專利名稱:相干光源和使用該光源的光學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用波長(zhǎng)變換元件的相干光源以及使用該光源的光學(xué)裝置。
背景技術(shù)：
已開發(fā)了固體光纖激光器來(lái)作為高輸出激光光源。這種使用具有摻雜光纖的激光放大器、且具有高輸出并容易改善光束質(zhì)量的激光光源已廣泛地用作高輸出激光光源。具有雙包層(double clad)結(jié)構(gòu)的光纖激光器能夠?qū)?lì)泵浦光源進(jìn)行多級(jí)放大，從而能夠產(chǎn)生高輸出。此外，通過將激光光線限制在芯區(qū)中，可以實(shí)現(xiàn)單模式振蕩，并可以在保持高光束質(zhì)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高輸出的激光光線。光纖激光器的振蕩處于紅外光區(qū)，而作為對(duì)于可見區(qū)的應(yīng)用，提出了通過波長(zhǎng)變換來(lái)縮短振蕩光的波長(zhǎng)。目前，針對(duì)使用光纖激光器或光纖放大器的激光振蕩，實(shí)現(xiàn)了向光纖的芯區(qū)添加鐿、釹、鉺或鐿/鉺的結(jié)構(gòu)。關(guān)于振蕩波長(zhǎng)，對(duì)于摻鐿光纖，振蕩可以發(fā)生在1030到1100nm附近，對(duì)于摻釹光纖，振蕩可以發(fā)生在1060nm附近，以及對(duì)于摻鉺或鐿/鉺光纖，振蕩可以發(fā)生在1550nm附近。作為用于輸出可見光的光源，已實(shí)現(xiàn)了具有如下配置的光源將摻鐿或釹光纖的輸出變換為二次諧波，并產(chǎn)生波長(zhǎng)在530nm附近的綠光；或者將摻鉺或鐿/鉺光纖的輸出變換為二次諧波，并產(chǎn)生770nm附近的近紅外光。
另一方面，使用光纖激光器來(lái)產(chǎn)生藍(lán)光也處于研究中。專利文獻(xiàn)1(JP-A-2004-503098)公開了一種通過將摻釹光纖產(chǎn)生的910nm光的基波變換為二次諧波的波長(zhǎng)、來(lái)產(chǎn)生455nm附近的藍(lán)光的配置。
如上所述，使用光纖放大器的激光振蕩能夠?qū)崿F(xiàn)高效率和高輸出的激光振蕩。但是，在這種情況下，使用光纖的藍(lán)光的直接振蕩比較困難。因此，如專利文獻(xiàn)1中所述，正在研究通過產(chǎn)生更高諧波來(lái)縮短發(fā)射光的波長(zhǎng)。如果通過光纖激光器產(chǎn)生波長(zhǎng)在900nm附近的光，則可以通過產(chǎn)生二次諧波來(lái)輸出藍(lán)光。
專利文獻(xiàn)1JP-A-2004-503098
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題然而，波長(zhǎng)在900nm附近的光在激光介質(zhì)中被大量吸收，從而類似固體激光器等，使用具有較大的相互作用長(zhǎng)度的光纖的激光光源在產(chǎn)生900nm附近的光方面效率較低，并且難以提高光源的效率和輸出。因此，難以實(shí)現(xiàn)高效率的W類光源。
本發(fā)明提供了一種使用其光纖激光器產(chǎn)生效率比900nm附近的光更高的光，來(lái)高效地發(fā)射藍(lán)光區(qū)中的光的相干光源。
此外，本發(fā)明提供了一種能夠同時(shí)產(chǎn)生藍(lán)光和綠光的相干光源。
此外，本發(fā)明提供了一種能夠同時(shí)產(chǎn)生包括紅光、藍(lán)光和綠光的三種顏色的光的相干光源。
解決問題的手段本發(fā)明的一個(gè)方案提供了一種相干光源，包括光源單元，具有摻雜光纖，從摻雜光纖中發(fā)射第一波長(zhǎng)的光和第二波長(zhǎng)的光；以及波長(zhǎng)變換元件單元，具有接收第一波長(zhǎng)的光、并發(fā)射波長(zhǎng)比第一波長(zhǎng)短的光的第一波長(zhǎng)變換元件。
在本發(fā)明的一個(gè)方案中，第一波長(zhǎng)變換元件優(yōu)選地接收第一波長(zhǎng)的光，并發(fā)射第一波長(zhǎng)的光的二次諧波。
在本發(fā)明的一個(gè)方案中，波長(zhǎng)變換元件單元還優(yōu)選地包括第二波長(zhǎng)變換元件，接收第一波長(zhǎng)的光的二次諧波和第二波長(zhǎng)的光，并發(fā)射具有二次諧波與第二波長(zhǎng)的光的和頻率的光。
在本發(fā)明的一個(gè)方案中，光源單元優(yōu)選地具有含有鉺或鉺和鐿的第一摻雜光纖、以及含有鐿的第二摻雜光纖。
在本發(fā)明的一個(gè)方案中，第一波長(zhǎng)優(yōu)選地是大約1540nm；第二波長(zhǎng)優(yōu)選地是大約1080nm；以及波長(zhǎng)變換元件單元優(yōu)選地接收第一波長(zhǎng)的光和第二波長(zhǎng)的光，并發(fā)射波長(zhǎng)大約為450nm的光。
在本發(fā)明的一個(gè)方案中，波長(zhǎng)變換元件單元還優(yōu)選地包括第三波長(zhǎng)變換元件，接收第二波長(zhǎng)的光，并發(fā)射第二波長(zhǎng)的光的二次諧波。
在本發(fā)明的一個(gè)方案中，波長(zhǎng)變換元件單元還優(yōu)選地包括第四波長(zhǎng)變換元件，接收第一波長(zhǎng)的光和第二波長(zhǎng)的光，并發(fā)射具有第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)的和頻率的光。
在本發(fā)明的一個(gè)方案中，優(yōu)選地，第一波長(zhǎng)變換元件接收第一波長(zhǎng)的光的至少一部分；第二波長(zhǎng)變換元件接收從第一波長(zhǎng)變換元件發(fā)射的光的至少一部分、以及第二波長(zhǎng)的光的至少一部分；以及第三波長(zhǎng)變換元件接收第二波長(zhǎng)的光的至少一部分。
在本發(fā)明的一個(gè)方案中，優(yōu)選地，第一波長(zhǎng)變換元件接收第一波長(zhǎng)的光的至少一部分；第二波長(zhǎng)變換元件接收從第一波長(zhǎng)變換元件發(fā)射的光的至少一部分、以及第二波長(zhǎng)的光的至少一部分；第三波長(zhǎng)變換元件接收第二波長(zhǎng)的光的至少一部分；以及第四波長(zhǎng)變換元件接收第一波長(zhǎng)的光的至少一部分、以及第二波長(zhǎng)的光的至少一部分。
在本發(fā)明的一個(gè)方案中，第一波長(zhǎng)變換元件和第二波長(zhǎng)變換元件中的至少一個(gè)優(yōu)選地包括摻雜鎂的LiNbO3、摻雜鎂的LiTaO3和KTiOPO4中的至少一個(gè)，理想配比成分的摻雜鎂的LiNbO3和理想配比成分的摻雜鎂的LiTaO3具有周期偏振反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的一個(gè)方案中，光源單元還優(yōu)選地包括主光源，產(chǎn)生進(jìn)入摻雜光纖的光。
在本發(fā)明的一個(gè)方案中，優(yōu)選地，光源單元能夠與驅(qū)動(dòng)單元相連，所述驅(qū)動(dòng)單元提供用于驅(qū)動(dòng)光源單元的脈沖狀能量。
在本發(fā)明的一個(gè)方案中，優(yōu)選地，光源單元具有兩根摻雜光纖和兩個(gè)主光源；以及兩個(gè)主光源能夠與驅(qū)動(dòng)單元相連，并在接收到具有相同周期和相同相位的脈沖狀能量時(shí)進(jìn)行操作。
在本發(fā)明的一個(gè)方案中，摻雜光纖優(yōu)選地含有鐿、鉺、鉺/鐿、釹、鐠、鉻、鈦、釩和鈥中的至少一種。
在本發(fā)明的一個(gè)方案中，第一波長(zhǎng)變換元件和第二波長(zhǎng)變換元件優(yōu)選地具有單一非線性光學(xué)結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的一個(gè)方案中，光源單元優(yōu)選地具有單一摻雜光纖。
在本發(fā)明的一個(gè)方案中，摻雜光纖優(yōu)選地是摻鉺/鐿光纖。
在本發(fā)明的一個(gè)方案中，優(yōu)選地，兩個(gè)主光源中的至少一個(gè)是半導(dǎo)體激光光源。
在本發(fā)明的一個(gè)方案中，相干光源還優(yōu)選地包括光纖，用于接收從波長(zhǎng)變換元件單元發(fā)射的光。
本發(fā)明的一個(gè)方案提供了一種光學(xué)裝置，包括光源單元，具有摻雜光纖，從摻雜光纖中發(fā)射第一波長(zhǎng)的光和第二波長(zhǎng)的光；以及波長(zhǎng)變換元件單元，具有接收第一波長(zhǎng)的光、并發(fā)射波長(zhǎng)比第一波長(zhǎng)短的光的第一波長(zhǎng)變換元件；以及圖像變換單元，接收從相干光源發(fā)射的光，并控制從所述相干光源發(fā)射的光的二維強(qiáng)度分布。
