激光器架构制造技术

本发明专利技术公开了VCSEL系统的架构。通过使用高功率红外VCSEL元件，可使用块状倍频材料使所述红外光倍频并且在连续波(CW)或脉冲模式下于腔体中产生可见光(红光、绿光、蓝光或紫外光)。这些VCSEL的输出分布布拉格反射器(DBR)的反射率可被设计成增加所述腔体中的功率，而不是VCSEL激光器中的功率。通过使得能够在腔体中使用块状倍频材料并且使VCSEL直接倍频，所述装置可价格便宜、更简单、效率高、可靠性更好并且极大地改善制造和对准容限。有多个腔体架构可用于使来自VCSEL的红外光倍频。所述VCSEL可为单独元件，或为具有高强度元件的阵列。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术公开了VCSEL系统的架构。通过使用高功率红外VCSEL元件，可使用块状倍频材料使所述红外光倍频并且在连续波(CW)或脉冲模式下于腔体中产生可见光(红光、绿光、蓝光或紫外光)。这些VCSEL的输出分布布拉格反射器(DBR)的反射率可被设计成增加所述腔体中的功率，而不是VCSEL激光器中的功率。通过使得能够在腔体中使用块状倍频材料并且使VCSEL直接倍频，所述装置可价格便宜、更简单、效率高、可靠性更好并且极大地改善制造和对准容限。有多个腔体架构可用于使来自VCSEL的红外光倍频。所述VCSEL可为单独元件，或为具有高强度元件的阵列。【专利说明】激光器架构 相关专利申请的夺叉引用 本专利申请涉及提交于2012年2月13日、名称为"Laser architectures"（激光 器架构）、系列号为61/598, 175的美国临时专利申请并且要求其优先权，该临时专利申请 以引用方式整体并入本文。
本专利技术整体涉及激光器，更具体地讲，涉及高功率红外激光器技术和组件，包括倍 频器、固态激光器、垂直腔面发射激光器以及用于制备高功率可见光激光器的二极管。
技术介绍
通常，红光、绿光、蓝光和紫外（UV)激光器在照明、医疗、材料加工、焊接和显示器 方面具有许多潜在用途。成本、可靠性、效率、尺寸和功率是选择用于这些不同的市场/技 术领域的激光器时可考虑的激光器参数。显示器是市场之一例，该市场具有多个不同的对 这些参数重视程度稍有不同的细分市场。在消费类显示器市场中，成本、效率和尺寸可为 重要参数，而在专业显示器市场中，可靠性、高功率和成本可为关键参数。廉价、可靠、高效 率的绿色、红色或蓝色源对于所有上述应用很重要。这样的绿色激光源尤其意义重大，因 为尚不存在用于专业显示器应用的适当波长的高功率直接源，诸如垂直腔面发射激光器 (VCSEL)或边缘发射二极管。 -般来讲，全彩显示器使用至少红色、绿色和蓝色光源。当用于电影院中时，这 些颜色必须在一定范围内以符合电影工业设定的标准，更具体地讲，符合数字影院倡导联 盟（Digital Cinema Initiative)设定的标准。电影的大致接受的颜色范围以红色即 616-650nm、绿色即523-545nm以及蓝色即455-468nm给出。然而，消费类显示器市场没有 此类严格波长要求。随着红色和蓝色二极管的日益可用，对进行背光照明和用于消费类投 影仪中的激光器的兴趣不断增加。直接激光源为高性价比、可靠和有效的光源。然而，当前 不存在具有显示器所需波长的绿色高功率直接激光源。因此，绿色是一项重要的激光技术， 并且本领域需要一种高功率、有效的绿色直接光源。此外，红色激光器当前有非常严苛的冷 却要求并且其寿命相对有限。
技术实现思路
本文公开了基于VCSEL的激光器系统的新型架构，以及使VCSEL系统产生的光倍 频而生成红色、绿色或蓝色光的相关方法。在采用高功率红外VCSEL元件阵列的有利实施 例中，可使用块状（例如，晶体）倍频材料使红外（红外）光倍频并且在连续波（CW)或脉 冲模式下于外部腔体中生成"可见"光（红光、绿光、蓝光或紫外光）。通过使得能够使用块 状倍频材料并且使VCSEL的频率直接倍频，装置可价格便宜、更简单、效率高、可靠性更好 并且大大改善制造和对准容限。此外，如果使用PPLN(周期性极化铌酸锂）或其他周期性 极化材料作为倍频器，则使用高功率阵列元件便于使用一些短的材料（〇. 2_至4_)。这很 关键，因为材料越长，其对于对准、温度和波长越敏感。