螢光開關響應速度可調系統及調製方法與流程
2023-12-03 00:16:41
本發明涉及螢光開關，特別涉及螢光開關響應速度可調系統及調製方法。
背景技術：
隨著現代信息化進程的加快，傳統的電子信息處理已經不能滿足人們日益生產生活的需要。在信息處理中，光子擁有比電子更多的優勢，如：光學響應速度快、低串擾、幾乎不受環境消相干作用的影響，並且集成深度高，易實現量子化。因此，光子將成為未來光信息處理發展的中心課題。光信息處理技術發展的最終目的是實現全光網絡，這也就促使人們探索光的量子特性，通過光控光來實現光子間的相互作用，進而實現光路切換，以便應用於未來的全光開關。
由於光子間的相互作用極其微弱，這就促使人們通過在光開關中引入物理系統作為媒介來產生強烈的光子相互作用。近年來，不同的光轉換途徑被提出。但是，很多光轉換物理途徑都是在低溫條件下才能實施。並且基質材料大多數都是類石墨烯或者非線性材料。眾所周知，這類材料產量低，耗能大，不易拉製成光纖，影響未來的全光光纖通信的發展。
技術實現要素：
為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在於提供一種螢光開關響應速度可調系統，利用雙頻雷射激發單摻稀土透明材料的上轉換原理，固定一束雷射同時選擇性地調控一束雷射，實現響應速度快慢可調的螢光調製光開關。
本發明的另一目的在於提供一種螢光開關響應速度的調製方法。
本發明的目的通過以下技術方案實現：
螢光開關響應速度可調系統，包括單摻稀土透明材料、第一雷射器、第二雷射器、多個鏡片光學元件、第一探測器、第二探測器、光電倍增管、雷射信號調製器；
所述第一雷射器的雷射波長對應雙頻激發單摻稀土透明材料的基態吸收波長；
所述第二雷射器的雷射波長對應雙頻激發單摻稀土透明材料的激發態吸收波長；
所述兩個雷射器發出的兩路雷射經鏡片光學元件聚焦到單摻稀土透明材料上，經鏡片光學元件後分別由兩個探測器接收；
所述單摻稀土透明材料在連續雷射和脈衝雷射的雷射下產生上轉換螢光，螢光經第三透鏡後為光電倍增管接收；
兩個雷射器，當其中一個為連續雷射輸出時，另一個則為脈衝雷射輸出；利用雷射信號調製器調製雷射器的雷射輸出形式在兩個雷射器之間進行連續或脈衝信號切換，實現螢光響應速度可調。
所述單摻稀土透明材料、第一雷射器、第二雷射器、多個鏡片光學元件、第一探測器、第二探測器和光電倍增管按照幾何光學光路走向排列，兩路雷射都聚焦成同一個光斑到單摻稀土透明材料上。
所述多個鏡片光學元件包括第一反射鏡、第二反射鏡、第一二色鏡、第一透鏡、第二透鏡、第二二色鏡、第三反射鏡；
所述第一雷射器發出的雷射經第一反射鏡、第二反射鏡、第一二色鏡、第一透鏡後聚焦在單摻稀土透明材料上，再經第二透鏡、第二二色鏡後為第一探測器接收；
所述第二雷射器發出的雷射經第三反射鏡、第一二色鏡、第一透鏡後聚焦在單摻稀土透明材料上，再經第二透鏡、第二二色鏡後為第二探測器接收。
所述單摻稀土透明材料為三價稀土離子單摻雜的微晶玻璃，光纖，透明晶體，透明陶瓷，透明薄膜，有機-無機複合透明體中的任意一種。
所述三價稀土離子為Er3+、Tm3+、Ho3+、Pr3+、Eu3、Tb3+中的任意一種。
螢光開關響應速度調製方法，通過選擇基態和激發態吸收波長的雙頻雷射同時激發單摻稀土透明材料，促使單摻稀土透明材料產生上轉換螢光發射，選擇不同的雷射泵浦方式即可獲得不同響應速度的螢光開關。
螢光開關響應速度調製方法，所述螢光開關包含單摻稀土透明材料，所述單摻稀土透明材料為三價稀土離子單摻雜的微晶玻璃，光纖，透明晶體，透明陶瓷，透明薄膜，有機-無機複合透明體中的任意一種；所述的開關響應速度快慢可調。
本發明的原理為：稀土離子具有豐富的能級，提供豐富的基態和激發態吸收，通過選擇基態和激發態吸收波長雙頻雷射同時激發單摻稀土透明材料，將提供高效的上轉換螢光發射。當選擇性地控制雷射波長將會出現具有不同開關響應速度的上轉換螢光發射。
與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果：
(1)本發明克服了單頻雷射激發單摻稀土透明材料，難以實現上轉換發光或者發光效率很低的缺陷，以單摻稀土透明材料為載體，雙頻雷射同時激發時，上轉換螢光發射效率提高；利用雙頻雷射同時激發的優點，選擇性地切換調控雷射，實現響應速度快慢可調的螢光開光。
(2)本發明的螢光開關響應速度可調系統，利用雷射器、反射鏡、二色鏡、透鏡、光電倍增管和探測器等光學元件搭建同軸光學系統，便於快速、簡單地實現響應速度快慢可調的螢光開光。
附圖說明
圖1為本發明的實施例的螢光開關響應速度可調系統示意圖。
圖2為不同單摻稀土離子的雙頻激發上轉換能級原理圖。
圖3為Er3+摻雜的微晶玻璃在單頻雙頻激發下的螢光光譜圖。
圖4(a)為Er3+摻雜的微晶玻璃利用雙頻激發的快速螢光開關調製。
