DE19729539A1

DE19729539A1 - Laser system for production of colour systems

Info

Publication number: DE19729539A1
Application number: DE1997129539
Authority: DE
Inventors: Thorsteinn Halldorsson; Frank Dr Heine; Klaus Dr Petermann
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1997-07-10
Filing date: 1997-07-10
Publication date: 1999-01-14

Abstract

Laser system used to produce the base colours of red, green and blue forms a picture signal of the beam of an up-conversion glass fibre laser (GFL) in an external modulator. This light is optically further amplified in a subsequent up-conversion fibre amplifier (GFV). The amplifier is excited at both ends by pump diodes (PD).

Description

Die Erfindung betrifft ein Lasersystem zur Herstellung der Laserstrahlung mindestens einer der Grundfarben Rot, Grün und Blau für Farbbild darstellung mit integrierter Bildmodulation.The invention relates to a laser system for producing the laser radiation at least one of the primary colors red, green and blue for color image Representation with integrated image modulation.

In den letzten Jahren haben sich die technischen Voraussetzungen zur Realisierung von Laserbildprojektoren mit gescannten Laserstrahlen der Grundfarben Rot, Grün und Blau (RGB) erheblich verbessert, wie z. B. in dem Artikel von C. Deter, "Laser-Display-Technologie-wo stehen wir?" in der Zeitschrift Physikalische Blätter, 52 (1996) Nr. 11, Seite 1129 dargestellt ist. Gegenüber früheren Bildprojektoren mit Gaslasern wie Argonionen- und Kryptonlasern als Lichtquelle können heute wesentlich effizientere und kostengünstigere diodenangeregte Festkörperlaser, Faserlaser oder in Zukunft sichtbare Laserdioden eingesetzt werden. Siehe dazu z. B. W.E. Glenn and G.J. Dixon, "Bright future projected for lasers in electronic cinemas", Laser Focus World, Nov. 1993, p. 73.In recent years, the technical requirements have become Realization of laser image projectors with scanned laser beams Basic colors red, green and blue (RGB) significantly improved, such as B. in C. Deter's article, "Laser Display Technology - Where Are We?" in of the journal Physikalische Blätter, 52 (1996) No. 11, page 1129 is. Compared to previous image projectors with gas lasers such as argon ion and Krypton lasers as light sources can be much more efficient and more cost-effective diode-excited solid-state lasers, fiber lasers or in the future visible laser diodes are used. See e.g. B. W.E. Glenn and G.J. Dixon, "Bright future projected for lasers in electronic cinemas", laser Focus World, Nov. 1993, p. 73.

Für eine vollflächige helle Bilddarstellung auf einem Schirm mit 1 m² Fläche ist eine optische Leistung pro Farbe von etwa 1-2 W nötig, was z. B. für Heimfernseher- oder Videoschirme ausreichen würde. Auch größere Bildflächen werden in Zukunft für eine Vielzahl von Anwendungen gebraucht, z. B. für das Kino zuhause, Bilddarstellungen in größeren Räumen wie Vortrags- und Versammlungssälen und für Großversammlungen im Freien. Die bevorzugten Farben liegen in den Wellenlängenbereichen: Rot 620-640 nm, Grün 510-550 nm und Blau 440-460 nm; die gebrauchte Leistung pro Farbe werden im Bereich 1-10 W je nach Anwendung variieren.For a full-surface bright image display on a screen with 1 m ² area, an optical power per color of about 1-2 W is necessary. B. would suffice for home television or video screens. Larger screen areas will also be needed for a variety of applications in the future, e.g. B. for the cinema at home, images in larger rooms such as lecture and meeting rooms and for large outdoor meetings. The preferred colors are in the wavelength ranges: red 620-640 nm, green 510-550 nm and blue 440-460 nm; the used power per color will vary in the range 1-10 W depending on the application.

Die Aufprägung der Bildinformation als Intensitätsmodulation der drei RGB-Strahlen wird bei den heute verwendeten Gas- und Kristallasern außerhalb der Lasers in akusto-optischen und elektro-optischen Modulatoren (Pockels- und Kerrzellen) durchgeführt. Diese Technologie ist aufwendig und teuer und stößt bei hohen optischen Leistungen (< 1 W) und den geforderten hohen Modulationsfrequenzen von 25 MHz und höher an ihre Leistungsgrenzen.The imprinting of the image information as intensity modulation of the three RGB rays are used outside of the gas and crystal fibers used today of lasers in acousto-optical and electro-optical modulators (Pockels- and Kerr cells). This technology is complex and expensive and comes across at high optical powers (<1 W) and the required high Modulation frequencies of 25 MHz and higher at their performance limits.

