一种光纤输出的液体随机激光器

1.本发明涉及激光器技术领域，更具体地，涉及一种光纤输出的液体随机激光器。


背景技术：

2.近些年来，随机激光器已成为光学、物理学等领域的热门研究方向。随机激光器由于其独特的无光学谐振腔结构和低相干性等特点，使其在无散斑成像、传感、光治疗等诸多应用方面具有广阔的发展前景。
3.传统激光器主要包括增益介质、谐振腔和泵浦系统。谐振腔通常由两块反射镜组成，能够产生相干反馈，光在两块反射镜之间来回反射，并被放大，直到光束形成。随机激光器则无需腔镜即可工作。对于传统的激光器，在工作中应尽可能避免散射，而随机激光器则与此截然相反，它是利用光波的多重散射形成激光。所以，这种激光器的物理机制完全不同于传统的激光器，它的这种特殊发光机制使其具有一些独特的发光特性。相比于传统激光器，随机激光器是一类新颖的微腔激光器。它不需要精密设计的激光谐振腔，而是通过散射来提供光反馈，因此，随机激光器具有制备简便、成本低廉的特点。近几年来，随机激光器输出的调控问题成为随机激光研究的热点及难点。比较突出的有在随机激光中引入波导结构，将输出激光的方向限制在一定方向，同时改善了输出效率的问题，在很大程度上束缚了增益介质，为后续的研究提供了新思路。也有学者通过材料拓扑结构设计及金属表面态激发的光场增强机制等控制和优化输出。
4.现有技术公开了一种基于金纳米颗粒的液芯光纤随机激光器，此基于金纳米颗粒的液芯光纤随机激光增益介质采用纤芯填充增益物质溶液作为激光增益物质的方法，改善了常见随机激光器中激光方向性差等缺点。现有技术还公开了一种掺杂磁性纳米粒子的开关可控的液体随机激光器，其利用了磁性纳米粒子的超顺磁性，使磁性纳米粒子在磁场作用下迅速被磁化，能实时通过外加磁场对随机激光进行开关操作，并且响应时间可由电磁元件的磁场强度调控，磁场强度越强，响应时间越短，控制速度就越快。该方案虽然涉及液体随机激光器并没有去控制激光的传播方向。
5.上述不同结构不同原理的随机激光器都各具优势，在不同场合也具有不同应用场景。但是各自都有难以避免的缺陷，亟需一种结构新型、实现方式简单能够一维随机激光输出的激光器。


技术实现要素：

6.本发明为克服上述现有的随机激光器结构和工艺复杂的缺陷，提供一种光纤输出的液体随机激光器。
7.本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
8.一种光纤输出的液体随机激光器，包括：内壁光反射容器、液态增益散射介质、长周期光纤光栅、泵浦光源，所述液态增益散射介质置于内壁光反射容器内，所述长周期光纤光栅浸入液态增益散射介质中，所述长周期光纤光栅浸入端与内壁光反射容器的底部之间
设有预设距离，所述长周期光纤光栅与内壁光反射容器的底部表面夹角为预设角度，所述泵浦光源输出的泵浦光从内壁光反射容器顶端射入液态增益散射介质，所述液态增益散射介质对泵浦光吸收之后产生光辐射，产生的光在液态增益散射介质内部被多次散射和放大，产生随机激光，所述长周期光纤光栅用于耦合所述随机激光。
9.进一步的，长周期光纤光栅的谐振波长包括随机激光的发射波长。
10.进一步的，所述液态增益散射介质在吸收泵浦光之后产生光辐射，产生的光在液态增益散射介质内部被多次散射和放大，产生随机激光。
11.进一步的，所述内壁光反射容器能够反射液态增益散射介质产生的随机激光。
12.进一步的，所述长周期光纤光栅与内壁光反射容器的底部表面夹角为45-60度。
13.进一步的，所述长周期光纤光栅底端与内壁光反射容器的底部预设距离为2cm-3cm。
14.进一步的，所述泵浦光源发出的泵浦光的入射角垂直于内壁光反射容器径向截面。
