CN101253659B - 光纤激光器及光学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种以简单的结构控制偏振光，并输出单一的偏振光的光纤激光器及光学装置。光纤激光器具备：固体激光光纤(3)，其掺杂有稀土类元素；泵激光源(1)，其激励固体激光光纤；反射要素(2)，其具有波长依赖性；波长变换元件(4)，其设置在固体激光光纤的出射侧，并沿固体激光光纤，以规定距离离开反射要素地配置，且波长变换元件(4)的端面相对于光轴倾斜。

Description

光纤激光器及光学装置 
技术领域
本发明涉及光纤激光器及利用光纤激光器的光学装置。 
背景技术
以往公知的有在共振器内具备固体激光器和波长变换元件，将由固体激光器装置发出的激光变换为高频，并输出绿色的可见光的激光器装置。以往的激光器装置基于P偏振光和S偏振光的反射率的不同，分离P偏振光和S偏振光，并输出单一的偏振光。但是，此方法无法将固体激光有效地变换为绿色的激光并输出。 
因此，近年来，作为高输出的激光光源，开发了具有固体激光介质的芯的光纤激光器。光纤激光器具备：固体激光光纤，其具有掺杂有光学上活性的Nd、Yb、Er的稀土类离子的芯部；光学性的反射要素，其沿固体激光光纤离开规定间隔地设置。如果规定的波长的激励光入射上述光纤，则稀土类离子被激励，固体激光光纤变为增益介质，并利用光学性的反射要素构成共振器，由此激光起振。作为光学性的反射要素，需要透过激励光，且反射由增益介质激励的激励光的特性，使用在光纤内形成周期性的折射率变化，并利用布喇格反射对特性波长进行反射的光栅光纤。 
将上述光纤激光器作为单一偏振光的光源使用的方法在专利文献1中公开。专利文献1的偏振光控制光纤激光器将激光器介质设为偏振波保存光纤，激光器介质中有偏振光依赖性。偏振光控制光纤激光器通过增大对于一种偏振光的损失，使另一种损失少的偏振光传播，从而输出单一的偏振光。此外，将光纤激光器的光线连接于光纤放大器，并从光纤放大器放出高强度的光线。如此地，现有的光纤激光器中的偏振光控制对不同的两个偏振光分量，通过使一种偏振光的损失增大，以在共振器内损失少的模式进行激光振荡。 
专利文献1：特表平11-501158号公报 
使用专利文献1的光纤放大器的偏振光控制光纤激光器可高效率、高输出地进行激光震荡，但存在用于控制偏振光并出射单一偏振光的结构复杂的问题。 
发明内容
本发明是解决上述以往的问题，提供一种以简单的结构控制偏振光，并出射单一偏振光的光纤激光器及利用光纤激光器的光学装置。 
本发明的光纤激光器，其特征在于，具备：固体激光光纤，其掺杂有稀土类元素；泵激光源，其激励固体激光光纤；反射要素，其具有波长依赖性；波长变换元件，其设置在固体激光光纤的出射侧，并沿固体激光光纤，以规定距离离开反射要素地配置，且波长变换元件的端面相对于光轴倾斜。 
优选所述反射要素是光栅光纤。所述波长变换元件也可具备双折射率或反射要素。所述固体激光光纤也可是偏振波保存光纤。 
在所述波长变换元件的出射侧还具备第二固体激光光纤和光栅光纤。 
相对于来自固体激光光纤的出射光，波长变换元件的端面也可满足布儒斯特角条件。波长变换元件具备周期状的极化反转构造。 
也可在所述波长变换元件的出射侧具备棱镜和第二波长变换元件。 
固体激光光纤包含Yb、Er、Nd、Pr、Cr、Ti、V、Ho的至少任一种。 
波长变换元件是具有周期状的极化反转构造的Mg掺杂LiNbO3、Mg掺杂LiTaO3、KTiOPO4、化学计量组成(ストイキオメトリツク)的Mg掺杂LiNbO3、化学计量组成的Mg掺杂LiTaO3的任一种。 
波长变换元件是单轴性的非线性光学结晶，波长变换元件的端面也可相对于来自固体激光光纤的入射光倾斜，入射光的行进方向与非线性光学结晶的C轴大致正交，且端面与非线性光学结晶的C轴平行。 
在非线性光学结晶内，入射光的P偏振光的电场振幅方向也可与非线性光学结晶的C轴大致平行。 
波长变换元件是单轴性的非线性光学结晶，波长变换元件的端面相对于来自固体激光光纤的入射光倾斜，在波长变换元件内，所述入射光的行 进方向与非线性光学结晶的C轴大致正交，端面相对于非线性光学结晶的C轴倾斜。 
在非线性光学结晶内，入射光的S偏振光的电场振幅方向也可与结晶的C轴方向大致平行。波长变换元件的端面与入射光的角度可在布儒斯特角附近。波长变换元件也可具有与非线性光学结晶的X轴大致垂直的端面。 
本发明的光学装置具备所述的光纤激光器；和将来自光纤激光器的光变换为二维图像的图像变换光学系。 
图像变换光学系是二维的光束扫描光学系。 
