光调谐胆甾相液晶激光器的研究

Optical tunable cholesteric liquid crystal (CLC) laser has a great application prospect in medical diagnostics, light-emitting diode, display etc., because of the microscopic size, narrow line width ,low threshold and easy to tuning. In this work,we design a liquid crystal chiral dopant with axially chiral 1,1'-binaphthyl group and the distinct optical properties of the azobenzene moiety, coated gold nanopaticles. The optical tuning range could be broadening by the double effect of azobenzene photoisomeration and chiral 1,1'-binaphthyl group. The optical tuning speed could be enhanced by the gold nanoparticle field enhancement effect of localized surface plasmons.Then we improve the threshold and slope efficiency using a new configuration, which includes sandwiching two dye doped cholesteric layers with a mirror reflector on one of the inner surfaces and two NLC phase retarder film. Two dye doped cholesteric layers and reflector increase the pumping efficiency. The phase retarder film decreases the optical loss in the cholesteric liquid crystal resonance cavity. These research work will accelarate the developement of the cholesteric liquid crystal laser, and provide the research fundation for the application.

光调谐胆甾相液晶激光器具有体积小、线宽窄、阈值低、易于调谐等优点，在医学诊断、光发射二极管和显示等多方面有很好的应用前景。本课题提出采用金纳米颗粒键合的联二萘偶氮结构的光敏手性分子作为液晶手性剂，利用光照后偶氮结构和手性二面角的双重改变，增大胆甾相液晶激光器的光调谐范围，利用金纳米颗粒表面的等离子体增强效应，加快胆甾相液晶激光器的光调谐速率。进一步设计了相位补偿反射式双增益介质层的光调谐胆甾相液晶激光器结构，利用相位补偿减少胆甾相液晶谐振腔中光的损耗，利用反射式双胆甾相液晶层增大泵浦光的利用次数，以此来增大激光的发射强度，提高斜率效率，降低阈值。本课题的研究工作将促进光调谐胆甾相液晶激光器的发展，为其实用化提供研究基础。

胆甾相液晶自身对圆偏振光的选择性反射能起到谐振腔的作用,选择合适的激光染料对胆甾相液晶进行掺杂,胆甾相液晶能够在泵浦光的作用下形成激光出射，因此胆甾相液晶可以用于制作无反射镜的胆甾相液晶激光。本项目中通过设计光敏的联二萘偶氮结构的光敏手性分子作为液晶手性剂，利用紫外光可以使胆甾相液晶的反射谱带位置移动，从而调谐激光的出射波长。我们不仅研究了平面排列的盒式胆甾相液晶激光的特性，而且制备了胆甾相液晶微滴激光，探讨了光调的胆甾相液晶微滴激光的特性。同时研究了不同尺寸纳米颗粒掺杂的胆甾相液晶出射激光的性质，不同尺寸的纳米颗粒对胆甾相液晶激光发射效率以及阈值的影响。获得红外敏感的手性分子，与向列相液晶可形成红外敏感且温度敏感的胆甾相液晶。并将此手性分子用于胆甾相液晶激光和胆甾相液晶光栅中，获得可调谐激光以及胆甾相光栅。在相位补偿反射式双增益介质层的光调谐胆甾相液晶结构研究中发现虽然增益层理论上对激光有增强作用，但是玻璃基板的多层结构，对产生的激光有很强的削弱，使得激光特性没有改善。本项目将可调谐的胆甾相液晶应用到激光中，为胆甾相液晶发展提供了研究基础。液晶经过125年的发展,胆甾相液晶仍然是一个令人兴奋的研究领域，将胆甾相液晶应用到特殊需求的光学器件中将是胆甾相液晶研究的一个很有潜力的研究方向。