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一种波导辅助的随机散射反馈的随机 激光器

阅读：945发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种波导辅助的随机散射反馈的随机激光器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种波导结构辅助的随机散射反馈的随机激光器，其具有输出时间序列可动态调控的特性，且具有调控方式简单、灵活、优良的普适性等优势。该随机激光器包括泵浦光源、增益介质模块、带随机散射的波导结构。将一定浓度的增益介质溶液装在石英比色皿内或者制作成增益介质薄膜结构形成增益介质模块，利用脉冲激光对该增益介质模块进行泵浦，通过控制带随机散射的波导结构与增益介质模块的粘贴与分离，可以灵活地选择把部分泵浦脉冲转换成随机激光，实现输出随机激光时间序列的调控。，下面是一种波导辅助的随机散射反馈的随机激光器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种波导辅助的随机散射反馈的随机激光器，其特征在于：该随机激光器包括泵浦光源、增益介质模块、带随机散射的波导结构；该随机激光器可以通过控制带随机散射的波导结构和增益介质模块的粘贴与分离，实现输出随机激光时间序列的灵活调控。
2.根据权利要求1所述的随机激光器，其特征在于：所述的泵浦光源为波长为532nm的脉冲激光器，其脉冲重复频率是10Hz，脉宽是8ns。
3.根据权利要求1所述的随机激光器，其特征在于：所述的增益介质模块可以是增益介质薄膜或装在石英比色皿内的增益介质溶液。
4.根据权利要求3所述的随机激光器，其特征在于：所述的增益介质薄膜可以是混合有PM567染料的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜，其中PM567的浓度为2.5mg/mL，薄膜厚度可以为
100-300μm。
5.根据权利要求3所述的随机激光器，其特征在于：所述的增益介质溶液可以为R6g的水溶液或R6g的乙醇溶液或DCJTB染料的乙醇溶液。
6.根据权利要求5所述的随机激光器，其特征在于：所述的R6g水溶液的浓度范围可以为0.15-0.5mg/mL；所述的R6g的乙醇溶液的浓度范围可以为0.015-0.3mg/mL；所述的DCJTB乙醇溶液的浓度范围可以为0.2-0.5mg/mL。
7.根据权利要求3所述的随机激光器，其特征在于：所述的石英比色皿的外形尺寸可以是12.5*12.5*45mm、22.5*12.5*45mm。
8.根据权利要求1所述的随机激光器，其特征在于：所述的带随机散射的波导结构可以是有划痕的玻璃片、边界粗糙的玻璃片、带有裂痕或划痕的PDMS薄膜；所述的波导结构可以粘贴在比色皿的内壁或外壁。
9.一种用于实现根据权利要求1所述随机激光器的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)将4.4mg R6g增益染料稀释在20mL水溶液中，配置成0.22mg/mL的R6g水溶液，取2mL该溶液装在石英比色皿内作为增益介质模块一；
(2)裁取长和宽分别是50*10mm的玻璃片或30*10mm的固化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜，并对它们进行划横或挖洞等处理，使它们携带随机散射，作为增益介质模块一的波导结构；
(3)将步骤(2)中的波导结构粘贴在步骤(1)石英比色皿的内壁或外壁；用波长为532nm的脉冲激光垂直泵浦石英比色皿内的R6g水溶液，可以实现随机激光的辐射；
(4)将5mg PM567增益染料稀释在0.5mL乙醇溶液中，将该溶液和2mL PDMS溶液在超声槽中超声混合20分钟，然后在真空箱中抽真空50分钟，以去除混合液体中的空气和乙醇，得到PM567掺杂的混合物；
(5)裁取长和宽分别是20*20mm的玻璃片，然后用旋涂机将(4)中混合物以第一转速
500r/min，转速时间为5s，第二转速为1000r/s，转速时间为30s旋涂在玻璃片上，最后置于
80℃的烘箱中烘3小时，以完成交联聚合和干燥过程，待冷却至室温后，将掺杂PM567染料的PDMS薄膜从玻璃片上揭下来，作为增益介质模块二，玻璃片作为其波导结构；
(6)将增益介质模块二粘贴在(5)中的玻璃片上，然后用波长为532nm的脉冲激光经过一个焦距为100mm的柱透镜后垂直泵浦掺杂PM567染料的PDMS薄膜，可以实现随机激光的出射；
(7)通过调控带随机散射的波导结构与增益介质模块的粘贴与分离，有选择地把部分泵浦脉冲转换成随机激光脉冲，可以实现随机激光时间序列的可调控输出。

