本公開涉及基于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方案的寬帶紅光發(fā)生器，所述寬帶紅光發(fā)生器包括光纖拉曼轉(zhuǎn)換器以及諸如三硼酸鋰非線性光學(xué)晶體(LBO)等二次諧波發(fā)生器的組合，該組合操作以產(chǎn)生寬光譜線寬至少約為5nm的紅光(其能夠減少激光照射數(shù)字顯示器上的斑點(diǎn)噪聲)。

背景技術(shù)：

詞匯表

如本公開中所使用地，下面列出的術(shù)語具有以下各個(gè)含義：

寬光譜線或?qū)拵侵冈谄谕莆徊ㄩL(zhǎng)下延伸超過5-25nm波長(zhǎng)范圍的紅光和至少10nm的紅外輻射的譜線。

連續(xù)波(“CW”)激光器是指連續(xù)發(fā)射輻射而不是以短脈沖(如在脈沖型激光器中)發(fā)射輻射的激光器。

占空比是指以規(guī)律間隔出現(xiàn)的脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖重復(fù)頻率(PRF)的乘積。

二極管激光器是指設(shè)計(jì)為使用受激發(fā)射來產(chǎn)生相干光輸出的發(fā)光二極管。

增益是指通過放大器從一點(diǎn)向另一點(diǎn)發(fā)送的信號(hào)的強(qiáng)度、功率或脈沖能量的增加。

增益介質(zhì)是指能夠產(chǎn)生光學(xué)增益的材料。

綠光是指在大約495-570nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁輻射。

紅外輻射(“IR”)是指由約700nm和10,000nm之間的真空波長(zhǎng)表征的電磁輻射。

激光器是通過輻射的受激發(fā)射實(shí)現(xiàn)的光放大的簡(jiǎn)稱。激光器是包含增益介質(zhì)的腔。

紅光通常是頻率范圍大約對(duì)應(yīng)于在約610到650nm的真空波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁輻射。

橫模描述光能在光纖上的分布。

多模光纖是指纖芯的尺寸能夠支持多個(gè)橫模的傳播的光纖。

非線性光學(xué)晶體是指三硼酸鋰非線性光學(xué)晶體(LBO)。

光學(xué)放大器是指使用由泵浦輻射驅(qū)動(dòng)的增益介質(zhì)來放大輸入光學(xué)信號(hào)的功率的裝置。

光學(xué)諧振腔(“腔”)是指由兩個(gè)或更多個(gè)反射表面限定的光路，其中光可以沿著所述光路往復(fù)或循環(huán)。

偏振保持(PM)光纖是指配置為忠實(shí)地保持并傳輸發(fā)射到其中的光的偏振狀態(tài)的單模光纖。

偏振光是指其中各橫向光波彼此平行對(duì)準(zhǔn)的光。

脈沖持續(xù)時(shí)間或脈沖寬度是指脈沖前沿和后沿上的半功率點(diǎn)之間的時(shí)間間隔。

脈沖周期(T)是指具有兩個(gè)或更多個(gè)脈沖的脈沖列中的連續(xù)脈沖的等效點(diǎn)之間的時(shí)間。

脈沖重復(fù)頻率(PRF)是指每單位時(shí)間脈沖的重復(fù)率。PRF與脈沖周期成反比。

準(zhǔn)CW是指以足夠高的重復(fù)率生成一連串脈沖，以看起來連續(xù)。

拉曼散射是指與在通過光纖時(shí)散射的光的波長(zhǎng)的增加(或頻率的減小)相關(guān)聯(lián)的非線性拉曼效應(yīng)。

單模光纖是指纖芯尺寸能夠支持單個(gè)橫模的傳播的光纖。

拉曼光譜的斯托克斯階(斯托克)是指在單色光的光譜中除了標(biāo)準(zhǔn)線以外由于拉曼散射而出現(xiàn)的不同輻射帶或拉曼線。

二次諧波產(chǎn)生(SHG)是指以下頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)：波長(zhǎng)λ的輸入光在傳播通過非線性光學(xué)材料(例如，非線性晶體)時(shí)產(chǎn)生半波長(zhǎng)λ/2(或輸入光的光學(xué)頻率的兩倍)的輸出光。

晶體的光譜接受是指觀察到頻率轉(zhuǎn)換的光譜帶。

斯托克斯移位是指特定熒光物質(zhì)的激發(fā)最大值和發(fā)射最大值之間的波長(zhǎng)差。

可見輻射或光-對(duì)人眼可見的電磁光譜的部分，如在620nm到650nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紅光。

