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JP2012230941A - Laser light source device - Google Patents

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JP2012230941A
JP2012230941A JP2011096817A JP2011096817A JP2012230941A JP 2012230941 A JP2012230941 A JP 2012230941A JP 2011096817 A JP2011096817 A JP 2011096817A JP 2011096817 A JP2011096817 A JP 2011096817A JP 2012230941 A JP2012230941 A JP 2012230941A
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JP
Japan
Prior art keywords
laser
wavelength
laser light
laser beam
light source
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2011096817A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Hamano
敬史 濱野
Akira Gyotoku
明 行徳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
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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Publication of JP2012230941A publication Critical patent/JP2012230941A/en
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

【課題】半導体レーザで励起された固体レーザ素子の光出力を緑色レーザ光源装置の光出力として有効に使われ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】半導体レーザ31から励起用レーザ光が入力される面に設けられ基本波長のレーザ光と波長変換素子35で変換され出力されたレーザ光とを反射する第1の反射部材42と波長変換素子35で変換され出力されたレーザ光を透過してかつ基本波長のレーザ光を反射する第2の反射部材46とを備え、基本波長を有するレーザ光路内で、第1の反射部材42と第2の反射部材46との間にレーザ光位相差発生手段50を設けた。
【選択図】図7
An object of the present invention is to provide a laser light source device that can effectively use the light output of a solid-state laser element excited by a semiconductor laser as the light output of a green laser light source device.
A first reflection member and a wavelength which are provided on a surface to which excitation laser light is input from a semiconductor laser and reflect laser light having a fundamental wavelength and laser light converted by a wavelength conversion element and output. A second reflecting member 46 that transmits the laser beam converted and output by the conversion element 35 and reflects the laser beam having the fundamental wavelength, and the first reflecting member 42 in the laser beam path having the fundamental wavelength. A laser beam phase difference generating means 50 is provided between the second reflecting member 46 and the second reflecting member 46.
[Selection] Figure 7

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).

また、固体レーザ素子として高価なイットリウム・バナデート(YVO4)の代わりにセラミックを用いた低コストで温度特性が良好なセラミックレーザが知られている。   Further, a ceramic laser having a good temperature characteristic at low cost using ceramic instead of expensive yttrium vanadate (YVO4) as a solid-state laser element is known.

特開2008−16833号公報JP 2008-16833 A

しかしながら、セラミックレーザを用いた緑色レーザ光源装置においては固体レーザ素子としてセラミックを用いているためにYVO4レーザのように出力するレーザ光の偏向方向を揃わせることができない。すなわち、セラミックレーザの出力光パワーはおよそ全量の50%を占める利用できない偏向方向の出力光パワーを有しており、緑色レーザ光源装置として有効に使われていないという課題がある。   However, in a green laser light source device using a ceramic laser, the ceramic light is used as the solid-state laser element, so that the deflection direction of the laser beam to be output cannot be aligned like the YVO4 laser. That is, there is a problem that the output light power of the ceramic laser has an output light power in an unusable deflection direction that occupies about 50% of the total amount and is not effectively used as a green laser light source device.

本発明は、このような従来の技術の問題点を解消すべく案出されたものであり、半導体レーザで励起された固体レーザ素子の光出力が緑色レーザ光源装置の光出力として有効に使われ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 the light output of a solid-state laser element excited by a semiconductor laser is effectively used as the light output of a green laser light source device. It is an object of the present invention to provide a laser light source device that can perform the above-described process.

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、固体レーザ素子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、固体レーザ素子にあって、半導体レーザから励起用レーザ光が入力される面に設けられ基本波長のレーザ光と波長変換素子で変換され出力されたレーザ光とを反射する第1の反射部材と波長変換素子で変換され出力されたレーザ光を透過してかつ基本波長の赤外レーザ光を反射する第2の反射部材と、基本波長を有するレーザ光路内で、第1の反射部材と第2の反射部材との間にレーザ光位相差発生手段とを備え、レーザ光位相差発生手段は、基本波長の赤外レーザ光に位相差を設け、その偏光方向を回転さ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. A wavelength conversion element that converts the wavelength of the laser light output from the solid-state laser element to ½, and a solid-state laser element that is provided on a surface to which excitation laser light is input from the semiconductor laser and has a fundamental wavelength A first reflecting member that reflects the laser beam and the laser beam that has been converted and output by the wavelength conversion element and the laser beam that has been converted and output by the wavelength conversion element are transmitted and the infrared laser beam having the fundamental wavelength is reflected. A laser beam phase difference generating means is provided between the first reflecting member and the second reflecting member in the laser beam path having the fundamental wavelength and the second reflecting member. wave A phase difference provided to the infrared laser light, characterized in that rotates its polarization direction.

本発明によれば、レーザ光位相差発生手段をレーザ光路内に取り付けることで、安価で温度特性の良好なセラミックレーザのレーザ光は緑色レーザ光へ容易に変換されることができる。すなわち、基本波長1064nmのセラミックレーザ光の一部は波長変換素子で波長変換できない偏光方向を持つが、この光はレーザ光位相差発生手段ですべて波長532nmの緑色レーザ光へ容易に変換される。したがって、半導体レーザで励起されたセラミックレーザの光出力は緑色レーザ光源装置の光出力として有効に使われることができる。   According to the present invention, the laser beam of the ceramic laser having good temperature characteristics can be easily converted into the green laser beam by attaching the laser beam phase difference generating means in the laser beam path. That is, a part of the ceramic laser beam having a fundamental wavelength of 1064 nm has a polarization direction that cannot be converted by the wavelength conversion element, but all of this light is easily converted into green laser beam having a wavelength of 532 nm by the laser beam phase difference generating means. Accordingly, the light output of the ceramic laser excited by the semiconductor laser can be effectively used as the light output of the green laser light source device.

本発明の実施の形態1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 Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1の緑色レーザ光源装置におけるレーザ光の状況を示す模式図Schematic diagram showing the state of laser light in the green laser light source device of Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1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 Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における波長変換素子の斜視図The perspective view of the wavelength conversion element in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における波長変換素子の製造工程を示す模式図Schematic diagram showing the manufacturing process of the wavelength conversion element in the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1におけるλ/4膜が取り付いていない場合のレーザ光の状況を説明する模式図Schematic diagram for explaining the state of laser light when the λ / 4 film is not attached in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1におけるλ/4膜が波長変換素子の出力側に取り付けられた場合のレーザ光の状況を説明する模式図Schematic diagram illustrating the state of laser light when the λ / 4 film in the first embodiment of the present invention is attached to the output side of the wavelength conversion element 本発明の実施の形態2におけるλ/4膜が凹面ミラーの表面に設けられた場合のレーザ光の状況を説明する模式図Schematic diagram explaining the situation of laser light when the λ / 4 film in the second embodiment of the present invention is provided on the surface of the concave mirror 本発明の実施の形態3におけるλ/4膜が波長変換素子の入力側に設けられた場合のレーザ光の状況を説明する模式図Schematic diagram explaining the situation of laser light when the λ / 4 film in the third embodiment of the present invention is provided on the input side of the wavelength conversion element 本発明の実施の形態4における複屈折球面構造を有する光位相差発生器を設けた場合のレーザ光の状況を説明する模式図Schematic diagram for explaining the situation of laser light when an optical phase difference generator having a birefringent spherical structure in Embodiment 4 of the present invention is provided.

