专利名称：产生至少三个不同波长的特别用于显示彩色图像的光束的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法，这种方法至少产生三个波长不同的光束，特别用于显示彩色图像。其中一个光束波长最长，一个光束波长最短。在本方法中使用一个OPO和另外的如产生高次谐波的非线性光元件或者频率和混频器和/或频率差混频器，从OPO和/或者主光束的一个信号射线和/或空闲(Idler)射线中得到上述三个光束，从上述主光束中导出激发OPO的射线。
另外本发明涉及一种设备，这种设备至少产生三个波长不同的光束，特别用于显示彩色图像。其中一个光束波长最长，一个光束波长最短。该设备具有一个激光器、一个OPO以及一个非线性光元件。上述激光器产生一个主光束。借助于主光束的部分光束激发上述OPO后，OPO产生一个信号射线和/或者空闲射线。在上述非线性光元件中导出另一个光束、空闲射线和/或者信号射线，并且从中可以波长最长和最短的光束可以输出耦合。
在下面当使用“部分光束”概念时，因此不仅指一个借助于电子束分裂器分离光束，而且还是这样的一个光束，该光束在非线性晶体中作为被激发射线的不被转换的部分产生和析出。
例如在DE195 04 047C1和WO96/08116中公开了所说方式的设备。尽管这种现有技术唯一涉及产生在一个彩色视频系统中使用的红、绿和蓝射线，但这种技术也可应用在印刷技术中，其中根据人对彩色敏感度的不同能够不定的选择波长，在这种方式的应用中，激光器的色彩选择基本上和曝光胶片的灵敏度或者将被印刷的表面相联系。另外这种技术不被三种色彩限制，即不被三个波长不同的光束限制，那么如今高质量的彩色图像例如艺术印刷一般多于三种颜色在多色彩或者六色印刷中制造。
如果在另一个领域如印刷工业中能够使用该技术，那么这里基本上将考虑激光视频技术如在DE43 06 797C1中公开的技术。其中一般仅使用颜色为红、绿和蓝的三个激光束。在这种方式的应用中，波长最短的光束是蓝色的，波长最长的光束是红色的。
在目前的激光技术状态中，有下面的困难使用最佳性能价格比的效率足够高的激光器，在这种情况下产生必需的波长最短的蓝色光束。
在DE195 04 047C1和WO96/08116中，为了减小用于激光视频投影的费用，建议借助于非线性激光器从一个唯一的红外激光器中得到所有波长不同的用于色彩红、绿和蓝的光束。这时首先使用一个下面称作OPO的光参数振荡器，如在DE42 19 169A1中公开的OPO。在这样一个OPO中，一个激发光束被导入一个非线性晶体中。光的非线性导致除了激发射线外，按晶体的取向和/或者温度和/或者激发射线的波长，可以得到两个另外的频率不同的射线，信号射线和空闲射线。
根据开始时提到的现有技术，于是信号射线和空闲射线通过频率累加或者构成高次谐波，通过另外非线性的光元件，混合到具有适合于激光投影的波长的三个光束中。特别是为了有效的产生蓝色和红色光束，这时附加使用绿色激光射线的一个部分光束，蓝色和红色光束不但被称作具有最短波长而且还具有最长波长的光束。
对于OPO的特定技术，混频和产生高次谐波特别参阅所提到的现有技术和其中提到的印刷物。
为了实现这种技术，首先WO96/08116是有用的，其中说明了使用OPO产生三个不同波长的光束的不同的可能性。这个印刷物另外包括一个用于OPO晶体材料选择表、OPO晶体、信号射线或者空闲射线的可能波长，或者被考虑的物理参数、必需的温度控制精度、工作温度以及晶体的切割方向和相类似的数据，这些数据允许专业人员使用必需的控制设备和灯丝构造相应的OPO。
然而在仔细阅读这个表时，显示了用于彩色显示的实际激光系统必需考虑一个折衷的方案。或者必需一个高的温度控制精度，部分的必需在比室温高的温度下操作晶体，或者显示了光束的波长在远红外线范围或者紫外线范围内的可能性。在远红外线范围或者紫外线范围内，在大量给出的晶体中，仅期望一个小的透明度，这意味着晶体部分的吸收激光能量，这附加的使相位匹配和因此用于必要的控制精度的温度稳定变得困难，以及导致可用于视频投影的光束强度降低，即降低了效率。该吸收可以如讨论中所说明的意外损害该晶体。
