CN1771639A - 相干光源及其控制方法,以及使用了相干光源的显示装置及激光显示器 - Google Patents

相干光源及其控制方法,以及使用了相干光源的显示装置及激光显示器 Download PDF

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Abstract

让相干光在显示屏上扫描从而使影像放映的显示装置中，需要相干光源的高速调制和层次显示。本发明提供一种相干光源及其控制方法，以及使用该相干光源的显示装置和激光显示器，通过向相干光源施加脉冲电流、产生等离子效果，可以高速地改变输出基本波的半导体激光器的振荡波长。通过波长的变化，从光波长变换元件产生的高次谐波的输出也随之变化，因此可以利用其来进行层次显示。

Description

相干光源及其控制方法， 以及使用了相干光源的显示装置及激光显示器
技术领域
本发明涉及一种使用了波长变换元件的相干光源及其控制方法，以及使用了该相干光源的显示装置和激光显示器。
背景技术
图11示意的是作为以往的这种显示装置的一个例子的激光显示器100的结构概要图。图中，来自RGB3色激光光源101a至101c的相干光，对应于输入影像信号，由光调制器106a至106c进行了强度调制后，在分色镜(dichroicmirror)102a、102b被合波。然后，再分别由多边形扫描仪(polygon scanner)(多角镜)104在水平方向、检流镜(galvanometer mirror)105在垂直方向扫描，并在屏幕108上显示2维图像。
在这种结构的显示器中，RGB光源均为单色光，因此，通过使用适当波长的激光光源，比起NTSC信号，可显示的色域变宽，从而可以显示出色纯度更高、色彩更鲜艳的画面。
图12是可与这种以往的激光显示器连接的器械设备的示意图。这种以往的激光显示器，通过RGB端子输入图像信号，对于笔记本PC等个人电脑201、影像游戏机202、各种DVD等光盘播放器203、光盘刻录机(包括具备VTR功能的一体型机)204、相机一体型VTR205、放置式VTR206、BS/CS调谐器207、TV208、硬盘刻录机(包括配备各种光盘驱动器的一体型机)209、网络放送用的STB(SetTop Box)(置顶盒)210、CATV用STB211、地面波数字放送用STB212、BS HDTV放送用STB213等设备，只要配备了BGB信号输出端子即可与之连接。
此外，按照与激光显示器连接的器械设备所输出的信号的格式，也可装配D4输入端子、DVI-D输入端子、IEEE1394端子、组合端子、S端子、Video端子等。
为实现这种显示装置的小型化、节能化，并易于携带，需要直接调制激光光源101a至101c，去除光调制器106a及106c。在上述以往的显示装置的结构中，RGB光源中的红色(R)光源使用半导体激光，而绿色(G)和蓝色(B)光源则需要使用SHG光源。为了使比NTSC信号可显示色域更广、色纯度更高、色彩更鲜艳的画面显示成为可能，必须要有波长530nm附近的绿色光以及波长450nm附近的蓝色光，然而由于目前还没有输出性能高、可靠性有保障的绿色和蓝色的半导体激光器，因此需要使用SHG光源。此外，若考虑到是利用在显示器上的光源，则既需要对SHG光源的输出进行高速调制，又需要实现输出的层次(gradation)。而对于红色光，将半导体激光进行高速调制且实现层次分明是可能的。
作为一个例子，如果以每秒30帧的速度进行800线(水平方向)×600线(垂直方向)的2维扫描，则既需要以14.4MHz的频率对输出进行调制，又需要产生至少约256级的输出层次。为改变SHG光源的输出，有如特许第03329446号所公开的一种方法，该方法使用具备了分布布拉格反射(distributed Braggreflection)区域或相位区域的半导体激光器，利用直流电源而向分布布拉格反射区域或相位区域上施加电流并使其发生变化，基于各部位的升温所引起的折射率的变化，而使半导体激光器的振荡波长在SHG元件的相位整合波长频谱内发生变化。但由于在这种方法中，折射率的变化是以热而产生的，变化所需的时间长达约为msec(毫秒)级，因此难以实现MHz级的调制。
专利文献1：特开2003-98476号专利公开公报(第4页 图1)
发明内容
本发明是要解决上述的SHG光源在光输出的调制方面的有关问题，其目的在于，在谋求SHG光源的输出调制的高速化的同时，又得以实现层次。
为实现该目的，本发明提供了一种相干光源，它包括：具有活性区域以及分布布拉格反射区域的半导体激光器、由非线形光学结晶形成的、用来变换有关半导体激光器发射出的激光的波长的光波长变换元件、用来测定来自所述光波长变换元件的高次谐波输出(higher harmonic output)的光检测器、向所述活性区域以及所述分布布拉格反射区域分别施加电流的电流注入单元、根据所述光检测器测定的高次谐波输出来控制所述电流注入单元，并将所述半导体激光器的振荡波长固定在所述光波长变换元件的相位整合波长频谱内的倾斜部的电流控制单元、至少向所述活性区域以及所述分布布拉格反射区域中的任一个区域施加脉冲电流的脉冲电流注入单元、以及根据所述光检测器测定的高次谐波输出来控制所述脉冲电流注入单元，使所述半导体激光器的振荡波长在所述光波长变换元件的相位整合波长频谱内的倾斜部变成所期望的值的脉冲电流控制单元。
