波长变换模块、激光源装置、二维图像显示装置、背光光源、液晶显示装置以及激光加工装置的制作方法

专利名称：波长变换模块、激光源装置、二维图像显示装置、背光光源、液晶显示装置以及激光加工装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用了用于光波长变换的非线性光学元件(波长变换元 件)的波长变换模块、采用了该模块的激光源装置、二维图像显示装置、 背光光源、液晶显示装置以及激光加工装置。
背景技术：
作为激光加工装置以及激光显示器等中采用的光源，高输出激光源被 关注。
作为红外线区域的高输出激光源，开发有YAG激光器等的固体激光 器；采用了掺杂有Yb、 Nd等稀土类的纤维的纤维激光器；等等。另外， 作为红色以及蓝色区域的高输出激光源，开发有采用了砷化镓、氮化镓
等的半导体激光器。另一方面，从目前来看，绿色区域的高输出激光依然 难以从半导体直接发出绿色光。为此，绿色区域的高输出激光一般是通过
非线性光学元件对从所述YAG激光器等的固体激光器或所述纤维激光器 发出的红外线区域的激光进行波长变化而产生。
作为非线性光学元件，开发有由例如铌酸锂(LiNb03)、钽酸锂 (LiTa03)、三硼酸锂(LiB305: LBO)、 p硼酸钡(|3—BaB204)、磷酸钛 氧钾(KTiOP04: KTP)、硼酸铯锂(CsLiB601Q: CLBO)等的非线性光学 单结晶构成的元件(非线性光学元件)。
例如，以下所述的非线性光学元件被采用在可得到绿色区域的输出的 装置中。
在可得到200 300mW级别的绿色区域的激光的装置中，由于形成了 极化反转结构的铌酸锂结晶来形成的准相位匹配(QPM)波长变换元件因 非线性光学常数较大而可以得到高的变换效率，因此优选被采用。另一方面，在得到数W级别的绿色区域的高输出激光的装置中，
LBO、 KTP等的非线性光学单结晶被采用。
但是LBO结晶由于非线性光学常数小，为了得到高的变换效率，激 光装置需要具备谐振器，并在该谐振器中要配置LBO结晶，其结果，装 置结构变得复杂，并且需要高精度地调整对准(alignment),该激光装置 有这样的缺点。
另一方面，KTP结晶由于非线性光学常数大于LBO结晶的非线性光 学常数，所以激光装置具有即使它不具备谐振器也能得到高的变换效率的 优点，而另一方面，该激光装置具有由基波或产生的第二高次谐波容易引 起的结晶的破坏或劣化的缺点。
另外，针对铌酸锂以及钽酸锂来说，报告有下述的例子如专利文献 1所述那样在结晶中导入掺杂物、或者如专利文献2所述那样能够使结晶 组成接近理想的组成(化学量论亦即化学计量的组成(stoichiometric composition))的方法来进行结晶培育，通过这样，来抑制结晶劣化之一 的由光引起的折射率变化(光折变photorefractive)即光损伤。
另外，除此之外，作为绿色区域的高输出激光，在非专利文献l中报 告有下述的例子:通过将掺杂有5mo1氧化镁的LiNb03结晶加热到140°C ， 由此来产生1.7W的绿色光。另外，近年来，在非专利文献2中还报告有 下述例子通过将采用掺杂有氧化镁的LiNK)3单结晶对该结晶基板实施 周期极化反转而得到的波长变换元件、和具有能够使振荡波长的波长带宽 变窄的特征的纤维激光器组合起来，通过这样，也能产生3W的绿色光。
下面，参照图14对采用了非线性光学元件的以往的波长变换装置的 结构进行说明。
在图14所示的波长变换装置中，由基波光源101产生的激光在空间 中进行传播，通过聚光透镜102被聚光后入射到波长变换元件103。接着， 所入射的基波的一部分通过波长变换元件103被波长变换。产生的高次谐 波以及残留基波通过再准直透镜(re-collimatorlens) 104被整形为平行光。 其后，所述校准后的高次谐波以及残留基波通过分束器105被分离成高次 谐波106和残留基波107。然后，被分束器105分离后的高能量残留基波 被束流收集器(beam dumper) 108进行处理。如上所述，KTP结晶或LBO结晶具有由第二高次谐波容易引起结晶
的破坏或劣化的缺点。为了抑制这样的缺点，通过利用多个波长变换元件 进行波长变换，来降低入射到每一个波长变换元件的基波的功率密度
(powerdensity),来抑制劣化的方案也被研究(例如专利文献3)。
参照图15，说明专利文献3中记载的使用多个波长变换元件的波长变 换装置。
如图15所示，从基波光源101射出的基波通过聚光透镜102a被聚光 后，入射到第一波长变换元件103a。然后，基波通过第一波长变换元件 103a被波长变换后，通过准直透镜104a而回到平行光。接着，分束器(beam splitter) 105a分离高次谐波106a。另一方面，由分束器105a分离后的残 留基波通过聚光透镜102b被聚光后，入射到第二波长变换元件103b。接 着，所述残留基波通过第二波长变换元件103b被波长变换后，通过准直 透镜104b回到平行光。其后，通过分束器105b分离出高次谐波106b和 残留基波107。然后，残留基波107通过散热器108被吸收并扩散。
在利用图15所示的以往的波长变换装置，例如输入8 9W的基波而 得到3W的高次谐波的情况下，残留的5 6W的基波作为残留基波被射 出。在此，这样的残留基波是以平行光状态射出的高能量的光。为了吸收 并扩散这样的高能量的残留基波，需要例如大型的束流收集器、散热风扇、 或散热器等的散热机构。另外，上述的波长变换装置由于需要将透镜和分 束器等光学部件配置在规定的位置，在自由空间中操作光线，因此成为比 较大型的装置。
另外，上述以往的波长变换装置可以设置在激光加工机等大型设备 中，但近年来，难以实现将上述波长变换装置设置在作为激光器的新用途 而提出的激光显示器那样的小型民用设备中。
另外，在波长变换装置中，利用纤维激光器对基波进行窄带化以使其 适于波长变换，由此可以实现激光源的小型化。但是，由于与以往的结构 同样地需要配置波长变换元件和各种光学部件，所以即使使用纤维激光器 也难以实现波长变换装置整体的小型化。
专利文献l:特许第3261594号公报
专利文献2:特许第3424125号公报专利文献3:特开平11一271823号公报
非专利文献l: Applied Physics letters, 59， 21， 2657 — 5659 (199.1)
非专禾ll文献2: Conference on Lasers and Electro— Optics 2005 (CLEO2005), Technical digest, CFL—l (2005)

发明内容
本发明的目的在于提供一种被小型化的波长变换模块，其在通过利用 波长变换元件对基波进行波长变换来得到高能量的高次谐波的情况下，即 使不具备大型的散热机构也能够处理波长变换时产生的残留基波。
