一種基于光流體的可調(diào)控染料激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于光流體的可調(diào)控染料激光器，包括泵浦光源、工作介質(zhì)和諧振腔，所述泵浦光源出射光束的光軸方向依次設(shè)有圓錐面外反射鏡和所述的諧振腔；所述的諧振腔為透明柱體，并在所述諧振腔的腔體內(nèi)沿所述光軸方向依次設(shè)有第一光學(xué)反射鏡、作為所述工作介質(zhì)的染料分子懸浮液區(qū)域、第一液體透鏡、第二液體透鏡、氣體空腔和第二光學(xué)反射鏡；用于調(diào)控所述第一液體透鏡和所述第二液體透鏡的第一電極和第二電極；以所述光軸為中心對(duì)稱軸還設(shè)有第一圓錐面內(nèi)反射鏡和第二圓錐面內(nèi)反射鏡。本發(fā)明的一種基于光流體的可調(diào)控染料激光器具有輸出激光模式可控、光束質(zhì)量好、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種基于光流體的可調(diào)控染料激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】領(lǐng)域，具體涉及一種基于光流體的可調(diào)控染料激光器，主要用于激光測(cè)量、激光加工、激光制導(dǎo)、激光醫(yī)學(xué)、光譜技術(shù)、光纖通訊、無線光通信、光學(xué)微操縱、光學(xué)顯微、光與物質(zhì)相互作用等領(lǐng)域中作為激光光源。
【背景技術(shù)】
[0002]激光器是利用受激輻射原理使光在某些受激發(fā)的物質(zhì)中放大或振蕩發(fā)射的器件。各種激光器的工作原理基本相同，產(chǎn)生激光的必不可少的條件是粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)和增益大過損耗，所以裝置中必不可少的組成部分有激勵(lì)源、具有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的工作介質(zhì)兩個(gè)部分。激勵(lì)是工作介質(zhì)吸收外來能量后激發(fā)到激發(fā)態(tài)，為實(shí)現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件。工作介質(zhì)具有亞穩(wěn)能級(jí)是使受激輻射占主導(dǎo)地位，從而實(shí)現(xiàn)光放大。激光器中常見的組成部分還有諧振腔，它可以很好地縮短工作物質(zhì)的長(zhǎng)度，還能通過改變諧振腔長(zhǎng)度來調(diào)節(jié)所產(chǎn)生激光的模式，所以一般激光器都具有諧振腔。目前，已經(jīng)存在許多種激光器，常見的有氣體激光器、固體激光器、液體激光器、半導(dǎo)體激光器。
[0003]近些年來微流控技術(shù)得到很大的發(fā)展，將微流控技術(shù)和光學(xué)相結(jié)合，形成了新興學(xué)科光流控(Optofluidics)。在先技術(shù)中，存在基于光流控技術(shù)的染料激光光源，參見一個(gè)美國(guó)專利，美國(guó)專利名稱:Mechanically tunable elastomeric optofluidic distributedfeedback dye laser,專利號(hào):US7，817，698，B2。該激光器具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)點(diǎn)，但是，仍然存在一些本質(zhì)不足:1)系統(tǒng)采用光學(xué)光柵形成反饋，在三維光波導(dǎo)中構(gòu)建光學(xué)光柵，形成分布式反饋系統(tǒng)，進(jìn)而形成光學(xué)諧振腔，且均為微觀結(jié)構(gòu)，這樣從本質(zhì)上使得系統(tǒng)對(duì)制備工藝要求很高，制備激光器的工序復(fù)雜，難度大，整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜；2)系統(tǒng)中的光學(xué)微結(jié)構(gòu)一旦形成則無法更改，光學(xué)諧振腔結(jié)構(gòu)不可調(diào)節(jié)，這樣，導(dǎo)致激光器輸出光束的模式不可調(diào)節(jié)，影響了光源使用范圍和應(yīng)用靈活性；3)在先技術(shù)中的泵浦方式為旁軸非對(duì)稱式泵浦，泵浦光束側(cè)面照射到光增益區(qū)域，及含有染料分子的區(qū)域，影響泵浦效應(yīng)的均勻性，整個(gè)受激輻射系統(tǒng)具有了非對(duì)稱性，影響激光器輸出光束質(zhì)量，同時(shí)，泵浦光能利用率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于光流體的可調(diào)控染料激光器，具有系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)潔、制備工藝簡(jiǎn)單、諧振腔性能可調(diào)節(jié)、輸出光束模式可控、光束質(zhì)量好、軸對(duì)稱式光泵浦、泵浦光能利用率高、適用范圍廣，使用靈活等特點(diǎn)。