根据此结构，从半导体激光器发射出的、并经光波长变换元件而被改变了波长的激光的高次谐波输出，由光检测器测定。在此状态下，首先，电流控制单元控制电流注入单元，调整施加在活性区域以及分布布拉格反射区域的电流，将半导体激光器的振荡波长固定在相位整合波长频谱内的倾斜部处。然后，脉冲电流注入单元，至少向活性区域及分布布拉格反射区域中的任一区域施加脉冲电流。这样，由于被施加了该脉冲电流的区域的折射率可瞬间地降低，高次谐波的波长被移至(shift)低波长侧，于是高次谐波输出会减少。此时，由于让高次谐波输出减少多少可由脉冲电流控制单元来控制，因此可以高速且连续地让高次谐波输出变成所期望的值。
本发明还提供了一种相干光源的控制方法，该方法可以在光检测器检测出来自由非线形光学结晶形成的、用来变换半导体激光器所发射出的激光的波长的光波长变换元件的高次谐波输出，根据该光检测器的输出，控制向所述半导体激光器中的活性区域以及分布布拉格反射区域施加的电流，将在所述光检测器检测到的高次谐波输出固定在所述光波长变换元件的相位整合波长频谱内的倾斜部后，向所述活性区域或所述分布布拉格反射区域施加脉冲电流，使在所述光检测器被检测的高次谐波输出，在所述光波长变换元件的相位整合波长频谱内的倾斜部变成所期望的值。
根据使用了该控制方法的相干光源，可以高速且连续地让高次谐波输出变成所期望的值。
附图说明
图1是激光显示器的结构概要图。
图2是SHG光源的输出调整装置的示意图。
图3是在DBR-LD中使Iop变化时的振荡波长特性的示意图。
图4是在DBR-LD中使Idbr变化时的振荡波长特性的示意图。
图5是光波长变换元件的相位整合波长频谱的示意图。
图6是向DBR区域施加的脉冲电流的示意图。
图7是向DBR区域施加了脉冲电流时的高次谐波输出特性的示意图。
图8是向DBR区域施加脉冲电流、控制高次谐波输出时的处理程序的流程图。
图9是实施例2的使用了三电极LD的SHG电源的输出调整装置的结构概要的方框图。
图10是在三电极LD中固定Idbr和Iphase的比率、而使Idbr变化时的振荡波长特性的示意图。
图11是以往的激光显示器的结构概要示意图。
图12是可与以往的激光显示器连接的器械的示意图。
具体实施方式
(实施例1)
图1示意的是激光显示器的结构概要。图中，来自RGB3色激光光源1a至1c的相干光，对应输入影像信号而被进行了强度调制后，在二色镜(合波单元)2a、2b被合波。然后再分别通过由转动多面镜构成的多边形扫描仪(多角镜、第一扫描单元)4在水平方向、及检流镜(第二扫描单元)5在垂直方向扫描，在屏幕8上显示2维图像。作为这种水平方向的扫描单元和垂直方向的扫描单元，并不局限于以上所述，还可以是多边形扫描仪4和检流镜5的任意组合。另外，绿色光源1b和蓝色光源1c使用的是SHG光源。红色光源1a使用的是半导体激光器，可以高速且直接地进行输出的调制。另外，在本说明书中，将具有从激光显示器中去除了屏幕的这一结构的装置称为显示装置。
本实施例1中的SHG光源，具备包括了用于产生增益效果的活性区域以及用于控制振荡波长的分布布拉格反射区域(DBR区域)的半导体激光器(DBR-LD)和由非线形光学结晶构成的光波长变换元件。在此就SHG光源的输出调制控制方法进行说明。另外，DBR-LD可以通过向DBR区域施加电流，让DBR区域的温度升高、改变DBR区域的折射率，从而改变半导体激光器的振荡波长。
图2是实施例1的SHG光源以及该SHG光源的输出调整装置的结构概要示意图。在本说明书中，将单独的SHG光源、以及把SHG光源和该SHG光源的输出调整装置合在一起的整体称为相干光源(coherent light source)。该输出调整装置包括有：具有活性区域52及DBR区域53的半导体激光器(DBR-LD)51、光波长变换元件56、将从光波长变换元件56射出的高次谐波(higher harmonic)变成平行光的准直透镜(coHimator lens)57、以及用来过滤基本波的波长选择过滤器58、使部分平行光分叉的分光器(beam splitter)54、用于监视高次谐波输出的光检测器(photo detector)59、控制各部分的控制电路60。为便于说明，在图2中将活性区域52和DBR区域53分开表示，但实际上是一个整体。另外，DBR-LD51和光波长变换元件56合成一体而构成SHG光源55。
在上述控制电路60中，包括了用于进行控制的微电脑(电流控制单元以及脉冲电流控制单元)61、用于控制向半导体激光器之活性区域52施加的电流(以下记为Iop)的激光器驱动电路(电流注入单元(current injection means))63、用于控制向DBR区域53施加的电流(以下记为Idbr)的DBR驱动电路(电流注入单元)64。此外还附加有向活性区域52施加脉冲电流的活性区域用脉冲电路(脉冲电流注入单元)65和向DBR区域施加脉冲电流的DBR区域用脉冲电路(脉冲电流注入单元)66。
本实施例1中，DBR-LD51为例如，AlGaAs系半导体激光器，额定输出率为100mW，临界值为30mA，额定输出率100mW时的工作电流为150mA。另外，作为光波长变换元件56采用的是元件长为10mm的分极反转型光波导装置(polarization inversion optical waveguide device)，是在镀镁的铌酸锂基板上设置了光波导和周期性分极反转区域的装置。
如需使该光波长变换元件56发射蓝色光，则可以使用例如发射850nm带的激光DBR-LD51，将分极反转周期设为3.2μm。由此可以得到波长约为425nm的蓝色光。另外，如需使该光波长变换元件56发射绿色光，则可以使用例如发射1064nm带的激光DBR-LD51，将分极反转周期设为6.7μm。由此，可以得到波长约为532nm的绿色光。
