二維隨機(jī)介質(zhì)(ZnO)激光空間分布及頻譜輸出特性的數(shù)值模.pdf

1、傳統(tǒng)的激光器主要由光學(xué)增益介質(zhì)和提供正反饋的光學(xué)諧振腔這兩部分組成，光的放大來(lái)源于諧振腔的相干反饋放大。與傳統(tǒng)的激光形成機(jī)制不同，隨機(jī)激光沒(méi)有傳統(tǒng)激光器中的光學(xué)諧振腔，隨機(jī)顆粒的散射構(gòu)成的閉合回路為激光的放大提供了正反饋?zhàn)饔?，這就為激光器向微小型發(fā)展提供了可靠的途徑和條件?；谶@種獨(dú)有的特性和物理機(jī)制，隨機(jī)激光現(xiàn)象近幾年來(lái)得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究。早期的隨機(jī)介質(zhì)主要是基于TiO2等晶體顆粒，由于ZnO的獨(dú)有特性近幾年來(lái)開(kāi)始被關(guān)注并應(yīng)用于

2、隨機(jī)激光的研究中。研究隨機(jī)激光對(duì)于激光技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，目前，對(duì)于隨機(jī)激光的研究主要是基于安德森局域化理論和準(zhǔn)態(tài)模理論。
　　本文根據(jù)隨機(jī)激光的光子的安德森局域化和準(zhǔn)態(tài)模理論模型，以ZnO納米顆粒獨(dú)有的特性作為隨機(jī)介質(zhì)材料，利用計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)計(jì)算軟件MATLAB數(shù)值模擬研究了在時(shí)域內(nèi)的二維相干反饋的隨機(jī)激光光譜的演化特性以及激光模式輸出特性。本文的主要工作包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:
　　一、詳細(xì)介紹了時(shí)域有限差分

3、方法(FDTD)在隨機(jī)激光數(shù)值模擬當(dāng)中的應(yīng)用，并且討論和分析了激勵(lì)源、PML吸收邊界條件、數(shù)值穩(wěn)定性條件以及增益介質(zhì)模型的數(shù)值模擬等問(wèn)題，并同時(shí)比較了幾種增益模型。
　　二、基于隨機(jī)激光的光子的安德森局域化和準(zhǔn)態(tài)模理論，詳細(xì)研究了二維隨機(jī)介質(zhì)中隨機(jī)激光的空間模式分布以及頻譜輸出特性。結(jié)果表明抽運(yùn)光在介質(zhì)經(jīng)過(guò)短時(shí)間的傳播后，形成了球面波的波前外向傳播。并且隨著時(shí)間的迭代計(jì)算，大部分能量在被無(wú)序介質(zhì)顆粒多重散射后逐漸局域于某一個(gè)特定的

4、區(qū)域，而且局域化區(qū)域由開(kāi)始的分散逐漸變的集中，且局域化面積也逐漸變大，形成尖銳的激光輻射現(xiàn)象。
　　三、在不同的隨機(jī)介質(zhì)的填充率下模擬研究了其對(duì)光波傳播特性以及頻譜輸出的影響，從結(jié)果可以看到，其結(jié)果并沒(méi)有從根本上改變隨機(jī)激光的頻譜特性，但是擴(kuò)展模收斂時(shí)間、局域模面積、頻譜輸出能量大小卻是不同的。同理也研究了泵浦波長(zhǎng)和折射率的影響。
　　由此可知，隨機(jī)介質(zhì)的激光輻射現(xiàn)象是隨機(jī)介質(zhì)與相匹配的泵浦光相互作用的整體散射效應(yīng)的結(jié)果。通