DE19963805A1 - Weißlichtquelle auf der Basis nichtlinear-optischer Prozesse - Google Patents
Weißlichtquelle auf der Basis nichtlinear-optischer ProzesseInfo
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Abstract
Eine Weißlichtquelle weist eine Lichtemissionseinrichtung (1), insbesondere einer IR-Laserdiode auf, deren emittiertes Strahlungsbündel in einem nichtlinear-optischen Element (2) und einem Konversionselement (3) in ein Strahlungsbündel mit Wellenlängen lambda¶1¶...lambda¶n¶ umgewandelt wird, die zueinander komplementärfarbig sind und somit als weißes Licht wahrnehmbar sind.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weißlichtquelle gemäß
Patentanspruch 1. Insbesondere betrifft die vorliegende Er
findung eine Weißlichtquelle, bei der eine Lichtemissionsein
richtung Lichtstrahlung in einem relativ langwelligen, d. h.
roten oder infraroten Spektralbereich emittiert, welche durch
nichtlinear-optische Prozesse in eine Ausgangsstrahlung umge
wandelt wird, deren spektrale Bestandteile im wesentlichen
komplementärfarbig sind, so daß die Ausgangsstrahlung als
weißes Licht erscheint.
Eine Weißlichtquelle auf Basis einer Halbleiter-LED ist bei
spielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 38 04 293
bekannt. Darin ist eine Anordnung mit einer Elek
trolumineszenz- oder Laserdiode beschrieben, bei der das von
der Diode abgestrahlte Emissionsspektrum mittels eines mit
einem phosphoreszierenden, lichtwandelnden organischen Farb
stoff versetzten Elements aus Kunststoff zu größeren Wellen
längen hin verschoben wird. Das von der Anordnung abgestrahl
te Licht weist dadurch eine andere Farbe auf als das von der
Leuchtdiode ausgesandte Licht. Abhängig von der Art des dem
Kunststoff beigefügten Farbstoffes lassen sich mit ein- und
demselben Leuchtdiodentyp Leuchtdiodenanordnungen herstellen,
die in unterschiedlichen Farben leuchten.
In vielen potentiellen Anwendungsgebieten für Leuchtdioden,
wie z. B. bei Anzeigeelementen im Kfz-Armaturenbereich, Be
leuchtung in Flugzeugen und Autos und bei vollfahrttauglichen
LED-Displays, tritt verstärkt die Forderung nach Leucht
diodenanordnungen auf, mit denen sich mischfarbiges Licht,
insbesondere weißes Licht, erzeugen läßt.
In der WO 98/12757 ist eine wellenlängenkonvertierende Ver
gußmasse für ein elektrolumineszierendes Bauelement mit einem
ultraviolettes, blaues oder grünes Licht aussendenden Körper
auf der Basis eines transparenten Epoxidharzes beschrieben,
das mit einem Leuchtstoff, insbesondere mit einem anorgani
schen Leuchtstoffpigmentpulver mit Leuchtstoffpigmenten aus
der Gruppe der Phosphore, versetzt ist. Als bevorzugtes Aus
führungsbeispiel wird eine Weißlichtquelle beschrieben, bei
welcher eine strahlungsemittierende Halbleiter-LED auf der
Basis von GaN, GaInN, GaAlN oder GaInAlN mit einem Emissions
maximum zwischen 420 nm und 460 nm mit einem Leuchtstoff kom
biniert ist, der so gewählt ist, daß eine von dem Halbleiter
körper ausgesandte blaue Lichtstrahlung in komplementäre Wel
lenlängenbereiche, insbesondere blau und gelb, oder zu addi
tiven Farbtripeln, z. B. blau, grün und rot, umgewandelt wird.
Hierbei wird das gelbe bzw. das grüne und rote Licht von den
Leuchtstoffen erzeugt. Der Farbton (Farbort in der CIE-Farb
tafel) des solchermaßen erzeugten weißen Lichts kann dabei
durch geeignete Wahl des oder der Leuchtstoffe hinsichtlich
Mischung und Konzentration variiert werden.
