CN1301420A - 固态染料激光器 - Google Patents

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Abstract

一种固态染料激光器(5),适用于带有适于发射第一频率和强度的光的泵浦源(2)的固态染料激光器组件。所述固态染料激光器(5)包括带有增益媒质的聚合物材料主体的长带,所说的增益媒质实质上为固态,所掺的荧光染料适于发射预定光谱调谐范围内的光。所说的增益媒质包含有聚合物胆甾醇液晶,它呈平面结构并冻结于特征波长。包含增益媒质的固态染料激光器(5)适于对所说的泵浦源(2)方便地作相对运动。

Description

固态染料激光器
本发明是关于用新的固态周期结构作为分布反馈主体的有机染料激光器系统的。
在此项说明书中通过标识的引用而提到了各种出版物和专利。因此在此项申请中提到的出版物和专利所揭示的内容都作为参考而引入本发明中。
有机染料激光器自1996年发明以来，已成为最通用的相干光源之一。这种激光器可在从紫外(UV)到近红外(NIR)的宽广的光谱范围内进行调谐，而其泵浦方法又是多样的。染料激光器是高效的，可以千赫的线宽在连续波模式(CW)下工作，也可以飞秒的脉宽在脉冲模式下工作。与固态可调谐激光器，如Ti：蓝宝石激光器相比，有机染料激光器的成本小到可以忽略。染料激光器已使用固体、液体或气体作增益媒质。液体染料激光器特别普遍，因为用简单的循环系统就可实现其冷却和补充。液体增益媒质可以自修补，不像固体媒质那样损伤是永久的。除了这些有吸引力的特点外，液体染料激光器也存在一些问题，即不易操作且许多染料和溶剂会引起与健康和环境有关的问题。
一直在积极发展固态激光器染料来作为替代。最近实现固态染料激光器的一些途径包括把激光器染料加入聚合物，例如聚甲基-甲基丙酸烯(PMMA)、溶胶和有机改性硅酸盐(ORMOSIL)中作为增益媒质主体。使用固体基质，可以避免与液体系统相关的很多问题。然而固态染料激光器也苦于激光器染料的光致退降，表现为短的工作寿命。可使增益媒质相对于泵浦光束移动来避免光致退降问题。光腔中的分布单元，如光栅、棱镜或它们的联合典型地用于波长调谐。虽然这样的内腔结构可以灵活地调谐，为优化性能，一般要求稳定的光学-机械对准。
在全部增益媒质中使用光学分布反馈的无镜染料激光器是在1971年首次报导的(C.V.Shank,J.E.Bjorkholm and H.Kogelnik,‘Tunabledistributed-feedback dye laser(可调谐分布反馈染料激光器)’，AppliedPhysics Letters(应用物理快报)，18,152(1971))。分布反馈(DFB)的获得是在光通过增益媒质的传播方向，即沿着或平行于膜平面的方向上空间调制增益媒质的折射率或增益。例如可用两个相干的泵浦激光束在掺有染料的膜上获得增益或折射率的周期调制。沿着或平行于膜平面的激光发射垂直于周期结构，其输出波长取决于周期。改变相干泵浦光束间的夹角或染料溶剂的折射率，可对染料激光器进行调谐。把增益媒质、激光腔和波长调谐单元都结合在薄膜中的DFB染料激光器具有一些潜在的优点。然而，仍然存在光致退降问题，因为这样的DFB染料激光器很难使增益媒质移动，因而是不实用的。
在Goldberg等的美国专利No.3,771,065‘Tunable internal-feedbackliquid crystal-dye laser(可调谐内反馈液晶染料激光器)’，提交于1973年11月6日和以后Il'chishin等的文章(I.P.Il'chishin et al,‘Detecting of the structure distortion of cholesteric liquid crystal usingthe generation characteristics of the distributed feedback laser based onit(使用基于胆甾液晶的分布反馈激光器的产生特性对胆甾醇液晶的结构扭曲的检测)’,Molecular Crystals and Liquid Crystals(分子晶体和液晶),265,687(1995),and I.P.Il'chishin et al,‘Generation of atunable radiation by impurity cholesteric liquid crystals(通过掺杂的胆甾醇液晶产生可调谐辐射)’,JETP Letters,32,24(1980))揭示了用胆甾醇(cholesteric)液晶(CLC)分布反馈主体的染料激光器。掺有染料的CLC典型地被限制在两个平板玻璃基片间。CLC做成所谓的平面结构，在CLC层中形成相移光栅。激光器的发射垂直于膜平面，其输出波长由螺旋周期来决定。改变CLC主体的温度，可以改变CLC主体的螺距，因而可以调谐染料激光器的输出波长。然而，这种利用液体形式CLC主体的染料激光器的工作会受到环境，如温度的干扰。此外，光致退降仍然是个问题，因为这种染料激光器也难于使增益媒质移动，因而在许多应用中也是不实用的。
按照本发明的一个方面，在带有适于发射第一频率和强度的电磁辐射的泵浦源的固态染料激光器组件中，其适用的固态染料激光器包括：
实质为固态的增益媒质，掺有适于在预定光谱调谐范围内发射光的荧光染料；
增益媒质，适于接收泵浦源发射的电磁辐射，其中增益媒质受激发射激光。
按照本发明的第二方面，固态染料激光器组件包括：
固态染料激光器，包含实质为固态的增益媒质，掺有适于在预定光谱调谐范围内发射光的荧光染料；
泵浦源，适于向增益媒质发射第一频率和强度的电磁辐射，而引起增益媒质受激发射；
增益媒质，适于对泵浦作相对运动。
本发明的第三方面，在带有适于发射第一频率和强度的电磁辐射的泵浦源固态染料激光器组件中，其适用的固态染料激光器包括：
配有增益媒质的聚合物材料长带，增益媒质实质为固态，掺有适于在预定光谱调谐范围内发射光的荧光染料；
增益媒质，包含平面织构的聚合物胆甾醇液晶，并冻结于特征波长；
增益媒质适于对泵浦作相对运动。
从下面对本发明各个方面分详细描述并结合附图，本发明的上述特征和优点会更加明显。
图1示意地表示本发明的固态有机染料激光器系统。
图2A是本发明激光器系统优选示例的示意俯视图，这里的激光器使用了加有染料的带。
图2B是图2A所示激光器系统光学配置的示意俯视图。
图2C表示图2A所示染料激光器带的组织方案。
图3A表示染料激光器系统的另一个优选示例，这里的激光器使用了加有染料的盘。
图3B1说明了图3A所示的染料激光器盘的优选组织方案。
图3B2说明了图3A所示的染料激光器盘的另一个优选组织方案。
图4A表示染料激光器系统的另一个优选示例，这里的激光器使用了加有染料的卡。
图4B表示图4A所示的染料激光器卡系统的优选组织方案。
图5A说明了本发明的分布反馈染料激光器的优选示例。
图5B1说明了泵浦与分布反馈染料激光器间的关系，激光器周围的区域为各向同性或锥形聚焦结构。
图5B2说明了泵浦与分布反馈染料激光器间的关系，激光器周围的区域为平面结构，其特征波长与染料激光器区域相同或不同。
图5C说明泵浦功率与染料激光器输出功率间的关系。
图6说明了本发明的分布反馈染料激光器的另一个优选示例。
图7说明了本发明的分布反馈染料激光器的另一个优选示例。
图8A说明了本发明的CLC平面结构的分子排序。
图8B表示计算的平面结构CLC的反射谱。
图8C1示意说明了锥形聚焦结构的CLC的分子排序。
图8C2示意说明了各向同性状态的CLC的分子排序。
图9表示掺有吡咯基甲撑(pyrromethene)590的RH CLC膜对垂直入射光的实验透射和反射谱。
图10是本发明一个替代示例的透视图。
下面将参照附图详细描述本发明阐明的示例。为使说明清楚，附图中所示的同样的部件用同样的参考数字表示，而在替代的示例中所示的类似部件也用相似的参考数字表示。
