綠光激光的產(chǎn)生方法

　　(1)上轉(zhuǎn)換泵浦發(fā)射綠光激光在固體材料中摻入稀土離子,用半導(dǎo)體激光器或其他光源泵浦,直接利用稀土離子的能級(jí)躍遷而產(chǎn)生綠光激光。此種方法基于上轉(zhuǎn)換效應(yīng),亦即激射光波長(zhǎng)小于泵浦光波長(zhǎng)。稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制一般可以分為激發(fā)態(tài)吸收、能量轉(zhuǎn)移和光子雪崩三種過(guò)程。

　　(2)半導(dǎo)體激光器直接發(fā)射綠光激光半導(dǎo)體激光器是以直接帶隙半導(dǎo)體材料構(gòu)成的PN結(jié)或PIN結(jié)為工作物質(zhì)的一種小型化激光器。半導(dǎo)體激光器的激勵(lì)方式主要有三種,即電注入式、光泵式和高能電子束激勵(lì)式。按照波長(zhǎng)

　　和應(yīng)用領(lǐng)域,半導(dǎo)體激光器大致可分為長(zhǎng)波長(zhǎng)和短波長(zhǎng)兩種。在短波長(zhǎng)一側(cè),由于材料制備和器件工藝方面的困難,半導(dǎo)體綠光激光器的研究進(jìn)展一直比較緩慢,很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有達(dá)到實(shí)用化程度。

　　(3)非線性光學(xué)晶體倍頻方法這是實(shí)現(xiàn)綠光激光較常用的方法。這種方法可分為直接法和間接法。直接法就是將半導(dǎo)體激光直接輸入到波長(zhǎng)變換元件上,倍頻后得到綠光激光輸出。這種方法特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、倍頻容易,而且變換頻率高,但輸出的綠光激光線寬較寬,波長(zhǎng)穩(wěn)定性差。間接法又可分為兩種:a、利用半導(dǎo)體激光泵浦Nd3+、Er3+等稀土離子激活的固體激光器,然后再經(jīng)過(guò)波長(zhǎng)變換元件實(shí)現(xiàn)倍頻。這種方法在結(jié)構(gòu)上較為復(fù)雜,但可以得到好的激光光譜和波束特性。另外這種方法還可以利用固體激光器能級(jí)壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)能量積累,從而得到高能量激光輸出。b、利用既可發(fā)射激光、又可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)變換的自倍頻晶體材料實(shí)現(xiàn)激光輸出,例如錢(qián)和氧化鎂共摻的妮酸鉀和硼酸欽憶鋁以及KTP:Cr。

　　綠光激光的應(yīng)用

　　全固態(tài)激光器正朝著多波長(zhǎng)方向發(fā)展,其中LD泵浦全固態(tài)綠光激光器發(fā)展迅猛,在各領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

　　在醫(yī)療方面的應(yīng)用

　　由于人眼對(duì)綠光最為敏感,532ITm波長(zhǎng)的脈沖激光可用于眼科手術(shù);該脈沖綠光亦可用于治療血管性疾病,設(shè)計(jì)制造輸出功率為3W的532nm調(diào)Q脈沖激光器用來(lái)治療中風(fēng)。脈沖綠光激光器因其功率高,所以對(duì)皮膚的作用時(shí)間相對(duì)較短,這樣激光不會(huì)對(duì)目標(biāo)組織周?chē)钠つw組織產(chǎn)生非選擇性加熱,從而不會(huì)導(dǎo)致熱損傷,降低了手術(shù)危險(xiǎn)性。

　　在彩色顯示領(lǐng)域的應(yīng)用

　　與其它顯示光源相比,激光顯示技術(shù)具有色域?qū)?、色純度高、顯示畫(huà)面尺寸靈活可變、無(wú)有害電磁射線輻射等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),可用于家庭影院、數(shù)碼影院、超大屏幕投影、公眾信息大屏幕以及教學(xué)演示、虛擬現(xiàn)實(shí)模擬等眾多領(lǐng)域,成為家庭及室外未來(lái)首選的視頻顯示設(shè)備。激光顯示的圖像比現(xiàn)有彩色電視色彩更豐富、顏色更鮮艷,能反映自然界的真實(shí)色彩,甚至能顯示虛擬顏色,所以大功率三基色全固態(tài)激光器作為激光彩色顯示的關(guān)鍵技術(shù),己成為當(dāng)前國(guó)際激光領(lǐng)域研究的一個(gè)重大發(fā)展方向。

　　在激光精密加工的應(yīng)用

　　綠光激光由于其亮度高、聚焦光斑小、作用時(shí)間短、熱影響區(qū)小、工件不會(huì)因加工而產(chǎn)生大的形變等優(yōu)點(diǎn),可以對(duì)一些硬度高、脆性大的材料進(jìn)行加工,在精密加工中顯示出它獨(dú)特的優(yōu)越性。除此之外,激光在電子工業(yè)中也得到廣泛應(yīng)用,可以用來(lái)調(diào)整微型電阻的阻值。隨著激光器性能的改善和新型激光器的出現(xiàn),激光在超大規(guī)模集成電路方面的應(yīng)用已經(jīng)成為許多其他工藝所無(wú)法取代的關(guān)鍵技藝,為超大規(guī)模集成電路的發(fā)展展現(xiàn)出令人鼓舞的前景。