Durch eine Integration der Bildmodulation in den Entstehungsprozeß der Laserstrahlung selbst könnte der technische Aufwand des Modulators und die Kosten des gesamten Bildprojektors erheblich reduziert werden. Dies zeigen deutlich die Erfahrungen aus der Leistungselektronik. Hier war es immer günstiger eine Signalmodulation an den ersten Leistungsstufen eines Schaltkreises vorzunehmen und nachträglich das Signal möglichst rauscharm und störungsfrei zu verstärken, als die gesamte Leistung am Ausgang zu modulieren.By integrating image modulation into the process of creating the Laser radiation itself could be the technical effort of the modulator and the Cost of the entire image projector can be significantly reduced. Show this clearly the experience from power electronics. It was always here cheaper a signal modulation at the first power levels Circuit and subsequently the signal with as little noise as possible and amplify trouble-free than the total output power too modulate.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, ein Lasersystem für die Farbbildprojektion anzugeben, in dem durch Intensitätsmodulation des Laserstrahles eines primären Lasers relativ geringer Leistung, etwa im Bereich von nur einigen zehn Milliwatt, durchgeführt wird und die geforderte höhere modulierte Leistung des Projektionsstrahles im Bereich von einigen Watt bis zu einigen zehn Watt in einem möglichst einfachen, stabilen und rauscharmen optischen Verstärker durch Nachverstärkung des modulierten Lasersignals hergestellt wird.The invention has therefore set itself the task of a laser system for Specify color image projection in which by intensity modulation of the Laser beam of a primary laser of relatively low power, for example in Range of only a few tens of milliwatts, is carried out and the required higher modulated projection beam power in the range of some Watts up to a few tens of watts in a simple, stable and low-noise optical amplifier by amplifying the modulated Laser signal is produced.

Die Ausgangslage der Erfindung, der Stand der Technik der Integration der Bildmodulation in den Entstehungsprozeß der Laserstrahlung selbst anstatt extern zum Laser, soll hier zunächst dargestellt werden.The starting point of the invention, the state of the art of integrating the Image modulation in the process of creating the laser radiation itself instead external to the laser, will be shown here first.

Die Trägheit der bisher verwendeten Laserprozessen für Bildprojektoren zwischen Anregung und Emission in Gas- und Kristallasern läßt eine direkte Modulation der Anregung bis in den Megahertzbereich nicht zu. Bei den Gaslasern wird die Modulationsfrequenz durch die hohe Spannung, die starken Ströme und die große Kapazitäten und Induktivitäten des Schaltkreises begrenzt. Bei einer Modulation des Anregungsstromes von diodengepumpten Festkörperlasern fängt der Laser wegen der langen Lebensdauer der Anregungsniveaus (< 1 ms) bereits bei Frequenzen über einige Kilohertz an störende Transienten (Relaxationsoszillationen) zu bilden.The inertia of the laser processes previously used for image projectors between excitation and emission in gas and crystal fibers leaves a direct Modulation of the excitation not into the megahertz range. Both Gas lasers change the modulation frequency due to the high voltage that strong currents and the large capacitance and inductance of the Circuit limited. With a modulation of the excitation current of diode-pumped solid-state lasers catch the laser because of the long Lifetime of the excitation levels (<1 ms) already at frequencies above a few kilohertz of disturbing transients (relaxation oscillations) form.

Ein Halbleiterlaser (Laserdiode) läßt sich dagegen in sehr einfacher Weise und effizient über den Anregungsstrom modulieren, erstens weil die Spannung und Ströme und Kapazität des Schaltkreises relativ niedrig sind und zweitens wegen der kurzen Lebensdauer der Photonen (< 1 ns) in dem Laserresonator. Somit können in der optischen Telekommunikation infrarote Laserdioden bis zu einigen zehn Milliwatt Ausgangsleistung direkt über ihren Betriebsstrom mit einer Frequenzbandbreite von 1 GHz moduliert werden. A semiconductor laser (laser diode), however, is very simple and modulate efficiently via the excitation current, first because the Voltage and currents and capacitance of the circuit are relatively low and secondly because of the short lifespan of the photons (<1 ns) in the Laser resonator. Thus, infrared can be used in optical telecommunications Laser diodes up to a few tens of milliwatts of output power directly above theirs Operating current can be modulated with a frequency bandwidth of 1 GHz.

