[发明专利]半导体激光器的相区中的波长控制

说明书

优先权

本申请要求2007年11月20日提交的题为“半导体激光器的相区中的波长控制(Wavelength Control In Phase Region Of Semiconductor Lasers)”的美国专利申请No.11/986,139的优先权。

背景技术

本发明一般涉及半导体激光器、激光器控制器、激光投影系统以及包含半导体激光器的其它光学系统。更具体地，本发明的某些实施例涉及用于管理半导体激光器中的激光波长变化的方案。本发明的其他实施例涉及用于使光耦合至半导体激光器的波长转换器件的输出中的系统波长变化最少的方案，以及用于破坏激光投影系统的扫描激光图像中的温度演变标志(signature)的方案。

发明内容

本发明一般涉及可按照各种方式配置的半导体激光器。作为示例并且为了说明而非限制的目的，通过将诸如分布反馈式(DFB)激光器、分布式布拉格反射镜(DBR)激光器、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、垂直外腔面发射激光器(VECSEL)或法布里-珀罗激光器之类的单波长半导体激光器与诸如二次谐波产生(SHG)晶体之类的光波长转换器件组合，可将短波长源配置用于高速调制。通过将例如1060nm的DBR或DFB激光器调谐至SHG晶体的光谱中心，这将波长转换成530nm，可将SHG晶体配置成产生基波激光信号的较高次谐波。然而，诸如MgO掺杂的周期性极化铌酸锂(PPLN)之类的SHG晶体的波长转换效率极大地依赖于激光二极管与SHG器件之间的波长匹配。如熟悉激光器设计的技术人员所能理解地，DFB激光器是利用蚀刻到半导体材料中的格栅或类似结构作为反射介质的谐振腔激光器。DBR激光器是其中蚀刻光栅与半导体激光器的电子泵浦区物理分离的激光器。SHG晶体利用非线性晶体的二次谐波发生性质来使激光辐射倍频。

PPLN SHG器件的带宽通常非常小——对于典型的PPLN SHG波长转换器件，半最大值全带宽(FWHM)波长转换带宽仅在0.16到0.2nm范围内，且主要取决于该晶体的长度。激光器腔中的模式跳变和不受控的大波长变化会导致半导体激光器的输出波长在工作期间移出该允许带宽。一旦半导体激光器波长偏移出PPLN SHG器件的波长转换带宽，转换器件在目标波长下的输出功率就降低。例如，在激光投影系统中，模式跳变尤其是个问题，因为它们会产生功率的即时变化，这些即时变化容易被视为图像中的特定位置处的缺陷。这些可视缺陷通常呈现为图像上的有组织的、图案化的图像缺陷，因为所产生的图像就是激光器的不同区域的温度演变的标志。

已知与开发半导体激光器源时的波长匹配和稳定相关联的挑战，本发明人已经认识到用于管理半导体激光器中的激光波长变化的有利方案。本发明还认识到用于通过破坏激光器的不利温度演变标志来管理光耦合至半导体激光器的波长转换器件的输出的系统波长变化的有利方案。

本发明人已经认识到，虽然主要在DBR激光器的情境下描述了本发明的概念，但可构想的是，本文中讨论的控制方案也可用于多种类型的半导体激光器，包括但不限于DFB激光器、法布里-珀罗激光器以及许多类型的外腔激光器。还应注意的是，本发明的具体实施例一般涉及激光源中的波长稳定化，并不考虑在该激光源中是否利用了二次谐波发生。

根据本发明的一个实施例，提供了一种控制半导体激光器的方法。根据该方法，半导体激光器的至少一个区域被调制成提供图像数据。例如但不作为限制，在激光投影的情况下，增益电流I_增益可被调制成在投影图像中产生灰度级。该调制产生激光波长的一些波动，这导致投影光的变化。在相对静态图像的情境下，波长波动将逐帧重复，从而产生容易被人眼观测到的系统和有组织的图像偏差。本发明的一些实施例通过在激光中利用一个或多个附加信号以使该图像偏差变得无组织从而更难被人眼检测来应付该问题。

根据本发明的附加实施例，提供了控制激光投影系统的方法，该激光投影系统包括半导体激光器和编程为执行此类方法的激光器控制器。更具体地，该方法包括产生扫描激光图像的至少一部分，并对该激光的相区施加移相信号I/V_Φ，以使多个腔模在未移动状态与已移动状态之间周期性地移动，其中该未移动状态和已移动状态分隔开激光腔自由光谱范围的约一半。

根据本发明的另一实施例，提供了一种控制激光投影系统的方法，该方法包括选择纳入驱动电流I_增益中的波长恢复部分周期t_R，以使图像行持续时间t_L不是波长恢复部分周期t_R的整数倍，其中波长恢复部分不在各帧的图像行中的同一位置处出现，从而系统性图像缺陷减少。