激光显示技术简介PPT课件.ppt
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1、激光显示技术简介Sang JianMech. Design PartAPP Department2012.09- -2 2- -概况一点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容整体概述概况三点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容概况二点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容- -3 3- -引言激光显示技术的原理激光显示技术的未来激光显示技术的类型激光显示技术的应用- -4 4- -激光显示引言黑白单色标准彩色模拟数字Full Color Full Color 大色域标清高清小尺寸中尺寸大尺寸激光显示技术的时代黑白时代1G1GCRTCRT标准彩色时代2G2GCRTCRT
2、高清时代3G3GLCD/PDPLCD/PDP大色域时代4G4GOLED/ Laser TV OLED/ Laser TV - -5 5- -激光显示引言- -6 6- -激光显示引言半导体激光二极管半导体泵浦固体激光器- -7 7- -半导体激光器2020世纪8080年代中期以来,半导体制造技术的发展以及与激光技术的结合,催生了半导体激光二极管,这类兼具半导体和激光器特性的激光源,具有更高的峰值功率和较低的能耗,且它的发射脉宽也较窄,本身不需要温度和光学补偿,比传统的发射光源具有明显的优势半导体泵浦固体激光器简介 半导体泵浦固体激光器(英文全称:Diode Pump Solid State L
3、aser),是近年来国际上发展最快,应用较广的新型激光器。该类型的激光器利用输出固定波长的半导体激光器代替了传统的氪灯或氙灯来对激光晶体进行泵浦,从而取得了崭新的发展,被称为第二代的激光器。这是一种高效率、长寿命、光束质量高、稳定性好、结构紧凑小型化的第二代新型固体激光器,目前在空间通讯,光纤通信,大气研究,环境科学,医疗器械,光学图象处理,激光打印机等高科技领域有着独具特色的应用前景。- -8 8- -半导体泵浦固体激光器的优势 1、低功耗:传统的灯泵浦激光器的转换效率大约只有3%左右,泵浦灯的发出的能量大部分转换成了热能,造成了极大的能源浪费。而半导体泵浦固体激光器所用的二极管发出固定的,
4、被激光晶体吸收的808nm波长的激光,光光转换效率可高达40%以上,大大减少了运行成本。 2、性能可靠、寿命长:激光二极管的寿命大大长于闪光灯,达15000小时以上,闪光灯的寿命只有3001000小时。激光半导体的泵浦能量稳定性好,比闪光灯泵浦优一个能量级,性能可靠,可制成全固化器件。运行寿命长,成为至今为止唯一无需维护的激光器,尤其适用于大规模生产线。 3、输出光束质量好:由于半导体泵浦激光的高转换效率,减少了激光工作物质的热透镜效应,大大改善了激光器的输出光束质量,激光光束质量已接近理论极限。 - -9 9- -(一)激光器的结构 激光器是产生激光的装置。它主要由工作物质、激励源和谐振腔三
5、部分组成。- -1010- - -1111- - -1212- -6.1.3 6.1.3 常用激光器 激光按其产生的工作物质的不同可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器、液体激光器、化学激光器和自由电子激光器等。 1. 1. 气体激光器 气体激光器又可分为原子、分子、离子气体激光器3 3大类。原子气体激光器中,产生激光作用的是没有电离的气体原子,其典型代表是氦氖激光器。分子气体激光器中,产生激光作用的是没有电离的气体分子,分子激光器的典型代表是COCO2 2激光器、氦分子(N N2 2)激光器和准分子激光器。离子激光器的典型代表是氩离子(ArAr+ +)和氦镉(He-CdHe-Cd)离子激
6、光器。 第6章 激光显示技术- -1313- -气体激光器有以下特点:(1 1)发射的谱线分布在一个很宽的波长范围内,已经观测到的激光谱线不下万余条,波长几乎遍布了从紫外到远红外整个光谱区。(2 2)气体工作物质均匀性较好,使得输出光束的质量较高。(3 3)气体激光器很容易实现大功率连续输出,如CO2CO2激光器目前可达万瓦级。(4 4)气体激光器还具有转换效率高、工作物质丰富、结构简单和器件成本低等特点。由于气体原子(分子)的浓度低,一般不利于做成小尺寸大能量的脉冲激光器。 由于气体激光器具有以上优点,已经被广泛应用于准直、导向、计量、材料加工、全息照相以及医学、育种等领域。第6章 激光显示
