包括集成式VCSEL和集成式光子腔的可见光光源

技术领域

本文描述的是可见光光源和可见光光源阵列。

背景技术

诸如发光二极管(Light-emitting Diode，LED)、微型LED(micro-LED)、谐振腔LED(Resonant Cavity LED，RCLED)、垂直腔面发射激光器(Vertical-cavity Surface-emitting Laser，VCSEL)和垂直外腔面发射激光器(Vertical External Cavity SurfaceEmitting Laser，VECSEL)等半导体发光设备将电能转换为光能，并且提供许多优于其他光源的优点，例如减小尺寸、改善耐用性以及提高效率和亮度。半导体发光设备可以用作许多显示系统(例如，电视、计算机显示器、膝上型计算机、平板电脑、智能手机、投射系统和可穿戴电子设备)的光源。例如，可以使用发射不同颜色(例如，红、绿和蓝)的光的多个微型LED或VCSEL来形成诸如近眼显示系统的显示系统中的显示面板的子像素。微型LED、VCSEL和其他半导体发光设备也可以部署在各种传感器系统中，例如部署在用于深度感测、三维感测、对象追踪(例如，手部追踪或面部追踪)等系统中。

发明内容

本公开总体上涉及可见光光源。更具体地，但不限于，本公开涉及集成式垂直腔面发射激光器(VCSEL)泵浦的可见光光源，该可见光光源包括被配置为通过光学参量振荡(Optical Parametric Oscillation，OPO)生成可见光的光学谐振器。本文公开的可见光光源可以用在例如背光单元(Backlight Unit，BLU)显示器和有源显示面板中。本文描述了包括设备、部件、系统、方法、结构、材料、工艺等各种创造性的实施例。

根据本发明的第一方面，提供了一种可见光光源，该可见光光源包括：衬底；第一反射器和第二反射器，该第一反射器和该第二反射器位于该衬底上，其中，该第一反射器和该第二反射器被配置为反射红外光并且竖直布置以形成竖直腔(vertical cavity)；有源区，该有源区位于该竖直腔中并且被配置为发射红外光；微型谐振器，该微型谐振器位于该衬底上并且被配置为接收由该有源区发射的该红外光，并且通过光学参量振荡生成可见光；以及输出耦合器，该输出耦合器被配置为将该微型谐振器中生成的该可见光从该微型谐振器耦出。

优选地，该微型谐振器位于该竖直腔内或位于该竖直腔的顶部上，该微型谐振器被配置为直接接收该红外光或通过输入耦合器接收该红外光。

优选地，该输入耦合器或该输出耦合器包括光栅耦合器、介电散射体、金属散射体或纳米谐振器。

优选地，该光栅耦合器是倾斜的(slanted)、变迹的(apodized)、啁啾的(chirped)或它们的组合。

优选地，该微型谐振器位于该竖直腔的外部；该可见光光源还包括波导和输入耦合器，该波导光学耦接到该微型谐振器，该输入耦合器位于该竖直腔中或位于该竖直腔的顶部上，并且该输入耦合器被配置为将由该有源区发射的红外光耦入到该波导中。

优选地，该波导和该微型谐振器形成在同一材料层中或位于不同的层上。

优选地，该微型谐振器被配置为通过简并四波混频(Degenerate Four-WaveMixing，DFWM)生成可见光。

优选地，该第一反射器和该第二反射器中的每个反射器包括高对比度光栅或分布式布拉格反射器，该该分布式布拉格反射器包括介电层、半导体层或介电层、半导体层这两项。

优选地，该第二反射器对于该可见光是抗反射的，并且被配置为将该可见光竖直地从该可见光光源透射出去。

优选地，该微型谐振器包括微型环、微型盘、基于波导的腔、光子晶体点缺陷腔、光子晶体环形腔或等离子体谐振器。

优选地，该微型谐振器的特征为圆环形状、椭圆环形状、阿基米德螺旋形形状、另一螺旋形形状或跑道形状。

优选地，该输出耦合器被配置为将该可见光竖直地耦入到自由空间中，或将该可见光耦入到光子集成电路中。

优选地，该可见光光源还包括：第三反射器，该第三反射器位于该竖直腔中，其中，该第三反射器部分地反射该红外光；偏振部件，该偏振部件位于该竖直腔中并且被配置为选择该红外光的偏振模式；或者第三反射器和偏振部件这两者。

优选地，偏振部件包括偏振器、波片、空间可变偏振器或空间可变波片。

据本发明的第二方面，提供了一种可见光光源阵列，该可见光光源阵列包括：互补金属氧化物半导体(CMOS)背板，该CMOS背板包括形成在该CMOS背板上的多个驱动电路；以及可见光光源的阵列，该可见光光源的阵列形成在衬底上并且直接或间接地结合到该CMOS背板。可见光光源的阵列中的每个可见光光源能够由该多个驱动电路单独寻址，并且每个可见光光源包括：第一反射器和第二反射器，该第一反射器和第二反射器被配置为反射红外光并且形成竖直腔；有源区，该有源区位于竖直腔内，并且被配置为发射红外光；微型谐振器，该微型谐振器被配置为接收由有源区发射的红外光，并且通过光学参量振荡生成可见光；以及输出耦合器，该输出耦合器被配置为将该微型谐振器中生成的该可见光从该微型谐振器耦出。

优选地，该微型谐振器位于该竖直腔内或位于该竖直腔的顶部上；该微型谐振器被配置为直接接收该红外光，或者通过输入耦合器接收该红外光。

优选地，该微型谐振器位于该竖直腔的外部；可见光光源的阵列中的每个可见光光源还包括：波导，该波导光学耦接到该微型谐振器；以及输入耦合器，该输入耦合器位于该竖直腔中或位于该竖直腔的顶部上，并且被配置为将该红外光耦入到该波导中。

优选地，该微型谐振器包括微型环、微型盘、基于波导的腔、光子晶体点缺陷腔、光子晶体环形腔或等离子体谐振器。

优选地，该可见光光源阵列的间距小于50μm、小于30μm、小于20μm或小于10μm。

优选地，该微型谐振器的特征为圆环形状、椭圆环形状、螺旋形形状或跑道形状。

根据某些实施例，可见光光源可以包括：衬底；竖直腔面发射激光器，该竖直腔面发射激光器位于该衬底上，并且包括被配置为发射红外光的有源半导体区域和被配置为反射由该有源半导体区域发射的红外光的第一反射器；第二反射器，该第二反射器被配置为反射红外光，该第一反射器和该第二反射器形成用于红外光的竖直腔；一个或多个微型谐振器，该一个或多个微型谐振器位于该衬底上，被配置为接收红外光，并且通过光学参量振荡利用红外光来生成一种或多种颜色的可见光；以及一个或多个输出耦合器，该一个或多个输出耦合器被配置为将来自一个或多个微型谐振器的一种或多种颜色的可见光耦入到自由空间或光子集成电路中。

根据某些实施例，可见光光源阵列可以包括衬底以及裸片(die)或晶圆(wafer)，该衬底包括形成在该衬底上的驱动电路；该裸片或该晶圆直接或间接地结合到该驱动电路。该裸片或该晶圆可以包括形成在该裸片或该晶圆上的可见光光源的阵列。该可见光光源的阵列中的每个可见光光源能够由该驱动电路单独寻址，并且每个可见光光源包括：竖直腔，该竖直腔由第一反射器和第二反射器形成，该第一反射器和该第二反射器被配置为反射红外光；有源区，该有源区位于该竖直腔中，并且被配置为发射红外光；一个或多个微型谐振器，该一个或多个微型谐振器被配置为接收红外光并且通过光学参量振荡利用红外光来生成一种或多种颜色的可见光；以及一个或多个输出耦合器，该一个或多个输出耦合器被配置为将来自一个或多个微型谐振器的一种或多种颜色的可见光耦入到自由空间或一个或多个波导中。

根据某些实施例，可见光光源阵列可以包括衬底以及裸片或晶圆，该衬底包括形成在该衬底上的驱动电路；该裸片或该晶圆直接或间接地结合到该驱动电路。该裸片或该晶圆可以包括形成在该裸片或该晶圆上的可见光光源的阵列。该可见光光源的阵列中的每个可见光光源能够由该驱动电路单独寻址，并且每个可见光光源包括：竖直腔，该竖直腔由第一反射器和第二反射器形成，该第一反射器和该第二反射器被配置为反射红外光；有源区，该有源区位于该竖直腔中，并且被配置为发射红外光；微型谐振器，该微型谐振器被配置为接收红外光并且通过光学参量振荡利用红外光来生成可见光；以及输出耦合器，该输出耦合器被配置为将来自该微型谐振器的可见光耦入到自由空间或波导中。该可见光光源阵列的第一可见光光源中的第一微型谐振器和该可见光源阵列的第二可见光光源中的第二微型谐振器可以具有不同的大小、不同的形状、不同的材料或它们的组合，并且被配置为生成不同颜色的可见光。

本发明内容既不旨在确定所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在单独用来确定所要求保护的主题的范围。该主题应当通过参考本公开的整个说明书的适当部分、任何或所有附图以及每项权利要求来理解。下面将在以下说明书、权利要求书和附图中更详细地描述前文以及其他特征和示例。

附图说明

下文参考以下附图详细描述说明性实施例。

图1为包括近眼显示器的人工现实系统环境的示例的简化框图。

图2为用于实施本文公开的多个示例中的一些示例的头戴式显示器(Head-mounted Display，HMD)设备形式的近眼显示器的示例的立体图。

图3为用于实施本文公开的多个示例中的一些示例的一副眼镜形式的近眼显示器的示例的立体图。

图4示出了包括波导显示器的光学透视增强现实系统的示例。

图5A示出了根据某些实施例的包括波导显示器的近眼显示设备的示例。图5B示出了包括波导显示器的近眼显示设备的示例。

图6示出了增强现实系统中的图像源组件的示例。

图7A示出了垂直腔面发射激光器(VCSEL)的示例。

图7B示出了可调谐的VCSEL的示例。

图8A和图8B示出了通过简并四波混频使用较低频泵浦光生成较高频光信号的示例。图8C示出了微型谐振器的示例的多个纵向谐振模式。

图9A示出了根据某些实施例的耦合结构的示例的截面图，该耦合结构被配置为将光学谐振器中生成的光从光学谐振器垂直耦出。图9B示出了图9A的耦合结构的示例的俯视图。图9C示出了根据某些实施例的被配置为将光学谐振器中生成的光耦入到输出波导中的结构的示例的俯视图。图9D示出了被配置为将光学谐振器中生成的光耦入到输出波导中的结构的另一示例的俯视图。

图10A和图10B示出了可见光光源的示例，该可见光光源包括微型谐振器，该微型谐振器位于竖直腔中并且由竖直腔中的红外光VCSEL直接泵浦，其中，微型谐振器中生成的可见光从竖直腔垂直耦出。

图11A示出了可见光光源的示例，该可见光光源包括微型谐振器，该微型谐振器位于竖直腔外部并且由红外光VCSEL直接泵浦。图11B示出了图11A的可见光光源的示例的俯视图。

图12A和图12B示出了可见光光源的示例，该可见光光源包括由红外光VCSEL泵浦的微型谐振器，其中，红外光通过输入耦合结构和与微型谐振器位于同一层上的波导耦入到微型谐振器中。

图12C和图12D示出了可见光光源的示例，该可见光光源包括由红外光VCSEL泵浦的微型谐振器，其中，红外光通过输入耦合结构和与微型谐振器位于不同的垂直层上的波导耦入到微型谐振器中。

图13A示出了可见光光源的示例，该可见光光源包括由竖直腔中的红外光VCSEL泵浦的微型谐振器，其中，红外光通过竖直腔中的输入耦合结构和与微型谐振器位于同一垂直层上的波导耦入到微型谐振器中。图13B示出了图13A的可见光光源的示例的俯视图。

图13C示出了可见光光源的示例，该可见光光源包括由竖直腔中的红外光VCSEL泵浦的微型谐振器，其中，红外光通过竖直腔中的输入耦合结构和与微型谐振器位于不同的垂直层上的波导耦入到微型谐振器中。图13D示出了图13C的可见光光源的示例的俯视图。

图14A示出了被配置为发射不同颜色可见光的可见光光源的阵列的示例，其中，阵列中的每个可见光光源包括微型谐振器，该微型谐振器位于竖直腔中并且由竖直腔中的红外光VCSEL直接泵浦，微型谐振器中生成的可见光竖直地从竖直腔耦出。图14B和图14C示出了图14A的可见光光源的阵列的示例的俯视图。

图15A示出了根据某些实施例的可见光光源的阵列的示例，其中，阵列中的每个可见光光源被配置为生成不同颜色的可见光。图15B示出了图15A的可见光光源的阵列的示例的俯视图。

图16A示出了可见光光源的阵列的示例，其中，每个可见光光源被配置为发射多种颜色的可见光，每种颜色的可见光的各自强度是单独可控的。图16B示出了图16A的可见光光源的阵列的示例的俯视图。

图17A示出了可见光光源的示例，该可见光光源是可调谐的，以发射不同颜色的可见光。图17B示出了图17A的可见光光源的阵列的示例的俯视图。图17C和图17D示出了通过调谐图17A和图17B的可见光光源来生成不同颜色的可见光的示例。

图18A示出了可见光光源的阵列的示例，其中，每个可见光光源是可调谐的，以发射一种或多种颜色的可见光，每种颜色的可见光的相应强度是单独可控的。图18B示出了图18A的可见光光源的阵列的示例的俯视图。

图19为近眼显示器的示例的电子系统的简化框图。

这些附图描绘了本公开的实施例，仅用于说明目的。本领域技术人员将容易地从以下描述中认识到，在不脱离本公开的原理或所宣称的益处的情况下，可以采用所示出的结构和方法的替代实施例。

在附图中，相似的部件和/或特征可以具有相同的附图标记。此外，同一类型的各种部件可以通过在附图标记之后加上虚线和在相似部件之间进行区分的第二标记来区分。如果在说明书中仅使用第一附图标记，则本说明书可适用于具有相同第一附图标记的任何一个相似部件，而无需考虑第二附图标记。

具体实施方式

本公开总体上涉及可见光光源。更具体地，但不限于，本公开涉及集成式垂直腔面发射激光器(VCSEL)泵浦的可见光光源，该可见光光源包括被配置为通过光学参量振荡(OPO)使用红外光生成可见光的光学谐振器。本文描述了包括设备、系统、部件、晶圆、裸片、方法、结构、材料、工艺等各种发明实施例。

半导体发光设备可以用在诸如显示系统和传感器系统的许多光学系统中。例如，在一些显示系统中，从可见光光源(例如，二极管激光器阵列或微型发光二极管(Micro-LED)阵列)发射的可见的显示光可以被引导投射到用户的眼睛。在波导显示系统中，从可见光光源发射的可见的显示光可以耦入到用于将图像传递到观看者的眼睛的显示器(例如，波导显示器)中。可以通过η

然而，制造这种可见光光源可能具有挑战性。例如，LED和有机LED(OLED)在亮度方面可能具有根本性的限制。对于某些可见颜色(例如，绿色)来说，制造具有高效率的VCSEL可能非常困难。在同一芯片或晶圆上制造多种颜色的可见光激光光源甚至可能更具挑战性。此外，现有的可见光光源架构通常可能具有大的占用空间，并且可能不适合用于高分辨率显示的单独可寻址的高密度源阵列。III-V半导体器件与光子集成电路(PhotonicIntegrated Circuit，PIC)的集成可能会带来额外的制造挑战。

根据某些实施例，可见光光源可以包括VCSEL，该VCSEL可以高效率地发射近红外(NIR)波段或其他红外(IR)波段中的光。在下文中，NIR光可以被统称为IR光。可见光光源还可以包括微型谐振器，该微型谐振器可以由于微型谐振器内的简并四波混频(三阶非线性光学过程，也被称为光学参量振荡(OPO))而将IR光转换为可见光。在一些实施例中，微型谐振器可以定位于VCSEL腔的内部或外部并且与VCSEL对准，其中，由VCSEL发射的IR光可以直接地耦入到微型谐振器中或通过耦合结构(例如，光栅耦合器或纳米谐振器)耦入到微型谐振器中。在一些实施例中，由VCSEL发射的IR光可以通过耦合结构(例如，光栅耦合器或纳米谐振器)耦入到波导中，然后可以例如通过波导耦合器从波导耦入到微型谐振器中。微型谐振器可以包括例如微型环形谐振器、光子晶体点缺陷腔、光子晶体环形(线缺陷)腔、等离子体谐振器等。在微型谐振器中由简并四波混频生成的可见光可以通过耦合结构(例如，光栅，或放置在微型谐振器附近的介电散射体或金属散射体)从微型谐振器耦出，并且经由侧面耦合(side coupling)进入波导，或经由垂直耦合进入自由空间。

在一些实施例中，设备可以包括可见光光源的阵列，其中，可见光光源可以发射不同颜色的可见光，例如，红色、蓝色和绿色。在一个示例中，每个可见光光源可以包括一个微型谐振器，并且一些可见光光源中的微型谐振器(和/或VCSEL)可以不同于一些其他可见光光源中的微型谐振器(和/或VCSEL)，从而不同的可见光光源可以发射不同颜色的光。在一些实施例中，可见光光源的阵列中的每个可见光光源可以被配置为、或以配置为发射不同颜色的光。在一个示例中，可见光光源的阵列的每个可见光光源可以包括泵浦VCSEL和具有不同参数的多个(例如，竖直布置的)微型谐振器，其中，多个微型谐振器中的每个微型谐振器可以被配置为生成不同颜色的可见光，并且在一些实施例中，多个微型谐振器的每个微型谐振器可以(例如，通过热光调谐器或电光调谐器)被调谐，以独立地调节由微型谐振器生成的相应可见光的强度。在一些实施例中，可见光光源的阵列中的可见光光源可以包括泵浦VCSEL，该泵浦VCSEL具有可调谐的腔并且可以被调谐为发射具有不同波长的泵浦光，并且该可见光光源还可以包括具有多种谐振模式的微型谐振器，从而可以使用具有不同波长的泵浦光来生成不同颜色的可见光。

本文公开的技术可以实现显示应用所需要的性能。例如，由于每个可见光光源的垂直配置和可见光光源阵列的紧凑布置，可以实现小间距、多颜色的像素化阵列，该小间距、多颜色的像素化阵列可以用作用于液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)的具有局部调光能力的背光单元(BLU)，或者可以用作有源显示面板。例如，通过输出耦合结构(例如，光栅、散射体等)的设计，来自可见光光源的输出光的偏振是高度可控的。可见光光源的结构可以被设计为使用OPO过程生成任何可见波长的光，因此可以用于提供国际电信联盟(International Telecommunication Union，ITU)建议书BT.2020(RecommendationBT.2020，Rec.2020)色域或者通过生成3种以上的原色来提供更大的色域。每个可见光光源的直接电子控制可以提供单独的寻址能力、高对比度和快速响应。泵浦光和OPO部件的集成提供了适合增强现实(Augmented Reality，AR)/虚拟现实(Virtual Reality，VR)应用的整体紧凑、低轮廓、平面结构。当使用侧面耦合时，本文公开的可见光光源还可以用于向其他片上光子集成电路提供红光、绿光和蓝光。

