含镓和氮激光源的智能可见光制造技术

一种被配置用于可见光通信的智能光源。所述光源包括控制器，所述控制器包括调制解调器，该调制解调器被配置为接收数据信号并基于该数据信号生成驱动电流和调制信号。此外，所述光源包括光发射器，所述光发射器被配置为泵浦光装置，以接收驱动电流，用于产生具有紫外或蓝色波长范围内的第一峰值波长的定向电磁辐射，使用调制信号调制所述定向电磁辐射，以携带数据信号。此外，所述光源包括：路径，被配置为引导定向电磁辐射；以及波长转换器，光学耦合到所述路径，以接收定向电磁辐射并输出白色光谱。此外，所述光源包括光束整形器，所述光束整形器被配置为引导白色光谱，以照明感兴趣目标并传输数据信号。

Intelligent visible light of laser source containing gallium and nitrogen

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含镓和氮激光源的智能可见光交叉引用相关应用本申请要求2017年9月28日提交的美国专利申请号15/719,455的权益，该申请的全部公开内容实际上通过引用结合于此。
技术介绍
19世纪末，托马斯爱迪生专利技术了灯泡。2014年10月7日，诺贝尔物理学奖授予了IsamuAkasaki、HiroshiAmano和ShujiNakamura，因为他们“专利技术了高效的蓝色发光二极管，使明亮节能的白色光源成为可能”，或者不太正式地说，因为他们专利技术了LED灯。然而，LED并不是唯一的固态光源，对于某些照明应用来说也不是优选的光源。LED在许多应用中都有局限性。
技术实现思路
在一个示例中，本专利技术提供了一种被配置用于可见光通信的光源设备。该设备具有控制器，包括调制解调器和驱动器。所述调制解调器被配置为接收数据信号。在一个示例中，所述控制器被配置为生成一个或多个控制信号，以操作所述驱动器，从而基于数据信号生成驱动电流和调制信号。该设备具有光发射器和光腔，所述光发射器被配置为包括含镓和氮的材料的泵浦光装置(pump-lightdevice)。在一个示例中，所述光腔包括光波导区域和一个或多个刻面区域(facetregion)。所述光腔配置有电极，以基于一个或多个控制信号中的至少一个向含镓和氮材料提供驱动电流。所述驱动电流向在光波导区域中传播的电磁辐射提供光学增益。在一个示例中，所述电磁辐射通过所述一个或多个刻面区域中的至少一个输出，作为定向电磁辐射，所述定向电磁辐射的由紫外或蓝色波长范围中的第一峰值波长表征。使用由驱动器提供的调制信号来调制所述定向电磁辐射，以携带数据信号。该设备具有：路径，其被配置为引导、过滤或分离定向电磁辐射；以及波长转换器，其光耦合到所述路径，以接收来自泵浦光装置的定向电磁辐射。在一个示例中，所述波长转换器被配置为将具有第一峰值波长的定向电磁辐射的至少一部分转换成比第一峰值波长长的至少第二峰值波长，并输出至少包括第二峰值波长和部分第一峰值波长的白色光谱。在一个示例中，该设备具有光束整形器，其被配置为引导白色光谱，以照射感兴趣目标，并通过具有第一峰值波长的定向电磁辐射的至少一部分将数据信号传输到感兴趣目标处的接收器。