以下添付図面を参照しながら、本発明の� ��施の形態について説明する。尚、以下の実� ��の形態は、本発明を具体化した一例であっ� ��、本発明の技術的範囲を限定する性格のも� ��ではない。なお、図面で同じ符号を付した� ��のは、説明を省略する場合もある。

 (第1の実施の形態)
 本実施の形態の一例について図1に示してい る。ファイバレーザ光源100は、コア部分に希 土類としてYbをドープしたダブルクラッド偏� ��保持ファイバ103(本実施の形態の場合、ファ イバ長10m)と、ファイバ103に励起光を入射す� �ポンプ用LD101と、ファイバ103を挟むようにフ ァイバ103に光学的に接続されている一組のフ ァイバグレーティング102、104からなるレーザ 共振器とを備えている。

 ファイバレーザ光源100は、ポンプ用LD101� �よりファイバ103を励起し、一組のファイバ� �レーティング102、104で構成された共振器内� �レーザ光(基本波)を発振させる。ファイバ103 としてYbをドープしたダブルクラッド偏波保� ��ファイバを採用しているため、ファイバグ� ��ーティングの特性を操作することにより、1 050nm以上1170nm以下の光を任意に発振でき、フ� ��イバレーザ光源100は、加工用途や波長変換� ��源等に応用できる。したがって、ファイバ1 03のレーザ活性物質としてYbを選択した。

 本実施の形態では、ポンプ用LD101として� �発振波長975nmのシングルエミッターレーザダ イオード(最大出力8Wを3個)を使用している。� ��ァイバグレーティング102は、ゲルマニウム� ��添加することにより紫外線に対する感度を� ��上させたダブルクラッド偏波保持ファイバ1 06のコア部分に形成されており、中心波長1064 nm、反射スペクトル半値幅1nm、反射率98%とい� ��特性を持っている。また、ファイバグレー� ��ィング104は、一般的なシングルモード偏波� ��持ファイバ107(コア径6μm、クラッド外形125μ m)のコア部分であってゲルマニウムが添加さ� ��た部分に形成されており、中心波長1064nm、� ��射スペクトル半値幅0.05nm、反射率10%以上15%� ��下という特性を持っている。反射スペクト� ��半値幅については、波長変換光源の基本波� ��して使用する際、波長変換モジュール内で� ��可視光への変換効率を考慮すると、0.1nm以� �、具体的には0.01nm以上0.06nm以下の範囲内に� �ることがより望ましいが、この検討におい� �ファイバグレーティング104の反射帯域が0.05n m以下である場合、より安定して自励発振す� �ことを確認している。特に、ファイバグレ� �ティング102の反射帯域が1nm以上であり、か� �、ファイバグレーティング104の反射帯域が0. 05nm以下である場合には、さらに安定してレ� �ザの自励発振を行うことが確認されている� �

 また、希土類添加ダブルクラッドファイ� ��の発振したレーザ光に対するモードフィー� ��ド径が8μm以上13μm以下である場合、より安� ��してレーザの自励発振を行うことができる� ��とも確認されている。この理由として、モ� ��ドフィールド径が増加する分だけ、レーザ� ��性物質である希土類イオンの密度を同一に� ��た場合においても、レーザ活性物質の添加� ��を増やすことができることが挙げられる。

 なお、ファイバレーザ光源100を波長変換� ��源の基本波として使用する場合、ファイバ� ��ーザ光源100における偏光方向を単一偏光(直 線偏光)に調整することが望ましい。直線偏� �に調整する理由としては、SHGモジュール内� �波長変換結晶が一方の偏光成分しか波長変� �しないからである。その後、発振した1064nm� �近の基本波光を伝搬させる光偏波保持ファ� �バにより、基本波光をSHGモジュールに導入� �、第2高調波発生により532nmの光を発生させ� �。

 本実施の形態では、出力側のファイバグ� ��ーティング104に高強度の光が入射されるこ� ��により(例えば、コア径5μm以上10μm以下のフ ァイバに1Wの光を入射することにより)、ファ イバグレーティング104の屈折率の変化に応じ て反射中心波長が短波長側又は長波長側に変 化する。

 図2は、本実施の形態における一組のファ イバグレーティングの反射中心波長の変化を 示す。図2は、ファイバグレーティング102に� �ける反射スペクトル203と、ファイバグレー� �ィング104の反射スペクトル201とを示してい� �。例えば、反射スペクトル201は、前記高強� �の光の入射に応じて矢印Y1に示すように短波 長側の反射スペクトル202にシフトする。

 このように、反射スペクトル201の反射中� ��波長が反射スペクトル202の反射中心波長に� ��化することにより、ファイバグレーティン� ��104の反射帯域と励起側のファイバグレーテ� ��ング102の反射帯域との重なり積分(重なり部 分)を小さくすることができる。例えば、図2� ��示すように、ファイバグレーティング104の� ��化前の反射スペクトル201をファイバグレー� ��ィング102の反射スペクトルに短波長側で重� ��るように設定し、この状態から反射スペク� ��ル201を矢印Y1に示す短波長側に変化して反� �スペクトル202となることにより、ファイバ� �レーティング102の反射帯域とファイバグレ� �ティング104の反射帯域との重なり積分を小� �くすることができる。

