專利名稱：一種白光隨機激光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光電技術領域，涉及ー種新型的產(chǎn)生白光的隨機激光器。
背景技術：
多波長輸出的激光器，及白光激光器在光電子技術中是人們迫切需要的光源。通常的白光光源為白熾燈或鹵素燈(如溴鎢燈、碘鎢燈等)。這種白光光源的相干性極差，無法滿足很多應用的需求。有些傳統(tǒng)激光器也可以產(chǎn)生白光，如氬離子激光器。但這種激光器成本高，耗能高，體積大，使其應用受到限制。隨機激光器是ー種近年發(fā)展起來的新型激光器。它的結(jié)構簡單，不需要傳統(tǒng)的諧振腔，調(diào)試非常方便。但白光隨機激光器尚未見報導。
本發(fā)明提出了ー種產(chǎn)生白光的隨機激光器，其輸出的白光具有激光特性。

發(fā)明內(nèi)容
白光隨機激光器是用一束単色激光泵浦混合染料輸出紅、綠、藍三基色，并用ニ氧化鈦(TiO2)納米顆粒作為隨機散射體提高正反饋，從而獲得窄線寬、高強度白光的ー種新型激光器。產(chǎn)生藍、綠、紅三基色的染料分別為香豆素COUmarin440(C-440)、香豆素Coumarin6 (C-6),泵浦源355nm光，以及惡嗪Oxazine,其泵浦光源為532nm。白光隨機激光器的基本原理是在波長為355nm的納秒脈沖激光泵浦下由C-440藍光(B)，C_6綠光(G)，此綠光532nm附近的一小部分用于泵浦惡嗪以產(chǎn)生紅光(R)剩余絕大部分用做白光中的綠光(G)。激光器的工作原理采用隨機激光的原理，即在混合染料中加入ニ氧化鈦納米顆粒TiO2 (粒徑50nm)作為散射體，以提供正反饋，從而獲得激光輸出。根據(jù)本發(fā)明，提供了ー種白光隨機激光器，其特征在干包括泵浦源，作為激光増益介質(zhì)的三種染料的混合溶液，以及提供正反饋的納米顆粒，所述混合溶液的溶劑為こ醇，所述三種染料分別為香豆素Coumarin440 (C-440)、香豆素Coumarin6 (C-6),以及惡嗪Oxazme0所述提供正反饋的納米顆粒為TiO2,或ZnO，或SiO2,或Al2O3或Nd。. 5La0.5A13 (BO3) 4陶瓷或上述幾種物質(zhì)的混合物。所述香 素Coumarin440 (C-440)的濃度范圍為 O. 09625mg/mL 到 I. 54mg/mL 之間。所述香 素Coumarin6 (C-6)的濃度范圍為 O. 1675mg/mL 到 O. 67mg/mL 之間。所述惡嗪Oxazine的濃度為O. 0625mg/mL到4mg/mL之間。所述C-440、C-6和惡嗪混合比例范圍為3 : 10 : I 12 : 16 : I。所述提供正反饋的納米顆粒添加的濃度范圍為O. 125mg/mL到O. 5mg/mL。所述C-440、C-6 和惡嗪的濃度分別為 C44tl = I. 54mg/mL、C6 = O. 67mg/mL、Cq =4mg/mL，混合比例為12 16 1，所述提供正反饋的納米顆粒添加的濃度范圍為O. 25mg/mL,所述泵浦源的波長為355nm。一種制造白光隨機激光器的方法，其特征在于包括以下步驟
(一)配制三種染料的混合溶液，溶劑為こ醇，所述三種染料分別為香豆素Coumarin440 (C-440)、香豆素Coumarin6 (C-6),以及惡嗪Oxazine,所述三種染料的濃度分別為C44(I = I. 54mg/mL、C6 = O. 67mg/mL、Cq = 4mg/mL,所述三種染料溶液的混合比例為12 : 16 : 1，將混合溶液放入透明容器中；( ニ)在混合染料溶液中摻入濃度為O. 25mg/mL ニ氧化鈦納米顆粒，顆粒尺寸為50nm，該顆粒作為散射體，并提供正反饋；
