染料和聚合物的随机激光器属于新型的激光器,靠染料和聚合物的特性来实现随机激光的产生。此激光器成本低、制备容易,效率还高,所以在生物成像、医疗、安全等方面都有着广泛的应用前景。
随着时间一天天过去,这个领域一直在发展,还有好多新的探索等着去做呢。不光是激光器很复杂,它还能在医疗、安全等好多领域派上用场。
用电泵浦激发活性介质,再跟柔性结构相结合,就能造出用于生物成像的低功耗便携式随机激光器。而且随机激光这个概念,给光子器件的制造开拓了新的道路。
常见的基于染料的随机激光器,包括液体染料随机激光器和固体染料随机激光器。它们具备波长能调节、输出功率大、光谱范围宽、容易制备之类的优点,所以在科研、医疗、工业等方面应用很广泛。
液体染料激光器是把染料放到溶剂里溶解,然后借助泵浦光源让染料分子受激发,从而产生激光。它的制作办法主要涵盖了下面这几个步骤:
挑好恰当的染料跟溶剂,把染料放到溶剂里溶解,弄出染料溶液。
要制备激光腔,一般是用反射镜跟输出镜组成的光学腔体。
把染料溶液灌进激光腔里面,让染料分子在腔体内分布得匀匀的。依靠泵浦光源来激发染料分子,从而弄出激光来。
调整激光腔的一些参数,像反射镜的反射率、输出镜的透过率之类的,就能得到想要的激光输出。液体染料激光器的制作办法比较简单,不过得留意染料跟溶剂的挑选、激光腔的设计和调整等情况,这样才能得到稳定又高效的激光输出。
液体染料激光器的好处有波长能调节、输出的功率大、光谱范围广、制备起来比较容易等等。
在这当中,波长能调是因为染料分子吸收和辐射的能力跟波长有联系;输出功率高是因为液体染料激光器有着比较高的增益系数;光谱宽是因为染料分子的吸收带宽比较宽;容易制备是因为液体染料激光器的制作办法相对容易。
液体染料激光器存在一些缺点,像稳定性不佳、使用寿命不长、容易被环境左右等。这当中,稳定性不好是因为染料分子容易被光照、氧化这类因素干扰;寿命不长是因为染料分子容易遭到损耗;容易被环境影响是由于液体染料激光器对温度、湿度之类的环境因素很敏感。
所以,液体染料激光器在一些需要波长能调、输出功率大、光谱宽的应用场景里比较适用,不过在稳定性、使用寿命和对环境的适应能力这些方面还得再做改进。
液体染料激光器用处可多啦,像光谱分析、激光光谱学、激光化学这些领域的研究能用上;材料加工、激光打标、激光切割也用得着;皮肤美容、去除纹身、治疗血管瘤能靠它;还有激光雷达、激光制导、激光干扰等领域的应用也离不开它。
另外,液体染料激光器在环境监测、光通信、光学测量等方面也能派上用场。反正,液体染料激光器的应用前景挺广的,能符合不同领域的要求。
固体染料激光器是把染料分子固定在聚合物或者玻璃基底上头,靠着泵浦光源让染料分子受激发,从而产生激光。固体染料随机激光器跟液体染料随机激光器的差别,重点在于激光介质不一样。
固体染料随机激光器的激光介质为固体染料,一般是把染料分子溶进聚合物或者玻璃基质里做成的固体样品。
固体染料随机激光器有着输出功率高、寿命长、稳定性好这类的优点,可缺点在于波长没法调、光谱窄之类的。液体染料随机激光器呢,它的激光介质是液体染料,一般是把染料分子溶在溶剂里弄成的液体样品。
液体染料随机激光器的好处有波长能调、光谱较宽、制备容易等等,可毛病在于稳定性不行、寿命不长、容易被环境干扰等等。所以呢,固体染料随机激光器适合那种要求稳定性好、寿命长的应用情况,而液体染料随机激光器适合那种需要波长能调、光谱宽的应用情况。
固体染料随机激光器的制作办法主要涵盖了下面这些步骤:
1.挑对合适的染料:挑出合适的染料是做出固体染料随机激光器的头一步。在选染料的时候,得考虑它的吸收光谱、荧光光谱、激发光谱这些个因素。
2.弄染料样品:把染料分子溶在聚合物或者玻璃基质里头,弄成固体的样品。弄的时候得把控好溶液的浓度、溶剂的挑拣、溶液的温度这些个因素。
3.打造激光腔:打造激光腔属于制作固体染料随机激光器的关键一环。激光腔一般是由反射镜、输出镜、激光介质之类的构成。
4.激发激光介质:让激光介质受到激发,处于激发态,这样就能产生激光。
5.输出激光:依靠反射镜与输出镜的反射及透射作用,把激光给输出出去。
以上这些就是固体染料随机激光器制作方法的大致步骤,不过具体的制作过程还得依照实际情况来做出调整和优化。
固体染料激光器有不少优点,像输出功率高、寿命长,稳定性也不错。这是咋回事呢?因为固体染料随机激光器的激光介质是固体染料,一般是把染料分子溶在聚合物或者玻璃基质里做成固体样品。这种固体样品稳定性高,寿命长,能让激光器长期稳定地运行。
固体染料激光器存在一些缺点,像波长没法调、光谱很窄。这是由于固体染料的光谱特点被固体基质束缚住了,很难做到波长能调、光谱宽。总之,固体染料激光器在要求稳定性佳、寿命长的应用场景比较合适,可要是在需要波长能调、光谱宽的应用场景就不太行了。
固体染料随机激光器的用处可多啦,主要涵盖了下面这些方面:
像光谱分析、光化学反应、激光诱导荧光这类的科学研究方面;材料加工、激光打标、激光切割这种的工业加工方面;皮肤美容、纹身去掉、血管瘤治疗之类的医疗美容方面;激光测距、激光制导、激光干扰等的军事安全方面。
