RU2254649C2

RU2254649C2 - Laser projector and device for shaping laser beam of visible-spectrum blue region for laser projector

Info

Publication number: RU2254649C2
Application number: RU2003123605/28A
Authority: RU
Inventors: А.Ф. Корнев (RU); А.Ф. Корнев; В.П. Покровский (RU); В.П. Покровский; Л.Н. Сомс (RU); Л.Н. Сомс; В.К. Ступников (RU); В.К. Ступников
Original assignee: Корнев Алексей Федорович; Покровский Василий Петрович; Сомс Леонид Николаевич; Ступников Владимир Константинович
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2005-06-20
Also published as: RU2003123605A

Abstract

FIELD: projection of color images on screen.

SUBSTANCE: proposed laser projector designed for projecting color images on screen has first laser cavity incorporating active medium in the form of organic dye for shaping laser beam of visible-spectrum blue region, second laser cavity incorporating active medium in the form of organic dye for shaping laser beam of visible-spectrum green region, third laser cavity incorporating active medium in the form of organic dye for shaping laser beam of visible-spectrum red region, optical pumping source for shaping pumping beams and feeding them to mentioned active media of first, second and third laser cavities, respectively, that incorporates Nd-element laser, and means for projecting mentioned laser cavity shaped beams on screen. Nd-element laser is designed for generating beams of wavelength about 1.32 μm in order to extend service life of organic dye used for shaping blue-region laser beam; optical pumping source has mentioned-beam third harmonic shaper for feeding mentioned third harmonic as pumping beam to active medium of first laser cavity.

EFFECT: enhanced service life of device for shaping laser beam of visible-spectrum blue region.

9 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области лазерной техники, а именно к лазерным устройствам, предназначенным для проекции изображений на экраны.The invention relates to the field of laser technology, namely to laser devices for projecting images onto screens.

Лазерные устройства для проекции изображений на экраны, используются, например, в тренажерах или других системах для воспроизведения виртуальной реальности. Использование лазеров позволяет получать изображения с высокой яркостью и контрастностью на экранах большой площади. Для формирования полноцветных изображений в таких проекторах обычно используют три одноцветных лазера, формирующих соответственно три основных цвета, излучение которых проецируется на общий экран. В качестве основных цветов обычно используют красный цвет с длиной волны в диапазоне 0,62-0,63 мкм, зеленый цвет с длиной волны в диапазоне 0,52-0,56 мкм и синий цвет с длиной волны в диапазоне 0,44-0,48 мкм. Известны многочисленные типы лазеров, позволяющие формировать излучение в указанных диапазонах длин волн с достаточной для лазерного проектора мощностью.Laser devices for projecting images on screens are used, for example, in simulators or other systems for reproducing virtual reality. Using lasers allows you to receive images with high brightness and contrast on large-area screens. For the formation of full-color images in such projectors, usually use three single-color lasers, respectively forming three primary colors, the radiation of which is projected onto a common screen. The primary colors are usually red with a wavelength in the range of 0.62-0.63 microns, green with a wavelength in the range of 0.52-0.56 microns and blue with a wavelength in the range of 0.44-0 , 48 microns. Numerous types of lasers are known that make it possible to generate radiation in the indicated wavelength ranges with sufficient power for the laser projector.

Серьезной проблемой, требующей решения при создании лазерного проекционного устройства, является возникновение спеклов в формируемых лазерами изображениях. Спеклы представляют собой пятнистые структуры в изображении, существенно ухудшающие его зрительное восприятие и приводящие к быстрому утомлению зрения при его наблюдении. Их возникновение обусловлено интерференционными эффектами, возникающими при рассеянии когерентного света лазера, имеющего узкую спектральную линию излучения, на диффузных поверхностях проекционных экранов. При использовании в лазерных проекторах таких распространенных типов лазеров как газовые лазеры, лазеры на парах металлов и твердотельные лазеры, которые характеризуются малой шириной спектральной линии излучения, спеклы приводят к резкому ухудшению качества изображения. Вследствие этого при использовании указанных типов лазеров в лазерных проекторах приходится принимать специальные меры по подавлению спеклов, что приводит к усложнению этих устройств и повышению их стоимости.A serious problem that needs to be solved when creating a laser projection device is the appearance of speckles in laser-generated images. Speckles are spotted structures in the image, significantly impairing its visual perception and leading to rapid fatigue of vision when observed. Their occurrence is due to interference effects arising from the scattering of coherent light from a laser having a narrow spectral line of radiation on the diffuse surfaces of projection screens. When using laser projectors of such common types of lasers as gas lasers, metal vapor lasers and solid-state lasers, which are characterized by a small spectral emission line width, speckles lead to a sharp deterioration in image quality. As a result, when using these types of lasers in laser projectors, special measures have to be taken to suppress speckle, which leads to the complication of these devices and an increase in their cost.

С другой стороны, известно, что лазеры на растворах органических красителей с оптической накачкой характеризуются достаточно большой шириной спектра излучения, намного превышающей ширину спектра газовых лазеров, лазеров на парах металлов или твердотельных лазеров. Поэтому при использовании лазеров на красителях в лазерном проекторе спеклы в формируемом изображении практически отсутствуют. Вместе с тем, лазеры на красителях способны обеспечить выходную мощность, достаточную для формирования изображений на больших экранах с достаточной яркостью. При выборе соответствующего красителя такие лазеры могут генерировать излучение в красной, зеленой и синей областях видимого спектра, что дает возможность создать из трех лазеров на красителях полноцветный лазерный проектор.On the other hand, it is known that optically pumped organic dye lasers are characterized by a sufficiently large emission spectrum width that is much larger than the spectrum width of gas lasers, metal vapor lasers, or solid-state lasers. Therefore, when using dye lasers in a laser projector, speckles are practically absent in the generated image. At the same time, dye lasers are capable of providing an output power sufficient to form images on large screens with sufficient brightness. When choosing the appropriate dye, such lasers can generate radiation in the red, green, and blue regions of the visible spectrum, which makes it possible to create a full-color laser projector from three dye lasers.

Например, в US 6,088,380 описан лазерный проектор для проецирования на экран полноцветных изображений, включающий первый лазерный резонатор, содержащий активную среду в виде органического красителя для формирования лазерного излучения синего диапазона видимого спектра, второй лазерный резонатор, содержащий активную среду в виде органического красителя для формирования лазерного излучения зеленого диапазона видимого спектра, третий лазерный резонатор, содержащий активную среду в виде органического красителя для формирования лазерного излучения красного диапазона видимого спектра, источник оптической накачки для формирования излучений накачки и подачи их на указанные активные среды соответственно первого, второго и третьего лазерных резонаторов, включающий лазерный генератор на неодим-содержащем активном элементе, и средства проецирования указанных лазерных излучений, формируемых лазерными резонаторами, на экран.For example, US 6,088,380 describes a laser projector for projecting full-color images onto a screen, including a first laser cavity containing an active medium in the form of an organic dye to form blue laser radiation of the visible spectrum, a second laser cavity containing an active medium in the form of an organic dye for forming a laser radiation of the green range of the visible spectrum, a third laser cavity containing an active medium in the form of an organic dye to form a laser and radiation of the red range of the visible spectrum, an optical pump source for generating pump radiation and supplying it to said active media of the first, second and third laser resonators, respectively, including a laser generator with a neodymium-containing active element, and means for projecting said laser radiation generated by the laser resonators, to the screen.

Устройство для формирования лазерного излучения синего диапазона видимого спектра в этом лазерном проекторе содержит лазерный резонатор, содержащий активную среду в виде органического красителя для формирования проецируемого на экран лазерного излучения синего диапазона видимого спектра, и источник оптической накачки, включающий лазерный генератор на неодимсодержащем активном элементе.A device for generating blue laser radiation of the visible spectrum in this laser projector comprises a laser resonator containing an active medium in the form of an organic dye to form a blue visible spectrum projected laser radiation on the screen, and an optical pump source including a laser generator on a neodymium-containing active element.

В качестве излучения накачки, подаваемого на активную среду лазерного резонатора, формирующего излучение синего диапазона, в этом проекторе используется третья гармоника излучения лазерного генератора на неодимсодержащем активном элементе, генерирующего на доминантной длине волны, составляющей около 1,06 мкм, то есть накачка осуществляется ультрафиолетовым излучением с длиной волны около 0,35 мкм. Использование лазерного генератора с длиной волны 1,06 мкм в источнике оптической накачки является традиционным для лазеров на красителях и обусловлено тем, что на этой длине волны в неодимсодержащем активном элементе наиболее просто обеспечить генерацию лазерного излучения и достичь при этом высокого КПД. Указанная доминантная длина волны при отсутствии специальных мер по ее режекции полностью подавляет другие возможные длины волн генерации неодимового лазера (в частности, 1,32 мкм).As the pump radiation supplied to the active medium of the blue-spectrum laser resonator, this projector uses the third harmonic of the radiation of a laser generator with a neodymium-containing active element generating at a dominant wavelength of about 1.06 μm, i.e., pumping is carried out with ultraviolet radiation with a wavelength of about 0.35 microns. The use of a laser generator with a wavelength of 1.06 μm in an optical pump source is traditional for dye lasers and is due to the fact that at this wavelength in a neodymium-containing active element it is most simple to ensure the generation of laser radiation and achieve high efficiency. The indicated dominant wavelength in the absence of special measures for its rejection completely suppresses other possible wavelengths of the generation of a neodymium laser (in particular, 1.32 μm).

