CN108292822A - 用于显示器应用的绿色激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于生产具有减少的散斑的高功率激光器的方法和设备。提供包含掺铽激射材料的纤维和固态激光器。描述用于增加信号反射带宽、减小空间模式的耦合性和相干性并且均衡掺铽激光器的增益以供用于激光显示器系统中的实施方案。描述了用于生成在感兴趣范围内的单独波长以供用于3D激光显示器系统中的光谱选择器。

Description

用于显示器应用的绿色激光器
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年9月15日提交的美国临时申请第62/218,830号的优先权，该申请以引用方式全文并入本文。
背景技术
基于激光的显示器系统(诸如数字激光影院(DLC)投影仪)通常需要在可见光谱的红色带、绿色带和蓝色带中操作的高功率激光器。在许多情况下，期望在此类基于激光的显示器系统中使用的激光器具有在10 W至100 W的范围内的输出功率，而且也无散斑，散斑是激光显示器的屏幕上使图像质量下降的粒状图案。散斑典型地是相干光源因被照射表面的粗糙度而移相的分量的干涉造成的。当前，在红色带和蓝色带两者中的高功率激光器可供用作半导体二极管激光器。此类激光器是低成本且高效率的，具有差空间相干性和足够光谱宽度来固有地减轻散斑。尽管过去十年在红色带和蓝色带中实现了功率和可靠性的提高，但是因材料和制造工艺中的物理机制而无法实现在绿色带中的类似质量二极管激光器。虽然DLC投影仪市场足够的强大以促使二极管激光器成本降至商品水平，但是它在解决在绿色二极管激光器中的物理机制的问题上未进行大量的研究和开发工作。出于这个原因，当前在使用替代方法来在绿色带中产生光。
一种在当前采用的方法是使用高功率激光器来直接发射在红外带中的光并使用倍频技术来产生绿色带。然而，倍频要求激光源具有窄光谱。因此，必须要采用与激光器部件分开的机构来消除散斑。例如，在此类倍频方法中，可使用相位调制器来通过在倍频(每个边带自己加倍)之前或倍频之后的红外带中生成离散光谱边带进行光谱扩展。此类替代机构需要昂贵部件并增加了系统复杂性。例如，用于此类机构的所需的相位调制器和电RF驱动器可能是昂贵的，并且使激光显示器增加了非希望复杂性。此外，此类替代机构创建附加且不太理想的故障模式，其中整个系统性能因转换过程中任何单个组件的损失而受到损害。具体地讲，这种系统中的任何所得散斑都将会严重地降低投射的图像的质量，从而极大地分散了观看者注意力。相比之下，当所要的彩色光是由二极管激光器直接发射时，单个二极管激光器故障仅导致该颜色带中的功率被减少一小部分。虽然此类型的故障导致非严格正确的颜色渲染，但是它仍然是可观看的，而不使观看者注意力太分散。另外，此后一类型的故障可立即通过增加其它二极管激光器的功率来补偿。例如，可使用比必需的更多的二极管激光器并且使它们在最大功率之下运行，以便在单个或多个二极管激光器故障的情况下允功率增加净空。
因此，需要的是缓解用于产生光以供用于激光显示器系统中的现有激光技术上的问题的新的激射方法。
发明概要
下文呈现对本发明的一些非限制性实施方案的简化概要，以便提供本发明的基本理解。该概要非本发明的广延综述。该概要不意图标识本发明的关键性的/决定性的要素或划出本发明的范围。它唯一目的是以简化的形式呈现本发明的一些实施方案，作为在稍后呈现的一些详细描述的前序。
如本文所述的方法和设备缓解了用于产生所要的波长带的光以供用于激光显示器系统中的现有激光技术上的问题。在一些非限制性实例中，描述了一种以较高的效率和减少的散斑在所要的波长带中直接发射的新型二极管泵浦的激光器。在一个非限制性实例中，激光介质是由掺铽材料限定。描述了在对应于绿光的波长带中以减少的散斑在较高的功率下进行操作的一些非限制性实施方案。
在一个非限制性实施方案中，提供了一种激光器，所述激光器包含掺铽激射材料。所述激光器进一步包括：第一反射器，所述第一反射器定位在激光腔的第一端部处；输出耦合器，所述输出耦合器定位在所述激光腔的第二端部处；以及泵浦器，所述泵浦器被配置成泵浦所述激光腔，使得所述掺铽激射材料发射光。
在一些实例中，所述第一反射器包括对所述发射光的至少一些波长的高反射率。例如，在一些实例中，所述第一反射器包括对所述光的至少一些波长的至少90%的反射率。在一些实例中，所述第一反射器包括对所述光的至少一些波长的至少98%的反射率。
在一些实例中，所述第一反射器包括宽信号反射带宽。例如，在一些实例中，所述第一反射器包括大于0.5 nm的信号反射带宽。在一些实例中，所述第一反射器包括大于5nm的信号反射带宽。在一些实例中，所述第一反射器包括大于5 nm且小于15 nm的信号反射带宽。在一些实例中，所述信号反射带宽包括545 nm带。在一些实例中，所述发射光包括大于5 nm且小于15 nm的带宽。
在一些非限制性实施方案中，所述激光器是纤维激光器。在一些实例中，所述纤维激光器是双包层纤维激光器。
在一些实例中，所述激光器是包括多根间隔开的掺铽纤维芯体的多芯纤维激光器。在一些实例中，所述多根掺铽纤维芯体间隔开，使得所述芯体中的一者的小于-20dB的功率与相邻芯体重叠。
在一些实例中，所述掺铽激射材料包括多芯纤维芯体。在一些实例中，所述输出耦合器包括纤维布拉格光栅，所述纤维布拉格光栅被配置成使得所述多模纤维芯体的不同模式在不同波长下激射。在一些实例中，至少所述多模纤维芯体的第一模式被配置成在第一波长下激射，所述多模纤维芯体的第二模式被配置成在不同于所述第一波长的第二波长下激射，并且所述多模纤维芯体的第三模式被配置成在不同于所述第一波长和所述第二波长的第三波长下激射。在一些实例中，所述第一反射器某个信号反射带宽，所述信号反射带宽包括所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长。在一些实例中，所述第一反射器包括空间上变化的光谱反射。
在一些非限制性实施方案中，所述激光器是固态激光器。在一些实例中，所述激射材料包括玻璃、陶瓷和晶体材料中的一者。
在一些实例中，所述激光器是多模固态激光器。在一些实例中，所述输出耦合器被配置成使得所述多模激光器的不同模式在不同波长下激射。在一些实例中，至少所述多模固态激光器的第一模式被配置成在第一波长下激射，所述多模固态激光器的第二模式被配置成在不同于所述第一波长的第二波长下激射，并且所述多模固态激光器的第三模式被配置成在不同于所述第一波长和所述第二波长的第三波长下激射。在一些实例中，所述第一反射器某个信号反射带宽，所述信号反射带宽包括所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长。
