[发明专利]利用脉冲进行驱动的波长转换型半导体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种将半导体激光器作为泵浦光源且利用通过第2高频方式的脉冲进行驱动的波长转换型半导体激光器。

背景技术

目前积极地开发研究利用红色(Red)、绿色(Green)、蓝色(Blue)的三原色激光的投射型激光投影机(Laser Projection Display；LPD)。

在现存的颜色再现的所有类的投影机中，所述激光投影机具有最佳特性，且能够用小型的显示装置得到大画面。

尤其，具有无需随着与画面的距离而调整焦点的优点。

为了制造LPD需要红色、绿色、蓝色的三原色激光，其中，红色及蓝色可通过单一半导体芯片来体现，但三原色中的波长为532nm的绿色到目前为止尚未通过单一的半导体芯片而体现。

波长为532nm的绿色激光使用改变波长的方法来体现，其原理为当光透射具有非线形光学特征的结晶质时，相对于原来的光频率形成频率为2倍的光。

所述方法称作倍频(Frequency doubling)方法。频率变为2倍是指波长减少至一半。因此，通过倍频方法制作532nm的绿色光，首先需要波长为1064nm的激光二极管，并且需要能够增加频率的非线形光学介质。

作为所述非线形光学介质可举出磷酸氧钛钾(KTP：Kotassium Titanyl Phosphate)或铌酸锂(Lithium Niobate)等，具有非线形光学特性的任何结晶都能使用为用于转换波长的结晶。

图1是一般的半导体激光二极管的注入电流和光输出的关系的示意图。

如图1所示，当为半导体激光二极管时，若注入100mA的电流，则不会产生光输出，而当电流超过100mA时，光输出随着注入电流而在增加。

在图1中，虚线是用于说明光输出与电流不成比例的假想线。

所述半导体激光二极管，在100mA-400mA的驱动电流区间，光输出随着电流线形增加，在400mA以后的驱动电流区间，所谓电流的增加量与光输出增加量的比率的斜度效率(slope efficiency)在减小。

所述特性是因为随着激光二极管的电流注入量的增加，激光二极管芯片的激光振荡活性领域的温度上升，由此，激光振荡活性领域的增益在减小。所述现象被称为热侧翻(Thermal-rollover)。

为了阻止所述激光二极管芯片的活性领域的温度上升，需要使用超短脉冲式的电流注入方式，尤其，利用1微秒以下的短脉冲进行驱动时最有效。

如图1所示的激光二极管芯片，其具有大约100mA的振荡阈值电流，因此，在光输出中，注入到激光二极管芯片的对应于振荡阈值电流的电力单纯地会被损失掉。

为了减少所述振荡阈值电流，有减小激光二极管芯片的活性层体积的方法，但是所述方法，由于被注入的电流聚集在窄的活性领域，因此图1的热侧翻(thermal-rollover)现象发生在更低的电流区域，从而难以制作高功率的激光二极管芯片。

因此，为了制作高功率的绿色激光，需要高功率的泵浦半导体激光器，为了获得高功率而增加半导体激光二极管芯片的活性领域的体积时，振荡阈值电流增加，从而增加绿色光的电力损耗。

当为通常的法布里-珀罗(Fabry-Perot)型激光器时，随着注入到半导体激光的电流量，激光振荡活性领域的温度上升，由此振荡激光波长发生变化，同时，随着被注入的电流浓度，半导体激光的折射率发生变化，由此波长也发生变化。

因此，在将通常的法布里-珀罗型半导体激光器作为泵浦激光器使用的倍频型的绿色激光器中，随着注入到法布里-珀罗型激光器的电流，活性领域的温度及折射率发生变化，由此泵浦激光器的波长发生变化，随此，在介质中泵浦激光器的吸收率发生变化。

当使用通常的法布里-珀罗型泵浦激光器时，对应于振荡阈值电流的功耗不能生成绿色激光，因此，具有提高用于生成绿色激光的功耗的效果。

为了减少半导体泵浦激光器的阈值电流，需减少半导体激光的活性领域的体积，但是，此时，热侧翻(thermal-rollover)现象严重而不能制作高功率的泵浦激光器。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题是提供利用脉冲进行驱动的波长转换型激光器。

本发明所要解决的技术问题是提供脉冲周期为5微秒以下的波长转换型激光器。

本发明所要解决的技术问题是提供减少由泵浦激光器的振荡阈值电流的功耗，同时在宽驱动温度条件下，具有高的绿色激光振荡形的效率的波长转换型激光器。