专利名称：具有减小的斑点的宽带激光灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有减小的斑点的宽带激光灯(比如二极管泵浦纤维 或波导激光器或半导体二极管激光器)及其作为用于取代传统弧光灯 的光源的可能用途。本发明的宽带激光灯可以被用作投影显示器以及 多种照明应用的光源，比如前灯、商店照明、家庭照明、重点照明、 点照明或者剧场照明。
背景技术：
斑点是与激光的相干性有关的一种效应，其在图像中导致所不希 望的颗粒性。激光斑点是一个很严重的问题，其是由于相干光从光学
样而造成的。斑i、看起来非常惹人讨厌，过去用来最小化斑点的方法 是例如通过振动投影屏幕来扰乱与每一个波前相关联的相位相干性。
US-A1 2002/00196414公开了 一种具有减小的斑点的激光成4象系 统；其中该激光成像系统包括独立的激光辐射发射器的空间重叠的1D 阵列或者替代的2D阵列，其中每一个发射器具有以某一任意波长入" 为中心的谱带宽A入，。通过设计，允许所述阵列的各元件具有略微不 同的中心波长，从而产生总体带宽AA，该总体带宽远大于该阵列中 的任何单独发射器的带宽A A"所得到的增大的带宽减小了所显示的 图像中的斑点。
所述具有减小的斑点的激光成像系统的缺陷在于，每个共振器只 发射一个波长，从而需要多个共振器，其中的每一个在略微偏移的波 长下进行发射，以便减小斑点。此外，必须有附加的光学装置来收集 足够数量的所述略微偏移的波长，以便形成经过带宽增强的可见辐射 束，从而减小斑点。因此，根据US-Al 2002/00196414的激光成像系 统不允许具有以下特征低垂直制造范围、较少的组件数量、提高的 稳健性、提高的紧凑度、改进的可见光输出和/或低成本。
长期以来一直需要简化具有减小的斑点的激光器的制造过程，以 便提供低垂直制造范围、较少的组件数量、提高的稳健性、提高的紧
凑度、改进的可见光输出和/或低成本，以便提供一种其光束性能优于 弧光灯或者与之相当的光源，从而所述激光器例如可以被用作具有更 好的或类似的辐射性能的光源以便取代弧光灯。
发明内容
本发明的一个目的是通过提供一种具有减小的斑点的宽带激光器 来克服上述缺陷，所述宽带激光器具有与弧光灯类似的辐射性能。本 发明的宽带激光器光源更易于生产、更紧凑并且与现有技术中已知的 激光器相比更类似于弧光灯。
所述目的是通过提供一种具有光学激光共振器的波导激光器来实 现的，所述光学激光共振器发射具有减小的斑点噪声的可见辐射，其 中所述光学共振器是由处在可见辐射发射激光材料的两端的至少一个 反射镜或两个反射镜形成的，其中该光学共振器增强多模操作，从而 所述可见辐射发射激光材料发射光谱展宽的可见辐射，其中所述光谱
展宽的可见辐射的包络函数具有处在lnm到15nm内的半高全宽 (FWHW)。
根据本发明使用的术语"包络函数"指的是表示至少一个波导激 光器的单独的重叠的光谱展宽的可见辐射发射光谱的高斯函数或洛仑 兹函数，所述至少一个波导激光器包括具有激光材料的光学共振器， 其根据本发明增强多模操作，例如参见图7。
所述高斯函数或者洛仑兹函数被如下定义
在本说明书中使用的术语"光学共振器"可以包括处在激光辐射 发射增益材料的两端的一个反射镜并且通常是两个反射镜。
根据本发明的光学激光共振器允许多模操作，并且发射多个空间 重叠的可见激光模式的光谱展宽的可见辐射。所述空间重叠的可见激 光模式作为光傳展宽的可见辐射出现。为了减小斑点，优选的是所述 光谱展宽的可见辐射的包络函数具有lnm到15nm范围内的半高全宽(FWHW)，优选地是3nm到12nm，更为优选地是5nm到10nm。
优选地，所述可见辐射发射激光材料发射440nm到470nm范围内 的蓝色辐射、515nm到550nm范围内的绿色辐射以及610nm到680nm 范围内的红色辐射，其中，从所述激光材料发射的光谱展宽的可见辐 射具有lnm到15nm范围内的半高全宽(FWHW)，优选地是3nm到12nm， 更为优选地是5nm到10nm。