附图说明图1是根据本专利技术的一些实施方式的激光二极管的简化示意图，该激光二极管形成在含镓和氮基板上，其中，腔在以裂解或蚀刻的反射镜结束的方向上对准；图2是根据本专利技术的实施方式的激光装置的剖视图；图3是示出根据本专利技术的实施方式的基于在含镓和氮的基板技术上形成的传统激光二极管的基座上芯片(CoS)的示意图；图4是根据本专利技术的实施方式的加工激光二极管横截面的示例；图5是示出根据本专利技术的实施方式的基于剥离和传送的外延含镓和氮层的CoS的示意图；图6A是根据本专利技术的实施方式的包含蓝色泵浦激光器和波长转换元件的基于激光的白色光源的功能框图；图6B是根据本专利技术的另一实施方式的包含多个蓝色泵浦激光器和波长转换元件的基于激光的白色光源的功能框图；图6C是根据本专利技术的又一实施方式的包含蓝色泵浦激光器、波长转换元件以及红色和绿色激光二极管的基于激光的白色光源的功能框图；图6D是根据本专利技术的又一实施方式的包含蓝色、绿色和红色激光装置并且没有波长转换元件的基于激光的白色光源的功能框图；图7A是根据本专利技术的实施方式的在透射模式下操作并且容纳在TO筒型封装中的基于激光的白色光源的示意图；图7B是根据本专利技术的另一实施方式的在反射模式下操作并容纳在TO筒型封装中的基于激光的白色光源的示意图；图7C是根据本专利技术的另一实施方式的在反射模式下操作并容纳在蝶形封装中的基于激光的白色光源的示意图；图7D是根据本专利技术的另一实施方式的在透射模式下操作并容纳在蝶形封装中的基于激光的白色光源的示意图；图8是示出根据本专利技术的实施方式的具有多个空腔元件的激光装置的前视图的简化图；图9是示出根据本专利技术的实施方式的可单独寻址的激光封装的简化图；图10是示出根据本专利技术的实施方式的配置有光学组合器的多个激光棒的简化图；图11是根据本专利技术的示例的基于自由空间反射镜的激光组合器的示意图；图12A是根据本专利技术的示例的封闭自由空间激光模块的示意图；图12B是根据本专利技术的示例的封闭自由空间多芯片激光器模块的示意图，该模块具有扩展的传输光纤加磷光体转换器；图13A是根据本专利技术的实施方式的在反射模式下操作的基于激光的白色光源的示意图；图13B是根据本专利技术的另一实施方式的在反射模式下操作的基于激光的白色光源的示意图；图14A是根据本专利技术的实施方式的在表面安装封装中在反射模式下操作的基于激光的白色光源的示意图；图14B是根据本专利技术的另一实施方式的在表面安装封装中在反射模式下操作的基于激光的白色光源的示意图；图14C是根据本专利技术的另一实施方式的在表面安装封装中利用侧面泵浦磷光体操作的基于激光的白色光源的示意图；图15A是根据本专利技术的实施方式的基于激光的白色光源的功能框图，该白色光源能够用于可见光通信；图15B是根据本专利技术的另一实施方式的基于激光的白色光源的功能框图，该白色光源能够用于可见光通信；图16A是根据本专利技术一些实施方式的动态光源的功能框图；图16B是根据本专利技术的示例的具有光束导向元件的封闭动态光源的示意图；图17A是根据本专利技术的实施方式的具有反射结构的扫描磷光体显示器的示意图；图17B是根据本专利技术的实施方式的具有透射架构的扫描磷光体显示器的示意图；图17C是根据本专利技术的替代实施方式的具有反射结构的扫描磷光体显示器的示意图；图18是根据本专利技术的一些实施方式的使用基于蓝色激光的白色激光光源作为可见光通信的投影光的示意图；图19A是根据本专利技术的实施方式的复合波长转换元件的示意图，该元件能够实现光斑强度和光谱的动态空间控制；图19B是根据本专利技术的实施方式的复合波长转换元件的横截面示意图；图19C是根据本专利技术的实施方式的复合波长转换元件的横截面示意图；图20A是根据本专利技术一些实施方式的基于激光的智能照明系统的功能框图；图20B是根据本专利技术一些实施方式的动态的基于激光的智能照明系统的功能图；图21A是本专利技术的一些实施方式的使用情况的示意图，其中，基于来自传感器的输入以预定方式改变光强度和颜色的输出空间分布；图21B是本专利技术的一些实施方式的使用情况的示意图，其中，基于来自传感器