(三)用納秒脈沖YAG激光器經(jīng)三倍頻后的波長為355nm的光作為泵浦光照射混合溶液；(四)香 素Coumarin440 (C-440)和香 素 Coumarin6 (C-6)染料經(jīng) 355nm 的脈沖光束泵浦后，分別獲得中心波長為431. 8nm和518. 36nm的藍色和綠色激光，線寬分別為6. 28nm 和 40nm ；(五)香豆素Coumarin6(C-6)發(fā)出的寬帶綠光中分布在532nm附近的光對惡嗪Oxazine染料起泵浦作用，獲得波長為647. 42nm的紅色激光，線寬為20nm ；(六)經(jīng)泵浦作用后，香豆素Coumarine(C-6)染料的激發(fā)光譜被壓縮，中心波長移至 506. 55nm,線寬為 20nm ；(七)中心波長分別為431.8nm的藍色激光，506. 55nm的綠色激光及647. 42nm的紅色激光混合成為白色激光。


附圖I :白光隨機激光器的光路圖。附圖2 :三種染料的激發(fā)光譜。附圖3 :白光激光器的輸出光譜。附圖4 :香豆素Coumarin440 (C-440)染料的輸出特性。附圖5 :香豆素Coumarin6 (C-6)染料和惡嗪Oxazine染料的輸出特性。
具體實施例方式下面結(jié)合

具體實施方法。附圖I為白光隨機激光器的光路圖。在こ醇中加入適量的香豆素Coumarin440 (C-440)、香豆素Coumarin6 (C-6)和惡嗪Oxazine三種染料,并加入適量的ニ氧化鈦納米顆粒，從而形成激光工作物質(zhì)和反饋系統(tǒng)。三種染料的工作特性為香 素Coumarin440 (C-440)和香 素Coumarin6 (C-6)染料經(jīng)355nm的脈沖光束泵浦后，分別獲得中心波長為431. 8nm和518. 36nm的藍色和綠色激光。而惡嗪Oxazine染料經(jīng)532nm的脈沖光束泵浦后輸出波長為647. 42nm的紅色激光。激光器的具體過程為用納秒脈沖YAG激光器經(jīng)三倍頻產(chǎn)生的355nm的光作為泵浦光照射混合染料溶液，香豆素Coumarin440 (C-440)和香豆素Coumarin6 (C-6)染料直接產(chǎn)生中心波長為431. 8nm和518. 36nm的藍色和綠色激光。利用香豆素Coumarin6 (C-6)發(fā)出的綠光帶寬較寬的特點，使其分布在532nm附近的光對惡嗪Oxazine染料起泵浦作用，獲得波長為647. 42nm的紅色激光。三種顏色的光被溶液中的用ニ氧化鈦(TiO2)納米顆粒多次散射，最終形成閉合回路，即等效諧振腔，由此提供正反饋，使三種顏色的光被放大。適當調(diào)整三種染料的比例，即可使三種顏色的激光混合后形成白色激光。附圖2 為香顯素 Coumarin440 (C-440)染料、香顯素 Coumarin6 (C-6)染料在 355nm泵浦光作用下以及惡嗪Oxazine染料在532mn泵浦光作用下輸出的藍、綠、紅三基色光的光
-i'Tfeレ曰。附圖3為白光隨機激光器的輸出光譜。可以看到，香豆素Coumarine (C_6)染料寬光譜中532nm附近的光對惡嗪Oxazine染料泵浦后,一方面使惡嗪Oxazine染料發(fā)出紅光，另ー方面使香豆素Coumarine (C-6)染料的光譜被壓縮變窄，壓縮后的光譜其中心波長為506.55nm。附圖4和附圖5分別給出了香顯素Coumarin440 (C-440)染料和Coumarin6 (C-6)染料以及惡嗪Oxazine染料的泵浦功率-輸出功率關系?？梢钥吹?，三種染料的輸出都具 有明顯的閾值特性。這表明三基色光都具有激光特性。因此三基色混合形成的白光具有激光特性。所述香 素Coumarin440 (C-440)的濃度范圍為 O. 09625mg/mL 到 I. 54mg/mL 之間，優(yōu)選 I. 54mg/mL所述香豆素Coumarin6 (C-6)的濃度范圍為O. 1675mg/mL到O. 67mg/mL之間，優(yōu)選
