專利名稱：在半導(dǎo)體激光器的波長選擇、相位、以及增益區(qū)域中的波長控制的制作方法
在半導(dǎo)體激光器的波長選擇、相位、以及增益區(qū)域中的波長控制 相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求題為"WAVELENGTH CONTROL IN THE WAVELENGTH SELECTIVE, PHASE, AND GAIN REGIONS OF SEMICONDUCTOR LASERS"(在半導(dǎo)體激光器的波長選擇、相位、以及增益區(qū)域中的波長控制) 的、2006年10月16日提交的美國臨時申請第60/829,631號以及2007年1月 提交的美國臨時申請第60/883,648號的優(yōu)先權(quán)。本申請還與2006年10月16 日提交的、題為"WAVELENGTH CONTROL IN SEMICONDUCTOR LASERS " (半導(dǎo)體激光器中的波長控制)的共同待審且共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請第 11/549,856號有關(guān)，但不要求其優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體激光器、激光器控制器、激光器投影系統(tǒng)、以及結(jié) 合半導(dǎo)體激光器的其它光學(xué)系統(tǒng)。更特別地，本發(fā)明的一些實施例涉及用于管 理半導(dǎo)體激光器中的激光器波長變化的方案。本發(fā)明的其它實施例涉及用于破 壞半導(dǎo)體激光器的溫度演變識別標(biāo)志的方案以及用于最小化光耦合到半導(dǎo)體 激光器的波長轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸出中的系統(tǒng)性波長變化的方案。
發(fā)明概要
本發(fā)明一般地涉及可按照各種方式配置的半導(dǎo)體激光器。例如，且為了說 明而非限制，通過將諸如分布式反饋(DFB)激光器、分布式布拉格反射(DBR) 激光器或法布里-佩羅特激光器之類的單波長激光器與諸如二次諧波發(fā)生 (SHG)晶體之類的光波長轉(zhuǎn)換設(shè)備組合，可將短波長源配置成用于高速調(diào)制。 可將SHG晶體配置成產(chǎn)生基波激光信號的較高次諧波，例如通過將1060 nm 的DBR或DFB激光器調(diào)諧至SHG晶體的光譜中心，這會將波長轉(zhuǎn)換成530nm。 然而，諸如MgO摻雜的周期性極化鈮酸鋰(PPLN)之類的SHG晶體的波長
6轉(zhuǎn)換效率強烈依賴于激光二極管與SHG裝置之間的波長匹配。如熟悉激光器
設(shè)計的技術(shù)人員所能理解地，DFB激光器是利用刻蝕到半導(dǎo)體材料中的格柵或 類似結(jié)構(gòu)作為反射介質(zhì)的諧振腔激光器。DBR激光器是其中刻蝕光柵與半導(dǎo) 體激光器的電子泵區(qū)物理分離的激光器。SHG晶體利用非線性晶體的二次諧波 發(fā)生性質(zhì)來使激光輻射的頻率翻倍。
PPLN SHG設(shè)備的帶寬往往是非常小的，對于典型的PPLN SHG波長轉(zhuǎn) 換設(shè)備而言，半高寬(FWHM)波長轉(zhuǎn)換帶寬僅在0.16至0.2nm范圍內(nèi)并且 主要取決于晶體的長度。激光腔內(nèi)的模式跳變和不受控制的大波長變化可以引 起半導(dǎo)體激光器的輸出波長在工作期間移出此可允許帶寬。 一旦半導(dǎo)體激光器 波長偏離出PPLN SHG設(shè)備的波長轉(zhuǎn)換帶寬，轉(zhuǎn)換設(shè)備在目標(biāo)波長的輸出功率 就下降。例如，在激光器投影系統(tǒng)中，模式跳變尤其成問題，因為模式跳變會 生成功率上的瞬時變化，這種變化將成為圖像中特定位置處的缺陷而一目了 然。這些可見缺陷通常將它們自身表現(xiàn)為圖像上的有組織的、圖案化的圖像缺 陷，因為所生成的圖像僅僅是激光器不同段的溫度演變的識別標(biāo)志。
面對與開發(fā)半導(dǎo)體激光器源時的波長匹配和穩(wěn)定性相關(guān)聯(lián)的挑戰(zhàn)，本發(fā)明 人已認識到用于管理半導(dǎo)體激光器內(nèi)的激光器波長變化的有益方案。本發(fā)明人 還已認識到用于通過破壞激光器的不利溫度演變識別標(biāo)志來管理光耦合到半 導(dǎo)體激光器的波長轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸出中的系統(tǒng)性波長變化的有益方案。
本發(fā)明人已認識到，雖然本發(fā)明的概念主要是在DBR激光器的情況中描 述的，但是可以構(gòu)想在此討論的控制方案也可在各種類型的半導(dǎo)體激光器中有 用，包括但不限于DFB激光器、法布里-佩羅特激光器、以及許多類型的外腔 激光器。還應(yīng)注意，本發(fā)明的特定實施例在一般意義上涉及激光器源中的波長 穩(wěn)定性，而不考慮在激光器源中是否采用二次諧波發(fā)生。
根據(jù)本發(fā)明一實施例，提供了一種用于控制半導(dǎo)體激光器的方法。根據(jù)該 方法，對半導(dǎo)體激光器的各段中的至少一個部分進行調(diào)制以提供圖像數(shù)據(jù)。例 如，且不作為限制，在激光器投影的情況下，增益電流Ig可被調(diào)制以在投影 圖像中生成灰度級。此調(diào)制生成激光器波長的一些波動，這導(dǎo)致投影光的變化。 在相對固定圖像的情況中，波長波動將逐幀地重復(fù)自身，導(dǎo)致可被人眼容易地 檢測到的系統(tǒng)性且有組織的圖像偏離。本發(fā)明的一些實施例通過在激光器中采
7用一個或多個附加信號從而使圖像偏離變得無組織且因此更難被人眼所檢測 到來應(yīng)付此問題。
根據(jù)本發(fā)明的附加實施例，構(gòu)想了控制結(jié)合了半導(dǎo)體激光器的激光器投影 系統(tǒng)的方法以及被編程以執(zhí)行這些方法的激光器控制器。更具體地，根據(jù)本發(fā) 明的一個實施例，提供一種控制激光器投影系統(tǒng)的方法。該方法包括(i)通過配 置半導(dǎo)體激光器來用于編碼圖像數(shù)據(jù)的光發(fā)射以及在多個圖像像素或編碼圖 像周期上掃描可見光源的輸出束來生成所掃描的激光器圖像的至少一部分；以 及(ii)通過使用擾動信號I/VpTRB來擾動驅(qū)動電流I/V相位、1/Vd服中的至少一個
以便當(dāng)在圖像像素或編碼數(shù)據(jù)周期上掃描輸出束時改變半導(dǎo)體激光器中的模
式選擇。擾動信號1/VpTRB包括振幅曲線，其隨著時間顯著改變以改變半導(dǎo)體
激光器中的模式選擇以便當(dāng)在圖像像素或編碼數(shù)據(jù)周期上掃描輸出束時在半 導(dǎo)體激光器中選擇多個不同的發(fā)射模式。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種包括控制器的激光器投影系統(tǒng)，該 控制器被編程為(i)通過操作半導(dǎo)體激光器來用于編碼圖像數(shù)據(jù)的光發(fā)射并且 在多個圖像像素或編碼數(shù)據(jù)周期上掃描可見光源的輸出束來生成所掃描激光
器圖像的至少一部分；以及(ii)通過使用擾動信號I/VpTRB擾動附加驅(qū)動電流
I/V M、 1/VDBR中的至少一個以便當(dāng)在圖像像素或編碼數(shù)據(jù)周期上掃描輸出束
時改變半導(dǎo)體激光器中的模式選擇。
