KR20060126430A - 프로젝션 디스플레이에 적합한 도파관 레이저 광원 - Google Patents

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KR20060126430A
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홀저 몬츠
제로 헤우슬러
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 도파관을 펌프하는데 이용되는 반도체 다이오드 레이저와 그 광원으로서의 이용에 관련된다. 본 발명에 의한, IR 파장 방사로부터 가시 파장 방사를 발생시키는 도파관 레이저(15)는: a) IR 파장 방사를 발생시키는 적어도 하나의 반도체 다이오드 레이저 또는 다이오드 레이저 바(8); b) 광자 흡수 에너지 전달과 잇따른 방출이 이루어지는 업컨버전 프로세스에 의해 IR 파장 방사를 가시 파장으로 변환하는, 반도체 다이오드 레이저 내 방출 레이어의 두께보다 적어도 1 ㎛ 더 두꺼운 두께를 갖는 적어도 하나의 업컨버전 레이어(13a, 13b, 13c); c) 가시 파장 방사를 재순환시키는 적어도 하나의 광학 공진기 및/또는 IR 파장 방사를 재순환시키는 적어도 하나의 광학 공진기를 포함하고, 상기 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 바 및 상기 업컨버전 레이어들은 동일 기판 또는 각각 별개의 기판(12, 14)에 배열되고, 상기 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 바 및 상기 업컨버전 레이어(들)는 인접해서 배열되며, 상기 인접해서 배열된 다이오드 레이저 바 및 업컨버전 레이어(들) 사이에 갭이 형성되고; 또는 상기 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 바 및 업컨버전 레이어(들)이 이 순서로 접촉해 배열되고; 그리고 상기 도파관 레이저는 2≤M2≤1000인 빔 특성 M2를 가진다.

Description

프로젝션 디스플레이에 적합한 도파관 레이저 광원{WAVEGUIDE LASER LIGHT SOURCE SUITABLE FOR PROJECTION DISPLAYS}
본 발명은 도파관 레이저 펌핑된 다이오드 레이저(diode laser pumped waveguide lasers)와, 이를 종래의 아크 램프를 대신하는 광원으로서 이용하는 것에 관련되고, 더욱 구체적으로는 업컨버전 도파관 레이저(upconversion waveguide laser)에 관련된다. 본 발명의 도파관 레이저는 광원으로 이용되어, 다양한 조명 기구, 예를 들면, 헤드라이트, 가게, 집, 엑센트(accent), 스팟(spot), 또는 극장 조명뿐만 아니라 프로젝션 디스플레이 등의 종래의 아크 램프를 대신한다.
레이저 다이오드는, 전류가 그것을 지나 통과할 때 가시광선이나 적외선(IR) 스펙트럼에서의 파(wave)가 모두 동일 주파수와 동일 상을 가지는 가간섭방사(coherent radiation)를 발생시키는 반도체 장치이다. 도파관 레이저는 펌프원으로서의 레이저 다이오드와, 다이오드 레이저 펌프 방사가 흡수되어 다른 파장으로 변환되는 도파관 구조를 포함한다. 레이저 다이오드와 도파관 레이저는, 광학 시스템, 컴팩트 디스크(CD), 고체 상태 레이저(solid state laser)에 대한 펌프원, 레이저 프린터, 원격-제어 장치, 침입 탐지 시스템, 및 용접이나 절삭 등의 처리물질로서 이용된다.
미국특허공보(US-A) 제5,436,919호는, 상대적으로 긴 파장 방사를 발생시키 는 반도체 레이저 다이오드를 포함해 가시광선 또는 자외선 방사를 발생시키는, 멀티 파장 업컨버전 도파관 레이저, 상대적으로 긴 파장 방사를 가시광선 또는 자외선 파장 방사로 변환하는 박막 재료를 가지는 채널 도파관, 및 가시광선 또는 자외선 파장 방사를 재순환시키는 광학 공진기를 포함한다. 광학 공진기는 출력 결합기로서 출력 광학적 코팅(output optical coating) 또는 하나 이상의 브래그 그레이팅 반사기(Bragg grating reflector)를 이용할 수 있다. 하나 이상의 광학 공진기가 하나 이상의 가시광선 또는 자외선 방사 파장을 발생하는데 이용될 수 있다. 하나 이상의 독립적으로 제어가능한 광파 변조기가 가시광선 또는 자외선 파장 방사를 변조하는데 이용될 수 있다. 미국특허공보(US-A) 제5,436,919호에서 박막 재료는 0.7 ㎛ 내지 2.0 ㎛의 두께를 갖는다.
상기의 다이오드 레이저와 업컨버전 도파관 레이저가 종래에 일반적으로 공지되어 있다.
그러나, 상기 도파관 레이저를 수직방향으로 낮은 치수범위를 갖도록 제조하고, 적은 수의 구성요소와 증가된 견고성을 갖도록 함과 동시에, 보다 컴팩트 시키고 비용을 낮춤으로써, 아크 램프보다 뛰어나거나 거의 동등한 광성능(ray performance)을 갖는 광원을 제공해서, 상기 도파관 레이저가 아크 램프를 대신해 향상되거나 유사한 방사 성능을 갖는 광원으로 이용될 수 있도록, 도파관 레이저의 제조 프로세스를 간소화하려는 장기간의 요구가 있었다.
본 발명의 목적은 아크 램프와 유사한 방사 성능을 갖는 도파관 레이저를 제공함으로써 상술한 문제점들을 해결하는 데 있다. 본 발명의 도파관 레이저 광원은 제조하기 용이하고 더욱 컴팩트하며, 종래 공지된 레이저 다이오드와 비교할 때 아크 램프와 더욱 유사하다.
이러한 목적은, IR 파장 방사로부터 가시 파장 방사를 발생시키는 도파관 레이저에 있어서, a)IR 파장 방사를 발생시키는 적어도 하나의 반도체 다이오드 레이저 또는 레이저 바; b)광자 흡수 에너지 전달과 잇따른 방출이 이루어지는 업컨버전 프로세스에 의해, IR 파장 방사를 가시 파장으로 변환하는 적어도 하나의 업컨버전 레이어; c)가시 파장 방사를 재순환시키는 적어도 하나의 광학 공진기 및/또는 IR 파장 방사를 재순환시키는 적어도 하나의 광학 공진기를 포함하고; 업컨버전 레이어의 두께는 반도체 다이오드 레이어 내 방출 레이어의 두께보다 적어도 1 ㎛ 더 두껍고; 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 바 및 업컨버전 레이어는 동일 기판에 배열되거나 각각 별개의 기판에 배열되고; 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 바 및 업컨버전 레이어가 인접해서 배열되어, 인접하게 배열된 다이오드 레이저 또는 다이오드 바와 업컨버전 레이어 간에 갭이 형성되며; 또는 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 바 및 업컨버전 레이어가 접촉해서 배열되고; 그리고 다이오드 레이저가 2≤M2≤1000인 광학 빔 특성 M2를 가지는, 도파관 레이저에 의해 실현된다.
