专利名称：一种用于激光显示的光纤光源装置的制作方法
技术领域：
一种用于激光显示的光纤光源装置本实用新型涉及一种用于激光显示的光纤光源装置。近几年，激光显示技术以其大色域、高饱和度、高亮度、色温稳定、长寿命、高效环保的优势越来越受到人们的关注。在应用层面，激光显示技术将成为未来高端的主流显示技术，特别是在公共信息大屏幕、舞台灯光特效、投影显示、数码影院、大屏幕指挥及个性化显示等方面具有极大的发展空间和广阔的市场前景。激光显示技术可在超大屏幕展现更加逼真和绚丽的动态图像，达到其它显示技术所不及的震撼效果。一般地，激光显示系统主要由三基色激光光源、光路控制和显示屏幕，三个部分组成。其中三基色激光光源为整个系统的核心，决定了显示系统的主要显示参数和性能，也是长期制约激光显 示技术发展速度的主要因素。目前，三基色激光光源通常采用三台独立的半导体泵浦的全固态激光器，波长分别处于红^00-700nm)、绿(500_550nm)、蓝(440-490nm)三个波段，通过控制放置于每台激光器的输出端的光阀门实现光路的闭合与开启、以及增强与减弱。在光学层面上讲，这三台独立的半导体激光器之间没有任何相互联系，相位和强度都是随机波动，增大了显示效果的不确定度。因此，本方案提出一种从一台光源出发的三基色激光光源，以一台光源产生激光显示所需的红、绿、蓝三基色。该技术在提高光源系统稳定度、降低制造成本方面具有显著优势。本实用新型克服了上述技术的不足，提供了一种用于激光显示的光纤光源装置，采用单色激光脉冲通过非线性光纤或者多模光纤产生多色同步的激光。其中，由中心输出波长位于1020-1080nm的单色脉冲激光产生的多色同步脉冲，其波长可直接位于或者通过频率转换器转换到红出00-700鹽)、绿(500-550nm)、蓝(440_490nm)三个波段，作为激光显不的二基色。为实现上述目的，本实用新型采用了下列技术方案:一种用于激光显示的光纤光源装置，包括有用于为装置提供种子光的激光振荡器100，所述激光振荡器100连接有用于提高种子光能量的激光放大器200，所述激光放大器200连接有用于使种子光通过非线性效应产生信号光和闲频光的非线性光纤300，所述非线性光纤300连接有用于分离闲频光、种子光和信号光并将其能量分别转换到红、绿、蓝三个波段的频率分离转换器400，所述红、绿、蓝光作为激光显示的三基色。所述的激光振荡器100为半导体脉冲激光器或光纤脉冲激光器。所述的激光放大器200包括波分复用器201，所述波分复用器201的一输入端与激光振荡器100连接，所述波分复用器201的另一输入端连接有第一泵浦源206，所述波分复用器201的复合输出端通过第一增益光纤202和光隔离器203连接有泵浦合束器204，所述泵浦合束器204的泵浦输入端连接有第二泵浦源207，所述泵浦合束器204的输出端连接有第二增益光纤205，所述第二增益光纤205的另一端作为激光放大器200的输出端。所述的非线性光纤300为光子晶体光纤或多模光纤，所述非线性光纤300的一端与激光放大器200的输出端连接。所述的频率分离转换器400包括第一分束镜401，所述第一分束镜401的输入端与非线性光纤300的另一端连接，所述第一分束镜401的光分离输出端连接有第一路频率转换器403，所述第一分束镜401的光增透输出端连接有第二分束镜402，所述第二分束镜402的光分离输出端连接有第三路频率转换器405，所述第二分束镜402的光增透输出端连接有第二路频率转换器404，所述第一路频率转换器403、第二路频率转换器404和第三路频率转换器405共同连接有显示器。所述的第二泵浦源207至少为两个，所述所有的第二泵浦源207分别与泵浦合束器204的泵浦输入端连接。所述的第一路频率转换器403、第二路频率转换器404和第三路频率转换器405均为非线性晶体。本实用新型的有益效果是:1、本实用新型采用单色激光脉冲通过非线性光纤或者多模光纤产生多色同步的激光，光源的稳定性高；2、本实用新型通过对单色激光产生的多色同步激光进行分离并其频率进行频率转换，将信号光、泵浦光、闲频光转换到红、绿、蓝三个波段作为激光显示的三基色，代替传统的三台独立半导体泵浦源全固态激光器发射三基色激光，本装置具有实用性高、成本低等特点。
图1为本实用新型的激光显示光纤光源装置结构示意图；图2为本实用新型实施例一结构示意图。
