TWI403049B - 雷射光源產生裝置 - Google Patents

Description

雷射光源產生裝置

本發明是有關於一種雷射光源產生裝置，且特別是有關於一種應用準相位匹配技術之雷射光源產生裝置。

隨著科技大量地發展，可攜式電子裝置的功能係越來越多元。目前，微型投影技術成為整併到可攜式電子裝置的趨勢之一。就微型投影技術來說，紅色雷射光、綠色雷射光及藍色雷射光係搭配使用，以產生全彩化的投影畫面。現行的技術中，產生紅色雷射光與藍色雷射光的技術已趨於成熟。另外，綠色雷射光係藉由近紅外雷射光之轉換來取得，以下作進一步的說明。

一般來說，近紅外雷射光結構、聚焦透鏡與波長轉換晶體係直接地固定在基板上。近紅外雷射光結構係產生近紅外雷射光。經過聚焦透鏡之聚焦後，近紅外雷射光係投射到波長轉換晶體的入光面。如此一來，近紅外雷射光係藉由波長轉換晶體轉換成綠色雷射光。然而，此技術目前尚無法靈活的運用。

舉例來說，近紅外雷射光結構與聚焦透鏡往往易於組設時產生對位上的誤差。另外，一般的近紅外雷射光結構係為層疊結構。當環境溫度產生變化時，近紅外雷射光結構之各層的膨脹或收縮的情況可能不一，使得近紅外雷射光結構的位置改變。再者，近紅外雷射光結構及聚焦透鏡通常係以點膠或銲錫的方式固定在基板上。然而，點膠或銲錫的步驟往往需在高溫下進行。當高溫的膠或錫冷卻到室溫時，位於冷卻後之膠或錫上的近紅外雷射光結構與聚焦透鏡的位置可能會改變。如此一來，即使近紅外雷射光結構或聚焦透鏡一開始係透過精準的對位來配置在基板上，近紅外雷射光結構或聚焦透鏡仍可能因溫度上的變化而改變了位置。

再者，近紅外雷射光結構一般需維持良好的散熱效率，以保持良好的出光效率。因此，近紅外雷射光結構係直接地固定在基板上，以藉由基板散熱。然而，相較之下，同樣固定在基板上的波長轉換晶體係需維持在高於近紅外雷射光結構的溫度，以維持波長匹配效率。因此，波長轉換晶體的溫度係因基板的散熱而無法維持在一定的高溫，且近紅外雷射光結構的溫度亦易於受到波長轉換晶體的溫度的影響而提高。

本發明主要係提供一種雷射光源產生裝置，其藉由調整波長轉換晶體的位置，使得雷射光源模組產生的第一雷射光可準確地投射到波長轉換晶體的波導結構的入光面，以提升轉換效率。此外，由於波長轉換晶體與基板係相隔一間距，因此，波長轉換晶體的溫度係可維持，且雷射光源模組的溫度亦不易受到波長轉換晶體的影響。

根據本發明，提出一種雷射光源產生裝置，包括一基板、一雷射光源模組、一波長轉換晶體及一致動器。雷射光源模組配置於基板上，用以產生一第一雷射光。波長轉換晶體位於基板的上方，且與基板相隔一間距。波長轉換晶體用以轉換第一雷射光為一第二雷射光。第二雷射光的波長相異於第一雷射光的波長。致動器配置於基板上，且耦接於波長轉換晶體之一端。致動器用以根據第二雷射光的強度調整波長轉換晶體的位置，使得第一雷射光投射到波長轉換晶體的波導結構的入光面。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

根據本發明，雷射光源產生裝置係包括基板、雷射光源模組、波長轉換晶體及致動器。雷射光源模組配置於基板上，用以產生第一雷射光，以投射至波長轉換晶體。波長轉換晶體位於基板的上方，且與基板相隔一間距。波長轉換晶體具有波導結構，波導結構具有入光面，用以接收第一雷射光，使波長轉換晶體轉換第一雷射光為第二雷射光。第二雷射光的波長相異於第一雷射光的波長。致動器配置於基板上，且耦接於波長轉換晶體之一端。致動器用以根據第二雷射光的強度調整波長轉換晶體的位置，使得第一雷射光投射到波長轉換晶體之波導結構的入光面。

