CN104364984A - 激光器架构 - Google Patents
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Abstract
本发明所公开的是用于外腔激光器的架构。在一些实施方案中,外腔激光器包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)元件、布鲁斯特板、倍频片以及微透镜阵列。布鲁斯特板相对于光路以一角度被布置,并且被配置来至少使从VCSEL接收的光以及在第一方向的光路上传播的光偏振,并且以与第一方向相反的第二方向,从外腔提取在光路上传播的被倍频的光。倍频片可操作来接收光并且倍频所接收的光的一部分的频率。微透镜阵列与VCSEL元件对准。安装座可以被用来以侧安装或端安装的方式安装倍频片的侧堆叠。
Description
技术领域
本公开一般地涉及激光器,并且更具体地,涉及高功率红外激光器技术和部件(包括固态激光器、垂直腔面发射激光器和二极管)。
背景技术
一般地,红色、绿色、蓝色和紫外(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。当选择激光器用于这些不同的市场/技术领域时,成本、可靠性、效率、尺寸和功率是可以被考虑的激光器参数。显示器是具有许多不同细分产品(segment)的市场的实例,所述细分产品以略有不同的方式评价这些参数。在消费类显示器市场中,成本、效率和尺寸可能是重要的参数,而在专业显示器市场中,可靠性、高功率和成本可能是关键的参数。廉价、可靠、高效率的绿色、红色或蓝色源对于所有上面的应用来说是重要的。这样的绿色激光源是特别相关的,因为对于专业显示器应用来说,高功率直接源(例如垂直腔面发射激光器(VCSEL)或边缘发射二极管)还未以合适的波长存在。
一般地,全色显示器至少使用红色、绿色和蓝色光源。当用在电影院中时,这些颜色必须在特定范围内以遵从由电影行业设定的标准,并且更具体地,遵从数字影院倡导联盟(Digital Cinema Initiative)。电影的大致所接受的颜色范围以红色或616-650nm、绿色或523-545nm以及蓝色或455-468nm给出。然而,消费类显示器市场没有这样严格的波长要求。随着红色和蓝色二极管已经变得可获得,对用于背光照明(backlight)以及用于消费类投影仪的激光器的兴趣已经增加。直接激光源是成本有效(cost effective)、可靠并且有效的光源。然而,目前并不存在具有显示器所需要的波长的高功率绿色直接激光源。因此,绿色是重要的激光技术,并且本领域存在对于高功率、有效的绿色直接光源的需要。此外,目前红色激光器有着非常严苛的冷却要求并且它们的寿命是相对受限的。
发明内容
本发明所公开的是用于外腔激光器的架构。在示例性实施方案中,外腔激光器包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)元件、布鲁斯特板、倍频片,并且可选地包括微透镜阵列。每个VCSEL元件在第一方向的光路上提供红外(IR)光。布鲁斯特板相对于光路以一角度被布置,并且被配置来至少使在第一方向的光路上传播的IR光偏振,并且以与第一方向相反的第二方向,从外腔提取在光路上传播的被倍频的光。倍频片可操作来接收IR光并且倍频所接收的IR光的一部分的频率。微透镜阵列与VCSEL元件对准并且可操作来引导到倍频片并且从倍频片引导。安装座也可以被用来将倍频片的堆叠安装在倍频片的它们的任一侧上或倍频片的端部上。
在具体的实施方案中,依据所公开的原理的用于外腔激光器系统的架构可以包括至少两个垂直腔面发射激光器(VCSEL)元件,每个VCSEL元件在第一方向的光路上将红外(IR)光提供到腔体中。同样,这样的架构可以包括至少两个倍频片,所述至少两个倍频片被设置在腔体中并且被配置来接收IR光,并且来基本上倍频所接收的IR光的至少一部分的频率。进一步地,示例性架构可以包括光学元件和布鲁斯特切板(cut plate),所述光学元件是在与VCSEL元件相对的腔体的一端处,并且被配置为对IR光是高反射性的,所述布鲁斯特切板被设置在VCSEL元件和倍频片之间,并且相对于光路以一角度被布置。在这样的实施方案中,布鲁斯特板可以被配置来至少使在第一方向的光路上传播的IR光偏振,并且以与第一方向相反的第二方向,从外腔提取在光路上传播的被倍频的光。
