專利名稱：一種激光顯示光源和激光顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光顯示領(lǐng)域，尤其涉及一種激光顯示光源和激光顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
激光顯示技術(shù)具有大色域、低能耗等特點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代主流顯示技術(shù)。為了推 廣激光顯示技術(shù)，結(jié)構(gòu)緊湊的激光光源的研發(fā)尤為重要。 激光顯示用的激光光源需要提供三基色光輸出，目前，三基色中的紅光由半導(dǎo)體 激光器輸出光組束而成，綠光和藍(lán)光是由紅外半導(dǎo)體激光泵浦固體激光晶體再經(jīng)非線性光 學(xué)晶體倍頻得到。這樣結(jié)構(gòu)的激光光源模塊本身由分離的三基色模組組成，體積大，耗能 高，不便于顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)，限制激光顯示技術(shù)在許多領(lǐng)域的應(yīng)用。 為解決上述問題，人們應(yīng)用不同的原理和方法使得一個(gè)激光模組能夠輸出雙色或 多色光。例如，2008年7月30日公開的公開號(hào)為CN101232149、名稱為"基于間歇振蕩雙波 長(zhǎng)激光和級(jí)聯(lián)超晶格激光器的設(shè)置方法"的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公布說明書中公開了一種輸 出三色光的裝置。該裝置中的三基色產(chǎn)生于三個(gè)分離的諧振單元，結(jié)構(gòu)仍然不夠緊湊。
2003年12月30日公開的美國(guó)專禾lj號(hào)US6， 671， 305B2、名稱為"Solid statelaser (固態(tài)激光器)"的專利文件中公開了一種固態(tài)激光器，該激光器利用倍頻、和 頻和光學(xué)參量過程的混合產(chǎn)生三基色光輸出。但該激光器中光頻率變化步驟多，激光器內(nèi) 部結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種激光顯示光源和激光顯示系統(tǒng)，可以有效 節(jié)約激光光源模塊體積，降低能耗。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種激光顯示光源，包括用于輸出泵浦光的泵浦
源，以及位于諧振腔內(nèi)的激光晶體和和周期性極化晶體組合，所述周期性極化晶體組合包
括至少一個(gè)周期性極化晶體，所述激光晶體用于接收所述泵浦源輸出的泵浦光并輸出激
光，所述周期性極化晶體組合用于接收所述激光晶體輸出的激光作為基頻光，并輸出多階
倍頻光，所述周期性極化晶體的周期性極化占空比和晶體長(zhǎng)度是根據(jù)所述多階倍頻光的光
強(qiáng)確定的，所述周期性極化晶體的極化周期是根據(jù)所述多階倍頻光的波長(zhǎng)確定的。 優(yōu)選地，所述多階倍頻光包括一階倍頻光、二階倍頻光和三階倍頻光中的任意組合。 優(yōu)選地，所述多個(gè)周期性極化晶體在光傳播方向上彼此無間隔的固定在一起。這 樣可以進(jìn)一步地減小光源模塊的體積。 優(yōu)選地，在所述激光顯示光源的諧振腔的激光輸出端外設(shè)置用于濾掉不需要的倍 頻光的濾波器。這樣可以濾掉不需要的倍頻光。 優(yōu)選地，所述周期性極化晶體為周期性極化鈮酸鋰晶體或周期性極化磷酸氧鈦 鉀。
優(yōu)選地，所述泵浦光源采用輸出光波長(zhǎng)為808納米的激光二極管。
優(yōu)選地，所述激光晶體為Nb: YV04、 Nb: YAG或Nb: GaV04晶體。
優(yōu)選地，所述諧振腔為直形腔、L形腔、Z形腔或環(huán)形腔。