以下说明一种既可以在本实施例1的SHG光源获得所期望的输出，又可以对其输出进行高速调制，并实现输出层次的控制方法。
图3是DBR-LD的振荡波长随Iop的变化而变化的示意图。此处的Idbr＝0mA。图3的实线表示使Iop增加时的波长变化。图3的虚线表示使Iop降低时的波长变化。由图3可知，伴随着Iop增加，DBR-LD的振荡波长一边反复进行模式跳变(mode hopping)一边发生变化。出现这种模式跳变是因为受到DBR区域的影响。
此外，如图3所示，随Iop的变化的DBR-LD的振荡波长，具有磁滞特性(hysteresis characteristic)。本实施例1的DBR-LD中，可以确认从模式跳变后的点(E点)起的±30mA的范围内不会发生模式跳变。这一现象表明发生过模式跳变的点是最稳定的点。在对DBR-LD的振荡波长进行控制时，在模式跳变点附近波长变化较为稳定。此时的波长变化为0.004nm/mA。这就意味着可以使振荡波长在没有模式跳变的情况下连续改变±0.12nm。
图4所示的是将Iop固定为100mA，而使Idbr变化时的特性。由图4可知，增加Idbr时，DBR-LD51的振荡波长将呈跳跃状增加。在本实施例中，这种跳跃的幅度(横轴方向)约为10mA，跳跃的高度(纵轴方向)约为0.1nm。另外，使Idbr增加时和使Idbr减少时的振荡波长不同，如图所示，具有磁滞特性。因此，一旦将Idbr固定于模式跳变电流值的附近(图中B点及C点)，则很容易引起因环境温度变化等因素导致的模式跳变，而使振荡波长也变得不稳定。因此，为了使振荡波长稳定，最好是将Idbr固定于半导体激光器的振荡波长发生模式跳变后不久的电流值的位置(图中A点)。由图3、图4可知，通过改变Iop和Idbr，可以在有限范围内使DBR-LD的振荡波长连续地改变。
图5所示的是光波长变换元件56的相位整合波长频谱(phase matchingwavelength spectrum)。该图中，将峰值输出设为“1”，使高次谐波输出标准化。如图5所示，光波长变换元件，相对于基本波的半导体激光器的振荡波长，从基本波向高次谐波的变换效率有所不同。例如，光波长变换元件长为10mm时，高次谐波输出为峰值输出的一半值的相位调整波长的容许幅度(半值半幅度)为0.08nm，非常狭窄。由图5可知，为了让输出高次谐波，半导体激光器的振荡波长必须在光波长变换元件的相位整合波长频谱内。在此，相位整合波长频谱内是指包括峰值波长在内的、在该峰值波长的低波长侧及高波长侧高次谐波输出降至最小的波长的范围。也就是说，图5的旁瓣(side lobe)部分位于相位整合波长频谱范围之外。另外，峰值波长指的是高次谐波输出达到最大(峰值输出)时的波长。
而且，使用DBR-LD将半导体激光器的振荡波长固定在光波长变换元件56的相位整合波长频谱内，得到高次谐波输出。在相位整合波长频谱内，如图3、图4所示，如果改变Iop和Idbr而使DBR-LD的振荡波长变化，则可改变高次谐波的输出，实现输出的层次。但如图3所示，若固定Idbr而改变Iop时，则只可以在有限范围内(本实施例为±0.12nm)使DBR-LD的振荡波长连续地变化。因此，为了在较大范围内产生层次，能够变化的波长的值必须大于相位整合波长频谱的大约半值半幅度(本实施例为0.08nm)。
图5所示的相位整合波长频谱中，高次谐波输出为峰值输出的5％或5％以上、95％或95％以下的部分被称为倾斜部(频谱的粗线部分)。该倾斜部具有一种因相对于波长的输出基本上呈直线形的变化而易于产生层次的特性。因此，设定SHG光源的输出时可以利用倾斜部。
另外，在峰值波长的低波长侧和高波长侧各存在一个这样的倾斜部。设定SHG光源的输出时，最好是利用峰值波长的低波长侧的倾斜部。这是因为由图4可知，与将波长固定在高波长侧的倾斜部的情况相比，固定在峰值波长的低波长侧的倾斜部时可以降低Idbr，也就是说可以降低电力的消耗。
另外，还因为控制电路的误差精度约在±5％，使用倾斜部以外的部分时，例如将高次谐波输出固定于超过峰值输出的95％的点时，存在即使改变Iop或Idbr也不能得到所期望的值此一危险性。
以上说明的Iop或Idbr引起的DBR-LD的振荡波长的变化，是源于热量的作用而出现的现象。这是由于Iop或Idbr的变化引起活性区域或DBR区域的热量的变化，活性区域或DBR区域的折射率又随之变化而出现的现象。因此振荡波长的变化是在msec级引起的现象，将其作为使动画以影像形式进行输出的速度是不够的。输出动画至少需要MHz级，即从nsec至数μsec级的波长变化速度。
因此，使用向DBR区域施加脉冲电流的DBR区域用脉冲电路66来施加脉冲电流。活性区域或DBR区域中被施加了脉冲电流后，半导体内部的载流子密度上升，出现被称为等离子效应的现象，DBR部位的折射率在瞬间内降低。此时，DBR-LD的振荡波长在瞬间移动到低波长侧，因此高次谐波的输出会减少。另外，由于是脉冲电流，所以几乎不会发生热量的变化。通过这种应用了等离子效应的波长控制，以高速控制DBR-LD的振荡波长，则即能够以nsec级进行高次谐波输出的调制，又b能够实现层次。
具体地来说，首先，控制DBR-LD的振荡波长，将其固定于图5的相位整合波长频谱内的A点。然后向DBR区域施加如图6的脉冲电流，引发等离子效应。此处，虽然是向DBR区域输入以矩形脉冲为例的脉冲电流，但对等离子效应构成影响的一个重要因素是脉冲上升区域的形状。载流子密度瞬间上升的程度与这个上升倾角的陡峭程度成正比，因此可以有效地引发等离子效应。因此，例如，与三角形脉冲等上升区域较为平缓的脉冲相比，使用矩形脉冲较为理想。另外，因为脉冲幅度对等离子效应基本不构成影响，所以可以取任意值，但脉冲幅度越宽，就会在DBR区域产生热量。因此，脉冲幅宽越窄越理想。
