一種摻雜磁性納米粒子的開(kāi)關(guān)可控的液體隨機(jī)激光器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種摻雜磁性納米粒子的開(kāi)關(guān)可控的液體隨機(jī)激光器，包括封閉容器、激光染料溶液、散射粒子、一組磁性元件、聚焦透鏡和光泵浦裝置；聚焦透鏡位于封閉容器和光泵浦裝置之間；激光染料溶液和散射粒子置于封閉容器中；散射粒子是磁性納米粒子；工作時(shí)通過(guò)控制磁性元件磁場(chǎng)來(lái)改變散射區(qū)域磁性粒子的濃度，可方便的改變泵浦區(qū)域的散射強(qiáng)度，從而改變隨機(jī)增益介質(zhì)中的光學(xué)反饋強(qiáng)度，達(dá)到開(kāi)關(guān)目的。相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明工作狀態(tài)穩(wěn)定，不易受環(huán)境溫度影響，且裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更容易集成，可輕易實(shí)現(xiàn)控制，應(yīng)用范圍更廣。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種摻雜磁性納米粒子的開(kāi)關(guān)可控的液體隨機(jī)激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及液體隨機(jī)激光器領(lǐng)域，尤其是一種摻雜磁性納米粒子的開(kāi)關(guān)可控的液體隨機(jī)激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨機(jī)激光已經(jīng)成為國(guó)際激光學(xué)界的熱門(mén)研究領(lǐng)域。隨機(jī)激光器不同于傳統(tǒng)的激光器，它通過(guò)輻射光在無(wú)序增益介質(zhì)中的多重散射得到光學(xué)反饋，從而得到光放大。迄今為止，研究人員已經(jīng)陸續(xù)在半導(dǎo)體、激光晶體粉末、摻雜納米粒子的染料溶液及聚合物薄膜、光子晶體、液晶、生物組織等無(wú)序增益介質(zhì)中觀察到了輻射譜線(xiàn)變窄，強(qiáng)度增大，具有明顯閾值的隨機(jī)激光現(xiàn)象。
[0003]摻雜納米粒子的隨機(jī)激光器其反饋機(jī)制來(lái)自于納米粒子的多重散射，可通過(guò)改變摻雜納米粒子的濃度控制體系的散射強(qiáng)度?，F(xiàn)有技術(shù)的隨機(jī)激光器中的納米散射粒子有Si02、Ti02、A1203、Au、Ag等，這類(lèi)納米粒子的摻雜濃度不易在隨機(jī)激光工作的時(shí)候進(jìn)行實(shí)時(shí)改變，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)開(kāi)關(guān)調(diào)控。
[0004]同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中的開(kāi)關(guān)可控的隨機(jī)激光器主要為電場(chǎng)或磁場(chǎng)調(diào)控的液晶隨機(jī)激光器，液晶隨機(jī)激光器在工作中極容易受外界溫度影響，工作狀態(tài)很不穩(wěn)定。
[0005]設(shè)計(jì)一種工作狀態(tài)穩(wěn)定，輕易實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)調(diào)控的隨機(jī)激光器，成為了本領(lǐng)域的重要研究方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種摻雜磁性納米粒子的開(kāi)關(guān)可控的液體隨機(jī)激光器，通過(guò)外加磁場(chǎng)引起溶液中磁性散射粒子的定向移動(dòng)，從而控制泵浦區(qū)域的散射強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)隨機(jī)激光的開(kāi)關(guān)。
[0007]技術(shù)方案:一種摻雜磁性納米粒子的開(kāi)關(guān)可控的液體隨機(jī)激光器，包括封閉容器、激光染料溶液、散射粒子、聚焦透鏡和光泵浦裝置；
[0008]聚焦透鏡位于封閉容器和光泵浦裝置之間；激光染料溶液和散射粒子置于封閉容器中；其特征在于，包括一組磁性元件；所述散射粒子為磁性納米粒子；
[0009]初始狀態(tài)下，所述磁性納米粒子置于封閉容器中，均勻分布在激光染料溶液中；
[0010]一組磁性元件分別置于密封容器相對(duì)的兩側(cè)，與軸心位于同一平面；每個(gè)磁性元件分別設(shè)有開(kāi)關(guān)。