斑點(diǎn)是指具有大量小點(diǎn)或一片顏色的標(biāo)記。

斑點(diǎn)噪聲是指斑點(diǎn)的可觀察到的隨機(jī)強(qiáng)度圖案。

現(xiàn)有技術(shù)討論

610-650nm波長(zhǎng)范圍通常也稱為紅光(盡管嚴(yán)格來說，在620nm波長(zhǎng)附近的光不是真正的紅色而是紅橙色，在650nm波長(zhǎng)處才顯示深紅色)，具有相當(dāng)大份額的工業(yè)應(yīng)用。例如，紅光被認(rèn)為是蔬菜生長(zhǎng)的理想選擇。目前，紅光源在顯示器工業(yè)中具有最廣泛的應(yīng)用，例如，紅-綠-藍(lán)(RGB)數(shù)字顯示器，其中本公開尤其關(guān)注與紅-綠-藍(lán)(RGB)數(shù)字顯示器。

二極管激光器是針對(duì)RGB數(shù)字顯示器的最廣泛使用的激光光源，這是由于二極管激光器的相當(dāng)明亮的范圍且良好定義的可用顏色、它們的深度和飽和度。然而，紅光二極管的發(fā)光效率較低。單個(gè)紅光二極管激光器的輸出功率幾乎不超過1W，這對(duì)于滿足許多工業(yè)激光應(yīng)用的需求而言來說太低了。

用于RGB顯示器的激光光源的出現(xiàn)與二極管泵浦固態(tài)激光器和改進(jìn)型非線性光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)相關(guān)聯(lián)，如下文所簡(jiǎn)述地，所述改進(jìn)型非線性光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)植根于非線性光學(xué)中。

非線性光學(xué)

當(dāng)光穿過透明介質(zhì)(如玻璃)時(shí)，透明介質(zhì)以改變通過其中的光的方式與分子相互作用。當(dāng)光強(qiáng)較強(qiáng)時(shí)，觀察到附加的效果。這些效果之一是一個(gè)波長(zhǎng)(或等效地，頻率)的光由于與某些類型的透明材料的相互作用而可以被轉(zhuǎn)換為不同波長(zhǎng)的光。這被稱為非線性頻率轉(zhuǎn)換。

非線性光學(xué)頻變換

在任何頻率轉(zhuǎn)換過程中，存在貢獻(xiàn)于其效率或原始/基礎(chǔ)頻率下的多少光被轉(zhuǎn)換為新的頻率的兩個(gè)主要因素。首先是所使用的透明介質(zhì)的固有效率。可以用許多不同類型的材料實(shí)現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換，但是有些材料僅比其他材料更有效。其他材料的一個(gè)良好示例是本文公開的三硼酸鋰(“LBO”)非線性光學(xué)晶體。光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換的具體示例是二次諧波生成(SHG)，其中SHG是構(gòu)成所公開主題的一部分。

返回二極管泵浦固體激光器，應(yīng)當(dāng)注意，它們的使用引起了有效率并可靠的中低等功率(紅光和藍(lán)光的情況下最多幾瓦，綠光的情況下最多幾十瓦)可見激光源，其中二極管激光器壽命超過10,000小時(shí)。這些光源基于各行釹(Nd)離子的SHG，因此，對(duì)于基于1000nm附近的最強(qiáng)Nd激光躍遷的SHG進(jìn)行綠光生成是有效率的。然而，相同的光源對(duì)于基于1300nm躍遷的SHG進(jìn)行紅光產(chǎn)生的效率要低得多。

在其他行業(yè)之后，顯示器行業(yè)最近已轉(zhuǎn)向光纖激光器，光纖激光器可以是大功率的、不受溫度影響的、比二極管激光器更加明亮和有效率。然而，光纖激光器使用鐿(Yb)、鉺(Er)和銩(Tm)摻雜劑分別在接近1、1.5和2μm的中心波長(zhǎng)附近僅提供有限波長(zhǎng)調(diào)諧，這顯然使得光纖激光器不適于直接產(chǎn)生包括紅光的可見光。

然而，光纖激光器已經(jīng)使得通過利用非線性光學(xué)及其效應(yīng)的新光源能夠用于產(chǎn)生可見波長(zhǎng)。功率、波束質(zhì)量、偏振和線寬屬性使光纖激光器成為用于經(jīng)由非線性光學(xué)晶體實(shí)現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換的理想光源。對(duì)于到綠光的大功率轉(zhuǎn)換，使用LBO非線性晶體的Yb光纖激光器的SHG已產(chǎn)生平均功率為幾百瓦甚至千瓦的綠光衍射極限輸出。后者已被公開于由本申請(qǐng)的同一受讓人共同擁有的共同未決美國(guó)專利申請(qǐng)61923793中，該申請(qǐng)通過引用完全合并于此。然而，SHG本身不足以產(chǎn)生紅光。

原則上，光纖中的拉曼波長(zhǎng)移位技術(shù)可以在任何波長(zhǎng)下產(chǎn)生光放大。意料之中地，拉曼波長(zhǎng)移位是基于US2011/0268140中公開的拉曼非線性效應(yīng)的，該專利是通過引用整體并入本文并由同一受讓人與本公開共同擁有。下面是對(duì)這種現(xiàn)象的簡(jiǎn)要說明。