本發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了一種使用光纖激光器的藍(lán)光區(qū)的相干光源。該相干光源的效率高，并能夠產(chǎn)生高輸出。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的相干光源示例的配置圖；圖2是具有布拉格光柵的摻雜光纖的配置圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的相干光源示例的配置圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的相干光源示例的配置圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的相干光源示例的配置圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的相干光源示例的配置圖；圖7A是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的相干光源示例的配置圖；圖7B是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的相干光源示例的配置圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的相干光源示例的配置圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的相干光源示例的配置圖；圖10A是光源單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的示例 圖10B是驅(qū)動(dòng)電源與光源單元之間的連接的示例圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的相干光源示例的配置圖；圖12A是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的相干光源示例的配置圖；圖12B是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的相干光源示例的配置圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的相干光源示例的配置圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的相干光源示例的配置圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的光學(xué)裝置示例的配置圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的光學(xué)裝置示例的配置圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的光學(xué)裝置示例的配置圖；以及圖18是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的適用于光學(xué)裝置的相干光源示例的配置圖。
字母或數(shù)字的說明101、103 主光源102、104、1002 泵浦光源105、106、204、301、302 摻雜光纖107、303、401、403 SHG元件501、505、511、517 SHG元件108、402、406、503 SFG元件507、513、515 SFG元件109a 脈沖驅(qū)動(dòng)電源109b 驅(qū)動(dòng)電源151 布拉格光柵801 相干光源802 準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)803、907 積分器光學(xué)系統(tǒng)804 擴(kuò)散板805、909 液晶板806 屏幕807 投影透鏡
901 相干光源902、903 反射鏡905 屏幕911 德布羅意波棱鏡913r、913g、913b、915 透鏡2002 波片3007 非線性光纖具體實(shí)施方式
在光纖激光器中，類似固體激光器的用于產(chǎn)生900nm附近的激光光線和通過波長(zhǎng)變換來(lái)產(chǎn)生藍(lán)色光的光源在產(chǎn)生900nm附近的光的效率方面較低，難以實(shí)現(xiàn)高效率和高輸出。本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N使用光纖激光器的藍(lán)色光源，該光纖激光器用于發(fā)射波長(zhǎng)在1080nm和1540nm附近的光，并具有增強(qiáng)的高輸出性能。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光源具有光纖，并且是用于產(chǎn)生藍(lán)光區(qū)的相干光的光源(相干光源)。這種光源具有高輸出光纖激光器，還具有可以通過波長(zhǎng)變換元件來(lái)高效波長(zhǎng)在發(fā)射藍(lán)光區(qū)中的光的配置，其中波長(zhǎng)變換元件用于變換從光纖激光器發(fā)射的光的波長(zhǎng)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的光源具有能夠產(chǎn)生藍(lán)光源的高輸出、同時(shí)產(chǎn)生綠光和藍(lán)光、以及同時(shí)產(chǎn)生紅光、綠光和藍(lán)光的配置。
此外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的顯示設(shè)備是使用根據(jù)本發(fā)明的光源的顯示設(shè)備。
(第一實(shí)施例)圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的相干光源的配置圖。參考圖1，簡(jiǎn)要解釋根據(jù)本實(shí)施例的相干光源的配置和操作。構(gòu)成光纖放大器的摻雜光纖105發(fā)射波長(zhǎng)為1ambda_1的光，波長(zhǎng)為lambda_1的光是從主光源101發(fā)射的，并由泵浦光源102和摻雜光纖105放大。構(gòu)成另一光纖放大器的摻雜光纖106發(fā)射波長(zhǎng)為lambda_2的光，波長(zhǎng)為lambda_2的光是從主光源103發(fā)射的，并由泵浦光源104和摻雜光纖106放大。根據(jù)第一實(shí)施例，主光源101和103、泵浦光源102和104、以及摻雜光纖105和106構(gòu)成光源單元。此外，在其他實(shí)施例中，光源單元相似地由主光源、泵浦光源和摻雜光纖構(gòu)成。SHG(二次諧波產(chǎn)生)元件107將從摻雜光纖106發(fā)射的波長(zhǎng)lambda_2的光變換為具有波長(zhǎng)lambda 2/2(＝lambda_3)的SHG光(二次諧波)。從光纖放大器105發(fā)射的波長(zhǎng)lambda_1的光、以及從SHG元件107發(fā)射的波長(zhǎng)lambda_3的SHG光進(jìn)入和頻率產(chǎn)生(SFG)元件108，并變換為具有和頻率的光。構(gòu)成由元件108變換和產(chǎn)生的具有和頻率的光的SFG光110的波長(zhǎng)lambda_4是lambda_4＝(lambda_1×lambda_3)/(lambda_1+lambda_3)＝(lambda_1×lambda_2)/(2×lambda_1+lambda_2)。因此，SFG元件108發(fā)射具有波長(zhǎng)lambda_4的SFG光110。依照使波長(zhǎng)lambda_4包含在藍(lán)光區(qū)中的方式，選擇從摻雜光纖105和106發(fā)射的光的波長(zhǎng)lambda_1和lambda_2，并設(shè)計(jì)SHG元件107和SFG元件108。由此，藍(lán)光可以由構(gòu)成光纖放大器的摻雜光纖105和106、以及構(gòu)成波長(zhǎng)變換元件的SHG元件107和SFG元件108產(chǎn)生。根據(jù)第一實(shí)施例，SHG元件107和SFG元件108構(gòu)成波長(zhǎng)變換元件單元。在其他實(shí)施例中，波長(zhǎng)變換元件單元也是由SFG元件和SHG元件構(gòu)成的。附帶地，SFG元件是波長(zhǎng)lambda_a的光和波長(zhǎng)lambda_b的光進(jìn)入的、并發(fā)射具有滿足關(guān)系lambda_c^(-1)＝lambda_a^(-1)+lambda_b^(-1)的波長(zhǎng)lambda_c的光的元件。SHG元件是在前述SFG元件中l(wèi)ambda_a等于lambda_b的情況下、通過波長(zhǎng)lambda_a的光進(jìn)入來(lái)發(fā)射lambda_c＝lambda_a/2的光的波長(zhǎng)變換元件。以下詳細(xì)解釋根據(jù)本發(fā)明的相干光源的原理。
第一光纖放大器中包含的摻雜光纖105具有摻鐿光纖。摻雜光纖105能夠產(chǎn)生波長(zhǎng)大約為1030到1100nm的光。另一方面，構(gòu)成第二光纖放大器的摻雜光纖106具有摻鉺或鉺/鐿光纖。摻雜光纖106能夠產(chǎn)生波長(zhǎng)在1540nm附近的光。SHG元件107是能夠?qū)⒉ㄩL(zhǎng)在1540nm附近的光變換為SHG光、并且能夠產(chǎn)生770nm附近的SHG光的元件。
SFG元件108產(chǎn)生具有前述兩種光(波長(zhǎng)lambda_1和lambda_3的光)的和頻率的光，從而可以產(chǎn)生波長(zhǎng)在包含于藍(lán)光區(qū)中的440nm到460nm附近的藍(lán)光。
