申请/专利权人：中国科学院半导体研究所

申请日：2019-07-22

公开（公告）日：2020-09-15

公开（公告）号：CN110289551B

主分类号：H01S5/10(20060101)

分类号：H01S5/10(20060101);H01S5/34(20060101);H01S5/042(20060101);H01S5/06(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.09.15#授权;2019.10.29#实质审查的生效;2019.09.27#公开

摘要：本发明提供了一种用于激光显示的激光光源，属于半导体激光器和激光显示技术以及成像技术领域。所述用于激光显示的激光光源包括：第一光学谐振腔、第二光学谐振腔以及第三光学谐振腔；所述第一光学谐振腔和第三光学谐振腔为带切口的圆形光学谐振腔；所述第二光学谐振腔为FP光学谐振腔、FP加倾斜腔的光学谐振腔或者FP加上下对称喇叭口光学谐振腔；所述第一光学谐振腔和第三光学谐振腔分别位于所述第二光学谐振腔的左右两侧。本发明提供的一种用于激光显示的激光光源，通过改变第一光学谐振腔和第三光学谐振腔的圆形结构的参数和第二光学谐振腔的参数，可以使不同波长范围的激光实现混沌模式的输出，且在出光面处激光有高的方向性。

主权项：1.一种用于激光显示的激光光源，其特征在于，包括：第一光学谐振腔、第二光学谐振腔以及第三光学谐振腔；所述第一光学谐振腔和第三光学谐振腔为带切口的圆形光学谐振腔；所述第二光学谐振腔为FP光学谐振腔、FP加倾斜腔的光学谐振腔或者FP加上下对称喇叭口光学谐振腔；所述第一光学谐振腔和第三光学谐振腔分别位于所述第二光学谐振腔的左右两侧；所述第一光学谐振腔包括出光面，位于所述第一光学谐振腔的切口处；所述第二光学谐振腔包括上侧壁和下侧壁，位于所述第二光学谐振腔的上下两侧；所述第三光学谐振腔包括后腔面，位于所述第三光学谐振腔的切口处；所述后腔面、出光面以及上侧壁和下侧壁均由解离形成；所述上侧壁和下侧壁均镀有高反膜。

全文数据：用于激光显示的激光光源技术领域本发明涉及半导体激光器和激光显示技术以及成像技术领域，特别涉及一种用于激光显示的激光光源。背景技术信息是除物质和能量之外现代人类社会赖以发展的第三大要素。信息的存在与表现形式多种多样，人类获得的绝大部分信息是通过人眼感知的。信息显示技术基于物理、电子与光学原理，采用相应方式将信息以光的强弱、颜色或其它特征呈现为人眼可感知的视觉信息字符、图形和图像等，它是信息技术的重要组成部分。近几十年来，显示技术发展十分迅速，经历了从模拟到数字、从黑白到彩色的发展历程，目前正向数字超高清、大色域及3D显示等方向发展。激光显示技术充分利用激光的单色性好、方向性强、亮度高等特性，可最大程度地再现自然界丰富艳丽的色彩，实现人类有史以来最佳的色彩还原；可大大提高图像显示亮度和对比度；同时可以完全继承数字高清显示的数字信号、高分辨率；同时也表现出来可靠性高，寿命长，功耗低，画面一致性好等特点。近年来，随着激光技术的进步，激光显示技术的研发取得了虽著进展，国际产业界也将其称之为“人类视觉史上的革命”，激光显示作为新一代的显示技术，将成为未来显示市场上的主流。相比于采用固体激光器为激光显示的光源，半导体激光表现出以下优点：半导体激光器芯片寿命达两万小时以上，而且连续工作没有衰减；采用直接的电泵浦工作方式；光谱宽度窄，仅有几个纳米，可以获得极高色彩饱和度；色域覆盖度高，可达人眼可见范围的90％以上，激光显示色域范围远远高于其他光源显示技术；电光转换率高，能源损耗低，环保节能。