总的来讲,固体染料随机激光器用途可多了,能符合不同领域的要求。
无斑点生物成像属于一种特别重要的潜在运用。随机激光器有两个关键特征,那就是亮度和低相干性。正因为有这些特性,无斑点成像才得以实现。
就传统激光器来说,因为它们相干性高,所以几个波前之间会形成干涉图案,其图像有散斑,而像LED这种其他光源(相干性低),每个相干体积里的光子数量特别少。
为了能弄出背景均匀、散斑噪声低的高分辨率单次拍摄图像,研究人员整出了一种基于随机激光效应的低空间相干脉冲源。那种明亮又低相干的窄带照明源,能得到高品质没斑点的图像,还能给出物体振幅和相位的信息。
这种照明方式大大提升了图像的动态范围与信噪比,让咱们可以把显微镜的光学分辨率和时间分辨率都给充分用上。
超快激光系统跟ns激光系统的电子同步,保证了染料液体里激发的超短激光脉冲与随机激光照射(探测)源在时间上能同步。
液体样品里的激发区域是垂直几何形状成像的。探针借助显微镜聚光器以及光学透射进到显微镜的照明路径里。所以,通过背照电子倍增器EMCCD把相差显微镜图像记录在图像平面上。
下面这张图总结了在不同状况下,跟输入的激光脉冲能量、激光脉冲持续时长以及液体粘度有关的气泡空化动力学。这图展现了靠近空化阈值和大大高于空化阈值的空化动力学,突出了脉冲持续时长和液体粘度的特定特点。
在这种情形下,无斑点脉冲成像技术让进化物体的振幅和相位细节有了超棒的可视化效果。
RL能在好多领域派上用场。在医学方面,这项技术存在各种各样潜在的用处。像皮肤病学、医学成像以及光动力疗法,都是在医学领域对RLs进行探索的方面。RL那高能量密度的发射以及合理偏窄的线宽,让它在医学里的应用得以实现。
多巴胺属于一种能让人“感觉良好”的神经递质,RLs能够当成多巴胺的传感器来用。
在光动力疗法里,药物一开始会附在靶细胞上,然后被RL光源给激活。去掉皮肤上用不着的纹身,这在皮肤科是个重要的应用。Polson等人讲了染料渗透进人体组织的RL发射。他们还发现,跟图里的健康组织比起来,癌性或者恶性组织展现出了更多的谱线。
反过来,这给诊断成像开辟了道路,还给肿瘤诊断增添了一种手段。有研究学者借助RLs在纳米级别检测到了骨组织的结构变动,并且报道了通过随机激光发射光谱描绘癌组织的情况。
把随机激光系统和金龟子的鞘翅当作生物相容性(基质)整合到一起,评估发光不对称因子(glum),以此来查看圆偏振光的角度分布情况。用带着右/左旋圆偏振器(RCPR和LCPR)且相机前没偏振器的金龟子,对偏振依赖性研究做了分析。
如图所示,用RCPR和LCPR(或者在这情形下没有偏振器),甲壳虫分别看着是深色和绿色的。凭借这种特性,他们把它当作手性底物来用。另外,来自RL的圆偏振输出发射,是由于电子回旋管的表面呈现出了手性结构,所以就表现出了圆二色性。
显示和照明技术那可是相当出色的应用。RL有个优点是具有多向性,用在显示技术上挺不错。拿掺杂了染料和发射体的无序介质的薄膜去涂显示面板,通过RL给RGB(红、蓝、绿)阵列弄出图案来,这可太难了。
所以,学者们对用来制造柔性显示器的随机激光器展开了探索,讲了一种基于随机激光的柔性显示面板的制造办法。要达成像素化的RL阵列,他们用了微模板辅助喷墨打印技术。这里面,PDMS微模板是把PDMS铸到有凸柱阵列的硅模具里弄出来的。
另外在平常生活里也能见到染料随机激光器,拿激光照在皮肤表面,能把色素颗粒破坏掉,起到美容的作用。
比如说,染料随机激光器能治色素性皮肤病、雀斑、黄褐斑这些,让皮肤变得更光滑、更细腻。另外,染料随机激光器还能用来去掉纹身,拿激光照纹身那块儿,破坏掉色素颗粒,纹身就慢慢没了。这技术跟传统的去纹身办法比,更安全、更有效。
随着日子一天天过去,染料型随机激光这个领域一直在进步,还有好多新的摸索得去做。不光得接着解决激光器复杂的问题,它还能在医疗、安全等好多方面派上用场。
用电泵浦激发活性介质,再把它跟柔性结构相结合,就能造出用于生物成像的低功耗便携式随机激光器。随机激光这个概念给光子器件的制造打开了新道路,自下而上和自上而下的办法都能当成合成的方案。
聚合物凭借自身独特的结构以及物理和化学方面的特性,成为了制造多功能且低成本随机激光器件很有希望的材料。
另外,3D打印的最新进展会促进RLs在光学微流控、光子学电路、植入物等方面的运用。探索这个新兴的研究主题还有很多其他的替代办法的余地,得开发以纳米复合材料当作增益和散射介质的靶的创新合成。
比如说,把超材料跟高发光的金属纳米团簇整合到一块儿,就能去探寻强随机激光。发光的银纳米团簇能在线性和非线性光学重设的情况下放射光子,波长可调谐的范围在皮秒和亚微秒区域。
另外一项重要还挺有难度的任务会包含开发能定向控制随机激光发射的新办法。为了做到这一点,可以给随机激光系统加入创新的定向限制零件。
混合聚合物纳米线的限制成分能够被放进随机激光系统里,从而让发射方向沿着纳米线的长轴。