-Rh6G凝膠隨機(jī)激光器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光泵浦S12-RheG凝膠隨機(jī)激光器及其制備方法的設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]1968年，前蘇聯(lián)學(xué)者Letokhov首次提出了隨機(jī)增益介質(zhì)中存在光的受激放大現(xiàn)象，并通過(guò)求解擴(kuò)散方程計(jì)算其光學(xué)特性。然而，當(dāng)時(shí)人們卻普遍認(rèn)為隨機(jī)增益介質(zhì)中的多重散射不利于激光發(fā)射，因此在隨后的25年中，該理論一直未被重視。直到1994年，N.M.Lawandy等人用激光泵浦摻雜了 T12散射顆粒的Rh6G膠體溶液，觀測(cè)到隨機(jī)激光現(xiàn)象，Letokhov的開(kāi)創(chuàng)性理論才開(kāi)始得到人們的廣泛關(guān)注。隨機(jī)激光器是一種非傳統(tǒng)的激光器，它不需要常規(guī)的諧振腔，而是依靠光子在無(wú)序增益介質(zhì)中的多重散射來(lái)獲得光的增益效果。這種獨(dú)特的產(chǎn)生機(jī)制不僅讓它有了工程技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和理論研宄的誘人前景，而且在激光涂料、激光顯示、生物組織探測(cè)等眾多領(lǐng)域有巨大的潛在應(yīng)用。
[0003]近年來(lái)，各種新型的隨機(jī)激光器實(shí)驗(yàn)相繼被報(bào)道，這些實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新點(diǎn)主要是基于新型的散射機(jī)制與不同的發(fā)光材料，這些隨機(jī)激光器的發(fā)射閾值較高、效率較低且使用成本偏高。目前涉及S12凝膠隨機(jī)激光器的研宄還不是很多，特別是光泵浦S12-RheG凝膠隨機(jī)激光器還未見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中隨機(jī)激光器的發(fā)射閾值較高、效率較低且使用成本偏高的問(wèn)題，提出了一種光泵浦S12-RheG凝膠隨機(jī)激光器及其制備方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種光泵浦S12-RheG凝膠隨機(jī)激光器，包括泵浦光源、螺旋衰減片、聚焦凸透鏡以及S12-RheG凝膠材料；泵浦光源的出射光經(jīng)過(guò)螺旋衰減片后再經(jīng)過(guò)聚焦凸透鏡，使其匯聚為一個(gè)聚焦光束，然后聚焦光束垂直入射到S12-RheG凝膠材料表面，再經(jīng)S12-RheG凝膠材料的多重散射和增益，最終得到隨機(jī)激光器的發(fā)射光譜。
[0006]優(yōu)選地，隨機(jī)激光器還包括反射鏡，反射鏡位于聚焦凸透鏡和S12-RheG凝膠材料之間，用于調(diào)整聚焦光束的方向。
[0007]優(yōu)選地，泵浦光源為脈沖激光器，其出射光為波長(zhǎng)為532nm的綠色激光；所述螺旋衰減片的衰減率根據(jù)泵浦光源的能量選擇為10%?90%，聚焦凸透鏡的焦距為200mm?800mm，反射鏡為鍍銀的全反射鏡。
[0008]優(yōu)選地，Si02-Rh6G凝膠材料為具有發(fā)射隨機(jī)激光特性的摻Rh6G多孔S1jI膠材料，作為散射介質(zhì)的材料，Si02-Rh6G凝膠材料的孔徑大小為300nm?900nm。
[0009]優(yōu)選地，隨機(jī)激光器的發(fā)射光譜由光纖光譜儀進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)方向?yàn)榕cSi02-Rh6G凝膠材料表面呈60度的環(huán)面上隨機(jī)選取一個(gè)固定的方向，光纖光譜儀與計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)采集線連接。
[0010]本發(fā)明還提供了一種光泵浦S12-RheG凝膠隨機(jī)激光器的使用方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0011]S1、將泵浦光源的出射光經(jīng)過(guò)螺旋衰減片，使其能量衰減至0.2mJ?0.9mJ ；
