Es wurde eine Methode berichtet, um die gleichzeitige Emission von zwei Wellenlängen eines vertikalen Oberflächenemissionslasers mit externem Resonator (Vertical external cavity surface emitting laser, VECSEL) durch ein starkes Missverhältnis zwischen Verstärkerspektrum und Resonatormodus zu realisieren. Es wurde eine stabile Resonatorstruktur entworfen, die drei Betriebszustände dieses VECSEL theoretisch vorhersagte und experimentell bestätigte. Mit zunehmender Pumpleistung des VECSEL steigt die Betriebstemperatur des Verstärkerchips allmählich an, und das VECSEL durchläuft nacheinander drei Betriebszustände: Emission an der Bandkantenwellenlänge, Zweiwellenlängenemission und Emission an der Resonatormodallänge. Die initiale Emissionswellenlänge des VECSEL lag bei der vom Bandkantenmodus bestimmten Laserwellenlänge (952,7 nm). Mit steigender Pumpleistung verstärkt sich der thermische Effekt im Verstärkerchip, ein Modenkonflikt entsteht zwischen Resonatormode und Bandkantenwellenlänge, woraufhin das Phänomen der Zweiwellenlängenemission auftritt. Wenn die Spitzenintensitäten der beiden Wellenlängen annähernd gleich sind, erreicht die Laserleistung des VECSEL 359 mW, die Laserwellenlängen betragen 954,2 nm bzw. 1001,2 nm. In der Nähe dieses Bereichs zeigt die Ausgangsleistungskurve ein deutliches zweites Schwellenwertphänomen. Bei weiterer Erhöhung der Pumpleistung wechselt die Emissionswellenlänge zur Resonatormodallänge bei 1002,4 nm. In den Betriebszuständen mit einer oder zwei Wellenlängen besitzt der Lichtfleck des VECSEL eine symmetrische, kreisförmige Gaußsche Beamform, der Strahldivergenzwinkel erhöht sich von 5,7° auf 7,9°. Diese Einzelchip-Zweiwellenlängen-Ausgangslösung des VECSEL bietet zukünftig ein großes Anwendungspotential in störfesten Laserradaren und in frequenzkonvertierenden Terahertzladern.

Zweiliniger Oberflächenemissionslaser; Modeskonkurrenz; Laserradar; Frequenzkonversion