如果晶体在一个相对于室温被提高的工作温度下使用，必须在接通后，首先加热，所以在较长的时间后，首先对于一个视频系统的按规定操作可能有一个足够高的稳定性。这个启动时间可以通过较高的加热功率和较好的控制来缩小，然而这将必需提高电费用。
因此本发明的任务是建立用于现有技术中方法的设备的一个替代方案，这包括借助于OPO和另外非线性光元件产生若干个波长不同的光束的系统的优点，然而它允许进一步降低轴线解决方案的费用，并且为了高能量利用的彩色图像显示，对于光束可能有一个高的效率。
从这种类型的方法出发，通过下面方法解决该任务从主光束出发，至少分离激发OPO的第一部分光束，根据和主光束的另一个部分光束的倍频和/或者混频，在排除另一个作为波长最短和最长的光束部分为了图像显示产生的光束的部分的情况下，从OPO的信号射线和/或者空闲射线中得到不仅波长最长的光束而且波长最短的光束。
在具有三个用于视频投影的光束的例子中的传输意味着在本发明中，与现有技术中产生红和蓝光束的解决方案相反，没有采用和一个绿色光束的频率混频。代替这种情况，为和信号射线和/或者空闲射线混合使用的光束具有统一频率，如红外线光束，使用该光束激发OPO。根据这些情况可以象稍候根据例子和计算所指出的如下选择在产生用于彩色显示的光束的最小的频率它出现在近红外区的范围内特别在波长小于2000nm的情况下。
在本发明中，基本上通过波长最大和最小的光束确定用于混合的部分射线的这个频率，也就是各个极端情况，因此和信号射线和空闲射线或者和一个从这些信号中通过倍频得到的光束频率混合能够选择在本发明中使用的光束，该光束用于产生用于彩色显示的光束，选择的光束基本上位于可见的范围内，该范围可能向下接近近红外区范围。对于选择非线性光学晶体的材料，这具有基本的优点，因为仅必需一个窄的被限制的频谱范围，在这个范围内，这种晶体一般是透明的。这意味着对于一个轴向的解决方案，在较大范围内选择适合的具有微小吸收损失的晶体。因此可能特别由于吸收和相位失配减小了晶体升温，这另外导致小的调节费用。
令人惊奇的指出了在根据本发明的解决方案的实际实施例中，基本上减小了不是必需的UV分量。除了对于波长最短的光束因此可能较高的效率，也就是在激光视频系统中，对于蓝色光束，这具有下面的优点延长了在一个执行这个方法的设备的范围内光学元件的工作寿命，因为通过UV辐射减小了这个光学元件受损的可能性。根据这些原因，降低了这种图像生成系统的维护需要。
从中还得出另外的优点绿色射线，也就是除了波长最短和最长的光束用于彩色显示的另一个光束，根本不用于产生波长最长和最短的光束。因此在根据现有技术的实施例中，对于彩色显示的激光束的功率得出一个基本上较高的稳定度，其中为了频率混合使用绿色光束。最后绿色光束的不稳定性直接作用到蓝色和红色光束，因此在根据本发明的解决方案中，这里一个基本上较高的调节费用原则上是必需的。因此基本上降低了费用。
在本发明优选的另外设计中，除了用于彩色图像显示的波长最短和最长的光束中任一个外，另外通过倍频从主光束中或者主光束的一部分中至少得到另一个光束。
这具有优点根据这种措施，使用一个唯一的激光器尽可能多地产生用于彩色图像显示的至少三个光束。这个优点特别在三个光束中象在所谓的激光视频投影系统中是显然的，因为根据这个另外设计，使用最小的费用得到所有三个光束。
特别的是，在具有主色红、绿和蓝的这种方式的视频投影系统中，通过倍频产生绿色光束。因此的波长位于500nm的数量级上的绿色光束，在频率加倍中确定对于主光束的波长大约为1000nm在三倍频中大约为1500nm。这意味着当倍频不是太高和因此相应高的效率时，在每种情况下确定波长小于2000nm，因此根据这个另外设计，对于执行该方法的设备确定一个窄的频谱范围，窄的频谱范围将带来在因此可能选择具有小的透明频谱范围的晶体中上面已经提到的优点。
在另外的优选的另外设计中，用于倍频的主光束通过一个非线性光学晶体，从这个光学晶体取得一个具有激发OPO的主光束频率的光束以及具有加倍频率的作为另一个产生图像的光束的光束。
这种另外设计涉及一个特别有效的设计，用于得到例中提到的所谓的绿色光束。首先对于主光束的这个另外设计被限制在绿色光束的一般频率上，也就是大约1000nm的主光束的波长，这特别导致频谱范围的一个特别有效的压缩，其中OPO将工作。第二点，激发OPO的主光束同样从用于频率加倍的晶体，因此可以放弃将主光束分为不同部分光束的附加的分镜。以优选的方式同样减小了费用。因此另外为了产生至少三个光束使用主光束的光功率的一个最大分量，因此给出彩色图像显示的高效率。
