專利名稱：激光波長轉(zhuǎn)換裝置以及具備該激光波長轉(zhuǎn)換裝置的圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用采用非線性光學(xué)單結(jié)品制作的波長轉(zhuǎn)換元件的激光波長轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
作為用于激光加工或激光顯示等的光源，超過數(shù)w的高輸出激光光源受到關(guān)注。在
紅色、藍(lán)色區(qū)域中，開發(fā)有使用砷化鎵(gallium arsenide)、氮化鎵(gallium nitride)等的
半導(dǎo)體激光器，還對(duì)高輸出化進(jìn)行了研究。但是，從半導(dǎo)體直接產(chǎn)生綠色的激光仍然是困難的。
因此， 一般使用通過將紅外光等作為基波對(duì)其進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換，得到作為第二諧波的綠色光的方法。具體而言，讓從YAG激光器等固體激光器或者使用摻雜了 Yb、 Nd等稀土類的光纖的光纖激光器等發(fā)出的紅外光射入非線性光學(xué)晶體，通過由所述非線性光學(xué)晶體進(jìn)行的波長轉(zhuǎn)換而得到綠色光。
尤其是，已知在鈮酸鋰或鉭酸鋰中使用極化反轉(zhuǎn)技術(shù)形成準(zhǔn)相位匹配(quasi-phasematching (QPM))結(jié)構(gòu)的波長轉(zhuǎn)換元件具有較大的非線性光學(xué)常數(shù)，能夠以較高的轉(zhuǎn)換效率從紅外光得到綠色光。此外，通過在波長轉(zhuǎn)換元件中摻雜氧化鎂(magnesium oxide)，女口 Applied Physics letters, 44， 9， 847-849 (1984)、 Applied Physics letters, 59， 21,2657-2659 (1991)所示，能夠抑制作為晶體劣化之一的光導(dǎo)致的折射率變化(光折變(photorefractive)),從而能夠在常溫下進(jìn)行穩(wěn)定的波長轉(zhuǎn)換。
在采用摻雜了氧化鎂的鈮酸鋰的波長轉(zhuǎn)換元件中，當(dāng)射入作為基波的紅外光而產(chǎn)生作為第二諧波的綠色光時(shí)，雖然根據(jù)元件不同有所差異，但在產(chǎn)生超過2W的輸出時(shí)，會(huì)出現(xiàn)在光束通道(beam path)的后半部開始產(chǎn)生晶體破壞的問題。此外，在峰值高的脈沖振蕩的情況下，若平均輸出超過0.5W，則會(huì)產(chǎn)生晶體破壞。
此外，即使在采用鉭酸鋰的波長轉(zhuǎn)換元件中，高輸出時(shí)產(chǎn)生的晶體破壞同樣也成為問題。
在此，可認(rèn)為，例如，為了得到5W的高輸出的高諧波，像日本專利公開公報(bào)特開平11 — 271823號(hào)中所示那樣使用多個(gè)波長轉(zhuǎn)換元件，或者像R本專利公開公報(bào)特開2004 —125943號(hào)中所示那樣在一個(gè)波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)形成多個(gè)光路，但不管采用哪種結(jié)構(gòu)，若考慮到晶體破壞的產(chǎn)生，則一條光路能生成的綠色輸出最大為2W,因此，需要三個(gè)波長轉(zhuǎn)換元件或光路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題，其目的在于提供一種能夠抑制波長轉(zhuǎn)換元件的晶體破壞，并可得到高諧波的激光波長轉(zhuǎn)換裝置以及圖像顯示裝置。
本發(fā)明所涉及的一種激光波長轉(zhuǎn)換裝置包括射出激光的激光光源，和用于對(duì)來自所述激光光源的激光進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換的波長轉(zhuǎn)換元件，所述波長轉(zhuǎn)換元件具備對(duì)所述激光的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大的最佳聚光條件，所述激光以較所述最佳聚光條件其轉(zhuǎn)換效率降低的降低聚光條件入射到所述波長轉(zhuǎn)換元件。
本發(fā)明所涉及的一種圖像顯示裝置包括多個(gè)激光光源，和利用所述多個(gè)激光光源將圖像形成在所述屏幕上的光學(xué)系統(tǒng)，所述多個(gè)激光光源至少包含射出紅色光束的紅色激光光源、射出綠色光束的綠色激光光源以及射出藍(lán)色光束的藍(lán)色激光光源，所述各激光光源中的至少綠色激光光源具有所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置。
此外，本發(fā)明所涉及的另一種圖像顯示裝置包括液晶顯示面板，和從背面一側(cè)照明所述液晶顯示面板的背光照明裝置，所述背光照明裝置至少包含射出紅色光束的紅色激光光源、射出綠色光束的綠色激光光源以及射出藍(lán)色光束的藍(lán)色激光光源，所述各激光光源中的至少綠色激光光源具有所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置。
根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制波長轉(zhuǎn)換元件的晶體破壞，并可得到高諧波。


圖1是表示一般的激光波長轉(zhuǎn)換裝置的示意圖。
圖2是表示波長轉(zhuǎn)換效率與M2的關(guān)系的圖。
圖3是表示聚光位置與波長轉(zhuǎn)換效率的關(guān)系的圖。
圖4是表示圖1所示的波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的紅外光與綠色光的輸出變化的圖。
圖5是表示圖1所示的波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的紅外光的光強(qiáng)度與距入射面的距離的關(guān)系的圖。
圖6是表示圖1所示的波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的綠色光的光強(qiáng)度與距入射面的距離的關(guān)系的圖。
圖7是表示圖1所示的波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的紫外光的光強(qiáng)度與距入射面的距離的關(guān)系的圖。
圖8是表示圖l所示的波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的綠色光的吸收量與距入射面的距離的關(guān)系的圖。
圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施例1涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置的示意圖。圖10是表示圖9所示的波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的紅外光與綠色光的輸出變化的圖。圖11是表示圖9所示的波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的紅外光的光強(qiáng)度與距入射面的距離的關(guān)系的圖。
圖12是表示圖9所示的波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的綠色光的光強(qiáng)度與距入射面的距離的關(guān)系的圖。
圖13是表示圖9所示的波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的紫外光的光強(qiáng)度與距入射面的距離的關(guān)系的圖。
圖14是表示圖9所示的波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的綠色光的吸收量與距入射面的距離的關(guān)系的圖。
圖15是表示圖9所示的波長轉(zhuǎn)換元件的紅外光的輸入與綠色光的輸出的關(guān)系的圖。圖16是表示聚光位置與作為引起晶體破壞的閾值的綠色光的輸出的關(guān)系的圖。圖17是表示波長轉(zhuǎn)換元件的溫度與綠色光的輸出的關(guān)系的圖，是低輸出波長轉(zhuǎn)換時(shí)的例子。
圖18是表示波長轉(zhuǎn)換元件的溫度與綠色光的輸出的關(guān)系的圖，是高輸出波長轉(zhuǎn)換時(shí)的例子。
圖19是表示聚光位置與低溫一側(cè)的半值溫度幅度的關(guān)系的圖。圖20是表示實(shí)施例1涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置的變形例的圖。圖21是表示聚光位置的光束半徑與發(fā)熱量的峰值的關(guān)系的圖。
圖22是表示元件平均溫度和光束通道部分的溫度差與波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的位置的關(guān)系的圖。
圖23是表示本發(fā)明的實(shí)施例2涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置的示意圖。圖24是表示本發(fā)明的實(shí)施例3涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置的示意圖。圖25是表示本發(fā)明的實(shí)施例4涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置的示意圖。圖26是分別表示圖1所示的波長轉(zhuǎn)換裝置中的紅外光以及綠色光的光強(qiáng)度分布的圖。圖27是表示圖1所示的波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的綠色光的吸收率與紫外光的強(qiáng)度的關(guān)系的圖。
圖28是表示本發(fā)明的實(shí)施例5涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置的示意圖。
圖29是放大表示圖28中的圓錐透鏡之間的光束光路的圖。
圖30是表示通過了圖28所示的圓錐透鏡的光束的光強(qiáng)度分布(R'二1.5R)的圖。
圖31是放大表示圖28所示的波長轉(zhuǎn)換元件附近的圖。
圖32是表示透過圖28的波長轉(zhuǎn)換元件之后的紅外光的光強(qiáng)度分布的測(cè)量結(jié)果的圖。 圖33是表示由圖28所示的波長轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的綠色光的光強(qiáng)度分布的測(cè)量結(jié)果的圖。
圖34是表示在使用圖28所示的波長轉(zhuǎn)換裝置時(shí)的波長轉(zhuǎn)換效率與元件溫度的關(guān)系的圖。
圖35是表示本發(fā)明的實(shí)施例6涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置的概要圖。
圖36是表示本發(fā)明的實(shí)施例7涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置的概要圖。
圖37是表示本發(fā)明的實(shí)施例8涉及的圖像顯示裝置的示意性結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖。
圖38是表示本發(fā)明的實(shí)施例9涉及的圖像顯示裝置的示意性結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。此外，以下的實(shí)施例是將本發(fā)明具體化的 一個(gè)例子，不具有限定本發(fā)明的技術(shù)范圍的特性。
圖l是本發(fā)明的實(shí)施例涉及的激光波長轉(zhuǎn)換裝置的示意圖。首先，參照?qǐng)Dl對(duì)激光波 長轉(zhuǎn)換裝置中的最佳聚光條件進(jìn)行說明。
激光波長轉(zhuǎn)換裝置包括射出作為基波的激光(例如紅外光)的激光光源1、用于使來自
該激光光源1的激光2聚光的聚光透鏡3，和用于將通過聚光透鏡3而被聚光的激光2轉(zhuǎn) 換為第二諧波(the second harmonic)(例如綠色光)5的波長轉(zhuǎn)換元件4。
在讓平面波(plane wave)的激光2入射到波長轉(zhuǎn)換元件4內(nèi)的情況下，從激光2波長 轉(zhuǎn)換為第二諧波5的效率由數(shù)學(xué)式1給出。
(數(shù)學(xué)式1)<formula>formula see original document page 11</formula>
在此，no為真空的磁導(dǎo)率(magnetic permeability), eo為真空的介電常數(shù)(dielectnc constant), d為有效非線性常數(shù)，n為元件的折射率，L為元件長度，X為基波的波長，P。 為基波的入射功率，A為光束的截面面積，Ak為基波的波數(shù)與第二諧波的波數(shù)的差(k加 一2kJ。
從數(shù)學(xué)式l可知，若達(dá)到相位匹配條件Ak二O，則通過使所述波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的激光 2的光束在盡可能長的距離盡可能小地會(huì)聚，能夠得到高的波長轉(zhuǎn)換效率。
因此，作為所述波長轉(zhuǎn)換元件4，能夠讓光以小的光束直徑(beamdiameter)長距離傳 播的光波導(dǎo)路型波長轉(zhuǎn)換元件(optical waveguide type wavelength conversion element) 被廣泛使用。但是，在光波導(dǎo)路型波長轉(zhuǎn)換元件中，由于晶體內(nèi)的光強(qiáng)度變得過大，所以 不適合用于得到高輸出的第二諧波的波長轉(zhuǎn)換。因此，為了得到高輸出的第二諧波，作為 波長轉(zhuǎn)換元件多使用體型波長轉(zhuǎn)換裝置(bulk type wavelength converting element)。
并且，由于通過所述聚光透鏡3而被聚光的激光2離聚光位置越遠(yuǎn)其光束直徑越大， 因此紅外光的聚光位置6的最佳位置在波長轉(zhuǎn)換元件4(或者形成在其中的極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)) 的中心部分。此外，如果為了減小光束截面面積(束腰徑beam waist diameter)而使NA 過大，則由于光的衍射發(fā)散角會(huì)擴(kuò)大，光無法長距離會(huì)聚，反而引起轉(zhuǎn)換效率的降低。因 此，根據(jù)元件的長度，分別存在最佳的聚光狀態(tài)，如果設(shè)ro為束腰徑，當(dāng)由數(shù)學(xué)式2給出 的共焦參數(shù)(confocal pammeter)b滿足L/b=2.84時(shí)，可達(dá)到最佳聚光條件(參照Applied Physics letters, 39, 8, 3597.3639 (1968》。
(數(shù)學(xué)式2)
/1
如前所述，較為理想的是在盡可能長的距離盡可能細(xì)地聚光光束。用于滿足最佳聚光 條件的激光2為M2=l的理想的高斯光束(Gaussianbeam)。例如，在使激光2為橢圓光 束的情況下，其橢圓率越大(長軸相對(duì)于短軸的比越大)，則轉(zhuǎn)換效率越低。此外，在激光2 的聚光點(diǎn)具有像散差(astigmatic difference)的情況下，所述像散差越大，則轉(zhuǎn)換效率越低。
以下，示意轉(zhuǎn)換效率對(duì)M2或波長轉(zhuǎn)換元件4內(nèi)的聚光位置的依賴性的例子。
11200880008986.X
在圖l所示的波長轉(zhuǎn)換裝置中，在將波長轉(zhuǎn)換元件4的元件長度設(shè)為26mm，使束腰 徑為60!mi(聚光位置為元件的中心)的情況下，相對(duì)于M2的轉(zhuǎn)換效率如圖2所示，當(dāng)M2 =1時(shí)為最佳。
此外，在聚光位置處于波長轉(zhuǎn)換元件4內(nèi)的情況下，從波長轉(zhuǎn)換元件4的入射面7到 激光2的聚光位置的距離與波長轉(zhuǎn)換效率的關(guān)系如圖3所示。g卩，當(dāng)聚光位置6處于波長 轉(zhuǎn)換元件4的長度方向(激光2的光軸方向)的中央位置(距入射面13mm)時(shí)，波長轉(zhuǎn)換元 件4內(nèi)的光強(qiáng)度達(dá)到最高，波長轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大。
