CN105305219A - 一种光流体三色复合随机激光器 - Google Patents

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冯洋洋
朱利
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Abstract

本发明公开了一种光流体三色复合随机激光器，包括外置泵浦光路、微流体芯片和精密蠕动泵，所述微流体芯片是由基片和盖片键合而成，所述基片内构造有微流体通道，微流体通道两个端口构造有柱状凹槽，凹槽与盖片的外表面连通，为流体入口和出口，所述精密蠕动泵通过空心不锈钢圆柱、PTFE软管与微流体通道相连接，形成流体回路，循环激光染料；所述外置泵浦光路发出的泵浦光照射到微流体芯片的微流体通道内部，所述微流体芯片出射光为三色(红、绿、蓝)复合的随机激光。本发明具有单方向出光，可重构性强，随机激光模式稳定，长时间运作的优点，同时由于染料溶液是动态流动的，促进了染料的再生，具有不易漂白的优点。

Description

一种光流体三色复合随机激光器
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种光流体三色复合随机激光器。
背景技术
近年来，随机激光已经成为国际激光学界的热门研究领域。随机激光在产生机理及发光特性上与传统激光器存在许多显著的不同，随机激光辐射源自激活无序介质，通过辐射光在介质中的多次散射提供光学反馈，从而获得较大的增益，无需外加谐振腔。在各个方向都能观察到随机激光辐射，且观察角度不同时，谱线结构和发射强度也会发生变化，发光特性在时间、空间、光谱上随机波动。随机激光由于其特殊的反馈机制而具有工作波长特定、制造方便、成本低廉等优点，并因其在文档编码、敌我鉴别、平板显示、集成光学、远程温度传感等领域的潜在应用而引起广泛关注。
光流体是一种整合微流体的光学系统，光流体随机激光是一种新兴的光流体设备。目前，光流体随机激光的发展主要分为两大类，一类是通过构造染料注入的微流体通道结构产生随机激光，这种设备的光学性质，如光学腔、光谱特性，可以用微流体系统控制。另一类是，利用微流体材料构造三明治结构，形成液态波导增益通道，产生随机激光。光流体随机激光具有较强的可重构性，同时染料溶液的流动性可以避免光漂白，引起了研究人员的特别注意。利用光流体芯片技术产生微型化随机激光带来了很多益处，如低成本、易组装、可移植性、高度功能化等。其光学特性可以在微尺度操作，它在发展芯片实验室(lab-on-a-chip)系统方面有潜在的应用，如芯片激光器、光学生物传感器。
传统的三色复合随机激光大多是通过将激光染料与散射介质置于比色皿中，利用级联泵浦效应，三色耦合出射的白色光是全方位出光，限制了它的应用；此外，在经受泵浦光长时间泵浦后容易引起激光染料漂白，量子效率降低，出射的随机激光质量下降，且可重构性较差，不能长时间运作。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中存在的不足，提供一种光流体三色复合随机激光器，实现了红、绿、蓝三色复合单方向白光出射，具有可重构性强，随机激光模式稳定，长时间运作的优点，同时由于染料溶液是动态流动的，促进了染料的再生，具有不易漂白的优点。
本发明采用的技术方案为：一种光流体三色复合随机激光器，包括外置泵浦光路、微流体芯片和精密蠕动泵，所述微流体芯片是由基片和盖片键合而成，所述基片内构造有微流体通道，微流体通道两个端口构造有柱状凹槽，凹槽与盖片的外表面连通，为流体入口和出口，所述精密蠕动泵通过空心不锈钢圆柱、PTFE软管与微流体通道相连接，形成流体回路，循环激光染料，所述微流体通道内循环混合三种激光染料、掺杂有散射粒子的母体溶液；所述外置泵浦光路发出的泵浦光照射到微流体芯片的微流体通道内部，所述微流体芯片出射光为红绿蓝三色复合的随机激光。
作为优选，所述微流体芯片是采用模塑法构造。
作为优选，所述微流体通道横向宽度和深度为30-120um，纵向长度为1.8-2cm，所述柱状凹槽直径为1-2mm。
作为优选，所述三种激光染料配比分别为1.52-1.56mg/ml的香豆素440(Coumarin440)，0.65-0.69mg/ml的香豆素6(Coumarin6)，0.43-0.47mg/ml的吡啶1(Pyridine1)。
作为优选，所述三种激光染料配比分别为或者为1.65-1.69mg/ml的香豆素440(Coumarin440)，0.415-0.419mg/ml的香豆素153(Coumarin153)，0.646-0.650mg/ml的嗪170(Oxazine170)。
本发明具体的工作原理如下：银纳米粒子在入射光作用下产生了表面等离子共振，其导致的局域场增强使纳米粒子表面附近的发光分子的激发速率得到增强；出射光同样会在银纳米粒子表面产生等离子共振，发光分子偶极子会引起金属颗粒极化，两者耦合使发光分子辐射发射速率得到提高。其次，微通道内的银纳米粒子在随机激光的产生过程中也起到增强多重散射的作用。再次，微米级的通道对传播在其中的光有限制作用，增强了经过多重散射的光的放大增益，降低了随机激光的阈值。用经过准直整形输出的条形脉冲光，泵浦微通道中的掺杂银纳米粒子的激光染料溶液，其中香豆素440(Coumarin440)出射蓝光，香豆素6(Coumarin6)出射绿光，吡啶1(Pyridine1)出射红光，红绿蓝三色复合后，出射光为复合的白色随机激光。需要指出的是，在其他实施例中，可以出射红、绿、蓝三色复合随机激光的染料，并不限于本发明专利中提到的激光染料。
