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JP2012248558A - Laser light source device - Google Patents

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JP2012248558A
JP2012248558A JP2011116572A JP2011116572A JP2012248558A JP 2012248558 A JP2012248558 A JP 2012248558A JP 2011116572 A JP2011116572 A JP 2011116572A JP 2011116572 A JP2011116572 A JP 2011116572A JP 2012248558 A JP2012248558 A JP 2012248558A
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JP
Japan
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wavelength
laser light
laser
light source
source device
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Withdrawn
Application number
JP2011116572A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Hamano
敬史 濱野
Akira Gyotoku
明 行徳
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Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

【課題】波長変換素子の変換効率の低下を防ぐとともに、直接接合の構成の採用によってレーザ光源装置を小型化やコストダウンさせることができるレーザ光源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】固体レーザ素子34と波長変換素子35と凸部80とはそれらを直接接合させて直接接合SHG素子110として構成され、直接接合SHG素子110に基本波長の赤外レーザ光の光軸に対して所定量の傾きを持たせ、赤外レーザ光が波長変換された変換光を反射させる傾斜面100を設けたことを特徴とする。
【選択図】図4
An object of the present invention is to provide a laser light source device capable of preventing a reduction in conversion efficiency of a wavelength conversion element and reducing the size and cost of the laser light source device by adopting a direct bonding configuration.
A solid laser element, a wavelength conversion element, and a convex part are directly joined to form a directly joined SHG element, and an optical axis of an infrared laser beam having a fundamental wavelength is directly connected to the directly joined SHG element. Is provided with an inclined surface 100 that has a predetermined amount of inclination and reflects converted light obtained by wavelength-converting infrared laser light.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は、半導体レーザを用いたレーザ光源装置に関し、特に画像表示装置の光源に用いられるレーザ光源装置に関するものである。   The present invention relates to a laser light source device using a semiconductor laser, and more particularly to a laser light source device used for a light source of an image display device.

近年、画像表示装置の光源に半導体レーザを用いる技術が注目されている。この半導体レーザは、従来から画像表示装置に多用されている水銀ランプに比較して、色再現性が良い点、瞬時点灯が可能である点、長寿命である点、高効率で消費電力を低減することができる点、ならびに小型化が容易である点など、種々の利点を有している。   In recent years, a technique using a semiconductor laser as a light source of an image display device has attracted attention. This semiconductor laser has better color reproducibility, instantaneous lighting, longer life, and higher efficiency and lower power consumption compared to mercury lamps that have been widely used in image display devices. It has various advantages, such as being able to be made and being easy to miniaturize.

このような画像表示装置に用いられるレーザ光源装置においては、緑色レーザ光を直接出力する半導体レーザに高出力のものがないため、半導体レーザから励起用レーザ光を出力させ、この励起用レーザ光で固体レーザ素子を励起させて赤外レーザ光を出力させ、この赤外レーザ光の波長を波長変換素子で変換して緑色レーザ光を出力するようにした技術が知られている(例えば特許文献1参照)。   In the laser light source device used for such an image display device, since there is no high-power semiconductor laser that directly outputs green laser light, the pumping laser light is output from the semiconductor laser, and this pumping laser light is used. A technique is known in which a solid-state laser element is excited to output infrared laser light, and the wavelength of the infrared laser light is converted by a wavelength conversion element to output green laser light (for example, Patent Document 1). reference).

そして近年、レーザ光源装置の部品点数を低減させレーザ光源装置の小型化やコストダウンを図るために、レーザ光源装置に使用されている固体レーザ素子と波長変換素子とを直接接合させる構造にすることが提案されている。   In recent years, in order to reduce the number of parts of the laser light source device and to reduce the size and cost of the laser light source device, a structure in which the solid-state laser element used in the laser light source device and the wavelength conversion element are directly bonded is used. Has been proposed.

特開2008−16833号公報JP 2008-16833 A

しかしながら、直接接合された固体レーザ素子と波長変換素子では光軸上のそれぞれの端面は光軸に対して赤外レーザ光の共振路を構成するために垂直に形成されており、すなわち固体レーザ素子と波長変換素子の端面は平行になっているので、固体レーザ素子から出力される赤外レーザ光の共振路上において赤外レーザ光が波長変換素子で変換されて作られた緑色レーザ光と干渉を起こし、波長変換素子の変換効率が低下するという課題がある。   However, in the directly bonded solid-state laser element and wavelength conversion element, each end face on the optical axis is formed perpendicular to the optical axis in order to form a resonance path of infrared laser light, that is, the solid-state laser element Since the end faces of the wavelength conversion element are parallel to each other, interference with the green laser light produced by the conversion of the infrared laser light by the wavelength conversion element on the resonance path of the infrared laser light output from the solid-state laser element occurs. This causes a problem that the conversion efficiency of the wavelength conversion element is lowered.

本発明は、このような従来技術の問題点を解消すべく案出されたものであり、波長変換素子の変換効率の低下を防ぐとともに、直接接合の構成の採用によってレーザ光源装置を小型化やコストダウンさせることができるレーザ光源装置を提供することにある。   The present invention has been devised to solve such problems of the prior art, and prevents a decrease in the conversion efficiency of the wavelength conversion element, and the laser light source device can be downsized by adopting a direct bonding configuration. An object of the present invention is to provide a laser light source device capable of reducing the cost.

上記課題を解決するために本発明のレーザ光源装置は、励起用レーザ光を出力する半導体レーザと、半導体レーザから出力される励起用レーザ光により基本波長の赤外レーザ光を出力する固体レーザ素子と固体レーザから出力されたレーザ光の波長を1/2に変換する波長変換素子とを直接接合させた直接接合素子とを備え、直接接合素子の接合面は、赤外レーザ光の光軸に対して傾いた傾斜面で構成され、傾斜面は、波長変換素子の出力面から反射された赤外レーザ光が波長変換された変換光を反射させるとともに、反射させた変換光の光軸と基本波長の赤外レーザ光の光軸との間で所定量の傾きを持たせることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a laser light source device of the present invention includes a semiconductor laser that outputs excitation laser light, and a solid-state laser element that outputs infrared laser light having a fundamental wavelength by the excitation laser light output from the semiconductor laser. And a direct bonding element obtained by directly bonding a wavelength conversion element that converts the wavelength of laser light output from the solid-state laser to ½, and the bonding surface of the direct bonding element is on the optical axis of the infrared laser light The inclined surface reflects the converted light obtained by converting the wavelength of the infrared laser beam reflected from the output surface of the wavelength conversion element, and the optical axis and basic of the reflected converted light. A predetermined amount of inclination is provided between the optical axis of the infrared laser light having the wavelength.

本発明によれば、直接接合された固体レーザ素子と波長変換素子に簡単な構成の断面を設けることで、波長変換素子の変換効率の低下を防ぐことができる。さらに、直接接合の構成の採用によってレーザ光源装置を小型化やコストダウンさせることができ、構成部品の減少によりレーザ光源装置の組み立てや調整が容易になる。   According to the present invention, it is possible to prevent a decrease in the conversion efficiency of the wavelength conversion element by providing a cross section with a simple configuration in the directly bonded solid-state laser element and the wavelength conversion element. Further, the adoption of the direct bonding configuration can reduce the size and cost of the laser light source device, and the number of components reduces the assembly and adjustment of the laser light source device.