图像变换光学系是二维开关。 
上述光学装置具有：产生绿色的光纤激光器，且还具有产生红色和蓝色的半导体激光器光源，图像变换光学系将来自光纤激光器和半导体激光光源的光变换为二维的彩色图像。 
所述图像变换光学系具备：传播光纤激光器的出射光的波导板；和液晶面板。上述光学装置还具有控制液晶面板的控制部，波长变换元件配置于波导板的侧面，泵激光源配置于控制部。 
泵激光源是多个激光光源，多个激光光源在液晶面板的背面以固定的距离离开地配置。 
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的光纤激光器的结构的图。 
图2是波长变换P偏振光的情况的图，(a)是波长变换元件周边的放大图，(b)是表示相对于入射角的反射率及偏光角差的特性因素图。 
图3是波长变换S偏振光的情况的图，(a)是波长变换元件周边的放大图，(b)是表示相对于入射角的反射率及偏光角差的特性因素图。 
图4是表示本发明的实施方式2的光纤激光器的结构的图。 
图5是表示本发明的实施方式3的光纤激光器的结构的图。 
图6(a)是表示本发明的实施方式4的光纤激光器的结构的图，(b)是波长变换元件周边的局部放大图，(c)是波长变换元件周边的其他例的局部放大图。 
图7是表示实施方式4中的相对于入射角的反射率的特性因素图。 
图8是表示本发明的实施方式5的光纤激光器的结构的图。 
图9是表示本发明的实施方式6的光纤激光器的结构的图。 
图10是表示本发明的实施方式7的光纤激光器的结构的图。 
图11是表示本发明的实施方式8的光纤激光器的结构的图。 
图12是表示本发明的实施方式9的光学装置的结构的图。 
图13是表示本发明的实施方式10的光学装置的结构的图。 
图14是表示本发明的实施装置11的光学装置的结构的图，(a)侧视图，(b)表面图。 
图15是表示本发明的实施装置12的光学装置的结构的图，(a)侧视图，(b)表面图。 
图中，1-泵激光源；2、51-光栅光纤；3-固体激光光纤；4、44、61、111-波长变换元件；5-入射面；6、42、65-反射膜；7、66、77-高次谐波；8-集光光学系；9-Pe偏振光；10-Po偏振光；21-AR涂层；22-P偏振光；23-S偏振光；41-集光光学系；43-光纤；45-出射面；63、64-端面；62、102-棱镜；121-相干光源；122-准直光学系；123-积分光学系；124-扩散板；125-液晶面板；126-投影透镜；127-屏幕；131-RGB光源；132、133-镜；134-屏幕；141-波导板；142-扩散板；143-过滤器；144-液晶面板；145-偏振板；146-控制部；147-扩散元件。 
具体实施方式
图1表示本发明的实施方式1的光纤激光器的结构。 
[光纤激光器的整体结构] 
本实施方式的光纤激光器具备：泵激光源(pump光源)1；使从泵激光源1输出的波长λp的光透过，并反射特定的波长的光栅光纤2；掺杂有稀土类元素的固体激光光纤3；对来自固体激光光纤3的出射光进行集光的集光光学系8；沿固体激光光纤3离开规定距离地设置的波长变换元件4；和设于波长变换元件4的出射端面，反射基波并透过高次谐波7的反射膜6。 
从泵激光源1输出的波长λp的光透过具有波长依赖性的光栅光纤2，并入射固体激光光纤3。固体激光光纤3被波长λp的光活化，并以波长λ1激光振荡。光栅光纤2形成周期性的折射率变化，并利用布喇格反射对特定波长进行反射。波长λ1利用固体激光光纤3的增益波长和光栅光纤2的布喇格反射波长来固定。在本实施方式中，利用光栅光纤2和设置于波长变换元件4的出射端面的反射膜6，构成固体激光光纤3。 
在本实施方式中，波长变换元件4将波长变为一半，将从泵激光源1输出的光变换为绿色。为用波长变换元件4进行高功率的波长变换，要求光的高的功率密度，高的光束品质、还有单一偏振光特性。通常，取得利用波长变换元件变换单一偏振光化后的光源的结构，但在本发明中，通过使用了波长变换元件4的双折射率的光反馈将光纤激光单一偏振光化。 
波长变换元件4是单轴性的非线性光学结晶，在本实施方式中，是具有双折射率的光学结晶。波长变换元件4的入射面5倾斜地形成，并且波长变换元件4相对于固体激光光纤3配置成倾斜的状态。从固体激光光纤3出射的出射光以相对于光轴倾斜的状态入射入射面5，且利用波长变换元件4的双折射率，入射光11利用偏振光以不同的角度折射。 
