一種用於雷射顯示的光纖光源裝置的製作方法

2023-05-08 07:53:01 1

專利名稱：一種用於雷射顯示的光纖光源裝置的製作方法
技術領域：
一種用於雷射顯示的光纖光源裝置本實用新型涉及一種用於雷射顯示的光纖光源裝置。近幾年，雷射顯示技術以其大色域、高飽和度、高亮度、色溫穩定、長壽命、高效環保的優勢越來越受到人們的關注。在應用層面，雷射顯示技術將成為未來高端的主流顯示技術，特別是在公共信息大屏幕、舞檯燈光特效、投影顯示、數碼影院、大屏幕指揮及個性化顯示等方面具有極大的發展空間和廣闊的市場前景。雷射顯示技術可在超大屏幕展現更加逼真和絢麗的動態圖像，達到其它顯示技術所不及的震撼效果。一般地，雷射顯示系統主要由三基色雷射光源、光路控制和顯示屏幕，三個部分組成。其中三基色雷射光源為整個系統的核心，決定了顯示系統的主要顯示參數和性能，也是長期制約雷射顯 示技術發展速度的主要因素。目前，三基色雷射光源通常採用三臺獨立的半導體泵浦的全固態雷射器，波長分別處於紅^00-700nm)、綠(500_550nm)、藍(440-490nm)三個波段，通過控制放置於每臺雷射器的輸出端的光閥門實現光路的閉合與開啟、以及增強與減弱。在光學層面上講，這三臺獨立的半導體雷射器之間沒有任何相互聯繫，相位和強度都是隨機波動，增大了顯示效果的不確定度。因此，本方案提出一種從一臺光源出發的三基色雷射光源，以一臺光源產生雷射顯示所需的紅、綠、藍三基色。該技術在提高光源系統穩定度、降低製造成本方面具有顯著優勢。本實用新型克服了上述技術的不足，提供了一種用於雷射顯示的光纖光源裝置，採用單色雷射脈衝通過非線性光纖或者多模光纖產生多色同步的雷射。其中，由中心輸出波長位於1020-1080nm的單色脈衝雷射產生的多色同步脈衝，其波長可直接位於或者通過頻率轉換器轉換到紅出00-700鹽)、綠(500-550nm)、藍(440_490nm)三個波段，作為雷射顯不的二基色。為實現上述目的，本實用新型採用了下列技術方案:一種用於雷射顯示的光纖光源裝置，包括有用於為裝置提供種子光的雷射振蕩器100，所述雷射振蕩器100連接有用於提高種子光能量的雷射放大器200，所述雷射放大器200連接有用於使種子光通過非線性效應產生信號光和閒頻光的非線性光纖300，所述非線性光纖300連接有用於分離閒頻光、種子光和信號光並將其能量分別轉換到紅、綠、藍三個波段的頻率分離轉換器400，所述紅、綠、藍光作為雷射顯示的三基色。所述的雷射振蕩器100為半導體脈衝雷射器或光纖脈衝雷射器。所述的雷射放大器200包括波分復用器201，所述波分復用器201的一輸入端與雷射振蕩器100連接，所述波分復用器201的另一輸入端連接有第一泵浦源206，所述波分復用器201的複合輸出端通過第一增益光纖202和光隔離器203連接有泵浦合束器204，所述泵浦合束器204的泵浦輸入端連接有第二泵浦源207，所述泵浦合束器204的輸出端連接有第二增益光纖205，所述第二增益光纖205的另一端作為雷射放大器200的輸出端。所述的非線性光纖300為光子晶體光纖或多模光纖，所述非線性光纖300的一端與雷射放大器200的輸出端連接。所述的頻率分離轉換器400包括第一分束鏡401，所述第一分束鏡401的輸入端與非線性光纖300的另一端連接，所述第一分束鏡401的光分離輸出端連接有第一路頻率轉換器403，所述第一分束鏡401的光增透輸出端連接有第二分束鏡402，所述第二分束鏡402的光分離輸出端連接有第三路頻率轉換器405，所述第二分束鏡402的光增透輸出端連接有第二路頻率轉換器404，所述第一路頻率轉換器403、第二路頻率轉換器404和第三路頻率轉換器405共同連接有顯示器。