專利名稱：利用熒光光纖的多波長激光光源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種使用熒光光纖的多波長激光光源，且更具體而言，涉及這樣一種使用熒光光纖的多波長激光光源，其適合于用作各種類型的光源，如用于液晶電視的背光光源。
背景技術：
近年來，同白熾燈的情形相比較，因在小型化、極佳的功率效率和長壽命上的優(yōu)勢，使用半導體發(fā)光元件-如發(fā)光二極管(LED)元件或受激輻射發(fā)射光放大(激光)元件-的發(fā)光裝置已經廣泛地用作各種類型的光源。
當將這樣的光源例如用作彩色激光顯示裝置的背光光源以便獲得照明光(多波長激光)時，使用三種半導體發(fā)光元件，即紅、綠和藍半導體發(fā)光元件。
迄今，如下光源已經公知為這類光源，其包括作為半導體發(fā)光元件的三種激光光源，即紅、綠和藍激光光源；以及光纖，在所述光纖中將從這三種激光光源中的至少一種激光光源發(fā)射的激發(fā)光所激發(fā)的三價鐠離子(Pr3+)添加到芯中。此光源例如在日本專利特開No.2001-264662中得到公開。
此外，具有如下功能的氬離子激光裝置也已經公知為另一種光源，即通過從氬離子激光器發(fā)射的激發(fā)光(其波長為476.5nm)來激發(fā)在構成光纖芯的氟化鋯系玻璃中所包含的三價鐠離子的功能。這個氬離子激光裝置例如在Optics Communications 89(1991)，第333至340頁中得到公開。
然而，在公開于日本專利特開No.2001-264662中的光源的情形中，所述三個激光光源分別發(fā)射三種激光束(紅、綠和藍激光束)。結果，遇到如此問題，即，不僅元件或部件的數目增加使成本增長，而且總體光源成比例增大。
另一方面，在公開于Optics Communications 89(1991)，第333頁至340頁中的氬離子激光裝置的情形中，光纖的芯由氟化鋯系玻璃制成。結果是，存在如下不便，即不僅光纖的機械強度低且容易損壞，而且光纖的化學持久性差且當在大氣中使用時，光纖吸濕而使得它容易劣化。此外，使用了從氬離子激光器中發(fā)射的具有476.5nm波長的激發(fā)光。結果，還存在這樣的不便，即激發(fā)光顯示出藍-綠色，且因此不能獲得所希望的(純)藍光來作為通過光纖的光發(fā)射面而發(fā)射的光。

發(fā)明內容
鑒于上述內容，本發(fā)明的一個目的是提供一種使用熒光光纖的多波長激光光源，由此可以實現總體多波長激光光源的低成本提升及小型化，可防止光纖損壞和劣化，并且可以獲得所希望的藍光來作為從光纖發(fā)射的光。
為了實現上述目的，根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種使用熒光光纖的多波長激光光源，其包括用于發(fā)射激發(fā)光的藍半導體激光元件；以及具有第一側纖端面和第二側纖端面的光纖，使得從藍半導體激光元件所發(fā)射的激發(fā)光入射到第一側纖端面，由此入射到第一側纖端面的激發(fā)光通過第二側纖端面來發(fā)射，其中所述光纖分別在其第一和第二纖側端面中具有構成激光諧振器的二向色鏡部分，并且光纖的芯由波長轉換組件制成，其包括低聲子玻璃，在其中包含作為三價稀土離子的至少鐠離子，用于通過由激發(fā)光激發(fā)來發(fā)射波長轉換光。
