[發(fā)明專利]波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換光學(xué)裝置、激光器光源及圖像顯示光學(xué)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680005977.6
• 申請(qǐng)日: 2006-02-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101128773A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-02-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 古屋博之;水內(nèi)公典;森川顯洋;山本和久
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): G02F1/37
• 分類號(hào): G02F1/37
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 曲瑞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種使用準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換光學(xué)裝置以及利用它的激光器光源、圖像顯示光學(xué)裝置。

背景技術(shù)

作為用于加工用途或激光顯示器等的光源，高輸出激光器光源受到關(guān)注。而且，在其紅外線區(qū)域中，開(kāi)發(fā)出YAG激光器等固體激光器、使用添加了Yb、Nd等稀土類的光纖的光纖激光器等。另一方面，在紅色、藍(lán)色區(qū)域中，開(kāi)發(fā)出使用了砷化鎵、氮化鎵等的半導(dǎo)體激光器，并且還在研究實(shí)現(xiàn)高輸出化。但是，對(duì)于綠色區(qū)域，依然難以從半導(dǎo)體直接產(chǎn)生綠色，通常利用非線性光學(xué)晶體對(duì)從所述固體激光器、光纖激光器發(fā)出的紅外光進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換后得到。

尤其是，已知在將鈮酸鋰(LiNbO₃:LN)晶體用作所述非線性光學(xué)晶體的情況下，可利用其大的非線性光學(xué)常數(shù)得到高的轉(zhuǎn)換效率，由于裝置的結(jié)構(gòu)也可簡(jiǎn)化，所以常常將在該鈮酸鋰(LN)晶體中使用極化反轉(zhuǎn)技術(shù)形成的準(zhǔn)相位匹配(QPM)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件用于百mW左右輸出的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換光學(xué)裝置。

在得到幾W級(jí)輸出的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換光學(xué)裝置中使用三硼酸鋰(LiB₃O₅:LBO)晶體、磷酸鈦氧鉀(KTiOPO₄:KTP)晶體等非線性光學(xué)晶體。所述LBO晶體具有難以引起由于基波或所產(chǎn)生的二次諧波導(dǎo)致的晶體破壞、劣化的特征，但由于非線性光學(xué)常數(shù)小，所以為了得到高轉(zhuǎn)換效率，必須構(gòu)成共振器并在其中配置晶體，從而裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要進(jìn)行細(xì)致的調(diào)整。所述KTP晶體與所述LBO晶體相比，非線性光學(xué)常數(shù)大，即使不構(gòu)成共振器也可得到高轉(zhuǎn)換效率，但具有的缺點(diǎn)是，容易引起由于基波或所產(chǎn)生的二次諧波導(dǎo)致的晶體破壞、劣化。

但是，由于使用了所述LN晶體的準(zhǔn)相位匹配元件(QPM-LN元件)具有比使用所述KTP晶體時(shí)大的非線性光學(xué)常數(shù)，所以可進(jìn)行高效率、高輸出的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。但是，由于所述QPM-LN元件必須將光能會(huì)聚到狹窄區(qū)域，所以實(shí)質(zhì)上比所述KTP晶體更容易引起由于基波或所產(chǎn)生的二次諧波導(dǎo)致的晶體破壞、劣化。即，存在如下問(wèn)題：在利用所述QPM-LN元件得到幾W的高次諧波時(shí)，由于該LN晶體的大的非線性光學(xué)常數(shù)，即使在偏離相位匹配條件時(shí)，也產(chǎn)生作為基波的紅外光與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換后的綠色光(二次諧波)的和頻率的紫外光(三次諧波)，該產(chǎn)生的紫外光(三次諧波)引起所產(chǎn)生的綠色光(二次諧波)的吸收，從而引起綠色光輸出的飽和、晶體破壞。

為了解決該問(wèn)題，目前如專利文獻(xiàn)1或?qū)＠墨I(xiàn)2那樣，提出將波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換用的非線性光學(xué)晶體形成2級(jí)結(jié)構(gòu)，將通過(guò)第1級(jí)的波長(zhǎng)變化轉(zhuǎn)換后的基波再次用于第2級(jí)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。由此，利用第1級(jí)和第2級(jí)的合計(jì)可增大轉(zhuǎn)換效率，另外，可降低基波分量和二次諧波分量的相互作用，抑制產(chǎn)生作為紫外光的三次諧波。

專利文獻(xiàn)1：特開(kāi)平11-271823號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：特開(kāi)2005-10739號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題

下面，用圖14說(shuō)明專利文獻(xiàn)1中示出的現(xiàn)有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換光學(xué)裝置的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換光學(xué)裝置100首先利用第1級(jí)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部102a對(duì)從基波光源101發(fā)出的基波光L1進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生二次諧波。從所述第1級(jí)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部102a輸出包含由該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部102a產(chǎn)生的所述二次諧波和未由該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部102a轉(zhuǎn)換的基波光(剩余基波光)的光L2。所述光L2由透過(guò)基波、反射高次諧波的分離鏡103a分離成二次諧波L2a和剩余基波L2b。然后，透過(guò)所述分離鏡103a的剩余基波L2b由束徑轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)104進(jìn)行束整形，由第2級(jí)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部102b再次進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。從所述第2級(jí)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部102b輸出包含由該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部102b轉(zhuǎn)換后的二次諧波和在該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部102b中未轉(zhuǎn)換的剩余基波的光L3。然后，所述光L3與上述相同，由分離鏡103b分離成二次諧波L3a和剩余基波L3b。

但是，在上述專利文獻(xiàn)1的結(jié)構(gòu)中，如果第1級(jí)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部102a的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換效率不穩(wěn)定，則入射到第2級(jí)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部102b的基波的輸入也變化，其輸出也不穩(wěn)定。即，存在第2級(jí)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部102b的輸出穩(wěn)定性很大程度上取決于第1級(jí)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部102a的輸出穩(wěn)定性的問(wèn)題。另外，還存在當(dāng)?shù)?級(jí)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部102a的輸出明顯降低時(shí)，對(duì)第2級(jí)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部102b的基波輸入急劇上升，從而破壞晶體的問(wèn)題。而且，這些問(wèn)題成為難以調(diào)整上述專利文獻(xiàn)1的裝置中的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換、從而使波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換動(dòng)作中的輸出穩(wěn)定性降低的原因。