本发明一个方面涉及一种波长变换模块，它包括第一基波传播光纤， 用于传播从激光源射出的基波；第一波长变换元件，与所述第一基波传播 光纤光学耦合，用于将从所述第一基波传播光纤射出的基波变换为高次谐 波；和第一高次谐波传播光纤，与所述第一波长变换元件光学耦合，用于 传播从所述第一波长变换元件射出的高次谐波；其中，所述第一高次谐波 传播光纤的芯直径小于所述第一基波传播光纤的芯直径。
本发明的另一方面涉及一种激光源装置，它具备所述波长变换模块， 其中，所述波长变换模块输出平均输出为2W以上且波长为200 800nm 的激光。
本发明的另一方面涉及一种二维图像显示装置，它具备所述激光源装 置，其中，所述二维图像显示装置利用从所述激光源装置射出的平均输出 为2W以上的激光来显示图像。
本发明的另一方面涉及一种背光光源，它具备所述激光源装置，其中， 所述背光光源利用从所述激光源装置射出的平均输出为2W以上的激光所 放出的光来照明液晶显示部。
本发明的另一方面涉及一种液晶显示装置，它具备所述背光光源。
本发明的另一方面涉及一种激光加工装置，它具备所述激光源装置， 其中，所述激光加工装置利用从所述激光源装置射出的光源平均输出为 2W以上的激光来加工对象物。
本发明的目的、特征、方式以及优点通过以下的详细说明能更加明了 。


图1A是从侧面观察第一实施方式的波长变换模块的示意图，图IB
是从上面观察第一实施方式的波长变换模块的示意图。
图2是表示1064nm的基波的传播损耗和光纤的纤芯直径之间的关系 的曲线图。
图3是表示1064nm的基波的传播损耗和形成在光纤的曲线部的曲率 半径之间的关系的曲线图。
图4A是表示形成在光纤的线圈状的曲线部的形状的一个例子的示意 图，图4B是表示形成在光纤的旋涡式线圈状的曲线部的形状的一个例子 的示意图，图4C是表示形成在光纤的波状形状的曲线部的形状的一个例 子的示意图，图4D是表示形成在光纤的波状形状的曲线部的形状的一个 例子的示意图。
图5是表示第二实施方式的激光源装置的构成示意图。
图6A是从侧面观察在第三实施方式的基底上配备多个波长变换元件 的波长变换模块的示意图，图6B是从上面观察在第三实施方式的基底上 配备多个波长变换元件的波长变换模块的示意图。
图7A是从侧面观察多级连接(级联连接(cascade connection))用波 长变换模块的示意图，图7B是从上面观察多级连接(级联连接)用波长 变换模块的示意图。
图8是采用了多级的波长变换模块的激光源装置的构成示意图。
图9是表示采用了激光源装置的激光显示装置(二维图像显示装置) 的一个例子的示意图。
图10A是表示激光显示装置构成体中的激光源装置的配置例子的示 意图，图IOB是表示图IOA的示意图中10—10'剖面的示意图。
图11是表示S—RGB规格的颜色再现范围、和作为绿色光而选择了 530nm的激光的情况下的颜色再现范围的图。
图12是表示采用了激光源装置的背光装置的一个例子的构成示意图， 图12B是图12A所示的背光装置的局部放大示意图。
图13是表示采用了激光源装置的激光加工描绘装置的一个例子的示 意图。图14是表示以往的波长变换装置的构成的示意图。 图15是表示以往的波长变换装置的构成的示意图。
具体实施例方式
(第一实施方式)
参照图1A和图IB对第一实施方式的波长变换模块210进行说明。 图1A是第一实施方式的波长变换模块210的侧视示意图，图IB是波长 变换模块210的俯视示意图。
图1A和图1B中，201表示第一基波传播光纤，202表示第一波长变 换元件，203表示第一高次谐波传播光纤，204表示入射侧组透镜，205 表示射出侧组透镜，206表示基底，207表示珀尔帖元件(peltier element), 208表示温度传感器，209表示散热器，310表示激光源。另外，第一高次 谐波传播光纤203具有将光纤成形为线圈状的曲线部213。
第一基波传播光纤201以及入射侧组透镜204，按照将从第一基波传 播光纤201射出的基波用入射侧组透镜204聚光，并使其入射到第一波长 变换元件202的方式被对准，并配置在基底206上。同样，第一高次谐波 传播光纤203以及射出侧组透镜205，按照将从第一波长变换元件202射 出的高次谐波以及残留基波由射出侧组透镜205耦合并入射到第一高次谐 波传播光纤203的方式被对准，并配置在基底206上。
下面对波长变换模块210的动作进行说明。
从激光源310射出的基波输入到第一基波传播光纤201，并在第一基 波传播光纤201内传播。然后，从第一基波传播光纤201射出后，通过入 射侧组透镜204被聚光，并入射到第一波长变换元件202。第一波长变换 元件202，由于随着结晶的温度而相位匹配波长变化，所以优选通过温度 传感器208和珀尔帖元件207以O.OrC左右的精度进行温度控制。另外， 在波长变换模块210中，通过设置散热器209来控制温度变动。
入射到第一波长变换元件202的基波的一部分被波长变换为高次谐 波。高次谐波以及没被波长变换的残留基波从第一波长变换元件202射出， 由射出侧组透镜205耦合到第一高次谐波传播光纤203而入射。入射到第 一高次谐波传播光纤203的高次谐波以单模(single mode)在第一高次谐波传播光纤203内传播。另外，由于第一高次谐波传播光纤203的芯直径 小于第一基波传播光纤201的芯直径，所以残留基波在第一高次谐波传播 光纤203内传播时发生损耗，其损耗量的能量作为热量从表面放出。艮P， 通过使第一高次谐波传播光纤203的芯直径小于第一基波传播光纤201的 芯直径，使第一高次谐波传播光纤203的截止波长在从第一波长变换元件 202射出的残留基波的波长以下，从而能够增大第一高次谐波传播光纤203 内的残留基波的能量损耗，来降低残留基波的功率。
作为第一基波传播光纤201，由于在入射到第一波长变换元件202时 需要沿着特定结晶轴的直线偏振光，所以优选采用例如PANDA光线、蝴 蝶结光线(bow-de fiber)等的偏振波保持型单模光纤等，而并非一般的单 模光纤。
作为第一高次谐波传播光纤203，根据用途而采用一般的单模光纤或 偏振波保持光纤。
图2表示本发明的发明者的试验结果的一个例子，即单模光纤内的 1064nm的基波的传播损耗和所述单模光纤的芯直径之间的关系。
根据图2可知，以单模传播1064nm基波中最佳的芯直径为6(xm的光 纤中，1064nm的基波的传播损耗在0.5dB/m以下。另外可知，与6jxm的 0.9倍的芯直径相当的芯直径5.4pm的光纤中，所述传播损耗为2 3dB/m 左右，与6pm的0.5倍的芯直径相当的芯直径3jxm的光纤中，所述传播 损耗为30dB/m。这样，当光纤的芯直径是以单模传播1064nm基波中最佳 的光纤芯直径6pm的0.9倍以下的情况下，传播损耗大幅增大。
