膽固醇液晶激光效率提高研究.pdf

1、自從20世紀(jì)60年代激光器問世以來，激光器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于通訊、生物、醫(yī)學(xué)、國防、軍事等領(lǐng)域，對(duì)人們的生活產(chǎn)生了革命性的變化。目前常用的激光器主要有固體激光器、氣體激光器、染料激光器和半導(dǎo)體激光器等，它們都具有穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，但是它們的致命缺點(diǎn)是體積大，這使得它們?cè)絹碓讲荒軡M足集成光學(xué)發(fā)展的需要。集成光學(xué)的發(fā)展越來越需要微型激光器，因此近年來微型激光得到了廣泛的研究。
　　目前被廣泛研究的微型激光器主要有法布里-珀羅(F-P)腔激

2、光器、分布式反饋激光器(FDB)、微腔激光器及碟片激光器等幾種類型，這幾類激光器都具有閾值低、體積小、光譜較窄、調(diào)制速率高等特點(diǎn)，但它們的制作工藝都非常復(fù)雜，有的需要高精度的鍍膜技術(shù)，成本很高。
　　膽固醇液晶(cholesteric liquid crystal，CLC)因其周期性螺旋結(jié)構(gòu)和高雙折射率的特點(diǎn)，會(huì)形成布拉格反射帶，相當(dāng)于一維光子晶體。與傳統(tǒng)的光子晶體相比，膽固醇液晶具有很多獨(dú)特的特點(diǎn)。首先膽固醇液晶反射帶的中心波長

3、和帶寬很容易通過電場、磁場、溫度等外界條件調(diào)控，因此可以很容易利用膽固醇液晶制備可調(diào)光學(xué)器件，比如可調(diào)光學(xué)濾波器、光開關(guān)等。其二是膽固醇液晶器件制備工藝非常簡單，只需在液晶中參雜一些手性分子，然后灌入液晶盒中便可以獲得周期性螺旋結(jié)構(gòu)的膽固醇液晶。因?yàn)檫@些獨(dú)特的特點(diǎn)，近年來膽固醇液晶引起廣泛的研究興趣，包括開發(fā)在柔性顯示、光開關(guān)、可調(diào)光學(xué)濾波器等方面的應(yīng)用。
　　研究發(fā)現(xiàn)通過在膽固醇液晶中摻雜高發(fā)光效率的激光染料，可以在無需反饋腔的

4、情況下獲得激光輸出。因?yàn)槟懝檀家壕е苽浜唵?，這一發(fā)現(xiàn)引起了廣泛的研究興趣。人們對(duì)膽固醇液晶激光進(jìn)行了大量的研究，所有這些研究大致可以歸納為兩個(gè)方面:一方面是研究可調(diào)膽固醇液晶激光，另一方面是提高膽固醇液晶激光效率。盡管人們采取不同方法提高膽固醇液晶激光的效率，但是，到目前為止膽固醇液晶激光效率仍然不高，這嚴(yán)重制約了膽固醇液晶激光器的實(shí)際應(yīng)用。為了使膽固醇液晶激光器最終能應(yīng)用到實(shí)際中去，膽固醇液晶激光效率必須進(jìn)一步提高，這正是本文研究的目

5、標(biāo)。
　　為了提高膽固醇液晶激光效率，本文研究了膽固醇液晶分子排列，膽固醇液晶結(jié)構(gòu)、厚度以及膽固醇液晶反射鏡的加入對(duì)膽固醇液晶激光效率的影響及其物理機(jī)制。具體研究內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:
　　1.研究了電擊摩擦處理對(duì)膽固醇液晶分子排列的改善。研究表明隨著液晶盒厚度的增加，其內(nèi)部缺陷增多，透射率也相應(yīng)降低，而采用電擊摩擦方法處理可以明顯改善分子排列。例如對(duì)于厚度大于25μm的膽固醇液晶樣品，沒經(jīng)過任何處理之前，膽固醇液晶分子

6、處于無序的焦錐狀結(jié)構(gòu)，透射率接近于0;經(jīng)過電擊摩擦處理后，樣品變?yōu)槠矫媛菪Y(jié)構(gòu)，散射明顯降低，樣品透射率由處理之前的幾乎為0提高到80％，且該方法制得的膽固醇液晶樣品能夠長期穩(wěn)定保持其平面螺旋結(jié)構(gòu)不變。本文分析了該現(xiàn)象背后的原因及其物理機(jī)制。
　　2.研究了膽固醇液晶結(jié)構(gòu)對(duì)膽固醇液晶激光效率的影響及其物理機(jī)制。研究表明經(jīng)過電擊摩擦處理后，膽固醇液晶激光閾值降低了，同時(shí)激光效率也得到了提高，且樣品越厚，電擊摩擦處理后激光效率提高得越

7、多，比如5μm的染料摻雜膽固醇液晶樣品經(jīng)過摩擦處理后激光效率提高了1.6倍，而50μm染料摻雜的膽固醇液晶激光效率可以提高10.7倍。本文分析了該現(xiàn)象背后的原因及其物理機(jī)制。
　　3.研究了用膽固醇液晶作為反射鏡對(duì)膽固醇液晶激光效率的影響及其物理機(jī)制。采用與染料摻雜的膽固醇液晶同手性且?guī)捘軌蚋采w激光波長的膽固醇液晶作為反射鏡，將其放置在染料摻雜的膽固醇液晶的一側(cè)，結(jié)果表明，膽固醇液晶激光效率可以得到進(jìn)一步提高，且提高的倍數(shù)隨著染