OPSL 优势白皮书系列 #1：
波长灵活性

波长灵活性，毫不妥协

光泵半导体激光器 OPSL）是一项独特的技术，它融合了激光二极管、DPSS（二极管泵浦半导体）和激光器最理想特性，同时消除了它们的诸多妥协性局限。 例如，许多离子激光器 半导体泵浦固态激光器 激光器 符合许多应用（包括共聚焦显微镜、流式细胞术 息术）要求的优质_TEM00模式输出光束。 遗憾的是，其输出波长仅限于由增益材料决定的少数几条发射线，例如激光器 488 nm激光器 激光器 1064 nm（及其谐波）。历史上，主要应用（尤其是生命科学领域的 488 nm）往往为了匹配这些固定波长而进行调整，有时甚至未能达到最佳状态。 另一方面激光器 二元和三元半导体的激光器 可被制造成在日益扩大的可见光和近红外波长范围内工作。然而，这些器件通常是所谓的边缘发射器，光线从一个微小（微米级）且不对称的输出端面发射出来。因此，其输出光束发散度高、不对称、衍射 ，且常呈像散。 对于任何需要常规光束特性的应用，都必须借助多种光学元件 重塑光束并进行空间滤波。此外，小输出端面的高强度意味着功率扩展受限，通常需要将多个发射器排列成条状或阵列。这对需要高度准直或聚焦光束的应用而言是不利的。

OPSL 是一种独特的激光器架构，兼具激光二极管的波长灵活性与激光器优异光束特性。此外，它还具备功率可扩展性和功耗降低等其他重要优势。

OPSL 架构

OPSL 是一种垂直腔面发射激光器（VCSEL）。在传统的 VCSEL 中，光线垂直于结面发射，并从二极管芯片的正面射出，而非边缘。更大的输出孔径使得光束发散角更小，且光束可以是对称的。 遗憾的是，电泵浦VCSEL无法产生边缘发射器那样的高功率，因为若不使用会引入过多光损耗的扩展电极，就无法让载流子在大面积内均匀分布。然而，通过使用二极管激光器对器件进行光泵浦以产生载流子，可以避免这一问题——这正是高意获得专利的技术方案。这也是OPSL的基础。

图1是一个简化的示意图，展示了OPSL的关键元件。来自直接耦合单发射器或光纤耦合激光二极管阵列的泵浦光被重新成像到OPSL芯片的前表面。该单片III-V族半导体芯片包含三元量子阱（InGaAs）层与二元（GaAs）层交替排列的结构。 这些二元层经过优化，可高效吸收泵浦辐射，从而产生高密度的载流子。这导致量子阱中粒子数反转 复合，进而产生受激激光辐射。 在这些吸收/发射层之后，是若干交替排列的高折射率和低折射率层，它们作为低损耗的分布式布拉格反射器（DBR）镜，针对所需的OPSL输出波长进行了优化。该半导体芯片安装在散热器上，以便对其整个背面进行高效散热。

OPSL 波长控制

与其他基于半导体的激光器一样，OPSL的发射波长由量子阱结构的化学计量 物理尺寸决定。因此，通过改变这些量子阱的成分和尺寸，可以根据应用需求将OPSL芯片定制为不同的特定输出波长——参见图2。

高意 腔体内集成了双折射滤光片。这解决了大多数激光器（包括OPS芯片）所具有的两个典型特点。首先，与激光器 原子发射的激光器 （如氩离子激光器）相比，这种增益芯片能够发射更宽波长范围的光。 此外，不同芯片的中心波长存在细微差异，这也正是激光二极管制造商对选定窄波长窗口的激光二极管收取溢价的原因。双折射滤光片充当窄带腔内滤光片，其透射波长通过绕法线轴旋转在出厂时预先设定。该滤光片用于将发射限制在窄带范围内（某些型号中为单纵模），同时精确将输出波长设定为目标波长。

高意 激光器基于InGaAs增益芯片。这是因为这类芯片是可靠性最高、使用寿命最长且功率特性最优的二极管之一。 此类量子阱器件可设计为在近红外波段的宽范围内产生激光发射。随后，通过使用腔内倍频晶体，该激光可高效转换为可见光输出。对于需要紫外光输出的应用，部分OPSL还配备了一对腔内晶体 实现三倍频。

