一種染料摻雜手性向列相液晶可調(diào)諧激光器及其制備方法
【專利摘要】一種染料摻雜手性向列相液晶可調(diào)諧激光器及其制備方法，包括上、下基板，上、下基板上分別交替鍍制有多層二氧化鈦與二氧化硅介質(zhì)膜層，上、下基板上的多層介質(zhì)膜上分別設(shè)有取向膜，且為反向平行摩擦，形成液盒。液晶盒厚4mm，液晶盒內(nèi)充填有由向列相液晶SLC12V620，手性劑為S8-11和染料DCM制成的染料摻雜手性向列相液晶。以脈沖頻率為5Hz，固體Nd：YAG倍頻532nm波長激光為泵浦光源，入射角為20°。本發(fā)明線寬窄、提高了輻射激光強(qiáng)度，提高了泵浦效率，節(jié)約能源，特別是激光器工作穩(wěn)定，易于調(diào)諧。
【專利說明】—種染料摻雜手性向列相液晶可調(diào)諧激光器及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電子器件【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及高輻射強(qiáng)度、溫度調(diào)諧的染料摻雜手性向列相液晶可調(diào)諧激光器。

【背景技術(shù)】
[0002]目前正在使用和研究的可調(diào)諧激光器主要有半導(dǎo)體可調(diào)諧激光器和光纖可調(diào)諧激光器。為實(shí)現(xiàn)激光波長調(diào)諧輸出，兩者涉及器件較多，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
[0003]激光染料可以獲得由紫外到近紅外的較寬熒光光譜，因此染料型激光器可以得到較寬范圍的發(fā)射激光。平面排列態(tài)的手性向列相液晶被譽(yù)為自組裝的一維光子晶體，具有光子禁帶(即反射帶)。并且在外場(溫度、電場、壓力、磁場等)作用下，光子禁帶位置移動。將激光染料和手性向列相液晶有機(jī)地結(jié)合，可以形成染料摻雜向列相液晶激光器，在外場作用下實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧輸出。
[0004]作為一種新型的光電器件基于染料摻雜手性向列相液晶激光器的研究較多，器件輻射強(qiáng)度較弱是限制其進(jìn)一步發(fā)展的主要原因。目前報道的提高輻射強(qiáng)度的方法主要有如下:1)提高泵浦光能量密度；2)提高液晶分子和染料的有序度，增強(qiáng)分布反饋；3)添加外加反饋腔，增強(qiáng)反饋等。但是離應(yīng)用相距較遠(yuǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種染料摻雜手性向列相液晶可調(diào)諧激光器及其制備方法。
[0006]本發(fā)明的激光器能增強(qiáng)輻射激光、減少漏光，并能提高泵浦效率，節(jié)約能源，特別是激光器穩(wěn)定而易調(diào)諧。
[0007]采用的技術(shù)方案是:
一種染料摻雜手性向列相液晶可調(diào)諧激光器，包括上玻璃基板、下玻璃基板。
[0008]上玻璃基板和下玻璃基板厚1.1cm，面積為2 X 2cm，平整度> 1/10波長。上玻璃基板和下玻璃基板平行設(shè)置，其特征在于:
上玻璃基板的內(nèi)壁上交替鍍有二氧化硅與二氧化鈦多層介質(zhì)膜，控制膜厚度和層數(shù)，使輻射激光波長(波長調(diào)諧范圍約610nm-660nm)反射，泵浦激光波長532nm透過，多層介質(zhì)膜上印刷有上取向膜。
[0009]下玻璃基板的內(nèi)壁上交替鍍有二氧化硅與二氧化鈦的多層介質(zhì)膜，控制膜厚度和層數(shù)，使泵浦激光波長532nm反射，輻射激光波長(波長調(diào)諧范圍約610nm_660nm)透過，多層介質(zhì)膜上印刷有下取向膜。
[0010]上下玻璃基板取向膜摩擦方向反平行設(shè)置，制作液晶盒，液晶盒厚度為40 μ m。
[0011 ] 利用毛細(xì)作用將染料摻雜手性向列相液晶注入液晶盒內(nèi)，染料摻雜手性向列相液晶由負(fù)性液晶、手性劑和激光染料按79.46wt%:19.54wt%:lwt%比例構(gòu)成。
[0012]負(fù)性液晶為負(fù)性向列相液晶SLC12V620，手性劑為S-811，激光染料為DCM。
