CN101636886B - 基于频率变换的脉冲激光源 - Google Patents

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Abstract

一种发光装置(400)包括具有电泵浦增益区域(20)的波导(24)、可饱和吸收器(40)、非线性晶体(140)、倾斜的镜(M1)和聚光结构(120)。从增益区域(20)发射的光脉冲(B1)被倾斜的镜(M1)反射并且被聚光结构(120)聚焦到非线性晶体(140)内以便生成经频率变换的光脉冲(B2)。增益区域(20)、可饱和吸收器(40)、聚光结构(120)和倾斜的镜(M1)在共用基片(10)上或共用基片(10)中实现。所产生的结构是稳定且紧凑的，并且允许对所生产的发射器(E1a、E1b、E1c)进行晶片上测试。折叠的结构允许容易地进行非线性晶体(140)的校直。

Description

基于频率变换的脉冲激光源
技术领域
本发明涉及发光装置，特别是涉及适合发射用于视觉应用的光的装置。
背景技术
图像投影机可包括光源以提供用于调制器阵列的光。从所述调制器阵列的像素透射或反射的光随后会通过投影光学器件而被投影到外部屏幕上以便显示图像。
当实现图像投影机时，由激光源提供的高光强和低发散将会是有吸引力的性质。然而，强力的半导体激光发射器的波长通常是在红或红外(IR)区域中。
已知的是，可通过倍频而生成用于视觉应用的蓝光和/或绿光。专利公布US 2006/23757披露了一种具有用于倍频的非线性晶体的锁模表面发射激光器。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合以一个或更多个可见波长发射光的装置。
根据本发明的第一方面，提供了一种发光装置，其包括：
-波导，其具有电泵浦增益区域，
-可饱和吸收器，
-反射结构，
-基片，和
-非线性介质，
其中所述可饱和吸收器和所述增益区域适合从所述波导的端部发射第一光脉冲，所述反射结构适合将所述第一光脉冲反射到所述非线性介质内，所述非线性介质适合生成第二光脉冲从而使得所述第二光脉冲的光学频率为所述第一光脉冲的光学频率的两倍；所述增益区域，所述可饱和吸收器和所述反射结构在所述基片上实现从而使得所述反射结构适合将所述第一光脉冲的方向改变一个在70至110度范围内的角度。
根据本发明的第二方面，提供一种方法，用于通过使用具有电泵浦增益区域、可饱和吸收器、反射结构、基片和非线性介质的波导而生成光脉冲，所述增益区域、所述可饱和吸收器和所述反射结构在所述基片上实现，所述方法包括：
-通过使用所述可饱和吸收器和所述增益区域而从所述波导的端部提供第一光脉冲，
-由所述反射结构将所述第一光脉冲的方向改变一个在70至110度范围内的角度，和
-将所述第一光脉冲耦合到所述非线性介质内以便生成第二光脉冲从而使得所述第二光脉冲的光学频率为所述第一光脉冲的光学频率的两倍。
根据本发明的第三方面，提供了一种投影装置，其包括：
-光源，和
-投影光学器件，
所述光源依次包括
-具有电泵浦增益区域的波导，
-可饱和吸收器，
-反射结构，
-基片，和
-非线性介质，
其中所述可饱和吸收器和所述增益区域适合从所述波导的端部发射第一光脉冲，所述反射结构适合将所述第一光脉冲反射到所述非线性介质内，所述非线性介质适合生成第二光脉冲从而使得所述第二光脉冲的光学频率为所述第一光脉冲的光学频率的两倍；所述增益区域、所述可饱和吸收器和所述反射结构在所述基片上实现从而使得所述反射结构适合将所述第一光脉冲的方向改变一个在70至110度范围内的角度。
第二光脉冲可能是通过和频发生(SFG)、特别是通过二次谐波发生(SHG)而生成的。
有利地，发光装置还包括在所述基片中或其上实现的聚光结构以便将光准直或聚焦到所述非线性介质内。
由于倾斜的反射结构和聚光结构，在发射器与晶片分离之前，可能已经在晶片上测试了光发射器的运作。
由于倾斜的反射结构和聚光结构，包括非线性介质的非线性晶体可能容易地相对于所发射的基波光束而被校直。
当与现有技术的线性边缘发射布置相比较时，增益区域、可饱和吸收器、倾斜的反射结构和聚光结构在共用基片上的实现，提供相当大的稳定性以及较为容易的模块封装。
在一个实施例中，增益区域、可饱和吸收器、倾斜的反射结构和聚光结构附着到共用的半导电的基片上，该半导电的基片提供一种稳定结构。特别是，增益区域、可饱和吸收器、倾斜的反射结构和耦合透镜可能在单一的半导体芯片上或其中实现。
固体-气体界面可能在光谐振腔(optical cavity)中引起不利的反射。可能例如通过抗反射涂层而使得这些反射最小化。然而，由于被涂区域的小尺寸，在增益区域的端部上直接实现抗反射涂层可能是有问题的。在一个实施例中，由于倾斜的反射结构，可能在基片的表面上而非在发射器的解理边缘上实现抗反射涂层。
在某些情况下，在晶片规模(wafer-scale)加工中甚至于不可能在增益区域的端部上直接实现抗反射涂层。
由于倾斜的反射结构，发光装置的光学表面可能在晶片级工艺中被钝化，该晶片级工艺便利了低成本大规模生产。
高的峰值强度也可能导致半导体端面中的灾变性光学损伤(COD)。在一个实施例中，可能避免在发射器的解理边缘处的高强度。由于倾斜的反射结构，所发射的基波光束的光学功率可能被分布于基片表面上的较大面积之上，这导致有所减少的强度。可能选择基片以具有比常规边缘发射半导体激光器的边缘更宽的带隙，并且因此基片材料可能具有对于COD的较高的阈值强度。
倾斜的反射体也可能与散热次黏着基台(submount)成直接接触以提供对于反射体处的灾变性光学损伤的较高的阈值强度。
利用反向偏压来运作可饱和吸收器增加了对于吸收器附近的灾变性光学损伤的阈值强度。
在一个实施例中，可能由调Q布置生成非常短的光脉冲，其中非线性晶体包括Bragg光栅用以经由所述晶体提供频率选择性光学反馈到增益区域。晶体和光栅的组合的反射率可能在高强度值处显著减少，这可允许通过腔倒空而生成光脉冲。
发光装置适合以高重复频率发射短的光脉冲。脉冲的持续期可能是例如在500fs至1ns的范围内。脉冲的重复频率可能是例如在100MHz至100GHz的量级。连续脉冲具有短的相干长度并且它们基本上彼此不相干。因此，脉冲光创建出比持续运作的激光器所提供的光更低的散斑对比。当以视觉进行观察时，由相干光形成的图象通常创建出令人烦恼的散斑图案。
当光源以高重复频率提供短的光学脉冲时，散斑对比可能显著减少。由于脉冲的短持续期，脉冲具有宽的光谱，这进一步减少了散斑对比。
在一个实施例中，发光装置包括适合基本上独立地发射光脉冲的多个发射器。因此，当与单一发射器的装置相比较时，散斑对比可能显著减少。高散斑对比看起来通常是相当令人烦恼的，并且其降低了所投影的图像的品质。
当装置具有相同的平均功率时，由于脉冲式运作，峰值功率可能显著高于持续运作的激光装置的峰值功率。峰值光学功率可能例如大于平均光学功率的10倍，或甚至于大于平均光学功率的100倍。因此，在非线性晶体中的频率变换的效率可能显著增加。
由于以高重复频率进行的脉冲式运作，装置比以相同可见波长提供相同的光学功率的持续运作的装置耗费更少的电功率。因此，装置可能在较低的温度下运作并且运作可靠性可能较高。因此，可以减少所需冷却单元的重量和大小。
可能将分立光脉冲的能量选择为很小从而使得其不会导致人眼的损伤。分立光脉冲的能量可能是例如远远小于1nJ的。在一个实施例中，可能认为发光装置提供基本上不相干的光。支配着非相干光源使用的官方规则在某些状态下可能是不太严格的。
当与现有技术的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)布置相比较，偏振稳定性更好。在一个实施例中，偏振稳定性允许有效使用非线性晶体。
通过本文中在下面给出的说明和实例，并且也通过所附权利要求，本发明的实施例以及它们的好处将对于本领域技术人员而言变得更加显而易见。
附图说明
在下列实例中，将会参考附图更详细地说明本发明的实施例，附图中：
图1示出发光装置的侧视图，该发光装置包括增益区域、可饱和吸收器、倾斜的反射结构和非线性晶体，
图2示出包括Bragg光栅的发光装置的侧视图，
图3示出发光装置的侧视图，该发光装置包括由后反射体和局部(partially)反射结构限定的光谐振腔，
图4示出发光装置的侧视图，其中光谐振腔由后反射体和Bragg光栅限定，
图5示出发光装置的侧视图，该发光装置包括后反射体、倾斜的反射结构和局部反射结构以限定折叠的光谐振腔，
图6示出发光装置的侧视图，该发光装置具有倾斜的反射结构以将光反射远离共用基片，
图7示出发光装置的侧视图，该发光装置包括另外的增益区域或另外的增益模块以放大输出光束，
图8示出发光装置的侧视图，该发光装置包括聚光结构以将光聚焦或准直到非线性晶体内，
图9示出发光装置的侧视图，该发光装置包括具有折射表面的基片以将光聚焦或准直到非线性晶体内，
图10示出发光装置的侧视图，该发光装置包括折叠光谐振腔和聚光结构，
图11示出包括非线性晶体的发光装置的侧视图，该非线性晶体具有Bragg光栅以提供反馈给增益区域，
图12示出发光装置的侧视图，该发光装置具有带抗反射涂层的固体-气体界面，
图13示出发光装置的三维视图，该发光装置包括邻近的激光发射器的阵列、倾斜的反射结构和公用的圆柱形表面以在快轴的方向上将光准直或聚焦到非线性晶体内，
图14示出包括两个相反的发射器阵列的发光装置的三维视图，
图15示出多个交错的倾斜的反射结构的三维视图，其适合提供处于同一竖直平面内的多个光束，
图16示出发光装置的侧视图，该发光装置包括相反的发射器和倾斜的反射结构以将光经过共用基片反射到非线性晶体内，
图17示出相反的发射器和倾斜的反射结构的侧视图，该倾斜的反射结构用以将光反射远离共用基片进入非线性晶体内，
