[发明专利]一种掺杂磁性纳米粒子的开关可控的液体随机激光器

说明书

技术领域

本发明涉及液体随机激光器领域，尤其是一种掺杂磁性纳米粒子的开关可控的液体随机激光器。

背景技术

近年来，随机激光已经成为国际激光学界的热门研究领域。随机激光器不同于传统的激光器，它通过辐射光在无序增益介质中的多重散射得到光学反馈，从而得到光放大。迄今为止，研究人员已经陆续在半导体、激光晶体粉末、掺杂纳米粒子的染料溶液及聚合物薄膜、光子晶体、液晶、生物组织等无序增益介质中观察到了辐射谱线变窄，强度增大，具有明显阈值的随机激光现象。

掺杂纳米粒子的随机激光器其反馈机制来自于纳米粒子的多重散射，可通过改变掺杂纳米粒子的浓度控制体系的散射强度。现有技术的随机激光器中的纳米散射粒子有SiO2、TiO2、Al2O3、Au、Ag等，这类纳米粒子的掺杂浓度不易在随机激光工作的时候进行实时改变，难以实现实时开关调控。

同时，现有技术中的开关可控的随机激光器主要为电场或磁场调控的液晶随机激光器，液晶随机激光器在工作中极容易受外界温度影响，工作状态很不稳定。

设计一种工作状态稳定，轻易实现开关调控的随机激光器，成为了本领域的重要研究方向。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种掺杂磁性纳米粒子的开关可控的液体随机激光器，通过外加磁场引起溶液中磁性散射粒子的定向移动，从而控制泵浦区域的散射强度，实现随机激光的开关。

技术方案：一种掺杂磁性纳米粒子的开关可控的液体随机激光器，包括封闭容器、激光染料溶液、散射粒子、聚焦透镜和光泵浦装置；

聚焦透镜位于封闭容器和光泵浦装置之间；激光染料溶液和散射粒子置于封闭容器中；其特征在于，包括一组磁性元件；所述散射粒子为磁性纳米粒子；

初始状态下，所述磁性纳米粒子置于封闭容器中，均匀分布在激光染料溶液中；

一组磁性元件分别置于密封容器相对的两侧，与轴心位于同一平面；每个磁性元件分别设有开关。

封闭容器的材料在泵浦光波段和染料出射波段透明。

激光染料溶液中染料的浓度为1.0×10^-5mol/L～1.0×10^-2mol/L；所述磁性纳米粒子在激光染料溶液中的掺杂浓度为1.0×10¹¹/cm³～1.0×10¹⁴/cm³。

一组磁性元件为两个完全相同的铁芯螺旋线圈，铁芯螺旋线圈控制简单，产生的磁场稳定度高。

有益效果：

（1）选用磁性纳米粒子，可在工作时通过控制外加磁场改变散射区域粒子浓度，方便的改变泵浦区域的散射强度，从而改变随机增益介质中的光学反馈强度，达到开关目的，达到开关目的；

（2）相对现有技术，工作状态稳定，不易受环境温度影响；

（2）装置结构简单，更容易集成，可轻易实现控制，使应用范围更广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，一种掺杂磁性纳米粒子的开关可控的液体随机激光器，包括封闭容器1、激光染料溶液2、散射粒子3、一组磁性元件4、聚焦透镜5和光泵浦装置6；

聚焦透镜5位于封闭容器1和光泵浦装置6之间；激光染料溶液2和磁性纳米粒子置于封闭容器1中；

初始状态下磁性纳米粒子均匀分布在激光染料溶液2中；

本实例中，一组磁性元件4为两个完全相同的铁芯螺旋线圈，分别置于密封容器1相对的两侧，两个磁性元件4与轴心L位于同一平面，每个磁性元件4与密封容器1轴心L的距离相等，每个磁性元件4分别设有开关。需要指出的，磁性元件不仅限于铁芯螺旋线圈，能是实现磁场开关功能的磁性元件即可。

封闭容器1的材料在泵浦光波段和染料出射波段透明，本实例中选用石英作为原材料，应当指出，该材料可以是满足条件的任何材料，不仅限于石英。

磁性纳米粒子为介电体纳米粒子中内嵌磁核的结构。本实例中，优选的磁性纳米粒子为Fe3O4@SiO2（四氧化三铁核-二氧化硅壳）结构的纳米粒子，Fe3O4核的直径为10～100nm，SiO2壳厚为100～700nm。