二維隨機介質(ZnO)激光空間分布及頻譜輸出特性的數值模.pdf

1、傳統(tǒng)的激光器主要由光學增益介質和提供正反饋的光學諧振腔這兩部分組成，光的放大來源于諧振腔的相干反饋放大。與傳統(tǒng)的激光形成機制不同，隨機激光沒有傳統(tǒng)激光器中的光學諧振腔，隨機顆粒的散射構成的閉合回路為激光的放大提供了正反饋作用，這就為激光器向微小型發(fā)展提供了可靠的途徑和條件?；谶@種獨有的特性和物理機制，隨機激光現象近幾年來得到國內外學者的廣泛研究。早期的隨機介質主要是基于TiO2等晶體顆粒，由于ZnO的獨有特性近幾年來開始被關注并應用于

2、隨機激光的研究中。研究隨機激光對于激光技術的發(fā)展和應用具有重要的現實意義，目前，對于隨機激光的研究主要是基于安德森局域化理論和準態(tài)模理論。
　　本文根據隨機激光的光子的安德森局域化和準態(tài)模理論模型，以ZnO納米顆粒獨有的特性作為隨機介質材料，利用計算機數學計算軟件MATLAB數值模擬研究了在時域內的二維相干反饋的隨機激光光譜的演化特性以及激光模式輸出特性。本文的主要工作包括以下幾個方面的內容:
　　一、詳細介紹了時域有限差分

3、方法(FDTD)在隨機激光數值模擬當中的應用，并且討論和分析了激勵源、PML吸收邊界條件、數值穩(wěn)定性條件以及增益介質模型的數值模擬等問題，并同時比較了幾種增益模型。
　　二、基于隨機激光的光子的安德森局域化和準態(tài)模理論，詳細研究了二維隨機介質中隨機激光的空間模式分布以及頻譜輸出特性。結果表明抽運光在介質經過短時間的傳播后，形成了球面波的波前外向傳播。并且隨著時間的迭代計算，大部分能量在被無序介質顆粒多重散射后逐漸局域于某一個特定的

4、區(qū)域，而且局域化區(qū)域由開始的分散逐漸變的集中，且局域化面積也逐漸變大，形成尖銳的激光輻射現象。
　　三、在不同的隨機介質的填充率下模擬研究了其對光波傳播特性以及頻譜輸出的影響，從結果可以看到，其結果并沒有從根本上改變隨機激光的頻譜特性，但是擴展模收斂時間、局域模面積、頻譜輸出能量大小卻是不同的。同理也研究了泵浦波長和折射率的影響。
　　由此可知，隨機介質的激光輻射現象是隨機介質與相匹配的泵浦光相互作用的整體散射效應的結果。通