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半導體激光器

藍紫色半導體激光器解析

星之球激光 來源:激光網2011-11-03 我要評論(0 )   

藍紫色 半導體激光器 是指振蕩波長為410nm左右的半導體激光器。除了用作 藍光 光盤等的光源外,還有望用于照明光源和 顯示 器光源等。 日亞 化學工業(yè)、索尼、三洋電機以...

      藍紫色半導體激光器是指振蕩波長為410nm左右的半導體激光器。除了用作藍光光盤等的光源外,還有望用于照明光源和顯示器光源等。日亞化學工業(yè)、索尼、三洋電機以及夏普等已經實現了產品化。

  藍光光盤使用振蕩波長405nm的品種。播放專用的是連續(xù)振蕩時輸出功率為20mW的品種。用于記錄播放用途時,則根據記錄速度和記錄的盤片層數不同而分別使用不同的品種。例如,記錄速度為標準、盤片層數為一層時,采用脈沖振蕩時輸出功率為50mW的品種;記錄8倍速、盤片為2層時采用脈沖振蕩時的輸出功率為240~250mW的品種;記錄12倍速、盤片為4層時采用脈沖振蕩時輸出功率超過400mW的產品等。

  藍紫色半導體激光器作為繼DVD之后的新一代光盤的基礎部件,從20世紀90年代后期開始,廠商、大學和研究機構等展開了激烈的開發(fā)競爭。首家實現產品化的廠商是走在藍色LED等GaN類發(fā)光元件研發(fā)前列的日亞化學工業(yè)。該公司于1999年初開始樣品供貨藍紫色半導體激光器,加速了新一代光盤的開發(fā)速度。

  藍紫色半導體激光器與藍色LED等一樣,一般采用GaN類半導體材料。在GaN底板上層疊GaN類半導體的結晶層。也有不采用GaN類半導體而利用SHG(Second Harmonic Generation)技術的方法。SHG激光器使用光導波型元件將紅外半導體激光器輸出的光轉換成1/2波長的光。例如,使用850nm的紅外半導體激光器,可獲得425nm左右的藍紫色激光。

可在4層藍光光盤上實現12倍速記錄
可在4層藍光光盤上實現12倍速記錄
采用脈沖輸出為450mW的半導體激光器,可在4層藍光光盤上實現12倍速記錄。預計今后藍光光盤會繼續(xù)通過盤片的多層化不斷實現大容量化。屆時,將需要輸出功率高達900mW等的半導體激光器。

  可用于白色光源

  藍紫色半導體激光器通過改變其GaN類半導體層的層構造,可改變振蕩波長。例如,將振蕩波長延長若干可獲得藍色半導體激光器。藍色半導體激光器在顯示器領域可作為激光投影儀的光源。藍色光源除可直接使用藍色半導體激光器外,還可以結合使用藍色半導體激光器和光纖。住田光學玻璃開發(fā)的組合光纖技術中,光纖內的核心材料可變換藍色光的波長,令其在光纖內共振生成綠色光和紅色光,形成光的三原色。

  在照明用途中使用藍紫色半導體激光器時,與熒光體組合可得到白色光源。例如,日亞化學工業(yè)開發(fā)的白色光源,就是將藍紫色或者藍色半導體激光器與光纖相結合,將激光器射出的光經由光纖提取到外部的。在光纖射出的部分涂布熒光體材料進行混色,從而獲得白色光。

  在包括藍紫色半導體激光器的GaN類半導體激光器中,目前最引人關注的是綠色半導體激光器的開發(fā)。名為“微型投影儀”的超小型投影儀對綠色半導體激光器有很強的需求。微型投影儀今后要順利普及還存在若干課題。在小型化、低功耗化和削減成本這三項技術課題中,小型化的殺手锏就是激光光源。與目前主流的LED相比,激光光源射出的光不容易擴散,易于進一步縮小光學系統(tǒng)的尺寸。但要采用激光光源,與紅色和藍色相比效率低,高價格的綠色激光器則為瓶頸。目前,因可直接振蕩的綠色半導體激光器尚未產品化,所以不得不利用SHG元件轉換紅外激光的波長,這又成為了小型化和低功耗化的障礙。

  但進入2009年后,以住友電氣工業(yè)成功實現了波長531nm的綠色半導體激光器(采用GaN類半導體)的脈沖振蕩為代表,綠色半導體激光器的開發(fā)取得了穩(wěn)步進展。美國Kaai公司于2010年宣布開發(fā)出了波長為523nm的連續(xù)振蕩綠色半導體激光器。Kaai公司創(chuàng)始人、因開發(fā)藍色L E D而聞名的美國加州大學圣塔芭芭拉分校(UCSB)中村修二教授也是開發(fā)團隊的一員。開發(fā)綠色半導體激光器,需要改進GaN底板,采用非極性面和半極性面作GaN類結晶成長面等(目前,藍紫色半導體激光器產品中使用極性面)。 
 

 

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