激光器架構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了VCSEL系統(tǒng)的架構(gòu)。通過(guò)使用高功率紅外VCSEL元件，可使用塊狀倍頻材料使所述紅外光倍頻并且在連續(xù)波(CW)或脈沖模式下于腔體中產(chǎn)生可見(jiàn)光(紅光、綠光、藍(lán)光或紫外光)。這些VCSEL的輸出分布布拉格反射器(DBR)的反射率可被設(shè)計(jì)成增加所述腔體中的功率，而不是VCSEL激光器中的功率。通過(guò)使得能夠在腔體中使用塊狀倍頻材料并且使VCSEL直接倍頻，所述裝置可價(jià)格便宜、更簡(jiǎn)單、效率高、可靠性更好并且極大地改善制造和對(duì)準(zhǔn)容限。有多個(gè)腔體架構(gòu)可用于使來(lái)自VCSEL的紅外光倍頻。所述VCSEL可為單獨(dú)元件，或?yàn)榫哂懈邚?qiáng)度元件的陣列。
【專利說(shuō)明】激光器架構(gòu)
[0001] 相關(guān)專利申請(qǐng)的奪叉引用
[0002] 本專利申請(qǐng)涉及提交于2012年2月13日、名稱為"Laser architectures"（激光 器架構(gòu)）、系列號(hào)為61/598, 175的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)并且要求其優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)專利申請(qǐng) 以引用方式整體并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明整體涉及激光器，更具體地講，涉及高功率紅外激光器技術(shù)和組件，包括倍 頻器、固態(tài)激光器、垂直腔面發(fā)射激光器以及用于制備高功率可見(jiàn)光激光器的二極管。

【背景技術(shù)】
[0004] 通常，紅光、綠光、藍(lán)光和紫外（UV)激光器在照明、醫(yī)療、材料加工、焊接和顯示器 方面具有許多潛在用途。成本、可靠性、效率、尺寸和功率是選擇用于這些不同的市場(chǎng)/技 術(shù)領(lǐng)域的激光器時(shí)可考慮的激光器參數(shù)。顯示器是市場(chǎng)之一例，該市場(chǎng)具有多個(gè)不同的對(duì) 這些參數(shù)重視程度稍有不同的細(xì)分市場(chǎng)。在消費(fèi)類顯示器市場(chǎng)中，成本、效率和尺寸可為 重要參數(shù)，而在專業(yè)顯示器市場(chǎng)中，可靠性、高功率和成本可為關(guān)鍵參數(shù)。廉價(jià)、可靠、高效 率的綠色、紅色或藍(lán)色源對(duì)于所有上述應(yīng)用很重要。這樣的綠色激光源尤其意義重大，因 為尚不存在用于專業(yè)顯示器應(yīng)用的適當(dāng)波長(zhǎng)的高功率直接源，諸如垂直腔面發(fā)射激光器 (VCSEL)或邊緣發(fā)射二極管。
[0005] -般來(lái)講，全彩顯示器使用至少紅色、綠色和藍(lán)色光源。當(dāng)用于電影院中時(shí)，這 些顏色必須在一定范圍內(nèi)以符合電影工業(yè)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，更具體地講，符合數(shù)字影院倡導(dǎo)聯(lián) 盟（Digital Cinema Initiative)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)。電影的大致接受的顏色范圍以紅色即 616-650nm、綠色即523-545nm以及藍(lán)色即455-468nm給出。然而，消費(fèi)類顯示器市場(chǎng)沒(méi)有 此類嚴(yán)格波長(zhǎng)要求。隨著紅色和藍(lán)色二極管的日益可用，對(duì)進(jìn)行背光照明和用于消費(fèi)類投 影儀中的激光器的興趣不斷增加。直接激光源為高性價(jià)比、可靠和有效的光源。然而，當(dāng)前 不存在具有顯示器所需波長(zhǎng)的綠色高功率直接激光源。因此，綠色是一項(xiàng)重要的激光技術(shù)， 并且本領(lǐng)域需要一種高功率、有效的綠色直接光源。此外，紅色激光器當(dāng)前有非常嚴(yán)苛的冷 卻要求并且其壽命相對(duì)有限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本文公開(kāi)了基于VCSEL的激光器系統(tǒng)的新型架構(gòu)，以及使VCSEL系統(tǒng)產(chǎn)生的光倍 頻而生成紅色、綠色或藍(lán)色光的相關(guān)方法。在采用高功率紅外VCSEL元件陣列的有利實(shí)施 例中，可使用塊狀（例如，晶體）倍頻材料使紅外（紅外）光倍頻并且在連續(xù)波（CW)或脈 沖模式下于外部腔體中生成"可見(jiàn)"光（紅光、綠光、藍(lán)光或紫外光）。通過(guò)使得能夠使用塊 狀倍頻材料并且使VCSEL的頻率直接倍頻，裝置可價(jià)格便宜、更簡(jiǎn)單、效率高、可靠性更好 并且大大改善制造和對(duì)準(zhǔn)容限。此外，如果使用PPLN(周期性極化鈮酸鋰）或其他周期性 極化材料作為倍頻器，則使用高功率陣列元件便于使用一些短的材料（〇. 2_至4_)。這很 關(guān)鍵，因?yàn)椴牧显介L(zhǎng)，其對(duì)于對(duì)準(zhǔn)、溫度和波長(zhǎng)越敏感。根據(jù)本文所公開(kāi)的原理，有多個(gè)腔體 架構(gòu)可用于使來(lái)自VCSEL激光器的紅外光倍頻，并且VCSEL可為單獨(dú)元件，或?yàn)榫哂懈邚?qiáng)度 元件的陣列。
[0007] 在一個(gè)實(shí)施例中，垂直腔面發(fā)射激光器系統(tǒng)的架構(gòu)可包括至少一個(gè)垂直腔面發(fā)射 激光器（VCSEL)元件。這種示例性架構(gòu)還可包括塊狀晶體倍頻材料，所述倍頻材料位于與 VCSEL元件相鄰的腔體中并且被構(gòu)造成接收從VCSEL元件發(fā)出的光，以及使所接收的光基 本上倍頻。架構(gòu)的這一實(shí)施例也可包括輸出耦合器，其被構(gòu)造成輸出來(lái)自腔體的倍頻光并 且輸出所述可見(jiàn)光以用于顯示器照明。
[0008] 在另一個(gè)實(shí)施例中，垂直腔面發(fā)射激光器系統(tǒng)的架構(gòu)可包括至少一個(gè)被構(gòu)造成發(fā) 出紅外光的垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL)元件，和限定在所述至少一個(gè)VCSEL元件和對(duì)紅 外光具有高反射性的反射鏡之間的腔體。這種示例性架構(gòu)還可包括塊狀晶體倍頻材料，所 述倍頻材料位于腔體中，被構(gòu)造成接收從VCSEL元件發(fā)出的紅外光，并且使所接收紅外光 的頻率基本上倍頻以輸出可見(jiàn)光。