Ebenso offenbart die WO 98/54929 ein sichtbares lichtemittie
rendes Halbleiterbauelement mit einer UV-/blau-LED, welche in
einer Vertiefung eines Trägerkörpers angeordnet ist, deren
Oberfläche eine lichtreflektierende Schicht aufweist und mit
einem transparenten Material gefüllt ist, welches die LED an
ihren Lichtaustrittsseiten umgibt. Zur Verbesserung der
Lichtauskopplung weist das transparente Material einen Bre
chungsindex auf, der niedriger als der Brechungsindex der
lichtaktiven Region der LED ist.
Die WO 97/50132 offenbart ein lichtabstrahlendes Halbleiter
bauelement mit einem Strahlung aussendenden Halbleiterkörper
und einem Lumineszenz-Konversionselement. Der Halbleiterkör
per sendet Strahlung im ultravioletten, blauen und/oder grü
nen Spektralbereich aus und das Lumineszenz-Konversions
element wandelt einen Teil dieser Strahlung in Strahlung mit
einer größeren Wellenlänge um, wodurch sich Leuchtdioden her
stellen lassen, die mittels eines einzigen lichtaussendenden
Halbleiterkörpers mischfarbiges Licht, insbesondere weißes
Licht, abstrahlen. Als besonders bevorzugter Lumineszenz-
Konversionsstoff wird Cer-dotiertes Yttrium-Aluminiumgranat
(YAG:Ce) beschrieben.
Die bekannten Anordnungen haben jedoch den Nachteil, daß sie
- wie beschrieben - nur mit einer im blauen oder ultraviolet
ten Spektralbereich emittierenden Leuchtdiode oder Laserdiode
betrieben werden können. Diese Lichtemitter werden üblicher
weise auf der Basis von GaN oder II-VI-Verbindungen wie
ZnS/Se hergestellt und die erzielbaren Lichtleistungen liegen
bei einigen 10 mW.
Es ist dementsprechend Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Weißlichtquelle mit einer Lichtemissionseinrichtung an
zugeben, die insbesondere für höhere Lichtleistungen im Watt-
und Multiwattbereich mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Le
bensdauer ausgelegt ist und routinemäßig hergestellt werden
kann. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Weißlichtquelle mit einer Laserdiode, insbesondere einer
Infrarot-Laserdiode auf der Basis von III-V-Verbindungen, wie
z. B. GaAlAs, GaInAlAs, GaInAs bzw. InGaAsP, die nur in der
Grundmode emittiert, anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1
gelöst.
Dementsprechend beschreibt die vorliegende Erfindung eine
Weißlichtquelle mit einer Lichtemissionseinrichtung zur Emis
sion eines Strahlungsbündels mit einer oder mehreren Strah
lungsfrequenzen im roten oder infraroten Spektralbereich, ei
nem nichtlinear-optischen Element, in welchen das emittierte
Strahlungsbündel eingekoppelt und mindestens teilweise in ein
frequenzgemischtes Strahlungsbündel umgewandelt wird, in wel
chem aus den Strahlungsfrequenzen durch Frequenzmischung
und/oder Frequenzverdopplung und/oder Summen- oder Differenz
frequenzbildung eine oder mehrere Mischfrequenzen erzeugt
werden, und ein Konversionselement, in welches das frequenz
gemischte Strahlungsbündel eingekoppelt und mindestens teil
weise in Lichtstrahlung größerer oder kleinerer Wellenlänge
umgewandelt wird, daß das Emissionsspektrum des von dem Kon
versionselement abgestrahlten Strahlungsbündels zueinander
komplementärfarbige Spektralbereiche aufweist.
Das Grundprinzip der Erfindung besteht somit darin, eine kon
ventionelle Lichtquelle wie eine Infrarot-Laserdiode auf der
Basis von III-V-Halbleitermaterial zu verwenden und die von
der Lichtquelle emittierte Lichtstrahlung mittels nichtline
ar-optischer Prozesse in Weißlicht umzuwandeln.
