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第一台多色集成激光器

2023-2-14 09:22| 发布者: 光执事| 查看: 1356| 评论: 0

摘要: 现在有商业激光系统覆盖了广泛的电磁频谱。从覆盖大部分中红外区域的高效量子级联激光器的开发到提供一系列不同紫外波长的准分子激光器,激光技术的进步意味着大多数应用现在都可以使用适当的激光源。

现在有商业激光系统覆盖了广泛的电磁频谱。从覆盖大部分中红外区域的高效量子级联激光器的开发到提供一系列不同紫外波长的准分子激光器,激光技术的进步意味着大多数应用现在都可以使用适当的激光源。


图片来源:luchschenF/Shutterstock.com


然而,虽然有无数的激光技术和选项可供选择,但要找到一种具有完全适合所有应用的脉冲特性的技术并不总是那么容易。例如,对于许多光谱学应用,具有可调波长源可能是有利的,因为并非所有样品都在同一波长范围内吸收或反射。例如,许多固态二极管激光源只有单频发射,因此需要耦合到主振荡器功率放大器等其他光学元件,以提供任何程度的可调谐性。


为了提供更宽的光谱范围,许多设备包含多个激光源,可以根据需要在激光源之间切换。对多个激发源的需求可能会给光学布局和设备的紧凑性带来问题,因此寻找调整波长的替代方法(例如激光源的温度控制)可能是可取的。

 

激光器件和光学元件的小型化是实现光子技术优势的重要组成部分。现在,半导体激光技术的发展使得将Pockels效应集成到基于波导的激光设计中成为可能。

 

波克尔斯效应

Pockels效应是施加电场时材料双折射的变化。在脉冲激光系统中,Pockels效应在所谓的Pockels单元中得到利用,Pockels单元是一种电压控制设备,可用于根据电压设置阻挡或传播光。


  通过寻找可以承受高脉冲功率的材料,Pockels细胞已成为许多脉冲激光系统不可或缺的一部分。由于电池的驱动频率以及激光被阻挡或传输时的开关速率可以在非常高的频率下进行调制,Pockels电池可用于产生一系列激光脉冲,而不是连续波照射。

 

  许多应用受益于脉冲激光源而不是连续波,因为脉冲激光往往具有更高的峰值强度。依靠高峰值强度来驱动所需非线性效果的非线性光学技术受益于具有最高重复率的短时间、高强度脉冲。对于非线性显微镜应用,重复频率可能高达兆赫兹。

 

微型电池

  能够以高达 50 MHz 的开关速度将 Pockels 效应功能创建到小型半导体激光器中,这是通过快速调谐和可重新配置性解决当前问题的重要一步。虽然集成固态激光系统在自动驾驶汽车的机器视觉和信息传输等领域有许多应用,但复制许多光学组件的功能仍然具有挑战性,以控制更标准的台式激光器中的激光脉冲形状和特性。

 

  用于标准NdYAG激光器和其他类型的Pockels电池组件通常非常笨重,因为它们需要大型驱动器来产生和切换应用于用于制造Pockels电池的材料的高电场。由于所用介电材料的热效应(通常在兆赫兹左右),开关速度也存在一些限制,通常可以实现这些限制。

 

  对于激光雷达等应用,需要极高的(大于兆赫兹)重复率,以最大限度地提高数据传输速率并最大限度地减少数据收集事件之间的停机时间。对于自动驾驶汽车来说,实现非常高的数据收集率是一项必不可少的安全功能,因为车辆需要能够不断刷新周围环境的信息,以便就如何对环境中的外部事件做出反应或如何转向和导航做出明智的决定。

 

  原子和分子物理实验和传感应用也同样受益于高重复率激光源。气相分子的检测需要足够的灵敏度,以便可以识别低密度,实现这一目标的一种方法是使用高重复率,以便在相对较短的采集时间内执行大量采样事件。

 

片上器件

  成功实现元件小型化以实现 50 MHz 的开关,以及使用基本线宽为 2.0 kHz 的窄带激光器实现 11.3 EHz/s 的极宽可调性,对于创建多色集成激光器至关重要。

 

  激光器的快速可调谐性和混合集成III-V/铌酸锂结构的非常大的调谐带宽可以提供高度通用的芯片大小的源。这些发展是通过创建Pockels效应来实现的,该效应用于电光调谐移相器部分,以允许对最终的激光脉冲特性进行精细控制,并且是实现微型半导体激光器新功能的重要一步。

 

 

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