変換が可能であり、高効率変換が行える。光導波路構造にすることで、さらに高い変換効率が実現できる。
光源の半導体レーザとしては、９８０ｎｍの半導体レーザ以外にも、波長１０６０ｎｍの半導体レーザを用いれば、５３０ｎｍの緑色光の発生が、また９００ｎｍ近傍の半導体レーザを用いれば、青色光の発生が可能となる。さらに、７８０ｎｍ、６８０ｎｍの近赤外、赤色の半導体レーザを用いれば、紫外光発生が可能となる。これら半導体レーザは、高出力化が進んでおり、信頼性も確保されていることより波長変換素子と組み合わせて各種レーザ光源が実現できる。
また、本発明の構成において、半導体レーザの発振波長と波長変換素子の位相整合波長を一致させるために波長制御を行う必要がある。バンドパスフィルターの場合、反射面がダイクロイックミラーであるため、バンドパスフィルターを回転させても、反射波長は半導体レーザの活性層に帰還する。このため、バンドパスフィルターの角度で透過波長を可変することができる。バンドパスフィルターの角度を調整することで透過波長が変化するので、角度調整により半導体レーザの発振波長を位相整合波長にあわせるように制御することができる。
なお、本実施形態では、波長変換素子が光導波路を備えている場合について説明したが、バルク型の波長変換素子であっても、本構成を適用可能である。
［第３実施形態］
ここでは、本発明のコヒーレント光源を用いた光学装置として、レーザディスプレイについて説明する。
レーザディスプレイでは、ＲＧＢレーザを用いれば色再現性の高いディスプレイが実現できる。レーザ光源として、赤色は、高出力の半導体レーザが開発されている。しかし、青色は高出力化が実現しておらず、緑色は半導体レーザの形成そのものが難しい。そこで、波長変換を利用した青および緑色光源が必要となる。本発明のコヒーレント光源において、ワイドストライプの半導体レーザが利用できるため、波長変換素子と組み合わせて高出力の青、緑色光が実現できる。青色出力としては、８８０ｎｍの半導体レーザを波長変換して４４０ｎｍの青色光を、緑色出力としては、１０６０ｎｍの半導体レーザを波長変換して５３０ｎｍの緑色光を実現できる。
これらの光源を一体化し、８０３のプリズムを介して８０２の２次元スイッチに投射、スイッチングされた光をレンズ８０４でスクリーンに投射することで２次元画像が投射できる（図６）。２次元スイッチ８０２としては、マイクロマシーンを利用したＭＥＭＳや、液晶スイッチ等が利用できる。出力は、スクリーンサイズによるものの、数１０ｍＷから数１００ｍＷ程度が必要である。以上のように、本発明のコヒーレント光源により小型の短波長光源が実現でき、レーザディスプレイの小型化、高効率化が可能となる。
レーザディスプレイ装置として、図７に示す方式も有効である。レーザ光は、ミラー９０２、９０３で走査することによりスクリーン上に２次元的な画像を描く。この場合、レーザ光源に高速なスイッチ機能が必要であり、半導体レーザの出力を変調することで、高速出力変調が可能となる。本発明のコヒーレント光源は、高出力化が可能であり、レーザディスプレイ用途に有望である。また光フィードバックによりワイドストライプレーザでありながら、縦モード、横モードともにシングルモードに固定されているため、レーザの出力変調を高速で行える。これによって、走査型のレーザディスプレイが実現できる。
以上、導波型光デバイスにＳＨＧ素子を用いた例を挙げて本発明の実施例を説明した。ＳＨＧ素子を用いた光源では、半導体レーザとして高出力の半導体レーザを用いることが多いため、高出力レーザとしてワイドストライプの半導体レーザを利用できれば、小型高出力の光源が実現できる。そのため、本発明の構造を用いることで、高出力化、安定化が実現できる。
なお、導波型光デバイスは、特にＳＨＧ素子に限らない。例えば、高速変調素子や位相シフタ、周波数シフタ、偏光制御素子など、導波型光デバイスとして様々な機能、構成のものが考えられる。こうした導波型光デバイスとコヒーレント光源を用いた光学系全てに、本発明の導波型光デバイスを応用可能である。
また、光学装置として、レーザディスプレイについて説明したが、その他、光ディスク装置や計測装置に対しても本発明は有効である。特に、光ディスク装置は、書き込み速度の高速化によりレーザ出力の向上が求められているため、本発明が有効である。本発明の光源は高出力かつ高いコヒーレンスを有するため、小型化が可能であり、光ディスク等への応用にも有効である。
【産業上の利用可能性】
【０００７】  以上述べたように、本発明のコヒーレント光源は、半導体レーザを波長変換する際に有効な構成である。半導体レーザの波長変換には、光源の出力安定化のために、光フィードバックによる半導体レーザの波長制御が必要である。光フィードバックを実現するためには、狭帯域のバンドパスフィルターを用い、バンドパスフィルターの透過波長を選択的にすることにより半導体レーザの発振波長を制御する。この時、バンドパスフィルターに高調波の透過特性を与えると、光学部品点数を削減すると共に、光学系の小型化、安定化を実現できる。これによって、高出力かつ安定で、量産性にすぐれた短波長光源が実現できる。
さらに、このコヒーレント光源を用いれば、高出力の小型ＲＧＢ光源が実現できるため、レーザディスプレイをはじめ、光ディスク装置等各種の光学装置への応用が可能となる。
【図１】
2005098529.tif 000002
【図２】
2005098529.tif 000003
【図３】
2005098529.tif 000004
【図４】
2005098529.tif 000005
【図５】
2005098529.tif 000006
【図６】
2005098529.tif 000007
【図７】
2005098529.tif 000008
【図８】
2005098529.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年4月13日(2006.4.13)
【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】
光源と、
前記光源から出射された基本波の一部を高調波に変換する波長変換素子と、
前記高調波に変換されない前記基本波の一部に対して狭帯域透過特性を有し、かつ前記高調波に対して透過特性を有する波長選択フィルターとを備え、