的输入以预定方式改变光强的输出空间分布；图21C是本专利技术一些实施方式的使用情况的示意图，其中，基于来自传感器的输入以预定方式改变光谱的输出空间分布；图22A是本专利技术的一些实施方式的使用情况的示意图，其中，该设备与未系留无人驾驶飞行器或无人驾驶飞机集成在一起；图22B是本专利技术的一些实施方式的使用情况的示意图，其中，该设备与系留气球、比飞行器轻的系留气球或系留无人驾驶飞行器或无人驾驶飞机集成在一起；图22本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种被配置用于可见光通信的光源，包括：/n控制器，包括调制解调器和驱动器，所述调制解调器被配置为接收数据信号，其中，所述控制器被配置为生成一个或多个控制信号，以操作所述驱动器，从而基于所述数据信号来生成驱动电流和调制信号；/n光发射器，被配置为包括含镓和氮的材料以及光腔的泵浦光装置；所述光腔包括光波导区域和一个或多个刻面区域，其中，所述光腔配置有电极，以基于所述一个或多个控制信号中的至少一个控制信号向所述含镓和氮的材料提供驱动电流，其中，所述驱动电流向在所述光波导区域中传播的电磁辐射提供光学增益，其中，所述电磁辐射通过所述一个或多个刻面区域中的至少一个刻面区域而输出，作为定向电磁辐射，所述定向电磁辐射的由在紫外或蓝色波长范围中的第一峰值波长表征，其中，使用由所述驱动器提供的所述调制信号来调制所述定向电磁辐射，以携带所述数据信号；/n路径，被配置为引导、过滤或分离所述定向电磁辐射；/n波长转换器，光耦合到所述路径以接收来自所述泵浦光装置的所述定向电磁辐射，其中，所述波长转换器被配置为将具有所述第一峰值波长的所述定向电磁辐射的至少一部分转换成比所述第一峰值波长长的至少第二峰值波长，并输出至少包括所述第二峰值波长和部分所述第一峰值波长的白色光谱；以及/n光束整形器，被配置为引导所述白色光谱以照射感兴趣目标，并通过具有所述第一峰值波长的所述定向电磁辐射的至少一部分来将所述数据信号传输到所述感兴趣目标处的接收器。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170928 US 15/719,4551.一种被配置用于可见光通信的光源，包括：
控制器，包括调制解调器和驱动器，所述调制解调器被配置为接收数据信号，其中，所述控制器被配置为生成一个或多个控制信号，以操作所述驱动器，从而基于所述数据信号来生成驱动电流和调制信号；
光发射器，被配置为包括含镓和氮的材料以及光腔的泵浦光装置；所述光腔包括光波导区域和一个或多个刻面区域，其中，所述光腔配置有电极，以基于所述一个或多个控制信号中的至少一个控制信号向所述含镓和氮的材料提供驱动电流，其中，所述驱动电流向在所述光波导区域中传播的电磁辐射提供光学增益，其中，所述电磁辐射通过所述一个或多个刻面区域中的至少一个刻面区域而输出，作为定向电磁辐射，所述定向电磁辐射的由在紫外或蓝色波长范围中的第一峰值波长表征，其中，使用由所述驱动器提供的所述调制信号来调制所述定向电磁辐射，以携带所述数据信号；
路径，被配置为引导、过滤或分离所述定向电磁辐射；
波长转换器，光耦合到所述路径以接收来自所述泵浦光装置的所述定向电磁辐射，其中，所述波长转换器被配置为将具有所述第一峰值波长的所述定向电磁辐射的至少一部分转换成比所述第一峰值波长长的至少第二峰值波长，并输出至少包括所述第二峰值波长和部分所述第一峰值波长的白色光谱；以及
光束整形器，被配置为引导所述白色光谱以照射感兴趣目标，并通过具有所述第一峰值波长的所述定向电磁辐射的至少一部分来将所述数据信号传输到所述感兴趣目标处的接收器。


