[发明专利]半导体激光器的相位区段中的波长归一化

说明书

优先权

本申请要求2008年7月3日提交的题为“Wavelength Normalization In Phase Section Of Semiconductor Lasers(半导体激光器的相位区段中的波长归一化)”的美国专利申请No.12/217,427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，本发明的一些实施例涉及管理半导体激光器中的激光波长变化的方案。本发明的其它实施例涉及使光耦合于半导体激光器的波长转换器件的输出中的系统波长变化减至最小的方案，以及中断激光投影系统的经扫描激光图像中的温度演变特征的方案。

发明内容

本发明总的涉及可按照各种方式配置的半导体激光器。例如且作为说明而非限制，通过将诸如分布式反馈(DFB)激光器、分布式布拉格反射器(DBR)激光器、垂直腔表面表面发射激光器(VCSEL)、垂直外腔表面发射激光器(VECSEL)或法布里-佩罗特激光器之类的单波长半导体激光器与诸如二次谐波发生(SHG)晶体之类的光波长转换器件组合，可将短波长源配置成用于高速调制。可将SHG晶体配置成例如通过将1060nm的DBR或DFB激光器调谐至SHG晶体的光谱中心(将波长转换成530nm)来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强烈依赖于激光二极管和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激光器是利用蚀刻入半导体材料的栅格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的频率翻倍。

例如SHG的波长转换器的波长转换效率强烈地依赖于激光二极管和波长转换器件之间的波长匹配。PPLN SHG器件的带宽往往是非常小的，对于典型的PPLN SHG波长转换器件而言，半最大值全宽(FWHM)波长转换带宽仅在0.16至0.2nm范围内并且主要取决于晶体的长度。激光腔内的模式跳变和不受控制的大波长变化可以引起半导体激光器的输出波长在操作期间移出该允许带宽。一旦半导体激光器波长偏离出PPLN SHG器件的波长转换带宽，则转换器件在目标波长的输出功率下降。在激光投影系统中，例如模式跳变尤其成问题，因为模式跳变会产生功率上的瞬时变化，这种变化将作为图像中具体位置中的缺陷而清楚可见。这些可见缺陷本身通常表现为跨图像的有组织、图案化图像缺陷，因为所产生的图像仅仅是激光器的不同区段的温度演变特征。

面对与研发半导体激光源中波长匹配和稳定性相关联的挑战，本发明人已认识到用于管理半导体激光器内的激光波长变化的有益方案。本发明人还认识到通过中断激光器的不适宜温度演变特征而管理光学耦合于半导体激光器的波长转换器件输出中的系统波长变化的有益方案。

本发明人已认识到，虽然本发明的理念主要以DBR激光器为背景描述，但是可以构想到，本文描述的控制方案也可在各种类型的半导体激光器中具有实用性，包括但不限于DFB激光器、法布里-佩罗特激光器以及许多类型的外腔激光器。还应注意，本发明的具体实施例在一般性意义上涉及激光源中的波长稳定性，而不考虑在激光源中是否利用二次谐波发生。

根据本发明的一个实施例，提供用于控制包含半导体激光器和激光器控制器的方法，所述激光器控制器被编程为执行这些方法。更具体地，该方法包括生成至少一部分经扫描的激光图像并将准周期性相移信号I/V_Φ施加于激光器的相位区段，其中准周期性信号的振幅在随时间随机变化的频率下在最大驱动电平和最小驱动电平之间周期地跃变。

根据本发明的另一实施例，提供一种控制激光投影系统的方法，该方法包括：生成包含图像线和帧的经扫描激光图像的至少一部分；将驱动信号I_GAIN施加到包含多个波长恢复部分的半导体激光器的增益区段；并利用外部能量反馈环维持半导体激光器输出波束的波长使之近似等于波长转换器件的相位匹配波长。该方法还包括通过将多个准周期性移相信号I/V_Φ施加于半导体激光器的相位区段使半导体激光器的光发射平移，其中准周期性信号的振幅在随时间随机变化的频率下在彼此无关的最大驱动电平和最低驱动电平之间周期地跃变。

尽管本发明的理念主要以成像为背景予以描述，但是可以构想到，本发明的多个理念也适用于其中激光波长的可重复的低频波动成问题的任何激光器应用。

附图说明