(57)【要約】半導体レーザからなるポンプ光源（１）と、前記半導体レーザにより励起される固体レーザ媒質（２）と、前記固体レーザ媒質のレーザ発振の、縦モードまたは横モードの少なくとも何れかをマルチモード化するマルチモード化手段（３）と、を備え、ポンプ光源から出射された光により励起されたレーザ媒質の発振光をマルチモード化手段により複数の発振スペクトルをもつ出射光（５）にして出力するようにしたので、小型で、高出力且つ高効率の、低コヒーレント光源を実現でき、これにより、スペックルノイズを低減したレーザ光源を提供できる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザからなるポンプ光源と、
前記ポンプ光源により励起される固体レーザ媒質と、
前記固体レーザ媒質のレーザ発振の、縦モードまたは横モードの少なくとも何れかをマルチモード化するマルチモード化手段と、を備える、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記固体レーザ媒質は、Ｐｒ３＋、Ｅｕ３＋、Ｓｍ３＋、Ｃｅ３＋、Ｔｍ３＋、Ｔｂ３＋、Ｅｕ２＋の少なくともいずれかが添加されている、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項３】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記マルチモード化手段が、バンドパスフィルターである、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項４】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記マルチモード手段が、グレーティングミラーである、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項５】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記マルチモード手段が、過飽和吸収体である、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項６】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記マルチモード化手段が、熱レンズ効果を有する物質である、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項７】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記固体レーザ媒質に、Ｈｏが共添加されている、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項８】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記固体レーザ媒質がセラミック材料からなる、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項９】
請求項１に記載のレーザ光源において、
狭帯域の反射特性を有する反射体をさらに備え、
前記反射体は、前記半導体レーザの発振波長を前記反射体の発振波長に固定する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１０】
請求項４に記載のレーザ光源において、
前記グレーティングミラーは、２つの波長域に反射特性を有し、
一方の反射波長は、前記固体レーザ媒質の発振波長域に存在し、
もう一方の反射波長は、前記半導体レーザの発振波長に存在する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１１】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記固体レーザ媒質は、ダブルクラッド構造のファイバーからなり、
前記ファイバーのコアには、Ｐｒ３＋、Ｅｕ３＋、Ｓｍ３＋、Ｃｅ３＋、Ｔｍ３＋、Ｔｂ３＋、Ｅｕ２＋の少なくともいずれかが添加されている、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１２】
請求項１１に記載のレーザ光源において、
前記マルチモード化手段が、グレーティングファイバーである、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１３】
請求項１２に記載のレーザ光源において、
前記グレーティングファイバーは、２つの波長域に反射特性を有し、
一方の反射波長は、前記固体レーザ媒質であるファイバーの発振波長域に存在し、
もう一方の反射波長は、前記半導体レーザの発振波長に存在する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１４】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記固定レーザ媒質が、光導波路からなる、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１５】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記ポンプ光源と、前記固体レーザ媒質と、前記マルチモード化手段とを備えた種光源と、
ポンプ光源により励起されるファイバーと、を備え、
前記種光源から出射される種光を前記ファイバーにおいて増幅する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１６】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記固体レーザ媒質の発振波長が、６００〜６６０ｎｍの赤色光である、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１７】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記固体レーザ媒質の発振波長が、５１５〜５５５ｎｍの緑色光である、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１８】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記固体レーザ媒質が、発振波長６００〜６６０ｎｍの赤色光と、発振波長５１５〜５５５ｎｍの緑色光と、発振波長４４０ｎｍの青色光のうちのいずれかを同時に発生する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１９】
請求項１８に記載のレーザ光源において、
前記ポンプ光源が、ＧａＮ系の固体光源である、ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２０】
請求項１９に記載のレーザ光源において、
前記半導体レーザの出射光に、高周波を重畳する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２１】
請求項１１に記載のレーザ光源において、
前記ファイバーが複数のコアを有する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２２】
請求項２１に記載のレーザ光源において、
前記複数のコアの直径またはコア間距離のいずれかが異なっている、
ことを特徴するレーザ光源。
【請求項２３】
請求項２１に記載のレーザ光源において、
前記複数のコアのいずれかが、他のコアと異なる屈折率を有する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２４】
請求項２１に記載のレーザ光源において、
前記複数のコアのいずれかが、他のコアと異なる添加物を含むか、あるいは添加物量が異なる、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２５】
請求項２１に記載のレーザ光源において、
前記複数のコアのいずれかが、他のコアと異なる反射波長のグレーティングを備えている、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２６】
請求項２１に記載のレーザ光源において、
前記複数のコアのいずれかが、他のコアと異なる波長で発振している、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２７】
請求項２１に記載のレーザ光源において、
前記ファイバーからの発生波長光を切り替えるスイッチをさらに備える、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２８】
請求項２１に記載のレーザ光源において、
前記ファイバーの出射部近傍でファイバーのコア径を拡大するテーパファイバーをさらに備える、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２９】
請求項２１に記載のレーザ光源において、
少なくとも一つの種光源をさらに備え、
前記種光源から出射される種光を前記ファイバーで増幅する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項３０】
請求項１１に記載のレーザ光源において、
前記固体レーザ媒質は、複数の前記ダブルクラッド構造のファイバーからなる、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項３１】
請求項３０に記載のレーザ光源において、
前記複数のファイバーのいずれかが、他のファイバーと異なる波長を発生している、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項３２】
請求項３０に記載のレーザ光源において、
前記複数のファイバーをそれぞれ励起する、半導体レーザからなる複数のポンプ光源を備え、
前記複数のファイバーは、Ｐｒ３＋が添加されていないノンドープファイバーを含み、
前記複数のファイバーからは、前記ノンドープファイバーから出射される前記ポンプ光源の出力光と、前記複数のポンプ光源の出力光を前記複数のファイバーでそれぞれ独立に変調した複数の波長光とを含む、複数波長が出力される、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項３３】
請求項３０に記載のレーザ光源において、
前記複数のファイバーのいずれかが、複数の波長光を発生する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項３４】
請求項３０に記載のレーザ光源において、
前記複数のファイバーのいずれかが、複数のコアを有する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項３５】
請求項３０ないし請求項３４のいずれかに記載のレーザ光源において、
前記複数のファイバーを冷却するヒートシンクをさらに備え、
前記ファイバーの少なくとも一部が前記ヒートシンクに接触している、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項３６】
赤色コヒーレント光を発生する赤色レーザ光源と、
緑色コヒーレント光を発生する緑色レーザ光源と、
青色コヒーレント光を発生する青色レーザ光源と、
前記レーザ光をスクリーンまたは照射体に照射する光学系と、を備え、
前記赤色レーザ光源、前記緑色レーザ光源、前記青色レーザ光源の少なくとも一つが請求項１ないし請求項３５のいずれかに記載のレーザ光源である、
ことを特徴とする光学装置。
【請求項３７】
請求項２１または請求項３０に記載のレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射される複数の波長光を、ディスプレイに表示するための画像に変換する画像変換素子と、
前記レーザ光源から発生する複数の波長の光の出力強度を検知し、その出力強度にあわせて、前記画像変換素子から出力される前記複数の波長光それぞれの強度及びその出力比を制御する制御回路と、を備える、
ことを特徴とする光学装置。
【請求項３８】
請求項３７に記載の光学装置において、
前記レーザ光源から前記ディスプレイに光を伝搬するファイバーが、そのクラッドに、該ファイバーを導波する光を散乱する散乱体を含み、
前記ファイバーからの側面散乱により前記画像変換素子を照射する、
ことを特徴とする光学装置。
【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レーザ光源及びこれを利用した光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、ＲＧＢ（赤緑青）の３色のレーザ光源（以下、「ＲＧＢレーザ」とも称す。）を用いたレーザディスプレイ装置が提案されている。そして、該ＲＧＢレーザを用いたレーザディスプレイ装置では、レーザ光の単色性と広い色表現範囲とを実現できるため、高色彩のカラー表示が可能となる。【０００３】  ＲＧＢレーザにより大画面のディスプレイ装置を実現するには、数Ｗのレーザ光源が必要となる。このようなレーザ光源を実現する手段としては、従来では、高出力のＡｒレーザやＫｒレーザが使用されていた。しかし、これらのガスレーザは、エネルギー変換効率が０．１％程度と非常に低いため、冷却装置を含めた大がかりな装置構成を必要とするという問題があった。【０００４】  一方、この問題を解決するため、固体レーザによる短波長光発生が検討された。
例えば、ＹＡＧ等の固体レーザによる１．０６４μｍの光を、波長変換素子により第２高調波に波長変換することで、高出力の緑色光の発生を実現している。また、最近では、Ｙｂドープのファイバーレーザを用いた高出力の緑色光発生も報告され、さらに、非特許文献１では、波長変換素子としてＬＢＯ結晶（非線形光学結晶：ＬｉＢ３Ｏ５）を用い、入射される基本波光を該波長変換素子により波長変換することで、６０Ｗの緑色光発生を実現できることが報告されている。【０００５】  また、固体レーザより直接発生する緑色または青色を光源として利用する方法も提案されている。例えば、特許文献１には、３価のプラセオジウムイオン（Ｐｒ３＋）をドープしたレーザ媒質をＧａＮ系半導体レーザで励起することで、赤色、緑色光を発生させ、これをレーザディスプレイ装置に応用する方法が提案開示されている。
【非特許文献１】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．１，ｐｐ．６７−６９（２００５）
【特許文献１】特開２００１−２６４６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  しかしながら、前述したレーザ光源は、光源の有する高いコヒーレンスにより、レーザの照射面でスペックルノイズが発生することが知られている。このスペックルノイズは、レーザ光が照射面で散乱する際に発生する光の干渉効果によって発生するもので、画質の大幅な低下をもたらし、レーザディスプレイ装置の大きな課題と見なされている。【０００７】  例えば、非特許文献１に示したように、レーザ光源として、固体レーザからの光を波長変換素子で短波長光に変換したものを使用する場合、レーザ光源のコヒーレンスが劣化すると変換効率が大幅に低下してしまうので、高効率な波長変換を行うためには、低コヒーレンスの光は利用できず、この結果、スペックルノイズが増大してしまうという問題がある。【０００８】  一方、特許文献１に示したように、レーザ光源として、固体レーザより直接短波光を発振可能なものを使用する場合、出力変動によるノイズを低減するために、コヒーレンスの高いレーザ光源を実現しているので、特許文献１においても、干渉によるスペックルノイズが増大するという問題がある。【０００９】  本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、小型、且つ高出力で、スペックルノイズを低減できるレーザ光源、及びそのレーザ光源を利用した高画質な光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  前記課題を解決するために、本発明のレーザ光源は、半導体レーザからなるポンプ光源と、前記ポンプ光源により励起される固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質のレーザ発振の、縦モードまたは横モードの少なくとも何れかをマルチモード化するマルチモード化手段と、を備えるものである。
これにより、高効率な単色光発生と、レーザ光源のコヒーレンスの低減を実現できる。【００１１】  また、本発明のレーザ光源は、前記固体レーザ媒質は、Ｐｒ３＋、Ｅｕ３＋、Ｓｍ３＋、Ｃｅ３＋、Ｔｍ３＋、Ｔｂ３＋、Ｅｕ２＋の少なくともいずれかが添加されているものである。
これにより、高効率な波長光を得ることができる。【００１２】  さらに、本発明のレーザ光源は、前記マルチモード化手段が、バンドパスフィルターである。【００１３】  さらに、本発明のレーザ光源は、前記マルチモード手段が、グレーティングミラーである。【００１４】  さらに、本発明のレーザ光源は、前記マルチモード手段が、過飽和吸収体である。
これにより、レーザ光源より出射される光の縦モードをマルチモード化でき、低コヒーレンスの波長光の発生を実現できる。【００１５】  さらに、本発明のレーザ光源は、前記マルチモード手段が、熱レンズ効果を有する物質である。
これにより、レーザ光源より出射される光の横モードをマルチモード化でき、低コヒーレンスの波長光の発生を実現できる。【００１６】  さらに、本発明のレーザ光源は、前記固体レーザ媒質に、Ｈｏが共添加されているものである。
これにより、レーザ光源より出射される光の縦モードをマルチモード化でき、低コヒーレンスの波長光の発生を実現できる。また、固体レーザ媒質の励起効率を向上させることもできる。【００１７】  さらに、本発明のレーザ光源は、前記固体レーザ媒質がセラミック材料からなるものである。
これにより、レーザ光源における、高効率化と、低コスト化が図れる。【００１８】  さらに、本発明のレーザ光源は、狭帯域の反射特性を有する反射体をさらに備え、前記反射体は、前記半導体レーザの発振波長を前記反射体の発振波長に固定するものである。【００１９】  さらに、本発明のレーザ光源は、前記グレーティングミラーは、２つの波長域に反射特性を有し、一方の反射波長は、前記固体レーザ媒質の発振波長域に存在し、もう一方の反射波長は、前記半導体レーザの発振波長に存在するものである。
これにより、レーザ光源より出射される波長光をより安定させることができる。【００２０】  また、本発明のレーザ光源は、前記固体レーザ媒質は、ダブルクラッド構造のファイバーからなり、前記ファイバーのコアには、Ｐｒ３＋、Ｅｕ３＋、Ｓｍ３＋、Ｃｅ３＋、Ｔｍ３＋、Ｔｂ３＋、Ｅｕ２＋の少なくともいずれかが添加されているものである。
これにより、高効率な波長光を発生する、小型且つ高出力のレーザ光源を提供できる。【００２１】  さらに、本発明のレーザ光源は、前記マルチモード化手段が、グレーティングファイバーである。
これにより、レーザ光源より出射される光の縦モードをマルチモード化でき、低コヒーレンスの波長光の発生を実現できる。【００２２】  さらに、本発明のレーザ光源は、前記グレーティングファイバーは、２つの波長域に反射特性を有し、一方の反射波長は、前記固体レーザ媒質であるファイバーの発振波長域に存在し、もう一方の反射波長は、前記半導体レーザの発振波長に存在するものである。
これにより、レーザ光源より出射される波長光をより安定させることができる。【００２３】  また、本発明のレーザ光源は、前記固定レーザ媒質が、光導波路からなるものである。【００２４】  また、本発明のレーザ光源は、前記ポンプ光源と、前記固体レーザ媒質と、前記マルチモード化手段とを備えた種光源と、ポンプ光源により励起されるファイバーと、を備え、前記種光源から出射される種光を前記ファイバーにおいて増幅するものである。
これにより、高効率な波長光の発生と、該レーザ光源のコヒーレンスの低減を実現できる。【００２５】  また、本発明のレーザ光源は、前記固体レーザ媒質の発振波長が、６００〜６６０ｎｍの赤色光である。
これにより、小型、高出力且つ低コヒーレントの赤色光源を提供できる。【００２６】  また、本発明のレーザ光源は、前記固体レーザ媒質の発振波長が、５１５〜５５５ｎｍの緑色光である。
これにより、小型、高出力且つ低コヒーレントの緑色光源を提供できる。【００２７】  また、本発明のレーザ光源は、前記固体レーザ媒質が、発振波長６００〜６６０ｎｍの赤色光と、発振波長５１５〜５５５ｎｍの緑色光と、発振波長４４０ｎｍの青色光のうちのいずれかを同時に発生するものである。
これにより、ＲＧＢ光を同時に出力する、小型のレーザ光源を提供できる。【００２８】  また、本発明のレーザ光源は、前記ポンプ光源が、ＧａＮ系の固体光源である。【００２９】  また、本発明のレーザ光源は、前記半導体レーザの出射光に、高周波を重畳するものである。
これにより、マルチモード化されたＲＧＢ光を同時に出力可能な、小型、高出力且つ低コヒーレントのレーザ光源を提供できる。【００３０】  また、本発明のレーザ光源は、前記ファイバーが複数のコアを有するものである。
これにより、各コア間で異なる波長の発振が可能となるため、高出力且つ高効率な、低コヒーレンス光源を提供できる。【００３１】  さらに、本発明のレーザ光源は、前記複数のコアの直径またはコア間距離のいずれかが異なっているものである。【００３２】  さらに、本発明のレーザ光源は、前記複数のコアのいずれかが、他のコアと異なる屈折率を有するものである。
これにより、出射光のスペクトルの広がりを自由に制御することができる。【００３３】  さらに、本発明のレーザ光源は、前記複数のコアのいずれかが、他のコアと異なる添加物を含むか、あるいは添加物量が異なるものである。
これにより、複数のコアから異なる波長光の発生が可能となり、簡単な構成で、高出力の波長光を複数発生させることができる。【００３４】  さらに、本発明のレーザ光源は、前記複数のコアのいずれかが、他のコアと異なる反射波長のグレーティングを備えているものである。
これにより、各コアにおいて、異なる波長の反射を起こすことができる。【００３５】  さらに、本発明のレーザ光源は、前記複数のコアのいずれかが、他のコアと異なる波長で発振しているものである。
これにより、複数のコアから異なる波長光の発生が可能となる。【００３６】  また、本発明のレーザ光源は、前記ファイバーからの発生波長光を切り替えるスイッチをさらに備えるものである。
これにより、前記ファイバーからの発生される複数波長光を切り替えて出力することができる。【００３７】  また、本発明のレーザ光源は、前記ファイバーの出射部近傍でファイバーのコア径を拡大するテーパファイバーをさらに備えるものである。
これにより、ファイバーの出力端面に付着物が定着しないようにできる。【００３８】  また、本発明のレーザ光源は、少なくとも一つの種光源をさらに備え、前記種光源から出射される種光を前記ファイバーで増幅するものである。
これにより、前記ファイバーからの発生される複数波長光を切り替えて出力することができる。【００３９】  また、本発明のレーザ光源は、前記固体レーザ媒質は、複数の前記ダブルクラッド構造のファイバーからなるものである。
これにより、ファイバーからの出射光の高出力化、高効率化、多波長化を実現できる。また、出力波長の調整を容易に行える効果もある。【００４０】  さらに、本発明のレーザ光源は、前記複数のファイバーのいずれかが、他のファイバーと異なる波長を発生しているものである。
これにより、複数波長を発振できるため、低コヒーレンス光源を実現できる。【００４１】  さらに、本発明のレーザ光源は、前記複数のファイバーをそれぞれ励起する、半導体レーザからなる複数のポンプ光源を備え、前記複数のファイバーは、Ｐｒ３＋が添加されていないノンドープファイバーを含み、前記複数のファイバーからは、前記ノンドープファイバーから出射される前記ポンプ光源の出力光と、前記複数のポンプ光源の出力光を前記複数のファイバーでそれぞれ独立に変調した複数の波長光とを含む、複数波長が出力されるものである。
