TW201923420A - 具有用於減少斑點雜訊之光學裝置之雷射光源及雷射投射器與用於操作此雷射光源及此雷射投射器之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於產生一雷射光束(2)(特定而言，用於無斑點成像及/或投射)之雷射光源(1a)，該雷射光束(2)具有至少兩個不同波長(λR 、λG 、λB )，較佳地具有三個不同波長，該雷射光源包括：至少兩個光學裝置，特定而言至少兩個光學參數振盪器(5a至5c)，其等各具有用於分別產生一信號光束(S1、S2、S3)及一閒頻光束(I1、I2、I3)之一非線性光學媒體(6a至6c)；及一疊加裝置(4)，其經實施以分別疊加該至少兩個光學裝置(5a至5c)之該信號光束(S1、S2、S3)或該閒頻光束(I1、I2、I3)以產生具有該至少兩個波長(λR 、λG 、λB )之該雷射光束(2)。本發明亦係關於一種用於在一投射表面上產生一影像(特定而言一無斑點影像)之雷射投射器，該雷射投射器具有此一雷射光源(1a)。

Description

具有用於減少斑點雜訊之光學裝置之雷射光源及雷射投射器與用於操作此雷射光源及此雷射投射器之方法
本發明係關於一種用於產生一雷射光源(特定而言，用於無斑點成像及/或投射)之雷射光源，該雷射光束具有至少兩個不同波長(較佳地具有三個不同波長)，且本發明係關於一種具有此一雷射光源之雷射投射器。此外，本發明係關於一種操作此一雷射光源之方法及一種用於操作此一雷射投射器之方法。
如在(例如)常用視訊投射器中所使用，常規投射系統使用一習知交錯光束路徑來將一物件投射至一投射表面上。此處，通常將金屬汽弧燈用作光源。
在過去幾年中，雷射投射系統已變成此等投射系統之競爭者，自20世紀60年代起就已預測雷射投射系統之使用；參閱文章「Experimental Laser Display for Large Screen Presentation」，Texas Instrument Bulletin編號DLA 1324，(1966)或US 3,436,546。雷射投射系統具有若干優點：其等可具有一緊緻結構，其等可具有良好亮度及一良好對比度、一較長服務壽年，再者，其等亦具有足夠成本效益。因此，雷射投射系統不僅適合用於家庭劇院市場，且亦用於(例如)抬頭顯示器。雷射投射器在全部細節上超過LED投射器且亦容許除成像投射之外之掃描投射，該掃描投射顯著不同於常用投射器：替代將一影像投射至螢幕上，該掃描投射逐像素建構影像。通常，具有一反射鏡之一掃描儀裝置(其快軸以約30 kHz之一頻率振盪)用於操縱三個雷射光束(一般分別係用於紅色之一雷射光束、用於綠色之一雷射光束、用於藍色之一雷射光束)或一空間疊加雷射光束(其中用於紅色、綠色及藍色之三個部分光束共線地延伸)使其至螢幕上之各自像素上。
然而，雷射投射器具有一嚴重缺點：由於雷射輻射係同調的，所以會出現顯著降低影像品質之所謂的斑點雜訊，亦即一粒狀(即，多粒的)干涉效應。斑點雜訊不僅在雷射投射器之情況中出現，而且在雷射光源用於成像或度量之任何情況中亦出現(例如，亦在干涉度量中出現)。
因此，使用消除或至少顯著減少斑點雜訊之方法對於提高影像品質而言係必要的。用於減少斑點雜訊之一簡單但有效之方法在於使用旋轉磨砂玻璃螢幕，例如磨砂玻璃螢幕由波紋玻璃組成。若使磨砂玻璃螢幕運動(例如，旋轉)，則出現的斑點圖案存在一變化。若此情況中之斑點圖案相較於偵測器(一攝影機或眼睛)之積分時間快速移動，則諸多相互獨立之斑點圖案整合且斑點雜訊減少。自一不同觀點來看，磨砂玻璃螢幕表面之粗糙度產生光場中之相位波動。若此等波動比偵測器之積分時間快，則此導致光場之空間同調性有效降低，且因此導致斑點減少。然而，由於特定投射器幾何形狀(其中像素被單獨照明)，所以此顯而易見的方法無法應用於一雷射投射器：此係因為在一解析度為(例如) 1280×720個像素且一影像再新速率為60 Hz的情況中，各像素僅被照射約18 ns。由於斑點減少必須在此時間標度上發生，所以使用旋轉磨砂玻璃螢幕因為可方便達成之磨砂玻璃螢幕旋轉頻率太低而變得多餘：磨砂玻璃螢幕在奈秒之時間標度上係幾乎靜止。
