蓝光激光器的应用与发展
蓝光激光器的应用与发展
黄必昌
一、前言
全固态蓝光激光器因其在激光生物医学、激光彩色显示、激光高密度数据存储、激光光谱学、激光打印、激光水下成像与通讯等领域的广泛应用，近年来备受人们重视。用LD泵浦YAG晶体通过腔内倍频可以实现大功率蓝光激光输出，从而实现红（671nm）、绿（532 nm）、蓝（473 nm）三元色激光的连续输出。目前有关蓝光激光器的研究成为国内外研究小组竞相开展的研究热点，在很短的时间里世界各地都掀起了固态草蓝色激光光源的研究热潮。
全固态蓝光激光作为一种新的相干光源，具有体积小、结构紧凑、寿命长、效率高、运转可靠等一系列优点，能够应用在许多其他激光器无法应用的场合。
全固态蓝光激光器主要应用在蓝光激发、高密度光存储、彩色激光显示、拉曼光谱、荧光光谱分析、生物工程、DNA排序、海洋水色和海洋资源探测等很多方面。
在固体激光器中欲获得蓝色激光输出，主要有以下三种方法：（1）利用宽禁带半导体材料直接制作蓝光波段的半导体激光器；（2）利用非线性频率变换技术对固体激光进行倍频；（3）利用上转换技术在掺稀土的晶体、玻璃或光纤中实现蓝激光输出。对于可见波段的半导体激光二极管(LD)，蓝光LD的研制需要昂贵的设备和衬底材料，同时LD的光束质量不尽人意，在许多应用领域受到了限制。由LD泵浦的倍频固体激光器，需要非线性晶体材料进行频率转换，虽然光束质量很好，输出功率也很高，但系统较复杂。近年来，人们利用发光学中的频率上转换机制，大力发展具有蓝绿光输出上转换发光材料，所采用的泵浦源一般为近红外高功率半导体激光器。另外，与稀土掺杂的玻璃和晶体相比，光纤具有输出波长多、可调谐范围宽等优点。利用上转换光纤制作的光纤激光器还具有结构简单、效率高、成本低的优点。近两年来，国外对蓝光上转换光纤激光器研究很活跃，并且其商业化进程也相当迅速。下面结合激光显示和蓝光光盘等主要应用，首先简单说明其工作原理然后介绍全固态蓝光激光器的多种技术和最新发展。重点讲述了蓝光半导体激光以及半导体激光直接倍频蓝光激光器技术的进展，最后就蓝光激光器的应用进行小节。
二、工作原理
蓝光光纤激光器是利用稀土离子上转换的发光机理，即采用波长较长的激发光照射掺杂的稀土离子的样品时，发射出波长小于激发光波长的光。稀土离子的上转换发光机制一般可以分为激发态吸收、能量转移和光子雪崩三种过程。蓝光上转换光纤的输出波长一般在450～490nm之间，目前能获得蓝光输出稀土离子
主要有Tm+3,Pr+3两种，但大多数情况下，为了提高泵浦吸收效率和上转换发光效率，往往采用将Tm+3或者Pr+3离子与Yb+3离子共掺的方式，通过Yb+3离子的敏化作用，利用多声子吸收的原理获得高效的上转换发光效应，Tm+3/Yb+3
共掺和Pr+3/Yb+3共掺这两种方式的上转换光纤激光目前报道的最多。
三、蓝光激光器的发展和应用
1、激光显示与蓝色激光
激光显示采用红、绿、蓝三基色全固态激光器作为光源，由于激光的高色纯度，按三基色合成原理在色度图上形成的色度三角形面积最大，因而激光显示的图像有着比现有彩色电视更大的色域、更高的对比度和亮度，颜色更鲜艳，能反映自然界的真实色彩，在家庭影院和大屏幕显示领域具有巨大的应用前景。2002年韩国三星公司就已经推出了80英寸VGA分辨率的高亮度激光电视的样机，可以获得很好的显示效果。作为激光全色显示的关键技术，红、绿、蓝三基色全固态激光器也已成为当前国际上研究的热点。其中，三基色光源中的蓝色激光是目前激光显示研究中的瓶颈。
实现全固态蓝色激光光源的途径主要有三种：(1)直接发射蓝光的激光二极管；(2)LD倍频的蓝色光源；(3)LD泵浦通过非线性光学手段获得的蓝色激光器。直接发射蓝光的半导体激光器，具有结构简单、使用方便、电-光转换效率高等优点。能够直接发射蓝色激光的LD一直受到人们的关注。但由于半导体材料本身的缺陷难于克服，使得蓝色激光二极管的发展相对缓慢，与实用化之间还有一段距离。通过LD泵浦非线性光学频率转换如倍频、和频等方法来得到高转换效率的蓝色激光输出。此外直接倍频LD获得蓝色激光，能够实现高的光-光转换效率；要求改善LD光束质量、压缩其发射线宽，并且将LD输出锁定在非线性晶体无源谐振腔的共振频率上，是这项技术的关键所在。
以上这些技术都有自身的缺点，离激光显示的真正应用尚有一定差距。目前激光显示研究过程中，所采用的蓝色激光主要采用的方法是采用基于美国专利（US PATENT NO.4809291）制造的473nm蓝色激光，即利用LD泵浦Nd:YAG 的准三能级4F3/2->4I9/2的946nm倍频，并抑制1064nm的跃迁。但是这种方法效率比较低且实施难度较大。最近我们拟采用的窄带宽LD直接倍频PPLN的技术来获得蓝色激光，既可以实现高的光光转换效率，而且技术方案简单，是一个有潜力的选择。
2、蓝光激光二极管
1999年Nichia公司生产出第一台蓝光半导体激光器，标志着下一代光存储的应用已经为期不远了。2002年出台了命名为“蓝光光盘”（Blue-ray Disc）的计划。具体讲，蓝光LD可以在一张12cm的光盘上实现27GB的存储量，它是现有技术的六倍，可以实现所有数字信息的存储（包括音频、视频、电视、照片等应用），大大方便了数字产品走进家庭和人们的办公室。例如，利用蓝光光盘可以记录两小时的高标准的数字视频或者13小时的标准电视。此外双面存储以及扩大光盘尺寸可以最终获得50-100GB的存储容量。
关于蓝光LD最先的研究主要集中在Ⅱ－Ⅳ族材料，尤其是ZnSe。这种材料禁带宽度约2.7eV,发射波长相应于深蓝色480nm，且其栅格间距非常接近于常用的GaAs，看起来非常适合于蓝光LD。1990年，利用ZnSe/ZnCdSe应变量子阱技术首先获得了蓝色激光输出。1996年日本索尼公司采用ZnCdSe/ZnSSe/ZnMgSSe单量子阱激活层分别限制双异质结构实现了在20℃下、输出1mW并且可连续工作100小时的蓝－绿(515nm)LD。然而生长过程中p－n 结内形成的缺陷在高阈值电流、高结温环境下会迅速扩散，使得其寿命的进一步
提高十分困难，距离商品化10000小时的目标还有很长一段距离。
在此同时，日本Nichia化学工业公司的Shuji Nakamura [4]另辟蹊径，致力于Ⅲ－V族GaN材料的研究（图1）。他在充氮环境下，借助双束气流反应技术，在15%失配的石英基底上，采用MOCVD方法生长出了InGaN多量子阱结构的408.6nm蓝光LD。97年初的时候其室温寿命为35小时，同年秋季通过侧向外延生长技术将室温寿命提高到了1000小时。目前该公司已经有几款输出功率达到30mW，线宽小于1nm，输出波长为400-415nm的商品化器件。还有其他一些波长的工程样机推出。然而，考虑到半导体材料本身的缺陷难于克服，使得蓝色激光二极管的发展仍相对缓慢，离实用化还有一段距离。
