用于RBG显示的宽带红光发生器制造技术

一种宽线红光发生器配置有单模(SM)脉冲型镱(“Yb”)光纤激光泵浦源，所述泵浦源输出选自1030‑1120nm波长范围的泵浦波长下的基模(“FM”)泵浦光。所公开的发生器还包括接合到Yb光纤激光器泵浦源的输出端的SM光纤拉曼转换器。拉曼转换器引起泵浦光的“n”阶频率斯托克斯移位，以输出1220和1300nm波长范围内的拉曼移位波长下的泵浦光，该泵浦光具有至少10nm的宽光谱线。所公开的光发生器还具有单通二次谐波发生器(“SHG”)，所述单通二次谐波发生器具有光谱接受线宽足以覆盖泵浦光的宽光谱线的三硼酸锂(“LBO”)非线性光学晶体。SHG产生具有至少4nm的宽光谱线的SM脉冲型宽线红光。

Wide band red light generator for RBG display

A red line width generator equipped with single-mode (SM) pulsed ytterbium (Yb) fiber laser pumping source base mode pump wavelength by the pumping source output from 1030 1120nm wavelength range of the pump (\FM\). The disclosed generator also includes a SM fiber Raman converter that is coupled to an output of the Yb fiber laser pump source. The Raman converter causes the pump's \n\ order frequency Stokes shift to output pump light at the Raman shift wavelength in the 1220 and 1300nm wavelength range, which has a broad spectral line of at least 10nm. The light generator disclosed also has a single pass two harmonic generator (\SHG\), the single pass two harmonic generator has received wide spectrum spectral line width to cover pump three lithium borate (LBO) nonlinear optical crystal. SHG produces a SM pulse type wide line red light with a broad spectral line of at least 4nm.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于RBG显示的宽带红光发生器
本公开涉及基于波长转换方案的宽带红光发生器，所述宽带红光发生器包括光纤拉曼转换器以及诸如三硼酸锂非线性光学晶体(LBO)等二次谐波发生器的组合，该组合操作以产生宽光谱线宽至少约为5nm的红光(其能够减少激光照射数字显示器上的斑点噪声)。
技术介绍