图18示出发光装置的三维视图，该发光装置包括多个圆柱形折射表面以在慢轴的方向上将光聚焦或准直到非线性晶体内，
图19a示出具有多个波导的非线性晶体的三维视图，每个所述波导具有锥形输入部分和非平面的输入端面以便将光聚焦到所述波导的窄部分内，
图19b示出具有蚀刻端面的非线性晶体的三维视图，
图20a示出用于横向电偏振光的周期极化非线性晶体的三维视图，
图20b示出用于横向电偏振光的周期极化非线性晶体的三维视图，所述晶体包括脊形波导，
图20c示出用于横向磁偏振光的周期极化非线性晶体的三维视图，
图21示出包括偏振旋转元件的发光装置的侧视图，
图22a示出激光发射器的结构层的侧视图，
图22b示出与图22a的发射器相关联的尺寸的侧视图，
图23示出具有脊形波导的激光发射器的三维视图，
图24示出发光装置的结构层的侧视图，该发光装置包括倾斜的反射结构，
图25示出包括凹入反射结构的发光装置的三维视图，
图26示出用于蚀刻凹入反射结构的掩膜的顶视图，
图27示出适合在外部屏幕上投影图像的投影装置的三维视图，
图28示出包括发光装置和调制器单元的投影装置，
图29a示出通过被动调Q而生成光脉冲，
图29b示出通过主动调Q而生成光脉冲，
图29c示出通过半被动调Q而生成光脉冲序列，
图30示出图像投影机的三维视图，该图像投影机包括两个光束引导装置和经调制的光的发射装置，
图31示出图像投影机的三维视图，该图像投影机包括光束引导装置和经单独调制的光的发射器的阵列，
图32示出没有倾斜的反射结构的线性发光装置的侧视图，
图33示出包括若干发射器的线性发光装置的三维视图，
图34a示出包括周期极化非线性晶体的发光装置的侧视图，
图34b示出发光装置的侧视图，其中非线性晶体包括波导和频率选择性反射结构，
图35示出非线性晶体的侧视图，该非线性晶体包括在所述晶体上实现的Bragg光栅和波导，
图36a作为实例示出第一光脉冲的光谱峰值，
图36b作为实例示出可能有助于二次谐波发生SHG的图36a的光谱峰值的部分，
图36c作为实例示出可能有助于和频发生SFG的图36b的光谱峰值的分数，
图36d作为实例示出由二次谐波发生SHG生成的光脉冲的光谱峰值，和
图36e作为实例示出由和频发生SFG生成的光脉冲的光谱峰值。
具体实施方式
参考图1，发光装置400包括具有增益区域20的波导24，所述装置400还包括半导体可饱和吸收器40、第一反射结构60、第二反射结构M1、基片10和非线性晶体140。可饱和吸收器40和第一反射结构60的组合也已知为首字缩写SESAM(半导体可饱和吸收镜)第二反射结构M1也在本文中被称为倾斜的反射结构M1或耦合结构M1。第一反射结构60在本文中也被称为后反射体60。增益区域20、可饱和吸收器40、和倾斜的反射结构M1在共用基片10上实现。
激光发射器E1可包括后反射体60、可饱和吸收器40、和增益区域20。如果增益区域的增益被选择为足够高，则图1的发射器E1可能提供激光。发射器E1提供来自波导24第一端部的光脉冲B1。光脉冲B1被耦合到非线性晶体140内以便提供当与光脉冲B1相比较时具有更高频率的第二光脉冲B2。
第二光脉冲B2可由和频发生SFG生成。所述第一光脉冲B1的分立(individual)脉冲可具有第一光子Bfa和第二光子Bfb(图35)。所生成的第二光脉冲B2的光子的光学频率可能等于第一光子Bfa的光学频率与第二光子Bfb的光学频率的和。
特别是，第二光脉冲B2可能是由二次谐波发生SHG生成的。当与光B1相比较时第二光脉冲B2可能具有例如双倍光学频率和半波长，即用以提供二次谐波发生(SHG)。换言之，非线性介质140可能适合生成第二种光，从而使得由非线性晶体提供的光B2的光学频率为光B1的光学频率的两倍。
倾斜的反射结构M1适合将从波导24发射出的光束B1反射到非线性晶体140内。倾斜的反射结构M1适合使得光束B1的方向改变一个角度β，该角度β是在70至110度的范围内。特别是，所述角度β可能大致等于90度。
有利地，光B1被聚光结构120准直或者聚焦到非线性晶体140内(图13、34a、34b)。
波导24可能是脊形波导，即，其可能具有脊形的形式(见图23)。波导24平行于水平方向SX。在纵向(即，基本上在波导中沿着方向SX)传播的光，被波导侧部上的全内反射(total internal reflection)限制到所述波导24。
倾斜的反射结构M1可能适合基本上在竖直方向SZ上反射由发射器E1提供的光束B1。方向SZ垂直于方向SX。如果倾斜的反射结构M1是反射表面，诸如镜，则介于反射表面与方向SX之间的角度α可能是在35至55度的范围内。特别是，角度α可能大致为45度。
共用基片10可能在光束B1的波长下为基本上透明的，以便允许光束B1竖直地穿过所述共用基片10。当光束B1通过所述基片10反射到晶体140内时，非线性晶体140也可能被附着到同一共用基片10。
将非线性晶体140安置到共用基片10的大致水平表面上、以及基本上竖直地将光束B1引导到所述晶体140内，可能允许与在没有所述倾斜的反射结构M1的线性布置中相比，相对于光束B1更简单对齐晶体140。例如在图32和33中示出这样的线性布置。
可能由波导的倾斜端实现倾斜的反射结构M1。
后反射体60可能与波导24相接触或在它们之间可能有间隔。波导24可能与倾斜的反射结构M1相接触，或在它们之间可能有间隔。非线性晶体140可能与共用基片10相接触或在它们之间可能有间隔。可饱和吸收器40可能与增益区域20相接触或在它们之间可能有间隔。光学界面可能具有抗反射(AR)涂层。可替代地，光学界面可能具有涂层以增强光学反射和/或钝化固体/气体界面。
第二反射结构M1适合将光耦合到非线性介质140内。第二反射结构M1也可能是衍射光栅，其可能例如在波导24的侧部上实现以基本上竖直地朝着非线性晶体140而衍射光束B1。所强调的是，光栅也可能基本上平行于波导24，因而第二反射结构即耦合结构M1不一定必需是相对于波导24“倾斜”的。充当耦合结构M1的衍射光栅可能大致平行于基片10的平面。
通过使用倾斜的反射结构M1而对光束B1进行重新定向可能允许实现稳定的折叠结构。
后反射体60适合将从增益区域20的第二端部发射的光经过可饱和吸收器40反射回到所述增益区域20内，即在SX方向上。选择第一反射结构60的反射率以提供充足的光学反馈。第一反射结构60的反射率可能例如是在30至95％的范围内。可能例如由波导24的解理端部实现第一反射结构60。第一反射结构60也可能例如通过干法刻蚀而实现，诸如感应耦合等离子体-反应离子刻蚀(ICP-RIE)。
由于倾斜的反射结构M1，可能在发射器E1与晶片分离之前对它的运作进行测试。因而，在进一步加工之前可能辨识出任何有瑕疵的发射器E1，并且可能预计有成本的节省。
因而，制造发光装置400的方法可能包括：
-在基片晶片10上实现增益区域20，
-在所述基片晶片10上实现可饱和吸收器40，
-在所述基片晶片10上实现反射结构M1，和
-基于由所述反射结构M1反射的第一光脉冲B1而测量至少一个性能参数。
特别是，制造发光装置400的方法可能包括：
-在基片晶片10上实现增益区域20，
-将可饱和吸收器40与增益区域20电隔离开，
-在所述基片晶片10上实现反射结构M1，
-在所述基片晶片10上实现聚光结构120，
和
-基于由所述反射结构M1反射的第一光脉冲B1而测量至少一个性能参数。
参考图2，后反射体60也可能是例如在波导24侧部上实现的Bragg光栅。
当发光装置400不包括高Q值光谐振腔时，其可能通过增益切换或通过变动可饱和吸收器40中取决于强度的损耗，即通过类似于调Q的过程，而提供光脉冲B1。“Q”表示光谐振腔的品质因数。吸收器40最初是处于对于低强度光而言的吸收状态。在发射了前置(preceding)光脉冲之后，暂时减少增益区域20中的增益。经由吸收器40透射的强度随着增加入射光的强度而增加，直至强度达到吸收器40的饱和程度。后反射体60与可饱和吸收器40的组合的反射率此刻突然增加，这导致在增益区域20中放大的光的强度有显著增加。然而，由于光谱烧孔效应，高强度的生成减少了增益区域20中的增益，这提供了脉冲的下降沿。可饱和吸收器40可能具有充分短的载波寿命以使超短脉冲可行。强度很快减少为低于将吸收器设置为吸收状态所需的程度，并且上述循环本身可能重复出现。
参考图3，发光装置400还可能包括光谐振腔，即光谐振器，以控制光束B1的性质和/或启用对自发发射的波长选择性放大。通过后反射体60与局部反射结构80限定光谐振腔。局部反射结构80可能是例如介于增益区域20与倾斜的反射结构M1之间。局部反射结构80的反射率可能例如是在3至70％的范围内。可能例如通过发射器E1的解理端部，即，通过使用在固体与气体之间的反射界面，实现局部反射结构80。该腔体可能是法布里-珀罗谐振腔。
包括增益区域20和可饱和吸收器40的光谐振腔可能适合在水平方向SX上提供光脉冲B1。
可饱和吸收器40可能被反向偏压。可饱和吸收器中的可饱和吸收可能引起所发射的光束B1以一定频率脉动，该频率可能相当近似于与腔体的光学长度成反比。
当发光装置400包括光谐振腔时，其可能通过增益切换，通过主动模式锁定，通过被动模式锁定，通过主动调Q、通过被动调Q，和/或通过半被动调Q而提供光脉冲B1。
例如通过将可饱和吸收器40的反向偏置电压选择得足够高，通过选择可饱和吸收器40的光学长度，通过将可饱和吸收器中的可饱和光学吸收选择得足够高，以及/或者通过将前反射体80和/或后反射体60的反射率选择得足够低，可能将装置400设置为调Q运作。
倾斜的反射结构M1可能适合提供非常低的光学反馈到增益区域20，这允许增益区域在高的偏置电流下运作，而同时仍维持发光装置400的脉冲式运作。
