專利名稱：基于頻率變換的脈沖激光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光裝置，特別是涉及適合發(fā)射用于視覺應(yīng)用的光的 裝置。
背景技術(shù)：
圖像投影機(jī)可包括光源以提供用于調(diào)制器陣列的光。從所述調(diào)制 器陣列的像素透射或反射的光隨后會(huì)通過投影光學(xué)器件而被投影到 外部屏幕上以便顯示圖像。
當(dāng)實(shí)現(xiàn)圖像投影機(jī)時(shí)，由激光源提供的高光強(qiáng)和低發(fā)散將會(huì)是有 吸引力的性質(zhì)。然而，強(qiáng)力的半導(dǎo)體激光發(fā)射器的波長(zhǎng)通常是在紅或
紅外(IR)區(qū)域中。
已知的是，可通過倍頻而生成用于視覺應(yīng)用的藍(lán)光和/或綠光。專 利公布US 2006/23757披露了 一種具有用于倍頻的非線性晶體的鎖模 表面發(fā)射激光器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適合以一個(gè)或更多個(gè)可見波長(zhǎng)發(fā)射光 的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種發(fā)光裝置，其包括
-波導(dǎo)，其具有電泵浦增益區(qū)域，
-可飽和吸收器，
-反射結(jié)構(gòu)， -基片，和 -非線性介質(zhì)，
其中所述可飽和吸收器和所述增益區(qū)域適合從所述波導(dǎo)的端部 發(fā)射第一光脈沖，所述反射結(jié)構(gòu)適合將所述第一光脈沖反射到所述非 線性介質(zhì)內(nèi)，所述非線性介質(zhì)適合生成第二光脈沖從而使得所述第二 光脈沖的光學(xué)頻率為所述第一光脈沖的光學(xué)頻率的兩倍；所述增益區(qū) 域，述反射結(jié)構(gòu)適合將所述第一光脈沖的方向改變一個(gè)在70至110度范 圍內(nèi)的角度。
根椐本發(fā)明的第二方面，提供一種方法，用于通過使用具有電泵 浦增益區(qū)域、可飽和吸收器、反射結(jié)構(gòu)、基片和非線性介質(zhì)的波導(dǎo)而 生成光脈沖，所述增益區(qū)域、所述可飽和吸收器和所述反射結(jié)構(gòu)在所 述基片上實(shí)現(xiàn)，所述方法包括
-通過使用所述可飽和吸收器和所述增益區(qū)域而從所述波導(dǎo)的端 部提供第一光脈沖，
-由所述反射結(jié)構(gòu)將所述第一光脈沖的方向改變一個(gè)在70至110 度范圍內(nèi)的角度，和
-將所述第一光脈沖耦合到所述非線性介質(zhì)內(nèi)以便生成第二光脈 沖從而使得所述第二光脈沖的光學(xué)頻率為所述第一光脈沖的光學(xué)頻 率的兩倍。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種投影裝置，其包括
-光源，和
-投影光學(xué)器件，
所述光源依次包括
-具有電泵浦增益區(qū)域的波導(dǎo)，
-可飽和吸收器，
-反射結(jié)構(gòu)，
-基片，和
-非線性介質(zhì)，
發(fā)射第一光脈沖，所述反射結(jié)構(gòu)適合將所述第一光脈沖反射到所述非 線性介質(zhì)內(nèi)，所述非線性介質(zhì)適合生成第二光脈沖從而使得所述第二
光脈沖的光學(xué)頻率為所述第一光脈沖的光學(xué)頻率的兩倍；所述增益區(qū)
i反射結(jié)"適合P將所il第一光脈沖的方向改變二個(gè)在;o至iio :范 圍內(nèi)的角度。
第二光脈沖可能是通過和頻發(fā)生(SFG)、特別是通過二次諧波 發(fā)生(SHG)而生成的。
有利地，發(fā)光裝置還包括在所述基片中或其上實(shí)現(xiàn)的聚光結(jié)構(gòu)以便將光準(zhǔn)直或聚焦到所述非線性介質(zhì)內(nèi)。
由于傾斜的反射結(jié)構(gòu)和聚光結(jié)構(gòu)，在發(fā)射器與晶片分離之前，可 能已經(jīng)在晶片上測(cè)試了光發(fā)射器的運(yùn)作。
由于傾斜的反射結(jié)構(gòu)和聚光結(jié)構(gòu)，包括非線性介質(zhì)的非線性晶體 可能容易地相對(duì)于所發(fā)射的基波光束而被校直。
當(dāng)與現(xiàn)有技術(shù)的線性邊緣發(fā)射布置相比較時(shí)，增益區(qū)域、可飽和 吸收器、傾斜的反射結(jié)構(gòu)和聚光結(jié)構(gòu)在共用基片上的實(shí)現(xiàn)，提供相當(dāng) 大的穩(wěn)定性以及較為容易的模塊封裝。
在一個(gè)實(shí)施例中，增益區(qū)域、可飽和吸收器、傾斜的反射結(jié)構(gòu)和 聚光結(jié)構(gòu)附著到共用的半導(dǎo)電的基片上，該半導(dǎo)電的基片提供一種穩(wěn) 定結(jié)構(gòu)。特別是，增益區(qū)域、可飽和吸收器、傾斜的反射結(jié)構(gòu)和耦合 透鏡可能在單一的半導(dǎo)體芯片上或其中實(shí)現(xiàn)。
固體-氣體界面可能在光諧振腔(叩tical cavity)中引起不利的反 射?？赡芾缤ㄟ^抗反射涂層而使得這些反射最小化。然而，由于被 涂區(qū)域的小尺寸，在增益區(qū)域的端部上直接實(shí)現(xiàn)抗反射涂層可能是有 問題的。在一個(gè)實(shí)施例中，由于傾斜的反射結(jié)構(gòu)，可能在基片的表面 上而非在發(fā)射器的解理邊緣上實(shí)現(xiàn)抗反射涂層。
在某些情況下，在晶片規(guī)模(wafer-scale)加工中甚至于不可能 在增益區(qū)域的端部上直接實(shí)現(xiàn)抗反射涂層。
由于傾斜的反射結(jié)構(gòu)，發(fā)光裝置的光學(xué)表面可能在晶片級(jí)工藝中 被鈍化，該晶片級(jí)工藝便利了低成本大規(guī)模生產(chǎn)。
高的峰值強(qiáng)度也可能導(dǎo)致半導(dǎo)體端面中的災(zāi)變性光學(xué)損傷 (COD)。在一個(gè)實(shí)施例中，可能避免在發(fā)射器的解理邊緣處的高強(qiáng) 度。由于傾斜的反射結(jié)構(gòu)，所發(fā)射的基波光束的光學(xué)功率可能被分布 于基片表面上的較大面積之上，這導(dǎo)致有所減少的強(qiáng)度?？赡苓x擇基 片以具有比常規(guī)邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器的邊緣更寬的帶隙，并且因此 基片材料可能具有對(duì)于COD的較高的閾值強(qiáng)度。
傾斜的反射體也可能與散熱次黏著基臺(tái)(submount)成直接接觸 以提供對(duì)于反射體處的災(zāi)變性光學(xué)損傷的較高的閾值強(qiáng)度。
利用反向偏壓來運(yùn)作可飽和吸收器增加了對(duì)于吸收器附近的災(zāi) 變性光學(xué)損傷的閾值強(qiáng)度。
在一個(gè)實(shí)施例中，可能由調(diào)Q布置生成非常短的光脈沖，其中非線性晶體包括Bragg光柵用以經(jīng)由所述晶體提供頻率選擇性光學(xué)反饋 到增益區(qū)域。晶體和光柵的組合的反射率可能在高強(qiáng)度值處顯著減 少，這可允許通過腔倒空而生成光脈沖。
發(fā)光裝置適合以高重復(fù)頻率發(fā)射短的光脈沖。脈沖的持續(xù)期可能 是例如在500fs至Ins的范圍內(nèi)。脈沖的重復(fù)頻率可能是例如在 100MHz至100GHz的量級(jí)。連續(xù)脈沖具有短的相干長(zhǎng)度并且它們基 本上彼此不相干。因此，脈沖光創(chuàng)建出比持續(xù)運(yùn)作的激光器所提供的 光更低的散斑對(duì)比。當(dāng)以視覺進(jìn)行觀察時(shí)，由相干光形成的圖象通常 創(chuàng)建出令人煩惱的散斑圖案。
當(dāng)光源以高重復(fù)頻率提供短的光學(xué)脈沖時(shí)，散斑對(duì)比可能顯著減 少。由于脈沖的短持續(xù)期，脈沖具有寬的光鐠，這進(jìn)一步減少了散斑 對(duì)比。
在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光裝置包括適合基本上獨(dú)立地發(fā)射光脈沖的 多個(gè)發(fā)射器。因此，當(dāng)與單一發(fā)射器的裝置相比較時(shí)，散斑對(duì)比可能 顯著減少。高散斑對(duì)比看起來通常是相當(dāng)令人煩惱的，并且其降低了 所投影的圖像的品質(zhì)。
當(dāng)裝置具有相同的平均功率時(shí)，由于脈沖式運(yùn)作，峰值功率可能 顯著高于持續(xù)運(yùn)作的激光裝置的峰值功率。峰值光學(xué)功率可能例如大 于平均光學(xué)功率的10倍，或甚至于大于平均光學(xué)功率的100倍。因 此，在非線性晶體中的頻率變換的效率可能顯著增加。
由于以高重復(fù)頻率進(jìn)行的脈沖式運(yùn)作，裝置比以相同可見波長(zhǎng)提
供相同的光學(xué)功率的持續(xù)運(yùn)作的裝置耗費(fèi)更少的電功率。因此，裝置
可能在較低的溫度下運(yùn)作并且運(yùn)作可靠性可能較高。因此，可以減少 所需冷卻單元的重量和大小。
可能將分立光脈沖的能量選擇為很小從而使得其不會(huì)導(dǎo)致人眼 的損傷。分立光脈沖的能量可能是例如遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于lnJ的。在一個(gè)實(shí)施 例中，可能認(rèn)為發(fā)光裝置提供基本上不相干的光。支配著非相干光源 使用的官方規(guī)則在某些狀態(tài)下可能是不太嚴(yán)格的。
當(dāng)與現(xiàn)有技術(shù)的垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)布置相比較， 偏振穩(wěn)定性更好。在一個(gè)實(shí)施例中，偏振穩(wěn)定性允許有效使用非線性 晶體。
通過本文中在下面給出的說明和實(shí)例，并且也通過所附權(quán)利要求，本發(fā)明的實(shí)施例以及它們的好處將對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言變得 更加顯而易見。


在下列實(shí)例中，將會(huì)參考附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施例，附
圖中
圖l示出發(fā)光裝置的側(cè)視圖，該發(fā)光裝置包括增益區(qū)域、可飽和 吸收器、傾斜的反射結(jié)構(gòu)和非線性晶體，
圖2示出包括Bragg光柵的發(fā)光裝置的側(cè)視圖，
圖3示出發(fā)光裝置的側(cè)視圖，該發(fā)光裝置包括由后反射體和局部 (partially)反射結(jié)構(gòu)限定的光諧振腔，
圖4示出發(fā)光裝置的側(cè)視圖，其中光諧振腔由后反射體和Bragg 光柵限定，
圖5示出發(fā)光裝置的側(cè)視圖，該發(fā)光裝置包括后反射體、傾斜的 反射結(jié)構(gòu)和局部反射結(jié)構(gòu)以限定折疊的光諧振腔，
圖6示出發(fā)光裝置的側(cè)視圖，該發(fā)光裝置具有傾斜的反射結(jié)構(gòu)以 將光反射遠(yuǎn)離共用基片，
圖7示出發(fā)光裝置的側(cè)視圖，該發(fā)光裝置包括另外的增益區(qū)域或 另外的增益模塊以放大輸出光束，
圖8示出發(fā)光裝置的側(cè)視圖，該發(fā)光裝置包括聚光結(jié)構(gòu)以將光聚 焦或準(zhǔn)直到非線性晶體內(nèi)，
圖9示出發(fā)光裝置的側(cè)視圖，該發(fā)光裝置包括具有折射表面的基 片以將光聚焦或準(zhǔn)直到非線性晶體內(nèi)，
圖10示出發(fā)光裝置的側(cè)視圖，該發(fā)光裝置包括折疊光諧振腔和 聚光結(jié)構(gòu)，
圖11示出包括非線性晶體的發(fā)光裝置的側(cè)視圖，該非線性晶體 具有Bragg光柵以提供反饋給增益區(qū)域，
圖12示出發(fā)光裝置的側(cè)視圖，該發(fā)光裝置具有帶抗反射涂層的 固體-氣體界面，
圖13示出發(fā)光裝置的三維視圖，該發(fā)光裝置包括鄰近的激光發(fā) 射器的陣列、傾斜的反射結(jié)構(gòu)和公用的圓柱形表面以在快軸的方向上 將光準(zhǔn)直或聚焦到非線性晶體內(nèi)，圖14示出包括兩個(gè)相反的發(fā)射器陣列的發(fā)光裝置的三維視圖，
圖15示出多個(gè)交錯(cuò)的傾斜的反射結(jié)構(gòu)的三維視圖，其適合提供 處于同一豎直平面內(nèi)的多個(gè)光束，
圖16示出發(fā)光裝置的側(cè)視圖，該發(fā)光裝置包括相反的發(fā)射器和 傾斜的反射結(jié)構(gòu)以將光經(jīng)過共用基片反射到非線性晶體內(nèi)，
圖17示出相反的發(fā)射器和傾斜的反射結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，該傾斜的 反射結(jié)構(gòu)用以將光反射遠(yuǎn)離共用基片進(jìn)入非線性晶體內(nèi)，
圖18示出發(fā)光裝置的三維視圖，該發(fā)光裝置包括多個(gè)圓柱形折 射表面以在慢軸的方向上將光聚焦或準(zhǔn)直到非線性晶體內(nèi)，
圖19a示出具有多個(gè)波導(dǎo)的非線性晶體的三維視圖，每個(gè)所述波 導(dǎo)具有錐形輸入部分和非平面的輸入端面以便將光聚焦到所述波導(dǎo)
的窄部分內(nèi)，
圖19b示出具有蝕刻端面的非線性晶體的三維視圖，
圖20a示出用于橫向電偏振光的周期極化非線性晶體的三維視
圖，