Die jetzt verfügbaren Laserdioden bei einer Wellenlänge von 635 nm, die für Farbbildprojektion geeignet ist, können ebenfalls direkt moduliert werden. Ihre Ausgangsleistung von höchsten einigen zehn Milliwatt ist jedoch für eine Vollbilddarstellung noch zu gering. Für die anderen Wellenlängen bereichen Blau und Grün sind auch Laserdioden in Entwicklung, die innerhalb der nächsten Jahren auch nur in diesem unteren Leistungsbereich auf dem Markt zu erwarten sind.The laser diodes now available at a wavelength of 635 nm are suitable for Color image projection is suitable, can also be modulated directly. However, their maximum output power of a few tens of milliwatts is for a full screen display is still too low. For the other wavelengths blue and green are also laser diodes under development within the next few years even in this lower performance range are expected on the market.

Eine Leistungssteigerung der RGB-Laserdioden bis in den Wattbereich mit ausreichend guter Strahlqualität und langer Lebensdauer für die gescannte Bilddarstellung wird noch mehrere Jahre dauern. In einer älteren deutschen Anmeldung P . . . (12036) wird deshalb vorgeschlagen die Emission von RGB-Laserdioden in einem niedrigen Leistungsbereich von einigen zehn Milliwatt, die direkt über den Betriebsstrom der Diode mit dem Bildsignal moduliert wird, nachträglich mit einem sogenannten Upconversion-Faser verstärker bis in den geforderten Leistungsbereich für große Vollbild darstellung von 1-10 W pro Farbe weiter zu verstärken.A performance increase of the RGB laser diodes up to the watt range sufficiently good beam quality and long service life for the scanned Image display will take several more years. In an older German Registration P. . . (12036) therefore proposes the emission of RGB laser diodes in a low power range of a few tens Milliwatts that directly match the operating current of the diode with the image signal is subsequently modulated with a so-called upconversion fiber amplifier up to the required performance range for large full screen display from 1-10 W per color.

Geeignete rote Dioden für diese Anwendung sind bereits auf dem Markt verfügbar, die blauen sind gerade am Entstehen in den Entwicklungslabors der Opto-Halbleiterindustrie, die grünen Dioden werden aber erst in einigen Jahren folgen. Erfahrungsgemäß sind die Kosten neuer Diodenstrukturen über Jahre sehr hoch, bis die kostengünstige Massenfertigung eine Preis reduktion ermöglicht. Diese Verzögerung der Verfügbarkeit von geeigneten Laserdioden und die hohen Kosten vor allem für die Farbe grün und blau stehen der Realisierung dieses sehr vorteilhaften Konzeptes der direkten Modulation der Laserdiode mit nachfolgender optischen Verstärkerung in den nächsten Jahren im Wege.Suitable red diodes for this application are already on the market available, the blue ones are currently being developed in the development laboratories the opto-semiconductor industry, but the green diodes are only becoming available in some Years to follow. Experience has shown that the cost of new diode structures very high for years until inexpensive mass production becomes a price reduction enables. This delay the availability of suitable Laser diodes and the high costs especially for the color green and blue are the realization of this very advantageous concept of direct Modulation of the laser diode with subsequent optical amplification in in the next few years.

Die Erfindung schlägt deshalb, vor alternativ zu der Verwendung einer Laserdiode mit direkter Bildmodulation, einen Glasfaserlaser bzw. einen Festkörperlaser (Kristallaser) niedriger optischer Leistung einzusetzen, dessen Emission extern mit einem Modulator mit dem Bildsignal moduliert wird und in einem nachfolgenden Upconversion-Faserverstärker auf die geforderte Ausgangsleistung gebracht wird. Da diese Komponenten z. T. bereits auf dem Markt relativ kostengünstig erhältlich sind, ist dadurch auch die schnelle Realisierung der Farben grün und blau in dem geforderten Leistungsbereich für den heutigen Markt möglich.The invention therefore proposes an alternative to using a Laser diode with direct image modulation, a glass fiber laser or one Use solid-state lasers (crystal fibers) with low optical power, whose emission is externally modulated with the image signal using a modulator and in a subsequent upconversion fiber amplifier required output power is brought. Since these components e.g. T. are already available on the market relatively inexpensively the quick realization of the colors green and blue in the required Performance range possible for today's market.

