一種多波長液滴激光器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種激光器，具體地說是一種多波長激光器。
【背景技術】
[0002]液體激光器的工作物質分為二類:一類為有機化合物液體，另一類為無機化合物液體。其中，染料激光器是有機液體激光器的典型代表。染料激光器的波長覆蓋范圍為紫外到近紅外波段(300nm?1.3 μπι)，通過混頻等技術還可將波長范圍擴展至真空紫外到中紅外波段。激光波長連續可調諧是染料激光器最重要的輸出特性。染料激光器的特點是結構簡單、價格低廉，并且主要應用于科學研宄、醫學等領域，如激光光譜學、光化學、同位素分離、光生物學等方面。
[0003]液體染料激光器的缺點是液體的流動性以及難以固定的特性使其設計和結構復雜、笨重，成本高且易泄漏，對環境和工作人員造成污染和傷害。本發明中使用的是摻有激光染料的液滴作為激光產生的物質，液滴本身作為激光器中的諧振腔，其結構等同微球諧振腔。微球諧振腔腔的實驗研宄發展是隨著微球腔的相關理論和各種微球制作工藝的發展逐步開展起來的，1946年Purcell研宄發現光學微腔內共振時真空場模式密度的增加將使得腔內原子的自發福射幾率遠超過自由空間的值(Spontaneous emiss1n probabilitiesat rad1 frequencies[J].Phys.Rev., 1946, 69:681) o 1961 年美國貝爾電話實驗室的Garrett等首次證明微球形諧振腔可以用作激光諧振腔，并在晶體微球中觀察到了脈沖激光產生和微球回音壁模式焚光發射振蕩現象(Stimulated emiss1n into opticalwhispering modes of spheres[J].Phys.Rev., 1961, 124(6):1807 ?1809)。
[0004]傳統的激光是在電流或其它激光的激活下使發光物質放出光，放出的光被鏡面反射再通過該物質以產生更多的光，從而導致激光出現。而在微球激光中這一光放大過程被置于兩條光纖的錐形末端的微球取代。讓光從一根光纖的末端射入微球，在微球內以WGM傳播。光不斷地進入微球，球內的光強不斷增加，直到光強達到一定程度，光從球內逸出，并被第二根光纖探測到。通過這一途徑，一個非常弱的信號在由光纖送入微球后，能夠被增強很多倍。顯然，這種方法不僅減小了設備的體積，同時極大地降低了其對激勵能量的要求。實驗表明，這種激光器對能量需求通常低于喇曼激光器的0.1%。這種方法也得到迅速推廣，目前，含有不同摻雜物的極低閾值的微球激光器已由多人實現，使用的均為研磨或者燒融方式制得的固體微球，而微球腔激光器對微球諧振腔的表面光滑度和對稱性要求極高，因此具有液體表面張力而形成的液體微球具有突出的優點。
[0005]1986年，錢士雄等人報道了在球形液滴中實現了低閾值的激光器(Lasingdroplet: high-1ighting the Iiquid-air interface by laser emiss1n[J].Science, 1986，231:486 - 488)，其中使用機械振動的方法控制染料溶液的液滴下落，使用激發光照射小球的下落軌跡區域，觀察到了液體微球輸出激光。這種方法的缺點在于機械振動使得液滴具有不穩定性，難以實現穩定的激光輸出。液滴難控制是長時間以來限制液滴激光器發展的一個重要因素。因此本發明中使用了光纖光鑷技術，使用相對放置的平端面光纖形成的光阱來捕獲多個液滴，大大增強了液滴諧振腔的穩定性。
[0006]我們要設計的是結合光捕獲的一種多波長液滴激光器。2012年佘江波等人設計了一種微珠浸沒式液體激光器及其熱管理方法(CN102868082A)，其方法是將激光性能優良的稀土摻雜固體激光增益介質經過光學加工獲得微珠，將微珠固定在熒光流動池中并完全浸沒在匹配液中。該技術方案使用的是無機化合物作為工作物質，本發明是使用無機化合物液體摻雜在匹配液微小液滴中。2009年黃少華設計了一種多波長激光器及其制備方法及應用(CN101404384A)使用的是分布反饋式Bragg光柵構建的半導體激光器。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種尺寸小、操控力強、結構穩定、Q值高且輸出閾值低的多波長液滴激光器。
[0008]本發明的目的是這樣實現的:
[0009]包括第一捕獲光源1、第二捕獲光源2、第一光隔離器3、第二光隔離器4、第一捕獲光纖5、第二捕獲光纖6，第一捕獲光源I通過第一光隔離器3連接第一捕獲光纖5，第二捕獲光源2通過第二光隔離器4連接第二捕獲光纖6，第一捕獲光纖5和第二捕獲光纖6出射端的激光束形成的光阱在匹配液7中穩定捕獲M個液滴諧振腔8，靠近各液滴諧振腔的M根微納光纖9將泵浦光耦合入各液滴諧振腔中，各液滴諧振腔中摻雜的激光染料受激輸出激光并形成回音壁模式，當輸出激光在液滴諧振腔中增強到一定程度時通過靠近的微納光纖耦合輸出M個波長的激光。
[0010]本發明還可以包括:
[0011 ] 第一捕獲光源和第二捕獲光源為兩個波長相同功率相同的激光光源。
[0012]第一光隔離器和第二光隔離器為兩個波長與第一捕獲光源和第二捕獲光源相匹配的光隔離器。
[0013]第一捕獲光纖和第二捕獲光纖為兩根水平放置、端面相對的平端面單模光纖。
[0014]液滴諧振腔為直徑從幾到十幾微米的不溶于匹配液的液滴。
[0015]M個液滴諧振腔里分別摻有的M種染料，所述染料溶于液滴不溶于匹配液，并且這M種不同染料受激后的輸出光不同，由靠近液滴諧振腔的M根微納光纖引出。
[0016]所述的匹配液是不和液滴諧振腔相溶的并且折射率比液滴折射率低的液體。
[0017]所述的微納光纖直徑小于五微米。
[0018]本發明結合光纖光鑷技術以及微球諧振腔理論實現了穩定的、可調的多波長液滴激光器，與現有的液滴激光器相比，具有尺寸小、操控力強、結構穩定、高Q值且輸出閾值低等優點。
[0019]以單波長的液滴激光器為例，介紹本發明的原理。使用相對放置的連接了捕獲光源的平端面光纖，相對出射的激光束形成的光阱在匹配液中穩定捕獲摻雜染料的液滴。當符合染料激發波長的泵浦光通過靠近液滴的輸入光纖耦合進入液滴諧振腔中時，光不斷進入液滴諧振腔并以回音壁模式傳播(圖3)。在液滴中的染料分子吸收泵浦光發生能級躍迀產生激光。產生的激光在液滴中以回音壁模式不斷傳播，球內的光強不斷增加，直到光強達到一定程度，激光可以從靠近液滴諧振腔的輸出光纖耦合輸出。本發明所述的是一種多波長的液滴激光器，我們在單波長液滴激光器的基礎上，使用平斷面光纖光鑷捕獲多個摻有不同染料的液滴諧