本発明の第1の実施形態における画像表示装置の概略構成図1 is a schematic configuration diagram of an image display device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態における緑色レーザ光源装置の斜視図The perspective view of the green laser light source device in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施形態における緑色レーザ光源装置のレーザ光の光路を示す概略図Schematic which shows the optical path of the laser beam of the green laser light source apparatus in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施形態における緑色レーザ光源装置のレーザ光の状況を示す摸式図Schematic diagram showing the state of the laser beam of the green laser light source device in the first embodiment of the present invention 本発明の第2の実施形態における直接接合部の形態を示す形態図The form figure which shows the form of the direct junction part in the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第3の実施形態における直接接合部の形態を示す形態図The form figure which shows the form of the direct junction part in the 3rd Embodiment of this invention

請求項1に記載の発明は、励起用レーザ光を出力する半導体レーザと、半導体レーザから出力される励起用レーザ光により基本波長の赤外レーザ光を出力する固体レーザ素子と固体レーザから出力されたレーザ光の波長を1/2に変換する波長変換素子とを直接接合させた直接接合素子とを備え、直接接合素子の接合面は、赤外レーザ光の光軸に対して傾いた傾斜面で構成され、傾斜面は、波長変換素子の出力面から反射された赤外レーザ光が波長変換された変換光を反射させるとともに、反射させた変換光の光軸と基本波長の赤外レーザ光の光軸との間で所定量の傾きを持たせることを特徴とするレーザ光源装置であって、固体レーザ素子と波長変換素子が直接接合された一体的な素子に簡単な構成の断面を設けることで、波長変換素子の変換効率の低下を防ぐことができる。さらに、直接接合の構成の採用によってレーザ光源装置を小型化やコストダウンさせることができ、構成部品の減少によりレーザ光源装置の組み立てや調整が容易になる。   The invention according to claim 1 is output from the semiconductor laser that outputs the excitation laser beam, the solid-state laser element that outputs the infrared laser beam having the fundamental wavelength by the excitation laser beam output from the semiconductor laser, and the solid-state laser. A direct bonding element obtained by directly bonding a wavelength conversion element that converts the wavelength of the laser light to ½, and the bonding surface of the direct bonding element is an inclined surface that is inclined with respect to the optical axis of the infrared laser light The inclined surface reflects the converted light obtained by converting the wavelength of the infrared laser light reflected from the output surface of the wavelength conversion element, and reflects the optical axis of the reflected converted light and the infrared laser light having the fundamental wavelength. A laser light source device having a predetermined amount of inclination with respect to the optical axis of the laser beam, wherein a cross-section having a simple configuration is provided in an integrated element in which a solid-state laser element and a wavelength conversion element are directly joined Of the wavelength conversion element It is possible to prevent a decrease in 換効 rate. Further, the adoption of the direct bonding configuration can reduce the size and cost of the laser light source device, and the number of components reduces the assembly and adjustment of the laser light source device.

請求項2に記載の発明は、傾きの所定量は、1度以上5度以下であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ光源装置であって、この角度に設定すると、傾斜面で反射する半波長レーザ光の出力方向を元々の光軸方向からずれるのを少なくし緑色レーザ光源装置の出力特性の低下を防ぐとともに、基本波長レーザ光と傾斜面で反射された半波長レーザ光との干渉を少なくすることができ、波長変換素子での変換効率の低下を防止することができる。   The invention according to claim 2 is the laser light source device according to claim 1, wherein the predetermined amount of inclination is 1 degree or more and 5 degrees or less. The output direction of the reflected half-wavelength laser light is reduced from the original optical axis direction to prevent the output characteristics of the green laser light source device from deteriorating, and the fundamental wavelength laser light and the half-wavelength laser light reflected by the inclined surface Interference can be reduced, and a decrease in conversion efficiency of the wavelength conversion element can be prevented.

請求項3に記載の発明は、波長変換素子の出力面は凸形状であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ光源装置であって、基本波長レーザ光の光軸方向のレーザ光が傾斜面での屈折などで光軸方向からずれても、凸部の曲率形状により元々の光軸へ復元され、基本波長レーザの励起は安定に維持させることができる。   The invention according to claim 3 is the laser light source device according to claim 1, wherein the output surface of the wavelength conversion element is convex, and the laser light in the optical axis direction of the fundamental wavelength laser light is Even if it is displaced from the optical axis direction due to refraction at the inclined surface, it is restored to the original optical axis by the curvature shape of the convex portion, and the excitation of the fundamental wavelength laser can be maintained stably.

請求項4に記載の発明は、半導体レーザと、固体レーザ素子と直接接合素子とが、1つの基台に一体的に支持されたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のレーザ光源装置であって、この構成を採ることで光軸調整が容易にでき、高出力のレーザ光を出力することができるともに、スラブ形状を取り入れることでレーザ光源装置の光学系を簡素化することや光学系の構成部品を減らすことができ、レーザ光源装置の小型化やコストダウンができる。   According to a fourth aspect of the present invention, the semiconductor laser, the solid-state laser element, and the direct junction element are integrally supported by one base. The laser light source device described above can easily adjust the optical axis by using this configuration, and can output high-power laser light, and the optical system of the laser light source device can be simplified by incorporating a slab shape. And the number of components of the optical system can be reduced, and the laser light source device can be reduced in size and cost.

以下、本発明のレーザ光源装置について図面を用いて説明する。なお、以下に述べる実施例は、本発明の好適な具体例であり、技術的に良好な条件の限定が記載されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する記載が無い限り、これらの条件に限られるものでは無い。   The laser light source device of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, although the Example described below is a suitable specific example of this invention and limitation of technically favorable conditions is described, the scope of the present invention limits this invention especially in the following description. As long as there is no description, it is not restricted to these conditions.

(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施形態における画像表示装置の概略構成図である。この画像表示装置1は、所要の画像をスクリーンに投影表示するものであり、緑色レーザ光を出力する緑色レーザ光源装置2と、赤色レーザ光を出力する赤色レーザ光源装置3と、青色レーザ光を出力する青色レーザ光源装置4と、映像信号に応じて各レーザ光源装置2〜4からのレーザ光の変調を行なう液晶反射型の空間光変調器5と、各レーザ光源装置2〜4からのレーザ光を反射させて空間光変調器5に照射させるとともに空間光変調器5から出射された変調レーザ光を透過させる偏光ビームスプリッタ6と、各レーザ光源装置2〜4から出射されるレーザ光を偏光ビームスプリッタ6に導くリレー光学系7と、偏光ビームスプリッタ6を透過した変調レーザ光をスクリーンに投射する投射光学系8とを備えている。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an image display apparatus according to the first embodiment of the present invention. The image display device 1 projects and displays a required image on a screen, and outputs a green laser light source device 2 that outputs green laser light, a red laser light source device 3 that outputs red laser light, and a blue laser light. The blue laser light source device 4 to output, the liquid crystal reflection type spatial light modulator 5 that modulates the laser light from each laser light source device 2 to 4 according to the video signal, and the laser from each laser light source device 2 to 4 A polarization beam splitter 6 that reflects light to irradiate the spatial light modulator 5 and transmits the modulated laser light emitted from the spatial light modulator 5, and polarizes the laser light emitted from each of the laser light source devices 2 to 4. A relay optical system 7 that leads to the beam splitter 6 and a projection optical system 8 that projects the modulated laser light transmitted through the polarization beam splitter 6 onto a screen are provided.

この画像表示装置1は、いわゆるフィールドシーケンシャル方式でカラー画像を表示するものであり、各レーザ光源装置2〜4から各色のレーザ光が時分割で順次出力され、各色のレーザ光による画像が視覚の残像効果によってカラー画像として認識される。   The image display device 1 displays a color image by a so-called field sequential method. Laser beams of each color are sequentially output from the laser light source devices 2 to 4 in a time-sharing manner, and an image by the laser beam of each color is visually displayed. It is recognized as a color image by the afterimage effect.

リレー光学系7は、各レーザ光源装置2〜4から出射される各色のレーザ光を平行ビームに変換するコリメータレンズ11〜13と、コリメータレンズ11〜13を通過した各色のレーザ光を所要の方向に導く第1および第2のダイクロイックミラー14,15と、ダイクロイックミラー14,15により導かれたレーザ光を拡散させる拡散板16と、拡散板16を通過したレーザ光を収束レーザに変換するフィールドレンズ17とを備えている。   The relay optical system 7 includes collimator lenses 11 to 13 that convert the laser beams of the respective colors emitted from the laser light source devices 2 to 4 into parallel beams, and the laser beams of the respective colors that have passed through the collimator lenses 11 to 13 in a predetermined direction. First and second dichroic mirrors 14 and 15, a diffusion plate 16 for diffusing the laser light guided by the dichroic mirrors 14 and 15, and a field lens for converting the laser light that has passed through the diffusion plate 16 into a convergent laser 17.

