專利名稱：一種激光頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光器領(lǐng)域，尤其涉及一種用于固體激光器的激光頭。
背景技術(shù)：
工作過(guò)程中固體激光器會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)現(xiàn)象，熱效應(yīng)包括熱透鏡效應(yīng)、熱致應(yīng)力雙 折射效應(yīng)和熱退偏效應(yīng)。熱效應(yīng)的產(chǎn)生會(huì)影響激光器的輸出能量和工作穩(wěn)定性，具體的說(shuō) 包括如下幾點(diǎn) 1 、激光晶體在光泵浦的過(guò)程中吸熱后溫度會(huì)升高，對(duì)應(yīng)激光晶體的熱應(yīng)力隨泵浦 能量成正比，當(dāng)泵浦能量增加，激光晶體內(nèi)的最大應(yīng)力超過(guò)材料破壞極限時(shí)，激光晶體將斷 裂； 2、在激光晶體中產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)引起折射率的變化，使原來(lái)各向同性介質(zhì)變?yōu)楦?向異性，這就是熱致應(yīng)力雙折射效應(yīng)； 3、激光晶體在光泵浦的過(guò)程中還會(huì)發(fā)生端面變形，這就是熱透鏡效應(yīng)。
固體激光器的熱效應(yīng)嚴(yán)重妨礙了激光輸出效率的進(jìn)一步提高，并使光束質(zhì)量降 低，在實(shí)際中應(yīng)當(dāng)采取必要的措施來(lái)抑制或減小熱效應(yīng)。通常有幾種常用的補(bǔ)償光泵浦固 體激光器熱效應(yīng)的措施，包括冷卻、濾光和光學(xué)補(bǔ)償法等。而采用常規(guī)的冷卻方法的連續(xù)激 光器，其熱效應(yīng)得到了一定程度的減小，但是由于泵浦光連續(xù)泵浦到激光晶體上，熱量得不 到及時(shí)的釋放，熱效應(yīng)增強(qiáng)，熱量在激光晶體內(nèi)積累造成高的熱梯度，會(huì)發(fā)生熱效應(yīng)或熱致 應(yīng)力雙折射效應(yīng)等問(wèn)題，使得激光晶體對(duì)泵浦光的吸收不均勻，導(dǎo)致其光光轉(zhuǎn)換效率低和 電光轉(zhuǎn)換效率低。而對(duì)于受脈沖調(diào)制的激光器來(lái)說(shuō)，雖然其泵浦光在激光晶體內(nèi)積累的熱 量可以在激光輸出間隔內(nèi)得到一定程度的釋放，但是，整個(gè)激光器裝置的泵浦源的時(shí)間利 用率低，即在受脈沖調(diào)制的激光器沒(méi)有激光輸出的情況下，泵浦源的電能被損耗掉，降低了 系統(tǒng)的電光轉(zhuǎn)換效率。綜上所述，常規(guī)的固體激光器或是由于晶體熱效應(yīng)而電光轉(zhuǎn)換效率 低或是泵浦源的時(shí)間利用率低，總之，難以達(dá)到兩者同時(shí)實(shí)現(xiàn)的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)有效減小熱效應(yīng)和提高對(duì)泵浦源時(shí)間利用率的激 光頭。另外，本發(fā)明還提供了 一種利用上述激光頭制成的激光顯示光源。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種激光頭，包括泵浦源，用于發(fā)射產(chǎn)生連續(xù) 激光；分光裝置，用于把所述泵浦源產(chǎn)生的連續(xù)激光分成兩束脈沖式泵浦激光；以及
兩個(gè)激光諧振腔，分別用于接收所述兩束脈沖式泵浦激光并交替輸出脈沖激光。
上述技術(shù)方案中，所述脈沖式泵浦激光為周期性脈沖激光。
上述技術(shù)方案中，所述脈沖式泵浦激光為方波形式的脈沖激光。
上述技術(shù)方案中，所述兩束脈沖式泵浦激光的占空比之和為100%，兩束脈沖式泵 浦激光交替產(chǎn)生，并且其中任意一束激光的占空比均在25%到75%范圍內(nèi)。
上述技術(shù)方案中，所述分光裝置包括偏振光轉(zhuǎn)換元件和偏振分光裝置。
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上述技術(shù)方案中，所述偏振光轉(zhuǎn)換元件為電光晶體或法拉第旋光器。 上述技術(shù)方案中，所述脈沖式泵浦激光的頻率為50Hz到2KHz。 上述技術(shù)方案中，兩個(gè)所述激光諧振腔中均各自包括一個(gè)激光晶體或者兩個(gè)所述
