一种大调谐范围染料掺杂胆甾相液晶激光器及其制备方法

摘要

本发明属于可调谐激光器技术领域，具体涉及一种大调谐范围染料掺杂胆甾相液晶激光器及其制备方法。大调谐范围染料掺杂胆甾相液晶激光器，包括上玻璃基板1、圆环形氧化铟锡导电薄膜2、胆甾相液晶3、激光染料4、隔垫物5、圆盘形氧化铟锡导电薄膜6和下玻璃基板7，其特征在于：所述上玻璃基板和下玻璃基板上下相对设置。本发明提出的同轴圆盘-圆环电极结构，通过优化盒厚、电极尺寸、染料掺杂胆甾相液晶等结构参数，得到制作工艺简单、调谐范围较大的可调谐液晶激光器结构，很好实现了电场调谐特性。

说明书

技术领域

本发明属于可调谐激光器技术领域，具体涉及一种大调谐范围染料掺杂胆甾相液晶激光 器及其制备方法。

背景技术

可调谐激光器可以在一定范围内连续改变激光输出波长，广泛应用于光谱学、医学、信 息处理和通信等领域。液晶可调谐激光器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、光学效率高，这使其在光通讯、传感器、医学诊断等领域发挥重要作用。 胆甾相液晶是分子呈周期性左旋或右旋排列的一维光子晶体材料，由手性材料与向列相液晶 混合而成，具有光学禁带。在胆甾相液晶中掺入激光染料，经泵浦后在禁带边缘能产生低阈 值激光，通过光、电、热等外场作用可以改变胆甾相液晶螺距的长度，引起禁带变化，从而 实现激光发射的可调谐特性。染料掺杂胆甾相液晶激光器可实现结构紧凑、全有机、无腔镜 激光器，同时具有低阈值、可调谐的特点，并且对外界因素，如光、压力、电磁场和化学物 质具有高灵敏度。

基于染料掺杂胆甾相液晶激光器的研究很多，染料掺杂胆甾相液晶可调谐激光器的研究 起始于上世纪90年代，早在1998年科学家Kopp提出并完成首个染料掺杂胆甾相液晶激光发射， 许多研究者通过选择不同向列相液晶、手性剂及激光染料混合物的种类以及三种物质混合成 不同浓度的溶液来改进发射强度，也有的通过用不透光的镂空电极代替传统液晶盒中的透光 ITO电极来实现激光波长调谐，这些研究取得了一定的效果。但调谐范围较小仍然不能令人满 意。本发明设计一种实现大调谐范围的染料掺杂胆甾相液晶激光器，可以进一步拓宽在该领 域的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大调谐范围染料掺杂胆甾相液晶激光器。本发明的目的还在 于提供一种大调谐范围染料掺杂胆甾相液晶激光器制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

大调谐范围染料掺杂胆甾相液晶激光器，包括上玻璃基板1、圆环形氧化铟锡导电薄膜2、 胆甾相液晶3、激光染料4、隔垫物5、圆盘形氧化铟锡导电薄膜6和下玻璃基板7，其特征在于： 所述上玻璃基板和下玻璃基板上下相对设置，上玻璃基板的下端设有圆环形氧化铟锡导电薄 膜，连接电源正极导线，下极板的上端设有圆盘形氧化铟锡导电薄膜，连接电源负极导线， 所述圆环形氧化铟锡导电薄膜和圆盘形氧化铟锡导电薄膜上下同轴设置，上玻璃基板和下玻 璃基板之间放置有隔垫物，上玻璃基板、下玻璃基板和隔垫物围成的空间内设有胆甾相液晶 和激光染料。

大调谐范围染料掺杂胆甾相液晶激光器的制备方法，包括如下步骤：上玻璃基板和下玻 璃基板选用厚度为1.1毫米的镀有厚100纳米氧化铟锡导电薄膜的玻璃，对上下极板ITO导电薄 膜利用盐酸腐蚀15分钟做圆盘-圆环图案处理，并在电极侧旋涂上聚酰亚胺取向膜，用干燥箱 设置温度80摄氏度干燥30分钟，再升温至220摄氏度干燥120分钟，用摩擦机对两极板的PI膜 进行摩擦取向处理后，将两极板的摩擦方向呈反平行排列制作出样品空盒，利用隔垫物对液 晶层厚度进行控制。

本发明的有益效果在于：

本发明设计出一种大调谐范围染料掺杂胆甾相液晶激光器及其制备方法，根据上述结构， 通过加载在液晶上的圆对称电场可以改变液晶指向矢分布，当胆甾相液晶受到的电场变化时， 液晶分子螺旋展开，该胆甾相液晶的螺距就会变化，从而导致禁带移动，由于同轴圆盘-圆环 电极结构较传统电极结构在不同的非均匀圆对称电场下，沿径向不同位置处液晶材料的折射 率分布呈梯度变化，更容易改变胆甾相液晶分子折射率，进而改变激光发射波长，实现波长 的进一步改变输出波长，达到调谐激光波长的目的。

本发明提出的同轴圆盘-圆环电极结构，通过优化盒厚、电极尺寸、染料掺杂胆甾相液晶 等结构参数，得到制作工艺简单、调谐范围较大的可调谐液晶激光器结构，很好实现了电场 调谐特性。

附图说明

图1为本发明一种大调谐范围染料掺杂胆甾相液晶激光器及其制备方法结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图1的B-B剖视图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下 进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施。