또한, 이러한 목적은 IR 파장 방사로부터 가시 파장 방사를 발생시키는 도파관 레이저에 있어서, a)IR 파장 방사를 발생시키는 적어도 하나의 반도체 다이오드 레이저 또는 레이저 바; b)광자 흡수 에너지 전달과 잇따른 방출이 이루어지는 업컨버전 프로세스에 의해 IR 파장 방사를 가시 파장으로 변환하는 적어도 하나의 업컨버전 레이어; c)IR 파장 방사를 운반하는 적어도 두 개의 도파관 레이어; d)가시 파장 방사를 재순환시키는 적어도 하나의 광학 공진기 및/또는 IR 파장 방사를 재순환시키는 적어도 하나의 광학 공진기를 포함하고; 업컨버전 레이저는 업컨버전 레이어의 굴절률보다 더 작은 굴절율을 가지는 두 개의 도파관 레이어 사이에 배치되고; 업컨버전 레이어와 두 개의 도파관 레이어의 총 두께는 반도체 다이오드 레이저 내 방출 레이어의 두께보다 적어도 1 ㎛ 더 두껍고; 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 바 및 업컨버전 레이어는 동일 기판에 배열되거나 각각 별개의 기판에 배열되고, 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 바 및 업컨버전 레이어는 인접해서 배열되며, 인접해서 배열된 다이오드 레이저 또는 다이오드 레이저 바 및 업컨버전 레이어 사이에 갭이 형성되고; 또는, 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 바 및 업컨버전 레이어는 접촉하여 배열되고; 다이오드 레이저는 2≤M2≤1000인 광학 빔 특성 M2를 가지는, 도파관 레이저에 의해 실현된다.
광학 빔 특성 M2가 2≤M2≤1000으로 조절되면, 업컨버전 도파관 레이저가 아크 램프와 동일한 방사 성능을 가지도록 개조될 수 있음이 본 발명자에 의해 발견되었다. 이는, 업컨버전 레이어의 두께가 반도체 다이오드 레이저 내 방출 레이어의 두께보다 적어도 1 ㎛ 더 두꺼울 때 실현된다.
본 상세한 설명에서 인용된 "광학 공진기"라는 용어는 가시파장방사를 재순환시키고, 그리고/또는 IR 파장 방사를 재순환시키는 적어도 두 개의 미러를 포함한다.
본 상세한 설명에서 인용된 "방출 레이어"라는 용어는 레이저 광을 전달하고 각 싱글 이미터의 레이저 스팟(lasing spot)의 사이즈를 결정하는 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 바 내의 레이어를 의미한다. 이 레이어들은, 전형적인 레이저 다이오드에 있어서, 양자-웰 구조를 사이에 끼워넣은 두 개의 도파관 레이어들을 포함하는데, IR 레이저 다이오드의 경우에는 전체 두께가 적어도 1 ㎛에 달한다.
본 상세한 설명에서 인용된 "업컨버전 레이어"는 바람직하게 희토 도핑된 ZBLAN 레이어(rare earth doped ZBLAN layer), 예를 들면 ZBLAN:Er로 구성되는 레이어 구조를 의미한다: Er은 광자 흡수 에너지 전달과 잇따른 방출이 이루어지는 업컨버전 프로세스에 의한 희토 이온에 의해 방사되는, 인커플 IR광(incouped IR light)과 가시광을 전달한다. 업컨버전 레이어는 낮은 굴절률의 두 개의 레이어(예를 들면 서로 다른 최적의(stoichiometric) 조성을 가지는 ZBLAN으로 구성됨) 사이에 위치할 수 있다. 또한, 업컨버전 레이어는 낮은 굴절률의 두 개의 도파관 레이어(예를 들면 서로 다른 최적의 조성을 가지는 ZBLAN으로 구성됨) 사이에, 도파관 레이어 보다 더 낮은 굴절률의 두 개의 레이어(예를 들면 업컨버전 레이어와 도파관 레이어와는 다른 최적의 조성을 가지는 ZBLAN으로 구성됨) 사이에 위치될 수 있다.
업컨버전 레이어의 두께, 또는 업컨버전 레이어와 두 개의 도파관 레이어 전체 두께는, 적어도 2.1 ㎛, 바람직하게는 적어도 2.5 ㎛, 더욱 바람직하게는 3 ㎛ 일 수 있다. 또한, 업컨버전 레이어의 두께, 또는 업컨버전 레이어와 두 개의 도파관 레이어 전체 두께는, 적어도 3.5 ㎛ 이거나, 바람직하게는 적어도 4 ㎛이거나, 더욱 바람직하게는 5 ㎛ 일 수 있다.
본 상세한 설명에서 인용된 "도파관 레이어"는, 바람직하게는 도핑되지 않은 ZBLAN으로 구성되어 인커플 IR 광을 전달하는 레이어를 의미하며, 가시광 또는 가시광의 미소한 부분만을 의미하지는 않는다.
본 발명의 도파관 레이저가 레이저 다이오드 바를 포함하는 경우, 업컨버전 레이어의 두께, 또는 업컨버전 레이어와 두 개의 도파관 레이어 전체 두께는, 레이저 다이오드의 인접하는 방출 레이어의 두께보다 적어도 1 ㎛ 더 두껍다.
본 발명의 도파관 레이저가 레이저 다이오드 스택을 포함하는 경우, 업컨버전 레이어의 두께, 또는 업컨버전 레이어와 두 개의 도파관 레이어 전체 두께는, 인접하는 레이저 다이오드 바 각각의 인접하는 방출 레이어의 두께보다 적어도 1 ㎛ 더 두껍다.
본 발명에 의한 도파관 레이저는 바람직하게는, 2≤
Figure 112006014151529-PCT00001
≤1000, 또한 바람직하게는 2.5≤
Figure 112006014151529-PCT00002
≤200, 더욱 바람직하게는 3≤
Figure 112006014151529-PCT00003
≤150, 가장 바람직하게는 4≤
Figure 112006014151529-PCT00004
≤50인 광학 빔 특성
Figure 112006014151529-PCT00005
를 갖는다.
프로젝션 디스플레이 시스템은 광원에 대해 높은 성능을 요구하므로, UHP 램프, 즉, 짧은 아크 고압력 방출램프가 일반적으로 사용된다. 놀랍게도, 본 발명자들에 의해 프로젝션 디스플레이에 대해 아크 램프 대신에 본 발명의 도파관 레이저가 이용될 수 있음이 발견되었다. 또한, 이러한 프로젝션 시스템의 광학 구성요소의 개수는, 아크 램프 대신에 본 발명의 레이저 광원을 이용할 때 남게 된다. 또한, 본 발명의 도파관 레이저는 5% 보다 큰, 바람직하게는 7% 보다 큰, 더욱 바람직하게는 10% 보다 큰 광학 변환 효율을 갖는 것이 바람직하다. 광학 변환 효율은 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 바에 입력되는 전력에 대한 도파관 레이저의 가시광선 출력의 비율이다.