词汇表如本公开中所使用地，下面列出的术语具有以下各个含义：宽光谱线或宽带是指在期望拉曼移位波长下延伸超过5-25nm波长范围的红光和至少10nm的红外辐射的谱线。连续波(“CW”)激光器是指连续发射辐射而不是以短脉冲(如在脉冲型激光器中)发射辐射的激光器。占空比是指以规律间隔出现的脉冲的脉冲持续时间和脉冲重复频率(PRF)的乘积。二极管激光器是指设计为使用受激发射来产生相干光输出的发光二极管。增益是指通过放大器从一点向另一点发送的信号的强度、功率或脉冲能量的增加。增益介质是指能够产生光学增益的材料。绿光是指在大约495-570nm的波长范围内的电磁辐射。红外辐射(“IR”)是指由约700nm和10,000nm之间的真空波长表征的电磁辐射。激光器是通过辐射的受激发射实现的光放大的简称。激光器是包含增益介质的腔。红光通常是频率范围大约对应于在约610到650nm的真空波长范围内的电磁辐射。横模描述光能在光纤上的分布。多模光纤是指纤芯的尺寸能够支持多个横模的传播的光纤。非线性光学晶体是指三硼酸锂非线性光学晶体(LBO)。光学放大器是指使用由泵浦辐射驱动的增益介质来放大输入光学信号的功率的装置。光学谐振腔(“腔”)是指由两个或更多个反射表面限定的光路，其中光可以沿着所述光路往复或循环。偏振保持(PM)光纤是指配置为忠实地保持并传输发射到其中的光的偏振状态的单模光纤。偏振光是指其中各横向光波彼此平行对准的光。脉冲持续时间或脉冲宽度是指脉冲前沿和后沿上的半功率点之间的时间间隔。脉冲周期(T)是指具有两个或更多个脉冲的脉冲列中的连续脉冲的等效点之间的时间。脉冲重复频率(PRF)是指每单位时间脉冲的重复率。PRF与脉冲周期成反比。准CW是指以足够高的重复率生成一连串脉冲，以看起来连续。拉曼散射是指与在通过光纤时散射的光的波长的增加(或频率的减小)相关联的非线性拉曼效应。单模光纤是指纤芯尺寸能够支持单个横模的传播的光纤。拉曼光谱的斯托克斯阶(斯托克)是指在单色光的光谱中除了标准线以外由于拉曼散射而出现的不同辐射带或拉曼线。二次谐波产生(SHG)是指以下频率转换技术：波长λ的输入光在传播通过非线性光学材料(例如，非线性晶体)时产生半波长λ/2(或输入光的光学频率的两倍)的输出光。晶体的光谱接受是指观察到频率转换的光谱带。斯托克斯移位是指特定荧光物质的激发最大值和发射最大值之间的波长差。可见辐射或光-对人眼可见的电磁光谱的部分，如在620nm到650nm的波长范围内的红光。斑点是指具有大量小点或一片颜色的标记。斑点噪声是指斑点的可观察到的随机强度图案。现有技术讨论610-650nm波长范围通常也称为红光(尽管严格来说，在620nm波长附近的光不是真正的红色而是红橙色，在650nm波长处才显示深红色)，具有相当大份额的工业应用。例如，红光被认为是蔬菜生长的理想选择。目前，红光源在显示器工业中具有最广泛的应用，例如，红-绿-蓝(RGB)数字显示器，其中本公开尤其关注与红-绿-蓝(RGB)数字显示器。二极管激光器是针对RGB数字显示器的最广泛使用的激光光源，这是由于二极管激光器的相当明亮的范围且良好定义的可用颜色、它们的深度和饱和度。然而，红光二极管的发光效率较低。单个红光二极管激光器的输出功率几乎不超过1W，这对于满足许多工业激光应用的需求而言来说太低了。用于RGB显示器的激光光源的出现与二极管泵浦固态激光器和改进型非线性光学频率转换技术相关联，如下文所简述地，所述改进型非线性光学频率转换技术植根于非线性光学中。非线性光学当光穿过透明介质(如玻璃)时，透明介质以改变通过其中的光的方式与分子相互作用。当光强较强时，观察到附加的效果。这些效果之一是一个波长(或等效地，频率)的光由于与某些类型的透明材料的相互作用而可以被转换为不同波长的光。这被称为非线性频率转换。非线性光学频变换在任何频率转换过程中，存在贡献于其效率或原始/基础频率下的多少光被转换为新的频率的两个主要因素。首先是所使用的透明介质的固有效率。可以用许多不同类型的材料实现频率转换，但是有些材料仅比其他材料更有效。其他材料的一个良好示例是本文公开的三硼酸锂(“LBO”)非线性光学晶体。光学频率转换的具体示例是二次谐波生成(SHG)，其中SHG是构成所公开主题的一部分。