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激光光学白光激光器及其应用

现有的激光技术一直存在一个短板,即只能发射单波长或窄波段的光。如何扩大激光的频率,形成超宽带、超直、紫外、可见光和红外波长的相干白光激光器,仍是人类尚未实现的梦想,是一个世界性的科技难题。这是因为激光光学系统由光学谐振腔、增益介质和泵浦源组成。激光的波长由增益物质中原子、分子或离子的能级结构决定。

由于天然的激光晶体材料对增益频率范围和增益带宽有很大的限制,激光器不能产生任何波长的激光。
是否会创造出完美的白激光?它能给激光的应用带来什么样的变化和发展?众所周知,万物都是靠太阳生长的,太阳光给地球带来光和热。熟悉的阳光是一种白光,其光谱覆盖紫外-可见光-近红外-中红外波段,如图1所示,在可见光波段(400-700nm),辐射能量最强,覆盖了红、橙、黄、绿、蓝七种颜色,光谱中的连续分布和跃迁。因为太阳是白色的,雨后天空中经常可以看到彩虹,或者阳光通过七种颜色的光穿过玻璃棱镜(图2)。这是日常生活中常见的经历。

人们不太熟悉的一件事是阳光是一种完全不相干的光。就空间相干性而言,太阳光不可能是直的和高度发散的。在时间相干性方面,不同颜色的太阳光之间没有相位相关和锁定。所以阳光只能用来发电取暖、热水器、太阳能电池等。

但是利用现代科学技术,比如利用阳光来传递信息,似乎是不可能的。

太阳光的光谱分布。太阳辐射光谱包括太阳本身、进入地球的太阳光光谱以及由于吸收大气水和二氧化碳而到达海平面的太阳光光谱。

2.白光激光


laser

白光激光光源的优点和应用前景,短波激光光源和连续激光与普通白光(如日光灯、白炽灯、白光LED灯等)相比,在科研、国防军事、照明、通信技术等领域具有亮度高、峰值功率高、频率范围宽等优点,信息技术、工业生产、生物医学、环境检测等受到了广泛的关注。

白光作为一种新型的激光光源,具有方向性好、能量密度高、光谱超连续、带宽大、波长中心灵活、时空相干度高等优点。这将大大拓展激光技术的功能和应用范围。白光激光器或太阳激光器是完全相干光,不仅是激光束的高度,而且是非常小的区域。完全不同颜色的振幅和相位锁定,通过调节振幅和相位,可以改变激光脉冲形状随个人倾斜的时间,产生很短的脉冲宽度(飞秒和飞秒激光脉冲)。这种太阳激光器将有可能实现光能在空间和时间上的聚焦和会聚。它在很小的区域和很短的时间内释放能量,形成极高的瞬时功率密度。



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