John Wallace

 法國巴黎大學激光物理實驗室的科學家們開發(fā)出一款名為垂直外腔表面發(fā)射有機激光器（VECSOL）的有機光泵浦固體激光器。該激光器能夠發(fā)出高質量光束，轉換效率高達43%，并且可調諧。^[1]通過進一步開發(fā)，并借助于塑料光纖，VECSOL將有望廣泛應用于傳感或通信領域。

VECSOL的增益介質是一層有機聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜，其中摻雜了1%重量的若丹明640。利用離心沉積法將幾微米厚的PMMA薄膜覆蓋到一塊平面鏡上。該平面鏡對于波長為600~660nm之間的光的反射率大于99.5%，與之相距4mm處有一塊凹面（曲率半徑為200mm）輸出耦合鏡，它對于波長在600~880nm之間的光的反射率為98%。凹面輸出耦合鏡與平面鏡組成了完整的激光諧振腔。

激光器的泵浦波長為532nm，諧振腔內的兩塊腔鏡對于532nm波長的光來說是透明的。然而，厚度為17µm的PMMA薄膜對于泵浦光的單程吸收率可達80%。泵浦VECSOL的光束由倍頻Nd:YAG激光束發(fā)出。該激光束可以是持續(xù)時間為7ns的“長脈沖”，也可以是0.5ns的“短脈沖”，兩者都具有10Hz的重復頻率和140μm的泵浦光束直徑（如圖）。

可調諧性

對于長脈沖泵浦，這種VECSOL的輸出激光閾值為1.8μJ，最大輸出能量為6μJ（峰值功率為870W），光光轉換效率為43%（量子效率為63%）。輸出光束是與泵浦光束偏振方向相同的線偏振光，并且是衍射受限的（光束質量M²值為1.0）。光束的中心波長約為655nm，但是在640~670nm之間包含多個波長峰，峰-峰間隔為7.5μm，是由PMMA薄膜的厚度所形成的法布里-珀羅標準具的自由光譜范圍。由于采用了離心沉積工藝，平面鏡的PMMA薄膜的厚度可變，從而可以通過橫向平移平面鏡在20nm波長范圍內對激光器進行調諧。

圖：利用532nm激光泵浦具有平凹諧振腔的VECSOL，后者以43%的轉換效率輸出波長約為650nm的激光。

研究人員還測試了厚度為10μm、5.6μm和2.35μm的PMMA薄膜。他們發(fā)現(xiàn)針對不同的薄膜厚度，波長峰之間的間隔也不同，這與預期相一致。最薄的薄膜對應的峰-峰間隔非常大，以至于此時激光器只能形成一個峰（由于最薄的薄膜層的厚度均勻，因此單個峰是不可調諧的）。

短脈沖泵浦的輸出激光閾值為0.95μJ，最大輸出能量為0.7μJ（峰值功率為2kW），轉換效率為6.3%。

研究人員注意到，對于長脈沖泵浦，VECSOL的腔長可以增加到60mm，而對于短脈沖泵浦，也可以增加到10mm，這讓他們可以插入腔內光學元件進行實驗。

“這種激光器對于那些需要成本低廉、結構緊湊并且易于操作的可見光波段可調諧光源的應用來說很有吸引力。”研究員Sebastien Chénais說，“這種VECSOL與分布反饋式有機激光器或有機微腔激光器之間的關鍵不同在于，它具有完美的衍射極限光束質量，并且可以達到非常高的轉換效率。聚合物光纖在650nm波長處具有最大透射率，而這恰好是VECSOL輸出光的波長范圍，因此很容易將光束耦合到聚合物光纖中。這一點同樣適用于短距離數(shù)據(jù)通信。另一個潛在的應用領域是有機分子光譜學，包括生物系統(tǒng)或者化學傳感。因此，在那些需要中等能量的脈沖激光的應用領域，它可能會取代昂貴笨重的光參量振蕩器或液體染料激光器。”

Chénais相信，如果再對VECSOL做一些改進（例如，增加控制良好的波長調諧能力），它將在工業(yè)領域引起關注。他指出，目前整套系統(tǒng)的成本幾乎就是泵浦激光器的成本；如果采用像激光二極管這類更加廉價的泵浦源，該激光器將更具成本效益。

易于重新涂層

“我們最終的目標是用有機半導體作為增益介質實現(xiàn)電泵浦，但是目前這個設想仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)，并且在短期內還無法實現(xiàn)。”Chénais說，“與使用大體積染料摻雜塊狀聚合物的固體染料激光器相比（或者與其他需要為激活介質制模的更為復雜的結構相比），這種激光器大大降低了由于有機染料自身固有的低光穩(wěn)定性所帶來的局限性，因為清洗腔鏡并涂覆一層全新的活性涂層僅僅需要幾分鐘的時間。”

參考文獻：

1. H. Rabbani-Haghhighi et al., Opt. Lett. 35, 12, p. 1968 (2010).