在本发明的一个优选的另外设计中，在不需要和空闲射线混合的情况下，一般从OPO的信号光束和主光束的一个部分光束或者这个主光束的高次谐波中产生波长最长和最短的光束。
在一个OPO中，信号射线和空闲射线的频率和根据光子能量守恒和被激发射线的频率相等。因此在具有一个位于远红外区内的空闲射线的方法中，信号射线此外位于近红外区内，如果不是位于可见范围内。因此对于产生波长最短和最长的光束，为了接下来的频率混合，仅必需一个小的频谱范围，为了选择非线性光学晶体和因此有条件具有以上已经讨论的优点，这时特别有效的。
在一个位于远红外区内的空闲射线中，这种另外设计也是特别优选的，因为为了生成彩色这不是必须使用的。
对于根据设计的设备，通过下面方法解决这个任务不仅另外的光束而且为激发OPO提供的光束时主光束的部分光束，并且不仅波长最短的光束而且波长最长的那一个光束可以从具有非线性光学元件的设备中产生，在不需要借助于除了用于图像显示的波长最长和最短的光束外的其他的光束的情况下，唯一的从另外的光束、信号射线、空闲射线和/或它们的高次谐波产生。
在这个设备中，借助于一个包括一个非线性光学元件的设备执行本方法，象它在现有技术中类似公开的。在那说明的对于这种设备的结构根据它的简单同样意味着借助于本发明，为了产生至少三个用于彩色图像显示的光束，一个轴向的设备是可能的。
在下面的设备的另外设计中，关于本发明同样实现本发明的另外设计上面提到的优点，其中-提供一个非线性光学晶体，主光束的另外一个部分光束或者主光束自身射入这个晶体，并且，通过这个晶体的非线性光学特性产生的光束从这个光学晶体导入一个波长选择滤波器，使用这个滤波器，可以滤除除了波长最长和最短的光束之外用于彩色图像显示的另一个光束；-另外借助于这个滤波器或者另一个滤波器，可以从非线性光学元件中取得另一个光束，这个光束作为激发OPO的部分光束和/或者作为产生波长最短或者最长光束的部分光束，被导入包括非线性光学元件的设备；-和/或者OPO具有一个晶体，使用这个晶体，可以产生一个红外空闲射线，并且除了OPO的信号射线，主光束的一个部分光束被导入具有非线性光学元件的设备。
在本发明的另一个优选的另外设计中，激光器发射波长在1020至1080nm之间的光。根据激光器的这个确定的波长，对于在设备中使用的非线性光学晶体可能有一个特别窄的频谱范围，这引用了上述的优点，这优点关于材料选择以及特别关于晶体的透明度和因此被缩小的调节费用。另外还指出使用一个这个波长的激光器，能够以适当的方法特别小的费用产生用于一个视频投影系统的所有三个颜色，这个系统用于显示所有通过不同视频标准可能的颜色。
本发明的下面的另外设计首先研究对于在设备中使用的具有非线性光学元件设备花费小的设计。
在这种方式的第一个优选的设计中，在包括非线性光学元件的设备的范围内，提供第一个和混频器，首先OPO信号射线的部分光束以及主光束的一个部分光束被导入这个和混频器，此后，从这个和混频器中取得波长最长的光束。
因此使用小的费用、较高的效率和简单的方法通过一个非线性光学晶体产生波长最长的光束。
在本发明的另外的优选的实施例中，在具有非线性光学元件的设备中提供第二个和混频器，波长最长的光束的一个部分光束以及另一个从信号射线和/或空闲射线或者它们的高次谐波中得到的部分光束被导入这个和混频器，并且在这个混频器的输出一侧，可以取得波长最短的光束。
这里关于波长最短的光束，在颜色蓝的例子中，仅唯一的和混频器基本上是必需的。但是这里得出两个可能性或者信号光束的一个部分光束被导入第二个和混频器或者它的高次谐波被导入第二个和混频器。在第一个可能性中，根据较小数目的光学元件，费用是较低的。
在第二个可能性中，更确切的说为了产生高次谐波使用另外的非线性晶体，尽管这样，如果通过这种结构提高效率，那么因此减小费用。
下面的两个另外设计中以优选的方法使用最后的可能性，其中频率被加倍的空闲射线和频率被加倍的信号射线被用于取得波长最短的光束。
在本发明的第一个实施例中，使用一个倍频器，至少空闲射线的一个部分射线被射入这个倍频器，并且通过倍频器频率加倍得到的光束被导入第二个和混频器。这时波长最长的光束或者它的一部分输入和混频器。