雖然主要在圖像形成的上下文中描述本發(fā)明的內(nèi)容，但可以構(gòu)想本發(fā)明的 各種內(nèi)容還可應(yīng)用于其中激光器波長的可重復(fù)的、低頻波動是個問題的任何激 光器應(yīng)用。
附圖簡述
以下本發(fā)明的具體實施例的詳細描述可在結(jié)合以下附圖閱讀時被最佳理
解，附圖中相同的結(jié)構(gòu)使用相同的附圖標(biāo)記指示，且其中


圖1是光耦合到光波長轉(zhuǎn)換設(shè)備的DBR或相似類型的半導(dǎo)體激光器的示 例性圖示；
圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施例的激光器投影系統(tǒng)的示意性圖示； 圖3和4示出DBR激光器中因變于增益電流的發(fā)射波長的演變；
8圖5示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的用于控制激光器波長的方案； 圖6是圖5中所示的控制方案的進一步圖示；
圖7示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于控制激光器波長的方案； 圖8是圖7的控制方案的進一步圖示；
圖9示出用于破壞半導(dǎo)體激光器的不利溫度演變識別標(biāo)志的方案；
圖10示出用于破壞半導(dǎo)體激光器的不利溫度演變識別標(biāo)志的替換方案；
以及
圖11-17示出用在圖9和10中所示的方案中的許多合適的擾動信號曲線 中的一些。
詳細描述
雖然其中可體現(xiàn)本發(fā)明的特定實施例的概念的各種類型的半導(dǎo)體激光器
的具體結(jié)構(gòu)在很容易得到的涉及半導(dǎo)體激光器的設(shè)計和制造的技術(shù)文獻中有 介紹，但是本發(fā)明的特定實施例的概念可以一般地參考圖1中示意性示出的三 段式DBR型半導(dǎo)體激光器10便利地示出。在圖1中，DBR激光器10與光波 長轉(zhuǎn)換設(shè)備20光耦合。由半導(dǎo)體激光器10發(fā)射的光束可以直接耦合到波長轉(zhuǎn) 換設(shè)備20的波導(dǎo)中，或者可通過校準(zhǔn)和聚焦光學(xué)裝置或某種其它類型的合適 的光學(xué)元件或光學(xué)系統(tǒng)來耦合。波長轉(zhuǎn)換設(shè)備20將入射光轉(zhuǎn)換成高次諧波并 輸出經(jīng)轉(zhuǎn)換的信號。此種類型的配置尤其可用于從較長波長的半導(dǎo)體激光器生 成較短波長的激光束時，并且可用作例如激光器投影系統(tǒng)的可見激光源。
圖1中示意性示出的DBR激光器10包括波長選擇段12、相位段14、以 及增益段16。還可稱為激光器10的DBR段的波長選擇段12通常包括定位在 激光腔的有源區(qū)外部的一階或二階布拉格光柵。此段提供波長選擇，因為光柵 起到其反射系數(shù)取決于波長的反射鏡的作用。DBR激光器10的增益段16提 供激光器的主要光增益，而相位段14在增益段16的增益材料與波長選擇段12 的反射材料之間產(chǎn)生可調(diào)整的相移。波長選擇段12可以按可采用或可不采用 布拉格光柵的諸多適當(dāng)可替換性配置進行設(shè)置。
相應(yīng)的控制電極2、 4、 6被結(jié)合在波長選擇段12、相位段14、增益段16、 或其組合之中，且在圖1中僅示意性地示出?？梢詷?gòu)想，電極2、 4、 6可采用
9各種形式。例如，控制電極2、 4、 6在圖1中示為相應(yīng)的電極對，但可構(gòu)想在 段12、 14、 16中的一個或多個中的單個電極元件2、 4、 6也將適于實踐本發(fā) 明的特定實施例?？刂齐姌O2、 4、 6可用于將電流注入激光器10的相應(yīng)段12、 14、 16。所諸如的電流可被用來通過例如控制激光器段的一個或多個的溫度、 將電流注入到激光器基板中定義的導(dǎo)電摻雜半導(dǎo)體區(qū)、控制激光器10的波長 選擇和相位段12、 14的折射率、控制激光器的增益段16中的光增益等來改變 激光器的工作特性。
圖1中示出的波長轉(zhuǎn)換設(shè)備20的波長轉(zhuǎn)換效率取決于半導(dǎo)體激光器10 與波長轉(zhuǎn)換設(shè)備20之間的波長匹配。波長轉(zhuǎn)換設(shè)備20中生成的高次諧波光波 的輸出功率在激光器10的輸出波長偏離波長轉(zhuǎn)換設(shè)備20的波長轉(zhuǎn)換帶寬時顯 著下降。例如，當(dāng)對半導(dǎo)體激光器進行調(diào)制以產(chǎn)生數(shù)據(jù)時，熱負載不斷地改變。 所導(dǎo)致的激光器溫度和激光發(fā)射波長中的變化生成了 SHG晶體20的效率上的 改變。如果波長轉(zhuǎn)換設(shè)備20是長度為12mm的PPLNSHG設(shè)備的形式，則半 導(dǎo)體激光器10中約2°C的溫度變化通常將足以將激光器10的輸出波長帶出波 長轉(zhuǎn)換設(shè)備20的0.16 nm的半高寬(FWHM)波長轉(zhuǎn)換帶寬。本發(fā)明的特定 實施例通過將激光器波長變化限制到可接受的水平上來解決此問題。
本發(fā)明人已認識到穩(wěn)定半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長時的挑戰(zhàn)，因為這些挑戰(zhàn) 普遍受制于波長漂移以及相關(guān)聯(lián)的腔模式跳變。例如，且不是為了限制，圖3 示出在DBR激光器中以任意單位示出的發(fā)射波長X因變于同樣以任意單位示出 的增益電流I的演變。當(dāng)增益電流增大時，增益段的溫度也升高。結(jié)果，腔模 式移向更高的波長。腔模式的波長移動地比DBR段的波長快。所以，激光器 就到達一個其中較低波長的腔模式更接近于DBR反射率曲線最大值的點。在 該點處，較低波長的模式具有比所建立的模式更低的損耗，且根據(jù)激光物理學(xué) 的基本原理，激光器于是自動地跳到具有較低損耗的模式。此特性在圖3的曲 線100上示出。如圖3中示出，波長緩慢增大并且包括其振幅等于激光腔的一 個自由光譜范圍的突然模式跳變。
雖然本發(fā)明不限于波長變化和突然模式跳變的任何特定表現(xiàn)，但是在激光 器投影系統(tǒng)的情況下，這些波長波動可造成平滑的強度變化并且模式跳變可在 通過掃描激光器創(chuàng)建的圖像中造成相對突變的強度漂移。這些缺陷在圖像中所
10產(chǎn)生的特定圖案可以因變于多個因素，這些因素包括但不限于激光器溫度、激
光器自由光譜范圍、PPLN晶體光譜帶通、激光器DBR相對于PPLN晶體的光 譜對準(zhǔn)等等。不管缺陷圖案的性質(zhì)如何，該圖案自身可表示圖像中的一個問題，
因為它表示圖像中可容易識別的、系統(tǒng)性結(jié)構(gòu)。此外，對于準(zhǔn)靜態(tài)圖像，這些 缺陷通常逐幀地重復(fù)它們自身，使得非常容易識別圖像中的缺陷。
如以下詳細所述，參考圖9-17，通過將不同種類的控制信號施加到半導(dǎo)體 激光器的相位和/或波長選擇段，可使此性質(zhì)的圖像缺陷更難以檢測。例如且不 作為限制，如果相位信號對于所生成的每一幀保持不變但是在每一幀的基礎(chǔ)上
在幀上改變，則結(jié)果將是每一單個幀將具有缺陷圖案，但是圖案的性質(zhì)，即圖 案中的暗和亮區(qū)域的位置將逐幀地改變。結(jié)果，眼睛將及時結(jié)合所有圖像，以 使得難以檢測到任何系統(tǒng)性缺陷。作為進一步的示例，本發(fā)明還設(shè)想為每一圖 像行或像素改變相位信號。結(jié)果，有組織的系統(tǒng)性圖像缺陷被轉(zhuǎn)換成更接近地 表示高頻噪聲，其更加難以為人眼所識別。