これにより、ＲＧＢ光を同時に出射可能な光源を提供できる。【００４２】  さらに、本発明のレーザ光源は、前記複数のファイバーのいずれかが、複数の波長光を発生するものである。【００４３】  さらに、本発明のレーザ光源は、前記複数のファイバーのいずれかが、複数のコアを有するものである。
これにより、ＲＧＢ光を同時に出射可能な光源の小型化を実現できる。【００４４】  さらに、本発明のレーザ光源は、前記複数のファイバーを冷却するヒートシンクをさらに備え、前記ファイバーの少なくとも一部が前記ヒートシンクに接触しているものである。
これにより、ファイバーの放熱を促進し、レーザの発振効率を大幅に向上できる。【００４５】  本発明の光学装置は、赤色コヒーレント光を発生する赤色レーザ光源と、緑色コヒーレント光を発生する緑色レーザ光源と、青色コヒーレント光を発生する青色レーザ光源と、前記レーザ光をスクリーンまたは照射体に照射する光学系と、を備え、前記赤色レーザ光源、前記緑色レーザ光源、前記青色レーザ光源の少なくとも一つが請求項１ないし請求項３５のいずれかに記載のレーザ光源であるものである。
これにより、スペックルノイズが低減された高画質の画像を実現可能な光学装置を提供できる。【００４６】  また、本発明の光学装置は、請求項２１または請求項３０に記載のレーザ光源と、前記レーザ光源から出射される複数の波長光を、ディスプレイに表示するための画像に変換する画像変換素子と、前記レーザ光源から発生する複数の波長の光の出力強度を検知し、その出力強度にあわせて、前記画像変換素子から出力される前記複数の波長光それぞれの強度及びその出力比を制御する制御回路と、を備えるものである。
これにより、小型で、高効率の、色再現性が広い光学装置を提供できる。また、スペックルノイズも低減可能であるため、高画質の映像が表示できる。【００４７】  さらに、本発明の光学装置は、前記レーザ光源から前記ディスプレイに光を伝搬するファイバーが、そのクラッドに、該ファイバーを導波する光を散乱する散乱体を含み、前記ファイバーからの側面散乱により前記画像変換素子を照射するものである。
これにより、超薄型の光学装置を提供できる。
【発明の効果】
【００４８】  本発明のレーザ光源によれば、レーザ媒質と、半導体レーザからなるポンプ光源と、前記レーザ媒質からのレーザ発振の縦モードまたは横モードの少なくともいずれかをマルチモード化するマルチモード化手段とを備えるようにしたので、高効率な単色光発生と、レーザ光源のコヒーレンスの低減を実現できる。さらに、このレーザ光源を光学装置に適用することで、小型、高出力、且つスペックルノイズの無い、高画質な光学装置が実現できる。【００４９】  また、Ｐｒ３＋等のドープ材料をドーピングしたレーザ媒質を用いることで、該ドープ材料に応じた、赤、青、緑等の複数のレーザ光を発生させることができる。【００５０】  さらに、本発明のレーザ光源によれば、ダブルクラッド構造のファイバーに、グレーティングファイバーを融着し、該ファイバーより出射される光をマルチモード化するようにしたので、高効率な単色光発生と、レーザ光源のコヒーレンスの低減を実現できる。また、前記単一ファイバーに、複数のコアを形成し、該複数のコアのコア径、コア形状、或いはコア間距離等を変えるようにすれば、出射されるレーザ光の高出力化、高効率化を実現できる。また、前記複数のコアにドープするドープ材料、あるいはその添加量をかえることにより、単一ファイバーより複数色のレーザ光を出射することができる。さらに、このレーザ光源を光学装置に適用することで、より小型化された、高出力、且つスペックルノイズのない、高画質な光学装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における、レーザ光源の構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１におけるレーザ光源の、反射体の反射特性を示す図（図（ａ））と、そのレーザ媒質からの発振波長を示す図（図（ｂ））である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１における、レーザ光源の別の構成を示す図であり、図（ａ）は、グレーティングとして体積グレーティングを用いた図であり、図（ｂ）は、グレーティングを用いた図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１における、レーザ光源の更に別の構成を示す図である。
【図５】図５は、本実施の形態１において、横モードをマルチモード化するレーザ光源の構成を示す図である。
【図６】図６は、本実施の形態１において、横モードをマルチモード化するレーザ光源の別の構成を示す図である。
【図７】図７は、本実施の形態１におけるレーザ光源の、広帯域の反射特性に加えて、狭帯域の反射特性を持つ反射体を備えた構成図である。
【図８】図８は、セラミックＹＡＧを母材とし、Ｐｒをドープした場合と、ＰｒとＨｏ（ホルミウム）を共ドープした場合の蛍光スペクトルを示す図である
【図９】図９は、本発明の実施の形態２におけるレーザ光源の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態２におけるレーザ光源の別の構成を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態２におけるレーザ光源のさらに別の構成を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態３における、複数コアを有するファイバーを用いたレーザ光源を示す図であって、図（ａ）はその構成を示す断面図であり、図（ｂ）はファイバーの断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態４におけるレーザ光源の構成を示す図である。
【図１４】図１４は、本実施の形態５における、複数コアを有するファイバーを用いた複数波長の光を出射するレーザ光源の構成を示す図であり、図（ａ）は、レーザ光源の断面図であり、図（ｂ）は、ファイバーの断面図である。
【図１５】図１５は、本実施の形態５における、単一ファイバーから出射光を切り替えて出力するレーザ光源の構成を示す図である。
【図１６】図１６は、本実施の形態５における、単一ファイバーから出射光を切り替えて出力するレーザ光源の別の構成を示す図である。
【図１７】図１７は、本実施の形態５における、単一ファイバーから出射光を切り替えて出力するレーザ光源のさらに別の構成を示す図である。
【図１８】図１８は、本実施の形態６における、複数ファイバー束からなるレーザ光源の構成を示す図であり、図（ａ）は構成を示す図であり、図（ｂ）はファイバーの断面図である。
【図１９】図１９は、本実施の形態６における、複数ファイバー束からなるレーザ光源の別の構成を示す図であり、図（ａ）は構成を示す図であり、図（ｂ）はファイバーの断面図である。
【図２０】図２０は、本実施の形態７における、レーザディスプレイの構成を示す図である。
【図２１】図２１は、本実施の形態７における、レーザディスプレイの別の構成を示す図である。
【図２２】図２２は、本実施の形態７における、液晶ディスプレイの構成を示す図である。
【図２３】図２３は、本実施の形態７における、液晶ディスプレイの別の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】  １，１９１  ＧａＮ系半導体レーザ
２，９２  レーザ媒質
３，６３，１０３  反射体
４，２１，５１，７４，１０４，１３３  多層膜ミラー
５，６５，７５，８５，９５，１０５，１１５，１２５，１３５，１４５，１５５，１９５  出射光
６  戻り光
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１８０，１９０，１１０１，１２０１，１３０１，１４０１  レーザ光源
１１  励起スポット
２２  外部グレーティング
２２ａ  体積グレーティング
２２ｂ  グレーティング
３１  過飽和吸収体
４１  ヒートシンク
４２  穴
７２，８２，１１２，１２２，１４２，１５２，１８２，１９２  ドープファイバー
７３，７６，１２９，１４９  グレーティングファイバー
８１  種光源
８５  カップラ
９１  入射部
９３，１１３，１２３，１４３  グレーティング
９４  出射部
９６  基板
９７  ギャップ部
９８  リッジ導波路
１１６，１２６，１８６，１９６  コア
１１７，１２７  クラッド
１３６  波長選択フィルター
１３７  駆動装置
１３８  集光光学系
１４６  スイッチ
１５１ａ  赤色レーザ
１５１ｂ  緑色レーザ
１１００，１２００  レーザディスプレイ装置
１１０２  コリメート光学系
１１０３  インテグレータ光学系
１１０５，１３０３  液晶パネル
１１０６，１２０５  スクリーン
１１０７  投影レンズ
１２０２，１２０３  ミラー
１２０４  レーザ光
１２０６  カラーフィルタ
１２０７  変調器
１３００，１４００  液晶ディスプレイ装置
１３０２，１４０２  ファイバー
１３０４  制御回路
１３０５，１４０５  ディスプレイ
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】  以下、短波長光が直接発振可能な固体レーザ媒質を利用して、ディスプレイに必要な低コヒーレンスなレーザ光を実現する構成について説明する。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１におけるレーザ光源の構成を示す図である。１は窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体レーザ、２は３価のプラセオジウムイオン（Ｐｒ３＋）がドープされたレーザ媒質、３は反射体、４は多層膜ミラー、１０はレーザ光源、５は該レーザ光源からの出射光である。【００５４】  ＧａＮレーザ１は、ワイドストライプ半導体レーザであり、その発振波長は４４０ｎｍ近傍、出力は５００ｍＷから数Ｗである。多層膜ミラー４は、４４０ｎｍの波長を透過し、５３０ｎｍ近傍の波長を反射する。反射体３は、５３０ｎｍ近傍に狭帯域の反射特性を有するグレーティングミラーである。レーザ媒質２は、４４０ｎｍ近傍に吸収特性を有し、５３０ｎｍ近傍に発振特性を有するものであり、該レーザ媒質２は、前記多層膜ミラー４と前記反射体３とにより共振器を構成している。【００５５】  以下、動作を説明する。まず、ＧａＮレーザ１から出射された波長４４０ｎｍ近傍の光は、多層膜ミラー４を透過し、レーザ媒質２を励起する。このＧａＮレーザ１により励起されたレーザ媒質２の発振波長は、反射体３を介して外部に出射されるが、前記レーザ媒質２の発振波長は、その反射体３の反射特性により制御される。【００５６】  図２（ａ）は、本実施の形態１におけるレーザ光源の反射体の反射特性、図２（ｂ）は、本実施の形態１のレーザ媒質からの発振波長を示す図である。
例えば、図２（ａ）に示すように、反射体３として、レーザ媒質２の発振ゲインの存在する波長領域（ここでは５３０ｎｍ近傍）にブロードな反射特性をもつものを用いれば、図２（ｂ）に示すように、前記レーザ媒質２の発振波長は、前記反射体３の反射帯域内に複数の発振スペクトルが発生することとなり、この結果、該レーザ媒質２の発振波長の縦モードをマルチモード化でき、コヒーレンスの低減が可能となる。
そして、このようにレーザ媒質２の発振波長の縦モードをマルチモード化した光を、出射光５として出力する。【００５７】  なお、本実施の形態１のレーザ光源１０では、ＧａＮレーザ１により励起されるレーザ媒質２を用いた直接発振を利用しているため、縦モードのマルチモード化によりコヒーレンスを低減しても、２０〜３０％という非常に高い変換効率を実現できる。例えば、本実施の形態１の場合、ＧａＮレーザ１による５００ｍＷの励起で、１００ｍＷ〜１５０ｍＷの緑色光源が実現できた。【００５８】  以上のように、４４０ｎｍ近傍の発振波長を有するＧａＮレーザ１と、３価のプラセオジウムイオン（Ｐｒ３＋）をドープしたレーザ媒質２と、５３０ｎｍ近傍に狭帯域の反射特性を有する反射体３とを備え、ＧａＮレーザ１によりレーザ媒質２を励起して、そのレーザ媒質２の発振波長を反射体３の反射特性により制御してマルチモード化することにより、小型、高出力、且つ低コヒーレントの緑色光源が実現することが可能となる。【００５９】  前述したレーザ光源の構成の別の構成として、図３に示すように、前記レーザ媒質２の発振波長の縦モードをマルチモード化するマルチモード化手段として、レーザ媒質２と切りはなした外部グレーティングを設け、該レーザ媒質２に、外部より光フィードバックを行い、該レーザ媒質２の発振波長の縦モードをマルチモード化するようにしてもよい。【００６０】  以下、詳述する。図３（ａ），（ｂ）は、本実施の形態１のレーザ光源の別の構成を示す図である。１はＧａＮ系半導体レーザ、４は多層膜ミラー、２１は第２の多層膜ミラー、２２ａ，２２ｂは外部グレーティング、６は戻り光、２０ａ，２０ｂはレーザ光源、５は該レーザ光源からの出射光である。【００６１】  第２の多層膜ミラー２１は、波長５３０ｎｍ近傍の光を反射するものである。そして、前記レーザ媒質２は、前述した波長４４０ｎｍの光を透過し、波長５３０ｎｍ近傍の光を反射する多層膜ミラー４と、第２の多層膜ミラー２１により共振器を構成している。【００６２】  外部グレーティング２２ａ，２２ｂは、図２（ａ）に示すように、５３０ｎｍ近傍に狭帯域の反射特性を有するものであり、図３（ａ）では、体積グレーティング２２ａを用いた例を、また図３（ｂ）ではグレーティング２２ｂを用いた例を図示している。【００６３】  以下、動作を説明する。まず、ＧａＮレーザ１から出射された波長４４０ｎｍ近傍の光は、多層膜ミラー４を透過し、レーザ媒質２を励起する。ＧａＮレーザ１により励起されたレーザ媒質２は、多層膜ミラー４，２１により波長５３０ｎｍ近傍の光を共振し、５３０ｎｍ近傍のレーザ発振を行う。このレーザ媒質２から出射された光は、外部グレーティング２２ａ，２２ｂに入射される。このとき、該レーザ媒質２から出射された光の一部は、前記外部グレーティング２２により反射され、レーザ媒質２に戻り光６として帰還され、これにより、レーザ媒質２の発振波長が制御される。【００６４】  本実施の形態１では、前記外部グレーティング２２ａ，２２ｂとして、その反射特性が、図２（ａ）に示すように、レーザ媒質２の発振ゲインの存在する波長領域（ここでは５３０ｎｍ近傍）にブロードな反射特性をもつものを用い��。これにより、レーザ媒質２の発振波長は、図２（ｂ）に示すように、該外部グレーティング２２の反射帯域内に複数の発振スペクトルが発生することとなり、この結果、該レーザ媒質２の発振波長の縦モードをマルチモード化でき、コヒーレンスの低減が可能となる。【００６５】  そして、このようにレーザ媒質２の発振波長の縦モードをマルチモード化した低コヒーレンスの光を、当該レーザ光源２０ａ，２０ｂの出射光５として出力する。【００６６】  なお、図３に示すレーザ光源２０ａ，２０ｂは、前述した図１に示すレーザ光源と同様、ＧａＮレーザにより励起されたレーザ媒質による直接発振を利用しているため、縦モードのマルチモード化によりコヒーレンスを低減しても、２０〜３０％という非常に高い変換効率を実現でき、この結果、小型で、高出力、且つ低コヒーレントの緑色光源が実現できる。【００６７】  ここで、前記出射光５のコヒーレンスをさらに減少させるには、前記外部グレーティング２２の反射帯域を広げればよい。外部グレーティング２２ａ，２２ｂの反射波長の帯域を増大させる方法としては、例えば、該外部グレーティング２２ａ，２２ｂの相互作用長を短くする、周期性を乱す、あるいはチャープ構造の周期を用いる等の方法がある。【００６８】  前述したレーザ光源の更に別の構成として、図４に示すように、前記レーザ媒質２の発振波長の縦モードをマルチモード化するマルチモード化手段として、レーザ媒質２内に過飽和吸収体３１を挿入するようにしてもよい。このような構成によっても、該レーザ媒質２の発振波長の縦モードマルチ化が可能となる。【００６９】  以下、詳述する。図４は、本実施の形態１のレーザ光源の更に別の構成を示す図である。１はＧａＮ系半導体レーザ、２はレーザ媒質、４，２１は多層膜ミラー、３１は過飽和吸収体、３０はレーザ光源、３５は該レーザ光源からの出射光である。【００７０】  レーザ媒質２は、前述したように、波長４４０ｎｍの光を透過し、波長５３０ｎｍ近傍の光を反射する多層膜ミラー４と、波長５３０ｎｍ近傍の光を反射する第２の多層膜ミラー２１とにより共振器を構成している。そして、前記過飽和吸収体３１は、入射光強度に対して吸収係数が非線形に変化するものであり、該過飽和吸収体３１を前記共振器内に挿入することで、レーザ媒質２が狭帯域のパルス発振を行い、このパルス発振により、レーザ媒質２の発振波長の縦モードをマルチモード化でき、その結果、コヒーレンスの低減が可能となる。【００７１】  また、前記過飽和吸収体３１を前記共振器内に挿入すると、該過飽和吸収体３１の屈折率が時間的に変化する。この結果、前記共振器の光学長が時間的に変化するため、これによっても、前記共振器の発振スペクトルをマルチモード化することができる。【００７２】  さらに、前記マルチモード化手段として、前記共振器内に過飽和吸収体３１を挿入した場合に、該過飽和吸収体３１により熱レンズが発生すると、前記共振器内の発振横モードが乱れ、レーザ媒質２の発振波長の横モードについてもマルチモード化できる。ここで、熱レンズとは、固体レーザにおける熱の分布により形成される屈折率変化であり、この屈折率変化は光学的に凸レンズと等価な働きをするものである。���００７３】  このように、発振波長の横モードをマルチモード化することでも、スペックルノイズの低減が可能となる。その一つの理由としては、横モードがマルチモード化されると、スペクトルが分散することが挙げられる。異なる横モードはそれぞれ異なるスペクトルを有するため、レーザ媒質２の発振波長の発振スペクトルがマルチモード化して干渉性が低下すると、スペックルノイズが低減される。また、別の理由としては、横モードが異なると、スペックルパターンが異なることが挙げられる。複数の横モードにより複数のスペックルパターンが形成されると、その複数のスペックルパターンそれぞれが重なり平均化されてスペックルノイズが低下する。【００７４】  横モードのマルチモード化手段としては、レーザ媒質２の放熱を制御することも有効である。
３価のプラセオジウムイオン（Ｐｒ３＋）は、５３０ｎｍ近傍に僅かに吸収がある。このため、レーザ媒質２の放熱を僅かに遮断すると、レーザ発振による吸収によってレーザ媒質２に温度分布が形成されて熱レンズ効果が生じ、横モードのマルチモード化が可能となる。【００７５】  また、ＧａＮレーザ１からの励起光の吸収によっても、レーザ媒質２に温度分布が形成され、熱レンズ効果が生じて横モードのマルチモード化が可能になる。
さらに、レーザ媒質２の放熱の均一性を非対称にし、該レーザ媒質２の放熱に分布をつければ、レーザ媒質２内での熱分布が強調されるため、横モードのマルチモード化が促進できる。【００７６】  以下、前述したような横モードのマルチモード化を実現するための具体的な方法例をいくつか挙げる。
第１の方法としては、熱レンズによる屈折率分布を中心対称から非対称な構造にするために、例えば、レーザ媒質２を冷却するヒートシンクの形状を、ＧａＮレーザ１の励起スポットに対して非対称構造にする方法が挙げられる。図５（ａ）は、レーザ媒質を冷却するヒートシンクの形状を非対称構造としたレーザ光源の構成を示す図であり、図５（ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図である。図５において、４１はレーザ媒質２を冷却するヒートシンク、４２は該ヒートシンク４１に開けられた穴、１１は前記ＧａＮレーザの励起スポット、４０はレーザ光源、４５は該レーザ光源からの出射光である。図５に示すように、レーザ光源４０が、前記ヒートシンク４１の穴４２を介して、ＧａＮレーザ１の励起スポット１１によってレーザ媒質２を励起する構成を有する場合、その穴４２の形状を非対称構造にする。これにより、前記レーザ媒質２における熱の分布が非対称になって熱レンズ効果が生じ、横モードがマルチモード化する。【００７７】  また第２の方法としては、レーザ媒質２の励起自体を非対称な分布にするために、例えば、レーザ媒質２としてセラミック材料を用いる方法が挙げられる。このように、レーザ媒質２としてセラミック材料を用いれば、該レーザ媒質２内でのＰｒ３＋イオンやその他の添加物分布を自由に制御できるため、レーザ媒質２の励起効率に分布をつけて、横モードをマルチモード化できる。【００７８】  第３の方法としては、前述した図４に示すように、共振器内部に、過飽和吸収体のような光をわずかに吸収して屈折率を変化させる物質を挿入する方法が挙げられる。このようにすれば、その挿入された物質が共振器内部で光を吸収することによって生じる屈折率分布により、横モードをマルチモード化できる。【００７９】  第４の方法としては、共振器自体を非対称構造にする方法が挙げられる。図６は、その共振器自体を非対称構造としたレーザ光源の構成を示す図である。図６において、１はＧａＮレーザ、２はレーザ媒質、４，５１は多層膜ミラー、５０はレーザ光源、５５は該レーザ光源からの出射光である。ここでは、多層膜ミラー４，５１により共振器が構成されるが、図６に示したように、該第２の多層膜ミラー５１をわずかに傾ける構造にすることより、共振器自体を非対称構造とし、出射光５５の横モードをマルチモード化する。なお、前記第２の多層膜ミラー５１を傾けると共振器損失が増大するが、レーザ媒質２が熱レンズ効果によりレンズ作用を持つ場合には、共振器損失は大幅に低下する。なお、ここでは、第２の多層膜ミラー５１がフラットミラーである場合を例に挙げたが、該多層膜ミラー５１が凹面ミラーであれば、該多層膜ミラー５１が傾けられても共振器損失はほとんど生じず、有効である。また、横モードをマルチモード化するために、前述した第１〜第４の方法を組み合わせて用いることも可能である。【００８０】  また、レーザ光源の共振器長と多層膜ミラーの曲率とを、シングルモードの設計よりずらすことによっても、横モードをマルチモード化できる。
