天博体育L优势白皮书系列＃1：
波长灵活性

不妥协的波长灵活性

光学泵送的半导体激光器（天博体育L）是一项独特的技术，它结合了激光二极管，DPSS（二极管泵送固态）和离子激光器的最令人期望的属性，同时消除了其矛盾的限制的许多限制。例如，许多离子气体激光器和第一代二极管泵式固态激光器都能够产生具有高质量TEM的输出光束₀₀许多应用所需的模式，包括共聚焦显微镜，流式细胞仪和全息图。不幸的是，它们的输出波长仅限于由增益材料确定的少数发射线，例如，离子激光器的488 nm和DPSS激光器的1064 nm（及其谐波）。历史上，主要的应用程序是合适的，有时不到优化，以匹配这些固定波长之一，最著名的是生命科学中的488 nm。另一方面，可以制造基于二进制和三元半导体的二极管激光器可以在不断增长的可见和近IR波长范围内进行操作。但是，这些设备通常是所谓的边缘发射器，其中光是从小（微米尺寸）和不对称输出方面发出的。结果，输出是高度分歧，不对称的，而不是衍射有限的，并且通常是散热性的。对于需要常规梁特性的任何应用，这些都需要各种光学元件重塑并在空间上过滤梁。同样，小输出方面的高强度意味着功率缩放受到限制，通常需要在条或阵列中排列的多个发射器。这对于需要高度准直或聚焦的光束的应用是不利的。

天博体育L是一种独特的激光体系结构，可提供激光二极管的波长灵活性和传统激光器的优质束性能。此外，它还提供了其他重要优势，例如功率扩展和减少。

天博体育L体系结构

天博体育L是一种垂直腔表面发射激光器（VCSEL）。在常规的VCSEL中，光线垂直于交界处发射，并退出二极管芯片的面，而不是边缘。较大的输出光圈会导致较低的发散光束，也可能是对称的。不幸的是，电泵送的VCSEL无法产生边缘发射极的高功率，因为没有使用延长的电极会导致过多的光学损失，因此无法淹没大面积的充电载体。但是，可以通过使用二极管激光器将设备光学地泵送以创建电荷载体，这是通过连贯的专利方法，可以避免此问题。这是天博体育L的基础。

图1是一个简化的示意图，显示了天博体育L的关键元素。将直接耦合的单发射器或光纤耦合激光二极管阵列从天博体育L芯片的前表面重新成像。这种整体III-V半导体芯片包含在二元（GAAS）层之间交替的三元量子井（INGAA）的层。这些二元层被优化以有效吸收泵辐射，从而导致高载体载体。这导致量子井中的种群反转和重组，从而导致激光发射。这些吸收/发射层的背后是几个交替的高指数层，可作为对所需天博体育L输出波长优化的低损坏DBR（分布式Bragg反射器）镜像。半导体芯片安装在散热器上，以在其整个后表面上有效冷却。

天博体育L波长控制

与其他基于半导体的激光一样，天博体育L以量子井结构的化学计量和物理尺寸确定的波长发射。因此，通过更改这些量子井的组成和大小，可以按应用所需的不同特定输出波长量身定制天博体育L芯片 - 见图2。

大多数连贯的天博体育L在腔内包含一个双折射过滤器。这解决了大多数二极管激光器的典型特征，包括天博体育芯片。首先，与基于原子发射（例如氩离子激光器）相比，这种增益芯片可以在波长的较大波长上发出光。此外，中心波长从芯片到芯片略有不同，当然，这就是为什么激光二极管制造商为在狭窄的波长窗口中选择激光二极管的溢价。双向滤波器充当狭窄的腔内滤波器，其变速波长是通过围绕正常轴旋转而设置的。该过滤器用于将发射限制为窄带 - 某些模型中的单个纵向模式 - 也将输出设置为目标波长。

相干天博体育L基于Ingaas增益芯片。那是因为这些是具有最高功率特征的最可靠，最长的寿命二极管。这种类型的量子井设备可以设计用于在近红外的广泛范围内产生激光发射。然后，通过使用加倍的晶体，将其有效地转换为可见的输出。对于需要紫外线输出的应用，某些天博体育L还配备了一对腔内晶体来执行频率三倍。

