CN101656394A - 减少散斑的激光器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种减少散斑的激光器，涉及激光器，以解决现有技术中由于激光光源高度相干性，造成屏幕上产生激光散斑的问题。本发明提供的技术方案包括：泵浦装置，激光增益介质，变周期极化倍频晶体，输入输出耦合镜；所述泵浦装置用于产生光的受激辐射所需的能量，所述激光增益介质根据泵浦装置产生的能量产生受激辐射以获得基频光，所述变周期极化倍频晶体包括两个以上周期大小不同的周期，用于获得倍频光，并增大所述倍频光线宽，所述输入输出耦合镜置于所述激光增益介质和所述变周期极化倍频晶体两端，和所述激光增益介质、变周期极化倍频晶体一起形成光学谐振腔，用于输出倍频光。本发明可用在激光显示及其他减少激光散斑技术领域中。

Description

减少散斑的激光器

技术领域

本发明涉及一种激光器，尤其涉及一种减少散斑的激光器。

背景技术

激光显示技术具有大色域、低能耗等特点，被认为是下一代主流显示技术。激光器在工作时，首先由泵浦装置产生光的受激辐射所需要的能量，经过激光增益介质获得基频光，所述基频光经过倍频晶体，转化为倍频光，通过输出耦合镜输出。例如，采用808nm的泵浦激光二极管和聚光透镜作为泵浦装置，采用掺钕钒酸钇Nb:YVO或掺钕钇铝石榴石Nb:YAG激光晶体作为激光增益介质，首先由808nm的泵浦激光二极管产生激光，由聚光透镜聚焦此激光到所述激光晶体内，可产生波长为1064nm的红外激光，再经过磷酸氧钛钾KTP倍频晶体可产生波长为532nm的绿光激光，其它基色的激光可以采用其它的块状倍频晶体或者周期性极化倍频晶体得到。其中，在激光晶体和倍频晶体的外侧分别放置输入耦合镜和输出耦合镜，形成光学谐振腔。

现有技术中存在如下问题：由于激光光源相干性高，使得在采用激光显示技术显示画面时，显示屏幕上会产生较大的激光散斑，降低画面质量。

为了解决上述问题，人们采用了不同的装置和方法。例如，2008年3月19日公开的公开号为CN101144876、名称为“一种用于激光显示的激光匀化耦合装置”，和2006年4月5日公开的公开号为CN1755512、名称为“激光显示装置”的中国专利发明申请公布说明书中都公开了一种消除散斑的激光装置，这两种装置都采用了较贵的光纤部件，影响产品的推广。

2008年11月5日公开的公开号为CN101299511、名称为“一种扩展激光器输出线宽的方法”的专利文件中公开了一种抑制散斑的方法，该方法抑制散斑的效果不明显。

发明内容

本发明的实施例提供一种减少散斑的激光器，能够增大激光光源的线宽，减少激光散斑。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种减少散斑的激光器，包括：

泵浦装置，激光增益介质，变周期极化倍频晶体，以及输入输出耦合镜；所述泵浦装置用于产生光的受激辐射所需要的能量，所述激光增益介质用于根据泵浦装置产生的能量产生受激辐射以获得基频光，所述变周期极化倍频晶体包括两个以上周期大小不同的周期，用于获得倍频光，并且增大所述倍频光的线宽，所述输入输出耦合镜置于所述激光增益介质和所述变周期极化倍频晶体的两端，和所述激光增益介质、所述变周期极化倍频晶体一起形成光学谐振腔，用于输出所述倍频光。

进一步地，所述泵浦装置包括泵浦源和光学耦合部件。

进一步地，所述泵浦源包括半导体激光泵浦源，或者气体灯管泵浦源。

进一步地，所述变周期极化倍频晶体为变占空比的变周期极化倍频晶体。

进一步地，所述变占空比的变周期极化倍频晶体包括块状倍频晶体或者具有波导形状的倍频晶体。

进一步地，所述变占空比的变周期极化倍频晶体的占空比变化分布根据已知的变迹滤波器的设计原理确定。

进一步地，所述输入输出耦合镜包括输入反射镜和输出反射镜，或者输入介质膜和输出反射镜，或者输入反射镜和输出介质膜，或者输入介质膜和输出介质膜。

进一步地，所述变周期极化倍频晶体具体用于：当所述基频光包括两个频率大小相同的基频光时，用于加倍所述基频光的频率；当所述基频光包括两个频率大小不同的基频光时，用于叠加所述基频光的频率。

进一步地，所述光学谐振腔包括直形腔、L形腔、Z形腔或环形腔。

本发明实施例提供的减少散斑的激光器，由于采用了变周期极化倍频晶体，使得激光光源的线宽增大，解决了现有技术中由于激光光源的高度相干性，造成显示屏幕上产生较大的激光散斑，降低画面质量的问题。本发明的实施例提供的减少散斑的激光器，能够增大激光光源的线宽，减少激光散斑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的激光器结构示意图；

