[发明专利]激光器架构

说明书

相关专利申请的交叉引用

本专利申请涉及提交于2012年2月13日、名称为“Laser architectures”(激光器架构)、系列号为61/598,175的美国临时专利申请并且要求其优先权，该临时专利申请以引用方式整体并入本文。

技术领域

本发明整体涉及激光器，更具体地讲，涉及高功率红外激光器技术和组件，包括倍频器、固态激光器、垂直腔面发射激光器以及用于制备高功率可见光激光器的二极管。

背景技术

通常，红光、绿光、蓝光和紫外(UV)激光器在照明、医疗、材料加工、焊接和显示器方面具有许多潜在用途。成本、可靠性、效率、尺寸和功率是选择用于这些不同的市场/技术领域的激光器时可考虑的激光器参数。显示器是市场之一例，该市场具有多个不同的对这些参数重视程度稍有不同的细分市场。在消费类显示器市场中，成本、效率和尺寸可为重要参数，而在专业显示器市场中，可靠性、高功率和成本可为关键参数。廉价、可靠、高效率的绿色、红色或蓝色源对于所有上述应用很重要。这样的绿色激光源尤其意义重大，因为尚不存在用于专业显示器应用的适当波长的高功率直接源，诸如垂直腔面发射激光器(VCSEL)或边缘发射二极管。

一般来讲，全彩显示器使用至少红色、绿色和蓝色光源。当用于电影院中时，这些颜色必须在一定范围内以符合电影工业设定的标准，更具体地讲，符合数字影院倡导联盟(Digital Cinema Initiative)设定的标准。电影的大致接受的颜色范围以红色即616-650nm、绿色即523-545nm以及蓝色即455-468nm给出。然而，消费类显示器市场没有此类严格波长要求。随着红色和蓝色二极管的日益可用，对进行背光照明和用于消费类投影仪中的激光器的兴趣不断增加。直接激光源为高性价比、可靠和有效的光源。然而，当前不存在具有显示器所需波长的绿色高功率直接激光源。因此，绿色是一项重要的激光技术，并且本领域需要一种高功率、有效的绿色直接光源。此外，红色激光器当前有非常严苛的冷却要求并且其寿命相对有限。

发明内容

本文公开了基于VCSEL的激光器系统的新型架构，以及使VCSEL系统产生的光倍频而生成红色、绿色或蓝色光的相关方法。在采用高功率红外VCSEL元件阵列的有利实施例中，可使用块状(例如，晶体)倍频材料使红外(红外)光倍频并且在连续波(CW)或脉冲模式下于外部腔体中生成“可见”光(红光、绿光、蓝光或紫外光)。通过使得能够使用块状倍频材料并且使VCSEL的频率直接倍频，装置可价格便宜、更简单、效率高、可靠性更好并且大大改善制造和对准容限。此外，如果使用PPLN(周期性极化铌酸锂)或其他周期性极化材料作为倍频器，则使用高功率阵列元件便于使用一些短的材料(0.2mm至4mm)。这很关键，因为材料越长，其对于对准、温度和波长越敏感。根据本文所公开的原理，有多个腔体架构可用于使来自VCSEL激光器的红外光倍频，并且VCSEL可为单独元件，或为具有高强度元件的阵列。

在一个实施例中，垂直腔面发射激光器系统的架构可包括至少一个垂直腔面发射激光器(VCSEL)元件。这种示例性架构还可包括块状晶体倍频材料，所述倍频材料位于与VCSEL元件相邻的腔体中并且被构造成接收从VCSEL元件发出的光，以及使所接收的光基本上倍频。架构的这一实施例也可包括输出耦合器，其被构造成输出来自腔体的倍频光并且输出所述可见光以用于显示器照明。

在另一个实施例中，垂直腔面发射激光器系统的架构可包括至少一个被构造成发出红外光的垂直腔面发射激光器(VCSEL)元件，和限定在所述至少一个VCSEL元件和对红外光具有高反射性的反射镜之间的腔体。这种示例性架构还可包括块状晶体倍频材料，所述倍频材料位于腔体中，被构造成接收从VCSEL元件发出的红外光，并且使所接收红外光的频率基本上倍频以输出可见光。

在再一个实施例中，垂直腔面发射激光器系统的架构可包括：至少一个被构造成发出红外光的垂直腔面发射激光器(VCSEL)元件，和块状晶体倍频材料，所述倍频材料位于与VCSEL元件相邻的腔体中，被构造成接收来自VCSEL元件的红外光，并且使所接收红外光的频率基本上倍频以输出可见光。这种示例性架构还可包括与所述至少一个VCSEL元件相对的倍频材料一端上的涂层，所述涂层对红外光具有高反射性。此外，此类架构还可包括校准器或二向色镜，其取向为接近布鲁斯特角并且用作输出耦合器，该输出耦合器被构造成接收来自倍频材料的倍频光并且输出所述倍频光以供使用。

附图说明