Im Gegensatz zu der begrenzten Auswahl von Modulatoren zur effizienten Bildmodulation von Laserlicht über 1 W Leistung stehen für die Bildmodulation der niedrigeren Laserleistung von einigen zehn Milliwatt Leistung eine Reihe von Modulatoren zur Verfügung, die in Serienfertigung in der Telekommunikation eingesetzt werden. Hier können sowohl akusto optische Modulatoren als auch elektro-optische Modulatoren wie z. B. Lithium-Niobat in integrierter-optischer Bauweise mit direkter Faserankopplung eingesetzt werden.In contrast to the limited selection of modulators for efficient Image modulation of laser light over 1 W power stand for the Image modulation of the lower laser power of a few tens of milliwatts Performance a number of modulators are available that are in mass production be used in telecommunications. Here acousto optical modulators as well as electro-optical modulators such. B. Lithium niobate in an integrated optical design with direct Fiber coupling can be used.

Faserlaser und Faserverstärker sind in den Glasmateralien Quartz, Fluorid- und Chalkogonidgläsern vor allem mit den Dotierungen der Seltenen Erden, Erbium, Neodymium, Holmium, Thulium, Praseodym realisiert worden. Am effizientesten können heute die Upconversion Prozesse in den mit Seltenen Erden dotierten Fluoridglasfasern, sogenannten ZBLAN-Fasern, genutzt werden. Mit dem Upconversion-Prozeß können, sowohl Faserlaser mit der Verwendung eines Spiegelresonators, als auch Faserverstärker (bei einer entsprechenden angepaßter Dotierung und Unterdrückung der Laseremission) realisiert werden. Ein wesentlicher Vorteil der Upconversion-Laser und -Verstärker ist die unkritische Lage der Wellenlänge der Infrarotanregung mit Halbleiterlaserdioden, die in dem bevorzugten Wellenlängenbereich um 20-30 nm variieren darf, was eine genaue Selektion bzw. eine enge Temperaturstabilisierung der Pumpdioden nicht erforderlich macht.Fiber lasers and fiber amplifiers are in the glass materials quartz, fluoride and chalcogonide glasses, especially with the rare earth doping, Erbium, neodymium, holmium, thulium, praseodymium have been realized. At the Upconversion processes in the rare can be most efficient today Doped fluoride glass fibers, so-called ZBLAN fibers, are used become. With the upconversion process, both fiber lasers with the Use of a mirror resonator, as well as fiber amplifier (with a correspondingly adapted doping and suppression of laser emission) will be realized. A major advantage of the upconversion laser and -The amplifier is the uncritical position of the wavelength of the infrared excitation Semiconductor laser diodes that are in the preferred wavelength range 20-30 nm may vary, which is an exact selection or a narrow one Temperature stabilization of the pump diodes is not necessary.

Upconversion Faserlaser, die mit geeigneten infraroten Dioden angeregt werden und sichtbares Licht ausstrahlen, sind seit etwa 5 Jahren bekannt. Die optische Umwandlung geschieht über eine Mehrstufenanregung, d. h. durch die Anregung von 2-3 infraroten Photonen wird ein Niveau erreicht, für das ein Übergang im sichtbaren Bereich möglich ist. Wie bei anderen Lasern bilden zwei Spiegel den optischen Resonator, die entweder außerhalb der Faser oder direkt auf ihre beiden Endflächen angebracht werden. Wird die Faser als Verstärker einer optischen Strahlung gleicher Wellenlänge wie die des Laserüberganges verwendet, entfallen die Endspiegel. Damit ein eigenständiger Laserbetrieb unterbunden wird, sind die Endflächen meistens für die Laserwellenlänge entspiegelt.Upconversion fiber laser, which is excited with suitable infrared diodes and emit visible light have been known for about 5 years. The optical conversion takes place via a multi-stage excitation, i. H. by the level of excitation of 2-3 infrared photons is reached for which a transition in the visible area is possible. As with other lasers two mirrors form the optical resonator, either outside the Fiber or can be attached directly to their two end faces. Will the Fiber as an amplifier of optical radiation of the same wavelength as that used the laser transition, the end mirror is omitted. So that one independent laser operation is prevented, the end faces are mostly anti-reflective for the laser wavelength.

