波长转换光学装置、激光器光源及图像显示光学装置转让专利
申请号 : CN200680005977.6
文献号 : CN100582909C
文献日 : 2010-01-20
发明人 : 古屋博之 , 水内公典 , 森川显洋 , 山本和久
申请人 : 松下电器产业株式会社
摘要 :
提供一种波长转换光学装置，具备：输出包含互相垂直的P偏振光和S偏振光的基波(L11)的基波光源(301)；和包含对该基波(L11)进行波长转换、产生高次谐波的极化反转形成部的2个波长转换机构(303a、303b)，在第一级的波长转换机构(303a)中，进行所述基波(L11)的P偏振光的波长转换，在第二级的波长转换机构(303b)中，进行所述基波(L11)的S偏振光的波长转换，从而减小三次谐波(紫外光)对二次谐波(绿色光)吸收的影响，提高波长转换光输出的稳定性及可靠性，并且可输出可实现显示图像高画质化的波长转换光。
权利要求 :
1、一种波长转换光学装置，其特征在于，具备：输出基波光的基波光源；和
波长转换机构，包含对来自所述基波光源的基波光进行波长转 换、产生高次谐波的极化反转部，其中，所述基波光源是输出具有相互垂直的2个方向的偏振光分 量、并且波长在各个偏振光分量中不同的基波光的光纤激光器光源，所述波长转换机构针对互相垂直的2个方向的偏振光分量中的 每一个，对所述基波光进行波长转换。
2、根据权利要求1所述的波长转换光学装置，其特征在于：从所述波长转换机构射出的2条高次谐波光的偏振方向相同。
3、根据权利要求1所述的波长转换光学装置，其特征在于：从所述波长转换机构射出的2条高次谐波光的偏振方向互相垂 直。
4、根据权利要求1所述的波长转换光学装置，其特征在于：具备偏振光分离机构，配置在所述基波光源的后级或所述波长转 换机构所包含的2个极化反转部之间，将来自所述基波光源的基波光、 或者包含该基波光和由所述波长转换机构进行了波长转换后的高次 谐波的光分离成其每个偏振光分量。
5、根据权利要求1所述的波长转换光学装置，其特征在于：所述波长转换机构在该波长转换机构的同一基板内具备：1个所 述极化反转部；设置在该极化反转部的所述基波光的入射侧、且透过 该基波光的第1反射镜；设置在由该极化反转部进行了波长转换后的 高次谐波的出射侧、且透过该高次谐波的第2反射镜；和配置在所述 极化反转部的后级、所述第2反射镜的前级，且转换通过了所述极化 反转部的基波的偏振光的λ/2波长板，另外还具备2个被设置成夹持 所述极化反转部、且执行所述极化反转部的温度控制的温度调节机 构。
6、根据权利要求1所述的波长转换光学装置，其特征在于：所述波长转换机构的所述极化反转部通过使添加了MgO或ZnO 的铌酸锂(LiNbO3:LN)、或添加了MgO或ZnO的钽酸锂(LiTaO3: LT)周期性地极化反转来形成。
7、根据权利要求1所述的波长转换光学装置，其特征在于：不同轴地射出具有各个波长分量的光束。
8、一种图像显示光学装置，其特征在于，具备：根据权利要求1～6中任一项所述的波长转换光学装置；
分别调制由所述波长转换光学装置转换并射出的2条高次谐波 的调制机构；和投影由所述调制机构调制后的光的投影光学系统。
9、一种激光器光源，其特征在于：
具备根据权利要求1～6中任一项所述的波长转换光学装置。
10、一种图像显示光学装置，其特征在于：
具备权利要求7所述的波长转换光学装置。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种使用准相位匹配波长转换元件的波长转换光学 装置以及利用它的激光器光源、图像显示光学装置。
背景技术
作为用于加工用途或激光显示器等的光源，高输出激光器光源受 到关注。而且，在其红外线区域中，开发出YAG激光器等固体激光 器、使用添加了Yb、Nd等稀土类的光纤的光纤激光器等。另一方面， 在红色、蓝色区域中，开发出使用了砷化镓、氮化镓等的半导体激光 器，并且还在研究实现高输出化。但是，对于绿色区域，依然难以从 半导体直接产生绿色，通常利用非线性光学晶体对从所述固体激光 器、光纤激光器发出的红外光进行波长转换后得到。
尤其是，已知在将铌酸锂(LiNbO3:LN)晶体用作所述非线性光 学晶体的情况下，可利用其大的非线性光学常数得到高的转换效率， 由于装置的结构也可简化，所以常常将在该铌酸锂(LN)晶体中使用极 化反转技术形成的准相位匹配(QPM)波长转换元件用于百mW左右 输出的波长转换光学装置。
在得到几W级输出的波长转换光学装置中使用三硼酸锂 (LiB3O5:LBO)晶体、磷酸钛氧钾(KTiOPO4:KTP)晶体等非线性光 学晶体。所述LBO晶体具有难以引起由于基波或所产生的二次谐波 导致的晶体破坏、劣化的特征，但由于非线性光学常数小，所以为了 得到高转换效率，必须构成共振器并在其中配置晶体，从而装置结构 复杂，需要进行细致的调整。所述KTP晶体与所述LBO晶体相比， 非线性光学常数大，即使不构成共振器也可得到高转换效率，但具有 的缺点是，容易引起由于基波或所产生的二次谐波导致的晶体破坏、 劣化。
但是，由于使用了所述LN晶体的准相位匹配元件(QPM-LN元 件)具有比使用所述KTP晶体时大的非线性光学常数，所以可进行高 效率、高输出的波长转换。但是，由于所述QPM-LN元件必须将光 能会聚到狭窄区域，所以实质上比所述KTP晶体更容易引起由于基 波或所产生的二次谐波导致的晶体破坏、劣化。即，存在如下问题： 在利用所述QPM-LN元件得到几W的高次谐波时，由于该LN晶体 的大的非线性光学常数，即使在偏离相位匹配条件时，也产生作为基 波的红外光与波长转换后的绿色光(二次谐波)的和频率的紫外光(三 次谐波)，该产生的紫外光(三次谐波)引起所产生的绿色光(二次谐波) 的吸收，从而引起绿色光输出的饱和、晶体破坏。
为了解决该问题，目前如专利文献1或专利文献2那样，提出将 波长转换用的非线性光学晶体形成2级结构，将通过第1级的波长变 化转换后的基波再次用于第2级的波长转换。由此，利用第1级和第 2级的合计可增大转换效率，另外，可降低基波分量和二次谐波分量 的相互作用，抑制产生作为紫外光的三次谐波。
专利文献1：特开平11-271823号公报
专利文献2：特开2005-10739号公报
尤其是，已知在将铌酸锂(LiNbO3:LN)晶体用作所述非线性光 学晶体的情况下，可利用其大的非线性光学常数得到高的转换效率， 由于装置的结构也可简化，所以常常将在该铌酸锂(LN)晶体中使用极 化反转技术形成的准相位匹配(QPM)波长转换元件用于百mW左右 输出的波长转换光学装置。
在得到几W级输出的波长转换光学装置中使用三硼酸锂 (LiB3O5:LBO)晶体、磷酸钛氧钾(KTiOPO4:KTP)晶体等非线性光 学晶体。所述LBO晶体具有难以引起由于基波或所产生的二次谐波 导致的晶体破坏、劣化的特征，但由于非线性光学常数小，所以为了 得到高转换效率，必须构成共振器并在其中配置晶体，从而装置结构 复杂，需要进行细致的调整。所述KTP晶体与所述LBO晶体相比， 非线性光学常数大，即使不构成共振器也可得到高转换效率，但具有 的缺点是，容易引起由于基波或所产生的二次谐波导致的晶体破坏、 劣化。
但是，由于使用了所述LN晶体的准相位匹配元件(QPM-LN元 件)具有比使用所述KTP晶体时大的非线性光学常数，所以可进行高 效率、高输出的波长转换。但是，由于所述QPM-LN元件必须将光 能会聚到狭窄区域，所以实质上比所述KTP晶体更容易引起由于基 波或所产生的二次谐波导致的晶体破坏、劣化。即，存在如下问题： 在利用所述QPM-LN元件得到几W的高次谐波时，由于该LN晶体 的大的非线性光学常数，即使在偏离相位匹配条件时，也产生作为基 波的红外光与波长转换后的绿色光(二次谐波)的和频率的紫外光(三 次谐波)，该产生的紫外光(三次谐波)引起所产生的绿色光(二次谐波) 的吸收，从而引起绿色光输出的饱和、晶体破坏。
为了解决该问题，目前如专利文献1或专利文献2那样，提出将 波长转换用的非线性光学晶体形成2级结构，将通过第1级的波长变 化转换后的基波再次用于第2级的波长转换。由此，利用第1级和第 2级的合计可增大转换效率，另外，可降低基波分量和二次谐波分量 的相互作用，抑制产生作为紫外光的三次谐波。
专利文献1：特开平11-271823号公报
专利文献2：特开2005-10739号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
下面，用图14说明专利文献1中示出的现有波长转换光学装置 的结构。现有的波长转换光学装置100首先利用第1级波长转换部 102a对从基波光源101发出的基波光L1进行波长转换，产生二次谐 波。从所述第1级波长转换部102a输出包含由该波长转换部102a产 生的所述二次谐波和未由该波长转换部102a转换的基波光(剩余基波 光)的光L2。所述光L2由透过基波、反射高次谐波的分离镜103a分 离成二次谐波L2a和剩余基波L2b。然后，透过所述分离镜103a的 剩余基波L2b由束径转换机构104进行束整形，由第2级波长转换部 102b再次进行波长转换。从所述第2级波长转换部102b输出包含由 该波长转换部102b转换后的二次谐波和在该波长转换部102b中未转 换的剩余基波的光L3。然后，所述光L3与上述相同，由分离镜103b 分离成二次谐波L3a和剩余基波L3b。
但是，在上述专利文献1的结构中，如果第1级波长转换部102a 的波长转换效率不稳定，则入射到第2级波长转换部102b的基波的 输入也变化，其输出也不稳定。即，存在第2级波长转换部102b的 输出稳定性很大程度上取决于第1级波长转换部102a的输出稳定性 的问题。另外，还存在当第1级波长转换部102a的输出明显降低时， 对第2级波长转换部102b的基波输入急剧上升，从而破坏晶体的问 题。而且，这些问题成为难以调整上述专利文献1的装置中的波长转 换、从而使波长转换动作中的输出稳定性降低的原因。
另外，在上述专利文献1中，还存在通过了第1级波长转换部 102a的剩余基波L2b的束品质劣化(横模失真)的问题。这是因为束品 质劣化(横模失真)即使通过束径转换机构104也不能除去。在基波和 二次谐波的相位匹配方法中使用了角度相位匹配的情况下，上述的束 品质劣化(横模失真)难以产生，但已知象本申请这样使用转换效率大、 但对波长转换有效的区域小的极化反转结构的元件作为波长转换元 件时，由于极化反转部中的折射率失真等容易引起横模失真，从而引 起其转换效率降低。
另外，在所述专利文献2的结构中，由于中途没有分离二次谐波 的机构，所以不能避免成为本次课题的、由三次谐波(紫外光)引起的 二次谐波(绿色光)的吸收。
但是，已知在将这种激光器光源用于图像显示装置中来进行图像 显示时，若使用单一波长、单一偏振光的激光器光源，则存在产生无 用的噪声(斑点噪声)、所显示的图像的画质劣化的问题。但是，在激 光器光源中，为了进行高效率的波长转换，单一波长、单一偏振光是 必须条件。即，为了实现高亮度的图像显示装置用的波长转换光学装 置，必须开发满足上述两个条件的光源。
本发明的目的在于提供一种波长转换光学装置及使用它的激光 器光源、以及图像显示光学装置，可降低三次谐波对二次谐波吸收的 影响，提高波长转换光输出的稳定性及可靠性，且可输出可实现显示 图像高画质化的波长转换光。
解决技术问题的技术方案
为了解决上述问题，本发明的波长转换光学装置具备：输出基波 光的基波光源；和波长转换机构，包含对来自所述基波光源的基波光 进行波长转换、产生高次谐波的极化反转部，其中，所述基波光源是 输出具有相互垂直的2个方向的偏振光分量、并且波长在各个偏振光 分量中不同的基波光的光纤激光器光源，所述波长转换机构针对互相 垂直的2个方向的偏振光分量中的每一个，对所述基波光进行波长转 换。
由此，在避免所述高次谐波输出饱和及晶体破坏的同时，可提高 波长转换后的高次谐波的输出稳定性、可靠性。
并且，在本发明的波长转换光学装置中，所述基波的振荡波长在 所述2个方向的偏振光分量中不同。
由此，可进一步提高波长转换后的高次谐波的输出稳定性、可靠 性。
并且，在本发明的波长转换光学装置中，从所述波长转换机构射 出的2条高次谐波光的偏振方向相同。
并且，在本发明的波长转换光学装置中，从所述波长转换机构射 出的2条高次谐波光的偏振方向互相垂直。
并且，本发明的波长转换光学装置具备偏振光分离机构，将所述 基波光、或包含该基波光和由所述波长转换机构进行了波长转换后的 高次谐波的光分离成其每个偏振光分量。
由此，可将从所述基波光源射出的基波光分割成每个偏振光分 量。
并且，本发明的波长转换光学装置在该波长转换机构的同一基板 内具备：所述极化反转部；设置在该极化反转部的所述基波光的入射 侧、且透过该基波光的第1反射镜；设置在由该极化反转部进行了波 长转换后的高次谐波的出射侧、且透过该高次谐波的第2反射镜；和 转换通过了所述极化反转部的基波的偏振光的波长板，另外还具备2 个执行所述极化反转部的温度控制的温度调节机构。
由此，可使该装置更小型化。
并且，在本发明的波长转换光学装置中，所述波长转换机构的所 述极化反转部通过使添加了MgO、ZnO的铌酸锂(LiNbO3:LN)或钽酸 锂(LiTaO3::LT)的至少一部分极化反转而形成。
由此，在该装置中，可得到更高的转换效率。
另外，本发明的图像显示光学装置具备：权利要求1～7中任一 项所述的波长转换光学装置；分别调制由所述波长转换光学装置转换 并射出的2条高次谐波的调制机构；和投影由所述调制机构调制后的 光的投影光学系统。
由此，可提供可减少斑点噪声的图像显示光学装置。并且，最好 是，如果在该图像显示光学装置中使用权利要求2或4所述的波长转 换光学装置，则可进一步减少斑点噪声。
另外，本发明的激光器光源具备权利要求1～7中任一项所述的 波长转换光学装置。
由此，可提供一种激光器光源，在避免所述高次谐波输出饱和及 晶体破坏的同时，可提高分别独立地进行了波长转换后的高次谐波的 输出稳定性、可靠性。
另外，本发明的波长转换光学装置在从权利要求1所述的波长转 换光学装置射出的光中，不同轴地射出具有各个波长分量的光束。
由此，从不同的位置射出波长不同的2条光，从而可以提高图像 的分辨率。
另外，本发明的图像显示光学装置具备权利要求10所述的波长 转换光学装置。
由此，可以提供一种可以减少斑点噪声的图像显示光学装置。
发明效果
根据本发明的波长转换光学装置及激光器光源，具备：输出基波 光的基波光源；和包含对来自所述基波光源的基波光进行波长转换、 产生高次谐波的极化反转部的波长转换机构，其中，所述基波光源是 输出具有相互垂直的2个方向的偏振光分量、并且波长在各个偏振光 分量中不同的基波光的光纤激光器光源，所述波长转换机构针对互相 垂直的2个方向的偏振光分量中的每一个，对所述基波光进行波长转 换，所以可减小基波分量与二次谐波分量的相互作用，可抑制三次谐 波(紫外光)的产生。由此，可抑制由于所述三次谐波引起的二次谐波 (绿色光)的吸收，从而除了可避免波长转换机构中的输出饱和及晶体 破坏之外，还可提高从该装置输出的二次谐波的稳定性和可靠性。
另外，在本发明的波长转换光学装置或激光器光源中，通过构成 为在以任意的光功率比率沿2个方向分割从所述基波光源射出的基波 的偏振状态之后，利用波长转换机构对该分割后的各偏振光的基波光 进行波长转换，在所述波长转换机构中可抑制由于束品质劣化(横模失 真)导致的转换效率降低，从而在该装置中可得到高转换效率。
另外，在本发明的波长转换光学装置或激光器光源中，如果从所 述基波光源射出具有波长不同的2个方向的偏振光分量的基波光，则 在所述波长转换机构中可以更可靠地、独立地对基波光的各偏振光分 量进行波长转换，所以可进一步提高从该装置输出的二次谐波的稳定 性和可靠性。另外，如果使用具备偏振波保持光纤的光纤激光器光源 作为基波光源，则可射出具有波长差小的2个方向的偏振光分量的基 波光，所以得到在所述波长转换机构中容易进行对各偏振光分量独立 地进行波长转换时的控制的效果。
