CN103825163A - 偏振方向各异的双面随机激光出射的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种偏振方向各异的双面随机激光出射的装置和方法，所述装置包括由两片玻璃基板制备而成的盒装结构，以及灌装在盒状结构中的液晶和激光染料；两片玻璃基板内表面都涂有液晶取向剂形成取向膜，对取向膜进行取向，使两块玻璃基板上的取向不同；当泵浦光以一定角度照射到所述盒的一面上，盒的两面都会线偏振的随机激光垂直于盒面方向出射，偏振方向与出射面取向一致。本发明的装置和方法具有简单方便、容易实现、能量损耗小的优点。

Description

偏振方向各异的双面随机激光出射的装置和方法

技术领域

本发明涉及随机激光，具体涉及一种偏振方向各异的双面随机激光出射的装置和方法。

背景技术

偏振是光的主要特征之一，其应用有着重要的实际意义：如根据反射和透射光的偏振特性能获得光介质的表面性质(如表面粗糙程度)：窥探出光介质的内部结构和材料特性；特别是对散射光偏振性质的研究有着更广泛的应用前景和科学价值：根据介质散射和目标反射光的不同偏振特性可利用偏振技术排除粒子散射光的干扰而提高水下图象的清晰度；利用激光偏振分析云层散射光的偏振特性能遥感大气中各种气溶胶的存在等价值；运用偏振手段可对生物组织病变前后的偏振参数进行测量、对比、分析，从而给医疗诊断提供了一种信息分析手段。

近年来，随机激光已经成为国际激光学界的热门研究领域。随机激光辐射源自激活无序介质，即辐射光在激活无序介质中的多次散射提供光学反馈，从而获得较大的增益，因而无需外加谐振腔。液晶随机激光器就是将激光增益介质掺杂在液晶材料中，以液晶作为无序散射介质的随机激光器。液晶是一种各向异性的物质，光学上类似单轴晶体。一般情况下光轴与分子长轴方向一致。当液晶中掺入棒状分子形状的染料后，由于宾主效应的作用，棒状染料分子会倾向于沿着液晶分子的方向排列，即染料分子是“宾”分子，其由液晶“主”分子定向。染料分子倾向于吸收与其排列方向相同的光的能量，并且其被激发产生的光的偏振方向也是沿着同样的方向。通过预取向、电磁场调控、温度调控等方式可以影响液晶分子的排列，进而影响出射随机激光的偏振等性质。

在一些领域中,在应用偏振光时,会同时需要多束不同偏振态的偏振光,通常的方法可以将一束光经过外加光路分束,通过外加偏振器件对各个光束进行偏振调节,进而得到不同偏振态的多束偏振光。偏振器件主要包括利用晶体的双折射特性制成的偏振棱镜，利用晶体的双折射特性制成的对某种色光产生两束固定相位差的波片，利用某些物质的散射特性或光的二向色性制成的偏振片等。但是光束经过外部器件越多，往往都可能伴随着更多的能量的损耗，并且一个偏振器件一般也同时只能作用于一束光。

发明内容

技术问题：本发明基于掺入染料的液晶盒结构提出一种偏振方向各异的双面随机激光出射的装置和方法，可以根据实际需要决定液晶盒两块玻璃基板上不同的取向膜取向，来决定需要获得的两束线偏振随机激光的偏振方向。本发明从出射源头出射两束不同偏振方向的随机激光，大大降低了再经过外加分光光路可能带来的能量损耗。

发明内容：本发明提供了一种偏振方向各异的双面随机激光出射的装置，

该装置包括第一玻璃基板、第二玻璃基板、向列相液晶和激光染料，泵浦源激光器、泵浦激光、透镜；

其中，第一玻璃基板和第二玻璃基板密封形成一密封结构，向列相液晶和激光染料灌入所述密封结构中；

第一玻璃基板和第二玻璃基板内侧导电层均涂有液晶取向膜并且经过取向处理，第一玻璃基板的取向膜上的取向和第二玻璃基板的取向膜上的取向不同；

泵浦源激光器出射的泵浦激光经过透镜聚焦后的光束以与所述密封结构法线成10°～30°的角度打在第一玻璃基板一侧，第一线偏振随机激光和第二线偏振随机激光同时分别从第一玻璃基板和第二玻璃基板的外侧垂直于所述密封结构出射，第一线偏振随机激光的出射点与泵浦光束的泵浦点重合，第一线偏振随机激光和第二线偏振随机激光在一条直线上，第一线偏振随机激光和第二线偏振随机激光出射随机激光的线偏振方向分别与出射面的液晶取向一致。

