DE19729539A1 - Laser system for production of colour systems - Google Patents

Laser system for production of colour systems

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DE19729539A1
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DE
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fiber
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laser system
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DE1997129539
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German (de)
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Thorsteinn Halldorsson
Frank Dr Heine
Klaus Dr Petermann
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Airbus Defence and Space GmbH
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Daimler-Benz AG
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    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
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    • H04N9/31Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
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    • HELECTRICITY
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    • H01S3/00Lasers, i.e. devices for generation, amplification, modulation, demodulation, or frequency-changing, using stimulated emission, of infra-red, visible, or ultra-violet waves
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    • H01S3/06Construction or shape of active medium
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    • H01S3/094092Upconversion pumping

Abstract

Laser system used to produce the base colours of red, green and blue forms a picture signal of the beam of an up-conversion glass fibre laser (GFL) in an external modulator. This light is optically further amplified in a subsequent up-conversion fibre amplifier (GFV). The amplifier is excited at both ends by pump diodes (PD).

Description

Die Erfindung betrifft ein Lasersystem zur Herstellung der Laserstrahlung mindestens einer der Grundfarben Rot, Grün und Blau für Farbbild darstellung mit integrierter Bildmodulation. The invention relates to a laser system for the production of the laser radiation at least one of the primary colors red, green and blue for color presentation with integrated image modulation.

In den letzten Jahren haben sich die technischen Voraussetzungen zur Realisierung von Laserbildprojektoren mit gescannten Laserstrahlen der Grundfarben Rot, Grün und Blau (RGB) erheblich verbessert, wie z. In recent years, the technical conditions for the realization of laser image projectors with scanned laser beams of the primary colors red, green and blue (RGB) have improved significantly such. B. in dem Artikel von C. Deter, "Laser-Display-Technologie-wo stehen wir?" As in the article by C. Deter, "laser display technology where we are?" in der Zeitschrift Physikalische Blätter, 52 (1996) Nr. 11, Seite 1129 dargestellt ist. is shown in the Journal of Physical Sheets, 52 (1996) No. 11, p. 1129th Gegenüber früheren Bildprojektoren mit Gaslasern wie Argonionen- und Kryptonlasern als Lichtquelle können heute wesentlich effizientere und kostengünstigere diodenangeregte Festkörperlaser, Faserlaser oder in Zukunft sichtbare Laserdioden eingesetzt werden. Compared to previous screen projectors with gas lasers such as argon ion and krypton lasers as a light source much more efficient and inexpensive diode-pumped solid-state lasers, fiber lasers or visible laser diodes are used in the future can. Siehe dazu z. See, for. BWE Glenn and GJ Dixon, "Bright future projected for lasers in electronic cinemas", Laser Focus World, Nov. 1993, p. BWE Glenn and GJ Dixon, "Bright future projected for lasers in electronic cinemas", Laser Focus World, Nov. 1993, p. 73. 73rd

Für eine vollflächige helle Bilddarstellung auf einem Schirm mit 1 m 2 Fläche ist eine optische Leistung pro Farbe von etwa 1-2 W nötig, was z. For a full-surface light image display on a screen with 1 m 2 surface an optical power of about 1-2 W per color is required, which for example. B. für Heimfernseher- oder Videoschirme ausreichen würde. would be sufficient for example Heimfernseher- or video screens. Auch größere Bildflächen werden in Zukunft für eine Vielzahl von Anwendungen gebraucht, z. Even larger image areas are needed in the future for a variety of applications such. B. für das Kino zuhause, Bilddarstellungen in größeren Räumen wie Vortrags- und Versammlungssälen und für Großversammlungen im Freien. As for the cinema, image displays in larger spaces such as lecture and meeting halls, and for large outdoor gatherings at home. Die bevorzugten Farben liegen in den Wellenlängenbereichen: Rot 620-640 nm, Grün 510-550 nm und Blau 440-460 nm; The preferred colors are in the wavelength ranges: red 620-640 nm, green 510-550 nm and 440-460 nm blue; die gebrauchte Leistung pro Farbe werden im Bereich 1-10 W je nach Anwendung variieren. the power used per color will vary in the range of 1-10 W depending on the application.

Die Aufprägung der Bildinformation als Intensitätsmodulation der drei RGB-Strahlen wird bei den heute verwendeten Gas- und Kristallasern außerhalb der Lasers in akusto-optischen und elektro-optischen Modulatoren (Pockels- und Kerrzellen) durchgeführt. Assertion of the image information as intensity modulation of the three RGB beams is performed at the currently used gas and Kristallasern outside the laser in acousto-optical and electro-optical modulators (Pockels and Kerr cells). Diese Technologie ist aufwendig und teuer und stößt bei hohen optischen Leistungen (< 1 W) und den geforderten hohen Modulationsfrequenzen von 25 MHz und höher an ihre Leistungsgrenzen. This technology is complex and expensive and has met with high optical performance (<1 W) and the required high modulation frequencies of 25 MHz and above their limits.

