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技術 波長変換素子及びその製造方法、レーザ光源装置、照明装置、モニタ装置並びに画像表示装置

出願人 セイコーエプソン株式会社
発明者 上島俊司
出願日 2007年2月1日 (13年5ヶ月経過) 出願番号 2007-022665
公開日 2008年8月21日 (11年10ヶ月経過) 公開番号 2008-191203
状態 未査定
技術分野 光偏向、復調、非線型光学、光学的論理素子
主要キーワード 側面端面 ダイシングマーク 入射レーザ光線 非反転領域 相対的角度 分極パターン 液体電極 マーク作成
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (12)

課題

均一な周期構造分極反転結晶を容易に作成可能とし、高い波長変換効率波長変換素子を量産するための波長変換素子及びその製造方法、レーザ光源装置照明装置モニタ装置並びに画像表示装置を提供する。

解決手段

波長変換素子の製造方法は、分極反転構造による波長変換素子の製造方法であって、光学結晶基板に分極反転構造16を形成する第1の工程と、光学結晶基板32の分極反転構造16をエッチングにより露出させ確認する第2の工程と、を含み、第1の工程は、分極反転構造16のうち少なくとも一部はダイシングマーク34として同時に形成され、第2の工程は、ダイシングマーク34を露出させることを含む。

概要

背景

従来、波長変換の技術として、入射光半波長の光を発生させる第2高調波発生(Second Harmonic Generation:SHG)の技術がよく知られている。このSHGの技術を半導体レーザの技術と組み合わせることにより、遠赤外域で発振する入手容易な半導体レーザを用いて可視領域内波長レーザ光を実現することができる。

上記組み合わせた技術の一例として、下記の特許文献1がある。これによれば、周期的ドメイン反転構造光導波路中の部分に電界を加えることができるので、この電界によりこの部分ではポッケルス効果が生じることになる。

また、高い効率での波長変換を可能とするために、従来、擬似位相整合(Quasi Phase Matching:QPM)を用いる波長変換デバイスが開発されている。QPM波長変換デバイスには、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)の分極反転結晶(Periodically Poled Lithium Niobate:PPLN)を用いることができる。QPM波長変換デバイスを製造するための技術としては、例えば、下記方法が知られている。

図11は、従来の波長変換素子の製造方法を示す図である。まず、図11(A)では、光学結晶であるニオブ酸リチウム(LN)基板100に導電箔102を形成する。次に、図11(B)では、導電箔102をパターニングダイシングマーク104を形成する。次に、図11(C)では、LN基板100とダイシングマーク104とにレジスト層106を形成する。次に、図11(D)では、レジスト層106をパターニングし、分極パターンを形成する。次に、図11(E)では、LN基板100に周期的な分極反転構造を形成する。分極反転構造は、エッチング処理を施し可視化して確認する。

特開平5−127208号公報

概要

均一な周期構造の分極反転結晶を容易に作成可能とし、高い波長変換効率の波長変換素子を量産するための波長変換素子及びその製造方法、レーザ光源装置照明装置モニタ装置並びに画像表示装置を提供する。波長変換素子の製造方法は、分極反転構造による波長変換素子の製造方法であって、光学結晶基板に分極反転構造16を形成する第1の工程と、光学結晶基板32の分極反転構造16をエッチングにより露出させ確認する第2の工程と、を含み、第1の工程は、分極反転構造16のうち少なくとも一部はダイシングマーク34として同時に形成され、第2の工程は、ダイシングマーク34を露出させることを含む。

目的

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、均一な周期構造の分極反転結晶を容易に作成可能とし、高い波長変換効率の波長変換素子を量産するための波長変換素子及びその製造方法、レーザ光源装置、照明装置、モニタ装置並びに画像表示装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

分極反転構造による波長変換素子の製造方法であって、光学結晶基板に分極反転構造を形成する第1の工程と、前記光学結晶基板の前記分極反転構造をエッチングにより露出させ確認する第2の工程と、を含み、前記第1の工程は、前記分極反転構造のうち少なくとも一部はダイシングマークとして同時に形成され、前記第2の工程は、前記ダイシングマークを露出させることを含むことを特徴とする波長変換素子の製造方法。

請求項2

請求項1に記載の波長変換素子の製造方法において、前記分極反転構造の、前記光学結晶基板の前記ダイシングマークが形成される面側の、端部領域は、前記光学結晶基板の前記ダイシングマークが形成される面とは反対の面側の端部領域より狭いことを特徴とする波長変換素子の製造方法。

