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JP5161767B2 - スペックルの減少を伴う広帯域レーザランプ - Google Patents

スペックルの減少を伴う広帯域レーザランプ Download PDF

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Description

本発明は、ダイオードレーザ排気式(pumped)ファイバ又は導波管レーザ又は半導体ダイオードレーザのような、スペックルの減少を伴う広帯域レーザランプ、並びに、従来的なアーク灯の代わりのそれらの可能な光源としての使用に関する。本発明の広帯域レーザランプは、投影ディスプレイのための、並びに、様々な照明用途、例えば、ヘッドライト、店舗用、家庭用、アクセント用、スポット用、又は、劇場用の光源として使用され得る。
スペックルは、レーザ光源のコヒーレンスに関連する効果であり、画像中の望ましくない粒子性を引き起こす。レーザスペックルは、光学的に粗い表面からのコヒーレント光の反射或いは光学的に粗い表面を通じるコヒーレント光の透過に起因する無作為な干渉パターンである。スペックルは極めて目障りであり、スペックルを最小限化するために用いられた過去の試みは、例えば、投影スクリーンを振動することによって、各波面に関連する位相一貫を妨害した。
ＵＳ−Ａ１−２００２／００１９６４１４は、スペックルの減少を伴うレーザ結像系を開示しており、レーザ結像系は、空間的に重ね合わされた１Ｄ配列、或いは、代替的に、レーザ放射線の独立したエミッタの２Ｄ配列を含み、各エミッタは、幾分任意な波長λ０ｉで芯出しされたスペクトル波長Δλｉを有する。配列の素子は、設計上、僅かに異なる中心波長を有することが許容され、それによって、集合波長ΔΛを創成し、それは配列内の如何なる個々のエミッタの波長Δλｉよりもずっと大きい。結果として得られる帯域の増大は、表示される画像中のスペックルを減少する。
スペックルの減少を伴うレーザ結像系は、各共振器が１つの波長のみを放射するので、スペックルを減少するために、それぞれ僅かに変位された波長で放射する多数の共振器が必要であるという欠点を有する。さらに、スペックルを減少するために帯域幅強化された可視的放射線ビームを形成するよう、十分な数の前記僅かにシフトされた波長を集めるために、追加的な光学素子が必要である。よって、ＵＳ−Ａ１−２００２／００１９６４１４に従ったレーザ結像系は、製造の低い垂直範囲、少数の構成部品、頑丈さの増大、コンパクトさの向上、可視光出力の向上、及び／又は、低コストを可能にしない。
レーザが、例えば、アーク灯と置換するためのより良好な或いは類似の放射線性能を有する光源として使用され得るよう、アーク灯よりも優れた或いは同等のビーム性能を有する光源をもたらすために、製造の低い垂直範囲、少数の構成部品、頑丈さの増大、コンパクトさの向上、可視光出力の向上、及び／又は、低コストをもたらすために、スペックルの減少を伴うレーザの製造プロセスを単純化する長い間の必要が存在する。
アーク灯と類似の放射線性能を有するスペックルの減少を伴う広帯域レーザランプを提供することによって上記欠点を克服することが本発明の１つの目的である。本発明の広帯域レーザ光源は、製造がより容易であり、よりコンパクトであり、且つ、従来技術において既知のレーザと比較してアーク灯により類似する。
この目的は、スペックル雑音の減少を伴う可視放射線を放射する光レーザ共振器を伴う導波管レーザであって、前記光共振器は、可視放射線発光レイジング(lasing)材料の両端にある少なくとも１つの鏡又は２つの鏡によって形成され、その光共振器は、マルチモード動作を強化するので、可視放射線発光レイジング材料がスペクトル的に広げられた可視放射線を放射し、スペクトル的に広げられた可視放射線の包絡関数は、１ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅（ＦＷＨＷ）を有する光レーザ共振器を提供することで達成される。
本発明に従って使用されるような「包絡関数」という用語は、本発明に従ったマルチモード動作を強化するレイジング材料を備える光共振器を含む少なくとも１つの導波管レーザの個々にオーバーラップするスペクトル的に広げられた可視放射線発光スペクトルを表すガウス関数又はローレンツ関数を意味する。例えば、図７を参照。
ガウス関数又はローレンツ関数は、以下に定められる。
Figure 0005161767
本発明において使用されるような「光共振器」という用語は、レーザ放射線発光利得材料の両端にある１つの鏡、或いは、概ね２つの鏡を含み得る。
本発明に従った光レーザ共振器は、マルチモード動作を可能にし、複数の空間的にオーバーラップする可視レーザモードのスペクトル的に広げられた可視放射線を放射する。空間的にオーバーラップする可視レーザモードは、スペクトル的に広げられた可視放射線として現れる。スペックルを減少するために、スペクトル的に広げられた可視放射線の包絡関数は、１ｎｍ〜１５ｎｍ、好ましくは、３ｎｍ〜１２ｎｍ、より好ましくは、５ｎｍ〜１０ｎｍ内の半値全幅（ＦＷＨＷ）を有する。