還可以構(gòu)想，施加到激光器的控制信號可以是完全隨機的或者以某一更復(fù) 雜的函數(shù)來表示。作為示例，控制信號可被注入到激光器的相位和/或DBR段 中，以使它與半個激光器光譜范圍相對應(yīng)，從而有效地倒轉(zhuǎn)圖像缺陷的形狀。 如上所述，此倒轉(zhuǎn)可以在逐幀、逐行、或者逐像素的基礎(chǔ)上引入。
還是參考圖3，曲線101示出DBR激光器中的顯著不同的發(fā)射特性。具 體地，具有與參考曲線100示出的激光器相同的總體制造參數(shù)的激光器可以展 示出顯著不同的特性，這表現(xiàn)在激光器將展示出幅度高達6個或更多個自由光 譜范圍的模式跳變，而不是具有幅度為一個激光器自由光譜范圍的模式跳變。 對于許多應(yīng)用而言，這樣大的突然波長變化將是不可接受的。例如，在激光器 投影系統(tǒng)的情況下，這些大的跳變將在圖像中引起從標(biāo)稱灰度級值到接近零的 值的突然強度跳躍。本發(fā)明人已研究此種現(xiàn)象、以及激光器中的波長不穩(wěn)定性 和滯后作用，并且注意這些激光器發(fā)射缺陷可歸因于各種因素中的一個或多 個，包括空間燒孔、光譜燒孔、增益曲線展寬(gain profile broadening)、以 及自誘導(dǎo)布拉格光柵(self induced Bragg gratings)?？梢詷?gòu)想這些因素可將激 光發(fā)射鎖定在已在激光腔中建立的特定腔模式之上或者鼓勵更大的模式跳變。 確實，模式一旦建立，腔內(nèi)部特定波長上光子就通過耗盡特定能級的載流子密
11度或通過在腔中創(chuàng)造自誘導(dǎo)布拉格光柵來對激光器本身造成擾亂。
圖4的曲線102示出特殊模式跳變特性的另一情況。在所示情況下，以任 意單位示出的發(fā)射波長人是不穩(wěn)定的，因為它包括歸因于位于激光器外部的元 件的背反射，即稱為外腔效應(yīng)的現(xiàn)象。通過外腔效應(yīng)，外部反射產(chǎn)生出擾亂激 光腔并且能夠生成非常大幅度的模式跳變的寄生法布里-佩羅特腔。不管半導(dǎo) 體激光器中的不可接受的波長漂移的來源是什么，本發(fā)明的特定實施例針對管 理激光器的波長波動。
本發(fā)明人已認識到圖3和4中所示的大的波長波動及相關(guān)聯(lián)的模式跳變效 應(yīng)至少部分地取決于激光腔中的光子密度，并且會在具有顯著外腔效應(yīng)時得到 放大。本發(fā)明人還已認識到激光波長可跳躍不止一個模式并且此多模跳躍可以 完全地或部分地歸因于光譜和空間燒孔以及諸如外腔效應(yīng)之類的附加激光發(fā) 射現(xiàn)象。
不管半導(dǎo)體激光器中的多模漂移的原因是什么，當(dāng)此現(xiàn)象發(fā)生時，激光波 長通常顯示出等于腔模式間隔的倍數(shù)的異常波長跳躍。在大的模式跳變發(fā)生之 前，激光器通常顯示出大的連續(xù)波長漂移。校大的波長漂移和異常波長跳躍會 在激光器信號中引起不可接受的噪聲。例如，如果此現(xiàn)象在激光器投影系統(tǒng)中 系統(tǒng)地發(fā)生，其示例在圖2中示意性地示出，則投影圖像中的噪聲人一眼就能
看出來。
如上所述，本發(fā)明的特定實施例一般涉及其中半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電流包括 驅(qū)動部分和波長恢復(fù)部分的控制方案。圖5和6示出一種用于控制單模激光器 信號中的波長的方案，其中驅(qū)動部分包括作為電流注入半導(dǎo)體激光器的增益段 的數(shù)據(jù)部分。因此，在所示實施例中，驅(qū)動電流包括相應(yīng)的數(shù)據(jù)部分A和波長 恢復(fù)部分B。特別參考圖5，驅(qū)動電流或增益注入電流(I(j)的這些部分可通 過取激光器數(shù)據(jù)信號(DS)和適當(dāng)配置的波長恢復(fù)信號(WR)的乘積來引入。 例如，且不是為了限制，激光器數(shù)據(jù)信號可攜帶用于在激光器投影系統(tǒng)中投影 的圖像數(shù)據(jù)。如圖6所示，波長恢復(fù)信號被配置得使增益段驅(qū)動電流的數(shù)據(jù)部
分(即增益注入電流)包括驅(qū)動持續(xù)時間tD相對長的相對高的驅(qū)動振幅lD，而
驅(qū)動電流的波長恢復(fù)部分包括恢復(fù)持續(xù)時間tR相對短的相對低的恢復(fù)振幅IR。
數(shù)據(jù)部分的相對高的驅(qū)動振幅ID足以在激光腔內(nèi)在激光發(fā)射模式X。發(fā)射激光。
12驅(qū)動電流的波長恢復(fù)部分的相對低的恢復(fù)振幅lK不同于驅(qū)動振幅ID，在圖6 中示為較之于驅(qū)動振幅ID低AI。
增益段驅(qū)動電流的數(shù)據(jù)部分的驅(qū)動振幅lD和持續(xù)時間tD用來產(chǎn)生具有適 當(dāng)功率和波長的光信號——當(dāng)然是取決于使用信號的具體應(yīng)用?；謴?fù)振幅IR 和恢復(fù)持續(xù)時間tR足以在至少一部分的激光腔內(nèi)降低光子密度。通過將光子密 度降低到較低值(在許多情況下接近零)，引起諸如光譜燒孔、空間燒孔、增 益曲線展寬、或自誘導(dǎo)布拉格光柵之類的大的波長漂移即行消失。結(jié)果，當(dāng)大 量電流在恢復(fù)期間結(jié)束時被重新注入增益段時，激光器自動地選擇最接近DBR 反射曲線的最大值的模式當(dāng)中的模式。因此，波長波動可被限制到一個激光器 自由光譜范圍之內(nèi)，并且消除多腔模式跳變，或至少顯著地減少之。所產(chǎn)生的 包括數(shù)據(jù)部分和波長恢復(fù)部分的增益段驅(qū)動電流可被用來將波長漂移最小化 并使激光器的時間平均激光器振蕩光帶寬變窄。
換言之，增益段驅(qū)動電流的數(shù)據(jù)部分的驅(qū)動振幅lD和持續(xù)時間tD增大了 激光發(fā)射波長將經(jīng)歷不可接受的漂移的概率，例如但不局限于波長的變化超過
0.05 nm。增益段驅(qū)動電流的密度恢復(fù)部分的相對低的恢復(fù)振幅1&緊隨在驅(qū)動 電流的數(shù)據(jù)部分之后，并且降低了不可接受的波長漂移的概率。如果驅(qū)動電流 的恢復(fù)部分具有足夠高的發(fā)生頻率，則激光腔模式在它積累大的波長漂移并且 新的腔模式被選擇之前即被關(guān)掉，因此減少了大的波長漂移。
在包括例如倍頻PPLN綠色激光器而沒有根據(jù)本發(fā)明的各實施例的波長 控制的激光器投影系統(tǒng)的情況中，由激光器發(fā)射在圖像顯示器的單條線上的綠 色功率會由于多腔模式跳變而展示出功率上的突然變化。結(jié)果，投影圖像在功 率上的突然下降在幅度上在50%左右甚至更高。然而，采用根據(jù)本發(fā)明的特定 實施例的波長控制方案，其中驅(qū)動信號針對每一像素而改變，例如通常是每40 納秒，可以構(gòu)想，激光器功率的不良下降將被大大緩解。例如，在本發(fā)明的實 施例的一種執(zhí)行方式中，在恢復(fù)振幅Ia設(shè)置為接近零、恢復(fù)持續(xù)時間k在約 IO納秒、且驅(qū)動持續(xù)時間tD在約40納秒時，圖像中的殘余噪聲標(biāo)準(zhǔn)偏差在8 %左右。觀察到的圖像缺陷具有相對較高的空間頻率，這通常對于肉眼而言不 是非常明顯的。
雖然恢復(fù)振幅Ir可以是零，但是它可以是足以消除多腔模式跳變的根源
13或者以其他方式改善激光器的波長特性的任何值。增益段驅(qū)動電流的恢復(fù)振幅 In要低于驅(qū)動振幅lD，但可以明顯在零之上。相對高的驅(qū)動振幅lD可以是基本 連續(xù)的，但是往往是在強度上有所改變的，尤其是在半導(dǎo)體激光器被結(jié)合在圖 像投影系統(tǒng)之中時，如以下更詳細描述。
