[发明专利]具有多刻面输出面的转换装置以及包含该转换装置的激光投影系统

说明书

优先权

本申请要求2008年2月29日提交的美国专利申请No.12/072,981的优先权。

背景技术

本发明一般涉及半导体激光器，更具体涉及具有多刻面输出面的波长转换装置以及包含此类转换装置的激光投影系统。

发明内容

本发明一般涉及可在包括短波长源的激光投影系统中使用的半导体激光器、波长转换装置以及其他光学部件。通过将诸如例如分布式反馈(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例如二次谐波产生(SHG)晶体之类的波长转换装置组合，可将短波长源配置用于激光投影系统。通过将例如1060nm的DBR或DFB激光器调谐至诸如例如将波长转换成530nm的MgO掺杂的周期性极化铌酸锂(PPLN)之类的SHG晶体的光谱中心，可将SHG晶体配置成产生基波激光信号的高次谐波。

当基波信号传播通过波长转换装置的波导区时，SHG晶体的输出会显著地受所产生的杂光影响。更具体地，参照图1和2，PPLN晶体或其他类型的波长转换装置10的几何构造将通常限定由夹在两个低折射率包覆层14之间相对薄的一层周期性极化LiNbO₃或其他合适的二次谐波产生材料形成的波导区12。两条光学沟槽16在该器件的输入面11与输出面13之间沿传播方向延伸，并通过帮助将传播模式限定到相对线性波导区12A中且限制在波导区12的侧向平坦波导部分12B中传播而至波导区12的相对线性波导部分12A中引导传播信号。通常，相对线性波导部分12A的尺寸在垂直方向上为几微米量级，且在侧向上小于十微米，但可构想从这些基准的尺寸变化。除本文中描述的多刻面输出面13之外，组装波长转换装置的各层以形成波长转换装置10的具体方式超出了本发明的范围。实际上，包括相对线性波导部分12A和侧向平坦波导部分12B的各种常规和待开发波长转换装置可用于实施本发明。在一些实施例中，低折射率包覆层14被附连至各个LiNbO₃块。替代的二次谐波产生材料包括例如其他合适的常规或有待开发的非线性光学材料、光子晶体平板、手性材料等。

本发明人已经认识到，在相对线性波导部分12A中传播的光通常遭受严重的散射。如图2所示，大多数杂散光将从相对线性波导部分12A逃逸，但在侧向平坦波导部分12B对中仍将保持大部分被捕获。因此，如图2中示意性示出，该波长转换装置的近场包括由无散射地传播的光组成的明亮发光点15和由被散射和捕获到侧向平坦波导部分中的光组成的侧向分布杂光17，在本文中也称为杂散光17。

杂散光17的形状取决于光在波长转换装置10中传播的方式。当沿相对线性波导部分12A传播的光信号被散射时，该光的一部分被转移至波导区12的侧向平坦波导部分12B中，在该部分中传播模式很少受限制。侧向区域中的有效折射率更接近装置10的松散材料的有效折射率，该有效折射率有效地限定所有散射波同相的一个优先角。该角由以下关系给出：

Cosθ＝η_EFF/η_E

其中θ是散射角，η_EFF是相对线性波导部分12A的有效折射率，而η_E是波导区12的侧向平坦波导部分12B中的有效折射率。

作为这种散射的结果，本发明人已经认识到波长转换装置10的典型远场包括几个明确的侧向强度峰，每一个强度峰对应于相对线性波导区12A所支持的模式的散射角。这些侧向强度峰会干扰许多短波长激光投影系统的性能。本发明人已经认识到用于减少这些侧向强度峰在利用易受上述寄生或杂光影响的波长转换装置的激光投影系统中的影响的可能有益方案。

根据本发明的一个实施例，提供了包括激光源、波长转换装置以及束投影光学装置的激光投影系统。波长转换装置的输出面包括多刻面输出面，该输出面包括核心刻面和至少两个侧刻面。沿相对线性波导部分传播的光信号将遭受一定程度的散射，以限定与沿输出面的核心刻面的波导区的相对线性波导部分大体对准的相对高强度光斑，以及与沿输出面的侧刻面的波导区的侧向平坦波导部分大体对准的相对低强度侧向分布杂光。波长转换装置的输出面的侧刻面被定向成将相对低强度的侧向分布杂光以与相对高强度光斑通过核心刻面投影的方向不同的多个方向进行投影。此外，束投影光学装置被构造成区别侧向分布的杂光和相对高强度光斑，利于将相对高强度的光信号向激光投影系统的像场投影。

根据本发明的另一实施例，提供了多刻面波长转换装置，且它们的使用领域不限于激光投影系统。

附图简述