Die zu verstärkende Strahlung wird in den Kern der Faser fokussiert. Die Anregungsstrahlung wird koaxial in den Kern in einen zweiten umliegenden Kern (Doppelkernfaser) und den Mantel fokussiert, von wo aus sie entlang der Faser in den innersten Kern entlang der Faser zunehmend hinein diffundiert. Die Technik der Kopplung des Pumplichtes über eine seitlich auf den Kern und Mantel aufgebrachte Gitterstruktur kann hier ebenfalls verwendet werden.The radiation to be amplified is focused in the core of the fiber. The Excitation radiation is coaxial into the core in a second surrounding Core (double core fiber) and the cladding focused from where they are along the fiber into the innermost core along the fiber increasingly diffuses. The technique of coupling the pump light via a side lattice structure applied to the core and cladding can also be used here be used.

Der Verstärkungsfaktor ist abhängig von der örtlichen Leistungsdichte und der Konzentration der Dotierung, d. h. die erreichte Gesamtverstärkung hängt von der eingestrahlten Pumpleistung, Konzentration der Dotierung und Länge der Faser ab.The gain factor depends on the local power density and the concentration of the doping, d. H. the total gain achieved depends of the irradiated pump power, concentration of the doping and Length of the fiber.

Zur Realisierung der für die Farbbildprojektion geforderten RGB-Farben eignen sich z. B. die Übergänge 605 nm und 635 nm für rot in Praseodym dotierten ZBLAN-Fasern. Eine Effizienzsteigerung des 635 nm kann durch eine Yb-Kodotierung erreicht werden. Für Grün kann der weitere Übergang 520 nm in Praseodym verwendet werden. Zur Anregung werden Laserdioden mit einer Emission bei etwa 1017 nm und 835 nm verwendet. Durch eine Yb-Kodotierung ist auch eine Anregung mit nur einer Pumpwellenlänge (um 850 nm) möglich.To implement the RGB colors required for color image projection are z. B. the transitions 605 nm and 635 nm for red in praseodymium doped ZBLAN fibers. An increase in efficiency of the 635 nm can be achieved by Yb codoping can be achieved. For green, the further transition can 520 nm can be used in praseodymium. Laser diodes are used for excitation with an emission at around 1017 nm and 835 nm. By a Yb coding is also an excitation with only one pump wavelength (around 850 nm) possible.

Die Verstärkung der besonders geeignete blauen Wellenlänge 455 nm (auch alternativ 480 nm) kann in Tm-dotierten ZBLAN-Fasern mit Anregung von Laserdioden mit Emission bei 647 nm und 676 nm geschaffen werden.The amplification of the particularly suitable blue wavelength 455 nm (also alternatively 480 nm) can be in Tm-doped ZBLAN fibers with excitation of Laser diodes with emission at 647 nm and 676 nm can be created.

Der Wirkungsgrad der Umwandlung der Pumplichtes in Laserstrahlung in einem Upconversionfaserlaser beträgt zur Zeit üblicherweise 10-20% mit Fasern unter einem Meter Länge. Mit einer Pumpdiode von 1 W Leistung dürfte eine Laserleistung bis hundert Milliwatt, auch unter Berücksichtigung der Koppelverluste erreichbar sein.The efficiency of the conversion of the pump light into laser radiation in an upconversion fiber laser is currently usually 10-20% with Fibers less than one meter in length. With a pump diode of 1 W power laser power up to a hundred milliwatts, also taking into account the coupling losses can be reached.

Eine totale Verstärkung von Faktor 10-100 kann in Faserverstärkern mit Längen von 50 cm bis 5 m und einer Dotierungskonzentration von einigen Prozent erreicht werden. Damit ein beugungsbegrenzter Strahl entsteht, beträgt der Kerndurchmesser etwa 3 µm. Mit einer Gesamteffizienz von 5-10% ist eine Leistung von 1 W mit Pumpdiodenleistung von 10-20 W herstellbar.A total gain of factor 10-100 can be used in fiber amplifiers Lengths from 50 cm to 5 m and a doping concentration of a few Percent can be achieved. To create a diffraction-limited beam, the core diameter is about 3 µm. With an overall efficiency of 5-10% is a power of 1 W with pump diode power of 10-20 W. producible.