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、固体レーザ素子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、固体レーザ素子にあって、半導体レーザから励起用レーザ光が入力される面に設けられ基本波長のレーザ光と波長変換素子で変換され出力されたレーザ光とを反射する第1の反射部材と波長変換素子で変換され出力されたレーザ光を透過してかつ基本波長の赤外レーザ光を反射する第2の反射部材と、基本波長を有するレーザ光路内で、第1の反射部材と第2の反射部材との間にレーザ光位相差発生手段とを備え、レーザ光位相差発生手段は、基本波長の赤外レーザ光に位相差を設け、その偏光方向を回転させることを特徴とするレーザ光源装置であって、レーザ光位相差発生手段をレーザ光路内に取り付けることで、セラミックレーザを用いている固体レーザ素子のレーザ光中にある不必要な偏向方向である横方向の成分を持つ波長1064nmの基本波長レーザ光は縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光へ容易に変換され、半導体レーザで励起された固体レーザ素子の光出力は緑色レーザ光源装置の光出力として有効に使われることができるレーザ光源装置を提供することができる。   According to a first aspect of the present invention, there is provided 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 solid-state laser element. A wavelength conversion element that converts the wavelength of the output laser light to ½, and a solid-state laser element that is provided on a surface to which excitation laser light is input from a semiconductor laser, and a fundamental wavelength laser light and a wavelength conversion element A first reflecting member that reflects the laser beam converted and output by the laser, and a second reflecting member that transmits the laser beam converted and output by the wavelength conversion element and reflects the infrared laser beam having the fundamental wavelength; And a laser beam phase difference generating means between the first reflecting member and the second reflecting member in the laser beam path having the fundamental wavelength, the laser beam phase difference generating means being an infrared laser beam having a fundamental wavelength. Phase difference The laser light source device is characterized in that its polarization direction is rotated, and the laser light phase difference generating means is installed in the laser light path so that it is in the laser light of a solid-state laser element using a ceramic laser. Light of a solid-state laser device excited by a semiconductor laser is easily converted from a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having a lateral component that is an unnecessary deflection direction into a laser beam having a wavelength of 532 nm having only a longitudinal component. The output can provide a laser light source device that can be effectively used as the light output of the green laser light source device.

請求項2に記載の発明は、レーザ光位相差発生手段は、複屈折性を有する材料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、複屈折の特性を生かしレーザ光の位相差を容易に作り出すことができるとともに、スパッタ法などで成膜し容易に薄膜を形成することができ、レーザ光位相差発生手段を薄膜で構成することでレーザ光源装置の小型化させることができる。   According to a second aspect of the present invention, in the laser light source device according to the first aspect, the laser light phase difference generating means is a material having birefringence, and the laser utilizing the characteristics of birefringence is utilized. A phase difference of light can be easily created, and a thin film can be formed easily by sputtering or the like, and the laser light phase difference generating means is formed of a thin film, thereby reducing the size of the laser light source device. be able to.

請求項3に記載の発明は、レーザ光位相差発生手段は、薄膜であり、その厚さが基本波長の赤外レーザ光の位相をπ/2ずらす厚み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、スパッタ法などで成膜し容易に薄膜を形成することができ、その膜厚を赤外レーザの位相をずらす厚さにすることでレーザ光の偏光の回転をレーザ光の数少ない往復回数で達成させることができる。   The invention described in claim 3 is characterized in that the laser beam phase difference generating means is a thin film, and the thickness thereof is a thickness that shifts the phase of the infrared laser beam having the fundamental wavelength by π / 2. The laser light source device according to claim 1, wherein a thin film can be easily formed by sputtering or the like, and the thickness of the film is shifted to shift the phase of the infrared laser to rotate the polarization of the laser beam. Can be achieved with a small number of reciprocations of the laser beam.

請求項4に記載の発明は、薄膜は、波長変換素子の一方の端面もしくは第2の反射部材の固体レーザ素子側に設けたことを特徴とする請求項3に記載のレーザ光源装置であって、レーザ光位相差発生手段である薄膜を取り付けた別部材を準備する必要がなく、レーザ光源装置として必要な構成部材を利用することでレーザ光源装置のコストの低減および小型化を達成させることができる。   The invention according to claim 4 is the laser light source device according to claim 3, wherein the thin film is provided on one end face of the wavelength conversion element or on the solid-state laser element side of the second reflecting member. Therefore, it is not necessary to prepare a separate member to which a thin film that is a laser light phase difference generating means is attached, and it is possible to achieve cost reduction and downsizing of the laser light source device by using necessary constituent members as the laser light source device. it can.

請求項5に記載の発明は、レーザ光位相差発生手段は、その一面が球形であることを特徴とする請求項2に記載のレーザ光源装置であって、レーザ光源装置として必要な構成部材の一つである凹面ミラーを、凹面ミラーと同じ曲率を持つようにレーザ光位相差発生手段の一方の面を球形とすることで凹面ミラーの機能をレーザ光位相差発生手段に併せ持たせてレーザ光源装置のコストの低減および小型化を達成させることができる。   A fifth aspect of the present invention is the laser light source apparatus according to the second aspect, wherein one surface of the laser light phase difference generating means is a spherical shape, and a component necessary for the laser light source apparatus is provided. The laser beam phase difference generating means is combined with the laser beam phase difference generating means by making one surface of the laser light phase difference generating means spherical so that one concave mirror has the same curvature as the concave mirror. Cost reduction and miniaturization of the light source device can be achieved.

請求項6に記載の発明は、半導体レーザと、固体レーザ素子と、波長変換素子と、第1の反射部材と、第2の反射部材とが、一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5のいずれかに記載のレーザ光源装置であって、レーザ光位相差発生手段をレーザ光路内に取り付けることで、セラミックレーザを用いている固体レーザ素子のレーザ光中にある不必要な偏向方向である横方向の成分を持つ波長1064nmの基本波長レーザ光は縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光へ容易に変換され、半導体レーザで励起された固体レーザ素子の光出力は緑色レーザ光源装置の光出力として有効に使われることができる安価で小型のレーザ光源装置を提供することができる。   According to the sixth aspect of the present invention, the semiconductor laser, the solid-state laser element, the wavelength conversion element, the first reflecting member, and the second reflecting member are integrally supported on one base. 6. The laser light source device according to claim 1, wherein a laser of a solid-state laser element using a ceramic laser is provided by attaching a laser beam phase difference generating means in the laser beam path. A fundamental wavelength laser beam having a wavelength component of 1064 nm having a lateral component that is an unnecessary deflection direction in the light is easily converted into a laser beam having a wavelength component of 532 nm having only a longitudinal component, and is excited by a semiconductor laser. The light output of the laser element can provide an inexpensive and small-sized laser light source device that can be used effectively as the light output of the green laser light source device.

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、以下に述べる実施の形態は、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ない限り、これらの条件に限られるものではない。   The laser light source device of the present invention will be described below with reference to the drawings. The embodiment described below is a preferred specific example of the present invention, and technically favorable conditions are described. However, the scope of the present invention is particularly limited in the following description. Unless otherwise stated, the present invention is not limited to these conditions.

(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1を、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施の形態1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 Embodiment 1 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)を出力する波長変換素子35と、固体レーザ素子34とともに共振器を構成する凹面ミラー36と、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 wavelength that converts the wavelength of the basic laser beam and outputs a half-wavelength laser beam (green laser beam) A conversion element 35, a concave mirror 36 that forms a resonator together with the solid-state laser element 34, a glass cover 37 that prevents leakage of excitation laser light and fundamental wavelength laser light, a base 38 that supports each part, and each part A cover body 39 is provided.

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、本発明の実施の形態1の緑色レーザ光源装置2におけるレーザ光の状況を示す模式図である。半導体レーザ31のレーザチップ41は、波長808nmの励起用レーザ光を出力する。FACレンズ32は、レーザ光のファースト軸(光軸方向に対して直交して且つ図の紙面に沿う方向)の拡がりを低減する。ロッドレンズ33は、レーザ光のスロー軸(図の紙面に対して直交する方向)の拡がりを低減する。   FIG. 2 is a schematic diagram showing a state of laser light in the green laser light source device 2 according to Embodiment 1 of the present invention. The laser chip 41 of the semiconductor laser 31 outputs excitation laser light having a wavelength of 808 nm. The FAC lens 32 reduces the spread of the first axis of laser light (a direction orthogonal to the optical axis direction and along the drawing sheet). The rod lens 33 reduces the spread of the slow axis of laser light (in the direction orthogonal to the drawing sheet).

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なく結晶界面での光散乱がな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のセラミックレーザは安価なレーザとして知られている。   The solid-state laser element 34 is a polycrystal produced 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 output a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm. 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 laser of the solid state laser element 34 is known as an inexpensive laser.

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第1の反射部材として機能する膜42が形成されている。   A surface of the solid-state laser element 34 facing the rod lens 33 is provided as a first reflecting member 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. A functioning film 42 is formed.

