[发明专利]包括外部光学反馈组件的经频率转换的激光源中的相位调制

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年4月7日提交的美国申请No.12/419,572的优先权。

背景

本公开涉及经频率转换的激光源，且尤其涉及配置成用于低水平光学反馈的经频率转换的激光源及其控制方法。

发明内容

尽管本公开的各概念不限于在光谱的任意特定部分中操作的激光器，然而在本文中频繁地引用倍频绿色激光器，其中二极管IR源的波长波动一般产生经频率转换的绿色输出功率的波动。这种波动通常归因于经频率转换的激光器中使用的波长转换器件(典型地是周期性极化铌酸锂(PPLN)SHG晶体)的相对较窄的光谱接受曲线。如果上述经频率转换的激光器用在例如扫描投影仪中，则功率波动可产生不可接受的图像伪影。对于当激光器包括二区段或三区段DBR激光器的激光器时的特定情况，激光腔由在激光器芯片一侧上的相对较高反射率的布拉格反射镜和激光器芯片另一侧上的相对较低反射率涂层(0.5-5％)限定。这种配置的所得往返损耗曲线与布拉格反射镜的光谱反射率曲线成反比。而且，激光器仅选择称为腔模式的离散数量的波长。当芯片工作时，其温度改变，因此半导体材料的折射率改变，使腔模式相对于布拉格反射曲线移位。一旦当前的主腔模式离开布拉格反射曲线的峰值太远，激光器就切换到最接近布拉格反射曲线的峰值的模式，因为该模式对应于最低损耗——称为模式跳变的现象。

模式跳变可产生输出功率的突然变化，并将经常产生所投影图像的稍亮和稍暗区域之间的可见边界，因为模式跳变倾向于出现在所投影图像内的特定位置处。有时，既使当激光器离开布拉格反射峰超过一个自由光谱范围时激光器继续在特定的腔模式下发射——很可能与腔中的空间烧孔和电子光子动力学有关的现象。这导致两个或更多腔模式间隔的模式跳变以及相应的不可接受的大输出功率变化。根据本公开的主题，提供激光器配置和相应的操作方法以解决经频率转换的激光源中这些和其它类型的功率变化。

根据本公开的一个实施例，提供一种控制经频率转换的激光源的方法，其中激光源包括激光腔、外部光学反馈组件、波长选择组件以及波长转换器件，该方法包括利用相位控制信号驱动激光腔的相位区段，该相位控制信号包括足以在光谱域中移位腔模式的调制分量，使得在调制相位控制信号时为激光腔建立在若干不同腔模式下的连续激光发射。构想到另外一些实施例。

附图简述

本发明的特定实施例的以下详细描述可在结合以下附图阅读时被最好地理解，在附图中相同的结构使用相同的附图标记指示，而且在附图中：

图1是包括DBR激光二极管和呈现为分色镜的外部光学反馈组件的经频率转换的激光源的示意图；

图2是经频率转换的激光源的一般化示意图；

图3示出根据本公开的激光系统的往返延伸腔光谱反射曲线；以及

图4是具有最高往返反射率的延伸腔模式的波长因变于二极管腔谐振移位的图。

详细描述

首先参照图1，根据本公开的一个实施例，经频率转换的激光源100包括以DBR激光二极管10形式呈现的激光腔、呈现为部分反射镜20的外部光学反馈组件、呈现为波导PPLN晶体40的波长转换器件以及耦合光学器件50。尽管本公开讨论特例，在该特例中激光源100包括用作IR泵源的三区段DBR激光二极管10以及用于将频率翻倍至绿色波长范围的波导PPLN晶体40，但应注意本公开的概念可同样适用于各种经频率转换的激光器配置，包括但不限于利用二次谐波发生(SHG)之外的频率转换的配置。本公开的概念还可适用于除激光扫描投影仪外的各种应用。

图2是经频率转换的激光源100’的更一般化示意图，其包括激光腔10’、外部光学反馈组件20’和波长转换器件40’。激光腔10’包括增益区段11’、相位区段13’和介于相对较高反射率的后反射器12’和相对较低反射率的输出反射器14’之间的波长选择DBR区段15’。来自激光腔10’的光的一部分沿输出路径L1穿过输出反射器14’发射，而其余的光在激光腔10’中来回反射，每次都穿过增益区段11’的增益介质。外部光学反馈组件20’沿激光源100的光程从输出反射器14’移位，且配置成通过沿返回路径L2部分反射所发射的光L1使其穿过输出反射器14’至激光腔10’来形成延伸腔16’。输出和返回路径L1、L2通常将是共线的，但为了清楚而示为单独的光程。