激光諧振腔包括一個(gè)共用的激光晶體。 上述技術(shù)方案中，兩個(gè)所述激光諧振腔中還各自包括一個(gè)輸出鏡或者兩個(gè)所述激 光諧振腔包括一個(gè)共用的輸出鏡。 上述技術(shù)方案中，兩個(gè)所述激光諧振腔中還各自包括一個(gè)倍頻晶體或者兩個(gè)所述 激光諧振腔包括一個(gè)共用的倍頻晶體。 上述技術(shù)方案中，兩個(gè)所述激光諧振腔前均各自放置一個(gè)耦合透鏡。 上述技術(shù)方案中，所述激光頭還包括用于調(diào)整光路方向的反射鏡。 上述技術(shù)方案中，所述激光頭還包括合束輸出裝置，用于對(duì)所述的兩個(gè)激光諧振
腔的輸出進(jìn)行合束處理。 上述技術(shù)方案中，所述合束輸出裝置為合束鏡，用于對(duì)兩個(gè)激光諧振腔的輸出進(jìn) 行合束處理獲得連續(xù)激光輸出；所述兩個(gè)激光諧振腔的輸出頻率不同。 本發(fā)明還提供一種激光顯示光源，包括光源組、耦合透鏡組和光纖束，其特征在 于，所述光源組由至少一個(gè)上述所述的激光頭組成； 所述耦合透鏡組中的耦合透鏡一一對(duì)應(yīng)于所述激光頭的輸出光束，用于將所述激 光頭的輸出光束分別整形耦合到所述光纖束的對(duì)應(yīng)光纖內(nèi)。 上述技術(shù)方案中，所述耦合透鏡組的耦合透鏡的數(shù)量為所述激光頭的數(shù)量的兩 倍，所述光纖束的光纖數(shù)量與所述耦合透鏡組的耦合透鏡的數(shù)量相等。
上述技術(shù)方案中，所述光纖的輸出端用固定裝置固定為一束。
采用上述技術(shù)方案，具有如下有益效果 與連續(xù)激光器相比，本發(fā)明的兩個(gè)激光晶體能夠更好地散熱，可以更好地降低激 光晶體熱梯度和減小熱效應(yīng)。更進(jìn)一步地，通過(guò)將電源調(diào)整到優(yōu)選的占空比范圍內(nèi)，可以明 顯地提高單路激光的光光轉(zhuǎn)換效率，從而提高了整體裝置的電光轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)也提高了 整體裝置的激光輸出總功率。另外，本發(fā)明中的兩個(gè)激光諧振腔的激光輸出在時(shí)間上互補(bǔ)， 使得整個(gè)裝置任何時(shí)間均有激光輸出，因此相對(duì)于受脈沖調(diào)制的激光器，本發(fā)明提高了泵 浦源的時(shí)間利用率。此外，本發(fā)明裝置成本低，操作簡(jiǎn)單，利于大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施例一的一種偏振分光激光頭的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的激光頭的實(shí)施例一中，入射泵浦光中的s偏光分量和p偏光分量
分別為100% : 0時(shí)，施加在電光晶休上的電壓信號(hào)、經(jīng)過(guò)電光晶體的出射光中的s偏光分
量和P偏光分量占總功率的百分比、兩個(gè)激光晶體的輸出功率隨時(shí)間的變化關(guān)系示意圖； 圖3是實(shí)施例一中s偏光光路光光轉(zhuǎn)換效率圖； 圖4是本發(fā)明的實(shí)施例二的一種偏振分光激光頭的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明的激光頭的實(shí)施例二中，入射泵浦光中的s偏光分量和p偏光分量
分別為80% : 20%時(shí)，施加在電光晶體上的電壓信號(hào)、經(jīng)過(guò)電光晶體的出射光中的8偏光
分量和P偏光分量占總功率的百分比、兩個(gè)激光晶體的輸出功率隨時(shí)間的變化示意 圖6是本發(fā)明實(shí)施例三的激光顯示光源的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例一 圖1示出了本實(shí)施例的一種偏振分光激光頭的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖1可知，激光頭 包括泵浦源112，偏振光轉(zhuǎn)換元件101，偏振分光裝置102，第一耦合透鏡103和第二耦合透 鏡113，第一激光晶體105和第二激光晶體115，反射鏡108，第一倍頻晶體107和第二倍頻 晶體117，第一輸出鏡106和第二輸出鏡116。第一激光晶體105所在光路定義為第一光 路，第二激光晶體115所在光路為第二光路。泵浦源112生成的偏振光作為第一光路和第 二光路的泵浦光。偏振光轉(zhuǎn)換元件101用于將s偏振光和p偏振光進(jìn)行轉(zhuǎn)換，當(dāng)符合一定 條件時(shí)，進(jìn)入偏振光轉(zhuǎn)換元件101的s偏光出射時(shí)變成p偏光，進(jìn)入偏振光轉(zhuǎn)換元件101的 P偏光出射時(shí)變成s偏光；當(dāng)符合另一條件時(shí)，偏振光轉(zhuǎn)換元件101不起作用。偏振分光裝 置102用于將s偏光和p偏光從空間上分離，得到兩路泵浦光，兩路泵浦光分別入射到第一 光路和第二光路。 本實(shí)施例中，偏振光轉(zhuǎn)換元件101采用電光晶體。當(dāng)該電光晶體電壓取l^時(shí)(Vn 為半波電壓)，光束產(chǎn)生的位相差為^ = f ，即偏振面發(fā)生90度的旋轉(zhuǎn)。設(shè)置一周期方波電
