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      調(diào)制半導(dǎo)體激光器的系統(tǒng)和方法

      文檔序號(hào):7641411閱讀:356來源:國知局
      專利名稱:調(diào)制半導(dǎo)體激光器的系統(tǒng)和方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體激光器的調(diào)制,更具體地涉及到調(diào)制分布式反饋 (DFB)或分布式布拉格反射器(DBR)半導(dǎo)體激光器的系統(tǒng)和方法,該系統(tǒng)和方法不 會(huì)產(chǎn)生不利的、熱導(dǎo)致的波長偏移。
      背景技術(shù)
      激光器在顯示器技術(shù)(例如計(jì)算機(jī)屏幕和電視機(jī)等)中具有獨(dú)特的用途。在這些 顯示器中,由激光器產(chǎn)生三基色(紅、藍(lán)和綠),這些基色以各種組合混合從而提供 彩色圖像。各激光器的輸出束可以光柵掃描的形式穿過屏幕或可固定和用于照亮形 成圖像的像素(例如,包含圖像的空間光調(diào)制器或活動(dòng)圖像膠片)。激光器所提供具 有優(yōu)異亮度特征的波束的能力可使得投射器比采用白熾燈的投射器更為有效且運(yùn) 行更佳。半導(dǎo)體激光器,例如DBR和DFB激光器在基于激光器的顯示器中尤為有用,這 是因?yàn)樗鼈兊妮敵鍪苡行У剞D(zhuǎn)化為有用的基色波長。例如,可將調(diào)諧至(tunedto) 二次諧波發(fā)生(SHG)設(shè)備(例如非線性結(jié)晶)的波譜中心的1060 nmDBR或DFB半導(dǎo) 體激光器,用于產(chǎn)生530nm的波束。由此提供了低成本、致密且有效的非線性綠光 光源。通常,在涉及影像顯示器的技術(shù)中,需將用于產(chǎn)生基色強(qiáng)度的光功率調(diào)制到約 500MHz的基頻且具有約40dB的消光比(即最高光功率與最低光功率的比值)。已證實(shí)在現(xiàn)有技術(shù)中,要實(shí)現(xiàn)這樣的高調(diào)制速度和大消光比的組合,在實(shí)踐中和經(jīng)濟(jì)上 都是很有難度的?,F(xiàn)有技術(shù)中在半導(dǎo)體激光器和二次諧波發(fā)生器的組合物中獲得快速調(diào)制和大 消光比的一種技術(shù)是對半導(dǎo)體激光器輸出束的波長進(jìn)行快速調(diào)制。該調(diào)制技術(shù)利用 了如下事實(shí)非線性SHG設(shè)備通常能將非常窄的范圍內(nèi)的入射激光波長轉(zhuǎn)化為較長 波長的光。在操作中,半導(dǎo)體激光器波束的波長快速掃描通過非線性SHG設(shè)備的狹 窄譜寬,從而產(chǎn)生所需的強(qiáng)度調(diào)制。例如,如果需要最大的綠色功率,則將波長調(diào) 節(jié)到非線性晶體的中心波長,而如果在10ns后需要綠色功率為零,則將波長調(diào)節(jié)到 位于SHG設(shè)備譜寬之外的中心波長的一側(cè)或另一側(cè)。圖1A顯示了常規(guī)的DBR半導(dǎo)體激光器100和二次諧波發(fā)生(SHG)設(shè)備150。DBR 半導(dǎo)體激光器100包括DBR部分110、相部分120和增益部分130。當(dāng)將連續(xù)波(CW) 電流注入增益部分130時(shí),該增益部分會(huì)產(chǎn)生用于激光器的連續(xù)光功率。注入DBR 部分110的電流使得從激光器輸出的波長發(fā)生很大的變化,而流入相部分120的電流 則使得激光器輸出波束的波長發(fā)生很小的變化。SHG設(shè)備150接收由半導(dǎo)體激光器 IOO產(chǎn)生的波束,其轉(zhuǎn)變波長的輸出強(qiáng)度(例如綠色)取決于DBR激光器波長的對準(zhǔn) 和SHG設(shè)備的波譜中心。然后,將SHG設(shè)備150的輸出波束導(dǎo)入輸出器,例如顯示 器屏幕。圖1B顯示了常規(guī)的DFB半導(dǎo)體激光器160和SHG設(shè)備170。注入DFB半導(dǎo)體激 光器160的電流控制了激光器的輸出強(qiáng)度,SHG設(shè)備170接收由半導(dǎo)體激光器160產(chǎn) 生的波束。轉(zhuǎn)變波長的輸出強(qiáng)度(例如綠光)取決于輸入DFB半導(dǎo)體激光器160的電 流。然后,將SHG設(shè)備170輸出的波束導(dǎo)入輸出器,例如顯示器屏幕??焖僬{(diào)制DBR半導(dǎo)體激光器輸出波長的最簡便的方法是將調(diào)制的電流注入 DBR半導(dǎo)體激光器100的DBR部分和相部分,同時(shí)保持增益部分的電流連續(xù)而恒 定。如圖2A中的表格所示,可用視頻信號(hào)在信號(hào)的每個(gè)比特期(bitperiod)命令具有 高達(dá)100%強(qiáng)度的綠光。比特期寬(period width)是系統(tǒng)頻率的反函數(shù),例如,光柵 的各像素掃描在顯示器屏幕上的滯留時(shí)間。在圖2A所示的例子中,100%強(qiáng)度是可 能存在的信號(hào)中最亮的,而0%則是暗的。因此,如圖2A所示,第一個(gè)比特期所需 的視頻強(qiáng)度是100%,在第二個(gè)比特期強(qiáng)度下降到0%,而在第三個(gè)比特期上升到40%。