专利名称：一种制作液相非圆对称光学谐振腔的装置的制作方法
专利说明 本实用新型涉及一种制作液相非圆对称光学谐振腔的装置，该装置属于光学仪器领域，可应用于研究非圆对称腔的激光辐射特性。目前，以光波在界面上的全反射为传光机制的圆对称光学谐振腔(简称圆形腔)，在激光和光电子学研究领域受到高度重视。作为激光谐振腔，圆形腔有缺乏方向性辐射和辐射功率低两个重要缺陷。用非圆对称光学谐振腔(简称非对称腔)替代圆形腔是克服上述缺陷的有效方法。申请号为01265505.8的中国专利提供一种真空密封谐振腔调节镜座，这种装置通过调节谐振腔镜座以改变谐振腔镜面的平行度。申请号为218359的美国专利，又提供一种用固相非对称谐振腔选择微波模式的方法，这种方法不涉及非对称腔的制作。为研究非对称腔的激光辐射特性，通常用光刻蚀方法得到固相非对称腔体。这种方法的制作工艺复杂，所需设备成本昂贵。本实用新型的目的是提供一种制作液相非圆对称光学谐振腔的装置，该装置采用价格较为低廉的设备和材料制作液相非对称腔，使圆形腔变为形状参数可调的非对称腔，以解决现有技术中固相非对称腔体制作工艺复杂和成本高的问题。
实现本实用新型发明目的的技术方案是由两片透明导电玻璃构成一对平行的电极板，该电极板的导电膜所在面分别与两块铜片连接，此两铜片经导线分别与可调高压直流电源的正负极相连，构成电压可调的平行透明电极对。在透明电极对中间置一微量注射器，用该注射器的平口针头产生一个悬垂液滴，将此悬垂液滴置于透明电极对中央。调节电极电压，即可在悬垂液滴的赤道平面上形成一系列不同形状参数的二维液相非圆对称光学谐振腔。
所述悬垂液滴赤道平面变形的原理如下由于液体表面张力的作用，悬垂液滴的赤道平面构成一个二维的理想圆形腔体。本实用新型用透明电极间的静电场使液滴介质极化。极性相反的极化电荷主要分布在和极板相对的液滴表面上，其在邻近极板上的异性电荷的静电力作用下，同时沿两个极板方向拖曳液滴，使液滴的赤道平面发生形变，从而使圆形腔变为形状参数可调的非对称腔。根据上述原理，在外加电场场强一定的条件下，选用容易极化的溶液制作悬垂液滴，可以获得较大的变形量。选用不容易挥发的溶液制作悬垂液滴，可以保证液滴的稳定性。
本实用新型的有益效果有如下三点1.调节电极电压，即可以得到一系列不同形状参数的二维非对称腔。这是光刻蚀方法难于实现的；2.由透明电极组成的极板，方便于对液滴介质的光泵浦，以及对谐振腔光辐射的空间分布的观察和测量；3.制作简单，操作方便。
图1是悬垂液滴变形的原理示意图。
图2是本实用新型的装置示意图。
图3是悬垂液滴的赤道平面在变形前后的示意图。
图4是悬垂液滴变形量随外加场强的变化曲线。
图中E′和E表示电极对；N为注射器针头；P为悬垂液滴。
以下结合附图和实施例，对本实用新型作进一步的说明。
悬垂液滴变形原理如图1所示，悬垂液滴P在E′和E组成的电极对中极化，分布在P界面上的极化电荷，在E′和E上的异性电荷的电场力F′和F的作用下拖曳P，使液滴赤道平面产生形变。