請求項3

請求項1に記載の波長変換素子の製造方法において、前記ダイシングマークが形成される前記光学結晶基板の結晶面は、+Z面であることを特徴とする波長変換素子の製造方法。

請求項4

請求項1から3のいずれか一項に記載の製造方法で製造されたことを特徴とする波長変換素子。

請求項5

請求項4に記載の波長変換素子を備えるレーザ光源装置

請求項6

請求項5に記載のレーザ光源装置を備える照明装置

請求項7

請求項5に記載のレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置により照射された被写体を撮像する撮像手段と、を備えるモニタ装置

請求項8

請求項5に記載のレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調手段と、前記光変調手段により形成された画像を投写する投写手段と、を備える画像表示装置

技術分野

0001

本発明は、波長変換素子及びその製造方法、レーザ光源装置照明装置モニタ装置並びに画像表示装置に関するものである。

背景技術

0002

従来、波長変換の技術として、入射光半波長の光を発生させる第2高調波発生(Second Harmonic Generation:SHG)の技術がよく知られている。このSHGの技術を半導体レーザの技術と組み合わせることにより、遠赤外域で発振する入手容易な半導体レーザを用いて可視領域内波長レーザ光を実現することができる。

0003

上記組み合わせた技術の一例として、下記の特許文献1がある。これによれば、周期的ドメイン反転構造光導波路中の部分に電界を加えることができるので、この電界によりこの部分ではポッケルス効果が生じることになる。

0004

また、高い効率での波長変換を可能とするために、従来、擬似位相整合(Quasi Phase Matching:QPM)を用いる波長変換デバイスが開発されている。QPM波長変換デバイスには、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)の分極反転結晶(Periodically Poled Lithium Niobate:PPLN)を用いることができる。QPM波長変換デバイスを製造するための技術としては、例えば、下記方法が知られている。

0005

図11は、従来の波長変換素子の製造方法を示す図である。まず、図11(A)では、光学結晶であるニオブ酸リチウム(LN)基板100に導電箔102を形成する。次に、図11(B)では、導電箔102をパターニングダイシングマーク104を形成する。次に、図11(C)では、LN基板100とダイシングマーク104とにレジスト層106を形成する。次に、図11(D)では、レジスト層106をパターニングし、分極パターンを形成する。次に、図11(E)では、LN基板100に周期的な分極反転構造を形成する。分極反転構造は、エッチング処理を施し可視化して確認する。

0006

特開平5−127208号公報

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、従来の構成では、電圧印加による効率向上を図る構成であり、コストの増大が見込まれる。

0008

また、分極反転構造は、絶縁体微細パターン結晶基板上に形成し、基板へ高電圧印加することで作成できる。従来の技術では、絶縁体のパターンの形成には、フォトマスクを介したフォトレジスト露光等、フォトリソグラフィ技術が用いられている。高い波長変換効率を実現するには、分極反転結晶の周期構造は均一であり、入射レーザ光線分極反転周期構造が垂直である事が望ましく、また、波長変換素子の入射面、または出射面と分極反転構造が所定の角度で形成されている事が必要である。しかし、ダイシングアライメントマーク分極反転パターンを別々のフォトリソグラフィ技術により形成する場合、断面形状が細密になるに従い、相対的角度誤差に起因する、分極反転パターンを斜光として入射する成分により、所定の設計分極反転ピッチと異なる光路となることで、波長変換効率が著しく低下する事が問題となっている。

0009

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、均一な周期構造の分極反転結晶を容易に作成可能とし、高い波長変換効率の波長変換素子を量産するための波長変換素子及びその製造方法、レーザ光源装置、照明装置、モニタ装置並びに画像表示装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

(1)本発明に係る波長変換素子の製造方法は、分極反転構造による波長変換素子の製造方法であって、光学結晶基板に分極反転構造を形成する第1の工程と、前記光学結晶基板の前記分極反転構造をエッチングにより露出させ確認する第2の工程と、を含み、前記第1の工程は、前記分極反転構造のうち少なくとも一部はダイシングマークとして同時に形成され、前記第2の工程は、前記ダイシングマークを露出させることを含む。

0011

本発明によれば、分極反転構造を作りこむことで、同時にダイシングマークが作りこまれるので、工程を減らすことが可能となると同時に、アライメントマーク作成時のアライメントずれによるマーク作成時に起因するダイシングずれを抑制でき、ダイシングマークと分極反転構造を高精度に合わせる本来の設計形状の作りこみと、製造誤差の軽減による精度向上を図り、均一な周期構造の分極反転結晶を容易に作成可能とし、高精度の反転パターンとの波長変換素子端面を高精度で形成でき高波長変換効率の波長変換素子を量産するための波長変換素子の製造方法を提供する。

