多部件波长转换器件以及包含这些器件的激光器制造技术

根据本发明专利技术的一个实施方式，提供了一种频率转换激光源，其中，波长转换器件包括多个波导部件，这些波导部件所包括的各个输入面位于激光源的有效焦场中。各个波导部件用不同的元件促成一组不同的波长转换性质，从而定义了可归因于这些波导部件的一组不同的波长转换性质。这组不同的波长转换性质包括用于表示波导部件的相位匹配波长、波导部件的光谱宽度、波导部件的转换效率或其组合的多种性质。还揭示了其它实施方式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多部件波长转换器件以及包含这些器件的激光器优先权本申请要求2007年10月30日提交的题为“Multi-Component WavelengthConversion Devices and Lasers Incorporating The Same，，白勺美国专禾串i青 11/978,857的优先权。
技术介绍
本专利技术一般涉及半导体激光器、激光控制器、激光投影系统以及其它包括半导体 激光器的光学系统。更具体地讲，通过示出而非限制，本专利技术的实施方式一般涉及在光学组 合件、激光投影系统以及其它包含半导体激光器的光学系统中使用波长转换器件。
技术实现思路
通过将单波长半导体激光器(比如分布反馈(DFB)激光器、分布式布拉格反射器 (DBR)激光器或法布里波罗激光器)与波长转换器件(比如二次谐波产生(SHG)晶体)组 合起来，就可以为高速调制配置出短波长源。通过将比如lOeOnm DBR或DFB激光器调谐到 SHG晶体(该晶体将该波长转换成530nm)的光谱中心，就可以将SHG晶体配置成产生激光 信号的基波的高次谐波。然而，SHG晶体(比如掺MgO的周期性极化的铌酸锂(PPLN))的 波长转换效率强烈地取决于激光二极管和SHG器件之间的波长匹配。对激光器设计熟悉的 本领域技术人员应该理解，SHG晶体使用非线性晶体的二次谐波特性，使引入该晶体中的激 光辐射发生倍频。DFB激光器是使用光栅或相似的周期性结构的谐振腔激光器，该光栅或相 似的周期性结构被蚀刻到半导体材料中成为反射介质。DBR激光器是这样的激光器，其中蚀 刻出的光栅与半导体激光器的电子泵浦区域物理地分离开。PPLN SHG器件的带宽通常是非常小的，对于典型的PPLN SHG波长转换器件而言， 半高全宽(FWHM)波长转换带宽通常仅在0. 16-0. 2nm的范围中，并且很大程度上取决于晶 体的长度。在操作过程中，因驱动电流的变化而导致激光腔内出现模式跳变和不受控制的 波长变化，这可能导致半导体激光器的输出波长移动到该可允许的带宽之外。一旦半导体 激光器的波长偏移到PPLN SHG器件的波长转换带宽之外，则转换器件在目标波长处的输出 功率就急剧地下降。这些波长变化可能是由若干种因素导致的。例如，因热串扰效应，DBR 部分的温度受到增益部分驱动电流大小的影响。也有其它因素会使DBR激光波长不同于 PPLN波长，这包括环境温度的变化以及DBR激光器和PPLN的制造容差。例如，在使用包括 DBR激光器和PPLN的光源的激光投影系统中，激光的波长波动通常使晶体转换效率随时间 发生变化。这使得经频率转换的光发生一些变化，这会引起很容易看得到的图像缺陷，比如 图像中特定位置处的缺陷。这些看得到的缺陷通常将自己表现为图像上的有组织的、图案 化的图像缺陷以及图像中的伪随机噪声。一种使那些图像伪像达到最少的方法包括使用 具有更大的光谱通带的晶体。然而，通过使用更短的晶体来增大通带这一做法通常会减小 系统的转换效率。因此，通常不可能确保系统中的图像噪声很低且系统效率很高。考虑到在开发半导体激光器的过程中与波长匹配和稳定化相关联的诸多挑战，发4明人已认识到有益的手段来确保激光发射波长与波长转换器件的波长转换峰值恰当地对 准。例如，根据本专利技术的一个实施方式，提供了一种频率转换激光源，其中，波长转换器件包 括多个波导部件，这些波导部件所包括的各个输入面位于激光源的耦合光学设备的有效焦 场中。各个波导部件用不同的元件促成一组不同的波长转换性质，从而定义了可归因于这 些波导部件的一组不同的波长转换性质。这组不同的波长转换性质包括用于表示波导部件 的相位匹配波长、波导部件的光谱宽度、波导部件的转换效率或其组合的多种性质。在另一个实施方式中，使用了致动器，使得一个具有某些特定性质的特定波导可 以被选择。根据致动器设置，该仪器可以按不同的模式进行操作。例如，当图像噪声很重要 且效率不需要太优先考虑时，可以选择其光谱带宽更宽的波导。当功率与效率都是很感兴 趣的参数时，具有更高效率的波导可以被选择。上述频率转换激光源可以具有一控制器，该控制器被编程为选择性地使沿着该激 光源的光路传播的光信号与不同的波导部件对准。例如，根据本专利技术的一个实施方式，该控 制器被编程为执行一低噪声模式，其中，经对准的波导部件的光谱带宽是相对较宽的，并 且定义一相对较低的转换效率；以及执行一高效率模式，其中，经对准的波导部件的光谱带 宽是相对较窄的，并且定义一相对较高的转换效率。这样，根据本专利技术的激光源与激光投影 系统可以被用在许多需要不同操作模式的不同的应用中。例如，在黑暗环境中投影图像时， 可能期望优化图像质量，同时功率或插头效率不那么重要。在诸如明亮环境等其它情况下， 关键的参数可能是图像亮度，较佳地，可能允许增大的图像噪声以使整体的观看体验更佳。