圖4(b)為Er3+摻雜的微晶玻璃利用雙頻激發的慢速螢光開關調製。
圖4(c)為Er3+摻雜的微晶玻璃利用雙頻激發的快慢可調的螢光開關調製。
圖5為Tm3+摻雜的微晶玻璃在單頻雙頻激發下的螢光光譜圖。
圖6(a)為Tm3+摻雜的微晶玻璃利用雙頻激發的快速螢光開關調製。
圖6(b)為Tm3+摻雜的微晶玻璃利用雙頻激發的慢速螢光開關調製。
圖6(c)為Tm3+摻雜的微晶玻璃利用雙頻激發的快慢可調的螢光開關調製。
圖7為Ho3+摻雜的微晶玻璃在單頻雙頻激發下的螢光光譜圖。
圖8(a)為Ho3+摻雜的微晶玻璃利用雙頻激發的快速螢光開關調製。
圖8(b)為Ho3+摻雜的微晶玻璃利用雙頻激發的慢速螢光開關調製。
圖8(c)為Ho3+摻雜的微晶玻璃利用雙頻激發的快慢可調的螢光開關調製。
具體實施方式
下面結合實施例，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。
實施例1
如圖1所示，本實施的螢光開關響應速度可調系統，包括單摻稀土透明材料1、第一雷射器2、第二雷射器3、多個鏡片光學元件、第一探測器13、第二探測器14、光電倍增管10、雷射信號調製器；所述多個鏡片光學元件包括第一反射鏡4、第二反射鏡5、第一二色鏡7、第一透鏡8、第二透鏡11、第二二色鏡12、第三反射鏡6、第三透鏡9；所述第一雷射器發出的雷射經第一反射鏡、第二反射鏡、第一二色鏡、第一透鏡後聚焦在單摻稀土透明材料上，再經第二透鏡、第二二色鏡後為第一探測器接收；所述第二雷射器發出的雷射經第三反射鏡、第一二色鏡、第一透鏡後聚焦在單摻稀土透明材料上，再經第二透鏡、第二二色鏡後為第二探測器接收；所述單摻稀土透明材料在連續雷射和脈衝雷射的同時激發下產生上轉換螢光，螢光經第三透鏡後為光電倍增管接收。
所述第一雷射器的雷射波長對應雙頻雷射同時激發單摻稀土透明材料的基態吸收波長；所述第二雷射器的雷射波長對應雙頻雷射同時激發單摻稀土透明材料的激發態吸收波長。
兩個雷射器，當其中一個為連續雷射輸出時，另一個則為脈衝雷射輸出；利用雷射信號調製器調製雷射器的雷射輸出形式在兩個雷射器之間進行連續或脈衝信號切換，實現螢光響應速度可調。
本實施例以摻Er3+的透明微晶玻璃作為雙頻雷射同時激發進行響應速度快慢可調的螢光調製光開光的介質，其雙頻激發上轉換能級原理如圖2中的a所示，以1530nm的雷射作為基態吸收雷射(對應第一雷射器)，850nm的雷射作為激發態吸收雷射(對應第二雷射器)，雙頻同時激發將產生高效的綠光發射，如圖3所示。
本實施例的螢光開關響應速度可調系統的螢光響應速度的調製過程如下：
當固定1530nm雷射為連續光，利用雷射信號調製器調製850nm雷射為脈衝光，即可獲得響應速度為324μs的快速螢光開關調製，如圖4(a)和4(c)所示。當固定850nm雷射為連續光，利用雷射信號調製器調製1530nm雷射為脈衝光，即可獲得響應速度為5.54ms的慢速螢光開關調製，如圖4(b)和4(c)所示。
實施例2
本實施例以摻Tm3+的透明微晶玻璃作為雙頻雷射同時激發進行響應速度快慢可調的螢光調製光開光的介質，其雙頻激發上轉換能級原理如圖2中的b所示，以800nm的雷射作為基態吸收雷射，1064nm雷射作為激發態吸收雷射，雙頻同時激發將產生高效的藍光發射，如圖5所示。
本實施例的螢光響應速度的調製過程如下：
當固定800nm雷射為連續光，利用雷射信號調製器調製1064nm雷射為脈衝光，即可獲得響應速度為388μs的快速螢光開關調製，如圖6(a)和圖6(c)所示。當固定1064nm雷射為連續光，利用雷射信號調製器調製800nm雷射為脈衝光，即可獲得響應速度為620μs的慢速螢光開關調製，如圖6(b)和6(c)所示。
實施例3
本實施例以摻Ho3+的透明微晶玻璃作為雙頻雷射同時激發進行響應速度快慢可調的螢光調製光開光的介質，其雙頻激發上轉換能級原理如圖2中的c所示。以1870nm雷射作為基態吸收雷射，980nm雷射作為激發態吸收雷射，雙頻同時激發將產生高效的紅光發射，如圖7所示。
本實施例的螢光響應速度的調製過程如下：
當固定1870nm雷射為連續光，利用雷射信號調製器調製980nm雷射為脈衝光，即可獲得響應速度為66μs的快速螢光開關調製，如圖8(a)和8(c)所示。當固定980nm雷射為連續光，利用雷射信號調製器調製1870nm雷射為脈衝光，即可獲得響應速度為6.65ms的慢速螢光開關調製，如圖8(b)和8(c)所示。
本發明的單摻稀土透明材料可為三價稀土離子單摻雜的微晶玻璃，光纖，透明晶體，透明陶瓷，透明薄膜，有機-無機複合透明體中的任意一種；稀土離子還可為圖2中的d～g中所示的其他稀土離子，如Pr3+、Eu3+或Tb3+。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。