可視放射線発光レイジング材料が、４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲内の青色放射線、５１５ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内の緑色放射線、及び、６１０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内の赤色放射線を発光し、レイジング材料から放射されるスペクトル的に広げられた可視放射線は、１ｎｍ〜１５ｎｍ、好ましくは、３ｎｍ〜１２ｎｍ、より好ましくは、５ｎｍ〜１０ｎｍ内の半値全幅（ＦＷＨＷ）を有する。
よって、マルチモードで動作する本発明に従った単一の光共振器は、投影レーザ画像中のスペックルがない或いは減少された既にスペクトル的に広げられた可視放射線を放射する。従って、レイジング材料のマルチモード動作を強化する本発明に従った光共振器を含む広帯域レーザ光は、製造が容易である。何故ならば、よりコンパクトな装置を製造するために、より少ない構造ユニットが必要とされるからである。
しかしながら、マルチモード動作を許容し且つ複数の空間的にオーバーラップする可視レーザモードのスペクトル的に広げられた可視放射線を放射する本発明に従った１つよりも多くの光レーザ共振器を結合することが好ましい。スペックルを減少するために、１つよりも多くの前記結合された光レーザ共振器のスペクトル的に広げられた可視放射線の包絡関数は、３ｎｍ〜１５ｎｍ、好ましくは、４ｎｍ〜８ｎｍ、より好ましくは、５ｎｍ〜７ｎｍ内の半値全幅（ＦＷＨＷ）を有することが好ましい。
放射されるスペクトル的に広げられた可視放射線は、本発明に従って使用される光共振器に依存して、一時的に一定であるか、或いは、一時的に変調される。
マルチモード動作を強化する本発明に従った光共振器は、例えば、レイジング材料に面するその表面に沿って変化する反射率を備える二色性塗膜を有する少なくとも１つの鏡を含み、好ましくは、二色性塗膜は厚さ勾配を有する。しかしながら、二色性塗膜は、隣接するレイジング材料に沿って、好ましくは、隣接するレイジング材料の断面を横断して最大反射率を変更することが好ましくあり得る。
好ましくは、勾配を備える狭帯域の反射性塗膜が、共振器鏡として使用され得る。しかしながら、１つの共振器鏡のみが勾配フィルタを有することが十分であり且つ最も好ましく、他の共振器鏡は関連波長範囲で同一の高さの反射率を保有し得る。前記光共振器の使用はマルチモード動作を強化し、前記単一の光共振器の可視放射線発光レイジング材料は、スペックル騒音の減少を伴う既にスペクトル的に広げられた可視放射線を放射する。
スペックルを減少するよう、スペクトル的に広げられた可視放射線を達成するために、共振器鏡の塗膜勾配は、本発明に従った光共振器の発光レイジング材料がスペクトル的に広げられた可視放射線を放射するよう選択され、前記スペクトル的に広げられた可視放射線の包絡関数は、１ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅（ＦＷＨＷ）を有する。
本発明に従ったさらに好適な実施態様は、前記隣接するレイジング材料に面されるその表面に沿って変化する反射率を備える少なくとも１つのブラッグ格子を含む共振器である。本発明に従って有用なブラッグ格子は、隣接するレイジング材料の断面表面地域を横断して変化する最大反射率を有するので、前記ブラッグ格子は平行線を有さない。しかしながら、１つのブラッグ格子のみが非平行線を有するのに対し、他のブラッグ格子は平行線を有するのが十分であり且つ最も好ましいので、線間隔は、対向するブラッグ格子反射表面に比べ、前記ブラッグ格子反射表面の一端で僅かに異なる。
ブラッグ格子反射並びにそれらを製造する方法は、従来技術において概ね既知である。参照として引用されるＪ．Ｅ．Ｒｏｍａｎ，Ｋ．Ａ．Ｗｉｎｉｃｋ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６１，２７４４（１９９２）を参照。
本発明に従ったさらに好適な実施態様は、ファブリーペロ空洞を含む共振器であるため、前記光共振器の発光レイジング材料は、スペックルの減少を伴うスペクトル的に広げられた可視放射線を放射する。光共振器の長さの僅かな変更が、レイジング材料から発光される可視波長放射線のスペクトル的に広げられた発光をもたらし、前記スペクトル的に広げられた可視放射線の包絡関数は、１ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅（ＦＷＨＷ）を有する。
さらに、波長最大は、ファブリーペロ装置として構築される取出し鏡を使用してシフトされ得る。２つの鏡の間の間隙の僅かな変更が、レーザ波長のスペクトル的に広がりを引き起こし得る。ファブリーペロ装置として構築される取出し鏡のために、ファブリーペロ取出し鏡の空気膜厚は、前記光共振器のレイジング材料から発光される可視波長放射線のスペクトル的に広げられた発光を強化するよう変更され得るので、前記スペクトル的に広げられた可視放射線の包絡関数は、１ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅（ＦＷＨＷ）を有する。
ファブリーペロ装置は、従来技術において概ね既知である。Ｂｅｒｇｍａｎｎ，Ｓｃｈａｅｆｅｒ，Ｌｅｈｒｂｕｃｋ ｄｅｒ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｈｙｓｉｋ，ｖｏｌｕｍｅ ３；Ｏｐｔｉｋ，Ｗａｌｔｅｒ ｄｅ Ｇｒｕｙｔｅｒ Ｖｅｒｌａｇを参照。
マルチモード動作を強化する光共振器を提供するために、以下の構成のうちの少なくとも１つが作成され得る。
