[发明专利]激光设备、激光显示装置、激光照射装置和非线性光学元件

说明书

技术领域

本发明涉及对从具有多个发光点的半导体激光器、或具有纵向多模(multimode)的半导体激光器发射的激光束进行波长转换的激光设备、激光显示装置、激光照射装置、以及非线性光学元件。

背景技术

作为用于具有宽色域、高色彩纯度和高效率的投影显示的光源，激光光源是有用的。因而，激光光源可以提供在色彩再现性、细节表现(minuteexpression)、局部亮度等方面具有高质量的图像。但是，因为从激光光源发射的激光束是高度相干的光，所以在将激光束照射至要被照射的表面时，生成由于相干性引起的斑点噪声(speckle noise)，从而导致图像质量的恶化。

关于抑制斑点噪声的方法，迄今为止已经提出了以高频率驱动激光器的方法、以及振动扩散盘(diffusion plate)或扩散片的方法。除此之外，已经提出了使用外部光学元件的方法。该方法的典型例子为：使得激光束穿过具有不同长度的(多根)光纤中的每根光纤一次、从而减少相干性的方法。此外，已经提出了使用用于发射低相干光束的半导体激光器阵列的方法，在所述低相干光束中，振荡波长宽度被拓宽至大约4nm。

在这些多种方法中，通过使用半导体激光器阵列来拓宽波长的方法具有以下优势：因为它不伴随着组件数量的增加和驱动电路的规模变大，所以可以以不昂贵的设备结构来减少斑点噪声。

现在，关于激光器，取决于其介质，已知固态激光器、液体激光器、气体激光器、半导体激光器、自由电子激光器等。首先，半导体激光器具有诸如紧凑的尺寸、轻重量、以及低功率消耗之类的属性，所述属性适合于用于显示的激光源。但是，目前尚未开发出适于发射具有三基色(红色、绿色和蓝色)中的绿色波长波段的激光束、并且在效率和可靠性方面足够实际可行的半导体材料。

为此，主要使用以下技术：通过使用非线性光学元件对具有红外波长波段中的波长的激光束进行波长转换，从而获得具有绿色波长波段中的波长的激光束。例如，将具有1060nm波段中的波长、并且从半导体激光器或二极管泵浦固态激光器(DPSSL)发射的激光束用作基波(fundamental wave)。并且，可以通过在诸如铌酸锂(LiNbO₃)或钽酸锂(LiTaO₃)之类的非线性光学晶体中形成二阶谐波来获得具有530nm波段中的波长的绿色激光束。例如在JP-T-2008-522445(在下文中被称作专利文件1)中描述了该技术。

另外，提出了一种波长转换设备，其中在非线性光学介质中提供具有沿光的行进方向的多个周期的周期性调制结构，以对具有多个波长、并且被入射于此的所激发的光进行波长转换，从而使得可能执行与所激发的光的任意数目的波长相对应的设计。例如在日本专利第3,971,708号(在下文中被称作专利文件2)中描述了该波长转换设备。

此外，为了减少用于按此方式执行波长转换的激光设备中的上述斑点噪声的目的，提出了用于对具有纵向多模的激光束进行波长转换的激光设备作为光源。例如在日本专利特许公开第2007-173769号(在下文中被称作专利文件3)中描述了该激光设备。

发明内容

为了通过专利文件1中所描述的技术以实际可行的转换效率来获得二阶谐波，基波和二阶谐波需要与非线性光学晶体中的周期性极化(poling)结构进行伪相位匹配(pseudophase-match)。在获得高效波长转换效率所需的晶体长度方面，满足与具有特定的所确定周期的周期性极化结构的伪相位匹配条件的基波的波长宽度相对较小大约为0.1nm。为此，例如在为了减少上述斑点噪声的目的而将具有相对宽的振荡波长宽度(达到在发光点内大约为1nm、并且在阵列内大约为3nm)的半导体激光器阵列用作基波光源时，不能在全部波长中满足伪相位匹配条件。

因为半导体激光器阵列的波长宽度宽达数纳米，所以半导体激光器阵列具有减少上述斑点噪声的效果。但是，在为了提高向二阶谐波的转换效率而收窄激光束的波长宽度时，继而不能减少斑点噪声。

另外，利用在专利文件3中所描述的技术，提供具有纵向多模、以及多个极化结构(每个对应于基波)的半导体激光器，从而使得可能拓宽能够满足伪相位匹配条件的波长范围。但是，从具有纵向多模的半导体激光器发射的激光束的波长的谱分散得宽。因而，即使在用与纵向单模的功率相同的功率来考虑纵向多模时，分散的谱的峰值功率也被减少，并且也随着波长位于远离中心波长的位置而减少。另外，与其相对应，适于伪相位匹配的极化结构的谱也扩展得宽。