綠光激光的產生方法

　　(1)上轉換泵浦發射綠光激光在固體材料中摻入稀土離子,用半導體激光器或其他光源泵浦,直接利用稀土離子的能級躍遷而產生綠光激光。此種方法基于上轉換效應,亦即激射光波長小于泵浦光波長。稀土離子的上轉換發光機制一般可以分為激發態吸收、能量轉移和光子雪崩三種過程。

　　(2)半導體激光器直接發射綠光激光半導體激光器是以直接帶隙半導體材料構成的PN結或PIN結為工作物質的一種小型化激光器。半導體激光器的激勵方式主要有三種,即電注入式、光泵式和高能電子束激勵式。按照波長

　　和應用領域,半導體激光器大致可分為長波長和短波長兩種。在短波長一側,由于材料制備和器件工藝方面的困難,半導體綠光激光器的研究進展一直比較緩慢,很長時間沒有達到實用化程度。

　　(3)非線性光學晶體倍頻方法這是實現綠光激光較常用的方法。這種方法可分為直接法和間接法。直接法就是將半導體激光直接輸入到波長變換元件上,倍頻后得到綠光激光輸出。這種方法特點是結構簡單、倍頻容易,而且變換頻率高,但輸出的綠光激光線寬較寬,波長穩定性差。間接法又可分為兩種:a、利用半導體激光泵浦Nd3+、Er3+等稀土離子激活的固體激光器,然后再經過波長變換元件實現倍頻。這種方法在結構上較為復雜,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壽命長的優點,實現能量積累,從而得到高能量激光輸出。b、利用既可發射激光、又可以同時實現波長變換的自倍頻晶體材料實現激光輸出,例如錢和氧化鎂共摻的妮酸鉀和硼酸欽憶鋁以及KTP:Cr。

　　綠光激光的應用

　　全固態激光器正朝著多波長方向發展,其中LD泵浦全固態綠光激光器發展迅猛,在各領域應用廣泛。

　　在醫療方面的應用

　　由于人眼對綠光最為敏感,532ITm波長的脈沖激光可用于眼科手術;該脈沖綠光亦可用于治療血管性疾病,設計制造輸出功率為3W的532nm調Q脈沖激光器用來治療中風。脈沖綠光激光器因其功率高,所以對皮膚的作用時間相對較短,這樣激光不會對目標組織周圍的皮膚組織產生非選擇性加熱,從而不會導致熱損傷,降低了手術危險性。

　　在彩色顯示領域的應用

　　與其它顯示光源相比,激光顯示技術具有色域寬、色純度高、顯示畫面尺寸靈活可變、無有害電磁射線輻射等獨特優點,可用于家庭影院、數碼影院、超大屏幕投影、公眾信息大屏幕以及教學演示、虛擬現實模擬等眾多領域,成為家庭及室外未來首選的視頻顯示設備。激光顯示的圖像比現有彩色電視色彩更豐富、顏色更鮮艷,能反映自然界的真實色彩,甚至能顯示虛擬顏色,所以大功率三基色全固態激光器作為激光彩色顯示的關鍵技術,己成為當前國際激光領域研究的一個重大發展方向。

　　在激光精密加工的應用

　　綠光激光由于其亮度高、聚焦光斑小、作用時間短、熱影響區小、工件不會因加工而產生大的形變等優點,可以對一些硬度高、脆性大的材料進行加工,在精密加工中顯示出它獨特的優越性。除此之外,激光在電子工業中也得到廣泛應用,可以用來調整微型電阻的阻值。隨著激光器性能的改善和新型激光器的出現,激光在超大規模集成電路方面的應用已經成為許多其他工藝所無法取代的關鍵技藝,為超大規模集成電路的發展展現出令人鼓舞的前景。

　　作為激光泵浦源

　　紫外激光器、深紫外激光器在軍事、工業、醫學、印刷等方面有著廣泛的應用,使用綠光作為泵浦源是目前產生紫外、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、信息處理、激光光譜與全息、相干通訊、激光娛樂、激光雷達、干涉測量、光學數據存儲、軍事工業等領域也有著廣泛的應用。因此,全固體綠光激光器具有十分重要的科學研究價值和廣闊的應用前景。

　　用途

　　綠光在生物、工業、印刷、醫療、存儲、顯示和軍事等方面具有廣泛的應用。在醫學治療方面比較常用的是脈沖綠光激光器(優點是功率高、所需的作用時間短、危險性低),在眼科手術中之所以選擇綠光是因為人眼對該譜段的光最敏感,例如比較常見的是用于治療近視的手術中;同時可用來治療前列腺、血管性、新生兒高膽紅素血癥等疾病。在光存儲方面,由于光存儲密度和光波長的二次方成反比,所以縮短波長是提高光存儲密度的有效途徑,相比之前常用紅外和近紅外波段,采用綠光作為光存儲的光源能極大提高光存儲密度。在顯示方面,目前好多激光筆都采用綠光激光器,2009年廣州生產的激光筆對電腦的遙控距離可以達到20m左右。在工業方面,摻鐿綠光脈沖光纖激光器峰值功率極高,可用于打標、焊接、雕刻等領域。在軍事上綠光激光器可用來做激光制導、激光防空等。

　　綠光激光器的實現方法

　　對于綠光激光器來說,綠光的獲得有幾種方法:

　　(a)非線性效應實現頻率變換:可通過對固體激光器例如Nd:YAG或者Nd:Yvo4輸出的波長為IO64Iun的激光用非線性晶體倍頻獲得532nrn的綠光輸出或者對摻Yb3+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。國外在固體綠光激光器方面的研究和產業化方面都相當成熟,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。國外在綠光光纖激光器方面的發展較快,2000年英國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晶體對大數值孔徑Nd:glass激光器進行頻率變換得到了75的脈沖綠光輸出。國內則相對緩慢一些,2004年上海光機所對摻鐿光纖激光器用PPLN晶體倍頻輸出59mw的綠光。2007年天津大學的采用PPKTP晶體對輸出為lo64nln的光纖激光器倍頻得到綠光的輸出功率為0.14mw。國內在摻欽綠光光纖激光器尚不是很成熟,所以對其進行研究就顯得很有意義。而且相比目前發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、可調諧、線寬窄和結構緊湊等優點。偽)對輸出波長為近紅外的半導體激光器(倍頻或和頻I`.40]:加07年德國研制成功了Ti:Sapp址re半導體激光器和另一個中紅外半導體激光器通過BBO和頻輸出了波長為527nln的綠光[l.4刀。國內在2001年由中科院上海技術物理研究所的紅外物理國家實驗室采用KLN晶體對Ti:Sapphire半導體激光器輸出的820-960nln的激光倍頻獲得藍綠光的輸出。相比(a)方法,該方法的缺點是輸出激光的光束質量較差。