此外，本文公开的可见光光源可以具有可扩展的可制造性。例如，本文公开的可见光光源可以使用已建立的用于集成(例如，结合)近红外(NIR)VCSEL与用于光子集成电路的SiN、SiC、AIN、LiNbO

如本文所使用的，可见光可以指人眼可见的光，例如波长在约400nm至约750nm之间的光。红外光一般可以指波长大于约750nm的光。近红外(NIR)光可以指波长在例如约750nm至约2500nm之间的IR光。

本文描述的可见光光源可以结合诸如人工现实系统的各种技术来使用。诸如头戴式显示器(HMD)或平视显示器(HUD)系统的人工现实系统通常包括被配置为呈现描绘虚拟环境中的对象的人工图像的显示器。显示器可以如在虚拟现实(VR)、增强现实(AR)或混合现实(Mixed Reality，MR)应用中呈现虚拟对象或将真实对象的图像与虚拟对象组合。例如，在AR系统中，用户可以通过例如透视透明显示眼镜或透镜(通常称为光学透视)或观看由摄像头采集的周围环境的显示图像(通常称为视频透视)，来观看虚拟对象的显示图像(例如，计算机生成的图像(Computer-generated Image，CGI))和周围环境这两者。在一些AR系统中，可以使用基于LED的显示子系统将人工图像呈现给用户。

在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了具体的细节，以提供对本公开的示例的透彻理解。然而，将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践各种示例。例如，设备、系统、结构、组件、方法和其他部件可以被示出为框图形式的部件，以避免在不必要的细节中模糊示例。在其他情况下，为了避免混淆示例，可以在没有必要的细节的情况下示出公知的设备、过程、系统、结构和技术。这些图和描述并不旨在进行限制。本公开中使用的术语和表述被用作描述术语而非限制性术语，并且在使用这些术语和表述时无意排除所示出和描述的特征的任何等同物或其部分。本文中使用的单词“示例”意为“用作示例、示例或说明”。本文中描述的任何实施例或设计不一定被解释为优于或有利于其他实施例或设计。

图1为根据某些实施例的包括近眼显示器120的人工现实系统环境100的示例的简化框图。图1中所示的人工现实系统环境100可以包括近眼显示器120、可选的外部的成像设备150和可选的输入/输出接口140，它们中的每者都可以耦接到可选的控制台110。虽然图1示出了包括一个近眼显示器120、一个外部的成像设备150和一个输入/输出接口140的人工现实系统环境100的示例，但是人工现实系统环境100中可以包括任意数量的这些部件，或者可以省略这些部件中的任何部件。例如，可以存在多个近眼显示器120，该多个近眼显示器被与控制台110通信的一个或多个外部的成像设备150监视。在一些配置中，人工现实系统环境100可以不包括外部的成像设备150、可选的输入/输出接口140和可选的控制台110。在替代配置中，人工现实系统环境中可以包括不同的或附加的部件。

近眼显示器120可以是向用户呈现内容的头戴式显示器。近眼显示器120呈现的内容的示例包括图像、视频、音频或它们的任意组合中的一者或多者。在一些实施例中，音频可以经由外部设备(例如，扬声器和/或耳机)来呈现，该外部设备接收来自近眼显示器120、控制台110或这两者的音频信息，并且基于该音频信息来呈现音频数据。近眼显示器120可以包括一个或多个刚性本体，这些刚性本体可以彼此刚性地或非刚性地耦接。多个刚性本体之间的刚性耦接可以使耦接后的刚性本体充当单个刚性实体。多个刚性本体之间的非刚性耦接可以允许这些刚性本体相对于彼此移动。在各种实施例中，近眼显示器120可以以任何合适的形状要素(包括一副眼镜)来实施。下文关于图2和图3进一步描述近眼显示器120的一些实施例。此外，在各种实施例中，本文所描述的功能可以用于将近眼显示器120外部环境的图像和人工现实内容(例如，计算机生成的图像)进行组合的头戴式设备(headset)中。因此，近眼显示器120可以利用生成的内容(例如，图像、视频、声音等)来增强近眼显示器120外部的物理真实世界环境的图像，以向用户呈现增强现实。

在各种实施例中，近眼显示器120可以包括显示电子器件122、显示光学器件124和眼睛追踪单元130中的一者或多者。在一些实施例中，近眼显示器120还可以包括一个或多个定位器126、一个或多个位置传感器128和惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)132。近眼显示器120可以省略眼睛追踪单元130、定位器126、位置传感器128和IMU 132中的任何一者，或者在各种实施例中包括附加元件。此外，在一些实施例中，近眼显示器120可以包括兼备了结合图1描述的各种元件的功能的多个元件。

显示电子器件122可以根据接收到的来自例如控制台110的数据，向用户显示图像或促进图像的显示。在各种实施例中，显示电子器件122可以包括一个或多个显示面板，例如液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(Organic Light-emitting Diode，OLED)显示器、无机发光二极管(Inorganic Light-emitting Diode，ILED)显示器、微型发光二极管(microlight-emitting diode，μLED)显示器、有源矩阵OLED(Active-matrix OLED，AMOLED)显示器、透明OLED(Transparent OLED，TOLED)显示器或一些其他显示器。例如，在近眼显示器120的一种实施方式中，显示电子器件122可以包括前TOLED面板、后显示面板以及位于前显示面板与后显示面板之间的光学部件(例如，衰减器、偏振器、或衍射膜或光谱膜)。显示电子器件122可以包括发射诸如红色、绿色、蓝色、白色或黄色的主导颜色的光的多个像素。在一些实施方式中，显示电子器件122可以通过二维面板产生的立体效果来显示三维(three-dimensional，3D)图像，以创建对图像深度的主观感知。例如，显示电子器件122可以包括位于用户左眼前方的左显示器和位于右眼前方的右显示器。左显示器和右显示器可以呈现图像的相对于彼此水平移位的副本以产生立体效果(例如，由观看图像的用户对图像深度的感知)。

在某些实施例中，显示光学器件124可以光学地(例如，使用光波导和耦合器)显示图像内容，或放大接收到的来自显示电子器件122的图像光，校正与该图像光相关联的光学误差，并且向近眼显示器120的用户呈现校正后的图像光。在各种实施例中，例如，显示光学器件124可以包括一个或多个光学元件，例如衬底、光波导、光圈、菲涅耳透镜、凸透镜、凹透镜、滤光器、输入耦合器/输出耦合器、或任何其他合适的可以对从显示电子器件122发射的图像光产生影响的光学元件。显示光学器件124可以包括不同光学元件的组合以及机械耦接(mechanical coupling)，该机械耦接用于保持该组合中光学元件的相对间距和取向。显示光学器件124中的一个或多个光学元件可以具有光学涂层，例如抗反射涂层、反射性涂层、过滤性涂层、或不同光学涂层的组合。

显示光学器件124对图像光的放大可以允许显示电子器件122相比于更大的显示器在物理上更小、重量更轻并且消耗更少的功率。另外，放大可以增加所显示的内容的视场。可以通过调整光学元件、添加光学元件或从显示光学器件124移除光学元件来改变显示光学器件124对图像光的放大量。在一些实施例中，显示光学器件124可以将显示的图像投射到一个或多个图像平面，该一个或多个图像平面可以比近眼显示器120更远离用户的眼睛。

显示光学器件124还可以被设计为校正一种或多种类型的光学误差，例如二维光学误差、三维光学误差或它们的任意组合。二维误差可以包括在两个维度中发生的光学像差。二维误差的示例类型可以包括桶形失真、枕形失真、纵向色差和横向色差。三维误差可以包括在三个维度中发生的光学误差。三维误差的示例类型可以包括球面像差、彗形像差、场曲和像散。

定位器126可以是位于近眼显示器120上相对于彼此并且相对于近眼显示器120上的参考点的特定位置处的对象。在一些实施方式中，控制台110可以识别由外部的成像设备150采集的图像中的定位器126，以确定人工现实头戴式设备的位置、取向或这两者。定位器126可以是LED、角立方反射器、反射性标记、一种与近眼显示器120运行的环境形成对比的光源、或它们的任意组合。在定位器126是有源部件(例如，LED或其他类型的发光设备)的实施例中，定位器126可以发射可见光波段(例如，约380nm至750nm)中的光、红外(infrared，IR)波段(例如，约750nm至1mm)中的光、紫外波段(例如，约10nm至约380nm)中的光、或者电磁频谱的另一部分中的光、或者电磁频谱的多个部分的任意组合中的光。

外部的成像设备150可以包括一个或多个摄像头、一个或多个视频相机、能够采集包括多个定位器126中的一个或多个定位器的图像的任何其他设备、或者它们的任意组合。此外，外部的成像设备150可以包括一个或多个过滤器(例如，以提高信噪比)。外部的成像设备150可以被配置为检测从外部的成像设备150的视场中的定位器126发射或反射的光。在定位器126包括无源元件(例如，回射器)的实施例中，外部的成像设备150可以包括照射多个定位器126中的一些定位器或全部定位器的光源，这些定位器可以将光回射到外部的成像设备150中的光源。可以将慢速校准数据从外部的成像设备150传送到控制台110，并且外部的成像设备150可以接收来自控制台110的一个或多个校准参数，以调整一个或多个成像参数(例如，焦距、焦点、帧率、传感器温度、快门速度、光圈等)。

位置传感器128可以响应于近眼显示器120的运动而生成一个或多个测量信号。位置传感器128的示例可以包括加速度计、陀螺仪、磁力计、其他运动检测传感器或误差校正传感器、或它们的任意组合。例如，在一些实施例中，位置传感器128可以包括多个加速度计和多个陀螺仪，该多个加速度计用于测量平移运动(例如，向前/向后、向上/向下、或向左/向右)，该多个陀螺仪用于测量旋转运动(例如，俯仰、偏转或滚动)。在一些实施例中，各种位置传感器可以彼此正交地定向。

IMU 132可以是基于接收到的来自多个位置传感器128中的一个或多个位置传感器的测量信号来生成快速校准数据的电子设备。位置传感器128可以位于IMU 132的外部、IMU 132的内部、或它们的任意组合。基于来自一个或多个位置传感器128的一个或多个测量信号，IMU 132可以生成快速校准数据，该快速校准数据指示近眼显示器120的相对于近眼显示器120的初始位置的估计位置。例如，IMU 132可以随时间对接收到的来自加速度计的测量信号进行积分来估计速度向量，并且随时间对速度向量进行积分以确定近眼显示器120上的参考点的估计位置。替代地，IMU 132可以向控制台110提供采样的测量信号，该采样的测量信号可以确定快速校准数据。虽然参考点通常可以被定义为空间中的点，但是在各种实施例中，参考点也可以被定义为近眼显示器120内的点(例如，IMU 132的中心)。

眼睛追踪单元130可以包括一个或多个眼睛追踪系统。眼睛追踪可以是指确定眼睛相对于近眼显示器120的定位，包括眼睛相对于近眼显示器120的取向和位置。眼睛追踪系统可以包括用于对一只或多只眼睛进行成像的成像系统，并且眼睛追踪系统可以可选地包括光发射器，该光发射器可以生成引导至眼睛的光，使得由眼睛反射的光可以被成像系统采集。例如，眼睛追踪单元130可以包括发射可见光谱或红外光谱内的光的非相干光源或相干光源(例如，激光二极管)、以及采集被用户的眼睛反射的光的摄像头。作为另一个示例，眼睛追踪单元130可以采集由微型雷达单元发射的反射性无线电波。眼睛追踪单元130可以使用低功率光发射器，这些低功率光发射器以不会伤害眼睛或引起身体不适的频率和强度来发射光。眼睛追踪单元130可以被布置为增加由眼睛追踪单元130采集的眼睛的图像中的对比度，同时减少由眼睛追踪单元130消耗的总功率(例如，减少由眼睛追踪单元130中所包括的光发射器和成像系统消耗的功率)。例如，在一些实施方式中，眼睛追踪单元130可以消耗小于100毫瓦的功率。

近眼显示器120可以使用眼睛的取向来例如确定用户的瞳孔间距离(Inter-pupillary Distance，IPD)、确定注视方向、引入深度暗示(depth cue)(例如，模糊用户的主视线之外的图像)、收集VR媒体中的用户交互(例如，根据体验到的刺激而花费在任何特定对象、物体或帧(frame)上的时间)的启发式信息、部分地基于用户双眼的至少一只眼睛的取向的一些其他功能、或它们的任意组合。因为可以针对用户的双眼确定取向，所以眼睛追踪单元130可以能够确定用户正在看哪里。例如，确定用户注视的方向可以包括基于确定的用户左眼和右眼的取向来确定会聚点。会聚点可以是用户眼睛的两个视网膜中央凹视轴(foveal axis)相交的点。用户注视的方向可以是穿过会聚点和用户眼睛的瞳孔之间的中点的线的方向。

输入/输出接口140可以是允许用户向控制台110发送动作请求的设备。动作请求可以是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是启动应用程序或结束应用程序，或者是在应用程序内执行特定动作。输入/输出接口140可以包括一个或多个输入设备。示例输入设备可以包括键盘、鼠标、游戏控制器、手套、按钮、触摸屏、或用于接收动作请求并将接收到的动作请求传送到控制台110的任何其他合适的设备。由输入/输出接口140接收的动作请求可以被传送到控制台110，该控制台可以执行与所请求的动作相对应的动作。在一些实施例中，输入/输出接口140可以根据接收到的来自控制台110的指令，向用户提供触觉反馈。例如，当动作请求被接收时，或者当控制台110已经执行了所请求的动作并且向输入/输出接口140传送指令时，输入/输出接口140可以提供触觉反馈。在一些实施例中，外部的成像设备150可以用于追踪输入/输出接口140，例如追踪控制器(该追踪控制器可以包括例如IR光源)的位置或定位、或用户的手部的位置或定位，以确定用户的运动。在一些实施例中，近眼显示器120可以包括一个或多个成像设备来追踪输入/输出接口140，例如追踪控制器的位置或定位、或用户的手部的位置或定位，以确定用户的运动。

控制台110可以根据接收到的来自外部的成像设备150、近眼显示器120和输入/输出接口140中的一者或多者的信息，向近眼显示器120提供内容以供呈现给用户。在图1所示的示例中，控制台110可以包括应用程序库(store)112、头戴式设备追踪模块114、人工现实引擎116和眼睛追踪模块118。控制台110的一些实施例可以包括与结合图1所描述的模块不同的模块或附加的模块。下文进一步描述的功能可以以与本文描述的方式不同的方式分布在控制台110的各部件之间。

在一些实施例中，控制台110可以包括处理器和非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储被处理器可执行的指令。处理器可以包括并行执行指令的多个处理单元。非暂态计算机可读存储介质可以是任何存储器，例如，硬盘驱动器、可移动存储器、或固态驱动器(例如，闪存、或动态随机存取存储器(Dynamic Random AccessMemory，DRAM))。在各种实施例中，结合图1所描述的控制台110的模块可以被编码为非暂态计算机可读存储介质中的指令，这些指令在被处理器执行时，使得处理器执行下文进一步描述的功能。

应用程序库112可以存储用于供控制台110执行的一个或多个应用程序。应用程序可以包括一组指令，这组指令在被处理器执行时，生成用于呈现给用户的内容。应用程序生成的内容可以响应于经由用户眼睛的移动而接收的来自用户的输入、或响应于接收到的来自输入/输出接口140的输入。应用程序的示例可以包括游戏应用程序、会议应用程序、视频播放应用程序或其他合适的应用程序。

头戴式设备追踪模块114可以使用来自外部的成像设备150的慢速校准信息，来追踪近眼显示器120的移动。例如，头戴式设备追踪模块114可以使用从慢速校准信息观察到的定位器、以及近眼显示器120的模型，来确定近眼显示器120的参考点的位置。头戴式设备追踪模块114还可以使用来自快速校准信息的位置信息来确定近眼显示器120的参考点的位置。另外，在一些实施例中，头戴式设备追踪模块114可以使用以下中的多个部分：快速校准信息、慢速校准信息或它们的任意组合，来预测近眼显示器120的未来位置。头戴式设备追踪模块114可以向人工现实引擎116提供近眼显示器120的估计或预测的未来位置。

人工现实引擎116可以执行人工现实系统环境100内的应用程序，并且接收来自头戴式设备追踪模块114的近眼显示器120的位置信息、近眼显示器120的加速度信息、近眼显示器120的速度信息、近眼显示器120的预测的未来位置、或它们的任意组合。人工现实引擎116还可以接收来自眼睛追踪模块118的估计的眼睛位置和取向信息。人工现实引擎116基于接收到的信息，可以确定要提供给近眼显示器120以呈现给用户的内容。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左侧看，则人工现实引擎116可以生成用于近眼显示器120的、反映了用户眼睛在虚拟环境中活动的内容。此外，人工现实引擎116可以响应于接收到的来自输入/输出接口140的动作请求，在控制台110上执行的应用程序内执行动作，并且向用户提供指示该动作已经被执行的反馈。该反馈可以是经由近眼显示器120的视觉反馈或听觉反馈，或者是经由输入/输出接口140的触觉反馈。

眼睛追踪模块118可以接收来自眼睛追踪单元130的眼睛追踪数据，并且基于眼睛追踪数据来确定用户眼睛的位置。眼睛的位置可以包括眼睛相对于近眼显示器120或该近眼显示器的任意元件的取向、位置或这两者。因为眼睛的转动轴线随着眼睛在其眼窝(socket)中的位置而改变，所以确定眼睛在其眼窝中的位置可以允许眼睛追踪模块118更准确地确定眼睛的取向。

图2是用于实施本文公开的多个示例中的一些示例的HMD设备200形式的近眼显示器的示例的立体图。HMD设备200可以是例如VR系统、AR系统、MR系统、或它们的任意组合的一部分。HMD设备200可以包括本体220和头带230。图2以立体图示出了本体220的底侧223、前侧225和左侧227。头带230可以具有可调节或可延伸的长度。HMD设备200的本体220与头带230之间可以存在足够的空间，以允许用户将HMD设备200佩戴到用户的头部上。在各种实施例中，HMD设备200可以包括附加的、更少的或不同的部件。例如，在一些实施例中，HMD设备200可以包括例如以下图3所示的眼镜镜腿(eyeglass temple)和镜腿脚套(templetip)，而不是头带230。