[0009] 在再一個(gè)實(shí)施例中，垂直腔面發(fā)射激光器系統(tǒng)的架構(gòu)可包括：至少一個(gè)被構(gòu)造成 發(fā)出紅外光的垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL)元件，和塊狀晶體倍頻材料，所述倍頻材料位 于與VCSEL元件相鄰的腔體中，被構(gòu)造成接收來(lái)自VCSEL元件的紅外光，并且使所接收紅外 光的頻率基本上倍頻以輸出可見(jiàn)光。這種示例性架構(gòu)還可包括與所述至少一個(gè)VCSEL元件 相對(duì)的倍頻材料一端上的涂層，所述涂層對(duì)紅外光具有高反射性。此外，此類架構(gòu)還可包括 校準(zhǔn)器或二向色鏡，其取向?yàn)榻咏剪斔固亟遣⑶矣米鬏敵鲴詈掀?，該輸出耦合器被?gòu)造 成接收來(lái)自倍頻材料的倍頻光并且輸出所述倍頻光以供使用。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010] 實(shí)施例通過(guò)舉例的方式在附圖中示出，其中類似的附圖標(biāo)號(hào)表示類似的部件，并 且其中：
[0011] 圖1為示意圖，示出了常規(guī)的基于VCSEL的裝置的一個(gè)實(shí)施例；
[0012] 圖2為示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的VCSEL陣列系統(tǒng)的架構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例；
[0013] 圖3為不意圖，不出了根據(jù)本發(fā)明的各種VCSEL陣列布局；
[0014] 圖4為示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的使單個(gè)VCSEL元件倍頻的一個(gè)實(shí)施例；
[0015] 圖5為示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的基于VCSEL的光源的架構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例，其中 功率可在透過(guò)倍頻材料兩次（每個(gè)方向一次）之后從腔體中提??；
[0016] 圖6為示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的基于VCSEL的光源架構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施例，其可 包括至少一個(gè)微透鏡陣列；
[0017] 圖7為示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的基于VCSEL的光源的架構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例，其采 用4F系統(tǒng)內(nèi)腔；以及
[0018] 圖8為示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的基于VCSEL的光源的架構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例，其采 用輸出f禹合器來(lái)折疊4F系統(tǒng)。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 一般來(lái)講，根據(jù)本發(fā)明的基于VCSEL的光源的一個(gè)實(shí)施例可采用VCSEL系統(tǒng)架構(gòu) 的形式，VCSEL系統(tǒng)可使用高功率外VCSEL元件。可使用塊狀晶體倍頻材料使紅外光倍頻 并且在連續(xù)波或脈沖模式下于外部腔體中生成"可見(jiàn)"光（紅光、綠光、藍(lán)光或紫外光）。這 些VCSEL的輸出分布布拉格反射器（DBR)的反射率可被設(shè)計(jì)為增加外部腔體中的功率而 非VCSEL激光器中的功率。通過(guò)使得能夠使用較短的塊狀或周期性極化倍頻材料并且使 VCSEL的功率直接倍頻，裝置可價(jià)格便宜、更簡(jiǎn)單、具有更高效率、更好可靠性并且大大改善 制造和對(duì)準(zhǔn)容限。根據(jù)本文所公開(kāi)的原理，有多個(gè)腔體架構(gòu)可用于使來(lái)自VCSEL的紅外光 倍頻，并且VCSEL可為單獨(dú)元件，或?yàn)榫哂懈邚?qiáng)度元件的陣列。此類陣列可被設(shè)計(jì)成為每個(gè) 元件獲得高功率，并且可被設(shè)計(jì)和制造成增加外部腔體中的功率。在實(shí)施過(guò)程中，需要陣列 從腔體產(chǎn)生足夠的總體功率以具有商業(yè)可行性。所需瓦特輸出的例子在3W至可能的數(shù)百 瓦可見(jiàn)光功率的范圍內(nèi)。
[0020] 一般來(lái)講，對(duì)獲得綠色/藍(lán)色/紅色激光器有幾種方法。對(duì)于其中光的波長(zhǎng)不那 么關(guān)鍵的非常低功率應(yīng)用而言，50-100mW大致范圍中的直接二極管在大致波長(zhǎng)范圍中是可 用的。例如，這些二極管在用于消費(fèi)市場(chǎng)的小型、移動(dòng)、"微"（Pico)投影儀方面是令人關(guān) 注的。然而，對(duì)于高功率應(yīng)用而言，這些源是不可用的。對(duì)于較高功率應(yīng)用而言，常規(guī)方法 通常采用由固態(tài)激光器產(chǎn)生的紅外波長(zhǎng)，并且隨后用非線性晶體倍頻。典型例子可包括使 光纖激光器以及使用晶體和摻雜玻璃的固態(tài)激光器倍頻，所述固態(tài)激光器例如為YAG激光 器，其為燈或二極管泵激的。這些激光器可產(chǎn)生可被倍頻的優(yōu)質(zhì)紅外光。高強(qiáng)度和優(yōu)質(zhì)對(duì)于 使紅外光有效倍頻以產(chǎn)生可見(jiàn)或紫外光而言是關(guān)鍵性的，例如，l〇64nm被倍頻成532nm(綠 色光），而1232nm可被倍頻成616nm(紅色光）。雖然當(dāng)前的這些被倍頻的固態(tài)源可產(chǎn)生大 量綠色波長(zhǎng)的功率，在幾瓦至幾千瓦的大致范圍內(nèi)，但固態(tài)源價(jià)格較高、較復(fù)雜、效率不是 很高并且難以使之可靠工作。例如，專業(yè)顯示器應(yīng)用通常需要大約30000小時(shí)或更多，就此 而言大約5至2000瓦的可見(jiàn)光可能是合適的。
[0021] 已生產(chǎn)的綠色或藍(lán)色激光器的另一種產(chǎn)品形式使用VCSEL陣列，例如圖1所示的 VCSEL陣列的示例性實(shí)施例。圖1為示意圖，示出了常規(guī)的基于VCSEL的裝置100的一個(gè)實(shí) 施例。遺憾的是，VCSEL元件自身通常不輸出優(yōu)選應(yīng)用（諸如上述的那些）所需的合適功 率。例如，VCSEL可輸出大約150mW或更少，并且在VCSEL陣列的例子中具有波長(zhǎng)擴(kuò)展，例 如，大于1至10納米的大致范圍。因此，典型的低功率VCSEL元件或VCSEL陣列可能難以 用常規(guī)架構(gòu)有效地實(shí)現(xiàn)倍頻。然而，使用它們的優(yōu)點(diǎn)是VCSEL極其可靠并且產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)紅外 光。