光纖激光光源可以由泵浦光源、以及通過在光纖的每個(gè)端面上形成反射鏡來(lái)構(gòu)成光纖共振器的摻雜光纖105和106配置而成，或者可以使用主光源101和103、以及泵浦光源102和104來(lái)配置，從主光源101和103發(fā)射的光由泵浦光源102、泵浦光源104和構(gòu)成光纖放大器的摻雜光纖105和106放大。
如圖2所示，在使用共振器的前述配置中，具有周期性光柵結(jié)構(gòu)的布拉格光柵151可以用作摻雜光纖105(和106)。考慮到波長(zhǎng)變換元件的相位匹配波長(zhǎng)的變化，優(yōu)選地設(shè)計(jì)布拉格光柵151，使其反射大約數(shù)個(gè)nm的較寬波長(zhǎng)范圍的光。在光柵等使波段變窄的情況下，由于拉曼散射等現(xiàn)象，可能難以在高輸出的同時(shí)使激光的振蕩波長(zhǎng)的波段變窄。一般而言，波長(zhǎng)變換元件的相位匹配波長(zhǎng)的容限較窄。因此，在將光纖配置為激光共振器的情況下，進(jìn)入波長(zhǎng)變換元件的光具有較寬的波長(zhǎng)波段，從而顯著降低了變換效率?？紤]到這點(diǎn)，依照由泵浦光源102和104以及摻雜光纖105和106放大從主光源101和103發(fā)射的光的方式，適當(dāng)?shù)嘏渲霉饫w放大器。此外，用諸如DBR激光器或DFB激光器之類的半導(dǎo)體激光器來(lái)適當(dāng)?shù)嘏渲弥鞴庠?01和103。在這些半導(dǎo)體激光器中，振蕩波長(zhǎng)由激光器中配置的光柵來(lái)固定，從而可以將振蕩波長(zhǎng)精確地調(diào)諧到波長(zhǎng)變換元件的相位匹配波長(zhǎng)。此外，在激光光線由光纖放大器放大的情況下，可以抑制由光纖的非線性效應(yīng)引起的波長(zhǎng)譜的增加(展寬)，從而可以實(shí)現(xiàn)高效的波長(zhǎng)變換。
可以對(duì)諸如DFB或DBR激光器之類的半導(dǎo)體激光器的輸出進(jìn)行高速調(diào)制，從而帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)在于，可以對(duì)由光纖放大器和波長(zhǎng)變換元件變換波長(zhǎng)的光進(jìn)行高速調(diào)制。在進(jìn)入摻雜光纖105和106的主光源101和103的激光光線是脈沖驅(qū)動(dòng)的情況下，可以實(shí)現(xiàn)Q開關(guān)操作，并可以產(chǎn)生具有高峰值的脈沖光。SHG和SFG波長(zhǎng)變換元件107和108利用非線性光學(xué)效應(yīng)。因此，通過增加功率強(qiáng)度，顯著提高了變換效率。因此，相比于平常的CW光，使用高峰值的波峰功率有利地將變換效率提高了多個(gè)數(shù)量級(jí)。半導(dǎo)體激光器可以有利地用作光源，以通過輸出調(diào)制和Q開關(guān)操作來(lái)改善變換效率。
在使用半導(dǎo)體激光器的情況下，必須注意幾點(diǎn)。
一點(diǎn)在于，在對(duì)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行調(diào)制的情況下，希望抑制與輸出調(diào)制同時(shí)發(fā)生的波長(zhǎng)改變的啁啾(chirping)。在啁啾發(fā)生的情況下，激光光線的振蕩波長(zhǎng)偏離SHG元件107和SFG元件108的相位匹配波長(zhǎng)的容限，從而經(jīng)常導(dǎo)致變換效率降低和輸出調(diào)制波形失真的問題。為了防止該問題，優(yōu)選地將具有三電極結(jié)構(gòu)的DBR激光器用作激光光源。通過配置包括驅(qū)動(dòng)電極、DBR電極和相位電極的三電極DBR激光器，并同時(shí)將輸入驅(qū)動(dòng)電極部分的調(diào)制波形和輸入相位電極部分的調(diào)制波形作為輸出調(diào)制來(lái)應(yīng)用，可以抵消由注入半導(dǎo)體激光器的電流產(chǎn)生的熱，并可以防止激光的啁啾。將這種配置應(yīng)用于包括在光纖放大器中的泵浦光源102和104，可以抑制從摻雜光纖105和106發(fā)射的激光光線的啁啾，并以構(gòu)成波長(zhǎng)變換元件的SHG元件107和SFG元件108實(shí)現(xiàn)高效的波長(zhǎng)變換。
另一問題在于，在通過主光源101和103的脈沖驅(qū)動(dòng)進(jìn)行Q開關(guān)操作時(shí)，要求精確的脈沖波形匹配。參考圖3，解釋光纖放大器的脈沖驅(qū)動(dòng)方法。通過將用于驅(qū)動(dòng)主光源103的電源109作為脈沖驅(qū)動(dòng)電源來(lái)產(chǎn)生主光源103的脈沖狀輸出，可以提高變換效率。但是，在這種情況下，鉺或鉺/鐿激光器103、104和106優(yōu)選地是脈沖驅(qū)動(dòng)的。原因在于波長(zhǎng)變換元件的變換效率與基波波長(zhǎng)的立方成反比。作為產(chǎn)生基波的光源，鉺或鉺/鐿激光器103、104和106具有1540nm的最長(zhǎng)波長(zhǎng)，因而其變換效率在光源中最低。為了改善這種情況，產(chǎn)生基波的光源由脈沖驅(qū)動(dòng)，從而有效地提高變換效率。具體地，通過對(duì)具有最長(zhǎng)波長(zhǎng)的光源進(jìn)行脈沖驅(qū)動(dòng)，可以最有效地提高變換效率。通過對(duì)進(jìn)入構(gòu)成鉺或鉺/鐿光纖放大器的摻雜光纖106的主光源103進(jìn)行脈沖驅(qū)動(dòng)，來(lái)提高變換效率。
此外，通過進(jìn)入SFG元件108的兩束光的脈沖驅(qū)動(dòng)來(lái)提高SFG元件108的效率，可以實(shí)現(xiàn)更高的變換效率。但是，除非從構(gòu)成進(jìn)入SFG元件108的兩束光的光源的摻雜光纖105和106中發(fā)射的脈沖光在時(shí)間上彼此同步，否則，兩束脈沖光的波峰在SFG元件108中未重疊，無(wú)法獲得高效率。參考圖4，示出了兩個(gè)主光源101和103的脈沖驅(qū)動(dòng)的配置。兩個(gè)主光源101和103由相同的脈沖驅(qū)動(dòng)電源109a或同步脈沖驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)，因此，從摻雜光纖105和106發(fā)射的脈沖光在時(shí)間上是彼此同步的。圖4所示的配置可以實(shí)現(xiàn)如下控制操作由單個(gè)脈沖驅(qū)動(dòng)電源109a將兩個(gè)主光源101和103的脈沖振蕩同步，以及從摻雜光纖105和106中同時(shí)產(chǎn)生光脈沖。
SHG元件107和SFG元件108是適合的波長(zhǎng)變換元件，每一個(gè)包括具有周期性偏振反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的非線性光學(xué)晶體。作為具有偏振反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)變換元件，優(yōu)選的是KTiOPO4、LiNbO3、LiTaO3、摻雜鎂的LiNbO3或LiTaO3、或理想配比的LiNbO3或LiTaO3。這些晶體具有高非線性常數(shù)，從而可以實(shí)現(xiàn)高效率的波長(zhǎng)變換。
此外，這些晶體具有可以通過改變其周期性結(jié)構(gòu)來(lái)自由設(shè)計(jì)相位匹配波長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。通過利用該特征，可以由單一光學(xué)晶體來(lái)產(chǎn)生藍(lán)光。圖5是根據(jù)具有整體地包括SHG元件401和SFG元件402的波長(zhǎng)變換元件的實(shí)施例的光源結(jié)構(gòu)圖。通過設(shè)計(jì)偏振反轉(zhuǎn)周期，可以在相同的結(jié)晶體上形成SHG元件401和SFG元件402?？梢允褂脫诫s鎂的LiNbO3作為構(gòu)成元件401和402的晶體。例如，具有1540nm波長(zhǎng)的基波202從構(gòu)成光源的摻雜光纖106射出，而具有1080nm波長(zhǎng)的基波201從構(gòu)成光源的摻雜光纖105射出。在這種情況下，基波201和202的波長(zhǎng)由主光源101和103的振蕩波長(zhǎng)確定，振蕩波長(zhǎng)不限于所示的波長(zhǎng)。在本示例中，構(gòu)成波長(zhǎng)變換元件之一的SHG元件401包括周期為27.2微米的偏振反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，SFG元件402包括周期為4.1微米的偏振反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。這些具有不同周期的偏振反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)形成在一個(gè)摻雜鎂的LiNbO3晶體中。SHG元件401將1540nm的光(基波202)變換為770nm的SHG光。然后，SFG元件402產(chǎn)生波長(zhǎng)為450nm的藍(lán)光，該藍(lán)光構(gòu)成了具有770nm的SHG光與1080nm的光(基波201)的和頻率的光。此外，形成在單個(gè)晶體上的SHG元件401和SFG元件402有助于光源的簡(jiǎn)化和尺寸減小。