HMD设备200可以向用户呈现媒体，该媒体包括具有计算机生成元素的物理真实世界环境的虚拟视图和/或增强视图。由HMD设备200呈现的媒体的示例可以包括图像(例如，二维(2D)图像或三维(3D)图像)、视频(例如，2D视频或3D视频)、音频或它们的任意组合。图像和视频可以通过封装在HMD设备200的本体220中的一个或多个显示组件(图2中未示出)呈现给用户的每只眼睛。在各种实施例中，一个或多个显示组件可以包括单个电子显示面板或多个电子显示面板(例如，用户的每只眼睛使用一个显示面板)。一个或多个电子显示面板的示例可以包括例如LCD、OLED显示器、ILED显示器、μLED显示器、AMOLED显示器、TOLED显示器、一些其他显示器或它们的任意组合。HMD设备200可以包括两个适眼框(eye box)区域。

在一些实施方式中，HMD设备200可以包括各种传感器(未示出)，例如深度传感器、运动传感器、位置传感器和眼睛追踪传感器。这些传感器中的一些传感器可以使用结构光图案来感测。在一些实施方式中，HMD设备200可以包括输入/输出接口，该输入/输出接口用于与控制台通信。在一些实施方式中，HMD设备200可以包括虚拟现实引擎(未示出)，该虚拟现实引擎可以在HMD设备200内执行应用，并且接收来自各种传感器的HMD设备200的深度信息、位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或它们的任意组合。在一些实施方式中，由虚拟现实引擎接收的信息可以用于向一个或多个显示组件生成信号(例如，显示指令)。在一些实施方式中，HMD设备200可以包括定位器(未示出，例如定位器126)，这些定位器位于本体220上相对于彼此并且相对于参考点的固定位置处。这些定位器中的每个定位器可以发射由外部的成像设备可检测的光。

图3是用于实施本文公开的多个示例中的一些示例的一副眼镜形式的近眼显示器300的示例的立体图。近眼显示器300可以是图1的近眼显示器120的特定实施方式，并且可以被配置为作为虚拟现实显示器、增强现实显示器和/或混合现实显示器运行。近眼显示器300可以包括框架305和显示器310。显示器310可以被配置为向用户呈现内容。在一些实施例中，显示器310可以包括显示电子器件和/或显示光学器件。例如，如上文关于图1的近眼显示器120所描述的，显示器310可以包括LCD显示面板、LED显示面板或光学显示面板(例如，波导显示器组件)。

近眼显示器300还可以包括位于框架305上或该框架内的各种传感器350a、350b、350c、350d和350e。在一些实施例中，传感器350a至350e可以包括一个或多个深度传感器、运动传感器、位置传感器、惯性传感器或环境光传感器。在一些实施例中，传感器350a至350e可以包括一个或多个图像传感器，该一个或多个图像传感器被配置为生成表示在不同方向的视场中的不同区域的图像数据。在一些实施例中，传感器350a至350e可以用作输入设备，来控制或影响近眼显示器300的显示内容、和/或向近眼显示器300的用户提供交互式VR/AR/MR体验。在一些实施例中，传感器350a至350e也可以用于立体成像。

在一些实施例中，近眼显示器300还可以包括一个或多个照明器330，以将光投射到物理环境中。所投射的光可以与不同的频带(例如，可见光、红外光、紫外光等)相关联，并且可以用于各种目的。例如，一个或多个照明器330可以在黑暗环境中(或在具有低强度的红外光、紫外线等的环境中)投射光，来帮助传感器350a至350e采集黑暗环境中不同对象的图像。在一些实施例中，一个或多个照明器330可以用于将某些光图案投射到环境内的对象上。在一些实施例中，一个或多个照明器330可以用作定位器，例如上文关于图1描述的定位器126。

在一些实施例中，近眼显示器300还可以包括高分辨率摄像头340。摄像头340可以采集视场中的物理环境的图像。所采集的图像可以例如由虚拟现实引擎(例如，图1的人工现实引擎116)来处理，以将虚拟对象添加到所采集的图像或者修改所采集的图像中的物理对象，并且处理后的图像可以由显示器310显示给用户，以用于AR应用或MR应用。

图4示出了根据某些实施例的包括波导显示器的光学透视增强现实系统400的示例。增强现实系统400可以包括投射器410和组合器415。投射器410可以包括光源或图像源412以及投射器光学器件414。在一些实施例中，光源或图像源412可以包括上述的一个或多个微型LED器件。在一些实施例中，图像源412可以包括显示虚拟对象的多个像素，诸如LCD显示面板或LED显示面板。在一些实施例中，图像源412可以包括产生相干光或部分相干光的光源。例如，图像源412可以包括如上所述的激光二极管、垂直腔面发射激光器、LED和/或微型LED。在一些实施例中，图像源412可以包括多个光源(例如，上述的微型LED阵列)，每个光源发射对应于原色(例如，红色、绿色或蓝色)的单色图像光。在一些实施例中，图像源412可以包括三个二维微型LED阵列，其中，每个二维微型LED阵列可以包括被配置为发射原色光(例如，红、绿或蓝)的微型LED。在一些实施例中，图像源412可以包括光学图案生成器，例如空间光调制器。投射器光学器件414可以包括一个或多个光学部件，该一个或多个光学部件可以调节来自图像源412的光，诸如将来自图像源412的光进行扩展、准直、扫描、或投射到组合器415。一个或多个光学部件可以包括例如一个或多个透镜、液体透镜、反射镜(mirror)、光圈和/或光栅。例如，在一些实施例中，图像源412可以包括一个或多个一维微型LED阵列或细长形二维微型LED阵列，并且投射器光学器件414可以包括一个或多个一维扫描器(例如，微镜或棱镜)，该一个或多个一维扫描器被配置为扫描一维微型LED阵列或细长形二维微型LED阵列，以生成图像帧。在一些实施例中，投射器光学器件414可以包括液体透镜(例如，液晶透镜)，该液体透镜具有允许扫描来自图像源412的光的多个电极。

组合器415可以包括输入耦合器430，该输入耦合器用于将来自投射器410的光耦入到组合器415的衬底420中。组合器415可以透射至少50％在第一波长范围内的光，并且反射至少25％在第二波长范围内的光。例如，第一波长范围可以是从约400nm到约650nm的可见光，第二波长范围可以是例如从约800nm到约1000nm的红外波段。输入耦合器430可以包括体全息光栅、衍射光学元件(Diffractive Optical Element，DOE)(例如，表面浮雕光栅)、衬底420的倾斜表面、或折射性耦合器(例如，楔形物或棱镜)。例如，输入耦合器430可以包括反射性体布拉格光栅或透射性体布拉格光栅。对于可见光，输入耦合器430可以具有大于30％、50％、75％、90％或更高的耦合效率。耦入到衬底420中的光可以通过例如全内反射(Total internal Reflection，TIR)在衬底420内传播。衬底420可以是一副眼镜的镜片形式。衬底420可以具有平坦的表面或弯曲的表面，并且可以包括一种或多种类型的介电材料，诸如玻璃、石英、塑料、聚合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、晶体或陶瓷。衬底的厚度可以在例如小于约1mm到约10mm或更大的范围内。衬底420对于可见光可以是透明的。

衬底420可以包括或可以耦接到多个输出耦合器440，每个输出耦合器被配置为从衬底420提取由衬底420引导并且在该衬底内传播的光的至少一部分，并且将所提取的光460向适眼框495引导，其中，当使用增强现实系统400时，增强现实系统400的用户的眼睛490可以位于该适眼框中。多个输出耦合器440可以复制出射光瞳以增加适眼框495的大小，使得所显示的图像可以在更大的区域中是可见的。如同输入耦合器430，输出耦合器440可以包括光栅耦合器(例如，体全息光栅或表面浮雕光栅)、其他衍射光学元件、棱镜等。例如，输出耦合器440可以包括反射性体布拉格光栅或透射性体布拉格光栅。输出耦合器440可以在不同位置具有不同的耦合(例如，衍射)效率。衬底420还可以允许来自组合器415前面的环境的光450以很少损耗或没有损耗地穿过。输出耦合器440还可以允许光450几乎没有损耗地穿过。例如，在一些实施方式中，输出耦合器440对于光450可以具有非常低的衍射效率，使得光450可以进行折射或以其他方式以很少的损耗穿过输出耦合器440，从而可以具有比所提取的光460更高的强度。在一些实施方式中，输出耦合器440对光450可以具有高衍射效率，并且可以沿某些期望方向(即，衍射角)几乎没有损耗地衍射光450。结果，用户可以能够观看组合器415前面的环境的组合图像和由投射器410投射的虚拟对象的图像。

图5A示出了根据某些实施例的包括波导显示器530的近眼显示(NED)设备500的示例。NED设备500可以是近眼显示器120、增强现实系统400或另一类型的显示设备的示例。NED设备500可以包括光源510、投射光学器件520和波导显示器530。光源510可以包括用于不同颜色的多个光发射器面板，例如红光发射器512的面板、绿光发射器514的面板和蓝光发射器516的面板。红光发射器512被组织成阵列；绿光发射器514被组织成阵列；以及蓝光发射器516被组织成阵列。光源510中的光发射器的尺寸和间距可以很小。例如，每个光发射器的直径可以小于2μm(例如，约1.2μm)，并且间距可以小于2μm(例如，约1.5μm)。如此，红光发射器512、绿光发射器514和蓝光发射器516各自中的光发射器的数量可以等于或大于显示图像中的像素的数量，例如960×720、1280×720、1440×1080、1920×1080、2160×1080或2560×1080像素。因此，可以由光源510同时生成显示图像。NED设备500中可以不使用扫描元件。

在到达波导显示器530之前，光源510发出的光可以由投射光学器件520来调节，该投射光学器件520可以包括透镜阵列。投射光学器件520可以对光源510发射的光进行准直或使该光源发射的光聚焦到波导显示器530，该波导显示器可以包括用于将光源510发射的光耦入到波导显示器530中的耦合器532。耦入到波导显示器530中的光可以通过例如上面关于图4所描述的全内反射在波导显示器530内传播。耦合器532还可以将在波导显示器530内传播的光的多个部分从波导显示器530、朝向用户的眼睛590耦出。

图5B示出了根据某些实施例的包括波导显示器580的近眼显示器(NED)设备550的示例。在一些实施例中，NED设备550可以使用扫描镜570，以将来自光源540的光投射到用户的眼睛590可能位于的图像场。NED设备550可以是近眼显示器120、增强现实系统400或另一类型的显示设备的示例。光源540可以包括不同颜色的一行或多行或者一列或多列的光发射器，例如多行红光发射器542、多行绿光发射器544和多行蓝光发射器546。例如，红光发射器542、绿光发射器544和蓝光发射器546可以各自包括N行，每行包括例如2560个光发射器(像素)。红光发射器542被组织成阵列；绿光发射器544被组织成阵列；以及蓝光发射器546被组织成阵列。在一些实施例中，光源540可以包括每种颜色的单行光发射器。在一些实施例中，光源540可以包括用于红色、绿色和蓝色中的每种颜色的多列光发射器，其中，每列可以包括例如1080个光发射器。在一些实施例中，光源540中的光发射器的尺寸和/或间距可能相对大(例如，约3μm-5μm)，因此光源540可能不包括用于同时生成全显示图像的足够的光发射器。例如，用于单一颜色的光发射器的数量可以少于显示图像中的像素的数量(例如，2560×1080像素)。光源540发射的光可以是一组准直或发散的光束。

在到达扫描镜570之前，光源540发射的光可以由各种光学设备(例如，准直透镜或自由形状的光学元件560)来调节。自由形状的光学元件560可以包括例如多面棱镜或另一光叠加(folding)元件，该多面棱镜或另一光叠加元件可以将光源540发射的光朝向扫描镜570引导，例如将光源540发射的光的传播方向改变例如约90°或更大。在一些实施例中，自由形状的光学元件560可以是可旋转的，以扫描光。扫描镜570和/或自由形状的光学元件560可以将光源540发射的光反射并且投射到波导显示器580，该波导显示器580可以包括用于将光源540发射的光耦入到波导显示器580中的耦合器582。耦入到波导显示器580中的光可以通过例如上面关于图4所描述的全内反射在波导显示器580内传播。耦合器582还可以将在波导显示器580内传播的光的多个部分从波导显示器580、朝向用户的眼睛590耦出。

扫描镜570可以包括微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)反射镜或任何其他合适的反射镜。扫描镜570可以旋转以在一维或二维上进行扫描。当扫描镜570旋转时，光源540发出的光可以被引导到波导显示器580的不同区域，使得在每个扫描循环(cycle)中，全显示图像可以被投射到波导显示器580上，并且被波导显示器580引导到用户的眼睛590。例如，在光源540包括用于一行或多行或者一列或多列中的所有像素的光发射器的实施例中，扫描镜570可以在列或行方向(例如，x或y方向)上旋转以扫描图像。在光源540包括用于一行或多行或者一列或多列中的一些像素但不是所有像素的光发射器的实施例中，扫描镜570可以在行和列方向(例如，x方向和y方向)这二者上旋转，以投射显示图像(例如，使用光栅型(raster-type)扫描图案)。

NED设备550可以以预定义的显示周期(period)运行。显示周期(例如，显示循环)可以指扫描或投射完整图像的持续时间。例如，显示周期可以是期望的帧速率的倒数。在包括扫描镜570的NED设备550中，显示周期也可以被称为扫描周期或扫描循环。光源540生成的光可以与扫描镜570的旋转同步。例如，每个扫描循环可以包括多个扫描步骤，其中，光源540可以在每个相应的扫描步骤中生成不同的光图案。

在每个扫描循环中，当扫描镜570旋转时，显示图像可以被投射到波导显示器580和用户的眼睛590上。显示图像的给定像素位置的实际颜色值和光强度(例如，亮度)可以是在扫描周期期间照亮像素位置的三种颜色(例如，红、绿和蓝)的光束的平均值。在完成扫描周期之后，扫描镜570可以回复到初始位置以投射用于下一显示图像的前几行的光，或者可以以相反方向或扫描图案旋转以投射用于下一显示图像的光，其中，可以将一组新的驱动信号反馈给光源540。当扫描镜570在每个扫描循环中旋转时，可以重复相同的过程。如此，可以在不同的扫描周期中将不同的图像投射到用户的眼睛590。

图6示出了根据某些实施例的近眼显示系统600中的图像源组件610的示例。图像源组件610可以包括例如显示面板640和投射器650，该显示面板可以生成要投射到用户的眼睛的显示图像，该投射器可以将由显示面板640生成的显示图像投射到波导显示器，如以上关于图4至图5B所描述的。显示面板640可以包括光源642和用于光源642的驱动器电路644。光源642可以包括例如光源510或540。投射器650可以包括例如上述的自由形状的光学元件560、扫描镜570和/或投射光学器件520。近眼显示系统600还可以包括同步控制光源642和投射器650(例如，扫描镜570)的控制器620。图像源组件610可以生成图像光，并且将图像光输出到波导显示器(图6中未示出)，例如波导显示器530或580。如上所述，波导显示器可以在一个或多个输入耦合元件处接收图像光，并且将接收到的图像光引导到一个或多个输出耦合元件。输入耦合元件和输出耦合元件可以包括例如衍射光栅、全息光栅、棱镜或它们的任意组合。可以选择输入耦合元件，以在波导显示器中发生全内反射。输出耦合元件可以将全内反射的图像光的多个部分从波导显示器耦出。

如上所述，光源642可以包括被布置成阵列或矩阵的多个光发射器。每个光发射器可以发射单色光，例如红光、蓝光、绿光、红外光等。虽然在本公开中经常论述RGB颜色，但是本文描述的实施例不限于使用红色、绿色和蓝色作为原色。其他颜色也可以用作近眼显示系统600的原色。在一些实施例中，根据实施例的显示面板可以使用多于三种原色。光源642中的每个像素可以包括三种子像素，这三种子像素包括红色光源、绿色光源和蓝色光源，其中，每个光源可以包括例如激光器(例如，VCSEL)、微型LED、谐振腔LED(RCLED)等。在一些实施例中，光源可以包括半导体光源，例如半导体激光器或半导体LED。半导体LED通常包括多层半导体材料内的有源发光层。多层半导体材料可以包括具有不同掺杂剂和/或不同掺杂密度的不同化合物材料或相同的基础材料。例如，多层半导体材料可以包括n型材料层、可以包括异质结构(例如，一个或多个量子阱)的有源区以及p型材料层。多层半导体材料可以生长在具有特定取向的衬底的表面上。在一些实施例中，为了提高光提取效率，可以形成包括至少一些半导体材料层的台面。

控制器620可以控制图像源组件610的图像渲染操作，例如光源642和/或投射器650的运行。例如，控制器620可以确定图像源组件610渲染一个或多个显示图像的指令。指令可以包括显示指令和扫描指令。在一些实施例中，显示指令可以包括图像文件(例如，位图文件)。显示指令可以从例如控制台(例如，上面关于图1描述的控制台110)接收。图像源组件610可以使用扫描指令来生成图像光。扫描指令可以指定例如图像光源的类型(例如，单色或多色)、扫描速率、扫描装置的取向、一个或多个照明参数或它们的任意组合。控制器620可以包括本文未示出的硬件、软件和/或固件的组合，以免模糊本公开的其他方面。

在一些实施例中，控制器620可以是显示设备的图形处理单元(GraphicsProcessing Unit，GPU)。在其他实施例中，控制器620可以是其他类型的处理器。控制器620执行的操作可以包括获取用于显示的内容，以及将该内容划分为离散的多个部分。控制器620可以向光源642提供扫描指令，该扫描指令包括对应于光源642的各个光源元件的地址和/或施加到各个光源元件的电偏压(bias)。控制器620可以指示光源642使用与最终显示给用户的图像中的一行或多行像素相对应的光发射器，来顺序地呈现多个离散部分。控制器620还可以指示投射器650执行光的不同调整。例如，控制器620可以控制投射器650将离散部分扫描到波导显示器(例如，波导显示器580)的耦合元件的不同区域，如上文关于图5B所描述的。如此，在波导显示器的出射光瞳处，每个离散部分被呈现在不同的相应位置。虽然每个离散部分被呈现在不同的相应时间，但是离散部分的呈现和扫描发生得足够快，使得用户的眼睛可以将不同的部分集成到单个图像或一系列图像中。

图像处理器630可以是专用于执行本文描述的特征的通用处理器和/或一个或多个专用电路。在一个实施例中，通用处理器可以耦接到存储器，以执行使处理器执行本文描述的某些过程的软件指令。在另一个实施例中，图像处理器630可以是专用于执行某些特征的一个或多个电路。虽然图6中的图像处理器630被示出为是与控制器620和驱动器电路644分开的独立单元，但是在其他实施例中，图像处理器630可以是控制器620或驱动器电路644的子单元。换句话说，在那些实施例中，控制器620或驱动器电路644可以执行图像处理器630的各种图像处理功能。图像处理器630也可以被称为图像处理电路。