因此，操作在多模下的根据本发明的单一光学共振器发射已经经 过光谱展宽的可见辐射，其中在所投影的激光图像中没有斑点或者具 有减小的斑点。因此，更容易生产能够增强激光材料的多模操作的包 括根据本发明的光学共振器的宽带激光灯，这是因为只需要较少的构 造单元来提供更为紧凑的设备。
然而，优选的是组合多于一个根据本发明的光学激光共振器，所 述光学激光共振器允许多模操作并且发射多个空间重叠的可见激光模 式的光谱展宽的可见辐射。为了减小斑点，优选的是多于一个所述组 合的光学激光共振器的光谱展宽的可见辐射的包络函数具有3nm到 15nm范围内的半高全宽(FWHW)，优选地是4nm到8nm，更为优选地 是5nm到7nm。
经过调制的，这取决于根二本:明二用的光学共振器。一 、B
增强多模的一种根据本发明的光学共振器例如是包括至少一个平 面镜的光学共振器，该至少一个平面镜具有二色涂层，该二色涂层的 反射率在其面向所述激光材料的表面上改变，优选地，所述二色涂层
具有反射率梯度。然而，可能优选的是该二色涂层沿着邻近的激光材 料改变最大反射率，优选地是在邻近的激光材料的橫截面上改变。
优选地，可以使用具有梯度的窄带反射涂层作为共振器反射镜。 然而，足够的并且最为优选的是一个共振器反射镜只具有梯度滤波 器，并且另一个共振器反射镜可以具有在相关波长范围内的相等的高 反射率。使用所述光学共振器增强了多模操作，其中所述一个单一光 学共振器的可见辐射发射激光材料发射已经经过光谱展宽的具有减小 的斑点噪声的可见辐射。
为了获得光谱展宽的可见辐射以便减小斑点，所述共振器反射镜 的涂层梯度被选择成使得根据本发明的光学共振器的发射激光材料发
射光谱展宽的可见辐射，其中，所述光语展宽的可见辐射的包络函数
具有lnm到15nm范围内的半高全宽(FWHW )。
根据本发明的另一个优选实施例是包括至少一个Bragg光栅的共 振器，其反射率沿着其面对所述邻近的激光材料的表面改变。可以根 据本发明使用的Bragg光栅具有在所述邻近的激光材料的横截面积上 改变的最大反射率，从而所述Bragg光栅不具有平行线。然而，足够 的并且最为优选的是一个Bragg光栅只具有非平行线，而另一个Bragg 光栅具有平行线，从而与相对的Bragg光栅反射器表面相比，在所述 Bragg光栅反射器表面的一端处的线间隔略有不同。
Bragg光栅反射器及其生产方法是本领域中所公知的，例如参见 J. E. Roman和K. A. Winick的Appl. Phys. Lett. 61， 2744 ( 1992 )， 其被合并在此以作参考。
根据本发明的另一个优选实施例是包括Fabry Perot腔的共振 器，从而所述光学共振器的发射激光材料发射光谱展宽的具有减小的 斑点的可见辐射。光学共振器长度的微小改变导致从所述激光材料中 发射的可见波长辐射的光谱展宽的发射，其中所述光镨展宽的可见辐 射的包络函数具有lnm到15nm范围内的半高全宽(FWHW)。
此外，可以利用被建立为Fabry Perot设备的外耦合反射镜来偏 移所述波长最大值。两个反射镜之间的间隙的微小改变可以导致激光 波长的光谱展宽。对于被建立为Fabry Perot设备的外耦合反射镜来 说，该Fabry Perot外耦合反射镜的空气膜厚度可以被改变，以^更增 强从所述光学共振器的激光材料发射的可见波长幅射的光谱展宽的发 射，从而所述光谱展宽的可见辐射的包络函数具有lnm到15mn范围内 的半高全宽(FWHW)。
Fabry Perot设备在本领域中是公知的，参见Berg迈ann， Schaefer: Lehrbuch der Experimentalphysik， volume 3: Optik, Walter de Gruyter Verlag.
