JP2010517293A

JP2010517293A - 半導体レーザの強制波長チャーピング

Info

Publication number: JP2010517293A
Application number: JP2009547265A
Authority: JP
Inventors: エイチフゥ，マーティン
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2010-05-20
Also published as: EP2127045A1; US7586960B2; US20080175285A1; WO2008091551A1; KR20090102866A; CN101711444A; TWI362800B; TW200847560A

Abstract

半導体レーザの時間平均光スペクトルが比較的高い周波数で駆動電流を変調することによって広げられる、半導体レーザを制御する方法が提供される。総じて、駆動電流変調周波数は利得電流信号に符号化されたデータ期間内に波長チャーピングを誘起するに十分に高い。開示される方法にしたがって動作するレーザコントローラ及び投映システムも提供される。

Description

関連出願の説明

本出願は、２００７年１月２３日に出願された、米国仮特許出願第６０/８８６１８６号の恩典を主張する。

本発明は全般的には、半導体レーザ、レーザコントローラ、レーザ投映システム及び、半導体レーザを組み込んでいる、その他の光システムに関する。さらに詳しくは、限定ではなく例示として、本発明の実施形態は全般に、半導体レーザの温度変遷パターンを崩すための方式及び、半導体レーザに光結合された二次高調波発生（ＳＨＧ）結晶またはその他の波長変換素子の出力における系統的強度変動を最小限に抑えるための方式に関する。

本発明にしたがう半導体レーザは様々な手法で構成することができる。例えば、限定ではなく例示として、分布帰還（ＤＦＢ）レーザ、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザまたはファブリ−ペロレーザのような単一波長半導体レーザを二次高調波発生（ＳＨＧ）結晶のような光波長変換素子と組み合せることにより、高速変調用短波長源を構成することができる。ＳＨＧ結晶は、例えば、１０６０ｎｍＤＢＲレーザまたは１０６０ｎｍＤＦＢレーザを、この波長を５３０ｎｍに変換する、ＳＨＧ結晶のスペクトル中心に同調させることによって、基本レーザ信号の高次高調波を発生するように構成することができる。しかし、ＭｇＯドープ周期的ドメイン反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）のようなＳＨＧ結晶の波長変換効率は、レーザダイオードとＳＨＧ素子の間の波長整合に強く依存する。レーザ構造をよく知る技術者には当然であろうように、ＤＦＢレーザは、反射性媒体として半導体材料にエッチングでつくり込まれた格子または同様の構造を用いる、共振キャビティレーザである。ＤＢＲレーザはエッチングでつくり込まれた格子が半導体レーザの電子ポンピング領域から物理的に分離されているレーザである。ＳＨＧ結晶は非線形結晶の二次高調波発生特性を用いてレーザ光の周波数を２逓倍する。

ＰＰＬＮＳＨＧ素子の帯域幅は非常に狭いことが多く−代表的なＰＰＬＮＳＨＧ波長変換素子に対し、波長変換帯域の半値全幅（ＦＷＨＭ）は０.１６〜０.２ｎｍの範囲でしかないことが多く、ほとんどの場合、結晶の長さに依存する。レーザキャビティ内のモードホッピング及び制御されない大きな波長変動は、動作中に半導体レーザの出力波長をこの許容帯域幅の外にシフトさせ得る。半導体レーザ波長がＰＰＬＮＳＨＧ素子の波長変換帯域幅帯域幅から外れてしまうと目標波長における変換素子の出力パワーが激烈に低下する。例えば、ＤＢＲ半導体レーザ及びＳＨＧ結晶が光源として用いられるレーザ投映システムにおいては、モードホッピングが、画像の特定の場所における欠陥として容易に目につくであろうパワーの即時的変化を生じ得るため、特に問題となる。これらの可視欠陥は一般に、生成される欠陥像が単にレーザの異なる区画の温度変遷のパターンであるから、画像にわたる、組織化され、パターン化された画像欠陥として現れる。

半導体レーザ源開発における波長整合及び安定化にともなう困難な課題を与えられて、本発明の発明者等は、半導体レーザにおける強制波長チャーピングによる、半導体レーザに光結合された二次高調波（ＳＨＧ）結晶またはその他の波長変換素子の出力における系統的強度変動を最小限に抑えるための有益な方式に気付いた。強制チャーピングはレーザの光スペクトルを実効的に広げ、熱パターン形成効果の存在の下で二次高調波光の強度変動を低減する。

