用于显示器应用的绿色激光器制造技术

本发明专利技术提供了用于生产具有减少的散斑的高功率激光器的方法和设备。提供包含掺铽激射材料的纤维和固态激光器。描述用于增加信号反射带宽、减小空间模式的耦合性和相干性并且均衡掺铽激光器的增益以供用于激光显示器系统中的实施方案。描述了用于生成在感兴趣范围内的单独波长以供用于3D激光显示器系统中的光谱选择器。

A green laser for display applications

The present invention provides a method and apparatus for producing high-power lasers with reduced speckle. Fiber and solid state lasers containing TB doped lasing materials are provided. It describes the implementation scheme for increasing the signal reflection bandwidth, reducing the coupling and coherence of the spatial pattern, and balancing the gain of the terbium laser to be used in the laser display system. A separate wavelength used to generate spectral selectors for 3D laser display systems is described.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于显示器应用的绿色激光器相关申请的交叉引用本申请要求2015年9月15日提交的美国临时申请第62/218,830号的优先权，该申请以引用方式全文并入本文。
技术介绍
基于激光的显示器系统(诸如数字激光影院(DLC)投影仪)通常需要在可见光谱的红色带、绿色带和蓝色带中操作的高功率激光器。在许多情况下，期望在此类基于激光的显示器系统中使用的激光器具有在10W至100W的范围内的输出功率，而且也无散斑，散斑是激光显示器的屏幕上使图像质量下降的粒状图案。散斑典型地是相干光源因被照射表面的粗糙度而移相的分量的干涉造成的。当前，在红色带和蓝色带两者中的高功率激光器可供用作半导体二极管激光器。此类激光器是低成本且高效率的，具有差空间相干性和足够光谱宽度来固有地减轻散斑。尽管过去十年在红色带和蓝色带中实现了功率和可靠性的提高，但是因材料和制造工艺中的物理机制而无法实现在绿色带中的类似质量二极管激光器。虽然DLC投影仪市场足够的强大以促使二极管激光器成本降至商品水平，但是它在解决在绿色二极管激光器中的物理机制的问题上未进行大量的研究和开发工作。出于这个原因，当前在使用替代方法来在绿色带中产生光。一种在当前采用的方法是使用高功率激光器来直接发射在红外带中的光并使用倍频技术来产生绿色带。然而，倍频要求激光源具有窄光谱。因此，必须要采用与激光器部件分开的机构来消除散斑。例如，在此类倍频方法中，可使用相位调制器来通过在倍频(每个边带自己加倍)之前或倍频之后的红外带中生成离散光谱边带进行光谱扩展。此类替代机构需要昂贵部件并增加了系统复杂性。例如，用于此类机构的所需的相位调制器和电RF驱动器可能是昂贵的，并且使激光显示器增加了非希望复杂性。此外，此类替代机构创建附加且不太理想的故障模式，其中整个系统性能因转换过程中任何单个组件的损失而受到损害。具体地讲，这种系统中的任何所得散斑都将会严重地降低投射的图像的质量，从而极大地分散了观看者注意力。相比之下，当所要的彩色光是由二极管激光器直接发射时，单个二极管激光器故障仅导致该颜色带中的功率被减少一小部分。虽然此类型的故障导致非严格正确的颜色渲染，但是它仍然是可观看的，而不使观看者注意力太分散。另外，此后一类型的故障可立即通过增加其它二极管激光器的功率来补偿。例如，可使用比必需的更多的二极管激光器并且使它们在最大功率之下运行，以便在单个或多个二极管激光器故障的情况下允功率增加净空。因此，需要的是缓解用于产生光以供用于激光显示器系统中的现有激光技术上的问题的新的激射方法。专利技术概要下文呈现对本专利技术的一些非限制性实施方案的简化概要，以便提供本专利技术的基本理解。该概要非本专利技术的广延综述。该概要不意图标识本专利技术的关键性的/决定性的要素或划出本专利技术的范围。它唯一目的是以简化的形式呈现本专利技术的一些实施方案，作为在稍后呈现的一些详细描述的前序。