專利名稱：一種制作液相非圓對(duì)稱光學(xué)諧振腔的裝置的制作方法
專利說(shuō)明 本實(shí)用新型涉及一種制作液相非圓對(duì)稱光學(xué)諧振腔的裝置，該裝置屬于光學(xué)儀器領(lǐng)域，可應(yīng)用于研究非圓對(duì)稱腔的激光輻射特性。目前，以光波在界面上的全反射為傳光機(jī)制的圓對(duì)稱光學(xué)諧振腔(簡(jiǎn)稱圓形腔)，在激光和光電子學(xué)研究領(lǐng)域受到高度重視。作為激光諧振腔，圓形腔有缺乏方向性輻射和輻射功率低兩個(gè)重要缺陷。用非圓對(duì)稱光學(xué)諧振腔(簡(jiǎn)稱非對(duì)稱腔)替代圓形腔是克服上述缺陷的有效方法。申請(qǐng)?zhí)枮?1265505.8的中國(guó)專利提供一種真空密封諧振腔調(diào)節(jié)鏡座，這種裝置通過(guò)調(diào)節(jié)諧振腔鏡座以改變諧振腔鏡面的平行度。申請(qǐng)?zhí)枮?18359的美國(guó)專利，又提供一種用固相非對(duì)稱諧振腔選擇微波模式的方法，這種方法不涉及非對(duì)稱腔的制作。為研究非對(duì)稱腔的激光輻射特性，通常用光刻蝕方法得到固相非對(duì)稱腔體。這種方法的制作工藝復(fù)雜，所需設(shè)備成本昂貴。本實(shí)用新型的目的是提供一種制作液相非圓對(duì)稱光學(xué)諧振腔的裝置，該裝置采用價(jià)格較為低廉的設(shè)備和材料制作液相非對(duì)稱腔，使圓形腔變?yōu)樾螤顓?shù)可調(diào)的非對(duì)稱腔，以解決現(xiàn)有技術(shù)中固相非對(duì)稱腔體制作工藝復(fù)雜和成本高的問(wèn)題。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型發(fā)明目的的技術(shù)方案是由兩片透明導(dǎo)電玻璃構(gòu)成一對(duì)平行的電極板，該電極板的導(dǎo)電膜所在面分別與兩塊銅片連接，此兩銅片經(jīng)導(dǎo)線分別與可調(diào)高壓直流電源的正負(fù)極相連，構(gòu)成電壓可調(diào)的平行透明電極對(duì)。在透明電極對(duì)中間置一微量注射器，用該注射器的平口針頭產(chǎn)生一個(gè)懸垂液滴，將此懸垂液滴置于透明電極對(duì)中央。調(diào)節(jié)電極電壓，即可在懸垂液滴的赤道平面上形成一系列不同形狀參數(shù)的二維液相非圓對(duì)稱光學(xué)諧振腔。
所述懸垂液滴赤道平面變形的原理如下由于液體表面張力的作用，懸垂液滴的赤道平面構(gòu)成一個(gè)二維的理想圓形腔體。本實(shí)用新型用透明電極間的靜電場(chǎng)使液滴介質(zhì)極化。極性相反的極化電荷主要分布在和極板相對(duì)的液滴表面上，其在鄰近極板上的異性電荷的靜電力作用下，同時(shí)沿兩個(gè)極板方向拖曳液滴，使液滴的赤道平面發(fā)生形變，從而使圓形腔變?yōu)樾螤顓?shù)可調(diào)的非對(duì)稱腔。根據(jù)上述原理，在外加電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)一定的條件下，選用容易極化的溶液制作懸垂液滴，可以獲得較大的變形量。選用不容易揮發(fā)的溶液制作懸垂液滴，可以保證液滴的穩(wěn)定性。
本實(shí)用新型的有益效果有如下三點(diǎn)1.調(diào)節(jié)電極電壓，即可以得到一系列不同形狀參數(shù)的二維非對(duì)稱腔。這是光刻蝕方法難于實(shí)現(xiàn)的；2.由透明電極組成的極板，方便于對(duì)液滴介質(zhì)的光泵浦，以及對(duì)諧振腔光輻射的空間分布的觀察和測(cè)量；3.制作簡(jiǎn)單，操作方便。

圖1是懸垂液滴變形的原理示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的裝置示意圖。
圖3是懸垂液滴的赤道平面在變形前后的示意圖。
圖4是懸垂液滴變形量隨外加場(chǎng)強(qiáng)的變化曲線。
圖中E′和E表示電極對(duì)；N為注射器針頭；P為懸垂液滴。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
懸垂液滴變形原理如圖1所示，懸垂液滴P在E′和E組成的電極對(duì)中極化，分布在P界面上的極化電荷，在E′和E上的異性電荷的電場(chǎng)力F′和F的作用下拖曳P，使液滴赤道平面產(chǎn)生形變。
