[实用新型]一种具有温控和光控功能的近红外-绿激光转换模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种具有温控和光控功能的近红外-绿激光转换光模块，它是一种可用于小型化激光图像显示器中的绿色激光源。

背景技术

可视图象显示有多种方法。如阴极射线管(CRT)、液晶、等离子显示器等，均可进行彩色图象显示，但体积大、功耗大、色彩不甚鲜艳、图像不甚细腻。激光的出现，由于它的高密度、小发散角、光谱纯、相干涉性好等特点，给人们提供了一个制作丰富多彩、图象细腻的激光图象显示办法。进而，近年来利用半导体激光器和非线性光学器件来制作性能优越、价格低廉的可见激光图象显示的研究，渐渐多起来了。小功率激光图像显示(或激光电视)就是一个明显的例子。它的出现，弥补了固体激光电视显示器体积大、价格昂贵的缺点，而保持了激光色彩鲜艳、图像清晰、色彩柔和、寿命长等优点。

中小功率激光图象显示，需要红、绿、兰三基色激光源。产生三基色激光有多种不同方法。通常，波长为650nm(红色)的半导体激光器便于制作，价格低廉，可直接用于可见激光显示；而对半导体绿、兰色激光器，由于材料生长和器件制作困难、价格昂贵，通常不直接采用绿、兰色半导体激光器，而采用波长变换方法来得到绿、兰激光，即以大、中功率、两种适当波长的近红外半导体激光器为泵浦源，来激励固体激光材料和非线性光学材料，转换出绿、兰激光。

绿激光的产生，有不少文献和资料报道，但绝大部分都是实验室中的研究性论文。其试验装置体积大，装置或系统的稳定性、可靠性和成本一般不作考虑。要实现生产实用化，还有相当大一段距离。

实用新型内容

本实用新型要解决的第一个主要技术问题是：如何提供一种实现光波长转换、结构紧凑、性能稳定、价格相对便宜且具有温控和光控功能的绿色激光源。

为了解决该主要技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种具有温控和光控功能的近红外-绿激光转换模块，包括固体激光晶体、非线性光学晶体、激光器，其中激光器发射出的激光依次在固定激光晶体、非线性光学晶体内进行波长转换；所述固体激光晶体为掺Nd的钒酸钇Nd：YVO₄，非线性光学晶体为掺MgO的周期性极化的铌酸锂PPLN，激光器为应变量子阱激光器；还包括设置在激光器背光面的硅背光探测器；上述元器件封装在金属管壳内，金属管壳底座上设有半导体电热致冷器，激光器附近贴有热敏电阻，金属管壳尾管设有与非线性光学晶体的输出光通路对准的出光口。

上述硅背光探测器检测泵浦源的发射光，通过光控电路将其转换成光电压与标称电压进行比较，根据比较误差信号调节泵浦源的输出光功率，从而使该模块具有光功率控制功能；金属管壳底座上设有半导体电热致冷器、以及致冷器上的热敏电阻和控温电路，以检测和控制激光器的工作温度，从而使模块具有温度控制功能。

在上述技术方案中，其中第一级波长转换为：采用发射光波长为808nm的GaAs/AlGaAs应变量子阱激光器(SQW-LD)，输入(300-500)mA驱动电流时，由于激光器LD光增益谱和光学谐振腔的波长选择作用，可得到(200-300)mW、808nm的近红外光；该红外光入射到掺Nd的钒酸钇YVO₄中，被材料中的Nd离子所吸收，引起离子中适当能级的电子向上光跃迁，并处于高能态；根据最低势能原理，高能态的电子是不稳定的，将产生自发辐射或受激辐射，从而发射1064nm的红外激光。而第二级波长转换为：采用高掺(掺杂度为0.48-0.52％)MgO的周期性极化铌酸锂PPLN，实现1064nm激光的光学倍频，即转换并输出532nm的绿激光。在纯净的非线性光学晶体LiNbO₃中，为改善光学特性，要作2项重要处理，其中一项处理为：在生长LiNbO₃光学晶体时，同时掺入约占LiNbO₃分子总数0.48-0.52％的MgO，籍此降低晶体的矫顽场和提高光折射损伤阈值；另一项处理为：通过施加高压电脉冲，制作周期性的、自极化永久性铁电畴，以实现基频光和倍频光相同的折射率，从而实现晶体中基频光和倍频光的准相位匹配。这样可以大大提高从基频光到倍频光的转换效率。

在上述技术方案中，采用半导体电热致冷器(TEC)、热敏电阻与金属管壳、背光Si-PD光探测器、光隔离器，重点控制激光器LD的工作温度和输出光功率，来达到功率稳定和波长稳定的目的。电热致冷器TEC、热敏电阻和控温电路能够使管壳内激光器LD的工作温度控制在(22-30)℃范围；而背光Si-PD探测器、控制电路则通过调整激光器LD的驱动电流，达到稳定LD光输出功率的目的。