以不同的折射率入射到入射面5的入射光11在波长变换元件4内分离为偏振光。图1中，分离为Pe偏振光9和Po偏振光10。此处，Pe偏振光9是波长变换元件4的结晶的C轴方向的偏振光，Po偏振光10是X、Y轴方向的偏振光。图1中，Pe偏振光9变为在波长变换元件4内被高效率地波长变换的偏光轴。在与Pe偏振光9大致垂直的面上堆积有反射膜6，在反射膜6与光栅光纤2之间形成有共振器构造，因此，作为波长λ1的单一偏振光的偏振光Pe的光满足共振器条件，从而激光振荡。Po偏振光10的光相对于反射膜6带有不同于直角的角度，因此，不返回固体激光光纤3，从而不引起激光振荡。 
[偏振光分离的具体例] 
说明将包含P偏振光和S偏振光的入射光11分离为P偏振光和S偏振光的具体例，P偏振光具有在相对于入射面5平行的方向上的偏振光(光的电场振幅方向)，S偏振光是与其正交的偏振光分量。 
图2(a)及图3(a)表示图1的波长变换元件4的周边部的局部放 大图。在利用波长变换元件4的双折射率来分离偏振光的情况下，根据偏振光方向，波长变换元件4的结构较大地不同。在本实施方式中，作为波长变换元件4使用PPMgLN(具有周期状的极化反转(分極反転)构造的掺杂Mg的LiNbO3)。 
[P偏振光的光的波长变换] 
图2(a)是对作为入射光P偏振光的光进行波长变换的结构。从固体激光光纤3出射的入射光11相对于入射面5以入射面角θin的角度入射。入射光11利用波长变换元件4的双折射率，在结晶内角度分离为P偏振光23和S偏振光22。以θps表示此时的P偏振光23和S偏振光22的行进方向构成的角度。可利用偏振光角差θps分离偏振光。 
在如图2(a)所示的结构中，因为进行P偏振光23的波长变换，所以使P偏振光23的电场振幅方向与波长变换元件4的结晶的C轴方向一致。PPMgLN的情况下，非线性常数在结晶的C轴方向最大。其理由是C轴与光的电场振幅方向一致的情况下得到最高的变换效率的缘故。 
进入波长变换元件4的结晶内的P偏振光23沿X方向传播，并被位于ZY平面的反射膜6反射，沿与原本的入射光11相同的路径逆行，返回到固体激光光纤3。另一方面，S偏振光22和P偏振光23的折射角不同，所以在反射膜6处被带有角度地反射，从而P偏振光23被分离。图2(b)表示对在PPMgLN的情况下，计算了此时的入射角θin与入射面5处的P偏振光23的反射率，和入射角θin与结晶内的P、S偏振光构成的偏振光角差θps的关系的结果。 
如图2(b)所示，反射率和偏振光角差θps随着入射角θin而增大。如果偏振光角差θps小，则难以充分进行两个偏振光的分离，因此，设置0.5度以上的偏振光角差θps。优选入射角θin在30度以上，更优选入射角θin在60度以上。如果入射角θin在60度以上，则偏振光角差θps为0.8度以上，能够充分地分离偏振光。如果进一步在80度以上，则偏振光角差θps饱和。 
如果入射角θin的值大，则P偏振光23在入射面5的反射率变大，损失变大。因此，对入射面5施以AR涂层21，防止P偏振光23的反射。此外，优选使结晶内的P偏振光23的行进方向与结晶的X轴一致。X轴是投影于与结晶的a轴和C轴垂直的面的方向。PPMgLN的情况下，极化反转构造沿结晶的Y轴而形成，均匀的极化反转容易，因此，优选将传播方向设为X轴方向。此情况下的入射面5和X轴构成的角由波长变换元件4的基板的折射率来确定。 
[S偏振光的光的波长变换] 
图3(a)表示对S偏振光的光的进行波长变换的结构。图3(a)是与图2(a)相同的结构，但结晶的C轴方向与纸面平行，入射面5相对于结晶的C轴倾斜。图3(a)的结构中，与图2(a)相同，入射光11以入射角θin射入入射面5，并被偏振光分离。图3(a)中，S偏振光22与反射膜6垂直地入射。S偏振光22在反射膜6被反射后，通过入射光11的路径，返回到固体激光光纤3。另一方面，P偏振光23被角度分离，放出到外部。为将S偏振光22的变换效率达到最大，构成波长变换元件4的结晶的C轴与S偏振光22的电场振幅方向一致的结构。 
图3(b)表示对PPMgLN的情况，计算了相对于入射角θin的入射面5处的S偏振光22的反射率和相对于入射角θin的结晶内的P、S偏振光构成的偏振光角差θps的结果。如图3(b)所示，在布儒斯特角附近，在入射面5的反射率大致变为0％。在布儒斯特角附近，偏振光角差θps在0.8度以上，可无干扰(cross talk)地进行P、S偏振光的分离。作为入射角θin的值，优选“布儒斯特角±10度”，更优选设计为“布儒斯特角±5度以下”。如此地，在波长变换S偏振光的情况下，能够利用布儒斯特角的结构。在布儒斯特角附近，因为没有入射面5处的反射，因此不需要设置反射防止膜等，可实现更简单的结构。在PPMgLN的情况下，满足布儒斯特条件，结晶的C轴与结晶内的S偏振光的电场振幅方向一致的入射角度约为65℃。 