在被动调Q中，可饱和吸收器40的偏置电压被保持在大致恒定的程度。在主动调Q中，通过调节可饱和吸收器40的偏置电压而调节可饱和吸收器40中的光学损耗。半被动调Q意味着可饱和吸收器40的偏置电压被调节以便开启或关闭激光，但是由被动调Q生成分立脉冲的序列(也见图29a至29c)。
除了调Q，甚至可以以非常高的频率调节增益区域20的驱动电流，以便接通或切断发射激光。
应注意到，通过调节增益区域20的运作电流而不用调Q来生成光脉冲，与通过使用调Q相比，在将电功率转换为脉冲光方面效率更低。这是由于在被耦合到激光发射器的电功率与相应的光学输出之间的非线性关系。较高的偏置电流需要较高的电压，这导致效率有所降低。对应于电输入功率加倍的光学功率通常比在没有所述加倍情况下所提供的光学功率的两倍更小。
脉冲重复频率可能是例如在100MHz至100GHz的范围内。特别是，脉冲重复频率可能是在10GHz至100GHz的范围内。脉冲的持续期可能是在500飞秒至1纳秒(500fs至1ns)的量级内，而分立光脉冲的能量可能保持小于1nJ(纳焦)。因此，从单一发射器E1发射出的分立光脉冲的峰值功率可能是例如在0.5W至10W的范围内。
脉冲重复频率也可能是在1GHz至500GHz的范围内。脉冲的持续期也可能是在1ps至10ps的范围内。从单一发射器E1发射出的分立光脉冲的峰值功率也可能是在10W至50W的范围内。
可饱和吸收器40和增益区域的速度确定光脉冲的最小持续期。另外，激光腔中的光子寿命对脉冲性质有影响。为了有效的频率变换，基波光应当具有高强度，这可能通过短的高强度脉冲而实现。脉冲宽度越短且脉冲重复频率越高，则人眼所感知到的散斑对比越低。尤其是在被动调Q的情况下，分立光脉冲的相位基本上是随机的，导致脉冲之间的随机干涉。
一般而言，脉冲宽度越短，脉冲的光学带宽越宽，和/或脉冲重复频率越高，则人眼所感知到的散斑对比越低。
人眼的积分时间(integration time)通常是在10ms的范围内。如果单一发射器的脉冲重复频率例如为10GHz，则人眼可能接收每10ms积分时间内由短相干长度脉冲所形成的高达一千万个散斑图案。通过进一步减少脉冲宽度，通过增加脉冲重复频率，以及通过使用多个独立的发射器，则所接收到的散斑图案的数目可能甚至于大于每10ms109个，且具有显著减少的散斑对比。
因而，通过使用很大数目的独立发射器可能实现非常低的散斑对比以提供具有短相干长度并且处于高重复频率下的第一光脉冲B1。
脉冲的持续期的减少也可能导致峰值强度增加，并且因此导致电能转换为可见光能的效率更高。
例如，通过增加可饱和吸收器40的反向偏置电压、或通过利用例如离子注入向晶体引入缺陷，可减少可饱和吸收器40的恢复时间。
内腔(intra-cavity)光束B0可能具有比经过局部反射结构80透射的光束B 1显著更大的强度(图3)。
发光装置400还可能包括介于后反射体60与局部反射结构80之间的相移区域(未示出)。
参看图4，局部反射结构80可能是Bragg光栅。因此，发射器E1可能充当分布式反馈(DFB)激光器。Bragg光栅可能是例如在波导24的侧部上实现的。
参看图5，局部反射结构80也可能安置在倾斜的反射结构M1之后以便实现折叠腔激光器。换言之，倾斜的反射结构M1是在光学上介于增益区域20与局部反射结构80之间的。局部反射结构80可能是例如在共用基片10的水平表面上。
局部反射结构80也可能是分布式Bragg反射体，其在基片10与倾斜的反射结构M1之间外延生长。
参看图6，倾斜的反射结构M1也适合在远离共用基片10的方向SZ上引导反射光远离。在此实施例中共用基片不需要是透明的。
参看图7，发光装置400可能包括另外的增益区域或增益模块150。该另外的增益区域150可能通过将从波导24端部发射出的主光束B00放大而提供光束B1。经放大的光B1可能随后耦合到非线性晶体140内。
参看图8，发光装置400可能包括聚光结构120以将光B1准直或聚焦到非线性晶体140内。聚光结构120可能是大致圆柱形的透镜，其适合在快轴的方向上对光B1进行准直、或者将光B1聚焦，该快轴的方向是在方向SX上。从波导24所发射的光束的快轴原来是在方向SZ上，但在被结构M1反射之后，快轴是在方向SX上。
光的聚焦可能包括提供接近准直的光束。
聚光结构120可能安置于共用基片10与非线性晶体140之间。例如，透镜120可能例如通过光学接合剂(optical cement)而附着到基片10。
同样的透镜120也可能适合在快轴的方向上和在慢轴的方向上对光B 1进行准直。透镜120可能例如具有椭圆表面，或透镜120的第一表面在方向SZ上可能具有圆柱形弯曲以及透镜的第二表面可能在方向SY上具有圆柱形弯曲。方向SY在图13中示出。
聚光结构120也可能是大致球形表面。
聚光结构120也可能是代替透镜或透镜以外的衍射结构，以便将光B 1聚焦或准直进入非线性晶体140内。
参看图9，基片10的一部分表面可能是大致圆柱形的以便在快轴的方向上准直或聚焦光束B1。
特别是，聚光结构120可能通过例如干法或湿法刻蚀而形成在基片10上。波导24和聚光结构120可能在基片10的不同侧部上。聚光结构120可适合将光束B1有效地耦合到所附着的非线性晶体140内，特别是耦合到所附着的非线性晶体140的波导142内。因而，倾斜的反射结构M1与聚光结构120的组合允许一种紧凑的解决方案，用于将所发射光束B1有效耦合到所附着的非线性晶体140的波导142内以进行有效的频率变换(图19a至20c，图21)。
参看图10，局部反射结构80也可能安置于聚光部件120与非线性晶体140之间以便限定折叠激光腔。
同样地，基片10的上表面，透镜120的表面，或非线性晶体140的表面可能适合充当局部反射结构80。介电(dielectric)涂层可能涂覆于一个表面以增强反射。
参看图11，非线性晶体140可能包括Bragg光栅82以提供反馈到增益区域，例如，用以实现光谐振腔。非线性晶体也可能包括波导142以限制光并且改善频率变换效率。
发光装置400可能包括Bragg光栅元件以提供频率选择性反馈到增益区域20。Bragg光栅元件可能被安置于例如非线性晶体140的表面上从而使得其将第一光脉冲B1经由晶体140反射回来。可替代地，所述Bragg光栅元件可能被安置于晶体140与基片10之间(图5)。
可通过减少由发射器E1提供的光脉冲的持续期而使得散斑对比最小化。使用短光脉冲也提供了将电能转换为可见波长的光能的良好效率。特别是，当所发射的高强度脉冲仅行进经过增益区域20一次时，可能提供非常短的光脉冲。这可能例如通过腔倒空而实现。Bragg光栅82可能适合以基波光脉冲B1的预定频率(即，以所述光脉冲B1的波长)提供频率选择性反馈。Bragg光栅82可能允许稳定基频率并且通过腔倒空生成光脉冲。通过非线性晶体140与Bragg光栅82的组合提供的光学反馈对于高强度光脉冲而言，显著低于对于低强度光而言的情况。由于取决于强度的反馈，则生成脉冲的下降时间可能非常短。所以，可能以高效率生成非常短并且强烈的可见光的光脉冲。
可饱和吸收器40、增益区域20、和非线性介质在光学上定位于后反射体60与Bragg光栅82之间。可饱和吸收器40和增益区域20适合发射第一光脉冲B1，该第一光脉冲B1耦合到所述非线性介质内以生成第二光脉冲B2。增益区域20也通过经放大的自发发射来发射低强度光，从而使得所述低强度光具有显著低于所述第一光脉冲的强度。低强度光经过所述非线性介质耦合到所述Bragg光栅82，从而使得光栅82适合频率选择性地将光反射回增益介质20内以便稳定所述第一光脉冲B1的光学频率。
Bragg光栅82与非线性晶体140的组合的反射率可能在低强度值和基频率下很高，这放大了在基频率处的光。在较高强度下，基频率处的光脉冲B1的能量可能在单程过程中被转换为处于更高频率处的光脉冲B2的能量。对于具有高强度的脉冲B1的单程转换效率可能比在可能包括非线性介质的波导142中为80％的效率更大。将基波光B1转换为高强度下的更高频光B2，减少了Bragg光栅82与非线性晶体140的组合的反射率，并且引起腔倒空。
Bragg光栅82可能在波导142的侧部上实现或在波导142中实现。可能选择波导142的色散(dispersion)和Bragg光栅82的光栅周期，从而使得所述Bragg光栅82的反射率对于第一光脉冲B1而言显著高于对于第二光脉冲B2的情况。换言之，Bragg光栅82可能是基本上对于第二光脉冲B2进行透射。
波导142也可能包括覆层，该覆层具有比所述波导142的核心更低的折射率。Bragg光栅可能在所述覆层上实现。可能选择介于所述波导的核心与Bragg光栅82的衍射部件之间的距离，从而使得所述Bragg光栅82的反射率对于第一光脉冲B1而言显著高于对于第二光脉冲B2的情况。
参看图12，通过实现抗反射涂层AR1、AR2还可能减少在腔体中来自固体-气体界面的不希望的反射。共用基片10的表面、透镜120和/或非线性晶体140的表面可能具有抗反射涂层AR1、AR2以便使得到增益区域20的宽带反馈最小化并且使得光束B1的峰值光学功率最大化。通过使用倾斜的反射结构M1而获得的优点在于，抗反射涂层AR1、AR2可能更易于涂覆到基片10、透镜120和/或晶体140，而不是涂覆到发射器E1的波导24的端部。
参看图13，发光装置400可能包括在基片10上布置为阵列A1的多个邻近的激光发射器E1a、E1b、E1c。阵列A1的发射器E1a、E1b、E1c的波导24基本上彼此平行。阵列A1可能包括参看图1至12如上所述的两个或更多个激光发射器E1。
方向SY垂直于方向SX和SZ。