在图6所示的示例中，光源642可以由驱动器电路644基于从控制器620或图像处理器630发送的数据或指令(例如，显示指令和扫描指令)来驱动。在一个实施例中，驱动器电路644可以包括电路板，该电路板连接到并且机械地保持光源642的各种光发射器。光源642可以根据由控制器620设置并且潜在地由图像处理器630和驱动器电路644调整的一个或多个照明参数来发光。光源642可以使用照明参数来生成光。照明参数可以包括例如源波长、脉冲速率、脉冲幅度、光束类型(连续的或脉冲的)、可以影响发射光的一个或多个其他参数或它们的任意组合。在一些实施例中，由光源642生成的源光可以包括多束红光、多束绿光和多束蓝光或它们的任意组合。

投射器650可以执行一组光学功能，例如聚焦、组合、调节或扫描由光源642生成的图像光。在一些实施例中，投射器650可以包括组合组件、光调节组件或扫描镜组件。投射器650可以包括对来自光源642的光进行光学调整和潜在地重定向(re-direct)的一个或多个光学部件。光的调节的一个示例可以包括调节光，诸如扩展、准直、校正一个或多个光学误差(例如，场曲、色差等)、光的一些其他调节、或它们的任何组合。投射器650的光学部件可以包括例如透镜、反射镜、光圈、光栅或它们的任意组合。

投射器650可以经由投射器的一个或多个反射部分和/或折射部分来重定向图像光的方向，使得图像光以特定方向向波导显示器投射。图像光朝向波导显示器重定向的位置可以取决于一个或多个反射部分和/或折射部分的特定取向。在一些实施例中，投射器650包括在至少两个维度上进行扫描的单个扫描镜。在其他实施例中，投射器650可以包括多个扫描镜，每个扫描镜在彼此垂直的方向上进行扫描。投射器650可以执行(水平的或垂直的)栅格扫描(raster scan)、双谐振扫描或它们的任意组合。在一些实施例中，投射器650可以沿着水平和/或垂直方向以特定的振荡频率执行受控振动，以沿着两个维度进行扫描并且生成呈现给用户的眼睛的媒体的二维投射图像。在其他实施例中，投射器650可以包括透镜或棱镜，该透镜或棱镜可以起到与一个或多个扫描镜相似或相同功能。在一些实施例中，图像源组件610可以不包括投射器，其中，光源642发出的光可以直接入射在波导显示器上。

(例如，增强现实系统400、或NED设备500或550中的)光子集成电路或基于波导的显示器的总效率可以是各个部件的效率的乘积，并且还可以取决于这些部件如何连接。例如，增强现实系统400中的基于波导的显示器的总效率η

η

其中，η

将来自光源的发射光耦合到波导的光学耦合器(例如，输入耦合器430或耦合器532)可以包括例如光栅、透镜、微透镜、棱镜。在一些实施例中，来自小型光源(例如，微型LED)的光可以从光源直接(例如，端到端)耦合到波导，而不使用光学耦合器。在一些实施例中，可以在光源上制造光学耦合器(例如，透镜、或抛物面形状的反射器)。

本文描述的可见光光源、图像源或其他显示器可以包括一个或多个LED、一个或多个有机LED(OLED)、一个或多个VCSEL、一个或多个RCLED等。通常期望可见光光源具有小像素尺寸、高亮度、高动态范围、可控制的发射方向、可单独寻址能力、大的色域覆盖范围(large color Gamut coverage)和制造可扩展性。LED和OLED可能在亮度方面具有根本性的限制。

VCSEL通常包括位于形成激光谐振器的激光腔中的发光有源区。发光有源区可以包括在适当偏置时发射光子的量子阱(Quantum Well，QW)。光子可以被成对的反射镜(例如，分布式布拉格反射(Distributed Bragg reflection，DBR)镜或高对比度光栅(High-contrast Grating，HCG)镜)限制在激光腔内。在一些实施例中，一个DBR镜可以是n掺杂的，另一个DBR镜可以是p掺杂的。在一些实施例中，可以在激光腔中使用p掺杂层和n掺杂层，并且发光有源区可以位于p掺杂层和n掺杂层之间。VCSEL可以基于各种材料。例如，波长从约650nm到约1300nm的VCSEL可以基于DBR的砷化镓(Gallium Arsenide，GaAs)晶圆，该砷化镓通过GaAs和镓铝砷(aluminum gallium arsenide，AlGaAs)交错形成。在GaAs/AlGaAs的VCSEL中，材料的晶格常数不会随着成分的变化而显著变化，从而允许在GaAs衬底上生长多个晶格匹配的外延层。基于AlGaAs的DBR可以具有接近100％的反射率，这可以有效地限制激光腔内的光子。AlGaAs的折射率可以随着Al分数的增加而变化，从而最大限度地减少了用于形成具有高反射率的DBR镜的层数。掺杂有p型或n型杂质的基于AlGaAs的DBR也可以作为电流路径。选择性地氧化与QW相邻的AlGaAs层可以横向地限制光子和载流子。

图7A示出了VCSEL 700的示例。VCSEL 700可以包括衬底710，诸如GaAs衬底或GaN衬底。在所示的示例中，可以在衬底710上形成(例如，外延生长)可选的体(bulk)DBR 720。体DBR 720可以包括具有不同折射率的不同材料的多个交错层，例如多对AlGaAs/GaAs层或AlAs/GaAs层，因此可以在不同材料层之间的界面处反射光以实现高的总反射率。底部DBR730可以形成在体DBR 720上，或者可以是体DBR 720的一部分。底部DBR 730可以相似地包括具有不同折射率的不同材料的多个交错层。VCSEL 700还可以包括包层(claddinglayer)740、有源区750和包层760，其中，包层740和760可以是p掺杂的或n掺杂的，并且可以将载流子注入到有源区750中。有源区750可以包括一个或多个量子阱或量子点以及QW(量子波)势垒层。载流子可以在有源区750中重新组合，以发射光子。顶部DBR 770可以形成在包层760上，并且可以与底部DBR 730相似。顶部DBR 770和底部DBR 730(以及体DBR 720)可以形成可以限制光子的平面平行激光腔。可以竖直地刻蚀顶部DBR 770、包层760、有源区750、包层740和底部DBR 730，以在体DBR 720和衬底710上以期望的间距形成期望尺寸的各个VCSEL。

VCSEL 700可以具有小于约100μm、50μm、30μm、20μm或者10μm的线性尺寸。例如，在一些实施例中，平行激光腔可以具有约10μm的长度。在图7A所示的示例中，底部DBR 730和体DBR 720在组合时可以具有接近100％的反射率，以反射几乎所有的入射光子。顶部DBR770可以具有小于100％的反射率，使得发射的光子的一部分可以穿过顶部DBR 770从激光腔发射出来。VCSEL 700可以发射高效率和高功率的红外光，例如从约1mW到约10mW或更高的红外光。

图7B示出了根据某些实施例的可调谐VCSEL 705的示例。可调谐VCSEL 705中的竖直腔可以由第一反射器724和第二反射器752形成，其中，第一反射器724和第二反射器752对于IR光可以具有高反射率(例如，>80％、>85％、>90％、>95％、>99％或更高)，并且第二反射器752对于可见光可以具有低反射率或可以是抗反射的。

可调谐VCSEL 705可以包括驱动电路712，该驱动电路可以通过例如裸片到晶圆键合(die-to-wafer bonding)或晶圆到晶圆键合而直接或间接地(例如，通过插入器或薄膜晶体管层)结合到VCSEL 722。驱动电路712可以包括如上文例如关于图6所描述的形成在硅衬底上的各种电路。驱动电路712可以结合到VCSEL 722的电极，以驱动VCSEL 722来产生具有足够长的持续时间的连续波(Continuous-wave，CW)或脉冲IR光。由VCSEL 722发射的IR光的强度以及由此来自可调谐VCSEL 705的可见光的强度可以由驱动电路712供应给VCSEL722的驱动电流或电压来控制。

VCSEL 722可以包括第一电极732(例如，阳极或阴极)、第二电极734以及形成在第一电极732与第二电极734之间的半导体结构(例如，外延层)。半导体结构可以包括例如第一反射器724、可以发射IR光的有源区726、以及其他半导体层(图7B中未标出)，该其他半导体层例如为如上文关于图7所描述的可以是p掺杂的或n掺杂的包层或载流子注入层。

第一反射器724和第二反射器752可以各自包括DBR反射器，该DBR反射器由具有不同折射率和/或厚度的多对介电层、半导体层、或(掺杂或非掺杂的)金属材料层形成，该介电层、半导体层或金属材料层例如为，GaAs层和AlAs(或AlGaAs)层、氧化物层(例如，硅氧化物和另一氧化物层)等。在一些实施例中，第一反射器724或第二反射器752中的至少一者可以包括高对比度的光栅(HCG)，该HCG可以包括由具有大折射率对比度的材料制成的亚波长光栅层。HCG可以具有高反射率的宽带宽，并且可以用作可调谐反射镜。有源区726可以包括例如，InGaAs量子阱层和GaAs势垒层、InAlGaAs量子阱层和AlGaAs势垒层等。

在所示的示例中，可调谐VCSEL 705包括微机电系统(MEMS)设备762，该MEMS设备位于由第一反射器724和第二反射器752形成的可调谐竖直腔中，其中，第二反射器752可以形成在MEMS设备762上，因此可以通过MEMS设备762可移动。在一些实施例中，可以使用其他微型致动器或纳米致动器(例如，微型电机、压电致动器、铁电致动器、磁致动器、超声致动器等)来移动第二反射器752。由VCSEL 722发射的并且在由第一反射器724和第二反射器752形成的竖直腔内进行振荡的光可以通过使用MEMS设备762或另一个致动器来调节第二反射器752的位置来连续地调节，以调节光程长度，从而调节竖直腔的谐振波长。

如上所述，基于III-V半导体(例如，InGaN或AlGaAs)的激光器的光谱覆盖范围可能受到可用增益介质的属性(例如，带隙)的限制。制造某些颜色(例如，绿色)和具有高效率的VCSEL可能非常困难。在同一芯片或晶圆上制造多种颜色的可见光激光光源可能更具挑战性。此外，当前的可见光光源通常可能具有大尺寸，因此可能不适用于可单独寻址的高密度可见光光源阵列。III-V半导体设备与光子集成电路(Photonic Integrated Circuit，PIC)的集成可能会给制造带来额外的挑战。

根据某些实施例，某些非线性增益介质的非线性效应可以使用来自VCSEL的IR泵浦光，用于生成宽光谱范围内的可见光。在一个示例中，可见半导体光源可以包括VCSEL，该VCSEL可以高效率地发射近红外(NIR)或其他红外(IR)波段的光。可见半导体光源还可以包括微型谐振器，该微型谐振器包括三阶非线性材料，因此可以使用由微型谐振器的非线性光学效应(例如，三阶非线性效应χ

四波混频是通过χ

图8A和图8B示出了通过简并四波混频使用较低频率泵浦光生成较高频率光信号的示例。可以将具有频率ν

四波混频是一个相位敏感过程。如果满足相长干涉的相位匹配条件(这可能受色散和/或非线性相移的影响)，则四波混频的效应可以(例如，通过环形谐振器中的许多环路(loop))在更长的距离上累积。环形(ring)谐振器可以包括耦接到输入耦合器和/或输出耦合器的闭环(closed-loop)波导。当环形谐振器的谐振波长的光传播穿过闭合环波导时，由于环路之间的相长干涉，光的强度在多次往返过程中增强。只有几个波长的光可以在闭合环波导内进行谐振。环形谐振器的光程长度可以是2πr×n

图8C示出了微型谐振器(例如，环形谐振器)的示例的多个纵向谐振模式。图8C示出了三个纵向谐振模式m-1、m和m+1。纵向模式的透射谱的全宽半幅(full-width half-magnitude，FWHM)是δv。相邻两个模式之间的频率之差是自由光谱范围ν

以及

其中，λ是工作波长。品质要素可以用于确定给定环形谐振器的谐振条件的频谱范围，也可以用于量化谐振器中的往返损耗的量。Q要素低可能是由于损耗大造成的。精细度F还可以涉及谐振器损耗，因此可以指示往返谐振器损耗。

OPO是位于光学谐振器(例如，谐振光学腔)内的光学参量放大(OpticalParametric Amplification，OPA)。例如，在环形谐振器中，OPO是一种腔增强型DFWM，其中，所有三个光波(泵浦波、信号波和闲散波)都满足同一腔的谐振条件，因此可以在环形腔中进行谐振，以通过谐振增强场强建立(resonance-enhanced field strength build-up)来极大地增强非线性转换。因此，泵浦波的频率可以被限制在由环形谐振器在泵浦波长处的光程长度确定的一组纵向谐振模式。相似地，信号波的频率可以被限制在由环形谐振器在信号波长处的光程长度确定的一组纵向谐振模式，闲散波的频率可以被限制在由环形谐振器在闲散波长处的光程长度确定的一组纵向谐振模式。使用低损耗光学谐振器(例如，环形谐振器)可以在具有紧凑占用空间的谐振器(例如，对于诸如碳化硅(SiC)的某些高折射率材料，半径<10μm的谐振器)内显著提高(>10％)非线性转换效率。由于生成的信号波的波长(颜色)可以由腔的光程长度来控制以满足谐振条件，所以谐振光学腔(例如，环形谐振器)可以被设计为在可见范围内生成任何颜色的光。

根据某些实施例，用于谐振光学腔(例如，微型谐振器)中的DFWM的泵浦光可以是由VCSEL生成的IR光，其中，微型谐振器可以分别以腔内配置或腔外配置定位于VCSEL腔的内部或外部。由VCSEL发射的IR光可以直接耦入到微型谐振器中，或者通过耦合结构(例如，光栅耦合器)耦入到微型谐振器中。在一些实施例中，由VCSEL发射的IR光可以通过VCSEL腔的内部或外部的耦合结构(例如，光栅耦合器或纳米谐振器)耦入到波导中，然后可以从波导耦入到微型谐振器中。在一些实施例中，光栅耦合器可以包括变迹光栅、啁啾光栅和/或倾斜光栅，以实现期望的耦合方向和期望的耦合效率。在一些实施例中，可见光光源可以包括腔外配置或腔内配置的多个耦合结构。

微型谐振器可以包括低损耗结构，其中，光在被吸收、散射或转换之前可以在该低损耗结构中行进很长时间。如上所述，通过OPO过程生成的光的颜色可以由微型谐振器的几何形状和材料(从而有效折射率)来控制。根据某些实施例，微型谐振器可以包括例如如上所述的微型环形谐振器、光子晶点缺陷腔(photonic crystal point defect cavity)、光子晶体环(线缺陷)腔、等离子体谐振器、基于波导光栅的谐振器等。例如，当光子晶体中产生点缺陷时，该缺陷可能会将光模式拉入带隙并且捕获光模式(形成谐振腔)，因为这种状态在体晶体中是禁止传播的，而在谐振腔中谐振频率处的状态密度可以非常高，从而实现高效率。例如，可以通过省略光子晶体板(slab)中的多个孔来形成光子晶体线缺陷腔。

根据某些实施例，在微型谐振器的谐振腔中由简并四波混频生成的可见光可以通过侧面耦合从微型谐振器耦入到PIC的波导中，或者可以通过耦合结构(例如，光栅耦合器)通过垂直耦合从微型谐振器耦入到自由空间中。在一些实施例中，光栅耦合器可以包括变迹光栅、啁啾光栅和/或倾斜光栅，以实现期望的耦合方向和高耦合效率。

图9A示出了根据某些实施例的包括耦合结构920的结构900的示例的截面图，该耦合结构被配置为将光学谐振器910中生成的光竖直地从光学谐振器910耦出。图9B示出了根据某些实施例的图9A的结构900的示例的俯视图。在所示的示例中，光学谐振器910可以包括微型环形谐振器。在一些实施例中，光学谐振器910可以具有不同于环形形状的形状，诸如椭圆形、跑道形状、螺旋形状(例如，阿基米德螺旋形状(Archimedean spiral shape))或另一闭合环路。光学谐振器910可以包括具有三阶非线性的低损耗材料。在一些实施例中，为了减少光学谐振器910的占用空间，光学谐振器910可以包括高折射率材料，例如SiN或SiC。耦合结构920可以包括形成在光学谐振器910上的光栅耦合器，其中，该光栅耦合器可以沿着光学谐振器910的内周、位于光学谐振器910的顶部或底部、沿着光学谐振器910的外周、或者上述位置的任意组合。光栅耦合器可以包括倾斜光栅，该倾斜光栅具有包括在z方向上的分量的光栅向量，使得光学谐振器910中在x-y平面中的环中传播的光可以由该光栅耦合器竖直地从光学谐振器910耦出。

图9C示出了根据某些实施例的结构902的示例的俯视图，该结构被配置为将光学谐振器930中生成的光耦入到输出波导950中。在图9C所示的示例中，来自VCSEL的IR泵浦光可以从泵浦波导940耦入到光学谐振器930中，并且所产生的可见光(例如，信号波)可以耦入到输出波导950中。闲散波可以耦入到泵浦波导940或输出波导950中。在一些实施例中，可以使用波分解复用器来分离信号波和闲散波。

图9D示出了根据某些实施例的结构904的示例的俯视图，该结构被配置为将光学谐振器中生成的光耦入到波导980中。在所示的示例中，来自VCSEL的IR泵浦光可以至少部分地从波导980耦入到光学谐振器960中，并且所生成的可见光(例如，信号波)可以耦入回到波导980中。闲散波可以耦入到波导980或另一波导970中。在一些实施例中，波分解复用器可以用于分离波导980中的信号波和未耦合的泵浦波。在一些实施例中，未耦合的泵浦波可以环回到波导980中，并且耦入到光学谐振器960中。

图10A示出了根据某些实施例的可见光光源1000的示例，该可见光光源包括微型谐振器1040，该微型谐振器位于竖直腔中并且由竖直腔中的红外光VCSEL 1020直接泵浦，其中，微型谐振器1040中生成的可见光竖直地从竖直腔耦出。图10B示出了图10A的可见光光源1000的示例的俯视图。可见光光源1000中的竖直腔可以由第一反射器1022和第二反射器1050形成，其中，第一反射器1022和第二反射器1050对于IR光可以具有高反射率(例如，>805、>85％、>90％、>95％、>99％或更高)，第二反射器1050对于可见光可以具有低反射率或可以是抗反射的。

可见光光源1000可以包括驱动电路1010，该驱动电路可以通过例如裸片到晶圆键合或晶圆到晶圆键合直接或间接地(例如，通过插入器或薄膜晶体管层)结合到VCSEL1020。驱动电路1010可以包括形成在如上文例如关于图6所描述的硅衬底上的各种电路。驱动电路1010可以结合到VCSEL 1020的电极，以驱动VCSEL 1020生成具有足够长的持续时间的连续波(CW)或脉冲IR光。由VCSEL 1020发射的IR光的强度以及由此来自可见光光源1000的可见光的强度可以由驱动电路1010供应给VCSEL 1020的驱动电流或电压来控制。