In einer ersten Ausführungsform ist der nichtlinear-optische
Kristall derart beschaffen, daß er entweder als Frequenzver
doppler für eine einzelne Strahlungsfrequenz wirkt oder daß
er die Summenfrequenz aus mehreren verschiedenen Strahlungs
frequenzen der Lichtemissionseinrichtung erzeugen kann, wobei
das Konversionselement ein Lumineszenz-Konversionselement
ist. Für letzteres kann entweder ein organischer Farbstoff
oder ein anorganischer Leuchtstoff, insbesondere ein Phosphor
wie beispielsweise Cer-dotiertes YAG, verwendet werden.
Im einfachsten Fall ist der nichtlinear-optische Kristall so
mit ein konventioneller Frequenzverdoppler, der aus einer
einzelnen in dem emittierten Strahlungsbündel enthaltenen
Strahlungsfrequenz die zweite Harmonische erzeugt. Der nicht
linear-optische Kristall kann jedoch auch zusätzlich die Ei
genschaft aufweisen, daß er aus zwei oder auch mehr verschie
denen Strahlungsfrequenzen des emittierten Strahlungsbündels
eine Summenfrequenz erzeugt.
Die Lichtemissionseinrichtung ist vorzugsweise eine Laser
strahlquelle, da für eine effiziente Frequenzverdopplung oder
Frequenzmischung die Strahlintensität des in den nichtlinear-
optischen Kristall eingekoppelten Strahlungsbündels eine
wichtige Rolle spielt. Der Verdopplungswirkungsgrad η verhält
sich wie η ~ I2, d. h. er steigt quadratisch mit der einge
strahlten Lichtintensität I = P/A (P = Lichtleistung, A =
Fläche) an. Es kann daher auch von Vorteil sein, die Lich
temissionseinrichtung gepulst zu betreiben, da z. B. bereits
eine Verdopplung der Pulshöhe eine Vervierfachung des Ver
dopplungswirkungsgrades zur Folge hat.
Die Laserstrahlquelle ist vorzugsweise ein Festkörperlaser.
Als solcher bietet sich natürlich insbesondere eine Laser
diode, im vorliegenden Fall also eine im roten oder infraro
ten Spektralbereich emittierende Laserdiode, an. Hier können
insbesondere die sogenannten Vertikalresonator-Laserdioden
(VCSELs) verwendet werden, die nur eine geringe Strahldiver
genz aufweisen und deren Strahlen mit einem Mikrolinsenarray
kollimiert werden können. Diese oder auch andere Arten von
Laserdioden können in einem Array angeordnet werden, welches
einem Plättchen aus einem nichtlinear-optischen Kristall ge
genüberliegt, so daß jede Laserdiode ein Strahlungsbündel
emittiert, welches an jeweils einer eigenen Stelle durch das
nichtlinear-optische Kristallplättchen hindurch tritt. Auf
der gegenüberliegenden Oberfläche des nichtlinear-optischen
Kristallplättchens kann das Konversionselement, also bei
spielsweise ein Leuchtstoff, direkt aufgebracht sein oder in
einem Abstand davon angeordnet sein.
Es kann jedoch auch ein anderer Festkörper, wie beispielswei
se ein Nd:YAG-Laser verwendet werden.
Das Material des nichtlinear-optischen Elements kann aus der
Gruppe KNbO3, BaNaNbO15 (Banana-Kristall), LiIO3, KTiOPO4
(KTP), LiNbO3 (Lithiumniobat), LiB3O5 (LBO), oder β-BaB2O4
(BBO) oder eines anderen nichtlinear-optischen Kristallmate
rials ausgewählt sein.
Das Konversionselement ist bei dieser ersten Ausführungsform
ein Konversionselement. Vorzugsweise wird dabei ein Leucht
stoff, also im weitesten Sinne ein Phosphor eingesetzt. Wenn
das den nichtlinear-optischen Kristall verlassende Strah
lungsbündel im wesentlichen im blauen Spektralbereich liegt,
so ist insbesondere die Verwendung von Cer-dotiertem Yttrium-
Aluminiumgranat (YAG:Ce) besonders vorteilhaft, da dieser
Phosphor das blaues Licht besonders effizient in gelbes Licht
umwandelt, so daß eine derartige teilweise Konversion eine
Mischung aus blauem und gelbem Licht erzeugt, welche in be
sonders zufriedenstellendem Maße den physiologischen Eindruck
einer Weißlichtquelle erzeugt.