順帶地，雖然根據(jù)本發(fā)明的配置使用半導(dǎo)體激光器作為主光源101和103，但是可以使用光纖激光器或固體激光光源作為主光源。
在根據(jù)本實(shí)施例的配置中，兩個(gè)光源包括光纖放大器102、104、105和106。盡管如此，可以使用固體激光光源。此外，可以使用固體激光光源或半導(dǎo)體激光器作為這兩個(gè)激光光源或兩者之一。例如，通過使用產(chǎn)生波長(zhǎng)為980nm的光的半導(dǎo)體激光器和1550nm的光纖激光光源、變換從光纖激光光源射出的光(將光波長(zhǎng)變換為原始波長(zhǎng)的一半)、以及產(chǎn)生775nm的SHG光與980nm的基波的和頻率，可以產(chǎn)生430nm的藍(lán)光。半導(dǎo)體激光器光源的尺寸可以減小，從而有效地減小根據(jù)本發(fā)明的相干光源的尺寸和成本。
雖然根據(jù)本實(shí)施例的配置包括光纖激光器作為激光放大器，但是可以用半導(dǎo)體放大器替代光纖激光器。半導(dǎo)體放大器可以由電流激勵(lì)，從而能夠有效地減小光源的尺寸。
使用摻鉺或鉺/鐿光纖作為構(gòu)成光纖放大器的摻雜光纖106，或者使用摻鐿光纖作為構(gòu)成光纖放大器的摻雜光纖105，可以產(chǎn)生380到410nm附近的藍(lán)光。
除了上述激光器，還可以通過含有釹、鐠、鉻、鈦、釩和鈥元素的離子之一的配置，實(shí)現(xiàn)光纖放大器。在使用摻釹光纖的情況下，在1060nm附近的光發(fā)射更加便利。此外，對(duì)于前述除釹之外的其他離子，也可以實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)的光源。
(第二實(shí)施例)根據(jù)本實(shí)施例的相干光源具有如下配置能夠同時(shí)產(chǎn)生具有多個(gè)波長(zhǎng)區(qū)(例如，藍(lán)色和綠色兩個(gè)波長(zhǎng)區(qū))中的波峰的相干光。圖6是根據(jù)本實(shí)施例的相干光源的配置圖。SHG元件107將從構(gòu)成摻鉺/鐿光纖的摻雜光纖302中射出的波長(zhǎng)為1540nm的光變換為波長(zhǎng)為770nm的光。SFG元件108將從構(gòu)成摻鐿光纖的摻雜光纖301中射出的波長(zhǎng)為1080nm的光和波長(zhǎng)為770nm的SHG光變換為構(gòu)成波長(zhǎng)為450nm的藍(lán)光的SFG光110。此外，第二SHG元件303將射出但未被SFG元件108變換的波長(zhǎng)為1080nm的光分離開來(lái)，并將其變換為構(gòu)成波長(zhǎng)為540nm的綠光的SHG光304。根據(jù)本實(shí)施例的相干光源能夠同時(shí)產(chǎn)生綠光(例如，波長(zhǎng)為540nm的光)和藍(lán)光(例如，波長(zhǎng)為450nm的光)。根據(jù)本實(shí)施例的相干光源使用波長(zhǎng)為1080nm且未被SFG元件108變換的基波，來(lái)產(chǎn)生SHG光304。因此，可以提高光源總體上的利用率，并降低功耗。此外，可以由單光源同時(shí)產(chǎn)生藍(lán)光和綠光，從而可以減小光源尺寸，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。
此外，如圖7A所示，可以將SHG元件401、SFG元件402和SHG元件403集成(集成為單片元件)，以實(shí)現(xiàn)小型光源。在波長(zhǎng)變換元件401、402和403中，在摻雜鎂的LiNbO3晶體上，具有27.2微米的周期的偏振反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以形成在具有1540nm波長(zhǎng)的基波202的SHG元件401所代表的部分中，具有4.1微米的周期的偏振反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以形成在SFG元件402所代表的部分中，具有7.3微米的周期的偏振反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以形成在具有1080nm波長(zhǎng)的SHG元件403所代表的部分中?；?02由SHG元件401變換為SHG光203，SHG光203和基波201由SFG元件402變換為SFG光404。此外，基波201由SHG元件403變換為SHG光405。通過將SHG元件401、403和SFG元件402轉(zhuǎn)換為單片元件，減小了光源尺寸，降低了成本。對(duì)SFG、SHG等的自由控制可以簡(jiǎn)單地通過設(shè)計(jì)周期性偏振反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的周期來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而可以非常有效地制造單片元件。
此外，通過設(shè)置構(gòu)成第二和頻率元件的SFG元件406，可以同時(shí)產(chǎn)生紅色、藍(lán)色和綠色三種波長(zhǎng)。圖7B示出了該配置。波長(zhǎng)變換元件包括SHG元件401和403以及SFG元件402和406。此外，通過將構(gòu)成波長(zhǎng)變換單元的波長(zhǎng)變換元件401、402、403和406集成到一個(gè)襯底上，可以減小光源尺寸?？梢砸勒杖缦路绞絹?lái)在摻雜鎂的LiNbO3晶體上形成波長(zhǎng)變換元件具有27.2微米的周期的偏振反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)形成為構(gòu)成了波長(zhǎng)為1540nm的基波202的SHG元件401的部分，具有4.1微米的周期的偏振反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)形成為構(gòu)成了SFG元件402的部分，具有11.7微米的周期的偏振反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)形成為構(gòu)成了SHG元件406的部分，具有7.3微米的周期的偏振反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)形成為構(gòu)成了波長(zhǎng)為1080nm的SHG元件403的部分。具有1540nm波長(zhǎng)的基波202由SHG元件401變換為具有770nm波長(zhǎng)的SHG光203，具有770nm波長(zhǎng)的SHG光203和具有1080nm波長(zhǎng)的基波201由SFG元件402變換為具有450nm波長(zhǎng)的SFG光(藍(lán)色)404。此外，具有1080nm波長(zhǎng)的基波201由SHG元件403變換為SHG光(綠色)405。此外，具有1080nm波長(zhǎng)的基波201和具有1540nm波長(zhǎng)的基波202由SFG元件406變換為具有635nm波長(zhǎng)的SFG光(紅色)407。因此，可以同時(shí)產(chǎn)生紅(R)光、綠(G)光和藍(lán)(B)光。由這種光源產(chǎn)生的三種顏色的光的所有波長(zhǎng)具有高發(fā)光率，非常適合顯示應(yīng)用。此外，因?yàn)榭梢杂蓛煞N基波光源同時(shí)產(chǎn)生三種顏色，所以可以提高基波的利用率。關(guān)于波長(zhǎng)變換的順序，優(yōu)選的是首先變換為1540nm的SHG光。如上所述，這是因?yàn)樵摬ㄩL(zhǎng)最長(zhǎng)，從而變換效率最低。之后，優(yōu)選地產(chǎn)生具有和頻率的藍(lán)光，接著產(chǎn)生具有和頻率的紅光，最后產(chǎn)生構(gòu)成1080nm的SHG光的綠光。采用以變換功率下降的順序進(jìn)行變換，并進(jìn)一步使用外來(lái)光進(jìn)行變換，提高了利用率，從而可以總體上實(shí)現(xiàn)光源的高輸出。此外，關(guān)于綠光的產(chǎn)生，可以通過停止或至少減少1540nm波長(zhǎng)的光的輸出，來(lái)停止或至少抑制兩種和頻率的產(chǎn)生，從而可以將1080nm的光只用于綠光的產(chǎn)生。因此，除了紅光和藍(lán)光的產(chǎn)生，還可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)綠光的高輸出產(chǎn)生。在RGB光源用于激光顯示器的情況下，發(fā)光率要求綠光的輸出功率比紅光和藍(lán)光的輸出功率高。因?yàn)榭梢员攘硗獾墓飧痈咝У乩镁G光，所以根據(jù)本發(fā)明的配置是優(yōu)選的。作為基波光源的波長(zhǎng)區(qū)，使用1550+50或-50nm附近的波長(zhǎng)和1080+50或-50nm附近的波長(zhǎng)可以實(shí)現(xiàn)RGB光的同時(shí)產(chǎn)生。在使用摻鉺光纖的情況下，可以輸出1550+50或-50nm附近的波長(zhǎng)的光，而在使用摻鐿光纖的情況下，可以輸出1080+50或-50nm附近的波長(zhǎng)的光。使用該波長(zhǎng)區(qū)中的光源可以產(chǎn)生紅光區(qū)中610到660nm波長(zhǎng)、藍(lán)光區(qū)中430到470nm波長(zhǎng)和綠光區(qū)中515到565nm波長(zhǎng)的光。
