光散射是自然界中一種常見(jiàn)的物理現(xiàn)象,尤其是在光波導(dǎo)中,它在光波導(dǎo)中具有兩面性:一方面會(huì)引起額外的光損耗;另一方面也可以起到有益的作用,如在具有增益的波導(dǎo)中利用散射提供反饋形成隨機(jī)激光。隨機(jī)激光是一種新型激光,它依靠光的散射提供反饋并形成反饋回路,從而實(shí)現(xiàn)激光激射。與傳統(tǒng)的激光器相比,隨機(jī)激光器沒(méi)有傳統(tǒng)的諧振腔,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、諧振腔精度需求不高、控制自由度高等優(yōu)點(diǎn)。在醫(yī)療、生物、光傳感和光學(xué)成像等領(lǐng)域中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。本論文基于橫向無(wú)序波導(dǎo)陣列提出了一種新型隨機(jī)激光器,研究了其相應(yīng)的輸出特性。提出的隨機(jī)激光器是在一種圓柱形準(zhǔn)光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)的,即通過(guò)在石英毛細(xì)管的內(nèi)側(cè)填充單模光纖等波導(dǎo)結(jié)構(gòu),并使用激光染料作為增益介質(zhì)填充于石英毛細(xì)管中。這種設(shè)計(jì)有利于降低隨機(jī)激光閾值、使輸出具有可調(diào)諧性,結(jié)構(gòu)中散射介質(zhì)與增益介質(zhì)分離,更加穩(wěn)定且可重復(fù)性好。具體的研究工作包括:首先,針對(duì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值仿真:利用FDTD數(shù)值仿真方法,在結(jié)構(gòu)中引入電偶極子作為光源并分析波導(dǎo)中的輸出光譜特性;從光譜特性中觀察到了隨機(jī)分布的尖峰,這些尖峰分別對(duì)應(yīng)著不同的諧振模式。諧振模式對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)分布在不同區(qū)域呈現(xiàn)明亮光帶,并且這些不同的模式會(huì)產(chǎn)生相互之間的耦合和轉(zhuǎn)化。然后,分別在實(shí)驗(yàn)條件下制作了上述隨機(jī)激光器的兩種不同樣品,其中一種樣品的波導(dǎo)陣列由未被腐蝕的單模光纖組成,另一種樣品中的單模光纖經(jīng)過(guò)了腐蝕處理,這樣做的目的是為了提高樣品的無(wú)序性。通過(guò)對(duì)兩種樣品中產(chǎn)生的光譜特性進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)了其光譜與WGM相類(lèi)似的現(xiàn)象,且存在一定的隨機(jī)度。最后,根據(jù)數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn),針對(duì)橫向無(wú)序波導(dǎo)陣列在局域化頻譜范圍內(nèi)的功率分布特性進(jìn)行了探究。通過(guò)對(duì)具有三種不同混亂度(0%、10%以及20%)的仿真結(jié)構(gòu)的功率分布進(jìn)行分析,觀察到橫向無(wú)序波導(dǎo)陣列中產(chǎn)生了局域化現(xiàn)象,并會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似WGM的現(xiàn)象,且分布具有隨機(jī)性。同時(shí),針對(duì)不同混亂度對(duì)功率分布的影響進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)隨著混亂度的增加,仿真結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的局域化效果隨之增強(qiáng)。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TN24
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 隨即激光的研究背景與意義
    1.2 隨機(jī)激光的研究歷史與現(xiàn)狀
    1.3 論文的主要工作
    1.4 論文的結(jié)構(gòu)安排
第二章 橫向無(wú)序波導(dǎo)陣列中隨機(jī)激光原理
    2.1 激光的原理
        2.1.1 光的受激輻射
        2.1.2 激光激射條件
    2.2 隨機(jī)激光器的結(jié)構(gòu)
        2.2.1 泵浦源
        2.2.2 增益介質(zhì)
        2.2.3 光傳輸模型
    2.3 橫向無(wú)序波導(dǎo)陣列中隨機(jī)激光原理
        2.3.1 相干型隨機(jī)激光和非相干型隨機(jī)激光
        2.3.2 變形微腔對(duì)激光的影響
    2.4 本章小結(jié)
第三章 橫向無(wú)序波導(dǎo)陣列中隨機(jī)激光理論仿真與實(shí)驗(yàn)
    3.1 橫向波導(dǎo)陣列為圓形晶格PC陣列的隨機(jī)激光模型
        3.1.1 圓形晶格PC陣列的設(shè)計(jì)流程
        3.1.2 波導(dǎo)陣列為圓形晶格PC陣列的仿真結(jié)果
    3.2 橫向無(wú)序波導(dǎo)陣列中隨機(jī)激光器樣品的制作
        3.2.1 橫向無(wú)序波導(dǎo)陣列的制作步驟
        3.2.2 增益介質(zhì)
        3.2.3 系統(tǒng)搭建
    3.3 橫向無(wú)序波導(dǎo)陣列中隨機(jī)激光器樣品的光譜分析
        3.3.1 構(gòu)成陣列的是未腐蝕的單模光纖
        3.3.2 構(gòu)成陣列的是經(jīng)過(guò)腐蝕的單模光纖
    3.4 本章小結(jié)
第四章 橫向無(wú)序波導(dǎo)陣列中隨機(jī)激光特性研究
    4.1 橫向無(wú)序波導(dǎo)陣列的仿真模型
    4.2 橫向無(wú)序波導(dǎo)陣列的仿真分析
        4.2.1 頻譜分析
        4.2.3 功率分布分析
    4.3 不同混亂度對(duì)仿真結(jié)果的影響
    4.4 本章小結(jié)
第五章 全文總結(jié)與展望
    5.1 全文總結(jié)
    5.2 后續(xù)工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間取得的成果

【參考文獻(xiàn)】

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1 烏日娜;鄔小嬌;吳杰;岱欽;;光子晶體液晶光纖隨機(jī)激光研究[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2015年02期

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1 胡志家;隨機(jī)光纖激光波導(dǎo)效應(yīng)的研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2856446