以下，對(duì)波長轉(zhuǎn)換元件4的晶體破壞的機(jī)理(mechanism)進(jìn)行說明。
作為波長轉(zhuǎn)換元件4，例如使用采用鈮酸鋰(lithium niobate)、鉭酸鋰(lithmm tantahte)的波長轉(zhuǎn)換元件。已知這種波長轉(zhuǎn)換元件4若要以高輸出得到高諧波(例如綠色 光)，則會(huì)被破壞。波長轉(zhuǎn)換元件4的破壞，被認(rèn)為是由高諧波吸收基波(激光2)所導(dǎo)致的 熱產(chǎn)生而引起的。因此，為了抑制波長轉(zhuǎn)換元件4的破壞，認(rèn)為增大基波的光束的截面面 積以降低基波的功率密度是有效的。
但是，若增大基波的光束的截面面積，則波長轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換效率會(huì)大幅度下降，存 在難以進(jìn)行高效率的轉(zhuǎn)換的問題。本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，得到高輸出的高諧波時(shí)產(chǎn)生熱的 主要原因并不是基波的吸收，而是由于基波與高諧波的和頻(simrfrequency light)(例如 紫外光)使高諧波被吸收的現(xiàn)象。此外，通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了和頻的光強(qiáng)度越高，可見光的吸收 率越高。
基于以上事實(shí)，在圖l所示的波長轉(zhuǎn)換裝置中，認(rèn)為得到高輸出的高諧波時(shí)產(chǎn)生的晶 體破壞的主要原因如下。以下，舉例說明利用圖l所示的波長轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)，向采用所 述鈮酸鋰的波長轉(zhuǎn)換元件(元件長度為26mm)4入射6W的紅外光，將其波長轉(zhuǎn)換為綠色 光的情況。
紅外光在波長轉(zhuǎn)換元件4內(nèi)漸漸地被轉(zhuǎn)換為綠色光，因此波長轉(zhuǎn)換元件4內(nèi)的綠色光 的輸出如圖4中的8所示增加，另一方面，紅外光的輸出如圖4中的9所示減少。在圖l 所示的波長轉(zhuǎn)換裝置中，由于紅外光的聚光位置被設(shè)定在波長轉(zhuǎn)換元件4的中央位置附近， 因此，紅外光的光強(qiáng)度，如圖5所示，在波長轉(zhuǎn)換元件4的中央位置之前的位置達(dá)到最大， 綠色光的光強(qiáng)度，如圖6所示，在波長轉(zhuǎn)換元件4的中央位置之后的位置達(dá)到最大。此外， 此時(shí)與紅外光的光強(qiáng)度和綠色光的光強(qiáng)度的乘積成比例地產(chǎn)生的紫外光的光強(qiáng)度如圖7所 示。
基于紫外光的光強(qiáng)度與綠色光的輸出，波長轉(zhuǎn)換元件4內(nèi)的由紫外光導(dǎo)致的綠色光的吸收量如圖8所示分布。并且，可以認(rèn)為所述波長轉(zhuǎn)換元件4的晶體破壞發(fā)生在圖8中位 于波長轉(zhuǎn)換元件4的中心位置稍后的部分，在此綠色光的吸收量達(dá)到最大。此外，圖8中 綠色光的吸收量達(dá)到最大的部分與實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的晶體破壞的位置基本一致。
根據(jù)上述內(nèi)容，本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，為了在不引起所述波長轉(zhuǎn)換元件4的品體破壞 的情況下實(shí)現(xiàn)高輸出的波長轉(zhuǎn)換，降低紫外光的產(chǎn)生，或者使綠色光的光強(qiáng)度升高的位置 與紫外光的光強(qiáng)度升高的位置錯(cuò)開這兩點(diǎn)很重要。通過滿足這兩點(diǎn)中的至少一點(diǎn)，可以減 輕紫外光與綠色光的重合，從而抑制波長轉(zhuǎn)換元件4的局部發(fā)熱。
此外，通過實(shí)驗(yàn)可知，在使用圖1的波長轉(zhuǎn)換裝置輸出超過1W的高諧波時(shí)，在所述 基于紫外光的綠色光的吸收量達(dá)到最大的位置，波長轉(zhuǎn)換元件4局部發(fā)熱，由此波長轉(zhuǎn)換 元件4的折射率局部變化，產(chǎn)生光束劣化和波長轉(zhuǎn)換效率的降低。并且，雖然波長轉(zhuǎn)換元 件4的發(fā)熱量隨著該波長轉(zhuǎn)換效率的降低而降低，但波長轉(zhuǎn)換效率又會(huì)隨著該發(fā)熱量的降 低而再次恢復(fù)，由此可見，波長轉(zhuǎn)換效率的增減會(huì)反復(fù)，光束劣化也會(huì)反復(fù)。因此，如果 能夠減輕波長轉(zhuǎn)換元件4的局部的溫度上升，則能抑制光束劣化或波長轉(zhuǎn)換效率的周期性 的變動(dòng)。
于是，作為用于通過滿足所述各條件來實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率的結(jié)構(gòu)，提出以下結(jié)構(gòu)。 (實(shí)施例1)
圖9是表示本實(shí)施例的激光波長轉(zhuǎn)換裝置的概要圖。
圖9所示的波長轉(zhuǎn)換裝置包括激光光源10，用于讓來自該激光光源10的紅外光(相 干光)ll聚光的聚光透鏡12，以及用于將通過聚光透鏡12而被聚光的紅外光11轉(zhuǎn)換為綠 色光14的波長轉(zhuǎn)換元件13。
所述波長轉(zhuǎn)換裝置使用聚光透鏡12讓由激光光源12射出的紅外光11聚光，并入射 到波長轉(zhuǎn)換元件13。波長轉(zhuǎn)換元件13對(duì)入射的基波(紅外光)的一部分進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換，生 成綠色光14。
在此，所述波長轉(zhuǎn)換裝置與圖l所示的裝置不同，紅外光的聚光位置15被設(shè)定在波 長轉(zhuǎn)換元件13的入射面16的附近。具體而言，從波長轉(zhuǎn)換元件13到激光光源10的距離 設(shè)定得比圖l所示的距離大。
激光光源10包括將具有500pm的光束直徑和1064nm的波長的紅外光11作為平行 光射出的固體激光器。從所述激光光源10射出的紅外光11為直線偏振的高斯光束。
聚光透鏡12為f 30的球面透鏡。波長轉(zhuǎn)換元件13是使鈮酸鋰的極化方向以6.97pm的周期反轉(zhuǎn)的元件，是已被準(zhǔn)相 位匹配(quasrphase matching)的元件。而且，波長轉(zhuǎn)換元件13的與激光12的光軸平行 的方向即長度方向的尺寸為26mm。此外，波長轉(zhuǎn)換元件13被設(shè)計(jì)成使得在紅外光11以 其偏振方向與波長轉(zhuǎn)換元件的極化方向一致的狀態(tài)入射時(shí)，在20度以上50度以下的溫度 范圍內(nèi)，綠色光14的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大。
在使用所述波長轉(zhuǎn)換裝置，從8.2W的紅外光11波長轉(zhuǎn)換到綠色光14的情況下，與 圖l所示的波長轉(zhuǎn)換裝置相同，在波長轉(zhuǎn)換元件13內(nèi)紅外光漸漸被轉(zhuǎn)換為綠色光。因此， 波長轉(zhuǎn)換元件13內(nèi)的綠色光14的輸出如圖10的符號(hào)17所示那樣增加，綠色光14的輸 出在波長轉(zhuǎn)換元件13的出射面附近達(dá)到2W。此外，紅外光11的輸出如圖10的符號(hào)18 所示那樣漸漸地減少。
在此，在本實(shí)施例的波長轉(zhuǎn)換裝置中，由于紅外光11的聚光位置被設(shè)定在波長轉(zhuǎn)換 元件13的入射面16附近，因此，如圖11所示，紅外光在波長轉(zhuǎn)換元件13的入射面16 附近光強(qiáng)度達(dá)到最大。與此相應(yīng)，綠色光14的光強(qiáng)度，也在與圖1所示的波長轉(zhuǎn)換裝置(參 照?qǐng)D6)相比更靠近波長轉(zhuǎn)換元件13的入射面16的位置達(dá)到最大。因此，與紅外光ll的 光強(qiáng)度和綠色光14的光強(qiáng)度的乘積成比例地產(chǎn)生的紫外光的光強(qiáng)度如圖13所示那樣分 布。即，在綠色光14的輸出增大而容易引起晶體破壞的波長轉(zhuǎn)換元件13的后半部(紅外 光11的聚光位置之后的范圍)的紫外光的光強(qiáng)度，能夠大幅度降低到圖1所示的波長轉(zhuǎn)換 裝置中的紫外光的光強(qiáng)度的20%以下。
其結(jié)果是，在波長轉(zhuǎn)換元件13內(nèi)產(chǎn)生的基于紫外光的綠色光14的吸收量如圖14那 樣分布。即，峰值吸收量能夠減輕至圖1所示的波長轉(zhuǎn)換裝置的峰值吸收量的約20%。因 此，根據(jù)本實(shí)施例的波長轉(zhuǎn)換裝置，能夠抑制波長轉(zhuǎn)換元件13的晶體破壞，并可進(jìn)行高 輸出的波長轉(zhuǎn)換。此外，由于還能夠抑制波長轉(zhuǎn)換元件13的發(fā)熱，因此也能減輕波長轉(zhuǎn) 換元件13的折射率變化，減輕紅外光11以及綠色光14的光束劣化或轉(zhuǎn)換效率的變動(dòng)。
此外，在所述波長轉(zhuǎn)換裝置中，由于可以將波長轉(zhuǎn)換元件13的后半部中的綠色光14 的光束直徑設(shè)為圖1的波長轉(zhuǎn)換裝置的綠色光5的光束直徑的約1.6倍，因此能夠降低綠 色光14的光強(qiáng)度。由此，能夠使基于紫外光的綠色光14的吸收帶來的熱梯度(heat gradient)的峰值進(jìn)一步降低32%，從而能夠在不引起晶體破壞的情況下進(jìn)一步增大可波長 轉(zhuǎn)換的綠色輸出。
圖15是表示實(shí)施例1涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置中的紅外光輸入與綠色光輸出的關(guān)系的圖。 通過本申請(qǐng)的發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)可以確認(rèn)，如圖15所示，在入射14.4W的紅外光的情況下，能夠在不引起波長轉(zhuǎn)換元件13的晶體破壞的情況下得到4.3W的綠色光輸出。
圖16是表示實(shí)施例1涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置中從波長轉(zhuǎn)換元件的入射面到紅外光的聚 光位置的距離與引起品體破壞的綠色光的最大輸出的關(guān)系的圖。如圖16所示，可知，隨 著紅外光11的聚光位置遠(yuǎn)離波長轉(zhuǎn)換元件13的中心位置并且靠近波長轉(zhuǎn)換元件13的入 射面16，引起晶體破壞的綠色光14的輸出值變高(在紅外光11聚光在入射面16的情況 下，即使綠色光14的輸出達(dá)到4.3W，也不發(fā)生波長轉(zhuǎn)換元件13的晶體破壞)。此外，通 過將紅外光11的聚光位置移至波長轉(zhuǎn)換元件13的外側(cè)，即靠近波長轉(zhuǎn)換元件13的入射 面16的前面，能夠在不引起晶體破壞的情況下進(jìn)一歩增大可輸出的綠色光14的最大輸出。 但是，如圖3所示，紅外光11的聚光位置越靠近波長轉(zhuǎn)換元件13的中心位置，波長 轉(zhuǎn)換效率越高，因此較為理想的是，配合所需要的綠色光14的輸出將紅外光11的聚光位 置調(diào)整為最佳位置。
例如，在將紅外光11聚光于波長轉(zhuǎn)換元件13的入射面16的情況下，能夠從約10W 的紅外光11輸出約2.3W的綠色光14(參照?qǐng)D9)。而如果將紅外光11的聚光位置設(shè)定在 距波長轉(zhuǎn)換元件13的入射面16約2mm的波長轉(zhuǎn)換元件13的內(nèi)側(cè)，則能夠從約10W的 紅外光11得到約3W的綠色光14(波長轉(zhuǎn)換效率為30%)，因此與將紅外光11的聚光位置 設(shè)定在入射面16的情況相比，能夠?qū)⒉ㄩL轉(zhuǎn)換效率提高約30%。但是，如果使紅外光ll 的聚光位置進(jìn)一步接近波長轉(zhuǎn)換元件14的中心位置，則會(huì)發(fā)生晶體破壞，因此在10W的 紅外光11的輸入時(shí)能夠效率最好地進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換的紅外光11的聚光位置是距波長轉(zhuǎn)換元 件14的入射面16約2mm內(nèi)側(cè)的位置。
例如，在將紅外光11的聚光位置設(shè)定在自波長轉(zhuǎn)換元件13的入射面16起5mm的 內(nèi)側(cè)的位置的情況下，能夠輸出最大約2.5W的綠色光14，此時(shí)的波長轉(zhuǎn)換效率為36%。 而在圖1所示的波長轉(zhuǎn)換裝置中，由于隨著綠色光5的輸出的增加波長轉(zhuǎn)換元件4的內(nèi)部 產(chǎn)生溫度分布，所以發(fā)生波長轉(zhuǎn)換效率的降低。因此，為了使用圖l所示的波長轉(zhuǎn)換裝置 輸出2W的綠色光5，在實(shí)驗(yàn)中需要約7W的紅外光2的輸入，此時(shí)的波長轉(zhuǎn)換效率約為 29%。根據(jù)該比較可知，通過像本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置這樣調(diào)整紅外光11的聚光 位置，能夠提高波長轉(zhuǎn)換效率。此外，在將紅外光11的聚光位置設(shè)定在波長轉(zhuǎn)換元件13 的入射面16的內(nèi)側(cè)約10mm的位置的情況下，通過入射約7W的紅外光11，能夠得到約 2.2W的綠色光。此時(shí)的波長轉(zhuǎn)換效率為31%。
此外，在本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置中，能夠減輕波長轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的波長轉(zhuǎn)換元件 13的發(fā)熱，從而能夠抑制因發(fā)熱而導(dǎo)致的波長轉(zhuǎn)換元件13的折射率的變化，因此能夠防止折射率變化帶來的轉(zhuǎn)換效率的降低。g卩，本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置的波長轉(zhuǎn)換效率， 隨著紅外光11的聚光位置越接近波長轉(zhuǎn)換元件13的中心位置，越低于圖3的轉(zhuǎn)換效率， 隨著紅外光11的聚光位置越接近波長轉(zhuǎn)換元件13的入射面16，越接近圖3的轉(zhuǎn)換效率。 因此，在將紅外光11的聚光位置設(shè)定在波長轉(zhuǎn)換元件13的中心位置附近的情況下，和設(shè) 定在波長轉(zhuǎn)換元件13的入射面16—側(cè)的情況下，產(chǎn)生轉(zhuǎn)換效率的反轉(zhuǎn)。即，在得到高輸 出的綠色光14的情況下，通過采用本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置，能夠得到比圖l所示 的波長轉(zhuǎn)換裝置更高的轉(zhuǎn)換效率。尤其是，如果將紅外光11的聚光位置設(shè)定在波長轉(zhuǎn)換 元件13的入射面16與紅外光11的聚光位置的距離為波長轉(zhuǎn)換元件13的長度尺寸的40% 以下的波長轉(zhuǎn)換元件13的內(nèi)側(cè)位置，則與在波長轉(zhuǎn)換元件13的中央位置聚光的情況相比， 能夠使綠色光14的最大輸出增加10%以上，并且還能提高此時(shí)的轉(zhuǎn)換效率。進(jìn)而，如果 將紅外光11的聚光位置設(shè)定在波長轉(zhuǎn)換元件13的入射面16與紅外光11的聚光位置的距 離為波長轉(zhuǎn)換元件13的長度尺寸的25%以下的波長轉(zhuǎn)換元件13的內(nèi)側(cè)位置則能夠使綠色 光14的最大輸出增加約30%以上。
另外，在所述實(shí)施例中，是對(duì)波長轉(zhuǎn)換元件13的長度尺寸為26mm的情況進(jìn)行了說 明，當(dāng)然，無論長度尺寸如何，通過使紅外光11的聚光位置移至波長轉(zhuǎn)換元件13的入射 面16—側(cè)，都能夠得到相同的效果。具體而言，在波長轉(zhuǎn)換元件13的長度尺寸為5mm 以上70mm以下的情況下，與所述實(shí)施例相同，通過使紅外光11的聚光位置與波長轉(zhuǎn)換 元件13的入射面16的距離為波長轉(zhuǎn)換元件13的長度尺寸的40%以下，能夠?qū)崿F(xiàn)約10% 以上的輸出提高。此外，通過使紅外光11的聚光位置與波長轉(zhuǎn)換元件13的入射面16的 距離為波長轉(zhuǎn)換元件13的長度尺寸的25%以下，能夠?qū)崿F(xiàn)約30%以上的輸出提高。即使 在波長轉(zhuǎn)換元件13的長度尺寸不足5mm，或者長于70mm的情況下，通過使聚光位置 和聚光直徑都達(dá)到最佳，也能得到相同的效果。另外，從確保用于波長轉(zhuǎn)換的紅外光11 的光路的觀點(diǎn)出發(fā)，波長轉(zhuǎn)換元件13的長度尺寸最好為10mm以上。
