[发明专利]波长转换装置、图像显示装置及加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种将基波转换成谐波的波长转换装置、具备该波长转换装置的图像显示 装置及具备该波长转换装置的加工装置。

背景技术

作为加工用途或激光显示器等中所使用的光源，超过数瓦的高输出激光光源受到关 注。在产生红色或蓝色区域的光的方面，开发了使用砷化镓(gallium arsenide)、氮化镓 (gallium nitride)等的半导体激光器，还对高输出化进行了探讨。但是，仍然难以直接从 半导体激光器产生绿色区域的光。因此，一般采用以下方法，即，将从YAG激光器等固 体激光器、或使用添加有Yb或Nd等稀土类的光纤的光纤激光器等发出的红外光作为基 波射入到非线性光学晶体中，通过波长转换获得作为第二谐波(second harmonic wave)的 绿色光。

尤其是，使用极化反转技术而形成的准相位匹配(QPM)(quasi phase matching)波长 转换元件，具有在LiNbO₃(以下称为LN)或LiTaO₃(以下称为LT)系的非线性光学晶体中 可产生高输出的短波长光的结构。对于LN或LT系非线性光学晶体，存在产生短波长光 时会发生光损伤的问题。这是一种因短波长光在晶体内部形成的电场分布而导致折射率发 生变化的现象，通过将需要量的Mg、In、Zn或Sc等添加到LN或LT系非线性光学晶 体中，可以减轻该现象。另一方面，对于未添加这些添加物的无添加的晶体，众所周知的 是通过在100℃以上的高温下保持晶体，可在某种程度上减少光损伤。

即，关于LN或LT非线性光学晶体，已知通过在高温下使用无添加的晶体或添加添 加物，可减少光损伤造成的输出波动。例如，在“D.A.Bryan，Robert Gerson， H.E.Tomaschke，《Increased optical damage resistance in lithium niobate》，Applied Physics letters，44(9)，1984年，p.847-849”以及“D.H.Jundt，G.A.Magel，M.M.Fejer， R.L.Byer，《Periodically poled LiNbO₃ for high-efficiency second-harmonic generation》，Applied Physics letters，59(21)，1991年，p.2657-2659”中，公开了 通过添加摩尔浓度为5.0mol％以上的MgO，可抑制光损伤。

然而，即使在抑制了光损伤的晶体中，也发现了以下现象，例如超过数瓦的高输出的 短波长光产生输出的不稳定、或产生晶体破坏。例如，如日本专利公开公报特开 2006-308731号(以下称作“专利文献1”)所示，作为基波的红外光与转换的绿色光(第二谐 波)的和频而产生的紫外光(第三谐波)会引起绿色光的吸收，当进行高输出波长转换时，会 因绿色光的吸收而产生晶体破坏。在此情况下，难以进行超过数瓦的波长转换。

为了提供可生成医疗用、加工用或激光显示器用所需要的超过数瓦的绿色光的光源， 强烈需求紫外光所引起的绿色光的吸收较少且不会引起光损伤的非线性光学晶体。

在以往的结构中，含有Mg、In、Zn或Sc等添加物的LN或LT系非线性光学晶体 解决了光损伤造成的输出不稳定性。但是，在产生超过数瓦的高输出的短波长光方面，由 光吸收造成的热透镜效应所引起的输出不稳定性及晶体破坏等现象尚未解决，存在含有添 加物的非线性光学晶体难以实现高输出化的问题。

即，当使用采用MgLN(添加有Mg的LN系非线性光学晶体)的波长转换元件获得数 瓦的谐波时，由于非线性光学常数大，即使在偏离相位匹配条件的情况下，也会产生作为 基波的红外光与转换的绿色光(第二谐波)的和频即紫外光(第三谐波)。所产生的紫外光会引 起绿色光的吸收，并产生热透镜效应。由此，存在以下问题，即，引起绿色光的光束劣化， 进而引起高输出时转换效率的下降、及发热造成的晶体的热破坏。

虽然根据元件不同会有所差异，但在产生绿色光的情况下，当产生超过2.5W的输出 时，会开始产生晶体破坏。已知在产生波长比绿色光短的蓝色光时，晶体破坏的阈值下降， 如果以连续光平均输出超过2W，则会开始产生晶体破坏。另外，在峰值高的脉冲振荡的 情况下，如果平均输出超过0.5W，则会产生晶体破坏。