目前GaN已经成为制造短波长半导体激光的主要材料，掺杂不同浓度的铟可以获得不同波长的输出。而基于GaN材料制造的蓝色LED其性能已经大幅提高，并获得了广泛应用，其中最重要的应用是在显示技术和白光照明。
3、LD直接倍频蓝光激光器
这种通过二次谐波(SHG)将LD的红外输出直接倍频而得到蓝色激光的方案，能够实现高的光-光转换效率。它要求LD不仅能够输出较高的激光功率，而且还必须实现单管、单频运转。因此，采用电学边带压缩或光学反馈压缩等技术，通过外腔加强的办法，改善LD光束质量、压缩其发射线宽，并且将LD输出锁定在非线性晶体无源谐振腔的共振频率上就成为这项技术的关键问题。1989年，L．Goldkey和M．K．Chun用KN晶体倍频842nm的LD输出得到24mW 的连续蓝色激光，W．J．Kozlovsky和W．Lenth用电学反馈技术钳制858nmLD 的输出，在140mW入射功率下得到41mW的428nm连续输出。1994年德国人A．Hemmerich将单块KN同时用于环行倍频和LD光学频率自锁，在90mW、856nm的入射功率下，获得了22mW、428nm的蓝色激光输出。J．A．Trail采用实时闭环反馈，有效地控制了光束质量、抑制了噪声，改善了激光器工作稳定性，得到了40mW、430nm激光输出。相干公司正利用此项成果开发用于光存储的商品。
由于波导中传播的激光功率密度高、与泵浦光耦合充分、阈值低、转换效率高、位相匹配范围宽，而曾使蓝光波导激光器受到重视。1994年，G．Gupta运用1mm长的畴反转LiTO3波导对840nm的LD倍频而得到26μW的功率输出、290%/W*cm2的转换效率和0.3nm的位相匹配宽度。我国南京大学的陆亚林等人用三阶准位相匹配的LiNbO3倍频810nmGaAsAl激光，在入射功率为250mW时，获得了0.3mW的405nm输出，光学转换效率达0.14%。最令人瞩目的是离子KN 波导和薄膜KTP波导。日本的Tohru Doumuki等人用带线加载(strip load)结构的SiO2/Ta2O5/KTP薄膜波导对钛宝石激光进行倍频，在波导长度为4.1mm时得到了13mW的近TEM10模413nm输出，转换效率接近1000%/W*cm2。薄膜波导激光器的优点是效率高，缺点是波导制作复杂，对泵浦光束质量要求高，因而获得的倍频激光光束较差。
近期我们设计的方案是，采用窄线宽LD直接倍频PPLN来获得蓝色激光的方案。LD的输出波长为975nm，线宽约0.1nm，输出功率200mW。由于PPLN 的高倍频转换效率，可以获得20-30mW的488nm激光输出。目前此方案仍在进行当中，相信不久就可以获得实际应用。
4、LD泵浦非线性转换蓝光激光器
利用了LD发射谱线能够很好地与Nd+3、Cr+3等激活离子的吸收带相匹配，
并通过倍频、和频等方法来得到高转换效率的蓝色激光输出。
(1)用和频方法获得蓝色激光器
一种方法是运用GaAlAs激光二极管输出的809nm激光，与Nd3+离子1.06μm的激光通过和频来得到459nm的蓝光输出。1987年，J．C．Baumert及其同事首次在Ⅱ类位相匹配的KTP晶体中运用和频方法得到了0.96mW的蓝光输出。1989年，W．P．Risk和W．Lenth利用同样的晶体，在常温下实现了此和频过程的非临界相位匹配，也获得了蓝色激光输出。1992年，W．P．Risk和W．J．Kozlovsky利用外腔谐振加强的办法，在KTP单块驻波腔内获得4mW的基横模462nm输出。P．N．Kean和R．W．Stanley在1993年采用折叠腔结构，利用100mW的单管LD得到了20mW的459nm蓝色激光输出，单管LD－蓝光的转换效率高达68%，在改变和频晶体的匹配角度时，实现12nm的调谐宽度，但是这种技术对起注入作用的LD要求较高。
最近，德国的Kaiserslautern大学和当地的一家公司研发了一种采用锁模的半导体泵浦Nd:YVO4激光放大器来泵浦KTA-OPO，用上述方法产生的1064nm 和1535nm激光，经倍频和和频过程同时获得629nm、532nm、446nm的三基色激光，直接用于激光显示的应用。
从八十年代末期开始，人们就对利用808nm的LD泵浦Nd:YAG及Nd:YVO4，实现4F3/2→4I9/2准三能级的946nm或912nm激光振荡，并运用KN或LBO等非线性晶体通过内腔倍频以得到蓝色激光输出的方案进行了研究。1987年，W．P．Risk和W．Lenth在一个未优化的Nd:YAG-LiIO3激光腔外得到了100μW的473nm蓝色激光。1989年，W．P．Risk用KN晶体对LD泵浦的Nd:YAG倍频，在吸收功率为400mW时得到了3.7mW的蓝色激光。斯坦福大学的T．Y．Fan于同年申请了关于通过倍频掺Nd+3介质而获得蓝绿激光的专
利（US PATENT NO.4809291）。这种激光器结构比较简单，关键在于采取适当的措施抑制发射截面大的1.06μm振荡。目前该项技术已逐渐趋向成熟化，德国汉堡大学用21W的808nm激光二极管得到了2.8W的473nm蓝色激光输出，正在逐步地达到低成本、高效率的商品化蓝色激光器的要求。
此外，还有内腔倍频的可调谐掺铬(Cr+3)蓝色激光器。美国劳伦斯·利弗莫尔
国家实验室成功地研制出两种可调谐激光晶体Cr:LiCAF和Cr:LiSAF。其荧光光谱范围覆盖800～1000nm波段，并且在630～690nm之间有吸收带。Cr:LiCAF 晶体由于存在严重的散射机制、引入大的损耗而较少在激光系统中使用。更令人感兴趣的是Cr:LiSAF,其晶体生长工艺较为成熟，峰值发射波长为846nm。加上670nm、500mW级的红光LD的商品化，推动基于Cr:LiSAF的内腔倍频蓝色激光器的发展。日立金属株式会社的佐藤正纯等人研制出高稳定性的430nm的蓝色激光器，输出功率大于10mW。采用电学反馈，将输出稳定性控制在0.7%。
四、蓝色激光器的应用小结
(1)彩色激光显示
高亮度的蓝色激光系统完全可以和发展相对成熟的红色LD、内腔倍频的全固化绿激光器一起，作为彩色显示的全固体标准三基色光源。这种新型的低功耗、长寿命、高光束质量的激光光源，不仅效率高(与荧光光源相比)，而且更加忠实于自然光，能够消除白炽光源产生的黄影和荧光光源产生的绿影，实现三基色的
平衡。
(2)高密度光存储
与目前常用作光源的780nmLD相比较，蓝色激光的优点是波长短，光点面积小，若再利用存储介质对短波长激光更加敏感的特点，采用新的编码技术，则可以提高存储密度近1个量级。按目前的蓝光光盘计划，可以在一张12cm的光盘上实现27GB的存储量，它是现有技术的六倍，可以实现所有数字信息的存储（包括音频、视频、电视、照片等应用）。
(3)数字视频技术
全固体蓝激光器最令人鼓舞的应用是用作数字视频领域中CD－ROM、CD 及DVD等的光源，市场前景很广阔。
BIBO晶体腔内倍频高效率473nm蓝光激光器.
