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细数激光器领域最新成果

2016-05-11 10:33
论恒
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  在整个激光产业的链条中,激光器可以说是科技含量最高的一环,也是所有激光应用的基础。正是基于此,激光器的研发一直吸引着众多的科学家团队。随着激光材料的开发和激光理论的成熟,激光器的发展也进步神速,大到工业级高功率激光器,小到微米级微型生物激光器,科学家在激光器的领域推陈出新,成果不断。下面小编就为大家盘点近期激光器领域最新的研发成果。

  玻璃瓶状微型激光器  冲绳科学技术研究所(OIST)研究生院光物质相互作用小组科学家发现,通过掺有稀土元素如铒或镱玻璃制成的甜甜圈状或球形设备可以用来制造一种特殊类型的玻璃微型激光器。在该微型激光器内,光线被反复反射,从而在一粒沙粒大小尺寸的微型设备内生成10米至100米长的光路。

  此外,通过利用掺铒或镱或者二氧化硅磷酸盐玻璃不同的熔点,OIST科学家们研发出了一种通过玻璃湿润或者玻璃对玻璃制备法生产微型激光器的方法,这种方法制备的瓶状微型激光器,直径为170微米。

  通过这种方法生成的微型激光器可用于测量微流体设备的空气流量,相比传统的商用电子流量传感器更敏感,而且尺寸也要小1000倍。

  硅材料量子级联激光器

  来自美国加利福尼亚大学、海军研究实验室和威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员,首次在硅材料上构建量子级联激光器。

  硅的间接带隙使得构建激光器非常困难,但是可以利用III-V族半导体材料,例如磷化铟(InP)或砷化镓(GaAa),构建二极管激光器。通过直接将III-V层紧接到硅晶片上,利用III-V层形成激光增益,并整合相同组合在硅材料上形成2μm多量子阱激光器。二极管激光器的局限性使得难于产生更长波长,因此,该研究小组转而使用QCLs代替。

  在硅材料上构建量子级联激光器(QCL)极具挑战性,主要是由于SiO2 在长波长中红外波段具有很强的吸收性。"这就意味着我们不仅要在硅材料上构建不同类型的激光器,还需要构建不同类型的硅波导。"该项目领导人Alexander Spott表示:"我们构建了SONOI波导,在硅波导下使用了氮化硅层,而不是只用SiO2  。"

  这项成就将广泛应用于光谱化学、气体探测、天文学、海洋探测、热成像、爆炸物探测及自由空间通信等。

  紧凑型人眼安全新型激光器

  来自莫斯科国立大学和白俄罗斯国立技术大学研究团队的科学家们开发了一种新型激光器。它是一种波长对人眼无害的紧凑型激光源。该激光器可被用于医疗、通信及科研领域。

  1500到1600nm波长范围的激光光束,对人眼无害,在医疗、测距、通信等领域具有实际应用。人眼的眼角膜和晶状体对这些光谱具有很高的吸收系数,所以只有很少部分能量到达视网膜敏感区。并且1500到1600nm波长范围光谱在空气中具有低损耗特性,因此能够应用于通信行业。

  迄今为止,该波段光源主要是掺铒和掺镱的磷酸盐晶体固体激光器。这种激光器结构简单紧凑,通过调Q可产生短脉冲。与此同时,铒磷酸盐晶体的低热导率结构限制了这种连续二极管系统的应用范围。为了避免这个问题,包含铒和镱的晶体结构将派上用场。

  基于黑鳞的光纤锁模激光器

  由深圳大学-新加坡国立大学光电协同创新中心教授张晗带领的深圳市孔雀创新团队首次研发了基于黑磷的光纤锁模激光器,得到了超短脉冲激光的输出信号。

  近年来,在石墨烯产业蓬勃发展之际,另一种新型单元素二维原子晶体材料--黑磷被发现。与石墨烯类似,黑磷具有诸多优异特性,故被称为比肩石墨烯的"梦幻材料"。其非线性光学特性被国内外多家单位证实并应用于超快激光的产生中。

  在激光领域中,具有可饱和吸收特性的器件是组建超短脉冲激光器的关键。黑磷宽带可饱和光吸收特性,波长范围可覆盖可见光到中红外波段特性的发现为中红外超快光学器件的研发提供了可能。研究表明,石墨烯是一种无带隙的半金属半导体材料,拥有超高的电子迁移率以及宽带光吸收特性。然而,无带隙的能带结构限制了石墨烯在光电领域的应用和发展。而黑磷的最大特点是拥有随着层数可变的直接带隙,这恰好解决了困扰石墨烯的难题。

  低成本衍射极限有机激光器

  来自巴黎第十三大学、法国国家科学研究中心、瑟米莱伯半导体物理实验室以及圣艾蒂安高等矿业学院的科学家经过共同努力,通过喷墨打印法制备出了一种激光核心。这种薄膜有机外腔垂直发射激光胶囊可完全一次性的制备。

  喷墨打印制成的激光胶囊由折射率为1.5的光学主基材EMD6415墨水构成,通过标准的激光染料如Pyrromethene 597或Rhodamine 640组合而成。胶囊附近是一种基于内腔聚合物的法布里-珀罗标准具,允许激光输出从570纳米到670纳米连续调谐。

  虽然有机激光器成本较低,但是他们很快就会降解的特点成为了其中的一个障碍。也许这一障碍并非如此可怕,因为既然这种激光器如此便宜,一旦降解之后就可以扔掉了。研究人员估计每个激光胶囊的制作成本仅为几美分。

 

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