為了實現上述目的，根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種使用熒光光纖的多波長激光光源，其包括用于發(fā)射激發(fā)光的藍半導體激光元件；及具有第一側纖端面和第二側纖端面的光纖，使得從藍半導體激光元件所發(fā)射的激發(fā)光入射到第一側纖端面，由此入射到第一側纖端面的激發(fā)光通過第二側纖端面來發(fā)射，其中所述光纖分別在其第一和第二纖側端面中具有構成激光諧振器的二向色鏡部分，并且光纖的芯由包括低聲子玻璃的波長轉換組件制成，所述低聲子玻璃中包含熒光體，用于通過由作為激發(fā)光的具有440至460nm波長的激發(fā)光激發(fā)來發(fā)射波長轉換光。
根據本發(fā)明，可以實現總體多波長激光光源的低成本提升及小型化，可防止光纖損壞和劣化，并且可以獲得所希望的藍光來作為從光纖發(fā)射的光。
為了實現上述目的，根據本發(fā)明的又一方面，提供了一種使用熒光光纖的多波長激光光源，其包括用于發(fā)射激光的藍半導體激光元件；光纖，其具有用于波長轉換組件的芯，包含低聲子玻璃和作為三價稀土離子的至少鐠離子，第一纖端面，激光供給到該端面，以及第二纖端面，其是多波長激光的光源；以及第一和第二二向色鏡部分，其分別被提供在所述光纖的第一和第二纖端面上，以便提供用于從光纖的第二纖端面發(fā)射多波長激光的激光諧振器。


圖1是用于說明根據本發(fā)明第一實施例使用熒光光纖的作為多波長激光光源的發(fā)光裝置的平面視圖；圖2A和2B分別是用于說明根據本發(fā)明第一實施例的發(fā)光裝置的藍半導體激光元件的透視圖和橫截面視圖；圖3是用于說明根據本發(fā)明第一實施例的發(fā)光裝置的熒光光纖的橫截面視圖；圖4是從根據本發(fā)明第一實施例的發(fā)光裝置中所發(fā)射的輸出光的光譜圖；以及圖5是用于說明根據本發(fā)明第二實施例的發(fā)光裝置的熒光光纖的橫截面視圖。
具體實施例方式圖1是用于說明根據本發(fā)明第一實施例使用熒光光纖的作為多波長激光光源的發(fā)光裝置的平面視圖。圖2A和2B分別是用于說明根據本發(fā)明第一實施例的發(fā)光裝置的藍半導體激光元件的透視圖和橫截面視圖。而且，圖3是用于說明根據本發(fā)明第一實施例的發(fā)光裝置的熒光光纖的橫截面視圖。
參考圖1，發(fā)光裝置1大致包括作為激發(fā)光源的藍半導體激光元件2；激光諧振器3，用于根據誘導發(fā)射來放大從藍半導體激光元件2所發(fā)射的激發(fā)光(藍光)“a”以及通過由激發(fā)光“a”的波長轉換而獲得的波長轉換光；以及插在激光諧振器3和藍半導體激光元件2之間的光學透鏡4。
如圖2A和2B所示，藍半導體激光元件2具有藍寶石襯底5、諧振脊部分A、以及空穴注入脊部分B，并且用來發(fā)射作為激發(fā)光a的具有442nm波長的藍光。具有約50nm的厚度且由氮化鋁(AlN)制成的緩沖層6形成在藍寶石襯底5上。而且，GaN、GaInN或AlGaN也可用作用于緩沖層6的材料。
在緩沖層6上以如下次序形成有n型層7，其具有約4.0μm的厚度且由具有1×1018cm-3電子濃度的摻硅(Si)的GaN制成；n型包覆層8，其具有約500nm的厚度且由具有1×1018cm-3電子濃度的摻Si的Al0.1Ga0.9N制成；n型導引層(guide layer)9，其具有100nm的厚度且由具有1×1018cm-3電子濃度的摻硅(Si)的GaN制成；以及有源層10，其具有多量子阱(MQW)結構，其中交替地沉積有厚度約35且由GaN制成的壘層62及厚度約35且由Ga0.95In0.05N制成的阱層61。
