CN110137799A - 一种激光出射方向可调的复合腔激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光出射方向可调的复合腔激光器，该激光器包括基底，光栅组，增益材料；所述的光栅组由两套周期不等夹角为θ的光栅组成；所述的增益材料覆盖在所述的两套周期不等夹角为θ的光栅上。当外界光泵浦时，这种激光出射方向可调的复合腔激光器的增益材料吸收泵浦光能量，发射出的荧光，在光栅I的作用下多次反射实现增益放大，在光栅II的作用下实现激光的衍射，从而获得多条DFB激光输出。本发明具有成本低，制作方法简单，集成度高和激光出射方向可调等优点。

Description

一种激光出射方向可调的复合腔激光器
技术领域
本发明涉及一种激光出射方向可调的复合腔激光器，属于光电技术领域。
背景技术
DFB(Distributed Feedback Laser)，即分布反馈式激光器，它的基本原理是内置了布拉格光栅(Bragg Grating)，通过沿纵向间隔分布的光栅形成光耦合。DFB激光器具有体积小、波长可选择、稳定性高及泵浦阈值低等优点，在显示照明和生物检测等方面有着重要的应用前景。
近年来，有机半导体材料由于具有量子产率高的优点，得到研究人员的重视，美国Heeger研究组、英国Friend研究组先后报道了高增益系数的有机半导体材料发光器件。目前，基于有机半导体材料的DFB激光器件的已经成为国际研究热点，科研工作者的研究重点在有效降低有机半导体分布反馈式(DFB)激光器的阈值、改变泵浦方式、器件的多波长输出以及实现激光器的微型化和轻量化等方面。而在激光器件的实际应用中，激光的出射方向也是重要考量方面。本发明基于上述考虑，提出了一种出射激光方向可调的复合腔激光器，具有结构简单，能够方便快捷的调整出射激光方向的优点。
发明内容
本发明提出了一种激光出射方向可调的复合腔激光器，特征在于：包括泵浦源，作为激光增益的有机半导体材料，具有复合腔结构的光栅，提供支撑作用的基底。具有复合腔结构的光栅制备在基底上，有机半导体材料旋涂在光栅上；泵浦源对有机半导体材料进行照射。
所述增益材料为F8BT(poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7–diyl)-alt-co-(1,4–benzo-{2,1’,3}–thiadiazole)])或MDMO-PPV(poly[2-methoxy-5-(3′,7′-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene])或PFO(poly[9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl]end capped with DMP)；
所述复合腔结构的光栅的记录介质为光刻胶或银盐干板等，包含两套周期不等的夹角为θ的光栅，分别标记为光栅I和光栅II；
所述基底为玻璃、ITO玻璃、FTO玻璃、石英片或者硅片等。
所述的光栅I作为激光谐振腔，使激光放大；所述光栅II作为激光衍射腔，调谐激光的发射方向。
本发明采用双光束紫外干涉光路，在基底上制备两套周期不等的夹角为θ的光栅I和光栅II，再将有机半导体材料溶液均匀旋涂在光栅上，制备得到复合腔DFB激光器。当外界激光进行泵浦时，有机半导体材料吸收泵浦光能量，有机半导体分子发出荧光，荧光在光栅作用下实现增益，光栅I实现激光放大；所述光栅II调谐激光的发射方向，最终获得DFB激光输出和方向性调谐。
本发明具有如下有益效果：
1.激光的分布式反馈结构和衍射结构集成在了同一层光刻胶上，适合于微型器件的开发与应用。
2.通过增加光栅、改变光栅间夹角(0°≤θ<90°)及适当调节光栅II周期，可以调谐激光输出角度和激光光斑样式。
3.通过改变光栅I的周期和更换有机半导体材料的方式，改变输出波长。
4.本发明方法无需使用昂贵的设备，具有制备成本低、效率高的优点。
附图说明
图1是本发明中光栅的制作光路图；
其中，1.1、入射光，1.2、分束镜，1.3、反射镜，1.4、样品；
图2是本发明一种激光出射方向可调的复合腔激光器的侧视图；
其中，2.1、玻璃基底，2.2、光栅组，2.3、增益材料；
图3是本发明中一种激光出射方向可调的复合腔激光器的光栅结构的俯视图；
其中，3.1、光栅I，3.2、光栅II；
图4是本发明一种激光出射方向可调的复合腔激光器光栅夹角为θ的激光光斑图；
其中，4.1为DFB激光器样品，4.2为0级光斑图，4.3为+1级光斑图，4.4为-1级光斑图。
图5是本发明一种激光出射方向可调的复合腔激光器的激光光谱图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
一种激光出射方向可调的复合腔激光器，其特征在于：该激光器包括基底(2.1)、光栅组(2.2)、增益材料(2.3)；所述的光栅组(2.2)由光栅I(3.1)和光栅II(3.2)组成，其中光栅I(3.1)和光栅II(3.2)夹角为θ；所述增益材料(2.3)覆盖在所述光栅组(2.2)上。
光栅I(3.1)作为DFB反馈腔，光栅II(2.3)作为激光衍射腔。
所述增益材料(2.3)中为F8BT、PPV或PFO等。
所述的基底选自玻璃、ITO玻璃、FTO玻璃、石英片或者硅片。
光栅组可以由光刻胶或银盐干板制得。
两套周期不等的光栅的夹角θ可以0～90度变化，周期也可以适当变化。
实施例1：一种激光出射方向可调的复合腔激光器的制作方法，包括以下步骤：
(1)将适量光刻胶(型号：Allresist AR-P-3170)溶液滴在15mm×15mm×1mm的ITO玻璃的玻璃面上，旋涂，速度为2500rpm(转/分钟)，旋涂时间30s。
(2)将旋涂有光刻胶的ITO玻璃放在加热板上以110℃加热1min，得到厚度约为120nm的光刻胶薄膜，然后在干涉光路中进行干涉光刻，如图1所示。干涉光刻所用激光器为He–Cd Laser(From Kimmon)连续激光器，发射激光波长为325nm，功率25mW，光斑直径9mm。首先将光刻胶薄膜在周期为349nm的干涉光路上曝光15s，然后转移到干涉周期为413nm的干涉光路上旋转θ角再次曝光13s。随后将曝光过的光刻胶薄膜显影时间5s，得到一个周期为349nm和413nm夹角为θ的叠加光刻胶光栅。
(3)以增益材料F8BT为例，将F8BT溶解于二甲苯，形成浓度为23.5mg/ml的F8BT二甲苯溶液；取适量溶液滴在步骤(2)中的光刻胶光栅上，进行旋涂，速度1800rpm，旋涂时间30s，形成如图2所示的样品。
(4)使用波长为400nm的飞秒激光(重复频率：1kHz；脉冲宽度150fs)作为泵浦光，照射在激光出射方向可调的复合腔激光器的光栅区域，实现的激光波长为575nm，图4显示的是激光的光斑图，图5显示的是衍射强度比较强的0级、-1级和+1级DFB激光光谱图。
本发明提供了一种出射方向可调谐的DFB复合腔激光器，上述步骤描述了本发明基本原理和主要制作方法。

Claims (7)

1.一种激光出射方向可调的复合腔激光器，特征在于：包括泵浦源，作为激光增益的有机半导体材料，具有复合腔结构的光栅，提供支撑作用的基底；具有复合腔结构的光栅制备在基底上，有机半导体材料旋涂在光栅上；泵浦源对有机半导体材料进行照射。
2.根据权利要求1所述的一种激光出射方向可调的复合腔激光器，特征在于：所述增益材料为F8BT(poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7–diyl)-alt-co-(1,4–benzo-{2,1’,3}–thiadiazole)])或MDMO-PPV(poly[2-methoxy-5-(3′,7′-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene])或PFO(poly[9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl]endcappedwithDMP)。
3.根据权利要求1所述的一种激光出射方向可调的复合腔激光器，特征在于：所述复合腔结构的光栅的记录介质为光刻胶或银盐干板等，包含两套周期不等的夹角为θ的光栅，分别标记为光栅I和光栅II。
4.根据权利要求1所述的一种激光出射方向可调的复合腔激光器，特征在于：所述基底为玻璃、ITO玻璃、FTO玻璃、石英片或者硅片。
5.根据权利要求3所述的一种激光出射方向可调的复合腔激光器，特征在于：所述的光栅I作为激光谐振腔，使激光放大；所述光栅II作为激光衍射腔，调谐激光的发射方向。
6.根据权利要求5所述的一种激光出射方向可调的复合腔激光器，特征在于：采用双光束紫外干涉光路，在基底上制备两套周期不等的夹角为θ的光栅I和光栅II，再将有机半导体材料溶液均匀旋涂在光栅上，制备得到复合腔DFB激光器；当外界激光进行泵浦时，有机半导体材料吸收泵浦光能量，有机半导体分子发出荧光，荧光在光栅作用下实现增益，光栅I实现激光放大；所述光栅II调谐激光的发射方向，最终获得DFB激光输出和方向性调谐。
7.利用权利要求1所述的一种激光出射方向可调的复合腔激光器进行的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将光刻胶溶液滴在15mm×15mm×1mm的ITO玻璃的玻璃面上，旋涂，速度为2500rpm，旋涂时间30s；
(2)将旋涂有光刻胶的ITO玻璃放在加热板上以110℃加热1min，得到厚度约为120nm的光刻胶薄膜，然后在干涉光路中进行干涉光刻；干涉光刻所用激光器为He–CdLaser连续激光器，发射激光波长为325nm，功率25mW，光斑直径9mm；首先将光刻胶薄膜在周期为349nm的干涉光路上曝光15s，然后转移到干涉周期为413nm的干涉光路上旋转θ角再次曝光13s；随后将曝光过的光刻胶薄膜显影时间5s，得到一个周期为349nm和413nm夹角为θ的叠加光刻胶光栅；
(3)将F8BT溶解于二甲苯，形成浓度为23.5mg/ml的F8BT二甲苯溶液；取适量溶液滴在步骤(2)中的光刻胶光栅上，进行旋涂，速度1800rpm，旋涂时间30s，形成样品；
(4)使用波长为400nm的飞秒激光作为泵浦光，照射在激光出射方向可调的复合腔激光器的光栅区域，实现的激光波长为575nm。
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