利用非線性
光學(xué)的諧波產(chǎn)生和混頻技術(shù)，可以對
半導(dǎo)體激光器進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，但是這需要高功率，高
光束質(zhì)量和窄線寬。
Zkf 3t>[ \pj Rv 非線性光學(xué)技術(shù)是填補(bǔ)激光
光譜空白的有效辦法，它包括簡單的諧波產(chǎn)生和更為復(fù)雜的光參量振蕩器（OPO）。二極管泵浦釹
激光器的倍頻使得綠色激光指示器的價(jià)格更低、結(jié)構(gòu)緊湊，但是為什么開發(fā)人員不放棄激光泵浦，然后直接通過倍頻的方式來產(chǎn)生所需的
波長呢？
%4bO_vb<9 aR`_ h=a 綠光激光器實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，MicorVision公司生產(chǎn)的微微投影儀已經(jīng)進(jìn)入市場。但是這并不容易。非線性波長轉(zhuǎn)換不僅需要高的激
光源功率，而且需要高的光束質(zhì)量和窄線寬發(fā)射。把這些特性都集中到一臺半導(dǎo)體激光器上并不容易。然而隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，第一款產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入市場，開發(fā)人員還在報(bào)告著更多令人興奮的成果，包括新型激光器設(shè)計(jì)、二極管泵浦OPO、量子級聯(lián)激光器的諧波和差頻的產(chǎn)生。
`'z(--J}` *ah>-}- 尋求倍頻的二極管激光器
( rA\_FOJ 2#>$%[ 對二級管激光器進(jìn)行倍頻的工作起始于上世紀(jì)90年代早期，當(dāng)時(shí)二極管已經(jīng)達(dá)到較高的功率水平，但是波長止于紅光。對近紅外二極管激光器的輸出進(jìn)行倍頻，可以得到可見光譜中的短波輸出。針對激光顯示等應(yīng)用，還可使用直接調(diào)制的短波激光器。
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cYu9[ 相干公司成功研制出一款名為D3的激光器（直接倍頻二極管激光器），該激光器對860nm二極管激光器的100mW輸出進(jìn)行倍頻，從而生成10mW的430nm波長的藍(lán)光。[1]它使用分布式布拉格反射激光器用于窄線寬輸出，其輸出還需要模式匹配并且相位鎖定到外腔諧波發(fā)生器。這是業(yè)界第一款產(chǎn)品，但是由于沒有找到合適的應(yīng)用而最終退出市場。毫無疑問，部分原因是由于當(dāng)時(shí)在日亞化學(xué)株式會社的中村修二成功開發(fā)出了藍(lán)光氮化銦鎵（InGaN）激光器。相干公司最終開發(fā)出了光泵表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，它可以倍頻輸出可見光，但是其更像固體激光器而非二極管激光器。
`,F&y{ A Dj-\))L 藍(lán)光二極管激光器的成功，在綠光為中心的可見光光譜中留下了空隙。幾年后，當(dāng)消費(fèi)
電子領(lǐng)域?qū)ふ乙环N新技術(shù)用于投影電視的時(shí)候，這一問題凸顯出來。如果可以找到合適的530nm激光源，激光背投電視可以提供比平板顯示更好的色域。倍頻釹激光器似乎是一個(gè)合理的選擇，但是由于不能按照所需速率直接對其進(jìn)行調(diào)制，因此開發(fā)人員轉(zhuǎn)而尋求倍頻1060nm的二極管激光器或其他激光器，以生成530nm的綠光。隨著背投電視逐漸淡出消費(fèi)電子市場，大多數(shù)項(xiàng)目都因此擱淺，但也有一些項(xiàng)目轉(zhuǎn)向了那些用于移動設(shè)備的微微投影儀。Portola Valley公司的光學(xué)顧問John Nightingale表示，這類應(yīng)用的成本要遠(yuǎn)低于電視應(yīng)用。