返回二极管泵浦固体激光器，应当注意，它们的使用引起了有效率并可靠的中低等功率(红光和蓝光的情况下最多几瓦，绿光的情况下最多几十瓦)可见激光源，其中二极管激光器寿命超过10,000小时。这些光源基于各行钕(Nd)离子的SHG，因此，对于基于1000nm附近的最强Nd激光跃迁的SHG进行绿光生成是有效率的。然而，相同的光源对于基于1300nm跃迁的SHG进行红光产生的效率要低得多。在其他行业之后，显示器行业最近已转向光纤激光器，光纤激光器可以是大功率的、不受温度影响的、比二极管激光器更加明亮和有效率。然而，光纤激光器使用镱(Yb)、铒(Er)和铥(Tm)掺杂剂分别在接近1、1.5和2μm的中心波长附近仅提供有限波长调谐，这显然使得光纤激光器不适于直接产生包括红光的可见光。然而，光纤激光器已经使得通过利用非线性光学及其效应的新光源能够用于产生可见波长。功率、波束质量、偏振和线宽属性使光纤激光器成为用于经由非线性光学晶体实现频率转换的理想光源。对于到绿光的大功率转换，使用LBO非线性晶体的Yb光纤激光器的SHG已产生平均功率为几百瓦甚至千瓦的绿光衍射极限输出。后者已被公开于由本申请的同一受让人共同拥有的共同未决美国专利申请61923793中，该申请通过引用完全合并于此。然而，SHG本身不足以产生红光。原则上，光纤中的拉曼波长移位技术可以在任何波长下产生光放大。意料之中地，拉曼波长移位是基于US2011/0268140中公开的拉曼非线性效应的，该专利是通过引用整体并入本文并由同一受让人与本公开共同拥有。下面是对这种现象的简要说明。拉曼效应当强激光耦合到光纤中时，由于受激拉曼散射该激光产生较长的第二波长。该拉曼散射光本身可以经历拉曼散射。如果光纤足够长，则该过程级联，以产生若干波长或斯托克斯阶。多阶拉曼散射(SRS)生成被用作级联波长拉曼转换器(从较短波长转换为较长波长)，以实现显著的波长移位，在所述多阶拉曼散射生成中，初始波长的第i阶斯托克斯用作产生第(i+1)阶斯托克斯光的泵浦光。因此，拉曼转换器可以产生可能无法从其他类型的激光源获得的输出波长。例如，采用标准偏振保持、单模商用光纤来获取图1中的数据。由耦合到所述光纤中的1060nm泵浦波束产生的前三个(3)斯托克斯波近似为：1.1114nm2.1170nm3.1232nm过去，为了使用非线性晶体来将拉曼斯托克斯阶次的波有效率地转换成可见波长，期望拉曼斯托克斯波具有较窄的谱线。然而，如图1所示，拉曼光谱的峰值在第一斯托克斯(Stokes)处大约为10nm宽，而在随后的斯托克斯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽线红光发生器(用于RGB显示器)，包括：单模(SM)脉冲型镱(“Yb”)光纤激光泵浦源，配置为发射选自1030‑1120nm波长范围的泵浦波长下的基模(“FM”)泵浦光；SM光纤拉曼转换器，被接合到Yb光纤激光泵浦源的输出端并具有导引脉冲型泵浦光的纤芯以及包围所述纤芯的包层，其中所述拉曼转换器引起所述脉冲型泵浦光的“n”阶频率斯托克斯移位，以输出在1220和1300之间变化的期望拉曼移位波长下的泵浦光，且所述泵浦光的宽光谱线至少为10nm，其中“n”是整数；以及单通二次谐波发生器(“SHG”)，包括三硼酸锂(“LBO”)非线性光学晶体，所述三硼酸锂(“LBO”)非线性光学晶体接收在拉曼移位波长下的泵浦光，并具有足以覆盖所述泵浦光的宽光谱线的光谱接受线宽，其中所述SHG产生期望拉曼移位波长的一半下的SM脉冲型宽线红光，所述SM脉冲型宽线红光具有至少为5nm的宽光谱线。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.16 US 62/050,825;2015.02.06 US 62/112,9381.