稳频竖直扩展腔表面发射激光器制造技术

一种竖直扩展腔表面发射激光器（ＶＥＣＳＥＬ），包括腔内倍频。常规的频率控制元件，诸如标准具，被薄膜干涉滤波器或体Ｂｒａｇｇ光栅取代。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
图3按照本专利技术的一个实施例，画出光源中使用的个别表面发射二极管激光器增益元件；图9画出图8空间调制器的一个元件中的切换周期； [00291图IO按照本专利技术的一个实施例，画出一种光引擎系统； [00301图IIA对与热时间常数可比或更长的脉冲，画出计算的、 作为峰值电流函数的基波(虚曲线)及二次谐波(实曲线)两者平均 功率，与翻转(rollover)上最大可获得cw (连续)功率比较中的功率变化；附图说明图17按照本专利技术的一个实施例，画出用于激光器稳频的 薄膜干涉滤波器结构；图33画出电驱动电流受质子注入限制的倍频表面发射激光器二极管简图；图35是表格，把表面发射激光器阵列与用作投影显示光 源的常规LED及UHP光源进行比较。就使用激光器照明的LP系统而言，散斑是作为相干光从 光阀或LP系统其他光学元件的散射中心反射而出现的。散斑产生光 学不均匀性，使投影的图像质量恶化。在接收单个激光器光源高相干 的光的LP系统中，散斑是特别严重的问题。光学领域众所周知，相 干性是与光波的相长干涉和相消干涉的能力关联的。有窄的光频率、 相位、和空间属性分布的单个激光器光源，是高相干的，因而易于产 生散斑。按照本专利技术的一个实施例，^f吏用光源100的LP系统中的 散斑，是通过数种不同技术缩减的。这些技术可以单独使用，也可以 组合使用，通过增加光源100的光学属性(如相位、光谱宽度)分布， 以减小光源100中的相干性。首先，增加光源100中基本上彼此不相 千的同一颜色激光器的数量，将有助于减少散斑。即使单个阵列105、 110、和115中每一激光器发射相同颜色的相干光，对导致散斑的光 学相干性效应而言，有不同相位的相同颜色的不同相的激光是彼此不 相干的。结果是，对每一不同相的激光器，引起散斑的强度变化与其 他激光器是独立的，使不同相的激光器阵列105、 110、和115的组合 照明均匀性，随不同相的激光器数量的增加而改进。具体说，散斑趋向于与相等振幅相同颜色但不同相的激光器数量的平方根成反比地 下降。因此，每一阵列中的激光器，最好设计成彼此不同相地工作， 即，各个阵列105、 110、和115，被设计成不提供显著的激光器间反 馈，因为这种反馈会显著锁定阵列中两个或更多激光器彼此之间的频 率和相位。其次，因为光谱增宽可以减少散斑，所以任何增宽光谱的操作模式，将有助于减少散斑。增宽半导体激光器光i普的技术例子， 包括用有选择地产生光语增宽的脉冲参数(如接通时间)的脉冲模式 操作激光器；产生光镨增宽的锁模激光器；和它们的亚组合，诸如按 脉冲模式操作锁模激光器。第三，阵列105、 110、和115中各个激光 器，可以设计成以多频率、轴向、或空间模操作，以增加每一激光器 的频率、相位、和方向(角度)分布。第四，可以用光学元件扰乱光 束107、 113、和118的方向、相位、和偏振信息，减小相干性。图4是按照本专利技术一个实施例的LP系统400的方框图， 画出从光源100到投影屏幕405的示意光路布局。从光源100来的光 束，能够聚焦进大多数情形下呈矩形的光波导410中，然后在光束从 光波导410出射后，聚焦在光阀420 (如数字光阀)上。光源100产 生的光束，将有一些初始的重叠。但是，可以选择增加光束重叠的光 波导。特别是，可以用内反射、衍射、模转换、或波导的其他电磁性 质，扰乱光波导410内的光束。在这种情形中，所有光束将具有减少 散斑的某些均匀度重叠，该减少的散斑分别出现在每一光束中。在锁 模激光器阵列的情形中，将从锁模脉冲的光谱增宽产生另外的散斑减 少。由线性调频或工作在数个空间模或光镨模而产生光谱增宽的脉沖 装置，也将有某些程度的散斑减少。系统400中的各个激光器，可以是不同相的。脉冲工作 往往增宽各个激光器的光谱，从而降低它们的相千度并减少散斑。单 个透镜430将把所有相互平行传播的激光束，聚焦成一个焦点光斑， 光斑大小由每一光束直径及透镜430的焦距确定。每一子孔径可以被 扩大到阵列间距的激光束填充，然后相继地以单个透镜430聚焦，为 所有光束提供最小的光斑尺寸。