CN112771852A - 激光光源和具有激光光源的激光投影器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光光源(1)，其包括：至少一个非线性光学介质(3)，尤其非线性晶体；至少一个泵浦激光源(2)，其用于产生泵浦激光射束(5)以通过参量降频转换来在所述非线性光学介质(3)中形成信号射束(7)和闲频射束(8)。激光光源(1)包括至少一个晶种光源(4)，其用于产生具有比泵浦激光射束(5)的相干长度小的相干长度的晶种信号射束(7')和/或晶种闲频射束；至少一个叠加装置(16)，其用于将晶种信号射束(7')和/或所述晶种闲频射束与所述泵浦激光射束(5)叠加以共同耦合输入到所述非线性光学介质(3)中。本发明还涉及一种具有这种激光光源(1)的激光投影器。

Description

激光光源和具有激光光源的激光投影器
技术领域
本发明涉及一种激光光源，其包括：至少一个非线性光学介质，尤其非线性晶体；至少一个泵浦激光源，其用于产生泵浦激光射束以通过参量降频转换来在该非线性光学介质中形成信号射束和闲频射束。本发明还涉及一种具有这种激光光源的激光投影器。
背景技术
产生具有高强度、色彩逼真度、集中度和合适的相干性的光的光源尤其有利于可视化应用，例如投影器。对于可视化应用(尤其投影器)，通常使用产生非相干光的光源，例如灯或LED。但这种光源的强度、色彩逼真度和射束集中度具有缺点。激光光源在所有所提及的方面均有优势，但其发射强相干光，强相干光在激光投影器的应用中导致所谓的斑点噪声(Speckle-Rauschen)，即导致粒子的(即颗粒的)干涉效应，其明显降低图像质量。斑点噪声不仅发生在激光投影器中，而且发生在使用激光光源来成像或测量的地方，例如在干涉测量技术中。
已知用于减少激光的相干性的不同方法：例如，激光可在其用于投影之前经受光学滤波。然而，用于此目的的光学滤波器一般需要大量安装空间。因此，已在文献中探索一系列替代方法来应对激光投影器中的斑点问题。论文《Speckle Reduction in ProjectionSystems》，F.Riechert，Univ.of Karlsruhe，2009给出一个概况。这种方法之目标是以非相干的方式(即基于强度的)叠加彼此独立(即去相关)的斑点图样。
在W0 2006/105259 A2中描述用于运行多色激光源(其具有带有半导体激光的阵列)来产生具有不同颜色的光的系统和方法。相应阵列的各个发射器或半导体激光基本上非相干地(例如具有不同相位)进行发射以抑制斑点噪声。也可以执行由半导体激光发射的激光辐射的光谱扩宽来减少斑点噪声。非线性频率转换器可以连接在一个或多个阵列的下游，该非线性频率转换器将输入频率转换为具有另一颜色的输出频率。这种非线性频率转换器可以产生(例如)绿色输入频率至红色输出频率的参量降频转换(Parametric-Down-Conversion，PDC)。非线性频率转换器可以位于相应个体化激光发射器的(外部)谐振器内或该谐振器外。对于非线性频率转换，需要可由(例如)光纤或非线性晶体实施的非线性介质。这种激光光源的非线性晶体如此调谐至相应激光发射器的泵浦激光射束的波长，使得在激光活性晶体中发生PDC过程。PDC过程基于由具有非线性介质的相干泵浦激光源产生的泵浦激光射束的非线性交互作用。在交互作用中产生两个新光场，其在本申请中(如一般地)称为信号射束和闲频射束。信号射束和闲频射束使泵浦激光射束的能量ωS和动量kP守恒，即就能量而言适用：ωP＝ωS+ωI，其中，ωS表示信号射束的能量，ωI表示闲频射束的能量。相应地，对于泵浦激光射束的动量kP 、信号射束的动量kS 和闲频射束的动量kI 适用：kP ＝kS +kI 。
在W0 2006/12911 A2中描述一个光学谐振器，其可用作用于减少斑点噪声的降频转换激光。为此目的，可使用将激光源的辐射移动至较长波长的降频转换材料。光学谐振器放大多模式运行，使得降频转换材料发射光谱扩宽的可见辐射。光学谐振器还可以具有带有安装在两个波导层之间的升频转换层的波导激光。
EP 0 728 400 B1描述用于产生用于表示彩色视频图像的不同波长的至少三个激光射束的方法及设备。在该设备中，脉冲激光的输出作为激励射束传递至具有非线性光学特性的介质。在一个示例中，非线性晶体布置在光学参量振荡器(OPO)中。OPO产生信号射束和闲频射束，其必要时在频率转换之后与激励射束一起用于表示彩色视频图像的单色部分图像。非线性晶体的温度可以通过调节装置调整，以便选择在晶体中生成的激光射束的波长或者以便稳定OPO。为了稳定，可以使用信号射束、闲频射束的光强度或两个射束的强度的组合。
WO 2011/071921 A2描述一个去斑点设备，其通过光纤中的所激发的拉曼散射来减少斑点。在三色激光投影器中(其中，红光和蓝光由OPO由绿光产生)提出，将去斑点装置仅用于绿光，因为由于OPO中的光谱扩宽，红光和蓝光自然仅具有轻微的斑点噪声。
WO 2011/050223 A1描述一个用于运行进行波长转换的光源来减少斑点的方法，其中，在波长转换装置中将具有基谐波长的泵浦激光射束变换为经波长转换的输出激光射束。波长转换装置的物理性质(例如其温度)在各个间隔(其持续时间小于光学探测器(例如人眼)的积分时间)期间改变。
WO 2011/146301 A1描述一个具有光源的光学系统，光源产生具有至少两个基谐光谱峰值的泵浦射束。在波长转换装置中由泵浦射束产生两个光谱峰值的和频，从而形成具有三个频率转换光谱峰值的输出射束。
WO 2013/034813 A2描述一个用于产生第二谐波的设备，其具有波长转换装置，以便将入射光变换为具有较小波长的出射光。波长转换装置可以具有周期性极化的非线性晶体，以便提高波长转换的效率。非线性晶体可以包括波导，光源的光通过透镜耦合输入到该波导中。波长转换装置可以具有绕射光栅，以便为了波长稳定而将光的一部分反射回光源。
发明内容
本发明的第一方面所基于的任务在于提供一种激光光源，在该激光光源中，在非线性介质中形成的信号射束和/或闲频射束的相干长度经调整或者能够被调整。本发明的第二方面所基于的任务在于尽可能高效地使用泵浦激光源的泵浦激光辐射。
根据第一方面，通过上述类型的激光光源解决该任务，所述激光光源还包括：至少一个晶种光源，其用于产生具有比泵浦激光射束的相干长度小的相干长度的晶种信号射束和/或晶种闲频射束；至少一个叠加装置，其用于将该晶种信号射束和/或晶种闲频射束与该泵浦激光射束叠加以共同耦合输入到该非线性光学介质中。
