蓝光激光器的发展及其应用

摘要：结合激光显示和蓝光光盘等主要应用，介绍全固态蓝光激光器的多种技术和最新发展。重点讲述了蓝光半导体激光以及半导体激光直接倍频蓝光激光器技术的进展。最后对蓝光激光器的一些主要应用进行了总结。
关键字：蓝光激光、激光显示、蓝光光盘、蓝光ld
1.激光显示与蓝色激光
激光显示采用红、绿、蓝三基色全固态激光器作为光源，由于激光的高色纯度，按三基色合成原理在色度图上形成的色度三角形面积最大，因而激光显示的图像有着比现有彩色电视更大的色域、更高的对比度和亮度，颜色更鲜艳，能反映自然界的真实色彩，在家庭影院和大屏幕显示领域具有巨大的应用前景[1]。2002年韩国三星公司就已经推出了80英寸vga分辨率的高亮度激光电视的样机，可以获得很好的显示效果。作为激光全色显示的关键技术，红、绿、蓝三基色全固态激光器也已成为当前国际上研究的热点。其中，三基色光源中的蓝色激光是目前激光显示研究中的瓶颈。
实现全固态蓝色激光光源的途径主要有三种：(1)直接发射蓝光的激光二极管；(2)ld倍频的蓝色光源；(3)ld泵浦通过非线性光学手段获得的蓝色激光器。
直接发射蓝光的半导体激光器，具有结构简单、使用方便、电-光转换效率高等优点。能够直接发射蓝色激光的ld一直受到人们的关注。但由于半导体材料本身的缺陷难于克服，使得蓝色激光二极管的发展相对缓慢，与实用化之间还有一段距离。通过ld泵浦非线性光学频率转换如倍频、和频等方法来得到高转换效率的蓝色激光输出。此外直接倍频ld获得蓝色激光，能够实现高的光-光转换效率；要求改善ld光束质量、压缩其发射线宽，并且将ld输出锁定在非线性晶体无源谐振腔的共振频率上，是这项技术的关键所在。
以上这些技术都有自身的缺点，离激光显示的真正应用尚有一定差距。目前激光显示研究过程中，所采用的蓝色激光主要采用的方法是采用基于美国专利（us patent no.4809291）制造的473nm蓝色激光[2]，即利用ld泵浦nd:yag的准三能级4f3/2->4i9/2的946nm倍频，并抑制1064nm的跃迁。但是这种方法效率比较低且实施难度较大。最近我们拟采用的窄带宽ld直接倍频ppln的技术来获得蓝色激光，既可以实现高的光光转换效率，而且技术方案简单，是一个有潜力的选择。
2.蓝光激光二极管
1999年[3]nichia公司生产出第一台蓝光半导体激光器，标志着下一代光存储的应用已经为期不远了。2002年出台了命名为“蓝光光盘”（blue-ray disc）的计划。具体讲，蓝光ld可以在一张12cm的光盘上实现27gb的存储量，它是现有技术的六倍，可以实现所有数字信息的存储（包括音频、视频、电视、照片等应用），大大方便了数字产品走进家庭和人们的办公室。例如，利用蓝光光盘可以记录两小时的高标准的数字视频或者13小时的标准电视。此外双面存储以及扩大光盘尺寸可以最终获得50-100gb的存储容量。