[0022] 圖1不出了可購(gòu)自Necsel公司/Ushio公司（Necsel/Ushio)的基于VCSEL的裝 置100的圖。VCSEL裝置100包括紅外VCSEL陣列110、PPLN倍頻器120、專用輸出耦合器 (在本實(shí)施例中為體布拉格光柵（VBG)) 130、聚焦透鏡140和多模光纖150來(lái)傳送輸出光。 由VCSEL陣列110照射的光最初透過(guò)二向色鏡160。第一路徑穿過(guò)透鏡160來(lái)照射倍頻器 120以用于使光的頻率倍頻。該光隨后傳遞至體布拉格光柵（VBG) 130,其在本實(shí)施例中用 作輸出耦合器。常規(guī)架構(gòu)中需要這種類型的輸出耦合器來(lái)減小腔體中的頻率擴(kuò)展，以使得 較低功率元件可通過(guò)長(zhǎng)并且非常敏感（但有效）的周期性極化倍頻晶體120而被倍頻。倍 頻器120的（>4mm)的長(zhǎng)的長(zhǎng)度需要使用VBG130以用于使腔體中的紅外頻率擴(kuò)展收緊并且 將它們鎖定于周期性極化倍頻器120的最佳頻率。長(zhǎng)周期性極性倍頻器120和VBG輸出耦 合器130兩者對(duì)波長(zhǎng)、溫度和對(duì)準(zhǔn)有著很嚴(yán)的容限，并且因此對(duì)整個(gè)激光器的成本和可靠 性產(chǎn)生不利影響。VBG130反射有限頻率的紅外光，使得該紅外光可返回透過(guò)倍頻器120并 且倍頻器隨后使更多的紅外光轉(zhuǎn)換到倍頻，隨后用二向色鏡160反射紅外光并且接著通過(guò) 反射鏡170朝向聚焦透鏡140反射。聚焦透鏡140和反射鏡170不被考慮設(shè)在腔體內(nèi)部。 聚焦透鏡140將第一和第二路徑聚焦到多模光纖150內(nèi)，其隨后可從裝置100中傳出以用 于照明圖像。然而，聚焦透鏡140和光纖150不是必需的，因?yàn)橐部赡苄枰杂煽臻g光束輸 出。
[0023] 具體地查看被倍頻的第一路徑上的光，倍頻器120可為如上所述的周期性極化鈮 酸鋰晶體（PPLN)，其中可采用PPLN而非塊狀倍頻晶體，因?yàn)槠淇赡軐?duì)于使光頻率倍頻更有 效。這可能由于VCSEL光束的較低強(qiáng)度而被采用。然而，PPLN長(zhǎng)的長(zhǎng)度可能帶來(lái)一些大的 問(wèn)題。首先，其可能比塊狀倍頻晶體價(jià)格更高。第二，為了使PPLN很好發(fā)揮作用，其對(duì)于對(duì) 準(zhǔn)、紅外光波長(zhǎng)和溫度有著很嚴(yán)的容限。因此，根據(jù)晶體的長(zhǎng)度，必須將PPLN的溫度主動(dòng)控 制到大約0. 1°C左右。這種嚴(yán)格溫度控制系統(tǒng)價(jià)格昂貴并且從可靠性觀點(diǎn)來(lái)看具有挑戰(zhàn)性。
[0024] 可被PPLN有效倍頻的波長(zhǎng)擴(kuò)展也非常具有挑戰(zhàn)性。根據(jù)PPLN的長(zhǎng)度，這通常可 低至0. lnm。這樣嚴(yán)的容限通常需要使用波長(zhǎng)控制裝置，例如圖1的常規(guī)架構(gòu)中所描述的腔 體中的VBG，以使得陣列的所有元件均可被有效地倍頻。通常，適當(dāng)?shù)恼瓗捒赡鼙砻鞑豢?用簡(jiǎn)單的校準(zhǔn)器來(lái)使帶寬變窄。因此，通常采用難以制造的體布拉格光柵作為輸出耦合器 130。在批量制造中，該體光柵可為光學(xué)系統(tǒng)中價(jià)格最高的元件。PPLN和VBG兩者也有嚴(yán)格 的角度公差，使得難以實(shí)現(xiàn)總體結(jié)構(gòu)的批量制造和隨溫度變化的操作。作為這樣的裝置，已 使用該方法制備了幾瓦的低功率裝置，但制造此類裝置用于高功率應(yīng)用具有更多問(wèn)題。
[0025] 新澤西州默瑟維爾的普林斯頓光電子公司（Princeton Optronics of Mercerville, New Jersey)已能夠制造具有獨(dú)特性能的VCSEL。單獨(dú)的VCSEL元件可表現(xiàn)出 高功率，例如，大于約150mW ;非?？煽?，例如，大于100000小時(shí)；并且具有良好光學(xué)品質(zhì)，其 可包括制造于VCSEL元件上的用于提高能量捕獲的微透鏡。VCSEL及其相應(yīng)的特性在美國(guó) 專利 No. 6, 888, 871,"VCSEL and VCSEL Array Having Integrated Microlenses For Use In A Semiconductor Laser Pumped Solid State System"（"具有要用于半導(dǎo)體激光器泵 浦固態(tài)系統(tǒng)的集成微透鏡的VCSEL和VCSEL陣列"）和"High Power VCSEL Mature Into Production"，Laser Focus World, April2011,pp. 61-65 ( "高功率 VCSEL 成熟投入生產(chǎn)"， 《激光世界》，2011年4月，第61-65頁(yè)）中進(jìn)行了總體討論，上述兩者全文以引用方式并入 本文以用于所有目的。
[0026] 使用高功率紅外VCSEL元件，可使用塊狀晶體倍頻材料或短周期性極化晶體或其 他倍頻材料使紅外光倍頻，并且在連續(xù)波或脈沖模式下于外部腔體中生成"可見(jiàn)"光，諸如， 紅光、綠光、藍(lán)光或紫外光。通過(guò)使用塊狀晶體（如KTP)，大的（可能為正方形）二維VCSEL 陣列的所有元件可在同大的倍頻晶體中被同時(shí)倍頻，從而產(chǎn)生非常高的二次諧波功率。因 為由于極化過(guò)程的限制PPLN通常被制成500 μ m厚的晶片，這樣會(huì)限制可用單個(gè)PPLN晶 體倍頻的常規(guī)VCSEL陣列的尺寸，從而產(chǎn)生較低的二次諧波總功率。根據(jù)本文所公開(kāi)的原 理，這些VCSEL的輸出分布布拉格反射器的反射率可被設(shè)計(jì)成增加外部腔體中的功率而非 VCSEL激光器中的功率。通過(guò)使得能夠使用短長(zhǎng)度或塊狀倍頻材料并且使從VCSEL輸出的 光的頻率直接倍頻，根據(jù)本文所公開(kāi)原理構(gòu)建的裝置可以價(jià)格低廉、更簡(jiǎn)單、效率高、可靠 性更好并且具有大大改善的制造和對(duì)準(zhǔn)容限。有多個(gè)腔體架構(gòu)可用來(lái)使源自此類高功率 VCSEL的紅外光倍頻。VCSEL可為單獨(dú)元件，或?yàn)榫哂懈邚?qiáng)度元件的陣列。陣列可被設(shè)計(jì)成 獲得每個(gè)元件的高功率，并且可被設(shè)計(jì)和制造成增加外部腔體中的功率，所述外部腔體被 本文所公開(kāi)的原理限定為介于VCSEL元件和緊隨塊狀倍頻材料的頻率相關(guān)高反射性/抗反 射性（HR/AR)或高反射性/高反射性（HR/HR)(取決于應(yīng)用，如下文進(jìn)一步詳述）結(jié)構(gòu)之間。 陣列可被制造和適當(dāng)冷卻，以使得波長(zhǎng)擴(kuò)展在倍頻材料的合格使用范圍內(nèi)。