Durch eine Integration der Bildmodulation in den Entstehungsprozeß der Laserstrahlung selbst könnte der technische Aufwand des Modulators und die Kosten des gesamten Bildprojektors erheblich reduziert werden. By integrating the image modulation in the formation process of the laser radiation itself, the technical complexity of the modulator and the cost of the entire image projector could be significantly reduced. Dies zeigen deutlich die Erfahrungen aus der Leistungselektronik. This clearly show its experience in the power electronics. Hier war es immer günstiger eine Signalmodulation an den ersten Leistungsstufen eines Schaltkreises vorzunehmen und nachträglich das Signal möglichst rauscharm und störungsfrei zu verstärken, als die gesamte Leistung am Ausgang zu modulieren. Here it was always cheaper to make a modulation signal to the first power stages of a circuit and subsequently to enhance the signal-noise and interference as possible to modulate than the total power at the output.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, ein Lasersystem für die Farbbildprojektion anzugeben, in dem durch Intensitätsmodulation des Laserstrahles eines primären Lasers relativ geringer Leistung, etwa im Bereich von nur einigen zehn Milliwatt, durchgeführt wird und die geforderte höhere modulierte Leistung des Projektionsstrahles im Bereich von einigen Watt bis zu einigen zehn Watt in einem möglichst einfachen, stabilen und rauscharmen optischen Verstärker durch Nachverstärkung des modulierten Lasersignals hergestellt wird. The invention has therefore set itself the object to provide a laser system for color image projection, is in the relatively low by intensity modulation of the laser beam of a primary laser performance, such as in the range of only a few tens of milliwatts, carried out and the required higher-modulated power of the projection beam in the range is produced from a few watts to tens of watts in a possible simple, stable and low-noise optical amplifier by amplification of the modulated laser signal.

Die Ausgangslage der Erfindung, der Stand der Technik der Integration der Bildmodulation in den Entstehungsprozeß der Laserstrahlung selbst anstatt extern zum Laser, soll hier zunächst dargestellt werden. The starting point of the invention, the prior art, the integration of the image modulation in the formation process of the laser radiation itself rather than external to the laser, will be shown here first.

Die Trägheit der bisher verwendeten Laserprozessen für Bildprojektoren zwischen Anregung und Emission in Gas- und Kristallasern läßt eine direkte Modulation der Anregung bis in den Megahertzbereich nicht zu. The inertia of the previously used laser processes for image projectors between excitation and emission in gas and Kristallasern does not allow a direct modulation of the excitation into the megahertz range. Bei den Gaslasern wird die Modulationsfrequenz durch die hohe Spannung, die starken Ströme und die große Kapazitäten und Induktivitäten des Schaltkreises begrenzt. In the case of gas lasers, the modulation frequency is limited by the high voltage, the high currents and the large capacitances and inductances of the circuit. Bei einer Modulation des Anregungsstromes von diodengepumpten Festkörperlasern fängt der Laser wegen der langen Lebensdauer der Anregungsniveaus (< 1 ms) bereits bei Frequenzen über einige Kilohertz an störende Transienten (Relaxationsoszillationen) zu bilden. With a modulation of the excitation current of diode-pumped solid-state lasers, the laser starts because of the long lifetime of the excited levels to form (<1 ms) even at frequencies above a few kilohertz of disturbing transients (relaxation oscillations).

Ein Halbleiterlaser (Laserdiode) läßt sich dagegen in sehr einfacher Weise und effizient über den Anregungsstrom modulieren, erstens weil die Spannung und Ströme und Kapazität des Schaltkreises relativ niedrig sind und zweitens wegen der kurzen Lebensdauer der Photonen (< 1 ns) in dem Laserresonator. A semiconductor laser (laser diode) can be against it in a very simple manner and modulate efficiently through the excitation current, first because the voltage and currents and capacitance of the circuit are relatively low and secondly because of the short life of the photons (<1 ns) in the laser cavity. Somit können in der optischen Telekommunikation infrarote Laserdioden bis zu einigen zehn Milliwatt Ausgangsleistung direkt über ihren Betriebsstrom mit einer Frequenzbandbreite von 1 GHz moduliert werden. Thus, infrared laser diodes can be up to tens of milliwatt output power modulated directly from their operating current with a frequency bandwidth of 1 GHz in optical telecommunications.