優(yōu)選地，所述周期性極化晶體的形態(tài)為塊狀結(jié)構(gòu)或波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。 另外，本發(fā)明還提供一種激光顯示系統(tǒng)，包括上述激光顯示光源，光學(xué)引擎和成像 單元。 優(yōu)選地，所述激光顯示光源中的泵浦光源采用輸出光波長(zhǎng)為808納米的激光二極 管，所述激光晶體為Nb: YV04、 Nb: YAG或Nb: GaV04晶體。 本實(shí)施例提供的激光顯示光源中只需要利用單一的周期性極化晶體器件即可實(shí) 現(xiàn)輸出多階倍頻光，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，整個(gè)光源模塊的結(jié)構(gòu)緊湊，能夠有效地節(jié)約光源模塊 的體積，降低能耗，使得激光顯示光源更利于產(chǎn)業(yè)化。同時(shí)應(yīng)用該光源模塊的激光顯示系統(tǒng) 的體積和能耗也相應(yīng)減小。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明 的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù) 這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種激光顯示光源的示意圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例一提供的采用L形諧振腔的一種激光顯示光源的示意圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種激光顯示光源的示意圖；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例三提供的一種激光顯示光源的示意圖；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例五提供的一種激光顯示系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是 本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
實(shí)施例一 圖l示出了本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種激光顯示光源的示意圖，如圖l所示，該激 光顯示光源包括一泵浦源1和由腔鏡4和5共同限定的諧振腔7，在諧振腔7內(nèi)設(shè)置激光晶 體和包括至少一個(gè)周期性極化晶體的周期性極化晶體組合3。 其中，泵浦源1產(chǎn)生的泵浦光輸入到激光晶體4中作為激勵(lì)，激光晶體4在泵浦光 的激勵(lì)下輸出激光。在圖1中特別的以泵浦源1產(chǎn)生的泵浦光從腔鏡4入射到激光晶體2 中為例，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該能夠理解，對(duì)激光晶體4進(jìn)行泵浦可以采用中小功率端面泵
浦或大功率側(cè)面泵浦，例如圖1中特別地以端面泵浦為例進(jìn)行說明。泵浦源1可以采用激光 二極管(LD)，也可以采用其他類型的泵浦源。本實(shí)施例中優(yōu)選的采用輸出光波長(zhǎng)為808納 米的激光二極管。為了能夠提高泵浦源1輸出的泵浦光能夠充分的入射到激光晶體2中，優(yōu)選地，在泵浦源1與激光晶體2之間還設(shè)置聚焦組件6，用于將泵浦光進(jìn)行聚焦后再輸入 到激光晶體2中。聚焦組件6可以是常見的透鏡組合。 激光晶體2輸出的激光輸入到由至少一個(gè)周期性極化晶體的周期性極化晶體組 合3中，所有周期性極化晶體均串聯(lián)排列在光傳播方向上。在周期性極化晶體組合3中，激 光晶體2的輸出激光作為基頻光，激光在周期性極化晶體中受到非線性效應(yīng)作用，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn) 相位匹配，產(chǎn)生多階倍頻光。具體地，在激光晶體2的輸出激光沿著光傳播方向依次穿過周 期性極化晶體組合3中的每個(gè)周期性極化晶體時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生與該周期性極化晶體相應(yīng)的多 階倍頻光，并且經(jīng)過每個(gè)周期性極化晶體的產(chǎn)生的各階倍頻光的波長(zhǎng)與該周期性極化晶體 的極化周期A有關(guān)(或者可以表述為當(dāng)基頻光波長(zhǎng)已知時(shí)，周期性極化晶體的極化周期 A決定了各階倍頻光的波長(zhǎng))，經(jīng)過每個(gè)周期性極化晶體產(chǎn)生的各階倍頻光的光強(qiáng)與該周 期性極化晶體的周期性極化占空比l和晶體長(zhǎng)度有關(guān)。