例えば、前記光共振器の少なくとも１つの鏡の位置、屈折率、及び／又は、角度は、一時的に変更され得る。好ましくは、少なくとも１つの鏡の位置、屈折率、及び／又は、角度は、≧２５Ｈｚの周波数で一時的に変更され、少なくとも１つの鏡の変更は、
ａ） 二色性鏡を傾斜すること、
ｂ） ブラッグ格子を傾斜すること、
ｃ） ブラッグ格子の屈折率を電気光学的に変更すること、
ｄ） ファブリーペロ鏡の屈折率を電気光学的に変更すること、
ｅ） ファブリーペロ鏡の距離を変更すること
を含む。
鏡は≧２５Ｈｚの周波数で一時的に変更されることが好ましくあり得る。しかしながら、鏡は、≧５０Ｈｚ、≧７５Ｈｚ、又は、≧１００Ｈｚの周波数で一時的に変更され得る。
本発明に従った有用なレイジング材料は、従来技術において既知であるような任意の適切なレイジング材料であり得る。本発明に従って好ましく使用されるレイジング材料は、Ｒ、Ｇ、及び、Ｂで構成される群から選択される原色のスペクトル的に広げられた可視放射線を放射する。
レイジング材料は、好ましくは、半導体レーザダイオードのアップコンバージョン材料、ダウンコンバージョン材料、又は、可視放射線発光材料であり得る。
よって、本発明のさらなる特徴は、本発明に従ってマルチモード動作を強化するレイジング材料を備える光レーザ共振器を有する少なくとも１つのレーザを含むスペクトル的に広げられた可視放射線を放射する広帯域レーザに向けられる。
スペックルを減少するためにスペクトル的に広げられた可視放射線を放射するための本発明に従った光共振器を備えるレーザ又はレーザ装置は、好ましくは、半導体レーザ、アップコンバージョンレーザ、又は、ダウンコンバージョンレーザである。
半導体レーザは、従来技術において概ね既知である。典型的な半導体レーザがフォトリソグラフィ技術で製造される。典型的には、半導体レーザは、砒化ガリウム、燐化インジウム、又は、砒化インジウムのようなＩＩＩ−Ｖ化合物から製造される。砒化ガリウムに基づくレーザは、６６０〜９９０ｎｍの波長でレーザ発光する。燐化インジウムに基づくレーザは、１３００〜１５５０ｎｍの範囲内でレーザ発光する。半導体レーザは、半導体装置の全ての一般的な利点及び便宜を有する。即ち、それはコンパクトであり、効率的であり、安価であり、頑丈であり、且つ、製造が容易である。しかしながら、半導体レーザの最も重要な特徴の１つは、それらの高い効率である。
半導体レーザ並びにそれらを製造する方法は、従来技術において概ね既知である。参照として引用されるＲ．Ｄｉｅｈｌ（Ｅｄ．），Ｈｉｇｈｔ−Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｏｄｅ Ｌａｓｅｒｓ，Ｔｏｐｉｃｓ Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７８，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ（２０００）を参照。
それらの最も単純な形態において、半導体レーザは、光共振器を形成する鏡として作用する２つの粘着されたファセットを備える半導体材料の小さな矩形のスラブで構成される。
本発明によれば、半導体レーザの光共振器はマルチモード動作を強化するので、前記共振器のレイジング材料を発光する可視放射線は、スペクトル的に広げられた放射線を放射する。スペクトル的に広げられた可視放射線の半値全幅は、一時的に一定であり得るし、或いは、一時的に変調され得る。
本発明に従った半導体レーザに有用なマルチモード動作を強化する光共振器は、既に上述された。本発明に従った光共振器を備える半導体レーザは、スペクトル的に広げられた可視放射線を放射し、そのために、包絡関数は、１ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅（ＦＷＨＷ）を有する。
さらに、本発明に従って記載されたような光共振器は、スペックルを減少するために、ダウンコンバージョンレーザのために使用され得る。Ｎｄ：ＹＡＧ及びＮＤ：ＹＶＯのようなダウンコンバージョンレーザは、従来技術において概ね既知である。具体的には、可視範囲で発光するダウンコンバージョンレーザ並びにそれらを製造する方法は、参照として引用されるＵＳ２００２／０１７２２５１に記載されている。
一般的に、ダウンコンバージョンレーザ装置は、短波長を備えるレーザビームを放射するレーザ源と、ダウンコンバージョン材料を含む光共振器とを含む。ダウンコンバージョン材料は、レーザ源の放射線をより長い波長に向かって変換し或いはシフトする。換言すれば、より高いエネルギーの光子が、ダウンコンバージョン材料によって、より低いエネルギーの光子に変換される。
スペックルの減少を伴うダウンコンバージョンレーザ装置を提供するために、マルチモード動作を強化する本発明に従った光共振器が使用され、光共振器は、ダウンコンバージョン材料を含む。ダウンコンバージョン材料として、任意のダウンコンバージョン材料が使用され得る。
本発明に従って使用されるに適したダウンコンバージョン材料は、Ｐｒ３、Ｈｏ３＋、Ｓｍ３＋、Ｅｕ３＋、Ｄｙ３＋、Ｅｒ３＋、Ｔｍ３＋、及び／又は、Ｔｂ３＋でドープされたレーザ結晶であり、それらは３８０〜４２０ｎｍの波長範囲内にそれらの吸収帯を有する。また、Ｐｒ３、Ｈｏ３＋、Ｓｍ３＋、Ｅｕ３＋、Ｄｙ３＋、Ｅｒ３＋、Ｔｍ３＋、及び／又は、Ｔｂ３＋でドープされたコアを有する光ファイバ又は導波管を含む、光ファイバ又は光学導波管の形態のダウンコンバージョン材料も適切に使用され得る。