在一些实例中，所述输出耦合器包括空间上变化的光谱反射。在一些实例中，所述输出耦合器的所述光谱反射从所述输出耦合器的中心点朝所述输出耦合器的外边缘增加。在一些实例中，所述光谱反射被数字地图案化以从所述中心点朝所述外边缘增加，其中所述光谱反射包括方位角平均的光谱反射。在一些实例中，所述激光器进一步包括空间上变化的透射滤波器。在一些实例中，所述透射滤波器包括在所述输出耦合器上的图案。在一些实例中，所述透射滤波器包括附接在所述滤波器的中心处并延伸到所述滤波器的外边缘的多个辐条的阵列。在一些实例中，所述多个辐条中的每一者的大小从所述滤波器的所述中心向所述滤波器的所述外边缘增加。
在一些实例中，所述激光器进一步包括至少一个成像元件，所述至少一个成像元件被配置成在所述激光腔中变换光束，以便减少所述多模激光器的不同模式之间的耦合。在一些实例中，所述至少一个成像元件被配置成在所述激光腔中对光束进行傅里叶变换。在一些实例中，至少一个成像元件包括透镜、曲面镜和衍射光学元件中的至少一者。
在另一非限制性实施方案中，提供了一种激光器，所述激光器包括激光腔和光谱整形元件。所述激光腔包含掺铽激射材料，所述掺铽激射材料包括光谱相关可变增益。所述光谱整形元件被配置成补偿所述激射材料的所述光谱相关可变增益的至少一部分。
在一些实例中，所述光谱整形元件是腔内滤波器、在光纤的端部上的涂层或纤维布拉格光栅中的至少一者。
在一些实例中，所述光谱整形元件包括定位在所述激光腔的第一端部处的纤维布拉格光栅反射器和定位在所述激光腔的第二端部处的纤维布拉格光栅输出耦合器。
在一些实例中，所述光谱整形元件被配置成补偿所述激射材料的光谱相关可变增益的至少一部分，使得所述激射材料的净增益在感兴趣波长带上是基本上均匀的。在一些实例中，所述感兴趣波长带是535-560 nm。在一些实例中，所述感兴趣波长带对应于所述光谱相关可变增益的峰值。
在一些实例中，所述激光器进一步包括多个光谱整形元件，其中所述多个光谱整形元件中的每一者被配置成补偿所述激射材料的所述光谱相关可变增益的相应部分，使得所述激射材料的净增益在感兴趣波长带上是基本上均匀的。
在一些实例中，所述激光器是固态激光器，并且其中所述光谱整形元件是腔内滤波器、在所述激射材料的端部上的涂层或体布拉格光栅中的至少一者。
在另一非限制性实施方案中，提供了一种激光系统，所述激光系统包括至少一个激光腔、第一光谱选择器元件和第二光谱选择器元件。所述至少一个激光腔包含掺铽激射材料，所述掺铽激射材料包括增益带宽。所述第一光谱选择器元件被配置成从所述增益带宽生成第一带，并且所述第二光谱选择器元件被配置成从所述增益带宽生成第二带，所述第二带不同于所述第一带。
在一些实例中，所述激光系统包括：第一激光器，所述第一激光器包括所述至少一个激光腔和所述第一光谱选择器；以及第二激光器，所述第二激光器包括第二激光腔和所述第二光谱选择器，所述第二激光腔包含掺铽激射材料。
在一些实例中，所述光谱选择器元件中的每一者是腔内滤波器、在光纤的端部上的涂层、纤维布拉格光栅或体布拉格光栅中的至少一者。
在一些实例中，所述掺铽激射材料包括光谱相关可变增益，并且所述激光系统进一步包括第一光谱整形元件和第二光谱整形元件。所述第一光谱整形元件被配置成补偿所述激射材料的所述光谱相关可变增益的至少第一部分，使得所述激射材料的净增益在所述第一带上是基本上均匀的。所述第二光谱整形元件被配置成补偿所述激射材料的所述光谱相关可变增益的至少第二部分，使得所述激射材料的净增益在所述第二带上是基本上均匀的。
在一些实例中，所述激光系统被配置成在数字激光显示器中用来再现三维图像。
在另一非限制性实施方案中，提供了一种数字激光显示器，所述数字激光显示器包括多个激光器。所述多个激光器可用于显示图像，其中所述多个激光器中的每一者被配置成发射在不同的波长带内的光。所述多个激光器中的至少一者包括：激光腔，所述激光腔包含掺铽激射材料；第一反射器，所述第一反射器定位在所述激光腔的第一端部处；输出耦合器，所述输出耦合器定位在所述激光腔的第二端部处；以及泵浦器，所述泵浦器被配置成泵浦所述激光腔，使得所述掺铽激射材料发射在所要的波长带内的光，其中所述发射光具有小于12%的散斑对比度。
在一些实例中，所述所要的波长带是535-560 nm。
附图简述
图1示出了关于稀土离子的原子跃迁。
图2示出了在488 nm的波长下被泵浦时来自掺铽硅酸盐玻璃的光致发光发射光谱。
图3是宽带掺铽纤维激光器的示意性实例。
图4示出了多芯双包层纤维激光器的横截面的实例。
图5是宽带掺铽固态激光器的示意性实例。
图6图形地示出了写入多模纤维中的FBG的一个实例的光谱反射峰值。
图7图形地示出了在纤维的端部处的涂层中随径向尺寸变化的光谱反射的实例。
图8示出了空间上设计的反射器的径向反射轮廓的实例，空间上设计的反射器的反射率从中心朝外边缘增加。
图9示出了六边形数字地图案化的反射器的实例，六边形数字地图案化的反射器具有从反射器的中心朝外边缘增加的方位角平均的反射率。
图10示出了空间上设计的透射滤波器的实例，空间上设计的透射滤波器容纳从滤波器的中心附接到边缘的阻挡辐条的阵列。
图11(a)示出了多模激光器的增益介质内的不同空间模式的射束的横剖面。
图11(b)示出了傅里叶变换的多模激光器的增益介质内的不同空间模式的射束的横剖面。
图12(a)示出了固态激光器谐振腔的实例的示意图。
图12(b)示出了FT激光器的实例的示意图。
图13示出了增益均衡策略的实例。
图14示出了增益均衡策略的实例。
图15示出了在增益峰值附近的增益均衡策略的实例。
图16示出了具有分段的光谱的增益均衡策略的实例。
图17示出了用于选择在掺铽激光器中的两个单独的绿色的两个光谱选择器的实例。
图18示出了在掺铽纤维激光器中的两个单独的增益均衡的绿色带的实例。
图19示出了在掺铽固态激光器中的两个单独的增益均衡的绿色带的实例。
详细描述
虽然在本文中主要参考用于产生在绿色波长中的光的激光器，但是本领域的技术人员将认识到，本专利中描述的本发明可应用于用于产生在其它波长范围(包括例如红色波长范围和蓝色波长范围)中的光的激光器。