在其他更具体的实施方案中,依据所公开的原理的用于外腔激光器系统的架构可以包括多个垂直腔面发射激光器(VCSEL)元件,每个VCSEL元件在第一方向的光路上将红外(IR)光提供到腔体中。这样的架构还可以包括多个倍频片,所述多个倍频片被设置在腔体中并且被配置来接收IR光,并且来基本上倍频所接收的IR光的至少一部分的频率。多个倍频片典型地以彼此邻近的方式被布置成堆叠,其中所述倍频片之间有间隔件。示例性架构可以进一步包括安装座,所述安装座用于保持倍频片的堆叠,以使IR光进入倍频片的边缘。多个微透镜也可以被设置为邻近倍频片并且可操作来将光引导到倍频片并且从倍频片引导光。光学元件也可以被提供,所述光学元件是在与VCSEL元件相对的腔体的一端处,并且被配置为对IR光是高反射性的。而且,示例性架构可以进一步包括布鲁斯特板,所述布鲁斯特板被设置在VCSEL元件和倍频片之间,并且相对于光路以一角度被布置。在这样的实施方案中,布鲁斯特板可以被配置来至少使在第一方向的光路上传播的IR光偏振,并且以与第一方向相反的第二方向,从外腔提取在光路上传播的被倍频的光。
附图简要说明
实施方案通过实施例的方式在附图中被图示说明,其中相似的参考标号指示类似的零件,并且其中:
图1是图示说明常规的基于VCSEL的装置的一个实施方案的示意图;
图2是图示说明依据所公开的原理使用VCSEL阵列的示例性腔体的示意图;
图3是图示说明依据所公开的原理使用VCSEL阵列从示例性腔体的双光束提取的示意图;
图4是图示说明依据所公开的原理的周期性极化铌酸锂晶体(PPLN)的片的堆叠的特写的示意图,其中每个片具有微小的间隔;
图5是图示说明依据所公开的原理的示例性小透镜(lenslet)阵列的示意图;
图6是图示说明依据所公开的原理的端安装的(end mounted)倍频材料堆叠的立体图以及入射光的方向的示意图;
图7是图示说明依据所公开的原理的端安装的倍频器堆叠的俯视图的示意图;
图8是图示说明依据所公开的原理的图7所示的安装座的仰视图的示意图;
图9是图示说明依据所公开的原理的侧安装的(side mounted)倍频材料堆叠的立体图以及入射光的方向的示意图;以及
图10是图示说明依据所公开的原理的基于VCSEL的装置的实施方案的示意图.
具体实施方式
一般地,对绿色/蓝色/红色激光器来说存在几种方法。对于光的波长不是那么关键的非常低功率的应用来说,50-100mW的大致范围内的直接二极管在合适的波长范围内是可使用的。例如,这些二极管在针对消费类市场的小型、移动、“微型(pico)”投影仪方面是令人感兴趣的。然而,对于高功率应用来说,这些源不是有用的。对于较高功率应用来说,常规方法典型地采用由固态激光器产生并且然后利用非线性晶体来倍频的红外波长。典型的实施例可以包括光纤激光器以及使用晶体和掺杂玻璃的固态激光器(例如YAG激光器)的倍频,所述固态激光器是灯或二极管泵浦的。这些激光器可以产生可以被倍频的高功率、优质的IR光。高强度和优质对于IR光的有效倍频以形成可见光或UV光来说是关键的,例如,1064nm被倍频为532nm(绿光),而1232nm可以被倍频为616nm(红光)。虽然目前的这些被倍频的固态源可以在绿色波长中产生大量的功率(在几瓦至几千瓦的大致范围内),但固态源是昂贵的、复杂的、不是非常有效的并且难以成为可靠的。例如,对于专业显示器应用来说通常需要大约30000小时或更长,而对于这种情况,大约5瓦至2000瓦的可见光可能是合适的。
已被生产的绿色或蓝色激光器的另一形式为使用VCSEL阵列,例如图1中所图示说明的VCSEL阵列的示例性实施方案。图1是图示说明常规的基于VCSEL的装置100的一个实施方案的示意图。遗憾的是,VCSEL元件本身典型地不输出针对优选的应用(例如上面所指出的那些)所需要的合适的功率。例如,VCSEL可以输出大约150mW或更少,并且在VCSEL阵列的实施例中具有波长的扩展,例如,大于1纳米至10纳米的大致范围。因此,典型的低功率VCSEL元件或VCSEL阵列可能难以利用常规架构来有效地倍频。然而,它们使用的优点是VCSEL是极其可靠的并且产生优质的IR光。