圖20b示出用于橫向電偏振光的周期極化非線性晶體的三維視 圖，所述晶體包括脊形波導(dǎo)，
圖20c示出用于橫向磁偏振光的周期極化非線性晶體的三維視
圖，
圖21示出包括偏振旋轉(zhuǎn)元件的發(fā)光裝置的側(cè)視圖， 圖22a示出激光發(fā)射器的結(jié)構(gòu)層的側(cè)視圖， 圖22b示出與圖22a的發(fā)射器相關(guān)聯(lián)的尺寸的側(cè)視圖， 圖23示出具有脊形波導(dǎo)的激光發(fā)射器的三維視圖， 圖24示出發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)層的側(cè)視圖，該發(fā)光裝置包括傾斜的 反射結(jié)構(gòu)，
圖25示出包括凹入反射結(jié)構(gòu)的發(fā)光裝置的三維視圖，
圖26示出用于蝕刻凹入反射結(jié)構(gòu)的掩膜的頂視圖，
圖27示出適合在外部屏幕上投影圖像的投影裝置的三維視圖，
圖28示出包括發(fā)光裝置和調(diào)制器單元的投影裝置，
圖29a示出通過被動(dòng)調(diào)Q而生成光脈沖，
圖29b示出通過主動(dòng)調(diào)Q而生成光脈沖，
圖29c示出通過半被動(dòng)調(diào)Q而生成光脈沖序列，圖30示出圖像投影機(jī)的三維視圖，該圖像投影機(jī)包括兩個(gè)光束
引導(dǎo)裝置和經(jīng)調(diào)制的光的發(fā)射裝置，
圖31示出圖像投影機(jī)的三維視圖，該圖像投影機(jī)包括光束引導(dǎo)
裝置和經(jīng)單獨(dú)調(diào)制的光的發(fā)射器的陣列，
圖32示出沒有傾斜的反射結(jié)構(gòu)的線性發(fā)光裝置的側(cè)視圖，
圖33示出包括若干發(fā)射器的線性發(fā)光裝置的三維視圖，
圖34a示出包括周期極化非線性晶體的發(fā)光裝置的側(cè)視圖，
圖34b示出發(fā)光裝置的側(cè)視圖，其中非線性晶體包括波導(dǎo)和頻率
選擇性反射結(jié)構(gòu)，
圖35示出非線性晶體的側(cè)視圖，該非線性晶體包括在所述晶體
上實(shí)現(xiàn)的Bragg光柵和波導(dǎo)，
圖36a作為實(shí)例示出第一光脈沖的光譜峰值，
圖36b作為實(shí)例示出可能有助于二次諧波發(fā)生SHG的圖36a的光
鐠峰值的部分，
圖36c作為實(shí)例示出可能有助于和頻發(fā)生SFG的圖36b的光語(yǔ)峰 值的分?jǐn)?shù)，
圖36d作為實(shí)例示出由二次諧波發(fā)生SHG生成的光脈沖的光i普 峰值，和
圖36e作為實(shí)例示出由和頻發(fā)生SFG生成的光脈沖的光語(yǔ)峰值。
具體實(shí)施例方式
參考圖1,發(fā)光裝置400包括具有增益區(qū)域20的波導(dǎo)24，所述 裝置400還包括半導(dǎo)體可飽和吸收器40、第一反射結(jié)構(gòu)60、第二反 射結(jié)構(gòu)Ml、基片IO和非線性晶體140?？娠柡臀掌?0和第一反射 結(jié)構(gòu)60的組合也已知為首字縮寫SESAM (半導(dǎo)體可飽和吸收鏡)第 二反射結(jié)構(gòu)Ml也在本文中被稱為傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml或耦合結(jié)構(gòu) Ml。第一反射結(jié)構(gòu)60在本文中也被稱為后反射體60。增益區(qū)域20、 可飽和吸收器40、和傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml在共用基片IO上實(shí)現(xiàn)。
激光發(fā)射器E1可包括后反射體60、可飽和吸收器40、和增益區(qū) 域20。如果增益區(qū)域的增益被選擇為足夠高，則圖1的發(fā)射器E1可 能提供激光。發(fā)射器El提供來自波導(dǎo)24第一端部的光脈沖Bl。光 脈沖Bl被耦合到非線性晶體140內(nèi)以便提供當(dāng)與光脈沖Bl相比較時(shí)具有更高頻率的第二光脈沖B2。
第二光脈沖B2可由和頻發(fā)生SFG生成。所述第一光脈沖Bl的分立(individual)脈沖可具有第一光子Bfa和第二光子Bfb (圖35 )。所生成的第二光脈沖B2的光子的光學(xué)頻率可能等于第一光子Bfa的光學(xué)頻率與第二光子Bfb的光學(xué)頻率的和。
特別是，第二光脈沖B2可能是由二次諧波發(fā)生SHG生成的。當(dāng)與光Bl相比較時(shí)第二光脈沖B2可能具有例如雙倍光學(xué)頻率和半波長(zhǎng)，即用以提供二次諧波發(fā)生(SHG)。換言之，非線性介質(zhì)140可能適合生成第二種光，從而使得由非線性晶體提供的光B2的光學(xué)頻率為光B1的光學(xué)頻率的兩倍。
傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml適合將從波導(dǎo)24發(fā)射出的光束Bl反射到非線性晶體140內(nèi)。傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml適合使得光束Bl的方向改變一個(gè)角度P，該角度P是在70至110度的范圍內(nèi)。特別是，所述角度P可能大致等于90度。
有利地，光Bl被聚光結(jié)構(gòu)120準(zhǔn)直或者聚焦到非錢性晶體140內(nèi)(圖13、 34a、 34b)。
波導(dǎo)24可能是脊形波導(dǎo)，即，其可能具有脊形的形式(見圖23)。波導(dǎo)24平行于水平方向SX。在縱向(即，基本上在波導(dǎo)中沿著方向SX)傳"t番的光，凈皮波導(dǎo)側(cè)部上的全內(nèi)反射(total internal reflection)限制到所述波導(dǎo)24。
傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml可能適合基本上在豎直方向SZ上反射由發(fā)射器E1提供的光束B1。方向SZ垂直于方向SX。如果傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml是反射表面，諸如鏡，則介于反射表面與方向SX之間的角度a可能是在35至55度的范圍內(nèi)。特別是，角度oc可能大致為45度。
共用基片10可能在光束B1的波長(zhǎng)下為基本上透明的，以便允許光束B1豎直地穿過所述共用基片10。當(dāng)光束B1通過所述基片10反射到晶體140內(nèi)時(shí)，非線性晶體140也可能被附著到同 一共用基片10。
將非線性晶體140安置到共用基片IO的大致水平表面上、以及基本上豎直地將光束B1引導(dǎo)到所述晶體140內(nèi)，可能允許與在沒有所述傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml的線性布置中相比，相對(duì)于光束B1更簡(jiǎn)單對(duì)齊晶體140。例如在圖32和33中示出這樣的線性布置。
可能由波導(dǎo)的傾斜端實(shí)現(xiàn)傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml。后反射體60可能與波導(dǎo)24相接觸或在它們之間可能有間隔。波導(dǎo)24可能與傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml相接觸，或在它們之間可能有間隔。非線性晶體140可能與共用基片IO相接觸或在它們之間可能有間隔?？娠柡臀掌?0可能與增益區(qū)域20相接觸或在它們之間可能有間隔。光學(xué)界面可能具有抗反射(AR)涂層。可替代地，光學(xué)界面可能具有涂層以增強(qiáng)光學(xué)反射和/或鈍化固體/氣體界面。
第二反射結(jié)構(gòu)Ml適合將光耦合到非線性介質(zhì)140內(nèi)。第二反射結(jié)構(gòu)Ml也可能是衍射光柵，其可能例如在波導(dǎo)24的側(cè)部上實(shí)現(xiàn)以基本上豎直地朝著非線性晶體140而衍射光束Bl。所強(qiáng)調(diào)的是，光柵也可能基本上平行于波導(dǎo)24，因而第二反射結(jié)構(gòu)即耦合結(jié)構(gòu)M1不一定必需是相對(duì)于波導(dǎo)24 "傾斜"的。充當(dāng)耦合結(jié)構(gòu)Ml的衍射光柵可能大致平行于基片IO的平面。
通過使用傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml而對(duì)光束Bl進(jìn)行重新定向可能允許實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的折疊結(jié)構(gòu)。
后反射體60適合將從增益區(qū)域20的第二端部發(fā)射的光經(jīng)過可飽和吸收器40反射回到所述增益區(qū)域20內(nèi)，即在SX方向上。選擇第一反射結(jié)構(gòu)60的反射率以提供充足的光學(xué)反饋。第一反射結(jié)構(gòu)60的反射率可能例如是在30至95%的范圍內(nèi)。可能例如由波導(dǎo)24的解理端部實(shí)現(xiàn)第一反射結(jié)構(gòu)60。第一反射結(jié)構(gòu)60也可能例如通過干法刻蝕而實(shí)現(xiàn)，諸如感應(yīng)耦合等離子體-反應(yīng)離子刻蝕(ICP-RIE)。
由于傾斜的反射結(jié)構(gòu)M1，可能在發(fā)射器E1與晶片分離之前對(duì)它的運(yùn)作進(jìn)行測(cè)試。因而，在進(jìn)一步加工之前可能辨識(shí)出任何有瑕疵的發(fā)射器El,并且可能預(yù)計(jì)有成本的節(jié)省。
因而，制造發(fā)光裝置400的方法可能包括
-在基片晶片10上實(shí)現(xiàn)增益區(qū)域20，
-在所述基片晶片10上實(shí)現(xiàn)可飽和吸收器40，
-在所述基片晶片IO上實(shí)現(xiàn)反射結(jié)構(gòu)MI，和
-基于由所述反射結(jié)構(gòu)Ml反射的第一光脈沖Bl而測(cè)量至少一個(gè)性能參數(shù)。
特別是，制造發(fā)光裝置400的方法可能包括-在基片晶片10上實(shí)現(xiàn)增益區(qū)域20,-將可飽和吸收器40與增益區(qū)域20電隔離開，-在所述基片晶片IO上實(shí)現(xiàn)反射結(jié)構(gòu)MI,-在所述基片晶片IO上實(shí)現(xiàn)聚光結(jié)構(gòu)120，和
-基于由所述反射結(jié)構(gòu)Ml反射的第一光脈沖Bl而測(cè)量至少一個(gè)性能參數(shù)。
參考圖2,后反射體60也可能是例如在波導(dǎo)24側(cè)部上實(shí)現(xiàn)的Bragg光柵。
當(dāng)發(fā)光裝置400不包括高Q值光諧振腔時(shí)，其可能通過增益切換或通過變動(dòng)可飽和吸收器40中取決于強(qiáng)度的損耗，即通過類似于調(diào)Q的過程，而提供光脈沖B1。 "Q，，表示光諧振腔的品質(zhì)因數(shù)。吸收器40最初是處于對(duì)于低強(qiáng)度光而言的吸收狀態(tài)。在發(fā)射了前置(preceding)光脈沖之后，暫時(shí)減少增益區(qū)域20中的增益。經(jīng)由吸收器40透射的強(qiáng)度隨著增加入射光的強(qiáng)度而增加，直至強(qiáng)度達(dá)到吸收器40的飽和程度。后反射體60與可飽和吸,器40的組合的反射率此刻突然增加，這導(dǎo)致在增益區(qū)域20中放^的光的強(qiáng)度有顯著增加。然而，由于光鐠燒孔效應(yīng)，高強(qiáng)度的生成威少了增益區(qū)域20中的增益，這提供了脈沖的下降沿?？娠柡臀掌?0可能具有充分短的載波壽命以使超短脈沖可行。強(qiáng)度很快減少為低于將吸收器設(shè)置為吸收狀態(tài)所需的程度，并且上述循環(huán)本身可能重復(fù)出現(xiàn)。
參考圖3，發(fā)光裝置400還可能包括光諧振腔，即光諧振器，以控制光束B1的性質(zhì)和/或啟用對(duì)自發(fā)發(fā)射的波長(zhǎng)選擇性放大。通過后反射體60與局部反射結(jié)構(gòu)80限定光諧振腔。局部反射結(jié)構(gòu)80可能是例如介于增益區(qū)域20與傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml之間。局部反射結(jié)構(gòu)80的反射率可能例如是在3至70%的范圍內(nèi)?？赡芾缤ㄟ^發(fā)射器El的解理端部，即，通過使用在固體與氣體之間的反射界面，實(shí)現(xiàn)局部反射結(jié)構(gòu)80。該腔體可能是法布里-珀羅諧振腔。
包括增益區(qū)域20和可飽和吸收器40的光諧振腔可能適合在水平方向SX上提供光脈沖Bl。
可飽和吸收器40可能被反向偏壓?？娠柡臀掌髦械目娠柡臀湛赡芤鹚l(fā)射的光束Bl以一定頻率脈動(dòng)，該頻率可能相當(dāng)近似于與腔體的光學(xué)長(zhǎng)度成反比。
當(dāng)發(fā)光裝置400包括光諧振腔時(shí)，其可能通過增益切換，通過主動(dòng)模式鎖定，通過被動(dòng)模式鎖定，通過主動(dòng)調(diào)Q、通過被動(dòng)調(diào)Q,和/或通過半被動(dòng)調(diào)Q而提供光脈沖Bl。
例如通過將可飽和吸收器40的反向偏置電壓選擇得足夠高，通過選擇可飽和吸收器40的光學(xué)長(zhǎng)度，通過將可飽和吸收器中的可飽和光學(xué)吸收選擇得足夠高，以及/或者通過將前反射體80和/或后反射體60的反射率選擇得足夠低，可能將裝置400設(shè)置為調(diào)Q運(yùn)作。
傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml可能適合提供非常低的光學(xué)反饋到增益區(qū)域20，這允許增益區(qū)域在高的偏置電流下運(yùn)作，而同時(shí)仍維持發(fā)光裝置400的脈沖式運(yùn)作。
在被動(dòng)調(diào)Q中，可飽和吸收器40的偏置電壓被保持在大致恒定的程度。在主動(dòng)調(diào)Q中，通過調(diào)節(jié)可飽和吸收器40的偏置電壓而調(diào)節(jié)可飽和吸收器40中的光學(xué)損耗。半被動(dòng)調(diào)Q意味著可飽和吸收器40的偏置電壓被調(diào)節(jié)以便開啟或關(guān)閉激光，但是由被動(dòng)調(diào)Q生成分立脈沖的序列(也見圖29a至29c)。
除了調(diào)Q，甚至可以以非常高的頻率調(diào)節(jié)增益區(qū)域20的驅(qū)動(dòng)電流，以便接通或切斷發(fā)射激光。
應(yīng)注意到，通過調(diào)節(jié)增益區(qū)域20的運(yùn)作電流而不用調(diào)Q來生成光脈沖，與通過使用調(diào)Q相比，在將電功率轉(zhuǎn)換為脈沖光方面效率更低。這是由于在被耦合到激光發(fā)射器的電功率與相應(yīng)的光學(xué)輸出之間的非線性關(guān)系。較高的偏置電流需要較高的電壓，這導(dǎo)致效率有所降低。對(duì)應(yīng)于電輸入功率加倍的光學(xué)功率通常比在沒有所述加倍情況下所提供的光學(xué)功率的兩倍更小。
脈沖重復(fù)頻率可能是例如在lOOMHz至lOOGHz的范圍內(nèi)。特別是，脈沖重復(fù)頻率可能是在lOGHz至lOOGHz的范圍內(nèi)。脈沖的持續(xù)期可能是在500飛秒至1納秒(500fs至lns)的量級(jí)內(nèi)，而分立光脈沖的能量可能保持小于lnJ (納焦)。因此，從單一發(fā)射器E1發(fā)射出的分立光脈沖的峰值功率可能是例如在0.5W至10W的范圍內(nèi)。
脈沖重復(fù)頻率也可能是在lGHz至500GHz的范圍內(nèi)。脈沖的持續(xù)期也可能是在lps至10ps的范圍內(nèi)。從單一發(fā)射器El發(fā)射出的分立光脈沖的峰值功率也可能是在IOW至50W的范圍內(nèi)。
可飽和吸收器40和增益區(qū)域的速度確定光脈沖的最小持續(xù)期。另外，激光腔中的光子壽命對(duì)脈沖性質(zhì)有影響。為了有效的頻率變換，基波光應(yīng)當(dāng)具有高強(qiáng)度，這可能通過短的高強(qiáng)度脈沖而實(shí)現(xiàn)。脈沖寬度越短且脈沖重復(fù)頻率越高，則人眼所感知到的散斑對(duì)比越低。尤其
是在被動(dòng)調(diào)Q的情況下，分立光脈沖的相位基本上是隨機(jī)的，導(dǎo)致脈沖之間的隨機(jī)干涉。
一般而言，脈沖寬度越短，脈沖的光學(xué)帶寬越寬，和/或脈沖重復(fù)頻率越高，則人眼所感知到的散斑對(duì)比越低。
人眼的積分時(shí)間(integration time)通常是在10ms的范圍內(nèi)。如果單一發(fā)射器的脈沖重復(fù)頻率例如為10GHz，則人眼可能接收每10ms積分時(shí)間內(nèi)由短相干長(zhǎng)度脈沖所形成的高達(dá)一千萬個(gè)散斑圖案。通過進(jìn)一步減少脈沖寬度，通過增加脈沖重復(fù)頻率，以及通過使用多個(gè)獨(dú)立的發(fā)射器，則所接收到的散斑圖案的數(shù)目可能甚至于大于每10msl(^個(gè)，且具有顯著減少的散斑對(duì)比。
因而，通過使用很大數(shù)目的獨(dú)立發(fā)射器可能實(shí)現(xiàn)非常低的散斑對(duì)比以提供具有短相干長(zhǎng)度并且處于高重復(fù)頻率下的第一光脈沖Bl。
脈沖的持續(xù)期的減少也可能導(dǎo)致峰值強(qiáng)度增加，并且因此導(dǎo)致電能轉(zhuǎn)換為可見光能的效率更高。
例如，通過增加可飽和吸收器40的反向偏置電壓、或通過利用例如離子注入向晶體引入缺陷，可減少可飽和吸收器40的恢復(fù)時(shí)間。
內(nèi)腔(intra-cavity)光束B0可能具有比經(jīng)過局部反射結(jié)構(gòu)80透射的光束Bl顯著更大的強(qiáng)度(圖3 )。
發(fā)光裝置400還可能包括介于后反射體60與局部反射結(jié)構(gòu)80之間的相移區(qū)域(未示出)。
參看圖4，局部反射結(jié)構(gòu)80可能是Bragg光柵。因此，發(fā)射器El可能充當(dāng)分布式反饋(DFB)激光器。Bragg光柵可能是例如在波導(dǎo)24的側(cè)部上實(shí)現(xiàn)的。
參看圖5，局部反射結(jié)構(gòu)80也可能安置在傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml之后以便實(shí)現(xiàn)折疊腔激光器。換言之，傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml是在光學(xué)上介于增益區(qū)域20與局部反射結(jié)構(gòu)80之間的。局部反射結(jié)構(gòu)80可能是例如在共用基片IO的水平表面上。
局部反射結(jié)構(gòu)80也可能是分布式Bragg反射體，其在基片10與傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml之間外延生長(zhǎng)。
參看圖6，傾斜的反射結(jié)構(gòu)M1也適合在遠(yuǎn)離共用基片IO的方向sz上引導(dǎo)反射光遠(yuǎn)離。在此實(shí)施例中共用基片不需要是透明的。
參看圖7，發(fā)光裝置400可能包括另外的增益區(qū)域或增益模塊150。該另外的增益區(qū)域150可能通過將從波導(dǎo)24端部發(fā)射出的主光束B00放大而提供光束B1。經(jīng)放大的光B1可能隨后耦合到非線性晶體140內(nèi)。
參看圖8,發(fā)光裝置400可能包括聚光結(jié)構(gòu)120以將光B1準(zhǔn)直或聚焦到非線性晶體140內(nèi)。聚光結(jié)構(gòu)120可能是大致圓柱形的透鏡，其適合在快軸的方向上對(duì)光B1進(jìn)行準(zhǔn)直、或者將光B1聚焦，該快軸的方向是在方向SX上。從波導(dǎo)24所發(fā)射的光束的快軸原來是在方向SZ上，但在被結(jié)構(gòu)M1反射之后，快軸是在方向SX上。
光的聚焦可能包括提供接近準(zhǔn)直的光束。
聚光結(jié)構(gòu)120可能安置于共用基片IO與非線性晶體140之間。例如，透鏡120可能例如通過光學(xué)接合劑(optical cement)而附著到基片10。
同樣的透鏡120也可能適合在快軸的方向上和在慢軸的方向上對(duì)光B1進(jìn)行準(zhǔn)直。透鏡120可能例如具有橢圓表面，或透鏡120的第一表面在方向SZ上可能具有圓柱形彎曲以及透鏡的第二表面可能在方向SY上具有圓柱形彎曲。方向SY在圖13中示出。
聚光結(jié)構(gòu)120也可能是大致球形表面。
聚光結(jié)構(gòu)120也可能是代替透鏡或透鏡以外的衍射結(jié)構(gòu)，以便將光Bl聚焦或準(zhǔn)直進(jìn)入非線性晶體140內(nèi)。
參看圖9，基片10的一部分表面可能是大致圓柱形的以便在快軸的方向上準(zhǔn)直或聚焦光束B1。
特別是，聚光結(jié)構(gòu)120可能通過例如干法或濕法刻蝕而形成在基片10上。波導(dǎo)24和聚光結(jié)構(gòu)120可能在基片IO的不同側(cè)部上。聚光結(jié)構(gòu)120可適合將光束Bl有效地耦合到所附著的非線性晶體140內(nèi)，特別是耦合到所附著的非線性晶體140的波導(dǎo)142內(nèi)。因而，傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml與聚光結(jié)構(gòu)120的組合允許一種緊湊的解決方案，用于將所發(fā)射光束B1有效耦合到所附著的非線性晶體140的波導(dǎo)142內(nèi)以進(jìn)行有效的頻率變換(圖19a至20c,圖21 )。
參看圖10，局部反射結(jié)構(gòu)80也可能安置于聚光部件120與非線性晶體140之間以便限定折疊激光腔。
同樣地，基片IO的上表面，透鏡120的表面，或非線性晶體140的表面可能適合充當(dāng)局部反射結(jié)構(gòu)80。介電(dielectric)涂層可能涂覆于一個(gè)表面以增強(qiáng)反射。
參看圖11,非線性晶體140可能包括Bragg光柵82以提供反饋到增益區(qū)域，例如，用以實(shí)現(xiàn)光諧振腔。非線性晶體也可能包括波導(dǎo)142以限制光并且改善頻率變換效率。
發(fā)光裝置400可能包括Bragg光柵元件以提供頻率選擇性反饋到增益區(qū)域20。 Bragg光柵元件可能被安置于例如非線性晶體140的表面上從而使得其將第一光脈沖Bl經(jīng)由晶體140反射回來。可替代地，所述Bragg光柵元件可能被安置于晶體140與基片IO之間(圖5)。
可通過減少由發(fā)射器El提供的光脈沖的持續(xù)期而使得散斑對(duì)比最小化。使用短光脈沖也提供了將電能轉(zhuǎn)換為可見波長(zhǎng)的光能的良好效率。特別是，當(dāng)所發(fā)射的高強(qiáng)度脈沖僅行進(jìn)經(jīng)過增益區(qū)域20 —次時(shí)，可能提供非常短的光脈沖。這可能例如通過腔倒空而實(shí)現(xiàn)。Bragg光柵82可能適合以基波光脈沖Bl的預(yù)定頻率(即，以所述光脈沖Bl的波長(zhǎng))提供頻率選擇性反饋。Bragg光柵82可能允許穩(wěn)定基頻率并且通過腔倒空生成光脈沖。通過非線性晶體140與Bragg光柵82的組合提供的光學(xué)反饋對(duì)于高強(qiáng)度光脈沖而言，顯著低于對(duì)于低強(qiáng)度光而言的情況。由于取決于強(qiáng)度的反饋，則生成脈沖的下降時(shí)間可能非常短。所以，可能以高效率生成非常短并且強(qiáng)烈的可見光的光脈沖。
可飽和吸收器40、增益區(qū)域20、和非線性介質(zhì)在光學(xué)上定位于后反射體60與Bragg光柵82之間?？娠柡臀掌?0和增益區(qū)域20適合發(fā)射第一光脈沖Bl，該第一光脈沖Bl耦合到所述非線性介質(zhì)內(nèi)以生成第二光脈沖B2。增益區(qū)域20也通過經(jīng)放大的自發(fā)發(fā)射來發(fā)射低強(qiáng)度光，從而使得所述低強(qiáng)度光具有顯著低于所述第一光脈沖的強(qiáng)度。低強(qiáng)度光經(jīng)過所述非線性介質(zhì)耦合到所述Bragg光柵82，從而使得光柵82適合頻率選擇性地將光反射回增益介質(zhì)20內(nèi)以便穩(wěn)定所述第一光脈沖Bl的光學(xué)頻率。
Bragg光柵82與非線性晶體140的組合的反射率可能在低強(qiáng)度值和基頻率下很高，這放大了在基頻率處的光。在較高強(qiáng)度下，基頻率處的光脈沖Bl的能量可能在單程過程中被轉(zhuǎn)換為處于更高頻率處的光脈沖B2的能量。對(duì)于具有高強(qiáng)度的脈沖Bl的單程轉(zhuǎn)換效率可能比在可能包括非線性介質(zhì)的波導(dǎo)142中為80%的效率更大。將基波光Bl轉(zhuǎn)換為高強(qiáng)度下的更高頻光B2，減少了 Bragg光柵82與非線性晶體140的組合的反射率，并且引起腔倒空。
Bragg光柵82可能在波導(dǎo)142的側(cè)部上實(shí)現(xiàn)或在波導(dǎo)142中實(shí)現(xiàn)?？赡苓x擇波導(dǎo)142的色散(dispersion)和Bragg光柵82的光柵周期，從而使得所述Bragg光柵82的反射率對(duì)于第一光脈沖Bl而言顯著高于對(duì)于第二光脈沖B2的情況。換言之，Bragg光柵82可能是基本上對(duì)于第二光脈沖B2進(jìn)行透射。
波導(dǎo)142也可能包括覆層，該覆層具有比所述波導(dǎo)142的核心更低的折射率。Bragg光柵可能在所述覆層上實(shí)現(xiàn)?？赡苓x擇介于所述波導(dǎo)的核心與Bragg光柵82的衍射部件之間的距離，從而使得所述Bragg光柵82的反射率對(duì)于第一光脈沖Bl而言顯著高于對(duì)于第二光脈沖B2的情況。
參看圖12,通過實(shí)現(xiàn)抗反射涂層AR1、 AR2還可能減少在腔體中來自固體-氣體界面的不希望的反射。共用基片10的表面、透鏡120
和/或非線性晶體140的表面可能具有抗反射涂層AR1、 AR2以便使得到增益區(qū)域20的寬帶反饋?zhàn)钚』⑶沂沟霉馐鳥1的峰值光學(xué)功率最大化。通過使用傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml而獲得的優(yōu)點(diǎn)在于，抗反射涂層AR1、 AR2可能更易于涂覆到基片10、透鏡120和/或晶體140,而不是涂覆到發(fā)射器El的波導(dǎo)24的端部。
參看圖13,發(fā)光裝置400可能包括在基片IO上布置為陣列Al的多個(gè)鄰近的激光發(fā)射器Ela、 Elb、 Elc。陣列Al的發(fā)射器Ela、Elb、 Elc的波導(dǎo)24基本上彼此平行。陣列Al可能包括參看圖1至12如上所述的兩個(gè)或更多個(gè)激光發(fā)射器El。
方向SY垂直于方向SX和SZ。
陣列Al中發(fā)射器的數(shù)目可能例如是在2至5的范圍內(nèi)。發(fā)射器的數(shù)目也可能是在6至50的范圍內(nèi)以便提供高的功率和/或低的散斑對(duì)比。發(fā)射器的數(shù)目甚至可能是在51至2000的范圍內(nèi)以實(shí)現(xiàn)非常低的散斑對(duì)比和高的光通量。