本领域的技术人员将认识到用于给定的激光器的激光介质和掺杂剂极大地影响了可靠性、效率和功率输出等因素。具体地讲，纤维和其它固态激光器就可靠性和效率来说具有实际益处。虽然出于多种原因，最近对直接可见纤维激光器的研究已利用了稀土(RE)掺杂剂，诸如镨(Pr)、镝(Dy)、钐(Sm)和铽(Tb)，但是在至少一些实施方案中，Tb是与纤维和其它固态可见激光器一起使用的优选的掺杂剂。具体而言，如2014年9月22日提交的美国专利申请序列第62/053,491号(其以引用方式全文并入本文)中描述，Tb离子具有降低激发电子的跃迁概率的优选能级间距，Tb具有所要的吸收特性，并且Tb离子具有的发射线关于视觉辨色来说横跨显著的可见光范围、具有比其它RE离子更可达到的可见发射带。
图1示出了关于许多RE离子的原子跃迁，其中右垂直轴示出大多数的RE离子具有一些可见发射跃迁(光学发射由在能级标记下的半圆表示)。如图1中可见，在至少一些实施方案中，Tb是用于激射RE离子的良好候选，因为5D4级比次低级别高14cm-1。此能级间距比具有可见光学跃迁的所有其它RE离子大，并且比除铕之外的所有其它RE离子大两倍以上能量间隔。图1还示出了在Tb中存在比在Pr或Dy中更可达到的可见发射带，使得它可覆盖比任何其它RE元素更宽的可见光谱范围。虽然Tb对于在以下描述的若干实施方案来说是优选的掺杂剂，但是在其它其它实施方案中可以使用替代或另外的掺杂剂。
图2示出了在488 nm的波长下被泵浦时来自掺铽硅酸盐玻璃的光致发光发射光谱。在曲线下方的区域已通过使用CIE 1931色度图将光学波长映射到感知颜色来填充。图2表明了可使用单个增益介质来实现几乎整个颜色感知量表(除紫色外)。本领域的技术人员将认识到，这会对高功率节能激光显示器有巨大影响。
虽然Tb的这些特性表明掺Tb激光器提供增加的可靠性、效率和功率输出，但是在许多情况下仍然需要减少与这样的激光器(诸如像激光显示器系统(诸如DLC)中使用的激光器)相关联的散斑。因此，在以下描述了解决这些需要的实施方案。
1. 宽带纤维激光器
在一些实施方案中，宽带激光器设有反射器，反射器具有适合于在激光显示器系统中抑制散斑的反射带宽。例如，可以提供具有掺铽纤维截面的纤维激光器，其中反射器在纤维的任一端上。图3是宽带掺铽纤维激光器的一个实例。如图3所示，激光腔包括掺Tb纤维芯体。在一些实施方案中，纤维芯体是单模纤维芯体。在图3的左端，提供了泵浦输入，泵浦输入泵浦激光腔，使得掺Tb芯体发射光。虽然仅示出了将泵浦光注入左端中，但是将会理解的是，泵浦输入可将泵浦光注入激光腔的任一端或两端中。还理解，根据本领域的技术人员所已知的方法，纤维可以是芯体泵浦或包层泵浦的。
图3中的实例包括反射器FBG1、FBG2和FBG3，它们可设计成具有适合于抑制散斑的反射带宽。在一些实施方案中，反射器FBG1至3中的每一者是纤维布拉格光栅，纤维布拉格光栅是直接写入纤维中的光谱相关反射器。例如，可以将FBG1至3中的每一者直接写入图3中示出的激光器的掺Tb纤维中。在另一实施方案中，FBG1至3中的每一者是单独的光学元件，可与图3中示出的激光器的掺Tb纤维拼接或以其它方式与之整合。在一些实施方案中，FBG1是在与激光器相关联的信号带中具有高反射率、同时将泵浦光透射到掺Tb纤维芯体中的反射器。例如，FBG1可具有至少90%的信号反射率。作为另一实例，FBG1可具有至少98%的信号反射率。在一些实施方案中，FBG2是用作在信号带处的输出耦合器的反射器。在一些实施方案中，可选择输出耦合器的反射率以优化激光器的输出功率和效率。例如，如在先前并入的美国专利申请序列第62/053,491号中描述，输出耦合器可部分地反射，以便向激光腔提供反馈并且允许从激光腔发射可用功率。具体地讲，根据在先前并入的美国专利申请序列第62/053,491号中描述的实施方案，可选择输出耦合器的反射率以优化腔内功率并进而又优化激光器的输出功率。
如上指出，反射器FBG1、FBG2和/或FBG3可设计成具有适合于在激光器使用于例如显示器系统中时抑制散斑的反射带宽。反射带宽可根据发射带宽来选择。例如，对于10 nm的铽发射带宽，在一个实例中，信号反射带宽大于0.5 nm。在另一实例中，信号反射带宽大于5 nm。在一个实施方案中，信号反射带是连续的。在另一实施方案中，信号反射带是不连续的。在激光器是用来产生绿光例如以供用于激光显示器系统(诸如DLC)中的一些优选实施方案中，反射光谱在绿色带的峰值附近。例如，反射光谱可以包括545 nm带，如图2所示，该带可对应于绿色带的峰值。本领域的技术人员将会理解，反射器的宽带性质将降低了激光器输出的相干性并进而又减少激光器输出的散斑。在一些实施方案中，可能期望减少散斑，使得激光器的发射光具有小于12%的散斑对比度。
在一个实施方案中，信号反射器是被涂层以提供所要信号反射带宽的自由空间元件。在另一实施方案中，信号反射器是直接施加到纤维的末端的涂层。虽然以上就FBG 1至3来描述，但是在一些实施方案中，信号反射带宽是使用单个均匀FBG获得的。在另一实施方案中，信号反射带宽是使用单个啁啾FBG获得的。在又一实施方案中，信号反射带宽是使用本质上均匀或啁啾的一系列级联的离散FBG获得的。
2. 多芯体纤维激光器
虽然以上就单芯纤维来描述，但在一些实施方案中，替代常规的单芯纤维而提供了多芯纤维。本领域的技术人员将会理解，如果多芯纤维的芯体是足够分开的，使得在一个芯体中行进的光不耦合到相邻芯体中，那么每个芯体实际上是单独的纤维激光器。以此方式，每个纤维芯体可以(但不需要)在完全相同的波长上激射并仍然是不相干的，从而提供具有窄光谱带宽的无散斑操作。
在一些优选实施方案中，多芯纤维是双包层纤维。图4示出了这种多芯双包层掺Tb纤维激光器的横截面的实例。在各种实施方案中，芯体数目可以是3个、7个、19个或更多的，并且可以标准六边形封装或其它配置来布置，如本领域的技术人员理解的那样。在优选实施方案中，包层的外边缘非常靠近于芯体。例如，包层的外边缘与芯体之间的距离可以小于25 μm。
在一些实施方案中，掺Tb芯体中的每一者被设计和间隔开来，使得在芯体之间的光学信号功率耦合是可忽略的。以此方式，每个芯体起单独的激光器的作用，并且从每个芯体发射的光因此是不相干的。此不相干性就自然地减少了散斑，即使从每个芯体发射的光谱可能是相同且窄带的。在另一实施方案中，单个芯体中小于-20 dB的功率与相邻芯体重叠。在另一实施方案中，单个芯体中小于-30 dB的功率与相邻芯体重叠。
在一些实施方案中，芯体是单模的。在其它实施方案中，每个芯体是少模或多模的。在一个实施方案中，每个芯体中的FBG反射器是单个均匀FBG。在一个实施方案中，FBG反射器在一次曝光期间被全部同时写入所有的芯体中。在另一实施方案中，单独的FBG被写入每个芯体中。