本発明のいくつかの実施形態にしたがえば、ＤＦＢレーザまたはＤＢＲレーザの利得電流が比較的高速で、すなわち約０.１ＧＨｚより高速で、変調される。この高速変調によって半導体レーザ内にキャリア密度振動が生じ、このキャリア密度振動によりレーザ発振波長の振動が続いて生じる。キャリア密度及びレーザ発振波長の振動は、変調された利得電流のローレベルをレーザ閾電流より下げることによって、さらに一層強めることができる。発明者等は、本発明の概念が主としてＤＢＲレーザ及びＤＦＢレーザに関して説明されるが、本明細書に論じられる制御方式は、ファブリ−ペロレーザを含むがこれには限定されない様々なタイプの半導体レーザ及び多くのタイプの外部キャビティレーザにおいても有用性を有するであろうと考えられることを認識している。

本発明の一実施形態にしたがえば、半導体レーザの制御方法が提供される。本方法にしたがえば、半導体レーザの区画の少なくとも１つがデータを与えるために変調される。限定としてではなく例として、ＤＢＲ半導体レーザ及びＳＨＧ結晶が光源として用いられるレーザ投映システムの場合、投映画像におけるグレイレベルを発生するために利得電流Ｉ_利得を変調することができる。この変調によってレーザ波長のいくらかのゆらぎが生じ、このゆらぎの結果、投映光の強度の意図されない変動が生じる。比較的静的な画像の状況において、波長ゆらぎはフレーム毎に繰り返し、人間の眼で容易に検出され得る、系統的で組織化された画像偏倚を生じさせ得る。この問題に対処するため、比較的高い周波数において駆動電流をさらに変調することで半導体レーザの時間平均光スペクトルが広げられる。一般に、この追加の駆動電流変調の周波数は利得電流信号の符号化されたデータ期間内に波長チャーピングを誘起するに十分に高い。

さらに詳しくは、本発明の一実施形態にしたがえば、符号化データの発光のために構成された半導体レーザを制御する方法が提供される。本方法にしたがえば、符号化データは一連の符号化データ期間として示される。それぞれのデータ期間内のレーザ発振強度は半導体レーザの利得区画に注入される駆動電流Ｉ_利得の関数である。半導体レーザの時間平均光スペクトルは、符号化データ期間のそれぞれ１つ内で、半導体レーザの複数の異なる発光モードの選択に十分な周波数で駆動電流を変調することによって広げられる。

本発明の概念にしたがって半導体レーザを動作させるようにプログラムされるレーザコントローラであって、レーザ投映システムがそのようなコントローラで駆動されるような、レーザコントローラも考えられる。本発明の概念は主として画像形成に関して説明されるが、本発明の様々な概念は、繰り返して現れるレーザ波長の低周波数ゆらぎが問題となるいかなるレーザ用途にも適用可能であり得ると考えられる。

図１は、光波長変換素子に光結合されたＤＢＲレーザまたは同様のタイプの半導体レーザの略図である。図２は、本発明の一実施形態にしたがう、レーザ投映システムの略図である。図３は、ＤＢＲレーザにおける発光波長の変遷を利得電流の関数として示す。図４は、半導体レーザについての代表的な単一キャビティモード光スペクトルを示す。図５は、本発明のいくつかの実施形態にしたがう波長チャーピングレーザの代表的な時間平均光スペクトルを示す。図６は、本発明のいくつかの実施形態にしたがう波長チャーピングレーザの利得電流を制御するための方式を示す。図７は、本発明の一実施形態にしたがう利得電流変調を示すグラフである。

本発明の特定の実施形態の以下の詳細な説明は、同様の構造が同様の参照数字で示される、添付図面とともに読まれた場合に最善に理解され得る。

本発明の特定の実施形態の概念を導入することができる様々なタイプの半導体レーザの特定の構造は、半導体レーザの設計及び作成に関する、容易に入手できる技術文献に教示されるが、本発明の特定の実施形態の概念は、図１に簡略に示される、３区画ＤＢＲ型半導体レーザ１０を全般的に参照することで簡便に示すことができる。図１において、ＤＢＲレーザ１０は光波長変換素子２０に光結合されている。半導体レーザ１０によって放射される光ビームは波長変換素子２０の導波路に直接に結合させることができ、あるいはコリメート／収束光学系またはその他のタイプの適する光学素子または光学系を介して結合させることができる。波長変換素子２０は入射光を高次高調波に変換し、変換された信号を出力する。このタイプの構成は、長波長半導体レーザからの短波長レーザビームの生成に特に有用であり、例えば、レーザ投映システムのための可視レーザ源として用いることができる。