根据所述结果可知，在波长变换模块210中，通过使第一高次谐波传 播光纤203的芯直径设为第一基波传播光纤201的芯直径的0.9倍以下、 甚至为0.8倍以下，从而能使波长变换后的残留基波的能量在第一高次谐 波传播光纤203中大幅损耗。另外，从高次谐波的损耗足够低的观点出发， 第一高次谐波传播光纤203的芯直径相对于第一基波传播光纤201的芯直 径的优选倍率为0.5倍以上。
另外，本发明的发明者进一步研究了在波长变换模块210中使第一高 次谐波传播光纤203的残留基波的能量损耗效果增强的方法，发现了通过 在第一高次谐波传播光纤203的规定部分形成特定曲率半径以下的曲线部分213，从而能够格外增大残留基波的能量损耗。
作为本发明的发明者的试验结果的一个例子，图3表示在芯直径5pm 的单模光纤中形成线圈部分时，1064nm的基波的传播损耗和光纤的线圈 部分的曲率半径之间的关系。
如图3所示，当曲率半径超过60mm时，1064nm的基波的传播损耗 在0.4dB/km以下。另外，当曲率半径在60mm以下时，传播损耗急剧增 大，在曲率半径为10mm时，传播损耗为4dB/km。
根据图3所示的试验结果可知，通过使曲率半径在60mm以下，从而 能够增大基波的传播损耗，能够有效地除去基波。另外，当曲率半径在 60mm以下时，虽然基波的损耗格外增大，但高次谐波的传播损耗在0.4 dB/km以下。另外，曲率半径越小、基波的传播损耗越大，但若曲率半径 在10mm以下，则光纤不易弯曲，另外还存在弯曲时破损的可能性。
作为曲线部分213的形状，可以是如图4A所示的各环状部分全部具 有大致相同的曲率半径的线圈形状，也可以是如图4B所示的环状部分的 曲率半径渐渐变小的旋涡状线圈。另外，可以是如图4C所示的各波峰高 度全部大致相同的波状形状，也可以是如图4D所示的各波峰的高度渐渐 变小的波状形状。
另外，在是如图4B所示的环状部分的曲率半径渐渐变小的旋涡状线 圈的情况下，优选将入射侧的曲率半径形成为大于射出侧的曲率半径，另 外，在是如图4D所示的各波峰的高度渐渐变小的波状形状的情况下，优 选将入射侧的波峰的高度形成为大于射出侧的波峰的高度。由于能量从入 射侧朝向射出侧渐渐减少，所以通过在能量大的部分减小传播损耗并减少 散热量，在能量小的部分增大传播损耗并提高散热量，从而能使光纤整体 的散热量均匀。
当激光加工装置或者激光显示器等中使用波长变换模块210时，将曲 线部分213优先配置在可有效地散热的位置。关于该配置的具体例，在后 面叙述的第六实施方式中进行说明。
作为波长变换元件202，列举出例如化学计量组成(stoichiometric composition)或者一致熔融组成(congruent composition)的由铌酸锂、钽 酸锂、掺杂有氧化镁的铌酸锂、掺杂有氧化镁的钽酸锂、磷酸钛氧钾、三硼酸锂、铌酸钾或钽酸钾等构成的元件。另外，作为波长变换元件202特 别优选使用具有周期极化反转结构的元件。
另外，所述化学计量组成或者一致熔融组成的掺杂有氧化镁的铌酸锂
或掺杂有氧化镁的铌酸锂结晶元件中的氧化镁的摩尔浓度优选为5 6.3mol%，进一步优选为5.3 6.311101%。即，为了抑制因光而折射率发生 变化的光损伤或结晶劣化，优选在5mol^以上，进一步优选在5.3mol% 以上，并且在6.311101%以下的范围内掺杂氧化镁。
另外，在通过连续振荡(CW)的激光源产生基波的情况下，从非线 性光学常数大且波长变换效率优异的观点出发，特别优选具有周期极化反 转结构的掺杂有氧化镁的铌酸锂元件。
另一方面，在通过脉冲振荡的激光源产生基波的情况下，优选采用具 有周期极化反转结构的掺杂有氧化镁的铌酸锂(PeriodicallyPoledMg: LiNbO 3: PPMgLN)元{牛、极化反转结构的磷酸钛氧钾(Periodically PoledMg: LiNbO 3: PPKTP)、以及极化反转结构的掺杂有镁的钽酸锂(Periodically PoledMg: LiTa03: PPMgLT)等。
另外，作为基底206，除了由铝、黄铜(真鍮)等形成的金属基材之 外，还可举出负热膨胀陶瓷基材等的陶瓷基材等。尤其，在采用波长变换 模块210产生2W以上的高次谐波的情况下，为了缓和由结晶发热而产生 的相位不匹配，并缓和温度调节的要求精度，优选采用负热膨胀陶瓷基材。 负热膨胀陶瓷基材优选其热膨胀系数在一 1 x 107 0的范围内。
另外，为了抑制所述那样的相位不匹配，也可以采用通过将热膨胀系 数不同的材料在厚度方向上层叠并粘合来形成基材的方式所得到的控制 了热膨胀的基材作为基底206。
根据上述说明的波长变换模块210，残留基波的能量在第一高次谐波 传播光纤203内传播时从第一高次谐波传播光纤203的表面作为热量被分 散并放出。由此，能够避免以往的波长变换装置作为平行光放出残留基波 时的能量的集中。其结果，不需要在以往的波长变换装置中需要设置的例 如大型束流收集器等的散热机构。
通过使用上述说明的波长变换模块210，对例如具有700 1600nm波 长的基波进行波长变换时，能够得到具有波长200 800nm的平均输出2W以上的高输出激光。
(第二实施方式)
参照图5，对采用了第一实施方式的波长变换模块210的激光源装置 进行详细的说明。
图5是表示使用了波长变换模块210的激光源装置的构成例的示意图。
图5中，310表示本实施方式中使用的激光源，301表示激励用激光 二极管(LD)光源，303表示掺镱双包层光纤(Yb-doped double clad fiber), 302、 304表示纤维光栅(fiber grating), 305表示用于使振荡的光成为直 线偏振光的起偏振器。另外，纤维光栅302、 304构成谐振器。作为纤维 光栅304，为了调整振荡的激光的带宽，使其与极化反转结构的波长变换 元件的波长容许宽度O.lnm吻合，因而采用反射中心波长为1064nm、反 射带宽为0.09nm的元件。掺镱双包层光纤303被激励用LD301 (波长约 195nm、最大输出30w)激励，生成1064nm附近的波长的基本波。该激 光源310产生波长1064nm附近、带宽0.09nm、平均输出7W的连续振荡 光(CW)。
在本实施方式中，作为第一高次谐波传播光纤203，采用4pm芯一 125pm包层的单模光纤10m，作为第一基波传播光纤201，采用6pm芯一 125pm包层的PANDA等偏振波保持的单模光纤。此时，与在第一高次谐 波传播光纤203中传播的第二高次谐波的绿色光(520 550nm附近)的 传播损耗相比，波长成倍的基波U040 1100nm附近)的传播损耗格外 大。