输入的激光束在光波导410内经受数 次来回振荡，有助于扰乱光束，于是，均匀填充矩形图形的输出光从 光波导410出射，与数字光阀相匹配。在一个实施例中，光学透镜系统505把光源500的阵列 中每一激光束，投影成矩形高顶大礼帽式强度轮廓510，成像在数字 光阀520上。用诸如衍射光学元件的光学元件，把来自光源500中每 一元件的圆形Gauss激光光束，转换为矩形高顶大礼帽式分布，随后 引向有效地覆盖光阀的全部面积，然后接着成像在前或后投影屏幕 上。该透镜系统可以是反射的、衍射的、或透射的，且可以由玻璃透 镜阵列或例如数字光学透镜系统构成。数字光学透镜系统可以由各种 材料，诸如塑料构成。数字光学透镜系统可以从各种出售商购得，例 如亚拉巴马州的Huntsville, MEMS Optical, Inc.。作为一个例子，光 学透镜系统505可以包括非对称二进制光学透镜排列，该非对称二进 制光学透镜排列，被设计成把激光器阵列各激光器产生的圆形Gauss激光光束，变成高顶大礼帽式强度分布。更一般地说，该光学透镜系统的设计包括考虑到要在光阀540上成像所需强度轮廓的光学模型 建立技术的使用；光源500中激光器排列的选择；和光源500中每一 激光器的光束性质。现有技术中一种替代方案(未画出)，是用滤波器系统 代替色盘，该滤波器系统使各分量颜色在空间上分离，于是每一颜色 投射在分开的调制器上。然后，被调制的颜色在投影到屏幕上之前重 新组合。在该系统中，各分量颜色是并行处理的，消除了与彩色时序 操作关联的一些问题。要求的额外调制器和光学装置，使该空间调制 器的并行安排，比彩色时序系统更昂贵。因此，在消费者的产品中， 常常使用彩色时序系统。但是，彩色时序系统要求的更快的调制器， 能够抵消其他的成本节省，这表明，基于较慢调制器的系统，例如高 温、多晶硅、液晶基调制器，享有颇大的市场份额。现在再参考图13，在利用激光器光源照射相当慢的空间 调制器的彩色时序显示系统中，也需要在其他颜色正在显示的周期 中，把所有但其中之一除外的激光颜色，降低到察觉不到的水平，以 取消对色盘的需要。对具体系统，察觉不到的基本水平，可以通过确 定彩色混杂的最大水平来计算，例如，当红色是要显示的颜色时，多 少蓝光和绿光是可接受的，如此类推。由于诸如升温时间等问题，不 需要把每一激光器光源基本水平的驱动降低到零。代替的是，驱动方 案可以利用激光器光源的阈值特性，把驱动电平保持在热的显著水平 上，而把可见光的输出保持在最小的水平，即，驱动电平对应于光学 上静态断开状态的状态，在该状态上，激光器产生的可见光在预选的 阈值水平以下，但仍然以热的显著水平驱动。激光器光源的设计，可 以通过结合提升激光器阈值的一个或多个设计的元件，诸如由热透镜 稳定的激光器腔，采纳该方案的优点。另外，如果可见光是经过非线 性过程产生的，如二次谐波发生(SHG)产生，那么输入驱动和输出 光之间的非线性关系，可以用于增强前述的效应。如图13中所示，在消隐周期中可以包括过驱动周期。 可以用消隐周期来驱动激光器光源，方式是，不管激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有腔内倍频的表面发射扩展腔激光器，其中在倍频频率上的输出功率，随腔内每单程损耗超过约１％而迅速下降，该表面发射扩展腔激光器包括：表面发射激光器增益元件，用于在围绕基波波长至少数纳米的波长频段中产生光学增益，所述基波波长与基波频率对应；与所述激光器增益元件分隔开的输出耦合器，用于形成扩展腔，所述输出耦合器对所述基波频率上的光，有高的反射率；置于所述扩展腔中的非线性晶体，用于使所述扩展腔内往复的所述基波频率的光倍频，所述非线性晶体的有效倍频带宽约１纳米或更小，且所述非线性晶体的倍频输出功率，对所述基波频率上的光强存在非线性依赖性；和使输出光稳频的薄膜干涉滤波器，所述薄膜干涉滤波器置于所述扩展腔中，并作为围绕基波频率的陷波滤波器工作，该陷波滤波器有小于１纳米的带宽和对所述基波频率上的光每单程光学损耗不大于１％。

【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：安德瑞V施彻格诺夫，
申请(专利权)人：诺瓦光电技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]