但是当采用半导体激光器作为激光显示的光源时，由于其高的相干性带来的散斑对激光显示的图像质量是致命的伤害。为了提高激光显示的图像质量，从降低半导体激光器的相干性出发来消除散斑，目前研究了一些多模激光器来消除散斑，但是多模半导体激光的方向性极差还是不能有实际的应用。发明内容一要解决的技术问题本发明提供了一种用于激光显示的激光光源，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。二技术方案本发明提供了一种用于激光显示的激光光源，包括：第一光学谐振腔、第二光学谐振腔以及第三光学谐振腔；所述第一光学谐振腔和第三光学谐振腔为带切口的圆形光学谐振腔；所述第二光学谐振腔为FP光学谐振腔、FP加倾斜腔的光学谐振腔或者FP加上下对称喇叭口光学谐振腔；所述第一光学谐振腔和第三光学谐振腔分别位于所述第二光学谐振腔的左右两侧。在一些实施例中，所述第一光学谐振腔包括出光面，位于所述第一光学谐振腔的切口处；所述第二光学谐振腔包括上侧壁和下侧壁，位于所述第二光学谐振腔的上下两侧；所述第三光学谐振腔包括后腔面，位于所述第三光学谐振腔的切口处。在一些实施例中，所述后腔面、出光面以及上侧壁和下侧壁均由解离形成；所述上侧壁和下侧壁上均镀有高反膜。在一些实施例中，所述第一光学谐振腔和第三光学谐振腔的圆形结构为对称或者非对称，用于产生混沌模式和调控方向性。在一些实施例中，所述FP光学谐振腔用于模式放大和筛选混沌模式以及增加侧壁对模式的反馈。在一些实施例中，所述FP加倾斜腔的复合光学谐振腔以及FP加上下对称喇叭口光学谐振腔，用于增加模式数量以及增加侧壁对模式的反馈。在一些实施例中，所述的第一光学谐振腔、第二光学谐振腔及第三光学谐振腔均采用多量子阱或单量子阱作为有源区。在一些实施例中，所述第一光学谐振腔、第二光学谐振腔及第三光学谐振腔的刻蚀深度均超过有源区。在一些实施例中，所述激光光源还包括电极，所述电极制作于所述第一光学谐振腔、第二光学谐振腔及第三光学谐振腔的上表面，用于使所述激光光源采用电注入模式。在一些实施例中，所述激光光源的工作波长范围为可见光到近红外。三有益效果从上述技术方案可以看出，本发明用于激光显示的激光光源至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：1、本发明提供的一种用于激光显示的激光光源，通过改变第一光学谐振腔、第二光学谐振腔中圆形结构的参数以及第三光学谐振腔的参数，可以使在不同波长范围的激光实现混沌模式的输出，且在出光面处激光有高的方向性。2、本发明提供的一种用于激光显示的激光光源，第一光学谐振腔、第二光学谐振腔以及第三光学谐振腔的刻蚀深度均大于有源层，从而使得腔外和腔内有足够的折射率差来限制腔内的混沌模式。3、本发明提供的一种用于激光显示的激光光源，第二光学谐振腔上下两侧的上侧壁和下侧壁通过解离得到，并且都镀有高反膜，也可以增加侧壁对混沌模式的反馈，减小靠侧壁反馈形成的混沌模式的散射损耗，最大程度的将腔内的混沌模式数目保留。