在详细地进入所公开的实施方案之前,应该理解本文所讨论的图示说明的实施方案在其应用或创建方面不限于所示的具体布置的细节,因为实施方案能够实现布置。而且,可以在不同组合和布置中对实施方案的方面进行阐述,以限定本发明自身的独特性。此外,本文所使用的术语用于描述而非限制的目的。
图1图示说明商业上可获得的来自Necsel/Ushio的这样的基于VCSEL的装置100的示图。VCSEL装置100包括红外VCSEL阵列110、PPLN倍频器120、专用输出耦合器(在该实施方案中为体布拉格光栅(VBG))130、会聚(focusing)透镜140以及用来传送输出光的多模光纤150。从VCSEL阵列110照射的光最初传递通过二向色镜160。第一路径通过二向透镜160来照射倍频器120以用于倍频光的频率。所述光然后传递到体布拉格光栅(VBG)130,所述体布拉格光栅(VBG)130在该实施方案中用作输出耦合器。在常规架构中需要这种类型的输出耦合器来在腔体中降低频率的扩展,以使较低功率元件可以通过长的并且非常灵敏(但有效)的周期性极化倍频晶体120来倍频。倍频器120(>4mm)的长的长度需要使用VBG130,被用来在腔体中收紧(tighten)IR频率的扩展并且将它们锁定到周期性极化倍频器120的最佳频率。长周期性极性倍频器120和VBG输出耦合器130二者对波长、温度和对准有着非常严格的容限,并且因此不利地影响整个激光器的成本和可靠性。VBG130反射受限频率的IR光,以使它可以返回传递通过倍频器120并且倍频器120然后将IR光中的更多一些转变为被倍频的频率,然后所述IR光被二向色镜160反射并且然后被反射镜170朝向会聚透镜140反射。在腔体内不考虑会聚透镜140和反射镜170。会聚透镜140将第一和第二路径会聚到多模光纤150中,然后可以从装置100传出以用于照射图像。然而,会聚透镜140和光纤150不是必需的,因为自由空间光束输出也可能是期望的。
具体地查看正被倍频的第一路径上的光,倍频器120可以包括如上面所提及的周期性极化铌酸锂晶体(PPLN),其中PPLN可以被采用而不是块状(bulk)倍频晶体,因为PPLN在倍频光的频率方面可以是更有效的。这可以由于VCSEL光束的较低强度而被采用。然而,PPLN的长的长度可能具有许多显著的问题。首先,它可能比块状倍频晶体更昂贵。第二,为了使PPLN更好地工作,在对准、IR光的波长以及温度上有着非常严格的容限。因此,根据晶体的长度,PPLN必须被主动控制温度到大约0.1摄氏度左右。这样的严格温度控制系统是昂贵的并且从可靠性观点来看是具有挑战性的。
PPLN可以有效地倍频的波长扩展也是非常具有挑战性的。根据PPLN的长度,这典型地可以低至0.1nm。这种严格的容限典型地需要波长控制装置的使用,例如如图1的常规架构中所描述的腔体中的VBG,以使阵列的所有元件可以被有效地倍频。典型地,合适的窄带宽可以表明简单的标准具(etalon)可以不被使用来使带宽变窄。所以,典型地,难以构建的体布拉格光栅被采用作为输出耦合器130。在批量制造中,这种体光栅可能是光学系统中最昂贵的元件。PPLN和VBG二者也具有严格的角度容限,使得难以实现整体结构的批量制造以及随温度改变的操作。像这样,使用这种方法已经制成了几瓦的低功率装置,但制造针对高功率应用的这样的装置是有很多问题的。
新泽西州默瑟维尔的普林斯顿光电子公司(Princeton Optronics of Mercerville,NewJersey)已经能够制造具有独特性能的VCSEL。各个VCSEL元件可以展现高功率,例如,大于大约150mW;是非常可靠的,例如,大于100000小时;并且具有良好的光学品质,所述各个VCSEL元件可以包括微透镜,所述微透镜被构建在VCSEL元件上以用于提高能量获取。VCSEL以及相应的特性在以下文献中被一般地讨论,即美国专利No.6,888,871,“具有用于半导体激光器泵浦固态系统中的集成微透镜的VCSEL和VCSEL阵列(VCSELand VCSEL Array Having Integrated Microlenses For Use In A Semiconductor Laser PumpedSolid State System)”以及《激光会聚世界》(Laser Focus World)2011年4月刊的第61-65页,“高功率VCSEL成熟投入生产(High Power VCSEL Mature Into Production)”,出于所有目的,所述两篇文献的全部内容通过引用被并入本文。同样参见的是,2012年2月13日递交的、题为“激光器架构(Laser architectures)”的序号为No.61/598,175的共同转让的美国临时专利申请,以及它的序号为No.13/764,770的非临时转换美国专利申请,出于所有目的,所述二者的全部内容通过引用被并入本文。
