2微米激光器与它们的潜在应用

8/30/2023，光纤在线讯，光通信，光器件领域急需扩展新的市场应用机会，2微米左右的光波长很可能就是这样的机会，比如现在许多公司都在进入1653nm的甲烷气体检测领域。这个波长再向上，还有更多的机会，下文根据德国Lisa公司2010年的一篇技术文章进行摘编，方便读者了解这个领域的机会。

1.4µm以上的波长属于人眼安全的波长，2µm波段也是。这个波长的激光系统在自由空间应用中相比传统短波长系统更具优势，因此在LIDAR，气体检测，空间光通信等领域更具应用潜力。尤其2µm左右激光在水里有合适的吸收峰，特别适合于医疗应用，可以让激光在皮肤内的穿透深度不超过几百µm。生物组织的主要成分是水，对2µm激光的高吸收可以实现极小范围的加热，从而实现精密切割，迅速止血，是许多外科手术的最佳选择。

  2微米激光可以用于外科手术的领域
2µm激光还非常适合监视地球环境，可以直接用来测风速，监测水汽和二氧化碳浓度。对风的监测对于气象预报非常有用，而水汽和二氧化碳监测对于气候预测，天气预报，研究温室气体效应都大有帮助。

2µm激光的另外一个潜在应用领域在于塑料等材料的加工处理，尤其是对于透明塑料材料的焊接。许多塑料在2µm左右有很好的吸收，从而支持激光加工。此外，2µm激光的应用领域还包括了FSO自由空间激光通信，战场加密通信，爆炸物检测，其他固体激光器的泵浦源等。

最初用于2µm激光器发生的主要有源材料是掺杂三价元素铥和钬的晶体和玻璃光纤，掺铥材料尤其用于CW应用，掺钬材料的高增益更适合用于脉冲和调Q激光应用。第一个2µm CW激光器在1965年诞生，采用77K温度下的闪光泵浦结构，YAG晶体。1975年，第一个脉冲的2µm激光器诞生。1988年后室温下工作的2µm激光器也实现了。今天这个领域的供应商包括了LISA，IPG等。下表给出了一些2µm激光器的成果，其中包括了基于玻璃光纤的2µm激光器。

锑化镓(GsSb)材料的半导体激光器如今可以实现1.85微米到2.35微米的室温运作。基于半导体技术的2µm激光器具有更好的效率，输出功率，光束质量以及更长的寿命，因此近年来更多被用于商用系统。

中红外半导体激光器的最早发展追溯到1963年I.MeIngailis基于InAS材料的试验（3.1微米）。1985年，Caneau等第一次实现了基于GaInAsSb材料的2.2微米室温工作激光器。但最初的中红外半导体激光器输出功率都不大。1992年，Choi等第一次采用量子阱结构的GaSb材料实现了190mW输出。2002年，Rattunde等采用p-side安装的宽面积GaSb材料实现了输出功率的更大提升，室温下最高输出达到了1.7W。基于这一技术，实现了1cm宽Bar条，19个100微米宽发射器，1mm腔长的激光器阵列实现了10W2.3微米激光输出。2006年，Rattunde等进一步改善了锑化镓半导体激光器的光束质量。如今这一领域的工作已经聚焦到如何开发适应特定应用的中红外半导体激光器，比如改善光束的空间质量。

原作者 Karsten Scholle, Samir Lamrini, Philipp Koopmann and Peter Fuhrberg，发表于2010年2月1日，作者单位 德国LISA公司 原文链接 https://www.intechopen.com/chapters/8446