前記波長変換素子から出射された前記高調波に変換されない前記基本波の一部は、前記波長選択フィルターによって前記光源にフィードバックされ、
前記高調波は、前記波長選択フィルターを透過して外部へ出射されることを特徴とする、コヒーレント光源。
【請求項２】
前記波長選択フィルターは、バンドパスフィルターとダイクロイックミラーを有し、
前記バンドパスフィルターが、前記高調波に変換されない前記基本波の一部に対して狭帯域透過特性を有し、かつ前記高調波に対して透過特性を有し、
前記ダイクロイックミラーが、前記バンドパスフィルターを透過した前記高調波に変換されない前記基本波の一部を反射し、
前記高調波が、前記バンドパスフィルターを透過した後、前記ダイクロイックミラーを透過して外部へ出射されることを特徴とする、請求項１記載のコヒーレント光源。
【請求項３】
前記波長選択フィルターが、共焦点光学系であり、
前記ダイクロイックミラーが、前記共焦点光学系の焦点面に設置されていることを特徴とする、請求項２記載のコヒーレント光源。
【請求項４】
前記光源が、シングルモードの半導体レーザであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項５】
前記半導体レーザのキャビティの長さが、１ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項４記載のコヒーレント光源。
【請求項６】
前記半導体レーザが、高周波重畳されていることを特徴とする、請求項４または５記載のコヒーレント光源。
【請求項７】
前記光源が、ファイバーレーザであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項８】
前記波長選択フィルターの前記高調波の透過率が、８０％以上であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項９】
前記波長選択フィルターの選択波長幅が、０．２ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項１０】
前記波長変換素子が、周期状の分極反転構造を備えていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項１１】
前記波長変換素子の少なくとも一方の端面が、前記波長変換素子の光軸に対して３°以上傾いていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項１２】
前記光源と前記波長変換素子との間に集光光学系をさらに備え、
前記集光光学系は、色収差を有し、前記高調波と前記高調波に変換されない基本波の一部とを異なる集光点に集光することを特徴とする、請求項１から１１いずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項１３】
前記波長変換素子が、光導波路を備えていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項１４】
前記波長変換素子が、前記光源と直接接合されていることを特徴とする、請求項１３記載のコヒーレント光源。
【請求項１５】
前記波長選択フィルターが、前記光導波路の内部または端面に設置されることを特徴とする、請求項１３または１４記載のコヒーレント光源。
【請求項１６】
前記波長変換素子が、光導波路を備えており、
前記波長選択フィルターは、前記光導波路の内部または端面に設置されたバンドパスフィルターと、前記光導波路の端面に設置されたダイクロイックミラーを有し、
前記バンドパスフィルターが、前記高調波に変換されない前記基本波の一部に対して狭帯域透過特性を有し、かつ前記高調波に対して透過特性を有し、
前記ダイクロイックミラーが、前記バンドパスフィルターを透過した前記高調波に変換されない前記基本波の一部を反射し、
前記高調波が、前記バンドパスフィルターを透過した後、前記ダイクロイックミラーを透過して外部へ出射されることを特徴とする、請求項１記載のコヒーレント光源。
【請求項１７】
前記ダイクロイックミラーの厚みが、１ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１６記載のコヒーレント光源。
【請求項１８】
請求項１から１７記載のいずれかのコヒーレント光源と画像変換光学系とを有し、前記コヒーレント光源からの光を、光学系により２次元画像に変換することを特徴とする、光学装置。
【請求項１９】
前記画像変換光学系が、２次元のビーム走査光学系からなることを特徴とする、請求項１８記載の光学装置。
【請求項２０】
前記画像変換光学系が、２次元スイッチからなることを特徴とする、請求項１８記載の光学装置。
【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】
本発明は波長変換素子を用いたコヒーレント光源、および光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザを用いた波長変換素子は小型高出力化が可能であり、高調波への波長変換を利用することで短波長化が可能となる。一方、波長変換素子が高い効率で波長変換するための波長許容度は一般的に非常に狭いため、出力を安定させるには半導体レーザの発振波長の安定化が必要となる。
【０００３】
この問題を解決する方法として、半導体レーザに光フィードバックをかける方法が提案されている。半導体レーザの導波モードは、外部からの光フィードバックで制御可能である。例えば、狭帯域の波長選択フィルターやファイバーグレーティングで半導体レーザの出射光を波長選択した後、半導体レーザの共振器内にフィードバックすることで、半導体レーザの発振波長を固定できることが示されている（例えば、特許文献１参照）。また、外部グレーティングにより外部から光を返すことで、半導体レーザの発振波長を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