図１に簡略に示されるＤＢＲレーザ１０は、波長選択区画１２，位相整合区画１４及び利得区画１６を有する。レーザ１０のＤＢＲ区画と称することもできる波長選択区画１２は一般に、レーザキャビティの活性領域の外に配置された一次または二次のブラッグ格子を有する。この区画は、その反射係数が波長に依存するミラーとして格子がはたらくから、波長選択を提供する。ＤＢＲレーザ１０の利得区画１６はレーザの光利得の大部分を提供し、位相整合区画１４は利得区画１６の利得材料と波長選択区画１２の反射性材料の間の可調光位相シフトを生じさせる。波長選択区画１２は、ブラッグ格子を用いるかも知れず、あるいは用いないかも知れない、多くの適する別の構成で提供することができる。

波長選択区画１２，位相整合区画１４，利得区画１６またはこれらの組合せにそれぞれの制御電極２，４，６が組み込まれ、図１には簡略にしか示されていない。電極２，４，６は様々な形態をとり得ると考えられる。例えば、制御電極２，４，６は図１にそれぞれの電極対として示されるが、区画１２，１４，１６の内の１つ以上における単一電極素子２，４，６も本発明の特定の実施形態の実施に適するであろうと考えられる。制御電極２，４，６はレーザ１０の対応する区画１２，１４，１６に電流を注入するために用いることができる。例えば、注入電流は、レーザ区画の内の１つ以上の温度を制御する、レーザ基板に定められた導電性ドープト半導体領域に電流を注入する、レーザ１０の波長選択区画１２及び位相整合区画１４の屈折率を制御する、レーザ１０の利得区画１６の光利得を制御する、等によってレーザの動作特性を変えるために用いることができる。

図１に示される波長変換素子２０の波長変換効率は、半導体レーザ１０と波長変換素子２０の間の波長整合に依存する。波長変換素子２０がＳＨＧ結晶を含む場合、ＳＨＧ結晶２０で発生される高次高調波光の出力パワーは、レーザ１０の出力波長がＳＨＧ結晶の波長変換帯域幅から外れると、激烈に低下する、例えば、半導体レーザがデータ生成のために変調されると、熱負荷が絶えず変化する。この結果のレーザ温度及びレーザ発振波長の変化は波長熱パターニング効果と称することができる。この熱パターニング効果はＳＨＧ結晶２０の効率の変動をおこさせる。１２ｍｍ長ＰＰＬＮＳＨＧ素子の場合、半導体レーザ１０の約２℃の温度変化は一般に、レーザ１０の出力波長をＳＨＧ結晶２０の０.１６ｎｍの波長変換帯域半値全幅（ＦＷＨＭ）の外に出すに十分であろう。

本発明の発明者等は、半導体レーザの発光波長は普通に波長ドリフト及び付随するキャビティモードホッピングを受けることから、半導体レーザの発光波長の安定化における難題を認識していた。限定ではなく例として、図３はＤＢＲレーザにおける発光波長の変遷を利得電流の関数として示す。利得電流を大きくすると、利得区画の温度も上がる。この結果、キャビティモードは長波長側にシフトする。キャビティモードの波長はＤＢＲ区画の波長より速くシフトする。よって、レーザは短波長のキャビティモードがＤＢＲ反射率曲線の極大に近接する点に達する。この点において、短波長のモードは確立されているモードよりも損失が低くなり、次いで、レーザ物理の基本原理にしたがい、レーザは損失が低い側のモードに自動的にジャンプする。この挙動が図３の曲線１００に示されている。図３に示されるように、波長は徐々に長くなり、その振幅がレーザキャビティの１自由スペクトル範囲に等しい突然のモードホッピングがおこる。

