CN105226492A - 激光光源及激光显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种激光光源及激光显示系统，激光光源包括：用于产生激光光束的激光器；用于将激光光束整形为平行光束的整形光学元件；用于将平行光束分光的分光元件，其按比例将平行光束的一部分透射，将平行光束的另一部分反射；反射镜，用于将一部分透射光反馈，该反馈光经分光元件后射入激光器的谐振腔，以形成混沌激光并出射；分光元件的激光光束的反射部分作为激光光源的输出。本发明采用光学自反馈的方式有效控制激光器中的光场混沌，从而引起激光器混沌输出，激光器的输出在时域上不再是稳态，而是类似噪声的随机变化，具有类噪声宽频谱的特性，频域上对应的频谱具有平坦、宽带的特性，降低了激光相干性，可有效消除散斑噪声。

Description

激光光源及激光显示系统

技术领域

本发明涉及激光显示领域。更具体地，涉及一种激光光源及激光显示系统。

背景技术

目前，公知的激光显示系统是由红绿蓝三基色激光器作为激光光源，显示系统还包括整形光学组件、消相干光学组件、光学引擎、视频处理电路、控制管理电路、机壳和屏幕等组成。由于激光具有优良的相干特性、激光线宽窄，激光显示图像产生散斑噪声--即激光干涉条纹或图案，图像显示效果变差，需要增加消相干光学组件降低散斑噪声的影响，但消相干效果有限，散斑噪声难以完全消除，系统构成复杂、可靠性低。

激光输出的不稳定性是一个普遍现象，混沌激光的产生是激光器不稳定性的一个特例。混沌激光的特性在时域上具有类似噪声的随机变化，其相图为混沌吸引子，表明混沌激光过程是遍历混沌吸引子所包含状态的伪随机过程，频域上对应的频谱具有平坦、宽带的特性。优良的相干性是激光器一个显著的特性，而激光器输出的混沌激光却有低的相干性。混沌激光线宽相对常规同类型激光器会成倍展宽。

激光混沌研究的理论基础是H·Haken1975年证明的激光器的Maxwell-Bloch方程与混沌研究的Lorentz方程形式上的等价。Maxwell-Bloch方程如下：其中t为时间、E为腔内光场的电场强度的振幅，P为激光晶体的原子极化强度的振幅。D为反转粒子数，k为光场在腔内的衰减速率，γ_⊥为极化强度的衰减率，为反转粒子数的衰减率，Λ为泵浦参数。

Lorentz方程如下：其中Y为正比于水平方向的温度变化，Z为正比于垂直方向的温度变化，σ为普朗特数，b为几何因子，r为瑞利数。

$\left\{\begin{array}{c}\frac{dX}{dt}=\mathrm{\σ}\left(Y-X\right)\\ \frac{dY}{dt}=-XZ-rX-Y\\ \frac{dZ}{dt}=XY-bZ\end{array}\right.$

通过对上述方程研究，要出现混沌激光，需满足条件，相当于激光具有较低的品质因数。已知激光器不能满足这个条件。

因此，需要提供一种可以简化显示系统设计、具有优化性能的自反馈混沌腔型激光光源及激光显示系统。

发明内容

本发明意在通过引入外部自由度例如控制泵浦功率、腔损耗、外部反馈等实现混沌输出，来提供一种激光光源及激光显示系统，解决现有激光显示系统中存在散斑噪声的问题。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种激光光源，该激光光源包括：