Известно, что срок службы органического красителя, используемого в качестве активной среды лазера, определяется фотохимической стойкостью самого красителя и температурой активной среды лазера в рабочем режиме, зависящей в первую очередь от тепловыделения в этой активной среде при ее оптической накачке. Фотохимическая стойкость красителей зависит от длины волны облучающего света, и уменьшается с укорочением длины волны. Тепловыделение в активной среде при оптической накачке определяется разностью между длиной волны генерируемого излучения и длиной волны излучения накачки. Для коротковолновой накачки тепловыделение повышается, и вероятность деградации молекул красителя растет. Процессы деградации особенно существенны для органических красителей, генерирующих излучение в синем диапазоне спектра вследствие значительно меньшей фотохимической стойкости таких красителей по сравнению с красителями, генерирующими в зеленом и красном диапазонах. В вышеупомянутом известном лазерном проекторе, при длине волны генерируемого излучения 0,46-0,48 мкм в синем диапазоне видимого спектра и длине волны накачки 0,35 мкм, значительная разность длин волн генерируемого излучения и излучения накачки приводит, в силу обоих отмеченных выше факторов, к быстрой деградации активной среды и падению КПД лазера на красителе, вплоть до полного прекращения генерации. Малый срок службы красителя приводит к необходимости его частой замены, что повышает стоимость эксплуатации лазера синего диапазона и делает крайне неудобным использование такого лазера в проекционных устройствах.It is known that the service life of the organic dye used as the active medium of the laser is determined by the photochemical stability of the dye itself and the temperature of the active medium of the laser in the operating mode, which depends primarily on the heat release in this active medium during its optical pumping. The photochemical stability of the dyes depends on the wavelength of the irradiating light, and decreases with shortening of the wavelength. The heat release in an active medium during optical pumping is determined by the difference between the wavelength of the generated radiation and the wavelength of the pump radiation. For short-wave pumping, heat release increases, and the probability of degradation of dye molecules increases. Degradation processes are especially significant for organic dyes that generate radiation in the blue spectral range due to the significantly lower photochemical stability of such dyes compared to dyes that generate in the green and red ranges. In the aforementioned known laser projector, when the wavelength of the generated radiation is 0.46-0.48 μm in the blue range of the visible spectrum and the wavelength of the pump is 0.35 μm, a significant difference in the wavelengths of the generated radiation and the pump radiation results, due to both of the above factors , to the rapid degradation of the active medium and a decrease in the efficiency of the dye laser, until the generation is completely stopped. The short life of the dye leads to the need for frequent replacement, which increases the operating cost of the blue laser and makes it extremely inconvenient to use such a laser in projection devices.

Известны и другие способы оптической накачки лазеров на красителях синего диапазона, помимо накачки третьей гармоникой излучения неодимового лазера. В число этих способов накачки входит, например, использование некогерентного оптического излучения накачки, создаваемого лампами-вспышками с короткой длительностью импульса, значительная часть спектра излучения которых лежит в ультрафиолетовой области. Однако при использовании такой накачки тепловыделение в активной среде лазера на красителе является еще более высоким, чем при использовании третьей гармоники неодимового лазера, генерирующего на доминантной длине волны, и срок службы красителя становится еще меньше.There are other known methods for the optical pumping of dye blue lasers, in addition to pumping the third harmonic of a neodymium laser radiation. These pumping methods include, for example, the use of incoherent optical pump radiation generated by flash lamps with a short pulse duration, a significant part of the emission spectrum of which lies in the ultraviolet region. However, when using such a pump, the heat release in the active medium of a dye laser is even higher than when using the third harmonic of a neodymium laser generating at the dominant wavelength, and the dye's lifetime becomes even shorter.

Малый срок службы лазеров на красителях, генерирующих излучение в синем диапазоне спектра, который обусловлен, с одной стороны, меньшей фотохимической стойкостью таких красителей по сравнению с красителями, генерирующими в зеленом и красном диапазонах, а с другой стороны - повышенным тепловыделением в активной среде лазера синего диапазона спектра при его оптической накачке известными способами, делает практически неприемлемым применение таких лазеров в проекционных устройствах. По этой причине полноцветные лазерные проекторы на органических красителях, подобные описанным в US 6,088,380, до настоящего времени на практике не получили широкого распространения. В некоторых проекционных устройствах лазеры на красителях использовались только для формирования излучения красного или зеленого диапазонов, в то время как для генерирования синего излучения применялись другие типы лазеров подходящей мощности, такие как газовые или твердотельные. Однако поскольку излучение таких лазеров характеризуется очень узкой спектральной линией, в проецируемом изображении неизбежно присутствуют спеклы, особенно при преобладании в изображении синего цвета, если не принимать специальных мер по подавлению спеклов, приводящих к усложнению конструкции и увеличению стоимости лазерного проектора. Кроме того, применение в одном проекционном устройстве лазеров разных типов является нежелательным, поскольку ограничивает возможности использования унифицированных узлов в трех лазерах, формирующих излучение основных цветов.The short life of dye lasers generating radiation in the blue spectral range, which is caused, on the one hand, by the lower photochemical stability of such dyes compared to dyes generating in the green and red ranges, and on the other hand, by increased heat generation in the active medium of the blue laser the range of the spectrum when it is optically pumped by known methods, makes the use of such lasers in projection devices practically unacceptable. For this reason, full-color organic dye laser projectors, such as those described in US 6,088,380, have not yet been widely adopted in practice. In some projection devices, dye lasers were used only to generate red or green radiation, while other types of lasers of suitable power, such as gas or solid state, were used to generate blue radiation. However, since the radiation of such lasers is characterized by a very narrow spectral line, speckles are inevitably present in the projected image, especially when the color prevails in blue, unless special measures are taken to suppress speckles, which complicate the design and increase the cost of the laser projector. In addition, the use of different types of lasers in the same projection device is undesirable, since it limits the possibility of using standardized units in three lasers that produce primary color radiation.

Задачей изобретения является увеличение срока службы устройства для формирования лазерного излучения синего диапазона видимого спектра на органическом красителе для лазерного проектора, а также создание с использованием такого устройства полноцветного лазерного проектора на органических красителях.The objective of the invention is to increase the life of the device for forming laser radiation of the blue range of the visible spectrum on an organic dye for a laser projector, as well as the creation using such a device of a full-color laser projector using organic dyes.

Эта задача решается тем, что в лазерном проекторе для проецирования на экран полноцветных изображений, содержащем первый лазерный резонатор, содержащий активную среду в виде органического красителя для формирования лазерного излучения синего диапазона видимого спектра, второй лазерный резонатор, содержащий активную среду в виде органического красителя для формирования лазерного излучения зеленого диапазона видимого спектра, третий лазерный резонатор, содержащий активную среду в виде органического красителя для формирования лазерного излучения красного диапазона видимого спектра, источник оптической накачки для формирования излучений накачки и подачи их на указанные активные среды соответственно первого, второго и третьего лазерных резонаторов, включающий лазерный генератор на неодимсодержащем активном элементе, и средства проецирования указанных лазерных излучений, формируемых лазерными резонаторами, на экран, согласно изобретению, указанный лазерный генератор на неодимсодержащем активном элементе выполнен с возможностью генерирования излучения с длиной волны около 1,32 мкм, а источник оптической накачки дополнительно содержит формирователь третьей гармоники указанного излучения для подачи указанной третьей гармоники на активную среду первого лазерного резонатора в качестве излучения накачки.This problem is solved in that in a laser projector for projecting onto a screen full-color images containing a first laser cavity containing an active medium in the form of an organic dye to form laser radiation of the blue range of the visible spectrum, a second laser cavity containing an active medium in the form of an organic dye for forming laser radiation of the green range of the visible spectrum, a third laser cavity containing an active medium in the form of an organic dye to form a laser radiation of the red range of the visible spectrum, an optical pump source for generating pump radiation and supplying them to the indicated active media of the first, second and third laser resonators, respectively, including a laser generator on a neodymium-containing active element, and means for projecting said laser radiation generated by the laser resonators on a screen according to the invention, said laser generator on a neodymium-containing active element is configured to generate radiation with a length waves of about 1.32 μm, and the optical pump source further comprises a third-harmonic former of said radiation for supplying said third harmonic to the active medium of the first laser resonator as pump radiation.