Die jetzt verfügbaren Laserdioden bei einer Wellenlänge von 635 nm, die für Farbbildprojektion geeignet ist, können ebenfalls direkt moduliert werden. The now available laser diode at a wavelength of 635 nm, which is suitable for color image projection, can also be directly modulated. Ihre Ausgangsleistung von höchsten einigen zehn Milliwatt ist jedoch für eine Vollbilddarstellung noch zu gering. However, their output of highest tens of milliwatts is still too low for a full screen display. Für die anderen Wellenlängen bereichen Blau und Grün sind auch Laserdioden in Entwicklung, die innerhalb der nächsten Jahren auch nur in diesem unteren Leistungsbereich auf dem Markt zu erwarten sind. laser diodes in development that are expected within the next few years, even in this lower power range on the market for the other wavelength ranges blue and green.

Eine Leistungssteigerung der RGB-Laserdioden bis in den Wattbereich mit ausreichend guter Strahlqualität und langer Lebensdauer für die gescannte Bilddarstellung wird noch mehrere Jahre dauern. An increase in output of the RGB laser diodes into the Watts area with sufficiently good beam quality and long lifetime for the scanned image presentation will take several years. In einer älteren deutschen Anmeldung P . In an earlier German Application P. . , . , (12036) wird deshalb vorgeschlagen die Emission von RGB-Laserdioden in einem niedrigen Leistungsbereich von einigen zehn Milliwatt, die direkt über den Betriebsstrom der Diode mit dem Bildsignal moduliert wird, nachträglich mit einem sogenannten Upconversion-Faser verstärker bis in den geforderten Leistungsbereich für große Vollbild darstellung von 1-10 W pro Farbe weiter zu verstärken. (12036) is therefore proposed the emission of RGB laser diodes in a low power range from a few tens of milliwatts, which is directly modulated through the operating current of the diode with the image signal, subsequently amplifier with a so-called upconversion fiber down to the required performance range for large frame to strengthen representation of 1-10 W per color on.

Geeignete rote Dioden für diese Anwendung sind bereits auf dem Markt verfügbar, die blauen sind gerade am Entstehen in den Entwicklungslabors der Opto-Halbleiterindustrie, die grünen Dioden werden aber erst in einigen Jahren folgen. Suitable red diodes for this application are already available on the market that are blue but just follow the emergence in the development laboratories of the opto-semiconductor industry, the green diodes in a few years. Erfahrungsgemäß sind die Kosten neuer Diodenstrukturen über Jahre sehr hoch, bis die kostengünstige Massenfertigung eine Preis reduktion ermöglicht. Experience shows that the cost of new diode structures over the years are very high until the economical mass production allows for a price reduction. Diese Verzögerung der Verfügbarkeit von geeigneten Laserdioden und die hohen Kosten vor allem für die Farbe grün und blau stehen der Realisierung dieses sehr vorteilhaften Konzeptes der direkten Modulation der Laserdiode mit nachfolgender optischen Verstärkerung in den nächsten Jahren im Wege. This delay in the availability of suitable laser diodes and high costs, particularly for the color green, and blue are the realization of this very advantageous concept of direct modulation of the laser diode with subsequent optical Verstärkerung in the next few years in the way.

Die Erfindung schlägt deshalb, vor alternativ zu der Verwendung einer Laserdiode mit direkter Bildmodulation, einen Glasfaserlaser bzw. einen Festkörperlaser (Kristallaser) niedriger optischer Leistung einzusetzen, dessen Emission extern mit einem Modulator mit dem Bildsignal moduliert wird und in einem nachfolgenden Upconversion-Faserverstärker auf die geforderte Ausgangsleistung gebracht wird. The invention therefore proposes to use lower front of an alternative to the use of a laser diode with a direct image modulation, an optical fiber laser or a solid state laser (Kristallaser) optical power, whose emission is externally modulated with a modulator with the image signal, and in a subsequent upconversion fiber amplifier to the required output power is brought. Da diese Komponenten z. Since these components for. T. bereits auf dem Markt relativ kostengünstig erhältlich sind, ist dadurch auch die schnelle Realisierung der Farben grün und blau in dem geforderten Leistungsbereich für den heutigen Markt möglich. T. are relatively inexpensive on the market, thereby is the rapid realization of the colors green and blue in the required performance range possible for today's market.

Im Gegensatz zu der begrenzten Auswahl von Modulatoren zur effizienten Bildmodulation von Laserlicht über 1 W Leistung stehen für die Bildmodulation der niedrigeren Laserleistung von einigen zehn Milliwatt Leistung eine Reihe von Modulatoren zur Verfügung, die in Serienfertigung in der Telekommunikation eingesetzt werden. In contrast to the limited selection of modulators for efficient image modulation of the laser light over 1 W of power available for the image modulation of the lower laser power of several tens of milliwatts of power, a number of modulators are available, which are used in serial production in telecommunications. Hier können sowohl akusto optische Modulatoren als auch elektro-optische Modulatoren wie z. Here both acousto-optic modulators and electro-optic modulators such can. B. Lithium-Niobat in integrierter-optischer Bauweise mit direkter Faserankopplung eingesetzt werden. As lithium niobate are used in an integrated optical design of direct fiber coupling.