以下结合附图与本实用新型的实施方式作进一步详细的描述:如图1所示，一种用于激光显示的光纤光源装置，包括有用于为装置提供种子光的激光振荡器100，所述激光振荡器100连接有用于提高种子光能量的激光放大器200，所述激光放大器200连接有用于使种子光通过非线性效应产生信号光和闲频光的非线性光纤300，所述非线性光纤300连接有用于分离闲频光、种子光和信号光并将其能量分别转换到红、绿、蓝三个波段的频率分离转换器400，所述红、绿、蓝光作为激光显示的三基色。如图2所示，所述的激光振荡器100为半导体脉冲激光器或光纤脉冲激光器。其中，激光脉冲重复频率为千赫兹到百兆赫兹，为整个激光显示的光纤光源装置提供种子光脉冲。所述的激光放大器200包括波分复用器201，所述波分复用器201的一输入端与激光振荡器100连接，所述波分复用器201的另一输入端连接有第一泵浦源206，所述波分复用器201的复合输出端通过第一增益光纤202和光隔离器203连接有泵浦合束器204，所述泵浦合束器204的泵浦输入端连接有第二泵浦源207，所述泵浦合束器204的输出端连接有第二增益光纤205，所述第二增益光纤205的另一端作为激光放大器200的输出端。所述的第二泵浦源207至少为两个，所述所有的第二泵浦源207分别与泵浦合束器204的泵浦输入端连接。激光放大器为半导体泵浦的光纤放大器，光纤放大器的工作波长对应于注入种子光脉冲的波长，该激光放大器的作用在于将激光振荡器的种子激光的能量提高，为后续的参量频率的产生和非线性频率的变换提供足够能量的泵浦脉冲。所述的非线性光纤300为光子晶体光纤或多模光纤，所述非线性光纤300的一端与激光放大器200的输出端连接。 在非线性光纤中，注入的泵浦脉冲通过非线性效应，如四波混频、自相位调制或受激拉曼散原理，产生两个参量频率边带，其中频率高于泵浦光的边带称为信号光，频率低于泵浦光的边带称为闲频光。其中，泵浦脉冲波长为1020-1080nm，信号光波长位于880-980nm,闲频光波长位于 1200_1400nm。其中，实现四波混频过程如下，在高能量种子光中的光子ωρ强度被放大到某一阈值后，ωρ在非线性光纤300中产生光纤介质三阶非线性极化，2Χ ωρ—，其中光子ωΡ、ω 分别属于高能量种子光(泵浦光)、信号光、闲频光。所述的频率分离转换器400将闲频光、泵浦光以及信号光进行分离，并分别将闲频光、泵浦光、信号光的能量分别转换到红、绿、蓝个波段，作为激光显示的三基色。所述的频率分离转换器400包括第一分束镜401，所述第一分束镜401的输入端与非线性光纤300的另一端连接，所述第一分束镜401的光分离输出端连接有第一路频率转换器403，所述第一分束镜401的光增透输出端连接有第二分束镜402，所述第二分束镜402的光分离输出端连接有第三路频率转换器405，所述第二分束镜402的光增透输出端连接有第二路频率转换器404，所述第一路频率转换器403、第二路频率转换器404和第三路频率转换器405共同连接有显示器。所述的第一路频率转换器403、第二路频率转换器404和第三路频率转换器405均为非线性晶体。实施例一:通过上述提出的一种用于激光显示的光纤光源装置，该装置可以产生波长为1200-1400nm的闲频光，波长为1020_1080nm的泵浦脉冲，波长为880_980nm信号光。闲频光、泵浦脉冲、信号光分别经过频率转换器倍频后即可获得波长分别位于红^00-700nm)、绿(500-550nm)、蓝(440_490nm)的三基色光源。激光振荡器100发射单色激光脉冲，根据激光脉冲工作方式，可采用半导体激光二极管、光纤激光器或微片激光器等器件，其中心波长1064nm，脉冲重复频率1MHz，脉冲宽度为纳秒到皮秒量级，光谱宽度0.5nm，平均功率10mW，为整个装置提供种子光，称为泵浦脉冲。激光放大器200可为单级光纤放大器或多级光纤放大器。本实施例采用两级放大器，所述的两级激光放大器200能将注入的1064nm种子脉冲的平均功率提升至20W。所述的激光振荡器100输出的种子脉冲和第一泵浦激源206通过波分复用器201共同注入第一增益光纤202中，平均功率可从IOmW提升至200mW，实现种子光的预放大。预放大后的激光脉冲通过高功率光隔离器203后，再与多个第二泵浦源207经过合束器204共同注入第二增益光纤205中。所述的多个第二泵浦源207的平均功率分别为25W，中心波长为977nm。所述的非线性光纤300可为光子晶体光纤或者多模光纤，作用是将放大后的波长为1064nm、功率为20W的种子光脉冲的光子ωρ进行频率变换，根据四波混频原理2Χωρ— ，其中，(O)(Op)COi, cos、(^和ω i分别为信号光、泵浦光、闲频光。以1064nm为泵浦光ωρ，通过选择具体光纤参数可以将(^和ω丨分别调节于880_980nm和1200-1400nm内，如ωρ=1064ηπι, ω s=930nm, ω尸1243_，泵浦光、信号光和闲频光根据不同的波长传输于不同的光纤模式中。通过非线性光纤300输出的闲频光Q1、泵浦光ωρ、信号光cos，经过第一分束镜401和第二分束镜402，实现不同频率的光路分离。