Использование излучения с длиной волны около 0,44 мкм, получаемой в результате генерирования третьей гармоники излучения неодимового лазера, работающего на недоминантной длине волны 1,32 мкм, обеспечивает существенные преимущества при оптической накачке органического красителя, генерирующего излучение в синем диапазоне спектра на длинах волн 460-480 нм. А именно, в этом случае в несколько раз уменьшается разность длин волн генерируемого излучения и излучения накачки по сравнению с обычным способом накачки органического красителя третьей гармоникой доминантной частоты неодимового лазера с длиной волны 0,35 мкм. Уменьшение разности длин волн накачки и генерируемого излучения приводит как к уменьшению фотоиндуцированного распада молекул, так и к значительному уменьшению тепловыделения в органическом красителе, формирующем синее излучение. Таким образом, срок его службы может быть продлен в несколько раз и значительно приближен к срокам службы красителей, формирующих зеленое и красное лазерное излучение. Это дает реальную возможность создать приемлемый с экономической точки зрения полноцветный лазерный проектор, в котором все три лазерных генератора, формирующие сигналы основных цветов, представляют собой лазеры на органических красителях.The use of radiation with a wavelength of about 0.44 μm obtained by generating the third harmonic of the radiation of a neodymium laser operating at a non-dominant wavelength of 1.32 μm provides significant advantages for the optical pumping of an organic dye generating radiation in the blue spectrum at wavelengths of 460 -480 nm. Namely, in this case, the difference between the wavelengths of the generated radiation and the pump radiation is reduced several times in comparison with the usual method of pumping an organic dye with the third harmonic of the dominant frequency of a neodymium laser with a wavelength of 0.35 μm. A decrease in the difference between the pump wavelengths and the generated radiation leads both to a decrease in the photoinduced decay of molecules and to a significant decrease in the heat release in the organic dye that forms the blue radiation. Thus, its service life can be extended several times and is much closer to the service life of dyes that form green and red laser radiation. This gives a real opportunity to create an economically acceptable full-color laser projector in which all three laser generators that generate the primary color signals are organic dye lasers.

Благодаря широким спектральным линиям излучения лазеров на красителях в таком проекторе эффективно предотвращается появление спеклов в формируемом изображении. При этом лазеры на красителях имеют достаточно высокий КПД, относительно малые габариты и относительно низкую стоимость. Дополнительное удобство достигается благодаря возможности использования унифицированных узлов в трех лазерных генераторах, входящих в состав полноцветного проектора, поскольку они представляют собой однотипные лазеры на красителях.Due to the wide spectral lines of emission from dye lasers in such a projector, the appearance of speckles in the image being formed is effectively prevented. In this case, dye lasers have a sufficiently high efficiency, relatively small dimensions and relatively low cost. Additional convenience is achieved due to the possibility of using standardized units in the three laser generators that make up the full-color projector, since they are the same type of dye lasers.

Формирователь третьей гармоники в предложенном лазерном проекторе может быть выполнен с возможностью подачи излучения той же самой третьей гармоники излучения с длиной волны около 1,32 мкм на активную среду второго лазерного резонатора в качестве излучения накачки для формирования лазерного излучения зеленого диапазона видимого спектра, предпочтительная длина волны которого составляет 0,52-0,56 мкм, что позволяет упростить конструкцию генератора накачки.The third harmonic generator in the proposed laser projector can be configured to supply radiation of the same third harmonic of radiation with a wavelength of about 1.32 μm to the active medium of the second laser resonator as pump radiation for generating green laser radiation in the visible spectrum, the preferred wavelength which is 0.52-0.56 μm, which allows to simplify the design of the pump generator.

В другом варианте выполнения лазерного проектора источник оптической накачки дополнительно содержит второй лазерный генератор на неодимсодержащем активном элементе, выполненный с возможностью генерирования излучения с длиной волны около 1,06 мкм, т.е. на доминантной длине волны, и формирователь второй гармоники этого излучения для подачи указанной второй гармоники в качестве излучения накачки на активную среду третьего лазерного резонатора, генерирующую лазерное излучение красного диапазона спектра, предпочтительная длина волны которого составляет 0,62-0,63 мкм. Эта же вторая гармоника, имеющая длину волны около 0,53 мкм, может подаваться в качестве излучения накачки и на активную среду второго лазерного резонатора, генерирующую лазерное излучение в зеленом диапазоне спектра, предпочтительная длина волны которого составляет 0,54-0,56 мкм.In another embodiment of the laser projector, the optical pump source further comprises a second neodymium-containing active element laser generator configured to generate radiation with a wavelength of about 1.06 μm, i.e. at the dominant wavelength, and the second harmonic generator of this radiation for supplying the specified second harmonic as a pump radiation to the active medium of the third laser resonator, generating laser radiation in the red spectrum, the preferred wavelength of which is 0.62-0.63 μm. The same second harmonic, having a wavelength of about 0.53 μm, can also be supplied as pump radiation to the active medium of the second laser cavity, which generates laser radiation in the green range of the spectrum, the preferred wavelength of which is 0.54-0.56 μm.

Кроме того, формирователь второй гармоники может быть выполнен с возможностью подачи второй гармоники излучения с длиной волны около 1,06 мкм на активную среду третьего лазерного резонатора, а формирователь третьей гармоники может быть выполнен с возможностью подачи третьей гармоники излучения с длиной волны около 1,32 мкм на активную среду второго лазерного резонатора в качестве излучения накачки.In addition, the second harmonic generator can be configured to supply a second harmonic of radiation with a wavelength of about 1.06 μm to the active medium of the third laser resonator, and the third harmonic generator can be configured to feed a third harmonic of radiation with a wavelength of about 1.32 μm to the active medium of the second laser cavity as the pump radiation.

В одном из вариантов осуществления изобретения лазерный генератор на неодимсодержащем активном элементе может быть выполнен с возможностью поочередного генерирования лазерного излучения с длиной волны около 1,32 мкм и лазерного излучения с длиной волны около 1,06 мкм, а источник оптической накачки дополнительно содержит формирователь второй гармоники излучения с длиной волны около 1,06 мкм для подачи указанной второй гармоники в качестве излучения накачки на активную среду третьего лазерного резонатора, когда лазерный генератор генерирует излучение с длиной волны около 1,06 мкм, при этом формирователь третьей гармоники излучения с длиной волны около 1,32 мкм обеспечивает формирование указанной третьей гармоники, когда лазерный генератор генерирует излучение с длиной волны около 1,32 мкм. В этом случае формирователь второй гармоники излучения с длиной волны около 1,06 мкм может быть выполнен с возможностью подачи указанной второй гармоники на активную среду третьего лазерного резонатора, а указанный формирователь третьей гармоники излучения с длиной волны около 1,32 мкм может быть выполнен с возможностью подачи указанной третьей гармоники на активную среду второго лазерного резонатора в качестве излучения накачки.In one embodiment of the invention, a neodymium-containing active element laser generator can be configured to alternately generate laser radiation with a wavelength of about 1.32 μm and laser radiation with a wavelength of about 1.06 μm, and the optical pump source further comprises a second harmonic driver radiation with a wavelength of about 1.06 μm to supply the specified second harmonic as pump radiation to the active medium of the third laser resonator when the laser oscillator generates emits radiation with a wavelength of about 1.06 μm, while the third-harmonic generator of radiation with a wavelength of about 1.32 μm provides the formation of this third harmonic when the laser generator generates radiation with a wavelength of about 1.32 μm. In this case, the generator of the second harmonic of radiation with a wavelength of about 1.06 μm can be configured to supply the specified second harmonic to the active medium of the third laser resonator, and the specified driver of the third harmonic of radiation with a wavelength of about 1.32 μm can be configured to supplying said third harmonic to the active medium of the second laser cavity as pump radiation.

Для обеспечения поочередного генерирования лазерного излучения с длиной волны около 1,32 мкм и лазерного излучения с длиной волны около 1,06 мкм лазерный генератор на неодимсодержащем активном элементе может быть выполнен в виде лазерного генератора с резонатором на коммутируемых селективных зеркалах, генерирующим лазерное излучение с длиной волны около 1,32 мкм и около 1,06 мкм поочередно путем коммутации селективных зеркал.To ensure the alternate generation of laser radiation with a wavelength of about 1.32 μm and laser radiation with a wavelength of about 1.06 μm, a laser generator with a neodymium-containing active element can be made in the form of a laser generator with a resonator on switched selective mirrors generating laser radiation with a length waves of about 1.32 microns and about 1.06 microns alternately by switching selective mirrors.