업컨버전 레이어의 두께, 또는 업컨버전 레이어와 두 개의 도파관 레이어 전체 두께는, 반도체 다이오드 레이저 내 방출 레이어의 두께보다 적어도 1 ㎛ 더 두껍고, 광자 흡수 에너지 전달과 잇따른 방출이 이루어지는 업컨버전 프로세스에 의하여, IR 파장 방사를 가시 파장으로 변환시키며, Er, Yb, Pr, Tm, Ho, Dy, Eu, Nd 그룹 또는 그들의 조합으로부터의 하나 이상의 희토류 이온들로 도핑된, ZrF4, BaF2, LaF3, AlF3, NAF, 또는, Ba-Ln-F나 Ca-Ln-F (여기서, Ln은 상기 ZBLAN 물질과 같은 하나 이상의 희토류 이온으로, K.Ohsawa, T.Shibita, Preparation에 더욱 기재되어 있으며, 저널 "광파 테크놀러지(Lightwave Technology), LT-2(5), 602(1984)"호의 ZrF4-BaF2-LaF3-NAF-AlF3 유리 광학 섬유의 특징을 나타낸다)와 같은, 상술한 희토류 이온 또는 희토류 도핑된 금속 불화물 중 하나 이상으로 도핑된 LiLuF4 , LiYF4 , BaY2F8 , SrF2 , LaCl3 , KPb2Cl5 , LaBr3로 이루어질 수 있다.
예를 들면, 업컨버전 레이어는 구리 기판 위 ZBLAN 레이어에 증착된 Er 도핑된 ZBLAN의 유리 레이어로 이루어질 수 있다. 선택적으로, 업컨버전 레이어는 Yb, Er 도핑된 ZBLAN으로 이루어질 수 있다. 본 발명에 의하면, Er, Ho, Nd, Pr, Pr/Yb 및/또는 Tm 그룹을 포함하는 희토류 금속이 바람직하다. 한편, 이러한 업컨버전 레이어를 만들기 위한 제조기술이 일반적으로 공지되어 있다. 본 발명에 의한 업컨버전 레이어에 이용될 수 있는 희토류 도핑된 금속은, 예를 들면, US-B1 제6,510,276호에 개시되어 있다.
종래 반도체 IR 레이저 다이오드는 광학 펌프로서 역할한다. 반도체 레이저 다이오드는 790nm 와 1150nm 사이의 파장에서 동작해야 한다. 다른 희토류 도펀트들은 다른 펌프 파장을 요구하는 것으로 알려져 있다. 요구되는 파워는 업컨버전 레이어에 따라 다를 것이다. 본 발명에서 이용되는 다이오드 레이저 바 또는 스택의 IR 출력 파워는, 바람직하게 ≥20W, 더욱 바람직하게 ≥50W이다. 싱글 레이저 다이오드의 IR 출력 파워는 ≥1W, 더욱 바람직하게는 ≥2W가 되어야 한다.
본 발명에 의하면, 업컨버전 레이어와, 선택적으로 가시파장방사를 재순환시키는 적어도 하나의 광학 공진기를 구비하는, 적어도 하나의 주파수-변환 레이어가, IR 다이오드 레이저, 또는 다이오드 레이저 바, 또는 다이오드 레이저 스택과 접촉한다. 더욱 상세하게는, IR 다이오드 레이저, 또는 다이오드 레이저 바, 또는 스택이 희토류 도핑된 업컨버전 레이어, 예를 들면, 다이오드 레이저나 다이오드 레이저 바 정면에 위치하는 유리나, 크리스탈 레이어에 의해 업컨버전된다.
IR 다이오드 레이저, 또는 다이오드 레이저 바 또는 스택, 및 업컨버전 레이어는 동일한 기판 또는 별개의 기판들에 놓일 수 있다. 기판은, 유리 재료, 및/또는, 세라믹, 및/또는, 금속, 예를 들면 구리로 된 것일 수 있고, 바람직하게는 장치의 효율적인 냉각이 가능하도록 높은 열 전도율을 가지는 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 의하면, 기판상에 배열된 IR 다이오드 레이저나 다이오드 레이저 바가, 하나의 n-전극과 하나의 p-전극 사이에 끼워진다. 업컨버전 레이어는, IR 다이오드 레이저 또는 레이저 바 정면에 인접해서 위치하는, 동일 기판상에 배열된다. 가시 레이저는 내향 공동(intracavity) 또는 외향 공동(extracavity) 배열의 형태로 실현될 수 있다. 외향 공동 배열의 경우에, 레이저 다이오드나 레이저 다이오드 바는, 한 측에는 소정의 IR 파장에 대해 높은 반사율을 가지는 미러를, 업컨버전 레이어가 위치되는 다른 측에는 종래 알려진 아웃커플링(outcoupling) 미러를 포함한다. 이 미러들은, 일반적으로 다이오드 레이저 또는 다이오드 레이저 바의 끝 단면(end facet)의 이색성의 코팅(dichroic coating)으로 실현된다. 제 2 공진기는 업컨버전 레이어 구조의 양끝의 두 개의 미러에 의해 형성된다. IR 다이오드 레이저와 업컨버전 레이어 구조 사이에 위치하는 한 개의 미러는, 소정의 가시 파장에서 고도로 반사적이고, 장치 끝의 다른 미러는 종래 알려진 바와 같이 아웃커플링 미러로서 역할한다. 또한, 이 미러들은 이색성의 코팅의 형태로 실현될 수도 있다. 내향 공동 배열의 경우에, IR 출력 미러가 장치 끝, 즉, 업컨버전 레이어의 끝에 위치된다. 이 경우, 이 미러는 소정의 IR 파장에 대해 높은 반사성을 갖을 것이다. IR 다이오드 레이저의 내향 배열의 경우에, 즉, IR 다이오드 레이저와 업컨버전 레이어 사이에 IR 미러가 위치하지 않는 경우에는, 가시 파장 방사에 대해서는 반사성을 갖지만 IR 파장 방사에 대해서는 전달성을 갖는 미러가, IR 다이오드 레이저 바나 스택과 업컨버전 레이어와의 사이, 업컨버전 레이어의 측면에 위치되는 것이 바람직하다