發(fā)射器的中心線之間的距離可能是例如在25至100 |im的量級(jí)內(nèi)。2.5mm寬的陣列Al可能分別地包括例如25至IOO個(gè)分立的發(fā)射器Ela、 Elb、 Elc。中心線可能是基本上在同 一平面內(nèi)。
由陣列Al的發(fā)射器Ela、 Elb、 Elc提供的光可能由共用的傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml反射，并且由一個(gè)或更多個(gè)聚光部件120將光準(zhǔn)直或聚焦到共用的非線性晶體140內(nèi)。聚光部件120可能是大致圓柱形的透鏡120，其適合在快軸的方向上即在方向SX上對(duì)光進(jìn)行準(zhǔn)直、或者將光聚焦。
通過使用若干分立的傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml，由發(fā)射器Ela、 Elb、Elc提供的光也可能被耦合到非線性晶體140內(nèi)(例如，圖15)。然而，單一共用的傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml的實(shí)現(xiàn)可能比多個(gè)分離的結(jié)構(gòu)Ml的實(shí)現(xiàn)更為節(jié)省成本。
非線性晶體140可能包括一個(gè)或更多個(gè)波導(dǎo)142a、 142b、 142c以限制耦入光(in-coupled light)(圖13)。所述波導(dǎo)142a、 142b、142c包括非線性介質(zhì)。所述波導(dǎo)的目的是沿著晶體的長(zhǎng)度即在豎直方向SZ上維持高強(qiáng)度，用于更有效的單程頻率變換。
由于非線性材料的有限的透明度，Bragg光柵82在波導(dǎo)142上/中的實(shí)現(xiàn)也可能比Bragg光柵82在體型(bulk type)非線性晶體140(尤其是具有諸如鈮酸鋰之類的某些非線性材料的非線性晶體)中的實(shí)現(xiàn)更可行(圖11與12)。由于波導(dǎo)142，非線性材料的每單元長(zhǎng)度的變換效率可能有所增加從而使得可能使用較短的交互作用長(zhǎng)度。
波導(dǎo)142a、 142b、 142c的高度可能是例如5 n m并且寬度可能是例如7jam。所述高度(在方向SX上)和寬度(在方向SY上)垂直于光束B1在波導(dǎo)142a、 142b、 142c中的傳播方向SZ。
波導(dǎo)142a、 142b、 142c可能例如通過退火質(zhì)子交換(APE)或通過擴(kuò)散(例如通過鋅或鈦擴(kuò)散)而實(shí)現(xiàn)在非線性晶體140的側(cè)部上。
多個(gè)鄰近的平行波導(dǎo)142a、 142b、 142c可能提供多個(gè)鄰近的經(jīng)頻率變換的光束B2a、 B2b、 B2c等等。
照射到波導(dǎo)142a、 142b、 142c的光束Bl的大小可能通過使得在聚光結(jié)構(gòu)120與波導(dǎo)142a、 142b、 142c之間的光學(xué)距離最小化而最小化，這反過來可以通過使得所述聚光結(jié)構(gòu)120的焦距最小化而完成。每個(gè)波導(dǎo)142a、 142b、 142c的輸入端部可能安置于被聚光結(jié)構(gòu)120聚焦或準(zhǔn)直的光束的收束部(waist)處。發(fā)射器Ela、 Elb、 Elc的波導(dǎo)24可能被設(shè)計(jì)成使得光束Bla、 Blb、 Blc的發(fā)散最小化。發(fā)光裝置400也可能還包括圓柱形表面或透鏡(圖18)以同樣在慢軸的方向SY上對(duì)光束Bl進(jìn)行準(zhǔn)直或聚焦。非線性晶體140可能包括多個(gè)非平面端面124a、 124b、 124c以在慢軸的方向SY上對(duì)光束Bl進(jìn)行準(zhǔn)直或聚焦(圖19c和19b )。
非線性晶體140也可能具有衍射結(jié)構(gòu)以對(duì)光Bl和/或B2進(jìn)行聚焦或準(zhǔn)直。
非線性晶體140可能通過墊片122而附著到基片10(圖13和34a)。晶體的位置可能是例如通過選擇墊片122的厚度而設(shè)置的。
參看圖14,發(fā)光裝置400可能包括兩個(gè)相對(duì)的發(fā)射器陣列Al、A2以增加功率和/或進(jìn)一步減少散斑對(duì)比。相對(duì)的陣列Al、 A2可能在共用基片IO上實(shí)現(xiàn)。由陣列Al的發(fā)射器Ela、 Elb、 Elc和陣列A2的發(fā)射器E2a、 E2b、 E2c提供的光可能由一個(gè)或更多個(gè)聚光部件120進(jìn)行準(zhǔn)直后進(jìn)入共用的非線性晶體140內(nèi)。透鏡120可能適合在快軸的方向上即在方向SX上對(duì)光進(jìn)行準(zhǔn)直、或者將光聚焦。由陣列Al提供的光束可能被傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml所反射并且由陣列A2提供的光束可能被第二傾斜的反射結(jié)構(gòu)M2所反射。發(fā)射器Ela、Elb、Elc、E2a、 E2b、 E2c可能如參考圖1至13在上面所述那樣。陣列Al、 A2的發(fā)射器可能基本上是類似的。
發(fā)射器Ela、 Elb、 Elc、 E2a、 E2b、 E2c可能是通過使用已知的半導(dǎo)體加工技術(shù)而大致同時(shí)地在共用基片IO上實(shí)現(xiàn)的。
由不同發(fā)射器Ela、 Elb、 Elc、 E2a、 E2b、 E2c所提供的光束可能適合在非線性晶體140中保持基本上分開。
參看圖15，傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml、 M2可能交錯(cuò)開從而使得所反射的光束B1基本上是在由方向SY和SZ限定的相同豎直平面內(nèi)。
參看圖16,第一發(fā)射器E1和第二發(fā)射器E2可能在共用基片10上實(shí)現(xiàn)，從而使得第二發(fā)射器E2基本上與第一發(fā)射器E1相對(duì)。由發(fā)射器E1、 E2提供的光束可能由反射結(jié)構(gòu)Ml、 M2反射經(jīng)過基片10。光束Bl可能被一個(gè)或更多個(gè)透鏡12準(zhǔn)直后進(jìn)入共用的非線性晶體140內(nèi)。非線性晶體140可能如圖16中所示在晶體140的兩側(cè)上具有限光波導(dǎo)142。也可能將來自相對(duì)的發(fā)射器E1、 E2的光束B1準(zhǔn)直或聚焦到在晶體140的一個(gè)表面上的共用波導(dǎo)142上。
豎直光束Bl的反射點(diǎn)之間的距離L3可能是例如在3至15)am的范圍內(nèi)。由于快軸發(fā)散，在基片10的上表面處，光束Bl的寬度 L6可能是在15至80)li m的范圍內(nèi)。
參看圖17,反射結(jié)構(gòu)M1、 M2可能適合將由發(fā)射器El、 E2提供 的光束B1反射遠(yuǎn)離基片IO進(jìn)入共用的非線性晶體140內(nèi)。
參看圖18，發(fā)光裝置400可能包括另外的圓柱形透鏡或表面124 以在慢軸的方向上對(duì)光進(jìn)行準(zhǔn)直或聚焦。
參看圖19a,非線性晶體140的波導(dǎo)142a、 142b、 142c的輸入端 部可能具有錐形部分以將光收集到波導(dǎo)142a、142b、142c的窄部分內(nèi)。 波導(dǎo)142a、 142b、 142c的輸入端部可能具有非平面端面用以折射光， 以便將光收集到波導(dǎo)142a、 142b、 142c的窄部分內(nèi)。波導(dǎo)142a、 142b、 142c的輸出端部也可能具有錐形部分和/或端面。
非平面端面可能具有例如凸出或凹入形式。非線性晶體可能具有 例如多個(gè)大致圓柱形的表面124a、 124b、 124c以將光聚焦到或者準(zhǔn)直 到多個(gè)波導(dǎo)142a、 142b、 142c內(nèi)。因此，可以改進(jìn)光B1的耦合效率 以及/或者減少二次諧波光B2的發(fā)散。
參看圖19b，非平面端面可能是例如通過在非線性晶體140的表 面上刻蝕而形成的?？涛g可能僅在非線性晶體140的表面近旁進(jìn)行。 刻蝕深度dl可能是例如20Mm。
參看圖20a和20b，非線性晶體140可能在方向SY上(即，沿著 非線性晶體140的表面)而周期性地極化，以便提供準(zhǔn)相位匹配條件。 晶體140可能包括通過空間周期電場(chǎng)加以極化的鐵電材料。所以，非 線性晶體140可能包括規(guī)則地間隔開的極化疇(domain) 144、 146， 它們的方向與二次諧波光束B2的電場(chǎng)E相匹配。準(zhǔn)相位匹配光柵也 可能被線性調(diào)頻或形成圖案，以便壓縮和/或改動(dòng)光脈沖的形狀。入射 激光束的電場(chǎng)E可能基本上與方向SY平行。選擇極化疇的周期，從 而使得所生成的二次諧波光束B2的相位在每個(gè)極化周期中與基波光 Bl相匹配。所述選擇基于非線性介質(zhì)的色散，即，基于在基波光B1 與二次諧波光B2的折射率之間的差值。
準(zhǔn)相位匹配光柵也可能被線性調(diào)頻或形成圖案，以便允許在延伸 的波長(zhǎng)范圍下實(shí)現(xiàn)二次諧波發(fā)生。
也可能設(shè)計(jì)準(zhǔn)相位匹配光柵以便利和頻發(fā)生。
周期極化非線性晶體140可能具有一個(gè)或更多個(gè)波導(dǎo)142、 142a、142b、 142c。波導(dǎo)可能形成在非線性晶體140的一側(cè)或兩側(cè)上(見圖 16)。
單一的非線性晶體140可能具有若干周期極化區(qū)(poled zone),其
周期關(guān)于若干不同的基頻率而加以優(yōu)化。因而，單一的非線性晶體140
可能適合提供例如紅色、綠色和藍(lán)色光。
非線性晶體或介質(zhì)140可能是例如鈮酸鋰、鉭酸鋰、或者也稱為
KTP的磷酸鈦氧鉀(KTiOP04)、周期極化KTP、周期極化鈮酸鋰 (PPLN)、或三硼酸鋰(LBO)。特別是，非線性晶體140可能是周
期極化的摻雜氧化鎂的鈮酸鋰(PP-MgO-LN)。摻雜鎂增加了鈮酸鋰
非線性材料的光電導(dǎo)性，從而允許非線性晶體的較低運(yùn)作溫度，并且
仍維持準(zhǔn)相位匹配光柵的很高的光學(xué)損傷閾值。
發(fā)光裝置400可能包括一個(gè)或更多個(gè)非線性晶體140。
非線性晶體140也可能沒有波導(dǎo)和/或沒有極化疇。
參看圖20b，非線性晶體的波導(dǎo)142a、 142b、 142c可能是脊形波
導(dǎo)，其可能是例如通過刻蝕而實(shí)現(xiàn)的。
參看圖20c,非線性晶體也可能在方向SX上即基本上垂直于晶體
140的表面而極化。
參看圖12和圖19a至20c，非線性晶體140可能包括下列部件中
的一個(gè)或更多個(gè)
-波導(dǎo)142a、 142b、 142c，其用以限制光， -Bragg光柵，其用以經(jīng)過非線性介質(zhì)提供頻率選擇性反饋， -波導(dǎo)的錐形入口/出口部分，其用以便利聚焦或準(zhǔn)直， -非平面端面或衍射結(jié)構(gòu)，其用以衍射光從而便利聚焦或準(zhǔn)直，和 -周期極化區(qū)144、 146。
特別地，非線性晶體可能包括波導(dǎo)、Bragg光柵、周期極化區(qū)、 和錐形入口部分。
參看圖21,發(fā)光裝置400可包括偏振旋轉(zhuǎn)元件125,該偏振旋轉(zhuǎn) 元件安置于發(fā)射器El與非線性晶體140之間，即，介于發(fā)射器E1的 波導(dǎo)24與非線性晶體140之間。偏振旋轉(zhuǎn)元件125可能對(duì)從波導(dǎo)24 所發(fā)射出的光束B1的偏振進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而使得耦合到非線性晶體140 內(nèi)的光相對(duì)于極化區(qū)144、 146的定向而言具有最佳偏振。偏振旋轉(zhuǎn) 元件125可能將偏振旋轉(zhuǎn)例如卯度。偏振旋轉(zhuǎn)元件可能是例如半波片。
偏振旋轉(zhuǎn)元件也可能在反射結(jié)構(gòu)Ml和/或M2中或者其上實(shí)現(xiàn)。 在此情況下，偏振旋轉(zhuǎn)元件可能是在反射結(jié)構(gòu)Ml和/或M2的光學(xué)界 面中或者其上刻蝕出的衍射結(jié)構(gòu)。
作為實(shí)例，圖22a示出邊緣發(fā)射激光發(fā)射器El的結(jié)構(gòu)層。波導(dǎo) 24包括至少一個(gè)有源區(qū)域21,例如一個(gè)或更多個(gè)量子勢(shì)阱。特別是， 有源區(qū)域21可能包括量子點(diǎn)或三個(gè)量子勢(shì)阱。
波導(dǎo)24基本上平行于有源區(qū)域21的結(jié)構(gòu)層，并且光束B1沿著 所述有源區(qū)域傳播。為比較起見，由垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL) 提供的光束通?；旧洗怪庇谒鯲CSEL的結(jié)構(gòu)層。通過使用邊緣 發(fā)射構(gòu)造而獲得的優(yōu)點(diǎn)在于，顯著較高的單程增益和穩(wěn)定的偏振。也 可能在沒有實(shí)現(xiàn)另外的結(jié)構(gòu)層的情況下通過選擇可飽和吸收器40的 長(zhǎng)度而選定可飽和吸收的量。所以，可飽和吸收器40可能適合提供 高的可飽和吸收而不增加制造成本。
共用基片10可能是基本上透明的半導(dǎo)體材料，例如砷化鎵 (GaAs )、鎵銦砷(GalnAs )或磷化銦(InP )。