3. 宽带固态激光器
图5示出了被配置成减少散斑的掺铽固态激光器的实例。在至少一些实施方案中，固态激光器对于显示器系统来说具有若干优点。例如，常规DLC投影仪的蓝色和红色带是直接由半导体二极管激光器产生，并且来自这些激光器的光学输出由光纤输送到积光棒，积光棒在空间上混合组合的激光射束，以便提供单个均质输出射束。在一些实施方案中，在绿色固态激光器的情况下，掺铽增益介质可本身用作为积光棒，从而就不需要此附加的部件。在一些实施方案中，输送纤维可从二极管激光器带出泵浦光，其非常类似于将蓝色和红色激光带入到其相应的积光棒中。在替代实施方案中，输送光纤也可被省略以节省成本，并且二极管激光器可直接泵浦铽增益介质。
图5示出了掺铽固态激光器，其中反射器在限定激光腔的掺铽固态材料的任一侧上。在一些实施方案中，铽基质可以是玻璃、陶瓷或晶体。就像纤维激光器那样，在图5的右端提供了泵浦输入，泵浦输入泵浦激光腔，使得掺Tb材料发射光。虽然仅示出了将泵浦光注入左端中，但是将会理解的是，泵浦输入可将泵浦光注入激光腔的任一端或两端中。
在一些实施方案中，泵浦光经由二向色镜被注入腔中，二向色镜会反射信号光但让泵浦光通过抗反射(AR)涂层。例如，二向色镜可具有至少90%的信号反射率。在优选实施方案中，二向色镜可具有至少98%的信号反射率。在腔的另一端上，反射器是在信号带处的输出耦合器。在一些实施方案中，可选择输出耦合器的反射率以优化激光器的输出功率和效率。例如，如在先前并入的美国专利申请序列第62/053,491号中描述，输出耦合器可部分地反射，以便向激光腔提供反馈并且允许从激光腔发射可用功率。具体地讲，根据在先前并入的美国专利申请序列第62/053,491号中描述的实施方案，可选择输出耦合器的反射率以优化腔内功率并进而又优化激光器的输出功率。在另一实施方案中，在腔的相对端处的反射器在泵浦波长下是高度反射的，以使泵浦光在腔内中二次通过。在一些实施方案中，反射器是自由空间元件。在另一实施方案中，反射器是体布拉格光栅(VBG)。在又一实施方案中，反射器是衍射光学元件。在优选实施方案中，反射器是施加到掺铽增益元件的涂层。
如以上关于图3中的激光器的反射器所述，图5中的激光器的反射器可设计成具有适合于在激光器使用于显示器系统中时抑制散斑的反射带宽。由于铽发射带宽为约10 nm，因此可相应地选择反射器的反射带宽。在一个实施方案中，信号反射带宽大于0.5 nm。在另一实施方案中，信号反射带宽大于5 nm。在一个实施方案中，信号反射带是连续的。在另一实施方案中，信号反射带是不连续的。在激光器是用来产生绿光例如以供用于激光显示器系统(诸如DLC)中的优选实施方案中，反射光谱在绿色带的峰值附近。例如，反射光谱可以包括545 nm带，如图2所示，该带可对应于绿色带的峰值。本领域的技术人员将会理解，反射器的宽带性质将降低了激光器输出的相干性并进而又减少激光器输出的散斑。如上所述，在一些实施方案中，可能期望减少散斑，使得激光器的发射光具有小于12%的散斑对比度。
4. 高功率宽带激光器
在一些实施方案中，提供了多模激光器来减少和/或抑制散斑。本领域的技术人员将会理解，在激光腔内提供多种模式将导致这些模式在略微不同的波长下操作，使得这些模式互不相干。此不相关性进而又减少和/或抑制可能与单模激光器相关联的散斑。
例如，可采用类似于图3中描述的纤维激光器的纤维激光器，不同之处在于掺铽纤维芯体是多模纤维芯体。在一些实施方案中，芯体支持多于5个模式。在另外实施方案中，芯体支持多于10个模式。如以上关于图3所述，掺铽纤维芯体可在芯体中或在包层(在纤维也是双包层的实施方案中)中被泵浦。
如以上关于图3所述，在一些实施方案中，信号反射器是FBG。在另一实施方案中，OC反射器可以是单个窄带FBG。本领域的技术人员将会理解，写入多模纤维中的FBG针对每个纤维模式而呈现出不同的光谱反射。例如，图6示出了每个纤维模式的由写入多模纤维中的FBG测量的不同光谱反射峰值。将进一步理解，由于写入多模纤维中的FBG针对每个模式而呈现出此不同的光谱反射，因此每个模式将在不同的波长下激射以产生自然光谱加宽和散斑减少。
在一些实施方案中，多模纤维激光器可以包括具有高信号反射率的反射器(如以上关于图3所述)。在一些实施方案中，具有高信号反射率的反射器具有宽信号反射带宽，如以上关于图3所述。在另一优选实施方案中，具有高信号反射率的反射器的带宽超过OC反射器FBG的空间模式中的每一者的中心(布拉格)波长之间的间距。在另一实施方案中，具有高信号反射率的反射器是FBG，如以上关于图3所述。在另一优选实施方案中，具有高信号反射率的反射器的带宽超过FBG的空间模式中的每一者的中心(布拉格)波长之间的间距。
如上所述，在一些实施方案中，反射器是在纤维的端部上的涂层。根据另一实施方案，此涂层可径向地变化以在纤维端部上的每个径向点处提供不同的光谱反射。图7示出了根据本发明的实施方案的光谱反射如何在纤维的端部处的涂层中随径向尺寸而变化。如图7所示，在优选实施方案中，峰值反射波长可随着径向尺寸的增加而减小。
作为另一实例，还可根据本发明的实施方案提供多模固态激光器。就像以上所述的多模纤维激光器的模式那样，固态激光器可以被配置为使得其模式也在略微不同的波长下操作并且彼此互不相干，从而产生不相干多模输出射束，不相干多模输出射束自然地减少或抑制了散斑。
虽然多模固态激光器可设有如图5所述的宽带反射器，但是本领域的技术人员将会理解，独立激射模式将在略微不同的波长下激射，从而形成自然地扩展的光谱，即使在没有专门设计的宽带涂层的情况下也是如此。本领域的技术人员还将理解，在一些实施方案中，多空间模式操作可允许减小的空间亮度，这进而又可允许消除激光显示器常用的积光棒。
在一些实施方案中，多模固态激光器的泵浦分布可设计成允许激光器的多个空间模式即使在高增益饱和的条件下也会经历几乎相同的光学增益。在一些实施方案中，这可用光学系统(诸如透镜系统或LCD)来实现。在其它实施方案中，这可通过铽离子在增益介质中的径向分布来实现。在另一实施方案中，具有类似的增益的模式的数目大于5。在另一实施方案中，具有类似的增益的模式的数目大于10。在另一实施方案中，任何模式经历的增益类似于各个其它模式经历的增益，偏差在±10%内。在另一实施方案中，任何模式经历的增益类似于各个其它模式经历的增益，偏差在±2%内。
