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科学|垂直腔面发射半导体激光器的特性及其研究现状！( 六 )


1.68 μm与1.80 μm波长和2~2.5 μm波段主要用于环境监测 。 前者可分别用于甲烷和水的气体检测 。 后者对大气中的污染物 ， 如CH4、CO、NO2H2等有强烈的吸收谱线 ， 可用于天然气探测和大气环境监测 ， 但是CO2和H2O对其吸收率很低 ， 因此可以对样品进行光谱分析从而确定其成分组成 。 2009年 ， Harkonen使用980 nm光源采用典型的V型腔结构抽运GaSb VECSEL ， 获得了4 W的2 μm激光输出 ， 并使用腔内双折射滤光片实现了156 nm可调谐范围 。 这是OP - VECSEL可获得的最宽的调谐范围 。 Solus Technologies公司开发了一种中红外1.9~2.5 μm波长范围窄线宽激光源 ， 适用于气体传感器和分子光谱学 。 2.5~5 μm中红外波段可基于分子振动的模式作气体痕量分析 ， 因此可以用于环境检测、高速排气分析、化学反应控制等领域 。
可见光波段激光可用于激光显示、激光照明、激光高密度存储和激光打印等领域 。 由于直接从材料中激发获得高功率输出不易 ， 更多的通过外腔变频方法获得 。 EP - VECSEL利用PPLN晶体倍频获得了4.7 W的531 nm绿光输出 。 美国相干公司在InGaAs / GaAs OP - VECSEL中通过LBO晶体腔内倍频得到15 W的488 nm和5 W的460 nm倍频蓝光输出 ， 是目前报道的蓝光最高输出功率 。 和传统的780 nm半导体激光器相比 ， 倍频蓝光VECSEL具有波长短和光束质量好的优点 ， 使聚焦光斑更小 ， 可有效提高存储密度 ， 从而提高存储的容量 。 另外 ， 488 nm激光器还可用于流式细胞计来提高人类疾病的诊断准确率 。 2007年 ， Hunziker等使用LBO倍频研制的绿光OP - VECSEL ， 基模绿光最大输出11.5 W 。 为了提高功率他们使用两片芯片 ， 成功获得了24 W的531 nm输出 。 随后 ， 采用三个InGaAs / GaAs VECSEL芯片在腔内进行串接及腔内倍频的方式 ， 获得了532 nm绿光基模输出达55 W ， 高阶模输出达66 W ， 这是目前绿光输出的最高功率 。 该公司还利用OP - VECSEL腔内倍频后得到的蓝光和绿光 ， 与二极管激光器提供的红光相结合 ， 构成三基色光源 ， 成功用于激光显示 ， 该光源体积小、成本低、集成度高 ， 是激光显示领域很有竞争力的光源 。 基于530 nm绿光OP - VECSEL的小型犯罪侦查成像系统 ， 可以有效减小相机的光圈 ， 从而获得足够大的景深 ， 可用于检测犯罪现场的指纹、痕迹等证据 。
Rautiainen等在利用1 μm波段倍频获得黄红光（580~620 nm）方面进行研究 ， 获得了目前最高连续输出功率的黄光和红光 。 在研究中发现 ， GaInAs中掺入N可以有效的减少GaInAs的晶格应力 ， 获得1.1~1.5 μm波段的激光输出 ， 以便于倍频获得黄红光 。 而利用LBO晶体倍频获得了20 W连续588 nm输出 ， 为目前黄光输出的最高功率 ， 展示了黄光VECSEL在医疗领域的巨大潜力 ， 可为视网膜病变等眼科疾病提供有效的治疗 。 另外 ， Hessenius等利用标准具调谐和LBO晶体倍频获得了可调谐单频黄光输出 ， 调谐波长可覆盖钠D2线（588.991 nm）和D1线（589.595 nm） ， 是钠导星优质光源 。 2015年 ， Kantola等通过控制0.5%掺N量获得了1230 nm激光输出 ， 并通过LBO倍频获得了10.5 W的615 nm连续激光输出 ， 这是目前通过倍频可获得红光的最高功率 。 在测量和非接触检测系统等领域凭借良好的光束质量 ， 可简化准直光学系统 ， 提高分辨率 。 与适当染料耦合 ， 是共焦显微镜在生物观测领域的潜在竞争对手 。
紫外波段在生物医学、原子捕获、光谱学、激光光刻、激光高密度存储等领域有重要的应用 。 目前 ， 由红光倍频获得紫外光已获得数百毫瓦的功率输出 。 2015年 ， Baumg?rtner等在应力补偿研制的红光OP - VECSEL中 ， 利用BBO晶体倍频获得了429 mW的331.6 nm紫外光输出 。 而Mateo等利用多程量子阱抽运OP - VECSEL产生的665 nm红光倍频 ， 获得了820 mW的333 nm紫外光输出 ， 这是目前紫外波段可达到的最高功率 。 2017年 ， Yakshin等在InGaAs VECSEL获得了936 nm的基频光输出 ， 通过四次倍频获得190 mW的234 nm的深紫外输出 ， 是目前可获得的最短波长 。


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