希土類イオンを励起するために、レーザダイオードを使用することが好ましい。しかしながら、ＧａＮ基化合物レーザダイオードが最も好ましくあり得る。よって、レーザダイオードは、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＮＡｓ、及び、ＧａＮＡｓ材料のうちの１つから成る活性層を有するレーザダイオードを含むダウンコンバージョン材料を励起するために使用され得る。
ダウンコンバージョン材料を含む本発明に従った光共振器を備えるダウンコンバージョンレーザ装置は、スペクトル的に広げられた可視放射線を放射し、そのために、包絡関数は、１ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅（ＦＷＨＷ）を有する。
従って、例えば、レーザダイオード励起固体ダウンコンバージョンレーザが実現可能であり、固体レーザは、本発明に従った光共振器を含み、それはスペクトル的に広げられたレーザビーム放射線を放射可能であり、そのために、包絡関数は、従来的なレーザダイオード励起固体レーザ機器によって生成され得ないレーザ光を有する１ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅（ＦＷＨＷ）を有する。
本発明に従った広帯域レーザ装置は、少なくとも１つのダウンコンバージョン導波管レーザ、ダウンコンバージョン繊維レーザ、及び／又は、ダウンコンバージョン固体レーザを含む。その上、広帯域レーザは、マルチモード動作を強化する本発明に従った前記光レーザ共振器装置を備える複数のダウンコンバージョンレーザを含むことが好ましい。
アップコンバージョンレーザは、従来技術において概ね既知である。典型的なアップコンバージョンレーザが、典型的に赤外波長範囲内の所与波長の放射線を生成する半導体レーザダイオード、この所与波長放射線をより短い波長の光に、例えば、可視又は紫外波長領域に変換するアップコンバージョン材料、及び、可視又は紫外波長放射線を再循環する光共振器を含む可視又は紫外波長放射線を生成する。
本記載中で使用されるような「アップコンバージョン材料」という用語は、発光がその後に続く光子吸収エネルギー移転のアップコンバージョンプロセスによって希土類イオンによって発光される取入れＩＲ光及び波長放射線を運ぶ結晶、ガラス、光ファイバ、又は、光学導波管の形態の材料を意味し得る。
スペックルの減少を伴うアップコンバージョンレーザ装置を提供するために、マルチモード動作を強化する上述されたような本発明に従った光共振器が使用され、光共振器は、アップコンバージョン材料を含む。一般的には、任意の適切なアップコンバージョン材料が使用され得る。
例えば、結晶、光ファイバ、又は、光学導波管の形態のアップコンバージョン材料は、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｐｒ、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｅｕ、Ｎｄの群又はそれらの組み合わせからの１つ又はそれよりも多くの希土類イオンでドープされた、ＥｒＦ４、ＢａＦ２、ＬａＦ３、ＡｌＦ３、及び、ＮａＦ成分で構成される、ＺＢＬＡＮとして既知の弗化物ガラスから成り得る。さらに、アップコンバージョン材料は、上記の１つ又はそれよりも多くの希土類イオンでドープされたＬｉＬｕＦ４、ＬｉＹＦ４、ＢａＹ２Ｆ８、ＳｒＦ２、ＬａＣｌ３、Ｋｐｂ２Ｃｌ５、ＬａＢｒ３或いはＢａ−Ｌｎ−Ｆ又はＣａ−Ｌｎ−Ｆのような金属弗化物でドープされた希土類で構成され得る。ここで、Ｌｎは、上述のような１つ又はそれよりも多くの希土類イオンである。ＺＢＬＡＮ材料は、Ｋ．Ｏｈｓａｗａ，Ｔ．Ｓｈｉｂａｔａ，Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＺｒＦ４−ＢａＦ２−ＬａＦ３−ＮａＦ−ＡｌＦ３ ｇｌａｓｓ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒｓ，ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＬＴ−２（５），６０２（１９８４）にさらに記載されている。
本記載中で使用されるような「アップコンバージョン層」という用語は、発光がその後に続く光子吸収エネルギー移転のアップコンバージョンプロセスによって希土類イオンによって発光される取入れＩＲ光及び可視光を運ぶＺＢＬＡＮ層、例えば、ＺＢＬＡＮ：Ｅｒ３＋でドープされた希土類で好ましくは構成される層構造を意味する。
本発明は、本発明に従った広帯域レーザ、具体的には、投影レーザ画像中の発光色、例えば、赤色、緑色、又は、青色のためのスペックル騒音の減少を伴う可視放射線を放射する広帯域導波管レーザであって、光共振器は、可視放射線発光レイジング材料の両端にある少なくとも２つの鏡によって形成され、その光共振器は、マルチモード動作を強化するので、可視放射線発光レイジング材料がスペクトル的に広げられた可視放射線を放射し、スペクトル的に広げられた可視放射線の包絡関数は、１ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅を有する広帯域導波管レーザを以下により詳細に記載する。
本発明に従って使用され得る広帯域アップコンバージョン又はダウンコンバージョンレーザは、
ａ） 励起放射線を生成する少なくとも１つの半導体ダイオードレーザ又はレーザバー又はスタック、
ｂ） 励起放射線を再循環し且つマルチモード動作を強化する本発明に従った少なくとも１つの光共振器、