以下係舉出幾組實施例，配合圖式詳細說明本發明之雷射光源產生裝置。然而，熟悉此技藝者當可明瞭，此些圖式與文字僅為說明之用，並不會對本發明之欲保護範圍造成限縮。

第一實施例

請參照第1A圖及第1B圖，第1A圖繪示根據本發明第一實施例之雷射光源產生裝置100的立體圖，且第1B圖繪示第1A圖中之雷射光源產生裝置100的側視圖。

雷射光源產生裝置100包括基板110、雷射光源模組120、波長轉換晶體130、致動器140、支撐機構150、分光鏡160及光感測器170。雷射光源模組120包括雷射光源121及耦合透鏡122。雷射光源121、耦合透鏡122、致動器140、波長轉換晶體130、支撐機構150及分光鏡160係依序地配置在基板110上。光感測器170例如是配置於分光鏡160的一側。致動器140與支撐機構150係分別耦接於波長轉換晶體130的兩端，使得波長轉換晶體130係位於基板110的上方，且與基板110在y方向上相隔間距d。

雷射光源模組120用以產生第一雷射光L1。更詳細地說，雷射光源121用以產生原始雷射光L。此處的原始雷射光L利如是功率為100mW，且波長為1064nm的紅外光雷射。此處的耦合透鏡122例如是聚焦透鏡，用以藉由聚焦的方式來改變原始雷射光L的行進方向，以形成第一雷射光L1，並輸出至波長轉換晶體130。雖然本實施之雷射光源模組120係以包括一個耦合透鏡122作為例子說明，然而，耦合透鏡122的數量係可依據需求調整。也就是說，雷射光源模組120亦可包括兩個或三個聚焦透鏡，以改變原始雷射光L的行進方向。

波長轉換晶體130例如是利用非線性材料鈮酸鋰摻雜不同濃度的氧化鎂形成，用以利用準相位匹配技術來轉換第一雷射光L1為第二雷射光L2，使得第二雷射光L2的波長相異於第一雷射光L1的波長。於本實施例中，第二雷射光L2例如是532nm的綠光雷射。

請參考第1B圖，波長轉換晶體130具有波導結構131，其中波導結構131包括有一入光面131s，第一雷射光L1係投射到波長轉換晶體130之波導結構131的入光面131s，以提高轉換效率。然而，下述的幾種情況往往易使第一雷射光L1的無法準確地投射到波導結構131的入光面131s。首先，雷射光源121與耦合透鏡122在組設時可能因對位而產生誤差，使得第一雷射光L1無法投射到波導結構131的入光面131s。再者，由於雷射光源121為層疊結構，因此，雷射光源121可能因溫度的變化而導致各層膨脹或收縮，使得第一雷射光L1的投射位置改變。另外，以雷射光源121及耦合透鏡122透過點膠或銲錫的方式固定在基板110上來說，點膠或銲錫的步驟往往需在高於室溫的溫度下進行。當高溫的膠或錫冷卻到室溫時，位於冷卻後之膠或錫上的雷射光源121與耦合透鏡122的位置可能會改變。因此，即使第一雷射光L1一開始係透過精準的對位來投射到波導結構131的入光面131s，雷射光源121或耦合透鏡122仍可能因溫度的變化而改變位置，使得第一雷射光L1的無法順利地投射到波導結構131的入光面131s。

為了避免諸如上述的情況，本實施例的分光鏡160係改變例如是1%的第二雷射光L2的行進方向。光感測器170係感測被改變行進方向之1%的第二雷射光L2的強度，可傳送感測之結果至致動器140。如此一來，致動器140係根據取得之第二雷射光L2的強度來調整波長轉換晶體130的位置，使得第一雷射光L1投射到波長轉換晶體130之波導結構131的入光面131s。也就是說，當光感測器170感測到1%的第二雷射光L2的強度過低或低於一預設值時，電性耦接至光感測器170的致動器140可在例如是xy平面上移動，以調整波長轉換晶體130的位置，使第一雷射光L1能投射至波長轉換晶體130中波導結構131的入光面131s。如此一來，波長轉換晶體130係可隨時依照第一雷射光L1的實際投射情況來作調整，以使第一雷射光L1投射到波長轉換晶體130之波導結構131的入光面131s。