Die Erfindung schlägt weiterhin als Alternative zu dem Glasfaserlaser den Einsatz eines diodengepumpten frequenzverdoppelten Kristallasers in dem niedrigeren Leistungsbereich von einigen zehn Milliwatt vor. Laser dieser Art können werden inzwischen in miniaturisierter Bauweise (Sandwich- Laser) mit einigen cm Länge auf dem Markt angeboten. Mit diesen Lasern können die gleichen externen Bildmodulatoren wie bei den Faserlasern von oben verwendet werden.The invention also proposes the alternative to the glass fiber laser Use of a diode-pumped frequency-doubled crystal laser in the lower power range of a few tens of milliwatts. Laser this Art can now be miniaturized (sandwich Laser) with a few cm length offered on the market. With these lasers can use the same external image modulators as the fiber lasers from used above.

Diodengepumpte Festkörperlaser (Kristallaser) werden vor allem mit Dotierungen der Seltenen Erdenionen, Neodymium (Nd), Erbium (Er), Holmium (Ho), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb) und Praseodym (Pr) in mehreren Wirtskristallen wie z. B. YAG, YLF Ytterium Vanadat (YVO4), Gadolinium Vanadat und Quarzglas als Lasermateralien für die Herstellung von Dauerstrichstrahlung im infraroten Wellenlängenbereich eingesetzt. Mit Hilfe von Frequenzverdopplung, die wahlweise intern oder extern zu dem Laserresonator eingesetzt wird, kann diese Strahlung in sichtbare Strahlung bei verschiedenen diskreten Wellenlängen konvertiert werden.Diode-pumped solid-state lasers (crystal lasers) are used primarily with Doping of rare earth ions, neodymium (Nd), erbium (Er), Holmium (Ho), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb) and Praseodymium (Pr) in several host crystals such as B. YAG, YLF Ytterium Vanadate (YVO4), Gadolinium vanadate and quartz glass as laser materials for the production of continuous wave radiation used in the infrared wavelength range. With With the help of frequency doubling, either internal or external to the If a laser resonator is used, this radiation can be converted into visible radiation can be converted at different discrete wavelengths.

In der Kombination frequenzverdoppelter Kristallaser und Glasfaserverstärker muß darauf geachtet werden, daß die Emissionswellenlänge des frequenzverdoppelten Kristallasers in die Verstärkungsbandbreite des Glasfaserverstärkers hineinfällt. Mit der zweiten Forderung, daß die Farben rot, grün und blau für Farbbildprojektion bevorzugt in bestimmten Wellenlängenintervallen liegen, ergibt sich eine Auswahl von einigen Möglichkeiten.In the combination of frequency-doubled crystal fiber and Glass fiber amplifier must be ensured that the Emission wavelength of the frequency-doubled crystal laser in the Gain bandwidth of the fiber optic amplifier falls into it. With the second Require that the colors be red, green and blue for color image projection preferably lie in certain wavelength intervals, one results Choice of a few options.

Für grün wird das Wellenlängenintervall von 510 nm bis 550 nm bevorzugt. Hier bietet sich z. B. der frequenzverdoppelt Nd:YLF-Laser bei 523.5 oder NdCaF-Laser bei 522 nm an, die nahe genug sind an die Wellenlänge des Pr:YB-ZBLAN-Glasfaserlaser von 521 nm um die nachträgliche effiziente Verstärkung zu ermöglichen.For green, the wavelength interval from 510 nm to 550 nm is preferred. Here z. B. the frequency doubled Nd: YLF laser at 523.5 or NdCaF lasers at 522 nm that are close enough to the wavelength of the Pr: YB-ZBLAN glass fiber laser of 521 nm around the post efficient To enable reinforcement.

Für blau wird das Wellenlängenintervall von 440 nm bis 460 nm bevorzugt. Die Wellenlänge des frequenzverdoppelten Nd:GdVO4-Lasers mit 456 nm bzw. die Wellenlänge 455,5 nm des Nd:YLF-Lasers ist nahe genug an dem 455 nm Übergang der Thulium:ZBLAN Glasfaser um eine effiziente Verstärkung hier zu erzielen. Eine weitere Möglichkeit ist der frequenzverdoppelte vibronische Laser Cr3+:LiScAlF, der in der Emissionswellenlänge über den ganzen erwünschten Bereich durchstimmbar ist. For blue, the wavelength interval from 440 nm to 460 nm is preferred. The wavelength of the frequency-doubled Nd: GdVO4 laser at 456 nm or the 455.5 nm wavelength of the Nd: YLF laser is close enough to that 455 nm transition of thulium: ZBLAN glass fiber for an efficient To gain reinforcement here. Another option is frequency-doubled vibronic laser Cr3 +: LiScAlF, which in the Emission wavelength tunable over the entire desired range is.