また、固体レーザ素子34の波長変換素子35に対向する面には、波長1064nmの基本波長レーザ光に対する反射防止の機能を備える膜43が形成されている。   A film 43 having a function of preventing reflection of the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm is formed on the surface of the solid-state laser element 34 facing the wavelength conversion element 35.

波長変換素子35は、いわゆるSHG(Second Harmonics Generation)素子であり、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)の縦方向の偏光を持つ光のみの波長を変換して波長532nmの縦方向の偏光を持つ半波長レーザ光(緑色レーザ光)を生成する。   The wavelength conversion element 35 is a so-called SHG (Second Harmonics Generation) element, and only has a wavelength of light having a longitudinal polarization of a fundamental wavelength laser beam (infrared laser beam) having a wavelength of 1064 nm output from the solid-state laser element 34. A half-wavelength laser beam (green laser beam) having a longitudinal polarization with a wavelength of 532 nm is generated by conversion.

波長変換素子35の固体レーザ素子34に対向する面には、波長1064nmの基本波長レーザ光に対する反射防止の機能と、波長532nmの半波長レーザ光に対する高反射の機能とを備える膜44が形成されている。   A film 44 having an antireflection function for the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm and a high reflection function for the half wavelength laser beam having a wavelength of 532 nm is formed on the surface of the wavelength conversion element 35 facing the solid laser element 34. ing.

また、波長変換素子35の凹面ミラー36に対向する面には、波長1064nmの基本波長レーザ光および波長532nmの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を備える膜45が形成されている。   A film 45 having an antireflection function for the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm and the half wavelength laser beam having a wavelength of 532 nm is formed on the surface of the wavelength conversion element 35 facing the concave mirror 36.

さらに、膜45の表面には、基本波長である1064nmの縦方向の偏光と横方向の偏光の光学距離の差がλ/4となり、その位相差がπ/2になるいわゆるλ/4膜50が形成されている(この膜の機能の詳細については後述する)。なお、膜45とλ/4膜50とは層順が入れ替わっても良い。すなわち、波長変換素子35の凹面ミラー36に対向する面に最初λ/4膜50を形成し、次に膜45を形成する構成でも良い。このλ/4膜50は波長変換素子35あるいは膜45の表面に複屈折特性を有するニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウムあるいはZTO(Zinc Tin Oxide)などをスパッタ法などで成膜し、基本波長である1064nmの1/4の位相差を形成する厚みの薄膜を形成することで作られる。   Furthermore, on the surface of the film 45, a so-called λ / 4 film 50 in which the difference in optical distance between the longitudinal polarization of 1064 nm, which is the fundamental wavelength, and the lateral polarization is λ / 4 and the phase difference is π / 2. (The details of the function of this film will be described later). Note that the layer order of the film 45 and the λ / 4 film 50 may be switched. That is, a configuration in which the λ / 4 film 50 is first formed on the surface of the wavelength conversion element 35 facing the concave mirror 36 and then the film 45 is formed. This λ / 4 film 50 has a fundamental wavelength by depositing lithium niobate, potassium niobate or ZTO (Zinc Tin Oxide) having birefringence on the surface of the wavelength conversion element 35 or film 45 by sputtering or the like. It is made by forming a thin film having a thickness that forms a ¼ phase difference of 1064 nm.

なお、λ/4膜50の厚みは形成する材料に依存する。すなわち、位相差を付けやすい(複屈折性の大きな)材料の場合にはその膜厚を厚くする必要がなく、位相差を付け難い(複屈折性の小さな)材料の場合にはその膜厚を十分厚くする必要がある。本実施の形態1においては、λ/4膜50の材料はニオブ酸リチウムで、その膜厚はおよそ1.9μmであり、縦方向と横方向の偏光の光路長差が266nmとなり、λ/4膜50はλ/4層として働く。   Note that the thickness of the λ / 4 film 50 depends on the material to be formed. In other words, it is not necessary to increase the film thickness in the case of a material that is easy to add a phase difference (high birefringence), and the film thickness is not required in the case of a material that is difficult to add a phase difference (small birefringence). It needs to be thick enough. In the first embodiment, the material of the λ / 4 film 50 is lithium niobate, the film thickness is about 1.9 μm, the optical path length difference between the vertical and horizontal polarizations is 266 nm, and λ / 4 The film 50 acts as a λ / 4 layer.

凹面ミラー36は、波長変換素子35に対向する側に凹面を有し、この凹面には、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の機能とを備える第2の反射部材として機能する膜46が形成されている。これにより、固体レーザ素子34の膜42と凹面ミラー36の膜46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。   The concave mirror 36 has a concave surface on the side facing the wavelength conversion element 35. The concave surface has a function of high reflection for the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm and a function for preventing reflection of the half wavelength laser beam having a wavelength of 532 nm. The film | membrane 46 which functions as a 2nd reflection member provided with these is formed. Thereby, the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm resonates and is amplified between the film 42 of the solid-state laser element 34 and the film 46 of the concave mirror 36.

なお、この凹面ミラー36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、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、本実施の形態1ではこの曲率Rは20mmに設定している。   The curvature R of the concave mirror 36 is obtained from satisfying the resonance mode stability condition of the resonator and forming a necessary beam diameter in the resonator, and the wavelength, beam diameter, and resonator interval in the resonator. In the first embodiment, the curvature R is set to 20 mm.

波長変換素子35では、固体レーザ素子34から入射した波長1064nmの基本波長レーザ光の一部が波長532nmの半波長レーザ光に変換され、変換されずに波長変換素子35を通過した波長1064nmの基本波長レーザ光は、凹面ミラー36で反射されて波長変換素子35に再度入射し、波長532nmの半波長レーザ光に変換される。この波長532nmの半波長レーザ光は、波長変換素子35の膜44で反射されて波長変換素子35から出力される。   In the wavelength conversion element 35, a part of the fundamental wavelength laser light having a wavelength of 1064 nm incident from the solid-state laser element 34 is converted into a half-wavelength laser light having a wavelength of 532 nm, and the fundamental wavelength of 1064 nm that has passed through the wavelength conversion element 35 without being converted is converted. The wavelength laser light is reflected by the concave mirror 36 and is incident on the wavelength conversion element 35 again, and is converted into a half-wavelength laser light having a wavelength of 532 nm. The half-wavelength laser light having a wavelength of 532 nm is reflected by the film 44 of the wavelength conversion element 35 and is output from the wavelength conversion element 35.

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、凹面ミラー36で一旦反射されて波長変換素子35に入力して膜44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 once reflected by the concave mirror 36 are wavelength-converted. In a state where the laser beam B2 input to the element 35 and reflected by the film 44 and output from the wavelength conversion element 35 overlaps with each other, the half-wavelength laser light having a wavelength of 532 nm and the fundamental wavelength laser light having a wavelength of 1064 nm interfere with each other. Cause output to drop.

そこでここでは、波長変換素子35を光軸方向に対して傾斜させて、入力面35aおよび出力面35b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。   Therefore, here, the wavelength conversion element 35 is inclined with respect to the optical axis direction so that the laser light beams B1 and B2 do not overlap each other by the refraction action at the input surface 35a and the output surface 35b, so that the wavelength is 532 nm. Thus, interference between the half-wavelength laser beam and the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm is prevented, so that a reduction in output can be avoided.

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.

図3は、本発明の実施の形態1における緑色レーザ光源装置2の斜視図である。   FIG. 3 is a perspective view of the green laser light source device 2 according to Embodiment 1 of the present invention.

図3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、固体レーザ素子34、波長変換素子35、および凹面ミラー36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. 3, the semiconductor laser 31, the FAC lens 32, the rod lens 33, the solid state laser element 34, the wavelength conversion element 35, and the concave mirror 36 are integrally supported by a 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。固体レーザ素子34は、基台38に一体的に形成された固体レーザ素子支持部56に支持される。   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. . The solid-state laser element 34 is supported by a solid-state laser element support portion 56 formed integrally with the base 38.

