阅读 | 订阅
阅读 | 订阅
电子加工新闻

科学家制造出利用含碳材料将光放大的有机激光器

星之球科技 来源:科学网2016-05-23 我要评论(0 )   

来自法国和匈牙利的研究人员发明了一种打印激光器的方法。研究人员制造了利用含碳材料将光放大的有机激光器。虽然这类激光器不如那些应用于激光指示器、DVD播放机和光电...

 来自法国和匈牙利的研究人员发明了一种打印激光器的方法。研究人员制造了利用含碳材料将光放大的有机激光器。虽然这类激光器不如那些应用于激光指示器、DVD播放机和光电鼠标的无机激光器普遍,但它们能提供高效光子转换,具有制造简单、低成本、波长范围广等很多优势。

科学家制造出利用含碳材料将光放大的有机激光器(资料图) 科技世界网
激光器是一种能发射激光的装置。按工作介质分,激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。近来还发展了自由电子激光器,大功率激光器通常都是脉冲式输出。
如今,来自法国和匈牙利的研究人员发明了一种打印激光器的方法。它是如此的便宜、简单和高效,以至于研究人员认为,激光器的核心部件在每次使用后都可以被处理掉。
“制造激光器芯片的低成本和简单性,是这项成果的最重要方面。”圣埃蒂安国立高等矿业学校微电子中心助理教授Sébastien Sanaur介绍说。
Sanaur和同事制造了利用含碳材料将光放大的有机激光器。虽然这类激光器不如那些应用于激光指示器、DVD播放机和光电鼠标的无机激光器普遍,但它们能提供高效光子转换,具有制造简单、低成本、波长范围广等很多优势。
Sanaur团队利用喷墨式打印机,制造了成本超低的有机激光器。他们测试了各种可能的喷墨,然后选定一种名为EMD6415的商用喷墨,并将其同染料混合。这种喷墨以小正方形的形式被打印在石英载片上。染色后的喷墨充当了激光器的核心,被称为增益介质。其将光放大,并产生典型的狭窄、单色激光束。
激光器还需要镜子将光来回反射,以保持光放大效应的持续进行。而这是通过增益介质和被称为激光泵的能量源实现的。
这种新型激光器可被处理掉的部分是被研究人员称为“激光产生胶囊”的增益介质。据估测,仅用几美分便可将其生产出来。和剃须刀中可被替换的刀片一样,“激光产生胶囊”在磨损后可被轻易换掉。
该研究团队利用两种不同染料,产生了从黄色到深红色的激光辐射。他们预测,其他染料能覆盖光谱的蓝色和绿色部分。
 
激光是怎样产生的?
科学家制造出利用含碳材料将光放大的有机激光器(资料图) 科技世界网
除自由电子激光器外,各种激光器的基本工作原理均相同。产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大于损耗,所以装置中必不可少的组成部分有激励(或抽运)源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态,为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位,从而实现光放大。激光器中常见的组成部分还有谐振腔,但谐振腔并非必不可少的组成部分,谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向,从而使激光具有良好的方向性和相干性。而且,它可以很好地缩短工作物质的长度,还能通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的模式(即选模),所以一般激光器都具有谐振腔。
激光器激光工作物质是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系,有时也称为激光增益媒质,它们可以是固体(晶体、玻璃)、气体(原子气体、离子气体、分子气体)、半导体和液体等媒质。对激光工作物质的主要要求,是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现较大程度的粒子数反转,并使这种反转在整个激光发射作用过程中尽可能有效地保持下去;为此,要求工作物质具有合适的能级结构和跃迁特性。
激光器激励抽运系统是指为使激光工作物质实现并维持粒子数反转而提供能量来源的机构或装置。根据工作物质和激光器运转条件的不同,可以采取不同的激励方式和激励装置,常见的有以下四种。①光学激励(光泵)。是利用外界光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转的,整个激励装置,通常是由气体放电光源(如氙灯、氪灯)和聚光器组成,这种激励方式也称作灯泵浦。②气体放电激励。是利用在气体工作物质内发生的气体放电过程来实现粒子数反转的,整个激励装置通常由放电电极和放电电源组成。③化学激励。是利用在工作物质内部发生的化学反应过程来实现粒子数反转的,通常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施。④核能激励。是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子或放射线来激励工作物质并实现粒子数反转的。
激光器光学共振腔,通常是由具有一定几何形状和光学反射特性的两块反射镜按特定的方式组合而成。作用为:①提供光学反馈能力,使受激辐射光子在腔内多次往返以形成相干的持续振荡。②对腔内往返振荡光束的方向和频率进行限制,以保证输出激光具有一定的定向性和单色性。共振腔作用①,是由通常组成腔的两个反射镜的几何形状(反射面曲率半径)和相对组合方式所决定;而作用②,则是由给定共振腔型对腔内不同行进方向和不同频率的光,具有不同的选择性损耗特性所决定的。
 