本发明包含的固态染料激光器使用胆甾醇液晶(CLC)作分布反馈(DFB)主体。图1说明了本发明的一个染料激光器的优选示例。此系统由以下各部分组成：系统控制单元1，带有相关光学系统4的泵浦源2、带有相关的运动驱动器9和系统监控器10的染料激光器5以及带有相关光学系统7的输出耦合系统8。系统控制单元l提供了用户界面，并控制染料激光器系统的功能。它可以是，例如微型计算机，可以是专用的，也可以是系统的一部分。泵浦源2用于光学激励或泵浦所说的染料激光器。任何能够发射电磁辐射(光)的源只要其发射的频率高于染料激光器的发射频率都将是合适的泵浦源。典型的泵浦源是一脉冲激光器，其输出波长短于染料激光器的输出波长，例如倍频二极管激光器泵浦的Nd:YAG激光器。除了基频(1060nm)和二次谐波频率(530nm)外，泵浦输出的三次(355nm)和四次(266nm)谐波也可使用。其选择取决于特定的染料。其他合适的泵浦激光器包括氮气激光器、受激准分子激光器以及半导体二极管激光器。快上升沿闪灯的光也适于作泵浦源。泵浦光脉冲的宽度可为毫秒至皮秒。
显然，选择脉冲泵浦可以减小热散焦和三重吸收等不良效应而实现受激发射。如果染料激光器膜能够足够快地相对于泵浦光束运动，本发明的染料激光器就可用连续波(CW)来泵浦。
本发明的染料激光器5为薄膜形式，膜厚5-100微米。虽然增益路程较短，染料媒质的增益对于引起激射是足够高的。增益长度50-125微米并由皮秒光脉冲泵浦的染料激光器已被证实，在B.Fan andT.K.Gustafson等的文章‘来自超短腔染料激光器的窄带皮秒脉冲(Narrow-band picosecond pulses from an ultrashort-cavity dyelaser)’,Applied Physics Letters(应用物理快报)，28,202(1976)中已作了讨论，这里参考了它的全文。染料激光器膜5可为带状，即其长度远大于宽度，类似于录音带或录象带的形状。它也可为圆盘形，类似于数据储存盘。染料激光器膜还可制成长宽相近的矩形卡状，类似于信用卡的形状。下面将对这些形式作简短的描述。光学系统4用于将泵浦光束3在染料激光器膜上聚焦成小斑点。光学系统4，例如，可为显微透镜。染料激光器膜上的束斑直径典型的为数微米。显然，聚焦泵浦光束的目的是使泵浦强度增高到激射阈值以上。本发明的染料激光器系统可包含泵浦光束，它或是在染料激光器膜上强聚焦成小束斑，或是弱聚焦成大束斑，或者不聚焦，即不使用光学系统4，只要泵浦光束的强度大于激射阈值。换言之，光学系统对于本发明的激光器的工作不是必须的。光学系统用来将泵浦光聚焦成小斑点，使得泵浦光或束流(单位面积的泵浦光子数)增加到激射阈值以上。染料激光器的光输出6最好用耦合光学系统7，如透镜耦合到光纤或光导管8。在系统中使用光纤或光导管显然不会影响染料激光器本身的工作。输送光束的子系统是为了用户的方便。在这方面，用一组中继镜使染料激光器的输出光对着用户可能也是有效的。
在此发明中，“增益媒质”一词将指掺有染料的媒质，它适于受光泵发出的光的激励，而在本发明的激光器工作时发射激光。术语“光泵浦区域”、“光泵浦范围”或“激光腔”将指增益媒质的一部分，在本发明的染料激光器工作期间由光泵发射的光在其中传播。类似地，“平面结构”一词将指一种状态，在这种状态下在特定的光泵浦区域或范围中实质上所有的胆甾醇液晶(CLC)分子被处理成平行的周期性螺旋结构。“锥形聚焦结构”一词将指一种状态，在这种状态下在特定的光泵浦区域或范围中实质上所有的胆甾醇液晶(CLC)分子被处理成周期性螺旋结构但彼此不平行。术语“各向同性态”将指一种状态，在这种状态下在特定的光泵浦区域或范围中实质上所有的胆甾醇液晶(CLC)分子是彼此任意取向的。术语“光”将指从近红外到远紫外波长范围中的任何电磁辐射。“各向同性”一词的意思是材料的折射率与光的偏振方向无关。类似地，“各向异性”一词的意思是材料的折射率与光的偏振方向有关。术语“均匀”和“非均匀”的意思分别指特定一层的折射率与位置无关和与位置有关。术语“膜平面”和“平面”将被定义为膜的平面，即通常垂直于通过增益媒质的激光传播方向，如图5A所示。
运动机构9是使染料激光器膜相对于聚焦的泵浦光斑运动以克服染料激光器膜的光致退降和热散焦效应。在这方面染料激光器趋于吸收较高能量的泵浦光子而发射较低能量的光子。光子能量之差就是增益媒质中的热耗散。膜中温度的不均匀使膜的折射率均匀性发生畸变，这转而使染料激光器的输出光束发生畸变。当激光器在高重复率下工作时这又是一个问题。
运动机构是依照系统监控器的信号处在系统控制单元的控制下。由上面的讲述可以明了染料激光器膜是相对于泵浦光束运动的。染料激光器膜5相对于参考框架沿一个方向运动，泵浦头5A(泵浦光束与光束的传输和监控子系统一起都在虚线内)沿另一方向运动，把两个运动结合起来是有益的。对于熟练的技工，两个方向的运动无须彼此正交。染料激光器膜可随时间连续运动，也可间断运动(停止-再运动)。连续运动对于CW、长脉冲或高重复率的工作是重要的。间断运动，即染料激光器膜对于一定数目的脉冲操作是静止的，并在膜上移动到一个新位置以克服光致退降，对于短脉冲低重复率的工作是合适的。
激光器系统可由几种方法来监控。例如，染料激光器膜可预先测试其荧光产额、激射阈值和激射效率。染料激光器膜可在原位，即在染料激光器发射激光时监控其性能参数。作为选择，可在低于激射阈值的光泵浦下监测染料激光器膜，这将在下面予以讨论。荧光监视器10可对光泵浦的染料进行荧光监测。荧光产额的减小标志着染料激光器工作效率(激光器输出功率/泵浦功率)的退降。记录产额就可预先调整该区域的工作寿命。荧光监视器由以下部分组成：透镜系统，收集由染料激光器膜发射的先；滤光系统，用来减弱环境光和泵浦光；光探测器，带有相关的电子学系统，使光信号转变为电信号，再由系统控制单元1做进一步处理。后面将结合本发明的各个示例对荧光监视器作更详细的讨论。如果不利用泵浦光则还要包括一个光源。也可用染料激光器的输出功率来监测光致退降。染料激光器的功率监视器包括：滤光系统，用来减弱环境光和泵浦光；光探测器，带有相关的电子学系统，使光信号转变为电信号，再由系统控制单元1做进一步处理。染料激光器输出功率的下降表示染料激光器效率的退降。还可用染料激光器的激射阈值来监测光致退降。激射阈值是产生受激发射所需的最小泵浦强度。激射阈值的增大表示染料激光器效率的退降。图5C示意地画出了泵浦功率与染料激光器输出功率的关系。画出了两个例子5C1和5C2，分别表示‘新鲜的’和‘使用了长时间的’染料膜激光器的工作条件。曲线5C1的阈值泵浦功率由5C11表示，曲线5C2的则由5C21表示。当泵浦功率在此阈值以上时，发生受激发射。在某一泵浦功率范围(对于5C1由5C11和5C12表示)激光器的输出功率实质上与泵浦功率成线性关系。其斜率定义为激光器效率。染料激光器最好工作在这一区域。对于5C1，泵浦功率超过5C12时，染料激光器工作在饱和区，这是要避免的，因为激光器效率降低了。如曲线5C2所示，激光器的工作寿命已接近其终点，因为较高的阈值和较低的激光器效率。激光器阈值增大20％或激光器效率降低10％就可认为激光器的工作寿命接近其终点了，这与具体应用有关。
由于每种激光器染料具有有限的光谱调谐范围，本发明的染料激光器系统可用许多种染料激光器膜5来实现，每种具有不同的激光器染料。以这种方式，用户可选择具有特定染料的膜5来得到所希望的光谱范围的光发射。染料及其光谱范围的一些例子包括：DMT染料(311-348nm)、BBQ染料(360-410nm)、茋(stilbene)420染料(410-480nm)、若丹明(rhodamine)染料(530-700nm)、噁嗪(oxazine)染料(670-800nm)以及其他容易得到的商品激光器染料，如购自Exciton,Inc.ofDayton,Ohio 45431。这些例子只是一些简单的代表，还有许多适于本发明使用的激光器染料也可由Exciton和其他来源得到。而且增益媒质可含有并排的不同染料，以产生较宽光谱范围的激光输出。下面将结合图5B1作较详细的讨论。显然在技术上染料激光器的输出可以倍频，例如用产生的二次谐波，如W.V.Smith在Laser Applications(激光应用)(Artech House,Inc.,Dedham,MA,1970)中所描述的那样。简言之，可以这样来实现倍频，即令激光器的输出通过非线性材料，使得出来的光具有两个频率分量：原来的频率和它的二次谐波。染料激光器的输出也可与泵浦激光器的光混合，产生超出染料激光器特定染料的光谱范围的相干光束。