附图说明图1为本发明提供的一种用于激光显示的激光光源的立体图；图2为本发明提供的一种用于激光显示的激光光源的结构俯视示意图；图3为本发明提供的一种用于激光显示的激光光源的结构俯视示意图；图4为本发明提供的一种用于激光显示的激光光源的结构俯视示意图；图5为本发明实施例提供的一种用于激光显示的激光光源用时域有限差分方法模拟的中心波长635nm，第一光学谐振腔和第三光学谐振腔的圆形结构对称且第二光学谐振腔是侧壁镀高反膜的FP光学谐振腔的模场分布示意图；图6为本发明实施例提供的一种用于激光显示的激光光源用时域有限差分方法模拟的中心波长635nm，第一光学谐振腔和第三光学谐振腔的圆形结构对称且第二光学谐振腔是FP加倾斜腔的光学谐振腔且倾斜腔的腔面镀高反膜的模场分布示意图；图7为本发明实施例提供的一种用于激光显示的激光光源用时域有限差分方法模拟的中心波长635nm，第一光学谐振腔和第三光学谐振腔的圆形结构对称且第二光学谐振腔是FP加对称喇叭口光学谐振腔且喇叭宽口镀高反膜的模场分布示意图；图8为本发明实施例提供的一种用于激光显示的激光光源用时域有限差分方法模拟的中心波长635nm，第一光学谐振腔和第三光学谐振腔的圆形结构对称且第二光学谐振腔是FP加倾斜腔的光学谐振腔且倾斜腔的腔面镀高反膜的共振谱图；图9为本发明实施例提供的一种用于激光显示的激光光源用时域有限差分方法模拟的中心波长635nm，第一光学谐振腔和第三光学谐振腔的圆形结构对称且第二光学谐振腔是FP加倾斜腔的光学谐振腔且倾斜腔的腔面镀高反膜的共振谱图；图10为本发明实施例提供的一种用于激光显示的激光光源用时域有限差分方法模拟的中心波长635nm，第一光学谐振腔和第三光学谐振腔的圆形结构对称且第二光学谐振腔是FP加对称喇叭口光学谐振腔且喇叭宽口镀高反膜的共振谱图。上述附图中，附图标记含义具体如下：101-第一光学谐振腔；102-第二光学谐振腔；103-第三光学谐振腔；104-后腔面；105-出光面；107-上侧壁；108-下侧壁；R1-第一光学谐振腔和第三光学谐振腔的圆形结构的半径；d1-后腔面距离第二光学谐振腔的圆形结构的圆心的距离；d2-第二光学谐振腔一侧距离第一光学谐振腔的圆形结构的圆心的距离；L-FP光学谐振腔的轴向长度；W-FP光学谐振腔垂直于轴向的长度；L1-FP加倾斜腔的光学谐振腔的轴向长度；W1-FP加倾斜腔的光学谐振腔垂直于轴向的长度；θ1-倾斜腔的倾角；L2-FP加上下对称喇叭口光学谐振腔的轴向长度；W2-FP加上下对称喇叭口光学谐振腔垂直于轴向的长度；θ2-喇叭口倾斜侧壁和垂直于出光方向的夹角。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。本发明提供了一种用于激光显示的激光光源，如图1-图4所示，包括：第一光学谐振腔101、第二光学谐振腔102以及第三光学谐振腔103；所述第一光学谐振腔101和第三光学谐振腔103为带切口的圆形光学谐振腔；所述第二光学谐振腔102为FP光学谐振腔、FP加倾斜腔的光学谐振腔或者FP加上下对称喇叭口光学谐振腔；所述第一光学谐振腔101和第三光学谐振腔103分别位于所述第二光学谐振腔的左右两侧。本发明提供的一种用于激光显示的激光光源，通过改变第一光学谐振腔和第二光学谐振腔的圆形结构的参数以及第三光学谐振腔的参数，可以使在不同波长范围的激光实现混沌模式的输出，且在出光面处激光有高的方向性。进一步的，第一光学谐振腔101包括出光面105，位于第一光学谐振腔101的切口处；第二光学谐振腔102包括上侧壁107和下侧壁108，位于第二光学谐振腔102的上下两侧；第三光学谐振腔103包括后腔面104，位于第三光学谐振腔103的切口处。