In einer zweiten Ausführungsform ist der nichtlinear-optische
Kristall ein optisch-parametrischer Oszillator (OPO) und das
Konversionselement ist ein zweites nichtlinear-optisches Ele
ment, welches der Frequenzverdopplung und Summenfrequenzer
zeugung fähig ist. Diese zweite Ausführungsform beschreibt
somit den umgekehrten Weg wie die erste Ausführungsform, da
in dem OPO-Kristall aus der Anregungswellenlänge zunächst
längere Wellenlängen erzeugt werden ("down-conversion") und
erst im zweiten Schritt in dem zweiten nichtlinear-optischen
Element wieder kürzere Wellenlängen erzeugt werden ("up-con
version").
Auch bei dieser Ausführungsform können die schon für die er
ste Ausführungsform genannten Lichtemissionseinrichtungen
verwendet und es können für die nichtlinear-optischen Elemen
te die dort bereits genannten Materialien verwendet werden.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Er
findung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der ersten Ausfüh
rungsform der Weißlichtquelle gemäß der vorliegen
den Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der zweiten Ausfüh
rungsform der Weißlichtquelle gemäß der vorliegen
den Erfindung;
Fig. 3 ein praktisches Ausführungsbeispiel für eine erfin
dungsgemäße Weißlichtquelle unter Verwendung eines
Arrays von Lichtemissionseinrichtungen.
Die schematische Darstellung der ersten Ausführungsform in
der Fig. 1 zeigt eine Lichtemissionseinrichtung 1, im vorlie
genden Fall einen Infrarot(IR-)Laser, insbesondere eine IR-
Laserdiode, welche ein vorzugsweise schmalbandiges Emissions
spektrum mit einem Maximum bei einer Wellenlänge λ0 aufweist.
Für den Fall der Verwendung einer Laserdiode bietet sich bei
spielsweise eine Vertikalresonator-Laserdiode (VCSEL) an,
welche bekanntermaßen oberflächenemittierend ist und einen
relativ schwach divergenten Strahl emittiert. In diesem Fall
können auch mehrere VCSELs als Array auf einem gemeinsamen
Halbleitersubstrat geformt werden, über die ein Mikrolinsen
array zur Kollimierung der Strahlen angebracht wird. Es kann
jedoch auch ein anderer Festkörperlaser, beispielsweise ein
Nd:YAG-Laser, verwendet werden, welcher bei einer Wellenlänge
von 1064 nm emittiert.
Die Lichtemissionseinrichtung 1 wird vorzugsweise gepulst be
trieben, da die erfindungswesentlichen Prozesse wie Frequenz
verdopplung oder Summen- bzw. Differenzfrequenzerzeugung in
ihrer Effizienz proportional zum Quadrat der Lichtleistung
sind.
Das von der Lichtemissionseinrichtung 1 emittierte Strah
lungsbündel mit dem Hauptmaximum bei der Wellenlänge λ0 wird
einem nichtlinear-optischen Kristall 2 zugeführt, in welchem
bei der vorliegenden Ausführungsform im einfachsten Fall eine
Frequenzverdopplung durchgeführt wird, die beispielsweise
durch die bekannte Typ-II-Phasenanpassung erfolgen kann. Dem
entsprechend erzeugt der nichtlinear-optische Kristall 2 ein
Strahlungsbündel mit einem Emissionsmaximum bei einer Wellen
länge λ0/2. Als Materialien für den nichtlinear-optischen
Kristall 2 können alle derzeit bekannten Arten verwendet wer
den. Bevorzugte Materialien sind KNbO3 (Kaliumniobat), BaNaN
bO15 (Banana-Kristall), LiIO3, KTiOPO4 (KTP), LiNbO3 (Lithium
niobat), LiB3O5 (LBO),
β-BaB2O4 (BBO).