图2A表示本发明的一个具有带状染料激光器膜的优选示例。染料激光器带25卷绕在两个卷轴21A和21B上。如图所示，卷轴装在一个卡式盒20中，就像录音带或录象带那样。显然在系统中使用卡式带并不影响染料激光器本身的工作。带卡是为了用户的方便。也可使用敞开的卷轴。来自泵浦源的光束23最好由聚焦系统24在染料带上聚焦成小斑点。染料激光器的输出光束26用透镜系统耦合到光纤或光导管28中。染料带的运动由转动的滚轮22驱动。一对空的滚轮22A和22B使柔软的带保持平直，并使带25与聚焦系统24保持一定距离。可用自动聚焦系统24A来精细调节这个距离以保持聚焦。用于光学数据储存的自动聚焦技术可容易地用在这里。例如，参见M.Mansuripur，磁光记录的物理原理，剑桥大学出版社(The PhysicalPrinciples of Magneto-optical Recording,Cambridge UniversityPress),1995。常规的位置解码器(未示出)确定了工作期间染料带长度方向的位置(x坐标)。
现在转到图2B，这是图2A的激光器系统的光学系统配置图。荧光监视器29(图2A)包括滤光器29A、聚焦透镜29B和光探测器29C。用来激励染料的光是泵浦光本身。双色分光镜24B将荧光与泵浦光束在空间上分开。实质上双色分光镜反射泵浦波长的光，透过荧光波长的光。因此监视器29适于原位监视荧光。提供了一种机构(未示出)来移动泵浦头25A(附在虚线内)以访问染料激光器带的不同位置。这种运动机构可包括任何合适的位置解码器，例如计算机工业常用的那种解码器，使读/写头能够找到硬盘驱动器上所需的磁道或扇区的位置。
图2C表示染料激光器带的一种组织方案。激光器带被分成许多条。条A用作带的位置控制。提供了一种定位方法使得合适的位置解码器能够确定带子沿其长度方向(即沿所示的x轴)相对于泵浦头5A的位置。例如，沿着带子打孔(如B处所示)就可对带子进行光学编码。计数通过这些孔的光脉冲，就可确定染料激光器带长度方向(x坐标)的位置。另一个例子是染料激光器带可用磁学方法编码，即在条A的磁条上写入图案。读取磁信号就可确定染料激光器带的x坐标。y坐标可由泵浦头的位置来确定。例如，泵浦头25A可装在臂25B上，如图所示臂25B可绕支点D转动。可以选择泵浦头装在沿x轴方向线性平移的臂上。其他各条都是染料激光器，其CLC调谐到波长λ1,λ2,……λn。在条λ1上的虚线圆圈C处(x1,y1)被光学激励引起带子的受激发射波长近似为λ1。对于输出波长λk，泵浦点C被移动到波长调谐为λk的CLC主体上。显然染料激光器带的组织方案不限于图2C所示的结构。一个带子分成许多区域或范围，每一个调谐到不同的激射波长，并为本发明的染料激光器系统准备了合适的位置解码器。
图3A表示本发明的另一个优选示例，它具有盘状的染料激光器膜。染料激光器盘35装在马达31上用以使盘绕其中心轴转动。来自泵浦源的泵浦光束33由透镜系统34在染料盘上聚焦成小斑点。荧光的监视方式与图2B所述者相似。简言之，荧光监视器包括滤光器39A、聚焦透镜39B和光探测器39C。用来激励染料的光是泵浦光本身。双色分光镜34B将荧光与泵浦光束在空间上分开。在此示例中，双色分光镜34B实质上在泵浦波长下是透射的而在荧光波长下是反射的。染料激光器的波长在荧光波段内。在此示例中，在监视荧光时，泵浦强度最好保持远低于激射阈值。在激光器工作期间，荧光监视电子学系统是关闭的，因此荧光监视不是在原位进行的。然而，同一探测系统可变为激光器输出监视器。实际上起初检验了荧光产额、阈值和激光器效率。其后可原位监视激光器效率。染料激光器的输出光束36通过透镜系统37耦合到光纤38中。图3B1表示染料激光器盘的组织方案。盘被分成许多圆环，各个环是CLC主体调谐到不同波长I1,I2,……In的染料激光器。图3B2表示染料激光器盘的另一个组织方案。盘被分成许多楔形，各个楔形是CLC主体调谐到不同波长λ1,λ2,……λn的染料激光器。提供一种方法可以知道染料激光器工作的角位置。各种位置解码器都可用在这里。用带有马达31的转动编码器可以确定角坐标(θ)。径向位置(p)可由装在臂35B1(图3B1)上的泵浦头35A来确定。在盘上嵌入一磁性标记或打一个单孔(如A处所示)可方便地为原点(0,0)编码。显然对于激光器盘的组织方案不限于图3B1和3B2所示的结构。把盘分成许多区域，每个区域调谐到不同的激射波长，并为本发明的染料激光器系统准备了合适的位置解码器。
图4A表示本发明的另一个优选示例，它具有卡状的染料激光器膜。染料激光器卡45由滚筒41A、41B和41C定位。卡的运动由滚筒42驱动。来自泵浦源的泵浦光束43由透镜系统44在染料卡上聚焦成小斑点。染料激光器的输出光束46由透镜系统47耦合到光纤48。图4B表示染料激光器卡的组织方案。卡被分成许多矩形条。条A用于卡的位置控制。在此条上实现位置编码。提供一种装置可以知道在卡的长度方向上(x坐标)染料激光器的工作位置。各种位置解码器都可用在这里。例如，用一系列可读的机械划分标记，如图示的沿卡打孔，可对卡进行光学编码。另一个例子是，一系列的划分标记可以是在条A中磁条上的磁性编码图案。y坐标可由泵浦头的位置来确定。例如，泵浦头45A可装在能绕支点D转动的臂45B上，如图所示。可选择泵浦头装在能沿y轴方向作线性平移的臂上。其他各条都是染料激光器，其CLC主体调谐到波长λ1,λ2,……λn。显然对于激光器卡的组织方案不限于图4B所示的结构。卡被分成许多区域，每个区域调谐到不同的激射波长，并为本发明的染料激光器系统准备了合适的位置解码器。
图5A、5B1和5B2说明了本发明的染料激光器系统。图5A表示剖面图，而图5B1和5B2表示前视图。使用了常规的纵向泵浦或端泵浦，即沿增益媒质的长度方向而与激光发射的传播方向平行。泵浦激光束53与染料激光束56和56A在激光器增益媒质内是沿同一条线传播的。如图5A所示，泵浦束由左向右传播，而染料激光束垂直于膜的表面沿两个方向发射。光学系统54用来聚焦泵浦束，光学系统57用来准直染料激光器的一个输出光束56。掺有染料的CLC增益媒质55的厚度典型地为5-100微米，而CLC主体中的染料浓度典型地为10-4-10-2摩尔。最佳染料浓度受许多因素影响，如泵浦波长、在泵浦波长下增益媒质的吸收长度(与平面方向正交)、在激射波长下染料的增益和损耗。特定的CLC主体也可影响染料激光器的效率。典型地，CLC膜夹在两个透明基片51和52之间。依其折射率接近于CLC的平均折射率来选择基片，以使CLC-基片界面处因菲涅耳反射而引起的不希望有的光学反馈减至最小。显然染料激光器带的基片是柔软的。例如，具有低双折射的透明塑料适于这种应用。染料激光器盘和卡的基片可以是柔软的、半柔软的或刚硬的。透明塑料，例如聚乙烯，商品名MYLAR，和玻璃都适于这种应用。增益媒质55是这样的区域，在这里CLC主体被安排成所谓的平面结构而提供分布反馈。激射波长由CLC主体的螺距决定，可在所用的特定染料发射范围内调谐，并可经处理来细调，这将在后面简述。环绕着增益媒质55的区域58可以是光学各向同性状态的锥形聚焦结构，是对光高度散射的，它也可以是平面结构的，即选偏振和选波长反射的。如果区域58是平面结构，就会有一与染料激光器区域55相同或不同的特征波长。
参照图5B1，染料激光器膜上的泵浦束斑53(如虚线圆圈所示)最好稍大于(在平面方向)增益媒质55(如实线圈所示)。如图所示，增益媒质55可以取各种平面的几何形状，如圆(表示为55)、矩形(55′)和长矩形或连续条(55″)。对泵浦束斑53与增益媒质55间的各种几何关系都用图做了说明。对于圆圈和矩形的增益媒质(55和55′)泵浦束的尺寸稍大。用氮和准分子激光器做泵浦源2(图1)具有矩形的输出光束。也如图所示，可用同一个泵浦脉冲同时激励两个增益媒质55。同时激励的增益媒质可有相同或不同的输出波长。使用不同的输出波长可有效地提供具有较宽频率范围的激光输出，如同前面所述。