根據(jù)懸垂液滴變形原理，本實(shí)用新型采用圖2所示的裝置來(lái)制作液相非圓對(duì)稱光學(xué)諧振腔。其中E′和E是用ITO(Indium Tin Oxide)制作的透明電極，極板間距在6-10毫米之間；C′和C為連接銅片；T′和T為鐵伏龍(Teflon)絕緣塊；M′和M為傾度可調(diào)的光學(xué)鏡片架，其中S2′和S2，以及S3′和S3為傾度調(diào)節(jié)螺釘；S1′和S1為X方向的位移調(diào)節(jié)螺釘；D.C.為可調(diào)高壓直流電源，電壓調(diào)節(jié)范圍是0～±3000伏；虛框K為單刀雙擲開(kāi)關(guān)。用導(dǎo)電膠將E′、E的導(dǎo)電膜一面分別粘結(jié)在C′、C上，經(jīng)過(guò)T′、T后，絕緣地連接在M′、M上。當(dāng)K和D.C.接通時(shí)，D.C.對(duì)E′、E加壓；當(dāng)K接地時(shí)，E′、E對(duì)地放電以清除極板上的電荷。調(diào)節(jié)S1′和S1，使E′和E的間距滿足實(shí)用需求。在氦氖激光束反射光斑的指示下，調(diào)節(jié)S2′和S2以及S3′和S3，使E′和E平行以保證極板間電場(chǎng)的均勻。懸垂液滴的赤道平面直徑在2-3毫米之間。為便于液滴變形量調(diào)節(jié)，采用兩個(gè)獨(dú)立的高壓直流電源分別加電壓于E′和E。在低倍率顯微鏡的幫助下，使變形后的P處于Z軸的對(duì)稱位置。
圖3是懸垂液滴的赤道平面在變形前后的示意圖。其中，圖3-(a)是極板間場(chǎng)強(qiáng)為零時(shí)液滴的圓形赤道平面，由此圓形的赤道平面構(gòu)成一個(gè)理想的二維圓對(duì)稱光學(xué)諧振腔。圖3-(b)是極板間場(chǎng)強(qiáng)不為零時(shí)的液滴圖像。由圖3-(a)和3-(b)的對(duì)比可見(jiàn)沿場(chǎng)強(qiáng)X方向，液滴展寬；沿垂直于場(chǎng)強(qiáng)的Y方向，液滴收窄；液滴的赤道平面由圖3-(a)的圓形變圖3-(b)的非圓形。由此非圓形的赤道平面構(gòu)成一個(gè)二維的非圓對(duì)稱光學(xué)諧振腔。
圖4是懸垂液滴變形量隨外加場(chǎng)強(qiáng)的變化曲線。其中，三角形符號(hào)表示液滴赤道平面沿場(chǎng)強(qiáng)方向的長(zhǎng)度(dmax)；園形符號(hào)表示液滴赤道平面沿場(chǎng)強(qiáng)垂直方向的長(zhǎng)度(dmin)；粗實(shí)線(T)表示變形量，其定義為(dmax2-dmin2)0.5/dmax。隨場(chǎng)強(qiáng)的增加，由圖4可見(jiàn)1.液滴赤道平面沿場(chǎng)強(qiáng)方向逐漸展寬；2.液滴赤道平面沿場(chǎng)強(qiáng)的垂直方向逐漸收窄；3.液滴的變形量逐漸增加。圖4給出的實(shí)驗(yàn)曲線符合本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)要求。
最佳實(shí)施例在外加電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)一定的條件下，選用容易極化的溶液制作懸垂液滴，可以獲得較大的變形量。選用不容易揮發(fā)的溶液制作懸垂液滴，可以保證液滴的穩(wěn)定性。綜合如上兩個(gè)因素，本實(shí)用新型采用揮發(fā)性較小，極化率適中的乙二醇溶液制作非圓對(duì)稱光學(xué)諧振腔，獲得最佳效果。
權(quán)利要求1.一種制作液相非圓對(duì)稱光學(xué)諧振腔的裝置，其特征是該裝置由兩片透明導(dǎo)電玻璃構(gòu)成一對(duì)平行的電極板，所述的電極板對(duì)導(dǎo)電膜所在面分別與兩塊銅片連接，此兩銅片又經(jīng)導(dǎo)線分別與可調(diào)高壓直流電源的正負(fù)極相連，構(gòu)成電壓可調(diào)的平行透明電極對(duì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是在平行透明電極對(duì)中間置一微量注射器，用該注射器的平口針頭產(chǎn)生一懸垂液滴，此懸垂液滴位于透明電極對(duì)中央。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是平行透明電極對(duì)之間的間距為6～10毫米；電壓調(diào)節(jié)范圍是0～±3000伏。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的裝置，其特征是懸垂液滴用乙二醇溶液制作；懸垂液滴的赤道平面直徑在2～3毫米之間。
專利摘要一種制作液相非圓對(duì)稱光學(xué)諧振腔的裝置。該裝置由兩片透明導(dǎo)電玻璃構(gòu)成一對(duì)平行的電極板，電極板的導(dǎo)電膜所在面分別與兩塊銅片連接，此兩銅片又經(jīng)導(dǎo)線分別與可調(diào)高壓直流電源的正負(fù)極相連，構(gòu)成電壓可調(diào)的平行透明電極對(duì)。在電極對(duì)中間置一微量注射器，用該注射器的平口針頭產(chǎn)生一懸垂液滴，此懸垂液滴置于透明電極對(duì)中央。調(diào)節(jié)電極電壓，即可在懸垂液滴的赤道平面上形成一系列不同形狀參數(shù)的二維液相非圓對(duì)稱光學(xué)諧振腔?？蓱?yīng)用于研究非圓對(duì)稱光學(xué)諧振腔的激光輻射特性。
文檔編號(hào)H01S3/08GK2606477SQ0228789
公開(kāi)日2004年3月10日 申請(qǐng)日期2002年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月6日
發(fā)明者普小云, 張晉, 張中明 申請(qǐng)人:云南大學(xué)