波長変換素子35は、波長変換素子ホルダ58に保持される。この波長変換素子ホルダ58は、波長変換素子35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。波長変換素子35は位置調整作業の前に波長変換素子ホルダ58に接着剤で固定され、位置調整作業の後に、波長変換素子ホルダ58と基台38とが接着剤で互いに固定される。凹面ミラー36は、基台38に一体的に形成された凹面ミラー支持部61に支持される。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や固体レーザ素子34および波長変換素子35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 wavelength conversion element 35 is held by a wavelength conversion element holder 58. The wavelength conversion element holder 58 is movable in the width direction with respect to the base 38 so that the position of the wavelength conversion element 35 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 direction. The wavelength conversion element 35 is fixed to the wavelength conversion element holder 58 with an adhesive before the position adjustment work, and after the position adjustment work, the wavelength conversion element holder 58 and the base 38 are fixed to each other with an adhesive. The concave mirror 36 is supported by a concave mirror support portion 61 formed integrally with the base 38. 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, the solid-state laser element 34, and the wavelength conversion element 35 can be easily adjusted, and a high output green laser beam can be obtained. Can be output.

図4は、本発明の実施の形態1における波長変換素子の斜視図である。図5は、本発明の実施の形態1における波長変換素子の製造工程を示す模式図である。   FIG. 4 is a perspective view of the wavelength conversion element according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 5 is a schematic diagram showing a manufacturing process of the wavelength conversion element in the first embodiment of the present invention.

図4に示すように、波長変換素子35は、略直方体状をなし、強誘電体結晶に分極反転領域71と非分極反転領域72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(分極反転領域71の配列方向)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。   As shown in FIG. 4, the wavelength conversion element 35 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and includes a periodic polarization inversion structure in which polarization inversion regions 71 and non-polarization inversion regions 72 are alternately formed in a ferroelectric crystal. The fundamental wavelength laser light is incident in the polarization inversion period direction (the arrangement direction of the polarization inversion regions 71). 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.

周期的な分極反転構造を形成するには、周期電極73と対向電極74を用いて、単分極した強誘電体結晶に分極方向と逆方向の電界を印加する。これにより周期電極73に対応する部分の分極方向が反転し、分極反転領域71が周期電極73から対向電極74に向けて楔形状に形成される。   In order to form a periodic domain-inverted structure, an electric field in the direction opposite to the polarization direction is applied to the unipolar ferroelectric crystal using the periodic electrode 73 and the counter electrode 74. As a result, the polarization direction of the portion corresponding to the periodic electrode 73 is reversed, and the polarization inversion region 71 is formed in a wedge shape from the periodic electrode 73 toward the counter electrode 74.

実際には、図5に示すプロセスで波長変換素子35が製作される。まず、強誘電体結晶からなるウエハー75に電極薄膜を積層し、ついでフォトリソグラフィおよびエッチングにより周期電極と対向電極の電極パターンを形成する。次に、電極パターンが形成されたウエハー75から基板76を切り出し、さらに適当な大きさに切断する。これにより得られた短冊状のスタック77に対して、電極を用いて電圧を印加する分極反転処理を実施して、スタック77に分極反転構造を形成する。また、波長変換素子35の入力面35aおよび出力面35bとなるスタック77の端面78,79を光学研磨する。そして、スタック77から一つの波長変換素子35となるチップを切り出す。   Actually, the wavelength conversion element 35 is manufactured by the process shown in FIG. First, an electrode thin film is laminated on a wafer 75 made of a ferroelectric crystal, and then electrode patterns of a periodic electrode and a counter electrode are formed by photolithography and etching. Next, the substrate 76 is cut out from the wafer 75 on which the electrode pattern is formed, and further cut into an appropriate size. A polarization inversion process is performed on the strip-shaped stack 77 obtained in this manner by applying a voltage using an electrode to form a polarization inversion structure in the stack 77. Further, the end faces 78 and 79 of the stack 77 which become the input face 35a and the output face 35b of the wavelength conversion element 35 are optically polished. Then, a chip to be one wavelength conversion element 35 is cut out from the stack 77.

このように比較的大きな寸法であるスタック77の段階で光学研磨を行うため、スタック77を確実に位置決めして光学研磨を行うことができ、これにより入力面35aおよび出力面35bの平面度および平行度を高精度に確保することができる。   Since optical polishing is performed at the stage of the stack 77 having a relatively large size in this way, the stack 77 can be reliably positioned and optical polishing can be performed, whereby the flatness and parallelism of the input surface 35a and the output surface 35b can be achieved. The degree can be ensured with high accuracy.

また、このようにして製作された波長変換素子35では、入力面35aおよび出力面35bのみ、精密な研磨により高い精度で平面度および平行度が確保されているが、頂面35eおよび底面35fはスタック77から切り出す際の切断面であり、また、側面35c,35dはウエハー75の表裏両面となり、製造誤差が残ったままである。このため、側面35c,35dと頂面35eおよび底面35fに関しては、入力面35aおよび出力面35bに対する直角度や、互いに相対するもの同士の平行度は確保されていない。   Further, in the wavelength conversion element 35 manufactured in this way, only the input surface 35a and the output surface 35b have a high degree of flatness and parallelism by precise polishing, but the top surface 35e and the bottom surface 35f are It is a cut surface at the time of cutting out from the stack 77, and the side surfaces 35c and 35d are both front and back surfaces of the wafer 75, and manufacturing errors remain. For this reason, with respect to the side surfaces 35c, 35d, the top surface 35e, and the bottom surface 35f, the perpendicularity to the input surface 35a and the output surface 35b and the parallelism between the opposing surfaces are not ensured.

図4に示したように、分極反転領域71は、深さ方向に沿って厚さが次第に小さくなる楔形状をなし、入射するレーザ光に対して、分極反転領域71の深さ方向に波長変換素子35を移動させることで、レーザ光の光路上に位置する分極反転領域71と非分極反転領域72との割合が変化し、これに応じて波長変換効率が変化する。そこで、波長変換効率が最大となる、すなわちレーザ光の出力が最大となるように、レーザ光の光軸に対する波長変換素子35の位置が調整される。   As shown in FIG. 4, the domain-inverted region 71 has a wedge shape whose thickness gradually decreases along the depth direction, and wavelength conversion is performed in the depth direction of the domain-inverted region 71 with respect to incident laser light. By moving the element 35, the ratio between the domain-inverted region 71 and the non-domain-inverted region 72 located on the optical path of the laser light changes, and the wavelength conversion efficiency changes accordingly. Therefore, the position of the wavelength conversion element 35 with respect to the optical axis of the laser beam is adjusted so that the wavelength conversion efficiency is maximized, that is, the output of the laser beam is maximized.

次に、図6および図7を用いてλ/4膜50の機能について詳細に説明をする。図6は、本発明の実施の形態1におけるλ/4膜が取り付いていない場合のレーザ光の状況を説明する模式図である。図7は、本発明の実施の形態1におけるλ/4膜が波長変換素子の出力側に取り付けられた場合のレーザ光の状況を説明する模式図である。   Next, the function of the λ / 4 film 50 will be described in detail with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the state of the laser beam when the λ / 4 film is not attached in the first embodiment of the present invention. FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the state of the laser light when the λ / 4 film in the first embodiment of the present invention is attached to the output side of the wavelength conversion element.

まず、図6を用いてλ/4膜50が取り付いていない場合のレーザ光の状況を説明する。半導体レーザ31は、波長808nmの励起用レーザ光を出力する。この励起用レーザ光の偏光方向は半導体レーザなので縦成分(図6の上下を示す矢印方向)の一方向のみである(STEP1)。   First, the state of the laser beam when the λ / 4 film 50 is not attached will be described with reference to FIG. The semiconductor laser 31 outputs excitation laser light having a wavelength of 808 nm. Since the polarization direction of the excitation laser beam is a semiconductor laser, it has only one direction of the vertical component (the arrow direction indicating the top and bottom in FIG. 6) (STEP 1).

この波長808nmの励起用レーザ光は、FACレンズ32とロッドレンズ33を経由してセラミックレーザである固体レーザ素子34に入力する(STEP2)。   The excitation laser light having a wavelength of 808 nm is input to the solid-state laser element 34 which is a ceramic laser via the FAC lens 32 and the rod lens 33 (STEP 2).

