[发明专利]调制半导体激光器的系统和方法

说明书

相关申请

本申请是由HU等人于2004年12月3日提出并转让给康宁股份有限公司 (Corning，Inc.)的美国系列号为11/002,978的部分继续申请。

发明背景

技术领域

本发明总体上涉及半导体激光器的调制，更具体地涉及到调制分布式反馈 (DFB)或分布式布拉格反射器(DBR)半导体激光器的系统和方法，该系统和方法不 会产生不利的、热导致的波长偏移。

背景技术

激光器在显示器技术(例如计算机屏幕和电视机等)中具有独特的用途。在这些 显示器中，由激光器产生三基色(红、蓝和绿)，这些基色以各种组合混合从而提供 彩色图像。各激光器的输出束可以光栅扫描的形式穿过屏幕或可固定和用于照亮形 成图像的像素(例如，包含图像的空间光调制器或活动图像胶片)。激光器所提供具 有优异亮度特征的波束的能力可使得投射器比采用白炽灯的投射器更为有效且运 行更佳。

半导体激光器，例如DBR和DFB激光器在基于激光器的显示器中尤为有用，这 是因为它们的输出束能有效地转化为有用的基色波长。例如，可将调谐至(tuned to) 二次谐波发生(SHG)设备(例如非线性结晶)的波谱中心的1060nmDBR或DFB半导 体激光器，用于产生530nm的波束。由此提供了低成本、致密且有效的非线性绿光 光源。

通常，在涉及影像显示器的技术中，需将用于产生基色强度的光功率调制到约 500MHz的基频且具有约40dB的消光比(即最高光功率与最低光功率的比值)。已证 实在现有技术中，要实现这样的高调制速度和大消光比的组合，在实践中和经济上 都是很有难度的。

现有技术中在半导体激光器和二次谐波发生器的组合物中获得快速调制和大 消光比的一种技术是对半导体激光器输出束的波长进行快速调制。该调制技术利用 了如下事实：非线性SHG设备通常能将非常窄的范围内的入射激光波长转化为较长 波长的光。在操作中，半导体激光器波束的波长快速扫描通过非线性SHG设备的狭 窄谱宽，从而产生所需的强度调制。例如，如果需要最大的绿色功率，则将波长调 节到非线性晶体的中心波长，而如果在10ns后需要绿色功率为零，则将波长调节到 位于SHG设备谱宽之外的中心波长的一侧或另一侧。

图1A显示了常规的DBR半导体激光器100和二次谐波发生(SHG)设备150。DBR 半导体激光器100包括DBR部分110、相部分120和增益部分130。当将连续波(CW) 电流注入增益部分130时，该增益部分会产生用于激光器的连续光功率。注入DBR 部分110的电流使得从激光器输出的波长发生很大的变化，而流入相部分120的电流 则使得激光器输出波束的波长发生很小的变化。SHG设备150接收由半导体激光器 100产生的波束，其转变波长的输出强度(例如绿色)取决于DBR激光器波长的对准 和SHG设备的波谱中心。然后，将SHG设备150的输出波束导入输出器，例如显示 器屏幕。

图1B显示了常规的DFB半导体激光器160和SHG设备170。注入DFB半导体激 光器160的电流控制了激光器的输出强度，SHG设备170接收由半导体激光器160产 生的波束。转变波长的输出强度(例如绿光)取决于输入DFB半导体激光器160的电 流。然后，将SHG设备170输出的波束导入输出器，例如显示器屏幕。

快速调制DBR半导体激光器输出波长的最简便的方法是将调制的电流注入 DBR半导体激光器100的DBR部分和相部分，同时保持增益部分的电流连续而恒 定。如图2A中的表格所示，可用视频信号在信号的每个比特期(bit period)命令具有 高达100％强度的绿光。比特期宽(period width)是系统频率的反函数，例如，光栅 的各像素扫描在显示器屏幕上的滞留时间。在图2A所示的例子中，100％强度是可 能存在的信号中最亮的，而0％则是暗的。因此，如图2A所示，第一个比特期所需 的视频强度是100％，在第二个比特期强度下降到0％，而在第三个比特期上升到 40％。