另外，作为第一波长变换元件202，采用由长度10mm的周期极化反 转MgO: LiNB03结晶构成的波长变换元件。以往，当得到W级别的输出 时，波长变换元件的温度一般加热到IO(TC以上。另一方面，在采用了由 周期极化反转MgO: LiNB03结晶构成的波长变换元件的情况下，即使在 20 4(TC室温附近也能够得到稳定的绿色光输出。由此，能够降低装置的 耗电。在将结晶的保持温度设定为室温以上(40 60°C)时，由于即使不 采用高价的珀尔帖元件也能够用加热器来代替，所以能够进一步降低构件成本。另外，由于第一波长变换元件202随着结晶的温度而相位匹配波长
变化，所以优选以o.orc的精度进行温度控制。
从掺镱双包层光纤303射出并通过了纤维光栅304的基波光在由 PANDA型偏振波保持光纤构成的第一基波传播光纤201中传播。然后， 从第一基波传播光纤201射出的基波光被入射侧组透镜204聚光，并入射 到第一波长变换元件202。
然后，入射到第一波长变换元件202的基波光，其一部分被变换为基 波光的1/2波长即532nm的绿色光(第二高次谐波)， 一部分作为基波残 留。
然后，产生的绿色光以及残留基波从第一波长变换元件202射出后通 过射出侧组透镜205耦合到第一高次谐波传播用光纤203。然后，在第一 高次谐波传播光纤203中传播的同时残留基波的能量变换为热量。此时， 第二高次谐波306几乎没有损耗。
根据本实施方式的激光源装置，通过例如投入6 9W的基波，可得 到2 4W的第二高次谐波。
(第三实施方式)
作为第三实施方式，参照图6A以及图6B来说明使用了多个波长变 换元件的波长变换模块510。图6A是波长变换模块510的侧视示意图， 图6B是波长变换模块510的俯视示意图。另外，在第三实施方式中，与 第一实施方式以及第二实施方式相同的符号所表示的构成要素的说明由 于与之前说明的构成要素相同，所以对其省略详细的说明。
在图6A和图6B中，202a表示第一波长变换元件，202b表示第二波 长变换元件，201表示第一基波传播光纤，203a表示第一高次谐波传播光 纤，203b表示第二高次谐波传播光纤，204表示第一入射侧组透镜，501 表示再准直透镜，502表示分束器，503表示反射镜(mirror)， 504表示第 二入射侧组透镜，205a表示第一射出侧组透镜，205b表示第二射出侧组 透镜，206表示基底，207表示珀尔帖元件，208表示温度传感器，209表 示散热器，310表示激光源。另外，高次谐波传播光纤203a、 203b各自具 有将光纤形成为线圈状的曲线部213a和213b。波长变换模块510中，从激光源310射出的基波在第一基波传播光纤
201中传播，通过第一入射侧组透镜204被聚光，入射到第一波长变换元 件202a。然后，入射到第一波长变换元件202a的基波的一部分被波长变 换为高次谐波。
高次谐波以及没被波长变换的残留基波通过再准直透镜501回到平行 光后，通过分束器502被分离为基波和高次谐波。然后，分离出的高次谐 波通过第一射出侧组透镜205a耦合到第一高次谐波传播用光纤203a，并 通过该光纤传播。
另一方面，分离后的残留基波通过反射镜503入射到第二入射侧组透 镜504，通过第二入射侧组透镜504被聚光，入射到第二波长变换元件202b 中。然后，从第二波长变换元件202b产生高次谐波以及残留基波。所产 生的高次谐波以及残留基波通过第二射出侧组透镜205b耦合到第二高次 谐波传播光纤203b，并通过该光纤传播。
另外，所产生的高次谐波从第一高次谐波传播光纤203a和第二高次 谐波传播光纤203b这两根光纤输出。也可以将这两根光纤通过采用组合 器或纤维束(bundlefiber)而集中为一根进行输出。
另外，在本实施方式中，作为一个例子，表示了具有2个波长变换元 件的波长变换模块，但也可以进一步具有更多的波长变换元件。
在以往的波长变换装置中，为了从第一波长变换元件所射出的残留基 波中进一步取出高次谐波而增设了波长变换元件的情况下，对构成波长变 换装置的各光学部件需要进行复杂的对准。与此相对，在波长变换模块510 中，由于在组装模块时，各部件被耦合并固定，所以不易产生对准的偏差， 其结果能够提高波长变换的可靠性。另外，由于残留基波在第一高次谐波 传播用光纤203a和第二高次谐波传播光纤203b中传播时被处理，所以不 需要大型的散热机构等。
(第四实施方式) 参照图7A和图7B对波长变换模块610的构成进行说明。 图7A是波长变换模块610的侧视示意图，图7B是波长变换模块610 的俯视示意图。另外，在第四实施方式中，与第一实施方式 第三实施方式相同的符号所表示的构成要素的说明由于与之前说明的构成要素相同， 所以对其省略详细的说明。
在图7A和图7B中，201表示第一基波传播光纤，603表示第二基波 传播光纤，202表示第一波长变换元件，203表示第一高次谐波传播光纤， 204表示第一入射侧组透镜，601表示分束器，205表示第一射出侧组透镜， 602表示第二射出侧组透镜，206表示基底，207表示珀尔帖元件，208表 示温度传感器，209表示散热器，310表示激光源。
这里，波长变换模块610的特征点在于，将从第一波长变换元件202 射出的残留基波基本上用分束器601进行分离，将残留基波通过第二射出 侧组透镜602耦合到第二基波传播光纤603。通过采用这样结构的波长变 换模块610，从而能够以级联状多级连接多个波长变换模块。
图8表示具备以级联状多级连接多个波长变换模块而成的波长变换模 块710的激光源装置。构成波长变换模块710的第一级的波长变换模块701 以及第二级的波长变换模块702采用波长变换模块610。另外，终端用波 长变换模块703采用第一实施方式的波长变换模块210。
图8中，701表示第一级的波长变换模块，702表示第二级的波长变 换模块，703表示终端用波长变换模块，712、 722、 732分别表示第一基 波传播光纤，714、 724、 734分别表示第一高次谐波传播光纤，711、 721 分别表示第二基波传播光纤，713、 723、 733分别表示波长变换元件，715、 725分别是分束器。
在波长变换模块710中，从激光源310射出的基波在与第一级的波长 变换模块701耦合的第一基波传播光纤712中传播。然后，基波入射到波 长变换元件713， 一部分基波被波长变换为高次谐波。其后，高次谐波和 没有被波长变换而残留下来的残留基波通过分束器715被分离。分离出的 残留基波几乎都入射到第二基波传播光纤711。另外，分离出的高次谐波 从第一高次谐波传播光纤714射出。
另外，由于第一级的波长变换模块701的第二基波传播光纤711与第 二级的波长变换模块702的第一基波传播光纤722连接，所以能够将第一 级的波长变换模块701中所产生的残留基波入射到第二级的波长变换模块 702的波长变换元件723。残留基波入射到波长变换元件723， 一部分基波被波长变换为高次谐波。然后，高次谐波和没有被波长变换而残留下来的