如上述，通过使用高效率地波长变换单一偏振光的光的波长变换元件4，将光纤激光器单一偏振光化，从而能够以简单的结构输出高输出的高次谐波7。 
此外，在本发明的结构中，在由光栅光纤2与反射膜6构成的共振器内插入波长变换元件4，因此，与在共振器外进行波长变换相比，具有可利用高的基波的功率密度，进行高效率的波长变换的优点。 
此外，除P偏振光23与S偏振光22的反射率的不同，利用由于偏振光而折射率不同的波长变换元件4的双折射率，利用偏振光角差θps分离P偏振光和S偏振光，因此与以往相比，能够更确实地分离P偏振光和S偏振光。在共振器内具备固体激光器和波长变换元件的现有的固体激光器装置即使利用波长变换元件设置了偏振光角差，但因为P偏振光和S偏振光两者返回到固体激光器，因此无法利用偏振光角差分离偏振光。另一方面，根据本实施方式，固体激光光纤3细，且芯小，因此，即使是小的偏振光角差θps，也能够形成P偏振光和S偏振光中的任一个不返回到固体激光光纤3的结构，从而能够更确实地分离P偏振光和S偏振光。 
如果使用本实施方式的光纤激光器，则利用从泵激光源1输出的激光，同时地输出蓝和绿的光，或者也可同时地输出红蓝绿的光。此外，这些输出可切换。如果使用本实施方式的光纤激光器，则以单一光源得到高亮度的RGB光。 
而且，在本实施方式中，将波长变换元件4的倾斜端面设置在入射面5，但如后述，在波长变换元件4的出射面或波长变换元件4的内部设置倾斜端面，通过调整其角度，同样地可分离偏振光。 
而且，对来自固体激光光纤3的出射光进行集光的集光光学系8的焦点优选设为反射膜6。因为反射膜6与固体激光光纤3的出射端面构成共焦点光学系，因此，没有来自反射膜6的光的损失，从而形成稳定地返回到固体激光光纤3的结构。 
而且，作为固体激光光纤3，优选在芯部掺杂有稀土类的双金属包层光纤(double clad fiber)。可形成高输出的激励，并可形成高输出的激光振荡。作为稀土类，因为掺Yb光纤能够高效率地产生1030-1100nm附件的波长的光，因此与波长变换元件4组合，能够产生高效率、高输出的绿色光和蓝色光。 
此外，固体激光光纤3除上述以外，也可使用包含Er、Nd、Pr、Cr、Ti、V、Ho离子的任一种元素的结构。如果使用掺Nd光纤，则容易得到1060nm附近的发光。关于其他的离子，可实现不同波长的光源。 
此外，作为固体激光光纤3也可使用具有双折射率的偏振波保存光纤。通过使用具有双折射率的偏振波保存光纤，光纤内的偏振光被维持，实现输出的稳定化。在未使用偏振波保存光纤的情况下，由于干扰，光纤内的偏振光变化。由该变化，激光的输出变动。未防止该情况，实现输出稳定化，优选使用偏振波保存光纤作为固体激光光纤。在固体激光光纤为偏振波保存光纤的情况下，使其偏光轴与波长变换元件4的P、S偏振光的方向分别一致。
此外，固体激光光纤3的出射端面期望倾斜地研磨。通过利用固体激光光纤3的出射端面的返回光压制激光振荡，能够有效地实现单一偏振光化。 
而且，波长变换元件4作为SHG(Second Harmonic Generation，第二高次谐波产生)或SFG(Sum Frequency Generation，和频率产生)波长变换元件，优选使用由具有周期状的极化反转构造的非线性光学结晶构成的波长变换元件。作为具有极化反转构造的波长变换元件，有KTiOPO4、LiNbO3、LiTaO3或者掺杂了Mg的LiNbO3、LiTaO3或者化学计量(ストイキオ)LiNbO3、LiTaO3等。这些结晶具有高的非线性常数，因此可高效的波长变换。此外通过改变周期构造，具有能够自由地设计相位整合波长的优点。由利用了这些特征的单一的光学结晶，可产生绿色光和蓝色光。 
此外，因为由偏振光形成的角度差不太大，为分离偏振光，波长变换元件4的长度优选在10mm以上。更优选20mm以上。 
而且，作为反射膜6，可以利用电介体多层膜等。作为电介体多层膜优选反射基波，透过高次谐波7的结构。因为可更有效地向外部取出高次谐波7的缘故。除此以外，也可为不使用反射膜6的结构。以由非线性光学结晶与空气的折射率差形成的菲涅耳反射存在10％左右的反射，所以固体激光光纤3可振荡，从而形成更简易的结构。但是，在此情况下，产生高次谐波7的反射损失。 
此外，作为反射膜6能够利用带有波长依赖性的电介体多层膜。如果使用带有峡频带的反射特性的电介体多层膜，则通过使光栅光纤2与反射膜6的反射频带一致，能够进一步将振荡的激光器的光谱窄频带化。通过光谱窄频带化，波长变换元件4的变换效率提高。 