图2-图4示出了三种用于激光显示的激光光源的结构俯视示意图，图2中的激光光源包括：第一光学谐振腔101、第三光学谐振腔103，以及FP光学谐振腔102，出光面105和后腔面104以及镀高反膜的上下侧壁107和108；图3中的激光光源包括：第一光学谐振腔101、第三光学谐振腔103和FP加倾斜腔的光学谐振腔102，出光面105和后腔面104，镀高反膜的倾斜腔面107和108；图4中的激光光源包括：第一光学谐振腔101、第三光学谐振腔103和FP加对称喇叭口型的光学谐振腔102，出光面105和后腔面104，镀高反膜的宽喇叭口面的107和108。在本实施例中，后腔面104、出光面105以及上侧壁107和下侧壁108均由解离形成，上侧壁107和下侧壁108均镀有高反膜。本发明提供的一种用于激光显示的激光光源，出光面和后腔面都要通过解离得到，且特别强调的是当光学谐振腔是FP光学谐振腔时，其左右两侧带切口的圆形谐振腔通过回音壁模式的破缺演化为混沌模式，在经过中间FP光学谐振腔时发生部分干涉，使得模式耦合，让出射光的方向性得到保证；FP光学谐振腔的侧壁一定要是通过解离得到，且要镀上高反膜来增加侧壁对混沌模式的反馈，减小靠侧壁反馈形成的混沌模式的损耗来增加腔内整体的混沌模式数目；当腔的光学谐振腔是FP加倾斜腔的光学谐振腔时，其左右两侧带切口的圆形谐振腔通过回音壁模式的破缺演化为混沌模式，倾斜腔的加入使得原有的混度模式进一步增加，倾斜腔的腔面一定要是通过解离得到，且要镀上高反膜，镀上高反膜的倾斜强面也可以增加侧壁对混沌模式的反馈，减小靠侧壁反馈形成的混沌模式的损耗以保证腔内的混沌模式的数目可以进一步保留；当光学谐振腔是FP加上下对称喇叭口光学谐振腔时，其左右两侧带切口的圆形谐振腔通过回音壁模式的破缺演化为混沌模式，上下对称喇叭口的增加使得原来腔的形状更加不规则从而增加混沌模式，上下对称喇叭口的宽腔面一定要是通过解离得到，且要镀上高反膜，镀上高反膜的上下对称喇叭口的宽腔面也可以增加侧壁对混沌模式的反馈，减小靠侧壁反馈形成的混沌模式的损耗，最大程度的将腔内的混沌模式数目保留。在本实施例中，第一光学谐振腔101和第三光学谐振腔103的结构由参数R1、d1和d2决定。当第二光学谐振腔102为FP光学谐振腔时，FP光学谐振腔102由参数L和W决定；当第二光学谐振腔102为FP加倾斜腔的复合光学谐振腔时，FP加倾斜腔的复合光学谐振腔102由L1、W1和倾斜腔的倾角θ1决定；当第二光学谐振腔102为FP加对称喇叭口光学谐振腔时，FP加对称喇叭口光学谐振腔时102由L1、W1和喇叭口倾斜侧壁和垂直于出光方向的夹角θ2决定。本发明提供的一种用于激光显示的激光光源，当第二光学谐振腔是FP光学谐振腔时，通过改变第一光学谐振腔和第三光学谐振腔的带切口的圆形结构的d1、d2参数以及半径R1的大小和FP光学谐振腔的长度L和宽度W，可以使得本发明的激光在不同波长范围的激光实现混沌模式的输出且在出光面处激光有高的方向性；当第二光学谐振腔是FP加倾斜腔的光学谐振腔时，通过改变第一光学谐振腔和第三光学谐振腔的带切口的圆形结构的d1、d2参数以及半径R1的大小和倾斜腔腔面的长度L1和倾斜腔的长度W1以及倾斜腔的倾角θ1来增加腔内的混沌模式数目，且在出光面处激光有高的方向性；当第二光学谐振腔是FP加上下对称的喇叭口的光学谐振腔时，通过改变第一光学谐振腔和第三光学谐振腔的带切口的圆形结构的d1、d2参数以及半径R1的大小和倾斜腔腔面的长度L2和倾斜腔的长度W2以及喇叭口倾斜侧壁和垂直于出光方向的夹角θ2来增加腔内的混沌模式数目，且在出光面处激光有高的方向性。