[0012]S2、將能量衰減后的泵浦光通過(guò)聚焦凸透鏡，使其匯聚為一個(gè)聚焦光束；
[0013]S3、將Si02-Rh6G凝膠材料置于聚焦光束焦點(diǎn)處，使泵浦光垂直入射到Si02_Rh6G凝膠材料表面。
[0014]本發(fā)明還提供了一種S12-RheG凝膠材料的制備方法，包括以下步驟:
[0015]Al、常溫下，將有機(jī)硅烷溶于有機(jī)溶劑，并緩慢滴入稀酸，然后置于磁力攪拌器上攪拌，使有機(jī)硅烷和有機(jī)溶劑反應(yīng)徹底，即得水溶膠；所述有機(jī)硅烷、有機(jī)溶劑與稀酸的體積比為(16?20): (30?50): (0.2?0.3);所述稀酸的濃度為0.01mol/L?0.lmol/L ；
[0016]A2、常溫下，將Rh6G粉末溶于有機(jī)溶劑中，得到質(zhì)量濃度為0.001g/ml?0.008g/ml的Rh6G溶液；
[0017]A3、常溫下，將Rh6G溶液與攪拌后的水溶膠混合，再緩慢滴加氨水；滴加完畢后靜置老化24小時(shí)?48小時(shí)，即得Si02-Rh6G凝膠；所述Rh6G溶液、水溶膠、氨水的體積比為(6 ?12): (50 ?60): (0.1 ?0.2)。
[0018]進(jìn)一步地，步驟Al中有機(jī)硅烷為硅酸四乙酯、正硅酸甲酯、甲基三甲氧基硅烷、多聚硅氧烷中的一種；有機(jī)溶劑為無(wú)水甲醇、無(wú)水乙醇、丙醇中的一種；稀酸為稀鹽酸、稀硫酸、草酸、檸檬酸中的一種。
[0019]進(jìn)一步地，步驟A2中有機(jī)溶劑為無(wú)水乙醇、無(wú)水甲醇、N，N_ 二甲基甲酰胺中的一種。
[0020]進(jìn)一步地，步驟A3中氨水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%?50%。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明利用性能優(yōu)良且價(jià)格相對(duì)較低的Si02-Rh6G凝膠材料作為隨機(jī)激光器的無(wú)序散射介質(zhì)，利用S12-RheG凝膠材料具有連續(xù)無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和有利于光子多重散射和增益的納米尺度顆粒及空隙分布的特性，使其在波長(zhǎng)為532nm脈沖激光器激發(fā)下，由光子的安德森局域化特性形成激光震蕩諧振腔，從而產(chǎn)生可見(jiàn)光波段的隨機(jī)激光發(fā)射光譜。本發(fā)明有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)中隨機(jī)激光器的發(fā)射閾值較高、效率較低且使用成本偏高的問(wèn)題，在科學(xué)研宄及工業(yè)生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的光泵浦Si02-Rh6G凝膠隨機(jī)激光器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為光泵浦Si02-Rh6G凝膠材料隨機(jī)激光器的光致發(fā)射譜曲線圖。
[0024]圖3為本發(fā)明提供的光泵浦Si02-Rh6G凝膠隨機(jī)激光器的使用方法流程圖。
[0025]圖4為本發(fā)明提供的光泵浦Si02-Rh6G凝膠材料的制備方法流程圖。
[0026]附圖標(biāo)記說(shuō)明:1 一泵浦光源、2—螺旋衰減片、3 —聚焦凸透鏡、4一反射鏡、5—Si02-Rh6G凝膠材料、6—光纖光譜儀、7—計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0028]Rh6G即為羅丹明6G，又名玫瑰紅6G、羅丹明590或黃光堿性蕊香紅；其性狀為紅色或黃棕色粉末，溶于水呈猩紅色帶綠色熒光，溶于醇呈紅色帶黃色熒光或黃紅色帶綠色熒光，可作為吸附指示劑或生物染色劑。
[0029]本發(fā)明提供了一種光泵浦Si02-Rh6G凝膠隨機(jī)激光器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括泵浦光源1、螺旋衰減片2、聚焦凸透鏡3以及S12-RheG凝膠材料5 ;泵浦光源I的出射光經(jīng)過(guò)螺旋衰減片2后再經(jīng)過(guò)聚焦凸透鏡3，使其匯聚為一個(gè)聚焦光束，然后聚焦光束垂直入射到Si02-Rh6G凝膠材料5表面，再經(jīng)Si02-Rh6G凝膠材料5的多重散射和增益，最終得到隨機(jī)激光器的發(fā)射光譜。