为了提供增强多模操作的光学共振器，可以做出以下设置的至少 其中一种。
例如，可以在时间上改变所述光学共振器的至少一个反射镜的位 置、折射率和/或角度。优选地，以>25Hz的频率在时间上改变至少一 个反射镜的位置、折射率和/或角度，其中对至少一个反射镜的所述改
变优选地包括
a) 倾斜二色反射镜；
b) 倾斜Bragg光栅；
c) 电光地改变Bragg光栅的折射率；
d) 电光地改变Fabry Perot反射镜的折射率；
e) 改变Fabry Perot反射镜的距离。
可能优选的是以》25Hz的频率在时间上改变所述反射镜。可以以 > 50Hz、 > 75Hz或者> 100Hz的频率在时间上改变该反射镜。
激光材料。根据本发明优选地使用的激光材料发射从包括R、 G和B的 组中选择的原色的光谱展宽的可见辐射。
所述激光材料可以优选地是上变换材料、下变换材料或者半导体 激光二极管的可见辐射发射材料。
因此，本发明的另一方面针对一种发射光谱展宽的可见辐射的宽 带激光器，其包括至少一个具有光学激光共振器的激光器，所述光学 激光共振器具有激光材料，其增强根据本发明的多模操作。
用于发射光谱展宽的可见辐射以便减小斑点的具有根据本发明的 光学共振器的激光器或激光器设备优选地是半导体激光器、上变换激 光器或下变换激光器。
半导体激光器是现有技术中所公知的。典型的半导体激光器是用 光刻技术制造的。典型地，半导体激光器是用III-V化合物制造的， 比如砷化镓、磷化铟或砷化铟，或者是用II-VI和III-V化合物制造 的。基于砷化镓的激光器在660-900nm的波长下发出激光。基于磷化 铟的激光器在1300-1550mn范围内发出激光。半导体激光器具有半导 体设备的所有一般优点和便利其紧凑、高效、便宜、耐用而且易于 大规模制造。然而，半导体激光器的其中一个最重要的特征是其高效 率。
半导体激光器及其制造方法是本领域中所公知的，比如参见R. Diehl (Ed.)， High-Power Diode Lasers (高功率二极管激光器)， Topics Appl. Phys- 78， Springer—Verlag (2000)，其净皮合并在jt匕 以作参考。
在其最简单的形式下，半导体激光器包括半导体材料的小矩形
板，其具有用来充当反射镜的两个劈裂面并且形成所述光学共振器。
根据本发明，优选地，所述半导体激光器的光学共振器增强多模 操作，从而所述共振器的可见辐射发射激光材料发射光语展宽的可见 辐射。所述光谱展宽的可见辐射的半高全宽可以是时间上恒定的或者
是时间上经过调制的。
上面已经描述了可用于根据本发明的半导体激光器的增强多模操 作的光学共振器。具有根据本发明的光学共振器的半导体激光器发射
光谱展宽的可见辐射，其包络函数具有lnm到15nm范围内的半高全宽 (F丽)。
此外，根据本发明所述的光学共振器可以被用于下变换激光器， 以便减小斑点。诸如Nd: YAG和ND: YV0之类的下变换激光器是现有技 术中所公知的。特别地，在US 2002/0172251中描述了在可见范围内 进行发射的下变换激光器及其制造方法，其被合并在此以作参考。
一般来说，下变换激光器设备包括以短波长发射激光束的激光源 以及包括下变换材料的光学共振器。所述下变换材料把该激光源的辐 射朝向更长的波长变换或偏移。换句话说，较高能量的光子被该下变 换材料变换到较低能量的光子。
为了给下变换激光器设备提供减小的斑点，使用增强多模操作的 根据本发明的光学共振器，其中该光学共振器包括下变换材料。任何 适当的下变换材料都可以被用作所述下变换材料。
适于根据本发明使用的下变换材料是掺杂有Pr3、 Ho3+、 Sm3+、 Eu3+、 Dy3+、 Er3+、 Tm"和/或iV+的激光晶体，其吸收带在380到420nm的波 长范围内。此外，可以适当地使用具有光纤或光波导的形式的下变换 材料，其中包括具有掺杂有Pr3、 Ho3+、 Sm3+、 Eu3+、 Dy3+、 Er3+、 Tm"和/ 或Tb"的核心的光纤或光波导。