因此，在文獻中檢查諸多替代程序以處理雷射投射器中之斑點問題。2009年，卡爾斯魯厄大學之F. Riechert之論文「投射系統中之斑點減少」提供一概述。此等方法之目的係依非同調方式(即，基於強度)疊加相互獨立(即，解相關)斑點圖案。此處，可藉由(例如)波長或偏振分集來實施一解相關。然而，波長分集所需之光源更大、更昂貴或具有一更低發光強度；再者，發現所採用之螢幕之結構的(不可預測的)影響存在問題。再者，螢幕類型對偏振及獨立斑點圖案之可達成之較低數目之未知影響反對偏振分集。用於減少斑點之另一選項在於照明之角度分集。在此情況中，可達成之解相關斑點圖案之數目同樣受限，確切而言，受限於照明孔隙與觀察孔隙之比率。由於投射期間所採用之反射鏡之面積因為將產生之高頻率而相對較低，所以此方法亦非最適合於減少斑點雜訊。類似情況亦適用於使用螢幕之空間分隔區域來產生解相關斑點圖案。
為實現必要的非同調疊加，同樣可使用各種方法。首先，可使用不同雷射光源，即使該等雷射光源具有相同波長，但其等彼此之間係非同調的(例如，由於波長之微小差異，或隨機相位跳躍)。然而，此再次增加雷射投射器之成本及安裝大小。正交偏振之使用亦會導致非同調疊加，儘管具有相同於上文之限制的限制。延遲路徑作為一第三選項使用光源之時間非同調性以對偵測器非同調性進行疊加。此處，非同調疊加斑點圖案之數量取決於延遲路徑之實施。第四選項在於時間積分，其在一旋轉磨砂玻璃螢幕的情況中由各偵測器實施。與磨砂玻璃螢幕之旋轉無關之斑點圖案在偵測器積分期間累加；在時間上連續入射之此等圖案之干涉不會發生。然而，此解決方案因平均化必須在約20 ns內發生之事實而遭到反對，如上文所描述。自機械角度來看，具有一對應速度之磨砂玻璃螢幕太過複雜，且即使其能夠實現亦容易出錯。
US 6,233,025 B1描述用於產生具有不同波長之至少三束雷射光束以顯示彩色視訊影像之一方法及一設備。在設備中，脈衝雷射之輸出作為激發光束提供給具有非線性光學特性之一媒體。在一實例中，非線性光學媒體配置於一光學參數振盪器中。除初始光束(其在無一頻移的情況下通過光學參數振盪器)之外，光學參數振盪器產生一信號光束及一閒頻光束，信號光束及閒頻光束視情況在一頻率轉換之後與初始光束一起用於顯示一彩色視訊影像之單色部分影像。US 6,233,025 B1指定，可藉由脈衝雷射產生具有小於1 ps之一脈衝持續時間之雷射脈衝以激發非線性光學媒體來抑制斑點雜訊。
本發明係基於提供一雷射光源及具有一雷射光源之一雷射投射器及用於操作此一雷射光源之一方法及用於操作此一雷射投射器之一方法之目的，此促進斑點雜訊之一有效抑制。
發明標的
根據本發明，此目的係由一雷射光源達成，該雷射光源包括：至少兩個光學裝置，特定而言至少兩個光學參數振盪器，其等各具有用於分別產生一信號光束及一閒頻光束之一非線性光學媒體；及一疊加裝置，其經實施以分別(空間)疊加該至少兩個光學裝置之該信號光束或該閒頻光束以產生具有至少兩個波長之雷射光束。
根據本發明提出達成該雷射光束之產生，其可用於(例如)藉助各具有一非線性光學媒體之複數個光學裝置(特定而言，藉助三個光學裝置)在一雷射投射器中投射。該等光學裝置或對應非線性媒體經實施以實施所謂之「參數降頻轉換」(PDC)。該PDC係基於一同調泵浦源(例如一習知雷射)之一泵浦光束與該非線性光學媒體(例如一非線性晶體)之非線性相互作用。在此相互作用期間，眾所周知，出現兩個新光場，其等在本申請案中稱為信號光束及閒頻光束。該信號光束及該閒頻光束節省該泵浦光束之能量ωP 及動量；即，ωP =ωS +ωI 適用於能量，其中ωS 指示該信號光束之能量且ωI 指示該閒頻光束之能量。因此，適用於該泵浦光束之動量，指示該信號光束之動量且指示該閒頻光束之動量。該信號光束及該閒頻光束至少在其等之波長方面不同。通常，具有較短波長之光束稱為信號光束且具有較長波長之光束稱為閒頻光束。另外，信號光束及閒頻光束可視情況而在進一步性質方面不同；然而，此取決於選定非線性媒體或非線性晶體及實體實施。