壓信號(hào)的低電平為V。(V。 < VM)，高電平為^=^^ ，將具有一定占空比的上述周期方波電壓
信號(hào)施加到電光晶體上，那么在低電平V。的驅(qū)動(dòng)下，泵浦源112發(fā)出的偏振光經(jīng)過(guò)電光晶 體后偏振面不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，在高電平VM的驅(qū)動(dòng)下，偏振光經(jīng)過(guò)電光晶體后偏振面旋轉(zhuǎn)90度， 即進(jìn)入電光晶體的s偏光出射時(shí)變成p偏光，進(jìn)入電光晶體的p偏光出射時(shí)變成s偏光。 偏振光經(jīng)過(guò)電光晶體后入射到偏振分光裝置102，偏振分光裝置102將s偏光和p偏光分 離，從偏振分光裝置102分離的s偏光入射到第一耦合透鏡103，從偏振分光裝置102分離 的P偏光經(jīng)反射鏡108反射后入射到第二耦合透鏡113， s偏光和p偏光分別被第一耦合透 鏡103和第二耦合透鏡113耦合到第一激光晶體105和第二激光晶體115，并依次分別通過(guò) 對(duì)應(yīng)的倍頻晶體和輸出鏡。第一耦合透鏡103和第二耦合透鏡113的入射面和出射面均鍍 有808nm的增透膜。第一激光晶體105的入射面鍍有泵浦光的增透膜和基頻光的反射膜， 第一激光晶體105的出射面鍍有基頻光的增透膜；第一倍頻晶體107的入射面鍍有基頻光 的增透膜和倍頻光的反射膜，其出射面鍍有基頻光和倍頻光的增透膜；第一輸出鏡106入 射面鍍有基頻光的反射膜和倍頻光的增透膜，出射面鍍有倍頻光的增透膜；第一激光晶體 105的入射面和第一輸出鏡106的入射面構(gòu)成激光諧振腔；同理，第二光路的第二激光晶體 115、第二倍頻晶體117和第二輸出鏡116分別與第一光路的第一激光晶體105、第一倍頻 晶體107和第一輸出鏡106的鍍膜相同，反射鏡108鍍有泵浦光的反射膜。第一激光晶體 105和第二激光晶體115分別受到s偏光和p偏光激勵(lì)，輸出基頻光，基頻光分別通過(guò)第一 倍頻晶體107和第二倍頻晶體117獲得倍頻光輸出。 下面具體說(shuō)明本實(shí)例中的激光頭的工作過(guò)程，以泵浦光中的s偏光分量和p偏光 分量的比例為100% : O為例進(jìn)行說(shuō)明
偏振光轉(zhuǎn)換元件101采用磷酸氧鈦鉀(KTP)電光晶體，泵浦源112采用產(chǎn)生中心 波長(zhǎng)為808nm激光的GaAs半導(dǎo)體激光器，偏振分光裝置102為PBS棱鏡(Polarization Beam Splitter,偏振分光棱鏡)，第一激光晶體105和第二激光晶體115均為摻釹釩酸釔 (Nd:YV04)晶體，第一倍頻晶體107和第二倍頻晶體117均為L(zhǎng)B0晶體，各個(gè)晶體上鍍有相應(yīng) 的膜層。GaAs半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生線偏振光，入射到KTP電光晶體的泵浦光的s偏光分量和 P偏光分量的功率百分比分別為100%和0，即泵浦光只有s偏光。經(jīng)KTP電光晶體進(jìn)行偏 振轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)由PBS棱鏡將光分為s偏光分量和p偏光分量，s偏光分量和p偏光分量分 別端面泵浦于第一激光晶體105和第二激光晶體115并分別出射1064nm的基頻光，第一光 路和第二光路的基頻光再分別經(jīng)過(guò)第一倍頻晶體107和第二倍頻晶體117，分別輸出532nm 的倍頻光。如圖2所示，圖2的a部分顯示了加在KTP電光晶體上的電壓信號(hào)，此電壓信 號(hào)為具有預(yù)先設(shè)定占空比的周期方波信號(hào)，高電平為VM，低電平為V。，在周期方波電壓信號(hào) 的每個(gè)周期內(nèi)，高電平持續(xù)時(shí)間為1\，低電平持續(xù)時(shí)間為L(zhǎng)，本實(shí)施例中占空比為25%，即
^^ = 0.25 。不難得出，在上述電壓信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，KTP電光晶體的出射光中的s偏光分量