[0011 ] 封閉容器的材料在泵浦光波段和染料出射波段透明。
[0012]激光染料溶液中染料的濃度為1.0X 10_5mol/L?1.0X 10_2mol/L ;所述磁性納米粒子在激光染料溶液中的摻雜濃度為1.0X 10n/Cm3?1.0X 1014/cm3。
[0013]一組磁性元件為兩個(gè)完全相同的鐵芯螺旋線(xiàn)圈，鐵芯螺旋線(xiàn)圈控制簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的磁場(chǎng)穩(wěn)定度高。
[0014]有益效果:[0015](I)選用磁性納米粒子，可在工作時(shí)通過(guò)控制外加磁場(chǎng)改變散射區(qū)域粒子濃度，方便的改變泵浦區(qū)域的散射強(qiáng)度，從而改變隨機(jī)增益介質(zhì)中的光學(xué)反饋強(qiáng)度，達(dá)到開(kāi)關(guān)目的，達(dá)到開(kāi)關(guān)目的；
[0016](2)相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，工作狀態(tài)穩(wěn)定，不易受環(huán)境溫度影響；
[0017](2)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更容易集成，可輕易實(shí)現(xiàn)控制，使應(yīng)用范圍更廣。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0020]如圖1所示，一種摻雜磁性納米粒子的開(kāi)關(guān)可控的液體隨機(jī)激光器，包括封閉容器1、激光染料溶液2、散射粒子3、一組磁性元件4、聚焦透鏡5和光泵浦裝置6 ；
[0021]聚焦透鏡5位于封閉容器I和光泵浦裝置6之間；激光染料溶液2和磁性納米粒子置于封閉容器I中；
[0022]初始狀態(tài)下磁性納米粒子均勻分布在激光染料溶液2中；
[0023]本實(shí)例中，一組磁性元件4為兩個(gè)完全相同的鐵芯螺旋線(xiàn)圈，分別置于密封容器I相對(duì)的兩側(cè)，兩個(gè)磁性元件4與軸心L位于同一平面，每個(gè)磁性元件4與密封容器I軸心L的距離相等，每個(gè)磁性元件4分別設(shè)有開(kāi)關(guān)。需要指出的，磁性元件不僅限于鐵芯螺旋線(xiàn)圈，能是實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)功能的磁性元件即可。
[0024]封閉容器I的材料在泵浦光波段和染料出射波段透明，本實(shí)例中選用石英作為原材料，應(yīng)當(dāng)指出，該材料可以是滿(mǎn)足條件的任何材料，不僅限于石英。
[0025]磁性納米粒子為介電體納米粒子中內(nèi)嵌磁核的結(jié)構(gòu)。本實(shí)例中，優(yōu)選的磁性納米粒子為Fe304@Si02(四氧化三鐵核-二氧化硅殼)結(jié)構(gòu)的納米粒子，F(xiàn)e304核的直徑為10?IOOnm, Si02 殼厚為 100 ?700nm。
[0026]激光染料溶液中染料的濃度為1.0X 10_5mol/L?1.0X 10_2mol/L ;所述磁性納米粒子在激光染料溶液中的摻雜濃度為1.0X 10n/Cm3?1.0X 1014/cm3。
[0027]操作中，對(duì)泵浦裝置6的激勵(lì)光2-1用透鏡5聚焦后對(duì)封閉容器I中的混合溶液進(jìn)行光泵浦，激光染料溶液2在泵浦光2-2的激勵(lì)下發(fā)光，此時(shí)，由于納米粒子的多重散射作用增大了染料的出射光在泵浦區(qū)域中的光程，從而產(chǎn)生了隨機(jī)激光2-3并出射。
[0028]此時(shí)，啟動(dòng)其中一個(gè)磁性元件4，從而在溶液的一側(cè)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁性納米粒子在磁場(chǎng)作用下被磁化，在混合溶液里向著磁性元件4所在的位置移動(dòng)，直至溶液中泵浦區(qū)域不存在納米粒子對(duì)染料出射光提供多重散射，無(wú)法形成隨機(jī)激光，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)隨機(jī)激光的關(guān)斷。