文章编号 :0258-7025(2004 09-1030-03 BIBO 晶体腔内倍频高效率 473nm 蓝光激光器 郑权 1, 赵岭 1, 董胜明 2 1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 , 吉林长春 130022 2 山东大学晶体材料国家重点实验室 , 山东济南 250100 摘要 BI BO (BiB 3O 6 晶体是一种新型的非线性光学晶体 , 物化性能稳定、光损伤阈值高 , 并且具有相当大的非线性光学系数 , 可以制作成频率变换器件 , 获得高效的倍频激光输出。报道了用 BI BO 晶体对一台运转于 946nm 激光谱线的激光二极管 (LD 抽运 N d YA G 激光器进行腔内倍频获得高效率的 473nm 蓝光输出的实验结果。用国产的激光二极管端面抽运厚 2. 2mm, 掺杂浓度 1. 0at. -%的 N d Y A G 激光晶体 , 在注入抽运光功率为 1. 6W 时 , 用 5mm 长的Ⅰ类临界位相匹配BIBO 晶体获得的 T EM 00模蓝光输出达 183mW , 相应的腔内倍频转换效率为 11. 4%, 比同样工作条件下 10mm 长Ⅰ类 L BO 晶体的倍频效率高 45%以上。关键词激光技术 ; BIBO 晶体 ; 激光二极管 ; 蓝光激光器中图分类号 T N 248. 1文献标识码 A High Efficient Blue Laser Generation at 473nm by BIBO Crystal ZHENG Quan 1, ZHAO Ling 1, DONG Sheng -ming 2
1 Chang chun I nstitute of Op tics , Fine M echanics and P hy sics , T he Chines e A cadem y of Sciences , Changchun , J ilin 130022, China 2 T he State K ey Laboratory of Cry stal M ater ial , S hand ong U niv er sity , J inan , S handong 250100, China Abstract BIBO (BiB 3O 6 cr ystal is a novel no nlinear cry st al, w hich has st able physical and chemical pr operties, hig h dest ro y threshold , and big nonlinear effectiv e co efficient , so BI BO cr ystal can be used as fr equency co nver sion dev ice to obtain ef ficient second har monic w av e gener atio n. In this paper , hig h efficient blue laser a t 473nm w as gener ated by BIBO cry st al inser ted in a diode-pum ped N d Y A G (Y 3A l 5O 12 laser at 946nm for int ra-ca vit y frequency doubling . A home made laser diode was used to end pump a piece of 2. 2mm long N d YA G cr ystal do pped w ith 1. 0at . -%.W ith 1. 6W pumped laser , 183mW T EM 00mode stable blue laser output w as o bt ained by a 5mm long Ⅰ ty ped BIBO cr ysta l, conver sio n efficiency up to 11. 4%, which w as abo ut 45%hig her than a 10mm long Ⅰ t yped L BO (L iB 2O 3 cr ystal. Key words laser t echnique ; BI BO cry st al ; laser diode ; blue laser 收稿日期 :2003-06-02; 收到修改稿日期 :2003-08-04基金项目 :国家863计划 (N o. 2002AA 311141 资助项目。
445nm蓝光激光器一体说明书
蓝光激光器 使用说明书 为了更好的使用本产品，使用前请先认真阅读本说明书，并将其妥善保存，以备将来之用
地址Add：北京市朝阳区酒仙桥东路1号，电子称科技园M7栋东4层电话Tel：（+86）-010-********一、产品描述 1.1产品描述: 产品名称为二极管泵浦全固体激光器（DPSSL），波长为445nm，输出功率可根据客户需要自主进行调节，功率输出范围是（0mW-500mW）；交流电AC 输入范围是（90V-265V)，具体操作可参照手册说明进行操作。1.2产品特点及应用： 镭志威生产的激光器与其他同种产品来说，优势是体积小、效率高、功率稳定性好、光斑质量好、运输和使用方便、无污染。目前在工业和科研领域的应用已包括材料处理、医疗诊断、仪器制造、基础研究、光存储、娱乐、图像记录、检测与控制、全色显示、测向与指示、国防军事等。1.3安全注意 1.3.1激光对人体和眼睛具有潜在危害，严禁用激光照射他人，尤其眼睛。1.3.2不可将激光长时间照射到人体或易燃物体，以免因激光发热引起事故。 1.3.3调试过程中应在激光输出的光路上放置一块吸收性能良好的黑色金属材料作为光束 终止器，防止引起火灾事故。 1.3.3工作场所无反射物(玻璃\镜子及金属物)并保证使激光射向安全的地方,所有现场人 员佩戴激光防护眼镜。 1.3.4工作中的激光装置，假如不发出激光，也不要用眼睛探视光路。1.4使用环境及要求 1.4.1本产品应在干燥、清洁和无静电环境中使用，工作环境温度10~35℃,适宜工作环境 温度20~30℃，避免高温、高湿和剧烈震动、冲击。 1.4.2必须保证激光头外壳温度与适宜工作温度相近后，才允许开启激光器，以免温差过 大,影响激光器性能或损坏器件。 1.4.3搬动仪器时，请保持电源和激光头为一整体，不可提其中之一，而让另一部分处悬 空状态。警告：本产品属于4类激光设备，直接的强激光照射可以对人体皮肤产生严重伤害，特别是将使眼睛致盲，调试操作人员必须具备激光安全防护的常识，工作中必须佩戴针对445nm 波长的专用激光防护眼镜。 注：北京镭志威光电技术有限公司在销售激光器的时候，考虑到我们客户的安全使用问题，同时还可提供相应的激光防护眼镜。（如右图） 二、尺寸数据对照表 尺寸名称 长宽高激光头尺寸102.0mm 58.0mm 46.3mm 电源尺寸 230.0mm 164.0mm 81.0mm 镭志威激光防护眼镜
半导体激光器驱动电路设计(精)
