[发明专利]一种偏振度可调的柔性薄膜随机激光器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种偏振度可调的柔性薄膜随机激光器及其制备方法。随机激光器为膜状结构，由聚乙烯醇、多元醇、染料向列相液晶微滴组成，多元醇和染料向列相液晶微滴位于聚乙烯醇构成的薄膜内。本发明基于向列相液晶的光学各向异性，在激光泵浦条件下，通过机械拉伸含染料向列相液晶微滴的聚乙烯醇薄膜，改变向列相液晶分子在聚乙烯醇薄膜中的取向，实现偏振度可调的随机激光出射，且随机激光偏振方向平行于拉伸方向。本发明可以实现随机激光的波长稳定、偏振度连续可调的功能，具有成本低，结构简单，实现方便等特点，在显示、传感器以及偏振光学遥感器的实验室偏振定标和系统级性能检测等方面有较好的应用价值。

技术领域

本发明涉及随机激光领域，具体涉及一种偏振度可调的柔性薄膜随机激光器及其制备方法。

背景技术

近年来，随机激光已经成为国际激光学界的热门研究领域。随机激光辐射源自激活无序介质，即辐射光由激活无序介质中的多次散射提供光学反馈，从而获得较大的增益，因而无需外加谐振腔。聚合物分散液晶随机激光器将激光增益介质掺杂在液晶材料与聚合物中，利用液晶分子长轴方向的折射率与聚合物之间的折射率不匹配提供散射，从而形成多重反馈，形成增益，出射随机激光，具有体积小，易于集成等特点。

偏振光源在与介质相互作用以后出来的散射光会带有其自身的特性所决定的偏振信息，有别于通常测量得到的光强、光谱、相位等信息，并且偏振光在散射介质中的传输也是有规律可循的。根据介质散射和目标反射光的不同偏振特性可利用偏振技术排除粒子散射光的干扰而提高图象的清晰度；利用偏振手段可对生物组织病变前后的偏振参数进行测量、对比、分析，从而给医疗诊断提供了一种新的信息分析手段；利用偏振光进行液晶显示；利用偏振光源偏振度的调节，可用于偏振光学遥感器的实验室偏振定标和系统级性能检测；利用偏振度与拉伸应力之间的关系，可用于形变监测的传感器。

然而在随机激光领域，随机激光可以通过以下几种方式实现线偏振随机激光的出射或随机激光偏振度的调节。(1)2004年欧洲非线性实验室的Diederik S.Wiersma小组发表的文章“Quasi-Two-Dimensional Diffusive Random Laser Action”，通过外加电场实现液晶分子沿着电场方向取向，并实现线偏振(e偏振光)光的出射；(2)2012年德国明斯特大学的Sebastian Knitter小组发表的文章“Emission polarization of random lasersin organic dye solutions”，通过在甘油中混合染料和纳米粒子，并通过线偏振光泵浦，实现线偏振随机激光的出射；(3)2012年英国剑桥大学的H.J.Coles小组发表的文章“Band-edge and random lasing in paintable liquid crystal emulsions”，在PVA薄膜结构中掺杂胆甾相液晶微滴，胆甾相液晶滴中的液晶分子呈螺旋结构排列，该结构出射具有随机偏振特性的随机激光；(4)2013年哈尔滨工业大学的姚凤凤小组发表的文章“Polarizationand polarization control of random lasers from dye-doped nematic liquidcrystals”，通过摩擦取向，导致液晶盒中液晶分子的取向，并依据染料分子与液晶分子之间的宾主效应，实现线偏振随机激光的出射；(5)2015年北京工业大学的翟天瑞小组发表的文章“A plasmonic random laser tunable through stretching silver nanowiresembedded in a flexible substrate”，通过将含有银纳米线和激光染料R6G的PDMS溶液旋涂在硅橡胶基底上，形成波导结构，利用银纳米线的表面等离子体效应和PDMS薄膜结构的波导效应，实现随机偏振随机激光的出射，并通过拉伸PDMS薄膜，迫使银纳米线重新取向和断裂，随机激光波长蓝移、强度减弱，并且实现偏振方向主要垂直于拉伸方向的随机激光出射，随机激光的偏振极化率从1.04转变到1.51(即偏振度由0.02转变到0.20)。