并且，根据本发明的图像显示光学装置，从多个部位射出从绿色 光源射出的、不同波长的绿色光，并针对该波长不同的每个光进行空 间调制，所以可提高人眼灵敏度高的绿色的分辨率，从而可实现该图 像显示光学装置的高画质化。
另外，作为从所述绿色光源射出的绿色光，如果射出不同波长且 不同偏振方向的光，并针对每个光进行空间调制，则在图像的投影面 上重合不同的斑点噪声，所以在作为图像显示装置用光源使用的情况 下，可大幅度地减少无用的噪声图案(斑点噪声)。
下面，用图14说明专利文献1中示出的现有波长转换光学装置 的结构。现有的波长转换光学装置100首先利用第1级波长转换部 102a对从基波光源101发出的基波光L1进行波长转换，产生二次谐 波。从所述第1级波长转换部102a输出包含由该波长转换部102a产 生的所述二次谐波和未由该波长转换部102a转换的基波光(剩余基波 光)的光L2。所述光L2由透过基波、反射高次谐波的分离镜103a分 离成二次谐波L2a和剩余基波L2b。然后，透过所述分离镜103a的 剩余基波L2b由束径转换机构104进行束整形，由第2级波长转换部 102b再次进行波长转换。从所述第2级波长转换部102b输出包含由 该波长转换部102b转换后的二次谐波和在该波长转换部102b中未转 换的剩余基波的光L3。然后，所述光L3与上述相同，由分离镜103b 分离成二次谐波L3a和剩余基波L3b。
但是，在上述专利文献1的结构中，如果第1级波长转换部102a 的波长转换效率不稳定，则入射到第2级波长转换部102b的基波的 输入也变化，其输出也不稳定。即，存在第2级波长转换部102b的 输出稳定性很大程度上取决于第1级波长转换部102a的输出稳定性 的问题。另外，还存在当第1级波长转换部102a的输出明显降低时， 对第2级波长转换部102b的基波输入急剧上升，从而破坏晶体的问 题。而且，这些问题成为难以调整上述专利文献1的装置中的波长转 换、从而使波长转换动作中的输出稳定性降低的原因。
另外，在上述专利文献1中，还存在通过了第1级波长转换部 102a的剩余基波L2b的束品质劣化(横模失真)的问题。这是因为束品 质劣化(横模失真)即使通过束径转换机构104也不能除去。在基波和 二次谐波的相位匹配方法中使用了角度相位匹配的情况下，上述的束 品质劣化(横模失真)难以产生，但已知象本申请这样使用转换效率大、 但对波长转换有效的区域小的极化反转结构的元件作为波长转换元 件时，由于极化反转部中的折射率失真等容易引起横模失真，从而引 起其转换效率降低。
另外，在所述专利文献2的结构中，由于中途没有分离二次谐波 的机构，所以不能避免成为本次课题的、由三次谐波(紫外光)引起的 二次谐波(绿色光)的吸收。
但是，已知在将这种激光器光源用于图像显示装置中来进行图像 显示时，若使用单一波长、单一偏振光的激光器光源，则存在产生无 用的噪声(斑点噪声)、所显示的图像的画质劣化的问题。但是，在激 光器光源中，为了进行高效率的波长转换，单一波长、单一偏振光是 必须条件。即，为了实现高亮度的图像显示装置用的波长转换光学装 置，必须开发满足上述两个条件的光源。
本发明的目的在于提供一种波长转换光学装置及使用它的激光 器光源、以及图像显示光学装置，可降低三次谐波对二次谐波吸收的 影响，提高波长转换光输出的稳定性及可靠性，且可输出可实现显示 图像高画质化的波长转换光。
解决技术问题的技术方案
为了解决上述问题，本发明的波长转换光学装置具备：输出基波 光的基波光源；和波长转换机构，包含对来自所述基波光源的基波光 进行波长转换、产生高次谐波的极化反转部，其中，所述基波光源是 输出具有相互垂直的2个方向的偏振光分量、并且波长在各个偏振光 分量中不同的基波光的光纤激光器光源，所述波长转换机构针对互相 垂直的2个方向的偏振光分量中的每一个，对所述基波光进行波长转 换。
由此，在避免所述高次谐波输出饱和及晶体破坏的同时，可提高 波长转换后的高次谐波的输出稳定性、可靠性。
并且，在本发明的波长转换光学装置中，所述基波的振荡波长在 所述2个方向的偏振光分量中不同。
由此，可进一步提高波长转换后的高次谐波的输出稳定性、可靠 性。
并且，在本发明的波长转换光学装置中，从所述波长转换机构射 出的2条高次谐波光的偏振方向相同。
并且，在本发明的波长转换光学装置中，从所述波长转换机构射 出的2条高次谐波光的偏振方向互相垂直。
并且，本发明的波长转换光学装置具备偏振光分离机构，将所述 基波光、或包含该基波光和由所述波长转换机构进行了波长转换后的 高次谐波的光分离成其每个偏振光分量。
由此，可将从所述基波光源射出的基波光分割成每个偏振光分 量。
并且，本发明的波长转换光学装置在该波长转换机构的同一基板 内具备：所述极化反转部；设置在该极化反转部的所述基波光的入射 侧、且透过该基波光的第1反射镜；设置在由该极化反转部进行了波 长转换后的高次谐波的出射侧、且透过该高次谐波的第2反射镜；和 转换通过了所述极化反转部的基波的偏振光的波长板，另外还具备2 个执行所述极化反转部的温度控制的温度调节机构。
由此，可使该装置更小型化。
并且，在本发明的波长转换光学装置中，所述波长转换机构的所 述极化反转部通过使添加了MgO、ZnO的铌酸锂(LiNbO3:LN)或钽酸 锂(LiTaO3::LT)的至少一部分极化反转而形成。
由此，在该装置中，可得到更高的转换效率。
另外，本发明的图像显示光学装置具备：权利要求1～7中任一 项所述的波长转换光学装置；分别调制由所述波长转换光学装置转换 并射出的2条高次谐波的调制机构；和投影由所述调制机构调制后的 光的投影光学系统。
由此，可提供可减少斑点噪声的图像显示光学装置。并且，最好 是，如果在该图像显示光学装置中使用权利要求2或4所述的波长转 换光学装置，则可进一步减少斑点噪声。
另外，本发明的激光器光源具备权利要求1～7中任一项所述的 波长转换光学装置。
由此，可提供一种激光器光源，在避免所述高次谐波输出饱和及 晶体破坏的同时，可提高分别独立地进行了波长转换后的高次谐波的 输出稳定性、可靠性。
另外，本发明的波长转换光学装置在从权利要求1所述的波长转 换光学装置射出的光中，不同轴地射出具有各个波长分量的光束。
由此，从不同的位置射出波长不同的2条光，从而可以提高图像 的分辨率。
另外，本发明的图像显示光学装置具备权利要求10所述的波长 转换光学装置。
由此，可以提供一种可以减少斑点噪声的图像显示光学装置。
发明效果
根据本发明的波长转换光学装置及激光器光源，具备：输出基波 光的基波光源；和包含对来自所述基波光源的基波光进行波长转换、 产生高次谐波的极化反转部的波长转换机构，其中，所述基波光源是 输出具有相互垂直的2个方向的偏振光分量、并且波长在各个偏振光 分量中不同的基波光的光纤激光器光源，所述波长转换机构针对互相 垂直的2个方向的偏振光分量中的每一个，对所述基波光进行波长转 换，所以可减小基波分量与二次谐波分量的相互作用，可抑制三次谐 波(紫外光)的产生。由此，可抑制由于所述三次谐波引起的二次谐波 (绿色光)的吸收，从而除了可避免波长转换机构中的输出饱和及晶体 破坏之外，还可提高从该装置输出的二次谐波的稳定性和可靠性。
另外，在本发明的波长转换光学装置或激光器光源中，通过构成 为在以任意的光功率比率沿2个方向分割从所述基波光源射出的基波 的偏振状态之后，利用波长转换机构对该分割后的各偏振光的基波光 进行波长转换，在所述波长转换机构中可抑制由于束品质劣化(横模失 真)导致的转换效率降低，从而在该装置中可得到高转换效率。
另外，在本发明的波长转换光学装置或激光器光源中，如果从所 述基波光源射出具有波长不同的2个方向的偏振光分量的基波光，则 在所述波长转换机构中可以更可靠地、独立地对基波光的各偏振光分 量进行波长转换，所以可进一步提高从该装置输出的二次谐波的稳定 性和可靠性。另外，如果使用具备偏振波保持光纤的光纤激光器光源 作为基波光源，则可射出具有波长差小的2个方向的偏振光分量的基 波光，所以得到在所述波长转换机构中容易进行对各偏振光分量独立 地进行波长转换时的控制的效果。
并且，根据本发明的图像显示光学装置，从多个部位射出从绿色 光源射出的、不同波长的绿色光，并针对该波长不同的每个光进行空 间调制，所以可提高人眼灵敏度高的绿色的分辨率，从而可实现该图 像显示光学装置的高画质化。
另外，作为从所述绿色光源射出的绿色光，如果射出不同波长且 不同偏振方向的光，并针对每个光进行空间调制，则在图像的投影面 上重合不同的斑点噪声，所以在作为图像显示装置用光源使用的情况 下，可大幅度地减少无用的噪声图案(斑点噪声)。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1的波长转换光学装置中使用的光纤 激光器光源的结构的模式图。
图2是表示本发明实施方式1中的波长转换光学装置的结构的 图。
图3是表示从本发明实施方式1的波长转换光学装置所使用的光 纤激光器光源射出的基波的波长频谱的图。
图4是比较波长转换元件是1级结构的波长转换光学装置的输出 特性、与本实施方式1的波长转换光学装置的输出特性的图。
图5是表示波长转换元件是2级结构的现有波长转换光学装置的 输出特性(图(a))、与本实施方式1的波长转换光学装置的输出特性(图 (b))的图表。
图6是表示本发明实施方式1的、并联设置了波长转换元件的波 长转换光学装置的结构的图。
图7是比较波长转换元件是1级结构的波长转换光学装置的输出 特性、串联设置了本实施方式1的波长转换元件的波长转换光学装置 的输出特性、和并联设置了本实施方式1的波长转换元件的波长转换 光学装置的输出特性的图。
图8是表示本发明实施方式2中的波长转换光学装置的结构的 图。
图9是表示本发明实施方式3中的波长转换光学装置的结构的 图。
图10是表示一体构成本发明实施方式3中的波长转换光学装置 的各结构部分的结构的图。
图11是表示本发明实施方式4的波长转换光学装置的结构的图。
图12是表示使用了本发明的波长转换光学装置的图像显示装置 的一例的图。
图13是表示从一个光源射出波长不同的2条光时的峰值波长差、 与斑点噪声明暗差的关系的图。
图14是表示现有的、波长转换元件是2级结构的波长转换光学 装置的结构的图。
符号说明
100、300、400、500、600、700、800波长转换光学装置
101、301基波光源
102a、102b波长转换部分
103a、103b分离镜
104束径转换机构
201、201′光纤激光器光源
202激励用半导体激光器光源
203泵浦合束器(pump combiner)
204a、204b光纤光栅
205Yb添加双包层偏振波保持光纤
207偏振光单一化机构
302a、302b会聚透镜
303a第1波长转换元件
303b、503第2波长转换元件
304a、304b再准直透镜
305a、305b、605a、605b、705a、705b珀耳帖元件
306偏振光分束器
307基波的1/2波长板
308a、308b、308c分色镜
309出射棱镜
603、706波长转换元件
608、609返回用棱镜
608a、608b、609a、609b、708a、708b、709a、709b反射面
703极化反转部
708、709棱镜部
807基波、二次谐波的1/2波长板
900图像显示光学装置
901红色光源
902、902、902′绿色光源
903蓝色光源
904红色用空间调制元件
905a、905b绿色用空间调制元件
906蓝色用空间调制元件
907反射镜
908合波棱镜
909投射透镜
910屏幕
图2是表示本发明实施方式1中的波长转换光学装置的结构的 图。
图3是表示从本发明实施方式1的波长转换光学装置所使用的光 纤激光器光源射出的基波的波长频谱的图。
图4是比较波长转换元件是1级结构的波长转换光学装置的输出 特性、与本实施方式1的波长转换光学装置的输出特性的图。
图5是表示波长转换元件是2级结构的现有波长转换光学装置的 输出特性(图(a))、与本实施方式1的波长转换光学装置的输出特性(图 (b))的图表。
图6是表示本发明实施方式1的、并联设置了波长转换元件的波 长转换光学装置的结构的图。
图7是比较波长转换元件是1级结构的波长转换光学装置的输出 特性、串联设置了本实施方式1的波长转换元件的波长转换光学装置 的输出特性、和并联设置了本实施方式1的波长转换元件的波长转换 光学装置的输出特性的图。
图8是表示本发明实施方式2中的波长转换光学装置的结构的 图。
图9是表示本发明实施方式3中的波长转换光学装置的结构的 图。
图10是表示一体构成本发明实施方式3中的波长转换光学装置 的各结构部分的结构的图。
图11是表示本发明实施方式4的波长转换光学装置的结构的图。
图12是表示使用了本发明的波长转换光学装置的图像显示装置 的一例的图。
图13是表示从一个光源射出波长不同的2条光时的峰值波长差、 与斑点噪声明暗差的关系的图。
图14是表示现有的、波长转换元件是2级结构的波长转换光学 装置的结构的图。
符号说明
100、300、400、500、600、700、800波长转换光学装置
101、301基波光源
102a、102b波长转换部分
103a、103b分离镜
104束径转换机构
201、201′光纤激光器光源
202激励用半导体激光器光源
203泵浦合束器(pump combiner)
204a、204b光纤光栅
205Yb添加双包层偏振波保持光纤
207偏振光单一化机构
302a、302b会聚透镜
303a第1波长转换元件
303b、503第2波长转换元件
304a、304b再准直透镜
305a、305b、605a、605b、705a、705b珀耳帖元件
306偏振光分束器
307基波的1/2波长板
308a、308b、308c分色镜
309出射棱镜
603、706波长转换元件
608、609返回用棱镜
608a、608b、609a、609b、708a、708b、709a、709b反射面
703极化反转部
708、709棱镜部
807基波、二次谐波的1/2波长板
900图像显示光学装置
901红色光源
902、902、902′绿色光源
903蓝色光源
904红色用空间调制元件
905a、905b绿色用空间调制元件
906蓝色用空间调制元件
907反射镜
908合波棱镜
909投射透镜
910屏幕
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的实施方式。
(实施方式1)
在本实施方式1中示出如下情况：作为基波光源，使用利用Yb 添加双包层偏振波保持光纤的光纤激光器光源，作为波长转换元件， 使用在为了防止由光引起的劣化而添加了氧化镁的铌酸锂晶体(Mg: LN)中形成周期性极化反转的准相位匹配波长转换元件，串联配置该 波长转换元件，对从上述基波光源输出的基波进行波长转换。
首先，用图1说明本实施方式1中使用的基波光源的结构，另外， 周图2说明本实施方式1中的波长转换光学装置的结构。在本实施方 式1的波长转换光学装置300中串联配置该波长转换元件。由此，可 减小设置面积。
在本实施方式1的波长转换光学装置300中，如上所述使用光纤 激光器光源作为基波光源301。从光纤激光器光源射出的基波L11具 有相对于该波长转换光学装置300中的波长转换元件水平的偏振方向 (p方向)和垂直的偏振方向(s方向)。本实施方式1的波长转换光学装 置300的特征在于，在其各个偏振方向(p方向、s方向)独立地进行波 长转换。
下面，详细说明在本实施方式1中使用的光纤激光器光源的结 构。首先，利用泵浦合束器203将从激励用半导体激光器光源(波长 915nm)202发出的红外光集中在一条光纤中。这时激励光的合计输出 为30W。该激励光会聚在作为激光器介质的Yb添加双包层偏振波保 持光纤205(下面简称为“Yb添加偏振波保持光纤”)上。在上述Yb 添加偏振波保持光纤205的两端连接有设计成以振荡波长(这里为 1084nm)反射的光纤光栅204a、204b，由该Yb添加偏振波保持光纤 205和光纤光栅204a、204b构成激光器共振器206。