优选的，所述激光染料和向列相液晶的重量分数分别为0.2～0.8和99.2～99.8。

优选的，第一玻璃基板和第二玻璃基板之间距离为0.05mm～1mm，所述密封结构周围用热固性树脂密封。

本发明还提供了一种偏振方向各异的双面随机激光出射的方法，该方法包括如下步骤：

将经过聚焦的泵浦激光在其聚焦焦点处以一定角度打在所述密封结构的一面上，第一线偏振随机激光和第二线偏振随机激光同时分别从第一玻璃基板和第二玻璃基板的外侧垂直于所述密封结构出射，第一线偏振随机激光的出射点与泵浦光束的泵浦点重合，第一线偏振随机激光和第二线偏振随机激光在一条直线上，第一线偏振随机激光和第二线偏振随机激光的偏振方向都沿着对应出射面的取向膜的取向。

优选的，所述的泵浦光以一定角度打在密封结构上，其角度是泵浦光与密封结构法线的夹角，大小是10°～30°。

有益效果：本发明可以同时实现调节两束不同线偏振方向随机激光出射，其结构简单、容易实现，与通过外加光路对单束激光进行分束，再用偏振片等偏振器件实现偏振方向的改变等方式来实现相同效果相比，其具有不损失出射随机激光能量的优点。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明具体实现光路图。

具体实施方式

下面结合附图及实施方式对本发明专利作进一步详细的说明：

本发明的偏振方向各异的双面随机激光出射的装置，包括由两片ITO玻璃基板、垫片、和热固性树脂构成的盒状结构，以及所述盒状结构中灌入的激光染料和向列相液晶的混合物。本发明首先在两块玻璃基板一面上涂覆液晶取向剂，形成均匀取向薄膜。然后，对于取向薄膜进行取向处理，取向的方法有许多，比如摩擦取向法、激光诱导取向法等。根据实际对于出射随机激光偏振方向的需要，决定两块玻璃基板上取向膜按照相应方向进行取向。再将经过聚焦的泵浦激光以一定角度打在液晶盒一面，液晶盒两面同时会线偏振的随机激光垂直于盒面出射，线偏振的偏振方向沿着出射面的取向膜取向角。

参见图1－2，本发明提供的偏振方向各异的双面随机激光出射的装置，该装置包括第一玻璃基板1、第二玻璃基板2、向列相液晶3和激光染料4，泵浦源激光器5、泵浦激光6、透镜7。

其中，第一玻璃基板1和第二玻璃基板2密封形成一密封结构，向列相液晶3和激光染料4灌入所述密封结构中；

第一玻璃基板1和第二玻璃基板2内侧导电层均涂有液晶取向膜并且经过取向处理，第一玻璃基板1的取向膜上的取向和第二玻璃基板2的取向膜上的取向不同；

泵浦源激光器5出射的泵浦激光6经过透镜7聚焦后的光束8以与所述密封结构法线成10°～30°的角度打在第一玻璃基板1一侧，第一线偏振随机激光9和第二线偏振随机激光10同时分别从第一玻璃基板1和第二玻璃基板2的外侧垂直于所述密封结构出射，第一线偏振随机激光9的出射点与泵浦光束8的泵浦点重合，第一线偏振随机激光9和第二线偏振随机激光10在一条直线上，第一线偏振随机激光9和第二线偏振随机激光10出射随机激光的线偏振方向与出射面的液晶取向一致。

所述激光染料4和向列相液晶3的重量分数分别为0.2～0.8和99.2～99.8。

第一玻璃基板1和第二玻璃基板2之间距离为0.05mm～1mm，所述密封结构周围用热固性树脂密封。

所述密封结构可以是盒状结构。

本发明还提供了一种偏振方向各异的双面随机激光出射的方法，该方法包括如下步骤：

将经过聚焦的泵浦激光6在其聚焦焦点处以一定角度打在所述密封结构的一面上，第一线偏振随机激光9和第二线偏振随机激光10同时分别从第一玻璃基板1和第二玻璃基板2的外侧垂直于所述密封结构出射，第一线偏振随机激光9的出射点与泵浦光束8的泵浦点重合，第一线偏振随机激光9和第二线偏振随机激光10在一条直线上，第一线偏振随机激光9和第二线偏振随机激光10的偏振方向都沿着对应出射面的取向膜的取向。

所述的泵浦光以一定角度打在密封结构上，其角度是泵浦光与密封结构法线的夹角，大小是10°～30°。

工作原理：当液晶中掺入棒状分子形状的染料后，由于宾主效应的作用，棒状染料分子会倾向于沿着液晶分子的方向排列，即染料分子是“宾”分子，其由液晶“主”分子定向。染料分子倾向于吸收与其排列方向相同的光的能量，并且其被激发产生的光的偏振方向也是沿着同样的方向。而液晶分子的取向由取向膜取向决定，所以出射随机激光的线偏振方向会沿着取向膜的取向。