采用常規(guī)的系統(tǒng),注入DBR部分110的電流根據(jù)每個(gè)比特期所需的強(qiáng)度經(jīng)過脈 寬調(diào)制。S卩,電流為"接通"的比特期的持續(xù)時(shí)間與該比特期的視頻信號(hào)強(qiáng)度成比 例(示于圖2A上部第一個(gè)波形中)。理想情況下,DBR半導(dǎo)體激光器輸出端的波長根 據(jù)載流子感應(yīng)效應(yīng)(carrier-induced effect)和對SHG設(shè)備150的輸出而偏移(示于圖2A 上部的第二個(gè)波形中)。如圖2A所示,SHG設(shè)備150根據(jù)所接收到的波束,輸出具 有理想顯示信號(hào)強(qiáng)度的轉(zhuǎn)換波束。然而,上述的簡單圖示忽略了注入激光器的電流 可能導(dǎo)致的不利熱效應(yīng)。類似地,對于DFB激光器而言,注入DFB激光器160的電流根據(jù)每個(gè)比特期所 需的強(qiáng)度經(jīng)過脈寬調(diào)制(如圖2B所示)。理想情況下,DFB半導(dǎo)體激光器的波長是恒 定的。然而,如圖2B所示,該波長會(huì)隨溫度而發(fā)生變化。通常,注入DBR半導(dǎo)體激光器DBR部分的電流會(huì)在DBR半導(dǎo)體激光器中產(chǎn)生 兩種效應(yīng)。第一種是產(chǎn)生了載流子效應(yīng),該效應(yīng)在該部分中提供了更多的載流子提 高了載流子的密度并減小了激光器中折光率。由此,產(chǎn)生了波長較短的波束。電流 的注入還導(dǎo)致了熱效應(yīng),該效應(yīng)使得DBR半導(dǎo)體激光器設(shè)備的溫度升高。更具體 而言,比零更高的電流提高了DBR半導(dǎo)體激光器的溫度,從而提高了折光率,其 傾向于產(chǎn)生較長波長的波束。在載流子效應(yīng)和熱效應(yīng)的聯(lián)合影響下產(chǎn)生了集合的波 長偏移。對于需要獲得較大波長偏移的較大電流值,溫度升高的劇烈程度足以降低 并且有時(shí)可完全逆轉(zhuǎn)載流子感應(yīng)的波長偏移。對于DFB激光器而言,電流的注入導(dǎo) 致DFB激光器溫度變化,由此使得波長發(fā)生紅移(即向較長波長偏移)。電流感應(yīng)熱效應(yīng)的另一個(gè)特征是它會(huì)提供較慢的波長調(diào)制過程。與載流子效應(yīng) ns級別的響應(yīng)時(shí)間相比,導(dǎo)致激光器溫度上升的熱效應(yīng)具有網(wǎng) ms級別的響應(yīng)時(shí) 間。熱效應(yīng)的程度還取決于與激光器相關(guān)的散熱條件和電流幅度。熱效應(yīng)的慢響應(yīng) 意味著對于遠(yuǎn)小于lMS(例如,20ns)的波寬,波長不會(huì)發(fā)生變化。較慢的熱效應(yīng)導(dǎo)致 了不利的圖形形成效應(yīng),這是因?yàn)槠骄軣崛Q于脈寬并由此取決于視頻信號(hào)的圖 形。換言之,視頻信號(hào)中特定比特時(shí)DBR或DFB半導(dǎo)體激光器的波長取決于先前比 特?cái)?shù)據(jù)歷史。圖2A和2B顯示了電流注入和所致溫度升高能對激光器操作帶來的影響。圖2A和2B的表格中還顯示了激光器中溫度升高所導(dǎo)致的不良影響。尤其是在圖2A中, 當(dāng)將電流注入施加于DBR半導(dǎo)體激光器100的DBR部分110上并使得電流恒定接通 時(shí),DBR溫度如圖2A中DBR溫度波形所示地升高。由此,由激光器向SHG設(shè)備150 提供的實(shí)際DBR波長波形會(huì)發(fā)生變形,從SHG設(shè)備150所得輸出也會(huì)發(fā)生變形,從 而在SHG設(shè)備150的輸出端不能獲得原始視頻信號(hào)的所需強(qiáng)度。如圖2B所示,同樣 的不良影響也存在于DFB半導(dǎo)體激光器的操作中。由激光器160向SHG設(shè)備170提供 的實(shí)際DFB波長會(huì)發(fā)生變形,自SHG設(shè)備170形成的輸出也會(huì)發(fā)生變形。調(diào)制半導(dǎo)體激光器輸出的另一個(gè)例子是通過調(diào)制輸出強(qiáng)度而不是以上段落所 討論的波長來進(jìn)行調(diào)帝i」。將調(diào)制電流施加到DFB激光器的全長或DBR激光器的增益 部分。調(diào)制電流的高振幅會(huì)導(dǎo)致了高輸出強(qiáng)度,而較低的振幅會(huì)導(dǎo)致輸出強(qiáng)度降低。 理想情況是保持激光器波長恒定。在由DBR或DFB激光器和SHG組成的光學(xué)系統(tǒng) 中,要求激光器輸出波長恒定并對準(zhǔn)SHG的波譜中心。因此,需要調(diào)制半導(dǎo)體激光器與SHG的組合或這樣的半導(dǎo)體激光器的輸出,但 又不會(huì)產(chǎn)生造成不利的熱圖形形成效應(yīng)的熱偏移的方法。理想情況下,該技術(shù)應(yīng)能 與10ns級別的較短脈寬和40db的消光比相兼容,從而可傳輸較高比特率的信息。最 后,該調(diào)制技術(shù)應(yīng)實(shí)施簡便、價(jià)廉,且不僅能與DBR激光器兼容,還可與較低成 本的DFB激光器兼容。發(fā)明概述本發(fā)明提供了用于調(diào)制半導(dǎo)體激光器所產(chǎn)生的輸出束強(qiáng)度的系統(tǒng)和方法,該系統(tǒng)和方法可克服現(xiàn)有技術(shù)中上述缺點(diǎn)。