波长经转换、波长经调制的半导体激光器中的对准方法技术

提供了控制半导体激光器的方法，其中半导体激光器产生波长经调制的输出光束λＭＯＤ，该输出光束被导向波长转换器件的输入面。当激光器的输出光束被调制且当经调制的输出光束λＭＯＤ在波长转换器件的输入面上的位置变化时，监测该器件的波长经转换的输出λＣＯＮＶ的强度。监测到的强度的最大值与代表经调制的输出光束λＭＯＤ在波长转换器件的输入面上的位置的最优坐标相关联。光学封装通过使用最优位置坐标将来自半导体激光器的强度经调制的激光束引导至波长转换器件而工作于数据投影模式。公开并要求保护其它实施例。还提供了激光器控制器和投影系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】 相关申请的交叉参照 本申请与2007年7月20日提交的题为"波长经转换的激光源的光学对准中的频 率调制(FREQUENCY MODULATION IN THE OPTICALALIGNMENT OF WAVELENGTH-CONVERTED LASER SOURCES)"的共同待审和共同受让的美国专利申请S/N 11/880， 386相关联并要求该 专利申请的优先权。
技术实现思路
本专利技术一般涉及半导体激光器、激光器控制器、激光投影系统以及包含半导体激 光器的其它光学系统。更具体地，作为说明而非限制，本专利技术的实施例一般涉及包括半导体 激光器和二次谐波发生(SHG)晶体或另一类型的波长转换器件等等的封装中的光学对准。 通过将诸如红外或近红外分布反馈式(DFB)激光器、分布式布拉格反射镜(DBR) 激光器或法布里_珀罗激光器之类的单波长、相对长的半导体激光器与诸如二次谐波发生 (SHG)晶体之类的光波长转换器件组合，可形成短波长光源。通常，SHG晶体用于产生基波 激光信号的较高次谐波。为实现此目的，优选将激射波长调谐至波长转换SHG晶体的光谱 中心，而且激光器的输出端优选与波长转换晶体的输入面处的波导部分对准。 诸如MgO掺杂的周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体之类的典型的SHG晶体的模式直 径可以在几微米的范围内。因此，本专利技术人已经认识到将来自激光二极管的光束与SHG晶 体的波导正确地对准会非常有挑战性。因此，本专利技术的一个目的是为利用SHG晶体或其它 类型的波长转换器件以从较长波长的光源(例如近红外激光二极管)产生较短波长的辐射 (例如绿色激光)的光学封装提供对准方法和相应的光学设计。 根据本专利技术的一个实施例，提供了一种控制光学封装的方法。根据该方法，半导体 激光器产生波长经调制的输出光束入M。D，该输出光束被导向波长转换器件的输入面。当激 光的输出光束被调制且当经调制的输出光束入M。D在波长转换器件的输入面上的位置变化 时，监测该器件的波长经转换的输出A，v的强度。监测到的强度的最大值与代表经调制的输出光束入M。D在波长转换器件的输入面上的位置的最优坐标相关联。光学封装通过使用最优位置坐标将来自半导体激光器的强度经调制的激光束引导至波长转换器件而工作于 数据投影模式。 本专利技术的附加实施例涉及在利用波长转换器件的光学封装中保持时间上的对准。 更具体而言，本专利技术的实施例适合于在封装部件的器件温度或结构性质随时间改变会引起 封装失准的情况下保持对准。本专利技术的这些方面一般涉及在实际投影或封装启动期间监测 峰值对准。如以下参照图2所讨论的那样，如果要在投影期间监测对准，则可在投影仪回扫 (fly-back)时间或在强度经调制的激光束未携带投影数据的其它周期中(即在强度经调 制的激光束的相对低强度周期期间)监测器件的波长经转换的输出入c,的强度。本专利技术 还构想当强度经调制的激光束携带投影数据时用于监测对准的例程，即无需依赖于上述强 度经调制的激光束的低强度回扫周期。 本专利技术另外的其它实施例涉及被编程为根据本专利技术的概念来操作半导体激光器5的激光投影系统和激光器控制器。可构想本专利技术的多个方面将可应用于彩色成像激光投影 系统、诸如汽车中的顶篷显示器之类的基于激光的显示器、或其中光学对准和/或波长调 谐成问题的任何激光应用。还可构想本文中的所讨论的控制方案将可用于多种类型的半导 体激光器，包括但不限于DBR和DFB激光器、法布里_珀罗激光器以及许多类型的外腔激光 器。最后，可构想的是，其中可调节光学部件被配置成实现上述对准准确度的本专利技术的多个 实施例将允许更方便和以显著更低成本构造和组装光学封装，因为它们可允许排除通常用 于器件组装的某些相对严格的对准程序。 附图简述 本专利技术的特定实施例的以下详细描述可在结合以下附图阅读时被最好地理解，在附图中相同的结构使用相同的附图标记指示，而且在附图中 附图说明图1是示出根据本专利技术的一个方面的启动或校正对准程序的流程图； 图2是示出根据本专利技术的另一个方面的用于监测和校正对准的程序的流程图； 图3是根据本专利技术的一个实施例的启用了 MEMS反射镜的光学对准封装的示意以及 图4示出激光输出光束相对于与波长转换器件的波导部分的一维扫描路径。 