所述的第二泵浦源207至少為兩個，所述所有的第二泵浦源207分別與泵浦合束器204的泵浦輸入端連接。所述的第一路頻率轉換器403、第二路頻率轉換器404和第三路頻率轉換器405均為非線性晶體。本實用新型的有益效果是:1、本實用新型採用單色雷射脈衝通過非線性光纖或者多模光纖產生多色同步的雷射，光源的穩定性高；2、本實用新型通過對單色雷射產生的多色同步雷射進行分離並其頻率進行頻率轉換，將信號光、泵浦光、閒頻光轉換到紅、綠、藍三個波段作為雷射顯示的三基色，代替傳統的三臺獨立半導體泵浦源全固態雷射器發射三基色雷射，本裝置具有實用性高、成本低等特點。

圖1為本實用新型的雷射顯示光纖光源裝置結構示意圖；圖2為本實用新型實施例一結構示意圖。
以下結合附圖與本實用新型的實施方式作進一步詳細的描述:如圖1所示，一種用於雷射顯示的光纖光源裝置，包括有用於為裝置提供種子光的雷射振蕩器100，所述雷射振蕩器100連接有用於提高種子光能量的雷射放大器200，所述雷射放大器200連接有用於使種子光通過非線性效應產生信號光和閒頻光的非線性光纖300，所述非線性光纖300連接有用於分離閒頻光、種子光和信號光並將其能量分別轉換到紅、綠、藍三個波段的頻率分離轉換器400，所述紅、綠、藍光作為雷射顯示的三基色。如圖2所示，所述的雷射振蕩器100為半導體脈衝雷射器或光纖脈衝雷射器。其中，雷射脈衝重複頻率為千赫茲到百兆赫茲，為整個雷射顯示的光纖光源裝置提供種子光脈衝。所述的雷射放大器200包括波分復用器201，所述波分復用器201的一輸入端與雷射振蕩器100連接，所述波分復用器201的另一輸入端連接有第一泵浦源206，所述波分復用器201的複合輸出端通過第一增益光纖202和光隔離器203連接有泵浦合束器204，所述泵浦合束器204的泵浦輸入端連接有第二泵浦源207，所述泵浦合束器204的輸出端連接有第二增益光纖205，所述第二增益光纖205的另一端作為雷射放大器200的輸出端。所述的第二泵浦源207至少為兩個，所述所有的第二泵浦源207分別與泵浦合束器204的泵浦輸入端連接。雷射放大器為半導體泵浦的光纖放大器，光纖放大器的工作波長對應於注入種子光脈衝的波長，該雷射放大器的作用在於將雷射振蕩器的種子雷射的能量提高，為後續的參量頻率的產生和非線性頻率的變換提供足夠能量的泵浦脈衝。所述的非線性光纖300為光子晶體光纖或多模光纖，所述非線性光纖300的一端與雷射放大器200的輸出端連接。 在非線性光纖中，注入的泵浦脈衝通過非線性效應，如四波混頻、自相位調製或受激拉曼散原理，產生兩個參量頻率邊帶，其中頻率高於泵浦光的邊帶稱為信號光，頻率低於泵浦光的邊帶稱為閒頻光。其中，泵浦脈衝波長為1020-1080nm，信號光波長位於880-980nm,閒頻光波長位於 1200_1400nm。其中，實現四波混頻過程如下，在高能量種子光中的光子ωρ強度被放大到某一閾值後，ωρ在非線性光纖300中產生光纖介質三階非線性極化，2Χ ωρ—，其中光子ωΡ、ω 分別屬於高能量種子光(泵浦光)、信號光、閒頻光。所述的頻率分離轉換器400將閒頻光、泵浦光以及信號光進行分離，並分別將閒頻光、泵浦光、信號光的能量分別轉換到紅、綠、藍個波段，作為雷射顯示的三基色。