传统的激光器一般都由两个基本要素构成:能通过受激辐射提供光学增益的介质和一个能提供正反馈的谐振腔。同时,谐振腔决定了激光的波长、激光模式、辐射方向和偏振态等特性。与传统激光不同,随机激光不需要常规的光学谐振腔,而是依靠光子在无序增益介质中的多重散射来获得光的增益效果。并且,随机激光的模式、辐射方向等性质取决于光子的多重散射过程,而不是谐振腔来决定。由于随机激光特殊的发光机制,使其具有传统激光一些不具备的独特的发光特性,具有非常大的研究空间及应用前景。近几十年来,随机激光已经获得大量的报道和研究,俨然成为激光成像、医学诊断、生物传感等诸多领域的热点研究对象。本课题首次从理论、实验和数值模拟三个方面来研究了基于蛋壳生物薄膜的随机激光器及其激发特性。本课题研究内容新颖,属于随机激光领域的热点研究方向,具有重大的研究意义和应用价值,丰富了随机激光的基础理论和研究分析手段。本文首先主要介绍了随机激光的国内外发展现状。分别阐述了瑞利散射、拉曼散射以及米氏散射等随机激光中常见的散射理论;简要介绍了非相干随机激光、相干随机激光、拉曼随机激光以及SPASER随机激光的激发特性和基本原理;并总结了随机激光中常用的特征长度以及物理概念。其次介绍了制备基于生物薄膜的随机激光器的实验过程,发现实验采用的蛋壳内膜主要都是由蛋白质和骨胶原组成的高度交错复杂的网络纤维结构。其次还自主设计并搭建两套光学测试平台,系统地测试并对比了不同的生物薄膜的随机激光激发特性及其时间响应过程。同时阐述了基于生物薄膜微纤维的随机激光形成机理。最后以生物薄膜为基本原型,建立一个二维随机激光器模型,分别模拟了不同泵浦条件下的随机激光辐射强度分布。实验结果表明,当泵浦光同时从多个角度入射时,其产生的电场会相互叠加,得到强度更大的电场分布。此外我们还利用Mie散射理论模拟了光子在薄膜中散射的平均自由程,推断出本实验所实现的生物薄膜/Rh6G随机激光系统属于极弱散射结构。