在一些实施方案中，多模固态激光腔容纳空间上设计的反射器。在优选实施方案中，空间上设计的反射器是激光器的输出耦合器。在另一优选实施方案中，空间上设计的反射器具有径向反射轮廓，径向反射轮廓的反射率从中心朝外边缘增加。图8示出了根据本发明的实施方案的空间上设计的反射器的径向反射轮廓的实例，空间上设计的反射器的反射率从中心朝外边缘增加。在一个实施方案中，径向反射轮廓由类似于图8(a)的式R(r)＝R0×(a＋b×r2)的抛物线轮廓表示。在另一实施方案中，径向反射轮廓由抛物线轮廓表示，不同之处在于反射轮廓的外边缘具有几乎均匀的反射率，如图8(b)所示。在另一实施方案中，径向反射轮廓由式R(r)＝R0×(a＋b×r)的线性轮廓表示。在另一实施方案中，径向反射轮廓由线性轮廓表示，不同之处在于反射轮廓的外边缘具有类似于图8(c)的几乎均匀的反射率。在又一实施方案中，径向地增加的反射轮廓离散地表示为具有类似于图8(d)的增加的反射率的一系列的径向阶梯。
在一些实施方案中，空间上设计的反射器数字地图案化。在优选实施方案中，数字图案被设计成使得方位角平均的反射率一般从反射器的中心向边缘增加。在一个实施方案中，方位角平均的反射率在径向方向上数字地近似抛物线轮廓。在另一实施方案中，方位角平均的反射率在径向方向上数字地近似线性轮廓。可使用六边形、正方形或其它形状来形成图案，并且图案的大小、形状和位置可随机化，如本领域的技术人员已知的。在图9中示出了六边形数字地图案化的反射器的非限制性实例，六边形数字地图案化的反射器具有从反射器的中心朝外边缘增加的方位角平均的反射率。
在另一实施方案中，多模固态激光腔容纳空间上设计的透射滤波器。在另一实施方案中，空间上设计的透射滤波器是在光学镜上的图案。在一个实施方案中，空间上设计的透射滤波器的图案被设计成使得方位角平均的透射率一般从反射器的中心向边缘增加。例如，方位角平均的透射率可在径向方向上近似抛物线轮廓。作为另一实例，方位角平均的透射率可在径向方向上近似线性轮廓。本领域的技术人员将会理解，图案可连续地、离散地(例如，环)形成，或使用六边形、正方形或其它形状来数字地形成，并且在尺寸、形状和位置上可随机化。
在另一实施方案中，空间上设计的透射滤波器容纳从滤波器的中心附接到边缘的阻挡辐条的阵列。图9示出了根据本发明的实施方案的空间上设计的透射滤波器的非限制性实例，空间上设计的透射滤波器容纳从滤波器的中心附接到边缘的阻挡辐条的阵列。在一个实施方案中，辐条在方位角方向上均匀地布置，如图10(a)所示。在另一实施方案中，横穿直径的辐条是随机地布置的，如图10(b)所示。在又一实施方案中，从中心到边缘的径向辐条被随机地布置，如图10(c)所示。在另一实施方案中，辐条的大小从滤波器的中心向边缘发生变化。
在一些实施方案中，多模固态激光腔可以容纳波长可选元件，波长可选元件的波长相关性随空间位置而变化。位置波长相关性迫使相邻空间模式在不同波长下操作，从而增强不相干性和散斑减少。在一个实施方案中，使用径向地变化的涂层来引入径向波长相关以在光学器件上的每个径向点处提供不同的光谱反射。在优选实施方案中，最佳波长从元件的中心向其边缘增加。在一个实施方案中，元件提供波长相关反射。在另一实施方案中，元件提供波长相关透射。
虽然在以上单独地描述，但是本领域的技术人员将会理解，根据本发明的实施方案可组合地使用空间上设计的反射器、空间上设计的透射滤波器和波长可选元件中的任一者或全部。
5. 对固态激光器进行傅里叶变换
虽然如上所述的多模激光器在每个模式激射略微不同的波长的情况下可能导致相互不相干性，但是，在一些情况下，在多模激光腔内的各种机制可能导致在空间模式之间耦合光，从而通过在相同波长下激射来引起相干性。因此，公开了用于减少在空间模式之间的耦合并维持空间激射模式的相干性的实施方案。
在高效率激光器中在空间模式之间耦合光的突出机制中的一者是光学增益本身。已经表明，光学增益的存在引起介质的折射率的变化。在多模操作的情况下，此类变化可能导致在模式之间的耦合。尤其是考虑到在多模操作期间的增益饱和影响，过程将不可能达到稳定状态，并且该过程仅可通过在原始谐振器(即，不包括增益引起的折射率变化)的模式之间的耦合来描述。
常规的激光谐振器通常被设计成通过使用本领域的技术人员所已知的方法在腔内产生稳定传播射束。这些射束通常被描述为厄米特-高斯、拉盖尔-高斯和贝塞尔-高斯，这取决于特定的谐振器几何形状。在典型的多模谐振器中，这些模式将在增益介质中在空间上重叠。此情况如图11(a)所示，其示出了在常规的多模激光器内的不同空间模式的射束的横剖面。模式强度的空间图案为了简单起见而仅用彩色轮廓表示以突出模式的重叠特征。显示的每个模式由单个颜色(红色、黄色或蓝色)表示。由于模式强度轮廓在增益介质内显著(通常>75%)重叠，因此它们可经由在先前描述的增益机制来强耦合。
根据本发明的一些实施方案，为了减少耦合，激光腔射束在进入增益介质前进行傅里叶变换。由于高阶模式具有越来越精细的空间结构，因此它们的空间频率(由模式的傅里叶变换限定)明显不同。光学射束的物理(光学)傅里叶变换(FT)可通过使用简单透镜来产生。如果所有模式都受到由相同透镜进行的相同的傅里叶变换过程，那么它们的空间频率将在成像系统的FT平面中物理地显现出。具有明显不同的空间频率意味着FT平面中的射束彼此散开而不显著重叠。将激光增益介质放置在此FT平面处意味着每个模式(在FT平面中)经由在先前描述的增益机制具有在模式之间的显著减少的空间重叠(如图11(b)所示)以及因此显著减小的耦合。随着在模式之间的耦合显著减少，在谐振器中的每个空间模式将独立于其余各者激射，从而导致从激光腔发射不相干多模光学射束。本领域的技术人员将会理解，即使此不相干射束可能是在光谱上极窄带的，但是它固有地没有散斑。
图12(a)示出了典型的固态激光器谐振腔的简化图。从图12(a)中可见，腔中的激光射束由两个或更多个镜形成。如本领域的技术人员已知的，镜中的一个或多个固有的足够的曲率可形成稳定的振荡器配置(包括热透镜作用的补偿)或通过设计产生不稳定谐振器。图12(b)示出了根据本发明实施方案的FT激光器的简化图。在FT激光器中，如图12(b)所示，一组成像光学器件围绕增益介质放置来产生腔的由傅里叶空间表示的轴向部分，以便提供在增益介质中在模式之间的减少的重叠。
在一些实施方案中，将成像系统添加到常规固态激光腔以在腔内形成轴向区域，轴向区域在很大程度上被本领域的技术人员限定为“傅里叶变换空间”。在此FT轴向区域中，光学场一般表示为在此FT轴向区域外的射束的傅里叶变换。在优选实施方案中，增益介质放置在此FT轴向区域内。在又一实施方案中，增益介质放置在傅里叶变换平面处。