在本发明的第二个与此相关的优选的另外设计中，提供对信号射线频率加倍的倍频器和第二个和混频器，通过倍频器频率加倍得到的信号射线以及主光束的一个部分光束被导入第二个和混频器，并且从这第二个和混频器中取得波长最短的光束。
象在本发明的已经提到的另外设计中表明的，另外对主光束、信号射线或者波长最长的光束例如视频系统中的红色再次划分为部分光束，使用这种方法对这进行处理。这种方式的射线分配例如可以借助于部分允许通过的镜子来进行，或者通过下面的方法一个从非线性光学元件输出的确定的部分光束在经过低于适合角度的频谱分解后输出耦合。对于后一个例子，关于这点，被称作从OPO出现的具有主光束频率的部分光束，为了在具有非线性光学元件的设备中混合，可以作为主光束的部分光束使用了上述部分光束。特别当它们从光学非线性晶体中一起离开时，各个光束可以分别被适合的二色镜分开。
不依赖于如光束的分配，假设正确计算分量因数，在较小的费用下可以提高设备的效率。关于这点，在本发明优选的另外设计中，提供了在分为部分光束时，在混合彩色图像显示的三个光束显示时，对于显示白色的最大功率的各个分量因数。然后最佳设计彩色显示的激光器功率。
在这个另外设计中，根据专业人员都熟悉的极值确定分量因数。因此对于设备的任一个结构，在选择非线性光学元件后，在混合至少三个光束时，列出一个用于显示白色的最大功率的一个方程，其中包括分量因数作为参数。在根据这个参数和置零推导这个方程后，在已经公开的方法中得出一个方程组，为了确定极值，对于最佳的参数解这个方程组。
除了这种方式的分析优选方法，对于这种优选的分量因数，今后惯用的使用计算机的优化程序是优选的。如此得到的用于分配光束的分量因数通过这种设备的参数计算导致光束对于在图像显示中工作的特别高的可使用的效率。
下面将根据附图示例性的详细说明根据本发明的方法和根据本发明的设备。图中
图1一个彩色显示的设备示意图；图2详细说明本发明的一个实施例的示意图；图3至图5产生用于一个激光视频系统的波长最短和最长的光束的不同的实施例；图6用于可以在一个视频投影系统中使用的设备的主光束的有效部分的一个例子。
如果像已经提到的本发明可以应用在印刷技术中，那么下面主要说明用于视频设备的例子，其中仅使用三个光束。一般选择具有红、绿和蓝的光束。这时蓝色光束是波长最短的光束，红色光束是波长最长的光束。包括绿色光束，存在着为了彩色图像显示的三个光束的一个其他的、另外的光束。这个另外的光束根据现有技术一般用于产生红和蓝的的光束。在本发明中这不是必需和现有技术有区别，象下面所表明的。
根据图1将首先说明一个视频设备的原理。为了显示单色的部分图像，使用三个激光器10、20、30，一般通过激光器波长，在CIE图表中的频谱曲线图中对应着红色、绿色和蓝色。这些由激光器10、20、30发出的激光束使用调制器12、22、32使用各个色彩强度幅度调制，它们适合于分别在屏幕上说明这些色彩的将被照亮的像素。接下来这三个激光束在一个镜子或者棱镜系统40归并到一个唯一的共轴的平行光束45，使用一个偏转设备42将光束45投影到一个屏幕44。
在这种视频系统中，如果人们不另选十分贵的激光器，特别是使用足够高的效率产生蓝色激光束会造成困难。可以使用在下面图2至图5说明的设备代替激光源10和30，以便于产生的激光束具有足够高的强度。另外如果另外一个绿色光束如根据图6实施例示例性说明的从被使用的激光束导出，那么还可能借助于相同设备代替激光器20。
图2图示说明了根据图3至6工作的设备的原理。从一个在图6中标出的激光器46首先取出一个主光束50，该光束例如通过半透光镜子在点51上分解成两个部分光束52和54。部分光束52然后输出到一个光参数振荡器，该振荡器下面称作“OPO”56。一个OPO包括一个非线性光晶体作为基本元件。根据非线性和当晶体的相应的取向，得到一个信号光束58和一个空闲光束60。由于光子能量守恒，这时得出如下关系信号射线的频率ωS和空闲射线ωI相加得出激发光束52的频率。
部分光束54、信号射线58和空闲射线60根据图2输出到一个具有另外非线性元件的设备62，然后从中得到波长最短的光束64和波长最长的光束66即红或者蓝。