参照图5B2，泵浦束53被示于染料激光器膜上，膜的全部都是平面结构，这样整个膜都构成增益媒质55。在这种情况下，光泵浦区，也就是激光器腔或膜的染料激射部分，由泵浦束(表示为53和53′)的几何形状所决定。本发明的一个优点是，每个染料膜激光器可由测定其荧光量子效率、激射阈值和输出波长来预先检验和测试。激光器的参数可被储存作为膜位置的函数。另一个优点是，特定输出波长的染料膜激光器可以方便地找到，只要将泵浦束移动到具有该特定输出波长处即可。
图6表示染料激光器系统的另一个优选示例。再次使用纵向光学泵浦或端泵浦。泵浦激光束63和染料激光束66在激光器的增益媒质65内沿同一条线传播。如图所示，泵浦束从左向右传播，而染料激光束由膜的表面从左向右发射。光学系统64用于聚焦泵浦束，而光学系统67用来准直染料激光器的一个输出束66。激光器染料被加到适当安排的胆甾醇液晶中以形成具有分布反馈的增益媒质65，这是由液晶主体独特的空间螺旋结构提供的。增益媒质典型的长度为5-100微米，主体中染料的浓度典型地为10-4-10-2摩尔。最佳染料浓度受许多因素的影响，例如泵浦波长、增益媒质在泵浦波长下的吸收长度、在激射波长下染料的增益与损耗。CLC主体也影响染料激光器的效率。CLC膜典型地夹在两个透明基片61和62之间。在基片61对着染料激光器膜的表面上覆有反射涂层61A。涂层61A是双色高反射层，它实质上反射染料激光器波长的光，而透过泵浦波长的光。因此这个涂层迫使染料激光器沿一个方向输出光，因而改善了激光器效率。在基片62对着染料激光器膜的表面上覆有反射涂层62A。涂层62A也是双色高反射层，但它实质上反射泵浦波长的光，而透过染料激光器波长的光。因此这个涂层把未吸收的泵浦波长的光反射回染料激光器媒质，从而改善了泵浦效率和激光器效率。在所用的特定染料的光谱范围内，特定的激射波长取决于CLC主体的螺距，而这是由主体的材料决定的，并可经处理来细调，这将在后面详细讨论。环绕着增益媒质65的区域68可以是光学上各向同性的各向同性状态，也可以是高散射的锥形聚焦结构，还可以是对偏振和波长选择反射的平面结构。区域68的平面结构具有与染料激光器区域65相同或不同的特征波长。除了结合图5A所示的示例讨论的一些优点外，这个示例还有激射效率增高的优点，因为染料激光器的发射是沿一个方向的。
图7表示染料激光器系统的另一个优选示例。再次使用纵向光学泵浦或端泵浦。泵浦激光束73和染料激光束76在激光器的增益媒质内沿同一条线传播。如图所示，泵浦束从左向右传播，而染料激光束由膜的表面从左向右发射。光学系统74用于聚焦泵浦束和准直染料激光器的输出。激光器染料被加到适当安排的胆甾醇液晶中以形成具有分布反馈的增益媒质75，这是由液晶主体独特的空间螺旋结构提供的。增益媒质典型的长度为5-100微米，主体中染料的浓度典型地为10-4-10-2摩尔。最佳染料浓度受许多因素的影响，例如泵浦波长、增益媒质在泵浦波长下的吸收长度、在激射波长下染料的增益与损耗。CLC主体也影响染料激光器的效率。CLC膜典型地夹在两个透明基片71和72之间。在基片72对着染料激光器膜的表面上覆有反射涂层72A。它实质上对泵浦和染料激光器波长的光都反射。双色分光镜77使泵浦光束与染料激光器光束在空间上分开。在所用染料的光谱范围内，激射波长取决于染料主体的螺距，而这是由主体的材料决定的，并可经处理来细调。环绕着增益媒质75的区域78可以是光学上各向同性的各向同性状态，也可以是高散射的锥形聚焦结构，还可以是对偏振和波长选择反射的平面结构。区域78的平面结构具有与染料激光器区域75相同或不同的特征波长。除了结合图5A所示的示例讨论的一些优点外，这个示例还有激射效率增高的优点，因为染料激光器的发射是沿一个方向的。再有一个优点是用来聚焦泵浦束和准直染料激光器输出光束的光学系统简化了。
为了清楚地了解本发明的工作原理，这里简单地讲一下有关胆甾醇液晶的光学性质。液晶是晶态固体与各向同性液体间的中间态。这些化合物的分子通常为杆状，具有长的称为指向器(directors)的分子轴。液晶相由分子的长程排列来表征。其向列相是最简单的，它具有唯一的取向排列，这样其指向器是近似平行的。胆甾醇液晶相来源于向列相中存在空间螺旋性。图8A说明了胆甾醇液晶的分子排序。这些分子排成许多几个埃厚的层。在每个相邻的层中指向器扭曲15弧分，这就形成了周期性的螺旋结构，螺距为P，如图所示。螺旋结构可为右手螺旋(RH)，也可为左手螺旋(LH)。螺旋结构可被安排成垂直于层边界，如图所示，引起所谓的平面结构，表现出对波长有选择的双色性，这是由布拉格型光学干涉造成的。例如，对于RHCLC层，它反射右旋圆偏振(RHCP)光。反射系数与波长的关系由J.C.Lee and S.D.Jacobs在其文章‘1064nm液晶激光器腔端面镜的设计和构造(Design and construction of 1064-nm liquid-crystal lasercavity end mirrors)’,Journal ofApplied Physics(应用物理杂志)，68,6523(1990)中作了讨论。这个关系由下面的方程来确定R=sinh2{kL[1-(δ/k)2]1/2}/cosh2{kL[1-(δ/k)2]1/2}-(δ/k)2.(1)其中δ=2πnav(1/λ-1/λc),δ/k=2(nav/Δn)(1-λ/λc),L为膜厚，nav是平均折射率(nc+n0)/2,Δn=nc-n0是光学双折射率，nc和n0分别是沿着和垂直于分子指向器方向的折射率。对于杆状分子nc＞n0。
图8B表示CLC膜计算的反射率8B1作为λ/λc的函数。平均折射率nav=1.60，双折射率Δn=0.10。膜厚为10个螺距，L=10P。对于聚合物CLC选择的典型值为：
λ0/λc=1-Δn/2nav=n0/nav=0.96875,λ0/λc=1+Δn/2 nav=nc/nav=1.03125。以波长λc为单位的波长λe、λc和λ0分别用8B2、8B3和8B4的各个线表示。反射谱带边的振荡是由于异相的布拉格干涉。反射带ΔλΔλ/λc=Δn/2nav    (2)中心在特征波长λc=navP    (3)
反射带的边界为λ0=noP和λc=ncP，如同J.L.Fergason在文章‘(胆甾醇结构-I光学特性)Cholesteric Structure-I OpticalProperties’,Molecular Crystals(分子晶体)，1,293(1966)中所讲的那样。如果层厚为10个螺距，对于可见光范围典型地约5微米，则反射率几乎为100％。此外，不论其波长如何，RH层可自由地透过左旋偏振光而无吸收。左手螺旋(LH)的CLC层则相反。平面结构的液晶实质上是二维晶体结构，表现出各向异性晶体的光学性质。
可将螺旋结构任意安排成所谓的锥形聚焦结构，它散射λ射光。这在图8C1中作了说明。胆甾醇液晶分子有序地形成螺旋结构80C1。这种螺旋结构在两个基片81C1和82C1间是任意取向的。锥形聚焦结构可用快速淬火或在基片上布置无摩擦的聚酰亚胺层来得到。在所谓的清除温度(clearing temperature)以上，分子不再有序，即如同在液体中那样任意取向。这在图8C2中作了说明。胆甾醇液晶分子80C2在两个基片81C2和82C2间是任意取向的。这种材料在任何方向对光的传播是光学各向同性的。
再参照图5A，平面结构的分子排序被用于本发明的染料激光器的增益媒质。平面结构提供了布拉格型的光学反馈，用之作为激光器的主体，以得到窄带的激光器输出。图5A说明光泵浦区或激光器腔由主体的平面结构来确定，其周围为不提供光学反馈的各向同性或锥形聚焦结构。锥形聚焦结构由于其固有的光散射性质是我们所希望的。对于各向同性态，如果光学增益很高，增强的自发发射是可能发生的。如前面所讨论的，激光器腔也可由泵浦束的几何形状来确定，如图5B1所示。由于激光器腔是无镜面的，它取决于平面结构的胆甾醇液晶提供的分布反馈，这种类型的激光器对泵浦束的对准是不敏感的。这种激光器一般不要求用户对准，而光学-机械稳定性是其本身固有的。