占總泵浦光功率百分比分布圖如圖2的b部分所示，p偏光分量的示意圖如圖2的c部分所 示，其中施加在KTP電光晶體上的電壓為VM的時(shí)間段內(nèi)，經(jīng)過(guò)KTP電光晶體的線偏振光的偏 振面旋轉(zhuǎn)90度，所以此時(shí)間內(nèi)入射到KTP電光晶體的s偏光的偏振面旋轉(zhuǎn)90度，從KTP電 光晶體出射的光轉(zhuǎn)換為P偏光(只有P偏光分量)；施加在KTP電光晶體上的電壓為V。的 時(shí)間段內(nèi)，經(jīng)過(guò)KTP電光晶體的線偏振光的偏振面不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，此時(shí)間段內(nèi)入射到KTP電光 晶體的s偏光不發(fā)生偏振面旋轉(zhuǎn)，從KTP電光晶體出射的光不發(fā)生變化，仍為s偏光(只有 s偏光分量)，這樣KTP電光晶體的輸出光的占空比與方波電壓信號(hào)的占空比相對(duì)應(yīng)，其中 KTP電光晶體的輸出光中的s偏光分量和p偏光分量的功率占總泵浦光功率的百分比在時(shí) 間上相互交錯(cuò)分布，即s偏光分量的功率百分比為最大值(對(duì)應(yīng)本實(shí)施例，為100% )時(shí)，p 偏光分量的功率百分比為最小值(對(duì)應(yīng)本實(shí)施例，為0)，反之，當(dāng)s偏光分量的功率百分比 為最小值時(shí)，P偏光分量的功率百分比為最大值。當(dāng)泵浦光中的s偏光分量和p偏光分量 的比例為100%和0時(shí)，則KTP電光晶體交替出射s偏光和p偏光。 本實(shí)施例中，偏振分光裝置102的PBS棱鏡能夠?qū)腒TP電光晶體出射的光中的 s偏光分量和p偏光分量從空間上分離成兩路光，因此對(duì)于本實(shí)施例，由PBS棱鏡分離的s 偏光和P偏光在時(shí)間上的分布也分別如圖2的b部分和圖2的c部分所示，即s偏光與p 偏光時(shí)間上相互交替分布，并且占空比與施加到KTP電光晶體上的電信號(hào)相對(duì)應(yīng)。對(duì)于本 實(shí)施例，理想狀態(tài)下，入射到第一激光晶體105上的s偏光和入射到第二激光晶體115上 的P偏光在時(shí)間上的分布與圖2的b部分和圖2的c部分顯示的一樣。第一光路在s偏 光的激勵(lì)下輸出532nm的激光、第二光路在p偏光的激勵(lì)下輸出532nm的激光，不難得出第 一光路和第二光路的輸出光功率在時(shí)間上分布示意圖，如圖2的d部分和圖2的e部分所 示。由此可見(jiàn)對(duì)于第一光路，泵浦光的s偏光為75%占空比的周期方波脈沖，第一光路受 到s偏光激勵(lì)，輸出75%占空比的脈沖激光，在每個(gè)脈沖輸出之間的間隔內(nèi)，第一光路內(nèi)的 Nd:YV04晶體可以有效地將剛剛輸出激光產(chǎn)生的熱量散出；同樣在與上述泵浦光的s偏光 時(shí)間上相互交錯(cuò)的P偏光激勵(lì)下，第二光路輸出25%占空比的脈沖激光，同樣原理第二光 路內(nèi)的Nd:YV04晶體也可以在脈沖輸出的間隔內(nèi)有效地將輸出激光產(chǎn)生的熱量散出，較好
7地降低了激光晶體的熱效應(yīng)，減小了激光晶體的熱梯度，使激光晶體對(duì)泵浦光的吸收均勻，
提高了輸出光功率；此裝置達(dá)到了減小激光晶體的熱效應(yīng)從而提高整個(gè)裝置的電光轉(zhuǎn)換效
率并且同時(shí)達(dá)到提高整個(gè)裝置泵浦源的時(shí)間利用率的目的。特別指出，本實(shí)施例中第一光
路和第二光路中的激光晶體和倍頻晶體采用相同的晶體，在其他情況中，當(dāng)然還可以選擇
采用不同的激光晶體和/或不同的倍頻晶體，此時(shí)可以從兩個(gè)光路分別輸出相同或不同波
長(zhǎng)的激光，如果兩路光路輸出不同波長(zhǎng)的激光，還可以將兩路激光合成一路輸出。 此外，本實(shí)施例中激光晶體、倍頻晶體和輸出鏡的鍍膜方式可以根據(jù)需要進(jìn)行適
當(dāng)調(diào)整。另外，本實(shí)施例中的光路包含有倍頻晶體，為倍頻光輸出，也可以去掉倍頻晶體輸
出基頻光。本實(shí)施例中采用輸出鏡，也可以去掉輸出鏡，用在相應(yīng)晶體上的鍍膜來(lái)實(shí)現(xiàn)諧振
腔。當(dāng)然，光路中各個(gè)光學(xué)元件的鍍膜根據(jù)具體光路而有所不同，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以
理解的。 另外，本實(shí)施例的上述描述中，泵浦源生成的泵浦光為s偏光，但容易理解，泵浦 源生成的泵浦光也可以是P偏光，當(dāng)半導(dǎo)體激光器不發(fā)射線偏振光時(shí)，可以采用起偏光學(xué) 元件等先使半導(dǎo)體激光器發(fā)射線偏振光。并且泵浦源除采用半導(dǎo)體激光器外，還可以采用 由具有雙折射特性的增益介質(zhì)形成的固體激光器，例如摻釹氟化釔鋰(Nd:YLF)固體激光 器和摻釹鋁酸釔(Nd:YAP)固體激光器等。 圖3所示為實(shí)施例一的第一光路(s偏光光路)在不同占空比下所獲得的光光轉(zhuǎn) 換效率圖，第一光路光光轉(zhuǎn)換效率是第一光路的輸出光功率與第一光路的泵浦光功率的比 值。