可调谐染料激光器的调谐范围包括紫外、可见到红外区域,而液晶作为自适应柔性材料,具有光学各向异性及对外场高灵敏度响应等特性,二者结合构造的染料掺杂液晶可调谐激光器,具有尺寸小、结构设计灵活、调谐范围宽、光学效率高等特点,因而在光通信、传感器、医学诊断等领域具有广泛的应用前景。随着一系列基于染料掺杂液晶填充的液晶微滴、液晶宽谱光源、物理传感器等相继被研制出来,与其相关的激光发射特性研究方兴未艾。本文研究染料掺杂液晶填充不同微结构光学器件,包括染料掺杂液晶激光器、液晶透镜及液晶宽谱荧光光源等。具体开展了染料掺杂液晶填充液晶盒、毛细管、微滴和空心光纤等微结构的光学器件激光发射特性研究,通过改变特定结构参数和外场条件,采用理论仿真和实验方法,探讨激光发射模式及特性。本课题研究的主要内容包括:在分析现有的染料掺杂液晶激光器的国内外发展现状基础上,设计染料掺杂液晶填充液晶盒激光发射器件,实验研究温度、电压、入射角度等不同条件下的透射谱和发射谱,分析改变外场条件所产生的分布反馈(Distributed feedback,DFB)模式激光的光子带隙调谐特性;并对银纳米颗粒掺杂液晶的激光发射阈值特性进行理论和实验探讨。提出同轴圆盘-圆环电极结构,利用COMSOL软件对电场模拟仿真,优化电极结构,实现该结构所产生的圆对称锥形电场,获得液晶指向矢随电压的变化规律,激光发射波长调谐特性。同时,研究向列相液晶填充新电极结构液晶透镜随电压变化的光学聚焦特性,实现电控液晶透镜焦距大范围调谐。结合毛细管的圆柱形微腔结构和液晶的各向异性,提出利用抽真空方式使毛细管内壁均匀涂覆光控聚酰亚胺(Polyimide,PI)取向膜,制备染料掺杂液晶填充毛细管激光发射器件,研究染料掺杂液晶填充光控PI膜毛细管的激光发射特性。通过改变毛细管内径、填充光控PI膜等条件,研究所形成的回音壁模式(Whispering gallery modes,WGMs)以及相干反馈随机激光(Random lasers,RL)模式,从理论和实验两方面获得温度及电压对激光发射波长调谐特性的影响规律,同时获得低激光发射阈值,大自由光谱范围(Free spectrum range,FSR)的WGMs激光模式。利用偶氮苯光敏剂手性可以改变胆甾相液晶螺距变化的特点,提出利用苯胺-苯酚合成方式,自制偶氮光敏剂,以此制备光敏胆甾相液晶微滴。该微滴球的织构为从中心向外的同心圆,通过改变光敏手性剂的螺旋扭曲力可以使得胆甾相液晶的螺距发生变化,进一步实验及理论研究激光发射波长随微滴密度、紫外光照时间、温度以及电压等外场条件的变化规律,从而获得激光发射波长调谐的方法。提出染料掺杂液晶填充空心光纤和空心光子晶体光纤荧光光源,研究其激光发射特性,获得宽带可调谐荧光光源。实验及理论研究光源的半高宽、光强放大倍数及中心波长的变化特性,研究分析染料掺杂液晶填充两种光纤光源的功率输出及温度调谐特性,获得空心光纤和空心光子晶体光纤中心波长的温度和电压调谐特性规律,提供了一种染料掺杂液晶填充宽带荧光光源的制备及调谐方法。