液晶フォトニックレーザーの開発

液晶光子激光器的研制

基本信息

批准号：
14702020
负责人：
城田幸一郎
金额：
$ 16.14万
依托单位：
The Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

近年、キラルネマチック液晶のフォトニックバンド端における群速度異常を利用したレーザー発振が盛んに研究されているが、液晶フォトニックレーザーの安定性に関するデータはほとんど報告されいない。最終年度である平成16年度は、この点を明らかにし、実用性について検討した。用いた液晶は、キラルネマチック液晶にキラル化合物を適量混合し、ピッチをレーザー色素の発光帯に調整したものである。色素には、一般的なレーザー色素であるCoumarin、DCM、Pyrrometheneなどを用いた。それぞれの色素に合わせてピッチを調整した液晶に色素を約0.5%ドープし、25μm厚の水平配向セルに注入して試料とした。光ポンピングのための光源として、Ti:Sapphire増幅器(繰り返し:1kHz、パルス幅:〜125fs)により励起したOPAを使用した。励起波長は、Coumarinに対しては、370nm、DCM、Pyrrometheneに対しては530nmである。全てのサンプルは長波長側のバンド端で発振し、発振波長は、Coumarin:476nm、DCM:610nm、Pyromethene:579nmであった。紫外光励起(3710nm)であるCoumarinは、励起パルス数が10^4 shots程度で発振停止した。それに対して、530nm励起であるDCM、Pyrometheneは10^4 shots程度では全く変化がなかった。さらに、試料を最適化することによって、発振閾値を180nJまで低下させると、10^7 shotsでも安定に発振する試料を得ることができ、この時のQ値は5000を超えていた。この耐久性は固体色素レーザーと比較しても遜色のない値であり、液晶フォトニックレーザーは用途によっては十分に実用的な特性を有していることを確認した。

近年来，人们积极研究利用手性向列液晶光子带边缘的群速度异常进行激光振荡，但有关液晶光子激光器稳定性的数据报道很少。在2004财年，即该项目的最后一年，我们澄清了这一点并考虑了其实用性。使用的液晶是混合有适量手性化合物的手性向列液晶，并且将间距调整为激光染料的发射带。常用的激光染料如香豆素、DCM 和吡咯亚甲基用作染料。将其节距根据每种染料调节的液晶掺杂有约0.5％的染料，并将液晶注入到厚度为25μm的水平取向单元中以制备样品。由 Ti:Sapphire 放大器泵浦的 OPA（重复频率：1 kHz，脉冲宽度：~125 fs）用作光泵浦的光源。香豆素的激发波长为 370 nm，DCM、吡咯亚甲基的激发波长为 530 nm。所有样品均在长波长侧的带边缘振荡，振荡波长为香豆素：476nm、DCM：610nm、以及吡咯甲川：579nm。被紫外光（3710nm）激发的香豆素在激发脉冲数约为10^4次时停止振荡。另一方面，在 530 nm 处使用 DCM 和吡咯甲基激发时，在大约 10^4 次照射后根本没有变化。此外，通过优化样品，将振荡阈值降低至180nJ，我们能够获得即使10^7次射击也能稳定振荡的样品，此时的Q值超过5000。这种耐用性可与固态染料激光器相媲美，并且已证实液晶光子激光器对于某些应用具有足够的实用特性。