一种拉伸法调谐波长的固体随机激光器

摘要

一种拉伸法调谐波长的固体随机激光器，该激光器包括柔性基底硅胶片、固化后的聚二甲基硅氧烷薄层、银纳米线和罗丹明；所述银纳米线和罗丹明分散在固化后的聚二甲基硅氧烷薄层中，所述固化后的聚二甲基硅氧烷薄层覆盖在柔性基底硅胶片上。所述罗丹明为R6G。所述银纳米线平均长度约10um，平均直径约70nm。采用银纳米线做为散射颗粒的同时，其表面会形成局域表面等离激元共振增强现象，进一步增强随机激光。采用机械拉伸的方式，实现了随机激光器输出波长的调谐，具有快速、便捷的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用拉伸方法实现波长调谐的随机激光器，属于光电 技术领域。

背景技术

1966年，前苏联N.G.Basov等人利用散射表面代替传统激光器谐振腔 的一个反射镜，实现了一种可提供非谐振反馈的激光谐振腔，他们预言在 无序结构中随机散射可以提供正反馈而使光放大。1968年，前苏联科学院 V.S.Letokhov等人首次计算了随机增益介质中光放大和散射的光学特性， 提出了随机增益介质中的激光辐射现象。随机激光器的原理如图1所示。 1994年，美国布朗大学的Lawandy等人用激光束泵浦掺有含Al₂O₃外壳的 TiO₂的染料溶液，实验上观察到该系统的激光多模谐振现象，从而验证了 Letokhov提出的随机增益介质中存在随机激光现象的理论，这就是最早的 随机激光器。所以说，随机激光的谐振腔是多个散射颗粒，而不是传统的 镜面。

近年来，随机激光已经成为国际激光学界的热门研究领域。随机激光 器因而无需外加谐振腔，具有稳定性好、体积小、价格低廉等优点，在显 示、照明、医疗、探测、存储等诸多方面有着广泛的应用前景。

多波长输出的激光器是在光电子技术中有着广泛的应用，因此如何提 供一种便捷、快速调谐波长的随机激光器，是目前的研究热点之一。

发明内容

本发明的目的正是基于上述考虑，提出了一种通过机械拉伸方法调谐 输出波长的随机激光器，该激光器具有方便快捷调谐波长的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种拉伸法调谐波长的随 机激光器，该激光器包括柔性基底硅胶片2.1、固化后的聚二甲基硅氧烷薄 层2.2、银纳米线2.3和罗丹明2.4；所述银纳米线2.3和罗丹明2.4分散在 固化后的聚二甲基硅氧烷薄层2.2中，所述固化后的聚二甲基硅氧烷薄层 2.2覆盖在柔性基底硅胶片2.1上。

所述罗丹明2.4为R6G。

所述银纳米线2.3平均长度约10um，平均直径约70nm。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.采用银纳米线做为散射颗粒的同时，其表面会形成局域表面等离激元共 振增强现象，进一步增强随机激光。

2.采用机械拉伸的方式，实现了随机激光器输出波长的调谐，具有快速、 便捷的特点。

附图说明

图1是随机激光的产生原理图；

图2是本发明中固体随机激光器结构示意图。

图3是本发明中的随机激光器的光路图。

图4是本发明中的随机激光器的输出波长和拉伸量的关系。

图中，1.1、入射光，1.2、出射光，1.3、随机激光器，2.1、柔性基底 硅胶片，2.2、固化后的聚二甲基硅氧烷薄层，2.3、银纳米线，2.4、罗丹 明，3.1、泵浦激光器，3.2、发射激光，3.3、柔性固体激光器，3.4、光谱 仪探头。

具体实施方式

本发明在液态聚二甲基硅氧烷中分散罗丹明2.4和银纳米线2.3，并将 混合物涂覆到硅胶片上，待聚二甲基硅氧烷固化成薄层后，便形成了柔性 固体激光器3.3。罗丹明2.4作为激光增益介质的染料，银纳米线2.3充当 散射颗粒和等离子激元反馈物质。如图3所示，当外界激光源泵浦激光器 3.1以发射激光3.2作为泵浦光，照射到所述柔性固体激光器3.3时，罗丹 明2.4分子吸收泵浦光能量，发出荧光，银纳米线2.3无序结构提供散射和 反馈,从而获得随机激光输出，随机激光的输出可以用光谱仪光纤探头3.4 接收。

当采用机械拉伸的方法拉伸本发明中的固体激光器样品时，原本无序 排列银纳米线2.3，沿着样品的拉伸方向形成部分取向，在样品内部形成新 的散射分布，从而产生新的随机激光的输出波长，并且随着拉伸量的增加， 随机激光的波长发生蓝移现象，见图4.

本发明提供了一种拉伸法调谐波长的随机激光器，包括作为激光增益 介质的染料，提供散射和等离子激元反馈的银纳米线，分散染料分子和银 纳米线的柔性高分子材料和提供支撑作用的柔性基底。

聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种高分子有机硅化合物，具有稳定、 光学透明的特点。聚二甲基硅氧烷(PDMS)在加入固化剂之前会保持一 种流体状态，加热或长时间放置均不发生固化；按质量比10:1加入固化剂 后，室温下固化时间约为8小时。固化后的聚二甲基硅氧烷(PDMS)具 有高透光率和良好的柔性和韧性的特点。

下面结合附图具体说明本发明的实施方法。

一种拉伸法调谐波长的随机激光器的制作方法，包括以下步骤：

(1)将3mg罗丹明(R6G)加入1ml乙醇中，配制成3mg/ml的罗丹明 (R6G)溶液；将浓度为0.033mol/L的银纳米线(AgNWs)乙醇分散 液，取出100ul与所述罗丹明(R6G)乙醇溶液混和；取出1g液态聚二 甲基硅氧烷(PDMS)，按照质量比10：1和固化剂混和，用超声波振 荡的方法混和均匀；

(2)将所述罗丹明(R6G)乙醇溶液和银纳米线(AgNWs)的乙醇分散 液，与所述聚二甲基硅氧烷(PDMS)混和，搅拌均匀后的混合液体， 放在压强为10^-1Pa的真空箱中静置1.5小时，去除混合液体中的空气和 乙醇；形成混合有罗丹明(R6G)和银纳米线(AgNWs)的聚二甲基硅 氧烷PDMS粘稠状液体；

(3)选择片状硅胶作为柔性基底(长宽分别为20mm，厚度1mm)，将混 有罗丹明(R6G)和银纳米线(AgNWs)的聚二甲基硅氧烷(PDMS) 粘稠状液体旋涂成约100um厚的薄层，80℃温度加热30分钟，使得混 有罗丹明(R6G)和银纳米线(AgNWs)的聚二甲基硅氧烷(PDMS) 完全固化；或者在室温下静置8小时，使得含有罗丹明(R6G)和银 纳米线(AgNWs)的聚二甲基硅氧烷(PDMS)完全固化，在硅胶片基 底上形成薄层；最终形成固体样品，其结构剖面示意图见图2；

(4)如图3，泵浦激光器，优选脉冲YAG激光器532nm光(脉宽为10ns， 泵浦频率为10Hz)作为泵浦光照射固体样品；

(5)通过机械拉伸方式将样品拉伸不同比例的伸长量，实现输出随机激 光波长的调谐，随机激光器的输出波长和拉伸量的关系见图4。

本发明提供了一种拉伸法调谐波长的随机激光器，以上显示和描述了 本发明的基本原理和主要制作方法。