一種光纖光流體染料激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光纖光流體染料激光器，包括泵浦光源，在所述泵浦光源光束出射方向設有依次連接的泵浦光纖、第一反射鏡、染料空芯光纖和第二反射鏡，所述第一反射鏡、染料空芯光纖和第二反射鏡所形成的封閉空間中設置有染料作為激光增益介質(zhì)，所述的泵浦光纖和所述的第一反射鏡之間還設置有用于調(diào)節(jié)泵浦光束波前相位的光束整形器件。本發(fā)明的一種光纖光流體染料激光器，具有現(xiàn)有光流控激光器現(xiàn)有優(yōu)點，同時具有系統(tǒng)結(jié)構簡單、小型化程度高、制備工藝簡單、軸對稱式光泵浦、泵浦光能利用率高，使用范圍廣，光束質(zhì)量好、輸出光束模式可控、使用靈活等特點。
【專利說明】一種光纖光流體染料激光器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光學【技術領域】，涉及一種激光器，特別是一種光纖光流體染料激光器，主要用于激光測量、激光加工、激光打標、激光焊接、激光制導、激光醫(yī)學、光譜技術、光纖通訊、無線光通信、光學微操縱、光學顯微、光與物質(zhì)相互作用等領域中作為激光光源。
【背景技術】
[0002]激光器是利用受激輻射原理使光在某些受激發(fā)的物質(zhì)中放大或振蕩發(fā)射的器件。目前，已經(jīng)存在許多種激光器，常見的有氣體激光器、固體激光器、液體激光器、半導體激光器。各種激光器的工作原理基本相同，產(chǎn)生激光的必不可少的條件是粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)和增益大過損耗，所以裝置中必不可少的組成部分有激勵源、具有亞穩(wěn)態(tài)能級的工作介質(zhì)兩個部分。激勵是工作介質(zhì)吸收外來能量后激發(fā)到激發(fā)態(tài)，為實現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件。工作介質(zhì)具有亞穩(wěn)能級是使受激輻射占主導地位，從而實現(xiàn)光放大。激光器中常見的組成部分還有諧振腔，它可以很好地縮短工作物質(zhì)的長度，還能通過改變諧振腔長度來調(diào)節(jié)所產(chǎn)生激光的模式。
[0003]近些年來微流控技術得到很大的發(fā)展，將微流控技術和光學結(jié)合，形成了新興學科光流控(Optofluidics)。而染料作為很好的激光增益介質(zhì)，具有閾值低，波長調(diào)節(jié)范圍廣，基本覆蓋整個可見光區(qū)域，利用倍頻技術還可以延伸至紫外和紅外區(qū)域。光纖和波導的制作工藝也得到空前的發(fā)展，光纖的應用也越來越廣，將光纖應用到激光器領域的技術也日趨成熟。
[0004]在先技術中，存在基于光流控技術的染料激光光源，參見一個美國專利，美國專利名稱:Mechanically tunable elastomeric optofluidic distributed feedback dye laser,專利號:US7，817，698，B2。該激光器具有相當?shù)膬?yōu)點，但是，仍然存在一些本質(zhì)不足:1)系統(tǒng)采用光學光柵形成反饋，在三維光波導中構建光學光柵，形成分布式反饋系統(tǒng)，進而形成光學諧振腔，且均為微觀結(jié)構，這樣從本質(zhì)上使得系統(tǒng)對制備工藝要求很高，制備激光器的工序復雜，難度大，整個系統(tǒng)復雜；2)在先技術中的泵浦方式為旁軸非對稱式泵浦，泵浦光束側(cè)面照射到光增益區(qū)域，及含有染料分子的區(qū)域，影響泵浦效應的均勻性，整個受激輻射系統(tǒng)具有了非對稱性，影響激光器輸出光束質(zhì)量，同時，泵浦光能利用率低；3)系統(tǒng)中的光學微結(jié)構一旦形成則無法更改，光學諧振腔結(jié)構不可調(diào)節(jié)，這樣，導致激光器輸出光束的模式不可調(diào)節(jié)，影響了光源使用范圍和應用靈活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中存在的技術問題提出了一種光纖光流體染料激光器，具體方案如下:
[0006]一種光纖光流體染料激光器，包括泵浦光源，在所述泵浦光源光束出射方向設有依次連接的泵浦光纖、第一反射鏡、染料空芯光纖和第二反射鏡，所述第一反射鏡、染料空芯光纖和第二反射鏡所形成的封閉空間中設置有染料作為激光增益介質(zhì)，所述的泵浦光纖和所述的第一反射鏡之間還設置有用于調(diào)節(jié)泵浦光束波前相位的光束整形器件。