Источник оптической накачки в лазерном проекторе может быть выполнен с возможностью формирования излучений накачки в виде последовательных импульсов оптического излучения, подаваемых поочередно на активные среды указанных первого, второго и третьего лазерных резонаторов для формирования проецируемого на экран лазерного излучения в виде последовательных импульсов в соответствующих диапазонах видимого спектра.The optical pump source in the laser projector can be configured to generate pump radiation in the form of successive pulses of optical radiation supplied alternately to the active media of the first, second and third laser resonators to form the laser radiation projected onto the screen in the form of successive pulses in the corresponding ranges of the visible spectrum .

Активная среда первого лазерного резонатора, используемая для формирования лазерного излучения синего диапазона видимого спектра, предпочтительно представляет собой раствор кумаринового красителя, такого как Coumarin 30 или Coumarin 314.The active medium of the first laser cavity used to form the blue light of the visible spectrum is preferably a coumarin dye solution such as Coumarin 30 or Coumarin 314.

Активная среда второго лазерного резонатора, используемая для формирования лазерного излучения зеленого диапазона видимого спектра, предпочтительно представляет собой раствор родаминового красителя, такого как Rhodamin 110, или кумаринового красителя, такого как Coumarin 153.The active medium of the second laser cavity used to generate green laser radiation in the visible spectrum is preferably a solution of a rhodamine dye, such as Rhodamin 110, or a coumarin dye, such as Coumarin 153.

Активная среда третьего лазерного резонатора, используемая для формирования лазерного излучения красного диапазона видимого спектра, предпочтительно представляет собой раствор красителя Crezyl Violet или DCM.The active medium of the third laser resonator used to form the red laser radiation of the visible spectrum is preferably a Crezyl Violet or DCM dye solution.

Задача изобретения решается также тем, что в устройстве для формирования лазерного излучения синего диапазона видимого спектра для лазерного проектора, предназначенного для проекции изображений на экран, содержащем лазерный резонатор, содержащий активную среду в виде органического красителя для формирования проецируемого на экран лазерного излучения синего диапазона видимого спектра, и источник оптической накачки, включающий лазерный генератор на неодимсодержащем активном элементе, согласно изобретению, указанный лазерный генератор на неодимсодержащем активном элементе выполнен с возможностью генерирования излучения с длиной волны около 1,32 мкм, а источник оптической накачки дополнительно содержит формирователь третьей гармоники указанного излучения для подачи указанной третьей гармоники на активную среду указанного лазерного резонатора в качестве излучения накачки.The objective of the invention is also solved by the fact that in the device for generating laser radiation of the blue range of the visible spectrum for a laser projector, designed to project images onto a screen containing a laser resonator containing an active medium in the form of an organic dye to form a projection of the laser radiation of the blue range of the visible spectrum and an optical pump source including a laser generator on a neodymium-containing active element according to the invention, said laser generator op at neodimsoderzhashchih active element configured to generate radiation with a wavelength of about 1.32 microns and a pumping light source further comprises a third harmonic generator for supplying said radiation of said third harmonic on the active medium of said laser resonator as a pump radiation.

Активная среда при этом может представлять собой раствор кумаринового красителя, такого как Coumarin 30 или Coumarin 314.The active medium may be a coumarin dye solution, such as Coumarin 30 or Coumarin 314.

Использование третьей гармоники излучения неодимового лазера, генерирующего на длине волны около 1,32 мкм, для оптической накачки органического красителя, формирующего синее лазерное излучение, дает возможность существенно увеличить срок службы этого красителя благодаря значительному ослаблению фотоиндуцированной деградации молекул красителя и уменьшению тепловыделения при его оптической накачке по сравнению с известными способами оптической накачки. Это позволяет практически использовать такой лазер на органическом красителе в лазерном проекторе для формирования проецируемого на экран лазерного излучения синего диапазона видимого спектра. Использование органического красителя в качестве активной среды лазерного резонатора при его применении в лазерном проекторе предотвращает появление спеклов в проецируемом изображении благодаря широкой спектральной линии излучения лазера на красителе и вместе с тем позволяет обеспечить достаточно высокий КПД, относительно малые габариты и относительно низкую стоимость устройства.The use of the third harmonic of the radiation of a neodymium laser generating at a wavelength of about 1.32 μm for optical pumping of an organic dye forming blue laser radiation makes it possible to significantly increase the life of this dye due to a significant weakening of photo-induced degradation of the dye molecules and a decrease in heat generation during its optical pumping in comparison with the known optical pumping methods. This makes it possible to practically use such an organic dye laser in a laser projector to form the projected blue radiation of the blue range of the visible spectrum. The use of organic dye as the active medium of a laser resonator when used in a laser projector prevents speckles from appearing in the projected image due to the wide spectral line of the dye laser radiation and, at the same time, provides a sufficiently high efficiency, relatively small dimensions and relatively low cost of the device.

На фиг.1 схематически показан вариант выполнения полноцветного лазерного проектора в соответствии с предлагаемым изобретением.Figure 1 schematically shows an embodiment of a full-color laser projector in accordance with the invention.

На фиг.2 показан возможный вариант выполнения источника оптической накачки в лазерном проекторе в соответствии с предлагаемым изобретением.Figure 2 shows a possible embodiment of an optical pump source in a laser projector in accordance with the invention.

На фиг.3 представлена одна из возможных циклограмм работы источника накачки, показанного на фиг.2.Figure 3 presents one of the possible sequence diagrams of the pump source shown in figure 2.

На фиг.4 представлена зависимость относительной эффективности лазера на красителе, излучающего в синем диапазоне, от экспозиционной дозы накачки, выполняемой на длинах волн 0,355 мкм и 0,440 мкм.Figure 4 shows the dependence of the relative efficiency of a dye laser emitting in the blue range on the exposure dose pumped at wavelengths of 0.355 μm and 0.440 μm.

На всех чертежах элементы, выполняющие аналогичные функции, обозначены одинаковыми номерами позиций.In all the drawings, elements performing similar functions are denoted by the same reference numbers.

Полноцветный лазерный проектор, показанный в схематическом виде на фиг.1, содержит три лазерных резонатора 1, 2 и 3, в каждом из которых имеется активная среда в виде органического красителя для формирования лазерного излучения синего, зеленого и красного диапазона видимого спектра, соответственно. Лазерный проектор снабжен источником оптической накачки 4, предназначенным для формирования излучений накачки и подачи их на активные среды лазерных резонаторов 1-3, а также средствами 5 проецирования указанных лазерных излучений, формируемых лазерными резонаторами 1-3, на экран 6. Средства 5 проецирования могут представлять собой, например, три отдельных проекционных объектива, установленных так, что формируемые ими изображения основных цветов накладываются друг на друга на экране 6.The full-color laser projector, shown schematically in FIG. 1, contains three laser cavities 1, 2, and 3, each of which has an active medium in the form of an organic dye to form blue, green, and red laser radiation in the visible spectrum, respectively. The laser projector is equipped with an optical pump source 4 designed to generate pump radiation and supply them to the active medium of the laser resonators 1-3, as well as means 5 for projecting these laser radiation generated by the laser resonators 1-3, on the screen 6. The projection means 5 can represent for example, three separate projection lenses mounted so that the images of the primary colors that they form are superimposed on each other on the screen 6.

Источник 4 оптической накачки, показанный на фиг.1, включает лазерный генератор 7, выполненный на одном неодимсодержащем активном элементе с возможностью поочередного генерирования излучения с длиной волны около 1,32 мкм и около 1,06 мкм. Однако в других вариантах выполнения источника накачки он может содержать два отдельных лазерных генератора для генерирования излучений с длиной волны около 1,32 мкм и около 1,06 мкм, соответственно.The optical pump source 4 shown in FIG. 1 includes a laser generator 7 made on a single neodymium-containing active element with the possibility of alternately generating radiation with a wavelength of about 1.32 μm and about 1.06 μm. However, in other embodiments, the pump source may contain two separate laser generators for generating radiation with a wavelength of about 1.32 μm and about 1.06 μm, respectively.