投射光学系8からスクリーンSに向けてレーザ光が出射される側を前側とすると、青色レーザ光源装置4から青色レーザ光が後方に向けて出射され、この青色レーザ光の光軸に対して緑色レーザ光の光軸および赤色レーザ光の光軸が互いに直交するように、緑色レーザ光源装置2および赤色レーザ光源装置3から緑色レーザ光および赤色レーザ光が出射され、この青色レーザ光、赤色レーザ光、および緑色レーザ光が、2つのダイクロイックミラー14,15で同一の光路に導かれる。すなわち、青色レーザ光と緑色レーザ光が第1のダイクロイックミラー14で同一の光路に導かれ、青色レーザ光および緑色レーザ光と赤色レーザ光が第2のダイクロイックミラー15で同一の光路に導かれる。   Assuming that the side from which the laser light is emitted from the projection optical system 8 toward the screen S is the front side, the blue laser light is emitted backward from the blue laser light source device 4 and is green with respect to the optical axis of the blue laser light. The green laser beam and the red laser beam are emitted from the green laser light source device 2 and the red laser light source device 3 so that the optical axis of the laser beam and the optical axis of the red laser beam are orthogonal to each other. , And green laser light are guided to the same optical path by the two dichroic mirrors 14 and 15. That is, the blue laser light and the green laser light are guided to the same optical path by the first dichroic mirror 14, and the blue laser light, the green laser light, and the red laser light are guided to the same optical path by the second dichroic mirror 15.

第1および第2のダイクロイックミラー14,15は、表面に所定の波長のレーザ光を透過および反射させるための膜が形成されたものであり、第1のダイクロイックミラー14は、青色レーザ光を透過するとともに緑色レーザ光を反射させる。第2のダイクロイックミラー15は、赤色レーザ光を透過するとともに青色レーザ光および緑色レーザ光を反射させる。   The first and second dichroic mirrors 14 and 15 are formed with a film for transmitting and reflecting laser light having a predetermined wavelength on the surface, and the first dichroic mirror 14 transmits blue laser light. And reflects the green laser light. The second dichroic mirror 15 transmits red laser light and reflects blue laser light and green laser light.

これらの各光学部材は、筐体21に支持されている。この筐体21は、各レーザ光源装置2〜4で発生した熱を放熱する放熱体として機能し、アルミニウムや銅などの熱伝導性の高い材料で形成されている。   Each of these optical members is supported by the casing 21. The housing 21 functions as a radiator that dissipates heat generated by the laser light source devices 2 to 4 and is formed of a material having high thermal conductivity such as aluminum or copper.

緑色レーザ光源装置2は、側方に向けて突出した状態で筐体21に形成された取付部22に取り付けられている。この取付部22は、リレー光学系7の収容スペースの前方と側方にそれぞれ位置する前壁部23と側壁部24とが交わる角部から側壁部24に直交する向きに突出した状態で設けられている。赤色レーザ光源装置3は、ホルダ25に保持された状態で側壁部24の外面側に取り付けられている。青色レーザ光源装置4は、ホルダ26に保持された状態で前壁部23の外面側に取り付けられている。   The green laser light source device 2 is attached to an attachment portion 22 formed in the housing 21 in a state of protruding toward the side. The mounting portion 22 is provided in a state of projecting in a direction perpendicular to the side wall portion 24 from a corner portion where the front wall portion 23 and the side wall portion 24 located respectively in front and side of the accommodation space of the relay optical system 7 intersect. ing. The red laser light source device 3 is attached to the outer surface side of the side wall portion 24 while being held by the holder 25. The blue laser light source device 4 is attached to the outer surface side of the front wall portion 23 while being held by the holder 26.

赤色レーザ光源装置3および青色レーザ光源装置4は、いわゆるCANパッケージで構成され、レーザ光を出力するレーザチップが、ステムに支持された状態で缶状の外装部の中心軸上に光軸が位置するように配置されたものであり、外装部の開口に設けられたガラス窓からレーザ光が出射される。この赤色レーザ光源装置3および青色レーザ光源装置4は、ホルダ25,26に開設された取付孔27,28に圧入するなどしてホルダ25,26に対して固定される。青色レーザ光源装置4および赤色レーザ光源装置3のレーザチップの発熱は、ホルダ25,26を介して筐体21に伝達されて放熱され、各ホルダ25,26は、アルミニウムや銅などの熱伝導率の高い材料で形成されている。   The red laser light source device 3 and the blue laser light source device 4 are configured by a so-called CAN package, and the optical axis is positioned on the central axis of the can-shaped exterior portion with the laser chip that outputs the laser light supported by the stem. The laser beam is emitted from a glass window provided in the opening of the exterior part. The red laser light source device 3 and the blue laser light source device 4 are fixed to the holders 25 and 26 by, for example, press-fitting into mounting holes 27 and 28 provided in the holders 25 and 26. The heat generated by the laser chips of the blue laser light source device 4 and the red laser light source device 3 is transmitted to the housing 21 through the holders 25 and 26 to be dissipated, and each of the holders 25 and 26 has a thermal conductivity such as aluminum or copper. It is made of a high material.

緑色レーザ光源装置2は、励起用レーザ光を出力する半導体レーザ31と、半導体レーザ31から出力された励起用レーザ光を集光する集光レンズでFAC(Fast−AxisCollimator)レンズ32およびロッドレンズ33と、励起用レーザ光により励起されて基本レーザ光(赤外レーザ光)を出力する固体レーザ素子34と基本レーザ光の波長を変換して半波長レーザ光(緑色レーザ光)を出力するいわゆるSHG(Second Harmonics Generation)素子である波長変換素子35と凸部80が一体的に直接接合された直接接合SHG素子110(この詳細ついては後述する)、励起用レーザ光および基本波長レーザ光の漏洩を阻止するガラスカバー37と、各部を支持する基台38と、各部を覆うカバー体39とを備えている。   The green laser light source device 2 includes a semiconductor laser 31 that outputs excitation laser light, and a condensing lens that condenses the excitation laser light output from the semiconductor laser 31, a FAC (Fast-Axis Collimator) lens 32 and a rod lens 33. A solid-state laser element 34 that is excited by the excitation laser beam and outputs a basic laser beam (infrared laser beam), and a so-called SHG that converts the wavelength of the basic laser beam and outputs a half-wavelength laser beam (green laser beam). (Second Harmonics Generation) Directly-bonded SHG element 110 (which will be described in detail later) in which wavelength conversion element 35 and convex part 80 are integrally directly bonded, and prevents leakage of excitation laser light and fundamental wavelength laser light. A glass cover 37 for supporting, a base 38 for supporting each part, and covering each part And a cover body 39.

この緑色レーザ光源装置2は、基台38を筐体21の取付部22に取り付けて固定され、緑色レーザ光源装置2と筐体21の側壁部24との間に所要の幅(例えば0.5mm以下)の間隙が形成される。これにより、緑色レーザ光源装置2の熱が赤色レーザ光源装置3に伝わりにくくなり、赤色レーザ光源装置3の昇温を抑制して、温度特性の悪い赤色レーザ光源装置3を安定的に動作させることができる。また、赤色レーザ光源装置3の所要の光軸調整代(例えば0.3mm程度)を確保するため、緑色レーザ光源装置2と赤色レーザ光源装置3との間に所要の幅(例えば0.3mm以上)の間隙が設けられている。   The green laser light source device 2 is fixed by attaching a base 38 to the mounting portion 22 of the housing 21, and a required width (for example, 0.5 mm) between the green laser light source device 2 and the side wall portion 24 of the housing 21. The following gaps are formed. This makes it difficult for the heat of the green laser light source device 2 to be transmitted to the red laser light source device 3, suppresses the temperature rise of the red laser light source device 3, and allows the red laser light source device 3 with poor temperature characteristics to operate stably. Can do. Further, in order to secure a required optical axis adjustment allowance (for example, about 0.3 mm) of the red laser light source device 3, a required width (for example, 0.3 mm or more) is provided between the green laser light source device 2 and the red laser light source device 3. ) Is provided.