而且，在本实施方式中，将反射膜设置在波长变换元件4的出射端面，但也可设置在波长变换元件4的内部，也可是在波长变换元件4的外部设置反射部的结构。利用波长变换元件4的双折射率分离偏振光后，利用反射膜6将任一种偏振光选择性地返回到固体激光光纤3，由此能够单一偏振光化从固体激光光纤3出射的光。 
本实施方式的光纤激光器可利用波长变换产生绿色光和蓝色光。此外，在利用了高输出化容易的光纤放大器的激光光源中使用，能够产生高输出的绿色光和蓝色光。进而利用波长变换元件4，高效率地波长变换单一偏振光化后的光，由此可产生可见光。 
(实施方式2) 
图4表示本发明的实施方式2的光纤激光器的结构。本实施方式的光纤激光器是在波长变换元件44的外部反射利用波长变换元件44偏振光分离后的光，并返回到固体激光光纤3的结构。本实施方式的光纤激光器除实施方式1所示的结构，在波长变换元件44的出射面侧还设有集光光学系41和光纤43。光纤43是固体激光光纤。此外，在实施方式1中，反射膜6设置波长变换元件4的出射面，但本实施方式的反射膜42设在光纤43的入射面。波长变换元件44的出射面45与入射面5同样地倾斜地形成。 
图4中，从固体激光光纤3出射的光利用波长变换元件44的双折射率，在结晶内被分离为Pe偏振光9和Po偏振光10，两个偏振光中的Pe偏振光设计为集光在设置于光纤43的端面的反射膜42。Pe偏振光9在光纤43的端面反射，返回到固体激光光纤3，从而将固体激光光纤3振荡的偏振光固定在Pe偏振光。反射膜42是电介体多层膜，反射基波，透过高次谐波7。 
根据本实施方式，除实施方式1的效果外，将高次谐波7作为光纤光取出，因此作为光源还具有光的处理简便的效果。 
(第三实施方式) 
图5表示本发明的实施方式3的光纤激光器的结构。本实施方式的光纤激光器是在波长变换元件44的外部反射利用波长变换元件44偏振光分离后的光，并返回到固体激光光纤3的其他的结构。本实施方式的光纤激光器具备光栅光纤51来代替实施方式2的光纤43。 
利用光栅光纤51的布喇格反射，高次谐波7和基波被分离。在波长变换元件44中被分离的Pe偏振光9利用光栅光纤51的布喇格反射而发 生反射。 
本实施方式使光栅光纤51带有窄频带的特性，通过以光栅光纤2、51两者进行波长选择，能够使固体激光光纤3的振荡光谱更窄频带化。从而，能够使波长变换元件44的变换效率提高。 
(实施方式4) 
图6(a)表示本发明的实施方式4的光纤激光器结构。本实施方式的光纤激光器是利用在布儒斯特角处附近的P偏振光、S偏振光的反射率的不同，由波长变换元件61进行偏振光分离的结构。本实施方式的光纤激光器具备波长变换元件61和与波长变换元件61相同材质的棱镜62，在棱镜62的出射面侧设置反射膜6。此外，在波长变换元件61的出射面侧设置倾斜的端面63，且沿该端面63倾斜地形成棱镜62的端面64。在本实施方式中，泵激光源1、光栅光纤2、固体激光光纤3及集光光学系8与实施方式1相同。 
图6(b)是波长变换元件61周边的局部放大图，图6(c)是表示波长变换元件61周边的其他的例子的局部放大图。关于图6(c)后述。如图6(b)所示，波长变换元件61的端面63与棱镜62的端面64相对于光轴带有角度θin地形成。图7表示计算端面63、64的各自中的P偏振光和S偏振光的反射率后的结果。如图7所示，P偏振光和S偏振光的反射率很大不同。如果在波长变换元件61和棱镜62上形成带有布儒斯特角的角度θin的端面63、64，则S偏振光100透过，P偏振光的透过率为60％左右。在本实施方式的结构中，激光被设置于棱镜62的出射面侧的反射膜6反射，因此，激光去两次、回两次地透过倾斜的端面。从而，P偏振光返回固体激光光纤3的比例为13％左右。另一方面，S偏振光在倾斜的端面63、64处反射，因此大致100％返回。利用该偏振光的透过率的差，能够分离偏振光，使一种偏振光固定于固体激光光纤3。 
根据本实施方式的结构，P偏振光与S偏振光的分离比增大，能够更确实地分离。此外，利用棱镜62能够将光路形成为笔直，因此光路设计容易。 
而且，如图6(c)所示，也可在波长变换元件61的入射侧(固体激光光纤3侧)进一步具备反射膜65。反射膜65使基波透过，反射高次谐 波。在反射膜6反射的基波通过波长变换元件61返回到固体激光光纤3时，利用波长变换元件61变换后的高次谐波66由反射膜65向前方出射。由此，能够有效地取出高次谐波。通过配合高次谐波7和高次谐波66，变换效率大幅提高。 
(实施方式5) 