図８は、従来のコヒーレント光源の例を示したものである。バンドパスフィルター５０４を用いて、半導体レーザ５０１に光フィードバックをかけ、バンドパスフィルター５０４の透過波長に半導体レーザの発振波長を固定している。ダイクロイックミラー５０５は高調波を全反射、かつ基本波を透過する特性を有し、バンドパスフィルター５０４は基本波の選択された波長のみを透過する構成となっている。半導体レーザ５０１から出た基本波は集光光学系５０２で集光され、波長変換素子５０３に入射する。波長変換素子５０３により基本波の一部は高調波に変換され、コリメートレンズを通った高調波はダイクロイックミラー５０５により波長分離され、高調波として外部に取り出される。一方、波長変換素子から出射した基本波は、コリメートレンズ５１０を通った後、ダイクロイックミラー５０５を通過し、バンドパスフィルター５０４により特定波長に選択される。その後、基本波は、ミラー５１３により反射され、同じ経路を逆行して半導体レーザ５０１の活性層内にフィードバックする。半導体レーザ５０１の活性層内では、フィードバック波長のパワーが増大するため、共振器内におけるフィードバック波長の光のロスが見かけ上低減するため、発振波長がフィードバック波長に固定される。バンドパスフィルター５０４の角度を調整することで、透過波長を制御することができるため、半導体レーザの発振波長を波長変換素子５０３の位相整合波長に調整して、高効率の波長変換が可能となる。
【特許文献１】特開平１０−１８６４２７号公報
【特許文献２】特開平０６−１０２５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の方法では、光学部品点数が多く、また光学系が複雑なため、光学系の小型化、安定化が難しいという問題があった。さらに、基本波入射光の光軸に対して、高調波の発生光軸が角度を持つため、光軸調整が難しいという課題があった。
【０００６】
また、フィードバックをかける方法としては、波長変換素子の入射端面の反射を利用して、半導体レーザを波長変換素子に結合する部分にバンドパスフィルターを挿入するものがあり、小型化を実現している。しかしながら、この方法では、波長変換される基本波が２０％以上低下し、さらに高調波の出力が４０％以上低下するため、高出力化に課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のコヒーレント光源は、光源と、光源から出射された基本波の一部を高調波に変換する波長変換素子と、高調波に変換されない基本波の一部に対して狭帯域透過特性を有し、かつ高調波に対して透過特性を有する波長選択フィルターとを備えている。波長変換素子から出射された高調波に変換されない基本波の一部は、波長選択フィルターによって光源にフィードバックされ、高調波は、波長選択フィルターを透過して外部へ出射されることを特徴とする。これにより、高出力かつ安定で、量産性にすぐれた短波長光源が実現できる。
【０００８】
本発明のコヒーレント光源における波長選択フィルターは、バンドパスフィルターとダイクロイックミラーを有する。バンドパスフィルターは、高調波に変換されない基本波の一部に対して狭帯域透過特性を有し、かつ高調波に対して透過特性を有する。ダイクロイックミラーは、バンドパスフィルターを透過した高調波に変換されない基本波の一部を反射し、高調波が、バンドパスフィルターを透過した後、ダイクロイックミラーを透過して外部へ出射されることを特徴とする。これにより、光学系の簡素化が可能となり、小型化、安定化を向上させる。
【０００９】
本発明のコヒーレント光源における波長選択フィルターは、共焦点光学系であり、ダイクロイックミラーは共焦点光学系の焦点面に設置されていることを特徴とする。これにより、基本波は安定して半導体レーザにフィードバックする。
【００１０】
本発明のコヒーレント光源における光源は、シングルモードの半導体レーザであることを特徴とする。これにより、集光特性や変換効率が向上する。
また、半導体レーザのキャビティの長さが、１ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、半導体レーザの波長を位相整合波長に合わせることが容易になる。
【００１１】
さらに、半導体レーザが、高周波重畳されていることが好ましい。これにより、出力が安定化する。
本発明のコヒーレント光源における光源は、ファイバーレーザであってもよい。
【００１２】
本発明のコヒーレント光源における波長選択フィルターは、高調波の透過率が、８０％以上であることが好ましい。これにより、出力の低下を抑えることができる。
また、波長選択フィルターは、選択波長幅が、０．２ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、変換効率の低下を抑えることができる。
【００１３】
本発明のコヒーレント光源における波長変換素子が、周期状の分極反転構造を備えていることを特徴とする。これにより、高効率変換が可能となる。
波長変換素子は、少なくとも一方の端面が、波長変換素子の光軸に対して３°以上傾いていることが好ましい。これにより、ノイズや出力の不安定性を抑えることができる。
【００１４】
本発明のコヒーレント光源は、光源と波長変換素子との間に集光光学系をさらに備え、集光光学系は色収差を有し、高調波と高調波に変換されない基本波の一部とを異なる集光点に集光することを特徴とする。これにより、高性能なコヒーレント光源を得ることができる。
【００１５】
また、波長変換素子は、光導波路を備えていることを特徴とする。これにより、高効率変換が可能となる。
さらに、波長変換素子は、光源と直接接合されていることを特徴とする。これにより、光源の小型化が可能となる。
【００１６】
本発明のコヒーレント光源における波長選択フィルターは、光導波路の内部または端面に設置されることを特徴とする。これにより、小型化が可能となる。
本発明のコヒーレント光源において、波長変換素子は、光導波路を備えている。波長選択フィルターは、光導波路の内部または端面に設置されたバンドパスフィルターと、光導波路の端面に設置されたダイクロイックミラーを有している。また、バンドパスフィルターは、高調波に変換されない基本波の一部に対して狭帯域透過特性を有し、かつ高調波に対して透過特性を有している。ダイクロイックミラーは、バンドパスフィルターを透過した高調波に変換されない基本波の一部を反射し、高調波が、バンドパスフィルターを透過した後、ダイクロイックミラーを透過して外部へ出射されることを特徴とする。これにより、小型化が可能となる。