就此目的而言,該系統(tǒng)通常包含連接產(chǎn)生 脈動(dòng)束的激光器的脈動(dòng)電流源、具有接收該脈動(dòng)束的輸入端的外調(diào)制器、以及由脈 動(dòng)控制信號(hào)控制的用于傳輸輸出束的輸出端,其中通過隨時(shí)間變化改變脈動(dòng)電流和 控制信號(hào)之間的相對相位角來調(diào)制該輸出束。優(yōu)選所述脈動(dòng)電流為可變相位,而所 述外調(diào)制器的控制信號(hào)為恒定相位,從而可使用相對較簡單和價(jià)廉的外調(diào)制器。雖 然外調(diào)制器可為強(qiáng)度調(diào)制器或波長調(diào)制器,出于簡便和成本原因,再次優(yōu)選強(qiáng)度型 調(diào)制器。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方式,脈動(dòng)電流和控制信號(hào)均可在恒定的50%工作循環(huán)下操作。此外,雖然脈動(dòng)電流和控制信號(hào)的脈寬可以是相等的,為了改善經(jīng)調(diào)制的 輸出束的消光率,脈動(dòng)電流的脈寬可比控制信號(hào)的脈寬略小。當(dāng)采用強(qiáng)度型外調(diào)制器時(shí),控制信號(hào)可為門信號(hào),外調(diào)制器可有利地為視頻元 件,例如具有光反射面或光吸收面且以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的反射輪或棱鏡。本發(fā)明還包括采用外調(diào)制器調(diào)制由半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的脈動(dòng)束強(qiáng)度的方法,所 述方法包括以下步驟(l)向激光器提供脈動(dòng)電流;(2)將脈動(dòng)束接收入外調(diào)制器的 輸入端,該外調(diào)制器具有由脈動(dòng)控制信號(hào)控制的輸出端,以及(3)改變脈動(dòng)電流和 脈動(dòng)控制信號(hào)之間的相對相位角,以調(diào)制由外調(diào)制器輸出端傳輸?shù)募す?。該系統(tǒng)和方法均能有利地消除波長偏移、以及如前所述的熱感應(yīng)的圖形形成效 應(yīng),并且與成本相對較低的DFB半導(dǎo)體激光器兼容。下文將對本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)描述,并且通過本文的說明書和權(quán) 利要求書以及附圖的描述或?qū)Ρ景l(fā)明實(shí)踐的驗(yàn)證,本發(fā)明的部分特征和優(yōu)點(diǎn)對于本 領(lǐng)域技術(shù)人員而言是非常容易理解的。應(yīng)理解上文的概述和下文的詳細(xì)描述僅是本發(fā)明的示例,是為理解本發(fā)明所請 求保護(hù)的性質(zhì)和特征而提供的概述或框架。所附附圖是為了提供對本發(fā)明更好的理 解,其納入并組成本說明書的一部分。


      了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式,其與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理和操作。附圖簡要說明將結(jié)合以下附圖來描述本發(fā)明的上述和其它方面、特征以及優(yōu)點(diǎn),在不同的視 圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件圖1A和1B是常規(guī)的三部分DBR半導(dǎo)體激光器和帶有SHG設(shè)備的常規(guī)DFB半導(dǎo)體激光器的示意圖;圖2A和2B是顯示了DBR半導(dǎo)體激光器和SHG的熱感應(yīng)圖形形成效應(yīng)、以及DBR半導(dǎo)體FB半導(dǎo)體激光器和SHG的熱感應(yīng)圖形形成效應(yīng)的圖表;圖3A和3B顯示了采用本發(fā)明光學(xué)強(qiáng)度外調(diào)制器的示例性影像顯示器系統(tǒng); 圖4A、 4B和4C顯示了與本發(fā)明微分相位外波長調(diào)制方案相關(guān)的特性;它們顯示了本發(fā)明的不同實(shí)施方式;圖5顯示了包含DFB半導(dǎo)體激光器和外部強(qiáng)度調(diào)制器的光學(xué)系統(tǒng)的光強(qiáng) 度,它是根據(jù)本發(fā)明注入DFB激光器的電流和進(jìn)入外部強(qiáng)度調(diào)制器的門信號(hào)之 間的相的函數(shù);圖6顯示了用于示范本發(fā)明的DFB半導(dǎo)體激光器和AOM;圖7顯示了提供本發(fā)明微分相位調(diào)制方法的流程圖;圖8A、 8B和8C顯示了與本發(fā)明微分相位調(diào)制方案相關(guān)的特性,該方案對 DFB激光器和外調(diào)制器的電流脈沖為50y。恒定工作循環(huán);以及圖9A、 9B和9C顯示了與本發(fā)明微分相位調(diào)制方案相關(guān)的特性,該方案對 DFB激光器具有S50y。的恒定工作循環(huán),對于外調(diào)制器為50Q^。