用于产生激光光束的激光器，

用于将激光光束整形为平行光束的整形光学元件，

用于将平行光束分光的分光元件，其按比例将平行光束的一部分透射，将平行光束的另一部分反射，

反射镜，用于将一部分透射光反馈，该反馈光经分光元件后射入激光器的谐振腔，以形成混沌激光并出射，

分光元件的激光光束的反射部分作为激光光源的输出。

优选地，分光元件透射率为入射光功率的5％～50％，入射光经反射镜全反射后，得到满足混沌强度的反馈光，注入激光器的谐振腔产生混沌激光。

优选地，该激光光源还包括用于调节经反射镜的反馈光强度的变透过率中性衰减片，使激光器的谐振腔中更容易产生混沌激光且不被反馈光损坏。

优选地，激光器为绿光固体激光器，反射镜对绿光激光全反射。

一种激光光源，该激光光源包括：

用于产生红光激光光束的红光激光器、用于产生绿光激光光束的绿光激光器、用于产生蓝光激光光束的蓝光激光器，

其中的绿光激光器进一步包括：

用于产生激光光束的绿光激光器模块，

用于将激光光束整形为平行光束的整形光学元件，

用于将平行光束分光的分光元件，其按比例将平行光束的一部分透射，将平行光束的另一部分反射，

反射镜，用于将一部分透射光反馈，该反馈光经分光元件后射入绿光激光器模块的谐振腔，以形成混沌激光并出射，

分光元件的激光光束的反射部分作为绿光激光器的输出。

优选地，分光元件透射率为入射光功率的5％～50％，入射光经反射镜全反射后，得到满足混沌强度的反馈光，即可使得绿光激光器模块的谐振腔中产生混沌激光。

优选地，绿光激光器还包括用于调节经反射镜的反馈光强度的变透过率中性衰减片，使激光器的谐振腔中更容易产生混沌激光且不被反馈光损坏。

优选地，绿光激光器模块为绿光固体激光器，反射镜对绿光激光全反射。

一种激光显示系统，该激光显示系统的光源为上述红绿蓝三基色激光光源，其中的绿光激光器采用光学自反馈方式使绿光激光器模块产生光场混沌。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案采用光学自反馈的方式有效控制激光器中的光场混沌，从而引起激光器混沌输出，激光器的输出例如光强、波长、相位等在时域上不再是稳态，而是类似噪声的随机变化，具有类噪声宽频谱的特性，频域上对应的频谱具有平坦、宽带的特性，降低了激光相干性，可有效消除散斑噪声。与现有激光显示系统相比，本发明所述技术方案中去掉了复杂的消相干光学组件，提高了激光透过率，增强了激光显示系统的成像效果，简化了系统构成，提高了可靠性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出实施例1提供的激光光源的示意图。

图2示出实施例2提供的激光光源的示意图。

图3示出实施例3提供的激光显示系统的示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的激光光源包括：

用于产生激光光束的激光器101，

用于将激光光束整形为平行光束的整形光学元件102，

用于将平行光束分光的分光元件103，其按比例将平行光束的一部分透射，将平行光束的另一部分反射，

反射镜105，用于将一部分透射光反馈，该反馈光经所述分光元件103后射入激光器101的谐振腔，以形成混沌激光并出射，

分光元件103的激光光束的反射部分作为该激光光源的输出。

其中

分光元件103透射率为入射光功率的5％～50％。

分光元件103为分光镜，具体为棱镜或表面镀分光膜的平面镜。

该激光光源还包括用于调节经反射镜105的反馈光强度的变透过率中性衰减片104，变透过率中性衰减片104的透过率范围为0.1％～99％，通过变透过率中性衰减片104对反馈光强度的调节，使得激光器101的谐振腔中更容易产生混沌激光且可控制反馈光强度以保证激光器101不被反馈光损坏。

激光器101为绿光固体激光器，反射镜105镀高反射介质膜，对绿光激光全反射。

该激光光源的工作原理如下：激光器101发射激光，经整形光学元件102后出射高平行度光束，将分光元件103分光后的透射部分激光入射到用于光场自反馈的反射镜105后激光反馈回激光器101的谐振腔内，反馈光强度通过变透过率中性衰减片104进行大范围调节，由外部自反馈机理而形成混沌激光，反射镜105和整形光学元件102之间设置分光镜103将部分混沌激光反射输出，将部分混沌激光透射至反射镜105，再反馈回激光器101的谐振腔内，继续使激光器101的谐振腔内产生光场自反馈，产生混沌激光。

实施例2

如图2所示，本实施例提供的激光光源包括红光激光器201、绿光激光器202和蓝光激光器203，

红光激光器201为红光半导体激光器，蓝光激光器203为蓝光半导体激光器，绿光激光器202为绿光全固态激光器，

其中绿光激光器202进一步包括：

用于产生激光光束的绿光激光器模块204，

用于将激光光束整形为平行光束的整形光学元件205，

用于将平行光束分光的分光元件206，其按比例将平行光束的一部分透射，将平行光束的另一部分反射，

反射镜208，用于将一部分透射光反馈，该反馈光经所述分光元件206后射入绿光激光器模块204的谐振腔，以形成混沌激光并出射，

分光元件206的激光光束的反射部分作为绿光激光器202的输出，

进而，绿光激光器202的输出，与红光激光器201的输出、蓝光激光器203的输出一起作为该激光光源的输出。

其中

分光元件206透射率为入射光功率的5％～50％。

分光元件206为分光镜，具体为棱镜或表面镀分光膜的平面镜。

绿光激光器202还包括用于调节经反射镜208的反馈光强度的变透过率中性衰减片207，变透过率中性衰减片207的透过率范围为0.1％～99％，通过变透过率中性衰减片207对反馈光强度的调节，使得绿光激光器模块204的谐振腔中更容易产生混沌激光且可控制反馈光强度以保证绿光激光器模块204不被反馈光损坏。