【００１７】
ダイクロイックミラーの厚みは、１ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、集塵特性を抑えることができる。
本発明の光学装置は、コヒーレント光源と画像変換光学系とを有し、コヒーレント光源からの光を、光学系により２次元画像に変換することを特徴とする。
【００１８】
画像変換光学系は、２次元のビーム走査光学系からなることが好ましい。
画像変換光学系は、２次元スイッチからなることが好ましい。
ここで、画像変換光学系とは、２次元または１次元の光スイッチから構成されるものである。２次元の光スイッチは、透過型または反射型の液晶スイッチ、または、半導体のマイクロマシーンを利用した可動式のマイクロミラー（ＤＭＤ）がある。これらは、プロジェクターの画像変換素子として、ランプ光を画像変換するのに利用されている。
【発明の効果】
【００１９】
波長選択フィルターに高調波透過特性を持たせることで、光学系の簡素化が可能となり、小型化、安定化を向上させる。また、光学系自体を大幅に小型化する直接接合方式への展開をも可能になる。ひいては、高出力かつ安定で、量産性にすぐれた短波長光源が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、半導体レーザと波長変換素子からなるコヒーレント光源において、光フィードバックにより半導体レーザの波長を固定する方法である。波長選択フィルターの特性を制御し、高調波の透過特性を持たせることで、従来の問題点を解決し、小型化、高出力化が可能なコヒーレント光源を実現する。
【００２１】
以下、本発明のコヒーレント光源について説明する。
（実施の形態１）
図１に、本発明のコヒーレント光源の構成例を示す。ここでは、波長選択フィルターが、バンドパスフィルターとダイクロイックミラーから構成される例を示す。波長選択フィルターは共焦点光学系であり、ダイクロイックミラーは共焦点光学系の焦点面に設置されている。コヒーレント光源は、半導体レーザ１０１と集光光学系１０２、波長変換素子１０３、コリメートレンズ１１０、バンドパスフィルター１０４、集光レンズ１１１、ダイクロイックミラー１０５からなる。
【００２２】
バンドパスフィルター１０４は、誘電体多層膜からなり、半導体レーザ１０１の基本波に対しては特定波長のみ透過する。透過特性は、誘電体多層膜の膜設計により容易に実現可能である。詳細は、後述する。ダイクロイックミラー１０５は、基本波を反射、高調波を９５％以上透過するように設計されている。
【００２３】
次に、本発明のコヒーレント光源とその原理について説明する。半導体レーザ１０１から出射した基本波は、集光光学系１０２により集光される。波長変換素子１０３に集光された基本波の一部は、波長変換素子１０３により高調波に変換される。一例として、半導体レーザ１０１として波長９８０ｎｍ、出力５００ｍＷの光源を用いた。ここでは、波長変換素子１０３は、周期状の分極反転構造を用いたＭｇドープのＬｉＮｂＯ3である。この波長変換素子１０３では、分極反転周期５．４μｍ、変換効率は５％程度で、基本波を波長４９０ｎｍの第２高調波に変換できる。波長変換された高調波は、コリメートレンズ１１０で平行光にされた後、バントパスフィルター１０４を透過して、集光レンズ１１１、バンドパスフィルター１０４を通って、外部に出力される。一方、基本波は、集光レンズ１１１によりダイクロイックミラー１０５のミラー面に集光される。ダイクロイックミラー１０５で反射された基本波は、同じ経路を逆行して半導体レーザ１０１の活性層にフィードバックされる。光学系が共焦点光学系になっているため、基本波は安定して半導体レーザ１０１にフィードバックする。波長変換素子１０３の入射面、反射面には基本波に対する反射防止膜が形成されており、途中の光が半導体レーザ１０１にフィードバックして、ノイズや出力不安定性の原因にならないように設計されている。また波長変換素子１０３の入出射面は素子の光軸（分極反転に対し垂直な軸）に対して斜めに形成されている。これも、端面での反射光が半導体レーザ１０１にフィードバックしないようにするためである。バンドパスフィルター１０５を用いると反射ミラー面で焦点を結ぶ共焦点光学系となるため、光学系の許容度が大きく安定な系を実現できる。
【００２４】
本発明の光学系には下記の利点がある。
第１は、部品点数が少なくなる点である。透過型のバンドパスフィルターを用いることで、ダイクロイックミラーを基本波反射ミラーおよび波長分離ミラーとして利用できるため、部品点数が削減できる。これによって、コリメート系からバンドパスミラーを削減でき、光学系の体積を大幅に低減できる。その結果、コヒーレント光源の簡素化、小型化が可能となり、光学系の安定度を大幅に向上できるという利点も有する。
【００２５】
第２は、直線光学系となっている点である。入射する基本波と出射する高調波が直線光学系となっているため、光学系の設計が容易になる。さらに、部品の組立が容易になり、組立精度も緩和されるため、作製工程の簡素化、組立速度の向上により量産化に有利となる。
【００２６】
第３は、発散光学系となっている点である。従来の光学系と異なり、出射する高調波が発散光となっている。従来はコリメート光となっているため、利用する光学系にビーム径を合わせるレンズ系を追加する必要があった。これに対して、発散光学系のため、適当なレンズ１枚で、ビーム径の調整が容易に設計できるという利点を有する。利用する光学系の設計が容易になる。
【００２７】
なお、ダイクロイックミラー１０５のミラー面は、集光側に形成するのが好ましい。これは、光のパワー密度が高い場合、光トラッピング効果により周辺の埃が収集され、特性が劣化してしまう現象が観測されたことによる。光トラッピングは光の出射側に発生し、パワー密度に依存する。これを防止するには、出射面でのパワー密度をできるだけ低減するのが好ましい。このため、ミラー面を内側に設置し、出射面でのパワー密度を低減している。また、ダイクロイックミラー１０５の基板の厚みを厚くするのも有効である。基板厚みを１ｍｍ以上にすれば、出射端面での高調波のパワー密度が低減されているため集塵特性が低くなる。ダイクロイックミラー１０５の基板としては、ブロックやプリズム等も適用可能である。