図３をさらに参照すれば、曲線１０１はＤＢＲレーザの大きく異なる発光挙動を示す。詳しくは、曲線１００を参照して示したレーザと同じ全般的製造パラメータを有するレーザは、レーザの１自由スペクトル範囲をもつモードホッピングをおこす代りに、レーザが振幅が６自由スペクトル範囲までの、ないしさらに大きい、モードホッピングを示すであろうという意味で大きく異なる挙動を示すことがある。多くの用途に対し、そのような大きく突然の波長変動は許容されないであろう。例えば、レーザ投映システムの場合、そのような大きなホッピングは画像において正常なグレイスケール値からゼロに近い値への突然の強度ジャンプを生じさせるであろう。発明者等はこの現象を、またレーザの波長不安定性及びヒステリシスも、調査して、これらのレーザ発光欠陥が、空間ホールバーニング、スペクトルホールバーニング、非対称利得飽和、利得プロファイル広がり及び自己誘起ブラッグ格子を含む、様々な要因の１つ以上に帰因させ得ることに気付いた。これらの要因は、レーザキャビティに確立された特定のキャビティモードにレーザ発振をロックできるか、またはより大きなモードホッピングを助長すると考えられる。実際、モードがいったん確立されると、特定の波長においてキャビティ内部にある光子は、特定のエネルギー順位におけるキャリア密度を消耗させ、また改変することによるか、またはキャビティに自己誘起ブラッグ格子を形成することによって、レーザ自体を乱す。

半導体レーザにおける多モードドリフトの原因にかかわらず、この現象がおこるとレーザ発振波長は通常、キャビティモード間隔の倍数に等しい異常波長ジャンプを示す。大モードホッピングがおこる前にレーザは通常、連続する大きな波長シフトを示す。より大きな波長ドリフト及び異常波長ジャンプはレーザ信号に許容できない雑音を生じさせ得る。例えば、図２を参照すれば、単色または多色の画像データストリームを発生する画像源（Ｓ）、それぞれの原色画像に対するレーザ駆動信号を発生するための画像投映ソフトウエア及び付帯エレクトロニクス（Ｓ/Ｅ）、それぞれの原色画像を生成するように構成された個々のレーザ（ＬＤ）に対してそれぞれのレーザ駆動電流を発生するレーザドライバ（Ｄ）及び、画像ピクセルアレイからなる単色または多色の投映画像（Ｉ）を生成するために動作する、走査／投映光学系（Ｏ）を備えるレーザ投映システムが示されている。図２に示されるタイプの半導体／ＳＨＧレーザ投映システムに上述した現象が系統的におこると、投映画像内の雑音が容易に人間の眼につくであろう。実際、発明者等は、単一モードホッピングしか示さず、対応する突然の波長変化がレーザキャビティの１自由スペクトル範囲に等しいだけの半導体レーザについてさえ、これが当てはまることを認めた。

発明者等は、半導体レーザの出力及びレーザに結合された波長変換素子の出力に好ましくない波長のシフト及び突然の変化を生じさせ得る温度変遷パターンを半導体レーザが普通に示すことも認めた。この好ましくないパターニングは上述したレーザ投映システムの状況において重大な問題を引きおこし得る。

本発明は本明細書に説明される波長変動及び突然のモードホッピングのいかなる特定の現れ方にも限定されないが、レーザ投映システムの場合、そのような波長のゆらぎは滑らかな強度変動を引きおこすことができ、モードホッピングはレーザ走査によってつくられる画像に比較的突然の強度シフトを引きおこすことができる。これらの欠陥によってつくられる特定のパターンは、レーザ温度、レーザ自由スペクトル範囲、ＰＰＬＮ結晶通過帯域、ＰＰＬＮ結晶に対するＤＢＲレーザのスペクトルアライメント、等を含むがこれらには限定されない、多くの要因の関数であり得る。欠陥パターンの性質にかかわらず、パターン自体が、容易に認識できる系統的構造を画像に与えるから、画像で問題になり得る。また、準静止画像に対し、これらの欠陥は一般にフレーム毎に繰り返し、画像内の欠陥の認識を極めて容易にする。

発明者等は、変換素子が結合される半導体レーザにおける強制波長チャーピングによる、二次高調波発生（ＳＨＧ）結晶またはその他の波長変換素子の出力における上記の系統的強度変動を最小限に抑えるに有益な方式に気付いた。強制チャーピングは実効的にレーザの光スペクトルを広げ、熱パターニング効果の存在の下で二次高調波光の強度変動を低減する。

さらに詳しくは、図４は、単一キャビティモードでレーザ発振している、帯域幅が比較的狭い半導体レーザの光スペクトルのグラフである。図４に示されるように、レーザの実効スペクトル帯域幅ｗ，すなわち波長ドメインにおける光スペクトルの広がりは、約０.０２ｎｍである。所望のパワー出力を得るためにこのレーザの利得駆動電流が変えられると、ピーク波長、すなわち図４における最大強度の波長は、上述した熱パターニング効果による、緩やかなシフト及び突然のモードホッピングを受ける。ピーク波長のこの緩やかなシフト及び突然のモードホッピングは、レーザに結合されたＳＨＧの出力強度の緩やかな変動及び突然の変化に転換される。

