无序介质激光的方向效应

无序介质激光是由该介质的非周期-类结构与相匹配的泵浦光场相互作用时其整体多重散射的干涉效应产生的.因此其局域模不仅与无序介质被泵浦的功率、面积有关,而且与方向有关.本文以ZnO粉末激光为例,运用传输矩阵的方法计算模拟了其局域模谱的方向效应.     

ZnO纳米柱无序介质中泵浦面积对局域模发射的影响

基于ZnO纳米柱制备及发光实验,建立了ZnO纳米柱的位置和大小都是无序的二维介质结构模型.通过构建增益模型,用时域有限差分法数值模拟了无序介质中频谱特性以及ZnO增益频谱范围内的某一个共振峰对应的波源在无序介质中的光场分布情况,发现了局域模的存在.分四种情况讨论了此局域模的受激辐射与泵浦面积的关系:改变泵浦功率,从左到右依次增加两层ZnO纳米柱泵浦和单独泵浦一个局域区域;泵浦功率一定时,增加泵浦局域区域和非局域区域中ZnO纳米柱个数.结果表明:存在一个临界泵浦功率,当泵浦功率小于临界泵浦功率时,无论泵浦面积多大都不能激发局域模;当泵浦功率大于临界泵浦功率时,对于不同的泵浦功率,局域模被激发所需的临界泵浦面积不同;随着泵浦功率的增加,当泵浦面积一定时,光场相对强度呈递增趋势,当泵浦功率超过临界功率时,光场相对强度急剧上升.     

随机介质ZnO激光的一种整体效应模型

从实验现象出发建立了无序介质激光的一种整体散射效应物理模型，认为无序介质激光是无序介质中局域-非周期-类结构与相匹配的抽运光相互作用的结果.并以ZnO粉末激光参数为例进行数值模拟，结果与实验定性符合. 关键词： 无序增益介质 局域-非周期-类结构     

ZnO纳米柱无序介质中泵浦面积对局域模发射的影响

基于ZnO纳米柱制备及发光实验,建立了ZnO纳米柱的位置和大小都是无序的二维介质结构模型.通过构建增益模型,用时域有限差分法数值模拟了无序介质中频谱特性以及ZnO增益频谱范围内的某一个共振峰对应的波源在无序介质中的光场分布情况,发现了局域模的存在.分四种情况讨论了此局域模的受激辐射与泵浦面积的关系:改变泵浦功率,从左到...     

含单负特异材料一维无序扰动周期结构中的光子局域特性研究

采用传输矩阵法研究了电磁波在由单负特异材料组成的一维无序扰动周期结构中的Anderson局域(Anderson Localization)行为,分别讨论了色散和非色散两种模型.结果发现,在对应周期结构的通带位置,无序的引入对局域长度的影响较大,而在带隙位置,影响较小,几乎可以忽略.该性质与我们曾讨论的随机结构有较明显不同.导致这种局域性质的主要原因应为,光在单负材料组成的系统中的传输主要依赖于两种单负材料间的界面.在无序扰动结构中,该界面数相对于周期结构并没有减少,因此对光的传输性质影响较小,而随机结构中     

介质层厚度无序对Bragg微腔模式的影响

采用本征模展开法(EME)结合完全匹配层（PML）边界条件,研究了由TiO2和SiO2复合膜结构组成的平面光子晶体Bragg微腔的模式特性,分析了介质厚度无序对微腔模式的调制以及入射角对局域长度的影响.结果表明,若光束正入射,带边局域长度要大于禁带局域长度,随着无序度的增加光子通带的透过率逐渐降低,而禁带的透过率逐渐上升.当无序度较小时,局域长度随随机度的变化在带边和禁带内表现出相反的规律.当无序度较大时,局域长度不仅和随机度、带隙有关,还受到材料的影响;若光束斜入射,TE模的局域长度要远小于TM模对应的值,且其最小值向短波方向移动。此外,入射角和膜层数的变化都会导致局域长度的起伏.     