在有源層10上以如下次序形成有p型導引層11，其具有約100nm的厚度且由具有5×1017cm-3空穴濃度的摻鎂(Mg)的GaN制成；p型層12，其具有約50nm的厚度且由具有5×1017cm-3空穴濃度的摻Mg的Al0.25Ga0.75N制成；p型包覆層13，其具有約500nm的厚度且由具有5×1017cm-3空穴濃度的摻Mg的Al0.1Ga0.9N制成；以及p型接觸層14，其具有約200nm的厚度且由具有5×1017cm-3空穴濃度的摻Mg的GaN制成。而且，AlGaN或GaInN也可用作p型接觸層14的材料。
在p型接觸層14上形成有寬度為5μm且由鎳(Ni)制成的電極15。此外，在n型層7上形成有由鋁(Al)制成的電極16。
諧振脊部分A包括n型包覆層8、n型導引層9、有源層10、p型導引層11及p型層12。此外，空穴注入脊部分B包括p型包覆層13、p型接觸層14、及電極15。
激光諧振器3包括作為激光介質的熒光光纖17，并且通過光學透鏡4光連接到藍半導體激光元件2。如上所述，激光諧振器3用于根據誘導發(fā)射來放大從藍半導體激光元件2發(fā)射的激發(fā)光(藍光)“a”以及通過由激發(fā)光的波長轉換而獲得的波長轉換光。
如圖3所示，熒光光纖17具有芯17A及包覆組件17B。熒光光纖17具有一側端面(入射面)，來自藍半導體激光元件2的光被入射到該端面；以及另一側端面(發(fā)射面)，從該端面原樣發(fā)射一部分藍光并且分別發(fā)射在芯17A內通過一部分藍光的波長轉換而獲得的例如綠、橙和紅波長轉換光。熒光光纖17由熒光玻璃制成，在其中不包含ZrF4、HfF4、ThF4等的任何一種，但是其中包含作為主要成分的AlF3。因此，獲得了穩(wěn)定的玻璃，其對于從可見范圍到紅外范圍的光范圍是透明的，且具有極佳的化學持久性和大的機械強度。這類玻璃具有如此的對熒光玻璃必要的優(yōu)點，即聲子能量是低的。
熒光光纖17的纖長度設置成大約200mm的尺寸，使得熒光光纖17不是吸收來自藍半導體激光元件2中的所有激發(fā)光“a”，而是根據激光振蕩從中發(fā)射綠光、橙光及紅光。介質鏡18和19分別設置在熒光光纖17的纖端面中，在所述介質鏡18和19的每個中，二氧化硅(SiO2)層和二氧化鈦(TiO2)層被層壓，且所述介質鏡18和19用作構成激光諧振器3的相應二向色鏡部分。一個介質鏡18用作輸入鏡，且另一個介質鏡19用作輸出鏡。
芯17A由包括低聲子玻璃、如紅外輻射透射熒光玻璃的波長轉換組件形成，所述玻璃中包含約500ppm的作為三價稀土離子的至少鐠離子(Pr3+)。而且，通過由來自藍半導體激光元件2的一部分激發(fā)光(藍光)“a”激發(fā)，芯17A起到發(fā)射綠、橙和紅波長轉換光的作用。芯17A的芯直徑設置成約6μm的尺寸。而且，除了紅外輻射透射熒光玻璃以外，重金屬氧化物玻璃也用作低聲子玻璃。
包覆組件17B形成在芯17A的外圍，并且總體包覆組件17B由玻璃或透明樹脂制成。包覆組件17B的折射率n1設置為比芯17A的折射率n2(n21.5)小的值(n11.45)。包覆組件17B的包覆直徑(熒光光纖17的外直徑)設置成約200μm的尺寸。包覆組件17B的外圍表面覆蓋有由透光樹脂或不透光樹脂制成的覆蓋組件18。