0012

(2)この波長変換素子の製造方法において、前記分極反転構造の、前記光学結晶基板の前記ダイシングマークが形成される面側の、端部領域は、前記光学結晶基板の前記ダイシングマークが形成される面とは反対の面側の端部領域より狭くてもよい。

0013

(3)この波長変換素子の製造方法において、前記ダイシングマークが形成される前記光学結晶基板の結晶面は、+Z面であってもよい。

0014

(4)本発明に係る波長変換素子は、上記(1)から(3)のいずれか一項に記載の製造方法で製造された。

0015

本発明によれば、分極反転構造を作りこむことで、同時にダイシングマークが作りこまれるので、工程を減らすことが可能となると同時に、ダイシングずれを抑制でき、ダイシングマークと分極反転構造を高精度に合わせる本来の設計形状の作りこみと、製造誤差の軽減による精度向上を図り、均一な周期構造の分極反転結晶を容易に作成可能とし、高い波長変換効率の波長変換素子を量産するための波長変換素子の製造方法で製造された波長変換素子を提供する。

0016

(5)本発明に係るレーザ光源装置は、上記(4)に記載の波長変換素子を備える。

0017

本発明によれば、分極反転構造を作りこむことで、同時にダイシングマークが作りこまれるので、工程を減らすことが可能となると同時に、ダイシングずれを抑制でき、ダイシングマークと分極反転構造を高精度に合わせる本来の設計形状の作りこみと、製造誤差の軽減による精度向上を図り、均一な周期構造の分極反転結晶を容易に作成可能とし、高い波長変換効率の波長変換素子を量産するための波長変換素子の製造方法で製造された波長変換素子を備えるレーザ光源装置を提供する。

0018

(6)本発明に係る照明装置は、上記(5)に記載のレーザ光源装置を備える。

0019

本発明によれば、分極反転構造を作りこむことで、同時にダイシングマークが作りこまれるので、工程を減らすことが可能となると同時に、アライメントマーク作成時のアライメントずれによるマーク作成時に起因するダイシングずれを抑制でき、ダイシングマークと分極反転構造を高精度に合わせる本来の設計形状の作りこみと、製造誤差の軽減による精度向上を図り、均一な周期構造の分極反転結晶を容易に作成可能とし、高い波長変換効率の波長変換素子を量産するための波長変換素子の製造方法で製造された波長変換素子を備えるレーザ光源装置を備える照明装置を提供する。

0020

(7)本発明に係るモニタ装置は、上記(5)に記載のレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置により照射された被写体を撮像する撮像手段と、を備える。

0021

本発明によれば、分極反転構造を作りこむことで、同時にダイシングマークが作りこまれるので、工程を減らすことが可能となると同時に、ダイシングずれを抑制でき、ダイシングマークと分極反転構造を高精度に合わせる本来の設計形状の作りこみと、製造誤差の軽減による精度向上を図り、周期構造の分極反転結晶を容易に作成可能とし、高い波長変換効率の波長変換素子を量産するための波長変換素子の製造方法で製造された波長変換素子を備えるレーザ光源装置を備えるモニタ装置を提供する。

0022

(8)本発明に係る画像表示装置は、上記(5)に記載のレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調手段と、前記光変調手段により形成された画像を投写する投写手段と、を備える。

0023

本発明によれば、分極反転構造を作りこむことで、同時にダイシングマークが作りこまれるので、工程を減らすことが可能となると同時に、ダイシングずれを抑制でき、ダイシングマークと分極反転構造を高精度に合わせる本来の設計形状の作りこみと、製造誤差の軽減による精度向上を図り、均一な周期構造の分極反転結晶を容易に作成可能とし、高い波長変換効率の波長変換素子を量産するための波長変換素子の製造方法で製造された波長変換素子を備えるレーザ光源装置を備える画像表示装置を提供する。

発明を実施するための最良の形態

0024

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

0025

(第1の実施の形態)
本実施の形態は、波長変換素子の製造方法の理解を容易にするために、先に、波長変換素子が組み込まれた照明装置を説明する。

0026

(A.装置全体の構成)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る照明装置の概略構成図である。本実施の形態に係る照明装置2は、図1に示すように、レーザ光源装置4と、レーザ光源装置4から発したレーザ光を拡散する拡散素子6とを備える。レーザ光源装置4は、半導体レーザアレイ10を内蔵するレーザセル10Cと、本発明の「波長変換素子」に相当する光波長変換素子12を内蔵するジャケット12Eと、外部光共振器として機能する反射ミラー14とを備える。ジャケット12Eには、サーミスタと共に温度制御用ペルチェ素子が備えられており、光波長変換素子12の温度を高精度に制御可能な構成となっている。なお、ペルチェ素子に換えて他の発熱手段とすることもできる。