拉曼效應(yīng)

當(dāng)強(qiáng)激光耦合到光纖中時(shí)，由于受激拉曼散射該激光產(chǎn)生較長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)。該拉曼散射光本身可以經(jīng)歷拉曼散射。如果光纖足夠長(zhǎng)，則該過程級(jí)聯(lián)，以產(chǎn)生若干波長(zhǎng)或斯托克斯階。

多階拉曼散射(SRS)生成被用作級(jí)聯(lián)波長(zhǎng)拉曼轉(zhuǎn)換器(從較短波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為較長(zhǎng)波長(zhǎng))，以實(shí)現(xiàn)顯著的波長(zhǎng)移位，在所述多階拉曼散射生成中，初始波長(zhǎng)的第i階斯托克斯用作產(chǎn)生第(i+1)階斯托克斯光的泵浦光。因此，拉曼轉(zhuǎn)換器可以產(chǎn)生可能無法從其他類型的激光源獲得的輸出波長(zhǎng)。例如，采用標(biāo)準(zhǔn)偏振保持、單模商用光纖來獲取圖1中的數(shù)據(jù)。由耦合到所述光纖中的1060nm泵浦波束產(chǎn)生的前三個(gè)(3)斯托克斯波近似為：1.1114nm2.1170nm3.1232nm

過去，為了使用非線性晶體來將拉曼斯托克斯階次的波有效率地轉(zhuǎn)換成可見波長(zhǎng)，期望拉曼斯托克斯波具有較窄的譜線。然而，如圖1所示，拉曼光譜的峰值在第一斯托克斯(Stokes)處大約為10nm寬，而在隨后的斯托克斯(Stokes)處要寬得多。這樣的寬光譜線被認(rèn)為對(duì)于在非線性光學(xué)晶體中的1220-1300nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的第三階斯托克斯的IR光的有效轉(zhuǎn)換而言是不可接受的，這是由于后者在上述拉曼移位的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有較窄的光譜接受范圍。已知用于窄化拉曼光譜的幾種技術(shù)。

然而，窄拉曼光譜(特別是在1220-1280nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，結(jié)合許多非線性晶體的光譜接受范圍)對(duì)于如下所述的斑點(diǎn)噪聲而言是非常低效的。

斑點(diǎn)噪聲

在激光照射期間，由于激光的高相干性和顯示器的表面形貌而發(fā)生強(qiáng)烈的干擾，其表現(xiàn)為使圖像劣化的多個(gè)斑點(diǎn)。由多個(gè)斑點(diǎn)定義的圖案是光學(xué)發(fā)生器中的噪聲的基本來源，且斑點(diǎn)噪聲的抑制在視頻顯示器行業(yè)中是至關(guān)重要的。

存在幾種已知的允許減少斑點(diǎn)的技術(shù)。這些技術(shù)之一包括操作在不同波長(zhǎng)下的互非相干激光源。由于不同波長(zhǎng)的斑點(diǎn)圖案是不相關(guān)的，因此這實(shí)現(xiàn)了一些斑點(diǎn)減少。另一種技術(shù)是基于偏振的變化。這種技術(shù)對(duì)于照射光學(xué)發(fā)生器的有限設(shè)計(jì)是實(shí)用的，并且通常是低效的。再一種技術(shù)包括使用可置換的漫射元件，該漫射元件產(chǎn)生不相關(guān)的斑點(diǎn)圖案。

另一技術(shù)是基于具有增加的線寬的激光源，該技術(shù)與所公開的主題高度相關(guān)。由于斑點(diǎn)是因?yàn)榧す廨椛涞母叨认喔尚再|(zhì)而產(chǎn)生的，所以使用具有相干性減弱的源(例如，直接發(fā)射綠色激光二極管)是可行的。然而，已知這些二極管激光器具有較窄的光譜線寬，這不足以將斑點(diǎn)減少到可接受的水平。應(yīng)當(dāng)注意，目前可用的最亮且功率效率最高的綠色激光器是倍頻的，其頻譜線寬不超過0.1-0.2nm。

US 8,786,940公開了通過針對(duì)包括紅色的所有原色在光纖中使用受激拉曼散射來減少激光斑點(diǎn)的裝置，其中通過引用將該申請(qǐng)全部并入本文。所公開的裝置配置有基于Q開關(guān)、倍頻型、摻釹的氟化釔鋰或摻釹的釔鋁石榴石激光器的紅光源，其輸出532nm波長(zhǎng)附近的脈沖型綠光。將脈沖型綠光耦合到MM光纖中，其中該脈沖綠光經(jīng)歷受激拉曼散射，轉(zhuǎn)換成被進(jìn)一步光學(xué)濾除的黃色、橙色和紅色。然而，結(jié)合所公開的裝置的實(shí)驗(yàn)并不特別令人鼓舞，大多數(shù)是因?yàn)镸M光纖在相對(duì)較低的功率水平下快速退化。