用於實施非線性光學媒體中之一PDC程序之光學裝置可為可實施於(例如)上述US 6,233,025 B1中之一光學參數振盪器(OPO)，該案之全文以引用之方式併入本申請案之內容中。具有光學參數振盪器之一雷射光源可依類似於一習知雷射光源之一緊緻且具成本效益方式達成且具有一類似亮度；即，該雷射光源將與一雷射投射器中之一習知雷射光源相同之優點結合在其中。
然而，具有光學裝置或具有光學參數振盪器之雷射光源在以下一本質點上不同於此一習知雷射光源：由於功能原理，相位波動發生於一各自OPO之輸出處之光場中，該等相位波動依約一皮秒之時間標度發生。此與基於一同調泵浦源(例如一習知雷射)之泵浦光束與非線性光學媒體(例如一非線性晶體)之非線性相互作用之PDC系統中之光產生相關，如上文所進一步描述。
儘管信號光束及閒頻光束由於非線性媒體中之常見產生程序而具有強相關性，但信號光束及閒頻光束本身具有熱光源之波動行為；參閱埃蘭根大學之M. Fӧrtsch於2015發表之論文「Development of a versatile source of single photons」。發明者已認識到此等波動足夠快以(例如)在上述20 ns期間達到1000至10,000個獨立斑點圖案(其等可用於產生一像素)之平均值，因而幾乎完全消除了斑點雜訊。自一物理角度來看，此解析度對應於具有一對應高旋轉速度之上述磨砂玻璃螢幕，其中相位波動引起去相關，且觀察影像時眼睛或偵測器之有限積分時間實現非同調疊加。
與上文進一步引用之US 6,233,025 B1相對照，較佳地藉由具有(特定而言)經施配之兩個額外頻率加倍單元之根據本發明之雷射光源中之光學參數振盪器來實施所需光之產生。此促進一顯著更有效且緊緻整體系統。再者，泵浦光本身用於產生疊加雷射光束或US 6,233,025 B1中之一單色部分影像。然而，上文所進一步描述之相位波動不會在泵浦光中發生；即，此係同調雷射光，且因此斑點雜訊同樣地出現於由泵浦信號產生之單色部分影像中。尤其不適合的是，此泵浦光被用於人眼尤其敏感之綠色部分影像。此波長處下之斑點雜訊經感知為尤其麻煩的。
較佳地，雷射光源包括用於分別產生一信號光束及一閒頻光束之至少三個光學裝置(特定而言，恰好三個光學裝置)，且疊加裝置經實施以分別疊加該(至少)三個光學裝置之該信號光束或該閒頻光束以產生具有至少兩個不同波長(較佳地具有至少三個不同波長，特定而言，恰好具有三個不同波長)之雷射光束。通常，三個不同波長足以產生一彩色(視訊)影像。當將雷射光源用於一雷射投射器時，用於投射之雷射光束之三個波長在可見波長範圍內。視情況，可藉助一頻率轉換裝置來修改一各自信號光束或一各自閒頻光束之波長以產生用於投射之所要頻率或波長。
舉例而言，雷射光束之三個波長可為在約635 nm至約780 nm之間之紅色波長範圍內、在約520 nm至約540 nm之間之綠色波長範圍內及在約400 nm至約470 nm之間之藍色波長範圍內之波長。然而，原則上，亦可使用可見波長範圍內之其他波長，次促進藉由加色混合來產生一彩色視訊影像。
不同非線性光學媒體(特定而言，不同非線性光學晶體)可用於光學裝置中來產生具有不同波長之信號光束或閒頻光束。然而，同樣地，可藉由設定具有相同類型之一非線性光學媒體或晶體之一不同溫度來在特定邊界內改變信號光束及閒頻光束之波長。就可用於本申請案之非線性光學晶體之使用，參考最初引用之US 6,233,025 B1。
在一進一步實施例中，該雷射光源包括至少一泵浦源，其用於產生至少一泵浦光束(呈具有一泵浦波長之一雷射光束之形式)以激發該至少兩個光學裝置之非線性光學媒體。舉例而言，呈雷射光源之形式(例如，呈雷射二極體之形式)之三個相同泵浦源可用於產生該等泵浦光束，可個別地設定該等泵浦源之振幅以產生該影像之一各自像素之所要色彩。可依脈衝方式操作該泵浦源，其中可將脈衝頻率調諧為(特定而言)用於產生該影像之像素之一時脈頻率。