VCSEL 1020可以包括第一电极1030(例如，阳极或阴极)、第二电极1032以及形成在第一电极1030与第二电极1032之间的半导体结构(例如，外延层)。半导体结构可以包括例如第一反射器1022、可以发射IR光的有源区1024、以及其他半导体层(图10A中未标出)，该其他半导体层可以例如为如上文关于图7所描述的p掺杂或n掺杂的包层或载流子注入层。第一反射器1022可以包括例如，如上文关于图7所描述的高对比度光栅(HCG)，或者DBR反射器，该DBR反射器由具有不同折射率和/或厚度的多对介电层、半导体层、或(掺杂或非掺杂的)金属材料层形成，该介电层、半导体层或金属材料层例如为GaAs层和AlAs(或AlGaAs)层、氧化物层(例如，硅氧化物和另一氧化物层)等。有源区1024可以包括例如，InGaAs量子阱层和GaAs势垒层、InAlGaAs量子阱层和AlGaAs势垒层等。

在一些实施例中，VCSEL 1020可以包括用于IR光的部分反射器1026，其中，该部分反射器可以部分地反射和部分地透射有源区1024中发射的IR光，以与第一反射器1022形成用于VCSEL 1020的谐振腔。由部分反射器1026和第一反射器1022形成的谐振腔可以有助于缩小和选择IR光的输出波长范围，并且提高所发射的IR光的增益和强度。在一些实施例中，VCSEL 1020可以包括偏振器1028。偏振器1028可以用于控制由VCSEL 1020发射的IR光的偏振状态，并且通过例如可以是偏振相关的光栅耦合器或纳米谐振器(例如，元结构(meta-structure))来提高IR光进入微型谐振器1040的耦合效率。在一些实施例中，可以替代地使用诸如波片、空间可变偏振器或空间可变波片的其他偏振部件来控制由VCSEL 1020发射的IR光的偏振状态。

由VCSEL 1020发射的IR光可以直接耦入到微型谐振器1040中或通过耦合结构(例如，倾斜光栅或纳米谐振器)耦入到微型谐振器中。如上所述，微型谐振器1040可以包括具有任何合适的形状(例如，环形、椭圆形、螺旋形或跑道形状)并且具有低损耗的闭环波导，使得光子可以在被吸收、散射或转换之前在闭环波导中传播很长一段时间(例如，约一千或更多圈(loop))。波导材料可以具有三阶非线性，使得OPO(例如，DFWM)过程可以在闭环波导中发生。可以选择微型谐振器1040的材料和几何形状，使得耦入到微型谐振器1040中的IR光和由DFWM过程产生的可见光(信号波)和闲散波可以在微型谐振器1040中进行谐振，这可以增强DFWM过程。在一些实施例中，微型谐振器1040可以包括具有高折射率的材料，使得微型谐振器1040的物理尺寸可以减小，同时实现闭环波导的期望的光程长度。VCSEL 1020和微型谐振器1040可以被介电材料1060包围，例如，该介电材料可以包括例如二氧化硅的氧化物或聚合物材料。在一些实施例中，可见光光源1000可以包括竖直布置并且被配置为生成相同颜色的可见光的两个或更多个微型谐振器。

在微型谐振器1040中由DFWM过程生成的可见光可以通过耦合结构1042竖直地从微型谐振器1040耦出，该耦合结构可以包括如上文例如关于图9A和图9B所描述的光栅或纳米谐振器。由于第二反射器1050可以如上所述对于可见光是抗反射的，所以从微型谐振器1040耦出的可见光可以由第二反射器1050以很小的损耗或没有损耗地透射。如同第一反射器1022，第二反射器1050可以包括例如HCG或由具有交替折射率的多个介电层、半导体层或金属材料层形成的DBR结构。可以选择DBR结构中的介电层、半导体层或金属材料层的厚度和折射率，使得在不同材料之间的相邻界面处反射的IR光可以相长干涉以增加第二反射器1050对于IR光的总反射率，而在不同材料之间的相邻界面处反射的可见光可以相消干涉以降低第二反射器1050对于可见光的总反射率。因此，由VCSEL 1020发射且未耦入到微型谐振器1040中的IR光可以由第二反射器1050和/或第一反射器1022反射回微型谐振器1040，并且可以至少部分地耦入到微型谐振器1040中，以提高将IR光耦入到微型谐振器1040中的效率，从而提高可见光光源1000的效率。微型谐振器1040、耦合结构1042和第二反射器1050可以在将VCSEL 1020结合到驱动电路1010之前或之后形成。

图11A示出了根据某些实施例的包括微型谐振器1150的可见光光源1100的示例，该微型谐振器位于竖直腔外部并且由红外光VCSEL 1120直接泵浦。图11B示出了图11A的可见光光源1100的示例的俯视图。可见光光源1100可以包括驱动电路1110，该驱动电路可以通过例如裸片到晶圆键合或晶圆到晶圆键合直接或间接地(例如，通过插入器或薄膜晶体管层)结合到VCSEL 1120。驱动电路1110可以包括如上文例如关于图6所描述的形成在硅衬底上的各种电路。驱动电路1110可以结合到VCSEL 1120的电极，以驱动VCSEL 1120生成具有足够长的持续时间和期望强度的连续波(CW)或脉冲IR光。由VCSEL 1120发射的IR光的强度以及由此来自可见光光源1100的可见光的强度可以由驱动电路1110供应给VCSEL 1120的驱动电流或电压来控制。

VCSEL 1120可以包括第一电极1140(例如，阳极或阴极)、第二电极1142以及形成在第一电极1140与第二电极1142之间的半导体结构(例如，外延层)。半导体结构可以包括例如第一反射器1122、可以发射IR光的有源区1124、以及其他半导体层(图11A中未标出)，该其他半导体层例如为如上文关于图7所描述的可以是p掺杂或n掺杂的包层或载流子注入层。第一反射器1122可以包括例如HCG、或DBR反射器，该DBR反射器由不同折射率和厚度的多对介电层、半导体层或(掺杂或非掺杂的)金属材料层形成，该介电层、半导体层或金属材料层例如为GaAs层和AlAs(或AlGaAs)层、氧化物层(例如，硅氧化物和另一氧化物层)等。第一反射器1122对于IR光可以具有高反射率(例如，>80％、>85％、>90％、>95％、>99％或更高)。有源区1124可以包括例如，InGaAs量子阱层和GaAs势垒层、InAlGaAs量子阱层和AlGaAs势垒层等。VCSEL 1120还可以包括第二反射器1130，该第二反射器可以是部分反射器，该部分反射器被配置为反射由有源区1124发射的IR光的一部分，同时透射由有源区1124发射的IR光的一部分。第二反射器1130可以包括例如HCG或由导电材料形成的DBR结构，该导电材料例如为GaAs和AlAs(或AlGaAs)。第一反射器1122和第二反射器1130可以在可见光光源1100中形成竖直腔。竖直腔可以有助于缩小和选择IR光的输出波长范围，并且提高所发射的IR光的增益和强度。在一些实施例中，VCSEL 1120可以包括如上文关于图10A所描述的偏振器(图11A中未示出)。偏振器可以用于控制由VCSEL 1120发射的IR光的偏振模式，并且通过例如可以是偏振相关的光栅耦合器或纳米谐振器(例如，元结构)来提高IR光进入微型谐振器1150的耦合效率。

由VCSEL 1120发射的IR光可以直接耦入到微型谐振器1150中或通过耦合结构耦入到微型谐振器中，该耦合结构例如是倾斜光栅或纳米谐振器。如上所述，微型谐振器1150可以包括具有任何合适的形状(例如，环形、椭圆形、螺旋形、跑道形状)并且具有低损耗的闭环波导，使得光子在被吸收、散射或转换之前可以在闭环波导中传播很长一段时间(例如，约一千或更多圈)。该波导材料可以具有三阶非线性，使得可以在闭环波导中发生OPO(例如，DFWM)过程。可以选择微型谐振器1150的尺寸和材料，使得耦入到微型谐振器1150中的IR光和由DFWM过程生成的可见光(信号波)和闲散波可以在微型谐振器1150中进行谐振，这可以增强DFWM过程。在一些实施例中，微型谐振器1150可以包括具有高折射率的材料(例如，SiN、SiC等)，使得可以减小微型谐振器1150的物理尺寸，同时实现闭环波导的期望的光程长度。VCSEL 1120和微型谐振器1150可以被介电材料1160包围，该介电材料可以包括例如氧化物，例如二氧化硅。

在微型谐振器1150中由DFWM过程生成的可见光可以通过耦合结构1152竖直地从微型谐振器1150耦出，该耦合结构可以包括如上文例如关于图9A和图9B所描述的光栅或纳米谐振器。从微型谐振器1150耦出的可见光可以竖直地从可见光光源1100耦出。微型谐振器1150和耦合结构1152可以在将VCSEL 1120结合到驱动电路1110之前或之后形成。在一些实施例中，微型谐振器1150中生成的可见光可以耦合到如关于图9C和图9D所描述的波导。

在一些实施例中，反馈腔结构(反射IR光并且透射可见光的DBR结构或热镜)可以形成在微型谐振器1150和耦合结构1152的顶部上，以将尚未耦入到微型谐振器1150中的IR光重定向为返回微型谐振器1150，以提高将IR泵浦光耦入到微型谐振器1150中的效率和可见光光源1100的效率。

图12A示出了根据某些实施例的包括微型谐振器1260的可见光光源1200的示例，该微型谐振器由红外光VCSEL 1220泵浦，其中，红外光通过与微型谐振器1260位于同一层上的输入耦合结构和波导耦入到微型谐振器中。图12B示出了图12A的可见光光源1200的示例的俯视图。可见光光源1200可以包括驱动电路1210，该驱动电路可以通过例如裸片到晶圆键合或晶圆到晶圆键合直接或间接地(例如，通过插入器或薄膜晶体管层)结合到VCSEL1220。驱动电路1210可以包括如上文例如关于图6所描述的形成在硅衬底上的各种电路。驱动电路1210可以结合到VCSEL 1220的电极，以驱动VCSEL 1220生成具有足够长的持续时间和期望的强度的连续波(CW)或脉冲IR光。由VCSEL 1220发射的IR光的强度以及由此来自可见光光源1200的可见光的强度可以由驱动电路1210供应给VCSEL 1220的驱动电流或电压来控制。

VCSEL 1220可以与VCSEL 1120相似，并且可以包括第一电极1240(例如，阳极或阴极)、第二电极1242以及形成在第一电极1240与第二电极1242之间的半导体结构(例如，外延层)。半导体结构可以包括例如第一反射器1222、可以发射IR光的有源区1224、以及其他半导体层(图12A中未标出)，该其他半导体层例如为如上文关于图7所描述的可以是p掺杂或n掺杂的包层或载流子注入层。第一反射器1222可以包括例如HCG或DBR反射器，该DBR反射器由不同折射率和厚度的多对介电材料或掺杂或非掺杂的半导体材料形成，该介电材料、或半导体材料例如为，GaAs层和AlAs(或AlGaAs)层、氧化物层(例如，硅氧化物和另一氧化物层)等。第一反射器1222对于IR光可以具有高反射率(例如，>80、>85％、>90％、>95％、>99％或更高)。有源区1224可以包括例如，InGaAs量子阱层和GaAs势垒层、InAlGaAs量子阱层和AlGaAs势垒层等。VCSEL 1220还可以包括第二反射器1230，该第二反射器可以是部分反射器，该部分反射器被配置为反射由有源区1224发射的IR光的一部分，同时透射由有源区1224发射的IR光的一部分。第二反射器1230可以包括例如HCG、或由导电材料形成的DBR结构，该导电材料诸如为掺杂或非掺杂的GaAs和AlAs(或AlGaAs)。第一反射器1222和第二反射器1230可以在可见光光源1200中形成竖直腔。竖直腔可以有助于选择IR光的输出波长范围，并且提高所发射的IR光的增益和强度。在一些实施例中，VCSEL 1220可以包括如上文关于图10A所描述的偏振元件(例如，偏振器、波片、空间可变偏振器或空间可变波片，其未在图12A中示出)。偏振器可以用于控制由VCSEL 1220发射的IR光的偏振模式，并且通过例如可以是偏振相关的光栅耦合器或纳米谐振器(例如，元结构)来提高IR光进入微型谐振器1260的耦合效率。

由VCSEL 1220发射的IR光可以直接耦入到波导1250中或通过耦合结构1252(其可以位于波导1250的上方或下方)耦入波导中，该耦合结构诸如为倾斜光栅或纳米谐振器。波导1250中传播的IR光可以耦入到微型谐振器1260中。在所示的示例中，波导1250和微型谐振器1260可以位于同一波导材料层(例如，SiN或SiC层)上。如上所述，微型谐振器1260可以包括具有任何合适的形状(例如，环形、椭圆形、螺旋形、跑道形状)并且具有低损耗的闭环波导，使得光子在被吸收、散射或转换之前可以在闭环波导中传播很长一段时间(例如，约1000或更多圈)。波导材料可以具有三阶非线性，使得可以在闭环波导中发生OPO(例如，DFWM)过程。可以选择微型谐振器1260的几何形状和材料，使得耦入到微型谐振器1260中的IR光和由DFWM过程产生的可见光(信号波)和闲散波可以在微型谐振器1260中进行谐振，这可以增强DFWM过程。在一些实施例中，微型谐振器1260可以包括具有高折射率的材料(例如，SiN、SiC等)，从而可以减小微型谐振器1260的物理尺寸，同时实现闭环波导的期望的光程长度。VCSEL 1220、波导1250和微型谐振器1260可以被介电材料1270包围，该介电材料可以包括例如氧化物，例如二氧化硅。

在一些实施例中，在微型谐振器1260中由DFWM过程生成的可见光可以通过耦合结构(例如，上述的光栅或纳米谐振器)从微型谐振器1260竖直地耦出。从微型谐振器1260耦出的可见光可以从可见光光源1200竖直地耦入到自由空间中。在一些实施例中，如关于图9C和图9D所描述的，在微型谐振器1260中生成的可见光可以耦合到波导(例如，波导1250或与微型谐振器1260紧密耦接的另一波导)和光子集成电路。

在一些实施例中，反馈腔结构(反射IR光并且透射可见光的DBR结构或热镜)可以形成在波导1250和耦合结构1252的顶部，以将尚未耦入到波导1250中的IR光重定向为返回到波导1250，以提高将IR泵浦光耦入到波导1250中的效率和可见光光源1200的效率。

图12C示出了根据某些实施例的包括微型谐振器1262的可见光光源1202的示例，该微型谐振器由红外光VCSEL 1220泵浦，其中，红外光通过耦合结构1252和与微型谐振器1262位于不同的垂直层上的波导1250耦入到微型谐振器1262中。图12D示出了图12C的可见光光源1202的示例的俯视图。可见光光源1202可以与可见光光源1200相似，但是不同之处可以在于，例如在可见光光源1202中，微型谐振器1262和波导1250位于不同的波导层上。在所示的示例中，微型谐振器1262可以位于波导1250的上方。在一些实施例中，微型谐振器1262可以位于波导1250的下方。尽管未在图12C和图12D示出，但是可见光光源1202可以包括耦合结构(例如，光栅或纳米谐振器)，该耦接结构被配置为将微型谐振器1262中生成的可见光竖直地从微型谐振器1262耦出，或者可以包括波导，该波导紧密耦接到微型谐振器1262并且被配置为将微型谐振器1262中生成的可见光耦入到光子集成电路中。

图13A示出了根据某些实施例的包括微型谐振器1370的可见光光源1300的又一示例，该微型谐振器由竖直腔中的红外光VCSEL 1320泵浦，其中，红外光通过竖直腔中的输入耦合结构1352和与微型谐振器1370位于同一垂直层上的波导1350耦入到微型谐振器1370中。图13B示出了图13A的可见光光源1300的示例的俯视图。可见光光源1300中的竖直腔可以由第一反射器1322和第二反射器1330形成，其中，第一反射器1322和第二反射器1330对于IR光可以具有高反射率(例如，>80％、>85％、>90％、>95％、>99％或更高)。

可见光光源1300可以包括驱动电路1310，该驱动电路可以通过例如裸片到晶圆键合或晶圆到晶圆键合直接或间接地(例如，通过插入器或薄膜晶体管层)结合到VCSEL1320。驱动电路1310可以包括如上文例如关于图6所描述的形成在硅衬底上的各种电路。驱动电路1310可以结合到VCSEL 1320的电极，以驱动VCSEL 1320生成具有足够长的持续时间和期望的强度的连续波(CW)或脉冲IR光。由VCSEL 1320发射的IR光的强度以及由此来自可见光光源1300的可见光的强度可以由驱动电路1310供应给VCSEL 1320的驱动电流或电压来控制。

VCSEL 1320可以包括第一电极1340(例如，阳极或阴极)、第二电极1342以及形成在第一电极1340与第二电极1342之间的半导体结构(例如，外延层)。半导体结构可以包括例如第一反射器1322、可以发射IR光的有源区1324、以及其他半导体层(图13A中未标出)，该其他半导体层例如为如上文关于图7所描述的可以是p掺杂或n掺杂的包层或载流子注入层。第一反射器1322可以包括例如HCG或DBR反射器，该DBR反射器由不同折射率和厚度的多对介电层、半导体层、或(掺杂或非掺杂的)金属材料层形成，该介电层、半导体层或金属材料层例如为，GaAs层和AlAs(或AlGaAs)层、氧化物层(例如，硅氧化物和另一氧化物层)等。有源区1324可以包括例如，InGaAs量子阱层和GaAs势垒层、InAlGaAs量子阱层和AlGaAs势垒层等。

在一些实施例中，VCSEL 1320可以包括用于IR光的部分反射器1326，其中，该部分反射器可以部分地反射和部分地透射有源区1324中发射的IR光，以与第一反射器1322形成用于VCSEL 1320的谐振腔。由部分反射器1326和第一反射器1322形成的谐振腔可以有助于缩小和选择IR光的输出波长范围，并且提高所发射的IR光的增益和强度。在一些实施例中，VCSEL 1320可以包括偏振器1328。偏振器1328可以用于控制由VCSEL 1320发射的IR光的偏振模式，并且通过可以是偏振相关的输入耦合结构1352(例如，光栅耦合器或纳米谐振器)来提高IR光进入波导1350的耦合效率。在一些实施例中，可以替代地使用诸如波片、空间可变偏振器或空间可变波片的其他偏振部件来控制由VCSEL 1320发射的IR光的偏振状态。

