[发明专利]激光光源、使用激光光源的图像显示装置以及加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种包含利用非线性光学效果进行波长转换的波长转换元件的激光光源及其控制方法，还涉及使用该激光光源的图像显示装置以及加工装置。

背景技术

激光不仅用于通信和光学记录，还在测量、医疗、加工、显示等各种各样的领域中使用。在这些用途中，由于控制的容易性或小型的特征，半导体激光器作为主要的光源而加以使用。

在上述光源中，并未实现稳定地产生0.5μm至0.6μm的可见区域的波长的光的半导体激光器。此外，产生2μm以上的中红外区域的波长的光的半导体激光器必须冷却至-100℃至-200℃，在室温下的连续振荡比较困难。

对此，为了产生可见区域和中红外区域的波长的光，将从半导体激光器、由半导体激光器激励的光纤激光器等射出的光用作激励光，利用采用非线性光学晶体的波长转换元件对激励光进行波长转换的波长转换技术得到了广泛使用。通过激励光在波长转换元件内传播，激励光的能量被转换为波长转换光的能量。若增大激励光与波长转换元件的相互作用长度，则向波长转换光的转换量会增大。

但是，在使用了非线性光学晶体的波长转换中，由于激励光的波长和波长转换光的波长不同，所以激励光以及波长转换光的折射率有较大不同。例如，在将作为代表性的非线性光学晶体的铌酸锂(LiNbO₃)作为波长转换元件使用，入射波长为1064nm的激励光，得到作为显示器用光源而加以利用的绿色激光(波长为532nm的波长转换光)的情况下，激励光以及波长转换光的折射率例如在40℃时为2.15600以及2.23389。伴随着该激励光与波长转换光的折射率的差，在波长转换元件内激励光与波长转换光的相位逐渐发生偏离，因此无法高效率地进行波长转换。

因此，一直以来，作为修正激励光与波长转换光的折射率的差的方法，有将形成了周期性的极化反转周期结构的非线性光学晶体用作波长转换元件的准相位匹配(quasi phasematching)、或产生与激励光不同的偏振的波长转换光的双折射相位匹配(birefringentphase matching)。通过使用这些方法，在某一温度下，能够使激励光与波长转换光的相位一致，或者能够使其准恒定。

但是，在40℃时为2.15600以及2.23389的激励光以及波长转换光的折射率，例如在50℃时变化为2.15642以及2.23447。因此，不管是在哪种情况下，若元件温度不稳定，都无法稳定地进行波长转换。即，必须在将元件温度调节为最佳的同时进行波长转换。以后，将波长转换效率达到最大的最佳元件温度称为相位匹配温度。

作为一直以来广泛使用的波长转换元件的温度调节方法，提出了将波长转换元件的温度控制为恒定值的方法(温度恒定控制)、将输出值反馈给向激励光光源输入的电力的方法(输出恒定控制)等。即使在使用该温度恒定控制的情况下，也由于下述的原因而导致元件温度会逐渐偏离相位匹配温度。

(1)由于成为激励光光源的半导体激光器或光纤激光器的温度发生变动，输出的激励光的波长发生变动，从而相位匹配温度发生变化。

(2)由于伴随波长转换元件的固定的应力变化的影响，折射率发生变化，从而相位匹配温度发生变化。

(3)测定波长转换元件温度的温度传感器的特性发生变化，从而由温度传感器监视的元件温度偏离实际的元件温度，元件温度发生变化。

随着元件温度与相位匹配温度的偏差增大，波长转换效率降低，因此通过增大激励光的输出来保持波长转换光的输出恒定的输出恒定控制被加以利用。但是，在此情况下，无法避免功耗的增大。此外，由于激励光的输出存在限制，所以能够容许的温度偏差幅度也受到限制。此外，在使用半导体激光器作为激励光的情况下，随着输入电力的增加，光源的寿命也会缩短。而且，由于在元件温度与相位匹配温度发生了偏离的状态下，被输出的波长转换光的光束质量较低，因此，在需要高质量激光的加工、医疗中的应用较为困难。因此，在日本专利公开公报特开2007-233039号(以下称作“专利文献1”)中，除了温度恒定控制以及输出恒定控制之外，还同时利用定期消除元件温度与相位匹配温度的差的控制。

但是，在专利文献1的以往技术中，为了消除元件温度与相位匹配温度的偏差，暂时中断输出恒定控制，一边增减元件温度一边检测输出的变动，进行接近成为最佳输出的元件温度的控制，因此在此期间输出发生变动。