在本专利技术的其它实施方式中，波导部件被配置成定义不同的相位匹配波长，控制 器被编程为允许选择最佳的相位匹配波长，或通过使沿着光路传播的光信号与连续的波导 部件对准来执行光谱带宽增宽模式。这些操作模式可以被用于在制造过程中利用更宽的 激光分布；消除一些在使用可调谐DBR激光器实现相位匹配时所引入的设计约束；或减小 激光投影系统中的图像散斑。本专利技术的其它实施方式仅涉及到波长转换器件的设计。例如，提供了波长转换器 件，其中，波长转换器件被配置成一种包括多个波导部件的单块结构。波导部件之一的光谱 带宽是相对较宽的并且定义一相对较低的转换效率，同时另一个波导部件的光谱带宽是相 对较窄的并且定义一相对较高的转换效率。或者，各个波导部件的相位匹配波长可以各不 相同。尽管本专利技术的一些概念是结合半导体激光器进行描述的，但是可以预计，本专利技术 的概念可用于各种激光器，包括但不限于DBR激光器、DFB激光器、法布里波罗激光器以及 许多类型的外腔激光器。另外，尽管本专利技术的概念主要是在图像形成和激光投影的上下文 中进行描述的，但是可以预期，本专利技术的各种概念也可以应用于激光发射波长与波长转换 器件的波长转换峰值的对准很成问题的任何激光应用。附图说明在与附图相结合的情况下，可以对本专利技术的特定实施方式的详细描述作最佳的理 解，其中相似的结构是用相似的标号来表示的，其中图1-4、8是光学地耦合到光波长转换器件的半导体激光器的示意图；图5示出了用于两个选定的SHG波长转换器件的转换效率曲线；以及5图6、7示出了使各个波导部件沿着波长转换器件的公共输入面对准的备选方式。 具体实施例方式先参照图1，示出了根据本专利技术一实施方式的频率转换激光源100。激光源100包 括激光器10、波长转换器件20以及沿着光路40定位的耦合光学器件30，光路40被定义在 激光器10和波长转换器件20之间。通常，波长转换器件20被配置成单块的PPLN SHG晶 体或其它合适的波长转换材料。波长转换器件20将入射光转换成高次谐波，并且输出经波 长转换的信号50。此类配置特别用于从波长较长的半导体激光器中产生波长较短的激光 束，并且可用作激光投影系统的可见激光器。波长转换器件20包括多个波导部件22，这些波导部件22包括位于耦合光学器件 30的有效焦场中的各个输入面。为了描述并限定本专利技术，注意到，此处所使用的“有效焦场” 这一表述是指一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种频率转换激光源，包括激光器和波长转换器件，其中：所述波长转换器件包括多个波导部件，所述多个波导部件包括位于激光源的有效焦场中的各个输入面；所述波长转换器件的各个波导部件用不同的元件促成一组不同的波长转换性质，使得波导部件共同地定义一组不同的波长转换性质；以及这组不同的波长转换性质包括用于表示波导部件的相位匹配波长、波导部件的光谱宽度、波导部件的转换效率或其组合的多种性质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-10-30 11/978,857一种频率转换激光源，包括激光器和波长转换器件，其中所述波长转换器件包括多个波导部件，所述多个波导部件包括位于激光源的有效焦场中的各个输入面；所述波长转换器件的各个波导部件用不同的元件促成一组不同的波长转换性质，使得波导部件共同地定义一组不同的波长转换性质；以及这组不同的波长转换性质包括用于表示波导部件的相位匹配波长、波导部件的光谱宽度、波导部件的转换效率或其组合的多种性质。2.如权利要求1所述的频率转换激光源，其特征在于所述频率转换激光源还包括一控制器，所述控制器被编程为选择性地使沿着光路传播 的光信号与不同的波导部件对准；以及所述控制器被编程为执行低噪声模式，其中，经对准的波导部件的光谱带宽是相对较宽的并且定义一相对 较低的转换效率；以及执行高效率模式，其中，经对准的波导部件的光谱带宽是相对较窄的并且定义一相对 较高的转换效率。3.如权利要求1所述的频率转换激光源，其特征在于所述频率转换激光源还包括一控制器，所述控制器被编程为选择性地使沿着光路传播 的光信号与不同的波导部件对准；波导部件定义不同的相位匹配波长；以及所述控制器被编程为通过使沿着光路传播的光信号与连续的波导部件对准，执行光 谱带宽增宽模式。4.如权利要求3所述的频率转换激光源，其特征在于所述控制器被进一步编程为通过产生经扫描的激光图像，以光谱带宽增宽模式来操作所述频率转换激光源，所述 经扫描的激光图像包括按给定的帧速率显示的一系列图像帧；以及按照约等于帧速率的波长选择速率，使沿着光路传播的光信号与不同的波导部件对准。5.如权利要求1所述的频率转换激光源，其特征在于所述波长转换器件被配置成一种包括多个波导部件的单块结构。6.如权利要求1所述的频率转换激光源，其特征在于所述波长转换器件的各个波导部件的各个输入面是沿着波长转换器件的公共输入面 对准的。7.如权利要求1所述的频率转换激光源，其特征在于所述波长转换器件的各个波导部件的各个输入面是沿着波长转换器件的公共光路连 续地排列的。8.如权利要求1所述的频率转换激光源，其特征在于波长转换器件的各个波导部件的各个输入面是在波长转换器件中所限定的公共波导 层中沿着波长转换器...

【专利技术属性】
技术研发人员：J高里尔，JM哈里森，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]