專利名稱：激光彩色電視顯示紅綠藍(lán)激光的發(fā)生方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于激光彩色電視的紅綠藍(lán)激光發(fā)生方法及裝置。屬于激光電視光源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
彩色激光電視是近年來發(fā)展起來的一種大屏幕全色顯示技術(shù)。紅綠藍(lán)三色激光光源是指波長(zhǎng)為630nm附近的紅光與波長(zhǎng)為532nm的綠光及波長(zhǎng)為450nm附近的藍(lán)光。以往產(chǎn)生紅綠藍(lán)激光的方法多采取氣體激光器，或采用固體激光器常規(guī)輸出的固定譜線的直接倍頻激光器輸出來實(shí)現(xiàn)。由于長(zhǎng)期以來倍頻藍(lán)光激光器的輸出功率還不能達(dá)到瓦級(jí)以上，因此實(shí)際的三基色激光光源仍是激光器研究領(lǐng)域中令人關(guān)注的熱門領(lǐng)域。
近年來紅綠藍(lán)三色激光器所以引起人們關(guān)注，是因?yàn)樗鳛轱@示技術(shù)中的光源具有彩色色域?qū)挘@示色彩更加豐富逼真，彩色還原好的特點(diǎn)。在大型公眾媒體終端顯示、娛樂表演以及未來家庭中都有應(yīng)用前景，具有重大的社會(huì)和科學(xué)價(jià)值。
由于紅綠藍(lán)激光器具有重大的應(yīng)用前景，目前國際上已有課題組進(jìn)行這一領(lǐng)域的研究。最成功的是2004年德國Jena大學(xué)的研究組已研究成功鎖模激光器同步泵浦參量振蕩及和頻方法產(chǎn)生的瓦級(jí)紅綠藍(lán)激光器，并實(shí)現(xiàn)了大24平方米的大屏幕激光顯示。
獲得紅綠藍(lán)激光器的方法雖然很多，原理也各異，但利用參量振蕩OPO(Optical ParametricOscillation)方法受到很多難度的限制。首先作為顯示用的激光光源不要求很高的相干性，因?yàn)橄喔尚愿邥?huì)帶來閃爍感和視覺散斑的出現(xiàn)。因此低重復(fù)率長(zhǎng)脈沖激光器泵浦的參量振蕩OPO激光器，除產(chǎn)生的非線性光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換效率低外，不能消除高相干性帶來的視覺缺陷，并不適合做為激光電視的光源。采用高重復(fù)率超短脈沖鎖模激光器作為泵浦源的參量振蕩OPO激光器具有帶寬寬，相干性低，視覺效果好的特點(diǎn)。但是鎖模激光器泵浦的參量振蕩器OPO要求以同步泵浦方式工作，對(duì)激光器諧振腔的機(jī)械長(zhǎng)度穩(wěn)定性和的精確度要求很高，達(dá)微米的量級(jí)，實(shí)現(xiàn)難度相當(dāng)大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種激光彩色電視的紅綠藍(lán)激光發(fā)生方法及裝置，該方法無需復(fù)雜的諧振腔腔長(zhǎng)反饋及控制機(jī)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)，其裝置也易于組建。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的，采用包括泵浦激光器，倍頻晶體，諧波濾光片，綠光全反射鏡；基頻光部分反射鏡；聚焦鏡；恒溫加熱銅塊，周期極化晶體，透鏡，兩塊非線性光學(xué)和頻晶體，全反鏡構(gòu)成的裝置，發(fā)生激光彩色電視的紅綠藍(lán)激光的方法，其特征在于包括以下過程由泵浦激光器發(fā)生的1064nm基頻光經(jīng)反射鏡和聚焦鏡注入周期極化晶體，通過無諧振腔結(jié)構(gòu)的光學(xué)參量產(chǎn)生OPG過程，獲得1570nm的近紅外參量激光，再將1570nm的參量光與1064nm的泵浦光，經(jīng)反射鏡合路后一同注入非線性光學(xué)和頻晶體KTP中，將基頻光與近紅外光和頻產(chǎn)生紅光，即1/1570nm+1/1064nm＝1/634.2nm透射的1570nm參量光與紅光一同注入非線性光學(xué)和頻晶體LBO中，將紅光與近紅外光和頻產(chǎn)生藍(lán)光，即1/1570nm+1/634.2nm＝1/451.7nm再加入泵浦光1064nm的倍頻輸出綠光532nm，經(jīng)分光鏡分離后的紅綠藍(lán)三束激光作為三基色光源輸出。
