基于光致散射的随机激光和光子弱局域效应的研究

发布时间：2018-04-14 06:01

  本文选题：随机激光 + 光子弱局域效应　； 参考：《哈尔滨工业大学》2016年博士论文

【摘要】：随着光学与光子学研究的逐步深入,人们开始意识到原来被普遍视为负面因素的散射在实际应用中有非常重要的价值,进而与介质中散射相关的研究热点应运而生。光子在散射增益介质中会经历多重散射,在受激辐射和强度反馈的作用下可以形成激光,这类激光的输出模式和方向均具有一定的随机性,这与散射体的分布和光子的随机散射相关,因此被称为随机激光。随机激光器不需要谐振腔的反馈,具有很多传统激光器无法比拟的特性,如体积小,成本低,用于显示与成像时分辨率高等等,因此随机激光器的出现可以与传统激光器互补,进而拓展激光应用的领域。因此在散射介质中的随机激光以及与之密切相关的光子局域效应成为了研究的热点。在本论文的研究工作中,我们利用掺钕磷酸盐玻璃和锆钛酸铅镧陶瓷的光致散射和电致散射特性,研究光子在样品中的多重散射和随机行走方式,旨在实现介质中的随机激光振荡与光子弱局域效应,进而探索激光输出的可调谐性。分析随机激光振荡与光子弱局域效应之间的区别和内在联系,为实现三维固态介质中多功能可调谐的随机激光器与光放大器件奠定理论与实验基础。我们首先研究了正常光照条件下高度透明的掺钕磷酸盐玻璃中的随机激光振荡和光子弱局域效应。分析了磷酸盐玻璃中的光致散射规律,利用光子的多重散射和非相干反馈,结合光子在无序介质中的扩散理论,设计并实现了材料中的上转换随机激光,并对激光输出模式和随机振荡等特性进行了分析。基于光子的局域化理论,通过对介质中光子的背向散射和激光输出拖尾时间等实验参数的测量,研究了介质中光子的弱局域现象和非相干反馈作用的变化规律。在上述工作基础上,为增加光致散射的能力,并同时提高激光输出的可调谐性,我们选择了可以接纳更多稀土发光中心的全固态电光陶瓷材料来替代磷酸盐玻璃。研究了掺钕锆钛酸铅镧铁电陶瓷中的随机激光振荡与光子弱局域效应。根据材料的光致散射特性和光子在散射介质中的传输理论,讨论了光子散射强度L/lt和传输平均自由程lt随泵浦光强度的变化规律,进而对材料中光子的透(反)射率、激光输出拖尾时间和吸收增益等特性随散射强度的变化规律进行了分析。在实现材料上转换随机激光振荡的基础上,利用散射介质中的吸收系数变化规律,对不同浓度钕离子掺杂样品中随机激光的输出强度、斜率和阈值等激光输出参数进行了调制。利用锆钛酸铅镧铁电陶瓷的电致散射实现随机激光的可调谐性,我们在电晕放电氛围下,研究了掺钕锆钛酸铅镧铁电陶瓷的随机激光振荡可调谐性。实验中,利用光子在介质中的散射强度和吸收系数的变化规律,对各模式上转换随机激光的输出强度进行了调制。利用短波脉冲激光对材料的瞬态散射作用,分析了发射光子从自发辐射向受激辐射的转变过程,并实现了材料中瞬态的随机激光振荡。为证实随机激光振荡与光子弱局域效应的普遍性而不仅局限在钕掺杂增益介质中,我们在电晕放电氛围下研究了稀土掺杂锆钛酸铅镧陶瓷各波段的吸收强度与散射强度的依赖关系,并对Er3+/Yb3+掺杂锆钛酸铅镧陶瓷上转换光谱强度进行了调制。在电晕放电氛围下,对Er3+掺杂锆钛酸铅镧陶瓷中不同信号光的受激辐射光放大行为进行了研究。通过建立散射介质中的速率方程,对引起各波段受激光放大动态过程中所呈现出的明显差异进行了理论分析。
[Abstract]:In this paper , we study the random laser oscillation and photon weak local effect of photon in the medium .

【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1

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本文编号：1747999