光學透鏡4由雙凸透鏡構成，并且以上述的方式設置在藍半導體激光元件2和激光諧振器3之間。而且，光學透鏡4用來將從藍半導體激光元件2所發(fā)射的激發(fā)光聚集到位于介質鏡18入射側端面、即熒光光纖17(芯17A)輸入側端面的部分。
首先，當將適合的電壓從電源施加到藍半導體激光元件2時，藍半導體激光元件2的發(fā)光層發(fā)射藍光“a”，并且藍光“a”被輻射到光學透鏡4側。然后使從藍半導體激光元件2發(fā)射的藍光“a”通過光學透鏡4入射到激光諧振器3的介質鏡18。在激光諧振器3中，藍光a然后透過介質鏡18以使得入射到熒光光纖17的芯17A，且在使其在芯17A內全反射的同時被導引到介質鏡19。然后，當到達介質鏡19時，藍光“a”由介質鏡19反射，使得在使其在芯17A內全反射的同時被導引到介質鏡18。在這種情形中，藍光“a”在芯17A內被反射于介質鏡18和19之間，并且激發(fā)鐠離子，由此分別發(fā)射綠、橙和紅波長轉換光。此后，藍光“a”、以及綠、橙和紅波長轉換光透過介質鏡19，從而以多波長輸出光“b”的形式發(fā)射到激光諧振器3外。
接下來，根據本發(fā)明的這個實施例，將給出關于對從發(fā)光裝置1發(fā)射的多波長輸出光“b”進行觀察的實驗結果的描述。
這個實驗如此進行，使得將透射藍光“a”、但反射99％的橙及紅光的介質鏡18制備為輸入鏡，且將反射90％橙光和紅光的介質鏡19制備為輸出鏡，并且使來自藍半導體激光元件2(在20mW和35mW的激發(fā)條件下)的藍光(其波長為442nm)入射到激光諧振器3。作為實驗結果，在20mW激發(fā)條件下，作為波長轉換光的具有635nm波長的紅光與作為激發(fā)光“a”的具有442nm波長的藍光一起得到確認，以及在35mW激發(fā)條件下，作為波長轉換光的具有635nm波長的紅光以及作為波長轉換光的具有606nm波長的橙光與作為激發(fā)光“a”的具有442nm波長的藍光一起得到確認。當在紅和橙光發(fā)射期間測量到所發(fā)射的光時，觀察到這樣的發(fā)射光譜，其具有作為激發(fā)光的藍光，以及作為波長轉換光的紅及橙光的銳發(fā)射波長峰。將觀察結果以光譜圖形式示出在圖4中。在圖4中，縱坐標軸表示光的強度，橫坐標軸表示波長。
根據到目前為止已經描述的第一實施例，將獲得下述效果。
(1)由于單激光光源(藍半導體激光元件2)輸出多波長激光，所以可以減少元件或部件的數目，且因此可以實現總體發(fā)光裝置的低成本提升和小型化。
(2)由于熒光光纖17由包括氟化物玻璃的低聲子玻璃制成，所述玻璃中不包含ZrF4、HfF4、ThF4等的任何一種，但其中包含作為主要成分的AlF3，所以熒光光纖17的機械強度和化學持久性得到增強，且因此可以防止熒光光纖17損壞和劣化。
(3)由于將具有442nm波長的藍光用作激發(fā)光“a”，所以可以獲得所希望的(純)藍光來作為通過熒光光纖17的光發(fā)射面而發(fā)射的光。
圖5是用于說明根據本發(fā)明第二實施例的發(fā)光裝置的熒光光纖的橫截面視圖。在圖5中，以相同的參考號來表示與圖3中所示組件相同的組件，并且在此省略其詳細說明。
如圖5中所示，第二實施例中的發(fā)光裝置1(如圖1中所示)的特征是發(fā)光裝置1包括具有包覆組件51的熒光光纖50，所述包覆組件51包括相鄰于芯17A外圍表面而形成的第一包覆組件51A、以及相鄰于第一包覆組件51A的外圍表面而形成的第二包覆組件51B。
為此，將第一包覆組件51A的折射率n1設置成小于芯17A的折射率n2(n21.50)、但是大于第二包覆組件51B的折射率n3(n31.45)的折射率(n11.48)。