在本发明的第一方面中提出，使用至少一个晶种光源，其产生晶种信号射束和晶种闲频射束，该晶种信号射束和晶种闲频射束的发射光谱使信号射束的信号波长和闲频射束的闲频波长守恒或基本上与其一致。通过使用晶种光源，可以提高非线性介质对晶种射束和/或闲频射束的放大(居量反转)。如果晶种光源涉及可关断的光源，则在这种情况下可以至少在两个状态之间(接通或关断晶种光源)切换根据本发明的激光光源的相干性，更准确地说相干长度。
根据本发明的基于参量降频转换过程的激光光源不需要机械功能构件，因此可小型化。可以通过以下方式借助晶种光源调整所产生的信号射束和闲频射束的相干长度：将非相干或部分相干的晶种辐射耦合输入到非线性光学介质中。此外，通过参量降频转换可能破坏由激光光源产生的激光射束的相干性，因为要么仅信号射束要么仅闲频射束形成激光光源的有效激光射束。在此利用：即使信号射束和闲频射束由于在非线性介质中的共同产生过程而具有强相关性，但闲频射束和信号射束本身具有热光源的波动特性。这种波动足够快，使得几乎完全消除斑点噪声。因此，根据本发明的激光光源适合于在例如数据眼镜、抬头显示器(Head-Up-Display)中产生明亮、无斑点的投影，以用于平板印刷中的微芯片曝光和显微镜中的成像方法(用于照明)。由于可调整的相干性(参见下文)，根据本发明的光源也可以用于产生全息图或用于其他光学应用。
叠加装置可以构造为用于(在空间上)共线地叠加晶种信号射束和/或晶种闲频射束，以便将其沿共同射束路径传递给非线性介质。对于共线叠加，例如可以使用二向色分束器，其对于晶种信号射束(闲频信号射束)的偏振方向反射，并且对于泵浦激光射束的偏振方向透射，或反之。
应当理解，也可以使用其他光学装置作为叠加装置，所述另外的光学装置通过利用两个射束的至少一个不同的特性而使得可以将泵浦激光射束的晶种信号射束或闲频信号射束共线叠加。例如，可以利用泵浦激光射束的晶种或闲频信号射束的不同波长，以便例如借助绕射光栅等实现叠加。
在一种有利的实施方式中，激光光源包括控制装置，其用于控制耦合输入到非线性光学介质中的晶种信号射束、晶种闲频射束和/或泵浦激光射束的功率。该控制装置可以构造为用于调整晶种光源和/或泵浦激光源的功率，以便以此方式影响或调整从非线性介质中耦合输出的信号射束和/或闲频射束的相干性。为了调整耦合输入到非线性介质中的晶种信号射束和/或晶种闲频射束的功率，不一定必须使用具有可调整功率的晶种光源。替代地或附加地，可以借助可调光学滤波器来进行(光学)滤波，以便调整耦合输入到非线性介质中的晶种信号射束和/或晶种闲频射束的功率。这同样适用于泵浦激光源的功率调整。
在另一实施方式中，晶种光源选自包括LED、超发光二极管和激光二极管的组。尽管LED通常具有使得从晶种光源中出射的辐射被视作非相干的大的相干长度，但超发光二极管涉及不具有谐振器的激光二极管。因此，超发光二极管组合了激光二极管的亮度与LED的低相干性(长度)，其相当于由超发光二极管发射的辐射的比由激光二极管发射的激光辐射宽的带宽。激光二极管形式的晶种光源尤其可以涉及多模式激光二极管。由这种多模式激光二极管产生的晶种信号射束或晶种闲频射束还具有比由例如单模式激光二极管形式的泵浦激光源产生的泵浦激光射束小的相干长度。
在一种实施方式中，泵浦激光源构造为用于产生具有小于460nm的泵浦波长的泵浦激光射束。当使用激光光源用于投影时，泵浦激光源的泵浦波长不应被选择为较大，因为在非线性介质中的参量降频转换期间，经转换的输出波长大于泵浦激光射束的泵浦波长。当泵浦波长例如为450nm或更小，例如约375nm或更小时，可以通过参量降频转换来产生三个基本色：蓝色(约420nm和约470nm之间)、绿色(约520nm和约540nm之间)和红色(约635nm和约780nm之间)。为了产生具有在蓝色、绿色和红色波长范围内的波长的三个信号射束或闲频射束，可以使用三个泵浦激光源，所述泵浦激光源不一定使用相同的泵浦波长。也可以借助单一的泵浦激光源来产生具有不同波长的三个信号射束或闲频射束，其方式是，在三个非线性介质上划分泵浦激光射束。可以串行地产生具有不同波长的三个信号或闲频射束，如下文将进一步描述的那样。
在另一实施方式中，泵浦激光源包括固体激光器，尤其二极管激光器或激光二极管。二极管激光器可以连续地(cw)运行或脉冲式地运行。在二极管激光器的脉冲式的运行中存在以下可能性，针对各个脉冲选择比cw注入电流大的注入电流，所述注入电流提供给二极管激光器以产生泵浦激光射束，即，使二极管激光器过脉冲。在平均时间内，由于脉冲暂停而在过脉冲期间产生基本上相应于cw注入电流的注入电流。
在另一实施方式中，激光光源附加地包括光学隔离器，其用于保护泵浦激光源免受反向反射。光学隔离器例如可以涉及法拉第旋转器或其他类型的光学隔离器，其防止反向反射的泵浦激光射束的部分耦合输入到泵浦激光源或更准确地说二极管激光器中。
在另一实施方式中，非线性介质布置在用于泵浦激光射束的泵浦波长的谐振器、尤其光学参量振荡器内。在这种情况下，泵浦激光源可以借助外部谐振器来运行，其中，该外部谐振器的端镜在泵浦激光射束的射束路径中布置在非线性光学介质后面。在这种情况下，泵浦激光射束从其中出射的二极管激光器的棱面设有抗反射涂层，其具有例如小于2％的反射率，因此反射回的泵浦激光辐射在大的温度和波长范围内尽可能以稳定泵浦波长发射(锁定范围)。
替代于使用外部谐振器，谐振器的另一端镜可以在泵浦激光射束的射束路径中布置在非线性光学介质前面，以便将泵浦激光射束的以下部分反射回到非线性光学介质中：所述部分在泵浦激光射束的射束路径中布置在非线性光学介质后面的端镜处反射。在这种情况下，具有两个端镜的非线性光学介质通常形成光学参量振荡器。两个端镜尤其可以以高度反射的涂层的形式构造，该高度反射涂层位于可能具有波导(参见下文)的非线性晶体形式的非线性光学介质的正面或端棱面(Endfacetten)上。
在这种情况下，非线性晶体形成用于泵浦激光射束的功率提高的谐振器。以这种方式，可以显着增加非线性光学晶体内的泵浦激光射束的强度并且可以通过泵浦激光射束的从非线性晶体中出射的、未经转换的功率分量来减少损耗。光学参量振荡器通常仅关于泵浦波长谐振，而不关于信号射束的信号波长或闲频射束的闲频波长谐振。因此，充当端镜的两个反射涂层仅对于泵浦波长高度反射，而不对于信号波长或闲频波长高度反射。
在一种替代的实施方式中，泵浦激光射束单次(Einzeldurchgang)或两次通过(必要时多次通过)非线性介质，即非线性光学介质不布置在具有用于泵浦波长的两个端镜的谐振器内。在单次通过非线性光学介质时，泵浦激光辐射产生非相干或部分相干的信号射束或闲频射束。必要时还可以使用泵浦激光射束的在通过非线性光学介质时未转换为信号射束或闲频射束的功率分量的功率，如下文将进一步描述的那样。如果泵浦激光射束两次通过非线性介质，则泵浦激光射束可以例如在关于泵浦波长反射的涂层(其施加在非线性介质的背向泵浦激光源的侧上)上反射回到非线性介质中，并且在两次通过之后反向传播至该泵浦激光源，除非设置光学隔离器来防止这一点(参见下文)。