發(fā)明詳述本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施方式涉及能有效操作DBR或DFB半導(dǎo)體激光器并減 少與半導(dǎo)體激光器相關(guān)的熱效應(yīng)的方法和相關(guān)系統(tǒng)。雖然本文所例舉和描述的特定實(shí)施方式是關(guān)于控制注入DBR半導(dǎo)體激光器或DFB半導(dǎo)體激光器中的電流以及控 制信號(hào)(在本文中也稱為脈動(dòng)門信號(hào))與外調(diào)制之間的相對相位角,本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員應(yīng)理解該系統(tǒng)和方法還在例如應(yīng)用于注入電流會(huì)導(dǎo)致不利的熱效應(yīng)的任何半 導(dǎo)體激光器中也很有利。此外,雖然本發(fā)明的DBR和DFB半導(dǎo)體激光器應(yīng)用于涉及視頻信號(hào)處理和顯示 器應(yīng)用中,該揭示并不覆蓋總體上涉及半導(dǎo)體激光器的本發(fā)明所有改進(jìn)或變化。例 如,本發(fā)明還可用于諸如以下的領(lǐng)域光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、圖像復(fù)制、光通訊以及靈敏 儀表等。在以下詳細(xì)描述的示例性實(shí)施方式中,參考構(gòu)成說明書一部分的附圖,在附圖 中對可實(shí)踐本發(fā)明的特定示例性實(shí)施方式以圖示的方式顯示。這些實(shí)施方式經(jīng)詳細(xì) 描述足以使本領(lǐng)域技術(shù)人員可實(shí)踐本發(fā)明,還應(yīng)理解可不脫離本發(fā)明精神和范圍地 采用其它實(shí)施方式并進(jìn)行邏輯、機(jī)械和/或電子上的改變。因此,以下的詳細(xì)描述 不應(yīng)被視為是限制性的。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式,如圖3A和3B大體上所示,將經(jīng)過相調(diào)制的電 流注入DBR或DFB半導(dǎo)體激光器可有效地應(yīng)用于影像顯示器系統(tǒng)。在圖3A中,視頻信號(hào)310進(jìn)入視頻處理器320,而視頻處理器320則將信號(hào)遞送 給控制器330??刂破?30與模擬激勵(lì)電路340交界,模擬激勵(lì)電路340將電流lG遞送 到半導(dǎo)體DBR或DFB激光器350,并將控制(門)信號(hào)IM(例如,調(diào)制電壓或電流)遞送 到外調(diào)制器360(例如,聲光調(diào)制器)。半導(dǎo)體激光器350的輸出也同樣經(jīng)外調(diào)制器360 遞送到SHG設(shè)備370,然后遞送到顯示器380。類似地,在圖3B中,視頻信號(hào)310進(jìn) 入視頻處理器320,視頻處理器320將信號(hào)遞送到控制器330??刂破?30與模擬激勵(lì) 電路340交接,模擬激勵(lì)電路340將電流lM遞送到外調(diào)制器360,并將電流Ic遞送到 半導(dǎo)體DBR或DFB激光器350。半導(dǎo)體激光器350的輸出首先被遞送到SHG設(shè)備370, 然后通過外調(diào)制器360,再遞送到顯示器380。此外,雖然示例性實(shí)施方式中討論的是SHG設(shè)備,其它類型的波長可選擇的設(shè) 備也可用于提供輸出。例如,也可采用被動(dòng)濾光片。被動(dòng)濾光片不會(huì)改變從激光器 中輸出的波長。圖4A顯示了至ljDFB激光器(或DBR激光器的增益部分)的電流、和到外調(diào)制器的 控制信號(hào)(即脈動(dòng)門信號(hào))的特性。如圖所示,脈沖到DFB激光器(或DBR激光器增益 部分)的電流具有固定的工作循環(huán)。工作循環(huán)是電流為"接通"時(shí)的時(shí)間與比特期 的總時(shí)間的比值("接通"時(shí)間除以"接通"加"斷開"時(shí)間之和)。各個(gè)比特期對 DFB激光器的熱負(fù)載是恒定的,因此DFB激光器輸出的波長也是恒定的。各個(gè)比特 期的凈輸出強(qiáng)度由脈沖至UDFB激光器的電流和脈沖到外調(diào)制器的脈動(dòng)門信號(hào)(即脈 動(dòng)控制信號(hào))之間的微分相位角或重疊積分(overlap integral)所決定(如以下圖5所 示)。由于外強(qiáng)度調(diào)制器不會(huì)改變DFB輸出的波長,系統(tǒng)的波長是恒定的,并與SHG 設(shè)備的中心波長對準(zhǔn),且不產(chǎn)生圖形形成效應(yīng)??墒冀K實(shí)現(xiàn)SHG的最大轉(zhuǎn)換效率。圖5所示為脈沖至IJDFB半導(dǎo)體激光器的電流與脈沖到外調(diào)制器的門之間的微分 相位圖,還以重疊積分來表示。圖5顯示半導(dǎo)體激光器(例如DBF半導(dǎo)體激光器)的 波長保持恒定于1060nm,而微分相值發(fā)生變化,從而使得光束強(qiáng)度發(fā)生變化(調(diào)制)。圖4A、 4B和4C顯示了本發(fā)明的不同實(shí)施方式,其中采用DBR或DFB激光器以 及外調(diào)制器來產(chǎn)生微分相位,從而使得最終輸出的光強(qiáng)度得到調(diào)制。在各個(gè)實(shí)施方 式中,到外調(diào)制器的控制信號(hào)(即脈動(dòng)門信號(hào))具有恒定工作循環(huán),對強(qiáng)度或波長調(diào) 幅進(jìn)行調(diào)制。