可调激光器小结
1。引言
在当今的光网络市场，由那种对数据（速率/容量）永不知足的需求引起的信息爆炸，或者说是对通信的需求，要求光器件能提供更大的网络灵活性和降低网络成本。经过长期的发展，可调激光器现今已能满足这些要求，同时开始为那些把它们推向市场的公司带来可观的利润。结果使许多的组织致力于可调激光器的开发。
今天，固定波长激光器正在被可调激光器的有限的波长配置取代。但是，这些激光器的调谐范围很小，也就是说，要得到一定的调谐范围需要多个的可调激光器。到今年年底，我们可望看到宽可调激光器被应用到波长路由中。到2002年，当它们的成本降到一个可以承受的水平是，宽可调激光器将开始取代固定波长激光器。
2。困难
虽然它们的前景是很乐观，但在大规模应用之前还有很多的工作要做。最大的障碍是fullTelcordiaqualification,或者说Bellcorecompliance.虽然在做可靠性和寿命测试的同时，电信服务提供商将会采用具有可调激光器的通信系统。但是，在所有这些测试完成之前，他们是不会大规模采用的。已经有提供商宣称他们2000年年底完成了这些测试。
3。主要技术
开发可调激光器的技术现在主要有以下四种，他们各有优势并且用处各异：
DFBLaser---deployedinsparingapplication;
DBRLaser---alsodeployedinsparingapplication;
ExternalCavityDiodeLaser(ECDL)---usedintestandmeasurementequipment;
VCSEL---stillneedtobeadaptedinthefield
这些技术都不可能单独占领整个市场，它们只能各自占领一部分。根据具体的网络结构和要求，它们将找到各自的应用市场。
4。推动因素
推动可调激光器发展的因素主要是它在光网络中的应用。如下；
instrumentation&systemtest
sparing
hotbackup
fixed-wavelengthlaserreplacement
reconfigurableOADM
OXC
fastpacketswitching
随着新应用（动态OADM，OXC，波长路由）的成熟，可调激光器将在光网络中起显著的作用。在未来的几年，可调激光器的市场将快速增长。到2003年，就整个DWDMlasersource而言，可调激光器预计将占到四分之一。
可调激光器小结
说得很好，但是据说ADC和NOTEL已经把他们的可调激光器部门关闭了，单个可调激光器在应用上功能单一，现在很多厂商把调制器、衰减器、还有输出功率检测都集成在一个器件上了。这才是未来的发展方向。
HAWK兄，但是市场的需求量暂时不会大到占四分之一的份额。除了价格因素、可靠性、技术水平外，光纤中的CHANNEL还没完全使用也大大影响TLS的应用。
可调激光器
supplement:
Tunablelasersuseavarietyofstructuresandtuningmethods
ThermallytunedDFBs–singlechiporthreesectionDFBarrays
DBRs–DistributedBraggReflectorchips–currenttuned
SGDBRs–SampledGratingDBRs–currenttuned
VCSELs–VerticalCavitySurfaceEmittingLasers–MEMStuning
ECLs–ExternalCavityLasers–mechanicallytuned
蓝 光 传 奇
董圣群
老汉今年七十九，各种毛病样样有。治病花去五十万，病魔缠身无好转。听说蓝光有奇效，犹豫再三打问号。聆听教授细讲解，找到求生路一条。去年买了一点通，治好疾病很多种。三天两头患感冒，耳鸣头疼又发烧。用了蓝光来治疗，感冒头疼都没了。便秘咽炎全身痒，糖尿失眠也患上。一夜尿床七八次，六年保姆会累死。目前便秘全治好，咽炎哮喘如烟消。浑身奇痒已痊愈，血糖五点不上跑。阳痿因老未好转，治后尿床没出现。原来腹胀肚皮硬，饮食时常难咽吞。现在饮食大增加，肚腹柔软很舒心。静脉曲张疼得狠，腿冒青筋真难忍。现在曲张已痊愈，青筋消失已无痕。原来肩椎颈椎疼，彻夜失眠实伤心。使用蓝光来治疗，夜夜睡觉好安稳。原来血压老上升，起床入厕不离人。原来还有心脏病，心跳快慢不均匀。现在心脏好多了，人也变得有精神。老眼也不再昏花，视物清晰好开心。蓝光让我还活着，实是不幸中万幸。
教学激光器使用说明
图0
整机照片 1．部分连接
a.二极管激光器连接 黑色电源盒
图 1 银色二极管激光器
