向列相液晶染料可调谐激光器的发射特性#
 

摘要：本文对向列相液晶染料可调谐激光器的光学特性进行了研究．以650nm 为中心波长设计了SiO2 和TiO2多层膜的一维光子晶体，以DCM 染料与向列相液晶的混合物作为其缺陷层，设计了可调谐激光器，利用532nm 输出的Nd:YAG 倍频脉冲激光器作为泵浦光.发射激光温度调谐范围达到30.4nm，电压调谐范围达到15nm，阈值能量12.3μJ/pulse，激光线宽低于1nm．
 

关键词：可调谐激光器；向列相液晶；染料

0 引言
液晶可调谐激光器与其它传统的固态激光器相比具有从近紫外到近红外宽波长调谐范围的特点，并且尺寸小、线宽窄和高光学效率，这使其在单芯片实验室、医学诊断、皮肤医学等领域将有新的应用．
 

自从1998 年Kopp[1]首次实验证明染料掺杂胆甾相液晶结构中激光发射，同时激光发射发生在带隙边缘之后很多科学家开始进行这方面的研究，现已成为国际研究热门科学之一．F.Araoka[2]发现了发射效率的测量可以从染料转化偶极矩的有序度中得．G.Petriashvili[3]进行了双胆甾相液晶层中间夹染料与甘油混合物激光器的研究．H.L.Shin[4]研究了含有光致异构材料的可光擦除和光写入的胆甾相液晶染料可调谐激光器的发射特性．
 

研究者多是利用胆甾相液晶固有的一维光子晶体特性，在玻璃基板上直接注入胆甾相液晶与激光染料的混合物，进行激光发射及调谐特性研究．此结构在调谐时其胆甾相液晶周期性结构的折射率差值将变小，导致禁带宽度变小和截止深度不够，影响激光发射．本文采用染料掺杂向列相液晶与一维多层介质膜组合,在激光调谐时不会发生影响禁带宽度和截止深度的问题，同时具有禁带宽度宽和截止深度低的特点.Ozaki[5]对此结构激光发射的电调谐特性进行了研究，且进一步研究了具有聚合物荧光发射层的向列相液晶激光器的电调谐特性[6]，国内未见此方面的研究报道.本文着重研究染料掺杂向列相液晶作为一维光子晶体缺陷层的液晶可调谐激光器的温度和电调谐调特性，实验结果说明向列相液晶染料可调谐激光器可以很好的实现温度和电场调谐特性，温度调谐范围达30.4nm，电调谐范围达15nm．

3 结论
以 650nm 为中心波长设计了SiO2 和TiO2 多层膜的一维光子晶体，以DCM 染料掺杂向列相液晶的混合物作为其缺陷层，设计了可调谐激光器．利用532nm 输出的Nd:YAG 倍频脉冲激光器作为泵浦光．对其材料吸收特性和荧光发射特性进行了研究，发现材料对532nm泵浦光吸收较强接近80%，荧光发射光谱具有较宽的范围达到550nm 到675nm 的120nm 范围．对激光器样品进行了温度与电场调谐特性研究，温度调谐范围达到30.4nm，电压调谐范围达到15nm，阈值能量12.3μJ/pulse，激光线宽低于1nm．
 

[参考文献] (References)
[1] V. I.Kopp,B. Fan,H. K. M. Vithana, et al. Low-threshold lasing at the edge of a photonic stop band in
cholesteric liquid crystals1[J], Opt. Lett. 998,23(21),1707-1709.
[2] F.Araoka, K. C. Shin , Y. Takanishi, et al. How doping a cholesteric liquid crystal with polymeric dye
improves an order parameter and makes possible low threshold lasing[J],J. Appl. Phys.,2003, 94(1),279-283.
[3] G. Petriashvili1,M. A. Matranga, M. P. De Santo,et al. Wide band gap materials as a new tuning strategy for
dye doped cholesteric liquid crystals laser[J],Opt. Expr.,2009 ,17(6) 4553-4558.
[4] Shih-Hung Lin, Cang-Yi Shyu, Jui-Hsiang Liu,et al. Photoerasable and photorewritable spatially-tunable
laser based on a dye-doped cholesteric liquid crystal with a hotoisomerizable chiral dopant[J], Opt. Expr.,2010,18(9) ,9496-9503.
[5] R.Ozaki,T. Matsui,M.Ozaki,et al. Electrically color-tunable defect mode lasing in one dimensional
photonic-band-gap system containing liquid crystals[J], Appl. Phys. Lett. , 2003, 82,3593-3595.
[6] R.Ozaki,Y.Matsuhisa,M.Ozaki,et al. Electrically tunable lasing based on defect mode in one-dimensional
photonic crystal with conducting polymer and liquid crystal defect layer[J], Appl. Phys. Lett.,2004, 84,1844-1846.
[7] Mi-Yun Jeong, Hyunhee Choi, and J. W. Wu,Spatial tuning of laser emission in a dye-doped cholesteric liquid
crystal wedge cell[J], Appl. Phys. Lett. 2008,92,051108.