波導(dǎo)24位 于覆層32、 33之間。基片側(cè)部覆層32可能為n摻雜 型并且第二覆層33可能為p摻雜型。接觸層34在p摻雜型覆層上生 長(zhǎng)。該結(jié)構(gòu)可能也包括其它半導(dǎo)體層。增益區(qū)域20和可飽和吸收器 具有分離的金屬觸點(diǎn)26、 47。激光器芯片，即，發(fā)射器E1可能被附 著到具有例如金/金錫焊盤48、 28的絕緣的帶圖案次黏著基臺(tái) (submount)。
共用基片10的上側(cè)可能涂覆有金屬接觸層12。后反射體60可能 是通過光學(xué)多層涂層而實(shí)現(xiàn)的。
波導(dǎo)24基本上平行于共用基片10。波導(dǎo)24包括增益區(qū)域20和 可飽和吸收器40。
層48、 28可能與電絕緣次黏著基臺(tái)(未示出)相接觸以便冷卻 裝置400。如果可飽和吸收器40具有與次黏著基臺(tái)電絕緣的接觸墊 28,則次教著基臺(tái)也可能是導(dǎo)電的。次黏著基臺(tái)可能是由例如氮化鋁、 氧化鈹、碳化硅、或金剛石制成的。層48和28可能被預(yù)淀積在所述 次l^著基臺(tái)上。次黏著基臺(tái)可能與熱沉(未示出)相接觸以便冷卻裝 置400。
25可替代地，層12可能與次縣著基臺(tái)相接觸。然而，由于經(jīng)過共 用基片IO的較大熱阻，所以與經(jīng)由層28、 48進(jìn)行冷卻的情況相比， 冷卻4交為^f氐效。
增益區(qū)域20被電泵浦。正的偏置電壓V+可能被耦接到增益區(qū)域 20,并且負(fù)的偏置電壓V-可能被耦接到可飽和吸收器40,相對(duì)于地 GND。換言之，增益區(qū)域20被正向偏壓，并且可飽和吸收器40凈皮反 向偏壓。
特別是，偏置電壓V4?？赡鼙皇┘釉诮佑|層12 (地)與觸點(diǎn)47 之間以更改吸收器40的運(yùn)作狀態(tài)。偏置電壓V加可能被施加在接觸層 12 (地)與觸點(diǎn)26之間以在增益區(qū)域20中引起偏置電流。所述增益 區(qū)域20的偏置電壓V2。和所述可飽和吸收器40的偏置電壓V4o可能 是可以分別控制的。
在可飽和吸收器40與增益區(qū)域20之間可能有電絕緣體46。絕緣 體可能是例如二氧化硅Si02層。高度摻雜的接觸層34可能在絕緣體 46下方被局部地刻蝕除去，從而使得在增益區(qū)域20與可飽和吸收器 40之間的電阻可能高于例如lkQ。可能例如通過離子注入而增加在增 益區(qū)域20與可飽和吸收器40之間的電阻。通過也在水平方向上分配 電流，而同時(shí)仍提供對(duì)兩個(gè)金屬觸點(diǎn)26、 47的充分分離從而便利封 裝，高度摻雜的接觸層34可能在絕緣體46的下方延伸以便使得可飽 和吸收器40的有效長(zhǎng)度最大化。
圖22b示出與圖22a的結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的一些尺寸。波導(dǎo)和覆層32、 33的總厚度T2可能是例如在3至4iam的范圍內(nèi)。共用基片10的厚 度可能是例如在80至150Mm的范圍內(nèi)。在可飽和吸收器40與增益 區(qū)域20之間的絕緣區(qū)的長(zhǎng)度L5可能是例如在5至50Mm的范圍內(nèi)。 增益區(qū)域20的長(zhǎng)度L2可能是例如在250至4000 p m的范圍內(nèi)?？娠?和吸收器的長(zhǎng)度L4可能是例如在10至200 M m的范圍內(nèi)。
所述總厚度T2也可能是在4至6jum的范圍內(nèi)?？娠柡臀掌鞯?長(zhǎng)度L4也可能是例如在200至400 ji m的范圍內(nèi)。
參看圖23，激光發(fā)射器El可能包括脊形波導(dǎo)24。波導(dǎo)24包括 增益區(qū)域20,并且其可能還包括可飽和吸收器40。增益區(qū)域20和可 飽和吸收器40可能在共用基片IO上實(shí)現(xiàn)。
增益區(qū)域20中的電場(chǎng)基本上定向在方向SZ上。所述電場(chǎng)是由偏置電壓V+引起的。增益區(qū)域20的性質(zhì)確定基波光Bl的偏振。從波 導(dǎo)24的端部發(fā)射的基波光Bl的偏振可能是基本上平行于方向SZ或 平行于方向SY的。
帶有晶格失配增益區(qū)域20的邊緣發(fā)射激光器具有由裝置不對(duì)稱 性及增益區(qū)域20的應(yīng)力所確定的穩(wěn)定偏振。穩(wěn)定的偏振允許有效使 用非線性晶體。為對(duì)比起見，由于高的裝置對(duì)稱性，垂直腔表面發(fā)射 激光器通常具有不穩(wěn)定的偏振。
激光器陣列Al可能包括若干根據(jù)圖23的平行脊形波導(dǎo)24。鄰 近發(fā)射器E1的接觸層26、 47可能被附著到共用熱沉。發(fā)光裝置400 可能具有凹槽41,該凹槽被刻蝕到覆層33內(nèi)以便限定脊形波導(dǎo)24。
接觸層34和凹槽41可能涂覆有電絕緣層15。絕緣層15可能局 部被移除并且電觸點(diǎn)26、 47可能在脊形波導(dǎo)24的中央部分之上實(shí)現(xiàn) 于暴露的接觸層34上。凹槽41可能是溝槽。
波導(dǎo)24也可能具有錐形以便改變?cè)诼S的方向上所發(fā)射光束Bl 的發(fā)散。
參看圖24,傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml可能由介于波導(dǎo)24與介電層92 之間的界面實(shí)現(xiàn)，即，反射可能通過全內(nèi)反射(TIR)而發(fā)生。介電 層92可能是例如氮化硅SbN4氧化鋁(A1203 )，或者二氧化硅Si02。 介電層92可能被另外的金屬層94保護(hù)，例如由金層保護(hù)。
傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml可能例如是由化學(xué)輔助離子束刻蝕(CAIBE) 或者由濕法刻蝕而形成的。
與圖24的傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml相關(guān)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)在于，由于基片10 中的光束發(fā)散，在激光發(fā)射器El的輸出表面處的高強(qiáng)度可能得以避 免。強(qiáng)度的降低減少了在輸出界面處的災(zāi)變性光學(xué)損傷(COD)的風(fēng) 險(xiǎn)。傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml也可能被另外的金屬層冷卻到次黏著基臺(tái)(未 示出)，這進(jìn)一步減少了 COD的風(fēng)險(xiǎn)。傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml也允許 在共用基片IO上或其中實(shí)現(xiàn)透鏡表面120，用以將基波光束B1有效 耦合到非線性晶體140內(nèi)。
該結(jié)構(gòu)可以在增益區(qū)域20與基片10的表面之間沒有任何固體-氣體界面的情況下實(shí)現(xiàn)。共用基片IO的表面的一部分120可能具有 大致彎曲的形式以將光束B1準(zhǔn)直或聚焦到非線性晶體140內(nèi)。
參看圖22a、圖22b和圖23在上面說明了圖24中所示的其它結(jié)構(gòu)層。
傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml可能還包括衍射光柵，以便除了將光束的一 部分反射到非線性晶體140內(nèi)以外，將光束B1的一部分反射回到波 導(dǎo)24內(nèi)。因而，傾斜的反射表面Ml也可能充當(dāng)局部反射結(jié)構(gòu)80(圖 3)，其限定光諧振腔。
參看圖25，傾斜的鏡M1可能具有凹入形式以在慢軸的方向SY 上改動(dòng)光束的發(fā)散。當(dāng)從經(jīng)反射光束的側(cè)部看去，形狀為凹入的。凹 入形狀可能是例如圓柱形、橢圓形、拋物線形或拋物面的表面的一部 分。
因而，發(fā)光裝置400可能包括若干凹入鏡Mla、 Mlb、 Mlc以分 離地改變由陣列Al的發(fā)射器Ela、 Elb、 Elc所發(fā)射的每個(gè)光束的發(fā)散。
凹入鏡Mla、 Mlb、 Mlc可能通過使用圖26中所示的彎曲掩膜 601而被刻蝕。圖26也示出第二掩膜602，用于對(duì)第二陣列A2的第 二鏡系列進(jìn)行同時(shí)刻蝕(圖14)。
凹入鏡Mla、 Mlb、 Mlc的形式可能是通過使用化學(xué)輔助離子束 刻蝕(CAIBE)而刻蝕的。凹入鏡Mla、 Mlb、 Mlc也可能例如通過 物理刻蝕(例如，反應(yīng)離子刻蝕)和化學(xué)刻蝕的組合而^皮刻蝕。
一般而言，可能通過調(diào)節(jié)增益部分20的電流和/或通過調(diào)節(jié)可飽 和吸收器40的偏置電壓而調(diào)節(jié)發(fā)光裝置400的輸出。
發(fā)光裝置400可能包括另外的濾波器或光柵以從經(jīng)頻率變換的光 束B2吸收或分離基波光束Bl。
裝置400具有另外的結(jié)構(gòu)，諸如光柵或標(biāo)準(zhǔn)具，以穩(wěn)定光束Bl 的波長(zhǎng)。
發(fā)光裝置400的發(fā)射器El可能適合例如通過布置空間變動(dòng)損耗 或增益而呈J見單橫才莫(single transverse mode)運(yùn)作。
可選擇發(fā)射器El的波長(zhǎng)從而使得例如波長(zhǎng)625nm(紅光)、532nm (綠光)或465nm (藍(lán)光)可能通過頻率變換而生成。陣列Al的發(fā) 射器Ela、 Elb、 Elc可能適合發(fā)射相同或略微不同的波長(zhǎng)。提供略微 不同的波長(zhǎng)進(jìn)一步減少了散斑對(duì)比。
所發(fā)射的紅光也可能具有波長(zhǎng)620nm。
相反的陣列Al與A2可能適合發(fā)射相同波長(zhǎng)或不 波長(zhǎng)。通過調(diào)整增益區(qū)域20的偏置電流，以及通過調(diào)整可飽和吸收器 40的偏置電壓，可能控制發(fā)射器E1的光學(xué)功率。
可能需要紅光、綠光和藍(lán)光來從RGB色域選擇一種顏色?？赡?使用三個(gè)或更多個(gè)不同的發(fā)光裝置。例如，基于InGaAs量子勢(shì)阱(銦 鎵砷化物)通過對(duì)于由發(fā)射器El提供的1064nm光進(jìn)行頻率變換，可 能提供綠光?；贗nGaAs量子勢(shì)阱通過對(duì)于由發(fā)射器El提供的 930nm光進(jìn)行頻率變換，可能提供藍(lán)光。基于InGaAs ( N)量子勢(shì)阱 (銦鎵砷化物氮化物)通過對(duì)于由發(fā)射器El提供的1250nm光進(jìn)行頻 率變換，可能提供紅光。
可能通過使用單獨(dú)的非線性晶體140而生成不同的顏色?？商娲?地，單一的非線性晶體140可能具有分離區(qū)用于生成不同顏色。
可能通過單獨(dú)地控制增益區(qū)域20的運(yùn)作電流、和/或通過控制具 有不同波長(zhǎng)的發(fā)射器的可飽和吸收器40的偏置電壓，調(diào)整由多個(gè)發(fā) 射器提供的顏色。所以，可以控制在非線性晶體中生成的紅光、綠光 和藍(lán)光的相對(duì)分?jǐn)?shù)。
參看圖27,圖像投影裝置500可能適合將光線B3投影到外部屏 幕上以便顯示出將要被一個(gè)或更多個(gè)人員觀察到的圖像610。光束B3 的光學(xué)功率可能是例如在0.05至5W的范圍內(nèi)。向大量觀眾顯示圖像 可能需要更多光學(xué)功率，例如在5至IOOW的范圍內(nèi)。圖像610可能 是單色圖像或彩色圖像。圖像610可能是靜止圖像或視頻圖像。
參看圖28,圖像投影裝置500可能包括光源400、光學(xué)空間積分 器530，聚光器540,調(diào)制器550,和投影光學(xué)器件560。光源400可 能是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置400。光源400可能提供可見光B2的空 間上不均勻的光束。在空間積分器530中使得光束B2變得均勻，空 間積分器530可能例如是具有充分長(zhǎng)度的光纖。積分器530可能提供 被聚光器540引導(dǎo)到調(diào)制器550的大致均勻的光束。聚光器540可能 例如通過一個(gè)或更多個(gè)透鏡或鏡表面而實(shí)現(xiàn)。聚光器540也可能適合 充當(dāng)準(zhǔn)直器。調(diào)制器550可能是例如二維的小型液晶顯示器，或是微 機(jī)械移動(dòng)式鏡的陣列(MEMS顯示器)?？赡苁褂梅瓷湫匝b備代替圖 28中所示的透射性布置。由調(diào)制器550生成的被照明像素隨后由投影 光學(xué)器件560成像到屏幕600。投影光學(xué)器件560可能通過一個(gè)或更 多個(gè)透鏡或鏡表面而實(shí)現(xiàn)。透射裝置500可能還包括致動(dòng)器520以調(diào)整在陣列550與光學(xué)器件560之間的距離，以便聚焦所投影的圖像 620。發(fā)光裝置400，調(diào)制器550，和聚焦致動(dòng)器520可能受到控制單 元510控制。
投影裝置500可能包括三個(gè)單獨(dú)的調(diào)制器550和三個(gè)單獨(dú)的發(fā)光 裝置400以實(shí)現(xiàn)彩色的投影，例如，紅光發(fā)射裝置400、綠光發(fā)射裝 置400和藍(lán)光發(fā)射裝置，以便允許對(duì)從RGB色域選出的顏色進(jìn)行投 影。投影裝置500可能包括一個(gè)紅光發(fā)射裝置400、兩個(gè)綠光發(fā)射裝 置和一個(gè)藍(lán)光發(fā)射裝置400以實(shí)現(xiàn)RGGB顏色系統(tǒng)。
