基于生物薄膜的随机激光激发特性研究

发布时间：2017-10-16 18:01

  本文关键词：基于生物薄膜的随机激光激发特性研究

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【摘要】：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。
【关键词】：随机激光 生物薄膜 非相干反馈 有限元分析 Mie散射
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2;TN248
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 引言10-11
• 1.2 国内外研究现状及分析11-19
• 1.2.1 国外研究现状11-17
• 1.2.2 国内研究现状17-19
• 1.3 论文的研究意义和研究内容19-21
• 1.3.1 论文的研究意义19-20
• 1.3.2 论文的内容安排20-21
• 第二章 随机激光基本原理21-33
• 2.1 随机激光散射理论21-26
• 2.1.1 瑞利散射21-22
• 2.1.2 米氏散射22-24
• 2.1.3 拉曼散射24-26
• 2.2 随机激光的基本类型26-31
• 2.2.1 非相干反馈随机激光26-27
• 2.2.2 相干反馈随机激光27-29
• 2.2.3 拉曼随机激光29-30
• 2.2.4 等离子增强效应与SPASER随机激光30-31
• 2.3 随机激光的特征长度31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 基于生物薄膜的随机激光器制备与测试33-50
• 3.1 实验布置33-36
• 3.1.1 测试光路搭建33-35
• 3.1.1.1 随机激光辐射强度测试光路搭建33-34
• 3.1.1.2 随机激光时间响应过程测试光路搭建34-35
• 3.1.2 生物膜的制备35-36
• 3.1.2.1 原料和试剂35
• 3.1.2.2 无掺杂生物薄膜随机激光器的制备35
• 3.1.2.3 掺杂SiO_2生物膜的制备35-36
• 3.2 实验结果与分析36-49
• 3.2.1 SEM表征与对比36-38
• 3.2.2 光谱分析38-48
• 3.2.3 散射机理48-49
• 3.3 本章小结49-50
• 第四章 基于生物膜的随机激光激发特性模拟及仿真50-55
• 4.1 基于有限元分析方法的仿真50-53
• 4.1.1 有限元方法的基本原理50
• 4.1.2 二维随机激光器的模型建立50-51
• 4.1.3 仿真结果分析51-53
• 4.2 基于生物膜的随机激光散射平均自由程模拟计算53-54
• 4.2.1 Mie散射理论光学研究背景53-54
• 4.2.2 实验结果分析54
• 4.3 本章小结54-55
• 第五章 全文总结与展望55-57
• 5.1 全文总结55
• 5.2 本文创新点55-56
• 5.3 后续工作展望56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-63
• 攻读硕士学位期间取得的成果63-64

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本文编号：1044084