【００２８】
なお、ミラー面を内側にすると、収差の低減にも有効である。ミラー面を出射側に設置すると、集光光がダイクロイックミラー１０５の基板を透過するため、収差が増大する。ダイクロイックミラー１０５により反射された基本波は、半導体レーザ１０１の活性層にフィードバックする。活性層はμｍオーダーの形状であり、収差の発生はフィードバック光の光量低減につながり、出力の不安定性を増大させる。これを防止するためにも、ミラー面は集光側に設置するのが好ましい。
【００２９】
なお、利用する半導体レーザ１０１はシングルモードのものが好ましい。これは、光導波路で利用する場合、光導波路との結合効率を高めるために必要である。また、バルクで利用する場合においても、半導体レーザ１０１がマルチモードであると集光特性が悪くなり、変換効率が低下するためである。
【００３０】
なお、ここでは、バルク型の波長変換素子１０３を想定しているので、集光光学系としてプリズムペアを用いたビーム整形を用いている。バルク型では、楕円ビームの半導体レーザ１０１からの出力を円形ビームに整形することで、高効率化が図ることができる。
【００３１】
図２にバンドパスフィルター１０４の透過特性を示す。バンドパスフィルター１０４は、波長変換素子１０３の位相整合波長λ近傍に半値幅の狭いシャープな透過特性をもつ。バンドパスフィルター１０４の透過波長の半値幅Δλ１は、０．６ｎｍ以下が好ましい。これは、波長変換素子１０３の波長許容幅に依存するが、一般的に波長変換素子が変換可能な波長の許容幅は０．１ｎｍ程度である。このため、バンドパスフィルターの波長が１ｎｍ以上になると、波長変換素子の許容度を大幅に超え、変換効率が低減する原因となる。これを防止するために、バンドパスフィルター１０４の基本波透過波長の幅は０．６ｎｍ以下が好ましい。さらに、０．２ｎｍ以下が好ましい。０．２ｎｍ以下にすることで安定な出力特性が得られる。
【００３２】
一方、高調波（ここではλ／２の波長）に対する特性としては、高い透過率が要求される。透過率が低い分、出力が低下するため、最低でも８０％以上の透過率が要求される。もう一つ重要な点は、図１に示すように高調波に対しては、ブロードな透過特性が要求されることである。図１の構成に示すように、バンドパスフィルター１０４は角度を変えることで基本波の透過波長を調整し、波長変換素子１０３の位相整合波に基本波波長を一致させる。このような角度調整範囲の全域において、高調波の透過特性は８０％以上に保つよう設計する必要がある。高調波の波長近傍での透過波長の半値幅Δλ２は１０ｎｍ以上が望ましい。また、バンドパスフィルター１０４の基本波の透過率は３０％〜８０％以下が好ましい。透過率が高いとダイクロイックミラー１０５での集光パワー密度が高くなり、ミラー面の信頼性が劣化する。一方、透過率が低くなりすぎると半導体レーザのフィードバックが少なくなり、安定した光フィードバックが実現できなくなる。基本波はバンドパスフィルターを２回通るため、３０％以下の透過率になるとフィードバック光が１０％以下になり、安定して波長を固定することが難しい。
【００３３】
半導体レーザ１０１の端面反射率は１％以下が望ましい。外部からの光フィードバックが活性層内に十分フィードバックするためである。
なお、半導体レーザ１０１の活性層の長さは１ｍｍ以上が望ましい。つまり、半導体レーザのキャビティの長さが、１ｍｍ以上であることが好ましい。半導体レーザ１０１の発振波長は、半導体レーザの共振器と外部フィードバックの共振器からなる複合キャビティにより決まるため、縦モード間隔は活性層の長さに反比例する。バンドパスフィルター１０４の透過波長の許容幅が０．２ｎｍ以下と狭いため、半導体レーザ１０１の縦モード間隔が狭すぎると、バンドパスフィルター１０４の角度を変えて、波長を制御するときに、半導体レーザ１０１の出力変動が大きくなる。また、波長変換素子１０３の位相整合波長許容度が０．１ｎｍ程度と狭いため、半導体レーザ１０１の縦モード間隔が広いと、正確に半導体レーザ１０１の波長を位相整合波長に合わせることが難しいという問題が生じる。これを防止するには、半導体レーザ１０１の活性層の長さを１ｍｍ以上にして、縦モード間隔を狭める必要がある。
【００３４】
なお、半導体レーザ１０１には高周波を重畳するのが望ましい。これには２つの利点がある。一つ目は、半導体レーザの駆動電流に高周波を重畳すると半導体レーザのコヒーレンスが低下し、発振波長が高速で変動するため、平均的には出力が安定する点である。特に、波長変換素子１０３は許容度が狭いため、半導体レーザ１０１の発振波長がバンドパスフィルター１０４の透過波長域０．２ｎｍにおいて揺らいでも、出力変動が発生する。高周波を重畳することで、波長変動が平均化され出力安定になる。二つ目は、波長変換素子１０３の変換効率が向上する点である。高周波重畳すると、半導体レーザ１０１の出力は高出力のパルス列となる。波長変換素子１０３は非線形光学効果を利用しているため、変換効率は光のピークパワーに依存する。従って、平均パワーは同じ場合でも、ピークパワーの高いパルス列にすることで変換効率を大幅に向上できる。
【００３５】
なお、基本波の光源として半導体レーザについて述べたが、光源はこれに限定されるものではない。例えば、固体レーザやファイバーレーザ等の利用も可能である。Ｙｂドープのファイバーレーザは、広い吸収波長域をもつ高効率のレーザ励起が可能であるが、ファイバーの場合発振波長が非常に広いため、波長変換素子での変換効率が低下する。これを防止するには、光フィードバックによる波長の狭帯域化が重要となる。その方式に対しても、本発明は有効である。
【００３６】
（実施の形態２）
ここでは、光導波路を用いた波長変換素子に、本発明の構成を適用した例について述べる。図３において、波長変換素子２０３は、周期的な分極反転２０８と光導波路２０９を備える。半導体レーザ２０１から出た基本波は、光導波路２０９に集光される。光導波路２０９を伝搬する基本波は、周期的な分極反転２０８により波長変換され、高調波になる。光導波路２０９を用いることで、変換効率は５０％程度と高効率になり、波長９８０ｎｍの半導体レーザ２０１（出力５００ｍＷ）から、２００ｍＷの高調波（波長４９０ｎｍ）を実現している。本構成により、光学系が簡素化、安定化し、小型かつ安定なコヒーレント光源を実現できた。