由于在泵浦激光射束第二次通过非线性介质时产生信号射束的光子，因此可以在非线性介质的相对置的侧上施加用于信号波长(但不关于泵浦波长)反射的涂层，所述光子也朝泵浦激光源或晶种光源的方向传播。为了尽管有反射涂层但能够将晶种信号射束的足够功率分量耦合输入到非线性介质中，反射涂层关于信号波长的反射率不应被选择为太大并且可以例如在约50％和约90％之间、尤其在约70％和约90％之间的范围中。替代于两次通过，泵浦激光射束也可以多次，即至少三次通过非线性介质。
在另一实施方式中，非线性晶体包括波导。可以使用不同的方法来在非线性晶体中产生波导，例如离子植入。波导如此设计，使得其在非线性晶体中以低损耗的方式在引导泵浦波长处的泵浦激光射束、引导信号波长处的信号射束、引导闲频波长处的闲频射束。
在一种扩展方案中，激光光源具有聚焦装置，其用于将泵浦激光射束、晶种信号射束和/或晶种闲频射束聚焦在波导的输入面。聚焦装置例如可以涉及聚焦透镜。在射束路径中在非线性介质之后也可以布置有准直装置，以便对通常发散地从波导中出射的泵浦激光射束、信号射束和/或闲频射束进行准直。可以使用例如所谓的“渐变折射率透镜”(GRIN)透镜作为用于聚焦和/或准直的透镜。尤其可以将透镜组合至单片的混合微系统。GRIN透镜由制造决定地具有相对较小的偏心性(Dezentrierung)并且也适合于被动地安装在(V)沟槽或止挡部(Anschlag)上。但是应当理解，透镜不一定必须构造为GRIN透镜。
尤其当使用光学隔离器时有利的是，在从泵浦激光源中出射的泵浦激光射束射入到光学隔离器中之前，借助准直装置，例如借助准直透镜来对所述泵浦激光射束进行准直。对于不使用光学隔离器的情况，非线性光学介质前面的准直装置和聚焦装置的功能可以由相同的透镜承担。
对于泵浦激光源具有带有非对称辐射特性(即沿所谓的“慢轴(SA)”和“快轴(FA)”的不同发散角，如通常在激光二极管的情况中)的边缘发射器的情况，则可以在耦合输入到波导中之前，借助交叉的圆柱形透镜来实现圆柱形透镜望远镜或实现变形的、改变纵横比的准直，以便使发散角或纵横比匹配于波导的输入面的模式直径或尺寸。特别优选地，为此目的设置非对称的波导，其在入口侧具有与二极管激光器的横向射束半径相同的纵横比且无需使用望远镜。
为了将晶种光源的晶种信号射束和/或晶种闲频射束耦合输入到波导中，引导所述晶种信号射束和/或晶种闲频射束通过光纤或使其在到达叠加装置之前从光纤中出射是有利的。在这种情况下，尤其可以使光纤的出射面的(模式)直径匹配于波导(更准确地说波导的输入面)的模式直径。替代地，可以例如通过光圈使泵浦光源的模场直径匹配于波导的模场直径并因此也匹配于波导的接收角。
在一种实施方式中，周期性地极化非线性晶体。通过周期性极化，可以优化相位匹配并且因此提高非线性介质的转换效率。可以在非线性晶体的制造期间例如借助周期性结构化的电极来完成非线性晶体的铁电域的周期性极化。
在另一实施方式中，非线性晶体选自包括KTP(磷酸钛氧钾)、PP-KTP(周期性极化磷酸钛氧钾)、LiNbO3(铌酸锂)、PP-LN(周期性极化铌酸锂)、Ti:LN(铌酸钛-锂)、AlN(氮化铝)、LNoI(绝缘体基板上的铌酸锂)、BBO(β-氧化钡)和LBO(氧化锂-钡)的组。这种非线性晶体透射大于约380nm的波长。对于激光光源，应选择不仅关于泵浦波长而且关于信号波长和闲频波长具有低吸收度并因此具有高透射度的非线性晶体。
在另一实施方式中，激光光源包括至少一个分束装置，其用于在空间上分离信号射束和/或闲频射束与泵浦激光射束。至少一个分束装置在射束路径中布置在非线性光学介质之后。信号射束或闲频射束与泵浦激光射束的分离可以例如基于信号射束和闲频射束的不同偏振实现。分束装置也可以具有波长选择性组件，以便执行射束由于其不同波长的分离。通常，激光光源构造为用于从激光光源中出射一个或多个信号射束，而一个或多个闲频射束不离开激光光源，但原则上相反情况也是可能的。替代地，一个或多个信号射束和一个或多个闲频射束都可以离开激光光源。
在另一实施方式中，激光光源包括至少一个传感器装置，尤其光二极管，其用于测量信号射束和/或闲频射束的强度。可以根据所测量的强度来进行对激光光源的调节，如下文将更进一步描述的那样。通常，测量信号射束或闲频射束的强度已足够。在本申请的意义下，信号射束或闲频射束的所测量的强度不一定理解为从非线性介质出射的相应射束的总强度，而是理解为与信号射束或闲频射束的总强度成比例的变量，因为所述成比例的变量也可以用于调节。对于闲频射束不应离开激光光源的情况，证明有利的是，将闲频射束的全部强度射入传感器装置，因为在这种情况下可以省去吸收器。波长滤波器可以连接在传感器装置上游，在待测量的闲频波长(或可能是信号波长)的区域中，波长滤波器的波长相关的透射度最大。闲频射束的使用由于其闲频波长通常位于红外波长区域中而被证明是有利的，因为所述闲频射束的使用无进一步的波长转换而不适合于可视化应用。
在另一实施方式中，激光光源附加地包括调节装置，其用于根据信号射束和/或闲频射束的借助传感器装置测量的强度来调节非线性介质的温度和/或泵浦激光源的功率。如上文所述，在非线性介质中，将泵浦激光射束的泵浦波长转换为信号波长和闲频波长。这种转换过程在非线性光学介质的特定温度范围(其在约20℃和约60℃之间的值范围内)内具有其最大值。可以借助调节装置来匹配非线性介质的温度，使得最大化转换过程的效率。当由传感器装置测量的闲频辐射(或可能是信号辐射)的强度最大时通常是这种情况。也可以调节泵浦激光源的功率以优化转换过程的效率。对于非线性光学介质布置在谐振器中的情况，也可以在调节时如此匹配谐振条件(即谐振器的光学路径长度)，使得针对泵浦激光射束的泵浦波长优化谐振条件。为此目的，除了非线性光学介质的温度之外，也可以改变泵浦激光源的功率，因为泵浦激光源的功率导致泵浦波长的轻微移动，这可以导致波长稳定。应当理解，调节装置和上述控制装置可以实现为同一电子组件，例如可程序化电子组件。
在一种扩展方案中，激光光源包括至少一个加热和/或冷却装置，其用于调节非线性介质的温度。可能仅执行非线性介质的加热或冷却就足够了。但也可能有利的是能够执行非线性介质的调温，即加热以及冷却。加热和/或冷却装置可以用作上述调节装置的执行装置(Stelleinrichtung)。