實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置，包括泵浦激光器，倍頻晶體，諧波濾光片，綠光全反射鏡；基頻光部分反射鏡；聚焦鏡；恒溫加熱銅塊，透鏡，兩塊非線性光學(xué)和頻晶體，全反鏡，其特征在于還包括在透鏡6和透鏡10之間設(shè)置材料為鈮酸鋰，晶體尺寸為50mm×5mm×0.5mm，單個(gè)電疇寬度L＝10μm的周期極化晶體，該周期極化晶體的工作溫度為設(shè)置在100℃～150℃之間；在合路反射鏡11之后設(shè)置材料為KTP的非線性光學(xué)和頻晶體和材料為L(zhǎng)BO的非線性光學(xué)和頻晶體，KTP晶體采用II類相位匹配，其切割角度為θ＝76°φ＝0°，LBO晶體采用I類相位匹配，其切割角θ＝90°φ＝17°它們的工作溫度均為室溫。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，無論是參量產(chǎn)生OPG，還是和頻過程，采用的都是無諧振腔形式，其特點(diǎn)是光學(xué)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，無同步泵浦，光路準(zhǔn)直與調(diào)整極為簡(jiǎn)單。所采用的周期極化晶體非線性光學(xué)轉(zhuǎn)換效率高，泵浦源功率要求低，三基色波長(zhǎng)選擇靈活，更適合在激光電視顯示系統(tǒng)中做為三基色光源。


圖1是本發(fā)明裝置的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1—泵浦激光器，2—倍頻晶體，3—諧波濾光片，4—綠光全反射鏡，5—基頻光部分反射鏡，6—聚焦鏡；7—恒溫加熱銅塊，8—周期極化晶體，9—半波片，10—透鏡，11—合路反射鏡，12—KTP非線性光學(xué)和頻晶體，13—為分光鏡，14—全反鏡，15—LBO非線性光學(xué)和頻晶體。
一、根據(jù)要求制作周期極化晶體選擇適當(dāng)尺寸的鐵電晶體和設(shè)定其它相關(guān)參數(shù)，具體如下(1)選擇光學(xué)參量振蕩器的泵浦光波長(zhǎng)λp＝1064nm，設(shè)定光學(xué)參量產(chǎn)生OPG輸出的激光波長(zhǎng)為λ＝1570nm，并以這個(gè)波長(zhǎng)作為周期極化晶體光學(xué)參量產(chǎn)生器要產(chǎn)生的信號(hào)光波長(zhǎng)。
(2)選擇周期極化晶體的材料為鈮酸鋰，晶體尺寸為50mm×5mm×0.5mm，單個(gè)電疇寬度L＝10μm；(3)計(jì)算波長(zhǎng)λ在單個(gè)電疇的增益矩陣G+(正疇)、G-(負(fù)疇)，并算出整個(gè)周期極化晶體的增益公式G(λ)?？紤]到鈮酸鋰晶體由于光折變損傷的閾值較低，很難在室溫下工作，一般來說，需要控制在100℃(373K)以上，所以計(jì)算增益時(shí)設(shè)定工作溫度為137℃(410K)。
二、將制作好的周期極化晶體8，放置在一個(gè)控溫裝置7中，用SESAM反射鏡的全固態(tài)被動(dòng)鎖模激光器1輸出的1064nm波長(zhǎng)激光來泵浦周期極化晶體的光學(xué)參量產(chǎn)生器OPG，產(chǎn)生近紅外的參量激光。然后將輸出的近紅外參量激光與剩余的泵浦激光一同注入到第一塊非線性光學(xué)晶體12中，經(jīng)和頻過程產(chǎn)生紅光輸出，輸出的紅光再與近紅外參量光同時(shí)注入到第二塊非線性光學(xué)晶體15，經(jīng)和頻過程產(chǎn)生藍(lán)光輸出。綠光的獲得可直接由泵浦基頻光1064nm直接倍頻獲得。具體光路結(jié)構(gòu)如附圖1所示。
各光學(xué)器件的具體參數(shù)為泵浦源1采用SESAM反射鏡的被動(dòng)鎖模激光器，輸出波長(zhǎng)為1064nm，重復(fù)頻率約為80MHz，脈沖寬度為10ps。
在周期極化晶體8中產(chǎn)生的參量激光輸出波長(zhǎng)為1/1570nm(e)+1/3301nm(e)＝1/1064nm(e)利用了PPLN晶體中的非線性系數(shù)d33其中1570nm(e)為信號(hào)光，3301nm(e)為閑頻光，1064nm(e)為泵浦光，電場(chǎng)的極化方向沿晶體的z軸方向。利用了單軸晶體鈮酸鋰中的最大非線性光學(xué)張量元。