波长灵活性的价值

在OPSL技术问世之前，凡是需要毫瓦至瓦级连续波（CW）功率激光束 可见光或紫外激光束 的应用，都不得不使用当时可用的固定波长之一。 起初，这些波长激光器 发射线激光器 氩离子激光器的488 nm和514 nm线。随后激光器 1064 nm（经腔内倍频后变为532 nm）激光器 开始广泛应用。但在可见光谱中，仍有许多无法通过简单激光器覆盖的空白区域，特别是在光谱的黄色和橙色部分。 对这些激光器 日益增长的需求——特别是在生命科学领域——此前只能通过氪离子激光器、染料激光器，或激光器 基于低效弱发射线的复杂混合方案激光器 固态激光器 来满足。因此，需要这些波长的应用往往不得不做出妥协，以适配现有激光器的波长。OPSL技术带来了范式转变。 如今，无论是成熟应用还是新兴应用，都能得到专门针对该波长设计、并能优化该应用的OPSL的支持。以下两个截然不同的应用案例，生动地展示了这一能力的优势。

光凝疗法治疗年龄相关性黄斑变性

Wet-form age-related macular degeneration (AMD) is a leading cause of sight loss and blindness. The condition is characterized by leakages from blood vessels in the macula. This is a small (< 6 mm diameter) area of the retina that is in the center of the field of vision and is responsible for high resolution color vision. Depending on the location of the leaking blood vessel, laser photocoagulation is often a recommended treatment. Here the laser produces controlled, local cauterization, destroying the tiny culprit vessels and preventing further bleeding.

光凝治疗成功的关键在于组织选择性，即在不损伤周围组织的情况下闭合目标血管。渗漏血管与其他组织的主要区别在于其含有血液。因此，使用血液优先吸收激光波长 是实现选择性的最佳方式。此外，该波长还需属于可见光范围，以便激光能够安全地穿过眼球透明的前部。 血液中具有可见光吸收特性的主要成分是氧合血红蛋白，多年来，最常用的激光波长 532 nm（由半导体泵浦固态激光器 ），该波长接近氧合血红蛋白的一个弱吸收峰。

然而，氧合血红蛋白的吸收峰值实际上出现在577 nm处（见图3）。高意 为此高意 全新的OPSL激光器（Genesis ），可在该特定波长下提供3瓦的输出功率。与532 nm的前代产品相比，该激光器在降低眼部热负荷的同时，显著提升了血管闭合效果。 除这一重要优势外，OPSL激光器的高频脉冲能力（最高可达100 kHz）还支持“微脉冲”技术，可实现高度精确的能量控制，从而在最大限度激发创面愈合反应的同时，将局部组织损伤降至最低。基于这些原因，577 nm OPSL激光器已取代532 nm DPSS激光器，成为该应用领域的首选激光器。

色彩表现卓越的灯光秀

灯光秀太空 激光器 太空 截然不同的应用太空 OPSL（有机半导体激光器）凭借其波长灵活性，已成为激光器。激光灯光秀引擎所能产生的颜色范围（色域）取决于所使用的具体激光波长。 传统上，大多数彩色投影仪使用激光器 红激光器 绿、蓝（RGB）——其中蓝色采用的是488纳米的氩离子传统波长。然而，人眼对颜色差异非常敏感，而激光灯光秀的一大挑战在于生成真正的白色，在技术上称为D65。

高意 OPSL技术，在传统RGB波长范围内提供多瓦级功率，同时还提供两种对灯光秀至关重要的非传统波长：最初用于光凝固技术的577 nm波长，以及460 nm波长。如图4所示，后者不仅能确保更广的色域，更重要的是，仅需混合577 nm和460 nm这两种激光器 即可生成白色光。 一个具体的例子进一步说明了这些新波长对灯光秀设计师的价值。

2011年，宝马计划推出其全新的i系列节能车型——对于一个一直强调性能和操控性的品牌而言，这无疑是一次重大的市场战略调整。他们选择了法兰克福国际车展（IAA）作为发布平台。此次发布会由BlueScope广告公司策划，Rockservice负责执行，并借助了公司 德国阿伦的领先激光灯光公司 LOBO的服务。 这场高曝光度发布会的整体概念是让每辆新车穿过一条蓝色激光光隧道亮相——见图5。此外，展示中还包含其他激光特效。这些激光元素必须与发布会上其他视觉组件（如LED屏幕）所使用的宝马企业蓝色完全一致。 但人眼所见的颜色会因位置、背景照明及其他因素而有所不同。因此，LOBO需要具备在现场对投影仪的蓝色输出进行平滑微调的能力。 若使用标准RGB投影机，要实现完美的色彩匹配将非常困难。为此，LOBO为其RGB投影机配置了两台蓝色OPSL（高意 ）——波长分别为488 nm和460 nm。这使得在最终照明条件下，能够轻松“微调”蓝色输出，使其与展厅环境中其他宝马展示组件的视觉色彩相匹配。