激光晶體2優(yōu)選可以是Nb:YV04、 Nb:YAG或Nb:GaV04晶體等固體激光晶體。周期性極化晶體優(yōu)選為PPLN(周期性極化鈮酸 鋰)晶體或PPKTP(周期性極化磷酸氧鈦鉀)晶體。 下面詳細(xì)說明周期性極化晶體的極化周期A和周期性極化占空比l如何影響輸 出的各階倍頻光的波長(zhǎng)及光強(qiáng)的。 當(dāng)輸入到周期性極化晶體的兩束基頻激光的波長(zhǎng)分別為A工和A 2時(shí)，從周期性極 化晶體輸出的第m階倍頻光的波長(zhǎng)A 3與基頻激光的波長(zhǎng)A工和A 2之間滿足如下等式
<formula>formula see original document page 5</formula> 當(dāng)兩束基頻光的波長(zhǎng)相同(均為A》時(shí)，上述式子1可以改寫為
<formula>formula see original document page 5</formula> (式子2) 其中ni是波長(zhǎng)為A工的光在周期性極化晶體中的折射率，n2是波長(zhǎng)為A 2的光在 周期性極化晶體中的折射率，1!3為波長(zhǎng)為入3的光在周期性極化晶體中的折射率，并且，本 領(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合公知常識(shí)應(yīng)該能夠理解，由于折射率是波長(zhǎng)的函數(shù)(可以通過周期性極 化晶體材料的色散關(guān)系推出)，在給定周期性極化晶體的材料以及極化周期A后，根據(jù)式 子l可以唯一的確定各階倍頻光的波長(zhǎng)。與雙折射相位匹配不同，利用周期性極化晶體的 準(zhǔn)相位匹配技術(shù)，倍頻后的激光波長(zhǎng)不必須是基頻光波長(zhǎng)的二分之一，這樣可以擴(kuò)展晶體 和光波長(zhǎng)的選擇范圍，有利于實(shí)現(xiàn)全波長(zhǎng)的覆蓋。 例如，在圖1中的激光晶體2采用Nb:YV04晶體時(shí)，而泵浦源1采用輸出光波長(zhǎng)為 808納米的激光二極管，此時(shí)從激光晶體2輸出的激光為波長(zhǎng)為1064nm或1342nm的紅外激 光。這樣，周期性極化晶體組合3中的各個(gè)周期性極化晶體的基頻光就是波長(zhǎng)為1064nm或 1342nm的紅外激光。例如，在周期性極化晶體采用PPLN(周期性極化鈮酸鋰)晶體時(shí)，如果 激光晶體2的輸出激光波長(zhǎng)為1064nm，則對(duì)于PPLN晶體的基頻光波長(zhǎng)就是1064nm，該基頻 光經(jīng)過極化周期為4. 277微米的PPLN晶體后， 一階倍頻光的波長(zhǎng)為525nm， 二階倍頻光的波 長(zhǎng)為495nm，三階倍頻光的波長(zhǎng)為470nm。如果激光晶體2的輸出激光波長(zhǎng)為1342nm，則采 用極化周期為2. 137微米的PPLN晶體作為周期性極化晶體時(shí)，產(chǎn)生的一階倍頻光的波長(zhǎng)為 610nm，二階倍頻光的波長(zhǎng)為525nm，三階倍頻光的波長(zhǎng)為470nm。當(dāng)然，也可以讓激光晶體2 同時(shí)輸出兩種波長(zhǎng)的激光作為兩個(gè)基頻光，但并不是每個(gè)波長(zhǎng)的激光輸入到具有任意一個(gè)極化周期的周期性極化晶體都能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)相位匹配，因?yàn)閷?duì)于一個(gè)具有特定的極化周期值 的周期性極化晶體，只有很窄的一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)基頻光能夠在該周期性極化晶體中達(dá)到準(zhǔn) 相位匹配，輸出各階倍頻光。例如，對(duì)于極化周期為4. 277微米的PPLN晶體中，只有波長(zhǎng)在 1064nm附近范圍內(nèi)的基頻光輸入到該晶體中后可以輸出倍頻光；而對(duì)于極化周期為2. 137 微米的PPLN晶體，只有波長(zhǎng)在1342nm附近范圍內(nèi)的基頻光輸入到該晶體中后可以輸出倍 頻光。 