阵列A1中发射器的数目可能例如是在2至5的范围内。发射器的数目也可能是在6至50的范围内以便提供高的功率和/或低的散斑对比。发射器的数目甚至可能是在51至2000的范围内以实现非常低的散斑对比和高的光通量。
发射器的中心线之间的距离可能是例如在25至100μm的量级内。2.5mm宽的阵列A1可能分别地包括例如25至100个分立的发射器E1a、E1b、E1c。中心线可能是基本上在同一平面内。
由阵列A1的发射器E1a、E1b、E1c提供的光可能由共用的倾斜的反射结构M1反射，并且由一个或更多个聚光部件120将光准直或聚焦到共用的非线性晶体140内。聚光部件120可能是大致圆柱形的透镜120，其适合在快轴的方向上即在方向SX上对光进行准直、或者将光聚焦。
通过使用若干分立的倾斜的反射结构M1，由发射器E1a、E1b、E1c提供的光也可能被耦合到非线性晶体140内(例如，图15)。然而，单一共用的倾斜的反射结构M1的实现可能比多个分离的结构M1的实现更为节省成本。
非线性晶体140可能包括一个或更多个波导142a、142b、142c以限制耦入光(in-coupled light)(图13)。所述波导142a、142b、142c包括非线性介质。所述波导的目的是沿着晶体的长度即在竖直方向SZ上维持高强度，用于更有效的单程频率变换。
由于非线性材料的有限的透明度，Bragg光栅82在波导142上/中的实现也可能比Bragg光栅82在体型(bulk type)非线性晶体140(尤其是具有诸如铌酸锂之类的某些非线性材料的非线性晶体)中的实现更可行(图11与12)。由于波导142，非线性材料的每单元长度的变换效率可能有所增加从而使得可能使用较短的交互作用长度。
波导142a、142b、142c的高度可能是例如5μm并且宽度可能是例如7μm。所述高度(在方向SX上)和宽度(在方向SY上)垂直于光束B1在波导142a、142b、142c中的传播方向SZ。
波导142a、142b、142c可能例如通过退火质子交换(APE)或通过扩散(例如通过锌或钛扩散)而实现在非线性晶体140的侧部上。
多个邻近的平行波导142a、142b、142c可能提供多个邻近的经频率变换的光束B2a、B2b、B2c等等。
照射到波导142a、142b、142c的光束B1的大小可能通过使得在聚光结构120与波导142a、142b、142c之间的光学距离最小化而最小化，这反过来可以通过使得所述聚光结构120的焦距最小化而完成。每个波导142a、142b、142c的输入端部可能安置于被聚光结构120聚焦或准直的光束的收束部(waist)处。发射器E1a、E1b、E1c的波导24可能被设计成使得光束B1a、B1b、B1c的发散最小化。
发光装置400也可能还包括圆柱形表面或透镜(图18)以同样在慢轴的方向SY上对光束B1进行准直或聚焦。非线性晶体140可能包括多个非平面端面124a、124b、124c以在慢轴的方向SY上对光束B1进行准直或聚焦(图19c和19b)。
非线性晶体140也可能具有衍射结构以对光B1和/或B2进行聚焦或准直。
非线性晶体140可能通过垫片122而附着到基片10(图13和34a)。晶体的位置可能是例如通过选择垫片122的厚度而设置的。
参看图14，发光装置400可能包括两个相对的发射器阵列A1、A2以增加功率和/或进一步减少散斑对比。相对的阵列A1、A2可能在共用基片10上实现。由阵列A1的发射器E1a、E1b、E1c和阵列A2的发射器E2a、E2b、E2c提供的光可能由一个或更多个聚光部件120进行准直后进入共用的非线性晶体140内。透镜120可能适合在快轴的方向上即在方向SX上对光进行准直、或者将光聚焦。由阵列A1提供的光束可能被倾斜的反射结构M1所反射并且由阵列A2提供的光束可能被第二倾斜的反射结构M2所反射。发射器E1a、E1b、E1c、E2a、E2b、E2c可能如参考图1至13在上面所述那样。阵列A1、A2的发射器可能基本上是类似的。
发射器E1a、E1b、E1c、E2a、E2b、E2c可能是通过使用已知的半导体加工技术而大致同时地在共用基片10上实现的。
由不同发射器E1a、E1b、E1c、E2a、E2b、E2c所提供的光束可能适合在非线性晶体140中保持基本上分开。
参看图15，倾斜的反射结构M1、M2可能交错开从而使得所反射的光束B1基本上是在由方向SY和SZ限定的相同竖直平面内。
参看图16，第一发射器E1和第二发射器E2可能在共用基片10上实现，从而使得第二发射器E2基本上与第一发射器E1相对。由发射器E1、E2提供的光束可能由反射结构M1、M2反射经过基片10。光束B1可能被一个或更多个透镜12准直后进入共用的非线性晶体140内。非线性晶体140可能如图16中所示在晶体140的两侧上具有限光波导142。也可能将来自相对的发射器E1、E2的光束B1准直或聚焦到在晶体140的一个表面上的共用波导142上。
竖直光束B 1的反射点之间的距离L3可能是例如在3至15μm的范围内。由于快轴发散，在基片10的上表面处，光束B1的宽度L6可能是在15至80μm的范围内。
参看图17，反射结构M1、M2可能适合将由发射器E1、E2提供的光束B1反射远离基片10进入共用的非线性晶体140内。
参看图18，发光装置400可能包括另外的圆柱形透镜或表面124以在慢轴的方向上对光进行准直或聚焦。
参看图19a，非线性晶体140的波导142a、142b、142c的输入端部可能具有锥形部分以将光收集到波导142a、142b、142c的窄部分内。波导142a、142b、142c的输入端部可能具有非平面端面用以折射光，以便将光收集到波导142a、142b、142c的窄部分内。波导142a、142b、142c的输出端部也可能具有锥形部分和/或端面。
非平面端面可能具有例如凸出或凹入形式。非线性晶体可能具有例如多个大致圆柱形的表面124a、124b、124c以将光聚焦到或者准直到多个波导142a、142b、142c内。因此，可以改进光B1的耦合效率以及/或者减少二次谐波光B2的发散。
参看图19b，非平面端面可能是例如通过在非线性晶体140的表面上刻蚀而形成的。刻蚀可能仅在非线性晶体140的表面近旁进行。刻蚀深度d1可能是例如20μm。
参看图20a和20b，非线性晶体140可能在方向SY上(即，沿着非线性晶体140的表面)而周期性地极化，以便提供准相位匹配条件。晶体140可能包括通过空间周期电场加以极化的铁电材料。所以，非线性晶体140可能包括规则地间隔开的极化畴(domain)144、146，它们的方向与二次谐波光束B2的电场E相匹配。准相位匹配光栅也可能被线性调频或形成图案，以便压缩和/或改动光脉冲的形状。入射激光束的电场E可能基本上与方向SY平行。选择极化畴的周期，从而使得所生成的二次谐波光束B2的相位在每个极化周期中与基波光B1相匹配。所述选择基于非线性介质的色散，即，基于在基波光B1与二次谐波光B2的折射率之间的差值。
准相位匹配光栅也可能被线性调频或形成图案，以便允许在延伸的波长范围下实现二次谐波发生。
也可能设计准相位匹配光栅以便利和频发生。
周期极化非线性晶体140可能具有一个或更多个波导142、142a、142b、142c。波导可能形成在非线性晶体140的一侧或两侧上(见图16)。
单一的非线性晶体140可能具有若干周期极化区(poled zone)，其周期关于若干不同的基频率而加以优化。因而，单一的非线性晶体140可能适合提供例如红色、绿色和蓝色光。
非线性晶体或介质140可能是例如铌酸锂、钽酸锂、或者也称为KTP的磷酸钛氧钾(KTiOPO4)、周期极化KTP、周期极化铌酸锂(PPLN)、或三硼酸锂(LBO)。特别是，非线性晶体140可能是周期极化的掺杂氧化镁的铌酸锂(PP-MgO-LN)。掺杂镁增加了铌酸锂非线性材料的光电导性，从而允许非线性晶体的较低运作温度，并且仍维持准相位匹配光栅的很高的光学损伤阈值。
发光装置400可能包括一个或更多个非线性晶体140。
非线性晶体140也可能没有波导和/或没有极化畴。
参看图20b，非线性晶体的波导142a、142b、142c可能是脊形波导，其可能是例如通过刻蚀而实现的。
参看图20c，非线性晶体也可能在方向SX上即基本上垂直于晶体140的表面而极化。
参看图12和图19a至20c，非线性晶体140可能包括下列部件中的一个或更多个：
-波导142a、142b、142c，其用以限制光，
-Bragg光栅，其用以经过非线性介质提供频率选择性反馈，
-波导的锥形入口/出口部分，其用以便利聚焦或准直，
-非平面端面或衍射结构，其用以衍射光从而便利聚焦或准直，和
-周期极化区144、146。
特别地，非线性晶体可能包括波导、Bragg光栅、周期极化区、和锥形入口部分。
参看图21，发光装置400可包括偏振旋转元件125，该偏振旋转元件安置于发射器E1与非线性晶体140之间，即，介于发射器E1的波导24与非线性晶体140之间。偏振旋转元件125可能对从波导24所发射出的光束B1的偏振进行旋转，从而使得耦合到非线性晶体140内的光相对于极化区144、146的定向而言具有最佳偏振。偏振旋转元件125可能将偏振旋转例如90度。偏振旋转元件可能是例如半波片。
偏振旋转元件也可能在反射结构M1和/或M2中或者其上实现。在此情况下，偏振旋转元件可能是在反射结构M1和/或M2的光学界面中或者其上刻蚀出的衍射结构。
作为实例，图22a示出边缘发射激光发射器E1的结构层。波导24包括至少一个有源区域21，例如一个或更多个量子势阱。特别是，有源区域21可能包括量子点或三个量子势阱。