図５は、利得区画に注入される駆動電流Ｉ_利得が約０.５ＧＨｚの方形波で急速に変調されている、同じ半導体レーザの時間平均光スペクトルをグラフにしている。利得駆動電流は、１ｎｓの間ゼロに近いローレベルにあり、１ｎｓの間閾電流よりかなり高いハイレベルにある。図５に示されるように、時間平均光スペクトルは、変調中に、利得区画のキャリア密度を変えて駆動電流Ｉ_利得の変調にともなうキャリア密度振動を生じさせるに十分に低い値まで駆動電流Ｉ_利得が低下するため、約３倍に広げられる。この結果、駆動電流の変調にともない、半導体レーザ内で複数の相異なる発光モードが選択される。例えば、図５に示される時間平均光スペクトルにおいては利用可能な５つのキャビティモードがあり、それぞれのキャビティモードは、利得駆動電流が閾電流より高い１ｎｓの時間の間のレーザ発振に対して選択することができる。これらの複数の相異なるキャビティモードのレーザ発振はピクセル持続時間ｔ_ｐにかけて平均される光スペクトルを実効的に広げる。言い換えれば、波長チャーピングはピクセル持続時間ｔ_ｐにかけてレーザを多くのキャビティモードの間で強制的に振動させて、熱パターニング効果で誘起されるモードホッピングのような、より緩慢ないかなる効果も抑え込む。

例えば、ＤＢＲレーザがＳＨＧ結晶に結合されている場合、ＤＢＲレーザが高速波長チャーピングの下にあるときには、ＳＨＧ結晶の二次高調波強度減少が弱められていることがユーザにわかるであろう。さらに、波長チャーピングは、波長チャーピングされたレーザの実効スペクトル幅が単一波長レーザよりかなり広いため、ＤＢＲ反射ピークのＳＨＧ中心波長への精確な整合という厳しい要求を緩和する。レーザの発光スペクトルとの変換帯域幅のアライメントが必要な波長変換素子に別のタイプの半導体レーザが結合される用途においても、同様の恩恵が享受されるであろう。

肝要ではないが、変調中に到達するローレベル利得電流Ｉ_低は閾電流Ｉ_閾より低く、これが振動中のキャリア密度偏移を高めるであろうと考えられるから、ゼロになるほど低く設定され得ることが好ましい。上述したモードホッピング及び波長ドリフトの強い影響の排除に役立たせるため、キャビティモード振動の周波数は、他の場合に半導体レーザがモードホッピングを示すであろうレートより高くするべきである。この結果、キャビティモード振動によって得られる高速波長チャーピングが熱パターニング効果で生じるモードホッピングを抑え込む。

ピクセルベースレーザ投映システムの場合におけるハイレベル利得電流Ｉ_高、ローレベル利得電流Ｉ_低及び閾電流Ｉ_閾が図７のグラフに簡略に示されている。それぞれのピクセルは一般に、ピクセル毎に変わり得るピクセル持続時間ｔ_ｐ及びハイレベル利得電流Ｉ_高または目標利得電流値Ｉ_データに比例することができる色固有輝度値によって特徴付けられる。目標利得電流値Ｉ_データがピクセル輝度に対する基準として用いられる場合、ハイレベル利得電流Ｉ_高及びローレベル利得電流Ｉ_低に対するそれぞれの値は、２つの電流の合成値が目標利得電流値Ｉ_データに比例するように制御される。ローレベル利得駆動電流が閾値電流より低い特別な場合、目標利得駆動電流Ｉ_データを達成するには、ハイレベル利得駆動電流Ｉ_高の振幅及びデューティサイクルだけが制御されるべきである。ピクセル輝度は一般に、変化する目標利得駆動電流Ｉ_データの大きさで表されるように、投映されるピクセルにわたって変化するであろう。一般に、ハイレベル利得駆動電流Ｉ_高は、半導体レーザのレーザ発振閾電流Ｉ_閾より高く、半導体レーザのレーザ発振閾電流Ｉ_閾の約１００倍程度とすることができる。利得電流の波形は、図７に示されるようなパルス波でつくることができ、あるいは方形波または正弦波のような別の波形とすることができる。