Wenn die IR-Laserdiode beispielsweise bei einer Wellenlänge
λ0= 920 nm emittiert, so erzeugt der nichtlinear-optische
Kristall 2 ein Signal bei der zweiten Harmonischen, d. h. ei
ner Wellenlänge λ0/2 = 460 nm. Auf diese Weise kann man mit
der IR-Laserdiode und dem nichtlinear-optischen Kristall 2
die üblicherweise in Weißlichtquellen dieser Art verwendete
GaN- bzw. InGaN-Lumineszenz- bzw. Laserdiode ersetzen.
Mit der frequenzverdoppelten Strahlung wird dann in an sich
bekannter Weise ein Konversionselement 3 beaufschlagt, mit
welchem eine Ausgangsstrahlung mit Wellenlängen λ1 . . . λn er
zeugt wird, die zueinander komplementärfarbige Spektralberei
che aufweisen. Die Wellenlängen λ1 . . . λn können somit bei
spielsweise im blauen und im gelben Spektralbereich liegen
oder sie können durch ein Farbtripel im roten, grünen und
blauen Spektralbereich gebildet sein. In beiden Fällen wird
durch die additive Mischung der Farben weißes Licht erzeugt.
Das Konversionselement 3 ist in der vorliegenden Ausführungs
form ein Lumineszenz-Konversionselement. Dieses kann einer
seits durch organische Farbstoffmoleküle gebildet sein, die
in eine geeignete Matrix eingebettet sind. Es kann anderer
seits durch einen anorganischen Leuchtstoff wie einen Phos
phor gebildet sein. Besonders bevorzugt ist diesbezüglich
Cer-dotiertes Yttrium-Aluminiumgranat (YAG:Ce), da dieses be
kanntermaßen eine effiziente Umwandlung von blauem in gelbes
Licht ermöglicht. In diesem Fall würde also ein Teil des ein
gangsseitig in das Konversionselement 3 eintretenden blauen
Lichts ungehindert hindurchtreten und sich mit dem konver
tierten gelben Licht zu Weißlicht mischen.
Das Konversionselement 3 kann auch durch ein Halbleitermate
rial oder durch ein Schichtsystem aus unterschiedlichen Halb
leitermaterialien gebildet werden.
Es ist ebenso denkbar, daß das von der Lichtemissionseinrich
tung 1 emittierte Strahlungsbündel mehrere Strahlungsfrequen
zen aufweist und in dem nichtlinear-optischen Kristall 2 eine
Summenfrequenz erzeugt wird.
Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird somit
in einem ersten Schritt in dem nichtlinear-optischen Kristall
2 zunächst eine Aufwärtskonversion der zugeführten Licht
strahlung vorgenommen, während anschließend in einem zweiten
Schritt die aufwärtskonvertierte Lichtstrahlung in dem Kon
versionselement 3 derart aufzueinander komplementärfarbige
Wellenlängen verteilt wird, daß im Ergebnis weißes Licht er
zeugt wird.
Die in der Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung geht gewissermaßen den umgekehrten
Weg, indem hier zunächst durch Abwärtskonversion Wellenlängen
erzeugt werden, die größer als die Ausgangswellenlänge sind,
und anschließend diese Wellenlängen durch Frequenzverdopplung
und Summenfrequenzbildung aufwärtskonvertiert werden.
Der Reihe nach wird auch bei der zweiten Ausführungsform eine
Lichtemissionseinrichtung 1, im vorliegenden Fall ein Nd:YAG-
Laser, verwendet, der eine Wellenlänge von λ0 = 1064 nm er
zeugt. In der vorliegenden Ausführungsform wird das nichtli
near-optische Element durch einen optisch-parametrischen Os
zillator (OPO) 12 gebildet. In diesem wird in an sich bekann
ter Weise die Eingangsstrahlung bei der Wellenlänge λ0 = 1064
nm in Teilstrahlen mit den Wellenlängen 1535 nm und 3468 nm
aufgespalten. Die Resonatorspiegel des OPO-Kristalls 12, d. h.
in der Regel die verspiegelten Oberflächen des OPO-Kristalls
sind bezüglich ihrer Wellenlängenselektivität derart gewählt,
daß in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Wellenlänge
3468 nm keine Verstärkung innerhalb des Resonators erfährt
und die Resonatorspiegel lediglich bei der Wellenlänge 1535
nm eine hohe Reflektivität aufweisen. Somit treten durch den
OPO-Kristall 12 nur die Pumpwellenlänge 1064 nm und die von
ihr erzeugte Wellenlänge 1535 nm hindurch.