图8表示本发明的实施方式5的光纤激光器的结构。本实施方式的光纤激光器在棱镜62的出射侧设置集光光学系8和作为固体激光光纤的光纤43，并在光纤43的入射侧的端面上形成反射膜42。本实施方式得到与实施方式2相同的效果。与实施方式4相同，波长变换元件61与棱镜62分别设置倾斜的端面63、64。本实施方式与实施方式4同样地，因为激光去两次、回两次地透过倾斜的端面，因此如果将端面63、64的角度形成为布儒斯特角，则P偏光与S偏光的分离比增大，能够更确实地分离。 
(实施方式6) 
图9表示本发明的实施方式6的光纤激光器。本实施方式的光纤激光器在棱镜62的出射侧设有集光光学系41和光栅光纤51。光栅光纤51优选偏振波保存光纤。利用偏振波保存光纤实现偏振光的稳定化，且输出稳定。而且，在使用了偏振波保存光纤的情况下，优选光栅光纤51的偏振光方向与波长变换元件61的P、S偏振光一致的结构。因为如果偏振光不一致，则以波长变换元件61分离后的单一偏振光在光栅光纤51内被分离为多个偏振光，单一偏振光化的效果降低的缘故。如本实施方式，使用光栅光纤51的结构，也能够实现单一偏振光化，从而得到与实施方式3相同的效果。此外，如果将端面63、64的角度形成为布儒斯特角，则P偏振光与S偏振光的分离比增大，能够更确实地分离。 
(实施方式7) 
图10表示本发明的实施方式7的光纤激光器的结构。本实施方式的光纤激光器在波长变换元件61与棱镜62之间具备与波长变换元件61相同材质的棱镜102。本实施方式的其他的结构与实施方式4相同。棱镜102的两端面分别沿具有布儒斯特角的波长变换元件61的端面63和棱镜62的端面64而形成。 
通过具备棱镜102，具有布儒斯特角的倾斜的端面形成多个，因此P 偏振光与S偏振光的分离比增大。例如，如果构成两个倾斜的端面，则P偏振光对于S偏振光的压制比从9dB变为两倍的18dB。通过压制P偏振光，单一偏振光化进一步提高，变换效率增大。 
(实施方式8) 
图11表示本发明的实施方式7的光纤激光器的结构。本实施方式的光纤激光器在波长变换元件61的出射侧进一步具备波长变换元件111，并在波长变换元件111的出射端面上形成反射膜6。在波长变换元件61和波长变换元件111的端面63、64上分别形成有布儒斯特角。 
在波长变换元件61和波长变换元件111上形成有布儒斯特角的情况下，也可使用经由结晶与折射率不同的膜来粘接结晶的方法。此外，也可使用夹着空气层粘接结晶的方法等。 
本实施方式出除实施方式2的效果外，还得到能够分别从波长变换元件61和波长变换元件111输出高次谐波7、77的效果。 
而且，从实施方式4至实施方式8，波长变换元件61的入射端面形成为相对于入射光垂直的结构，但如果在波长变换元件61的入射端面处的反射返回到固体激光光纤3，则产生多余的偏振光模式，从而单一模式化产生劣化。因此，优选将波长变换元件61的入射端面处的反射降低到20dB以下，如可能降低到30dB以下。为此，优选在波长变换元件61的入射端面施以无反射涂层，从而防止反射。除此以外，将波长变换元件61的入射端面倾斜地研磨，使其相对于入射光带有角度，由此能够防止返回光。进而，如果将波长变换元件61的入射端面的角度相对于入射光设定为满足布儒斯特角的条件，则入射损失被降低，因此更优选。 
(实施方式9) 
图12表示使用了具备实施方式1至实施方式8所示的任一个光纤激光器的相干光源121的光学装置的结构。本实施方式的光学装置利用作为二维开关的液晶面板125，将从使用了上述实施方式的光纤激光器的相干光源121出射的激光变换为二维的图像，并在屏幕127上投影图像的激光显示器。从相干光源121出射的光通过准直光学系122、积分光学系123，并在通过散射板124后，利用液晶面板125进行图像变换，并利用投影透镜126投影到屏幕127上。散射板124的位置利用摇动机构以移动速度 5mm/s变动。由此，在屏幕127上产生的斑点噪声被降低。 
具备实施方式1至实施方式8所示的任一个光纤激光器的相干光源121相对于外部的温度变化，得到稳定的输出，因此具备相干光源121的本发明的光学装置能够高输出地输出稳定的图像。此外，相干光源121具备高的光束品质，因此易于进行光学系设计，小型化、简单化。 
