一種多波長(zhǎng)納米激光器體系實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多波長(zhǎng)納米激光器體系實(shí)現(xiàn)方法。在先技術(shù)工藝復(fù)雜、靈活性低、可控性不強(qiáng)?；诙鄬忧驓ぜ{米的光學(xué)與等離子體模式相互作用機(jī)理，采用多層球殼納米激光器單元，采用不同幾何參數(shù)多層球殼納米激光器單元實(shí)現(xiàn)不同激光波長(zhǎng)，結(jié)合電流變效應(yīng)對(duì)不同波長(zhǎng)納米激光器微通道進(jìn)行流動(dòng)控制，將不同激光波長(zhǎng)多層球殼納米激光器體系混合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)納米激光器體系。本發(fā)明具有多層球殼結(jié)構(gòu)納米激光器單元、激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)工藝簡(jiǎn)單、納米激光器結(jié)構(gòu)無(wú)需固定基底、可實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)納米激光器體系、系統(tǒng)分布可調(diào)控性強(qiáng)、分布靈活、不同波長(zhǎng)納米激光器數(shù)量動(dòng)態(tài)可控等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種多波長(zhǎng)納米激光器體系實(shí)現(xiàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種激光器實(shí)現(xiàn)方法，特別是一種多波長(zhǎng)納米激光器體系實(shí)現(xiàn)方法。主要用于光學(xué)激發(fā)、光學(xué)顯微、光電檢測(cè)、光通訊、光信息儲(chǔ)存、微光機(jī)電、光電集成、光刻、超分辨等領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]激光器是利用受激輻射原理使光在某些受激發(fā)的物質(zhì)中放大或振蕩發(fā)射的器件，通常由激勵(lì)源、工作介質(zhì)和諧振腔三部分構(gòu)成，其中，激勵(lì)是工作介質(zhì)吸收外來(lái)能量后激發(fā)到激發(fā)態(tài)，為實(shí)現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件；工作介質(zhì)具有亞穩(wěn)能級(jí)是使受激輻射占主導(dǎo)地位，從而實(shí)現(xiàn)光放大；諧振腔可以提供光學(xué)反饋。目前，已經(jīng)存在多種激光器，包括氣體激光器、固體激光器、染料激光器、半導(dǎo)體激光器、生物激光器和納米激光器等。
[0003]在先技術(shù)中存在納米激光器，參見(jiàn)期刊《Nature》上第482卷頁(yè)碼范圍為204-207的學(xué)術(shù)論文；作者:M.Khajavikhan, A.Simic, M.Kata, J.H.Lee, B.Slutsky, A.Mizrahi, V.Lomakin, Y.Fainman,論文題目為:Thresholdless nanoscale coaxiallasers。此在先技術(shù)雖然具有一定優(yōu)點(diǎn)，但是存在本質(zhì)不足:首先，利用同軸的多層圓柱殼層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在微納結(jié)構(gòu)上存在較多具有高精度要求參數(shù)，并且參數(shù)數(shù)值多樣，導(dǎo)致制作工藝難度大，可操控性不靈活；其次，納米激光器結(jié)構(gòu)需要基底作為支撐，增加納米激光器構(gòu)成部件，在整體上增加了器件尺寸，激光器結(jié)構(gòu)與基底相互固定，無(wú)法實(shí)現(xiàn)激光器靈活操縱；實(shí)現(xiàn)納米激光器動(dòng)態(tài)位置控制難度大，分布靈活性差，本質(zhì)上在先技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)納米激光器體系，納米激光器不同動(dòng)態(tài)移動(dòng)，以及動(dòng)態(tài)改變不同波長(zhǎng)納米激光器數(shù)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述在先技術(shù)的不足，提供一種多波長(zhǎng)納米激光器體系實(shí)現(xiàn)方法，具有多層球殼結(jié)構(gòu)納米激光器單元、激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)工藝簡(jiǎn)單、納米激光器結(jié)構(gòu)無(wú)需固定基底、多波長(zhǎng)納米激光器體系、可調(diào)控性強(qiáng)、分布靈活、納米激光器可動(dòng)態(tài)移動(dòng)，不同波長(zhǎng)納米激光器數(shù)量動(dòng)態(tài)可控等特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明的基本構(gòu)思是:基于多層球殼納米的光學(xué)與等離子體模式相互作用機(jī)理，采用多層球殼納米激光器單元，采用不同幾何參數(shù)多層球殼納米激光器單元實(shí)現(xiàn)不同激光波長(zhǎng)，結(jié)合電流變效應(yīng)對(duì)不同波長(zhǎng)納米激光器微通道進(jìn)行流動(dòng)控制，將不同激光波長(zhǎng)多層球殼納米激光器體系混合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)納米激光器體系。本發(fā)明具有多層球殼結(jié)構(gòu)納米激光器單元、激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)工藝簡(jiǎn)單、納米激光器結(jié)構(gòu)無(wú)需固定基底、可實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)納米激光器體系、系統(tǒng)分布可調(diào)控性強(qiáng)、分布靈活、不同波長(zhǎng)納米激光器數(shù)量動(dòng)態(tài)可控等特點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明方法的具體制作步驟如下:
步驟(I)將多種納米激光器分散到絕緣液體中形成多種納米激光器懸浮液，所有單個(gè)納米激光器均米用球殼結(jié)構(gòu)，包括金屬球體芯部和摻雜有染料分子的非金屬外層球殼，并且金屬球體芯部的半徑小于100納米，非金屬外層球殼中含有的染料分子數(shù)目大于2000個(gè)；
步驟(2)微通道結(jié)構(gòu)含有多個(gè)入口通道和一個(gè)出口，多種納米激光器懸浮液分別從不同入口通道流入，然后在微通道結(jié)構(gòu)主體部分發(fā)生混合，形成多種納米激光器系統(tǒng)，每個(gè)入口通道的側(cè)壁上設(shè)置有兩個(gè)電極板，每個(gè)入口通道上的兩個(gè)電極板分別與一個(gè)電源相連接；
步驟(3)電源對(duì)電極施加電壓導(dǎo)致在每個(gè)入口通道中產(chǎn)生電流變效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制每個(gè)入口通道中納米激光器懸浮液的流控狀態(tài)，可以開關(guān)流動(dòng)和流量調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)納米激光器數(shù)量動(dòng)態(tài)可控，以及混合后分布狀態(tài)；
步驟(4)泵浦光源出射光束經(jīng)過(guò)光束整形部件后整形，再經(jīng)過(guò)匯聚部件進(jìn)行匯聚到微通道結(jié)構(gòu)中的含有多種納米激光器的懸浮液區(qū)域，對(duì)納米激光器進(jìn)行激發(fā)，產(chǎn)生多波長(zhǎng)激光發(fā)射，含有多種納米激光器的懸浮液從微通道出口流出，在電流變效應(yīng)和微通道作用下，實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)納米激光器體系。
[0007]所述的納米激光器的金屬球體芯部材料為金、銀的一種。
[0008]所述的納米激光器的非金屬外層球殼材料為摻雜有染料分子的娃材料球殼。
[0009]所述的電極板為透光導(dǎo)電膜層、導(dǎo)電金屬網(wǎng)絡(luò)層、石墨烯的一種。
[0010]所述的光電導(dǎo)薄層為氫化非晶硅材料薄層。
[0011]所述的兩個(gè)電極板之間可以施加直流電壓，也可以施加交流電壓。
[0012]所述的光源為氣體激光器、半導(dǎo)體激光器、固體激光器、染料激光器的一種。
[0013]本發(fā)明中單個(gè)納米激光器制備、染料分子及其使用、微流控、電流變、微通道制備、電源電壓控制等均是成熟技術(shù)。
[0014]本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)在于基于多層球殼納米的光學(xué)與等離子體模式相互作用機(jī)理，采用多層球殼納米激光器單元，采用不同幾何參數(shù)多層球殼納米激光器單元實(shí)現(xiàn)不同激光波長(zhǎng)，結(jié)合電流變效應(yīng)對(duì)不同波長(zhǎng)納米激光器微通道進(jìn)行流動(dòng)控制，將不同激光波長(zhǎng)多層球殼納米激光器體系混合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)納米激光器體系，提供一種具有多層球殼結(jié)構(gòu)納米激光器單元、激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)工藝簡(jiǎn)單、納米激光器結(jié)構(gòu)無(wú)需固定基底、多波長(zhǎng)納米激光器體系、可調(diào)控性強(qiáng)、分布靈活、不同波長(zhǎng)納米激光器數(shù)量動(dòng)態(tài)可控等特點(diǎn)的多波長(zhǎng)納米激光器體系實(shí)現(xiàn)方法。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