此外，在教導(dǎo)黃光光纖源的WO 2013/175387中公開了拉曼散射。所述源配置有窄光譜線寬Yb脈沖型光纖激光源，所述激光源發(fā)射耦合到Y(jié)b光纖放大器中的第一波長(zhǎng)的泵浦光。另一窄線CW種子激光器發(fā)射同樣被耦合到Y(jié)b光纖放大器中的目標(biāo)波長(zhǎng)的信號(hào)光。將耦合到Y(jié)b放大器中的泵浦光轉(zhuǎn)換為單個(gè)拉曼移位目標(biāo)波長(zhǎng)下或第一階斯托克斯下的信號(hào)光。然后，拉曼移位目標(biāo)波長(zhǎng)下的經(jīng)過放大的光入射到產(chǎn)生黃光的非線性晶體上。

上述源具有一些限制。例如，所教導(dǎo)的源被調(diào)整為具有較窄線寬的輸出，其中通過分別提供窄線泵浦源和拉曼種子源來實(shí)現(xiàn)上述效果。這將單獨(dú)呈現(xiàn)出如果該對(duì)比文件的黃色光源被用于照亮顯示器，則這種光源對(duì)于斑點(diǎn)噪聲減小是無效的。

因此，需要一種利用SRS的紅光光纖激光源，該紅光光纖激光源具有較高的功率效率、緊湊的、可靠的和成本較低的結(jié)構(gòu)。

還需要一種能夠輸出具有足夠?qū)挼墓庾V線的紅光的紅光光纖激光源，以顯著減少例如出現(xiàn)在激光照射數(shù)字顯示器上的斑點(diǎn)噪聲的有害影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開的基本目的在于產(chǎn)生紅色激光束，所述紅色激光束具有足以使照射數(shù)字顯示器上的斑點(diǎn)噪聲最小化的寬光譜線。這通過所公開的基于兩個(gè)主要前提的光纖紅光發(fā)生器來獲得：1.拉曼轉(zhuǎn)換器在拉曼光纖中發(fā)射期望的拉曼移位波長(zhǎng)并具有高達(dá)25nm寬光譜線的光，所述期望的拉曼移位波長(zhǎng)在1220-1300nm發(fā)射波長(zhǎng)范圍內(nèi)；以及2.通過LBO非線性晶體對(duì)在上述發(fā)射光譜內(nèi)的期望的拉曼移位波長(zhǎng)下的寬光譜線的光譜接受性用于產(chǎn)生610-650波長(zhǎng)范圍內(nèi)且光譜線寬超過4nm的紅光。在以下簡(jiǎn)要公開的若干實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)所公開的操作用以輸出大功率衍射極限的寬帶紅光的源的實(shí)際實(shí)現(xiàn)方案。

根據(jù)實(shí)施例之一，所公開的發(fā)生器的基本布局包括產(chǎn)生1030-1120nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的泵浦束的寬帶脈沖型光纖激光源以及Yb光纖放大器。脈沖型光束進(jìn)一步耦合到拉曼移相器中，所述拉曼移位器將泵浦束轉(zhuǎn)換成期望的拉曼移位波長(zhǎng)的脈沖型光束。期望的拉曼移位波長(zhǎng)在約1220和1300nm之間變化，并具有至少10nm的寬發(fā)射譜線。然后，將信號(hào)束聚焦在作為單通二次諧波發(fā)生器(SHG)的LBO上，其中SHG具有覆蓋泵浦光在期望的拉曼移位波長(zhǎng)下的發(fā)射光譜線的光譜接受度。在LBO中產(chǎn)生的紅光也具有至少4-5nm的寬光譜線，其足以顯著最小化被照射屏幕上的斑點(diǎn)噪聲。

所公開的單通拉曼轉(zhuǎn)換器的操作取決于光纖配置。根據(jù)一種配置，光纖在石英玻璃包層中具有磷酸鹽玻璃芯。這種配置允許第一波長(zhǎng)下的泵浦束到期望的拉曼移位波長(zhǎng)下的光的一個(gè)斯托克斯轉(zhuǎn)換。在備選配置中，拉曼轉(zhuǎn)換器在石英包層中具有石英玻璃纖芯(可能是磷酸鹽摻雜劑)。本文中，到期望拉曼移位頻率的信號(hào)束的轉(zhuǎn)換發(fā)生在泵浦光的第三(3)階斯托克斯處。

所公開的紅光發(fā)生器的另一實(shí)施例包括如US2011/0268140中公開的多波長(zhǎng)拉曼激光器?？梢酝ㄟ^以下結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例。