綜上，通過選擇周期性極化晶體的材料以及極化周期A可以對(duì)各階倍頻光的波 長(zhǎng)進(jìn)行選擇，在實(shí)際中可以根據(jù)最終所要求的各階光的波長(zhǎng)決定采用的周期性極化晶體的 材料、個(gè)數(shù)以及極化周期。例如，在實(shí)際的激光顯示裝置中，需要提供光源裝置能夠輸出三 種基色的輸出光，因此在基頻光的波長(zhǎng)為1342nm時(shí)通?？梢岳靡浑A倍頻光、二階倍頻光 和三階倍頻光作為三基色輸出。 另一方面，周期性極化晶體的周期性極化占空比l決定了從周期性極化晶體輸 出的各階倍頻光的光強(qiáng)。 各階倍頻光的光強(qiáng)與各自的電矢量大小的平方成正比，而電矢量的大小又與準(zhǔn)相 位匹配(QPM)有效非線性系數(shù)D成正比。各階倍頻光的QPM有效系數(shù)的表達(dá)式如下 <formula>formula see original document page 6</formula>(式子3) 式子3中m為倍頻階數(shù)，l為周期性極化占空比，cUf為由晶體特性決定的有效非 線性系數(shù)，對(duì)于每一塊周期性極化晶體晶體，drff為常數(shù)。 結(jié)合式子3可以看出，在周期性極化晶體材料和極化周期A已知的前提下，各階 倍頻光的光強(qiáng)與該周期性極化晶體的周期性極化占空比l有關(guān)。 例如，對(duì)于極化周期為4. 277微米的PPLN晶體，如果周期性極化占空比為50 % ，則 輸出的波長(zhǎng)為495nm的二階倍頻光的強(qiáng)度為0，輸出的波長(zhǎng)為525nm的一階倍頻光與波長(zhǎng)為 470nm的三階倍頻光的光強(qiáng)比為9 : 1。對(duì)于極化周期為2. 137微米的PPLN晶體，如果周 期性極化占空比為25%，則輸出的波長(zhǎng)為610nm的一階倍頻光與波長(zhǎng)為525nm的二階倍頻 光的光強(qiáng)比為2 : 1。 綜上，當(dāng)周期性極化晶體的材料以及極化周期A已知后，可以通過選擇不同的周 期性極化占空比l ，實(shí)現(xiàn)對(duì)各階倍頻光輸出光強(qiáng)的選擇。 另外，各階倍頻光的輸出光強(qiáng)還與周期性極化晶體的長(zhǎng)度的平方成正比。 當(dāng)周期性極化晶體組合3中的周期性極化晶體為多個(gè)時(shí)，所有周期性極化晶體可
以彼此間隔一定距離依次沿著光路排列，當(dāng)然也可以彼此無間隔的在沿著光路的方向固定
在一起。本實(shí)施例中，優(yōu)選的將多個(gè)周期性極化晶體無間隔的固定在一起，這樣可以進(jìn)一步
提高整個(gè)光源模塊的緊湊型，進(jìn)一步縮小體積。 為了防止激光晶體產(chǎn)生的部分基頻光從諧振腔中輸出，導(dǎo)致對(duì)后續(xù)的光源輸出光 性能造成過大影響，在實(shí)際中限制諧振腔的兩個(gè)腔鏡在本實(shí)施例中可以設(shè)計(jì)成對(duì)基頻光全 反或高反，這樣不僅能夠減少基頻光的外漏，還可以使基頻光在諧振腔內(nèi)充分振蕩，提高整 個(gè)光源的倍頻光的輸出強(qiáng)度。 本實(shí)施例中優(yōu)選的在諧振腔7的激光輸出端(在圖1中為腔鏡5 —側(cè)的輸出端) 外的光路中設(shè)置用于濾掉不需要的倍頻光的濾波器。例如，通過設(shè)置相應(yīng)的濾波器，濾掉波長(zhǎng)沒有落在紅、綠和藍(lán)三色波長(zhǎng)范圍內(nèi)的倍頻光。另外，需要指出的是三基色光源的紅綠
藍(lán)三色光的波長(zhǎng)通常取如下優(yōu)選的范圍紅光波長(zhǎng)為605士5nm，綠光波長(zhǎng)為530士10nm，藍(lán) 光波長(zhǎng)優(yōu)選為470士10nm。在上述范圍的約束下，雖然某些光的波長(zhǎng)從頻譜角度劃分屬于 三色光中的一種，但波長(zhǎng)并沒有落在上述范圍內(nèi)，例如1064nm的基頻光入射到極化周期為 4. 277微米的PPLN晶體后，產(chǎn)生的波長(zhǎng)為495nm的二階倍頻光從頻譜的角度看屬于綠光， 但由于波長(zhǎng)不在530士10nm范圍內(nèi)，所以通常不被用于充當(dāng)三基色光源的綠光光源，所以 在實(shí)際中需要通過設(shè)計(jì)PPLN晶體的周期性極化占空比或者設(shè)置能夠?yàn)V掉該波長(zhǎng)光的濾波 器，使波長(zhǎng)為495nm的倍頻光輸出功率成為零。但在色域更廣的四基色甚至五基色等更多 基色的光源中，上述495nm的綠光仍然可以保留。 另外，圖1中所示的諧振腔的形狀為直形腔，實(shí)際上諧振腔的形狀還可是L形腔、Z