残留基波通过分束器725被分离。分离出的残留基波几乎都入射到第二基 波传播光纤721。另外，分离出的高次谐波从第一高次谐波传播光纤724 射出。
另外，由于第二级的波长变换模块702的第二基波传播光纤721与终 端用波长变换模块703的第一基波传播光纤732连接，所以能够将第二级 的波长变换模块702中所产生的残留基波入射到终端用波长变换模块703 的波长变换元件733。
这样，第二级的波长变换模块702与第三级的波长变换模块703连接。 第二级的波长变换模块702中所产生的残留基波的一部分通过终端用波长 变换模块703的波长变换元件733被波长变换为高次谐波。然后，高次谐 波和没有被波长变换而残留下来的残留基波入射到第一高次谐波传播光 纤734而传播。其后，在第一高次谐波传播光纤734中残留基波被消耗， 高次谐波从第一高次谐波传播光纤734射出。
高次谐波传播光纤714、 724、 734也可以通过采用组合器或纤维束而 集中为一根光纤来输出高次谐波。
另外，在本实施方式中，例示了连接3个波长变换模块的例子，但也 可以连接更多的波长变换模块。
多级波长变换模块710中的第一基波传播光纤以及第二基波传播光纤 由于在将基波输入到波长变换元件时需要直线偏振光，所以优选采用偏振 波保持光纤。但是，在使通过第偶数级的波长变换模块进行波长变换的偏 振波和通过第奇数级的波长变换模块进行波长变换的偏振波成为垂直、使 波长变换元件的光轴倾斜45度的状态下配置、或者使角度相位匹配的各 情况下，或者，在采用第二种相位匹配的结晶的情况下，作为基波传播光 纤也可以采用一般的单模光纤。
耦合多个波长变换模块610而成的多级波长变换模块710，与采用多 个以往的波长变换元件并进行多级化的波长变换装置相比，不需要大空 间，另外，也容易进行光学调整。即，在波长变换模块610中，由于通过 光纤输入输出光，所以也能够在组装波长变换模块610时完成波长变换元 件的对准。另外，作为多个波长变换模块连接时的对准，需要在熔接光纤时进行对准，通过光纤熔接连接器能够容易地进行光纤的熔接。由此，设 置和交换非常容易。另外，在由于在制造时调整并固定波长变换模块610 内的波长变换元件的对准，所以不会发生对准的偏差，可以提高波长变换 机构的可靠性。进一步，由于也能够降低部件个数，所以也能够降低制造 成本。
(第五实施方式)
具备在第一实施方式 第四实施方式中说明的波长变换模块的激光 源装置，能够用做激光显示器(二维图像显示装置)的显示用光源、液晶 显示装置的背光用光源、或者激光加工装置的加工用激光源。另外，除此 以外也能够适用于光盘装置或计测装置等以往采用了激光的各种用途。例 如，在光盘装置中采用所述激光源装置的情况下，能够得到相干性高、稳 定的高输出，也有利于全息摄影记录。
另外，所述激光源装置也能够用做照明光源。若采用纤维激光器作为 基波光源，由于变换效率高，所以能够进行高效率的电一光变换。另外， 通过采用光纤，能够以低损耗将光传送到远离的地方。其结果，通过在特 定的地方产生光，并向远离的地方传送，从而能实现通过集中产生光的室 内照明。另外，纤维激光器由于以低损耗进行纤维之间的耦合，所以有利 于光的输送。
作为具备第一实施方式 第四实施方式中说明的波长变换模块的激
光源装置的用途的一个例子，利用图9对应用了所述激光源装置的激光显 示器(二维图像显示装置)的构成的一个例子进行说明。
激光源装置中采用了红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色的激光源901a 901c。在红色激光源901a中采用波长638nm的GaAs系半导体激光器， 在蓝色激光源901c中采用波长465nm的GaN系半导体激光器。另外，在 绿色激光源901b中采用波长变换绿色光源装置，其具备使红外激光器的 波长变为1/2的波长变换元件，作为该波长变换绿色光源装置，采用具备 第一实施方式 第四实施方式中说明的波长变换模块的激光源装置。
通过各光源901a 901c产生的激光束通过反射型二维射束扫描机构 902a 902c二维扫描，在通过反射镜910a、凹透镜910b以及反射镜910c后，照射扩散板903a 903c。在扩散板903a 903c上二维扫描的各色的 激光束通过场透镜(field lens) 904a 904c后被引导到二维空间光调制元 件905a 905c。
这里，图像数据分别被分割为R、 G、 B，各信号被输入到二维空间光 调制元件905a 905c，通过由二向色棱镜(dichroic prism) 906进行合波， 形成彩色图像。这样合波后的图像通过投影透镜907被投影到屏幕908上。 此时，扩散板903a 903c作为斑点噪声除去部而配置在二维空间调制元 件905a 905c跟前，通过摇动扩散板903a 903c，能够降低斑点噪声。 作为斑点噪声除去部，也可以采用双凸透镜(lenticularlens)等。
另外，在本实施方式中，按照每^^颜色采用1个半导体激光器，但也 可以采用通过纤维束以1根光纤输出得到2 8个半导体激光器的输出的 结构。此时，波长波谱宽为几nm，变得非常宽，通过该宽波谱，能够抑 制斑点噪声的产生。
作为二维空间调制元件905a 905c，能够采用集成了超小型反射镜的 反射型空间调制元件(DMD反射镜)，但也可以采用利用了液晶面板的 二维空间调制元件；利用了电流镜(galvano mirror)或机械微型开关 (MEMS)的二维空间调制元件。另外，反射型空间调制元件或MEMS、 电流镜等这样的偏振光成分对光调制特性影响少的光调制元件的情况下， 传播高次谐波的光纤不需要是PANDA光纤等的偏振波保持光纤，但在采 用利用了液晶面板的二维空间调制元件的情况下，由于与调制特性和偏振 光特性有很大关系，所以优选采用偏振波保持光纤。
另外，在采用利用了液晶面板的二维空间调制元件的情况下，作为光 源采用所述激光源装置，由此从照射的光中通过高次谐波传播光纤除去作 为基波的红外光成分，所以能够抑制液晶面板因红外光成分而产生劣化。
另外，在本实施方式的激光显示装置中，优选将激光源装置的波长变 换模块所具备的高次谐波传播用光纤巻绕在激光显示装置的散热性高的 部分。
参照图10A和图10B来说明该具体例子。图10A是具备激光显示装 置1001和扬声器1002的激光显示装置构成体1004的构成示意图，图10B 是图10A的10—10'部分的剖视示意图。图10A以及图10B中，1001表示激光显示装置，1005表示绿色激光 源装置，1002表示扬声器，1003表示扬声器用圆筒，1004表示激光显示 装置构成体。另外，203表示从绿色激光源装置1005导出的高次谐波传播 用光纤。