根據(jù)該實(shí)施例的可能配置之一包括：脈沖型激光源，具有操作以發(fā)射期望的泵浦波長(zhǎng)下的寬光譜線泵浦光束的MOPFA架構(gòu)，所述期望的泵浦波長(zhǎng)選自1030-1120nm的波長(zhǎng)范圍，并被耦合到拉曼激光器。后者包括具有諧振腔的石英纖芯/包層光纖，諧振腔具有多個(gè)反射器，其中最上游的反射器和最下游的反射器限定諧振腔。輸出反射器至少部分地透射來自諧振腔的輸出信號(hào)光，所述輸出信號(hào)光具有泵浦束的期望的拉曼移位頻率，然后所述信號(hào)光被耦合到波長(zhǎng)在1220-1300nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的LBO中。包括LBO非線性晶體的SH發(fā)生器接收期望拉曼移位波長(zhǎng)的泵浦束，并產(chǎn)生足夠?qū)挼墓庾V線寬的紅光，該光譜線寬足以最小化被照射顯示器上的斑點(diǎn)噪聲。

以短脈沖發(fā)射泵浦束，每個(gè)脈沖具有皮秒-納秒范圍內(nèi)的脈沖寬度。該配置的操作基于同步泵浦拉曼激光方案。具體地，該方案操作使得諧振拉曼轉(zhuǎn)換光脈沖的往返時(shí)間與泵浦束重復(fù)率相匹配，從而拉曼移位波長(zhǎng)下的每個(gè)后續(xù)信號(hào)光脈沖在時(shí)間上和空間上與拉曼轉(zhuǎn)換器中的對(duì)應(yīng)泵浦光脈沖一致。

另一結(jié)構(gòu)配置使用輸出長(zhǎng)泵浦光脈沖的法布里-珀羅脈沖型激光器，每個(gè)泵浦光脈沖的寬度在微秒和更長(zhǎng)范圍內(nèi)。然后將泵浦光脈沖耦合到拉曼激光器中，所述拉曼激光器被配置為發(fā)射在1220-1300nm波長(zhǎng)內(nèi)的期望拉曼移位波長(zhǎng)下的信號(hào)脈沖，該信號(hào)脈沖具有較寬的譜線。接收拉曼移位光的LBO產(chǎn)生脈沖型紅光。與先前公開的同步泵浦方案相比，由于泵浦光脈沖的寬度基本上比拉曼激光器的諧振腔中的光脈沖的往返時(shí)間更長(zhǎng)，因此該配置不需要同步性。

附圖說明

根據(jù)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，將更清楚本公開的上述和其他特征，附圖中：

圖1是拉曼移位泵浦光的拉曼光譜。

圖2示出了所公開的寬線紅光發(fā)生器的基本布局；

圖3示出了通過圖2的配置獲得的拉曼光譜的第三階斯托克斯。

圖4示出了圖2的紅光發(fā)生器的變型。

圖5示出了在圖2和4所示的方案中使用的升壓放大級(jí)的配置。

圖6示出了由圖4的示意圖的IR泵浦源產(chǎn)生的拉曼光譜。

圖7示出了配置有拉曼光纖激光器和直接調(diào)制的QCW IR泵浦源的紅光發(fā)生器。

圖8示出了具有拉曼光纖激光器和具有MOPFA配置的QCW IR泵浦源的紅光發(fā)生器。

具體實(shí)施方式

作為介紹，本公開的實(shí)施例針對(duì)用于發(fā)射610-650納米(nm)范圍內(nèi)的大功率、寬線寬、單模(SM)激光脈沖的新型寬光譜線紅光發(fā)生器和方法。寬線脈沖型SM IR光纖激光源被配置為發(fā)射對(duì)SM拉曼光纖轉(zhuǎn)換器進(jìn)行泵浦的脈沖串，SM拉曼光纖轉(zhuǎn)換器引起產(chǎn)生1220到1300nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的拉曼移位IR光的IR能量的有效率拉曼轉(zhuǎn)換。從拉曼移位波長(zhǎng)范圍選擇的期望波長(zhǎng)的寬光譜線寬在10和25nm之間改變，其上限通常甚至更高。將拉曼移位波長(zhǎng)下的IR光耦合到單通二次諧波發(fā)生器中，該單通二次諧波發(fā)生器包括標(biāo)準(zhǔn)LBO非線性晶體，該標(biāo)準(zhǔn)LBO非線性晶體產(chǎn)生610-650nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)以及譜線約5nm且更寬的SM紅光脈沖型光。

所公開的紅光發(fā)生器是利用標(biāo)準(zhǔn)LBO晶體的獨(dú)有結(jié)構(gòu)，LBO晶體的光譜接受性寬到足以接受在1210-1250nm范圍內(nèi)的期望拉曼移位波長(zhǎng)下線寬為10-25nm的IR光的實(shí)質(zhì)區(qū)段，并且能夠在所公開的紅光波長(zhǎng)范圍內(nèi)以約10％的總器件光電轉(zhuǎn)換效率(wall plug efficiency)進(jìn)行操作。具有kW級(jí)峰值功率和寬光譜線寬的SM紅光束對(duì)于照射數(shù)字顯示器同時(shí)高效地最小化斑點(diǎn)噪聲特別有用。