Faserlaser und Faserverstärker sind in den Glasmateralien Quartz, Fluorid- und Chalkogonidgläsern vor allem mit den Dotierungen der Seltenen Erden, Erbium, Neodymium, Holmium, Thulium, Praseodym realisiert worden. Fiber lasers and fiber amplifiers have been realized in the glass material is quartz, fluoride and Chalkogonidgläsern especially with the dopants of the rare earths, erbium, neodymium, holmium, thulium, praseodymium. Am effizientesten können heute die Upconversion Prozesse in den mit Seltenen Erden dotierten Fluoridglasfasern, sogenannten ZBLAN-Fasern, genutzt werden. The most efficient upconversion processes can be used in the rare-earth doped fluoride glass fibers, so-called ZBLAN fibers today. Mit dem Upconversion-Prozeß können, sowohl Faserlaser mit der Verwendung eines Spiegelresonators, als auch Faserverstärker (bei einer entsprechenden angepaßter Dotierung und Unterdrückung der Laseremission) realisiert werden. With the upconversion process both fiber laser with the use of a Spiegelresonators, and fiber amplifier (with a corresponding matched doping and suppression of the laser emission) can be realized. Ein wesentlicher Vorteil der Upconversion-Laser und -Verstärker ist die unkritische Lage der Wellenlänge der Infrarotanregung mit Halbleiterlaserdioden, die in dem bevorzugten Wellenlängenbereich um 20-30 nm variieren darf, was eine genaue Selektion bzw. eine enge Temperaturstabilisierung der Pumpdioden nicht erforderlich macht. A significant advantage of upconversion lasers and amplifiers is the non-critical position of the wavelength of the infrared excitation with semiconductor laser diodes, which may vary in the preferred wavelength range around 20-30 nm, which does not require a precise selection or a narrow temperature stabilization of the pump diodes.

Upconversion Faserlaser, die mit geeigneten infraroten Dioden angeregt werden und sichtbares Licht ausstrahlen, sind seit etwa 5 Jahren bekannt. Upconversion fiber lasers, which are excited with appropriate infrared diodes and emit visible light, have been known for about 5 years. Die optische Umwandlung geschieht über eine Mehrstufenanregung, dh durch die Anregung von 2-3 infraroten Photonen wird ein Niveau erreicht, für das ein Übergang im sichtbaren Bereich möglich ist. The optical conversion is done via a multi-stage excitation, ie excitation by the infrared photons of 2-3, a level is reached for which a transition in the visible range is possible. Wie bei anderen Lasern bilden zwei Spiegel den optischen Resonator, die entweder außerhalb der Faser oder direkt auf ihre beiden Endflächen angebracht werden. As with other lasers, two mirrors forming the optical resonator, which are mounted either outside the fiber or directly on its two end faces. Wird die Faser als Verstärker einer optischen Strahlung gleicher Wellenlänge wie die des Laserüberganges verwendet, entfallen die Endspiegel. If the fiber amplifier as an optical radiation used the same wavelength as that of the laser transition, the end mirror omitted. Damit ein eigenständiger Laserbetrieb unterbunden wird, sind die Endflächen meistens für die Laserwellenlänge entspiegelt. For a standalone laser operation is prohibited, the end faces are mostly non-reflective for the laser wavelength.

Die zu verstärkende Strahlung wird in den Kern der Faser fokussiert. The radiation to be amplified is focused into the core of the fiber. Die Anregungsstrahlung wird koaxial in den Kern in einen zweiten umliegenden Kern (Doppelkernfaser) und den Mantel fokussiert, von wo aus sie entlang der Faser in den innersten Kern entlang der Faser zunehmend hinein diffundiert. The excitation radiation is focused coaxially into the core to a second core surrounding (Double core fiber) and the shell from where it increasingly diffuses along the fiber in the innermost core along the fiber into it. Die Technik der Kopplung des Pumplichtes über eine seitlich auf den Kern und Mantel aufgebrachte Gitterstruktur kann hier ebenfalls verwendet werden. The technique of coupling of the pump light through a laterally applied to the core and cladding lattice structure can also be used herein.

Der Verstärkungsfaktor ist abhängig von der örtlichen Leistungsdichte und der Konzentration der Dotierung, dh die erreichte Gesamtverstärkung hängt von der eingestrahlten Pumpleistung, Konzentration der Dotierung und Länge der Faser ab. The gain is dependent on the local power density and the concentration of doping, ie the total gain achieved depends on the incident pump power, concentration of doping and length of the fiber from.