本发明提供了一种大调谐范围染料掺杂胆甾相液晶激光器及其制备方法，属于可调谐激 光器技术领域。本发明所述上玻璃基板和下玻璃基板上下相对设置，上玻璃基板的下端设有 圆环形氧化铟锡导电薄膜，下玻璃基板的上端设有圆盘形氧化铟锡导电薄膜，所述圆环形氧 化铟锡导电薄膜和圆盘形氧化铟锡导电薄膜上下同轴设置，上玻璃基板和下玻璃基板之间放 置有隔垫物，上玻璃基板、下玻璃基板和隔垫物围成的空间内设有染料掺杂胆甾相液晶。本 发明提出染料掺杂胆甾相液晶激光器的同轴圆盘-圆环电极结构，通过优化盒厚、电极尺寸等 结构参数，得到制作工艺简单、调谐范围较大的液晶激光器结构，很好的实现了电场调谐特 性。

为了解决调谐范围较小不能令人满意的问题。进而提供一种大调谐范围染料掺杂胆甾相 液晶激光器及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种大调谐范围染料掺杂胆甾相液晶激光器及其制备方法，包括：上玻璃基板、圆环形 氧化铟锡导电薄膜、染料掺杂胆甾相液晶、隔垫物、圆盘形氧化铟锡导电薄膜和下玻璃基板， 所述上玻璃基板和下玻璃基板上下相对设置，上玻璃基板的下端设有圆环形氧化铟锡导电薄 膜，下玻璃基板的上端设有圆盘形氧化铟锡导电薄膜，电极侧旋涂上聚酰亚胺(PI)平行取 向膜，进行摩擦取向处理，所述圆环形氧化铟锡导电薄膜和圆盘形氧化铟锡导电薄膜上下同 轴设置，上玻璃基板和下玻璃基板之间放置有隔垫物，上玻璃基板、下玻璃基板和隔垫物围 成的空间内设有染料掺杂胆甾相液晶。

所述上玻璃基板1和下玻璃基板7之间空间内设有染料掺杂胆甾相液晶3和激光染料4。

所述圆盘形氧化铟锡导电薄膜6的半径为1毫米至2毫米区间。

所述圆环形氧化铟锡导电薄膜2的内半径为0.5毫米—1毫米区间，圆环形氧化铟锡导电薄 膜2的外半径为2毫米—4毫米区间。

所述上玻璃基板1和下玻璃基板7之间放置隔垫物5厚度为10微米—100微米区间。

如图1～图3所示，本实施例所涉及的一种大调谐范围染料掺杂胆甾相液晶激光器及其制备 方法，包括：上玻璃基板1、圆环形氧化铟锡导电薄膜2、胆甾相液晶3、激光染料4、隔垫物5、 圆盘形氧化铟锡导电薄膜6和下玻璃基板7，所述上玻璃基板1和下玻璃基板7上下相对设置， 上玻璃基板1的下端设有圆环形氧化铟锡导电薄膜2，连接电源正极导线8，下极板7的上端设 有圆盘形氧化铟锡导电薄膜6，连接电源负极导线9，所述圆环形氧化铟锡导电薄膜2和圆盘形 氧化铟锡导电薄膜6上下同轴设置，上玻璃基板1和下玻璃基板7之间放置有隔垫物5，上玻璃 基板1、下玻璃基板7和隔垫物5围成的空间内设有胆甾相液晶3和激光染料4。图中的附图标记， 1为上玻璃基板，2为圆环形氧化铟锡(ITO)导电薄膜，3为胆甾相液晶，4为激光染料，5为 隔垫物，6为圆盘形氧化铟锡(ITO)导电薄膜，7为下玻璃基板，8为连接电源正极导线，9 为连接电源负极导线。

本实施一种大调谐范围染料掺杂胆甾相液晶激光器及其制备方法的制作方法：上玻璃基 板1和下玻璃基板7选用厚度为1.1毫米的镀有厚100纳米氧化铟锡(ITO)导电薄膜的玻璃，隔 垫物5厚度为d微米，液晶折射率差为Δn，且满足d·Δn≥5微米；对上下极板ITO导电薄膜(电 极)利用盐酸腐蚀15分钟做圆盘-圆环图案处理，并在电极侧旋涂上聚酰亚胺(PI)取向膜， 用干燥箱设置温度80摄氏度干燥30分钟，再升温至220摄氏度干燥120分钟，用摩擦机对两极 板的PI膜进行摩擦取向处理后，将两极板的摩擦方向呈反平行排列制作出样品空盒，利用隔 垫物对液晶层厚度进行控制(如图1所示)。

所用的染料掺杂胆甾相液晶3是向列相液晶(BHR33200)和手性剂S811，以及激光染料4- 二氰基亚甲基-2-甲基-6-(4-二甲基氨基苯乙烯基)-4H-吡喃(DCM)型染料，按重量比向列相液 晶33200：手性剂S811：激光染料DCM＝79.2:19.8:1配置。圆盘形氧化铟锡导电薄膜6的半径R 为1毫米至2毫米区间；圆环形氧化铟锡导电薄膜2的内半径R₁为0.5毫米—1毫米区间，圆环形 氧化铟锡导电薄膜2的外半径R₂为2毫米—4毫米区间,且满足R＝(R₁+R₂)/2。

本实施例提出的同轴圆盘-圆环电极结构，通过优化盒厚、电极尺寸等结构参数，得到 制作工艺简单、调谐范围较大的液晶激光器结构，很好的实现了电场调谐特性。以上所述， 仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现 方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露 的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发 明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。