[0027] 圖2為示意圖，示出了根據(jù)本文所公開(kāi)原理的VCSEL陣列系統(tǒng)200的架構(gòu)的一個(gè) 實(shí)施例。圖2示出了架構(gòu)的一個(gè)例子，該架構(gòu)使用高功率元件的二維VCSEL陣列210來(lái)產(chǎn) 生可見(jiàn)光。另外，圖2示出了使用位于腔體220中的塊狀倍頻材料230使源自VCSEL陣列 210的多個(gè)高功率紅外光束在腔內(nèi)220倍頻。來(lái)自腔體220的倍頻光可直接使用，或如圖2 所示，其可使用聚焦透鏡240或微透鏡陣列250和透鏡240的組合或者它們的任意組合耦 合到多模光纖260中。然而，聚焦透鏡240和光纖260又是任選的。
[0028] 高功率VCSEL元件210的一維或二維陣列產(chǎn)生紅外光并且可具有集成微透鏡（未 示出），其被制造在頂部以提高腔體220中的光束強(qiáng)度。倍頻材料230可通過(guò)非線性轉(zhuǎn)換過(guò) 程來(lái)產(chǎn)生可見(jiàn)光，所述轉(zhuǎn)化方法例如有（但不限于）倍頻或二次諧波生成，并且可包括類型 I和/或類型II相位匹配。用于倍頻材料230的典型塊狀倍頻晶體的例子可包括（但不限 于）ΒΒ0 (硼酸鋇）、KDP (磷酸二氫鉀）、KTP (磷酸氧鈦鉀-如圖所示）、鈮酸鋰、LB0 (三硼 酸鋰）、Knb03(鈮酸鉀）等等。另外，除了晶體之外還存在并且可使用其他類型的倍頻材料 230,包括（但不限于）非線性聚合物、有機(jī)材料等等。
[0029] 倍頻材料230的另一側(cè)可包括紅外反射鏡270。該紅外反射鏡270可對(duì)紅外波長(zhǎng) 具有高反射性（HR)涂層和/或?qū)梢?jiàn)波長(zhǎng)具有抗反射性（AR)涂層。使用這些涂層，未倍 頻光（例如，l〇64nm)將從紅外反射鏡270反射回到倍頻材料230內(nèi)并且反射回VCSEL陣 列210,而倍頻光（例如，532nm)透過(guò)紅外反射鏡270以從裝置200輸出。在本實(shí)施例中， 紅外反射鏡270形成腔體的一端，因?yàn)榉瓷涔庖部杀槐额l并且反射出腔體。
[0030] VCSEL陣列系統(tǒng)200可分別采用1064nm和532nm作為紅外和可見(jiàn)波長(zhǎng)的例子，但 可產(chǎn)生許多其他波長(zhǎng)。這些激光器可被直接倍頻，從而可使用寬泛范圍的紅外波長(zhǎng)產(chǎn)生從 紅色到紫外波長(zhǎng)或在700nm至350nm的大致范圍內(nèi)的可見(jiàn)光。在圖2所示實(shí)施例中，認(rèn)為 倍頻在腔內(nèi)進(jìn)行，因?yàn)楦鶕?jù)本文所公開(kāi)的原理，倍頻器230位于由VCSEL陣列210和紅外反 射鏡270形成的腔體220的內(nèi)部。如果陣列210上的VCSEL元件受到脈沖作用，則可由于 脈沖強(qiáng)度的增加而在沒(méi)有紅外反射鏡270的情況下進(jìn)行外部倍頻。更具體地講，在外部倍 頻中，VCSEL陣列210進(jìn)行自激射并且不存在外部輸出耦合器（例如，反射鏡270)來(lái)形成 腔體220。（或者可以說(shuō)腔體220形成于VCSEL陣列210和倍頻材料230的輸出側(cè)即遠(yuǎn)側(cè) 之間）。相反，來(lái)自VCSEL陣列210的輸出直接耦合到倍頻材料230。因?yàn)榧t外光束不在諧 振腔體220本身的內(nèi)部，因此強(qiáng)度較低，從而使與功率相關(guān)的倍頻減小。因此，由于來(lái)自脈 沖VCSEL陣列的輸出遠(yuǎn)高于連續(xù)模式，倍頻變得更為實(shí)用和有效。
[0031] 在其他實(shí)施例中，這些涂層（280)可直接制造到倍頻材料230的表面上，而不使用 具有對(duì)于紅外光的HR涂層和對(duì)于可見(jiàn)光的AR涂層的紅外反射鏡270。涂層280可制造在 遠(yuǎn)離VCSEL陣列210的一側(cè)上。這可去除一個(gè)元件（例如，紅外反射鏡270)并且可增加與 倍頻材料230對(duì)準(zhǔn)的可能性。除了 AR和HR涂層之外，保護(hù)性涂層（未示出），如Si02,可 位于這些HR和AR涂層280的外部和/或內(nèi)部。保護(hù)性涂層和/或?qū)涌墒┘釉诜珠_(kāi)的反射 鏡元件紅外反射鏡270上，或者在涂層280的情況下，被結(jié)合進(jìn)倍頻材料230內(nèi)。
[0032] 倍頻材料230也可在兩側(cè)都具有AR涂層，或可被布魯斯特切割（其中切割表面具 有布魯斯特角或接近布魯斯特角）以基本上最小化反射。布魯斯特切割倍頻器也可提高腔 內(nèi)功率的偏振純度并且從而提高倍頻效率。
[0033] 圖3為不意圖，不出了根據(jù)本文所公開(kāi)原理的各種VCSEL陣列布局的一個(gè)實(shí)施例 300。圖3的頂部VCSEL陣列布局310示出了大約39300微米孔徑VCSEL元件的圖案。圖 3的底部VCSEL陣列布局320示出了一系列大約105200微米孔徑VCSEL陣列。VCSEL元件 可為不同尺寸，目標(biāo)是使得孔徑較大以增加功率/強(qiáng)度，但是將孔徑保持到足夠小使得光 學(xué)品質(zhì)可適用于有效倍頻。VCSEL尺寸的典型范圍可在10微米和1_之間的大致范圍內(nèi)。 可如圖所示排列或形成各種圖案，例如（但不限于）排成垂直或水平。間距可按冷卻陣列 的需要來(lái)確定。將陣列設(shè)計(jì)成陣列來(lái)增加光的偏振也是合乎需要的。
[0034] 對(duì)于這種類型應(yīng)用的VCSEL陣列的其他問(wèn)題可包括外部腔體中的波長(zhǎng)多樣性和 功率。輸出DBR可被設(shè)計(jì)為增加外部腔體而非VCSEL激光器中的功率?？僧a(chǎn)生比獨(dú)立VCSEL 中可能通常采用的反射率低的反射率。在一個(gè)例子中，為了使紅外光更有效地倍頻，在倍頻 晶體中紅外光可被相位匹配。VCSEL陣列的設(shè)計(jì)、封裝、焊接、加工和選擇可被設(shè)計(jì)為提高 整個(gè)陣列上的波長(zhǎng)和功率均勻度。例如，將整個(gè)陣列上的熱差別最小化可提高整個(gè)陣列上 的波長(zhǎng)和功率均勻度。使陣列面積最小化并且從晶片的中部選料可提高均勻度。如果難以 實(shí)現(xiàn)足夠窄的波長(zhǎng)光譜，例如，小于3nm，則可使用校準(zhǔn)器使光譜更窄。校準(zhǔn)器使頻率變窄， 但與VBG相比沒(méi)有那么多。另外，校準(zhǔn)器價(jià)格便宜很多并且對(duì)溫度和波長(zhǎng)具有大得多的容 限。校準(zhǔn)器也可帶有AR涂層或者帶有涂層以反射可見(jiàn)光，或成為接近布魯斯特角的角度以 提高偏振。對(duì)于顯示器應(yīng)用而言，較寬光譜對(duì)于減弱散斑可能是可取的。如果光譜比單個(gè) 裝置（諸如可見(jiàn)光激光器）可有效生成的光譜較寬，則可將具有VCSEL陣列的兩個(gè)或更多 個(gè)裝置一起使用，所述陣列可被設(shè)計(jì)為在稍微不同波長(zhǎng)下操作。
