[发明专利]基于上转换纳米材料填充光子晶体光纤的匀场调光装置

说明书

本发明公开了一种基于上转换纳米材料填充光子晶体光纤的匀场调光装置。所述装置包括单根或多根光子晶体光纤和用作填充的相应上转换纳米材料，光子晶体光纤通过贯穿光纤且直径在波长量级的周期性孔洞实现波导，孔洞内部固定具有上转换性质的纳米材料，多根光子晶体光纤在同一激光入射下根据所需出射光颜色有序排布组成光子晶体光纤阵列。本发明通过光子晶体光纤结合上转换纳米材料实现对入射激光的传输、散射、调节波长以及消相干功能，在接收面处获得由单一入射激光激发的均匀、颜色可调的非相干出射光。本发明在单一激光光源入射条件下可同时实现激光消相干、匀场以及出射光色彩调制的功能，同时装置结构简单，光传输性好，鲁棒性强。

技术领域

本发明涉及激光领域，更具体的说，它涉及一种基于上转换纳米材料填充光子晶体光纤的匀场调光装置。

背景技术

激光因其优异的相干性、单色性、方向性以及高亮度的特点，自问世之日起关于其应用的研究就未见停息。激光这四大特点为推动光学技术快速发展的同时，却也为其在部分领域的应用带来了阻碍。

激光传播过程中的光斑强度分布一般符合洛伦兹线型或高斯线型等，同时激光亦具有很好的空间相干性和时间相干性，这一特性使得激光具备优异传播性能的同时，也使得其光斑在不同位置强度按线型分布而光强不均匀。诸多消相干的技术也就应运而生，诸如积分光筒、消相干包层-纤芯型光纤等技术的出现使得激光在显示、照明乃至光刻领域得到了更为广泛应用。

激光具备良好的单色性，但这又使得激光波长的调谐倍加困难，常见的可见光波段可调谐激光器波长调节范围仅为几个到几十个纳米，凭肉眼很难分辨出颜色的改变，这为单一激光光源的显示技术带来了极大困难。现有技术中对激光显示的颜色进行调制往往需要控制多种光源配合混色，以达到色彩改变的目的，这一方法不仅需要复杂的光源控制系统，而且光在系统内部的传输也存在一定损耗，从而降低设备的电光转化效率，增大功耗。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于上转换纳米材料填充光子晶体光纤的匀场调光装置。所述装置包括单根或多根光子晶体光纤和用作填充的相应上转换纳米材料，光子晶体光纤具备光子带隙效应，通过贯穿光纤且直径在波长量级的周期性孔洞实现波导。孔洞内部固定具有上转换性质的纳米材料，可吸收入射光并发射具有随机相位、随机方向和特定波长的可见光，改变了光线波长的同时极大程度消除了入射光的相干性。多根光子晶体光纤及其内部孔洞固定的纳米材料根据发射光颜色需求，按一定规律选择排布组成光子晶体光纤阵列以接受同一入射光，最终在接收面交会形成所需颜色的较大光斑或图案。

上述技术方案中的光子晶体光纤，其直径为0.01mm～1mm，长度为1mm～1000mm，所用材料为折射率为1.2～1.5的透明晶体。

上述技术方案中的光子晶体光纤，孔洞直径为0.01μm～10μm，贯穿光纤并呈规则分布，内壁附着有上转换纳米材料，孔洞内部为真空或充满无色透明气体。

上述技术方案中的上转换纳米材料，其为具有吸收长波长激发光并发射短波长发射光性质的纳米颗粒、纳米管、纳米网、纳米棒或量子点，为单核结构或核-壳/多壳结构。

上述技术方案中的上转换纳米材料，发射光波段为380nm～780nm，具有一个或多个发射光谱峰。

上述技术方案中的上转换纳米材料，通过静电吸附、配体结合、结晶生长或激光退火等方式附着于光子晶体光纤孔洞内部。

上述技术方案中的光子晶体光纤阵列，由单根或多根等长且填充有上转换纳米材料的光子晶体光纤组成，每根光子晶体光纤平行且相距10μm～1000μm，具有相同或不同的可见光出射。

上述技术方案中的接收面，距光子晶体光纤出射端面0mm(紧贴)～1000mm，面积视总和出射光斑大小需要而定。

综上所述，本发明具有以下有益效果：