单个地或以阵列的方式使用高功率VCSEL元件,输出分布布拉格反射器(DBR)的反射率被设计为增加外腔中的功率(而不是VCSEL激光器中的功率),并且使用PPLN倍频器的短部分(short section),所述PPLN倍频器将被独特地安装以用于温度控制。各个元件的高功率(>200mW)允许使用更短的(例如<6mm)的PPLN长度。除了短的长度之外,PPLN可以包括多个部分,所述多个部分则可以是温度被更好控制的。短的长度增加激光器的可靠性,并且具有改善的(eased)制造和对准容限。存在许多可以被用来倍频IR光的腔体架构。VCSEL可以是单个元件,或者是具有高强度元件的阵列。这些阵列可以针对高功率被设计并且具有输出DBR设置来增加外腔中的功率,所述外腔通过所公开的原理被概述为在VCSEL元件(一个或多个)和紧随块状倍频材料的频率相关高反射性/抗反射性(HR/AR)或高反射性/高反射性(HR/HR)(取决于应用,如下面所进一步详细描述的)结构之间。此外,2D阵列的平坦度是关键的并且为了良好的性能,曲率半径应该大于5m。
图2是图示说明依据所公开的原理使用VCSEL阵列的示例性腔体架构200的示意图。各个2D或1D排列的VCSEL元件210可以是高功率元件。附加地,为了更好的光束质量,VCSEL元件可以具有被安置在腔体中的小透镜或微透镜220。此外,它们的输出反射率可以被最优化来增加激光器的外腔中的功率。
在图2的腔体架构200中,可以存在被涂覆的标准具,所述标准具在一个实施方案中可以是布鲁斯特板230,所述布鲁斯特板230针对红外(IR)光被涂覆为抗反射性的(AR),并且根据是否需要绿色或蓝色激光器而针对绿色或蓝色被涂覆为高反射性的(HR)。1064nm和532nm的波长被分别用作针对IR和绿色/蓝色的代表性的波长。然而,IR可以容易地跨越800-1200nm并且绿色/蓝色可以跨越400-600nm。布鲁斯特板230可以被用来提高光束的偏振态并且允许绿色/蓝色光束从腔体被提取。光束然后被入射在倍频材料的堆叠240上,例如覆盖各个VCSEL元件输出或多个VCSEL输出的短PLLN倍频器。堆叠240中的PPLN倍频器被安装来允许PPLN的更好的温度控制。而且,为了帮助会聚从VCSEL阵列210产生的光并且因此提供进入PPLN倍频器堆叠240的更高质量的光束,微透镜阵列220可以被安置为邻近倍频器240。此外,堆叠240中的倍频器片可以可替换地由除铌酸锂之外的硼酸钡、磷酸二氢钾、磷酸氧钛钾、三硼酸锂或铌酸钾构成。当然,依据所公开的原理,其他有利的倍频材料也可以被采用。
在该实施方案中,如所图示说明的,堆叠240的PPLN倍频器的相对侧(例如与VCSEL阵列210相对)针对IR和绿色/蓝色二者被涂覆有高反射性(HR)覆层250。光然后再次返回传递通过PPLN倍频器堆叠240(创建更多的绿色/蓝色光)并且然后绿色光260被布鲁斯特板230提取,所述布鲁斯特板230对绿色光波长是高反射性的。根据该实施方案,HR覆层250可以是在PPLN或其他倍频材料本身上或者它可以是在分开的光学元件上,其中光学元件可以是反射性的并且邻近或靠近倍频材料。
VCSEL阵列210应该被小心安装并且阵列的平坦度和阵列的温度应该被控制。阵列210的平坦度可以通过考虑关于安装座的安装配置或者通过它如何被安装到安装座来提高。当阵列210被焊接到安装座时,阵列210可以通过力来加压以使阵列更平坦。阵列210应该比大约5mm左右的曲率半径更平坦。在焊接过程期间,边缘或中心上的力可以提高最终的阵列210的平坦度。这可以许多方式(包括通过机械地推或拉衬底(substrate)或者利用悬挂重量)来实现。此外,从更平坦的更高质量的子安装座着手可以提高整个安装座上VCSEL阵列的最终平坦度。典型地,这些子安装座可以是金刚石(因为它们的热传导特性),但是其他材料也可以被使用,并且这些子安装座然后被放置在散热器(heatsink)或冷却安装座上。子安装座(一个或多个)越平坦,越容易使VCSEL阵列当被安装在子安装座上时平坦。无论使用什么方法,VCSEL阵列210的温度以及阵列210的制造应该被控制,以使阵列210的元件的波长差异小于2nm。
