DISPOSITIVO LÁSER DE CAVIDAD EXTERNA QUE EMITE EN SUPERFICIE.

Dispositivo láser de cavidad externa que emite en superficie Campo de la invención La invención se refiere a un dispositivo láser de cavidad externa que emite en superficie con conversión de frecuencia intracavidad, un método relativo al mismo y una unidad de proyección de imágenes. Antecedentes de la invención Los láseres que emiten en superficie vertical (VCSEL) se conocen en la técnica por sus bajos costes de fabricación. Recientemente, se han desarrollado láseres que emiten en superficie vertical con una cavidad externa (VECSEL), que permiten generar de manera eficaz haces de gran área con alta calidad de haz. Colocando un dispositivo de conversión de frecuencia en la cavidad externa ahora es posible generar luz láser a longitudes de onda, para las que no es posible una generación directa de luz láser a un coste y esfuerzo razonables. Un campo de aplicación típico de un dispositivo tal son los proyectores de imágenes RGB, para los que las fuentes de luz láser son ideales debido a su alta luminancia y alta calidad de haz. Mientras que la luz láser roja y azul puede generarse directamente por diodos láser a un coste razonable, actualmente no es viable generar luz láser verde usando directamente un diodo láser. Por tanto, los dispositivos láser de cavidad externa que emiten en superficie vertical con conversión de frecuencia intracavidad son prometedores para esta aplicación. En los dispositivos láser de cavidad externa que emiten en superficie en vertical con conversión de frecuencia intracavidad, la luz láser se genera en un elemento láser semiconductor, similar al chip láser de un dispositivo VCSEL, que comprende al menos una capa de ganancia con habitualmente varios pozos cuánticos y al menos un reflector Bragg distribuido altamente reflectante. Un espejo láser se dispone espaciado del elemento láser para formar una cavidad externa, que completa el resonador láser. Cuando se hace funcionar el elemento láser, esta configuración genera luz a una frecuencia fundamental. Colocando un dispositivo de conversión de frecuencia, por ejemplo, un cristal no lineal, en la cavidad externa, se genera luz a una segunda frecuencia diferente de la frecuencia fundamental, por ejemplo, a una frecuencia armónica. La luz a la segunda frecuencia puede desacoplarse entonces fácilmente de la cavidad externa y usarse para la aplicación deseada. Surge un problema, puesto que el rendimiento tanto del elemento láser semiconductor como del dispositivo de conversión de frecuencia depende habitualmente de la temperatura. La eficacia de conversión del dispositivo de conversión de frecuencia desde la frecuencia fundamental a la segunda frecuencia depende considerablemente de un acoplamiento exacto de su ancho de banda de ajuste de fase, que depende considerablemente de la temperatura para la mayoría de los materiales de conversión de frecuencia eficaz habituales. Si el ancho de banda de ganancia del elemento láser se desplaza debido a un cambio de la temperatura, el ancho de banda de ganancia puede desplazarse fuera del ancho de banda de ajuste de fase, lo que puede dar como resultado una baja eficacia de conversión y por tanto una baja potencia de la luz a la segunda frecuencia. Habitualmente, puede tratarse este problema mediante un control activo de la temperatura de ambos, el elemento láser y el dispositivo de conversión de frecuencia. El documento WO 2006/105249 da a conocer un láser que emite en superficie de cavidad extendida vertical con frecuencia estabilizada, que comprende un chip láser semiconductor para la generación de luz láser a una frecuencia fundamental, un acoplador de salida, que define una cavidad externa y un cristal no lineal para generar luz a la frecuencia del segundo armónico que se dispone en el interior de la cavidad externa junto con un filtro de interferencia de película delgada. En este caso, el filtro de película delgada sirve para limitar la longitud de onda de emisión del láser al ancho de banda de ajuste de fase del cristal no lineal. Aunque debido a esta configuración, puede omitirse un control de la temperatura del chip láser, todavía es necesario controlar activamente la temperatura del cristal no lineal, lo que resulta costoso y puede llevar a problemas importantes