形腔或環(huán)形腔。例如采用如圖3中所示的L形諧振腔。在圖3中未示出泵浦源，采用L形
諧振腔的激光顯示光源光路不再是一條直線，并且在激光晶體2和周期性極化晶體3之間
增加了一個(gè)改變光路方向的反射鏡8。相對(duì)于圖1所示的直形腔，L形諧振腔和其他形式的
諧振腔便于激光晶體的光束大小和倍頻晶體的光束大小的分別優(yōu)化。 在實(shí)際中，上述周期性極化晶體的形態(tài)可以是塊狀結(jié)構(gòu)也可以是波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。 由于本實(shí)施例提供的激光顯示光源中只需要利用單一的周期性極化晶體器件即
可實(shí)現(xiàn)輸出多階倍頻光，例如紅綠藍(lán)三色激光，當(dāng)然也可以是更多基色的激光。并且通過對(duì)
周期性極化晶體的周期性極化占空比的選擇可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各階倍頻光的輸出光強(qiáng)的選擇。相
對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，整個(gè)光源模塊的結(jié)構(gòu)緊湊，能夠有效地節(jié)約光源模塊的體積，降低能耗，使
得激光顯示光源更利于產(chǎn)業(yè)化。 在激光顯示中，為了達(dá)到所需的白平衡，對(duì)光源的紅綠藍(lán)三色輸出光的光強(qiáng)比有 特定的要求，例如要求紅綠藍(lán)三色光的光強(qiáng)比為l : 6 : 3。在已知所需的紅綠藍(lán)三色光的 光強(qiáng)比時(shí)，可以通過靈活選擇周期性極化晶體的材料、個(gè)數(shù)、極化周期A以及周期性極化 占空比"使得輸出的紅、綠和藍(lán)光的光強(qiáng)比滿足所需的要求。所需白平衡不同，激光顯示 光源的設(shè)置也相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，以下以幾個(gè)具體的實(shí)施例舉例說明。
實(shí)施例二 在本實(shí)施例中，所需白平衡要求紅綠藍(lán)三色光的光強(qiáng)比為3 : 6 : 1。如圖3所示， 本實(shí)施例中的激光顯示光源中的泵浦源1采用輸出光波長(zhǎng)為808nm的激光二極管，激光晶 體2采用Nb: YV04晶體，周期性極化晶體組合3中包含兩個(gè)周期性極化晶體，均采用PPLN晶 體，這兩個(gè)PPLN晶體的極化周期分別為4. 277微米和2. 137微米。在激光顯示光源工作過 程中，激光晶體2產(chǎn)生波長(zhǎng)分別為1064nm和1342nm的紅外激光，在這兩種波長(zhǎng)的紅外激光 經(jīng)過周期性極化晶體組合3的過程中，波長(zhǎng)為1064nm的紅外激光在經(jīng)過極化周期為4. 277 微米的PPLN晶體時(shí)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)相位匹配，產(chǎn)生的一階倍頻光波長(zhǎng)為525nm，二階倍頻光的波長(zhǎng) 為495nm，三階倍頻光的波長(zhǎng)為470nm ;波長(zhǎng)為1342nm的紅外激光在經(jīng)過極化周期為2. 137 微米的PPLN晶體時(shí)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)相配匹配，產(chǎn)生的一階倍頻光的波長(zhǎng)為610nm，二階倍頻光的波 長(zhǎng)為525nm，三階倍頻光的波長(zhǎng)為470nm。 如前所述，在本實(shí)施例中，組成周期性極化晶體組合的兩個(gè)PPLN晶體的極化周期 不同，但周期性極化的占空比均為50%。 通過理論計(jì)算可以得出在波長(zhǎng)為1064nm的紅外激光輸入到極化周期為4. 