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本文作者：余振新汪河洲工作單位：中山大學(xué)激光與光譜學(xué)研究所

1995年5月22一26日,在美國馬里蘭州巴爾的摩召開的第15屆“激光與光電子學(xué)(CLEO)”和第5屆“量子電子學(xué)與激光科學(xué)(QELS)”會(huì)議,是世界規(guī)模最大的激光一光電子一量子電子學(xué)領(lǐng)域的重要的國際會(huì)議。本會(huì)議一個(gè)特別新的內(nèi)容是激光在生物學(xué)與醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。同時(shí),還舉辦了一個(gè)龐大的技術(shù)展覽會(huì),展覽了許多與生物醫(yī)學(xué)有關(guān)的新產(chǎn)品。會(huì)上千余篇,內(nèi)容主要側(cè)重固態(tài)與半導(dǎo)體激光器、非線性光學(xué)、超短脈沖激光光源、激光在醫(yī)學(xué)生物學(xué)中的應(yīng)用等。這些論文反映了近年來激光科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展,現(xiàn)分述如下。

1半導(dǎo)體激光

十分引人注目的是半導(dǎo)體激光器件研究方面的成果。其中有關(guān)新材料及其處理過程,器件工作物理機(jī)制,器件的設(shè)計(jì)思想,器件工作向短波段的延拓等,都有很大的發(fā)展。光子帶隙、半導(dǎo)體量子電子學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)研究逐步使量子阱異質(zhì)結(jié)激光器邁向?qū)嵱秒A段,并導(dǎo)致光學(xué)和光電子學(xué)用的量子阱器件以及超短脈沖半導(dǎo)體激光器和高速光探測(cè)器件的迅速發(fā)展。這對(duì)推動(dòng)高速通訊的發(fā)展是十分重要的。垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)的功率轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)高于50%,闌值電流200拼A,工作體積7只7(拜m)2;半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)材料已經(jīng)可以制作出微腔激光器。一個(gè)10nm的腔體可產(chǎn)生1000nm波長的窄頻帶輻射。可見區(qū),特別是藍(lán)綠波段半導(dǎo)體激光器研制令人鼓舞,一旦進(jìn)入實(shí)用階段,勢(shì)必劇烈改變小功率可見區(qū)激光器銷售市場(chǎng)的狀況,并將大大擴(kuò)展激光在科技和生活領(lǐng)域的使用范圍。長波可見段630nm,650nm和670nm的紅色激光二極管(LD)制作成本較前兩年已大大下降。目前可以預(yù)感到:在激光顯示、激光準(zhǔn)直、激光印刷、激光醫(yī)學(xué)生物學(xué)應(yīng)用等方面,半導(dǎo)體紅光激光二極管將會(huì)迅速占領(lǐng)氦氖激光器的原有市場(chǎng),取而代之。與此有關(guān)的藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)已開始以遠(yuǎn)較紅、黃、綠色發(fā)光二極管高昂的價(jià)格投放市場(chǎng)(隨著技術(shù)改進(jìn),將很快降低成本),形成了大型彩色顯示屏幕蓬勃發(fā)展態(tài)勢(shì)。在半導(dǎo)體激光領(lǐng)域,近年備受關(guān)注且影響著該領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展的課題是半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)和微腔以及在這類器件中的相干現(xiàn)象的研究。

2固體激光

迅速發(fā)展的另一領(lǐng)域是固體激光器。近兩年,明顯看到:纖維激光和波導(dǎo)固體激光,可調(diào)諧固態(tài)激光,特別是用半導(dǎo)體激光二極管陣列泵浦的“全固態(tài)化”固體激光器的實(shí)用化,將可以達(dá)到許多目的:相對(duì)廉價(jià)、穩(wěn)定性好、壽命長、波長可調(diào)諧范圍寬、脈沖寬度窄,還可以具有優(yōu)良的空間分布光束質(zhì)量等。因此,具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。它已開始取代優(yōu)質(zhì)、高功率的氣體激光器,用于微束打印和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。尤其值得一提的是:“全固態(tài)化”的欽寶石激光器,在連續(xù)操作時(shí).波長可調(diào)諧范圍甚寬(從600~1100nm),功率很易達(dá)到瓦級(jí)水平。在鎖模脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),可以產(chǎn)生自鎖模,脈寬達(dá)數(shù)十飛鈔,平均功率已達(dá)瓦級(jí)。如此一來,再配合非線性頻率變換辦法,可以把激光波段擴(kuò)展到很大的范圍。再加這類激光器的裝里有牢靠、調(diào)節(jié)簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn),可以做成車載、機(jī)載系統(tǒng)。顯然,在不遠(yuǎn)的將來,有可能由它淘汰染料激光。

3非線性光學(xué)

非線性光學(xué)領(lǐng)域的論文最為吸引人的是一些新的無機(jī)或有機(jī)光學(xué)材料的誕生和應(yīng)用。目前從紫外到中紅外的實(shí)用的光學(xué)參童振蕩器已商品化。此外,與高速信息公路有關(guān)的孤子激光產(chǎn)生和傳翰問題,其成果已陸續(xù)投人實(shí)際使用。

4超短超快激光

會(huì)議中研討的一個(gè)特殊領(lǐng)域是超短脈沖激光的產(chǎn)生與測(cè)量及其在電子學(xué)、醫(yī)學(xué)、成象和超快過程控制方面的應(yīng)用。欽寶石的鎖模飛秒激光裝置以及光纖激光器的鎖模是與當(dāng)前研究超短光脈沖發(fā)生技術(shù)的熱點(diǎn)。其中有關(guān)的機(jī)理與技術(shù)已趨成熟,將會(huì)很快開辟通信、化學(xué)、生物學(xué)的應(yīng)用。

5激光生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

這次會(huì)議的一個(gè)新穎論題是:激光在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用?？磥?由于激光技術(shù)裝置的穩(wěn)定、成熟、易于操作、價(jià)格下降以及其特有的難予取代的優(yōu)點(diǎn),將很快滲入生物學(xué)研究。以及極其審慎的臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域。其中成效特別顯著的一個(gè)方面是激光誘發(fā)熒光技術(shù)應(yīng)用于細(xì)胞動(dòng)力學(xué)的數(shù)字顯微成象和生物學(xué)過程監(jiān)測(cè)。高速時(shí)間分辨熒光光譜技術(shù)已開始成功地用于臨床醫(yī)學(xué)診治。

6會(huì)議頒獎(jiǎng)

大會(huì)還頒發(fā)了3個(gè)獎(jiǎng):1995年美國光學(xué)學(xué)會(huì)查理斯•哈特•唐斯獎(jiǎng);1995年IEEE/La-sexs和光電子學(xué)會(huì)的量子電子學(xué)獎(jiǎng),APS/激光科學(xué)專題組的優(yōu)秀服務(wù)證書。并且,貝爾實(shí)驗(yàn)室的R.Betzig作了“顯微鏡的新生”的報(bào)告,加州大學(xué)的AlanHeeger作了“導(dǎo)電高分子‘塑料的’光電子學(xué)”的報(bào)告,瑞典Lund技術(shù)學(xué)院的SuneSvanberg作了“激光光譜學(xué)的世界應(yīng)用”的報(bào)告。