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先參照圖1-3，方便地示出了本發(fā)明的特定實施方式的概念，半導體激光器10光耦合到光波長轉(zhuǎn)換器件20。半導體激光器10所發(fā)射的光束15可以直接地耦合到波長轉(zhuǎn)換器件20的波導中，或者可以通過準直與聚焦光學設備或其它類型合適的光學元件或光學系統(tǒng)進行耦合。波長轉(zhuǎn)換器件20將入射光轉(zhuǎn)換成更高次諧波并且輸出經(jīng)轉(zhuǎn)換的信號25。此類配置特別適用于從波長較長的半導體激光器中產(chǎn)生波長較短的激光束，并且可用作激光投影系統(tǒng)的綠色可見激光源。
通過調(diào)制半導體激光器10的波長，就可以調(diào)制經(jīng)轉(zhuǎn)換的信號25的強度，因為波長轉(zhuǎn)換器件20的波長轉(zhuǎn)換效率取決于半導體激光器10和波長轉(zhuǎn)換器件20之間的波長匹配。更具體地講，參照圖1，其中示出了激光輸出光譜的示例，當最高強度λMAX的縱模與波長轉(zhuǎn)換器件20的光譜轉(zhuǎn)換帶寬w對準時，經(jīng)轉(zhuǎn)換的信號25的強度將接近最大值。相反，參照圖2，當激光器被調(diào)諧得使高強度縱模移動到波長轉(zhuǎn)換器件20的光譜轉(zhuǎn)換帶寬w之外時，經(jīng)轉(zhuǎn)換的信號25的強度將顯著地下降。圖3示意性地示出了這種激光發(fā)射波長的移動以及相應的強度下降。產(chǎn)生上述強度下降所對應的激光發(fā)射波長的移動程度在圖2中被顯示成波長調(diào)制λMOD。λMOD的幅度通常是足夠大的，以使光束15完全消光。通常，該幅度需要至少是全局光譜曲線的半高全寬(FWHM)的兩倍或三倍。
本申請的發(fā)明人已認識到，在許多情況下，圖1-3所示的波長調(diào)制可以產(chǎn)生顯著的熱圖案，因為強度調(diào)制所必需的波長調(diào)諧程度λMOD可以產(chǎn)生會導致波長移動的溫度變化。另外，上述波長調(diào)諧也可以產(chǎn)生模式跳變，特別是在波長調(diào)制λMOD的幅度大于激光器自由光譜范圍的情況下，正如圖1、2所示的情況。盡管本發(fā)明并不限于波長變化或突然的模式跳變的任何特定的顯現(xiàn)，但是在激光投影系統(tǒng)中，這些波長波動可以產(chǎn)生平滑的強度變化并且模式跳變可以產(chǎn)生相對突然的強度偏移。這些缺陷在圖像中產(chǎn)生的特定圖案可以與許多因素有關(guān)，其中包括但不限于：激光器溫度；激光器自由光譜范圍；PPLN晶體光譜帶通；激光器DBR相對于PPLN晶體的光譜對準等等。不管缺陷圖案的本質(zhì)如何，該圖案本身可以代表圖像中的問題，因為它在圖像中呈現(xiàn)出很容易識別的系統(tǒng)性結(jié)構(gòu)。此外，對于準靜態(tài)圖像而言，這些缺陷通常在每個幀中都重復出現(xiàn)，從而非常容易識別出圖像中的缺陷。本申請的發(fā)明人已認識到，當激光器經(jīng)歷一些模式跳變時，模式被選中的方式似乎遵循某些隨機的規(guī)則。結(jié)果就是，鑒于模式選擇的不可預計性，所以凡是涉及波長變化且其變化幅度大于激光器自由光譜范圍的所有調(diào)制方法都是很難控制的。
