[发明专利]一种电场调控的光学行波光流体染料激光器

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种激光器，特别是一种电场调控的光学行波光流体染料激光器，主要用于光电检测、光谱技术、激光测量、光纤通讯、激光加工、激光打标、激光焊接、激光制导、激光医学、无线光通信、光学微操纵、光学显微等领域中作为激光光源。

技术背景

激光器是利用受激辐射原理使光在某些受激发的物质中放大或振荡发射的器件。产生激光的必不可少的条件是粒子数翻转和增益大过损耗，通常，激光器装置包括：激励源、工作介质、谐振腔。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件；工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位，从而实现光放大；谐振腔可以很好地缩短工作物质的长度，还能通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的模式。目前，已经存在许多种激光器，常见的有气体激光器、固体激光器、染料激光器、半导体激光器，近期也出现了小尺度的纳米激光器和活体生物激光器。

近些年来微流控技术得到很大的发展，将微流控技术和光学结合，形成了新兴学科光流控（Optofluidics）。而染料作为很好的激光增益介质，具有阈值低，波长调节范围广，基本覆盖整个可见光区域，利用倍频技术还可以延伸至紫外和红外区域。悬浮液的状态可以用电场来控制，科学家把它称为电流变体。并把这种现象称为“温斯洛现象”或“电流变现象”。具有电流变效应的液体称为电流变液，电流变液在通常条件下是一种悬浮液，它在电场的作用下可发生液体—固体的转变．当外加电场强度大大低于某个临界值时，电流变液呈液态；当电场强度大大高于这个临界值时，它就变成固态；本质上是由于在外加电场作用下，电流变液内部微观结构发生变化。

在先技术中，存在基于光流控技术的染料激光光源，参见一个美国专利，美国专利名称：Mechanically tunable elastomeric optofluidic distributed feedback dye laser,专利号：US 7,817,698,B2。该激光器具有相当的优点，但是，仍然存在一些本质不足：1）系统采用光学光栅形成反馈，在三维光波导中构建光学光栅，形成分布式反馈系统，进而形成光学谐振腔，且均为微观结构，这样从本质上是的系统对制备工艺要求很高，制备激光器的工序复杂，难度大，整个系统复杂；2）系统中的光学微结构一旦形成则无法更改，光学谐振腔结构不可调节，这样，导致激光器输出光束的模式不可调节，影响了光源使用范围和应用灵活性；3）：采用线型精细度腔结构，激光在高精细度腔内形成光学驻波，导致光强分布不均，以及光学光栅易对激光器产生干扰；4）泵浦方式为旁轴非对称式泵浦，泵浦光束侧面照射到光增益区域，及含有染料分子的区域，泵浦光束单次激发，光能量利用率低，泵浦效应的均匀性不高，影响激光器输出光束质量。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种电场调控的光学行波光流体染料激光器，具有光学行波腔结构、系统简单、小型化程度高、制备工艺简单、电场调控光束输出模式、泵浦光能利用率高，使用范围广，光束质量好、使用灵活等特点。

本发明的基本构思是：采用光学行波光学谐振腔，将电流变效应和光流控技术相结合，基于染料激光工作原理，构成电场调控激光输出模式的可调谐染料激光器。入射泵浦光束依次经过透光孔进入光学行波光学谐振腔；光学行波光学谐振腔为双层圆柱壳状腔体，圆柱壳状腔体的内外层壳体之间为设置有染料悬浮液，圆柱壳状腔体的外层壳体内表面设置有激光反射层，受激辐射光场经过多次行波反射，并经过染料悬浮液增益，产生出射激光束；圆柱壳状腔体的内外层壳体之间施加控制电场，实现光学谐振条件和激光出射模式的调控。本发明不仅具有现有光流控激光器现有优点，同时具有光学行波腔结构、系统简单、小型化程度高、制备工艺简单、电场调控光束输出模式、泵浦光能利用率高、使用范围广、光束质量好、使用灵活等特点。