[发明专利]波长转换光学装置、激光器光源及图像显示光学装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用准相位匹配波长转换元件的波长转换光学装置以及利用它的激光器光源、图像显示光学装置。

背景技术

作为用于加工用途或激光显示器等的光源，高输出激光器光源受到关注。而且，在其红外线区域中，开发出YAG激光器等固体激光器、使用添加了Yb、Nd等稀土类的光纤的光纤激光器等。另一方面，在红色、蓝色区域中，开发出使用了砷化镓、氮化镓等的半导体激光器，并且还在研究实现高输出化。但是，对于绿色区域，依然难以从半导体直接产生绿色，通常利用非线性光学晶体对从所述固体激光器、光纤激光器发出的红外光进行波长转换后得到。

尤其是，已知在将铌酸锂(LiNbO₃:LN)晶体用作所述非线性光学晶体的情况下，可利用其大的非线性光学常数得到高的转换效率，由于装置的结构也可简化，所以常常将在该铌酸锂(LN)晶体中使用极化反转技术形成的准相位匹配(QPM)波长转换元件用于百mW左右输出的波长转换光学装置。

在得到几W级输出的波长转换光学装置中使用三硼酸锂(LiB₃O₅:LBO)晶体、磷酸钛氧钾(KTiOPO₄:KTP)晶体等非线性光学晶体。所述LBO晶体具有难以引起由于基波或所产生的二次谐波导致的晶体破坏、劣化的特征，但由于非线性光学常数小，所以为了得到高转换效率，必须构成共振器并在其中配置晶体，从而装置结构复杂，需要进行细致的调整。所述KTP晶体与所述LBO晶体相比，非线性光学常数大，即使不构成共振器也可得到高转换效率，但具有的缺点是，容易引起由于基波或所产生的二次谐波导致的晶体破坏、劣化。

但是，由于使用了所述LN晶体的准相位匹配元件(QPM-LN元件)具有比使用所述KTP晶体时大的非线性光学常数，所以可进行高效率、高输出的波长转换。但是，由于所述QPM-LN元件必须将光能会聚到狭窄区域，所以实质上比所述KTP晶体更容易引起由于基波或所产生的二次谐波导致的晶体破坏、劣化。即，存在如下问题：在利用所述QPM-LN元件得到几W的高次谐波时，由于该LN晶体的大的非线性光学常数，即使在偏离相位匹配条件时，也产生作为基波的红外光与波长转换后的绿色光(二次谐波)的和频率的紫外光(三次谐波)，该产生的紫外光(三次谐波)引起所产生的绿色光(二次谐波)的吸收，从而引起绿色光输出的饱和、晶体破坏。

为了解决该问题，目前如专利文献1或专利文献2那样，提出将波长转换用的非线性光学晶体形成2级结构，将通过第1级的波长变化转换后的基波再次用于第2级的波长转换。由此，利用第1级和第2级的合计可增大转换效率，另外，可降低基波分量和二次谐波分量的相互作用，抑制产生作为紫外光的三次谐波。

专利文献1：特开平11-271823号公报

专利文献2：特开2005-10739号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

下面，用图14说明专利文献1中示出的现有波长转换光学装置的结构。现有的波长转换光学装置100首先利用第1级波长转换部102a对从基波光源101发出的基波光L1进行波长转换，产生二次谐波。从所述第1级波长转换部102a输出包含由该波长转换部102a产生的所述二次谐波和未由该波长转换部102a转换的基波光(剩余基波光)的光L2。所述光L2由透过基波、反射高次谐波的分离镜103a分离成二次谐波L2a和剩余基波L2b。然后，透过所述分离镜103a的剩余基波L2b由束径转换机构104进行束整形，由第2级波长转换部102b再次进行波长转换。从所述第2级波长转换部102b输出包含由该波长转换部102b转换后的二次谐波和在该波长转换部102b中未转换的剩余基波的光L3。然后，所述光L3与上述相同，由分离镜103b分离成二次谐波L3a和剩余基波L3b。

但是，在上述专利文献1的结构中，如果第1级波长转换部102a的波长转换效率不稳定，则入射到第2级波长转换部102b的基波的输入也变化，其输出也不稳定。即，存在第2级波长转换部102b的输出稳定性很大程度上取决于第1级波长转换部102a的输出稳定性的问题。另外，还存在当第1级波长转换部102a的输出明显降低时，对第2级波长转换部102b的基波输入急剧上升，从而破坏晶体的问题。而且，这些问题成为难以调整上述专利文献1的装置中的波长转换、从而使波长转换动作中的输出稳定性降低的原因。