根据悬垂液滴变形原理，本实用新型采用图2所示的装置来制作液相非圆对称光学谐振腔。其中E′和E是用ITO(Indium Tin Oxide)制作的透明电极，极板间距在6-10毫米之间；C′和C为连接铜片；T′和T为铁伏龙(Teflon)绝缘块；M′和M为倾度可调的光学镜片架，其中S2′和S2，以及S3′和S3为倾度调节螺钉；S1′和S1为X方向的位移调节螺钉；D.C.为可调高压直流电源，电压调节范围是0～±3000伏；虚框K为单刀双掷开关。用导电胶将E′、E的导电膜一面分别粘结在C′、C上，经过T′、T后，绝缘地连接在M′、M上。当K和D.C.接通时，D.C.对E′、E加压；当K接地时，E′、E对地放电以清除极板上的电荷。调节S1′和S1，使E′和E的间距满足实用需求。在氦氖激光束反射光斑的指示下，调节S2′和S2以及S3′和S3，使E′和E平行以保证极板间电场的均匀。悬垂液滴的赤道平面直径在2-3毫米之间。为便于液滴变形量调节，采用两个独立的高压直流电源分别加电压于E′和E。在低倍率显微镜的帮助下，使变形后的P处于Z轴的对称位置。
图3是悬垂液滴的赤道平面在变形前后的示意图。其中，图3-(a)是极板间场强为零时液滴的圆形赤道平面，由此圆形的赤道平面构成一个理想的二维圆对称光学谐振腔。图3-(b)是极板间场强不为零时的液滴图像。由图3-(a)和3-(b)的对比可见沿场强X方向，液滴展宽；沿垂直于场强的Y方向，液滴收窄；液滴的赤道平面由图3-(a)的圆形变图3-(b)的非圆形。由此非圆形的赤道平面构成一个二维的非圆对称光学谐振腔。
图4是悬垂液滴变形量随外加场强的变化曲线。其中，三角形符号表示液滴赤道平面沿场强方向的长度(dmax)；园形符号表示液滴赤道平面沿场强垂直方向的长度(dmin)；粗实线(T)表示变形量，其定义为(dmax2-dmin2)0.5/dmax。随场强的增加，由图4可见1.液滴赤道平面沿场强方向逐渐展宽；2.液滴赤道平面沿场强的垂直方向逐渐收窄；3.液滴的变形量逐渐增加。图4给出的实验曲线符合本实用新型的设计要求。
最佳实施例在外加电场场强一定的条件下，选用容易极化的溶液制作悬垂液滴，可以获得较大的变形量。选用不容易挥发的溶液制作悬垂液滴，可以保证液滴的稳定性。综合如上两个因素，本实用新型采用挥发性较小，极化率适中的乙二醇溶液制作非圆对称光学谐振腔，获得最佳效果。
权利要求1.一种制作液相非圆对称光学谐振腔的装置，其特征是该装置由两片透明导电玻璃构成一对平行的电极板，所述的电极板对导电膜所在面分别与两块铜片连接，此两铜片又经导线分别与可调高压直流电源的正负极相连，构成电压可调的平行透明电极对。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是在平行透明电极对中间置一微量注射器，用该注射器的平口针头产生一悬垂液滴，此悬垂液滴位于透明电极对中央。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征是平行透明电极对之间的间距为6～10毫米；电压调节范围是0～±3000伏。
4.根据权利要求1、2所述的装置，其特征是悬垂液滴用乙二醇溶液制作；悬垂液滴的赤道平面直径在2～3毫米之间。
专利摘要一种制作液相非圆对称光学谐振腔的装置。该装置由两片透明导电玻璃构成一对平行的电极板，电极板的导电膜所在面分别与两块铜片连接，此两铜片又经导线分别与可调高压直流电源的正负极相连，构成电压可调的平行透明电极对。在电极对中间置一微量注射器，用该注射器的平口针头产生一悬垂液滴，此悬垂液滴置于透明电极对中央。调节电极电压，即可在悬垂液滴的赤道平面上形成一系列不同形状参数的二维液相非圆对称光学谐振腔。可应用于研究非圆对称光学谐振腔的激光辐射特性。
文档编号H01S3/08GK2606477SQ0228789
公开日2004年3月10日 申请日期2002年12月6日 优先权日2002年12月6日
发明者普小云, 张晋, 张中明 申请人:云南大学