为了激发稀土离子，优选地使用激光二极管。然而，基于GaN的 化合物激光二极管可能是最为优选的。因此，可以被用来激发所述下 变换材料的激光二极管包括具有由InGaN、InGaNAs和GaNAs材料的其 中之一制成的激活层的激光二极管。
具有根据本发明的光学共振器的下变换激光器设备发射光谱展宽
的可见辐射，其中所述光学共振器包括下变换材料，所述光谱展宽的 可见辐射的包络函数具有lnm到15nm范围内的半高全宽(FWHW )。
因此，例如有可能实现一种激光二极管激发的固态下变换激光 器，其中，所述固态激光器包括根据本发明的光学共振器，所述光学
共振器可以发射光谱展宽的激光束辐射，其包络函数具有lnm到15nm 范围内的半高全宽(FWHW)，由传统的激光二极管激发的固态激光器 设备所能够生成的激光不具有这样的半高全宽。
根据本发明的宽带激光器设备包括至少一个下变换波导激光器、 下变换光纤激光器和/或下变换固态激光器。此外，优选地，宽带激光 器包括具有增强多模操作的根据本发明的所述光学激光共振器设备的 多个下变换激光器。
上变换激光器在现有技术中是公知的。典型的上变换激光器产生 可见或紫外波长辐射，其包括半导体激光二极管，其产生典型地处 在红外波长范围内的给定波长的辐射；上变换材料，其把该给定波长 的辐射变换成较短波长的光，例如处在可见或紫外波长区域内的光； 以及光学共振器，其再循环所述可见或紫外波长辐射。
在本说明书中使用的术语"上变换材料，，可以表示具有例如晶体、 玻璃、光纤或光波导的形式的材料，其携带内耦合的IR光以及由稀土 离子发射的波长辐射(这是通过在发射之前对光子吸收能量传输的上 变换处理而实现的)。
为了提供具有减小的斑点的上变换激光器设备，使用增强多模操 作的根据本发明的光学共振器，其中该光学共振器包括上变换材料。 一般来说，任何适当的上变换材料都可以被使用。
例如具有晶体、光纤或光波导的形式的所述上变换材料可以包括 被称作ZBLAN的氟化物玻璃，其包括ZrF4、 BaF2、 LaF3、 A1F3和NaF 的成分，其中掺杂有来自Er、 Yb、 Pr、 Tm、 Ho、 Dy、 Eu、 Nd的组或其 组合当中的一种或多种稀土离子。此外，所述上变换材料可以包括掺 杂有如上的一种或多种稀土离子的LiLuF" LiYF4、BaY2F8、 SrF2、LaCl3、 KPb2Cl5、 LaBr3，或者掺杂有稀土的金属氟化物，比如Ba-Ln-F或 Ca-Ln-F,其中Ln是如上的一种或多种稀土离子。在K. Ohsawa、 T. Shibita 的 "Preparation and characterization of ZrF4-BaF2-LaF广NaF-AlF3 glass optical fibers" (Journal of Lightwave Technology LT-2 (5), 602 (1984))中更加详细地描述了 ZBLAN材料。
在本说明书中使用的术语"上变换层，，可以表示这样一种层结构，
其优选地包括掺杂有稀土的ZBLAN层，例如ZBLAN:Er3+，其携带内耦 合的IR光以及由稀土离子发射的可见光(这是通过在发射之前对光子 吸收能量传输的上变换处理而实现的)。
本发明在下面更加详细地描述了根据本发明的宽带激光器，特别 是宽带波导激光器，其在所投影的激光图像中对于发射颜色(例如红 色、绿色或蓝色)发射具有减小的斑点噪声的可见辐射，其中，所述 光学共振器是由处在可见辐射发射激光材料的两端的至少两个反射镜 形成的，其中该光学共振器增强多模操作，从而所述可见辐射发射激 光材料发射光谱展宽的可见辐射，其中所述光谱展宽的可见辐射的包 络函数具有处在lnm到15nm范围内的半高全宽(FWHW )。
可以根据本发明使用的宽带上变换或下变换激光器包括
a) 产生激发辐射的至少一个半导体二极管激光器或激光棒或堆；
b) 至少一个根据本发明的光学共振器，其再循环所述激发辐射并
且增强多模操作；
c) 通过在发射之前对光子吸收能量传输的上变换处理把所述激发