ｃ） 発光がその後に続く光子吸収エネルギー移転のアップコンバージョンプロセスによって励起放射線を可視波長に変換し、マルチモード動作を強化する前記マルチモード光共振器内に配置される少なくとも１つのアップコンバージョン材料、又は、発光がその後に続く光子吸収のダウンコンバージョンプロセスによって励起放射線を可視波長に変換し、マルチモード動作を強化する前記マルチモード光共振器内に配置される少なくとも１つのダウンコンバージョン材料を含む。
広帯域アップコンバージョン又はダウンコンバージョンレーザは、基板上に配置され得る。基板は、ガラス材料及び／又はセラミック及び／又は金属、例えば、銅から成り得る。好ましくは、基板は、装置の効率的な冷却を可能にするよう高い熱伝導率を備える材料から成る。ダイオードレーザ又はダイオードレーザバー又はスタック及びアップコンバージョン又はダウンコンバージョン材料は、同一の基板上に、或いは、別個の基板上に配置され得る。
さらに、以下が好ましい：
− コンバージョン材料と呼ぶアップコンバージョン又はダウンコンバージョン材料は、コンバージョン材料の屈折率よりも小さい屈折率の２つの導波管層の間に配置される。
− コンバージョン材料及び２つの導波管層の全体的な厚さは、半導体ダイオードレーザ中の発光層の厚さよりも少なくとも１μｍ厚い。
− レーザダイオード又はレーザダイオードバー及びコンバージョン材料は、同一の基板上に或いは別個の基板上にそれぞれ配置される。
− マルチモード動作を強化する光共振器の間に挟装されるレーザダイオード又はレーザダイオードバー及びコンバージョン材料は、隣接して配置されることによって、隣接して配置されるダイオードレーザ又はダイオードレーザバー及びコンバージョン材料の間の間隙が形成される。
− マルチモード動作を強化する光共振器の間に挟装されるレーザダイオード又はレーザダイオードバー及びコンバージョン材料は、接触して配置される。
上記の手段は、低い垂直範囲の製造、少数の構成部品、頑丈さの増大、コンパクトさの向上、並びに、可視光出力の向上を有するスペックルの削減を伴う導波管レーザを提供し得る。
本発明の第一実施態様によれば、基板上に配置されるＩＲダイオードレーザ又はダイオードレーザバーは、１つのｎ電極及び１のｐ電極の間に挟装される。アップコンバージョン層は、ＩＲダイオードレーザ又はレーザバーの前に隣接して位置付けられる同一の基板上に配置される。可視レーザは、空洞内又は空洞外構成の形態で実現され得る。
本発明によれば、励起レーザ源は、少なくとも１個の、好ましくは、少なくとも５個の、より好ましくは、少なくとも１０個の、最も好ましくは、少なくとも２０個のダイオードレーザエミッタを含み得る。レーザダイオードバーは、少なくとも５個のダイオードレーザエミッタを含み、好ましくは、２０個のダイオードレーザエミッタを含む。
本発明によれば、マルチモード動作を強化し且つスペクトル的に広げられた可視放射線を放射する光共振器を備えるレーザが、好ましくは使用可能であり、前記レーザは、単一のレーザダイオードによって励起され或いは排気される(pumped)。
本発明のさらなる実施態様が複数のレーザに向けられ、これらのそれぞれ或いは殆どは、マルチモード動作を強化し且つ１ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅（ＦＷＨＷ）を備えるスペクトル的に広げられた可視放射線を放射し、前記レーザは、好ましくは、少なくとも１つのダイオードレーザバーによって励起され或いは排気され得る。ポンプ(pump)又は励起源は、好ましくは、１〜２０個のエミッタを含む。
さらに、本発明は、レーザ放射線の個々のエミッタの本発明に従った励起放射線を生成し且つ空間的に重なり合って位置付けられる導波管レーザを含む１つよりも多くの半導体ダイオードレーザバーのスタックを含むレーザ源又はレーザ結像系に向けられ、エミッタのそれぞれ或いは殆どはスペクトル的に広げられた可視放射線を放射する。
本発明に従った導波管レーザの素子は、設計上、１ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅（ＦＷＨＷ）を備える僅かに異なるスペクトル的に広げられた可視放射線をそれぞれ有することが許容され、それによって、集合帯域幅を創成し、前記スペクトル的に広げられた可視発光放射線の包絡関数は、５ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅（ＦＷＨＷ）を有する。結果として得られる帯域幅は、表示画像中のスペックルを減少する。
よって、本発明に従ったレーザ源が、励起放射線を生成する１つよりも多くの半導体ダイオードレーザバーのスタックを含むことが可能であり、励起波長放射線をスペクトル的に広げられた可視放射線に変換するアップコンバージョン材料又はダウンコンバージョン材料を含み、前記スペクトル的に広げられた可視放射線の包絡関数は、上記のように５ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅（ＦＷＨＷ）を有することが好ましくあり得る。
以下の図面を参照して、本発明の例示的な実施態様を以下に記載する。
本発明によれば、本発明に従ってスペクトル的に広げられた可視的な放射線を放射する１つのレーザダイオードを備える１つの導波管のみが使用され得ることが留意されなければならない。よって、図面は本発明の例示的な実施態様である。