波导24基本上平行于有源区域21的结构层，并且光束B1沿着所述有源区域传播。为比较起见，由垂直腔表面发射激光器(VCSEL)提供的光束通常基本上垂直于所述VCSEL的结构层。通过使用边缘发射构造而获得的优点在于，显著较高的单程增益和稳定的偏振。也可能在没有实现另外的结构层的情况下通过选择可饱和吸收器40的长度而选定可饱和吸收的量。所以，可饱和吸收器40可能适合提供高的可饱和吸收而不增加制造成本。
共用基片10可能是基本上透明的半导体材料，例如砷化镓(GaAs)、镓铟砷(GaInAs)或磷化铟(InP)。
波导24位于覆层32、33之间。基片侧部覆层32可能为n掺杂型并且第二覆层33可能为p掺杂型。接触层34在p掺杂型覆层上生长。该结构可能也包括其它半导体层。增益区域20和可饱和吸收器具有分离的金属触点26、47。激光器芯片，即，发射器E1可能被附着到具有例如金/金锡焊盘48、28的绝缘的带图案次黏着基台(submount)。
共用基片10的上侧可能涂覆有金属接触层12。后反射体60可能是通过光学多层涂层而实现的。
波导24基本上平行于共用基片10。波导24包括增益区域20和可饱和吸收器40。
层48、28可能与电绝缘次黏着基台(未示出)相接触以便冷却装置400。如果可饱和吸收器40具有与次黏着基台电绝缘的接触垫28，则次黏着基台也可能是导电的。次黏着基台可能是由例如氮化铝、氧化铍、碳化硅、或金刚石制成的。层48和28可能被预淀积在所述次黏着基台上。次黏着基台可能与热沉(未示出)相接触以便冷却装置400。
可替代地，层12可能与次黏着基台相接触。然而，由于经过共用基片10的较大热阻，所以与经由层28、48进行冷却的情况相比，冷却较为低效。
增益区域20被电泵浦。正的偏置电压V+可能被耦接到增益区域20，并且负的偏置电压V-可能被耦接到可饱和吸收器40，相对于地GND。换言之，增益区域20被正向偏压，并且可饱和吸收器40被反向偏压。
特别是，偏置电压V40可能被施加在接触层12(地)与触点47之间以更改吸收器40的运作状态。偏置电压V20可能被施加在接触层12(地)与触点26之间以在增益区域20中引起偏置电流。所述增益区域20的偏置电压V20和所述可饱和吸收器40的偏置电压V40可能是可以分别控制的。
在可饱和吸收器40与增益区域20之间可能有电绝缘体46。绝缘体可能是例如二氧化硅SiO2层。高度掺杂的接触层34可能在绝缘体46下方被局部地刻蚀除去，从而使得在增益区域20与可饱和吸收器40之间的电阻可能高于例如1kΩ。可能例如通过离子注入而增加在增益区域20与可饱和吸收器40之间的电阻。通过也在水平方向上分配电流，而同时仍提供对两个金属触点26、47的充分分离从而便利封装，高度掺杂的接触层34可能在绝缘体46的下方延伸以便使得可饱和吸收器40的有效长度最大化。
图22b示出与图22a的结构相关联的一些尺寸。波导和覆层32、33的总厚度T2可能是例如在3至4μm的范围内。共用基片10的厚度可能是例如在80至150μm的范围内。在可饱和吸收器40与增益区域20之间的绝缘区的长度L5可能是例如在5至50μm的范围内。增益区域20的长度L2可能是例如在250至4000μm的范围内。可饱和吸收器的长度L4可能是例如在10至200μm的范围内。
所述总厚度T2也可能是在4至6μm的范围内。可饱和吸收器的长度L4也可能是例如在200至400μm的范围内。
参看图23，激光发射器E1可能包括脊形波导24。波导24包括增益区域20，并且其可能还包括可饱和吸收器40。增益区域20和可饱和吸收器40可能在共用基片10上实现。
增益区域20中的电场基本上定向在方向SZ上。所述电场是由偏置电压V+引起的。增益区域20的性质确定基波光B1的偏振。从波导24的端部发射的基波光B1的偏振可能是基本上平行于方向SZ或平行于方向SY的。
带有晶格失配增益区域20的边缘发射激光器具有由装置不对称性及增益区域20的应力所确定的稳定偏振。稳定的偏振允许有效使用非线性晶体。为对比起见，由于高的装置对称性，垂直腔表面发射激光器通常具有不稳定的偏振。
激光器阵列A1可能包括若干根据图23的平行脊形波导24。邻近发射器E1的接触层26、47可能被附着到共用热沉。发光装置400可能具有凹槽41，该凹槽被刻蚀到覆层33内以便限定脊形波导24。
接触层34和凹槽41可能涂覆有电绝缘层15。绝缘层15可能局部被移除并且电触点26、47可能在脊形波导24的中央部分之上实现于暴露的接触层34上。凹槽41可能是沟槽。
波导24也可能具有锥形以便改变在慢轴的方向上所发射光束B1的发散。
参看图24，倾斜的反射结构M1可能由介于波导24与介电层92之间的界面实现，即，反射可能通过全内反射(TIR)而发生。介电层92可能是例如氮化硅Si3N4氧化铝(Al2O3)，或者二氧化硅SiO2。介电层92可能被另外的金属层94保护，例如由金层保护。
倾斜的反射结构M1可能例如是由化学辅助离子束刻蚀(CAIBE)或者由湿法刻蚀而形成的。
与图24的倾斜的反射结构M1相关联的优点在于，由于基片10中的光束发散，在激光发射器E1的输出表面处的高强度可能得以避免。强度的降低减少了在输出界面处的灾变性光学损伤(COD)的风险。倾斜的反射结构M1也可能被另外的金属层冷却到次黏着基台(未示出)，这进一步减少了COD的风险。倾斜的反射结构M1也允许在共用基片10上或其中实现透镜表面120，用以将基波光束B1有效耦合到非线性晶体140内。
该结构可以在增益区域20与基片10的表面之间没有任何固体-气体界面的情况下实现。共用基片10的表面的一部分120可能具有大致弯曲的形式以将光束B1准直或聚焦到非线性晶体140内。
参看图22a、图22b和图23在上面说明了图24中所示的其它结构层。
倾斜的反射结构M1可能还包括衍射光栅，以便除了将光束的一部分反射到非线性晶体140内以外，将光束B1的一部分反射回到波导24内。因而，倾斜的反射表面M1也可能充当局部反射结构80(图3)，其限定光谐振腔。
参看图25，倾斜的镜M1可能具有凹入形式以在慢轴的方向SY上改动光束的发散。当从经反射光束的侧部看去，形状为凹入的。凹入形状可能是例如圆柱形、椭圆形、抛物线形或抛物面的表面的一部分。
因而，发光装置400可能包括若干凹入镜M1a、M1b、M1c以分离地改变由阵列A1的发射器E1a、E1b、E1c所发射的每个光束的发散。
凹入镜M1a、M1b、M1c可能通过使用图26中所示的弯曲掩膜601而被刻蚀。图26也示出第二掩膜602，用于对第二阵列A2的第二镜系列进行同时刻蚀(图14)。
凹入镜M1a、M1b、M1c的形式可能是通过使用化学辅助离子束刻蚀(CAIBE)而刻蚀的。凹入镜M1a、M1b、M1c也可能例如通过物理刻蚀(例如，反应离子刻蚀)和化学刻蚀的组合而被刻蚀。
一般而言，可能通过调节增益部分20的电流和/或通过调节可饱和吸收器40的偏置电压而调节发光装置400的输出。
发光装置400可能包括另外的滤波器或光栅以从经频率变换的光束B2吸收或分离基波光束B1。
装置400具有另外的结构，诸如光栅或标准具，以稳定光束B1的波长。
发光装置400的发射器E1可能适合例如通过布置空间变动损耗或增益而呈现单横模(single transverse mode)运作。
可选择发射器E1的波长从而使得例如波长625nm(红光)、532nm(绿光)或465nm(蓝光)可能通过频率变换而生成。阵列A1的发射器E1a、E1b、E1c可能适合发射相同或略微不同的波长。提供略微不同的波长进一步减少了散斑对比。
所发射的红光也可能具有波长620nm。
相反的阵列A1与A2可能适合发射相同波长或不同波长。
通过调整增益区域20的偏置电流，以及通过调整可饱和吸收器40的偏置电压，可能控制发射器E1的光学功率。
可能需要红光、绿光和蓝光来从RGB色域选择一种颜色。可能使用三个或更多个不同的发光装置。例如，基于InGaAs量子势阱(铟镓砷化物)通过对于由发射器E1提供的1064nm光进行频率变换，可能提供绿光。基于InGaAs量子势阱通过对于由发射器E1提供的930nm光进行频率变换，可能提供蓝光。基于InGaAs(N)量子势阱(铟镓砷化物氮化物)通过对于由发射器E1提供的1250nm光进行频率变换，可能提供红光。
可能通过使用单独的非线性晶体140而生成不同的颜色。可替代地，单一的非线性晶体140可能具有分离区用于生成不同颜色。
可能通过单独地控制增益区域20的运作电流、和/或通过控制具有不同波长的发射器的可饱和吸收器40的偏置电压，调整由多个发射器提供的颜色。所以，可以控制在非线性晶体中生成的红光、绿光和蓝光的相对分数。
参看图27，图像投影装置500可能适合将光线B3投影到外部屏幕上以便显示出将要被一个或更多个人员观察到的图像610。光束B3的光学功率可能是例如在0.05至5W的范围内。向大量观众显示图像可能需要更多光学功率，例如在5至100W的范围内。图像610可能是单色图像或彩色图像。图像610可能是静止图像或视频图像。
参看图28，图像投影装置500可能包括光源400、光学空间积分器530，聚光器540，调制器550，和投影光学器件560。光源400可能是根据本发明的发光装置400。光源400可能提供可见光B2的空间上不均匀的光束。在空间积分器530中使得光束B2变得均匀，空间积分器530可能例如是具有充分长度的光纤。积分器530可能提供被聚光器540引导到调制器550的大致均匀的光束。聚光器540可能例如通过一个或更多个透镜或镜表面而实现。聚光器540也可能适合充当准直器。调制器550可能是例如二维的小型液晶显示器，或是微机械移动式镜的阵列(MEMS显示器)。可能使用反射性装备代替图28中所示的透射性布置。由调制器550生成的被照明像素随后由投影光学器件560成像到屏幕600。投影光学器件560可能通过一个或更多个透镜或镜表面而实现。透射装置500可能还包括致动器520以调整在阵列550与光学器件560之间的距离，以便聚焦所投影的图像620。发光装置400，调制器550，和聚焦致动器520可能受到控制单元510控制。
