多波长光学系统技术方案

本发明专利技术提供可操作以发出多个频率转换光谱波峰的光学系统。在一实施例中，光学系统（100）包括光源（110）和波长转换装置（130）。光源（110）可包括构造成发出具有至少两个基础光谱波峰（125，127）的泵浦光束（120）的激光器。波长转换装置（130）可包括非线性光学介质，该非线性光学介质构造成相位匹配至少两个基础光谱波峰（125，127）中每个的第二谐波生成和至少两个基础光谱波峰（125，127）的总和频率生成，使得当光源（110）的泵浦光束（120）入射在波长转换装置（130）的输入小平面（131）上时，从波长转换装置（130）的输出小平面（138）发出包括具有大约相等功率的至少三个频率转换光谱波峰（142，144，146）的输出光束（140）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多波长光学系统
技术介绍
本申请要求2010年5月18日提交的美国申请序列号第12/782，205号的优先权。领域本专利技术的实施例总体涉及诸如激光系统的光学系统。更具体地，各具体实施例涉及能够产生具有多频转换光谱波峰的一个或多个输出光束的光学系统，用于缩小激光投影图像内光斑的外观。
技术介绍
尽管蓝光和红光半导体激光器目前是容易得到的，但氮化物半导体技术的发展尚 未致使形成具有足够输出功率、效率和成本效益的本绿色激光器。有吸引力的替代方式是使用近红外(1060nm)激光器二极管并通过在诸如周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体的非线性光学介质中通过频率翻倍产生绿光。这允许小的封装尺寸和合理的效率，但由于激光源的高光谱和空间相干性产生投影图像中的高水平散斑。只要相干光源用来照亮粗糙表面，例如屏幕、墙壁或产生漫反射或传输的任何其它对象时就观察到光斑。尤其是，屏幕的大量小区域的或其它反射物体将光散射成大量具有不同始发点和不同传播方向的反射光束。在观察点，例如在观察者的眼睛里或者在照相机的传感器处，这些光束相长地干涉来形成亮点，或者相消地干涉来形成暗点，产生随机的粒状的强度图案，称作光斑。光斑造成投影图像中高空间频率噪声。光斑可以由颗粒大小和对比度来表征，对比度通常定义为在观测平面内标准差与平均光强度的比率。对于一个足够大的照亮区域和一个足够小的表面粗糙度，光斑将被“充分地显影”，其具有标准差为100%的亮度。如果用诸如激光束的相干光源在屏幕上形成图像，例如粒状结构将代表导致的图像质量严重变差的噪声。这种噪声提出了重要的问题，尤其是当使用投影机来显示高空间频率的图像内容，如文本时。因而，需要这样的光学系统，其缩小光斑的外观以提高激光投影图像的图像质量。
技术实现思路
在一实施例中，光学系统包括光源和波长转换装置。光源可包括构造成发出具有至少两个基础光谱波峰的泵浦光束的激光器。波长转换装置可包括非线性光学介质，该非线性光学介质构造成相位匹配至少两个基础光谱波峰中每个的第二谐波生成和至少两个基础光谱波峰的总和频率生成，使得当光源的泵浦光束入射在波长转换装置的输入小平面上时，从波长转换装置的输出小平面发出包括具有大约相等功率的至少三个频率转换光谱波峰的输出光束。在另一实施例中，光学系统包括光源和波长转换装置。该光源可包括至少一个激光器，该至少一个激光器构造成发射具有波长分开至少O. 5纳米的至少两个基础光谱波峰的泵浦光束。波长转换装置包括非线性光学介质，该非线性光学介质由相位调制函数表征，该相位调制函数提供具有产生所述三种频率转换光谱波峰的响应比，当泵浦光束入射到波长转换装置的输入小平面上时三个频率转换光谱波峰具有大致相等的功率且波长分开大于O. 25纳米。输出光束的频率转换光谱波峰的数量大于泵浦光束的基础光谱波峰的数量。