在一种扩展方案中，激光光源具有加热光源，其用于对非线性光学介质进行辐射加热。加热光源例如可以涉及LED或者其发射光谱理想地位于蓝色或UV波长区域(即波长通常小于约380nm或约360nm)中的其他光源。使用具有小波长的加热辐射有利地确保该加热辐射在非线性光学介质或非线性光学晶体的体积(Volumen)中被吸收并转换为热功率。如上所述，非线性晶体基本上透射较大波长，以便能够尽可能无损耗地传输泵浦波长、信号波长和闲频波长。
在一种扩展方案中，激光光源包括与非线性介质表面接触的至少一个加热和/或冷却装置，尤其帕耳帖(Peltier)元件。例如帕耳帖元件形式的加热和/或冷却装置可用于冷却和/或加热非线性晶体的壳体或表面。帕耳帖元件或其他类型的接触式加热或冷却装置可以通过表面接触来将热引导给非线性光学介质或从非线性光学介质导释放热。
证明有利的是，为了调节非线性介质的温度，将与非线性介质表面接触的加热和/或冷却组件与加热光源组合。加热光源尤其可以用于对非线性光学介质的温度进行微调，而温度的粗调可通过与非线性光学介质或其壳体有表面接触的加热和/或冷却组件进行。
在另一实施方式中，激光光源具有：第一非线性光学介质，其通过参量降频转换来形成第一信号射束和第一闲频射束；第二非线性光学介质，其通过参量降频转换来形成第二信号射束和第二闲频射束；优选地第三非线性光学介质，其通过参量降频转换来形成第三信号射束和第三闲频射束。
这种激光光源例如可用于投影应用，因为在这种应用中，通常需要产生可见波长范围内的三个不同波长的激光射束。三个非线性光学介质可以被三个泵浦激光射束并行通过。单一的泵浦激光源可以产生其泵浦功率分配到三个非线性光学介质中的泵浦激光射束。然而，在这种情况下，通常有利的是，每个线性光学介质配属有自身泵浦激光源，因为以这种方式能够通过控制注入电流以特别简单的方式来调整在相应的非线性光学介质中产生的信号射束和/或闲频射束的功率。在这种情况下，也可以使用不同的泵浦波长来产生三个不同波长。可能有利的是，三个非线性光学介质产生相同闲频波长的闲频辐射，这对于激光光源的上述调节可能是有利的。
本发明的另一方面涉及一种激光光源，其如说明书引言中所描述的那样并且尤其可以如上文结合本发明的第一方面描述的那样构造。激光光源构造为用于将泵浦激光射束从泵浦激光源提供给第一非线性光学介质、将从第一非线性光学介质出射的泵浦激光射束提供给第二非线性光学介质并且优选地将从第二非线性光学介质中出射的泵浦激光射束提供给第三非线性光学介质。
根据本发明的第二方面，串行地或级联地产生第一信号射束、第二信号射束和优选地第三信号射束以及各自所配属的闲频射束。以这种方式，可以实现具有紧凑结构方式的激光光源，其中，同时可以提高电光效率，因为从第一非线性光学介质或第二非线性光学介质中出射的未经转换的泵浦激光辐射耦合输入到后面的非线性光学介质中，以便在非线性光学介质中执行参量降频转换。以这种方式，尤其可以借助单一的泵浦激光射束串行地产生对于产生白光(例如用于投影应用)所需的三个波长(例如红色、绿色和蓝色)。
在本发明的该方面中，泵浦激光射束优选地单次通过至少第一非线性光学介质和第二非线性光学介质，以便能够将泵浦激光射束的功率的足够分量耦合输入到在射束路径中跟随的相应非线性光学介质中。在本发明的该方面中，如上所述，可以结合叠加装置组合使用晶种光源，以便将晶种信号射束和/或晶种闲频射束耦合输入到相应的非线性光学介质中。通过相应的晶种光源的功率可以影响相应的非线性光学介质的放大。以这种方式，可以调整从相应的非线性光学介质中出射的信号射束和/或闲频射束的相应颜色分量或波长分量。
为了调整相干性，可以选择性地不将晶种信号提供给相应的非线性光学介质，即晶种射束的相应入口端保持不被占用，或者可以借助LED、超发光二极管等形式的晶种光源将部分相干的晶种信号射束或晶种闲频射束提供给相应的非线性介质。尤其在本发明的该方面中，替代于具有比泵浦激光源小的相干长度的晶种光源，还可以使用产生相干晶种信号射束或相干晶种闲频射束的晶种激光源，例如激光二极管。在这种情况下，也可以通过耦合输入到非线性光学介质中的晶种信号射束和/或晶种闲频射束的功率来调整激光光源的相干性。
在本发明的第二方面中，必要时可以完全省去设置晶种光源和所配属的叠加装置：对于晶种光源被切断或不存在的情况，在非线性光学介质中产生高达系统特定的泵浦阈值强度的信号射束和闲频射束，所述信号射束和闲频射束本身就具有热光源的波动特性，使得通过使用信号射束或闲频射束可以几乎完全消除例如投影应用中的斑点噪声。
在非线性光学介质的串行布置中，证明有利的是，在第一非线性光学介质中产生蓝色波长范围(约420nm和470nm之间)内的信号射束、在第二非线性光学介质中产生绿色波长范围(约520nm和约540nm之间)的信号射束，并且在第三非线性光学介质中产生红色波长范围(约635nm和约780nm之间)的信号射束，因为转换效率随波长增大而降低。
在串行产生以及在上述并行产生中，在三个非线性光学介质之一中产生的相应信号射束或相应闲频射束可以在至少一个叠加装置中被叠加成从激光光源中出射的共同激光射束，所述共同激光射束具有至少两个波长，优选地三个波长。理想地如此选择被叠加成出射激光射束的三个波长(红色、绿色和蓝色)及其个别的光学功率，使得其总体上产生适合于投影目的的白色调，理想地具有6500K色温的白色调。为此目的，需要合适地选择非线性光学介质或合适地设计非线性光学介质的长度及其周期性极化，以便产生所期望的波长。
本发明的另一方面涉及一种激光投影器，其包括如上文所述地构造的激光光源。上文所述的激光光源可以用于例如激光投影器中，以便在投影表面上产生几乎无斑点的影像，在所述激光投影器中，分别借助至少一个叠加装置将从相应的非线性光学介质中出射的信号射束或出射闲频射束叠加，以便产生具有通常位于可见波长范围内的三个不同波长的激光射束。为了在投影表面上产生图像，激光投影器可以具有用于二维偏转激光射束的扫描仪装置，扫描仪装置可以包括例如至少一个镜。这种激光投影器可以尤其用作机动车中的抬头显示器，其中，例如前挡风玻璃用作投影表面。但激光光源也可以用作用于投影图像的照明源，为产生所述图像，使用空间解析调变器(
Figure BDA0002956347450000121
Modulatoren)，例如所谓的DMD(数字镜装置)或SLM(空间光调变器)。
附图说明
本发明的其他优点从说明书和附图中得出。同样地，上文所提及的特征和还进一步列举的特征可以各自单独使用或以任何组合以多个形式使用。所示出的和所描述的实施方式不应被理解为穷举，而是更确切地说具有用于本发明的叙述的示例性特性。
附图示出：