[0013]上玻璃基板上的二氧化鈦介質(zhì)膜層厚度為55nm，二氧化硅介質(zhì)膜層厚度為80nm。共8對16層。
[0014]下玻璃基板上的二氧化鈦介質(zhì)膜層厚為78nm, 二氧化娃介質(zhì)層厚為118nm。共8對，16層。
[0015]泵浦為Nd:YAG倍頻脈沖激光器，輸出波長為532nm。控制泵浦激光入射角度為20。
[0016]采用多通道光纖光譜儀(avantes)測量輻射激光光譜。
[0017]采用加熱臺改變器件溫度。
[0018]一種染料摻雜手性向列相液晶可調(diào)諧激光器的制備方法，包括下述工藝步驟:
1、制備上玻璃基板:
取第一塊透明玻璃板，厚度為1.1cm，面積為2 X 2cm，整體平整度> 1/10波長。在第一塊玻璃板的內(nèi)壁上分別交替鍍制上8對二氧化鈦和二氧化硅介質(zhì)膜層，厚度分別為55nm和80nm。
[0019]控制泵浦激光入射角度為20°時，532nm波長泵浦光透過多層介質(zhì)膜。
[0020]產(chǎn)生的輻射激光波長610_660nm (溫度調(diào)諧時在此范圍內(nèi)變化)在多層介質(zhì)膜的反射帶內(nèi)，被反射。
[0021]該玻璃板為激光器的上基板。
[0022]2、制備下玻璃基板:
取第二塊透明玻璃板厚度為1.1cm，面積為2cmX2cm的透明玻璃基板，整體平整度^ 1/10波長。
[0023]在第二塊玻璃板的內(nèi)壁上分別交替鍍制8對二氧化鈦和二氧化硅介質(zhì)膜層，厚度分別為78nm和118nm。
[0024]控制泵浦激光入射角度為20°時，泵浦激光波長532nm在多層介質(zhì)膜的反射帶內(nèi)，被反射。
[0025]輻射激光波長 610_660nm (溫度調(diào)諧時在此范圍內(nèi)變化)透過。
[0026]該玻璃板為激光器的下基板。
[0027]3、制備液晶盒:
上玻璃基板和下玻璃基板的多層介質(zhì)膜一側(cè)分別施涂聚酰亞胺高分子取向膜，高溫固化。固化溫度為80°C三十分鐘，300°C兩個小時。降溫到室溫后，進(jìn)行摩擦取向處理。
[0028]上玻璃基板和下玻璃基板上的取向膜摩擦方向反平行設(shè)置制作液晶盒，液晶盒厚度由隔墊物控制為40 μ m。
[0029]4、配制染料摻雜手性向列相液晶:
在負(fù)性向列相液晶SLC12V620中摻雜手性劑S-811，攪拌，形成手性向列相液晶。再添加激光染料DCM。質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為79.46wt%:19.54wt%:lwt%0繼續(xù)攪拌，使混合均勻。
[0030]5、液晶盒內(nèi)注入染料摻雜手性向列相液晶:
在向列相液晶的清涼點(diǎn)溫度102.4°C，利用毛細(xì)作用將步驟4制成的染料摻雜手性向列相液晶注入液晶盒中，封口，緩慢降溫至室溫，降溫速率為1°C /min。
[0031]完成器件制作。
[0032]本發(fā)明采用下述驗(yàn)證方法:
1、利用偏光顯微鏡觀察液晶分子的排列織構(gòu)。由oily-streak lines織構(gòu)，判斷是否形成平面態(tài)排列。
[0033]2、將染料摻雜手性向列相液晶，注入沒有蒸鍍多層介質(zhì)膜的液晶盒(取向膜摩擦方向反平行、40 μ m)中，利用加熱臺改變器件溫度，利用紫外分光光度計(jì)測量器件透射譜。觀察反射帶隨著溫度的變化。溫度升高，反射帶移動。如圖3所示。
[0034]3、泵浦光采用波長為532nm輸出的Nd = YAG倍頻脈沖激光器，脈沖寬度8納秒，重復(fù)頻率5Hz。采用多通道光纖光譜儀(avantes)測量輻射激光。泵浦光由器件上基板外側(cè)入射，控制入射角度為20°。光譜儀探測光纖由器件下基板外側(cè)接收。
[0035]4、采用熱臺改變器件溫度，控制溫度變化范圍為19_70°C，溫度精度為I °C，探測調(diào)諧輸出激光波長。
[0036]本發(fā)明的有益效果在于:
iD采用負(fù)性向列相液晶SLC12V620(A n=0.23)，摻雜手性劑S8-11，按照79.5wt%:19.5wt%的比例混合構(gòu)成手性向列相液晶獲得了在可見光波段較寬的反射帶約60nm，有利于多種激光染料的混合。(I'設(shè)計(jì)上、下玻璃基板表面蒸鍍的二氧化硅和二氧化鈦多層介質(zhì)膜滿足對輻射激光和泵浦激光波長具有不同的透過、反射率，從而提高泵浦效率，增強(qiáng)輻射激光強(qiáng)度，減少漏光。f)輻射激光為光子禁帶末端激光，線寬窄。溫度調(diào)諧，器件穩(wěn)定而易調(diào)諧。