[0005]一種基于光流體的可調(diào)控染料激光器，包括泵浦光源、工作介質(zhì)和諧振腔，所述泵浦光源出射光束的光軸方向依次設(shè)有圓錐面外反射鏡和所述的諧振腔；所述的諧振腔為透明柱體，并在所述諧振腔的腔體內(nèi)沿所述光軸方向依次設(shè)有第一光學(xué)反射鏡、作為所述工作介質(zhì)的染料分子懸浮液區(qū)域、第一液體透鏡、第二液體透鏡、氣體空腔和反射率小于所述第一光學(xué)反射鏡的第二光學(xué)反射鏡；在所述諧振腔的外表面所述第一液體透鏡和所述第二液體透鏡對(duì)應(yīng)的位置分別設(shè)有用于調(diào)控所述第一液體透鏡和所述第二液體透鏡的第一電極和第二電極；以所述光軸為中心對(duì)稱軸還設(shè)有第一圓錐面內(nèi)反射鏡和第二圓錐面內(nèi)反射鏡；其中所述第二圓錐面內(nèi)反射鏡與所述的染料分子懸浮液區(qū)域在所述光軸上的對(duì)應(yīng)位置相同，并且所述第二圓錐面內(nèi)反射鏡具有將光束垂直于所述光軸反射至所述染料分子懸浮液區(qū)域的反射面。
[0006]上述技術(shù)方案中，基本構(gòu)思為:將光流控和液體透鏡相結(jié)合形成可調(diào)控光學(xué)諧振腔，同時(shí)利用光束整形實(shí)現(xiàn)軸對(duì)稱光泵浦。具體方案如下:一種基于光流體的可調(diào)控染料激光器，采用光激勵(lì)方式(泵浦光源照射工作介質(zhì))激發(fā)產(chǎn)生激光。在泵浦光源的光束出射方向上依次設(shè)置有第一圓錐面內(nèi)反射鏡、圓錐面外反射鏡以及第二圓錐面內(nèi)反射鏡，其中第一圓錐面內(nèi)反射鏡和第二圓錐面內(nèi)反射鏡均以泵浦光源出射光束的光軸為中心對(duì)稱軸設(shè)置，并且均為中空環(huán)狀。而圓錐面外反射鏡設(shè)置在泵浦光源出射光束的光軸上，所以，依順序泵浦光源的出射光束首先入射到圓錐面外反射鏡的圓錐形反射面上，光束經(jīng)圓錐面外反射鏡的圓錐形反射面反射后，光束行進(jìn)方向偏離光軸，并入射至第一圓錐面內(nèi)反射鏡的反射面。光束再經(jīng)第一圓錐面內(nèi)反射鏡的反射面反射后入射至第二圓錐面內(nèi)反射鏡的反射面。因諧振腔設(shè)置設(shè)置在光軸上，且諧振腔內(nèi)的染料分子懸浮液區(qū)域(工作介質(zhì))與第二圓錐面內(nèi)反射鏡在光軸的對(duì)應(yīng)位置相同，同時(shí)第二圓錐面內(nèi)反射鏡的反射面又能保證將入射光束以垂直光軸的角度反射，所以當(dāng)光束經(jīng)第二錐面內(nèi)反射鏡的反射面反射后將以垂直光軸的角度入射到諧振腔內(nèi)的染料分子懸浮液區(qū)域，從而提高泵浦光能利用率和激光光束質(zhì)量。其中，圓錐面外反射鏡、第一圓錐面內(nèi)反射鏡和第二圓錐面內(nèi)反射鏡的設(shè)置是為了泵浦光源出射光束經(jīng)上述部件后得到垂直于光軸的匯聚激勵(lì)光源。
[0007]柱形諧振腔設(shè)置在光軸上，其內(nèi)部沿光軸方向依次設(shè)有第一反射透鏡、染料分子懸浮液區(qū)域、第一液體透鏡、第二液體透鏡、氣體空腔以及第二反射透鏡，第一液體透鏡和第二液體透鏡基于電濕效應(yīng)原理，分別由設(shè)置在諧振腔表面的第一電極和第二電極的透鏡控制，通過調(diào)節(jié)電極的外加電壓，來改變液體透鏡的屈光度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光束模式調(diào)控，完成高光束質(zhì)量所需模式激光輸出。氣體空腔的設(shè)置是為第一液體透鏡、第二液體透鏡改變時(shí)提供足夠的空間。
[0008]所述的圓錐面外反射鏡、第一圓錐面內(nèi)反射鏡和第二圓錐面內(nèi)反射鏡的光束入射面與所述光軸的夾角均為45°。圓錐面外反射鏡、第一圓錐面內(nèi)反射鏡和第二圓錐面內(nèi)反射鏡的光束入射面與所述光軸的夾角均為45°時(shí)，泵浦光源出射光束在整個(gè)行進(jìn)過程均能保持與泵浦光源光束出射方向平行或垂直。