上述したように、変調周波数は約０.５ＧＨｚ程度とすることができるが、より低い、例えば、おそらくは約０.１ＧＨｚほどの、変調周波数でも適当な結果が達成され得ると考えられる。あるいは、レーザ駆動電流Ｉ_利得に符号化されたそれぞれのデータ期間持続時間を基準にし、変調期間がデータ期間持続時間よりかなり短くなるように変調を制御することも有用であり得る。例えば、ピクセルが約４０ｎｓ程度の期間にわたり照射されるレーザ投映システムの場合、駆動電流Ｉ_利得は約１０ｎｓより短い期間で変調することができる。別の例として、駆動電流変調周波数は、駆動電流Ｉ_利得がそれぞれのディスプレイピクセルに対して少なくとも約４期間にわたって循環するように、制御することができる。

図６は、半導体レーザを駆動するために用いられるデータ信号部分１００を本発明にしたがう変調波長チャーピング信号部分２００と合成させることができる態様を示す。詳しくは、図６に示されるように、そのような利得注入電流のそれぞれの信号部分は、レーザデータ信号１００と適するように構成された変調信号部分２００との和または積をとることにより、統合して駆動電流（Ｉ_利得）３００とすることができる。

例えば、周波数２逓倍ＰＰＬＮ緑色光源を備えるレーザ投映システムの場合、本発明の実施形態にしたがう波長制御が用いられていなければ、画像ディスプレイの一走査線にわたって光源で放射される緑色光パワーは、多キャビティモードホッピングによる突然のパワー変動を示すであろう。この結果、投映画像には、５０％程度ないしそれ以上の振幅で、パワーの急激な低下がおこるであろう。しかし、上述した波長チャーピングをおこさせるために駆動信号が変調される、本発明の特定の実施形態にしたがうレーザ制御方式を用いれば、波長モードホッピングは完全に排除されるか、または少なくとも大きく軽減されるであろうと考えられる。また、本発明のレーザ制御方式は、波長チャーピングによって半導体レーザのコヒーレント長が通常は短縮されるから、半導体レーザの外部反射に対する抵抗力を向上させることができ、レーザ投映システムにおけるスペックル問題を軽減することができるとも考えられる。

図２に簡略に示されるレーザ投映システムを参照すれば、本発明の特定の実施形態にしたがう駆動電流制御はシステム内において様々な形態で実行できることに注意されたい。限定ではなく、例として、利得電流の波長チャーピング部分は投映ソフトウエア／エレクトロニクスによる描画中に変調チャーピング部分をビデオ信号に統合することによって実行できる。この手法においては、画像全体にわたって分布するピクセルが原画像からの所要強度と独立な変調チャーピング部分によって変えられるであろう。あるいは、利得電流の変調チャーピング部分はレーザ駆動エレクトロニクスに組み入れることができる。この手法においては、画像ストリームから導かれるレーザ駆動信号が、電流スケーリングに先立ち、変調されて変調チャーピング部分に組み入れられるであろう。

単一モード発光のために構成された１つまたは複数の単一モードレーザへの本明細書における言及は、排他的に単一モードで動作するレーザへの本発明の範囲の限定ととられるべきではないことに注意されたい。むしろ、単一モード発光のために構成された１つまたは複数の単一モードレーザへの本明細書における言及は、本発明の特定の実施形態にしたがって考えられるレーザが、帯域幅が広いかまたは挟い単一モードがその中に識別され得る光スペクトル、または適するフィルタリングまたはその他の手段を介して単一モードをその中から弁別することができる光スペクトルを特徴とするであろうことを意味するに過ぎないととられるべきである。

当業者であれば、上で言及され、図７に示される、活ピクセル持続時間ｔ_ｐが走査速度変化の結果として、画像にわたり、穏やかにかつ周期的に変わり得ることを認めるであろう。したがって「ピクセル持続時間」または「符号化データ期間」で特徴付けられる投映システムへの言及は、画像のそれぞれのピクセルが同じピクセル持続時間を有することを表すととられるべきではない。むしろ、ディスプレイ内の個々のピクセルは、活ピクセル持続時間ｔ_ｐによって特徴付けられるディスプレイの汎概念の下にそれぞれが入る、相異なるピクセル持続時間を有し得ると考えられる。