图3是图示说明依据所公开的原理的双光束提取技术的一个实施方案的示意图。再次,VCSEL元件以阵列310的方式被布置以用于产生IR光。在图3的腔体架构300中,被涂覆的布鲁斯特板330也被提供,所述布鲁斯特板330针对IR光被涂覆为抗反射性的(AR)并且针对绿色光或蓝色光被涂覆为HR的。如上面所描述的,布鲁斯特板330可以被用来提高光束的偏振态并且允许绿色/蓝色光束从腔体被提取。具有从VCSEL阵列310射出的IR波长的光束传递通过布鲁斯特板330并且入射在倍频材料(例如PPLN)的堆叠340上。附加地,微透镜阵列320又可以被用来会聚从VCSEL阵列310接收的光束。堆叠340中的倍频器也被安装在一起,以允许倍频材料的更好的温度控制。
倍频器材料堆叠340的相对侧(例如与VCSEL阵列310相对的倍频器材料堆叠的侧)可以被涂覆有对于IR波长为HR的覆层350,但对于绿色/蓝色光,覆层350将会是抗反射性的。如之前的,根据该实施方案,HR/AR覆层350可以是在倍频器材料本身上或者它可以是在邻近倍频材料堆叠340的分开的光学元件上。向前传播通过腔体的任何绿色光作为“向前”的绿色光360传递通过HR/AR覆层350。存在于倍频器材料堆叠340中的IR被覆层350反射并且又返回传递通过PPLN倍频器堆叠340,由此创建更多的绿色/蓝色光。这种“向后”传播的绿色光370被布鲁斯特板330提取,所述布鲁斯特板330对绿色光波长是高反射性的。向前和向后的绿色(或蓝色)光可以在腔体外被组合。
图4是图示说明PPLN倍频器堆叠或片的特写示意图。在所图示说明的实施方案中,六个倍频器(410a-410f)在堆叠中被提供,其中每个以大约0.1mm与邻近的倍频器相间隔(Wc=0.1mm)。堆叠中PPLN倍频器中的每个的尺寸由在堆叠处VCSEL光束尺寸以及VCSEL/微透镜阵列间隔来确定。如本文所讨论的,微透镜阵列和小透镜阵列可以被可互换地使用。当光束传递通过PPLN堆叠时,这些尺寸可以被改变来匹配VCSEL阵列和微透镜阵列针对光束的尺寸的规格。在所图示说明的实施方案中,倍频器具有大约5mm的长度(L)以及大约2.2mm的一致的间隔(P)。然而,有效宽度(Weff)由于来自VCSEL阵列的光束尺寸而小于倍频器的实际尺寸,并且在该实施方案中是大约1.5mm至2.0mm。由于在堆叠的每个端提供的附加间隔(例如在每个端上为大约2.2mm),倍频器的示例性堆叠具有大约17.6mm的总长度(Wb)。
图5是图示说明示例性微透镜小透镜阵列510的前视图和侧视图的示意图500。在所图示说明的实施方案中,微透镜520中的每个具有大约1.0mm的合适的尺寸(P),其中厚度也是大约1.0mm。阵列510内各个微透镜520之间的间隔(其在该实施方案中为大约1.0mm)可以由VCSEL阵列中的VCSEL元件的间隔来确定。阵列510的位置和曲率可以被这样设定,以使来自VCSEL阵列的光束传递通过每一元件的一个微透镜520并且以使微透镜520准(quasi)校准光束或者导致它会聚在PPLN堆叠的中间附近或者会聚在高反射器处。从而,VCSEL阵列的元件布局和微透镜布局应该基本上相匹配。因此,如果VCSEL阵列元件相对于彼此被布局为六角形的或直线形的,则小透镜阵列510中的微透镜520也可以被类似地布局。
如本文所公开的,安装PPLN使得对准和温度控制被便利对于倍频器堆叠的批量制造来说是重要的标准。从而,所公开的原理提供至少两种安装技术,端安装和侧安装,两者都在下面被进一步详细地讨论。