图7示意的是固定于A点后，输入与图6相同的脉冲电流(图中实线)时的高次谐波输出(图中点划线)的变化。此例中，为了在时间t7达到目标输出值A7，而在此前的任意时刻应控制高次谐波输出呈线性减少。也就是说，高次谐波输出值A1～A7分别为时刻t1～t7的目标输出值。另外，图8示意的是向DBR区域施加脉冲电流，控制高次谐波输出时的处理流程图。
首先，为了能够在时刻t7出现目标输出值A7，微电脑61计算出时刻t1的对应目标输出值A1(步骤S101)。然后微电脑61计算出实现该目标输出值A1所需的脉冲电流的高度(步骤S102)，通过控制DBR区域用脉冲电路66，向DBR区域施加具有计算得到的高度的脉冲电流(步骤S103)。由此，DBR-LD的振荡波长移动到低波长侧(步骤S104)。如果不存在改变高次谐波输出的因素，则较为理想的是，脉冲电流的高度应如图8的虚线所示，取直线形的值。但事实上，由于DBR区域存在温度变化等因素，在很多情况下，即使施加求得的高度的脉冲电流，高次谐波输出也不能达到目标输出值。
因此，可通过光检测器59来测定光波长变换元件56发射出来的高次谐波输出(步骤S105)。因为尚未到达时刻t7，所以控制不会停止(步骤S106为NO)，而是返回到步骤S101，根据光检测器59测定的值进行反馈控制(feedbackcontrol)。例如在时刻tl施加了脉冲电流，其结果，高次谐波输出比目标输出值A1还大的情况下，步骤S102计算出的时刻t2的脉冲电流的高度需比虚线所示的理想值大。
下面依次进行上述处理，如果前一时刻测定的高次谐波输出比目标输出值还大，则需要进一步降低输出值，因此算出的脉冲电流的高度应比理想值还大。相反的，如果前一时刻测定的高次谐波输出比目标输出值还小，则需要进一步提高输出值，因此将脉冲电流的高度算得较小即可。此时，在相对于理想值增大或缩小脉冲电流的高度的情况下，也可采用根据目标输出值与由光检测器59测定的值的差异，乘以指定的系数之类的方法。
如以上利用图7所进行的说明，高次谐波输出对应于脉冲电流的振幅(脉冲高度)，即改变输出(本次情况为减小输出)又实现瞬间的变化。另外，通过利用相位整合波长频谱的倾斜部可以实现连续的层次。
由上可知，本实施例1中，可以使用DBR-LD实现将通过光波长变换元件而被进行了波长变换的高次谐波的输出高速设定为所期望的值。这样就可以实现激光光源的高速调制和层次，并可运用于显示装置等需要高速应答以及输出控制的装置。
其次，作为显示器用光源使用时，需要对应无影像信号的情况(显示黑屏的情况)。此时，将施加于活性区域的电流Iop设为零将最有效果。Iop＝0时，半导体激光器不输出基本波，因此高次谐波输出也必定为零。作为其它手段，也可以向活性区域以及DBR区域施加脉冲电流，而使DBR-LD的振荡波长发生较大的变动，若从相位整合波长频谱内变动到频谱外，高次谐波输出即变为零。
此外，扫描激光输出影像时，画面的边缘通常无影像输出，因此可以利用这一区域来提高光源输出的稳定性。扫描到画面的边缘时，微电脑61停止向活性区域供应Iop，利用这一空隙进行DBR电流的确认和再调整，以便提高高次谐波输出的输出稳定性。
而且，作为显示器用光源使用时，有高输出的信号连续被输出的情况。此时DBR-LD的温度会逐渐上升。这是因为仅仅施加脉冲电流，通过等离子效应进行控制是无法控制热量的变化。此时，可以是微电脑61预先逐步改变Iop或Idbr，消除温度上升引发的波长变化。
(实施例2)
本实施例2中，对具备了包括有用于产生增益效果的活性区域、用于控制振荡波长的分布布拉格反射区域(DBR区域)以及用于使波长连续变化的相位区域的半导体激光器(3电极LD)和由非线形光学结晶构成的光波长变换元件的SHG光源的控制方法进行说明。另外，三电极LD可以通过向相位区域施加电流，改变相位区域的折射率而改变半导体激光器的实际谐振器长，从而可以不出现模式跳变而连续地改变半导体激光的振荡波长。
图9所示的是实施例2的SHG光源的输出调整装置的构成概要示意图。该输出调整装置由具有活性区域75、DBR区域77以及相位区域76的半导体激光器(3电极LD)74、光波长变换元件80、将光波长变换元件80射出的高次谐波变为平行光的准直透镜81以及用来过滤基本波的波长选择过滤器82、使部分高次谐波分叉的光束分裂器79、用于监视高次谐波输出的光检测器83、控制各部分的控制电路84构成。为便于说明，在图9中将活性区域75、DBR区域77以及相位区域76分开表示，但实际上它们是一个整体。另外，三电极LD74和光波长变换元件80合成一体构成SHG光源78。
上述控制电路84中，包括了用于进行控制的微电脑(电流控制单元以及脉冲电流控制单元)85、用于控制施加到半导体激光器的活性区域75的电流(Iop)的激光器驱动电路88、用于控制施加在DBR区域77的电流(Idbr)的DBR驱动电路86、以及用于控制施加在相位区域76的电流(以下记为Iphase)的相位部驱动电路87。激光器驱动电路88、DBR驱动电路86以及相位部驱动电路87，承担了本实施例中的电流注入单元的功能。