在一些实施方案中，成像系统的成像元件是透镜。在其它实施方案中，成像元件是曲面镜。在其它实施方案中，成像元件是衍射光学元件。
在一些实施方案中，激光腔是对称的折叠腔。在另外实施方案中，增益介质放置在折叠(对称)点处。在另外实施方案中，折叠(对称)点在FT轴向区域内。在另外实施方案中，折叠(对称)点精确地在FT轴向区域的中心。
在一些实施方案中，增益介质是固态薄盘。在另一实施方案中，增益元件是半导体增益元件。在另一实施方案中，半导体增益元件用作垂直外腔表面发射激光器(VECSEL)。
6. 高功率固态激光器
如上所述，许多激光应用(包括激光显示器应用(诸如DLC))需要高功率操作。因此，描述了用于调节本文所述的激光器以用于进行高功率操作的实施方案。
在一些实施方案中，可通过由包层材料包围激光增益材料来实现高功率操作。在优选实施方案中，包层材料在可见波长下具有低吸收性。例如，包层可由玻璃材料制成。作为另一实例，包层可由陶瓷材料制成。作为又一实例，包层可由晶体材料制成。
在一些实施方案中，增益材料和包层材料形成光学波导。在优选实施方案中，波导支持多个横模。在另一实施方案中，波导支持多于5个横模。在另一实施方案中，波导支持多于10个横模。
在一些实施方案中，可通过用金属涂覆包层外侧以去除热量来实现高功率操作。在另一实施方案中，可通过使用液体作为包层材料来实现热量去除。在另一实施方案中，包层材料是流动的液体。本领域的技术人员将会理解，液体包层不仅约束泵浦光，而且用作热交换器。
在一些实施方案中，可通过由泵浦包层包围激光增益材料来实现高功率操作。在另外实施方案中，泵浦包层具有大于0.10的数值孔径。在另一实施方案中，泵浦包层具有大于0.20的数值孔径。本领域的技术人员将会理解，增加的数值孔径允许更多的泵浦光被耦合，从而允许激光器的更高的输出功率。在一些实施方案中，泵浦包层具有的横截面积比增益材料的横截面积大小于10%。本领域的技术人员将会理解，减小的横截面积产生更高泵浦强度和更有效的转换。
在一些实施方案中，可通过将泵浦耦合到增益材料中来实现高功率操作。在其它实施方案中，泵浦耦合到包层材料中。在另一实施方案中，泵浦耦合到增益材料和包层材料两者中。
7. 带宽增强的激光器
如以上关于图3和图5中描述的激光器指出的，具有加宽的带宽的反射器的激光器在激光显示器系统中提供减少的散斑。由于一些增益介质不固有地提供跨光的所要的波长带的均匀增益，因此提供用于补偿变化的增益的部分的实施方案。
举例来说，由Tb离子在掺Tb激光器中产生的增益具有光谱相关性，使得在绿色带中的所有波长不会经历在掺Tb增益介质中传播的相同增益。为了解决这种光谱相关性，根据本发明的实施方案，将光谱整形元件添加到激光腔以补偿经光谱整形的增益。以此方式，在腔中的净增益跨感兴趣带的某些部分是相对平坦的。在一些实施方案中，平坦度在感兴趣带上是±10%。在其它实施方案中，平坦度在感兴趣带上是±2%。
在一些实施方案中，光谱整形元件是腔内滤波器。在激光器是纤维激光器的其它实施方案中，光谱整形元件是在纤维的端部上的涂层。在激光器是纤维激光器的优选实施方案中，光谱整形是由FBG提供。在激光器是固态激光器的一些实施方案中，光谱整形元件是被涂覆的镜。在激光器是固态激光器的其它实施方案中，光谱整形元件是在增益元件的端部上的涂层。在激光器是固态激光器的一些实施方案中，光谱整形元件是VBG。
如上所述，在针对纤维激光器的优选实施方案中，光谱整形是由纤维激光器的FBG提供。在一些实施方案中，光谱整形是由谐振器的信号FBG(HR和OC，如关于图3描述的)提供。由铽离子产生的增益具有光谱相关性，使得单次通过介质产生G(☐)的功率增益。组合的信号反射器组具有针对光学功率的光谱相关性R(☐)= RHR(☐)×ROC(☐)。在这个实施方案中，该组信号带反射器提供用于均衡的反射光谱，使得净往返增益R(☐)×G2(☐)在绿色带的某些部分上几乎是均匀的。图13中概念性地示出了一个非限制性实例，其中净往返增益R(☐)×G2(☐)在所要波长范围内几乎是均匀的。例如，所要波长范围可以包括535-560nm，其对应于绿色带的一部分。在优选实施方案中，此几乎均匀的区域在绿色带的峰值附近。在优选实施方案中，光谱整形元件是OC FBG。
类似地，关于固态激光器，在优选实施方案中，光谱整形是由谐振器的信号反射器提供。由铽离子产生的增益具有光谱相关性，使得在腔的往返全程中通过介质产生G(☐)的增益。提供通过腔的往返的组合的信号带反射器组具有针对光学功率的光谱相关性R(☐)。在这个实施方案中，该组信号带反射器提供用于均衡的反射光谱，使得净往返腔增益R(☐)×G(☐)在绿色带的某些部分上几乎是均匀的。图14中概念性地示出了一个非限制性实例，其中净往返腔增益R(☐)×G(☐)在所要波长范围内几乎是均匀的。例如，所要波长范围可以包括535-560nm，其对应于绿色带的一部分。就像在以上描述的纤维激光器实施方案一样，在优选实施方案中，此几乎均匀的区域在绿色带的峰值附近。在另一优选实施方案中，光谱整形元件是腔的OC反射器。
在一些实施方案中，平坦化带宽(针对在以上描述的纤维或固态实施方案)仅在图15中描绘的增益峰值附近。在其它实施方案中，多个级联FBG(在纤维激光器的情况下)、或在单个光学器件上的多带状涂层、或在多个光学器件上的单带状涂层(在固态激光器的情况下)用来提供离散加宽发射光谱，如图16所示。
在固态激光器中使用腔内滤波器的实施方案中，滤波器具有透射相关性T(☐)，使得净单程增益T(☐)×G(☐)在绿色带的某些部分上几乎是均匀的。
在一些实施方案中，透射元件和反射元件的组合在纤维激光器中用来提供在感兴趣带上几乎是均匀的净腔往返增益R(☐)×T2(☐)×G2(☐)。在一些实施方案中，透射元件和反射元件的组合在固态激光器中用来提供在感兴趣带上几乎是均匀的净腔往返增益R(☐)×T(☐)×G(☐)。
本领域的技术人员将认识到，这可以通过使用光谱相关反射器和滤波器使均衡往返增益几乎是均匀的来应用于其它类型的激光腔(例如，环形谐振器)。在这种情况下，反射、滤波器透射和增益的往返函数RRT(☐)、TRT(☐)和GRT(☐)分别产生对量RRT(☐)×TRT(☐)×GRT(☐)的净增益均匀性条件。
8. 带边缘激光器
