[发明专利]波长转换激光装置及使用该装置的图像显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种进行基波激光的波长转换并输出波长转换激光的波长转换激光装置 及使用该波长转换激光装置的图像显示装置。

背景技术

现有一种利用波长转换元件的非线性光学现象，将基波激光的波长转换成第二谐波 (Second Harmonic Generation：SHG)、和频、差频等转换波的波长转换激光装置。

例如，如图27所示，波长转换激光装置包括基波激光光源101、使基波激光光源101 射出的基波激光聚光的透镜102、产生聚光后的基波激光的第二谐波的波长转换元件103 以及分离基波激光与谐波激光的分色镜104。

波长转换元件103采用非线性光学晶体，通过适当地调节晶体的方位或极化反转结构 等以使基波与转换波的相位匹配，来进行基波的波长转换。尤其是，使用了极化反转结构 的波长转换元件通过准相位匹配，在低功率下也可进行高效的波长转换，通过设计能够进 行各种波长转换。所谓极化反转结构，是指设置有使非线性光学晶体103的自发极化周期 性地反转的区域的结构。

若将波长转换元件的相互作用长度设为L，将基波的功率设为P，将在波长转换元件 中的射束剖面积设为A，将与相位匹配条件的偏差设为Δk，则从基波转换成第二谐波的转 换效率η为：

η∝L²P/A×sinc²(ΔkL/2)。

另外，在相对于相互作用长度L为适当的聚光条件的情况下，转换效率η为：

η∝LP×sinc²(ΔkL/2)。

为了提高转换效率，可增加相互作用长度L，但由于对与相位匹配条件的偏差的允许幅度 与L成反比例的关系，因此有导致调整或基波的条件变得严格的问题。尤其是在高输出的 波长转换激光装置中，会产生波长转换元件引起的基波及转换波的吸收而使波长转换元件 发热，因此，波长转换元件的温度变得不均匀，从而导致转换效率劣化。这种现象尤其在 波长转换激光强的情况下极为显著。

至今为止，为了提高波长转换激光装置的转换效率，已提出了许多方案。例如，在日 本专利公开公报特开平11-44897号中，提出了通过使用多个波长转换元件与聚光装置来 提高转换效率。另外，在日本专利公开公报特开2006-208629号中，提出了在波长转换 元件中设置基波激光的反射体，使基波激光再次射入波长转换元件。另外，在日本专利公 开公报特开2005-268780号中，提出了将波长转换元件配置在相对着的反射镜之间，对 往返的基波激光进行波长转换。另外，在日本专利公开公报特开平5-265058号中，提出 了将基波激光注入到共振器内，使基波激光集中在共振器的光轴上以进行波长转换。

然而，以往所提出的结构虽然可提高波长转换激光装置的转换效率，但一直考虑的就 是提高转换效率，而并未考虑扩大偏离相位匹配条件时的允许幅度等。扩大对与相位匹配 条件的偏差的允许幅度，可提高装置的稳定性或可靠性，也可实现装置的小型化等。另外， 若使基波激光的功率集中在非线性光学晶体内的一部分，则会存在以下问题，即，由于发 生光损伤或发热而使非线性光学晶体中的波长转换迟误，导致波长转换激光装置的转换动 作不稳定。

而且，以往所提出的结构虽然可使波长转换激光装置在低输出时的转换效率提高，但 由于未考虑高输出时的发热等，所以存在高输出时的光转换率的劣化或温度控制变得复杂 的问题。另外，以往所提出的结构并未考虑将基波激光光源作为多模的激光光源时转换效 率的提高等。

另外，由于波长转换激光装置中的相位匹配条件严格，所以仅使谱宽狭窄的激光振荡， 且激光造成的干涉噪声大，这在影像领域等中成为新的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可提高转换效率、扩大对来自相位匹配条件的偏差的允许 幅度、并能稳定地射出高输出的转换波的波长转换激光装置。

本发明的另一目的还在于提供一种进行谱宽宽广的激光振荡的低干涉波长转换激光 装置。