专利名称：光纤激光装置和以及利用该装置的图像显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用其纤芯加入了激光激励物质的光纤的光纤激光装置和利用该装置的图像显示器。
此外，在日本专利申请公布文献KOKAI 7-226551号中，公开了利用Tm离子或Tb离子做为稀土离子从具有640-650nm或670-810nm波长的激光中获得具有455nm短波长的光的方法。
根据这个方法，其纤芯在加入了Tm离子或Tb离子的上变换光纤两端上形成薄膜(film)，它对455nm波长有一个预定的反射系数。然后，在这两个薄膜之间在光纤中产生的具有455nm波长的光谐振，因而做为短波激光被发射。
上变换光纤(up-conversion fiber)通常是细长的(1-5mm)，它取决于激励光功率、添加离子的密度和光纤纤芯直径。正象在上面专利公布文献中公开的那样。因此，要在上变换光纤的两端上形成反射薄膜，该光纤必须要完全浸入例如蒸发盘，这是一个问题。这项工作在实际生产中伴随着一些困难。此外，激励光源在使用中温度变高，使得如果上变换光纤靠近该激励光源，则热从此处传导，这就使得在激励光源和上变换光纤之间的接合部分，由于受温度的波动有可能发生光轴的偏移。
因此，现有的上变换光纤技术在其两端上形成反射薄膜方面有一些困难。再有，如果该上变换光纤靠近激励光源，则在它的接合处由于温度上的波动可能发生光轴的偏移。
为了实现上述目的，本发明的实施例包含一个激励光源；第一光纤，其从激励光源接收一个发射光，并且没有任何激光激励物质加到第一光纤的纤芯；以及第二光纤，从第一光纤输出的光被注入到第二光纤的一端，并且从第二光纤的另一端发出输出光，该激光激励物质被加到从另一端发出输出光的纤芯。
本发明的其它目的和优点将在下文中陈述，并且从描述中可看出部分是显而易见的，或者能够从本发明的实践中得出，本发明的目的和优点能够通过下文的指出的方式和组合来实现和获得。
图1显示根据本发明第一实施例的光纤激光装置的示意配置图；图2仅显示图1中的重要部分的扩展配置图；图3显示根据本发明第二实施例的光纤激光装置的示意配置图；图4显示根据本发明第三实施例的光纤激光装置的示意配置图；图5显示利用根据本发明的一个实施例的光纤激光装置的显示器的示意配置图；
图6显示利用根据本发明的另一个实施例的光纤激光装置的显示器的示意配置图；以及图7A到7D显示在半导体激光器和第一光纤之间接合的一个示例说明图。
图1是显示根据本发明第一实施例的光纤激光装置的示意配置图；并且图2是仅显示图1中的重要部分的扩展配置图。
在图1中，标号11表示用做激励光源的一个示例的半导体激光器，虽然半导体激光器做为激励光源11被说明，只要它能激励加到连接在后级的光纤的纤芯的激光激励物质，则任何其它类型都能使用。将发射激励光的半导体激光器的激励层12连接到其纤芯21没有加入激光激励物质的第一光纤14的注入端13。该第一光纤14将激励光引导到它的发射端15，该发射端15连接到其纤芯22加入了激光激励物质的第二光纤17的注入端16。所以在第二光纤17的两端发生菲涅耳反射，因此，构成一个光谐振器。在这个配置中，通过适当地设置激励光的波长、它的输出能极和加到第二光纤17的纤芯22的激光激励物质的类型和数量，从发射端18获得理想波长的激光是可能的。
半导体激光器11和第一光纤14通过一些方法在光学上能够彼此相互连接，如果激励层的大小和光纤的纤芯直径没有大的差别，则如图1中显示，它们能直接相互连接。实际上，它们之间(具体地说，该激励层大小和光纤的纤芯直径之间)的尺寸一般有差别，在这种情况下，它们通过利用一个光部件例如透镜能在自由空间相互连接。再有，光波导路径能由此用来相互连接半导体激光器11和光纤14。在这种情况下，使用这样一种配置，即光波导路径的注入端能与半导体激光器14的激励层的大小相匹配，并且其发射端能与下级光纤14纤芯的大小相匹配。
特别地，当使用一个大功率半导体激光器，激励层将具有一个较大的宽度。为此，为了相互连接光纤14和半导体激光器11，为了比较容易模块化，在连接配置上，光波导路径最好被用做连接部件，这是因为通过使用象透镜这样的光部件，与相互连接比较起来它易于对准。
一般地，当激励光被注入到其纤芯加入了激光激励物质的光纤，除了用做激励激光激励物质的有功分量外，大部分激励光的功率被作为热能辐射到外部。例如，如果使用一个5W功率的半导体激光器，以获得1W的光纤激光功率，则最大值为4W的大部分能量从光纤被作为热量辐射。
随着半导体激光器功率的增加，伴随着从光纤辐射的热量的增加，从其辐射的热量增加，所以如上文描述的那样，由于温度的波动，它们之间的接合部分可能会遇到光轴的偏移。