由VCSEL 1320发射的IR光可以通过输入耦合结构1352耦入到波导1350中，该输入耦合结构诸如为倾斜光栅或纳米谐振器(例如，元结构)。在波导1350中传播的IR光可以耦入到微型谐振器1370中。在所示的示例中，波导1350和微型谐振器1370可以位于同一波导材料层(例如，SiN或SiC层)上。如上所述，微型谐振器1370可以包括具有任何合适的形状(例如，环形、椭圆形、螺旋形、跑道形状)并且具有低损耗的闭环波导，使得光子在被吸收、散射或转换之前可以在闭环波导中传播很长一段时间(例如，约100万或更多圈)。该波导材料可以具有三阶非线性，使得可以在闭环波导中发生OPO(例如，DFWM)过程。可以选择微型谐振器1370的尺寸和材料，使得耦入到微型谐振器1370中的IR光以及由DFWM过程生成的可见光(信号波)和闲散波可以在微型谐振器1370中进行谐振，这可以增强DFWM过程。在一些实施例中，微型谐振器1370可以包括具有高折射率的材料(例如，SiN、SiC等)，使得微型谐振器1370的物理尺寸可以减小，同时仍然实现闭环波导的期望的光程长度。VCSEL 1320、波导1350和微型谐振器1370可以被介电材料1360包围，该介电材料可以包括例如氧化物，例如二氧化硅。

在一些实施例中，在微型谐振器1370中通过DFWM过程生成的可见光可以通过耦合结构竖直地从微型谐振器1370耦出，该耦合结构例如为上述的光栅或纳米谐振器。从微型谐振器1370耦出的可见光可以竖直地从可见光光源1300耦出。在一些实施例中，如关于图9C和图9D所描述的，微型谐振器1370中生成的可见光可以耦合到波导(例如，波导1350或紧密耦接到微型谐振器1370的另一波导)和光子集成电路。

如同第一反射器1322，第二反射器1330可以包括例如HCG或由具有交替折射率的多个介电层、半导体层或金属材料层形成的DBR结构。可以选择DBR结构中的介电层、半导体层或金属材料层的厚度和折射率，使得在不同材料之间的相邻界面处反射的IR光可以相长干涉，以增加第二反射器1330对于IR光的总反射率。如此，由VCSEL 1320发射但尚未耦入到波导1350中的IR光可以被第二反射器1330和/或第一反射器1322反射回波导1350，并且可以至少部分耦入到波导1350中，以提高将IR泵浦光耦入到微型谐振器1370中的效率和可见光光源1300的效率。

图13C示出了根据某些实施例的包括微型谐振器1372的可见光光源1302的示例，该微型谐振器由红外光VCSEL 1320泵浦，其中，由红外光VCSEL 1320发射的红外光通过竖直腔中的输入耦合结构1352和与微型谐振器1372位于不同垂直层上的波导1350耦入到微型谐振器1372中。图13D示出了图13C的可见光光源1302的示例的俯视图。可见光光源1302可以与可见光光源1300相似，但是不同之处可以在于，例如在可见光光源1302中，微型谐振器1372和波导1350位于不同的波导层上。在所示的示例中，微型谐振器1372可以位于波导1350的上方。在一些实施例中，微型谐振器1372可以位于波导1350的下方。即使图13C和图13D中未示出，但是可见光光源1302可以包括耦合结构(例如，光栅或纳米谐振器)，该耦合结构被配置为将微型谐振器1372中生成的可见光竖直地耦出微型谐振器1372，或者可以包括波导，该波导紧密耦接到微型谐振器1372并且被配置为将微型谐振器1372中生成的可见光耦入到光子集成电路中。

在彩色图像显示系统中，可能希望将多种颜色的可见光光源集成在同一芯片上。为了提高所显示的图像的分辨率，还可能希望使用具有大量可单独寻址的光源的高密度光源阵列。当前的可见光光源通常可能具有较大的占用空间，并且可能不适合具有单独可寻址的光源的高密度源阵列。上述的VCSEL泵浦的可见光光源可以用于制造高密度源阵列，该高密度源阵列包括用于不同颜色的可见光的单独可寻址的光源。

根据某些实施例，设备可以包括可见光光源的阵列，其中，可见光光源可以发射不同颜色(例如，红色、蓝色或绿色)的可见光。在一个示例中，每个可见光光源可以包括一个微型谐振器，并且一些可见光光源中的微型谐振器(和/或VCSEL)可以不同于一些其他可见光光源中的微型谐振器(和/或VCSEL)，使得可见光光源可以发射不同颜色的光。在一些实施例中，可见光光源的阵列中的每个可见光光源可以被配置或可调谐为发射不同颜色的光。例如，每个可见光光源可以包括泵浦VCSEL和具有不同参数的多个微型谐振器，其中，多个微型谐振器中的每个微型谐振器可以被配置为生成不同相应颜色的可见光，并且在一些实施例中，多个微型谐振器中的每个微型谐振器可以被调谐，以调节由微型谐振器生成的可见光的强度。在一些实施例中，可见光光源可以包括可调谐的泵浦VCSEL(具有可调谐的腔)和微型谐振器，该可调谐的泵浦VCSEL可以被调谐以发射具有不同波长的泵浦光，该微型谐振器可以具有多种谐振模式并且可以使用具有不同波长的泵浦光来生成不同颜色的可见光。

图14A示出了根据某些实施例的可见光光源的阵列1400的示例，该可见光光源的阵列被配置为发射不同颜色的可见光，其中，阵列中的每个可见光光源包括位于竖直腔中的、并且由竖直腔中的红外光VCSEL直接泵浦的微型谐振器，并且微型谐振器中生成的可见光竖直地从竖直腔耦出。图14A示出了可见光光源的阵列1400中的红色光源1406、绿色光源1404和蓝色光源1402。图14A中所示的每个光源可以是可见光光源1000或1100的示例，并且可见光源阵列中的可见光光源可以被制造在同一晶圆或同一裸片上。可以使用各种裸片到晶圆键合技术或晶圆到晶圆键合技术来将晶圆或裸片直接或间接地(例如，通过插入器或薄膜晶体管层)结合到驱动电路1410，例如CMOS背板。

每个光源1402、1404或1406可以包括发射IR光的VCSEL 1420。如上文关于例如图10和图11所描述的，VCSEL 1420可以包括第一电极1430(例如，阳极或阴极)、第二电极1432以及形成在第一电极1430与第二电极1432之间的半导体结构(例如，外延层)。半导体结构可以包括例如第一反射器1422、可以发射IR光的有源区1424、以及其他半导体层(图14A中未标出)，该其他半导体层例如为如上文关于图7所描述的可以是p掺杂或n掺杂的包层或载流子注入层。第一反射器1422可以包括例如HCG或DBR反射器，该DBR反射器由不同折射率和厚度的多对介电层、半导体层、或(掺杂或非掺杂的)金属材料层形成，该介电层、半导体层或金属材料层例如为，GaAs层和AlAs(或AlGaAs)层、氧化物层(例如，硅氧化物和另一氧化物层)等。有源区1424可以包括例如，InGaAs量子阱层和GaAs势垒层、InAlGaAs量子阱层和AlGaAs势垒层等。光源1402、1404和1406中的VCSEL 1420可以具有相同的结构，并且可以发射约相同波长的IR光。在一些实施例中，VCSEL 1420可以包括用于IR光的部分反射器(诸如部分反射器1026，图14A中未示出)，其中，部分反射器可以部分地反射和部分地透射有源区1424中发射的IR光，以与第一反射器1422形成用于VCSEL 1420的谐振腔。由部分反射器和第一反射器1422形成的谐振腔可以有助于缩小和选择VCSEL 1420发射的IR光的输出波长范围，并且提高所发射的IR光的增益和强度。在一些实施例中，VCSEL 1420可以包括偏振器(图14A中未示出)，例如偏振器1028。偏振器可以用于通过例如可以是偏振相关的光栅耦合器或纳米谐振器(例如，元结构)来控制由VCSEL 1420发射的IR光的偏振模式以及提高IR光进入微型谐振器的耦合效率。

在所示的示例中，每个光源1402、1404或1406可以包括微型谐振器，其中，每个光源1402、1404或1406的微型谐振器可以具有不同的相应设计，从而可以生成不同波长的可见光。不同的相应设计可以包括例如环路形状(例如，环形(ring)、椭圆形、螺旋形、跑道等)、尺寸、材料(由此折射率)等的不同组合。例如，红色光源1406可以包括微型谐振器1444，可以选择微型谐振器的形状、尺寸和材料，使得可以使用由VCSEL 1420发射的IR光作为泵浦光通过DFWM在微型谐振器1444中生成红光。红色光源1406还可以包括耦合结构1454，该耦合结构被配置为将微型谐振器1444中生成的红光竖直地从微型谐振器1444耦出。相似地，绿色光源1404可以包括微型谐振器1442，该微型谐振器被配置为使得可以使用由VCSEL 1420发射的IR光作为泵浦光通过DFWM在微型谐振器1442中生成绿光，并且绿色光源可以包括耦合结构1452，该耦合结构被配置为将微型谐振器1442中生成的绿光竖直地从微型谐振器1442耦出。蓝色光源1402可以包括微型谐振器1440，该微型谐振器被配置为使得可以使用由VCSEL 1420发射的IR光作为泵浦光通过DFWM在微型谐振器1440中生成绿光，并且蓝色光源可以包括耦合结构1450，该耦合结构被配置为将微型谐振器1440中生成的蓝光竖直地从微型谐振器1440耦出。

如所示出的，每个光源1402、1404或1406还可以包括第二反射器1460、1462或1464，这些第二反射器被配置为将由VCSEL 1420发射的但尚未耦入到微型谐振器中的IR光反射回微型谐振器、或反射回用于将IR光耦入到微型谐振器的耦合结构。对于由VCSEL1420发射的IR光，第二反射器1460、1462或1464可以具有接近100％的反射率，并且对于在相应的微型谐振器中生成并且通过相应的耦合结构从相应的微型谐振器耦出的可见光，第二反射器可以具有接近0％的反射率。例如，第二反射器1460对于蓝光可以是抗反射的，第二反射器1462对于绿光可以是抗反射的，并且第二反射器1464对于红光可以是抗反射的。

图14B和图14C示出了可见光光源的阵列1400的示例的俯视图。图14B和图14C中所示的可见光源阵列1400的示例可以用作有源显示面板，或者可以用作液晶显示器(例如，硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon，LCOS)显示器)的背光单元的光源。在所示的示例中，红色光源1406可以被分组在一些列中，绿色光源1404可以被分组在一些其他列中，并且蓝色光源1402可以被分组在一些其他列中，其中，不同颜色的光源的列可以交错。在一些实施例中，光源1402、1404和1406可以以其他方式进行布置。例如，可见光光源的阵列可以包括布置为二维阵列的像素单元，其中，每个像素单元可以包括布置在三角形的各顶点上的红色光源1406、绿色光源1404和蓝色光源1402。光源阵列中的不同颜色的光源可以使用相同的工艺在同一晶圆或同一裸片上制造，而不是分开制造然后拾取并放置在CMOS背板上。可见光光源的阵列1400的间距和每个光源的大小可以基于应用来选择。在一些实施例中，每个光源的直径可以小于约50μm、小于约30μm、小于约20μm或小于约10μm。可见光光源的阵列1400的间距也可以小于约50μm、小于约30μm、小于约20μm或小于约10μm。

图15A和图15B示出了根据某些实施例的可见光光源的阵列1500的示例，其中，每个可见光光源1502可以发射多种颜色的可见光。可见光光源的阵列1500中的每个可见光光源1502包括位于由第一反射器1522和第二反射器1530形成的竖直腔中的多个微型谐振器，其中，多个微型谐振器由竖直腔中同一红外发射VCSEL 1520泵浦，以生成不同颜色的可见光。第一反射器1522和第二反射器1530对于IR光可以具有高反射率(例如，>80％、>85％、>90％、>95％、>99％或更高)。在一些实施例中，第一反射器1522对于可见光可以具有高反射率(例如，>80％、>85％、>90％、>95％、>99％或更高)。第二反射器1530对于可见光可以是抗反射的。微型谐振器中生成的不同颜色的可见光通过各自的耦合结构竖直地从微型谐振器耦出，并且可以穿过第二反射器1530从竖直腔透射出去。

如所示出的，可见光光源1502可以包括形成在CMOS背板上的驱动电路1510，其中，CMOS背板可以直接或间接地(例如，通过插入器或薄膜晶体管层)结合到包括在其上制造的VCSEL 1520的晶圆。多个微型谐振器和第二反射器1530可以在将包括VCSEL 1520的晶圆结合到CMOS背板之前或之后形成。VCSEL 1520可以包括第一电极1540(例如，阳极或阴极)、第二电极1542以及形成在第一电极1540与第二电极1542之间的半导体结构(例如，外延层)。半导体结构可以包括例如第一反射器1522、可以发射IR光的有源区1524、以及其他半导体层(图15A中未标出)，该其他半导体层例如为可以是p掺杂或n掺杂的包层或载流子注入层。第一反射器1522可以包括例如HCG或DBR反射器，该DBR反射器由不同折射率和厚度的多对介电层、半导体层、或(掺杂或非掺杂的)金属材料层形成，该介电层、半导体层或金属材料层例如为，GaAs层和AlAs(或AlGaAs)层、氧化物层(例如，硅氧化物和另一氧化物层)等。有源区1524可以包括例如，InGaAs量子阱层和GaAs势垒层、InAlGaAs量子阱层和AlGaAs势垒层等。在一些实施例中，VCSEL 1520可以包括用于IR光的部分反射器1526，其中，部分反射器1526可以部分地反射和部分地透射有源区1524中发射的IR光，以与第一反射器1522形成用于VCSEL 1520的谐振腔。由部分反射器1526和第一反射器1522形成的谐振腔可以有助于缩小和选择VCSEL 1520所发射的IR光的输出波长范围，并且提高所发射的IR光的增益和强度。在一些实施例中，VCSEL 1520可以包括偏振器1528。偏振器1528可以用于控制由VCSEL1520发射的IR光的偏振模式，并且通过例如可以是偏振相关的光栅耦合器或纳米谐振器(例如，元结构)来提高IR光进入微型谐振器的耦合效率。在一些实施例中，可以替代地使用诸如波片、空间可变偏振器或空间可变波片的其他偏振部件来控制由VCSEL 1520发射的IR光的偏振状态。

在所示的示例中，每个可见光光源1502可以包括用于使用VCSEL 1520发射的IR光作为DFWM过程中的泵浦光来生成不同颜色的可见光的第一微型谐振器1550、第二微型谐振器1560和第三微型谐振器1570。第一微型谐振器1550、第二微型谐振器1560和第三微型谐振器1570可以具有不同的各自设计，因此可以使用相同的泵浦光生成不同颜色的可见光。不同的相应设计可以包括例如环路形状(例如，环形、椭圆形、螺旋形、跑道等)、尺寸、材料(由此折射率)等的不同组合。例如，可以选择第三微型谐振器1570的形状、尺寸和材料，使得可以使用由VCSEL 1520发射的IR光作为泵浦光，通过DFWM在第三微型谐振器1570中生成红光。耦合结构1572(例如，光栅或纳米谐振器)可以被配置为将第三微型谐振器1570中生成的红光竖直地从第三微型谐振器1570耦出。相似地，可以选择第二微型谐振器1560的形状、尺寸和材料，使得可以使用由VCSEL 1520发射的IR光作为泵浦光，通过DFWM在第二微型谐振器1560中生成绿光。耦合结构1562(例如，光栅或纳米谐振器)可以被配置为将第二微型谐振器1560中生成的绿光竖直地从第二微型谐振器1560耦出。可以选择第一微型谐振器1550的形状、尺寸和材料，使得可以使用由VCSEL 1520发射的IR光作为泵浦光，通过DFWM在第一微型谐振器1550中生成蓝光。耦合结构1552(例如，光栅或纳米谐振器)可以被配置为将第一微型谐振器1550中生成的蓝光竖直地从第一微型谐振器1550耦出。第一微型谐振器1550、第二微型谐振器1560和第三微型谐振器1570可以以任何合适的顺序竖直布置。在一些实施例中，每个可见光光源1502可以包括被配置为生成两种或多种颜色的可见光的两个或更多个不同的微型谐振器。在一些实施例中，每个可见光光源1502可以包括多个微型谐振器，其中，至少两个微型谐振器可以被配置为生成相同颜色的可见光。

从第一微型谐振器1550、第二微型谐振器1560和第三微型谐振器1570耦出的可见光可以通过第二反射器1530以很少损耗或没有损耗地从可见光光源1502耦出，因为第二反射器1530可以如上所述对可见光是抗反射的。如同第一反射器1522，第二反射器1530可以包括例如HCG或由具有交替折射率的多个介电层、半导体层、或金属材料层形成的DBR结构。可以选择DBR结构中的介电层、半导体层、或金属材料层的厚度和折射率，使得在不同材料之间的相邻界面处反射的IR光可以相长干涉以增加第二反射器1530对IR光的总反射率，而在不同材料之间的相邻界面处反射的可见光可以相消干涉以降低第二反射器1530对可见光的总反射率。因此，由VCSEL 1520发射的、但尚未耦入到微型谐振器中的IR光可以通过第二反射器1530和/或第一反射器1522反射回微型谐振器，并且可以至少部分地耦入到微型谐振器中，以提高将IR泵浦光耦入到微型谐振器中的效率和可见光光源1502的效率。因此，每个可见光光源1502可以同时发射不同颜色的可见光，其中，所发射的不同颜色的可见光的强度可以由来自驱动电路1510的驱动电压或电流控制。在图15A和图15B所示的示例中，由同一可见光光源发射的各个颜色的可见光的各自强度可能不是单独可控的。因此，可见光光源的阵列1500可以用作BLU显示器中的光源，但不可以用作有源显示面板的显示像素。可见光光源1502中的微型谐振器、耦合结构和第二反射器1530可以在将VCSEL 1520结合到驱动电路1510之前或之后形成。

图16A和图16B示出了根据某些实施例的可见光光源的阵列1600的示例，其中，每个可见光光源1602被配置为发射多种颜色的可见光，并且每个颜色的可见光的各自强度是单独可控的。与可见光光源的阵列1500相比，可见光光源的阵列1600不仅可以对每个可见光光源1602具有单独的控制，而且可以对相同可见光光源1602中的微型谐振器具有单独的控制，使得所发射的每种颜色的可见光的各自强度可以是单独可调的。

如图16A所示，可见光光源的阵列1600中的每个可见光光源1602包括位于由第一反射器1622和第二反射器1630形成的竖直腔中的多个微型谐振器，其中，多个微型谐振器由竖直腔中的同一IR VCSEL 1620泵浦，以生成不同颜色的可见光。第一反射器1622和第二反射器1630对于IR光可以具有高反射率(例如，>80％、>85％、>90％、>95％、>99％或更高)。在一些实施例中，第一反射器1622对于可见光可以具有高反射率(例如，>80％、>85％、>90％、>95％、>99％或更高)。第二反射器1630对于可见光可以是抗反射的。微型谐振器中生成的不同颜色的可见光通过各自的耦合结构竖直地从微型谐振器耦出，并且可以穿过第二反射器1630从竖直腔透射出去。