有益效果：本发明光流体三色复合随机激光器具有单方向出光，可重构性强，随机激光模式稳定，长时间运作的优点，同时由于染料溶液是动态流动的，促进了染料的再生，具有不易漂白的优点。
现有技术中，三色复合随机激光大多是将激光染料与散射介质置于比色皿中，利用级联泵浦效应，三色耦合出射的白色光是多方向辐射；此外在经受泵浦光长时间泵浦后容易引起激光染料漂白，且可重构性较差，不能长时间运作。
在基于微通道结构的现有技术中，采用软光刻技术，构造了分布反馈光栅结构，为激光的形成提供光学反馈，使用一种激光染料作为增益物质，但出射的是线宽极窄的单脉冲激光；本申请专利中采用模塑法构造了微通道结构，微通道内部循环混合三种激光染料、掺杂银纳米粒子的乙醇溶液，实现了三色(红、绿、蓝)复合为白色的单方向随机激光出射；两者的实现方法，技术原理及达到的技术效果是完全不同的。
本发明借助于单通道微流体芯片结构，利用精密蠕动泵，循环多种激光染料，避免了染料漂白，实现了三色(红、绿、蓝)复合为白色的单方向随机激光出射，在平面光显示系统及其他光电子系统中可作为集成光源使用；传统的三色复合为白色光源系统中，需要用到红、绿、蓝三种光源，本发明将三种光源集成到一个器件上，可以大大提高器件的集成度。同时由于其辐射波带范围较宽，在需要激光宽线宽的领域具有很大的应用价值，如在密集型光波分复用系统，集成光电子学等。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明微流体芯片示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1：如图1和2所示，一种光流体三色复合随机激光器，包括外置泵浦光路1、微流体芯片3和精密蠕动泵4，所述微流体芯片3是由基片12和盖片10键合而成，所述基片12内构造有微流体通道9，微流体通道9两个端口构造有柱状凹槽11，凹槽11与盖片10的外表面连通，为流体入口和出口，所述精密蠕动泵4通过空心不锈钢圆柱7、PTFE软管5与微流体通道9相连接，形成流体回路，循环激光染料；所述外置泵浦光路1发出的泵浦光照射到微流体芯片3的微流体通道9内部，所述微流体芯片3的出射光2和出射光6为三色(红、绿、蓝)复合的随机激光。
所述微流体芯片3是采用模塑法构造。所述微流体通道9横向宽度和深度为80um，纵向长度在1.8cm-2cm之间，所述柱状凹槽11直径为1mm。所述微流体通道9内循环混合三种激光染料、掺杂银纳米粒子的乙醇溶液。所述三种激光染料配比分别为1.54mg/ml的香豆素440(Coumarin440)，0.67mg/ml的香豆素6(Coumarin6)，0.45mg/ml的吡啶1(Pyridine1),其中，香豆素440(Coumarin440)出射蓝光，香豆素6(Coumarin6)出射绿光，吡啶1(Pyridine1)出射红光，红绿蓝三色复合后，出射光为复合的白色随机激光。
实施例2：所述三种激光染料分别为1.67mg/ml香豆素440(Coumarin440)，0.417mg/ml香豆素153(Coumarin153)，0.648mg/ml嗪170(Oxazine170)，其中，香豆素440(Coumarin440)出射蓝光，香豆素153(Coumarin153)出射绿光，嗪170(Oxazine170)出射红光，红绿蓝三色复合后，出射光为复合的白色随机激光，其余部分同实施例1。
以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种光流体三色复合随机激光器，其特征在于：包括外置泵浦光路、微流体芯片和精密蠕动泵，所述微流体芯片是由基片和盖片键合而成，所述基片内构造有微流体通道，微流体通道两个端口构造有柱状凹槽，凹槽与盖片的外表面连通，为流体入口和出口，所述精密蠕动泵通过空心不锈钢圆柱、PTFE软管与微流体通道相连接，形成流体回路，循环激光染料，所述微流体通道内循环混合三种激光染料、掺杂有散射粒子的母体溶液；所述外置泵浦光路发出的泵浦光照射到微流体芯片的微流体通道内部，所述微流体芯片出射光为红绿蓝三色复合的随机激光。
2.根据权利要求1所述的一种光流体三色复合随机激光器，其特征在于：所述微流体芯片是采用模塑法构造。
3.根据权利要求1所述的一种光流体三色复合随机激光器，其特征在于：所述微流体通道横向宽度和深度为30-120um，纵向长度为1.8-2cm，所述柱状凹槽直径为1-2mm。
4.根据权利要求1所述的一种光流体三色复合随机激光器，其特征在于：所述三种激光染料配比分别为1.52-1.56mg/ml的香豆素440，0.65-0.69mg/ml的香豆素6，0.43-0.47mg/ml的吡啶1。
5.根据权利要求1所述的一种光流体三色复合随机激光器，其特征在于：所述三种激光染料配比分别为1.65-1.69mg/ml的香豆素440，0.415-0.419mg∕ml的香豆素153，0.646-0.650mg/ml的嗪170。
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