現(xiàn)參考附圖，圖2示出了所公開的基于諧波產(chǎn)生方案的紅光發(fā)生器10的基本布局，諧波產(chǎn)生方案包括拉曼轉(zhuǎn)換器14以及標(biāo)準(zhǔn)LBO非線性晶體16。IR泵浦源12通過輸出選自1030-1120nm波長(zhǎng)范圍的泵浦波長(zhǎng)下的IR脈沖型光來定義拉曼增益的時(shí)間特性，且在該實(shí)施例中，IR泵浦源12具有MOPFA配置。具體地，IR源12包括配置為寬光譜線SM二極管激光器18的可調(diào)諧泵浦種子/主振蕩器18，其中所述寬光譜線SM二極管激光器18具有可操作用以發(fā)射皮秒-納秒(ps-ns)脈沖寬度范圍內(nèi)的脈沖串的偏振保持(PM)光纖尾纖。然后，將脈沖型泵浦光耦合到Y(jié)b光纖激光放大器或升壓器22中，其中Yb光纖激光放大器或升壓器22被配置為在期望IR泵浦波長(zhǎng)下將脈沖型泵浦光增強(qiáng)至幾kW峰值功率水平?？蛇x地，IR泵浦激光源可以包括一個(gè)或更多個(gè)前置放大級(jí)20，每個(gè)前置放大級(jí)20配置有摻Y(jié)b PM光纖，并在將泵浦種子信號(hào)耦合到功率放大器或升壓器22之前逐漸放大泵浦種子信號(hào)。放大級(jí)各自包括配置有外殼的增益塊，其中所述外殼包圍摻Y(jié)b有源光纖，該摻Y(jié)b有源光纖在其兩端處接合到可以外殼外部端接的相應(yīng)SM PM無源光纖。放大器20和22的泵浦源包括各自以CW制式操作的一個(gè)或更多個(gè)二極管激光器模塊。

寬線寬紅光發(fā)生器10配置有以QCW制式操作的IR泵浦源12，其中通過將泵浦種子源18的輸出耦合到單獨(dú)電光強(qiáng)度調(diào)制器來提供QCW制式，其中單獨(dú)電光強(qiáng)度調(diào)制器用于設(shè)置脈沖或直接調(diào)制激光二極管以便設(shè)置脈沖寬度。脈沖型泵浦光以1至100MHz頻率范圍內(nèi)的重復(fù)率輸出，波長(zhǎng)選自1030-1120nm范圍，且具有ps-ns范圍內(nèi)的脈沖。前置放大器20被配置為在功率放大器將脈沖型泵浦光的平均功率提升到大約200W和更高之前以約1W的平均功率輸出脈沖型光。拉曼轉(zhuǎn)換器可以包括纖芯直徑為幾微米的幾米長(zhǎng)的非線性無源光纖。在圖2的示意圖中，可以根據(jù)種子18的泵浦波長(zhǎng)，將約50-80％的輸出IR泵浦功率轉(zhuǎn)換為約1230nm波長(zhǎng)下的第三階或第四階斯托克斯。在20mm長(zhǎng)的LBO 16中進(jìn)行倍頻之后，在1230拉曼移位波長(zhǎng)下的SM脈沖型光產(chǎn)生圖3所示的可見光譜，其中心波長(zhǎng)約為615nm，光譜帶寬大于5nm，其中所述光譜帶寬足以使斑點(diǎn)噪聲實(shí)質(zhì)上最小化。

紅光發(fā)生器10的功率縮放的關(guān)鍵之一在于：增加所有有源和無源大模場(chǎng)面積光纖的纖芯尺寸。例如，纖芯尺寸可以是20微米，這將允許以15-20kW的IR峰值功率或更大峰值功率產(chǎn)生干凈的拉曼光譜。普通技術(shù)人員容易認(rèn)識(shí)到地，增加的IR峰值功率顯著地提高了轉(zhuǎn)換效率。對(duì)于所述的大模場(chǎng)面積光纖，從1060nm到615nm的轉(zhuǎn)換效率可以接近25％。

紅光發(fā)生器10的功率縮放的另一種方法包括：通過控制IR泵浦光源的占空比來增加平均功率。具體地，可以增加泵浦種子18的重復(fù)率，并調(diào)高泵浦功率，從而保持峰值功率恒定。