在實(shí)驗(yàn)中，總泵浦功率(即s偏光與p偏光的功率和)取為4W，電光晶體為KTP電光 晶體，激光晶體為Nd:YV04晶體，倍頻晶體為三硼酸鋰(LBO)晶體，輸出鏡為平凹鏡，兩光 路均輸出532nm倍頻光。圖3給出了 50Hz到2KHz頻率范圍內(nèi)，占空比從20%逐漸增加到 100%的光光轉(zhuǎn)換效率的變化曲線，當(dāng)占空比為100%時(shí)即為連續(xù)光。由圖3可以看出，連 續(xù)光的光光轉(zhuǎn)換效率不到5%，而當(dāng)頻率在50Hz到lKHz內(nèi)時(shí)，占空比超過(guò)25%的方波的 光光轉(zhuǎn)換效率都大于等于5%，即此時(shí)第一光路的光光轉(zhuǎn)換效率均高于連續(xù)光的光光轉(zhuǎn)換 效率，由于第一光路和第二光路的激光輸出在時(shí)間上是互補(bǔ)的，所以可以推斷，在占空比在 25%到75%內(nèi)且頻率在50Hz到lKHz內(nèi)時(shí)，第一光路和第二光路的光光轉(zhuǎn)換效率都大于等 于5 % ，那么，此時(shí)兩光路輸出光功率合并起來(lái)后，其光光轉(zhuǎn)換效率必然也高于連續(xù)光的光 光轉(zhuǎn)換效率，可獲得更高的輸出光功率。當(dāng)占空比為50% 75%時(shí)，光光轉(zhuǎn)換效率明顯提 高，尤其是占空比取60 % 70 %時(shí)，光光轉(zhuǎn)換效率達(dá)到峰值區(qū)間， 一般可達(dá)9 %以上，此時(shí)， 在總泵浦光功率(即s偏光與p偏光的功率和)相等的前提下，本發(fā)明即使只考慮s偏光的 一路，其輸出光功率也可達(dá)到4WX60X X9%= 0. 324W，而連續(xù)輸出光的輸出光功率則為 4WX5%= 0. 2W，因此第一光路的一路光輸出功率已經(jīng)超過(guò)了連續(xù)光的輸出功率，因此把本
發(fā)明的第一光路與第二光路輸出光合束后，則可以得到更大的輸出功率。 泵浦光也可以不是線偏振光，只要該泵浦光的s偏光分量和p偏光分量的功率百
分比相差40%以上，并且占空比滿足一定比值，也可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電光轉(zhuǎn)換效率高、系統(tǒng)時(shí)間
利用率高且減小激光晶體熱效應(yīng)的目的，下面以實(shí)施例二為例進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。 實(shí)施例二 圖4示出了本實(shí)施例的激光頭的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖4可知，激光頭包括泵浦源 412，偏振光轉(zhuǎn)換元件401，偏振分光裝置402，第一耦合透鏡403和第二耦合透鏡413，第一激光晶體405和第二激光晶體415，第一輸出鏡406和第二輸出鏡416，第一反射鏡408和 第二反射鏡407，合束鏡404。第一激光晶體405所在光路定義為第一光路，第二激光晶體 415所在光路為第二光路，合束鏡404入射面和出射面鍍有對(duì)第一光路輸出光的增透膜和 第二光路輸出光的反射膜。偏振光轉(zhuǎn)換元件401采用KTP電光晶體，泵浦源412為發(fā)射中 心波長(zhǎng)為808nm激光的GaAs半導(dǎo)體激光器，偏振分光裝置402為PBS棱鏡(Polarization Beam Splitter,偏振分光棱鏡)。第一耦合透鏡403和第二耦合透鏡413的入射面和出射 面均鍍有808nm的增透膜；第一激光晶體405為摻釹釩酸釓(Nd:GdV04)晶體，其入射面鍍 有1341nm的反射膜和808nm的增透膜，其出射面鍍有1341nm的增透膜；第一輸出鏡406的 入射面鍍有1341nm的反射膜；第二激光晶體415為摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)晶體，Nd:YAG 晶體入射面鍍有1064nm的反射膜和808nm的增透膜，其出射面鍍有1064nm的增透膜；第二 輸出鏡416的入射面鍍有1064nm的部分透過(guò)膜；第一反射鏡408鍍有808nm的反射膜；第 二反射鏡407鍍有1064nm的反射膜。特別地，本實(shí)施例中的激光頭還設(shè)置了合束鏡404，合 束鏡404的入射面和出射面均鍍有1341nm的增透膜和1064nm的反射膜，這樣通過(guò)利用合 束鏡404將第一光路和第二光路的輸出激光合束利用，將脈沖激光轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)激 光輸出。 