如上所述，特别期望在数字激光显示器(诸如DLC)中使用高功率无散斑激光器。一些数字激光显示器(诸如DLC)用来投射3D电影，并且当前用于在DLC中投射3D电影的主要方法是使用在三个相关色带中的每一者中的两个近邻波长，即，两个红色波长、两个绿色波长和两个蓝色波长。为了观看3D图像，观看者佩戴带了具有两个单独的透镜(例如，左侧一个，右侧一个)的3D眼镜。在3D眼镜中的每个透镜都具有滤色器以允许一组红色/绿色/蓝色波长通过，而阻挡另一组。以此方式，这两组RBG波长被投射，但是观看者的眼睛中的每一者仅看到了一组。鉴于此不断增长的使用，期望在给定波长范围内产生两个明显单独的带来在前述分色3D DLC投影仪中使用。因此，提供了用于在激光器中选择两个单独的带的实施方案。
由于铽增益带宽是足够大的，因此可使用两个单独的光谱选择器来(例如)产生可用于分色3D DLC投影仪的两种绿色。它们可以所要间隔在铽增益光谱上的两个不同的点处在光谱上定位。在一个实施方案中，光谱选择器是腔内滤波器。在其它实施方案中，光谱选择器是在纤维的端部上的涂层或其它增益材料。在又一实施方案中，光谱反射器是体布拉格光栅(VBG)。在一些实施方案中，光谱选择器是FBG。在另一实施方案中，FBG被变迹以消除光谱旁瓣。
图17示出了两个不同的光谱选择器是反射器R1(☐)和R2(☐)的实例。在一个实施方案中，在单独的激光器中产生两种绿色。在另一实施方案中，在相同的激光器中产生两种绿色。
在另一实施方案中，光谱整形元件(诸如以上关于图13至16所述那些)被设计成补偿增益光谱。以此方式，在腔中的净增益对于每个颜色来说跨绿色带的某些部分是相对平坦的。在一个实施方案中，平坦度在每个感兴趣带上是±10%。在另一实施方案中，平坦度在每个感兴趣带上是±2%。
在激光器是纤维激光器的一些实施方案中，光谱选择器是腔的HR和OC反射器。在优选实施方案中，光谱选择器是OC反射器。图18示出了如何选择具有光谱相关性R1(☐)＝R1,HR(☐)×R1,OC(☐)和R2(☐)＝R2,HR(☐)×R2,OC(☐)的两个单独的信号反射器组的非限制性实例。每组信号反射器提供增益，使得R1(☐)×G2(☐)和R2(☐)×G2(☐)各自在绿色带的不同部分上几乎是均匀的。在两种颜色由相同的激光器产生的一个实施方案中，量[R1(☐)＋R2(☐)]×G2(☐)在两个感兴趣带上几乎是均匀的。
在激光器是固态激光器的一些实施方案中，光谱选择器是腔反射器。图19示出了如何选择具有组合的往返光谱相关性R1(☐)和R2(☐)的两个单独的信号反射器组的非限制性实例。每组信号反射器提供增益，使得R1(☐)×G(☐)和R2(☐)×G(☐)各自在绿色带的不同部分上几乎是均匀的。在两种颜色由相同的激光器产生的一个实施方案中，量[R1(☐)＋R2(☐)]×G(☐)在两个感兴趣带上几乎是均匀的。
在优选实施方案中，光谱选择器是激光腔的OC反射器。在其它实施方案中，多个级联FBG(在纤维激光器的情况下)、或在单个光学器件上的多带状涂层、或在多个光学器件上的单带状涂层(在固态激光器的情况下)用来提供在每个绿色带中的离散加宽发射光谱。
在使用腔内滤波器的实施方案中，滤波器具有透射相关性T(☐)，使得净增益T(☐)×G(☐)在绿色带的某些部分上几乎是均匀的。
在一些实施方案中，透射元件和反射元件的组合在纤维激光器中用来提供在感兴趣带上几乎是均匀的净腔往返增益RRT(☐) × TRT(☐) × GRT(☐)。在一些实施方案中，透射元件和反射元件的组合在固态激光器中用来提供感兴趣带的几乎均匀的净腔往返增益R(☐)×T(☐)×G(☐)。
对本领域的技术人员将显而易见的是，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明做出各种修改和变化。不意图将本发明限制为公开的一个特定形式或多个特定形式，相反，意图涵盖落在如随附权利要求中限定的本发明的精神和范围内的所有修改、替代构造和等效物。因此，本发明是旨在涵盖本发明的在随附权利要求和它们的等效物的范围内的修改和变化。

Claims (53)

1.一种激光器，所述激光器包括：
激光腔，所述激光腔包含掺铽激射材料；
第一反射器，所述第一反射器定位在所述激光腔的第一端部处；
输出耦合器，所述输出耦合器定位在所述激光腔的第二端部处；以及
泵浦器，所述泵浦器被配置成泵浦所述激光腔，使得所述掺铽激射材料发射光。
2.如权利要求1所述的激光器，其中所述激光器是纤维激光器。
3.如权利要求2所述的激光器，其中所述第一反射器包括对所述发射光的至少一些波长的至少90%的反射率。
4.如权利要求3所述的激光器，其中所述第一反射器包括对所述发射光的至少一些波长的至少98%的反射率。
5. 如权利要求2所述的激光器，其中所述第一反射器包括大于0.5 nm的信号反射带宽。
6. 如权利要求5所述的激光器，其中所述第一反射器包括大于5 nm的信号反射带宽。
7. 如权利要求6所述的激光器，其中所述第一反射器包括大于5 nm且小于15 nm的信号反射带宽。
8. 如权利要求7所述的激光器，其中所述信号反射带宽包括545 nm带。
9. 如权利要求7所述的激光器，其中所述发射光包括大于5 nm且小于15 nm的带宽。
10.如权利要求1所述的激光器，其中所述激光器是包括多根间隔开的掺铽纤维芯体的多芯纤维激光器。
11.如权利要求10所述的激光器，其中所述多根掺铽纤维芯体间隔开，使得所述芯体中的一者的小于-20dB的功率与相邻芯体重叠。
12.如权利要求1所述的激光器，其中所述掺铽激射材料包括多模纤维芯体。
13.如权利要求12所述的激光器，其中所述输出耦合器包括纤维布拉格光栅，所述纤维布拉格光栅被配置成使得所述多模纤维芯体的不同模式在不同波长下激射。
14.如权利要求12所述的激光器，其中至少所述多模纤维芯体的第一模式被配置成在第一波长下激射，所述多模纤维芯体的第二模式被配置成在不同于所述第一波长的第二波长下激射，并且所述多模纤维芯体的第三模式被配置成在不同于所述第一波长和所述第二波长的第三波长下激射。
15.如权利要求14所述的激光器，其中所述第一反射器某个信号反射带宽，所述信号反射带宽包括所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长。
16.如权利要求12所述的激光器，其中所述第一反射器包括空间上变化的光谱反射。
17.如权利要求1所述的激光器，其中所述激光器是固态激光器。
18.如权利要求17所述的激光器，其中所述激射材料包括玻璃、陶瓷和晶体材料中的一者。