图6图示说明根据所公开的原理的针对倍频器堆叠620的安装座600的第一实施方案的立体图,所述倍频器堆叠620被端安装在安装座上。进入PPLN倍频器堆叠620的光的方向也被图示说明。PPLN堆叠620的远端可以在其上具有HR覆层(未图示说明)。如关于图4所示出和描述的,为了更好的冷却,PPLN片620可以彼此分开。安装臂630可以被用来直接保持PPLN倍频器620,或者如所图示说明的,各个端耦合器640可以被用作热传导的子安装座来独立地固定每个倍频器材料。同样,将倍频器堆叠620固定到基底610的安装臂630可以由热传导材料(例如铜)构成。结果是,安装臂630帮助将热量传导远离PPLN片620。整个安装座600可以通过热电(TE)冷却器(未图示说明)或者气流来方便地冷却,或者,可替换地,堆叠620中的每个PPLN倍频器可以是温度控制的。另外,如果期望的话,温度传感器可以被包含在安装座600中。
图7是图示说明图6中介绍的端安装的PPLN堆叠安装座600的俯视图的示意图。从俯视图看,倍频器材料堆叠620可以是可见的,被用来将倍频器堆叠620固定到安装座基底610的安装臂630和耦合器640也可以是可见的。从这幅视图看,安装座600的基底610中的槽650可以是可见的,并且根据该实施方案以及基于VCSEL装置的构造,可以被用来让光在槽640的方向上离开倍频器堆叠620。
图8是图示说明图6和图7中所示出的安装座600的仰视图的示意图。从这幅图看,离开槽650的光是更容易可见的。在所图示说明的实施方案中,槽650在它们的布局中被示出为偏移的,然而,如所期望的,它们可以是居中的或者甚至更偏移的,只要它们基本上覆盖堆叠620中的倍频器材料片。而且,槽650可以被选定尺寸来调节来自VCSEL阵列的光束。
依据所公开的原理,安装倍频器材料920的堆叠的可替换的方式是将倍频器920保持在它们的侧上。图9是示出用于在安装座900中安装倍频器材料堆叠920的侧安装的技术的一个实施方案的示意图。整个安装座组件900使用安装臂930从顶部被压在一起,所述安装臂930连接到安装座900的基底910。安装臂930经由热传导的子安装座或耦合器940接触堆叠920。如通过箭头所示出的,IR光从安装座900的外面进入倍频器堆叠920。同样如之前的,如上面所详细讨论的,倍频器材料堆叠920的远端(与入射IR光的侧相对)可以被涂敷为HR的。如在其他实施方案中,倍频器材料920可以是PPLN片或者可以通过间隔件分开。有利地,为了更有效的热量散逸以及由此进行的堆叠920的温度控制,间隔件可以是热传导的并且由此与耦合器940组合使用,来从倍频器材料片920传导热量并且将热量传导到安装座900。
图10是图示说明基于VCSEL的装置1005的实施方案的示意图。图10包括VCSEL阵列1010。VCSEL阵列可以是1D或2D阵列。同样,在图10中所图示说明的是小透镜阵列1020和倍频器1030。倍频器1030可以是任何合适的倍频器,包括但不限于,块状倍频器、PPLN倍频器等等。倍频器可以具有反射IR光和绿色/蓝色光中的至少一种或者两种的高反射性的涂覆表面。同样,在图10中所包括的是标准具1040,所述标准具1040具有针对绿色/蓝色光的高反射性覆层并且还可以基本上将绿色/蓝色光移除到腔体之外,以被基本上准直或会聚到光纤中。在一个实施方案中,分开的反射镜元件可以被采用而代替针对倍频器的高反射性的涂覆表面,或者除针对倍频器的高反射性的涂覆表面之外,分开的反射镜元件可以被采用。标准具以大约35度被图示说明,但可以接近布鲁斯特角或以布鲁斯特角被倾斜。尽管小透镜阵列被包括在图10中,但它是可选的元件。
在一个实施例中并且继续图10的讨论,光可以通过VCSEL片1010被引入到基于VCSEL的装置1005并且被传递通过标准具1040。光然后可以传递通过小透镜阵列1020并且遇到倍频器1030。倍频器1030可以反射IR光和/或绿色/蓝色光返回通过倍频器1030和小透镜阵列1020。IR光和/或绿色/蓝色光然后可以遇到标准具1040,并且标准具可以将绿色/蓝色光反射出来且绿色/蓝色光可以被耦合到光纤中。
如本文可以使用的,术语“基本上”和“大致”为其对应的术语和/或项目之间的相关性提供行业公认容限。这样的行业公认容限的范围为从小于百分之一到百分之十,并且对应于,但不限于,分量值、角度等。项目之间的这样的相关性的范围在小于百分之一到百分之十之间。
应该注意的是,本公开的实施方案可以用在多种光学系统和投影系统中。示例性实施方案可以包括多种投影机、投影系统、光学组件、计算机系统、处理器、自备式投影机系统、视觉和/或视听系统以及电气设备和/或光学设备,或者可以与它们一起工作。本公开的方面可以实际上与同光学设备和电气设备、光学系统、显示系统、呈现系统(presentationsystem)相关的任何装置一起使用,或者与可以包含任何类型的光学系统的任何装置一起使用。因此,本公开的实施方案可以用在光学系统、视觉和/或光学呈现中所使用的设备、视觉外设等中以及包括互联网、内联网、局域网、广域网等的一些计算环境下。