Источник 4 оптической накачки включает также формирователь 8 третьей гармоники излучения с длиной волны около 1,32 мкм и формирователь 9 второй гармоники лазерного излучения с длиной волны около 1,06 мкм, оптически связанные с выходом лазерного генератора 7. Выход формирователя 8 третьей гармоники излучения с длиной волны около 1,32 мкм оптически связан с оптическим коммутатором 10, обеспечивающим подачу излучения с выхода формирователя 8 на активные среды лазерных резонаторов 1 или 1 и 2, по выбору, в качестве излучений накачки. Выход формирователя 9 второй гармоники излучения с длиной волны около 1,06 мкм оптически связан с оптическим коммутатором 10, обеспечивающим подачу излучения с выхода формирователя 9 на активные среды лазерных резонаторов 3 или 3 и 2, по выбору, в качестве излучений накачки. Оптический коммутатор 10 может быть выполнен с использованием светоделителей и оптических переключателей любого подходящего типа, например, оптико-механических, электрооптических и т.п.The optical pump source 4 also includes a third harmonic generator of radiation 8 with a wavelength of about 1.32 μm and a second harmonic generator of laser radiation 9 with a wavelength of about 1.06 μm, optically coupled to the output of the laser generator 7. The output of the third radiation harmonic generator 8 with a wavelength of about 1.32 μm is optically coupled to an optical switch 10 providing radiation from the output of the shaper 8 to the active media of the laser resonators 1 or 1 and 2, optionally, as pump radiation. The output of the second harmonic of the radiation shaper 9 with a wavelength of about 1.06 μm is optically coupled to the optical switch 10, which supplies the radiation from the output of the shaper 9 to the active media of the laser resonators 3 or 3 and 2, optionally, as pump radiation. The optical switch 10 may be implemented using beamsplitters and optical switches of any suitable type, for example, optical-mechanical, electro-optical, etc.

На фиг.2 показана оптическая схема возможного варианта выполнения источника 4 накачки, содержащего лазерный генератор с коммутируемыми селективными зеркалами, выполненный на одном неодимсодержащем активном элементе с возможностью поочередного генерирования излучения с длиной волны около 1,32 мкм и около 1,06 мкм и выводом генерируемого излучения из резонатора в различных направлениях с целью последующего формирования излучения высших гармоник.Figure 2 shows an optical diagram of a possible embodiment of a pump source 4 containing a laser generator with switched selective mirrors, made on one neodymium-containing active element with the possibility of alternately generating radiation with a wavelength of about 1.32 μm and about 1.06 μm and the output generated radiation from the resonator in various directions with the aim of the subsequent formation of radiation of higher harmonics.

Лазерный генератор, показанный на фиг.2, включает неодимсодержащий активный элемент в виде неодимсодержащего кристалла 11, например кристалла алюмо-иттриевого граната с неодимом (Nd:Y₃Al₅O₁₂, Nd:YAG), фторида иттрия-лития с неодимом (Nd:YLiF₄) или галлий-гадолиниевого граната с неодимом (Nd:GGG). Неодимсодержащий кристалл 11 помещен внутри системы 12 оптической накачки, которая может быть выполнена с использованием газоразрядных ламп, или лазерных диодных линеек, или двумерных матриц лазерных диодов. Система 12 оптической накачки соединена с блоком питания (не показан).The laser generator shown in FIG. 2 includes a neodymium-containing active element in the form of a neodymium-containing crystal 11, for example, a crystal of yttrium aluminum garnet with neodymium (Nd: Y ₃ Al ₅ O ₁₂ , Nd: YAG), yttrium lithium fluoride with neodymium (Nd : YLiF ₄ ) or gallium-gadolinium garnet with neodymium (Nd: GGG). A neodymium-containing crystal 11 is placed inside the optical pumping system 12, which can be performed using gas discharge lamps, or laser diode arrays, or two-dimensional arrays of laser diodes. The optical pumping system 12 is connected to a power supply (not shown).

Оптический резонатор лазерного генератора, показанного на фиг.2, формируется в зависимости от положения пластины 13 оптического переключателя, либо зеркалами 14 и 15, либо зеркалами 14 и 16.The optical resonator of the laser generator shown in figure 2, is formed depending on the position of the plate 13 of the optical switch, or mirrors 14 and 15, or mirrors 14 and 16.

Зеркало 14 и селективное зеркало 15 имеют высокий коэффициент отражения на длине волны 1,32 мкм и, таким образом, образуют оптический резонатор на этой длине волны. При этом селективное зеркало 15 просветлено на длину волны, близкую к 1,06 мкм, так что зеркала 13 и 15 не образуют оптического резонатора на длинах волн около 1,06 мкм.The mirror 14 and the selective mirror 15 have a high reflection coefficient at a wavelength of 1.32 μm and, thus, form an optical resonator at this wavelength. In this case, the selective mirror 15 is clarified at a wavelength close to 1.06 μm, so that the mirrors 13 and 15 do not form an optical resonator at wavelengths of about 1.06 μm.

Селективное зеркало 16 имеет высокий коэффициент отражения на длине волны 1,06 мкм, а зеркало 14 на этой длине волны является полупрозрачным, например, его коэффициент отражения на этой длине волны может составлять 4...80%. Таким образом, зеркала 14 и 16 образуют оптический резонатор на длину волны 1,06 мкм, в котором зеркало 14 является выходным зеркалом, предназначенным для вывода лазерного излучения из резонатора. Селективное зеркало 16 просветлено на длину волны, близкую к 1,32 мкм, так что зеркала 14 и 16 не образуют оптического резонатора на длинах волн около 1,32 мкм.The selective mirror 16 has a high reflection coefficient at a wavelength of 1.06 μm, and the mirror 14 at this wavelength is translucent, for example, its reflection coefficient at this wavelength can be 4 ... 80%. Thus, the mirrors 14 and 16 form an optical resonator at a wavelength of 1.06 μm, in which the mirror 14 is an output mirror designed to output laser radiation from the resonator. The selective mirror 16 is clarified at a wavelength close to 1.32 μm, so that the mirrors 14 and 16 do not form an optical resonator at wavelengths of about 1.32 μm.

Оптический переключатель для коммутации зеркал 15 и 16 может быть выполнен, как показано на фиг.2, в виде плоскопараллельной прозрачной пластины 13, установленной на оси вращения. Привод (не показан) обеспечивает колебательное или вращательное движение пластины 13 вокруг этой оси. При таком движении пластина 13 периодически занимает положения, обозначенные на фиг.2 как (а), (b) и (с). В среднем положении (b) плоскопараллельные грани пластины 13 перпендикулярны оси оптического резонатора, образованного зеркалами 14 и 15. В положении (а), когда пластина 13 повернута на заданный угол (например на 45° градусов) по часовой стрелке относительно положения (b), ось оптического резонатора смещена относительно исходного положения, но оптический резонатор остается образованным зеркалами 14 и 15. Однако в положении (с), когда пластина 13 повернута на заданный угол (например на 45°) против часовой стрелки относительно положения (b), оптический резонатор лазерного генератора образован зеркалами 14 и 16. Таким образом, при вращении или колебательном движении пластины 13 вокруг ее оси ось оптического резонатора периодически перемещается между селективными зеркалами 15 и 16.The optical switch for switching mirrors 15 and 16 can be made, as shown in figure 2, in the form of a plane-parallel transparent plate 13 mounted on the axis of rotation. A drive (not shown) provides oscillatory or rotational movement of the plate 13 around this axis. With this movement, the plate 13 periodically occupies the positions indicated in FIG. 2 as (a), (b) and (c). In the middle position (b), the plane-parallel faces of the plate 13 are perpendicular to the axis of the optical resonator formed by the mirrors 14 and 15. In position (a), when the plate 13 is rotated by a predetermined angle (for example, 45 ° degrees) clockwise relative to position (b), the axis of the optical cavity is offset from its original position, but the optical cavity remains formed by mirrors 14 and 15. However, in position (c), when the plate 13 is rotated by a predetermined angle (for example, 45 °) counterclockwise relative to position (b), the optical p a laser oscillator resonator formed by mirrors 14 and 16. Thus, when rotating or oscillating motion of the plate 13 about the axis of the optical resonator axis moves intermittently between selective mirrors 15 and 16.

Между неодимсодержащим кристаллом 11 и пластиной 13 оптического переключателя установлен внутрирезонаторный телескоп 17 с диафрагмой 18.An intracavity telescope 17 with a diaphragm 18 is installed between the neodymium-containing crystal 11 and the plate 13 of the optical switch.

В пределах оптического резонатора лазерного генератора размещены также электрооптический затвор 19 и поляризатор 20, которые предназначены для модуляции добротности оптического резонатора, а также для вывода из резонатора излучения с длиной волны около 1,32 мкм. Как показано на фиг.2, электрооптический затвор 19 размещен между неодимсодержащим кристаллом 11 и зеркалом 14. Затвор 19 обеспечивает преобразование линейно поляризованного излучения (например, излучения, поляризованного в вертикальной плоскости, соответствующей плоскости фиг.5), в эллиптически поляризованное излучение, в котором соотношение горизонтально и вертикально поляризованных составляющих, определяется величиной приложенного к затвору управляющего напряжения. При этом при определенном значении управляющего напряжения затвор 19 полностью преобразует излучение, линейно поляризованное в вертикальной плоскости, в излучение, линейно поляризованное в горизонтальной плоскости, т.е. фактически поворачивает плоскость поляризации света на 90°.An electro-optical shutter 19 and a polarizer 20 are also located within the optical resonator of the laser generator, which are designed to modulate the quality factor of the optical resonator, as well as to output radiation with a wavelength of about 1.32 μm from the resonator. As shown in FIG. 2, an electro-optical shutter 19 is placed between the neodymium-containing crystal 11 and the mirror 14. The shutter 19 converts linearly polarized radiation (for example, radiation polarized in the vertical plane corresponding to the plane of FIG. 5) into elliptically polarized radiation, in which the ratio of horizontally and vertically polarized components is determined by the magnitude of the control voltage applied to the gate. In this case, at a certain value of the control voltage, the gate 19 completely converts the radiation linearly polarized in the vertical plane into radiation linearly polarized in the horizontal plane, i.e. actually rotates the plane of polarization of light by 90 °.