そして、これら横モードのマルチモード化手段と、前述した縦モードのマルチモード化手段とを幾つか併用することで、レーザ光のコヒーレンスを低減でき、ディスプレイ応用におけるスペックルノイズを大幅に低減できる。なお、レーザディスプレイにおけるスペックルノイズの低減効果を得るには、スペクトル幅を、少なくとも２ｎｍ以上、好ましくは５ｎｍ以上拡大させる必要がある。【００８１】  また、本実施の形態１では、図２（ａ）に示すように、マルチモード化手段である反射体３の反射特性が、単一反射でフラットである場合を一例に挙げたが、該反射特性が、複数のスペクトルに分かれる場合でも同様の効果が得られる。【００８２】  また、図７に示すように、レーザ光源６０の体積グレーティング等の反射体６３が、該５３０ｎｍ近傍のブロードな反射特性に加えて、４４０ｎｍ近傍に狭帯域の反射特性を持つようにすれば、出射光６５の出力をより安定化させることができる。【００８３】  その理由を以下に示す。前記レーザ媒質２にドープされたＰｒ３＋は、４４０ｎｍ近傍に大きな吸収を持つが、吸収する波長帯域は狭い。このため、励起光源の波長が外部の温度等の要因で変動した場合には、その吸収効率が大きく変動し、出射光６５の出力が不安定になる。これを防止するには、ポンプ光源であるＧａＮレーザ１の波長を安定化させる必要がある。そこで、図７に示すように、４４０ｎｍ近傍に狭帯域の反射特性を持つ体積グレーティング６３を設け、そのブラッグ反射を利用して、励起光源であるＧａＮレーザ１へ４４０ｎｍ近傍の光を帰還することで、ＧａＮレーザ１の発振波長を体積グレーティング６３の吸収波長のピーク位置に固定することが可能となり、出射光６５の出力をより安定化させることができる。【００８４】  なお、前記体積グレーティング６３は、５３０ｎｍ近傍のブロードな反射特性も有するため、レーザ媒質２を５３０ｎｍ近傍で発振させると同時に、縦モードのマルチモード化も可能となる。【００８５】  ところで、本実施の形態１で用いた、Ｐｒ３＋ドープのレーザ媒質２は、その媒質によって発振波長が異なるが、６００〜６６０ｎｍの赤色光と、５１５〜５５５ｎｍの緑色光との波長域に発振波長を有する。従って、これを利用することで、ＲＧＢ光を出射するレーザディスプレイ光源が実現できる。なお、ディスプレイの色再現性を考慮すると、該レーザ媒質２の発振波長は、緑色光としては５２０〜５４０ｎｍの波長域が好ましく、赤色光としては６２０〜６４０ｎｍの波長域が好ましい。【００８６】  さらに、Ｐｒ３＋ドープのレーザ媒質２に、他の物質を共ドープすることでも、縦モードのマルチモード化を促進できる。【００８７】  図８は、セラミックＹＡＧを母材とし、Ｐｒをドープした場合と、ＰｒとＨｏ（ホルミウム）とを共ドープした場合の蛍光スペクトルを示す図である。図８から明らかなように、レーザ媒質にＰｒとＨｏとを共ドープすれば、該レーザ媒質は、５００ｎｍ近傍から６５０ｎｍ程度まで非常に広い範囲で強い蛍光特性を持ち、非常に広い波長域のレーザ発振が可能となる。これによって、発振スペクトルの高効率化と広帯域化が可能となる。【００８８】  このように、レーザ光源に対し、前述した様々なマルチ��ード化手段を設け、且つレーザ媒質２に、ＰｒとＨｏとを共ドープするようにすれば、小型で、高出力且つ高効率な、低コヒーレントの光源を実現できる。【００８９】  なお、Ｐｒのドープ量としては、１〜３ａｔ％、Ｈｏのドープ量としては、１〜３ａｔ％程度の範囲が有効であった。また、母材としては、ＹＡＧ以外に、ＹＬＦ（ＬｉＹＦ４）、ＹＶＯ４、ガラス、フッ化アルミ、その他のフッ化物等も有効である。また、母材としては結晶構造をもつものも有効であるが、セラッミック材料も有効である。セラミック材料は、Ｐｒ、Ｈｏ等のドープ量増大が可能であり、作製も容易なことから、レーザ光源における、高効率化と、低コスト化に有効である。【００９０】  また、共ドープ材料として、Ｈｏ以外にも、Ｙｂ（イッテルビウム），Ｎｄ（ネオウジム），Ｅｒ（エルビウム），Ｃｒ（クロム）等の材料を、Ｐｒと共ドープすれば、レーザ媒質２の吸収係数を増大させることができ、これにより、レーザ媒質２の励起効率が向上するので、より高効率化を図ることができる。【００９１】  なお、本実施の形態１における縦モードのマルチモード化手段として、体積グレーティングやグレーティングを利用した例を示したが、その他、狭帯域のバンドパスフィルターを用いることも可能である。バンドパスフィルターは、特定波長を透過する多層膜フィルターである。この場合、共振器内部にバンドパスフィルターを挿入し、特定波長の伝搬損失を低減することで、固体レーザの発振波長を選択できる。そして、バンドパスフィルターの透過特性は、例えば、図２（ａ）に示すように複数の縦モードスペクトルが透過する特性に設計することで、縦モードのマルチモード化が可能となる。【００９２】  さらに、本実施の形態１では、レーザ媒質２として、Ｐｒ３＋をドープしたものを例に挙げて説明したが、その他、３価のユウロビウムイオン（Ｅｕ３＋）、３価のサマリウムイオン（Ｓｍ３＋）、３価のセリウムイオン（Ｃｅ３＋）、３価のツリウムイオン（Ｔｍ３＋）、３価のテルビウムイオン（Ｔｂ３＋）、２価のユウロビウムイオン（Ｅｕ２＋）などを、単独または共ドープさせた構成も有効である。【００９３】  例えば、Ｅｕ３＋ドープのレーザ媒質は、波長４００ｎｍ近傍のポンプ光によるｆ−ｆ吸収を使用し、５ｄ０→７ｆ２の遷移により６１５ｎｍ近傍の赤色が得られる。またＳｍ３＋ドープのレーザ媒質を用いても、同様の赤色領域の発振が可能である。なお、前述した波長４００ｎｍ近傍のポンプ光は、ＩｎＧａＮ（インジウムガリウム窒素）半導体レーザにおいてＩｎ（インジリウム）の量が最適であるので、Ｅｕ３＋ドープのレーザ媒質の場合には、高出力耐性をもつ、信頼性の高いレーザをポンプ光源として利用できるという利点を有する。【００９４】  さらに本実施の形態１のレーザ光源では、赤色半導体レーザにおいて生じていた、高温での効率劣化や、高出力特性劣化などの問題が生じないため、温度による波長変動が少ないという、極めて優れた特性を有する表示用光源を提供できる。【００９５】  また、レーザ媒質に、Ｃｓ３＋、Ｅｕ２＋、Ｔｍ３＋をドープしたレーザ媒質を用いれば、４５０ｎｍ近傍の青色光の発生が可能となり、Ｔｂ３＋をドープしたレーザ媒質を用いれば、５４３ｎｍ近傍の緑色光の発生が可能である。【００９６】  さらに、これらのイオンを、複数共ドープすることで、発振波長を制御し、複数の光を同時に発生することが可能となる。その結果、発振波長スペクトルのマルチモード化が強くなり、スペックルノイズの低減効果が大きくなる。また、複数波長により表示できる色範囲が大きく広がるという利点も有する。また、複数のイオンを共ドープすることで、イオン間のエネルギー転送による発光効率の向上が図れるという利点も有する。【００９７】  なお、ここでは、ポンプ光源としてＧａＮ系半導体レーザを一例に挙げたが、そのほかＧａＮ系ＬＥＤも使用可能である。ＬＥＤは安価で、効率が高いためポンプ用光源として有効である。【００９８】（実施の形態２）
本実施の形態２では、ドープファイバーを用いたレーザ光源について説明する。
図９（ａ）は、本実施の形態２におけるレーザ光源の構成を示す図である。１はＧａＮ系の半導体レーザ、７２はＰｒ３＋をコアにドープしたダブルクラッドファイバー、７３はグレーティングファイバー、７４は多層膜ミラー、７０ａはレーザ光源、７５ａは該レーザ光源からの出射光である。【００９９】  ＧａＮレーザ１は、前記実施の形態１と同様、ワイドストライプ半導体レーザであり、その発振波長は４４０ｎｍ近傍、出力は５００ｍＷから数Ｗである。多層膜ミラー７４は、４４０ｎｍの波長を透過し、５３０ｎｍ近傍の波長を反射する。そして、グレーティングファイバー７３は、図２（ａ）に示すように、５３０ｎｍ近傍に、波長帯域を広げた狭帯域の反射特性を有するグレーティングが形成されたものである。ドープファイバー７２は、４４０ｎｍ近傍に吸収特性を有し、５３０ｎｍ近傍に発振特性を有するものであり、前記多層膜ミラー７４と、前記グレーティングファイバー７３とにより共振器を構成している。【０１００】  以下、動作を説明する。まず、ＧａＮレーザ１から出射された波長４４０ｎｍ近傍の光は、多層膜ミラー７４を透過して、ダブルクラッドのドープファイバー７２内に導かれる。励起光は、ドープファイバー７２のコアにドープしたＰｒ３＋イオンに吸収され、５３０ｎｍ近傍の緑色光を発生する。このドープファイバー７２内で発振された光は、グレーティングファイバー７３を介して外部に出射されるが、その発振波長は、グレーティングファイバー７３の反射特性により制御される。すなわち、ドープファイバー７２の発振波長の縦モードをマルチモード化して、図２（ｂ）に示すように、その波長帯域を広げた光を、出射光７５ａとして出力することができ、この結果、コヒーレンス低減によるスペックルノイズの低減が可能となる。【０１０１】  さらに、ドープファイバー７２のコア径を、例えば１０μｍ以上に大きくすれば、前記ドープファイバー７２からの出射光の横モードもマルチモード化できる。このように、横モードをマルチモード化することでも、発振波長のマルチモード化を促進でき、コヒーレンス低減によるスペックルノイズの低減に効果がある。またコア径を広げることは、ファイバー内での発振光のパワー密度を低減するのに有効であり、この結果、高出力時に、ファイバーが溶けてしまうなどの物理的ダメージを避けることができる。【０１０２】  図９（ｂ）は、本実施の形態２のレーザ光源の別の構成を示す図である。ここでは、４４０ｎｍの波長を透過し、５３０ｎｍ近傍の波長を反射する多層膜ミラー７４の代わりに、図９（ｂ）に示すように、４４０ｎｍ近傍に狭帯域の反射特性を有するグレーティングと、５３０ｎｍ近傍に少し広帯域の反射特性を有するグレーティングとが形成されたグレーティングファイバー７６を用いている。その他の構成は、前記図９（ａ）と同様である。【０１０３】  前記ドープファイバー７２のコアにドープされたＰｒ３＋は、４４０ｎｍ近傍に大きな吸収を持つが、吸収する波長帯域は狭い。このため、励起光源の波長が外部の温度等の要因で変動した場合には、その吸収効率が大きく変動し、出射光の出力が不安定になる。これを防止するには、ポンプ光源であるＧａＮレーザ１の波長を安定化させる必要がある。そこで、図９（ｂ）に示すグレーティングファイバー７６のブラッグ反射を利用して、前記ＧａＮレーザ１へ４４０ｎｍ近傍の光を帰還することで、ＧａＮレーザ１の発振波長をドープファイバー７２の吸収波長のピーク位置に固定するようにする。一方、前記グレーティングファイバー７６は、グレーティングファイバー７３との間で共振構造を形成し、ドープファイバー７２の発振波長を５３０ｎｍ近傍で発振させ、同時に、該グレーティングファイバー７３の５３０ｎｍ近傍のブロードな反射特性による縦モードのマルチモード化を行う。これにより、低コヒーレンスのレーザ光の発生が可能となる。【０１０４】  なお、前記グレーティングファイバー７３，７６は、ドープ材料を含まないダブルクラッド構造を有するものとする。これにより、前記グレーティングファイバー７３，７６には、ドープファイバー７２中を伝搬された光が高い効率で入射される。【０１０５】  さらに、前述したファイバーレーザを用いるレーザ光源の構成としては、図１０に示すファイバー増幅方式も有効である。図１０は、本実施の形態２における、ファイバー増幅方式のレーザ光源の構成を示す図である。【０１０６】  図１０において、１ａ，１ｂはＧａＮ系半導体レーザ、８１は種光源、５は該種光源からの種光、８２はドープファイバー、８３ａ，８３ｂはカップラ、８０はレーザ光源、８５は該レーザ光源からの出射光である。【０１０７】  種光源８１は、５３０ｎｍ近傍の発振波長を有する、半導体レーザまたは波長変換を利用した光源であり、ここでは、図１に示す構成を有するものとする。従って、該種光源８１からは縦モードがマルチモード化された出射光５が出射される。【０１０８】  以下、動作を説明する。まず、ドープファイバー８２は、カップラ８３ａ，８３ｂを介して複数のＧａＮレーザ１ａ，１ｂで励起される。前記種光源８１から出射された縦モードがマルチモード化された種光５が、該励起されたドープファイバー８２に入射されると、ドープファイバー８２内で増幅され、高出力化された出射光８５となって出力される。なお、前記出射光８５は、前記種光源８１からの種光５が縦モードをマルチモード化されているため、マルチモード出力となる。【０１０９】  以上のように、本実施の形態２によれば、４４０ｎｍ近傍の発振波長を有するＧａＮレーザ１と、３価のプラセオジウムイオン（Ｐｒ３＋）をドープしたドープファイバー７２と、５３０ｎｍ近傍に狭帯域の反射特性を有するグレーティングが形成されたグレーティングファイバー５３とを備え、ＧａＮレーザ１によりドープファイバー７２を励起して、そのドープファイバー７２の発振波長を、グレーティングファイバー７３の反射特性により制御してマルチモード化することにより、小型で、高出力、且つ低コヒーレントの緑色光源が実現することが可能となる。【０１１０】  なお、ドープファイバーの代わりに、図１１に示すように、レーザ媒質として光導波路を用いた導波路レーザ９０でも、同様の構成が実現できる。図１１は、本実施の形態２における導波路レーザ光源の構成を示す図である。【０１１１】  図１１において、１はＧａＮレーザ、９６は基板、９７はギャップ部、９８はリッジ導波路、９��は入射部、９２はレーザ媒質、９３はグレーティング、９４は出射部、９０は導波路レーザ光源、９５は該導波路レーザ光源からの出射光である。【０１１２】  基板９６上には、Ｐｒ３＋をドープしたレーザ媒質９２が直接接合により貼り付けられており、該レーザ媒質９２と基板９６との間は、ギャップ構造９７により光学的に分離されている。レーザ媒質９２をリッジ状に加工することでリッジ導波路９８が構成できる。そして、前記リッジ導波路９８の一端に、ＧａＮレーザ１からの光が入射される入射部９１が、もう一端に、出射光９５が出射される出射部９４が設けられ、該入射部９１及び出射部９５には反射多層膜（図示せず）が堆積され、該出射部９５よりレーザ発振している。また、前記リッジ導波路９８の出射部９５付近には、マルチモード化手段として、グレーティング９３が形成されている。【０１１３】  以下、動作を説明する。まず、リッジ導波路９８にＧａＮレーザ１からの入射光を入射することで、レーザ媒質９２が励起され、５３０ｎｍ近傍の緑色光発生が可能となる。レーザ媒質９２の材料としては、Ｐｒ３＋をドーピングしたＹＧＡまたはＹＬＦ結晶、セラミック材料等を用いることができる。【０１１４】  光導波路を用いたレーザ光源９０におけるマルチモード化手段としては、リッジ導波路９８上に形成したグレーティング９３で縦モードをマルチモード化する方法が有効である。導波路を用いることで、光のパワー密度の向上が図れ、小型、高出力化に有効である。また、リッジ導波路９８のサイズを大きくすることで、該リッジ導波路９８を伝搬する横モードをマルチモード化できる。例えば、リッジ導波路９８の幅を１００μｍ程度に広げると、高出力のワイドストライプのＧａＮ半導体レーザとの高効率な結合も可能となり、高出力化、マルチモード化に有効である。【０１１５】  なお、導波路レーザ光源の縦モードマルチ化手段としては、前述したようにリッジ導波路９８上にグレーティング９３を形成する以外にも、入射部９１の前段に外部グレーティングを設け、該外部グレーティングで外部から波長選択した光を入射する方法や、リッジ導波路９８の出射部９４にグレーティングミラー等を貼り付ける方法や、該リッジ導波路９８の入射部９１及び出射部９４にファイバーグレーティングを接着する方法や、該リッジ導波路９８の出射部９４側にグレーティングを形成し、外部から該グレーティングにより光をフィードバックする方法等が利用できる。【０１１６】  また、本実施の形態２においても、前記実施の形態１と同様、ドープファイバー７２に添加するドープ材料はＰｒ３＋に限るものではなく、その他、Ｅｕ３＋、Ｓｍ３＋、Ｃｅ３＋、Ｔｍ３＋、Ｔｂ３＋、Ｅｕ２＋などのドープ材料を単独または共ドープさせてもよい。【０１１７】（実施の形態３）
本実施の形態３では、１本のファイバー内に複数コアを設けることで、出射光をマルチモード化する構成について説明する。
図１２（ａ）は、本実施の形態３におけるレーザ光源の構成を示す図であり、図１２（ｂ）は、そのドープファイバーの断面図である。【０１１８】  図１２において、１はＧａＮ系の半導体レーザ、１０２は３価のプラセオジウムイオン（Ｐｒ３＋）がドープされたダブルクラッドのドープファイバー、１０３はグレーティング、１０４は多層膜ミラー、１００はレーザ光源、１０５は該レーザ光源からの出射光である。【０１１９】  前記ドープファイバー１０２のコアは、図１２（ｂ）に示すように複数のコア１０６ａ〜１０６ｃ、及びクラッド１０７から構成されている。
多層膜ミラー１０４は、５００ｎｍ以下の光を透過し、５００ｎｍ以上の光を反射するダイクロイックミラーであり、グレーティング１０３はドープファイバー１０２のコア１０６ａ〜１０６ｃそれぞれに直接屈折率の周期的変化を形成している。【０１２０】  以下、動作を説明する。まず、ドープファイバー１０２のクラッド１０７にＧａＮレーザ１からの４４０ｎｍ近傍の光が入射すると、ドープファイバー１０２にドープされたＰｒ３＋イオンが励起され、５３０ｎｍ近傍の緑色光を発生する。【０１２１】  可視光をディスプレイ用途に利用するには、光源のコヒーレンスを低下させてスペックルノイズを低減する必要がある。そのためには、レーザの発振スペクトルをマルチモード化するのが有効である。【０１２２】  図１２においては、１本のファイバー１０２内に複数のコア１０６ａ〜１０６ｃを有するため、各コア間で異なる波長の発振が可能となる。
また、前記各コア１０６ａ〜１０６ｃが互いに異なる屈折率を有するように、異なるコア径、異なる楕円率、または異なる屈折率の少なくともいずれかを持たせれば、前記グレーティングを、図１２（ａ）に示したように各コア毎ではなく、図９に示したようにドープファイバーに直接形成しても、各コアにおいて異なる反射波長で反射が生じる。この結果、複数のコア１０６ａ〜１０６ｃが互いに異なる波長で発振するため、出射される光は複数の波長スペクトルを有する低スペックルノイズの光源となる。【０１２３】  また、１本のファイバーに複数のコア１０６ａ〜１０６ｃを有する構成にすれば、高出力化が可能となる。
ファイバー１０２の高出力化は、該ファイバー１０２内でのパワー密度により制限される。特に、可視光域のファイバーレーザ１０２は、赤外のファイバーに比べてパワー密度の向上が難しいため、高出力化を実現するには、コア径を大きくしてパワー密度を低減する必要がある。しかしながら、ファイバー径が大きくなりすぎると、マルチモード化が激しくなって、多くの横モードが同一ファイバー１０２内に伝搬してしまう。このような状態では、励起エネルギーが多くの横モードに分散して発振効率が低下するとともに、ファイバーグレーティング１０３での高い反射が難しくなり、レーザ発振自体が困難になる。この問題を解決するのが、複数のコア１０６ａ〜１０６ｃである。ここでは、各コア１０６ａ〜１０６ｃでのパワー密度を低下させ、出射する際に、各コアから出力する光を集めることで、高出力化を可能としている。【０１２４】  なお、前述したように複数のコアを有する場合、このレーザ光源を通常のレーザ用途として用いる場合には、出射光を一点に集光できず集光特性が劣化するという問題が発生するが、ディスプレイ用途として用いる場合には、出射光を拡大してディスプレイに表示するため、集光特性の劣化は問題とならない。【０１２５】  さらに、１本のファイバーに複数コア１０６ａ〜１０６ｃを有する構成にすれば、出射光の高効率化も可能となる。
ファイバーレーザの高効率化には、ファイバー内のクラッドを伝搬する青色光の吸収効率を向上させることが有効である。ここでは、複数コア１０６ａ〜１０６ｃを設けたことにより、ファイバー１０２の断面におけるクラッド１１７に対するコア１１６の占める割合が大きくなるため、クラッドを伝搬する光がコアに吸収される吸収係数を数倍にできる。【０１２６】  さらに、複数のコア１０６ａ〜１０６ｃを設ける際、ファイバー１０２の断面において各コア１０６の配置位置を中心対称とならないよう非対称構造にすれば、ファイバーレーザの高効率化を実現できる。ファイバーが中心対称構造になると、クラッドを伝搬する光の中に、コアをさけてクラッド伝搬してしまう軸対称モードが存在し、コアへの光の吸収を低下させてしまう。これを防止するため、図１２に示すように、ファイバー１０２内に複数のコア１０６ａ〜１０６ｃを設けるようにすれば、非対称のコア配置が容易になるため、クラッドを伝搬する光のコアへの吸収効率を増大させることができ、これによって、ファイバーレーザの発振効率を向上させることができる。【０１２７】  前記軸対称モードによる光の吸収効率の低下を防止する別の方法として、前記複数のコアを螺旋状に配置することも有効である。このようにコアを配置すれば、コアの長さをファイバー長より長くできるので、よりコアへの光の吸収が大きくなり、発振効率も向上できる。【０１２８】  また、１本のファイバーに複数コア１０６ａ〜１０６ｃを有する構成にすれば、各コア径を比較的小さくできるため、レーザ光のパワー密度が向上し、しきい値の低下により発振効率が向上する効果も得られる。【０１２９】  以上のように、本実施の形態３によれば、１本のファイバー内に複数コア１０６ａ〜１０６ｃを設け、該各コア毎にグレーティング１０３を形成するようにしたので、マルチモード化された出射光を出力することができ、この結果、低コヒーレントのレーザ光源を実現できる。また、これにより、出射光の高出力化、及び高効率化を実現できる。【０１３０】  なお、複数コア構造にすることで大出力のレーザ光源も可能となる。さらに、ファイバー内にコア径や屈折率を少しずつ変えたコアを多数設けることで、発生する光のスペクトルの広がりを自由に制御することが可能となる。【０１３１】（実施の形態４）
本実施の形態４では、単一光源より、マルチモード化された複数波長光を出射可能なレーザ光源について説明する。
レーザディスプレイには、可視領域においてＲＧＢの３原色またはそれ以上の多波長光源が必要となる。一つの光源で２つ以上の波長のレーザ光の発生が可能となれば、光源の小型化による装置の小型化、簡素化が可能となる。【０１３２】  図１３は、本実施の形態４におけるレーザ光源の構成を示す図である。図において、１はＧａＮレーザ、２はＰｒ３＋をドーピングしたレーザ媒質、１１３は反射体、１０４は５００ｎｍ以下の光を透過し、５００ｎｍ以上の光を反射する多層膜ミラー、１１０はレーザ光源、１１５ａ〜１１５ｃは該レーザ光源からの出射光である。【０１３３】  例えば、Ｐｒ３＋は、図８に示すように、５３０ｎｍ近傍の緑色蛍光特性以外に、６３５ｎｍ近傍の赤色蛍光も有する。したがって、これを利用して、ＧａＮレーザ１で励起されたレーザ媒質２から、緑色及び赤色のレーザ光を同時に発生するようにすれば、単一光源から複数光の発生が可能となる。さらに励起光源であるＧａＮレーザ１からの４４０ｎｍ近傍の青色光のうち、レーザ媒質２で吸収されなった光を外部に取り出せば、ＲＧＢの光を同時に発生する多波長光源が実現できる。【０１３４】  また、反射体１１３として、例えば赤、緑の波長域に反射特性を持つ体積グレーティングを用い、さらにその体積グレーティング１１３が、赤、緑の波長域それぞれにおいてブロードな反射特性を有するものであるようにすれば、該レーザ媒質２の発振波長を制御して、縦モードのマルチモード化も同時に行うことができ、この結果、低コヒーレンスの赤色光、及び緑色光を効率よく取り出すことが可能となる。【０１３５】  さらに、ＧａＮレーザ１の出射光に高周波を重畳すれば、ＧａＮレーザ１から出射される青色光の出力安定化、及びマルチモード化も実現できる。このようにすれば、多波長光源として青色光を利用する場合に、該青色光の低コヒーレンス化も実現できるため、該レーザ光源１１０より出射されるすべての出射光１１５ａ〜１１５ｃをマルチモード化でき、この結果、低コヒーレンスのＲＧＢ光を効率よく取り出すことが可能となる。【０１３６】  なお、本実施の形態４では、緑色光と赤色光との同時発生と、ＲＧＢ同時発生とについて述べたが、これ限るものではなく、緑色光と青色光、または赤色光と青色光との同時発生も可能もある。また、本実施の形態４では、多層膜ミラー１０４が５００ｎｍ以下の光を透過し、５００ｎｍ以上の光を反射するものとしたが、当該レーザ光源からの出射光、例えば赤色光と緑色光などの波長領域の光を反射する多層膜ミラーであってもよい。【０１３７】（実施の形態５）
本実施の形態５では、１本のファイバーレーザから複数波長光を出射可能なレーザ光源について説明する。