15.进一步的，所述长周期光纤光栅对液态增益散射介质产生的随机激光进行耦合需要满足入射角条件，所述入射角条件为：进入光纤传播的随机激光的光线落在以θ
im
为锥角的圆锥之内，θ
im
表示光纤的收光角。
16.进一步的，所述泵浦光源用于给液态增益散射介质提供能量。
17.进一步的，所述内壁光反射容器为内壁具有光反射功能的容器。
18.与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
19.本发明基于长周期光纤光栅构建液态随机激光器，通过所述长周期光纤光栅能够将部分随机激光耦合进光纤纤芯，能够将三维随机激光输出变为一维随机激光输出，结构简单、成本低，效率高。
附图说明
20.图1为本发明实施例提供的第一种液体随机激光器原理示意图。
21.图2为本发明实施例提供的第二种液体随机激光器原理示意图。
22.图3为本发明实施例提供的第三种液体随机激光器原理示意图。
具体实施方式
23.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
24.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
25.实施例1
26.如图1所示，一种光纤输出的液体随机激光器，包括：内壁光反射容器1、液态增益散射介质2、长周期光纤光栅3、泵浦光源4，所述液态增益散射介质2置于内壁光反射容器1内，所述长周期光纤光栅3浸入液态增益散射介质2中，所述长周期光纤光栅3浸入的一端与
内壁光反射容器1的底部之间设有预设距离，所述长周期光纤光栅3与内壁光反射容器1的底部表面夹角为预设角度，所述泵浦光源4输出的泵浦光从内壁光反射容器1顶端射入液态增益散射介质2，所述液态增益散射介质2对泵浦光吸收之后产生光辐射，产生的光在液态增益散射介质2内部被多次散射和放大，产生随机激光，所述长周期光纤光栅3用于耦合所述随机激光。
27.需要说明的是，本发明通过内壁光反射容器1、液态增益散射介质2、长周期光纤光栅3、泵浦光源4构建光纤输出的液体随机激光器，在一个具体的实施例中，所述泵浦光源4用于给液态增益散射介质2提供能量，所述泵浦光源4在内壁光反射容器1上方射出泵浦光，所述泵浦光进入液态增益散射介质2，所述液态增益散射介质2吸收泵浦光，产生光辐射，产生的光在液态增益散射介质2内部被多次散射和放大，产生随机激光，内壁光反射容器1可反射液态增益介质2产生的随机激光，使得绝大多数的随机激光留在内壁光反射容器1内部，同时留在内壁光反射容器1内的随机激光通过长周期光纤长周期光纤光栅耦合进入光纤纤芯并沿其尾纤输出。
28.进一步的，所述长周期光纤光栅3的谐振波长包括随机激光的发射波长。
29.需要说明的是，长周期光纤光栅3的谐振波长包括随机激光的发射波长，这样能够保证长周期光纤光栅3更好的将随机激光耦合进光纤纤芯。
30.进一步的，所述液态增益散射介质2在吸收泵浦光之后产生光辐射，产生的光在液态增益散射介质2内部被多次散射和放大，产生随机激光。
31.进一步的，所述内壁光反射容器1能够反射液态增益散射介质2产生的随机激光。
32.进一步的，所述长周期光纤光栅3与内壁光反射容器1的底部表面夹角为45-60度。
33.进一步的，所述长周期光纤光栅3底端与内壁光反射容器1的底部预设距离为2cm-3cm。
34.在一个具体的实施例中，如图1所示，长周期光纤光栅3与内壁光反射容器1的底部表面为45度，长周期光纤光栅3底端与内壁光反射容器1的底部预设距离为2cm。
35.进一步的，所述泵浦光源4发出的泵浦光的入射角垂直于内壁光反射容器径向截面。
