绿光激光器射出来的光是绿色的吗？
发布时间：2021-01-25 11:52
瑞士苏黎世联邦理工工学院开发出一种量子点环形激光器。这个激光器可发出红光、绿光和橙色光，并可在高功率下进行色彩转换。未来，量子点环形激光器有望用于激光显示、化学传感和其他领域。
绿光激光器射出来的光是绿色的吗？据物理学组织网站2018年1月22日报道，研究人员设计出一种称为量子点环形激光器的新型激光器。这个激光器能辐射出红色、橙色和绿色光。不同的量子点辐射出不同颜色的光——红色光来自中心量子点，绿色光来自外壳量子点，橙色光是中心量子点和外壳量子点辐射光的结合——并可通过控制来自中心量子点和外壳量子点辐射光之间的竞争，轻松进行切换。
基于铟氮化镓（InGaN）的激光二极管可以直接制造蓝光发射版本，但难以制造绿光，尤其是人类认为真正的绿色，具有更长波长的绿色：早期绿色激光二极管通常具有轻微的青色铸件。欧司朗光电半导体（德国雷根斯堡）是推出绿色发光InGaN激光二极管的商业先驱，一直推动原件边界，目前已推出基于InGaN的直接发射绿色激光二极管，波长从510到530纳米，绿光激光器的工作原理用于皮投影和其他红绿蓝（RGB）或绿色激光应用。
绿光激光器射出来的光是绿色的吗？
这项工作展示了以量子点为基础的激光器可能产生的有趣效果，量子点是由半导体材料制成的纳米晶体。在这些激光器中，量子点外壳通常涂有不同的材料。当发光时，外壳量子点不仅辐射出光，而且还将受激载流子（激子）转移至中心量子点，这增强了激光器中心光辐射能力。
为了使量子点激光器在仅由中心量子点发光和仅由外壳量子点发光之间进行切换，研究人员设计了一种特殊的激光微腔，这是激光器的中心部分，负责限制光和反射光，直到光变得高度相关。虽然已对量子点激光器开展广泛研究，但是目前并没有对激光微腔对量子点激光器的性能影响开展大规模研究。
在新的研究中，科学家制备出由高度结构化量子点环形阵列构成的高质量激光微腔。由此研制出的激光器表现出非常高的腔质量因子，几乎比具有随机激光微腔的传统量子点激光器高一个数量级。
这些激光器安装在集成光电二极管的TO38icut或TO56封装中（它们非常小，凸缘直径3.8 mm），典型的发散角为7°平行22°垂直，小到足以通过相对简单的光学器件进行环化和准直。欧司朗说，这是基于微电子机械系统（MEMS）的投影仪的一个重要特性，其中每个像素的颜色成分来自激光二极管的发射时间。
现有的小型绿光激光器竞争主要以倍频二极管泵浦固态（DPSS）激光器的形式出现，这种激光器在第一批绿色激光指示器中常见。这些激光器相对复杂，包含用于泵浦固态激光器的红外泵激光二极管，以及用于将所得IR光频率加倍到绿色中的非线性光学晶体。相比之下，直接发射激光二极管仅包含 - 直接发射激光二极管。
苏黎世联邦理工工学院材料工程教授诺瑞斯教授说：“我们能够证明一个简单的制造方法，产生高质量环形腔，使我们能够探索量子点激光器中的“色彩转换”行为。在低质量的微腔中，我们不太可能观察到这种效果。”
研究人员证明，在低功率的情况下，新的激光器从中心量子点发出红光，而在较高功率下，从壳体量子点发出绿光。在中等功率下，发出的光来自中心量子点和壳层量子点，因此呈现橙色。正如研究人员所解释的那样，只要激光功率足够高，就可以完全抑制核心发射，因为核心发射发生在皮秒时间尺度上，而壳发射发生在亚皮秒时间尺度上，因此可以大大超出核心发射。
未来，量子点激光器的独特性质可能导致激光显示、化学传感和其他领域。但是在这些领域实现之前，绿光激光器射出来的光是绿色的吗？研究人员计划进一步提高激光器性能。
在此次工作中，我们验证了“色彩转换”效应，但是在功率非常高的情况下发生颜色改变。下一步研究将探索相同的效应能否在更合理的功率下实现。这对于应用来说将非常有用。幸运的是，量子点不断改善（就激光性能而言），我们可以立即将这些改进应用到我们的器件上。
绿光激光器直接发射绿色激光二极管可以帮助实现实用的高功率嵌入式投影仪，并可在小型投影机中实现倍频DPSS激光器。欧司朗表示，激光也可以用于激光显示，因为它们的高光束质量使非常精细的结构能够在相当远的距离显示非常精细的结构。投影仪还受益于高热稳定性和小尺寸的激光二极管。例如，在建筑商使用的点或线投影激光器中，由于在相同的光功率下，绿光比红光更可见，因此距离更远是可能的。