O.67mg/mL。所述惡嗪Oxazine的濃度為O. 0625mg/mL到4mg/mL之間，優(yōu)選為4mg/mL。所述三種染料溶液的混合比例范圍為3 : 10 : I 12 : 16 : 1，優(yōu)選為12 16 I0所述提供正反饋的散射顆粒還可包括ZnO，Si02、Al2O3 (或表面含金屬的Al2O3)或Nda5Laa5Al3(BO3)4陶瓷。ニ氧化硅對紫外光吸收很強(70%以上)，一般用在紅光區(qū)域的散射。其中的散射體也可以是上述幾種物質(zhì)的混合物。所述散射體粒徑為28nm 500nm，優(yōu)選為50nm。所述散射體濃度范圍為O. 125mg/mL 到 O. 5mg/mL,優(yōu)選為 O. 25mg/mL。上述白光激光器的制造方法可包括以下步驟(一)配制三種染料的混合溶液，溶劑為こ醇，所述三種染料分別為香豆素Coumarin440 (C-440)、香豆素Coumarin6 (C-6),以及惡嗪Oxazine,所述三種染料的濃度分別為C44(I = I. 54mg/mL> C6 = O. 67mg/mL、Cq = 4mg/mL,將混合溶液放入透明容器中；( ニ)在混合染料溶液中摻入散射顆粒，該顆粒作為散射體，并提供正反饋；(三)用納秒脈沖YAG激光器經(jīng)三倍頻后的波長為355nm的光作為泵浦光照射混合溶液；(四)香 素Coumarin440 (C-440)和香 素 Coumarin6 (C-6)染料經(jīng) 355nm 的脈沖光束泵浦后，分別獲得中心波長為431. 8nm和518. 36nm的藍色和綠色激光，線寬分別為
6.28nm 和 40nm ；(五)香豆素Coumarin6(C-6)發(fā)出的寬帶綠光中分布在532nm附近的光對惡嗪Oxazine染料起泵浦作用，獲得波長為647. 42nm的紅色激光，線寬為20nm ；(六)經(jīng)泵浦作用后，香豆素Coumarine(C-6)染料的激發(fā)光譜被壓縮，中心波長移至 506. 55nm,線寬為 20nm ；(七)中心波長分別為431.8nm的藍色激光，506. 55nm的綠色激光及647. 42nm的紅色激光混合成為白 色激光。
權利要求
1.ー種白光隨機激光器，其特征在于包括泵浦源，作為激光増益介質(zhì)的三種染料的混合溶液，以及提供正反饋的納米顆粒，所述混合溶液的溶劑為こ醇，所述三種染料分別為香豆素 Coumarin440 (C-440)、香豆素 Coumarin6 (C-6),以及惡嗪 Oxazine。
2.根據(jù)權利要求I的白光隨機激光器，其特征在于所述提供正反饋的納米顆粒為TiO2,或ZnO，或SiO2,或Al2O3或Nd。. 5La0.5A13 (BO3) 4陶瓷或上述幾種物質(zhì)的混合物。
3.根據(jù)權利要求I的白光隨機激光器，其特征在于所述香豆素CoUmarin440(C-440)的濃度范圍為O. 09625mg/mL到I. 54mg/mL之間。
4.根據(jù)權利要求I的白光隨機激光器，其特征在干所述香豆素Coumarine(C-6)的濃度范圍為O. 1675mg/mL到O. 67mg/mL之間。