在这个实施例中，第一光纤14位于半导体激光器11和其加入了激光激励物质的第二光纤17之间。在这个配置中，半导体激光器11和第二光纤17彼此热隔离。因此，由于因为加热温度波动引起的光轴的偏移能被减轻。
再有，通过与它们直接相互接触的对接方式，第一光纤14和第二光纤相互连接，例如，利用物理接触(PC)连接器，在技术上可靠性地形成一种常用的PC接合方法。通过使用该PC接合方法来相互连接吸热的光纤和不同的光纤，与直接相互连接吸热的光纤的情况和不同的光部件情况相比，由于温度的波动引起的光轴的偏移度能减小。
通过使用PC接合方法相互连接第一光纤14和第二光纤17，因此，与第二光纤17直接接合到半导体激光器11或光波导路径的情况相比，能减小在相互连接处由于温度的波动引起的光轴的偏移。
图3是显示根据本发明第二实施例的光纤激光装置的示意配置图。图1的实施例通过利用在第二光纤17两端的菲涅耳反射构成光谐振器的实例进行了描述，即已经说明了利用光在第二光纤17的两端面的反射的这种光谐振器。如在图3实施例中所给出的那样，为了有效地构成该谐振器，反射部件能在第二光纤的外部形成。在该描述中，与图1中的相同的部件用相同的标号表示。
即在第一光纤14的发射端15的端面上，例如通过介质薄膜的汽化(evaporation)，形成具有预定反射系数的反射镜(mirror)31做为反射部件。在这种情况下，通过反射镜31和第二光纤17的发射端18构成光谐振器，也能通过溅射形成该介质薄膜。
图4是显示根据本发明第三实施例的光纤激光装置的示意配置图。这个实施例与第三实施例的不同之处在于具有预定反射系数的反射镜还位于发射端18的外部，使得，该反射镜31和32能构成一个光谐振器。在这个配置中，反射镜32做为第三光纤(其中纤芯由非激励物质组成)被形成。
原理上，在加入了激光激励物质的第二光纤17各自的两端能形成反射镜31和32。但是，为了通过汽化介质薄膜形成反射镜，必需将得到的细长的第二光纤17完全地浸入蒸发盘(evaporation tab)。在这种情况下，因为第二光纤17较长，所以生产过程是复杂的。
为了防止它的发生，反射镜必须在短的第一光纤14的发射端表面和第三光纤的注入端的表面形成，因而便于生产。
现在假设第二光纤17将做为在图像显示器中光源的上变换光纤工作。在这个配置中，通过将做为激光激励物质的预定的稀土加到纤芯22并适当地设定激励光的波长，就可以获得一个红(R)光、绿(G)光或蓝(B)光。例如将Pr+3(镨离子)加到第二光纤17，然后用具有780-900nm的波长的红外光激励它，该受激的离子从当前能级转到较低能级，由此产生一束具有大约635nm波长的光(R)、近520nm波长的光(G)、近490nm波长的光(B)。在设定上，通过将第一上变换光纤谐振器的反射镜的反射系数与大约635nm波长(R)进行匹配，因而，能获得对应于红(R)光的激光。
此外，在设定上，通过将第二上变换光纤谐振器反射镜的反射系数与大约520nm波长(G)进行匹配，对应于绿(G)光的激光能被获得。再有，通过将第三上变换光纤谐振器反射镜的反射系数与大约490nm波长(B)进行匹配，对应于蓝(B)光的激光就能被获得。
由此获得的对应于红(R)，绿(G)，或蓝(B)色的激光能够在显示器上用做光源，因为它几乎能用做点光源，并且还有良好的色彩再现。
图5是显示利用根据本发明的一个实施例的光纤激光装置的显示器的示意配置图。标号51R、51G、和51B分别表示发射红(R)、绿(G)和蓝(B)色激光的光纤激光装置。在这个实施例中，这些光纤激光装置51R、51G和51B使用如图4中所示的配置。
该光纤激光装置51R包含激励光源11R、第一光纤14R、第二光纤17R和用以实现上变换的反射镜31R和32R。光纤激光装置51G包含激励光源11G、第一光纤14G、第二光纤17G和用以实现上变换的反射镜31G和32G。光纤激光装置51B包含激励光源11B、第一光纤14B、第二光纤17B和用以实现上变换的反射镜31B和32B。
为了分别获得输出的红(R)光、绿(G)光和蓝(B)光，这些光纤激光装置51R、51G和51B各自设定了激励光波长、反射镜的反射系数和加到上变换光纤的稀土及其密度。从光纤激光装置51R、51G和51B发出的该红(R)、绿(G)和蓝(B)光，被注入到它们对应的空间调制部件52R、52G和52B，例如LCD屏，然后进行空间调制。因此，空间调制的红(R)、绿(G)和蓝(B)光由例如为分色棱镜的合成装置53合成，然后使其入射到凸透镜(projection len)54。这些入射光线通过该凸透镜54显示在屏幕55的图像中。