图la示出具有非线性晶体、泵浦激光源和晶种光源的激光光源的实施例的示意图，其中，泵浦激光射束单次通过非线性晶体；
图lb示出类似于图la的激光光源的实施例的示意图，其中，泵浦激光射束两次通过非线性晶体；
图2示出类似于图la的激光光源的示意图，该激光光源具有布置在光学参量振荡器中的用于非线性晶体的温度调节的调节装置；
图3示出激光光源的示图，其中，三个非线性晶体串行布置，所述三个非线性晶体被同一泵浦激光射束通过；并且
图4示出激光光源的示图，其中，三个非线性晶体被三个泵浦激光射束并行通过。
在附图的以下描述中，将相同的附图标记用于相同或功能相同的构件。
具体实施方式
图la高度示意性地示出激光光源1的示例性结构，该激光光源具有二极管激光器形式的泵浦激光源2、非线性光学晶体3形式的非线性光学介质和晶种光源4。在所示示例中，泵浦激光源2构造为用于产生具有375nm或大于375nm的泵浦波长的泵浦激光射束5。对于使用参量降频转换(PDC)过程的可视化应用，泵浦波长λP不应被选择为太大并且应小于约460nm或约450nm。
泵浦激光射束5被耦合输入到非线性晶体3中，更准确地说，耦合输入到在该非线性晶体中形成的波导6中。可以通过例如粒子植入或扩散钛来在非线性晶体3中产生波导6。在所示示例中，非线性晶体3涉及具有扩散钛的周期性极化的铌酸锂(Ti:PPLn)。对于选择非线性晶体3重要的是，在非线性晶体中可以发生PDC过程。在PDC过程中，泵浦激光射束5与非线性晶体3交互作用，其中，产生两个新光场，其称为具有信号波长λS的信号射束7和具有闲频波长λI的闲频射束8。在PDC过程期间，泵浦激光射束5的能量ωP守恒，即适用能量守恒定律：ωP＝ωS+ωI，其中，ωS称为信号射束7的能量，ωI称为闲频射束8的能量。为了同样满足对于泵浦激光射束5的动量kP 、信号射束7的动量kS 和闲频射束8的动量kI 的动量守恒定律：kP ＝kS +kI ，需要相位匹配，在所示示例中，相位匹配通过非线性晶体3的周期性极化9实现。在图la中，周期性极化9由竖直线条表明，所述竖直线条在非线性晶体3的反转极化铁电域(ferroelektrischen
Figure BDA0002956347450000141
)之间形成边界表面。通过周期性极化9，还提高晶体3的非线性度并因此提高PDC过程的效率。
在射束路径中在非线性晶体3之后布置有第一分束器10，第一分束器将闲频射束8与在PDC过程中未经转换的、从非线性晶体3中出射的泵浦激光射束5分离。第一分束器10构造为二向色分束器，即其具有波长选择性涂层形式的波长选择性元件，以便将具有泵浦波长λP的泵浦激光射束5与具有闲频波长λI的闲频射束8分离。在射束路径中在第一分束器10之后布置有第二分束器11，第二分束器将泵浦激光射束5与信号射束7分离。第二分束器11构造为偏振分束器。在偏振分束器11中能够将信号射束7与闲频射束8分离，因为激光光源1的当前所选择的设计中的两个射束彼此垂直地偏振，即存在II型相位匹配。替代地，也可以实现以下相位匹配：其中信号射束7和闲频射束8具有相同的偏振(I型)。在两种情况(I型和II型)下，分束器可以构造为光学滤波器或波长选择性光学组件。
为在偏振分束器11中将信号射束7与泵浦激光射束5分离，有利的是两个射束5、7准直地入射到偏振分束器11中。为实现这一点，在第一分束器10与第二分束器11之间布置准直透镜12。信号射束7在第二分束器11之后作为有效射束通过其他准直透镜13从激光光源1中耦合输出。替代于其他准直透镜13，光源1也可以具有出射窗口，例如如果信号射束7作为有效射束已经被准直透镜12的相应构型准直。在图la示出的示例中，准直透镜12用于准直泵浦激光射束5，但由于不同波长而不用于准直信号射束7。信号射束7仅被其他准直透镜13准直。应当理解，相反情况也是可能的。
闲频射束8照射光电二极管形式的传感器装置14，该传感器装置测量闲频射束8的强度II。借助其他聚焦透镜15将闲频射束8聚焦到光电二极管14上。闲频射束8的所测量的强度II可用于调节非线性晶体3的温度T，如下文将进一步描述的那样。泵浦激光射束5单次通过非线性晶体3。还可以使用泵浦激光射束5的在非线性晶体3中未经转换的分量，如下文将进一步描述的那样。
图la中示出的激光光源1具有LED形式的晶种光源4，其构造为用于产生晶种信号射束7'。晶种光源4产生晶种信号射束7'，该晶种信号射束的波长与信号射束7的信号波长λS一致。LED形式的晶种光源4产生以下晶种信号射束7'：该晶种信号射束具有小于由泵浦激光源2产生的泵浦激光射束5的相干长度的相干长度。替代于LED，也可以使用其他类型的晶种光源4，例如超发光二极管或(多模式)激光二极管，例如多模式激光二极管，来产生部分相干的晶种信号射束7’。晶种信号射束7'在二向色镜形式的叠加装置16中与泵浦激光射束5共线地叠加。在此利用以下事实：泵浦激光源2产生具有以下(线性)偏振的泵浦激光射束5，所述(线性)偏振垂直于晶种信号射束7'的(线性)偏振定向。
为了叠加装置16中的叠加，有利的是对泵浦激光射束5和晶种信号射束7'进行准直。为了准直从泵浦激光源2发散地出射的泵浦激光射束5，激光光源1具有准直透镜17。相应地，在晶种光源4和叠加装置16之间还布置有用于准直晶种信号射束7'的其他准直透镜18。经叠加的泵浦激光射束5和晶种信号射束7'借助聚焦透镜19被聚焦到波导6的入射面20上。根据应用，也可以是多个透镜(尤其(交叉)圆柱形透镜)共同地作用为准直透镜17。这有利于对从边缘发射器(激光二极管)形式的泵浦激光源2中以两个不同发散角出射的泵浦激光射束5的角分布(Winkelprofil)和/或纵横比进行成形。
聚焦透镜19如此设计，使得共同入射到波导6中的泵浦激光射束5以及晶种信号射束7'匹配于波导6的模场直径。可以通过泵浦激光射束5和晶种信号射束7'在例如光纤形式的距离件(Distanzstück)21中的共同引导来匹配波导6的接收角。聚焦透镜19和距离件21也可以以单一的光学构件的形式，例如以GRIN透镜的形式实现。替代地或附加地，对波导6的模场直径或接收角的匹配可以以其他方式实现，例如通过使用光圈或类似物。
对于特定应用，例如对于全息图，可能有意义的是激光光源1具有可切换或可调整的相干(长度)。为了调整用作有效激光射束的信号射束7的相干长度，图la中所示的激光光源1具有控制装置22。控制装置22能够通过以下方式调整耦合输入到非线性晶体3中的晶种信号射束7'的强度：对被提供给用于产生晶种信号射束7'的晶种光源4的注入电流进行控制。随着晶种信号射束7'的功率或强度增加，在非线性晶体3中产生的信号射束7的相干性减弱。因此，通过控制晶种信号射束7'的强度或晶种光源4的功率可以调整从激光光源1中出射的信号射束7的所期望的相干性。