辐射转换成可见波长的至少一个上变换材料，其中，所述上变换材料 被设置在增强多模操作的所述多模光学共振器中；或者通过在发射之
个下变换^料，其中，所述下变换材料:设置在增:虽多模操作的所述 多模光学共振器中。
所述宽带上变换或下变换激光器可以被放置在基板上。所述基板 可以是玻璃材料和/或陶瓷和/或金属的(比如铜)，优选地，该基板 是具有高导热性的材料，以便允许对所述设备的高效冷却。所述二极 管激光器或二极管激光棒或堆以及所述上变换或下变换材料可以被放 置在相同的基板上或者单独的基板上。
此外，可能优选的是
-被称作变换材料的所述上变换或下变换材料被放置在其折射率 小于所述变换材料的折射率的两个波导层之间；
-所述变换材料与所述两个波导层的总厚度至少比所述半导体二 极管激光器中的发射层的厚度大1 H m;
-所述激光二极管或激光二极管棒以及所述变换材料被设置在相
同的基板上，或者每个被设置在单独的基板上；
-所述激光二极管或激光二极管棒以及夹在增强多模操作的光学 共振器之间的所述变换材料被相邻地设置，从而在所述相邻地设置的 二极管激光器或二极管激光棒与所述变换材料之间形成一个间隙；或 者
-所述激光二极管或激光二极管棒以及夹在增强多模操作的光学 共振器之间的所述变换材料被相接触地设置。
上面描述的措施可以提供一种具有减小的斑点的波导激光器，其 具有低垂直制造范围、较少的组件数量、提高的稳健性、提高的紧凑 度以及改进的可见光输出。
根据本发明的第一实施例，设置在基板上的IR二极管激光器或二 极管激光棒被夹在一个n电极与一个p电极之间。所述上变换层^皮设 置在被相邻地定位在所述IR 二极管激光器或激光棒前方的相同基板 上。所述可见激光器可以以腔内或腔外设置的形式实现。
根据本发明，激发激光源可以包括至少1个、优选地至少5个、 更为优选地至少10个、最为优选地至少20个二极管激光发射器。激 光二极管棒包括至少5个二极管激光发射器，并且优选地包括"个二
极管激光发射器。
根据本发明，可以优选地使用具有增强多模操作的光学共振器并 且发射光谱展宽的可见辐射的激光器，其中，所述激光器被单一激光 二极管激发或泵浦。
本发明的另一个实施例涉及多个激光器，其中的每一个或者大多 数所述激光器具有增强多模操作的光学共振器，并且以lnm到1Snm范 围内的半高全宽(FWHW)发射光谱展宽的可见辐射，其中所述激光器 可以优选地被至少一个二极管激光棒激发或泵浦。所述泵浦或激发源 包括优选地1到20个发射器。
本发明还涉及一种激光源或激光成像系统，其包括多于一个产生 激发辐射的半导体二极管激光棒的堆叠并且包括空间上重叠的具有独 立的激光辐射发射器的根据本发明的波导激光器，其中每个或大多数 发射器发射光谱展宽的可见辐射。
通过设计，允许根据本发明的波导激光器的元件具有略微不同的 光谱展宽的可见辐射(其具有lnm到15nm范围内的半高全宽(FWHW))，从而产生一个总体带宽，其中所述光谱展宽的可见发射辐射的总体的
包络函数具有5nm到15訓范围内的半高全宽(FW冊)。所得到的增大 的带宽减小了所显示的图像中的斑点。
因此，可能优选的是，根据本发明的激光源可以包括多于一个产 生激发辐射的半导体二极管激光棒的堆叠；并且包括把所述激发波长 辐射变换成光谱展宽的可见辐射的上变换材料或下变换材料，其中如 上所述，所述光谱展宽的可见辐射的包络函数具有5nm到15nm范围内 的半高全宽(FWHW)。
下面将参照附图描述本发明的示例性实施例
图1示出了位于一个基板上的波导激光器的示意侧视图2示出了位于两个基板上的波导激光器的示意侧视图3示出了具有位于一个基板上的三个发射器的激光二极管棒和
三个上变换层的波导激光器的示意侧视图4示出了具有位于两个基板上的三个发射器的激光二极管棒和
三个上变换层的波导激光器的示意侧视图5示出了位于一个基板上的波导激光器的示意侧视图，其中所
述上变换层被放置在两个波导层之间；
图6示出了位于两个基板上的波导激光器的示意侧视图，其中所
述上变换层被放置在两个波导层之间；
图7用高斯函数(实线)拟合各单独的重叠激光发射光谱的和(非
