Gail Overton

尽管掺钛蓝宝石是常用的激光增益材料,并作为可调谐超快掺钛蓝宝石激光器的主要成分广泛应用于各类光子应用中，但它需要高亮度泵浦源，通常是输出功率为几瓦的氩离子激光器或倍频钕激光器。现在,基于氮化镓(GaN)的蓝光和绿光激光二极管的输出功率不断提升,这使得苏格兰Strathclyde大学光子学研究所的研究人员能够首次演示由一个激光二极管直接泵浦的锁模掺钛蓝宝石激光器。^[1]

不太可能实现的结果

    由于蓝光和绿光激光二极管的输出光功率通常较低,并且它们的波长与掺钛蓝宝石增益材料的宽范围但低效率的吸收谱并不匹配,因此激光产业界始终认为，不可能用二极管实现对钛蓝宝石泵浦产生激光。然而, 日本Nichia公司生产的波长452nm的小型GaN激光二极管，实现了1W的输出功率,已经可以用来泵浦掺钛蓝宝石激光器。该激光器采用标准腔设计,输出800nm、19mW的连续光（如图）。

图：Nichia公司的商用蓝光激光二极管（右图）首次被用于一个小型装置中（下部光路图），作为掺钛蓝宝石激光器的低成本泵浦源，以替代传统的体积较大、成本较高的倍频固态激光器（左图）。

为了实现激光输出，研究人员采用了1个非球面准直透镜、1个由两个柱透镜构成的望远镜以及1个球面透镜，将激光二极管的输出光聚焦到四镜腔内的掺钛蓝宝石晶体上。计算出的晶体腔腰半径为25×15μm。在输出耦合为0.5%的条件下，入射到晶体上的光功率为870mW时，可以得到750mW的锁模阈值以及9mW的最大平均输出功率。利用干涉自相关法，测得有限变换输出的半高全宽脉冲宽度为116fs。

面临的挑战

目前测得的输出功率低于建模计算出的预期值。研究人员认为，这是由于在发射激光的波长处泵浦所导致的损耗。但当波长大于477nm时，就很难察觉到损耗。由于更长波长的GaN激光二极管技术已经取得了进展，因此研究小组相信通过进一步的实验，可以很快制造出更高输出功率的二极管直接泵浦的掺钛蓝宝石激光器。即使采用目前的452nm的激光二极管以及双边泵浦或者偏振组合技术，研究人员仍然相信能够获得50mW左右的输出功率。

博士生Peter Roth说：“掺钛蓝宝石激光器的二极管激光泵浦能够显著降低现有系统的复杂程度。因此，在不久的将来，我们只需花费现有成本和空间的一小部分，就可以获得今天这些高成本的台式掺钛蓝宝石激光器所具有的无与伦比的性能。通过复用两台现有的GaN二极管激光器（每个器件在450nm波长处的输出功率约为1W），将有望获得平均输出功率约为50W的可调谐飞秒掺钛蓝宝石激光器。该激光器可以实现从成像到光谱学的多种应用，例如作为荧光显微镜的配件。 ”

参考文献：

1. P.W. Roth et al., "Modelocking of a diode-laser-pumped Ti:sapphire laser," CLEO 2010, paper CMNN1, San Jose, CA.