Page 30 - LFWC_NovDec2017_eMag

Technologies Center 技术中心

泵浦与优化方面的优势。此外，文中 表1：三种二极管激光器的性能比较。
还将给出实施基于 VBG 的解决方案 自由运转 DFB/DBR波长锁定 VHG-波长锁定
10W单管的中心波长的变化 ~10 nm ~2 nm < 0.2 nm
时，在成本、功率、效率和动态范围
2
光谱线宽 (FW1/e ), 880nm 5-7 nm <1.3 nm < 0.5 nm
方面的系统级权衡。
峰值效率 65% 60% 65%
量子阱半导体激光器的光学发射
光谱与有源区域的光学增益谱密切相 的输出波长，有两种最常见的方法。 nLIGHT 公司最近展示了波长稳定的
关。该光学增益谱很大程度上取决于 一种是内部反馈机制，通过包含在激 780nm 器件，其在整个工作范围内的
二极管激光器的驱动电流和温度。标 光器有源区域中的蚀刻的分布式布拉 光谱线宽 <10pm。
准的面发射二极管激光器不采用波长 格光栅（DBR 和 DFB 激光器）来实 第三，通过不用 p-DBR，可以大
选择反馈机制，导致在有源区光谱增 现 ；另一种是外部反馈机制，通过外 大减少电子注入器件的电压缺陷，提
益带宽内只要满足增益的模式都输 部光学元件来实现，如体全息光栅 高这些器件的量子阱效率。可以独立
出。因此，激发模式的包络光谱宽度， （VHG） [3,4] 。相比于 DFB 或 DBR 地优化外延以实现高功率和高效率，
主要取决于光学增益的光谱宽度，而 波长锁定方式，采用外部 VHG 波长 而不再需要在设计上做出妥协，为实
光谱宽度本身又与激光波长的平方成 锁定的二极管激光器，具有诸多优势。 现良好的光栅耦合设计复杂掩埋光栅
[2]
正比。 由于二极管激光器的带隙和 首先，外部 VHG 波长锁定方式， 方法。外部光栅本身较低的内部损耗
相应的光学增益谱，会随着温度和工 二极管自发热与反馈波长的调谐无相 允许进行设计优化，在功率和效率方
作电流的变化而变化，非锁波长的二 关性，进一步提高锁波长二极管的温 面提供零损失。外部锁波长方式，消
极管激光器，其输出波长随温度的漂 度稳定性，并通过 VBG 元件的独立 除了掩埋光栅方法中通常采用的复杂
移约为 0.3nm/℃。换句话说，二极管 温度控制，实现了波长可调的激光输 外延再生。准直利用了与透镜中相同
激光器的光谱宽度和中心波长，基本 出。采用内部光栅（如 DFB 或 DBR 的成熟准直技术。锁波和非锁波芯片，
上会随着工作环境的变化而变化，并 激光器）的器件，随着温度的不同， 可以用来自同一个晶圆。
且不能通过在给定的材料系统中进行 波长的偏移量为 0.07nm /℃，从而导 最后，批量制造能力和价格优势
单独的外延修改来直接设计。 致输出波长在整个功率范围内出现 方面的最新进展，已经降低了 VHG
2nm 的偏移。相比之下，VHG 较低 锁波激光器的成本，使其成为一种低
外部VHG波长锁定的优势 的光学吸收，使得激光器在其工作范 成本解决方案。VHG 锁波激光器的
二极管激光器的波长稳定性，通 围内的波长偏移 <0.2nm。 准直和安装，利用了在快轴准直透镜
常是通过波长选择反馈机制来实现 表 1 中比较了自由运转、采用内 中使用的具有成本效益的成熟技术。
的；这种机制将激光器锁定到一个（或 部光栅锁波和采用外部 VHG 锁波的
几个）纵向模式。稳定二极管激光器 三种二极管激光器的性能，其中包 nLIGHT最新锁波长技术
括中心波长的变化、光谱线宽和峰 以前的其它工作研究显示，采用
值效率。从表 1 中可以看出，VHG VHG 外部波长锁定后，二极管的斜
锁波器件显示出了最小的中心波长 率效率大约有 10％ ~20％的损失。为
变化、最窄的光谱线宽以及毫不逊 了解决这一局限，nLIGHT 最近开发
色的电 - 光效率。 出一种锁波长技术，其能够在较宽的
第二，外部 VHG 波长锁定方法 温度范围内保持良好的锁波性能，而
[5]
提供了更大的波长灵活性，因为纵模 并不改变激光器的输出功率和效率。
是通过外部光学元件选择的。发射线 最近，该技术已经被应用到多
宽可以根据应用进行定制 - 在要求极 款工作在 800~1900nm 波长范围内的
图3：Nd：YVO 4 的a轴偏振光和c轴偏振光的吸收曲 窄线宽（<0.05nm）的情况下，可以 高功率、高效率二极管激光器中。
线。当在878nm波段泵浦时，a轴偏振光和c轴偏振光
的吸收差异能对激光器的性能产生实质性的影响。 简单地将 VBG 做得更厚些。例如， nLIGHT 已将这些技术引入到 88xnm

28 Nov/ Dec 2017 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界