第9卷第21期 2009年11月1671 1819(2009)21 6532 04 科学技术与工程 ScienceTechnologyandEngineering 2009 Sci Tech Engng 9 No 21 Nov.2009 Vol 通信技术 半导体激光器驱动电路设计 何成林 (中国空空导弹研究院,洛阳471009) 摘要半导体激光驱动电路是激光引信的重要组成部分。根据半导体激光器特点,指出设计驱动电路时应当注意的问题,并设计了一款低功耗、小体积的驱动电路。通过仿真和试验证明该电路能够满足设计需求,对类似电路设计有很好的借鉴作用。 关键词激光引信半导体激光器窄脉冲中图法分类号 TN242; 文献标志码 A 激光引信大部分采用主动探测式引信,主要由发射系统和接收系统组成。发射系统产生一定频率和能量的激光向弹轴周围辐射红外激光能量,而接收系统接收处理探测目标漫反射返回的激光信号,而后通过信号处理系统,最终给出满足最佳引爆输出信号。由此可见,激光引信的探测识别性能很大程度上取决于激光发射系统的总体性能,即发射激光脉冲质量。而光脉冲质量取决于激光器脉冲驱动电路的质量。因此,半导体激光器驱动电路设计是激光引信探测中十分重要的关键技术。 图1 驱动电路模型 放电,从而达到驱动激光器的目的。 由于激光引信为达到一定的探测性能,通常会要求激光脉冲脉宽窄,上升沿快,一般都是十几纳秒甚至几纳秒的时间。因此在选择开关器件时要求器件开关速度快。同时,由于激光器阈值电流、工作电流大 [1] 1 脉冲半导体激光器驱动电路模型分析 激光器驱动电路一般由时序产生电路、激励脉冲产生电路、开关器件和充电元件几个部分组成,如图1。 图1中,时序产生电路生成驱动所需时序信号,一般为周期信号。脉冲产生电路以时序信号为输入条件。根据其上升或下降沿生成能够打开开关器件的正激励脉冲或负激励脉冲。开关器件大体有三种选择:双极型高频大功率晶体管、晶体闸流管电路和场效应管。当激励脉冲到来时,开关器件导通,
半导体激光器驱动电源的控制系统
半导体激光器驱动电源的控制系统 使用单片机对激光器驱动电源的程序化控制，不仅能够有效地实现上述功能，而且可提高整机的自动化程度。同时为激光器驱动电源性能的提高和扩展提供了有利条件。 1 总体结构框图 本系统原理，主要实现电流源驱动及保护、光功率反馈控制、恒温控制、错误报警及键盘显示等功能，整个系统由单片机控制。本系统中选用了C8051F单片机。C8051F单片机是完全集成的混合信号系统级芯片(SOC)，他在一个芯片内集成了构成一个单片机数据采集或控制系统所需要的几乎所有模拟和数字外设及其他功能部件，如本系统中用到的ADC和DAC。这些外设部件的高度集成为设计小体积、低功耗、高可靠性、高性能的单片机应用系统提供了方便，也大大降低了系统的成本。光功率及温度采样模拟信号经放大后由单片机内部A/D 转换为数字信号，进行运算处理，反馈控制信号经内部D/A转换后再分别送往激光器电流源电路和温控电路，形成光功率和温度的闭环控制。光功率设定从键盘输入，并由LED数码管显示激光功率和电流等数据。 2 半导体激光器电源控制系统设计 目前，凡是高精密的恒流源，大多数都使用了集成运算放大器。其基本原理是通过负反作用，使加到比较放大器两个输入端的电压相等，从而保持输出电流恒定。并且影响恒流源输出电流稳定性的因素可归纳为两部分：一是构成恒流源的内部因素，包括：基准电压、采样电阻、放大器增益(包括调整环节)、零点漂移和噪声电压;二是恒流源所处的外部因素，包括：输入电源电压、负载电阻和环境温度的变化。 2.1 慢启动电路 半导体激光器往往会因为接在同一电网上的多种电器的突然开启或者关闭而受到损坏，这主要是由于开关的闭合和开启的瞬间会产生一个很大的冲击电流，就是该电流致使半导体激光器损坏，介于这种情况，必须加以克服。因此，驱动电源的输入应该设计成慢启动电路，以防损坏，：左边输入端接稳压后的直流电压，右边为输出端。整个电路的结构可看作是在射级输出器上添加了两个Ⅱ型滤波网络，分别由L1，C1，C2和L2，C6，C7组成。电容C5构成的C型滤波网络及一个时间延迟网络。慢启动输入电压V在开关和闭合的瞬间产生大量的高频成分，经过图中的两个Ⅱ型网络滤出大部分的高频分量，直流以及低频分量则可以顺利地经过。到达电阻R和C组成的时间延迟网络，C2和C4并联是为了减少电解电容对高频分量的电感效应。 2.2 恒流源电路的设计 为了使半导体激光器稳定工作，对流过激光器的电流要求非常严格，供电电路必须是低噪声的稳定恒流源驱动，具体电路。 使用单片机对激光器驱动电源的程序化控制，不仅能够有效地实现上述功能，而且可提高整机的自动化程度。同时为激光器驱动电源性能的提高和扩展提供了有利条件。 1 总体结构框图 本系统原理，主要实现电流源驱动及保护、光功率反馈控制、恒温控制、错误报警及键盘显示等功能，整个系统由单片机控制。本系统中选用了C8051F单片机。C8051F单片机是完全集成的混合信号系统级芯片(SOC)，他在一个芯片内集成了构成一个单片机数据采集或控制系统所需要的几乎所有模拟和数字外设及其他功能部件，如本系统中用到的ADC和DAC。
光纤激光器工作原理及发展
光纤激光器的工作原理及其发展前景 1 引言 光纤激光器于1963年发明，到20世纪80年代末第一批商用光纤激光器面市，经历了20多年的发展历程。光纤激光器被人们视为一种超高速光通信用放大器。光纤激光器技术在高速率大容量波分复用光纤通信系统、高精度光纤传感技术和大功率激光等方面呈现出广阔的应用前景和巨大的技术优势。光纤激光器有很多独特优点，比如：激光阈值低、高增益、良好的散热、可调谐参数多、宽的吸收和辐射以及与其他光纤设备兼容、体积小等。近年来光纤激光器的输出功率得到迅速提高。已达到10—100 kW。作为工业用激光器,现已成为输出功率最高的激光器。光纤激光器的技术研究受到世界各国的普遍重视，已成为国际学术界的热门前沿研究课题。其应用领域也已从目前最为成熟的光纤通讯网络方面迅速地向其他更为广阔的激光应用领域扩展。本文简要介绍了光纤激光器的结构、工作原理、分类、特点及其研究进展，最后对光纤激光器的发展前景进行了展望。 2 光纤激光器的结构及工作原理 2.1光纤激光器的结构 和传统的固体、气体激光器一样。光纤激光器基本也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本的要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器(LD)，增益介质为稀土掺杂光纤或普通非线性光纤，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔，也可以用耦合器构成各种环形谐振腔泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发辐射所产生的自发辐射光经受激放大和谐振腔的选模作用后．最终形成稳定激光输出。图1为典型的光纤激光器的基本构型。 增益介质为掺稀土离子的光纤芯，掺杂光纤夹在2个仔细选择的反射镜之间．从而构成F—P谐振器。泵浦光束从第1个反射镜入射到稀土掺杂光纤中．激射输出光从第2个反射镜输出来。 2.2 光纤激光器的工作原理 掺稀土元素的光纤放大器促进了光纤激光器的发展，因为光纤放大器可以通过适当的反馈机理形成光纤激光器。当泵浦光通过光纤中的稀土离子时．就会被稀土离子所吸收。这时吸收光子能量的稀土原子电子就会激励到较高激射能级，从而实现离子数反转，反转后的离子数就会以辐射形式从高能级转移到基态，并且释放出能量，完成受激辐射。从激发态到基态的辐射方式有2种：自发辐射和受激辐射。其中，受激辐射是一种同频率、同相位的辐射，可
全固体蓝色激光技术综述