聚合物胆甾醇液晶特别适合作本发明的增益媒质。这些实质上各向异性的玻璃表现出正常的液晶的物理性质。系统被加热到所需的温度，然后借助于能源，如紫外光源，开始聚合而得到三维的矩阵或网络，分子的取向及所希望的相都被冻结于其中。虽然更愿意使用紫外光，本领域技术人员可知，任何适于引起胆甾醇液晶聚合的装置都可采用。适于代替紫外光的例子包括，例如，使用电子束、对蓝光敏感的光启动器或简单地使用热能。在这方面，由外部激活(紫外/可见光子)，CLC的单分子与其他分子起化学反应而形成聚合物矩阵。
在液晶主体中带有染料时，染料分子有使其长轴排列成平行于液晶分子指向器的趋势。染料分子的光发射经受周期为noP=λ0的分布反馈。于是，染料/CLC激光器的输出波长由下式给出λL=λ0=noP(4)
因此，改变主体的螺距就可调谐激光器的输出波长。具有特征波长λc的液晶也可按照下面的公式将两种CLC相对混合而加以改变，此公式是R.Maurer,D.Andrejewski,F.H.Kreuzer and A.Miller在文章‘胆甾醇LC硅树脂制作的偏振彩色滤光片(Polarizing color filtersmade from cholesteric LC silicones)’,SID90 Digest,10(1990)中描述的。
1/λc =c1/λc1+c2/λc2   (5)
式中c1和c2分别是具有特征波长λc1和λc2的液晶的相对浓度。如果组分之一是向列液晶，其特征波长被考虑作无限长。假定第二种液晶也是向列的，则(5)式简化为1/λc=c1/λc1  (6)
对于给定的CLC聚合物，平面结构的螺距可用控制固化温度来局部调整。(R.B.Meyer,F.Lonberg and C.C.Chang，‘液晶灵巧反射器(liquid crystal smart reflectors)’,Proceedings of SPIE,2441,68(1995))。局部加热固定的螺距可以大比例地改变螺距ΔP/P。借助于(4)式可使染料激光器的输出波长得到大范围的调谐，ΔλL/λL=ΔP/P。
参照图2C、3B1、3B2和4B，标以特征波长λ1,λ2,……λn的区域可由调谐到不同特征波长的许多掺有染料的不同CLC构成。例如，标以λ1,λ2和λ3的区域是CLC A掺以具有激光器输出波长为λ0的染料A调谐到波长λ1,λ2和λ3的，标以λ4,λ5和λ6的区域是CLC B掺以具有激光器输出波长为λ0的染料B调谐到波长λ4,λ5和λ6的，等等。
图9表示20微米厚掺有吡咯基甲撑(pyrromethene)590染料的LHCLC聚合物膜的透射与反射。对于无偏振入射光，透射曲线91呈现出激光器染料的吸收带，中心波长为530nm。在530nm处的透射率为23％。第二个最小透射率出现在600nm处，是由CLC对RHCP光的高反射造成的。反射曲线92表示CLC膜对波长和偏振的选择反射。由于入射光是无偏振的，在600nm处的透射接近于理论值的50％。可以看到，掺入染料的浓度高时，CLC主体保持其平面结构。
本发明的优点在于利用实质上是固态的胆甾醇液晶主体媒质而无须镜面或衬底，并可做成带、盘、卡等形状包装成卡式盒，使之方便、便宜、可靠和对用户友好。而且，本发明的染料激光器可以是多道的。每一道掺以不同的染料而在不同的波段激射。这样本发明就提供了宽谱的激光器输出，其范围从紫外至红外。主体或介质材料可由聚合物掺以低分子量的液晶来构成，掺入的量是预先确定的以保持主体材料实质上为固态。预定量的非聚合低分子量液晶使之能改变螺距，例如用改变工作温度、压力或如前面参考的Goldberg的专利所揭示的那样施加电场，或如液晶技术所知道的施加磁场，以有效地细调激光器的发射波长。这样，本发明的固态CLC主体或增益媒质可以更有效地调谐，超过前面讨论的利用特殊的固化温度而进行的较粗调谐。
前面讲述的是关于CLC主体的，它是一叠双折射层，其光轴接连绕垂直于膜平面的轴线而转动，形成螺旋形的周期结构。显然，‘线性周期’膜堆也可用作本发明的分布反馈主体。参照图10，‘线性周期’主体是一叠薄层对，对1是由层1001、1002组成的，……，对M是由层1003、1004组成的，它们被置于选择的衬底1005上。层1002和1004是由折射率为nA的材料A构成的，而层1001和1003是由材料B构成的，其折射率nB≠nA。膜堆可用符号表示为ABAB……ABs或[AB]M s，其中A和B分别代表各层的材料A和材料B,s代表衬底，M代表对的数目。各层的厚度都是1/4波长，即nAtA=nBtB=lc/4，其中tA和tB分别代表材料A和材料B的层厚，lc是膜堆反射带的特征波长或中心波长。更一般地讲，线性周期结构可由固定的tA/tB及nAtA+nBtB=lc/2来得到。材料A或材料B或是两者都掺有激光器染料。结构的特征波长lc处于染料的荧光带内。膜堆的基本重复单元可由两层一对代之以多层一组，只要层厚为固定的比例和顺序而一组的光学厚度为lc/2即可。这样的膜堆可用符号表示为ABCABC……ABCs或[ABC]M s，其中A、B和C分别代表材料A、材料B和材料C构成的层。例如层AB合起来可为1/4波长的子层，而C为第二个1/4波长层。在另一个例子中，A∶B∶C的厚度比，例如可为1∶1∶1，而A、B和C每层的厚度为lc/6。S代表衬底，M为组数。
本发明的一个优选示例是，层1001、1002、1003和1004都是光学各向同性的。这样的结构对受激发射提供的分布反馈是沿垂直于膜平面的方向，或z轴1006，如图所示。分布反馈是与偏振无关的。这种结构可选择在衬底上旋转涂覆材料A和材料B来得到。本发明的另一个优选示例是，层1001,……,1003是光学各向同性的，而层1002,……,1004是光学各向异性的。对于各向异性的层，其光轴(由‘C’表示)彼此平行，例如沿x轴，如图所示。各向异性层沿x轴和y轴的折射率分别为nAX和nAY，它们是不同的。对于线性周期结构，nB=nAX，且nAYtA=nBtB=lc/4。这样的结构对受激发射提供的分布反馈是沿垂直于膜平面的方向。反馈是与偏振无关的，因为y偏振光经受了折射率的周期变化而x偏振光则没有。这样的结构可以这样来得到，先挤压成[AB]M多层，然后将所得的多层沿一个方向延伸。这一技术已由Quderkirk等揭示在PCT申请WO95/17692中。
因此本发明克服了与以前工艺的器件相关联的一些缺点，比以前的液态染料激光器操作上更容易和安全。而且，本发明提供了本质上稳定的光-机械对准，便于增益媒质相对于泵浦束的运动，克服了激光器染料的光致退降问题。再者，本发明方便地提供了分布反馈(DFB)，将增益媒质、激光器腔和波长调谐单元都结合成薄的固态膜，比以前的液态染料激光器较少受环境的干扰。
前面的叙述主要是为了作说明。虽然结合一些范例已表示和描述了这一发明，熟悉工艺者应了解，可在形式和细节上做出对前述的各种其他的变化、省略和添加而没有背离本发明的精神和范畴。

Claims (62)

1．一种固态染料激光器，适用于具有适于发射第一频率和强度的光的泵浦源的固态染料激光器组件，所述固态染料激光器包括：
一种实质上为固态的增益媒质，掺有适于发射预定光谱调谐范围内的光的荧光染料；
所说的增益媒质的一部分基本上是平面的，它适于接收所说的泵浦光，并确定一平面方向，使所说的光以相对于所说的平面方向的预定入射角与增益媒质接触；
所说的增益媒质的结构在与所说的平面方向垂直的方向上有周期性变化；
此处所说的增益媒质，其受激发射的激光与所说的平面方向成一定角度。
2．权利要求1所述的固态染料激光器组件，其中增益媒质受激发射激光的方向与所说的平面方向垂直。
3．权利要求1所述的固态染料激光器组件，所说的周期性结构还包括许多层，它们是沿所说的垂直方向分隔开的，彼此的光学性质是周期性改变的。