7、技术- -1414- - 2 2固体激光器 固体激光器是将产生激光的粒子掺于固体基质中。工作物质的物理、化学性能主要取决于基质材料,而它的光谱特性则主要由发光粒子的能级结构决定,但发光粒子受基质材料的影响,其光谱特性将有所变化。固体工作物质中,发光粒子(激活离子)都是金属离子。第6章 激光显示技术- -1515- -固体激光器的突出特点是:产生激光的粒子掺于固体物质中,浓度比气体大,因而可获得大的激光能量输出,单个脉冲输出能量可达上万焦耳,脉冲峰值功率可达10101313101014 14 W/cmW/cm2 2,因固体热效应严重,连续输出功率不如气体高。但是固体激光器具有能量大、峰值功率高、
8、结构紧凑、牢固耐用等优点,已广泛应用于工业、国防、医疗、科研等方面。第6章 激光显示技术- -1616- - 3 3半导体激光器 半导体激光器是以半导体为工作物质的激光器。常用的半导体激光器材料是CaAsCaAs(砷化镓)、CdSCdS(硫化镉)、PbSnTePbSnTe(碲锡铅)等。半导体激光器有超小型、高效率、结构简单、价格便宜等一系列特点。在光纤通信、激光唱片、光盘、数显等领域有广泛应用。第6章 激光显示技术- -1717- - 4 4液体激光器 液体激光器可分为两类:有机化合物液体(染料)激光器(简称染料激光器)和无机化合物液体激光器(简称无机液体激光器)。虽然都是液体,但它们的受激发
9、光机理和应用场合却有着很大的差别。染料激光器已获得了广泛的应用,已发现有实用价值的染料约有上百种,最常用的有若丹明6G6G、隐花青、豆花素等。第6章 激光显示技术- -1818- - 染料激光器的特点如下:(1 1)激光波长可调谐且调谐范围宽广,它的辐射波长已覆盖了从紫外321 nm321 nm至近红外1.3 m1.3 m谱线范围,一些染料激光波长连续可调范围达上百纳米。(2 2)可产生极短的超短脉冲,脉冲宽度可压缩到3 310101515s s 。 (3 3)可获得窄的谱线宽度,线宽可达6 610105 5 nm nm,连续染料激光可达10106 6 nm nm。第6章 激光显示技术- -1
10、919- - 5 5化学激光器 化学激光器是基于化学反应来建立粒子反转的,如氟化氢(HFHF)、氟化氘(DFDF)等化学激光器。化学激光器的主要优点是能把化学能直接转换成激光能,不需要外加电源或光源作为泵浦源,在缺乏电源的地方能发挥其特长。在某些化学反应中可获得很大的能量,因此可得到高功率的激光输出。这种激光器可以作为激光武器用于军事领域。 6 6自由电子激光器 自由电子激光器不是利用原子或分子受激辐射,而是利用电子运动的动能转换为激光辐射的,因此它的辐射波长可以在很宽的范围内(从毫米波直到X X光)连续调谐,而且转换效率可达5050。第6章 激光显示技术- -2020- - 参数种类显示效果
11、 体积 显示尺寸 功耗 工艺复杂度 制造成本 价格 CRT CRT 好庞大较小大较简单较高一般等离子 较差轻薄大大复杂高昂贵液晶 较差轻薄大小复杂高昂贵LPD LPD 好很小大小简单较低一般表6.2 LPD与其它显示器的对比第6章 激光显示技术- -2121- -激光显示技术的原理半导体激光器以不同掺杂类型的半导体材料作为激光工作物质,自然解理面构成谐振腔,通过一定的激励方式,例如在半导体激光器的PN结区加正向电压,在半导体物质的导带与价带之间,形成非平衡载流子的粒子数反转,当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,将多余的能量以光的形式释放出来。由于解理面谐振腔的共振放大作用实现受激反馈,
12、从而实现定向发射而输出激光。- -2222- -激光显示技术的原理激光显示系统由激光器、调制器、光偏转器和屏幕等组成。系统接收到视频信号后,从信号中分离出红、绿、蓝三色图像信号和帧同步信号。经过处理,三色信号控制三色半导体激光二极管行阵列,使之发出相应强度的光,经合色器调制输出,在帧同步信号的控制下,通过光偏转器,实现光束扫描,射到接收屏上,形成图像。红、绿、蓝激光器是彩色显示的三原色光源,与荧光光源相比,光束质量和效率更高,没有荧光光源产生的绿影和白炽光源产生的黄影,可实现三原色的平衡。- -2323- -激光显示原理显示原理外部视频/PC信号被分解为三原色经颜色转换后调制三束激光的强度;被
13、调制的光信号经过光缆传输到扫描系统,激光束被偏转(行扫描:转镜,帧扫描:振镜)投射到屏幕上,“写”出图像。基本结构RGB激光光源激光调制扫描投射系统图像变换光学系统光导传输电子控制和软件图6.5 激光扫描系统示意图- -2424- -激光显示技术的原理波长(nm)流明/瓦10000流明5504K所需瓦数10000流明6504K所需瓦数R62026012.912.3G52048512.813.0B460419.511.5功率反馈控制- -2525- -色域:是对一种颜色进行编码的方法,也指一个技术系统能够产生的颜色的总和。 色域覆盖率:是以马蹄形可见色域作为参照系表达彩色还原范围,如自然界有10
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