图2为本发明另一个实施例提供的激光器结构示意图；

图3为本发明提供的实施例中增大倍频光线宽的效果图。

具体实施方式

为了解决现有技术中由于激光光源的高度相干性，造成显示屏幕上产生较大的激光散斑，降低画面质量的问题，本发明实施例提供一种减少散斑的激光器。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1所示，本发明实施例提供的减少散斑的激光器，包括：

泵浦装置1和2，用于产生光的受激辐射所需要的能量。在本实施例中，泵浦装置中具体包括泵浦源1和光学耦合部件2，泵浦源1产生发散泵浦光，由光学耦合部件2聚集所述泵浦光，作为激光增益介质的输入光源。所述泵浦源包括半导体激光泵浦源，或者气体灯管泵浦源。本实施例中优选地采用输出光波长为808纳米的激光二极管作为泵浦源，由所述波长为808纳米的激光二极管产生泵浦光，为了使该泵浦光能够充分地输入激光增益介质4中，在激光增益介质4和泵浦源之间放置光学耦合部件2，优选地，所述光学耦合部件2采用常见的透镜组合。

激光增益介质4，用于根据泵浦装置1和2产生的能量产生受激辐射，获得基频光；在本实施例中，用Nb:YVO或Nb:YAG激光晶体作为激光增益介质。例如，由所述透镜组合聚焦所述泵浦光，输入到Nb:YVO或Nb:YAG激光晶体中，使Nb:YVO或Nb:YAG激光晶体产生受激辐射，输出激光作为基频光。

变周期极化倍频晶体5，包括两个以上周期大小不同的周期，用于获得倍频光，并且增大所述倍频光的线宽。在本实施例中，由激光增益介质输出激光，作为输入变周期极化倍频晶体的基频光，所述基频光在所述变周期极化倍频晶体5中受到非线性效应作用，实现准相位匹配，产生倍频光；所述变周期极化倍频晶体是采用变周期极化技术极化的非线性光学晶体，所述倍频光波长由所述变周期极化倍频晶体内的极化周期决定，所述倍频光的线宽由所述变周期极化倍频晶体内的极化周期变化范围决定，所述极化周期在所述变周期极化倍频晶体内的分布根据已知的变迹滤波器的设计原理确定。优选地，所述极化周期在所述变周期极化倍频晶体内符合线性分布。例如，先根据基频光转化为倍频光的转化率确定所述变周期极化倍频晶体的长度，再根据已知的线性分布规律获得所述极化周期的个数，假设有3个极化周期T1、T2、T3，如图1所示，所述极化周期的个数增加，可以使通过所述变周期极化倍频晶体的倍频光线宽增加，从而减小激光光源的相干性。

变周期极化倍频晶体内的极化周期与输出倍频光线宽之间的具体关系如下：假设变周期极化倍频晶体内只有一个极化周期Λ，当输入到所述变周期极化倍频晶体的两束基频光的波长分别为λ₁和λ₂时，从变周期极化晶体输出的倍频光的波长λ₃与基频光的波长λ₁和λ₂之间满足如下等式：

$\frac{n_3}{{\mathrm{\λ}}_3}=\frac{n_1}{{\mathrm{\λ}}_1}+\frac{n_2}{{\mathrm{\λ}}_2}+\frac{1}{\mathrm{\Λ}}$ (式子1)

当两束基频光的波长相同，并且均为λ₁时，上述式子1可以改写为：

$\frac{n_3}{{\mathrm{\λ}}_3}=\frac{2n_1}{{\mathrm{\λ}}_1}+\frac{1}{\mathrm{\Λ}}$ (式子2)

其中n₁是波长为λ₁的激光在变周期极化倍频晶体内的折射率，n₂是波长为λ₂的光在变周期极化倍频晶体内的折射率，n₃是波长为λ₃的光在变周期极化倍频晶体内的折射率，并且，由于折射率是波长的函数，在给定变周期性极化倍频晶体的材料以及一个极化周期Λ后，根据式子1可以唯一的确定输出倍频光的波长。当变周期极化倍频晶体内有多个极化周期时，可以确定多个输出倍频光的波长，并且，利用准相位匹配技术，倍频后的激光波长不必是基频光波长的二分之一，这样可以有效地扩展倍频光的线宽。

所述变周期极化倍频晶体具体可以用于倍频及和频。所述倍频是指，当输入所述变周期极化倍频晶体的两束基频光频率大小相同，输出所述倍频光的频率大小是所述基频光频率大小的两倍；所述和频是指，当输入所述变周期极化倍频晶体的两束基频光频率大小不同时，输出所述倍频光的频率大小是所述两束基频光频率大小之和。