作为相干光源121如果使用输出红绿蓝的激光的RGB激光光源，则能够实现色再现性高的激光显示器。在RGB激光光源中，以往开发射出红色的激光的半导体激光器为高输出的激光器，但与此相反，关于绿色未实现高输出化，关于绿色半导体激光器的形成难。因此，在绿色及蓝色的激光的输出中使用利用了波长变换的上述实施方式的光纤激光器。由此，能够容易地实现高输出。此外，可通过输出绿色的激光的光纤激光器和分别输出红色和蓝色的半导体激光光源，构成RGB激光器光源。通过在相干光源121中使用上述实施方式的光纤激光器，使绿和蓝、或者绿、蓝、红同时产生，由此能够实现高输出的小型的RGB激光器光源。通过具备相干光源121，以激光显示器为首，可向光盘装置等各种光学装置进行应用。通过在相干光源121中使用上述实施方式的光纤激光器，能够实现大画面的激光显示器。 
而且，作为二维开关，除液晶面板125以外，可以利用反射型液晶开关或DMD(数值微反射镜)反射镜等。 
(实施装置10) 
图13表示光学装置的其他的例子。本实施方式的光学装置是通过以镜132、133扫描从RGB激光器光源131出射的激光，在屏幕134上描绘二维的图像的激光显示器。镜132、133与屏幕134构成将来自RGB激光器光源131的光变换为二维图像的二维的光束扫描光学系。 
RGB激光器光源131包括：输出绿色光和蓝色光的、实施方式1至实施方式8所示的任一个光纤激光器；和输出红色光的半导体激光器光源，并具备用于切换RGB的高速的开关功能。 
RGB激光器光源131可高输出化，并且输出稳定化优良。此外，即使不设置检测RGB激光器光源131的温度的温度控制元件，或通过简单的温度控制，得到稳定的输出。此外，因为RGB激光器光源131的光束品 质高，因此扫描光学系可小型化、简单化。此外作为光束扫描光学系可以利用使用了MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)的小型扫描装置。高的光束品质是集光特性、准直特性优良，从而可利用MEMS等小型镜。由此能够实现扫描型的激光显示器。 
而且，也可利用输出绿色光的光纤激光器与分别输出红色和蓝色的半导体激光器光源构成RGB激光器光源。 
(实施方式11) 
图14表示光学装置的其他的例子。图14(a)是显示器装置的侧视图。图14(b)是表面图。本实施方式的光学装置是具备实施方式1所示的光纤激光器的显示器装置，光纤激光器用于液晶的背光灯。 
本实施方式的显示器装置具备将来自光纤激光器的光变换为二维图像的图像变换光学系，且图像变换光学系如图14(a)所示具备：波导板141，其对激光进行波导；扩散板142，其设在波导板141的背面，适度地使波导板141的波导光散射，从而将波导光的一部分向波导板141的表面侧射出；过滤器143，其设在波导板141的表面，使选择的波长透过；液晶面板144，其设在过滤器143的表面侧，并将透过过滤器143的激光变换为图像；偏振板145，其设置在液晶面板144的上面。 
如图14(b)所示，本实施方式的显示器装置在波导板141的侧面侧还具有驱动显示器装置的控制部146，并在控制部146内设置泵激光源1。波长变换元件4设在波导板141的侧面，波长变换元件4与泵激光源1通过固体激光光纤3来连接。在波导板141内具有扩散元件147。 
从泵激光源1出射的激光通过固体激光光纤3和波长变换元件4而激光震荡，从波长变换元件4出射单一偏光、本实施方式中波长变换为绿色后的激光148。利用扩散元件147，从波长变换元件4出射的激光148向与波导板141的主面平行的方向扩散。 
通过使用光纤激光器作为液晶的背光灯用的光源，能够以高的变换效率，实现高效率、高亮度的显示器装置。此外，能够利用激光表现更广范围颜色，因此可以实现色再现性优良的显示器装置。此外，如果使用具备光纤激光器的RGB激光器光源，则能够同时地从单一的光源产生RGB，因此能够实现结构的简单化。 
而且，本实施方式的显示器装置具备实施方式1的光纤激光器，但也具备从实施方式1至实施方式8的任一个光纤激光器。 
(实施方式12) 
图15表示具备实施方式1所示的光纤激光器的显示器装置的其他的例子。图15是显示器装置的侧视图，图15(b)是表面图。本实施方式的显示器装置具备多个泵激光源1，且多个泵激光源1分别在液晶面板144的背面侧以固定的距离离开地设置。除此以外的结构与实施方式11相同。 
由于液晶面板144具有比较大的面积，所以能够在液晶面板144的背面使泵激光源1分离配置。优选多个泵激光源1分别分开10mm的程度以上配置。由此，能够大幅度降低邻接的泵激光源1的热干涉。另外，泵激光源1由于发光面积小，所以通过将每一个光源的消耗功率限制在2W以下，优选限制在1W以下，能够大幅度降低与邻接的泵激光源1的干涉。如此，在液晶面板144的背面通过使泵激光源1分离配置，将各个泵激光源1的消耗功率抑制在1W左右以下，能够提高散热效果，可以将泵激光源1的动作温度保持在60℃以下。因此，能够通过空冷驱动泵激光源1，可以实现高可靠性。 
