[发明专利]固态染料激光器

说明书

本发明是关于用新的固态周期结构作为分布反馈主体的有机染料激光器系统的。

在此项说明书中通过标识的引用而提到了各种出版物和专利。因此在此项申请中提到的出版物和专利所揭示的内容都作为参考而引入本发明中。

有机染料激光器自1996年发明以来，已成为最通用的相干光源之一。这种激光器可在从紫外(UV)到近红外(NIR)的宽广的光谱范围内进行调谐，而其泵浦方法又是多样的。染料激光器是高效的，可以千赫的线宽在连续波模式(CW)下工作，也可以飞秒的脉宽在脉冲模式下工作。与固态可调谐激光器，如Ti：蓝宝石激光器相比，有机染料激光器的成本小到可以忽略。染料激光器已使用固体、液体或气体作增益媒质。液体染料激光器特别普遍，因为用简单的循环系统就可实现其冷却和补充。液体增益媒质可以自修补，不像固体媒质那样损伤是永久的。除了这些有吸引力的特点外，液体染料激光器也存在一些问题，即不易操作且许多染料和溶剂会引起与健康和环境有关的问题。

一直在积极发展固态激光器染料来作为替代。最近实现固态染料激光器的一些途径包括把激光器染料加入聚合物，例如聚甲基-甲基丙酸烯(PMMA)、溶胶和有机改性硅酸盐(ORMOSIL)中作为增益媒质主体。使用固体基质，可以避免与液体系统相关的很多问题。然而固态染料激光器也苦于激光器染料的光致退降，表现为短的工作寿命。可使增益媒质相对于泵浦光束移动来避免光致退降问题。光腔中的分布单元，如光栅、棱镜或它们的联合典型地用于波长调谐。虽然这样的内腔结构可以灵活地调谐，为优化性能，一般要求稳定的光学-机械对准。

在全部增益媒质中使用光学分布反馈的无镜染料激光器是在1971年首次报导的(C.V.Shank,J.E.Bjorkholm and H.Kogelnik,‘Tunabledistributed-feedback dye laser(可调谐分布反馈染料激光器)’，AppliedPhysics Letters(应用物理快报)，18,152(1971))。分布反馈(DFB)的获得是在光通过增益媒质的传播方向，即沿着或平行于膜平面的方向上空间调制增益媒质的折射率或增益。例如可用两个相干的泵浦激光束在掺有染料的膜上获得增益或折射率的周期调制。沿着或平行于膜平面的激光发射垂直于周期结构，其输出波长取决于周期。改变相干泵浦光束间的夹角或染料溶剂的折射率，可对染料激光器进行调谐。把增益媒质、激光腔和波长调谐单元都结合在薄膜中的DFB染料激光器具有一些潜在的优点。然而，仍然存在光致退降问题，因为这样的DFB染料激光器很难使增益媒质移动，因而是不实用的。

在Goldberg等的美国专利No.3,771,065‘Tunable internal-feedbackliquid crystal-dye laser(可调谐内反馈液晶染料激光器)’，提交于1973年11月6日和以后Il'chishin等的文章(I.P.Il'chishin et al,‘Detecting of the structure distortion of cholesteric liquid crystal usingthe generation characteristics of the distributed feedback laser based onit(使用基于胆甾液晶的分布反馈激光器的产生特性对胆甾醇液晶的结构扭曲的检测)’,Molecular Crystals and Liquid Crystals(分子晶体和液晶),265,687(1995),and I.P.Il'chishin et al,‘Generation of atunable radiation by impurity cholesteric liquid crystals(通过掺杂的胆甾醇液晶产生可调谐辐射)’,JETP Letters,32,24(1980))揭示了用胆甾醇(cholesteric)液晶(CLC)分布反馈主体的染料激光器。掺有染料的CLC典型地被限制在两个平板玻璃基片间。CLC做成所谓的平面结构，在CLC层中形成相移光栅。激光器的发射垂直于膜平面，其输出波长由螺旋周期来决定。改变CLC主体的温度，可以改变CLC主体的螺距，因而可以调谐染料激光器的输出波长。然而，这种利用液体形式CLC主体的染料激光器的工作会受到环境，如温度的干扰。此外，光致退降仍然是个问题，因为这种染料激光器也难于使增益媒质移动，因而在许多应用中也是不实用的。

按照本发明的一个方面，在带有适于发射第一频率和强度的电磁辐射的泵浦源的固态染料激光器组件中，其适用的固态染料激光器包括：