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固体蓝光激光器的发展趋势
固体蓝光激光器的发展趋势


    蓝光激光器已经在印刷、光信息存储、显示技术以及生物化学等领略发挥出重要的作用,其市场前景十分看好。海水透射窗口落在蓝光激光器波段内,波长合适的蓝光激光将成为海底探测和对潜通信的有效手段;目前激光唱盘和数字影碟光盘阅读机普遍采用红光激光器,如果可供光盘机在室温下使用蓝光激光器,由于蓝光波长比红光短得多,因此光盘上记录数据的凹槽尺寸可以做到更小,从而可以大大提高光介质存储设备的存储量,阅读速度可提高4倍。正是基于多种原因,国外许多著名大公司及研究机构致力于蓝光激光器的研究工作,至今已经有二十多年的历史,目前已经推出了多种较为实用的蓝光激光器产品。

    早期人们把实现蓝光激光的重点放在气体激光器和染料激光器上面,但这些激光器都存在诸如设备庞大、效率低、寿命短和稳定性差而影响实际应用的严重问题。八十年代中期以来,随着固体激光器技术和非线性光学技术的飞速发展,人们开始在固体激光器领域探寻实现蓝光激光输出的有效方法。
    固体蓝光激光器技术

    获得高效蓝光激光输出的基本方法有:(1)激光二极管直接产生;(2)激光二极管泵浦固体激光器腔内倍频;(3)由上转换激光器产生;(4)近红外激光直接进行波长转换;(5)激光二极管与用它泵浦的固体激光器输出光和频。


     目前半导体蓝光激光器主要解决的主要问题是如何提高器件寿命与输出功率,以及缩短工作波长。大多数半导体蓝光激光器仅能在低温状态下脉冲运转,若在室温条件下连续运转时,寿命短,其输出功率也尚未达到实用化。使器件产生这种退化的主要原因是晶体的缺陷,这种缺陷主要来自堆迭缺陷、丝状位错和点缺陷等。这些缺陷会在激光器增益区产生非辐射复合。该效应使激活区增益下降,或甚至使受激发射中止。这种缺陷并非仅为生长和制作过程所固有,而与材料本身也有关。因此,目前研究的重点是改进生长工艺与选择新材料等。此外,由于器件掺杂剂激活能和电阻率随带隙增大而增大。这就必然会增大激光作用的阈值电压与工作电压。高电压也是限制器件寿命的关键问题之一。由于器件激活层内形成暗线缺陷区,若用简单的蒸发金属接触,会产生发热。因此,降低电压,实现内部小的欧姆接触值,是必须要解决的问题。总之,要实现能在室温下连续波运转的半导体蓝光激光器件的实用化,显然要对材料科学、器件物理和工艺作进一步研究,还需搞清和控制宽带隙Ⅱ~Ⅵ族多层结构的电特性。但采用半导体激光器件来实现微小型蓝光激光器,是一种有意义的技术路线,在不久的将来,半导体蓝光激光器件必将实用化,将产生巨大的经济效益与社会效益。

    光纤上转换激光器受温度影响较大,因为在较高温度下,有几个因素可使激光性能退化。上转换激发的非线性泵浦机制对温度效应特别敏感,随着温度的升高,光谱变宽,同时泵浦吸收效率降低。此外,热感生交*弛豫可使亚稳态寿命大为缩短。采用提高掺杂浓度并不能补偿吸收的下降。很多可见光上转换激光跃迁都终止在基态斯塔克分量到稀土离子的长寿命中间态。激光下能级的这种热感应集居可产生很大的再吸收损耗。使用共掺剂,如在掺杂Tm3+,Pr3+等的同时,掺入Yb3+敏化剂,一方面能提高泵浦效率,另一方面能减少激光下能级的有害集居。

     在半导体蓝光激光器实现实用化之前,频率上转换激光器将是实现全固化蓝光激光器最有效方案之一,并且由于十分诱人的市场需要量,该器件在实用化方面,将很快取得突破性进展。目前,我国在这领域仍处于实验室研究阶段,国家十分重视这项工作,把频率上转换的新型蓝绿光激光器列为国家自然科学基金优先资助项目之一。

    蓝光激光技术经过近二十年的发展已有了相应的实用价值,显示出其诱人的军用价值和商业价值。但是就目前而言,能够直接实现蓝光激光运转的激光工作物质尚很缺乏,对比较成熟的红外激光器件进行频率转换还是目前实现蓝光激光输出的较为有效的手段。随着半导体激光器技术和半导体激光泵浦技术的发展,全固化蓝光激光器必将成为发展方向。