図１は、はんだ付け層（５）を用いて基板（３）にはんだ付けされたレーザダイオード又はレーザダイオードバー（２）で構成された導波管レーザ（１）の概略的な側面図を示している。同じ基板上には、アップコンバージョン層（４）が配置され、アップコンバージョン層（４）は、マルチモード動作を強化する光共振器（１６ａ／１６ｂ）内に配置され、そこでは、鏡（１６ａ）は可視放射線反射塗膜を有し、鏡（１６ｂ）は厚さ勾配を有する可視放射線反射二色性塗膜で塗工されている。アップコンバージョン層は、ＺＢＬＡＮ：Ｅｒから成り、例えば、異なる化学量論的組成を備えるＺＢＬＡＮで構成されるより低い屈折率の２つの層の間に配置される。この場合、アップコンバージョン層（４）はスペクトル的に広げられた可視放射線を放射し、そこでは、前記スペクトル的に広げられた可視放射線の包絡関数は、１ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅（ＦＷＨＷ）を有する。
図２は、はんだ付け層（５）を用いて第一基板（３ａ）にはんだ付けされたレーザダイオード又はレーザダイオードバー（２）で構成された導波管レーザ（６）の概略的な側面図を示している。別個の第二基板（３ｂ）上には、ＺＢＬＡＮ：Ｅｒのアップコンバージョン層（４）が配置され、それによって、該アップコンバージョン層（４）は、例えば、異なる化学量論的組成を備えるＺＢＬＡＮで構成される、より低い屈折率を有する２つの層の間に配置される。アップコンバージョン層（４）は、マルチモード動作を強化する光共振器（１７ａ／１７ｂ）内に配置されており、そこでは、鏡（１７ａ）は可視放射線塗膜を有し、鏡（１７ｂ）はファブリーペロ取出し鏡である。この第二基板（３ｂ）は、第一基板（３ａ）に隣接して位置付けられ、レーザダイオードバー（２）とアップコンバージョン層（４）との間には、ダイオードレーザバー（２）の屈折率とアップコンバージョン層（４）の屈折率との間の屈折率を有する材料で充填された間隙（７）がある。この場合、アップコンバージョン層（４）はスペクトル的に広げられた可視放射線を放射し、そこでは、前記スペクトル的に広げられた可視放射線の包絡関数は、１ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅（ＦＷＨＷ）を有する。
図３は、この場合には、はんだ付け層（５）を用いて基板（１０）にはんだ付けされた３つのエミッタ（８）のレーザダイオードバーと、同一の基板上のエミッタ出力ファセットの前に配置された３つのアップコンバージョン層（９ａ；９ｂ，９ｃ）とで構成される導波管レーザ（１１）の概略図を示している。アップコンバージョン層（９ａ；９ｂ，９ｃ）は、マルチモード動作を強化する光共振器（１８ａ／１８ｂ）内にそれぞれ配置されており、そこでは、鏡（１８ａ）はブラッグ格子であり、鏡（１８ｂ）は非平行線を有する異なる構造を備えるブラッグ格子である。この場合、３つの個々のアップコンバージョン層（９ａ；９ｂ，９ｃ）は、異なる可視放射線の赤色（９ａ）、緑色（９ｂ）、及び、青色放射線（９ｃ）のスペクトル的に広げられた可視放射線をそれぞれ放射し、そこでは、前記スペクトル的に広げられた可視放射線の包絡関数は、１ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅（ＦＷＨＷ）を有する。
図４は、はんだ付け層（５）を用いて第一基板（１２）にはんだ付けされた３つのエミッタ（８）のレーザダイオードバーと、別個の第二基板（１４）にはんだ付けされた３つのアップコンバージョン層（１３ａ；１３ｂ，１３ｃ）とで構成された導波管レーザ（１５）の概略図を示している。前記第二基板（１４）にはんだ付けされた３つのアップコンバージョン層（１３ａ；１３ｂ，１３ｃ）は、第一基板（１２）状のダイオードレーザバーのエミッタ出力ファセットの前に配置されている。アップコンバージョン層（１３ａ；１３ｂ，１３ｃ）は、マルチモード動作を強化する光共振器（１８ａ／１８ｂ）内にそれぞれ配置されており、そこでは、鏡（１８ａ）はブラッグ格子であり、鏡（１８ｂ）は非平行線を有する異なる構造を備えるブラッグ格子である。この場合、３つの個々のアップコンバージョン層（１３ａ；１３ｂ，１３ｃ）は、異なる可視放射線の赤色（１３ａ）、緑色（１３ｂ）、及び、青色光（１３ｃ）のスペクトル的に広げられた可視放射線をそれぞれ放射し、そこでは、前記スペクトル的に広げられた可視放射線の包絡関数は、１ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅（ＦＷＨＷ）を有する。
図５は、はんだ付け層（５）を用いて基板（３）ｂにはんだ付けされたレーザダイオードバー（２）で構成される導波管レーザ（１）の概略的な側面図を示している。同じ基板（３）上に、アップコンバージョン層（４ｂ）が配置されている。アップコンバージョン層は、ＺＢＬＡＮ：Ｅｒから成り、例えば、異なる化学量論的組成を備えるＺＢＬＡＮで構成される、より低い屈折率の２つの導波管層（４ａ，４ｃ）の間に配置される。次いで、アップコンバージョン層（４ｂ）及び２つの導波管層（４ａ，４ｃ）は、例えば、アップコンバージョン層及び導波管層とは異なる化学量論的組成を備えるＺＢＬＡＮで構成される、導波管よりも低い屈折率の２つの層の間に配置され得る。アップコンバージョン層（４ｂ）は、マルチモード動作を強化する光共振器（１９ａ／１９ｂ）内に配置され、そこでは、鏡（１９ａ）はブラッグ格子であり、鏡（１９ｂ）は非平行線を有するブラッグ格子であり、その屈折率は＞２５Ｈｚの周波数で電気光学的に変更される。この場合、アップコンバージョン層（４ｂ）は、スペクトル的に広げられた可視放射線を放射し、そこでは、前記スペクトル的に広げられた可視放射線の包絡関数は、１ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅（ＦＷＨＷ）を有する。