在本实施例中，第一光学谐振腔101、第三光学谐振腔103以及第二光学谐振腔102均采用多量子阱或单量子阱作为有源区，并且刻蚀深度均超过有源区。在本实施例中，激光光源还包括电极，位于第一光学谐振腔101、第三光学谐振腔103以及第二光学谐振腔102的上表面，用于使激光光源采用电注入模式；该激光光源的工作波长范围为可见光到近红外。本发明提供的一种用于激光显示的激光光源，第一光学谐振腔、第三光学谐振腔以及第二光学谐振腔的刻蚀深度均大于有源层，从而使得腔外和腔内有足够的折射率差来限制腔内的混沌模式。图5为本发明实施例提供的一种用于激光显示的激光光源用时域有限差分方法模拟的中心波长635nm，第一光学谐振腔和第三光学谐振腔的圆形结构对称且第二光学谐振腔是侧壁镀高反膜的FP光学谐振腔的模场分布示意图。由图可见，通过解离得到的垂直光滑的FP侧壁对混沌模式有很好的反馈，相对干法刻蚀出来的倾斜度差、光滑度差的侧壁，可以很好的防止混沌模式在侧壁的损耗；加上侧壁镀的高反膜，可以很好的防止混沌模式在侧壁泄露，可以在腔内得到最大程度的混沌模式，由于平平出光面的设计，使得激光器在腔面处的出光方向相对于其他形状的腔面的出光方向得到巨大改善。图6为本发明实施例提供的一种用于激光显示的激光光源用时域有限差分方法模拟的中心波长635nm，第一光学谐振腔和第三光学谐振腔的圆形结构对称且第二光学谐振腔是FP加倾斜腔的复合光学谐振腔且倾斜腔的腔面镀高反膜的模场分布示意图。由图可见，中间FP加倾斜腔的光学谐振腔相对于只有FP光学谐振腔来说，混沌模式更多，且通过解离得到的垂直、光滑的倾斜腔的腔面对混沌模式有很好的反馈，相对干法刻蚀出来的倾斜度差、光滑度差的侧壁，可以很好的防止混沌模式在侧壁的损耗；加上侧壁镀的高反膜，可以很好的防止混沌模式在侧壁泄露。可以在腔内得到最大程度的混沌模式，同样的由于平平出光面的设计，使得激光光源在腔面处的出光方向相对于其他形状的腔面的出光方向得到巨大改善。图7为本发明实施例提供的一种用于激光显示的激光光源用时域有限差分方法模拟的中心波长635nm，第一光学谐振腔和第三光学谐振腔的圆形结构对称且第二光学谐振腔是FP加对称喇叭口光学谐振腔且喇叭宽口镀高反膜的模场分布示意图。由图可见，中间FP加上下对称的喇叭口的光学谐振腔相对于只有FP光学谐振腔来说，混沌模式更多，且通过解离得到的垂直、光滑的喇叭口的宽的腔面对混沌模式有很好的反馈，相对干法刻蚀出来的倾斜度差、光滑度差的侧壁，可以很好的防止混沌模式在侧壁的损耗；加上侧壁镀的高反膜，可以很好的防止混沌模式在侧壁泄露。可以在腔内得到最大程度的混沌模式，同样的由于平平出光面的设计，使得激光光源在腔面处的出光方向相对于其他形状的腔面的出光方向得到巨大改善。图8为本发明实施例提供的一种用于激光显示的激光光源用时域有限差分方法模拟的中心波长635nm，第一光学谐振腔和第三光学谐振腔的圆形结构对称且第二光学谐振腔是FP加倾斜腔的复合光学谐振腔且倾斜腔的腔面镀高反膜的共振谱图。由图可见，光谱出现了多个模式的同时激射，完全达到了通过增加模式数来降低相干性的要求。图9为本发明实施例提供的一种用于激光显示的激光光源用时域有限差分方法模拟的中心波长635nm，第一光学谐振腔和第三光学谐振腔的圆形结构对称且第二光学谐振腔是FP加倾斜腔的光学谐振腔且倾斜腔的腔面镀高反膜的共振谱图。由图可见，光谱出现了多个模式的同时激射，虽然尖峰有所减少，但也能达到了通过增加模式数来降低相干性的要求。