半導(dǎo)體激光器發(fā)射部分偏振光作為泵浦光，入射到KTP電光晶體的泵浦光的s偏 光分量和P偏光分量的功率分別為80%和20%，如圖5所示，圖5的a部分顯示了占空比 為40%的方波信號(hào)，方波信號(hào)的高電平VM施加在KTP電光晶體上時(shí)，入射到KTP電光晶體 上的偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)90度，所以從KTP電光晶體出射光中的s偏光分量和p偏光分量 的百分比發(fā)生互換，即s偏光分量變?yōu)?0%而p偏光分量變?yōu)?0% ;方波信號(hào)的低電平V0 施加在KTP電光晶體上時(shí)，經(jīng)過(guò)KTP電光晶體的偏振光的偏振面不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從KTP電光晶 體出射的光的偏振狀態(tài)和入射光的偏振狀態(tài)相同，可見(jiàn)，在上述電壓信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)于本 實(shí)施例，KTP電光晶體的出射光中的s偏光分量和p偏光分量占總輸出光的功率百分比的 時(shí)間分布情況分別如圖5的b部分和圖5的c部分所示?？偟膩?lái)看，輸出光就是s偏光分 量最大時(shí)對(duì)應(yīng)P偏光的最小值，s偏光最小時(shí)對(duì)應(yīng)p偏光的最大值，并且s偏光和p偏光的 最大值和最小值與施加到KTP電光晶體上的方波電壓信號(hào)的占空比相對(duì)應(yīng)。
與實(shí)施例一類似，PBS棱鏡能夠?qū)腒TP電光晶體出射的光分離為s偏光分量和 P偏光分量。因此由PBS棱鏡分離的s偏光和p偏光在時(shí)間上的分布分別與圖5的b部分 和圖5的c部分顯示的一樣，即p偏光與s偏光的功率占總的光功率的百分比在時(shí)間上相 互交錯(cuò)分布，并且P偏光占空比與施加到KTP電光晶體上的電信號(hào)相同，即為40% ;s偏光 占空比與施加到電光晶體上的電信號(hào)相補(bǔ)充，即為60%。 同樣，與實(shí)施例一類似，從PBS棱鏡出射的兩路部分偏振光入射到Nd:GdV04晶體 和Nd:YAG晶體上的s偏光和p偏光在時(shí)間上的分布與PBS棱鏡分離出的s偏光和p偏光 在時(shí)間上的分布是一致的，并且與圖5的b部分和圖5的c部分顯示的一致。這樣在入射 s偏光和p偏光的激勵(lì)下，第一光路和第二光路分別輸出與入射偏光對(duì)應(yīng)的激光，第一光路 和第二光路的輸出光功率在時(shí)間上分布分別如圖5的d部分和圖5的e部分所示。
特別地，在光路中Nd:GdV04晶體和Nd:YAG晶體的后方還可以設(shè)置一個(gè)合束鏡 404，用于將第一和第二光路輸出的激光合束，將兩路激光同時(shí)利用，理想狀態(tài)下得到連續(xù) 光輸出。同時(shí)第一光路、第二光路與合束鏡404之間也可以設(shè)置調(diào)整光束傳播方向的光學(xué)元件，本實(shí)施例中在第二光路與合束鏡404之間設(shè)置了第二反射鏡407。 由此可以看出，與實(shí)施例一不同的是本實(shí)施例中，Nd:GdV04晶體和Nd:YAG晶體
一直受到泵浦光的激勵(lì)，該激勵(lì)具有最大激勵(lì)值和不為零的最小激勵(lì)值。在最小激勵(lì)值的
泵浦下，Nd:GdV04晶體和Nd:YAG晶體都能夠?qū)倓傇谧畲蠹?lì)值激勵(lì)情況下輸出激光產(chǎn)
生的熱量進(jìn)行一定程度的釋放，這樣就在一定程度上減小了熱積累，從而提高了輸出激光
的總功率，而且由于Nd:GdV04晶體和Nd:YAG晶體輸出的激光的功率波形在時(shí)間上互補(bǔ)，所
以理想狀態(tài)下，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)每時(shí)每刻都在輸出激光，由此提高了泵浦源的時(shí)間利用率。當(dāng)
然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，本實(shí)施例中也可以不用合束鏡404和第二反射鏡407，
此時(shí)激光頭獲得兩路光輸出，而且若兩路的激光晶體相同，同樣可以輸出兩路波長(zhǎng)相同的
激光束。 特別指出，圖2和圖5中所示的波形均只是示意圖，實(shí)際工作中可以會(huì)有一定的誤差。 利用將泵浦光分為兩束方波進(jìn)行激勵(lì)的方案，可以減少激光晶體的熱量積累，減 小激光晶體熱梯度，有效地減小了激光晶體的熱效應(yīng)，從而大大提高整個(gè)裝置的光光轉(zhuǎn)換 效率。特別地，裝置中的電光晶體所加調(diào)制信號(hào)的占空比在25%到75%范圍內(nèi)時(shí)，兩路的 光光轉(zhuǎn)換效率均比連續(xù)光的轉(zhuǎn)換效率明顯提高，且采用此方案可以有效地減小激光晶體熱 效應(yīng)，所以本發(fā)明同時(shí)實(shí)現(xiàn)了提高裝置的電光轉(zhuǎn)換效率和提高泵浦源時(shí)間利用率的目的。