Das Konversionselement 13 ist im vorliegenden Fall der zwei
ten Ausführungsform ein zweiter nichtlinear-optischer Kris
tall, in welchem eine Frequenzverdopplung und Summenfre
quenzerzeugung der Wellenlängen des von dem OPO-Kristall 12
emittierten Strahlungsbündels durchgeführt wird. In dem vor
liegenden Ausführungsbeispiel wird eine erste Wellenlänge λ1
= 629 nm durch Summenfrequenzbildung der beiden Wellenlängen
1064 nm und 1535 nm der Eingangsstrahlung erzeugt. Eine zwei
te Wellenlänge λ2 = 532 nm wird durch Frequenzverdopplung der
erstgenannten Wellenlänge erzeugt. Eine dritte Wellenlänge λ3
= 446 nm wird durch Summenfrequenzbildung aus der erstgenann
ten Wellenlänge mit der frequenzverdoppelten zweitgenannten
Wellenlänge erzeugt.
Auf diese Weise werden drei komplementärfarbige Wellenlängen
erzeugt, nämlich rot, grün und blau, deren additive Farb
mischung weißes Licht ergibt.
Auch bei der zweiten Ausführungsform kann als Lichtemissions
einrichtung eine Laserdiode wie ein VCSEL verwendet werden.
In Fig. 3 ist schließlich noch eine praktische Ausführungs
form für eine erfindungsgemäße Weißlichtquelle dargestellt.
In dieser sind auf einem Halbleitersubstrat 10 eine Mehrzahl
von matrixartig angeordneten Lichtemissionseinrichtungen 1,
insbesondere Vertikalresonator-Laserdioden (VCSEL), geformt,
durch die mit Hilfe von Mikrolinsen Strahlungsbündel im in
fraroten Spektralbereich emittiert werden. In Abstrahlrich
tung der Laserdioden ist zunächst ein nichtlinear-optischer
Kristall 2, beispielsweise in Form eines LiNb3-Plättchens an
geordnet, durch welches die von den emittierten Strahlungs
bündeln zweite Harmonische erzeugt wird. Vorzugsweise ist
zwischen den Laserdioden und dem Lithiumniobat-Plättchen noch
eine Linsenanordnung montiert, die aus einer matrixartigen
Vielzahl von Einzellinsen besteht, durch die jedes der Strah
lungsbündel optimal auf je eine eigene Stelle des Lithiumni
obat-Plättchens fokussiert wird. Für eine effiziente Fre
quenzverdopplung ist erforderlich, daß die Wellenfronten der
Strahlungsbündel in der Ebene des Lithiumniobat-Plättchens
möglichst eben sind.
Auf die den Laserdioden abgewandte Oberfläche des Lithiumni
obat-Plättchens ist ein Konversionselement 3, insbesondere
ein Lumineszenz-Konversionselement 3, aufgebracht. Dieses
kann beispielsweise aus einem Leuchtstoff wie einem Phosphor
bestehen. Dieser ist vorzugsweise in Form von Leuchtstoffpar
tikeln in einer transparenten Einbettungsmasse dispergiert,
die auf dem Lithiumniobat-Plättchen aufgebracht wurde. Alter
nativ dazu kann das Konversionselement 3 auch separat von dem
nichtlinear-optischen Kristall 2 angeordnet werden. Schließ
lich kann noch eine weitere Linse, insbesondere eine Fresnel-
Linse, vorgesehen sein, um das erzeugte Weißlicht ins Unend
liche zu projizieren.
Oberhalb des Lithiumniobat-Plättchens ist ein Mikrolinsen
array 4 angeordnet, welches eine matrixartige Anordnung von
einzelnen Mikrolinsen aufweist, die jeweils einzelnen Laser
dioden zugeordnet sind.