通常，使用了偏振波保持光纤的激光器光源如上所述，具有互相 垂直的P方向和S方向这2个偏振光(下面，分别称为P偏振光、S 偏振光)。因此，在将这种光纤激光器光源用于现有的波长转换光学装 置的情况下，为了得到单一偏振光，如图1(b)所示，在上述激光共振 器206的后级必须具备偏光器等偏振光单一化机构207，使上述2个 偏振光成为单一偏振光。另外，从上述光纤激光器光源射出的2个偏 振光由于偏振波保持光纤中形成的窄带光纤光栅204b对应偏振方向 具有2个反射峰值，所以如图3所示，该2个偏振光的振荡波长也相 差1/10nm～几nm左右。因此，在上述偏振光单一化机构207中还执 行使上述2个偏振光的振荡波长一致的调整。
但是，在本实施方式1的波长转换光学装置300中，对波长不 同且互相垂直的2个方向的偏振光(P偏振光、S偏振光)分别独立地进 行波长转换。因此，在上述光纤激光器光源201中不必设置使上述2 个偏振光成为单一偏振光和进行振荡波长调整的偏振光单一化机构 207，结果，可简化基波光源301的结构。
另外，在构成光纤激光器光源的光纤中不使用偏振波保持光纤 时，来自该光纤激光器光源的光变为随机偏振光(不依赖于偏振波)， 其振荡波长被单一化，所以本发明中使用的光纤激光器光源为了使多 个波长振荡，必须由偏振波保持光纤构成。
这样，如果使用具备上述的偏振波保持光纤的光纤激光器光源 201作为基波光源301，则可射出具有振荡波长差小的2个方向的偏 振光分量的基波光，在后述的波长转换元件中，可针对每个偏振光分 量独立可靠地对该基波光进行波长转换。
下面，说明将上述光纤激光器光源201用作基波光源301的、本 实施方式1中的波长转换光学装置300的结构。
首先，将从上述基波光源301射出的光L11(1084mm：基波)利 用准直透镜等(未图示)校准成800μm左右的束径，由会聚透镜302a 会聚(这里焦点距离为30mm)。然后，使会聚后的基波光L11入射到 第1级的波长转换元件303a并进行波长转换。该第1波长转换元件 303a对上述基波L11的2个方向偏振光(P偏振光、S偏振光)中、偏 振与晶体的主介电轴z轴方向平行的偏振光(P偏振光)进行波长转换。 上述第1波长转换元件303a在厚度1mm、长度25mm的Mg:LN(晶 体主介电轴z轴方向垂直于基板面内)中，以周期Λ＝7.38μm周期性地 形成极化反转结构，该波长转换元件303a的两端施以光学抛光，对 入射侧施以基波(波长：1084nm)的低反射涂层，对出射侧施以二次谐 波(波长：542nm左右)的低反射涂层。另外，将上述第1波长转换元 件303a固定在铜板上，利用珀耳帖元件305a进行温度控制(这里约 22℃)。通过该波长转换元件的温度控制进行相位匹配波长的微调整。 然后，在上述第1波长转换元件303a中，通过功率换算，对入射的 光L11的20～30％进行波长转换，成为入射光一半波长的绿色光 (542nm)。
因此，从上述第1波长转换元件303a输出光L12，该光L12包 含在该波长转换元件303a中进行了波长转换的绿色光、剩余的基波 光(P偏振光的剩余基波光)和未由上述第1波长转换元件303a进行波 长转换的另一偏振光、即与晶体的主介电轴z轴方向垂直的偏振光(S 偏振光)的基波光。
上述输出光L12由再准直透镜304a变回平行光，之后，由偏振 光分束器306使上述P偏振光的绿色光和剩余基波光的光路弯曲90 度，从而分离包含该P偏振光的绿色光和剩余基波光的光L13、与未 由上述第1波长转换元件303a进行波长转换的S偏振光的基波光 L14。
原样通过了上述偏振光分束器306的上述S偏振光的基波光L14 通过基波的λ/2波长板(下面简称为“λ/2波长板”)307。由于上述λ/2 波长板307配置成使入射的基波光L14的偏振方向与设置在后级的第 2级的波长转换元件303b的晶体主介电轴z轴方向一致，所以上述S 偏振光的基波光L14在通过上述λ/2波长板307后，变成P偏振光的 基波光L15。
上述P偏振光的基波光L15在由会聚透镜302b会聚后，入射到 第2级的波长转换元件303b。该第2波长转换元件303b与上述第1 波长转换元件303a相同，对上述基波的2个方向偏振光(P偏振光、S 偏振光)中、与晶体的主介电轴z轴方向平行的偏振光(P偏振光)进行 波长转换。上述第2波长转换元件303b在厚度1mm、长度25mm的 Mg:LN(晶体的主介电轴z轴方向垂直于基板面内)中，以周期 Λ＝7.38μm周期性地形成极化反转结构，另外，利用涂层的条件、保 持方法及珀耳帖元件305b的温度控制方法与上述第1波长转换元件 303a相同。但是，如上所述，从上述光纤激光器光源出射的P偏振光 和S偏振光由于波长相差若干(图3中波长差为0.5nm)，所以上述珀 耳帖元件305b以与上述珀耳帖元件305a不同的温度(这里约28℃)对 该第2波长转换元件303b进行温度控制。结果，可执行相位匹配波 长的微调整，并使P偏振光、S偏振光各自的相位匹配波长一致。在 该第2波长转换元件303b中，也通过功率换算对入射的光L15的20～ 30％进行波长转换，变成入射光一半波长的绿色光(542nm左右)。
从上述第2波长转换元件303b输出包含在该波长转换元件303b 中进行了波长转换后的绿色光及其剩余的基波光(P偏振光的剩余基 波光)的光L16。然后，上述输出光L16由再准直透镜304b变回平行 光，由分色镜308c分离绿色光L16a和其剩余基波光L16b。
另一方面，已由上述第1波长转换元件303a进行了波长转换、 且由上述偏振光分束器306使其光路弯曲90度后的上述光L13由分 色镜308a分离绿色光L13a和其剩余基波光L13b。
然后，由上述第1、第2波长转换元件303a、303b分别进行了 波长转换后的P偏振光的绿色光L13a、L16b使用分色镜308a、308b、 308c及棱镜309等，向同一射出方向射出。
图4是绘制了本实施方式1的波长转换光学装置300中的二次谐 波输出特性(虚线)、和具备1个现有波长转换元件的波长转换光学装 置中的二次谐波输出特性(实线)的图。
从图4可知，即使在接收到用于得到以前会产生晶体破坏的、超 过3W的输出(4W以上)的基波光的状态下，也不会产生由于紫外光引 起的绿色光的输出饱和及晶体破坏。这是因为在本装置300中，设置 多个波长转换元件，在该各波长转换元件中对入射的基波光中的P偏 振光、S偏振光中的某一方进行波长转换，所以可向各波长转换元件 输入P偏振光、S偏振光各自不受紫外光产生的影响的程度的基波光。 由此，利用本实施方式1的结构，可向波长转换元件入射以前因产生 晶体破坏而不能入射的高输出的基波光，结果，无晶体破坏，可实现 高转换效率。
另外，图5是表示图14示出的现有波长转换光学装置中的输出 稳定性(图(a))、和本实施方式1的波长转换光学装置中的输出稳定性 (图(b))的图。
从图5可知，本实施方式1的波长转换光学装置300与现有的波 长转换光学装置100相比，输出稳定性增加。这是因为本装置300不 象以前那样利用后级的波长转换元件对未由前级的波长转换元件进 行波长转换的剩余基波进行波长转换，所以后级波长转换元件中的波 长转换不受前级波长转换元件的波长转换效率的影响。由此，通过本 装置300，还可解决作为现有装置100的问题的、在第1级的波长转 换元件的输出明显下降时向第2级的波长转换元件的基波输入急剧上 升从而破坏晶体的问题。
另外，在本实施方式1中，举出串联配置2个波长转换元件303a、 303b来进行波长转换的情况为一例，但如图6所示，也可采用并联配 置2个波长转换元件的结构。下面，用图6说明该结构。
图6是并联配置波长转换元件时的、波长转换光学装置的结构 图。这里也使用上述的光纤激光器光源201作为基波光源301。因此， 基波L11具有相对于波长转换元件水平的偏振方向的光(P偏振光)和 垂直的偏振方向的光(S偏振光)，另外，该各偏振光的波长相差若干(参 照图3)。
首先，将从上述基波光源301射出的光L11(1084nm：基波)利用 准直透镜等(未图示)校准成800μm左右的束径之后，由偏振光分束器 306使P偏振光的基波光L22的光路弯曲90度，从而分离成该P偏 振光的基波光L22和另一方的S偏振光的基波光。
但是，在如本实施方式那样使用极化反转结构的晶体作为波长转 换晶体的情况下，在通过第1级的波长转换元件303a时基波的束品 质(横模)劣化，结果，存在第2级的波长转换元件303b中的基波光的 转换效率降低20～30％的情况。
但是，通过图6的结构，在入射到波长转换元件之前将上述基波 L11分离成2个方向的偏振光。由此，可容易地抑制由于上述基波L11 通过波长转换元件而导致的束品质(横模)的劣化，即使在具备多个波 长转换元件的情况下，也可抑制由于束品质劣化(横模失真)所导致的 转换效率降低。
利用上述偏振光分束器306使其光路弯曲了90度的上述P偏振 光的基波光L22通过分色镜308a入射到会聚透镜302a并会聚(这里 的焦点距离30mm)。使会聚后的基波光L22入射到第1波长转换元件 303a，进行波长转换。上述第1波长转换元件303a的尺寸、极化反 转构造及端面处理与上述的第1波长转换元件303a相同。另外，上 述第1波长转换元件303a的保持方法、利用珀耳帖元件305的温度 调整方法以及相位匹配波长的微调整方法也采用与上述相同的方法。 在该第1波长转换元件303a中，通过功率换算，对入射的光L22的 20～30％进行波长转换，变成入射光一半波长的绿色光(542nm)。
因此，从上述第1波长转换元件303a输出包含在该波长转换元 件303a中进行了波长转换后的绿色光及其剩余的基波光(P偏振光的 剩余基波光)的光L23。
另一方面，原样通过了上述偏振光分束器306的上述S偏振光的 基波光L24通过在会聚透镜302b之前配置上述1/2波长板307，使其 偏振方向旋转90度，成为与波长转换元件的晶体主介电轴z轴平行 的偏振光(P偏振光)的基波光L25。之后，上述P偏振光的基波光L25 由会聚透镜302b会聚后(这里的焦点距离30mm)，入射到第2波长转 换元件303b，进行波长转换。该第2波长转换元件303b的尺寸、极 化反转构造及端面处理与上述的第2波长转换元件303b相同。另外， 该第2波长转换元件303b的保持方法、利用珀耳帖元件305b的温度 调整方法以及相位匹配波长的微调整方法也采用与上述相同的方法。 在该第2波长转换元件303b中，也通过功率换算，对入射的光L25 的20～30％进行波长转换，变成入射光一半波长的绿色光(542nm)。
因此，从上述第2波长转换元件303b输出包含在该波长转换元 件303b中进行了波长转换后的绿色光及其剩余的基波光(P偏振光的 剩余基波光)的光L26。
从上述第1、第2波长转换元件303a、303b射出的各光L23、 L26分别由再准直透镜304a、304b变回平行光，分别由分色镜308b、 308c分离成绿色光L23a、L26a、和剩余基波光L23b、L26b，进而 使用该分色镜308b、308c及棱镜309等，向同一射出方向射出。
图7是绘制了图6中示出的波长转换光学装置400中的二次谐波 输出特性(一点点划线)、具备1个现有波长转换元件的波长转换光学 装置中的二次谐波输出特性(实线)、和上述实施方式1的波长转换光 学装置300中的二次谐波输出特性(虚线)的图。
从图7可知，在图6示出的波长转换光学装置400的情况下，即 使在由波长转换元件接收到用于得到以前会产生晶体破坏的、超过 3W的输出(4W以上)的基波光的状态下，也不会产生由于紫外光引起 的绿色光的输出饱和及晶体破坏。并且，来自波长转换光学装置400 的二次谐波的输出比上述图2中示出的波长转换光学装置300的二次 谐波的输出大。这因为图6示出的装置400的结构在将基波输入L11 入射到波长转换元件之前分离成2个方向的偏振光，向各波长转换元 件入射各偏振光，所以可抑制由于通过波长转换元件而使束品质劣化 (横模失真)所导致的转换效率降低。另外可知，图6的结构与上述图 2的结构同样，二次谐波的输出稳定性增加，在输出稳定性方面比现 有装置100好。另外，可解决作为现有装置100的问题的、在第1级 的波长转换元件的输出明显下降时向第2级的基波输入急剧上升从而 破坏晶体的问题。
如上所述，根据本实施方式1的波长转换光学装置，作为基波光 源301，使用输出具有互相直行的2个方向偏振光(P偏振光、S偏振 光)的基波L11的光纤激光器光源，利用各波长转换元件303a、303b 分别对上述基波L11的P偏振光、S偏振光进行波长转换，所以可向 各波长转换元件303a、303b入射由于以前会产生晶体破坏而不能入 射的高输出的基本波，结果，可无晶体破坏地实现高转换效率。另外， 由于后级波长转换元件303b中的波长转换不受前级波长转换元件 303a的波长转换的影响，所以还可得到良好的输出稳定性、可靠性。
另外，在本实施方式1中，作为基波光源301，使用具备偏振波 保持光纤的光纤激光器光源201，射出具有波长不同的P偏振光、S 偏振光的基波光L11，所以在各波长转换元件303a、303b中仅对上 述基波光L11中的、对应于上述各元件的晶体主介电轴z轴方向、且 具有与该各元件具备的珀耳帖元件305a、305b的控制温度相对应的 波长的偏振光分量进行波长转换，所以可针对每个偏振光分量可靠地 对该基波光L11进行波长转换。因此，在该装置300中，与射出振荡 波长单一的随机偏振光作为上述基波光L11、并由上述各波长转换元 件针对每个偏振光分量进行波长转换的情况相比，射出具有波长不同 的P偏振光、S偏振光的基波光作为上述基波光L11、并由各波长转 换元件针对每个偏振光分量进行波长转换的方法可进一步提高二次 谐波的输出稳定性、可靠性。
并且，对于波长转换光学装置，如图6所示，如果构成为在将基 波光L11入射到波长转换元件303a、303b之前，利用偏振光分束器 306分离成P偏振光的基波L22和S偏振光的基波光L24，并入射到 波长转换元件，则在采用具备多个波长转换元件的结构的情况下，也 可抑制束品质劣化(横模失真)所导致的转换效率下降，从而可得到更 高的转换效率。
另外，在上述的说明中，说明为第1级和第2级的波长转换元件 303a、303b的元件长相同，但该波长转换元件303a、303b的元件长 也可不同。详细地说，在从基波光源射出的基波光为随机偏振光时， 振荡波长是单一波长，其功率分配在P偏振光、S偏振光中均等，所 以期望对应于上述P偏振光、S偏振光的波长转换元件各自的元件长 相同，但象从作为本实施方式1的基波光源301的光纤激光器光源201 射出的基波光那样，按P偏振光、S偏振光分别振荡、并且针对每个 偏振光分量振荡波长不同的情况下，对应于其偏振光分量，功率分配 不同(具体地说，P偏振光的功率∶S偏振光的功率＝10∶7～10∶9左 右)，所以情况不同。
这样，在上述基波光的S偏振光的功率比P偏振光的功率小时， 可相应于该S偏振光的功率小的部分、使转换S偏振光的波长转换元 件的元件长增长，由此使波长转换后的二次谐波的输出成为近似1∶1 的比例。
例如，在本实施方式1的波长转换光学装置300的结构的情况下， 通过使对应于P偏振光的第1波长转换元件303a的元件长为20mm， 并使对应于S偏振光的第2波长转换元件303b的元件长为25mm， 可得到大致为1∶1的输出比。
(实施方式2)
在上述实施方式1中，说明了由波长转换光学装置进行了波长转 换后的2条二次谐波为相同偏振方向的情况，但在本实施方式2中， 说明该二次谐波的偏振方向互相直行时的结构。
下面，使用图8说明本实施方式2中的波长转换光学装置500 的结构。
在本实施方式2中，示出如下情况：与上述实施方式1相同，作 为基波光源301，使用利用图1(a)中示出的Yb添加偏振波保持光 纤205的光纤激光器光源201，作为波长转换元件，使用在为了防止 由光导致的劣化而添加了氧化镁的铌酸锂晶体(Mg:LN)中形成了 周期性极化反转的准相位匹配波长转换元件，串联配置该波长转换元 件来进行波长转换。如果这样串联配置波长转换元件，则可减小设置 面积。