也可能使用利用紅、綠和藍(lán)色光束照明的單一二維調(diào)制器陣列 550,用以在所述光束從不同角度照射到陣列時(shí)來實(shí)現(xiàn)彩色的投影。 經(jīng)反射的光隨后組合起來并且投影到屏幕600以形成彩色圖像610。
發(fā)光裝置400的發(fā)射器可能以被動(dòng)調(diào)Q、主動(dòng)調(diào)Q、半被動(dòng)調(diào)Q 或連續(xù)波模式運(yùn)作。在所有這些模式中，可能利用基本上恒定的電流 來驅(qū)動(dòng)增益區(qū)域20以便在增益區(qū)域20中提供基本上穩(wěn)定的最大布居 數(shù)反轉(zhuǎn)(population inversion)?？赡軐⒃鲆鎱^(qū)域20中的電流選擇得 很高以便提供高的單程增益。圖29a示出被動(dòng)調(diào)Q模式，圖29b示出 主動(dòng)調(diào)Q模式，并且圖29c示出半被動(dòng)調(diào)Q模式。圖29a-29c中所示
的符號(hào)-V40指代偏置電壓的負(fù)值。
在被動(dòng)調(diào)Q模式中，可飽和吸收器40中的偏置電壓V的在生成 光脈沖Bl期間保持處于基本上恒負(fù)的電平。隨著通過變動(dòng)光學(xué)強(qiáng)度 而使得可飽和吸收器40在吸收狀態(tài)與非吸收狀態(tài)之間快速切換，生 成了光脈沖B1。吸收器40最初是處于對(duì)于低強(qiáng)度光的吸收狀態(tài)。在 發(fā)射了前置光脈沖之后，暫時(shí)耗盡增益區(qū)域20中的增益。透過吸收 器的強(qiáng)度隨著增加入射光的強(qiáng)度而增加，直至強(qiáng)度達(dá)到吸收器40的 飽和程度。腔損耗此刻突然減少，這導(dǎo)致所發(fā)射脈沖的強(qiáng)度急劇增加。 然而，由于光譜燒孔效應(yīng)，暫時(shí)的光脈沖的生成也減少了布居數(shù)反轉(zhuǎn)， 這提供了脈沖的下降沿。強(qiáng)度很快減少為低于將吸收器設(shè)置為吸收狀 態(tài)所需的程度，并且在沒有對(duì)吸收器40的偏置電壓V4o進(jìn)行主動(dòng)調(diào)節(jié) 的情況下上述循環(huán)本身可能重復(fù)。分立光脈沖的持續(xù)期可能是例如在 500fs至lns的范圍內(nèi)，并且在后續(xù)脈沖之間的時(shí)間分隔t2-ti可能是例 如在10ps至10ns的范圍內(nèi)。t表示時(shí)間，^表示光脈沖的起始時(shí)間并 且t2表示后續(xù)脈沖的起始時(shí)間。主動(dòng)調(diào)Q意味著可飽和吸收器40的偏置電壓V4o以預(yù)定的速率 在第一預(yù)定電平與第二預(yù)定電平之間變動(dòng)。將偏置電壓V卯設(shè)置為第 一電平啟動(dòng)了單一光脈沖Bl的發(fā)生，并且將偏置電壓V卯設(shè)置為第 二電平防止了光脈沖B1的形成。第一電平可能是例如基本上零電壓 或正電壓，并且第二電平可能是負(fù)的偏置電壓，可能對(duì)其進(jìn)行選擇以 在可飽和吸收器40中引起高的吸收。以偏置電壓V4o的變動(dòng)速率生成 光脈沖Bl。分立光脈沖的持續(xù)期可能是例如在50ps至1 p s的范圍內(nèi)， 并且在后續(xù)脈沖之間的時(shí)間分隔t3+可能是例如在lns至lOias的范 圍內(nèi)。^表示光脈沖的起始時(shí)間并且t2表示后續(xù)脈沖的起始時(shí)間。
半被動(dòng)調(diào)Q意味著通過對(duì)可飽和吸收器40的偏置電壓V卯進(jìn)行 變動(dòng)而啟用或禁用借助被動(dòng)調(diào)Q的光脈沖Bl的生成?？娠柡臀掌?40的偏置電壓V4o在第一預(yù)定電平與第二預(yù)定電平之間變動(dòng)。
如圖29b所示，將偏置電壓V4o設(shè)置為第一負(fù)電平啟用了短光脈 沖Bl的發(fā)生，并且將偏置電壓V40設(shè)置為第二負(fù)電平阻止了光脈沖 Bl的發(fā)生。
可替代地，第二電平也可能為較少負(fù)電平或甚至于正電平，在該 電平下脈沖的峰值功率被降低。第二電平甚至能實(shí)現(xiàn)激光器的連續(xù)波
運(yùn)作。當(dāng)以連續(xù)波模式運(yùn)作時(shí)，由于非線性晶體中的較低光學(xué)強(qiáng)度， 頻率變換效率被降低。所以，可能對(duì)可見波長(zhǎng)下的光學(xué)功率加以調(diào)節(jié)。 可能通過改變占空比(VtJ / (ts-ti)而在0%與100%之間調(diào)整 輸出光束的時(shí)間平均強(qiáng)度。換言之，可能通過脈寬調(diào)制來控制視在強(qiáng) 度。如前所述，人眼的積分時(shí)間是10ms的量級(jí)，并且人類觀察者在 大約10ms的時(shí)間段期間感知到時(shí)間平均強(qiáng)度。t!表示脈沖序列的起
始時(shí)間，t4表示所述脈沖序列的停止時(shí)間，并且t5表示下一個(gè)脈沖序
列的起始時(shí)間。時(shí)間段ts-ti可能是例如在5ns至10jis的范圍內(nèi)。每 個(gè)脈沖序列可能包括多個(gè)具有時(shí)間分隔t2+的光脈沖，其比時(shí)間段 Vti短若干量級(jí)。
半凈皮動(dòng)調(diào)Q允許以例如在50MHz至200MHz范圍內(nèi)的頻率來迅 速調(diào)節(jié)可見輸出強(qiáng)度，而同時(shí)也高效地將電能轉(zhuǎn)換為可見光。當(dāng)與主 動(dòng)調(diào)Q相比較時(shí)，由半被動(dòng)調(diào)Q生成的光顯著較少相干，并且因而 更適于視覺顯示。
也可能通過對(duì)增益區(qū)域20的偏置電壓/電流進(jìn)行調(diào)節(jié)來控制發(fā)光裝置400發(fā)射激光。然而，對(duì)增益區(qū)域20的偏置電壓/電流的調(diào)節(jié)與 對(duì)可飽和吸收器40的偏置電壓的調(diào)節(jié)相比效率較低。與通過調(diào)節(jié)增 益區(qū)域20相比，通過調(diào)節(jié)可飽和吸收器40可以實(shí)現(xiàn)更高的調(diào)節(jié)頻率。 此外，通過調(diào)節(jié)可飽和吸收器40的偏置電壓而進(jìn)行的半被動(dòng)調(diào)Q可 能允許比增益區(qū)域20的電流的調(diào)節(jié)更加熱穩(wěn)定的運(yùn)作。
參看圖30,圖像投影裝置500可能包括發(fā)光裝置400，其光束B2 通過成像光學(xué)器件560聚焦于外部屏幕600上。B3在本文中表示經(jīng) 聚焦的光束。可能通過一個(gè)或更多個(gè)光束引導(dǎo)裝置571、 573而變動(dòng) 屏幕600上的聚焦點(diǎn)Pl的位置。光束引導(dǎo)裝置可能是例如具有一個(gè) 或更多個(gè)反射或折射端面的轉(zhuǎn)動(dòng)鏡或棱鏡。
第一鏡571的轉(zhuǎn)動(dòng)大致在方向SX上移動(dòng)聚焦點(diǎn)Pl,即，改變所 述聚焦點(diǎn)Pl的x坐標(biāo)。第二鏡573的轉(zhuǎn)動(dòng)大致在方向SY上移動(dòng)聚焦 點(diǎn)P1，即，改變所述聚焦點(diǎn)Pl的y坐標(biāo)。鏡571、 573可能由致動(dòng)器 572、 574移動(dòng)。
通過根據(jù)聚焦點(diǎn)Pl的水平位置x和豎直位置y而調(diào)整由發(fā)光裝 置400所提供的光束B2的強(qiáng)度，可能顯示出圖像610。發(fā)光裝置400 可能以半被動(dòng)調(diào)Q模式運(yùn)作，并且可能通過調(diào)節(jié)一個(gè)或更多個(gè)可飽和 吸收器40的偏置電壓來調(diào)整強(qiáng)度?？刂茊卧?10可能適合根椐聚焦 點(diǎn)Pl的位置來控制強(qiáng)度?？刂茊卧?10可能直接地或間接地耦接到 可飽和吸收器40以控制強(qiáng)度?？刂茊卧?10可能直接地或間接地耦 接到致動(dòng)器572、 574以設(shè)置聚焦點(diǎn)Pl的位置和/或從所述致動(dòng)器或位 置傳感器接收位置信號(hào)。
當(dāng)投影機(jī)500適合示出高分辨率的視頻圖像時(shí)，掃描速度要求相 當(dāng)高。圖像速率可能是例如高于80幅圖像每秒，并且每幅圖像可能 包括例如512x1024個(gè)像素。為了示出視頻圖像，應(yīng)當(dāng)以大于40MHz 的頻率調(diào)節(jié)單一的投影光束B3的強(qiáng)度。為了按10%分辨率調(diào)整分立 像素的強(qiáng)度，可能以大于400MHz的頻率調(diào)節(jié)可飽和吸收器40的偏 置電壓。此外，至少一個(gè)光束引導(dǎo)裝置應(yīng)當(dāng)多于40000次每秒地掃掠 過圖像區(qū)。即使旋轉(zhuǎn)多面鏡包括40個(gè)端面，旋轉(zhuǎn)速度應(yīng)當(dāng)近似于1000 轉(zhuǎn)每秒。為了實(shí)現(xiàn)高的掃掠速率，光束引導(dǎo)裝置571和573也可能是 例如快速微機(jī)電鏡(MEMS)，聲光偏轉(zhuǎn)器、或者旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)全息偏 轉(zhuǎn)器。參看圖31,可能通過使用一個(gè)或更多個(gè)發(fā)光裝置400來實(shí)現(xiàn)圖像 投影裝置500，其包括發(fā)射器陣列Al (圖13 )。由發(fā)射器Ela、 Elb、 Elc、 Eld所提供的光束B3a、 B3b、 B3d可能通過外部屏幕600上的 成像光學(xué)器件560而聚焦以形成多個(gè)聚焦點(diǎn)，它們?cè)谕回Q直線VL1 上。可能由光束引導(dǎo)裝置571，例如由包括一個(gè)或更多個(gè)反射端面的 轉(zhuǎn)動(dòng)鏡，而對(duì)屏幕600上的聚焦點(diǎn)的水平位置進(jìn)行變動(dòng)。豎直線VL1 中的像素的強(qiáng)度可能同時(shí)地受半被動(dòng)調(diào)Q控制，即，通過單獨(dú)地調(diào)節(jié) 每個(gè)發(fā)射器Ela、 Elb、 Elc、 Eld的可飽和吸收器40的偏置電壓而控 制。因而，可能在屏幕的每個(gè)位置處單獨(dú)地控制所投影光束的強(qiáng)度以 便顯示出圖像610。例如，由發(fā)射器Elc提供的光束(在圖31中未示 出)的強(qiáng)度可能被暫時(shí)設(shè)置為零。圖像投影裝置500也可能包括相對(duì) 于圖30而說明的制動(dòng)器572和控制單元510。不同的發(fā)射器陣列可能 被堆疊起來以實(shí)現(xiàn)不同的RGB顏色投影，或者單一的陣列可能包括 交錯(cuò)的發(fā)射器用于顯示不同顏色。
發(fā)光裝置400可能包括例如512個(gè)單獨(dú)受控的發(fā)射器Ela、 Elb、 Elc、 Eld。旋轉(zhuǎn)鏡571可能包括例如八個(gè)端面，并且鏡572可能以例 如12.5轉(zhuǎn)每秒的速率進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。因而光束B3a、 B3b、 B3d按100次 每秒地掃掠過屏幕。此刻，耦合到發(fā)射器的可飽和吸收器40的20MHz 的調(diào)節(jié)頻率將會(huì)允許在水平方向上以IOO個(gè)每秒的圖像速率單獨(dú)控制 的1024個(gè)像素，而同時(shí)也允許在調(diào)整強(qiáng)度時(shí)1%的分辨率，并且允許 在所述光束照射到轉(zhuǎn)動(dòng)鏡571的兩個(gè)鄰近端面時(shí)的時(shí)間期間所發(fā)射的 光束完全消隱。
參看圖32，發(fā)光裝置400也可能以基本上線性的方式實(shí)現(xiàn)而沒有 傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml。然而，與折疊式設(shè)計(jì)相比，片上測(cè)試可能更加 困難，災(zāi)變性光學(xué)損傷(COD)的風(fēng)險(xiǎn)可能更高，非線性晶體正確對(duì) 齊可能更加困難并且/或者抗反射涂層的實(shí)現(xiàn)可能更加困難。可飽和吸 收器40、增益區(qū)域20、非線性晶體140和聚光結(jié)構(gòu)120可能在安裝 基片14上實(shí)現(xiàn)。線性發(fā)光裝置400可能包括根椐圖11、 12、 19a至 20c的非線性晶體140。特別是，非線性晶體140可能包括波導(dǎo)并且 其可能被周期極化。非線性晶體還可能包括Bragg光柵8以提供窄帶 反饋。
參看圖33，發(fā)光裝置400可能包括上面參考圖1至12所述的若干發(fā)射器Ela、 Elb、 Elc但沒有傾斜的反射結(jié)構(gòu)Ml。透鏡120的正 確位置可能是例如通過選擇墊片123的厚度而設(shè)置的。
圖34a示出包括周期極化非線性晶體140的一種發(fā)光裝置400。 裝置400具有波導(dǎo)24，波導(dǎo)24包括增益區(qū)域20。增益區(qū)域20、可飽 和吸收器40和耦合結(jié)構(gòu)Ml可能在基片10上實(shí)現(xiàn)?？娠柡臀掌?0 調(diào)節(jié)由增益區(qū)域20生成的激光發(fā)射Bl。如上所述，增益區(qū)域20和 可飽和吸收器40生成第一光脈沖Bl。第一光脈沖Bl通過耦合結(jié)構(gòu) Ml和聚光結(jié)構(gòu)120而耦合到非線性晶體140內(nèi)。耦合結(jié)構(gòu)Ml可能 將光經(jīng)由基片IO朝著非線性晶體進(jìn)行反射或衍射。聚光結(jié)構(gòu)120,例 如透鏡，可能將光準(zhǔn)直或聚焦到非線性晶體140內(nèi)。晶體140可能通 過墊片122附著到基片10。晶體140也可能附著到外部框架(未示出)。 晶體140也可能安置于爐中以便控制晶體的運(yùn)作溫度(未示出)。晶 體可能與溫度受控表面相接觸(未示出)。