在一進一步實施例中，該雷射光源包括位於一各自光學裝置下游之光束路徑中(特定而言，位於疊加裝置中)之至少一光學濾波器元件(特定而言，一波長選擇光學濾波器元件)，其用於對未用於各自光學裝置之疊加之信號光束或未用於各自光學裝置之疊加之閒頻光束進行濾波。若該泵浦光束、該信號光束及該閒頻光束依共線方式自該各自光學裝置出現且因此一空間分隔係並非容易地可行的，則使用一光學濾波器元件係有利或必要的。在此情況中，在疊加之前濾波或消除未用於疊加之各自其他光束(閒頻光束或信號光束)及泵浦光束係必要的。一個且相同波長選擇光學元件可用於對該泵浦光束進行濾波且對該信號光束或閒頻光束進行濾波；然而，為此目的亦可使用兩個或兩個以上不同波長選擇光學元件。特定而言，波長選擇光學元件或若干波長選擇光學元件可為該疊加裝置之部分。舉例而言，在此情況中，該波長選擇光學元件可經實施以僅將該信號光束或該閒頻光束偏轉至適合用於產生該雷射光束之一方向。亦可使用一不同類型之光學濾波器元件(例如，基於偏振濾波或視情況空間濾波之一濾波器元件)來替代一波長選擇光學元件。
舉例而言，波長選擇光學(濾波器)元件可為一分色鏡、具有一波長選擇塗層之一稜鏡等等。與此處所描述之雷射光源相對照，US 6,233,025 B1中無需波長選擇光學元件，此係因為此處信號光束及閒頻光束兩者皆用於產生單色部分影像。
本發明之一進一步態樣係關於一種雷射投射器，其包括：雷射光源，其如上文所進一步描述般用於產生具有至少兩個不同波長(特定而言，恰好具有三個不同波長)之一雷射光束；及一掃描儀裝置，其用於二維偏轉該雷射光束以在投射表面上產生影像。該雷射投射器可包括額外光學元件，例如用於在通常發現該投射表面之一可調整或預定距離處聚焦該雷射光束之一聚焦裝置。類似於一習知電視之情況，可藉助一控制裝置來致動該掃描儀裝置以產生具有(例如) 1280×720個像素之一解析度及(例如) 60 Hz之一影像再新速率之一影像。此處，該雷射光束依一掃描移動逐行越過影像，其中在各情況中產生720個像素。為此，如上文所進一步描述，產生雷射光束之一非常動態移動係必要的。
作為一雷射投射器之一替代，其中藉由該掃描儀裝置二維偏轉(疊加)雷射光束以在該投射表面上產生影像，該雷射投射器可包括兩個或兩個以上掃描裝置，其等各將一各自光學裝置之信號光束或閒頻光束偏轉至投射表面上之相同點或像素。在此情況中，用於形成具有至少兩個不同波長之雷射光束之疊加僅在投射表面上或投射表面之區域中發生。
在一實施例中，用於二維偏轉雷射光束之掃描儀裝置包括一反射鏡。如上文所進一步描述，高影像再新速率需要雷射光束之偏轉期間(特定而言)沿快軸(即，沿將產生之影像之一各自線)之一高度動態移動。替代一單一反射鏡，掃描儀裝置亦可視情況包括兩個或兩個以上反射鏡或其他光學元件，其等促進雷射光束之二維偏轉；例如參閱最初引用之US 3,436,546，其中為此目的結合一振盪反射鏡而使用一多邊形反射鏡。
在一進一步實施例中，該雷射投射器包括一控制裝置，其經實施以取決於將在投射表面上產生之一影像而調變至少一泵浦源之泵浦光束之振幅。可藉由調變個別泵浦源之泵浦光束之振幅或功率來設定一各自像素之色彩，如同一習知雷射投射器之情況。可直接在一各自泵浦源(例如，呈一雷射二極體之形式)中進行(若干)泵浦光束之功率之調變或改變。然而，亦可在於光束路徑中安置於泵浦源之下游之光學調變器中進行調變，如最初所引用之US 6,233,025 B1中所描述。
此處所描述之雷射光源(其產生具有至少兩個不同波長之一非同調雷射光束)不僅可依有利方式用於一雷射投射器中，且可用於成像技術之領域或干涉度量之領域中之其他應用中。
亦藉由實施一種用於操作根據上述實施例之一者之一雷射光源之方法來達成目的。在該方法之範疇內，分別藉由至少兩個光學裝置之一第一光學裝置及至少兩個光學裝置之一第二光學裝置來產生一信號光束及一閒頻光束。此處，選擇第一光學裝置之具有該至少兩個不同波長之一第一波長之信號光束或閒頻光束且選擇第二光學裝置之具有該至少兩個不同波長之一第二波長(其不同於該第一波長)之信號光束或閒頻光束。此處，藉由疊加第一光學裝置及第二光學裝置之分別選定之信號光束或閒頻光束來產生具有至少兩個不同波長之雷射光束。特定而言，上文已關於雷射光源及雷射投射器所解釋之優點在該方法之範疇內。
