[发明专利]用于照明投影机系统的RGB激光源

说明书

一种用于照明投影机系统的RGB光源包括红光激光器、绿光激光器和蓝光激光器，每个激光器输出具有至少4nm光谱线宽的随机偏振(RP)单模(SM)光。绿光激光器具有MOPFA结构的泵，其输出基波波长在1μm波长范围内的脉冲泵浦光束，并且还包括SHG。SHG包括接收脉冲泵浦光束并输出BB绿光脉冲序列的LBO非线性晶体。红光激光器配置有QCW光纤激光泵和带有LBO非线性晶体的频率转换器，其中该LBO非线性晶体输出6xx nm波长范围内的红光脉冲序列。

相关申请交叉引用

本申请是于2014年9月16日、2015年3月31日以及2015年2月6日向美国专利商标局提交的美国临时申请No.62/050,825、62/140,911和62/112,938的部分接续申请。

技术领域

本发明涉及基于激光的照明应用。更具体地，本公开涉及用于在包括巨型屏幕、主题公园景点、博物馆天文馆和类似的室内和室外应用在内的数字电影中进行投影的基于高功率红、绿和蓝(RGB)光纤激光器的照明系统。

背景技术

高壁插效率(WPE)和长寿命使得发光二极管(LED)成为大多数普通照明和显示应用选择的照明技术。然而，存在对RGB激光照明的独特属性将能够实现新类型的固态光源的新兴需求。

这些需求的第一个是数字电影。超过120,000个电影屏幕现在使用标准化的数字电影投影机，其显示来自加密数据文件的电影，而不是35毫米胶片。这种向数字化的转变对于行业来说是一个可操作的进步，但具有显著的技术讽刺。这些最先进的数字投影机仍然使用60年代的老旧技术-氙弧灯作为它们的光源。逐渐地，弧光灯被LED替代。

RGB激光电影投影机，即具有所有光能量来自激光器的光源的投影机，是LED的良好替代品，因为LED替代氙弧灯的相同原因-长寿命和高壁插效率。但是激光器具有另外的优点，它们产生超高的空间亮度，即小的光学扩展度(mm2-球面度(steradian))，并且从几乎准直的光束中的非常小的光斑传递功率。这种独特的光学性质使能了电影的关键性能以及最终实现新型的特种激光照明：将几乎无限量的RGB光输入数字投影机的能力以及通过高效、灵活的光纤传输千瓦可见光的能力。通过光纤传输的RGB激光照明提供了通过数字投影机实现可接受的亮度的解决方案。光纤传输将使能新的投影和照明能力和应用。

二极管激光器是迄今为止用于数字影院的最常用的光源，因为其具有改进的寿命以及总的光谱和亮度稳定性。然而，仅在最近，包括VCSEL(垂直腔表面发射激光器)等的二极管激光器阵列已经显示出了输出足够功率以导致所需亮度的前景。RGB颜色中的每一种所需的亮度是大量单个激光器阵列进行组合以匹配投影机流明功率需求的结果。增加数量的二极管激光器带来了技术挑战，包括保持白色平衡、高亮度(优异的光学扩展度)和斑点减少。

每个RGB激光源的波长位移和功率变化有助于白色平衡不稳定性–投影机的技术性能的最重要特性之一。已知的二极管激光源，特别是绿光和红光激光二极管，具有对异质结和偏置电流中的温度变化高度敏感的相应工作波长，而人眼对这些波长变化特别敏感。组合的高功率二极管激光器除了在芯片内产生的热量之外还产生大量的外部热量。尽管红光、绿光和蓝光二极管激光器的每一个具有相当不同的热/波长依赖性，但是不变地相应的工作波长随着温度更高而增加。如果甚至在单色阵列中的所有激光器连接在一起并且具有窄波长(对于二极管激光器这是典型的)，则工作波长的位移导致整个投影机输出的白点和颜色不符合规范。此外，随着温度升高，二极管的增益减小，从而扰乱作为精心控制的值的颜色对比度。为了恢复增益，注入电流应当增加，但是以中心波长稳定性为代价。所有上述要求稳定输出功率和中心波长二者的额外控制机制，这增加了激光源的复杂性和成本。