図2は、本発明の第1の実施形態における緑色レーザ光源装置の斜視図である。   FIG. 2 is a perspective view of the green laser light source device according to the first embodiment of the present invention.

図2に示すように、半導体レーザ31、FACレンズ32、ロッドレンズ33、そして直接接合SHG素子110は、基台38に一体的に支持されている。基台38の底面51は光軸方向に対して平行となる。なおここでは、基台38の底面51に対して直交する方向を高さ方向とし、この高さ方向および光軸方向に対して直交する方向を幅方向とする。また、基台38の底面51に近接する側を下、底面51と相反する側を上として説明するが、これは実際の装置の上下方向と必ずしも一致するものではない。   As shown in FIG. 2, the semiconductor laser 31, the FAC lens 32, the rod lens 33, and the directly bonded SHG element 110 are integrally supported by the base 38. The bottom surface 51 of the base 38 is parallel to the optical axis direction. Here, the direction orthogonal to the bottom surface 51 of the base 38 is defined as the height direction, and the direction orthogonal to the height direction and the optical axis direction is defined as the width direction. In addition, the side close to the bottom surface 51 of the base 38 will be described below, and the side opposite to the bottom surface 51 will be described above, but this does not necessarily coincide with the vertical direction of the actual apparatus.

半導体レーザ31は、レーザ光を出力するレーザチップ41をマウント部材52に実装したものである。レーザチップ41は、光軸方向に長い帯板状をなし、光出力面をFACレンズ32側に向けた状態で、板状をなすマウント部材52の一面の幅方向の略中心位置に固着されている。この半導体レーザ31は、取付部材53を介して基台38に固定される。この取付部材53は、銅あるいはアルミ等の熱伝導性の高い金属で形成されており、これによりレーザチップ41の発熱が基台38に伝達されて放熱することができる。   The semiconductor laser 31 is obtained by mounting a laser chip 41 that outputs laser light on a mount member 52. The laser chip 41 has a long strip shape in the optical axis direction, and is fixed to a substantially central position in the width direction of one surface of the plate-shaped mount member 52 with the light output surface facing the FAC lens 32 side. Yes. The semiconductor laser 31 is fixed to the base 38 via an attachment member 53. The mounting member 53 is formed of a metal having high thermal conductivity such as copper or aluminum, and thereby heat generated by the laser chip 41 is transmitted to the base 38 and can be dissipated.

FACレンズ32およびロッドレンズ33は、集光レンズホルダ54に保持される。この集光レンズホルダ54は、基台38に一体的に形成された支持部55に支持される。集光レンズホルダ54は、光軸方向に移動可能に支持部55に連結されており、これにより集光レンズホルダ54、すなわちFACレンズ32およびロッドレンズ33の位置が、光軸方向に調整される。FACレンズ32およびロッドレンズ33は位置調整作業の前に集光レンズホルダ54に接着剤で固定され、位置調整作業の後に、集光レンズホルダ54と支持部55とが接着剤で互いに固定される。   The FAC lens 32 and the rod lens 33 are held by a condenser lens holder 54. The condenser lens holder 54 is supported by a support portion 55 formed integrally with the base 38. The condensing lens holder 54 is coupled to the support portion 55 so as to be movable in the optical axis direction, whereby the positions of the condensing lens holder 54, that is, the FAC lens 32 and the rod lens 33 are adjusted in the optical axis direction. . The FAC lens 32 and the rod lens 33 are fixed to the condenser lens holder 54 with an adhesive before the position adjustment work, and after the position adjustment work, the condenser lens holder 54 and the support portion 55 are fixed to each other with an adhesive. .

固体レーザ素子34と波長変換素子35と凸部80(図1参照)からなる直接接合SHG素子110は、直接接合SHG素子ホルダ58に保持される。この直接接合SHG素子ホルダ58は、直接接合SHG素子110の幅方向の位置および光軸方向に対する傾斜角度を調整することができるように、基台38に対して、幅方向に移動可能に、且つ光軸方向に対して略直交する軸周りに回動可能に設けられている。直接接合SHG素子110は位置調整作業の前に直接接合SHGホルダ58に接着剤で固定され、位置調整作業の後に、直接接合SHG素子ホルダ58と基台38とが接着剤で互いに固定される。これにより、半導体レーザ31から出力されたレーザ光の光軸とFACレンズ32およびロッドレンズ33や直接接合SHG素子110との光軸調整が容易にでき、高出力の緑色レーザ光を出力することができる。   The directly bonded SHG element 110 including the solid-state laser element 34, the wavelength converting element 35, and the convex portion 80 (see FIG. 1) is held by the directly bonded SHG element holder 58. The directly bonded SHG element holder 58 is movable in the width direction with respect to the base 38 so that the position of the directly bonded SHG element 110 in the width direction and the inclination angle with respect to the optical axis direction can be adjusted. It is provided so as to be rotatable around an axis substantially orthogonal to the optical axis direction. The direct bonding SHG element 110 is fixed to the direct bonding SHG holder 58 with an adhesive before the position adjustment operation, and after the position adjustment operation, the direct bonding SHG element holder 58 and the base 38 are fixed to each other with an adhesive. Thereby, the optical axis of the laser beam output from the semiconductor laser 31 and the optical axis of the FAC lens 32, the rod lens 33, and the directly bonded SHG element 110 can be easily adjusted, and a high-output green laser beam can be output. it can.

次に、図3と図4を用いて緑色レーザ光源装置2のレーザ光の挙動について詳細に説明する。   Next, the behavior of the laser beam of the green laser light source device 2 will be described in detail with reference to FIGS.

図3は、本発明の第1の実施形態における緑色レーザ光源装置のレーザ光の光路を示す概略図で、図4は、本発明の第1の実施形態における緑色レーザ光源装置のレーザ光の状況を示す摸式図である。   FIG. 3 is a schematic view showing the optical path of the laser light of the green laser light source device in the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is the situation of the laser light of the green laser light source device in the first embodiment of the present invention. FIG.

図3に示すように、半導体レーザ31のレーザチップ41は、波長808nmの励起用レーザ光(図3の一点鎖線)を出力する。FACレンズ32は波長808nmの励起用レーザ光の縦方向の拡がりを低減し、ロッドレンズ33は波長808nmの励起用レーザ光の横方向の拡がりを低減する。   As shown in FIG. 3, the laser chip 41 of the semiconductor laser 31 outputs an excitation laser beam having a wavelength of 808 nm (one-dot chain line in FIG. 3). The FAC lens 32 reduces the longitudinal spread of the excitation laser light having a wavelength of 808 nm, and the rod lens 33 reduces the lateral spread of the excitation laser light having a wavelength of 808 nm.

固体レーザ素子34は、いわゆるセラミック製造法を用いて作られた多結晶であり、ロッドレンズ33を通過した波長808nmの励起用レーザ光により励起されて波長1064nmの基本波長レーザ光(図3の破線)を出力する。この固体レーザ素子34は、光の直線透過性の高いイツトリウムアルミニウムガーネットを使用したものである。このイツトリウムアルミニウムガーネットは基本結晶構造が立方構造を有しているので複屈折が無く結晶界面での光散乱が無いという特徴を持つので前述したように光の直線透過性の高い多結晶焼結物として用いられる。また、固体レーザ素子34のセラミック素子は安価な素子として知られている。   The solid-state laser element 34 is a polycrystal produced by using a so-called ceramic manufacturing method, and is excited by a pumping laser beam having a wavelength of 808 nm that has passed through the rod lens 33 to be a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm (the broken line in FIG. 3). ) Is output. This solid-state laser element 34 uses yttrium aluminum garnet having a high linear light transmittance. This yttrium aluminum garnet has a cubic crystal structure, so there is no birefringence and no light scattering at the crystal interface. Used as a thing. The ceramic element of the solid state laser element 34 is known as an inexpensive element.

