KR20100120284A - 레이저 공급원의 파워 변화를 최소화하는 방법 및 시스템 - Google Patents

레이저 공급원의 파워 변화를 최소화하는 방법 및 시스템 Download PDF

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마틴 에이치 후
데이비드 에이 로에버
드라간 피쿨라
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Abstract

본 발명은 전반적으로 반도체 레이저와 레이저 투사 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 투사된 레이저 이미지는 반도체 레이저의 출력빔을 사용하여 발생된다. 게인 전류 제어 시그널이 게인 전류 피드백 루프에 의해 발생되어 반도체 레이저의 게인부를 제어한다. 반도체 레이저의 파장 변동은, 파장 복구 작동을 반도체 레이저의 구동 전류에 통합시킴으로써, 그리고 상기 파장 복구 작동을 게인 전류 제어 시그널이나 광 강도 에러 시그널의 함수로서 개시함으로써, 협폭이 된다. 또 다른 실시예가 발명의 상세한 설명 및 청구범위에 기재되어 있다.

Description

레이저 공급원의 파워 변화를 최소화하는 방법 및 시스템{MINIMIZING POWER VARIATIONS IN LASER SOURCES}
본 발명은 전반적으로 반도체 레이저에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 광자 밀도(photon density)를 반도체 레이저의 레이저 공진에서 제어하기 위하여 고속의 피드백 루프를 사용해 레이저 파워 편차를 최소화하는 방식에 관한 것이다.
피드백 루프는 기본적으로 레이저의 게인 전류를 제어하는데 사용되고, 예를 들면, DBR 제어 방식을 포함하는 레이저발진 파장을 최적화하는 여러 방식과 결합되며, 상기 DBR 제어 방식은 DBR 레이저의 파장 선택부가 주파수 배가된(frequency doubled) 레이저 공급원에서 IR를 녹색(광)으로의 최적 변환하도록 제어된다.
파장 변환 장치를 사용하는 전형적인 RGB 투사 시스템에 있어서, 임의의 상기 공급원으로부터의 IR 파워 편차에 의해 녹색의 파워가 변경될 수 있고 투사된 이미지의 칼라 밸런스에 에러가 발생할 수 있다.
본 발명은 또한 레이저 제어기 및 본 발명에 따라 프로그램된 레이저 투사 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 전반적으로 다양한 방식으로 형성될 수 있는 반도체 레이저에 관한 것이다. 단지 예시를 위한 일 예로서, 짧은 파장 공급원이, 분포 피드백(DFB, distributed Feedback) 레이저, 분포 브래그 반사기(DBR : Distributed Bragg reflector) 레이저, 또는 Fabry-Perot 레이저와 같은 단일 파장의 반도체 레이저를, 제 2 조화 생성(SHG : secondary harmonic generation) 크리스탈과 같은 광 파장 변환 장치와 결합함으로써, 고속 변조하도록 형성될 수 있다. SHG 크리스탈은 예를 들면, 파장을 530nm로 변환하는 SHG 크리스탈의 스펙트럼 중앙에, 1060nm DBR이나 DFB 레이저를 튜닝함으로써, 기본 레이저 시그널의 보다 높은 조화파(harmonic wave)를 생성하도록 형성될 수 있다. 그러나, MgO-도프된 PPLN(periodically poled lithium niobate)와 같은 SHG 크리스탈의 파장 변환 효율은 레이저 다이오드와 SHG 장치 사이의 파장 매칭에 주로 의존한다. 레이저 설계품과 유사한 설계품에 의해 알 수 있는 바와 같이, DFB 레이저는 반사 매질과 같은, 반도체 재료로 식각된 그리드나 유사한 구조부를 사용하는 동조-공진 레이저이다. DBR 레이저는 식각된 격자, 즉 여러 파장 선택 구조부가 반도체 레이저의 게인부로부터 물리적으로 이격되어 있고 레이저발진 파장의 미세한 튜닝에 사용되는 위상부를 포함할 수도 포함하지 않을 수도 있는 레이저이다. SHG 크리스탈은 주파수-배가 레이저 복사에 비선형 크리스탈의 제 2 조화 생성 특징을 사용한다.
다수의 인자가 상기 타입의 레이저 공급원의 파장 변환 출력 파워에 영향을 미칠 수 있다. 단지 예시를 위한 일 예로서, IR 반도체 레이저와 PPLN SHG 크리스탈을 포함하는 레이저 공급원에 있어서, 레이저 수명이 지속되는 동안의 IR 파워 온도 및 시간-종속 편차는 녹색 출력 파워의 편차를 야기시킨다. 크리스탈의 인풋면에서 SHG 도파관에 대한 IR 빔 정렬 온도 및 시간-종속 편차는 레이저 공급원의 출력 파워 편차를 야기할 수 있다. 더욱이, IR 레이저의 수명이 지속되고 레이저의 작동 온도가 변함에 따라, IR 레이저의 보다 높은 차수의 공간 모드가 변할 수 있고, 전형적으로 보다 높은 차수의 모드가 녹색으로 효율적으로 변환되지 않기 때문에, 녹색 출력 파워 역시 변할 수 있다.
PPLN SHG 장치의 밴드폭이 종종 매우 작기 때문에, 레이저 공진 내에서의 모드 호핑(mode hopping)과 제어되지 않은 큰 파장 편차는 또한 출력 파워 편차를 야기시킨다. 예를 들면, 전형적인 PPLN SHG 파장 변환 장치, 반치폭(FWHM) 파장 변환 밴드폭은 0.16 내지 0.2 nm 사이이고 주로 크리스탈의 길이에 따라 결정된다. 반도체 레이저의 출력 파장이 작동시 허용가능한 밴드폭의 외측으로 이동한다면, 목표대상 파장에서의 변환 장치의 출력 파워는 대폭적으로 강하할 수 있다. 레이저 투사 시스템에 있어서, 특히, 모드 호프(mode hop)가 이미지 특정 위치에서의 손상으로 쉽게 보일 수 있는 순간적인 파워 변화를 생성하기 때문에, 상기 모드 호프는 특히 문제가 된다.
파장 변환 장치를 사용하는 전형적인 RGB 투사 시스템에 있어서, 임의의 상기 공급원으로부터의 IR 파워 편차에 의해 녹색의 파워가 변경될 수 있고 투사된 이미지의 칼라 밸런스에 에러가 발생할 수 있다. 본 발명의 발명자는 레이저 공진에서의 광자 밀도를 게인 전류나 파장-변환된 출력 강도 에러 시그널의 함수로 제어함으로써, 출력 파워를 안정시키는 유리한 방식을 알고 있다.
예를 들면, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 파장 편차를 반도체 레이저에서 최소화시키는 방법이 제공된다. 본 발명의 방법에 따르면, 투사된 레이저 이미지는, 반도체 레이저의 출력빔을 사용하여, 생성된다. 게인 전류 제어 시그널이 게인 전류 피드백 루프에 의해 생성되어 반도체 레이저의 게인부를 제어한다. 반도체 레이저의 파장 변동은, 파장 복구 작동을 반도체 레이저의 구동 전류로의 통합함으로써 그리고 파장 복구 작동을 게인 전류 제어 시그널이나 파장-변환된 출력 강도 에러 시그널의 함수로 개시함으로써, 협폭이 된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 투사된 레이저 이미지를 발생시키는 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 적어도 하나의 반도체 레이저, 투사 광학장치, 광 강도 모니터, 및 제어기를 포함하고, 상기 제어기는 파장 복구를 개시하도록 프로그램된다.
본 발명의 발명자는, 비록 본 발명이 주로 DBR 레이저에 대해 기재되어 있지만, 본 명세서에 기재된 제어 방식은 또한 DFB 레이저, Fabry-Perot 레이저, 및 수많은 타입의 외측 공진 레이저를 포함하는(단, 이들로 한정되는 것은 아님) 다양한 타입의 반도체 레이저에 사용될 수 있다는 것을 알고 있다.
도 1a는 본 발명의 특정 실시예에 따른 다양한 레이저 제어 방식에 적당한 레이저 투사 시스템을 개략적으로 도시한 도면;
도 1b는 본 발명의 특정 실시예에 따른 다양한 레이저 제어 방식에 적당한 피드백 루프를 개략적으로 도시한 도면;
도 2는 일정 시간 동안의 파장, 게인 전류 및 주파수-변환된 출력 파워의 발생을 도시한 도면;
도 3 및 도 4는 DBR 레이저에서의 게인 전류의 함수로서 출사 파장의 발생을 도시한 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 파장 제어 방식을 도시한 도면;
도 6은 도 5에 도시된 제어 방식의 또 다른 도면;
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 파장 제어 방식을 도시한 도면; 및
도 8은 도 7의 제어 방식을 도시한 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 살펴보면, 상기 도면에는 2개부의 DBR-타입의 반도체 레이저(12)를 포함하고 있는 레이저 공급원(10)과 관련된 본 발명이 전반적으로 도시되어 있고, 본 발명이 다양한 타입의 반도체 레이저에 실행될 수 있으며, 상기 반도체 레이저의 구성과 작동은 상기 기재되어 있고, 반도체 레이저의 구성 및 제조와 관련하여 용이하게 파악될 수 있다. 도 1b에 도시된 타입의 주파수-배가된 광원에 있어서, DBR 레이저(12)는 광 파장 변환 장치(14)와 광학적으로 연결된다. 반도체 레이저(12)에 의해 출사된 광 빔이, 파장 변환 장치(14)의 도파관(waveguide)에 직접적으로 결속되거나, 광학장치나 여러 다양한 타입의 적당한 광소자 또는 광시스템을 시준(collimating)하고 초점(focusing)을 맞춰 결속될 수 있다. 파장 변환 장치(14)는 입사광(v)을 보다 높은 조화파(2v)로 변환하고 변환된 시그널을 출력한다.
이러한 타입의 구성은 특히 보다 긴 파장의 반도체 레이저로부터 보다 짧은 파장의 레이저 빔을 생성하는데 유용하고 예를 들면, 레이저 공급원(10), 레이저 투사 광학장치(20), 부분 반사식 빔 스플리터(25), 광 강도 모니터(30), 및 제어기(40)를 포함하는 예를 들면, 단색의 레이저 투사 시스템(100)이나 다색의 RGB 레이저 투사 시스템용 가시적 레이저 공급원(10)으로서 사용될 수 있고, 상기 투사 시스템은 독립형 레이저 제어기 또는 상기 레이저 제어기를 통합하고 프로그램가능한 투사 제어기일 수 있다. 레이저 투사 광학장치(20)는 2개의-축선, 짐벌(gimbal) 장착된, MEMS 스캐닝 미러(22)를 포함한(단, 이들로 한정되는 것은 아님) 다양한 광소자를 구비할 수 있다. 이들 광소자는 2차원의 스캔된 레이저 이미지를 투사 스크린이나 이미지장(50)에 만들도록 상호작동한다.
부분 반사식 빔 스플리터(25)는 레이저 공급원(10)에 의해 발생된 광의 일부를 광 강도 모니터(30)로 나아가게 한다. 광 강도 모니터(30)가 전기 또는 광 시그널을 생성하도록 구성되고, 상기 전기 또는 광 시그널은 레이저 공급원에 의해 생성된 광 강도 편차를 나타낸다. 아래 보다 상세하게 설명된 바와 같이, 광 강도 모니터(30)와 통신하는 제어기(40)는 광 강도 모니터(30)로부터의 시그널을 수신하고 샘플로 만들어서 레이저 공급원을 샘플화된 강도의 함수로 제어하도록 프로그램될 수 있다. 본 발명의 범주 내에서 이루어진 다양한 변형 구성으로서 출력빔의 모니터 강도를 사용하는 것이 고려될 수 있다. 빔 스플리터(25), 레이저 공급원(10), 광 강도 모니터(30), 및 제어기(40)가 도 1a 및 도 1b에 개략적으로 도시되어 있고, 서로에 대한 그리고 임의의 시스템 하우징에 대한 이들 각각의 위치와 방향이 상기 시스템이 시용되는 특정 장소에 따라 폭넓게 변할 수 있다는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 단지 예시를 위한 것으로서, 빔 스플리터(25) 및 광 강도 모니터(30)가 레이저 공급원용 하우징 내측에 위치되거나 외측에 위치될 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 1b에 개략적으로 도시된 DBR 레이저(12)는 파장 선택부(12A)와 게인부(12B)를 포함한다. 레이저(12)의 DBR부로 언급된 파장 선택부(12A)는 전형적으로 레이저 공진의 능동 영역 외측에 위치한 제 1 차 브래그 격자나 제 2 차 브래그 격자를 포함한다. 상기 부는 파장부가 되어, 격자가 미러로 작용하며, 상기 미러의 굴절율은 파장에 따라 결정된다. DBR 레이저(12)의 게인부(12B)는 레이저의 대다수의 광 게인을 제공한다. 상 매칭부는 또한 게인부(12B)의 게인재와 파장 선택부(12A)의 반사재 사이에서 조정가능한 상 이동(shift)이 가능하도록 사용된다. 파장 선택부(12A)는, 브래그 격자를 사용할 수도 사용하지 않을 수도 있는 다수의 적용가능한 변형 구성이 가능하다.
도 1b에 도시된 파장 변환 장치(14)의 파장 변환 효율은 DBR 레이저(12)와 파장 변환 장치(14) 사이의 파장 매칭에 따른다. 파장 변환 장치(14)에서 생성된 보다 높은 조화광파(harmonic light wave)의 출력 파워는, DBR 레이저(12)의 출력 파장이 파장 변환 장치(14)의 파장 변환 밴드폭을 벗어날 때, 상당히 강하한다. 예를 들면, 반도체 레이저가 데이터를 만들내도록 조정될 때, 열 부하는 일정하게 변한다. 레이저 온도와 레이저발진 파장의 최종적인 변화에 의해 관련 SHG 크리스탈의 효율이 변동된다. 12mm의 긴 PPLN SHG 장치의 형태를 취한 파장 변환 장치(14)의 경우에 있어서, DBR 레이저(12)에서 대략 2℃의 온도 변화는 전형적으로 파장 변환 장치(14)의 0.16nm 반치폭(FWHM) 파장 변환 밴드폭을 벗어나는 레이저(12)의 출력 파장을 취할 정도로 충분하다. 본 발명은 레이저 파장 편차를 허용가능한 레벨로 한정함으로써 상기와 같은 문제점을 처리한다.
상기 기재한 바와 같이, 다수의 인자가 상기 타입의 레이저 공급원의 파장-변환된 출력 파워에 영향을 미치는데, 이와 같은 일 예는 모드 호핑과 레이저 공진 내에서의 제어되지 않은 큰 파장 편차이다. 도 3은 DBR 레이저에 있어서 한 축이 게인 전류(I)의 함수이고, 다른 한 축이 출사 파장(λ)을 나타낸 도면이다. 게인 전류가 증가할 때, 게인부의 온도 또한 증가한다. 이 결과, 공진 모드는 보다 높은 파장 쪽으로 나아간다. 공진 모드의 파장이 DBR부에 의해 선택된 공칭 파장보다 빠르게 이동하기 때문에, 레이저는 보다 낮은 파장의 공진 모드가 DBR 반사율 곡선의 최대값에 보다 근접하는 지점에 도달한다. 이 지점에서, 보다 낮은 파장의 모드가 설정된 모드보다 손실이 더 적고 이후 레이저가 자동적으로 손실이 더 적은 모드로 변하게 된다. 이러한 구성은 도 3의 곡선(100)으로 도시되었다. 도 3에 도시된 바와 같이, 파장이 느리게 증가하고 급격한 모드 호프를 포함하며, 상기 모드 호프의 진폭은 하나의 자유 스펙트럼 범위의 레이저 공진과 동일하게 된다. 이들 단일 모드 호프가 심각한 문제점을 일으키는 것은 아니다. 실제로, 주파수를 배가하는 PPLN 사용 경우에, 예를 들면, 이들 모드 호프의 진폭은 PPLN의 공간 밴드폭 보다 작다. 따라서, 이러한 작은 모드 호프와 관련된 이미지 노이즈는 적용가능한 진폭내에서 유지된다.
도 3을 다시 살펴보면, 상기 도 3에서 커브(101)는 DBR 레이저에 있어서 상당히 상이한 출사 패턴을 나타낸다. 특히, 커브(100)와 관련하여 도시된 레이저와 같은, 일반적으로 동일한 제조 파라미터를 갖는 레이저가, 하나의 레이저 자유 공간 범위에서의 진폭을 갖는 모드 호프를 갖는 대신에, 레이저가 6 또는 그 이상의 자유 스펙트럼 범위 진폭을 갖는 모드 호프를 나타낸다는 상당히 상이한 패턴을 나타낼 것이다. 여러 경우에 대하여, 이러한 큰 급격한 파장 변화는 적용가능하지 않다. 예를 들면, 레이저 투사 시스템의 경우에 있어서, 이러한 큰 호프는 공칭 그레이-스케일 값으로부터 0에 가까운 값까지의 이미지의 급격한 강도 변화를 야기시킨다. 본 발명의 발명자는 이러한 현상 뿐만 아니라, 레이저에서의 파장의 불안정성과 히스테리시스(hysteresis)를 조사하였고, 이러한 레이저 출사 결함은 공간 홀 버닝(spatial hole burning), 스펙트럼 홀 버닝(spectral hole burning), 게인 프로파일 브로드닝(gain profile broadening), 및 자가 유도된 브래그 격자를 포함하는 하나 이상의 다양한 인자 때문이라는 것을 알 수 있다. 이들 인자가, 레이저발진을 레이저 공진에 설정된 특정 공진 모드에서 로크하거나, 보다 큰 모드 호프를 촉진시킨다는 것을 알 수 있다. 실제로, 일단 모드가 설정되면, 특정 파장에서 공진 내에 있는 광자가, 캐리어 밀도를 특정 에너지 레벨에서 격감시키거나, 자가 유도된 브래그 격자를 공진에서 생성시킴으로써, 레이저 자체를 방해하는 것이 나타난다. 또한 이들 현상의 상호작용은 간단하거나 폐쇄된 형태, 예측 가능하거나 모델에 기초한 솔루션에 적합하지 않다는 것을 알 수 있다.
도 4의 커브(102)는 특별 모드 호핑의 또 다른 경우를 나타낸다. 도시된 경우에 있어서, 임의의 유닛으로부터의 출사 파장(λ)이 불안정한데, 그 이유는 외측 공진 효과로 언급된 현상과 같은, 레이저 외측에 위치된 성분에 기인한 후방 반사를 포함하기 때문이다. 외측 공진 효과에 의해, 외측 반사가 레이저 공진을 방해하고 매우 큰 진폭의 모드 호프를 생성할 수 있는 와류 Fabry-Perot 공진을 생성한다. 반도체 레이저에서 적용가능하지 않은 파장 드리프트 공급원에 상관없이, 본 발명은 파장 변동을 최소화하고 레이저의 시간-평균 레이저 발진 광 밴드폭을 협폭으로 하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 발명자는, 도 3 및 도 4에 도시된 큰 파장 변동과, 관련 모드-호핑 효과는, 레이저 공진에서 적어도 부분적으로 광자 밀도에 따라 결정되고 상당한 외측 공진 효과가 나타날 때, 증폭될 수 있다는 것을 알고 있다. 본 발명의 발명자는 또한 레이저발진 파장이 하나 이상의 모드로 변경될 수 있다는 것을 알고 있고, 이러한 다중-모드 변경이 스펙트럼 및 공간 홀 버닝 그리고 외측 공진 효과와 같은 추가적인 레이저발진 현상에 전반적으로 또는 부분적으로 기여한다는 것을 알 수 있다.
반도체 레이저에서의 다중-모드 드리프트의 원인에 상관없이, 상기와 같은 현상이 발생할 때, 통상적으로 레이저발진 파장은 다수의 공진 모드 간격과 같은 비정상적인 파장 변동을 나타낸다. 큰 모드 호프가 발생하기 전에, 통상적으로 레이저는 큰 연속의 파장 이동을 나타낸다. 보다 큰 파장 드리프트와 비정상적인 파장 변동은 레이저 시그널에서의 적용가능하지 않은 노이즈의 원인이 될 수 있다. 예를 들면, 상기와 같은 현상이 레이저 투사 시스템에서 규칙적으로 발생한다면, 투사된 이미지에서의 노이즈가 사람의 눈에 용이하게 보일 수 있을 것이다.
상기 기재한 바와 같이, 본 발명은 전반적으로 제어 방식에 관한 것으로서, 이 제어 방식에 있어서 반도체 레이저 구동 전류는 구동부와 적당한 시한의 파장 복구부를 포함한다. 도 5 및 도 6에는 파장을 단일 모드의 레이저 시그널에서 제어하는 방식이 도시되어 있고, 여기서 구동부가 전류로 반도체 레이저의 게인부에 주입(inject)된 데이터부를 포함한다. 따라서, 도시된 실시예에 있어서, 구동 전류는 데이터부와 파장 복구부를 포함한다. 특히 도 5를 살펴보면, 구동 전류나 게인 주입 전류(IG)의 이들 부분은 레이저 데이터 시그널(DS)과 적당하게 형성된 파장 복구 시그널(WR)의 곱에 의해 유도될 수 있다. 단지 예시를 위한 것으로서, 예를 들면, 레이저 투사 시스템에 있어서 레이저 데이터 시그널은 투사용 이미지 데이터를 이송시킬 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 게인부 구동 전류의 데이터부, 즉, 게인 주입 전류가 비교적 긴 구동 기간(tD)의 비교적 높은 구동 진폭(ID)을 포함하는 한편, 구동 전류의 파장 복구부는 비교적 짧은 복구 기간(tR)의 비교적 낮은 복구 진폭(IR)를 포함하도록 파장 복구 시그널이 형성된다. 데이터부의 비교적 높은 구동 진폭(ID)은 레이저 공진 내에서 레이저발진 모드(λ0)로 레이저발진하는데 충분하다. 구동 전류의 파장 복구부의 비교적 낮은 복구 진폭(IR)은 구동 진폭(ID)과 전혀 다르며, 구동 진폭(ID)보다 낮은 진폭(ΔI)으로 도 6에 도시되었다.
구동 진폭(ID)과 기간(tD)의 게인부 구동 전류(IG)의 데이터부는 사용될 특정 경우의 코스에 따라 적당한 파워와 파장을 갖는 광시그널을 생성하도록 작동한다. 도 6에 도시된 구동 진폭(ID)이 비교적 간단한 형태를 취하였을지라도, 게인부 구동 전류(IG)는 또한 반도체 레이저에서 비교적 낮은 레벨 파장 드리프트를 보상하도록 사용된 보정 성분(IADJ)을 포함한다. 예를 들면, 변환 효율이 강하됨에 따라, 보정 성분(IADJ)이 사용되어 일정한 출력 파워를 유지시키도록 게인 전류(IG)를 증가시킬 수 있다. 보정 성분(IADJ)이 또한 필요시 게인 전류(IG)를 감소시키는데 사용될 수 있다. 그러나, 파장 드리프트가 비교적 고 레벨로 증가할 때, 게인부 구동 전류(IG)가 적용가능한 값을 초과하고 상기 파장 복구 작동이 행해진다. 전형적으로, 게인 전류(IG)의 패턴이 불규칙하기 때문에 파장 복구 작동이 주기적으로 행해지지 않는다.
복구 진폭(IR) 및 복구 기간(tR)은 광자 밀도를 적어도 일부의 레이저 공진 내에서 감소시키는데 충분하다. 광자 밀도를 보다 낮은 값으로 감소시킴으로써, 0에 근접하는 여러 경우에, 스펙트럼 홀 버닝, 공간 홀 버닝, 게인 프로파일 브로드닝, 또는 자가 유도된 브래그 격자처럼 큰 파장 드리프트를 일으키는 다양한 현상이 발생되지 않는다. 이 결과, 상당한 전류가 복구 주기의 끝부분에서 게인부로 재-주입될 때, 레이저는 DBR 반사율 곡선의 최대치에 가장 근접한 모드를 자동적으로 선택한다. 따라서, 파장 변동은 하나의 레이저 자유 스펙트럼 범위로 제한되고 다수의-공진 모드 호프가 제거되거나, 또는 적어도 상당히 감소된다. 데이터부와 파장 복구부를 포함하는 최종적인 게인부 구동 전류는 파장 드리프트를 최소화하고 레이저의 시간-평균 레이저 발진 광학 밴드폭을 협폭으로 하는데 사용된다.
언급한 바와 달리, 게인부 구동 전류의 데이터부의 구동 진폭(ID)과 기간(tD)은 레이저발진 파장이 적용가능하지 않은 드리프트를 겪게 된다는 가능성을 증가시킨다. 단지 예시를 위한 일 예로서, 0.05nm를 초과하는 파장 변화가 적용가능하지 않은 파장 드리프트를 이룬다는 것을 알 수 있을 것이다. 게인부 구동 전류의 밀도 복구부의 비교적 낮은 복구 진폭(IR)은 구동 전류의 데이터부를 따르고 적용가능하지 않은 파장 드리프트의 가능성을 감소시킨다.
파장 복구 시그널이 규칙적이고, 주기적으로 행해질 필요가 없음을 알 수 있다. 이와 달리, 복구 시그널은 필요에 따라 큰 파장 드리프트가 축적되기 전에 레이저발진 공진 모드를 셧 오프시키도록 가해질 수 있다. 주기적 파장 복구에 의해 레이저가 가능성 분포 함수에 따라 효과적으로 파장을 선택할 수 있고, 상기 가능성은 파장 맞춤(match) 가능성을 제한한다. 이와 달리, 필요에 따라 파장 복구 작동을 행함으로써, 수회의 셧 다운 이후에, 파장 매치의 가능성이 기하급수적으로 증가한다.
복구 주기의 주파수에 의하여, 2개의 복구 주기 사이의 파장 변화를 적용가능한 진폭으로 충분히 제한할 필요가 일반적으로 종종 있다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 본 발명의 실시예에 있어서, 광 강도 모니터(30), 제어기(40), 및 레이저 공급원(10)은 게인 전류 피드백 루프를 형성하고 이 피드백 루프에서 제어기(40)는 광 강도 모니터(30)로부터 시그널을 수신하거나 샘플화하고 DBR 레이저(12)의 게인부(12B)를 샘플화된 강도의 함수로 제어하도록 프로그램된다.
보다 상세하게는, 도 1b를 살펴보면, 광 강도 모니터(30)의 시그널이 허용되지 않을 정도로 낮거나 높은 출력 강도를 파장 변환 장치(14)로부터의 주파수-배가된 시그널에 나타난다면, 게인 전류 제어 시그널이 사용되어 DBR 레이저(12)의 게인을 증가시키거나 감소시키도록 DBR 레이저(12)의 게인부를 제어할 수 있다. 더욱이, 상기 파장 복구 작동은 게인 전류 제어 시그널의 함수로서 개시될 수 있다. 예를 들면, 도 2를 살펴보면, 파장 복구 작동은 게인 전류 제어 시그널(IG)이 매우 높을 때, 즉, 특정 복구 임계치(ITH)를 초과할 때, 개시된다. 최종적인 복구 이벤트(R)가 게인 전류 제어 시그널(IQ)에서의 일시적인 강하와 이 강하에 대응하는 주파수-변환된 출력 파워(2v)에서의 강하로, 도 2에 명확하게 도시되어 있다. 복구 이벤트(R)가 주기적일 필요는 없다. 또한 시간에 대한 전형적인 파장 패턴(λ)이 도 2에 도시되었다.
선택적으로, 파장 복구 작동은, 게인 전류 제어 시그널이 주어진 기간 동안에 복구 임계치를 초과할 때 개시되거나, 게인 전류 제어 시그널의 정수가 복구 임계치를 초과할 때 개시되거나, 또는 게인 전류 제어 시그널의 현 상태나 히스토리가 파장 복구 작동이 유리하게 행해지는 작동 조건을 나타내는 임의의 여러 시간에 개시될 수 있으며, 이러한 작동 조건은 목표 출사 파장이 적용될 수 없는 양만큼 드리프트되는 경우이다. 또한 파장 복구 작동은 광 강도 에러 시그널의 함수로 개시될 수 있고, 이는 단지 기준 강도와 광 강도 모니터(30)에 의해 생성된 광 강도 시그널의 비교로부터 생성될 수 있다. 일정 시간 동안의 광 강도 에러 시그널과 파장 복구 작동의 발생은, 광 강도 에러 시그널이 게인 전류 제어 시그널(IG)과 달리 복구 작동을 트리거시킨다는 것을 제외하고는, 도 2에 도시된 것과 유사하다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 특정 실시예에 있어서, DBR 레이저(12)는 게인부(12B)에 더하여 파장 선택부(12A)를 포함할 수 있다. 더욱이, DBR 레이저(12), 광 강도 모니터(30), 및 제어기(40)는 레이저(12)의 파장 선택부(12A)를 제어하여 게인 전류 제어 시그널을 최소화하는데 사용되는 DBR 피드백 루프를 형성하도록 구성될 수 있다. 보다 상세하게는, 게인 전류가 목표 녹색 파워를 이송하도록 조정되기 때문에, DBR 제어 루프는 게인 전류 제어 시그널 또는 광 강도 모니터(30)에 의해 생성된 강도 시그널을 조사하도록 형성되고 DBR 파장을 조정하여 게인부(12B)에 요구되는 게인을 최소화하기 위하여 파장 선택부(12A)를 제어한다. DBR 피드백 루프가 도 1b에 개략적으로 도시되고 다양한 형태를 취할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
예를 들면, 주파수 배가된 PPLN 녹색 레이저를 포함한 레이저 투사 시스템에 있어서, 본 발명에 따른 파장 제어가 없으면, 단일의 라인의 이미지 디스플레이 상에 레이저에 의해 출사된 녹색의 파워는 다수의 공진 모드 호프에 따른 급격한 파워 편차를 나타낸다. 이 결과, 투사된 이미지는 진폭을 갖는 파워에 있어서 50% 이상 정도로 갑작스럽게 저하된다. 그러나, 구동 시그널이 적당한 간격에서 변경된다는 본 발명에 따른 파동 제어 방식를 사용하면, 레이저 파워의 바람직하지 않은 감소가 상당히 완화되고 투사된 이미지가 비교적 높은 공간 주파수로 (전형적으로 사람의 맨 눈으로는 용이하게 식별되지 않는) 결함을 나타낸다는 것을 알 수 있을 것이다.
복구 진폭(IR)이 0일지라도, 상기 복구 진폭은 다수의 공진 모드 호프의 공급원을 제거하거나 그렇지 않으면 레이저의 파장 패턴을 향상시키는데 충분한 임의의 값일 수 있다. 게인부 구동 전류의 복구 진폭(IR)은 구동 진폭(ID)보다 더 낮으며 실질적으로 0 이상이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 비교적 높은 구동 진폭(ID)이 실질적으로 연속이지만, 특히 반도체 레이저가 이미지 투사 시스템에 통합되는 경우에, 종종 강도가 변경된다.
레이저가 인코드된 데이터의 광 출사용으로 형성되는 경우, 인코딩 데이터를 나타내는 데이터 시그널이 레이저에 가해진다. 단지 예시를 위한 것으로서 예를 들면, 데이터 시그널은 레이저의 게인부로 분사된 구동 시그널의 펄스-폭 조정된 데이터부나 강도로 통합될 수 있다. 본 발명의 파장 복구 작동은 데이터 시그널에 인코드된 적어도 부분적으로 독립적인 데이터가 되도록 행해질 수 있다. 예를 들면, 구동 전류가 레이저의 게인부에 주입된 경우, 그 구동부는 데이터를 인코드하도록 조정된 강도이다. 구동 전류의 파장 복구부가 인코딩 데이터와 독립적으로, 구동 전류와 중첩(superimpose)된다. 이와 유사하게, 구동부가 데이터를 인코드하도록 조정된 펄스-폭인 경우에, 구동 전류의 파장 복구부는 또한 구동 전류에 중첩될 것이다.
상기 중첩이 인코딩 데이터와 완전하게 독립적이거나 또는 인코딩 데이터를 나타내는 구동 전류의 강도나 펄스 폭의 기간이 임계치 값에 도달하는 경우에만 적용되고, 이러한 경우에 인코딩 데이터에 부분적으로 종속하게 된다. 그러나, 일단 중첩되면, 파장 복구부와의 독립 정도가 파장 복구에 충분하다는 것을 보장할 필요가 있다. 언급한 바와 달리, 구동 전류의 파장 복구부는 데이터 시그널이 파장 복구를 방해하는 상황에서 구동 전류를 조절한다. 예를 들면, 펄스-폭 조정된 데이터 시그널의 경우에, 파장 복구가 상대적으로 짧고, 높은 진폭 펄스-폭에 불필요하다는 것도 고려될 수 있다. 그러나, 인코딩 데이터가 상대적으로 길고, 높은 진폭 펄스 폭을 포함하는 경우에, 구동 작동과 파장 복구 작동에 의해 정의된 듀티 사이클은 적용가능하지 않은 파장 드리프트가 관측되기 전에 파장 복구가 달성될 수 있다는 것을 보장하도록 고진폭 펄스 폭의 최대 기간이 충분히 제한된다. 예를 들면, 펄스 폭의 최대 기간은 구동 작동 기간의 대략 90%와 파장 복구 작동에 의해 정의된 듀티 사이클을 초과할 수 없다. 더욱이, 펄스-폭 조정된 데이터의 경우에도, 파장 복구부의 복구 진폭(IR)이 반도체 레이저의 임계치 레이저발진 전류 이하이거나 파장을 복구하도록 충분히 낮다는 것을 보장할 수 있어야 한다.
도 7 및 도 8에는 단일 모드의 레이저 시그널에서의 파장 제어 방식이 도시되어 있고, 여기서 반도체 레이저 구동 전류의 상기 구동부가 반도체 레이저의 파장 선택부로 주입된 파장 제어 시그널(λs)을 포함한다. 따라서, 반도체 레이저의 파장 선택부로 주입된 구동 전류는 파장 제어부와 파장 복구부를 포함한다. 상기 기재한 바와 같이, 이러한 구동 전류는 또한 DBR 레이저의 파장 선택부가 통상적으로 레이저의 DBR부로 언급되기 때문에, 본 명세서에서 DBR 주입 전류 (IDBR)로 언급된다.
특히 도 7을 살펴보면, DBR 주입 전류의 파장 제어부 및 파장 복구부는 기준 DBR 파장 제어 시그널(λs)과 본 발명에 따라 적당하게 형성된 파장 복구 시그널(WR)을 곱하여 유도될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, DBR 주입 전류의 파장 제어부가 비교적 긴 구동 기간(tD)의 구동 진폭(ID)을 포함하는 한편, 구동 전류의 파장 복구부가 비교적 짧은 복구 기간(tR)의 복구 진폭(IR)을 포함하도록 파장 복구 시그널이 형성된다. DBR 주입 전류의 파장 복구부의 복구 진폭(IR)은 구동 진폭(ID)과 상이하고, 구동 진폭(ID)보다 더 낮거나 높으며, ΔI 또는 ΔI' 만큼 구동 진폭(ID)과 상이하게 도 8에 도시되어 있다.
파장 제어부의 진폭(ID)은 주파수 배가된 PPLN 레이저가 이중 크리스탈의 파장만큼 고정되는 경우에, DBR 파장이 적당한 파장으로 튜닝된 채로 충분히 유지될 수 있게 한다. DBR 전류가 구동 진폭(ID)과 완전히 상이한 복구 진폭(IR)으로 변경될 때, 브래그 파장이 상이한 파장으로 변경되고 새로운 공진 모드가 레이저발진을 위해 개시된다. 최초 레이저발진 공진 모드가 터언 오프된다. 새로운 공진 모드가 최초 레이저발진 공진 모드로부터 충분히 이동된다면, 다수의 공진 모드 호프의 원인이 되는 현상이 없어지거나, 레이저 공칭 목표 파장에서 실질적으로 제거된다. DBR 복구 펄스의 끝부에서, DBR 전류가 그 최초 레벨로 복귀하고, 이동하는 브래그 파장이 그 최초 위치로 되돌아 간다. 이때, 새로운 공진 모드가 터언 오프되고, 레이저발진이 복구된 광 게인 스펙트럼 하에서, 복구된 모드로 최초 브래그 파장이나 상기 파장 부근의 파장에서 다시 시작된다. 최종적인 이미지가 도 5 및 도 6의 제어 방식과 관련하여 상기 기재한 사항과 유사한 특성을 갖는다는 것을 알 수 있다.
본 발명이 DBR 레이저의 게인부 또는 DBR부를 전류 주입을 통해 제어하는 것에 관한 것일지라도, 레이저 공급원(10)의 상기 게인부와 DBR부가 레이저의 각각의 부에 열적으로 결합된 마이크로히터를 통해 제어될 수 있다는 것도 본 발명에서 고려될 수 있다. 마이크로히터 제어가 전형적으로 전류 주입을 통해 레이저 제어에 나타난 것보다 느리게 반응하는 응답 기구라면, 파장 복구 작동의 제어가 마이크로히터와 달리, 전류 주입을 사용해 행해지는 것이 바람직하다. 따라서, 레이저에 대한 표준 제어 조작이 마이크로히터 기술을 통해 용이하게 되는 한편, 전류 주입 기구가 파장 복구를 위해 제공되는 하이브리드 구성이 고려될 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 본 발명의 일 실시예에 대한 설명은, 광자 정상파를 게인-압축된 파장에서 스펙트럼 홀 버닝 영역 외측의 다른 한 파장으로 변경시키는 방식에 대한 것이다. 정상파에서의 변경 기간은 비교적 짧지만, 전형적으로 스펙트럼 홀 버닝을 제거하고 최초 게인 스펙트럼을 복구하는데 충분히 길다. 복구 진폭(IR) 하에서 유도된 파장 이동은 크기가 변하지만, 적어도 대략 2개의 레이저발진 모드의 파장 이동 정도인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있을 것이다. 실제로, 레이저 공진을 사용해 레이저발진이 불가능할 만큼 파장 이동이 클 수도 있다는 것을 알 수 있다. 또한 도 7 및 도 8의 제어 방식이 외측 피드백을 변경시킴으로써 외측 공진 반도체 레이저에 적용되어 레이저발진 파장을 캐리어에 대해 적절하게 최초 위치를 벗어나 일시적으로 이동시켜서 스펙트럼 홀(spectral hole)을 채운다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 1a에 개략적으로 도시된 레이저 투사 시스템을 살펴보면, 본 발명에 따른 구동 전류 제어 방식이 상기 시스템에서 다양한 형태로 실행될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 단지 예시를 위한 일 예로서, 예를 들면, 구동 전류의 파장 복구부는, 투사 소프트웨어와 전자장치에 의해 작동되는 동안에, 복구부를 비디오 시그널에 통합함으로써 행해질 수 있다. 선택적으로, 구동 시그널의 파장 복구부는 레이저 구동기 전자장치에 통합될 수 있다. 이와 같은 접근법에 있어서, 이미지 스트림으로부터 유도된 구동 시그널은 현재 증감하기 전에 파장 복구 시그널에 의해 주기적으로 겹쳐진다. 또 다른 접근법으로서, 레이저로의 구동 전류가 소정 강도의 레벨과 독립적으로 구동 전류를 감소시키거나 수정시키도록, 주기적으로 우회되거나, 그렇지 않으면 감소된다.
도 5 내지 도 8을 살펴보면, 상기 도면에는 노이즈를 단일 모드의 레이저 시그널에서 선택적으로 또는 함께 감소시키는데 사용되는 레이저 작동 방식이 도시되어 있다. 더욱이, 도 5 내지 도 8의 방식은 하나 이상의 단일 모드 레이저를 포함한 시스템에 사용될 수 있다. 예를 들면, 아래에 보다 상세하게 기재한 바와 같이, 도 5 내지 도 8의 방식이 하나 이상의 단일 모드 레이저를 포함한 레이저 이미지 투사 시스템에 선택적으로 또는 함께 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 본 명세서와 관련한 단일 모드의 광 출사용으로 형성된 레이저나 단일 모드의 레이저가 본 발명의 범주를 단일의 모드에서 배타적으로 작동하는 레이저로 제한하려고 취한 것이 아니라는 것을 또한 알 수 있을 것이다. 이와 달리, 본 명세서와 관련한 단일 모드의 레이저나 단일 모드의 광 출사용으로 형성된 레이저는, 단지 본 발명에 따른 레이저가 출력 스펙트럼으로 특징지워진다는 것을 나타내도록 취해졌으며, 여기서 단일 모드의 광폭이나 협폭의 밴드폭이 상기 출력 스펙트럼에서 식별가능하거나, 또는 적당한 필터링이나 여러 수단을 통해 단일 모드의 식별가능한 출력 스펙트럼에 의해 식별가능하다.
또 다른 특징이, 레이저 투사 시스템에 있어서 구동 기간(tD)과 복구 기간(tR)의 각각의 값이 설정될 때, 설명될 필요가 있다. 단지 예시를 위한 일 예로서, 도 1a에 도시된 것과 유사한 스캐닝 레이저 투사 시스템에 있어서, 스캔된 이미지는 일련의 이미지 픽셀에 의해 일련의 이미지 라인 형태로 된 일련의 이미지 프레임으로 이루어진다. 이미지에서의 픽셀의 능동 픽셀 기간은 40nsec이거나 그 이하일 수 있다. 일반적으로, 복구 기간(tR)은 픽셀 기간(tp) 이하이다. 바람직하게, 복구 기간(tR)은 픽셀 기간(tp)보다 적어도 50%이하이다. 이와 달리, 구동 기간(tD)는 시스템 디자이너에 따라, 픽셀 기간(tp) 이상이거나 또는 그 이하이거나, 동일할 수 있다.
당업자라면 능동 픽셀 기간(tp)이 스캐닝 속도 편차의 결과로서 이미지를 가로질러 적절하게 그리고 주기적으로 변경될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, "능동 픽셀 기간에 의해 특징지워지는" 투사 시스템은 이미지에서의 각각의 픽셀이 동일한 픽셀 기간을 갖는다는 것을 의미하도록 취해진 것은 아니다. 이와 달리, 디스플레이 내에서의 각각의 픽셀이 상이한 픽셀 기간을 가지며 상기 각각의 픽셀이 능동 픽셀 기간(tp)에 의해 특징지워진 일반적인 개념의 디스플레이 아래로 떨어진다는 것을 알 수 있을 것이다. 이미지 픽셀의 어레이를 가로질러 변하는 픽셀 강도가 나타나도록 이미지 투자 전자장치와 이에 대응하는 레이저 구동 전류를 형성하여 다수의 색조 이미지가 이미지 투사 시스템에 의해 생성된다.
이러한 경우에, 구동 전류의 파장 복구부는 시그널에 중첩되고, 상기 시그널은 가변 픽셀 강도를 인코드한다. 스캐닝 레이저 이미지 투사 시스템의 상세한 구성과, 가변 픽셀 강도가 이미지에 걸쳐서 생성되는 방식이 본 명세서에 기재되어 있지 않지만 이에 대한 사항은 쉽고 다양하게 이용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
레이저-기반의 광원을 포함한, 공간 광 조정기 기반 시스템(DLP(Digital Light Processing), 투과형 LCD, 및 LCOS(Liquid Crystal on Silicon)을 포함한)과 같은 여러 타입의 레이저 투사 시스템은 상기 기재한 파장 안정화 기술에 의해 유리하다는 것을 알 수 있을 것이다. 이들 여러 시스템에 있어서, 레이저에 대한 관련 외인성 주기는 픽셀 주기가 아니라, 반비례의 스크린 리프레쉬율(screen refresh rate)이거나, 분율(fraction)이다. 이러한 경우에 레이저로의 인풋 시그널은 인코드된 데이터 주기(tp)에 의해 특징지워지고 구동 전류는 파장 복구부의 복구 기간(tR)이 인코딩 데이터 주기(tp)보다 짧도록 형성된다.
본 발명에 다양한 타입의 전류가 적용될 수 있다. 상기 기재한 바와 같이, 상기와 같은 전류는 전류를 의미한다는 것을 알 수 있을 것이다. 더욱이, 본 발명의 명세서에 기재된 바와 같이, 본 명세서에 기재된 전류의 "제어"는 전류가 능동적으로 제어되거나 임의의 기준값의 함수로 제어된다는 것을 의미할 필요가 없다는 것을 알 수 있을 것이다. 이와 달리, 전류의 크기를 단지 설정함으로써 전류가 제어될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 상세한 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제시된 것이라는 것을 알 수 있을 것이다. 당업자라면 본 발명에 대한 여러 변경 및 수정이 본 발명의 범주 내에서 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위의 범주 내에서 본 발명은 본 발명에 대한 여러 수정을 포함한다.
예를 들면, 비록 본 명세서에 기재된 제어 방식이 게인부에 가해진 구동 전류의 파장 복구부와 반도체 레이저의 파장 선택 DBR부의 통합에 관한 것이며, 본 발명의 파장 복구 작동을 레이저 작동 방식에 통합하는 방법은 레이저의 상기 부분에만 가해지는 구동 전류로 한정되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 단지 예시를 위해, 예를 들면, 레이저는 복구 시그널이 가해질 때 광자를 흡수하도록 형성된 복구부를 포함한다. 이러한 경우에 있어서, 본 명세서에 기재된 게인부와 DBR부에 사용되는 방식과 유사한 방식으로, 복구부가 필요에 따라 광자 밀도를 감소시키도록 사용될 수 있다.
또한, 특정 상태나, 조건이나, 값이나, 여러 타입의 변수의 "함수로" 행해지는 바와 같이, 본 명세서에 기재된 또는 청구된 특정 단계나 작동은 상기 지정된 변수나 파라미터의 함수로서의 단계나 작동으로만 행해지지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 이와 달리, 추가 인자가 방법이나 작동의 이행에 영향을 미친다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 본 발명의 특정 실시예가 게인 전류 제어 시그널의 함수로서 파장 복구 작동의 개시에 대해 기재되어 있으나, 이러한 기재는 게인 전류 제어 시그널의 함수로서만 작동하는 것으로 한정되는 것이 아니다.
본 명세서에 기재된 "바람직하게", "통상적으로", "일반적으로" 및 "전형적으로"이라는 용어는 청구범위의 범위를 한정하려는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 뿐만 아니라 청구범위를 기재함에 있어 반드시 요구되는 표현이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 이와 달리, 상기 용어는 본 발명의 특정 실시예에 사용되거나 사용되지 않을 수 있는 선택적인 또는 부가적인 특징을 단지 강조하기 위한 것이다. 더욱이, 하나의 값, 파라미터, 또는 변수가 다른 하나의 값, 파라미터, 또는 변수의 "함수" 값이라는 것은, 상기 값, 파라미터, 또는 변수가 하나의 및 단지 하나의 값, 파라미터, 또는 변수의 함수 값이라는 것을 의미하지 않는다는 것을 알 수 있다.
본 발명을 단지 설명하기 위해, "실질적으로"이라는 표현은 임의의 정량적인 비교, 값, 측정, 또는 여러 표현에 사용된 불특정 정도를 나타내기 위하여 본 명세서에서 사용되었다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한 "실질적으로"이라는 표현은 정량적인 정도를 나타내기 위해 본 명세서에서 사용된 것으로서, 예를 들면, "실질적으로 0 이상"이라는 표현은 기준 상태(예를 들면, "0")로부터 변한다는 것이고, 기준 상태로부터 용이하게 인식될 수 있는 양만큼 정량적으로 변한다는 것으로 해석되어야만 한다.
본 명세서에서 "특정 방식으로 프로그램된", "형성된", 또는 "프로그램된"이라는 표현은 따로 언급되지 않았다면, 특별한 특징을 구체화하거나 특정 방식으로 작동(작용)한다는 것을 나타내기 위한 것임을 알 수 있을 것이다. 보다 상세하게, 본 명세서에 기재된 "프로그램된" 또는 "형성된"이라는 표현은 구성요소의 물리적인 상태를 나타내는 것이고, 상기 구성요소의 구조적인 특성을 나타내기 위한 것이다.

Claims (19)

  1. 파장 변환 장치와 광학적으로 연결된 반도체 레이저를 포함하고 있는 적어도 하나의 레이저 공급원, 반도체 레이저의 게인부를 광 강도의 함수로 제어하도록 형성된 적어도 일부의 게인 전류 피드백 루프를 형성하는 광 강도 모니터 및 제어기를 포함하고 있는 투사된 레이저 이미지를 생성하기 위한 시스템 작동 방법으로서,
    상기 반도체 레이저의 출력빔을 사용하여, 투사된 레이저 이미지를 발생시키는 단계;
    상기 반도체 상기 레이저의 게인부를 제어하기 위하여, 상기 게인 전류 피드백 루프에 의해 발생된 게인 전류 제어 시그널을 사용하는 단계; 및
    파장 복구 작동을 상기 반도체 레이저의 구동 전류에 통합함으로써, 상기 반도체 레이저의 파장 변동을 협폭으로 하는 단계를 포함하고,
    상기 파장 복구 작동은 광자 밀도를 상기 반도체 레이저의 목표 파장에서 충분히 격감시키고, 상기 게인 전류 제어 시그널의 함수로 개시되는 것을 특징으로 하는 투사된 레이저 이미지를 생성하기 위한 시스템 작동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파장 복구 작동은 또한 광 강도 에러 시그널의 함수로 개시되는 것을 특징으로 하는 투사된 레이저 이미지를 생성하기 위한 시스템 작동 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광 강도 에러 시그널은 기준 강도와, 광 강도 모니터에 의해 발생된 광 강도 시그널을 비교하여 생성되는 것을 특징으로 하는 투사된 레이저 이미지를 생성하기 위한 시스템 작동 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 파장 복구 작동은, 상기 게인 전류 제어 시그널이 복구 임계치를 초과할 때, 개시되는 것을 특징으로 하는 투사된 레이저 이미지를 생성하기 위한 시스템 작동 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 파장 복구 작동은, 상기 게인 전류 제어 시그널의 정수가 복구 임계치를 초과할 때, 개시되는 것을 특징으로 하는 투사된 레이저 이미지를 생성하기 위한 시스템 작동 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 파장 복구 작동은, 상기 게인 전류 제어 시그널이 주어진 기간 동안에 복구 임계값을 초과할 때, 개시되는 것을 특징으로 하는 투사된 레이저 이미지를 생성하기 위한 시스템 작동 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 파장 복구 작동은, 상기 반도체 레이저의 목표 파장에서 파장 드리프트가 적용가능하지 않다는 것을 상기 게인 전류 제어 시그널의 상태나 히스토리가 지시할 때, 개시되는 것을 특징으로 하는 투사된 레이저 이미지를 생성하기 위한 시스템 작동 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    투사된 레이저 이미지는 이미지 픽셀의 어레이를 포함하며, 각각의 이미지 픽셀은 능동 픽셀 기간(tp)에 의해 특징지워지고; 그리고
    상기 파장 복구 작동의 기간은 상기 능동 픽셀 기간(tp)보다 짧은 것을 특징으로 하는 투사된 레이저 이미지를 생성하기 위한 시스템 작동 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 전류는 상기 투사된 레이저 이미지를 나타내는 데이터부와, 상기 파장 복구 작동을 나타내는 파장복구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 투사된 레이저 이미지를 생성하기 위한 시스템 작동 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 레이저는 파장 선택부를 더 포함하고; 그리고,
    상기 반도체 레이저, 상기 광 강도 모니터와 상기 제어기는 상기 반도체 레이저의 파장 선택부를 제어하도록 형성된 DBR 피드백 루프의 적어도 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 투사된 레이저 이미지를 생성하기 위한 시스템 작동 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 DBR 피드백 루프는 상기 게인 전류 제어 시그널을 최소화하도록 형성된 것을 특징으로 하는 투사된 레이저 이미지를 생성하기 위한 시스템 작동 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 DBR 피드백 루프는 상기 반도체 레이저의 상기 파장 선택부를 상기 게인 전류 피드백 루프에 의해 발생된 상기 게인 전류 제어 시그널의 함수로 제어하도록 형성된 것을 특징으로 하는 투사된 레이저 이미지를 생성하기 위한 시스템 작동 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 DBR 피드백 루프는 상기 광 강도 모니터에 의해 모니터됨으로서, 상기 반도체 레이저의 상기 파장 선택부를 상기 광 강도의 함수로 제어하도록 형성된 것을 특징으로 하는 투사된 레이저 이미지를 생성하기 위한 시스템 작동 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 이미지 픽셀이 조광되도록, 상기 반도체 레이저와 추가 레이저를 작동시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 반도체 레이저는 레이저 투사 시스템 내에 포함되고;
    상기 레이저 투사 시스템은 상기 반도체 레이저의 목표대상 출사 파장과 다른 각각의 레이저발진 파장으로 레이저발진되도록 형성된 적어도 하나의 추가 반도체 레이저를 포함하고; 그리고
    상기 레이저 투사 시스템은 상기 이미지 픽셀의 어레이를 포함하고 상기 투사된 이미지를 생성하도록 작동하는 이미지 투사 전자장치와 레이저 투사 광학 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투사된 레이저 이미지를 생성하기 위한 시스템 작동 방법.
  15. 적어도 하나의 레이저, 투사 광학장치, 광 강도 모니터, 및 제어기를 포함하고 있는 투사된 레이저 이미지 생성 시스템으로서,
    레이저 공급원은 파장 변환 장치와 광학적으로 연결된 반도체 레이저를 포함하고;
    반도체 레이저, 상기 광 강도 모니터 및 상기 제어기는 상기 반도체 레이저의 게인부를 광 강도의 함수로 제어하도록 형성된 게인 전류 피드백 루프의 적어도 일부를 형성하고;
    상기 제어기, 상기 반도체 레이저 및 상기 투사 광학장치는 상기 반도체 레이저의 출력빔을 이용하는 투사된 레이저 이미지를 생성하도록 형성되고;
    상기 제어기는 파장 복구 작동을 상기 반도체 레이저의 구동 전류에 통합함으로써 상기 반도체 레이저의 파장 변동을 협폭으로 하고 상기 반도체 레이저의 게인부를 제어하도록 상기 게인 전류 피드백 루프에 의해 생성된 게인 전류 제어 시그널을 사용하도록 프로그램되고; 그리고
    상기 파장 복구 작동이 상기 게인 전류 제어 시그널의 함수로 개시되고 광자 밀도를 상기 반도체 레이저의 목표 파장에서 충분히 격감시키는 것을 특징으로 하는 투사된 레이저 이미지 생성 시스템.
  16. 파장 변환 장치와 광학적으로 연결된 반도체 레이저를 포함하고 있는 적어도 하나의 레이저 공급원, 상기 반도체 레이저의 게인부를 광 강도의 함수로 제어하도록 형성된 적어도 일부의 게인 전류 피드백 루프를 형성하는 광 강도 모니터 및 제어기를 포함하고 있는 투사된 레이저 이미지를 생성하기 위한 시스템 작동 방법으로서,
    상기 반도체 레이저의 출력빔을 사용하여, 투사된 레이저 이미지를 생성하는 단계;
    상기 반도체 레이저의 게인부를 제어하기 위해 상기 게인 전류 피드백 루프에 의해 생성된 게인 전류 피드백 루프를 사용하는 단계; 및
    파장 복구 작동을 상기 반도체 레이저의 구동 전류에 통합함으로써, 상기 반도체 레이저의 파장 변동을 협폭으로 하는 단계를 포함하고,
    상기 파장 복구 작동은 광자 밀도를 상기 반도체 레이저의 목표 파장에서 충분히 격감시키고 광 강도 에러 시그널의 함수로 개시되는 것을 특징으로 하는 투사된 레이저 이미지를 생성하기 위한 시스템 작동 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 광 강도 에러 시그널은 기준 강도와 광 강도 모니터에 의해 발생된 광 강도 시그널을 비교하여 발생되는 것을 특징으로 하는 투사된 레이저 이미지를 생성하기 위한 시스템 작동 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 파장 복구 작동은 또한 게인 전류 제어 시그널의 함수로 개시되는 것을 특징으로 하는 투사된 레이저 이미지를 생성하기 위한 시스템 작동 방법.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 투사된 레이저 이미지는 스캔된 레이저 이미지나 공간 조정식 비-스캔된 레이저 이미지로 생성되는 것을 특징으로 하는 투사된 레이저 이미지를 생성하기 위한 시스템 작동 방법.
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