在該方法之一進一步變體中，藉由至少三個光學裝置之一第三光學裝置來產生一進一步信號光束及一進一步閒頻光束，其中選擇具有不同於該第一波長及該第二波長之一第三波長之該第三光學裝置之該信號光束或該閒頻光束。此處，藉由疊加該第一光學裝置、該第二光學裝置及該第三光學裝置之分別選定之信號光束或閒頻光束來產生具有該至少兩個不同波長(較佳地具有至少三個不同波長，特定而言，恰好具有三個不同波長)之雷射光束。
本發明之一進一步態樣係關於一種用於操作根據上文所描述之實施例之任一者之一雷射投射器之方法。在該方法之範疇內，使用用於操作雷射光源之方法來操作雷射光源。特定而言，已關於雷射光源、雷射投射器及用於操作雷射光源之方法所解釋之優點在該方法之範疇內。
本發明之進一步優點自描述及圖式顯現。同樣地，上文所指定之特徵及下文待列舉之特徵可單獨使用且可以任何組合使用。所展示且描述之實施例不應被視為一詳盡性清單，相反，其等具有用於解釋本發明之一例示性特性。
圖式之以下描述中所使用之相同元件符號用於相同或功能上等效之組件。
圖1展示一雷射光源1之一例示性設計，雷射光源1包括呈三個雷射二極體之形式之三個光源3a至3c。三個光源3a至3c經實施以產生三個雷射光束P1、P2、P3，其中第一雷射光束P1具有在紅色波長範圍內之一波長λR ，第二雷射光束P2具有在綠色波長範圍內之一第二波長λG ，且第三雷射光束P3具有在藍色波長範圍內之一第三波長λB 。由三個光源3a至3c產生之三個雷射光束P1、P2、P3各由三個鏡面立方體稜鏡4a至4c偏轉90°且依一共線方式疊加，因此，具有三個不同波長λR 、λG 、λB 之一單一雷射光束2產生於雷射光源1之輸出處。
如圖1中可同樣識別，雷射光源1形成用於在一投射表面13 (螢幕)上產生一影像B一雷射投射器10之部分。為產生影像B，雷射投射器10包括具有一掃描儀反射鏡11 (其可圍繞兩個軸旋轉以二維偏轉雷射光束2)之一掃描儀裝置12。為產生掃描儀反射鏡11之二維偏轉移動，掃描儀裝置12包括一選擇驅動件9。選擇驅動件9使用一高掃描頻率來將雷射光束2偏轉至投射表面13上以在投射表面13逐行建構影像B。
雷射投射器10亦包括一聚焦裝置8以將雷射光束2聚焦至投射表面13上。在所展示之實例中，聚焦裝置8係配置於雷射光源1與掃描儀反射鏡11之間之一透鏡。然而，應瞭解，聚焦裝置8亦可在掃描儀裝置12之下游配置於雷射光束2之光束路徑中。
再者，雷射投射器10包括一控制裝置7，其致動三個光源3a至3c以個別地調變三個雷射光束P1、P2、P3之振幅A1、A2、A3。控制裝置7亦用於致動旋轉驅動件9，該致動與振幅A1、A2、A3之調變同步實施以確保一所要色彩產生於投射表面13上之影像B之一各自像素處。
具有三個不同波長λR 、λG 、λB 之雷射光束2 (其由圖1之雷射光源1產生)係同調的且因此導致產生於投射表面13上之影像B之斑點雜訊。為避免出現斑點雜訊或在最大可能程度上(幾乎100%)抑制斑點雜訊，在圖1之雷射投射器10中使用用於產生一非同調雷射光束2之一雷射光源1a(如圖2中所繪示)。
圖2之雷射光源1a具有三個泵浦光束P1、P2、P3耦合至其中之呈光學參數振盪器5a至5c之形式之三個光學裝置，該等泵浦光束(如同圖1)由呈雷射二極體之形式之三個雷射或泵浦源3a至3c產生。不同於圖1，由圖2中所展示之雷射光源1a中之三個結構上相同之雷射二極體產生三個泵浦光束P1、P2、P3；即，在所展示之實例中，三個泵浦光束P1、P2、P3之波長λP1 、λP2 、λP3 重合且可落在(例如) 350 nm至400 nm之間之範圍內。
光學參數振盪器5a至5c各具有呈一非線性晶體6a至6c之形式之一非線性光學媒體。舉例而言，非線性光學晶體6a至6c可為三硼酸鋰晶體，但亦可為其他光學非線性晶體(例如β-硼酸鋇(BBO))。重要的是，一參數降頻轉換(PDC)程序可發生於各自非線性晶體中。US 6,233,025 B1中指定其中可發生此一程序之非線性晶體之實例。