図６は、はんだ付け層（５）を用いて第一基板（３ａ）にはんだ付けされたレーザダイオードバー（２）で構成された導波管レーザ（６）の概略的な側面図を示している。別個の第二基板（３ｂ）上には、ＺＢＬＡＮ：Ｅｒのアップコンバージョン層（４ｂ）が配置され、それによって、該アップコンバージョン層は、例えば、異なる化学量論的組成を備えるＺＢＬＡＮで構成される、より低い屈折率の２つの導波管層（４ａ，４ｃ）の間に配置される。次いで、アップコンバージョン層（４ｂ）及び２つの導波管層（４ａ，４ｃ）は、例えば、アップコンバージョン層及び導波管層と異なる化学量論的組成を備えるＺＢＬＡＮで構成される、導波管層よりも低い屈折率の２つの層の間に配置され得る。この第二基板（３ｂ）は、第一基板（３ａ）に隣接して位置付けられ、レーザダイオードバー（２）とアップコンバージョン層（４）との間には、ダイオードレーザバー（２）の屈折率とアップコンバージョン層（４）の屈折率との間の屈折率を有する材料で充填された間隙（７）がある。アップコンバージョン層（４ｂ）及び導波管層は、マルチモード動作を強化する光共振器（２０ａ／２０ｂ）内に配置され、そこでは、鏡（２０ａ）は、ファブリーペロ鏡であり、鏡（２０ｂ）はファブリーペロ取出し鏡であり、そのファブリーペロ取出し鏡の最大屈折率は、＞２５Ｈｚの周波数で圧電的に変更される。この場合、アップコンバージョン層（４ｂ）は、スペクトル的に広げられた可視放射線を放射し、そこでは、前記スペクトル的に広げられた可視放射線の包絡関数は、１ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅（ＦＷＨＷ）を有する。
図７は、取出し鏡の４つの異なる位置のための出力レーザ波長のためにＺＢＬＡＮ：Ｅｒ繊維レーザ内で取出し鏡を移動することによって得られるスペクトル的に広げられた可視放射線に関して、個々のオーバーラップするレーザ発光スペクトル（非実線）の合計へのガウス形の当て嵌め(fit)を示しており、前記スペクトル的に広げられた可視放射線の包絡関数（ガウス関数）は、約５ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＷ）を有する。
本発明に従った個々の広帯域レーザは、伝導的に接触され得る。例えば、各ダイオードレーザは、別個に制御され得るし、且つ／或いは、ダイオードレーザの群は一群のダイオードレーザが共同的に動作されるよう伝導的に接触される。
スペックルを減少するために、スペクトル的に広げられた可視放射線を放射するための本発明に従った広帯域レーザ又は光共振器を備えるレーザ装置は、好ましくは、半導体レーザ、アップコンバージョンレーザ、及び／又は、ダウンコンバージョンレーザである。本発明の好適実施態様では、マルチモード動作を強化する光共振器内に配置されたレイジンズ材料を備える多数のレーザ群を含む広帯域レーザ装置が提供される。レイジング材料は、本発明の光共振器の故に、スペクトル的に広げられた可視放射線を放射するので、多数の赤色、緑色、及び、青色放射線が、スペックルの減少を伴って放射される。広帯域レーザ又はレーザ装置は共同的に動作可能であり、異なる色を伴う前記レーザの時系列的動作をそれぞれ許容する。同一の色又は異なる色の多数のスペックル減少光ビームを群がらせることが好ましくあり得る。
これは、例えば、各励起レーザの電力を変更することによって、異なる可視波長放射線の出力、即ち、異なる色を採用することを可能にする。
さらに、本発明に従った広帯域レーザ装置は、アップコンバージョン材料又はダウンコンバージョン材料をポンピングするために使用されるダイオードレーザのような個々の励起レーザも含み得る。
本発明に従ってマルチモード動作を強化する光共振器内に配置されるレーザ材料を含むさらに、広帯域レーザ装置は、≧２及び≦１０００の可視波長放射線のための光ビーム品質Ｍ２を有するよう構成され得る。
上方値に向かう広帯域レーザ装置の光ビーム品質Ｍ２は、そのようなマルチモード動作によって引き起こされる。さらに、レイジング材料の断面積が可視放射線発光方向に対して垂直に拡張される点で、上方値に向かう広帯域レーザ装置の光ビーム品質Ｍ２は増大され得る。
本発明の他の目的は、以下の用途の１つにおける使用のために設計される、記載されたような少なくとも１つのレーザ共振器又は広帯域レーザランプを含む照明装置に関する：
− 投影用途系
− 光学用途系
− 医療照明用途系
− 自動車用途系
明細書を不必要に長くすることなく包括的な記載を提供するために、出願人は、上記に参照された特許及び特許出願のそれぞれを参照としてここに引用する。
上記の詳細な実施態様中の素子及び特徴の特定の組み合わせは例示的であるに過ぎない。これらの教示を本明細書或いは参照として引用される特許／出願中の他の教示と交換し置換することも明示的に想定される。当業者が理解するであろうように、ここに記載されるものの変形、修正、及び、他の実施が、請求されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに当業者に起こり得る。従って、上記の記載は例証であるに過ぎず、制限的であることは意図されない。本発明の範囲は以下の請求項並びにそれらの均等物に定められる。さらに、記載及び請求項中で使用される参照符号は、請求されるような請求項の範囲を限定しない。