於本實施例中，致動器140的種類並無特別限定。舉例來說，致動器140可為壓電致動器或熱電致動器，以提供波長轉換晶體130在xy平面上移動的自由度。另外，請參照第2圖，其繪示第1A圖中之支撐機構150的示意圖。支撐機構150為配合致動器140帶動波長轉換晶體130的移動，且同時提供支撐的功能，本實施例的支撐機構150包括環狀主體151、第一可動件152、第二可動件153、數個第一彈性件154及數個第二彈性件155。環狀主體151配置於基板110上，且具有容置口151p。第一可動件152與第二可動件153可動地位於容置口151p中。第一可動件152具有第一貫口152p，且第二可動件153具有第二貫口153p。第一貫口152p用以讓波長轉換晶體130之一端配置於其中，且第二貫口153p用以讓第一可動件152配置於其中。第一彈性件154耦接於第一可動件152與第二可動件153之間，使得第一可動件152係可動地配置於第二貫口153p中。另外，第二彈性件155耦接於環狀主體151與第二可動件153之間，使得第二可動件153係可動地耦接於第一可動件152與環狀主體151之間。如此一來，支撐機構150可在提供多個自由度的前提下，穩固地支撐波長轉換晶體130。

請參照第3圖，其繪示第1A圖中之波長轉換晶體130及基板110的前視圖。一般來說，波長轉換晶體130需維持在固定溫度，例如是50℃、60℃或70℃，以維持一定的波長匹配效率。因此，雷射光源產生裝置100可更包括溫度調節器180與溫度感測器190。溫度調節器180例如是加熱器或熱電致冷器(TE Cooler,Thermoelectric cooler)。在一實施例中，溫度調節器180與溫度感測器190分別配置於波長轉換晶體130。詳細來說，溫度調節器180與溫度感測器190可分別設置在波長轉換晶體130的同一表面或相異的表面上。溫度調節器180係調節波長轉換晶體130的溫度，且溫度感測器190係感測波長轉換晶體130的溫度。如此一來，透過溫度調節器180與溫度感測器190的配合，波長轉換晶體130的溫度可維持在固定溫度下。在第3圖的實施例中，由於溫度調節器180與溫度感測器190係為獨立的機構，因此，溫度調節器180與溫度感測器190係可分開配置在波長轉換晶體130上，以提升量測的準確度。在本實施例中，波長轉換晶體130係具有相對的第一表面130s1與第二表面130s2，波導結構131係形成於波長轉換晶體130之第二表面130s2，溫度調節器180配置於第一表面130s1，且溫度感測器190係配置於第二表面130s2，以感測波導結構131的溫度。如此一來，經由溫度感測器190的感測溫度，可回饋至溫度調節器180，使溫度調節器180適時地對波長轉換晶體130進行加熱，以維持波長轉換晶體130的溫度。

雖然，本實施例係以分開配置之溫度調節器180與溫度感測器190來分別對波長轉換晶體130進行溫度調節及感測溫度，然而，於另一實施例中，波長轉換晶體130上亦可配置有溫度調節感溫模組來同時執行調節波長轉換晶體130之溫度，且感測波長轉換晶體130之溫度的功能。

如第1B圖及第3圖所示，一般來說，雷射光源模組120的雷射光源121需維持良好的散熱效率，以保持良好的出光效率。因此，雷射光源121係配置於基板110上，以藉由基板110散熱。此外，基板110可採用高傳導係數的材料，例如是金屬或矽，以提供良好的導熱效果。相較之下，波長轉換晶體130需維持在高於雷射光源121的溫度，以維持一定的波長匹配效率。也就是說，雷射光源121需維持在相對低的溫度，且波長轉換晶體131需維持在相對高的溫度。由於本實施例之波長轉換晶體130係與基板110在y方向上相隔間距d，因此，藉由空氣的阻隔，波長轉換晶體130係易於維持在固定的溫度。此外，雷射光源121亦可不易受到高溫之波長轉換晶體130的影響。