可见光光源1602可以包括形成在CMOS背板上的驱动电路1610，其中，CMOS背板可以直接或间接地(例如，通过插入器或薄膜晶体管层)结合到包括在其上制造的VCSEL 1620的晶圆。多个微型谐振器和第二反射器1630可以在将包括VCSEL 1620的晶圆结合到CMOS背板之前或之后形成。VCSEL 1620可以包括第一电极1640(例如，阳极或阴极)、第二电极1642以及形成在第一电极1640与第二电极1642之间的半导体结构(例如，外延层)。半导体结构可以包括例如第一反射器1622、可以发射IR光的有源区1624、以及其他半导体层(图16A中未标出)，该其他半导体层例如为可以是p掺杂或n掺杂的包层或载流子注入层。第一反射器1622可以包括例如HCG或DBR反射器，该DBR反射器由不同折射率和厚度的多对介电层、半导体层、或(掺杂或非掺杂的)金属材料层形成，该介电层、半导体层或金属材料层例如为，GaAs层和AlAs(或AlGaAs)层、氧化物层(例如，硅氧化物和另一氧化物层)等。有源区1624可以包括例如，InGaAs量子阱层和GaAs势垒层、InAlGaAs量子阱层和AlGaAs势垒层等。在一些实施例中，VCSEL 1620可以包括用于IR光的部分反射器1626，其中，部分反射器1626可以部分地反射和部分地透射有源区1624中发射的IR光，以与第一反射器1622形成用于VCSEL1620的谐振腔。由部分反射器1626和第一反射器1622形成的谐振腔可以有助于缩小和选择由IR VCSEL 1620发射的IR光的输出波长范围，并且提高所发射的IR光的增益和强度。在一些实施例中，VCSEL 1620可以包括偏振器1628。偏振器1628可以用于控制由VCSEL 1620发射的IR光的偏振模式，并且通过例如可以是偏振相关的光栅耦合器或纳米谐振器(例如，元结构)来提高IR光进入微型谐振器的耦合效率。在一些实施例中，可以替代地使用诸如波片、空间可变偏振器或空间可变波片的其他偏振部件来控制由VCSEL 1620发射的IR光的偏振状态。

在所示的示例中，每个可见光光源1602可以包括第一微型谐振器1650、第二微型谐振器1660和第三微型谐振器1670，这些微型谐振器用于使用由VCSEL 1620发射的IR光作为DFWM过程中的泵浦光来生成不同颜色的可见光。第一微型谐振器1650、第二微型谐振器1660和第三微型谐振器1670可以具有不同的各自设计，从而可以使用相同的泵浦光生成不同颜色的可见光。不同的相应设计可以包括例如环路形状(例如，环形、椭圆形、螺旋形、跑道等)、尺寸、材料(由此折射率)等的不同组合。例如，可以选择第三微型谐振器1670的形状、尺寸和材料，使得可以使用由VCSEL 1620发射的IR光作为泵浦光，通过DFWM在第三微型谐振器1670中生成红光。耦合结构1672(例如，光栅或纳米谐振器)可以被配置为将第三微型谐振器1670中成生的红光竖直地从第三微型谐振器1670耦出。相似地，可以选择第二微型谐振器1660的形状、尺寸和材料，使得可以使用由VCSEL 1620发射的IR光作为泵浦光，通过DFWM在第二微型谐振器1660中生成绿光。耦合结构1662(例如，光栅或纳米谐振器)可以被配置为将第二微型谐振器1660中生成的绿光竖直地从第二微型谐振器1660耦出。可以选择第一微型谐振器1650的形状、尺寸和材料，使得可以使用由VCSEL 1620发射的IR光作为泵浦光，通过DFWM在第一微型谐振器1650中生成蓝光。耦合结构1652(例如，光栅或纳米谐振器)可以被配置为将第一微型谐振器1650中生成的蓝光竖直地从第一微型谐振器1650耦出。第一微型谐振器1650、第二微型谐振器1660和第三微型谐振器1670可以以任何合适的顺序竖直布置。在一些实施例中，每个可见光光源1602可以包括两个或更多个不同的微型谐振器，这些微型谐振器被配置为生成两个或更多不同颜色的可见光。在一些实施例中，每个可见光光源1602可以包括多个微型谐振器，其中，多个微型谐振器中的至少两个微型谐振器可以被配置为生成相同颜色的可见光。

从第一微型谐振器1650、第二微型谐振器1660和第三微型谐振器1670耦出的可见光可以通过第二反射器1630以很少损耗或没有损耗地从可见光光源1602耦出，因为第二反射器1630可以如上所述对可见光是抗反射的。如同第一反射器1622，第二反射器1630可以包括例如HCG或DBR结构，该DBR结构由具有交替折射率的多个介电层、半导体层、或金属材料层形成。可以选择DBR结构中的介电层、半导体层、或金属材料层的厚度和折射率，使得在不同材料之间的相邻界面处反射的IR光可以相长干涉以增加第二反射器1630对IR光的总反射率，而在不同材料之间的相邻界面处反射的可见光可以相消干涉以降低第二反射器1630对可见光的总反射率。如此，由VCSEL 1620发射的、但尚未耦入到微型谐振器中的IR光可以被第二反射器1630和/或第一反射器1622反射回微型谐振器，并且可以至少部分耦入到微型谐振器中，以提高将IR泵浦光耦入到微型谐振器中的效率和可见光光源1602的效率。可见光光源1602中的微型谐振器、耦合结构和第二反射器1630可以在将VCSEL 1620结合到驱动电路1610之前或之后形成。

可见光光源1602可以包括附加电极，该附加电极用于调谐由相应微型谐振器生成并且从相应微型谐振器耦出的每种颜色的可见光的各自强度。例如，电极1690可以用于调节从第一微型谐振器1650耦出的蓝光的强度，电极1692可以用于调节从第二微型谐振器1660耦出的绿光的强度，并且电极1694可以用于调节从第三微型谐振器1670耦出的红光的强度。电极1690可以用于调谐以下中的至少一者：第一微型谐振器1650、用于将由VCSEL1620发射的IR光耦入到第一微型谐振器1650中的耦合结构、或用于耦合第一微型谐振器1650中生成的蓝光的耦合结构1652，以调节从可见光光源1602发射的蓝光的强度。例如，电极1690可以用于对电光材料施加电压或向热光设备供应电流信号，以改变第一微型谐振器1650或耦合结构的折射率，从而改变第一微型谐振器1650的谐振条件或用于第一微型谐振器1650的耦合结构的耦合效率，从而改变所发射的蓝光的强度。相似地，电极1692可以用于改变第二微型谐振器1660的谐振条件或用于第二微型谐振器1660的耦合结构的耦合效率，从而改变所发射的绿光的强度。电极1694可以用于改变第三微型谐振器1670的谐振条件或用于第三微型谐振器1670的耦合结构的耦合效率，从而改变所发射的红光的强度。以这种方式，由可见光光源1602发射的红光、绿光和蓝光的强度可以独立地调节到期望的值，以表示如图16B所示的用于有源显示面板的彩色像素单元(pixel unit)，其中，可见光光源1602的间距可以小于约50μm、小于约30μm、小于约20μm或小于约10μm。

图17A和图17B示出了根据某些实施例的可见光光源1700的示例，该可见光光源是可调谐的，以发射不同颜色的可见光。可见光光源1700可以是可见光光源的阵列中的可见光光源的示例。图17A示出了可见光光源1700的截面图，图17B示出了可见光光源1700的俯视图。可见光光源1700包括微型谐振器，该微型谐振器位于可调谐的竖直腔中并且由可调谐的竖直腔中的可调谐的红外光VCSEL直接泵浦，以生成不同颜色的可见光。微型谐振器中生成的可见光竖直地从竖直腔耦出。与可见光光源1502或1602相比，可见光光源1700可以包括可以在不同时间生成不同颜色的光的单个微型谐振器。

在所示的示例中，可见光光源1700包括微型谐振器1740，该微型谐振器位于由第一反射器1722和第二反射器1750形成的可调谐的竖直腔中，其中，第二反射器1750可以形成在微机电系统(MEMS)设备1770上，因此通过MEMS设备1770可移动。在一些实施例中，可以使用其他微型致动器或纳米致动器(例如，微型电机、压电致动器、铁电致动器、磁致动器、超声致动器等)来移动第二反射器1750。第一反射器1722和第二反射器1750对于IR光可以具有高反射率(例如，80％、>85％、>90％、>95％、>99％或更高)。在一些实施例中，第一反射器1722对于可见光可以具有高反射率(例如，80％、>85％、>90％、>95％、>99％或更高)。第二反射器1750对于可见光可以是抗反射的。微型谐振器1740可以由竖直腔中的发射IR的VCSEL 1720来泵浦，以生成可见光。微型谐振器1740中生成的可见光可以通过耦合结构1742竖直地从微型谐振器1740耦出，并且可以穿过第二反射器1750从竖直腔透射出去。

可见光光源1700可以包括形成在CMOS背板上的驱动电路1710，其中，CMOS背板可以直接或间接地(例如，通过插入器或薄膜晶体管层)结合到包括在其上制造的VCSEL 1720的晶圆上。微型谐振器1740和第二反射器1750可以在将包括VCSEL 1720的晶圆结合到CMOS背板之前或之后形成。VCSEL 1720可以包括第一电极1730(例如，阳极或阴极)、第二电极1732以及形成在第一电极1730与第二电极1732之间的半导体结构(例如，外延层)。半导体结构可以包括例如第一反射器1722、可以发射IR光的有源区1724、以及其他半导体层(图17A中未标出)，该其他半导体层例如为可以是p掺杂或n掺杂的包层或载流子注入层。第一反射器1722可以包括例如HCG或DBR反射器，该DBR反射器由不同折射率和厚度的多对介电层、半导体层、或(掺杂或非掺杂的)金属材料层形成，该介电层、半导体层或金属材料层例如为，GaAs层和AlAs(或AlGaAs)层、氧化物层(例如，硅氧化物和另一氧化物层)等。有源区1724可以包括例如，InGaAs量子阱层和GaAs势垒层、InAlGaAs量子阱层和AlGaAs势垒层等。VCSEL 1720可以可选地包括用于IR光的部分反射器1726，其中，部分反射器1726可以部分地反射和部分地透射有源区1724中发射的IR光，以与第一反射器1722形成用于VCSEL 1720的谐振腔。由部分反射器1726和第一反射器1722形成的谐振腔可以有助于选择由VCSEL1720发射的IR光的输出波长范围，并且提高所发射的IR光的增益和强度。在一些实施例中，VCSEL 1720可以包括偏振器1728。偏振器1728可以用于控制由VCSEL 1720发射的IR光的偏振状态，并且通过例如可以是偏振相关的光栅耦合器或纳米谐振器(例如，元结构)来提高IR光进入微型谐振器的耦合效率。在一些实施例中，可以替代地使用诸如波片、空间可变偏振器或空间可变波片的其他偏振部件来控制由VCSEL 1720发射的IR光的偏振状态。

如同第一反射器1722，第二反射器1750可以包括例如HCG或DBR结构，该DBR结构由具有交替折射率的多个介电层、半导体层、或金属材料层形成。可以选择DBR结构中的介电层、半导体层、或金属材料层的厚度和折射率，使得在不同材料之间的相邻界面处反射的IR光可以相长干涉以增加第二反射器1750对IR光的总反射率，而在不同材料之间的相邻界面处反射的可见光可以相消干涉以降低第二反射器1750对可见光的总反射率。如此，由VCSEL1720发射的、但尚未耦入到微型谐振器1740中的IR光可以由第二反射器1750和/或第一反射器1722反射回微型谐振器1740，从而由VCSEL 1720发射的IR光可以在由第一反射器1722和第二反射器1750形成的竖直腔内进行振荡，并且可以以更高的耦合效率耦入到微型谐振器1740中，以提高可见光光源1700的效率。

竖直腔中的IR光学谐振器的波长可以由竖直腔的光程长度来确定。因此，当由MEMS设备1770移动第二反射器1750并且因此改变竖直腔的光程长度时，可以改变在竖直腔中谐振的IR光的波长。IR光可以直接或通过耦合结构(例如，光栅或纳米谐振器)耦入到微型谐振器1740中。可以选择微型谐振器1740的形状、尺寸和材料，使得当通过使用MEMS设备1770调节竖直腔的光程长度来改变泵浦光的波长时，可以通过OPO(例如，DFWM)过程在微型谐振器1740中生成不同颜色的可见光。耦合结构1742(例如，光栅或纳米谐振器)可以被配置为将微型谐振器1740中生成的可见光竖直地从微型谐振器1740耦出。从微型谐振器1740耦出的可见光可以通过第二反射器1750以很少损耗或没有损耗地从可见光光源1700耦出，因为第二反射器1750可以如上所述对可见光是抗反射的。

图17C和图17D示出了通过调谐可见光光源1700来生成不同颜色的可见光的示例。图7C示出了：通过使用MEMS设备1770或另一致动器来调谐第二反射器1750的位置以调谐竖直腔的光程长度并由此调谐竖直腔的谐振波长，可以连续地调谐由VCSEL 1720发射并且在由第一反射器1722和第二反射器1750形成的竖直腔内振荡的泵浦光。在所示的示例中，MEMS设备1770可以由控制信号驱动以移动第二反射器1750，使得由VCSEL 1720发射并且在竖直腔内振荡的IR光的波长可以在时间上线性改变，如图7C中的曲线1780所示。当IR泵浦光的波长被调谐到第一值时，可以满足微型谐振器1740的谐振条件，并且可以发生OPO过程以生成第一可见波长(例如，红光)的信号光1790。当IR泵浦光的波长被调谐到第二值时，可以再次满足微型谐振器1740的谐振条件(对于不同的模数m)，并且可以发生OPO过程以生成第二可见波长(例如，绿光)的信号光1792。当IR泵浦光的波长被调谐到第三值时，可以再次满足微型谐振器1740的谐振条件(对于不同的模数m)，并且可以发生OPO过程以生成第三可见波长(例如，蓝光)的信号光1794。以这种方式，可以由可见光光源1700生成许多不同颜色的可见光。

控制信号可以是周期性信号或可以是非周期性信号。在一些实施例中，控制信号可以具有由要显示的图像的像素数据确定的更复杂的波形。例如，控制信号可以具有对应于不同颜色的多个不同的阶跃级别(step level)，其中，可以基于图像帧的颜色像素的相应颜色的期望强度(例如，R、G、B值)来确定要显示的图像帧中的颜色像素的每个阶跃级别的持续时间，使得在图像帧的不同时间段期间发射的不同颜色的可见光的时间组合可以被观看者的眼睛感知为在REC.2020色域或更大的色域中具有单一颜色的可见光。以这种方式，可以独立控制每个可见光光源1700，以在每个图像帧中以期望强度发射期望颜色的光。因此，可见光光源1700的阵列可以用作有源显示面板。

图18A和图18B示出了根据某些实施例的可见光光源的阵列1800的示例，其中，可见光光源的阵列1800中的每个可见光光源1802被配置为发射一种或多种颜色的可见光，并且每种颜色的可见光的各自强度是单独可控的。如图18A所示，可见光光源1802可以包括一个或多个微型谐振器，该一个或多个微型谐振器位于由第一反射器1822和第二反射器1830形成的可调谐的竖直腔中，其中，第二反射器1830可以形成在MEMS设备1832上，因此第二反射器通过MEMS设备1832可移动。第一反射器1822和第二反射器1830对于IR光可以具有高反射率(例如，>80％、>85％、>90％、>95％、>99％或更高)。在一些实施例中，第一反射器1822对于可见光可以具有高反射率(例如，>80％、>85％、>90％、>95％、>99％或更高)。第二反射器1830对于可见光可以是抗反射的。一个或多个微型谐振器可以由可调谐的竖直腔中的红外光VCSEL 1820直接泵浦，以生成不同颜色的可见光。一个或多个微型谐振器中生成的可见光可以竖直地从竖直腔耦出。

可见光光源1802可以包括形成在CMOS背板上的驱动电路1810，其中，CMOS背板可以直接或间接地(例如，通过插入器或薄膜晶体管层)结合到包括在其上制造的VCSEL 1820的晶圆上。多个微型谐振器和第二反射器1830可以在将包括VCSEL 1820的晶圆结合到CMOS背板之前或之后形成。VCSEL 1820可以包括第一电极1840(例如，阳极或阴极)、第二电极1842以及形成在第一电极1840与第二电极1842之间的半导体结构(例如，外延层)。半导体结构可以包括例如第一反射器1822、可以发射IR光的有源区1824、以及其他半导体层(图18A中未标出)，该其他半导体层例如为可以是p掺杂或n掺杂的包层或载流子注入层。第一反射器1822可以包括例如HCG或DBR反射器，该DBR反射器由不同折射率和厚度的多对介电层、半导体层或(掺杂或非掺杂的)金属材料层形成，该介电层、半导体层或金属材料层例如为，GaAs层和AlAs(或AlGaAs)层、氧化物层(例如，硅氧化物和另一氧化物层)等。有源区1824可以包括例如，InGaAs量子阱层和GaAs势垒层、InAlGaAs量子阱层和AlGaAs势垒层等。在一些实施例中，VCSEL 1820可以包括用于IR光的部分反射器1826，其中，部分反射器1826可以部分地反射和部分地透射有源区1824中发射的IR光，以与第一反射器1822形成用于VCSEL 1820的谐振腔。由部分反射器1826和第一反射器1822形成的谐振腔可以有助于缩小和选择由IR VCSEL 1820发射的IR光的输出波长范围，并且提高所发射的红外光的增益和强度。在一些实施例中，VCSEL 1820可以包括偏振器1828。偏振器1828可以用于控制由VCSEL 1820发射的IR光的偏振模式，并且通过例如可以是偏振相关的光栅耦合器或纳米谐振器(例如，元结构)来提高IR光进入微型谐振器的耦合效率。在一些实施例中，可以替代地使用诸如波片、空间可变偏振器或空间可变波片的其他偏振部件来控制由VCSEL 1820发射的IR光的偏振状态。

在所示的示例中，每个可见光光源1802可以包括第一微型谐振器1850、第二微型谐振器1860和第三微型谐振器1870，这些微型谐振器用于使用VCSEL 1820发射的IR光作为DFWM过程中的泵浦光来生成不同颜色的可见光。第一微型谐振器1850、第二微型谐振器1860和第三微型谐振器1870可以具有不同的各自设计，从而可以使用相同的泵浦光生成不同颜色的可见光。不同的相应设计可以包括例如环路形状(例如，环形、椭圆形、螺旋形、跑道等)、尺寸、材料(由此折射率)等的不同组合。例如，可以选择第三微型谐振器1870的形状、尺寸和材料，使得可以使用由VCSEL 1820发射的IR光作为泵浦光，通过DFWM在第三微型谐振器1870中生成红光。耦合结构1872(例如，光栅或纳米谐振器)可以被配置为将第三微型谐振器1870中生成的红光竖直地从第三微型谐振器1870耦出。相似地，可以选择第二微型谐振器1860的形状、尺寸和材料，使得可以使用由VCSEL 1820发射的红外光作为泵浦光，通过DFWM在第二微型谐振器1860中生成绿光。耦合结构1862(例如，光栅或纳米谐振器)可以被配置为将在第二微型谐振器1860中生成的绿光竖直地耦出第二微型谐振器1860。可以选择第一微型谐振器1850的形状、尺寸和材料，使得可以使用由VCSEL 1820发射的红外光作为泵浦光，通过DFWM在第一微型谐振器1850中生成蓝光。耦合结构1852(例如，光栅或纳米谐振器)可以被配置为将第一微型谐振器1850中生成的蓝光竖直地从第一微型谐振器1850耦出。第一微型谐振器1850、第二微型谐振器1860和第三微型谐振器1870可以以任何合适的顺序竖直布置。在一些实施例中，每个可见光光源1802可以包括两个或更多个不同的微型谐振器，该两个或更多个不同的微型谐振器被配置为生成两种或更多种不同颜色的可见光。在一些实施例中，每个可见光光源1802可以包括多个微型谐振器，其中，多个微型谐振器中的至少两个微型谐振器可以被配置为生成相同颜色的可见光。