본 발명의 제 2 실시예에 의하면, IR 다이오드 레이저 또는 다이오드 레이저 바가 제 1 기판상에 배열되고, 하나의 n-전극과 하나의 p-전극 사이에 끼워진다. 업컨버전 레이어는, IR 다이오드 레이저 또는 레이저 바 정면에 위치한 제 2 기판상에 배열된다. 가시 레이저는 내향 공동 또는 외향 공동 배열의 형태로 실현될 수 있다. 외향 공동 배열의 경우에, 레이저 다이오드나 레이저 다이오드 바는, 한 측에는 소정의 IR 파장에 대해 높은 반사율을 가지는 미러를, 업컨버전 레이어가 위치되는 다른 측에는 종래 알려진 아웃커플링 미러를 포함한다. 이 미러들은, 일반적으로 다이오드 레이저 또는 다이오드 레이저 바의 끝 단면(end facet) 위의 이색성의 코팅에 의해 실현된다. 제 2 공진기는 업컨버전 레이어 구조의 양끝에 두 개의 미러에 의해 형성된다. IR 다이오드 레이저와 업컨버전 레이어 구조 사이에 위치하는 한 개의 미러는 소정의 가시 파장에 대해 고도로 반사적이지만 장치 끝에서의 다른 미러는 종래 알려진 바와 같이 아웃커플링 미러로서 역할한다. 또한, 이 미러들은 이색성의 코팅의 형태로도 실현될 수도 있다. 내향 공동 배열의 경우에, IR 출력 미러가 장치 끝, 즉, 업컨버전 레이어의 끝에 위치된다. 이 경우, 이 미러는 소정의 IR 파장에 대해 높은 반사성을 갖을 것이다. IR 다이오드 레이저의 내향 배열의 경우에, 즉, IR 다이오드 레이저와 업컨버전 레이어 사이에 IR 미러가 위치하지 않는 경우에, 가시 파장 방사에 대해서는 반사성을 갖지만 IR 파장 방사에 대해서는 전달성을 갖는 미러가, IR 다이오드 레이저 바나 스택과 업컨버전 레이어와의 사이, 업컨버전 레이어의 측면에 위치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 도파관 레이저 광원은 적어도 1개, 바람직하게는 적어도 5개, 더욱 바람직하게는 적어도 10개, 가장 바람직하게는 적어도 20개의 다이오드 레이저 이미터, 즉, 싱글 레이저 다이오드 바를 포함할 수 있다.
선택적으로, 본 발명에 의한 도파관 레이저 광원은 다음을 포함할 수 있다:
-IR 파장 방사를 발생시키고; 상술한 바와 같이 광자 흡수 에너지 전달과 잇따른 방출이 이루어지는 업컨버전 프로세스에 의해 IR 파장방사를 가시 파장으로 변환하는 업컨버전 레이어를 포함하는, 하나 이상의 반도체 다이오드 레이저 바 스택
본 발명에 의한 도파관 레이저 광원은, 인접해서 배열된 다이오드 레이저나 다이오드 레이저 바 및 업컨버전 레이어 사이에 0㎛ 이상이고 10㎛ 이하의 갭을 가질 것이다. 그러나, 인접해서 배열된 다이오드 레이저나 다이오드 레이저 바, 적어도 하나의 광학 공진기의 미러 물질(mirror material)과 업컨버전 레이어와의 사이에는 갭이 형성되지 않는 것이 바람직하다. 인접해서 배열된 다이오드 레이저 바, 적어도 하나의 광학 공진기의 미러 물질과 업컨버전 레이어 사이에 갭이 형성되는 경우, 그 갭은 인덱스매칭액(indexmatching liquid) 또는 겔 등의 공지된 필링 재료로 채워지는 것이 바람직하다.
갭은, ≥0.1㎛ 및 ≤9㎛, 바람직하게는 ≥0.2㎛ 및 ≤8㎛. 더욱 바람직하게는 ≥0.3㎛ 및 ≤7.0㎛, 또한 바람직하게는 ≥0.5㎛ 및 ≤6.0㎛. 더 바람직하게는 ≥0.7㎛ 및 ≤6.0㎛일 수 있다. 한편, 갭은 ≥0.4㎛ 및 ≤5㎛, 또는 ≥0.8㎛ 및 ≤4㎛, 또는 ≥0.9㎛ 및 ≤3.0㎛, 또는 ≥1.0㎛ 및 ≤2.0㎛일 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들이 다음 도면을 참조하여 이하에서 설명될 것이다.
도 1은 일 기판상에 위치하는 도파관 레이저의 개략적인 측면도;
도 2는 두 개의 기판상에 위치하는 도파관 레이저의 개략적인 측면도;
도 3은 일 기판상에 위치하는 세 개의 이미터와 세 개의 업컨버전 레이저의 레이저 다이오드 바를 구비하는 도파관 레이저의 개략도;
도 4는 두 개의 기판상에 위치하는 세 개의 이미터와 세 개의 업컨버전 레이저의 레이저 다이오드 바를 구비하는 도파관 레이저의 개략도;
도 5는 업컨버전 레이어가 두 개의 도파관 레이어들 사이에 위치되는, 일 기판상에 위치하는 도파관 레이저의 개략적인 측면도;
도 6은 업컨버전 레이어가 두 개의 도파관 레이어들 사이에 위치되는, 두 개의 기판상에 위치하는 도파관 레이저의 개략적인 측면도.
도 1은 기판(3)에 납땜층(5)과 함께 납땜되는 레이저 다이오드 바(2)로 이루어진 도파관 레이저(1)의 개략적인 측면도를 나타낸다. 동일한 기판(3)상에, 업컨버전 레이어(4)가 위치된다. 업컨버전 레이어는 ZBLAN: Er이고, 예를 들면 다른 최적의 조성을 가지는 ZBLAN으로 이루어지는, 낮은 굴절률의 두 개 층 사이에 위치된다.
도 2는 제 1 기판(3a)에 납땜층(5)과 함께 납땜되는 레이저 다이오드 바(2)로 이루어진 도파관 레이저(6)의 개략적인 측면도를 나타낸다. 별개의 제 2 기판(3b)상에는, ZBLAN: Er의 업컨버전 레이어(4)가 위치되고, 상기 업컨버전 레이어는, 예를 들면 다른 최적의 조성을 가지는 ZBLAN으로 이루어지는 낮은 굴절률의 두 개 층 사이에 배열된다. 이 제 2 기판(3b)은 제 1 기판(3a)에 인접해 위치되고, 레이저 다이오드 바(2) 및 업컨버전 레이어(4) 사이의 갭(7)은, 다이오드 레이저 바(2)의 굴절률과 업컨버전 레이어(4)의 굴절률 사이의 굴절률을 가지는 물질로 채워진다.