5.根據(jù)權利要求I的白光隨機激光器，其特征在干所述惡嗪Oxazine的濃度為·O. 0625mg/mL 到 4mg/mL 之間。
6.根據(jù)權利要求I的白光隨機激光器，其特征在于所述泵浦源的波長為355nm。
7.根據(jù)權利要求1-5中任一的白光隨機激光器,其特征在于所述C-440、C-6和惡嗪混合比例范圍為3 : 10 : I 12 : 16 : I。
8.根據(jù)權利要求1-5中任一的白光隨機激光器，所述提供正反饋的納米顆粒添加的濃度范圍為 O. 125mg/mL 到 O. 5mg/mL。
9.根據(jù)權利要求1-5中任一的白光隨機激光器，所述C-440、C-6和惡嗪的濃度分別為C440 = I. 54mg/mL、C6 = O. 67mg/mL、Cq = 4mg/mL,混合比例為 12 : 16 : I,所述提供正反饋的納米顆粒添加的濃度范圍為O. 25mg/mL，所述泵浦源的波長為355nm。
10.一種制造白光隨機激光器的方法，其特征在于包括以下步驟 (一)配制三種染料的混合溶液，溶劑為こ醇，所述三種染料分別為香豆素Coumarin440 (C-440)、香豆素Coumarin6 (C-6),以及惡嗪Oxazine,所述三種染料的濃度分別為C44(I = I. 54mg/mL、C6 = O. 67mg/mL、Cq = 4mg/mL,所述三種染料溶液的混合比例為·12 : 16 : 1，將混合溶液放入透明容器中； (ニ)在混合染料溶液中摻入濃度為O. 25mg/mL ニ氧化鈦納米顆粒，顆粒尺寸為50nm，該顆粒作為散射體，并提供正反饋； (三)用納秒脈沖YAG激光器經(jīng)三倍頻后的波長為355nm的光作為泵浦光照射混合溶液； (四)香 素Coumarin440(C-440)和香 素Coumarin6 (C-6)染料經(jīng)355nm的脈沖光束泵浦后，分別獲得中心波長為431. 8nm和518. 36nm的藍色和綠色激光，線寬分別為6. 28nm和 40nm ； (五)香豆素Coumarin6 (C-6)發(fā)出的寬帶綠光中分布在532nm附近的光對惡嗪·Oxazine染料起泵浦作用，獲得波長為647. 42nm的紅色激光，線寬為20nm ； (六)經(jīng)泵浦作用后，香豆素Coumarine(C-6)染料的激發(fā)光譜被壓縮，中心波長移至·506. 55nm,線寬為 20nm ； (七)中心波長分別為431.8nm的藍色激光，506. 55nm的綠色激光及647. 42nm的紅色激光混合成為白色激光。
全文摘要
一種白光隨機激光器，用一束單色激光泵浦混合染料輸出紅、綠、藍三基色，并用二氧化鈦(TiO2)納米顆粒作為隨機散射體提供正反饋，從而獲得窄線寬、高強度白光的一種新型激光器。產(chǎn)生藍、綠、紅三基色的染料分別為香豆素Coumarin440(C-440)、香豆素Coumarin6(C-6)，泵浦源355nm光，以及惡嗪Oxazine，其泵浦光源為532nm。白光隨機激光器的基本原理是在波長為355nm的納秒脈沖激光泵浦下由C-440藍光(B)，C-6綠光(G)，此綠光532nm附近的一小部分用于泵浦惡嗪以產(chǎn)生紅光(R)剩余絕大部分用做白光中的綠光(G)。激光器的工作原理采用隨機激光的原理，即在混合染料中加入二氧化鈦納米顆粒TiO2(粒徑50nm)作為散射體，以提供正反饋，從而獲得激光輸出。
文檔編號H01S3/10GK102684063SQ20121013222
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月3日 優(yōu)先權日2012年4月9日
發(fā)明者劉大禾, 石錦衛(wèi), 陳淑靜 申請人:北京師范大學