[0009]所述的諧振腔為圓柱形。圓柱形諧振腔與經(jīng)第二圓錐面反射鏡反射后形成的環(huán)狀匯聚光束相匹配，使染料分子懸浮液區(qū)域(工作介質(zhì))受光更均勻，同時(shí)圓柱形諧振腔便于加工。
[0010]所述的第一電極和第二電極為導(dǎo)電薄膜電極、金屬電極的一種。
[0011]所述的第一光學(xué)反射鏡和第二光學(xué)反射鏡朝向所述染料分子懸浮液區(qū)域鍍的一側(cè)鍍有多層介質(zhì)膜。在第一光學(xué)反射鏡和第二光學(xué)反射鏡的內(nèi)側(cè)表面設(shè)置多層介質(zhì)膜可以增加激光在光學(xué)反射鏡上的反射率、減少光損失。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0013]I)在先技術(shù)中系統(tǒng)采用光學(xué)光柵形成反饋，在三維光波導(dǎo)中構(gòu)建光學(xué)光柵，形成分布式反饋系統(tǒng)，進(jìn)而形成光學(xué)諧振腔，對(duì)制備工藝要求很高，制備激光器的工序復(fù)雜，難度大，整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜；本發(fā)明提出的激光器是利用光流控和液體透鏡相結(jié)合，諧振腔為圓柱腔體，兩個(gè)圓形端面為高反射面形成光學(xué)反饋諧振腔，系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)潔、制備工藝簡(jiǎn)單；
[0014]2)在先技術(shù)中光學(xué)微結(jié)構(gòu)一旦形成則無法更改，光學(xué)諧振腔結(jié)構(gòu)不可調(diào)節(jié)，這樣，導(dǎo)致激光器輸出光束的模式不可調(diào)節(jié)，影響了光源使用范圍和應(yīng)用靈活性；本發(fā)明基于光流體的可調(diào)控染料激光器，其中諧振腔內(nèi)依次設(shè)置有染料分子懸浮液區(qū)域、兩個(gè)液體透鏡和一個(gè)氣體空腔區(qū)域，諧振腔測(cè)量設(shè)置有兩個(gè)電極用于調(diào)控腔內(nèi)兩液體透鏡，從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)諧振條件和激光出射模式的調(diào)節(jié)控制；
[0015]3)在先技術(shù)中泵浦光束側(cè)面照射到光增益區(qū)域，影響泵浦效應(yīng)的均勻性，整個(gè)受激輻射系統(tǒng)具有了非對(duì)稱性，影響激光器輸出光束質(zhì)量，同時(shí)，泵浦光能利用率低；本發(fā)明中入射泵浦光束依次經(jīng)過圓錐面外反射鏡、兩個(gè)錐面內(nèi)反射鏡形成垂直于系統(tǒng)對(duì)稱軸的匯聚泵浦，軸對(duì)稱式光泵浦，泵浦光能利用率高，本發(fā)明輸出光束模式可控、光束質(zhì)量好，拓展了適用范圍，提高了使用靈活性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。一種基于光流體的可調(diào)控染料激光器，在泵浦光源I的光束出射方向上依次設(shè)置有第一圓錐面內(nèi)反射鏡3、圓錐面外反射鏡2以及第二圓錐面內(nèi)反射鏡4，且第一圓錐面內(nèi)反射鏡3、圓錐面外反射鏡2以及第二圓錐面內(nèi)反射鏡4的反射面與泵浦光源I出射光束的光軸夾角均為45°。泵浦光源I的出射光束光軸上設(shè)有圓錐面外反射鏡2和圓柱形石英材質(zhì)諧振腔5，諧振腔5沿泵浦光源I光束出射方向依次設(shè)有第一反射透鏡501、染料分子懸浮液區(qū)域6、第一液體透鏡7、第二液體透鏡8、氣體空腔9以及第二反射透鏡504，諧振腔5的外表面上第一液體透鏡7和第二液體透鏡8的對(duì)應(yīng)位置分別設(shè)有第一電極502和第二電極503。其中，第二圓錐面內(nèi)反射鏡4與染料分子懸浮液區(qū)域6在泵浦光源I出射光束光軸上的對(duì)應(yīng)位置相同。
[0019]在本實(shí)施例中，圓錐面外反射鏡2的底部圓面直徑為10毫米；第一圓錐面內(nèi)反射鏡3和第二圓錐面內(nèi)反射鏡4結(jié)構(gòu)相同，厚度均為5毫米，圓錐面內(nèi)徑直徑為35毫米，圓錐面外徑直徑為40毫米，第一圓錐面內(nèi)反射鏡3和第二圓錐面內(nèi)反射鏡4的外徑為51.8毫米。圓柱形諧振腔5殼體厚度為I毫米，第一光學(xué)反射鏡501和第二光學(xué)反射鏡504是鍍有多層介質(zhì)膜的高反射膜，第一光學(xué)反射鏡501的反射率為98%，第二光學(xué)反射鏡504的反射率為94% ;染料分子懸浮液區(qū)域6為羅丹明6G分子分散到蒸餾水中，第一液體透鏡7為透明油體透鏡、第二液體透鏡8為水溶性液體透鏡，第一電極502和第二電極503均為ITO膜導(dǎo)電電極。泵浦光束采用倍頻YAG激光器出射的波長(zhǎng)為532納米的光束，光束直徑為4毫米。