【００３７】
さらに、導波路型では、図４に示すような直接接合型の構成が実現できる。半導体レーザ３０１と波長変換素子３０８を直接接合することで、光源の小型化が可能となる。ここで、半導体レーザ３０１は光導波路３０２と直接接合している。ビーム径をあわせることで、結合効率は９０％程度となり、高効率結合が可能となる。また、サブマウント上に半導体レーザ３０１と波長変換素子３０８を接着することで、素子間の距離が非常に近くなり、安定した結合を実現できた。さらに、波長変換素子３０８から出射される高調波は、コリメートレンズ３１０、バンドパスフィルター３０４、集光レンズ３１１を通って、ダイクロイックミラー３０５に集光される。ダイクロイックミラー３０５は高調波を透過するため、高調波はそのまま外部に出力される。
【００３８】
一方、基本波は、バンドパスフィルター３０４で波長選択された後、ダイクロイックミラー３０５で反射され、同じ経路を逆方向に進んで、半導体レーザ３０１にフィードバックする。波長変換素子３０８の入射側端面は光導波路３０２に垂直とし、半導体レーザ３０１との結合効率向上を図っている。一方、出射側は、斜めに研磨されており、研磨角度は３°以上が好ましい。これにより、端面での反射光を０．１％以下に低減し、半導体レーザ３０１への端面からの戻り光によるノイズ発生、出力不安定化をなくすことができる。
【００３９】
また、コリメートレンズ３１０、集光レンズ３１１は、基本波と高調波に対して色収差を発生する構造にしている。そのため、ダイクロイックミラー３０６での両光の焦点が焦点深度程度ずれている。さらに、基本波の焦点にダイクロイックミラー３０６を設置し、基本波が半導体レーザ３０１の活性層にフィードバックするように調整する。これは、基本波、高調波がダイクロイックミラー３０６で同一点に集光されると、共焦点光学系のため、高調波が半導体レーザ３０１にフィードバックしてしまい、半導体レーザ３０１のノイズ発生の原因となるからである。この実施例では、レンズの色収差を利用してノイズ発生を防止することが可能となる。同時にダイクロイックミラー３０６表面での光のパワー密度を下げて、ダイクロイックミラー３０６の表面ダメージによる信頼性の劣化を防止できる。なお、色収差による基本波と高調波の焦点位置の関係については、基本波の集光点に対して、高調波の集光点が手前に来ることが好ましい。これは、ダイクロイックミラー３０６の手前で高調波が焦点を結ぶことで、ダイクロイックミラーの出射面での高調波のパワー密度が低下するため、光トラッピング効果による端面付着を低減できるからである。
【００４０】
さらに、小型集積化する構成について図５を用いて説明する。図５（ａ）においては、バンドパスフィルター３０４を、導波路途中に形成した溝内にはめ込んでいる。導波路の出射端面には、ダイクロイックミラー３０６を設置し、基本波を反射し、高調波を透過する。ダイクロイックミラー３０６で反射された基本波は、導波路を通って半導体レーザ３０１にフィードバックし、発振波長をフィルターの透過波長に固定する。さらに、図５（ｂ）では導波路端面に、バンドパスフィルター３０４とダイクロイックミラー３０６を堆積している。導波路素子に波長選択フィルターを集積化することで、光源の超小型化が可能になる。なお、バンドパスフィルター３０４を集積化した場合は、フィルターの角度調整による半導体レーザの発振波長の調整は難しい。この場合は、波長変換素子３０８の温度を変えることで位相整合波長を制御し、フィルターの透過波長に位相整合波長を合わせることが可能となる。
【００４１】
波長変換素子の非線形光学材料としては、ＭｇドープのＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、またはＫＴｉＯＰＯ4等がある。またストイキオメトリック構造のＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、またはＭｇドープのストイキオメトリック構造のＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3が高効率変換に有望である。分極反転構造を変えることで任意の波長変換が可能であり、高効率変換が行える。光導波路構造にすることで、さらに高い変換効率が実現できる。
【００４２】
光源の半導体レーザとしては、９８０ｎｍの半導体レーザ以外にも、波長１０６０ｎｍの半導体レーザを用いれば、５３０ｎｍの緑色光の発生が、また９００ｎｍ近傍の半導体レーザを用いれば、青色光の発生が可能となる。さらに、７８０ｎｍ、６８０ｎｍの近赤外、赤色の半導体レーザを用いれば、紫外光発生が可能となる。これら半導体レーザは、高出力化が進んでおり、信頼性も確保されていることより波長変換素子と組み合わせて各種レーザ光源が実現できる。
【００４３】
また、本発明の構成において、半導体レーザの発振波長と波長変換素子の位相整合波長を一致させるために波長制御を行う必要がある。バンドパスフィルターの場合、反射面がダイクロイックミラーであるため、バンドパスフィルターを回転させても、反射波長は半導体レーザの活性層に帰還する。このため、バンドパスフィルターの角度で透過波長を可変することができる。バンドパスフィルターの角度を調整することで透過波長が変化するので、角度調整により半導体レーザの発振波長を位相整合波長にあわせるように制御することができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、波長変換素子が光導波路を備えている場合について説明したが、バルク型の波長変換素子であっても、本構成を適用可能である。
（実施の形態３）
ここでは、本発明のコヒーレント光源を用いた光学装置として、レーザディスプレイについて説明する。
【００４５】
レーザディスプレイでは、ＲＧＢレーザを用いれば色再現性の高いディスプレイが実現できる。レーザ光源として、赤色は、高出力の半導体レーザが開発されている。しかし、青色は高出力化が実現しておらず、緑色は半導体レーザの形成そのものが難しい。そこで、波長変換を利用した青および緑色光源が必要となる。本発明のコヒーレント光源において、ワイドストライプの半導体レーザが利用できるため、波長変換素子と組み合わせて高出力の青、緑色光が実現できる。青色出力としては、８８０ｎｍの半導体レーザを波長変換して４４０ｎｍの青色光を、緑色出力としては、１０６０ｎｍの半導体レーザを波長変換して５３０ｎｍの緑色光を実現できる。