4．权利要求3所述的固态染料激光器组件，其中所说的光学性质选自下面一组：光轴的取向，和折射率。
5．权利要求4所述的固态染料激光器，其中所说的许多层是由许多胆甾醇液晶层组成的。
6．权利要求1所述的固态染料激光器组件，其中第一频率高于所说的激光器发射频率。
7．权利要求1所述的固态染料激光器，其中所说的固态染料激光器是由主体材料的长带构成的。
8．权利要求7所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质扩展到所说的整个长带上。
9．权利要求7所述的固态染料激光器，还可由卡片状材料构成。
10．权利要求7所述的固态染料激光器，还可由适于卷绕在卷轴上的长条材料构成，所说的运动机构用来转动所说的卷轴来实现所说的增益媒质的运动。
11．权利要求7所述的固态染料激光器，还可由适于绕其中心轴转动的实质上为圆盘的材料构成，以便实现所说的运动。
12．权利要求7所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质还由胆甾醇液晶构成。
13．权利要求12所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质还由冻结于特征波长的聚合物胆甾醇液晶构成。
14．权利要求13所述的固态染料激光器，其中包括所说的聚合物胆甾醇液晶的分子被处理成平面结构。
15．权利要求14所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质是与所说的长带共同延伸的。
16．权利要求12所述的固态染料激光器，其中所说的胆甾醇液晶被处理成的状态选自凝胶体和固体这一组。
17．权利要求1所述的固态染料激光器，其中所说的预定入射角实质上正交于所说的平面方向。
18．权利要求1所述的固态染料激光器，其中所说的入射角实质上在所说的整个运动期间保持不变。
19．权利要求18所述的固态染料激光器，其中所说的运动还包括所说的增益媒质在所说的平面方向上相对于所说泵浦的运动。
20．权利要求1所述的固态染料激光器，其中还包括一对基片用以确定所说的增益媒质的前后平面表面，所说的这对基片对光的反射和透射是有选择的。
21．权利要求20所述的固态染料激光器，其中所说的前基片实质上对所说第一频率的光是透明的，而对所说的激光发射是反射的。
22．权利要求21所述的固态染料激光器，其中所说的前基片还包含多层的涂层，其反射带实质上适于透过所说的第一频率的光，而反射所说的激光发射。
23．权利要求20所述的固态染料激光器，其中所说的后基片实质上对所说的激光发射是透明的，而对所说的第一频率的光是反射的。
24．权利要求22所述的固态染料激光器，其中所说的后基片还包含多层的涂层，其反射带实质上适于透过所说的激光发射，而反射所说的第一频率的光。
25．权利要求20所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质是将凝胶体状态的胆甾醇液晶夹在所说的基片间而成的。
26．权利要求1所述的固态染料激光器，还包括运动机构，适于使所说的增益媒质对所说的泵浦作相对运动。
27．权利要求1所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质适于在所说的泵浦光进入所说的增益媒质时产生所说的运动。
28．权利要求1所述的固态染料激光器，其中所说增益媒质适于在所说的泵浦光多次进入所说的增益媒质之间时产生所说的运动。
29．权利要求1所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质适于至少在一个预定的光谱调谐范围内产生激光。
30．权利要求29所述的固态染料激光器，其中所说的染料至少提供一个所说的预定光谱调谐范围。
31．权利要求29所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质包含许多分立的部分，其每一个适于在多个分立的光谱调谐范围之一内产生激光。
32．权利要求31所述的固态染料激光器，其中所说的多个分立部分的每一个包含一种单独的染料。
33．权利要求32所述的固态染料激光器，其中所说的每一种单独的染料选自下面一组：DMT染料、BBQ染料、茋(stilbene)420染料、若丹明(rhodamine)染料和噁嗪(oxazine)染料。
34．权利要求1所述的固态染料激光器，其中所说染料选自下面一组：DMT染料、BBQ染料、茋420染料、若丹明染料和噁嗪染料。
35．权利要求1所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质还包含定位机构，用以使所说的增益媒质对所说的泵浦定位和定向。
36．权利要求35所述的固态染料激光器，其中所说的定位机构包含一系列沿所说的增益媒质边缘布置的可读的机械分界标记。
37．权利要求36所述的固态染料激光器，其中所说的定位机构包含一系列的穿孔。
38．权利要求36所述的固态染料激光器，其中所说的定位机构包含一系列的磁性标记。
39．权利要求1所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质还被调谐于预定的特征波长。
40．权利要求39所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质被曝露到某种能源中而进行调谐。
41．权利要求40所述的固态染料激光器，其中所说的能源选自下面一组：光、电子束轰击和热能。
42．权利要求39所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质适于用调节工作温度来进一步调谐。
43．权利要求39所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质适于用调节工作的电磁场来进一步调谐。
44．权利要求39所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质适于用调节工作压力来进一步调谐。
45．权利要求39所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质包含许多区域，每个区域调谐于许多分立的特征波长中的一个。
46．权利要求45所述的固态染料激光器，其中所说的胆甾醇液晶为凝胶体状态。
47．权利要求45所述的固态染料激光器，其中所说的许多区域的每一个都是选自下面一组的几何结构沿平面方向延伸的，这组几何结构是：直线的、环形的和楔形的。
48．权利要求47所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质还包含定位机构，用来为选定的所说许多区域之一定位和定向，以接收所说的泵浦发射的光。
49．权利要求1所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质由冻结于所说的特征波长的胆甾醇液晶构成。
50．权利要求49所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质由聚合物胆甾醇液晶构成。
51．权利要求49所述的固态染料激光器，其中由所说的胆甾醇液晶构成的分子排列成平面结构。
52．权利要求49所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质被限制在所说的平面方向，其胆甾醇液晶为平面结构。
53．权利要求49所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质被限制在所说的平面方向，其胆甾醇液晶为锥形聚焦结构。
54．权利要求49所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质被限制在所说的平面方向，其胆甾醇液晶分子是任意取向的，从而确定了各向同性状态。