0027

(B.要部の構成)
図2は、本発明の第1の実施の形態に係るレーザ光源装置の要部を示す図である。本実施の形態に係るレーザ光源装置4は、図2に示すように又、前述したように、半導体レーザアレイ10、光波長変換素子12及び反射ミラー14を備える。半導体レーザアレイ10は、光の共振する方向が基板面に対して垂直であり、レーザ光が基板面10aに対して垂直に出射するVCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)と呼ばれるもので、複数の発光層活性層)10bが1列に並ぶ1次元アレイ構造を有する。発光層10bの数は、図示の例では5つとなっているが、5つに限る必要はなく複数のうちの他の数としてもよい。なお、図2に示すように、このアレイ構造の配列方向、すなわち発光層10bの並び方向をx軸方向、発光層10bからのレーザ光LB1の出射方向をy軸方向、その双方に垂直な方向をz軸方向とする座標軸(x軸、y軸、z軸)が定められており、この座標軸は、必要に応じて以下の説明に用いる。

0028

本実施の形態では、隣り合う発光層10bの間の距離は、第1の間隔S1という一定の距離となっている。なお、発光層10bは、必ずしも一定の間隔で規則的に配列されている必要はなく、ところによって間隔が異なる構成としてもよい。

0029

光波長変換素子12は、第2高調波発生(SHG)の現象、すなわち、2個の光子が2倍の振動数をもつ1個の光子に変換される2次の非線形光学現象を引き起こす素子であり、強誘電体材料に分極反転構造が形成されたものである。

0030

ここで、光波長変換素子12の側面端面12aから12dはダイシング工程によって切り出された端面であり、分極非反転領域P0及び分極反転領域P1(図3参照)と所定の角度の相対関係で形成されている。

0031

例えば、半導体レーザアレイ10と反射ミラー14の距離はレーザ発光効率を確保する所定の距離である必要があり、更に正対している必要があり、その間に光波長変換素子12をできる限り長い光路中に配置することで、高効率を確保できる特性があることから、以下の形態である事が望ましい。

0032

半導体レーザアレイ10から発せられた光線に対しレーザ光LB1と、光波長変換素子12の下部端面12bとは垂直である事が望ましい。また、反射ミラー14と光波長変換素子12の上部端面12dとは垂直である事が望ましい。これらの条件を満たすと半導体レーザアレイ10と反射ミラー14の間隔内のレーザ光LB1中に配置する光波長変換素子12の長さを最大限に確保する事が可能となり、第2高調波LB2への変換効率を格段に向上させることができる。更に、光波長変換素子12の下部端面12bまたは12cが分極非反転領域P0及び分極反転領域P1との相対関係が高精度に形成されており、各構成部材との位置だしが端面合わせででき、組立て時間の短縮に大きく寄与する。

0033

図3は、本発明の第1の実施の形態に係る光波長変換素子に形成される分極反転構造を模式的に示す図である。本実施の形態に係る分極反転構造は、図3に示すように、強誘電体光学結晶の持つ自発分極の方向が反転された分極反転領域P1と、その反転がなされていない分極非反転領域P0とが交互に形成された分極反転列PLを複数備えた構成である。この分極反転列PLの列方向、すなわち分極反転領域P1と分極非反転領域P0とが交互に並ぶ方向は、前述したy軸方向、すなわち半導体レーザアレイ10のレーザ光LB1の出射方向と一致している。なお、分極反転領域P1は、深さ方向(図中、z軸方向)に貫通している。

0034

上記分極反転構造は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムを用いた素子において電界印加法により形成されている。なお、分極反転構造の形成方法は、この方法に限る必要もなく、イオン交換による分極反転法、電子ビームによるマイクロドメイン反転法等の他の方法によるものであってもよい。材料についても、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムに限る必要はなく、それぞれの方法における適正な材料を用いる構成とすればよい。

0035

図3に示すように、分極反転領域P1のそれぞれは、横(x軸方向)に拡がった形状をしており、その横幅は必ずしも一定の大きさではない。更に、一つの分極反転列PLにおける各分極反転領域P1のx軸方向の位置も、必ずしも一致しておらず、ずれがある。ただし、一つの分極反転列PLにおける各分極反転領域P1は、列を形成するように、1ラインL上に少なくとも位置している。こうした構成の分極反転列PLが、x軸方向、すなわち、半導体レーザアレイ10のアレイ構造の配列方向に向かって複数配設されている。

