基于MEH‑PPV浓溶液的单模随机激光生成方法与流程

本发明属于激光技术领域，特别是涉及一种基于meh-ppv浓溶液的单模随机激光生成方法。

背景技术：

随机激光具有相干性较弱等独特的光学性质，有广泛的应用前景，在学术界和业界备受关注。相对于传统激光器,随机激光器不需要反射镜的谐振腔，其结构更加简单。然而，随机激光的模式间存在交叠和相互竞争的现象，这种多模性使得随机激光器失去对发射光的方向与频率的控制，阻碍了随机激光的应用。为了实现随机激光的单一模式发射，一些学者通过控制随机介质的增益使得只有一种激光模式得到增益，而其他模式受到抑制，还有一些学者通过控制模式间隔与引入缺陷来克服多模性。然而，这些方法相对复杂，与随机激光固有的简单特性背道而驰。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供基于meh-ppv浓溶液的单模随机激光生成方法，操作简单、易于实现。

实现本发明目的的技术解决方案为：基于meh-ppv浓溶液的单模随机激光生成方法，包括如下步骤：

步骤1、制备meh-ppv浓溶液：将meh-ppv溶解于有机溶剂，进行加热与搅拌使得其溶解均匀，制得浓度为7mg/ml的浓溶液，将溶液封装于透明容器中；

步骤2、搭建光路：依次设置激光器、两个偏振器、圆孔光阑、柱透镜、狭缝和meh-ppv浓溶液，使得激光器、两个偏振器、光阑、柱透镜和狭缝同轴，浓溶液放置在柱透镜的焦点位置处；

步骤3、生成单模随机激光：调节激光器产生脉冲能量为10—12μj/pulse的激光，激光经两个偏振器调节光强，再经圆孔光阑形成光强分布均匀的圆光斑，圆光斑经柱透镜汇聚成线光斑，调节狭缝使线光斑长度为9—10mm，线光斑激发浓溶液产生单模随机激光。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1)本发明有效地解决了随机激光形成过程中伴随多种模式的问题；2)本发明的单模激光生成过程简单、可重复，能够得到符合预期的单模随机激光；3)本发明能够输出明亮的单模随机激光，其转换效率可能达到10％左右。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为本发明的测试光路图。

图3为实施例1中激发强度较低时样品的发光光谱图。

图4为实施例1中激发强度较高时样品的随机激光光谱图。

图5为实施例1中ase(fwhm＝15nm)下激发光源强度为7.2μj/pulse与10μj/pulse的单模随机激光比较图；

图6为图5单模随机激光的细节图。

图7为实施例2中meh-ppv溶液在不同线光斑长度下的发光光谱图。

图8为实施例2中单模随机激光的出射光示意图。

具体实施方式

如图1所示，基于meh-ppv浓溶液的单模随机激光生成方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、制备meh-ppv浓溶液：将meh-ppv溶解于有机溶剂，进行加热与搅拌使得其溶解均匀，制得浓度为7mg/ml的浓溶液，将溶液封装于透明容器中；

步骤2、搭建光路：依次设置激光器、两个偏振器、圆孔光阑、柱透镜、狭缝和meh-ppv浓溶液，使得激光器、两个偏振器、光阑、柱透镜和狭缝同轴，浓溶液放置在柱透镜的焦点位置处；

步骤3、生成单模随机激光：调节激光器产生脉冲能量为10—12μj/pulse的激光，激光经两个偏振器调节光强，再经圆孔光阑形成光强分布均匀的圆光斑，圆光斑经柱透镜汇聚成线光斑，调节狭缝使线光斑长度为9—10mm，线光斑激发浓溶液产生单模随机激光。

所述有机溶剂为甲苯溶液。

所述透明容器为12mm×7mm×50mm的比色皿。

所述激光器型号为532nm的nd:yag调q激光器，其重复频率为10hz，脉冲宽度为10ns。

所述柱透镜的焦距为10cm。

本发明使用适当浓度的meh-ppv浓溶液，以一定强度的泵浦脉冲激光作为激发源，再配以合适的衰减装置、聚焦透镜等得到线光斑来激发浓溶液，通过控制激发光强度与线光斑的长度得到单模随机激光，以适当方式收集浓溶液两侧的输出光，预计可达到超过10％的功率转化效率。

下面结合附图和具体实施例进一步阐述本发明方案。

实施例1：通过限定激发光强度验证单模随机激光生成的条件。

基于meh-ppv浓溶液的单模随机激光生成方法，包括如下步骤：

步骤1、制备meh-ppv浓溶液：将meh-ppv溶解于甲苯，进行加热与搅拌使得其溶解均匀，制得浓度为7mg/ml的浓溶液，将溶液封装于12mm×7mm×50mm比色皿中；