277微米、周期性極化占空比為50X的PPLN晶體時(shí)，產(chǎn)生的一階倍頻光(波長(zhǎng)為525nm，屬于綠光 范圍)、二階倍頻光(波長(zhǎng)為495nm，屬于綠光范圍)和三階倍頻光(波長(zhǎng)為470nm，屬于藍(lán) 光范圍)之間的光強(qiáng)之比為9 : 0 : 1，這樣從極化周期為4.277微米、周期性極化占空比 為50X的PPLN晶體輸出的綠光和藍(lán)光的光強(qiáng)之比為9 : 1。在實(shí)際中，由于作為三基色光 源中綠光的優(yōu)選波長(zhǎng)為530士10nm，上述二階倍頻光的波長(zhǎng)雖然從頻譜的角度看屬于綠光 范圍，但在實(shí)際中通常不作為三基色光源的綠光光源使用，所以本實(shí)施例中通過選擇特定 的PPLN晶體的周期性極化占空比，使得該波長(zhǎng)的倍頻光輸出光強(qiáng)為零。但在色域更廣的四 基色甚至五基色等更多基色的光源中，上述495nm的綠光仍然可以保留。
在波長(zhǎng)為1342nm的紅外激光輸入到極化周期為2. 137微米、周期性極化占空比為 50X的PPLN晶體時(shí)，產(chǎn)生的一階倍頻光(波長(zhǎng)為610nm，屬于紅光范圍)、二階倍頻光(波 長(zhǎng)為525nm，屬于綠光范圍)、三階倍頻光(波長(zhǎng)為470nm，屬于藍(lán)光范圍)之間的光強(qiáng)之比 為9 : 0 : 1，這樣從極化周期為2. 137微米、周期性極化占空比為50X的PPLN晶體輸出 的紅光和藍(lán)光的光強(qiáng)之比為9 : 1。 由于輸出倍頻光的光強(qiáng)與周期性極化晶體的長(zhǎng)度平方成正比，在兩種基頻光(即 波長(zhǎng)分別為1064nm和1342nm的紅外激光)的光強(qiáng)相同時(shí)，只需要使上述極化周期為4. 277 微米、周期性極化占空比為50%的PPLN晶體與極化周期為2. 137微米、周期性極化占空比 為50X的PPLN晶體的長(zhǎng)度之比等于V^，即可實(shí)現(xiàn)最終從激光顯示光源輸出的紅、綠和藍(lán)光 之間的光強(qiáng)比為3 :6:1。
實(shí)施例三 在本實(shí)施例中所需白平衡仍要求紅綠藍(lán)三色光的光強(qiáng)比為3 : 6 : 1。圖4示出 了本實(shí)施例提供的激光顯示光源的示意圖，本實(shí)施例與實(shí)施例二的不同僅在于組成周期性 極化晶體組合3的兩個(gè)PPLN晶體的周期性極化占空比不同。 本實(shí)施例中采用的兩個(gè)PPLN晶體的極化周期仍為2. 137微米和4. 277微米，但周 期性極化占空比分別為22%和46%。 通過理論計(jì)算可以得出在波長(zhǎng)為1342nm的紅外激光輸入到極化周期為2. 137微 米、周期性極化占空比為22X的PPLN晶體時(shí)，產(chǎn)生的一階倍頻光(波長(zhǎng)為610nm，屬于紅光 范圍)、二階倍頻光(波長(zhǎng)為525nm，屬于綠光范圍)、三階倍頻光(波長(zhǎng)為470nm，屬于藍(lán)光 范圍)之間的光強(qiáng)之比為5 : 3 : 1，這樣，從極化周期為2. 137微米、周期性極化占空比為 22X的PPLN晶體輸出的紅、綠和藍(lán)光的光強(qiáng)之比為5 :3:1。 在波長(zhǎng)為1064nm的紅外激光輸入到極化周期為4. 277微米、周期性極化占空比為 46X的PPLN晶體時(shí)，產(chǎn)生的一階倍頻光(波長(zhǎng)為525nm，屬于綠光范圍)、二階倍頻光(波長(zhǎng) 為495nm，屬于綠光范圍)和三階倍頻光(波長(zhǎng)為470nm，屬于藍(lán)光范圍)之間的光強(qiáng)之比為 10 : 0. 2 : 1，這樣，從極化周期為4. 277微米、周期性極化占空比為46X的PPLN晶體輸出 的作為三基色光源的綠光和藍(lán)光之比為10 : 1。需要說明的是，由于作為三基色光源中綠 光的優(yōu)選波長(zhǎng)為530士10nm，因此上述二階倍頻光的波長(zhǎng)雖然從頻譜的角度看屬于綠光范 圍，但在實(shí)際中通常不作為三基色光源的綠光光源使用，這樣從PPLN晶體輸出的占0. 2個(gè) 比例的二階倍頻光需要被濾掉，可以通過設(shè)置能夠?yàn)V掉495nm波長(zhǎng)光的濾波器實(shí)現(xiàn)。但在 色域更廣的四基色甚至五基色等更多基色的光源中，上述495nm的綠光仍然可以保留。