另外，本实施方式的显示器装置，虽然具有实施方式1的光纤激光器，但也可以具有从实施方式1到实施方式8中任一种光纤激光器。 
而且，在实施方式9到实施方式12中，说明了光学装置是激光显示器或显示器装置的情况，但光学装置也可以是光盘装置或测量装置。在光盘装置中，通过写入速度的高速化，寻求激光输出的提高。进而，由于激光要求衍射界限的集光特性，所以必须进行单模式化。由于本发明的光源装置具有高输出且高的相干性，所以可以应用于光盘装置等。 
而且，对于将上述实施方式的光纤激光器用于激光显示器或液晶面板的背光的结构进行了说明，但并不限定于此，光纤激光器也可以作为照明光源利用。由于光纤激光器的转换效率高，所以可以进行电-光的高效率转换。另外，通过采用纤维，能够以低损失向分开的地方传送光。在特定的地方进行光发生，熔敷向分开的地方传送光，通过光的中心发生进行室内照明成为可能。光纤激光器由于能够以低损失进行与纤维的结合，所以对于光的配送有效。 
工业实用性 
本发明的光纤激光器能够以简单结构实现绿色、蓝色的激光的高输出，对于激光显示器和液晶面板的背光等有用。 

Claims (19)

1.一种光纤激光器，其特征在于，具备：
固体激光光纤，其掺杂有稀土类元素；
泵激光源，其激励所述固体激光光纤；
反射要素，其具有波长依赖性；
波长变换元件，其设置在所述固体激光光纤的出射侧，并沿所述固体激光光纤，以规定距离离开所述反射要素地配置，且
所述波长变换元件为单轴性的非线性光学结晶，
所述波长变换元件具有与所述非线性光学结晶的X轴大致垂直的第一端面和与所述非线性光学结晶的X轴不垂直的第二端面，
所述第二端面的法线与来自所述固体激光光纤的入射光的角度在布儒斯特角附近。
2.根据权利要求1所述的光纤激光器，其中，
所述反射要素是光栅光纤。
3.根据权利要求1所述的光纤激光器，其中，
所述波长变换元件具有双折射率。
4.根据权利要求1所述的光纤激光器，其中，
所述波长变换元件具备反射要素。
5.根据权利要求1所述的光纤激光器，其中，
所述固体激光光纤是偏振波保存光纤。
6.根据权利要求1所述的光纤激光器，其中，
所述波长变换元件具备周期状的极化反转构造。
7.根据权利要求1所述的光纤激光器，其中，
所述固体激光光纤包含Yb、Er、Nd、Pr、Cr、Ti、V、Ho的至少任一种。
8.根据权利要求1所述的光纤激光器，其中，
所述波长变换元件是具有周期状的极化反转构造的Mg掺杂LiNbO3、Mg掺杂LiTaO3、KTiOPO4、化学计量组成的Mg掺杂LiNbO3、化学计量组成的Mg掺杂LiTaO3的任一种。
9.根据权利要求1所述的光纤激光器，其中，
所述入射光的行进方向与所述非线性光学结晶的C轴大致正交，
所述第二端面与所述非线性光学结晶的C轴平行。
10.根据权利要求9所述的光纤激光器，其中，
在所述非线性光学结晶内，所述入射光的P偏振光的电场振幅方向与所述非线性光学结晶的C轴大致平行。
11.根据权利要求1所述的光纤激光器，其中，
在所述波长变换元件内，所述入射光的行进方向与所述非线性光学结晶的C轴大致正交，
所述第二端面相对于所述非线性光学结晶的C轴倾斜。
12.根据权利要求11所述的光纤激光器，其中，
在所述非线性光学结晶内，所述入射光的S偏振光的电场振幅方向与所述结晶的C轴方向大致平行。
13.一种光学装置，其中，具备：
权利要求1所述的光纤激光器；
将来自所述光纤激光器的光变换为二维图像的图像变换光学系。
14.根据权利要求13所述的光学装置，其中，
所述图像变换光学系是二维的光束扫描光学系。
15.根据权利要求13所述的光学装置，其中，
所述图像变换光学系是二维开关。
16.根据权利要求13所述的光学装置，其中，
所述光纤激光器产生绿色，且
还具有产生红色和蓝色的半导体激光器光源，
所述图像变换光学系将来自所述光纤激光器和半导体激光光源的光变换为二维的彩色图像。
17.根据权利要求13所述的光学装置，其中，
所述图像变换光学系具备：
传播所述光纤激光器的出射光的波导板；
液晶面板。
18.根据权利要求17所述的光学装置，其中，还具有：
控制所述液晶面板的控制部，
所述波长变换元件配置于所述波导板的侧面，
所述泵激光源配置于所述控制部。
19.根据权利要求17所述的光学装置，其中，
所述泵激光源是多个激光光源，
所述多个激光光源在所述液晶面板的背面以固定的距离离开地配置。
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