楔形盒染料掺杂胆甾相液晶激光器研究

设计制作了楔形盒掺杂激光染料PM580的胆甾相液晶器件, 研究了激光辐射行为. 在楔形液晶盒中出现了一系列与楔棱平行的向错线和不同规则形状的晶畴, 胆甾相液晶形成了平面态排列. 采用固体Nd:YAG倍频532 nm 波长激光作为抽运光, 获得调谐精度约1 nm, 调谐范围约17 nm的一维波长可调谐激光器. 楔形盒中, 液晶扭曲力与取向膜表面锚定力相互平衡的过程中胆甾相液晶螺距伸张, 光子禁带位置移动, 从而调谐光子禁带边沿出射激光波长. 关键词： 胆甾相液晶 楔形盒 激光辐射     

电场作用下染料掺杂手性向列相液晶器件激光辐射谱研究

研究了电场作用下染料掺杂手性向列相液晶器件激光辐射谱。设计了两种电极结构,分别对正性和负性液晶器件施加横向和纵向电场,采用532 nm的Nd∶YAG脉冲固体激光器泵浦样品。对正性液晶器件施加电场,在 630～660 nm范围获得多波长的激光输出。对负性液晶激光器件施加电场,获得调谐范围为18.5 nm的激光输出。由器件织构和光子禁带的变化,进行了深入的分析。正性液晶器件,在电场力矩与扭曲力矩相互竞争过程中,引起液晶的流动,光子禁带上下浮动,因此不仅在禁带边沿,禁带内也出现激光辐射。而负性液晶器件随着电场强度增大,液晶螺距收缩,禁带蓝移,输出激光波长从681.0 nm蓝移到662.5 nm,出射激光波长为光子禁带边沿处。负性液晶器件在电场作用下的稳定性较好。     

胆甾相液晶激光器的调谐特性研究

基于胆甾相液晶螺距及折射率随温度与电场变化的特性, 研究了温度与电场对液晶染料可调谐激光器发射特性的影响. 首先探讨了手性剂浓度、温度与液晶螺距的关系, 制作了液晶染料可调谐激光器, 在温度23–35℃变化时, 其发射波长调谐范围为618.90–594.76 nm, 达到24.14 nm, 在电压0–9 V 变化时, 其发射波长调谐范围为617.40–608.11 nm, 共9.29 nm. 关键词： 可调谐激光器 胆甾相液晶 激光染料     

梳状电极胆甾相液晶激光器的激光辐射谱

设计制作了梳状电极染料掺杂胆甾相液晶激光器件,研究了外加电压下的激光辐射谱。器件的下基板ITO电极刻蚀成梳状条形电极,电极宽度约2 mm,相邻电极间距分别约为1,3,5 mm。上基板无ITO电极。上下基板取向膜平行摩擦取向处理,使胆甾相液晶平面态排列。以532 nm的Nd∶YAG激光器作为泵浦光源,测量器件激光辐射谱。改变外加电压0~100 V,3个区域均出现了多模输出。在1 mm电极间距区域,可获得633.65~621.52 nm（12 nm）和683.15~664.35 nm（18 nm）的可调谐波长范围;在电极间距3,5 mm区域,辐射激光波长变化微小。在外加电压作用下,液晶分子均匀的螺旋周期排列受到扰动,液晶分子层螺旋轴倾斜,各个液晶畴的螺旋轴取向不一致,使有效螺距值缩短并有所浮动,引起出射激光波长蓝移和多模输出。利用光子态密度理论数值模拟了激光辐射谱。当有效螺距为倾斜角的函数时,随着倾斜角增大出射激光波长蓝移。     

向列相液晶染料可调谐激光器的研究

对向列相液晶染料的可调谐激光器进行了光学特性研究. 以650 nm为中 心波长设计了SiO₂和TiO₂多层膜的一维光子晶体, 以激光染料与向列相液晶的混合物作为增益介质层, 制备了波长可调谐激光器.用Nd: YAG倍频脉冲激光器输出的532 nm激光抽运所制备的激光器样品得出如下光学特性: 激光发射波长随温度调谐范围为605.5---639.8 nm, 达到34.3 nm, 随电压调谐范围为634.5---619.5 nm, 达到15 nm. 发射激光每脉冲的阈值能量为12.3 μJ, 激光线宽小于1 nm.     