此外，由光源103、104和302產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)優(yōu)選地是1500到1570nm。原因在于對(duì)于1570nm或更長(zhǎng)的波長(zhǎng)，由具有1060nm附近波長(zhǎng)的其他光源101、102和301的和頻率產(chǎn)生的紅光的波長(zhǎng)增加到640nm或更長(zhǎng)，從而降低了顯示應(yīng)用的發(fā)光率。降低的發(fā)光率提高了所需的功率，從而增大了功耗。因此，紅光的波長(zhǎng)最好不大于640nm。為滿足該條件，從光源103、104和302發(fā)射的光的波長(zhǎng)最好不大于1570nm。另一方面，在從光源103、104和302發(fā)射的光的波長(zhǎng)減小到或低于1500nm的情況下，紅光波長(zhǎng)減小到或低于620nm。由于紅光波長(zhǎng)減小到或低于620nm，紅光顯示范圍變窄，顏色再現(xiàn)性惡化。因此，為了確保紅光波長(zhǎng)不小于620nm，從光源103、104和302發(fā)射的光的波長(zhǎng)最好不小于1500nm。更好的是1540到1560nm。原因在于在摻鉺/鐿光纖302中，針對(duì)泵浦光的變換效率最高。
另一方面，從光源101、102和301發(fā)射的光的波長(zhǎng)優(yōu)選地在1060nm到1090nm的范圍中。這個(gè)波長(zhǎng)區(qū)是摻鐿光纖激光器301的變換效率較高的區(qū)域，從而可以降低功耗。更好的是1065到1080nm。使用這個(gè)波長(zhǎng)區(qū)域可以實(shí)現(xiàn)較高的顏色再現(xiàn)性。
圖8和9示出了能夠同時(shí)產(chǎn)生RGB光的光源配置。在圖8所示的光源中，使用來(lái)自第一光源單元101、102和301的1554nm的光、以及來(lái)自第二光源單元103、104和302的1084nm的光，來(lái)同時(shí)產(chǎn)生RGB光。
SHG元件501將部分1084nm的激光光線變換為542nm的綠光，并將542nm的光射向外部。將部分1554nm的激光光線與1084nm的激光光線組合，由SFG元件503產(chǎn)生具有639nm的和頻率的紅光。從而將紅光射向外部。此外，SHG元件505將1554nm的光變換為777nm的光，SFG元件507將777nm的光和1084nm的光變換為和頻率，從而產(chǎn)生457nm的藍(lán)光。這種配置能夠從兩個(gè)光源單元同時(shí)產(chǎn)生RGB光。
以下解釋圖9所示的光源配置。SHG元件511將從第二光源單元103、104和302的1084nm發(fā)射的1554nm的激光光線的一部分變換為777nm的光。SFG元件513將777nm的光和1084nm的光的一部分變換為具有453nm和頻率的光，將453nm的光射向外部。此外，SFG元件515將1084nm和1554nm的激光光線的一部分變換為639nm的和頻率。此外，SHG元件517將1084nm的光變換為542nm的綠光。
從RGB變換效率來(lái)看，圖9所示的配置是優(yōu)選的。如前所述，隨著波長(zhǎng)的增加，波長(zhǎng)變換效率降低。因此，將1554nm波長(zhǎng)變換為777nm波長(zhǎng)的效率最低。因此，首先執(zhí)行該變換，以提高效率。
如上所述，在圖7B、8和9所示的配置中，可以實(shí)現(xiàn)RGB的同時(shí)輸出。現(xiàn)在，解釋對(duì)RGB光源的輸出進(jìn)行切換的方法。
在將能夠產(chǎn)生RGB光的光源用于激光顯示器等的情況下，可以通過切換RGB輸出來(lái)降低功耗。這里對(duì)切換輸出的方法進(jìn)行解釋。關(guān)于綠光，通過停止產(chǎn)生1540nm附近的基波的產(chǎn)生(停止第二光源103、104和302的輸出)，來(lái)使和頻率的產(chǎn)生停止，從而可以有效地取得構(gòu)成具有1080nm波長(zhǎng)的基波的SHG光的540nm綠光。換言之，可以通過開啟/關(guān)閉1540nm基波的產(chǎn)生來(lái)切換綠光的產(chǎn)生。
另一方面，在同時(shí)產(chǎn)生具有1540nm和1080nm波長(zhǎng)的基波的情況下，可以通過用于將1540nm波長(zhǎng)的基波變換為SHG光的波長(zhǎng)變換元件(例如SHG元件505)來(lái)實(shí)現(xiàn)藍(lán)光和紅光的切換。通過替換SHG元件、施加電場(chǎng)或控制溫度、從而轉(zhuǎn)換相位匹配條件，可以控制770nm的SHG光的產(chǎn)生強(qiáng)度，從而可以切換藍(lán)光和紅光。只要770nm光的產(chǎn)生是開啟的(產(chǎn)生強(qiáng)度較大)，就加強(qiáng)450nm附近的藍(lán)光的產(chǎn)生，另一方面，只要770nm光的產(chǎn)生是關(guān)閉的(產(chǎn)生強(qiáng)度較小)，就加強(qiáng)具有640nm附近波長(zhǎng)的紅光的產(chǎn)生。這種方法可以實(shí)現(xiàn)RGB強(qiáng)度切換和用于平衡輸出的調(diào)整。在只有RGB中的紅/綠、藍(lán)/綠或紅/藍(lán)等兩種光產(chǎn)生的情況下，也可以將相似方法用于切換操作。
此外，通過使用偏振反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，可以在單個(gè)襯底上以單片形式形成RGB產(chǎn)生所需的兩個(gè)二次諧波產(chǎn)生元件和兩個(gè)和頻率產(chǎn)生元件，從而簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減小光源尺寸。
在將根據(jù)本發(fā)明的光源用作彩色顯示的RGB光源時(shí)，優(yōu)選地通過切換來(lái)輸出RGB。可以通過在時(shí)間上切換R、G和B中的每一個(gè)的圖像，來(lái)配置彩色圖像。在這種情況下，對(duì)于光源，通過切換RGB輸出，可以使用構(gòu)成圖像變換單元的單個(gè)圖像變換元件來(lái)實(shí)現(xiàn)向彩色圖像的變換。
在根據(jù)本發(fā)明的配置中，對(duì)1554nm光的產(chǎn)生進(jìn)行切換，從而在1554nm光的產(chǎn)生開啟的情況下，同時(shí)輸出RGB，而在1554nm光的產(chǎn)生關(guān)閉的情況下，只輸出542nm的綠光。這樣，通過切換光源的輸出，可以有效地輸出圖像。
此外，在形成彩色圖像的情況下，綠光的最大亮度是必要的。圖10A示出了第一光源單元101、102和301的開/關(guān)模式的示例601、以及第二光源單元103、104和302的開/關(guān)模式的示例603。圖10B示出了兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電源109b以模式601驅(qū)動(dòng)主光源101或泵浦光源102、以及以模式603驅(qū)動(dòng)主光源103或泵浦光源104的方式的圖。通過這樣驅(qū)動(dòng)兩個(gè)光源單元，當(dāng)模式601和603同時(shí)開啟時(shí)，兩個(gè)光源單元都保持開啟，從而可以同時(shí)發(fā)射RGB光。另一方面，只要模式601關(guān)閉，模式603開啟，就可以只發(fā)射綠光。所以，在根據(jù)本發(fā)明的配置中，通過在同時(shí)產(chǎn)生RGB與只產(chǎn)生綠光之間切換，增加了綠光的累積光量，可以實(shí)現(xiàn)更高亮度的圖像。
此外，在開啟/關(guān)閉1554nm光源以切換輸出的情況下，與圖8的配置相比較，圖9的配置能夠更加有效地產(chǎn)生綠光。在關(guān)閉1554nm光的輸出的情況下，1084nm光不再被中間元件變換，而直接達(dá)到SHG元件517。由此，減小了1084nm光的變換損耗，SHG元件517可以高效地產(chǎn)生綠光。另一方面，在開啟1554nm光的輸出的情況下，可以在產(chǎn)生綠光之前輸出B和R，從而可以針對(duì)更高的光源利用率，實(shí)現(xiàn)高效的波長(zhǎng)變換。由于上述原因，在通過切換來(lái)輸出基波的情況下，可以更加有效地取得綠光。
在圖7B中，還可以利用相似優(yōu)點(diǎn)。在通過切換1064nm和1554nm輸出來(lái)對(duì)RGB同時(shí)產(chǎn)生與綠光產(chǎn)生進(jìn)行切換的情況下，通過將用于產(chǎn)生綠光的SHG元件403設(shè)置在最后一級(jí)，可以提高綠光產(chǎn)生效率。
