CN114447746A - 一种随机激光器、频率变换装置以及生成随机激光的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种随机激光器、频率变换装置以及生成随机激光的方法。其中随机激光器包括激发光光源，其用以生成激发光束；透镜组，所述透镜组包括用以对所述激发光束进行横向扩束从而生成第一激发光的柱面凹透镜以及用以对所述第一激发光进行纵向聚焦从而生成线型泵浦光的柱面凸透镜；盖片，以及鲍鱼壳，所述泵浦光照射在内表面滴加有染料溶液的鲍鱼壳上产生初级随机激光，所述初级随机激光基于鲍鱼壳内表面的沟槽结构和盖片实现多重散射及放大后，生成沿线型泵浦光的方向出射的随机激光。本发明进一步拓宽随机激光器仿生材料的选择，并为研制低维生物仿生随机激光器提供思路。

Description

一种随机激光器、频率变换装置以及生成随机激光的方法
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体而言，尤其涉及一种随机激光器、频率变换装置以及生成随机激光的方法。
背景技术
随机激光器在传感、医学诊断、照明、成像、文件编码等方面具有巨大的应用潜力，其优势在于成本低廉，制备简单。生物仿生随机激光器原料简单易得，生物相容性较好，具有巨大的应用价值。
随机激光的产生的重要因素是多重散射，随机激光器的材料表面均有大量的纳米粒子，常见的材料如植物叶片等。这些纳米粒子可以提供很强的散射，从而得到随机激光。但现有材料在应用时，由于纳米粒子分布形式不同，难以对输出激光的波长进行有效的调谐，使得激光器产生随机激光的性能收到限制。
发明内容
本发明提供了一种随机激光器、频率变换装置以及生成随机激光的方法。本发明将染料溶液滴加于鲍鱼壳内表面，通过激发光泵浦，使得染料产生发射光。发射光经过鲍鱼壳内表面的多重散射得到增强，线宽变窄，输出随机激光。本发明进一步拓宽随机激光器仿生材料的选择，并为研制低维生物仿生随机激光器提供思路。
本发明采用的技术手段如下：
一种基于鲍鱼壳的二维生物仿生随机激光器，包括：
激发光光源，其用以生成激发光束；
透镜组，所述透镜组包括用以对所述激发光束进行横向扩束从而生成第一激发光的柱面凹透镜以及用以对所述第一激发光进行纵向聚焦从而生成线型泵浦光的柱面凸透镜；
盖片，以及
鲍鱼壳，所述泵浦光照射在内表面滴加有染料溶液的鲍鱼壳上产生初级随机激光，所述初级随机激光基于鲍鱼壳内表面的沟槽结构和盖片实现多重散射及放大后，生成沿线型泵浦光的方向出射的随机激光。
基于上述方案，进一步优选地，所述染料溶液中的溶质为Exalite 411、Exalite417、Stilbene 420以及Courmarin 540A中的一种或两种以上染料；
溶剂为氯仿、乙醇、甲苯中的一种或者两种以上。
基于上述方案，进一步优选地，采用355nm的紫外光为激发光光源。
基于上述方案，进一步优选地，所述染料溶液中的溶质为Rhodamine 6G、Rhodamine B、Rhodamine 640、DCJTB以及DCM中的一种或两种以上染料；
溶剂为氯仿、乙醇、甲苯中的一种或者两种以上。
基于上述方案，进一步优选地，采用332nm的绿光为激发光光源。
基于上述方案，进一步优选地，所述盖片对波长为300-700nm光的透过率为90％以上。
基于上述方案，进一步优选地，，所述盖片材料为石英玻璃、二氟化镁、聚甲基丙烯酸甲脂、聚丙烯酸脂以及聚苯乙烯中的一种或两种以上。
基于上述方案，进一步优选地，所述鲍鱼壳经无水乙醇超声清洗以去除表面杂质。
一种激光频率变换装置，包括上述任意一项所述的二维生物仿生随机激光器。
一种随机激光生成方法，包括：
S1、通过激发光光源生成激发光束；
S2、通过透镜组对所述激发光束一次进行横向扩束和纵向聚焦，从而生成线型泵浦光，所述透镜组包括用以对所述激发光束进行横向扩束从而生成第一激发光的柱面凹透镜以及用以对所述第一激发光进行纵向聚焦从而生成线型泵浦光的柱面凸透镜；