도 3은 기판(10)에 납땜층(5)과 함께 납땜되는 레이저 다이오드 바와, 동일 기판(10)상 이미터 출력단 정면에 위치하는 세 개의 업컨버전 레이어(9a;9b;9c)를 구비하는 도파관 레이저(11)의 개략도를 나타낸다. 이 경우, 세 개의 업컨버전 레이어(9a;9b;9c) 각각은 레드광(9a), 그린광(9b), 블루광(9c)을 방출한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 세 개의 이미터 및 세 개의 업컨버전 레이어의 레이저 다이오드 바를 구비하는 도파관 레이저는, 동일 기판상 이미터 출력단의 정면에 위치된다. 이 경우, 세 개의 업컨버전 레이저 각각은 오직 한 컬러의 광을 방출한다. 한편, 본 발명에 의한 도파관 레이저는 한 장치 내에 하나 이상의 이미터들을 포함해서, 하나 이상의 컬러(특히, 세 개 이상의 컬러)의 광을 방출할 수 있다.
도 4는 제 1 기판(12)에 납땜층(5)과 함께 납땜되는 세 개의 이미터(8)의 레이저 다이오드 바와, 별개의 제 2 기판(14)상에 납땜되는 세 개의 업컨버전 레이어 (13a;13b;13c)를 구비하는 도파관 레이저(15)의 개략도를 나타낸다. 상기 제 2 기판(14)에 납땜된 세 개의 업컨버전 레이어(13a;13b;13c)는, 제 1 기판(12)상에 다이오드 레이저 바의 이미터 출력단 정면에 위치된다. 이 경우, 세 개의 업컨버전 레이어(13a;13b;13c) 각각은 레드광(13a), 그린광(13b), 블루광(13c)을 방출한다.
도 5는 기판(3)에 납땜층(5)과 함께 납땜되는 레이저 다이오드 바(2)로 이루어진 도파관 레이저(1)의 개략적인 측면도이다. 동일 기판상에(3) 업컨버전 레이어(4b)가 위치된다. 업컨버전 레이어는 ZBLAN: Er이고, 예를 들면 다른 최적의 조성을 가지는 ZBLAN으로 이루어지는, 낮은 굴절률의 두 개의 도파관 레이어(4a,4c) 사이에 위치된다. 업컨버전 레이어(4b)와 두 개의 도파관 레이어(4a,4c)는, 예를 들면, 업컨버전 레이어 및 도파관 레이어와는 다른 최적의 조성을 가지는 ZBLAN으로 이루어지는, 도파관 레이어 보다 낮은 굴절률의 두 레이어 사이에 위치될 수 있다.
도 6은 제 1 기판(3a)에 납땜층(5)과 함께 납땜되는 레이저 다이오드 바(2)로 이루어진 도파관 레이저(6)의 개략적인 측면도를 나타낸다. 별개의 제 2 기판(3b)상에, ZBLAN: Er의 업컨버전 레이어(4b)가 위치되고, 이 경우 상기 업컨버전 레이어는, 예를 들면 다른 최적의 조성을 가지는 ZBLAN으로 이루어지는, 낮은 굴절률의 두 개의 도파관 레이어(4a,4c) 사이에 배열된다. 업컨버전 레이어(4b)와 두 개의 도파관 레이어(4a,4c)는, 예를 들면 업컨버전 레이어 및 도파관 레이어와는 다른 최적의 조성을 가지는 ZBLAN으로 이루어지는, 도파관 레이어 보다 낮은 굴절률의 두 레이어 사이에 위치될 수 있다. 이 제 2 기판(3b)은 제 1 기판(3a)에 인 접해서 위치되고, 레이저 다이오드 바(2)와 업컨버전 레이어(4) 사이의 갭(7)은, 다이오드 레이저 바(2)의 굴절률과 업컨버전 레이어(4)의 굴절률 사이의 굴절률을 가지는 물질로 채워진다.
한편, 도 4의 도파관 레이저는, 세 개의 업컨버전 레이저(13a;13b;13c) 각각이 오직 하나의 컬러를 방출하고, 그리고/또는 상기 도파관 레이저가 하나 이상의 이미터들을 포함하여 하나 이상의 컬러 광, 특히 세 컬러 이상을 방출하도록, 구성될 수 있다.
다이오드 레이저 끝단이, 적외선 내에서 부분적으로 전달될 수 있는 앤드미러(end mirror)로 덮이고, IR 다이오드 레이저 끝단을 향하는 업컨버전 레이어 끝단이 가시 파장 내에서 고도로 반사적인 코팅으로 덮여, 적외선 내에서 고도로 전달되는 때, 인접하는 다이오드 레이저와 업컨버전 레이어 사이의 갭은 가시파장방사 및/또는 적외선 파장방사에 대한 반투명물질로 채워지는 것이 바람직하며, 여기서 필링 물질은 다이오드 레이저의 굴절률이나 다이오드 레이저 바 및 업컨버전 레이어의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게, 필링 물질은 레이저 바의 굴절률, 또는 업컨버전 물질의 굴절률, 또는 도파관 레이어의 굴절률로부터 0.2 보다 크게, 바람직하게는 0.1 보다 크게 벗어나지 않는다.
다이오드 레이저 끝단이, 적외선에서는 부분적으로 전달되고 가시 파장에서는 고도로 반사적인 앤드미러로 덮이는 때, 인접하는 다이오드 레이저와 업컨버전 레이어 사이의 갭은 가시파장방사 및/또는 적외선 파장방사에 대한 반투명물질로 채워지는 것이 바람직하며, 여기서 필링 물질은 업컨버전 레이어의 굴절률과의 차이가 0.2 이하인 굴절률을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 의한 도파관 레이저는 다음을 포함한다:
- ≥100㎛ 및 ≤100,000㎛, 바람직하게는 ≥200㎛, 더욱 바람직하게는 ≥500㎛, 및 가장 바람직하게는 ≥1000㎛≤50,000㎛인 업컨버전 레이어의 길이; 및/또는
-다이오드 레이저의 방출 레이어와 대략 동일한 폭을 가지는 업컨버전 레이어의 폭, 상기 이미터 폭보다 >1㎛ 더 넓지만, 상기 이미터 폭보다 200㎛는 더 넓지 않은 것이 바람직함; 및/또는
-업컨버전 레이어의 두께, 또는 업컨버전 레이어와 두 개의 도파관 레이어 전체 두께는, 즉, 다이오드 레이저의 방출 레이어의 두께보다 적어도 1㎛ 만큼, 바람직하게는 상기 이미터 두께보다 2㎛ 더 두껍지만, 상기 이미터 두께보다 20㎛는 더 두껍지는 않은 것이 바람직함.