(第三實(shí)施例)現(xiàn)在，對(duì)具有用于單片結(jié)構(gòu)的光纖放大器(泵浦光源和摻雜光纖)的配置的光源進(jìn)行解釋。根據(jù)本實(shí)施例，同時(shí)摻雜有鉺和鐿的摻雜光纖204用作光纖放大器。通過使用具有975nm或915nm波長(zhǎng)的泵浦光源102對(duì)摻雜光纖204進(jìn)行泵浦，摻雜光纖204可以用作光纖放大器。這種光纖放大器在1540nm附近和1080nm附近的波長(zhǎng)區(qū)中執(zhí)行放大操作。當(dāng)來(lái)自主光源101和103的光輸入該光纖放大器時(shí)，摻雜光纖204放大主光源的波長(zhǎng)。例如，假設(shè)主光源101具有1080nm附近的波長(zhǎng)，主光源103具有1540nm附近的波長(zhǎng)，單個(gè)摻雜光纖204可以使不同波長(zhǎng)的光振蕩。在圖11的配置中，通過從主光源101和103同時(shí)發(fā)射1540nm和1080nm波長(zhǎng)的光，可以從摻雜光纖204同時(shí)射出這些光。然后，通過SHG元件107和SFG元件108的波長(zhǎng)變換，可以用第一實(shí)施例中所述的波長(zhǎng)變換元件配置來(lái)產(chǎn)生藍(lán)色的SFG光110。光纖激光器的集成消除了對(duì)用于組合來(lái)自光纖的激光光線的光學(xué)系統(tǒng)的需求，可以簡(jiǎn)化光學(xué)系統(tǒng)，降低尺寸和成本。
此外，這還可以用于產(chǎn)生綠光。圖12A示出了根據(jù)本發(fā)明、具有另一配置的相干光源。將SHG元件403添加到前述配置中，將具有1080nm波長(zhǎng)的基波201變換為具有540nm波長(zhǎng)的綠光405。具有這種配置的光源可以同時(shí)產(chǎn)生藍(lán)光和綠光。此外，因?yàn)閮煞N光是沿著相同的軸產(chǎn)生的，所以可以很大程度地有效簡(jiǎn)化使用該激光光線的光學(xué)系統(tǒng)。
圖12B是具有波長(zhǎng)變換元件的光源的配置圖，其中還將SFG元件406添加到構(gòu)成圖12A所示光源的波長(zhǎng)變換元件的一部分中。如上所述，采用這種結(jié)構(gòu)，形成了可以同時(shí)發(fā)射RGB光的光源。
圖13是具有波片2002的光源的配置圖。在具有這種配置的光源中，摻鉺/鐿光纖204同時(shí)產(chǎn)生1064nm和1550nm的光，1064nm和1550nm的光由構(gòu)成波長(zhǎng)變換元件單元的元件401、402、403和406變換為RGB三種顏色。光纖激光器204同時(shí)產(chǎn)生兩種波長(zhǎng)，由于兩種波長(zhǎng)的振蕩擾亂了泵浦激光的增益，所以有時(shí)使振蕩不穩(wěn)定。作為防止上述問題的方法，優(yōu)選地使來(lái)自兩個(gè)主光源101和103的光的偏振方向以直角彼此交叉，防止相互干擾。在這種配置中，光纖204優(yōu)選是保偏光纖。這是因?yàn)閮蓚€(gè)正交偏振光彼此不干擾的事實(shí)。通過將來(lái)自主光源101和103的光作為相互正交的偏振光而輸入，使1550nm和1064nm的光作為相互正交的偏振光而振蕩，從而穩(wěn)定輸出。但是，考慮到兩種光在輸入波長(zhǎng)變換元件時(shí)需要以相同的方式偏振，在光源單元與波長(zhǎng)變換單元之間插入波片2002，從而將兩種波長(zhǎng)的偏振光變換為相同的偏振光，并進(jìn)入波長(zhǎng)變換元件。
圖14是使用不同波長(zhǎng)的兩個(gè)泵浦光源的光源的配置圖。泵浦光源102具有915nm波長(zhǎng)，泵浦光源1002具有1480nm波長(zhǎng)。泵浦光源102激勵(lì)1550和1064nm的光發(fā)射增益，而1480nm的光只激勵(lì)1550nm的光。因此，通過控制泵浦光源102和1002的功率，可以控制1064nm和1550nm波長(zhǎng)的光的產(chǎn)生，以確保穩(wěn)定性。
順帶地，對(duì)于泵浦光源1002的波長(zhǎng)，除了1480nm，還可以使用920到970nm的波長(zhǎng)區(qū)。
順帶地，通過使用保偏光纖作為光纖204，并將1550和1064nm兩種波長(zhǎng)的偏振光彼此分離，可以穩(wěn)定地產(chǎn)生兩種波長(zhǎng)。
根據(jù)本發(fā)明的配置使用具有不同波長(zhǎng)的主激光器，作為由泵浦激光器激勵(lì)的光纖。盡管如此，也可以有效地采用包括用于發(fā)射其他不同波長(zhǎng)的光的主激光器的配置。例如，除了用于產(chǎn)生1080nm波長(zhǎng)的光的光源之外，還添加了用于產(chǎn)生1040nm波長(zhǎng)的光的光源、以及用于接收1040nm波長(zhǎng)的光并產(chǎn)生二次諧波的波長(zhǎng)變換元件。這樣，可以另外產(chǎn)生520nm波長(zhǎng)的SHG光。通過增加主光源產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)種類，可以增加從這些光源中可以發(fā)射的光的波長(zhǎng)種類。因此，通過切換由主光源產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)，可以切換產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)。在可以依照多種方式切換光源所產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)的情況下，可以在作為顯示單元的光源的應(yīng)用中，擴(kuò)大可以在顯示單元上顯示的顏色范圍。
順帶地，本實(shí)施例具有通過光纖來(lái)放大主激光器的光的配置。但是，本發(fā)明不限于這種配置，而還包括通過使用光纖光柵的共振器來(lái)進(jìn)行激光振蕩的配置。這種共振器配置為在光纖激光器上兩個(gè)相互遠(yuǎn)離的點(diǎn)處具有光纖光柵，光可以在這些光纖光柵之間發(fā)生共振。由此，可以用單個(gè)泵浦激光器，使兩種波長(zhǎng)的激光振蕩。在使用這種光柵來(lái)使激光振蕩的情況下，不需要主光源，這種光源配置可以有效地簡(jiǎn)化，并降低成本。這些光纖光柵優(yōu)選地具有如下光柵結(jié)構(gòu)，該光柵結(jié)構(gòu)具有使布拉格反射發(fā)生在所需的兩種不同波長(zhǎng)上的不同周期。在光纖激光器具有共振結(jié)構(gòu)的情況下，優(yōu)選地采用使用保偏光纖來(lái)在不同偏振方向上激勵(lì)不同波長(zhǎng)的光的配置。當(dāng)在單根光纖中激勵(lì)兩種波長(zhǎng)時(shí)，可能擾亂光纖增益。但是，通過在不同偏振方向上進(jìn)行激勵(lì)，可以抑制對(duì)增益的擾亂，并可以使具有穩(wěn)定輸出的兩種波長(zhǎng)振蕩。
此外，如稍后所述的，根據(jù)本發(fā)明的相干光源還可以有利地用于激光顯示設(shè)備。原因之一在于光源的光軸彼此一致。一致的光軸簡(jiǎn)化了構(gòu)成使用RGB光源的顯示器的光學(xué)系統(tǒng)。另一點(diǎn)在于在使用RGB(紅、藍(lán)和綠)三原色光源的激光顯示器配置中，通過同時(shí)產(chǎn)生以及獨(dú)立和交替的光發(fā)射，可以提高作為光源的激光器的利用率。此外，在使用DMD或反射型液晶板的圖像變換的情況下，通過切換RGB光，可以使用單個(gè)板，從而降低了尺寸和成本。根據(jù)本發(fā)明的配置有效地實(shí)現(xiàn)了這種順序開啟。在由外部調(diào)制器對(duì)光源的輸出進(jìn)行調(diào)制的情況下，連續(xù)振蕩RGB三原色的光，從而需要是順序開啟功耗的三倍大的功耗。在根據(jù)本發(fā)明順序開啟藍(lán)光和綠光的情況下，第一步驟是使具有1540nm附近波長(zhǎng)的主光源103停止，以發(fā)射綠光。則只有1080nm附近的光從光纖中射出，并且只有具有540nm波長(zhǎng)的綠色SHG光射出。此外，在發(fā)射藍(lán)光的情況下，同時(shí)開啟主光源101和103。在這種情況下，只發(fā)射藍(lán)光比較困難。但是，通過提高SFG元件402的變換效率，可以大幅度減少綠光的產(chǎn)生?？梢酝ㄟ^切換主光源101和103來(lái)切換藍(lán)光和綠光的產(chǎn)生，從而可以順序地開啟藍(lán)光和綠光，顯著降低功耗。
(第四實(shí)施例)現(xiàn)在，對(duì)構(gòu)成光學(xué)裝置的激光顯示器進(jìn)行解釋，其中所述光學(xué)裝置使用了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的相干光源。
可以使用RGB激光器來(lái)實(shí)現(xiàn)具有高色彩再現(xiàn)性的顯示器。雖然開發(fā)了具有高輸出的紅色半導(dǎo)體激光器，作為激光光源，但是還未實(shí)現(xiàn)藍(lán)光的高輸出，對(duì)于綠光，很難形成半導(dǎo)體激光器。因此，需要使用波長(zhǎng)變換的綠光和藍(lán)光光源。使用光纖激光器，可以容易地制造具有高輸出的根據(jù)本發(fā)明的相干光源，從而可以實(shí)現(xiàn)具有大屏幕的激光顯示器?？梢允褂猛瑫r(shí)產(chǎn)生綠光和藍(lán)光、或紅光、綠光和藍(lán)光的光源作為使用光纖激光器的光源。
