[發明專利]一種基于電流變效應的可調控光流控染料激光器

有效

• 申請號: 201410192593.6
• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN104064957B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 高秀敏;李楠;姜利平;逯鑫淼
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01S3/213
• 分類號: H01S3/213;H01S3/02;H01S3/08
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙)33240
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于光學技術領域，涉及一種激光器，特別是一種基于電流變效應的可調控光流控染料激光器，主要用于光譜技術、激光測量、光纖通訊、激光加工、激光打標、激光焊接、激光制導、激光醫學、無線光通信、光學微操縱、光學顯微等領域中作為激光光源。

技術背景

激光器是利用受激輻射原理使光在某些受激發的物質中放大或振蕩發射的器件。各種激光器的工作原理基本相同，產生激光的必不可少的條件是粒子數翻轉和增益大過損耗，裝置中必不可少的組成部分有激勵源、具有亞穩態能級的工作介質兩個部分。激勵是工作介質吸收外來能量后激發到激發態，為實現并維持粒子數反轉創造條件。工作介質具有亞穩能級是使受激輻射占主導地位，從而實現光放大。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的長度，還能通過改變諧振腔長度來調節所產生激光的模式。目前，已經存在許多種激光器，常見的有氣體激光器、固體激光器、液體激光器、半導體激光器，近期也出現了納米激光器、活體生物激光器等新型激光器。

近些年來微流控技術得到很大的發展，將微流控技術和光學結合，形成了新興學科光流控（Optofluidics）。而染料作為很好的激光增益介質，具有閾值低，波長調節范圍廣，基本覆蓋整個可見光區域，利用倍頻技術還可以延伸至紫外和紅外區域。懸浮液的狀態可以用電場來控制，科學家把它稱為電流變體。并把這種現象稱為“溫斯洛現象”或“電流變現象”。具有電流變效應的液體稱為電流變液，電流變液在通常條件下是一種懸浮液，它在電場的作用下可發生液體—固體的轉變．當外加電場強度大大低于某個臨界值時，電流變液呈液態；當電場強度大大高于這個臨界值時，它就變成固態；本質上是由于在外加電場作用下，電流變液內部微觀結構發生變化。

在先技術中，存在基于光流控技術的染料激光光源，參見一個美國專利，美國專利名稱：Mechanically tunable elastomeric optofluidic distributed feedback dye laser,專利號：US 7,817,698,B2。該激光器具有相當的優點，但是，仍然存在一些本質不足：1）系統采用光學光柵形成反饋，在三維光波導中構建光學光柵，形成分布式反饋系統，進而形成光學諧振腔，且均為微觀結構，這樣從本質上是的系統對制備工藝要求很高，制備激光器的工序復雜，難度大，整個系統復雜；2）系統中的光學微結構一旦形成則無法更改，光學諧振腔結構不可調節，這樣，導致激光器輸出光束的模式不可調節，影響了光源使用范圍和應用靈活性；3）在先技術中的泵浦方式為旁軸非對稱式泵浦，泵浦光束側面照射到光增益區域，及含有染料分子的區域，影響泵浦效應的均勻性，整個受激輻射系統具有了非對稱性，影響激光器輸出光束質量，同時，泵浦光能利用率低。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種基于電流變效應的可調控光流控染料激光器，具有系統結構簡單、小型化程度高、制備工藝簡單、光束輸出模式可調控、可實現軸對稱式光泵浦、泵浦光能利用率高，使用范圍廣，光束質量好、使用靈活等特點。

本發明的基本構思是：將電流變效應和光流控技術相結合形成可調控光學諧振腔，基于染料激光工作原理，構成電場調控激光輸出模式的可調諧激光器。入射泵浦光束依次經過光束整形和空間光調制后聚焦形成匯聚泵浦光場；諧振腔為圓柱腔體，兩個圓形端面為高反射面形成光學反饋，腔體內設置有染料懸浮液，腔體上設置有電極用于外加控制電場，實現電場調控光學諧振條件和激光出射模式。本發明不僅具有現有光流控激光器現有優點，同時具有諧振腔性能可調節、輸出光束模式可控、統構成簡潔、制備工藝簡單、小型化程度高、光束質量好、軸對稱式光泵浦、泵浦光能利用率高等特點。

本發明一種基于電流變效應的可調控光流控染料激光器，包括光束整形器、空間光調制器、會聚透鏡、光流體部件；所述的光流體部件為圓柱形腔體結構，兩個端面分別設置有第一反射鏡和第二反射鏡構成光學諧振腔，入射泵浦光束的光路上依次設置有光束整形器、空間光調制器、會聚透鏡、光流體部件；泵浦光束經過光束整形器整形后，再通過空間光調制器進行調制，而后經過會聚透鏡聚焦，匯聚光線穿過光流體部件的第一反射鏡，聚焦區域位于光流體部件內部；光流體部件內部設置有染料懸浮液，光流體部件的腔體上設置有染料流體入口和染料流體出口，用于染料懸浮液流動，光流體部件的腔體上同時設置第一電極和第二電極，用于施加外加電場調控染料懸浮液，微結構變化實現輸出光場調控。

所述的光束整形器為球面鏡光學系統、柱面鏡光學系統、復合光學系統的一種。