 そして、前記重なり積分が小さくなると� ��ファイバレーザ共振器内への閉じこめエネ� ��ギーが小さくなり、基本波のピーク出力は� ��低下する。そして、前記閉じこめエネルギ� ��が小さくなると、ファイバグレーティング1 04の反射中心波長(反射スペクトル202)が矢印Y2 に示すように変化前の状態(反射スペクトル20 1)に戻るため、基本波のピーク出力は、再び� ��大する。このように反射中心波長の変化の� ��り返しにより、自励パルス発振が実現され� ��。パルス発振の周期は、共振器長すなわち� ��起側のファイバグレーティング102の中央位� ��から出射側のファイバグレーティング104の� ��央位置までのファイバ長(つまり、レーザ共 振器の共振器長)で決定される。本実施の形� �の場合、ファイバ長は、10m程度であるため� �パルス発振の周期は、100ns程度となる。

 このような反射中心波長が光強度によっ� ��変化するという特性(光屈折率が変化すると いう特性)を得るためには、ファイバグレー� �ィング104を構成するファイバのコア部に、� �(Pb)、錫(Sn)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、� ��ルマニウム(Ge)等の元素を添加することを要 する。

 さらに、ファイバレーザ共振器内への閉� ��こめエネルギーの変化量を大きくするため� ��、広帯域側のファイバグレーティング102に� ��いて反射率が80%以上で、かつ、98%以下とな� ��反射スペクトルの反射帯域端で、狭帯域側� ��ファイバグレーティング104の反射スペクト� ��が重なっていることが必要である。

 つまり、ファイバグレーティング102にお� ��て反射率が80%以上で、かつ、98%以下となる� ��長範囲E1内に、ファイバグレーティング104� �反射中心波長が存在するように設定されて� �ることを要する。

 より好ましくは、図2に示す波形の右上が りの傾斜線において反射率が80%以上で、かつ 、98%以下となる波長範囲E2内、又は図2に示す 波形の右下がりの傾斜線において反射率が80% 以上で、かつ、98%以下となる波長範囲E3内に� ��ファイバグレーティング104の反射中心波長� ��存在するように調整されているようにする� ��とができる。

 このようにすれば、反射スペクトル201の� ��射中心波長が少しでも変化(屈折率変化)す� �ことにより、反射スペクトル201の反射中心� �長がファイバグレーティング104の反射率の� �きな範囲から外れることになるため、前記� �じこめエネルギーの変化が生じやすくなる� �具体的に、波長範囲E2内にファイバグレーテ ィング102の反射中心波長が存在する場合には 、矢印Y1に示すように短波長側に反射中心波� ��を変化させることにより、前記閉じこめエ� ��ルギーの変化を生じさせることができる。� ��方、波長範囲E3内にファイバグレーティン� �102の反射中心波長が存在する場合には、矢� �Y2に示すように長波長側に反射中心波長を変 化させることにより、前記閉じこめエネルギ ーの変化を生じさせることができる。反射ス ペクトル201が短波長側へシフトするか長波長 側へシフトするかは、各種の条件に応じて設 定することが可能である。

 なお、前記の説明では、反射率が80%以上9 8%以下の範囲として波長範囲E1~E3を規定して� �るが、これら波長範囲E1~E3の上限値は、ファ イバグレーティング102が有する反射率の上限 によって定まるものである。換言すると、フ ァイバグレーティング102として反射率99%のも のを採用した場合には、前記波長範囲E1~E3は� ��反射率が80%以上99%以下の範囲として規定さ� ��ることになる。

 (第2の実施の形態)
 第1の実施の形態に記載した構成では、光出 力波形に直流成分が含まれてしまうことがあ る。本実施形態では、基本波のパルス発振の 周期に合わせて励起光を変調させることによ り、直流成分を低減する方法について説明す る。励起光の光出力と発振した基本波光の出 力波形とを比較したプロット図を図3に示す� �図3(A)は、連続発振させた励起光の出力と、� ��の励起光の出力に応じて出力側のファイバ� ��レーティング104の反射中心波長変化(屈折率 変化)のみで自励発振を行った場合の基本波� �出力との関係を示している。

 図3(A)に示すように、励起光を連続発振さ せた場合、ファイバグレーティング104の屈折 率変化により周期P1(例えば、100ns)で基本波の パルス発振が行われる。このとき、基本波の 光出力には直流成分(図3(A)のピーク以外(基底 値)の値)が含まれている。図3(B)に示すように 、ポンプ用LD101による励起光の出力を前期周� ��P1に対応して10MHzで変調した出力とすること により、前記基本波の周期P1と励起光の周期P 2とを一致させることができる。このように� �本波の自励発振周期P1と励起光の周期P2とを� ��致させると、図3(B)に示すように、図3(A)に� �すものと比較して、基本波の出力における� �流成分を低減することができる。なお、図3( B)における基本波の周期P3は、図3(A)における� ��本波の周期P1と同一である。