在高次谐波传播用光纤203具有曲率半径小的曲线部的情况下，在所 述曲线部容易放出残留基波的能量。由此，通过将高次谐波传播用光纤203 巻绕在激光显示装置构成体1004内的规定的圆筒部，从而能够提高散热 性。作为一个例子，图IOB表示从绿色激光源装置1005导出的高次谐波 传播用光纤203被巻绕在扬声器用圆筒1003上后，如图10A所示那样导 入到激光显示装置1001的状态。通过将高次谐波传播用光纤203巻绕在 扬声器用圆筒1003，从而利用扬声器产生的音压，能够进行有效的散热。 另外，所述产生的热通过高次谐波传播用光纤203而传递到激光显示装置 1004的框体的内侧，也能够进行有效的散热。
作为这样的激光显示装置的绿色光，图11表示选择了 530nm的激光 时的颜色再现范围和S—RGB规格的颜色再现范围。作为绿色光，在选择 了 530nm的激光时的颜色再现范围均比以往的图像显示装置中再现的S — RGB规格的颜色再现范围宽。这样，本实施方式的激光显示装置通过采用 所述激光源装置作为其光源，从而能够再现高精度的影像。
作为本实施方式的激光显示装置中采用的绿色的激光源装置，优选掺 杂有Yb的纤维激光器光源(掺镱纤维激光器(Yb-doped fiber laser))。在 将掺镱纤维激光器作为光源用于本实施方式的激光源装置的情况下，能够 产生520 550nm范围这样的宽范围波长的绿光。由此，在利用掺镱纤维 激光器的情况下，能够进一步扩大颜色再现范围。
另外，所述激光源装置除了上述构成的二维图像显示装置外，也能够 采用从屏幕背后投影的方式(背面投影显示器)。
(第六实施方式)
具备第一实施方式 第四实施方式中说明的波长变换模块的激光源 装置也可以用做液晶显示装置的背光用光源。若采用所述激光源装置作为 背光用光源，则能实现高效率以及高亮度的液晶显示装置。另外，在采用这样的激光源装置作为背光用光源的情况下，通过使残留基波的能量从光 纤发散并对液晶显示部进行保温，从而有利于维持高的响应速度。另外， 在利用所述激光源装置作为背光用光源的情况下，由于通过高次谐波传播 光纤从照射的光中除去作为基波的红外光成分，所以能够抑制液晶面板因 红外光成分而劣化。
图12A表示将所述激光源装置用做背光用光源的液晶显示装置1108
的构成示意图。另外，液晶显示装置1108虽然在左右具备各组分别进行 同样动作的一组的多级波长变换模块，但为了简化说明，利用图12B的放 大示意图仅对在液晶显示装置1108的左侧配备的多级波长变换模块的动 作进行说明。再说，在右侧配备的耦合波长变换模块也进行同样的动作。
图12A和图12B中，1101表示液晶显示部，1105a和1110a表示第一 级的波长变换模块，U05b和1110b表示第二级的波长变换模块。另外， 具备用于通过施加电压来控制显示图像的液晶驱动用端子1107。进一步在 液晶显示部1101的背面配备省略图示的导光板。
另外，第一级的波长变换模块U05a和1110a，第二级的波长变换模 块1105b和1110b被收容于边框(rim) 1102中。另夕卜，在边框1102配置 波长变换模块的附近，优选涂敷红外线吸收材料例如实施黑色防蚀处理 等。这是为了防止由于红外光入射到液晶面板而导致液晶材料劣化。
图12B所示的第一级的波长变换模块1105a构成为以第一波长变换元 件1120和第一基波传播光纤1106、第一波长变换元件1120和第二基波传 播光纤1104、以及第一波长变换元件1120和第一高次谐波传播光纤1115 各进行光学耦合。另外，第二级的波长变换模块1105b构成为以第二波长 变换元件1130和第一基波传播光纤1124、第二波长变换元件1130和第二 基波传播光纤1114、以及第二波长变换元件1130和第二高次谐波传播光 纤1116各进行光学耦合。另外，第一级的波长变换模块U05a的第二基波 传播光纤1104与第二级的波长变换模块1105b的第一基波传播光纤1124 光学耦合。
从激光源L1发出的基波从第一基波传播光纤1106的基波导入部被导 入，在1106内进行传播。然后，入射到第一级的波长变换模块1105a的 波长变换元件1120。其后，所入射的基波，其一部分被变换为第二高次谐波并从第一高次谐波传播光纤1115射出，残留基波从第一波长变换元件 1120射出，在第二基波传播光纤1104和第一基波传播光纤1124中传播， 入射到第二级的波长变换模块U05b的波长变换元件1130。入射到第二波 长变换元件1130的基波其一部分被变换为第二高次谐波，从第二高次谐 波传播光纤1116射出。另一方面，残留基波从第二波长变换元件1130射 出，在第三基波传播光纤1114中传播并到达终端部1103。
然后，从第一高次谐波传播光纤1115和第二高次谐波传播光纤1116 射出的绿色光即第二高次谐波通过由非球面透镜和菲涅耳透镜等的组合 构成的光学系统R1、 R2被整形为片束(sheet beam)，输入到导光板，并 均匀照射液晶面板。
另一方面，从第二波长变换元件1130射出的残留基波在与第二波长 变换元件1130耦合的第二基波传播光纤1114内传播，到达与第二基波传 播光纤1114的末端耦合的终端部1103。这里，第二基波传播光纤1114例 如图4D所示，被形成为随着接近终端部1103各波峰的高度渐渐变小的波 状形状的情况，从第二基波传播光纤1114内的散热在光纤内更容易分散 的观点出发是优先的。
另外，在第二基波传播光纤1114没有彻底分散的残留基波的能量也 可以通过由散热性优异的材料形成的终端部1103处理。
在图12A中，作为背光用光源，列举了在左右一组一组配置将两个波 长变换模块连接而成的耦合波长变换模块的构成例，但波长变换模块的耦 合数量或组数也可以根据液晶显示装置的面积等进行适当选择。
(第七实施方式)
下面，利用图13，对应用了激光源装置的激光加工装置的一个例子进 行说明，该激光源装置具备第一实施方式 第四实施方式中说明的波长变 换模块。在本实施方式中，作为加工用激光源1301，采用利用了所述激光 源装置的激光源装置(绿色光波长530nm附近)，是适于印刷基板等的 铜加工的激光描绘加工装置。另外，加工用激光源1301的构成由于与具 备第一实施方式 第四实施方式中说明的波长变换模块的激光源装置相 同，所以对其省略详细的说明。加工用激光源1301射出的绿色光通过组透镜1302被对准。之后通过 狭缝1303而光束直径被调整，通过反射镜1304等折返光轴后，经由透镜 1305被引导到电流镜1306a、 1306b。电流镜1306a、 1306b在加工方向(x 方向或y方向)移动激光的光轴，其后通过f一e透镜1307，光束垂直入 射到在x—y工作台1309所安装的加工对象物1308，进行所希望的加工。 用于加工的激光的波长范围优选是从可用于光盘的原版盘制作 (mastering)等的400nm到可用于熔接树脂的600nm的波长范围。