cuando se integra el dispositivo láser en unidades de proyección pequeñas. El documento US 2005/0286573 A1 da a conocer un sistema láser de segundo armónico de alta potencia y bajo nivel de ruido. El sistema comprende un diodo láser con emisión de borde, una lente de colimador y un cristal óptico no lineal para doblar la frecuencia. Además, se da a conocer el uso de una rejilla de deflexión y un espejo de aplicación de láser de selección de longitud de onda para evitar saltos de modo y por tanto reducir el ruido de intensidad en la señal de salida de frecuencia duplicada. Por tanto un objetivo es proporcionar un dispositivo láser de cavidad externa que emite en superficie con conversión de frecuencia intracavidad, que sea aplicable universalmente y pueda fabricarse de manera económica. 2   Sumario de la invención El objeto de la invención se resuelve mediante un dispositivo láser de cavidad externa que emite en superficie con conversión de frecuencia intracavidad según la reivindicación 1, una unidad de proyección de imágenes según la reivindicación 10 y un método para generar luz convertida de frecuencia intracavidad según la reivindicación 11. Las reivindicaciones dependientes se refieren a realizaciones preferidas de la invención. El dispositivo láser según la invención comprende al menos un elemento láser que emite en superficie con múltiples capas semiconductoras, en el que están dispuestas al menos una capa de ganancia y una capa reflectante para obtener luz a una frecuencia fundamental. La capa de ganancia comprende habitualmente varias estructuras semiconductoras de pozo cuántico para emitir fotones a una frecuencia fundamental, por ejemplo, puede usarse GaAs con AlGaAs o InGaAs con GaAs. La al menos una capa reflectante es altamente reflectante a la frecuencia fundamental y por ejemplo puede ser un reflector Bragg distribuido (DBR), que permite una reflectividad muy alta, mayor del 99,8%. El resonador láser se completa con medios reflectores, dispuestos espaciados del elemento láser y reflectantes a la frecuencia fundamental para formar una cavidad externa. Un dispositivo de conversión de frecuencia está dispuesto en el interior de la cavidad externa para generar luz a una segunda frecuencia, que es habitualmente una frecuencia armónica de la frecuencia fundamental. El dispositivo de conversión de frecuencia, por tanto, convierte la luz, generada por el elemento láser a la frecuencia fundamental, que se desplaza a través de la cavidad externa, en luz a una segunda frecuencia que es diferente de la frecuencia fundamental. Habitualmente, la segunda frecuencia es la frecuencia del segundo armónico de la frecuencia fundamental, aunque también es posible triplicar o cuadruplicar la frecuencia, así como cualquier otra conversión de frecuencia ascendente o descendente, la primera, por ejemplo, también por métodos de mezclado de frecuencia bien conocidos por los expertos. La luz a la segunda frecuencia puede desacoplarse de la cavidad externa por medio de un acoplador de salida adecuado que va a usarse para la aplicación deseada. Esto puede lograrse, por ejemplo, dotando los medios reflectores de un recubrimiento adecuado, de manera que la luz a la segunda frecuencia pueda desacoplarse a través de los medios reflectores, por ejemplo un espejo dicroico. Los dispositivos de conversión de frecuencia preferidos y usados frecuentemente son cristales no lineales, por ejemplo, y sin limitación, niobato de litio periódicamente polarizado (PPLN), tantalato de litio periódicamente polarizado (PPLT) o KTP, donde PPLN es especialmente preferido. Estos materiales pueden diseñarse con las propiedades de conversión de longitud de onda deseadas. Tales dispositivos de conversión de frecuencia se basan habitualmente en cuasiajustes de fase en un ancho de banda de ajuste de fase estrecho, donde el ancho de banda de ajuste de fase es recíprocamente proporcional a la longitud del cristal. Por ejemplo, el ancho de banda de ajuste de fase de un cristal de doble frecuencia PPLN que convierte la radiación IR de 1060 nm a 530 nm en radiación visible es de aproximadamente 1 nm para un cristal de 2 mm de longitud e incluso más estrecho para una longitud de cristal típica de aproximadamente 3-5 mm. Para una generación eficaz de luz a la segunda frecuencia, la frecuencia fundamental tiene que encontrarse dentro del ancho de banda de ajuste de fase del dispositivo de conversión de frecuencia. La frecuencia fundamental del dispositivo láser puede seleccionarse de un gran intervalo de longitudes de onda mediante una selección apropiada de la estructura... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo láser de cavidad externa que emite en superficie con conversión de frecuencia intracavidad que comprende: al menos un elemento (1) láser que emite en superficie con múltiples capas, en el que están dispuestas al menos una capa (1a) de ganancia y una capa (1b) reflectante para obtener luz láser a una frecuencia fundamental, medios reflectores, espaciados del elemento (1) láser que emite en superficie para formar una cavidad (12) externa, un dispositivo (3) de conversión de frecuencia, dispuesto en el interior de la cavidad (12) externa para generar luz a una segunda frecuencia, que es diferente de la frecuencia fundamental, y caracterizado por medios de filtro paso banda ópticos sintonizables, dispuestos en el interior de la cavidad (12) externa, y medios detectores, en el que dichos medios de filtro paso banda ópticos pueden sintonizarse a partir de una señal, que se obtiene por los medios detectores. 2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que los medios detectores comprenden un detector (7) óptico, que puede hacerse funcionar para detectar la potencia de la luz a la segunda frecuencia. 3. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que los medios de filtro paso banda comprenden un filtro dieléctrico sintonizable. 4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que los medios de filtro paso banda comprenden un interferómetro Fabry-Perot y un elemento (6, 6) de accionamiento para sintonizar una frecuencia de resonancia del interferómetro. 5. Dispositivo según la reivindicación 4, en el que el elemento de accionamiento es un piezo actuador (6). 6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 4-5, en el que el dispositivo (3) de conversión de frecuencia y los medios de filtro paso banda están formados de manera solidaria. 7. Dispositivo según la reivindicación 6, en el que el dispositivo (3) de conversión de frecuencia comprende un elemento primero (3a) y uno segundo (3b), espaciados en un eje óptico del láser, en el que los elementos primero (3a) y segundo (3b) tienen superficies opuestas, dotadas de un recubrimiento (11), que forman el interferómetro Fabry-Perot . 8. Dispositivo según la reivindicación 7, en el que las superficies opuestas de los elementos primero (3a) y segundo (3b) son paralelas entre sí y están inclinadas hacia el eje óptico. 9. Dispositivo según la reivindicación 8, en el que las superficies opuestas están inclinadas hacia el eje óptico con un ángulo mayor que 2º. 10. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios reflectores son un recubrimiento (2), previsto sobre los medios de filtro paso banda ópticos o sobre el dispositivo (3) de conversión de frecuencia. 11. Unidad de proyección de imágenes con al menos un dispositivo láser de cavidad externa que emite en superficie según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, una unidad de control electrónico y al menos un modulador espacial de luz. 12. Método para generar luz convertida de frecuencia intracavidad con un dispositivo láser de cavidad externa que emite en superficie, que comprende al menos un elemento (1) láser que emite en superficie con múltiples capas, en el que están dispuestas al menos una capa (1a) de ganancia y una capa (1b) reflectante para obtener luz láser a una frecuencia fundamental, medios reflectores, espaciados del elemento (1) láser que emite en superficie para formar una cavidad (12) externa, un dispositivo (3) de conversión de frecuencia, dispuesto en el interior de la cavidad (12) externa para generar luz a una segunda frecuencia, que es diferente de la frecuencia fundamental, caracterizado porque se prevén medios de filtro paso banda ópticos sintonizables, dispuestos en el interior de la cavidad (12) externa y medios detectores, en el que dichos medios de filtro paso banda se sintonizan a partir de una señal, que se obtiene 9   por los medios detectores, para maximizar la potencia de salida del dispositivo láser a la segunda frecuencia.   11   12