[0020]本發(fā)明裝置的工作過程為:YAG激光器出射光束沿光軸傳播，經(jīng)過圓錐面外反射鏡2的反射形成放射狀傳播圓盤形光束，背離光軸傳播；再一次經(jīng)過第一圓錐面內(nèi)反射鏡3和第二圓錐面內(nèi)反射鏡4的反射，形成向光軸匯聚的圓盤形光束，光束的匯聚區(qū)域?yàn)閳A柱形諧振腔5的染料分子懸浮液區(qū)域6，染料分子懸浮液區(qū)域6中的羅丹明6G分子收到激發(fā)而發(fā)射熒光，熒光在圓柱形諧振腔5的腔體內(nèi)從第一光學(xué)反射鏡501到第二光學(xué)反射鏡504之間進(jìn)行多次反射，多次經(jīng)過染料分子懸浮液區(qū)域6進(jìn)行多次受激輻射，當(dāng)泵浦光源I光功率大于系統(tǒng)損耗閾值時(shí)，系統(tǒng)增益大于損耗，系統(tǒng)有激光出射；本激光器裝置中，在圓柱形諧振腔5外側(cè)第一電極502和第二電極503之間加上電壓，進(jìn)行調(diào)節(jié)第一液體透鏡7和第二液體透鏡8，進(jìn)而改變了諧振腔5的光學(xué)參數(shù)及其分布，從而實(shí)現(xiàn)了調(diào)控出射激光束的模式，得到高光束質(zhì)量的所需模式。本實(shí)施例成功實(shí)現(xiàn)了 570納米的高質(zhì)量基模輸出，本發(fā)明具有系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)潔、制備工藝簡(jiǎn)單、諧振腔性能可調(diào)節(jié)、輸出光束模式可控、光束質(zhì)量好、軸對(duì)稱光泵浦、泵浦光能利用率高等特點(diǎn)。
[0021]以上所述的【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的最優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充和等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光流體的可調(diào)控染料激光器，包括泵浦光源、工作介質(zhì)和諧振腔，其特征在于，所述泵浦光源出射光束的光軸方向依次設(shè)有圓錐面外反射鏡和所述的諧振腔；所述的諧振腔為透明柱體，并在所述諧振腔的腔體內(nèi)沿所述光軸方向依次設(shè)有第一光學(xué)反射鏡、作為所述工作介質(zhì)的染料分子懸浮液區(qū)域、第一液體透鏡、第二液體透鏡、氣體空腔和反射率小于所述第一光學(xué)反射鏡的第二光學(xué)反射鏡；在所述諧振腔的外表面所述第一液體透鏡和所述第二液體透鏡對(duì)應(yīng)的位置分別設(shè)有用于調(diào)控所述第一液體透鏡和所述第二液體透鏡的第一電極和第二電極；以所述光軸為中心對(duì)稱軸還設(shè)有第一圓錐面內(nèi)反射鏡和第二圓錐面內(nèi)反射鏡；其中所述第二圓錐面內(nèi)反射鏡與所述的染料分子懸浮液區(qū)域在所述光軸上的對(duì)應(yīng)位置相同，并且所述第二圓錐面內(nèi)反射鏡具有將光束垂直于所述光軸反射至所述染料分子懸浮液區(qū)域的反射面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光流體的可調(diào)控染料激光器，其特征在于，所述的圓錐面外反射鏡、第一圓錐面內(nèi)反射鏡和第二圓錐面內(nèi)反射鏡的光束入射面與所述光軸的夾角均為45°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光流體的可調(diào)控染料激光器，其特征在于，所述的諧振腔為圓柱形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光流體的可調(diào)控染料激光器，其特征在于，所述的第一電極和第二電極為導(dǎo)電薄膜電極、金屬電極的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光流體的可調(diào)控染料激光器，其特征在于，所述的第一光學(xué)反射鏡和第二光學(xué)反射鏡朝向所述染料分子懸浮液區(qū)域鍍的一側(cè)均鍍有多層介質(zhì)膜的反射膜。
【文檔編號(hào)】H01S3/20GK103746286SQ201410010477
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】高秀敏, 姜利平 申請(qǐng)人:高秀敏