所述的頻率分離轉換器400包括第一分束鏡401，所述第一分束鏡401的輸入端與非線性光纖300的另一端連接，所述第一分束鏡401的光分離輸出端連接有第一路頻率轉換器403，所述第一分束鏡401的光增透輸出端連接有第二分束鏡402，所述第二分束鏡402的光分離輸出端連接有第三路頻率轉換器405，所述第二分束鏡402的光增透輸出端連接有第二路頻率轉換器404，所述第一路頻率轉換器403、第二路頻率轉換器404和第三路頻率轉換器405共同連接有顯示器。所述的第一路頻率轉換器403、第二路頻率轉換器404和第三路頻率轉換器405均為非線性晶體。實施例一:通過上述提出的一種用於雷射顯示的光纖光源裝置，該裝置可以產生波長為1200-1400nm的閒頻光，波長為1020_1080nm的泵浦脈衝，波長為880_980nm信號光。閒頻光、泵浦脈衝、信號光分別經過頻率轉換器倍頻後即可獲得波長分別位於紅^00-700nm)、綠(500-550nm)、藍(440_490nm)的三基色光源。雷射振蕩器100發射單色雷射脈衝，根據雷射脈衝工作方式，可採用半導體雷射二極體、光纖雷射器或微片雷射器等器件，其中心波長1064nm，脈衝重複頻率1MHz，脈衝寬度為納秒到皮秒量級，光譜寬度0.5nm，平均功率10mW，為整個裝置提供種子光，稱為泵浦脈衝。雷射放大器200可為單級光纖放大器或多級光纖放大器。本實施例採用兩級放大器，所述的兩級雷射放大器200能將注入的1064nm種子脈衝的平均功率提升至20W。所述的雷射振蕩器100輸出的種子脈衝和第一泵浦激源206通過波分復用器201共同注入第一增益光纖202中，平均功率可從IOmW提升至200mW，實現種子光的預放大。預放大後的雷射脈衝通過高功率光隔離器203後，再與多個第二泵浦源207經過合束器204共同注入第二增益光纖205中。所述的多個第二泵浦源207的平均功率分別為25W，中心波長為977nm。所述的非線性光纖300可為光子晶體光纖或者多模光纖，作用是將放大後的波長為1064nm、功率為20W的種子光脈衝的光子ωρ進行頻率變換，根據四波混頻原理2Χωρ— ，其中，(O)(Op)COi, cos、(^和ω i分別為信號光、泵浦光、閒頻光。以1064nm為泵浦光ωρ，通過選擇具體光纖參數可以將(^和ω丨分別調節於880_980nm和1200-1400nm內，如ωρ=1064ηπι, ω s=930nm, ω屍1243_，泵浦光、信號光和閒頻光根據不同的波長傳輸於不同的光纖模式中。通過非線性光纖300輸出的閒頻光Q1、泵浦光ωρ、信號光cos，經過第一分束鏡401和第二分束鏡402，實現不同頻率的光路分離。第一分束鏡401雙面鍍1200-1400nm高反膜和800-1 IOOnm增透膜，用於將ω嚴1243.!的雷射從光路中分離出來。第二分束鏡402雙面鍍1020-1 IOOnm高反膜和800_980nm增透膜，用於將ωρ=1064ηπι的雷射從光路中分離出來。 頻率轉換器為相應閒頻光O1、泵浦光ωρ、信號光GJs頻率的倍頻晶體，倍頻晶體可為BBO或KTP等。閒頻光Co1、泵浦光(^和信號光(^經過第一路頻率轉換器403、第三路頻率轉換器405以及第二路頻率轉換器404倍頻後即可獲得波長分別位於紅色^22nm)、綠色(532nm)、藍色(465nm)的三基色光源。