36.进一步的，所述长周期光纤光栅3对液态增益散射介质2产生的随机激光进行耦合需要满足入射角条件，所述入射角条件为：进入光纤传播的随机激光的光线落在以θ
im
为锥角的圆锥之内，θ
im
表示光纤的收光角。
37.进一步的，所述内壁光反射容器1为内壁具有光反射功能的容器。
38.需要说明的是，泵浦光源4，内壁光反射容器1，液态增益散射介质2三者构成的液体随机激光器本身出射的随机激光应是无方向可言。但长周期光纤光栅可以将部分随机激光耦合进入光纤纤芯并沿其尾纤输出，实现了在三维发射的随机激光器中获得一维的光纤激光输出。
39.实施例2
40.如图2所示，一种光纤输出的液体随机激光器，包括：内壁光反射容器1、液态增益散射介质2、长周期光纤光栅3、泵浦光源4，所述液态增益散射介质2置于内壁光反射容器1内，所述长周期光纤光栅3浸入液态增益散射介质2中，所述长周期光纤光栅3浸入的一端与内壁光反射容器1的底部之间设有预设距离，所述长周期光纤光栅3与内壁光反射容器1的
底部表面夹角为预设角度，所述泵浦光源4输出的泵浦光从内壁光反射容器1顶端射入液态增益散射介质2，所述液态增益散射介质2对泵浦光吸收之后产生光辐射，产生的光在液态增益散射介质2内部被多次散射和放大，产生随机激光，所述长周期光纤光栅3用于耦合所述随机激光。
41.需要说明的是，本发明通过内壁光反射容器1、液态增益散射介质2、长周期光纤光栅3、泵浦光源4构建光纤输出的液体随机激光器，在一个具体的实施例中，所述泵浦光源4用于给液态增益散射介质2提供能量，所述泵浦光源4在内壁光反射容器1上方射出泵浦光，所述泵浦光进入液态增益散射介质2，所述液态增益散射介质2吸收泵浦光，产生光辐射，产生的光在液态增益散射介质2内部被多次散射和放大，产生随机激光，内壁光反射容器1可反射液态增益介质2产生的随机激光，使得绝大多数的随机激光留在内壁光反射容器1内部，同时留在内壁光反射容器1内的随机激光通过长周期光纤长周期光纤光栅耦合进入光纤纤芯并沿其尾纤输出。
42.进一步的，所述长周期光纤光栅3的谐振波长包括随机激光的发射波长。
43.需要说明的是，长周期光纤光栅3的谐振波长包括随机激光的发射波长，这样能够保证长周期光纤光栅3更好的将随机激光耦合进光纤纤芯。
44.进一步的，所述液态增益散射介质2在吸收泵浦光之后产生光辐射，产生的光在液态增益散射介质2内部被多次散射和放大，产生随机激光。
45.进一步的，所述内壁光反射容器1能够反射液态增益散射介质2产生的随机激光。
46.进一步的，所述长周期光纤光栅3与内壁光反射容器1的底部表面夹角为45-60度。
47.进一步的，所述长周期光纤光栅3底端与内壁光反射容器1的底部预设距离为2cm-3cm。
48.在一个具体的实施例中，如图1所示，长周期光纤光栅3与内壁光反射容器1的底部表面为45度，长周期光纤光栅3底端与内壁光反射容器1的底部预设距离为2cm。
49.在一个具体的实施例中，如图2所示，长周期光纤光栅与内壁光反射容器的底部表面为50度，长周期光纤光栅底端与内壁光反射容器的底部预设距离为2cm。
50.进一步的，所述泵浦光源4发出的泵浦光的入射角垂直于内壁光反射容器径向截面。
51.进一步的，所述长周期光纤光栅3对液态增益散射介质2产生的随机激光进行耦合需要满足入射角条件，所述入射角条件为：进入光纤传播的随机激光的光线落在以θ
im
为锥角的圆锥之内，θ
im
表示光纤的收光角。
52.进一步的，所述内壁光反射容器1为内壁具有光反射功能的容器。
53.需要说明的是，泵浦光源4，内壁光反射容器1，液态增益散射介质2三者构成的液体随机激光器本身出射的随机激光应是无方向可言。但长周期光纤光栅可以将部分随机激光耦合进入光纤纤芯并沿其尾纤输出，实现了在三维发射的随机激光器中获得一维的光纤激光输出。
