隨機激光的光學特性及其調(diào)制的理論研究.pdf

1、本文圍繞隨機介質(zhì)激光的光學特性及應用，分別對隨機介質(zhì)的光子局域化、能量分布、頻譜特性、模式競爭等問題及光子晶體對其輻射特性的調(diào)制進行了研究；提出了一種柔性隨機半導體激光器的制備方案，為制備具有良好加工性能的、可用于集成光路的、低成本的低閾值微型激光器提供了一條新途徑和理論依據(jù)。 作為全文的理論基礎，詳細地介紹了轉(zhuǎn)移矩陣法(TMM)和有限時域差分(FDTD)法的理論和算法，在分析現(xiàn)有的實驗現(xiàn)象和理論的基礎上，提出了一種新的整體散射

2、效應理論。 基于整體散射效應理論，模擬了一維隨機介質(zhì)的局域模的分布，分析了激光輻射與泵浦面積的關系。利用激光物理理論對Zn0粉末的激光輸出特性進行了模擬，結(jié)果與實驗定性吻合，較好地解釋無序激光的實驗現(xiàn)象。 對二維隨機介質(zhì)一系列的光學特性進行了研究，結(jié)果顯示：光在二維隨機介質(zhì)中呈局域化分布，局域化與介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和激發(fā)光的波長均有關，局域化程度與介質(zhì)顆粒填充密度有關，填充密度越大局域化程度越強，所需的激發(fā)閾值越低。隨機介質(zhì)的譜

3、呈自發(fā)輻射特性，整體譜的能量較弱，表明單純的隨機介質(zhì)激光閾值比較高。在隨機介質(zhì)中由于介質(zhì)顆粒的隨機分布會形成一些結(jié)構(gòu)不同的準封閉區(qū)域，不同的準封閉區(qū)域?qū)淖V不同，發(fā)射譜還與激發(fā)波長有關，當激發(fā)波長與準封閉區(qū)域的結(jié)構(gòu)參數(shù)偏差較大時，頻譜會此消彼漲，能量衰減較快；而當激發(fā)波長與該結(jié)構(gòu)參數(shù)接近時，頻譜結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，能量衰減較慢。隨機激光是隨機介質(zhì)與激發(fā)光相互作用的整體散射結(jié)果。 為了對隨機介質(zhì)的輻射輸出進行有效的控制和利用，提出用光

4、子晶體來抑制隨機介質(zhì)的自發(fā)輻射，使其向所需要的頻率輻射的構(gòu)思。并對此進行了數(shù)值模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)光子晶體不僅可使系統(tǒng)局域光的能力得到了增強，提高系統(tǒng)的有效增益，降低激光閾值，而且光子晶體還能抑制團簇中的自發(fā)輻射，起到調(diào)制激光模式的作用。而且還分析了光子晶體的外形、晶格顆粒尺寸、結(jié)構(gòu)類型、介電常數(shù)等各種結(jié)構(gòu)參數(shù)對調(diào)制作用的影響。在此基礎上提出了一種柔性的隨機半導體激光器的設計方案，并對這種柔性半導體激光器的光學特性進行理論研究，結(jié)果顯示這種柔