19.如权利要求17所述的激光器，其中所述第一反射器包括对所述发射光的至少一些波长的至少90%的反射率。
20.如权利要求19所述的激光器，其中所述第一反射器包括对所述发射光的至少一些波长的至少98%的反射率。
21. 如权利要求17所述的激光器，其中所述第一反射器包括大于0.5 nm的信号反射带宽。
22. 如权利要求21所述的激光器，其中所述第一反射器包括大于5 nm的信号反射带宽。
23. 如权利要求22所述的激光器，其中所述第一反射器包括大于5 nm且小于15 nm的信号反射带宽。
24. 如权利要求23所述的激光器，其中所述信号反射带宽包括545 nm带。
25. 如权利要求23所述的激光器，其中所述发射光包括大于5 nm且小于15 nm的带宽。
26.如权利要求17所述的激光器，其中所述激光器是多模固态激光器。
27.如权利要求26所述的激光器，其中所述输出耦合器被配置成使得所述多模激光器的不同模式在不同波长下激射。
28.如权利要求26所述的激光器，其中至少所述多模固态激光器的第一模式被配置成在第一波长下激射，所述多模固态激光器的第二模式被配置成在不同于所述第一波长的第二波长下激射，并且所述多模固态激光器的第三模式被配置成在不同于所述第一波长和所述第二波长的第三波长下激射。
29.如权利要求28所述的激光器，其中所述第一反射器某个信号反射带宽，所述信号反射带宽包括所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长。
30.如权利要求26所述的激光器，其中所述输出耦合器包括空间上变化的光谱反射。
31.如权利要求30所述的激光器，其中所述输出耦合器的所述光谱反射从所述输出耦合器的中心点朝所述输出耦合器的外边缘增加。
32.如权利要求31所述的激光器，其中所述光谱反射被数字地图案化以从所述中心点朝所述外边缘增加，其中所述光谱反射包括方位角平均的光谱反射。
33.如权利要求26所述的激光器，所述激光器进一步包括空间上变化的透射滤波器。
34.如权利要求33所述的激光器，其中所述透射滤波器包括在光学镜上的图案。
35.如权利要求33所述的激光器，其中所述透射滤波器包括附接在所述滤波器的中心处并延伸到所述滤波器的外边缘的多个辐条的阵列，其中所述辐条阻挡特定波长的光透射，并且其中所述多个辐条中的每一者的大小从所述滤波器的所述中心向所述滤波器的所述外边缘增加。
36.如权利要求26所述的激光器，所述激光器进一步包括至少一个成像元件，所述至少一个成像元件被配置成在所述激光腔中变换光束，以便减少所述多模激光器的不同模式之间的耦合。
37.如权利要求36所述的激光器，其中所述至少一个成像元件被配置成在所述激光腔中对光束进行傅里叶变换。
38.如权利要求37所述的激光器，其中所述至少一个成像元件包括透镜、曲面镜和衍射光学元件中的至少一者。
39. 一种激光器，所述激光器包括：
激光腔，所述激光腔包含掺铽激射材料，所述掺铽激射材料包括光谱相关可变增益；以及
光谱整形元件，所述光谱整形元件被配置成补偿所述激射材料的所述光谱相关可变增益的至少一部分。
40.如权利要求39所述的激光器，其中所述光谱整形元件是腔内滤波器、在光纤的端部上的涂层或纤维布拉格光栅中的至少一者。
41.如权利要求39所述的激光器，其中所述光谱整形元件包括定位在所述激光腔的第一端部处的纤维布拉格光栅反射器和定位在所述激光腔的第二端部处的纤维布拉格光栅输出耦合器。
42.如权利要求39所述的激光器，其中所述光谱整形元件被配置成补偿所述激射材料的光谱相关可变增益的至少一部分，使得所述激射材料的净增益在感兴趣波长带上是基本上均匀的。
43. 如权利要求42所述的激光器，其中所述感兴趣波长带是535-560 nm。
44.如权利要求42所述的激光器，其中所述感兴趣波长带对应于所述光谱相关可变增益的峰值。
45.如权利要求39所述的激光器，所述激光器进一步包括多个光谱整形元件，其中所述多个光谱整形元件中的每一者被配置成补偿所述激射材料的所述光谱相关可变增益的相应部分，使得所述激射材料的净增益在感兴趣波长带上是基本上均匀的。
46.如权利要求39所述的激光器，其中所述激光器是固态激光器，并且其中所述光谱整形元件是腔内滤波器、在所述激射材料的端部上的涂层或体布拉格光栅中的至少一者。
47.一种激光系统，所述激光系统包括：
至少一个激光腔，所述至少一个激光腔包含掺铽激射材料，所述掺铽激射材料包括增益带宽；
第一光谱选择器元件，所述第一光谱选择器元件被配置成从所述增益带宽生成第一带；
第二光谱选择器元件，所述第二光谱选择器元件被配置成从所述增益带宽生成第二带，所述第二带不同于所述第一带。
48. 如权利要求47所述的激光系统，其中所述系统包括：
第一激光器，所述第一激光器包括所述至少一个激光腔和所述第一光谱选择器；以及
第二激光器，所述第二激光器包括第二激光腔和所述第二光谱选择器，所述第二激光腔包含掺铽激射材料。
49.如权利要求47所述的激光系统，其中所述光谱选择器元件中的每一者是腔内滤波器、在光纤的端部上的涂层、纤维布拉格光栅或体布拉格光栅中的至少一者。
50. 如权利要求47所述的激光系统，其中所述掺铽激射材料包括光谱相关可变增益，并且其中所述激光系统进一步包括：
第一光谱整形元件，所述第一光谱整形元件被配置成补偿所述激射材料的所述光谱相关可变增益的至少第一部分，使得所述激射材料的净增益在所述第一带上是基本上均匀的；以及
第二光谱整形元件，所述第二光谱整形元件被配置成补偿所述激射材料的所述光谱相关可变增益的至少第二部分，使得所述激射材料的净增益在所述第二带上是基本上均匀的。
51.如权利要求47所述的激光系统，其中所述激光系统被配置成在数字激光显示器中用来再现三维图像。
52.一种数字激光显示器，所述数字激光显示器包括：
多个激光器，所述多个激光器可用于显示图像，其中所述多个激光器中的每一者被配置成发射在不同的波长带内的光；
其中所述多个激光器中的至少一者包括：
激光腔，所述激光腔包含掺铽激射材料；
第一反射器，所述第一反射器定位在所述激光腔的第一端部处；
输出耦合器，所述输出耦合器定位在所述激光腔的第二端部处；以及
泵浦器，所述泵浦器被配置成泵浦所述激光腔，使得所述掺铽激射材料发射在所要的波长带内的光，其中所述发射光具有小于12%的散斑对比度。
53. 如权利要求52所述的数字激光显示器，其中所述所要的波长带是535-560 nm。
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