纳米金属/氧化物增强的微腔染料随机激光介质的研究

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随机激光介质作为一种新颖的微腔激光介质,其独特的光学反馈机制,使其具有形状设计灵活、可微尺度制备、工艺简单和成本低廉等特点,在集成光学及生物传感等领域应用潜力巨大。然而,随机激光介质的研究在现阶段依然存在一些亟待解决的问题。首先,由于增益介质中的光散射,光子被大量散射出增益区域,增大了激光器的损耗,造成随机激光介质的闽值较高。其次,由于光学谐振腔的缺失,不仅使得随机激光介质调谐困难,而且造成其发射光谱的稳定性差。因此,设计和开发新型散射体及其纳米结构来获得低阈值、可调谐、稳定发射的随机激光介质十分必要。本文主要研究基于氧化物/金属纳米颗粒增强的随机激光介质,我们研究了不同散射体系以及金属的纳米结构对随机激光阈值、发射波长的可调谐性能以及发射光谱稳定性的影响。采用吡咯甲叉597-8C9(PM597-8C9)掺杂PDMS作为有源层,以片状CuO纳米颗粒作为散射体构建柔性波导随机激光介质,研究了其在不同方向上的发光特性,并获得了稳定发射的单峰相干随机激光,并通过改变片状CuO纳米颗粒掺杂浓度以及改变介质层厚度的方式分别获得了8.7 nm和4.13 nm的调谐宽度。采用银纳米线和立方银纳米颗粒作为散射体,利用金属纳米颗粒的局域表面等离子共振效应,来实现对随机激光的阈值和发射波长的调控。研究表明立方银纳米颗粒由于其尖锐的棱角,Hot Spot效应更加明显,其构成随机体系的阈值低至0.0881 mJ/cm2,品质因子(Q)达874;并通过使用四种激光染料,获得了可见光波段内的连续随机激光输出。通过银纳米线尺寸的调节,在波导随机激光介质中实现了发射波长的调谐和激光阈值的降低,并通过在光滑的银纳米线上引入Au纳米孔道,随机体系的阈值降低了一个量级;而半腔式反射结构引入,在降低阈值的同时,获得了高Q(1556)相干随机激光输出。
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