在本实施方式2中，波长转换光学装置500的结构与图2中示出 的上述实施方式1的结构大致相同，但不同之处在于，在偏振光分束 器306的后级不设置使基波光旋转90度的λ/2波长板307，而在旋转 了90度的状态下配置第2级的波长转换元件503，使得该波长转换元 件503的晶体主介电轴z轴的方向与第1级波长转换元件303a的晶 体主介电轴z轴的方向垂直，从而可对S偏振光的基波光进行波长转 换。下面，详细地说明。
首先，将从上述基波光源301射出的光L11(1084nm：基波) 通过准直透镜等(未图示)校准成800μm左右的束径，并由会聚透镜 302a会聚(这里焦点距离30mm)。然后，将会聚后的基波L11入射 到第1级的波长转换元件303a进行波长转换。在该第1波长转换元 件303a中，对基波L11的2个方向的偏振光(P偏振光、S偏振光) 中、偏振光与晶体的主介电轴z轴方向平行的偏振光(P偏振光)进 行波长转换。上述第1波长转换元件303a在厚度1mm、长度25mm 的Mg:LN(晶体主介电轴z轴方向垂直于基板面内)中，以周期 Λ＝7.38μm周期地形成极化转换结构，该波长转换元件303a的两端施 以光学抛光，对入射侧施以基波(波长：1084nm)的低反射涂层，但 对输出侧施以二次谐波(波长：542nm左右)的低反射涂层。另外， 将上述第1波长转换元件303a固定在铜板上，由珀耳帖元件305a来 进行温度控制(这里约22℃)。通过该波长转换元件的温度控制，进 行相位匹配波长的微调整。然后，在上述第1波长转换元件303a中， 对上述基波光L11中、P偏振光的基波光(通过功率换算，为入射的 光L11的20％～30％)进行波长转换，变成入射光一半波长的绿色光 (542nm)。
因此，从上述第1波长转换元件303a输出光L32，该光L32包 含在该波长转换元件303a中进行了波长转换后的绿色光、其剩余的 基波光(P偏振光的剩余基波光)和未由上述第1波长转换元件303a进 行波长转换的另一偏振光、即与晶体的主介电轴z轴方向垂直的偏振 光(S偏振光)的基波光。
上述输出光L32由再准直透镜304a变回成平行光，之后，由偏 振光分束器306使上述P偏振光的绿色光和剩余基波光的光路弯曲90 度，从而分离成包含该P偏振光的绿色光和剩余基波光的光L33、和 未由上述第1波长转换元件303a进行波长转换的S偏振光的基波光 L34。
原样通过了上述偏振光分束器306的上述S偏振光的基波光L34 由会聚透镜302b会聚，入射到第2级的波长转换元件503。该第2 波长转换元件503如上所述，配置成使上述第1波长转换元件303a 旋转了90度的状态、即晶体的主介电轴z轴方向与入射的光L34(S 偏振光)的偏振方向平行，所以对与晶体的主介电轴z轴方向垂直的偏 振光(S偏振光)进行波长转换。上述第2波长转换元件503在厚度 1mm、长度25mm的Mg:LN(晶体的主介电轴z轴方向垂直于基板 面内)中，以周期Λ＝7.38μm周期性地形成极化反转结构，另外，涂层 的条件、保持方法及利用珀耳帖元件305b的温度控制方法与上述第1 波长转换元件303a相同。但是，如上所述，从上述光纤激光器光源 射出的P偏振光和S偏振光的波长相差若干(在图3中，波长差0.5nm)。 因此，上述珀耳帖元件305b在与上述珀耳帖元件305a不同的温度(这 里约28℃)下对该第2波长转换元件303b进行温度控制。结果，可执 行相位匹配波长的微调整，使S偏振光、P偏振光各自的相位匹配波 长一致。该第2波长转换元件503对S偏振光的基波光(通过功率换算， 为入射的光L34的20～30％)进行波长转换，变成该入射光一半波长 的绿色光(542nm左右)。
从上述第2波长转换元件503b输出包含在该波长转换元件503 中进行了波长转换后的绿色光及其剩余的基波光(S偏振光的剩余基 波光)的光L35。之后，上述输出光L35由再准直透镜304b变回成平 行光，由分色镜308c分离绿色光L35a和其剩余基波光L35b。
另一方面，包含由上述偏振光分束器306使其光路弯曲了90度 的上述P偏振光的绿色光和其剩余基波光的光L33由分色镜308a分 离成绿色光L33a和P偏振光的剩余基波光L33b。
然后，由上述第1、第2波长转换元件303a、303b各自进行了 波长转换后的P偏振光的绿色光L33a及S偏振光的绿色光L35a使 用分色镜308a、308b、308c及棱镜309等，向同一射出方向射出。
本实施方式2的波长转换光学装置500的输出特性与上述实施方 式1的图2中示出的波长转换光学装置300的输出特性(参照图4、5) 为大致相同的结果。即，利用本实施方式2的结构，可向波长转换元 件入射以前因为产生晶体破坏而不能入射的高输出的基波光，结果， 即使在上述波长转换元件接收到用于得到以前会产生晶体破坏的、超 过3W的输出(4W以上)的基波光的状态下，也可避免由紫外光导致的 绿色光的输出饱和及晶体破坏，从而可无晶体破坏地实现高转换效 率。另外，在该装置500中，由于后级波长转换元件503的波长转换 不受前级波长转换元件303a的波长转换的影响，所以还得到良好的 输出稳定性、可靠性。并且，可解决作为现有装置100的问题的、在 第1级波长转换元件的输出明显下降时向第2级波长转换元件的基波 输入急剧上升从而破坏晶体的问题。
如上所述，根据本实施方式2的波长转换光学装置500，作为基 波光源301，使用输出具有互相直行的2个方向偏振光(P偏振光、S 偏振光)的基波L11的光纤激光器光源，由各波长转换元件303a、503 分别对上述基波L11的P偏振光、S偏振光进行波长转换，所以可向 各波长转换元件303a、503入射以前因为会产生晶体破坏而不能入射 的高输出的基波光，结果，无晶体破坏，可实现高转换效率，另外， 由于后级波长转换元件503中的波长转换不受前级波长转换元件303a 的影响，所以还可得到良好的输出稳定性、可靠性。
另外，在本实施方式2中，与上述实施方式1相同，使用具备偏 振波保持光纤的光纤激光器光源201作为基波光源301，射出具有波 长不同的P偏振光、S偏振光的基波光L11，所以在各波长转换元件 303a、503中，仅对上述基波光源L11中的、对应于上述各元件的晶 体主介电轴z轴方向、且具有与该各元件具备的珀耳帖元件305a、305b 的控制温度相对应的波长的偏振光分量进行波长转换，所以可针对每 个偏振光分量可靠地对该基波光L11进行波长转换。因此，在该装置 中，与射出振荡波长单一的随机偏振光作为上述基波光L11、并由上 述各波长转换元件对每个偏振光分量进行波长转换的情况相比，射出 具有波长不同的P偏振光、S偏振光的基波光作为上述基波光L11、 并由各波长转换元件对每个偏振光分量进行波长转换的方法可进一 步提高二次谐波的输出稳定性、可靠性。
另外，在本实施方式2中，举出串联配置波长转换元件的情况为 一例来说明，但也可以如上述实施方式1的图6所示，并联配置上述 波长转换元件，在该波长转换元件的前级，通过偏振光分束器等将基 波L11分离成各个偏振光，向各波长转换元件仅入射P、S偏振光中 的某一方。这样构成的情况下，可抑制由于束品质劣化导致的转换效 率下降，从而得到更高的转换效率。
另外，在本实施方式2中，说明了第1级和第2级的波长转换元 件303a、503的元件长相同的情况，但与上述实施方式1相同，该波 长转换元件303a、503的元件长也可不同。例如，本实施方式2的波 长转换光学装置500的结构的情况下，通过使对应于P偏振光的第1 波长转换元件303a的元件长为20mm，使对应于S偏振光的第2波 长转换元件503的元件长为25mm，可得到大致1∶1的输出比。
并且，本实施方式2中，作为第1、第2波长转换元件303a、503， 使用了采用晶体主介电轴的z轴方向垂直于面内的基板(z板)的波长 转换元件，但作为对应于S偏振光的基波光的波长转换元件(这里为第 2波长转换元件503)，也可使用采用晶体主介电轴的x轴方向垂直于 面内的基板(x板)的波长转换元件。这时，不必使其晶体的方位旋转 90°来配置第2波长转换元件。这时，必须沿基波的偏振方向与波长 转换元件的z轴方向平行的方向入射，这与使用z板的情况相同。
(实施方式3)
在上述实施方式1中，说明了具备2个波长转换元件的结构，但 在本实施方式3中，说明使用棱镜和反射镜等使来自基波光源的入射 光折回，从而利用一个波长转换元件，在各个偏振方向(P方向、S方 向)上对上述基波光独立地进行波长转换的结构。这样，可使该装置更 小型化。
下面，用图9说明本实施方式3中的波长转换光学装置600的结 构。
在本实施方式3中，与上述实施方式1相同，作为基波光源301， 使用采用图1(a)示出的Yb添加偏振波保持光纤205的光纤激光器光 源201，作为波长转换元件，使用在为了防止由光导致的劣化而添加 了氧化镁的铌酸锂晶体(Mg:LN)中形成周期性极化反转的准相位 匹配波长转换元件。因此，从上述基波光源301射出的基波光L11与 上述实施方式1相同，具有相对于波长转换元件水平的偏振方向的光 (P偏振光)和垂直的偏振方向的光(S偏振光)，另外，该各偏振光的振 荡波长相差若干(参照图3)。
首先，从上述基波光源301射出的光L11(1084nm：基波)通过折 回用棱镜608，由会聚透镜302a会聚在波长转换元件603中。然后， 上述波长转换元件603对上述基波L11的2个方向的偏振光(P偏振 光、S偏振光)中、偏振与晶体的主介电轴z轴方向平行的偏振光(P偏 振光)进行波长转换。
这里，上述棱镜608在各反射面608a、608b上施以透过基波波 长、反射二次谐波(绿色光)波长的电介质多层膜涂层，另外，上述波 长转换元件603在厚度1mm、长度25mm的Mg:LN(z轴方向垂直 于基板的面内)中以周期Λ＝7.38μm周期性地形成极化反转结构，该波 长转换元件603的两端施以光学抛光，对入射侧、出射侧都施以基波 (波长：1084nm)及二次谐波(波长：542nm左右)的低反射涂层。另外， 将上述波长转换元件603固定在铜板上，利用设置成夹持该波长转换 元件603的珀耳帖元件605a、605b进行温度控制。通过该波长转换 元件的温度控制来执行相位匹配波长的微调整，尤其是，在本实施方 式3中，如上所述，由2个珀耳帖元件605a、605b夹持上述波长转 换元件603，将一个波长转换元件603中的温度控制区域分割成上下 2部分，从而可使P偏振光、S偏振光各自的相位匹配波长一致。这 里，上述波长转换元件603的上部由上述珀耳帖元件605a控制成约 22℃，该元件603的下部由上述珀耳帖元件605b控制成约28℃。
因此，首先对透过反射面608a、入射到该波长转换元件603的 上述基波L11中的P偏振光的基波(通过功率换算，为该入射的基波 光的20～30％)进行波长转换，变成入射光一半波长的绿色光 (542nm)。
因此，这时从上述波长转换元件603输出光L42，该光L42包含 在该波长转换元件603中进行了波长转换后的绿色光、其剩余的基波 光(P偏振光的剩余基波光)、和未由波长转换元件603进行波长转换 的另一偏振光(S偏振光)的基波光。
上述输出光L42由再准直透镜304a变回成准直光后，通过λ/2 波长板307。由于上述λ/2波长板307配置成可使入射的S偏振光的 基波光的偏振方向与上述波长转换元件603的晶体主介电轴z轴方向 一致，所以，上述λ/2波长板307使包含在上述输出光L42中的基波 光的偏振方向旋转。具体地说，使P偏振光的剩余基波光成为S偏振 光的剩余基波光，且使S偏振光的基波光成为P偏振光的基波光。
通过了上述λ/2波长板307的光L43入射到折回用棱镜609。上 述棱镜609在各反射面609a、609b上施以反射基波波长、透过二次 谐波(绿色光)波长的电介质多层膜涂层。
因此，入射到上述棱镜609的光L43在反射面609a上仅透过并 输出转换后的P偏振光的绿色光L43a，包含S偏振光的剩余基波光 和未由上述波长转换元件603进行波长转换的P偏振光的基波光的光 L43b由上述棱镜609的反射面609a、609b反射，向上述波长转换元 件603的方向折回。
之后，上述输出光L43b由会聚透镜302b再次会聚在上述波长 转换元件603上。如上所述，上述波长转换元件603对P偏振光的基 波光进行波长转换，所以对上述光L43b中的P偏振光的基波光(通过 功率换算，为入射的光L43b的20～30％)进行波长转换，变成入射光 一半波长的绿色光(542nm)。
因此，这时从上述波长转换元件603输出光L44，该光L44包含 在该波长转换元件603中进行了波长转换后的绿色光、其剩余的基波 光(P偏振光的剩余基波光)和上述S偏振光的剩余基波光。
上述输出光L44入射到棱镜608，在该棱镜608的反射面608b 上，透过并输出仅包含基波光、即上述S偏振光的剩余基波光及P偏 振光的基波光的光L44b，上述P偏振光的绿色光L44a由上述棱镜 608的反射面608a、608b反射，向上述波长转换元件603方向折回。
上述P偏振光的绿色光L44a再次通过上述波长转换元件603、 再准直透镜304a、λ/2波长板307后，入射到上述棱镜609，从该反 射面609a透过并输出。
这样，在本实施方式3中，从波长转换光学装置600射出相同偏 振方向的绿色光。
该波长转换光学装置600的输出特性与上述实施方式1的图2 中示出的波长转换光学装置300的输出特性(参照图4、5)为大致相同 的结果。即，在本实施方式3的结构中，可向波长转换元件入射以前 因为会产生晶体破坏而不能入射的高输出的基波光，所以即使在由波 长转换元件接收到用于得到以前会产生晶体破坏的、超过3W的输出 (4W以上)的基波光的状态下，也可避免由紫外光导致的绿色光的输 出饱和及晶体破坏，从而可无晶体破坏地实现高转换效率。另外，根 据该装置600，在上述波长转换元件603中执行的第2次的波长转换 不受第1次的波长转换的影响，所以还得到良好的输出稳定性、可靠 性。
并且，在本实施方式3中，与上述实施方式1相同，作为基波光 源301，使用具备偏振波保持光纤的光纤激光器光源201，作为基波 光L11，射出波长不同的P偏振光、S偏振光，所以在波长转换元件 603中，仅对上述基波光源L11中的、对应于上述元件的晶体主介电 轴z轴方向、且具有与在该元件的上下具备的珀耳帖元件605a、605b 的控制温度相对应的波长的偏振光分量进行波长转换，所以在一个波 长转换元件603中，可以可靠地针对每个偏振光分量独立地对该基波 光L11进行波长转换。因此，在该装置600中，与射出振荡波长单一 的随机偏振光作为上述基波光L11、并由上述波长转换元件针对每个 偏振光分量进行波长转换的情况相比，射出具有波长不同的P偏振光、 S偏振光的基波光作为上述基波光L11、并由波长转换元件针对每个 偏振光分量进行波长转换的方法可进一步提高二次谐波的输出稳定 性、可靠性。另外，在本实施方式3中，由于构成为在一个波长转换 元件603的上下具备珀耳帖元件605a、605b，由各珀耳帖元件以不同 的设定温度进行温度控制，所以如果各珀耳帖元件605a、605b的设 定温度相差大，则难以进行温度控制，但在本实施方式3中，由于使 用光纤激光器光源作为基波光源，可以射出振荡波长差小的P、S偏 振光，所以还可得到容易利用各珀耳帖元件605a、605b进行波长转 换元件603中的温度控制的效果。
另外，在上述的说明中，说明了分开配置波长转换元件603和折 回用棱镜608、609的例子，但如图10所示，也可形成使该折回用棱 镜和波长转换元件的晶体一体化的结构。下面，用图10说明该结构。
图10是表示在本实施方式3的波长转换光学装置中，作为波长 转换元件，使用了使晶体和折回用棱镜一体化的元件的波长转换光学 装置的结构的图。这里，作为基波光源301，也使用上述的光纤激光 器光源201。
