Полноцветный RGB лазерный проектор на основе оптического параметрического генератора

Перевод Надежды Фоминой

Основные преимущества проекционных лазерных систем по сравнению с обычными проекторными лампами — практически неограниченная глубина резкости, отличная насыщенность цветов, высокая контрастность и высокое разрешение в сочетании с различными стандартами видео. Каждый пиксель создается коллинеарной суперпозицией трех коллимированных лазерных пучков в изображение. Изображение остается также надлежащим образом сфокусировано, если расстояние до проектора различно и в качестве проекционного экрана используются или наклонные или изогнутые поверхности. Длины волн лазеров охватывают более чем на 90% все цвета, которые различает человеческий глаз (рис. 1).

Это намного лучше параметров цветности обычных электронно-лучевых трубок. Лазерное излучение характеризуется высокой спектральной чистотой (малые спектральные линии) и его точные длины волн задаются модуляцией. По этой причине, цвет треугольника остается стабильным без каких-либо перенастроек и баланс белого цвета может быть достигнут регулировкой мощности отдельных цветов - красного, зеленого и синего.

Быстрый прогресс в области мощных лазерных диодов в 90-х годов превратил идею лазерного телевидения в реальность. По сравнению с лазерными проекционными системами для проекции больших изображений с помощью аргоновых лазеров, которым требуется электрическую мощность больше чем 100 кВт, твердотельные лазеры обеспечивают более высокий световой поток при потребляемой мощности до 3 кВт.

Скоро сбудется мечта лазерного домашнего кинотеатра, когда смогут быть непосредственно применены полупроводниковые лазеры RGB расцветки. Мощность лазеров, необходимая для домашних кинотеатров, составляет от нескольких сотен мВт до одного Вт на каждый цвет. Для проекции области в несколько десятков квадратных метров, как это требуется для проецирования в кинотеатрах, планетариях или пилотажных тренажерах и т.д., мощность лазера должна быть в диапазоне от 5 до 20 Вт на каждый цвет.

Спрос на высокоэффективные и высокой мощности лазеры является отправной точкой для усилия по разработке твердотельной RGB лазерной системы. Исследователи из Кайзерслаутерна и Геры (Германия) (Г. Холлеманн и др.) создали RGB-систему на основе оптического параметрического генератора. Модульная структура, основанная на индивидуальной, съемной и сменной подсистеме является необходимым условием для последовательного изготовления, испытания и обслуживания всей лазерной системы..

Лазерная система RGB состоит из диодного модуля лазера накачки с волоконным выходом, блоков питания, блока охлаждения и лазерной головки. Комплекс RGB-лазерной системы представлен на рис. 2.

Рис. 2 RGB лазерная система с размерами 1140 * 1150 * 600 мм ³

Получение полноцветной генерации в лазерной головке осуществляется в несколько этапов: диодная накачка осциллятора, диодная накачка усилителя, генерация света нужной частоты в оптическом параметрическом осцилляторе, нелинейное преобразование частоты, акустооптическая модуляция интенсивности для балансировки цветов.

Схема лазерного RGB-проектора на основе оптического параметрического генератора

Неодимовый лазер (1064 нм) с усилителем создают импульсное излучение со средней мощностью 42 Вт . Впоследствии импульсы проходят через нелинейный кристалл, где часть света преобразуется во вторую гармонику - зеленый свет с длиной волны 532 нм. Не преобразованная часть излучения 1064 нм частично используется для накачки ОПГ и частично используется для итоговое смешения частоты в ОПГ с выходной длиной волны 1535 нм. Полученная длина волны (628 нм-красный свет) либо смешивается с не преобразованным излучение для создания синего света на длине волны 446 нм, либо пропускается для получения красного цвета.

Лазер с синхронизацией мод используется в системе RGB по двум причинам: во-первых, достигается значительно более высокая интенсивность пика по сравнению с лазерами непрерывной генерации (CW), которая необходима для эффективного нелинейного преобразования частоты. Во-вторых, при условии, если импульсы достаточно короткие (= 10 пс), то нет эффекта возникновения картины спеклов* (зернистой структуры) на экране, поскольку короткие импульсы имеют широкий спектр и, следовательно, малую длину когерентности.

*Спекл, спекл-структура (англ. speckle — крапинка, пятнышко) — это случайная интерференционная картина, которая образуется при взаимной интерференции когерентных волн, имеющих случайные сдвиги фаз и/или случайный набор интенсивностей. На такой картине, как правило, можно отчётливо наблюдать светлые пятна, крапинки (их и называют спеклами), которые разделены тёмными участками изображения.