0036

そうして、半導体レーザアレイ10の各発光層10bから出射した各レーザ光LB1の光路が、複数の分極反転列PLのそれぞれに想定される上記ラインLのうちの1つを必ず通るように半導体レーザアレイ10の各発光層10bと光波長変換素子12との相対的な位置関係が定められている。すなわち、各レーザ光LB1の光路が、複数の分極反転列PLのうちの1つを必ず通るように、各発光層10bと光波長変換素子12との相対的な位置関係が定められている。なお、本実施の形態では、分極反転列PLの数と半導体レーザアレイ10の発光層10bの数とは同じであり、1つの発光層10bに対して1つの分極反転列PLが対応する構成となっている。

0037

また、本実施の形態では、隣り合う分極反転列PLの間の距離は、第2の間隔S2という一定の距離となっている。ここで、第2の間隔S2は、半導体レーザアレイ10の発光層10bの間の距離である第1の間隔S1と等しい。第2の間隔S2は、具体的には、100〜200[μm]である。参考までに、分極反転列PLを構成する分極反転領域P1の横幅は数百[μm]である。なお、分極反転列PLは、必ずしも一定の間隔で規則的に形成されている必要はなく、ところによって間隔が異なる構成としてもよい。この場合には、各間隔は、対応する半導体レーザアレイ10の発光層10bの間の間隔と同じ大きさである必要がある。

0038

反射ミラー14は、光波長変換素子12側の面14aに特殊コーティングが施されたものである。この特殊コーティングは、半導体レーザアレイ10から発した励起光に対しては高反射、光波長変換素子12から発した第2高調波に対しては高透過となるようなものである。一方、半導体レーザアレイ10の出射側の基板面10aには、前記励起光に対しては高透過、前記第2高調波に対しては高反射となる特殊コーティングが施されている。かかる構成により、半導体レーザアレイ10の基板面10aと反射ミラー14の面14aとの間で光共振器が構成される。半導体レーザアレイ10から出射したレーザ光は、この光共振器内に閉じこめられる形になって、光波長変換素子12を何回も透過する。光波長変換素子12は、前述したようにペルチェ素子により高精度に温度制御されていることから、ノイズの少ない第2高調波を得ることができ、その第2高調波LB2は、反射ミラー14を透過し、波長の変換されたレーザ光としてレーザ光源装置4を出射する。

0039

本実施の形態に係るレーザ光源装置及び照明装置は上述のように構成されており、以下光波長変換素子の製造方法について説明する。

0040

図4は、本発明の第1の実施の形態に係る波長変換素子の製造方法により製造されたSHG素子を示す図である。本実施の形態に係るSHG素子12は、例えばPPLNである。SHG素子12は、周期的に並列された分極反転構造16を備える。分極反転構造16は、コヒーレント長lcごとに非線形光学定数dの符号を反転させて構成されている。SHG素子12は、SHG素子12へ入射するレーザ光LB1を、2分の1の波長のレーザ光LB2に変換して出射させる。

0041

図5及び図6は、本発明の第1の実施の形態に係る波長変換素子の製造方法を示す図である。

0042

本実施の形態に係るSHG素子12の製造方法は、分極反転構造による波長変換素子の製造方法である。まず、第1の工程として、光学結晶基板に分極反転構造を形成する。具体的には、図5(A)に示すように、光学結晶基板としてのニオブ酸リチウム(LN)基板18にレジスト層20を形成する。レジスト層20は、導体間の絶縁を目的とする絶縁層であって、絶縁体により構成される。レジスト層20は、例えば、絶縁体である有機フォトレジスト等の樹脂を10μm程度成膜することで形成できる。樹脂の成膜は、スピンコートにより行うことができる。

0043

なお、光学結晶としては、LiNbO3(LN)が好ましく用いられるが、この他にMgO−doped LiNbO3(MgO:LN)、LiTaO3(LT)、KTiOPoO4(KTP)、RbTiOAsO4、RbTiOPO4なども用いることができる。図5(A)は、光学結晶に絶縁層を形成する絶縁層形成工程である。図5(B)では、分極反転構造のパターンが形成されたマスク(図示せず)を介してレジスト層20を露光する。分極反転構造のパターンにおいて、分極反転構造のパターンのうち少なくとも一部は、ダイシングマークのパターンとして形成されている。そして、レジスト層20のうち露光された部分を取り除くことにより、図5(B)に示すように、レジスト層20がパターニングされる。