55．固态染料激光器组件，包括：
固态染料激光器，它包含的增益媒质实质上为固态，所掺的荧光染料适于发射预定光谱调谐范围内的光。
泵浦源，适于向增益媒质中发射第一频率和强度的光，以在所说的增益媒质中产生受激发射。
所说的增益媒质适于对所说的泵浦作相对运动。
56．一种固态染料激光器，适用于带有适于发射第一频率和强度的光的泵浦源的固态染料激光器组件，所述固态染料激光器包括：
带有增益媒质的聚合物材料主体的长带，所说的增益媒质实质上为固态，所掺的荧光染料适于发射预定光谱调谐范围内的光；
所说的增益媒质包含有聚合物胆甾醇液晶，它呈平面结构并冻结于特征波长；
所说的增益媒质适于对所说的泵浦作相对运动。
57．权利要求4所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质还包含许多依次叠置的双折射层；
所说的许多双折射层的每一层都有一个光轴；
所说的许多双折射层的每一层的所说光轴实质上都是平行的；
在所说的许多双折射层中每相邻的层间都有一光学各向同性层。
58．权利要求57所述的固态染料激光器，其中所说的许多双折射层的每一层和所说的各向同性层的厚度都是1/4波长，t=λ0/4，其中λ0为所说增益媒质的特征波长。
59．权利要求57所述的光偏振器，其中所说的许多双折射层至少有一个是掺有所说的荧光染料的。
60．权利要求4所述的固态染料激光器，其中所说的增益媒质还包含许多依次叠置的光学各向同性层；
所说的许多光学各向同性层的每一个有一个折射率；
在所说的许多光学各向同性层中相邻层的折射率是彼此不同的。
61．权利要求60所述的固态染料激光器，其中所说的许多光学各向同性层每个的厚度都是1/4波长，t=λ0/4，其中λ0为所说增益媒质的特征波长。
62．权利要求60所述的固态染料激光器，其中所说的许多光学各向同性层至少有一个是掺有所说的荧光染料的。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103986048A (zh) * 2014-05-06 2014-08-13 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种用于大能量固体染料激光器的增益介质
CN104810715A (zh) * 2015-04-02 2015-07-29 哈尔滨工程大学 一种大调谐范围染料掺杂胆甾相液晶激光器及其制备方法
CN106684693A (zh) * 2017-03-10 2017-05-17 武汉大学 一种提高激光增益介质稳定性的方法
CN109066285A (zh) * 2018-07-25 2018-12-21 合肥工业大学 宽范围连续可调的电控光泵浦液晶激光器件及其制备方法
CN109103739A (zh) * 2017-06-21 2018-12-28 中国科学院大连化学物理研究所 一种蓝光随机激光器

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020003827A1 (en) * 1998-05-01 2002-01-10 Genack Azriel Zelig Stop band laser apparatus and method
US6303056B1 (en) 1998-09-11 2001-10-16 Bunsen Fan Composite nonlinear optical film, method of producing the same and applications of the same
US6542524B2 (en) * 2000-03-03 2003-04-01 Charles Miyake Multiwavelength laser for illumination of photo-dynamic therapy drugs
US6839368B2 (en) * 2000-03-17 2005-01-04 Mrinal Thakur Dipolar organic materials producing highly efficient laser-like emission
US6678297B2 (en) * 2000-03-20 2004-01-13 Chiral Photonics, Inc. Chiral laser utilizing a quarter wave plate
US6498300B2 (en) * 2001-03-16 2002-12-24 Omega Patents, L.L.C. Electrical signal cable assembly including transparent insulating layers and associated methods
DE10156842A1 (de) * 2001-11-20 2003-05-28 Basf Ag Verstärkermedium für Festkörper-Farbstofflaser
DE60218211T2 (de) * 2001-11-21 2007-10-18 General Atomics, San Diego Laser mit einem verteilten verstärkungsmedium
US7142280B2 (en) * 2002-03-14 2006-11-28 Chiral Photonics Extended chiral defect structure apparatus and method
US7009679B2 (en) * 2002-03-14 2006-03-07 Chiral Photonics, Inc. Chiral boardband tuning apparatus and method
AU2002333756A1 (en) * 2002-08-29 2004-03-19 Basf Aktiengesellschaft Laser gain medium for solid state dye lasers
DE10243845B4 (de) * 2002-09-10 2009-01-15 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Verfahren zur Herstellung und zum Betreiben eines Feststoff-Polymer-Lasermediums
US20040108986A1 (en) * 2002-11-29 2004-06-10 Kopp Victor Il?Apos;Ich Chiral laser display apparatus and method
WO2004064297A2 (en) * 2003-01-09 2004-07-29 University Of Rochester Efficient room-temperature source of polarized single photons
DE102004038307B4 (de) * 2004-08-04 2006-08-03 Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Feststoff-Polymer-Lasermediums
JPWO2007029718A1 (ja) * 2005-09-06 2009-03-19 独立行政法人科学技術振興機構 有機色素固体レーザー
US20070091967A1 (en) * 2005-10-06 2007-04-26 Xiaoming Tao Laser emitting material, method for making the same and use thereof
