定义
在绿色光谱区域发射的激光器。
本文涉及在绿色光谱区域发射的激光器,即波长约为510-570 nm。 这种波长的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,各种绿色发射激光器属于最常用的可见光激光器。 其中一些是基于非线性频率转换,即倍频。
绿色激光器的类型
绿光激光器有许多类型,它们在输出功率、脉冲格式和成本方面有很大差异:
- 氩离子激光器基于氩等离子体(由放电制成)中的放大,是各种波长的相当强大的光源。 在 514.5 nm 的绿光下可以获得最高功率。 它可以超过20 W,但这种激光器的功率效率很差,因此多瓦绿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。 光束质量可以接近衍射极限。
- 氦氖激光器最广为人知的是红色激光器,但它们也可以在543.5nm处发射几毫瓦。
- 铜蒸气激光器可以在 510.6 nm 处发射相对较高的功率。 它们基于铜蒸气中的脉冲放电并发出纳秒脉冲。
- 绿色激光二极管(或其他绿色半导体激光器)很难生产 - 甚至比蓝色激光管更难。 与其他半导体激光管相比,它们只能发射几毫瓦,寿命相对较短 [5]。 然而,最近取得了令人鼓舞的进展[10,11]。
- 基于掺铒光纤或块状晶体的掺铒上转换激光器可以发射大约 550 nm,通常具有数十毫瓦的输出功率和高光束质量。
- 掺镨激光器可以发出绿光(例如,Pr3+:YLF 在 523 nm),除了各种其他波长的光。 例如,它们可以用来自激光二极管的蓝光泵浦。
图1:来自相干公司的威尔第绿色激光照片。该装置包含一个二极管泵浦钒酸盐激光器,具有腔内倍频。该图像由相干公司友好提供。
- 有各种类型的倍频固态激光器,其中实际激光器在1μm光谱区域发射,以及倍频器(基于非线性晶体材料如LiNbO3, LBO或KTP )将这种辐射转换为绿光。 倍频过程可以在激光器外部或谐振器内进行。 最常见的是 532 nm 的输出波长,通过将掺钕的 1064 nmNd:YAG 激光器的 1064 nm 辐射加倍获得,或Nd:YVO4激光,以及 515 nm 来自 1030 nm Yb:YAG 激光器输出的两倍。 图 1 显示了一个示例。 即使在单频操作和高光束质量下,也可以轻松获得多瓦的输出功率。 一些高功率激光器会产生数百瓦的绿光。光纤激光器也是有趣的来源,特别是当它们产生略微不同波长的能力是相关的时。 对于较小的功率,可以使用倍频微芯片激光器或激光二极管(例如用于绿色激光指示器)(有时与脉冲泵浦或半导体光放大器一起使用,以提高倍频器的功率效率)。
- 高功率光泵浦VECSEL也是非常有吸引力的激光源,用于以几瓦甚至数十瓦的输出功率进行倍频 [8]。 对于较低的功率,可以使用半导体DFB激光器。 请注意,其他类型的半导体激光器(如广域激光二极管)不太适合倍频,因为通常线宽较宽且光束质量较差。
- 有染料激光器可以在绿色光谱区域操作,具有广泛的可调性。
图2:具有腔内倍频的高功率薄盘激光器可产生 1.3 kW 的绿光,效率极佳。资料来源:马克斯·科瓦连科,斯图加特斯特拉尔维克泽格研究所。
应用
例如,绿色激光器用作激光指示器,用于激光投影显示器(作为RGB源的一部分),用于打印,干涉仪,生物仪器,医学扫描以及固态激光器(例如钛蓝宝石激光器)的泵浦。
在激光材料加工中,绿色激光器(与近红外激光器相比)可以通过更高的吸收系数带来好处,例如铜、金或硅。 这样,人们可以用更少的激光功率工作,并且加工结果在质量方面通常也明显更好。 因此,每瓦特成本大幅提高通常是合理的。
参考文献
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