图10为本发明实施例提供的一种用于激光显示的激光光源用时域有限差分方法模拟的中心波长635nm，第一光学谐振腔和第三光学谐振腔的圆形结构对称且第二光学谐振腔是FP加对称喇叭口光学谐振腔且喇叭宽口镀高反膜的共振谱图。由图可见，光谱出现了多个模式的同时激射，且相对于前两种结构的尖峰最多，完全达到了通过增加模式数来降低相干性的要求。至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明有了清楚的认识。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。应注意，贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在以上描述中，一些具体实施例仅用于描述目的，而不应该理解为对本发明有任何限制，而只是本发明实施例的示例。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。应注意，图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种用于激光显示的激光光源，其特征在于，包括：第一光学谐振腔、第二光学谐振腔以及第三光学谐振腔；所述第一光学谐振腔和第三光学谐振腔为带切口的圆形光学谐振腔；所述第二光学谐振腔为FP光学谐振腔、FP加倾斜腔的光学谐振腔或者FP加上下对称喇叭口光学谐振腔；所述第一光学谐振腔和第三光学谐振腔分别位于所述第二光学谐振腔的左右两侧。2.根据权利要求1所述的用于激光显示的激光光源，其特征在于，所述第一光学谐振腔包括出光面，位于所述第一光学谐振腔的切口处；所述第二光学谐振腔包括上侧壁和下侧壁，位于所述第二光学谐振腔的上下两侧；所述第三光学谐振腔包括后腔面，位于所述第三光学谐振腔的切口处。3.根据权利要求2所述的用于激光显示的激光光源，其特征在于，所述后腔面、出光面以及上侧壁和下侧壁均由解离形成；所述上侧壁和下侧壁均镀有高反膜。4.根据权利要求1所述的用于激光显示的激光光源，其特征在于，所述第一光学谐振腔和第三光学谐振腔的圆形结构为对称或者非对称，用于产生混沌模式和调控方向性。5.根据权利要求1所述的用于激光显示的激光光源，其特征在于，所述FP光学谐振腔用于模式放大和筛选混沌模式以及增加侧壁对模式的反馈。6.根据权利要求1所述的用于激光显示的激光光源，其特征在于，所述FP加倾斜腔的复合光学谐振腔以及FP加上下对称喇叭口光学谐振腔，用于增加模式数量以及增加侧壁对模式的反馈。7.根据权利要求1所述的用于激光显示的激光光源，其特征在于，所述的第一光学谐振腔、第二光学谐振腔及第三光学谐振腔均采用多量子阱或单量子阱作为有源区。8.根据权利要求7所述的用于激光显示的激光光源，其特征在于，所述第一光学谐振腔、第二光学谐振腔及第三光学谐振腔的刻蚀深度均超过有源区。9.根据权利要求1所述的用于激光显示的激光光源，其特征在于，所述激光光源还包括电极，所述电极制作于所述第一光学谐振腔、第二光学谐振腔及第三光学谐振腔的上表面，用于使所述激光光源采用电注入模式。10.根据权利要求1所述的用于激光显示的激光光源，其特征在于，所述激光光源的工作波长范围为可见光到近红外。

百度查询： 中国科学院半导体研究所 用于激光显示的激光光源

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