[0007]本發(fā)明的基本構思是:基于波前相位調(diào)控聚焦光場分布機理，將染料與光纖結(jié)合，染料激光增益介質(zhì)位于染料空芯光纖中，利用光纖兩端反射對染料進行反復多次的同軸泵浦，最終得到激光的輸出。為了得到不同模式的激光，可以通過調(diào)節(jié)泵浦光束的波前相位來實現(xiàn)。具體工作過程如下:泵浦光源出射泵浦光束，入射泵浦光束以一定角度入射進泵浦光纖，到達光束整形器件，并通過光束整形器件對泵浦光束的波前相位進行調(diào)節(jié)后進入由第一反射鏡、染料空芯光纖和第二反射鏡所構成的諧振腔，諧振腔中設置有染料作為激光增益介質(zhì)；至此，泵浦光束進入諧振腔后在第一反射鏡和第二反射鏡上發(fā)生發(fā)射，染料空芯光纖的染料受到泵浦光激發(fā)發(fā)射熒光，在第一反射鏡和第二反射鏡形成的激光諧振腔之間往復傳播，產(chǎn)生共振，然后形成穩(wěn)定光學模式，從第二反射鏡出射，得到穩(wěn)定的輸出激光光束。當需要調(diào)整激光的模式時，調(diào)節(jié)光束整形器件，使得進入諧振腔之前的泵浦光束的波前相位得到調(diào)整，從而實現(xiàn)對受激激光的模式控制。
[0008]作為優(yōu)選，所述的光束整形器件包括沿泵浦光束行進方向設置的準直透鏡、相位調(diào)節(jié)器和會聚透鏡。泵浦光源出射光束經(jīng)耦合進入泵浦光纖，達到光束整形器件的準直透鏡的前焦面，經(jīng)過準直鏡的準直作用使與光軸平行，然后經(jīng)相位調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)泵浦光束的波前相位分布，進而優(yōu)化泵浦光斑，使泵浦光斑由橢圓趨于圓形后照射到會聚物鏡，經(jīng)會聚物鏡會聚后進入染料區(qū)。
[0009]作為優(yōu)選，所述的相位調(diào)節(jié)器為相位片、液晶空間光相位調(diào)制器、微納結(jié)構相位光調(diào)制器、光纖相位調(diào)制器的一種。
[0010]作為優(yōu)選,所述的第一反射鏡為對泵浦光束透射率大于80%，對于激光反射率大于90%的反射鏡。第一反射鏡針對泵浦光束的透射率大于80%，設置的目的在于:一方面，使更多泵浦光束進入諧振腔，維持粒子束反轉(zhuǎn)條件；另一方面，作為諧振腔一部分的第一反射鏡同樣需要具備反射受激光束的功能，從而為受激光束在諧振腔內(nèi)震蕩提供條件。同樣，作為激光出射窗的第二反射鏡在為諧振腔提供受激光束震蕩條件的同時需要滿足受激光束增益到一定程度后從第二反射鏡出射的功能，所以第二反射鏡需要有一定的透過率，從而第二反射鏡針對激光反射率設為90%。
[0011]作為優(yōu)選，所述的泵浦光纖為單模光纖、多模光纖、光子晶體光纖、漸變光纖、液芯光纖的一種。
[0012]本發(fā)明不僅具有現(xiàn)有光流控激光器現(xiàn)有優(yōu)點，同時具有系統(tǒng)結(jié)構簡單、小型化程度高、制備工藝簡單、軸對稱式光泵浦、泵浦光能利用率高，使用范圍廣，光束質(zhì)量好、輸出光束模式可控、使用靈活等特點。
[0013]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點:
[0014]I)在先技術中可以采用集成電路領域中的光刻機進行微納器件加工，但是制作過程步驟多、工藝復雜；制作作用裝置復雜，價格昂貴，并且對環(huán)境要求高；利用激光直接技術同樣存在制備系統(tǒng)構建具有相當難度，并且對光機機構要求高，本發(fā)明利用光致固化原理，將焦點區(qū)域光強調(diào)控技術和光流控技術相結(jié)合，加工過程步驟少工藝簡單，便于實現(xiàn)，制作裝置簡單，成本低，便于使用和推廣，并且對環(huán)境和結(jié)構要求低。
[0015]2)在先存在的光刻機技術中微納結(jié)構掩膜版是固定的，當所需要加工圖形不同時，需要對應的掩膜版進行替換，不能動態(tài)實時調(diào)整；激光直寫技術同樣存在所加工微納器件的形狀受限制，不能靈活加工任意形狀微納器件。本發(fā)明可以通過對入射光束進行調(diào)制產(chǎn)生各種所需微納器件形狀，并且可實現(xiàn)動態(tài)調(diào)控，所以發(fā)明裝置可以加工不同形狀微納器件，并能夠進行不同微納器件動態(tài)實時調(diào)整，拓展了加工靈活性。