在一PDC程序中，各自泵浦光束P1、P2、P3與非線性晶體6a至6c相互作用，其中產生兩個新光場(下文稱為信號光束S1、S2、S3及閒頻光束I1、I2、I3)。PDC程序節省各自泵浦光束P1、P2、P3之能量ωP1 、ωP2 、ωP3 及動量、、；即，ωPi =ωSi + ωIi (i = 1, 2, 3)適用於能量，其中ωSi 指示各自信號光束S1、S2、S3之能量，且ωIi 指示各自閒頻光束I1、I2、I3之能量。亦節省對應動量，即，以下適用：=+。
三個光學參數振盪器5a至5c各形成其中配置非線性光學晶體6a至6c之一光學諧振器。在雷射臨限值下(即，不以增益方案)操作光學參數振盪器5a至5c以避免出現一(部分)刺激發射，其會引起一非想要相位關係。當在雷射臨限值下操作光學參數振盪器5a至5c時，信號光束S1、S2、S3或閒頻光束I1、I2、I3之功率通常與各自泵浦光束P1、P2、P3之功率實質上線性地成比例調整。
各自泵浦光束P1、P2、P3之能量ωPi 在PDC程序中分配於各自信號光束S1、S2、S3及各自閒頻光束I1、I2、I3之間；即，各自信號光束S1、S2、S3及各自閒頻光束I1、I2、I3各具有與相關聯泵浦光束P1、P2、P3偏離之一波長。藉由適當選擇各自非線性光學晶體6a至6c或藉由適當設定(例如)各自非線性光學晶體6a至6c之溫度，可在各自信號光束S1、S2、S3及各自閒頻光束I1、I2、I3之間實施各自泵浦光束P1、P2、P3之能量ωPi 之一所要細分。
特定而言，可依使得在第一非線性光學晶體6a中信號光束S1具有在約635 nm至約780 nm之間之紅色波長範圍內之一波長λR 之一方式細分各自泵浦光束P1、P2、P3之能量ωP 。因此，由第二非線性晶體6b產生之信號光束S2可具有在綠色波長範圍內(即，在約520 nm至約540 nm之間)之一波長λG 。在第三非線性晶體6c中之非線性相互作用中，可產生具有在約400 nm至約470 nm之間之藍色波長範圍內之一波長λB 之一第三信號光束S3。
在圖2中所展示之實例中，三個信號光束S1、S2、S3 (其等由三個光學參數振盪器5a至5c產生)在一疊加裝置4中疊加，疊加裝置4為此目的具有呈立方形稜鏡之形式之三個光學元件4a至4c。在圖2中，疊加裝置4之光學元件4a至4c係波長選擇光學元件，其等具有一(分別不同之)波長選擇塗層。
使具有紅色波長λR 之第一信號光束S1在第一波長選擇元件4a處偏轉，同時對第一泵浦光束P1及第一閒頻光束I1進行濾波。相應地，使具有綠色波長λG 之第二信號光束S2在第二波長選擇元件4b處偏轉，同時對第二閒頻光束I2及第二泵浦光束P2進行濾波。使具有藍色波長λB 之第三信號光束S3在第三波長選擇元件4c處偏轉，同時對第三閒頻光束I3及第三泵浦光束P3進行濾波。
由於三個波長選擇元件4a至4c配置成一行，所以三個信號光束S1、S2、S3依共線方式疊加且形成一雷射光束2 (其具有在紅色、綠色及藍色波長範圍內之三個不同波長λR 、λG 、λB )以在投射表面13上產生所要彩色影像B。應瞭解，波長選擇光學元件4a至4c無需形成疊加裝置4之部分，但可視情況配置於各自光學參數振盪器5a至5c與疊加裝置4之間之光束路徑中以抑制各自非所欲輻射分量。亦可使用其他(光學)濾波器元件來替代波長選擇光學元件4a至4c。
視情況，亦可實現將三個信號光束S1、S2、S3僅疊加於投射表面13上—此在圖2中未繪示。在此情況中，具有三個不同波長λR 、λG 、λB 之雷射光束2僅產生於投射表面13上或產生在投射表面13之區域中。此處，較佳地，特定而言，提供三個掃描儀裝置，其等各具有用於二維偏轉第一信號光束S1、第二信號光束S2及第三信號光束S3之至少一掃描反射鏡來替代上述類型之三個立方形稜鏡4a至4c，其中將三個信號光束S1、S2、S3各操縱至投射表面13上之影像B之一各自像素。在此情況中，三個掃描儀裝置形成用於產生具有三個不同波長λR 、λG 、λB 之雷射光束2之一疊加裝置。