 また、図3(C)に示すように、前記周期P2で� ��ァイバレーザの発振閾値以下の光量の励起� ��を発振させるとともに、前記周期P2の整数� �の周期P4で前記発振閾値を超える光量を持つ パルス状の励起光を発生させるという方法に よっても、基本波の出力における直流成分を 低減することができる。具体的に、例えば、 100nsの周期P2でファイバレーザの発振閾値以� �の光量の励起光を発振させるとともに、300ns の周期P4で前記発振閾値を超える光量を持つ� ��起光を発生させることができる。このよう� ��すれば、100nsの周期P3で小さなピークが現れ るとともに、周期P4と同一の周期P5で最大ピ� �クが現れるような基本波をパルス発振させ� �ことができる。

 ところで、このファイバレーザ光源を用� ��た波長変換光源をディスプレイ用光源とし� ��使用し、空間変調素子としてDMD(デジタル変 調の微小ミラーデバイス)と一枚の変調素子� �を用いてフルカラーの映像を表示させる場� �、60Hzの周期で赤・緑・青色の光を順次点灯� ��せると、ヒトの目にとって色が分かれて見� ��る現象(カラーブレーキング)が発生し、画� �が低下する原因となる。そのため、通常倍� �駆動することが一般的である。データ表示� �プロジェクタで6倍速(360Hz)から12倍速(720Hz)、 リアプロジェクションテレビで36(2160Hz)から48 倍速(2880Hz)駆動するのが一般的である。ディ� ��プレイでの応用として、前記倍速駆動に合� ��せてコントラストを向上させるためにライ� ��コントロール機能を追加した場合を検討す� ��と、8段階(8ビット)に明るさを変化させるた めには、さらに8倍の早さ、つまり6倍速の場� ��で3kHz程度、48倍速の場合で25kHz程度以上の� �さで点灯できることが必要となる。このビ� �ト数を大きくすると、よりなめらかな光量� �御を実現することができるため、8ビット以� ��の分解能を確保するのが好ましい。以上の� ��から考えると、本願のファイバレーザをデ� ��スプレイに応用する際は、パルス周期を20kH z以上、10MHz以下とすることが望ましい。

 (第3の実施の形態)
 第3の実施の形態では、ファイバグレーティ ングの反射帯域にリップルを持たせることで 、ファイバグレーティング部がわずかに屈折 率変化してもパルス発振可能となる構成につ いて説明している。本実施の形態に係る構成 は、基本的には図1と同様である。つまり、� �ァイバレーザ光源100は、コア部分に希土類� �してYbをドープしたダブルクラッド偏波保持 ファイバ103(本実施の形態の場合、ファイバ� �20m)と、ファイバ103に励起光を入射するポン� ��用LD101と、ファイバ103を挟むようにファイ� �103に光学的に接続されている一組のファイ� �グレーティング102、104からなるレーザ共振� �とを備えている。

 ファイバレーザ光源100は、ポンプ用LD101� �よりファイバ103を励起し、一組のファイバ� �レーティング102、104で構成された共振器内� �レーザ光(基本波)を発振させる。ポンプ用LD� ��して、発振波長975nmのシングルエミッター� �ーザダイオード(最大出力20Wを1個)を使用し� �いる。また、ファイバ103としては、Ybをドー プしたダブルクラッド偏波保持ファイバを用 いている。ファイバグレーティング102、104の 反射波長を決めることにより、1060nmのレーザ 発振が実現されている。ファイバグレーティ ング102は、ゲルマニウムが添加されたダブル クラッド偏波保持ファイバのコア部分に形成 されている。ファイバグレーティング102は、 中心波長1064nm、反射スペクトル半値幅1.5nm、� ��ーク反射率98%という特性を持っている。

 図4は、第3の実施の形態に係るファイバ� �レーティングの反射スペクトルを示す。図4� ��は、ファイバグレーティング102の反射スペ� ��トルを401で示し、ファイバグレーティング1 04の反射スペクトルを402で示す。ファイバグ� ��ーティング102のリップルの深さは、15%であ� ��、リップルの間隔は、約0.04nmである。また� ��ファイバグレーティング104は、ゲルマニウ� ��を添加した一般的なシングルモード偏波保� ��ファイバ(コア径6μm、クラッド外形125μm)の� ��ア部分に形成されており、中心波長1064nm、� ��射スペクトル半値幅0.04nm、反射率15%という� ��性を持っている。