Für rot wird das Wellenlängenintervall von 620 nm bis 640 nm bevorzugt. Zur Herstellung einer Emission bei der roten Wellenlänge von 635 nm, die in Pr:ZBLAN-Faser verstärkt werden kann könnte der ebenfalls über das ganz Intervall abstimmbare frequenzverdoppelte vibronische Forsterit Laser verwendet werden.For red, the wavelength interval from 620 nm to 640 nm is preferred. To produce an emission at the red wavelength of 635 nm, which in Pr: ZBLAN fiber could also be reinforced over the whole Interval tunable frequency-doubled vibronic forsterite lasers be used.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren und der Beschreibung schematisch dargestellt. Es zeigen:The invention is described below with reference to the figures and the description shown schematically. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des gesamten Aufbaus, mit einem diodengepumpten Faserlaser, dem Bildmodulator und einem nachfolgenden diodengepumpten Faserverstärker. Fig. 1 is a schematic representation of the entire structure, with a diode-pumped fiber laser, the image modulator and a subsequent diode-pumped fiber amplifier.

Fig. 2 eine schematische Darstellung des gesamten Aufbaus, mit einem frequenzverdoppelten Kristallaser, eine Bildmodulator und einem nachfolgenden diodengepumpten Faserverstärker. Fig. 2 is a schematic representation of the entire structure, with a frequency-doubled crystal fiber, an image modulator and a subsequent diode-pumped fiber amplifier.

Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau des Lasersystems mit Glasfaserlaser GFL, Glasfaserverstärker GFV und integriertem optischen Modulator OM. Der geeignete Upconversion Glasfaserlaser GFL wird durch die Pumpdiode PD angeregt. Die elektronische Bildmodulation wird in dem optischen Modulator OM auf den Laserstrahl aufgeprägt. Die mittlere Laserleistung liegt z. B. in dem Leistungsbereich von 10-20 mW und wird von einer Emissionsfläche der Diode von z. B. 3 µm Durchmesser beugungsbegrenzt emittiert. Mit einer Abbildungsoptik AO wird das modulierte Licht des Glasfaserlasers in den inneren Kern IK des Glasfaserverstärkers GFV mit dem Mantel M abgebildet. Am Ausgang des Glasfaserverstärker entsteht dann die Verstärkte Nutzstrahlung NS. Fig. 1 shows the overall structure of the laser system with fiber-optic laser GFL, optical fiber amplifier GFV and integrated optical modulator OM. The suitable upconversion glass fiber laser GFL is excited by the pump diode PD. The electronic image modulation is impressed on the laser beam in the optical modulator OM. The average laser power is z. B. in the power range of 10-20 mW and is from an emission area of the diode of z. B. 3 µm diameter diffraction limited. With an imaging optics AO, the modulated light of the glass fiber laser is imaged in the inner core IK of the glass fiber amplifier GFV with the cladding M. The amplified useful radiation NS then arises at the output of the glass fiber amplifier.

Die Pumpstrahlung von zwei Pumpdioden PD und PD' wird jeweils über eine Glasfaser GF in dem Wellenlängemultiplexer WM in einer gemeinsamen Faser vereinigt. Mit einem dichroitischen Strahlkoppler der das modulierte Diodenlicht durchläßt und das Pumplicht umlenkt werden beide Strahlen in dem Strahlkoppler SKauf eine gemeinsame Achse gebracht.The pump radiation from two pump diodes PD and PD 'is in each case via one Glass fiber GF in the wavelength division multiplexer WM in a common Fiber united. With a dichroic beam coupler that modulates the Diode light passes and the pump light is deflected in both beams brought the beam coupler SK to a common axis.

Mit einer Einkoppeloptik EK wird das Pumplicht auf das Faserende fokussiert. Das Pumplicht kann entweder direkt entlang des inneren Kern IK als auch zusätzlich durch einen äußeren Kern AK geleitet werden. In dem letzteren Fall diffundiert das Licht aus dem äußeren Kern in den dotierten inneren Kern IK entlang der Faser (Doppelkernpumpen).With a coupling optic EK the pump light is on the fiber end focused. The pump light can either be directly along the inner core IK as well as additionally through an outer core AK. By doing the latter case, the light diffuses from the outer core into the doped inner core IK along the fiber (double core pumps).