不論是DBR還是DFB激光器的強(qiáng)度或波長均可通過在比特期內(nèi)具有不同時(shí)間延遲從而允許調(diào)整微分相位的電流來進(jìn)行調(diào)制,這是因?yàn)橛糜诩す馄髡{(diào)制的 相位角變化更易于執(zhí)行,或比起改變到外調(diào)制器的控制信號(hào)的相位角更為便宜。在需要高速操作的應(yīng)用(例如激光器投影顯示器)中,脈沖到DBR或DFB激光器的電流在各個(gè)比特期進(jìn)行相調(diào)節(jié)的同時(shí)負(fù)載快速視頻信號(hào)。采用低成本且簡單的外 調(diào)制器以恒定的速度進(jìn)行簡單接通和斷開。在影像顯示器應(yīng)用中,可將第二強(qiáng)度調(diào) 制器作為成像系統(tǒng)的一部分,從而在總的系統(tǒng)成本上僅增加很少的附加成本。例如,許多投影系統(tǒng)中普遍采用的多邊形掃描鏡的各面(eachfact)可用"好"(或"接通") 表面或"壞"(或"斷開")表面構(gòu)成。當(dāng)光束入射到"好"表面,該光束被導(dǎo)到靶 標(biāo)顯示器屏幕上。當(dāng)光束入射到"壞"表面,該光束通過散射、吸收、衍射或反射 而消失。在另一個(gè)例子中,可將雙位鏡(bi-positionmirror)集成在掃描鏡系統(tǒng)中從而 以50%或更小的工作循環(huán)來反射激光束接通和斷開。在各個(gè)比特期,對脈沖到DBR 或DFB激光器的電流的相位角進(jìn)行調(diào)節(jié)以獲得所需的光強(qiáng)度。圖4A顯示了與本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的微分調(diào)制方案相關(guān)的特性。在該實(shí)施方 式中,對半導(dǎo)體激光器和SHG設(shè)備均進(jìn)行了強(qiáng)度調(diào)制(即對來自這些設(shè)備的光束進(jìn) 行強(qiáng)度調(diào)制)。更具體而言,在該實(shí)施方式中,用電流脈沖對DFB半導(dǎo)體激光器或 DBR激光器的增益部分進(jìn)行調(diào)制。脈沖到DFB激光器或DBR激光器增益部分的電 流具有固定的工作循環(huán),而所具有的相位角則是可變的。固定的工作循環(huán)導(dǎo)致了對 DFB激光器或DBR激光器恒定的熱負(fù)載以及恒定的波長輸出。采用具有固定工作循 環(huán)和恒定脈動(dòng)相位角的脈動(dòng)控制(門)信號(hào)調(diào)制外調(diào)制器(例如聲學(xué)調(diào)制器)使得強(qiáng)度 得到調(diào)制。DFB激光器或DBR激光器增益部分的強(qiáng)度調(diào)制和外調(diào)制器的強(qiáng)度調(diào)制之 間的微分相位角決定了最終光束輸出的強(qiáng)度(即該系統(tǒng)包括激光器、外調(diào)制器、SHG 設(shè)備;或該系統(tǒng)包括激光器、SHG設(shè)備和外調(diào)制器)。當(dāng)微分相位角為0。時(shí),SHG 輸出的脈寬為對應(yīng)于100%最大強(qiáng)度的比特期的50%。類似地,當(dāng)微分相位角為90。 時(shí),SHG輸出的脈寬為對應(yīng)于50n/。最大強(qiáng)度的比特期的2515/。,而當(dāng)微分相位角為 180°時(shí),SHG輸岀的脈寬為對應(yīng)于0。/。最大強(qiáng)度的比特期的0。/。。圖4B顯示了與本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的微分調(diào)制方案相關(guān)的特性。在該實(shí)施 方式中,對DBR半導(dǎo)體激光器進(jìn)行了波長調(diào)制,對外調(diào)制器進(jìn)行了強(qiáng)度調(diào)制(即由 激光器提供的光束具有改變的波長,而外調(diào)制器則提供強(qiáng)度被調(diào)制的輸出束)。更12具體而言,在該實(shí)施方式中,所采用的半導(dǎo)體激光器是DBR半導(dǎo)體激光器。在DBR 半導(dǎo)體激光器中,與僅能對強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制的DFB激光器不同,DBR激光器的波長和 強(qiáng)度可分別通過改變到激光器DBR部分的電流和到激光器增益部分的電流而調(diào) 制。在該實(shí)施方式中,采用具有固定工作循環(huán)和可變相位角的電流脈沖來調(diào)制DBR 激光器的波長。這可產(chǎn)生兩種不同的波長, 一種對應(yīng)于"接通"的電流,另一種對 應(yīng)于到DBR激光器的DBR部分的"斷開"的電流。如前實(shí)施方式中所述,用固定 的工作循環(huán)和固定的相位角來調(diào)制外調(diào)制器的強(qiáng)度。該實(shí)施方式利用了SHG設(shè)備是 一種波長鑒別設(shè)備,其設(shè)置用于將對應(yīng)于激光器"接通電流"的波長轉(zhuǎn)換為不同的 所需波長(例如綠光),而對應(yīng)于其它波長(即對應(yīng)于"斷開"電流)束的激光束通過 SHG設(shè)備不發(fā)生改變。