圖34b示出發(fā)光裝置400，其中非線性晶體140還包括波導(dǎo)142 用以限制光和/或頻率選擇性結(jié)構(gòu)82用以提供頻率選擇性反饋到增益 區(qū)域20。頻率選擇性結(jié)構(gòu)82和后反射體一起限定光諧振腔。
頻率選擇性結(jié)構(gòu)82可能在非線性晶體140中或其上實(shí)現(xiàn)。
頻率選擇性結(jié)構(gòu)82可能經(jīng)過非線性晶體140提供第一光脈沖Bl 的頻率選擇性反饋，以便提供腔倒空和/或穩(wěn)定光脈沖的光學(xué)頻率。
如果裝置400包括在非線性晶體140上實(shí)現(xiàn)的第一頻率選擇性結(jié) 構(gòu)，以及在波導(dǎo)24上實(shí)現(xiàn)的第二頻率選擇性結(jié)構(gòu)，以充當(dāng)后反射體 (圖2)，則所述結(jié)構(gòu)的反射頻帶的譜位置應(yīng)當(dāng)匹配。Bragg光柵的 反射頻帶的譜位置可能是例如通過挑選Bragg光柵的周期而選定的。 通過控制該結(jié)構(gòu)的運(yùn)作溫度，可能調(diào)諧和/或穩(wěn)定Bragg光柵的反射頻 帶的譜位置。
反射頻帶意味著其中在第一光脈沖Bl的光學(xué)頻率/波長(zhǎng)附近由頻 率選擇性結(jié)構(gòu)反射光的光鐠帶。頻率選擇性結(jié)構(gòu)82的反射帶寬意味 著在所述反射頻帶的半高寬(FWHM)。
如果頻率選擇性結(jié)構(gòu)82僅在非線性晶體140中或其上實(shí)現(xiàn)，則 可能是有利的。因而，不需要匹配反射頻帶的譜位置，并且裝置400 的制造和/或運(yùn)作被極大地簡(jiǎn)化。
頻率選擇性結(jié)構(gòu)82也可能是在非線性晶體140中或其上實(shí)現(xiàn)的介電多層結(jié)構(gòu)。介電多層涂層可能涂覆于非線性晶體140的輸入或輸 出端面上。
可替代地，頻率選擇性結(jié)構(gòu)82可能僅在發(fā)射器El的波導(dǎo)24中 或其上實(shí)現(xiàn)。在該情況下，非線性晶體可能包括寬帶反射體以將第一 光脈沖Bl反射回增益區(qū)域20。
參看圖35，波導(dǎo)142可能是例如周期極化的摻雜氧化鎂的鈮酸鋰 (MgO:LiNb03 )波導(dǎo)，其也被稱為PP-MgO-LN波導(dǎo)。Bragg光柵82 可能形成在波導(dǎo)142的表面上以便提供窄帶光學(xué)反饋Bl'到增益區(qū)域 20。后反射光Bl'可能被用于第一光脈沖Bl的頻率鎖定和/或用于收 縮第一光脈沖B1的帶寬，以便達(dá)到較高的頻率變換效率。
第一光脈沖Bl的分立脈沖可能包括第一光子Bfa和第二光子 Bfb。第一光子Bfa的光學(xué)頻率可能不同于第二光子Bfb的光學(xué)頻率。 換言之，第一光子Bfa的波長(zhǎng)可能不同于第二光子Bfb的光學(xué)頻率。 第一光子Bfa的光學(xué)頻率也可能等于第二光子Bfb的光學(xué)頻率。換言 之，第一光子Bfa的波長(zhǎng)也可能等于第二光子Bfb的光學(xué)頻率。
晶體140的非線性材料可能通過和頻發(fā)生SFG，特別是通過二次 諧波發(fā)生SHG而提供第二光脈沖B2。
Bragg光柵82可能通過波導(dǎo)142的有效折射率的周期性變動(dòng)而實(shí) 現(xiàn)。Al表示Bragg光柵82的周期。例如通過多個(gè)周期性地布置于波 導(dǎo)142附近的衍射突起83，可能實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)142的有效折射率的周期性 變動(dòng)。在最小與最大折射率之間的差越小并且周期的數(shù)目越大，則 Bragg光柵的反射帶寬越窄。
A2表示周期極化區(qū)144、 146的周期。
Bragg光柵82的反^i^i當(dāng)大于或i于10%。為了^效的二次諧波發(fā) 生(SHG)，頻率選擇性結(jié)構(gòu)82的反射帶寬應(yīng)當(dāng)比0.5nm更窄或與 之相等。為了和頻發(fā)生(SFG)，反射帶寬可以較寬。為了和頻發(fā)生
(SFG)，反射帶寬可能是例如比50nm更窄或與之相等，優(yōu)選地比 5nm更窄或與之相等。
現(xiàn)在將參看圖36a至36e討論和頻發(fā)生(SFG )與二次諧波發(fā)生
(SHG)之間的差異。作為實(shí)例，圖36a示出第一光脈沖Bl的強(qiáng)度 IN的光鐠分布。X表示波長(zhǎng)。第一光脈沖Bl的所發(fā)射的光鐠峰值可能例如在波長(zhǎng)1064nm處具有峰值，并且峰值的半高寬FWHM可能為例如20nm。
圖36b示出圖36a的光語(yǔ)峰值的部分，其有助于通過二次諧波發(fā)生SHG形成第二光脈沖B2。僅波長(zhǎng)非常接近中心波長(zhǎng)Xc的光子可能參與二次諧波發(fā)生SHG。因此，脈沖Bl的能量的很大部分被損失掉了。
圖36c示出圖36a的光鐠峰值的部分，其可能有助于通過和頻發(fā)生SFG形成第二光脈沖B2。在和頻變換過程中，所生成的光脈沖B2的光子具有的光學(xué)頻率等于第一光脈沖Bl的第一光子的光學(xué)頻率與第一光脈沖Bl的第二光子的光學(xué)頻率之和。
第一光子的波長(zhǎng)可能與中央波長(zhǎng) ic偏離量A i。現(xiàn)在可能將具有波長(zhǎng)入c-AX的第 一光子的能量與具有波長(zhǎng)Xc+A人的第二光子的能量相結(jié)合，從而使得所產(chǎn)生的和頻脈沖的光子，即，所產(chǎn)生的第二光脈沖B2的光子具有近似于Xc/2的波長(zhǎng)。波長(zhǎng)略有不同的光子以略有不同的速度在光學(xué)介質(zhì)中傳播，這引起色散。所以，所引起的脈沖B2的和頻光子的波長(zhǎng)略微地偏離入c/2 。
第一條件人〈人c的光子能量可能與第二條件 i〉Xc的光子能量相結(jié)合。因而，在和頻發(fā)生SFG中的起作用的光子的帶寬可能顯著的比二次諧波發(fā)生SHG中的更寬。因而，可以運(yùn)用的能量的部分也可能大于二次諧波發(fā)生SHG中可以運(yùn)用的能量的部分。
在二次諧波發(fā)生SHG中，兩個(gè)光子的能量被結(jié)合，其中兩個(gè)光子的波長(zhǎng)均在中心波長(zhǎng)Xc附近。因而，可能認(rèn)為二次諧波發(fā)生SHG是更一般的和頻發(fā)生SFG的特殊情況。
中心波長(zhǎng)入c對(duì)應(yīng)于中心頻率。在光脈沖Bl的中心頻率處的光子可能參與二次諧波發(fā)生(通過和頻發(fā)生)。在比中心頻率更低或更高
的頻率處的光子可能參與和頻發(fā)生SFG而不參與二次諧波發(fā)生SHG。在兩種情況下，所引起的頻率變換光脈沖B2具有大致等于中心頻率兩倍的光學(xué)頻率。
參看圖36d，由于典型非線性晶體140的窄波長(zhǎng)接收，由二次諧波發(fā)生所生成的輸出光B2的光譜峰值通常是窄的。當(dāng)使用脈沖式光源時(shí)，光鐠峰值的FWHM可能是例如0.5nm。
然而，非線性晶體140也可能被極化用于和頻發(fā)生，其中較低和較高的頻率被合到一起，并且和頻被生成為輸出(SFG過程)。參看圖36e，輸出光B2的FWHM可能比在二次諧波發(fā)生SHG的情況下更寬，而同時(shí)仍獲得高的頻率變換效率。光譜峰值的FWHM可能是3至5腦。
所生成的脈沖B2的較寬光鐠寬度便利了提供頻率變換式脈沖B2的超短相干長(zhǎng)度。由于短相干長(zhǎng)度，所顯示圖像的散斑對(duì)比可能有所減少。這繼而改善了圖像品質(zhì)以及視覺感知的分辨率。
當(dāng)觀察高度有散斑的圖像時(shí)， 一些人可能遭受癲癇似的癥狀。低散斑對(duì)比也可能有助于減少誘發(fā)癲癇病癥的可能性。
甚至于當(dāng)?shù)谝还饷}沖Bl的FWHM是50nm或更少量級(jí)時(shí)，可能應(yīng)用和頻發(fā)生。
與通過將該過程僅限于二次諧波發(fā)生SHG的情況相比，和頻發(fā)生SFG還對(duì)溫度變動(dòng)更不敏感。周期極化非線性晶體的溫度漂移通常是在0.1nm/。C的量級(jí)，而同時(shí)對(duì)于典型的半導(dǎo)體激光器而言溫度漂移接近于0.3nm/。C。這意味著20。C的溫度改變可能導(dǎo)致相位匹配波長(zhǎng)中2nm的改變以及第一光脈沖Bl的中心波長(zhǎng)中6nm的改變。如果第一光脈沖Bl的光鐠峰值的FWHM是在20至30nm的范圍內(nèi)，則在中心波長(zhǎng)Xc中的6nm改變僅對(duì)和頻發(fā)生的變換效率具有較小影響，即，實(shí)現(xiàn)了較好的溫度不敏感性。
第二光脈沖B2也可能是通過三次諧波發(fā)生或通過四次諧波發(fā)生從第一光脈沖Bl生成的。
裝置400的非線性晶體140也可能作為分立構(gòu)件供應(yīng)。
現(xiàn)在通過參考下列示意性實(shí)例而給出一些優(yōu)選實(shí)施例
實(shí)例1:發(fā)光裝置400，其包括
-波導(dǎo)24，其具有電泵浦增益區(qū)域20,
-可飽和吸收器40，
-耦合結(jié)構(gòu)Ml，
-基片10,和
-非線性介質(zhì)140，
其中所述可飽和吸收器40和所述增益區(qū)域20適合發(fā)射第 一光脈沖Bl,所述耦合結(jié)構(gòu)Ml適合將所述第一光脈沖Bl耦合到所述非線性介質(zhì)140內(nèi)，所述非線性介質(zhì)140適合生成第二光脈沖B2從而使得所述第二光脈沖B2的光學(xué)頻率高于所述第一光脈沖Bl的光學(xué)頻率；所述增益區(qū)域20，所述可飽和吸收器40和所述耦合結(jié)構(gòu)Ml在所述基片IO上實(shí)現(xiàn)從而使得所述耦合結(jié)構(gòu)MI適合將所述第一光脈沖Bl的方向改變一個(gè)在70至IIO度范圍內(nèi)的角度P。
實(shí)例2:實(shí)例1的裝置400,其中所述第一光脈沖Bl的分立脈沖具有第一光子Bfa和第二光子Bfb，所生成第二光脈沖B2的光子的光學(xué)頻率等于第一光子Bfa的光學(xué)頻率與第二光子Bfb的光學(xué)頻率的
和o
實(shí)例3:實(shí)例1或2的裝置400，其中所述第二光脈沖B2的光學(xué)頻率等于所述第一光脈沖Bl的光學(xué)頻率的兩倍。
實(shí)例4:根據(jù)實(shí)例1至3中任一項(xiàng)的裝置400,其還包括局部反射結(jié)構(gòu)80、 82以與后反射體60—起限定光諧振腔，所述光諧振腔包括所述增益區(qū)域20。
實(shí)例5:實(shí)例4的裝置400,其中所述局部反射結(jié)構(gòu)80、 82是頻率選擇性結(jié)構(gòu)。
實(shí)例6:實(shí)例5的裝置400,其中所述光諧振腔包括僅一個(gè)頻率選擇性結(jié)構(gòu)82，其具有例如比5nm更窄或與之相等的反射帶寬。
實(shí)例7:根據(jù)實(shí)例1至6中任一項(xiàng)的裝置400,其中所述非線性介質(zhì)140是非線性晶體，其包括頻率選擇性結(jié)構(gòu)82以提供反饋Bl'到所述增益區(qū)域20。
實(shí)例8:根據(jù)實(shí)例5至7中任一項(xiàng)的裝置400,其中所述頻率選擇性結(jié)構(gòu)82被布置成經(jīng)過所述非線性晶體140提供反饋B1'到所述增益區(qū)域20。
實(shí)例9:根據(jù)實(shí)例5至8中任一項(xiàng)的裝置400，其中所述頻率選擇性結(jié)構(gòu)82是在所述非線性晶體140中或其上實(shí)現(xiàn)的Bragg光柵或介電多層結(jié)構(gòu)。
實(shí)例10:實(shí)例5或6的裝置400包括分布式Bragg反射體80，其位于所述耦合結(jié)構(gòu)Ml與所述非線性介質(zhì)140之間。
實(shí)例11:根據(jù)實(shí)例1至10中任一項(xiàng)的裝置400,其包括多個(gè)大致平行的波導(dǎo)24以發(fā)射所述第一光脈沖Bla、 Blb、 Blc，由所述多個(gè)波導(dǎo)24發(fā)射的第一光脈沖Bla、 Blb、 Blc被耦合到單一的非線性晶體140內(nèi)。實(shí)例12:根據(jù)實(shí)例1至11中任一項(xiàng)的裝置400,其還包括聚光結(jié)構(gòu)120以將光準(zhǔn)直或聚焦到所述非線性晶體140內(nèi)。
實(shí)例13:實(shí)例12的裝置400，其中所述聚光結(jié)構(gòu)120為彎曲表面，其適合在所述第一光脈沖Bl的快軸的方向上對(duì)光進(jìn)行準(zhǔn)直或聚焦。
實(shí)例14:實(shí)例13的裝置400,其中所述基片IO具有彎曲的表面。實(shí)例15:實(shí)例12的裝置400，其中所述聚光結(jié)構(gòu)120是衍射結(jié)構(gòu)。
實(shí)例16:根據(jù)實(shí)例1至15的任一項(xiàng)的裝置，其包括另外的波導(dǎo)142、 142a、 142b、 142c以限制所述第一光脈沖Bl的光，所述另外的波導(dǎo)142、 142a、 142b、 142c包括所述非線性介質(zhì)。
實(shí)例17:實(shí)例16的裝置400，其中所述另外的波導(dǎo)142a、 142b、142c包括錐形部分以將光聚集到所述另外的波導(dǎo)142a、 142b、 142c的窄部分內(nèi)。
