CN111193171A - 一种二维生物仿生随机激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种二维生物仿生随机激光器，包括激发光光源、透镜组、衬底、盖片、植物叶片；所述植物叶片表面滴加有染料溶液。本发明的设计思路是利用植物叶片表面分布的乳突状腊质微纳结构，对随机激光的产生提供多重散射，通过改变染料种类得到不同波长的生物仿生随机激光器，通过改变不同溶剂得到浸润式与非浸润式生物仿生随机激光器，并为未来研制一维生物仿生随机激光器提供思路。

Description

一种二维生物仿生随机激光器
技术领域
本发明属于激光器领域，具体涉及一种二维生物仿生随机激光器。
技术背景
随机激光器在生物标记、医学成像、照明、辨识、传感等方面具有巨大的应用潜力，并且其制备简单，造价低廉。生物仿生随机激光器由于其原料简单易得，具有较好的生物相容性等优点，具有巨大的应用价值。
关于利用动物组织制备随机激光器的报道比较普遍，至今还没有见到有关利用植物组织制备随机激光器的报道，因此设计制备基于荷叶的随机激光器十分具有研究价值。
实验发现，部分植物叶片表面分布着微米级的腊质乳突，并且每个腊质乳突上又包含着纳米级的分层，正是这些微纳结构，对植物叶片的超疏水特性具有重要的意义。随机激光的产生的重要因素是多重散射，之前有报道利用蝴蝶翅膀表面的鳞片状微纳结蝉翅膀表面的纳米柱状结构提供多重散射，从而产生随机激光。
发明内容
本发明的实用性是在植物叶片表面滴加染料溶液，用激光泵浦染料，染料产生的发射光经过植物叶片表面的乳突状腊质微纳结构的多重散射得到放大，使得染料的发射光得到增强，线宽得到压窄，实现随机激光的输出。该发明设计是一种高效的二维生物仿生随机激光发生装置，并为未来研制一维生物仿生随机激光器提供思路。
本发明设计的思路是利用植物叶片表面分布的乳突状腊质微纳结构，对随机激光的产生提供多重散射。
其过程是：激发光经过柱面凹透镜横向扩束和柱面凸透镜纵向聚焦之后形成线型泵浦光，通过光阑调整泵浦光泵浦在植物叶片表面的长度。激发光泵浦在植物叶片表面的染料上产生发射光，发射光经过植物叶片表面的乳突状腊质微纳结构和盖片的多重散射得到放大，最终沿着线型泵浦光的方向出射随机激光。
本发明的技术解决方案如下：
本发明提供一种二维生物仿生随机激光器，包括激发光光源、透镜组、衬底、盖片、植物叶片；所述植物叶片表面滴加有染料溶液。所述透镜组包括凸透镜和凹透镜；所述衬底为透明衬底；所述盖片为透明盖片；所述激光光源发出的泵浦光经柱面凹透镜横向扩束和柱面凸透镜纵向聚焦之后形成线型泵浦光，泵浦光照射到滴加有染料的植物叶片表面上产生随机激光，所述随机激光产生之后主要沿线型泵浦光方向发射。所述植物叶片为表面干净平整的叶片，避开粗大的叶脉；所采用的植物叶片可以为同一种植株不同部位的叶片，植物叶片的年龄可以相同或不同，不具体限定。
基于以上技术方案，优选的，所述衬底和盖片对波长为300-700nm光的透过率为90％以上。
基于以上技术方案，优选的，所述植物叶片为荷叶、甘蓝叶或山芋叶。
基于以上技术方案，优选的，所述的衬底和盖片的材质为石英、二氟化镁、聚甲基丙烯酸甲脂、聚丙烯酸脂、聚苯乙烯中的一种或两种以上。
基于以上技术方案，优选的，所述染料溶液的染料为Exalite411、Exalite417、Stilbene 420、Courmarin 540A、Rhodamine 6G、Rhodamine B、Rhodamine 640、DCJTB、DCM中的一种或两种以上。
基于以上技术方案，优选的，所述染料溶液的溶剂为水、乙醇、氯仿、甲苯、二甲基亚砜中的一种或者两种以上。
基于以上技术方案，优选的，不同的染料溶液滴加到植物叶片上，采用与染料相适应波长的激发光光源。
基于以上技术方案，进一步优选的，所述染料溶液为染料Exalite 411、Exalite417、Stilbene 420、Courmarin 540A的溶液时，采用355nm的紫外光泵浦，从而得到蓝光和绿光随机激光输出；所述染料溶液为染料Rhodamine 6G、Rhodamine B、Rhodamine 640、DCJTB、DCM的溶液，采用532nm绿光泵浦，从而得到红光随机激光输出。
有益效果
本发明的实用性是在植物叶片表面滴加染料溶液，用激光泵浦染料，染料产生的发射光经过植物叶片表面的乳突状腊质微纳结构的多重散射得到放大，使得染料的发射光得到增强，线宽得到压窄，实现随机激光的输出。
采用Exalite 411、Exalite 417、Stilbene 420、Courmarin 540A作为染料，采用355nm的紫外光泵浦，从而得到蓝光和绿光随机激光输出。采用Rhodamine 6G、RhodamineB、Rhodamine 640、DCJTB、DCM作为染料，采用532nm绿光泵浦，从而得到红光随机激光输出。
本发明设计是一种高效的二维生物仿生随机激光发生装置，并为未来研制一维生物仿生随机激光器提供思路。
附图说明
图1为本发明激光器结构图；其中，1：泵浦光、2：柱面凹透镜、3：柱面凸透镜、4：线型激发光、5：盖片、6：衬底、7：植物叶片
具体实施方式
为详细描述本发明的具体工作过程及使用方法，结合实际应用情况，举例说明本发明的具体实施方式。本发明实施例的所有染料均购自芷云光电(上海)有限公司。
实施例1
为制备蓝光二维生物仿生随机激光器，得到蓝光随机激光输出，本实施例中使用蓝光染料Exalite417为增益介质。选择355nm紫外光作为泵浦光。Exalite417染料在355nm的紫外光激发下的发光波长为413-422nm，完全处于蓝光波段，并且具有18％的高量子产率。355nm泵浦光可以通过Nd：YAG产生的1064nm的红外光经过倍频晶体三倍频之后产生。选择超纯水作为染料的溶剂，盖片选用石英玻璃盖片，衬底选用石英玻璃衬底，石英玻璃盖玻片和石英玻璃衬底均从武汉优光科技有限责任公司购买，所述石英玻璃盖玻片和石英玻璃衬底对波长在300-700nm之间的发射光的透过率在90％以上。
将荷叶裁剪成衬底大小，贴在衬底上。将0.0831g Exalite417激光染料溶解在20ml超纯水溶剂当中，吸取300μL的染料溶液，一次性滴加在植物叶片之上，盖上石英玻璃盖片，并轻轻按压，制备成非浸润式蓝光二维生物仿生随机激光器。
蓝光随机激光器具体工作时，355nm泵浦光经过柱面凹透镜横向拉伸和柱面凸透镜纵向压缩之后，形成了长2cm，宽1mm左右的线型激光束。泵浦光垂直于石英玻璃盖片射入，激发Exalite417染料产生放大自发辐射，发射光经过植物叶片表面的乳突状腊质微纳结构和盖片的多重散射得到放大，最终沿着线型泵浦光的方向出射随机激光。
实施例2
在其他工作条件不变的情况下，用染料Courmarin 540A代替染料Exalite 417，制备成非浸润式绿光二维生物仿生随机激光器。
实施例3
在其他工作条件不变的情况下，用染料DCJTB代替染料Exalite 417，用532nm激发光泵浦，制备成非浸润式红光二维生物仿生随机激光器。
实施例4
在其他工作条件不变的情况下，将染料Exalite 417溶解于氯仿溶剂中，制备成浸润式蓝光二维生物仿生随机激光器。