根據到目前為止已經說明的第二實施例，除了第一實施例的效果(1)至(3)以外，還獲得以下效果。
第一包覆組件51A可起到光波導的作用。而且，通過將導引到第一包覆組件51A的激發(fā)光“a”導出到芯17A中，可以獲得綠、橙和紅波長轉換光。
雖然已經根據以上提到的第一和第二實施例描述了本發(fā)明的發(fā)光裝置，但是應該注意到并不旨在于將本發(fā)明局限于上述提到的第一和第二實施例，并且本發(fā)明可以以各個方面的形式加以實施而不偏離其要點。例如，可以進行下述改動。
(1)雖然在第一和第二實施例中針對如下情況已經做出說明，即通過將介質鏡18和19分別設置在熒光光纖17的纖端面中而形成構成激光諧振器3的二向色鏡部分，但是本發(fā)明并不局限于此。即，還可通過將反射膜分別蒸發(fā)到光纖的纖端面上來形成二向色鏡部分。另外，通過借助于準直透鏡分別將反射鏡設置在面向熒光光纖纖端面的位置上，也可以形成二向色鏡部分。
(2)雖然在第一和第二實施例中針對下述情況已經做出說明，即具有442nm波長的藍光用作從藍半導體激光元件2發(fā)射的激發(fā)光“a”，但是本發(fā)明并不局限于此。即，具有高激發(fā)效率、且具有處于440至460nm范圍內的波長的藍光可用作激發(fā)光“a”，在所述波長范圍內藍光可以原樣用作輸出光。
(3)雖然在第一和第二實施例中針對將三價鐠離子(Pr3+)的含量m設置為500ppm的情況已經做出說明，但是本發(fā)明并不局限于此。即，可將三價鐠離子的含量m設置為處于100ppm≤m≤10,000ppm的范圍內。在這種情形中，當含量m小于100ppm時，在芯17A內獲得不到任何波長轉換光。另一方面，當含量大于10,000ppm時，芯17A內的光傳輸特性變差。
權利要求
1.一種使用熒光光纖的多波長激光光源，包括用于發(fā)射激發(fā)光的藍半導體激光元件；以及具有第一側纖端面和第二側纖端面的光纖，使得從所述藍半導體激光元件所發(fā)射的激發(fā)光入射到所述第一側纖端面，由此入射到所述第一側纖端面的激發(fā)光通過所述第二側纖端面來發(fā)射，其中所述光纖分別在其第一和第二纖側端面中具有構成激光諧振器的二向色鏡部分，并且光纖的芯由包括低聲子玻璃的波長轉換組件制成，所述低聲子玻璃中包含作為三價稀土離子的至少鐠離子，用于通過由激發(fā)光激發(fā)來發(fā)射波長轉換光。
2.根據權利要求1所述的使用熒光光纖的多波長激光光源，其中所述三價鐠離子的含量m設置為100ppm≤m≤10,000ppm的范圍。
3.根據權利要求1所述的使用熒光光纖的多波長激光光源，其中所述光纖的包覆組件包括相鄰于所述芯的外圍表面而形成的第一包覆組件、以及相鄰于所述第一包覆組件的外圍表面而形成的第二包覆組件，且所述第一包覆組件的折射率設置成小于所述芯的折射率、但大于所述第二包覆組件的折射率的折射率。
4.根據權利要求1所述的使用熒光光纖的多波長激光光源，其中所述二向色鏡部分通過將反射鏡分別設置在所述光纖的第一和第二側纖端面處而形成。
5.根據權利要求1所述的使用熒光光纖的多波長激光光源，其中所述二向色鏡部分通過將反射膜分別蒸發(fā)到所述光纖的第一和第二側纖端面上而形成。