画像ピクセルアレイにわたって変わるピクセル強度を確立するように画像投映エレクトロニクス及び対応するレーザ駆動電流を構成することによって、画像投映システムで多調画像を生成することができる。この場合、駆動電流の変調波長チャーピング部分は変化するピクセル強度を符号化している信号に重畳される。走査型レーザ画像投映システム及び変化するピクセル強度が画像にわたって生成される態様に関するさらなる詳細は本発明の範囲をこえ、本題に関する様々な容易に利用できる教示から集めることができる。

主にピクセルベース投映システムに関して本発明を説明したが、レーザベース光源を組み込んでいる、（デジタル光処理（ＤＬＰ）、透過型ＬＣＤ及びシリコン上液晶（ＬＣＯＳ）を含む）空間光変調器ベースシステムのような、その他の投映システムも、本明細書に説明される波長安定化及びデザリング手法から恩恵を得られると考えられる。そのような他のシステムにおいて、レーザに対して外因性の妥当な期間はピクセル期間ではなく、スクリーンリフレッシュレートの逆数またはその整数分の１である。

本出願明細書を通して様々なタイプの（電）流への言及がなされている。本発明を説明し、定める目的のため、そのような（電）流は電流を指すことに注意されたい。さらに、本発明を説明し、定める目的のため、電流の「制御」への本明細書における言及は、電流が能動的に制御されるかまたはいずれかの基準値の関数として制御されることを必ずしも意味しないことに注意されたい。むしろ、電流は電流の大きさを確立するだけで制御され得るであろうと考えられる。

本発明の上記詳細な説明が、特許請求されるような、本発明の性質及び特徴の理解のための概要または枠組みの提供を目的としていることは当然である。本発明の精神及び範囲を逸脱することなく本発明に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本発明の改変及び変形が添付される特許請求項及びそれらの等価物の範囲内に入れば、本発明はそのような改変及び変形を包含するとされる。

本発明を説明し、定める目的のため、特定の大きさ「の程度」である値への本明細書における言及は、指定された大きさから１桁以上は変わらないいかなる値も包含するととられるべきであることに注意されたい。

本明細書に用いられる場合、「好ましい」、「普通に」及び「一般に」のような述語は、特許請求される本発明の範囲を限定するかまたはある特徴が特許請求される本発明の構造または機能に肝要であるか、本質的であるかあるいは重要であることさえ意味することは目的とされていないことに注意されたい。むしろ、そのような述語は、本発明の特定の実施形態に利用されるかも知れず、または利用されないかもしれない、別のまたは追加の特徴を際立たせることが目的であるに過ぎない。さらに、別の値、パラメータまたは変数の「関数」である値、パラメータまたは変数への言及は、その値、パラメータまたは変数が唯一の値、パラメータまたは変数の関数であることを意味するととられるべきではないことに注意されたい。

本発明を説明し、定める目的のため、述語「実質的に」は、いかなる量的な比較、値、測定値またはその他の表現に帰因させ得る不確定性の本来的な度合いを表すために、本明細書に用いられる。述語「実質的に」は、量的表現、例えば「実質的に約ゼロ」が言明される基準、例えば「ゼロ」から変わる度合いを表すために本明細書に用いられ、その量的表現が言明された基準から容易に認められる大きさだけ変わることを要求すると解されるべきである。