如上文進一步描述，非同調雷射光束2 (其由圖2中所展示之雷射光源1a產生)在投射表面13上幾乎未引起斑點雜訊，此係因為信號光束S1、S2、S3由於產生於非線性晶體6a至6c中而各具有相位波動，相位波動在約皮秒之時間標度上發生。因此，三個信號光束S1、S2、S3各具有熱光源之波動行為；即，三個信號光束S1、S2、S3之個別者係非同調的。相比之下，一各自信號光束S1、S2、S3及一各自閒頻光束I1、I2、I3 (其等可在一個且相同非線性光學晶體中一起產生)係強相關的。為此，在圖2中所展示之雷射光源1a中在各情況中僅疊加各自光學參數振盪器5a至5c之信號光束S1、S2、S3。
應瞭解，亦可疊加三個閒頻光束I1、I2、I3而不是疊加信號光束S1、S2、S3來形成雷射光束2。同樣地，可將一閒頻光束(例如一第一閒頻光束I1)與兩個信號光束(例如，與第二信號光束S2及第三信號光束S3)疊加或將兩個閒頻光束(例如第一閒頻光束I1及第二閒頻光束I2)與一信號光束(例如，與第三信號光束S3)疊加。
下文描述一種用於操作上述類型之雷射光源1a之方法。此處，分別藉由三個光學裝置5a至5c之一第一光學裝置5a、三個光學裝置5a至5c之一第二光學裝置5b及三個光學裝置5a至5c之一第三光學裝置5c來產生一信號光束S1、S2、S3及一閒頻光束I1、I2、I3。此處，選擇第一光學裝置5a之具有三個不同波長λR 、λG 、λB 之一第一波長λR 之信號光束S1或閒頻光束I1，其中選擇第二光學裝置5b之具有三個波長λR 、λG 、λB 之一第二波長λG (其不同於第一波長λR )之信號光束S2或閒頻光束I2，且其中選擇第三光學裝置5c之具有三個不同波長λR 、λG 、λB 之一第三波長λB (其不同於第一波長λR 及第二波長λG )之信號光束S3或閒頻光束I3。此處，藉由疊加第一光學裝置5a、第二光學裝置5b及第三光學裝置5c之分別選定之信號光束S1、S2、S3或閒頻光束I1、I2、I3來產生具有三個不同波長λR 、λG 、λB 之雷射光束2。
下文描述一種用於操作上述類型之一雷射投射器10之方法。在該方法之範疇內，使用上文所解釋之用於操作雷射光源1a之方法來操作雷射光源1a。
總之，可達成具有圖2中所展示之雷射光源1a之一雷射投射器10，其中影像B幾乎無斑點雜訊。應瞭解，亦可在其他成像方法或度量中有利地使用圖2之雷射光源1a或一適當修改之雷射光源1a (其(例如)產生僅具有兩個或視情況具有三個以上不同波長之一雷射光束2)。
1‧‧‧雷射光源
1a‧‧‧雷射光源
2‧‧‧雷射光束
3a‧‧‧光源
3b‧‧‧光源
3c‧‧‧光源
4‧‧‧疊加裝置
4a‧‧‧光學元件/第一波長選擇元件
4b‧‧‧光學元件/第二波長選擇元件
4c‧‧‧光學元件/第三波長選擇元件
5a‧‧‧光學參數振盪器/第一光學裝置
5b‧‧‧光學參數振盪器/第二光學裝置
5c‧‧‧光學參數振盪器/第三光學裝置
6a‧‧‧第一非線性晶體
6b‧‧‧第二非線性晶體
6c‧‧‧第三非線性晶體
7‧‧‧控制裝置
8‧‧‧聚焦裝置
9‧‧‧旋轉驅動
10‧‧‧雷射投射器
11‧‧‧掃描儀反射鏡
12‧‧‧掃描儀裝置
13‧‧‧投射表面
A1‧‧‧振幅
A2‧‧‧振幅
A3‧‧‧振幅
I1‧‧‧光場/第一閒頻光束
I2‧‧‧光場/第二閒頻光束
I3‧‧‧光場/第三閒頻光束
P1‧‧‧雷射光束/泵浦光束
P2‧‧‧雷射光束/泵浦光束
P3‧‧‧雷射光束/泵浦光束
S1‧‧‧光場/第一信號光束
S2‧‧‧光場/第二信號光束
S3‧‧‧光場/第三信號光束
lB‧‧‧波長
lG‧‧‧波長
lP1‧‧‧波長
lP2‧‧‧波長
lP3‧‧‧波長
lR‧‧‧波長
圖1展示一雷射投射器之一示意繪示，該雷射投射器具有用於產生具有三個不同波長之一雷射光束以產生一彩色影像之一雷射光源，及
圖2展示圖1之雷射投射器之一雷射光源之一繪示，該雷射光源產生用於抑制斑點雜訊之一非同調雷射光束。

Claims (10)