以下述之例子來說，當直接接觸基板的波長轉換晶體需維持在固定溫度60℃時，波長轉換晶體之熱量往往會透過基板散失。因此，加熱波長轉換晶體所需消耗的功率為1.1W，且加熱效率為22.7℃/W。此外，同時固定在基板上的雷射光源的溫度係受到波長轉換晶體的影響而提高到73℃。相較之下，當如第3圖之實施例之波長轉換晶體130需維持在固定溫度60℃時，由於波長轉換晶體130與基板110相隔間距d，因此，波長轉換晶體130藉由空氣之阻隔來使得加熱所需消耗的功率降低為0.2W，且加熱效率提升至175℃/W。此外，雷射光源121之溫度因不易受到波長轉換晶體130的影響而可維持在62℃。換言之，於本實施例中，加熱波長轉換晶體130所需消耗的功率少，且加熱效率良好。此外，雷射光源121之溫度亦可不易受到高溫之波長轉換晶體130的影響而可維持在預期低的溫度。

第二實施例

請參照第4圖，其繪示根據本發明第二實施例之雷射光源產生裝置200之立體圖。相較於第一實施例之雷射光源產生裝置100，本實施例之雷射光源產生裝置200包括兩個致動器241及242。致動器241及242分別耦接於波長轉換晶體230之兩端。波長轉換晶體230可透過致動器241及242來改變位置，使得第一雷射光可投射到波長轉換晶體230之波導結構的入光面。如此一來，本實施例之雷射光源產生裝置200亦可具有類似於第一實施例之雷射光源產生裝置100之特性。

第三實施例

請參照第5圖，其繪示根據本發明第三實施例之雷射光源產生裝置300的側視圖。相較於第一實施例之雷射光源產生裝置100，本實施例之雷射光源產生裝置300的溫度調節器380與溫度感測器390皆配置在波長轉換晶體330之第一表面330s1上。此外，溫度調節器380與溫度感測器390皆直接地接觸第一表面330s1。如此一來，溫度感測器390係感測波長轉換晶體330之波導結構331的溫度，以回饋至溫度調節器380來調整波長轉換晶體330的溫度。或者，於一實施例中，溫度調節器380與溫度感測器390亦可皆配置在波長轉換晶體330之第二表面330s2上，且溫度調節器380與溫度感測器390係可皆直接地接觸第二表面330s2。

第四實施例

請參照第6圖，其繪示根據本發明第四實施例之雷射光源產生裝置400的側視圖。相較於第三實施例之雷射光源產生裝置300，本實施例之雷射光源產生裝置400之溫度調節器480與溫度感測器490亦皆配置在波長轉換晶體430之第一表面430s1上。然而，於本實施例中，僅溫度感測器490係直接地接觸第一表面430s1。溫度調節器480係疊設在溫度感測器490上。如此一來，溫度感測器490係感測波長轉換晶體430之波導結構431的溫度，以回饋至溫度調節器480來調整波長轉換晶體430之溫度。或者，於一實施例中，溫度調節器480與溫度感測器490亦可以相互疊設的方式配置在波長轉換晶體430之第二表面430s2上。

本發明上述實施例所揭露之雷射光源產生裝置，其藉由調整波長轉換晶體的位置，使得雷射光源模組產生的第一雷射光可準確地投射到波長轉換晶體的波導結構的入光面，以提升轉換效率。此外，波長轉換晶體與基板係相隔間距，因此，波長轉換晶體的溫度係不會經由與基板接觸而改變，且雷射光源模組的溫度亦不會受到波長轉換晶體的影響。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200、300、400．．．雷射光源產生裝置