0044

これにより、図5(B)に示すように、パターニングされたレジスト層20を得る。図5(B)は、レジスト層20をパターニングするパターニング工程である。

0045

図5(C)は、図5(B)に示す構成を挟んで配置された第1電極22と第2電極24との間に電圧を印加する電圧印加工程である。第1電極22は、LN基板18に対してレジスト層20が形成された側に配置されている。第2電極24は、LN基板18に対してレジスト層20が形成された側とは反対側に配置されている。第1電極22、第2電極24は、LN基板18の外縁に沿って配置されたOリング26によって、LN基板18に固定されている。第1電極22、LN基板18、レジスト層20、Oリング26によって囲まれた空間内には、液体電極28が充填される。同様に、第2電極24、LN基板18、Oリング26によって囲まれた空間内にも、液体電極28が充填される。液体電極28としては、導電性液体、例えばLiCl水溶液を用いることができる。

0046

電源30は、第1電極22及び第2電極24の間に電圧を印加する。電圧の印加は、高電圧パルスを印加することにより行う。電圧の印加により、レジスト層20が取り除かれた位置から分極反転領域が徐々に成長していく。分極反転領域とは、LN基板18の自発分極から分極状態が反転した領域である。そして、LN基板18の自発分極のままの非反転領域と分極反転領域とが略同じ幅となったとき、電圧の印加を停止させる。このようにして、図6(A)に示すように、周期的な分極反転構造16を持つ光学結晶基板としてのPPLN基板32を得る。分極反転構造16のうち少なくとも一部はダイシングマーク34として同時に形成される。

0047

次に、第2の工程として、PPLN基板32の分極反転構造16をエッチングにより露出させ確認する。PPLN基板32の分極反転構造16をエッチングにより露出させ確認することは、ダイシングマーク34を露出させることを含む。具体的には、図6(B)は、図6(A)に示すように、周期的な分極反転構造16を持つPPLN基板32の分極反転構造を観察する工程である。分極反転構造を観察する方法として、分極反転処理を行った結晶に対してエッチングを施す方法がある。エッチングにより分極反転構造が観察できるのは、+Z面と−Z面(反転させるべき分極方向をZ軸方向とするとき、該Z軸方向に対して垂直な2面)におけるエッチングレートが分極反転部と非反転部とで異なり、結果として、図6(B)に示すように、周期的な分極反転構造が可視化されて観察できるようになる。これは、エッチングレートが分極反転部と非反転部とで異なる結果、周期的な分極反転構造がそのエッチング面において凹凸状に浮き出し、これにより分極反転構造が可視化されて観察できるようになる。分極反転構造16が可視化されて観察できるようになることは、ダイシングマーク34が可視化されることを含む。

0048

このエッチングの具体的方法としては、例えば、60度程度のHF+HNO3混合液(HF:HNO3=1:2)に5〜10分程度、浸漬する等の方法を採用することができる。この場合、結晶張り合わせ面には、エッチングに対する保護層を設けることが望ましい。この保護層としては、例えばエッチング液に対して耐性のあるワックス層被覆する方法、または、エッチングを行いたい面のみ、エッチング液に接する方法などが挙げられる。

0049

図7は、本発明の第1の実施の形態に係る分極反転構造を示す図である。電圧の印加により、LN基板18の分極反転領域は、レジスト層20の溝部36の位置から、LN基板18の厚み方向、及び厚み方向に垂直な横方向へ拡がる。よって、PPLN基板32の分極反転領域の幅d3は、レジスト層20の溝部36の幅d1より大きくなる。PPLN基板32の非反転領域の幅d4は、レジスト層20の凸部38の幅d2より小さくなる。

0050

レジスト層20の溝部36の幅d1を適宜決定することにより、PPLN基板32に形成される分極反転領域の幅d3を調整することができる。PPLN基板32の分極反転領域の幅d3と非反転領域の幅d4とを略同じとするには、レジスト層20の溝部36の幅d1を凸部38の幅d4以下とする必要がある。好ましくは、レジスト層20の溝部36及び凸部38を合わせた幅(d1+d2)に対して、溝部36の幅d1が20〜50%を占めることが望ましい。これにより、PPLN基板32の分極反転領域の幅d3、及び非反転領域の幅d4を略同じとする調整が可能となる。