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。この波長1064nmの基本波長レーザ光は固体レーザ素子34がセラミックからできているので、この基本波長レーザ光の偏光方向は縦方向の成分および横方向の成分の両方を含んでいる(STEP3)。   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. Since the solid-state laser element 34 is made of ceramic in the fundamental wavelength laser light having a wavelength of 1064 nm, the polarization direction of the fundamental wavelength laser light includes both a vertical component and a horizontal component (STEP 3).

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は波長変換素子35に入力されると、その基本波長レーザ光の縦方向の成分のみが波長変換素子35によって縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光(緑色)に波長変換され出力される。一方、基本波長レーザ光の横方向の成分は波長変換されずに、そのまま波長1064nmの基本波長レーザ光の横方向の成分として波長変換素子35を通過する(STEP4)。   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, only the longitudinal component of the fundamental wavelength laser light is transmitted in the longitudinal direction by the wavelength conversion element 35. The wavelength is converted into a laser beam (green) having a wavelength of 532 nm having only components, and output. On the other hand, the lateral component of the fundamental wavelength laser beam passes through the wavelength conversion element 35 as it is as the lateral component of the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm without being wavelength-converted (STEP 4).

そして、縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光と横方向の成分を有する波長1064nmの基本波長レーザ光は凹面ミラー36に到達すると、前述した膜46の
機能により縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光は透過し、緑色レーザ光源装置2より照射される。一方、横方向の成分を有する波長1064nmの基本波長レーザ光は膜46で反射され、波長変換素子35そして固体レーザ素子34側に戻っていく(STEP5)。
When the laser beam having a wavelength of 532 nm having only the vertical component and the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having the horizontal component reach the concave mirror 36, the laser beam has only the vertical component due to the function of the film 46 described above. Laser light having a wavelength of 532 nm is transmitted and irradiated from the green laser light source device 2. On the other hand, a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having a horizontal component is reflected by the film 46 and returns to the wavelength conversion element 35 and the solid-state laser element 34 side (STEP 5).

そして、横方向の成分を有する波長1064nmの基本波長レーザ光は波長変換素子35そして固体レーザ素子34をそのまま通過し、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そして凹面ミラー36の方向に戻っていく(STEP6)。   Then, a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having a lateral component passes through the wavelength conversion element 35 and the solid state laser element 34 as it is, is reflected by the above-described film 42 at the end of the solid state laser element 34, and is again solid state laser It returns to the direction of the element 34, the wavelength conversion element 35, and the concave mirror 36 (STEP 6).

すなわち、横方向の成分を有する波長1064nmの基本波長レーザ光は上述したステップを繰り返すことになり、緑色レーザ光源装置2の照射光として有効に使用することができない。   That is, the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having a horizontal component repeats the above-described steps, and cannot be used effectively as irradiation light of the green laser light source device 2.

そこで、図7を用いて本発明の実施の形態1におけるλ/4膜50が波長変換素子35の出力側に取り付けられた場合のレーザ光の状況を説明する。なお、STEPの番号は前述した図6の場合と同じ状況の場合には同じSTEP番号を付与する。   Accordingly, the state of the laser beam when the λ / 4 film 50 according to the first embodiment of the present invention is attached to the output side of the wavelength conversion element 35 will be described with reference to FIG. Note that the same STEP number is assigned to the STEP number in the same situation as in FIG.

半導体レーザ31は、波長808nmの励起用レーザ光を出力する。この励起用レーザ光の偏光方向は半導体レーザなので縦成分の一方向のみである(STEP1)。   The semiconductor laser 31 outputs excitation laser light having a wavelength of 808 nm. Since the excitation laser beam is a semiconductor laser, it has only one longitudinal component (STEP 1).

この波長808nmの励起用レーザ光は、FACレンズ32とロッドレンズ33を経由してセラミックレーザである固体レーザ素子34に入力する(STEP2)。   The excitation laser light having a wavelength of 808 nm is input to the solid-state laser element 34 which is a ceramic laser via the FAC lens 32 and the rod lens 33 (STEP 2).

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。この波長1064nmの基本波長レーザ光は固体レーザ素子34がセラミックからできているので、この基本波長レーザ光の偏光方向は縦方向の成分および横方向の成分の両方を含んでいる(STEP3)。   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. Since the solid-state laser element 34 is made of ceramic in the fundamental wavelength laser light having a wavelength of 1064 nm, the polarization direction of the fundamental wavelength laser light includes both a vertical component and a horizontal component (STEP 3).

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縦方向の成分のみが波長変換素子35によって縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光(緑色)に波長変換され出力される。一方、基本波長レーザ光の横方向の成分は波長変換されずに、そのまま波長1064nmの基本波長レーザ光の横方向の成分として波長変換素子35を通過する(STEP4)。   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, only the longitudinal component of the fundamental wavelength laser light is transmitted in the longitudinal direction by the wavelength conversion element 35. The wavelength is converted into a laser beam (green) having a wavelength of 532 nm having only components, and output. On the other hand, the lateral component of the fundamental wavelength laser beam passes through the wavelength conversion element 35 as it is as the lateral component of the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm without being wavelength-converted (STEP 4).

続いて、波長変換素子35から出力された各波長のレーザ光が波長変換素子35の端部にあるλ/4膜50を通過すると、縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光はそのままで状態が変化せず通過する。一方、横方向の成分のみ持つ波長1064nmの基本波長レーザ光は、その位相がπ/2ずれて右廻り偏光の状態(円偏光の状態)になる。すなわち、光軸を中心としてレーザ光の偏光方向が右廻りに回転する(STEP7)。   Subsequently, when the laser light of each wavelength output from the wavelength conversion element 35 passes through the λ / 4 film 50 at the end of the wavelength conversion element 35, the laser light of wavelength 532 nm having only the vertical component remains as it is. Passes without changing state. On the other hand, the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having only the lateral component is shifted in the clockwise direction (circularly polarized state) by shifting its phase by π / 2. That is, the polarization direction of the laser beam rotates clockwise about the optical axis (STEP 7).

そして、縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光と右廻り偏光を持つ波長1064nmの基本波長レーザ光は凹面ミラー36に到達すると、膜46の機能により縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光は透過し、緑色レーザ光源装置2より照射される。一方、右廻り偏光を持つ波長1064nmの基本波長レーザ光は膜46で反射され、λ/4膜50、波長変換素子35そして固体レーザ素子34側に戻っていく(STEP8)。   When a laser beam having a wavelength of 532 nm having only a vertical component and a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having clockwise polarization reach the concave mirror 36, the function of the film 46 causes a wavelength of 532 nm having only a vertical component. The laser beam is transmitted and irradiated from the green laser light source device 2. On the other hand, the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having clockwise polarization is reflected by the film 46 and returns to the λ / 4 film 50, the wavelength conversion element 35, and the solid-state laser element 34 side (STEP 8).

そして、凹面ミラー36の膜46で反射された右廻り偏光を持つ波長1064nmの基本波長レーザ光は再度波長変換素子35の端部にあるλ/4膜50を通過すると、その位相がさらにπ/2ずれて縦方向の成分のみを持つ波長1064nmの基本波長レーザ光になる。λ/4膜50を2回通過するだけで縦方向の成分のみを持つ偏光を有するレーザ光に変換することができる(STEP9)。   Then, when the fundamental wavelength laser beam having the wavelength of 1064 nm and having the clockwise polarization reflected by the film 46 of the concave mirror 36 passes through the λ / 4 film 50 at the end of the wavelength conversion element 35 again, the phase thereof is further increased by π / The fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having only a vertical component shifted by two is obtained. It can be converted into a laser beam having a polarized light having only a vertical component only by passing through the λ / 4 film 50 twice (STEP 9).

続いて、λ/4膜50から出力された縦方向の成分のみを持つ波長1064nmの基本波長レーザ光は波長変換素子35によって縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光に波長変換され出力される(STEP10)。   Subsequently, the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having only the vertical component output from the λ / 4 film 50 is wavelength-converted by the wavelength conversion element 35 into a laser beam having a wavelength of 532 nm having only the vertical component. (STEP 10).