Zur Realisierung der für die Farbbildprojektion geforderten RGB-Farben eignen sich z. To realize that prescribed for the color image projection RGB colors are, for suitable. B. die Übergänge 605 nm und 635 nm für rot in Praseodym dotierten ZBLAN-Fasern. For example, the transitions 605 nm and 635 nm for red doped in praseodymium ZBLAN fibers. Eine Effizienzsteigerung des 635 nm kann durch eine Yb-Kodotierung erreicht werden. An efficiency increase of 635 nm can be achieved by a Yb co-doping. Für Grün kann der weitere Übergang 520 nm in Praseodym verwendet werden. For Green, the further transition can be 520 nm used in praseodymium. Zur Anregung werden Laserdioden mit einer Emission bei etwa 1017 nm und 835 nm verwendet. For the excitation laser diode to be used with an emission at about 1017 nm and 835 nm. Durch eine Yb-Kodotierung ist auch eine Anregung mit nur einer Pumpwellenlänge (um 850 nm) möglich. By Yb co-doping and an excitation with a single pump wavelength (around 850 nm) is possible.

Die Verstärkung der besonders geeignete blauen Wellenlänge 455 nm (auch alternativ 480 nm) kann in Tm-dotierten ZBLAN-Fasern mit Anregung von Laserdioden mit Emission bei 647 nm und 676 nm geschaffen werden. The gain of the particularly suitable blue wavelength 455 nm (alternatively 480 nm) can be created in Tm-doped ZBLAN fibers with excitation of laser diodes emitting at 647 nm and 676 nm.

Der Wirkungsgrad der Umwandlung der Pumplichtes in Laserstrahlung in einem Upconversionfaserlaser beträgt zur Zeit üblicherweise 10-20% mit Fasern unter einem Meter Länge. The efficiency of conversion of the pump light in the laser radiation in a Upconversionfaserlaser is at this time is usually 10-20% with fibers less than one meter in length. Mit einer Pumpdiode von 1 W Leistung dürfte eine Laserleistung bis hundert Milliwatt, auch unter Berücksichtigung der Koppelverluste erreichbar sein. With a pump diode power of 1 W is likely a laser power to a hundred milliwatts, also be accessible taking into account the coupling loss.

Eine totale Verstärkung von Faktor 10-100 kann in Faserverstärkern mit Längen von 50 cm bis 5 m und einer Dotierungskonzentration von einigen Prozent erreicht werden. A total gain of a factor of 10-100 can be achieved in fiber amplifiers with lengths of 50 cm to 5 m and a doping concentration of a few percent. Damit ein beugungsbegrenzter Strahl entsteht, beträgt der Kerndurchmesser etwa 3 µm. For a diffraction-limited beam is produced, the core diameter is about 3 microns. Mit einer Gesamteffizienz von 5-10% ist eine Leistung von 1 W mit Pumpdiodenleistung von 10-20 W herstellbar. With an overall efficiency of 5-10%, a power of 1 W of pump diode power of 10-20 W can be produced.

Die Erfindung schlägt weiterhin als Alternative zu dem Glasfaserlaser den Einsatz eines diodengepumpten frequenzverdoppelten Kristallasers in dem niedrigeren Leistungsbereich von einigen zehn Milliwatt vor. The invention further proposes the use of a diode-pumped frequency-doubled Kristallasers in the lower power range of a few tens of milliwatts as an alternative to the optical fiber laser. Laser dieser Art können werden inzwischen in miniaturisierter Bauweise (Sandwich- Laser) mit einigen cm Länge auf dem Markt angeboten. Laser of this type can (sandwich lasers) are now being offered with a few cm length on the market in a miniaturized design. Mit diesen Lasern können die gleichen externen Bildmodulatoren wie bei den Faserlasern von oben verwendet werden. With these lasers, the same external image modulators can be used as the fiber lasers from above.

Diodengepumpte Festkörperlaser (Kristallaser) werden vor allem mit Dotierungen der Seltenen Erdenionen, Neodymium (Nd), Erbium (Er), Holmium (Ho), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb) und Praseodym (Pr) in mehreren Wirtskristallen wie z. Diode-pumped solid state lasers (Kristallaser) are mainly used with dopants of rare earth ion, neodymium (Nd), erbium (Er), holmium (Ho), thulium (Tm), ytterbium (Yb), and praseodymium (Pr) in a plurality of host crystals such. B. YAG, YLF Ytterium Vanadat (YVO4), Gadolinium Vanadat und Quarzglas als Lasermateralien für die Herstellung von Dauerstrichstrahlung im infraroten Wellenlängenbereich eingesetzt. B. YAG, YLF Ytterium vanadate (YVO4), gadolinium vanadate and quartz glass used as a laser material is available for the production of continuous wave radiation in the infrared wavelength range. Mit Hilfe von Frequenzverdopplung, die wahlweise intern oder extern zu dem Laserresonator eingesetzt wird, kann diese Strahlung in sichtbare Strahlung bei verschiedenen diskreten Wellenlängen konvertiert werden. With the aid of frequency doubling, which is optionally used internal or external to the laser cavity, this radiation can be converted into visible radiation at different discrete wavelengths.