固体レーザ素子34のロッドレンズ33に対向する面には、波長808nmの励起用レーザ光に対する反射防止の機能と、波長1064nmの基本波長レーザ光に対する高反射の機能とを備える膜42が形成されている。   On the surface of the solid-state laser element 34 facing the rod lens 33, a film 42 having an antireflection function for the excitation laser beam having a wavelength of 808 nm and a high reflection function for the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm is formed. Yes.

波長変換素子35は、強誘電体結晶に分極反転領域と非分極反転領域とが交互に形成された、周期的な分極反転構造を備えたものであり、分極反転周期方向に基本波長レーザ光を入射させる。これにより、擬似位相整合による入射光の第2次高調波発生で2倍の周波数、すなわち1/2の波長のレーザ光を得ることができる。強誘電体結晶には、例えばLN(ニオブ酸リチウム)にMgOを添加したものが用いられる。   The wavelength conversion element 35 has a periodic polarization inversion structure in which polarization inversion regions and non-polarization inversion regions are alternately formed in a ferroelectric crystal, and emits a fundamental wavelength laser beam in the polarization inversion period direction. Make it incident. As a result, it is possible to obtain a laser beam having a double frequency, that is, a half wavelength, by the second harmonic generation of incident light by quasi phase matching. As the ferroelectric crystal, for example, LN (lithium niobate) added with MgO is used.

波長変換素子35は、固体レーザ素子34から出力される波長1064nmの基本波長レーザ光(赤外レーザ光)を変換して基本波長の1/2である波長532nmの半波長レーザ光(緑色レーザ光で図3の点線)を出力する。   The wavelength conversion element 35 converts the fundamental wavelength laser light (infrared laser light) having a wavelength of 1064 nm output from the solid-state laser element 34 to convert the half wavelength laser light (green laser light) having a wavelength of 532 nm, which is ½ of the fundamental wavelength. To output a dotted line in FIG.

上述した固体レーザ素子34と波長変換素子35の2つの素子はこれらの相対する傾斜面100で直接接合されている。いわゆる、固体レーザ素子34と波長変換素子35と凸部80(凸部に関しては後述する)とは接着剤などを使用しないオプティカルコンタクト(光学接着)で直接接合され、一体的に構成される直接接合SHG素子110となる。   The two elements, the solid-state laser element 34 and the wavelength conversion element 35 described above, are directly bonded by their opposed inclined surfaces 100. The so-called solid-state laser element 34, wavelength conversion element 35, and convex part 80 (the convex part will be described later) are directly joined by optical contact (optical adhesion) that does not use an adhesive or the like, and are directly joined integrally. The SHG element 110 is obtained.

傾斜面100は、レーザ光の光軸に垂直な面に対して1度から5度程度傾いた角度を有する平面であり、本実施形態ではこの傾斜角度はおおよそ2度に設定している。この角度に設定すると、傾斜面100で反射する半波長レーザ光の出力方向を元々の光軸方向からずれるのを少なくし緑色レーザ光源装置2の出力特性の低下を防ぐとともに、基本波長レーザ光と半波長レーザ光との干渉を少なくすることができ、波長変換素子35での変換効率の低下を防止することができる。   The inclined surface 100 is a plane having an angle inclined by about 1 to 5 degrees with respect to a surface perpendicular to the optical axis of the laser beam. In this embodiment, the inclined angle is set to approximately 2 degrees. When this angle is set, the output direction of the half-wavelength laser light reflected by the inclined surface 100 is prevented from deviating from the original optical axis direction, and the output characteristics of the green laser light source device 2 are prevented from being deteriorated. Interference with the half-wavelength laser light can be reduced, and a decrease in conversion efficiency in the wavelength conversion element 35 can be prevented.

なお、図3および図4において傾斜面100は右上がりで図示されているが、左上がりでも良い。要するに、傾斜面100の面が傾斜していることが重要である。   3 and 4, the inclined surface 100 is illustrated as rising to the right, but may be increasing to the left. In short, it is important that the surface of the inclined surface 100 is inclined.

ここで、固体レーザ素子34の媒質は波長1064nmの基本波長レーザ光を通させ、波長変換素子35の媒質は波長1064nmの基本波長レーザ光と波長532nmの半波長レーザ光を通させる。そして、固体レーザ素子34の媒質と波長変換素子35の媒質の屈折率の差は大きいほど傾斜面100の高反射機能という働きが大きくなる。   Here, the medium of the solid-state laser element 34 passes a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm, and the medium of the wavelength conversion element 35 is passed a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm and a half-wavelength laser beam having a wavelength of 532 nm. The larger the difference in refractive index between the medium of the solid-state laser element 34 and the medium of the wavelength conversion element 35, the greater the function of the inclined surface 100 as a high reflection function.

また、直接接合SHG素子110のレーザ光出力側の面には凸面形状を有している凸部80が形成されている。この凸部80の表面には膜46が形成されており、膜46は波長1064nmの基本波長レーザ光に対する高反射の機能と、波長532nmの半波長レーザ光に対する反射防止(透過)の機能とを備える。   Further, a convex portion 80 having a convex shape is formed on the surface of the direct bonding SHG element 110 on the laser light output side. A film 46 is formed on the surface of the convex portion 80. The film 46 has a function of high reflection with respect to a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm and a function of preventing reflection (transmission) with respect to a half wavelength laser beam having a wavelength of 532 nm. Prepare.

凸部80上に形成された膜46の曲率作用により波長1064nmの基本波長レーザ光が光軸から多少ずれても元々の光軸への復元ができるので、固体レーザ素子34の膜42と凸部80の内面との間で、波長1064nmの基本波長レーザ光が共振して増幅される。   Since the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm is slightly deviated from the optical axis by the curvature effect of the film 46 formed on the convex portion 80, the original optical axis can be restored. A fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm resonates and is amplified between the inner surface of 80.

もし凸部80が凸面でなく平面であると、波長1064nmの基本波長レーザ光が光軸から何らかの原因でずれてしまうと光軸からさらに離れる方向へ行き元々の光軸への復元が困難になってしまう。   If the convex portion 80 is not a convex surface but a flat surface, if the fundamental wavelength laser beam with a wavelength of 1064 nm is deviated from the optical axis for some reason, it will go further away from the optical axis and it will be difficult to restore the original optical axis. End up.

凸部80の曲率Rは、共振器の共振モード安定条件を満たすことや共振器内で必要なビーム径を形成することから求められ、媒質の種類や共振器内の波長やビーム径および共振器間隔などより計算される。本実施形態では凸部80の媒質は屈折率2であるニオブ酸リチウムを使用しているのでこの曲率Rはおおよそ40mmになる。   The curvature R of the convex portion 80 is obtained from satisfying the resonance mode stability condition of the resonator and forming a necessary beam diameter in the resonator. The type of medium, the wavelength in the resonator, the beam diameter, and the resonator It is calculated from the interval. In the present embodiment, since the medium of the convex portion 80 uses lithium niobate having a refractive index of 2, this curvature R is approximately 40 mm.

次に、図4を用いて緑色レーザ光源装置2のレーザ光の光路上での傾斜面100と凸部80の機能について説明する。   Next, functions of the inclined surface 100 and the convex portion 80 on the optical path of the laser beam of the green laser light source device 2 will be described with reference to FIG.

本実施形態では、波長変換素子35の屈折率が固体レーザ素子34の屈折率に比べ大きく、凸部80の材質が波長変換素子35のそれと同じものを使用している。もし、波長変換素子35の屈折率と凸部80の屈折率が異なる構成を採った場合にはその間に波長1064nmの基本波長レーザ光と波長532nmの半波長レーザ光に対する反射防止(透過)の機能とを備える膜を形成すれば良い。   In the present embodiment, the refractive index of the wavelength conversion element 35 is larger than the refractive index of the solid-state laser element 34, and the convex portion 80 is made of the same material as that of the wavelength conversion element 35. If the refractive index of the wavelength conversion element 35 and the refractive index of the convex portion 80 are different, an antireflection (transmission) function for a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm and a half-wavelength laser beam having a wavelength of 532 nm therebetween. A film having the following may be formed.