Fig. 2 zeigt den Gesamtaufbau des Lasersystems mit Festkörperlaser FKL (Kristallaser), Glasfaserverstärker, GFL, Glasfaserverstärker GFV und integriertem optischen Modulator OM. Fig. 2 shows the overall structure of the laser system with solid-state laser FKL (Kristallaser), optical fiber amplifier, GFL, optical fiber amplifier GFV and integrated optical modulator OM.

Der frequenzverdoppelte Festkörperlaser FKL wird mit einer Laserdiode geeigneter Wellenlänge und Leistung gepumpt. Die elektronische Bildmodulation BM wird in dem optischen Modulator OM auf den beugungsbegrenzten Laserstrahl mit einer Ausgangsleistung z. B. von 10-20 mW aufgeprägt. Der Laserstrahl wird in den inneren Kern des Upconversion- Glasfaserverstärkers IK mit Hilfe der Abbildungsoptik AO fokussiert. The frequency-doubled solid-state laser FKL is equipped with a laser diode pumped suitable wavelength and power. The electronic Image modulation BM is applied to the optical modulator OM diffraction limited laser beam with an output power z. B. from 10-20 mW stamped. The laser beam is in the inner core of the upconversion Glass fiber amplifier IK focused using the imaging optics AO.

Die Pumpstrahlung des Glasfaserverstärkers wird dann wie in gleicher Weise wie in Fig. 1 gezeigt ist und oben beschrieben wurde in die Faser abgebildet.The pump radiation of the glass fiber amplifier is then imaged into the fiber as shown in Fig. 1 and described above.

Es versteht sich, daß je nach Anwendung und verfügbarer Fasertechnologie unterschiedliche Glasfaserverstärkerstrukturen und unterschiedliche Methoden der Einkopplung des Pumplichtes in die Faser, auch Glasfaser aus unterschiedlichen Materalien und mit unterschiedlichen Dotierungen im Sinne der Erfindung eingesetzt werden können.It is understood that depending on the application and available fiber technology different fiber amplifier structures and different Methods of coupling the pump light into the fiber, including glass fiber different materials and with different endowments in Can be used for the purposes of the invention.

Claims

1. Laser system for producing the laser radiation at least one of the primary colors red, green and blue for color image display with integrated image modulation, characterized in that the image signal of the radiation of an upconversion glass fiber laser is impressed in an external modulator and this light is optically in a subsequent upconversion fiber amplifier is further strengthened.

2. Laser system for producing the laser radiation at least one of the Basic colors red, green and blue for color image display with integrated Image modulation, characterized in that the image signal of the radiation of a diode-pumped frequency-doubled crystal laser in an external Modulator is impressed and this light in a subsequent Upconversion fiber amplifier is optically amplified.

3. Laser system according to claims 1 and 2, characterized in that the upconversion fiber amplifier with at least one infrared laser diode is pumped optically.

4. Laser system according to claim 1 and 2, characterized in that the Radiation from several infrared pump diodes of different wavelengths with fiber optic connection in a fiber optic wavelength division multiplexer in one common fiber are brought together.

5. Laser system according to claim 1 and 2, characterized in that the Radiation from several infrared pump diodes with different wavelengths dielectric mirrors or diffraction gratings are superimposed.

6. Laser system according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the Beams of the modulated laser radiation and pump radiation over dichroic beam splitter on a common optical axis in front of the Coupling be brought into the fiber amplifier.

7. Laser system according to claim 1 to 5, characterized in that the Radiation from the modulated laser diode and the radiation from the pump diodes both are routed through separate fiber ports into a common one Fiber are brought together in a fiber wavelength division multiplexer.

8. Laser system according to claim 1 to 7, characterized in that the Glass fiber amplifier is excited at both ends by pump diodes.

9. Laser system according to claims 1 to 8, characterized in that both the pump radiation and the modulated diode radiation are passed on together in an inner core of the fiber.

10. Laser system according to claims 1 to 8, characterized in that the fiber optic amplifier has an inner and outer core with a enclosing fiber jacket where has the modulated diode radiation along the inside and the pump radiation along both the inside and outer core is guided along the fiber.

11. Laser system according to claims 1 to 5, characterized in that the pump light into the side of the fiber optic amplifier along the fiber a diffraction grating is coupled into the fiber core.