在激光器被配置用于編碼數(shù)據(jù)的光發(fā)射時，表示編碼數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)信號被施 加至激光器。例如，且不是為了限制，數(shù)據(jù)信號可作為注入激光器的增益段的 驅(qū)動信號的強度或脈寬調(diào)制數(shù)據(jù)部分被引入。本發(fā)明的特定實施例的波長恢復(fù) 操作被執(zhí)行為至少部分地獨立于編碼在數(shù)據(jù)信號中的數(shù)據(jù)。例如，在驅(qū)動電流 被注入激光器的增益段的的情況下，其驅(qū)動部分可以進行強度調(diào)制以編碼數(shù) 據(jù)。驅(qū)動電流的波長恢復(fù)部分與編碼數(shù)據(jù)無關(guān)地疊加在驅(qū)動電流上。類似地， 在驅(qū)動部分進行脈寬調(diào)制以編碼數(shù)據(jù)時，驅(qū)動電流的波長恢復(fù)部分也將被疊加 在該驅(qū)動電流上。
上述疊加可以完全獨立于編碼數(shù)據(jù)，或者可以僅在驅(qū)動電流的強度或表示 編碼數(shù)據(jù)的脈沖寬度的持續(xù)時間到達閾值時才予以施加，在這種情形中，將是 部分地依賴于編碼數(shù)據(jù)。然而， 一旦疊加，波長恢復(fù)部分的獨立性的程度必需 足以確保獲得充足的波長恢復(fù)。換言之，驅(qū)動電流的波長恢復(fù)部分應(yīng)當(dāng)在數(shù)據(jù) 信號如若不然將阻止波長恢復(fù)的條件下支配驅(qū)動電流。例如，在脈寬調(diào)制數(shù)據(jù) 信號的情況下，可以構(gòu)想，波長恢復(fù)對于相對短的、高振幅的脈寬而言是不需 要的。然而，如果編碼數(shù)據(jù)包括相對長的、高振幅的脈寬時，由驅(qū)動操作和波 長恢復(fù)操作所確定的占空因數(shù)應(yīng)足以限制高振幅脈寬的最大持續(xù)時間以確保 波長恢復(fù)可在觀察到不可接受的波長漂移之前實現(xiàn)。例如，可優(yōu)選確保脈沖寬 度的最大持續(xù)時間不能超過由驅(qū)動操作和波長恢復(fù)操作所確定的占空因數(shù)的 持續(xù)時間的約90%。此外，在脈寬調(diào)制數(shù)據(jù)的情況下，還需務(wù)必確保波長恢復(fù) 部分的恢復(fù)振幅IR低于半導(dǎo)體激光器的閾值激光發(fā)射電流或者低到足以恢復(fù) 波長。
還應(yīng)注意，波長恢復(fù)信號不需要在規(guī)則的、周期性的基礎(chǔ)上實現(xiàn)。相反， 可按需施加恢復(fù)信號。例如，如果檢測到超過可接受值的波長漂移，例如大于 一個腔模式間隔，則波長恢復(fù)操作可通過在驅(qū)動電流上疊加波長恢復(fù)信號、迫 使激光器選擇新的波長來實現(xiàn)。
14就恢復(fù)周期的頻率而言， 一般需要足夠地頻繁，以將兩個恢復(fù)周期之間的 波長變化限制到可接受的幅度。理想的頻率和方法取決于與其中利用了激光器 的應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的特定需求。作為示例，對于激光器投影，可以優(yōu)選隨機地啟動 恢復(fù)周期或者使恢復(fù)周期與圖像像素產(chǎn)生同步，來避免數(shù)據(jù)內(nèi)容(即圖像)與 恢復(fù)信號之間的任何混疊問題。此外，通過在與電子設(shè)備和激光器速度兼容的 最高可能頻率執(zhí)行恢復(fù)，圖像中出現(xiàn)任何噪聲的空間頻率將更高，使得更加難 以檢測到噪聲。
圖7和8示出用于在單模激光器信號中控制波長的方案，其中半導(dǎo)體激光 器驅(qū)動電流的前述驅(qū)動部分包括注入到半導(dǎo)體激光器的波長選擇段中的波長 控制信號as)。因此，注入到半導(dǎo)體激光器的波長選擇段的驅(qū)動電流包括該 波長控制部分和波長恢復(fù)部分。如上所述，此驅(qū)動電流在此也稱為DBR注入 電流(IDBR)，因為DBR激光器的波長選擇段通常稱為激光器的DBR段。
具體參考圖7， DBR注入電流的波長控制部分和波長恢復(fù)部分可根據(jù)本發(fā) 明的特定實施例通過取標(biāo)準(zhǔn)DBR波長控制信號與適當(dāng)配置的波長恢復(fù)信號的 乘積來引入。如圖8所示，波長恢復(fù)信號被配置得使DBR注入電流的波長控 制部分包括驅(qū)動持續(xù)時間tD相對長的驅(qū)動振幅ID，而驅(qū)動電流的波長恢復(fù)部分 包括恢復(fù)持續(xù)時間k相對短的恢復(fù)振幅IR。 DBR注入電流的波長恢復(fù)部分的 恢復(fù)振幅lR不同于驅(qū)動振幅ID，可以低于或高于驅(qū)動振幅ID，在圖8中示為與 驅(qū)動振幅ID的差為M或AI'。
波長控制部分的振幅lD足以保持DBR波長調(diào)諧到適當(dāng)?shù)牟ㄩL，該波長在 倍頻PPLN激光器的情況下由雙晶體的波長所固定。當(dāng)DBR電流被改變成與 驅(qū)動振幅lD有充分差異的恢復(fù)振幅^時，布拉格波長被移動到不同的波長， 新的腔模式開始發(fā)射激光。原始的激光腔模式被停用。如果新的腔模式充分偏 離原始激光腔模式，則造成多腔模式跳變的現(xiàn)象將在激光器標(biāo)稱目標(biāo)波長處消 失、或者基本上消散。在DBR恢復(fù)脈沖的結(jié)束時，DBR電流返回到其原始電 平，將布拉格波長移回其原始狀態(tài)。此時，新的腔模式被停用，激光發(fā)射在恢 復(fù)模式下在原始布拉格波長或在接近原始布拉格波長下按照恢復(fù)的光增益譜 重新開始。可以想見，所得圖像將具有與以上參考圖5和6的控制方案所討論 的屬性類似的屬性。
15用于圖7和8中示出的本發(fā)明的實施例的理論基礎(chǔ)的一種預(yù)期解釋是該方 案本質(zhì)上將在增益一壓縮波長下的光子駐波改變?yōu)楣庾V燒孔區(qū)域外部的另一 波長。駐波發(fā)生改變的持續(xù)時間相對短暫，長度通常僅足以去除光譜燒孔并恢 復(fù)原始增益譜?？梢詷?gòu)想，在恢復(fù)振幅IR下誘導(dǎo)的波長移動其大小可以改變， 但往往優(yōu)選等于至少約兩個激光發(fā)射模式的波長移動。確實，可以構(gòu)想，波長
移動可以大到足以使激光腔不能發(fā)射激光。還可構(gòu)想，圖7和8的控制方案可
以應(yīng)用于外腔半導(dǎo)體激光器，方式是通過改變外部反饋來將激光波長暫時移出 原始位置以便于使載流子填充光譜孔。
參考圖2中示意性示出的激光器投影系統(tǒng)，應(yīng)注意，根據(jù)本發(fā)明的特定實
施例的驅(qū)動電流控制方案可在系統(tǒng)內(nèi)以各種形式執(zhí)行。例如，且不是為了限制， 驅(qū)動電流的波長恢復(fù)部分可通過在由投影軟件和電子設(shè)備呈現(xiàn)期間將恢復(fù)部 分整合到視頻信號中來執(zhí)行。在此方法中，遍布整個圖像的像素將獨立于源圖 像所需要的強度由波長恢復(fù)信號予以改變。應(yīng)當(dāng)對此種中斷的頻率進行選擇， 以便將對與人眼睛、以及對感受到的光功率的影響最小化。替換地，驅(qū)動信號 的波長恢復(fù)部分可被整合到激光器驅(qū)動器電子設(shè)備。在此方法中，由圖像流導(dǎo) 出的驅(qū)動信號將在電流縮放之前被波長恢復(fù)信號周期性地超控。同樣，應(yīng)當(dāng)對 此種中斷的頻率和占空因數(shù)進行選擇來最大限度地減小化對人眼睛、以及對所 感受的光功率的影響。作為另一替換方案，激光器的驅(qū)動電流可被周期性地分 流或以其他方式減小，以便獨立于所需強度級減小或修改驅(qū)動電流。