그러나, 업컨버전 레이어의 두께, 또는 업컨버전 레이어와 두 개의 도파관 레이어 전체 두께는, 다이오드 레이저의 방출 레이어의 두께보다 적어도 1㎛ 만큼 더 두껍고, 바람직하게는 다이오드 레이저의 방출 레이어의 두께보다 1.5㎛ 만큼 더 두꺼우며, 더욱 바람직하게는 다이오드 레이저의 방출 레이어의 두께보다 2㎛ 만큼 더 두껍다. 또한, 업컨버전 레이어의 두께, 또는 업컨버전 레이어와 두 개의 도파관 레이어 전체 두께 각각은, 다이오드 레이저의 방출 레이어의 두께보다 적어도 2.5㎛, 다이오드 레이저의 방출 레이어의 두께보다 적어도 3㎛, 다이오드 레이저의 방출 레이어의 두께보다 적어도 4㎛, 다이오드 레이저의 방출 레이어의 두께 보다 적어도 5㎛ 만큼 더 두껍다.
개개의 IR 다이오드 레이저가 전도성을 가지도록 접촉되어 각 IR 다이오드 레이저는 개별적으로 제어될 수 있고, 그리고/또는 IR 다이오드 레이저들의 그룹이 전도성을 가지도록 접촉되어 IR 다이오드 레이저의 그룹이 공동으로(conjointly) 작동된다. 예들 들면 IR 다이오드 레이저 그룹은, 개개의 업커버전 레이어(들)에서 동일 컬러 또는 다른 컬러를 발생하는 수 개의 IR 다이오드 레이저일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 수 개의 도파관 레이저 그룹을 포함하는 광원이 제공되며, 여기서 도파관 레이저들을 방출하는 수 개의 레드 컬러, 그린 컬러, 및 블루 컬러는, 각각이, 다른 컬러들을 가지는 도파관 레이저들의 시계열적인 작동이 가능하도록 공통으로 작동된다. 이는 개개의 IR 다이오드 레이저 및/또는 공통으로 작동되는 IR 다이오드 레이저들의 전력을 변경함으로써, 가령 다른 가시 파장 방사, 즉, 다른 컬러들에 적응하는 것을 허용한다.
또한, IR 다이오드 레이저 그룹은, 업커버전 레이어 등 도파관(다른 컬러들에 이름)을 펌프하는데 이용되는 개개의 IR 다이오드 레이저들을 포함한다. 한편, IR 다이오드 레이저 그룹은, 업커버전 레이어 등 도파관(동일한 컬러 출력에 이름)들을 펌프하는데 이용되는 것이 바람직하다.
또한, 동일한 컬러 출력의 도파관들을 펌프하기 위해 이용되는 복수의 IR 다이오드 레이저 그룹이 작동되어, 각 그룹이 개별적으로 어드레스 될 수 있도록 하는 것이 더욱 바람직하다.
IR 다이오드 레이저의 개개의 작동, 즉 IR 다이오드 레이저는, 개별적으로 전도성을 가지고 접촉되어, 오동작하는 IR 다이오드 레이저를 스위치 오프(OFF) 할 가능성을 제공한다. 또한, 이는 오동작하는 IR 다이오드 레이저의 단선이나 불필요한 열발생을 방지한다.
본 발명의 도파관 레이저는, 다이오드 레이저 바 또는 스택이 적어도 하나의 업컨버전 레이어에 인접해서 배열되도록 설치된다. 한편, 본 발명에 의한 다이오드 레이저 바 또는 스택은 적어도 하나의 업컨버전 레이어들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 각 업컨버전 레이어는 IR 파장을 특정 가시파장으로, 바람직하게는 레드(R), 그린(G), 또는 블루(B)의 원색(primary colours) 중 하나로 변환한다. 업컨버전 레이어들은 R-G-B 패턴을 발생시키도록 동일 또는 별개의 기판에 인접해서 배열되고, 그리고/또는 교차되는 R/G/B, 또는 반복되는 R-G-B 패턴을 발생시키도록 인접해서 배열된다.
오동작 프로세스에서는, 동일한 또는 별개의 기판들 상의 다이오드 레이저 바에 인접해서 배열된 하나의 업컨버전 레이어로 개시할 수 있다. 이 초기의 하나의 업컨버전 레이어의 측면 구조는 리소그래피, 레이저 융해에 의한 제거, 기계적 제거 또는 가령 이온 뱀바드먼트(bambardement)나 UV 처리에 의한 굴절률의 변형 등의 공지의 기술 중 하나를 이용해 수행될 수 있다.
더욱 바람직한 실시예에서, 본 발명의 IR 레이저 다이오드는 기판에 위치한 하나의 다이오드 레이저 바와, 동일 기판 또는 별개의 기판에 위치한 세 개의 업컨버전 레이어를 포함하며, 여기서 레이저 바 및 세 개의 업컨버전 레이어는 서로 인접해서 배열되고, 제 1 업컨버전 레이어는 블루광의 출력, 제 2 업컨버전 레이어는 그린광의 출력, 제 3 업컨버전 레이어는 레드광의 출력을 갖는다.
각각의 업컨버전 레이어는, 다이오드 레이저의 하나의 싱글 이미터 작은 면(facet) 정면에 위치된다. 이로써, 다이오드 레이저 바의 경우, 각 이미터에, 동일하거나 다른 물질 및/또는 도핑된, 별개의 하나의 업컨버전 레이어가 존재한다(도 3 및 도 4 참조).
광학 전력 레벨을 증가시키기 위해, IR 다이오드 레이저가 적어도 두 개의 레이저 또는 두 개 이상의 다이오드 레이저 바의 스택을 포함할 때, 적어도 두 개의 업컨버전 레이어가 이용될 수 있다.
낮은 굴절률, 예를 들면 다른 최적의 조성을 가지는, 도핑되지 않은 ZBLAN으로 이루어진 두 도파관 레이어들 사이에 위치되는 업컨버전 레이어는, IR 다이오드 레이저 바, 또는 스택에 인접해서 정면에 결합되거나, 가령 PLD(Pulsed Laser Deposition)에 의해 거기에 증착될 수 있다.
이어서, IR과 파장 455nm, 544nm, 및 635nm에서 삼원색의 출력을 가지고, 예를 들면 각각 16%, 20%, 및 10%의 가시 변환 효율에 이르는 업컨버전 레이어들을 가지는, 본 발명에 의한 도파관 레이저에 기초한 일 실시예로부터 본 발명이 더욱 상세히 설명된다.
D65의 백색컬러 밸런스에 상응하는, 1000개의 스크린 루멘(screen lumen)과 약 50% 가량의 광학효율을 가지는 프로젝션 디스플레이에서, 레이저 광원은 레드광(635m)의 2.1W, 그린(544nm)광의 2.2W, 및 블루광(455nm)의 2.4W 를 전달해야 한다. 상술한 광학 변환 효율에 따르면, 50W IR 20IR 다이오드 레이저들이 하나의 바에 이용된다고 가정할 때, 9IR 다이오드 레이저들이 레드광으로 변환하는데, 5IR 다이오드 레이저들이 그린광으로 변환하는데, 6IR 다이오드 레이저들이 블루광으로 변환하는데 이용된다. 상술한 일례에서 원색의 정확한 조화를 달성하기 위해서, 그린 및 레드 레이저 펌프 하는데 이용되는 적어도 하나의 IR 다이오드 레이저의 IR 다이오드 레이저 전력은, 블루 레이저 펌프 하는데 이용되는 다른 IR 다이오드 레이저와 비교해 약간 줄어들도록 조절될 것이다. 이는, 예를 들면, IR 다이오드 레이저들이 개별적으로 접촉되거나, 그리고/또는 동일 컬러의 모든 IR 다이오드 레이저들이 하나의 그룹으로 접촉될 때, 이전에 설명된 바와 같이 실현된다. 선택적으로, 그린 및 레드 출력 전력을 조절함으로써 컬러 포인트가 변환될 수 있다.
