染料掺杂液晶激光器件的制备及其性能研究

摘要

胆甾相液晶激光器是以染料掺杂胆甾相液晶为工作物质，无需谐振腔的新型激光器。由于胆甾相液晶具备周期性螺旋结构，其易受外界条件（温度，电磁场等）的影响，进而易实现对激光器出射激光波长的调谐。本文从理论和实验两方面研究了电场下胆甾相液晶激光器的辐射特性。建立了横向电场下胆甾相液晶螺旋结构变化的两种模型，设计了梳状电极胆甾相液晶激光器和两种楔形电极结构胆甾相液晶激光器，实现了对胆甾相液晶激光器的电场调谐。 基于前人提出的理论基础并结合实验现象的研究，建立了两种模型：横向电场强度较弱时，螺距收缩模型；横向电场强度较强时，螺距伸展模型。通过将建立的两种模型与光子态密度理论相结合，模拟仿真了横向电场下胆甾相液晶激光器出射激光的辐射特性。 制备了传统平行盒结构的胆甾相液晶激光器，实现了带边激光出射，并测量了出射激光光斑的能量分布。通过激光刻蚀法获得梳状ITO电极，制作了梳状电极胆甾相液晶激光器。电压从0V增加到100V，在电极宽度1mm处出射激光波长633.52nm蓝移到了621.46nm。为获得灵活的激光波长调谐特性，设计了两种具备楔形电极结构的胆甾相液晶激光器，即铜电极胆甾相液晶激光器和楔形盒负性胆甾相液晶激光器。铜电极正性胆甾相液晶激光器，电压从0V增至60V， 600、700、800、900微米电极宽度处，出射激光波长分别蓝移了16.95nm、12.64nm、9.77nm、6.89nm。楔形盒负性胆甾相液晶激光器施加电压从 0V 增加到 60V，厚度10um、20um、30um处出射激光波长分别蓝移了18.66um、9.19um、3.4um；40um处出射激光没有明显的调谐输出。在10V至60V，同一电压下，出射激光波长随着楔形盒厚度的减小而向短波方向移动。

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