可以構(gòu)想，圖5-8示出可以替換地或合在一起用來減少單模激光器信號中 的噪聲的激光器操作方案。更進一步地，圖5-8的方案可被用在結(jié)合一個或多 個單模激光器的系統(tǒng)中。例如，如以下更詳細所述，可設(shè)想圖5-8的方案可替 換地或合在一起用在結(jié)合一個或多個單模激光器的掃描激光器圖像投影系統(tǒng) 中。還應(yīng)注意，在此引用單模激光器或配置成用于單模光發(fā)射的激光器不應(yīng)當(dāng) 被用來將本發(fā)明的范圍全部限制在以單模操作的激光器。相反，在此引用單模 激光器或配置成用于單模光發(fā)射的激光器應(yīng)當(dāng)僅用來暗示根據(jù)本發(fā)明的特定 實施例構(gòu)思的激光器將以可在其中辨別出寬或窄帶寬的單模的輸出光譜為特 征，或者以可從中通過適當(dāng)?shù)臑V波或其它方式區(qū)別出單模的輸出光譜為特征。
可以設(shè)想，應(yīng)當(dāng)對驅(qū)動持續(xù)時間tD和恢復(fù)持續(xù)時間k的相對大小進行控
16制，以便在確保適當(dāng)?shù)牟ㄩL恢復(fù)的同時保持最佳程度的激光器效率。例如，根 據(jù)本發(fā)明的一個方面，驅(qū)動信號的至少約80%的占空因數(shù)被驅(qū)動持續(xù)時間tD 占據(jù)，并且該驅(qū)動信號的小于約20%的占空因數(shù)由恢復(fù)持續(xù)時間tK占據(jù)。在 許多情況中，確?；謴?fù)持續(xù)時間tR小于10納秒，或許短于約5納秒就足夠了。
還設(shè)想了其中驅(qū)動信號的至少約95%的占空因數(shù)被驅(qū)動持續(xù)時間tD占據(jù)、而 小于約5%的占空因數(shù)被恢復(fù)持續(xù)時間tR占據(jù)的控制方案。在控制驅(qū)動信號的 電路反應(yīng)足夠靈敏的情況下，設(shè)想驅(qū)動信號的至少約95%的占空因數(shù)被驅(qū)動持 續(xù)時間tD占據(jù)、而小于約2.5。Z的占空因數(shù)被恢復(fù)持續(xù)時間tR占據(jù)的足夠控制 方案。
在激光器投影系統(tǒng)的情況下建立驅(qū)動持續(xù)時間tD、恢復(fù)持續(xù)時間h的相 應(yīng)值時，需要說明附加的考慮。例如，且不是為了限制，圖2中所示的激光器 投影系統(tǒng)包括圖像源(S)，其生成單或多色圖像數(shù)據(jù)流；圖像投影軟件和 相關(guān)聯(lián)的電子設(shè)備(S/E)，其用于為每一基本圖像顏色生成激光器驅(qū)動信號； 激光器驅(qū)動器(D),其為配置成生成每一基本圖像顏色的各個激光器(LD) 生成相應(yīng)激光器驅(qū)動電流；以及掃描和投影光學(xué)裝置(O)，其操作以生成包 括圖像像素陣列的單或多色投影圖像(I)。在此類型和其它類型的掃描激光 器圖像投影系統(tǒng)中的每一圖像像素由有效像素持續(xù)時間tp表征。例如，且不是 為了限制，圖像中的像素的有效像素持續(xù)時間可以是40納秒或更短。 一般而 言，恢復(fù)持續(xù)時間tK將小于像素持續(xù)時間tp。優(yōu)選地，恢復(fù)持續(xù)時間k比像素 持續(xù)時間tp至少小50%。相反，驅(qū)動持續(xù)時間tD可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計者的偏好 大于、小于、或等于像素持續(xù)時間tp。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到有效像素持續(xù)時間tP可作為掃描速度變化的 結(jié)果在圖像上適當(dāng)且周期性地改變。因此，所謂"由有效像素持續(xù)時間表征" 的投影系統(tǒng)不應(yīng)當(dāng)視作是指圖像中的每一像素具有相同的像素持續(xù)時間。相 反，可以設(shè)想，顯示器內(nèi)的各個像素可具有不同的像素持續(xù)時間，像素持續(xù)時 間各自落在由有效像素持續(xù)時間tp表征的顯示器的總體概念之下。
多色調(diào)圖像可由圖像投影系統(tǒng)通過配置圖像投影電子設(shè)備和相應(yīng)的激光 器驅(qū)動電流以便建立在圖像像素的陣列上變化的像素強度來生成。在此情況 下，驅(qū)動電流的波長恢復(fù)部分被疊加在編碼變化的像素強度的信號上。關(guān)于掃
17描激光器圖像投影系統(tǒng)的配置以及變化的像素強度在圖像上生成的方式的進 一步詳情超出了本發(fā)明的范圍，但可從有關(guān)該主題的各種可容易獲得的資料上 找到。
本發(fā)明人還認識到半導(dǎo)體激光器通常展示出溫度演變識別標(biāo)志，其可在激 光器的輸出和耦合到激光器的波長轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸出中產(chǎn)生不想要的圖案。此不 想要的圖案可在以上所述的激光器投影系統(tǒng)的情況中造成嚴(yán)重問題。因此，本 發(fā)明還設(shè)想用于破壞半導(dǎo)體激光器的溫度演變識別標(biāo)志或者以其他方式控制 半導(dǎo)體激光器的激光發(fā)射波長的擾動方案。
圖9和圖10示出根據(jù)本發(fā)明的適當(dāng)擾動方案的兩個示例。最初參考圖1 和9，注意到本發(fā)明的第一擾動方案采用擾動信號1/VpTRB來修改驅(qū)動信號I/V
相位，該驅(qū)動信號I/V相位用來控制包括例如波長選擇段12、相位段12、以及增 益段16的半導(dǎo)體激光器10的相位段14。擾動信號1 打肌和驅(qū)動信號I/V相位 根據(jù)半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)可以是基于電壓或電流的控制信號，并且可使用微加 熱器應(yīng)施加于半導(dǎo)體激光器10的相位段14，該微加熱器經(jīng)由對相位段14的直 接電流注入(Iph)、或者通過將適當(dāng)?shù)碾妷菏┘拥较辔欢?4來與相位段14熱 連通。
一般而言，擾動信號1/VpTRB被選擇成破壞半導(dǎo)體激光器的光發(fā)射中的系 統(tǒng)性的波長變化。更具體地，擾動信號1/VpTRB通過引入隨時間足夠顯著地變 化的振幅曲線以改變半導(dǎo)體激光器10中的模式選擇來破壞系統(tǒng)性的波長變化。 結(jié)果，在目標(biāo)發(fā)射周期上在半導(dǎo)體激光器10中選擇多個不同的發(fā)射模式來破 壞在激光器發(fā)射中生成的有組織的偏離。在激光器投影系統(tǒng)的情況中，目標(biāo)發(fā) 射周期可與單個像素、 一組像素、或者一個或多個給定編碼數(shù)據(jù)周期(對于非 基于像素的投影系統(tǒng)，諸如前述的基于空間光調(diào)制器的系統(tǒng))相對應(yīng)。
類似地，參考圖IO，可以構(gòu)想，擾動信號I/VpTKB可被用來通過修改用來 控制半導(dǎo)體激光器的波長選擇段12的驅(qū)動信號1/VDM來改變半導(dǎo)體激光器中 的模式選擇。此外，可以構(gòu)想，擾動信號I/VpTRB可被用來修改相位段14的驅(qū) 動信號I/V相位以及波長選擇段12的驅(qū)動信號1/VDBR以改變半導(dǎo)體激光器中的
模式選擇。在任一個情況中，如以上關(guān)于半導(dǎo)體激光器10的相位段14所提及