此外还附加有向活性区域75施加脉冲电流的活性区域用脉冲电路95、向DBR区域77施加脉冲电流的DBR区域用脉冲电路97以及向相位区域76施加脉冲电流的相位区域用脉冲电路96。活性区域用脉冲电路95、DBR区域用脉冲电路97以及相位区域用脉冲电路96，承担了本实施例中的脉冲电流注入单元的功能。
本实施例2中，如图10所示，三电极LD74具有连续波长可变的特性。在此，由于Idbr和Iphase若不以某一固定的比率变化，则不能连续调谐，所以本实施例2中，使Idbr和Iphase以比例为Iphase/Idbr＝1.6而变化。另外，这个比率并不只限于1.6，也可以是任意值。而且，本例中的光波长变换元件80与实施例1中的相同。
如实施例2采用三电极LD的情况下，因为半导体激光器的振荡波长可连续变化，所以，将振荡波长固定在光波长变换元件的相位整合波长频谱内就变得非常容易。另外，与实施例1中相同，通过利用光波长变换元件的相位整合波长频谱的倾斜部位，可以很容易地改变高次谐波输出，得到所期望的高次谐波输出。
与实施例1相同，此处所说的倾斜部位最好是图5所示的相位整合波长频谱中的、高次谐波输出为峰值输出的5％或5％以上、95％或95％以下的那部分。设定SHG光源的输出时可以利用倾斜部。高次谐波输出为峰值输出的5％或5％以上、95％或95％以下的倾斜部，相对于波长的输出基本上呈直线形的变化，因此具有易于产生层次的特性。另外，还因为控制电路的误差精度约在±5％，所以在使用倾斜部以外的部分时，例如将高次谐波输出固定于超过峰值输出95％的点的情况下，存在即使改变三电极LD的振荡波长也不能得到所期望的值的危险性。
以上所说明的Iop、Idbr或Iphase引起的三电极LD的振荡波长的变化，是源于热量的作用而出现的现象。这是由于Iop、Idbr或Iphase的变化引起活性区域、DBR区域或相位区域的热量的变化，活性区域、DBR区域或相位区域的折射率又随之变化而出现的现象。因此振荡波长的变化是在msec级引起的现象，将其作为使动画以影像形式进行输出的速度是不够的。输出动画至少需要MHz级，即从nsec至数μsec级的波长变化速度。
因此，通过使用向活性区域施加脉冲电流的活性区域用脉冲电路95、向DBR区域施加脉冲电流的DBR区域用脉冲电路97以及向相位区域施加脉冲电流的相位区域用脉冲电路96，来施加脉冲电流。活性区域、DBR区域或相位区域被施加了脉冲电流后，半导体内部的载流子密度上升，出现被称为等离子效应的现象，各部位的折射率在瞬间内降低。此时，三电极LD的振荡波长在瞬间移动到低波长侧。另外，由于是脉冲电流，所以几乎不会发生热量的变化。通过这种应用了等离子效应的波长控制，以高速控制三电极LD的振荡波长，则能够以nsec级进行高次谐波输出的调制。
具体地来说，首先，控制三电极LD的振荡波长，与实施例1相同，固定于图5中的A点。然后向相位区域和DBR区域施加脉冲电流，引发等离子效应。在等离子效应的作用下，相位部和DBR部的折射率瞬间降低，三电极LD的振荡波长缩短，因此高次谐波输出瞬间减少。在使用三电极LD的情况下，即使是仅向DBR区域施加脉冲电流或仅向相位区域施加脉冲电流，也可实现波长的变化。其结果，即使在使用三电极LD的情况下，也可得到如图7所示的特性，从而实现连续的层次。
由上可知，本实施例2中，可以使用三电极LD实现将通过光波长变换元件而被进行了波长变换的高次谐波的输出高速设定为所期望的值。这样就可以实现激光光源的高速调制和层次，并可运用于显示装置等需要高速应答的装置。
其次，作为显示器用光源使用时，需要对应无影像信号的情况(显示黑屏的情况)。此时，将施加于活性区域的电流Iop设为零将最有效果。Iop＝0时半导体激光器不输出基本波，因此高次谐波输出也必定为零。作为其它手段，也可以向活性区域、DBR区域以及相位区域施加脉冲电流，而使三电极LD的振荡波长发生较大的变动，若从相位整合波长频谱内变动到频谱外，高次谐波输出即变为零。
此外，扫描激光输出影像时，画面的边缘通常无影像输出，因此可以利用这一区域来提高光源输出的稳定性。扫描到画面的边缘时，微电脑85停止向活性区域供应Iop，利用这一空隙进行Idbr以及Iphase的确认和再调整，以便提高高次谐波输出的输出稳定性。
作为显示器用光源使用时，有高输出的信号连续被输出的情况。此时三电极LD的温度会逐渐上升。这是因为仅仅施加脉冲电流，通过等离子效应进行控制是无法控制热量的变化。此时，可以是微电脑85预先逐步改变Iphase或Idbr，消除温度上升引发的波长变化。
其它实施例
(A)上述本发明的实施例中，是针对作为光波长变换元件56、80的材料使用镀镁的铌酸锂(LiNbO3)而进行了说明，但并不限定于此，也可使用LiNbO3(LN)、LiTaO3(IT)、KTiOPoO4(KTP)、RbTiOAsO4、RbTiOPO4等材料。此外，光波长变换元件56、80还可使用非线形有机高分子等材料。
本发明的实施例的概要记载如下。
(1)如上所述，本发明的相干光源包括：具有活性区域以及分布布拉格反射区域的半导体激光器、由非线形光学结晶形成的、用来变换有关半导体激光器发射出的激光的波长的光波长变换元件、用来测定来自所述光波长变换元件的高次谐波输出的光检测器、向所述活性区域以及所述分布布拉格反射区域分别施加电流的电流注入单元、根据所述光检测器测定的高次谐波输出来控制所述电流注入单元、将所述半导体激光器的振荡波长固定在所述光波长变换元件的相位整合波长频谱内的倾斜部的电流控制单元、至少向所述活性区域以及所述分布布拉格反射区域中的任一个区域施加脉冲电流的脉冲电流注入单元，以及根据所述光检测器测定的高次谐波输出来控制所述脉冲电流注入单元、使所述半导体激光器的振荡波长在所述光波长变换元件的相位整合波长频谱内的倾斜部变成所期望的值的脉冲电流控制单元。