實(shí)施例三 本發(fā)明的激光頭應(yīng)用在激光顯示技術(shù)領(lǐng)域可以有效消除激光散斑。本實(shí)施例是采 用實(shí)施例1或?qū)嵤├?的激光頭的激光顯示光源。圖6是本實(shí)施例的激光顯示光源的結(jié)構(gòu) 示意圖，所述激光顯示光源包括光源組601、耦合透鏡組602和光纖束603。其中光源組601 由10臺(tái)激光器組成，且10臺(tái)激光器均采用本發(fā)明實(shí)施例一所示結(jié)構(gòu)的激光頭，耦合透鏡組 602包含20個(gè)耦合透鏡，光纖束603包括20根光纖。10臺(tái)激光器均發(fā)射兩路激光束，出射 的20路激光束經(jīng)20個(gè)耦合透鏡分別耦合到20根光纖內(nèi)，20根光纖的激光輸出端用固定 裝置固定為一組。上述光源裝置中因?yàn)槊恳慌_(tái)激光器所發(fā)射的激光束之間不具有相干性， 可以達(dá)到較好地的消散斑效果，此外同一個(gè)激光器發(fā)射的兩路激光束一般具有一定的光程 差，當(dāng)兩光纖傳導(dǎo)的光的光程差大于相干長(zhǎng)度時(shí)，兩束激光不會(huì)發(fā)生干涉，可以更好地消除 散斑。而且，現(xiàn)有技術(shù)中可知，一般多個(gè)激光光源之間不具備相干性，所以采用多個(gè)激光光 源作為顯示光源可以一定程度地實(shí)現(xiàn)消散斑，其中激光光束數(shù)目越多消除散斑的效果越明 顯。而現(xiàn)有的采用此類結(jié)構(gòu)的顯示裝置的光源均是單路輸出的激光器，20束激光則需要20 臺(tái)激光器，而采用本發(fā)明的光源裝置則可以實(shí)現(xiàn)利用較少光源實(shí)現(xiàn)輸出較多光束的目的， 與現(xiàn)有采用此類結(jié)構(gòu)的顯示裝置的光源相比，本光源裝置節(jié)省了一半的激光器，有效的減 少的光源的體積，同時(shí)又達(dá)到了更好的消散斑的效果。 本發(fā)明中的激光晶體也可為Nd: YLF、 Yb: YAG或Nd: Cr: GSGG晶體等，倍頻晶體還可 以為KTP、 BBO、 BIBO、 KN或LN晶體等，并且不同光路中的激光晶體和倍頻晶體可采用不相 同的激光晶體和倍頻晶體。另外，本發(fā)明不僅可以用于基頻光和二倍頻光，也可以產(chǎn)生三倍 頻、四倍頻激光等，同時(shí)還可以用于差頻光路、和頻光路和參量振蕩光路，當(dāng)然其光路和鍍 膜也會(huì)根據(jù)具體情況的不同而相應(yīng)地有所改變。本發(fā)明實(shí)施例一中的電光晶體可以為KTP、 LiNb03、RTP、KD*P或BBO等；偏振光轉(zhuǎn)換元件101也可以采用法拉第旋光器。此外，在實(shí)施例一和實(shí)施例二中，當(dāng)?shù)谝还饴泛偷诙饴返木嚯x較近時(shí)，還可以采用一塊激光晶體來(lái)代 替第一激光晶體和第二激光晶體，用一塊倍頻晶體代替第一倍頻晶體和第二倍頻晶體，用 一個(gè)輸出鏡代替第一輸出鏡和第二輸出鏡，此時(shí)輸出鏡可以為平面鏡。在實(shí)施例三中，激光 晶體、倍頻晶體或輸出鏡可以一個(gè)激光頭中采用一塊激光晶體、一塊倍頻晶體或一個(gè)輸出 鏡，也可以采用多個(gè)激光頭共用一塊激光晶體、一塊倍頻晶體或一個(gè)輸出鏡，采用晶體或輸 出鏡的個(gè)數(shù)主要根據(jù)光路的具體情況而定，如果光路相距太遠(yuǎn)，采用一塊晶體或輸出鏡則 會(huì)造成晶體或輸出鏡的浪費(fèi)，成本的提高。本發(fā)明的泵浦光也可以調(diào)制為非周期性的脈沖 光，除方波外，還可以調(diào)制為三角波、正弦波等形式的脈沖激光。以上均是本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以理解的。 最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參 照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方 案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種激光頭，包括泵浦源，用于產(chǎn)生連續(xù)激光；分光裝置，用于把所述泵浦源產(chǎn)生的連續(xù)激光分成兩束脈沖式泵浦激光；以及兩個(gè)激光諧振腔，分別用于接收所述兩束脈沖式泵浦激光并交替輸出脈沖激光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光頭，其特征在于，所述脈沖式泵浦激光為周期性脈沖激光。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光頭，其特征在于，所述脈沖式泵浦激光為方波形式的脈 沖激光。