そして、縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光は固体レーザ素子34の端部にある膜42で反射し、再度固体レーザ素子34、波長変換素子35そして凹面ミラー36の方向に戻っていく(STEP11)。   Then, the laser beam having a wavelength of 532 nm having only the vertical component is reflected by the film 42 at the end of the solid-state laser element 34 and returns again in the direction of the solid-state laser element 34, the wavelength conversion element 35 and the concave mirror 36. (STEP 11).

縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光は固体レーザ素子34、波長変換素子35そして凹面ミラー36を経由して緑色レーザ光源装置2より照射される。   Laser light having a wavelength of 532 nm and having only a component in the vertical direction is irradiated from the green laser light source device 2 through the solid-state laser element 34, the wavelength conversion element 35, and the concave mirror 36.

すなわち、λ/4膜50をレーザ光路内の波長変換素子35の出力側に取り付けることで、セラミックレーザを用いている固体レーザ素子34のレーザ光中にある不必要な偏向方向である横方向の成分を持つ波長1064nmの基本波長レーザ光は縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光へ容易に変換され、半導体レーザ31で励起された固体レーザ素子34の光出力は緑色レーザ光源装置の光出力として有効に使われることができる。   That is, by attaching the λ / 4 film 50 to the output side of the wavelength conversion element 35 in the laser beam path, the lateral direction which is an unnecessary deflection direction in the laser beam of the solid-state laser element 34 using the ceramic laser. The fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having a component is easily converted into a laser beam having a wavelength of 532 nm having only a longitudinal component, and the light output of the solid-state laser element 34 excited by the semiconductor laser 31 is the light of the green laser light source device. Can be used effectively as output.

なお、本実施の形態1では横方向の偏光がλ/4膜50を通過すると、横偏光から右廻り偏光へそして縦偏光になるとして説明しているが、回転方向は一意的には決まらずλ/4膜50の構成では横偏光から左廻り偏光へそして縦偏光になる場合もある。どちらの偏光方向でも同じ効果が発揮できる。   In the first embodiment, it is described that when the horizontally polarized light passes through the λ / 4 film 50, the horizontally polarized light turns clockwise and then becomes vertically polarized. However, the rotation direction is not uniquely determined. In the configuration of the λ / 4 film 50, there is a case where the polarization is changed from laterally polarized light to counterclockwise polarized light and then vertically polarized light. The same effect can be exhibited in either polarization direction.

(実施の形態2)
図8を用いてλ/4膜50の実施の形態2について説明をする。ここでは、実施の形態1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。
(Embodiment 2)
A second embodiment of the λ / 4 film 50 will be described with reference to FIG. 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.

図8は、本発明の実施の形態2におけるλ/4膜が凹面ミラーの表面に設けられた場合のレーザ光の状況を説明する模式図である。   FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the situation of laser light when the λ / 4 film in the second embodiment of the present invention is provided on the surface of the concave mirror.

本実施の形態2と先の実施の形態1との異なる点はλ/4膜50が形成される位置である。すなわち、実施の形態1で説明した成膜法で作られたλ/4膜50を凹面ミラー36上に設けたことである。以下、この異なる点について詳細に説明する。   The difference between the second embodiment and the first embodiment is the position where the λ / 4 film 50 is formed. That is, the λ / 4 film 50 made by the film forming method described in the first embodiment is provided on the concave mirror 36. Hereinafter, this different point will be described in detail.

最初にλ/4膜50が形成された凹面ミラー36の表面の膜構成について簡単に説明する。まず初めに凹面ミラー36の凹面には膜46が形成される。この膜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の機能とを備える膜である。そして、その膜46の表面に本実施の形態2のλ/4膜50が形成されている。   First, the film configuration of the surface of the concave mirror 36 on which the λ / 4 film 50 is formed will be briefly described. First, a film 46 is formed on the concave surface of the concave mirror 36. This film 46 is a film having a high reflection function for a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm and an antireflection function for a half wavelength laser beam having a wavelength of 532 nm. A λ / 4 film 50 according to the second embodiment is formed on the surface of the film 46.

本実施の形態2のSTEP1からSTEP4まではレーザ光の状況は実施の形態1のそれらと同じである。   From STEP 1 to STEP 4 of the second embodiment, the state of the laser beam is the same as that of the first embodiment.

波長変換素子35から出力された縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光は凹面ミラー36上のλ/4膜50および膜46をそのままの状態で透過し、緑色レーザ光源装置2より照射される。   The laser beam having a wavelength of 532 nm and having only the vertical component output from the wavelength conversion element 35 passes through the λ / 4 film 50 and the film 46 on the concave mirror 36 as they are, and is irradiated from the green laser light source device 2. The

一方、横方向の成分のみ持つ波長1064nmの基本波長レーザ光が凹面ミラー36に入力すると、まずλ/4膜50でその位相がπ/2ずれて右廻り偏光の状態になり、次に膜46で反射され、再度λ/4膜50を通過し、その位相がさらにπ/2ずれて縦方向の成分のみ持つ波長1064nmの基本波長レーザ光となる。   On the other hand, when a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having only a lateral component is input to the concave mirror 36, the phase is shifted by π / 2 at the λ / 4 film 50 first, and then the film 46 is polarized clockwise. And is again passed through the λ / 4 film 50, and the phase thereof is further shifted by π / 2 to become a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having only a longitudinal component.

すなわち、凹面ミラー36の表面に形成されたλ/4膜50を続けて2度通過することで横方向の成分のみ持つ波長1064nmの基本波長レーザ光が縦方向の成分のみ持つ波長1064nmの基本波長レーザ光となり、波長変換素子35そして固体レーザ素子34側に戻っていく(STEP12)。   In other words, the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having only a horizontal component has a wavelength of 1064 nm having only a vertical component by continuously passing through the λ / 4 film 50 formed on the surface of the concave mirror 36 twice. It becomes laser light and returns to the wavelength conversion element 35 and the solid-state laser element 34 side (STEP 12).

続いて、凹面ミラー36から反射された縦方向の成分のみを持つ波長1064nmの基本波長レーザ光は波長変換素子35によって縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光に波長変換され出力される(STEP10)。   Subsequently, the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having only the vertical component reflected from the concave mirror 36 is converted into a laser beam having a wavelength of 532 nm having only the vertical component by the wavelength conversion element 35 and is output ( (Step 10).

そして、縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光は固体レーザ素子34の端部にある膜42で反射し、再度固体レーザ素子34、波長変換素子35そして凹面ミラー36の方向に戻っていく(STEP11)。   Then, the laser beam having a wavelength of 532 nm having only the vertical component is reflected by the film 42 at the end of the solid-state laser element 34 and returns again in the direction of the solid-state laser element 34, the wavelength conversion element 35, and the concave mirror 36. (STEP 11).

縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光は固体レーザ素子34、波長変換素子35そして凹面ミラー36を経由して緑色レーザ光源装置2より照射される。   Laser light having a wavelength of 532 nm and having only a component in the vertical direction is irradiated from the green laser light source device 2 through the solid-state laser element 34, the wavelength conversion element 35, and the concave mirror 36.

すなわち、λ/4膜50をレーザ光路内の凹面ミラー36の凹面上に取り付けることで、セラミックレーザを用いている固体レーザ素子34のレーザ光中にある不必要な偏向方向である横方向の成分を持つ波長1064nmの基本波長レーザ光は縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光へ容易に変換され、半導体レーザ31で励起された固体レーザ素子34の光出力は緑色レーザ光源装置の光出力として有効に使われることができる。   That is, by mounting the λ / 4 film 50 on the concave surface of the concave mirror 36 in the laser beam path, a lateral component that is an unnecessary deflection direction in the laser beam of the solid-state laser element 34 using the ceramic laser. The fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having the above-mentioned wavelength is easily converted into a laser beam having a wavelength of 532 nm having only a vertical component, and the light output of the solid-state laser element 34 excited by the semiconductor laser 31 is the light output of the green laser light source device. Can be used effectively as

(実施の形態3)
図9を用いてλ/4膜50の実施の形態3について説明をする。ここでは、先の実施の形態1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。
(Embodiment 3)
A third embodiment of the λ / 4 film 50 will be described with reference to FIG. 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.