说明书全文

一种波导辅助的随机散射反馈的随机 激光器

技术领域

[0001] 本发明涉及激光器领域，具体是设计了一种波导结构辅助的随机散射反馈的随机激光器，该随机激光的时间脉冲序列可以机械调控。

背景技术

[0002] 随机激光器是基于随机反馈的一类激光器，其利用光在随机介质中的多重散射提供光学反馈来实现受激辐射放大。不同于传统激光器，随机激光器不需要外加谐振腔，具有制作简单、成本低、空间相干性低等优势，在无散斑成像、光学传感、安全防伪、纳米光电子器件等诸多领域具有广阔的应用前景。目前，对于随机激光器的调控研究已经引起了人们越来越多的关注，主要关注随机激光的光谱调控特性，且主要的调控手段是基于散射体系的改变来研究随机激光器的光谱输出性能。

[0003] 目前,随机激光器的散射体系主要有介电材料、基于表面等离子体共振增强的纳米颗粒和纳米线、生物材料、超材料等。但是，上述的散射体系直接和增益材料接触，散射材料可能会对增益材料的发光性质产生不可逆的影响，存在一定的局限性；同时，相对固定的散射体系也不利于实现随机激光器时间序列调控和光谱的时域调控。

[0004] 光波导结构能够有效地调控光场分布。当波导结构的对称性受到破坏时，光束在此处会被随机散射。将此波导结构产生的随机散射作为光学反馈，并与随机激光器进行光学耦合，可以设计一种时间序列可动态调控的随机激光器。

发明内容

[0005] 本发明的目的是基于上述考虑，提出了一种时间序列可动态调控的随机激光器，其具有调控方式灵活、简单，有很好的普适性和稳定性等优势。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

[0007] 通过控制具有随机散射特性的波导结构和增益介质模块的粘贴与分离，实现了一种时间序列可动态调控的随机激光器。该随机激光器包括泵浦光源、增益介质模块、带随机散射的波导结构。将一定浓度的增益介质溶液装在石英比色皿内或将增益介质旋涂成薄膜结构形成增益介质模块，利用脉冲激光泵浦该增益介质模块，通过控制带随机散射的波导结构和石英比色皿侧壁或增益介质薄膜的粘贴与分离，有选择地把泵浦光脉冲转换为随机激光脉冲，实现随机激光时间序列的调控输出。

[0008] 所述的泵浦光源为脉冲激光器532nm(脉冲重复频率是10Hz，脉宽是8ns)。

[0009] 所述的增益介质溶液为R6g的水溶液或R6g的乙醇溶液或DCJTB染料的乙醇溶液。

[0010] 所述的增益介质薄膜可以是混合有PM567染料的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜。

[0011] 所述的石英比色皿的外形尺寸可以是12.5*12.5*45mm或22.5*12.5*45mm。

[0012] 所述的带随机散射的波导结构可以是玻璃片、固化的PDMS薄膜。

[0013] 与现有技术相比，本发明具有如下优势：

[0014] (1)能够动态地调控随机激光的输出序列，调控方式灵活、简单；

[0015] (2)具有普适性，适用于不同种类的染料溶液以及不同的波导结构；

[0016] (3)能够实现不同波长范围的随机激光的动态调控输出；

[0017] 通过结合下面附图的详细说明，将会使本发明的上述目的、内容和优点变得更加清楚。

附图说明

[0018] 图1是本发明设备的第一种动态调控方式示意图及相应的输出表征；

[0019] 图2是本发明设备的第二种动态调控方式示意图及相应的输出表征；

[0020] 图3是本发明设备的第三种动态调控方式示意图及相应的输出表征；

[0021] 图4是本发明设备在不同浓度的增益介质下动态调控的输出表征；

[0022] 图5是本发明设备在不同种类溶剂下动态调控的输出表征；

[0023] 图6是本发明设备在不同种类增益介质下动态调控的输出表征；

[0024] 图7是本发明设备在不同种类波导结构下动态调控的输出表征；

[0025] 图8是本发明设备的第四种动态调控方式示意图及相应的输出表征；

[0026] 图9是本发明设备实现随机激光时间序列的调控输出。

[0027] 附图标记说明：

[0028] 图中，1.1和8.1是带随机散射的波导结构，1.2是石英比色皿，1.3是R6g水溶液，1.4和8.2是泵浦光源，8.3是掺杂有PM567染料的PDMS薄膜，9.1是随机激光的强度，9.2是荧光的强度。

具体实施方式

[0029] 一、本发明设备实现液态随机激光器的动态调控示意图及相应的输出表征(参见图1-3)

[0030] (1)将4.4mg R6g增益染料稀释在20mL水溶液中，配置成0.22mg/mL的R6g水溶液，取2mL该溶液装在外形尺寸为22.5*12.5*45mm的石英比色皿内；