第一分束镜401双面镀1200-1400nm高反膜和800-1 IOOnm增透膜，用于将ω严1243.!的激光从光路中分离出来。第二分束镜402双面镀1020-1 IOOnm高反膜和800_980nm增透膜，用于将ωρ=1064ηπι的激光从光路中分离出来。 频率转换器为相应闲频光O1、泵浦光ωρ、信号光GJs频率的倍频晶体，倍频晶体可为BBO或KTP等。闲频光Co1、泵浦光(^和信号光(^经过第一路频率转换器403、第三路频率转换器405以及第二路频率转换器404倍频后即可获得波长分别位于红色^22nm)、绿色(532nm)、蓝色(465nm)的三基色光源。
权利要求1.一种用于激光显示的光纤光源装置，其特征在于:包括有用于为装置提供种子光的激光振荡器(100)，所述激光振荡器(100)连接有用于提高种子光能量的激光放大器(200 )，所述激光放大器(200 )连接有用于使种子光通过非线性效应产生信号光和闲频光的非线性光纤(300)，所述非线性光纤(300)连接有用于分离闲频光、种子光和信号光并将其能量分别转换到红、绿、蓝三个波段的频率分离转换器(400)，所述红、绿、蓝光作为激光显不的二基色。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光显示的光纤光源装置，其特征在于所述的激光振荡器(100)为半导体脉冲激光器或光纤脉冲激光器。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于激光显示的光纤光源装置，其特征在于所述的激光放大器(200)包括波分复用器(201),所述波分复用器(201)的一输入端与激光振荡器(100)连接，所述波分复用器(201)的另一输入端连接有第一泵浦源(206)，所述波分复用器(201)的复合输出端通过第一增益光纤(202)和光隔离器(203)连接有泵浦合束器(204)，所述泵浦合束器(204)的泵浦输入端连接有第二泵浦源(207)，所述泵浦合束器(204)的输出端连接有第二增益光纤(205)，所述第二增益光纤(205)的另一端作为激光放大器(200)的输出端。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于激光显示的光纤光源装置，其特征在于所述的非线性光纤(300)为光子晶体光纤或多模光纤，所述非线性光纤(300)的一端与激光放大器(200)的输出端连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于激光显示的光纤光源装置，其特征在于所述的频率分离转换器(400)包括第一分束镜(401)，所述第一分束镜(401)的输入端与非线性光纤(300)的另一端连接，所述第一分束镜(401)的光分离输出端连接有第一路频率转换器(403)，所述第一分束镜(401)的光增透输出端连接有第二分束镜(402)，所述第二分束镜(402)的光分离输出端连接有第三路频率转换器(405)，所述第二分束镜(402)的光增透输出端连接有第二路频率转换器(404)，所述第一路频率转换器(403)、第二路频率转换器(404)和第三路频率转换器(405)共同连接有显示器。
6.根据权利要求3所述的一种用于激光显示的光纤光源装置，其特征在于所述的第二泵浦源(207)至少为两个，所述所有的第二泵浦源(207)分别与泵浦合束器(204)的泵浦输入端连接。
7.根据权利要求5所述的一种用于激光显示的光纤光源装置，其特征在于所述的第一路频率转换器(403)、第二路频率转换器(404)和第三路频率转换器(405)均为非线性晶体。
专利摘要本实用新型公开了一种用于激光显示的光纤光源装置，其特征在于包括有用于为装置提供种子光的激光振荡器100，所述激光振荡器100连接有用于提高种子光能量的激光放大器200，所述激光放大器200连接有用于使种子光通过非线性效应产生信号光和闲频光的非线性光纤300，所述非线性光纤300连接有用于分离闲频光、种子光和信号光并将其能量分别转换到红、绿、蓝三个波段的频率分离转换器400，所述红、绿、蓝光作为激光显示的三基色。本实用新型装置采用单色激光脉冲通过非线性光纤或者多模光纤产生多色同步的激光，再通过频率分离转换器对同步激光进行分离并转换为红、绿、蓝三波段光。
文档编号H01S3/13GK203071391SQ20132009590
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月1日 优先权日2013年3月1日
发明者郝强, 曾和平, 梁崇智 申请人:广东汉唐量子光电科技有限公司