1)在先技術(shù)利用同軸的多層圓柱殼層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在微納結(jié)構(gòu)上存在較多具有高精度要求參數(shù)，并且參數(shù)數(shù)值多樣，導(dǎo)致制作工藝難度大，可操控性不靈活；本發(fā)明基于多層球殼納米的光學(xué)與等離子體模式相互作用機(jī)理，采用多層球殼納米激光器，納米激光器包括金屬球體芯部和摻雜有染料的非金屬外層球殼，從結(jié)構(gòu)上只有兩個(gè)構(gòu)成部分，具有參數(shù)少、制作工藝簡(jiǎn)單、性能可靠性高、可操控性靈活等特點(diǎn)，并且本發(fā)明采用不同幾何尺寸的多層球殼納米結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同激光波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)激光發(fā)射；
2)在先技術(shù)中的納米激光器結(jié)構(gòu)需要基底作為支撐，增加納米激光器構(gòu)成部件，在整體上增加了器件尺寸，激光器結(jié)構(gòu)與基底相互固定，無(wú)法實(shí)現(xiàn)激光器靈活操縱；本發(fā)明采用多層球殼結(jié)構(gòu)的納米激光器，利用自身的金屬核心的金屬表面等離子場(chǎng)和激光光場(chǎng)相互所用，外層含有染料的非金屬殼層提供光學(xué)增益，提供光學(xué)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)自身的激光受激輻射，功能實(shí)現(xiàn)均在納米顆粒系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，無(wú)需外接基底，使得系統(tǒng)不受限于基底材料、尺寸、制備等限制，進(jìn)一步提高了本發(fā)明的簡(jiǎn)潔度，增加了靈活性；
3)實(shí)現(xiàn)納米激光器動(dòng)態(tài)位置控制難度大，分布靈活性差，本質(zhì)上在先技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)納米激光器體系，納米激光器不同動(dòng)態(tài)移動(dòng)，以及動(dòng)態(tài)改變不同波長(zhǎng)納米激光器數(shù)量；本發(fā)明結(jié)合電流變效應(yīng)對(duì)不同發(fā)射波長(zhǎng)的納米激光器進(jìn)行微通道流動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)多波長(zhǎng)納米激光器混合，并且可以通過(guò)每種納米激光器流量控制，實(shí)現(xiàn)相對(duì)數(shù)量控制，因此具有可實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)納米激光器體系、系統(tǒng)分布可調(diào)控性強(qiáng)、分布靈活、不同波長(zhǎng)納米激光器數(shù)量動(dòng)態(tài)可控等特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中兩種納米激光器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明的一種多波長(zhǎng)納米激光器體系實(shí)現(xiàn)方法示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0019]本發(fā)基于多層球殼納米的光學(xué)與等離子體模式相互作用機(jī)理，采用多層球殼納米激光器單元，采用不同幾何參數(shù)多層球殼納米激光器單元實(shí)現(xiàn)不同激光波長(zhǎng)，結(jié)合電流變效應(yīng)對(duì)不同波長(zhǎng)納米激光器微通道進(jìn)行流動(dòng)控制，將不同激光波長(zhǎng)多層球殼納米激光器體系混合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)納米激光器體系，圖1為本發(fā)明的一種多波長(zhǎng)納米激光器體系實(shí)現(xiàn)方法示意圖，具體制作步驟如下:
步驟(I)將兩種納米激光器分散到液體中形成兩種納米激光器懸浮液，所有單個(gè)納米激光器均米用球殼結(jié)構(gòu)，包括金屬球體芯部和摻雜有染料分子的非金屬外層球殼，并且金屬球體芯部的半徑小于100納米，非金屬外層球殼中含有的染料分子數(shù)目大于2000個(gè)。
