采用放大的自发辐射光源测试光学薄膜的损伤阈值

提出了一种精确评估光学薄膜损伤阈值的方法。放大的自发辐射(ASE)光源由于时间相干性和空间相干性较差,所以在近场区域光场强度分布均匀,聚焦后远场也没有被非均匀调制。采用ASE光束作为光学元件损伤阈值测试的辐照光源,可以提高辐照光源的均匀度,实现对光学薄膜损伤阈值的精确评估。ASE光源由神光II高功率激光装置的一级钕玻璃棒状放大器输出,脉宽经过光电开关调制后为9ns,能量输出在几毫焦耳到几十焦耳范围内可调节,光谱半峰全宽(FWHM)为1nm。根据标准ISO-11254,实验获得ASE测试TiO2高反膜的损伤阈值为15.1J/cm2,高于激光测试样品的损伤阈值7.4J/cm2(脉宽为9ns时),更准确地评估了样品的损伤阈值。     

F8BT：P3HT共混薄膜的放大自发辐射

研究了聚合物poly（9,9-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole）（F8BT）和poly （3-hexylthiophene）（P3HT）共混薄膜的放大自发辐射（ASE）现象,对影响其阈值的两个因素--增益和损耗进行了详细的研究。结果显示,共混聚合物的发光效率随着P3HT所占比例的增加有所降低。当P3HT比例低于20%时,发光效率降低不多,而其损耗则随着P3HT的增加显著减小。F8BT和P3HT混合后,光损耗系数从7.8 cm^-1下降到4 cm^-1左右。这表明F8BT：P3HT共混聚合物光波导的ASE阈值降低主要是由于其损耗的降低而导致的。ASE阈值的降低预示该材料体系容易实现电泵浦激光。     

准波导结构下染料薄膜的荧光光谱和放大自发辐射光谱特性

通过对RhB/PMMA和Rh6G/PMMA染料薄膜的荧光光谱和放大自发辐射(ASE)光谱的实验测量和理论分析,研究了准波导结构染料薄膜的荧光光谱和ASE光谱特性。实验上采用连续激光和脉冲激光照射,分别测量准波导结构RhB/PMMA和Rh6G/PMMA染料薄膜的荧光光谱和ASE光谱,发现荧光峰和ASE峰随着染料掺杂浓度和薄膜厚度的增加产生红移;理论上考虑准波导结构下薄膜中染料的自吸收效应,类比激光器谐振腔模型,分析低阶导模传输的增益特性,获得了荧光光谱与ASE光谱中荧光峰和ASE峰对应波长与染料掺杂浓度的关系,数值计算与实验测量相吻合。结果表明,准波导结构下薄膜中染料自吸收效应导致荧光峰及ASE峰发生红移,改变染料掺杂浓度,可以在较大调谐范围实现ASE。     

有机材料EnBOD的放大自发发射性能研究

在紫外脉冲激光泵浦条件下,研究了有机材料EnBOD的放大自发发射(ASE)性能.EnBOD的甲苯稀溶液样品具有较窄的吸收和荧光光谱,主峰分别位于508 nm和527 nm.其ASE效率随着溶液浓度而变化,浓度为0.008 mol·L-的EnBOD样品具有最高的ASE效率,达到22.6％.其ASE主峰位于542 nm,阈值约为29.5 kW·cm-2.阈值后的ASE半宽约为12.4 nm.经紫外脉冲激光20万次泵浦后,ASE的光强衰减为初始强度的61.2％.结果表明EnBOD是一种ASE阈值较低、光稳定性良好的激光材料.     

基于聚合物支撑形貌液晶/聚合物光栅的低阈值分布反馈式激光器

利用低光强曝光进行全息液晶/聚合物光栅(HPDLC)的制备,获得了内部无液晶微滴具有聚合物支撑形貌的低散射透射光栅结构.分别研究了染料PM567,DCM,DCJTI的放大的自发辐射(ASE)阈值及相对出射光强等性质,得到三种染料中DCJIT的ASE阈值最低,相对出射光强最高,表明DCJTI更适于制备低阈值、高转化效率激光器.分别采用这三种染料制备基于聚合物支撑形貌光栅的分布反馈式激光器,通过改变光栅周期得到不同出射波长的激光.其中,以DCJTI为工作物质,得到中心波长为648 nm,阈值为0.65μJ/pulse,转化效率为1.6%,线宽为0.3 nm的高性能激光.与国内外同类激光器相比,在阈值、转化效率、线宽三个方面均有不同程度的提高.     

利用半导体增益光谱诠释激光产生机理的实验设计

利用半导体激光增益光谱直观地诠释激光产生的物理机理.设计了一种适合于物理实验教学的测量方法,推导出双侧放大的自发辐射(ASE)光谱与净增益关系的数学表达式,选择简单便于调节和测量的半导体增益介质和实验光路,通过测量激光介质的增益光谱诠释系统增益大于损耗实现光放大的宏观现象,通过不同激励电流下增益的演化趋势诠释粒子数反转数目变化的微观规律.     