Источник накачки, показанный на фиг.2, содержит также блок управления (не показан), предназначенный для управления системой 12 накачки, пластиной 13, затвором 19, а также оптическим коммутатором 10, показанным на фиг.1, с целью обеспечения их согласованной работы.The pump source shown in figure 2 also contains a control unit (not shown) designed to control the pump system 12, the plate 13, the shutter 19, as well as the optical switch 10 shown in figure 1, in order to ensure their coordinated operation.

Поляризатор 20, помещенный между затвором 19 и зеркалом 15, пропускает излучение, поляризованное в одной плоскости (например, в вертикальной плоскости, т.е. в плоскости чертежа фиг.2), и отражает излучение, поляризованное в поперечной (горизонтальной) плоскости. Поляризатор 20 установлен под таким углом к оси оптического резонатора, что горизонтально-поляризованное излучение, падающее на него справа, со стороны затвора 19, отражается от поляризатора 20 в направлении формирователя 8 третьей гармоники излучения с длиной волны 1,32 мкм.A polarizer 20, placed between the shutter 19 and the mirror 15, transmits radiation polarized in one plane (for example, in a vertical plane, i.e., in the plane of the drawing of FIG. 2), and reflects radiation polarized in the transverse (horizontal) plane. The polarizer 20 is mounted at such an angle to the axis of the optical resonator that the horizontally polarized radiation incident on it from the right side of the shutter 19 is reflected from the polarizer 20 in the direction of the third radiation harmonic 8 with a wavelength of 1.32 μm.

Формирователь 9 второй гармоники излучения с длиной волны около 1,06 мкм установлен за выходным зеркалом 14, полупрозрачным для этой длины волны. Формирователь 9 расположен так, чтобы в него поступало излучение с длиной волны 1,06 мкм, выводимое из оптического резонатора через выходное зеркало 14.Shaper 9 of the second harmonic of radiation with a wavelength of about 1.06 μm is installed behind the output mirror 14, translucent for this wavelength. The shaper 9 is located so that it received radiation with a wavelength of 1.06 μm, output from the optical resonator through the output mirror 14.

Формирователи 8 и 9 гармоник могут быть выполнены известным образом, например, на кристаллах КТР или LBO, или на других подходящих нелинейных оптических элементах.The harmonic generators 8 and 9 can be made in a known manner, for example, on KTP or LBO crystals, or on other suitable nonlinear optical elements.

При работе источника накачки, показанного на фиг.2, плоскопараллельная пластина 13 посредством привода (не показан) вращается с заданной частотой, например, против часовой стрелке, периодически занимая последовательные положения (а), (b) и (с). Когда пластина 13 находится в положении (а), ось резонатора, образованного зеркалами 14 и 15, сдвинута (на фиг.2 - по направлению вверх) вследствие преломления света на противолежащих плоскопараллельных гранях пластины 13. Однако ось резонатора находится в пределах зеркала 15, так что оптический резонатор лазерного генератора при таком положении пластины 13 будет образован зеркалами 14 и 15. В следующем положении (b) плоскопараллельные грани пластины 13 перпендикулярны оси резонатора, образованного зеркалами 14 и 15. Оптический резонатор лазерного генератора при таком положении пластины 13 по-прежнему образован зеркалами 14 и 15. При дальнейшем повороте пластины 13 на 45° против часовой стрелки она приходит в положение (с), в котором ось оптического резонатора сдвигается (на фиг.2 - по направлению вниз) так, что выходит за пределы зеркала 15, переходя на зеркало 16. Таким образом, оптический резонатор лазерного генератора в положении (с) пластины 12 формируется зеркалами 14 и 16. Благодаря плоскопараллельности граней пластины 13 ее вращение вокруг оси практически не приводит к угловым разъюстировкам оптического резонатора. Внутрирезонаторный телескоп 17с диафрагмой 18 сужают пучок излучения, поступающий в пластину 13 со стороны кристалла 11, обеспечивая согласование размеров этого пучка с размерами пластины 13. На фиг.2 схематически показан ход лучей в резонаторе, соответствующий генерации лазерного излучения при трех положениях плоскопараллельной вращающейся пластины 13.When the pump source shown in FIG. 2 is operating, the plane-parallel plate 13, by means of a drive (not shown), rotates at a predetermined frequency, for example, counterclockwise, periodically occupying successive positions (a), (b) and (c). When the plate 13 is in position (a), the axis of the resonator formed by the mirrors 14 and 15 is shifted (upward in FIG. 2) due to the refraction of light on opposite plane-parallel faces of the plate 13. However, the axis of the resonator is within the limits of the mirror 15, so that the optical cavity of the laser generator at this position of the plate 13 will be formed by mirrors 14 and 15. In the next position (b), plane-parallel faces of the plate 13 are perpendicular to the axis of the cavity formed by the mirrors 14 and 15. The optical cavity of the laser gene the herator at this position of the plate 13 is still formed by mirrors 14 and 15. Upon further rotation of the plate 13 by 45 ° counterclockwise, it comes to position (c), in which the axis of the optical resonator is shifted (in figure 2, down) so that it extends beyond the mirror 15, passing to the mirror 16. Thus, the optical resonator of the laser generator in position (c) of the plate 12 is formed by the mirrors 14 and 16. Due to the plane parallelism of the faces of the plate 13, its rotation around the axis practically does not lead to angular misalignments optical resonator. An intracavity telescope 17 with a diaphragm 18 narrows the radiation beam entering the plate 13 from the side of the crystal 11, ensuring the matching of the sizes of this beam with the dimensions of the plate 13. Figure 2 schematically shows the beam path in the resonator corresponding to the generation of laser radiation at three positions of a plane-parallel rotating plate 13 .

Очевидно, что вместо описанного выше вращения пластины 13 вокруг оси в одном направлении может быть использовано качание этой пластины на заданный угол по часовой стрелке и против часовой стрелки. При таком колебательном движении пластина 13 также будет периодически занимать три показанных на фиг.2 положения. Вместо плоскопараллельной пластины для коммутации селективных зеркал могут быть использованы и любые другие подходящие типы оптических переключателей.Obviously, instead of the rotation of the plate 13 around the axis described above in one direction, the swing of this plate by a given angle clockwise and counterclockwise can be used. With this oscillatory movement, the plate 13 will also periodically occupy the three positions shown in FIG. 2. Instead of a plane-parallel plate, any other suitable type of optical switch can be used to switch selective mirrors.

Система 12 накачки осуществляет оптическое возбуждение кристалла 11 импульсным либо непрерывным излучением лазерных диодов. На графике фиг.3(а) для примера показаны световые импульсы лазерных диодов системы 12 накачки, соответствующие импульсам тока, подаваемым на эти диоды от импульсного блока питания. Длительность импульсов накачки предпочтительно составляет 100...500 мкс, что соответствует временам жизни верхнего рабочего уровня в неодимсодержащих кристаллах (так, например, для кристалла алюмоиттриевого граната, активированного неодимом, время жизни составляет ~200 мкс). Импульсы лазерных диодов синхронизированы с перемещением пластины 13 таким образом, что моменты окончания этих импульсов соответствуют трем показанным на фиг.2 положениям пластины 13. Например, в момент окончания импульсов (а) пластина находится в положении (а), в момент окончания импульсов (b) - в положении (b), а в момент окончания импульсов (с) - в положении (с). В том случае, когда выбран непрерывный режим излучения лазерных диодов накачки, синхронизация положения пластины 13 с излучением лазера на неодимсодержащей среде выполняется соответствующим выбором режима работы затвора 19.The pump system 12 carries out optical excitation of the crystal 11 by pulsed or continuous radiation of laser diodes. The graph of FIG. 3 (a) shows, for example, the light pulses of the laser diodes of the pumping system 12, corresponding to the current pulses supplied to these diodes from a switching power supply. The duration of the pump pulses is preferably 100 ... 500 μs, which corresponds to the lifetimes of the upper working level in neodymium-containing crystals (for example, for a crystal of yttrium aluminum garnet activated by neodymium, the lifetime is ~ 200 μs). The pulses of the laser diodes are synchronized with the movement of the plate 13 in such a way that the end times of these pulses correspond to the three positions of the plate 13 shown in Fig. 2. For example, at the end of the pulses (a), the plate is in position (a), at the end of the pulses (b ) - in position (b), and at the end of the pulses (c) - in position (c). In the case when the continuous mode of emission of laser pump diodes is selected, the position of the plate 13 is synchronized with the radiation of a laser on a neodymium-containing medium by the appropriate choice of the operating mode of the gate 19.