所得的結(jié)果是SHG設(shè)備輸出的光強(qiáng)度類似于前述實(shí)施方式中 的結(jié)果。DBR激光器波長調(diào)制和外調(diào)制器強(qiáng)度調(diào)制之間的微分相位角決定了SHG 設(shè)備最后的輸出強(qiáng)度。當(dāng)微分相位角為0。時(shí),SHG輸出的脈寬為對應(yīng)于100n/。最大 強(qiáng)度的比特期的50%。類似地,當(dāng)微分相位角為90。時(shí),SHG輸出的脈寬為對應(yīng)于 50%最大強(qiáng)度的比特期的25%,而當(dāng)微分相位角為180。時(shí),SHG輸出的脈寬為對應(yīng) 于0%最大強(qiáng)度的比特期的0%。圖4C顯示了與本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的微分調(diào)制方案相關(guān)的特性。在該實(shí)施 方式中,對DBR半導(dǎo)體激光器進(jìn)行了強(qiáng)度調(diào)制,對外調(diào)制器進(jìn)行了波長調(diào)制(即由 激光器提供的光束具有改變的強(qiáng)度,而可為SHG設(shè)備的外調(diào)制器則提供具有改變波 長的輸出束)。更具體而言,在該實(shí)施方式中,所采用的半導(dǎo)體激光器是DFB激光 器或DBR激光器。完全如參考圖4A所描述地對DBF半導(dǎo)體激光器或DBR激光器的 增益部分進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制。脈沖到DFB激光器或DBR激光器增益部分的電流具有固定 的工作循環(huán),而所具有的相位角則是可變的。固定的工作循環(huán)導(dǎo)致了對DFB激光器 或DBR激光器恒定的熱負(fù)載以及恒定的波長輸出。然而,可作為SHG本身的外調(diào) 制器以固定的工作循環(huán)和固定的相位角而不是強(qiáng)度來調(diào)制激光器輸出的波長。在 SHG設(shè)備之后獲得的機(jī)構(gòu)強(qiáng)度與前述實(shí)施方式中的強(qiáng)度是相同的。該實(shí)施方式利用 了SHG設(shè)備是一種波長鑒別設(shè)備,其設(shè)置用于將對應(yīng)于外調(diào)制器"接通信號(hào)"的波 長轉(zhuǎn)換為不同的所需波長(例如綠光),而對應(yīng)于其它波長(即對應(yīng)于"斷開"信號(hào)) 束的激光束通過SHG設(shè)備不發(fā)生改變。DBR激光器或DBR激光器增益部分的強(qiáng)度調(diào)制和外調(diào)制器的波長調(diào)制之間的微分相位角決定了輸出強(qiáng)度,SHG輸出脈寬。當(dāng)微分相位角為0。時(shí),SHG輸出的脈寬為對應(yīng)于100n/。最大強(qiáng)度的比特期的50。/。。類 似地,當(dāng)微分相位角為90。時(shí),SHG輸出的脈寬為對應(yīng)于50。/。最大強(qiáng)度的比特期的 25%。而當(dāng)微分相位角為180。時(shí),SHG輸出的脈寬為對應(yīng)于Oy。最大強(qiáng)度的比特期 的0%。如圖6所示,在測試中將聲光調(diào)制器(AOM)710用作外部強(qiáng)度調(diào)制器。DFB激光 器700接收具有恒定工作循環(huán)和可變相的調(diào)制電流。由AOM710接收強(qiáng)度受到調(diào)制 的輸出,其中激光器輸出的是經(jīng)恒定工作循環(huán)和恒定相位調(diào)制的強(qiáng)度,從而產(chǎn)生經(jīng) 調(diào)制的輸出720。所用的工序示于圖7中。最初,在步驟810中接收并處理視頻信號(hào)。 然后,在步驟820中獲取與視頻信號(hào)相關(guān)的光功率或所需的視頻強(qiáng)度。然后,在所 獲得的強(qiáng)度的基礎(chǔ)上,在步驟830中確定相微分。接著,在步驟840中將電流脈沖注 入DFB激光器,在步驟850中將脈動(dòng)控制信號(hào)(門信號(hào))注入外部強(qiáng)度調(diào)制器中。最 后,在步驟860中使輸出束通過SHG設(shè)備并顯示。數(shù)個(gè)測試的結(jié)果示于圖8A-8C和9A-9C中。在圖8A、 8B禾口8C中,DFB工作循環(huán) 為50%, AOM工作循環(huán)為50。/。,這類似于上述圖3A所示的工作循環(huán)。圖8A中,微 分相位角為0。;圖8B中,微分相位角為90。;而圖8C中,微分相位角為180。。圖8C 中,由于AOM不理想的升降次數(shù)(rise and fall times),輸出光強(qiáng)度不為O。圖9A、 9B 和9C中,DFB激光器的電流脈沖工作循環(huán)為〈50。/。,以改善消光率,AOM的工作循 環(huán)為50%。圖9A中,微分相位角為0。;圖9B中,微分相位角為90。;而在圖9C中, 微分相位角為180。。本發(fā)明提供了超越常規(guī)系統(tǒng)的若干獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。通過應(yīng)用本發(fā)明,在高頻電 流脈沖注入下,DBR或DFB激光器的溫度是恒定的。通過改變脈沖到激光器的電流 和脈沖到外調(diào)制器的脈動(dòng)控制信號(hào)之間的微分相位角,可改變由與外調(diào)制器(例如 聲學(xué)調(diào)制器和/或SHG)相連的DBR或DFB激光器所提供的輸出束的輸出強(qiáng)度,但不 會(huì)產(chǎn)生熱感應(yīng)的圖形形成效應(yīng)。由此,本發(fā)明顯然提供了一種強(qiáng)度調(diào)制的方法和系統(tǒng)。雖然結(jié)合幾個(gè)示例性的 實(shí)施方式描述了該發(fā)明,但很明顯很多選擇、修改和改變對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 將會(huì)是很顯見的或是很顯見的。因此,本揭示涵蓋了所有在本發(fā)明精神和范圍之內(nèi)的選擇、修改、等價(jià)物和改變。
