[发明专利]一种多波长液滴激光器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种激光器，具体地说是一种多波长激光器。

背景技术

液体激光器的工作物质分为二类:一类为有机化合物液体,另一类为无机化合物液体。其中,染料激光器是有机液体激光器的典型代表。染料激光器的波长覆盖范围为紫外到近红外波段(300nm～1.3μm),通过混频等技术还可将波长范围扩展至真空紫外到中红外波段。激光波长连续可调谐是染料激光器最重要的输出特性。染料激光器的特点是结构简单、价格低廉，并且主要应用于科学研究、医学等领域,如激光光谱学、光化学、同位素分离、光生物学等方面。

液体染料激光器的缺点是液体的流动性以及难以固定的特性使其设计和结构复杂、笨重,成本高且易泄漏,对环境和工作人员造成污染和伤害。本发明中使用的是掺有激光染料的液滴作为激光产生的物质，液滴本身作为激光器中的谐振腔，其结构等同微球谐振腔。微球谐振腔腔的实验研究发展是随着微球腔的相关理论和各种微球制作工艺的发展逐步开展起来的,1946年Purcell研究发现光学微腔内共振时真空场模式密度的增加将使得腔内原子的自发辐射几率远超过自由空间的值(Spontaneous emission probabilities at radio frequencies[J].Phys.Rev.,1946,69:681)。1961年美国贝尔电话实验室的Garrett等首次证明微球形谐振腔可以用作激光谐振腔,并在晶体微球中观察到了脉冲激光产生和微球回音壁模式荧光发射振荡现象(Stimulated emission into optical whispering modes of spheres[J].Phys.Rev.,1961,124(6):1807～1809)。

传统的激光是在电流或其它激光的激活下使发光物质放出光,放出的光被镜面反射再通过该物质以产生更多的光,从而导致激光出现。而在微球激光中这一光放大过程被置于两条光纤的锥形末端的微球取代。让光从一根光纤的末端射入微球,在微球内以WGM传播。光不断地进入微球,球内的光强不断增加,直到光强达到一定程度,光从球内逸出,并被第二根光纤探测到。通过这一途径,一个非常弱的信号在由光纤送入微球后,能够被增强很多倍。显然,这种方法不仅减小了设备的体积,同时极大地降低了其对激励能量的要求。实验表明,这种激光器对能量需求通常低于喇曼激光器的0.1％。这种方法也得到迅速推广，目前，含有不同掺杂物的极低阈值的微球激光器已由多人实现，使用的均为研磨或者烧融方式制得的固体微球，而微球腔激光器对微球谐振腔的表面光滑度和对称性要求极高，因此具有液体表面张力而形成的液体微球具有突出的优点。

1986年，钱士雄等人报道了在球形液滴中实现了低阈值的激光器(Lasing droplet:high-lighting the liquid-air interface by laser emission[J].Science,1986,231:486–488)，其中使用机械振动的方法控制染料溶液的液滴下落，使用激发光照射小球的下落轨迹区域，观察到了液体微球输出激光。这种方法的缺点在于机械振动使得液滴具有不稳定性，难以实现稳定的激光输出。液滴难控制是长时间以来限制液滴激光器发展的一个重要因素。因此本发明中使用了光纤光镊技术，使用相对放置的平端面光纤形成的光阱来捕获多个液滴，大大增强了液滴谐振腔的稳定性。

我们要设计的是结合光捕获的一种多波长液滴激光器。2012年佘江波等人设计了一种微珠浸没式液体激光器及其热管理方法(CN102868082A)，其方法是将激光性能优良的稀土掺杂固体激光增益介质经过光学加工获得微珠，将微珠固定在荧光流动池中并完全浸没在匹配液中。该技术方案使用的是无机化合物作为工作物质，本发明是使用无机化合物液体掺杂在匹配液微小液滴中。2009年黄少华设计了一种多波长激光器及其制备方法及应用(CN101404384A)使用的是分布反馈式Bragg光栅构建的半导体激光器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种尺寸小、操控力强、结构稳定、Q值高且输出阈值低的多波长液滴激光器。

本发明的目的是这样实现的：