[0035] 圖4為示意圖，示出了根據(jù)本文所公開(kāi)原理使單個(gè)VCSEL410倍頻的一個(gè)實(shí)施 例400。圖4所示的架構(gòu)可用于使VCSEL元件的陣列倍頻。此外，VCSEL裝置410可生成 600nm-1300nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光。在該示例性架構(gòu)中，采用布魯斯特板440以提高由VCSEL 元件410產(chǎn)生的紅外光的偏振純度。布魯斯特板440可在兩側(cè)都被涂布以基本上最小化腔 體420中的紅外功率損失并且提供一種耦合輸出倍頻光的方法。布魯斯特板可包括切割 面，該面具有為布魯斯特角或接近布魯斯特角的角度。光離開(kāi)VCSEL元件或陣列410,其中 可通過(guò)布魯斯特板440清理偏振，并且隨后光可進(jìn)入倍頻材料430內(nèi)，該材料在圖4的圖示 實(shí)施例中示為KTP晶體。
[0036] 倍頻材料430的長(zhǎng)度可能需要加以權(quán)衡，因?yàn)椴牧显介L(zhǎng)，倍頻效率越好，但對(duì)角 度、溫度和波長(zhǎng)的容限越嚴(yán)格。塊狀倍頻器430的典型長(zhǎng)度可在1_和30_的大致范圍內(nèi)， 在圖示實(shí)施例中，當(dāng)示例性腔體為大約19_時(shí)，其長(zhǎng)度為示例性的5_。輸出耦合器450可 以對(duì)于未倍頻和倍頻波長(zhǎng)分別施加 HR和AR涂層460而再作為高反射率窗口。同樣，在可 供選擇的實(shí)施例中，這些涂層460可添加到遠(yuǎn)離VCSEL410的至少在所述倍頻材料430的外 側(cè)表面上以省去輸出f禹合器450。
[0037] 圖5為不意圖，不出了根據(jù)本文所公開(kāi)原理構(gòu)建的基于VCSEL的系統(tǒng)的架構(gòu)的一 個(gè)實(shí)施例500,并且其中可沿兩個(gè)方向從腔體中提取功率。另外，圖5示出了另一種架構(gòu)，其 中可沿兩個(gè)方向從腔體520中提取功率，這可使可見(jiàn)光輸出近乎倍頻，或增加大約80%。
[0038] 紅外VCSEL陣列510可通過(guò)紅外波長(zhǎng)中的HR反射鏡540或者折疊輸出耦合器或 涂布校準(zhǔn)器而被反射大約45度。可通過(guò)透鏡560將光束腰傳遞進(jìn)倍頻材料530內(nèi)。在倍 頻材料530之后，另一個(gè)透鏡570可使光再準(zhǔn)準(zhǔn)直并且基本上紅外和可見(jiàn)光兩者均可由反 射鏡550反射。光隨后可返回并且再次透過(guò)倍頻材料530,其可生成可通過(guò)反射鏡550離 開(kāi)腔體520的更多可見(jiàn)光，所述反射鏡在紅外波長(zhǎng)中可為HR并且對(duì)倍頻（可見(jiàn)）波長(zhǎng)帶有 AR涂層，如圖所示。
[0039] 圖6為示意圖，示出了根據(jù)本文所公開(kāi)原理構(gòu)建的基于VCSEL的系統(tǒng)的架構(gòu)的另 一個(gè)實(shí)施例600,并且其可包括腔體中的至少一個(gè)微透鏡陣列。具體地講，圖6示出了與圖 5類似的架構(gòu)，并且因而可包括VCSEL元件或陣列610,以及HR/AR輸出耦合器640和倍頻 材料630,兩者均在腔體620中。然而，在圖6所示的實(shí)施例中，可采用微透鏡陣列660a、 660b (總稱為660)代替會(huì)聚透鏡（如圖5所示）。粗略地說(shuō)，每個(gè)紅外光束可通過(guò)預(yù)先選 定的會(huì)聚微透鏡660a，并且隨后透過(guò)倍頻材料630和另一個(gè)微透鏡陣列660b，然后紅外和 倍頻波長(zhǎng)兩者均可由HR反射鏡650基本上反射回。優(yōu)化非線性晶體中的光束直徑和分散 度的腔內(nèi)透鏡（例如，如圖5和6所示）的使用，還可優(yōu)化根據(jù)本文所公開(kāi)原理構(gòu)建的架構(gòu) 的二次諧波生成轉(zhuǎn)換效率。光可再次通過(guò)折疊輸出耦合器640被提取，所述輸出耦合器同 樣對(duì)于紅外波長(zhǎng)為HR并且對(duì)于倍頻波長(zhǎng)有AR涂層，如上所述。
[0040] 另外，相對(duì)于圖5和6,可將HR反射鏡（550、650)置于倍頻材料（530、630)的外側(cè) 表面上。更具體地講，透鏡（560、660)(可以為大透鏡或微透鏡陣列）的焦面可位于倍頻材 料（530、630)的外側(cè)表面附近或位于該外側(cè)表面，并且該表面處的反射鏡可基本上將可見(jiàn) 和紅外光反射回來(lái)并透過(guò)倍頻材料（530、630)、透鏡（560、660 &)和輸出耦合器（540、640)。 這樣可折疊腔體（520、620)而不使用另外的元件。
[0041] 圖7為示意圖，示出了一個(gè)實(shí)施例700,該實(shí)施例采用基于VCSEL的系統(tǒng)中的4F 系統(tǒng)內(nèi)腔。圖7示出了使用包括VCSEL陣列710的4F(2F1、2F2)系統(tǒng)，并且其中兩個(gè)透鏡 (715、725)的像平面和物平面由大約4個(gè)焦距分開(kāi)以將光束腰（位置標(biāo)記為735)成像到倍 頻材料（例如，KTP) 730內(nèi)。可使用另一個(gè)4F系統(tǒng)和輸出耦合器750 (對(duì)紅外波長(zhǎng)為HR并 且對(duì)可見(jiàn)波長(zhǎng)為AR)使光束基本上準(zhǔn)直并且產(chǎn)生回射。任選的校準(zhǔn)器760可減小VCSEL陣 列710的波長(zhǎng)范圍以提高倍頻效率。在圖示實(shí)施例中，L0為VCSEL元件至輸出光束焦點(diǎn)的 距離。L0可為正數(shù)或負(fù)數(shù)，如在具有虛擬焦點(diǎn)的發(fā)散光束的情況下一樣。
[0042] 圖8為示意圖800,示出了基于VCSEL的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，其具有與圖7所示實(shí) 施例類似的4F系統(tǒng)，并且采用輸出耦合器折疊4F系統(tǒng)。如圖8的系統(tǒng)所示，第一 4F系統(tǒng) 可將光束腰（位置標(biāo)記為835)成像至倍頻材料830的另一側(cè)，并且可將輸出耦合850或如 上所述的倍頻材料830上的等同涂層置于該位置。腔體820也可用輸出耦合器840 (如，布 魯斯特板840)折疊在第一透鏡815和VCSEL陣列810之間，如圖5和6所示。當(dāng)前輸出耦 合器850可用針對(duì)紅外和可見(jiàn)波長(zhǎng)兩者的HR反射鏡替換，如上述所公開(kāi)的實(shí)施例中所述， 并且用折疊的輸出耦合器840提取可見(jiàn)光，這可由于紅外光束在被從腔體820中提取之前 兩次通過(guò)倍頻器830而導(dǎo)致提取更多可見(jiàn)功率。
[0043] 對(duì)于脈沖操作而言，可將可飽和吸收器、聲光調(diào)制器、電光調(diào)制器等等置于腔體 820中以引起脈沖或使脈沖同步至系統(tǒng)中的另一個(gè)元件。在其中可采用這些元件中的任何 一者的系統(tǒng)中，元件可包括在腔體820中的準(zhǔn)準(zhǔn)直空間內(nèi)。脈沖誘導(dǎo)元件的可能位置可示 為圖8中的KTP倍頻材料830右側(cè)的元件870。作為另外一種選擇，VCSEL陣列810可受到 脈沖作用以在脈沖模式下操作激光器。