实线)。
具体实施例方式
应当注意到，根据本发明，可以使用具有一个激光二极管的仅仅 一个波导激光器，其根据本发明发射光谱展宽的可见辐射。因此，附 图是本发明的示例性实施例。
图l示出了波导激光器(l)的示意側视图，其包括利用焊接层(5) 焊接到基板(3)的激光二极管或激光二极管棒(2) 在相同的基板 (3)上放置了上变换层(4)，该上变换层(4)被设置在增强多模操 作的光学共振器(16a/16b)中，其中反射镜(16a)具有可见辐射反射涂层，并且反射镜(16b)涂覆有具有厚度梯度的可见辐射反射二色 涂层。该上变换层是ZBLAN:Er，并且被放置在具有较低折射率的两层 (例如包括具有不同理想配比成分的ZBLAN)之间。在这种情况下，该 上变换层(4)发射光谱展宽的可见辐射，其中所述光语展宽的可见辐 射的包络函数具有lnm到15mn范围内的半高全宽(FWHW )。
图2示出了波导激光器(6)的示意侧视图，其包括利用焊接层(5) 焊接到第一基板(3a)的激光二极管或激光二极管棒(2)。在单独的 第二基板(3b)上放置了 ZBLAN:Er的上变换层(4)，从而所述上变 换层被放置在具有较低折射率的两层(例如包括具有不同理想配比成 分的ZBLAN)之间。该上变换层(4)被设置在增强多模操作的光学共 振器(17a/17b)中，其中反射镜(17a)具有可见辐射反射涂层，并 且反射镜(17b )是Fabry Perot外耦合反射镜。该第二基板(3b )被 定位成邻近第一基板(3a)，并且在该激光二极管棒(2)与该上变换 层(4)之间的是间隙(7)，该间隙的填充材料的折射率处于该二极 管激光棒(2)的折射率与该上变换层(4)的折射率之间。在这种情 况下，该上变换层(4)发射光谱展宽的可见辐射，其中所述光谱展宽 的可见辐射的包络函数具有lnm到15nm范围内的半高全宽(FWHW )。
图3示出了波导激光器(11)的示意侧视图，其在本例中包括利 用焊接层(5)焊接到基板(10)的三个发射器(8)的激光二极管棒， 以及放置在相同基板(10)上的发射器输出面前方的三个上变换层 (9a; 9b， 9c )。所述上变换层(9a; 9b， 9c )分别被设置在增强多模 操作的光学共振器(18a/18b )中，其中反射镜(18a )是Bragg光栅， 并且反射镜(18b )是具有非平行线的不同结构的Bragg光栅。在这种 情况下，所述三个单独的上变换层(9a; 9b， 9c)分别发射不同可见 辐射的红色(9a)、绿色(9b)和蓝色辐射(9c)的光谱展宽的可见 辐射，其中所述光错展宽的可见辐射的包络函数具有lnm到1Snm范围 内的半高全宽(FWHW)。
图4示出了波导激光器(15)的示意侧视图，其包括利用焊接层 (5 )焊接到第一基板(12 )的三个发射器(8 )的激光二极管棒，以及 焊接到单独的笫二基板(IO的三个上变换层(Ha; l化，Hc)。焊 接到所述第二基板(14)的所述三个上变换层(13a; 13b， 13c)被放 置在第一基板(12)上的二极管激光棒的发射器输出面的前方。所述
上变换层(13a; 13b， 13c )被分别设置在增强多模操作的光学共振器 (18a/18b)中，其中反射镜(18a)是Bragg光栅，并且反射镜(18b) 是具有非平行线的不同结构的Bragg光栅。在这种情况下，所述三个 单独的上变换层(13a; 13b， 13c )分别发射不同可见辐射的红色(13a )、 绿色(13b)和蓝色光(13c)的光谱展宽的可见辐射，其中所述光镨 展宽的可见辐射的包络函数具有lnm到15nm范围内的半高全宽 (F丽)。