控制装置22还构造为用于调整泵浦激光源2的功率。这例如在其中叠加有多个信号射束7的投影应用中是有意义的，因为在这种情况下，可以通过改变相应的信号射束7的强度来改变在叠加中产生的光的颜色。泵浦激光源2可以连续运行地或脉冲式地运行。在后者的情况中，可以进行过脉冲，即在脉冲持续时间期间选择大于泵浦激光源2的连续运行中的功率的、泵浦激光源2的(最大)功率。通过泵浦激光源2的过脉冲可以提高非线性晶体3中的PDC过程的效率。
图lb中示出激光光源1，其与图la所示的激光光源1的本质不同在于，在非线性晶体3的端棱面上施加有第一反射涂层23和第二反射涂层24。第二反射涂层24在背向泵浦激光源2的端棱面上对于泵浦波长λP高度反射(反射率>99％)并且对于信号波长λS具有极低的反射率(例如<1％)。因此，未经转换的泵浦辐射在第二反射涂层24处反射回到非线性晶体3中并且可用于通过PDC过程的进一步波长转换。泵浦激光射束5的未经转换的分量(其朝泵浦激光源2的方向反射回并且两次通过非线性晶体3)也在PDC过程中产生信号射束7的光子，所述光子也朝泵浦激光源2的方向传播。为了再次反转所述光子的传播方向，在面向泵浦激光源2的端棱面上施加有第一反射涂层23，该第一反射涂层对于信号波长λS具有大的反射率(例如约50％和约99％之间的反射率，例如约85％)。应如此选择第一反射涂层23的反射率，使得一方面，信号射束7的朝泵浦激光源2的方向传播的分量的大部分功率在第一反射涂层23处被反射，并且另一方面，晶种信号射束7'的用于无斑点信号射束7足够的强度被耦合输入到非线性晶体3中。
在此利用以下事实：耦合输入到非线性晶体3中的晶种信号射束7'的强度或功率应相对较低，因为否则信号射束7的相干性会由于受激效应而提高。由于晶种信号射束7'的低功率，在晶种信号射束7'通过第一反射涂层23时，耦合输入损耗对激光光源1的总效率没有太大影响。对于第一反射涂层23对于晶种波长或信号波长λS具有约95％反射率的情况，则对于约1mW的晶种光源4功率，约50μW被耦合输入到非线性晶体3中，从而产生约950μW的(可容许)损耗功率。替代于使用具有相对较低反射率的第一反射涂层23，在必要时也能够使用加强谐振器
Figure BDA0002956347450000171
但在这种情况下，必须精确遵守非线性光学晶体3的长度和信号射束7之间的相位条件，这在技术上仅能够高开销地实现。
在图lb示出的激光源1中可以省去第二分束器11，因为泵浦激光射束5的未在非线性光学晶体3的第二反射涂层24处反射并且从非线性光学晶体3中出射的功率分量极小。
图2示出激光光源1，其基本上如图la的激光光源1那样地构造，但其与图la中所示的激光光源1的不同之处在于，非线性晶体3布置在形成于第一端镜23和第二端镜24之间的谐振器25(光学参量振荡器，OPO)中。在所示示例中，两个端镜23、24构造成施加到非线性晶体3的两个端棱面上的高反射涂层的形式。两个端镜23、24对于泵浦波长λP高度反射，以便实现：泵浦激光射束5的仅尽可能小的分量从非线性晶体3中耦合输出。然而，两个端镜23、24对于信号波长λS和闲频波长λI具有低反射率。
由于第一端镜23不完全反射泵浦激光射束5的在第二端镜24处反射回的分量，该分量可能以不期望的方式返回至泵浦激光源2并入射到泵浦激光源中。为了防止这一点，在图2所示的激光光源1中布置有光学隔离器34，其布置在聚焦透镜19和用于泵浦激光射束5的准直透镜17之间。在所示示例中，光学隔离器34涉及法拉第旋转器，但为此目的也能够使用其他类型光学隔离器34。
同样如图2中可见，激光光源1具有用于调节非线性晶体3的温度T的调节装置26。将闲频射束8的由传感器装置14测量的强度II作为测量变量提供给调节装置26。在所示示例中，调节装置26用于最大化闲频射束8的测量强度II，因为这样(在泵浦激光射束5的给定功率下)导致PDC过程的有效作用或效率最大化。在图2所示的示例中，LED形式的加热光源27用作调节装置26的执行器(Stellglied)。加热光源27产生辐射到非线性晶体3上并且在非线性晶体3的体积中被吸收的加热辐射28。为了在非线性晶体3的材料中产生对加热辐射28的尽可能多的吸收，有利的是加热光源27产生以下加热波长处的加热辐射：所述加热波长完全小于泵浦激光源2的泵浦波长λP。例如，加热光源27可以构造为用于产生小于约450nm或约380nm的波长的加热辐射28。
除加热光源27之外，图2的激光光源1还包括帕耳帖元件29形式的加热及冷却装置，其与非线性晶体3表面接触并且也用作调节装置26的执行器。在所示示例中，帕耳帖元件29面式地覆盖非线性晶体3的两个相对置的表面侧并且可以用于冷却和/或加热晶体3。应当理解，替代于帕耳帖元件29形式的加热及冷却装置，也可以使用与非线性晶体3表面接触并且仅能够加热非线性晶体3或仅能够冷却非线性晶体3的装置。应当理解，必要时也可以使用此处未进一步描述的其他装置来加热和/或冷却非线性晶体3。应借助调节装置26将非线性晶体3的温度T调节至大致位于约20℃和约60℃之间的值。在此，加热光源27能够快速地、通常轻微地改变非线性晶体3的温度T，而反应相当慢的帕耳帖元件29能够在相对较大的温度范围内相对较慢地匹配温度T。
除了用于调节非线性晶体3的温度T之外，调节装置26还可以用于调节泵浦激光源2的功率，以便优化转换过程的效率。在图2所示的示例中，非线性晶体3布置在谐振器25中，在调节时也可以如此匹配谐振条件(即谐振器25的光学路径长度)，使得针对泵浦激光射束5的泵浦波长λP优化谐振条件。为此目的，除了非线性晶体3的温度T之外，也可以改变泵浦激光源2的泵浦激光射束5的功率或强度。为此目的，调节装置26可以考虑使用控制装置22。应当理解，控制装置22和调节装置26可以实现为同一电子构件，例如可程序化的电子构件。
在图la所示的激光光源1的示例中，也可以例如通过以下方式来稳定泵浦波长λP：将非线性晶体3结合到二极管激光器形式的泵浦激光源2的外部谐振器中。在这种情况下，泵浦激光射束5的分量可以被外部谐振器的(未示出的)端镜反射回到泵浦激光源2中并在此处用于波长稳定。