第32卷 第4期 激光与红外Vol.32,No.4 2002年8月 LASER & INFRARED August,2002 文章编号:100125078(2002)0420221203 全固体蓝色激光技术综述 刘伟仁,霍玉晶,何淑芳,冯立春 (清华大学电子系激光教研组,北京100084) 摘 要:阐述了实现全固体蓝激光器的几种典型方法,主要有直接发射蓝光的半导体激光二极 管;红外二极管LD的倍频;频率上转换方法获得蓝光;倍频、和频等非线性光学手段获得蓝 光。介绍了全固体蓝激光器目前的技术水平,并对高功率全固体蓝激光的发展前景做了展望。 关键词:全固体;蓝光激光器;Nd∶ Y VO4;Nd∶Y A G;LD抽运 中图分类号:TN248 文献标识码:A All2solid2state B lue Laser T echnology L IU Wei2ren,HUO Yu2jing,HE Shu2fang,FEN G Li2chun (Laser laboratory of Electrical Engineering Department,Tsinghua University,Beijing100084,China) Abstract:Means to realize all2solid2state bule lasers is discussed such as blue laser diode,frequency doubling of LD, up2conversion,nonlinearly optics.Also the recent progress and forward2looking of high power solid2state blue laser is given K ey w ords:all2solid2state;blue laser;Nd∶Y VO4;Nd∶Y A G;diode2pumping 1 引 言 全固体蓝光激光器是继绿光激光器之后的一种崭新的可见激光光源,随着大功率半导体激光器工艺的成熟和提高,给LD抽运的高功率全固体蓝光激光器的实现奠定了基础。下面我们针对实现全固体蓝光激光的方法、国际上全固体蓝光激光达到的技术水平及今后蓝光激光的发展前景进行阐述。 2 全固体蓝光激光器的实现方法 获得蓝光的方法可以总结为以下几种:1)半导体材料直接发射蓝光;2)由激光二极管输出激光的倍频;3)以上转换材料为增益介质的蓝光激光器;4)倍频、和频、光参量振荡等非线性光学手段产生蓝光。下面我们就上面的几种方法进行讨论和比较。 2.1 半导体材料直接发射蓝光 就尺寸、牢固性、效率及成本意义上讲,蓝绿激光源的最终器件应是半导体激光器。短波长的半导体蓝绿光激光器最具实际意义的应用是高密度存储,它的实现可以使目前的光盘信息存储量提高四倍。早在1990年,人们便开始了对半导体材料ZnSe的研究,1996年日本索尼公司采用单量子阱激活层分别限制双异质结结构在常温下实现了515nm的蓝光发射,输出功率1mW,连续工作了100h。然而在生长过程中P2N结内形成的缺陷在高阈值电流、高结温环境下迅速扩散,使其寿命难以大幅度提高,距离商品化的10000h的目标相距甚远。推进半导体蓝光二极管商品化进程最有贡献的是日本的日亚(Nichia)化学工业公司,该公司在1997年采用MOCVD技术利用G aN材料,在15%失配的石英基底上生长出了InCaN多量子阱结构的408.6nm蓝光LD。该蓝光LD的寿命达到了1000h[1]。目前,日本的日亚公司和美国的相干公司均推出了输出功率为5mW的产品封装的蓝光LD。虽然,该产品的价格还高得惊人,但距离广泛推广已经为时不远了。 2.2 由激光二极管输出光的倍频 虽然蓝光LD的商品化已经指日可待,但目前 作者简介:刘伟仁(1971-),男,博士,现为清华大学博士后,主要从事全固体蓝绿光激光技术研究。 收稿日期:2002201218
半导体激光器工作原理及主要参数
半导体激光器工作原理及主要参数 OFweek激光网讯：半导体激光器又称为激光二极管（LD，Laser Diode），是采用半导体材料作为工作物质而产生受激发射的一类激光器。常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟（InP）、硫化锌（ZnS）。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦激励三种形式。半导体激光器件，一般可分为同质结、单异质结、双异质结。同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。半导体激光器的优点在于体积小、重量轻、运转可靠、能耗低、效率高、寿命长、高速调制，因此半导体激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、激光医疗、激光测距、激光雷达、自动控制、检测仪器等领域得到了广泛的应用。 半导体激光器工作原理是：通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现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便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种：电注入式、电子束激励式和光泵浦激励式。电注入式半导体激光器一般是由GaAS（砷化镓）、InAS（砷化铟）、Insb（锑化铟）等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。电子束激励式半导体激光器一般用N型或者P型半导体单晶（PbS、CdS、ZhO等）作为工作物质，通过由外 部注入高能电子束进行激励。光泵浦激励式半导体激光器一般用N型或P型半导体单晶（GaAS、InAs、InSb等）作为工作物质，以其它激光器发出的激光作光泵激励。 目前在半导体激光器件中，性能较好、应用较广的是：具有双异质结构的电注入式GaAs 二极管半导体激光器。 半导体光电器件的工作波长与半导体材料的种类有关。半导体材料中存在着导带和价带，导带上面可以让电子自由运动，而价带下面可以让空穴自由运动，导带和价带之间隔着一条禁带，当电子吸收了光的能量从价带跳跃到导带中去时就把光的能量变成了电，而带有电能的电子从导带跳回价带，又可以把电的能量变成光，这时材料禁带的宽度就决定了光电器件的工作波长。 小功率半导体激光器（信息型激光器），主要用于信息技术领域，例如用于光纤通信及光交换系统的分布反馈和动态单模激光器（DFB-LD）、窄线宽可调谐激光器、用于光盘等信息处理领域的可见光波长激光器（405nm、532nm、635nm、650nm、670nm）。这些 器件的特征是：单频窄线宽、高速率、可调谐、短波长、光电单片集成化等。 大功率半导体激光器（功率型激光器），主要用于泵浦源、激光加工系统、印刷行业、生物医疗等领域。 半导体激光器主要参数： 波长nm：激光器工作波长，例如405nm、532nm、635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm。 阈值电流Ith：激光二极管开始产生激光振荡的电流，对小功率激光器而言其值约在数 十毫安。
医学中常用的激光器