第一塊用來和頻的非線性光學(xué)晶體12采用雙軸晶體KTP的II類相位匹配，產(chǎn)生的和頻激光波長(zhǎng)為1/1570nm(o)+1/1064nm(e)＝1/634.2nm(o)KTP II類其中1570nm(o)為PPLN晶體中產(chǎn)生的信號(hào)光，1064nm(e)分束的泵浦光，產(chǎn)生的紅光為634.2nm(o)。
第二塊和頻用的非線性光學(xué)晶體15采用雙軸晶體LBO的I類相位匹配，產(chǎn)生和頻激光波長(zhǎng)為1/1570nm(o)+1/634.2nm(o)＝1/451.7nm(e)LBOI類其中1570nm(o)為PPLN晶體參量產(chǎn)生的信號(hào)光，634.2nm(o)為第一塊和頻晶體產(chǎn)生的紅光，和頻產(chǎn)生的藍(lán)光波長(zhǎng)為451.7nm(e)。
權(quán)利要求
1.一種激光彩色電視的紅綠藍(lán)激光發(fā)生方法，采用包括泵浦激光器，倍頻晶體，諧波濾光片，綠光全反射鏡；基頻光部分反射鏡；聚焦鏡；恒溫加熱銅塊，周期極化晶體，透鏡，兩塊非線性光學(xué)和頻晶體，全反鏡構(gòu)成的裝置，發(fā)生激光彩色電視的紅綠藍(lán)激光的方法，其特征在于包括以下過程由泵浦激光器發(fā)生的1064nm基頻光經(jīng)反射鏡和聚焦鏡注入周期極化晶體，通過無諧振腔結(jié)構(gòu)的光學(xué)參量產(chǎn)生OPG過程，獲得1570nm的近紅外參量激光，再將1570nm的參量光與1064nm的泵浦光，經(jīng)反射鏡合路后一同注入非線性光學(xué)和頻晶體KTP中，將基頻光與近紅外光和頻產(chǎn)生紅光，即1/1570nm+1/1064nm＝1/634.2nm透射的1570nm參量光與紅光一同注入非線性光學(xué)和頻晶體LBO中，將紅光與近紅外光和頻產(chǎn)生藍(lán)光，即1/1570nm+1/634.2nm＝1/451.7nm再加入泵浦光1064nm的倍頻輸出綠光532nm，經(jīng)分光鏡分離后的紅綠藍(lán)三束激光作為三基色光源輸出。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的方法的裝置，包括泵浦激光器，倍頻晶體，諧波濾光片，綠光全反射鏡；基頻光部分反射鏡；聚焦鏡；恒溫加熱銅塊，透鏡，兩塊非線性光學(xué)和頻晶體，全反鏡，其特征在于還包括在透鏡[6]和透鏡[10]之間設(shè)置材料為鈮酸鋰，晶體尺寸為50mm×5mm×0.5mm，單個(gè)電疇寬度L＝10μm的周期極化晶體，該周期極化晶體的工作溫度為設(shè)置在100℃～150℃之間；在合路反射鏡[11]之后設(shè)置材料為KTP的非線性光學(xué)和頻晶體和材料為L(zhǎng)BO的非線性光學(xué)和頻晶體，KTP晶體采用II類相位匹配，其切割角度為θ＝76°φ＝0°，LBO晶體采用I類相位匹配，其切割角θ＝90°φ＝17°它們的工作溫度均為室溫。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光彩色電視顯示紅綠藍(lán)激光的發(fā)生方法及裝置。屬于激光電視光源技術(shù)領(lǐng)域。采用SESAM鎖模激光器輸出的1064nm基頻光泵浦周期極化晶體的光學(xué)參量產(chǎn)生OPG，獲得1570nm的近紅外參量激光，再將1570nm的參量光與1064nm的泵浦光注入KTP晶體，經(jīng)和頻過程產(chǎn)生紅光，將透射的近紅外參量光與紅光一同注入LBO晶體，經(jīng)和頻過程產(chǎn)生藍(lán)光。將泵浦基頻光直接倍頻獲得的綠光與紅光和藍(lán)光分離后作為三基色激光光源輸出。其裝置包括SESAM鎖模激光器，周期極化晶體，恒溫加熱器，二塊非線性光學(xué)和頻晶體。其優(yōu)點(diǎn)在于，全部采用無諧振腔形式，無同步泵浦，光路準(zhǔn)直與調(diào)整極為簡(jiǎn)單。所采用的周期極化晶體非線性光學(xué)轉(zhuǎn)換效率高，泵浦源功率要求低，三基色波長(zhǎng)選擇靈活。
文檔編號(hào)H04N3/02GK1713691SQ20051001448
公開日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2005年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者于意仲, 姚建銓, 張百鋼, 徐德剛, 王濤, 王鵬 申請(qǐng)人:天津大學(xué)