另外，可知，通過本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置，也能改善在得到高輸出的綠色光14 時(shí)綠色光14的輸出變得不穩(wěn)定這一問題。圖17是表示得到低輸出的綠色光14時(shí)波長轉(zhuǎn) 換元件13的溫度與綠色光14的輸出的關(guān)系的圖。圖18是表示得到高輸出的綠色光14 時(shí)波長轉(zhuǎn)換元件13的溫度與綠色光14的輸出的關(guān)系的圖。
如圖17所示，在進(jìn)行用于得到大約數(shù)mW(圖17所示的是約10mW的例子)的低輸 出的綠色光14的波長轉(zhuǎn)換的情況下，綠色光14的輸出以最佳溫度To為中心，在高溫一 側(cè)和低溫一側(cè)呈現(xiàn)出對(duì)稱的溫度特性。然而，如圖18所示，在進(jìn)行用于得到超過1W的高輸出的綠色光14的波長轉(zhuǎn)換的情況下，在紅外光11的光路上波長轉(zhuǎn)換元件13的發(fā)熱 量增加，紅外光ll的光路與其周圍之間產(chǎn)生較大的溫度差，因此，綠色光14的輸出在相 對(duì)于最佳溫度To的高溫一側(cè)與低溫一側(cè)呈現(xiàn)出不對(duì)稱的特性。在圖17以及圖18中，綠 色光14的輸出達(dá)到一半的低溫一側(cè)的溫度T:與最佳溫度To的差為低溫一側(cè)的半值幅度， 但可以看出，與圖17所示的低輸出時(shí)相比，圖18所示的高輸出時(shí)的半值幅度變窄。像這 樣，在高輸出時(shí)半值幅度在低溫一側(cè)與高溫一側(cè)不同，由此綠色光14的輸出變得不穩(wěn)定。 如圖19所示，在使紅外光11的聚光位置接近波長轉(zhuǎn)換元件13的入射面16的情況下， 低溫一側(cè)的半值幅度隨著紅外光11的聚光位置接近入射面16而增大。例如，在紅外光11 的聚光位置與波長轉(zhuǎn)換元件13的入射面16的距離達(dá)到波長轉(zhuǎn)換元件13的長度尺寸的 40%以下時(shí)，與將紅外光11聚光在波長轉(zhuǎn)換元件13的中央位置的情況相比，能夠?qū)⒌蜏?一側(cè)的半值幅度擴(kuò)大20%以上。尤其是，在波長轉(zhuǎn)換元件13的入射面16與紅外光11的 聚光位置的距離達(dá)到波長轉(zhuǎn)換元件13的長度尺寸的25%以下時(shí)，低溫一側(cè)的半值幅度超 過0.5'C，因此波長轉(zhuǎn)換元件13的溫度控制變得更為容易，從而能夠?qū)崿F(xiàn)使用廉價(jià)控制部 件的控制。
另外，在所述實(shí)施例中，是對(duì)波長轉(zhuǎn)換元件13的長度尺寸為26mm的情況進(jìn)行了說 明，當(dāng)然，無論長度尺寸如何，通過使紅外光11的聚光位置移至波長轉(zhuǎn)換元件13的入射 面16 —側(cè)，都能夠得到相同的效果。具體而言，在波長轉(zhuǎn)換元件13的長度尺寸為5mm 以上70mm以下的情況下，與所述實(shí)施例相同，通過使紅外光11的聚光位置與波長轉(zhuǎn)換 元件13的入射面16的距離為波長轉(zhuǎn)換元件13的長度尺寸的40%以下，能夠?qū)⒌蜏匾粋?cè) 的半值幅度擴(kuò)大20%以上。此外，通過使紅外光11的聚光位置與波長轉(zhuǎn)換元件13的入射 面16的距離為波長轉(zhuǎn)換元件13的長度尺寸的25%以下，則使低溫一側(cè)的半值幅度超過 0.5°C。即使在波長轉(zhuǎn)換元件13的長度尺寸不足5mm，或者長于70mm的情況下，通過 使聚光位置和聚光直徑都達(dá)到最佳，也能得到相同的效果。另外，從確保用于波長轉(zhuǎn)換的 紅外光11的光路的觀點(diǎn)出發(fā)，波長轉(zhuǎn)換元件13的長度尺寸最好為10mm以上。
再次參照?qǐng)D18，在得到高輸出的高諧波的情況下，在加熱波長轉(zhuǎn)換元件13的過程和 冷卻波長轉(zhuǎn)換元件13的過程中，表示溫度特性的曲線不一致。即，在圖18所示的溫度特 性中，由于存在與波長轉(zhuǎn)換元件的冷卻過程或加熱過程對(duì)應(yīng)的滯后(hysteresis)，因此會(huì)產(chǎn) 生難以將波長轉(zhuǎn)換元件13產(chǎn)生的綠色光14的輸出控制為恒定的問題。而經(jīng)過實(shí)驗(yàn)可以確 認(rèn)，通過設(shè)定紅外光11的聚光位置，以使紅外光11的聚光位置與波長轉(zhuǎn)換元件13的入 射面16的距離為波長轉(zhuǎn)換元件13的長度尺寸的15%以下，可以將所述滯后緩和為可控制的程度。
如上所述，紅外光11的聚光位置越接近波長轉(zhuǎn)換元件13的入射面16，得到高輸出 的綠色光14時(shí)的波長轉(zhuǎn)換效率越高。但是， 一般而言，品體的入射面附近容易受到激光 損傷，因此認(rèn)為，即使在基于紫外光的綠色光的吸收的影響較少的情況下，也會(huì)在入射面 發(fā)生晶體破壞。為了避免這種激光損傷，可以采用例如，圖20所示的波長轉(zhuǎn)換元件。圖 20是表示實(shí)施例1的變形例的概要圖。
參照?qǐng)D20，波長轉(zhuǎn)換元件包括具有極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的極化反轉(zhuǎn)部20，和從該極化反 轉(zhuǎn)部20向激光光源10 —側(cè)延伸而不具有極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的非極化反轉(zhuǎn)部19。在圖20所示 的波長轉(zhuǎn)換裝置中，紅外光11的聚光位置21被設(shè)定在極化反轉(zhuǎn)部20的入射側(cè)的端部附 近，因此能夠得到上述效果。
另外，所述非極化反轉(zhuǎn)部19，只要設(shè)定其相位匹配周期以便不進(jìn)行向綠色光的波長轉(zhuǎn) 換，也可以具有周期的極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。在此情況下，如果使所述非極化反轉(zhuǎn)部19中的極 化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的平均周期與所述極化反轉(zhuǎn)部20中的極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的平均周期相差O.Olpm 以上，則與沒有形成極化反轉(zhuǎn)周期的情況相同，在非極化反轉(zhuǎn)部19中幾乎不進(jìn)行波長轉(zhuǎn)。
此外，在包括極化反轉(zhuǎn)部20和非極化反轉(zhuǎn)部19的情況下，測(cè)量極化反轉(zhuǎn)部20的入 射側(cè)的端部與聚光位置21的距離比較困難。對(duì)此，利用以下方法能夠確定紅外光ll的聚 光位置與極化反轉(zhuǎn)部20的相對(duì)位置。首先，將紅外光11的聚光位置適當(dāng)?shù)卦O(shè)定在波長轉(zhuǎn) 換元件內(nèi)之后，通過使波長轉(zhuǎn)換元件沿紅外光11的光軸方向前后移動(dòng)，確定轉(zhuǎn)換效率最 高的位置。由此，將紅外光11的聚光位置設(shè)置在轉(zhuǎn)換效率應(yīng)達(dá)到最高的極化反轉(zhuǎn)部20的 中央位置。因此，通過使紅外光11的聚光位置從該確定的位置起沿著紅外光11的光軸方 向向非極化反轉(zhuǎn)部19一側(cè)平行移動(dòng)，能夠?qū)⒓t外光11的聚光位置調(diào)節(jié)到如上所述的位置。
在本實(shí)施例的波長轉(zhuǎn)換裝置中，通過降低紅外光11的M2，能夠進(jìn)一步提高會(huì)引起波 長轉(zhuǎn)換元件的晶體破壞的綠色光14的輸出。具體而言，若降低紅外光11的M2，則波長 轉(zhuǎn)換元件的后半部中的光束直徑以及對(duì)紅外光11的NA增大。擴(kuò)大對(duì)紅外光11的NA后， 能夠在幾乎不降低轉(zhuǎn)換效率的情況下大幅度地降低波長轉(zhuǎn)換元件的后半部分產(chǎn)生的紫外 光的強(qiáng)度。
在此，作為調(diào)整NA的方法，可以考慮變更聚光透鏡12。具體而言，通過將聚光透鏡 12從上述的f 30的球面透鏡變更為f 20的球面透鏡，能夠使NA為0.0125(最佳聚光條 件的約1.5倍)。由此，如果例舉將紅外光11的聚光位置設(shè)定在距波長轉(zhuǎn)換元件13的入射 面16約0.92mm的內(nèi)側(cè)位置的情況，則能夠使波長轉(zhuǎn)換元件13的后半部中的紫外光的產(chǎn)生強(qiáng)度降低約45%，并可得到相同程度的綠色光14的輸出。與之相伴，認(rèn)為能得到更高 輸出的綠色光14。
在本實(shí)施例中例舉了具有26mm的長度尺寸的波長轉(zhuǎn)換元件，但波長轉(zhuǎn)換元件的長度 尺寸越短，因NA的擴(kuò)大而帶來的高輸出化的效果會(huì)變得越大。例如，在使用具有13mm 的長度尺寸的波長轉(zhuǎn)換元件的情況下，通過利用flO的聚光透鏡，能夠使NA為最佳聚光 條件的約1.5倍(0.025)。由此，如果例舉將紅外光11的聚光位置設(shè)定在距波長轉(zhuǎn)換元件 13的入射面16約0.5mm的內(nèi)側(cè)位置的情況，則能夠使波長轉(zhuǎn)換元件13的后半部中的紫 外光的產(chǎn)生強(qiáng)度降低約75%,并可得到相同程度的綠色光14的輸出。
通過利用上述的結(jié)構(gòu)，能夠在不引起波長轉(zhuǎn)換元件的晶體破壞的情況下得到4.3W的 綠色光14的輸出，但為了進(jìn)行更高輸出的波長轉(zhuǎn)換，還可以采用以下手段。
艮P，即使在像上述那樣使紅外光11的聚光位置從波長轉(zhuǎn)換元件13的中心位置向入射 面16—側(cè)偏離的情況下，也不能完全防止基于紫外光的綠色光14的吸收。認(rèn)為其原因在 于，由于因綠色光14的吸收而產(chǎn)生的熱透鏡效應(yīng)(thermal lens effect),紅外光11、綠色 光14被聚光在波長轉(zhuǎn)換元件13的后半部分，與此相應(yīng)，紫外光的光強(qiáng)度增加。
因此，為了緩和上述熱透鏡效應(yīng)以得到高輸出的綠色光14，更為理想的是，在入射的 紅外光11的縱向和橫向(與傳播方向垂直的兩個(gè)軸方向)改變NA以形成橢圓光束。由此， 在縱向和橫向中，NA較大的方向上產(chǎn)生的波長轉(zhuǎn)換元件13的溫度坡度與NA較小的方向 上產(chǎn)生的波長轉(zhuǎn)換元件13的溫度坡度相比更小。其結(jié)果是，能夠減小基于熱透鏡效應(yīng)的 自聚焦效應(yīng)(self-focusingeffect),因此能夠在縱向和橫向使紅外光11與綠色光14會(huì)聚的 位置錯(cuò)開。通過使用橢圓光束，能夠抑制紅外光ll以及綠色光14在一個(gè)位置聚光，因此 能夠降低綠色光14、紅外光11以及紫外光的峰值光強(qiáng)度，從而使波長轉(zhuǎn)換元件13的晶 體破壞難以產(chǎn)生。
此外，在上述實(shí)施例中，通過擴(kuò)大透過波長轉(zhuǎn)換元件13(極化反轉(zhuǎn)部20)的紅外光11 的光束截面面積，能夠?qū)崿F(xiàn)綠色光14的輸出的提高。 一般而言，波長轉(zhuǎn)換元件13在寬度 方向上能夠具有10mm以上的尺寸，但在厚度方向上被限制在大約數(shù)mm的尺寸。因此， 透過波長轉(zhuǎn)換元件13的紅外光11的光束截面面積也在厚度方向上受到限制。在此，若利 用橢圓光束，則作為寬度方向較大且厚度方向較小的面積的光束，能夠使透過波長轉(zhuǎn)換元 件13的光束截面面積較大，因此能夠得到高輸出的綠色光14。具體而言，例如，能夠使 用橢圓的長軸朝向波長轉(zhuǎn)換元件13的寬度方向，且橢圓的短軸朝向波長轉(zhuǎn)換裝置13的厚 度方向的橢圓光束。并且，若將橢圓的長軸設(shè)為短軸的l.l倍的長度，則截面面積也為1.1倍，因此與它們成比例，能夠得到與使用圓形光束時(shí)相同的最大光強(qiáng)度，從而認(rèn)為綠色光 14的最大輸出也能增加到約1.1倍。
此外，通過讓紅外光11以像散差聚光，以便在縱向和橫向上聚光位置不同，能夠減 小焦點(diǎn)處的紅外光ll的功率密度。因此，即使在波長轉(zhuǎn)換元件13的后半部中由于熱透鏡 效應(yīng)而發(fā)生紅外光11以及綠色光14聚光的情況下，也可以通過讓聚光位置在縱向和橫向 上不同，抑制光強(qiáng)度集中在一個(gè)位置，從而緩和所述熱透鏡效應(yīng)。因此，能夠提高作為引 起波長轉(zhuǎn)換元件13的品體破壞的閾值的綠色光14的輸出。此外，即使在紅外光ll的徑 方向具有像散差的情況下，也能避免光強(qiáng)度集中在一個(gè)位置，能得到相同的效果。
此外，對(duì)于橢圓光束或者在縱橫方向或徑方向上具有像散差的光束，無論聚光位置如 何，都能減輕光強(qiáng)度向一個(gè)位置的集中。因此，例如，即使聚光位置在元件中心附近，也 能通過使用橢圓光束或者在縱橫方向或徑方向上具有像散差的光束，得到高輸出的綠色光 14。
此外，作為紅外光ll，雖然能夠使用在光束截面內(nèi)的中心光強(qiáng)度局部增高的高斯光束， 但更為理想的是使用平坦光束(flat beam)、環(huán)形光束(doughnut beam)或包含高階橫模 (high-order lateral mode)的光束。即，通過將這些光束作為基波入射到波長轉(zhuǎn)換元件13， 能夠使光束截面內(nèi)的發(fā)熱位置分散，因此能夠更有效地抑制波長轉(zhuǎn)換元件13的晶體破壞， 并可得到高輸出的綠色光14。通過采用聚光位置的光束截面內(nèi)的最大光強(qiáng)度達(dá)到相同輸出 的滿足最佳聚光條件的高斯光束的0.9倍以下的紅外光11，能夠?qū)⒕G色光14的輸出提高 至少10%以上。
此外，在紅外光11的光束直徑達(dá)到最小的聚光位置處，光強(qiáng)度增大，變得容易產(chǎn)生 紫外光。因此，較為理想的是，通過擴(kuò)大紅外光11的聚光位置處的光束直徑，減輕紫外 光的產(chǎn)生，減輕基于紫外光的綠色光14的吸收。
圖21是表示將紅外光11的聚光位置設(shè)定在波長轉(zhuǎn)換元件13的中心部分時(shí)光束半徑 與發(fā)熱量的峰值的關(guān)系的圖。另外，所述光束半徑是紅外光11在聚光位置的光束半徑， 發(fā)熱量的峰值是在輸出2W的綠色光14時(shí)的發(fā)熱量的峰值。從圖21可知，在聚光位置的 紅外光11的光束半徑越大，波長轉(zhuǎn)換元件的發(fā)熱量變得越小。因此，在聚光位置的紅外 光11的光束半徑越大，越能夠提高綠色光14的輸出。此外，擴(kuò)大聚光位置處的紅外光11 的光束直徑，能夠減輕發(fā)熱量，從而減輕波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的溫度分布，因此還能取得防止 與溫度分布相伴的波長轉(zhuǎn)換效率的降低的效果。
具體而言，作為擴(kuò)大聚光位置處的紅外光11的光束直徑的方法，可有各種方法予以考慮。例如，考慮使M2恒定，擴(kuò)大聚光位置的光束直徑。但是，在此情況下，由于NA 降低，因此在容易產(chǎn)生晶體破壞的波長轉(zhuǎn)換元件13的后半部的紅外光11的光束直徑變化 不大，提高綠色光14的輸出的效果甚微。而在增加M2的情況下，由于能夠維持NA并 可擴(kuò)大紅外光11的光束直徑，所以能夠有效地取得提高綠色光14的輸出的效果。因此， 作為擴(kuò)大紅外光11的光束直徑的方法，M2的增加較為理想。
此外，如果僅擴(kuò)大光束直徑，波長轉(zhuǎn)換元件13內(nèi)整體中光強(qiáng)度會(huì)劇烈降低，因此轉(zhuǎn) 換效率的降低較為劇烈。如上所述，波長轉(zhuǎn)換元件13的晶體破壞是起因于在波長轉(zhuǎn)換元 件內(nèi)產(chǎn)生的光(綠色光)中由和頻(紫外光)吸收的光的光強(qiáng)度的增加。因此，通過在基于和頻 的吸收較小的波長轉(zhuǎn)換元件13的入射面16 —側(cè)減小紅外光11的光束截面，有效確保綠 色光14的轉(zhuǎn)換效率，另一方面，通過擴(kuò)大在基于和頻的吸收增大的波長轉(zhuǎn)換元件13的后 半部中的紅外光ll的光束直徑，抑制基于和頻的綠色光14的吸收，從而能夠?qū)崿F(xiàn)高效率 的波長轉(zhuǎn)換，能夠提高綠色光的輸出。