图2 将电源线连接至电源盒，另一端带特殊插口的连接至半导体而激光激光器（如上图2），将插头插在插座上，按on，电源工作，如图2，此时，旋转current set旋钮增大电流即可得到808nm激光输出，测试注意在出光方向用金属块阻挡光光束，否则容易伤人。功率输出已经设置了最高上限，因此不必担心电流会加过允许值。
b．指示（准直光调试）
图 3 图3左侧黄色变压器为指示光源电源，设置输出为3V，右侧镜架重为小型二极管激光器，发射红光，其线已连接好，只需将变压器一段与小二极管连接即可。
图4 光学元件图 2．红外光（1064nm）调试
a.泵源调试: 先把滑轨上最大的滑块放在滑轨最右端，滑轨和滑块的右端都重合。此时再如图2将半导体二极管激光器固定在滑轨上，两颗螺钉的位置已经给定，安装时注意使得出射的二极管激光尽量沿导轨滑动方向直线射出，以便于后续调节。可将电流开至用白纸刚好可见的程度，可以看见打在白纸上的红色光斑。
b.准直光调试: 先将准直光源如图3中所示连接并装到相应的镜架上，镜架上已经用黄色胶带贴上了，因为高度出厂时已调过，千万不要使用别的镜架，然后打开电源，此时调节镜架旋钮使得出射光对准泵源出射口的中心（如图5中小红点所示区域中心），这是为了使得泵光和指示光共线。
图5 b.聚焦镜安装: 聚焦镜支架为铁块，已经粘在滑块上，若运输途中脱落，需要重新使用硬胶进行粘接，粘接使使得其如下图方式，并且其靠外的一面与滑块平齐。然后将聚焦透镜如图5所示吸附在上，调节经过聚焦的泵浦光与准直光共线
c.激光晶体安装: 将激光晶体与其底座滑块放在滑轨上，此时再加大激光功率，来回移动晶体位置，可看到泵光入射端出现白色荧光，精细调节晶体位置至荧光最亮，同时使得被晶体靠准直光一端的表面反射的部分准直光其反射点回到出射位置或者稍微偏一点（1-2mm），如下图示，然后固定晶体，调低泵光输出。
准直光出光口中心反射光
d.泵光方端镜安装: 将镜子从透镜纸包中取出，查看侧面标记
看到如上图表及，则尖端所指为镀膜面，使得镀膜面朝向晶体，安装到相应镜架上（与前项似，镜架上标有标签），镜架方向参考图0，使得此镜尽量贴近激光晶体，固定位置。并调节反射光点，使得其返回出射位置，与调节激光晶体时相同
e.后端镜安装：后端镜选择10%1064nm输出镜（图4），安装在镜架上，镀膜面朝向激光晶体，尽量靠近激光晶体，并调节反射光点回到与前述激光晶体和泵光方端镜反射点同样的位置，尽量重叠，固定镜架。
f.出光: 确认所有光学元件都调节固定完毕后，在输出端镜和准直光源之间挡上一小金属块保护准直光源。然后增加泵光输出至2，用摄像头或者拍照手机，数码相机观察金属块表面，此时，微调后端镜两旋钮，可看到亮白色细小的圆形光点，此即为1064nm输出光，然后可以反复优化两个端镜直至输出最大，如果始终没有出光，说明激光腔失谐较厉害，请重新校准。3．绿光调试
如果1064nm激光已经可以输出则绿光很容易获得，首先，降低泵光输出 a． 将ktp晶体（倍频晶体）安装在相应镜架上，并如图0方向安装，同样要求反射光点返回出射如今位置，如红外光调节时一样。Ktp晶体的方向如下图所示，准直光应尽量靠近ktp的中心穿过。
b．将后端镜中的镜片换成图4中的’绿光输出’镜，镀膜面朝向腔内。然后调节方法如调节红外光调试种的e项。c． 绿光出光: 固定好后，同样用金属块，最好是铝块保护准直光，此时再加大泵光功率至2，调节后端镜，（因为在调节1064nm时前端镜已经优化过，最好不要再调节），此时可看到绿光，优化后端镜至绿光最亮，如下图所示
此激光器输出后固定紧各旋钮后可以拆掉准直光源，为其他激光实验的光源。
注意事项
1、严禁使激光直接入射到准直光内，否则会造成准直激光损坏。
2、严禁长时间直视强绿光和红外光，会损伤眼睛 3.光学表面（晶体表面和镜面）应保持清洁。
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Tm3，Pr3两种，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Tm3或者Pr3离子与Yb3离子共掺的方式，通过Yb3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，Tm3/Yb3
共掺和Pr3/Yb3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Nd3、Cr3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Nd3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（Cr3）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。