２，４，６制御電極
１０ＤＢＲレーザ
１２波長選択区画
１４位相整合区画
１６利得区画
２０光波長変換素子

Claims

半導体レーザを制御する方法において、
複数の符号化データ期間で特徴付けられる符号化データの発光のために前記半導体レーザを構成する工程であって、前記発光の少なくとも１つのパラメータは、前記半導体レーザの利得区画に注入される駆動電流Ｉ_利得の関数である工程、及び
前記駆動電流を変調することによって前記半導体レーザの時間平均光スペクトルを広げる工程であって、前記駆動電流の変調の周波数は、複数の相異なる発光モードが前記符号化データ期間のそれぞれ１つ内に前記半導体レーザにおいて選択されるような、周波数である工程、
を有してなることを特徴とする方法。
前記駆動電流Ｉ_利得がローレベル利得電流Ｉ_低とハイレベル利得電流Ｉ_高の間で変調される、及び
前記ローレベル利得電流Ｉ_低が前記半導体レーザのレーザ発振閾電流Ｉ_閾より低い、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記駆動電流Ｉ_利得がローレベル利得電流Ｉ_低とハイレベル利得電流Ｉ_高の間で変調される、及び
前記ローレベル利得電流Ｉ_低が約ゼロに設定される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記駆動電流Ｉ_利得がローレベル利得電流Ｉ_低とハイレベル利得電流Ｉ_高の間で変調される、及び
前記ハイレベル利得電流Ｉ_高が前記符号化データを表し、前記符号化データ期間にかけて変化する、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記駆動電流Ｉ_利得がローレベル利得電流Ｉ_低とハイレベル利得電流Ｉ_高の間で変調される、及び
前記ハイレベル利得電流Ｉ_高と前記ローレベル利得電流Ｉ_低が合成されて前記符号化データを表し、前記符号化データ期間にかけて変化する、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記半導体レーザの実効スペクトル幅が約０.０２ｎｍ未満から約０.０６ｎｍより大きくなるまで広げられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記半導体レーザが、可視光源の一部としての波長変換素子に結合され、かつレーザ投映システム内に備えられ、前記方法が、
走査レーザ画像を、前記可視光源の出力ビームを前記画像にかけて走査することによって、生成する工程であって、前記走査レーザ画像は画像ピクセルアレイからなり、前記画像ピクセルはそれぞれの活ピクセル持続時間ｔ_ｐによって特徴付けられる工程、及び
前記活ピクセル持続時間ｔ_ｐのそれぞれ１つにわたって複数の相異なる発光モードが選択されるように、前記駆動電流Ｉ_利得を変調する工程、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記半導体レーザが、可視光源の一部であり、レーザ投映システム内に備えられ、前記方法が、
前記可視光源の出力ビームを用いてレーザ画像を生成する工程、ここで、前記駆動電流Ｉ_利得の振幅は、データ信号周波数において、前記符号化データ期間にわたって前記出力ビームの強度を制御するための画像信号で変調される、及び
前記駆動電流Ｉ_利得を、前記データ信号周波数より高い周波数において、前記符号化データ期間ｔ_ｐのそれぞれ１つにわたって複数の相異なる発光モードが選択されるように、変調する工程、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
半導体レーザを動作させるようにプログラムされるレーザコントローラにおいて、前記コントローラは少なくとも以下の条件：
前記レーザコントローラは、前記半導体レーザの利得区画に注入されるべき駆動電流Ｉ_利得のための少なくとも１つの出力を有する；
前記レーザコントローラは、前記駆動電流Ｉ_利得に少なくともある程度応答して前記半導体レーザの少なくとも１つのパラメータを制御するようにプログラムされる；及び
前記レーザコントローラはさらに、符号化データの発光であって、複数の符号化データ期間、前記半導体レーザの利得区画に注入される駆動電流Ｉ_利得の関数である前記発光の少なくとも１つのパラメータ及び前記駆動電流を変調することによる前記半導体レーザの時間平均光スペクトルの広がりで特徴付けられる、符号化データの発光のために前記半導体レーザを構成することによって、前記半導体レーザにおけるモード選択を変更するようにプログラムされる、ここで、前記駆動電流変調の周波数は前記符号化データ期間のそれぞれ１つ内に前記半導体レーザにおいて複数の相異なる発光モードが選択されるような周波数である；
が前記半導体レーザの前記動作に適用されるようにプログラムされることを特徴とするレーザコントローラ。
少なくとも１つの半導体レーザ及び前記半導体レーザを動作させるようにプログラムされるレーザコントローラを備えるレーザ投映システムにおいて、前記コントローラが少なくとも以下の条件：
前記レーザコントローラは、前記半導体レーザの利得区画に注入されるべき駆動電流Ｉ_利得のための少なくとも１つの出力を有する；
前記レーザコントローラは、前記駆動電流Ｉ_利得に少なくともある程度応答して前記半導体レーザの少なくとも１つのパラメータを制御するようにプログラムされる；及び
前記レーザコントローラはさらに、符号化データの発光であって、複数の符号化データ期間、前記半導体レーザの利得区画に注入される駆動電流Ｉ_利得の関数である前記発光の少なくとも１つのパラメータ及び前記駆動電流を変調することによる前記半導体レーザの時間平均光スペクトルの広がりで特徴付けられる、符号化データの発光のために前記半導体レーザを構成することによって、前記半導体レーザにおけるモード選択を変更するようにプログラムされる、ここで、前記駆動電流変調の周波数は前記符号化データ期間のそれぞれ１つ内に前記半導体レーザにおいて複数の相異なる発光モードが選択されるような周波数である；
が前記半導体レーザの前記動作に適用されるようにプログラムされることを特徴とするレーザ投映システム。