根据此结构，从半导体激光器发射出的、并经光波长变换元件而被改变了波长的激光的高次谐波输出，由检测器测定。在此，首先，电流控制单元控制电流注入单元，调整施加在活性区域以及分布布拉格反射区域的电流，将半导体激光器的振荡波长固定在相位整合波长频谱内的倾斜部。然后，脉冲电流注入单元，至少向活性区域及分布布拉格反射区域中的任一区域施加脉冲电流。这样，由于被施加了该脉冲电流的区域的折射率瞬间降低，高次谐波的波长移动到低波长侧，于是高次谐波输出减少。此时，由于让高次谐波输出减少多少可由脉冲电流控制单元来决定，因此可以高速且连续地将高次谐波输出变成所期望的值。
(2)上述相干光源的所述电流控制单元，在停止高次谐波输出时，控制所述电流注入单元，停止向所述活性区域施加电流。
一旦停止向活性区域施加电流(变为零)，则半导体激光器发射的基本波的输出停止，而变为零。随此高次谐波输出也变为零。因此，通过停止向活性区域施加电流，可以可靠地停止高次谐波输出。
(3)上述相干光源的所述脉冲电流控制单元，在停止高次谐波输出时，控制所述脉冲电流注入单元，向所述活性区域以及所述分布布拉格反射区域施加脉冲电流。
一旦向活性区域以及分布布拉格反射区域施加脉冲电流，该区域的折射率则瞬间降低，高次谐波的波长移动到低波长侧。这样，就可以使高次谐波的波长瞬间向相位整合波长频谱外变动，从而停止高次谐波输出。
(4)上述相干光源，由所述脉冲电流注入单元施加的脉冲电流，具有一脉冲高度，使高次谐波的波长因该脉冲电流而向所述光波长变换元件的相位整合波长频谱外变动。
根据此结构，由于脉冲电流的高度足够大，因此，一次脉冲就可以使高次谐波的波长变动到相位整合波长频谱外，从而可以使高次谐波输出停止。
(5)上述相干光源，在高次谐波输出被停止时，调整施加到所述分布布拉格反射区域的电流。
根据此结构，例如，在停止向活性区域施加电流、而停止了高次谐波输出时，通过确认或再调整施加到分布布拉格反射区域的电流等，可以在高次谐波输出的中止被解除时得到稳定的高频输出。
(6)上述的相干光源，当高次谐波的高输出状态持续时，所述电流控制单元控制所述电流注入单元，至少对向所述活性区域以及所述分布布拉格反射区域中的任一个区域施加的电流进行调整，以保持高次谐波的波长为一定。
当高次谐波的高输出状态持续时，半导体激光器的温度可能会上升。此时，半导体激光器发射出的激光的波长会变动，因此，应调整施加到活性区域以及分布布拉格反射区域中的任一区域的电流，以抵消其变动的部分。这样，即使高次谐波的高输出状态持续，也可以得到稳定的高频输出。
(7)上述相干光源的所述半导体激光器，还包括相位区域，而且所述电流注入单元也向该相位区域施加电流；所述电流控制单元，根据所述光检测器测定的高次谐波输出来控制所述电流注入单元，使施加到所述分布布拉格反射区域以及所述相位区域中的电流以一定比率变化，并且将所述半导体激光器的振荡波长固定在所述光波长变换元件的相位整合波长频谱内的倾斜部；所述脉冲电流注入单元，至少向所述活性区域、所述分布布拉格反射区域以及所述相位区域中的任一个区域施加脉冲电流。
根据此结构，从半导体激光器发射出的、并经光波长变换元件而被改变了波长的激光的高次谐波输出，由光检测器测定。在此，首先，电流控制单元控制电流注入单元，调整施加在活性区域、分布布拉格反射区域、以及相位区域的电流，将半导体激光器的振荡波长固定在相位整合波长频谱内的倾斜部。此时，通过以一定比率改变施加到分布布拉格反射区域以及所述相位区域的电流，即可连续地改变半导体激光器的振荡波长。然后，脉冲电流注入单元至少向活性区域、分布布拉格反射区域以及相位区域中的任一区域施加脉冲电流。这样，由于被施加了该脉冲电流的区域的折射率瞬间降低，高次谐波的波长移动到低波长区，于是高次谐波输出减少。此时，由于让高次谐波输出减少多少可由脉冲电流控制单元来决定，因此可以高速且连续地让高次谐波输出变成所期望的值。
(8)上述相干光源的所述电流控制单元，在停止高次谐波输出时，控制所述电流注入单元，停止向所述活性区域施加电流。
一旦停止向活性区域施加电流(使电流变为零)，则半导体激光器发射的基本波的输出停止，而变为零。随此，高次谐波输出也变为零。因此，通过停止向活性区域施加电流，可以可靠地停止高次谐波输出。
(9)上述相干光源的所述脉冲电流控制单元，在停止高次谐波输出时，控制所述脉冲电流注入单元，向所述活性区域、所述分布布拉格反射区域以及相位区域中的多个区域施加脉冲电流。
一旦向活性区域、分布布拉格反射区域以及相位区域施加脉冲电流，该区域的折射率则瞬间降低，高次谐波的波长移动到低波长侧。这样，就可以使高次谐波的波长瞬间向相位整合波长频谱外变动，从而停止高次谐波输出。
(10)上述相干光源，由所述脉冲电流注入单元施加的脉冲电流，具有一脉冲高度，使高次谐波的波长因该脉冲电流而向所述光波长变换元件的相位整合波长频谱外变动。
根据此结构，由于脉冲电流的高度足够大，因此，一次脉冲就可以使高次谐波的波长变动到相位整合波长频谱外，从而可以使高次谐波的输出停止。
(11)上述相干光源，在高次谐波输出被停止时，调整施加到所述分布布拉格反射区域或所述相位区域的电流。
根据此结构，例如，在停止向活性区域施加电流、而停止了高次谐波输出时，通过确认或再调整施加到分布布拉格反射区域以及相位区域的电流等，可以在高次谐波输出的中止被解除时得到稳定的高频输出。