根據(jù)本發(fā)明的通過波長調(diào)諧實現(xiàn)強度調(diào)制的各種光學組合件以及相關(guān)控制方法可以結(jié)合圖4-6進行示出，其中光學組合件包括可調(diào)諧半導體激光器10、光譜濾波器30和波長轉(zhuǎn)換器件20。光譜濾波器30與波長轉(zhuǎn)換器件20共同定義一種波長傳遞函數(shù)，傳遞函數(shù)帶寬是w′，因為該傳遞函數(shù)是光譜濾波器30的透射帶寬與波長轉(zhuǎn)換器件20的轉(zhuǎn)換帶寬部分的組合。通常，傳遞函數(shù)帶寬w′不會延伸超越波長轉(zhuǎn)換器件20和光譜濾波器30所定義的各個帶寬邊界。例如，當波長轉(zhuǎn)換器件20和光譜濾波器30的各個帶寬彼此大致對準并且寬度大致相等時，上述傳遞函數(shù)帶寬w′將與各個部分的帶寬一樣。當波長轉(zhuǎn)換器件20和光譜濾波器30的各個帶寬彼此大致對準但具有不同的值時，上述傳遞函數(shù)帶寬w′將取這兩個帶寬部分中較窄的帶寬值。當波長轉(zhuǎn)換器件20和光譜濾波器30的各個帶寬僅僅是交疊時，上述傳遞函數(shù)帶寬w′將被限于該交疊部分的帶寬。
在實施本發(fā)明的各實施方式的過程中，應該小心確保波長轉(zhuǎn)換器件20和光譜濾波器30的各個帶寬至少有一定程度的交疊，因為如果沒有交疊，則該光學組合件不會發(fā)出顯著的經(jīng)轉(zhuǎn)換的激光輸出。例如，并非限制，在光譜濾波器30包括法布里-波羅濾波器且波長轉(zhuǎn)換器件20包括PPLN?SHG晶體的情況下，光譜濾波器30的透射帶寬可以小于0.06，晶體20的轉(zhuǎn)換帶寬可以是0.06nm、0.1nm、0.2nm或更小。在本示例中，傳遞函數(shù)帶寬w′會小于或等于0.06nm。
如圖4所示，當最高強度λMAX的縱模與波長轉(zhuǎn)換器件20的傳遞函數(shù)帶寬w′的中心對準時，波長轉(zhuǎn)換器件20的輸出處所產(chǎn)生的經(jīng)轉(zhuǎn)換的信號25′的強度將接近最大值。相反，參照圖5，當激光器被調(diào)諧以使高強度縱模λMAX移動到波長轉(zhuǎn)換器件20的傳遞函數(shù)帶寬w′之外時，經(jīng)轉(zhuǎn)換的信號25′的強度將顯著地下降。圖6示意性地示出了這種激光發(fā)射波長的移動以及相應的強度下降。通常，半導體激光器10被配置成產(chǎn)生固有紅外或近紅外激光輸出15，波長轉(zhuǎn)換器件20被配置成產(chǎn)生經(jīng)波長轉(zhuǎn)換的藍色或綠色激光輸出25′。
產(chǎn)生上述強度下降所對應的激光發(fā)射波長的移動程度在圖5中被顯示成波長調(diào)制λ′MOD，并且幅度顯著小于圖2-3所示的相應的波長調(diào)制λMOD，在圖2-3中沒有提供光譜濾波器。結(jié)果，通過提供光譜濾波器30并且配置光學組合件使得光譜濾波器30的透射帶寬是波長傳遞函數(shù)的一部分，就可以使用相對小的幅值波長調(diào)制在經(jīng)轉(zhuǎn)換的信號25′中產(chǎn)生顯著的強度調(diào)制。此外，通過配置光學組合件使得光譜濾波器的透射帶寬部分小于半導體激光器的一個自由光譜范圍，那些實施本發(fā)明的技術(shù)人員就可以解決、管理、最小化或控制經(jīng)強度調(diào)制的基于激光的光源內(nèi)的模式跳變以及不受控制的大波長變化。
在操作過程中，半導體激光器10產(chǎn)生含固有波長光譜的固有激光輸出15，該固有波長光譜顯著寬于波長傳遞函數(shù)的透射帶寬和轉(zhuǎn)換帶寬部分，與圖1和2所示的相似。然而，如圖4-6所示，引導相對寬的固有激光輸出15穿過光譜濾波器30和波長轉(zhuǎn)換器件20，通過圖5所示相對窄的波長調(diào)制λ′MOD來調(diào)諧半導體激光器10。根據(jù)這種調(diào)制方案，固有波長光譜的移動量小于半導體激光器的一個自由光譜范圍就足以調(diào)制光學組合件的經(jīng)波長轉(zhuǎn)換的激光輸出25′的強度?？紤]到固有激光輸出15具有相對大的寬度，僅僅使半導體激光器10的固有波長光譜的一部分從傳遞函數(shù)帶寬w′之內(nèi)移動到傳遞函數(shù)帶寬w′之外的波帶通常就足夠了，正如圖5所示那樣。