54.实施例3
55.如图3所示，一种光纤输出的液体随机激光器，包括：内壁光反射容器1、液态增益散射介质2、长周期光纤光栅3、泵浦光源4，所述液态增益散射介质2置于内壁光反射容器1内，所述长周期光纤光栅3浸入液态增益散射介质2中，所述长周期光纤光栅3浸入的一端与
内壁光反射容器1的底部之间设有预设距离，所述长周期光纤光栅3与内壁光反射容器1的底部表面夹角为预设角度，所述泵浦光源4输出的泵浦光从内壁光反射容器1顶端射入液态增益散射介质2，所述液态增益散射介质2对泵浦光吸收之后产生光辐射，产生的光在液态增益散射介质2内部被多次散射和放大，产生随机激光，所述长周期光纤光栅3用于耦合所述随机激光。
56.需要说明的是，本发明通过内壁光反射容器1、液态增益散射介质2、长周期光纤光栅3、泵浦光源4构建光纤输出的液体随机激光器，在一个具体的实施例中，所述泵浦光源4用于给液态增益散射介质2提供能量，所述泵浦光源4在内壁光反射容器1上方射出泵浦光，所述泵浦光进入液态增益散射介质2，所述液态增益散射介质2吸收泵浦光，产生光辐射，产生的光在液态增益散射介质2内部被多次散射和放大，产生随机激光，内壁光反射容器1可反射液态增益介质2产生的随机激光，使得绝大多数的随机激光留在内壁光反射容器1内部，同时留在内壁光反射容器1内的随机激光通过长周期光纤长周期光纤光栅耦合进入光纤纤芯并沿其尾纤输出。
57.进一步的，所述长周期光纤光栅3的谐振波长包括随机激光的发射波长。
58.需要说明的是，长周期光纤光栅3的谐振波长包括随机激光的发射波长，这样能够保证长周期光纤光栅3更好的将随机激光耦合进光纤纤芯。
59.进一步的，所述液态增益散射介质2在吸收泵浦光之后产生光辐射，产生的光在液态增益散射介质2内部被多次散射和放大，产生随机激光。
60.进一步的，所述内壁光反射容器1能够反射液态增益散射介质2产生的随机激光。
61.进一步的，所述长周期光纤光栅3与内壁光反射容器1的底部表面夹角为45-60度。
62.进一步的，所述长周期光纤光栅3底端与内壁光反射容器1的底部预设距离为2cm-3cm。
63.在一个具体的实施例中，如图3所示，长周期光纤光栅与内壁光反射容器的底部表面为60度，长周期光纤光栅底端与内壁光反射容器的底部预设距离为3cm。
64.进一步的，所述泵浦光源4发出的泵浦光的入射角垂直于内壁光反射容器径向截面。
65.进一步的，所述长周期光纤光栅3对液态增益散射介质2产生的随机激光进行耦合需要满足入射角条件，所述入射角条件为：进入光纤传播的随机激光的光线落在以θ
im
为锥角的圆锥之内，θ
im
表示光纤的收光角。
66.进一步的，所述内壁光反射容器1为内壁具有光反射功能的容器。
67.需要说明的是，泵浦光源4，内壁光反射容器1，液态增益散射介质2三者构成的液体随机激光器本身出射的随机激光应是无方向可言。但长周期光纤光栅可以将部分随机激光耦合进入光纤纤芯并沿其尾纤输出，实现了在三维发射的随机激光器中获得一维的光纤激光输出。
68.相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
69.附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
70.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本
发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。