小型固态雷射之研发

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1、專題報導小型固態雷射之研發黃升龍、鄭木海／中山大學光電工程研究所一、前言二、發展趨勢電科技是一種跨領域的科技，在研發上它小型固態雷射與一般雷射類似，其主體由下列四光牽涉到電子、機械、光學、材料各種專才部分構成，分別是激發光源、增益介質、非線性介質的整合，而應用上它更是無遠弗屆，在電及共振腔。近年來這四部分發展快速，因而帶動學術子、資訊多媒體、通信、生物科技及醫藥衛生科技上界及產業界之開發熱潮，使得這種雷射體積愈來愈均扮演了關鍵性角色，而光電科技中的核心角色之一小，生命期愈來愈長，效率也愈來愈高。以下分別介便是雷射。由於雷射技術在整體高科技產業

2、中扮演著紹這四部分之發展狀況：關鍵性組件的地位，因此雖然雷射產業本身的產值只灱激發光源有約四十億美金，其附加價值卻是以數十倍計，各國小型固態雷射的激發光源－高功率半導體雷射，政府莫不大力推動，以提昇國家競爭力。在近年來不但在生命期及亮度上均有相當大的突破，以半導體雷射激發之固態雷射，可以結合半導體不論三元化合物或四元無鋁化合物之活性區均可達到雷射輕、薄、短、小的特性，及固態雷射的高品質輸一萬小時以上之生命期，四元無鋁化合物更可達到大出橫向、縱向模態、高峰值功率等優點。傳統的閃光於18MW/cm2之損害閥值，而在亮度的提昇上也有不燈激發固態雷射

3、及氣體、染料雷射，由於效率低、體少進展，由以往一○○微米活性區寬度可產生一瓦到積大，或者須要高壓、水冷，因此在許多應用領域均目前的約四瓦。在雷射陣列(laserdiodearray)的發展可由半導體雷射或以其激發之固態雷射取代。近五年上，也由一公分寬陣列出十瓦，到目前的約六十瓦。來，這種半導體雷射激發之小型固態雷射的應用領域除了生命期及亮度的進展外，在市場價格上更是遵循快速被開發出來，小者如綠光指示器，大者如基因定了莫耳定律(Moore'slaw)，每五年價格變為十分之一序、火星地表高度成像、衛星間通訊等，尤其是其體(圖一)，目前平均一瓦二十

4、美金。積可做到小如姆指之一節，卻可產生數十毫瓦之紅、在使用的半導體雷射波長上，大多是介於630至綠、藍可見光，所以未來潛力不可限量。1100nm的範圍，主要由增益介質之活性離子決定，在國科會產學合作計畫三年多的補助下，由國立例如：鉻(Chromium)為670nm附近，釹(Neodymi-中山大學光電所黃升龍、物理系高甫仁、電機系洪子um)為800nm附近，而鐿(Ytterbium)則為940nm附聖、機械系何應勤和光電所鄭木海等五位教授與一位近。光電所博士後研究員鄭慧如博士，以及漢光科技、卓牞增益介質智電子、方礎公司、元利儀器及宏惠光電等公

5、司共同合作開發小型固態雷射。自從雷射的發明以來，固態雷射一直有快速的進科學發展月刊第28卷第11期836科專題報導科學鐿等稀土離子之雷射能階10000是由f能階至f能階，因此半導體雷射激發發摻釹釔石榴石雷射波長可調範圍非常小，相學1000較之下鉻及鈦等過渡金屬半導體雷射陣列離子之雷射能階是由d能美Lamppumped閃光燈激發展元階至d能階就有較寬之波／Nd:YAGlaser摻釹釔石榴石雷射瓦100數長可調範圍，因為過渡金發屬之d階是暴露在周圍晶月10格之晶體場(crystalfield)之下，因此不論是吸收或刊CourtesySDL,INC

6、.SDL公司提供光碟雷射放射頻寬均大幅增加了，展1尤其摻鉻氟化鋰鍶鋁(Cr:LiSAF)雷射晶體之吸19801985199019962000200620102015收峰在670nm附近，因此圖一　高功率半導體雷射及固態雷射之市場價格趨勢可由半導體雷射直接激發。月在紅、綠、藍全彩雷展，由第一具雷射－紅寶石雷射(Cr3+:Al2O3)在一九射的開發上，小型固態雷射具有極大之優越性，以摻六○年由T.H.Maiman發明至今，已有數百種晶體被釹釩酸釔雷射晶體為例(圖二)，只要這一種晶體，經實驗證實可行，推動固態雷射成長的主要動力來自於由倍頻便可產生紅

7、(670.5nm)、綠(532nm)藍(457nm)刊它的小體積、高能量儲存能力、簡單的激發方式及高三原色，且激發用的半導體雷射也只要808nm一種波度的穩定性，到目前為止最被廣泛應用的雷射晶體非長，因此經由三個發光區的雷射陣列相當容易整合在摻釹釔石榴石(Nd:YAG)莫屬，釔石榴石(YAG)雖不一起，形成一小型的全彩雷射。對四十吋以上之彩色是最理想的基材，但它結合了有用的機械及光學特顯示器，這種小型固態雷射不但具有較高的色彩飽和性，使其能一直被廣泛使用。近年來新發展出的摻鐿度及解析度，且比起其他大螢幕顯示技術，亟具價格釹釔石榴石(Yb:YA

8、G)雷射，亦是以YAG做摻釹釩酸釔雷射晶體能階基材，其不論是在吸收頻寬、儲存能力，以及能源使用效率均超越摻釹釔石榴石，唯一缺點是它是準三階雷射，因此只適用於高功率(