在OPO56的晶体中，此外光束52的一部分射线不被转换到另一频率。这意味着从OPO56可以得到频率为ω的另一个部分光束。这同样可以作为光束54使用，其中提高了红和蓝光束64或者66中频率为ω的主光束50的转换效率。
图3至5详细说明怎样才能构造具有非线性元件的设备62。这个设备可以具有频率和混频器、频率差混频器和产生高次谐波的设备，这才是重要的。对于这些光元件，人们得到下面的用于输出光束64和66频率一般方程式ωR=NR·ω+MR·ωS+KR·ωIωB=NB·ω+MB·ωS+KB·ωI系数NR、NB、MR、MB、KR、KB是整数。在唯一使用和混频器时，这总是正的。如果相反在设备62中预先提供了差混频器，那么系数一般是负的。
对于ωR和ωB，上面说明的方程式指出在根据图2的布置中通过相应的选择系数NR、NB、MR、MB、KR、KB可以近似任意确定频率ω。一般由于上面已经提到的、从能量守恒得到的关系ωI=ω-ωS另外限制了选择自由。
通过将这个方程式带入上面的方程组，得到四个独立的系数ωR=(NR+KR)·ω+(MR-KR)·ωSωR=(NB+KB)·ω+(MB-KB)·ωS如果ωS大约是1/2ω，那么可实现这样一个系统的最高功率，在这种前提条件下，得出另外的关系式，对于估算系数，可以使用这种关系ωR≈(NR+MR/2+KR/2)·ωωR≈(NB+MB/2+KB/2)·ω所使用的非线性晶体不仅在ω时而且在ωR和ωB时将尽可能透明，在这种要求下，人们选择ω，得到一个小于2000nm的波长，因此仅尽可能的存在着近红外区中的频率。对于大约400nm的蓝色射线的波长和大约600nm的红色射线的波长，因此为了有效选择晶体，将选择要求|(NR+MR/2+KR/2)|≤2|(NB+MB/2+KB/2)|≤4这些如此得到的对系数的限制具有不同寻常的优点。也就是说系数的大小和设备62中非线性光元件的数目存在着直接关系。根据所给出的要求，可以期望总是可以使用较少或者较多的非线性光元件实现设备62，这首先通过图3至5的实施例来说明。
这种估算因此指出在图2的实施例中，在使用唯一出现在一个窄频谱范围内的频率的条件下，在近红外线直到蓝范围内，仅最小的数目的非线性晶体并且因此微小数量的电子束分配器和镜子是足够的。对于根据图2的设备，仅必需微小的花费。
另外由于考虑在2000nm和400nm之间范围的限制，可能使用非线性光元件，例如在WO96/08116中公开的，这种非线性光元件甚至可以在室温下使用微小的控制费用来工作。此外，能够设计图2中的实施例具有特别高的效率，因为在预定的窄的频谱范围内这种方式的晶体具有足够高的透明度。
图3至图5指出详细说明设备62的一些实施例。
在所有这些例子中，为了产生红色光束64预先提供了一个唯一的和混频器70。这时通过频率累加从部分光束54和信号光束58或者其中(图3、4和5)的一个部分光束产生红色光束。
因此仅必需一个唯一的光学晶体，以便因此得出一个相应较小的费用。对于这些例子选择系数NR=1和MR=1。
在图3的实施例中和混频器(SFM)70射出的光束72被分为红色光束64和另一个红色部分光束74，该光束再次输出到另一个和混频器76，和混频器74用于产生蓝色光束66。
对于必要的混合，这时频率为空闲光束60频率两倍的一个光束78输出到和混频器，空闲光束通过一个倍频器80(SHG第二谐波发生器)得到。在这个实施例中，还使用了关系NB=1、MB=1和KB=2。
特别在这个例子中通过下面方法节省了光学元件系数NB=1和MB=1通过部分光束74的分支，从在和混频器70中得到的光束72中实现。对于在根据图1的视频投影设备中这个分离的尽可能高的系数，优化将光束72分为光束74和64的分配系数以及将主光束50分为光束52和54的分配系数。这里指出了如果如下设计分配，实现彩色图像显示的一个尽可能高的白光亮度，那么实现最有效的优化。最有效的分配因数或者试验确定或者借助于上面说明的计算来确定。
按照频率ω，在图3的实施例中空闲频率可以位于一个频谱范围内，其中OPO56的晶体的透明度或者倍频器80的晶体的透明度是不充足的。一个太高的吸收那么将会降低效率或者对于OPO56或者倍频器80的晶体选择不必限制。
下面说明两个例子其中不必担心这种方式，因为不使用产生64和66的空闲射线60，这意味着在设备62中限制系数KR=KB=O。首先这种限制对于选择非线性光学晶体具有优选的影响，不仅在OPO56中，而且在设备62中。