図１４は、本実施の形態５において、単一のファイバーより複数波長の光を出射させる場合のレーザ光源の構成を示す図であり、図（ａ）は、そのレーザ光源の断面図であり、図（ｂ）は、ファイバーの断面図である。【０１３８】  図１４において、１はＧａＮレーザ、１２２はドープファイバー、１０４は５００ｎｍ以下の光を透過し、５００ｎｍ以上の光を反射する多層膜ミラー、１２３ａ，１２３ｂはファイバーグレーティング、１２０はレーザ光源、１２５ａ，１２５ｂは該レーザ光源からの出射光である。【０１３９】  前記ドープファイバー１２２は、図１４（ｂ）に示すように、２つのコアを有するダブルクラッド構成のファイバーで、該コアＡ１２６ａとコアＢ１２６ｂとに異なる添加物をドープしている。ここでは、ＰｒとＨｏの添加量を、コア間で異なるように添加している。添加物及びその添加量を変えることで、コア間で異なる波長の発振が可能となる。例えば、コアＡ１２６ａでは５３０ｎｍ近傍の緑色光を発生させ、コアＢ１２６ｂでは波長６２０ｎｍ近傍の赤色光を発生させるようにすれは、単一のファイバーでクラッドから発生される４４０ｎｍ近傍の青色光と併せて、ＲＧＢが同時発生可能となる。【０１４０】  さらに４８０ｎｍ近傍の青緑色光を発生するコアを追加すれば、４色の光が同時発生可能となり色再現性が大幅に向上する。このように、複数のコアへの添加物あるいは添加量を変えることで、複数のコアから異なる波長の光の発生が可能となり、簡単な構成で、高出力な可視光を複数発生することが可能となる。【０１４１】  通常、ドーピングされたコアにグレーティングを形成するとコアの温度上昇によって発振波長が変動してしまうため、ドーピングされたコアと、グレーティングをつけたノンドープのファイバーとの融着を行うことで、各コアにグレーティングを形成するようにするが、複数のコアを有する場合、ファイバー融着が難しく、融着部分で損失が増大するので、図１２に示したように、各コアに直接グレーティングを形成するのが好ましい。【０１４２】  また、各コアが伝播定数の異なる場合は、該コアに同一周期のグレーティングを形成すれば、異なる波長での発振が可能となる。これによってスペクトルがマルチ化する。【０１４３】  なお、波長が大きく異なる複数波長を、異なるコアで発生させる、例えば５２０ｎｍ近傍の緑色光と６２０ｎｍ近傍の赤色光とを発生させる場合には、各コアに形成するグレーティングの周期を大きく異ならせる必要がある。この場合の、グレーティング形成の一つの方法としては、まず各コアにドープするドープ材料を変えて、発振波長を５２０ｎｍ近傍に強い発振特性を有するコアと、波長６２０ｎｍ近傍に強い発振特性を有するコアとを形成し、次に該両方のコアに、直接６２０ｎｍの反射波長を有するグレーティングと、５２０ｎｍ近傍に反射波長を有するグレーティングを直列で描画する方法が挙げられる。ファイバーでは、２つの波長で共振条件が成立するが、レーザの発振波長は利得とロスで決まるため、発振特性の強い波長帯では強い利得が得られ、グレーティングの反射波長が６２０ｎｍ，５２０ｎｍの両方の反射波長を持っていても、利得の大きな方の波長で発振する。【０１４４】  別の方法と���ては、図１４に示すように、それぞれのコアに、特定の波長のグレーティングを形成する方法が挙げられる。これにより、異なるコアで異なる波長の発振ができる。このように、それぞれのコアに異なるグレーティングを形成する方法としては、図１４（ｂ）に示すようなファイバー１２２とその断面構造が同様のダブルコア構造を有するグレーティングファイバー１２９ａ，１２９ｂを直列に融着させる方法がある。このグレーティングファイバー１２９ａ，１２９ｂには、それぞれグレーティングＡ１２３ａ，グレーティングＢ１２３ｂが形成されており、該グレーティングＡ，Ｂは、各ファイバーの一方のコアにのみＧｅ（ゲルマニウム）をドープし、紫外線によりグレーティング構造を形成することで形成する。これにより、各グレーティングファイバー１２９ａ，１２９ｂのダブルコアの片方に選択的にグレーティングが形成されるため、それぞれのコアに異なる波長の反射を起こすことが可能となる。【０１４５】  さらに、前述のファイバー１２２から、ＲＧＢの３波長を同時に発生する場合は、ＧａＮレーザ光である４４０ｎｍ近傍の光に対して透明なコアを追加するのが好ましい。この理由は、Ｐｒ３＋がドープされたコアでは青色光が吸収されるため、出力端面から青色が十分出力されず、ＲＧＢを同時に使うディスプレイ等の用途には使いにくい。よって、前述したように、ファイバー１２２がさらに透明なコアを持っていれば、ポンプ光源であるＧａＮレーザ１からの青色光の一部がこの透明なコアを通って出射部から出力されるため、ＲＧＢの光を同時に出力できる。【０１４６】  また、ファイバー１２２に設けるコア数を、出射される波長数以上設け、複数個のコアより同じ波長光を出力するようにすれば、該ファイバーより出力する複数の波長光の輝度を調整することが可能となり、有効である。ディスプレイ用途には、中間色である緑色の光の強度が、他の波長光より強いことが臨まれ、そのためには、ＲＧＢの光のなかで緑の光強度を高める必要がある。従って、ファイバー中に設ける複数のコアのうち、例えば緑色光を発生させるコア数を増やすようにすれば、他の波長に対して緑色光の出力を高めることができ、ディスプレイの色表現に最適なＲＧＢの比を構成できる。【０１４７】  ところで、前記単一ファイバー１２２からのＲＧＢ光の出力を切り替えて使用する場合、該単一ファイバー１２２の出射端から同時にＲＧＢ光を出射させるのではなく、出射端から、発振波長を切り替えて一色ずつ出力することが望まれる。このようにすれば、ポンプ光源１の光を無駄にすることなく、そのとき必要な波長のみを励起して出射できるため、消費電力の低減が図れる。【０１４８】  以下、前記単一ファイバーから出射されるＲＧＢ光を切り替えて出力する場合のレーザ光源の構成について説明する。
図１５は、本実施の形態５における、出射光を切り替えて出力する場合のレーザ光源の構成を示す図であり、１はＧａＮレーザ、１３２はドープファイバー、１０４，１３３は多層膜ミラー、１３６は波長選択フィルター、１３７は該波長選択フィルターを駆動する駆動装置、１３８は集光光学系、１３０はレーザ光源、１３５は該レーザ光源からの出射光である。前記多層膜ミラー１３３，１０４との間で共振器構造を形成し、ここでは、共振器内に波長選択フィルター１３６が挿入されている。また、多層膜ミラー１０４は、５００ｎｍ以下の光を透過し５００ｎｍ以上の光を反射する反射ミラーであり、第２の多層膜ミラー１３３は、５００ｎｍ以上の光を所定量透過する反射ミラーであるものとする。【０１４９】  以下動作を説明する。ドープファイバー１３２にＧａＮレーザ１からの４４０ｎｍ近傍の光が入射すると、該ファイバー１３２のコアからの出力を、集光光学系１３８で集光し、多層膜ミラー１３３で所定量反射させる。波長選択フィルター１３６は、駆動装置１３７で駆動されており、透過波長を時間的に切り替える。前記共振器はロスの少ない波長で発振するものであるため、駆動装置１３７によりそのとき選択された透過波長で発振する。このように、共振器内に波長選択フィルター１３６を設け、該フィルターを駆動することで、レーザ光源より出射される出力波長を時間的に切り替えるようにすれば、レーザ光源より高出力の複数波長を得ることができる。波長選択フィルター１３６としては、多層膜、電気光学効果を用いたスイッチ、偏光スイッチ、音響光学素子なども使用できる。【０１５０】  また別の構成としては、図１６（ａ）に示すように、ファイバー１４２の先に切り替えスイッチ１４６を設け、該切り替えスイッチ１４６の先に、出射光１４５に応じた反射グレーティング１４３ａ，１４３ｂが形成されたグレーティングファイバーＡ１４９ａ，グレーティングファイバーＢ１４９ｂを接続し、前記切り替えスイッチ１４６により該グレーティングファイバーＡ１４９ａ，Ｂ１４９ｂを切り替えることで、ファイバー１４２からの発振波長を切り替えることができる。さらに、図１６（ｂ）に示すように、グレーティングが形成されていないファイバーＣ１４９ｃを設ければ、ＧａＮレーザ１からのポンプ光をそのまま取り出すこともできる。例えば、グレーティング１４３ａは緑色光の反射波長、グレーティング１４３ｂは赤色光の反射波長とすれば、スイッチ１４６で各ファイバー１４９ａ〜１４９ｃとの接続をきりかえることで、ＲＧＢ光１４５ａ〜１４５ｃの出力を時間的に切り替えることが可能となる。【０１５１】  さらに別の構成として、図１７に示すように、種光源１５１ａ，１５１ｂを用いる方法もある。例えば、レーザ光源１５０は、ドープファイバー１５２にポンプ光源としてＧａＮレーザ１を、該ファイバー１５２のクラッドに結合させる。そして、ファイバー１５２に種光源として、赤色レーザ１５１ａと、緑色レーザ１５２ｂを結合させる。ポンプ光源１により励起されたファイバー１５２は光アンプとなり、赤色レーザ１５１ａ、及び緑色レーザ１５１ｂの光を増幅する。そして、赤色レーザ、緑色レーザの出力を変調することで、ファイバー１５２から出射される赤色光１５５ｂ，緑色光１５５ｃの出力変調が可能となる。そして、青色光１５５ａはポンプ光源であるＧａＮレーザ１からの出力である。【０１５２】  ここで、可視光のファイバー出力で問題になるのが、出射端面での付着物の問題である。高いパワー密度の可視光が発生するファイバーの出射端面では、空気中の浮遊物やガスなどの微粒子を引きつけるレーザトラップ効果が発生しやすく、ファイバー端面が汚れる。これらの付着物は、ファイバー端面で蓄積され出力低下を発生する。これを防止するには、ファイバー端面でのパワー密度を低減させることが有効である。その方法としては、ファイバーの出力近傍でコアをテーパ状に広げて、出射端面で光のパワー密度を低下させるのが有効である。これば、ファイバーの出力端にテーパファイバーを接続することで実現できる。また、コアを拡大させることで、横モードをさらに増大させスペックルノイズをより低減することが可能である。【０１５３】（実施の形態６）
前記実施の形態５においては、レーザ光源のドープファイバーが単一ファイバーからなり、該ファイバー中に複数コアが形成されている構成について説明したが、本実施の形態６では、前記ドープファイバーが複数ファイバーからなる構成について説明する。【０１５４】  図１８（ａ）は、本実施の形態６のレーザ光源の構成を示す図であり、図１８（ｂ）はそのドープファイバーの断面を示す図である。１はＧａＮ系の半導体レーザ、１８２はドープファイバー、１０４，１３３は多層膜ミラー、１８０はレーザ光源である。本実施の形態６の前記ドープファイバー１８２は、図１８（ｂ）に示すように、Ｐｒ３＋がドープされたダブルクラッドファイバー１８２ａ〜１８２ｇが複数束になったバンドルファイバー構造を有し、該各ファイバー１８２ａ〜１８２ｇは、コア１８６にＰｒ３＋がドープされると共に他の材料も一緒に添加され、またコア１８６の周りにはクラッド１８７が設けられ、該クラッド１８７でＧａＮレーザ１の光が伝搬できるようになっている。このようにファイバー１８２をバンドルファイバー構造にすれば、前述した複数コア構造の場合と同様に、高出力化、高効率化、多波長化に有利となる。【０１５５】  ファイバー１８２は、可視光に対する吸収が大きいため、単一のファイバー内のパワー密度が増大するとレーザの発振効率が低下する。このため、高出力化、高効率化には、単一コアでの出力を数１００ｍＷ以下に制限するのが好ましい。従って、本実施の形態６に示すように、ファイバー１８２にファイバーバンドルを用いるようにすれば、各ファイバーのパワー密度を上げることなく、高出力化が可能になる。また、各ファイバー１８２ａ〜１８２ｇの各コア１８６に添加するＰｒのドープ量や、共ドープ材料であるＨｏ、Ｙｂ，Ｎｄ，Ｅｒ，Ｃｒ等の種類やそのドープ量を変えれば、各ファイバー１８２ａ〜１８２ｇが異なる波長で発振可能となり、この結果、複数のスペクトルが混じることとなり、スペックルノイズを低減できる。【０１５６】  さらに、各ファイバー１８２ａ〜１８２ｇの発振波長を大きく異ならせるようにすれば、例えば、ＲＧＢの同時発生や、該ＲＧＢに加えて４９０ｎｍ近傍の青緑色を混ぜた４色発光が可能となり、色再現性の高い表示光源を実現できる。【０１５７】  また、前記ファイバー１８２を複数のファイバーで構成することで、各ファイバー１８２ａ〜１８２ｇにグレーティング構造を個別に形成、またはファイバーグレーティングが形成されたファイバーと接合することも容易に可能であるため、各ファイバー１８２ａ〜１８２ｇの出力波長の調整を容易に行え、各ファイバー１８２ａ〜１８２ｇの発振波長をより簡単に制御することができる。【０１５８】  また、前記ファイバー１８２に複数のファイバーを用いた場合には、ＲＧＢ光の出力も容易になる。
以下、図１９を用いて、複数のファイバーからなるレーザ光源において、ＲＧＢ光出力を行なう構成について説明する。ここでは、ドープファイバーが３本のファイバーからなる場合について説明する。【０１５９】  図１９において、１９１はワイドストライプのＧａＮレーザ、１９２はＰｒ３＋をコアにドープしたドープファイバー、１０４，１３３は多層膜ミラー、１９０はレーザ光源、１９５ａ〜１９５ｃは該レーザ光源から出射される出射光である。【０１６０】  ワイドストライプのＧａＮレーザ１９１は、複数のストライプ１９１ａ〜１９１ｃを有する。各ストライプ１９１ａ〜１９１ｃから出た光は、ドープファイバーＡ１９２ａ，ドープファイバーＢ１９２ｂ，ドープファイバーＣ１９２ｃをそれぞれ励起している。各ドープファイバー１９２ａ〜１９２ｃは、図１９（ｂ）に示すように異なるファイバーとなっており、各コア１９６ａ〜１９６ｃは異なる波長で発振する。ここでは、例えばドープファイバーＡ１９２ａは赤色レーザ発振、ドープファイバーＢ１９２ｂは緑色レーザ発振、ドープファイバーＣ１９２ｃはレーザ発振をせず、ＧａＮレーザ１９１の青色光をそのまま伝搬させる。このように、各ファーバー１９２ａ〜１９２ｃを異なるレーザで励起することで、ＲＧＢの光を同時に発生させるとともに、各波長の出力を独立に制御でき、またＧａＮレーザ１９１の各ストライプ１９１ａ〜１９１ｃからの出力をそれぞれ独立に制御することで、ＲＧＢの強度およびその比率を自由に制御でき、このため、ファーバー１９２から出力される色を自由に制御することが可能となり、各出力１９５ａ〜１９５ｃを変調することで、消費電力を抑えた色の制御が実現できる。【０１６１】  また、本実施の形態６においても、例えば図１７に示すように、ファイバーを光アンプとして使用し、種光源からの光を該ファイバーにおいて増幅する構成が利用できる。【０１６２】  この場合、各ファイバー１９２ａ〜１９２ｃに、ポンプ光源１と種光源からの光を入射し、該種光源からの光を各ファイバー１９２ａ〜１９２ｃで増幅することで高出力が得られるとともに、非常に高速に出力をスイッチングすることが可能となる。【０１６３】  なお、本実施の形態６では、ファイバーのコアが単一コアである場合を説明したが、前記実施の形態３で説明したように、各ファイバーにコアを複数設けるようにすれば、高出力化、高効率化が容易になる。また、このように各ファイバーのコアを複数にすれば、スペクトルを広げることが容易になるため、スペックルノイズの少ない光を実現できる。【０１６４】  さらに、本実施の形態６で説明した構成以外に、赤色単独の発生または、赤色と青色の発生も有効である。赤色レーザは半導体レーザにより実現可能であるが、表示デバイスに有効な波長６００〜６４０ｎｍの短波長の赤色レーザは、半導体レーザの特性向上が難しい。これに対し、レーザ光源を本実施の形態６の構成にすれば、赤色レーザを高効率、高出力で実現できる。【０１６５】  さらに、本実施の形態６のレーザ光源の構成によれば、容易にマルチモード化できるため、スペックルノイズ低減が可能となり、高画質な表示デバイスが実現できる。【０１６６】  また、本発明のファイバーからな��レーザ光源の構成においては、該ファイバーの放熱構造が重要である。青色のポンプ光を、緑色光または赤色光に変換する場合、波長差によるエネルギーロスが生じ、大きく発熱する。特に、青色から赤色への変換の場合、その波長差が大きいため、熱の発生が顕著になる。発熱が大きくなるとレーザの発振効率が低下するという問題が発生する。これを抑制するため、ファイバーの放熱構造が重要となる。【０１６７】  以下、ファイバーの放熱構造について説明する。
ひとつの方法としては、ヒートシンクとなる金属をファイバーに接触させる構造である。ポンプ光源の入射部近傍は特に発熱が大きいので、この部分にヒートシンクを接触させることで、効率の良いレーザ発光が可能となる。【０１６８】  また、その他、ファイバーの被覆の熱伝導度を高めるのも有効である。被覆材料として、熱伝導度の高いポリマーを用い、これをヒートシンクに接触させることでファイバーの放熱を促進し、レーザの発振効率を大幅に向上できる。【０１６９】  また図１８に示したバンドルファイバー構造の場合、ファイバー間に熱伝導度の高い材料で埋める構造も有効であり、さらに、該バンドルファイバーをヒートシンクに接触させることで放熱効果を高めれば、レーザ発振の高効率化が図れる。【０１７０】（実施の形態７）
本実施の形態７では、前述したレーザ光源を用いた光学装置について説明する。なおここでは光学装置として、レーザディスプレイ装置を一例に挙げて説明する。【０１７１】  一般的に、ＲＧＢレーザを用いれば、色再現性の高いディスプレイ装置が実現できる。しかしながら、コヒーレンスの高い光源では干渉によるスペックルノイズが顕著となり、画質が劣化する。本発明のレーザ光源は縦モードのマルチ化によりコヒーレンスが低減しているため、スペックルノイズが低減された高画質の画像が実現できる。【０１７２】  図２０は、前述したレーザ光源を利用したレーザディスプレイ装置の構成を示す図である。図２０に示すレーザディスプレイ装置１１００では、ＲＧＢ光を出射するレーザ光源１１０１を一体化し、該レーザ光源１１０１から出射された光は、コリメート光学系１１０２、インテグレータ光学系１１０３を通過した後、２次元スイッチである液晶パネル等の画像変換素子１１０５により画像変換され、投影レンズ１１０７によりスクリーン１１０６に投影される。【０１７３】  このような構成を有する本実施の形態７のレーザディスプレイ装置１１００では、レーザ光源１１０１が低コヒーレンスの光の発生が可能なため、スペックルノイズの低減が可能となり、高画質化が実現できる。さらに、レーザ光源１１０１は小型で、高出力且つ高効率な光を出射可能なため、小型で、高効率のレーザディスプレイ装置を実現できる。
なお、画像変換素子１１０５としては、液晶パネル以外にも、反射型液晶スイッチ、ＤＭＤミラー等の利用も可能である。【０１７４】  また、図２１に示すレーザディスプレイ装置も有効である。図２１は、本実施の形態７のレーザディスプレイ装置の別の構成を示す図である。
図２１において、レーザ光源１２０１からのレーザ光は、カラーフィルタ１２０６にて出射波長が切り替えられ、変調器１２０７にて変調された後、ミラー１２０２，１２０３で走査することにより、スクリーン１２０５上に２次元的な画像を描く。この場合は、レーザ光源１２０１には、高速なスイッチ機能が必要である。【０１７５】  前記レーザ光源１２０１は、前述の各実施の形態において示したように、小型で、高出力且つ高効率の光を出射可能な上、コヒーレンスも低減できるためスペックルノイズの低減が可能である。また、前記レーザ光源１２０１は、ＲＧＢ光、またはさらに色を加えた４原色、５原色といった多波長の光を同時に発生することが可能である。このように、レーザ光源１２０１から多波長の光を同時発生させる場合、色を分けるのはカラーフィルター１２０６で、該レーザ光源１２０１からの光を時間分割で切り替えて出力する。光の強度変調は、変調器１２０７で実現できる。また、レーザ光を直接変調することも可能であり、この場合は変調器１２０７は必要ない。【０１７６】  前述ではビーム走査光学系として、ＭＥＭＳを利用した小型走査装置も利用できる。レーザ光源１２０１から出射される光は高いビーム品質を有するため、集光特性、及びコリメート特性に優れ、ＭＥＭＳ等の小型ミラーも利用可能となる。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。【０１７７】  また、図２２に示すような光学装置も実現できる。図２２は、本実施の形態７における液晶ディスプレイ装置の構成を示す図である。
図２２において、１３０１は複数波長光を出射する本発明のレーザ光源、１３０２はファイバー、１３０３は液晶パネル、１３０４は制御回路、１３０５はディスプレイ、１３００は液晶ディスプレイ装置である。前記ディスプレイ１３０５は、レーザ光源１３０１から出力される複数波長光を、２次元スイッチである液晶パネルなどの画像変換素子１３０３と、該液晶パネル（画像変換素子）１３０３の背面に設けられた該レーザ光源からの出力光を拡散する導波板（図示せず）とが備えられ、前記レーザ光源１３０１からのレーザ光が、該ディスプレイ１３０５のバックライト用光源として用いられている。【０１７８】  前記レーザ光源１３０１は、例えばＧａＮレーザであるポンプ光源と、複数ファイバーからなるドープファイバーとからなり、該ドープファイバーから出射される、赤色光、緑色光、及び該ポンプ光源からの青色光をあわせた３色のＲＧＢ光を、前記液晶パネル１３０３の背面に配置された導波板で拡散し、該液晶パネル１３０３を均一に照射することでバックライトを構成する。【０１７９】  このように、液晶ディスプレイ装置１３００に、本発明のレーザ光源を利用すれば、非常に色再現性が広い表示装置を実現できる。また、本発明のレーザ光源を利用することにより、波長スペクトルが広がりスペックルノイズが低減されているため、高画質の映像が表示できる。【０１８０】  なお、前記液晶ディスプレイ装置１３００では、レーザ光源に、同時にＲＧＢなどの複数波長の光を発生するレーザ光源１３０１を利用しているため、該ＲＧＢ光の出力比が外部温度や、環境変化により影響をうけやすく、色の変動が発生しやすい。これを防止するために、液晶ディスプレイ装置１３００では、制御回路１３０４をさらに備えている。【０１８１】  前記制御回路１３０４は、前記レーザ光源１３０１から出力されるＲＧＢ光の出力強度を検知し、その値に従って、前記液晶パネル（画像変換素子）１３０３においてＲＧＢ光それぞれの透過率を制御することで、該液晶パネル１３０３より出射される各ＲＧＢ光の強度及びその出力比を制御している。これにより、安定な高色彩映像を、ディスプレイ１３０５に再現性よく表示できる。【０１８２】  さらに、図２２では、ディスプレイ１３０５がレーザ光源１と切り離されて、軽量、薄型であるため、壁掛け可能な大型ディスプレイが実現できる。【０１８３】  また、液晶ディスプレイ装置の別の構成として、図２３に示す構成が挙げられる。
図２３は、本実施の形態７における、液晶ディスプレイ装置の別の構成を示す図である。図において、１４０１は複数波長光を出射する本発明のレーザ光源、１４０２はファイバー、１４０５はディスプレイ、１４００は液晶ディスプレイ装置である。【０１８４】  ここでは、ファイバー１４０２の側面散乱を利用して、ディスプレイ１４０５の液晶バックライトを構成している。具体的には、図２３に示すように、ディスプレイ１４０５の背面に、ファイバー１４０２を敷き詰め、該ファイバー１４０２からの側面散乱により、液晶パネルなどの画像変換素子（図示せず）を照射することで、バックライトを構成している。【０１８５】  Ｐｒ３＋ドープの可視光発生ファイバーは散乱が大きく、そのファイバー側面からレーザ光が放射する現象が顕著である。そこで、ここでは、ファイバ１４０２としてＰｒ３＋ドープのファイバーを用い、そのファイバー１４０２側面からの散乱により、バックライトを構成した。【０１８６】  以下詳述すると、前記ファイバー１４０２は、前述したように、Ｐｒ３＋ドープファイバーであり、その内部で赤色光、緑色光が発生され、レーザ光源１４０１に内部に設けられたポンプ光源のＧａＮレーザとあわせて、ＲＧＢ同時発生が可能である。前記ファイバー１４０２のクラッドには、発生した光を散乱する散乱体をわずかに含まれており、コアで発生した赤色光、及び緑色光と、クラッドを伝搬するＧａＮレーザ１からの青色光とを側面に放射する。これをバックライトとして利用することで、液晶ディスプレイ装置１４００が実現できる。また、前記ファイバー径は数１００μｍと非常に小さいため、薄型のバックライトが実現でき、液晶パネルとあわせても超薄型のディスプレイが実現できる。
なお、本実施の形態７では、光学装置として、レーザディスプレイや液晶ディスプレイを例に挙げて説明したが、その他、計測装置にも有効である。
【産業上の利用可能性】
【０１８７】  本発明のレーザ光源は、小型で、高出力、且つ低コヒーレンスの光を出射可能なレーザ光源として有用であり、またこのレーザ光源を用いた光学装置は、２次元画像の画質向上を可能にするものとして有用である。
【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】
2006109730.tif 000014
【図１４】
2006109730.tif 000015
【図１５】
2006109730.tif 000016
【図１６】
2006109730.tif 000017
【図１７】
2006109730.tif 000018
【図１８】
2006109730.tif 000019
【図１９】
2006109730.tif 000020
【図２０】
2006109730.tif 000021
【図２１】
2006109730.tif 000022
【図２２】
2006109730.tif 000023
【図２３】
2006109730.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成19年10月5日(2007.10.5)
【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】
半導体レーザからなるポンプ光源と、