图3示出激光光源1，其具有用于产生泵浦激光射束5的泵浦激光源2和串行布置的三个激光模块la-c。除不具有泵浦激光源2的事实之外，三个激光模块la-c中的每个基本上都如图la的激光光源1那样构造。泵浦激光源2为第一激光模块la提供泵浦激光射束5，以便在第一非线性晶体3a中通过PDC过程产生具有第一信号波长λS1的第一信号射束7a和具有第一闲频波长λI1的第一闲频射束8a。泵浦激光射束5的在第一激光模块la的第一非线性晶体3a中未经转换的分量离开第一激光模块la并且被提供给具有第二非线性晶体3b的第二激光模块lb。在第二非线性晶体3b中，由泵浦激光射束5产生具有第二信号波长λS2的第二信号射束7b和具有第二闲频波长λI2的第二闲频射束8b。泵浦激光射束5的在第二非线性晶体3b中未经转换的分量被提供给第三激光模块lc。第三激光模块lc具有第三非线性晶体3c，在该第三非线性晶体中，泵浦激光射束5通过PDC过程产生具有第三信号波长λS3的第三信号射束7c和具有第三闲频波长λI3的第三闲频射束8c。
在激光模块la-c和非线性晶体3a-c的串行布置中利用以下事实：泵浦激光射束3a-c单次通过至少第一非线性晶体3a和第二非线性晶体3b，通常也通过第三非线性晶体3c，即所述激光模块和非线性晶体不布置在谐振器或光学参量振荡器中。
如在图la、图lb中所示的激光光源1那样，激光模块la-c可以包括晶种光源，但这不一定是必须的，即必要时可以省去晶种光源。替代地，相应的晶种光源可以以相干晶种光源的形式(例如激光二极管或类似物)用于三个激光模块3a-c中。控制和调节可以类似于图la、图lb和图2中所示的示例地进行。
图3中所示的激光光源1设计为用于投影应用，并且其产生分别位于可见波长范围内的三个不同信号波长λS1、λS2、λS3的三个信号射束7a-c。在图3所示示例中，泵浦波长λP位于约375nm处，第一信号波长λS1位于约480nm处，第一闲频波长λI1位于约1714nm处。第二信号波长λS2位于约530nm处，第二闲频波长λI2位于约1282nm处。相应地，第三信号波长λS3位于约650nm处，第三闲频波长λI3位于约886nm处。因此，三个信号射束7a-c的三个信号波长λS1、λS2、λS3位于蓝色、绿色和红色光谱区域中。为了在激光投影器(图像上未示出)中使用三个信号射束7a-c，激光光源1具有用于在空间上共线叠加三个信号射束7a-c的第一叠加装置31和第二叠加装置32。为此目的，从第一激光模块la中出射的第一信号射束7a在偏转镜30处朝具有波长选择性组件的第一叠加装置31偏转，以便共线地叠加第一信号射束7a和第二信号射束7b。经叠加的第一信号射束7a和第二信号射束7b照射到同样具有波长选择性组件的第二叠加装置32上，以便将所述第一信号射束和第二信号射束与第三信号射束7c在空间上叠加，从而形成具有所有三个信号波长λS1、λS2、λS3的激光射束33。
由激光光源1产生的激光射束33可以被提供给激光投影器的例如扫描仪装置，以便将激光射束33在两个维度上偏转，以用于在投影表面上产生图像。为了调整三个信号射束7a-c的功率分量并且因此调整激光射束33的颜色，可以在相应的激光模块la-c中调整或改变晶种激光源的功率。如上所述，可以将从激光模块la-c中出射的三个闲频射束8a-c用于调节相应的非线性光学晶体3a-c的温度T。为了产生不同的信号波长λS1、λS2、λS3，可以使用不同类型的非线性晶体3a-c。但是，通常不同地选择非线性晶体3a-c的周期性极化就足够用于此目的。
图4示出激光光源1，其也设计为用于投影应用，并且其与图3所示的激光光源1的不同之处基本在于：不是泵浦激光射束5串行通过三个非线性晶体3a-c，而是由三个泵浦激光源2a-c产生的三个泵浦激光射束5a-c并行通过所述三个非线性晶体。图4中所示的激光源1基本上如图2中所示的激光源1那样构造，与其不同之处在于，使用三个并行的射束路径来代替单一的射束路径。
因此，图4的激光源1具有三个准直装置17a-c，准直装置用于在相应的泵浦激光射束5a-c入射到叠加装置16中之前对所述泵浦激光射束进行准直，叠加装置将由相应晶种光源4a-c产生的晶种信号射束7'a至7'c与相应的泵浦激光射束5a-c叠加。在叠加装置16中叠加的晶种信号射束7'a至7'c和泵浦激光射束5a-c借助相应的聚焦透镜19a-c聚焦并被耦合输入到并行布置的三个非线性晶体3a-c中，更准备地说，耦合输入到相应的波导(图像上未示出)中。从三个非线性晶体3a-c中出射的闲频射束8a-c在借助三个准直透镜12a-c的再一次准直之后在相应的第一分束器10a-c处与信号射束7a-c以及与相应泵浦激光射束5a-c分离。
在图4所示的示例中，三个闲频射束8a-c被共同引导至单一的传感器装置14，以便测量三个闲频射束8a-c的强度II。泵浦激光源2a-c可以构造为用于产生具有不同泵浦波长λP(例如373.5nm、394.5nm和358nm)的泵浦激光射束5a-c。在所示示例中，这用于在所有三个非线性晶体3a-c中产生相同的闲频波长λI(例如1550nm)，这有利于对闲频射束8a-c的强度II的如上所述的共同测量。
如图2中所示的激光光源1，在图4中所示的激光光源1中，调节装置26也用于调节非线性晶体3a-c的温度T。在所示的示例中，三个非线性晶体3a-c制造为单片的晶块，即它们基本上仅周期性极化不同。因此可以有意义的是，不个体化调节三个非线性晶体3a-c的温度T，而是共同调节所有三个非线性晶体3a-c的温度T。为此目的，仅测量所有三个闲频射束8a-c的总强度II或者说可能测量单一闲频射束8a-c的强度就够了。然而，应当理解，替代于图4中所示的方法，还可以借助三个传感器装置来个体化地测量所有三个闲频射束8a-c的强度并个体化地调节三个非线性晶体3a-c的温度。
在所示示例中构造为光学滤波器的相应的第二分束器11a-c将相应的泵浦激光射束5a-c(更准确地说其未经转换的辐射分量)与相应的信号射束7a-c分离。三个信号射束7a-c可以例如如上所述地结合图3所述的方式叠加成单一的激光射束，所述单一的激光射束具有可见波长区域中的三个不同信号波长λS1、λS2、λS3并且可以用于例如可视化应用。
图4中所示的激光光源1可以减少制造成本，因为将尽可能多的构件共同用于所有三个非线性晶体3a-c，例如在布置在三个非线性晶体3a-c前面的共同的叠加装置16中就是这种情况。由于在三个非线性晶体3a-c的并行布置中不使用泵浦激光射束5的未经转换的分量，因此三个非线性晶体3a-c布置在两个谐振器端镜23、24(其与非线性晶体3a-c分别共同形成光学参量振荡器)之间，以便最小化相应的泵浦激光射束5a-c的功率损耗。