図4(a)に示すように、半導体レーザ31のレーザチップ41から出力された波長808nmの励起用レーザ光は、FACレンズ32とロッドレンズ33を経由し膜42を通過してセラミックレーザである固体レーザ素子34部に入射される(STEP1)。   As shown in FIG. 4A, the excitation laser light having a wavelength of 808 nm output from the laser chip 41 of the semiconductor laser 31 passes through the film 42 via the FAC lens 32 and the rod lens 33 and is a ceramic laser. It is incident on the solid laser element 34 (STEP 1).

励起用レーザ光が固体レーザ素子34に入力されると、波長808nmの励起用レーザ光により励起されて波長1064nmの基本波長レーザ光を出力する(STEP2)。   When the excitation laser beam is input to the solid-state laser element 34, the excitation laser beam is excited by the excitation laser beam having a wavelength of 808 nm and outputs a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm (STEP 2).

次に、この固体レーザ素子34から出力された波長1064nmの基本波長レーザ光が傾斜面100を経て波長変換素子35に入力されると、その基本波長レーザ光の一部が波長変換素子35によって波長532nmのレーザ光(緑色)に波長変換され、凸部80および膜46を経て緑色レーザ光源装置2より出力される(STEP3)。   Next, when the fundamental wavelength laser light having a wavelength of 1064 nm output from the solid-state laser element 34 is input to the wavelength conversion element 35 through the inclined surface 100, a part of the fundamental wavelength laser light is converted into a wavelength by the wavelength conversion element 35. The wavelength of the laser beam is converted to 532 nm laser light (green), and the laser beam is output from the green laser light source device 2 through the convex portion 80 and the film 46 (STEP 3).

そして、波長変換素子35によって変換されなかった波長1064nmの基本波長レーザ光は膜46にて反射し、再度波長変換素子35へ戻っていく。このとき、波長1064nmの基本波長レーザ光の光軸方向のレーザ光が傾斜面100での屈折などで光軸方向からずれても、凸部80の曲率形状により元々の光軸へ復元され、基本波長レーザの励起は安定に維持される(STEP4)。   The fundamental wavelength laser light having a wavelength of 1064 nm that has not been converted by the wavelength conversion element 35 is reflected by the film 46 and returns to the wavelength conversion element 35 again. At this time, even if the laser beam in the optical axis direction of the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm deviates from the optical axis direction due to refraction at the inclined surface 100 or the like, it is restored to the original optical axis by the curvature shape of the convex portion 80, and the basic The excitation of the wavelength laser is kept stable (STEP 4).

膜46で反射し波長変換素子35へ戻った波長1064nmの基本波長レーザ光は再度波長変換素子35によって波長532nmのレーザ光(緑色)に波長変換される。そして、波長変換された波長532nmのレーザ光は直接接合SHG素子110内に形成された傾斜面100で固体レーザ素子34と波長変換素子35の屈折率の相違により反射される。この時、傾斜面100で反射された波長532nmのレーザ光は傾斜面100の傾斜により元々の光軸方向からずれた方向に進む(図4(b)参照)。   The fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm reflected by the film 46 and returned to the wavelength conversion element 35 is again wavelength-converted by the wavelength conversion element 35 into a laser beam (green) having a wavelength of 532 nm. The wavelength-converted laser beam with a wavelength of 532 nm is reflected by the difference in refractive index between the solid-state laser element 34 and the wavelength conversion element 35 on the inclined surface 100 formed in the directly bonded SHG element 110. At this time, the laser beam having a wavelength of 532 nm reflected by the inclined surface 100 proceeds in a direction shifted from the original optical axis direction due to the inclination of the inclined surface 100 (see FIG. 4B).

また、波長変換素子35によって変換されなかった波長1064nmの基本波長レーザ光の数パーセントほどは傾斜面100で反射され波長変換素子35側に戻り、残りは傾斜面100で屈折して光軸をずらして(図4(b)の光線表示は極端に記載している)固体レーザ素子34側へと進む(STEP5)。   Further, about several percent of the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm that has not been converted by the wavelength conversion element 35 is reflected by the inclined surface 100 and returns to the wavelength conversion element 35 side, and the rest is refracted by the inclined surface 100 to shift the optical axis. (The light beam display in FIG. 4B is extremely described) The process proceeds to the solid-state laser element 34 side (STEP 5).

このように、傾斜面100はその両側にある固体レーザ素子34と波長変換素子35の屈折率に関して固体レーザ素子34の屈折率より波長変換素子35の屈折率を大きくさせて波長532nmのレーザ光を反射させる反射膜の機能を持つ。   As described above, the inclined surface 100 has a refractive index of the wavelength conversion element 35 larger than that of the solid-state laser element 34 with respect to the refractive indexes of the solid-state laser element 34 and the wavelength conversion element 35 on both sides thereof, and emits laser light having a wavelength of 532 nm. Has the function of reflecting film to reflect.

固体レーザ素子34側へ進んだ波長1064nmの基本波長レーザ光は、固体レーザ素子34の端部にある前述した膜42で反射し、再度固体レーザ素子34、波長変換素子35の方向に戻っていく(STEP6)。   The fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm that has traveled toward the solid-state laser element 34 is reflected by the above-described film 42 at the end of the solid-state laser element 34 and returns again toward the solid-state laser element 34 and the wavelength conversion element 35. (STEP 6).

ここで、固体レーザ素子34から波長変換素子35に入力して波長変換素子35で波長変換されて波長変換素子35から出力されるレーザ光のビームB1と、膜46で一旦反射されて波長変換素子35に入力して傾斜面100で反射されて波長変換素子35から出力されるレーザ光のビームB2とが互いに重なり合う状態では、波長532nmの半波長レーザ光と波長1064nmの基本波長レーザ光とが干渉を起こして出力が低下する。   Here, the laser beam B1 that is input from the solid-state laser element 34 to the wavelength conversion element 35, wavelength-converted by the wavelength conversion element 35, and output from the wavelength conversion element 35, and the wavelength conversion element once reflected by the film 46. In the state where the laser beam B2 input to the laser beam 35 and reflected by the inclined surface 100 and output from the wavelength conversion element 35 overlaps with each other, the half-wavelength laser beam having a wavelength of 532 nm and the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm interfere with each other. Cause output to drop.

そこで図4(b)に示すように、傾斜面100は前述したように光軸方向に対して傾斜しているので、傾斜面100での屈折作用により、レーザ光のビームB1、B2が互いに重なり合わないようにして、波長532nmの半波長レーザ光と波長1064nmの基本波長レーザ光との干渉を防ぐようにしており、これにより出力低下を避けることができる。一方、波長1064nmの基本波長レーザ光はその光軸方向からずれても、凸部80の曲率形状により元々の光軸へ復元される。   Therefore, as shown in FIG. 4B, since the inclined surface 100 is inclined with respect to the optical axis direction as described above, the laser light beams B1 and B2 overlap each other due to the refracting action on the inclined surface 100. In order not to match, interference between the half-wavelength laser beam having a wavelength of 532 nm and the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm is prevented, so that a decrease in output can be avoided. On the other hand, even if the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm is deviated from the optical axis direction, it is restored to the original optical axis by the curvature shape of the convex portion 80.

