作者：陈yl 时间：2025-10-27
德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）Sönke Klinkhammer团队在《Optics Express》发表文章，成功实现了由激光二极管泵浦的可连续调谐有机半导体DFB激光器。在该研究中，采用Picolas公司LDP-V系列激光管驱动器（LDP-V 50-100，3-50A宽电流范围、<4ns超快上升时间、8ns-10μs脉宽可调及单电源易用性等优势） 驱动1W蓝光激光二极管，输出高达20A的峰值电流和20ns的窄脉冲，成功驱动445nm激光二极管产生367nJ的脉冲能量，高效泵浦有机激光材料并实现11nm连续调谐，为有机半导体激光材料提供了高效、稳定的泵浦光源。这一应用不仅验证了LDP-V驱动器在尖端科研中的高可靠性与优异性能，更展示了其在推动低成本、小型化可调谐激光系统发展中的作用。
论文介绍了在可见光波段工作的、连续可调谐的、溶液法制备的分布反馈（DFB）激光器的制备与表征。通过将多种共轭聚合物和混合小分子溶液在厘米尺度、不同周期的表面光栅上进行水平浸渍，实现了连续的薄膜厚度梯度。我们分别在单个芯片上实现了蓝光（13 nm）、绿光（16 nm）和红光（19
nm）光谱区域的连续可调谐激光发射。调谐行为可以通过布拉格方程和测量的厚度分布进行描述。激光阈值足够低，使得可以使用低成本的激光二极管作为泵浦源。
LDP-V 50-100为何是理想选择？
-高输出电流：其输出电流范围为3-50A。实验中使用的20A峰值电流完全在其能力范围内，确保了能充分驱动激光二极管。
-超快上升时间：典型上升时间仅为2.3ns（最大4ns）。这保证了驱动电流能够极其迅速地上升，从而产生非常“尖锐”的光脉冲，这对于精确的泵浦和避免热效应至关重要。
-可调脉冲宽度：支持8ns到10µs的脉冲宽度控制。实验中选择的20ns脉冲宽度正处于其最佳性能区间，既能提供足够的能量，又能保持高峰值功率。
-高重复频率：支持单次触发到2MHz的重复频率。100Hz的实验需求远低于其上限，工作非常稳定。
-易于集成与操作：该模块设计紧凑（75x44x20mm），仅需一个15-24V的直流电源和一个触发信号即可工作，非常适合集成到光学实验平台中。
-电流监控：内置20A/V的电流监控输出，便于实验人员实时监测和校准驱动电流。
介绍
自1996年首次实现有机半导体激光以来，该领域已引起广泛关注。有机半导体材料具有宽广的光谱增益，使其仅用少数几种有源材料即可实现覆盖整个可见光谱的激光发射。此外，其高效的能量转换特性使得可以使用激光二极管或发光二极管进行光泵浦，且制备工艺简单。特别是基于分布反馈（DFB）的激光器，表现出低阈值和单纵模发射的特性。
本文展示了通过溶液法制备连续可调谐DFB激光器的方法。通过加速水平浸渍过程中的涂覆屏障，可以在大面积光栅样品上沉积出具有连续厚度梯度的薄膜。所实现的低激光阈值为使用紧凑型、低成本的激光二极管进行泵浦铺平了道路，从而有望实现混合型无机-有机连续可调谐激光源。
器件设计与制备
器件的核心是利用DFB结构。激光波长（λ_las）由布拉格方程近似给出：λ_las ≈ 2Λn_eff / m，其中Λ是光栅周期，n_eff是谐振模式的有效折射率，m是衍射级次。有效折射率n_eff取决于有源层的厚度、各层的折射率以及光栅的几何细节。因此，薄膜厚度的增加会导致激光波长红移。
本研究采用“水平浸渍”（horizontal-dipping）的预计量涂覆工艺，在不同周期的表面光栅样品上沉积共轭聚合物溶液，形成连续的厚度梯度薄膜。通过加速涂覆屏障的移动速度，可以在样品上获得位置依赖性的薄膜厚度。
光学表征
在初步表征中，样品由一个355 nm的二极管泵浦、主动Q开关的三倍频Nd:YVO4激光器进行光激发。脉冲宽度约为0.5 ns，重复频率为1.4 kHz。测量结果显示，所制备的DFB激光器在蓝、绿、红光区域均实现了连续可调谐激光发射，且阈值能量密度极低（最低达7.6 µJ/cm²），这为使用激光二极管泵浦奠定了基础。
激光二极管泵浦：LDP-V 50-100驱动器的应用
核心应用： 为了实现低成本、紧凑的全固态激光源，研究团队成功地使用了商用低成本1瓦激光二极管（波长445 nm）作为高峰值功率脉冲泵浦源，成功激发了有机DFB激光器。
关键设备：PicoLAS LDP-V 50-100 脉冲电源（LDP-V）
功能： 该设备是实现激光二极管脉冲泵浦的关键。它被用来为445 nm的激光二极管提供高峰值功率脉冲电流。
工作参数：
-脉冲宽度： 20 ns
-重复频率： 100 Hz
-峰值电流： 高达20 A
性能与优势：
-通过施加这种短脉冲、高电流的驱动，激光二极管可以在非连续工作模式下输出高能量脉冲。
-实验中，在样品腔内测得的单脉冲能量高达367 nJ，这足以有效泵浦有机增益介质。
-该驱动器使得低成本的连续波（CW）激光二极管能够以脉冲模式工作，显著提高了峰值功率，满足了有机激光器泵浦的高峰值功率脉冲阈值要求。
-这种方案极大地增强了系统的紧凑性和成本效益，是实现“混合型无机-有机连续可调谐激光二极管”的重要一步。
实验结果：
-使用LDP-V驱动的445 nm激光二极管作为高峰值功率脉冲泵浦源，成功在具有厚度梯度的F8BT:MEH-PPV聚合物薄膜DFB激光器上实现了约11 nm的可调谐激光发射。
-在635 nm波长处，测得的激光斜率效率为1.2%。
-实验还通过在聚合物薄膜上方放置二向色镜，实现了泵浦光的二次通过，从而增强了泵浦光的吸收，进一步降低了激光阈值。
结论
本研究通过水平浸渍法制备了具有连续厚度梯度的有机半导体薄膜，成功实现了蓝、绿、红光区域的连续可调谐DFB激光。最关键的成果是，其极低的激光阈值使得使用紧凑、低成本的激光二极管进行泵浦成为可能。实验中，PicoLAS LDP-V 50-100脉冲激光二极管驱动器成功驱动了445 nm激光二极管，产生了足够高的脉冲能量（367 nJ），实现了有机DFB激光器的可调谐发射。这一成果为开发紧凑、低成本、连续可调谐的混合型激光源开辟了道路。
