Gail Overton

盡管摻鈦藍寶石是常用的激光增益材料,并作為可調(diào)諧超快摻鈦藍寶石激光器的主要成分廣泛應(yīng)用于各類光子應(yīng)用中，但它需要高亮度泵浦源，通常是輸出功率為幾瓦的氬離子激光器或倍頻釹激光器�，F(xiàn)在,基于氮化鎵(GaN)的藍光和綠光激光二極管的輸出功率不斷提升,這使得蘇格蘭Strathclyde大學(xué)光子學(xué)研究所的研究人員能夠首次演示由一個激光二極管直接泵浦的鎖模摻鈦藍寶石激光器。^[1]

不太可能實現(xiàn)的結(jié)果

    由于藍光和綠光激光二極管的輸出光功率通常較低,并且它們的波長與摻鈦藍寶石增益材料的寬范圍但低效率的吸收譜并不匹配,因此激光產(chǎn)業(yè)界始終認為，不可能用二極管實現(xiàn)對鈦藍寶石泵浦產(chǎn)生激光。然而, 日本Nichia公司生產(chǎn)的波長452nm的小型GaN激光二極管，實現(xiàn)了1W的輸出功率,已經(jīng)可以用來泵浦摻鈦藍寶石激光器。該激光器采用標準腔設(shè)計,輸出800nm、19mW的連續(xù)光（如圖）。

圖：Nichia公司的商用藍光激光二極管（右圖）首次被用于一個小型裝置中（下部光路圖），作為摻鈦藍寶石激光器的低成本泵浦源，以替代傳統(tǒng)的體積較大、成本較高的倍頻固態(tài)激光器（左圖）。

為了實現(xiàn)激光輸出，研究人員采用了1個非球面準直透鏡、1個由兩個柱透鏡構(gòu)成的望遠鏡以及1個球面透鏡，將激光二極管的輸出光聚焦到四鏡腔內(nèi)的摻鈦藍寶石晶體上。計算出的晶體腔腰半徑為25×15μm。在輸出耦合為0.5%的條件下，入射到晶體上的光功率為870mW時，可以得到750mW的鎖模閾值以及9mW的最大平均輸出功率。利用干涉自相關(guān)法，測得有限變換輸出的半高全寬脈沖寬度為116fs。

面臨的挑戰(zhàn)

目前測得的輸出功率低于建模計算出的預(yù)期值。研究人員認為，這是由于在發(fā)射激光的波長處泵浦所導(dǎo)致的損耗。但當波長大于477nm時，就很難察覺到損耗。由于更長波長的GaN激光二極管技術(shù)已經(jīng)取得了進展，因此研究小組相信通過進一步的實驗，可以很快制造出更高輸出功率的二極管直接泵浦的摻鈦藍寶石激光器。即使采用目前的452nm的激光二極管以及雙邊泵浦或者偏振組合技術(shù)，研究人員仍然相信能夠獲得50mW左右的輸出功率。

博士生Peter Roth說：“摻鈦藍寶石激光器的二極管激光泵浦能夠顯著降低現(xiàn)有系統(tǒng)的復(fù)雜程度。因此，在不久的將來，我們只需花費現(xiàn)有成本和空間的一小部分，就可以獲得今天這些高成本的臺式摻鈦藍寶石激光器所具有的無與倫比的性能。通過復(fù)用兩臺現(xiàn)有的GaN二極管激光器（每個器件在450nm波長處的輸出功率約為1W），將有望獲得平均輸出功率約為50W的可調(diào)諧飛秒摻鈦藍寶石激光器。該激光器可以實現(xiàn)從成像到光譜學(xué)的多種應(yīng)用，例如作為熒光顯微鏡的配件。 ”

參考文獻：

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