すなわち、波長532nmの半波長レーザ光が通っている光路から外れた光路で波長1064nmの基本波長レーザ光から波長532nmの半波長レーザ光への変換が行なわれるので、これらのレーザ光の干渉を防ぐことができ、波長1064nmの基本波長レーザ光から波長532nmの半波長レーザ光への変換効率の低下を防ぐことができる。   That is, since the conversion from the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm to the half wavelength laser beam having a wavelength of 532 nm is performed in an optical path deviating from the optical path through which the half wavelength laser beam having a wavelength of 532 nm passes, interference of these laser beams is prevented. Therefore, it is possible to prevent a decrease in conversion efficiency from a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm to a half wavelength laser beam having a wavelength of 532 nm.

なお、図1に示したガラスカバー37には、波長808nmの励起用レーザ光および波長1064nmの基本波長レーザ光が外部に漏洩することを防止するため、これらのレーザ光を透過しない膜が形成されている。   The glass cover 37 shown in FIG. 1 is formed with a film that does not transmit these laser beams in order to prevent the excitation laser beam having a wavelength of 808 nm and the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm from leaking to the outside. ing.

このように、固体レーザ素子34と波長変換素子35とを一体化した直接接合SHG素子110はその固体レーザ素子34と波長変換素子35との境界面を傾斜させてオプティカルコンタクトで直接接合させた構造と直接接合SHG素子110の出力側の端部に凸部形状を有することで、波長1064nmの基本波長レーザ光と波長532nmの半波長レーザ光の干渉を防ぐことができ、波長1064nmの基本波長レーザ光から波長532nmの半波長レーザ光への変換効率の低下を防ぐことができる。   As described above, the direct bonding SHG element 110 in which the solid-state laser element 34 and the wavelength conversion element 35 are integrated is structured such that the boundary surface between the solid-state laser element 34 and the wavelength conversion element 35 is inclined and directly bonded by an optical contact. And having a convex shape at the output side end of the directly bonded SHG element 110, it is possible to prevent interference between a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm and a half wavelength laser beam having a wavelength of 532 nm, and a fundamental wavelength laser having a wavelength of 1064 nm. It is possible to prevent a decrease in conversion efficiency from light to half-wavelength laser light having a wavelength of 532 nm.

また、固体レーザ素子34と波長変換素子35との2つの構成部材を一体化したので、緑色レーザ光源装置2を小型化やコストダウンを図ることができるとともに、緑色レーザ光源装置2の組み立てを容易にし、その調整時間を減らすことができる。さらに、構成部材の一体化で組み立て精度が向上し、それらの位置精度もずれの少ないものにすることができる。   Further, since the two structural members of the solid-state laser element 34 and the wavelength conversion element 35 are integrated, the green laser light source device 2 can be reduced in size and cost, and the green laser light source device 2 can be easily assembled. And the adjustment time can be reduced. Furthermore, the assembly accuracy is improved by integrating the constituent members, and the positional accuracy can be reduced.

(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態について図面を参照しながら説明する。ここでは、第1の実施形態と同一の構成、機能を備えた部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, members having the same configuration and function as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態と第1の実施形態との異なる点は、オプティカルコンタクトで直接接合させた傾斜面100の構成方法である。以下、この異なる点について詳細に説明する。   The difference between the present embodiment and the first embodiment is a method of configuring the inclined surface 100 that is directly joined by optical contact. Hereinafter, this different point will be described in detail.

図5は、本発明の第2の実施形態における直接接合部の形態を示す形態図である。   FIG. 5 is a view showing the form of the direct joining portion in the second embodiment of the present invention.

図5では、固体レーザ素子34と波長変換素子35はそれらの屈折率が同値になるように前述したそれぞれの材質の構成比率を変えて作られている。そのため、傾斜面100では波長1064nmの基本波長レーザ光は屈折が起こらず直進することができ、安定的にレーザの励起が継続できる。   In FIG. 5, the solid-state laser element 34 and the wavelength conversion element 35 are made by changing the constituent ratios of the respective materials described above so that the refractive indexes thereof are the same. Therefore, on the inclined surface 100, the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm can go straight without being refracted, and laser excitation can be continued stably.

しかしこの条件では、凸部80から戻ってきた波長1064nmの基本波長レーザ光が波長変換素子35で波長変換された波長532nmの半波長レーザ光も傾斜面100を通過してしまう。そこで、本実施形態では傾斜面100すなわち波長変換素子35の斜面あるいは固体レーザ素子の斜面には波長1064nmの基本波長レーザ光を反射防止の機能を持ち、波長532nmの半波長レーザ光を高反射する機能を持つ膜120が形成されている。すなわち、膜120は固体レーザ素子34と波長変換素子35とに傾斜面100でサンドウィッチ状に挟まれ、固体レーザ素子34と波長変換素子35は直接接合させる。   However, under this condition, a half-wavelength laser beam having a wavelength of 532 nm obtained by converting the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm returned from the convex portion 80 by the wavelength conversion element 35 also passes through the inclined surface 100. Therefore, in this embodiment, the inclined surface 100, that is, the slope of the wavelength conversion element 35 or the slope of the solid-state laser element has a function of preventing reflection of the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm, and highly reflects half-wavelength laser light having a wavelength of 532 nm. A film 120 having a function is formed. That is, the film 120 is sandwiched between the solid laser element 34 and the wavelength conversion element 35 on the inclined surface 100, and the solid laser element 34 and the wavelength conversion element 35 are directly bonded.

なお、固体レーザ素子34と波長変換素子35の間に膜120を形成する場合、オプティカルコンタクト(光学接着)は必須では無いため、単にくっつけるだけで光学的に接合していない状態(つまり、微妙に空隙が存在するような状態で接着剤等で固定してしまっているような擬似的な直接接合状態)であっても良い。   Note that when the film 120 is formed between the solid-state laser element 34 and the wavelength conversion element 35, optical contact (optical bonding) is not essential. It may be a pseudo direct bonding state in which a gap exists and is fixed with an adhesive or the like.

この膜120で反射された波長532nmの半波長レーザ光は傾斜面100にある膜120の傾斜により元々の光軸方向からずれた方向に進んで緑色レーザ光源装置2から出力される。   The half-wavelength laser light having a wavelength of 532 nm reflected by the film 120 travels in a direction shifted from the original optical axis direction due to the inclination of the film 120 on the inclined surface 100 and is output from the green laser light source device 2.

この反射された波長532nmの半波長レーザ光が元々の光軸方向からずれた方向に進むことで、第1の実施形態で説明した波長532nmの半波長レーザ光が通っている光路から外れた光路で波長1064nmの基本波長レーザ光から波長532nmの半波長レーザ光への変換が行なわれるので、これらのレーザ光の干渉を防ぐことができ、波長1064nmの基本波長レーザ光から波長532nmの半波長レーザ光への変換効率の低下を防ぐことができる。   The reflected half-wavelength laser light having a wavelength of 532 nm travels in a direction deviated from the original optical axis direction, thereby deviating from the optical path through which the half-wavelength laser light having the wavelength of 532 nm described in the first embodiment passes. Since the conversion from the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm to the half wavelength laser beam having a wavelength of 532 nm is performed, interference of these laser beams can be prevented and the half wavelength laser having a wavelength of 532 nm can be prevented from the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm A decrease in light conversion efficiency can be prevented.

(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態について図面を参照しながら説明する。ここでは、第1の実施形態と同一の構成、機能を備えた部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, members having the same configuration and function as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態と第1の実施形態との異なる点は、オプティカルコンタクトで直接接合させた傾斜面100の構成方法である。すなわち、本実施形態においては直接接合させる箇所が2箇所あることである。以下、この異なる点について詳細に説明する。   The difference between the present embodiment and the first embodiment is a method of configuring the inclined surface 100 that is directly joined by optical contact. That is, in this embodiment, there are two places to be joined directly. Hereinafter, this different point will be described in detail.

図6は、本発明の第3の実施形態における直接接合部の形態を示す形態図である。   FIG. 6 is a view showing the form of the direct joint portion in the third embodiment of the present invention.

図6では、波長変換素子35は2分割され、2つの構成要素35a、35bになり、その2つの構成要素35a、35bはその間に傾斜面100を作ってオプティカルコンタクトで直接接合させる。   In FIG. 6, the wavelength conversion element 35 is divided into two parts to be two constituent elements 35 a and 35 b, and the two constituent elements 35 a and 35 b are formed with an inclined surface 100 therebetween and directly joined by optical contact.