在上述示例中，晶种光源4、4a-c分别构造为用于产生晶种信号射束7'、7'a-c。但应当理解，除晶种信号射束7'、7'a-c之外，也可以将晶种闲频射束(图像上未示出)耦合输入到相应的非线性晶体3、3a-c中，以便增强相应闲频射束8、8a-c的放大。然而，在约375nm的上述泵浦波长的情况下，闲频射束8、8a-c的闲频波长λI、λI1、λI2、λI3通常位于红外波长范围内，使得闲频射束8、8a-c未经后续频率转换不能够用于可视化应用。但这不排除将闲频射束8、8a-c用于其他应用。原则上，同样能够将不同于相应信号波长λS或闲频波长λI的波长的晶种辐射耦合输入到非线性晶体3、3a-c中，但这实际上不影响相应非线性晶体3、3a-c中的信号射束7、7a-c或闲频射束8、8a-c的放大。
应当理解，在所有上述示例中，借助控制装置22能够使得耦合输入到相应非线性晶体3、3a-c中的晶种信号射束7'、7'a-c或晶种闲频射束的强度可调整，以便以这种方式调整由相应的激光光源1产生的激光光或激光射束33的相干性。在使用激光光源1作为照明源时，对相干性的调整例如可以用于产生全息图。上述激光光源1由于缺少例如机械滤波器的机械功能构件而适合于小型化，并且例如可以用作激光投影器(例如抬头显示器等)的光源。

Claims (21)

1.一种激光光源(1)，所述激光光源包括：
至少一个非线性光学介质(3，3a-c)，尤其非线性晶体；
至少一个泵浦激光源(2，2a-c)，所述至少一个泵浦激光源用于产生泵浦激光射束(5，5a-c)，以便通过参量降频转换来在所述非线性光学介质(3，3a-c)中形成信号射束(7，7a-c)和闲频射束(8，8a-c)，
其特征在于，
至少一个晶种光源(4，4a-c)，所述至少一个晶种光源用于产生晶种信号射束(7'，7'a至7'c)和/或晶种闲频射束，所述晶种信号射束和/或晶种闲频射束具有比所述泵浦激光射束(5，5a-c)的相干长度小的相干长度；至少一个叠加装置(16)，所述至少一个叠加装置用于将所述晶种信号射束(7'，7'a至7'c)和/或所述晶种闲频射束与所述泵浦激光射束(5，5a-c)叠加以便共同耦合输入到所述非线性光学介质(3，3a-c)中。
2.根据权利要求1所述的激光光源，所述激光光源还包括：控制装置(22)，所述控制装置用于控制耦合输入到所述非线性光学介质(3，3a-c)中的所述晶种信号射束(7'，7'a-7'c)的功率、所述晶种闲频射束的功率和/或所述泵浦激光射束(5，5a-c)的功率。
3.根据权利要求1或2所述的激光光源，其中，所述晶种光源(4，4a-c)选自包括LED、超发光二极管和激光二极管的组。
4.根据以上权利要求中任一项所述的激光光源，其中，所述泵浦激光源(2，2a-c)构造为用于产生具有小于460nm的泵浦波长(λP)的泵浦激光射束(5，5a-c)。
5.根据以上权利要求中任一项所述的激光光源，其中，所述泵浦激光源具有固体激光器，尤其二极管激光器(2，2a-c)。
6.根据以上权利要求中任一项所述的激光光源，所述激光光源还包括：光学隔离器(34)，所述光学隔离器用于保护所述泵浦激光源(2)免于反向反射。
7.根据以上权利要求中任一项所述的激光光源，其中，所述非线性介质(3，3a-c)布置在用于所述泵浦激光射束(5)的泵浦波长(λP)的谐振器(25)内，尤其布置在光学参量振荡器(25)内。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的激光光源，其中，所述泵浦激光射束(5，5a-c)单次或两次通过所述非线性介质(3，3a-c)。
9.根据以上权利要求中任一项所述的激光光源，其中，所述非线性晶体(3，3a-c)具有波导(6)。
10.根据权利要求9所述的激光光源，所述激光光源还包括：聚焦装置(19)，所述聚焦装置用于将所述泵浦激光射束(5，5a-c)、所述晶种信号射束(7'，7'a-7'c)和/或所述晶种闲频射束聚焦在所述波导(6)的输入面(20)上。
11.根据以上权利要求中任一项所述的激光光源，其中，所述非线性晶体(3，3a-c)被周期性地极化。
12.根据以上权利要求中任一项所述的激光光源，其中，所述非线性晶体(3，3a-c)选自包括KTP、PP-KTP、LiNbO3、PP-LN、Ti:LN、AlN、LNoI、BBO和LBO的组。
13.根据以上权利要求中任一项所述的激光光源，还包括：至少一个分束装置(10，11)，其用于将所述信号射束(7，7a-c)和/或所述闲频射束(8，8a-c)与所述泵浦激光射束(5，5a-c)分离。
14.根据以上权利要求中任一项所述的激光光源，所述激光光源还包括：至少一个传感器装置(14)，尤其光二极管，所述至少一个传感器装置用于测量所述信号射束和/或所述闲频射束(8，8a-c)的强度(II)。
15.根据权利要求14所述的激光光源，所述激光光源还包括：调节装置(26)，所述调节装置用于根据所述信号射束和/或所述闲频射束(8，8a-c)的借助所述传感器装置(14)测量的强度(II)来调节所述非线性介质(3，3a-c)的温度(T)和/或所述泵浦激光源(2，2a-c)的功率。
16.根据以上权利要求中任一项所述的激光光源，还包括：至少一个加热和/或冷却装置(27，29)，所述至少一个加热和/或冷却装置用于调节所述非线性介质(3)的温度(T)。
17.根据权利要求16所述的激光光源，其中，所述加热装置构成加热光源(27)，所述加热光源构造为用于对所述非线性光学介质(3)进行辐射加热。
18.根据权利要求16或17所述的激光光源，其中，所述激光光源(1)具有与所述非线性介质(3)表面接触的至少一个加热和/或冷却装置(29)，尤其帕耳帖元件。
19.根据以上权利要求中任一项所述的激光光源，所述激光光源具有：第一非线性光学介质(3a)，所述第一非线性光学介质用于通过参量降频转换来形成第一信号射束(7a)和第一闲频射束(8a)；第二非线性光学介质(3b)，所述第二非线性光学介质用于通过参量降频转换来形成第二信号射束(7b)和第二闲频射束(8b)；优选地第三非线性光学介质(3c)，所述第三非线性光学介质用于通过参量降频转换来形成第三信号射束(7c)和第三闲频射束(8c)。
20.根据权利要求19和权利要求1的前序部分、尤其根据权利要求19和以上权利要求中任一项所述的激光光源，所述激光光源构造为用于：将所述泵浦激光射束(5)从所述泵浦激光源(2)提供给所述第一非线性光学介质(3a)，将从所述第一非线性光学介质(3a)中出射的泵浦激光射束(5)提供给所述第二非线性光学介质(3b)，并且优选地将从所述第二非线性光学介质(3b)中出射的泵浦激光射束(5)提供给所述第三非线性光学介质(3c)。
21.一种激光投影器，所述激光投影器包括：根据以上权利要求中任一项所述的激光光源(1)。
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