尽管以上已描述了根据本文公开的原理的各种实施方案,应理解这些实施方案仅以举例的方式被提出,而非限制。这些架构和腔体元件的组合可以如本领域的技术人员所理解的来使用。因此,本公开的宽度和范围不应受任何上述的示例性实施方案限制,而应仅根据本公开公布的任何权利要求以及它们的等同形式来限定。而且,以上优点和特征提供在所描述的实施方案中,但不应将这些公布的权利要求的应用限制为实现以上优点的任一或全部的方法和结构。
附加地,本文的段落标题是被提供来与37CFR1.77的建议一致,或者用于提供本文的结构线索。这些标题不应限制或特征化可以从本公开公布的任何权利要求中所阐述的一个或多个发明。具体地并且以举例的方式,尽管标题指“技术领域”,权利要求书不应被该标题下所选择的语言限制为描述所谓的领域。进一步,“背景”中的技术的描述不是要被解读为承认某项技术是本公开中的任意一个或多个实施方案的现有技术。“发明内容”也不是要被认为是在公布的权利要求书中所阐述的一个或多个实施方案的特征描述。另外,本公开中对单数的“发明”的任何引用不应被用于证明在本公开中仅有一个新颖点。根据从本公开公布的多个权利要求的限定,可以阐述多个实施方案,并且这些权利要求相应地定义了由其保护的一个或多个实施方案,以及它们的等同形式。在所有实施例中,这些权利要求的范围应根据本公开按照这些权利要求本身的实质来考虑,而不应被本文所陈述的标题限制。
Claims (31)
1.一种用于外腔激光器系统的架构,所述架构包括:
至少两个垂直腔面发射激光器(VCSEL)元件,每个VCSEL元件在第一方向的光路上将红外(IR)光提供到腔体中;
至少两个倍频片,所述至少两个倍频片被设置在所述腔体中并且被配置来接收所述IR光,并且来基本上倍频所接收的IR光的至少一部分的频率;
光学元件,所述光学元件是在与所述VCSEL元件相对的所述腔体的一端处,并且被配置为对IR光是高反射性的;以及
布鲁斯特板,所述布鲁斯特板被设置在所述VCSEL元件和所述倍频片之间,并且相对于所述光路以一角度被布置,其中所述布鲁斯特板被配置来:
以与所述第一方向相反的第二方向,从所述外腔提取在所述光路上传播的被倍频的光。
2.如权利要求1所述的架构,其中被倍频的光包括选自红光、绿光、蓝光或紫外光中的至少一种的可见光。
3.如权利要求1所述的架构,其中所述光学元件包括覆层,所述覆层被设置在与所述VCSEL元件相对的所述腔体的一端处的所述倍频片的表面上。
4.如权利要求1所述的架构,其中所述光学元件对所述IR光和可见光谱中的光二者是高反射性的。
5.如权利要求1所述的架构,其中所述光学元件对可见光谱中的光是抗反射性的。
6.如权利要求1所述的架构,还包括多个微透镜,所述多个微透镜被设置为邻近所述倍频片并且对应于所述倍频片的数量,其中所述微透镜可操作来将光引导到所述倍频片并且从所述倍频片引导光。
7.如权利要求1所述的架构,其中所述倍频片包括选自硼酸钡、磷酸二氢钾、磷酸氧钛钾、铌酸锂、三硼酸锂以及铌酸钾中的至少一种的晶体。
8.如权利要求1所述的架构,其中所述倍频片以彼此邻近的方式被布置成堆叠,其中所述倍频片之间有间隔件,所述架构还包括用于保持所述倍频片的堆叠的安装座,以使所述IR光进入所述倍频片的边缘。
9.如权利要求8所述的架构,其中在被设置在所述堆叠的一端处的倍频片的侧表面上,所述倍频片的堆叠被安置在所述安装座上。
10.如权利要求8所述的架构,其中在所述堆叠中的所述倍频片的边缘上,所述倍频片的堆叠被安置在所述安装座上。
11.如权利要求10所述的架构,还包括槽,所述槽通过所述安装座被形成以用于将光传递通过所述安装座,其中所述槽的位置基本上与所述倍频片的所述边缘中的至少一些对准。
12.如权利要求8所述的架构,其中所述间隔件可操作来将热量从所述倍频片散逸到所述安装座的至少一部分。
13.如权利要求1所述的架构,其中所述至少两个VCSEL元件构成阵列,并且其中所述阵列比5mm的曲率半径更平坦。
14.一种用于外腔激光器系统的架构,所述架构包括:
多个垂直腔面发射激光器(VCSEL)元件,每个VCSEL元件在第一方向的光路上将红外(IR)光提供到腔体中;
多个倍频片,所述多个倍频片被设置在所述腔体中并且被配置来接收所述IR光,并且来基本上倍频所接收的IR光的至少一部分的频率,其中所述多个倍频片以彼此邻近的方式被布置成堆叠,其中所述倍频片之间有间隔件;
安装座,所述安装座用于保持所述倍频片的堆叠,以使所述IR光进入所述倍频片的边缘;
多个微透镜,所述多个微透镜被设置为邻近所述倍频片并且可操作来将光引导到所述倍频片并且从所述倍频片引导光;
光学元件,所述光学元件是在与所述VCSEL元件相对的所述腔体的一端处,并且被配置为对IR光是高反射性的;以及
布鲁斯特板,所述布鲁斯特板被设置在所述VCSEL元件和所述倍频片之间,并且相对于所述光路以一角度被布置,其中所述布鲁斯特板被配置来:
至少使在所述第一方向的所述光路上传播的所述IR光偏振,并且
以与所述第一方向相反的第二方向,从所述外腔提取在所述光路上传播的被倍频的光。
15.如权利要求14所述的架构,其中被倍频的光包括选自红光、绿光、蓝光或紫外光中的至少一种的可见光。
16.如权利要求14所述的架构,其中所述光学元件包括覆层,所述覆层被设置在与所述VCSEL元件相对的所述腔体的一端处的所述倍频片的表面上。
17.如权利要求14所述的架构,其中所述光学元件对所述IR光和可见光谱中的光二者是高反射性的。
18.如权利要求14所述的架构,其中所述光学元件对可见光谱中的光是抗反射性的。
19.如权利要求14所述的架构,其中微透镜的数量对应于或者大于倍频片的数量。
20.如权利要求14所述的架构,其中所述倍频片包括选自硼酸钡、磷酸二氢钾、磷酸氧钛钾、铌酸锂、三硼酸锂以及铌酸钾中的至少一种的晶体。
21.如权利要求14所述的架构,其中在被设置在所述堆叠的一端处的倍频片的侧表面上,所述倍频片的堆叠被安置在所述安装座上。
22.如权利要求14所述的架构,其中在所述堆叠中的所述倍频片的边缘上,所述倍频片的堆叠被安置在所述安装座上。
23.如权利要求14所述的架构,其中所述至少两个VCSEL元件构成阵列,并且其中所述阵列比5mm的曲率半径更平坦。
24.一种用于外腔激光器系统的架构,所述架构包括:
垂直腔面发射激光器(VCSEL)元件阵列,每个VCSEL元件在第一方向的光路上将红外(IR)光提供到腔体中,其中所述阵列比5mm的曲率半径更平坦;
通过间隔件分开的倍频片的堆叠,所述堆叠被设置在所述腔体中并且被配置来接收所述IR光,并且来基本上倍频所接收的IR光的至少一部分的频率;
安装座,所述安装座用于保持所述倍频片的堆叠,以使所述IR光进入所述倍频片的边缘,其中所述间隔件被热耦合到所述安装座以用于散逸来自所述倍频片的热量;
多个微透镜,所述多个微透镜被设置为邻近所述倍频片并且可操作来将光引导到所述倍频片并且从所述倍频片引导光;
光学元件,所述光学元件是在与所述阵列相对的所述腔体的一端处,并且被配置为对IR光是高反射性的;以及
布鲁斯特板,所述布鲁斯特板被设置在所述阵列和所述倍频片之间,并且相对于所述光路以一角度被布置,其中所述布鲁斯特板被配置来:
至少使在所述第一方向的所述光路上传播的所述IR光偏振,并且
以与所述第一方向相反的第二方向,从所述外腔提取在所述光路上传播的被倍频的光。
25.如权利要求24所述的架构,其中被倍频的光包括选自红光、绿光、蓝光或紫外光中的至少一种的可见光。
26.如权利要求24所述的架构,其中所述光学元件包括覆层,所述覆层被设置在与所述阵列相对的所述腔体的一端处的所述倍频片的表面上。
27.如权利要求24所述的架构,其中所述光学元件对所述IR光和可见光谱中的光二者是高反射性的。
28.如权利要求24所述的架构,其中所述光学元件对可见光谱中的光是抗反射性的。
29.如权利要求24所述的架构,其中在被设置在所述堆叠的一端处的倍频片的侧表面上,所述堆叠被安置在所述安装座上。
30.如权利要求24所述的架构,其中在所述堆叠中的所述倍频片的边缘上,所述堆叠被安置在所述安装座上。
31.如权利要求1所述的架构,其中所述布鲁斯特板被配置来至少使在所述第一方向的所述光路上传播的所述IR光偏振。
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