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      可調(diào)諧液體微球激光器的制造方法

      文檔序號(hào):9276059閱讀:947來源:國(guó)知局
      可調(diào)諧液體微球激光器的制造方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及的是一種激光器,具體地說是一種具有穩(wěn)定輸出的可調(diào)諧液體微球激光器。
      【背景技術(shù)】
      [0002]微球激光是基于回音壁模式(Whispering Gallery Modem, WGM)的微腔激光。WGM具有長(zhǎng)相干長(zhǎng)度,窄光譜線寬,低閾值、高轉(zhuǎn)化效率、高速調(diào)制等特點(diǎn),基于WGM院里的微球激光具有極高的品質(zhì)因子(Q值)和極小的模式體積以及非常寬的頻段覆蓋能力。早在1961年C.G.B.Garrett等人把二價(jià)Sm離子摻入CaF2晶體中,再將其研磨成直徑I?2毫米的球形,在閃光燈激發(fā)下,觀察到了受激發(fā)射光,這便是最早的微球激光器。其后,隨著耦合理論的發(fā)展以及各種耦合器件的產(chǎn)生,球形微腔在許多領(lǐng)域中得到了廣泛的研宄與發(fā)展。
      [0003]早期的回音壁模式的實(shí)驗(yàn)研宄主要在微波波段,直到20世紀(jì)70年代,激光光譜技術(shù)的發(fā)展,將回音壁模式的研宄擴(kuò)展到了光學(xué)波段。1989年,俄國(guó)的Braginsky等人通過燒融玻璃光纖,在實(shí)驗(yàn)中成功的制備出穩(wěn)定的固態(tài)玻璃微球腔(Quality-factorand nonlinear properties of optical whispering-galIery modes.PhysLettA, 1989,137:393 - 397),并證明直徑150微米的球腔中Q值高達(dá)108。其相對(duì)簡(jiǎn)單的制備方法和穩(wěn)定性,迅速得到推廣,大量的實(shí)驗(yàn)研宄小組投入到回音壁模式的研宄領(lǐng)域中。目前,含有不同摻雜物的極低閾值的固體微球激光器已由多人實(shí)現(xiàn)。但是,使用研磨或者燒融方式制得的固體微球,其表面粗糙度都無法與由于液體表面張力而形成的液體微球相比,因此,液體微球具有更加突出的優(yōu)點(diǎn)。
      [0004]實(shí)際上,液體微球激光器的研宄工作相比固體微球激光器要早許多年。1977年,Ashkin等人在操控微小球形水滴的光鑷實(shí)驗(yàn)中首次觀測(cè)到回音壁模式造成的輻射壓力增強(qiáng)效應(yīng),耶魯大學(xué)的Chang教授研宄小組則于1980年在摻雜染料的聚合物微球的熒光光譜中直接觀測(cè)了高Q值回音壁模式對(duì)應(yīng)的諧振峰。1986年,復(fù)旦大學(xué)的錢士雄在訪問耶魯大學(xué)期間,在球形液滴中實(shí)現(xiàn)了低閾值的激光器(Lasing droplet:high-lighting theliquid-air interface by laser emiss1n.Science, 1986,231:486 - 488),其中使用機(jī)械振動(dòng)的方法控制染料溶液的液滴體積,使用激發(fā)光照射小球的下落軌跡區(qū)域,得到了液體微球激光。這種方法的缺點(diǎn)在于宏觀機(jī)械振動(dòng)不精確,液滴具有極大的不穩(wěn)定性,難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的激光輸出。正是由于液滴的不穩(wěn)定性,使得液體微球激光器在過去很長(zhǎng)一段時(shí)間里沒有取得突破性的進(jìn)展。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0005]本發(fā)明目的在于提供一種穩(wěn)定性高,易操控,Q值高且具有極低輸出閾值的可調(diào)諧液體微球激光器。
      [0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:包括第一捕獲光源1、第二捕獲光源2、泵浦光源3、激發(fā)控制部分7、光檢測(cè)器9,所述的激發(fā)控制部分7包含第一捕獲光纖7a、第二捕獲光纖7b、泵浦光輸入光纖7c、激光輸出光纖7d和液體微球7e,第一捕獲光源I經(jīng)第一隔離器4連接第一捕獲光纖7a構(gòu)成第一光纖光鑷,第二捕獲光源2經(jīng)第二隔離器5連接第二捕獲光纖7b構(gòu)成第二光纖光鑷,泵浦光源3經(jīng)第三隔離器6連接泵浦光輸入光纖7c,激光輸出光纖7d通過1X2耦合器8的一個(gè)端口連接至光檢測(cè)器9,1X2耦合器8的另一端口為激光輸出端口,液體微球7e位于泵浦光輸入光纖7c和激光輸出光纖7d之間,所述的液體微球7e中包含活性激光介質(zhì)并被置于外部透明液體介質(zhì)7f中。
      [0007]本發(fā)明還可以包括:
      [0008]1、泵浦光輸入光纖7c和激光輸出光纖7d與液體微球7e之間的距離可調(diào)。
      [0009]2、液體微球7e的直徑在幾微米到100微米之間。
