[发明专利]一种基于图形化衬底的低阈值光泵浦随机激光器

说明书

本发明公开了一种基于图形化衬底的低阈值光泵浦随机激光器，首先制备一种具有图形化结构的衬底，然后在该图形化衬底上制备具有较强散射效应的激光增益材料，即构成所述低阈值光泵浦随机激光器。本发明采用的图形化衬底能够有效增强图形界面处光的散射效应，进而改变光在激光增益材料中的传播路径，使得部分耗散光经过图形化衬底的反射后能够重新进入增益材料内的闭合光回路中，提高该闭合光回路的光反馈（或增益），最终实现低阈值光泵浦随机激光输出。本发明提出的随机激光器结构简单，易于制备，且可以通过改变激光增益材料来实现激光波长的调控，在光学成像、投影、显示、医疗检测以及军事等领域具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于随机激光器技术领域，涉及一种随机激光器，特别涉及一种基于图形化衬底的低阈值光泵浦随机激光器。

背景技术

随机激光器(random laser)与传统激光器相比，不须制作两个特定的反射镜来形成谐振腔结构，而是利用光在激光增益材料中的散射效应自发地形成闭合光回路，光在这些闭合回路中不断传播并产生较大的光反馈或增益，最终实现随机激射。随机激光器制作工艺简单，成本低，且可以通过改变激光增益材料来实现激光波长的调控，使得其在光学成像、投影、显示、医疗检测以及军事等领域具有重要的应用价值。

光反馈分为两种类型，分别是相干反馈(coherent feedback)和非相干反馈(incoherent feedback)。根据光的反馈类型，随机激光器可以分为相干随机激光器和非相干随机激光器(D.S.Wiersma,The physics and applications of randomlasers.Nat.Phys.2008,4:359；H.Cao,et al.,Photon Statistics of Random Laserswith Resonant Feedback.Phys.Rev.Lett.2001,86:4524)。一般而言，相干与非相干随机激光器可以通过激光光谱来辨别：激光光谱带有许多尖锐发光峰的为相干随机激光器，激光光谱为光滑谱线的则为非相干激光器。相干或非相干随机激光取决于激光增益材料中光传播的平均自由程与增益材料散射长度之间的关系：如果增益材料散射长度大于光传播的平均自由程，而这个平均自由程又大于激光发射波长，那么得到的光反馈是非相干的，产生的随机激光也是非相干的；反之，如果光传播的平均自由程与激光发射波长相当，那么得到的光反馈是相干的，产生的随机激光也是相干的(G.E.Weng,et al.,Picosecond RandomLasing Based on Three-Photon Absorption in Organometallic HalideCH3NH3PbBr3Perovskite Thin Films.ACS Photon.2018,5:2951；C.T.Dominguez et al.,Three-photon excitation of an upconversion random laser in ZnO-on-Sinanostructured films.J.Opt.Soc.Am.B 2014,31:1975)。

目前，基于粉末、凝胶或薄膜激光增益材料的随机激光器主要采用的是表面平整的衬底，其随机激射阈值相对较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于图形化衬底的低阈值光泵浦随机激光器，该随机激光器具有制作工艺简单，成本低，且可以通过改变激光增益材料来实现激光波长的调控等优点。同时本发明还提供了所述随机激光器的具体应用。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种基于图形化衬底的低阈值光泵浦随机激光器，所述随机激光器结构包括图形化衬底和设置于所述衬底表面的具有高散射能力的激光增益材料；其中，所述图形化衬底具有周期性或非周期性图形结构；所述激光增益材料为氧化锌、氮化镓或卤素钙钛矿等高增益半导体材料，材料形态为粉末、凝胶或薄膜，材料颗粒尺寸为100纳米～10微米，材料厚度为2微米～500微米。