此外，在所述實(shí)施例中，由于在從所述激光光源lO脈沖振蕩紅外光ll的情況下，能 夠提高所述波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度，因此也能提高與電場(chǎng)強(qiáng)度成比例的波長轉(zhuǎn)換效 率。此外，在脈沖振蕩紅外光11的情況下，能夠?qū)⒉ㄩL轉(zhuǎn)換元件13的后半部中的紅外光 ll的輸出抑制得較低，能夠與紅外光強(qiáng)度成比例地減輕紫外光的產(chǎn)生，能夠增大作為引起 晶體破壞的閾值的綠色光14的輸出。
此外，在利用被脈沖振蕩的紅外光ll進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換的情況下，由于即使紅外光ll的 平均輸出較低，也能提高峰值光強(qiáng)度，所以不僅向綠色光14的轉(zhuǎn)換效率增高，向紫外光 的轉(zhuǎn)換效率也增高。因此，在采用了減輕基于紫外光的綠色光14的吸收的方法的所述實(shí) 施例中，與使紅外光ll作為連續(xù)光振蕩的情況相比，能夠更有效地抑制綠色光14的吸收 造成的波長轉(zhuǎn)換效率的降低，從而能夠進(jìn)一步增大綠色光14的輸出。
在所述實(shí)施例中，舉例說明了將紅外光作為基波得到作為綠色光的第二諧波的結(jié)構(gòu)。 在此，可知，在將具有700nm以上1200nm以下的波長的基波入射到波長轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生 第二諧波的情況下，作為基波與第二諧波的和頻而產(chǎn)生的第三諧波也會(huì)引起該第二諧波的 吸收。在進(jìn)行這樣的波長轉(zhuǎn)換的情況下，如果利用所述實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置，也能 抑制波長轉(zhuǎn)換元件的晶體破壞并可得到高輸出的第二諧波。
此外，還可知，在將具有450nm以上800nm以下的波長的基波入射到波長轉(zhuǎn)換元件， 產(chǎn)生其第二諧波的情況下，第二諧波也會(huì)吸收基波。圖9所示的波長轉(zhuǎn)換裝置，與圖l所 示的波長轉(zhuǎn)換裝置相比，能夠使波長轉(zhuǎn)換元件13的后半部中的第二諧波的峰值光強(qiáng)度為一半以下(參照?qǐng)D6、圖12)，因此在進(jìn)行上述那樣的波長轉(zhuǎn)換的情況下，也能抑制波長轉(zhuǎn) 換元件的晶體破壞并得到高輸出的第二諧波。在將具有1200nm以上1600iim以下的波長 的基波入射到波長轉(zhuǎn)換元件，產(chǎn)生其第二諧波的情況下，雖然從第二諧波被波長轉(zhuǎn)換的第 四諧波會(huì)引起第二諧波的吸收，但同樣也能有效地利用圖9所示的波長轉(zhuǎn)換裝置。
此外，還可知，在將具有1200nm以上2000nm以下的波長的基波入射到波長轉(zhuǎn)換元 件，產(chǎn)生第四諧波的情況下，作為基波與第四諧波的和頻而產(chǎn)生的第五諧波會(huì)引起該第四 諧波的吸收。此外，還可知，在將具有1200nm以上2000nm以下的波長的基波入射到波 長轉(zhuǎn)換元件，產(chǎn)生第二諧波和第三諧波這兩者的情況下，作為第二諧波與第三諧波的和頻 而產(chǎn)生的第五諧波會(huì)引起第三諧波的吸收。因此，在這些情況下，也能有效地利用圖9所 示的波長轉(zhuǎn)換元件。
此外，采用鈮酸鋰或鉭酸鋰等非線性光學(xué)晶體的波長轉(zhuǎn)換元件，具有根據(jù)晶體的組成 比、摻雜物的種類、摻雜物的摻雜量或者入射的基波的波長不同，波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)發(fā)生的 現(xiàn)象不同的特性。具體而言，在波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生高諧波的吸收或2光子吸收 (two-photon absorption)等，即使在這種情況下也能有效地利用圖9所示的波長轉(zhuǎn)換元件。
艮口，從圖6以及圖12可知，在圖9所示的波長轉(zhuǎn)換裝置中，與圖l所示的結(jié)構(gòu)相比， 能夠減輕第二諧波的光強(qiáng)度。根據(jù)波長轉(zhuǎn)換元件13所使用的材料的組成或波長轉(zhuǎn)換的光 的波長，存在各種各樣的光的吸收，但根據(jù)圖9所示的波長轉(zhuǎn)換裝置，在通過降低作為入 射基波的第二諧波的光的光強(qiáng)度來減少光吸收量的所有情況下，都能夠既減輕波長轉(zhuǎn)換元 件13的發(fā)熱又得到高輸出的綠色光14。在此，作為通過降低第二諧波的光強(qiáng)度使光吸收 量減少的光吸收，可以舉出例如第二諧波的2光子吸收。g卩，在使用對(duì)作為第二諧波的光 發(fā)生2光子吸收的波長轉(zhuǎn)換材料的情況下，利用圖9所示的波長轉(zhuǎn)換裝置能夠?qū)崿F(xiàn)高輸出 化。
此外，從圖6、圖12可知，在圖9所示的波長轉(zhuǎn)換裝置中，還能減輕第三諧波的光強(qiáng) 度。根據(jù)波長轉(zhuǎn)換元件13所使用的材料的組成或波長轉(zhuǎn)換的光的波長，存在各種各樣的 光的吸收，但根據(jù)圖9所示的波長轉(zhuǎn)換裝置，在通過降低作為基波和第二諧波的和頻而產(chǎn) 生的第三諧波的光的光強(qiáng)度來減少光吸收量的所有情況下，都能減輕波長轉(zhuǎn)換元件13的 發(fā)熱，并得到高輸出的綠色光14。在此，作為通過降低第三諧波的光強(qiáng)度使光吸收量減少 的光吸收，例如在使用發(fā)生第三諧波的2光子吸收的波長轉(zhuǎn)換材料的情況下，利用圖9所 示的波長轉(zhuǎn)換裝置能夠?qū)崿F(xiàn)高輸出化。
圖22表示波長轉(zhuǎn)換元件的平均溫度與光束通道部分的溫度差和波長轉(zhuǎn)換元件的位置之間的關(guān)系。例如，在第二諧波的2光子吸收對(duì)波長轉(zhuǎn)換元件的晶體破壞做出較大貢獻(xiàn)的 情況下，平均溫度與光束通道部分的溫度差如圖22那樣分布。在圖22中，紅外光ll在 波長轉(zhuǎn)換元件13的中心以最佳光束直徑聚光時(shí)的溫度差用符號(hào)22表示。此外，使紅外光 11的聚光位置與波長轉(zhuǎn)換元件13的入射面16的距離為波長轉(zhuǎn)換元件13的長度尺寸的 35%以下時(shí)的溫度差用符號(hào)23表示。此外，使紅外光11的聚光位置與波長轉(zhuǎn)換元件13 的入射面16的距離為波長轉(zhuǎn)換元件13的長度尺寸的20%以下時(shí)的溫度差用符號(hào)24表示。
參照?qǐng)D22，由于溫度差23與溫度差22相比降低約20%，因此圖9的波長轉(zhuǎn)換裝置 與圖1的波長轉(zhuǎn)換裝置相比能夠?qū)⒕G色光14的輸出提高約10%以上。此外，溫度差24 與溫度差22相比降低約60%，因此圖9的波長轉(zhuǎn)換裝置與圖1的波長轉(zhuǎn)換裝置相比能夠 將綠色光14的輸出提高約30%以上。
作為所述實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換元件，能夠使用體型波長轉(zhuǎn)換元件或板波導(dǎo)路型波長 轉(zhuǎn)換元件(slab waveguide type wavelength conversion element)。在所述實(shí)施例中，不 意了體型波長轉(zhuǎn)換元件，而以下對(duì)使用板波導(dǎo)路型波長轉(zhuǎn)換元件的情況進(jìn)行說明。
在板波導(dǎo)路型波長轉(zhuǎn)換元件中形成波導(dǎo)路，該波導(dǎo)路具有在與紅外光的光軸垂直的一 個(gè)方向(以下稱作較長方向)上較長、在與該較長方向垂直的另一方向(以下稱作較短方向) 上較短的截面。在使用該板波導(dǎo)路型波長轉(zhuǎn)換元件的情況下，在所述較短方向，紅外光聚 光在波長轉(zhuǎn)換元件的入射面上。另一方面，在所述較長方向，以前，是讓紅外光作為大致 平行光入射到板波導(dǎo)路型波長轉(zhuǎn)換元件的入射面上而很少聚光。在所述實(shí)施例中，如上所 述，讓紅外光11在比波長轉(zhuǎn)換元件的中央位置更靠近入射面一側(cè)聚光，因此與以前相比 能夠?qū)崿F(xiàn)高輸出的波長轉(zhuǎn)換。尤其是，在板波導(dǎo)路型波長轉(zhuǎn)換元件中，與體型波長轉(zhuǎn)換元 件相比，光強(qiáng)度容易增高，因此，在所述較長方向，通過將紅外光的聚光位置設(shè)在靠近波 長轉(zhuǎn)換元件的入射面的位置來入射紅外光，能夠?qū)崿F(xiàn)超過數(shù)W的波長轉(zhuǎn)換。此外，在使 用板波導(dǎo)路型波長轉(zhuǎn)換元件的情況下，發(fā)熱部位在所述較長方向上擴(kuò)展，因此也適于散熱。
此外，以前，在使用板型波長轉(zhuǎn)換元件時(shí)，通過擴(kuò)大在所述較長方向的光束直徑，使 波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的光強(qiáng)度降低以減輕局部發(fā)熱，從而實(shí)現(xiàn)綠色光的輸出的提高。但是，與 體型波長轉(zhuǎn)換元件相同，在僅擴(kuò)大光束直徑的情況下，波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)整體中光強(qiáng)度會(huì)劇 烈降低，因此轉(zhuǎn)換效率的降低較為劇烈。另一方面，如所述實(shí)施例那樣，波長轉(zhuǎn)換元件的 晶體破壞是起因于在波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)產(chǎn)生的光(綠色光)中由和頻(紫外光)吸收的光的光強(qiáng) 度的增加。因此，通過在基于和頻的吸收較小的波長轉(zhuǎn)換元件的入射面一側(cè)減小紅外光的 光束截面，有效地確保綠色光的轉(zhuǎn)換效率，另一方面，通過擴(kuò)大在基于和頻的吸收增大的波長轉(zhuǎn)換元件的后半部中的紅外光的光束直徑，能夠抑制基于和頻的綠色光的吸收，從而 能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的波長轉(zhuǎn)換，能夠提高綠色光的輸出。
(實(shí)施例2)
圖23是表示本發(fā)明的實(shí)施例2涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置的概要圖。實(shí)施例2涉及的波長 轉(zhuǎn)換元件(應(yīng)為裝置)使用多個(gè)波長轉(zhuǎn)換元件。由此，未被波長轉(zhuǎn)換而從第一個(gè)波長轉(zhuǎn)換元 件射出的基波能夠通過第二個(gè)波長轉(zhuǎn)換元件再次被進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換。因此，與僅使用一個(gè)波 長轉(zhuǎn)換元件的波長轉(zhuǎn)換裝置相比，能夠提高波長轉(zhuǎn)換的效率。
具體而言，圖23表示使用兩個(gè)波長轉(zhuǎn)換元件的波長轉(zhuǎn)換裝置。該波長轉(zhuǎn)換元件(應(yīng)為 裝置)包括激光光源25，用于讓來自該激光光源25的紅外光26聚光的聚光透鏡27，用 于將通過聚光透鏡27而被聚光的紅外光26轉(zhuǎn)換為綠色光31的波長轉(zhuǎn)換元件28，用于使 從波長轉(zhuǎn)換元件28射出的光成為平行光的準(zhǔn)直透鏡29，反射綠色光31并讓紅外光26透 過的分離鏡30，讓來自分離鏡30的紅外光26聚光的聚光透鏡32，以及用于將通過聚光 透鏡32而被聚光的紅外光26轉(zhuǎn)換為綠色光的波長轉(zhuǎn)換元件33。另外，激光光源25、聚 光透鏡27的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例l(圖9)所示的激光光源10、聚光透鏡12的結(jié)構(gòu)相同。
從激光光源25射出的紅外光26通過聚光透鏡27而被聚光，并入射到波長轉(zhuǎn)換元件 28。從波長轉(zhuǎn)換元件28射出的綠色光以及紅外光通過準(zhǔn)直透鏡29被轉(zhuǎn)換為平行光。并且， 綠色光被分離鏡30反射，而紅外光透過分離鏡。透過分離鏡30的紅外光通過聚光透鏡 32被聚光后入射到波長轉(zhuǎn)換元件33，再次被波長轉(zhuǎn)換。
具體而言，激光光源10射出10W的紅外光26。
波長轉(zhuǎn)換元件27與實(shí)施例1相同，采用鈮酸鋰，長度為26mm。而且，紅外光26 的聚光位置被設(shè)定在距波長轉(zhuǎn)換元件27的入射面約2mm的內(nèi)側(cè)。其結(jié)果是，從波長轉(zhuǎn)換 元件27射出約3W的綠色光和約7W的紅外光。
通過分離鏡30將綠色光分離后，剩余的約7W的紅外光入射到第二個(gè)波長轉(zhuǎn)換元件 33。波長轉(zhuǎn)換元件33與波長轉(zhuǎn)換元件27相同，采用鈮酸鋰，長度為26mm。而且，紅 外光的聚光位置是距波長轉(zhuǎn)換元件33的長度方向的中央位置約4mm的入射面一側(cè)的位 置，且是距波長轉(zhuǎn)換元件33的入射面約9mm的位置。其結(jié)果，從波長轉(zhuǎn)換元件33射出 約2.5W的綠色光。從兩個(gè)波長轉(zhuǎn)換裝置27、 33射出的綠色光的輸出合計(jì)為5.5W。
本實(shí)施例的特征在于，具有兩個(gè)波長轉(zhuǎn)換元件27、 33，并且入射到第一個(gè)波長轉(zhuǎn)換元 件27以及第二個(gè)波長轉(zhuǎn)換元件33的紅外光的輸出各自不同，對(duì)應(yīng)如此不同的紅外光的輸出，為每個(gè)波長轉(zhuǎn)換元件27、 33設(shè)定不同的紅外光的聚光位置。其結(jié)果，能夠提高作為
波長轉(zhuǎn)換裝置整體的波長轉(zhuǎn)換的效率。
當(dāng)然，即使在使用三個(gè)以上的波長轉(zhuǎn)換元件的情況下，同樣也能通過為每個(gè)波長轉(zhuǎn)換 元件改變?nèi)肷涞募t外光的聚光位置，實(shí)現(xiàn)作為波長轉(zhuǎn)換裝置整體的波長轉(zhuǎn)換的效率化。
而且，不用說，即使在一個(gè)波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)設(shè)置多條光路的波長轉(zhuǎn)換裝置中，也能通 過為每條光路改變聚光狀態(tài)，得到與本實(shí)施例相同的效果。
(實(shí)施例3)
圖24是表示本發(fā)明的實(shí)施例3涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置的概要圖。在本實(shí)施例的波長轉(zhuǎn) 換裝置中，具有讓從激光光源34射出的紅外光35不通過透鏡而入射到波長轉(zhuǎn)換元件36， 轉(zhuǎn)換為綠色光37的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置中，由于紅外光35作為放射光 從激光光源34射出，因此在波長轉(zhuǎn)換元件36的入射面，紅外光35達(dá)到最聚光的狀態(tài)， 從而能夠取得與上述實(shí)施例相同的效果。
而且，在本實(shí)施例中，通過省略用于讓紅外光35聚光的部件，能夠減少部件數(shù)目， 因此能夠以更低的成本構(gòu)成小型裝置。此外，在本實(shí)施例中，能夠縮短紅外光的光學(xué)距離， 因此能夠?qū)崿F(xiàn)波長轉(zhuǎn)換裝置的小型化。進(jìn)而，通過將激光光源34和波長轉(zhuǎn)換元件36直接 接合，與激光光源34和波長轉(zhuǎn)換元件36通過其他結(jié)構(gòu)連接的情況相比，會(huì)大幅度提高綠 色光的輸出的穩(wěn)定性。
另外，更為理想的是，在激光光源34和波長轉(zhuǎn)換元件36之間可以設(shè)置GRIN透鏡。 這樣，由于能夠讓紅外光36聚光在GRIN透鏡的端面，所以通過.使波長轉(zhuǎn)換元件36的端 面和GRIN透鏡的端面緊貼，能夠?qū)⒓t外光36的聚光位置正確地定位在波長轉(zhuǎn)換元件36 的端面，從而能夠穩(wěn)定地得到綠色光。
作為激光光源34，能夠使用紅外光35的振蕩效率高的YAG激光器等固體激光器或 者使用了摻雜Yb、 Nd等稀土類的光纖的光纖激光器。