圖4示出了圖2所示的寬線紅光發(fā)生器的變型。與基本布局類似，紅光發(fā)生器10配置有主振蕩器18，其輸出被調(diào)制以產(chǎn)生1030-1120nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的脈沖串。一個(gè)或更多個(gè)前置放大和升壓器級(jí)聯(lián)各自配置有由以CW制式操作的激光二極管泵浦來泵浦的摻Y(jié)b光纖。放大器20和22順序地增加脈沖型泵浦光的功率，脈沖型泵浦光進(jìn)一步耦合到拉曼轉(zhuǎn)換器14中，在拉曼轉(zhuǎn)換器14中，脈沖泵浦光被有效地轉(zhuǎn)換成順序斯托克斯階，其中第三階斯托克斯是期望的1220-1300nm波長(zhǎng)范圍和寬光譜線寬。包括LBO晶體16的單通SH發(fā)生器在由拉曼移相器14提供的期望拉曼移位波長(zhǎng)處配置有寬光譜接受度，其中所述寬光譜接受度至少覆蓋期望拉曼移位波長(zhǎng)范圍內(nèi)的IR光的光譜線寬的實(shí)質(zhì)部分。

期望的1220-1300nm的拉曼移位波長(zhǎng)范圍內(nèi)的IR光的線寬可能仍過寬并不利地影響轉(zhuǎn)換效率，而與LBO 16具有寬帶光譜接受范圍無關(guān)。在這種情況下，可以通過用來自以CW制式操作的寬帶SM拉曼種子28的光來泵浦拉曼轉(zhuǎn)換器，縮窄第三階斯托克斯，其中所述光的波長(zhǎng)選自第二階斯托克斯的波長(zhǎng)帶。通過這樣做，第二階斯托克斯通過受激拉曼散射而被放大，這降低了該斯托克斯的線寬。因此，第三階斯托克斯的線寬變窄。在該示意圖中，由泵浦種子18確定時(shí)間特征，同時(shí)通過CW拉曼種子28來確定拉曼移位波長(zhǎng)處的泵浦光的光譜特征。因此，拉曼種子的SM輸出的波長(zhǎng)和線寬可以被調(diào)整為期望的1220-1300nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的特定線寬。

圖5示出了升壓器22包括外殼(未示出)，該外殼包圍輸入SM PM無源光纖32和輸出SM PM無源光纖34，二者尺寸相同并分別被接合到PM摻Y(jié)b石英光纖30的兩端。后者具有MM纖芯38，MM纖芯38能夠在泵浦波長(zhǎng)下支持SM并且包括相對(duì)的均勻尺寸的芯端，其中將所述芯端配置為使得基模(FM)的MFD與由相應(yīng)的SM光纖32和34導(dǎo)引的SM泵浦光的MFD相匹配。將對(duì)應(yīng)SM和FM的MFD直徑匹配以及將MM纖芯38的模式轉(zhuǎn)換區(qū)域42、44絕熱膨脹和收縮提供對(duì)僅一個(gè)FM的激勵(lì)和支撐。

CW SM拉曼種子28可以被配置為寬帶法布里-珀羅光纖或二極管激光器、分布式布拉格反射器(DBR)或分布反饋激光器(DFB)或波長(zhǎng)穩(wěn)定的激光器，在中間斯托克斯處播種拉曼轉(zhuǎn)換器14。具體地，拉曼種子28發(fā)射拉曼移位波長(zhǎng)下的光，其中所述拉曼移位波長(zhǎng)選自拉曼轉(zhuǎn)換器14的第二階斯托克斯的1130-1175nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)。在光纖WDM 26中組合相應(yīng)泵浦和拉曼種子源的輸出，所述光纖WDM 26優(yōu)選地而非必要地布置在升壓器22的上游，其中所述升壓器22僅將1064nm波長(zhǎng)下的泵浦種子光放大至約20-30W平均功率和5-10kW峰值功率。圖6示出了拉曼光譜，其中第三階斯托克斯的線寬約25nm。

將拉曼光纖移位器14的長(zhǎng)度配置為超過5米。例如，可以是以較高的50-80％拉曼轉(zhuǎn)換效率操作的30-100米長(zhǎng)的SM PM無源光纖，在該示例中，轉(zhuǎn)換為在期望1230nm波長(zhǎng)下高達(dá)6kW峰值功率拉曼移位光。LBO 16的尺寸為40mm長(zhǎng)、5mm寬和3mm厚的I型晶體，以約35-50％SHG效率操作。在約615nm波長(zhǎng)下的SM紅光的平均功率在45-110W范圍內(nèi)，而其峰值功率在1.1和2.8kW之間變化。

上述公開的基于拉曼轉(zhuǎn)換器和單通SHG波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方案的寬帶紅光發(fā)生器的配置都針對(duì)所公開的拉曼轉(zhuǎn)換器使用SM PM石英纖芯無源非線性光纖。然而，基于石英的光纖不是產(chǎn)生1220-1300nm范圍內(nèi)的IR光的唯一選擇。石英光纖的可行替代物包括使用具有磷酸鹽玻璃纖芯的光纖，其比標(biāo)準(zhǔn)二氧化硅纖芯光纖產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上更寬的1階斯托克斯。事實(shí)上，寬到使得期望的1220-1300拉曼移位波長(zhǎng)帶被第一階斯托克覆蓋。