医学中常用的激光器 自第一台激光器问世后，人们对激光器件及技术进行了大量的研制工作，取得了相当可观的成果。目前能实现激光运转的工作物质达数百种以上，大体上分为气体、固体、半导体、染料等几大类。人们在探索激光产生机理的同时，扩展了激光的频谱范围，几千条谱线遍布于真空紫外到远红外的广阔光谱区域。激光方向性好、强度大，可以使被照物体在1/1000s内产生几千度的高温，瞬间发生汽化。由于激光的物理特性决定了其具有明显的生物学效应，。各种不同的激光具有不同的特性和组织效应，正确认识激光的这些特点，是选择和合理利用激光的基础。 一．气体激光器 气体激光器，按工作物质的性质，大致可分成下列三种：(1)原子激光器：利用原子跃迁产生激光振荡，以氦氖激光器为代表。氩、氪、氙等惰性气体，铜、镉、汞等金属蒸气，氯、溴、碘等卤素，它们的原子均能产生激光。原子激光器的输出谱线在可见和红外波段，典型输出功率为10毫瓦数量级。 (2)分子激光器：利用分子振动或转动状态的变化产生辐射制成的，输出的激光是分子的振转光谱。分 子激光器以二氧化碳(CO 2)激光器为代表，其他还有氢分子(H 2 )，氮分子(N 2 )和一氧化碳(CO)分子等激光 器。分子激光器的输出光谱大多在近红外和远红外波段，输出功率从数十瓦到数万瓦。(3)离子激光器：这类激光器的激活介质是离子，由被激发的离子产生激光放大作用，如氩离子(激活介质为Ar＋)激光器。氦镉激光器(激活介质为Cd＋)等。离子激光器的输出光谱大多在可见光和紫外波段，输出功率从几毫瓦到几十瓦。 气体激光器是覆盖波谱范围最广的一类器件，能产生连续输出。其方向性、单色性也比其他类型器件好，加之制造方便、成本低、可靠性高，因此成为目前应用最广的一类器体。 1、氦氖激光器 氦氖激光器能输出波长为632.8nm的可见光，具有连续输出的特性。它的光束质量很好(发散角小，单色性好，单色亮度大)。激光器结构简单，成本低，但输出功率较小。氦氖激光器在工业、科研、国防上应用很广，医疗上主要用于照射，有刺激、消炎、镇痛、扩张血管和针灸等作用，广泛用于内科、皮肤科、口腔科及细胞的显微研究。 氦氖激光器有三种结构形式：内腔式、外腔式和半内腔式。它们均由放电管、谐振腔、激励电源等三部分组成。以内腔式为例，放电毛细管是产生气体放电和激光的区域，它的内径很小，约在1到几毫米。电极A为阳极，由钨杆或钼(或镍)筒制成。阴极K为金属圆筒，由铝、钼、钽等制成，它们均有足够的电子发射能力和抗溅射能力。组成谐振腔的两块反射镜紧贴于放电管两端，并镀以多层介质膜。其中一个为全反射镜，另一个则为部分反射镜，整个谐振腔在出厂前已调整完毕，因此使用简单、方便。放电管的管径比放电毛细管粗几十倍，用以保持氦氖气压比及加固谐振腔。为了避免放电管变形而引起激光输出下降，内腔管的长度不宜过大，一般不超过一米。外腔式激光器可以更换不同的反射镜，使输出功率最大，光束发散角最小。也可在反射镜和放电管之间插入光学元件，以研究激光器的输出特性，调制它的频率或幅度，并可制成单频大功率激光器。 2、二氧化碳激光器 二氧化碳激光器的能量转换效率达20～25%(氦氖激光器的能量转换效率仅为千分之几)。它的输出波长为10.6微米，属于远红外区，连续输出功率可达万瓦级，常用电激励，结构比较简单紧凑，使用 方便，是目前最常用的激光器之一，在医学上，CO 2激光器作为手术刀使用日益引起人们的重视。CO 2 激 光器也用于皮肤科、外科、神经外科、整形外科、妇科和五官科的手术，在癌症的治疗上也有一定成效。 最常见的封离型内腔式二氧化碳激光器的管壳是由硬质玻璃或石英材料制成的。常见为三层玻璃套管结构，其最内层是放电管，中间层是水冷套，外层是储气管。在内外层之间有气体循环通路，这是为了保证混合气体的均匀分布而设计的。其光学谐振腔通常用平凹球面腔。球面镜可用石英或其他光学玻璃做基片，然后，在表面上镀层金属膜。平面镜是输出窗片，要求它对10.6μm的激光有很好的透过率，且表面不易损伤，机械性能好等。一般中小功率的激光器常常采用锗单晶做输出片，大功率的用砷化镓
大功率光纤激光器技术及其应用
的构想 , 但直到 20 世纪 80 年代, 随着激光二极管泵浦技术的发展和双包层结构光纤的提出 , 光纤激光 现于世 第 21 卷 第 6 期 山 东 科 学 Vol. 21 No. 6 2008 年 12 月 SHANDONG SCIENCE Dec. 2008 文章编号: 1002 4026( 2008) 06 0072 06 大功率光纤激光器技术及其应用 宋志强 ( 山东省 科学院激光研究所, 山东 济南 250014) 摘要: 光纤激光器是当今光电子技术研究领域中最炙手可热的研究课题, 尤其是大功率光纤激光器, 已在很多 领域表现 出取代传统 固体激光 器和 CO 2 激光器 的趋势。本文 从光纤激 光器的结构 出发, 详细论述 了大功率 光纤激光器的工作原理和关键技术, 重点介绍了应用更为广泛 的脉冲型 光纤激光器 技术, 最后简单 列举了大 功率光纤激光器的优势及其在工业加工、国防、医疗等领 域里的应用情况。 关键词: 光纤激光器; 包层泵浦技术; 双包层掺杂光纤; 光纤光栅; 应用 中图分类号: TN249 文献标识码: A The Development of High Power Fiber Laser and Its Applications SONG Zhi qiang ( Institute of Laser , Shandong Academy of Sciences , Jinan 250014, China ) Abstract: The technology of fiber lasers is one of research focuses topics in current optoelectronic area, especially for a high power fiber opt ic laser that has exhibited a tendency substituting traditional solid state laser and CO 2 laser in many areas. We fully expound its principles and some key technologies from its structure, emphasize the technology of a pulse fiber optic laser that is more widely applied, and enumerate its superiorit ies and applications in such areas industrial processing, national defense, medical service, etc. Key words: fiber optic laser; cladding pump; double clad rare earth doped fiber; fiber Bragg grating; application 所谓光纤激光器就是利用稀土掺杂光纤作为增益介质的激光器, 它的发展历史几乎和激光器技术一样 长。早在 20 世纪 60 年代初, 美国光学公司的 E. Snitzer 等人就已经提出了掺稀土元素光纤激光器和放大器 [ 1] [ 2] 器才进入了一个蓬勃发展的阶段。最近十年, 适合各种不同应用目的和领域的光纤激光器已雨后春笋般涌 [ 3- 5] 。 1 工作原理及关键技术 同其他类型激光器一样, 光纤激光器主要由泵浦源、谐振腔和增益介质三要素构成, 具体包括泵浦 LD 、 DCDF 、大模场 FBG 和光纤合束器等, 如图 1 所示。光纤激光器的所有器件均可由光纤介质制作, 因此光纤技 术是决定光纤激光器性能的关键因素。 收稿日期: 2008 08 23 基金项目: 山东省仪器设备改造项目资助( 2007GG1TC04039) 。 作者简介: 宋志强( 1982- ) , 男, 硕士, 主要研究方向为大功率光纤激光器技术。E mail: zhiqiangs@ gmail. com
Cr_YAG被动调Q全固态473nm蓝光激光器
