中文摘要：

分布反馈（Distributed Feedback,DFB）固体染料激光器具有输出线宽窄、结构紧凑可集成以及使用方便等优点，是片上实验实系统（Lab on a Chip，LOC）的关键器件，在生化分子检测方面具有重要的应用前景。但DFB固体染料激光的调谐问题一直没有较好解决，特别是采用折射率周期调制工作的DFB固体染料激光器。本项目提出采用液晶填充聚合物基质折射率周期调制的DFB固体染料激光器，由于液晶在电场作用下折射率会发生变化，从而改变DFB谐振腔共振波长，实现激光输出波长改变。本项目将从理论和实验两方面对液晶填充折射率调制工作方式DFB固体染料激光器进行研究，首先解决DFB固体染料激光器的调谐问题，此外还将对DFB固体染料输出激光的横模、纵模特别是光稳定性（使用寿命）等进行研究，以期获得高光束质量、窄线宽、长使用寿命的可调谐DFB固体染料激光输出。

结论摘要：

分布反馈（Distributed Feedback,DFB）固体染料激光器具有输出线宽窄、调谐范围宽、结构紧凑可集成以及使用方便等优点，是片上实验实系统（Lab on a Chip，LOC）的关键器件，在生化分子传感方面具有重要的应用前景。针对该背景，本项目开展液晶填充分布反馈染料激光器相关研究，利用分布反馈实现窄线宽激光输出，采用染料作为增益介质可以实现可见光波段宽调谐范围，采用液晶作为填充介质可以利用液晶分子的电光效应，使得外加电场调谐成为可能。本项目具体从理论和实验两方面开展研究。理论方面首先利用耦合波理论推导了周期性分布介质中的耦合波方程，基于该方程得到DFB染料激光器的振荡条件和振荡频率、模式谱以及透射和反射功率增益，研究发现DFB激光器的反馈由介质内部周期性微扰提供，具有低阈值、窄现宽以及严格的波长选择等特性。在DFB染料理论基础上，采用FDTD方法，建立了DFB染料激光产生及传播数据计算模型，并编制了相应的程序，在此基础上，结合激光染料增益特性，设计了DFB染料激光器通过选择PM系列和DCM等激光染料，采用液晶填充的方法，实现可调谐窄线宽染料激光输出，线宽<1nm，通过选择不同周期参数和掺杂染料，调谐范围可覆盖550-700nm。实验方面研制了基于波导结构的液晶填充分布反馈染料激光介质；采用脉冲532nm激光泵浦，实现了窄线宽激光输出，输出激光线宽最窄小于0.1nm；实验验证了通过改变DFB周期参数可实现可调谐输出，通过外加电场改变折射率，观察到液晶填充DFB染料激光输出谱线变化，验证了电场调谐的可行性；此外还研究了获得了DFB液晶染料激光输出与泵浦能量关系，确定激光阈值最低达25.6μJ。本项目研究结果为开发宽调谐范围、体积小可集成的激光器激光器奠定基础，该激光器可与波导、探测器等元器件集成，形成片上实验系统，在生化分子传感、医疗诊断等领域具有重要的应用前景。