CN109449758A - 一种直接用于显示的高功率低相干性激光光源 - Google Patents

Abstract

一种直接用于显示的高功率低相干性激光光源，采用量子阱作为有源区，所述激光光源包括：D型腔结构，其截面为D型即圆形沿一弦线切割后的形状；功率放大区域，与D型腔结构相连；以及出射截面，设置于所述激光光源的末端，所述激光光源的谐振腔采用D型腔结构，使其激射出多种模式从而降低出射激光的相干性，减弱甚至消除散斑，并通过功率放大区域对激射的光进行进一步的功率放大。

Description

一种直接用于显示的高功率低相干性激光光源

技术领域

本公开涉及半导体激光器以及激光显示技术领域，尤其涉及一种直接用于显示的散斑减弱甚至消除的高功率低相干性激光光源。

背景技术

激光显示技术由于其色域范围广、高亮度及高对比度、大尺寸及可靠性好的优势已经成为继黑白显示、彩色显示、数字显示之后的第四代显示技术，其色域覆盖率已经达到了90％(NTSC标准的2倍以上)，实现了人类有史以来最完美的色彩还原，且激光是线谱，具有很高的色饱和度；不同于其他显示技术受限于屏的尺寸，激光显示可以轻松投射出100吋甚至140吋的大画面。

激光光源作为激光显示中最重要的元件，它的发展制约着激光显示技术的发展，由于半导体激光器具有体积小、可以直接调制等优势，已经成为激光显示的主流光源。

但是，由于激光本身具有很好的相干性，光源发出的光束很容易发生干涉从而产生一种无规则分布的亮暗斑点-散斑。它不仅会严重影响照明区域的均匀性和图像的显示质量(如分辨率、对比度、亮度)，还会引起视觉疲劳，严重阻碍了当前激光显示的快速发展。为了提高激光投影显示的图像质量，必须设计合适的消相干系统。但是目前的消散斑技术几乎都是通过后续系统的搭建来实现，并不是从源头进行消散斑。

公开内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种直接用于显示的高功率低相干性激光光源，能使散斑减弱甚至消除，以缓解现有激光显示中由于激光相干性好而产生的散斑图样等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种直接用于显示的高功率低相干性激光光源，采用量子阱作为有源区，所述激光光源包括：D型腔结构101，其截面为D型即圆形沿一弦线切割后的形状；功率放大区域102，与D型腔结构101相连；以及出射截面103，设置于所述激光光源的末端。

在本公开实施例中，所述D型腔结构101的结构参数为d，所述d为D型腔结构101所处圆的圆心至所述切割弦线的垂直距离，d＝0.5R，其中R为D型腔结构101所处圆的半径。

在本公开实施例中，所述D型腔结构101所处圆的半径R为百微米量级。

在本公开实施例中，所述功率放大区域102为条形结构或锥形结构。

在本公开实施例中，所述功率放大区域102的长度为L，L为百微米甚至毫米量级，得到更高的输出功率(如本例中980nm波段可达瓦级)。

在本公开实施例中，所述有源区的制备材料包括：AlGaAs/GaAs、AlGaInP/InGaP、InGaN/GaN等，没有严格的限定。

在本公开实施例中，所述的直接用于显示的高功率低相干性激光光源，通过改变外延材料，可以实现从可见光到红外区域的波长激射。

在本公开实施例中，所述的直接用于显示的高功率低相干性激光光源，其电极制作在D型腔结构101及功率放大区域102的上表面。

在本公开实施例中，所述的直接用于显示的高功率低相干性激光光源，采用电注入输入模式。

在本公开实施例中，所述的D型腔结构101和放大区域102的刻蚀深度超过有源区。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开一种直接用于显示的高功率低相干性激光光源至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)由于D型腔的半径及结构参数可以调节，可以使得在不同波长范围的光实现多种模式同时输出，从而降低光源的空间相干性，进一步减小散斑效应的产生；

(2)D型腔及功率放大区域的刻蚀深度要大于有源层甚至n波导层厚度从而得到足够的折射率限制来满足腔内的谐振，从而减小对激光光子的损耗；

(3)采取半径较大的D型腔结构及长度足够的放大区域来获得更多模式和大功率输出，出射截面还可以通过镀一层增透膜进一步增大输出光功率；

(4)工艺简单、易集成。

附图说明

图1为本公开实施例直接用于显示的高功率低相干性激光光源的平面结构示意图(条形功率放大区域)。

图2为本公开实施例直接用于显示的高功率低相干性激光光源的平面结构示意图(锥形功率放大区域)。

图3为本公开实施例直接用于显示的高功率低相干性激光光源用有限时域差分方法模拟的中心波长980nm但不同结构的场分布结果示意图。

图4为本公开实施例直接用于显示的高功率低相干性激光光源在相同结构不同中心波长时的场分布结果示意图。

图5为本公开实施例直接用于显示的高功率低相干性激光光源中心波长在980nm时的光谱图。

图6为本公开实施例直接用于显示的高功率低相干性激光光源的立体结构示意图。

具体实施方式

圆形谐振腔具有高度对称性，可以采取破坏其谐振腔的完美对称性，使其激射出多种模式从而降低出射激光的相干性，减弱甚至消除散斑。并通过功率放大区域对激射的光进行进一步的功率放大，在出光截面可以镀一层增透膜进一步增大出光功率，本公开提供了一种直接用于显示的高功率低相干性激光光源，其具有高功率低相干性，所述激光光源的谐振腔采用D型腔结构，使其激射出多种模式从而降低出射激光的相干性，减弱甚至消除散斑，并通过功率放大区域对激射的光进行进一步的功率放大，在出光截面可以镀一层增透膜进一步增大出光功率；