In der Kombination frequenzverdoppelter Kristallaser und Glasfaserverstärker muß darauf geachtet werden, daß die Emissionswellenlänge des frequenzverdoppelten Kristallasers in die Verstärkungsbandbreite des Glasfaserverstärkers hineinfällt. In the combination frequency-doubled Kristallaser and fiber amplifier must be taken to ensure that the emission wavelength of the frequency-doubled Kristallasers falls within the gain bandwidth of the optical fiber amplifier. Mit der zweiten Forderung, daß die Farben rot, grün und blau für Farbbildprojektion bevorzugt in bestimmten Wellenlängenintervallen liegen, ergibt sich eine Auswahl von einigen Möglichkeiten. With the second requirement is that the colors are preferably red, green and blue for color image projection in certain wavelength intervals, there is a selection of some options.

Für grün wird das Wellenlängenintervall von 510 nm bis 550 nm bevorzugt. For green, the wavelength range of 510 nm to 550 nm is preferred. Hier bietet sich z. Here such offers. B. der frequenzverdoppelt Nd:YLF-Laser bei 523.5 oder NdCaF-Laser bei 522 nm an, die nahe genug sind an die Wellenlänge des Pr:YB-ZBLAN-Glasfaserlaser von 521 nm um die nachträgliche effiziente Verstärkung zu ermöglichen. As the frequency doubled Nd: YLF laser at 523.5 or NdCaF laser at 522 nm, which are close enough to the wavelength of the Pr: to allow YB-ZBLAN fiber laser of 521 nm to the subsequent efficient amplification.

Für blau wird das Wellenlängenintervall von 440 nm bis 460 nm bevorzugt. For blue the wavelength interval of 440 nm is preferred to 460 nm. Die Wellenlänge des frequenzverdoppelten Nd:GdVO4-Lasers mit 456 nm bzw. die Wellenlänge 455,5 nm des Nd:YLF-Lasers ist nahe genug an dem 455 nm Übergang der Thulium:ZBLAN Glasfaser um eine effiziente Verstärkung hier zu erzielen. The wavelength of the frequency-doubled Nd: GdVO4 laser with 456 nm or the wavelength of 455.5 nm of the Nd: ZBLAN glass fiber to achieve an efficient amplification here: YLF laser is close enough to the 455 nm transition of thulium. Eine weitere Möglichkeit ist der frequenzverdoppelte vibronische Laser Cr3+:LiScAlF, der in der Emissionswellenlänge über den ganzen erwünschten Bereich durchstimmbar ist. Another option is the vibrational frequency doubled laser Cr 3+: LiScAlF which is tunable in the emission wavelength over the desired range.

Für rot wird das Wellenlängenintervall von 620 nm bis 640 nm bevorzugt. For red, the wavelength interval from 620 nm to 640 nm is preferred. Zur Herstellung einer Emission bei der roten Wellenlänge von 635 nm, die in Pr:ZBLAN-Faser verstärkt werden kann könnte der ebenfalls über das ganz Intervall abstimmbare frequenzverdoppelte vibronische Forsterit Laser verwendet werden. To produce a red emission at the wavelength of 635 nm, which in Pr: ZBLAN fiber can be increased which is also tunable over the whole interval frequency doubled vibronic forsterite laser could be used.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren und der Beschreibung schematisch dargestellt. The invention is illustrated schematically with reference to the figures and the description. Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des gesamten Aufbaus, mit einem diodengepumpten Faserlaser, dem Bildmodulator und einem nachfolgenden diodengepumpten Faserverstärker. Fig. 1 is a schematic representation of the overall structure, with a diode-pumped fiber laser, the image modulator and a succeeding diode-pumped fiber amplifier.

Fig. 2 eine schematische Darstellung des gesamten Aufbaus, mit einem frequenzverdoppelten Kristallaser, eine Bildmodulator und einem nachfolgenden diodengepumpten Faserverstärker. Fig. 2 is a schematic representation of the overall structure, with a frequency-doubled Kristallaser, an image modulator and a succeeding diode-pumped fiber amplifier.

Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau des Lasersystems mit Glasfaserlaser GFL, Glasfaserverstärker GFV und integriertem optischen Modulator OM. Fig. 1 shows the overall structure of the laser system with fiber-optic laser GFL, optical fiber amplifier GFV and integrated optical modulator OM. Der geeignete Upconversion Glasfaserlaser GFL wird durch die Pumpdiode PD angeregt. The appropriate upconversion fiber lasers GFL is excited by the pump diode PD. Die elektronische Bildmodulation wird in dem optischen Modulator OM auf den Laserstrahl aufgeprägt. The electronic image modulation is superimposed in the optical modulator OM to the laser beam. Die mittlere Laserleistung liegt z. The average laser power is, for. B. in dem Leistungsbereich von 10-20 mW und wird von einer Emissionsfläche der Diode von z. B. in the power range of 10-20 mW, and is of an emission surface of the diode of z. B. 3 µm Durchmesser beugungsbegrenzt emittiert. B. 3 microns in diameter diffraction limited emitted. Mit einer Abbildungsoptik AO wird das modulierte Licht des Glasfaserlasers in den inneren Kern IK des Glasfaserverstärkers GFV mit dem Mantel M abgebildet. With an imaging optical system AO the modulated light of the fiber laser is imaged into the inner core of the optical fiber amplifier IK GFV with the mantle M. Am Ausgang des Glasfaserverstärker entsteht dann die Verstärkte Nutzstrahlung NS. The output of the fiber amplifier then reinforced useful radiation arises NS.

Die Pumpstrahlung von zwei Pumpdioden PD und PD' wird jeweils über eine Glasfaser GF in dem Wellenlängemultiplexer WM in einer gemeinsamen Faser vereinigt. The two pump radiation from the pump diodes PD and PD 'is combined in each case via a glass fiber GF in the wavelength multiplexer WM in a common fiber. Mit einem dichroitischen Strahlkoppler der das modulierte Diodenlicht durchläßt und das Pumplicht umlenkt werden beide Strahlen in dem Strahlkoppler SKauf eine gemeinsame Achse gebracht. With a dichroic beam combiner of the modulated diode transmits light and the pumping light are brought deflects both beams in the beam coupler SKauf a common axis.

Mit einer Einkoppeloptik EK wird das Pumplicht auf das Faserende fokussiert. With a coupling optics EK, the pump light is focused onto the fiber end. Das Pumplicht kann entweder direkt entlang des inneren Kern IK als auch zusätzlich durch einen äußeren Kern AK geleitet werden. The pump light may be either directly along the inner core as IK also be additionally passed through an outer core AK. In dem letzteren Fall diffundiert das Licht aus dem äußeren Kern in den dotierten inneren Kern IK entlang der Faser (Doppelkernpumpen). In the latter case, the light from the outer core in the doped inner core IK along the fiber diffuses (double core pumping).

Fig. 2 zeigt den Gesamtaufbau des Lasersystems mit Festkörperlaser FKL (Kristallaser), Glasfaserverstärker, GFL, Glasfaserverstärker GFV und integriertem optischen Modulator OM. Fig. 2 shows the overall structure of the laser system with solid-state laser FKL (Kristallaser), optical fiber amplifier, GFL, optical fiber amplifier GFV and integrated optical modulator OM.

Der frequenzverdoppelte Festkörperlaser FKL wird mit einer Laserdiode geeigneter Wellenlänge und Leistung gepumpt. The frequency-doubled solid-state laser FKL is pumped with a laser diode of a suitable wavelength and power. Die elektronische Bildmodulation BM wird in dem optischen Modulator OM auf den beugungsbegrenzten Laserstrahl mit einer Ausgangsleistung z. The electronic image modulation BM is in the optical modulator OM to the diffraction-limited laser beam with an output power z. B. von 10-20 mW aufgeprägt. B. of 10-20 mW impressed. Der Laserstrahl wird in den inneren Kern des Upconversion- Glasfaserverstärkers IK mit Hilfe der Abbildungsoptik AO fokussiert. The laser beam is focused in the inner core of the optical fiber amplifier upconversion IK with the aid of imaging optics AO.

Die Pumpstrahlung des Glasfaserverstärkers wird dann wie in gleicher Weise wie in Fig. 1 gezeigt ist und oben beschrieben wurde in die Faser abgebildet. The pumping radiation of the optical fiber amplifier is then as shown in the same manner as in Fig. 1 and was imaged in the fiber described above.

Es versteht sich, daß je nach Anwendung und verfügbarer Fasertechnologie unterschiedliche Glasfaserverstärkerstrukturen und unterschiedliche Methoden der Einkopplung des Pumplichtes in die Faser, auch Glasfaser aus unterschiedlichen Materalien und mit unterschiedlichen Dotierungen im Sinne der Erfindung eingesetzt werden können. It is understood that depending on the application and available fiber technology different optical fiber amplifier structures and different methods of coupling of the pump light into the fiber, and fiber from Different materials and different dopants according to the invention can be used.