在图4的实施例中，直接从和混频器70中得到红色光束，主光束50的另外光束82、信号射线58的一个倍频了的部分光束和光束84通过第二个和混频器86得到蓝色光束。对于蓝色，这时从信号射线58中分出一个部分光束并且因此通过一个倍频器88产生光束84。图4还说明了NB=1并且MB=2例子。
这时部分光束82这时可以通过对主光束50、部分光束54或者类似于对部分光束54的说明从和混频器70或者另外从OPO56中得到。此外，从和混频器70输出到倍频器88的部分光束也就是未被转换部分可以在滤波后得到，这首先提高了效率，因为通过和混频器70中的晶体在构造和频率时未被转换的光子被用于提高光束66的光强度。
在图5中，因此说明了另外的例子，即为了构成光束64和66使用了信号射线58而不是空闲射线60的一部分。与图4的例子相比，区别在于设备62不仅包括两个非线性元件，即和混频器70和第二个和混频器86。与图4的区别是这里输出到第二个和混频器86的是信号射线58的一部分和和混频器70产生的光束的一部分。这里象图4中的例子，NB=1,MB=2。在这个例子中可以放弃使用另外的元件，如倍频器80，因为从和混频器70中得到部分光束74作为部分光束并且部分光束74已经包括和频率ω+ωS。
为了将光束72分为光束74和64，参考以上在图3中的实施例。特别在根据图1的一个视频投影系统中，由于对高白光辐射功率的需要，确定光分配。
在图6中，另外示例性说明，可以怎样在激发OPO的主光束50的同时产生一个绿色光束90。这时，激光器46产生的激光射线92通过一个非线性光学晶体94。根据晶体的光学非线性，不仅产生频率为2ω的谐波而且产生频率为ω的基波。通过一个滤波器96，例如一个二色性的镜子，能够导出一个具有加倍频率的光束90和作为用于激发OPO56的主光束50的基波，为了产生信号射线和空闲射线58和60，另外使用上述OPO56。
根据频率选择光束90，以便于能够产生绿色光束。在510到540nm之间的绿色波长中，对于被激发的激光器，得到1020到1080的波长，因此根据这个频率范围，激光器例如可以是波型耦合的Nd:YLF激光器。
这个激光器46将尽可能短的被触发，数量级上低于10ps，因此每脉冲得到一个极可能高的功率密度，并且根据晶体94中非线性混合达到一个尽可能高的效率。
图5和图6实施例的组合特别好的适合于驱动根据图1的视频设备的一个设备，因为这时不仅仅必需最小数目的产生三个光束的晶体，而且仅可以使用最小数目的用于射线辐射的光学元件。
对于根据图3至图6的实施例，附上图表Ⅰ，在这个表中，对于相应的晶体列出不同的可使用的材料。表Ⅰ的第一列这时分别列出所使用的非线性光学元件，这时对于一些元件给出参考符号和数字，相应的光学晶体涉及上述符号和数字。第二列列出各个波长变换。那里给出的所有变换关系到实现用于视频投影的红色和蓝色光束，这时使用一个波长为1064.3nm的Nd:YVO4固态激光器作为激光器46。下一列列出红色或者蓝色光束的波长。接着在另外一列列出可能的非线性光学晶体。非线性光学晶体这时使用下面的在目前技术中常常使用的缩写来表示。
下一个栏表示对于理想波长晶体的物理参数，其中在“角度”下，记录了对于晶体轴线或者晶体轴线为了传播被激发激光的角度。使用“平面”表示二轴的光学双轴非线性晶体主平面，并且使用罗马数字Ⅰ和Ⅱ表示如一般的相位匹配类型，“0”这是表示正式的波而“e”表示例外的波。
使用“Temp.”表示℃温度，其中存在着相位匹配。如果这时在表中记录了符号“RT”，那么因此指的是在室温下可以实现例如的非线性温度转换。
缩写“Fom”表示“质量因数”。这些大小是非线性相互作用强度的程度。它的定义如下deff2/(n1n2n3)其中deff是晶体的有效非线性因数，n1、n2、n3是参与波的折射率。
在接下来的栏中列出的角度是离散角。因此被称作入射的新产生的波或者波的能流的角度。
下面的三栏例如对于关于波长、角度和温度各个非线性过程的接收宽度。晶体长度L的各个方面的依赖性通过产品构成来消除。
