CN111193172B - 一种一维生物仿生随机激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种一维生物仿生随机激光器，包括激发光光源、透镜组、水黾腿；所述水黾腿上附着有染料溶液。本发明的设计思路是利用水黾腿表面的取向排列的微米尺度的刚毛结构以及刚毛上更精细的分布着的纳米尺度的沟槽结构，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一维生物仿生随机激光器，并为未来研制二维生物仿生随机激光器提供思路。

Description

一种一维生物仿生随机激光器
技术领域
本发明属于激光器领域,具体涉及一种一维生物仿生随机激光器.
技术背景
随机激光器在很多方面都具有巨大的应用潜力，比如生物标记、医学成像、照明、辨识、传感等方面。并且其造价低廉，制备简单，近年来发展迅猛。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二维随机激光器的报道比较普遍，然而至今还没有见到有关利用动物组织制备一维随机激光器的报道，因此设计制备基于水黾(mǐn)腿的一维生物仿生随机激光器十分具有研究价值。
实验发现，水黾腿表面取向大量排列微米尺度的刚毛结构，并且刚毛上又更精细的分布着纳米尺度的沟槽，正是这些微纳结构，对水黾腿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，之前有报道利用蝉翅膀表面的纳米柱状结构和蝴蝶翅膀表面的鳞片状微纳结构多重散射，从而产生随机激光。
发明内容
基于以上背景技术,本发明的实用性是在水黾腿表面附着染料溶液，用激光泵浦染料，染料产生的发射光经过水黾腿表面的取向排列的微米尺度的刚毛结构以及刚毛上更精细的分布着的纳米尺度的沟槽结构的多重散射得到放大，出射随机激光。利用在水黾腿表面附着染料溶液，在激发光泵浦下，染料产生的发射光经过水黾腿表面的刚毛微纳结构的多重散射之后，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生物仿生随机激光发生装置，对产生定向性随机激光提供思路。
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水黾腿表面的长度。激发光泵浦在水黾腿表面的染料上产生发射光，发射光经过水黾腿表面的取向排列的微米尺度的刚毛结构以及刚毛上更精细的分布着的纳米尺度的沟槽结构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：
提供一种一维生物仿生随机激光器，包括激发光光源、透镜组和水黾腿；所述水黾腿上附着有染料溶液；所述透镜组包括柱面凹透镜和柱面凸透镜；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，所述线型泵浦光照射到表面附着有染料溶液的水黾腿表面上产生随机激光，随机激光产生之后主要沿线型泵浦光方向发射。所述水黾腿可以为水黾不同部位的腿，也可以为同一根腿的不同部位，不具体限定。
基于以上技术方案，优选的，所述的激发光光源为355nm紫外光或者532nm绿光。
基于以上技术方案，优选的，所述的水黾腿为水黾腿组织，部位为水黾大腿或小腿。
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，不同的染料溶液附着在水黾腿上，采用不同波长的激发光光源。
基于以上技术方案，进一步优选的，所述染料溶液为Exalite 411、Exalite 417、Stilbene 420、Courmarin 540A溶液，采用355nm的紫外光为激发光光源，从而得到蓝光和绿光随机激光输出。
基于以上技术方案，进一步优选的，所述染料溶液为Rhodamine 6G、Rhodamine B、Rhodamine 640、DCJTB、DCM溶液，采用532nm绿光为激发光光源，从而得到红光随机激光输出。
有益效果
本发明利用水黾腿表面附着染料溶液，用激光泵浦染料，染料产生的发射光经过水黾腿表面的取向排列的微米尺度的刚毛结构以及刚毛上更精细的分布着的纳米尺度的沟槽结构的多重散射得到放大，出射随机激光。利用在水黾腿表面附着染料溶液，在激发光泵浦下，染料产生的发射光经过水黾腿表面的刚毛微纳结构的多重散射之后，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的紫外光为光源，从而得到蓝光和绿光随机激光输出。采用Rhodamine 6G、Rhodamine B、Rhodamine 640、DCJTB、DCM作为染料，采用532nm绿光为光源，从而得到红光随机激光输出。
本发明设计提供一种高效的生物仿生随机激光发生装置，对产生定向性随机激光提供思路。
附图说明
说明书附图1中的器件名称如下
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：支架、6：水黾腿、7：刚毛。
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。本发明所用的染料均购自于芷云光电(上海)有限公司。
实施例1
为制备蓝光一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。将0.0831g Exalite 417激光染料溶解在20ml超纯水溶剂当中，选取水黾中足上端部分，裁剪成1cm长度左右，用镊子夹持并插入到Exalite 417激光染料的水溶液当中，抽出并固定在支架上。制备成非浸润式蓝光一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。泵浦光垂直于水黾腿射入，激发Exalite417染料产生放大自发辐射，发射光经过水黾腿表面的取向排列的微米尺度的刚毛结构以及刚毛上更精细的分布着的纳米尺度的沟槽结构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一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一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，制备成浸润式蓝光一维生物仿生随机激光器。

Claims (9)

1.一种一维生物仿生随机激光器，其特征在于：包括激发光光源、透镜组和水黾腿；所述水黾腿上附着有染料溶液；所述透镜组包括柱面凹透镜和柱面凸透镜；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，所述线型泵浦光照射到表面附着有染料溶液的水黾腿表面上产生随机激光，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所述的一维生物仿生随机激光器，其特征在于：所述的激发光光源为355nm紫外光或者532nm绿光。
3.根据权利要求1所述的一维生物仿生随机激光器，其特征在于：所述的水黾腿的部位为水黾的大腿或小腿。
4.根据权利要求1所述的一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中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的一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所述的一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所述的一维生物仿生随机激光器，其特征在于：不同的染料溶液附着在水黾腿上，采用不同波长的激发光光源。
8.根据权利要求7所述的一维生物仿生随机激光器，其特征在于，所述染料溶液为Exalite 411、Exalite 417、Stilbene 420、Courmarin 540A溶液，采用355nm的紫外光为激发光光源。
9.根据权利要求7所述的一维生物仿生随机激光器，所述染料溶液为Rhodamine 6G、Rhodamine B、Rhodamine 640、DCJTB、DCM溶液，采用532nm绿光为激发光光源。
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