如本文所述的方法和设备缓解了用于产生所要的波长带的光以供用于激光显示器系统中的现有激光技术上的问题。在一些非限制性实例中，描述了一种以较高的效率和减少的散斑在所要的波长带中直接发射的新型二极管泵浦的激光器。在一个非限制性实例中，激光介质是由掺铽材料限定。描述了在对应于绿光的波长带中以减少的散斑在较高的功率下进行操作的一些非限制性实施方案。在一个非限制性实施方案中，提供了一种激光器，所述激光器包含掺铽激射材料。所述激光器进一步包括：第一反射器，所述第一反射器定位在激光腔的第一端部处；输出耦合器，所述输出耦合器定位在所述激光腔的第二端部处；以及泵浦器，所述泵浦器被配置成泵浦所述激光腔，使得所述掺铽激射材料发射光。在一些实例中，所述第一反射器包括对所述发射光的至少一些波长的高反射率。例如，在一些实例中，所述第一反射器包括对所述光的至少一些波长的至少90%的反射率。在一些实例中，所述第一反射器包括对所述光的至少一些波长的至少98%的反射率。在一些实例中，所述第一反射器包括宽信号反射带宽。例如，在一些实例中，所述第一反射器包括大于0.5nm的信号反射带宽。在一些实例中，所述第一反射器包括大于5nm的信号反射带宽。在一些实例中，所述第一反射器包括大于5nm且小于15nm的信号反射带宽。在一些实例中，所述信号反射带宽包括545nm带。在一些实例中，所述发射光包括大于5nm且小于15nm的带宽。在一些非限制性实施方案中，所述激光器是纤维激光器。在一些实例中，所述纤维激光器是双包层纤维激光器。在一些实例中，所述激光器是包括多根间隔开的掺铽纤维芯体的多芯纤维激光器。在一些实例中，所述多根掺铽纤维芯体间隔开，使得所述芯体中的一者的小于-20dB的功率与相邻芯体重叠。在一些实例中，所述掺铽激射材料包括多芯纤维芯体。在一些实例中，所述输出耦合器包括纤维布拉格光栅，所述纤维布拉格光栅被配置成使得所述多模纤维芯体的不同模式在不同波长下激射。在一些实例中，至少所述多模纤维芯体的第一模式被配置成在第一波长下激射，所述多模纤维芯体的第二模式被配置成在不同于所述第一波长的第二波长下激射，并且所述多模纤维芯体的第三模式被配置成在不同于所述第一波长和所述第二波长的第三波长下激射。在一些实例中，所述第一反射器某个信号反射带宽，所述信号反射带宽包括所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长。在一些实例中，所述第一反射器包括空间上变化的光谱反射。在一些非限制性实施方案中，所述激光器是固态激光器。在一些实例中，所述激射材料包括玻璃、陶瓷和晶体材料中的一者。在一些实例中，所述激光器是多模固态激光器。在一些实例中，所述输出耦合器被配置成使得所述多模激光器的不同模式在不同波长下激射。在一些实例中，至少所述多模固态激光器的第一模式被配置成在第一波长下激射，所述多模固态激光器的第二模式被配置成在不同于所述第一波长的第二波长下激射，并且所述多模固态激光器的第三模式被配置成在不同于所述第一波长和所述第二波长的第三波长下激射。在一些实例中，所述第一反射器某个信号反射带宽，所述信号反射带宽包括所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长。在一些实例中，所述输出耦合器包括空间上变化的光谱反射。在一些实例中，所述输出耦合器的所述光谱反射从所述输出耦合器的中心点朝所述输出耦合器的外边缘增加。在一些实例中，所述光谱反射被数字地图案化以从所述中心点朝所述外边缘增加，其中所述光谱反射包括方位角平均的光谱反射。在一些实例中，所述激光器进一步包括空间上变化的透射滤波器。在一些实例中，所述透射滤波器包括在所述输出耦合器上的图案。在一些实例中，所述透射滤波器包括附接在所述滤波器的中心处并延伸到所述滤波器的外边缘的多个辐条的阵列。在一些实例中，所述多个辐条中的每一者的大小从所述滤波器的所述中心向所述滤波器的所述外边缘增加。在一些实例中，所述激光器进一步包括至少一个成像元件，所述至少一个成像元件被配置成在所述激光腔中变换光束，以便减少所述多模激光器的不同模式之间的耦合。在一些实例中，所述至少一个成像元件被配置成在所述激光腔中对光束进行傅里叶变换。在一些实例中，至少一个成像元件包括透镜、曲面镜和衍射光学元件中的至少一者。在另一非限制性实施方案中，提供了一种激光器，所述激光器包括激光腔和光谱整形元件。所述激光腔包含掺铽激射材料，所述掺铽激射材料包括光谱相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光器，所述激光器包括：激光腔，所述激光腔包含掺铽激射材料；第一反射器，所述第一反射器定位在所述激光腔的第一端部处；输出耦合器，所述输出耦合器定位在所述激光腔的第二端部处；以及泵浦器，所述泵浦器被配置成泵浦所述激光腔，使得所述掺铽激射材料发射光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.15 US 62/2188301.