波长灵活性的值

在天博体育L技术出现之前，需要使用毫米的可见或紫外线激光束到连续波（CW）功率的瓦特（CW）功率，以使用可用的固定波长之一。首先，这些是离子气体激光器的发射线，例如氩离子激光器的488 nm和514 nm线。然后，DPSS激光器在1064 nm处，室内翻倍至532 nm，已广泛使用。在可见的光谱中存在很大的间隙，没有简单的激光，尤其是在频谱的黄色和橙色部分中。只有Krypton Ion激光器，染料激光器或使用基于基于效率低下的弱发射线的复杂混合方案，才能满足这些区域中对激光的需求日益增长的需求，尤其是在生命科学中，尤其是在生命科学中。结果，通常会损害需要这些波长的应用，以匹配可用激光波长之一。 天博体育L引起了范式的变化。如今，每个已建立或新兴应用程序都由专门为优化该应用程序的波长设计的天博体育L支持。两个非常不同的应用程序说明了此功能的优势。

AMD的光学凝集

与年龄相关的黄斑变性（AMD）是视力丧失和失明的主要原因。该病的特征是黄斑血管泄漏。这是视网膜的一个小（直径<6毫米）区域，位于视野的中心，负责高分辨率的色觉。根据泄漏血管的位置，激光光凝通常是建议的治疗方法。在这里，激光会产生受控的局部烧灼，破坏微小的罪魁祸首并防止进一步出血。

成功光凝的关键是组织选择性；也就是说，关闭目标容器而不会以任何方式损坏周围的组织。泄漏血管和其他组织之间的主要区别是血液的存在。因此，可以通过使用优先被血液吸收的激光波长来达到选择性。它也需要是可见的波长，以使激光通过眼睛的透明前部良性通过。可见吸收的血液的主要成分是氧血红蛋白，多年来，最常用的激光波长为532 nm（来自二极管泵的固态激光器），它接近氧气 - 血红蛋白的氧气吸收峰弱的峰值。

但是，氧气血红蛋白的吸收实际上在577 nm处峰值（见图3）。相干为此应用设计了一个全新的天博体育L激光器（Genesis MX577），该激光器在此特定波长下提供3瓦的输出。与532 nm的前身相比，这提供了改善的血管闭合，眼睛上的热负荷减少。除了这一重要的好处外，天博体育L快速脉冲（最多100 kHz）的功能使使用“微量溶剂”可以提供高度的给药控制，以最大程度地提高伤口治疗反应，并具有最少的局部组织创伤。由于这些原因，577 NM 天博体育L将532 nm DPS置换为本应用程序中的首选激光。

带有优质调色板的灯光显示

灯光显示代表了一个非常不同的应用程序空间，其中天博体育L的波长灵活性使它们成为激光器中的首选。可以通过激光灯光发动机生成的颜色范围（颜色域）取决于使用的特定激光波长。传统上，大多数彩色投影仪都使用了三个激光器 - 红绿色和蓝色（RGB） - 蓝色是488 nm处的氩离子传统波长。但是，人眼对颜色差异非常敏感，激光灯光表现的挑战是产生真正的白色，从技术上讲称为D65。

Coherent使用天博体育L技术在传统RGB波长下提供多瓦特功率，以及光线显示的两个重要的非掌波长度：577 nm最初率先用于光凝和460 Nm。如图4所示，后者确保了更广泛的颜色，更重要的是，仅混合两个激光器可以产生白色 - 在577和460 nm处。一个具体的示例进一步说明了这些新波长对灯光显示设计师的值。

在2011年，宝马想推出他们的新的燃油汽车I系列，这是一个始终强调性能和处理的品牌的主要市场发展。他们选择了法兰克福国际车展（IAA）。该发布是由Bluescope Agency构思的，并由Rockservice管理，使用了位于德国亚伦的领先的激光灯光表演公司Lobo的服务。这种高可见性发射的总体概念是通过蓝色激光的隧道揭开每辆汽车的发展 - 见图5。此外，演示文稿还包括其他激光效应。这些激光元素都必须完全匹配发射介绍的其他视觉组件（例如LED屏幕）中使用的BMW Corporate蓝色。但是感知到的颜色因位置，背景照明和其他因素而异。因此，Lobo需要能够平稳地对其投影仪的蓝色输出进行平滑更改。在标准RGB投影仪中，实现完美的颜色匹配将非常困难。相反，Lobo用两个蓝色天博体育L（相干Taipan）配置了RGB投影仪 - 在488 nm和460 nm处。这启用了蓝色输出的简单“调整”，以匹配在最终照明条件下展览厅设置中其他宝马显示组件的感知颜色。