Во время подачи оптической накачки на кристалл 11 на затвор 19 подается такое управляющее напряжение, при котором затвор 19 полностью преобразует линейно поляризованное излучение (на фиг.2 соответствующее вертикальной плоскости), в излучение с ортогональной поляризацией (на фиг.2 - соответствует горизонтальному направлению, перпендикулярному плоскости чертежа). Поскольку поляризатор 20 практически не пропускает горизонтально-поляризованного излучения, добротность оптического резонатора, в котором находится кристалл 11, при таком управляющем напряжении на затворе является низкой и недостаточной для возникновения лазерной генерации, и происходит накопление инверсии в активной среде (неодимсодержащий кристалл 11). В момент переключения оптического затвора 19 в состояние, соответствующее высокой добротности резонатора, происходит генерация лазерного излучения с длиной волны 1,06 мкм или с длиной волны 1,32 мкм, в зависимости от текущего положения пластины 13 оптического переключателя.During the optical pumping of the crystal 11 to the gate 19, a control voltage is applied at which the gate 19 completely converts the linearly polarized radiation (in FIG. 2 corresponding to the vertical plane) into radiation with orthogonal polarization (in FIG. 2 it corresponds to the horizontal direction, perpendicular to the plane of the drawing). Since the polarizer 20 practically does not transmit horizontally polarized radiation, the figure of merit of the optical resonator in which the crystal 11 is located, at such a control voltage at the gate, is low and insufficient for laser generation to occur, and the inversion accumulates in the active medium (neodymium-containing crystal 11). At the time of switching the optical shutter 19 to the state corresponding to a high Q-factor of the resonator, laser radiation with a wavelength of 1.06 μm or with a wavelength of 1.32 μm is generated, depending on the current position of the plate 13 of the optical switch.

А именно, для формирования лазерного излучения с длиной волны 1,32 мкм, когда пластина 13 находится в положении (а) или (b) и оптический резонатор образован зеркалами 14 и 15, на затвор 19 подают такое управляющее напряжение, при котором он преобразует вертикально-поляризованное излучение в излучение с эллиптической поляризацией с заданным соотношением вертикальной и горизонтальной составляющих. Для импульсного режима питания лазерных диодов это соответствует импульсам (а) и (b) на фиг.3. При этом величина вертикально-поляризованной составляющей, которую размещенный в резонаторе поляризатор 20 пропускает практически без потерь, выбирается так, чтобы для этой составляющей усиление неодимсодержащего кристалла 11 превосходило потери в резонаторе. В результате при переключении затвора 19 в описанное выше состояние генерируется импульс лазерного излучения с длиной волны около 1,32 мкм, длительность которого составляет единицы наносекунд, а положение во времени соответствует моменту переключения затвора 19. Часть генерируемого лазерного излучения, проходя через затвор 19, преобразуется им в горизонтально-поляризованное излучение 21, которое, отражаясь от поляризатора 20, выводится из оптического резонатора, поступая далее в формирователь 8 третьей гармоники. Таким образом, соотношение вертикально поляризованной и горизонтально поляризованной составляющих в формируемом затвором 19 эллиптически поляризованном излучении определяет, какая часть мощности генерируемого излучения с длиной волны около 1,32 мкм будет выведена из резонатора и подана в формирователь 8 третьей гармоники.Namely, to generate laser radiation with a wavelength of 1.32 μm, when the plate 13 is in position (a) or (b) and the optical resonator is formed by mirrors 14 and 15, a control voltage is applied to the shutter 19 at which it converts vertically -polarized radiation into radiation with elliptical polarization with a given ratio of vertical and horizontal components. For a pulsed power supply of laser diodes, this corresponds to pulses (a) and (b) in FIG. In this case, the magnitude of the vertically polarized component, which the polarizer 20 placed in the resonator passes through almost without loss, is selected so that for this component the gain of the neodymium-containing crystal 11 exceeds the loss in the resonator. As a result, when the shutter 19 is switched to the state described above, a laser pulse with a wavelength of about 1.32 μm is generated, the duration of which is a few nanoseconds, and the time position corresponds to the moment of the shutter 19 switching. Part of the generated laser radiation passing through the shutter 19 is converted them into the horizontally polarized radiation 21, which, reflected from the polarizer 20, is removed from the optical resonator, coming further into the third harmonic shaper 8. Thus, the ratio of the vertically polarized and horizontally polarized components in the elliptically polarized radiation generated by the gate 19 determines what part of the power of the generated radiation with a wavelength of about 1.32 μm will be removed from the resonator and supplied to the third harmonic generator 8.

Преобразование излучения с длиной волны около 1,32 мкм в третью гармонику 22 в формирователе 8 третьей гармоники может осуществляться, например, путем формирования второй гармоники с помощью кристалла КТР или LBO с последующим суммированием частот второй гармоники и основной частоты в кристалле КТР или LBO. Положения импульсов этой третьей гармоники 22 во времени, соответствующие положениям (а) и (b) пластины 13, показаны на фиг.3 (b). Эти импульсы третьей гармоники 22, длина волны которых составляет около 440 нм, с выхода формирователя 8 третьей гармоники поступают в оптический коммутатор 10, показанный на фиг.1, и используются либо лишь для накачки лазера, генерирующего в синей области спектра, либо для накачки лазеров, генерирующих в синей и зеленой областях спектра. В последнем случае оптическим коммутатором 10 управляют так, что один из двух последовательных импульсов, показанных на фиг.3 (b), поступает в качестве излучения накачки на активную среду лазерного резонатора 1 для формирования синего излучения, а другой из этих импульсов - на активную среду лазерного резонатора 2 для формирования зеленого излучения. Импульсы, подаваемые из оптического коммутатора 10 на активную среду лазерного резонатора 1, показаны на фиг.3с, а импульсы, подаваемые на активную среду лазерного резонатора 2 - на фиг.3d.The conversion of radiation with a wavelength of about 1.32 μm to the third harmonic 22 in the third harmonic generator 8 can be carried out, for example, by forming the second harmonic using a KTP or LBO crystal, followed by summing the frequencies of the second harmonic and the fundamental frequency in the KTP or LBO crystal. The pulse positions of this third harmonic 22 in time, corresponding to the positions (a) and (b) of the plate 13, are shown in FIG. 3 (b). These third-harmonic pulses 22, whose wavelength is about 440 nm, from the output of the third-harmonic shaper 8 go to the optical switch 10 shown in Fig. 1 and are used either only for pumping a laser generating in the blue region of the spectrum, or for pumping lasers generating in the blue and green regions of the spectrum. In the latter case, the optical switch 10 is controlled so that one of the two consecutive pulses shown in Fig. 3 (b) is supplied as pump radiation to the active medium of the laser resonator 1 to form blue radiation, and the other of these pulses to the active medium laser resonator 2 for the formation of green radiation. The pulses supplied from the optical switch 10 to the active medium of the laser resonator 1 are shown in Fig. 3c, and the pulses supplied to the active medium of the laser resonator 2 are shown in Fig. 3d.