图5示出了波导激光器(1)的示意侧视图，其包括利用焊接层(5) 焊接到基板(3)的激光二极管棒(2)。在相同的基板(3)上放置了 上变换层(4b)。该上变换层是ZBLAN:Er，并且被放置在具有较低折 射率的两个波导层(4a， 4c)(例如包括具有不同理想配比成分的 ZBLAN)之间。该上变换层(4b)和所述两个波导层(4a， 4c )又可以 被放置在其折射率低于所述波导层的两层(例如包括具有不同于该上 变换层和所述波导层的理想配比成分的ZBLAN)之间。该上变换层(4b) 被设置在增强多模操作的光学共振器(19a/19b)中，其中反射镜(19a) 是Bragg光栅，并且反射镜(19b)是具有非平行线的Bragg光栅，其 折射率可以在〉25Hz的频率下被电光地改变。在这种情况下，该上变换 层(4b)发射光谱展宽的可见辐射，其中所述光谱展宽的可见辐射的 包络函数具有lnm到15nm范围内的半高全宽(FWHW )。
图6示出了波导激光器(6)的示意侧视图，其包括利用焊接层(5) 焊接到第一基板(3a)的激光二极管棒(2)。在单独的第二基板门b) 上放置了 ZBLAN:Er的上变换层(4b)，从而所述上变换层被放置在具 有较低折射率的两个波导层(4a， 4c)(例如包括具有不同理想配比 成分的ZBLAN)之间。该上变换层(4b)和所述两个波导层(4a， 4c ) 又可以被放置在其折射率低于所述波导层的两层(例如包括具有不同 于该上变换层和所述波导层的理想配比成分的ZBLAN)之间。该第二基 板(3b )被定位成邻近第一基板(3a )，并且在该激光二极管棒(2 ) 与该上变换层(4)之间的是间隙(7)，该间隙的填充材料的折射率 处于该二极管激光棒(2)的折射率与该上变换层(4)的折射率之间。 该上变换层(4b)和所述波导层被设置在增强多模操作的光学共振器 (20a/20b)中，其中反射镜(20a)是Fabry Perot反射镜，并且反 射镜(20b)是Fabry Perot外耦合反射镜，其中该Fabry Perot外
耦合反射镜的最大反射率在〉"Hz的频率下被压电地改变。在这种情况 下，该上变换层(4b)发射光谱展宽的可见辐射，其中所述光谱展宽 的可见辐射的包络函数具有lmn到15nm范围内的半高全宽(FWHW )。 图7示出了用高斯函数(实线)来拟合各单独的重叠激光发射光 谱(非实线)的和，这是关于针对该外耦合反射镜的四个不同位置的 输出激光波长在ZBLAN:Er光纤激光器中移动该外耦合反射镜而获得 的光谱展宽的可见辐射，其中所述光谱展宽的可见辐射的包络函数具 有大约5nm的半高全宽(FWHW)。
根据本发明的各单独的宽带激光器可以导电接触。例如，可以单 独控制每个二极管激光器，并且/或者各组二极管激光器导电接触，从 而 一组二极管激光器被共同操作。
用于发射光镨展宽的可见辐射以便减小斑点的具有根据本发明的 光学共振器的宽带激光器或激光器设备优选地是半导体激光器、上变 换激光器和/或下变换激光器。在本发明的一个优选实施例中，提供一 种包括多个激光器组的宽带激光器设备，其具有设置在增强多模操作 的光学共振器中的激光材料。该激光材料由于本发明的光学共振器而 发射光镨展宽的可见辐射，从而以减小的斑点发射多个红色、绿色和
蓝色辐射。所述宽带激光器或激光器设备可以被共同操作，从而分别 允许对具有不同颜色的所述激光器进行时序操作。可能优选的是对多
个相同颜色或不同颜色的斑点减小光束进行群集。
这样例如允许通过改变对应的激发激光器的电功率来适配不同可 见波长幅射(即不同颜色)的输出功率。
此外，根据本发明的宽带激光器设备还可以包括单独的激发激光 器(比如二极管激光器)，其被用来泵浦上变换材料或下变换材料。
包括被设置在根据本发明的增强多模操作的光学共振器中的激光
材料的宽带激光器设备还可以被适配成对于可见波长幅射具有> 2并 且< 1000的光束质量M2。
朝向上方值的宽带激光器设备的光束质量Nf是由这样的多模操作 导致的。此外，朝向上方值的宽带激光器设备的光束质量M2可以被增
向延伸。
本发明的另一个目的涉及包括至少一个所述激光共振器或宽带激
光灯的照明设备，其被设计成用在以下应用的其中之一 当中 -投影应用系统； -光学应用系统； -医疗照明应用系统； -汽车应用。
