横向无序波导阵列中随机激光研究

发布时间：2020-10-26 03:51

　　 光散射是自然界中一种常见的物理现象,尤其是在光波导中,它在光波导中具有两面性:一方面会引起额外的光损耗;另一方面也可以起到有益的作用,如在具有增益的波导中利用散射提供反馈形成随机激光。随机激光是一种新型激光,它依靠光的散射提供反馈并形成反馈回路,从而实现激光激射。与传统的激光器相比,随机激光器没有传统的谐振腔,具有结构简单、谐振腔精度需求不高、控制自由度高等优点。在医疗、生物、光传感和光学成像等领域中具有潜在的应用价值。本论文基于横向无序波导阵列提出了一种新型随机激光器,研究了其相应的输出特性。提出的随机激光器是在一种圆柱形准光纤波导结构中实现的,即通过在石英毛细管的内侧填充单模光纤等波导结构,并使用激光染料作为增益介质填充于石英毛细管中。这种设计有利于降低随机激光阈值、使输出具有可调谐性,结构中散射介质与增益介质分离,更加稳定且可重复性好。具体的研究工作包括:首先,针对波导结构进行了数值仿真:利用FDTD数值仿真方法,在结构中引入电偶极子作为光源并分析波导中的输出光谱特性;从光谱特性中观察到了随机分布的尖峰,这些尖峰分别对应着不同的谐振模式。谐振模式对应的电场分布在不同区域呈现明亮光带,并且这些不同的模式会产生相互之间的耦合和转化。然后,分别在实验条件下制作了上述随机激光器的两种不同样品,其中一种样品的波导阵列由未被腐蚀的单模光纤组成,另一种样品中的单模光纤经过了腐蚀处理,这样做的目的是为了提高样品的无序性。通过对两种样品中产生的光谱特性进行分析,发现了其光谱与WGM相类似的现象,且存在一定的随机度。最后,根据数值仿真和实验,针对横向无序波导阵列在局域化频谱范围内的功率分布特性进行了探究。通过对具有三种不同混乱度(0%、10%以及20%)的仿真结构的功率分布进行分析,观察到横向无序波导阵列中产生了局域化现象,并会产生类似WGM的现象,且分布具有随机性。同时,针对不同混乱度对功率分布的影响进行了分析,发现随着混乱度的增加,仿真结构中产生的局域化效果随之增强。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN24
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 随即激光的研究背景与意义
    1.2 随机激光的研究历史与现状
    1.3 论文的主要工作
    1.4 论文的结构安排
第二章 横向无序波导阵列中随机激光原理
    2.1 激光的原理
        2.1.1 光的受激辐射
        2.1.2 激光激射条件
    2.2 随机激光器的结构
        2.2.1 泵浦源
        2.2.2 增益介质
        2.2.3 光传输模型
    2.3 横向无序波导阵列中随机激光原理
        2.3.1 相干型随机激光和非相干型随机激光
        2.3.2 变形微腔对激光的影响
    2.4 本章小结
第三章 横向无序波导阵列中随机激光理论仿真与实验
    3.1 横向波导阵列为圆形晶格PC阵列的随机激光模型
        3.1.1 圆形晶格PC阵列的设计流程
        3.1.2 波导阵列为圆形晶格PC阵列的仿真结果
    3.2 横向无序波导阵列中随机激光器样品的制作
        3.2.1 横向无序波导阵列的制作步骤
        3.2.2 增益介质
        3.2.3 系统搭建
    3.3 横向无序波导阵列中随机激光器样品的光谱分析
        3.3.1 构成阵列的是未腐蚀的单模光纤
        3.3.2 构成阵列的是经过腐蚀的单模光纤
    3.4 本章小结
第四章 横向无序波导阵列中随机激光特性研究
    4.1 横向无序波导阵列的仿真模型
    4.2 横向无序波导阵列的仿真分析
        4.2.1 频谱分析
        4.2.3 功率分布分析
    4.3 不同混乱度对仿真结果的影响
    4.4 本章小结
第五章 全文总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 乌日娜;邬小娇;吴杰;岱钦;;光子晶体液晶光纤随机激光研究[J];光学学报;2015年02期

相关博士学位论文 前1条

1 胡志家;随机光纤激光波导效应的研究[D];中国科学技术大学;2014年

本文编号：2856446