2微米激光器與它們的潛在應用

8/30/2023，光纖在線訊，光通信，光器件領域急需擴展新的市場應用機會，2微米左右的光波長很可能就是這樣的機會，比如現在許多公司都在進入1653nm的甲烷氣體檢測領域。這個波長再向上，還有更多的機會，下文根據德國Lisa公司2010年的一篇技術文章進行摘編，方便讀者了解這個領域的機會。

1.4µm以上的波長屬于人眼安全的波長，2µm波段也是。這個波長的激光系統在自由空間應用中相比傳統短波長系統更具優勢，因此在LIDAR，氣體檢測，空間光通信等領域更具應用潛力。尤其2µm左右激光在水里有合適的吸收峰，特別適合于醫療應用，可以讓激光在皮膚內的穿透深度不超過幾百µm。生物組織的主要成分是水，對2µm激光的高吸收可以實現極小范圍的加熱，從而實現精密切割，迅速止血，是許多外科手術的最佳選擇。

  2微米激光可以用于外科手術的領域
2µm激光還非常適合監視地球環境，可以直接用來測風速，監測水汽和二氧化碳濃度。對風的監測對于氣象預報非常有用，而水汽和二氧化碳監測對于氣候預測，天氣預報，研究溫室氣體效應都大有幫助。

2µm激光的另外一個潛在應用領域在于塑料等材料的加工處理，尤其是對于透明塑料材料的焊接。許多塑料在2µm左右有很好的吸收，從而支持激光加工。此外，2µm激光的應用領域還包括了FSO自由空間激光通信，戰場加密通信，爆炸物檢測，其他固體激光器的泵浦源等。

最初用于2µm激光器發生的主要有源材料是摻雜三價元素銩和鈥的晶體和玻璃光纖，摻銩材料尤其用于CW應用，摻鈥材料的高增益更適合用于脈沖和調Q激光應用。第一個2µm CW激光器在1965年誕生，采用77K溫度下的閃光泵浦結構，YAG晶體。1975年，第一個脈沖的2µm激光器誕生。1988年后室溫下工作的2µm激光器也實現了。今天這個領域的供應商包括了LISA，IPG等。下表給出了一些2µm激光器的成果，其中包括了基于玻璃光纖的2µm激光器。

銻化鎵(GsSb)材料的半導體激光器如今可以實現1.85微米到2.35微米的室溫運作�；�于半導體技術的2µm激光器具有更好的效率，輸出功率，光束質量以及更長的壽命，因此近年來更多被用于商用系統。

中紅外半導體激光器的最早發展追溯到1963年I.MeIngailis基于InAS材料的試驗（3.1微米）。1985年，Caneau等第一次實現了基于GaInAsSb材料的2.2微米室溫工作激光器。但最初的中紅外半導體激光器輸出功率都不大。1992年，Choi等第一次采用量子阱結構的GaSb材料實現了190mW輸出。2002年，Rattunde等采用p-side安裝的寬面積GaSb材料實現了輸出功率的更大提升，室溫下最高輸出達到了1.7W�；�于這一技術，實現了1cm寬Bar條，19個100微米寬發射器，1mm腔長的激光器陣列實現了10W2.3微米激光輸出。2006年，Rattunde等進一步改善了銻化鎵半導體激光器的光束質量。如今這一領域的工作已經聚焦到如何開發適應特定應用的中紅外半導體激光器，比如改善光束的空間質量。

原作者 Karsten Scholle, Samir Lamrini, Philipp Koopmann and Peter Fuhrberg，發表于2010年2月1日，作者單位 德國LISA公司 原文鏈接 https://www.intechopen.com/chapters/8446