(實(shí)施例4)
圖25是表示本發(fā)明的實(shí)施例4涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置的概要圖。本實(shí)施例的波長轉(zhuǎn)換 裝置包括激光光源IO，用于讓來自激光光源10的紅外光11聚光的聚光透鏡12，用于 將通過聚光透鏡12而被聚光的紅外光11轉(zhuǎn)換為綠色光的波長轉(zhuǎn)換元件40，以及配置在 該波長轉(zhuǎn)換元件40兩側(cè)的一對(duì)凹面鏡38、 39。在本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置中，從激光光源IO射出的紅外光11入射到聚光透鏡 13，并入射到在采用凹面鏡38、 39的反射鏡之間設(shè)置的波長轉(zhuǎn)換元件40。
凹面鏡38被施以用于反射紅外光和綠色光的涂層的處理。而凹面鏡172被施以用于 反射紅外光并讓綠色光透過的涂層的處理。
從所述激光光源10射出的紅外光11中的一部分在波長轉(zhuǎn)換元件40中被轉(zhuǎn)換為綠色 光，未被轉(zhuǎn)換而剩余下來的紅外光在凹面鏡38、 39之間多次往返。即，在各凹面鏡38、 39之間，設(shè)定多個(gè)通過波長轉(zhuǎn)換元件40的紅外光11的光路。
具體而言，紅外光11的聚光位置41被設(shè)定為比波長轉(zhuǎn)換元件40的中央位置更靠近 入射端。因此，在從激光光源10到凹面鏡39的第一光路中，即使在得到1W以上的高輸 出的綠色光的情況下，也能抑制波長轉(zhuǎn)換元件40的晶體破壞的發(fā)生。由此，能夠防止凹 面鏡39之后的光路中的波長轉(zhuǎn)換效率降低。作為一種用于將紅外光11的聚光位置41設(shè) 定在波長轉(zhuǎn)換元件40的入射面附近的方法，將約1W的紅外光入射到波長轉(zhuǎn)換元件40， 使紅外光11的聚光位置以及波長轉(zhuǎn)換元件40的溫度達(dá)到最佳，以使第一光路的綠色光的 輸出達(dá)到最大。隨后，通過將波長轉(zhuǎn)換元件40向出射端一側(cè)移動(dòng)，能夠容易地將紅外光 11的聚光位置設(shè)定在波長轉(zhuǎn)換元件40的入射側(cè)。
接著，研究由凹面鏡39反射的紅外光從凹面鏡38再次射向凹面鏡39的第二光路。 在來自激光光源10的紅外光11的輸出較高，所述第二光路中產(chǎn)生的綠色光超過1W的情 況下，最好將第二光路的聚光位置43設(shè)定在波長轉(zhuǎn)換元件40的靠入射面的位置。由此， 在與第二光路對(duì)應(yīng)的位置，也能抑制波長轉(zhuǎn)換元件40的晶體破壞，其結(jié)果是能夠得到高 輸出的綠色光。
進(jìn)一步，研究來自第二光路由凹面鏡39反射的紅外光由凹面鏡38反射后射向凹面鏡 39的第三光路。關(guān)于第三光路，與第一光路以及第二光路相同，在第三光路中產(chǎn)生的綠色 光超過1W的情況下，也最好將聚光位置42設(shè)定在波長轉(zhuǎn)換元件40的靠入射面的位置。 其結(jié)果是，能夠得到高輸出的綠色光。
但是，在第一光路中產(chǎn)生超過1W的綠色光，在第二、第三光路中沒有產(chǎn)生超過1W 的綠色光的情況下，可以將聚光位置41設(shè)定在波長轉(zhuǎn)換元件入射面附近，而將聚光位置 42、 43設(shè)定在波長轉(zhuǎn)換元件40的中央附近。由此，能夠有效地阻止波長轉(zhuǎn)換元件40的 晶體破壞，并提高波長轉(zhuǎn)換效率。
此外，為了防止第二光路以后的轉(zhuǎn)換效率的降低，更為理想的是將第一光路中生成的 綠色光輸出控制在1W以下。例如，通過將圖25中用符號(hào)44表示的波長轉(zhuǎn)換元件40的
26一部分作為沒有形成極化反轉(zhuǎn)部的部分，能夠使第一光路中的波長轉(zhuǎn)換效率降低。由此， 能夠減少第一光路中綠色光的輸出。
在本實(shí)施例中，bt)于能夠?qū)⒌谝还饴分形幢徊ㄩL轉(zhuǎn)換而剩余的紅外光在第二以及第三 光路中多次進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換，因此即使降低第一光路中的轉(zhuǎn)換效率，最終的轉(zhuǎn)換效率的降低 也比較少。并且，在本實(shí)施例中，由于能夠在波長轉(zhuǎn)換元件40中所設(shè)定的多條光路中分 別進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換，因此與在波長轉(zhuǎn)換元件40中設(shè)定的光路為一條的情況相比，能夠?qū)崿F(xiàn) 很高效率的波長轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)高效率并且高輸出的波長轉(zhuǎn)換。此外，通過在光束直徑方向上減輕波 長轉(zhuǎn)換元件的溫度上升，能夠防止基波或通過波長轉(zhuǎn)換而生成的光的光束劣化。
此外，在本發(fā)明中，減輕在基波的傳播方向上發(fā)生的溫度分布，能夠?qū)崿F(xiàn)輸出變動(dòng)較 少的、穩(wěn)定的波長轉(zhuǎn)換。
另外，在以高效率為目標(biāo)的圖l所示的結(jié)構(gòu)中，波長轉(zhuǎn)換元件4內(nèi)的紅外光2以及綠 色光5的光束通道一致。因此，如圖26所示，紅外光2的光強(qiáng)度18、 20以及綠色光5 的光強(qiáng)度19分別在光束中心達(dá)到最大。因此，產(chǎn)生量與紅外光2、綠色光5的光強(qiáng)度成比 例增加的紫外光在光束中心尤其增大。這樣，由于紫外光的產(chǎn)生量與綠色光的光強(qiáng)度增加 一起增加，因此所述基于紫外光的綠色光5的吸收的發(fā)生程度增大，而引起晶體破壞。此 外，如圖27所示，通過實(shí)驗(yàn)得以確認(rèn)，隨著紫外光的光強(qiáng)度增加，綠色光5的吸收率增 加。因此，認(rèn)為通過減輕入射到波長轉(zhuǎn)換元件4的紅外光2與在波長轉(zhuǎn)換元件4內(nèi)產(chǎn)生的 綠色光5的重合，所述晶體破壞得以抑制。另外，在圖2中，符號(hào)18是入射到波長轉(zhuǎn)換 元件4之前的紅外光的光強(qiáng)度，符號(hào)19是在波長轉(zhuǎn)換元件4內(nèi)生成的綠色光5的光強(qiáng)度， 符號(hào)20是通過波長轉(zhuǎn)換元件4之后的紅外光2的光強(qiáng)度。
(實(shí)施例5)
圖28是表示本發(fā)明的實(shí)施例5涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置的概要圖。實(shí)施例5涉及的波長 轉(zhuǎn)換裝置包括激光光源48，用于將來自激光光源48的紅外光49轉(zhuǎn)換為環(huán)型(doughnut -shaped)光束的圓錐透鏡51，用于使來自圓錐透鏡51的紅外光49成為平行光的圓錐透 鏡52，讓來自圓錐透鏡52的紅外光49聚光的凸透鏡53，用于將通過凸透鏡53而被聚 光的紅外光49轉(zhuǎn)換為綠色光56的波長轉(zhuǎn)換元件50，以及用于將從波長轉(zhuǎn)換元件50射出 的光轉(zhuǎn)換為平行光的凸透鏡54。
從激光光源48射出的紅外光49通過入射到相對(duì)而置的兩個(gè)圓錐透鏡51、 52，被轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)度高的部分從光束中心移至光束周邊的環(huán)型(圓環(huán)型)光束。S卩，紅外光49被轉(zhuǎn)換 為光束截面的光強(qiáng)度分布偏集于周邊部的光束。該環(huán)型光束通過凸透鏡53聚光并入射到 波長轉(zhuǎn)換元件50。從波長轉(zhuǎn)換元件50射出的紅外光49以及綠色光15通過凸透鏡54被 轉(zhuǎn)換為平行光。
圖29是用于說明基于圓錐透鏡51、 52的紅外光的光強(qiáng)度分布的轉(zhuǎn)換的概要圖。圓錐 透鏡51、 52其各自的圓錐面的傾斜角被設(shè)定為e，折射率被設(shè)定為n，兩個(gè)透鏡51、 52 之間的距離為d。圓錐透鏡51的出射角(內(nèi)角)ei為圓錐面的傾斜角e，因此圓錐透鏡51 的出射角(外角)62為sm-i(nxsine)，到達(dá)圓錐透鏡22的紅外光49的光束直徑R'為 dxtan(sin-i(nxsine) —6)。由此，通過改變透鏡間距離d,能夠得到任意的R'。此外，通 過調(diào)節(jié)R',還能任意調(diào)整環(huán)形部分的內(nèi)徑與外徑的比。例如，在設(shè)定d以使R'為1.5R時(shí)， 入射到球面透鏡的基波的光強(qiáng)度分布如圖30所示那樣。像這樣呈環(huán)形狀的光強(qiáng)度分布的 紅外光激光(環(huán)形光束)55通過凸透鏡53而被聚光，并入射到所述波長轉(zhuǎn)換元件50。
接著，用圖31說明波長轉(zhuǎn)換元件50內(nèi)的紅外光與綠色光的關(guān)系。在本實(shí)施例中，讓 環(huán)形光束55聚光在波長轉(zhuǎn)換元件50的前部的區(qū)域57?？芍h(huán)形光束55在聚光位置處， 在光束中心具有高的峰值強(qiáng)度。并且，在波長轉(zhuǎn)換元件50內(nèi)，在所述環(huán)形光束55的具有 高峰值強(qiáng)度的光束中心，生成在光束中心具有峰值強(qiáng)度的綠色光56。波長比紅外光短的綠 色光，其擴(kuò)散角比紅外光小，在波長轉(zhuǎn)換元件50的后半部分的區(qū)域28中在紅外光的內(nèi)側(cè) 傳播。因此，在本實(shí)施例中，能夠減輕綠色光與紅外光的重合，防止基于紫外光的綠色光 的吸收。在區(qū)域28生成的綠色光具有與紅外光接近的擴(kuò)散角，但與高斯光束相比，相同 輸出的峰值光強(qiáng)度較低。具體而言，例如，在R'=1.5R的情況下，與相同輸出的高斯光 束相比，峰值光強(qiáng)度為0.18倍，因此認(rèn)為即使在約IOW的綠色輸出時(shí)，也能在不引起晶 體破壞的情況下進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換。
艮P，在波長轉(zhuǎn)換元件50的前部27的區(qū)域，由于峰值光強(qiáng)度較高，因此與元件后部 28相比波長轉(zhuǎn)換效率較高，但在光強(qiáng)度集中的光束中心部分的晶體破壞在低輸出波長轉(zhuǎn)換 時(shí)也容易產(chǎn)生。另一方面，在波長轉(zhuǎn)換元件50的后部28的區(qū)域，即使在高輸出時(shí)也不易 引起晶體破壞，但因?yàn)楣鈴?qiáng)度較低，所以波長轉(zhuǎn)換效率較低。因此，較為理想的是，根據(jù) 需要的綠色光輸出，使元件前部27與元件后部28的比例達(dá)到最佳。
在本實(shí)施例中，使用了利用具有圓錐部的兩片透鏡的方法，但這是將高斯光束轉(zhuǎn)換為 環(huán)形光束的一種方法，不用說，也能夠使用其他的環(huán)形光束生成方法。但是，基于相對(duì)而 置的兩個(gè)圓錐部的環(huán)形光束生成方法，通過調(diào)整圓錐部的距離能夠任意調(diào)節(jié)圖31中的用L所示的部分的長度。即，能夠使元件前部27與元件后部28的比例達(dá)到最佳。因此，通過調(diào)整圓錐透鏡的距離，能夠?qū)θ我獾木G色輸出實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率的最佳化。
此外，在使用具有極化反轉(zhuǎn)周期結(jié)構(gòu)的波長轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行準(zhǔn)相位匹配的情況下，在元件后部28，由于在紅外光的光強(qiáng)度較高的部分波面(wavefront)相對(duì)于極化反轉(zhuǎn)周期傾斜，因此相位匹配周期變短。由此，最好在元件前部27和元件后部28獨(dú)立地調(diào)節(jié)元件溫度。具體而言，可以在元件前部27和元件后部28分別設(shè)置加熱器，使用這些加熱器進(jìn)行溫度調(diào)整。此外，如圖31所示，根據(jù)所述相位匹配周期的差異，也能將元件后部27的極化反轉(zhuǎn)周期設(shè)定得比元件前部27短。
此外，最好從激光光源11脈沖振蕩紅外光49。如果這樣，則能夠提高波長轉(zhuǎn)換元件50內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度。在此，使用非線性光學(xué)晶體的波長轉(zhuǎn)換效率與基波的電場(chǎng)強(qiáng)度成比例，因此通過讓紅外光49脈沖振蕩，不僅能提高基于所述波長轉(zhuǎn)換元件50的波長轉(zhuǎn)換的最大輸出，而且能提高波長轉(zhuǎn)換的效率。
此外，在使用通過施加電場(chǎng)形成了極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的波長轉(zhuǎn)換元件的情況下，由于極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的形成范圍受到限制，因此，為了得到均勻的波長轉(zhuǎn)換效率必須照射紅外光49的區(qū)域的寬度僅為大約200iim。由此，在使用光束直徑超過200irni的環(huán)形光束的情況下，波長轉(zhuǎn)換時(shí)的效率會(huì)降低。為了避免這種情況，在讓光束直徑超過200nm的環(huán)形光束入射的情況下，最好使用圓柱透鏡將光束轉(zhuǎn)換為橢圓形狀。
此外，作為本實(shí)施例中的波長轉(zhuǎn)換元件50，通過使用摻雜了氧化鎂(magnesium oxide)的鈮酸鋰或者鉅酸鋰，能夠以高效率進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換。
接著，說明使用本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。波長轉(zhuǎn)換元件50采用摻雜了氧化鎂的鈮酸鋰，具有26mm的元件長度，并且形成了周期為7nm的極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。激光光源10射出1064mn的紅外光，對(duì)波長轉(zhuǎn)換元件50的溫度進(jìn)行了調(diào)節(jié)使得綠色光56的輸出達(dá)到最大。圖32是表示從波長轉(zhuǎn)換元件50射出的紅外光的光強(qiáng)度分布的圖。圖33是表示在波長轉(zhuǎn)換元件50內(nèi)生成的綠色光56的光強(qiáng)度分布的圖?？梢源_認(rèn)，如圖32以及圖33所示，通過將在光束周邊部具有高的光強(qiáng)度的環(huán)形光束55射入波長轉(zhuǎn)換元件50，能夠得到光束中心的光強(qiáng)度高的綠色光56。如上所述，認(rèn)為在所述實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置中，在得到高輸出的綠色光時(shí)，通過減少紅外光與綠色光的重合，能夠減輕基于紫外光的綠色光的吸收，因此能夠在不引起晶體破壞的情況下得到高輸出的綠色光。
另外，在圖1所示的波長轉(zhuǎn)換裝置中存在如下問題，即在波長轉(zhuǎn)換元件4的長度為26mm的情況下，通過使波長轉(zhuǎn)換元件4的溫度變化±0.3度，波長轉(zhuǎn)換效率則降低至8成以下。但在本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置中，可知，能夠避免所述晶體破壞并且還能提高波長轉(zhuǎn)換效率的溫度穩(wěn)定性。
圖34是表示波長轉(zhuǎn)換效率與元件溫度的關(guān)系的圖。圖1所示的波長轉(zhuǎn)換裝置中的波長轉(zhuǎn)換效率與元件溫度的關(guān)系用線29表示。另一方面，本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置中的波長轉(zhuǎn)換效率與元件溫度的關(guān)系用線30表示?？梢钥闯?，波長轉(zhuǎn)換效率超過最佳溫度時(shí)的8成的溫度幅度在線29中約為0.6°C，而在線30中擴(kuò)大為約2'C。
(實(shí)施例6)
圖35是表示本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置的概要圖。本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換元件在波長轉(zhuǎn)換元件65的兩端面上形成圓錐部，取代上述實(shí)施例5所示的圓錐透鏡51、 52。