Claims (8)

1.一种二维生物仿生随机激光器，其特征在于：包括激发光光源、透镜组、衬底、盖片、植物叶片；所述植物叶片表面滴加有染料溶液；所述透镜组包括柱面凸透镜和柱面凹透镜；所述衬底为透明衬底；所述盖片为透明盖片；激光光源发出的泵浦光经柱面凹透镜横向扩束和柱面凸透镜纵向聚焦之后形成线型泵浦光，泵浦光照射到滴加有染料的植物叶片表面上产生随机激光，所述随机激光产生之后主要沿线型泵浦光方向发射。
2.根据权利要求1所述的二维生物仿生随机激光器，其特征在于：所述衬底和盖片对波长为300-700nm光的透过率为90％以上。
3.根据权利要求所述的二维仿生随机激光器，其特征在于：所述植物叶片为荷叶、甘蓝叶或山芋叶。
4.根据权利要求1所述的二维生物仿生随机激光器，其特征在于：所述的衬底和盖片的材质为石英、二氟化镁、聚甲基丙烯酸甲脂、聚丙烯酸脂、聚苯乙烯中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的二维生物仿生随机激光器，其特征在于：所述染料溶液的染料为Exalite411、Exalite417、Stilbene 420、Courmarin 540A、Rhodamine 6G、Rhodamine B、Rhodamine 640、DCJTB、DCM中的一种或两种以上。
6.根据权利要求1所述的二维生物仿生随机激光器，其特征在于：所述染料溶液的溶剂为水、乙醇、氯仿、甲苯、二甲基亚砜中的一种或者两种以上。
7.根据权利要求1所述的二维生物仿生随机激光器，其特征在于：根据染料溶液种类的不同选用相适应波长的激发光光源。
8.根据权利要求7所述的二维生物仿生随机激光器，所述染料溶液为染料Exalite411、Exalite 417、Stilbene 420、Courmarin 540A的溶液时，采用355nm的紫外光为激发光光源；所述染料溶液为染料Rhodamine 6G、Rhodamine B、Rhodamine 640、DCJTB、DCM的溶液，采用532nm绿光为激发光光源。
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