實(shí)例18:實(shí)例16或17的裝置400，其中所述非線性介質(zhì)是晶體140,該晶體140具有一個(gè)或更多個(gè)凸出端面124a、 124b、 124c以將所述第一光脈沖Bl折射到所述另外的波導(dǎo)142a、 142b、 142c內(nèi)。
實(shí)例20:根據(jù)實(shí)例1至19的任一項(xiàng)的裝置400,其中引入到所述非線性介質(zhì)140的第一光脈沖Bl具有預(yù)定的偏振，并且所述非線性介質(zhì)具有周期極化區(qū)144、 146以提供準(zhǔn)相位匹配，從而使得所述第二光脈沖B2對(duì)于每個(gè)極化周期而言處于相同相位，所述區(qū)144、146的定向與所述第一光脈沖Bl的偏振相匹配。
實(shí)例21:實(shí)例20的裝置400還包括偏振旋轉(zhuǎn)元件125。
實(shí)例22:根據(jù)權(quán)利要求1至21中任一項(xiàng)的裝置(400)，其中所述增益區(qū)域(20)的偏置電壓(V2o)和所述可飽和吸收器(40)的偏置電壓(V4Q)可以單獨(dú)地控制。
實(shí)例23:用于通過使用波導(dǎo)24生成光脈沖B2的方法，波導(dǎo)24具有電泵浦增益區(qū)域20、可飽和吸收器40、耦合結(jié)構(gòu)Ml、基片10和非線性介質(zhì)140，所述增益區(qū)域20、所述可飽和吸收器40以及所述耦合結(jié)構(gòu)Ml在所述基片IO上實(shí)現(xiàn)，所述方法包括
-使用所述可飽和吸收器40和所述增益區(qū)域20提供第一光脈沖
Bl，-通過所述耦合結(jié)構(gòu)Ml將所述第一光脈沖Bl的方向改變一個(gè)在70至110度范圍內(nèi)的角度(3,和
-將所述第一光脈沖Bl耦合到所述非線性介質(zhì)140內(nèi)以便生成第二光脈沖B2從而使得所述第二光脈沖B2的光學(xué)頻率高于所述第一光脈沖Bl的光學(xué)頻率。
實(shí)例24:實(shí)例23的方法，其中第一光脈沖Bl具有第一光子Bfa和第二光子Bfb,所生成的第二光脈沖B2的光子的光學(xué)頻率等于第一光子Bfa的光學(xué)頻率與第二光子Bfb的光學(xué)頻率的和。
實(shí)例25:實(shí)例23或24的方法，其中所述第二光脈沖B2的光學(xué)頻率等于所述第一光脈沖Bl的光學(xué)頻率的兩倍。
實(shí)例26:根據(jù)實(shí)例23至25中任一項(xiàng)的方法，其還包括在第一電壓電平與第二電壓電平之間改變所述可飽和吸收器40的偏置電壓V40。
實(shí)例27:投影裝置500，其包括-根據(jù)實(shí)例1至21中任一項(xiàng)的光源400,和-投影光學(xué)器件560，
實(shí)例28:實(shí)例27的投影裝置500，其包括二維調(diào)制器陣列550。實(shí)例29:實(shí)例27的投影裝置500包括至少一個(gè)光束引導(dǎo)裝置571 ，
其中所述第一光脈沖Bl適合通過半被動(dòng)調(diào)Q而生成。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，將會(huì)清楚的是，可察知根據(jù)本發(fā)明的裝
置的更改和變動(dòng)。圖為示意性的。上面參看相應(yīng)附圖所述的特定實(shí)施
例僅是例解性的，并且不是意圖限制本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的范疇是
由所附權(quán)利要求限定的。
權(quán)利要求
1.發(fā)光裝置(400)，其包括-具有電泵浦增益區(qū)域(20)的波導(dǎo)(24)，-可飽和吸收器(40)，-耦合結(jié)構(gòu)(M1)，-聚光結(jié)構(gòu)(120)，-基片(10)，和-非線性介質(zhì)(140)，其中所述可飽和吸收器(40)和所述增益區(qū)域(20)適合發(fā)射第一光脈沖(B1)，所述耦合結(jié)構(gòu)(M1)與所述聚光結(jié)構(gòu)(120)一起適合將所述第一光脈沖(B1)耦合到所述非線性介質(zhì)(140)內(nèi)，所述非線性介質(zhì)(140)適合生成第二光脈沖(B2)從而使得所述第二光脈沖(B2)的光學(xué)頻率高于所述第一光脈沖(B1)的光學(xué)頻率；所述增益區(qū)域(20)、所述可飽和吸收器(40)、所述耦合結(jié)構(gòu)(M1)以及所述聚光結(jié)構(gòu)(120)在所述基片(10)上或所述基片(10)中實(shí)現(xiàn)從而使得所述耦合結(jié)構(gòu)(M1)適合將所述第一光脈沖(B1)的方向改變一個(gè)在70至110度范圍內(nèi)的角度(β)。
2. 權(quán)利要求1的裝置(400)，其中所述第一光脈沖(Bl)的分立 脈沖具有第一光子(Bfa)和第二光子(Bfb)，所生成的第二光脈沖(B2)的光子的光學(xué)頻率等于第一光子(Bfa)的光學(xué)頻率與第二光 子(Bfb)的光學(xué)頻率的和。
3. 權(quán)利要求l或2的裝置(400),其中所述第二光脈沖(B2)的 光學(xué)頻率等于所述第一光脈沖(Bl)的光學(xué)頻率的兩倍。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的裝置(400)，其還包括局部反 射結(jié)構(gòu)(80, 82)以與后反射體(60) —起限定光諧振腔，所述光諧 振腔包括所述增益區(qū)域(20)。
5. 權(quán)利要求4的裝置(400)，其中所述局部反射結(jié)構(gòu)(80, 82) 是頻率選擇性結(jié)構(gòu)。
6. 權(quán)利要求4或5的裝置(400)，其中所述光諧振腔包括僅一個(gè) 頻率選擇性結(jié)構(gòu)(82),其具有比5nm更窄或等于5nm的反射帶寬。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的裝置(400)，其中所述非線性 介質(zhì)(140)是非線性晶體，其包括頻率選擇性結(jié)構(gòu)(82)以提供反饋(Bl')到所述增益區(qū)域(20)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)的裝置(400)，其中所述頻率選 擇性結(jié)構(gòu)(82)被布置成通過所述非線性晶體(140)提供反饋(Bl') 到所述增益區(qū)域(20)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)的裝置(400),其中所述頻率選 擇性結(jié)構(gòu)(82 )是在所述非線性晶體(140 )中或所述非線性晶體(140 ) 上實(shí)現(xiàn)的介電多層結(jié)構(gòu)或Bragg光柵。
10. 權(quán)利要求5或6的裝置(400),其包括分布式Bragg反射體 (80)，該Bragg反射體位于所述耦合結(jié)構(gòu)(Ml)與所述非線性介質(zhì) (140)之間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)的裝置(400)，其包括多個(gè)大 致平行的波導(dǎo)(24)以發(fā)射所述第一光脈沖(Bla, Bib, Blc)，由 所述多個(gè)波導(dǎo)(24)發(fā)射的第一光脈沖(Bla， Blb， Blc)被耦合到 單一的非線性晶體(140)內(nèi)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)的裝置(400)，其中所述聚光 結(jié)構(gòu)(120)是彎曲表面，其適合將光準(zhǔn)直或聚焦到所述非線性材料(140)內(nèi)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)的裝置(400)，其中所述基片 (10)具有彎曲的表面。
14. 根椐權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)的裝置(400)，其中所述聚光 結(jié)構(gòu)是衍射表面。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1至14的任一項(xiàng)的裝置，其包括另外的波導(dǎo) (142， 142a， 142b, 142c)以限制所述第一光脈沖(Bl)的光，所.述另外的波導(dǎo)(142, 142a, 142b， 142c )包括所述非線性介質(zhì)(140 )。
16. 權(quán)利要求15的裝置(400),其中所述另外的波導(dǎo)(142a, 142b, 142c)包括錐形部分以將光聚集到所述另外的波導(dǎo)(142a， 142b， 142c) 的窄部分內(nèi)。
17. 權(quán)利要求15或16的裝置(400)，其中所述非線性介質(zhì)是晶 體(140)，該晶體(140)具有一個(gè)或更多個(gè)凸出端面(124a, 124b， 124c)以將所述第一光脈沖(Bl)折射到所述另外的波導(dǎo)(142a, 142b, 142c)內(nèi)。
18. 根椐權(quán)利要求1至17的任一項(xiàng)的裝置(400)，其中引入到所述非線性介質(zhì)(140)中的第一光脈沖(Bl)具有預(yù)定的偏振，并且 所述非線性介質(zhì)具有周期極化區(qū)(144, 146)以提供準(zhǔn)相位匹配，從 而使得所述第二光脈沖(B2)對(duì)于每個(gè)極化周期而言處于相同相位， 所述區(qū)(144, 146)的定向與所述第一光脈沖(Bl)的偏振相匹配。
19. 權(quán)利要求18的裝置(400)，還包括偏振旋轉(zhuǎn)元件(125)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)的裝置(400)，其中所述增益 區(qū)域(20)的偏置電壓(V2())和所述可飽和吸收器(40)的偏置電壓(V4。)可以單獨(dú)可控。
21. 用于通過使用波導(dǎo)(24 )生成光脈沖(B2 )的方法，該波導(dǎo)(24 ) 具有電泵浦增益區(qū)域(20)、可飽和吸收器(40)、耦合結(jié)構(gòu)(Ml )、 基片(10)、聚光結(jié)構(gòu)(120)和非線性介質(zhì)(140)，所述增益區(qū)域(20)、所述可飽和吸收器(40)、所述耦合結(jié)構(gòu)(Ml)和所述聚光 結(jié)構(gòu)(120)在所述基片(10)上或所述基片(10)中實(shí)現(xiàn)，所述方 法包括-使用所述可飽和吸收器(40)和所述增益區(qū)域(20)提供第一光 脈沖(Bl)，-通過所述耦合結(jié)構(gòu)(Ml)將所述第一光脈沖(Bl)的方向改變 一個(gè)在70至UO度范圍內(nèi)的角度(|3)，和-借助所述聚光結(jié)構(gòu)(120)將所述第一光脈沖(Bl)聚焦或準(zhǔn)直 到所述非線性介質(zhì)(140)內(nèi)以便生成第二光脈沖(B2)從而使得所 述第二光脈沖(B2)的光學(xué)頻率高于所述第一光脈沖(Bl )的光學(xué)頻 率。
22. 權(quán)利要求21的方法，其中第一光脈沖(B1 )具有第一光子(Bfa) 和第二光子(Bfb),所生成的第二光脈沖(B2)的光子的光學(xué)頻率 等于第一光子(Bfa)的光學(xué)頻率與第二光子(Bfb)的光學(xué)頻率的和。
23. 權(quán)利要求21或22的方法，其中所述第二光脈沖(B2)的光學(xué) 頻率等于所述第一光脈沖(Bl)的光學(xué)頻率的兩倍。
24. 根椐權(quán)利要求21至23中任一項(xiàng)的方法，其還包括在第一電壓 電平與第二電壓電平之間改變所述可飽和吸收器(40)的偏置電壓(V40)。
25. 投影裝置(500),其包括 -根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項(xiàng)的光源(400)，和-投影光學(xué)器件(560)。
26. 權(quán)利要求25的投影裝置(500)，其包括二維調(diào)制器陣列(550)。
27. 權(quán)利要求25的投影裝置(500),包括至少一個(gè)光束引導(dǎo)裝置 (571),其中所述第一光脈沖(Bl )適合通過半被動(dòng)調(diào)Q而被生成。
全文摘要
一種發(fā)光裝置(400)包括具有電泵浦增益區(qū)域(20)的波導(dǎo)(24)、可飽和吸收器(40)、非線性晶體(140)、傾斜的鏡(M1)和聚光結(jié)構(gòu)(120)。從增益區(qū)域(20)發(fā)射的光脈沖(B1)被傾斜的鏡(M1)反射并且被聚光結(jié)構(gòu)(120)聚焦到非線性晶體(140)內(nèi)以便生成經(jīng)頻率變換的光脈沖(B2)。增益區(qū)域(20)、可飽和吸收器(40)、聚光結(jié)構(gòu)(120)和傾斜的鏡(M1)在共用基片(10)上或共用基片(10)中實(shí)現(xiàn)。所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定且緊湊的，并且允許對(duì)所生產(chǎn)的發(fā)射器(E1a、E1b、E1c)進(jìn)行晶片上測(cè)試。折疊的結(jié)構(gòu)允許容易地進(jìn)行非線性晶體(140)的校直。
文檔編號(hào)H01S3/113GK101636886SQ200880002530
公開日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2008年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月18日
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