 本第3の実施の形態では、第1の実施の形� �とは異なり、ファイバグレーティング102に� �強度の光が入射されることにより、ファイ� �グレーティング102の反射中心波長が変化す� �。ファイバグレーティング102の反射中心波� �が変化することにより、出射側のファイバ� �レーティング104の反射帯域との重なり積分� �小さくなる。すなわち、ファイバレーザ共� �器内への閉じこめエネルギーが小さくなり� �基本波のピーク出力は低下する。そして、� �記閉じこめエネルギーが小さくなると、フ� �イバグレーティング102の反射中心波長が変� �前の状態に戻るため、基本波のピーク出力� �、再び増大する。このように反射中心波長� �変化の繰り返しにより、自励パルス発振が� �現される。パルス発振の周期は、共振器長� �なわち励起側のファイバグレーティング102� �中央位置から出射側のファイバグレーティ� �グ104の中央位置までのファイバ長で決定さ� �る。本実施の形態の場合、ファイバ長は、20 m程度のため、パルス発振の周期は、200ns程度 となる。以上の構成とすることにより、CW(連 続発振)の場合の10倍となる基本波のピーク出 力を得ることができる自励発振パルスファイ バレーザを得ることができた。

 なお、本実施の形態では、ファイバグレ� ��ティング102のリップルを15%としたがこれに� ��ることはない。例えば、ファイバグレーテ� ��ング102のリップルを20%とすることにより、C Wの場合の15倍となる基本波のピーク出力を得 ることできた。

 本実施の形態のように励起側のファイバ� ��レーティング102にリップルを持たせること� ��、出射側のファイバグレーティング104との� ��長を厳密に合わせる必要がなく簡便であり� ��その工業的価値は高い。

 (第4の実施の形態)
 第4の実施形態では、共振器を長くすること で、よりピーク出力の大きいパルスを得るこ とが可能な構成について説明する。本実施の 形態に係る構成は、図1と概ね同様である。� �1の実施の形態に記載した構成(図5(A)参照)で� ��、パルス発振の周期は、共振器長により決� ��る。つまり、共振器を構成する励起側のフ� ��イバグレーティング102の中央位置から出射� ��のファイバグレーティング104の中央位置ま� ��のファイバ103の長さ(共振器長)を長くする� �とにより、パルス発振の周期を長くするこ� �ができる。パルス発振の周期が長くなると� �ファイバレーザ共振器内への閉じ込めエネ� �ギーが大きくなり、出射されるパルスのピ� �ク出力が大きくなる。

 そこで、本実施の形態では、図5(B)に示す ように、ファイバグレーティング102、104の間 に、前記ファイバ103に加えて共振器延長ファ イバ501を挿入することとしている。これによ り、共振器延長ファイバ501を有しない図6(A)� �比較例と比べて、図6(B)に示すように、パル� ��の周期を長くし、パルスのピーク出力を大� ��くしている。本実施の形態では、ポンプ用L D101として発振波長915nmのシングルエミッター レーザダイオード(最大出力6.5Wを3個)を使用� �ている。ファイバグレーティング102は、ダ� �ルクラッド偏波保持ファイバのコア部分に� �成されており、中心波長1064nm、反射スペク� �ル半値幅0.5nm、反射率99%という特性を持って いる。ファイバグレーティング104は、一般的 なシングルモード偏波保持ファイバ(コア径10 μm、ファイバ外径125μm)のコア部分に形成さ� �ており、中心波長1064nm、反射スペクトル半� �幅0.05nm、反射率10%という特性を持っている� �コア部分に希土類としてYbがドープされたダ ブルクラッド偏波保持ファイバ103のコア径は 、6μmである(例えば、NUFERN PM-YDF130/5)。ポン� �用LD101のポンプパワーを19Wとして励起した条 件下で、CW動作での平均出力が最大となるよ� ��に、ファイバ103のファイバ長は、20mとなっ� ��いる。前記条件下での出力は、9.5Wであった 。これをパルス動作させた場合、ピーク出力 は、CW動作時の平均出力の約10倍に当たる94W� �なった。さらに、共振器延長ファイバ501を20 m挿入した場合、ピーク出力は、CW動作時の平 均出力の約20倍に当たる190Wになり、パルスの 高ピーク化に成功した。共振器延長ファイバ 501としてはレーザ活性物質を含まない偏波保 持ファイバが望ましい。

 (第5の実施の形態)
 第5の実施の形態では、ファイバレーザ共振 器の構成部品であるファイバグレーティング が光のパワーにより破壊されることを抑制す ることが可能な構成について説明する。本実 施の形態に係る構成は、図1と同様である。� �実施の形態のファイバレーザ光源100は、パ� �ス動作をすることから、CW動作の場合と比較 して時間的にも空間的にも光のパワー密度が 高くなる。特に励起側のファイバグレーティ ング102では、100%に近い反射率を持つことに� �因して、入射光と反射光とが重なり、光の� �ワー密度が高くなりやすい。そのために、� �出力で動作させた場合には、ファイバレー� �共振器の構成部品であるファイバグレーテ� �ングが光のパワーにより破壊されることが� �る。