另外，在本实施方式中，利用反射镜移动用于加工的光束，但也可以 利用聚光束进行加工，该聚光束是通过在被加工物跟前对从高次谐波传播 用光纤203射出的高次谐波光进行聚光而得到的，在该情况下，由于不需 要组透镜1302、狭缝1303这样的光束整形光学系统以及电流镜1306a、 1306b、 f一6透镜1307，所以能够很大程度上使装置小型化，并能够降低 成本。此外，由于f一e透镜1307具有温度特性，所以以往需要将使用的 房间温度保持恒定，还需要管理透镜的特性资料(characteristic profile), 与此相对，由于能够在被加工物跟前对光纤所带来的光束进行聚光，所以 不需要上述的管理，提高可靠性和方便性。
另外，以往在这样的激光加工装置中所采用激光源利用采用了 LBO (三硼酸锂(LiB305))结晶的激光源。但是，由于LBO结晶具有潮解性， 所以在长时间使用的情况下，需要将结晶加热到15(TC或者在干燥气氛中 使用结晶。另外，到此为止所报告的掺杂有5mol的MgO的LiNK)3具有 没有潮解性的特点，但几乎全部的情况下仅得到200 300mW的输出，而 想要得到2W以上的绿色光输出的情况下，存在结晶裂开等的问题。但是， 在利用能够得到W级别的绿色高输出的掺杂有5.6mol的MgO的LiNb03 等的情况下，稳定地得到3W以上的输出。另外，由于没有潮解性，所以 在不使用装置的情况下，即使切断电源的状态，也能够消除结晶劣化。其 结果能够降低驱动加热器的装置的耗电，能够进一步实现装置的小型化。
在加工用激光源1301中，第一实施方式 第四实施方式中说明的波 长变换模块对从纤维激光器射出的基波进行波长变换。高次谐波光在蓝 绿、蓝色波长越短的情况下越容易受到可见光吸收引起的结晶破坏或输出 不稳定的影响，但通过采用所述激光源装置，从而能够使基波的波长变化，也能够产生氩离子激光(488nm、 514nm)。存在通过得到氩离子激光的振 荡波长，由此能使目前为止使用了玻璃管的大型光源在体积上縮小20 30 %的优点。
另外，以上各实施方式所例示的波长变换模块、激光源装置、二维图 像显示装置、背光光源、液晶显示装置以及激光加工装置都只不过是一个 例子，当然还可采用其他方式。
如以上详细描述的那样，本发明一个方面涉及一种波长变换模块，它 包括第一基波传播光纤，用于传播从激光源射出的基波；第一波长变换 元件，与所述第一基波传播光纤光学耦合，用于将从所述第一基波传播光 纤射出的基波变换为高次谐波；和第一高次谐波传播光纤，与所述第一波 长变换元件光学耦合，用于传播从所述第一波长变换元件射出的高次谐 波；其中，所述第一高次谐波传播光纤的芯直径小于所述第一基波传播光 纤的芯直径。根据所述构成，增大了所述高次谐波传播光纤内的残留基波 的能量损耗，消耗所述残留基波的能量。另外，通过在所述高次谐波传播 光纤内消耗残留基波的能量，从而即使在得到高能量的高次谐波的情况 下，即使不利用大型的散热机构，也能够降低残留基波的能量。
所述波长变换模块，优选所述第一高次谐波传播光纤的芯直径在所述 第一基波传播光纤的芯直径的0.9倍以下。在所述第一高次谐波传播光纤 的芯直径在所述第一基波传播光纤的芯直径的0.9倍以下的情况下，由于 残留基波的传播损耗格外地增大，所以在所述第一高次谐波传播光纤内能 够能充分地损耗残留基波。
所述波长变换模块，优选还包括分束器，在所述第一波长变换元件 与所述第一高次谐波传播光纤之间，用于将从所述第一波长变换元件射出 的高次谐波与残留基波分离。通过采用这样的分束器，从而能够分离残留 基波和进行波长变换而产生的高次谐波。另外，通过对分离出的残留基波 进行波长变换，从而能够进一步得到高次谐波。
所述波长变换模块，优选还包括第二基波传播光纤，用于传播由所 述分束器分离后的残留基波。通过利用所述第二基波传播光纤，从而能够 将残留基波容易地传播到其他的波长变换模块。
所述波长变换模块，优选还包括第二波长变换元件，用于将由所述分束器分离后的残留基波的波长变换为高次谐波；和第二高次谐波传播光 纤，用于传播从所述第二波长变换元件射出的高次谐波。这样，由于在一 个波长变换模块中，具备多个波长变换元件和与该波长变换元件耦合的高 次谐波传播光纤，从而能够从基波得到更多的高次谐波。
所述波长变换模块，优选所述第一高次谐波传播光纤具有曲线部，该 曲线部具有规定的曲率半径。通过采用这样具有曲线部的高次谐波传播 光，从而能够进一步提高残留基波在光纤内的损耗。
所述波长变换模块，优选所述曲线部的曲率半径在60mm以下。当曲 率半径在60mm以下时，残留基波在光纤内的损耗格外地增大。
所述波长变换模块，优选所述第一基波传播光纤和所述第一高次谐波 传播光纤中的至少一个是偏振波保持光纤。通过采用偏振波保持光纤，从 而能够仅得到沿着波长变换元件特定结晶轴的直线偏振光。
从非线性光学常数大且波长变换效率优异的观点出发，所述波长变换 模块优选所述第一波长变换元件和所述第二波长变换元件中的至少一个 是从磷酸钛氧钾、 一致熔融组成的铌酸锂、化学计量组成的铌酸锂、 一致 熔融组成的钽酸锂和化学计量组成的钽酸锂所构成的组群中选择的至少 一种。
从抑制光损伤或结晶劣化的观点出发，所述波长变换模块优选所述
第一波长变换元件是从一致熔融组成的掺杂有氧化镁的铌酸锂和一致熔 融组成的掺杂有氧化镁的钽酸锂所构成的组群中选择的至少一种，其中，
所述氧化镁的摩尔浓度为5.3 6.3mol。
从通过准相位匹配(QPM)得到高的变换效率的观点出发，所述波长 变换模块优选所述第一波长变换元件是使极化结构周期反转的非线性光 学单结晶。
从扩大所得到的高次谐波的波长范围的观点出发，所述波长变换模块
优选所述激光源是掺镱纤维激光器。
从得到宽范围的绿色光的观点出发，所述波长变换模块优选高次谐 波的波长在520 550nm的范围。
从降低耗电的观点出发，所述波长变换模块优选所述第一波长变换
元件的波长变换时的温度是20 60°C 。本发明另一个方面涉及一种波长变换模块，它通过对多个所述的波长 变换模块进行多级光学耦合而成，其中，所述光学耦合将第n级的波长变 换模块的第二基波传播光纤与第n+l级的第一基波传播光纤耦合，其中n 是1以上的整数。根据这样耦合的波长变换模块，通过如上述那样连接规 定级的波长变换模块和下一级的波长变换模块，使规定级的残留基波成为 下一级的基波，从而不会浪费残留基波，能够得到更高输出的高次谐波。
