激光器

写激光器汇总篇，分类：

用于光通信的激光器，以半导体激光器为主，主要分两种类型，边发射与面发射。

1）VCSEL

VCSEL，叫垂直腔面发射。

这个限制，一是限制光场，二是降低阈值电流。

2）FP与DFB

FP与DFB都是边发射激光器，FP结构的激光器，是通过两侧反射镜做光反馈，DFB是通过光栅做光反馈。

DFB激光器应用广泛，常用的RWG结构与BH结构：

RWG，脊波导，上图深灰色部分是波导设计，工艺简单。

BH，异质掩埋，掩埋的是有源层，工艺复杂。

为什么要掩埋？

RWG结构的有源层如下图所示。

脊型波导，再通过两侧折射率差，将光场压缩至椭圆形，如下图所示。

掩埋结构，把有源层做窄。

那它的光场压下来，就接近于圆形。

BH结构的圆形光斑，非常适用于通信，与光纤耦合效率高，功率大，阈值电流低（功耗低）。

EML，是DFB结构与EAM电吸收调制器的集成器件：

半导体有激子吸收效应，也就是可以吸收光，那DFB的光，一会儿吸收，一会儿不吸收，对外界看起来就是1，0的区别。

电吸收调制器原理，外加电场后，能带发生改变。

吸收波长偏移，产生调制效果。

DBR激光器与DFB类似，只一半光栅，可以通过电流调整相位，也就是说可以通过电流的大小，调谐输出波长。

可调谐激光器，就是能调输出波长，上一类的DBR是可以做调谐的。

最简单的一种，就是温度调谐，DFB激光器可以随温度变化而变化，让它工作在不同温度，就可以实现不同波长。

把激光器级联起来，就可以调更多的波长了。

另一种，就是双臂结构，设计两激光器（各种类型都行），用游标效应。

咱FP出来的是多纵模。

两组FP，纵模间隔略作差异设计。

能对准的就可以激射，像游标卡尺一样。

这种双臂结构，有好些设计，原理都类同。

还有基于采样光栅的DBR。

3）量子级联激光器

量子级联激光器主要用在：

高精度气体传感领域

生化战剂探测

激光光谱学

远程探测

产品测试

军事太空：空-空、空-地射程发现

光电对抗

大气污染监测

咱们DFB是多量子阱结构（十来个），量子级联就是3个，通过量子隧穿3步完成激射。

电子不断从高能级向低能级跳，辐射出光子能量。

QCL量子级联激光器，同样可以做FP、DFB、外腔调制各种类型，波长集中在红外。

4）气体激光器

气体激光器是用气体做增益物质，CO ₂ 激光器是应用比较多的一种，主要用在激光加工行业。

CO ₂ 激光器，有一种辅助气体氮气（N ₂ ），电击中N ₂ 后，能量增加会被CO ₂ 吸收，再通过两侧反射镜，就激射出光（见下面第1、第2图）。

5）光纤激光器

光纤激光器，增益物质叫增益光纤。

普通传输信号的光纤是单包层，不产生增益。

增益光纤是双包层。

在泵浦光的作用下，纤芯就吸收能量，产生增益。增，就是放大。

光纤激光器，主要用于激光加工行业。

6）准分子激光器

准分子激光器，也是一种气体激光器，它们的区别在于CO ₂ 做不了超快激光器，它的加工过程产生热量，对加工面有损伤。

准分子激光器，破坏的是物质的肽键，对加工面不产生破坏力。

准分子的准，是说常态下这些分子不存在，只有激发状态下才有，常用这些惰性气体做准分子激光器，193nm是半导体光刻工艺中最常用的。

常态下没有ArF这种分子，分别是蓝色的氟（F）和红色的氩（Ar）。

受到激发时，产生一个极端时间的ArF分子，从高能级跳下时分开，同时产生一颗光子（见下图）。

这个超短脉冲，破坏分子肽键，这就是加工过程。

1960年，梅曼发明世界上第一台激光器，是红宝石激光器。

用红宝石做增益物质，在泵浦灯光作用下产生辐射，通过两个反射片进行放大，就是LASER，受激辐射光放大。

7）YAG激光器

类似的，把红宝石晶体，换成钇铝石榴石，就叫YAG激光器，也是用于激光加工市场。

8）自由电子激光器

这是用于军事上的一类能量激光武器，可以穿透钢板。

目前体积也很大。

它的原理很简单，用电子摆动起来（像波），光是电磁波。

用波动的电子做谐振，产生加速，产生巨大的光能量（见下图）。

如何让电子产生波动性？磁可以改变电的方向。

用一组极性交替分布的磁，让电子穿过去。

电子就产生扭摆。

这就成了自由电子激光器。

9）太赫兹激光器

太赫兹，是个新兴技术，它的电磁波频谱介于微波与红外之间，刚好位于电学与光学范畴的交接点，太赫兹可以用于安检以及早期癌症检测等领域。

它既可以做太赫兹电学应用，也可以做光学应用，光学上加反射腔等也可以做激光器。

用超短激光打在两片电极中间，就可以激射出太赫兹波。

它的电极（电学范畴这样）：

太赫兹的传输，发射与接收：

2017年，MIT在 nature 发表了一篇论文介绍中红外太赫兹激光器，波长100μm。