由于輸出倍頻光的光強(qiáng)與周期性極化晶體的長(zhǎng)度平方成正比，在兩種基頻光(即波長(zhǎng)分別為1064nm和1342nm的紅外激光)的光強(qiáng)相同時(shí)，只需要使上述極化周期為2. 137 微米、周期性極化占空比為22%的PPLN晶體與極化周期為4. 277微米、周期性極化占空比 為46%的PPLN晶體的長(zhǎng)度之比等于VT^ ,即可實(shí)現(xiàn)最終激光顯示光源輸出的紅、綠和藍(lán)光 之間的光強(qiáng)比為3 :6:1。
實(shí)施例四 在本實(shí)施例中，所需白平衡要求紅綠藍(lán)三色光的光強(qiáng)比仍為3 : 6 : 1。本實(shí) 施例提供的激光顯示光源與實(shí)施例三的不同在于激光晶體僅輸出一個(gè)基頻光，即波長(zhǎng)為 1342nm的紅外激光，周期性極化晶體組合3中包含兩個(gè)周期性極化晶體，分別為極化周期 為2. 137微米、周期性極化占空比為19%和極化周期為0. 953微米、周期性極化占空比為 50X的PPLN晶體。 通過理論計(jì)算可以得出在波長(zhǎng)為1342nm的紅外激光輸入到極化周期為2. 137微 米、周期性極化占空比分別為19X的PPLN晶體時(shí)，產(chǎn)生的一階倍頻光(波長(zhǎng)為610nm，屬于 紅光范圍)、二階倍頻光(波長(zhǎng)為525nm，屬于綠光范圍)、三階倍頻光(波長(zhǎng)為470nm，屬于 藍(lán)光范圍)之間的光強(qiáng)之比為3 : 2 : 1，這樣，從極化周期為2. 137微米、周期性極化占空 比分別為19X的PPLN晶體輸出的紅、綠和藍(lán)光的光強(qiáng)之比為3 :2:1。
在波長(zhǎng)為1342nm的紅外激光輸入到極化周期為0. 953微米、周期性極化占空比為 50X的PPLN晶體時(shí)，產(chǎn)生的一階倍頻光的波長(zhǎng)為525nm，屬于綠光范圍，二階倍頻光的光強(qiáng) 為零，三階倍頻光的波長(zhǎng)已經(jīng)在可見光之外，這樣，從極化周期為O. 953微米、周期性極化
占空比為50^的PPLN晶體輸出的紅、綠和藍(lán)光的光強(qiáng)之比為i :o:o。 由于輸出倍頻光的光強(qiáng)與周期性極化晶體的長(zhǎng)度平方成正比，只需要使上述極化 周期為2. 137微米、周期性極化占空比為19%的PPLN晶體與極化周期為0. 953微米、周期 性極化占空比為50X的PPLN晶體的長(zhǎng)度之比等于2.5，即可實(shí)現(xiàn)最終激光顯示光源輸出的 紅、綠和藍(lán)光之間的光強(qiáng)比為3 :6:1。
實(shí)施例五 本實(shí)施例相應(yīng)提供一種激光顯示系統(tǒng)，如圖5所示，該激光顯示系統(tǒng)包括激光顯 示光源21、光學(xué)引擎22和成像單元23。其中激光顯示光源21采用上述實(shí)施例一至實(shí)施例 四中的任意一個(gè)方案，這里不再贅述。激光顯示光源21用于輸出多階倍頻光；光學(xué)引擎22 用于接收激光顯示光源21輸出的多階倍頻光，并根據(jù)輸入的圖像編碼信號(hào)對(duì)所述多階倍 頻光進(jìn)行調(diào)制，輸出調(diào)制后的光信號(hào)；成像單元23用于接收所述光學(xué)引擎22輸出的調(diào)制后 的光信號(hào)，并進(jìn)行成像顯示。具體地，激光顯示光源21輸出滿足預(yù)定要求的多基色激光(例 如三基色光)到光學(xué)引擎22中，光學(xué)引擎22可以包括將多基色激光進(jìn)行合束的器件，勻場(chǎng) 器件，以及根據(jù)輸入的圖像編碼信號(hào)對(duì)多基色激光進(jìn)行調(diào)制的光調(diào)制器件，成像單元23用 于將從光學(xué)引擎22中輸出的激光進(jìn)行成像顯示。 由于本實(shí)施例中的激光顯示系統(tǒng)的光源模塊的結(jié)構(gòu)緊湊，能夠有效地節(jié)約光源模 塊的體積，降低能耗，從而也相應(yīng)減小了整個(gè)顯示系統(tǒng)的體積和能耗。