[0020]本實(shí)施例中，納米激光器由金屬球體芯部和摻雜有染料分子的非金屬外層球殼，圖1所示兩種納米激光器結(jié)構(gòu)。第一種波長(zhǎng)納米激光器結(jié)構(gòu)的金屬球體芯部101采用金，球體半徑為14納米；非金屬外層球殼102的球殼厚度為15納米，采用含有染料分子0G-488的娃材料球殼，所以第一種波長(zhǎng)納米激光器I整體為直徑為44納米的球體,每個(gè)第一種波長(zhǎng)納米激光器I的非金屬外層球殼102含有的染料分子數(shù)目約為2700個(gè)。第二種波長(zhǎng)納米激光器結(jié)構(gòu)的金屬球體芯部201同樣采用金，球體半徑為10納米；非金屬外層球殼202的球殼厚度為17納米，采用含有染料分子0G-488的硅材料球殼，所以第二種波長(zhǎng)納米激光器I整體為直徑為44納米的球體，每個(gè)第二種波長(zhǎng)納米激光器2的非金屬外層球殼202含有的染料分子數(shù)目約為4100個(gè)。第一種波長(zhǎng)納米激光器和第二種波長(zhǎng)納米激光器所選擇的液體為同一種液體3,本實(shí)施例中米用甲基娃油。
[0021]步驟(2)微通道結(jié)構(gòu)含有多個(gè)入口通道和一個(gè)出口，多種納米激光器懸浮液分別從不同入口通道流入，然后在微通道結(jié)構(gòu)主體部分發(fā)生混合，形成中多種納米激光器系統(tǒng)，每個(gè)入口通道的側(cè)壁上設(shè)置有兩個(gè)電極板，每個(gè)入口通道上的兩個(gè)電極板分別于一個(gè)電源相連接；
圖2為本發(fā)明的一種多波長(zhǎng)納米激光器體系實(shí)現(xiàn)方法示意圖。本實(shí)施例中，采用兩個(gè)入口通道和一個(gè)出口通道的Y型微通道結(jié)構(gòu)4，包括第一入口 401、第二入口 402和出口403，第一波長(zhǎng)納米激光器I從第一入口 401流入，第二波長(zhǎng)納米激光器2從第二入口 402流入；在第一入口 401流入的通道的側(cè)壁上設(shè)置有設(shè)置有第一電極板5和第二電極板6，第一電極板5和第二電極板6分別于電源7相連；在第二入口 402流入的通道的側(cè)壁上設(shè)置有設(shè)置有第三電極板8和第四電極板9，第三電極板8和第四電極板9分別于電源10相連；本實(shí)施例中第一電極板5、第二電極板6、第三電極板8、第四電極板9均采用摻錫氧化銦導(dǎo)電薄層。
[0022]步驟(3)電源對(duì)電極施加電壓導(dǎo)致在每個(gè)入口通道中產(chǎn)生電流變效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制每個(gè)入口通道中納米激光器懸浮液的流控狀態(tài)，可以開關(guān)流動(dòng)和流量調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)納米激光器數(shù)量動(dòng)態(tài)可控，以及混合后分布狀態(tài)；
本實(shí)施例中，通過(guò)電源7對(duì)第一電極板5和第二電極板6施加電壓,產(chǎn)生第一波長(zhǎng)納米激光器I懸浮液的電流變效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)第一波長(zhǎng)納米激光器I的開關(guān)流動(dòng)和流量調(diào)節(jié)；通過(guò)電源10對(duì)第三電極板8和第四電極板9施加電壓，產(chǎn)生第二波長(zhǎng)納米激光器2懸浮液的電流變效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)第二波長(zhǎng)納米激光器2的開關(guān)流動(dòng)和流量調(diào)節(jié)。
[0023]步驟(4)泵浦光源11出射光束經(jīng)過(guò)光束整形部件12后整形，再經(jīng)過(guò)匯聚部件13進(jìn)行匯聚到微通道結(jié)構(gòu)中的含有多種納米激光器的懸浮液區(qū)域，對(duì)納米激光器進(jìn)行激發(fā)，產(chǎn)生多波長(zhǎng)激光發(fā)射，含有多種納米激光器的懸浮液從微通道出口 403流出，流動(dòng)的在電流變效應(yīng)和微通道作用下，實(shí)現(xiàn)可調(diào)控的多波長(zhǎng)納米激光器體系。
[0024]本實(shí)施例中，泵浦光源11采用固體激光器，光束整形部件12為空間光調(diào)制器，匯聚部件13采用膠合透鏡構(gòu)成的透鏡組，很好的實(shí)現(xiàn)消像差。