基于金纳米粒子增强有机-无机杂化钙钛矿放大自发辐射

有机-无机杂化钙钛矿作为激光的增益介质时,存在室温时纳秒脉冲或连续激光作用下的光泵浦器件不稳定、难以实现电泵浦激光等问题.通过将金纳米粒子水溶液和PEDOT∶PSS溶液共混的方法,将20nm尺寸的金纳米粒子掺杂至光泵浦平面波导器件的界面层PEDOT∶PSS中,掺杂了金纳米粒子的平面波导器件(以CH_3NH_3PbBr_3为增益介质)的放大自发辐射绝对强度相对于没掺杂金纳米粒子的器件提升了5.5倍.实验结果表明,金纳米粒子的引入,一方面提升了CH3NH3PbBr3薄膜的吸收,增加了粒子反转数目,另一方面加快了激发态激子的辐射跃迁速率.仿真分析表明,金纳米粒子的近场和远场复合表面等离激元可有效耦合增益介质光吸收/发射主区域,从而提高了平面波导器件的放大自发辐射性能.研究结果可为高效泵浦激光的实现提供参考.     

高增益Nd∶YAG板条中的放大自发辐射抑制技术

分析了Nd∶YAG板条中产生强烈放大自发辐射(ASE)的原因,开展了抑制高增益激光板条中ASE的理论和实验研究。抽运光占空比为8%,峰值抽运功率为21.38kW,波长为1064nm连续探测光的注入光强为4 W/cm~2,在Nd∶YAG板条上、下表面镀制普通倏逝膜和多层复合膜时探测光功率的放大倍率分别为1.82和1.92,Nd∶YAG板条总储能增大了4.6%。实验结果表明:通过对Nd∶YAG板条上、下表面镀制多层复合膜,可在一定程度上抑制板条内的ASE效应,增大激光板条的总储能。     

MEH-PPV薄膜的放大自发发射特性

研究了MEH-PPV薄膜的放大自发发射特性。当激发强度增加时,从样品边缘发射的光谱发生增益窄化现象并具有明显的阈值特性。我们发现随着薄膜厚度的增加,MEH-PPV薄膜的阈值有所降低,而其增益系数则随之增加。在150nm厚时测得最大净增益系数为25.03cm^-1,最低阈值为2.2μJ/pulse。结果表明MEH-PPV是一种优良的激光和光放大材料。     

F8BT∶P3HT共混薄膜放大自发辐射的温度效应

研究了温度对聚合物poly(9,9-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole)(F8BT)和poly(3-hexylthiophene)(P3HT)共混薄膜的放大自发辐射(ASE)的影响。在80~320 K温度范围测试了不同P3HT质量比的共混聚合物薄膜和纯F8BT薄膜的ASE特性。在室温条件下,共混聚合物的阈值随着P3HT所占比例的增加先降低后升高。当P3HT比例约为20%时,阈值最低约为2.59×10~3W/cm~2。当温度从320 K下降到80 K时,纯F8BT薄膜的ASE阈值光功率由5.36×10~3W/cm~2下降到4.15×10~3W/cm~2,P3HT质量比为20%的共混薄膜的ASE阈值光功率由2.84×10~3W/cm~2下降到2.03×10~3W/cm~2。在一特定泵浦光功率(5.29×10~3W/cm~2)下,当温度由320 K下降至80 K时,ASE强度约提高4倍。随着温度的降低,混合物薄膜的ASE峰位红移,移动达12 nm。     

基于衬底图形化与链取向技术实现平面光波导

采用喷墨打印的方法对衬底进行图形化, 结合链取向技术, 实现聚合物混合体Poly(9, 9-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole)(F8BT, 主体)和Red F(客体)在指定区域链取向. 利用链取向区域内外的折射率差异, 设计出了各种宽度的薄膜光波导, 使光信号在链取向区域传播. 同时, 这一共混体系中主体的荧光光谱与客体的吸收光谱区域重叠, 可以使有效的能量传递发生, 利用主体向客体的能量传递机理, 使链取向处理后的聚合物混合体实现了红光发射.     

Modelling of sensitivity of plasmon sensory elements based on silver nanoparticles obtained by laser evaporation and ablation

A comparison of the sensitivity of the spectral position of plasmon resonance calculated by numerical methods to a change in the refractive index of the environment for ellipsoidal and spherical silver nanoparticles with a dielectric shell synthesized by laser ablation has been performed. It has been shown that sensitivity is higher for nanoparticles with the shape of a prolate ellipsoid than for spherical nanoparticles. The modeling has shown that the optimal thickness of the dielectric shell should be 10–12 nm and its refractive index should be 1.6. With this, a sensitivity of the plasmon sensor of 32 nm/RIU (RIU is refractive index unit) may be provided.     