[0044] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，也可使用本文所公開(kāi)和所述的各種架構(gòu)和腔體元件 的組合。
[0045] 應(yīng)該指出的是，本發(fā)明的實(shí)施例可用于多種光學(xué)系統(tǒng)和投影系統(tǒng)中。示例性實(shí)施 例可包括或工作于各種投影儀、投影系統(tǒng)、光學(xué)組件、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、處理器、獨(dú)立成套的投影 儀系統(tǒng)、視覺(jué)和/或視聽(tīng)系統(tǒng)以及電和/或光學(xué)裝置。實(shí)際上，本發(fā)明的方面可以跟與光學(xué) 和電裝置、光學(xué)系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、呈現(xiàn)系統(tǒng)有關(guān)的任何設(shè)備，或者可包括任何類型的光學(xué)系 統(tǒng)的任何設(shè)備一起使用。因此，本發(fā)明的實(shí)施例可用于光學(xué)系統(tǒng)、視覺(jué)和/或光學(xué)呈現(xiàn)中使 用的裝置、視覺(jué)外圍設(shè)備等，并且可用于包括互聯(lián)網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等在內(nèi)的多種 計(jì)算環(huán)境。
[0046] 在進(jìn)入本文所詳細(xì)公開(kāi)的實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的圖示實(shí)施例在應(yīng)用 或建立中并不限于所示的具體配置細(xì)節(jié)，因?yàn)檫@些實(shí)施例能夠采用其他配置。此外，可以不 同的組合和配置來(lái)闡述實(shí)施例的各個(gè)方面，以限定實(shí)施例在其自身能力上的獨(dú)特性。另外， 本文使用的術(shù)語(yǔ)是為了說(shuō)明的目的，而非限制。
[0047] 如本文可能所用，術(shù)語(yǔ)"基本上"和"大約"為其相應(yīng)的術(shù)語(yǔ)和/或術(shù)語(yǔ)之間的相 關(guān)性提供了行業(yè)可接受的容差。此類行業(yè)可接受的容差在小于1%至10%的范圍內(nèi)，并且 對(duì)應(yīng)于但不限于元件值、角度等等。各項(xiàng)之間的此類相關(guān)性在小于1%至10%的范圍內(nèi)。 [0048] 雖然上文描述了根據(jù)本文所公開(kāi)的原理的多個(gè)實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解，它們僅以舉 例的方式示出，而并非限制。因此，本發(fā)明的廣度和范圍不應(yīng)受到任何上述示例性實(shí)施例的 限制，而應(yīng)該僅根據(jù)產(chǎn)生于本發(fā)明的任何權(quán)利要求及其等同物來(lái)限定。另外，所描述的實(shí)施 例中提供了上述優(yōu)點(diǎn)和特征，但不應(yīng)將此類公開(kāi)的權(quán)利要求的應(yīng)用限于實(shí)現(xiàn)任何或全部上 述優(yōu)點(diǎn)的方法和結(jié)構(gòu)。
[0049] 另外，本文的章節(jié)標(biāo)題是為了符合37CFR1. 77下的建議或者提供組織線索。這些 標(biāo)題不應(yīng)限制或表征可產(chǎn)生于本發(fā)明的任何權(quán)利要求中所陳述的發(fā)明。具體地和以舉例的 方式，雖然標(biāo)題是指"【技術(shù)領(lǐng)域】"，但權(quán)利要求不應(yīng)受到在該標(biāo)題下選擇用于描述所謂的領(lǐng) 域的語(yǔ)言的限制。此外，"【背景技術(shù)】"中對(duì)技術(shù)的描述不應(yīng)被理解為承認(rèn)某些技術(shù)對(duì)本發(fā)明 中的任何實(shí)施例而言是現(xiàn)有技術(shù)。"
【發(fā)明內(nèi)容】
"也并非要被視為公開(kāi)的權(quán)利要求中所述的實(shí) 施例的表征。另外，該公開(kāi)中對(duì)單數(shù)形式的"發(fā)明"的任何引用不應(yīng)被用于辯稱在該公開(kāi)中 僅有一個(gè)新穎點(diǎn)?？梢愿鶕?jù)產(chǎn)生于本發(fā)明的多項(xiàng)權(quán)利要求來(lái)提出多個(gè)實(shí)施例，并且此類權(quán) 利要求因此限定由其保護(hù)的實(shí)施例和它們的等同物。在所有情況下，應(yīng)根據(jù)本公開(kāi)基于權(quán) 利要求書(shū)本身來(lái)考慮其范圍，而不應(yīng)受本文給出的標(biāo)題的約束。
【權(quán)利要求】
1. 一種垂直腔面發(fā)射激光器系統(tǒng)的架構(gòu)，所述架構(gòu)包括： 至少一個(gè)垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL)元件； 倍頻材料，所述倍頻材料位于與所述VCSEL元件相鄰的腔體中并且被構(gòu)造成接收從所 述VCSEL元件發(fā)出的光，并且使所接收光的頻率基本上倍頻；以及 輸出f禹合器，所述輸出f禹合器被構(gòu)造成輸出來(lái)自所述腔體的倍頻光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的架構(gòu)，其中從所述VCSEL元件發(fā)出的所述光包括紅外光，并且 所述倍頻光包括選自由紅光、綠光、藍(lán)光或紫外光組成的組的可見(jiàn)光。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的架構(gòu)，其中所述至少一個(gè)VCSEL元件包括VCSEL元件的二維 陣列。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的架構(gòu)，還包括位于與所述至少一個(gè)VCSEL元件相對(duì)的所述腔 體一端的反射鏡，所述反射鏡對(duì)紅外光譜中的非可見(jiàn)光具有高反射性并且對(duì)可見(jiàn)光譜中的 光具有抗反射性。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的架構(gòu)，還包括在與所述至少一個(gè)VCSEL元件相對(duì)的所述倍頻 材料一端上的涂層，所述涂層對(duì)所述紅外光譜中的非可見(jiàn)光具有高反射性并且對(duì)所述可見(jiàn) 光譜中的光具有抗反射性。