[0025]本實(shí)施例中，在488納米波長(zhǎng)脈沖光的激發(fā)下，成功實(shí)現(xiàn)了多波長(zhǎng)發(fā)射，得到了可見(jiàn)光波段的多波長(zhǎng)納米激光器系統(tǒng)，本發(fā)明具有多層球殼結(jié)構(gòu)納米激光器單元、激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)工藝簡(jiǎn)單、納米激光器結(jié)構(gòu)無(wú)需固定基底、多波長(zhǎng)納米激光器體系、可調(diào)控性強(qiáng)、分布靈活、不同波長(zhǎng)納米激光器數(shù)量動(dòng)態(tài)可控等特點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種多波長(zhǎng)納米激光器體系實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于該方法的具體步驟如下: 步驟(I)將多種納米激光器分散到絕緣液體中形成多種納米激光器懸浮液； 步驟(2)微通道結(jié)構(gòu)含有多個(gè)入口通道和一個(gè)出口，多種納米激光器懸浮液分別從不同入口通道流入，然后在微通道結(jié)構(gòu)主體部分發(fā)生混合，形成多種納米激光器系統(tǒng)，每個(gè)入口通道的側(cè)壁上設(shè)置有兩個(gè)電極板，每個(gè)入口通道上的兩個(gè)電極板分別與一個(gè)電源相連接； 步驟(3)電源對(duì)電極施加電壓導(dǎo)致在每個(gè)入口通道中產(chǎn)生電流變效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制每個(gè)入口通道中納米激光器懸浮液的流控狀態(tài)，可以開關(guān)流動(dòng)和流量調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)納米激光器數(shù)量動(dòng)態(tài)可控，以及混合后分布狀態(tài)； 步驟(4)泵浦光源出射光束經(jīng)過(guò)光束整形部件后整形，再經(jīng)過(guò)匯聚部件進(jìn)行匯聚到微通道結(jié)構(gòu)中的含有多種納米激光器的懸浮液區(qū)域，對(duì)納米激光器進(jìn)行激發(fā)，產(chǎn)生多波長(zhǎng)激光發(fā)射，含有多種納米激光器的懸浮液從微通道出口流出，在電流變效應(yīng)和微通道作用下，實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)納米激光器體系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多波長(zhǎng)納米激光器體系實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:納米激光器均米用球殼結(jié)構(gòu)，包括金屬球體芯部和摻雜有染料分子的非金屬外層球殼，并且金屬球體芯部的半徑小于100納米，非金屬外層球殼中含有的染料分子數(shù)目大于2000個(gè)； 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多波長(zhǎng)納米激光器體系實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述的納米激光器的金屬球體芯部材料為金、銀的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多波長(zhǎng)納米激光器體系實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述的納米激光器的非金屬外層球殼材料為摻雜有染料分子的硅材料球殼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多波長(zhǎng)納米激光器體系實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述的電極板為透光導(dǎo)電膜層、導(dǎo)電金屬網(wǎng)絡(luò)層、石墨烯的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多波長(zhǎng)納米激光器體系實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述的光電導(dǎo)薄層為氫化非晶硅材料薄層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)態(tài)納米激光器陣列實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述的兩個(gè)電極板之間可以施加直流電壓，也可以施加交流電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)態(tài)納米激光器陣列實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述的泵浦光源為氣體激光器、半導(dǎo)體激光器、固體激光器、染料激光器的一種。
【文檔編號(hào)】H01S3/02GK104242021SQ201410414752
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】高秀敏, 張艷林, 楊杰, 張宇 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)