随机激光器中准态腔的阈值与其局域化程度的关系

基于光波在有限随机介质中的局域化理论，利用有限时域差分法数值求解Maxwell方程 组，研究了随机介质中的激光现象，分析了准态模的放大与其 空间局域性的关系. 通过研究二维非增益随机介质中光波的局域化，确定了准态模的空间分 布和频谱特征. 通过引入增益，研究了准态模的放大过程和阈值特性. 结果表明空间局域化 强的准态模在增益介质中被优先放大，且有较低的阈值. 关键词： 随机激光器 准态模 随机介质中的光学特性     

二维随机激光器的模式选择及阈值与饱和特性

基于将Maxwell方程与四能级原子系统速率方程相结合而建立起随机激光时域理论，并利用有限时域差分法，研究了二维随机介质中激光模式的输出特性与介质尺寸、外形及抽运速率等参数的关系.结果表明，与传统激光模式相似，随机激光模式的强度随抽运速率的变化不仅具有阈值特性，而且具有饱和特性.基于模式特性对介质及抽运参数的依赖关系，提出了二维随机激光器的选模方式，在很大程度上不同于传统激光器的选模方式. 关键词： 随机激光器 模式选择 无序介质中的光学特性     

双光子抽运随机激光器中辐射光能量的演化

基于非相干反馈随机激光器的扩散方程理论，将扩散方程中的增益项改写为饱和形式，并利用有限差分方法，研究了双光子抽运随机激光器中辐射光能量随时间演化特性.对扩散方程的数值求解给出了系统辐射光能量由自发辐射开始，经历小信号增益状态得到放大，再到由于增益饱和形成稳态输出的整个演化过程.表明介质的无序导致了在较低能量情况下也能获得饱和增益这样的非线性效应.结果为研究获得双光子抽运随机激光器的稳态输出提供了理论依据. 关键词： 随机激光器 双光子抽运 饱和效应 无序介质中的光学效应     

波导随机散射系统的激光发射

提出在随机分布的散射微粒中嵌入环形波导结构以改善随机激光器的随机发射特性。利用时域有限差分法(FDTD),数值模拟了内嵌环形波导的随机散射系统及其对比结构中光场的分布,得到了各结构的模式频谱。结果显示,本结构只在中心处有激光出射,表明环形波导的存在可以影响随机系统的激光发射,减少激光的模式输出,并在一定程度上增强了出射激光的强度。     

固体激光器中正交偏振模式间增益竞争的研究

由兰姆半经典激光理论可知,固体激光器中两个模式能否同时振荡取决于两个模式之间的耦合程度,其定义为增益竞争引起的互饱和系数与自饱和系数之比。实验中,利用两个四分之一波片搭建了双频Nd…YAG固体激光器,实现了频差从30 MHz到1.3GHz连续可调的双频激光输出,在此基础上,测量了两正交偏振模式在不同频差输出条件下的噪声功率谱密度,计算出表征两个模式间增益竞争程度的耦合系数。理论上,根据兰姆半经典理论推导出耦合系数的表达式,验证了实验中耦合系数随着频差增加而减小的变化趋势,分析了影响耦合系数的因素,为进一步优化双频固体激光器提供理论基础。     

二维无序介质中横磁模的谱线宽度随抽运强度的变化特性

基于随机激光时域理论,数值研究了二维随机激光器中横磁模式的输出光谱线宽度,获得了谱线宽度与抽运强度的关系曲线,由此曲线可以计算横磁模式的很多特征参数.从谱线宽度的角度来看,横磁模式的输出特性结果与已有的横电模式结果相比,横磁模式具有较好的输出特性. 关键词： 随机激光器 偏振 谱线宽度 无序介质中的光学效应     

基于波导、金和氧化锌的随机激光器的研究

通过将金属金嵌入到上下两层波导结构中,与ZnO随机粒子相结合,设计出一种新型结构的随机激光器。采用时域有限差分法(FDTD),数值模拟了该随机激光器系统的光场分布和模式频谱图,并针对金粒子和金薄膜两种情况进行对比分析。结果显示,采用金粒子作夹层时,出射激光模式数量减少,单色性较好;采用金薄膜作夹层时,出射激光光强较大。     

飞秒抽运随机激光输出波形的可控性研究

本文基于随机激光的时域理论,研究了飞秒脉冲抽运下二维随机激光的辐射特性,并着重讨论了抽运脉冲的峰值强度、脉宽和脉冲波形对辐射光时域波形的影响.结果表明, 辐射光的时域波形强烈依赖于抽运光脉冲的参数,通过调整抽运方式可以控制辐射光的输出波形.数值模拟结果为研究随机激光输出波形的可控性技术提供了理论依据. 关键词： 激光物理 随机激光器 飞秒抽运 脉冲波形     

单模激光混沌特性的理论研究

在光学中，激光是产生双稳态、振荡、混沌等多种自组织现象的典型例子。本文采用非线性理论分析了单模激光的混沌特性，对描述单模激光的非线性动力学方程进行了稳定性分析，从而确定了系统失稳后进入混沌态的分歧点，并利用计算机进行了数值计算，给出了系统呈现混沌态的模拟结果。计算机数值模拟的结果与理论分析的结果相吻合。     

二维随机介质中准态模的频谱时间演化特性

采用时域有限差分法数值求解Maxwell方程组，分析了平面随机介质中光波模式的频谱时间演化特性.随机介质的特征可以用散射颗粒的随机构形、介质参数（如颗粒的尺寸和填充率等）以及介质形态等因素来描述.这些因素决定了随机介质在准稳态下模式的频率特性与数量，但具有不同因素的随机介质中模式的产生、选择与演化，具有大致相同的特征与速度.平面随机介质的这些冷腔特性，与传统光腔中模式的产生、选择和演化的特征非常相似. 关键词： 激光物理 随机激光器 无序介质中的光学特性     

一维光子晶体缺陷模激光器的放大特性

光子晶体中引入缺陷后将形成缺陷模,这些缺陷模在增益介质中将被放大形成激光。基于麦克斯韦方程和速率方程相结合的模型,用时域有限差分法(FDTD)计算和分析了一维单缺陷光子晶体激光器中缺陷模的空间分布和频谱特性,以及这些缺陷模的放大特性,主要研究了缺陷层的厚度、晶体层数对缺陷模放大特性的影响。模拟结果显示,类似于传统激光腔的腔模,这些缺陷模能够被放大,形成激光。调整缺陷层的厚度、晶体层数等结构参量,将改变缺陷模的谐振,激射频率以及空间分布,这将直接影响激射阈值和饱和特性。增加晶体的层数,激光器的阈值将降低,饱和值将增加,但晶体层数增加到一定限度时,这种增减趋势变弱。模拟结果证明了有效层数的存在。     

光子晶体晶粒尺寸和排列结构对随机激光辐射特性的影响

研究了光子晶体对随机激光器的输出特性的调控,并分析了光子晶体的晶粒尺寸和排列结构等对调控作用的影响.对于同一随机介质而言,上下表面用同种材料不同晶粒尺寸的光子晶体覆盖,结果显示:晶粒尺寸合适的光子晶体会使光在系统中来回振荡从而得到很好的放大,使系统中的光与随机增益介质的相互作用加强,激光阈值降低;同时还对激光模式有较强的调制能力,能在一定程度上抑制自发辐射,使之向所需要的频率内辐射.但如果光子晶体的晶粒尺寸与随机增益介质结构匹配不当,则光子晶体对激光模式调制能力较弱,光场能量不能有效地被局域在系统中,系统 关键词： 有限时域差分法 光子晶体 随机激光 辐射特性     

一维随机介质中准态模式的局域化程度对其阈值的影响

基于将Maxweil方程与四能级原子系统速率方程相结合而建立起的随机激光时域理论,并利用有限时域差分法,研究了一维随机激活介质中激光模式的输出强度与抽运速率之间的关系.结果表明,与传统激光模式相似,随机激光模式的强度随抽运速率的变化不仅具有阈值特性,而且具有饱和特性.用模式的空间区域来表征模式的局域化程度,发现局域化程度越强的模式,阈值越低.不过,这种关系不是一一对应的.这表明模式的局域化程度是决定阈值大小的重要因素,但不是唯一的因素.     

随机性对部分随机介质激光器阈值的影响

基于速率方程和Maxwell方程相结合的模型，采用时域有限差分法(FDTD)研究了介质的随机性和层数对部分随机介质激光器阈值的影响.模拟结果显示，当抽运速率超过阈值时，出现一个或者多个振荡模；随机性或者系统的尺度增加时，振荡模数量也增加；部分随机介质激光器的阈值在一定的随机强度和层数下将达到最小值，它与完全随机情况下的结论有所不同.对所得到的结论给出了物理解释.这些结果对于制作随机激光器和光集成潜在应用价值. 关键词： 激光物理 随机激光器 阈值 时域有限差分法     

散射颗粒分布对二维随机激光器腔内各模式的影响

采用时域有限差分法数值求解Maxwell方程组,分析了二维随机激光器中光波模式的频谱特性.计算表明,处于不同分布区域的散射颗粒对腔内不同模式的影响有很大差异,处于该模式空间分布区域的散射颗粒比区域外的颗粒对模式有更大的影响.这个特性是随机激光器所独有,并可以用来进行随机激光器的模式选择.     

Mode analysis of fiber Bragg grating random lasers in the presence of mode competition

In the presence of self and cross saturation effects, the laser governing equations are nonlinear. To solve the governing equations of a fiber Bragg grating random laser, on the basis of the transfer matrix method, a simple and fast iterative method is introduced. The method is employed to obtain the frequency, threshold pumping rate and spatial distribution of different laser modes. Numerical calculations show that by increasing the number of fiber Bragg grating, the number of lasing modes increases, while the threshold pumping rate of the first mode decreases. Our theoretical results are in agreement with the experimental observations reported by previous authors.