Das dargestellte praktische Ausführungsbeispiel kann auch
durch die zweite Ausführungsform gebildet werden. Hierbei ist
der nichtlinear-optische Kristall 2 durch einen OPO-Kristall
gebildet und das Konversionselement 3 ist durch einen zweiten
nichtlinear-optischen Kristall gebildet.
Claims (12)
1. Weißlichtquelle, mit
- - einer Lichtemissionseinrichtung (1) zur Emission eines Strahlungsbündels mit einer oder mehreren Strahlungsfre quenzen im roten oder infraroten Spektralbereich,
- - einem nichtlinear-optischen Element (2), in welches das emittierte Strahlungsbündel eingekoppelt und mindestens teilweise in ein frequenzgemischtes Strahlungsbündel umge wandelt wird, in welchem aus einem oder mehreren der Strah lungsfrequenzen durch Frequenzmischung und/oder Frequenz verdopplung und/oder Summen- oder Differenzfrequenzbildung eine oder mehrere Mischfrequenzen erzeugt werden, und
- - ein Konversionselement (3), in welches das frequenzgemisch te Strahlungsbündel eingekoppelt und derart mindestens teilweise in Lichtstrahlung größerer oder kleinerer Wellen längen umgewandelt wird, daß das Emissionsspektrum des von dem Konversionselement (3) abgestrahlten Strahlungsbündels zueinander komplementärfarbige Spektralbereiche aufweist.
2. Weißlichtquelle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - das nichtlinear-optische Element (2) derart beschaffen ist, daß er entweder als Frequenzverdoppler für eine einzelne Strahlungsfrequenz wirkt oder daß er die Summenfrequenz aus mehreren verschiedenen Strahlungsfrequenzen der Lichtemis sionseinrichtung (1) erzeugen kann, und
- - das Konversionselement (3) ein Lumineszenz-Konversions element ist, insbesondere entweder ein organischer Farb stoff, ein anorganischer Leuchtstoff, wie ein Phosphor, oder ein Halbleiter.
3. Weißlichtquelle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - das nichtlinear-optische Element (2) ein optisch-para metrischer Oszillator (OPO) ist, und
- - das Konversionselement (3) ein zweites nichtlinear-opti sches Element ist, welches der Frequenzverdopplung und Sum menfrequenzerzeugung fähig ist.
4. Weißlichtquelle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Lichtemissionseinrichtung (1) eine Laserstrahlquelle, insbesondere ein Festkörperlaser, ist.
5. Weißlichtquelle nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - der Festkörperlaser eine kantenemittierende Laserdiode oder eine Vertikalresonator-Laserdiode (VCSEL), insbesondere aus GaAlAs, InGaAlAs, InGaAs bzw. InGaAlP, ist.
6. Weißlichtquelle nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - der Festkörperlaser (1) ein Nd:YAG-Laser ist.
7. Weißlichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Lichtemissionseinrichtung (1) für einen gepulsten Be trieb verwendbar ist.
8. Weißlichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - das Material des nichtlinear-optischen Element (2) aus der Gruppe KNbO3, BaNaNbO15, LiIO3, KTiOPO4 (KTP), LiNbO3, LiB3O5, β-BaB2O4 ausgewählt ist.
9. Weißlichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - eine Mehrzahl von Lichtemissionseinrichtungen (1) auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet ist.
10. Weißlichtquelle nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Lichtemissionseinrichtungen (1) Vertikalresonator- Laserdioden (VCSELs) sind, die auf einem gemeinsamen Halb leitersubstrat (10) geformt sind.
11. Weißlichtquelle nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die von den Lichtemissionseinrichtungen (1) emittierten Strahlungsbündel durch je eine Stelle eines gemeinsamen nichtlinear-optischen Elements (2) hindurchtreten.
12. Weißlichtquelle nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - das Konversionselement (3) unmittelbar auf der den Licht emissionseinrichtungen (1) abgewandten Oberfläche des nichtlinear-optischen Elements (2) aufgebracht ist.
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