新型激光可“清除调节”自身频率

2015-09-15 12:02

　　美国研究人员推出了一款能调制自身频率的激光器。该设备是一种新型腔穴光力学的实际应用。研究者认为该激光将可以提升 LIDAR（light detection and ranging：光探测与测量）系统的分辨率，缩减尺寸，降低成本，降低复杂性，并可以在视网膜成像应用上发挥作用。

　　在传统的光力学腔实验中，激光从外部注入，腔穴只响应与自己机械模式共振的激光频率。该研究中，加利福尼亚大学的Connie Chang-Hasnain、伯克利和同事携手Bandwidth10公司把激光器自身的谐振腔当做机械谐振器使用。通过机械振荡改变激光谐振腔尺寸，继而改变激光的频率。

　　关键的改变

　　为了使其效果最大化，研究者对该激光设置做了两大关键改变。首先，研究者用VCSEL（vertical cavity surface emitting laser：垂直腔面发射激光器）激光器取代了传统激光器——传统激光从激光的一端发射出去，而VCSEL激光器的激光光束从VCSEL活跃区顶端或底部发射出去。新的激光发射方式意味着，透镜之间的距离比传统设置更小了，而且激光的波长对距离变化也更加敏感。

　　第二个变化是，把传统用于VCSEL的透镜——多层分布式布拉格反射器替换为高对比度光栅。高对比度光栅透镜于2004年由 Chang-Hasnain团队开发，由能折射光的条形单层组成。高对比度光栅镜片的重要特性之一是亮度比一般的镜片更高。例如，研究者使用的20μm×20μm镜片只有130pg。

　　压力之下反应

　　根据研究者设计，透镜处于休眠状态时，其反射度在VCSEL频率下达到最大。在此频率下激光的强度最大，对镜子施加的压力达到最大，这种压力可稍稍把透镜推远一点，降低激光的频率，继而降低镜子的反射率。反过来，激光的强度和压力降低了，导致透镜回缩。由于激光对谐振腔长度变化反应微小的延时，该压力并不会立即升高导致透镜过冲，从而增加激光频率。当压力上升时，透镜后移并且再一次过冲。这个循环导致频率和激光产生周期性的快速振荡。

　　研究者相信，这种“自清扫激光”将产生实际应用。一个应用就是在包括制造、远程感应和无人驾驶汽车中都发挥重要作用的成像技术LIDAR。LIDAR通过向某物体发射光脉冲，根据反射光确定它的外形和距离。为了确定某些反射脉冲发射的具体时间，激光能量和频率需要持续调节。该技术也同样用于检查眼后部是否有疾病征兆时用到的光学相干断层成像术 (OCT：optical coherence tomography)。