随机激光器和随机光纤激光器的最新进展和应用（3）( 二 ) _光纤

图36 （a）金NP（纳米星）的电子显微镜图像。（b）水溶液中的消光光谱和单个金纳米星的暗场散射光谱。（c）几种含有金纳米星的染料溶液的RLs光谱。指出了每种光谱的染料和溶剂。
除了通过利用光散射和/或局部场增强提高RL性能外，还可以通过光激发的受激辐射（SPASER）观察表面等离子体放大。这可以通过在光学活性介质中引入单个金属NP ，作为被激光染料分子包围的单个核壳金属介电粒子，或在光学活性媒介中随机分布的金属NP集合来实现。对SPASER的讨论超出了本文的范围。
作为3D打印随机激光灯丝（RLF）的先驱和资助者，研究人员选择了现成的材料作为可打印的矩阵和随机激光介质，保证这种方法对公众的可访问性。基于RLF的独特机制和卓越的物理特性，即使是最简单的原型，也可以进一步转化为任何物品，可以执行明显而稳定的激光行为。验证了多样化的3D打印设备来研究生物系统，由于固有的多尺度结构和多功能集成，生物系统是最复杂但最复杂的群体之一，需要模仿或探索。这样一个多功能的平台将继续激发各个领域的灵感，包括体内激光成像小工具，微流体激光传感器，激光治疗设备和光子电路系统。

带有标志性样品的3D打印随机激光器。
实际应用中，在不同结构中运行的RL已被证明将等离子体效应带来的增强性能与聚合物在设计材料形状时提供的灵活性结合在一起。例如， Liao等（图37）利用基于DCJTB、Rhodamine 6G、Rhodamine 110和二苯乙烯420的红黄绿蓝发射对喷墨打印RL进行了演示，这些RL分别溶解在与以Ag-NP为散射体的前体溶液互溶的选定溶剂中。溶液沉积在聚对苯二甲酸乙二醇酯基底上。作者预测了其在成像系统、墨水加密打印和光子条形码/快速响应（QR）码中的应用。在这种趋势下，基于聚乙烯醇、二苯乙烯420和TiO2颗粒的3D打印RL被证明。可能应用于癌症治疗、细菌灭活、抗病毒治疗和皮肤病的光动力疗法。

图37激光照明和激光显示用喷墨打印RL的概念证明。（a） CIE 1931图表，显示红色、黄色、绿色和蓝色RL及其对应图像的色度。给出了混合白色发射和标准白色发射（D65）。（b）基于喷墨打印红黄绿蓝激光像素的白色发射照片。（c）喷墨打印的激光行人倒计时画面。
3.4.电泵随机激光器
到目前为止，大多数运行中的RL都是由脉冲常规激光器（ns、ps和fs）激发的，这对于一些实际应用来说可能不太方便。然而，一些作者报道了电激励RL ，这为实现二极管RL提供了可能性，二极管RL的设计具有较大的转换效率和定向发射。首先，在掺杂Ce3+或Pr3+的δ-Al2O3nm粉末组成的稀土掺杂纳米磷光体中证明了RL的电子束激发，这是一种不适用于小型化目的的激发机制。然而，在上述激光活性材料中，含有ZnO的化合物可以被电激发，因为它可以被n和p掺杂，允许外部注入电子和空穴。
Sch?nhuber等人演示了由于10μm厚的外延生长量子级联有源区，由随机放置的孔（直径≈20μm）通过半导体蚀刻产生（图38中以插图形式给出了器件的说明）。图38给出了不同填充系数的孔的一些图示。观察到最大工作温度和最大输出功率之间的相互作用，作为填充因子的函数，这与孔引入的损耗有关。 RL的特点是宽带THz源（频率范围高达≈400GHz），输出功率大于40mW ，准直激光发射（几乎衍射受限）。

图38底部右侧插图是电动RL的示意图。这些曲线是不同气孔填充分数的实测光谱。不同填充分数的孔分布的表示形式以插图形式显示在左侧。黑色箭头表示空间重叠模式的光谱分裂。
如上所示，量子级联RL的反馈依赖于增益介质中随机空间分布的气孔，其中输出光谱对气孔密度有很大的依赖性。因此，这是一种调节RL输出（THz）的方法。最近， Sch?nhuber等人展示了由于叠加GaAs/Al0.15Ga0.85As层而产生的全光可控量子级联电激发RL ，其中，由于耦合到空气孔中的近红外可调谐Ti:Sapphire飞秒激光，空气孔附近的介电常数通过强度形光束进行空间调制。增益介质介电常数的变化与电子-空穴等离子体激发有关。通过空间光调制器对近红外光束进行反复整形，从而实现输出频率的可调谐性，允许在理想波长下进行单模操作，并在分子光谱学中具有潜在应用。
水疗器应在金属纳米结构附近具有光学增益的介质，该金属纳米结构支持表面等离子体振荡。为了实现这种结构，采用了一种改进的合成技术，用于高亮度发光核壳二氧化硅纳米颗粒，称为康奈尔点。如下图所示，所制备的纳米颗粒由提供等离子体模式的金芯组成，并由含有有机染料Oregon Green 488（OG-488）的二氧化硅外壳包围，以提供增益。

随机激光器和随机光纤激光器的最新进展和应用（3）( 二 )

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