步骤2、搭建测试光路：如图2所示，依次设置激光器、两个偏振器、圆孔光阑、柱透镜、狭缝和meh-ppv浓溶液，使得激光器、两个偏振器、光阑、柱透镜和狭缝同轴，所述浓溶液样品放置在柱透镜的焦点位置处，所述狭缝放置在靠近样品位置处；

步骤3、生成单模随机激光：首先选择532nm的nd:yag调q激光器，其重复频率为10hz，脉冲宽度为10ns，分别产生脉冲能量从1.5μj/pulse到25μj/pulse逐渐增加的激光，激光经两个偏振器调节光强，再经圆孔光阑形成光强分布均匀的圆光斑，圆光斑经柱透镜汇聚成10mm长的线光斑,线光斑激发浓溶液产生不同的受激辐射光。

如图3所示，当溶液样品被线激发时，光沿线激发方向进行的发射将被放大。在净增益最高的波长大约600nm处观测到光谱窄化，即放大自发辐射光谱(ase)。激发光源激发强度为1.5μj/pulse时，光谱的半波宽(fwhm)约为43nm，随着脉冲能量增加到7.2μj/pulse，半波宽逐渐减小到16nm。

如图4所示，当脉冲能量继续增加到8.6μj/pulse以上时，ase光谱上出现类似于激光的小峰，即随机激光。当脉冲能量增强到10μj/pulse时，在601nm处出现了单个激光模式，即单模随机激光，其fwhm只有0.17nm。当激发光强增加到13μj/pulse时，在598nm处又出现了第二个小尖峰。在更高的激发光强下，由于各个激光模式之间存在相互竞争等作用，601nm的激光峰消失。

图5为泵浦光强为7.2μj/pulse和10μj/pulse下的光谱对比，相比于放大自发辐射，单模随机激光的谱线宽度非常细，只有0.17nm。

图6显示了泵浦光强为10μj/pulse时单模随机激光的细节图，由于谱线宽度很窄，需选用分辨率较高的摄谱仪来测试光谱，如图6插图所示，摄谱仪分辨632nm的he-ne激光宽为0.11nm，满足实验分辨率要求。

实施例2：通过改变线光斑长度验证单模随机激光生成的条件。

基于meh-ppv浓溶液的单模随机激光生成方法，包括如下步骤：

步骤1、制备meh-ppv浓溶液：将meh-ppv溶解于甲苯，进行加热与搅拌使得其溶解均匀，制得浓度为7mg/ml的浓溶液，将溶液封装于12mm×7mm×50mm比色皿中；

步骤2、搭建测试光路：如图2所示，依次设置激光器、两个偏振器、圆孔光阑、柱透镜、狭缝和meh-ppv浓溶液，使得激光器、两个偏振器、光阑、柱透镜、狭缝同轴，所述浓溶液样品放置在柱透镜的焦点位置处，所述狭缝放置在靠近样品位置处；

步骤3、生成单模随机激光：首先选择532nm的nd:yag调q激光器，其重复频率为10hz，脉冲宽度为10ns，产生激发光强为11.7μj/pulse的激光，激光经两个偏振器调节光强，再经圆孔光阑形成光强分布均匀的圆光斑，圆光斑经柱透镜汇聚成10mm长的线光斑,线光斑经狭缝调节长度，从10mm递减至7mm,激发浓溶液产生不同的受激辐射光。

如图7所示，改变激发线长度从10mm减小到9mm，发现单线的峰值强度急剧下降，激发线长减小为8mm时，另外一个激光线出现在600nm处，603nm的谱线很弱但依旧可以观察到。减小到7mm时，单模激光消失，但仍保持ase。表明单模随机激光的产生需要一定的激发线长。在7mg/ml的meh-ppv浓溶液中，生成单模随机激光所需的最短线光斑长度为9mm。

图8显示了实施例2中，激发光强为11.7μj/pulse，线光斑长度为10mm时，在距比色皿边缘7cm处，收集发射光束的远场图像，其形状类似椭圆形。光斑的短轴与激发光束平行，定义为平行轴，与激发光束垂直的长轴定义为垂直轴。把从比色皿侧面发出的光视为点光源，测得光束远场发散角分别为1.3°(θ||)与3.7°(θ⊥)，比色皿单侧壁的输出能量为0.85μj/pulse。通过适当方式收集浓溶液两侧的输出光，预计可达到超过10％的功率转化效率。