前記ポンプ光源により励起される固体レーザ媒質と、
前記固体レーザ媒質のレーザ発振の、縦モードまたは横モードの少なくとも何れかをマルチモード化するマルチモード化手段と、を備える、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記固体レーザ媒質は、Ｐｒ3+、Ｅｕ3+、Ｓｍ3+、Ｃｅ3+、Ｔｍ3+、Ｔｂ3+、Ｅｕ2+の少なくともいずれかが添加されている、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項３】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記マルチモード化手段が、バンドパスフィルターである、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項４】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記マルチモード手段が、グレーティングミラーである、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項５】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記マルチモード手段が、過飽和吸収体である、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項６】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記マルチモード化手段が、熱レンズ効果を有する物質である、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項７】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記固体レーザ媒質に、Ｈｏが共添加されている、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項８】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記固体レーザ媒質がセラミック材料からなる、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項９】
請求項１に記載のレーザ光源において、
狭帯域の反射特性を有する反射体をさらに備え、
前記反射体は、前記半導体レーザの発振波長を前記反射体の発振波長に固定する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１０】
請求項４に記載のレーザ光源において、
前記グレーティングミラーは、２つの波長域に反射特性を有し、
一方の反射波長は、前記固体レーザ媒質の発振波長域に存在し、
もう一方の反射波長は、前記半導体レーザの発振波長に存在する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１１】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記固体レーザ媒質は、ダブルクラッド構造のファイバーからなり、
前記ファイバーのコアには、Ｐｒ3+、Ｅｕ3+、Ｓｍ3+、Ｃｅ3+、Ｔｍ3+、Ｔｂ3+、Ｅｕ2+の少なくともいずれかが添加されている、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１２】
請求項１１に記載のレーザ光源において、
前記マルチモード化手段が、グレーティングファイバーである、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１３】
請求項１２に記載のレーザ光源において、
前記グレーティングファイバーは、２つの波長域に反射特性を有し、
一方の反射波長は、前記固体レーザ媒質であるファイバーの発振波長域に存在し、
もう一方の反射波長は、前記半導体レーザの発振波長に存在する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１４】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記固定レーザ媒質が、光導波路からなる、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１５】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記ポンプ光源と、前記固体レーザ媒質と、前記マルチモード化手段とを備えた種光源と、
ポンプ光源により励起されるファイバーと、を備え、
前記種光源から出射される種光を前記ファイバーにおいて増幅する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１６】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記固体レーザ媒質の発振波長が、６００〜６６０ｎｍの赤色光である、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１７】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記固体レーザ媒質の発振波長が、５１５〜５５５ｎｍの緑色光である、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１８】
請求項１に記載のレーザ光源において、
前記固体レーザ媒質が、発振波長６００〜６６０ｎｍの赤色光と、発振波長５１５〜５５５ｎｍの緑色光と、発振波長４４０ｎｍの青色光のうちのいずれかを同時に発生する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１９】
請求項１８に記載のレーザ光源において、
前記ポンプ光源が、ＧａＮ系の固体光源である、ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２０】
請求項１９に記載のレーザ光源において、
前記半導体レーザの出射光に、高周波を重畳する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２１】
請求項１１に記載のレーザ光源において、
前記ファイバーが複数のコアを有する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２２】
請求項２１に記載のレーザ光源において、
前記複数のコアの直径またはコア間距離のいずれかが異なっている、
ことを特徴するレーザ光源。
【請求項２３】
請求項２１に記載のレーザ光源において、
前記複数のコアのいずれかが、他のコアと異なる屈折率を有する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２４】
請求項２１に記載のレーザ光源において、
前記複数のコアのいずれかが、他のコアと異なる添加物を含むか、あるいは添加物量が異なる、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２５】
請求項２１に記載のレーザ光源において、
前記複数のコアのいずれかが、他のコアと異なる反射波長のグレーティングを備えている、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２６】
請求項２１に記載のレーザ光源において、
前記複数のコアのいずれかが、他のコアと異なる波長で発振している、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２７】
請求項２１に記載のレーザ光源において、
前記ファイバーからの発生波長光を切り替えるスイッチをさらに備える、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２８】
請求項２１に記載のレーザ光源において、
前記ファイバーの出射部近傍でファイバーのコア径を拡大するテーパファイバーをさらに備える、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２９】
請求項２１に記載のレーザ光源において、
少なくとも一つの種光源をさらに備え、
前記種光源から出射される種光を前記ファイバーで増幅する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項３０】
請求項１１に記載のレーザ光源において、
前記固体レーザ媒質は、複数の前記ダブルクラッド構造のファイバーからなる、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項３１】
請求項３０に記載のレーザ光源において、
前記複数のファイバーのいずれかが、他のファイバーと異なる波長を発生している、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項３２】
請求項３０に記載のレーザ光源において、
前記複数のファイバーをそれぞれ励起する、半導体レーザからなる複数のポンプ光源を備え、
前記複数のファイバーは、Ｐｒ3+が添加されていないノンドープファイバーを含み、
前記複数のファイバーからは、前記ノンドープファイバーから出射される前記ポンプ光源の出力光と、前記複数のポンプ光源の出力光を前記複数のファイバーでそれぞれ独立に変調した複数の波長光とを含む、複数波長が出力される、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項３３】
請求項３０に記載のレーザ光源において、
前記複数のファイバーのいずれかが、複数の波長光を発生する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項３４】
請求項３０に記載のレーザ光源において、
前記複数のファイバーのいずれかが、複数のコアを有する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項３５】
請求項３０ないし請求項３４のいずれかに記載のレーザ光源において、
前記複数のファイバーを冷却するヒートシンクをさらに備え、
前記ファイバーの少なくとも一部が前記ヒートシンクに接触している、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項３６】
赤色コヒーレント光を発生する赤色レーザ光源と、
緑色コヒーレント光を発生する緑色レーザ光源と、
青色コヒーレント光を発生する青色レーザ光源と、
前記レーザ光をスクリーンまたは照射体に照射する光学系と、を備え、
前記赤色レーザ光源、前記緑色レーザ光源、前記青色レーザ光源の少なくとも一つが請求項１ないし請求項３５のいずれかに記載のレーザ光源である、
ことを特徴とする光学装置。
【請求項３７】
請求項２１または請求項３０に記載のレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射される複数の波長光を、ディスプレイに表示するための画像に変換する画像変換素子と、
前記レーザ光源から発生する複数の波長の光の出力強度を検知し、その出力強度にあわせて、前記画像変換素子から出力される前記複数の波長光それぞれの強度及びその出力比を制御する制御回路と、を備える、
ことを特徴とする光学装置。
【請求項３８】
請求項３７に記載の光学装置において、
前記レーザ光源から前記ディスプレイに光を伝搬するファイバーが、そのクラッドに、該ファイバーを導波する光を散乱する散乱体を含み、
前記ファイバーからの側面散乱により前記画像変換素子を照射する、
ことを特徴とする光学装置。
【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レーザ光源及びこれを利用した光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＲＧＢ（赤緑青）の３色のレーザ光源（以下、「ＲＧＢレーザ」とも称す。）を用いたレーザディスプレイ装置が提案されている。そして、該ＲＧＢレーザを用いたレーザディスプレイ装置では、レーザ光の単色性と広い色表現範囲とを実現できるため、高色彩のカラー表示が可能となる。
【０００３】
ＲＧＢレーザにより大画面のディスプレイ装置を実現するには、数Ｗのレーザ光源が必要となる。このようなレーザ光源を実現する手段としては、従来では、高出力のＡｒレーザやＫｒレーザが使用されていた。しかし、これらのガスレーザは、エネルギー変換効率が０．１％程度と非常に低いため、冷却装置を含めた大がかりな装置構成を必要とするという問題があった。
【０００４】
一方、この問題を解決するため、固体レーザによる短波長光発生が検討された。
例えば、ＹＡＧ等の固体レーザによる１．０６４μｍの光を、波長変換素子により第２高調波に波長変換することで、高出力の緑色光の発生を実現している。また、最近では、Ｙｂドープのファイバーレーザを用いた高出力の緑色光発生も報告され、さらに、非特許文献１では、波長変換素子としてＬＢＯ結晶（非線形光学結晶：ＬｉＢ3Ｏ5）を用い、入射される基本波光を該波長変換素子により波長変換することで、６０Ｗの緑色光発生を実現できることが報告されている。
【０００５】
また、固体レーザより直接発生する緑色または青色を光源として利用する方法も提案されている。例えば、特許文献１には、３価のプラセオジウムイオン（Ｐｒ3+）をドープしたレーザ媒質をＧａＮ系半導体レーザで励起することで、赤色、緑色光を発生させ、これをレーザディスプレイ装置に応用する方法が提案開示されている。
【非特許文献１】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖｏｌ．３０，  Ｎｏ．１，  ｐｐ．６７−６９  （２００５）
【特許文献１】特開２００１−２６４６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述したレーザ光源は、光源の有する高いコヒーレンスにより、レーザの照射面でスペックルノイズが発生することが知られている。このスペックルノイズは、レーザ光が照射面で散乱する際に発生する光の干渉効果によって発生するもので、画質の大幅な低下をもたらし、レーザディスプレイ装置の大きな課題と見なされている。
【０００７】
例えば、非特許文献１に示したように、レーザ光源として、固体レーザからの光を波長変換素子で短波長光に変換したものを使用する場合、レーザ光源のコヒーレンスが劣化すると変換効率が大幅に低下してしまうので、高効率な波長変換を行うためには、低コヒーレンスの光は利用できず、この結果、スペックルノイズが増大してしまうという問題がある。
【０００８】
一方、特許文献１に示したように、レーザ光源として、固体レーザより直接短波光を発振可能なものを使用する場合、出力変動によるノイズを低減するために、コヒーレンスの高いレーザ光源を実現しているので、特許文献１においても、干渉によるスペックルノイズが増大するという問題がある。
【０００９】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、小型、且つ高出力で、スペックルノイズを低減できるレーザ光源、及びそのレーザ光源を利用した高画質な光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明のレーザ光源は、半導体レーザからなるポンプ光源と、前記ポンプ光源により励起される固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質のレーザ発振の、縦モードまたは横モードの少なくとも何れかをマルチモード化するマルチモード化手段と、を備えるものである。
これにより、高効率な単色光発生と、レーザ光源のコヒーレンスの低減を実現できる。
【００１１】
また、本発明のレーザ光源は、前記固体レーザ媒質は、Ｐｒ3+、Ｅｕ3+、Ｓｍ3+、Ｃｅ3+、Ｔｍ3+、Ｔｂ3+、Ｅｕ2+の少なくともいずれかが添加されているものである。
これにより、高効率な波長光を得ることができる。
【００１２】
さらに、本発明のレーザ光源は、前記マルチモード化手段が、バンドパスフィルターである。
【００１３】
さらに、本発明のレーザ光源は、前記マルチモード手段が、グレーティングミラーである。
【００１４】
さらに、本発明のレーザ光源は、前記マルチモード手段が、過飽和吸収体である。
これにより、レーザ光源より出射される光の縦モードをマルチモード化でき、低コヒーレンスの波長光の発生を実現できる。
【００１５】
さらに、本発明のレーザ光源は、前記マルチモード手段が、熱レンズ効果を有する物質である。
これにより、レーザ光源より出射される光の横モードをマルチモード化でき、低コヒーレンスの波長光の発生を実現できる。
【００１６】
さらに、本発明のレーザ光源は、前記固体レーザ媒質に、Ｈｏが共添加されているものである。
これにより、レーザ光源より出射される光の縦モードをマルチモード化でき、低コヒーレンスの波長光の発生を実現できる。また、固体レーザ媒質の励起効率を向上させることもできる。
【００１７】
さらに、本発明のレーザ光源は、前記固体レーザ媒質がセラミック材料からなるものである。
これにより、レーザ光源における、高効率化と、低コスト化が図れる。
【００１８】
さらに、本発明のレーザ光源は、狭帯域の反射特性を有する反射体をさらに備え、前記反射体は、前記半導体レーザの発振波長を前記反射体の発振波長に固定するものである。
【００１９】
さらに、本発明のレーザ光源は、前記グレーティングミラーは、２つの波長域に反射特性を有し、一方の反射波長は、前記固体レーザ媒質の発振波長域に存在し、もう一方の反射波長は、前記半導体レーザの発振波長に存在するものである。
これにより、レーザ光源より出射される波長光をより安定させることができる。
【００２０】
また、本発明のレーザ光源は、前記固体レーザ媒質は、ダブルクラッド構造のファイバーからなり、前記ファイバーのコアには、Ｐｒ3+、Ｅｕ3+、Ｓｍ3+、Ｃｅ3+、Ｔｍ3+、Ｔｂ3+、Ｅｕ2+の少なくともいずれかが添加されているものである。
これにより、高効率な波長光を発生する、小型且つ高出力のレーザ光源を提供できる。
【００２１】
さらに、本発明のレーザ光源は、前記マルチモード化手段が、グレーティングファイバーである。
これにより、レーザ光源より出射される光の縦モードをマルチモード化でき、低コヒーレンスの波長光の発生を実現できる。
【００２２】
さらに、本発明のレーザ光源は、前記グレーティングファイバーは、２つの波長域に反射特性を有し、一方の反射波長は、前記固体レーザ媒質であるファイバーの発振波長域に存在し、もう一方の反射波長は、前記半導体レーザの発振波長に存在するものである。
これにより、レーザ光源より出射される波長光をより安定させることができる。
【００２３】
また、本発明のレーザ光源は、前記固定レーザ媒質が、光導波路からなるものである。
【００２４】
また、本発明のレーザ光源は、前記ポンプ光源と、前記固体レーザ媒質と、前記マルチモード化手段とを備えた種光源と、ポンプ光源により励起されるファイバーと、を備え、前記種光源から出射される種光を前記ファイバーにおいて増幅するものである。
これにより、高効率な波長光の発生と、該レーザ光源のコヒーレンスの低減を実現できる。
【００２５】
また、本発明のレーザ光源は、前記固体レーザ媒質の発振波長が、６００〜６６０ｎｍの赤色光である。
これにより、小型、高出力且つ低コヒーレントの赤色光源を提供できる。
【００２６】
また、本発明のレーザ光源は、前記固体レーザ媒質の発振波長が、５１５〜５５５ｎｍの緑色光である。
これにより、小型、高出力且つ低コヒーレントの緑色光源を提供できる。
【００２７】
また、本発明のレーザ光源は、前記固体レーザ媒質が、発振波長６００〜６６０ｎｍの赤色光と、発振波長５１５〜５５５ｎｍの緑色光と、発振波長４４０ｎｍの青色光のうちのいずれかを同時に発生するものである。
これにより、ＲＧＢ光を同時に出力する、小型のレーザ光源を提供できる。
【００２８】
また、本発明のレーザ光源は、前記ポンプ光源が、ＧａＮ系の固体光源である。
【００２９】
また、本発明のレーザ光源は、前記半導体レーザの出射光に、高周波を重畳するものである。
これにより、マルチモード化されたＲＧＢ光を同時に出力可能な、小型、高出力且つ低コヒーレントのレーザ光源を提供できる。
【００３０】
また、本発明のレーザ光源は、前記ファイバーが複数のコアを有するものである。
これにより、各コア間で異なる波長の発振が可能となるため、高出力且つ高効率な、低コヒーレンス光源を提供できる。
【００３１】
さらに、本発明のレーザ光源は、前記複数のコアの直径またはコア間距離のいずれかが異なっているものである。
【００３２】
さらに、本発明のレーザ光源は、前記複数のコアのいずれかが、他のコアと異なる屈折率を有するものである。
これにより、出射光のスペクトルの広がりを自由に制御することができる。
【００３３】
さらに、本発明のレーザ光源は、前記複数のコアのいずれかが、他のコアと異なる添加物を含むか、あるいは添加物量が異なるものである。
これにより、複数のコアから異なる波長光の発生が可能となり、簡単な構成で、高出力の波長光を複数発生させることができる。
【００３４】
さらに、本発明のレーザ光源は、前記複数のコアのいずれかが、他のコアと異なる反射波長のグレーティングを備えているものである。
これにより、各コアにおいて、異なる波長の反射を起こすことができる。
【００３５】
さらに、本発明のレーザ光源は、前記複数のコアのいずれかが、他のコアと異なる波長で発振しているものである。
これにより、複数のコアから異なる波長光の発生が可能となる。
【００３６】
また、本発明のレーザ光源は、前記ファイバーからの発生波長光を切り替えるスイッチをさらに備えるものである。
これにより、前記ファイバーからの発生される複数波長光を切り替えて出力することができる。
【００３７】
また、本発明のレーザ光源は、前記ファイバーの出射部近傍でファイバーのコア径を拡大するテーパファイバーをさらに備えるものである。
これにより、ファイバーの出力端面に付着物が定着しないようにできる。
【００３８】
また、本発明のレーザ光源は、少なくとも一つの種光源をさらに備え、前記種光源から出射される種光を前記ファイバーで増幅するものである。
これにより、前記ファイバーからの発生される複数波長光を切り替えて出力することができる。
【００３９】
また、本発明のレーザ光源は、前記固体レーザ媒質は、複数の前記ダブルクラッド構造のファイバーからなるものである。
これにより、ファイバーからの出射光の高出力化、高効率化、多波長化を実現できる。また、出力波長の調整を容易に行える効果もある。
【００４０】
さらに、本発明のレーザ光源は、前記複数のファイバーのいずれかが、他のファイバーと異なる波長を発生しているものである。
これにより、複数波長を発振できるため、低コヒーレンス光源を実現できる。
【００４１】
さらに、本発明のレーザ光源は、前記複数のファイバーをそれぞれ励起する、半導体レーザからなる複数のポンプ光源を備え、前記複数のファイバーは、Ｐｒ3+が添加されていないノンドープファイバーを含み、前記複数のファイバーからは、前記ノンドープファイバーから出射される前記ポンプ光源の出力光と、前記複数のポンプ光源の出力光を前記複数のファイバーでそれぞれ独立に変調した複数の波長光とを含む、複数波長が出力されるものである。
これにより、ＲＧＢ光を同時に出射可能な光源を提供できる。
【００４２】
さらに、本発明のレーザ光源は、前記複数のファイバーのいずれかが、複数の波長光を発生するものである。
【００４３】
さらに、本発明のレーザ光源は、前記複数のファイバーのいずれかが、複数のコアを有するものである。
これにより、ＲＧＢ光を同時に出射可能な光源の小型化を実現できる。
【００４４】
さらに、本発明のレーザ光源は、前記複数のファイバーを冷却するヒートシンクをさらに備え、前記ファイバーの少なくとも一部が前記ヒートシンクに接触しているものである。
これにより、ファイバーの放熱を促進し、レーザの発振効率を大幅に向上できる。
【００４５】