这个实施例利用三个空间调制部件分别与红(R)、绿(G)和蓝(B)色相对应。
图6是显示利用根据本发明的另一实施例的光纤激光装置的显示器的示意配置图。在这个实施例中，从宏观上(整体上)看，从光纤激光装置51R、51G和51B分别发出的红(R)光、绿(G)光和蓝(B)光聚成了一种白光，用于红(R)光、绿(G)光和蓝(B)光的光纤聚集并形成白光发生装置。因此将形成的白光入射到LCD屏61，该LCD屏61设有一个滤色器，然后入射光通过凸透镜54显示在屏幕55的图像中。
因此，如上所述，通过本发明，吸热的上变换光纤和激励光源被相互间隔一段距离，所以，能够减小在接合部分由于温度的波动引起的光轴的偏移。此外，谐振器的反射镜在细长的上变换光纤上不是汽化的，因此能够便于生产操作。
因而如上所述，在根据上述实施例的光纤激光装置中，吸热的上变换光纤和激励光源被相互间隔一段距离，所以，能够减小在接合部分由于温度的波动引起光轴的偏移。此外，谐振器的反射镜在细长的上变换光纤上不是汽化的，因此能够便于生产操作。
图7A到7D是显示半导体激光器11和第一光纤14连接的一个示例图。为了增加半导体激光器11的输出功率，必须加宽用于发出激光的激励层。为此，光纤14具有这种形状，即其一端是平的，以与该半导体激光器11的激励层的较大的宽度匹配，同时其另一端是圆的，以与第二光纤17的末端匹配。当然，在这种情况下，连接器也能被用来连接光纤14和半导体激光器11。图7B是一个正视图，图7C是一个侧视图，同时图7D是一个平面图。
本领域的技术人员应该易于想到其它的优点和改进。因此广义上讲本发明不限定于在此所显示和描述的具体的细节和典型实施例。因此，在不脱离由所附权利要求及其等同限定的一般发明原理的精神或范围的情况下，可以对其进行各种修改。
权利要求
1.一种光纤激光装置，其特征在于包含激励光源(11)；第一光纤(14)，从所述激励光源输出的光被注入到第一光纤(14)，并且没有任何激励物质加到第一光纤(14)的纤芯；以及第二光纤(17)，从所述第一光纤输出的光被注入到第二光纤(17)的一端并且输出光从第二光纤的另一端被发出，所述激光激励物质被加到从另一端发出输出光的纤芯。
2.根据权利要求1的光纤激光装置，其特征在于所述第一光纤在其光发射端(15)设有具有预定反射系数的反射装置。
3.根据权利要求2的光纤激光装置，其特征在于所述反射装置是一个由介质薄膜形成的反射镜。
4.根据权利要求2的光纤激光装置，其特征在于所述反射装置与所述第二光纤的输出端结合构成一个光谐振器腔。
5.根据权利要求1的光纤激光装置，其特征在于所述第一光纤和所述第二光纤相互对接连接。
6.根据权利要求1的光纤激光装置，其特征在于所述第二光纤是上变换光纤。
7.一种图像显示器，其特征在于包含多个光纤激光装置，其输出红(R)光、绿(G)光和蓝(B)光，所述每个光纤激光装置(51R，51G，51B)包括激励光源(11R，11G，11B)；第一光纤(14R，14G，14B)，从所述激励光源输出的光被注入到第一光纤，并且没有任何激光激励物质加到第一光纤的纤芯；以及第二光纤(17R，17G，17B)，从所述第一光纤的输出光被注入到第二光纤的一端，同时输出的光从第二光纤的另一端被发出，所述激光激励物质被加到该纤芯；多个空间调制部件(52R，52G，52B)，其空间调制从所述多个光纤激光装置发出的光；合成装置(53)，分别用于合成已被所述多个空间调制部件空间调制的红(R)光、绿(G)光和蓝(B)光；光部件(54)，其在预定的位置将从所述合成装置输出的光形成图像。
8.一种图像显示器，其特征在于包含多个光纤激光装置，其用于输出红(R)光、绿(G)光和蓝(B)光，所述每个光纤激光装置包括激励光源；第一光纤，从所述激励光源输出的光被注入到第一光纤，并且没有任何激光激励物质加到第一光纤的纤芯；第二光纤，从所述第一光纤输出的光被注入到第二光纤的一端，同时输出的光从第二光纤的另一端被发出，所述激光激励物质被加到该纤芯；白光生成装置，其用于从宏观上看将从所述多个光纤激光装置输出的光聚成一种白光；空间调制部件(61)，其空间调制从所述白光生成装置输出的光；以及光部件(54)，其在预定的位置将由所述空间调制部件空间调制的光形成图像。
全文摘要
激励光源(11)的纤芯与其没有加入激光激励物质的第一光纤(14)连接，因此，从第一光纤(14)输出的光被注入到其纤芯加入了激光激励物质的第二光纤。
文档编号H01S3/06GK1417905SQ02116119
公开日2003年5月14日 申请日期2002年4月19日 优先权日2001年11月6日
发明者布施一义, 木村正信, 赤松直树, 杉山彻, 佐藤考 申请人:株式会社东芝