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的架構(gòu)，還包括具有角度大約接近布魯斯特角的切割表面，所 述切割表面位于所述至少一個(gè)VCSEL元件和所述倍頻材料之間，并且被構(gòu)造成提高由所述 至少一個(gè)VCSEL元件產(chǎn)生的所述光的偏振純度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的架構(gòu)，其中具有角度大約接近所述布魯斯特角的所述切割表 面包括位于所述至少一個(gè)VCSEL元件和所述倍頻材料之間的布魯斯特板，其中所述布魯斯 特板包括涂層，所述涂層對(duì)所述紅外光譜中的非可見(jiàn)光具有高反射性并且對(duì)所述可見(jiàn)光譜 中的光具有抗反射性。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的架構(gòu)，其中具有角度大約接近所述布魯斯特角的所述切割表 面被設(shè)置在所述倍頻材料上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的架構(gòu)，其中所述輸出耦合器包括位于與所述至少一個(gè)VCSEL 元件相鄰的所述腔體一端的傾斜反射鏡，所述傾斜反射鏡對(duì)所述紅外光譜中的非可見(jiàn)光具 有高反射性并且對(duì)所述可見(jiàn)光譜中的光具有抗反射性，并且其中從所述至少一個(gè)VCSEL元 件發(fā)出的非可見(jiàn)光被所述傾斜反射鏡反射到所述倍頻材料內(nèi)，而離開(kāi)所述倍頻材料的可見(jiàn) 光透過(guò)所述反射鏡到達(dá)所述腔體外。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的架構(gòu)，還包括位于與所述輸出耦合器和所述至少一個(gè)VCSEL 元件相對(duì)的所述腔體一端的第二反射鏡，所述第二反射鏡對(duì)非可見(jiàn)光和可見(jiàn)光均具有高反 射性，使得從所述倍頻材料接收的所述光被反射回到所述倍頻材料內(nèi)并且朝向所述輸出耦 合器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的架構(gòu)，還包括位于所述輸出耦合器和所述第二反射鏡之間 的所述倍頻材料相對(duì)兩端的會(huì)聚透鏡。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的架構(gòu)，還包括位于所述輸出耦合器和所述第二反射鏡之間 的所述倍頻材料相對(duì)兩端的微透鏡陣列。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的架構(gòu)，其中所述至少一個(gè)VCSEL元件可在連續(xù)波或脈沖模式 的任一者中操作。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的架構(gòu)，其中所述倍頻材料通過(guò)非線性轉(zhuǎn)換過(guò)程使所述光的 所述頻率倍頻，所述轉(zhuǎn)換過(guò)程例如是倍頻或二次諧波生成。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的架構(gòu)，其中使用聚焦透鏡、一個(gè)或更多個(gè)微透鏡陣列或它們 的組合將所述倍頻光耦合至多模光纖內(nèi)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的架構(gòu)，還包括位于所述腔體內(nèi)并且鄰近所述至少一個(gè)VCSEL 元件的4F透鏡系統(tǒng)，所述4F系統(tǒng)包括兩個(gè)透鏡，其中像平面和物平面由4個(gè)焦距分離并且 被構(gòu)造成將從所述至少一個(gè)VCSEL元件發(fā)出的光的光束腰成像到所述倍頻材料內(nèi)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的架構(gòu)，還包括位于所述腔體內(nèi)并且鄰近所述輸出耦合器的 第二4F系統(tǒng)，所述第二4F系統(tǒng)被構(gòu)造成使來(lái)自所述倍頻材料的所述倍頻光基本上準(zhǔn)直。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的架構(gòu)，還包括所述至少一個(gè)VCSEL元件和所述4F系統(tǒng)之間 的校準(zhǔn)器，所述校準(zhǔn)器被構(gòu)造成減小從所述至少一個(gè)VCSEL元件發(fā)出的光的波長(zhǎng)范圍。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的架構(gòu)，其中所述倍頻材料包括選自由硼酸鋇、磷酸二氫鉀、 磷酸氧鈦鉀、鈮酸鋰、三硼酸鋰和鈮酸鉀組成的組的晶體。
20. -種垂直腔面發(fā)射激光器系統(tǒng)的架構(gòu)，所述架構(gòu)包括： 至少一個(gè)垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL)元件，所述垂直腔面發(fā)射激光器元件被構(gòu)造成 發(fā)出紅外光； 腔體，所述腔體被限定在所述至少一個(gè)VCSEL元件和對(duì)紅外光具有高反射性的反射鏡 之間；以及 倍頻材料，所述倍頻材料位于所述腔體中并且被構(gòu)造成接收從所述VCSEL元件發(fā)出的 紅外光，并且使所接收紅外光的頻率基本上倍頻以輸出可見(jiàn)光。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的架構(gòu)，還包括輸出耦合器，所述輸出耦合器被構(gòu)造成接收 來(lái)自所述腔體的可見(jiàn)光以用于顯示器照明。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的架構(gòu)，其中所述反射鏡對(duì)所述紅外光譜中的非可見(jiàn)光具有 高反射性并且對(duì)所述可見(jiàn)光譜中的光具有抗反射性，并且其中所述輸出耦合器與所述腔體 外部的所述反射鏡相鄰。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的架構(gòu)，其中所述輸出耦合器包括位于與所述至少一個(gè) VCSEL元件相鄰的所述腔體一端的第二傾斜反射鏡，其中所述第二傾斜反射鏡對(duì)所述紅外 光譜中的非可見(jiàn)光具有高反射性并且對(duì)所述可見(jiàn)光譜中的光具有抗反射性，并且其中從所 述至少一個(gè)VCSEL元件發(fā)出的非可見(jiàn)光被傾斜反射鏡反射到所述倍頻材料內(nèi)，而離開(kāi)所述 倍頻材料的可見(jiàn)光透過(guò)所述傾斜反射鏡到達(dá)所述腔體外。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的架構(gòu)，其中所述第一反射鏡對(duì)非可見(jiàn)光和可見(jiàn)光均具有高 反射性，使得從所述倍頻材料接收的光被反射回到所述倍頻材料內(nèi)并且朝向所述第二傾斜 反射鏡。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的架構(gòu)，還包括位于所述第一反射鏡和所述第二傾斜反射鏡 之間的所述倍頻材料相對(duì)兩端的會(huì)聚透鏡。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的架構(gòu)，還包括位于所述第一反射鏡和所述第二傾斜反射鏡 之間的所述倍頻材料相對(duì)兩端的微透鏡陣列。
27. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的架構(gòu)，還包括具有角度大約接近布魯斯特角的切割表面， 所述切割表面位于所述至少一個(gè)VCSEL元件和所述倍頻材料之間，并且被構(gòu)造成提高由所 述至少一個(gè)VCSEL元件產(chǎn)生的所述光的偏振純度。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的架構(gòu)，其中具有角度大約接近所述布魯斯特角的所述切割 表面包括位于所述至少一個(gè)VCSEL元件和所述倍頻材料之間的布魯斯特板，其中所述布魯 斯特板包括涂層，所述涂層對(duì)所述紅外光譜中的非可見(jiàn)光具有高反射性并且對(duì)所述可見(jiàn)光 譜中的光具有抗反射性。
29. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的架構(gòu)，其中具有角度大約接近所述布魯斯特角的所述切割 表面被設(shè)置在所述倍頻材料上。
30. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的架構(gòu)，其中所述VCSEL元件可在連續(xù)波或脈沖模式的任一 者中操作。
31. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的架構(gòu)，其中所述倍頻材料通過(guò)非線性轉(zhuǎn)換過(guò)程使所述光的 頻率倍頻，所述轉(zhuǎn)換過(guò)程例如是倍頻或二次諧波生成。
32. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的架構(gòu)，其中使用聚焦透鏡、一個(gè)或更多個(gè)微透鏡陣列或它 們的組合將所述倍頻光耦合至多模光纖內(nèi)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的架構(gòu)，其中所述倍頻材料包括選自由硼酸鋇、磷酸二氫鉀、 磷酸氧鈦鉀、鈮酸鋰、三硼酸鋰和鈮酸鉀組成的組的晶體。
34. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的架構(gòu)，其中所述至少一個(gè)VCSEL元件包括VCSEL元件的二 維陣列。
35. -種垂直腔面發(fā)射激光器系統(tǒng)的架構(gòu)，所述架構(gòu)包括： 至少一個(gè)垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL)元件，所述垂直腔面發(fā)射激光器元件被構(gòu)造成 發(fā)出紅外光； 倍頻材料，所述倍頻材料位于與所述VCSEL元件相鄰的腔體中并且被構(gòu)造成接收從所 述至少一個(gè)VCSEL元件發(fā)出的紅外光，并且使所接收紅外光的頻率基本上倍頻以輸出可見(jiàn) 光； 在與所述至少一個(gè)VCSEL元件相對(duì)的所述倍頻材料的一端上的涂層，所述涂層對(duì)紅外 光具有商反射性；以及 輸出耦合器，所述輸出耦合器被構(gòu)造成接收來(lái)自所述倍頻材料的所述倍頻光。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的架構(gòu)，其中所述輸出耦合器限定與所述至少一個(gè)VCSEL元 件相對(duì)的所述腔體的一端，并且其中所述涂層對(duì)紅外光具有高反射性并且對(duì)可見(jiàn)光具有抗 反射性。
37. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的架構(gòu)，還包括具有角度大約接近布魯斯特角的切割表面， 所述切割表面位于所述至少一個(gè)VCSEL元件和所述倍頻材料之間，并且被構(gòu)造成提高由所 述至少一個(gè)VCSEL元件產(chǎn)生的所述光的偏振純度。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的架構(gòu)，其中具有角度大約接近所述布魯斯特角的所述切割 表面包括位于所述至少一個(gè)VCSEL元件和所述倍頻材料之間的布魯斯特板，其中所述布魯 斯特板包括涂層，所述涂層對(duì)紅外光譜中的非可見(jiàn)光具有高反射性并且對(duì)可見(jiàn)光譜中的光 具有抗反射性。
39. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的架構(gòu)，其中具有角度大約接近所述布魯斯特角的所述切割 表面被設(shè)置在所述倍頻材料上。
40. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的架構(gòu)，其中所述涂層對(duì)紅外光和可見(jiàn)光均具有高反射性， 并且其中所述輸出耦合器包括位于與所述至少一個(gè)VCSEL元件相鄰的所述腔體一端的傾 斜反射鏡，所述傾斜反射鏡對(duì)所述紅外光譜中的非可見(jiàn)光具有高反射性并且對(duì)所述可見(jiàn)光 譜中的光具有抗反射性，并且其中從所述至少一個(gè)VCSEL元件發(fā)出的非可見(jiàn)光被所述傾斜 反射鏡反射到所述倍頻材料內(nèi)，而離開(kāi)所述倍頻材料的可見(jiàn)光透過(guò)所述反射鏡到達(dá)所述腔 體外。
41. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的架構(gòu)，其中所述至少一個(gè)VCSEL元件可在連續(xù)波或脈沖模 式的任一者中操作。
42. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的架構(gòu)，其中所述倍頻材料通過(guò)非線性轉(zhuǎn)換過(guò)程使所述光的 所述頻率倍頻，所述轉(zhuǎn)換過(guò)程例如是倍頻或二次諧波生成。
43. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的架構(gòu)，其中所述倍頻材料包括選自由硼酸鋇、磷酸二氫鉀、 磷酸氧鈦鉀、鈮酸鋰、三硼酸鋰和鈮酸鉀組成的組的晶體。
44. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的架構(gòu)，其中所述至少一個(gè)VCSEL元件包括VCSEL元件的二 維陣列。
【文檔編號(hào)】H01S5/183GK104115349SQ201380009037
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2013年2月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月13日
【發(fā)明者】R·范利文, B·徐, Y·熊, J-F·瑟蘭, C·戈什 申請(qǐng)人:瑞爾D股份有限公司