本实施方式中使用的上述波长转换元件706利用添加了氧化镁 的铌酸锂晶体(Mg:LN)，在基板上形成极化反转部703和棱镜部708、 709及λ/2波长板307。然后，在上述棱镜部708的各反射面708a、 708b上，施以透过基波波长、反射二次谐波(绿色光)波长的电介质多 层膜涂层，另外，在上述棱镜部709的各反射面709a、709b上，施 以反射基波波长、透过二次谐波(绿色光)波长的电介质多层膜涂层。
另外，与上述图9中示出的结构相同，将上述波长转换元件706 固定在铜板上，利用设置成夹持极化反转部703的珀耳帖元件705a、 705b进行温度控制。通过该波长转换元件的温度控制进行相位匹配波 长的微调整，与上述实施方式3相同，通过由2个珀耳帖元件705a、 705b夹持该波长转换元件706的极化反转部703，并将一个波长转换 元件703中的温度控制区域分割成上下2部分，可使P偏振光、S偏 振光各自的相位匹配波长一致。这里，上述波长转换元件603的上部 由上述珀耳帖元件605a控制成约22℃，另外，该元件603的下部由 上述珀耳帖元件605b控制成约28℃。
并且，在图10的结构的情况下，会聚透镜302放置在波长转换 元件706之外。会聚透镜302的焦点距离由通过该元件706内的光路 长度决定。例如，如果元件706的长度为10mm，但包含折回部分在 内的光路为25mm，则最好使用上述会聚透镜302的焦点距离为作为 最佳值的f＝30mm、而非作为10mm元件的最佳值的f＝20mm的透镜。
另外，入射到本波长转换光学装置700的基波光L11被波长转 换成二次谐波L53a、L54a之前的流程、以及从本装置700射出的二 次谐波L53a、L54a的输出特性与上述的实施方式3相同，所以这里 省略说明。
如上所述，根据本实施方式3的波长转换光学装置，作为基波光 源301，使用输出具有互相直行的2个方向偏振光(P偏振光、S偏振 光)的基波L11的光纤激光器光源，使用折回用棱镜608、609将该基 波L11折回并入射到波长转换元件603，分别对上述基波L11的P偏 振光、S偏振光进行波长转换，所以，可向波长转换元件603入射以 前因为会产生晶体破坏而不能入射的高输出的基波光，结果，可无晶 体破坏地实现高的转换效率，同时可得到良好的输出稳定性、可靠性。 另外，根据本实施方式3，得到可使该装置非常小型化的进一步效果。
并且，根据本实施方式3，使用具备偏振波保持光纤的光纤激光 器光源201作为基波光源301，射出具有振荡波长不同的P偏振光、 S偏振光的基波光L11，在设置于一个波长转换元件603的上下部的 珀耳帖元件605a、605b的温度控制下进行波长转换，所以在该波长 转换元件603中，可以可靠地对该基波光L11的各偏振光分量进行波 长转换，可进一步提高二次谐波的输出稳定性、可靠性。
(实施方式4)
在上述实施方式3中，说明了通过由一个波长转换元件使来自基 波光源的基波光折回，对该基波光在各个偏振方向(P方向、S方向) 上独立地进行了波长转换后的二次谐波是同一偏振方向的情况，但在 本实施方式4中，说明输出具有互相直行的偏振方向的二次谐波的结 构。
下面，用图11说明本实施方式4中的波长转换光学装置800的 结构。
在本实施方式4中，与上述各实施方式相同，作为基波光源301， 使用采用图1(a)示出的Yb添加偏振波保持光纤205的光纤激光器光 源201，作为波长转换元件，使用在为了防止由光导致的劣化而添加 了氧化镁的铌酸锂晶体(Mg:LN)中形成了周期性极化反转的准相 位匹配波长转换元件。因此，从上述基波光源301射出的基波光L11 与上述实施方式1相同，具有相对于波长转换元件水平的偏振方向的 光(P偏振光)和垂直的偏振方向的光(S偏振光)，另外，该各偏振光的 振荡波长相差若干(参照图3)。
本实施方式4中的波长转换光学装置800的结构与图9中示出的 上述实施方式3的波长转换光学装置600的结构大致相同，但如下方 面不同：在折回用棱镜609的前级设置使基波光和波长转换后的二次 谐波这两者旋转90度的、基波与二次谐波的λ/2波长板807(下面简称 为“第2λ/2波长板”)，来替代使基波旋转90度的λ/2波长板307， 同时，将该第2λ/2波长板807设计得较小，以便不向该第2λ/2波长 板807入射由上述折回用棱镜608的反射面608a折回的光(图11中的 光L64a)。下面，详细地说明。
首先，从上述基波光源301射出的光L11(1084nm：基波)通过折 回用棱镜608，由会聚透镜302a会聚在波长转换元件603中。然后， 对上述基波L11的2个方向的偏振光(P偏振光、S偏振光)中、偏振 与晶体的主介电轴z轴方向平行的偏振光(P偏振光)进行波长转换。
这里，上述棱镜608在各反射面608a、608b上施以透过基波波 长、反射二次谐波(绿色光)波长的电介质多层膜涂层，另外，上述波 长转换元件603在厚度1mm、长度25mm的Mg:LN(z轴方向垂直 于基板的面内)中，以周期Λ＝7.38μm周期性地形成极化反转结构，该 波长转换元件603的两端施以光学抛光，对入射侧、出射侧都施以基 波(波长：1084nm)及二次谐波(波长：542nm左右)的低反射涂层。另 外，将上述波长转换元件603固定在铜板上，利用设置成夹持该波长 转换元件603的珀耳帖元件605a、605b进行温度控制。通过该波长 转换元件的温度控制来执行相位匹配波长的微调整，与上述实施方式 3相同，由2个珀耳帖元件605a、605b夹持上述波长转换元件603， 将一个波长转换元件603中的温度控制区域分割成上下2部分，从而 可使P偏振光、S偏振光各自的相位匹配波长一致。这里，上述波长 转换元件603的上部由上述珀耳帖元件605a控制成约22℃，该元件 603的下部由上述珀耳帖元件605b控制成约28℃。
因此，首先对透过反射面608a、入射到该波长转换元件603的 上述基波L11中的P偏振光的基波(通过功率换算，为该入射的基波 光L11的20～30％)进行波长转换，变成入射光一半波长的绿色光 (542nm)。
因此，这时从上述波长转换元件603输出光L62，该光L62包含 在该波长转换元件603中进行了波长转换后的绿色光、其剩余的基波 光(P偏振光的剩余基波光)、和未由波长转换元件603进行波长转换 的另一偏振光(S偏振光)的基波光。
上述输出光L62由再准直透镜304a变回成准直光后，通过第2λ/2 波长板807。由于该第2λ/2波长板807配置成可使入射的S偏振光的 基波光、及波长转换后的S偏振光的绿色光的偏振方向旋转，从而与 上述波长转换元件603的晶体主介电轴z轴方向一致，所以，上述第 2λ/2波长板807使包含在上述输出光L62中的基波光及二次谐波的偏 振方向旋转。具体地说，使P偏振光的绿色光成为S偏振光的绿色光， 使P偏振光的剩余基波光成为S偏振光的剩余基波光，且使S偏振光 的基波光成为P偏振光的基波光。
通过了上述第2λ/2波长板807的光L43入射到折回用棱镜609。 上述棱镜609在各反射面609a、609b上施以反射基波波长、透过二 次谐波(绿色光)波长的电介质多层膜涂层。
因此，入射到上述棱镜609的光L63在反射面609a上仅透过并 输出转换后的绿色光L63a，包含S偏振光的剩余基波光和未由上述 波长转换元件603进行波长转换的P偏振光的基波光的光L63b由上 述棱镜609的反射面609a、609b反射，向上述波长转换元件603方 向折回。
之后，上述输出光L63b由会聚透镜302b再次会聚在上述波长 转换元件603上。如上所述，由于上述波长转换元件603对P偏振光 的基波光进行波长转换，所以对上述光L63b中的P偏振光的基波光 (通过功率换算，为入射的光L43b的20～30％)进行波长转换，变成 入射光一半波长的绿色光(542nm)。
因此，这时从上述波长转换元件603输出光L64，该光L64包含 在该波长转换元件603中进行了波长转换后的绿色光、其剩余的基波 光(P偏振光的剩余基波光)和上述S偏振光的剩余基波光。
上述输出光L64入射到棱镜608，在该棱镜608的反射面608b 上，仅透过并输出包含基波光、即上述S偏振光的剩余基波光及P偏 振光的基波光的光L63b，上述P偏振光的绿色光L63a由上述棱镜 608的反射面608a、608b反射，向上述波长转换元件603方向折回。
上述P偏振光的绿色光L63a再次通过上述波长转换元件603及 再准直透镜604a之后，入射到上述棱镜609，从该反射面609a透过 并输出。
这样，在本实施方式4中，从波长转换光学装置800射出不同偏 振方向的绿色光。
该波长转换光学装置800的输出特性与上述实施方式2的图8 中示出的波长转换光学装置500的输出特性(参照图4、5)为大致相同 的结果。即，在本实施方式4的结构中，可向波长转换元件入射以前 因为会产生晶体破坏而不能入射的高输出的基波光，结果，即使在由 上述波长转换元件得到了以前会产生晶体破坏的、超过3W的输出 (4W以上)的状态下，也可避免由紫外光导致的绿色光的输出饱和及 晶体破坏，无晶体破坏，可实现高转换效率。另外，还得到良好的输 出稳定性、可靠性。并且，在本实施方式4中，与上述实施方式3相 同，作为基波光源301，使用具备偏振波保持光纤的光纤激光器光源 201，射出具有振荡波长不同的P偏振光、S偏振光的基波光L11，在 设置于一个波长转换元件603的上下部的珀耳帖元件605a、605b的 温度控制下进行波长转换，所以在该波长转换元件603中，可针对每 个偏振光分量可靠地对该基波光L11进行波长转换，因而在该装置 800中，与射出振荡波长单一的随机偏振光的基波光、并由该波长转 换元件603对每个偏振光分量进行波长转换的情况相比，可提高二次 谐波的输出稳定性、可靠性。
另外，在上述的说明中，说明了分开配置波长转换元件603和折 回用棱镜608、609的例子，但是如在上述实施方式3中用图10说明 的那样，也可形成使该折回用棱镜和波长转换元件的晶体一体化的结 构。这样，可得到使该波长转换光学装置更小型化的效果。
另外，在上述的各实施方式中，举出从红外光(1084nm)产生绿色 光(542nm)的情况为例进行了说明，但不限于此，只要改变从光纤激 光器光源射出的基波的波长，则可产生黄绿光(560nm)～蓝色光 (480nm)的光。
另外，在上述的各实施方式中，举出使用光纤激光器光源作为基 波光源301的情况为一例，但不限于此。在使用其他光源时，可产生 黄绿光(560nm)～近紫外光(380nm)的光。
另外，在上述各实施方式中，作为上述波长转换元件，举出使用 添加了氧化镁(MgO)的铌酸锂(Mg:LiNbO3)的情况为例，但另外也 可使用未掺杂铌酸锂(LiNbO3:LN)、未掺杂钽酸锂(LiTaO3:LT)、 或添加了ZnO的铌酸锂(Zn:LiNbO3)、添加了MgO或ZnO的钽酸 锂(Mg:LiTaO3、Zn:LiTaO3)、磷酸钛氧钾(KTiOPO4:KTP)、稀 土类硼酸钙系列(ReCa4O(BO3)3、Re：稀土类元素)、水晶等。但是， 如各实施方式的波长转换光学装置所示，从光纤激光器光源射出的基 波光L11产生黄绿色光(560nm)～蓝色光(480nm)时，鉴于其转换效率 或光引起的晶体劣化的耐性，最期望使用添加了MgO的铌酸锂(Mg: LiNbO3)。
但是，在上述的各实施方式的波长转换光学装置中，由于使用光 纤激光器光源作为基波光源，所以各偏振光的振荡波长相差若干，对 于各个波长，可通过进行波长转换得到多个波长的二次谐波。因此， 在使用各实施方式中说明的波长转换光学装置作为激光显示器(图像 显示装置)或半导体加工的曝光用光源时，可减少因为光的相干性(是 单一波长、同相位的光)大于必要程度而产生的无用的噪声图案(斑点 噪声)。
下面，用图12(a)说明使用上述实施方式1中说明的波长转换光 学装置作为激光显示器(图像显示光学装置)的情况的结构的一例。
(实施方式5)
图12(a)是使用射出相同偏振方向的2条二次谐波的波长转换光 学装置作为绿色光用光源的激光显示器的结构图。
在本实施方式5中，作为激光显示器900的光源，使用红、绿、 蓝3色的激光器光源。
具体地说，作为红色光源901，使用波长635nm的GaAs类半导 体激光器，作为蓝色光源903，使用波长445nm的GaN类半导体激 光器。上述各半导体激光器形成利用光纤束、由1条的光纤输出得到 3个～8个半导体激光器的输出的结构，其波长频谱宽度非常宽，为 几nm。利用其宽的频谱来抑制斑点噪声的产生。
另一方面，在绿色光源902中使用本实施方式1中说明的波长转 换光学装置300。
将射出上述绿色光源902的波长不同的P偏振光的2条绿色光 (二次谐波)发送到反射型调制元件905a、905b，进行空间调制。然后， 经由反射镜907，利用合波棱镜908，与分别由调制元件904、906调 制后的红色光、蓝色光混合，形成彩色图像。形成的图像通过投影透 镜909投影到屏幕910上。
这样，通过从不同位置射出上述绿色光源902的波长不同的2 条绿色光，并由调制元件905a、905b对该波长不同的每条绿色光进 行空间调制，可提高人眼灵敏度高的绿色的分辨率，结果，可实现图 像显示光学装置的高画质化。
图13是从1个激光器光源射出的2条光的峰值波长差与斑点噪 声明暗差的关系图。另外，在图中，所谓“单色”是指从光源射出单 一波长、单一偏振的光的情况，这里，设这时的斑点噪声明暗差为1。 另外，图13在同一屏幕中绘制出比较的结果。
如图13所示，在从现有的激光器光源射出的光是单色时，即使 在图像显示光学装置中设置了斑点去除光学系统(未图示)，也最多使 斑点噪声明暗差为0.07～0.08。但如果象本申请那样，从激光器光源 射出波长不同的2条光，即使在使用采用结构更简单的摇动扩散板的 斑点去除机构作为斑点去除光学系统时，与单色的情况相比，也可减 小斑点噪声明暗差。
另外，具有斑点噪声具有因光的偏振不同而不同的图案的特征。 因此，如图12(b)所示，如果使用射出不同偏振光的波长转换光学装 置(例如实施方式2中示出的装置)作为激光器光源，则在图像的投影 面上重合不同的斑点噪声，所以可进一步减少无用的斑点图案(斑点噪 声)。
即，如图13所示，在从现有的激光器光源射出的光是单色的情 况下，即使在图像显示光学装置中设置了斑点去除光学系统(未图示)， 也最多使斑点噪声明暗差为0.07～0.08，但是若从激光器光源射出波 长、偏振都不同的2条光，则与单色的情况相比，可使斑点噪声明暗 差相当小，并且，如果设置斑点去除光学系统(未图示)，则可使该斑 点噪声明暗差达到肉眼不能分辨的等级，即0.04左右(波长差为0.27 的情况)。
另外，在本实施方式5中，举出从屏幕的前面投影图像的前面投 射型图像显示光学装置为例来说明，但也可采用从屏幕的背后投影图 像的背投型结构。
并且，在图12中，作为空间调制元件，使用集成了超小型反射 镜的反射型空间调制元件，但当然也可使用采用液晶的调制元件或电 流镜。
另外，上述各实施方式中例示的结构仅为一例，不用说也可采用 其他方式。
产业上的可利用性
本发明适用于实现具有高可靠性、高输出稳定性的波长转换光学 装置、激光器光源、以及高画质的图像显示光学装置。
(实施方式1)
在本实施方式1中示出如下情况：作为基波光源，使用利用Yb 添加双包层偏振波保持光纤的光纤激光器光源，作为波长转换元件， 使用在为了防止由光引起的劣化而添加了氧化镁的铌酸锂晶体(Mg: LN)中形成周期性极化反转的准相位匹配波长转换元件，串联配置该 波长转换元件，对从上述基波光源输出的基波进行波长转换。
首先，用图1说明本实施方式1中使用的基波光源的结构，另外， 周图2说明本实施方式1中的波长转换光学装置的结构。在本实施方 式1的波长转换光学装置300中串联配置该波长转换元件。由此，可 减小设置面积。