Для формирования лазерного излучения с длиной волны 1,06 мкм, когда пластина 13 находится в положении (с) и резонатор образован зеркалами 14 и 16, затвор 19 переключают в такое состояние, в котором он не изменяет состояния поляризации проходящего через него поляризованного излучения. Благодаря тому, что поляризатор 20 пропускает вертикально поляризованное излучение практически без потерь, усиление неодимсодержащего кристалла 11 для такого излучения превосходит потери в оптическом резонаторе и генерируется импульс лазерного излучения с длиной волны около 1,06 мкм, длительность которого составляет единицы наносекунд, а положение во времени соответствует окончанию импульса накачки лазерных диодов. Часть энергии этого импульса в виде лазерного излучения 23 через полупрозрачное зеркало 14 выводится из лазерного резонатора и поступает в формирователь 9 второй гармоники. В формирователе 9 второй гармоники с помощью кристалла КТР осуществляется преобразование лазерного излучения 23 с длиной волны около 1,06 мкм во вторую гармонику 24 этого излучения, имеющую длину волны около 0,53 мкм. Положение импульсов второй гармоники 24 во времени показано на фиг.3(е). Эти импульсы 24 используются либо лишь для накачки активной среды лазерного резонатора 3 для формирования красного излучения, либо для накачки лазеров, генерирующих в красной и зеленой областях спектра. В последнем случае оптический коммутатор 10 может, например, работать как светоделитель, подавая часть мощности соответствующего импульса второй гармоники 24 на активную среду лазерного резонатора 3 для формирования красного излучения, а другую часть мощности этого импульса - на активную среду лазерного резонатора 2 для формирования зеленого излучения.To generate laser radiation with a wavelength of 1.06 μm, when the plate 13 is in position (c) and the resonator is formed by mirrors 14 and 16, the shutter 19 is switched to a state in which it does not change the polarization state of the polarized radiation passing through it. Due to the fact that the polarizer 20 transmits vertically polarized radiation practically without loss, the amplification of a neodymium-containing crystal 11 for such radiation exceeds the loss in the optical cavity and a laser pulse with a wavelength of about 1.06 μm is generated, the duration of which is several nanoseconds, and the position in time corresponds to the end of the pump pulse of the laser diodes. Part of the energy of this pulse in the form of laser radiation 23 through a translucent mirror 14 is removed from the laser cavity and enters the second harmonic former 9. Using the KTP crystal in the second-harmonic former 9, the laser radiation 23 with a wavelength of about 1.06 μm is converted to the second harmonic 24 of this radiation having a wavelength of about 0.53 μm. The position of the pulses of the second harmonic 24 in time is shown in figure 3 (e). These pulses 24 are used either only for pumping the active medium of the laser cavity 3 to form red radiation, or for pumping lasers generating in the red and green spectral regions. In the latter case, the optical switch 10 can, for example, operate as a beam splitter, supplying part of the power of the corresponding second harmonic pulse 24 to the active medium of the laser resonator 3 to form red radiation, and another part of the power of this pulse to the active medium of the laser resonator 2 to form green radiation .

Использование третьей гармоники излучения неодимового лазера, работающего на длине волны 1,32 мкм, для накачки органического красителя, формирующего синее излучение, позволяет в предложенном проекторе в несколько раз уменьшить разность длин волн генерируемого излучения и излучения накачки по сравнению с обычным способом накачки органического красителя третьей гармоникой излучения с длиной волны 1,06 мкм. Уменьшение разности длин волн накачки и генерируемого излучения приводит к значительному уменьшению тепловыделения в органическом красителе. Благодаря этому срок службы красителя, формирующего синее излучение, может быть продлен в несколько раз. На фиг.4 представлены результаты эксперимента, выполненного авторами настоящего изобретения. Кривые представляют зависимость относительной эффективности лазера, генерирующего на длине волны 0,47 мкм, от экспозиционной дозы излучения накачки: кривая (1) - на длине волны 0,355 мкм излучением третьей гармоники лазера, излучающего на длине волны 1,064 мкм; кривая (2) - на длине волны 0,44 мкм излучением третьей гармоники лазера, излучающего на длине волны 1,32 мкм. Активная среда лазера на растворе красителя Coumarin 314 в диоксане имела длину 3 мм, а концентрация красителя была оптимизирована для каждой из длин волн накачки. Принимая в качестве критерия срока службы лазера падение относительной эффективности на 10%, величина соответствующей экспозиционной дозы для лазера, накачиваемого излучением с длиной волны 0,440 мкм, в соответствии с изобретением, составляла в условиях эксперимента 100 Дж/см³, по сравнению с величиной 50 Дж/см³ для прототипа, т.е. увеличение срока службы составило 2 раза.Using the third harmonic of the radiation of a neodymium laser operating at a wavelength of 1.32 μm for pumping an organic dye that forms blue radiation makes it possible to reduce the difference between the wavelengths of the generated radiation and the pump radiation several times in the proposed projector compared to the conventional method of pumping an organic dye of the third harmonic radiation with a wavelength of 1.06 microns. A decrease in the difference between the pump wavelengths and the generated radiation leads to a significant decrease in heat release in the organic dye. Due to this, the life of the dye that forms the blue radiation can be extended several times. 4 shows the results of an experiment performed by the authors of the present invention. The curves represent the dependence of the relative efficiency of the laser generating at a wavelength of 0.47 μm on the exposure dose of pump radiation: curve (1) - at a wavelength of 0.355 μm by third-harmonic radiation of a laser emitting at a wavelength of 1.064 μm; curve (2) - at a wavelength of 0.44 μm by radiation of the third harmonic of a laser emitting at a wavelength of 1.32 μm. The active medium of a laser based on a solution of Coumarin 314 dye in dioxane was 3 mm long, and the dye concentration was optimized for each of the pump wavelengths. Taking the relative efficiency drop by 10% as a criterion for the laser life, the corresponding exposure dose for a laser pumped by radiation with a wavelength of 0.440 μm, in accordance with the invention, was 100 J / cm ³ under experimental conditions, compared with a value of 50 J / cm ³ for the prototype, i.e. increase in service life was 2 times.

Таким образом, это дает возможность создать приемлемый с экономической точки зрения полноцветный лазерный проектор, в котором все три лазерных генератора, формирующие сигналы основных цветов, представляют собой лазеры на органических красителях.Thus, this makes it possible to create an economically acceptable full-color laser projector in which all three laser generators that generate the primary color signals are organic dye lasers.

Благодаря широким спектральным линиям излучения лазеров на красителях в таком проекторе эффективно предотвращается появление спеклов в формируемом изображении. При этом лазеры на красителях имеют достаточно высокий КПД, относительно малые габариты и относительно низкую стоимость.Due to the wide spectral lines of emission from dye lasers in such a projector, the appearance of speckles in the image being formed is effectively prevented. In this case, dye lasers have a sufficiently high efficiency, relatively small dimensions and relatively low cost.

Claims

1. A laser projector for projecting on a screen full-color images containing a first laser cavity containing an active medium in the form of an organic dye to form laser radiation of the blue range of the visible spectrum, a second laser cavity containing an active medium in the form of an organic dye for forming laser radiation of the green range of the visible spectrum, the third laser resonator containing the active medium in the form of an organic dye to form red laser radiation it is a visible spectrum, an optical pump source for generating pump radiation and supplying them to the indicated active media of the first, second and third laser resonators, respectively, including a laser generator on a neodymium-containing active element, means for projecting said laser radiation generated by the laser resonators onto a screen, characterized in that the optical pump source includes a laser generator made on one neodymium-containing active element with the possibility of alternating generation radiation with a wavelength of about 1.32 μm and about 1.06 μm, the optical pump source also includes a third-harmonic generator of laser radiation with a wavelength of about 1.32 μm and a second harmonic of laser radiation with a wavelength of about 1.06 μm optically coupled to the output of the laser generator, the output of the third-harmonic radiation former with a wavelength of about 1.32 μm is optically coupled to an optical switch that supplies radiation from the output of the third-harmonic radiation former with wavelength the number of 1.32 microns per active medium of the first laser resonator or the first and second laser resonators, optionally, as pump radiation, the output of the second harmonic of the radiation with a wavelength of about 1.06 microns is optically coupled to an optical switch that provides radiation from the output the shaper to the active medium of the third laser resonator or the second and third laser resonators, optionally, as pump radiation, after which the laser radiation is supplied to the precision means and to the screen.

2. The laser projector according to claim 1, characterized in that the pump source may contain two separate laser generators for generating radiation with a wavelength of about 1.32 μm and about 1.06 μm.

3. The laser projector according to claim 1, characterized in that the laser generator on a neodymium-containing active element is made in the form of a laser generator with a resonator on switched selective mirrors to generate laser radiation with a wavelength of about 1.32 μm and about 1.06 μm alternately by switching selective mirrors.

4. Laser projector according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the optical pump source is configured to generate the indicated pump radiation in the form of successive pulses of optical radiation supplied alternately to the active medium of the first, second and third laser resonators to form the laser radiation projected onto the screen in the form of successive pulses in corresponding ranges of the visible spectrum.

5. Laser projector according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the said first active medium is a solution of a coumarin dye, such as Coumarin 30 or Coumarin 314.

6. A laser projector according to any one of claims 1 to 5, characterized in that said second active medium is a solution of a rhodamine dye, such as Rhodamin 110, or a coumarin dye, such as Coumarin 153.

7. Laser projector according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that the said third active medium is a solution of the dye Crezyl Violet or DCM.

8. A device for generating laser radiation of the blue range of the visible spectrum for a laser projector designed to project images onto a screen containing a laser resonator containing an active medium in the form of an organic dye to form a projection of the blue radiation of the blue range of the visible spectrum and an optical pump source, comprising a laser generator on a neodymium-containing active element, characterized in that said laser generator on a neodymium-containing active element Execute to generate radiation with a wavelength of about 1.32 microns and a pumping light source further comprises a third harmonic generator for supplying said radiation of said third harmonic on the active medium of said laser resonator as a pump radiation.

9. The device according to claim 8, characterized in that said active medium is a solution of a coumarin dye, such as Coumarin 30 or Coumarin 314.