Claims (11)

  1. 1. Lasersystem zur Herstellung der Laserstrahlung mindestens einer der Grundfarben Rot, Grün und Blau für Farbbilddarstellung mit integrierter Bildmodulation, dadurch gekennzeichnet , daß das Bildsignal der Strahlung eines Upconversion-Glasfaserlasers in einem externen Modulator aufgeprägt wird und dieses Licht in einem nachfolgenden Upconversion- Faserverstärker optisch weiterverstärkt wird. 1 laser system for the production of laser radiation of at least one of the primary colors red, green and blue for color image display with integrated image modulation, characterized in that the image signal of the radiation of an upconversion fiber laser is impressed in an external modulator, and this light is optically in a subsequent upconversion fiber amplifier is further enhanced.
  2. 2. Lasersystem zur Herstellung der Laserstrahlung mindestens einer der Grundfarben Rot, Grün und Blau für Farbbilddarstellung mit integrierter Bildmodulation, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildsignal der Strahlung eines diodengepumpten frequenzverdoppelten Kristallasers in einem externen Modulator aufgeprägt wird und dieses Licht in einem nachfolgenden Upconversion-Faserverstärker optisch weiterverstärkt wird. 2. A laser system for producing the laser radiation at least one of the primary colors red, green and blue for color image display with integrated image modulation, characterized in that the image signal of the radiation of a diode-pumped frequency-doubled Kristallasers is impressed in an external modulator, and this light is optically in a subsequent upconversion fiber amplifier is further enhanced.
  3. 3. Lasersystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Upconversion-Faserverstärker mit mindestens einer infraroten Laserdiode optisch gepumpt wird. 3. A laser system according to claims 1 and 2, characterized in that the upconversion fiber amplifier is optically pumped with at least an infrared laser diode.
  4. 4. Lasersystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung mehrerer infraroten Pumpdioden unterschiedlicher Wellenlänge mit Glasfaseranschluß in einem Glasfaserwellenlängenmultiplexer in einer gemeinsame Glasfaser zusammengeführt werden. 4. A laser system according to claim 1 and 2, characterized in that the radiation of a plurality of different wavelength infrared pump diodes with optical fiber connector in an optical fiber wavelength multiplexer in a common optical fiber are brought together.
  5. 5. Lasersystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung mehrerer infraroter Pumpdioden unterschiedlicher Wellelänge mit dielektrischen Spiegeln oder Beugungsgittern überlagert werden. 5. A laser system according to claim 1 and 2, characterized in that the radiation of a plurality of infrared diodes pumping different wavelength with dielectric mirrors or diffraction gratings are superimposed.
  6. 6. Lasersystem nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlbündel der modulierten Laserstrahlung und Pumpstrahlung über dichroitische Strahlteiler auf eine gemeinsame optische Achse vor der Einkoppelung in den Faserverstärker gebracht werden. 6. The laser system of claim 1, 2 and 3, characterized in that the beam of the modulated laser radiation and pump radiation via dichroic beam splitters to a common optical axis are placed in the fiber amplifier before the incoupling.
  7. 7. Lasersystem nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung der modulierten Laserdiode und die Strahlung der Pumpdioden die beide über getrennte Faseranschlüsse geleitet werden in eine gemeinsame Faser in einem Faserwellenlängenmultiplexer zusammengeführt werden. 7. A laser system according to claim 1 to 5, characterized in that the radiation of the modulated laser diode and the radiation from the pump diodes are routed through separate fiber connections both of which are brought together in a common fiber in a fiber wavelength division multiplexer.
  8. 8. Lasersystem nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß der Glasfaserverstärker an beiden Enden durch Pumpdioden angeregt wird. 8. A laser system according to claim 1 to 7, characterized in that the optical fiber amplifier is excited at both ends by pump diodes.
  9. 9. Lasersystem nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Pumpstrahlung als auch die modulierte Diodenstrahlung gemeinsam in einem inneren Kern der Faser weitergeleitet werden. 9. A laser system according to claims 1 to 8, characterized in that both the pumping radiation and the radiation modulated diodes are collectively forwarded into an inner core of the fiber.
  10. 10. Lasersystem nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß der Glasfaserverstärker einen inneren und äußeren Kern mit einem umschließenden Fasermantel besitzt wo die modulierte Diodenstrahlung entlang des inneren und die Pumpstrahlung entlang sowohl des inneren und äußeren Kernes entlang der Faser geleitet wird. 10. A laser system according to claims 1 to 8, characterized in that the fiber amplifier has an inner and outer core with a surrounding fiber cladding where the modulated diode radiation along the inner and along the pump radiation of both the inner and outer core along the fiber is passed.
  11. 11. Lasersystem nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumplicht in die den Glasfaserverstärker seitlich entlang der Faser durch ein Beugungsgitter in den Faserkern eingekoppelt wird. 11. A laser system according to claims 1 to 5, characterized in that the pumping light in the optical fiber amplifier is coupled to the side along the fiber through a diffraction grating in the fiber core.
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