该表结合附图明确指出了实现本发明的多种可能性。这时产生的激光射线可以用于对于白光亮度使用足够的功率彩色显示视频图像。这时激光源的全部功率小于30W，上述激光源在这种替换中对于显示彩色视频图像必需输出可接受的激光功率，也就是在一范围内，该范围设计构造一个不需要极端的冷却费用和控制费用。
基波和信号波都位于波长小于2000nm的近红外区内，为了产生红、绿和蓝，使用基波和信号波的辐射，可能使用通用的(标准-)元件，因为这些在长波长的空闲射线的范围内不是必需透明的。特别所使用的近红外的波长在这里说明的方法和设备中允许在较大范围内选择非线性光学晶体，因为这对于产生红、绿和蓝，同样仅在近红外区内必须是透明的。除了在频率转换中的能量守恒外，为了有效产生新波还必须选择脉冲守恒(相位匹配)。对于本方法和设备，可能象在表Ⅰ中示出的，选择适合的晶体，这些晶体具有适合的物理特性。
特别本方法和设备允许使用非线性光学晶体硼酸系列，例如β-硼酸钡(BBO)和三硼酸锂(LBO)。因为这个晶体是足够透明的，所以使用这种晶体，在产生蓝色光束时不会有问题，因为实际上它不吸收这个波长的光。此外硼酸晶体还具有十分好的机械、光学和非线性光学特性。产生蓝色光束因此在大于一瓦特的平均输出功率的范围内能够无问题的实现。
使用一个不仅对于OPO而且对于和混频器70的KTA晶体和使用一个用于根据图5的实施例的和混频器86的LBO晶体，在29W的激光输入功率和波长1064.3nm的情况下，达到产生白色的最大功率9W。特别对于蓝色光束的功率可以最大到4W。这种较高的功率可以目前不能使用二极管激光器来实现。
一个产生三个光束的系统如上面单独说明的仅包括少的功能确定的元件，这些元件此外在使用这里说明的频率转换处理时决定了具有少的元件的简单结构，这仅具有小的位置和空间需要和小的电输入功率。功能确定的元件这里是红外线系统46、OPO56和设备62特别具有元件70、76、80、86和88。
表Ⅰ
续表权利要求
1.至少产生三个特别用于彩色图像显示的波长不同的光束(64、66、90)的方法，其中一个光束(66)的波长最长，一个光束(64)的波长最短，在本方法中，使用一个OPO(56)和另外非线性光元件如产生高次谐波的设备和/或者频率和混频器和/或者频率差混频器，从OPO(56)和/或者主光束(50)的一个信号射线和/或者空闲射线(58、60)中得到上述三个光束，从主光束(50)中导出一个激发OPO(56)的射线(52)，其特征在于，从主光束(50)中至少分离出激发OPO(56)的一个部分光束(52)，根据主光束(50)的另一个部分光束的倍频和/或者混频，不仅从OPO(56)的信号射线和/或空闲射线中得到波长最长的光束(64)而且得到波长最短的光束(66)，其中，在排除产生用于图像显示的波长最短和最长的光束(90)的另一个光束的分量的情况下，实现混频。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，除了用于彩色图像显示的波长最短和最长的光束(64、66)中的任一个外，通过倍频从主光束或者主光束的一部分中至少得到另一个光束(90)。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，为了倍频，主光束(50)通过一个非线性光学晶体(94)，从该晶体中，得到具有激发OPO的主光束(50)频率的一个光束，以及用于彩色图像显示的频率加倍的光束(90)。
4.根据权利要求1至3中任一个的方法，其特征在于，在不需要与空闲射线(60)混合的情况下，一般从OPO(56)的信号射线(58)和主光束(50)的一个部分光束(54)或者主光束的高次谐波中产生波长最长和最短的光束(64、66)。
5.至少产生三个特别用于彩色图像显示的波长不同的光束(64、66、90)的设备，其中一个光束(64)的波长最长，一个光束(66)的波长最短，该设备具有产生一个主光束(50)的激光器(46)，具有一个借助于主光束(50)的一个部分光束(52)在激发后可以得到一个信号射线和/或空闲射线(58、60)的OPO(56)，还具有一个具有非线性光学元件的设备(62)，另一个光束(54)、空闲射线和/或信号射线(58、60)被导入设备(62)中，并且从这个设备(62)波长最长的光束(64)和波长最短的光束(66)可以进行输出耦合，其特征在于，不仅另外的光束(54)而且为激发OPO(56)而提供的光束(52)是主光束(50)的部分光束，并且不仅波长最短的光束(66)而且那个具有最长波长的光束(64)可以在具有非线性光学元件的设备(62)中唯一的从另外的光束(54)、信号射线(58)、空闲射线(60)和/或者它们的高次谐波中产生，不需要借助于作为波长最长和最短的用于图像显示的光束(90)的另一光束(90)。