[0029]關(guān)閉磁性元件4，啟動(dòng)另一側(cè)位置上的另一磁性元件4，從而在溶液另一側(cè)形成磁場(chǎng)，由于磁性納米粒子的超順磁性,磁性納米粒子會(huì)重新被磁化，向著此時(shí)啟動(dòng)磁性元件4一側(cè)的溶液移動(dòng)，當(dāng)磁性納米粒子移動(dòng)到泵浦區(qū)域時(shí)，隨機(jī)激光9又重新產(chǎn)生，此時(shí)關(guān)閉磁性元件4，納米粒子逐漸停止定向移動(dòng)，又重新分散在溶液中并對(duì)光進(jìn)行多重散射，至此實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)激光的啟動(dòng)。[0030]本發(fā)明首次提出了開(kāi)關(guān)基于摻雜磁性納米粒子的開(kāi)關(guān)可控的液體隨機(jī)激光系統(tǒng)，利用了磁性納米粒子的超順磁性，使磁性納米粒子在磁場(chǎng)作用下迅速被磁化，能實(shí)時(shí)通過(guò)外加磁場(chǎng)對(duì)隨機(jī)激光進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，并且響應(yīng)時(shí)間可由電磁元件的磁場(chǎng)強(qiáng)度調(diào)控，磁場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)，響應(yīng)時(shí)間越短，控制速度就越快。對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)中可以也可用磁場(chǎng)控制開(kāi)關(guān)的液晶隨機(jī)激光器，液晶材質(zhì)很容易受外界溫度影響，而本裝置受外界溫度干擾小，發(fā)光穩(wěn)定明顯提聞。
[0031]本發(fā)明所述的隨機(jī)激光裝置結(jié)構(gòu)靈活，能在多種場(chǎng)合得到應(yīng)用。比如可以將其制成微尺寸光源，通過(guò)電池裝置提供磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)便攜式磁控隨機(jī)激光器；可以將其制成平板結(jié)構(gòu)，作為顯示器的背光源；此外，還可以將幾個(gè)不同出射波長(zhǎng)的本隨機(jī)激光器集成，可獨(dú)立開(kāi)關(guān)各個(gè)出射波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)出射波段波長(zhǎng)的調(diào)節(jié)。
[0032]應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，如改進(jìn)磁控元件4裝置或采用磁性更強(qiáng)的磁性納米粒子使開(kāi)關(guān)響應(yīng)時(shí)間更快、改變放置染料溶液的容器、改變泵浦光入射方向等等，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種摻雜磁性納米粒子的開(kāi)關(guān)可控的液體隨機(jī)激光器，包括封閉容器(I)、激光染料溶液(2 )、散射粒子(3 )、聚焦透鏡(5 )和光泵浦裝置(6 ); 所述聚焦透鏡(5)位于封閉容器(I)和光泵浦裝置(6)之間；激光染料溶液(2)和散射粒子置于封閉容器(I)中； 其特征在于，包括一組磁性元件(4);所述散射粒子(3)為磁性納米粒子； 初始狀態(tài)下，所述磁性納米粒子置于封閉容器(I)中，均勻分布在激光染料溶液(2)中； 所述一組磁性元件(4)分別置于密封容器(I)相對(duì)的兩側(cè)，與軸心(L)位于同一平面；每個(gè)磁性元件(4)分別設(shè)有開(kāi)關(guān)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種摻雜磁性納米粒子的開(kāi)關(guān)可控的液體隨機(jī)激光器，其特征在于:所述封閉容器(I)的材料在泵浦光波段和染料出射波段透明。
3.如權(quán)利要求1所述的一種摻雜磁性納米粒子的開(kāi)關(guān)可控的液體隨機(jī)激光器，其特征在于:所述磁性納米粒子為介電體納米粒子中內(nèi)嵌磁核的結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種摻雜磁性納米粒子的開(kāi)關(guān)可控的液體隨機(jī)激光器，其特征在于:所述激光染料溶液(2)中染料的濃度為1.0X 10_5mol/L?1.0X 10_2mol/L ;所述磁性納米粒子在激光染料溶液中的摻雜濃度為1.0XlO1Vcm3?1.0X 1014/cm3。
5.如權(quán)利要求1所述的一種摻雜磁性納米粒子的開(kāi)關(guān)可控的液體隨機(jī)激光器，其特征在于:所述一組磁性元件(4)為兩個(gè)完全相同的鐵芯螺旋線(xiàn)圈。
【文檔編號(hào)】H01S3/10GK103762494SQ201410025020
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】葉莉華, 陸錦程, 王著元, 呂聰生, 王葉軒, 崔一平 申請(qǐng)人:東南大學(xué)