(12)上述相干光源，在高次谐波的高输出状态持续时，所述电流控制单元控制所述电流注入单元，至少对向所述活性区域、所述分布布拉格反射区域以及所述相位区域中的任一个区域施加的电流进行调整，以保持高次谐波的波长为一定。
当高次谐波的高输出状态持续时，半导体激光器的温度可能会上升。此时，半导体激光器发射出的激光的波长会变动，因此，应调整施加到活性区域以及分布布拉格反射区域中的任一区域的电流，以抵消其变动的部分。这样，即使高次谐波的高输出状态持续，也可以得到稳定的高频输出。
(13)上述相干光源，所述相位整合波长频谱内的倾斜部，是在所述相位整合波长频谱中，高次谐波输出为峰值输出的5％或5％以上、95％或95％以下的那部分。
在相位整合波长频谱中，高次谐波输出为峰值输出的5％或5％以上、95％或95％以下的那部分基本上是呈直线变化。因此，通过将半导体激光器的振荡波长固定在该倾斜部，就可以连续而且很容易地进行层次变化。
(14)上述相干光源，所述相位整合波长频谱内的倾斜部，是在所述相位整合波长频谱中与峰值波长相比处于低波长侧的那部分。
与将波长固定在高波长侧的情况相比，将波长固定在峰值波长的低波长侧的倾斜部时可以减小施加到分布布拉格区域的电流，从而可以降低电力的消耗。
(15)上述相干光源，所述电流控制单元控制电流注入单元，将施加给所述分布布拉格反射区域的电流固定在所述半导体激光器的振荡波长刚发生了模式跳变之处。
在将施加给所述分布布拉格反射区域的电流固定在所述半导体激光器的振荡波长发生模式跳变的附近时，即使是温度变化等因素也很容易引发模式跳变，而使振荡波长变得不稳定。因此，通过固定在刚发生了模式跳变之处，可以实现振荡波长的稳定化。
(16)上述相干光源，由所述脉冲电流注入单元施加的脉冲电流为矩形脉冲。
由于矩形脉冲中其脉冲上升部分的倾斜比较陡峭，因此可以在瞬间使被施加了该矩形脉冲的半导体中的载流子密度上升、使高次谐波输出减少。
(17)如上所述，本发明的显示装置是用来投影对应于输入影像信号而被进行了强度调制的激光的显示装置，它包括：发射红色激光的激光光源，发射蓝色激光的如上述(1)至(16)中任一项所述的相干光源，发射绿色激光的如上述(1)至(16)中任一项所述的相干光源，将所述红色、蓝色以及绿色激光合波而成为一束激光的合波单元，让由所述合波单元合波而成的一束激光，在规定的第1方向上进行扫描的第1扫描单元，让在所述第1方向扫描的激光，在与所述第1方向垂直的第2方向上进行扫描的第2扫描单元。
根据此结构，由于采用通过施加脉冲电流而使半导体激光的振荡波长瞬间变化的相干光源作为蓝色以及绿色激光的光源，所以可以实现能够高速地进行输出调制、且获得连续的层次的显示装置。
(18)上述显示装置的所述第1扫描单元和第2扫描单元，是从由转动多面镜构成的多角镜和检流镜中所选择的组合而成。
根据此结构，作为第1扫描单元，存在选择多角镜和选择检流镜两种选择，同样的，作为第2扫描单元，也存在选择多角镜和选择检流镜这两种选择。因此，可以根据功能目标来选择相应的组合。
(19)如上所述，本发明的激光显示器，包括如上述(17)或(18)中所述的显示装置和用来投影来自所述显示装置的激光的显示屏，其中，在所述显示屏的边缘没有所述输入影像信号，所述电流控制单元控制所述电流注入单元，停止向所述活性区域施加电流，当使来自所述半导体激光器的输出停止时，所述电流控制单元调整施加到所述分布布拉格反射区域的电流。
由于显示屏的边缘通常没有输入影像信号，存在没有影像输出的区域。因此，利用该区域，在通过电流控制单元而停止了半导体激光器的输出时，电流控制单元继续调整施加到分布布拉格反射区域的电流。例如，可以是对施加到分布布拉格反射区域的电流的确认或再调整等。这样，在解除了停止半导体激光器的输出时，就可以输出稳定的激光。
(20)如上所述，本发明的相干光源的控制方法包括以下的步骤，用光检测器检测来自由非线形光学结晶形成、用来变换半导体激光器发射出的激光的波长的光波长变换元件的高次谐波输出，根据该光检测器的输出，控制向所述半导体激光器中的活性区域以及分布布拉格反射区域施加的电流，将在所述光检测器检测到的高次谐波输出固定在所述光波长变换元件的相位整合波长频谱内的倾斜部后，向所述活性区域或所述分布布拉格反射区域施加脉冲电流，使在所述光检测器被检测到的高次谐波输出，在所述光波长变换元件的相位整合波长频谱内的倾斜部变化为所期望的值。
根据使用了该控制方法的相干光源，可以高速且连续地将高次谐波输出变化为所期望的值。
作为以上说明的相干光源的主要用途，除所述的显示装置外，还可举出描图设备、测量设备、光盘设备等。
以上虽然对本发明进行了详细的说明，但仍然只是局部的、例举性的，本发明的实际范畴并不限于以上说明的内容。未被例举的无数变形例，应被认为未脱离本发明范畴的内容。
产业上的利用可能性
本发明的使用了波长变换元件的相干光源，能够高速地调制SHG光源，作为显示器的光源极为有用。

Claims (20)

1.一种相干光源，其特征在于包括：
具有活性区域以及分布布拉格反射区域的半导体激光器；
由非线形光学结晶形成的、用来变换有关半导体激光器发射出的激光的波长的光波长变换元件；
用来测定来自所述光波长变换元件的高次谐波输出的光检测器；
向所述活性区域以及所述分布布拉格反射区域分别施加电流的电流注入单元；
根据所述光检测器测定的高次谐波的输出来控制所述电流注入单元、将所述半导体激光器的振荡波长固定在所述光波长变换元件的相位整合波长频谱内的倾斜部的电流控制单元；
至少向所述活性区域以及所述分布布拉格反射区域中的任一个区域施加脉冲电流的脉冲电流注入单元；以及