地，擾動信號1/VpTRB可以是基于電壓或電流的控制信號并且可通過使用微加
18熱器來施加以改變半導(dǎo)體激光器10中的模式選擇，該微加熱器通過對波長選
擇段12和/或相位段14的直接電流注入(IDBR)、或者通過將適當(dāng)?shù)碾妷菏┘?到波長選擇段12和/或相位段14來與波長選擇段12和/或相位段14熱連通。
在所示實施例中，擾動使用乘法、除法、求和或其組合執(zhí)行，但是可以構(gòu) 想，任何適當(dāng)?shù)乃惴ɑ蛐薷倪^程可結(jié)合擾動信號1/Vptob來使用。還注意，僅
擾動波長選擇段12的驅(qū)動信號I/VDBR在一些情況下與其中擾動信號I/VpTRB被
用來修改相位段14的驅(qū)動信號I/V,的情況相比會導(dǎo)致包含多余噪聲的圖像。 當(dāng)使用在此所述的RZ模制技術(shù)時，在許多情況下，每次激光器被復(fù)位時 激光腔模式被選擇，并且激光器波長保持改變而在兩個復(fù)位操作之間沒有模式 跳變。因此，雖然以上所述的相位擾動方法通常在逐幀、逐行、或逐像素的基 礎(chǔ)上執(zhí)行，但是可以設(shè)想使相位擾動信號與激光器復(fù)位操作同步也是有利的。 可以構(gòu)想，相位擾動可在行的結(jié)束、幀的結(jié)束或兩者的結(jié)束處被關(guān)閉以保存功 率。此外或替換地，擾動可在此處所述的激光器復(fù)位操作期間被關(guān)閉。這些設(shè) 計考慮可對光源的效率產(chǎn)生重要含義。
圖11-17表示可實現(xiàn)圖9和10中的方案的各種手段。雖然圖11-17示出 在采用與以上在圖5-8中所述的類似的波長恢復(fù)操作的情況中的根據(jù)本發(fā)明的 擾動方案，但設(shè)想本發(fā)明的各種擾動方案可結(jié)合或獨立于圖5-8中所示的波長 恢復(fù)操作而采用。
參考圖11-17，本發(fā)明的擾動方案在以上參考圖5-8所述的控制方案的情 況中示出，其中半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電流包括多個數(shù)據(jù)部分A以及時間上介于相 應(yīng)的數(shù)據(jù)部分A之間的相應(yīng)的波長恢復(fù)部分B。擾動信號I/VPTRB的振幅曲線 包括多個不同的、時間上隔開的擾動信號振幅C。不同的、時間上隔開的擾動 信號振幅C的每一個被定時成在時間上與編碼數(shù)據(jù)中從波長恢復(fù)部分B之一 到相應(yīng)數(shù)據(jù)部分A的轉(zhuǎn)換相對應(yīng)。結(jié)果，在增益電流I 從B處的非激光發(fā)射、 恢復(fù)振幅轉(zhuǎn)換到A處的激光發(fā)射數(shù)據(jù)部分時，將針對每個不同的擾動信號振幅 C選擇不同的激光發(fā)射模式。模式選擇的這一有效隨機化幫助破壞否則存在于 半導(dǎo)體激光器的光發(fā)射中的系統(tǒng)性波長變化。
在圖11的實施例中，每個不同的擾動信號振幅C之后緊接著相對靜態(tài)部 分D，其中擾動信號振幅C維持不變直到下一擾動信號振幅C被選擇。如以
19上所提及地，通過為擾動信號振幅C選擇隨機值，腔模式被隨機地選擇并且以 上所述的系統(tǒng)性的有組織的圖像缺陷被消除。
在圖12的實施例中， 一旦激光器復(fù)位操作完成，介于不同的、時間上隔
開的擾動信號振幅C之間的靜態(tài)部分D就被復(fù)位為零。擾動信號I/VPTRB的靜 態(tài)部分D不有助于半導(dǎo)體激光器中的改變的模式選擇。雖然圖12的方法在功 耗方面顯示優(yōu)于圖11中所示的方法的一些優(yōu)點，但是在一些情況中它在消除 圖像缺陷時可能效率較低并且相比圖11的方法可引入更多的噪聲。為降低功 耗，振幅曲線的不同的、時間上隔開的擾動信號振幅C相比振幅曲線的靜態(tài)部 分D維持顯著較短的時間，但是它們被維持足夠長的時間周期來確保在一致的 基礎(chǔ)上針對每一不同的擾動信號振幅C選擇不同的激光發(fā)射模式。例如，為保
存操作效率，可優(yōu)選將擾動信號振幅C的持續(xù)時間限制為小于擾動信號I/VpTRB
的占空因素的約5%。
雖然圖11和12的實施例采用靜態(tài)部分D，但是本發(fā)明人已認識到靜態(tài)部 分D可被振幅調(diào)制部分代替以實現(xiàn)半導(dǎo)體激光器中的另外的系統(tǒng)性波長變化 的附加破壞，如圖13所示。圖13中所示的擾動信號I/VpT朋包括介于不同的、 時間上隔開的擾動信號振幅C之間的調(diào)幅部分E。調(diào)幅部分E的變化足以移動 波長中的模式并且增強半導(dǎo)體激光器中的擾動信號振幅C之間的模式跳變。這 樣，在激光器被驅(qū)動生成發(fā)射信號的數(shù)據(jù)部分時，多個不同的發(fā)射模式在半導(dǎo) 體激光器中被選擇。該結(jié)果是激光器的光譜的有效帶寬的展寬。該操作用來進 一步掩蓋激光器的強度曲線中的圖案化的變化。
在一些應(yīng)用中，圖13的控制方案因為相應(yīng)調(diào)幅部分E的隨機性質(zhì)，可在 所掃描的激光器圖像中引入額外噪聲。更具體地，圖像噪聲可以是額外的，因 為譜展寬的大小可逐像素地從相對較大到相對較小值地變化。圖14表示替換
方案，其中擾動信號1/VpTRB的振幅在引入相應(yīng)擾動信號振幅C的兩個激光復(fù)
位操作之間系統(tǒng)性地改變恒定量AI。圖14的方法等效于為每個圖像像素生成 相同間隔的兩個隔開的激光器模式。兩個激光器模式的間隔因變于AI的值。
圖15-17中所示的擾動信號IpTOB展示了根據(jù)本發(fā)明的擾動方案中的噪聲
的使用。例如，參考圖15，可以構(gòu)想，多個不同的、時間上隔開的擾動信號振 幅C可表示為擾動信號I/VPTRB中的噪聲，因為噪聲信號的振幅的隨機性質(zhì)可
20被用來破壞激光器中的圖案化的模式選擇。類似地，參考圖16,調(diào)幅部分E 還可表示為擾動信號I/VpTRB中的噪聲。最后，參考圖17，可以構(gòu)想多個不同
的、時間上隔開的擾動信號振幅c以及介于不同的、時間上隔開的擾動信號振
幅C之間的相應(yīng)調(diào)制部分E可都表示為擾動信號I/VPTRB的單個、連續(xù)的噪聲
分量。無論如何，選擇用在本發(fā)明的情況中的噪聲信號應(yīng)被配置成定義擾動信
號I/VPTRB中的振幅變化，這些振幅變化足夠顯著來改變激光器中的模式選擇 并且移動波長中的激光發(fā)射模式。
如以上所提及地，可以構(gòu)想，本發(fā)明的各種擾動方案可獨立于圖5-8中所
示的波長恢復(fù)操作采用。在此情況中，根據(jù)本發(fā)明的擾動信號IPTRB將僅包括
多個調(diào)幅部分，其改變到足夠改變模式選擇的程度，以使多個不同的發(fā)射模式
在給定周期上在半導(dǎo)體中被選擇。此性質(zhì)的擾動信號可通過將噪聲信號或前述
信號中的任何一個用作擾動信號I/VPTRB來便利地實施。此外，擾動信號可結(jié)
合正弦、三角、或其它類型的周期波。例如，注入DBR激光器的相位段的正
弦波電流可在高于圖像的像素率的頻率下振蕩激光腔模式的波長。
在其中所掃描的激光器圖像通過在包括圖像像素陣列的圖像上掃描可見
光源的輸出束來生成的基于像素的激光器投影系統(tǒng)的情況中，根據(jù)本發(fā)明的擾 動信號I/VPTRB可被配置成使一個或多個不同的發(fā)射模式在給定的有效像素周 期tp上被選擇。這樣，投影系統(tǒng)可被操作成確保擾動在圖像的每一有效像素、 或者至少在多數(shù)圖像像素中執(zhí)行。在特定應(yīng)用中，優(yōu)選配置擾動信號I/VPTRB 以針對每個有效像素、或者針對至少多數(shù)的有效像素選擇多個不同的發(fā)射模 式。類似地，在諸如基于空間光調(diào)制的系統(tǒng)之類的其它、非基于像素的投影系