 そこで、本実施の形態では、前記破壊を� ��制するために、ファイバグレーティングを� ��成するファイバとして、図7のようにモード フィールド径(直径)703の大きいファイバを用� ��ている。具体的には、モードフィールド径7 03を8μm(図7(A))以上13μm(図7(B))以下にすること� ��より、空間的に光パワー密度を約4分の1に� �減することができる。レーザ活性物質を含� �ファイバのモードフィールド径が8μm以上13μ m以下であるとした場合、融着損失を考慮す� �と、ファイバグレーティングを構成するフ� �イバのモードフィールド径は、9μm以上15μm� �下が最適となる。さらに、励起側のファイ� �グレーティング102として、図8のように複数� ��ファイバグレーティング801からなるサンプ� ��ドファイバグレーティング構造を採用する� ��ともできる。これにより、複数箇所で反射� ��起こるようになることから、ファイバグレ� ��ティング1つ当たりの光パワー密度が低減で きる。

 なお、第1から第4の実施の形態において� �ファイバレーザの励起用レーザ光源には、� �長915nmおよび波長976nmのレーザを用いたが、� ��ァイバレーザを効率よく励起するためには� ��波長976nmのレーザであることが望ましい。� �かし、Ybがドープされたファイバは、波長976 nmについての吸収スペクトルの帯域が狭く、� ��つ半導体レーザの発振波長は、環境温度や� ��給電流により変化するため、温度特性が劣� ��するという課題があることがわかった。こ� ��課題を回避するため、本実施の形態に係る� ��ァイバレーザ光源は、レーザ活性物質を含� ��ファイバと、ファイバに励起光を入射する� ��起用レーザ光源と、前記ファイバを挟む形� ��前記ファイバに光学的に接続されている一� ��のファイバグレーティングからなるレーザ� ��振器とを具備し、温度が上昇するに従い、� ��の発振中心波長が長波長側にシフトすると� ��もに、出力が低下することを特徴とし、前� ��レーザ活性物質を含むファイバの長さは、� ��記レーザ活性物質を含むファイバの吸収ピ� ��ク波長の光を95%以上吸収するファイバ長の1 .5倍以上2倍以下であることが望ましい。

 図9は、ファイバ長をパラメータとした励 起光波長に対する吸収率の関係を表したプロ ット図を示す。図9は、ファイバとして、モ� �ドフィールド径6μmのYb添加ダブルクラッド� �波保持ファイバ(例えば、NUFERN PM-YDF130/5)を� �いた場合について示している。以下の説明� �は、吸収率がピーク値の90%となる波長幅(以� ��、励起光波長許容幅と定義する)を各ファイ バ長について比較する。このプロット図より 、励起光波長を976nmで固定し、かつ、環境温� ��25℃とした場合においてYbファイバの吸収ピ ーク波長の光を95%以上吸収するYbファイバの� ��適長(以後、最適長と定義する)である9mのYb� ��ープファイバを用いた場合、励起光波長許� ��幅は6nm程度であるのに対し、Ybファイバの� �さをほぼ1.5倍とした15mの励起光波長許容幅� �、9mのYbファイバの倍に当たる12nm程度となる ことが分かった。さらに、Ybファイバの長さ� ��2倍の18mとした場合の励起光波長許容幅は、 Ybファイバの長さを1.5倍とした場合とあまり� ��わらず14nm程度となっている。この結果から 、励起光波長許容幅は、最適長の1.5倍以上で 、かつ、2倍以下とすることが望ましい。

 Ybドープファイバのファイバ長を最適長� �るいは最適長の1.5倍とした場合のファイバ� �ーザ共振器を構成して、それぞれ環境温度� �変化させた場合の温度特性を測定した。

 図10は、ファイバレーザの温度特性を測� �した際の構成を示す模式図である。ポンプ� �LD101は、ヒートシンク1001に固定されており� �冷却ファン1002で強制空冷されている。ファ� ��バレーザ共振器は、先に説明したように、� ��ァイバグレーティング102、104およびYbドー� �ファイバから構成されている。これら全て� �恒温槽内に配置し、環境温度を自在に変化� �きるような状態で、温度特性の測定を行っ� �。