원색들 중 하나의 출력을 가지고 도파관을 펌프 하는데 이용되는, 개별적으로 어드레스된 IR 다이오드 레이저 또는 IR 다이오드 레이저들의 그룹은 다음과 같은 이점들을 갖는다.
-원색의 전력레벨이 개별적으로 또는 그룹별로 변경될 수 있다.
-IR 레이저 다이오드는 예를 들면, 제 1 타임 슬롯에서 레드광, 제 2 타임 슬롯에서 그린광, 및 제 3 타임 슬롯에서 블루광이 산출되는 시계열적인 모드로, 개별적으로 또는 그룹별로 서로 다른 시간대에 활성화될 수 있다.
이는 모든 싱글 패널 디스플레이의 이점이고, 이로써 백색광원과의 조합에서 일반적으로 이용되는 컬러 휠 또는 컬러 필터 없이 작동하는 것이 허용된다. 타임 슬롯의 길이는 동일하거나, 원색에 따라 다르게 선택될 수 있다. 후자의 경우, 이는 컬러를 균형잡히게 함에 있어서, 파워 레벨이 수정되는 경우에 설명한 것보다 더 큰 향상을 가능케 한다. 다른 것들에 대해 하나의 원색에 대해 더 짧은 타임 스케일(time scale)을 선택함으로써 다른 전력 레벨들이 수정되어, 프로젝션 시스템에서 각 컬러의 유효 광학 전력을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 다른 목적은, 후술하는 애플리케이션 중 하나에 이용되도록 설계된, 본 발명의 도파관 레이저 중 적어도 하나를 포함하는 조명 유닛과 관련된다: 가게 조명, -집 조명, -액센트 조명, -스팟(spot) 조명, -극장 조명, -차량 헤드라이트, -광섬유 애플리케이션, 및 -프로젝션 시스템.

Claims (10)

  1. IR 파장 방사로부터 가시 파장 방사를 발생시키는 도파관 레이저에 있어서,
    a) IR 파장 방사를 발생시키는 적어도 하나의 반도체 다이오드 레이저 또는 다이오드 레이저 바;
    b) 광자 흡수 에너지 전달과 잇따른 방출이 이루어지는 업컨버전 프로세스에 의해 IR 파장 방사를 가시 파장으로 변환하는, 상기 반도체 다이오드 레이저 내에 있는 방출 레이어의 두께보다 적어도 1 ㎛ 더 두꺼운 두께를 갖는 적어도 하나의 업컨버전 레이어;
    c) 상기 가시 파장 방사를 재순환시키는 적어도 하나의 광학 공진기 및/또는 상기 IR 파장 방사를 재순환시키는 적어도 하나의 광학 공진기를 포함하고,
    상기 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 바 및 상기 업컨버전 레이어(들)는 동일 기판 또는 각각 별개의 기판에 배열되고, 상기 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 바 및 업컨버전 레이어(들)는 인접해서 배열되며, 상기 인접해서 배열된 다이오드 레이저 바 및 상기 업컨버전 레이어(들) 사이에 갭이 형성되고; 또는 상기 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 바 및 상기 업컨버전 레이어(들)가 이 순서로 접촉해 배열되고; 그리고 상기 도파관 레이저는 2≤M2≤1000인 빔 특성 M2를 가지는, 도파관 레이저.
  2. IR 파장 방사로부터 가시 파장방사를 발생시키는 도파관 레이저에 있어서,
    a) IR 파장 방사를 발생시키는 적어도 하나의 반도체 다이오드 레이저 또는 레이저 바;
    b) 광자 흡수 에너지 전달과 잇따른 방출이 이루어지는 업컨버전 프로세스에 의해 상기 IR 파장 방사를 가시 파장으로 변환하는 적어도 하나의 업컨버전 레이어;
    c) 상기 IR 파장 방사를 전달하는 적어도 두 개의 도파관 레이어;
    d) 상기 가시 파장 방사를 재순환시키는 적어도 하나의 광학 공진기 및/또는 상기 IR 파장방사를 재순환시키는 적어도 하나의 광학 공진기를 포함하고,
    상기 업컨버전 레이어는 상기 업컨버전 레이어의 굴절률보다 더 작은 굴절률을 가진 두 개의 도파관 레이어 사이에 위치되고, 상기 업컨버전 레이어 및 상기 두 개의 도파관 레이어의 전체 두께는, 상기 반도체 다이오드 레이저 내 방출 레이어의 두께보다 적어도 1 ㎛ 더 두껍고, 상기 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 바 및 상기 업컨버전 레이어는 동일 기판 또는 각각 별개의 기판에 배열되고, 상기 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 바 및 상기 업컨버전 레이어는 인접해서 배열되며, 상기 인접해서 배열된 다이오드 레이저 또는 다이오드 레이저 바, 및 상기 업컨버전 레이어 사이에 갭이 형성되고; 또는 상기 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 바 및 상기 업컨버전 레이어는 접촉해서 배열되고; 또한, 상기 다이오드 레이저는 2≤M2≤1000인 빔 특성 M2를 가지는, 도파관 레이저.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 반도체 다이오드 레이저 바는 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 5개, 더욱 바람직하게는 적어도 19개, 가장 바람직하게는 적어도 20개의 싱글 다이오드 레이저 이미터를 포함하는, 도파관 레이저.
  4. 제 1항 내지 제 3항에 의한, 적어도 두 개의 도파관 레이저 스택을 포함하는, 도파관 레이저.
  5. 제 1항 내지 제 4항에 있어서,
    상기 다이오드 레이저 끝 면은 적외선 내에서 부분적으로 전달되는 앤드미러로 덮이고, 상기 IR 다이오드 레이저 끝 면을 향하는 상기 업컨버전 레이어 끝 면은 가시파장 내에서는 고도로 반사적인 코팅으로 덮이고 적외선 내에서는 고도로 전달되며, 상기 인접한 다이오드 레이저 및 업컨버전 레이어 사이의 갭은, 가시 파장 방사 및/또는 적외선 파장 방사에 대해 반투명인 물질로 채워지며, 필링 물질은 바람직하게, 상기 다이오드 레이저 또는 다이오드 레이저 바의 굴절률과 상기 업컨버전 레이어의 굴절률 사이의 굴절률을 가지는, 도파관 레이저.