根据所述光检测器测定的高次谐波输出来控制所述脉冲电流注入单元、使所述半导体激光器的振荡波长在所述光波长变换元件的相位整合波长频谱内的倾斜部变成所期望的值的脉冲电流控制单元。
2.根据权利要求1所述的相干光源，其特征在于：所述电流控制单元，在停止高次谐波输出时，控制所述电流注入单元，停止向所述活性区域施加电流。
3.根据权利要求1所述的相干光源，其特征在于：所述脉冲电流控制单元，在停止高次谐波输出时，控制所述脉冲电流注入单元，向所述活性区域以及所述分布布拉格反射区域施加脉冲电流。
4.根据权利要求3所述的相干光源，其特征在于：由所述脉冲电流注入单元施加的脉冲电流，具有一脉冲高度，使高次谐波的波长因该脉冲电流而向所述光波长变换元件的相位整合波长频谱外变动。
5.根据权利要求1或2所述的相干光源，其特征在于：在高次谐波输出被停止时，进行对施加到所述分布布拉格反射区域的电流的调整。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的相干光源，其特征在于：当高次谐波的高输出状态持续时，所述电流控制单元控制所述电流注入单元，至少对向所述活性区域以及所述分布布拉格反射区域中的任一个区域施加的电流进行调整，以保持高次谐波的波长为一定。
7.根据权利要求1所述的相干光源，其特征在于：
所述半导体激光器还包括相位区域；
所述电流注入单元也向该相位区域施加电流；
所述电流控制单元，根据所述光检测器测定的高次谐波输出来控制所述电流注入单元，使施加到所述分布布拉格反射区域和所述相位区域中的电流以一定比率变化，并且将所述半导体激光器的振荡波长固定在所述光波长变换元件的相位整合波长频谱内的倾斜部；
所述脉冲电流注入单元，至少向所述活性区域、所述分布布拉格反射区域以及所述相位区域中的任一个区域施加脉冲电流。
8.根据权利要求7所述的相干光源，其特征在于：所述电流控制单元，在停止高次谐波输出时，控制所述电流注入单元，停止向所述活性区域施加电流。
9.根据权利要求7所述的相干光源，其特征在于：所述脉冲电流控制单元，在停止高次谐波输出时，控制所述脉冲电流注入单元，向所述活性区域、所述分布布拉格反射区域以及所述相位区域中的多个区域施加脉冲电流。
10.根据权利要求9所述的相干光源，其特征在于：由所述脉冲电流注入单元施加的脉冲电流，具有一脉冲高度，使高次谐波的波长因该脉冲电流而向所述光波长变换元件的相位整合波长频谱外变动。
11.根据权利要求7或8所述的相干光源，其特征在于：在使高次谐波输出停止时，进行对施加到所述分布布拉格反射区域或所述相位区域的电流的调整。
12.根据权利要求7至11中的任一项所述的相干光源，其特征在于：当高次谐波的高输出状态持续时，所述电流控制单元控制所述电流注入单元，至少对向所述活性区域、所述分布布拉格反射区域以及所述相位区域中的任一个区域施加的电流进行调整，以保持高次谐波的波长为一定。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的相干光源，其特征在于：所述相位整合波长频谱内的倾斜部，是在所述相位整合波长频谱中，高次谐波输出为峰值输出的5％或5％以上、95％或95％以下的那部分。
14.根据权利要求13所述的相干光源，其特征在于：所述相位整合波长频谱内的倾斜部，是在所述相位整合波长频谱中与峰值波长相比处于低波长侧的那部分。
15.根据权利要求1至14中的任一项所述的相干光源，其特征在于：所述电流控制单元控制电流注入单元，将施加给所述分布布拉格反射区域的电流固定在所述半导体激光器的振荡波长刚发生了模式跳变之处。
16.根据权利要求1至15中的任一项所述的相干光源，其特征在于：由所述脉冲电流注入单元施加的脉冲电流为矩形脉冲。
17.一种显示装置，用来投影对应输入影像信号而被进行了强度调制的激光，其特征在于包括：
发射红色激光的激光光源；
发射蓝色激光的如权利要求1至16中任一项所述的相干光源；
发射绿色激光的如权利要求1至16中任一项所述的相干光源；
将所述红色、蓝色以及绿色激光合波而成为一束激光的合波单元；
让由所述合波单元合波而成的一束激光，在规定的第1方向上进行扫描的第1扫描单元；
让在所述第1方向扫描的激光，在与所述第1方向垂直的第2方向上进行扫描的第2扫描单元。
18.根据权利要求17所述的显示装置，其特征在于：所述第1扫描单元和所述第2扫描单元，是从转动多面镜构成的多角镜和检流镜中所选择的组合而成。
19.一种激光显示器，其特征在于包括，如权利要求17或18中所述的显示装置、以及用来投影来自所述显示装置的激光的显示屏，其中，
在所述显示屏的边缘没有所述输入影像信号，所述电流控制单元控制所述电流注入单元，停止向所述活性区域施加电流，当使来自所述半导体激光器的输出停止时，所述电流控制单元，进行对施加到所述分布布拉格反射区域的电流的调整。
20.一种相干光源的控制方法，其特征在于包括以下的步骤：
用光检测器检测来自由非线形光学结晶形成的、用来变换半导体激光器发射出的激光的波长的光波长变换元件的高次谐波输出；
根据该光检测器的输出，控制向所述半导体激光器中的活性区域以及分布布拉格反射区域施加的电流；
将在所述光检测器检测到的高次谐波输出固定在所述光波长变换元件的相位整合波长频谱内的倾斜部后，向所述活性区域或所述分布布拉格反射区域施加脉冲电流，使在所述光检测器被检测到的高次谐波输出在所述光波长变换元件的相位整合波长频谱内的倾斜部变成所期望的值。
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