2.根据权利要求1所述的光源，其中，所述泵浦光装置包括激光二极管装置，或者其中，所述泵浦光装置包括超发光二极管(SLED)装置。


3.根据权利要求1所述的光源，其中，具有所述第一峰值波长的所述定向电磁辐射包括：具有在380nm-420nm范围内的所述第一峰值波长的紫色光谱，和/或具有在420nm-480nm范围内的所述第一峰值波长的蓝色光谱。


4.根据权利要求1所述的光源，其中，所述调制解调器被配置为从有线或无线耦合的数据源接收所述数据信号，并将所述数据信号转换成用于确定所述驱动器的输出的模拟信号；其中，所述驱动器的输出至少包括基于所述数据信号的用于控制从所述泵浦光装置发射的定向电磁辐射的强度的驱动电流以及基于调幅或调频的预定格式的调制信号。


5.根据权利要求1所述的光源，其中，所述定向电磁辐射包括在选自基于所述数据信号的大约50MHz到300MHz、300MHz到1GHz以及1GHz到100GHz的调制频率范围内的多个脉冲调制光信号；其中，所述白色光谱包括基于由来自所述光发射器的所述定向电磁辐射的至少一部分携带的所述数据信号而调制的多个脉冲调制光信号。


6.根据权利要求1所述的光源，其中，所述波长转换器包括磷光体材料，所述磷光体材料被配置为在反射模式下具有接收以一入射角的所述定向电磁辐射的表面，其中，所述白色光谱是由所述磷光体材料转换的所述第二峰值波长的光谱、从所述磷光体材料的表面反射的具有所述第一峰值波长的所述定向电磁辐射的一部分、以及从所述磷光体材料的内部散射的定向电磁辐射的一部分的组合。


7.根据权利要求1所述的光源，其中，所述波长转换器包括磷光体材料，所述磷光体材料被配置为在透射模式下接收通过的所述定向电磁辐射，其中，所述白色光谱是未被所述磷光体材料吸收的所述定向电磁辐射的一部分和由所述磷光体材料转换的所述第二峰值波长的光谱的组合；或者其中，所述波长转换器包括多个波长转换区域，所述波长转换区域分别将蓝色或紫色波长范围转换成主要红色光谱、或主要绿色光谱、和/或峰值波长比所述定向电磁辐射的所述第一峰值波长长的主要蓝色光谱。


8.根据权利要求1所述的光源，其中，所述光束整形器包括用于单独地操纵主要红色光谱、主要绿色光谱和主要蓝色光谱的多个颜色特定的光学元件，以传输至针对不同的接收器携带不同的数据信号流的不同的感兴趣目标。


9.根据权利要求1所述的光源，其中，所述光束整形器包括一个光学元件或多个光学元件的组合，所述光学元件选自慢轴准直透镜、快轴准直透镜、非球面透镜、球形透镜、全内反射器(TIR)光学装置、抛物面透镜光学装置、折射光学装置以及微机电系统(MEMS)反射镜的列表，所述光学元件被配置为对所述白色光谱进行引导、准直、聚焦，以至少修改所述白色光谱的角度分布。


10.根据权利要求1所述的光源，其中，所述光束整形器被配置为引导作为照明源的所述白色光谱，用于沿着优选方向照明所述感兴趣目标。


11.根据权利要求1所述的光源，包括光束导向装置，其中，所述光束导向装置被配置为引导所述白色光谱，用于动态地扫描所述感兴趣目标周围的空间范围。


12.根据权利要求1所述的光源，其中，所述路径包括光纤，所述光纤用于将所述定向电磁辐射引导至远离设置的波长转换器元件，以产生所述白色光谱；或者其中，所述路径包括用于将定向电磁辐射引导至所述波长转换器元件的波导；或者其中，所述路径包括自由空间光学装置。


13.根据权利要求1所述的光源，其中，所述感兴趣目标处的所述接收器包括光电二极管、雪崩光电二极管、光电倍增管、以及一个或多个带通滤波器，以检测调制频率范围为大约50MHz至100GHz的脉冲调制光信号，所述接收器耦合到被配置为将光信号解码成二进制数据的调制解调器。


14.根据权利要求1所述的光源，还包括：
光束导向光学元件，被配置为接收由光束导向驱动器基于输入信息生成的一个或多个电压信号和电流信号，以动态地扫描白色光，从而向多个区域提供图案化照明...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈尔文·麦克劳林，詹姆斯·W·拉林，保罗·鲁迪，弗拉德·诺沃特尼，
申请(专利权)人：天空激光二极管有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US