【００４６】
これらの光源を一体化し、８０３のプリズムを介して８０２の２次元スイッチに投射、スイッチングされた光をレンズ８０４でスクリーンに投射することで２次元画像が投射できる（図６）。２次元スイッチ８０２としては、マイクロマシーンを利用したＭＥＭＳや、液晶スイッチ等が利用できる。出力は、スクリーンサイズによるものの、数１０ｍＷから数１００ｍＷ程度が必要である。以上のように、本発明のコヒーレント光源により小型の短波長光源が実現でき、レーザディスプレイの小型化、高効率化が可能となる。
【００４７】
レーザディスプレイ装置として、図７に示す方式も有効である。レーザ光は、ミラー９０２、９０３で走査することによりスクリーン上に２次元的な画像を描く。この場合、レーザ光源に高速なスイッチ機能が必要であり、半導体レーザの出力を変調することで、高速出力変調が可能となる。本発明のコヒーレント光源は、高出力化が可能であり、レーザディスプレイ用途に有望である。また光フィードバックによりワイドストライプレーザでありながら、縦モード、横モードともにシングルモードに固定されているため、レーザの出力変調を高速で行える。これによって、走査型のレーザディスプレイが実現できる。
【００４８】
以上、導波型光デバイスにＳＨＧ素子を用いた例を挙げて本発明の実施例を説明した。ＳＨＧ素子を用いた光源では、半導体レーザとして高出力の半導体レーザを用いることが多いため、高出力レーザとしてワイドストライプの半導体レーザを利用できれば、小型高出力の光源が実現できる。そのため、本発明の構造を用いることで、高出力化、安定化が実現できる。
【００４９】
なお、導波型光デバイスは、特にＳＨＧ素子に限らない。例えば、高速変調素子や位相シフタ、周波数シフタ、偏光制御素子など、導波型光デバイスとして様々な機能、構成のものが考えられる。こうした導波型光デバイスとコヒーレント光源を用いた光学系全てに、本発明の導波型光デバイスを応用可能である。
【００５０】
また、光学装置として、レーザディスプレイについて説明したが、その他、光ディスク装置や計測装置に対しても本発明は有効である。特に、光ディスク装置は、書き込み速度の高速化によりレーザ出力の向上が求められているため、本発明が有効である。本発明の光源は高出力かつ高いコヒーレンスを有するため、小型化が可能であり、光ディスク等への応用にも有効である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上述べたように、本発明のコヒーレント光源は、半導体レーザを波長変換する際に有効な構成である。半導体レーザの波長変換には、光源の出力安定化のために、光フィードバックによる半導体レーザの波長制御が必要である。光フィードバックを実現するためには、狭帯域のバンドパスフィルターを用い、バンドパスフィルターの透過波長を選択的にすることにより半導体レーザの発振波長を制御する。この時、バンドパスフィルターに高調波の透過特性を与えると、光学部品点数を削減すると共に、光学系の小型化、安定化を実現できる。これによって、高出力かつ安定で、量産性にすぐれた短波長光源が実現できる。
【００５２】
さらに、このコヒーレント光源を用いれば、高出力の小型ＲＧＢ光源が実現できるため、レーザディスプレイをはじめ、光ディスク装置等各種の光学装置への応用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態１に係るコヒーレント光源の構成を示す図
【図２】バンドパスフィルターの透過特性図
【図３】本発明の実施形態２に係るコヒーレント光源の構成を示す図
【図４】本発明の実施形態２に係るコヒーレント光源の他の構成を示す図
【図５】本発明の実施形態２に係るコヒーレント光源の他の構成を示す図
【図６】本発明の実施形態３に係る光学装置の構成を示す図
【図７】本発明の実施形態３に係る光学装置の他の構成を示す図
【図８】従来のコヒーレント光源の構成を示す図
【符号の説明】
【００５４】
１０１、２０１、３０１、５０１    半導体レーザ
１０２、２０２、５０２    集光光学系
１０３、２０３、３０８、５０３    波長変換素子
１０４、２０４、３０４、５０４    バンドパスフィルター
１０５、２０５、３０６、５０５    ダイクロイックミラー
１０６、２０６    基本波
１０７、２０７、３０５、３０７、５１２    高調波
１１０、２１０、３１０、５１０    コリメートレンズ
１１１、２１１、３１１、５１１    集光レンズ
２０８、３０３    分極反転
２０９、３０２    光導波路
５１３、９０２、９０３    ミラー
８０１、９０１    光源
８０２    ２次元スイッチ
８０３    プリズム
８０４    レンズ
８０５    ＲＧＢレーザ
８０７    回折素子
９０４    レーザ光
９０５    スクリーン
【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】
2005098529.tif 000010
【図２】
2005098529.tif 000011
【図３】
2005098529.tif 000012
【図４】
2005098529.tif 000013
【図５】
2005098529.tif 000014
【図６】
2005098529.tif 000015
【図７】
2005098529.tif 000016
【図８】
2005098529.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成20年1月8日(2008.1.8)
【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】
光源と、
前記光源から出射された基本波の一部を高調波に変換する波長変換素子と、
前記高調波に変換されない前記基本波の一部に対して狭帯域透過特性を有し、かつ前記高調波に対して透過特性を有する波長選択フィルターとを備え、