一种激光器，所述激光器包括：激光腔，所述激光腔包含掺铽激射材料；第一反射器，所述第一反射器定位在所述激光腔的第一端部处；输出耦合器，所述输出耦合器定位在所述激光腔的第二端部处；以及泵浦器，所述泵浦器被配置成泵浦所述激光腔，使得所述掺铽激射材料发射光。2.如权利要求1所述的激光器，其中所述激光器是纤维激光器。3.如权利要求2所述的激光器，其中所述第一反射器包括对所述发射光的至少一些波长的至少90%的反射率。4.如权利要求3所述的激光器，其中所述第一反射器包括对所述发射光的至少一些波长的至少98%的反射率。5.如权利要求2所述的激光器，其中所述第一反射器包括大于0.5nm的信号反射带宽。6.如权利要求5所述的激光器，其中所述第一反射器包括大于5nm的信号反射带宽。7.如权利要求6所述的激光器，其中所述第一反射器包括大于5nm且小于15nm的信号反射带宽。8.如权利要求7所述的激光器，其中所述信号反射带宽包括545nm带。9.如权利要求7所述的激光器，其中所述发射光包括大于5nm且小于15nm的带宽。10.如权利要求1所述的激光器，其中所述激光器是包括多根间隔开的掺铽纤维芯体的多芯纤维激光器。11.如权利要求10所述的激光器，其中所述多根掺铽纤维芯体间隔开，使得所述芯体中的一者的小于-20dB的功率与相邻芯体重叠。12.如权利要求1所述的激光器，其中所述掺铽激射材料包括多模纤维芯体。13.如权利要求12所述的激光器，其中所述输出耦合器包括纤维布拉格光栅，所述纤维布拉格光栅被配置成使得所述多模纤维芯体的不同模式在不同波长下激射。14.如权利要求12所述的激光器，其中至少所述多模纤维芯体的第一模式被配置成在第一波长下激射，所述多模纤维芯体的第二模式被配置成在不同于所述第一波长的第二波长下激射，并且所述多模纤维芯体的第三模式被配置成在不同于所述第一波长和所述第二波长的第三波长下激射。15.如权利要求14所述的激光器，其中所述第一反射器某个信号反射带宽，所述信号反射带宽包括所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长。16.如权利要求12所述的激光器，其中所述第一反射器包括空间上变化的光谱反射。17.如权利要求1所述的激光器，其中所述激光器是固态激光器。18.如权利要求17所述的激光器，其中所述激射材料包括玻璃、陶瓷和晶体材料中的一者。19.如权利要求17所述的激光器，其中所述第一反射器包括对所述发射光的至少一些波长的至少90%的反射率。20.如权利要求19所述的激光器，其中所述第一反射器包括对所述发射光的至少一些波长的至少98%的反射率。21.如权利要求17所述的激光器，其中所述第一反射器包括大于0.5nm的信号反射带宽。22.如权利要求21所述的激光器，其中所述第一反射器包括大于5nm的信号反射带宽。23.如权利要求22所述的激光器，其中所述第一反射器包括大于5nm且小于15nm的信号反射带宽。24.如权利要求23所述的激光器，其中所述信号反射带宽包括545nm带。25.如权利要求23所述的激光器，其中所述发射光包括大于5nm且小于15nm的带宽。26.如权利要求17所述的激光器，其中所述激光器是多模固态激光器。27.如权利要求26所述的激光器，其中所述输出耦合器被配置成使得所述多模激光器的不同模式在不同波长下激射。28.如权利要求26所述的激光器，其中至少所述多模固态激光器的第一模式被配置成在第一波长下激射，所述多模固态激光器的第二模式被配置成在不同于所述第一波长的第二波长下激射，并且所述多模固态激光器的第三模式被配置成在不同于所述第一波长和所述第二波长的第三波长下激射。29.如权利要求28所述的激光器，其中所述第一反射器某个信号反射带宽，所述信号反射带宽包括所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长。30.如权利要求26所述的激光器，其中所述输出耦合器包括空间上变化的光谱反射。31.如权利要求30所述的激光器，其中所述输出耦合器的所述光谱反射从所述输出耦合器的中心点朝所述输出耦合器的外边缘增加。32.如权利要求31所述的激光器，其中所述光谱反射被数字地图案化以从所述中心点朝所述外边缘增加，其中所述光谱反射包括方位角平均的光谱反射。33.如权利要求26所述的激光器，所述激光器进一步包括空间上变...

【专利技术属性】
技术研发人员：JR曼恰恩特，
申请(专利权)人：罗切斯特大学，
类型：发明
国别省市：美国,US