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日本开发出超短脉冲半导体激光器 |
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| http://cn.newmaker.com
8/31/2010 10:23:00 PM
日经BP社
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日本东北大学与索尼开发出了在蓝光光盘上使用的405nm波长蓝紫色超短脉冲半导体激光器。由此，距离实现在单一材料的光盘上通过多层记录实现TB级记录容量的低成本光盘又近了一大步。“目前处于完成了原理验证的阶段。虽然还不到产品阶段，不过已经克服了实现光盘产品化时会碰到的最大障碍”（索尼）。
可写入透明材料
此次的半导体激光器可使蓝紫色激光产生脉冲式振动。输出功率的时间平均值只有300m～400mW，脉冲宽度缩短到了3ps，具有脉冲的峰值输出功率高达100W的特点。
通过镜头将这种大输出功率激光进行聚光后，在其焦点上会出现“多光子吸收”的非线形现象，即使是透明的光盘，也只有该部分不透明。这是指两个或者两个以上的光子基本聚集于一点后，能够超过1个光子无法超过的带隙能量的现象。结果材料在吸收光后会发生化学变化，在光盘上形成一个尺寸为280nm×350nm的“空孔”，利用这个空孔便可记录信息。信息记录的层深仅通过控制镜头便可改变，因此，由单一材料构成的光盘可实现数十层～100层的信息记录。
振荡的激光元件。中间发光的元件为光半导体放大器
索尼此前一直在研发这种多光子吸收的大容量光盘。比如，该公司在2009年秋季的光记录技术国际会议“ISOM 2009宣布，在单一材料的光盘上制作了1层可记录6GB的34层光盘，记录内容合计可达到204GB，其信息读取实验已经获得了成功。
一举解决光源问题
此次存在的课题是超短脉冲激光器的光源。此前一直采用长约80cm的钛蓝宝石固体激光器。1台的价格要达到数千万日元，并且还存在体积大、不易调节、非专业研究人员无法使用的问题。
此次开发时将光源的尺寸削减到了上述的1/50以下，激光器的峰值输出功率提高到了上述的100倍以上。据称，多光子吸收的效果可在达到峰值输出功率的平方或超过该数值时产生。价格方面，量产时将与目前的蓝光光盘使用的激光头相同，均为数百日元，成本戏剧性地削减到了万分之一以下。“在学会上进行发表时，表示（即便光盘的记录技术可以实现），使用何种光源的提问不绝于耳，此次的开发可消除对可实现性的怀疑”（索尼）。
分2个阶段制成超短脉冲
此次的激光元件是由东北大学未来科学技术共同研究中心教授横山弘之与索尼尖端材料研究所共同开发的。据介绍，关键在于分2个阶段制作了超短脉冲的激光。
具体做法是分别新开发出了名为“锁模型”、由GaN构成的蓝紫色半导体激光元件以及进一步扩大其输出功率的半导体放大器。半导体激光元件的特点是，在部分波导路上印加反向偏置电压，控制材料的光吸收，或者利用防反射膜使位于普通半导体激光元件的反射层之一失效，然后外置反射镜，从而加长共振器长度等。超短脉冲发生的原理是“光学频率梳与起点相同”（东北大学的横山）。此次将固体激光器中最大为80MHz的脉冲频率（锁模的重复频率）提高到了1GHz。
不过，该半导体激光元件的峰值输出功率为3W左右。经由半导体放大器后，还可放大30倍以上。相对于放大器中的波导路，激光元件倾斜设置，并且进一步通过改变波导路的粗细来削减了反射损耗等。
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