１つの基板の上に配置された導波管レーザを概略的に示す側面図である。 ２つの基板の上に配置された導波管レーザを概略的に示す側面図である。 １つの基板の上に配置された３つのエミッタのレーザダイオードバーと３つのアップコンバージョン層とを備える導波管レーザを示す概略図である。 ２つの基板の上に配置された３つのエミッタのレーザダイオードバーと３つのアップコンバージョン層とを備える導波管レーザを示す概略図である。 １つの基板の上に配置された導波管レーザを概略的に示す側面図であり、アップコンバージョン層が２つの導波管層の間に配置されている。 ２つの基板の上に配置された導波管レーザを概略的に示す側面図であり、アップコンバージョン層が２つの導波管層の間に配置されている。 個々のオーバーラップレーザ発光スペクトルの合計−非実線−へのガウス形−実線−の当て嵌めを示すグラフである。

Claims (9)

  1. スペックル雑音の減少を伴う可視放射線を放射する導波管レーザのレーザ共振器であって、当該共振器は、可視放射線発光レイジング材料の両端にある少なくとも１つの鏡又は２つの鏡によって形成され、当該共振器は、マルチモード動作を強化するので、前記可視放射線発光レイジング材料がスペクトル的に広げられた可視放射線を放射し、該スペクトル的に広げられた可視放射線の包絡関数は、１ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅を有し、
    当該共振器は、隣接するレイジング材料の断面表面領域に亘って変動する最大反射率を有する少なくとも１つのブラッグ格子を含み、前記反射率が前記レイジング材料に面する前記ブラッグ格子の表面に沿って変化するように、前記ブラッグ格子は平行線を有さない、
    レーザ共振器。
  2. 当該共振器は、前記レイジング材料に面するその表面に沿って変化する反射率を備える二色性塗膜を有する少なくとも１つの鏡を含み、前記二色性塗膜は、厚さ勾配を有する、請求項１に記載のレーザ共振器。
  3. 当該共振器は、それらの波長最大に対してシフトされる複数の異なる可視放射線を示すファブリーペロ空洞を含む、請求項１又は２に記載のレーザ共振器。
  4. 少なくとも、前記光共振器の少なくとも１つの鏡の位置、屈折率、及び／又は、角度は、一時的に変更され、少なくとも１つの鏡の位置、屈折率、及び／又は、角度は、≧２５Ｈｚの周波数で一時的に変更され、少なくとも１つの鏡の前記変更は、
    ａ） 二色性鏡を傾斜すること、
    ｂ） ブラッグ格子を傾斜すること、
    ｃ） ブラッグ格子の屈折率を電気光学的に変更すること、
    ｄ） ファブリーペロ鏡の屈折率を電気光学的に変更すること、
    ｅ） ファブリーペロ鏡の距離を変更すること
    を含む、請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載のレーザ共振器。
  5. 前記可視放射線発光レイジング材料は、４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲内の青色放射線、５１５ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内の緑色放射線、及び、６１０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内の赤色放射線で構成される群から選択される原色を発光する、請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載のレーザ共振器。
  6. 請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載のレーザ共振器を備える少なくとも１つのレーザを含む広帯域レーザ装置であって、請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載のレーザ共振器を備える複数のレーザを含む広帯域レーザ装置。
  7. 前記レーザのうちの少なくとも１つは、導波管レーザ、アップコンバージョン繊維レーザ、アップコンバージョン固体レーザ、ダウンコンバージョン繊維レーザ、ダウンコンバージョン固体レーザ、又は、半導体ダイオードレーザである、請求項６に記載の広帯域レーザ装置。
  8. 前記導波管レーザの素子は、僅かに異なるスペクトル的に広げられた可視放射線を有し、該スペクトル的に広げられた可視放射線の包絡関数は、１ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅を有することによって、前記導波管レーザは、集合波長を創成し、スペクトル的に広げられた可視放射線の前記集合の包絡関数は、５ｎｍ〜１５ｎｍ内の半値全幅を有する、
    請求項６又は７に記載の広帯域レーザ装置。
  9. 以下の用途のうちの１つにおける使用のために設計される、
    − 投影用途系
    − 光学用途系
    − 医療照明用途系
    − 自動車用途
    請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載の少なくとも１つのレーザ共振器又は請求項６乃至８のいずれか一項に記載の広帯域レーザ装置を含む照明装置。
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