ただし、構成要素35aの方で波長変換機能の働きを行ない、構成要素35bは波長変換素子35の端部にあり、波長変換機能の働きをしない部分である。   However, the component 35a functions as a wavelength conversion function, and the component 35b is located at the end of the wavelength conversion element 35 and does not function as a wavelength conversion function.

この場合も第2の実施形態(図5)で説明したことと同様に、傾斜面100には膜120が形成されており、この膜120で反射された波長532nmの半波長レーザ光が元々の光軸方向からずれた方向に進むことで、第1の実施形態で説明した波長532nmの半波長レーザ光が通っている光路から外れた光路で波長1064nmの基本波長レーザ光から波長532nmの半波長レーザ光への変換が行なわれるので、これらのレーザ光の干渉を防ぐことができ、波長1064nmの基本波長レーザ光から波長532nmの半波長レーザ光への変換効率の低下を防ぐことができる。   In this case as well, as described in the second embodiment (FIG. 5), a film 120 is formed on the inclined surface 100, and the half-wavelength laser light having a wavelength of 532 nm reflected by the film 120 is the original. By proceeding in a direction deviating from the optical axis direction, the half wavelength of the wavelength 532 nm from the fundamental wavelength laser light of the wavelength 1064 nm is deviated from the optical path through which the half wavelength laser light of the wavelength 532 nm described in the first embodiment passes. Since conversion into laser light is performed, interference of these laser lights can be prevented, and reduction in conversion efficiency from basic wavelength laser light with a wavelength of 1064 nm to half-wavelength laser light with a wavelength of 532 nm can be prevented.

一方、傾斜面100では波長1064nmの基本波長レーザ光は同じ部材内であるので屈折が起こらずほとんど直進することができ、安定的にレーザの励起が継続できる。この基本波長レーザ光の一部は傾斜面で反射するが、第1の実施形態で説明したように凸部80の反射機能により再度レーザ光の励起に利用される。   On the other hand, since the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm is in the same member on the inclined surface 100, the laser beam can go straight without being refracted and the laser can be stably excited. A part of the fundamental wavelength laser beam is reflected by the inclined surface, but is used again for excitation of the laser beam by the reflection function of the convex portion 80 as described in the first embodiment.

また、波長変換素子35の構成要素35bと固体レーザ素子34とはそれらの相対するそれぞれの面はレーザ光の光軸に垂直な面であり、そのままオプティカルコンタクトで直接接合させる。これにより、波長1064nmの基本波長レーザ光は屈折が起こらず直進することができ、安定的にレーザの励起が継続できる。   The component 35b of the wavelength conversion element 35 and the solid-state laser element 34 are opposed to each other in a plane perpendicular to the optical axis of the laser beam, and are directly joined by optical contact as they are. As a result, the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm can go straight without refraction, and the laser can be stably excited.

以上のように、固体レーザ素子34と波長変換素子35とを一体化した直接接合SHG素子110はその固体レーザ素子34と波長変換素子35との境界面あるいはそれらの一部を傾斜させてオプティカルコンタクトで直接接合させた構造と直接接合SHG素子110の出力側の端部に凸部形状を有することで、波長1064nmの基本波長レーザ光と波長532nmの半波長レーザ光の干渉を防ぐことができ、波長1064nmの基本波長レーザ光から波長532nmの半波長レーザ光への変換効率の低下を防ぐことができる。   As described above, the direct junction SHG element 110 in which the solid-state laser element 34 and the wavelength conversion element 35 are integrated is optically contacted by inclining the boundary surface between the solid-state laser element 34 and the wavelength conversion element 35 or a part thereof. And having a convex shape at the output side end of the directly bonded SHG element 110, it is possible to prevent interference between the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm and the half wavelength laser beam having a wavelength of 532 nm, It is possible to prevent a decrease in conversion efficiency from a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm to a half wavelength laser beam having a wavelength of 532 nm.

また、固体レーザ素子34と波長変換素子35との2つの構成部材を一体化したので、緑色レーザ光源装置2を小型化やコストダウンを図ることができるとともに、緑色レーザ光源装置2の組み立てを容易にし、その調整時間を減らすことができる。さらに、構成部材の一体化で組み立て精度が向上し、それらの位置精度もずれの少ないものにすることができる。   Further, since the two structural members of the solid-state laser element 34 and the wavelength conversion element 35 are integrated, the green laser light source device 2 can be reduced in size and cost, and the green laser light source device 2 can be easily assembled. And the adjustment time can be reduced. Furthermore, the assembly accuracy is improved by integrating the constituent members, and the positional accuracy can be reduced.

本発明にかかるレーザ光源装置は、固体レーザ素子と波長変換素子を一体化し、その一部に傾斜面を設けることで、波長の異なる2つのレーザ光の干渉を防止し、波長変換素子の変換効率が低下するのを防ぐ効果を有し、画像表示装置の光源に用いられるレーザ光源装置などとして有用である。   The laser light source device according to the present invention integrates a solid-state laser element and a wavelength conversion element, and provides an inclined surface at a part thereof to prevent interference between two laser beams having different wavelengths, thereby converting the conversion efficiency of the wavelength conversion element. It is effective as a laser light source device used as a light source of an image display device.

1 画像表示装置
2 緑色レーザ光源装置
3 赤色レーザ光源装置
4 青色レーザ光源装置
31 半導体レーザ
34 固体レーザ素子
35 波長変換素子
42、46、120 膜
80 凸部
100 傾斜面
110 直接接合SHG素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image display apparatus 2 Green laser light source apparatus 3 Red laser light source apparatus 4 Blue laser light source apparatus 31 Semiconductor laser 34 Solid-state laser element 35 Wavelength conversion element 42, 46, 120 Film | membrane 80 Convex part 100 Inclined surface 110 Direct joining SHG element

Claims (4)

励起用レーザ光を出力する半導体レーザと、
前記半導体レーザから出力される励起用レーザ光により基本波長の赤外レーザ光を出力する固体レーザ素子と前記固体レーザから出力されたレーザ光の波長を1/2に変換する波長変換素子とを直接接合させた直接接合素子とを備え、
前記直接接合素子の接合面は、前記赤外レーザ光の光軸に対して傾いた傾斜面で構成され、前記傾斜面は、前記波長変換素子の出力面から反射された前記赤外レーザ光が波長変換された変換光を反射させるとともに、反射させた前記変換光の光軸と前記基本波長の赤外レーザ光の光軸との間で所定量の傾きを持たせることを特徴とするレーザ光源装置。
A semiconductor laser that outputs excitation laser light;
A solid-state laser element that outputs infrared laser light having a fundamental wavelength by the excitation laser light output from the semiconductor laser and a wavelength conversion element that converts the wavelength of the laser light output from the solid-state laser to ½ are directly used. With a directly bonded element,
The bonding surface of the direct bonding element is composed of an inclined surface inclined with respect to the optical axis of the infrared laser light, and the inclined laser beam reflected from the output surface of the wavelength conversion element is the inclined surface. A laser light source that reflects the wavelength-converted converted light and has a predetermined amount of inclination between the optical axis of the reflected converted light and the optical axis of the infrared laser light having the fundamental wavelength apparatus.
前記傾きの所定量は、1度以上5度以下であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ光源装置。 The laser light source device according to claim 1, wherein the predetermined amount of inclination is 1 degree or more and 5 degrees or less. 前記波長変換素子の出力面は凸形状であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ光源装置。 The laser light source device according to claim 1, wherein an output surface of the wavelength conversion element has a convex shape. 前記半導体レーザと前記固体レーザ素子と前記直接接合素子とが、1つの基台に一体的に支持されたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のレーザ光源装置。 4. The laser light source device according to claim 1, wherein the semiconductor laser, the solid-state laser element, and the direct bonding element are integrally supported by one base.
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