这些教导与在本申请以及合并在这里以作参考的专利/申请中的其他 教导的互换与替换也被明确构想。本领域技术人员将认识到，在不背 离本发明的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以想到本申 请中所描述的内容的改变、4l"改和其他实现方式。相应地，前面的描 述仅仅是举例，而不意图进行限制。本发明的范围在所附权利要求书 及其等效表述中限定。此外，在说明书和权利要求书中使用的附图标 记不限制本发明的范围。
权利要求
1、一种发射具有减小的斑点噪声的可见辐射的波导激光器的激光共振器，其中，所述光学共振器是由处在可见辐射发射激光材料的两端处的至少一个反射镜或两个反射镜形成的，其中该光学共振器增强多模操作，从而所述可见辐射发射激光材料发射光谱展宽的可见辐射，其中所述光谱展宽的可见辐射的包络函数具有处在1nm到15nm范围内的半高全宽(FWHW)。
2、 根据权利要求l的激光共振器，其中，该共振器包括至少一个 反射镜，该至少一个平面镜具有二色涂层，该二色涂层的反射率沿着 其面向所述激光材料的表面改变，优选地，所述二色涂层具有厚度梯 度。
3、 根据权利要求1或2的激光共振器，其中，该共振器包括至少一 个Bragg光栅，其反射率沿着其面对所述激光材料的表面改变。
4、 根据权利要求1到3中的任一条的激光共振器，其中，该共振器 包括Fabry-Perot腔，该Fabry-Perot腔展现出相对于其波长最大值偏 移的多个不同的可见辐射。
5、 根据权利要求1到4中的任一条的激光共振器，其中，在时间 上改变所述光学共振器的至少一个反射镜的至少位置、折射率和/或角 度，优选地，以>25Hz的频率在时间上改变至少一个反射镜的位置、 折射率和/或角度，其中对至少一个反射镜的所述改变优选地包括a) 倾斜二色反射镜；b) 倾斜Bragg光栅；c) 电光地改变Bragg光栅的折射率；d) 电光地改变Fabry-Perot反射镜的折射率；e) 改变Fabry-Perot反射镜的距离。
6、 根据权利要求1到5中的任一条的激光共振器，其中，所述可见辐射发射激光材料发射从包括以下各项的组中选择的原色WOnm 到470nm范围内的蓝色辐射，515nm到550nm范围内的绿色辐射，以 及610nm到680nm范围内的红色辐射。
7、 一种包括至少一个具有根据权利要求1到6中的任一条的激光 共振器的激光器的宽带激光器设备，优选地，该宽带激光器设备包括 多个具有根据权利要求1到6中的任一条的激光共振器的激光器。
8、 根据权利要求7的宽带激光器设备，其中，至少其中一个所述 激光器是波导激光器、上变换光纤激光器、上变换固态激光器、下变 换光纤激光器、下变换固态激光器或者半导体二极管激光器。
9、 根据权利要求7或8的宽带激光器设备，其中，所述波导激光 器的元件具有略微不同的光镨展宽的可见辐射，其中每一个所述波导 激光器的包络函数具有lnm到15nm范围内的半高全宽，从而所述波导 激光器产生总体带宽，其中所述光谱展宽的可见辐射的总体的包络函 数具有5nm到15nm范围内的半高全宽。
10、 一种包括根据权利要求1到7中的任一条的至少一个激光共 振器或者根据权利要求8或9的宽带激光灯的照明设备，其被设计成 用在以下应用的其中之一当中-投影应用系统； -光学应用系统； -医疗照明应用系统； -汽车应用。
全文摘要
本发明涉及一种发射具有减小的斑点噪声的可见辐射的激光共振器，其中，所述光学共振器是由处在可见辐射发射激光材料的两端的至少两个反射镜(16a，16b)形成的，其中该光学共振器增强多模操作，从而所述可见辐射发射激光材料发射光谱展宽的可见辐射，其中所述光谱展宽的可见辐射的包络函数具有处在1nm到15nm范围内的半高全宽(FWHW)。
文档编号H01S5/028GK101185210SQ200680019123
公开日2008年5月21日 申请日期2006年5月16日 优先权日2005年5月31日
发明者A·J·S·M·德瓦安, A·范登布兰特, G·休斯勒, H·莫恩克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司