DE102006001308B4 (de) * 2006-01-09 2009-01-29 Zylum Beteiligungsgesellschaft Mbh & Co. Patente Ii Kg Dauerstrich- und Ultrakurzplus-Polymerlaser
US7822091B2 (en) * 2008-07-14 2010-10-26 Lockheed Martin Corporation Inverted composite slab sandwich laser gain medium
ES2340566B1 (es) * 2008-09-05 2011-06-13 Consejo Superior De Investigaciones Cientificas (50%) Procedimiento para eliminar manchas pigmentarias y tatuajes en la piel mediante un sistema laser de colorante en estado solido.
ES2388801B1 (es) * 2009-12-16 2013-09-03 Consejo Superior Investigacion Laser de colorante en estado solido.
US8842949B2 (en) 2010-09-02 2014-09-23 Technische Universitat Darmstadt Single photon emission system
JP6021307B2 (ja) * 2011-09-06 2016-11-09 キヤノン株式会社 半導体レーザの劣化兆候検出装置及び半導体レーザの劣化兆候検出方法
GB201122158D0 (en) * 2011-12-22 2012-02-01 Ucl Business Plc Fluorescent composition
WO2014074136A1 (en) * 2012-11-08 2014-05-15 Massachusetts Institute Of Technology Continuous-wave organic dye lasers and methods
RU2516615C1 (ru) * 2012-11-14 2014-05-20 Юрий Васильевич Чжан Оптико-механический затвор (модулятор добротности) для импульсных лазеров с функцией коммутатора
US9997889B1 (en) * 2014-02-20 2018-06-12 Lockheed Martin Coherent Technologies, Inc. Threshold fluorescence detection for protection of laser systems
US11444427B2 (en) * 2015-11-16 2022-09-13 Kent State University Electrically tunable laser with cholesteric liquid crystal heliconical structure
US11303089B2 (en) * 2017-02-20 2022-04-12 The Regents Of The University Of California Physically operable and mechanically reconfigurable light sources
WO2018160595A2 (en) 2017-02-28 2018-09-07 The Regents Of The University Of California Optofluidic analyte detection systems using multi-mode interference waveguides
CN110262093B (zh) * 2019-06-14 2022-12-13 华南师范大学 激光检测装置、检测系统和激光检测方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3747021A (en) * 1969-07-18 1973-07-17 Us Navy Wide range continuously tunable thin film laser
US3771065A (en) * 1972-08-09 1973-11-06 Us Navy Tunable internal-feedback liquid crystal-dye laser
US4523319A (en) * 1983-05-10 1985-06-11 Brown University Laser tape systems
EP0736188B1 (en) * 1993-12-21 2002-09-18 Minnesota Mining And Manufacturing Company Reflective polarizer with brightness enhancement
FR2720395B1 (fr) * 1994-05-31 1996-06-28 Oreal Nouveaux composés de la famille des benzohétérocycles.
US5610932A (en) * 1995-01-25 1997-03-11 Physical Sciences, Inc. Solid state dye laser host

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103986048A (zh) * 2014-05-06 2014-08-13 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种用于大能量固体染料激光器的增益介质
CN103986048B (zh) * 2014-05-06 2017-01-04 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种用于大能量固体染料激光器增益介质的制作方法
CN104810715A (zh) * 2015-04-02 2015-07-29 哈尔滨工程大学 一种大调谐范围染料掺杂胆甾相液晶激光器及其制备方法
CN104810715B (zh) * 2015-04-02 2018-06-12 哈尔滨工程大学 一种大调谐范围染料掺杂胆甾相液晶激光器及其制备方法
CN106684693A (zh) * 2017-03-10 2017-05-17 武汉大学 一种提高激光增益介质稳定性的方法
CN109103739A (zh) * 2017-06-21 2018-12-28 中国科学院大连化学物理研究所 一种蓝光随机激光器
CN109066285A (zh) * 2018-07-25 2018-12-21 合肥工业大学 宽范围连续可调的电控光泵浦液晶激光器件及其制备方法
CN109066285B (zh) * 2018-07-25 2020-10-02 合肥工业大学 宽范围连续可调的电控光泵浦液晶激光器件及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO1999049543A1 (en) 1999-09-30
RU2239922C2 (ru) 2004-11-10
CA2324607A1 (en) 1999-09-30
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CA2324607C (en) 2003-09-23

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