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的激光頭，其特征在于，所述兩束脈沖式泵浦激光的占 空比之和為100%，兩束脈沖式泵浦激光交替產(chǎn)生，并且其中任意一束激光的占空比均在 25%到75%范圍內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光頭，其特征在于，所述分光裝置包括偏振光轉(zhuǎn)換元件和 偏振分光裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光頭，其特征在于，所述偏振光轉(zhuǎn)換元件為電光晶體或法 拉第旋光器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光頭，其特征在于，所述脈沖式泵浦激光的頻率為50Hz到 2KHz。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光頭，其特征在于，兩個(gè)所述激光諧振腔中均各自包括一 個(gè)激光晶體或者兩個(gè)所述激光諧振腔包括一個(gè)共用的激光晶體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光頭，其特征在于，兩個(gè)所述激光諧振腔中還各自包括一 個(gè)輸出鏡或者兩個(gè)所述激光諧振腔包括一個(gè)共用的輸出鏡。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光頭，其特征在于，兩個(gè)所述激光諧振腔中還各自包括一 個(gè)倍頻晶體或者兩個(gè)所述激光諧振腔包括一個(gè)共用的倍頻晶體。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光頭，其特征在于，兩個(gè)所述激光諧振腔前均各自放置一 個(gè)耦合透鏡。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光頭，其特征在于，所述激光頭還包括用于調(diào)整光路方向 的反射鏡。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光頭，其特征在于，所述激光頭還包括合束輸出裝置，用 于對(duì)所述的兩個(gè)激光諧振腔的輸出進(jìn)行合束處理。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的激光頭，其特征在于，所述合束輸出裝置為合束鏡，用于對(duì) 兩個(gè)激光諧振腔的輸出進(jìn)行合束處理獲得連續(xù)激光輸出；所述兩個(gè)激光諧振腔的輸出頻率 不同。
15. —種激光顯示光源，包括光源組、耦合透鏡組和光纖束，其特征在于，所述光源組 由至少一個(gè)權(quán)利要求1所述的激光頭組成；所述耦合透鏡組中的耦合透鏡一一對(duì)應(yīng)于所述 激光頭的輸出光束，用于將所述激光頭的輸出光束分別整形耦合到所述光纖束的對(duì)應(yīng)光纖 內(nèi)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的激光顯示光源，其特征在于，所述耦合透鏡組的耦合透鏡 的數(shù)量為所述激光頭的數(shù)量的兩倍，所述光纖束的光纖數(shù)量與所述耦合透鏡組的耦合透鏡 的數(shù)量相等。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的激光顯示光源，其特征在于，所述光纖的輸出端用固定裝 置固定為一束。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光頭，包括泵浦源，用于發(fā)射連續(xù)激光；分光裝置，用于把所述泵浦源產(chǎn)生的連續(xù)激光分成兩束脈沖式泵浦激光；以及兩個(gè)激光諧振腔，分別用于接收所述兩束脈沖式泵浦激光并交替輸出脈沖激光。本發(fā)明的激光頭能夠進(jìn)行充分散熱，相對(duì)于連續(xù)型激光器可以最大程度的降低激光晶體熱梯度和減小熱效應(yīng)，從而提高電光轉(zhuǎn)換效率，提高了激光輸出總功率；本發(fā)明中的兩個(gè)激光諧振腔的激光輸出在時(shí)間上互補(bǔ)，相對(duì)于受脈沖調(diào)制的激光器，本發(fā)明的裝置提高了泵浦源的時(shí)間利用率；此裝置成本低，操作簡(jiǎn)單，利于大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01S3/082GK101752773SQ20081023924
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者亓巖, 馮美巖, 張勃, 張瑛, 王斌, 賈中達(dá) 申請(qǐng)人:北京中視中科光電技術(shù)有限公司;中國(guó)科學(xué)院光電研究院