文章编号:0258 7025(2003)08 0673 04Cr YAG 被动调Q 全固态473nm 蓝光激光器 郑 权 1,2 ,赵 岭1,邵永红1,檀慧明1,钱龙生 1 1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130022 2 应用光学国家重点实验室,吉林长春130022 摘要 报道了LD 抽运,Cr YA G 被动调Q ,N d YAG/LBO 结构的473nm 全固态蓝光激光器。在注入抽运功率为1600mW 时,得到平均功率9 1mW ,脉冲宽度14 5ns,重复频率4 19kHz,峰值功率近150W 的被动调Q 蓝光脉冲输出。 关键词 激光技术;蓝光激光器;LD 抽运;被动调Q 中图分类号 T N248.1+3 文献标识码 A Cr YAG Passively Q switched All solid state Blue Laser at 473nm ZHENG Quan 1,2,ZHAO Ling 1, SHAO Yong hong 1,TAN Hui ming 1,QIAN Long sheng 1 1 Changchun I nstitute of Op tics ,Fine M echanics and Physics , T he Chinese A cademy of Sciences ,Changchun,Jilin 130022,China 2 T he State K e y Labor atory of A p plied Op tics,Changchun,J ilin 130022,China Abstract A L D pumped,Cr YA G passively Q switched N d YA G/L BO blue laser was reported.With 1600mW incident pump laser,Q switched blue laser w ith av er ag e power of 9.1mW,pulse duration of 14.5ns,repet ition r ate of 4.19kHz and peak po wer of nearly 150W w ere obtained. Key words laser technique;blue laser;LD pumped;passive Q switching 收稿日期:2002 04 22;收到修改稿日期:2002 05 30 基金项目:国家863计划资助项目(No.863 307 13 02,863 Z35 2B)。 作者简介:郑权(1973 ),男,黑龙江省人,理学博士,现在中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室从事博士后研究,主要研究方向为高性能及大功率全固态激光器。E mail:zhengquanok@https://www.wendangku.net/doc/906578424.html, 1 引 言 众所周知,Nd YAG 除了1064nm 和1320nm 的受激辐射跃迁外,还可以产生946nm 波段的弱辐射,经腔内倍频,最终可获得波长为473nm 的蓝色激光。对于473nm 全固态蓝光激光器,已有大量文献报道[1,2] ,其中多为采用Nd YAG/KN 组合结构。原因是KN 晶体的有效非线性系数很大,倍频效率高。但在实际应用中,KN 晶体易潮解,而且目前KN 晶体极化、定向和加工等工艺难度高,价格昂贵,这些因素都制约着全固态蓝光激光器产业化的 发展。 近几年来,具有良好物化性能的慢饱和吸收体Cr YAG 的出现已引起了国内外学者的极大兴趣[3]。Cr YAG 被动调Q 方式已经在LD 抽运的Nd YAG 和Nd YLF 等激光器中成功地得到运用,输出了高重复频率脉冲1064nm 激光[4] 。本课题组在这方面也进行了大量研究,并报道了LD 抽运,Cr YAG 被动调Q ,KT P(或LBO)晶体腔内倍频的Nd YVO 4和Nd YAG 被动调Q 绿光激光器[5]。 本文从激光产生和倍频理论出发,采用!类临界位相匹配LBO 代替KN 晶体进行腔内倍频,通过 第30卷 第8期2003年8月 中 国 激 光 CHINESE JOURNAL OF LASERS V ol.30,No.8 A ugust,2003
半导体激光器驱动电路
查阅相关文献资料，设计半导体激光器驱动电路，说明设计思路和电路模块的功能 图1 在半导体激光器的设计中，为了便于对光功率进行自动控制，通常激光器内部是将LD 和背向光检测器PD集成在一起的，见图1。其中LD有两个输出面，主光输出面输出的光供用户使用，次光输出面输出的光被光电二极管PD接收，所产生的电流用于监控LD的工作状态。背光检测器对LD的功率具有可探测性，可设计适当的外围电路完成对LD的自动光功率控制。激光器电路的设计框图如图所示，将电源加在一个恒压电路上，得到恒定的电压，再通过一个恒流电路得到恒定的电流以驱动LD工作. 其中恒压电路如图2，由器件XC9226以及一个电感和两个电容组成。XC9226是同步整流型降压DC/DC转换器，工作时的消耗电流为15mA，典型工作效率高达92%，只需单个线圈和两个外部连接电容即可实现稳定的电源和高达500IllA的输出电流。其输出纹波为10mV，固定输出电压在0.9v到4.0V范围内，以loomv的步阶内部编程设定。该电路中，输出的恒定电压设定为2.6v。 图2 恒流电路如图3，主要由LMV358、三极管以及一些电阻和电容共同组成.LMv358是一个低电压低功耗满幅度输出的低电压运放，工作电压在2.7v到5.5v之间。从恒压电路输出的2.6V电压经过Rl、RZ分压后，在LMv35s的同相输入端得到恒定电压Up，Up加在一个电压串联负反馈电路上，得到一个输出电压Uo。Uo再通过一个电阻和电容组成的LR滤波
电路上，得到恒定的直流电压uol，将uol作用在由三极管8050组成的共射级放大电路上，得到恒定的集电极电流Ic，k又通过一个滤波电容得到恒定的直流工作电压。 图3
氮化镓半导体蓝光激光器在我国研制成功
Ｊｕｎｅ２００７光机电信息 科技简讯ＳｃｉｅｎｃｅＢｒｉｅｆ铝吸收，能量很容易穿透材料。因此，在同样能量输出和１０!ｍ波长的情况下，光纤激光器切割的速度是ＣＯ２激光器的２倍。并且它可以用于许多材料的加工，可以被轻松、灵活地整合进生产线。 “该系统更适合中小型企业，因为传统的单任务激光系统对它们来说不划算。在试验计划中，系统的功能已经扩展到焊接。另一个使其受欢迎的优点是尺寸，不算机械手臂，光纤激光器的大小约相当于一个冰箱，仅是ＣＯ２激光器的一半。 据介绍，系统的多功能性主要归功于激光束自身的质量。光纤产生非常均匀的光线和一个很小的焦点。因此激光可以更有效地集中能量，更迅速、准确地运行。另外，由于改进的聚焦能力，现在可以从更远的工作地点进行高速远程控制。 ＣＯ２激光器目前占有９０％以上的市场份额，但是它们主要用于切割金属平板，而不适用于更复杂的几何形状。并且，ＣＯ２激光器的能量转化率只有６％￣１０％，而光纤激光器能达到２０％。据介绍，光纤激光器的其他优点还包括结构紧凑和高使用寿命。 当然，除ＣＯ２和光纤激光器，二极管激光器也有自己的市场。它同光纤激光器一样产生短波长、易吸收的光线，容易穿透金属。硬化要求较大的焦点，以便于在短时间内加工更大的表面；而为了更准确地切割，焦点越小越好。这对二极管激光器是个难题。相对而言，二极管激光器较便宜，但对那些需要切割、焊接的公司来说用处不大。未来，光纤激光器可以实现这３个功能。（Ｎｏ．２９）氮化镓半导体蓝光激光器在我国研制成功由中科院半导体研究所研发的氮化镓蓝光半导体激光器已取得重大突破，首次实现室温连续激射的氮化镓半导体蓝光激光器研制成功。这是继２００４年１１月１６日由半导体所首次在中国大陆实现氮化镓激光器脉冲激射后的又一个重大突破，标志着我国氮化镓（ＧａＮ）基蓝光半导体激光器研究向产品化、产业化迈出了极为关键和坚实的一步。