[发明专利]波长转换光学封装中的转换效率扩展

说明书

相关申请的交叉参照

本申请与2007年7月20日提交的共同待审和共同受让的题为“波长转 换光学封装中的转换效率扩展(CONVERSION EFFICIENCY EXPANSION IN WAVELENGTH CONVERTING OPTICAL PACKAGES)”的美国专利申 请S/N 11/880,231相关并要求该申请的权益。

背景技术

本发明一般涉及半导体激光器、激光器控制器、激光投影系统以及包 含半导体激光器的其它光学系统。更具体地，本发明涉及其中半导体激光 器耦合至波长转换器件的光学封装中的转换效率扩展。

发明内容

半导体激光器可按照多种方式来配置。作为示例和为了说明而非限制 的目的，通过将诸如分布反馈式(DFB)激光器、分布式布拉格反射镜(DBR) 激光器或法布里-珀罗激光器之类的单波长半导体激光器与诸如二次谐波 产生(SHG)晶体之类的光波长转换器件组合，可将短波长源配置用于高 速调制。SHG晶体可被配置成通过将例如1060nm DBR或DFB激光器调 谐至能将波长转换成530nm的SHG晶体的光谱中心而产生基波激光信号 的高次谐波。

诸如MgO掺杂的周期性极化铌酸锂(PPLN)之类的SHG晶体的波长 转换效率紧密相关于激光二极管与SHG器件之间的波长匹配。如熟悉激光 器设计的技术人员所能理解地，DFB激光器是利用蚀刻到半导体材料中的 格栅或类似结构作为反射介质的谐振腔激光器。DBR激光器是其中蚀刻光 栅与半导体激光器的电子泵浦区物理分离的激光器。SHG晶体利用非线性 晶体的二次谐波发生性质来使激光辐射倍频。

SHG晶体和其它类型的波长转换器件的转换带宽通常非常窄。例如， 典型的PPLN SHG波长转换器件的半峰值全带宽(FWHM)波长转换带宽 仅处于0.16至0.2nm范围内。激光器腔中的模式跳变和不受控的大波长变 化会导致半导体激光器的输出波长在工作期间移出该允许带宽。一旦半导 体激光器波长偏移出PPLN SHG器件的波长转换带宽，转换器件在目标波 长下的输出功率就急剧降低。例如，在激光投影系统中，输出功率的这些 下降尤其是个问题，因为它们会产生即时变化，这些即时变化容易被视为 图像中的特定位置处的缺陷。这些可视缺陷通常呈现为图像上的有组织的、 图案化的图像缺陷，因为所产生的图像就是激光的不同部分的温度演变的 标志。

一般而言，当半导体激光器的增益电流增大时，增益区的温度也升高。 因此，腔模向更高的波长移动。腔模的波长比DBR区的波长移动更快。因 此，激光器到达较低波长的腔模更接近DBR反射率曲线的最大值的点。在 该点处，较低波长的模式比根据激光物理学的基本原理建立的模式的损耗 更低，从而激光器自动跳至具有较低损耗的模式。通常，发射波长缓慢增 大，且包括幅值等于激光腔的一个自由光谱范围的突然模式跳变。

在许多应用中，通常必须调制包含半导体激光器的光学封装的输出强 度。当半导体激光器被调制以产生数据时，热负载恒定地变化。由此产生 的激光器温度和激射波长的变化产生SHG晶体的效率的变化。本发明人已 经认识到改变采用SHG晶体或其它类型的波长转换器件的光学封装的有效 转换效率曲线所带来的优点。例如，根据本发明的一个实施例，提供了一 种控制光学封装的方法，其中光学封装被调谐成使代表滤光器的透射曲线 的上升部分与代表波长转换器件的转换效率曲线的下降部分对准。在滤光 器和波长转换器件如此对准的情况下，光学封装还被调谐成使基波激光信 号的波长处于与透射和转换效率曲线的上升部分和下降部分的对准部分相 对应的波长范围内。

根据本发明的另一实施例，提供了一种控制光学封装的方法，其中光 学封装被调谐成使来自代表滤光器的上透射曲线的透射谷与来自代表波长 转换器件的下转换效率曲线的转换效率峰对准。在这个基准框架内，基波 激光信号的波长被调谐成使其处于对应于下转换效率曲线的转换效率峰的 范围内。

本发明的其它实施例涉及被配置成根据本发明的多个实施例的概念而 工作的光学封装和激光投影系统。虽然主要在成像的背景下描述本发明的 概念，但可构想的是，本发明的多个概念也可应用于其中基波激光信号的 波长的可重复低频波动会成为问题的任何激光器应用。

附图简述