染料掺杂液晶填充毛细管的激光发射特性研究

本文提出利用染料掺杂液晶填充PI光控取向膜毛细管获得可调谐激光.采用532 nm YAG倍频脉冲激光器抽运,实验及理论研究了有聚酰亚胺(PI)取向膜和无PI取向膜毛细管的激光发射特性,对比分析了两种情形的激光产生阈值以及随温度变化的特性.结果表明:经PI光控取向处理的染料掺杂胆甾相液晶毛细管的激光发射模式具有分布反馈模式和回音壁模式,同时,激光产生阈值为4.5 m J·mm~(-2);发现当温度升高时,发射光谱发生"蓝移",中心波长调谐范围为5.9 nm,温度升高到43℃时,形成质量非常好的回音壁模式,其自由光谱范围为1.05 nm.经PI光控取向处理的染料掺杂向列相液晶激光发射模式为随机激光,并且较无PI取向时激光发射峰减少.     

SU-8光栅结构中的液晶激光特性

设计制作了SU-8光栅结构的染料掺杂手性向列相液晶激光器件,在器件正面和侧面均实现了随机激光辐射。将激光染料PM597、手性剂S-811、向列性液晶TEB30A按一定比例均匀混合,注入反平行摩擦处理的液晶盒中,器件的下基板通过光掩模法刻蚀出周期为15μm的光栅。利用532 nm的Nd∶YAG固体脉冲激光器作为泵浦源,器件的侧面既在580~590 nm范围内出现了多个离散分立的随机激光辐射峰,FWHM约0.19 nm,又在579~585 nm范围内出现独立的两个激光辐射峰,FWHM约0.19 nm;在器件正面获得了584~590 nm范围的随机激光辐射谱,FWHM约0.17 nm。加热器件至61℃,液晶相变为各向同性态,器件侧面仍出现了波长约590.60 nm、FWHM约0.24 nm的激光辐射峰。分析得出,液晶盒中引入SU-8光栅结构后,光子同时在液晶分子间多重散射和SU-8光栅中布拉格反射获得反馈放大,两种机制相辅相成。器件侧面出现的独立激光辐射峰主要由SU-8光栅布拉格反射提供反馈放大形成,而器件侧面和正面的随机激光辐射峰主要由液晶分子间多重散射提供反馈放大形成。     

基于全息液晶/聚合物光栅的分布反馈式激光器的波长调谐特性研究

首先制备了不同周期的染料掺杂全息液晶/聚合物光栅并进行激光抽运实验, 得到了激光器的调谐曲线,确定了激光器在574 nm到685 nm的谱带里均可以实现激光输出, 即激光器具有110 nm左右的可调谐范围. 之后, 通过温控仪控制样品的温度, 对周期为610 nm的染料掺杂全息液晶/聚合物光栅进行激光抽运, 探测不同温度下的输出激光光谱, 观察到随着温度由20℃升高到65℃, 激光器的中心波长由627.9 nm减小到623 nm, 产生了4.9 nm的波长蓝移.     

基于全息聚合物分散液晶的有机二维光子晶体激光器的研究

采用一次性曝光光路制备了基于全息聚合物分散液晶的亚微米周期染料掺杂二维光子晶体,晶格常数为582nm.选取4-(二氰亚甲基)-2-甲基-6-(4-二甲氨基苯乙烯基)-4H-吡喃作为激光染料,利用输出波长为532nm的Nd:YAG倍频脉冲激光器作为抽运光源对染料掺杂二维光子晶体进行抽运,得到了中心波长为627.4nm的窄线宽、低阈值的输出激光,激光线宽为0.4nm,阈值能量约为22.7 μJ.与目前国外的报道相比,激光线宽和阈值能量都有了很大幅度的降低.将其与基于一维光栅的分布反馈式激光器相比,线宽从1.4 关键词： 全息聚合物分散液晶 二维光子晶体激光器 带隙结构 阈值能量     