權利要求1.一種用於雷射顯示的光纖光源裝置，其特徵在於:包括有用於為裝置提供種子光的雷射振蕩器(100)，所述雷射振蕩器(100)連接有用於提高種子光能量的雷射放大器(200 )，所述雷射放大器(200 )連接有用於使種子光通過非線性效應產生信號光和閒頻光的非線性光纖(300)，所述非線性光纖(300)連接有用於分離閒頻光、種子光和信號光並將其能量分別轉換到紅、綠、藍三個波段的頻率分離轉換器(400)，所述紅、綠、藍光作為雷射顯不的二基色。
2.根據權利要求1所述的一種用於雷射顯示的光纖光源裝置，其特徵在於所述的雷射振蕩器(100)為半導體脈衝雷射器或光纖脈衝雷射器。
3.根據權利要求1或2所述的一種用於雷射顯示的光纖光源裝置，其特徵在於所述的雷射放大器(200)包括波分復用器(201),所述波分復用器(201)的一輸入端與雷射振蕩器(100)連接，所述波分復用器(201)的另一輸入端連接有第一泵浦源(206)，所述波分復用器(201)的複合輸出端通過第一增益光纖(202)和光隔離器(203)連接有泵浦合束器(204)，所述泵浦合束器(204)的泵浦輸入端連接有第二泵浦源(207)，所述泵浦合束器(204)的輸出端連接有第二增益光纖(205)，所述第二增益光纖(205)的另一端作為雷射放大器(200)的輸出端。
4.根據權利要求1或2所述的一種用於雷射顯示的光纖光源裝置，其特徵在於所述的非線性光纖(300)為光子晶體光纖或多模光纖，所述非線性光纖(300)的一端與雷射放大器(200)的輸出端連接。
5.根據權利要求1或2所述的一種用於雷射顯示的光纖光源裝置，其特徵在於所述的頻率分離轉換器(400)包括第一分束鏡(401)，所述第一分束鏡(401)的輸入端與非線性光纖(300)的另一端連接，所述第一分束鏡(401)的光分離輸出端連接有第一路頻率轉換器(403)，所述第一分束鏡(401)的光增透輸出端連接有第二分束鏡(402)，所述第二分束鏡(402)的光分離輸出端連接有第三路頻率轉換器(405)，所述第二分束鏡(402)的光增透輸出端連接有第二路頻率轉換器(404)，所述第一路頻率轉換器(403)、第二路頻率轉換器(404)和第三路頻率轉換器(405)共同連接有顯示器。
6.根據權利要求3所述的一種用於雷射顯示的光纖光源裝置，其特徵在於所述的第二泵浦源(207)至少為兩個，所述所有的第二泵浦源(207)分別與泵浦合束器(204)的泵浦輸入端連接。
7.根據權利要求5所述的一種用於雷射顯示的光纖光源裝置，其特徵在於所述的第一路頻率轉換器(403)、第二路頻率轉換器(404)和第三路頻率轉換器(405)均為非線性晶體。
專利摘要本實用新型公開了一種用於雷射顯示的光纖光源裝置，其特徵在於包括有用於為裝置提供種子光的雷射振蕩器100，所述雷射振蕩器100連接有用於提高種子光能量的雷射放大器200，所述雷射放大器200連接有用於使種子光通過非線性效應產生信號光和閒頻光的非線性光纖300，所述非線性光纖300連接有用於分離閒頻光、種子光和信號光並將其能量分別轉換到紅、綠、藍三個波段的頻率分離轉換器400，所述紅、綠、藍光作為雷射顯示的三基色。本實用新型裝置採用單色雷射脈衝通過非線性光纖或者多模光纖產生多色同步的雷射，再通過頻率分離轉換器對同步雷射進行分離並轉換為紅、綠、藍三波段光。
文檔編號H01S3/13GK203071391SQ20132009590
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月1日 優先權日2013年3月1日
發明者郝強, 曾和平, 梁崇智 申請人:廣東漢唐量子光電科技有限公司