投影装置500可能包括三个单独的调制器550和三个单独的发光装置400以实现彩色的投影，例如，红光发射装置400、绿光发射装置400和蓝光发射装置，以便允许对从RGB色域选出的颜色进行投影。投影装置500可能包括一个红光发射装置400、两个绿光发射装置和一个蓝光发射装置400以实现RGGB颜色系统。
也可能使用利用红、绿和蓝色光束照明的单一二维调制器阵列550，用以在所述光束从不同角度照射到阵列时来实现彩色的投影。经反射的光随后组合起来并且投影到屏幕600以形成彩色图像610。
发光装置400的发射器可能以被动调Q、主动调Q、半被动调Q或连续波模式运作。在所有这些模式中，可能利用基本上恒定的电流来驱动增益区域20以便在增益区域20中提供基本上稳定的最大布居数反转(population inversion)。可能将增益区域20中的电流选择得很高以便提供高的单程增益。图29a示出被动调Q模式，图29b示出主动调Q模式，并且图29c示出半被动调Q模式。图29a-29c中所示的符号-V40指代偏置电压的负值。
在被动调Q模式中，可饱和吸收器40中的偏置电压V40在生成光脉冲B1期间保持处于基本上恒负的电平。随着通过变动光学强度而使得可饱和吸收器40在吸收状态与非吸收状态之间快速切换，生成了光脉冲B1。吸收器40最初是处于对于低强度光的吸收状态。在发射了前置光脉冲之后，暂时耗尽增益区域20中的增益。透过吸收器的强度随着增加入射光的强度而增加，直至强度达到吸收器40的饱和程度。腔损耗此刻突然减少，这导致所发射脉冲的强度急剧增加。然而，由于光谱烧孔效应，暂时的光脉冲的生成也减少了布居数反转，这提供了脉冲的下降沿。强度很快减少为低于将吸收器设置为吸收状态所需的程度，并且在没有对吸收器40的偏置电压V40进行主动调节的情况下上述循环本身可能重复。分立光脉冲的持续期可能是例如在500fs至1ns的范围内，并且在后续脉冲之间的时间分隔t2-t1可能是例如在10ps至10ns的范围内。t表示时间，t1表示光脉冲的起始时间并且t2表示后续脉冲的起始时间。
主动调Q意味着可饱和吸收器40的偏置电压V40以预定的速率在第一预定电平与第二预定电平之间变动。将偏置电压V40设置为第一电平启动了单一光脉冲B1的发生，并且将偏置电压V40设置为第二电平防止了光脉冲B1的形成。第一电平可能是例如基本上零电压或正电压，并且第二电平可能是负的偏置电压，可能对其进行选择以在可饱和吸收器40中引起高的吸收。以偏置电压V40的变动速率生成光脉冲B1。分立光脉冲的持续期可能是例如在50ps至1μs的范围内，并且在后续脉冲之间的时间分隔t3-t1可能是例如在1ns至10μs的范围内。t1表示光脉冲的起始时间并且t2表示后续脉冲的起始时间。
半被动调Q意味着通过对可饱和吸收器40的偏置电压V40进行变动而启用或禁用借助被动调Q的光脉冲B1的生成。可饱和吸收器40的偏置电压V40在第一预定电平与第二预定电平之间变动。
如图29b所示，将偏置电压V40设置为第一负电平启用了短光脉冲B1的发生，并且将偏置电压V40设置为第二负电平阻止了光脉冲B1的发生。
可替代地，第二电平也可能为较少负电平或甚至于正电平，在该电平下脉冲的峰值功率被降低。第二电平甚至能实现激光器的连续波运作。当以连续波模式运作时，由于非线性晶体中的较低光学强度，频率变换效率被降低。所以，可能对可见波长下的光学功率加以调节。
可能通过改变占空比(t4-t1)/(t5-t1)而在0％与100％之间调整输出光束的时间平均强度。换言之，可能通过脉宽调制来控制视在强度。如前所述，人眼的积分时间是10ms的量级，并且人类观察者在大约10ms的时间段期间感知到时间平均强度。t1表示脉冲序列的起始时间，t4表示所述脉冲序列的停止时间，并且t5表示下一个脉冲序列的起始时间。时间段t5-t1可能是例如在5ns至10μs的范围内。每个脉冲序列可能包括多个具有时间分隔t2-t1的光脉冲，其比时间段t5-t1短若干量级。
半被动调Q允许以例如在50MHz至200MHz范围内的频率来迅速调节可见输出强度，而同时也高效地将电能转换为可见光。当与主动调Q相比较时，由半被动调Q生成的光显著较少相干，并且因而更适于视觉显示。
也可能通过对增益区域20的偏置电压/电流进行调节来控制发光装置400发射激光。然而，对增益区域20的偏置电压/电流的调节与对可饱和吸收器40的偏置电压的调节相比效率较低。与通过调节增益区域20相比，通过调节可饱和吸收器40可以实现更高的调节频率。此外，通过调节可饱和吸收器40的偏置电压而进行的半被动调Q可能允许比增益区域20的电流的调节更加热稳定的运作。
参看图30，图像投影装置500可能包括发光装置400，其光束B2通过成像光学器件560聚焦于外部屏幕600上。B3在本文中表示经聚焦的光束。可能通过一个或更多个光束引导装置571、573而变动屏幕600上的聚焦点P1的位置。光束引导装置可能是例如具有一个或更多个反射或折射端面的转动镜或棱镜。
第一镜571的转动大致在方向SX上移动聚焦点P1，即，改变所述聚焦点P1的x坐标。第二镜573的转动大致在方向SY上移动聚焦点P1，即，改变所述聚焦点P1的y坐标。镜571、573可能由致动器572、574移动。
通过根据聚焦点P1的水平位置x和竖直位置y而调整由发光装置400所提供的光束B2的强度，可能显示出图像610。发光装置400可能以半被动调Q模式运作，并且可能通过调节一个或更多个可饱和吸收器40的偏置电压来调整强度。控制单元510可能适合根据聚焦点P1的位置来控制强度。控制单元510可能直接地或间接地耦接到可饱和吸收器40以控制强度。控制单元510可能直接地或间接地耦接到致动器572、574以设置聚焦点P1的位置和/或从所述致动器或位置传感器接收位置信号。
当投影机500适合示出高分辨率的视频图像时，扫描速度要求相当高。图像速率可能是例如高于80幅图像每秒，并且每幅图像可能包括例如512x1024个像素。为了示出视频图像，应当以大于40MHz的频率调节单一的投影光束B3的强度。为了按10％分辨率调整分立像素的强度，可能以大于400MHz的频率调节可饱和吸收器40的偏置电压。此外，至少一个光束引导装置应当多于40000次每秒地扫掠过图像区。即使旋转多面镜包括40个端面，旋转速度应当近似于1000转每秒。为了实现高的扫掠速率，光束引导装置571和573也可能是例如快速微机电镜(MEMS)，声光偏转器、或者旋转或移动全息偏转器。
参看图31，可能通过使用一个或更多个发光装置400来实现图像投影装置500，其包括发射器阵列A1(图13)。由发射器E1a、E1b、E1c、E1d所提供的光束B3a、B3b、B3d可能通过外部屏幕600上的成像光学器件560而聚焦以形成多个聚焦点，它们在同一竖直线VL1上。可能由光束引导装置571，例如由包括一个或更多个反射端面的转动镜，而对屏幕600上的聚焦点的水平位置进行变动。竖直线VL1中的像素的强度可能同时地受半被动调Q控制，即，通过单独地调节每个发射器E1a、E1b、E1c、E1d的可饱和吸收器40的偏置电压而控制。因而，可能在屏幕的每个位置处单独地控制所投影光束的强度以便显示出图像610。例如，由发射器E1c提供的光束(在图31中未示出)的强度可能被暂时设置为零。图像投影装置500也可能包括相对于图30而说明的制动器572和控制单元510。不同的发射器阵列可能被堆叠起来以实现不同的RGB颜色投影，或者单一的阵列可能包括交错的发射器用于显示不同颜色。
发光装置400可能包括例如512个单独受控的发射器E1a、E1b、E1c、E1d。旋转镜571可能包括例如八个端面，并且镜572可能以例如12.5转每秒的速率进行旋转。因而光束B3a、B3b、B3d按100次每秒地扫掠过屏幕。此刻，耦合到发射器的可饱和吸收器40的20MHz的调节频率将会允许在水平方向上以100个每秒的图像速率单独控制的1024个像素，而同时也允许在调整强度时1％的分辨率，并且允许在所述光束照射到转动镜571的两个邻近端面时的时间期间所发射的光束完全消隐。
参看图32，发光装置400也可能以基本上线性的方式实现而没有倾斜的反射结构M1。然而，与折叠式设计相比，片上测试可能更加困难，灾变性光学损伤(COD)的风险可能更高，非线性晶体正确对齐可能更加困难并且/或者抗反射涂层的实现可能更加困难。可饱和吸收器40、增益区域20、非线性晶体140和聚光结构120可能在安装基片14上实现。线性发光装置400可能包括根据图11、12、19a至20c的非线性晶体140。特别是，非线性晶体140可能包括波导并且其可能被周期极化。非线性晶体还可能包括Bragg光栅8以提供窄带反馈。
参看图33，发光装置400可能包括上面参考图1至12所述的若干发射器E1a、E1b、E1c但没有倾斜的反射结构M1。透镜120的正确位置可能是例如通过选择垫片123的厚度而设置的。
图34a示出包括周期极化非线性晶体140的一种发光装置400。装置400具有波导24，波导24包括增益区域20。增益区域20、可饱和吸收器40和耦合结构M1可能在基片10上实现。可饱和吸收器40调节由增益区域20生成的激光发射B1。如上所述，增益区域20和可饱和吸收器40生成第一光脉冲B1。第一光脉冲B1通过耦合结构M1和聚光结构120而耦合到非线性晶体140内。耦合结构M1可能将光经由基片10朝着非线性晶体进行反射或衍射。聚光结构120，例如透镜，可能将光准直或聚焦到非线性晶体140内。晶体140可能通过垫片122附着到基片10。晶体140也可能附着到外部框架(未示出)。晶体140也可能安置于炉中以便控制晶体的运作温度(未示出)。晶体可能与温度受控表面相接触(未示出)。