具體而言，波長轉(zhuǎn)換元件包括激光光源61，和用于將來自激光光源61的紅外光62轉(zhuǎn)換為綠色光64的波長轉(zhuǎn)換元件65。
激光光源61以高斯光束射出平行光的紅外光12。
波長轉(zhuǎn)換元件65在入射面和出射面具有圓錐部。入射側(cè)的圓錐部具有將來自激光光源61的紅外光62轉(zhuǎn)換為環(huán)型的光束，并讓該光束聚光的結(jié)構(gòu)。另一方面，出射側(cè)的圓錐部具有將從波長轉(zhuǎn)換元件65射出的環(huán)型的紅外光62轉(zhuǎn)換為平行光的結(jié)構(gòu)。因此，通過讓紅外光入射以使入射面的圓錐部的頂點(diǎn)位于光束中心，并在出射面設(shè)置與入射面相同的圓錐部，波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的紅外光的光強(qiáng)度的分布則與實(shí)施例5相同，能夠得到相同的效果。
本實(shí)施例與實(shí)施例5相比，由于可以減少所使用的透鏡，因此具有能夠進(jìn)一步減少成本的優(yōu)點(diǎn)。
(實(shí)施例7)
圖36是表示本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換元件的概要圖。本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置包括可分別射出具有共同波長的激光的一對(duì)激光光源66、 66，和用于將來自這些激光光.源66、 66的紅外光67轉(zhuǎn)換為綠色光69的波長轉(zhuǎn)換元件68。
本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置使來自各紅外光光源66的紅外光67在波長轉(zhuǎn)換元件68內(nèi)交叉。在各紅外光67、 67的交叉部分生成的綠色光69在兩個(gè)紅外光67、 67之間傳播。因此，能夠減輕在元件后半部的紅外光67、 67和綠色光69的重合，因此能夠抑制在波長轉(zhuǎn)換元件68內(nèi)生成作為紅外光67、 67與綠色光69的和頻的紫外光。因此，與實(shí)施例5、 6相同，能夠在不引起晶體破壞的情況下增大可生成的綠色光的輸出。在本實(shí)施例涉及的波長轉(zhuǎn)換裝置中，通過聚光以使在兩個(gè)紅外光67、 67的重合位置的后方出現(xiàn)各自的束腰，在得到數(shù)W左右的綠色光的情況下，實(shí)現(xiàn)高的轉(zhuǎn)換效率。
而且，與本實(shí)施例相同，對(duì)于使用三個(gè)以上的激光光源的情況，能夠得到相同的效果。此外，也可以使用棱鏡等讓從一個(gè)激光光源射出的紅外光分歧成射向多條光路的紅外光激光，并使這些光路在波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)交叉。通過這樣做，能夠得到相同的效果。
(實(shí)施例8)
圖37是表示使用實(shí)施例1至實(shí)施例7所示的波長轉(zhuǎn)換裝置的實(shí)施例8涉及的圖像顯示裝置的示意性結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖。作為光源使用紅色(R)、綠色(G)以及藍(lán)色(B)三種顏色的激光光源71a、 71b、 71c。紅色激光光源(R光源)71a使用射出波長為640nm的光束的采用鋁鎵銦磷/砷化鉀系列材料(AlGalnP/GaAsmaterial)制作的半導(dǎo)體激光裝置。藍(lán)色激光光源(B光源)71c使用射出波長為450rnn的光束的采用氮化鎵系列材料(GaNmaterial)制作的半導(dǎo)體激光裝置。此外，綠色激光光源(G光源)71b使用包括使紅外激光的波長變?yōu)?/2的波長轉(zhuǎn)換元件的射出波長為530nm的光束的波長轉(zhuǎn)換裝置。
如圖37所示，本實(shí)施例8的圖像顯示裝置70包括多個(gè)激光光源71a、 71b、 71c和讓從激光光源71a、 71b、 71c射出的光束掃描的反射型二維射束掃描部72a、 72b、 72c。激光光源71a、 71b、 71c至少分別射出紅色光(R光)、綠色光(G光)以及藍(lán)色光(B光)。在這些激光光源71a、 71b、 71c中，至少射出綠色光的激光光源71b使用上述說明的實(shí)施例1至實(shí)施例7所示的波長轉(zhuǎn)換裝置而構(gòu)成。
接著，對(duì)本實(shí)施例8的圖像顯示裝置70的使用激光光源形成圖像的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。從圖像顯示裝置70的R、 G以及B的各激光光源71a、 71b、 71c射出的激光光束通過聚光透鏡79a、 79b、 79c而被聚光后，通過反射型二維射束掃描部72a、 72b、72c掃描到擴(kuò)散板73a、 73b、 73c上。
由擴(kuò)散板73a、 73b、 73c擴(kuò)散的激光光束通過場(chǎng)透鏡74a、 74b、 74c而被會(huì)聚，并射入空間調(diào)制元件75a、 75b、 75c。圖像數(shù)據(jù)被分割為R、 G以及B的各自的數(shù)據(jù)，各數(shù)據(jù)被輸入空間調(diào)制元件75a、 75b、 75c。由空間調(diào)制元件75a、 75b、 75c調(diào)制的激光光束通過分色棱鏡(dichroic prism )76而被合波，彩色圖像得以形成。像這樣合波的彩色圖像通過投影透鏡77被投影到屏幕78。但在從G光源71b向空間調(diào)制元件75b入射的光路中，插入用于使在空間調(diào)制元件75b的G光的光點(diǎn)大小與R光及B光相同的凹透鏡79。
這樣，在本實(shí)施例8的圖像顯示裝置70中，通過使用本發(fā)明的實(shí)施例1至實(shí)施例7所示的波長轉(zhuǎn)換裝置作為激光光源部，與使用通常的半導(dǎo)體激光裝置的情況相比，即使在得到高輸出的綠色光的情況下，也能抑制波長轉(zhuǎn)換元件的品體破壞。
(實(shí)施例9)
圖38是表示應(yīng)用包含實(shí)施例1至實(shí)施例7所示的半導(dǎo)體激光裝置的背光照明裝置的實(shí)施例9涉及的圖像顯示裝置的示意性結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖。圖38表示的是作為這種圖像顯示裝置的一個(gè)例子的液晶顯示裝置80的示意性的結(jié)構(gòu)圖。
如圖38所示，液晶顯示裝置80包括液晶顯示面板86和從背面一側(cè)照明液晶顯示面板86的背光照明裝置81。并且，背光照明裝置81包含多個(gè)激光光源82，多個(gè)激光光源82包括至少分別射出紅色、綠色以及藍(lán)色的光源。即，多個(gè)激光光源82由射出紅色激光的紅色激光光源(R光源)82a、射出綠色激光的綠色激光光源(G光源)82b以及射出藍(lán)色激光的藍(lán)色激光光源(B光源)82c構(gòu)成。多個(gè)激光光源82中，至少G光源82b使用上述說明的實(shí)施例1至實(shí)施例7所示的波長轉(zhuǎn)換裝置。
在此，R光源82a使用射出波長為640nm的紅色光的采用AlGalnP/GaAs材料的半導(dǎo)體激光裝置，B光源82c使用射出波長為450nm的藍(lán)色光的采用GaN材料的半導(dǎo)體激光裝置。此外，G光源82b使用包括使紅外激光的波長變?yōu)?/2的波長轉(zhuǎn)換元件的射出波長為530nm的光束的波長轉(zhuǎn)換裝置。
下面對(duì)本實(shí)施例9的液晶顯示裝置80的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步說明。液晶顯示面板86包括利用從背光照明裝置81射出的R光、G光以及B光的各激光進(jìn)行圖像顯示的偏振板87和液晶板88。圖38所示的本實(shí)施例9的背光照明裝置81包括多個(gè)激光光源82、將來自多個(gè)激光光源82的R光、G光以及B光的激光匯聚并通過導(dǎo)光部84引導(dǎo)到導(dǎo)光板85的光纖83，以及從被由導(dǎo)光部84引導(dǎo)的R光、G光以及B光均勻填滿的主面(未圖示)射出激光的導(dǎo)光板85。
這樣，在本實(shí)施例9的液晶顯示裝置80中，通過使用本發(fā)明的實(shí)施例1至實(shí)施例9所示的波長轉(zhuǎn)換裝置作為背光照明裝置81的激光光源部，與使用通常的半導(dǎo)體激光裝置的情況相比，即使在得到高輸出的綠色光的情況下，也能抑制波長轉(zhuǎn)換元件的晶體破壞。
另外，上述的具體實(shí)施例中主要包含具有以下結(jié)構(gòu)的發(fā)明。
本發(fā)明所提供的激光波長轉(zhuǎn)換裝置包括射出激光的激光光源，和用于對(duì)來自所述激光光源的激光進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換的波長轉(zhuǎn)換元件，所述波長轉(zhuǎn)換元件具有對(duì)所述激光的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大的最佳聚光條件，所述激光以較所述最佳聚光條件其轉(zhuǎn)換效率降低的降低聚光條件入射到所述波長轉(zhuǎn)換元件。
根據(jù)本發(fā)明，在讓作為基波的激光入射到波長轉(zhuǎn)換元件以得到諧波時(shí)，由于激光的降低聚光條件被設(shè)為比最佳聚光條件的轉(zhuǎn)換效率低，因此能夠抑制基波與諧波的和頻的產(chǎn)生，由此能夠抑制發(fā)生波長轉(zhuǎn)換元件的破壞。
艮P，在波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)產(chǎn)生基波與高諧波的和頻的情況下，高諧波被該和頻吸收，在該吸收位置處波長轉(zhuǎn)換元件發(fā)熱并破壞的現(xiàn)象得以確認(rèn)。并且，在本發(fā)明中，通過使激光的聚光條件偏離最佳聚光條件，能夠降低波長轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換效率，因此能夠降低所述和頻的產(chǎn)生效率，抑制波長轉(zhuǎn)換元件的發(fā)熱。
此外，作為波長轉(zhuǎn)換元件的破壞的主要原因，認(rèn)為是來自高諧波的2光子吸收導(dǎo)致的波長轉(zhuǎn)換元件的發(fā)熱，而在本發(fā)明中，由于將激光的聚光條件設(shè)定為與最佳聚光條件不同的條件，因此能夠降減高諧波的光強(qiáng)度，抑制波長轉(zhuǎn)換元件的發(fā)熱。
因此，根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制波長轉(zhuǎn)換元件的晶體破壞，并得到高輸出的高諧波。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，較為理想的是還包括用于聚光所述激光的聚光部件，所述聚光部件讓所述激光在與所述激光的光軸方向平行的所述波長轉(zhuǎn)換元件的長度方向上聚光在與所述轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大的最佳位置不同的位置。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過在激光的光軸方向上調(diào)整該激光的聚光位置，能夠使得最佳聚光條件不被滿足。
具體而言，較為理想的是，在所述波長轉(zhuǎn)換元件的至少一部分，形成與所述激光相位匹配地加以形成的極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，所述聚光部件讓所述激光聚光在較所述極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的所述長度方向的中央位置更靠近所述激光光源之處。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的激光的光路中，與聚光位置之前的光路相比，能夠使聚光位置之后的光路更長，因此能夠減少在波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)產(chǎn)生的和頻所吸收的高諧波，其結(jié)果是，能夠更有效地抑制波長轉(zhuǎn)換元件的發(fā)熱。
艮P，在所述聚光位置稍后的范圍內(nèi)，所述和頻的光強(qiáng)度達(dá)到最大，另一方面，激光的每單位面積的光強(qiáng)度隨著遠(yuǎn)離所述聚光位置而減小。并且，在所述結(jié)構(gòu)中，由于將聚光位置設(shè)定在極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的中央位置之前的位置，因此與將激光的聚光位置設(shè)定在所述極化 在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，較為理想的是，所述聚光部件讓所述激光聚光在距所述極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的入射側(cè)的端部的距離為所述極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的所述長度方向的尺寸的 40%以下的、所述極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)位置。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，與將激光的聚光位置設(shè)定在極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的中央位置的情況相比，能夠 將高諧波的輸出提高10%以上。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，較為理想的是，所述聚光部件讓所述激光聚光在距所 述極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的入射側(cè)的端部的距離為所述極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的所述長度方向的尺寸的 25%以下的、所述極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)位置。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，與將激光的聚光位置設(shè)定在極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的中央位置的情況相比，能夠 將高諧波的輸出提高30%以上。
在所述激光被長轉(zhuǎn)換裝置中，較為理想的是，所述聚光部件讓所述激光聚光在所述極 化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的入射側(cè)的端面附近。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的端面附近，激光的每單位面積的光強(qiáng)度達(dá)到最大，而 在極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)內(nèi)，隨著接近出射側(cè)，光強(qiáng)度越來越小，因此能夠更為可靠地抑制和頻與 高諧波的重合。
較為理想的是，在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，所述聚光部件讓所述激光聚光在較所述 極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的入射側(cè)的端面更靠近所述激光光源之處。
在該結(jié)構(gòu)中，極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)內(nèi)的激光的每單位面積的光強(qiáng)度也隨著接近出射側(cè)而越來 越小，因此能夠更為可靠地抑制和頻與高諧波的重合。
例如，在波長轉(zhuǎn)換元件中形成從所述極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的入射側(cè)的端面向激光光源側(cè)延伸 的突出部分，如果在所述突出部分中沒有形成極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，則能夠在突出部分內(nèi)設(shè)定激 光的聚光位置。' _