 図11および図12は、ファイバレーザの長さ を最適長とし、異なる環境温度条件下で測定 されたポンプ用LDへの供給電流値に対するフ� ��イバレーザの出力を示している。図11は、� �ァイバレーザの長さを最適長とし、励起用� �ーザ(ポンプ用LD)の発振波長が973nm(環境温度2 5℃ 供給電流9A 7W出力時)の場合における、� �ンプ用LDへの供給電流値に対するファイバレ ーザ出力の値を示している。Ybドープファイ� ��の吸収ピークである976nmに対し、短波長側� �ある発振波長973nmのレーザを励起に使用した 場合、環境温度が上昇するに従い励起用レー ザの発振波長が長くなるため、ファイバレー ザ出力の値が上昇する傾向となる。環境温度 25℃の時に最高出力で3.2Wの出力を得ることが できるのに対し、環境温度35℃の時で3.6Wの出 力を得ることができる。つまり、環境温度に よって最大出力値が変動していることが分か る。逆に、長波長側である977nm(環境温度25℃� �供給電流9A 7W出力時)の場合における、ポン� ��用LDへの供給電流値に対するファイバレー� �出力の値を示しているのが図12である。図12� ��示すように、環境温度が25℃の時には3.8Wの� ��力を得ることができるものの、環境温度が3 5℃となったとき3W以下に低下してしまい、温 度特性の改善は見られないことが分かる。つ まり、最適長のYbファイバでは、ポンプ用LD� �発振波長がいかなる場合においても976nmでな ければ、温度特性の改善を図ることはできな いといえる。

 一方、図13は、Ybファイバ長を最適長の1.5 倍である15mとしたときのポンプ用LDへの供給� ��流値に対するファイバレーザ出力の値を示� ��ている。図13では、励起用レーザの発振波� �を977nmとした場合を示している。図13に示す� ��うに、環境温度25℃のとき出力3.8W、環境温� ��35℃のとき出力3.75Wが得られており、温度変 化による出力変動を2%以下に低減できた。こ� ��ような検討を発振波長が970nm以上980nm以下で ある半導体レーザを用いた励起により行った が、いずれの場合においても、出力変動を5%� ��下とすることが可能であり、温度特性改善� ��果が得られることを確認している。なお、� ��起に使用する半導体レーザ光源の発振波長� ��特に970以上976nm以下の場合、レーザダイオ� �ドへの供給電流値を一定とした場合の環境� �度による出力低下をYbファイバへの励起光吸 収率向上によりカバーすることが可能となる ため、温度による出力変動をより小さくする ことが可能となる。

 以上のような構成を取ることにより、976n m帯半導体レーザを使用する際に必須であっ� �、ペルチェ素子等の冷却機構を必要とせず� �ヒートシンクと冷却ファンによる強制空冷� �みで、室温(例えば、20℃又は25℃)~40℃又は50 ℃程度の環境で使用できるパルス光源を実現 することが可能となる。

 なお、第1から第5の実施の形態において� �ァイバ103として、希土類元素としてYbをドー プしたものを用いたが、他の希土類元素、例 えば、Nd、Er、Dy、Pr、Tb、Eu、等から選択され た少なくとも1つの希土類元素を用いてもよ� �。また、発振波長や出力に応じて希土類元� �のドープ量を変えたり、複数の希土類元素� �ドープしたりしてもよい。

 また、図14に本願で提案しているファイ� �レーザ光源を用いたプロジェクタシステム� �光学エンジンの模式図を示している。

 本実施の形態に係る2次元画像表示装置140 0は、液晶3板式プロジェクターの光学エンジ� ��に前記ファイバレーザ光源を適用させた一� ��である。具体的に、2次元画像表示装置1400� �、画像処理部1402と、レーザ出力コントロー� ��ー(コントローラー)1403と、LD電源1404と、赤� ��、緑色、青色レーザ光源1405R、1405G、1405Bと� ��ビーム形成ロッドレンズ1406R、1406G、1406Bと� ��リレーレンズ1407R、1407G、1407Bと、折り返し� ��ラー1408G、1408Bと、画像を表示させるための 2次元変調素子1409R、1409G、1409Bと、偏光子1410R 、1410G、1410Bと、合波プリズム1411と、投影レ� ��ズ1412とを備えている。

 緑色レーザ光源1405Gは、グリーン光源の� �力をコントロールするコントローラー1403お� ��びLD電源1404によって制御される。具体的に� ��緑色レーザ光源1405Gは、前記パルスファイ� �レーザ光源100(図1参照)と、パルスファイバ� �ーザ光源100から出射された基本波を高調波� �変換するための波長変換素子(図示せず)とを 備えている。

 各光源1405R、1405G、1405Bからのレーザ光は� ��ロッドレンズ1406R、1406G、1406Bにより矩形に� ��形され、リレーレンズ1407R、1407G、1407Bによ� ��2次元変調素子1409R、1409G、1409Bにそれぞれ導 かれる。各色の2次元変調素子1409R、1409G、1409 Bは、リレーレンズ1407R、1408G、1408Bから導か� �たレーザ光によって照明される。2次元変調� ��子1409R、1409G、1409Bにより2次元に変調された 各色の画像は、合波プリズム1411によって合� �され、投影レンズ1412よりスクリーン上に投� ��される。これにより、スクリーン上に映像� ��表示される。

 また、緑色レーザ光源1405Gは、レーザ共� �器をファイバ内に閉じた系とすることによ� �、外部からの塵の侵入あるいは反射面のミ� �アライメントの発生などで共振器の損失が� �加するのを抑制することができる。したが� �て、出力の経時低下・出力変動を抑制する� �とができる。