圖7和8示出了示出級(jí)聯(lián)拉曼光纖激光器的另一實(shí)施例。該實(shí)施例的原理在于通過使用一系列拉曼斯托克斯移位將泵浦輸出的頻率轉(zhuǎn)換為所需的紅光輸出波長(zhǎng)。傳統(tǒng)地，通過級(jí)聯(lián)拉曼諧振器執(zhí)行超過兩個(gè)或更多個(gè)斯托克斯移位的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。級(jí)聯(lián)拉曼諧振器包括在每個(gè)中間波長(zhǎng)下的嵌套腔，每個(gè)嵌套腔由高反射率光纖布拉格光柵或反射器52制成。諧振器中的每個(gè)中間波長(zhǎng)被選擇為接近其前面的波長(zhǎng)的拉曼增益的峰值。低反射率輸出反射器或耦合器54終止選自1220-1300nm波長(zhǎng)范圍的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。

具體參考圖7，所公開的紅光發(fā)生器包括具有直接調(diào)制的半導(dǎo)體激光器種子58的寬帶QCW IR泵浦源，其中所述直接調(diào)制的半導(dǎo)體激光器種子58由外部電脈沖發(fā)生器來實(shí)現(xiàn)。將期望泵浦波長(zhǎng)下的光耦合到脈沖型Yb光纖激光器56的腔中，該腔限定在高反射器(HR)和低反射器(LR)之間。與在上述公開的配置中使用的所有光纖相比，摻Y(jié)b光纖激光器可以是或可以不是PM光纖。IR源可操作用以輸出期望泵浦波長(zhǎng)的長(zhǎng)微秒脈沖。

泵浦光進(jìn)一步耦合到設(shè)置有多個(gè)HR和下游LR的多級(jí)聯(lián)SM LP拉曼激光器50中，提供產(chǎn)生從具有或不具有LR 54的腔中耦合出三個(gè)斯托克斯，其中第三階斯托克斯在期望拉曼移位波長(zhǎng)范圍處。從拉曼激光器50發(fā)射的拉曼移位泵浦光的特征在于：LBO 16光譜接受的寬光譜線，其中所述LBO可操作用以產(chǎn)生在1220-1300nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有至少約5nm的寬光譜線寬的SM紅光。

圖8示出了配置有MOPFA配置的IR泵浦源，其中MOPFA配置具有種子18以及一個(gè)或更多個(gè)放大級(jí)22。升壓級(jí)基于如圖5所示的相同光纖配置。其余部件對(duì)應(yīng)于圖4的發(fā)生器10的相應(yīng)部件，并包括寬帶拉曼種子28和WDM 26。對(duì)拉曼激光器進(jìn)行同步泵浦。在WDM 26中將期望泵浦波長(zhǎng)下的放大泵浦光與來自拉曼種子26的光組合，其中所述拉曼種子26的光是在選自1220-1300nm波長(zhǎng)范圍的期望拉曼移位波長(zhǎng)下產(chǎn)生的。然后，將放大的泵浦光和拉曼移位光耦合到拉曼激光器50中。在SHG LBO中將拉曼移位波長(zhǎng)下的光轉(zhuǎn)換成期望的寬帶紅光。

上述公開的寬光譜線光發(fā)生器的基本平臺(tái)可以容易地用于產(chǎn)生綠色、黃色、橙色“589nm”和長(zhǎng)紅色光。如圖2、4、5和7-8所示的平臺(tái)包括在1030-1070nm范圍下的IR QCW激光源，配置有所公開的拉曼移位器和單通SHG波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方案的寬帶光發(fā)生器。特定顏色的生成取決于在拉曼轉(zhuǎn)換器中最終轉(zhuǎn)換哪個(gè)斯托克斯階。顯然，第一階斯托克斯產(chǎn)生綠光。所產(chǎn)生的第二階斯托克斯對(duì)于輸出黃光和橙光以及特定基本波長(zhǎng)(例如，1064nm)是必要的。第四階以及甚至第五階斯托克斯有助于將轉(zhuǎn)換的光的波長(zhǎng)擴(kuò)展到長(zhǎng)紅光波長(zhǎng)范圍。不管輸出顏色如何，輸出光的線寬至少為1nm，這種輸出光不僅可以成功地用于激光照射顯示器工業(yè)中，而且還可以應(yīng)用于包括例如標(biāo)記的許多其它行業(yè)。

已經(jīng)參照附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施例，將理解的是，本發(fā)明不限于那些特定實(shí)施例，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本文中執(zhí)行各種改變、修改和適應(yīng)，而不偏離所附權(quán)利要求中定義的本發(fā)明的范圍或精神。