[0016]3)另外，本發(fā)明可以利用光流控技術，加工成型的微納器件在流體帶動下自動進入下一個流程，因此，便于微納器件進行后續(xù)自組裝處理，可以實現(xiàn)液體環(huán)境中微納器件加工制備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實施例的一種光纖光流體染料激光器的結(jié)構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0019]如圖1所示為本發(fā)明實施例的一種光纖光流體染料激光器結(jié)構示意圖，其為旋轉(zhuǎn)軸對稱結(jié)構，在入射泵浦光束的光路上同光軸依次設置有泵浦光源1、泵浦光纖2、光束整形器件3、第一反射鏡7、染料空芯光纖8、第二反射鏡9 ;第一反射鏡7、染料空芯光纖8和第二反射鏡9構成諧振腔，諧振腔內(nèi)設置有作為激光增益介質(zhì)的染料；光束整形器件3在泵浦光束傳播方向上依次設置有準直透鏡4、相位調(diào)節(jié)器5和會聚透鏡6，準直透鏡4將泵浦光纖2出射光束進行準直，準直泵浦光束經(jīng)過相位調(diào)節(jié)器5進行波前相位調(diào)控后出射，并在出射光束光路上設置有會聚透鏡6，會聚透鏡6將波前相位調(diào)控的泵浦光束進行聚焦，聚焦焦點區(qū)域位于染料空芯光纖8的染料增益區(qū)域。
[0020]本發(fā)明裝置的工作過程為:泵浦光源I出射泵浦光束并通過泵浦光纖2進入系統(tǒng)，然后經(jīng)過光束整形器件3中的準直透鏡4形成準直泵浦光束，準直泵浦光束經(jīng)過相位調(diào)節(jié)器5進行波前相位調(diào)控后出射，出射光束光路上設置有會聚透鏡6，會聚透鏡6將波前相位調(diào)控后的泵浦光束進行聚焦，聚焦焦點區(qū)域位于染料空芯光纖8的染料增益區(qū)域。染料空芯光纖8的染料受到泵浦光激發(fā)發(fā)射熒光，在第一反射鏡7和第二反射鏡9之間往復傳播，產(chǎn)生共振，然后形成穩(wěn)定光學模式，從第二反射鏡9出射,得到穩(wěn)定的輸出激光光束10。當需要調(diào)整輸出激光的模式時，可以通過改變光束整形器件3中的相位調(diào)節(jié)器5使得泵浦光束的波前相位得到調(diào)整，從而實現(xiàn)出射激光的模式控制。
[0021]本發(fā)明裝置中染料分子及其使用、波前相位調(diào)控技術、矢量光場聚焦原理、光纖光波導器件制作與集成均是成熟技術。本發(fā)明的創(chuàng)新點在于基于波前相位調(diào)控聚焦光場分布機理，將染料與光纖結(jié)合，染料激光增益介質(zhì)位于空心光纖中，提供一種具有現(xiàn)有光流控激光器現(xiàn)有優(yōu)點，同時具有系統(tǒng)結(jié)構簡單、小型化程度高、制備工藝簡單、軸對稱式光泵浦、泵浦光能利用率高，使用范圍廣，光束質(zhì)量好、輸出光束模式可控、使用靈活等特點的光纖光流體染料激光器。
[0022]以上所述的【具體實施方式】對本發(fā)明的技術方案和有益效果進行了詳細說明，應理解的是以上所述僅為本發(fā)明的最優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補充和等同替換等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種光纖光流體染料激光器，包括泵浦光源，在所述泵浦光源光束出射方向設有依次連接的泵浦光纖、第一反射鏡、染料空芯光纖和第二反射鏡，所述第一反射鏡、染料空芯光纖和第二反射鏡所形成的封閉空間中設置有染料作為激光增益介質(zhì)，其特征在于，所述的泵浦光纖和所述的第一反射鏡之間還設置有用于調(diào)節(jié)泵浦光束波前相位的光束整形器件。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖光流體染料激光器，其特征在于，所述的光束整形器件包括沿泵浦光束行進方向設置的準直透鏡、相位調(diào)節(jié)器和會聚透鏡。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種光纖光流體染料激光器，其特征在于，所述的相位調(diào)節(jié)器為相位片、液晶空間相位光調(diào)制器、微納結(jié)構相位光調(diào)制器、光纖相位調(diào)制器的一種。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖光流體染料激光器，其特征在于，所述的第一反射鏡為對泵浦光束透射率大于80%，對于激光反射率大于90%的反射鏡。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖光流體染料激光器，其特征在于，所述的泵浦光纖為單模光纖、多模光纖、光子晶體光纖、漸變光纖、液芯光纖的一種。
【文檔編號】H01S3/20GK104037614SQ201410263654
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權日:2014年6月9日
【發(fā)明者】姜利平, 李楠, 張宇, 高秀敏 申請人:高秀敏