详细描述 虽然在与频率或波长经转换的半导体激光源的设计和制造相关的容易获得的技 术文献中示教了可结合本专利技术的特定实施例的概念的多种类型的光学封装的一般结构，但 一般参照包括例如DBR型近红外半导体激光器和倍频PPLN SHG晶体的光学封装可容易地 说明本专利技术的特定实施例的理念。在这样的配置中，半导体激光器发出的近红外光直接耦 合到SHG波长转换器件的波导中，或通过准直和聚焦光学器件或某些其它类型的合适的光 学元件或光学系统耦合到波导中。如果输入光束被正确对准和调谐，则波长转换器件将入 射的近红外光转换成倍频的绿色激光。更一般地，这种类型的配置在从较长波长的半导体 激光器产生较短波长的激光束时尤其有用，而且可用作例如激光投影系统的可见激光源。 根据图1的流程图和图3的示意图中所示的本专利技术的实施例，提供了一种光学封 装，其包括半导体激光器10、波长转换器件20、一个或多个可调节光学部件30、透镜元件 35、分束器或适当的滤光器40、强度传感器50以及可编程控制器60。可调节光学部件30 被配置成将半导体激光器10的光输出与波长转换器件20的光输入面耦合。分束器/滤光 器40、强度传感器50以及可编程控制器60配合以监测波长转换器件20的波长经转换的输 出、。wv的强度。 图3示出被配置成监测波长转换器件20的输出端处的强度的分束器/滤光器40 以及强度传感器50。可构想分束器/滤光器40可被配置成允许半导体激光器10的原始波 长(例如IR或近IR)处、波长转换器件20的经转换波长处(例如在可见光谱中)或两者处 的强度监测。在许多情况下，需要监测半导体激光器10的原始波长处的强度，因为波长转 换器件20的转换效率永远不会达到100%，所以不论该原始波长是否落在波长转换器件20 的波长转换带宽内，在波长转换器件的输出端处总是存在可用于监测的最小原始信号。不 幸的是，在许多情况下，仅使用IR监测可能不够准确。例如，未耦合到波长转换器件20中 的某些光会产生可被监测系统部分监测到的漫射光，从而使信号不可用。信号混乱的另一 源头可由耦合到波长转换器件20所支持的某些模式中的IR引起。因此，使用IR信号会导6致优化的耦合，但可能不能保证最优的耦合。因此，在许多情况下，优选通过例如向波长转 换器件20下游的光程中引入滤光器来监测波长转换器件20的波长经转换的输出的强度。 在这种情况下，应当小心确保半导体激光器10的波长被正确调整。否则，波长转换器件20 的转换效率会极低，而且会导致波长转换器件20的输出端处无信号可用于对准的情况。 根据图1中所示的本专利技术的方法，通过操作半导体激光器10以产生在包含波长转 换器件20的FWHM转换效率带宽的相当大部分的波长范围上调制的波长经调制的输出光束 入m。d来控制光学封装(参见步骤IOO "操作激光器二极管"、102 "执行高频A调制")。经 调制的输出光束入m。d被导向波长转换器件20的输入面，而且可调节光学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制包括半导体激光器、波长转换器件、被配置成将所述半导体激光器的输出与所述波长转换器件的输入面光学耦合的一个或多个可调节光学部件、以及被配置成监测所述波长转换器件的波长经转换的输出λ↓［ＣＯＮＶ］的强度的强度传感器的光学封装的方法，所述方法包括：操作所述半导体激光器以产生在包括所述波长转换器件的ＦＷＨＭ转换效率带宽的相当大部分的波长范围上被调制的波长经调制的输出光束λ↓［ＭＯＤ］；将所述经调制的输出光束λ↓［ＭＯＤ］导向所述波长转换器件的所述输入面；操作所述可调节光学部件以改变所述经调制的输出光束λ↓［ＭＯＤ］在所述波长转换器件的所述输入面上的位置；当所述激光器的输出光束被调制且当所述经调制的输出光束λ↓［ＭＯＤ］在所述波长转换器件的所述输入面上的位置变化时，监测所述波长转换器件的波长经转换的输出λ↓［ＣＯＮＶ］的强度；将所监测到的所述波长经转换的输出λ↓［ＣＯＮＶ］的强度的最大值与代表所述经调制的输出光束λ↓［ＭＯＤ］在所述波长转换器件的所述输入面上的位置的最优坐标相关联；通过使用所述最优坐标来固定所述可调节光学部件，以至少暂时终止所述经调制的输出光束λ↓［ＭＯＤ］在所述波长转换器件的所述输入面上的位置变化；以及通过使用所述可调节光学部件的所述最优位置坐标将来自所述半导体激光器的强度经调制的激光束引导至波长转换器件而使所述光学封装工作于数据投影模式。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：E阿尔莫里克，V巴蒂亚，J高里尔，D皮库拉，DO里基茨，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]