图34b示出发光装置400，其中非线性晶体140还包括波导142用以限制光和/或频率选择性结构82用以提供频率选择性反馈到增益区域20。频率选择性结构82和后反射体一起限定光谐振腔。
频率选择性结构82可能在非线性晶体140中或其上实现。
频率选择性结构82可能经过非线性晶体140提供第一光脉冲B1的频率选择性反馈，以便提供腔倒空和/或稳定光脉冲的光学频率。
如果装置400包括在非线性晶体140上实现的第一频率选择性结构，以及在波导24上实现的第二频率选择性结构，以充当后反射体(图2)，则所述结构的反射频带的谱位置应当匹配。Bragg光栅的反射频带的谱位置可能是例如通过挑选Bragg光栅的周期而选定的。通过控制该结构的运作温度，可能调谐和/或稳定Bragg光栅的反射频带的谱位置。
反射频带意味着其中在第一光脉冲B1的光学频率/波长附近由频率选择性结构反射光的光谱带。频率选择性结构82的反射带宽意味着在所述反射频带的半高宽(FWHM)。
如果频率选择性结构82仅在非线性晶体140中或其上实现，则可能是有利的。因而，不需要匹配反射频带的谱位置，并且装置400的制造和/或运作被极大地简化。
频率选择性结构82也可能是在非线性晶体140中或其上实现的介电多层结构。介电多层涂层可能涂覆于非线性晶体140的输入或输出端面上。
可替代地，频率选择性结构82可能仅在发射器E1的波导24中或其上实现。在该情况下，非线性晶体可能包括宽带反射体以将第一光脉冲B1反射回增益区域20。
参看图35，波导142可能是例如周期极化的掺杂氧化镁的铌酸锂(MgO:LiNbO3)波导，其也被称为PP-MgO-LN波导。Bragg光栅82可能形成在波导142的表面上以便提供窄带光学反馈B1′到增益区域20。后反射光B1′可能被用于第一光脉冲B1的频率锁定和/或用于收缩第一光脉冲B1的带宽，以便达到较高的频率变换效率。
第一光脉冲B1的分立脉冲可能包括第一光子Bfa和第二光子Bfb。第一光子Bfa的光学频率可能不同于第二光子Bfb的光学频率。换言之，第一光子Bfa的波长可能不同于第二光子Bfb的光学频率。第一光子Bfa的光学频率也可能等于第二光子Bfb的光学频率。换言之，第一光子Bfa的波长也可能等于第二光子Bfb的光学频率。
晶体140的非线性材料可能通过和频发生SFG，特别是通过二次谐波发生SHG而提供第二光脉冲B2。
Bragg光栅82可能通过波导142的有效折射率的周期性变动而实现。Λ1表示Bragg光栅82的周期。例如通过多个周期性地布置于波导142附近的衍射突起83，可能实现波导142的有效折射率的周期性变动。在最小与最大折射率之间的差越小并且周期的数目越大，则Bragg光栅的反射带宽越窄。
Λ2表示周期极化区144、146的周期。
为了有效的频率锁定以及为了实现用于有效频率变换的窄频带，Bragg光栅82的反射率应当大于或等于10％。为了有效的二次谐波发生(SHG)，频率选择性结构82的反射带宽应当比0.5nm更窄或与之相等。为了和频发生(SFG)，反射带宽可以较宽。为了和频发生(SFG)，反射带宽可能是例如比50nm更窄或与之相等，优选地比5nm更窄或与之相等。
现在将参看图36a至36e讨论和频发生(SFG)与二次谐波发生(SHG)之间的差异。作为实例，图36a示出第一光脉冲B1的强度IN的光谱分布。λ表示波长。第一光脉冲B1的所发射的光谱峰值可能例如在波长1064nm处具有峰值，并且峰值的半高宽FWHM可能为例如20nm。
图36b示出图36a的光谱峰值的部分，其有助于通过二次谐波发生SHG形成第二光脉冲B2。仅波长非常接近中心波长λC的光子可能参与二次谐波发生SHG。因此，脉冲B1的能量的很大部分被损失掉了。
图36c示出图36a的光谱峰值的部分，其可能有助于通过和频发生SFG形成第二光脉冲B2。在和频变换过程中，所生成的光脉冲B2的光子具有的光学频率等于第一光脉冲B1的第一光子的光学频率与第一光脉冲B1的第二光子的光学频率之和。
第一光子的波长可能与中央波长λC偏离量Δλ。现在可能将具有波长λC-Δλ的第一光子的能量与具有波长λC+Δλ的第二光子的能量相结合，从而使得所产生的和频脉冲的光子，即，所产生的第二光脉冲B2的光子具有近似于λC/2的波长。波长略有不同的光子以略有不同的速度在光学介质中传播，这引起色散。所以，所引起的脉冲B2的和频光子的波长略微地偏离λC/2。
第一条件λ＜λC的光子能量可能与第二条件λ＞λC的光子能量相结合。因而，在和频发生SFG中的起作用的光子的带宽可能显著的比二次谐波发生SHG中的更宽。因而，可以运用的能量的部分也可能大于二次谐波发生SHG中可以运用的能量的部分。
在二次谐波发生SHG中，两个光子的能量被结合，其中两个光子的波长均在中心波长λC附近。因而，可能认为二次谐波发生SHG是更一般的和频发生SFG的特殊情况。
中心波长λC对应于中心频率。在光脉冲B1的中心频率处的光子可能参与二次谐波发生(通过和频发生)。在比中心频率更低或更高的频率处的光子可能参与和频发生SFG而不参与二次谐波发生SHG。在两种情况下，所引起的频率变换光脉冲B2具有大致等于中心频率两倍的光学频率。
参看图36d，由于典型非线性晶体140的窄波长接收，由二次谐波发生所生成的输出光B2的光谱峰值通常是窄的。当使用脉冲式光源时，光谱峰值的FWHM可能是例如0.5nm。
然而，非线性晶体140也可能被极化用于和频发生，其中较低和较高的频率被合到一起，并且和频被生成为输出(SFG过程)。参看图36e，输出光B2的FWHM可能比在二次谐波发生SHG的情况下更宽，而同时仍获得高的频率变换效率。光谱峰值的FWHM可能是3至5nm。
所生成的脉冲B2的较宽光谱宽度便利了提供频率变换式脉冲B2的超短相干长度。由于短相干长度，所显示图像的散斑对比可能有所减少。这继而改善了图像品质以及视觉感知的分辨率。
当观察高度有散斑的图像时，一些人可能遭受癫痫似的症状。低散斑对比也可能有助于减少诱发癫痫病症的可能性。
甚至于当第一光脉冲B1的FWHM是50nm或更少量级时，可能应用和频发生。
与通过将该过程仅限于二次谐波发生SHG的情况相比，和频发生SFG还对温度变动更不敏感。周期极化非线性晶体的温度漂移通常是在0.1nm/℃的量级，而同时对于典型的半导体激光器而言温度漂移接近于0.3nm/℃。这意味着20℃的温度改变可能导致相位匹配波长中2nm的改变以及第一光脉冲B1的中心波长中6nm的改变。如果第一光脉冲B1的光谱峰值的FWHM是在20至30nm的范围内，则在中心波长λC中的6nm改变仅对和频发生的变换效率具有较小影响，即，实现了较好的温度不敏感性。
第二光脉冲B2也可能是通过三次谐波发生或通过四次谐波发生从第一光脉冲B1生成的。
装置400的非线性晶体140也可能作为分立构件供应。
现在通过参考下列示意性实例而给出一些优选实施例：
实例1：发光装置400，其包括：
-波导24，其具有电泵浦增益区域20，
-可饱和吸收器40，
-耦合结构M1，
-基片10，和
-非线性介质140，
其中所述可饱和吸收器40和所述增益区域20适合发射第一光脉冲B1，所述耦合结构M1适合将所述第一光脉冲B1耦合到所述非线性介质140内，所述非线性介质140适合生成第二光脉冲B2从而使得所述第二光脉冲B2的光学频率高于所述第一光脉冲B1的光学频率；所述增益区域20，所述可饱和吸收器40和所述耦合结构M1在所述基片10上实现从而使得所述耦合结构M1适合将所述第一光脉冲B1的方向改变一个在70至110度范围内的角度β。
实例2：实例1的装置400，其中所述第一光脉冲B1的分立脉冲具有第一光子Bfa和第二光子Bfb，所生成第二光脉冲B2的光子的光学频率等于第一光子Bfa的光学频率与第二光子Bfb的光学频率的和。
实例3：实例1或2的装置400，其中所述第二光脉冲B2的光学频率等于所述第一光脉冲B1的光学频率的两倍。
实例4：根据实例1至3中任一项的装置400，其还包括局部反射结构80、82以与后反射体60一起限定光谐振腔，所述光谐振腔包括所述增益区域20。
实例5：实例4的装置400，其中所述局部反射结构80、82是频率选择性结构。
实例6：实例5的装置400，其中所述光谐振腔包括仅一个频率选择性结构82，其具有例如比5nm更窄或与之相等的反射带宽。
实例7：根据实例1至6中任一项的装置400，其中所述非线性介质140是非线性晶体，其包括频率选择性结构82以提供反馈B1′到所述增益区域20。
实例8：根据实例5至7中任一项的装置400，其中所述频率选择性结构82被布置成经过所述非线性晶体140提供反馈B1′到所述增益区域20。
实例9：根据实例5至8中任一项的装置400，其中所述频率选择性结构82是在所述非线性晶体140中或其上实现的Bragg光栅或介电多层结构。
实例10：实例5或6的装置400包括分布式Bragg反射体80，其位于所述耦合结构M1与所述非线性介质140之间。
实例11：根据实例1至10中任一项的装置400，其包括多个大致平行的波导24以发射所述第一光脉冲B1a、B1b、B1c，由所述多个波导24发射的第一光脉冲B1a、B1b、B1c被耦合到单一的非线性晶体140内。
实例12：根据实例1至11中任一项的装置400，其还包括聚光结构120以将光准直或聚焦到所述非线性晶体140内。
实例13：实例12的装置400，其中所述聚光结构120为弯曲表面，其适合在所述第一光脉冲B1的快轴的方向上对光进行准直或聚焦。
实例14：实例13的装置400，其中所述基片10具有弯曲的表面。
实例15：实例12的装置400，其中所述聚光结构120是衍射结构。
