弱散射结构中的随机激光器

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激光是20世纪最伟大的发明之一。近年来,激光研究领域出现了重要进展,随机激光器。它不再依靠传统的谐振腔进行反馈,而是利用无序结构中的随机散射提供反馈,从而实现高强度的受激辐射。由高度随机介质中的受激辐射构成的激光器称为随机激光器,它蕴含着丰富的物理现象和物理意义,是当今物理学界的一个研究热点。  通常,随机激光器可以分为相干反馈型随机激光器和非相干反馈型随机激光器。这两种反馈类型的随机激光器,既可以在强散射介质中实现,也可以在弱散射介质中实现。在强散射介质中,用光子的安德森局域来解释其发光机制,被大家所接受。但是在弱散射介质中,随机激光器的发光机制和模式特征仍是众说纷纭,有待进一步的深入研究。  目前我们课题组在弱散射随机激光领域的研究中取得了一些成果,将在本文中详细描述。  在第一章,我们将传统激光器与随机激光器进行比较,揭示出它们的本质区别。从随机激光器的理论猜想,到当今随机激光器的制作,介绍了随机激光器的发展历程和现状。阐述了随机激光器在光集成、激光器制造、光信息识别与处理、生物医药等方面的应用价值。  在第二章,我们简单介绍了散射和安德森局域的有关理论,详细阐述了Lawandy和Cao.H课题组的有关实验以及他们给出的相关理论解释。  在第三章,我们制作了一个弱散射结构随机激光器,利用罗丹明6G溶液作为增益介质,以532nm的纳秒激光作为泵浦源,用氧化锌纳米颗粒作为随机散射粒子,组成实验系统。研究散射的平均自由程,观察从荧光到相干受激辐射的过程,阈值特性和影响随机激光模式的因素。其中包括一些新现象,这些新现象利用已有的理论不能得到有效的解释,为此我们提出了腔耦合的概念,在理论上能够很好的解释这些新现象。  在第四章,我们对纯罗丹明6G溶液进行泵浦时,发现也有激光产生,这种激光产生的机制并不是靠传统谐振腔反馈,也没有随机散射介质,但是却存在着相干反馈机制。我们认为在用泵浦光照射时,增益介质中会存在折射率梯度,形成有效的边界,从而实现相于反馈,这是一种全新的相干反馈机制。通过实验,我们证明了折射率梯度的存在。利用这一现象,我们制作了一些激光系统,得到了一些非常好的特性,对应着广泛的应用前景。
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