0051

図8は、本発明の第1の実施の形態に係るダイシングマークを示す図である。本実施の形態に係るダイシングマーク34は、図8(A)及び(B)に示すように、PPLN基板32の+Z面に設けることができる。ダイシングマーク34は、−Z面に設けられていてもよい。ダイシングマーク34は、分極反転構造16に対向する位置とオーバーラップしない位置に設けられていてもよい。ダイシングマーク34は、LN基板18のダイシングに用いられる。ダイシングマーク34は、アライメントマークであってもよい。ダイシングマーク34の形状は、特に限定されず、円形であっても、多角形であっても、これらを組み合わせた形状であってもよい。例えば、ダイシングマーク40は、図8(C)に示すように、光学結晶基板としてのPPLN基板42の−Z面に、複数の円形の集まりで形成されている。

0052

本実施の形態によれば、分極反転構造16を作りこむことで、同時にダイシングマーク34,40が作りこまれるので、工程を減らすことが可能となる。更に、ダイシングずれを抑制でき、ダイシングマーク34,40と分極反転構造16とを高精度に合わせる本来の設計形状の作りこみと、製造誤差の軽減による精度向上を図り、均一な周期構造の分極反転結晶を容易に作成可能とし、高い波長変換効率の波長変換素子を量産するための波長変換素子の製造方法が提供できる。

0053

(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態について次に説明する。

0054

図9は、本発明の第2の実施の形態に係るモニタ装置の概略構成図である。本実施の形態に係るモニタ装置50は、装置本体52と、光伝送部54とを備える。装置本体52は、前述した第1の実施の形態のレーザ光源装置4を備える。レーザ光源装置4は、第1の実施の形態で説明したように、半導体レーザアレイ10、光波長変換素子12及び反射ミラー14を備える。

0055

光伝送部54は、光を送る側と受ける側の2本のライトガイド56,58を備える。各ライトガイド56,58は、多数本の光ファイバ束ねたもので、レーザ光を遠方に送ることができる。光を送る側のライトガイド58の入射側にはレーザ光源装置4が配設され、その出射側には拡散板60が配設されている。レーザ光源装置4から出射したレーザ光は、ライトガイド56を伝って光伝送部54の先端に設けられた拡散板60に送られ、拡散板60により拡散されて被写体を照射する。

0056

光伝送部54の先端には、結像レンズ62も設けられており、被写体からの反射光を結像レンズ62で受けることができる。その受けた反射光は、受け側のライトガイド58を伝って、装置本体52内に設けられた撮像手段としてのカメラ64に送られる。この結果、レーザ光源装置4により出射したレーザ光により被写体を照射したことで得られる反射光に基づく画像をカメラ64で撮像することができる。

0057

以上のように構成されたモニタ装置50によれば、高出力のレーザ光源装置4により被写体を照射することができることから、カメラ64により得られる撮像画像の明るさを高めることができる。

0058

(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態について次に説明する。

0059

図10は、本発明の第3の実施の形態に係るプロジェクタの概略構成図である。図中においては、簡略化のため画像表示装置としてのプロジェクタ70を構成する筐体は省略している。本実施の形態に係るプロジェクタ70は、赤色光を射出する赤色レーザ光源装置72Rと、緑色光を射出する緑色レーザ光源装置72Gと、青色光を射出する青色レーザ光源装置72Bとを備える。

0060

赤色レーザ光源装置72Rは、赤色のレーザ光LBrを発する一般的な半導体レーザアレイである。緑色レーザ光源装置72Gは、前述した第1の実施の形態のレーザ光源装置4と同一の構成で、半導体レーザアレイ10、光波長変換素子12及び反射ミラー14を備える。この光波長変換素子12では、緑色の波長のレーザ光LBgを出射するように波長変換がなされている。青色レーザ光源装置72Bは、前述した第1の実施の形態のレーザ光源装置4と同一の構成で、半導体レーザアレイ10、光波長変換素子12及び反射ミラー14を備える。この光波長変換素子12では、青色の波長のレーザ光LBbを出射するように波長変換がなされている。

0061

また、プロジェクタ70は、液晶ライトバルブ(光変調手段)76R,76G,76Bと、クロスダイクロイックプリズム色光合成手段)78と、投写レンズ(投写手段)80とを備えている。液晶ライトバルブ(光変調手段)76R,76G,76Bは、各色のレーザ光源装置72R,72G,72Bから射出された各色のレーザ光LBr,LBg,LBbをパソコン等から送られてきた画像信号に応じてそれぞれ変調する。クロスダイクロイックプリズム(色光合成手段)78は、液晶ライトバルブ76R,76G,76Bから射出された光を合成して投写レンズ80に導く。投写レンズ(投写手段)80は、液晶ライトバルブ76R,76G,76Bによって形成された像を拡大してスクリーン82に投写する。