[0030]其中，泵浦光源I為脈沖激光器，其出射光為波長(zhǎng)為532nm的綠色激光，該激光器的出射能量較大。
[0031]為了避免熱效應(yīng)對(duì)S12-RheG凝膠材料5的損壞及熱效應(yīng)可能導(dǎo)致的發(fā)光猝滅現(xiàn)象，將泵浦光源I的出射光經(jīng)過(guò)螺旋衰減片2，使其能量降低至0.2mJ?0.9mJ。螺旋衰減片2的衰減率根據(jù)泵浦光源I的能量選擇為10%?90%。
[0032]聚焦凸透鏡3用于增強(qiáng)經(jīng)能量衰減后的泵浦光的強(qiáng)度，并將其匯聚成一個(gè)聚焦光束。根據(jù)能量衰減后的泵浦光的光斑大小，聚焦凸透鏡3的焦距選擇為200mm?800mm，本實(shí)施例中聚焦凸透鏡3的焦距優(yōu)選為500mm。
[0033]Si02-Rh6G凝膠材料5為具有發(fā)射隨機(jī)激光特性的摻Rh6G多孔3102凝膠材料，作為散射介質(zhì)的材料，其孔徑大小為300nm?900nm。Si02-Rh6G凝膠材料5具有連續(xù)無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和有利于光子多重散射和增益的納米尺度顆粒及空隙分布的特性，為光子的多重散射和增益創(chuàng)造了有利的條件，從而提高了隨機(jī)激光的強(qiáng)度并降低了泵浦閾值。同時(shí)，由于凝膠特殊的結(jié)構(gòu)使其還具有防火、隔音、透光等眾多功能，并且它的制作工藝簡(jiǎn)單、成本低，使它在熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、粒子探測(cè)方面有廣闊的應(yīng)用前景。在本發(fā)明中，Si02-Rh6G凝膠材料5在脈沖激光器激發(fā)下，由光子的安德森局域化特性形成激光震蕩諧振腔，從而產(chǎn)生可見(jiàn)光波段的隨機(jī)激光發(fā)射光譜。
[0034]光泵浦Si02-Rh6G凝膠材料隨機(jī)激光器的光致發(fā)射譜如圖2所示，其中在波長(zhǎng)560nm?580nm的可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)可觀測(cè)到兩個(gè)具有隨機(jī)激光特性的全峰半寬3nm以下的窄線寬發(fā)射峰，因此光泵浦Si02-Rh6G凝膠材料隨機(jī)激光器的發(fā)射光譜波段為560nm?580nm。光泵浦Si02-Rh6G凝膠材料隨機(jī)激光器的發(fā)射光譜由光纖光譜儀6進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)方向?yàn)榕cSi02-Rh6G凝膠材料5表面呈60度的環(huán)面上隨機(jī)選取一個(gè)固定的方向，光纖光譜儀6與計(jì)算機(jī)7通過(guò)數(shù)據(jù)采集線連接。
[0035]為方便觀測(cè)，可在聚焦凸透鏡3和Si02-Rh6G凝膠材料5之間設(shè)置一個(gè)反射鏡4來(lái)調(diào)整聚焦光束的方向。在本實(shí)施例中，反射鏡4為鍍銀的全反射鏡，將聚焦凸透鏡3匯聚的聚焦光束進(jìn)行反射，使其入射方向轉(zhuǎn)變90度并垂直入射到Si02-Rh6G凝膠材料5表面。
[0036]本發(fā)明還提供了一種光泵浦Si02-Rh6G凝膠隨機(jī)激光器的使用方法，如圖3所示，包括以下步驟:
[0037]S1、將泵浦光源I的出射光經(jīng)過(guò)螺旋衰減片2，使其能量衰減至0.2mJ?0.9mJ ；
[0038]S2、將能量衰減后的泵浦光通過(guò)聚焦凸透鏡3，使其匯聚為一個(gè)聚焦光束；
[0039]S3、將Si02-Rh6G凝膠材料5置于聚焦光束焦點(diǎn)處，使泵浦光垂直入射到Si02-Rh6G凝膠材料5表面。
[0040]為方便觀測(cè)，可在聚焦凸透鏡3和Si02_Rh6G凝膠材料5之間設(shè)置一個(gè)反射鏡4來(lái)調(diào)整聚焦光束的方向。
[0041]需要指出的是，通過(guò)選擇不同衰減率的螺旋衰減片2，可以改變泵浦光的輸出能量，進(jìn)而