  1. 一種用於產生一雷射光束(2)特定而言用於無斑點成像及/或投射之雷射光源(1a)，該雷射光束(2)具有至少兩個不同波長(λR 、λG 、λB )，較佳地具有三個不同波長，該雷射光源包括： 至少兩個光學裝置，特定而言至少兩個光學參數振盪器(5a至5c)，其等各具有用於分別產生一信號光束(S1、S2、S3)及一閒頻光束(I1、I2、I3)之一非線性光學媒體(6a至6c)，及 一疊加裝置(4)，其經實施以分別疊加該至少兩個光學裝置(5a至5c)之該信號光束(S1、S2、S3)或該閒頻光束(I1、I2、I3)以產生具有該至少兩個波長(λR 、λG 、λB )之該雷射光束(2)。
  2. 如請求項1之雷射光源，其包括用於分別產生一信號光束(S1、S2、S3)及一閒頻光束(I1、I2、I3)之至少三個光學裝置(5a至5c)，其中該疊加裝置(4)經實施以分別疊加該至少三個光學裝置(5a至5c)之該信號光束(S1、S2、S3)或該閒頻光束(I1、I2、I3)以產生具有該至少兩個不同波長(λR 、λG 、λB )之該雷射光束(2)。
  3. 如請求項1或2之雷射光源，其進一步包括：至少一泵浦源(3a至3c)，其等用於產生至少一泵浦光束(P1、P2、P3)以激發該至少兩個光學裝置(5a至5c)之該非線性光學媒體(6a至6c)。
  4. 如請求項1或2之雷射光源，其包括：在一各自光學裝置(5a至5c)下游之光束路徑中，至少一光學濾波器元件(4a至4c)，特定而言一波長選擇光學濾波器元件，其用於對該各自光學裝置(5a至5c)之未用於該疊加之該信號光束(S1、S2、S3)或未用於該疊加之該閒頻光束(I1、I2、I3)進行濾波。
  5. 一種用於在一投射表面(13)上產生一影像(B)特定而言一無斑點影像之雷射投射器(10)，其包括： 如先前請求項中任一項之一雷射光源(1a)，其用於產生具有至少兩個不同波長(λR 、λG 、λB )且較佳地具有三個不同波長之一雷射光束(2)，及 一掃描儀裝置(12)，其用於二維偏轉該雷射光束(2)以在該投射表面(13)上產生該影像(B)。
  6. 如請求項5之雷射投射器，其中用於二維偏轉該雷射光束(2)之該掃描儀裝置(12)包括一反射鏡(11)。
  7. 如請求項5或6之雷射投射器，其進一步包括：一控制裝置(7)，其經實施以取決於將在該投射表面(13)上產生之該影像(B)而調變該至少一泵浦源(3a至3c)之該泵浦光束(P1、P2、P3)之一振幅(A1、A2、A3)。
  8. 一種用於操作如請求項1至4中任一項之一雷射光源(1a)之方法，其中分別藉由至少兩個光學裝置(5a至5c)之一第一光學裝置(5a)及該至少兩個光學裝置(5a至5c)之一第二光學裝置(5b)來產生一信號光束(S1、S2)及一閒頻光束(I1、I2)，其中選擇該第一光學裝置(5a)之具有至少兩個不同波長(λR 、λG 、λB )之一第一波長(λR )之該信號光束(S1)或該閒頻光束(I1)，其中選擇該第二光學裝置(5b)之具有該至少兩個不同波長(λR 、λG 、λB )之不同於該第一波長(λR )之一第二波長(λG )之該信號光束(S2)或該閒頻光束(I2)，且其中藉由疊加該第一光學裝置(5a)及該第二光學裝置(5b)之分別選定信號光束(S1、S2)或閒頻光束(I1、I2)來產生具有該至少兩個不同波長(λR 、λG 、λB )之雷射光束(2)。
  9. 如請求項8之方法，其中藉由該至少三個光學裝置(5a至5c)之一第三光學裝置(5c)來產生一信號光束(S3)及一閒頻光束(I3)，其中選擇該第三光學裝置(5c)之具有不同於該第一波長(λR )及該第二波長(λG )之一第三波長(λB)之該信號光束(S3)或該閒頻光束(I3)，且其中藉由疊加該第一光學裝置(5a)、該第二光學裝置(5b)及該第三光學裝置(5c)之該分別選定之信號光束(S1、S2、S3)或閒頻光束(I1、I2、I3)來產生具有該至少三個不同波長(λR 、λG 、λB )特定而言恰好三個不同波長之該雷射光束(2)。
  10. 一種用於操作如請求項5至7中任一項之一雷射投射器(10)之方法，其中使用如請求項8或9之一方法來操作雷射光源(1a)。
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