      [0010]3、外部透明液體介質(zhì)7f與液體微球7e介質(zhì)互不相容。
      [0011]本發(fā)明中的活性激光介質(zhì)可以是有機(jī)熒光染料、稀土離子、量子點(diǎn)或其它熒光介質(zhì)。
      [0012]本發(fā)明將光纖光鑷技術(shù)應(yīng)用于液體微球激光器中,能夠?qū)σ后w微球進(jìn)行精確的選取與操控,提出了一種能夠穩(wěn)定工作并具有高Q值、極低閾值的可調(diào)諧球形液滴激光器。同時(shí),能夠通過改變耦合光纖與液體微球的間距或者改變液體微球的折射率,調(diào)節(jié)輸出激光的強(qiáng)度與相位;通過改變液體微球的體積或所摻雜激光活性物質(zhì)的種類,可以進(jìn)行輸出激光波長(zhǎng)的選擇。
      [0013]本發(fā)明的其工作原理為:
      [0014]本發(fā)明中的微球激光是利用高Q值回音壁模式(Whispering Gallery Modem, WGM)的液體微球腔而獲得。
      [0015]WGM就是指耦合進(jìn)入微球內(nèi)的光波在微腔內(nèi)表面不斷進(jìn)行全反射,從而被約束在球內(nèi)并沿球的赤道面上的大圓繞行,繞行的光波滿足一定相位匹配條件時(shí),可以相互疊加增強(qiáng),如圖3所示;而在球外的光場(chǎng)為近場(chǎng),即局限于球表面附近的倏逝波(evanescentrave),它是一種非傳播波,光場(chǎng)的振幅在微球的矢徑方向呈指數(shù)下降,因此從球內(nèi)透出到球外的平均能流為零,這就使回音壁模式下的微球具有極高的品質(zhì)因數(shù)和極小的模式體積。
      [0016]我們使用雙光纖光鑷穩(wěn)定的捕獲并操縱一個(gè)液體微球,使輸入光纖末端出射的泵浦光射入液體微球中,光在液體微球內(nèi)以WGM傳播,光在不斷積累增多的同時(shí)激發(fā)液體微球內(nèi)摻雜的激光活性物質(zhì),從而產(chǎn)生更多的光,液體微球內(nèi)的光不斷增強(qiáng),當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到一定程度時(shí),光從液體微球內(nèi)逸出并耦合進(jìn)輸出光纖,實(shí)現(xiàn)激光的激發(fā)與輸出。因而,使用光纖將微弱的光信號(hào)耦合進(jìn)液體微球后,能夠使光強(qiáng)增強(qiáng)很多倍并穩(wěn)定輸出。輸入輸出耦合光纖與液體微球的距離和液體微球的折射率影響光輸入與輸出的耦合系數(shù),從而能夠調(diào)諧輸出激光的強(qiáng)度與相位;液體微球的直徑和激光活性物質(zhì)的種類則影響著輸出激光的波長(zhǎng),從而能夠?qū)敵龅募す獠ㄩL(zhǎng)進(jìn)行調(diào)諧。
      [0017]由現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
      [0018]1.本發(fā)明給出了一種基于雙光纖光鑷的可調(diào)諧液體微球激光器,使得液體微球激光保持穩(wěn)定輸出,具有極高的Q值和極低的輸出閾值,并且具有調(diào)諧方法簡(jiǎn)單、可調(diào)諧頻帶寬等突出優(yōu)點(diǎn)。
      [0019]2.可調(diào)諧液體微球激光器能夠很好地與全光纖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低損耗連接,同時(shí)對(duì)激勵(lì)能量的要求很低,非常適用于光信號(hào)放大等具有特殊要求的領(lǐng)域。
      【附圖說明】
      [0020]圖1為可調(diào)諧液體微球激光器的結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0021]圖2為可調(diào)諧液體微球激光器的激發(fā)控制部分結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0022]圖3(a)至(b)為微球中光以回音壁模式傳播是的傳輸路徑示意圖,其中:圖3(a)為光經(jīng)過八次反射完成一周;圖3(b)為光經(jīng)過十六次完成一周。
      【具體實(shí)施方式】
      [0023]如圖1所示,本發(fā)明的基本方案:
      [0024]搭建雙光纖光鑷系統(tǒng),使用雙光纖光鑷在摻雜有激光活性物質(zhì)的液體微球7e懸濁液中選取直徑合適的液體微球7e并將其捕獲,將液體微球7e移動(dòng)至合適的外部透明液體介質(zhì)7f中;將連接好的泵浦光輸入光纖7c端和激光輸出光纖7d端在液體微球7e的同一圓周不同方向上靠近液體微球7e,打開泵浦光光源3,調(diào)節(jié)輸入輸出耦合光纖與液體微球7e的間距并通過光檢測(cè)器9觀測(cè)激光的輸出情況,實(shí)現(xiàn)液體微球激光的輸出。
      [0025]下面舉例說明本發(fā)明的具體制作方法。
      [0026]具體實(shí)施例1,一種液體微球激光器的實(shí)現(xiàn),并對(duì)輸出激光的光強(qiáng)和相位進(jìn)行調(diào)諧。
      [0027]步驟如下:
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