进一步地，如图2所示，所述变周期极化倍频晶体为变占空比的变周期极化倍频晶体5。在本实施例中，在变周期极化倍频晶体的基础上，进一步改变所述极化周期的占空比，所述占空比的变化分布根据已知的变迹滤波器原理确定，优选地，所述占空比的变化分布符合超高斯分布。在图1中，所述极化周期T1、T2、T3的占空比均为50％，在图2中，所述极化周期T1的占空比变为50％，所述极化周期T2的占空比变为30％，所述极化周期T3的占空比变为10％。在实际应用中，所述极化周期的个数有上千个，每个周期的占空比可以相同，也可以不同，例如，前100个极化周期的占空比为50％，后续100个极化周期的占空比为30％，其它占空比分布情况依此类推，总体符合预先设置的分布规律。在本实施例中，通过改变所述极化周期的占空比来改变所述变周期极化倍频晶体的光耦合系数，所述光耦合系数决定所述倍频光相对于所述基频光的频率响应。如图3所示，波形8是现有技术中激光光源的倍频光谱，波形9是波形8经过变占空比的变周期极化倍频晶体后获得的激光光源的倍频光谱。从图3中可以看到，采用变占空比的变周期极化倍频晶体能够增大倍频光的线宽，并使各频率的光的强度平均分布。所述变占空比的变周期极化倍频晶体能够产生稳定的多模输出。

进一步地，所述变占空比的变周期极化倍频晶体包括块状倍频晶体或者具有波导形状的倍频晶体。

输入输出耦合镜3和6，置于所述激光增益介质4和所述变周期极化倍频晶体5的两端，和所述激光增益介质4、所述变周期极化倍频晶体5一起形成光学谐振腔，用于输出所述倍频光，获得激光光源。为了防止激光增益介质产生的部分基频光从光学谐振腔中输出，导致对后续的光源输出光性能造成过大影响，在实际中限制光学谐振腔的两个输入输出耦合镜在本实施例中可以设计成对基频光全反或高反，这样不仅能够减少基频光的外漏，还可以使基频光在光学谐振腔内充分振荡，提高整个光源的倍频光的输出强度。

所述光学谐振腔为直形腔，或者L形腔，或者Z形腔，或者环形腔；例如采用L形腔的激光器的光路不再是一条直线，并且在激光增益介质和变周期极化倍频晶体之间增加了一个改变光路方向的反射镜，相对于直形腔，L形腔和其它形式的光学谐振腔便于激光增益介质的光束大小和变周期极化倍频晶体的光束大小的分别优化。所述输入输出耦合镜是输入反射镜和输出反射镜，或者输入介质膜和输出反射镜，或者输入反射镜和输出介质膜，或者输入介质膜和输出介质膜；在本实施例中，所述输入介质膜3镀在所述激光增益介质外表面，如图1或者图2所示，所述输出反射镜6置于所述变周期极化倍频晶体的外侧。

本发明实施例提供的减少散斑的激光器，由于采用了变周期极化倍频晶体，使得激光光源的线宽增大，解决了现有技术中由于激光光源的高度相干性，造成显示屏幕上产生较大的激光散斑，降低画面质量的问题。本发明的实施例提供的减少散斑的激光器，能够增大激光光源的线宽，减少激光散斑。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1、一种减少散斑的激光器，其特征在于，包括：泵浦装置，激光增益介质，变周期极化倍频晶体，以及输入输出耦合镜；所述泵浦装置用于产生光的受激辐射所需要的能量，所述激光增益介质用于根据泵浦装置产生的能量产生受激辐射以获得基频光，所述变周期极化倍频晶体包括两个以上周期大小不同的周期，用于获得倍频光，并且增大所述倍频光的线宽，所述输入输出耦合镜置于所述激光增益介质和所述变周期极化倍频晶体的两端，和所述激光增益介质、所述变周期极化倍频晶体一起形成光学谐振腔，用于输出所述倍频光。

2、根据权利要求1所述的减少散斑的激光器，其特征在于，所述泵浦装置包括泵浦源和光学耦合部件。

3、根据权利要求2所述的减少散斑的激光器，其特征在于，所述泵浦源包括半导体激光泵浦源，或者气体灯管泵浦源。

4、根据权利要求1所述的减少散斑的激光器，其特征在于，所述变周期极化倍频晶体为变占空比的变周期极化倍频晶体。

5、根据权利要求4所述的减少散斑的激光器，其特征在于，所述变占空比的变周期极化倍频晶体包括块状倍频晶体或者具有波导形状的倍频晶体。

6、根据权利要求4所述的减少散斑的激光器，其特征在于，所述变占空比的变周期极化倍频晶体的占空比变化分布根据已知的变迹滤波器的设计原理确定。

7、根据权利要求1所述的减少散斑的激光器，其特征在于，所述变周期极化倍频晶体的周期变化分布根据已知的变迹滤波器的设计原理确定。

8、根据权利要求1所述的减少散斑的激光器，其特征在于，所述输入输出耦合镜包括输入反射镜和输出反射镜，或者输入介质膜和输出反射镜，或者输入反射镜和输出介质膜，或者输入介质膜和输出介质膜。

9、根据权利要求1所述的减少散斑的激光器，其特征在于，所述变周期极化倍频晶体具体用于，包括：

当所述基频光包括两个频率大小相同的基频光时，用于加倍所述基频光的频率；

当所述基频光包括两个频率大小不同的基频光时，用于叠加所述基频光的频率。

10、根据权利要求1所述的减少散斑的激光器，其特征在于，所述光学谐振腔包括直形腔、L形腔、Z形腔或环形腔。