附图说明图I是根据本文所示和所述一个或多个实施例的光学系统的示意图；图2是不出由本文所不和所述的一个或多个实施例产生的频率转换输出光束的光谱的图表；图3A是示出从根据本文所示和描述的一个或多个实施例的光源发出的输出光束的光谱的图表；图3B是根据本文所示和所述一个或多个实施例的DBR激光器的示意图；图4是根据本文所示和所述一个或多个实施例的离散相位调制函数的图表； 图5是根据本文所示和所述一个或多个实施例具有部分由图4所示的离散相位调制函数定义的相位调制周期的波长转换装置的示意图；图6是根据本文所示和所述一个或多个实施例具有部分由图4所示的离散相位调制函数定义的相位调制周期的波长转换装置的波-矢量空间内的光谱响应图表；图7是根据本文所示和所述一个或多个实施例的矩形相位调制函数的图表；图8是根据本文所示和所述一个或多个实施例具有部分由图7所示的矩形相位调制函数定义的相位调制周期的波长转换装置的波-矢量空间内的光谱响应图表；图9是根据本文所示和所述一个或多个实施例的梯形相位调制函数的图表；图10是根据本文所示和所述一个或多个实施例具有部分由图9所示的梯形相位调制函数定义的相位调制周期的波长转换装置的波-矢量空间内的光谱响应图表；图11是根据本文所示和所述一个或多个实施例的具有两段波长转换装置的光学系统的不意图；图12是根据本文所示和所述一个或多个实施例的连续正弦相位调制函数的图表;图13是根据本文所示和所述一个或多个实施例具有部分由图12所示的正弦函数定义的相位调制周期的波长转换装置的示意图；图14A是根据本文所示和所述一个或多个实施例具有部分由图12所示的正弦函数定义的相位调制周期的波长转换装置的波-矢量空间内的光谱响应图表；以及图14B是根据本文所示和所述一个或多个实施例具有部分由图12所示的正弦函数定义的相位调制周期的波长转换装置的波长空间内的光谱响应图表。具体实施例方式本文所述的各实施例总体涉及包含在激光投影系统中时可缩小图像中光斑外观的光学系统。尽管本文所述实施例可在激光投影系统的情境进行描述，但各实施例并不限于此。本文所述的各实施例可包含在除了激光投影系统中的其它系统中。现将参照附图中所示的实例详细描述本专利技术的实施例。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。图I示出光学系统的一实施例。光学系统通常包括至少一个半导体激光器、选配耦合光学器件、以及波长转换装置。可包括封装控制器来操作半导体激光器和/或耦合光学器件。半导体激光器的输出直接地或通过使用光学耦合器件光学耦合到波长转换装置的输出。半导体激光器产生具有分离△入11;的至少两个基础光谱波峰的泵浦光束。波长转换装置将由半导体激光器发出的泵浦光束的能量转换成具有至少三个频率转换光谱波峰的输出光束。本文将进一步描述光学系统的各种部件和构造。图I总体不出本文描述的光学系统100。由半导体激光器110发出的泵浦光束120可具有红外波长带内的两个同时发出的基础光谱波峰。泵浦光束120可直接耦合到波长转换装置130的波导部分137内或可使用示出为第一和第二耦合光学器件121(例如透镜122a和122b)的适配光学器件耦合到波长转换装置130的波导部分内。波长转换装置130将泵浦光束120的输出波长转换成更高的谐波，并产生具有三个频率转换光谱波峰142、144和146的可见输出光束140 (图2)。此种类型的光学封装尤其可用于从较长波长的半导体激光器生成较短波长的激光束时，并且可用作例如激光器投影系统的可见光源。光源110可包括一个或多个激光器，诸如分布反馈(DFB)激光器、分布布拉格反射(DBR)激光器、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、垂直外腔面发射激光器(VECSEL)或法布里-珀罗激光器。此外，如果激光增益介质是半导体介质，则它可能涉及在量子阱、量子线、量子点中约束载流子的使用。在激光投射系统应用中，光源可包括三个半导体激光器第一·半导体激光器用来发射红色光谱范围内的光束、第二半导体激光器用来发射在蓝色光谱范围内的光束、以及第三半导体激光器用来发射在红外光谱范围内的光束，该光束然后频率向上转换成频率向上转换范围(例如绿色或黄色的光谱范围)内的一个或多个频率转换光谱波峰。光源110和光学系统100可以编程并与扫描或者图像形成光学器件(图中未示出)一起操作来生成整个投影图像，该整个投影图像包括跨越投影表面的多个像素。这里所描述的各实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：D·V·库克森考弗，李沈平，R·V·鲁谢夫，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：
国别省市：