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日本東北大學(xué)與索尼開發(fā)出超短脈沖半導(dǎo)體激光器

編輯：hattie 2010-07-22 10:44:15 瀏覽：1104 來源：日經(jīng)BP社

　　　　日本東北大學(xué)與索尼開發(fā)出了在藍(lán)光光盤上使用的405nm波長藍(lán)紫色超短脈沖半導(dǎo)體激光器。由此，距離實現(xiàn)在單一材料的光盤上通過多層記錄實現(xiàn)TB級記錄容量的低成本光盤又近了一大步。“目前處于完成了原理驗證的階段。雖然還不到產(chǎn)品階段，不過已經(jīng)克服了實現(xiàn)光盤產(chǎn)品化時會碰到的最大障礙”（索尼）。

　　可寫入透明材料

　　　　此次的半導(dǎo)體激光器可使藍(lán)紫色激光產(chǎn)生脈沖式振動。輸出功率的時間平均值只有300m～400mW，脈沖寬度縮短到了3ps，具有脈沖的峰值輸出功率高達(dá)100W的特點。

　　　　通過鏡頭將這種大輸出功率激光進(jìn)行聚光后，在其焦點上會出現(xiàn)“多光子吸收”的非線形現(xiàn)象，即使是透明的光盤，也只有該部分不透明。這是指兩個或者兩個以上的光子基本聚集于一點后，能夠超過1個光子無法超過的帶隙能量的現(xiàn)象。結(jié)果材料在吸收光后會發(fā)生化學(xué)變化，在光盤上形成一個尺寸為280nm×350nm的“空孔”，利用這個空孔便可記錄信息。信息記錄的層深僅通過控制鏡頭便可改變，因此，由單一材料構(gòu)成的光盤可實現(xiàn)數(shù)十層～100層的信息記錄。

　　　　索尼此前一直在研發(fā)這種多光子吸收的大容量光盤。比如，該公司在2009年秋季的光記錄技術(shù)國際會議“ISOM 2009宣布，在單一材料的光盤上制作了1層可記錄6GB的34層光盤，記錄內(nèi)容合計可達(dá)到204GB，其信息讀取實驗已經(jīng)獲得了成功。

　　一舉解決光源問題

　　　　此次存在的課題是超短脈沖激光器的光源。此前一直采用長約80cm的鈦藍(lán)寶石固體激光器。1臺的價格要達(dá)到數(shù)千萬日元，并且還存在體積大、不易調(diào)節(jié)、非專業(yè)研究人員無法使用的問題。

　　　　此次開發(fā)時將光源的尺寸削減到了上述的1/50以下，激光器的峰值輸出功率提高到了上述的100倍以上。據(jù)稱，多光子吸收的效果可在達(dá)到峰值輸出功率的平方或超過該數(shù)值時產(chǎn)生。價格方面，量產(chǎn)時將與目前的藍(lán)光光盤使用的激光頭相同，均為數(shù)百日元，成本戲劇性地削減到了萬分之一以下。“在學(xué)會上進(jìn)行發(fā)表時，表示（即便光盤的記錄技術(shù)可以實現(xiàn)），使用何種光源的提問不絕于耳，此次的開發(fā)可消除對可實現(xiàn)性的懷疑”（索尼）。

　　分2個階段制成超短脈沖

　　　　此次的激光元件是由東北大學(xué)未來科學(xué)技術(shù)共同研究中心教授橫山弘之與索尼尖端材料研究所共同開發(fā)的。據(jù)介紹，關(guān)鍵在于分2個階段制作了超短脈沖的激光。

　　　　具體做法是分別新開發(fā)出了名為“鎖模型”、由GaN構(gòu)成的藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光元件以及進(jìn)一步擴大其輸出功率的半導(dǎo)體放大器。半導(dǎo)體激光元件的特點是，在部分波導(dǎo)路上印加反向偏置電壓，控制材料的光吸收，或者利用防反射膜使位于普通半導(dǎo)體激光元件的反射層之一失效，然后外置反射鏡，從而加長共振器長度等。超短脈沖發(fā)生的原理是“光學(xué)頻率梳與起點相同”（東北大學(xué)的橫山）。此次將固體激光器中最大為80MHz的脈沖頻率（鎖模的重復(fù)頻率）提高到了1GHz。

　　　　不過，該半導(dǎo)體激光元件的峰值輸出功率為3W左右。經(jīng)由半導(dǎo)體放大器后，還可放大30倍以上。相對于放大器中的波導(dǎo)路，激光元件傾斜設(shè)置，并且進(jìn)一步通過改變波導(dǎo)路的粗細(xì)來削減了反射損耗等。