通常，通過使半導體激光器10的固有波長光譜15移動一個量且該移動量小于可歸因于光譜濾波器30的透射帶寬，就可以對半導體激光器進行強度調(diào)制。例如，并非限制，在光譜濾波器的透射帶寬小于0.06nm的情況下，通過使半導體激光器的固有波長光譜移動一個小于0.06nm的量，就可以實現(xiàn)強度調(diào)制。注意到，波長傳遞函數(shù)的一部分也可歸因于波長轉(zhuǎn)換器件20，也預期到，通過使半導體激光器10的固有波長光譜15移動一個量且該移動量小于可歸因于波長轉(zhuǎn)換器件20的轉(zhuǎn)換帶寬，就可以對半導體激光器進行強度調(diào)制。例如，并非限制，在波長傳遞函數(shù)的轉(zhuǎn)換帶寬大約小于0.2nm的情況下，通過使半導體激光器的固有波長光譜移動一個小于0.06nm的量，就可以實現(xiàn)強度調(diào)制?？紤]到光譜濾波器和波長轉(zhuǎn)換器件被預計具有顯著更窄的帶寬，預期到，遠小于0.1nm的波長移動量(在0.01nm的量級上)可以被用于在波長轉(zhuǎn)換光學組合件中實現(xiàn)強度調(diào)制。
在本發(fā)明的特定實施方式中，半導體激光器10包括DBR激光器，通過將電流加到DBR激光器的相位部分，使波長移動。在本發(fā)明的其它實施方式中，半導體激光器10包括DBR激光器，通過將電流加到激光器的相位部分和DBR部分，使波長移動，從而防止半導體激光器中的模式跳變。在本發(fā)明的其它實施方式中，半導體激光器10包括DBR激光器，通過將反向電壓加到半導體激光器10的相位部分，使波長移動，從而防止熱漂移。
盡管圖6示出了光譜濾波器30是在波長轉(zhuǎn)換器件20的上游，但是預期到，可以在引導固有激光輸出15穿過波長轉(zhuǎn)換器件20之前或之后(或兩種情況同時存在)，引導該固有激光輸出15穿過光譜濾波器30。關(guān)于光譜濾波器30和波長轉(zhuǎn)換器件20的選擇和配置，注意到，通常更方便的是，配置光學組合件使得可歸因于光譜濾波器30的透射帶寬小于或等于可歸因于波長轉(zhuǎn)換器件20的轉(zhuǎn)換帶寬。
預期到，本發(fā)明的概念可以被用于各種基于激光的光源，這些光源可以被用于基于像素的投影系統(tǒng)、基于空間光調(diào)制器的系統(tǒng)(包括數(shù)字光處理(DLP)、透射式LCD和硅上液晶(LCOS))等。還預期到，光學組合件可以被配置成通過為該組合件提供激光控制器從而實施本發(fā)明的特定方面，該激光控制器被編程為使半導體激光器的固有波長光譜發(fā)生移動從而以本文所描述的方式對光學組合件的經(jīng)波長轉(zhuǎn)換的輸出進行強度調(diào)制。
應該理解，先前的描述旨在提供一種概述或框架，以便理解本發(fā)明的本質(zhì)和特征。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，很明顯，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以對本發(fā)明做出各種修改和變化。由此，本發(fā)明旨在覆蓋這些修改和變化，只要它們落在所附的權(quán)利要求書及其等價方案中就可以。
注意到，在本文中，像“較佳地”、“共同地”和“典型地”等術(shù)語并不旨在限制本發(fā)明的范圍或暗指某些特征對于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能而言是關(guān)鍵性的、必不可少的或很重要的。相反，這些術(shù)語僅僅旨在凸顯本發(fā)明特定實施方式中可以使用或不使用的備選或額外的特征。
為了描述并限定本發(fā)明，注意到，本文用“大約”一詞來表示任何定量比較、值、測量、或其它表示固有的不確定性。
有關(guān)申請的交叉參照
本申請涉及2007年7月20日提交的題為“INTENSITY?MODULATION?INWAVELENGTH?CONVERTING?OPTICAL?PACKAGE”的共同待批且一起轉(zhuǎn)讓的美國專利申請11/880,289，并要求其權(quán)益。