      權(quán)利要求
      1.一種用于調(diào)制由半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的輸出束強(qiáng)度的系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括與產(chǎn)生激光脈動(dòng)束的所述激光器連接的脈動(dòng)電流源,和由脈動(dòng)控制信號(hào)控制的外調(diào)制器,所述外調(diào)制器具有(i)接收所述脈動(dòng)束的輸入端,以及(ii)提供經(jīng)調(diào)制的輸出束的輸出端,其中,通過隨時(shí)間改變所述脈動(dòng)電流和所述控制信號(hào)之間的相對相位角來調(diào)制所述輸出束。
      2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng),其特征在于,脈動(dòng)電流和控制信號(hào)均具 有恒定工作循環(huán)。
      3. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng),其特征在于,脈動(dòng)電流與控制信號(hào)之間的 相對相位角隨時(shí)間而改變,以調(diào)制所述輸出束。
      4. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng),其特征在于,脈動(dòng)電流的相位角隨時(shí)間改 變以調(diào)制所述輸出束。
      5. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng),其特征在于,控制信號(hào)的相位角隨時(shí)間改 變以調(diào)制所述輸出束。
      6. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng),其特征在于,通過二次諧波發(fā)生器將所述 脈動(dòng)束間接傳輸?shù)剿鐾庹{(diào)制器。
      7. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng),其特征在于,所述脈動(dòng)束直接傳輸?shù)剿鐾庹{(diào)制器,將所述經(jīng)調(diào)制的輸出束與二次諧波發(fā)生器耦合。
      8. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng),其特征在于,所述脈動(dòng)電流在恒定的50% 工作循環(huán)下工作。
      9. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng),其特征在于,所述控制信號(hào)在恒定的50% 工作循環(huán)下工作。
      10. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng),其特征在于,激光器是DFB和DBR固態(tài)激光器中的一種。
      11. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng),其特征在于,外調(diào)制器是強(qiáng)度調(diào)制器和波長調(diào)制器中的一種。
      12. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng),其特征在于,所述外調(diào)制器是視頻元件。
      13. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng),其特征在于,所述外調(diào)制器是電吸收調(diào)制器。
      14. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng),其特征在于,所述外調(diào)制器是馬赫-珍德 干涉儀調(diào)制器。
      15. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng),其特征在于,所述外調(diào)制器是以恒定速 率旋轉(zhuǎn)的視頻元件,并具有至少一個(gè)光反射面和一個(gè)光吸收面。
      16. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng),其特征在于,所述脈動(dòng)電流和所述門信號(hào) 的比特期小于500 ns。
