轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體激光器的波長面臨挑戰(zhàn)
利用非線性光學(xué)的諧波產(chǎn)生和混頻技術(shù),可以對半導(dǎo)體激光器進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換,但是這需要高功率,高光束質(zhì)量和窄線寬。
非線性光學(xué)技術(shù)是填補(bǔ)激光光譜空白的有效辦法,它包括簡單的諧波產(chǎn)生和更為復(fù)雜的光參量振蕩器(OPO)。二極管泵浦釹激光器的倍頻使得綠色激光指示器的價(jià)格更低、結(jié)構(gòu)緊湊,但是為什么開發(fā)人員不放棄激光泵浦,然后直接通過倍頻的方式來產(chǎn)生所需的波長呢?
綠光激光器實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn),MicorVision公司生產(chǎn)的微微投影儀已經(jīng)進(jìn)入市?
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尋求倍頻的二極管激光器
對二級管激光器進(jìn)行倍頻的工作起始于上世紀(jì)90年代早期,當(dāng)時(shí)二極管已經(jīng)達(dá)到較高的功率水平,但是波長止于紅光。對近紅外二極管激光器的輸出進(jìn)行倍頻,可以得到可見光譜中的短波輸出。針對激光顯示等應(yīng)用,還可使用直接調(diào)制的短波激光器。
相干公司成功研制出一款名為D3的激光器(直接倍頻二極管激光器),該激光器對860nm二極管激光器的100mW輸出進(jìn)行倍頻,從而生成10mW的430nm波長的藍(lán)光。[1]它使用分布式布拉格反射激光器用于窄線寬輸出,其輸出還需要模式匹配并且相位鎖定到外腔諧波發(fā)生器。這是業(yè)界第一款產(chǎn)品,但是由于沒有找到合適的應(yīng)用而最終退出市?
:廖摶晌剩糠衷蚴怯捎詰筆痹諶昭腔е曄交嶸緄鬧寫逍薅曬⒊雋死豆獾黠兀↖nGaN)激光器。相干公司最終開發(fā)出了光泵表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器,它可以倍頻輸出可見光,但是其更像固體激光器而非二極管激光器。
藍(lán)光二極管激光器的成功,在綠光為中心的可見光光譜中留下了空隙。幾年后,當(dāng)消費(fèi)電子領(lǐng)域?qū)ふ乙环N新技術(shù)用于投影電視的時(shí)候,這一問題凸顯出來。如果可以找到合適的530nm激光源,激光背投電視可以提供比平板顯示更好的色域。倍頻釹激光器似乎是一個(gè)合理的選擇,但是由于不能按照所需速率直接對其進(jìn)行調(diào)制,因此開發(fā)人員轉(zhuǎn)而尋求倍頻1060nm的二極管激光器或其他激光器,以生成530nm的綠光。隨著背投電視逐漸淡出消費(fèi)電子市場,大多數(shù)項(xiàng)目都因此擱淺,但也有一些項(xiàng)目轉(zhuǎn)向了那些用于移動(dòng)設(shè)備的微微投影儀。Portola Valley公司的光學(xué)顧問John Nightingale表示,這類應(yīng)用的成本要遠(yuǎn)低于電視應(yīng)用。
康寧公司已經(jīng)在剛起步的微投影儀市場上有所開拓。去年該公司推出了一款商用版的投影儀,并為MicroVision公司的Showwx投影儀提供激光器,后者用于iPod和筆記本電腦。康寧公司的綠光激光器對分布式布拉格反射(DBR)激光器的1060nm的輸出進(jìn)行倍頻,該DBR激光器發(fā)射單頻單模激光。該激光器包括三部分:第一部分是DBR光柵,第二部分是相位調(diào)節(jié)器,第三部分是增益介質(zhì)??祵幑咀畛鯃?bào)道的結(jié)果是,通過把紅外DBR輸出激光耦合到周期性極化鈮酸鋰晶體內(nèi)的二次諧波發(fā)生器,可以產(chǎn)生功率最高達(dá)104.6mW的530nm的二次諧波輸出。[2]測試結(jié)果表明,該綠光光源可以在高于投影儀所需的50MHz的速率下進(jìn)行調(diào)制,此后實(shí)驗(yàn)室版本的激光器的綠光輸出功率達(dá)到了184mW。[3]
康寧公司去年發(fā)布的第一款商用樣機(jī)可以輸出60mW的激光(見圖1)。2010年5月,該公司發(fā)布了80mW的樣機(jī),并表示其電光轉(zhuǎn)換效率為8%,調(diào)制速率高達(dá)150MHz,可滿足高圖像分辨率的速率要求。
圖1:康寧公司的用于微微投影儀的綠色激光器模塊,它只有4mm厚。
圖中顯示了其與智能手機(jī)尺寸的對比錐形激光放大器
另一種生成高效諧波所需的高質(zhì)量、高功率光束的辦法是將單模脊形波導(dǎo)DBR二極管激光器和一個(gè)錐形放大器相結(jié)合(見圖2)。德國Ferdinand Braun學(xué)院的G