図9は、本発明の実施の形態3におけるλ/4膜が波長変換素子の入力側に設けられた場合のレーザ光の状況を説明する模式図である。   FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the state of laser light when the λ / 4 film in the third embodiment of the present invention is provided on the input side of the wavelength conversion element.

本実施の形態3と先の実施の形態1との異なる点はλ/4膜50が形成される位置である。すなわち、実施の形態1で説明した成膜法で作られたλ/4膜50を波長変換素子35の入力側に設けたことである。以下、この異なる点について詳細に説明する。   The difference between the third embodiment and the first embodiment is the position where the λ / 4 film 50 is formed. That is, the λ / 4 film 50 made by the film forming method described in the first embodiment is provided on the input side of the wavelength conversion element 35. Hereinafter, this different point will be described in detail.

本実施の形態3のSTEP1からSTEP3まではレーザ光の状況は実施の形態1のそれらと同じである。   From STEP 1 to STEP 3 of the third embodiment, the state of the laser beam is the same as that of the first embodiment.

縦方向および横方向の成分の両方の偏光方向を含んでいる波長1064nmの基本波長レーザ光が波長変換素子35の入力側に設けられたλ/4膜50に入力されても、すべての偏光方向が位相π/2ずれて右廻り偏光の状態になるが、結局は縦方向および横方向の成分の両方の偏光方向を含んでいる波長1064nmの基本波長レーザ光となる(STEP13)。   Even if a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm including both polarization directions in the longitudinal direction and the transverse direction is input to the λ / 4 film 50 provided on the input side of the wavelength conversion element 35, all polarization directions Is shifted clockwise by a phase of π / 2, but eventually becomes a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm including both the vertical and horizontal polarization directions (STEP 13).

次に、縦方向および横方向の成分の両方の偏光方向を含んでいる波長1064nmの基本波長レーザ光が波長変換素子35に入力されると、その基本波長レーザ光の縦方向の成分のみが波長変換素子35によって縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光(緑色)に波長変換され出力される。一方、基本波長レーザ光の横方向の成分は波長変換されずに、そのまま波長1064nmの基本波長レーザ光の横方向の成分として波長変換素子35を通過する(STEP4)。   Next, when a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm including both longitudinal and lateral polarization directions is input to the wavelength conversion element 35, only the longitudinal component of the fundamental wavelength laser beam has a wavelength. The conversion element 35 converts the wavelength into a laser beam (green) having a wavelength of 532 nm having only a vertical component and outputs the laser beam. On the other hand, the lateral component of the fundamental wavelength laser beam passes through the wavelength conversion element 35 as it is as the lateral component of the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm without being wavelength-converted (STEP 4).

そして、縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光と横方向の成分のみを持つ波長1064nmの基本波長レーザ光は凹面ミラー36に到達すると、膜46の機能により縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光は透過し、緑色レーザ光源装置2より照射される。一方、横方向の成分のみを持つ波長1064nmの基本波長レーザ光は膜46で反射され、波長変換素子35、λ/4膜50そして固体レーザ素子34側に戻っていく(STEP14)。   When the laser beam having a wavelength of 532 nm having only the vertical component and the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having only the horizontal component reach the concave mirror 36, the wavelength having only the vertical component is obtained by the function of the film 46. The laser beam of 532 nm is transmitted and irradiated from the green laser light source device 2. On the other hand, a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having only a lateral component is reflected by the film 46 and returns to the wavelength conversion element 35, the λ / 4 film 50, and the solid-state laser element 34 side (STEP 14).

そして、凹面ミラー36の膜46で反射された横方向の成分のみを持つ波長1064nmの基本波長レーザ光は横方向の成分のみなので再度波長変換素子35をそのまま通過する(STEP15)。   Then, since the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having only the lateral component reflected by the film 46 of the concave mirror 36 has only the lateral component, it passes through the wavelength conversion element 35 again (STEP 15).

続いて、波長変換素子35から出力された横方向の成分のみを持つ波長1064nmの基本波長のレーザ光が波長変換素子35の端部にあるλ/4膜50を通過すると、横方向の成分のみ持つ波長1064nmの基本波長レーザ光は、その位相がπ/2ずれて右廻り偏光の状態になる(STEP16)。   Subsequently, when laser light having a fundamental wavelength of 1064 nm having only a lateral component output from the wavelength conversion element 35 passes through the λ / 4 film 50 at the end of the wavelength conversion element 35, only the lateral component is present. The fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm has a phase shifted by π / 2 and is in a state of polarization clockwise (STEP 16).

そして、右廻り偏光を持つ波長1064nmの基本波長レーザ光は固体レーザ素子34をそのまま通過し、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を通過し、波長変換素子35の端部にあるλ/4膜50に向かう(STEP17)。   Then, the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having clockwise polarization passes through the solid-state laser element 34 as it is, is reflected by the above-described film 42 at the end of the solid-state laser element 34, passes through the solid-state laser element 34 again, It goes to the λ / 4 film 50 at the end of the wavelength conversion element 35 (STEP 17).

そして、右廻り偏光を持つ波長1064nmの基本波長レーザ光が波長変換素子35の端部にあるλ/4膜50を再通過すると、その位相がさらにπ/2ずれて縦方向の成分のみを持つ波長1064nmの基本波長レーザ光になる(STEP18)。   Then, when the fundamental wavelength laser light having a wavelength of 1064 nm having clockwise polarization passes again through the λ / 4 film 50 at the end of the wavelength conversion element 35, the phase is further shifted by π / 2 and has only the component in the vertical direction. The laser light has a fundamental wavelength of 1064 nm (STEP 18).

続いて、λ/4膜50から出力された縦方向の成分のみを持つ波長1064nmの基本波長レーザ光は波長変換素子35によって縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光に波長変換され出力される。その波長変換された縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光は凹面ミラー36を経由して緑色レーザ光源装置2より照射される(STEP19)。   Subsequently, the fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having only the vertical component output from the λ / 4 film 50 is wavelength-converted by the wavelength conversion element 35 into a laser beam having a wavelength of 532 nm having only the vertical component. The The wavelength-converted laser beam having a wavelength of 532 nm having only the longitudinal component is irradiated from the green laser light source device 2 through the concave mirror 36 (STEP 19).

すなわち、λ/4膜50をレーザ光路内の波長変換素子35の入射側に取り付けることで、セラミックレーザを用いている固体レーザ素子34のレーザ光中にある不必要な偏向方向である横方向の成分を持つ波長1064nmの基本波長レーザ光は縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光へ容易に変換され、半導体レーザ31で励起された固体レーザ素子34の光出力は緑色レーザ光源装置の光出力として有効に使われることができる。   That is, by attaching the λ / 4 film 50 to the incident side of the wavelength conversion element 35 in the laser beam path, a lateral direction that is an unnecessary deflection direction in the laser beam of the solid-state laser element 34 using the ceramic laser is obtained. The fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having a component is easily converted into a laser beam having a wavelength of 532 nm having only a longitudinal component, and the light output of the solid-state laser element 34 excited by the semiconductor laser 31 is the light of the green laser light source device. Can be used effectively as output.

(実施の形態4)
図10を用いて光位相差発生器80を備えた実施の形態4について説明をする。ここでは、先の実施の形態1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。
(Embodiment 4)
Embodiment 4 provided with the optical phase difference generator 80 will be described with reference to FIG. 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.

図10は、本発明の実施の形態4における複屈折球面構造を有する光位相差発生器を設けた場合のレーザ光の状況を説明する模式図である。   FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the situation of laser light when an optical phase difference generator having a birefringent spherical structure in Embodiment 4 of the present invention is provided.

本実施の形態4と先の実施の形態1との異なる点はλ/4膜50(図7参照)の替わりに一方の面が球面である光位相差発生器80を設けたことである。以下、この異なる点について説明する。   The difference between the fourth embodiment and the first embodiment is that an optical phase difference generator 80 having one spherical surface is provided instead of the λ / 4 film 50 (see FIG. 7). Hereinafter, this different point will be described.