如图1和图2所示，本发明可以同时实现不同偏振随机激光的装置包括由第一玻璃基板1和第二玻璃基板2通过热固性树脂密封形成的盒装结构，以及其中的向列相液晶3和激光染料4的混合溶液。玻璃基板内侧导电层涂有液晶取向膜并且经过取向处理，其中玻璃基板1的取向膜上的取向和玻璃基板2的取向膜上的取向不同，两块玻璃基板上的取向可以根据对于出射随机激光偏振方向的实际需要来决定。激光染料和液晶的重量分数分别为0.2～0.8和99.2～99.8，液晶盒结构的内腔厚度由垫片决定，为0.05mm～1mm。

在工作中，由泵浦源激光器5出射的泵浦激光6经过透镜7聚焦后的光束8以与盒面法线成10°～30°的角度打在液晶盒玻璃基板1一侧的盒面上，第一线偏振的随机激光9和第二线偏振的随机激光10同时分别从第一玻璃基板1和第二玻璃基板2的一侧垂直于盒面出射，第一线偏振的随机激光9的出射点与泵浦光束8的泵浦点重合，，第一线偏振的随机激光9和第二线偏振的随机激光10在一条直线上，出射随机激光的线偏振方向与出射面的液晶取向一致。根据实际对于出射随机激光偏振方向的需要，对两块玻璃基板上取向膜按照相应方向进行取向，可以得到所需要的两束不同偏振方向的随机激光。

可以看出，本发明可以同时实现不同偏振随机激光的方法，是从随机激光出射源处得到所需要偏振方向的随机激光，不需要附加外加光路进行分束、用偏振片等偏振器件来调节偏振等操作，大大降低了出射激光经过外加器件时的能量损失问题。本发明装置简单、方法便捷，在进一步的应用中易于实现偏振调节，可以配合机械装置应用在光学集成中。

本发明的同时实现两束不同偏振随机激光的装置和方法，可以应用于光学集成、液晶显示、偏振探测、偏振成像等领域。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，如改变两块玻璃基板上的取向膜的取向方式来实现实际应用中对于不同偏振的需求，改变染料和液晶的材料来实现不同出射波长，以及通过外加温度、电场、磁场控制装置配合使用影响出射随机激光的偏振、模式等等，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种偏振方向各异的双面随机激光出射的装置，其特征在于：

该装置包括第一玻璃基板（1）、第二玻璃基板（2）、向列相液晶（3）和激光染料（4），泵浦源激光器（5）、泵浦激光（6）、透镜（7）；

其中，第一玻璃基板（1）和第二玻璃基板（2）密封形成一密封结构，向列相液晶（3）和激光染料（4）灌入所述密封结构中；

第一玻璃基板（1）和第二玻璃基板（2）内侧导电层均涂有液晶取向膜并且经过取向处理，第一玻璃基板（1）的取向膜上的取向和第二玻璃基板（2）的取向膜上的取向不同；

泵浦源激光器（5）出射的泵浦激光（6）经过透镜（7）聚焦后的光束（8）以与所述密封结构法线成10°～30°的角度打在第一玻璃基板（1）一侧，第一线偏振随机激光（9）和第二线偏振随机激光（10）同时分别从第一玻璃基板（1）和第二玻璃基板（2）的外侧垂直于所述密封结构出射，第一线偏振随机激光（9）的出射点与泵浦光束（8）的泵浦点重合，第一线偏振随机激光（9）和第二线偏振随机激光（10）在一条直线上，第一线偏振随机激光（9）和第二线偏振随机激光（10）出射随机激光的线偏振方向分别与出射面的液晶取向一致。

2.根据权利要求1所述的偏振方向各异的双面随机激光出射的装置，其特征在于：所述激光染料（4）和向列相液晶（3）的重量分数分别为0.2～0.8和99.2～99.8。

3.根据权利要求1所述的偏振方向各异的双面随机激光出射的装置，其特征在于：第一玻璃基板（1）和第二玻璃基板（2）之间距离为0.05mm～1mm，所述密封结构周围用热固性树脂密封。

4.一种偏振方向各异的双面随机激光出射的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

将经过聚焦的泵浦激光（6）在其聚焦焦点处以一定角度打在所述密封结构的一面上，第一线偏振随机激光（9）和第二线偏振随机激光（10）同时分别从第一玻璃基板（1）和第二玻璃基板（2）的外侧垂直于所述密封结构出射，第一线偏振随机激光（9）的出射点与泵浦光束（8）的泵浦点重合，第一线偏振随机激光（9）和第二线偏振随机激光（10）在一条直线上，第一线偏振随机激光（9）和第二线偏振随机激光（10）的偏振方向都沿着对应出射面的取向膜的取向。

5.根据权利要求4所述的偏振方向各异的双面随机激光出射的方法，其特征在于：所述的泵浦光以一定角度打在密封结构上，所述角度是泵浦光与密封结构法线的夹角，大小是10°～30°。

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