6.根据权利要求5的设备，其特征在于，提供一个非线性光学晶体(94)，主光束的另外的部分光束(92)或者主光束自身射入上述光学晶体(94)中，通过这个晶体(94)的非线性光学比例产生的光束被导入一个波长选择滤波器(96)，使用这个滤波器，除了滤除波长最短和最长的光束(64、66)外，还滤出了彩色图像显示的另一个光束(90)。
7.根据权利要求6的设备，其特征在于，通过滤波器(96)或者另一个滤波器，从非线性光学晶体中得到另一个光束(50)，除了激发OPO的部分光束(52)和/或者产生波长最短或者最长的光束的部分光束(54)外，该光束(50)被导入到具有非线性光学元件的设备(62)中。
8.根据权利要求5至7中任一个的设备，其特征在于，OPO(56)具有一个晶体，使用该晶体，可以产生一个红外区的空闲射线(60)，除了OPO的信号射线(58)，主光束(50)的部分光束(54)被导入具有非线性光学元件的设备(62)中。
9.根据权利要求5至8中任一个的设备，其特征在于，激光器(46)发射波长在1020到1080nm之间的光。
10.根据权利要去5至9中任一个的设备，其特征在于，在具有非线性光学元件的设备(62)中，提供第一个和混频器(70),OPO(56)的信号射线(58)的一个部分光束以及主光束(50)的一个部分光束(54)被导入上述和混频器(70)中，并且从这个和混频器(70)中，得到波长最长的光束(64)。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于，在具有非线性光学元件的设备(62)中，提供第二个和混频设备(76；86)，波长最长的光束(64)的一个部分光束(74)以及另一个从信号光射线(58)和/或它的空闲射线或者它的高次谐波中得到的部分光束被导入上述第二个和混频器(76；86)，并且从这个混频器的输出一侧，可以得到波长最短的光束。
12.根据权利要求10或者11的设备，其特征在于，信号射线(58)的一个部分光束被导入第二个和混频器(86)。
13.根据权利要求10或者11的设备，其特征在于，一个倍频器(80)，至少空闲射线(60)的一个部分光束射入上述倍频器，并且通过倍频器(80)倍频得到的光束(76)被导入第二个和混频器(76)中。
14.根据权利要求10的设备，其特征在于，提供用于倍频信号射线(58)的一个倍频器(88)和第二个和混频器(86)，将通过倍频器(88)倍频得到的信号射线(58)以及主光束(50)的一个部分光束(82)导入上述第二个和混频器(86)，并且从这第二个和混频器(86)中得到波长最短的光束。
15.根据权利要求5至14中任一个设备，其特征在于，在部分光束(52、54、74、64)的分配中，在混合至少三个彩色图像显示的光束(64、66、90)时，用于显示白色的光束有一个最大功率，以确定各个分配系数。
全文摘要
在产生至少三个波长不同的用于彩色图像显示的光束(64、66、90)的一个方法和设备中，其中一个光束(66)波长最长，一个光束(64)波长(64)最短，它们使用一个OPO(56)和另一个非线性光学元件从OPO(56)的一个信号射线和/或者空闲射线(58、60)和/或者一个主光束(50)中得到，从上述主光束中得到激发OPO(56)的射线(52)，这种方法和设备提供了从主光束(50)至少分离出激发OPO(56)的一个部分光束(52)；根据主光束(50)的另一个部分光束倍频和/或混频，在排除产生图像显示的波长最短和最短的光束的分量的情况下，从OPO(56)的信号射线和/或空闲射线(58、60)中得到不仅波长最长的光束(64)而且波长最短的光束(66)。
文档编号H04N9/31GK1228169SQ98800753
公开日1999年9月8日 申请日期1998年3月24日 优先权日1997年4月1日
发明者A·内贝尔 申请人:Ldt激光展示技术公司