 一方、画像処理部1402では、入力される映 像信号1413の輝度情報に応じてレーザ光の出� �を変動させる光量制御信号を発生し、レー� �出力コントローラー1403に送出する役割を果� ��している。輝度情報に応じて光量を制御す� ��ことにより、コントラストを向上すること� ��可能となる。

 この際、レーザをパルス駆動し、レーザ� ��点灯時間のデューティー比(点灯時間/(点灯� ��間+非点灯時間)の値)を変化させることによ� ��平均的な光量を変化させるような制御方法( PWM制御)を取ることもできる。

 また、このプロジェクタシステムに用い� ��れる緑光源の波長は、510nmから550nmの緑色レ ーザ光を出射する構成としてもよい。この構 成により、視感度の高い緑色のレーザ出力光 を得ることができ、色再現性の良いディスプ レイとして、さらに原色に近い色表現をする ことができる。

 また、上記目的を達成するために、本発� ��の2次元画像表示装置は、スクリーンと、複 数のレーザ光源と、レーザ光源を走査する走 査部とを備え、レーザ光源は、少なくとも赤 色、緑色および青色をそれぞれ出射する光源 を用いた構成からなり、レーザ光源のうち、 少なくとも緑色の光源は上記のいずれかの波 長変換装置を用いた構成としてもよい。

 この構成により、視感度の高い緑色のレ� ��ザ出力光を得ることができるので、色再現� ��の良いディスプレイ等に使用して、さらに� ��色に近い色表現をすることができる。

 以上のように本発明では、レーザをパル� ��発振させる手段として、光強度による共振� ��内ロスの変化に代えて、共振器を構成する� ��射鏡(ファイバグレーティング)の反射特性� �変化させることにより共振器内のQ値を制御� ��る方法が採用されている。

 具体的に、光屈折率を変化させて反射中� ��周波数をシフトさせることによって、ファ� ��バグレーティングの反射特性を変化させる� ��

 なお、光出力波形における直流成分の低� ��のため、自励発振する周波数に合わせて、� ��起光を注入する制御方法を採ることもでき� ��。

 また、ファイバレーザ共振器の構成部品� ��あるファイバグレーティングの破壊を防止� ��るために、ファイバのモードフィールド径� ��大きくすること、又はファイバグレーティ� ��グをサンプルドファイバグレーティング構� ��にすることによって、光のパワー密度を下� ��ることもできる。

 また、上述のファイバレーザ光源では、� ��たな部品を追加することなく、パルス発振� ��可能であるため、高効率なレーザ加工機や� ��長変換光源などを実現することができる。

 加えて、パルス発振ファイバレーザ光源� ��実現の課題となっていた構成部品の破壊も� ��止することができ、より信頼性の高いファ� ��バレーザ光源を実現できる。

 なお、上述した具体的実施形態には以下� ��構成を有する発明が主に含まれている。

 本発明の一局面に係るファイバレーザ光� ��は、レーザ活性物質を含むファイバと、前� ��ファイバに励起光を入射する励起用レーザ� ��源と、前記レーザ活性物質を含むファイバ� ��挟むように前記ファイバに光学的に接続さ� ��ている一組のファイバグレーティングから� ��るレーザ共振器とを具備し、上記レーザ共� ��器は、偏波保持ファイバおよび単一偏光化� ��構で単一偏光化されており、レーザが出射� ��れる側の前記ファイバグレーティングの反� ��中心波長が、前記励起用レーザ光源に近い� ��記ファイバグレーティングにおける反射率� ��80%以上98%以下となる波長範囲内に設定され� ��波長特性を有する。

 本発明によれば、ファイバグレーティン� ��の屈折率を変化させて、各ファイバグレー� ��ィングの反射帯域の重なり積分を変化させ� ��ことにより、レーザの自励発振を実現する� ��とができる。その理由は以下の通りである� ��

 ファイバグレーティングに光強度の光が� ��射されることにより、当該ファイバグレー� ��ィングの屈折率が変化し、この屈折率変化� ��応じてファイバグレーティングの反射中心� ��長が変化する。このように反射中心波長が� ��化することにより、両ファイバグレーティ� ��グの反射帯域の重なり部分が小さくなり、� ��ーザ共振器内の閉じこめエネルギーが小さ� ��なってレーザのピーク出力が低下する。そ� ��て、前期閉じこめエネルギーが小さくなる� ��、ファイバグレーティングの反射中心波長� ��変化前の状態に戻るため、レーザのピーク� ��力が再び増大する。このように反射中心波� ��の変化の繰り返しにより、自励パルス発振� ��実現することができる。

 前記ファイバレーザ光源において、前記� ��起用レーザ光源に近いファイバグレーティ� ��グの帯域が1nm以上であり、前記レーザが出� ��される側のファイバグレーティングの帯域� ��0.05nm以下であり、前記レーザ共振器からレ� ��ザをパルス発振させることが好ましい。