基于液晶/聚合物光栅的高转化效率有机半导体激光器

采用有机半导体发光材料聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔]作为增益介质,低官能度光敏单体制备的液晶/聚合物光栅作为外部反馈谐振腔,制备出参数可独立控制的分离式结构的有机半导体激光器.液晶/聚合物光栅中液晶分子的取向影响光栅折射率调制量,从而影响光栅的反馈能力,最终影响激光器出射激光的性能.通过研究发现决定液晶分子取向的主要有两种与光栅周期有关的作用力,利用这一原理制备不同周期的光栅,光栅周期小于450 nm时,相分离出的液晶分子取向由光栅矢量方向变为光栅沟槽方向,此时光栅的折射率调制量增加,光反馈能力增强.采用周期为395 nm的液晶/聚合物光栅制备二级布拉格散射的有机半导体激光器,相较于大周期光栅(593 nm)制备的激光器,激光阈值由0.70μJ/pulse降低至0.18μJ/pulse,转化效率由2.5%提高到6.4%,且出射激光垂直于基板表面发射,有利于后续的处理及应用.     

Polymeric distributed-feedback resonator with sub-micrometer fibers fabricated by two-photon induced photopolymerization

The authors observed amplified spontaneous emission (ASE) action with an ultra-low threshold under optical excitation from an active polymeric distributed-feedback (DFB) resonator which consists of sub-micrometer fiber grating. A dendrimer was used to modify the laser dye and increased its concentration up to 4.95 wt. % in the photocured resin. The DFB resonator was fabricated by using two-photon induced polymerization (TPIP) technique. The ASE at 556 nm was observed with a threshold of 0.30 μJ/pulse due to fourth-order diffraction feedback of the optical gain. This DFB could be expected to open a way for the fabrication and application of microscale polymeric mirrorless laser. PACS 42.70.-a; 81.40.Tv; 82.35.Ej; 82.50.Pt; 42.60.Da     

基于光纤布拉格光栅与长周期光栅并联的集成光学传感器

为了提高光纤传感器的性能和进一步缩小传感器的尺寸,通过实验制备出一种基于光纤布拉格光栅(FBG)与长周期光栅(LPG)并联的新型集成光学传感器。该传感器中的FBG和LPG是利用飞秒激光直写技术直接在普通单模光纤中刻写的。FBG和LPG是并联关系,因此很大程度地缩小了传感器的长度。外界的温度和折射率的变化会引起FBG和LPG的谐振峰波长位置发生变化,据此对该集成传感器进行温度和折射率测量。实验结果表明:FBG谐振峰对折射率和温度的灵敏度分别为0 nm/RIU和12.98 pm/℃,而LPG在1 555 nm附近谐振峰对折射率和温度的灵敏度为196.46 nm/RIU和10.93 pm/℃。因此,根据双参数传感矩阵,该传感器可以对温度和外界折射率进行同时传感。     

Tunable phase-shifted fiber Bragg grating based on a microchannel fabricated by a femtosecond laser

A phase-shifted fiber Bragg grating(PS-FBG) based on a microchannel was proposed and realized by combining the pointby-point scanning method with chemical etching. The PS-FBG is composed of a fiber Bragg grating(FBG) and a microchannel through the fiber core. The microchannel can introduce phase shift into the FBG. What is more important is that it exposes the fiber core to the external environment. The phase shift peak is sensitive to the liquid refractive index, and it shows a linear refractive index response wavelength and intensity sensitivity of 2.526 nm/RIU and-111 d B/RIU, respectively.Therefore, such gratings can be used as sensors or tunable filters.     

All polymer asymmetric Mach-Zehnder interferometer waveguide sensor by imprinting bonding and laser polishing

We present an all polymer asymmetric Mach–Zehnder interferometer(AMZI) waveguide sensor based on imprinting bonding and laser polishing method. The fabrication methods are compatible with high accuracy waveguide sensing structure. The rectangle waveguide structure of this sensor has three sensing surfaces contacting the test media, and its sensing accuracy can be increased 5 times compared with that of one surface sensing structure. An AMZI device structure is designed. The single mode condition, the length of the sensing arm, and the length deviation between the sensing arm and the reference arm are optimized. The length deviation is optimized to be 19.8 μm in a refractive index range between1.470 and 1.545. We fabricate the AMZI waveguide by lithography and wet etching method. The imprinting bonding and laser polishing method is proposed and investigated. The insertion loss is between-80.36 dB and-10.63 dB. The average and linear sensitivity are 768.1 d B/RIU and 548.95 dB/RIU, respectively. And the average and linear detection resolution of the sensor are 1.30×10~(-6) RIU(RIU: refractive index unit) and 1.82×10~(-5) RIU, respectively. This sensor has a fast and cost-effective fabrication process which can be used in the cases of requiring portability and disposability.     

基于银纳米线的类熊猫型微结构光纤传感器

设计了基于银纳米线等离子体共振效应的大孔径微流通道的类熊猫型微结构光纤传感器,采用全矢量有限元法对该传感器进行了数值研究,讨论了待测液折射率等参数对光纤传感器的损耗和灵敏度的影响。结果表明:随着待测液折射率和银纳米线直径的增大,损耗和光谱峰值λpeak都将增大;并且当银纳米线的直径增加到一定程度时,损耗和灵敏度都会呈现多峰值现象。最后取银纳米线直径d=150 nm,得到最大幅度灵敏度为910 dB/RIU,最大光谱灵敏度为1 400 nm/RIU。