在本实施方式1的波长转换光学装置300中，如上所述使用光纤 激光器光源作为基波光源301。从光纤激光器光源射出的基波L11具 有相对于该波长转换光学装置300中的波长转换元件水平的偏振方向 (p方向)和垂直的偏振方向(s方向)。本实施方式1的波长转换光学装 置300的特征在于，在其各个偏振方向(p方向、s方向)独立地进行波 长转换。
下面，详细说明在本实施方式1中使用的光纤激光器光源的结 构。首先，利用泵浦合束器203将从激励用半导体激光器光源(波长 915nm)202发出的红外光集中在一条光纤中。这时激励光的合计输出 为30W。该激励光会聚在作为激光器介质的Yb添加双包层偏振波保 持光纤205(下面简称为“Yb添加偏振波保持光纤”)上。在上述Yb 添加偏振波保持光纤205的两端连接有设计成以振荡波长(这里为 1084nm)反射的光纤光栅204a、204b，由该Yb添加偏振波保持光纤 205和光纤光栅204a、204b构成激光器共振器206。
通常，使用了偏振波保持光纤的激光器光源如上所述，具有互相 垂直的P方向和S方向这2个偏振光(下面，分别称为P偏振光、S 偏振光)。因此，在将这种光纤激光器光源用于现有的波长转换光学装 置的情况下，为了得到单一偏振光，如图1(b)所示，在上述激光共振 器206的后级必须具备偏光器等偏振光单一化机构207，使上述2个 偏振光成为单一偏振光。另外，从上述光纤激光器光源射出的2个偏 振光由于偏振波保持光纤中形成的窄带光纤光栅204b对应偏振方向 具有2个反射峰值，所以如图3所示，该2个偏振光的振荡波长也相 差1/10nm～几nm左右。因此，在上述偏振光单一化机构207中还执 行使上述2个偏振光的振荡波长一致的调整。
但是，在本实施方式1的波长转换光学装置300中，对波长不 同且互相垂直的2个方向的偏振光(P偏振光、S偏振光)分别独立地进 行波长转换。因此，在上述光纤激光器光源201中不必设置使上述2 个偏振光成为单一偏振光和进行振荡波长调整的偏振光单一化机构 207，结果，可简化基波光源301的结构。
另外，在构成光纤激光器光源的光纤中不使用偏振波保持光纤 时，来自该光纤激光器光源的光变为随机偏振光(不依赖于偏振波)， 其振荡波长被单一化，所以本发明中使用的光纤激光器光源为了使多 个波长振荡，必须由偏振波保持光纤构成。
这样，如果使用具备上述的偏振波保持光纤的光纤激光器光源 201作为基波光源301，则可射出具有振荡波长差小的2个方向的偏 振光分量的基波光，在后述的波长转换元件中，可针对每个偏振光分 量独立可靠地对该基波光进行波长转换。
下面，说明将上述光纤激光器光源201用作基波光源301的、本 实施方式1中的波长转换光学装置300的结构。
首先，将从上述基波光源301射出的光L11(1084mm：基波)利 用准直透镜等(未图示)校准成800μm左右的束径，由会聚透镜302a 会聚(这里焦点距离为30mm)。然后，使会聚后的基波光L11入射到 第1级的波长转换元件303a并进行波长转换。该第1波长转换元件 303a对上述基波L11的2个方向偏振光(P偏振光、S偏振光)中、偏 振与晶体的主介电轴z轴方向平行的偏振光(P偏振光)进行波长转换。 上述第1波长转换元件303a在厚度1mm、长度25mm的Mg:LN(晶 体主介电轴z轴方向垂直于基板面内)中，以周期Λ＝7.38μm周期性地 形成极化反转结构，该波长转换元件303a的两端施以光学抛光，对 入射侧施以基波(波长：1084nm)的低反射涂层，对出射侧施以二次谐 波(波长：542nm左右)的低反射涂层。另外，将上述第1波长转换元 件303a固定在铜板上，利用珀耳帖元件305a进行温度控制(这里约 22℃)。通过该波长转换元件的温度控制进行相位匹配波长的微调整。 然后，在上述第1波长转换元件303a中，通过功率换算，对入射的 光L11的20～30％进行波长转换，成为入射光一半波长的绿色光 (542nm)。
因此，从上述第1波长转换元件303a输出光L12，该光L12包 含在该波长转换元件303a中进行了波长转换的绿色光、剩余的基波 光(P偏振光的剩余基波光)和未由上述第1波长转换元件303a进行波 长转换的另一偏振光、即与晶体的主介电轴z轴方向垂直的偏振光(S 偏振光)的基波光。
上述输出光L12由再准直透镜304a变回平行光，之后，由偏振 光分束器306使上述P偏振光的绿色光和剩余基波光的光路弯曲90 度，从而分离包含该P偏振光的绿色光和剩余基波光的光L13、与未 由上述第1波长转换元件303a进行波长转换的S偏振光的基波光 L14。
原样通过了上述偏振光分束器306的上述S偏振光的基波光L14 通过基波的λ/2波长板(下面简称为“λ/2波长板”)307。由于上述λ/2 波长板307配置成使入射的基波光L14的偏振方向与设置在后级的第 2级的波长转换元件303b的晶体主介电轴z轴方向一致，所以上述S 偏振光的基波光L14在通过上述λ/2波长板307后，变成P偏振光的 基波光L15。
上述P偏振光的基波光L15在由会聚透镜302b会聚后，入射到 第2级的波长转换元件303b。该第2波长转换元件303b与上述第1 波长转换元件303a相同，对上述基波的2个方向偏振光(P偏振光、S 偏振光)中、与晶体的主介电轴z轴方向平行的偏振光(P偏振光)进行 波长转换。上述第2波长转换元件303b在厚度1mm、长度25mm的 Mg:LN(晶体的主介电轴z轴方向垂直于基板面内)中，以周期 Λ＝7.38μm周期性地形成极化反转结构，另外，利用涂层的条件、保 持方法及珀耳帖元件305b的温度控制方法与上述第1波长转换元件 303a相同。但是，如上所述，从上述光纤激光器光源出射的P偏振光 和S偏振光由于波长相差若干(图3中波长差为0.5nm)，所以上述珀 耳帖元件305b以与上述珀耳帖元件305a不同的温度(这里约28℃)对 该第2波长转换元件303b进行温度控制。结果，可执行相位匹配波 长的微调整，并使P偏振光、S偏振光各自的相位匹配波长一致。在 该第2波长转换元件303b中，也通过功率换算对入射的光L15的20～ 30％进行波长转换，变成入射光一半波长的绿色光(542nm左右)。
从上述第2波长转换元件303b输出包含在该波长转换元件303b 中进行了波长转换后的绿色光及其剩余的基波光(P偏振光的剩余基 波光)的光L16。然后，上述输出光L16由再准直透镜304b变回平行 光，由分色镜308c分离绿色光L16a和其剩余基波光L16b。
另一方面，已由上述第1波长转换元件303a进行了波长转换、 且由上述偏振光分束器306使其光路弯曲90度后的上述光L13由分 色镜308a分离绿色光L13a和其剩余基波光L13b。
然后，由上述第1、第2波长转换元件303a、303b分别进行了 波长转换后的P偏振光的绿色光L13a、L16b使用分色镜308a、308b、 308c及棱镜309等，向同一射出方向射出。
图4是绘制了本实施方式1的波长转换光学装置300中的二次谐 波输出特性(虚线)、和具备1个现有波长转换元件的波长转换光学装 置中的二次谐波输出特性(实线)的图。
从图4可知，即使在接收到用于得到以前会产生晶体破坏的、超 过3W的输出(4W以上)的基波光的状态下，也不会产生由于紫外光引 起的绿色光的输出饱和及晶体破坏。这是因为在本装置300中，设置 多个波长转换元件，在该各波长转换元件中对入射的基波光中的P偏 振光、S偏振光中的某一方进行波长转换，所以可向各波长转换元件 输入P偏振光、S偏振光各自不受紫外光产生的影响的程度的基波光。 由此，利用本实施方式1的结构，可向波长转换元件入射以前因产生 晶体破坏而不能入射的高输出的基波光，结果，无晶体破坏，可实现 高转换效率。
另外，图5是表示图14示出的现有波长转换光学装置中的输出 稳定性(图(a))、和本实施方式1的波长转换光学装置中的输出稳定性 (图(b))的图。
从图5可知，本实施方式1的波长转换光学装置300与现有的波 长转换光学装置100相比，输出稳定性增加。这是因为本装置300不 象以前那样利用后级的波长转换元件对未由前级的波长转换元件进 行波长转换的剩余基波进行波长转换，所以后级波长转换元件中的波 长转换不受前级波长转换元件的波长转换效率的影响。由此，通过本 装置300，还可解决作为现有装置100的问题的、在第1级的波长转 换元件的输出明显下降时向第2级的波长转换元件的基波输入急剧上 升从而破坏晶体的问题。
另外，在本实施方式1中，举出串联配置2个波长转换元件303a、 303b来进行波长转换的情况为一例，但如图6所示，也可采用并联配 置2个波长转换元件的结构。下面，用图6说明该结构。
图6是并联配置波长转换元件时的、波长转换光学装置的结构 图。这里也使用上述的光纤激光器光源201作为基波光源301。因此， 基波L11具有相对于波长转换元件水平的偏振方向的光(P偏振光)和 垂直的偏振方向的光(S偏振光)，另外，该各偏振光的波长相差若干(参 照图3)。
首先，将从上述基波光源301射出的光L11(1084nm：基波)利用 准直透镜等(未图示)校准成800μm左右的束径之后，由偏振光分束器 306使P偏振光的基波光L22的光路弯曲90度，从而分离成该P偏 振光的基波光L22和另一方的S偏振光的基波光。
但是，在如本实施方式那样使用极化反转结构的晶体作为波长转 换晶体的情况下，在通过第1级的波长转换元件303a时基波的束品 质(横模)劣化，结果，存在第2级的波长转换元件303b中的基波光的 转换效率降低20～30％的情况。
但是，通过图6的结构，在入射到波长转换元件之前将上述基波 L11分离成2个方向的偏振光。由此，可容易地抑制由于上述基波L11 通过波长转换元件而导致的束品质(横模)的劣化，即使在具备多个波 长转换元件的情况下，也可抑制由于束品质劣化(横模失真)所导致的 转换效率降低。
利用上述偏振光分束器306使其光路弯曲了90度的上述P偏振 光的基波光L22通过分色镜308a入射到会聚透镜302a并会聚(这里 的焦点距离30mm)。使会聚后的基波光L22入射到第1波长转换元件 303a，进行波长转换。上述第1波长转换元件303a的尺寸、极化反 转构造及端面处理与上述的第1波长转换元件303a相同。另外，上 述第1波长转换元件303a的保持方法、利用珀耳帖元件305的温度 调整方法以及相位匹配波长的微调整方法也采用与上述相同的方法。 在该第1波长转换元件303a中，通过功率换算，对入射的光L22的 20～30％进行波长转换，变成入射光一半波长的绿色光(542nm)。
因此，从上述第1波长转换元件303a输出包含在该波长转换元 件303a中进行了波长转换后的绿色光及其剩余的基波光(P偏振光的 剩余基波光)的光L23。
另一方面，原样通过了上述偏振光分束器306的上述S偏振光的 基波光L24通过在会聚透镜302b之前配置上述1/2波长板307，使其 偏振方向旋转90度，成为与波长转换元件的晶体主介电轴z轴平行 的偏振光(P偏振光)的基波光L25。之后，上述P偏振光的基波光L25 由会聚透镜302b会聚后(这里的焦点距离30mm)，入射到第2波长转 换元件303b，进行波长转换。该第2波长转换元件303b的尺寸、极 化反转构造及端面处理与上述的第2波长转换元件303b相同。另外， 该第2波长转换元件303b的保持方法、利用珀耳帖元件305b的温度 调整方法以及相位匹配波长的微调整方法也采用与上述相同的方法。 在该第2波长转换元件303b中，也通过功率换算，对入射的光L25 的20～30％进行波长转换，变成入射光一半波长的绿色光(542nm)。
因此，从上述第2波长转换元件303b输出包含在该波长转换元 件303b中进行了波长转换后的绿色光及其剩余的基波光(P偏振光的 剩余基波光)的光L26。
从上述第1、第2波长转换元件303a、303b射出的各光L23、 L26分别由再准直透镜304a、304b变回平行光，分别由分色镜308b、 308c分离成绿色光L23a、L26a、和剩余基波光L23b、L26b，进而 使用该分色镜308b、308c及棱镜309等，向同一射出方向射出。
图7是绘制了图6中示出的波长转换光学装置400中的二次谐波 输出特性(一点点划线)、具备1个现有波长转换元件的波长转换光学 装置中的二次谐波输出特性(实线)、和上述实施方式1的波长转换光 学装置300中的二次谐波输出特性(虚线)的图。
从图7可知，在图6示出的波长转换光学装置400的情况下，即 使在由波长转换元件接收到用于得到以前会产生晶体破坏的、超过 3W的输出(4W以上)的基波光的状态下，也不会产生由于紫外光引起 的绿色光的输出饱和及晶体破坏。并且，来自波长转换光学装置400 的二次谐波的输出比上述图2中示出的波长转换光学装置300的二次 谐波的输出大。这因为图6示出的装置400的结构在将基波输入L11 入射到波长转换元件之前分离成2个方向的偏振光，向各波长转换元 件入射各偏振光，所以可抑制由于通过波长转换元件而使束品质劣化 (横模失真)所导致的转换效率降低。另外可知，图6的结构与上述图 2的结构同样，二次谐波的输出稳定性增加，在输出稳定性方面比现 有装置100好。另外，可解决作为现有装置100的问题的、在第1级 的波长转换元件的输出明显下降时向第2级的基波输入急剧上升从而 破坏晶体的问题。
如上所述，根据本实施方式1的波长转换光学装置，作为基波光 源301，使用输出具有互相直行的2个方向偏振光(P偏振光、S偏振 光)的基波L11的光纤激光器光源，利用各波长转换元件303a、303b 分别对上述基波L11的P偏振光、S偏振光进行波长转换，所以可向 各波长转换元件303a、303b入射由于以前会产生晶体破坏而不能入 射的高输出的基本波，结果，可无晶体破坏地实现高转换效率。另外， 由于后级波长转换元件303b中的波长转换不受前级波长转换元件 303a的波长转换的影响，所以还可得到良好的输出稳定性、可靠性。
另外，在本实施方式1中，作为基波光源301，使用具备偏振波 保持光纤的光纤激光器光源201，射出具有波长不同的P偏振光、S 偏振光的基波光L11，所以在各波长转换元件303a、303b中仅对上 述基波光L11中的、对应于上述各元件的晶体主介电轴z轴方向、且 具有与该各元件具备的珀耳帖元件305a、305b的控制温度相对应的 波长的偏振光分量进行波长转换，所以可针对每个偏振光分量可靠地 对该基波光L11进行波长转换。因此，在该装置300中，与射出振荡 波长单一的随机偏振光作为上述基波光L11、并由上述各波长转换元 件针对每个偏振光分量进行波长转换的情况相比，射出具有波长不同 的P偏振光、S偏振光的基波光作为上述基波光L11、并由各波长转 换元件针对每个偏振光分量进行波长转换的方法可进一步提高二次 谐波的输出稳定性、可靠性。
并且，对于波长转换光学装置，如图6所示，如果构成为在将基 波光L11入射到波长转换元件303a、303b之前，利用偏振光分束器 306分离成P偏振光的基波L22和S偏振光的基波光L24，并入射到 波长转换元件，则在采用具备多个波长转换元件的结构的情况下，也 可抑制束品质劣化(横模失真)所导致的转换效率下降，从而可得到更 高的转换效率。
另外，在上述的说明中，说明为第1级和第2级的波长转换元件 303a、303b的元件长相同，但该波长转换元件303a、303b的元件长 也可不同。详细地说，在从基波光源射出的基波光为随机偏振光时， 振荡波长是单一波长，其功率分配在P偏振光、S偏振光中均等，所 以期望对应于上述P偏振光、S偏振光的波长转换元件各自的元件长 相同，但象从作为本实施方式1的基波光源301的光纤激光器光源201 射出的基波光那样，按P偏振光、S偏振光分别振荡、并且针对每个 偏振光分量振荡波长不同的情况下，对应于其偏振光分量，功率分配 不同(具体地说，P偏振光的功率∶S偏振光的功率＝10∶7～10∶9左 右)，所以情况不同。
这样，在上述基波光的S偏振光的功率比P偏振光的功率小时， 可相应于该S偏振光的功率小的部分、使转换S偏振光的波长转换元 件的元件长增长，由此使波长转换后的二次谐波的输出成为近似1∶1 的比例。