根据本文所公开的原理，有多个腔体 架构可用于使来自VCSEL激光器的红外光倍频，并且VCSEL可为单独元件，或为具有高强度 元件的阵列。 在一个实施例中，垂直腔面发射激光器系统的架构可包括至少一个垂直腔面发射 激光器（VCSEL)元件。这种示例性架构还可包括块状晶体倍频材料，所述倍频材料位于与 VCSEL元件相邻的腔体中并且被构造成接收从VCSEL元件发出的光，以及使所接收的光基 本上倍频。架构的这一实施例也可包括输出耦合器，其被构造成输出来自腔体的倍频光并 且输出所述可见光以用于显示器照明。 在另一个实施例中，垂直腔面发射激光器系统的架构可包括至少一个被构造成发 出红外光的垂直腔面发射激光器（VCSEL)元件，和限定在所述至少一个VCSEL元件和对红 外光具有高反射性的反射镜之间的腔体。这种示例性架构还可包括块状晶体倍频材料，所 述倍频材料位于腔体中，被构造成接收从VCSEL元件发出的红外光，并且使所接收红外光 的频率基本上倍频以输出可见光。 在再一个实施例中，垂直腔面发射激光器系统的架构可包括：至少一个被构造成 发出红外光的垂直腔面发射激光器（VCSEL)元件，和块状晶体倍频材料，所述倍频材料位 于与VCSEL元件相邻的腔体中，被构造成接收来自VCSEL元件的红外光，并且使所接收红外 光的频率基本上倍频以输出可见光。这种示例性架构还可包括与所述至少一个VCSEL元件 相对的倍频材料一端上的涂层，所述涂层对红外光具有高反射性。此外，此类架构还可包括 校准器或二向色镜，其取向为接近布鲁斯特角并且用作输出耦合器，该输出耦合器被构造 成接收来自倍频材料的倍频光并且输出所述倍频光以供使用。 【专利附图】【附图说明】 实施例通过举例的方式在附图中示出，其中类似的附图标号表示类似的部件，并 且其中： 图1为示意图，示出了常规的基于VCSEL的装置的一个实施例； 图2为示意图，示出了根据本专利技术的VCSEL阵列系统的架构的一个实施例； 图3为不意图，不出了根据本专利技术的各种VCSEL阵列布局； 图4为示意图，示出了根据本专利技术的使单个VCSEL元件倍频的一个实施例； 图5为示意图，示出了根据本专利技术的基于VCSEL的光源的架构的一个实施例，其中 功率可在透过倍频材料两次（每个方向一次）之后从腔体中提取； 图6为示意图，示出了根据本专利技术的基于VCSEL的光源架构的另一个实施例，其可 包括至少一个微透镜阵列； 图7为示意图，示出了根据本专利技术的基于VCSEL的光源的架构的一个实施例，其采 用4F系统内腔；以及 图8为示意图，示出了根据本专利技术的基于VCSEL的光源的架构的一个实施例，其采 用输出f禹合器来折叠4F系统。 【具体实施方式】 一般来讲，根据本专利技术的基于VCSEL的光源的一个实施例可采用VCSEL系统架构 的形式，VCSEL系统可使用高功率外VCSEL元件。可使用块状晶体倍频材料使红外光倍频 并且在连续波或脉冲模式下于外部腔体中生成"可见"光（红光、绿光、蓝光或紫外光）。这 些VCSEL的输出分布布拉格反射器（DBR)的反射率可被设计为增加外部腔体中的功率而 非VCSEL激光器中的功率。通过使得能够使用较短的块状或周期性极化倍频材料并且使 VCSEL的功率直接倍频，装置可价格便宜、更简单、具有更高效率、更好可靠性并且大大改善 制造和对准容限。根据本文所公开的原理，有多个腔体架构可用于使来自VCSEL的红外光 倍频，并且VCSEL可为单独元件，或为具有高强度元件的阵列。此类阵列可被设计成为每个 元件获得高功率，并且可被设计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直腔面发射激光器系统的架构，所述架构包括：至少一个垂直腔面发射激光器(VCSEL)元件；倍频材料，所述倍频材料位于与所述VCSEL元件相邻的腔体中并且被构造成接收从所述VCSEL元件发出的光，并且使所接收光的频率基本上倍频；以及输出耦合器，所述输出耦合器被构造成输出来自所述腔体的倍频光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·范利文，B·徐，Y·熊，JF·瑟兰，C·戈什，
申请(专利权)人：瑞尔D股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US