　　作為激光泵浦源

　　紫外激光器、深紫外激光器在軍事、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、印刷等方面有著廣泛的應(yīng)用,使用綠光作為泵浦源是目前產(chǎn)生紫外、深紫外激光最有效、最廣泛的方法。LD泵浦的固體激光器可以作為飛秒激光器的泵浦源,如用綠光激光器作為泵浦源,泵浦Ti:Al2O晶體產(chǎn)生飛秒脈沖。另外,綠光激光器還可作為參量振LD泵浦全固體連續(xù)綠光激光器蕩器的泵浦源。除此之外,全固體綠光激光器還在光存儲(chǔ)、信息處理、激光光譜與全息、相干通訊、激光娛樂(lè)、激光雷達(dá)、干涉測(cè)量、光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、軍事工業(yè)等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。因此,全固體綠光激光器具有十分重要的科學(xué)研究?jī)r(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

　　用途

　　綠光在生物、工業(yè)、印刷、醫(yī)療、存儲(chǔ)、顯示和軍事等方面具有廣泛的應(yīng)用。在醫(yī)學(xué)治療方面比較常用的是脈沖綠光激光器(優(yōu)點(diǎn)是功率高、所需的作用時(shí)間短、危險(xiǎn)性低),在眼科手術(shù)中之所以選擇綠光是因?yàn)槿搜蹖?duì)該譜段的光最敏感,例如比較常見(jiàn)的是用于治療近視的手術(shù)中;同時(shí)可用來(lái)治療前列腺、血管性、新生兒高膽紅素血癥等疾病。在光存儲(chǔ)方面,由于光存儲(chǔ)密度和光波長(zhǎng)的二次方成反比,所以縮短波長(zhǎng)是提高光存儲(chǔ)密度的有效途徑,相比之前常用紅外和近紅外波段,采用綠光作為光存儲(chǔ)的光源能極大提高光存儲(chǔ)密度。在顯示方面,目前好多激光筆都采用綠光激光器,2009年廣州生產(chǎn)的激光筆對(duì)電腦的遙控距離可以達(dá)到20m左右。在工業(yè)方面,摻鐿綠光脈沖光纖激光器峰值功率極高,可用于打標(biāo)、焊接、雕刻等領(lǐng)域。在軍事上綠光激光器可用來(lái)做激光制導(dǎo)、激光防空等。

　　綠光激光器的實(shí)現(xiàn)方法

　　對(duì)于綠光激光器來(lái)說(shuō),綠光的獲得有幾種方法:

　　(a)非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)頻率變換:可通過(guò)對(duì)固體激光器例如Nd:YAG或者Nd:Yvo4輸出的波長(zhǎng)為IO64Iun的激光用非線性晶體倍頻獲得532nrn的綠光輸出或者對(duì)摻Y(jié)b3+或N子+離子的光纖激光器輸出的1.0-1.2um波段的激光用非線性晶體倍頻得到綠光輸出。國(guó)外在固體綠光激光器方面的研究和產(chǎn)業(yè)化方面都相當(dāng)成熟,例如2005年,日本的T.Kojima等人獲得了400w的綠光輸出,同年中科院物理所采用折疊腔輸出了平均功率為121w的綠光。國(guó)外在綠光光纖激光器方面的發(fā)展較快,2000年英國(guó)采用摻鐿的光纖放大器用KTP晶體倍頻后獲得了6w的綠光輸出,2009年日本的Momokoaka等人采用兩塊倍頻DKDP晶體對(duì)大數(shù)值孔徑Nd:glass激光器進(jìn)行頻率變換得到了75的脈沖綠光輸出。國(guó)內(nèi)則相對(duì)緩慢一些,2004年上海光機(jī)所對(duì)摻鐿光纖激光器用PPLN晶體倍頻輸出59mw的綠光。2007年天津大學(xué)的采用PPKTP晶體對(duì)輸出為lo64nln的光纖激光器倍頻得到綠光的輸出功率為0.14mw。國(guó)內(nèi)在摻欽綠光光纖激光器尚不是很成熟,所以對(duì)其進(jìn)行研究就顯得很有意義。而且相比目前發(fā)展很成熟的固體綠光激光器,光纖激光器具有效率高、散熱好、體積小、閉值低、可調(diào)諧、線寬窄和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。偽)對(duì)輸出波長(zhǎng)為近紅外的半導(dǎo)體激光器(倍頻或和頻I`.40]:加07年德國(guó)研制成功了Ti:Sapp址re半導(dǎo)體激光器和另一個(gè)中紅外半導(dǎo)體激光器通過(guò)BBO和頻輸出了波長(zhǎng)為527nln的綠光[l.4刀。國(guó)內(nèi)在2001年由中科院上海技術(shù)物理研究所的紅外物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室采用KLN晶體對(duì)Ti:Sapphire半導(dǎo)體激光器輸出的820-960nln的激光倍頻獲得藍(lán)綠光的輸出。相比(a)方法,該方法的缺點(diǎn)是輸出激光的光束質(zhì)量較差。