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，較為理想的是，聚光部件具有用于滿足所述最佳聚光條 件的NA的1.5倍以上的NA。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠大幅度降低在激光的聚光位置之后的范圍中產(chǎn)生的和頻的光強(qiáng)度。 具體而言，在將紅外光作為基波以得到綠色光的情況下，如果采用最佳聚光條件的NA的 1.5倍的NA，能夠?qū)⒆鳛楹皖l產(chǎn)生的紫外光的光強(qiáng)度降低約45%。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，較為理想的是，所述聚光部件將所述激光聚光在實(shí)質(zhì)上 為橢圓形的范圍內(nèi)，所述實(shí)質(zhì)上為橢圓形的長軸的長度被設(shè)定為短軸的長度的l.l倍以上。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，即使在寬度尺寸比較大，厚度尺寸限制得比較小的波長轉(zhuǎn)換元件中，也 能通過使所述橢圓形的長軸沿著寬度尺寸，并使短軸沿著厚度方向，能夠有效地利用受限的波長偏振元件內(nèi)的空間，實(shí)現(xiàn)高諧波的高輸出化。具體而言，通過使長軸的長度為短軸 的長度的l.l倍，與具有短軸長度的半徑的圓相比，能夠使截面面積為約1.1倍，因此能 夠使高諧波的輸出也增加約1.1倍。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，較為理想的是，所述聚光部件讓所述激光以像散差聚光。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠抑制激光的強(qiáng)度被集中在一處，因此能夠減小在波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)產(chǎn) 生的和頻以及高諧波的光強(qiáng)度，由此能抑制波長轉(zhuǎn)換元件的破壞。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，較為理想的是，所述激光光源射出光束截面內(nèi)的最大光 強(qiáng)度被設(shè)定為相同輸出的達(dá)到最佳聚光條件的高斯光束的光強(qiáng)度的0.9倍以下的激光。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過降低激光的光束截面中的最大光強(qiáng)度，能夠減小在波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi) 產(chǎn)生的和頻以及高諧波的光強(qiáng)度，由此能抑制波長轉(zhuǎn)換元件的破壞，并實(shí)現(xiàn)高諧波的高輸 出化。
具體而言，在所述結(jié)構(gòu)中，由于被設(shè)定為高斯光束的0.9倍的光強(qiáng)度，因此與將高斯 光束入射到波長轉(zhuǎn)換元件的情況相比，能夠?qū)⒆鳛槭共ㄩL轉(zhuǎn)換元件破壞的閾值的高諧波的 光強(qiáng)度提高約10%。
雖然目的不在于限定波長轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)，但作為所述波長轉(zhuǎn)換元件，能夠采用體型 波長轉(zhuǎn)換元件。
較為理想的是，在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，所述激光的M2大于1.2。 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，M2并不設(shè)定為滿足最佳聚光條件的1.0，而是設(shè)定為1.2，因此能夠維 持NA并增大在聚光位置的激光的光束直徑。并且，所述基于和頻的高諧波的吸收量隨著 激光的在聚光位置的光束直徑增大而減少，因此通過采用所述結(jié)構(gòu)，能夠更有效地抑制波 長轉(zhuǎn)換元件的破壞。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，較為理想的是，具有多個(gè)所述波長轉(zhuǎn)換元件，在所述各 波長轉(zhuǎn)換元件的至少其中之一，所述激光的聚光條件被設(shè)定為所述降低聚光條件。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠抑制至少一個(gè)波長轉(zhuǎn)換元件的破壞，并利用多個(gè)波長轉(zhuǎn)換元件得到 高輸出的高諧波。例如，在所述結(jié)構(gòu)中，能夠使用兩個(gè)波長轉(zhuǎn)換元件以高效率生成超過5W 的綠色光。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，較為理想的是，所述波長轉(zhuǎn)換元件中設(shè)定有多條所述激 光的光路，在所述各光路的至少之一中，所述激光的聚光條件被設(shè)定為所述降低聚光條件。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠在設(shè)定于共同的波長轉(zhuǎn)換元件中的多條光路中的至少一條光路中抑 制波長轉(zhuǎn)換元件的發(fā)熱，并利用多條光路得到高輸出的高諧波。例如，在所述結(jié)構(gòu)中，能夠使用兩個(gè)光路以高效率生成超過5W的綠色光。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，較為理想的是，還包括配置在所述波長轉(zhuǎn)換元件兩側(cè)的 兩個(gè)反射鏡，所述多條光路被設(shè)定在各反射鏡之間，所述反射鏡中的至少之一聚光并反射 所述激光。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過使激光在兩片反射鏡之間被反復(fù)反射，能夠進(jìn)行多次基于波長轉(zhuǎn)換 元件的波長轉(zhuǎn)換。并且，各反射鏡的至少其中之一使激光聚光，因此通過將基于該反射鏡 的聚光條件設(shè)定為與所述最佳聚光條件不同的條件，能抑制波長轉(zhuǎn)換元件的破壞。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，較為理想的是，激光光源將所述激光作為放射光入射到 所述波長轉(zhuǎn)換元件。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在使激光作為基波入射到波長轉(zhuǎn)換元件以得到高諧波時(shí)，不用經(jīng)過用于 聚光的部件，將激光直接入射到波長轉(zhuǎn)換元件，因此能夠抑制基波與高諧波的和頻的產(chǎn)生， 由此能夠抑制發(fā)生波長轉(zhuǎn)換元件的破壞。
即，在波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)產(chǎn)生基波與高諧波的和頻的情況下，由于該和頻而使高諧波被 吸收，在該吸收處波長轉(zhuǎn)換元件發(fā)熱并破壞的現(xiàn)象得以確認(rèn)。并且，在本發(fā)明中，激光作 為發(fā)散光入射到波長轉(zhuǎn)換元件，因此基波的光強(qiáng)度在入射到波長轉(zhuǎn)換元件的位置最大，該 位置附近的和頻的光強(qiáng)度也最大。另一方面，作為發(fā)散光的激光的光強(qiáng)度隨著在波長轉(zhuǎn)換 元件中傳播而變小，因此能夠抑制所述和頻與高諧波的重合，能夠大幅降低基于和頻的基 波的吸收。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制波長轉(zhuǎn)換元件的晶體破壞，并得到高輸出的高諧波。 具體而言，能夠?qū)⑺黾す夤庠磁c所述波長轉(zhuǎn)換元件直接接合。 在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，較為理想的是，所述激光的降低聚光條件被設(shè)定成使所
述激光的光強(qiáng)度在所述激光的聚光位置之后的范圍內(nèi)多處分布。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于能夠使激光的光強(qiáng)度在聚光位置之后的范圍內(nèi)多處分布，所以能夠
抑制作為基波的激光在聚光位置附近與光強(qiáng)度達(dá)到最高的和頻重合。因此，能夠抑制由于
高諧波被和頻吸收而產(chǎn)生的波長轉(zhuǎn)換元件的發(fā)熱，從而能夠有效地抑制波長轉(zhuǎn)換元件的破壞。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，較為理想的是，還包括設(shè)置在所述激光光源與所述波長 轉(zhuǎn)換元件之間，并用于使所述激光的光強(qiáng)度呈環(huán)型分布的分布部件。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過使激光成為環(huán)型，能夠在聚光位置之后的范圍抑制和頻與激光的重在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，所述波長轉(zhuǎn)換元件具有以圓錐形向所述激光光源突出的 入射部，所述入射部使通過所述入射部入射到所述波長轉(zhuǎn)換元件的所述激光的光強(qiáng)度呈環(huán) 型分布，并讓所述激光在所述波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)聚光。如果這樣，則由于不用設(shè)置聚光部件 就能讓激光聚光，且呈環(huán)型分布，因此能夠?qū)崿F(xiàn)成本的降低。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，所述激光光源具有多個(gè)，所述各激光光源能夠分別射出 具有共同波長的激光，并且被配置成各個(gè)激光的光路在所述波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)相互交叉。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠讓從多個(gè)激光光源射出的激光在波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)聚光，各個(gè)激光的 光路在相互交叉的位置(聚光位置)之后的范圍中分別朝向不同的方向，因此能夠抑制在波 長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)產(chǎn)生的和頻與激光的重合。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，較為理想的是還包括將從所述激光光源射出的激光分歧 為多束的分歧部件。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，例如，通過利用分歧部件使從一個(gè)激光光源射出的激光分歧為多條光路， 并設(shè)置調(diào)整所述各光路以使各激光的光路在波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)交叉的光學(xué)系統(tǒng)，能夠使激光 在波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)聚光，由于各個(gè)激光的光路在相互交叉的位置(聚光位置)之后的范圍分 別朝向不同的方向，因此能夠抑制在波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)產(chǎn)生的和頻與激光的重合。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，較為理想的是，在所述波長轉(zhuǎn)換元件的至少一部分形成 有用于對(duì)所述激光進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換的極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，所述激光的降低的聚光位置，在從所述 激光的入射側(cè)的端面到所述高諧波的出射側(cè)的端面的所述波長轉(zhuǎn)換元件的長度方向上，被 設(shè)定成較所述極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的中央位置更靠近激光光源。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠使波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)的激光光路在聚光位置之后的光路比聚光位置之 前的光路更長，因此能夠減少在波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)產(chǎn)生的和頻所吸收的激光的光量，其結(jié)果 是，能夠更有效地抑制波長轉(zhuǎn)換元件的發(fā)熱量。
艮P,在所述聚光位置稍后的范圍內(nèi)，所述和頻的光強(qiáng)度達(dá)到最大，另一方面，激光的 每單位面積的光強(qiáng)度隨著遠(yuǎn)離所述聚光位置而變小。并且，在所述結(jié)構(gòu)中，由于聚光位置 被設(shè)定在極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的中央位置之前的位置，因此與將激光的聚光位置設(shè)定在所述極化 反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的中央位置的情況相比，能夠大幅度減小聚光位置之后的范圍中的激光的光強(qiáng) 度，其結(jié)果是能夠更可靠地抑制和頻與激光的重合，從而能夠大幅度降低基于和頻的高諧 波的吸收。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，較為理想的是還包括能夠在所述激光的聚光位置附近的 范圍和在所述聚光位置之后的范圍分別調(diào)整所述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度的溫度調(diào)整部件。根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，能夠在聚光位置附近的范圍和在聚光位置之后的范圍分別調(diào)整波長轉(zhuǎn) 換元件的溫度，因此能夠進(jìn)一步提高波長轉(zhuǎn)換效率。