S3、所述泵浦光照射在内表面滴加有染料溶液的鲍鱼壳上产生初级随机激光，所述初级随机激光基于鲍鱼壳内表面的沟槽结构和盖片实现多重散射及放大后，生成沿线型泵浦光的方向出射的随机激光。
与现有技术相比，本发明具有以下进步：
1、本发明中激发光束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，通过光阑调整其泵浦在鲍鱼壳内表面的长度。激发光泵浦在鲍鱼壳内表面的染料上产生发射光，发射光经过鲍鱼壳内表面类似于闪耀光栅的沟槽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。
2、本发明将染料溶液滴加于鲍鱼壳内表面，通过激发光泵浦，使得染料产生发射光。发射光经过鲍鱼壳内表面的多重散射得到增强，线宽变窄，输出随机激光。该发明设计是一种高效的生物仿生随机激光发生装置，进一步拓宽随机激光器仿生材料的选择，并为研制低维生物仿生随机激光器提供思路。
3、鲍鱼壳作为一种常见的天然生物材料，其内表面为类似于反射闪耀光栅的沟槽结构，在白光照射下呈彩色。本发明利用鲍鱼壳内表面得到的随机激光性能不输于其他随机激光器。此外，利用鲍鱼壳内表面的光栅结构，本发明通过改变入射光的角度来调谐输出激光的波长，这是使用像植物叶片等材料不能达到的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为基于鲍鱼壳的二维生物仿生随机激光器结构示意图。
图中，1、激发光光源；2、柱面凹透镜；3、柱面凸透镜；4、盖片；5、鲍鱼壳。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明提供了一种基于鲍鱼壳的二维生物仿生随机激光器，包括：
激发光光源1，其用以生成激发光束。
透镜组，所述透镜组包括用以对所述激发光束进行横向扩束从而生成第一激发光的柱面凹透镜2以及用以对所述第一激发光进行纵向聚焦从而生成线型泵浦光的柱面凸透镜3。
盖片4，其对波长为300-700nm光的透过率为90％以上。其材料为石英玻璃、二氟化镁、聚甲基丙烯酸甲脂、聚丙烯酸脂以及聚苯乙烯中的一种或两种以上。
鲍鱼壳5，所述泵浦光照射在内表面滴加有染料溶液的鲍鱼壳5上产生初级随机激光，所述初级随机激光基于鲍鱼壳内表面的沟槽结构和盖片实现多重散射及放大后，生成沿线型泵浦光的方向出射的随机激光。其中，鲍鱼壳经无水乙醇超声清洗以去除表面杂质。
基于上述方案，进一步的优选例1，所述染料溶液中的溶质为Exalite 411、Exalite 417、Stilbene 420以及Courmarin 540A中的一种或两种以上染料；溶剂为氯仿、乙醇、甲苯中的一种或者两种以上。此时进一步优选地，采用355nm的紫外光为激发光光源。
在另一个优选例2中，所述染料溶液中的溶质为Rhodamine 6G、Rhodamine B、Rhodamine 640、DCJTB以及DCM中的一种或两种以上染料；溶剂为氯仿、乙醇、甲苯中的一种或者两种以上。此时进一步优选地，采用332nm的绿光为激发光光源。
本发明还提供一种激光频率变换装置，包括上述任意一项所述的随机激光器。
一种随机激光生成方法，包括：
S1、通过激发光光源生成激发光束；
S2、通过透镜组对所述激发光束一次进行横向扩束和纵向聚焦，从而生成线型泵浦光，所述透镜组包括用以对所述激发光束束进行横向扩束从而生成第一激发光的柱面凹透镜以及用以对所述第一激发光进行纵向聚焦从而生成线型泵浦光的柱面凸透镜；
S3、所述泵浦光照射在内表面滴加有染料溶液的鲍鱼壳上产生初级随机激光，所述初级随机激光基于鲍鱼壳内表面的沟槽结构和盖片实现多重散射及放大后，生成沿线型泵浦光的方向出射的随机激光。
本发明将染料溶液滴加于鲍鱼壳内表面，通过激光泵浦，使得染料产生发射光。发射光经过鲍鱼壳内表面沟槽结构的多重散射得到放大，从而输出随机激光。
