【摘要】：隨機(jī)激光具有特殊的工作機(jī)理和輻射特性,不需要諧振腔就能產(chǎn)生模式良好的激光輻射,并兼具空間發(fā)散性和時(shí)間高相干性兩個(gè)在傳統(tǒng)光源中互斥的特性,這使其在微納光子學(xué)領(lǐng)域有著很大的發(fā)展?jié)摿Α＜す饽Ｊ疆a(chǎn)生的機(jī)制以及對模式的調(diào)控是隨機(jī)激光研究領(lǐng)域中的最基本問題。本文將探索隨機(jī)增益介質(zhì)中,除隨機(jī)散射反饋外由增益分布導(dǎo)致的反饋對輻射激光模式特性的影響,進(jìn)一步研究隨機(jī)激光模式產(chǎn)生的內(nèi)在機(jī)制,并依據(jù)結(jié)論嘗試實(shí)現(xiàn)對輻射激光模式的控制。通過泵浦摻雜染料的液晶薄膜,可以實(shí)現(xiàn)垂直樣品表面發(fā)射的模式等間距的隨機(jī)激光輻射。研究中發(fā)現(xiàn)在一定實(shí)驗(yàn)條件下樣品輻射光的模式呈現(xiàn)出類諧振腔激光的等間距分布特性,并且模式間距對應(yīng)的反饋腔長等于樣品自身的厚度。由于樣品中的邊界反射不足以提供形成等間距模式所需的反饋,我們提出增益分布引起的反饋在樣品輻射激光過程中可能對輻射激光模式存在影響,且與折射率分布引起的反射反饋以及隨機(jī)散射反饋間存在競爭,從而使得液晶激光輻射在改變實(shí)驗(yàn)條件時(shí)出現(xiàn)隨機(jī)模式和類諧振腔模式兩種可相互轉(zhuǎn)變的模式特性。基于這一假設(shè),可以在薄膜液晶樣品中設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)增益分布引起反饋為主導(dǎo)的增益結(jié)構(gòu),進(jìn)而在無邊界反射的情況下實(shí)現(xiàn)增益分布引起反饋控制的模式等間距的激光輻射。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)樣品中液晶的散射強(qiáng)度和泵浦光斑的形狀會(huì)對該結(jié)構(gòu)中輻射激光的模式特性產(chǎn)生影響,隨著液晶散射強(qiáng)度的減弱和對泵浦光斑形狀控制的加強(qiáng),樣品輻射激光中等間距分布的激光模式明顯增多。這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明,在液晶樣品產(chǎn)生隨機(jī)激光輻射的過程中,由增益分布引起的反饋與隨機(jī)散射反饋對輻射模型均有影響,且兩者間根據(jù)反饋強(qiáng)度的不同存在競爭關(guān)系:當(dāng)樣品中隨機(jī)散射反饋占主導(dǎo)時(shí),輻射激光表現(xiàn)出隨機(jī)的模式特性;當(dāng)樣品中增益分布形成的增益分布引起反饋占主導(dǎo)時(shí),輻射激光則表現(xiàn)出類似諧振腔的模式特性,模式間隔由增益形成反饋腔長決定。此外,研究中還使用FDTD算法,利用麥克斯韋方程組和四能級系統(tǒng)速率方程建立一維隨機(jī)增益介質(zhì)模型,通過對增益分布引起反饋與諧振腔結(jié)構(gòu)作用結(jié)果的對比,從理論上對使用增益分布引起反饋解釋液晶隨機(jī)激光中等間距模式的可行性進(jìn)行肯定,通過模擬弱散射增益介質(zhì)中的輻射模式特性,定性的描述不同反饋機(jī)制在樣品中的競爭過程,并通過模擬高泵浦能量時(shí)的輻射光譜,發(fā)現(xiàn)輻射模式存在隨泵浦能量升高而突然消失的現(xiàn)象。最后,利用以上結(jié)論設(shè)計(jì)增益調(diào)制結(jié)構(gòu),并在計(jì)算中實(shí)現(xiàn)對輻射激光模式的控制,為進(jìn)一步研究增益調(diào)制的實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
【圖文】：

圖 1-1 相干反饋的隨機(jī)激光輻射光譜[4] 1-2 隨機(jī)激光反饋原理示意圖：a) 非相干反饋，b) 相干幾年內(nèi)，隨機(jī)激光無論是在理論模擬還是在實(shí)驗(yàn)究，許多有價(jià)值的研究成果相繼發(fā)表[5-6]。理論方生和作用機(jī)制。在 Letokhov 的理論被提出后最初

圖 1-2 隨機(jī)激光反饋原理示意圖：a) 非相干反饋，b) 相干反饋的十幾年內(nèi)，隨機(jī)激光無論是在理論模擬還是在實(shí)驗(yàn)探索和研究，許多有價(jià)值的研究成果相繼發(fā)表[5-6]。理論方面，的產(chǎn)生和作用機(jī)制。在 Letokhov 的理論被提出后最初的一被認(rèn)為只能產(chǎn)生非相干的受激輻射放大，而不能產(chǎn)生具有射。1996 年，DiederikWiersma 通過計(jì)算提出，隨機(jī)激光的激勵(lì)下，，多重散射增加了光在隨機(jī)增益介質(zhì)中的行進(jìn)路程，射過程中形成的光的閉合環(huán)路可以提供一種基于隨機(jī)散射的式隨機(jī)的相干反饋的隨機(jī)激光，產(chǎn)生隨機(jī)激光的閾值則由間的平衡決定[7]。2003 年，曹慧通過數(shù)值計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在隨機(jī)有序，可以降低產(chǎn)生隨機(jī)激光的閾值[8]。這種基于弱散射增有時(shí)被稱為部分隨機(jī)激光，啟發(fā)了之后使用液晶作為散射出現(xiàn)。2008 年，HakanTüreci 等提出由于沒有諧振腔對模式成的過程中存在強(qiáng)烈的模式競爭[9]，為之后通過控制實(shí)驗(yàn)條同模式的選取提供了依據(jù)。2009 年，Johannes Fallert 等在
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN241

【參考文獻(xiàn)】

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1 周利兵;劉勁松;王可嘉;呂健滔;劉海;樊婷;;液晶隨機(jī)激光輻射研究進(jìn)展[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2008年09期

2 宋清海;劉麗英;肖淑敏;周信傳;王文澄;徐雷;;單方向性高強(qiáng)度窄線寬平面隨機(jī)微腔激光[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2007年02期

3 王宏;劉勁松;王可嘉;韓艷玲;;隨機(jī)增益介質(zhì)中準(zhǔn)態(tài)模的激發(fā)與隨機(jī)激光的形成機(jī)制[J];科學(xué)通報(bào);2006年12期

4 劉勁松,劉海,王春;二維隨機(jī)介質(zhì)中準(zhǔn)態(tài)模的頻譜時(shí)間演化特性[J];物理學(xué)報(bào);2005年07期

本文編號：2544000