艮卩，在聚光位置之后的范圍中高諧波被和頻吸收后，波長轉(zhuǎn)換元件會(huì)發(fā)熱，有時(shí)會(huì)由 于該發(fā)熱的影響而使極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的相位匹配條件被打亂，而在所述結(jié)構(gòu)中，由于能夠在 聚光位置之后的范圍進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換元件的溫度調(diào)整，因此能夠?qū)⑾辔黄ヅ錀l件維持為合適 的條件。另一方面，在聚光位置附近的范圍，基波的光強(qiáng)度達(dá)到最高，因此能夠適當(dāng)調(diào)整 波長轉(zhuǎn)換元件的溫度從而使其達(dá)到適于進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換的溫度。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，較為理想的是，所述極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)被設(shè)定成，與所述激 光的聚光位置附近的范圍相比，在所述聚光位置之后的范圍的極化反轉(zhuǎn)周期更短。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在激光的聚光位置之后的范圍，能夠?qū)O化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的周期設(shè)為適于進(jìn) 行波長轉(zhuǎn)換的周期，因此能夠提高波長轉(zhuǎn)換的效率。即，在所述聚光位置之后的范圍，由 于激光的波面相對(duì)于極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)傾斜，相位匹配周期會(huì)縮短，但在所述結(jié)構(gòu)中，在聚光 位置之后的范圍使極化反轉(zhuǎn)周期較短，因此能夠有效地進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，較為理想的是，所述激光光源讓所述激光脈沖振蕩。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，與從激光光源發(fā)出作為連續(xù)波的激光的情況相比，即使在平均輸出較低 的情況下也能提高峰值光強(qiáng)度，因此能夠提高高諧波的轉(zhuǎn)換效率。因此，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通 過將激光的聚光條件設(shè)為與最佳聚光條件不同的條件，能夠抑制波長轉(zhuǎn)換元件的破壞，并 通過讓脈沖激光振蕩來提高諧波的輸出。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，當(dāng)所述波長轉(zhuǎn)換元件的長度尺寸為30mm時(shí)，能夠使激 光在聚光位置的光束半徑為30nm，當(dāng)波長轉(zhuǎn)換元件的長度尺寸為26mm時(shí)，能夠使激光 在聚光位置的光束半徑為25iim。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，作為所述波長轉(zhuǎn)換元件，能夠采用在摻雜了氧化鎂的鈮 酸鋰或鉅酸鋰中形成了用于準(zhǔn)相位匹配的周期性的極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的波長轉(zhuǎn)換元件。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，能夠生成平均輸出為2W以上的高諧波。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，能夠?qū)⒕哂袕?50nm到2000nm的波長的激光入射到 所述波長轉(zhuǎn)換元件并進(jìn)行短波長化。
在所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，作為所述激光光源，能夠使用YAG激光器等固體激光 器或者使用了摻雜Yb、 Nd等稀土類的光纖的光纖激光器。
此外，本發(fā)明所提供的一種圖像顯示裝置包括多個(gè)激光光源，和使用所述多個(gè)激光光 源將圖像形成在所述屏幕上的光學(xué)系統(tǒng)，所述多個(gè)激光光源至少包含射出紅色光束的紅色激光光源、射出綠色光束的綠色激光光源以及射出藍(lán)色光束的藍(lán)色激光光源，所述各激光 光源中的至少綠色激光光源具有所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置。
此外，本發(fā)明所提供的另一種圖像顯示裝置包括液晶顯示面板，和從背面一側(cè)照明所 述液晶顯示面板的背光照明裝置，所述背光照明裝置至少包含射出紅色光束的紅色激光光 源、射出綠色光束的綠色激光光源以及射出藍(lán)色光束的藍(lán)色激光光源，所述各激光光源中 的至少綠色激光光源具有所述激光波長轉(zhuǎn)換裝置。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
通過使用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，能夠以高效率從具有極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的非線性晶體得到高輸出 的第二諧波。此外，在輸出綠色的第二諧波的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)小型的綠色激光光源，因 此對(duì)于要求小型且高輸出的光源的液晶電視的背光、投影電視、投影儀等是有用的。
權(quán)利要求
1.一種激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于包括射出激光的激光光源；和用于對(duì)來自所述激光光源的激光進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換的波長轉(zhuǎn)換元件，其中，所述波長轉(zhuǎn)換元件，具備對(duì)所述激光的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大的最佳聚光條件，所述激光，被以較所述最佳聚光條件其轉(zhuǎn)換效率降低的降低聚光條件入射到所述波長轉(zhuǎn)換元件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于還包括用于讓所述激光聚 光的聚光部件，其中，所述聚光部件，讓所述激光在與所述激光的光軸方向平行的所述波長轉(zhuǎn)換元件的長度 方向上聚光在與所述轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大的最佳位置不同的位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于在所述波長轉(zhuǎn)換元件的至少一部分，形成與所述激光相位匹配地加以形成的極化反轉(zhuǎn) 結(jié)構(gòu)，所述聚光部件，讓所述激光聚光在較所述極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的所述長度方向的中央位置更 靠近所述激光光源之處。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述聚光部件，讓所述激 光聚光在所述極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)位置，其中，所述極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)位置是指自所述 極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的入射側(cè)的端部起的距離為所述極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的所述長度方向的尺寸的40%以下。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述聚光部件，讓所述激光聚光在所述極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)位置，其中，所述極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)位置是指自所述 極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的入射側(cè)的端部起的距離為所述極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的所述長度方向的尺寸的25%以下。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述聚光部件，讓所述激光聚光在所述極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的入射側(cè)的端面附近。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述聚光部件，讓所述激 光聚光在較所述極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的入射側(cè)的端面更靠近所述激光光源之處。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述聚光部 件具有滿足所述最佳聚光條件的NA的1.5倍以上的NA。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2至8中任一項(xiàng)所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于 所述聚光部件，讓所述激光聚光在實(shí)質(zhì)上為橢圓形的范圍， 所述實(shí)質(zhì)上為橢圓形的長軸的長度被設(shè)定為短軸的長度的1.1倍以上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2至9中任一項(xiàng)所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述聚光 部件讓所述激光附帶像散差而聚光。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述激光光源，被設(shè)定為射出光束截面內(nèi)的最大光強(qiáng)度為具有相同輸出的達(dá)到最佳聚光條件的高斯光束的光強(qiáng)度的0.9倍以下的激光。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述波長轉(zhuǎn)換元件為體型波長轉(zhuǎn)換元件。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述激光的M2大于1.2。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述波長轉(zhuǎn)換元件有多個(gè)，在所述各波長轉(zhuǎn)換元件的至少其中之一，所述激光的聚光條件被設(shè)定為所述降低聚光 條件。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于 在所述波長轉(zhuǎn)換元件中，所述激光的光路被設(shè)定為多條，在所述各光路的至少其中之一，所述激光的聚光條件被設(shè)定為所述降低聚光條件。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于還包括 配置在所述波長轉(zhuǎn)換元件兩側(cè)的兩個(gè)反射鏡，其中，所述多條光路被設(shè)定在各反射鏡之間， 所述反射鏡的至少其中之一，聚光并反射所述激光。
17. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于激光光源將所述激光作 為放射光入射到所述波長轉(zhuǎn)換元件。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述激光光源與所述 波長轉(zhuǎn)換元件直接接合。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項(xiàng)所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述激 光的降低聚光條件，被設(shè)定成使所述激光的光強(qiáng)度在所述激光的聚光位置之后的范圍內(nèi)多 處分布。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于還包括設(shè)置在所述激 光光源與所述波長轉(zhuǎn)換元件之間，讓所述激光的光強(qiáng)度呈環(huán)型分布的分布部件。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于 所述波長轉(zhuǎn)換元件，具有以圓錐形向所述激光光源突出的入射部，所述入射部，使通過所述入射部入射到所述波長轉(zhuǎn)換元件的所述激光的光強(qiáng)度呈環(huán)型 分布，并讓所述激光在所述波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)聚光。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:所述激光光源具有多個(gè)，所述各激光光源，能夠分別射出具有共同波長的激光，且被配置成讓各個(gè)激光的光路 在所述波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)相互交叉。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于還包括將從所述激光 光源射出的激光分歧為多束的分歧部件。
24. 根據(jù)權(quán)利要求19至23中任一項(xiàng)所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于 在所述波長轉(zhuǎn)換元件的至少一部分，形成有用于對(duì)所述激光進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換的極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，所述激光的降低的聚光位置，在從所述激光的入射側(cè)的端面到所述高諧波的出射側(cè)的 端面的所述波長轉(zhuǎn)換元件的長度方向上，被設(shè)定成較所述極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的中央位置更靠近 激光光源。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于還包括能夠在所述激 光的聚光位置附近的范圍和在所述聚光位置之后的范圍分別調(diào)整所述波長轉(zhuǎn)換元件的溫 度的溫度調(diào)整部件。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述極化反轉(zhuǎn)結(jié) 構(gòu)被設(shè)定成，與所述激光的聚光位置附近的范圍相比，在所述聚光位置之后的范圍的極化 反轉(zhuǎn)周期更短。
27. 根據(jù)權(quán)利要求1至26中任一項(xiàng)所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述激 光光源讓所述激光脈沖振蕩。
28. —種圖像顯示裝置，其特征在于包括 多個(gè)激光光源；和利用所述多個(gè)激光光源將圖像形成在所述屏幕上的光學(xué)系統(tǒng)，其中， 所述多個(gè)激光光源，至少包含射出紅色光束的紅色激光光源、射出綠色光束的綠色激 光光源以及射出藍(lán)色光束的藍(lán)色激光光源，所述各激光光源中的至少綠色激光光源，具有如權(quán)利要求1至27中任一項(xiàng)所述的激光波長轉(zhuǎn)換裝置。
29. —種圖像顯示裝置，其特征在于包括 液晶顯示面板；和從背面一側(cè)照明所述液晶顯示面板的背光照明裝置，其中，所述背光照明裝置，至少包含射出紅色光束的紅色激光光源、射出綠色光束的綠色激 光光源以及射出藍(lán)色光束的藍(lán)色激光光源，所述各激光光源中的至少綠色激光光源，具有如權(quán)利要求1至27中任一項(xiàng)所述的激 光波長轉(zhuǎn)換裝置。
全文摘要
在讓紅外光射入波長轉(zhuǎn)換元件得到作為波長轉(zhuǎn)換光的綠色光時(shí)，由于在所述波長轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生作為所述紅外光和所述綠色光的和頻的紫外光而發(fā)生所述綠色光的吸收，由此時(shí)產(chǎn)生的熱會(huì)引起構(gòu)成所述波長轉(zhuǎn)換元件的晶體破壞。在本發(fā)明的激光波長轉(zhuǎn)換裝置中，通過采用一種使紅外光在波長轉(zhuǎn)換元件中聚光的位置偏離在忽視所述產(chǎn)生的熱的影響時(shí)為最佳的位置的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)所述晶體破壞的抑制和高效率的波長轉(zhuǎn)換，從而能夠獲得在以往的波長轉(zhuǎn)換元件中難以得到的、超過數(shù)W的高輸出的波長轉(zhuǎn)換光。
文檔編號(hào)G02F1/37GK101646976SQ20088000898
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2008年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月22日
發(fā)明者古屋博之, 山本和久, 式井慎一, 楠龜弘一, 水內(nèi)公典, 水島哲郎, 門脅慎一 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社