一维液晶光子晶体透射谱的研究

一维液晶光子晶体在光滤波器、低阈值激光器和光开关等领域有着很好的应用前景。研究了一维液晶光子晶体的透射谱,电压范围在0～10V内,光谱调谐范围约为50nm,透射峰半高宽为18nm,禁带宽度近400nm。进一步提出了非偏振光型液晶光子晶体,设计了相互垂直0°扭曲取向的双液晶层一维液晶光子晶体器件。双液晶层起到了对各向偏振光光程的补偿作用,使得禁带中的两个透射峰合并为一个透射峰,加强了光强度,增强了滤波性能。     

Ultraviolet lasing in cholesteric liquid crystals

We report the observation of stimulated emission and mirrorless lasing in pure cholesteric liquid crystals. The lasing action is attributed to the combination of the fluorescence and the distributed feedback that are due to the inherent periodic structure of the liquid crystal. If the reflection band matches the intrinsic emission of the cholesteric liquid crystal, the crystal becomes a natural laser material, which will self-lase, without any optical elements or the addition of dyes, under picosecond excitation at 355 nm. Samples have been made to lase at different wavelengths in the near UV by shifting of the edge of the reflection band in the range of 385-405 nm. Typical linewidths observed are of the order of 0.5 nm.     

Random lasing in dye-doped polymer dispersed liquid crystal film

A dye-doped polymer-dispersed liquid crystal film was designed and fabricated,and random lasing action was studied.A mixture of laser dye,nematic liquid crystal,chiral dopant,and PVA was used to prepare the dye-doped polymer-dispersed liquid crystal film by means of microcapsules.Scanning electron microscopy analysis showed that most liquid crystal droplets in the polymer matrix ranged from 30 μm to 40 μm,the size of the liquid crystal droplets was small.Under frequency doubled 532 nm Nd:YAG laser-pumped optical excitation,a plurality of discrete and sharp random laser radiation peaks could be measured in the range of 575–590 nm.The line-width of the lasing peak was 0.2 nm and the threshold of the random lasing was 9 m J.Under heating,the emission peaks of random lasing disappeared.By detecting the emission light spot energy distribution,the mechanism of radiation was found to be random lasing.The random lasing radiation mechanism was then analyzed and discussed.Experimental results indicated that the size of the liquid crystal droplets is the decisive factor that influences the lasing mechanism.The surface anchor role can be ignored when the size of the liquid crystal droplets in the polymer matrix is small,which is beneficial to form multiple scattering.The transmission path of photons is similar to that in a ring cavity,providing feedback to obtain random lasing output.     

用于电响应红外反射窗的液晶聚合物薄膜特性研究

提出了一种红外反射器件,通过载体液晶在电场下的转向控制胆甾型液晶聚合物粒子在器件中的排布方向,实现红外反射与透射之间切换.其中,胆甾型液晶聚合物粒子是实现红外反射关键.介绍了胆甾型液晶聚合物薄膜的制备方法,并采用超声波破碎的方法制备液晶粒子.研究了液晶混合物中不同比例的交联剂液晶1对液晶聚合物薄膜脆性和反射波段的影响,发现当液晶1占100%时,液晶聚合物薄膜的脆性最大,且其清亮点最高,并且薄膜的反射波段随着液晶1比例的增加而向短波方向偏移.同时,研究了薄膜厚度对液晶聚合物粒子的影响,发现液晶薄膜厚度越小,制备的液晶聚合物粒子越小且越均匀,其制成的器件电驱动性更好.该研究有利于帮助电响应红外反射窗的性能优化.     

宽范围可调谐内腔液晶垂直腔面发射激光器设计与研究

为增加可调谐激光器的波长调谐范围,提高系统的可靠性和稳定性,基于液晶的电控双折射特性,设计了一种中心波长为852 nm的内腔液晶可调谐垂直腔面发射激光器结构。分析了该结构获得宽范围波长调谐和单偏振稳定输出的物理原理,利用传输矩阵法进一步计算整个器件下不同液晶层厚度所对应的反射谱,得出不同液晶厚度和折射率下激光器的激射波长。结果表明,液晶可调谐激光器单偏振波长调谐范围达到31 nm,调谐效率大于10 nm/V。