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近年来,光波在随机增益介质中的受激辐射现象已经引起了国际激光学界的广泛关注,并形成了一个新的研究领域——随机激光。与传统激光相比,随机激光器件结构多样化,体积小,且易于制作;制备材料从有机半导体领域扩展到液晶、纳米光纤、蛋白石光子晶体等新材料;器件发光能够在全方位探测,并可以实现短波长激光出射。这些独特的特质和优势,使得随机激光在光学集成、平板显示、军事应用、生物医学等领域具有巨大的应用前景和研究价值。本文概述了随机激光发展历程,在对其理论基础进行分析的基础上,研究了内含散射粒子的有机增益薄膜的光致发光特性。
将有机小分子激光染料DCM与成膜性、透光性较好的惰性大分子聚合物材料PMMA相融合,制备了DCM:PMMA有机增益薄膜。在光泵浦下,观测到了薄膜由放大自发辐射(Amplified spontaneous emission,ASE)引起的增益窄化现象,研究了薄膜的增益特性。实验表明,我们所制备的DCM:PMMA有机增益薄膜具有较好的光学性能,能够满足激光器件对有源介质的高增益要求。
利用TiO2粒子的强散射特性,将其掺入到DCM:PMMA有机增益薄膜中,制备了内含TiO2粒子的DCM:PMMA有机增益薄膜。在光泵随机增益薄膜的研究中观测到了薄膜的受激辐射现象:薄膜原本平滑的发射宽谱上出现了多个分离的尖峰,中心波长处尖峰半高全宽可达0.5nm;阈值为9.6μJ/Pulse。运用随机激光原理,讨论了随机增益薄膜中光波的相干反馈机制。最后,我们进行了一些拓展性的工作:①改变掺杂粒子粒径,研究了小粒径散射粒子对有机增益薄膜受激辐射的影响;②将微腔激光领域的主客体增益掺杂体系引入到实验中,制备了内含TiO2散射粒子的DCM:Alq3:PVK有机增益薄膜,利用稳态荧光光谱研究了薄膜的发光特性。