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Exalite 417为增益介质，并选择355nm紫外光作为泵浦光。Exalite 417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。选择氯仿作为染料的溶剂，盖片选用石英玻璃盖片，因其对波长在300-700nm之间的发射光的透过率在90％以上。
将鲍鱼壳适当裁剪，贴在衬底上。将0.0831g Exalite 417激光染料溶解在20ml氯仿溶剂当中，吸取300μL的染料溶液，一次性滴加在鲍鱼壳内表面之上，盖上石英玻璃盖片，并轻轻按压，制备成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Exalite 417染料产生放大自发辐射，发射光经过鲍鱼壳内表面类似于闪耀光栅的沟槽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
在实施例1的基础上，在其他工作条件不变的情况下，用染料Courmarin540A代替染料Exalite 417，制备成浸润式绿光二维生物仿生随机激光器。
实施例3
在实施例1的基础上，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，制备成浸润式红光二维生物仿生随机激光器。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于鲍鱼壳的二维生物仿生随机激光器，其特征在于，包括：
激发光光源，其用以生成激发光束；
透镜组，所述透镜组包括用以对所述激发光束进行横向扩束从而生成第一激发光的柱面凹透镜以及用以对所述第一激发光进行纵向聚焦从而生成线型泵浦光的柱面凸透镜；
盖片，以及
鲍鱼壳，所述泵浦光照射在内表面滴加有染料溶液的鲍鱼壳上产生初级随机激光，所述初级随机激光基于鲍鱼壳内表面的沟槽结构和盖片实现多重散射及放大后，生成沿线型泵浦光的方向出射的随机激光。
2.根据权利要求1所述的基于鲍鱼壳的二维生物仿生随机激光器，其特征在于，所述染料溶液中的溶质为Exalite 411、Exalite 417、Stilbene 420以及Courmarin 540A中的一种或两种以上染料；
溶剂为氯仿、乙醇、甲苯中的一种或者两种以上。
3.根据权利要求2所述的基于鲍鱼壳的二维生物仿生随机激光器，其特征在于，采用355nm的紫外光为激发光光源。
4.根据权利要求1所述的基于鲍鱼壳的二维生物仿生随机激光器，其特征在于，所述染料溶液中的溶质为Rhodamine 6G、Rhodamine B、Rhodamine 640、DCJTB以及DCM中的一种或两种以上染料；
溶剂为氯仿、乙醇、甲苯中的一种或者两种以上。
5.根据权利要求4所述的基于鲍鱼壳的二维生物仿生随机激光器，其特征在于，采用332nm的绿光为激发光光源。
6.根据权利要求1所述的基于鲍鱼壳的二维生物仿生随机激光器，其特征在于，所述盖片对波长为300-700nm光的透过率为90％以上。
7.根据权利要求1所述的基于鲍鱼壳的二维生物仿生随机激光器，其特征在于，所述盖片材料为石英玻璃、二氟化镁、聚甲基丙烯酸甲脂、聚丙烯酸脂以及聚苯乙烯中的一种或两种以上。
8.根据权利要求1所述的基于鲍鱼壳的二维生物仿生随机激光器，其特征在于，所述鲍鱼壳经无水乙醇超声清洗以去除表面杂质。
9.一种激光频率变换装置，其特征在于，包括权利要求1-5任意一项权利要求所述的二维生物仿生随机激光器。
10.一种随机激光生成方法，其特征在于，包括：
S1、通过激发光光源生成激发光束；
S2、通过透镜组对所述激发光束一次进行横向扩束和纵向聚焦，从而生成线型泵浦光，所述透镜组包括用以对所述激发光束进行横向扩束从而生成第一激发光的柱面凹透镜以及用以对所述第一激发光进行纵向聚焦从而生成线型泵浦光的柱面凸透镜；
S3、所述泵浦光照射在内表面滴加有染料溶液的鲍鱼壳上产生初级随机激光，所述初级随机激光基于鲍鱼壳内表面的沟槽结构和盖片实现多重散射及放大后，生成沿线型泵浦光的方向出射的随机激光。
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