[0037]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
1、激光器的發(fā)光機(jī)制為光子禁帶末端福射激光，線寬窄；
2、泵浦激光將被下基板再次反射，兩次透過液晶層，提高泵浦效率；
3、輻射激光將被上基板反射，獲得再次干涉增強(qiáng)，提高輻射光強(qiáng)度；
4、負(fù)性液晶折射率各向異性大，反射帶寬較寬，有利于多種染料摻雜。
[0038]5、溫度調(diào)諧，器件穩(wěn)定而易調(diào)諧。
[0039]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為一種染料摻雜手性向列相液晶可調(diào)諧激光器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖2是不同入射角度下，上玻璃基板多層介質(zhì)膜透射譜模擬示意圖。
[0041]圖3是不同入射角度下，下玻璃基板多層介質(zhì)膜透射譜模擬示意圖。
[0042]圖4是染料摻雜手性向列相液晶反射帶隨溫度變化示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0043]一種染料摻雜手性向列相液晶可調(diào)諧激光器，包括平行設(shè)置的上玻璃基板I和下玻璃基板2，其特征在于:
上玻璃基板I和下玻璃基板2厚度均為1.1毫米，面積為2厘米X 2厘米的透明玻璃基板，整體平整度> 1/10波長。
[0044]上玻璃基板I的內(nèi)壁上分別交替鍍制8對二氧化鈦和二氧化硅介質(zhì)膜層3，厚度分別為55nm和80nm。當(dāng)532nm泵浦激光入射角為20° ,泵浦激光波長532nm透過。福射激光波長610-660nm (溫度調(diào)諧時在此范圍內(nèi)變化)被反射。
[0045]下玻璃基板2的內(nèi)壁上分別交替鍍制8對二氧化鈦和二氧化硅介質(zhì)膜層4，厚度分別為78nm和118nm。當(dāng)532nm泵浦激光入射角為20°，泵浦激光波長532nm被反射。輻射激光波長610-660nm (溫度調(diào)諧時在此范圍內(nèi)變化)透過。
[0046]上玻璃基板I和下玻璃基板2的8對介質(zhì)膜層(3，4)內(nèi)側(cè)，分別旋涂有聚酰亞胺高分子上取向膜5和下取向膜6，摩擦取向處理后，使摩擦方向反平行設(shè)置形成液晶盒7，液晶盒7厚度為40mm。液晶盒內(nèi)充填有染料摻雜手性向列相液晶8，染料摻雜手性向列相液晶8由在負(fù)性向列相液晶SLC12V620中摻雜手性劑S-811，攪拌，形成手性向列相液晶；再添加激光染料DCM構(gòu)成，攪拌。質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為79.46wt%:19.54wt%:lwt%0
[0047]泵浦光采用波長為532nm輸出的Nd: YAG倍頻脈沖激光器，脈沖寬度8納秒，重復(fù)頻率5Hz。
[0048]采用熱臺改變器件溫度，控制溫度變化范圍為19-70° °C，溫度精度為I °C，探測調(diào)諧輸出激光。
【權(quán)利要求】
1.一種染料摻雜手性向列相液晶可調(diào)諧激光器，包括平行設(shè)置的上玻璃基板(I)和下玻璃基板(2)，其特征在于: 上玻璃基板(I)和下玻璃基板(2)厚度均為1.1毫米，面積為2厘米X2厘米的透明玻璃基板，整體平整度> 1/10波長； 上玻璃基板(I)的內(nèi)壁上分別交替鍍制8對二氧化鈦和二氧化硅介質(zhì)膜層(3)，厚度分別為55nm和80nm ;控制泵浦激光入射角為20°，泵浦激光波長532nm的透過，輻射激光波長610-660nm被反射，溫度調(diào)諧時在此范圍內(nèi)變化； 下玻璃基板(2)的內(nèi)壁上分別交替鍍制8對二氧化鈦和二氧化硅介質(zhì)膜層(4)，厚度分別為78nm和118nm，泵浦激光入射角度為20°，泵浦激光波長532nm被反射，輻射激光波長610-660nm透過，溫度調(diào)諧時在此范圍內(nèi)變化； 