0062

更に、プロジェクタ70は、各レーザ光源装置72R,72G,72Bから射出されたレーザ光の照度分布を均一化させるため、各レーザ光源装置72R,72G,72Bよりも光路下流側に、均一化光学系74R,74G,74Bを設けている。これらによって照度分布が均一化された光によって、液晶ライトバルブ76R,76G,76Bを照明している。例えば、均一化光学系74R,74G、74Bは、ホログラムフィールドレンズによって構成される。

0063

各液晶ライトバルブ76R,76G,76Bによって変調された3つの色光は、クロスダイクロイックプリズム78に入射する。このプリズムは4つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投写レンズ80によりスクリーン82上に投写され、拡大された画像が表示される。

0064

以上のように構成されたプロジェクタ70によれば、高出力のレーザ光源装置72G,72Bを用いることができることから、高輝度の画像を表示することができる。

0065

なお、本発明は上記した実施の形態や変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。

0066

(1)前記第1の実施の形態では、レーザ光源としての発光層を複数配列した半導体レーザアレイ10を用いていたが、これに換えて、発光層が1つだけの単体のレーザ光源を用いた構成としてもよい。この場合には、光波長変換素子12に形成された複数の分極反転列PLのいずれか1つに対して前記単体のレーザ光源の光路が位置するようにすればよい。

0067

(2)前記実施の形態では、レーザアレイとしてVCSEL型のものを用いていたが、これに換えて、光の共振する方向が基板面に対して平行になる端面発光型のレーザアレイを用いる構成としてもよい。更には、レーザ光源は、半導体レーザに換えて、固体レーザ液体レーザガスレーザ自由電子レーザ等、他の種類のレーザとすることもできる。

0068

(3)前記実施の形態では、光波長変換素子12は、分極反転領域P1が深さ方向に貫通しているSHG素子であったが、これに換えて、基板上に光導波路を設けた光導波路型のSHG素子であってもよい。この場合、強誘電体の基板に形成された分極反転列の上部の光導波路部分にレーザ光の光路が位置するように、レーザ光源の配設位置が定められた構成となる。

0069

(4)前記第3の実施の形態のプロジェクタ70は、いわゆる3板式液晶プロジェクタであったが、これに換えて、色毎に時分割でレーザ光源装置を点灯することにより1つのライトバルブのみでカラー表示を可能とした構成等の単板式の液晶プロジェクタとしてもよい。

図面の簡単な説明

0070

本発明の第1の実施の形態に係る照明装置の概略構成図である。
本発明の第1の実施の形態に係るレーザ光源装置の要部を示す図である。
本発明の第1の実施の形態に係る光波長変換素子に形成される分極反転構造を模式的に示す図である。
本発明の第1の実施の形態に係る波長変換素子の製造方法により製造されたSHG素子を示す図である。
本発明の第1の実施の形態に係る波長変換素子の製造方法を示す図である。
本発明の第1の実施の形態に係る波長変換素子の製造方法を示す図である。
本発明の第1の実施の形態に係る分極反転構造を示す図である。
本発明の第1の実施の形態に係るダイシングマークを示す図である。
本発明の第2の実施の形態に係るモニタ装置の概略構成図である。
本発明の第3の実施の形態に係るプロジェクタの概略構成図である。
従来の波長変換素子の製造方法を示す図である。

符号の説明

0071

2…照明装置4…レーザ光源装置6…拡散素子10…半導体レーザアレイ10a…基板面 10b…発光層10C…レーザセル12…光波長変換素子(SHG素子) 12E…ジャケット14…反射ミラー14a…面 16…分極反転構造18…LN基板20…レジスト層22…第1電極24…第2電極 26…Oリング28…液体電極30…電源32…PPLN基板 34…ダイシングマーク36…溝部 38…凸部 40…ダイシングマーク 42…PPLN基板 50…モニタ装置52…装置本体 54…光伝送部 56…ライトガイド58…ライトガイド 60…拡散板62…結像レンズ64…カメラ70…プロジェクタ(画像表示装置) 72R…赤色レーザ光源装置72G…緑色レーザ光源装置72B…青色レーザ光源装置74R,74G,74B…均一化光学系 76R,76G,76B…液晶ライトバルブ78…クロスダイクロイックプリズム80…投写レンズ82…スクリーンPL…分極反転列P0…分極非反転領域P1…分極反転領域LB1…レーザ光LB2…第2高調波S1…第1の間隔 S2…第2の間隔。

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