本発明の光学装置は、赤色コヒーレント光を発生する赤色レーザ光源と、緑色コヒーレント光を発生する緑色レーザ光源と、青色コヒーレント光を発生する青色レーザ光源と、前記レーザ光をスクリーンまたは照射体に照射する光学系と、を備え、前記赤色レーザ光源、前記緑色レーザ光源、前記青色レーザ光源の少なくとも一つが請求項１ないし請求項３５のいずれかに記載のレーザ光源であるものである。
これにより、スペックルノイズが低減された高画質の画像を実現可能な光学装置を提供できる。
【００４６】
また、本発明の光学装置は、請求項２１または請求項３０に記載のレーザ光源と、前記レーザ光源から出射される複数の波長光を、ディスプレイに表示するための画像に変換する画像変換素子と、前記レーザ光源から発生する複数の波長の光の出力強度を検知し、その出力強度にあわせて、前記画像変換素子から出力される前記複数の波長光それぞれの強度及びその出力比を制御する制御回路と、を備えるものである。
これにより、小型で、高効率の、色再現性が広い光学装置を提供できる。また、スペックルノイズも低減可能であるため、高画質の映像が表示できる。
【００４７】
さらに、本発明の光学装置は、前記レーザ光源から前記ディスプレイに光を伝搬するファイバーが、そのクラッドに、該ファイバーを導波する光を散乱する散乱体を含み、前記ファイバーからの側面散乱により前記画像変換素子を照射するものである。
これにより、超薄型の光学装置を提供できる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明のレーザ光源によれば、レーザ媒質と、半導体レーザからなるポンプ光源と、前記レーザ媒質からのレーザ発振の縦モードまたは横モードの少なくともいずれかをマルチモード化するマルチモード化手段とを備えるようにしたので、高効率な単色光発生と、レーザ光源のコヒーレンスの低減を実現できる。さらに、このレーザ光源を光学装置に適用することで、小型、高出力、且つスペックルノイズの無い、高画質な光学装置が実現できる。
【００４９】
また、Ｐｒ3+等のドープ材料をドーピングしたレーザ媒質を用いることで、該ドープ材料に応じた、赤、青、緑等の複数のレーザ光を発生させることができる。
【００５０】
さらに、本発明のレーザ光源によれば、ダブルクラッド構造のファイバーに、グレーティングファイバーを融着し、該ファイバーより出射される光をマルチモード化するようにしたので、高効率な単色光発生と、レーザ光源のコヒーレンスの低減を実現できる。また、前記単一ファイバーに、複数のコアを形成し、該複数のコアのコア径、コア形状、或いはコア間距離等を変えるようにすれば、出射されるレーザ光の高出力化、高効率化を実現できる。また、前記複数のコアにドープするドープ材料、あるいはその添加量をかえることにより、単一ファイバーより複数色のレーザ光を出射することができる。さらに、このレーザ光源を光学装置に適用することで、より小型化された、高出力、且つスペックルノイズのない、高画質な光学装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、短波長光が直接発振可能な固体レーザ媒質を利用して、ディスプレイに必要な低コヒーレンスなレーザ光を実現する構成について説明する。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１におけるレーザ光源の構成を示す図である。１は窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体レーザ、２は３価のプラセオジウムイオン（Ｐｒ3+）がドープされたレーザ媒質、３は反射体、４は多層膜ミラー、１０はレーザ光源、５は該レーザ光源からの出射光である。
【００５２】
ＧａＮレーザ１は、ワイドストライプ半導体レーザであり、その発振波長は４４０ｎｍ近傍、出力は５００ｍＷから数Ｗである。多層膜ミラー４は、４４０ｎｍの波長を透過し、５３０ｎｍ近傍の波長を反射する。反射体３は、５３０ｎｍ近傍に狭帯域の反射特性を有するグレーティングミラーである。レーザ媒質２は、４４０ｎｍ近傍に吸収特性を有し、５３０ｎｍ近傍に発振特性を有するものであり、該レーザ媒質２は、前記多層膜ミラー４と前記反射体３とにより共振器を構成している。
【００５３】
以下、動作を説明する。まず、ＧａＮレーザ１から出射された波長４４０ｎｍ近傍の光は、多層膜ミラー４を透過し、レーザ媒質２を励起する。このＧａＮレーザ１により励起されたレーザ媒質２の発振波長は、反射体３を介して外部に出射されるが、前記レーザ媒質２の発振波長は、その反射体３の反射特性により制御される。
【００５４】
図２（ａ）は、本実施の形態１におけるレーザ光源の反射体の反射特性、図２（ｂ）は、本実施の形態１のレーザ媒質からの発振波長を示す図である。
例えば、図２（ａ）に示すように、反射体３として、レーザ媒質２の発振ゲインの存在する波長領域（ここでは５３０ｎｍ近傍）にブロードな反射特性をもつものを用いれば、図２（ｂ）に示すように、前記レーザ媒質２の発振波長は、前記反射体３の反射帯域内に複数の発振スペクトルが発生することとなり、この結果、該レーザ媒質２の発振波長の縦モードをマルチモード化でき、コヒーレンスの低減が可能となる。
そして、このようにレーザ媒質２の発振波長の縦モードをマルチモード化した光を、出射光５として出力する。
【００５５】
なお、本実施の形態１のレーザ光源１０では、ＧａＮレーザ１により励起されるレーザ媒質２を用いた直接発振を利用しているため、縦モードのマルチモード化によりコヒーレンスを低減しても、２０〜３０％という非常に高い変換効率を実現できる。例えば、本実施の形態１の場合、ＧａＮレーザ１による５００ｍＷの励起で、１００ｍＷ〜１５０ｍＷの緑色光源が実現できた。
【００５６】
以上のように、４４０ｎｍ近傍の発振波長を有するＧａＮレーザ１と、３価のプラセオジウムイオン（Ｐｒ3+）をドープしたレーザ媒質２と、５３０ｎｍ近傍に狭帯域の反射特性を有する反射体３とを備え、ＧａＮレーザ１によりレーザ媒質２を励起して、そのレーザ媒質２の発振波長を反射体３の反射特性により制御してマルチモード化することにより、小型、高出力、且つ低コヒーレントの緑色光源が実現することが可能となる。
【００５７】
前述したレーザ光源の構成の別の構成として、図３に示すように、前記レーザ媒質２の発振波長の縦モードをマルチモード化するマルチモード化手段として、レーザ媒質２と切りはなした外部グレーティングを設け、該レーザ媒質２に、外部より光フィードバックを行い、該レーザ媒質２の発振波長の縦モードをマルチモード化するようにしてもよい。
【００５８】
以下、詳述する。図３（ａ），（ｂ）は、本実施の形態１のレーザ光源の別の構成を示す図である。１はＧａＮ系半導体レーザ、４は多層膜ミラー、２１は第２の多層膜ミラー、２２ａ，２２ｂは外部グレーティング、６は戻り光、２０ａ，２０ｂはレーザ光源、５は該レーザ光源からの出射光である。
【００５９】
第２の多層膜ミラー２１は、波長５３０ｎｍ近傍の光を反射するものである。そして、前記レーザ媒質２は、前述した波長４４０ｎｍの光を透過し、波長５３０ｎｍ近傍の光を反射する多層膜ミラー４と、第２の多層膜ミラー２１により共振器を構成している。
【００６０】
外部グレーティング２２ａ，２２ｂは、図２（ａ）に示すように、５３０ｎｍ近傍に狭帯域の反射特性を有するものであり、図３（ａ）では、体積グレーティング２２ａを用いた例を、また図３（ｂ）ではグレーティング２２ｂを用いた例を図示している。
【００６１】
以下、動作を説明する。まず、ＧａＮレーザ１から出射された波長４４０ｎｍ近傍の光は、多層膜ミラー４を透過し、レーザ媒質２を励起する。ＧａＮレーザ１により励起されたレーザ媒質２は、多層膜ミラー４，２１により波長５３０ｎｍ近傍の光を共振し、５３０ｎｍ近傍のレーザ発振を行う。このレーザ媒質２から出射された光は、外部グレーティング２２ａ，２２ｂに入射される。このとき、該レーザ媒質２から出射された光の一部は、前記外部グレーティング２２により反射され、レーザ媒質２に戻り光６として帰還され、これにより、レーザ媒質２の発振波長が制御される。
【００６２】
本実施の形態１では、前記外部グレーティング２２ａ，２２ｂとして、その反射特性が、図２（ａ）に示すように、レーザ媒質２の発振ゲインの存在する波長領域（ここでは５３０ｎｍ近傍）にブロードな反射特性をもつものを用いる。これにより、レーザ媒質２の発振波長は、図２（ｂ）に示すように、該外部グレーティング２２の反射帯域内に複数の発振スペクトルが発生することとなり、この結果、該レーザ媒質２の発振波長の縦モードをマルチモード化でき、コヒーレンスの低減が可能となる。
【００６３】
そして、このようにレーザ媒質２の発振波長の縦モードをマルチモード化した低コヒーレンスの光を、当該レーザ光源２０ａ，２０ｂの出射光５として出力する。
【００６４】
なお、図３に示すレーザ光源２０ａ，２０ｂは、前述した図１に示すレーザ光源と同様、ＧａＮレーザにより励起されたレーザ媒質による直接発振を利用しているため、縦モードのマルチモード化によりコヒーレンスを低減しても、２０〜３０％という非常に高い変換効率を実現でき、この結果、小型で、高出力、且つ低コヒーレントの緑色光源が実現できる。
【００６５】
ここで、前記出射光５のコヒーレンスをさらに減少させるには、前記外部グレーティング２２の反射帯域を広げればよい。外部グレーティング２２ａ，２２ｂの反射波長の帯域を増大させる方法としては、例えば、該外部グレーティング２２ａ，２２ｂの相互作用長を短くする、周期性を乱す、あるいはチャープ構造の周期を用いる等の方法がある。
【００６６】
前述したレーザ光源の更に別の構成として、図４に示すように、前記レーザ媒質２の発振波長の縦モードをマルチモード化するマルチモード化手段として、レーザ媒質２内に過飽和吸収体３１を挿入するようにしてもよい。このような構成によっても、該レーザ媒質２の発振波長の縦モードマルチ化が可能となる。
【００６７】
以下、詳述する。図４は、本実施の形態１のレーザ光源の更に別の構成を示す図である。１はＧａＮ系半導体レーザ、２はレーザ媒質、４，２１は多層膜ミラー、３１は過飽和吸収体、３０はレーザ光源、３５は該レーザ光源からの出射光である。
【００６８】
レーザ媒質２は、前述したように、波長４４０ｎｍの光を透過し、波長５３０ｎｍ近傍の光を反射する多層膜ミラー４と、波長５３０ｎｍ近傍の光を反射する第２の多層膜ミラー２１とにより共振器を構成している。そして、前記過飽和吸収体３１は、入射光強度に対して吸収係数が非線形に変化するものであり、該過飽和吸収体３１を前記共振器内に挿入することで、レーザ媒質２が狭帯域のパルス発振を行い、このパルス発振により、レーザ媒質２の発振波長の縦モードをマルチモード化でき、その結果、コヒーレンスの低減が可能となる。
【００６９】
また、前記過飽和吸収体３１を前記共振器内に挿入すると、該過飽和吸収体３１の屈折率が時間的に変化する。この結果、前記共振器の光学長が時間的に変化するため、これによっても、前記共振器の発振スペクトルをマルチモード化することができる。
【００７０】
さらに、前記マルチモード化手段として、前記共振器内に過飽和吸収体３１を挿入した場合に、該過飽和吸収体３１により熱レンズが発生すると、前記共振器内の発振横モードが乱れ、レーザ媒質２の発振波長の横モードについてもマルチモード化できる。ここで、熱レンズとは、固体レーザにおける熱の分布により形成される屈折率変化であり、この屈折率変化は光学的に凸レンズと等価な働きをするものである。
【００７１】
このように、発振波長の横モードをマルチモード化することでも、スペックルノイズの低減が可能となる。その一つの理由としては、横モードがマルチモード化されると、スペクトルが分散することが挙げられる。異なる横モードはそれぞれ異なるスペクトルを有するため、レーザ媒質２の発振波長の発振スペクトルがマルチモード化して干渉性が低下すると、スペックルノイズが低減される。また、別の理由としては、横モードが異なると、スペックルパターンが異なることが挙げられる。複数の横モードにより複数のスペックルパターンが形成されると、その複数のスペックルパターンそれぞれが重なり平均化されてスペックルノイズが低下する。
【００７２】
横モードのマルチモード化手段としては、レーザ媒質２の放熱を制御することも有効である。
３価のプラセオジウムイオン（Ｐｒ3+）は、５３０ｎｍ近傍に僅かに吸収がある。このため、レーザ媒質２の放熱を僅かに遮断すると、レーザ発振による吸収によってレーザ媒質２に温度分布が形成されて熱レンズ効果が生じ、横モードのマルチモード化が可能となる。
【００７３】
また、ＧａＮレーザ１からの励起光の吸収によっても、レーザ媒質２に温度分布が形成され、熱レンズ効果が生じて横モードのマルチモード化が可能になる。
さらに、レーザ媒質２の放熱の均一性を非対称にし、該レーザ媒質２の放熱に分布をつければ、レーザ媒質２内での熱分布が強調されるため、横モードのマルチモード化が促進できる。
【００７４】
以下、前述したような横モードのマルチモード化を実現するための具体的な方法例をいくつか挙げる。
第１の方法としては、熱レンズによる屈折率分布を中心対称から非対称な構造にするために、例えば、レーザ媒質２を冷却するヒートシンクの形状を、ＧａＮレーザ１の励起スポットに対して非対称構造にする方法が挙げられる。図５（ａ）は、レーザ媒質を冷却するヒートシンクの形状を非対称構造としたレーザ光源の構成を示す図であり、図５（ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図である。図5において、４１はレーザ媒質２を冷却するヒートシンク、４２は該ヒートシンク４１に開けられた穴、１１は前記ＧａＮレーザの励起スポット、４０はレーザ光源、４５は該レーザ光源からの出射光である。図５に示すように、レーザ光源４０が、前記ヒートシンク４１の穴４２を介して、ＧａＮレーザ１の励起スポット１１によってレーザ媒質２を励起する構成を有する場合、その穴４２の形状を非対称構造にする。これにより、前記レーザ媒質２における熱の分布が非対称になって熱レンズ効果が生じ、横モードがマルチモード化する。
【００７５】
また第２の方法としては、レーザ媒質２の励起自体を非対称な分布にするために、例えば、レーザ媒質２としてセラミック材料を用いる方法が挙げられる。このように、レーザ媒質２としてセラミック材料を用いれば、該レーザ媒質２内でのＰｒ3+イオンやその他の添加物分布を自由に制御できるため、レーザ媒質２の励起効率に分布をつけて、横モードをマルチモード化できる。
【００７６】
第３の方法としては、前述した図４に示すように、共振器内部に、過飽和吸収体のような光をわずかに吸収して屈折率を変化させる物質を挿入する方法が挙げられる。このようにすれば、その挿入された物質が共振器内部で光を吸収することによって生じる屈折率分布により、横モードをマルチモード化できる。
【００７７】
第４の方法としては、共振器自体を非対称構造にする方法が挙げられる。図６は、その共振器自体を非対称構造としたレーザ光源の構成を示す図である。図６において、１はＧａＮレーザ、２はレーザ媒質、４，５１は多層膜ミラー、５０はレーザ光源、５５は該レーザ光源からの出射光である。ここでは、多層膜ミラー４，５１により共振器が構成されるが、図６に示したように、該第２の多層膜ミラー５１をわずかに傾ける構造にすることより、共振器自体を非対称構造とし、出射光５５の横モードをマルチモード化する。なお、前記第２の多層膜ミラー５１を傾けると共振器損失が増大するが、レーザ媒質２が熱レンズ効果によりレンズ作用を持つ場合には、共振器損失は大幅に低下する。なお、ここでは、第２の多層膜ミラー５１がフラットミラーである場合を例に挙げたが、該多層膜ミラー５１が凹面ミラーであれば、該多層膜ミラー５１が傾けられても共振器損失はほとんど生じず、有効である。また、横モードをマルチモード化するために、前述した第１〜第４の方法を組み合わせて用いることも可能である。
【００７８】
また、レーザ光源の共振器長と多層膜ミラーの曲率とを、シングルモードの設計よりずらすことによっても、横モードをマルチモード化できる。
そして、これら横モードのマルチモード化手段と、前述した縦モードのマルチモード化手段とを幾つか併用することで、レーザ光のコヒーレンスを低減でき、ディスプレイ応用におけるスペックルノイズを大幅に低減できる。なお、レーザディスプレイにおけるスペックルノイズの低減効果を得るには、スペクトル幅を、少なくとも２ｎｍ以上、好ましくは５ｎｍ以上拡大させる必要がある。
【００７９】
また、本実施の形態１では、図２（ａ）に示すように、マルチモード化手段である反射体３の反射特性が、単一反射でフラットである場合を一例に挙げたが、該反射特性が、複数のスペクトルに分かれる場合でも同様の効果が得られる。
【００８０】
また、図７に示すように、レーザ光源６０の体積グレーティング等の反射体６３が、該５３０ｎｍ近傍のブロードな反射特性に加えて、４４０ｎｍ近傍に狭帯域の反射特性を持つようにすれば、出射光６５の出力をより安定化させることができる。
【００８１】
その理由を以下に示す。前記レーザ媒質２にドープされたＰｒ3+は、４４０ｎｍ近傍に大きな吸収を持つが、吸収する波長帯域は狭い。このため、励起光源の波長が外部の温度等の要因で変動した場合には、その吸収効率が大きく変動し、出射光６５の出力が不安定になる。これを防止するには、ポンプ光源であるＧａＮレーザ１の波長を安定化させる必要がある。そこで、図７に示すように、４４０ｎｍ近傍に狭帯域の反射特性を持つ体積グレーティング６３を設け、そのブラッグ反射を利用して、励起光源であるＧａＮレーザ１へ４４０ｎｍ近傍の光を帰還することで、ＧａＮレーザ１の発振波長を体積グレーティング６３の吸収波長のピーク位置に固定することが可能となり、出射光６５の出力をより安定化させることができる。
【００８２】
なお、前記体積グレーティング６３は、５３０ｎｍ近傍のブロードな反射特性も有するため、レーザ媒質２を５３０ｎｍ近傍で発振させると同時に、縦モードのマルチモード化も可能となる。
【００８３】
ところで、本実施の形態１で用いた、Ｐｒ3+ドープのレーザ媒質２は、その媒質によって発振波長が異なるが、６００〜６６０ｎｍの赤色光と、５１５〜５５５ｎｍの緑色光との波長域に発振波長を有する。従って、これを利用することで、ＲＧＢ光を出射するレーザディスプレイ光源が実現できる。なお、ディスプレイの色再現性を考慮すると、該レーザ媒質２の発振波長は、緑色光としては５２０〜５４０ｎｍの波長域が好ましく、赤色光としては６２０〜６４０ｎｍの波長域が好ましい。
【００８４】
さらに、Ｐｒ3+ドープのレーザ媒質２に、他の物質を共ドープすることでも、縦モードのマルチモード化を促進できる。
【００８５】
図８は、セラミックＹＡＧを母材とし、Ｐｒをドープした場合と、ＰｒとＨｏ（ホルミウム）とを共ドープした場合の蛍光スペクトルを示す図である。図８から明らかなように、レーザ媒質にＰｒとＨｏとを共ドープすれば、該レーザ媒質は、５００ｎｍ近傍から６５０ｎｍ程度まで非常に広い範囲で強い蛍光特性を持ち、非常に広い波長域のレーザ発振が可能となる。これによって、発振スペクトルの高効率化と広帯域化が可能となる。
【００８６】
このように、レーザ光源に対し、前述した様々なマルチモード化手段を設け、且つレーザ媒質２に、ＰｒとＨｏとを共ドープするようにすれば、小型で、高出力且つ高効率な、低コヒーレントの光源を実現できる。
【００８７】
なお、Ｐｒのドープ量としては、１〜３ａｔ％、Ｈｏのドープ量としては、１〜３ａｔ％程度の範囲が有効であった。また、母材としては、ＹＡＧ以外に、ＹＬＦ（ＬｉＹＦ４）、ＹＶＯ４、ガラス、フッ化アルミ、その他のフッ化物等も有効である。また、母材としては結晶構造をもつものも有効であるが、セラッミック材料も有効である。セラミック材料は、Ｐｒ、Ｈｏ等のドープ量増大が可能であり、作製も容易なことから、レーザ光源における、高効率化と、低コスト化に有効である。
【００８８】
また、共ドープ材料として、Ｈｏ以外にも、Ｙｂ（イッテルビウム），Ｎｄ（ネオウジム），Ｅｒ（エルビウム），Ｃｒ（クロム）等の材料を、Ｐｒと共ドープすれば、レーザ媒質２の吸収係数を増大させることができ、これにより、レーザ媒質２の励起効率が向上するので、より高効率化を図ることができる。
【００８９】
なお、本実施の形態１における縦モードのマルチモード化手段として、体積グレーティングやグレーティングを利用した例を示したが、その他、狭帯域のバンドパスフィルターを用いることも可能である。バンドパスフィルターは、特定波長を透過する多層膜フィルターである。この場合、共振器内部にバンドパスフィルターを挿入し、特定波長の伝搬損失を低減することで、固体レーザの発振波長を選択できる。そして、バンドパスフィルターの透過特性は、例えば、図２（ａ）に示すように複数の縦モードスペクトルが透過する特性に設計することで、縦モードのマルチモード化が可能となる。
【００９０】
さらに、本実施の形態１では、レーザ媒質２として、Ｐｒ3+をドープしたものを例に挙げて説明したが、その他、３価のユウロビウムイオン（Ｅｕ3+）、３価のサマリウムイオン（Ｓｍ3+）、３価のセリウムイオン（Ｃｅ3+）、３価のツリウムイオン（Ｔｍ3+）、３価のテルビウムイオン（Ｔｂ3+）、２価のユウロビウムイオン（Ｅｕ2+）などを、単独または共ドープさせた構成も有効である。
【００９１】
例えば、Ｅｕ3+ドープのレーザ媒質は、波長４００ｎｍ近傍のポンプ光によるｆ−ｆ吸収を使用し、５ｄ０→７ｆ２の遷移により６１５ｎｍ近傍の赤色が得られる。またＳｍ3+ドープのレーザ媒質を用いても、同様の赤色領域の発振が可能である。なお、前述した波長４００ｎｍ近傍のポンプ光は、ＩｎＧａＮ（インジウムガリウム窒素）半導体レーザにおいてＩｎ（インジリウム）の量が最適であるので、Ｅｕ3+ドープのレーザ媒質の場合には、高出力耐性をもつ、信頼性の高いレーザをポンプ光源として利用できるという利点を有する。
【００９２】
さらに本実施の形態１のレーザ光源では、赤色半導体レーザにおいて生じていた、高温での効率劣化や、高出力特性劣化などの問題が生じないため、温度による波長変動が少ないという、極めて優れた特性を有する表示用光源を提供できる。
【００９３】
また、レーザ媒質に、Ｃｓ3+、Ｅｕ2+、Ｔｍ3+をドープしたレーザ媒質を用いれば、４５０ｎｍ近傍の青色光の発生が可能となり、Ｔｂ3+をドープしたレーザ媒質を用いれば、５４３ｎｍ近傍の緑色光の発生が可能である。
【００９４】
さらに、これらのイオンを、複数共ドープすることで、発振波長を制御し、複数の光を同時に発生することが可能となる。その結果、発振波長スペクトルのマルチモード化が強くなり、スペックルノイズの低減効果が大きくなる。また、複数波長により表示できる色範囲が大きく広がるという利点も有する。また、複数のイオンを共ドープすることで、イオン間のエネルギー転送による発光効率の向上が図れるという利点も有する。
【００９５】
なお、ここでは、ポンプ光源としてＧａＮ系半導体レーザを一例に挙げたが、そのほかＧａＮ系ＬＥＤも使用可能である。ＬＥＤは安価で、効率が高いためポンプ用光源として有効である。
【００９６】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、ドープファイバーを用いたレーザ光源について説明する。
図９（ａ）は、本実施の形態２におけるレーザ光源の構成を示す図である。１はＧａＮ系の半導体レーザ、７２はＰｒ3+をコアにドープしたダブルクラッドファイバー、７３はグレーティングファイバー、７４は多層膜ミラー、７０ａはレーザ光源、７５ａは該レーザ光源からの出射光である。
【００９７】
ＧａＮレーザ１は、前記実施の形態１と同様、ワイドストライプ半導体レーザであり、その発振波長は４４０ｎｍ近傍、出力は５００ｍＷから数Ｗである。多層膜ミラー７４は、４４０ｎｍの波長を透過し、５３０ｎｍ近傍の波長を反射する。そして、グレーティングファイバー７３は、図２（ａ）に示すように、５３０ｎｍ近傍に、波長帯域を広げた狭帯域の反射特性を有するグレーティングが形成されたものである。ドープファイバー７２は、４４０ｎｍ近傍に吸収特性を有し、５３０ｎｍ近傍に発振特性を有するものであり、前記多層膜ミラー７４と、前記グレーティングファイバー７３とにより共振器を構成している。
【００９８】