最初に光位相差発生器80の構成について簡単に説明する。光位相差発生器80は前述した複屈折性を有する材料で作られており、レーザ光路上の一方の面が球面になっている。この球面の形状は前述した凹面ミラー36(図6参照)の凹面の曲率を有している。光位相差発生器80の曲面をこの曲率にすると、光位相差発生器80の曲面に膜46(図6参照)の機能をもつ反射膜を形成させることで凹面ミラー36の役目も兼ねることとなり、凹面ミラー36を取り外すこともでき、小型化や低コスト化が達成できる。   First, the configuration of the optical phase difference generator 80 will be briefly described. The optical phase difference generator 80 is made of the birefringent material described above, and one surface on the laser optical path is a spherical surface. The spherical shape has the curvature of the concave surface of the concave mirror 36 (see FIG. 6) described above. If the curved surface of the optical phase difference generator 80 has this curvature, it also serves as the concave mirror 36 by forming a reflective film having the function of the film 46 (see FIG. 6) on the curved surface of the optical phase difference generator 80. The concave mirror 36 can also be removed, and downsizing and cost reduction can be achieved.

前述した各実施の形態1〜3と特に異なるのは、複屈折球面構造を有する光位相差発生器80を横方向の成分を持つ波長1064nmの基本波長レーザ光が通過するたびに徐々に位相をずらして縦方向の成分のみを持つ波長1064nmの基本波長レーザ光を作り出し、波長変換素子35で縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光へ変換することができる(STEP20)。   The difference from the first to third embodiments described above is that the phase is gradually changed every time the fundamental wavelength laser beam having a wavelength component of 1064 nm passes through the optical phase difference generator 80 having a birefringent spherical structure. A fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having only a vertical component is generated by shifting, and the wavelength conversion element 35 can convert the laser beam to a wavelength of 532 nm having only a vertical component (STEP 20).

すなわち、横方向の成分を持つ波長1064nmの基本波長レーザ光を膜42と膜46の間を何回も往復させ、徐々に縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光へ変換して、緑色レーザ光源装置2より照射される。これで、セラミックレーザを用いている固体レーザ素子34のレーザ光中にある不必要な偏向方向である横方向の成分を持つ波長1064nmの基本波長レーザ光は縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光へ容易に変換され、半導体レーザ31で励起された固体レーザ素子34の光出力は緑色レーザ光源装置の光出力として有効に使われることができる。   That is, a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having a horizontal component is reciprocated between the film 42 and the film 46 many times, and gradually converted into a laser beam having a wavelength of 532 nm having only a vertical component. Irradiated from the laser light source device 2. Thus, the fundamental wavelength laser beam having a wavelength component of 1064 nm having a lateral component which is an unnecessary deflection direction in the laser beam of the solid-state laser element 34 using the ceramic laser has a wavelength component of 532 nm having only a longitudinal component. The light output of the solid state laser element 34 that is easily converted into laser light and excited by the semiconductor laser 31 can be effectively used as the light output of the green laser light source device.

以上のように、低コストで温度特性が良好なセラミックレーザをレーザ光源装置に用い、レーザ光路内に光の偏光状態に対して異なる位相遅延量を持たせることができる薄膜あるは部材を備えることで、セラミックレーザを用いている固体レーザ素子のレーザ光中にある不必要な偏向方向である横方向の成分を持つ波長1064nmの基本波長レーザ光は縦方向の成分のみを有する波長532nmのレーザ光へ容易に変換され、半導体レーザで励起された固体レーザ素子の光出力は緑色レーザ光源装置の光出力として有効に使うことができる。また、レーザ光源装置に本発明の構成を用いることでレーザ光源装置を低コストで信頼性の高いものとして提供することができる。   As described above, a low-cost ceramic laser with good temperature characteristics is used for a laser light source device, and a thin film or a member capable of having a different phase delay amount with respect to the polarization state of light is provided in the laser light path. Thus, a fundamental wavelength laser beam having a wavelength of 1064 nm having a lateral component which is an unnecessary deflection direction in a laser beam of a solid-state laser element using a ceramic laser is a laser beam having a wavelength of 532 nm having only a longitudinal component. The light output of the solid-state laser element that is easily converted into the light source and excited by the semiconductor laser can be effectively used as the light output of the green laser light source device. Further, by using the configuration of the present invention for the laser light source device, the laser light source device can be provided at a low cost and with high reliability.

本発明にかかるレーザ光源装置は、レーザ光位相差発生手段を設けることで、セラミックレーザから照射されたレーザ光で無駄になっていた偏向成分の光を再利用できる効果を有し、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 has an effect of reusing the light of the deflection component that was wasted by the laser light emitted from the ceramic laser by providing the laser light phase difference generating means, and the image display device It is useful as a laser light source device used for the light source of

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
36 凹面ミラー
42 膜(第1の反射部材)
46 膜(第2の反射部材)
50 λ/4膜(レーザ光位相差発生手段)
80 光位相差発生器(レーザ光位相差発生手段)
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 36 Concave-surface mirror 42 Film | membrane (1st reflection member)
46 Film (second reflecting member)
50 λ / 4 film (laser beam phase difference generating means)
80 Optical phase difference generator (Laser light phase difference generating means)

Claims (6)

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、
前記固体レーザ素子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、
前記固体レーザ素子にあって、前記半導体レーザから励起用レーザ光が入力される面に設けられ基本波長のレーザ光と前記波長変換素子で変換され出力されたレーザ光とを反射する第1の反射部材と
前記波長変換素子で変換され出力されたレーザ光を透過してかつ基本波長の赤外レーザ光を反射する第2の反射部材と、
前記基本波長を有するレーザ光路内で、前記第1の反射部材と前記第2の反射部材との間にレーザ光位相差発生手段と、
を備え、
前記レーザ光位相差発生手段は、前記基本波長の赤外レーザ光に位相差を設け、その偏光方向を回転さ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 an infrared laser beam having a fundamental wavelength by an excitation laser beam output from the semiconductor laser;
A wavelength conversion element that converts the wavelength of the laser light output from the solid-state laser element to ½,
In the solid-state laser element, a first reflection is provided on a surface where an excitation laser beam is input from the semiconductor laser and reflects a laser beam having a fundamental wavelength and a laser beam converted and output by the wavelength conversion element. A member and a second reflecting member that transmits the laser beam converted and output by the wavelength conversion element and reflects the infrared laser beam having the fundamental wavelength;
A laser light phase difference generating means between the first reflecting member and the second reflecting member in the laser light path having the fundamental wavelength;
With
The laser beam phase difference generating means provides a phase difference to the infrared laser beam having the fundamental wavelength and rotates the polarization direction thereof.
前記レーザ光位相差発生手段は、複屈折性を有する材料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 laser light phase difference generating means is a birefringent material. 前記レーザ光位相差発生手段は、薄膜であり、その厚さが前記基本波長の赤外レーザ光の位相をπ/2ずらす厚み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。 2. The laser light source device according to claim 1, wherein the laser light phase difference generating means is a thin film, and the thickness thereof is a thickness that shifts the phase of the infrared laser light having the fundamental wavelength by [pi] / 2. 前記薄膜は、前記波長変換素子の一方の端面もしくは前記第2の反射部材の前記固体レーザ側に設けたことを特徴とする請求項3に記載のレーザ光源装置。 The laser light source device according to claim 3, wherein the thin film is provided on one end face of the wavelength conversion element or on the solid-state laser side of the second reflecting member. 前記レーザ光位相差発生手段は、その一面が球形であることを特徴とする請求項2に記載のレーザ光源装置。 3. The laser light source device according to claim 2, wherein one surface of the laser light phase difference generating means is spherical. 前記半導体レーザと、前記固体レーザ素子と、前記波長変換素子と、前記第1の反射部材と、前記第2の反射部材とが、ひと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5のいずれかに記載のレーザ光源装置。 The semiconductor laser, the solid-state laser element, the wavelength conversion element, the first reflecting member, and the second reflecting member are integrally supported on one base. The laser light source device according to any one of claims 1 to 5.
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