液体激光器
科学家制造出利用含碳材料将光放大的有机激光器(资料图) 科技世界网
液体激光器的工作物质分为两类:一类为有机化合物液体(染料),另一类为无机化合物液体。其中染料激光器是液体激光器的典型代表。常用的有机染料有四类:吐吨类染料、香豆素类激光染料、花菁类染料。
染料激光器多采用光泵浦,主要有激光泵浦和闪光灯泵浦两种形式。
液体激光器的波长覆盖范围为紫外到红外波段(321nm~1.168um),通过倍频技术还可以将波长范围扩展至真空紫外波段。激光波长连续可调是染料激光器最重要的输出特性。器件特点是结构简单、价格低廉。染料溶液的稳定性比较差,是这类器件的不足。
染料激光器主要应用于科学研究、医学等领域,如激光光谱光、光化学、同位素分离、光生物学等方面。
 
半导体激光器
科学家制造出利用含碳材料将光放大的有机激光器(资料图) 科技世界网
半导体激光器也称为半导体激光二极管,或简称激光二极管(Laser Diode,LD)。由于半导体材料本身物质结构的特异性以及半导体材料中电子运动规律的特殊性,使半导体激光器的工作特性具有其特殊性。
半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件。其工作原理是通过一定的激励方式,在半导体物质的能带(导带与价带)之间,或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间,实现非平衡载流子的粒子数反转,当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式,光泵式和高能电子束激励式。电注入式半导体激光器,一般是由砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等等材料制成的半导体面结型二极管,沿正向偏压注入电流进行激励,在结平面区域产生受激发射。光泵式半导体激光器,一般用N型或P型半导体单晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物质,以其他激光器发出的激光作光泵激励。高能电子束激励式半导体激光器,一般也是用N型或者P型半导体单晶如PbS,CdS,ZhO等)做工作物质,通过由外部注入高能电子束进行激励。在半导体激光器件中,性能较好,应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器。
半导体激光器采用注入电流方式泵浦。
半导体激光器波长覆盖范围为紫外至红外波段(300nm~十几微米),其中1.3um与1.55um为光纤传输的两个窗口。半导体激光器具有能量转换效率高、易于进行高速电流调制、超小型化、结构简单、使用寿命才长等突出特点,使其成为最重要最具应用价值的一类的激光器。
半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器,由于它的波长范围宽,制作简单、成本低、易于大量生产,并且由于体积小、重量轻、寿命长,因此,品种发展快,应用范围广,已超过300种,半导体激光器的最主要应用领域是Gb局域网,850nm波长的半导体激光器适用于)1Gh/。局域网,1300nm-1550nm波长的半导体激光器适用于1OGb局域网系统。半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术。半导体激光器在激光测距、激光雷达、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制导跟踪、引燃引爆、自动控制、检测仪器等方面获得了广泛的应用,形成了广阔的市场。
1978年,半导体激光器开始应用于光纤通信系统,半导体激光器可以作为光纤通信的光源和指示器以及通过大规模集成电路平面工艺组成光电子系统。由于半导体激光器有着超小型、高效率和高速工作的优异特点,所以这类器件的发展,一开始就和光通信技术紧密结合在一起,它在光通信、光变换、光互连、并行光波系统、光信息处理和光存贮、光计算机外部设备的光祸合等方面有重要用途。半导体激光器的问世极大地推动了信息光电子技术的发展,到如今,它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源。半导体激光器再加上低损耗光纤,对光纤通信产生了重大影响,并加速了它的发展。
因此可以说,没有半导体激光器的出现,就没有当今的光通信GaAs/GaAlA。双异质结激光器是光纤通信和大气通信的重要光源,如今,凡是长距离、大容量的光信息传输系统无不都采用分布反馈式半导体激光器(DFB一LD)。半导体激光器也广泛地应用于光盘技术中,光盘技术是集计算技术、激光技术和数字通信技术于一体的综合性技术是大容t高密度、快速有效和低成本的信息存储手段,它需要半导体激光器产生的光束将信息写人和读出。

转载请注明出处。

有机激光器激光技术
免责声明

① 凡本网未注明其他出处的作品,版权均属于激光制造网,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用。获本网授权使用作品的,应在授权范围内使 用,并注明"来源:激光制造网”。违反上述声明者,本网将追究其相关责任。
② 凡本网注明其他来源的作品及图片,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本媒赞同其观点和对其真实性负责,版权归原作者所有,如有侵权请联系我们删除。
③ 任何单位或个人认为本网内容可能涉嫌侵犯其合法权益,请及时向本网提出书面权利通知,并提供身份证明、权属证明、具体链接(URL)及详细侵权情况证明。本网在收到上述法律文件后,将会依法尽快移除相关涉嫌侵权的内容。

网友点评
0相关评论
精彩导读