以下、動作を説明する。まず、ＧａＮレーザ１から出射された波長４４０ｎｍ近傍の光は、多層膜ミラー７４を透過して、ダブルクラッドのドープファイバー７２内に導かれる。励起光は、ドープファイバー７２のコアにドープしたＰｒ3+イオンに吸収され、５３０ｎｍ近傍の緑色光を発生する。このドープファイバー７２内で発振された光は、グレーティングファイバー７３を介して外部に出射されるが、その発振波長は、グレーティングファイバー７３の反射特性により制御される。すなわち、ドープファイバー７２の発振波長の縦モードをマルチモード化して、図２（ｂ）に示すように、その波長帯域を広げた光を、出射光７５ａとして出力することができ、この結果、コヒーレンス低減によるスペックルノイズの低減が可能となる。
【００９９】
さらに、ドープファイバー７２のコア径を、例えば１０μｍ以上に大きくすれば、前記ドープファイバー７２からの出射光の横モードもマルチモード化できる。このように、横モードをマルチモード化することでも、発振波長のマルチモード化を促進でき、コヒーレンス低減によるスペックルノイズの低減に効果がある。またコア径を広げることは、ファイバー内での発振光のパワー密度を低減するのに有効であり、この結果、高出力時に、ファイバーが溶けてしまうなどの物理的ダメージを避けることができる。
【０１００】
図９（ｂ）は、本実施の形態２のレーザ光源の別の構成を示す図である。ここでは、４４０ｎｍの波長を透過し、５３０ｎｍ近傍の波長を反射する多層膜ミラー７４の代わりに、図９（ｂ）に示すように、４４０ｎｍ近傍に狭帯域の反射特性を有するグレーティングと、５３０ｎｍ近傍に少し広帯域の反射特性を有するグレーティングとが形成されたグレーティングファイバー７６を用いている。その他の構成は、前記図９（ａ）と同様である。
【０１０１】
前記ドープファイバー７２のコアにドープされたＰｒ3+は、４４０ｎｍ近傍に大きな吸収を持つが、吸収する波長帯域は狭い。このため、励起光源の波長が外部の温度等の要因で変動した場合には、その吸収効率が大きく変動し、出射光の出力が不安定になる。これを防止するには、ポンプ光源であるＧａＮレーザ１の波長を安定化させる必要がある。そこで、図９（ｂ）に示すグレーティングファイバー７６のブラッグ反射を利用して、前記ＧａＮレーザ１へ４４０ｎｍ近傍の光を帰還することで、ＧａＮレーザ１の発振波長をドープファイバー７２の吸収波長のピーク位置に固定するようにする。一方、前記グレーティングファイバー７６は、グレーティングファイバー７３との間で共振構造を形成し、ドープファイバー７２の発振波長を５３０ｎｍ近傍で発振させ、同時に、該グレーティングファイバー７３の５３０ｎｍ近傍のブロードな反射特性による縦モードのマルチモード化を行う。これにより、低コヒーレンスのレーザ光の発生が可能となる。
【０１０２】
なお、前記グレーティングファイバー７３，７６は、ドープ材料を含まないダブルクラッド構造を有するものとする。これにより、前記グレーティングファイバー７３，７６には、ドープファイバー７２中を伝搬された光が高い効率で入射される。
【０１０３】
さらに、前述したファイバーレーザを用いるレーザ光源の構成としては、図１０に示すファイバー増幅方式も有効である。図１０は、本実施の形態２における、ファイバー増幅方式のレーザ光源の構成を示す図である。
【０１０４】
図１０において、１ａ，１ｂはＧａＮ系半導体レーザ、８１は種光源、５は該種光源からの種光、８２はドープファイバー、８３ａ，８３ｂはカップラ、８０はレーザ光源、８５は該レーザ光源からの出射光である。
【０１０５】
種光源８１は、５３０ｎｍ近傍の発振波長を有する、半導体レーザまたは波長変換を利用した光源であり、ここでは、図１に示す構成を有するものとする。従って、該種光源８１からは縦モードがマルチモード化された出射光５が出射される。
【０１０６】
以下、動作を説明する。まず、ドープファイバー８２は、カップラ８３ａ，８３ｂを介して複数のＧａＮレーザ１ａ，１ｂで励起される。前記種光源８１から出射された縦モードがマルチモード化された種光５が、該励起されたドープファイバー８２に入射されると、ドープファイバー８２内で増幅され、高出力化された出射光８５となって出力される。なお、前記出射光８５は、前記種光源８１からの種光５が縦モードをマルチモード化されているため、マルチモード出力となる。
【０１０７】
以上のように、本実施の形態２によれば、４４０ｎｍ近傍の発振波長を有するＧａＮレーザ１と、３価のプラセオジウムイオン（Ｐｒ3+）をドープしたドープファイバー７２と、５３０ｎｍ近傍に狭帯域の反射特性を有するグレーティングが形成されたグレーティングファイバー５３とを備え、ＧａＮレーザ１によりドープファイバー７２を励起して、そのドープファイバー７２の発振波長を、グレーティングファイバー７３の反射特性により制御してマルチモード化することにより、小型で、高出力、且つ低コヒーレントの緑色光源が実現することが可能となる。
【０１０８】
なお、ドープファイバーの代わりに、図１１に示すように、レーザ媒質として光導波路を用いた導波路レーザ９０でも、同様の構成が実現できる。図１１は、本実施の形態２における導波路レーザ光源の構成を示す図である。
【０１０９】
図１１において、１はＧａＮレーザ、９６は基板、９７はギャップ部、９８はリッジ導波路、９１は入射部、９２はレーザ媒質、９３はグレーティング、９４は出射部、９０は導波路レーザ光源、９５は該導波路レーザ光源からの出射光である。
【０１１０】
基板９６上には、Ｐｒ3+をドープしたレーザ媒質９２が直接接合により貼り付けられており、該レーザ媒質９２と基板９６との間は、ギャップ構造９７により光学的に分離されている。レーザ媒質９２をリッジ状に加工することでリッジ導波路９８が構成できる。そして、前記リッジ導波路９８の一端に、ＧａＮレーザ１からの光が入射される入射部９１が、もう一端に、出射光９５が出射される出射部９４が設けられ、該入射部９１及び出射部９５には反射多層膜（図示せず）が堆積され、該出射部９５よりレーザ発振している。また、前記リッジ導波路９８の出射部９５付近には、マルチモード化手段として、グレーティング９３が形成されている。
【０１１１】
以下、動作を説明する。まず、リッジ導波路９８にＧａＮレーザ１からの入射光を入射することで、レーザ媒質９２が励起され、５３０ｎｍ近傍の緑色光発生が可能となる。レーザ媒質９２の材料としては、Ｐｒ3+をドーピングしたＹＧＡまたはＹＬＦ結晶、セラミック材料等を用いることができる。
【０１１２】
光導波路を用いたレーザ光源９０におけるマルチモード化手段としては、リッジ導波路９８上に形成したグレーティング９３で縦モードをマルチモード化する方法が有効である。導波路を用いることで、光のパワー密度の向上が図れ、小型、高出力化に有効である。また、リッジ導波路９８のサイズを大きくすることで、該リッジ導波路９８を伝搬する横モードをマルチモード化できる。例えば、リッジ導波路９８の幅を１００μｍ程度に広げると、高出力のワイドストライプのＧａＮ半導体レーザとの高効率な結合も可能となり、高出力化、マルチモード化に有効である。
【０１１３】
なお、導波路レーザ光源の縦モードマルチ化手段としては、前述したようにリッジ導波路９８上にグレーティング９３を形成する以外にも、入射部９１の前段に外部グレーティングを設け、該外部グレーティングで外部から波長選択した光を入射する方法や、リッジ導波路９８の出射部９４にグレーティングミラー等を貼り付ける方法や、該リッジ導波路９８の入射部９１及び出射部９４にファイバーグレーティングを接着する方法や、該リッジ導波路９８の出射部９４側にグレーティングを形成し、外部から該グレーティングにより光をフィードバックする方法等が利用できる。
【０１１４】
また、本実施の形態２においても、前記実施の形態１と同様、ドープファイバー７２に添加するドープ材料はＰｒ3+に限るものではなく、その他、Ｅｕ3+、Ｓｍ3+、Ｃｅ3+、Ｔｍ3+、Ｔｂ3+、Ｅｕ2+などのドープ材料を単独または共ドープさせてもよい。
【０１１５】
（実施の形態３）
本実施の形態３では、１本のファイバー内に複数コアを設けることで、出射光をマルチモード化する構成について説明する。
図１２（ａ）は、本実施の形態３におけるレーザ光源の構成を示す図であり、図１２（ｂ）は、そのドープファイバーの断面図である。
【０１１６】
図１２において、１はＧａＮ系の半導体レーザ、１０２は３価のプラセオジウムイオン（Ｐｒ3+）がドープされたダブルクラッドのドープファイバー、１０３はグレーティング、１０４は多層膜ミラー、１００はレーザ光源、１０５は該レーザ光源からの出射光である。
【０１１７】
前記ドープファイバー１０２のコアは、図１２（ｂ）に示すように複数のコア１０６ａ〜１０６ｃ、及びクラッド１０７から構成されている。
多層膜ミラー１０４は、５００ｎｍ以下の光を透過し、５００ｎｍ以上の光を反射するダイクロイックミラーであり、グレーティング１０３はドープファイバー１０２のコア１０６ａ〜１０６ｃそれぞれに直接屈折率の周期的変化を形成している。
【０１１８】
以下、動作を説明する。まず、ドープファイバー１０２のクラッド１０７にＧａＮレーザ１からの４４０ｎｍ近傍の光が入射すると、ドープファイバー１０２にドープされたＰｒ3+イオンが励起され、５３０ｎｍ近傍の緑色光を発生する。
【０１１９】
可視光をディスプレイ用途に利用するには、光源のコヒーレンスを低下させてスペックルノイズを低減する必要がある。そのためには、レーザの発振スペクトルをマルチモード化するのが有効である。
【０１２０】
図１２においては、１本のファイバー１０２内に複数のコア１０６ａ〜１０６ｃを有するため、各コア間で異なる波長の発振が可能となる。
また、前記各コア１０６ａ〜１０６ｃが互いに異なる屈折率を有するように、異なるコア径、異なる楕円率、または異なる屈折率の少なくともいずれかを持たせれば、前記グレーティングを、図１２（ａ）に示したように各コア毎ではなく、図９に示したようにドープファイバーに直接形成しても、各コアにおいて異なる反射波長で反射が生じる。この結果、複数のコア１０６ａ〜１０６ｃが互いに異なる波長で発振するため、出射される光は複数の波長スペクトルを有する低スペックルノイズの光源となる。
【０１２１】
また、１本のファイバーに複数のコア１０６ａ〜１０６ｃを有する構成にすれば、高出力化が可能となる。
ファイバー１０２の高出力化は、該ファイバー１０２内でのパワー密度により制限される。特に、可視光域のファイバーレーザ１０２は、赤外のファイバーに比べてパワー密度の向上が難しいため、高出力化を実現するには、コア径を大きくしてパワー密度を低減する必要がある。しかしながら、ファイバー径が大きくなりすぎると、マルチモード化が激しくなって、多くの横モードが同一ファイバー１０２内に伝搬してしまう。このような状態では、励起エネルギーが多くの横モードに分散して発振効率が低下するとともに、ファイバーグレーティング１０３での高い反射が難しくなり、レーザ発振自体が困難になる。この問題を解決するのが、複数のコア１０６ａ〜１０６ｃである。ここでは、各コア１０６ａ〜１０６ｃでのパワー密度を低下させ、出射する際に、各コアから出力する光を集めることで、高出力化を可能としている。
【０１２２】
なお、前述したように複数のコアを有する場合、このレーザ光源を通常のレーザ用途として用いる場合には、出射光を一点に集光できず集光特性が劣化するという問題が発生するが、ディスプレイ用途として用いる場合には、出射光を拡大してディスプレイに表示するため、集光特性の劣化は問題とならない。
【０１２３】
さらに、１本のファイバーに複数コア１０６ａ〜１０６ｃを有する構成にすれば、出射光の高効率化も可能となる。
ファイバーレーザの高効率化には、ファイバー内のクラッドを伝搬する青色光の吸収効率を向上させることが有効である。ここでは、複数コア１０６ａ〜１０６ｃを設けたことにより、ファイバー１０２の断面におけるクラッド１１７に対するコア１１６の占める割合が大きくなるため、クラッドを伝搬する光がコアに吸収される吸収係数を数倍にできる。
【０１２４】
さらに、複数のコア１０６ａ〜１０６ｃを設ける際、ファイバー１０２の断面において各コア１０６の配置位置を中心対称とならないよう非対称構造にすれば、ファイバーレーザの高効率化を実現できる。ファイバーが中心対称構造になると、クラッドを伝搬する光の中に、コアをさけてクラッド伝搬してしまう軸対称モードが存在し、コアへの光の吸収を低下させてしまう。これを防止するため、図１２に示すように、ファイバー１０２内に複数のコア１０６ａ〜１０６ｃを設けるようにすれば、非対称のコア配置が容易になるため、クラッドを伝搬する光のコアへの吸収効率を増大させることができ、これによって、ファイバーレーザの発振効率を向上させることができる。
【０１２５】
前記軸対称モードによる光の吸収効率の低下を防止する別の方法として、前記複数のコアを螺旋状に配置することも有効である。このようにコアを配置すれば、コアの長さをファイバー長より長くできるので、よりコアへの光の吸収が大きくなり、発振効率も向上できる。
【０１２６】
また、１本のファイバーに複数コア１０６ａ〜１０６ｃを有する構成にすれば、各コア径を比較的小さくできるため、レーザ光のパワー密度が向上し、しきい値の低下により発振効率が向上する効果も得られる。
【０１２７】
以上のように、本実施の形態３によれば、１本のファイバー内に複数コア１０６ａ〜１０６ｃを設け、該各コア毎にグレーティング１０３を形成するようにしたので、マルチモード化された出射光を出力することができ、この結果、低コヒーレントのレーザ光源を実現できる。また、これにより、出射光の高出力化、及び高効率化を実現できる。
【０１２８】
なお、複数コア構造にすることで大出力のレーザ光源も可能となる。さらに、ファイバー内にコア径や屈折率を少しずつ変えたコアを多数設けることで、発生する光のスペクトルの広がりを自由に制御することが可能となる。
【０１２９】
（実施の形態４）
本実施の形態４では、単一光源より、マルチモード化された複数波長光を出射可能なレーザ光源について説明する。
レーザディスプレイには、可視領域においてＲＧＢの３原色またはそれ以上の多波長光源が必要となる。一つの光源で２つ以上の波長のレーザ光の発生が可能となれば、光源の小型化による装置の小型化、簡素化が可能となる。
【０１３０】
図１３は、本実施の形態４におけるレーザ光源の構成を示す図である。図において、１はＧａＮレーザ、２はＰｒ3+をドーピングしたレーザ媒質、１１３は反射体、１０４は５００ｎｍ以下の光を透過し、５００ｎｍ以上の光を反射する多層膜ミラー、１１０はレーザ光源、１１５ａ〜１１５ｃは該レーザ光源からの出射光である。
【０１３１】
例えば、Ｐｒ3+は、図８に示すように、５３０ｎｍ近傍の緑色蛍光特性以外に、６３５ｎｍ近傍の赤色蛍光も有する。したがって、これを利用して、ＧａＮレーザ１で励起されたレーザ媒質２から、緑色及び赤色のレーザ光を同時に発生するようにすれば、単一光源から複数光の発生が可能となる。さらに励起光源であるＧａＮレーザ１からの４４０ｎｍ近傍の青色光のうち、レーザ媒質２で吸収されなった光を外部に取り出せば、ＲＧＢの光を同時に発生する多波長光源が実現できる。
【０１３２】
また、反射体１１３として、例えば赤、緑の波長域に反射特性を持つ体積グレーティングを用い、さらにその体積グレーティング１１３が、赤、緑の波長域それぞれにおいてブロードな反射特性を有するものであるようにすれば、該レーザ媒質２の発振波長を制御して、縦モードのマルチモード化も同時に行うことができ、この結果、低コヒーレンスの赤色光、及び緑色光を効率よく取り出すことが可能となる。
【０１３３】
さらに、ＧａＮレーザ１の出射光に高周波を重畳すれば、ＧａＮレーザ１から出射される青色光の出力安定化、及びマルチモード化も実現できる。このようにすれば、多波長光源として青色光を利用する場合に、該青色光の低コヒーレンス化も実現できるため、該レーザ光源１１０より出射されるすべての出射光１１５ａ〜１１５ｃをマルチモード化でき、この結果、低コヒーレンスのＲＧＢ光を効率よく取り出すことが可能となる。
【０１３４】
なお、本実施の形態４では、緑色光と赤色光との同時発生と、ＲＧＢ同時発生とについて述べたが、これ限るものではなく、緑色光と青色光、または赤色光と青色光との同時発生も可能もある。また、本実施の形態４では、多層膜ミラー１０４が５００ｎｍ以下の光を透過し、５００ｎｍ以上の光を反射するものとしたが、当該レーザ光源からの出射光、例えば赤色光と緑色光などの波長領域の光を反射する多層膜ミラーであってもよい。
【０１３５】
（実施の形態５）
本実施の形態５では、１本のファイバーレーザから複数波長光を出射可能なレーザ光源について説明する。
図１４は、本実施の形態５において、単一のファイバーより複数波長の光を出射させる場合のレーザ光源の構成を示す図であり、図（ａ）は、そのレーザ光源の断面図であり、図（ｂ）は、ファイバーの断面図である。
【０１３６】
図１４において、１はＧａＮレーザ、１２２はドープファイバー、１０４は５００ｎｍ以下の光を透過し、５００ｎｍ以上の光を反射する多層膜ミラー、１２３ａ，１２３ｂはファイバーグレーティング、１２０はレーザ光源、１２５ａ，１２５ｂは該レーザ光源からの出射光である。
【０１３７】
前記ドープファイバー１２２は、図１４（ｂ）に示すように、２つのコアを有するダブルクラッド構成のファイバーで、該コアＡ１２６ａとコアＢ１２６ｂとに異なる添加物をドープしている。ここでは、ＰｒとＨｏの添加量を、コア間で異なるように添加している。添加物及びその添加量を変えることで、コア間で異なる波長の発振が可能となる。例えば、コアＡ１２６ａでは５３０ｎｍ近傍の緑色光を発生させ、コアＢ１２６ｂでは波長６２０ｎｍ近傍の赤色光を発生させるようにすれは、単一のファイバーでクラッドから発生される４４０ｎｍ近傍の青色光と併せて、ＲＧＢが同時発生可能となる。
【０１３８】
さらに４８０ｎｍ近傍の青緑色光を発生するコアを追加すれば、４色の光が同時発生可能となり色再現性が大幅に向上する。このように、複数のコアへの添加物あるいは添加量を変えることで、複数のコアから異なる波長の光の発生が可能となり、簡単な構成で、高出力な可視光を複数発生することが可能となる。
【０１３９】
通常、ドーピングされたコアにグレーティングを形成するとコアの温度上昇によって発振波長が変動してしまうため、ドーピングされたコアと、グレーティングをつけたノンドープのファイバーとの融着を行うことで、各コアにグレーティングを形成するようにするが、複数のコアを有する場合、ファイバー融着が難しく、融着部分で損失が増大するので、図１２に示したように、各コアに直接グレーティングを形成するのが好ましい。
【０１４０】
また、各コアが伝播定数の異なる場合は、該コアに同一周期のグレーティングを形成すれば、異なる波長での発振が可能となる。これによってスペクトルがマルチ化する。
【０１４１】
なお、波長が大きく異なる複数波長を、異なるコアで発生させる、例えば５２０ｎｍ近傍の緑色光と６２０ｎｍ近傍の赤色光とを発生させる場合には、各コアに形成するグレーティングの周期を大きく異ならせる必要がある。この場合の、グレーティング形成の一つの方法としては、まず各コアにドープするドープ材料を変えて、発振波長を５２０ｎｍ近傍に強い発振特性を有するコアと、波長６２０ｎｍ近傍に強い発振特性を有するコアとを形成し、次に該両方のコアに、直接６２０ｎｍの反射波長を有するグレーティングと、５２０ｎｍ近傍に反射波長を有するグレーティングを直列で描画する方法が挙げられる。ファイバーでは、２つの波長で共振条件が成立するが、レーザの発振波長は利得とロスで決まるため、発振特性の強い波長帯では強い利得が得られ、グレーティングの反射波長が６２０ｎｍ，５２０ｎｍの両方の反射波長を持っていても、利得の大きな方の波長で発振する。
【０１４２】
別の方法としては、図１４に示すように、それぞれのコアに、特定の波長のグレーティングを形成する方法が挙げられる。これにより、異なるコアで異なる波長の発振ができる。このように、それぞれのコアに異なるグレーティングを形成する方法としては、図１４（ｂ）に示すようなファイバー１２２とその断面構造が同様のダブルコア構造を有するグレーティングファイバー１２９ａ，１２９ｂを直列に融着させる方法がある。このグレーティングファイバー１２９ａ，１２９ｂには、それぞれグレーティングＡ１２３ａ，グレーティングＢ１２３ｂが形成されており、該グレーティングＡ，Ｂは、各ファイバーの一方のコアにのみＧｅ（ゲルマニウム）をドープし、紫外線によりグレーティング構造を形成することで形成する。これにより、各グレーティングファイバー１２９ａ，１２９ｂのダブルコアの片方に選択的にグレーティングが形成されるため、それぞれのコアに異なる波長の反射を起こすことが可能となる。
【０１４３】
さらに、前述のファイバー１２２から、ＲＧＢの３波長を同時に発生する場合は、ＧａＮレーザ光である４４０ｎｍ近傍の光に対して透明なコアを追加するのが好ましい。この理由は、Ｐｒ3+がドープされたコアでは青色光が吸収されるため、出力端面から青色が十分出力されず、ＲＧＢを同時に使うディスプレイ等の用途には使いにくい。よって、前述したように、ファイバー１２２がさらに透明なコアを持っていれば、ポンプ光源であるＧａＮレーザ１からの青色光の一部がこの透明なコアを通って出射部から出力されるため、ＲＧＢの光を同時に出力できる。
【０１４４】
また、ファイバー１２２に設けるコア数を、出射される波長数以上設け、複数個のコアより同じ波長光を出力するようにすれば、該ファイバーより出力する複数の波長光の輝度を調整することが可能となり、有効である。ディスプレイ用途には、中間色である緑色の光の強度が、他の波長光より強いことが臨まれ、そのためには、ＲＧＢの光のなかで緑の光強度を高める必要がある。従って、ファイバー中に設ける複数のコアのうち、例えば緑色光を発生させるコア数を増やすようにすれば、他の波長に対して緑色光の出力を高めることができ、ディスプレイの色表現に最適なＲＧＢの比を構成できる。
【０１４５】
ところで、前記単一ファイバー１２２からのＲＧＢ光の出力を切り替えて使用する場合、該単一ファイバー１２２の出射端から同時にＲＧＢ光を出射させるのではなく、出射端から、発振波長を切り替えて一色ずつ出力することが望まれる。このようにすれば、ポンプ光源１の光を無駄にすることなく、そのとき必要な波長のみを励起して出射できるため、消費電力の低減が図れる。
【０１４６】
以下、前記単一ファイバーから出射されるＲＧＢ光を切り替えて出力する場合のレーザ光源の構成について説明する。
図１５は、本実施の形態５における、出射光を切り替えて出力する場合のレーザ光源の構成を示す図であり、１はＧａＮレーザ、１３２はドープファイバー、１０４，１３３は多層膜ミラー、１３６は波長選択フィルター、１３７は該波長選択フィルターを駆動する駆動装置、１３８は集光光学系、１３０はレーザ光源、１３５は該レーザ光源からの出射光である。前記多層膜ミラー１３３，１０４との間で共振器構造を形成し、ここでは、共振器内に波長選択フィルター１３６が挿入されている。また、多層膜ミラー１０４は、５００ｎｍ以下の光を透過し５００ｎｍ以上の光を反射する反射ミラーであり、第２の多層膜ミラー１３３は、５００ｎｍ以上の光を所定量透過する反射ミラーであるものとする。
【０１４７】
以下動作を説明する。ドープファイバー１３２にＧａＮレーザ１からの４４０ｎｍ近傍の光が入射すると、該ファイバー１３２のコアからの出力を、集光光学系１３８で集光し、多層膜ミラー１３３で所定量反射させる。波長選択フィルター１３６は、駆動装置１３７で駆動されており、透過波長を時間的に切り替える。前記共振器はロスの少ない波長で発振するものであるため、駆動装置１３７によりそのとき選択された透過波長で発振する。このように、共振器内に波長選択フィルター１３６を設け、該フィルターを駆動することで、レーザ光源より出射される出力波長を時間的に切り替えるようにすれば、レーザ光源より高出力の複数波長を得ることができる。波長選択フィルター１３６としては、多層膜、電気光学効果を用いたスイッチ、偏光スイッチ、音響光学素子なども使用できる。
【０１４８】
また別の構成としては、図１６（ａ）に示すように、ファイバー１４２の先に切り替えスイッチ１４６を設け、該切り替えスイッチ１４６の先に、出射光１４５に応じた反射グレーティング１４３ａ，１４３ｂが形成されたグレーティングファイバーＡ１４９ａ，グレーティングファイバーＢ１４９ｂを接続し、前記切り替えスイッチ１４６により該グレーティングファイバーＡ１４９ａ，Ｂ１４９ｂを切り替えることで、ファイバー１４２からの発振波長を切り替えることができる。さらに、図１６（ｂ）に示すように、グレーティングが形成されていないファイバーＣ１４９ｃを設ければ、ＧａＮレーザ１からのポンプ光をそのまま取り出すこともできる。例えば、グレーティング１４３ａは緑色光の反射波長、グレーティング１４３ｂは赤色光の反射波長とすれば、スイッチ１４６で各ファイバー１４９ａ〜１４９ｃとの接続をきりかえることで、ＲＧＢ光１４５ａ〜１４５ｃの出力を時間的に切り替えることが可能となる。