一种宽线红光发生器(用于RGB显示器)，包括：单模(SM)脉冲型镱(“Yb”)光纤激光泵浦源，配置为发射选自1030-1120nm波长范围的泵浦波长下的基模(“FM”)泵浦光；SM光纤拉曼转换器，被接合到Yb光纤激光泵浦源的输出端并具有导引脉冲型泵浦光的纤芯以及包围所述纤芯的包层，其中所述拉曼转换器引起所述脉冲型泵浦光的“n”阶频率斯托克斯移位，以输出在1220和1300之间变化的期望拉曼移位波长下的泵浦光，且所述泵浦光的宽光谱线至少为10nm，其中“n”是整数；以及单通二次谐波发生器(“SHG”)，包括三硼酸锂(“LBO”)非线性光学晶体，所述三硼酸锂(“LBO”)非线性光学晶体接收在拉曼移位波长下的泵浦光，并具有足以覆盖所述泵浦光的宽光谱线的光谱接受线宽，其中所述SHG产生期望拉曼移位波长的一半下的SM脉冲型宽线红光，所述SM脉冲型宽线红光具有至少为5nm的宽光谱线。2.根据权利要求1所述的宽线红光发生器，其中，所述SMYb激光泵浦源和SM光纤拉曼转换器均配置有PM光纤，所述PM光纤在石英包层中具有石英纤芯。3.根据权利要求2所述的宽线红光发生器，其中，所述SM拉曼转换器配置有足以引起三阶或四阶频率斯托克斯以将所述泵浦光的泵浦波长转换为期望拉曼移位波长的长度。4.根据权利要求1所述的宽线红光发生器，其中所述SM光纤拉曼转换器包括在石英包层中的磷酸盐玻璃纤芯。5.根据权利要求4所述的宽线红光发生器，其中，所述SM拉曼转换器配置有足以引起一阶频率斯托克斯以将所述泵浦光的泵浦波长转换为期望拉曼移位波长的长度。6.根据权利要求1所述的宽线红光发生器，其中所述Yb光纤激光源配置有主振荡器功率放大器(MOPFA)方案，包括具有发射泵浦波长下的泵浦波束的偏振保持(PM)光纤尾纤以及PM光纤升压器的法布里-珀罗二极管激光器或分布式布拉格反射器(DBR)或分布式反馈激光器(DFB)或波长稳定型激光二极管，其中所述光纤升压器配置为输出几千瓦(kW)的峰值功率的脉冲型泵浦光。7.根据权利要求6所述的宽线红光发生器，其中所述光纤升压器包括：PM掺Yb有源光纤，具有MM纤芯，所述MM纤芯配置有双瓶颈形横截面且尺寸被设计成支持在泵浦波长下的SFM，PMSM输入无源光纤，具有导引泵浦光的SM的纤芯，对应无源光纤的纤芯以及掺Yb纤芯具有彼此对接接合的相应端部以提供将SM耦合到掺Yb光纤的MM纤芯的芯端，PMSM输入无源光纤的纤芯以及掺Yb光纤的芯端被配置为使得相应SM和FM的模场直径(“MFD”)实质上彼此匹配，其中在所述掺Yb光纤的MM纤芯中激发FM。8.根据权利要求6所述的宽线红光发生器，还包括以连续波(CW)制式操作的拉曼光种子源，以发射被耦合到SM拉曼转换器中的期望拉曼移位波长下的光。9.根据权利要求8所述的宽线红光发生器，还包括波分复用(WDM)，所述WDM在所述光纤升压器的上游或下游复用所述泵浦光以及期望拉曼移位波长下的光。10.根据权利要求2所述的宽线红光发生器，其中所述拉曼转换器以50-80％范围内的转换效率操作，且所述发生器的总光电转换效率在6-10％范围内变化。11.根据权利要求1所述的宽线红光发生器，其中具有至少5nm的宽光谱线的期望拉曼移位波长足以在照射RGB显示器时实质上减少斑点噪声。12.一种宽线红光发生器(用于RGB显示器)，包括：单模(SM)脉冲型镱(“Yb”)光纤激光泵浦源，发射约1030nm和约1120nm之间的泵浦波长下的基模(“SFM”)泵浦光；SM光纤拉曼激光器，被接合到Yb光纤激光泵浦源的输出端并具有导引脉冲型泵浦光的纤芯以及包围所述纤芯的包层，其中所述拉曼激光器引起所述脉冲型泵浦光的“n”阶频率斯托克斯移位，以输出在1220和1300nm之间变化的期望拉曼移位波长下的脉冲型泵浦光，且所述泵浦光的宽光谱线至少为15nm线宽，其中“n”是...

【专利技术属性】
技术研发人员：曼纽尔·莱昂纳多，伊格尔·山马尔特瑟夫，阿列克谢·阿夫多欣，格雷格里·基顿，
申请(专利权)人：IPG光子公司，
类型：发明
国别省市：美国,US