圖15是具有光源801的激光顯示器的配置圖，通過以液晶板(即構(gòu)成二維開關(guān)的圖像變換單元)控制二維光強(qiáng)度分布(即圖像變換)將圖像投影到屏幕上。從相干光源801射出的光穿過準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)802、積分器光學(xué)系統(tǒng)803和擴(kuò)散板804，之后，液晶板805執(zhí)行圖像變換，并由投影透鏡807將圖像投影到屏幕上。采用擺動(dòng)機(jī)制(swinging mechanism)來(lái)重新定位擴(kuò)散板，從而減小在屏幕上產(chǎn)生的斑點(diǎn)噪聲。根據(jù)本發(fā)明的相干光源能夠相對(duì)外部溫度改變，產(chǎn)生穩(wěn)定輸出，從而可以實(shí)現(xiàn)高輸出的穩(wěn)定圖像。此外，較高的波束質(zhì)量方便了光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠減小尺寸，簡(jiǎn)化設(shè)備。
順帶地，除了液晶板，還可以使用反射型液晶開關(guān)、DMD反射鏡等作為二維開關(guān)。
作為根據(jù)本發(fā)明的激光顯示裝置，圖16所示的方法也是有效的。反射鏡902和903對(duì)從相干光源901射出的激光光線進(jìn)行掃描，從而在屏幕上繪制二維圖像。在這種情況下，激光光源最好配備有高速切換功能。根據(jù)本發(fā)明任一實(shí)施例的相干光源901能夠產(chǎn)生高輸出，并且優(yōu)勢(shì)之處在于能夠產(chǎn)生穩(wěn)定輸出。此外，可以獲得穩(wěn)定輸出，而無(wú)需溫度控制元件或只需簡(jiǎn)單的溫度控制。
此外，光束質(zhì)量較高，從而可以減小和簡(jiǎn)化掃描光學(xué)系統(tǒng)。此外，使用MEMS的小型掃描設(shè)備可以用作光束掃描光學(xué)系統(tǒng)。較高的光束質(zhì)量伴隨著更好的聚焦特性和準(zhǔn)直特性，并可以使用諸如MEMS之類的小型反射鏡。由此，可以實(shí)現(xiàn)掃描型的激光顯示器。
此外，作為根據(jù)本發(fā)明的激光顯示裝置，圖17所示的方法是有效的。通過分別進(jìn)入透鏡913r、913g和913b，從根據(jù)本發(fā)明的相干光源中射出的R、G和B三色光(未示出)被放大，并在穿過光量均衡光學(xué)系統(tǒng)(積分器)907之后，由構(gòu)成二維開關(guān)的液晶板909變換為圖像。然后，光穿過組合棱鏡911和透鏡915，圖像投影在屏幕905上。
順帶地，在將根據(jù)本發(fā)明的相干光源用于顯示裝置的情況下，根據(jù)激光光線的相干程度，可能引起斑點(diǎn)噪聲。斑點(diǎn)噪聲是由于屏幕上反射的激光光線的相互干擾等產(chǎn)生的，降低了圖像質(zhì)量。因此，較好的是減小光源所產(chǎn)生的光的相干性。
圖18示出了將非線性光纖3007添加到根據(jù)本發(fā)明的相干光源上的配置。非線性光纖3007對(duì)從波長(zhǎng)變換元件中射出的RGB光進(jìn)行耦合和引導(dǎo)。由于非線性效應(yīng)，由非線性光纖3007引導(dǎo)的光產(chǎn)生拉曼散射，擴(kuò)展了振蕩譜。在進(jìn)入波長(zhǎng)變換元件單元401、402、403、406等之前，激光光線優(yōu)選地具有大約0.1到0.2nm的窄帶特性，以提高變換效率。但是，優(yōu)選的是，非線性光纖3007將從波長(zhǎng)變換元件單元401、402、403、406等中射出的光的光譜擴(kuò)展到大約10nm，從而較大程度地減小了相干性。這樣，通過將非線性光纖3007添加到光源配置的一部分中，可以實(shí)現(xiàn)具有高圖像質(zhì)量而無(wú)斑點(diǎn)噪聲的顯示器。
雖然以上將激光顯示器描述為光學(xué)裝置，但是其在光盤設(shè)備或測(cè)量?jī)x器中的應(yīng)用也是有效的。存在通過提高寫速度來(lái)改善光盤設(shè)備的激光輸出的需求。此外，激光光線要求衍射極限的聚焦特性，所以其單模實(shí)現(xiàn)是必須的。根據(jù)本發(fā)明的光源具有高輸出和高相干性，因此可以有效地應(yīng)用于光盤等。
根據(jù)本發(fā)明，使用了如下配置泵浦激光器和主光源用作構(gòu)成光源單元的光纖激光器。但是，光纖激光器可以配置有光柵光纖(圖2)和泵浦光源，而不使用主光源。
工業(yè)應(yīng)用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明的相干光源配置為可以使用波長(zhǎng)變換來(lái)產(chǎn)生藍(lán)光。特別地，使用光纖放大器以容易地產(chǎn)生高輸出的激光光源能夠產(chǎn)生高輸出的藍(lán)光，因此，其實(shí)用效果很大。
此外，可以由兩種不同波長(zhǎng)的激光光線同時(shí)產(chǎn)生藍(lán)和綠光、或紅、藍(lán)和綠光，并且可以切換輸出。因?yàn)榭梢杂脝喂庠串a(chǎn)生高亮度的RGB光，所以其實(shí)用效果很大。
此外，使用這種相干光源能夠?qū)崿F(xiàn)高輸出的小型RGB光源，從而可以應(yīng)用于諸如光盤設(shè)備和激光顯示器之類的多種光學(xué)設(shè)備，所以實(shí)用效果很大。
權(quán)利要求
書(按照條約第19條的修改)1.一種相干光源，包括光源單元，包括單一摻雜光纖，并從所述摻雜光纖中發(fā)射第一波長(zhǎng)的光和第二波長(zhǎng)的光；以及波長(zhǎng)變換元件單元，包括接收第一波長(zhǎng)的光、并發(fā)射波長(zhǎng)比第一波長(zhǎng)短的光的第一波長(zhǎng)變換元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的相干光源，其中第一波長(zhǎng)變換元件接收第一波長(zhǎng)的光，并發(fā)射第一波長(zhǎng)的光的二次諧波。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的相干光源，其中波長(zhǎng)變換元件單元還包括第二波長(zhǎng)變換元件，接收第一波長(zhǎng)的光的二次諧波和第二波長(zhǎng)的光，并發(fā)射具有二次諧波與第二波長(zhǎng)的光的和頻率的光。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的相干光源，其中第一波長(zhǎng)是大約1540nm；第二波長(zhǎng)是大約1080nm；以及所述波長(zhǎng)變換元件單元接收第一波長(zhǎng)的光和第二波長(zhǎng)的光，并發(fā)射波長(zhǎng)大約為450nm的光。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的相干光源，其中所述波長(zhǎng)變換元件單元還包括第三波長(zhǎng)變換元件，接收第二波長(zhǎng)的光，并發(fā)射第二波長(zhǎng)的光的二次諧波。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的相干光源，其中所述波長(zhǎng)變換元件單元還包括第四波長(zhǎng)變換元件，接收第一波長(zhǎng)的光和第二波長(zhǎng)的光，并發(fā)射具有第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)的和頻率的光。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的相干光源，其中第一波長(zhǎng)變換元件接收第一波長(zhǎng)的光的至少一部分；第二波長(zhǎng)變換元件接收從第一波長(zhǎng)變換元件發(fā)射的光的至少一部分、以及第二波長(zhǎng)的光的至少一部分；以及第三波長(zhǎng)變換元件接收第二波長(zhǎng)的光的至少一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的相干光源，其中第一波長(zhǎng)變換元件接收第一波長(zhǎng)的光的至少一部分；第二波長(zhǎng)變換元件接收從第一波長(zhǎng)變換元件發(fā)射的光的至少一部分、以及第二波長(zhǎng)的光的至少一部分；第三波長(zhǎng)變換元件接收第二波長(zhǎng)的光的至少一部分；以及第四波長(zhǎng)變換元件接收第一波長(zhǎng)的光的至少一部分、以及第二波長(zhǎng)的光的至少一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的相干光源，其中第一波長(zhǎng)變換元件和第二波長(zhǎng)變換元件中的至少一個(gè)包括摻雜鎂的LiNbO3、摻雜鎂的LiTaO3和KTiOPO4中的至少一個(gè)，理想配比成分的摻雜鎂的LiNbO3和理想配比成分的摻雜鎂的LiTaO3具有周期性偏振反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的相干光源，其中所述光源單元還包括主光源，產(chǎn)生進(jìn)入摻雜光纖的光。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的相干光源，其中所述光源單元能夠與驅(qū)動(dòng)單元相連，所述驅(qū)動(dòng)單元提供用于驅(qū)動(dòng)所述光源單元的脈沖狀能量。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的相干光源，其中所述光源單元包括兩個(gè)主光源；以及所述兩個(gè)主光源能夠與驅(qū)動(dòng)單元相連，并在接收到具有相同周期和相同相位的脈沖狀能量時(shí)進(jìn)行操作。