【０１４９】
さらに別の構成として、図１７に示すように、種光源１５１ａ，１５１ｂを用いる方法もある。例えば、レーザ光源１５０は、ドープファイバー１５２にポンプ光源としてＧａＮレーザ１を、該ファイバー１５２のクラッドに結合させる。そして、ファイバー１５２に種光源として、赤色レーザ１５１ａと、緑色レーザ１５２ｂを結合させる。ポンプ光源１により励起されたファイバー１５２は光アンプとなり、赤色レーザ１５１ａ、及び緑色レーザ１５１ｂの光を増幅する。そして、赤色レーザ、緑色レーザの出力を変調することで、ファイバー１５２から出射される赤色光１５５ｂ，緑色光１５５ｃの出力変調が可能となる。そして、青色光１５５ａはポンプ光源であるＧａＮレーザ１からの出力である。
【０１５０】
ここで、可視光のファイバー出力で問題になるのが、出射端面での付着物の問題である。高いパワー密度の可視光が発生するファイバーの出射端面では、空気中の浮遊物やガスなどの微粒子を引きつけるレーザトラップ効果が発生しやすく、ファイバー端面が汚れる。これらの付着物は、ファイバー端面で蓄積され出力低下を発生する。これを防止するには、ファイバー端面でのパワー密度を低減させることが有効である。その方法としては、ファイバーの出力近傍でコアをテーパ状に広げて、出射端面で光のパワー密度を低下させるのが有効である。これば、ファイバーの出力端にテーパファイバーを接続することで実現できる。また、コアを拡大させることで、横モードをさらに増大させスペックルノイズをより低減することが可能である。
【０１５１】
（実施の形態６）
前記実施の形態５においては、レーザ光源のドープファイバーが単一ファイバーからなり、該ファイバー中に複数コアが形成されている構成について説明したが、本実施の形態６では、前記ドープファイバーが複数ファイバーからなる構成について説明する。
【０１５２】
図１８（ａ）は、本実施の形態６のレーザ光源の構成を示す図であり、図１８（ｂ）はそのドープファイバーの断面を示す図である。１はＧａＮ系の半導体レーザ、１８２はドープファイバー、１０４，１３３は多層膜ミラー、１８０はレーザ光源である。本実施の形態６の前記ドープファイバー１８２は、図１８（ｂ）に示すように、Ｐｒ3+がドープされたダブルクラッドファイバー１８２ａ〜１８２ｇが複数束になったバンドルファイバー構造を有し、該各ファイバー１８２ａ〜１８２ｇは、コア１８６にＰｒ3+がドープされると共に他の材料も一緒に添加され、またコア１８６の周りにはクラッド１８７が設けられ、該クラッド１８７でＧａＮレーザ１の光が伝搬できるようになっている。このようにファイバー１８２をバンドルファイバー構造にすれば、前述した複数コア構造の場合と同様に、高出力化、高効率化、多波長化に有利となる。
【０１５３】
ファイバー１８２は、可視光に対する吸収が大きいため、単一のファイバー内のパワー密度が増大するとレーザの発振効率が低下する。このため、高出力化、高効率化には、単一コアでの出力を数１００ｍＷ以下に制限するのが好ましい。従って、本実施の形態６に示すように、ファイバー１８２にファイバーバンドルを用いるようにすれば、各ファイバーのパワー密度を上げることなく、高出力化が可能になる。また、各ファイバー１８２ａ〜１８２ｇの各コア１８６に添加するＰｒのドープ量や、共ドープ材料であるＨｏ、Ｙｂ，Ｎｄ，Ｅｒ，Ｃｒ等の種類やそのドープ量を変えれば、各ファイバー１８２ａ〜１８２ｇが異なる波長で発振可能となり、この結果、複数のスペクトルが混じることとなり、スペックルノイズを低減できる。
【０１５４】
さらに、各ファイバー１８２ａ〜１８２ｇの発振波長を大きく異ならせるようにすれば、例えば、ＲＧＢの同時発生や、該ＲＧＢに加えて４９０ｎｍ近傍の青緑色を混ぜた４色発光が可能となり、色再現性の高い表示光源を実現できる。
【０１５５】
また、前記ファイバー１８２を複数のファイバーで構成することで、各ファイバー１８２ａ〜１８２ｇにグレーティング構造を個別に形成、またはファイバーグレーティングが形成されたファイバーと接合することも容易に可能であるため、各ファイバー１８２ａ〜１８２ｇの出力波長の調整を容易に行え、各ファイバー１８２ａ〜１８２ｇの発振波長をより簡単に制御することができる。
【０１５６】
また、前記ファイバー１８２に複数のファイバーを用いた場合には、ＲＧＢ光の出力も容易になる。
以下、図１９を用いて、複数のファイバーからなるレーザ光源において、ＲＧＢ光出力を行なう構成について説明する。ここでは、ドープファイバーが３本のファイバーからなる場合について説明する。
【０１５７】
図１９において、１９１はワイドストライプのＧａＮレーザ、１９２はＰｒ3+をコアにドープしたドープファイバー、１０４，１３３は多層膜ミラー、１９０はレーザ光源、１９５ａ〜１９５ｃは該レーザ光源から出射される出射光である。
【０１５８】
ワイドストライプのＧａＮレーザ１９１は、複数のストライプ１９１ａ〜１９１ｃを有する。各ストライプ１９１ａ〜１９１ｃから出た光は、ドープファイバーＡ１９２ａ，ドープファイバーＢ１９２ｂ，ドープファイバーＣ１９２ｃをそれぞれ励起している。各ドープファイバー１９２ａ〜１９２ｃは、図１９（ｂ）に示すように異なるファイバーとなっており、各コア１９６ａ〜１９６ｃは異なる波長で発振する。ここでは、例えばドープファイバーＡ１９２ａは赤色レーザ発振、ドープファイバーＢ１９２ｂは緑色レーザ発振、ドープファイバーＣ１９２ｃはレーザ発振をせず、ＧａＮレーザ１９１の青色光をそのまま伝搬させる。このように、各ファーバー１９２ａ〜１９２ｃを異なるレーザで励起することで、ＲＧＢの光を同時に発生させるとともに、各波長の出力を独立に制御でき、またＧａＮレーザ１９１の各ストライプ１９１ａ〜１９１ｃからの出力をそれぞれ独立に制御することで、ＲＧＢの強度およびその比率を自由に制御でき、このため、ファーバー１９２から出力される色を自由に制御することが可能となり、各出力１９５ａ〜１９５ｃを変調することで、消費電力を抑えた色の制御が実現できる。
【０１５９】
また、本実施の形態６においても、例えば図１７に示すように、ファイバーを光アンプとして使用し、種光源からの光を該ファイバーにおいて増幅する構成が利用できる。
【０１６０】
この場合、各ファイバー１９２ａ〜１９２ｃに、ポンプ光源１と種光源からの光を入射し、該種光源からの光を各ファイバー１９２ａ〜１９２ｃで増幅することで高出力が得られるとともに、非常に高速に出力をスイッチングすることが可能となる。
【０１６１】
なお、本実施の形態６では、ファイバーのコアが単一コアである場合を説明したが、前記実施の形態３で説明したように、各ファイバーにコアを複数設けるようにすれば、高出力化、高効率化が容易になる。また、このように各ファイバーのコアを複数にすれば、スペクトルを広げることが容易になるため、スペックルノイズの少ない光を実現できる。
【０１６２】
さらに、本実施の形態６で説明した構成以外に、赤色単独の発生または、赤色と青色の発生も有効である。赤色レーザは半導体レーザにより実現可能であるが、表示デバイスに有効な波長６００〜６４０ｎｍの短波長の赤色レーザは、半導体レーザの特性向上が難しい。これに対し、レーザ光源を本実施の形態６の構成にすれば、赤色レーザを高効率、高出力で実現できる。
【０１６３】
さらに、本実施の形態６のレーザ光源の構成によれば、容易にマルチモード化できるため、スペックルノイズ低減が可能となり、高画質な表示デバイスが実現できる。
【０１６４】
また、本発明のファイバーからなるレーザ光源の構成においては、該ファイバーの放熱構造が重要である。青色のポンプ光を、緑色光または赤色光に変換する場合、波長差によるエネルギーロスが生じ、大きく発熱する。特に、青色から赤色への変換の場合、その波長差が大きいため、熱の発生が顕著になる。発熱が大きくなるとレーザの発振効率が低下するという問題が発生する。これを抑制するため、ファイバーの放熱構造が重要となる。
【０１６５】
以下、ファイバーの放熱構造について説明する。
ひとつの方法としては、ヒートシンクとなる金属をファイバーに接触させる構造である。ポンプ光源の入射部近傍は特に発熱が大きいので、この部分にヒートシンクを接触させることで、効率の良いレーザ発光が可能となる。
【０１６６】
また、その他、ファイバーの被覆の熱伝導度を高めるのも有効である。被覆材料として、熱伝導度の高いポリマーを用い、これをヒートシンクに接触させることでファイバーの放熱を促進し、レーザの発振効率を大幅に向上できる。
【０１６７】
また図１８に示したバンドルファイバー構造の場合、ファイバー間に熱伝導度の高い材料で埋める構造も有効であり、さらに、該バンドルファイバーをヒートシンクに接触させることで放熱効果を高めれば、レーザ発振の高効率化が図れる。
【０１６８】
（実施の形態７）
本実施の形態７では、前述したレーザ光源を用いた光学装置について説明する。なおここでは光学装置として、レーザディスプレイ装置を一例に挙げて説明する。
【０１６９】
一般的に、ＲＧＢレーザを用いれば、色再現性の高いディスプレイ装置が実現できる。しかしながら、コヒーレンスの高い光源では干渉によるスペックルノイズが顕著となり、画質が劣化する。本発明のレーザ光源は縦モードのマルチ化によりコヒーレンスが低減しているため、スペックルノイズが低減された高画質の画像が実現できる。
【０１７０】
図２０は、前述したレーザ光源を利用したレーザディスプレイ装置の構成を示す図である。図２０に示すレーザディスプレイ装置１１００では、ＲＧＢ光を出射するレーザ光源１１０１を一体化し、該レーザ光源１１０１から出射された光は、コリメート光学系１１０２、インテグレータ光学系１１０３を通過した後、２次元スイッチである液晶パネル等の画像変換素子１１０５により画像変換され、投影レンズ１１０７によりスクリーン１１０６に投影される。
【０１７１】
このような構成を有する本実施の形態７のレーザディスプレイ装置１１００では、レーザ光源１１０１が低コヒーレンスの光の発生が可能なため、スペックルノイズの低減が可能となり、高画質化が実現できる。さらに、レーザ光源１１０１は小型で、高出力且つ高効率な光を出射可能なため、小型で、高効率のレーザディスプレイ装置を実現できる。
なお、画像変換素子１１０５としては、液晶パネル以外にも、反射型液晶スイッチ、ＤＭＤミラー等の利用も可能である。
【０１７２】
また、図２１に示すレーザディスプレイ装置も有効である。図２１は、本実施の形態７のレーザディスプレイ装置の別の構成を示す図である。
図２１において、レーザ光源１２０１からのレーザ光は、カラーフィルタ１２０６にて出射波長が切り替えられ、変調器１２０７にて変調された後、ミラー１２０２，１２０３で走査することにより、スクリーン１２０５上に２次元的な画像を描く。この場合は、レーザ光源１２０１には、高速なスイッチ機能が必要である。
【０１７３】
前記レーザ光源１２０１は、前述の各実施の形態において示したように、小型で、高出力且つ高効率の光を出射可能な上、コヒーレンスも低減できるためスペックルノイズの低減が可能である。また、前記レーザ光源１２０１は、ＲＧＢ光、またはさらに色を加えた４原色、５原色といった多波長の光を同時に発生することが可能である。このように、レーザ光源１２０１から多波長の光を同時発生させる場合、色を分けるのはカラーフィルター１２０６で、該レーザ光源１２０１からの光を時間分割で切り替えて出力する。光の強度変調は、変調器１２０７で実現できる。また、レーザ光を直接変調することも可能であり、この場合は変調器１２０７は必要ない。
【０１７４】
前述ではビーム走査光学系として、ＭＥＭＳを利用した小型走査装置も利用できる。レーザ光源１２０１から出射される光は高いビーム品質を有するため、集光特性、及びコリメート特性に優れ、ＭＥＭＳ等の小型ミラーも利用可能となる。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。
【０１７５】
また、図２２に示すような光学装置も実現できる。図２２は、本実施の形態７における液晶ディスプレイ装置の構成を示す図である。
図２２において、１３０１は複数波長光を出射する本発明のレーザ光源、１３０２はファイバー、１３０３は液晶パネル、１３０４は制御回路、１３０５はディスプレイ、１３００は液晶ディスプレイ装置である。前記ディスプレイ１３０５は、レーザ光源１３０１から出力される複数波長光を受信するものであり、そして、２次元スイッチである液晶パネルなどの画像変換素子１３０３と、該液晶パネル（画像変換素子）１３０３の背面に設けられた該レーザ光源からの出力光を拡散する導波板（図示せず）とが備えられ、前記レーザ光源１３０１からのレーザ光が、該ディスプレイ１３０５のバックライト用光源として用いられている。
【０１７６】
前記レーザ光源１３０１は、例えばＧａＮレーザであるポンプ光源と、複数ファイバーからなるドープファイバーとからなり、該ドープファイバーから出射される、赤色光、緑色光、及び該ポンプ光源からの青色光をあわせた３色のＲＧＢ光を、前記液晶パネル１３０３の背面に配置された導波板で拡散し、該液晶パネル１３０３を均一に照射することでバックライトを構成する。
【０１７７】
このように、液晶ディスプレイ装置１３００に、本発明のレーザ光源を利用すれば、非常に色再現性が広い表示装置を実現できる。また、本発明のレーザ光源を利用することにより、波長スペクトルが広がりスペックルノイズが低減されているため、高画質の映像が表示できる。
【０１７８】
なお、前記液晶ディスプレイ装置１３００では、レーザ光源に、同時にＲＧＢなどの複数波長の光を発生するレーザ光源１３０１を利用しているため、該ＲＧＢ光の出力比が外部温度や、環境変化により影響をうけやすく、色の変動が発生しやすい。これを防止するために、液晶ディスプレイ装置１３００では、制御回路１３０４をさらに備えている。
【０１７９】
前記制御回路１３０４は、前記レーザ光源１３０１から出力されるＲＧＢ光の出力強度を検知し、その値に従って、前記液晶パネル（画像変換素子）１３０３においてＲＧＢ光それぞれの透過率を制御することで、該液晶パネル１３０３より出射される各ＲＧＢ光の強度及びその出力比を制御している。これにより、安定な高色彩映像を、ディスプレイ１３０５に再現性よく表示できる。
【０１８０】
さらに、図２２では、ディスプレイ１３０５がレーザ光源１と切り離されて、軽量、薄型であるため、壁掛け可能な大型ディスプレイが実現できる。
【０１８１】
また、液晶ディスプレイ装置の別の構成として、図２３に示す構成が挙げられる。
図２３は、本実施の形態７における、液晶ディスプレイ装置の別の構成を示す図である。図において、１４０１は複数波長光を出射する本発明のレーザ光源、１４０２はファイバー、１４０５はディスプレイ、１４００は液晶ディスプレイ装置である。
【０１８２】
ここでは、ファイバー１４０２の側面散乱を利用して、ディスプレイ１４０５の液晶バックライトを構成している。具体的には、図２３に示すように、ディスプレイ１４０５の背面に、ファイバー１４０２を敷き詰め、該ファイバー１４０２からの側面散乱により、液晶パネルなどの画像変換素子（図示せず）を照射することで、バックライトを構成している。
【０１８３】
Ｐｒ3+ドープの可視光発生ファイバーは散乱が大きく、そのファイバー側面からレーザ光が放射する現象が顕著である。そこで、ここでは、ファイバ１４０２としてＰｒ3+ドープのファイバーを用い、そのファイバー１４０２側面からの散乱により、バックライトを構成した。
【０１８４】
以下詳述すると、前記ファイバー１４０２は、前述したように、Ｐｒ3+ドープファイバーであり、その内部で赤色光、緑色光が発生され、レーザ光源１４０１に内部に設けられたポンプ光源のＧａＮレーザとあわせて、ＲＧＢ同時発生が可能である。前記ファイバー１４０２のクラッドには、発生した光を散乱する散乱体をわずかに含まれており、コアで発生した赤色光、及び緑色光と、クラッドを伝搬するＧａＮレーザ１からの青色光とを側面に放射する。これをバックライトとして利用することで、液晶ディスプレイ装置１４００が実現できる。また、前記ファイバー径は数１００μｍと非常に小さいため、薄型のバックライトが実現でき、液晶パネルとあわせても超薄型のディスプレイが実現できる。
なお、本実施の形態７では、光学装置として、レーザディスプレイや液晶ディスプレイを例に挙げて説明したが、その他、計測装置にも有効である。
【産業上の利用可能性】
【０１８５】
本発明のレーザ光源は、小型で、高出力、且つ低コヒーレンスの光を出射可能なレーザ光源として有用であり、またこのレーザ光源を用いた光学装置は、２次元画像の画質向上を可能にするものとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１８６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における、レーザ光源の構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１におけるレーザ光源の、反射体の反射特性を示す図（図（ａ））と、そのレーザ媒質からの発振波長を示す図（図（ｂ））である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１における、レーザ光源の別の構成を示す図であり、図（ａ）は、グレーティングとして体積グレーティングを用いた図であり、図（ｂ）は、グレーティングを用いた図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１における、レーザ光源の更に別の構成を示す図である。
【図５】図５は、本実施の形態１において、横モードをマルチモード化するレーザ光源の構成を示す図である。
【図６】図６は、本実施の形態１において、横モードをマルチモード化するレーザ光源の別の構成を示す図である。
【図７】図７は、本実施の形態１におけるレーザ光源の、広帯域の反射特性に加えて、狭帯域の反射特性を持つ反射体を備えた構成図である。
【図８】図８は、セラミックＹＡＧを母材とし、Ｐｒをドープした場合と、ＰｒとＨｏ（ホルミウム）を共ドープした場合の蛍光スペクトルを示す図である
【図９】図９は、本発明の実施の形態２におけるレーザ光源の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態２におけるレーザ光源の別の構成を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態２におけるレーザ光源のさらに別の構成を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態３における、複数コアを有するファイバーを用いたレーザ光源を示す図であって、図（ａ）はその構成を示す断面図であり、図（ｂ）はファイバーの断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態４におけるレーザ光源の構成を示す図である。
【図１４】図１４は、本実施の形態５における、複数コアを有するファイバーを用いた複数波長の光を出射するレーザ光源の構成を示す図であり、図（ａ）は、レーザ光源の断面図であり、図（ｂ）は、ファイバーの断面図である。
【図１５】図１５は、本実施の形態５における、単一ファイバーから出射光を切り替えて出力するレーザ光源の構成を示す図である。
【図１６】図１６は、本実施の形態５における、単一ファイバーから出射光を切り替えて出力するレーザ光源の別の構成を示す図である。
【図１７】図１７は、本実施の形態５における、単一ファイバーから出射光を切り替えて出力するレーザ光源のさらに別の構成を示す図である。
【図１８】図１８は、本実施の形態６における、複数ファイバー束からなるレーザ光源の構成を示す図であり、図（ａ）は構成を示す図であり、図（ｂ）はファイバーの断面図である。
【図１９】図１９は、本実施の形態６における、複数ファイバー束からなるレーザ光源の別の構成を示す図であり、図（ａ）は構成を示す図であり、図（ｂ）はファイバーの断面図である。
【図２０】図２０は、本実施の形態７における、レーザディスプレイの構成を示す図である。
【図２１】図２１は、本実施の形態７における、レーザディスプレイの別の構成を示す図である。
【図２２】図２２は、本実施の形態７における、液晶ディスプレイの構成を示す図である。
【図２３】図２３は、本実施の形態７における、液晶ディスプレイの別の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１８７】
１，１９１  ＧａＮ系半導体レーザ
２，９２  レーザ媒質
３，６３，１０３  反射体
４，２１，５１，７４，１０４，１３３  多層膜ミラー
５，６５，７５，８５，９５，１０５，１１５，１２５，１３５，１４５，１５５，１９５  出射光
６  戻り光
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１８０，１９０，１１０１，１２０１，１３０１，１４０１  レーザ光源
１１  励起スポット
２２  外部グレーティング
２２ａ  体積グレーティング
２２ｂ  グレーティング
３１  過飽和吸収体
４１  ヒートシンク
４２  穴
７２，８２，１１２，１２２，１４２，１５２，１８２，１９２  ドープファイバー
７３，７６，１２９，１４９  グレーティングファイバー
８１  種光源
８５  カップラ
９１  入射部
９３，１１３，１２３，１４３  グレーティング
９４  出射部
９６  基板
９７  ギャップ部
９８  リッジ導波路
１１６，１２６，１８６，１９６  コア
１１７，１２７  クラッド
１３６  波長選択フィルター
１３７  駆動装置
１３８  集光光学系
１４６  スイッチ
１５１ａ  赤色レーザ
１５１ｂ  緑色レーザ
１１００，１２００  レーザディスプレイ装置
１１０２  コリメート光学系
１１０３  インテグレータ光学系
１１０５，１３０３  液晶パネル
１１０６，１２０５  スクリーン
１１０７  投影レンズ
１２０２，１２０３  ミラー
１２０４  レーザ光
１２０６  カラーフィルタ
１２０７  変調器
１３００，１４００  液晶ディスプレイ装置
１３０２，１４０２  ファイバー
１３０４  制御回路
１３０５，１４０５  ディスプレイ
【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】
2006109730.tif 000025
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006109730.tif 000029
【図６】
2006109730.tif 000030
【図７】
2006109730.tif 000031
【図８】
2006109730.tif 000032
【図９】
2006109730.tif 000033
【図１０】
2006109730.tif 000034
【図１１】
2006109730.tif 000035
【図１２】
2006109730.tif 000036
【図１３】
2006109730.tif 000037
【図１４】
2006109730.tif 000038
【図１５】
2006109730.tif 000039
【図１６】
2006109730.tif 000040
【図１７】
2006109730.tif 000041
【図１８】
2006109730.tif 000042
【図１９】
2006109730.tif 000043
【図２０】
2006109730.tif 000044
【図２１】
2006109730.tif 000045
【図２２】
2006109730.tif 000046
【図２３】
2006109730.tif 000047
【国際調査報告】
2006109730.tif 000048
2006109730.tif 000049
2006109730.tif 000050
2006109730.tif 000051