蓝色激光 Blue lasers

2022-10-18 14:46:34 浏览:210

定义

发出蓝光的激光。

本文涉及在蓝色和紫色光谱区域发射的激光器,即波长约为400-500nm。 请注意,即使是在紫色光谱区域明显发射的激光器通常也称为蓝色激光器而不是紫色激光器。

对于这种波长,激光增益介质的选择是有限的,并且可实现的性能通常不如红外光谱区域。 然而,实质性的技术进步导致了蓝色和紫色激光器的选择,包括许多商业设备,适用于广泛的应用。

蓝色激光器的类型

以下类型的蓝色激光是最常见的:

  • 蓝色激光二极管 [4] 基于氮化镓 (GaN) 或相关材料(例如 InGaN),发射约 400-480 nm,已经开发得相当成功,现在提供比绿色二极管激光器更好的输出功率和器件寿命。 例如,蓝色广域半导体激光管的输出功率现在可以达到 10 W 量级,并且通过组合许多这样的半导体激光管,一根多模光纤中具有数百瓦或更高的光纤耦合二极管激光器已经商业化。 也可以用二极管条产生大约100 W的功率。 另一个发展是蓝色发射VCSELs[11]
  • 基于光纤或块状晶体的掺铥或掺镨上转换激光器可以发射大约 480 nm,通常具有数十毫瓦的输出功率和良好的光束质量。 数百毫瓦甚至几瓦功率的进一步发展似乎是可行的。
  • 蓝色或紫色光也可以通过倍频(激光谐振器外部或腔内)发射约800-1000 nm的激光器输出来产生。 最常用的是掺钕激光器,例如 Nd:YAG 发射波长为 946 nm(用于 473 nm),Nd:YVO4在 914 nm(对于 457 nm)和 Nd:YAlO3在 930 nm(对于 465 nm)。 使用这种激光器进行倍频的常见非线性晶体材料是LBO,BiB3O6(标博), KNbO3,以及定期极化KTP和LiTaO3。即使在单频操作和高光束质量下,也可以获得多瓦的输出功率,尽管不如使用1μm激光器容易。 可以使用光学参量振荡器代替激光器。
  • 高功率光泵浦VECSEL也是非常有吸引力的激光源,用于倍频,输出功率为几瓦甚至几十瓦。 请注意,其他类型的半导体激光器(例如广域半导体激光管)具有合适的波长,但由于通常更宽的线宽和较差的光束质量,因此不太适合倍频。 然而,有一些二极管激光器可以提供几十毫瓦的倍频光。
  • 氦镉激光器(气体激光器)可以在441.6nm的蓝色区域发射数百毫瓦的光束质量。
  • 氩离子激光器基于氩等离子体(由放电制成)中的激光放大,是各种波长的相当强大的光源。 虽然在 514 nm 的绿光下可以实现最高功率,但在 488 nm 处也可以获得几瓦的显着功率水平,除了一些较弱的线,例如在 458、477 和 497 nm 处。 无论如何,这种激光器的功率效率很差,因此多瓦蓝色输出需要数十千瓦的电力,并且冷却系统具有相应的尺寸。 风冷氩激光器有较小的管,需要数百瓦才能产生数十毫瓦的功率。

眼睛危害

对于低于≈ 400 nm的波长,眼睛的灵敏度(即其检测小光水平的能力)急剧下降,并且进入紫外线区域。 (另请参阅有关紫外激光的文章。 请注意,即使波长在400nm左右或略高于<>nm,即使对于不被认为是非常明亮的强度水平,视网膜也可能因光化学效应而受损。

蓝色和紫色激光的应用

例如,蓝色和紫色激光器用于干涉仪、激光打印(例如印刷板曝光)和数字照片整理、数据记录(蓝光光盘、全息存储器)、激光显微镜、激光投影显示器(作为 RGB 源的一部分)、流式细胞术和光谱测量。由于蓝色激光二极管的性能增强,直接二极管激光器的应用也变得越来越可行。

数据记录是蓝色和紫色激光二极管发展的主要驱动力;短发射波长允许提高存储密度。

在大多数情况下,蓝色和紫色激光的使用是由相对较短的波长驱动的,这允许在许多材料中进行强吸收,用于紧密聚焦或在成像应用中解析非常精细的结构。

参考文献

[1] R. W. Wallace and S. E. Harris, “Oscillation and doubling of the 0.946-μm line in Nd3+:YAG”, Appl. Phys. Lett. 15, 111 (1969), doi:10.1063/1.1652925
[2] T. Hebert et al., “Blue and green CW upconversion lasing in Er:YLiF4”, Appl. Phys. Lett. 57, 1727 (1990), doi:10.1063/1.104048
[3] T. Hebert et al., “Blue continuous-pumped upconversion lasing in Tm:YLF”, Appl. Phys. Lett. 60, 2592 (1992), doi:10.1063/1.106919
[4] S. Nakamura et al., “InGaN-based multi-quantum-well-structure laser diodes”, Jpn. J. Appl. Phys. 35, L74 (1996)
[5] D. G. Mathews et al., “Blue microchip laser fabricated from Nd:YAG and KNbO3”, Opt. Lett. 21 (3), 198 (1996), doi:10.1364/OL.21.000198
[6] R. Paschotta et al., “230 mW of blue light from a Tm-doped upconversion fibre laser”, JSTQE 3 (4), 1100 (1997), doi:10.1109/2944.649548
[7] M. Ghotbi et al., “High-average-power femtosecond pulse generation in the blue using BiB3O6”, Opt. Lett. 29 (21), 2530 (2004), doi:10.1364/OL.29.002530
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[10] Q. H. Xue et al., “High-power efficient diode-pumped Nd:YVO4/LiB3O5 457 nm blue laser with 4.6 W of output power”, Opt. Lett. 31 (8), 1070 (2006), doi:10.1364/OL.31.001070
[11] T.-C. Lu et al., “CW lasing of current injection blue GaN-based vertical cavity surface emitting laser”, Appl. Phys. Lett. 92, 141102 (2008)
[12] Z. Quan et al., “13.2 W laser-diode-pumped Nd:YVO4/LBO blue laser at 457 nm”, J. Opt. Soc. Am. B 26 (6), 1238 (2009), doi:10.1364/JOSAB.26.001238
[13] I. Akasaki, “Nobel Lecture: Fascinated journeys into blue light”, Rev. Mod. Phys. 87, 1119 (2015)
[14] H. Amano, “Nobel Lecture: Growth of GaN on sapphire via low-temperature deposited buffer layer and realization of p-type GaN by Mg doping followed by low-energy electron beam irradiation”, Rev. Mod. Phys. 87, 1133 (2015)
[15] S. Nakamura, “Nobel Lecture: Background story of the invention of efficient blue InGaN light emitting diodes”, Rev. Mod. Phys. 87, 1139 (2015)
[16] W. Luhs and B. Wellegehausen, “Diode pumped cw ruby laser”, OSA Continuum 2 (1), 184 (2019), doi:10.1364/OSAC.2.000184
[17] J. N. Tinsley et al., “Watt-level blue light for precision spectroscopy, laser cooling and trapping of strontium and cadmium atoms”, Opt. Express 29 (16), 25462 (2021), doi:10.1364/OE.429898

基础光学

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