13.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的相干光源，其中摻雜光纖含有鐿、鉺、鉺/鐿、釹、鐠、鉻、鈦、釩和鈥元素中的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的相干光源，其中第一波長(zhǎng)變換元件和第二波長(zhǎng)變換元件具有單一非線性光學(xué)晶體結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的相干光源，其中所述摻雜光纖是摻鉺/鐿光纖。
16.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的相干光源，其中所述兩個(gè)主光源中的至少一個(gè)是半導(dǎo)體激光光源。
17.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的相干光源，還包括光纖，用于接收從所述波長(zhǎng)變換元件單元發(fā)射的光。
18.一種光學(xué)裝置，包括相干光源，包括光源單元，具有單一摻雜光纖，從所述摻雜光纖中發(fā)射第一波長(zhǎng)的光和第二波長(zhǎng)的光；以及波長(zhǎng)變換元件單元，具有接收第一波長(zhǎng)的光、并發(fā)射波長(zhǎng)比第一波長(zhǎng)短的光的第一波長(zhǎng)變換元件；以及圖像變換單元，接收從相干光源發(fā)射的光，并控制從所述相干光源發(fā)射的光的二維強(qiáng)度分布。
19.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的相干光源，其中所述光源單元包括兩個(gè)主光源，所述兩個(gè)主光源的光的偏振方向彼此以直角交叉。
20.根據(jù)權(quán)利要求
19所述的相干光源，其中將波片插入在所述光源單元與所述波長(zhǎng)變換元件單元之間；以及所述波片將所述光變換為具有單一偏振方向的偏振光。
權(quán)利要求
1.一種相干光源，包括光源單元，包括摻雜光纖，并從所述摻雜光纖中發(fā)射第一波長(zhǎng)的光和第二波長(zhǎng)的光；以及波長(zhǎng)變換元件單元，包括接收第一波長(zhǎng)的光、并發(fā)射波長(zhǎng)比第一波長(zhǎng)短的光的第一波長(zhǎng)變換元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的相干光源，其中第一波長(zhǎng)變換元件接收第一波長(zhǎng)的光，并發(fā)射第一波長(zhǎng)的光的二次諧波。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的相干光源，其中波長(zhǎng)變換元件單元還包括第二波長(zhǎng)變換元件，接收第一波長(zhǎng)的光的二次諧波和第二波長(zhǎng)的光，并發(fā)射具有二次諧波與第二波長(zhǎng)的光的和頻率的光。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的相干光源，其中所述光源單元包括含有鉺或鉺和鐿的第一摻雜光纖、以及含有鐿的第二摻雜光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的相干光源，其中第一波長(zhǎng)是大約1540nm；第二波長(zhǎng)是大約1080nm；以及所述波長(zhǎng)變換元件單元接收第一波長(zhǎng)的光和第二波長(zhǎng)的光，并發(fā)射波長(zhǎng)大約為450nm的光。
6.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的相干光源，其中所述波長(zhǎng)變換元件單元還包括第三波長(zhǎng)變換元件，接收第二波長(zhǎng)的光，并發(fā)射第二波長(zhǎng)的光的二次諧波。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的相干光源，其中所述波長(zhǎng)變換元件單元還包括第四波長(zhǎng)變換元件，接收第一波長(zhǎng)的光和第二波長(zhǎng)的光，并發(fā)射具有第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)的和頻率的光。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的相干光源，其中第一波長(zhǎng)變換元件接收第一波長(zhǎng)的光的至少一部分；第二波長(zhǎng)變換元件接收從第一波長(zhǎng)變換元件發(fā)射的光的至少一部分、以及第二波長(zhǎng)的光的至少一部分；以及第三波長(zhǎng)變換元件接收第二波長(zhǎng)的光的至少一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的相干光源，其中第一波長(zhǎng)變換元件接收第一波長(zhǎng)的光的至少一部分；第二波長(zhǎng)變換元件接收從第一波長(zhǎng)變換元件發(fā)射的光的至少一部分、以及第二波長(zhǎng)的光的至少一部分；第三波長(zhǎng)變換元件接收第二波長(zhǎng)的光的至少一部分；以及第四波長(zhǎng)變換元件接收第一波長(zhǎng)的光的至少一部分、以及第二波長(zhǎng)的光的至少一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的相干光源，其中第一波長(zhǎng)變換元件和第二波長(zhǎng)變換元件中的至少一個(gè)包括摻雜鎂的LiNbO3、摻雜鎂的LiTaO3和KTiOPO4中的至少一個(gè)，理想配比成分的摻雜鎂的LiNbO3和理想配比成分的摻雜鎂的LiTaO3具有周期性偏振反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的相干光源，其中所述光源單元還包括主光源，產(chǎn)生進(jìn)入摻雜光纖的光。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的相干光源，其中所述光源單元能夠與驅(qū)動(dòng)單元相連，所述驅(qū)動(dòng)單元提供用于驅(qū)動(dòng)所述光源單元的脈沖狀能量。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的相干光源，其中所述光源單元具有兩根摻雜光纖和兩個(gè)主光源；以及所述兩個(gè)主光源能夠與驅(qū)動(dòng)單元相連，并在接收到具有相同周期和相同相位的脈沖狀能量時(shí)進(jìn)行操作。
14.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的相干光源，其中摻雜光纖含有鐿、鉺、鉺/鐿、釹、鐠、鉻、鈦、釩和鈥元素中的至少一種。
15.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的相干光源，其中第一波長(zhǎng)變換元件和第二波長(zhǎng)變換元件具有單一非線性光學(xué)晶體結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的相干光源，其中所述光源單元包括單一摻雜光纖。
17.根據(jù)權(quán)利要求
16所述的相干光源，其中所述摻雜光纖是摻鉺/鐿光纖。
18.根據(jù)權(quán)利要求
13所述的相干光源，其中所述兩個(gè)主光源中的至少一個(gè)是半導(dǎo)體激光光源。
19.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的相干光源，還包括光纖，用于接收從所述波長(zhǎng)變換元件單元發(fā)射的光。
20.一種光學(xué)裝置，包括相干光源，包括光源單元，具有摻雜光纖，從所述摻雜光纖中發(fā)射第一波長(zhǎng)的光和第二波長(zhǎng)的光；以及波長(zhǎng)變換元件單元，具有接收第一波長(zhǎng)的光、并發(fā)射波長(zhǎng)比第一波長(zhǎng)短的光的第一波長(zhǎng)變換元件；以及圖像變換單元，接收從相干光源發(fā)射的光，并控制從所述相干光源發(fā)射的光的二維強(qiáng)度分布。
專利摘要
提供了一種相干光源，包括光源單元，具有摻雜光纖，并從所述摻雜光纖中發(fā)射第一波長(zhǎng)的光和第二波長(zhǎng)的光；以及波長(zhǎng)變換元件單元，包括接收第一波長(zhǎng)的光、并發(fā)射波長(zhǎng)比第一波長(zhǎng)短的光的第一波長(zhǎng)變換元件。
文檔編號(hào)H01S3/06GK1997936SQ200580021538
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2005年7月15日
發(fā)明者水內(nèi)公典, 山本和久 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan