KR20170055493A - Ｒｇｂ 디스플레이를 위한 광대역 적색광 발생기 - Google Patents

Abstract

넓은 라인 적색광 발생기는 1030 내지 1120 nm 파장 범위로부터 선택된 펌프 파장에서, 기본적인 모드("FM")에서 펌프 광을 출력하는 단일 모드(SM) 펄스형 이터븀("Yb") 섬유 레이저 펌프 공급원으로 구성된다. 개시된 발생기는 Yb 섬유 레이저 펌프 공급원의 출력에 접합된 SM 섬유 라만 변환기를 더 포함한다. 라만 변환기는, 적어도 10 nm의 넓은 스펙트럼 라인을 가지는 1220 및 1300 nm 파장 범위 이내의 라만-천이된 파장의 펌프 광을 출력하도록 펌프 광의 "n"차 주파수 스토크 천이를 유도한다. 개시된 광 발생기는, 펌프 광의 넓은 스펙트럼 라인을 커버하기에 충분한 스펙트럼 용인 라인폭을 구비하는 삼붕산 리튬("LBO") 비선형 광학적 결정을 가지는 단일 통과 제2 고조파 발생기("SHG")를 추가적으로 구비한다. SHG는 적어도 4 nm의 넓은 스펙트럼 라인을 가지는 SM 펄스형 넓은-라인 적색광을 생성한다.

Description

ＲＧＢ 디스플레이를 위한 광대역 적색광 발생기{BROADBAND RED LIGHT GENERATOR FOR RGB DISPLAY}

본 개시 내용은, 섬유 라만 변환기(fiber Raman converter), 그리고 (레이저 조명되는 디지털 디스플레이 상의 스페클 노이즈(speckle noise)를 감소시킬 수 있는) 적어도 약 5 nm의 넓은 스펙트럼 라인폭을 가지는 적색광을 생성하도록 동작되는 삼붕산 리튬 비선형 광학적 결정(LBO)과 같은 제2 고조파 발생기의 조합을 포함하는, 파장 변환 체계를 기초로 하는 광대역 적색광 발생기에 관한 것이다.

용어 설명

본 개시 내용에서 사용된 바와 같이, 이하에 나열된 용어는 이하의 각각의 의미를 갖는다:

넓은 스펙트럼 라인 또는 광대역은 적색광의 5 내지 25 nm 파장 범위 및 희망 라만-천이된 파장에서 적외선 복사선의 적어도 10 nm에 걸쳐 연장되는 스펙트럼 라인을 지칭한다.

연속적인 파동("CW") 레이저는 펄스형 레이저에서와 같은, 짧은 분출이 아니라 연속적으로 복사선을 방출하는 레이저를 지칭한다.

듀티 사이클은 규칙적인 간격으로 발생되는 펄스에 대한 펄스 지속시간 및 펄스 반복 주파수(PRF)의 곱(product)을 지칭한다.

다이오드 레이저는 간섭성 광 출력을 생성하기 위해서 자극형 방출을 이용하도록 설계된 발광 다이오드를 지칭한다.

이득은 증폭기를 통해서 하나의 지점으로부터 다른 지점으로 전달되는 신호의 세기, 파워, 또는 펄스 에너지의 증가를 지칭한다.

이득 매체는 광학적 이득을 생성할 수 있는 재료를 지칭한다.

녹색광은 대략적으로 495 내지 570 nm의 파장 범위 내의 전자기 복사선을 지칭한다.

적외선 복사선("IR")은 약 700 nm 내지 10,000 nm의 진공 파장을 특징으로 하는 전자기 복사선을 지칭한다.

레이저는 복사선의 자극형 방출에 의한 광 증폭의 두문자어이다. 레이저는 이득 매체를 포함하는 공동이다.

적색광은 일반적으로 약 610 내지 650 nm의 진공 파장 범위에 대략적으로 상응하는 주파수의 범위 내의 전자기 복사선이다.

횡단 모드는 섬유를 가로지르는 광 에너지의 분포를 설명한다.

다중모드 섬유는 다중 횡단 모드의 전파를 지원하도록 치수가 결정된 코어를 가지는 섬유를 지칭한다.

비선형 광학적 결정은 삼붕산 리튬 비선형 광학적 결정(LBO)을 지칭한다.

광 증폭기는 입력 광학적 신호의 파워를 증폭하기 위해서, 복사선을 펌핑하는 것에 의해서 구동되는, 이득 매체를 이용하는 장치를 지칭한다.

광학적 공진 공동("공동")은 광이 따라서 왕복하거나 순환할 수 있는 둘 이상의 반사 표면에 의해서 형성되는 광학적 경로를 지칭한다.

편광화 유지(PM) 섬유는 내부로 진입된 광의 편광화 상태를 충실하게 보존하고 전달하도록 구성된 단일 모드 섬유를 지칭한다.

편광화된 광은 개별적인 횡단 광 파동들이 서로 평행하게 정렬된 광을 지칭한다.

펄스 지속시간 또는 펄스 폭은 펄스의 선행 연부(leading edge) 및 후행 연부 상의 절반-파워 지점들 사이의 시간 간격을 지칭한다.

펄스 기간(T)은 둘 이상의 펄스의 트레인(train) 내의 연속적인 펄스들의 균등한 지점들 사이의 시간을 지칭한다.

펄스 반복 주파수(PRF)는 단위 시간 당 펄스의 반복율을 지칭한다. PRF는 펄스 기간과 반비례로 관련된다.

준-CW는 연속적으로 보이도록 충분히 높은 반복률로 펄스의 연속체를 생성하는 것을 지칭한다.

라만 산란은 섬유를 통과하는 동안 산란된 광의 파장의 증가(또는 주파수의 감소)와 연관된 비-선형 라만 효과를 지칭한다.

단일 모드 섬유는 단일 횡단 모드의 전파를 지원하도록 치수가 결정된 코어를 가지는 섬유를 지칭한다.

라만 스펙트럼(스토크)의 스토크 차수는 라만 산란으로 인해서 표준 라인에 더하여 단색 광의 스펙트럼 내에서 나타나는 상이한 복사선 대역 또는 라만 라인을 지칭한다.

제2 고조파 생성(SHG)은 주파수 변환 기술을 지칭하고, 여기에서 파장(λ)의 입력 광은 절반 파장(λ/2)(또는 입력 광의 광학적 주파수의 2배)에서 광을 출력하는 한편, 비선형 결정과 같은, 비선형 광학적 재료를 통해서 전파된다.

결정의 스펙트럼 용인(spectral acceptance)은, 내부에서 주파수 변환이 관찰되는 스펙트럼 대역을 지칭한다.

스토크 천이는 특별한 형광 물질에 대한 여기(excitation)와 방출 최대값 사이의 파장의 차이를 지칭한다.

가시적 복사선 또는 광 - 620 nm 내지 650 nm의 파장 범위 내의 적색광으로서 인간의 눈에 관찰될 수 있는 전자기 스펙트럼의 부분.

스페클은 많은 수의 색채의 작은 스폿 또는 패치를 가지는 자국(mark)을 지칭한다.

스페클 노이즈는 스페클의 관찰 가능한 무작위적인 세기 패턴을 지칭한다.

비록 엄격하게 말하자면 620 nm 파장 부근은 진정한 적색이 아니라 붉은 오렌지인 반면, 650 nm 파장은 진적색 색조를 나타내지만) 적색광으로서 또한 일반적으로 지칭되는 610 내지 650 nm 파장 범위는 산업적인 적용예의 상당한 부분을 차지한다. 예를 들어, 적색광은 야채 재배에 이상적인 것으로 간주된다. 현재, 적색광 공급원은, 이러한 개시 내용의 특별한 관심 대상인, 디스플레이 산업에서, 예를 들어 적녹청(RGB) 디지털 디스플레이에서 가장 광범위하게 적용되고 있다.

다이오드 레이저는 RGB 디지털 디스플레이를 위한 가장 널리 이용되는 레이저 광 공급원인데, 이는 상당히 밝고 양호하게 규정된 이용 가능한 색채의 범위, 그들의 깊이 및 포화 때문이다. 그러나, 적색광 다이오드의 발광 효율은 낮다. 개별적인 적색광 다이오드 레이저의 출력 파워는 1 W를 넘는 경우가 거의 없고, 이는 너무 낮아서 많은 산업적 레이저 적용예의 요구를 충족시킬 수 없다.

RGB 디스플레이를 위한 레이저 광 공급원의 출현은, 바로 아래에서 간략히 설명되는 바와 같은, 다이오드-펌핑형 솔리드-스테이트 레이저 및 비선형 광학에 뿌리를 둔 개선된 비-선형 광학적 주파수 변환 기술과 연관된다.

비선형 광학

광이 유리와 같은 투명 매체를 통해서 이동될 때, 그러한 광은 통과 광을 변화시키는 방식으로 분자와 상호 작용한다. 광이 강할 때, 부가적인 효과가 관찰된다. 이들 중 하나는, 하나의 파장(또는, 마찬가지로, 주파수)의 광이, 특정 유형의 투명 재료와의 상호 작용으로 인해서, 상이한 파장의 광으로 변환될 수 있다는 것이다. 이는 비선형 주파수 변환으로 지칭된다.

비선형 광학적 주파수 변환

임의의 주파수 변환 프로세스에서, 그러한 변환 프로세스의 효율에, 또는 원래의/기본적인 주파수의 광이 얼마나 많이 새로운 주파수로 변환되는지에 기여하는 2개의 주요 인자가 있다. 첫 번째는, 이용되는 투명 매체의 고유의 효율이다. 주파수 변환이 많은 상이한 유형의 재료로 달성될 수 있으나, 일부는 다른 것 보다 단순히 더 효율적이다. 더 효율적인 것의 양호한 예가 여기에서 개시된 삼붕산 리튬("LBO") 비선형 광학적 결정이다. 광학적 주파수 변환의 특별한 예는, 개시된 청구 대상의 일부를 구성하는 제2 고조파 발생(SHG)이다.

다이오드-펌핑형 솔리드(solid) 레이저를 다시 참조하면, 그들의 이용은, 다이오드 레이저 수명이 10,000 시간을 초과하는 효율적이고 신뢰 가능한 낮은 파워 부터 중간 파워까지의(기껏해야 적색 및 청색에서 몇 와트, 그리고 녹색에서 10와트) 가시적 레이저 공급원을 초래하였다는 것을 주목하여야 할 것이다. 이러한 공급원은 네오디뮴(Nd) 이온의 여러 라인의 SHG를 기초로 하고, 그에 따라 약 1000 nm의 가장 강한 Nd 레이저 전이의 SHG를 기초로 하는 녹색 광 생성에 효율적이다. 그러나, 동일한 공급원은 1300 nm 전이의 SHG를 기초로 하는 적색광 생성에 대해서는 훨씬 덜 효과적이다.

다른 산업에 이어서, 디스플레이 산업은, 다이오드 레이저 보다 강력하고, 온도에 독립적이며, 비교할 수 없을 정도로 더 밝고 효율적일 수 있는 섬유 레이저로 최근에 전환되었다. 그러나, 섬유 레이저는, 이터븀(Yb), 에르븀(Er) 및 툴륨(Tm) 도펀트 각각을 이용하여 1, 1.5, 및 2 ㎛ 근처의 중심 파장 주위에서 제한된 파장 튜닝만을 제공하며, 그에 따라 명확하게 섬유 레이저는 적색을 포함하는 가시광을 직접적으로 생성하기에 적합하지 않게 된다.

그러나, 섬유 레이저는, 이용되는 새로운 광원이, 비선형 광학 및 그 효과를 이용하는 것에 의해서 가시적 파장을 생성할 수 있게 하였다. 파워, 빔 품질, 편광화, 및 라인폭 성질로 인해서, 섬유 레이저는 비선형 광학적 결정에 의한 주파수 변환을 위한 이상적인 공급원이 된다. 녹색으로의 큰 파워 변환을 위해서, LBO 비선형 결정을 이용하는 Yb 섬유 레이저의 SHG은 몇백-와트 심지어 킬로와트의 평균 파워 녹색 회절-제한된 출력을 생성하였다. 후자는, 동일한 양수인에 의해서 본원과 공통 소유되고 전체가 참조로서 본원에 포함되는 공통-계류중인 미국 특허출원 제61923793호에서 개시되어 있다. 그럼에도 불구하고, SHG 자체는 적색광을 생성하기에 충분치 않다.

광섬유 내에서 천이되는 라만 파장의 기술은 원칙적으로 임의 파장의 광학적 증폭을 생성할 수 있다. 라만 파장 천이는, 놀랍지도 않게, 전체가 본원에서 참조로 포함되고 동일한 양수인에 의해서 본 개시 내용과 함께-소유된 US2011/0268140에서 개시된 라만 비선형 효과를 기초로 한다. 이하는 이러한 현상에 관한 간략한 설명이다.

라만 효과

강한 레이저 광이 광섬유에 결합될 때, 강한 레이저 광은 자극형 라만 산란으로 인해서, 제2의 더 긴 파장을 생성한다. 이러한 라만-산란된 광 자체가 라만 산란을 경험할 수 있다. 만약 섬유가 충분히 길다면, 프로세스는 몇 개의 파장 또는 스토크 차수를 생성하도록 단계화된다(cascade).

초기 파장의 i-번째 스토크 차수가 (i+1)-번째 스토크 차수의 발생을 위한 펌프로서의 기능을 하는, 복수-차수 라만 산란(SRS) 생성은, 상당한 파장 천이를 달성하기 위한 단계화된 파장 라만 변환기(짧은 파장으로부터 긴 파장)로서 이용된다. 따라서, 라만 변환기는 다른 유형의 레이저 공급원에서는 이용될 수 없는 출력 파장을 생성할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 데이터는 표준 편광화-유지, 단일 모드 상업적으로 이용 가능한 섬유로 취해진 것이다. 섬유에 결합된 1060 nm 펌프 빔에 의해서 생성된 처음 세 개(3)의 스토크 파동은 대략적으로: 1.1114 nm, 2.1170 nm, 3.1232 nm 이다.

과거에, 비선형 결정을 이용하여 라만 스토크 차수를 가시적 파장으로 효율적으로 변환시키기 위해서, 라만 스토크 파동이 좁은 스펙트럼 라인을 가지는 것이 바람직하였다. 그러나, 도 1에서 확인되는 바와 같이, 라만 스펙트럼의 피크는 제1 스토크에서 약 10 nm 폭이고 후속 스토크에서는 그보다 넓다. 그러한 넓은 스펙트럼 라인은 비선형 광학적 결정 내에서 1220 내지 1300 nm 파장 범위 내의 제3 스토크 차수에서 IR 광의 효율적인 변환을 위해서 용인될 수 없을 정도로 넓은 것으로 간주되는데, 이는 그러한 후자가 앞서서 기재된 라만-천이된 파장 범위 내에서 좁은 스펙트럼의 용인 범위를 가지기 때문이다. 라만 스펙트럼을 좁히기 위한 몇몇 기술이 공지되어 있다.

그러나, 많은 비선형 결정의 스펙트럼 용인 범위와 조합된, 특히 1220 내지 1280 nm 파장 범위 내의, 좁은 라만 스펙트럼는 이하에서 설명하는 바와 같이 스페클 노이즈에 대해서 매우 비효율적이다.

스페클 노이즈

레이저 조명 중에, 이미지를 저하시키는 복수의 스페클에 의해서 명백하게 나타나는, 레이저 광의 큰 간섭성 및 디스플레이의 표면 형태(topography)에서 기원하는, 강한 간섭이 발생된다. 복수의 스페클에 의해서 형성되는 패턴은 광학적 발생기 내의 기본적인 노이즈 공급원이고, 스페클 노이즈의 억제는 비디오-디스플레이 산업에서 가장 중요한 것이다.

스페클 감소를 가능하게 하는 몇몇 공지된 기술이 있다. 그러한 기술 중 하나에는, 상이한 파장들에서 동작되는 상호 비-간섭적인 레이저 공급원들이 포함된다. 상이한 파장들에 대한 스페클 패턴들이 상호 관련되지 않기 때문에, 이는 어느 정도의 스페클 감소를 달성한다. 다른 기술은 편광화의 변경을 기초로 한다. 이러한 기술은 조명 광학적 발생기의 제한된 설계에서 실용적일 수 있고 일반적으로는 비효율적이다. 또 다른 기술은 상호 관련되지 않은 스페클 패턴들을 생성하는 변위될 수 있는 확산 요소들을 이용하는 것을 포함한다.

개시된 청구 대상에 매우 관련된 추가적인 기술은 라인폭이 증가된 레이저 공급원을 기초로 한다. 스페클이 레이저 복사선의 매우 간섭적인 성질로 인해서 발생되기 때문에, 직접 방출 녹색 레이저 다이오드와 같은, 간섭성이 감소된 공급원을 이용하는 것이 실용적이다. 그러나, 이러한 다이오드 레이저는 용인 가능한 수준까지 스페클을 감소시키기에는 충분치 않은 좁은 스펙트럼 라인폭을 갖는 것으로 알려져 있다. 오늘날 이용 가능한 가장 밝고 가장 파워 효율적인 녹색 레이저가 0.1 내지 0.2 nm를 초과하지 않는 스펙트럼 라인폭으로 주파수-배가된다는 것(frequency-doubled)을 주목하여야 할 것이다.

전체가 본원에서 참조로 포함되는 US 8,786,940는, 적색을 포함하는 모든 일차적인 색채에 대해서 광섬유 내의 자극형 라만 산란을 이용하는 것에 의해서 레이저 스페클을 감소시키는 장치를 개시한다. 개시된 장치는, 약 532 nm 파장의 펄스형 녹색광을 출력하는, Q-스위칭된(switched), 주파수 배가된 네오디뮴-도핑된 이트륨 리튬 플루오라이드 또는 네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(garnet) 레이저를 기초로 하는 적색광 공급원으로 구성된다. 펄스형 녹색광이 MM 섬유 내로 결합되고, 그러한 섬유에서 녹색광은, 추가적으로 광학적으로 필터링되어 제거되는, 황색, 오렌지색 및 적색으로 변환하는 자극형 라만 산란을 경험한다. 그러나, 개시된 장치를 포함하는 실험은 특히 거의 고무적이지 않았는데, 이는 MM 섬유가 비교적 낮은 파워 수준에서 급속히 저하되기 때문이다.

라만 산란은 또한, 황색광 섬유 공급원을 교시하는 WO 2013/175387에서 개시되어 있다. 그러한 공급원은 Yb 섬유 증폭기 내로 결합되는 제1 파장의 펌프 광을 방출하는 좁은 스펙트럼 라인폭 Yb 펄스형 섬유 레이저 공급원으로 구성된다. 다른 좁은 라인 CW 시드 레이저는 Yb 섬유 증폭기 내로 또한 결합되는 목표 파장의 신호 광을 방출한다. Yb 증폭기 내로 결합되는 펌프 광은 단일 라만-천이된 목표 파장 또는 제1 스토크 차수의 신호 광으로 변환된다. 이어서, 라만-천이된 목표 파장의 증폭된 광이 황색 광을 생성하는 비선형 결정 상으로 입사된다.

전술한 공급원은 몇몇 한계를 갖는다. 예를 들어, 교시된 공급원은, 좁은 라인 펌프 및 라만 시드 공급원을 각각 제공하는 것에 의해서 실현되는 좁은 라인폭의 출력을 가지도록 맞춰진다. 이러한 인용의 황색광 공급원이 디스플레이를 조명하기 위해서 사용된다면, 이는 단독으로, 이러한 인용의 황색광 공급원이 스페클 노이즈 감소에 대해서 비효율적이 되게 할 것이다.

그에 따라, SRS를 이용하는 적색광 섬유 레이저 공급원이 파워 효율적이고, 콤팩트하고, 신뢰 가능하며, 비용 효과적인 구조를 가질 필요가 있다.

예를 들어, 레이저 조명형 디지털 디스플레이에서 나타나는 스페클 노이즈의 유해한 효과를 상당히 감소시키기 위해서 충분히 넓은 스펙트럼 라인을 가지는 적색광을 출력할 수 있는 적색광 섬유 레이저 공급원이 더 요구된다.

이러한 개시 내용의 기본적인 목적은, 조명된 디지털 디스플레이 상에서 스페클 노이즈를 최소화하기에 충분한 넓은 스펙트럼 라인을 가지는 적색 색채의 레이저 빔을 생성하는 것이다. 이는, 2개의 주요 전제를 기초로 하는 개시된 섬유 적색광 발생기에 의해서 달성되며, 그러한 전제는 다음과 같다: 1. 라만 섬유 내에서 25 nm까지의 넓은 스펙트럼 라인을 가지는 1220 내지 1300 nm 방출 파장 범위 내의 희망 라만-천이된 파장의 광을 방출하는 라만 변환기, 및 2. 4 nm를 초과하는 스펙트럼 라인폭을 가지는 610 내지 650 파장 범위 내의 적색광을 생성하기 위한 LBO 비선형 결정에 의한 전술한 방출 스펙트럼 내의 희망 라만-천이된 파장의 넓은 스펙트럼 라인의 스펙트럼 용인. 큰 파워의 회절-제한된 광대역 적색광을 출력하도록 동작되는 개시된 공급원의 실제적인 구현이, 이하에서 간략히 개시되는 몇몇 실시예에서 실현된다.

실시예 중 하나에 따라서, 개시된 발생기의 기본적인 레이아웃은, 1030 내지 1120 nm 파장 범위 내의 펌프 빔을 생성하는, 광대역 펄스형 섬유 레이저 공급원, 및 Yb 섬유 증폭기를 포함한다. 펄스형 빔은 펌프 빔을 희망 라만-천이된 파장의 펄스형 빔으로 변환하는 라만 천이기(Raman shifter) 내로 추가적으로 결합된다. 희망 라만-천이된 파장은 약 1220 nm와 1300 nm 사이에서 변화되고 적어도 10 nm의 넓은 방출 스펙트럼 라인을 갖는다. 이어서, 신호 빔이, 희망 라만-천이된 파장의 펌프 광의 방출 스펙트럼 라인을 커버하는 스펙트럼 용인을 가지는 단일 통과 제2 고조파 발생기(SHG)로서 동작하는 LBO 상에 포커스된다. LBO 내에서 생성된 적색광은, 조명되는 스크린 상의 스페클 노이즈를 상당히 최소화하기에 충분한 적어도 4 내지 5 nm의 넓은 스펙트럼 라인을 또한 갖는다.

개시된 단일 통과 라만 변환기의 동작은 섬유 구성에 의존한다. 하나의 구성에 따라서, 섬유는 실리카 유리 크래딩 내에서 인산염-유리 코어를 갖는다. 이러한 구성은 제1 파장의 펌프 빔의 희망 라만-천이된 파장의 광으로의 하나의 스토크 변환을 허용한다. 대안적인 구성에서, 라만 변환기는 실리카 크래딩 내의 (인산염 도펀트를 가질 수 있는) 실리카-유리 코어를 갖는다. 여기에서, 신호 빔의 희망 라만-천이된 주파수로의 변환이 펌프 광의 제3(세번째) 스토크 차수에서 발생된다.

개시된 적색광 발생기의 추가적인 실시예는 US2011/0268140에서 개시된 바와 같은 복수-파장 라만 레이저를 포함한다. 이러한 실시예는 이하의 구조에 의해서 실현될 수 있다.

이러한 실시예에 따른 가능한 구성 중 하나는, 라만 레이저 내로 결합되는 1030 내지 1120 nm 범위 내에서 선택된 희망 펌프 파장의 넓은 스펙트럼 라인 펌프 광 빔을 방출하도록 동작되는 MOPFA 아키텍처(architecture)를 가지는 펄스형 레이저 공급원을 포함한다. 후자는, 공진 공동을 형성하는 최후의 상류 및 하류의 반사부들을 가지는 복수의 반사부를 구비하는 공진 공동을 가지는 실리카 코어/크래딩 섬유를 포함한다. 출력 반사부는 1220 내지 1300 nm 파장 범위 내의 파장의 LBO 내로 이어서 결합되는 펌프 빔의 희망 라만-천이된 주파수의 신호 광을 공진 공동으로부터 출력하도록 적어도 부분적으로 투과적이다. LBO 비선형 결정을 포함하는 SH 발생기는 희망 라만-천이된 파장의 펌프 빔을 수신하고, 조명되는 디스플레이 상에서 스페클 노이즈를 충분히 최소화할 수 있을 정도로 충분히 넓은 스펙트럼 라인폭을 가지는 적색광을 생성한다.

펌프 빔은 짧은 펄스로 방출되고, 각각의 펄스는 피코초 내지 나노초 범위의 펄스 폭을 갖는다. 이러한 구성의 동작은 동기식 펌프 라만 레이저 체계를 기초로 한다. 구체적으로, 공진되는 라만 변환된 광 펄스의 왕복 시간이 펌프 빔 반복률과 합치되도록, 그에 따라 라만 천이된 파장의 각각의 후속 신호 광 펄스가 라만 변환기 내에서 각각의 펌프 광 펄스와 시간적 및 공간적 모두에서 일치되도록, 이러한 체계가 동작된다.

다른 구조적 구성은, 마이크로초 및 그보다 긴 범위의 폭을 각각 가지는 긴 펌프 광 펄스를 출력하는 파브리-페롯(Fabri-Perot) 펄스형 레이저를 이용한다. 이어서, 펌프 광 펄스는 넓은 스펙트럼 라인을 가지고 1220 내지 1300 nm 파장 내의 희망 라만-천이된 파장의 신호 펄스를 방출하도록 구성된 라만 레이저 내로 결합된다. 라만-천이된 광을 수용하는 LBO는 펄스형 적색광을 생성한다. 이전에 개시된 동기식 펌핑 체계와 대조적으로, 이러한 구성은 동기성을 필요로 하지 않는데, 이는 펌프 광 펄스의 폭이 라만 레이저의 공진 공동 내의 광 펄스의 왕복 보다 실질적으로 더 길기 때문이다.

개시 내용의 전술한 그리고 다른 특징이 도면과 함께 하는 이하의 구체적인 설명으로부터 보다 더 명확해질 것이다.
도 1은 라만-천이된 펌프 광의 라만 스펙트럼이다.
도 2는 개시된 넓은 라인 적색광 발생기의 기본적인 레이아웃을 도시한다.
도 3은 도 2의 구성에 의해서 획득되는 라만 스펙트럼의 제3 스토크를 도시한다.
도 4는 도 2의 적색광 발생기의 수정을 도시한다.
도 5는 도 2 및 도 4에 도시된 체계에서 이용되는 부스터 증폭 스테이지의 구성을 도시한다.
도 6은 도 4의 개략도의 IR 펌프 공급원에 의해서 생성되는 라만 스펙트럼을 도시한다.
도 7은 라만 섬유 레이저로 구성된 적색광 발생기 및 직접적으로 변조된 QCW IR 펌프 공급원을 도시한다.
도 8은 라만 섬유 레이저를 가지는 적색광 발생기 및 MOPFA 구성을 가지는 QCW IR 펌프 공급원을 도시한다.

소개로서, 개시 내용의 실시예는 신규한 넓은 스펙트럼 라인 적색광 발생기 및 610 내지 650 나노미터(nm) 범위 내의 고파워, 넓은 라인폭, 단일 모드(SM) 레이저 펄스를 방출하기 위한 방법에 관한 것이다. 넓은 라인 펄스형 SM IR 섬유 레이저 공급원은, 1220 내지 1300 nm 범위의 파장 내에서 라만-천이된 IR 광을 생성하는 IR 에너지의 효율적인 라만 변환을 초래하는 SM 라만 섬유 변환기를 펌핑하는 펄스의 트레인을 방출하도록 구성된다. 라만-천이된 파장 범위로부터 선택된 희망 파장은, 전형적으로 더 높은 상한을 가지는 10 nm와 25 nm 사이에서 변화되는 넓은 스펙트럼 라인폭을 갖는다. 라만-천이된 파장의 IR 광은, 약 5 nm 및 그보다 넓은 스펙트럼 라인을 가지는 610 내지 650 nm 파장 범위 내의 SM 적색광 펄스형 광을 생성하는 표준 LBO 비선형 결정을 포함하는 단일 통과 제2 고조파 발생기 내로 결합된다.

개시된 적색광 발생기는, 스펙트럼 용인이 1210 내지 1250 nm 범위 내의 희망 라만-천이된 파장의 IR 광의 10 내지 25 nm 라인폭의 실질적인 단편(segment)을 용인할 수 있을 정도로 넓고, 개시된 적색광 파장 범위 내에서 약 10%의 전체적인 장치 벽 플러그 효율(overall device wall plug efficiency)로 동작될 수 있는, 표준 LBO 결정을 이용하는 특유의 구조물이다. kW-수준의 피크 파워 및 넓은 스펙트럼 라인폭을 가지는 SM 적색광 빔은, 스페클 노이즈를 효과적으로 최소화하면서, 디지털 디스플레이를 조명하는데 있어서 특히 유용하다.

이제 도면을 참조하면, 도 2는 표준 LBO 비선형 결정(16)과 조합된 라만 변환기(14)를 포함하는 고조파 발생 체계를 기초로 하는 개시된 적색광 발생기(10)의 기본적인 레이아웃을 도시한다. IR 펌프 공급원(12)은 1030 내지 1120 nm 파장 범위로부터 선택된 펌프 파장에서 IR 펄스형 광을 출력하는 것에 의해서 라만 이득의 시간적 특성을 규정하고, 이러한 실시예에서, MOPFA 구성을 갖는다. 특히, IR 공급원(12)은, 피코초 내지 나노초(ps 내지 ns) 펄스 폭 범위 내의 펄스들의 트레인을 방출하도록 동작되는 편광화 유지(PM) 섬유 피그테일(fiber pigtail)을 가지는 넓은 스펙트럼 라인 SM 다이오드 레이저(18)로서 구성된 튜닝 가능한 펌프 시드/마스터 발진기(18)를 포함한다. 이어서, 펄스형 펌프 광은 희망 IR 펌프 파장에서 다중 kW 피크 파워 수준까지 펄스형 펌프 광을 부스트하도록 구성된 Yb 섬유 레이저 증폭기 또는 부스터(22) 내로 결합된다. 선택적으로, IR 펌프 레이저 공급원은 Yb-도핑된 PM 섬유로 각각 구성되고, 펌프 시드 신호가 파워 증폭기 또는 부스터(22) 내로 결합되기에 앞서서, 펌프 시드 신호를 점진적으로 증폭시키는 하나 이상의 예비-증폭 스테이지(20)를 포함할 수 있다. 각각의 증폭 스테이지는, 하우징 외부에서 종료될 수 있는 각각의 SM PM 피동적 섬유에 대해서 그 대향 단부들에서 접합된(spliced) Yb 도핑된 능동적 섬유를 케이스화하는 하우징으로 구성된 이득 블록을 포함한다. 증폭기(20 및 22)의 펌프는 CW 체제(regime)로 동작되는 하나 이상의 다이오드 레이저 모듈 각각을 포함한다.

넓은 라인폭의 적색광 발생기(10)는, 펄스 폭을 셋팅하기 위해서 레이저 다이오드를 직접적으로 변조하거나 펄스를 셋팅하기 위한 별개의 전기-광학적 세기 변조기에 펌프 시드 공급원(18)의 출력을 결합시키는 것에 의해서 제공되는 QCW 체제로 동작되는 IR 펌프 공급원(12)으로 구성된다. 펄스형 펌프 광은 1 내지 100 MHz 주파수 범위의 반복률, 1030 내지 1120 nm 범위로부터 선택된 파장, 및 ps 내지 ns 범위의 펄스로 출력된다. 예비증폭기(20)는 파워 증폭기가 펄스형 펌프 광의 평균 파워를 약 200 W 이상까지 부스트하기 전에, 약 1 W의 평균 파워에서 펄스형 광을 출력하도록 구성된다. 라만 변환기는 복수-미크론 코어 직경을 가지는 복수-미터-길이의 비선형 피동적 섬유를 포함할 수 있다. 도 2의 도면에서, 출력 IR 펌프 파워의 약 50 내지 80%가 시드(18)의 펌프 파장에 따라서 약 1230 nm 파장의 제3 또는 제4 스토크 차수로 변환될 수 있다. 20 mm 길이의 LBO(16)에서 주파수 배가된 후에 1230 라만-천이된 파장의 SM 펄스형 광은, 약 615 nm의 중앙 파장 및 스페클 노이즈를 실질적으로 최소화하기에 충분한 5 nm 초과의 스펙트럼 대역폭을 가지는 도 3에 도시된 가시적 스펙트럼을 생성한다.

적색광 발생기(10)의 파워 스케일링(power scaling)에 대한 핵심 중 하나는, 모든 능동적 및 피동적 큰 모드 지역 섬유의 증가된 코어 크기에 있다. 예를 들어, 코어 크기는 20 미크론일 수 있고, 그러한 크기는 깨끗한 라만 스펙트럼이 15 내지 20 kW IR 피크 파워 또는 그 초과에서 생성되게 할 수 있을 것이다. 증가된 IR 피크 파워는 당업자가 용이하게 실현할 수 있는 바와 같이, 변환 효율을 상당히 증가시킨다. 제시된 큰 모드 지역 섬유의 경우에, 1060 nm 로부터 615 nm로의 변환 효율은 25%에 접근할 수 있다.

적색광 발생기(10)의 파워 스케일링에 대한 또 다른 접근은 IR 펌프 광원의 듀티 사이클을 제어하는 것에 의해서 평균 파워를 증가시키는 것을 포함한다. 특히, 펌프 시드(18)의 반복률이 증가될 수 있고 그리고 펌프 파워를 증가시켜, 피크 파워를 일정하게 유지할 수 있다.

도 4는 도 2에 도시된 넓은 라인 적색광 발생기의 수정을 도시한다. 기본적인 레이아웃과 유사하게, 적색광 발생기(10)는 1030 내지 1120 nm 파장 범위 내의 펄스의 트레인을 생성하도록 출력이 변조되는 마스터 발진기(18)로 구성된다. 하나 이상의 예비-증폭 및 부스터 캐스케이드 각각은 CW 체제로 동작되는 레이저 다이오드 펌프에 의해서 펌핑되는 Yb 도핑된 섬유로 구성된다. 증폭기(20 및 22)는 라만 변환기(14) 내로 추가적으로 결합되는 펄스형 펌프 광의 파워를 순차적으로 증가시키고, 그러한 라만 변환기(14)에서, 펄스형 펌프 광의 파워는 넓은 스펙트럼 라인폭 및 희망하는 1220 내지 1300 nm 파장 범위인 제3 스토크 차수를 가지는 순차적인 스토크 차수로 효과적으로 변환된다. LBO 결정(16)을 포함하는 단일 통과 SH 발생기는, 적어도, 희망 라만-천이된 파장 범위 내의 IR 광의 스펙트럼 라인폭의 순차적인 부분을 커버하는 라만 천이기(14)에 의해서 제공되는 희망 라만-천이된 파장에서 넓은 스펙트럼 용인으로 구성된다.

희망 1220 내지 1300 nm 라만-천이된 파장 범위 내의 IR 광의 라인폭은 여전히 과다하게 넓을 수 있고 LBO(16)의 광대역 스펙트럼 용인 범위에도 불구하고 변환 효율에 악영향을 미칠 수 있다. 이러한 경우에, 제2 스토크 차수의 파장의 대역으로부터 선택된 파장에서 CW 체제로 동작되는 광대역 SM 라만 시드(28)로부터의 광에 의해서 라만 변환기를 펌핑하는 것에 의해서, 제3 스토크 차수가 좁아질 수 있다. 그렇게 함으로써, 제2d 스토크는, 이 스토크의 라인폭을 감소시키는 자극형 라만 산란에 의해서 증폭된다. 결과적으로, 3 스토크의 라인폭이 좁아진다. 이러한 개략도에서, 시간적 특성이 펌프 시드(18)에 의해서 결정되는 반면, 라만-천이된 파장에서의 광의 스펙트럼 성질은 CW 라만 시드(28)에 의해서 결정된다. 따라서, 라만 시드의 SM 출력의 파장 및 라인폭이 희망되는 1220 내지 1300 nm 파장 범위 내의 특정 라인폭에 맞춰질 수 있다.

도 5는, 부스터(22)가, PM Yb-도핑된 실리카 섬유(30)의 각각의 대향 단부들에 접합된 입력 및 출력 동일 치수의 SM PM 피동적 섬유(32 및 34)를 케이스화하는 하우징(미도시)을 포함하는 것을 도시한다. 후자는 펌프 파장에서 SM을 지원할 수 있고 대향되는 균일한-치수의 코어 단부를 포함하는 MM 코어(38)를 가지며, 기본적인 모드(FM)의 MFD가 각각의 SM 섬유(32 및 34)에 의해서 안내되는 SM 펌프 광의 MFD와 합치되도록, 그러한 코어 단부가 구성된다. 각각의 SM 및 FM 의 MFD 직경들을 합치시키는 것 그리고 MM 코어(38)의 각각의 모드-변환 영역(42, 44)을 단열적으로 팽창시키는 것 및 좁히는 것은 단지 하나의 FM의 여기 및 지원을 제공한다.

CW SM 라만 시드(28)는, 광대역 패브리-페롯 섬유 또는 다이오드 레이저, 분산형 브래그 반사부(DBR) 또는 분산형 피드백 레이저(DFB) 또는 중간 스토크에서의 파장-안정화된 레이저 시딩 라만 변환기(14)로서 구성될 수 있다. 특히, 라만 시드(28)는, 라만 변환기(14)의 2 스토크 차수의 1130 내지 1175 nm 파장 범위 이내로부터 선택되는 라만-천이된 파장의 광을 방출한다. 각각의 펌프 및 라만 시드 공급원의 출력은, 1064 nm 파장의 펌프 시드 광 만을 약 20 내지 30 W 평균 파워 및 5 내지 10 kW 피크 파워로 증폭하는 부스터(22)의 상류에, 필수적이지는 않지만 바람직하게, 위치되는 섬유 WDM(26)에서 조합된다. 라만 스펙트럼은 약 25 nm의 3 스토크의 라인폭으로 도 6에서 도시되어 있다.

라만 섬유 천이기(14)는 5 미터를 초과하는 길이로 구성된다. 예를 들어, 이는, 이러한 예에서, 희망 1230 nm 파장에서 6 kW 피크 파워 라만-천이된 광까지 변환하는 높은 50 내지 80% 라만 변환 효율에서 동작되는 30 내지 100 미터의 긴 SM PM 피동적 섬유일 수 있다. LBO(16)는 약 35 내지 50% SHG 효율에서 동작되는 40 mm 길이, 5 mm 폭 및 3 mm 두께의 I 유형 결정이 되도록 그 치수가 정해진다. 약 615 nm 파장에서 SM 적색광의 평균 파워는 45 내지 110 W 범위인 반면, 그 피크 파워는 1.1 내지 2.8 kW에서 변화된다.

라만 변환기 및 단일 통과 SHG 파장 변환 체계를 기초로, 광대역 적색광 발생기의 앞서서-개시한 양 구성 모두는 개시된 라만 변환기를 위해서 SM PM 실리카-코어 피동적 비선형 섬유를 이용한다. 그러나, 실리카-기반의 섬유는 1220 내지 1300 nm 범위의 IR 광을 생성하기 위한 유일한 선택이 아니다. 실리카 섬유에 대한 실행 가능한 대안에는, 표준 실리카-코어 섬유 보다 실질적으로 더 넓은 1 스토크 차수를 생성하는 인산염 유리 코어를 가지는 섬유의 이용이 포함된다. 사실상, 희망 1220 내지 1300 라만-천이된 파장 대역이 제1 스토크에 의해서 커버되도록 상당히 더 넓다.

단계화된 라만 섬유 레이저를 설명하는 추가적인 실시예가 도 7 및 도 8에 도시되어 있다. 이러한 실시예의 원리는 일련의 라만 스토크 천이를 이용하여 펌프의 출력의 주파수를 필요 적색광 출력 파장으로 변환하는 것이다. 통상적으로, 2개 이상의 스토크 천이에 걸친 파장 변환은 단계화된 라만 공진기에 의해서 실시된다. 이는, 고반사율 섬유 브래그 격자 또는 반사부(52)로 제조된 각각의 중간 파장의 포개진(nested) 공동으로 구성된다. 공진기 내의 각각의 중간 파장은 그에 선행하는 파장의 라만 이득의 피크에 근접하도록 선택된다. 낮은 반사도 출력 반사부 또는 결합기(54)는, 파장의 1220 내지 1300 nm 범위로부터 선택된 파장 변환을 종료시킨다.

도 7을 구체적으로 참조하면, 개시된 적색광 발생기는 외부 전기 펄스 발생기에 의해서 실현되는 직접적으로 변조된 반도체 레이저 시드(58)를 가지는 광대역 QCW IR 펌프 공급원을 포함한다. 희망 펌프 파장의 광이, 고 반사부(HR)와 저 반사부(LR) 사이에 형성된 펄스형 Yb 섬유 레이저(56)의 공동 내로 결합된다. 전술한 구성에서 사용된 모든 섬유와 대조적으로, Yb-도핑된 섬유 레이저는 PM 섬유일 수 있거나 PM 섬유가 아닐 수 있다. IR 공급원은 희망 펌프 파장에서 긴 마이크로초 펄스를 출력하도록 동작된다.

펌프 광은, 3개의 스토크의 생성을 제공하는 다중 HR 및 하류 LR를 구비하는 다중-단계화된 SM LP 라만 레이저(50) 내로 추가적으로 결합되고, 희망 라만-천이된 파장 범위의 3 스토크는, LR(54)이 있거나 없이, 공동으로부터 벗어난다. 라만 레이저(50)로부터 방출되는 라만-천이된 펌프 광은, 1220 내지 1300 nm 파장 범위 내에서 적어도 약 5 nm의 넓은 스펙트럼 라인폭을 가지는 SM 적색광을 생성하도록 동작되는 LBO(16)에 의해서 스펙트럼적으로 용인된 넓은 스펙트럼 라인을 특징으로 한다.

도 8은, 시드(18) 및 하나 이상의 증폭 스테이지(22)를 가지는 MOPFA 구성으로 구성된 IR 펌프 공급원을 도시한다. 부스터 스테이지는 도 5에 도시된 것과 동일한 섬유 구성을 기초로 한다. 나머지 구성요소는 도 4의 발생기(10)의 각각의 구성요소에 상응하고 광대역 라만 시드(28) 및 WDM(26)을 포함한다. 라만 레이저가 동기식으로 펌핑된다. 희망 펌프 파장의 증폭된 펌프 광은 1220 내지 1300 nm 파장 범위로부터 선택된 희망 라만-천이된 파장에서 생성된 라만 시드(26)로부터의 광과 WDM(26) 내에서 조합된다. 이어서, 증폭된 펌프 광 및 라만-천이된 광이 라만 레이저(50) 내로 결합된다. 라만-천이된 파장의 광이 SHG LBO 내에서 희망 광대역 적색광으로 변환된다.

앞서서-개시된 넓은 스펙트럼 라인 광 발생기의 기본적인 플랫폼을 용이하게 이용하여 녹색, 황색, 오렌지색 "589 nm" 및 긴 적색광을 생성할 수 있다. 도 2, 도 4, 도 5 및 도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같은 플랫폼은 1030 내지 1070 nm 범위의 IR QCW 레이저 공급원, 개시된 라만 천이기로 구성된 광대역 광 발생기 및 단일 통과 SHG 파장 변환 체계를 포함한다. 특정 색채의 발생은 어떠한 스토크 차수가 라만 변환기 내에서 최종적으로 변환되었는지에 의존한다. 분명하게, 제1 스토크는 녹색광을 산출한다. 발생된 제2 스토크는 필수적으로 황색 및 오렌지색 그리고 특정의 기본적 파장, 예를 들어 1064 nm를 출력한다. 제4 스토크 및 심지어 제5 스토크는 변환된 광의 파장을 긴 적색광 파장 범위로 확장시키는데 도움을 준다. 출력 색채와 관계없이, 출력 광의 라인폭은 적어도 1 nm이고, 그러한 라인폭은 레이저 조명 디스플레이 산업에서 뿐만 아니라, 예를 들어, 표시(marking)를 포함하는, 많은 다른 산업에서도 성공적으로 이용될 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 그러한 정확한 실시예로 제한되지 않는다는 것, 그리고 첨부된 청구항에서 규정된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고도 당업자에 의해서 여러 가지 변화, 수정 및 적응이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (24)

1. (RGB 디스플레이를 위한) 넓은 라인 적색광 발생기이며:
   1030 내지 1120 nm 파장 범위로부터 선택된 펌프 파장에서, 기본적인 모드("FM")에서 펌프 광을 방출하도록 구성된 단일 모드(SM) 펄스형 이터븀("Yb") 섬유 레이저 펌프 공급원;
   Yb 섬유 레이저 펌프 공급원의 출력에 접합되는 SM 섬유 라만 변환기로서, SM 섬유 라만 변환기는 펄스형 펌프 광을 안내하는 코어 및 코어를 둘러싸는 크래딩을 구비하고, 상기 라만 변환기는 1220과 1300 사이에서 변화되는 희망 라만-천이된 파장에서 펌프 광을 출력하기 위한 펄스형 펌프 광의 "n" 차 주파수 스토크 천이를 유도하고, 적어도 10 nm의 넓은 스펙트럼 라인을 가지며, "n"은 정수인, SM 섬유 라만 변환기; 및
   상기 라만-천이된 파장에서 펌프 광을 수용하고 펌프 광의 넓은 스펙트럼 라인을 커버하기에 충분한 스펙트럼 용인 라인폭을 구비하는 삼붕산 리튬("LBO") 비선형 광학적 결정을 포함하는 단일 통과 제2 고조파 발생기("SHG")로서, 상기 SHG는 적어도 5 nm의 넓은 스펙트럼 라인을 가지는 희망 라만-천이된 파장의 절반에서 SM 펄스형 넓은-라인 적색광을 생성하는, 단일 통과 제2 고조파 발생기
   를 포함하는, 넓은 라인 적색광 발생기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 SM Yb 레이저 펌프 공급원 및 SM 섬유 라만 변환기 각각이, 실리카 크래딩 내의 실리카 코어를 가지는 PM 섬유로 구성되는, 넓은 라인 적색광 발생기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 SM 라만 변환기는, 펌프 광의 펌프 파장을 희망 라만-천이된 파장으로 변환하기 위해서 제3 또는 제4 차 주파수 스토크를 유도하기에 충분한 길이로 구성되는, 넓은 라인 적색광 발생기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 SM 섬유 라만 변환기는 실리카 크래딩 내의 인산염-유리 코어를 포함하는, 넓은 라인 적색광 발생기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 SM 라만 변환기는 펌프 광의 펌프 파장을 희망 라만-천이된 파장으로 변환하기 위해서 제1 차 주파수 스토크를 유도하기에 충분한 길이로 구성되는, 넓은 라인 적색광 발생기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 Yb 섬유 레이저 공급원은, 패브리-페롯 다이오드 레이저 또는 분산형 브래그 반사부(DBR) 또는 분산형 피드백 레이저(DFB) 또는 펌프 파장에서 펌핑 빔을 방출하는 편광화-유지(PM) 섬유 피그테일 및 PM 섬유 부스터를 가지는 파장-안정화된 레이저 다이오드를 포함하는 마스터 발진기 파워 증폭기(MOPFA) 체계로 구성되고, 상기 섬유 부스터는 몇 킬로와트(kW)의 피크 파워를 가지는 펄스형 펌프 광을 출력하도록 구성되는, 넓은 라인 적색광 발생기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 섬유 부스터는:
   이중 병목-형상의 횡단면으로 구성되고 펌프 파장에서 SFM을 지원하기 위한 치수를 가지는 MM 코어를 구비한 PM Yb-도핑된 능동적 섬유,
   펌프 광의 SM을 안내하는 코어를 가지는 PM SM 입력 피동적 섬유로서, 각각의 피동적 그리고 Yb-도핑된 코어의 코어들은, 서로 맞댐 접합되어 내부에서 FM을 여기시키는 Yb-도핑된 섬유의 MM 코어의 코어 단부로의 SM의 결합을 제공하는 각각의 단부들을 갖고, 상기 PM SM 입력 피동적 섬유의 코어 및 상기 Yb-도핑된 섬유의 코어 단부는, 각각의 SM 및 FM의 모드 필드 직경들("MFD")이 서로 실질적으로 합치되도록 구성되는, 넓은 라인 적색광 발생기.
8. 제6항에 있어서,
   SM 라만 변환기 내로 결합되는 희망 라만-천이된 파장에서 광을 방출하기 위한 연속적인 파동(CW) 체제에서 동작되는 라만 광 시드 공급원을 더 포함하는, 넓은 라인 적색광 발생기.
9. 제8항에 있어서,
   상기 섬유 부스터로부터의 상류 또는 하류 중 어느 하나에서의 희망 라만-천이된 파장의 광과 펌프 광을 다중화하는 파장-분할 다중화(WDM)를 더 포함하는, 넓은 라인 적색광 발생기.
10. 제2항에 있어서,
    상기 라만 변환기는 50 내지 80 % 범위 내의 변환 효율로 동작되고, 발생기의 전체적인 벽 플러그 효율이 6 내지 10 % 범위 내에서 변화되는, 넓은 라인 적색광 발생기.
11. 제1항에 있어서,
    적어도 5 nm의 넓은 스펙트럼 라인을 갖는 희망 라만-천이된 파장은 RGB 디스플레이를 조명할 때 스페클 노이즈를 충분히 실질적으로 감소시키는, 넓은 라인 적색광 발생기.
12. (RGB 디스플레이를 위한) 넓은 라인 적색광 발생기이며:
    약 1030 nm 내지 약 1120 nm의 펌프 파장에서, 기본적인 모드("SFM")에서 펌프 광을 방출하는 단일 모드(SM) 펄스형 이터븀("Yb") 섬유 레이저 펌프 공급원;
    Yb 섬유 레이저 펌프 공급원의 출력에 접합되는 SM 섬유 라만 레이저로서, SM 섬유 라만 레이저는 펄스형 펌프 광을 안내하는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 크래딩을 구비하고, 상기 라만 레이저는 1220 nm와 1300 nm사이에서 변화되는 희망 라만-천이된 파장에서 펄스형 펌프 광을 출력하기 위한 펄스형 펌프 광의 "n" 차 주파수 스토크 천이를 유도하고 적어도 15 nm 라인폭의 넓은 스펙트럼 라인을 가지며, "n"은 정수인, SM 섬유 라만 레이저; 및
    상기 라만-천이된 파장에서 펌프 광을 수용하고 상기 희망 라만-천이된 파장의 절반에서 SM 펄스형 넓은-라인 적색광을 생성하기 위해서 상기 출력 펌프 광의 넓은 스펙트럼 라인을 커버하기에 충분한 스펙트럼 용인 대역폭을 구비하는 삼붕산 리튬("LBO") 비선형 광학적 결정으로서, 상기 적색광이 적어도 5 nm의 넓은 스펙트럼 라인을 구비하는, 삼붕산 리튬("LBO") 비선형 광학적 결정
    을 포함하는, 넓은 라인 적색광 발생기.
13. 제12항에 있어서,
    상기 SM 섬유 라만 레이저는 실리카 크래딩에 의해서 둘러싸인 실리카 코어로 구성되고, 공진 공동을 형성하는 실리카 코어 내에 복수의 이격된 반사부가 기입되는(written), 넓은 라인 적색광 발생기.
14. 제13항에 있어서,
    상기 SM 라만 레이저는 5개의 고반사율 브래그 격자를 포함하는, 넓은 라인 적색광 발생기.
15. 제14항에 있어서,
    상기 라만 레이저는 희망 라만-천이된 파장의 펌프 광에 대해서 투명한 출력 저반사율 브래그 격자로 또는 그러한 격자 없이 구성되는, 넓은 라인 적색광 발생기.
16. 제13항에 있어서,
    상기 Yb 섬유 레이저 공급원은, 패브리-페롯 다이오드 레이저, DBF, DBR 또는 편광화-유지(PM) 섬유 피그테일 및 PM 섬유 부스터를 구비하는 파장-안정화를 포함하는 마스터 발진기 파워 증폭기(MOPFA) 체계로 구성되고, 상기 섬유 부스터는 몇 킬로와트(kW)의 피크 파워를 구비하는 펄스형 펌프 광을 출력하도록 구성되는, 넓은 라인 적색광 발생기.
17. 제16항에 있어서,
    상기 공진 공동 내의 상기 희망 라만-천이된 파장에서 각각의 신호 광 펄스의 왕복 시간은, 상기 희망 라만-천이된 파장의 각각의 후속 신호 광 펄스가 상기 라만 레이저로 결합된 펌프 광 펄스와 시간적 및 공간적 모두에서 일치되도록, 펌프 빔 반복률과 합치되는, 넓은 라인 적색광 발생기.
18. 제13항에 있어서,
    상기 Yb 섬유 레이저 공급원은 마이크로초 범위 내의 지속시간을 각각 가지는 펌프 펄스의 트레인을 출력하도록 구성된 펄스형 패브리-페롯 레이저를 포함하는, 넓은 라인 적색광 발생기.
19. (RGB 디스플레이를 위한) 넓은 라인 적색광 발생기이며:
    1030 nm 내지 1120 nm 범위의 펌프 파장에서, 기본적인 모드("SFM")에서 펌프 광을 방출하는 단일 모드(SM) 펄스형 이터븀("Yb") 섬유 레이저 펌프 공급원;
    Yb 섬유 레이저 펌프 공급원의 출력에 접합되는 SM 섬유 라만 변환기로서, SM 섬유 라만 변환기는 펄스형 펌프 광을 안내하는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 크래딩을 구비하고, 상기 라만 변환기는 1220과 1300 사이에서 변화되는 희망 라만-천이된 파장에서 신호 광을 출력하기 위한 펄스형 펌프 광의 "n" 차 주파수 스토크 천이를 유도하고 적어도 15 nm 라인폭의 넓은 스펙트럼 라인을 가지며, "n"은 정수인, SM 섬유 라만 변환기; 및
    상기 라만-천이된 파장에서 신호 광을 수용하고 상기 희망 라만-천이된 파장의 절반에서 SM 펄스형 넓은-라인 적색광을 생성하기 위해서 상기 펌프 광의 넓은 스펙트럼 라인을 커버하기에 충분한 스펙트럼 용인 대역폭을 구비하는 삼붕산 리튬("LBO") 비선형 광학적 결정으로서, 상기 적색광이 적어도 5 nm의 넓은 스펙트럼 라인을 가지는, 삼붕산 리튬("LBO") 비선형 광학적 결정
    을 포함하는, 넓은 라인 적색광 발생기.
20. 제19항에 있어서,
    상기 라만 변환기가 라만 천이기 또는 라만 레이저인, 넓은 라인 적색광 발생기.
21. 제19항에 있어서,
    라만 광 시드를 더 포함하고, 라만 광시드는, 패브리-페롯 라만 섬유 레이저 또는 페브리-페롯 다이오드 또는 DBF, 또는 DBR 또는 희망 라만-천이된 파장에서 펄스형 신호 광을 방출하도록 동작되고 파장 안정화된 레이저, 및 라만 변환기로부터 상류에 위치되며 각각의 펌프 및 라만-천이된 파장에서 신호 광 펄스 및 펌프를 다중화하도록 구성된 WDM으로부터 선택되는, 넓은 라인 적색광 발생기.
22. 제19항에 있어서,
    적어도 5 nm의 넓은 스펙트럼 라인을 가지는 희망 라만-천이된 파장은 RGB 디스플레이를 조명할 때 스페클 노이즈를 충분히 실질적으로 감소시키는, 넓은 라인 적색광 발생기.
23. (RGB 디스플레이를 위한) 넓은 라인 광 발생기이며:
    1030 내지 1120 nm 파장 범위로부터 선택된 펌프 파장에서, 기본적인 모드("FM")에서 펌프 광을 방출하도록 구성된 단일 모드(SM) 펄스형 이터븀("Yb) 섬유 레이저 펌프 공급원;
    Yb 섬유 레이저 펌프 공급원의 출력에 접합되는 SM 섬유 라만 변환기로서, SM 섬유 라만 변환기는 펄스형 펌프 광을 안내하는 코어 및 코어를 둘러싸는 크래딩을 구비하고, 상기 라만 변환기는 희망 라만-천이된 파장에서 펌프 광을 출력하기 위한 펄스형 펌프 광의 "n" 차 주파수 스토크 천이를 유도하고, "n"은 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 스토크 차수로 이루어진 군으로부터 선택되는, SM 섬유 라만 변환기; 및
    라만-천이된 파장에서 펌프 광을 수용하고 펌프 광의 넓은 스펙트럼 라인을 커버하기에 충분한 스펙트럼 용인 라인폭을 구비하는 삼붕산 리튬("LBO") 비선형 광학적 결정을 포함하는 제2 고조파 발생기("SHG")로서, 상기 SHG는 적어도 1 nm의 넓은 스펙트럼 라인을 가지는 희망 라만-천이된 파장의 절반에서 SM 펄스형 넓은-라인 광을 생성하는, 제2 고조파 발생기
    를 포함하는, 넓은 라인 광 발생기.
24. 제23항에 있어서,
    상기 넓은-라인 광은 녹색, 황색, 오렌지색, 적색 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 넓은 라인 광 발생기.

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