ＧａＮ基蓝光半导体激光器具有驱动能耗低、输出能量大、体积小、性能稳定的特点，在光电子领域有着非常重要的应用前景和研究价值，多年来一直备受各国关注。２００２年半导体所杨辉研究员和陈良惠院士领导的研究团队承担了国家“８６３”重大项目“氮化镓基激光器”（ＧａＮ－ＬＤ），开始了对ＧａＮ蓝光激光器的攻关研发。经过２年多的努力，该所于２００４年１１月１６日首次实现了在蓝宝石衬底上ＧａＮ蓝光激光器的脉冲激射。这引起了业界人士和相关部门领导的极大关注，并得到国家“８６３”项目连续支持和中科院知识创新工程重要方向性支持。２００７年２月，科研人员在低温环境下观测到了ＧａＮ蓝光激光器的连续激射。本着严谨、务实的科学精神，研究人员又在激光器腔面解理和镀膜、激光器热沉设计和制作、激光器倒装以及激光器测试手段的完善和提高等方面做了大量细致入微的工作，２００７年４月３０日，ＧａＮ蓝光激光器终于在半导体所研究人员的辛勤培育下绽放出绮丽的蓝色笑靥，发射出了中国大陆上第１束连续的、稳定的蓝色光束。（Ｎｏ．３０）具有高可靠性的ＡＢＬ信标照射激光器诺斯罗普?格鲁门公司研制的信标照射激光器（ＢＩＬＬ）是美国导弹防御局的机载激光器（ＡＢＬ）飞机瞄准系统的一部分。在一系列从２００６年７月开始的地面试验和２００６年下半年开始的飞行试验中，ＢＩＬＬ已经显现出了很高的可靠性。在飞行试验中，ＢＩＬＬ的发射时间共持续了９０ｓ以上，其发射功率和地面发射时相同。在包括起飞和着陆在内的整个飞行过程中，ＢＩＬＬ多次在飞机内部进行发射试验，并保持着比军方要求还高的精度。ＢＩＬＬ是一个千瓦级的固体激光器，主要用于测量大气数据，以便波束控制及火控系统能补偿大气湍流对兆瓦级化学激光器杀伤目标５８
光纤激光器的分类
光纤激光器的分类 光纤激光器种类很多，根据其激射机理、器件结构和输出激光特性的不同可以有多种不同的分类方式。根据目前光纤激光器技术的发展情况，其分类方式和相应的激光器类型主要有以下几种： （1）按增益介质分类为： a）晶体光纤激光器。工作物质是激光晶体光纤，主要有红宝石单晶光纤激光器和Nd3+:YAG单晶光纤激光器等。 b）非线性光学型光纤激光器。主要有受激喇曼散射光纤激光器和受激布里渊散射光纤激光器。 c）稀土类掺杂光纤激光器。向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活，（Nd3+、Er3+、Yb3+、Tm3+等，基质可以是石英玻璃、氟化锆玻璃、单晶）而制成光纤激光器。 d）塑料光纤激光器。向塑料光纤芯部或包层内掺入激光染料而制成光纤激光器。 （2）按谐振腔结构分类为F-P腔、环形腔、环路反射器光纤谐振腔以及“8”字形腔、DBR光纤激光器、DFB光纤激光器等。 （3）按光纤结构分类为单包层光纤激光器、双包层光纤激光器、光子晶体光纤激光器、特种光纤激光器。 （4）按输出激光特性分类为连续光纤激光器和脉冲光纤激光器，其中脉冲光纤激光器根据其脉冲形成原理又可分为调Q光纤激光器（脉冲宽度为ns量级）和锁模光纤激光器（脉冲宽度为ps或fs量级）。 （5）根据激光输出波长数目可分为单波长光纤激光器和多波长光纤激光器。 （6）根据激光输出波长的可调谐特性分为可调谐单波长激光器，可调谐多波长激光器。 （7）按激光输出波长的波段分类为S-波段（1460~1530 nm）、C-波段（1530~1565 nm）、L-波段（1565~1610 nm）。 （8）按照是否锁模，可以分为：连续光激光器和锁模激光器。通常的多波长激光器属于连续光激光器。 按照锁模器件而言，可以分为被动锁模激光器和主动锁模激光器。 其中被动锁模激光器又有: 等效/假饱和吸收体：非线性旋转锁模激光器（8字型，NOLM和NPR） 真饱和吸收体： SESAM或者纳米材料（碳纳米管或者石墨烯）。
【CN109873291A】一种可输出三种波长的全固态激光器【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910284742.4 (22)申请日 2019.04.10 (71)申请人 山西大学 地址 030006 山西省太原市小店区坞城路 92号 (72)发明人 刘建丽 潘国鑫 翟泽辉 郝温静 (74)专利代理机构 太原市科瑞达专利代理有限 公司 14101 代理人 刘宝贤 (51)Int.Cl. H01S 3/10(2006.01) H01S 3/16(2006.01) (54)发明名称一种可输出三种波长的全固态激光器(57)摘要本发明提供了一种可输出三种波长的全固态激光器，包括泵浦源(1)、准直透镜(2)、聚焦透镜(3)、第一腔镜(4)、激光增益介质(5)、第二腔镜(6)、第三腔镜(7)、第四腔镜(8)、倍频晶体(9)和旋转式带通滤波片(10)。本发明可通过控制倍频晶体(9)的温度和切换旋转式带通滤波片(10)，实现三种不同波长(671nm、532nm、457nm)的激光输出，即一台全固态激光器可以输出红光激光、或者输出绿光激光、或者输出蓝光激光。相比于单一波长的全固态激光器，本发明的应用范围更广泛，用户可以根据实际需求设置不同波长的激光输出，而不需要购置三台不同波长的全固 态激光器。权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 109873291 A 2019.06.11 C N 109873291 A
权 利 要 求 书1/1页CN 109873291 A 1.一种可输出三种波长的全固态激光器，其特征在于，包括泵浦源(1)、准直透镜(2)、聚焦透镜(3)、第一腔镜(4)、激光增益介质(5)、第二腔镜(6)、第三腔镜(7)、第四腔镜(8)、倍频晶体(9)和旋转式带通滤波片(10)， 所述的泵浦源(1)发出的泵浦光依次经过准直透镜(2)、聚焦透镜(3)和第一腔镜(4)后聚焦于激光增益介质(5)的内部；所述的第一腔镜(4)、第二腔镜(6)、第三腔镜(7)和第四腔镜(8)构成全固态激光器的谐振腔；所述的倍频晶体(9)放置于第三腔镜(7)和第四腔镜(8)之间；所述的旋转式带通滤波片(10)放置于全固态激光器的谐振腔内； 其中，所述的泵浦源(1)的中心波长为880nm；所述的激光增益介质(5)为掺钕钒酸钇晶体；所述的第一腔镜(4)左端面镀880nm减反膜，右端面镀880nm高透膜、900-1400nm高反膜；所述的第二腔镜(6)左端面镀900-1400nm高反膜；所述的第三腔镜(7)左端面镀450-700nm 减反膜，右端面镀900-1400nm高反膜、450-700nm高透膜；所述的第四腔镜(8)左端面镀900-1400nm高反膜、450-700nm高反膜；所述的倍频晶体(9)为I类非临界相位匹配的LBO晶体；所述的旋转式带通滤波片(10)包含中心波长为1342nm、1064nm和914nm的三块带通滤波片，三块带通滤波片放置于转轮上，通过转轮转动切换带通滤波片。 2.如权利要求1所述的可输出三种波长的全固态激光器，其特征在于，所述的LBO晶体放置于控温炉中，温度控制在6℃、148℃或320℃三个档位；当控制LBO晶体的温度为6℃，并切换旋转式带通滤波片(10)为中心波长1342nm的带通滤波片，则全固态激光器输出中心波长为671nm的红光激光；当控制LBO晶体的温度为148℃，并切换可旋转式带通滤波片(10)为中心波长1064nm的带通滤波片，则全固态激光器输出中心波长为532nm的绿光激光；当控制LBO晶体的温度为320℃，并切换可旋转式带通滤波片(10)为中心波长914nm的带通滤波片，则全固态激光器输出中心波长为457nm的蓝光激光。 2