本公开所述激光光源在980nm波段功率输出水平可达瓦量级，可以使得在不同波长范围的光实现多种模式同时输出，达到高功率低相干性水准。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，图1为直接用于显示的高功率低相干性激光光源的平面结构示意图(条形功率放大区域)，图2为直接用于显示的高功率低相干性激光光源的平面结构示意图(锥形功率放大区域)。结合图1和图2所示，所述的激光光源，包括：

D型腔结构101，其截面为D型即圆形沿一弦线切割后的形状；

功率放大区域102，与D型腔结构101相连；

出射截面103，设置于所述激光光源的末端。

所述D型腔结构，其截面为D型即为圆形结构沿一弦线切割后所剩余结构，采用AlGaAs/GaAs材料作为有源区，还可以采用其他波段(如红光的AlGaInP/InGaP、蓝光的InGaN/GaN等)对应的有源区材料，没有严格的限定。

所述功率放大区域102结构为条形结构或锥形结构；

所述D型腔结构101的结构参数为d，所述d为D型腔结构101所处圆的圆心至切割弦的垂直距离，d＝0.5R；D型腔结构所处圆的半径为R，所述功率放大区域102的长度为L；在本公开实施例中，我们采取等比例缩小的模型进行理论模拟实验，其中R设定为5微米，则d＝0.5R＝2.5微米；L设定为10微米；对实际结果起指导性作用。

实际制作中，所述D型腔结构101所处圆的半径R为百微米量级；

所述功率放大区域102的长度为L为百微米甚至毫米量级，得到更高功率的输出水平(本例中980nm波段可达W级)。

所述激光光源采用电注入输入模式；

电极制作在D型腔结构101及功率放大区域102的上表面；

通过改变外延材料，可以实现从可见光到红外的波长激射。

所述的D型腔结构101部分可以通过破坏回音壁模式从而产生多种模式进而降低空间相干性，并通过其后的放大区域102进行功率放大，得到大功率输出。

所述的D型腔结构101和放大区域102的刻蚀深度超过有源区甚至n波导层。

所述激光光源采用电注入模式，电极制作在D型腔结构101及功率放大区域102上表面，通过改变外延材料，可以从可见光到红外的波长激射。

在本公开实施例中，以中心波长980nm为例进行说明。

在本公开实施例中，图3为直接用于显示的高功率低相干性激光光源用有限时域差分方法模拟的中心波长980nm但不同结构的场分布结果图，如图3a所示，当d＝0.5R时，区域内的模式均匀分布，可以得到多种模式同时输出；如图3b所示，当d＝0.9R时，区域内的模式具有稳定的周期轨迹从而产生特定的模式。

在本公开实施例中，图4为直接用于显示的高功率低相干性激光光源在相同结构不同中心波长时的场分布结果示意图，图4a和图4b所示都为d＝0.5R的相同结构条件下的场分布结果示意图，其中图4a所示的中心波长为981nm；图4b所示的中心波长为983nm；如图所示，当中心波长不同时，得到的模式分布也不同，说明在一个共振谱包络的有限宽度范围内存在多个模式，每个模式在混沌腔中均有其独特分布。

在本公开实施例中，图5为直接用于显示的高功率低相干性激光光源中心波长在980nm时的光谱图，如图5所示，进一步说明了在980nm附近光谱有一定展宽，存在多种不同的模式。

在本公开实施例中，图6为用于激光显示的高功率低相干性激光光源的立体结构示意图。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开直接用于显示的高功率低相干性激光光源有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种直接用于显示的高功率低相干性激光光源，所述激光光源采D型谐振腔结构，使其激射出多种模式从而降低出射激光的相干性，减弱甚至消除散斑，并通过功率放大区域对激射的光进行进一步的功率放大，在出光截面可以镀一层增透膜进一步增大出光功率。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直接用于显示的高功率低相干性激光光源，采用量子阱作为有源区，所述激光光源包括：

D型腔结构(101)，其截面为D型即圆形沿一弦线切割后的形状；

功率放大区域(102)，与D型腔结构(101)相连；以及

出射截面(103)，设置于所述激光光源的末端。

2.根据权利要求1所述的直接用于显示的高功率低相干性激光光源，所述D型腔结构(101)的结构参数为d，所述d为D型腔结构(101)所处圆的圆心至所述切割弦线的垂直距离，d＝0.5R，其中R为D型腔结构(101)所处圆的半径。

3.根据权利要求2所述的直接用于显示的高功率低相干性激光光源，所述D型腔结构(101)所处圆的半径R为百微米量级。

4.根据权利要求1所述的直接用于显示的高功率低相干性激光光源，其中，所述功率放大区域(102)为条形结构或锥形结构。

5.根据权利要求4所述的直接用于显示的高功率低相干性激光光源，所述功率放大区域(102)的长度为L，L为百微米甚至毫米量级。

6.根据权利要求1所述的直接用于显示的高功率低相干性激光光源，所述有源区的制备材料包括：AlGaAs/GaAs、AlGaInP/InGaP、InGaN/GaN等。

7.根据权利要求1所述的直接用于显示的高功率低相干性激光光源，通过改变外延材料，实现从可见光到红外的波长激射。

8.根据权利要求1所述的直接用于显示的高功率低相干性激光光源，其电极制作在D型腔结构(101)及功率放大区域(102)的上表面。

9.根据权利要求1所述的直接用于显示的高功率低相干性激光光源，采用电注入输入模式。

10.根据权利要求1所述的直接用于显示的高功率低相干性激光光源，所述的D型腔结构(101)和放大区域(102)的刻蚀深度超过有源区。