绿光激光器模块204为绿光固体激光器，反射镜208镀高反射介质膜，对绿光高反。

实施例3

如图3所示，本实施例提供的激光显示系统包括红绿蓝三基色激光光源、光合束器309、光阀310和成像镜头311，

红绿蓝三基色激光光源射出的三色激光首先经过光合束器309合束，然后经过光阀310后由成像镜头311将图像投射到屏幕上显示。

其中

红绿蓝三基色激光光源包括红光激光器301、绿光激光器302和蓝光激光器303，

红光激光器301为红光半导体激光器，蓝光激光器303为蓝光半导体激光器，绿光激光器302为绿光全固态激光器，

其中绿光激光器302进一步包括：

用于产生激光光束的绿光激光器模块304，

用于将激光光束整形为平行光束的整形光学元件305，

用于将平行光束分光的分光元件306，其按比例将平行光束的一部分透射，将平行光束的另一部分反射，

反射镜308，用于将一部分透射光反馈，该反馈光经所述分光元件306后射入绿光激光器模块304的谐振腔，以形成混沌激光并出射，

分光元件306的激光光束的反射部分作为绿光激光器302的输出，

进而，绿光激光器302的输出，与红光激光器301的输出、蓝光激光器303的输出一起作为该激光光源的输出。

其中

分光元件306透射率为入射光功率的5％～50％。

分光元件306为分光镜，具体为棱镜或表面镀分光膜的平面镜。

绿光激光器302还包括用于调节经反射镜308的反馈光强度的变透过率中性衰减片307，变透过率中性衰减片307的透过率范围为0.1％～99％，通过变透过率中性衰减片307对反馈光强度的调节，使得绿光激光器模块304的谐振腔中更容易产生混沌激光且可控制反馈光强度以保证绿光激光器模块304不被反馈光损坏。

绿光激光器模块304为绿光固体激光器，反射镜308镀高反射介质膜，对绿光高反。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种激光光源，其特征在于，该激光光源包括：

用于产生激光光束的激光器，

用于将所述激光光束整形为平行光束的整形光学元件，

用于将所述平行光束分光的分光元件，其按比例将平行光束的一部分透射，将平行光束的另一部分反射，

反射镜，用于将所述一部分透射光反馈，该反馈光经所述分光元件后射入所述激光器的谐振腔，以形成混沌激光并出射，

所述分光元件的激光光束的反射部分作为激光光源的输出。

2.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述分光元件透射率为入射光功率的5％～50％。

3.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，该激光光源还包括用于调节经所述反射镜的反馈光强度的变透过率中性衰减片。

4.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述激光器为绿光固体激光器，所述反射镜对绿光激光全反射。

5.一种激光光源，其特征在于，该激光光源包括：

用于产生红光激光光束的红光激光器、用于产生绿光激光光束的绿光激光器、用于产生蓝光激光光束的蓝光激光器，

所述绿光激光器包括：

用于产生激光光束的绿光激光器模块，

用于将所述激光光束整形为平行光束的整形光学元件，

用于将所述平行光束分光的分光元件，其按比例将平行光束的一部分透射，将平行光束的另一部分反射，

反射镜，用于将所述一部分透射光反馈，该反馈光经所述分光元件后射入所述绿光激光器模块的谐振腔，以形成混沌激光并出射，

所述分光元件的激光光束的反射部分作为绿光激光器的输出。

6.根据权利要求5所述的激光光源，其特征在于，所述分光元件透射率为入射光功率的5％～50％。

7.根据权利要求5所述的激光光源，其特征在于，所述绿光激光器还包括用于调节经所述反射镜的反馈光强度的变透过率中性衰减片。

8.根据权利要求5所述的激光光源，其特征在于，所述绿光激光器模块为绿光固体激光器，所述反射镜对绿光全反射。

9.一种激光显示系统，其特征在于，该激光显示系统包括如权利要求5至8中任一所述的激光光源作为光源。