前記波長変換素子から出射された前記高調波に変換されない前記基本波の一部は、前記波長選択フィルターによって前記光源にフィードバックされ、
前記高調波は、前記波長選択フィルターを透過して外部へ出射されることを特徴とする、コヒーレント光源。
【請求項２】
前記波長選択フィルターは、バンドパスフィルターとダイクロイックミラーを有し、
前記バンドパスフィルターが、前記高調波に変換されない前記基本波の一部に対して狭帯域透過特性を有し、かつ前記高調波に対して透過特性を有し、
前記ダイクロイックミラーが、前記バンドパスフィルターを透過した前記高調波に変換されない前記基本波の一部を反射し、
前記高調波が、前記バンドパスフィルターを透過した後、前記ダイクロイックミラーを透過して外部へ出射されることを特徴とする、請求項１記載のコヒーレント光源。
【請求項３】
前記波長選択フィルターは前記基本波に対する角度を可変する機構を備え、
前記波長選択フィルターの基本波の透過波長域Δλ１，高調波の透過波長域Δλ２に対して、Δλ２＞Δλ１の関係を満足している、
請求項１または２記載のコヒーレント光源。
【請求項４】
Δλ１＜０．６ｎｍ、Δλ２＞１０ｎｍである請求項３に記載のコヒーレント光源。
【請求項５】
前記波長選択フィルターが、共焦点光学系であり、
前記ダイクロイックミラーが、前記共焦点光学系の焦点面に設置されていることを特徴とする、請求項２から４のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項６】
前記光源が、シングルモードの半導体レーザであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項７】
前記半導体レーザのキャビティの長さが、１ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項６記載のコヒーレント光源。
【請求項８】
前記半導体レーザが、高周波重畳されていることを特徴とする、請求項６または７記載のコヒーレント光源。
【請求項９】
前記光源が、ファイバーレーザであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項１０】
前記波長選択フィルターの前記高調波の透過率が、８０％以上であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項１１】
前記波長選択フィルターの選択波長幅が、０．２ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項１２】
前記波長変換素子が、周期状の分極反転構造を備えていることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項１３】
前記波長変換素子の少なくとも一方の端面が、前記波長変換素子の光軸に対して３°以上傾いていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項１４】
前記光源と前記波長変換素子との間に集光光学系をさらに備え、
前記集光光学系は、色収差を有し、前記高調波と前記高調波に変換されない基本波の一部とを異なる集光点に集光することを特徴とする、請求項１から１３いずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項１５】
前記波長変換素子が、光導波路を備えていることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか記載のコヒーレント光源。
【請求項１６】
前記波長変換素子が、前記光源と直接接合されていることを特徴とする、請求項１５記載のコヒーレント光源。
【請求項１７】
前記波長選択フィルターが、前記光導波路の内部または端面に設置されることを特徴とする、請求項１５または１６記載のコヒーレント光源。
【請求項１８】
前記波長変換素子が、光導波路を備えており、
前記波長選択フィルターは、前記光導波路の内部または端面に設置されたバンドパスフィルターと、前記光導波路の端面に設置されたダイクロイックミラーを有し、
前記バンドパスフィルターが、前記高調波に変換されない前記基本波の一部に対して狭帯域透過特性を有し、かつ前記高調波に対して透過特性を有し、
前記ダイクロイックミラーが、前記バンドパスフィルターを透過した前記高調波に変換されない前記基本波の一部を反射し、
前記高調波が、前記バンドパスフィルターを透過した後、前記ダイクロイックミラーを透過して外部へ出射されることを特徴とする、請求項１記載のコヒーレント光源。
【請求項１９】
前記ダイクロイックミラーの厚みが、１ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１８記載のコヒーレント光源。
【請求項２０】
請求項１から１９記載のいずれかのコヒーレント光源と画像変換光学系とを有し、前記コヒーレント光源からの光を、光学系により２次元画像に変換することを特徴とする、光学装置。
【請求項２１】
前記画像変換光学系が、２次元のビーム走査光学系からなることを特徴とする、請求項２０記載の光学装置。
【請求項２２】
前記画像変換光学系が、２次元スイッチからなることを特徴とする、請求項２０記載の光学装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明のコヒーレント光源における波長選択フィルターは基本波に対する角度を可変する機構を備えていることが好ましい。さらに、波長選択フィルターの基本波の透過波長域Δλ１，高調波の透過波長域Δλ２に対して、Δλ２＞Δλ１の関係を満足していることが好ましい。
本発明のコヒーレント光源では、Δλ１＜０．６ｎｍ、Δλ２＞１０ｎｍであることが好ましい。
本発明のコヒーレント光源における波長選択フィルターは、共焦点光学系であり、ダ
イクロイックミラーは共焦点光学系の焦点面に設置されていることを特徴とする。これにより、基本波は安定して半導体レーザにフィードバックする。
【国際調査報告】
2005098529.tif 000018
2005098529.tif 000019
2005098529.tif 000020
2005098529.tif 000021