例如，在本实施方式1的波长转换光学装置300的结构的情况下， 通过使对应于P偏振光的第1波长转换元件303a的元件长为20mm， 并使对应于S偏振光的第2波长转换元件303b的元件长为25mm， 可得到大致为1∶1的输出比。
(实施方式2)
在上述实施方式1中，说明了由波长转换光学装置进行了波长转 换后的2条二次谐波为相同偏振方向的情况，但在本实施方式2中， 说明该二次谐波的偏振方向互相直行时的结构。
下面，使用图8说明本实施方式2中的波长转换光学装置500 的结构。
在本实施方式2中，示出如下情况：与上述实施方式1相同，作 为基波光源301，使用利用图1(a)中示出的Yb添加偏振波保持光 纤205的光纤激光器光源201，作为波长转换元件，使用在为了防止 由光导致的劣化而添加了氧化镁的铌酸锂晶体(Mg:LN)中形成了 周期性极化反转的准相位匹配波长转换元件，串联配置该波长转换元 件来进行波长转换。如果这样串联配置波长转换元件，则可减小设置 面积。
在本实施方式2中，波长转换光学装置500的结构与图2中示出 的上述实施方式1的结构大致相同，但不同之处在于，在偏振光分束 器306的后级不设置使基波光旋转90度的λ/2波长板307，而在旋转 了90度的状态下配置第2级的波长转换元件503，使得该波长转换元 件503的晶体主介电轴z轴的方向与第1级波长转换元件303a的晶 体主介电轴z轴的方向垂直，从而可对S偏振光的基波光进行波长转 换。下面，详细地说明。
首先，将从上述基波光源301射出的光L11(1084nm：基波) 通过准直透镜等(未图示)校准成800μm左右的束径，并由会聚透镜 302a会聚(这里焦点距离30mm)。然后，将会聚后的基波L11入射 到第1级的波长转换元件303a进行波长转换。在该第1波长转换元 件303a中，对基波L11的2个方向的偏振光(P偏振光、S偏振光) 中、偏振光与晶体的主介电轴z轴方向平行的偏振光(P偏振光)进 行波长转换。上述第1波长转换元件303a在厚度1mm、长度25mm 的Mg:LN(晶体主介电轴z轴方向垂直于基板面内)中，以周期 Λ＝7.38μm周期地形成极化转换结构，该波长转换元件303a的两端施 以光学抛光，对入射侧施以基波(波长：1084nm)的低反射涂层，但 对输出侧施以二次谐波(波长：542nm左右)的低反射涂层。另外， 将上述第1波长转换元件303a固定在铜板上，由珀耳帖元件305a来 进行温度控制(这里约22℃)。通过该波长转换元件的温度控制，进 行相位匹配波长的微调整。然后，在上述第1波长转换元件303a中， 对上述基波光L11中、P偏振光的基波光(通过功率换算，为入射的 光L11的20％～30％)进行波长转换，变成入射光一半波长的绿色光 (542nm)。
因此，从上述第1波长转换元件303a输出光L32，该光L32包 含在该波长转换元件303a中进行了波长转换后的绿色光、其剩余的 基波光(P偏振光的剩余基波光)和未由上述第1波长转换元件303a进 行波长转换的另一偏振光、即与晶体的主介电轴z轴方向垂直的偏振 光(S偏振光)的基波光。
上述输出光L32由再准直透镜304a变回成平行光，之后，由偏 振光分束器306使上述P偏振光的绿色光和剩余基波光的光路弯曲90 度，从而分离成包含该P偏振光的绿色光和剩余基波光的光L33、和 未由上述第1波长转换元件303a进行波长转换的S偏振光的基波光 L34。
原样通过了上述偏振光分束器306的上述S偏振光的基波光L34 由会聚透镜302b会聚，入射到第2级的波长转换元件503。该第2 波长转换元件503如上所述，配置成使上述第1波长转换元件303a 旋转了90度的状态、即晶体的主介电轴z轴方向与入射的光L34(S 偏振光)的偏振方向平行，所以对与晶体的主介电轴z轴方向垂直的偏 振光(S偏振光)进行波长转换。上述第2波长转换元件503在厚度 1mm、长度25mm的Mg:LN(晶体的主介电轴z轴方向垂直于基板 面内)中，以周期Λ＝7.38μm周期性地形成极化反转结构，另外，涂层 的条件、保持方法及利用珀耳帖元件305b的温度控制方法与上述第1 波长转换元件303a相同。但是，如上所述，从上述光纤激光器光源 射出的P偏振光和S偏振光的波长相差若干(在图3中，波长差0.5nm)。 因此，上述珀耳帖元件305b在与上述珀耳帖元件305a不同的温度(这 里约28℃)下对该第2波长转换元件303b进行温度控制。结果，可执 行相位匹配波长的微调整，使S偏振光、P偏振光各自的相位匹配波 长一致。该第2波长转换元件503对S偏振光的基波光(通过功率换算， 为入射的光L34的20～30％)进行波长转换，变成该入射光一半波长 的绿色光(542nm左右)。
从上述第2波长转换元件503b输出包含在该波长转换元件503 中进行了波长转换后的绿色光及其剩余的基波光(S偏振光的剩余基 波光)的光L35。之后，上述输出光L35由再准直透镜304b变回成平 行光，由分色镜308c分离绿色光L35a和其剩余基波光L35b。
另一方面，包含由上述偏振光分束器306使其光路弯曲了90度 的上述P偏振光的绿色光和其剩余基波光的光L33由分色镜308a分 离成绿色光L33a和P偏振光的剩余基波光L33b。
然后，由上述第1、第2波长转换元件303a、303b各自进行了 波长转换后的P偏振光的绿色光L33a及S偏振光的绿色光L35a使 用分色镜308a、308b、308c及棱镜309等，向同一射出方向射出。
本实施方式2的波长转换光学装置500的输出特性与上述实施方 式1的图2中示出的波长转换光学装置300的输出特性(参照图4、5) 为大致相同的结果。即，利用本实施方式2的结构，可向波长转换元 件入射以前因为产生晶体破坏而不能入射的高输出的基波光，结果， 即使在上述波长转换元件接收到用于得到以前会产生晶体破坏的、超 过3W的输出(4W以上)的基波光的状态下，也可避免由紫外光导致的 绿色光的输出饱和及晶体破坏，从而可无晶体破坏地实现高转换效 率。另外，在该装置500中，由于后级波长转换元件503的波长转换 不受前级波长转换元件303a的波长转换的影响，所以还得到良好的 输出稳定性、可靠性。并且，可解决作为现有装置100的问题的、在 第1级波长转换元件的输出明显下降时向第2级波长转换元件的基波 输入急剧上升从而破坏晶体的问题。
如上所述，根据本实施方式2的波长转换光学装置500，作为基 波光源301，使用输出具有互相直行的2个方向偏振光(P偏振光、S 偏振光)的基波L11的光纤激光器光源，由各波长转换元件303a、503 分别对上述基波L11的P偏振光、S偏振光进行波长转换，所以可向 各波长转换元件303a、503入射以前因为会产生晶体破坏而不能入射 的高输出的基波光，结果，无晶体破坏，可实现高转换效率，另外， 由于后级波长转换元件503中的波长转换不受前级波长转换元件303a 的影响，所以还可得到良好的输出稳定性、可靠性。
另外，在本实施方式2中，与上述实施方式1相同，使用具备偏 振波保持光纤的光纤激光器光源201作为基波光源301，射出具有波 长不同的P偏振光、S偏振光的基波光L11，所以在各波长转换元件 303a、503中，仅对上述基波光源L11中的、对应于上述各元件的晶 体主介电轴z轴方向、且具有与该各元件具备的珀耳帖元件305a、305b 的控制温度相对应的波长的偏振光分量进行波长转换，所以可针对每 个偏振光分量可靠地对该基波光L11进行波长转换。因此，在该装置 中，与射出振荡波长单一的随机偏振光作为上述基波光L11、并由上 述各波长转换元件对每个偏振光分量进行波长转换的情况相比，射出 具有波长不同的P偏振光、S偏振光的基波光作为上述基波光L11、 并由各波长转换元件对每个偏振光分量进行波长转换的方法可进一 步提高二次谐波的输出稳定性、可靠性。
另外，在本实施方式2中，举出串联配置波长转换元件的情况为 一例来说明，但也可以如上述实施方式1的图6所示，并联配置上述 波长转换元件，在该波长转换元件的前级，通过偏振光分束器等将基 波L11分离成各个偏振光，向各波长转换元件仅入射P、S偏振光中 的某一方。这样构成的情况下，可抑制由于束品质劣化导致的转换效 率下降，从而得到更高的转换效率。
另外，在本实施方式2中，说明了第1级和第2级的波长转换元 件303a、503的元件长相同的情况，但与上述实施方式1相同，该波 长转换元件303a、503的元件长也可不同。例如，本实施方式2的波 长转换光学装置500的结构的情况下，通过使对应于P偏振光的第1 波长转换元件303a的元件长为20mm，使对应于S偏振光的第2波 长转换元件503的元件长为25mm，可得到大致1∶1的输出比。
并且，本实施方式2中，作为第1、第2波长转换元件303a、503， 使用了采用晶体主介电轴的z轴方向垂直于面内的基板(z板)的波长 转换元件，但作为对应于S偏振光的基波光的波长转换元件(这里为第 2波长转换元件503)，也可使用采用晶体主介电轴的x轴方向垂直于 面内的基板(x板)的波长转换元件。这时，不必使其晶体的方位旋转 90°来配置第2波长转换元件。这时，必须沿基波的偏振方向与波长 转换元件的z轴方向平行的方向入射，这与使用z板的情况相同。
(实施方式3)
在上述实施方式1中，说明了具备2个波长转换元件的结构，但 在本实施方式3中，说明使用棱镜和反射镜等使来自基波光源的入射 光折回，从而利用一个波长转换元件，在各个偏振方向(P方向、S方 向)上对上述基波光独立地进行波长转换的结构。这样，可使该装置更 小型化。
下面，用图9说明本实施方式3中的波长转换光学装置600的结 构。
在本实施方式3中，与上述实施方式1相同，作为基波光源301， 使用采用图1(a)示出的Yb添加偏振波保持光纤205的光纤激光器光 源201，作为波长转换元件，使用在为了防止由光导致的劣化而添加 了氧化镁的铌酸锂晶体(Mg:LN)中形成周期性极化反转的准相位 匹配波长转换元件。因此，从上述基波光源301射出的基波光L11与 上述实施方式1相同，具有相对于波长转换元件水平的偏振方向的光 (P偏振光)和垂直的偏振方向的光(S偏振光)，另外，该各偏振光的振 荡波长相差若干(参照图3)。
首先，从上述基波光源301射出的光L11(1084nm：基波)通过折 回用棱镜608，由会聚透镜302a会聚在波长转换元件603中。然后， 上述波长转换元件603对上述基波L11的2个方向的偏振光(P偏振 光、S偏振光)中、偏振与晶体的主介电轴z轴方向平行的偏振光(P偏 振光)进行波长转换。
这里，上述棱镜608在各反射面608a、608b上施以透过基波波 长、反射二次谐波(绿色光)波长的电介质多层膜涂层，另外，上述波 长转换元件603在厚度1mm、长度25mm的Mg:LN(z轴方向垂直 于基板的面内)中以周期Λ＝7.38μm周期性地形成极化反转结构，该波 长转换元件603的两端施以光学抛光，对入射侧、出射侧都施以基波 (波长：1084nm)及二次谐波(波长：542nm左右)的低反射涂层。另外， 将上述波长转换元件603固定在铜板上，利用设置成夹持该波长转换 元件603的珀耳帖元件605a、605b进行温度控制。通过该波长转换 元件的温度控制来执行相位匹配波长的微调整，尤其是，在本实施方 式3中，如上所述，由2个珀耳帖元件605a、605b夹持上述波长转 换元件603，将一个波长转换元件603中的温度控制区域分割成上下 2部分，从而可使P偏振光、S偏振光各自的相位匹配波长一致。这 里，上述波长转换元件603的上部由上述珀耳帖元件605a控制成约 22℃，该元件603的下部由上述珀耳帖元件605b控制成约28℃。
因此，首先对透过反射面608a、入射到该波长转换元件603的 上述基波L11中的P偏振光的基波(通过功率换算，为该入射的基波 光的20～30％)进行波长转换，变成入射光一半波长的绿色光 (542nm)。
因此，这时从上述波长转换元件603输出光L42，该光L42包含 在该波长转换元件603中进行了波长转换后的绿色光、其剩余的基波 光(P偏振光的剩余基波光)、和未由波长转换元件603进行波长转换 的另一偏振光(S偏振光)的基波光。
上述输出光L42由再准直透镜304a变回成准直光后，通过λ/2 波长板307。由于上述λ/2波长板307配置成可使入射的S偏振光的 基波光的偏振方向与上述波长转换元件603的晶体主介电轴z轴方向 一致，所以，上述λ/2波长板307使包含在上述输出光L42中的基波 光的偏振方向旋转。具体地说，使P偏振光的剩余基波光成为S偏振 光的剩余基波光，且使S偏振光的基波光成为P偏振光的基波光。
通过了上述λ/2波长板307的光L43入射到折回用棱镜609。上 述棱镜609在各反射面609a、609b上施以反射基波波长、透过二次 谐波(绿色光)波长的电介质多层膜涂层。
因此，入射到上述棱镜609的光L43在反射面609a上仅透过并 输出转换后的P偏振光的绿色光L43a，包含S偏振光的剩余基波光 和未由上述波长转换元件603进行波长转换的P偏振光的基波光的光 L43b由上述棱镜609的反射面609a、609b反射，向上述波长转换元 件603的方向折回。
之后，上述输出光L43b由会聚透镜302b再次会聚在上述波长 转换元件603上。如上所述，上述波长转换元件603对P偏振光的基 波光进行波长转换，所以对上述光L43b中的P偏振光的基波光(通过 功率换算，为入射的光L43b的20～30％)进行波长转换，变成入射光 一半波长的绿色光(542nm)。
因此，这时从上述波长转换元件603输出光L44，该光L44包含 在该波长转换元件603中进行了波长转换后的绿色光、其剩余的基波 光(P偏振光的剩余基波光)和上述S偏振光的剩余基波光。
上述输出光L44入射到棱镜608，在该棱镜608的反射面608b 上，透过并输出仅包含基波光、即上述S偏振光的剩余基波光及P偏 振光的基波光的光L44b，上述P偏振光的绿色光L44a由上述棱镜 608的反射面608a、608b反射，向上述波长转换元件603方向折回。
上述P偏振光的绿色光L44a再次通过上述波长转换元件603、 再准直透镜304a、λ/2波长板307后，入射到上述棱镜609，从该反 射面609a透过并输出。
这样，在本实施方式3中，从波长转换光学装置600射出相同偏 振方向的绿色光。
该波长转换光学装置600的输出特性与上述实施方式1的图2 中示出的波长转换光学装置300的输出特性(参照图4、5)为大致相同 的结果。即，在本实施方式3的结构中，可向波长转换元件入射以前 因为会产生晶体破坏而不能入射的高输出的基波光，所以即使在由波 长转换元件接收到用于得到以前会产生晶体破坏的、超过3W的输出 (4W以上)的基波光的状态下，也可避免由紫外光导致的绿色光的输 出饱和及晶体破坏，从而可无晶体破坏地实现高转换效率。另外，根 据该装置600，在上述波长转换元件603中执行的第2次的波长转换 不受第1次的波长转换的影响，所以还得到良好的输出稳定性、可靠 性。
并且，在本实施方式3中，与上述实施方式1相同，作为基波光 源301，使用具备偏振波保持光纤的光纤激光器光源201，作为基波 光L11，射出波长不同的P偏振光、S偏振光，所以在波长转换元件 603中，仅对上述基波光源L11中的、对应于上述元件的晶体主介电 轴z轴方向、且具有与在该元件的上下具备的珀耳帖元件605a、605b 的控制温度相对应的波长的偏振光分量进行波长转换，所以在一个波 长转换元件603中，可以可靠地针对每个偏振光分量独立地对该基波 光L11进行波长转换。因此，在该装置600中，与射出振荡波长单一 的随机偏振光作为上述基波光L11、并由上述波长转换元件针对每个 偏振光分量进行波长转换的情况相比，射出具有波长不同的P偏振光、 S偏振光的基波光作为上述基波光L11、并由波长转换元件针对每个 偏振光分量进行波长转换的方法可进一步提高二次谐波的输出稳定 性、可靠性。另外，在本实施方式3中，由于构成为在一个波长转换 元件603的上下具备珀耳帖元件605a、605b，由各珀耳帖元件以不同 的设定温度进行温度控制，所以如果各珀耳帖元件605a、605b的设 定温度相差大，则难以进行温度控制，但在本实施方式3中，由于使 用光纤激光器光源作为基波光源，可以射出振荡波长差小的P、S偏 振光，所以还可得到容易利用各珀耳帖元件605a、605b进行波长转 换元件603中的温度控制的效果。