上玻璃基板(I)和下玻璃基板(2)的8對介質(zhì)膜層(3，4)內(nèi)側(cè)，分別旋涂有聚酰亞胺高分子上取向膜(5)和下取向膜(6)，取向膜高溫固化，摩擦取向，上下基板取向膜摩擦方向反平行設(shè)置，形成液晶盒(7)，液晶盒(7)厚度為40微米；液晶盒內(nèi)充填染料摻雜手性向列相液晶(8)，染料摻雜手性向列相液晶(8)由在負(fù)性向列相液晶SLC12V620中摻雜手性劑S-811，攪拌均勻，形成手性向列相液晶；再添加激光染料DCM構(gòu)成；質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為79.46wt%:19.54%:lwt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種染料摻雜手性向列相液晶可調(diào)諧激光器，其特征在于所述的負(fù)性向列相 液晶SLC12V620、手性劑、激光染料DCM按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為79.46wt%:19.54%合均勻形成的染料摻雜手性向列相液晶的平面態(tài)排列，反射帶寬度較大，19°C時60nm ;有利于多種激光染料的共摻，獲得大的調(diào)諧范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種染料摻雜手性向列相液晶可調(diào)諧激光器，其特征在于所述的泵浦光采用波長為532nm輸出的Nd = YAG倍頻脈沖激光器，脈沖寬度8納秒，重復(fù)頻率5Hz，控制泵浦光入射角度為20°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種染料摻雜手性向列相液晶可調(diào)諧激光器，其特征在于采用熱臺改變器件溫度，控制溫度變化范圍為19-70° C，溫度精度為I ° C，利用多通道光纖光譜儀探測調(diào)諧輸出激光。
5.一種染料摻雜手性向列相液晶可調(diào)諧激光器的制備方法，包括下述工藝步驟: 1)、制備上玻璃基板: 取第一塊透明玻璃板，厚度為1.1cm，面積為2 X 2cm，整體平整度> 1/10波長； 在第一塊玻璃板的內(nèi)壁上分別交替鍍制上8對二氧化鈦和二氧化硅介質(zhì)膜層，厚度分別為55nm和80nm，控制泵浦光入射角度為20°C，泵浦激光波長532nm透過，輻射激光波長610-660nm被反射，溫度調(diào)諧時在此范圍內(nèi)變化；該玻璃板為激光器的上玻璃基板； 2)、制備下玻璃基板: 取第二塊透明玻璃板厚度為1.1cm，面積為2cmX2cm的透明玻璃基板，整體平整度≥1/10波長； 在第二塊玻璃板的內(nèi)壁上分別交替鍍制8對二氧化鈦和二氧化硅介質(zhì)膜層，厚度分別為 78nm 和 118nm ； 控制入射角度為20°時，泵浦激光波長532nm被反射，輻射激光波長610-660nm透過，溫度調(diào)諧時在此范圍內(nèi)變化該玻璃板為激光器的下玻璃基板；. 3)、制備液晶盒: 上玻璃基板和下玻璃基板的多層介質(zhì)膜一側(cè)分別施涂聚酰亞胺高分子取向膜，高溫固化，固化溫度為80°C三十分鐘，300°C兩個小時，降溫到室溫后，進(jìn)行摩擦取向處理； 上玻璃基板和下玻璃基板上的取向膜為反向平行摩擦，形成液晶盒，液晶盒厚度由隔墊物控制為40μm; . 4)、配制染料摻雜手性向列相液晶: 在負(fù)性向列相液晶SLC12V620中摻雜手性劑S-811，攪拌，形成手性向列相液晶，再添加激光染料DCM，繼續(xù)攪拌，質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為79.46wt%:19.54wt%:lwt% ； .5 )、液晶盒內(nèi)注入染料摻雜手性向列相液晶: 在向列相液晶的清涼點(diǎn)溫度102.4°C，利用毛細(xì)作用將步驟4制成的染料摻雜手性向列相液晶注入液晶盒中，封口，緩慢降溫至室溫，降溫速率為1°C /min ;獲得手性向列相液晶平面態(tài)排列器件。
【文檔編號】H01S3/107GK104076538SQ201410294761
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】烏日娜, 岱欽 申請人:沈陽理工大學(xué)