从第一微型谐振器1850、第二微型谐振器1860和第三微型谐振器1870耦出的可见光可以通过第二反射器1830以很少损耗或没有损耗地从可见光光源1802耦出，因为第二反射器1830可以如上所述对可见光是抗反射的。如同第一反射器1822，第二反射器1830可以包括例如HCG或DBR结构，该DBR结构由具有交替折射率的多个介电层、半导体层、或金属材料层形成。可以选择DBR结构中的介电层、半导体层、或金属材料层的厚度和折射率，使得在不同材料之间的相邻界面处反射的IR光可以相长干涉以增加第二反射器1830对IR光的总反射率，而在不同材料之间的相邻界面处反射的可见光可以相消干涉以降低第二反射器1830对可见光的总反射率。如此，由VCSEL 1820发射的、但尚未耦入到微型谐振器中的IR光可以被第二反射器1830和/或第一反射器1822反射回微型谐振器，并且可以至少部分地耦入到微型谐振器中，以提高将IR泵浦光耦入到微型谐振器中的效率和可见光光源1802的效率。可见光光源1802中的微型谐振器、耦合结构和第二反射器1830可以在将VCSEL 1820结合到驱动电路1810之前或之后形成。

如图18A所示，第二反射器1830可以形成在MEMS设备1832上，因此可以通过MEMS设备1832移动。在一些实施例中，可以使用诸如微型电机、压电致动器、铁电致动器、磁致动器、超声致动器等其他微型致动器或纳米致动器来移动第二反射器1830。竖直腔中的IR光谐振器的波长可以由竖直腔的光程长度来确定。因此，当由MEMS设备1832移动第二反射器1830并且因此改变竖直腔的光程长度时，在竖直腔中谐振的IR光的波长可以改变。当通过使用MEMS设备1832调节竖直腔的光程长度来改变泵浦光的波长时，通过OPO(例如，DFWM)过程在微型谐振器1850、1860和1870中生成的不同颜色的可见光的波长也可以被改变。

在所示的示例中，可见光光源1802可以包括附加电极，该附加电极用于调节由相应的微型谐振器生成并且从相应的微型谐振器耦出的每种颜色的可见光的各自的强度。例如，电极1890可以用于调节从第一微型谐振器1850耦出的蓝光的强度，电极1892可以用于调节从第二微型谐振器1860耦出的绿光的强度，并且电极1894可以用于调节从第三微型谐振器1870耦出的红光的强度。电极1890可以用于调谐以下中的至少一者：第一微型谐振器1850、用于将由VCSEL 1820发射的IR光耦入到第一微型谐振器1850中的耦合结构、或用于耦合第一微型谐振器1850中生成的蓝光的耦合结构1852，以调节从可见光光源1802发射的蓝光的强度。例如，电极1890可以用于对电光材料施加电压或向热光设备供应电流信号，以改变第一微型谐振器1850或耦合结构的折射率，从而改变第一微型谐振器1850的谐振条件或第一微型谐振器1850的耦合结构的耦合效率，从而改变所发射的蓝光的强度。相似地，电极1892可以用于改变第二微型谐振器1860的谐振条件或用于第二微型谐振器1860的耦合结构的耦合效率，从而改变所发射的绿光的强度。电极1894可以用于改变第三微型谐振器1870的谐振条件或用于第三微型谐振器1870的耦合结构的耦合效率，从而改变所发射的红光的强度。以这种方式，由可见光光源1802发射的红、绿和蓝光的强度可以独立地调节到期望的值，以表示如图18B所示的有源显示面板的彩色像素单元，其中，可见光光源1802的间距可以小于约50μm、小于约30μm、小于约20μm或小于约10μm。

图15A至图17B中描述的可见光光源可以使用在竖直腔中的一个VCSEL来生成多种颜色的光，例如三原色和由三原色的组合组成的其他颜色。由可见光光源1502和1602中的空间重叠微型谐振器生成的不同颜色的空间复用多路(重叠)可见光、或由可见光光源1700中的单个微型谐振器在不同时间段期间生成的不同颜色的光的时间组合可以被观看者的眼睛感知为色域中的单一颜色。因此，包括图15A至图17B中描述的可见光光源的可见光光源的阵列可以具有比图14A至图14B中描述的可见光光源更小的像素大小和更小的像素间距，其中，彩色像素可以通过不同原色的三个可见光光源的空间组合来实现。

本文公开的实施例可以用于实施人工现实系统的部件，或者可以结合人工现实系统来实施。人工现实是在呈现给用户之前已以某种方式进行了调整的现实形式，该人工现实可以包括例如虚拟现实、增强现实、混合现实(mixed reality)、混合现实(hybridreality)、或它们的某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或与采集的(例如，真实世界)内容组合的生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈或它们的某种组合，并且任何一种人工现实内容都可以在单个通道或多个通道(例如，为观看者产生三维效果的立体视频)中呈现。另外，在一些实施例中，人工现实还可以与应用程序、产品、配件、服务或它们的某种组合相关联，这些应用程序、产品、配件、服务或它们的某种组合用于例如在人工现实中创建内容和/或以其他方式用于人工现实中(例如，在人工现实中执行活动)。提供人工现实内容的人工现实系统可以在各种平台上实施，这些平台包括连接到主控计算机系统的HMD、独立的HMD、移动设备或计算系统、或能够向一位或多位观看者提供人工现实内容的任何其他硬件平台。

图19是用于实施本文公开的多个示例中的一些示例的示例近眼显示器(例如，HMD设备)的示例电子系统1900的简化框图。电子系统1900可以用作上述的HMD设备或其他近眼显示器的电子系统。在这个示例中，电子系统1900可以包括一个或多个处理器1910和存储器1920。一个或多个处理器1910可以被配置为执行用于在多个部件处执行操作的指令，并且可以是例如适合于在便携式电子设备内实施的通用处理器或微处理器。一个或多个处理器1910可以与电子系统1900内的多个部件通信耦合。为了实现这种通信耦合，一个或多个处理器1910可以跨总线1940与其他所示的部件通信。总线1940可以是适于在电子系统1900内传输数据的任何子系统。总线1940可以包括用于传输数据的多条计算机总线和附加电路。

存储器1920可以耦接到一个或多个处理器1910。在一些实施例中，存储器1920可以可以提供短期存储和长期存储这二者，并且可以被划分为若干单元。存储器1920可以是易失性的，例如静态随机存取存储器(Static Random-Access Memory，SRAM)和/或动态随机存取存储器(DRAM)，和/或该存储器可以是非易失性的，例如只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、闪存等。另外，存储器1920可以包括可移出的存储设备，例如安全数字(Secure Digital，SD)卡。存储器1920可以为电子系统1900提供对计算机可读指令、数据结构、程序模块和其他数据的存储。在一些实施例中，存储器1920可以分布到不同的硬件模块中。一组指令和/或代码可以存储在存储器1920上。这些指令可以采用可以由电子系统1900可执行的可执行代码的形式，和/或可以采用源代码和/或可安装代码的形式，在电子系统1900上(例如，使用各种常用的编译器、安装程序、压缩/解压缩实用程序等中的任何一种)对这些指令进行编译和/或安装时，可以采用可执行代码的形式。

在一些实施例中，存储器1920可以存储多个应用程序模块1922至1924，这些应用程序模块可以包括任何数量的应用程序。应用程序的示例可以包括游戏应用程序、会议应用程序、视频播放应用程序或其他合适的应用程序。这些应用程序可以包括深度感测功能或眼睛追踪功能。应用程序模块1922至1924可以包括待由一个或多个处理器1910执行的特定指令。在一些实施例中，应用程序模块1922至1924的某些应用程序或某些部分可以能够由其他硬件模块1980来执行。在某些实施例中，存储器1920可以附加地包括安全存储器，该安全存储器可以包括附加的安全控制，以防止复制安全信息或对安全信息的未经授权的其他访问。

在一些实施例中，存储器1920可以包括加载在该存储器中的操作系统1925。操作系统1925可以是可操作的，以启动执行应用程序模块1922至1924提供的指令和/或管理其他硬件模块1980以及与无线通信子系统1930交互，该无线通信子系统可以包括一个或多个无线收发器。操作系统1925可以适用于跨电子系统1900的部件执行其他操作，这些操作包括线程化、资源管理、数据存储控制和其他类似功能。

无线通信子系统1930可以包括例如红外通信设备、无线通信设备和/或芯片组(例如，

电子系统1900的实施例还可以包括一个或多个传感器1990。一个或多个传感器1990可以包括例如图像传感器、加速度计、压力传感器、温度传感器、接近传感器、磁力计、陀螺仪、惯性传感器(例如，具备加速度计和陀螺仪的功能的模块)、环境光传感器、或可操作用来提供感官输出和/或接收感官输入的任何其他类似的模块，该模块为例如深度传感器或位置传感器。例如，在一些实施方式中，一个或多个传感器1990可以包括一个或多个惯性测量单元(IMU)和/或一个或多个位置传感器。基于接收到的来自多个位置传感器中的一个或多个位置传感器的测量信号，IMU可以生成指示HMD设备相对于HMD设备的初始位置的估计位置的校准数据。位置传感器可以响应于HMD设备的运动而生成一个或多个测量信号。位置传感器的示例可以包括但不限于一个或多个加速度计、一个或多个陀螺仪、一个或多个磁力计、另一合适类型的检测运动的传感器、用于IMU的误差校正的一种传感器、或它们的任何组合。位置传感器可以位于IMU外部、IMU内部或它们的某种组合。至少一些传感器可以使用结构光图案进行感测。

电子系统1900可以包括显示模块1960。显示模块1960可以是近眼显示器，并且可以将来自电子系统1900的信息图形化地呈现给用户，该信息例如为图像、视频和各种指令。这样的信息可以从一个或多个应用程序模块1922至1924、虚拟现实引擎1926、一个或多个其他硬件模块1980、它们的组合、或用于为用户解析图形内容(例如，通过操作系统1925)的任何其他合适的装置中得到。显示模块1960可以使用LCD技术、LED技术(包括，例如，OLED、ILED、μLED、AMOLED、TOLED等)、发光聚合物显示(light emitting polymer display，LPD)技术或一些其他显示技术。

电子系统1900可以包括用户输入/输出模块1970。用户输入/输出模块1970可以允许用户向电子系统1900发送动作请求。动作请求可以是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是启动或结束应用程序或执行应用程序内的特定动作。用户输入/输出模块1970可以包括一个或多个输入设备。示例输入设备可以包括：触控屏、触控板、一个或多个麦克风、一个或多个按钮、一个或多个旋钮、一个或多个开关、键盘、鼠标、游戏控制器或用于接收动作请求并且向电子系统1900传送接收到的动作请求的任何其他合适的设备。在一些实施例中，用户输入/输出模块1970可以根据接收到的来自电子系统1900的指令将触觉反馈提供给用户。例如，可以在动作请求被接收或已经被执行时提供触觉反馈。

电子系统1900可以包括摄像头1950，该摄像头可以用于拍摄用户的照片或视频，例如，以用于追踪用户眼睛位置。摄像头1950还可以用于拍摄环境的照片或视频，例如，以用于VR应用、AR应用或MR应用。摄像头1950可以包括例如具有几百万或几千万像素的互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)图像传感器。在一些实施方式中，摄像头1950可以包括可以用于采集3D图像的两个或多个摄像头。

在一些实施例中，电子系统1900可以包括多个其他硬件模块1980。其他硬件模块1980中的每个硬件模块可以是电子系统1900内的物理模块。尽管其他硬件模块1980中的每个硬件模块可以被永久地配置为结构，但是其他硬件模块1980中的一些硬件模块可以被临时配置为执行特定功能或被临时激活。其他硬件模块1980的示例可以包括例如音频输出和/或输入模块(例如，麦克风或扬声器)、近场通信(NFC)模块、可充电电池、电池管理系统、有线/无线电池充电系统等。在一些实施例中，其他硬件模块1980的一种或多种功能可以以软件来实施。

在一些实施例中，电子系统1900的存储器1920还可以存储虚拟现实引擎1926。虚拟现实引擎1926可以执行电子系统1900内的应用程序，并且接收来自各种传感器的HMD设备的位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置、或它们的任何组合。在一些实施例中，由虚拟现实引擎1926接收的信息可以用于向显示模块1960生成信号(例如，显示指令)。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则虚拟现实引擎1926可以为HMD设备生成反应用户在虚拟环境中活动的内容。此外，虚拟现实引擎1926可以响应于接收到的来自用户输入/输出模块1970的动作请求而执行应用程序内的动作，并且向用户提供反馈。所提供的反馈可以是视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈。在一些实施方式中，一个或多个处理器1910可以包括可以执行虚拟现实引擎1926的一个或多个GPU。

在各种实施方式中，上述的硬件和模块可以在单个设备上实施或在可以使用有线或无线连接彼此通信的多个设备上实施。例如，在一些实施方式中，可以在与头戴式显示设备分离的控制台上实施一些部件或模块，例如GPU、虚拟现实引擎1926和应用程序(例如，追踪应用程序)。在一些实施方式中，一个控制台可以连接到多于一个HMD或支持多于一个HMD。

在替代的配置中，电子系统1900中可以包括不同的和/或附加的部件。类似地，这些部件中的一个或多个部件的功能可以以与以上描述的方式不同的方式分布在这些部件之间。例如，在一些实施例中，可以将电子系统1900修改为包括其他系统环境，例如AR系统环境和/或MR环境。

以上论述的方法、系统和设备均为示例。各种实施例可以适当地省略、替换或添加各种程序或部件。例如，在替代的配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序来执行所描述的方法，和/或可以添加、省略和/或组合各种阶段。此外，关于某些实施例描述的特征可以在各种其他实施例中组合。实施例中的不同方面和元件可以以类似的方式组合。此外，技术在发展，因此许多元件都是示例，这些示例并不会将本公开的范围限制在那些特定示例。

在描述中给予了许多具体细节，以提供对实施例的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下来实践实施例。例如，为了避免模糊实施例，已经在不具有非必要细节的情况下示出了众所周知的电路、过程、系统、结构和技术。本描述仅提供了多个示例实施例，并不旨在限制本发明的范围、适用性或配置。而是，以上对实施例的描述将为本领域技术人员提供用于实施各种实施例的使能描述。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

对本领域的技术人员来说将显而易见的是，可以根据具体要求做出实质性变化。例如，也可以使用定制的或专用的硬件，和/或可以在硬件、软件(包括便携式软件，例如小程序等)或硬件和软件这两者中实施特定元素。此外，可以采用与诸如网络输入/输出设备的其他计算装置的连接。

参考附图，可以包括存储器的部件可以包括非暂态机器可读介质。术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”可以指参与提供数据的任何存储介质，该数据使机器以特定方式运行。在上文提供的实施例中，各种机器可读介质可以涉及向处理单元和/或其他一个或多个设备提供指令/代码，以供执行。附加地或替代地，机器可读介质可以用于存储和/或携载这些指令/代码。在许多实施方式中，计算机可读介质是物理的和/或有形的存储介质。这种介质可以采用多种形式，这些形式包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。常见形式的计算机可读介质包括例如诸如光盘(Compact Disk，CD)或数字多用光盘(Digital Versatile Disk，DVD)的磁和/或光学介质、穿孔卡、纸带、具有多个孔图案的任何其他物理介质、RAM、可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)、FLASH-EPROM、任何其他存储芯片或盒式存储器(cartridge)、如下文所描述的载波、或任何其他介质(计算机可以从该任何其他介质读取指令和/或代码)。计算机程序产品可以包括代码和/或机器可执行指令，该代码和/或机器可执行指令可以表示过程、功能、子程序、程序、例程、应用程序(App)、子例程、模块、软件包、类，或指令、数据结构或程序语句的任意组合。

如本文所使用的术语“和”和“或”可以包括多种含义，其中，也至少部分地基于使用这些术语时的上下文来预料这些含义。通常，“或”如果用于关联一列表，例如A、B或C，则旨在表示A、B和C(此处用于包括性意义)以及A、B或C(此处用于排它性意义)。此外，如本文所使用的术语“一个或多个”可以用于以单数形式描述任何特征、结构或特性，或者可以用于描述特征、结构或特性的某种组合。然而，应当注意的是，这仅仅是说明性示例，并且所要求保护的主题不限于这个示例。此外，术语“至少一个”如果用于关联一列表，例如A、B或C，则可以解释为A、B、C或者A、B和/或C的任意组合(例如，A、AB、AC、BC、AA、ABC、AAB、AABBCCC等)。

此外，尽管已经使用硬件和软件的特定组合对某些实施例进行了描述，但是应当认识到的是，硬件和软件的其他组合也是可行的。某些实施例可以仅以硬件、或仅以软件、或使用它们的组合来实施。在一个示例中，软件可以使用包含计算机程序代码或指令的计算机程序产品来实施，该计算机程序代码或指令可以由一个或多个处理器执行，从而执行本公开中描述的步骤、操作或过程中的任何或所有，其中，计算机程序可以存储在非暂态计算机可读介质上。本文描述的各种过程可以在同一处理器或任意组合的不同处理器上实施。

在设备、系统、部件或模块被描述为被配置为执行某些操作或功能的情况下，这种配置可以例如通过如下来完成：通过设计电子电路来执行该操作，通过对可编程电子电路(例如，微处理器)进行编程来执行该操作(例如，通过执行计算机指令或代码)，或通过被编程为执行存储在非暂态存储介质上的代码或指令的处理器或内核来执行该操作，或它们的任意组合。进程可以使用多种技术进行通信，这些技术包括但不限于用于进程间通信的传统技术，并且不同的进程对可以使用不同的技术，或者同一进程对在不同的时间可以使用不同的技术。

因此，说明书和附图将被认为是说明性的，而非限制性的。然而，将显而易见的是，在不脱离根据权利要求中所阐述的更广泛的精神和范围的情况下，还可以对其进行添加、减去、删除以及其他修改和改变。因此，尽管已经描述了具体实施例，但是这些具体实施例并不旨在进行限制。各种修改和等同物均位于所附权利要求的范围内。