另外，在上述的说明中，说明了分开配置波长转换元件603和折 回用棱镜608、609的例子，但如图10所示，也可形成使该折回用棱 镜和波长转换元件的晶体一体化的结构。下面，用图10说明该结构。
图10是表示在本实施方式3的波长转换光学装置中，作为波长 转换元件，使用了使晶体和折回用棱镜一体化的元件的波长转换光学 装置的结构的图。这里，作为基波光源301，也使用上述的光纤激光 器光源201。
本实施方式中使用的上述波长转换元件706利用添加了氧化镁 的铌酸锂晶体(Mg:LN)，在基板上形成极化反转部703和棱镜部708、 709及λ/2波长板307。然后，在上述棱镜部708的各反射面708a、 708b上，施以透过基波波长、反射二次谐波(绿色光)波长的电介质多 层膜涂层，另外，在上述棱镜部709的各反射面709a、709b上，施 以反射基波波长、透过二次谐波(绿色光)波长的电介质多层膜涂层。
另外，与上述图9中示出的结构相同，将上述波长转换元件706 固定在铜板上，利用设置成夹持极化反转部703的珀耳帖元件705a、 705b进行温度控制。通过该波长转换元件的温度控制进行相位匹配波 长的微调整，与上述实施方式3相同，通过由2个珀耳帖元件705a、 705b夹持该波长转换元件706的极化反转部703，并将一个波长转换 元件703中的温度控制区域分割成上下2部分，可使P偏振光、S偏 振光各自的相位匹配波长一致。这里，上述波长转换元件603的上部 由上述珀耳帖元件605a控制成约22℃，另外，该元件603的下部由 上述珀耳帖元件605b控制成约28℃。
并且，在图10的结构的情况下，会聚透镜302放置在波长转换 元件706之外。会聚透镜302的焦点距离由通过该元件706内的光路 长度决定。例如，如果元件706的长度为10mm，但包含折回部分在 内的光路为25mm，则最好使用上述会聚透镜302的焦点距离为作为 最佳值的f＝30mm、而非作为10mm元件的最佳值的f＝20mm的透镜。
另外，入射到本波长转换光学装置700的基波光L11被波长转 换成二次谐波L53a、L54a之前的流程、以及从本装置700射出的二 次谐波L53a、L54a的输出特性与上述的实施方式3相同，所以这里 省略说明。
如上所述，根据本实施方式3的波长转换光学装置，作为基波光 源301，使用输出具有互相直行的2个方向偏振光(P偏振光、S偏振 光)的基波L11的光纤激光器光源，使用折回用棱镜608、609将该基 波L11折回并入射到波长转换元件603，分别对上述基波L11的P偏 振光、S偏振光进行波长转换，所以，可向波长转换元件603入射以 前因为会产生晶体破坏而不能入射的高输出的基波光，结果，可无晶 体破坏地实现高的转换效率，同时可得到良好的输出稳定性、可靠性。 另外，根据本实施方式3，得到可使该装置非常小型化的进一步效果。
并且，根据本实施方式3，使用具备偏振波保持光纤的光纤激光 器光源201作为基波光源301，射出具有振荡波长不同的P偏振光、 S偏振光的基波光L11，在设置于一个波长转换元件603的上下部的 珀耳帖元件605a、605b的温度控制下进行波长转换，所以在该波长 转换元件603中，可以可靠地对该基波光L11的各偏振光分量进行波 长转换，可进一步提高二次谐波的输出稳定性、可靠性。
(实施方式4)
在上述实施方式3中，说明了通过由一个波长转换元件使来自基 波光源的基波光折回，对该基波光在各个偏振方向(P方向、S方向) 上独立地进行了波长转换后的二次谐波是同一偏振方向的情况，但在 本实施方式4中，说明输出具有互相直行的偏振方向的二次谐波的结 构。
下面，用图11说明本实施方式4中的波长转换光学装置800的 结构。
在本实施方式4中，与上述各实施方式相同，作为基波光源301， 使用采用图1(a)示出的Yb添加偏振波保持光纤205的光纤激光器光 源201，作为波长转换元件，使用在为了防止由光导致的劣化而添加 了氧化镁的铌酸锂晶体(Mg:LN)中形成了周期性极化反转的准相 位匹配波长转换元件。因此，从上述基波光源301射出的基波光L11 与上述实施方式1相同，具有相对于波长转换元件水平的偏振方向的 光(P偏振光)和垂直的偏振方向的光(S偏振光)，另外，该各偏振光的 振荡波长相差若干(参照图3)。
本实施方式4中的波长转换光学装置800的结构与图9中示出的 上述实施方式3的波长转换光学装置600的结构大致相同，但如下方 面不同：在折回用棱镜609的前级设置使基波光和波长转换后的二次 谐波这两者旋转90度的、基波与二次谐波的λ/2波长板807(下面简称 为“第2λ/2波长板”)，来替代使基波旋转90度的λ/2波长板307， 同时，将该第2λ/2波长板807设计得较小，以便不向该第2λ/2波长 板807入射由上述折回用棱镜608的反射面608a折回的光(图11中的 光L64a)。下面，详细地说明。
首先，从上述基波光源301射出的光L11(1084nm：基波)通过折 回用棱镜608，由会聚透镜302a会聚在波长转换元件603中。然后， 对上述基波L11的2个方向的偏振光(P偏振光、S偏振光)中、偏振 与晶体的主介电轴z轴方向平行的偏振光(P偏振光)进行波长转换。
这里，上述棱镜608在各反射面608a、608b上施以透过基波波 长、反射二次谐波(绿色光)波长的电介质多层膜涂层，另外，上述波 长转换元件603在厚度1mm、长度25mm的Mg:LN(z轴方向垂直 于基板的面内)中，以周期Λ＝7.38μm周期性地形成极化反转结构，该 波长转换元件603的两端施以光学抛光，对入射侧、出射侧都施以基 波(波长：1084nm)及二次谐波(波长：542nm左右)的低反射涂层。另 外，将上述波长转换元件603固定在铜板上，利用设置成夹持该波长 转换元件603的珀耳帖元件605a、605b进行温度控制。通过该波长 转换元件的温度控制来执行相位匹配波长的微调整，与上述实施方式 3相同，由2个珀耳帖元件605a、605b夹持上述波长转换元件603， 将一个波长转换元件603中的温度控制区域分割成上下2部分，从而 可使P偏振光、S偏振光各自的相位匹配波长一致。这里，上述波长 转换元件603的上部由上述珀耳帖元件605a控制成约22℃，该元件 603的下部由上述珀耳帖元件605b控制成约28℃。
因此，首先对透过反射面608a、入射到该波长转换元件603的 上述基波L11中的P偏振光的基波(通过功率换算，为该入射的基波 光L11的20～30％)进行波长转换，变成入射光一半波长的绿色光 (542nm)。
因此，这时从上述波长转换元件603输出光L62，该光L62包含 在该波长转换元件603中进行了波长转换后的绿色光、其剩余的基波 光(P偏振光的剩余基波光)、和未由波长转换元件603进行波长转换 的另一偏振光(S偏振光)的基波光。
上述输出光L62由再准直透镜304a变回成准直光后，通过第2λ/2 波长板807。由于该第2λ/2波长板807配置成可使入射的S偏振光的 基波光、及波长转换后的S偏振光的绿色光的偏振方向旋转，从而与 上述波长转换元件603的晶体主介电轴z轴方向一致，所以，上述第 2λ/2波长板807使包含在上述输出光L62中的基波光及二次谐波的偏 振方向旋转。具体地说，使P偏振光的绿色光成为S偏振光的绿色光， 使P偏振光的剩余基波光成为S偏振光的剩余基波光，且使S偏振光 的基波光成为P偏振光的基波光。
通过了上述第2λ/2波长板807的光L43入射到折回用棱镜609。 上述棱镜609在各反射面609a、609b上施以反射基波波长、透过二 次谐波(绿色光)波长的电介质多层膜涂层。
因此，入射到上述棱镜609的光L63在反射面609a上仅透过并 输出转换后的绿色光L63a，包含S偏振光的剩余基波光和未由上述 波长转换元件603进行波长转换的P偏振光的基波光的光L63b由上 述棱镜609的反射面609a、609b反射，向上述波长转换元件603方 向折回。
之后，上述输出光L63b由会聚透镜302b再次会聚在上述波长 转换元件603上。如上所述，由于上述波长转换元件603对P偏振光 的基波光进行波长转换，所以对上述光L63b中的P偏振光的基波光 (通过功率换算，为入射的光L43b的20～30％)进行波长转换，变成 入射光一半波长的绿色光(542nm)。
因此，这时从上述波长转换元件603输出光L64，该光L64包含 在该波长转换元件603中进行了波长转换后的绿色光、其剩余的基波 光(P偏振光的剩余基波光)和上述S偏振光的剩余基波光。
上述输出光L64入射到棱镜608，在该棱镜608的反射面608b 上，仅透过并输出包含基波光、即上述S偏振光的剩余基波光及P偏 振光的基波光的光L63b，上述P偏振光的绿色光L63a由上述棱镜 608的反射面608a、608b反射，向上述波长转换元件603方向折回。
上述P偏振光的绿色光L63a再次通过上述波长转换元件603及 再准直透镜604a之后，入射到上述棱镜609，从该反射面609a透过 并输出。
这样，在本实施方式4中，从波长转换光学装置800射出不同偏 振方向的绿色光。
该波长转换光学装置800的输出特性与上述实施方式2的图8 中示出的波长转换光学装置500的输出特性(参照图4、5)为大致相同 的结果。即，在本实施方式4的结构中，可向波长转换元件入射以前 因为会产生晶体破坏而不能入射的高输出的基波光，结果，即使在由 上述波长转换元件得到了以前会产生晶体破坏的、超过3W的输出 (4W以上)的状态下，也可避免由紫外光导致的绿色光的输出饱和及 晶体破坏，无晶体破坏，可实现高转换效率。另外，还得到良好的输 出稳定性、可靠性。并且，在本实施方式4中，与上述实施方式3相 同，作为基波光源301，使用具备偏振波保持光纤的光纤激光器光源 201，射出具有振荡波长不同的P偏振光、S偏振光的基波光L11，在 设置于一个波长转换元件603的上下部的珀耳帖元件605a、605b的 温度控制下进行波长转换，所以在该波长转换元件603中，可针对每 个偏振光分量可靠地对该基波光L11进行波长转换，因而在该装置 800中，与射出振荡波长单一的随机偏振光的基波光、并由该波长转 换元件603对每个偏振光分量进行波长转换的情况相比，可提高二次 谐波的输出稳定性、可靠性。
另外，在上述的说明中，说明了分开配置波长转换元件603和折 回用棱镜608、609的例子，但是如在上述实施方式3中用图10说明 的那样，也可形成使该折回用棱镜和波长转换元件的晶体一体化的结 构。这样，可得到使该波长转换光学装置更小型化的效果。
另外，在上述的各实施方式中，举出从红外光(1084nm)产生绿色 光(542nm)的情况为例进行了说明，但不限于此，只要改变从光纤激 光器光源射出的基波的波长，则可产生黄绿光(560nm)～蓝色光 (480nm)的光。
另外，在上述的各实施方式中，举出使用光纤激光器光源作为基 波光源301的情况为一例，但不限于此。在使用其他光源时，可产生 黄绿光(560nm)～近紫外光(380nm)的光。
另外，在上述各实施方式中，作为上述波长转换元件，举出使用 添加了氧化镁(MgO)的铌酸锂(Mg:LiNbO3)的情况为例，但另外也 可使用未掺杂铌酸锂(LiNbO3:LN)、未掺杂钽酸锂(LiTaO3:LT)、 或添加了ZnO的铌酸锂(Zn:LiNbO3)、添加了MgO或ZnO的钽酸 锂(Mg:LiTaO3、Zn:LiTaO3)、磷酸钛氧钾(KTiOPO4:KTP)、稀 土类硼酸钙系列(ReCa4O(BO3)3、Re：稀土类元素)、水晶等。但是， 如各实施方式的波长转换光学装置所示，从光纤激光器光源射出的基 波光L11产生黄绿色光(560nm)～蓝色光(480nm)时，鉴于其转换效率 或光引起的晶体劣化的耐性，最期望使用添加了MgO的铌酸锂(Mg: LiNbO3)。
但是，在上述的各实施方式的波长转换光学装置中，由于使用光 纤激光器光源作为基波光源，所以各偏振光的振荡波长相差若干，对 于各个波长，可通过进行波长转换得到多个波长的二次谐波。因此， 在使用各实施方式中说明的波长转换光学装置作为激光显示器(图像 显示装置)或半导体加工的曝光用光源时，可减少因为光的相干性(是 单一波长、同相位的光)大于必要程度而产生的无用的噪声图案(斑点 噪声)。
下面，用图12(a)说明使用上述实施方式1中说明的波长转换光 学装置作为激光显示器(图像显示光学装置)的情况的结构的一例。
(实施方式5)
图12(a)是使用射出相同偏振方向的2条二次谐波的波长转换光 学装置作为绿色光用光源的激光显示器的结构图。
在本实施方式5中，作为激光显示器900的光源，使用红、绿、 蓝3色的激光器光源。
具体地说，作为红色光源901，使用波长635nm的GaAs类半导 体激光器，作为蓝色光源903，使用波长445nm的GaN类半导体激 光器。上述各半导体激光器形成利用光纤束、由1条的光纤输出得到 3个～8个半导体激光器的输出的结构，其波长频谱宽度非常宽，为 几nm。利用其宽的频谱来抑制斑点噪声的产生。
另一方面，在绿色光源902中使用本实施方式1中说明的波长转 换光学装置300。
将射出上述绿色光源902的波长不同的P偏振光的2条绿色光 (二次谐波)发送到反射型调制元件905a、905b，进行空间调制。然后， 经由反射镜907，利用合波棱镜908，与分别由调制元件904、906调 制后的红色光、蓝色光混合，形成彩色图像。形成的图像通过投影透 镜909投影到屏幕910上。
这样，通过从不同位置射出上述绿色光源902的波长不同的2 条绿色光，并由调制元件905a、905b对该波长不同的每条绿色光进 行空间调制，可提高人眼灵敏度高的绿色的分辨率，结果，可实现图 像显示光学装置的高画质化。
图13是从1个激光器光源射出的2条光的峰值波长差与斑点噪 声明暗差的关系图。另外，在图中，所谓“单色”是指从光源射出单 一波长、单一偏振的光的情况，这里，设这时的斑点噪声明暗差为1。 另外，图13在同一屏幕中绘制出比较的结果。
如图13所示，在从现有的激光器光源射出的光是单色时，即使 在图像显示光学装置中设置了斑点去除光学系统(未图示)，也最多使 斑点噪声明暗差为0.07～0.08。但如果象本申请那样，从激光器光源 射出波长不同的2条光，即使在使用采用结构更简单的摇动扩散板的 斑点去除机构作为斑点去除光学系统时，与单色的情况相比，也可减 小斑点噪声明暗差。
另外，具有斑点噪声具有因光的偏振不同而不同的图案的特征。 因此，如图12(b)所示，如果使用射出不同偏振光的波长转换光学装 置(例如实施方式2中示出的装置)作为激光器光源，则在图像的投影 面上重合不同的斑点噪声，所以可进一步减少无用的斑点图案(斑点噪 声)。
即，如图13所示，在从现有的激光器光源射出的光是单色的情 况下，即使在图像显示光学装置中设置了斑点去除光学系统(未图示)， 也最多使斑点噪声明暗差为0.07～0.08，但是若从激光器光源射出波 长、偏振都不同的2条光，则与单色的情况相比，可使斑点噪声明暗 差相当小，并且，如果设置斑点去除光学系统(未图示)，则可使该斑 点噪声明暗差达到肉眼不能分辨的等级，即0.04左右(波长差为0.27 的情况)。
另外，在本实施方式5中，举出从屏幕的前面投影图像的前面投 射型图像显示光学装置为例来说明，但也可采用从屏幕的背后投影图 像的背投型结构。
并且，在图12中，作为空间调制元件，使用集成了超小型反射 镜的反射型空间调制元件，但当然也可使用采用液晶的调制元件或电 流镜。
另外，上述各实施方式中例示的结构仅为一例，不用说也可采用 其他方式。
产业上的可利用性
本发明适用于实现具有高可靠性、高输出稳定性的波长转换光学 装置、激光器光源、以及高画质的图像显示光学装置。