  6. 제 1항 내지 제 5항에 있어서,
    상기 다이오드 레이저 끝 면은 적외선 내에서는 부분적으로 전달되고 가시 파장 내에서는 고도로 반사되는 앤드미러로 덮이고, 상기 인접하는 다이오드 레이저 및 업컨버전 레이어 사이의 갭은, 가시 파장 방사 및 적외선 파장 방사에 대해 반투명인 물질로 채워지며, 필링 물질은 상기 업컨버전 레이어의 굴절률로부터 0.2 보다 더 크게 벗어나지 않는 굴절률을 가지는, 도파관 레이저.
  7. 제 1항 내지 제 6항에 있어서,
    상기 업컨버전 레이어의 길이는 ≥100㎛, 및 ≤100,000㎛, 바람직하게는 ≥200㎛, 더욱 바람직하게는 ≥500㎛, 그리고 가장 바람직하게는 ≥1000㎛ 및 ≤50,000㎛이고; 그리고/또는 상기 다이오드 레이저의 방출 레이어와 대략 동일 폭을 갖는 상기 업컨버전 레이어의 폭은 바람직하게 상기 이미터 폭보다 ＞1㎛ 더 넓고, 상기 이미터 폭보다 200㎛ 보다 크지는 않고; 그리고/또는 상기 업컨버전 레이어의 두께 또는, 상기 업컨버전 레이어 및 두 개의 도파관 레이저의 전체 두께는, 상기 다이오드 레이저의 상기 방출 레이어의 두께보다 1㎛ 더 두껍고, 바람직하게는 상기 이미터 두께보다 2㎛ 더 두껍고, 그러나 상기 이미터 두께보다 20㎛ 더 두껍지는 않은 도파관 레이저.
  8. 제 1항 내지 제 7항에 있어서,
    상기 다이오드 레이저 바 및/또는 스택이 하나의 p-전극 및 하나의 n-전극과 전기적 전도성을 가지고 연결(electro-conductively connected)되거나, 싱글 다이오드 레이저 이미터 및/또는 스택들은 서로 구별되거나, 개개의 그룹들, 또는 공통으로 전기적 전도성을 가지고 연결되어 소정의 활성화를 이루는, 도파관 레이저.
  9. 제 1항 내지 제 8항에 있어서,
    상기 다이오드 레이저는 적어도 3개, 바람직하게는 적어도 15개의 업컨버전 레이어를 포함하고, 바람직하게 각각은 IR 파장을 원색, 즉, 레드(R), 그린(G), 블루(B) 중 한 컬러로 변환하며, 더욱 바람직하게 상기 업컨버전 레이어들은 R-G-B 패턴을 발생시키도록 인접해 배열되거나, 상기 업컨버전 레이어들이 교차되는 R/G/B, 또는 반복되는 R-G-B 패턴을 발생시키도록 인접해 배열되는, 도파관 레이저.
  10. 가게 조명, 집 조명, 액센트 조명, 스팟 조명, 극장 조명, 차량 헤드라이트, 광섬유 애플리케이션, 및 프로젝션 시스템 중 하나에 사용되도록 설계된, 제 1항 내지 제 9항 중 어느 하나에 의한 도파관 레이저를 적어도 하나 포함하는, 조명 유닛.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140060361A (ko) * 2011-11-16 2014-05-19 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 반도체 레이저 여기 고체 레이저

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1726072A1 (en) * 2004-03-04 2006-11-29 Philips Intellectual Property & Standards GmbH Waveguide structure for upconversion of ir wavelength laser radiation
US7820937B2 (en) * 2004-10-27 2010-10-26 Boston Scientific Scimed, Inc. Method of applying one or more electromagnetic beams to form a fusion bond on a workpiece such as a medical device
ATE409889T1 (de) * 2005-01-04 2008-10-15 Koninkl Philips Electronics Nv Wellenlängenkonversionsschichten mit eingebetteten kristalliten
EP1891719A2 (en) * 2005-05-31 2008-02-27 Philips Intellectual Property & Standards GmbH Broadband laser lamp with reduced speckle
JP4285447B2 (ja) * 2005-06-20 2009-06-24 セイコーエプソン株式会社 レーザ光源装置、表示装置およびプロジェクタ
JP2008544278A (ja) * 2005-06-24 2008-12-04 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 実験チップ診断のための一体化導波路レーザ
JP2009518842A (ja) * 2005-12-09 2009-05-07 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 先細りにされている導波路の区域を有する光励起導波路レーザ
JP2009535796A (ja) * 2006-04-27 2009-10-01 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ キャビティ内アップ変換レーザー
US7471706B2 (en) * 2006-06-07 2008-12-30 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. High resolution, full color, high brightness fully integrated light emitting devices and displays
JP2009044033A (ja) * 2007-08-10 2009-02-26 Seiko Epson Corp 半導体レーザ、光源装置、照明装置、プロジェクタおよびモニタ装置
US7649918B2 (en) * 2007-10-30 2010-01-19 Corning Incorporated Multi-component wavelength conversion devices and lasers incorporating the same
US20110134953A1 (en) * 2008-08-15 2011-06-09 Koninklijke Philips Electronics N.V. Waveguide laser
US8768108B2 (en) * 2009-05-29 2014-07-01 The Regents Of The University Of Michigan Solid state light source based on hybrid waveguide-down-converter-diffuser
DE102013014277A1 (de) * 2013-08-27 2015-03-05 Rosenberger Hochfrequenztechnik Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zum Einkoppeln von Pumplicht in eine Faser und Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU596451B2 (en) * 1986-10-31 1990-05-03 Alcatel N.V. Optical communication system
US5290730A (en) 1992-09-10 1994-03-01 Hughes Aircraft Company Wavelength conversion waveguide and fabrication method
US5436919A (en) * 1994-01-25 1995-07-25 Eastman Kodak Company Multiwavelength upconversion waveguide laser
US5805631A (en) 1994-09-08 1998-09-08 The Regents Of The University Of California Blue, green, orange, and red upconversion laser
US5990983A (en) * 1994-09-30 1999-11-23 Laser Power Corporation High resolution image projection system and method employing lasers
DE19504047C1 (de) * 1995-02-08 1996-07-25 Daimler Benz Ag Lasersystem für Farbbildprojektion
US6510276B1 (en) * 1998-05-01 2003-01-21 Science & Technology Corporation @ Unm Highly doped fiber lasers and amplifiers
US6654161B2 (en) * 1998-11-25 2003-11-25 University Of Central Florida Dispersed crystallite up-conversion displays

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140060361A (ko) * 2011-11-16 2014-05-19 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 반도체 레이저 여기 고체 레이저

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