[发明专利]波长变换装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种将光纤激光器(Fiber Lasers)和波长变换元件进行组合而获得稳定的高输出的波长变换装置。 

背景技术

单色性的强的高输出可见光光源，在实现大型显示器或高亮度显示器等方面是必备的。红、绿、蓝三原色中，对于红色光源，DVD刻录机等所使用的红色高输出半导体激光器可以作为生产率高的小型光源而加以利用。然而，对于绿色或蓝色的光源，在半导体激光器等中的实现较为困难，需要生产率高的小型光源。 

作为这样的光源，将光纤激光器和波长变换元件组合的波长变换装置，作为低输出的可见光光源已得以实现。利用半导体激光器作为激励光纤激光器的激励光源，利用非线性光学晶体作为波长变换元件的绿色或蓝色的小型光源已为公众所知。 

图25表示以往的波长变换装置10的概要结构。来自光纤激励用半导体激光器1的激光，通过透镜2与在内部形成有光栅(Grating)部6的光纤3结合。在此结合中，通过激光多次地往返，由半导体激光器1和光纤3的光栅部6构成光谐振器。由此光谐振器射出的激光，经由透镜4射入波长变换元件5而被变换为第2高谐波光，从与波长变换元件5的入射面相反的面射出。此时，由于一旦装置整体的环境温度改变，各部件的内部温度上升，因为用波长变换元件5可以变换的波长带域(wavelength band)为0.1nm左右很窄，因此入射光的波长与波长变换元件5可以变换的波长不符，存在不能从波长变换元件5获得稳定输出的问题。 

为了解决此问题，提出有如下一种方式，在图25所示的例子中，随温度变动而伸缩的热敏伸缩部件7，通过固定部8和固定部9，使光纤3的光栅部6在长度方向伸缩。由此，从包含半导体激光器1和光纤3的光谐振器射出的光的波长改变，即使因波长变换元件5的温度变化导致在波长变换元件5中可以变换的入射光的中心波长发生改变，也可以追随其改变(例如，参照日本专利公开公报特开2004-165389号公报，日本专利公开公报特开2005-115192号公报)。 

而且，也表示了使用温度控制电路将偏振保持型光纤的温度控制为恒定，可以从波长 变换元件获得稳定的输出(例如，参照日本专利公开公报特开2005-181509号公报)。 

并且，用热敏元件检测光栅部的温度，为了使波长变换元件可以变换的波长带域被包含在此检测温度下的光栅部的反射波长带域内，用珀尔贴元件(Peltier element)来控制波长变换元件的温度。由此，表示了不管环境温度等如何变化均可以获得来自波长变换元件的稳定的光输出(例如，参照日本专利公开公报特开2005-10340号公报)。 

然而，在上述以往的波长变换装置中，光纤的光栅部及波长变换元件的内部相对于温度变化的波长变化的比例不同，分别为0.01nm/K、0.05nm/K。为此，如果内部温度变化很大，在光栅部被选择的波长和在波长变换元件中可以变换的波长的差距就很大。因此，在想获得数百mW以下的低输出的波长变换光时，上述以往的例子所述的方法有效，但在想获得W级的高输出的波长变换光时，尤其是波长变换元件内部的温度上升变大，则会导致波长变动量变得过大。其结果，不管是上述以往的例子中所述的那一种方法，温度的调整或波长的调整都很困难，难以获得W级的高输出。 

而且，本发明的发明者们，对产生数W的高谐波时所发生的晶体的毁坏及恶化进行了深入的探讨，其结果，发现了与以往的光损伤原理完全不同的晶体的毁坏及恶化的原因。以下，对此新的晶体的毁坏及恶化的原因进行详细的说明。 

由于使用了铌酸锂晶体(LN)或钽酸锂(LT)的模拟相位匹配元件(QPM-LN元件)具有比LBO晶体或KTP晶体都大的非线性光学常数，所以，高效率及高输出的波长变换是可能的。然而，由于QPM-LN元件需要在狭窄的区域聚光光能，实质上比KTP晶体更容易发生由基本波或所产生的第2高谐波导致的晶体的毁坏及恶化。 

上述较大的非线性光学常数为起因，使得在获得数W的高谐波的情况下，作为基本波的红外光和被变换的绿色光(第2高谐波)的和频(sum frequency)的紫外光(第3高谐波)即使在偏离相位匹配条件时也会产生。已发现此产生的紫外光会诱发绿色光的吸收、导致绿色高输出的饱和及晶体毁坏。在本说明书中，将此紫外光(第3高谐波)的晶体毁坏称为紫外线诱发绿色光吸收(UVIGA：ultraviolet induced green light absorption)的晶体毁坏，以区别于以往的光损伤。