6.一種使用熒光光纖的多波長激光光源，其中用于發(fā)射激發(fā)光的藍半導體激光元件；以及具有第一側纖端面和第二側纖端面的光纖，使得從所述藍半導體激光元件所發(fā)射的激發(fā)光入射到所述第一側纖端面，由此入射到所述第一側纖端面的激發(fā)光通過所述第二側纖端面來發(fā)射，其中所述光纖分別在其第一和第二纖側端面中具有構成激光諧振器的二向色鏡，并且光纖的芯由包括低聲子玻璃的波長轉換組件制成，所述低聲子玻璃中包含熒光體，用于通過由作為激發(fā)光的具有440至460nm波長的激發(fā)光激發(fā)來發(fā)射波長轉換光。
7.根據權利要求6所述的使用熒光光纖的多波長激光光源，其中所述光纖的包覆組件包括相鄰于所述芯的外圍表面而形成的第一包覆組件、以及相鄰于所述第一包覆組件的外圍表面而形成的第二包覆組件，且所述第一包覆組件的折射率設置成小于所述芯的折射率、但大于所述第二包覆組件的折射率的折射率。
8.根據權利要求6所述的使用熒光光纖的多波長激光光源，其中所述二向色鏡部分通過將反射鏡分別設置在所述光纖的第一和第二側纖端面處而形成。
9.根據權利要求6所述的使用熒光光纖的多波長激光光源，其中所述二向色鏡部分通過將反射膜分別蒸發(fā)到所述光纖的第一和第二側纖端面上而形成。
10.一種使用熒光光纖的多波長激光光源，包括用于發(fā)射激光的藍半導體激光元件；光纖，其具有用于波長轉換組件的芯，包含低聲子玻璃以及作為三價稀土離子的至少鐠離子；第一纖端面，所述激光供給到該端面；以及第二纖端面，其是多波長激光的光源；以及第一和第二二向色鏡部分，分別提供在所述光纖的第一和第二纖端面上以便提供激光諧振器，用于從光纖的第二纖端面發(fā)射所述多波長激光。
11.根據權利要求10所述的使用熒光光纖的多波長激光光源，其中所述鐠離子的含量范圍是從100ppm至10,000ppm。
12.根據權利要求10所述的使用熒光光纖的多波長激光光源，其中所述藍半導體激光元件發(fā)射波長范圍從440nm至460nm的激光。
13.根據權利要求10所述的使用熒光光纖的多波長激光光源，其中所述光纖包括在所述芯的外圍上所提供的第一包覆組件、以及在所述第一包覆組件的外圍上所提供的第二包覆組件，所述第一包覆組件具有小于所述芯的折射率但大于所述第二包覆組件的折射率的折射率。
14.根據權利要求10所述的使用熒光光纖的多波長激光光源，其中所述第一和第二二向色鏡部分通過將第一和第二反射鏡分別設置在所述光纖的第一和第二側纖端面中來提供。
15.根據權利要求10所述的使用熒光光纖的多波長激光光源，其中所述第一和第二二向色鏡部分通過將第一和第二反射膜分別蒸發(fā)到所述光纖的第一和第二側纖端面上來提供。
全文摘要
一種使用熒光光纖的多波長激光光源，包括用于發(fā)射激發(fā)光(a)的藍半導體激光元件(2)；以及具有第一側纖端面和第二側纖端面的光纖(17)，使得從所述藍半導體激光元件發(fā)射的激發(fā)光(a)入射到所述第一側纖端面，由此入射到所述第一側纖端面的激發(fā)光(a)通過所述第二側纖端面來發(fā)射，其中所述光纖(17)分別在其第一和第二纖側端面中具有構成激光諧振器(3)的二向色鏡部分，并且光纖(17)的芯由包括低聲子玻璃的波長轉換組件制成，所述低聲子玻璃中包含作為三價稀土離子的至少鐠離子，用于通過由激發(fā)光(a)激發(fā)來發(fā)射波長轉換光。
文檔編號G02B6/42GK1975487SQ20061009910
公開日2007年6月6日 申請日期2006年7月27日 優(yōu)先權日2005年11月30日
發(fā)明者山嵜正明, 石井修, 沢登成人, 永濱忍 申請人:株式會社住田光學玻璃