本发明另一个方面涉及一种激光源装置，它具备所述的波长变换模 块，其中，所述波长变换模块输出平均输出为2W以上且波长为200 800nm的激光。这样的激光源装置由于不需要用于处理残留基波的大型束 流收集器等的散热机构，所以能够实现小型化。由此，能够适用于二维图 像显示装置等的小型民用设备。
本发明另一个方面涉及一种二维图像显示装置，它具备所述的激光源 装置，其中，所述二维图像显示装置利用从所述激光源装置射出的平均输 出为2W以上的激光来显示图像。这样的二维图像显示装置具有宽的颜色 再现范围。
在所述二维图像显示装置具有由液晶面板形成的二维空间调制元件 的情况下，通过采用所述激光源装置，能够抑制液晶面板中包含的液晶材 料的劣化。
本发明另一个方面涉及一种背光光源，它具备所述的激光源装置，其 中，所述背光光源利用从所述激光源装置射出的平均输出为2W以上的激 光所放出的光来照明液晶显示部。通过从光纤使上述背光光源所具有的波 长变换模块所产生的残留基波的能量发散，从而能够对液晶显示部进行保 温，所以有利于维持高的响应速度。
本发明另一个方面涉及一种具备所述背光光源的液晶显示装置。这样 的液晶显示装置，可以抑制液晶面板中所含有的液晶材料的劣化。
本发明另一个方面涉及一种激光加工装置，它具备所述的激光源装 置，其中，所述激光加工装置利用从所述激光源装置射出的平均输出为2W 以上的激光来加工对象物。这样的激光加工装置是适用于印刷基板等的铜 加工的激光描绘加工装置。产业上的可利用性
本发明的波长变换模块利用作为光纤的特性而定的光学损耗来除去 波长变换后的残留基波。由此，可以分散残留基波所具有的能量并进行释 放。其结果，不需要大型的束流收集器或散热风扇。另外，由于在输入和 输出部分采用了光纤，所以通过使光纤和光纤彼此熔接来连接，从而也能 够简便地实现与纤维激光器装置的连接，而且，由于不会引起对准偏差等， 所以能够确保高的可靠性。通过使用本发明的波长变换模块，从而能够简 化装置，不用复杂的调整便可增设波长变换模块，由于能够减少部件数量， 所以能够降低制造成本。
因此，能够以更简单的结构来构成光亮度的激光显示器(图像显示装 置)等。
权利要求
1. 一种波长变换模块，其特征在于包括第一基波传播光纤，用于传播从激光源射出的基波；第一波长变换元件，与所述第一基波传播光纤光学耦合，用于将从所述第一基波传播光纤射出的基波变换为高次谐波；和第一高次谐波传播光纤，与所述第一波长变换元件光学耦合，用于传播从所述第一波长变换元件射出的高次谐波；其中，所述第一高次谐波传播光纤的芯直径小于所述第一基波传播光纤的芯直径。
2. 根据权利要求1所述的波长变换模块，其特征在于， 所述第一高次谐波传播光纤的芯直径在所述第一基波传播光纤的芯直径的0.9倍以下。
3. 根据权利要求1或2所述的波长变换模块，其特征在于还包括 分束器，在所述第一波长变换元件与所述第一高次谐波传播光纤之间，用于将从所述第一波长变换元件射出的高次谐波与残留基波分离。
4. 根据权利要求3所述的波长变换模块，其特征在于还包括 第二基波传播光纤，用于传播由所述分束器分离后的残留基波。
5. 根据权利要求3所述的波长变换模块，其特征在于还包括 第二波长变换元件，用于将由所述分束器分离后的残留基波的波长变换为高次谐波；和第二高次谐波传播光纤，用于传播从所述第二波长变换元件射出的高 次谐波。
6. 根据权利要求1 5中任一项所述的波长变换模块，其特征在于， 所述第一高次谐波传播光纤具有曲线部，该曲线部具有规定的曲率半径。
7. 根据权利要求6所述的波长变换模块，其特征在于， 所述曲线部的曲率半径在60mm以下。
8. 根据权利要求1 7中任一项所述的波长变换模块，其特征在于， 所述第一基波传播光纤和所述第一高次谐波传播光纤中的至少一个是偏振波保持光纤。
9. 根据权利要求1 8中任一项所述的波长变换模块，其特征在于， 所述第一波长变换元件和所述第二波长变换元件中的至少一个是从磷酸钛氧钾、 一致熔融组成的铌酸锂、化学计量组成的铌酸锂、 一致熔融 组成的钽酸锂和化学计量组成的钽酸锂所构成的组群中选择的至少一种。
10. 根据权利要求1 9中任一项所述的波长变换模块，其特征在于， 所述第一波长变换元件是从一致熔融组成的掺杂有氧化镁的铌酸锂和一致熔融组成的掺杂有氧化镁的钜酸锂所构成的组群中选择的至少一 种，其中，所述氧化镁的摩尔浓度为5.3 6.3mol。
11. 根据权利要求1 10中任一项所述的波长变换模块，其特征在于， 所述第一波长变换元件是使极化结构周期反转的非线性光学单结晶。
12. 根据权利要求1 11中任一项所述的波长变换模块，其特征在于， 所述激光源是掺镱纤维激光器。
13. 根据权利要求1 12中任一项所述的波长变换模块，其特征在于， 高次谐波的波长在520 550nm的范围。
14. 根据权利要求1 13中任一项所述的波长变换模块，其特征在于， 所述第一波长变换元件的波长变换时的温度是20 60°C 。
15. —种波长变换模块，其特征在于，通过对多个权利要求4所述的 波长变换模块进行多级光学耦合而成，其中，所述光学耦合将第n级的波长变换模块的第二基波传播光纤与第n+ 1级的第一基波传播光纤耦合，其中n是1以上的整数。
16. —种激光源装置，其特征在于，具备权利要求1 15中任一项所 述的波长变换模块，其中，所述波长变换模块输出平均输出为2W以上且波长为200 800nm的 激光。
17. —种二维图像显示装置，其特征在于，具备权利要求16所述的 激光源装置，其中，所述二维图像显示装置利用从所述激光源装置射出的平均输出为2W 以上的激光来显示图像。
18. '根据权利要求17所述的二维图像显示装置，其特征在于包括由液晶面板形成的二维空间调制元件。
19. 一种背光光源，其特征在于，具备权利要求16所述的激光源装 置，其中，所述背光光源利用从所述激光源装置射出的平均输出为2W以上的激光所放出的光来照明液晶显示部。
20. —种液晶显示装置，其特征在于，具备权利要求19所述的背光 光源。
21. —种激光加工装置，其特征在于，具备权利要求16所述的激光 源装置，其中，所述激光加工装置利用从所述激光源装置射出的平均输出为2W以上 的激光来加工对象物。
全文摘要
一种波长变换模块，包括第一基波传播光纤，用于传播从激光源射出的基波；第一波长变换元件，与第一基波传播光纤光学耦合，用于将从第一基波传播光纤射出的基波变换为高次谐波；和第一高次谐波传播光纤，与第一波长变换元件光学耦合，用于传播从第一波长变换元件射出的高次谐波；其中，第一高次谐波传播光纤的芯直径是第一基波传播光纤的芯直径的0.5～0.9倍。
文档编号G02F1/37GK101288024SQ200680038010
公开日2008年10月15日 申请日期2006年10月11日 优先权日2005年10月12日
发明者古屋博之, 山本和久, 水内公典 申请人:松下电器产业株式会社