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種激光顯示光源，其特征在于，包括用于輸出泵浦光的泵浦源，以及位于諧振腔內(nèi)的激光晶體和周期性極化晶體組合，所述周期性極化晶體組合包括至少一個(gè)周期性極化晶體，所述激光晶體用于接收所述泵浦源輸出的泵浦光并輸出激光，所述周期性極化晶體組合用于接收所述激光晶體輸出的激光作為基頻光，并輸出多階倍頻光，所述周期性極化晶體的周期性極化占空比和晶體長(zhǎng)度是根據(jù)所述多階倍頻光的光強(qiáng)確定的，所述周期性極化晶體的極化周期是根據(jù)所述多階倍頻光的波長(zhǎng)確定的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光顯示光源，其特征在于，所述多個(gè)周期性極化晶體在光 傳播方向上彼此無間隔的固定在一起。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光顯示光源，其特征在于，在所述激光顯示光源的諧振腔 的激光輸出端外設(shè)置濾波器，所述濾波器用于濾掉不需要的倍頻光。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光顯示光源，其特征在于，所述周期性極化晶體為周期性 極化鈮酸鋰晶體或周期性極化磷酸氧鈦鉀晶體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的激光顯示光源，其特征在于，所述泵浦光源為 輸出光波長(zhǎng)為808納米的激光二極管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光顯示光源，其特征在于，所述激光晶體為Nb:YV04、 Nb: YAG或Nb: GaV04晶體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的激光顯示光源，其特征在于，所述諧振腔為直 形腔、L形腔、Z形腔或環(huán)形腔。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的激光顯示光源，其特征在于，所述周期性極化 晶體的形態(tài)為塊狀結(jié)構(gòu)或波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
9. 一種激光顯示系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的激光顯示 光源，光學(xué)引擎和成像單元，所述激光顯示光源用于輸出多階倍頻光；所述光學(xué)引擎用于接 收所述激光顯示光源輸出的多階倍頻光，并根據(jù)輸入的圖像編碼信號(hào)對(duì)所述多階倍頻光進(jìn) 行調(diào)制，輸出調(diào)制后的光信號(hào)；所述成像單元用于接收所述光學(xué)引擎輸出的調(diào)制后的光信 號(hào)，并進(jìn)行成像顯示。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述激光顯示光源中的泵浦光 源采用輸出光波長(zhǎng)為808納米的激光二極管，所述激光晶體為Nb: YV04、Nb: YAG或Nb: GaV04晶體。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種激光顯示光源和激光顯示系統(tǒng)，該激光顯示光源包括用于輸出泵浦光的泵浦源，以及位于諧振腔內(nèi)的激光晶體和周期性極化晶體組合，所述周期性極化晶體組合包括至少一個(gè)周期性極化晶體，所述激光晶體用于接收所述泵浦源輸出的泵浦光并輸出激光，所述周期性極化晶體組合用于接收所述激光晶體輸出的激光作為基頻光，并輸出多階倍頻光，所述周期性極化晶體的周期性極化占空比和晶體長(zhǎng)度是根據(jù)所述多階倍頻光的光強(qiáng)確定的，所述周期性極化晶體的極化周期是根據(jù)所述多階倍頻光的波長(zhǎng)確定的。該激光顯示系統(tǒng)包括上述激光顯示光源，光學(xué)引擎和成像單元。本發(fā)明提供的激光顯示光源和激光顯示系統(tǒng)的體積和能耗較小，有利于產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號(hào)H01S3/0941GK101697397SQ200910205679
公開日2010年4月21日 申請(qǐng)日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者劉衛(wèi)東, 張海翔, 郭大勃, 陳昱 申請(qǐng)人:青島海信電器股份有限公司;青島海信信芯科技有限公司;