P5'iYahCq_ <_##YSGh, 康寧公司已經(jīng)在剛起步的微投影儀市場上有所開拓。去年該公司推出了一款商用版的投影儀，并為MicroVision公司的Showwx投影儀提供激光器，后者用于iPod和筆記本電腦�？祵幑镜木G光激光器對分布式布拉格反射（DBR）激光器的1060nm的輸出進(jìn)行倍頻，該DBR激光器發(fā)射單頻單模激光。該激光器包括三部分：第一部分是DBR光柵，第二部分是相位調(diào)節(jié)器，第三部分是增益介質(zhì)�？祵幑咀畛鯃�(bào)道的結(jié)果是，通過把紅外DBR輸出激光耦合到周期性極化鈮酸鋰晶體內(nèi)的二次諧波發(fā)生器，可以產(chǎn)生功率最高達(dá)104.6mW的530nm的二次諧波輸出。[2]測試結(jié)果表明，該綠光光源可以在高于投影儀所需的50MHz的速率下進(jìn)行調(diào)制，此后實(shí)驗(yàn)室版本的激光器的綠光輸出功率達(dá)到了184mW。[3]
$sA,$x:^xI i oE66-n 康寧公司去年發(fā)布的第一款商用樣機(jī)可以輸出60mW的激光（見圖1）。2010年5月，該公司發(fā)布了80mW的樣機(jī)，并表示其電光轉(zhuǎn)換效率為8%，調(diào)制速率高達(dá)150MHz，可滿足高圖像分辨率的速率要求。
w$w>N(e -@EBbM& 圖1：康寧公司的用于微微投影儀的綠色激光器模塊，它只有4mm厚。
.8u$z`j 圖中顯示了其與智能手機(jī)尺寸的對比
C><<0VhU }* f W!(* 錐形激光放大器
CL)1Q aukk|/3Ih 另一種生成高效諧波所需的高質(zhì)量、高功率光束的辦法是將單模脊形波導(dǎo)DBR二極管激光器和一個(gè)錐形放大器相結(jié)合（見圖2）。德國Ferdinand Braun學(xué)院的Götz Erbert研究小組正在進(jìn)行一項(xiàng)為期五年的研究項(xiàng)目，其目的是開發(fā)在可見光波段、輸出功率僅為數(shù)瓦的小型二次諧波光源，以滿足從照相機(jī)大小的投影儀到精密光學(xué)儀器的一系列應(yīng)用需求。該課題組已經(jīng)生成了980nm、0.012nm線寬、12W功率的基頻輸出，該輸出光束帶有小于15°的垂直發(fā)散角，接近衍射極限。[4]周期性極化鈮酸鋰波導(dǎo)中產(chǎn)生的單程二次諧波的波長為488nm，功率大于1W。該課題組同時(shí)也在探索利用非線性光學(xué)技術(shù)產(chǎn)生從紫外到紅外波段的光源，并與PicoQuant GmbH公司的Sina Riecke合作，生成了531nm、兆赫茲重復(fù)頻率的30ps的脈沖。[5]
Z! C`f /h9 2ApDpH`fiJ 圖2：Braun學(xué)院研制的錐形放大器包括一個(gè)2mm長、4μm厚的脊形波導(dǎo)，1mm長的增益區(qū)域以及背面1mm長的分布式布拉格反射鏡。4mm長的放大級錐形角為6°
R B S[*D [}W^4, Braun學(xué)院的課題組同時(shí)與Potsdam大學(xué)合作研究耦合環(huán)形諧振器器，用于諧波產(chǎn)生（見圖3）。主要的環(huán)形腔利用慣性諧振鎖定從錐形激光放大器輸出的激光，并將基頻光耦合到一個(gè)更小的、包含周期性極化鈮酸鋰晶體諧波發(fā)生器的環(huán)形腔內(nèi)。最近的實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)現(xiàn)了功率310mW、線寬50MHz、電光轉(zhuǎn)換效率為18%的488nm的激光輸出。[6]
/'8* aUa )GiFkG 圖3：Potsdam大學(xué)和Braun學(xué)院共同研制的用于二極管激光器諧波產(chǎn)生分的耦合環(huán)形諧振器。該諧振器包括頂部環(huán)形腔內(nèi)錐形放大器（TA）、全息衍射光柵（G）、激光二極管（OD）、半波片（HWP）、偏振分光鏡（PBS）、分光鏡（BS）以及數(shù)個(gè)
透鏡。周期性極化鈮酸鋰諧波發(fā)生器（PPLN）由上下環(huán)腔共用
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