統(tǒng)的情況中，可以構(gòu)想，擾動信號I/Vptrb可被配置成使得在編碼激光器信號
的每個編碼數(shù)據(jù)周期tp的每一個中選擇一個或多個不同的發(fā)射模式。 雖然已主要參考基于像素的投影系統(tǒng)描述了本發(fā)明，但是可以構(gòu)想諸如基
于空間光調(diào)制器的系統(tǒng)(包括數(shù)字光處理(DLP)、透射型LCD、以及硅基液 晶(LCOS))之類的結(jié)合基于激光器的光源的其他投影系統(tǒng)可從在此描述的 波長穩(wěn)定和擾動技術(shù)中獲益。在這些其它系統(tǒng)中，外生于激光器的相關(guān)周期不 是像素周期而是屏幕刷新率的倒數(shù)或其分?jǐn)?shù)。在這些情況下，對激光器的輸入 信號將以編碼數(shù)據(jù)周期tp為特征，且驅(qū)動電流將被配置成使波長恢復(fù)部分的恢
21復(fù)持續(xù)時間k小于該編碼數(shù)據(jù)周期tP。
在本申請中通篇引用了各種類型的電流。為了描述和限定本發(fā)明，應(yīng)注意 此類電流即指電流。此外，為了限定和描述本發(fā)明，應(yīng)注意在此所謂之電流的 "控制"不一定意味著主動地控制電流或根據(jù)任何基準(zhǔn)值來控制電流。相反，可 以設(shè)想，可僅通過確立電流的大小來控制電流。
可以理解，本發(fā)明的以上詳細描述旨在提供用于理解所要求保護的本發(fā)明 的本質(zhì)和特性的概觀或框架。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，可對本發(fā)明 做出各種修改和變型而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因而，本發(fā)明旨在涵蓋本 發(fā)明的所有這些修改和變型，只要它們落在所附權(quán)利要求書及其等價技術(shù)方案 的范圍中即可。
例如，雖然在此所描述的控制方案涉及在施加到半導(dǎo)體激光器的增益段或
波長選擇DBR段的驅(qū)動電流中結(jié)合進波長恢復(fù)部分，但是可以構(gòu)想，在激光 器操作方案中體現(xiàn)波長恢復(fù)操作的方法不限于施加到激光器的僅僅這些部分 的驅(qū)動電流。例如且不是為了限制，激光器可包括恢復(fù)部分，該恢復(fù)部分被配 置成在恢復(fù)信號被施加到其上時吸收光子。在此情況下，恢復(fù)部分可被用來按 需以與用于在此所述的增益和DBR段類似的方法減小光子密度。
注意，類似"優(yōu)選"、"普遍"和"通常"之類的術(shù)語在本文中采用時不是旨在 限制要求保護的本發(fā)明的范圍或者暗示某些特征是關(guān)鍵性的、必要的、或甚至 比要求保護的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或功能更重要。相反，這些術(shù)語僅旨在突出可或可 不在本發(fā)明的具體實施例中釆用的替換的或附加的特征。更進一步地，應(yīng)注意 提及值、參數(shù)、或變量"因變于"另一值、參數(shù)、或變量時，不應(yīng)當(dāng)視作意味 著值、參數(shù)、或變量因變于一個且僅一個值、參數(shù)、或變量。
為了描述和定義本發(fā)明，注意在本文中采用術(shù)語"顯著地"來表示可歸因于 任何數(shù)量的比較、值、測量、或其它表示的固有不確定程度。在此還使用術(shù)語 "明顯"來表示例如"明顯在零之上"的定量表示不同于例如"零"的指定參 考值的程度，并且應(yīng)解釋為要求該定量表示以可容易辨別的量不同于所指定參 考值。
2權(quán)利要求
1.一種控制包括可見光源的激光器投影系統(tǒng)的方法，其中所述可見光源包括半導(dǎo)體激光器，且所述方法包括通過配置所述半導(dǎo)體激光器來用于編碼圖像數(shù)據(jù)的光發(fā)射并且在多個圖像像素或編碼數(shù)據(jù)周期上掃描所述可見光源的輸出束，來生成所掃描的激光器圖像的至少一部分，所述光發(fā)射的至少一個參數(shù)因變于注入所述半導(dǎo)體激光器的增益段的驅(qū)動電流I增益以及一個或多個附加驅(qū)動電流I/V相位、I/VDBR，所述附加驅(qū)動信號I/V相位被施加到所述半導(dǎo)體激光器的相位段并且所述附加驅(qū)動信號I/VDBR被施加到所述半導(dǎo)體激光器的波長選擇段；通過使用擾動信號I/VPTRB擾動所述附加驅(qū)動電流I/V相位、I/VDBR中的至少一個以當(dāng)在所述圖像像素或編碼數(shù)據(jù)周期上掃描所述輸出束時改變所述半導(dǎo)體激光器中的模式選擇，所述擾動信號I/VPTRB包括振幅曲線，其隨著時間足夠顯著改變以改變所述半導(dǎo)體激光器中的模式選擇以使當(dāng)在所述圖像像素或編碼數(shù)據(jù)周期上掃描所述輸出束時在所述半導(dǎo)體激光器中選擇多個不同的發(fā)射模式。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述激光器被控制成使編碼數(shù)據(jù)的光發(fā)射包括多個數(shù)據(jù)部分以及時間上 介于相應(yīng)數(shù)據(jù)部分之間的相應(yīng)波長恢復(fù)部分；所述數(shù)據(jù)部分包括相應(yīng)的驅(qū)動振幅ID以及驅(qū)動持續(xù)時間tD;所述波長恢復(fù)部分包括不同于所述數(shù)據(jù)部分的驅(qū)動振幅lD的恢復(fù)振幅IR 以及小于所述數(shù)據(jù)部分的驅(qū)動持續(xù)時間tD的恢復(fù)持續(xù)時間tR;所述擾動信號1/VpTRB的振幅曲線包括多個不同的、時間上隔開的擾動信 號振幅；以及所述多個不同的、時間上隔開的擾動信號振幅中的相應(yīng)各個擾動信號振幅 被定時成在時間上與所述編碼數(shù)據(jù)中的從所述波長恢復(fù)部分之一到相應(yīng)數(shù)據(jù) 部分的轉(zhuǎn)換相對應(yīng)。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述擾動信號I/VPTRB的振幅 曲線進一步包括介于所述不同的、時間上隔開的擾動信號振幅之間的相對靜態(tài)部分。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述相對靜態(tài)部分的振幅基本等于在所述靜態(tài)部分之前的擾動信號振幅；以及所述相對靜態(tài)部分被維持直到開始相應(yīng)的波長恢復(fù)部分。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述相對靜態(tài)部分的振幅相比在所述靜態(tài)部分之前的擾動信號振幅更接 近于零；以及所述相對靜態(tài)部分被維持直到開始相應(yīng)的波長恢復(fù)部分。
6. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述擾動信號1/VpTRB的振幅曲線進一步包括介于不同的、時間上隔開的擾動信號振幅之間的各個調(diào)幅部分；以及所述振幅曲線的調(diào)幅部分變化到足以移動激光腔模式的波長以在所述半 導(dǎo)體激光器中強制模式跳變的程度，以使在所述數(shù)據(jù)部分的驅(qū)動持續(xù)時間tD 的至少一部分上在所述半導(dǎo)體激光器中選擇多個不同的發(fā)射模式。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述振幅曲線的調(diào)幅部分顯 示為所述擾動信號I/Vptrb中的噪聲。
8. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述多個不同的、時間上隔開的擾動信號振幅顯示為所述擾動信號I/Vptrb中的噪聲。
9. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述擾動信號1/VpTRB的振幅曲線進一步包括介于不同的、時間上隔開的擾動信號振幅之間的各個調(diào)幅部分；所述多個不同的、時間上隔開的擾動信號振幅以及介于所述不同的、時間 上隔開的擾動信號振幅之間的所述各個調(diào)制部分顯示為所述擾動信號I/VPTRB 中的噪聲；以及所述擾動信號I/Vptrb中的噪聲的振幅改變到足以改變所述半導(dǎo)體激光器中的模式選擇的程度，以使在所述數(shù)據(jù)部分的驅(qū)動持續(xù)時間tD的至少一部分上以及在所述編碼數(shù)據(jù)中從所述波長恢復(fù)部分轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的數(shù)據(jù)部分時在所述 半導(dǎo)體激光器中選擇多個不同的發(fā)射模式。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述擾動信號1/Vptrb的振 幅曲線包括多個調(diào)幅部分，其改變到足以移動激光腔模式的波長以在所述半導(dǎo) 體激光器中強制模式跳變的程度，以使在目標(biāo)發(fā)射周期的至少一部分上在所述 半導(dǎo)體激光器中選擇多個不同的發(fā)射模式。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述調(diào)幅部分顯示為所述 擾動信號I/VpTRB中的噪聲。
12. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述調(diào)幅部分顯示為所述擾動信號i/vPTRB中的周期信號。
13. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述周期信號包括正弦部分。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述擾動通過使用乘法、除法、求和或其組合，用所述擾動信號1/VpTRB修改所述附加驅(qū)動電流I/V相位、 1/VD肌來執(zhí)行。
15. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器中的模式選擇通過使用所述擾動信號1/VpTRB擾動所述附加驅(qū)動信號I/V ffift來改變。
16. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器中的模式選擇通過使用擾動信號1/VpTRB擾動所述附加驅(qū)動信號1/VDBR來改變。
17. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述擾動信號1/VpTRB被選 擇來破壞所述半導(dǎo)體激光器的光發(fā)射中的系統(tǒng)性波長變化。
18. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于 所述圖像像素由各個有效像素持續(xù)時間tp來表征；以及所述擾動信號1/VpTRB被配置成使在相應(yīng)各個有效像素持續(xù)時間tp上針對 多數(shù)圖像像素選擇不同發(fā)射模式中的至少一個。
19. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于 所述圖像像素由各個有效像素持續(xù)時間tp來表征；以及所述擾動信號1/VpTRB被配置成使在相應(yīng)各個有效像素持續(xù)時間tp上針對 多數(shù)圖像像素選擇不同發(fā)射模式中的不止一個。
20. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述輸出束使用由多個編碼數(shù)據(jù)周期表征的圖像信號來調(diào)制；以及所述擾動信號1/VpTRB被配置成使在每個編碼數(shù)據(jù)周期tp上選擇不同發(fā)射模式中的至少一個。
21. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述輸出束使用由多個編碼數(shù)據(jù)周期表征的圖像信號來調(diào)制；以及 所述擾動信號1/VpTRB被配置成使在相應(yīng)各個編碼數(shù)據(jù)周期tp上選擇不同 發(fā)射模式中的不止一個。
22. 如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述擾動信號I/VPTRB的振 幅在波長恢復(fù)部分之間系統(tǒng)性地改變恒定量AI。
23. —種包括可見光源和控制器的激光器投影系統(tǒng)，其中所述可見光源包 括至少一個半導(dǎo)體激光器并且所述控制器被編程為-通過操作所述半導(dǎo)體激光器來用于編碼圖像數(shù)據(jù)的光發(fā)射并且在多個圖 像像素或編碼數(shù)據(jù)周期上掃描所述可見光源的輸出束來生成所掃描的激光器 圖像的至少一部分，所述光發(fā)射的至少一個參數(shù)因變于注入所述半導(dǎo)體激光器 的增益段的驅(qū)動電流I增益以及一個或多個附加驅(qū)動電流I/V相位、I/VDBR，所述 附加驅(qū)動信號I/V TO被施加到所述半導(dǎo)體激光器的相位段并且所述附加驅(qū)動信號1/VDBR被施加到所述半導(dǎo)體激光器的波長選擇段；以及通過使用擾動信號1/VpTRB擾動所述附加驅(qū)動電流1/V相位、I/Vd肌中的至少一個以當(dāng)在所述圖像像素或編碼數(shù)據(jù)周期上掃描所述輸出束時改變所述半導(dǎo)體激光器中的模式選擇，所述擾動信號1/VpTRB包括振幅曲線，其隨著時間足夠顯著改變以改變所述半導(dǎo)體激光器中的模式選擇以使在所述圖像像素或編 碼數(shù)據(jù)周期上掃描所述輸出束時在所述半導(dǎo)體激光器中選擇多個不同的發(fā)射 模式。
全文摘要
本發(fā)明的特定實施例一般地涉及半導(dǎo)體激光器和激光器掃描系統(tǒng)，尤其涉及用于控制半導(dǎo)體激光器的方案。根據(jù)本發(fā)明一實施例，激光器被配置用于編碼數(shù)據(jù)的光發(fā)射。光發(fā)射的至少一個參數(shù)因變于注入半導(dǎo)體激光器的增益段的驅(qū)動電流I_增益以及一個或多個附加驅(qū)動電流I/V_相位、I/V_DBR。半導(dǎo)體激光器中的模式選擇通過使用擾動信號I/V_PTRB擾動附加驅(qū)動電流I/V_相位、I/V_DBR中的至少一個以改變半導(dǎo)體激光器中的模式選擇來改變，以使在目標(biāo)發(fā)射周期上在半導(dǎo)體激光器中選擇多個不同的發(fā)射模式。如此，激光器的波長或強度曲線中的圖案化變化可被破壞以掩蓋否則在激光器的輸出中容易可見的圖案化缺陷。
文檔編號H01S5/0625GK101558653SQ200780046303
公開日2009年10月14日 申請日期2007年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
發(fā)明者D·A·洛伯, D·O·里基茨, J·高里爾, M·H·胡, V·巴蒂亞 申請人:康寧股份有限公司