 前記ファイバレーザ光源において、前記� ��ーザ共振器により発生した光が前記レーザ� ��性物質を含むファイバを通過する際のモー� ��フィールド径が8μm以上13μm以下であること� ��好ましい。

 これらの構成によれば、より安定したレ� ��ザの自励発振を行うことができる。

 前記ファイバレーザ光源において、前記� ��ーザが出射される側のファイバグレーティ� ��グを形成するファイバに、鉛、錫、アンチ� ��ン、ビスマス、ゲルマニウムのうちの1種類 以上の金属あるいは金属化合物が添加されて いることが好ましい。

 ファイバグレーティングを形成するファ� ��バとして、このようなファイバを採用する� ��とにより、光強度によって反射中心波長が� ��化するような特性(屈折率が変化するという 特性)を有するファイバグレーティングを得� �ことができる。

 前記ファイバレーザ光源において、前記� ��ーザ共振器の共振器長で決定される自励発� ��周期と、前記励起用レーザ光源の発光周期� ��が一致していることが好ましい。

 この構成によれば、レーザ共振器から出� ��されるレーザの直流成分を低減することが� ��きる。

 前記ファイバレーザ光源において、前記� ��起用レーザ光源に近い広帯域ファイバグレ� ��ティングの反射帯域のリップルが15%以上で� ��ることが好ましい。

 この構成によれば、ファイバグレーティ� ��グの屈折率変化が微小の場合であっても、� ��ファイバグレーティングの反射帯域の重な� ��部分に変化を生じさせることができるので� ��パルス発振をさせ易くなる。また、複数存� ��するリップルとの関係で反射帯域の重なり� ��分の変化を生じさせることができるので、� ��ファイバグレーティングの反射帯域の初期� ��定が行い易くなる。

 前記ファイバレーザ光源において、前記� ��ーザ共振器内に挿入された共振器延長ファ� ��バを備えることが好ましい。

 この構成によれば、パルス発振の周期を� ��くすることができるとともに、パルスのピ� ��ク出力を大きくすることができる。

 前記ファイバレーザ光源において、前記� ��起用レーザ光源に近い広帯域ファイバグレ� ��ティングを構成するファイバの、グレーテ� ��ングの反射波長におけるモードフィールド� ��が9μm以上15μm以下であることが好ましい。

 この構成によれば、ファイバグレーティ� ��グを構成するファイバ内の光パワー密度を� ��減することにより、ファイバの劣化を抑制� ��ることができる。特に、レーザ共振器間の� ��ァイバとしてモードフィールド径8μm以上13� �m以下のファイバを用いた場合には、このフ� ��イバとの間の融着接続損失を考慮しても、� ��分なモードフィールド径を確保することが� ��能となる。

 前記ファイバレーザ光源において、前記� ��起用レーザ光源に近い広帯域ファイバグレ� ��ティングは、サンプルドファイバグレーテ� ��ング構造を有することが好ましい。

 この構成によれば、複数のファイバグレ� ��ティングからなるサンプルドファイバグレ� ��ティング構造が採用されているため、複数� ��所で反射が起こるようになり、ファイバグ� ��ーティング1つ当たりの光パワー密度を低減 できる。

 前記ファイバレーザ光源において、前記� ��起用レーザ光源は、温度が上昇するに従い� ��その発振中心波長が長波長側にシフトする� ��ともに、出力が低下し、前記レーザ活性物� ��を含むファイバの長さは、前記レーザ活性� ��質を含むファイバの吸収ピーク波長の光を9 5%以上吸収するファイバ長の1.5以上2倍以下で あることが好ましい。

 この構成によれば、レーザ活性物質を含� ��ファイバが吸収ピーク波長の光を95%以上吸� ��するファイバ長の1.5倍以上2倍以下の長さと されていることにより、レーザ活性物質を含 むファイバが所定の吸収率以上で励起光を吸 収するための条件となる励起光の波長の範囲 を広げることができる。したがって、前記構 成によれば、環境温度の変化に応じて励起用 レーザ光源から出射する励起光の波長が変化 した場合であっても、ファイバによる励起光 の吸収率の低下を抑制することができる。

 前記ファイバレーザ光源において、環境� ��度25℃における前記励起用レーザ光源の発� �波長が970nm以上980nm以下であることが好まし� ��。

 この構成によれば、レーザの出力を向上� ��ることができる。特に、レーザ活性物質を� ��むファイバの吸収ピーク波長の光を95%以上� ��収するファイバ長の1.5倍の長さとされたフ� ��イバを利用とした場合、温度変化による出� ��変動を有効に抑えることができる。

 前記ファイバレーザ光源において、前記� ��起用レーザ光源を冷却するためのヒートシ� ��ク及び冷却ファンをさらに備えていること� ��好ましい。

 この構成によれば、ヒートシンクと冷却� ��ァンによる強制空冷のみで、室温(例えば、 20℃又は25℃)~40℃又は50℃程度の環境で使用� �きるファイバレーザ光源を実現することが� �きる。