110．．．基板

120．．．雷射光源模組

121．．．雷射光源

122．．．耦合透鏡

130、230、330、430．．．波長轉換晶體

130s1、330s1、430s1．．．第一表面

130s2、330s2、430s2．．．第二表面

131、331、431．．．波導結構

131s．．．入光面

140、241、242．．．致動器

150．．．支撐機構

151．．．環狀主體

151p．．．容置口

152．．．第一可動件

152p．．．第一貫口

153．．．第二可動件

153p．．．第二貫口

154．．．第一彈性件

155．．．第二彈性件

160．．．分光鏡

170．．．光感測器

180、380、390．．．溫度調節器

190、390、490．．．溫度感測器

L．．．原始雷射光

L1．．．第一雷射光

L2．．．第二雷射光

第1A圖繪示根據本發明第一實施例之雷射光源產生裝置的立體圖。

第1B圖繪示第1A圖中之雷射光源產生裝置的側視圖。

第2圖繪示第1A圖中之支撐機構的示意圖。

第3圖繪示第1A圖中之波長轉換晶體及基板的前視圖。

第4圖繪示根據本發明第二實施例之雷射光源產生裝置之立體圖。

第5圖繪示根據本發明第三實施例之雷射光源產生裝置的側視圖。

第6圖繪示根據本發明第四實施例之雷射光源產生裝置的側視圖。

100．．．雷射光源產生裝置

110．．．基板

120．．．雷射光源模組

121．．．雷射光源

122．．．耦合透鏡

130．．．波長轉換晶體

140．．．致動器

150．．．支撐機構

160．．．分光鏡

170．．．光感測器

180．．．溫度調節器

190．．．溫度感測器

L2．．．第二雷射光

Claims (10)

1. 一種雷射光源產生裝置，包括：一基板；一雷射光源模組，配置於該基板上，用以產生一第一雷射光；一波長轉換晶體，位於該基板的上方，且與該基板相隔一間距，該波長轉換晶體用以轉換該第一雷射光為一第二雷射光，該第二雷射光的波長相異於該第一雷射光的波長；一溫度調節器，配置於該波長轉換晶體，用以調節該波長轉換晶體的溫度；以及一致動器，配置於該基板上，且耦接於該波長轉換晶體之一端，該致動器用以根據該第二雷射光的強度調整該波長轉換晶體的位置，使得該第一雷射光投射到該波長轉換晶體的波導結構的入光面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射光源產生裝置，更包括：一支撐機構，配置於該基板上，該波長轉換晶體的兩端係分別耦接於該支撐機構與該致動器。
3. 如申請專利範圍第2項所述之雷射光源產生裝置，其中該支撐機構包括：一環狀主體，配置於該基板上，且具有一容置口；以及一第一可動件，可動地位於該容置口中，且具有一第一貫口，該第一貫口用以讓該波長轉換晶體之另一端配置 於其中。
4. 如申請專利範圍第3項所述之雷射光源產生裝置，其中該支撐機構更包括：一第二可動件，可動地位於該容置口中，且具有一第二貫口，該第二貫口用以讓該第一可動件可動地配置於其中，該第二可動件係可動地耦接於該第一可動件與該環狀主體之間。
5. 如申請專利範圍第4項所述之雷射光源產生裝置，其中該支撐機構更包括：複數個第一彈性件，耦接於該第一可動件與該第二可動件之間；以及複數個第二彈性件，耦接於該環狀主體與該第二可動件之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之雷射光源產生裝置，更包括：一溫度感測器，配置於該波長轉換晶體，用以感測該波長轉換晶體的溫度。
7. 如申請專利範圍第6項所述之雷射光源產生裝置，其中該波長轉換晶體具有一第一表面與一第二表面，該第二表面係相對於該第一表面，該溫度調節器配置於該波長轉換晶體之該第一表面及該第二表面之其中一者上，且該溫度感測器配置於該波長轉換晶體之該第一表面及該第二表面之其中一者上。
8. 如申請專利範圍第7項所述之雷射光源產生裝置，其中該波導結構係形成於該第二表面。
9. 如申請專利範圍第1項所述之雷射光源產生裝置，其中該雷射光源模組包括：一雷射光源，用以產生一原始雷射光；以及至少一耦合透鏡，用以改變該原始雷射光的行進方向，以形成該第一雷射光。
10. 如申請專利範圍第1項所述之雷射光源產生裝置，更包括：一分光鏡，用以改變一部分之該第二雷射光的行進方向；以及一光感測器，用以感測該部份之該第二雷射光的強度。