      17. —種調(diào)制由半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的輸出束的強(qiáng)度的系統(tǒng),所述系統(tǒng)包 括與產(chǎn)生激光脈動(dòng)束的所述激光器連接的可變相位脈動(dòng)電流源,和 外部強(qiáng)度調(diào)制器,其具有接收所述激光脈動(dòng)束的輸入端(i),和受到具有恒定相位的脈動(dòng)門信號(hào)控制的(ii)輸出端,該輸出端提供輸出束,其中,通過隨時(shí)間改變所述脈動(dòng)電流相對于所述門信號(hào)的所述恒定相位的相位角來調(diào)制所述輸出束。
      18. —種調(diào)制由半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的輸出束的強(qiáng)度的系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括與產(chǎn)生激光脈動(dòng)束的所述激光器連接的可變相位脈動(dòng)電流源,其具有脈 動(dòng)強(qiáng)度和恒定的波長,和外部波長調(diào)制器,其具有(i)接收所述脈動(dòng)束的輸入端,和(ii)受到具有恒 定相位的脈動(dòng)門信號(hào)控制的輸出端,所述輸出端提供輸出束,其中,通過隨時(shí)間改變所述脈動(dòng)電流相對于所述門信號(hào)的所述恒定相位 的相位角來調(diào)制所述輸出束,從而調(diào)制特定波長的輸出強(qiáng)度的脈寬。
      19. 一種調(diào)制由半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的輸出束的強(qiáng)度的系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括與產(chǎn)生激光脈動(dòng)束的所述激光器連接的可變相位脈動(dòng)電流源,其具有脈動(dòng)波長和恒定強(qiáng)度,和外部強(qiáng)度調(diào)制器,其具有(i)接收所述脈動(dòng)束的輸入端,和(ii)提供輸出束 的輸出端,所述輸出端受到具有恒定相位的脈動(dòng)門信號(hào)的控制,其中,通過隨時(shí)間改變所述脈動(dòng)電流相對于所述門信號(hào)的所述恒定相位 的相位角來調(diào)制所述輸出束,導(dǎo)致對特定波長的輸出強(qiáng)度的脈寬的調(diào)制。
      20. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng),其特征在于,所述激光器是DFB激光器。
      21. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng),其特征在于,所述脈動(dòng)電流和所述門信 號(hào)均在實(shí)質(zhì)上50%工作循環(huán)下工作。
      22. —種調(diào)制由具有外調(diào)制器的半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的脈動(dòng)束的強(qiáng)度的方 法,所述方法包括步驟向所述激光器提供脈動(dòng)電流,以產(chǎn)生激光脈動(dòng)束;將所述脈動(dòng)束接收入外調(diào)制器的輸入端,所述外調(diào)制器具有這樣的輸出 端它受到脈動(dòng)控制信號(hào)的控制,以及改變所述脈動(dòng)電流和所述脈動(dòng)控制信號(hào)之間的相對相位角,以調(diào)制由所 述外調(diào)制器的所述輸出端傳輸?shù)募す狻?br> 全文摘要
      本發(fā)明提供了調(diào)制由半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的輸出束的強(qiáng)度的系統(tǒng)和儀器。示范性的系統(tǒng)包括與產(chǎn)生激光脈動(dòng)束的激光器連接的脈動(dòng)電流源、具有接收脈動(dòng)束的輸入端和由脈動(dòng)控制信號(hào)控制的輸出端的外調(diào)制器,其中通過隨時(shí)間來改變由脈動(dòng)電流供能的激光器與外調(diào)制器的控制信號(hào)之間的相對相位角,來調(diào)制由外調(diào)制器輸出端傳輸?shù)妮敵鍪?。該外調(diào)制器可為強(qiáng)度型調(diào)制器,其輸出端由具有恒定相位的門信號(hào)控制,而為激光器供能的脈動(dòng)電流源則可為可變相位,以便可用具有簡單結(jié)構(gòu)的外調(diào)制器來對輸出束進(jìn)行調(diào)制。所述系統(tǒng)和方法都能十分有利地與DFB激光器兼容,并能避免這樣的波長偏移和隨之熱誘導(dǎo)的形成圖像的影響,該波長偏移和形成圖像的影響通過用具有恒定工作循環(huán)的脈動(dòng)電流供能激光器所導(dǎo)致。
      文檔編號(hào)H04B10/155GK101326748SQ200680046434
      公開日2008年12月17日 申請日期2006年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月8日
      發(fā)明者C·-E·扎, M·H·胡, 西山伸彥 申請人:康寧股份有限公司
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