[0031] (2)裁取长和宽分别是50*10mm的玻璃片并对其边缘进行局部破坏处理，使其携带随机散射；

[0032] (3)调控方式一(图1)：将(2)中的玻璃片粘贴在(1)中石英比色皿宽度为12.5mm的壁内侧，用脉宽为8ns的532nm脉冲激光垂直泵浦石英比色皿内的R6g水溶液，可以实现中心波长约为592nm的随机激光输出(实线)；当撤掉玻璃片时，随机激光消失，只辐射微弱荧光(虚线)，图1为三次利用该调控方式输出的光谱；

[0033] (4)调控方式二(图2)：将(2)中的玻璃片粘贴在(1)中石英比色皿宽度为12.5mm的壁外侧，用脉冲激光垂直泵浦石英比色皿内的R6g水溶液，同样可实现随机激光的输出(实线)；当撤掉玻璃片时，只有荧光输出(虚线)，图2为三次利用该调控方式输出的光谱；

[0034] (5)调控方式三(图3)：将(2)中的玻璃片粘贴在(1)中石英比色皿宽度为22.5mm的壁内侧，在脉冲激光的垂直泵浦下，此时输出的是中心波长为565nm的随机激光(实线)；图3的虚线为(3)中调控输出的随机激光(调控方式一)；

[0035] 前两种调控方式说明本发明设备的调控方式灵活、简单，可以机械地调控该设备的输出特性；第三种调控方式说明本发明设备还可以通过改变玻璃片粘贴在石英比色皿不同长度的侧壁，实现不同波长的随机激光。

[0036] 二、本发明设备的调控方式对于不同种类的增益介质溶液的普适性(参见图4-6)[0037] 本发明设备的调控方式适用于不同浓度的R6g水溶液，图4示出了石英比色皿装有不同浓度的R6g水溶液时(从下往上依次为0.15、0.20、0.25、0.3、0.4、0.5mg/mL)，在脉冲激光的泵浦下，通过控制玻璃片的粘贴与分离，可以实现随机激光(实线)和荧光(虚线)的可调控输出。

[0038] 同时,本发明设备的调控方式也适用于不同溶剂溶解的染料溶液，图5是增益介质浓度为0.02mg/mL的R6g乙醇溶液在第一种调控方式下，实现随机激光(实线)和荧光(虚线)的可调控输出。

[0039] 此外，本发明设备的调控方式也适用于不同种类的增益介质，图6是增益介质为浓度为0.30mg/mL的DCJTB乙醇溶液在第一种调控方式下，实现随机激光(实线)和荧光(虚线)的可调控输出。

[0040] 三、本发明设备的调控方式对于不同种类的波导结构的普适性(参见图7)[0041] 除了携带随机散射的玻璃片外，其它的携带随机散射的波导结构对于本发明设备也有相同的调控结果。图8示出了将固化的PDMS薄膜进行人为的划痕或挖洞等处理后，使他们携带随机散射，然后粘贴在装有R6g水溶液的石英比色皿的外壁，在脉冲激光的泵浦下，通过控制携带随机散射的PDMS薄膜和比色皿壁的粘贴与分离，可以实现随机激光(实线)和荧光(虚线)的可调控输出。

[0042] 四、本发明设备实现固态随机激光器的动态调控示意图及相应的输出表征(参见图8)

[0043] (1)将5mg PM567增益染料稀释在0.5mL乙醇溶液中，将该溶液和2mL PDMS溶液在超声槽中超声混合20分钟，然后在真空箱中抽真空50分钟，以去除混合液体中的空气和乙醇，得到PM567掺杂的混合物；

[0044] (2)裁取长和宽分别是20*20mm的玻璃片，然后用旋涂机将(1)中混合物以第一转速500r/min，转速时间为5s，第二转速为1000r/s，转速时间为30s旋涂在玻璃片上，最后置于80℃的烘箱中烘3小时，以完成交联聚合和干燥过程，待冷却至室温后，用波长为532nm的脉冲激光经过一个焦距为100mm的柱透镜后垂直泵浦该样品，可以实现随机激光的出射(图8右下)；

[0045] (3)将掺杂PM567染料的PDMS薄膜(增益介质模块)从玻璃片上揭下来，用同样的泵浦条件泵浦该薄膜，此时随机激光消失，只有荧光辐射(图8右上)；

[0046] (4)调控方式四：通过调控波导结构与增益介质模块的粘贴与分离(图8左)，有选择地把部分泵浦脉冲转换成随机激光脉冲，可以实现固态随机激光的可调控输出。

[0047] 五、本发明设备实现随机激光时间序列的调控输出(参见图9)

[0048] 基于随机激光和荧光信号的强度不一样，利用上述的调控方式一或二，可以有选择地把输入的泵浦激光脉冲转化成随机激光，实现如图9所示的可调控的随机激光序列，其中虚线以上的脉冲信号是随机激光(9.1)，虚线以下的脉冲信号为荧光(9.2)。

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