实例16：根据实例1至15的任一项的装置，其包括另外的波导142、142a、142b、142c以限制所述第一光脉冲B1的光，所述另外的波导142、142a、142b、142c包括所述非线性介质。
实例17：实例16的装置400，其中所述另外的波导142a、142b、142c包括锥形部分以将光聚集到所述另外的波导142a、142b、142c的窄部分内。
实例18：实例16或17的装置400，其中所述非线性介质是晶体140，该晶体140具有一个或更多个凸出端面124a、124b、124c以将所述第一光脉冲B1折射到所述另外的波导142a、142b、142c内。
实例20：根据实例1至19的任一项的装置400，其中引入到所述非线性介质140的第一光脉冲B1具有预定的偏振，并且所述非线性介质具有周期极化区144、146以提供准相位匹配，从而使得所述第二光脉冲B2对于每个极化周期而言处于相同相位，所述区144、146的定向与所述第一光脉冲B1的偏振相匹配。
实例21：实例20的装置400还包括偏振旋转元件125。
实例22：根据权利要求1至21中任一项的装置(400)，其中所述增益区域(20)的偏置电压(V20)和所述可饱和吸收器(40)的偏置电压(V40)可以单独地控制。
实例23：用于通过使用波导24生成光脉冲B2的方法，波导24具有电泵浦增益区域20、可饱和吸收器40、耦合结构M1、基片10和非线性介质140，所述增益区域20、所述可饱和吸收器40以及所述耦合结构M1在所述基片10上实现，所述方法包括：
-使用所述可饱和吸收器40和所述增益区域20提供第一光脉冲B1，
-通过所述耦合结构M1将所述第一光脉冲B1的方向改变一个在70至110度范围内的角度β，和
-将所述第一光脉冲B1耦合到所述非线性介质140内以便生成第二光脉冲B2从而使得所述第二光脉冲B2的光学频率高于所述第一光脉冲B1的光学频率。
实例24：实例23的方法，其中第一光脉冲B1具有第一光子Bfa和第二光子Bfb，所生成的第二光脉冲B2的光子的光学频率等于第一光子Bfa的光学频率与第二光子Bfb的光学频率的和。
实例25：实例23或24的方法，其中所述第二光脉冲B2的光学频率等于所述第一光脉冲B1的光学频率的两倍。
实例26：根据实例23至25中任一项的方法，其还包括在第一电压电平与第二电压电平之间改变所述可饱和吸收器40的偏置电压V40。
实例27：投影装置500，其包括：
-根据实例1至21中任一项的光源400，和
-投影光学器件560，
实例28：实例27的投影装置500，其包括二维调制器阵列550。
实例29：实例27的投影装置500包括至少一个光束引导装置571，其中所述第一光脉冲B1适合通过半被动调Q而生成。
对于本领域的技术人员，将会清楚的是，可察知根据本发明的装置的更改和变动。图为示意性的。上面参看相应附图所述的特定实施例仅是例解性的，并且不是意图限制本发明的范畴，本发明的范畴是由所附权利要求限定的。

Claims (27)

1.发光装置(400)，其包括：
-具有电泵浦增益区域(20)的波导(24)，
-可饱和吸收器(40)，
-耦合结构(M1)，
-聚光结构(120)，
-基片(10)，和
-非线性介质(140)，
其中所述可饱和吸收器(40)和所述增益区域(20)适合发射第一光脉冲(B1)，所述耦合结构(M1)与所述聚光结构(120)一起适合将所述第一光脉冲(B1)耦合到所述非线性介质(140)内，所述非线性介质(140)适合生成第二光脉冲(B2)从而使得所述第二光脉冲(B2)的光学频率高于所述第一光脉冲(B1)的光学频率；所述增益区域(20)在所述基片(10)上或所述基片(10)中实现，所述可饱和吸收器(40)在所述基片(10)上或所述基片(10)中实现，所述耦合结构(M1)在所述基片(10)上或所述基片(10)中实现以及所述聚光结构(120)在所述基片(10)上或所述基片(10)中实现从而使得所述耦合结构(M1)适合将所述第一光脉冲(B1)的方向改变一个在70至110度范围内的角度(β)。
2.如权利要求1所述的装置(400)，其中所述第一光脉冲(B1)的分立脉冲具有第一光子(Bfa)和第二光子(Bfb)，所生成的第二光脉冲(B2)的光子的光学频率等于第一光子(Bfa)的光学频率与第二光子(Bfb)的光学频率的和。
3.如权利要求1或2所述的装置(400)，其中所述第二光脉冲(B2)的光学频率等于所述第一光脉冲(B1)的光学频率的两倍。
4.根据权利要求1所述的装置(400)，其还包括局部反射结构(80，82)以与后反射体(60)一起限定光谐振腔，所述光谐振腔包括所述增益区域(20)。
5.如权利要求4所述的装置(400)，其中所述局部反射结构(80，82)是频率选择性结构。
6.如权利要求5所述的装置(400)，其中所述频率选择性结构(82)的反射带宽窄于或等于5nm，以及所述光谐振腔包括仅一个所述频率选择性结构(82)。
7.根据权利要求1所述的装置(400)，其中所述非线性介质(140)是非线性晶体，其包括频率选择性结构(82)以提供反馈(B1′)到所述增益区域(20)。
8.根据权利要求5所述的装置(400)，其中所述非线性介质(140)是非线性晶体，以及所述频率选择性结构(82)被布置成通过所述非线性晶体(140)提供反馈(B1′)到所述增益区域(20)。
9.根据权利要求7或8所述的装置(400)，其中所述频率选择性结构(82)是在所述非线性晶体(140)中或所述非线性晶体(140)上实现的介电多层结构或Bragg光栅。
10.如权利要求5或6所述的装置(400)，其包括分布式Bragg反射体(80)，该Bragg反射体位于所述耦合结构(M1)与所述非线性介质(140)之间。
11.根据权利要求1所述的装置(400)，其包括多个大致平行的波导(24)以发射所述第一光脉冲(B1a，B1b，B1c)，由所述多个波导(24)发射的第一光脉冲(B1a，B1b，B1c)被耦合到单一的非线性晶体(140)内。
12.根据权利要求1所述的装置(400)，其中所述聚光结构(120)是弯曲表面，其适合将光准直或聚焦到所述非线性材料(140)内。
13.根据权利要求12所述的装置(400)，其中所述基片(10)具有弯曲的表面。
14.根据权利要求1所述的装置(400)，其中所述聚光结构是衍射表面。
15.根据权利要求1所述的装置，其包括另外的波导(142，142a，142b，142c)以限制所述第一光脉冲(B1)的光，所述另外的波导(142，142a，142b，142c)包括所述非线性介质(140)。
16.如权利要求15所述的装置(400)，其中所述另外的波导(142a，142b，142c)包括锥形部分以将光聚集到所述另外的波导(142a，142b，142c)的窄部分内。
17.如权利要求15或16所述的装置(400)，其中所述非线性介质是晶体(140)，该晶体(140)具有一个或更多个凸出端面(124a，124b，124c)以将所述第一光脉冲(B1)折射到所述另外的波导(142a，142b，142c)内。
18.根据权利要求1所述的装置(400)，其中引入到所述非线性介质(140)中的第一光脉冲(B1)具有预定的偏振，并且所述非线性介质具有周期极化区(144，146)以提供准相位匹配，从而使得所述第二光脉冲(B2)对于每个极化周期而言处于相同相位，所述区(144，146)的定向与所述第一光脉冲(B1)的偏振相匹配。
19.如权利要求18所述的装置(400)，还包括偏振旋转元件(125)。
20.根据权利要求1所述的装置(400)，其中所述增益区域(20)的偏置电压(V20)和所述可饱和吸收器(40)的偏置电压(V40)可以单独可控。
21.一种用于通过使用波导(24)生成光脉冲(B2)的方法，该波导(24)具有电泵浦增益区域(20)、可饱和吸收器(40)、耦合结构(M1)、基片(10)、聚光结构(120)和非线性介质(140)，所述增益区域(20)在所述基片(10)上或所述基片(10)中实现，所述可饱和吸收器(40)在所述基片(10)上或所述基片(10)中实现，所述耦合结构(M1)在所述基片(10)上或所述基片(10)中实现和所述聚光结构(120)在所述基片(10)上或所述基片(10)中实现，所述方法包括：
-使用所述可饱和吸收器(40)和所述增益区域(20)提供第一光脉冲(B1)，
-通过所述耦合结构(M1)将所述第一光脉冲(B1)的方向改变一个在70至110度范围内的角度(β)，和
-借助所述聚光结构(120)将所述第一光脉冲(B1)聚焦或准直到所述非线性介质(140)内以便生成第二光脉冲(B2)从而使得所述第二光脉冲(B2)的光学频率高于所述第一光脉冲(B1)的光学频率。
22.如权利要求21所述的方法，其中第一光脉冲(B1)具有第一光子(Bfa)和第二光子(Bfb)，所生成的第二光脉冲(B2)的光子的光学频率等于第一光子(Bfa)的光学频率与第二光子(Bfb)的光学频率的和。
23.如权利要求21或22所述的方法，其中所述第二光脉冲(B2)的光学频率等于所述第一光脉冲(B1)的光学频率的两倍。
24.根据权利要求21或22所述的方法，其还包括在第一电压电平与第二电压电平之间改变所述可饱和吸收器(40)的偏置电压(V40)。
25.一种投影装置(500)，其包括：
-根据权利要求1所述的发光装置(400)，和
-投影光学器件(560)。
26.权如利要求25所述的投影装置(500)，其包括二维调制器阵列(550)。
27.如权利要求25所述的投影装置(500)，包括至少一个光束引导装置(571)，其中所述第一光脉冲(B1)适合通过半被动调Q而被生成。
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