二维随机增益介质中局域模的模面积和放大

随机激光形成于随机介质中局域模的放大,其放大特性依赖于局域模的空间分布。通过复折射率的虚部将光学增益引入系统,采用时域有限差分(FDTD)法,分析了增益介质中局域模的放大特性,并用模面积描述了局域模空间分布,着重对比分析了模面积对局域模放大特性的影响。模拟结果显示,局域模具有不同的空间分布,直接影响了局域模的放大特性,模面积较小的模式具有较低的损耗,能够获得更多能量,在介质中被优先放大,而模面积较大的模式,由于损耗较大,将获得较少的能量。     

广义Fibonacci准周期结构声子晶体透射性质的研究

提出了一维广义Fibonacci准周期结构的声子晶体模型. 对弹性波通过该一维准周期结构声子晶体的透射系数进行数值计算,并与周期结构和标准Fibonacci准周期结构声子晶体的透射系数进行比较. 结果表明,利用一维广义Fibonacci准周期结构的声子晶体可获得比周期结构和标准Fibonacci准周期结构声子晶体更大的带隙范围,同时在带隙内有更丰富的局域模式存在. 对局域模性质的研究有助于声波或弹性波滤波器的制作. 关键词： 广义Fibonacci准周期结构 声子晶体 局域化     

一维无序扰动周期结构中局域长度的对称等价变换

以一维周期结构光谱对称性为基础，提出了无序扰动周期结构有关局域长度的一个新的变换关系：对称等价变换，并用数值计算加以了验证.该等价变换描述了不同无序度的结构对不同频率光子局域能力之间的等价关系，为无序结构中光子局域性质的进一步研究提供了一个新的工具. 关键词： 局域长度 无序扰动周期结构 对称等价变换     

纵模对光子晶体中类狄拉克点传输特性的影响

本文通过数值仿真分析了无序正方晶格光子晶体中类狄拉克点的光子传输特性. 结构中的无序是通过随机移动氧化铝介质柱的位置来实现. 研究发现, 由于纵模被激发出来, 在类狄拉克点及其附近无序对结构透射率的影响是不同的. 在类狄拉克点, 由于纵模的干扰, 透射率随着无序的增加而减小, 与通带的行为类似. 在不受纵模干扰的类狄拉克点附近, 透射率几乎不受无序的影响, 这主要是由于结构可以等效为近零折射率材料, 等效的波长非常大. 本文的研究结果有助于人们进一步理解光学纵模和零折射率材料.     

Effect of Pump Area on Lasing Modes in Active Random Media

We investigate the effect of pump area on lasing modes in an active random medium. Considering the structure characteristics in a real experimental system, the random medium is divided into two regions, i.e. pump and non-pump areas. The dependence of lasing modes on the pump area is qualitatively explained by means of the model in which the lasing is ascribed to the interaction of the complex localized modes in the active random medium with local aperiodic quasi-structure with appropriate pump light. There exist different pump sizes for lasing with different modes. As the pump size decreases in this random system, the pump threshold of the lasing modes increases. There are different lasing modes in different excitation regions in this random system. This gives us some information about the dependence of lasing modes on pump areas in active random media.     

本征态的局域化与增益介质中局域态的放大

用时域有限差分方法(FDTD)模拟了二维增益、非增益随机介质中的光学现象。在非增益介质中，观察到了局域态空间分布及其频率特征。在增益介质中，观察到局域态的放大过程。模拟结果显示非增益介质中的局域态相当于传统激光腔的腔模，随机激光是由局域态谐振产生的。     

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     

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     

Numerical study of random lasing in three dimensional amplifying disordered media

In this paper, the lasing action in three-dimensional active random systems has been numerically investigated. Here, random systems of spherical dielectric particles imbedded in an active medium are considered. The quasi steady state approximation for the population inversion of the active medium is applied to solve three dimensional governing equations. Results show that when the density of particles increases to an upper limit, the intensity of lasing modes is enhanced. Also, the effects of pumping rate and particle size on the number of lasing modes and their intensity are studied. Lasing threshold of laser modes in different disordered systems is calculated and it is shown that by an appropriate selection of the central frequency of gain line-shape, the output power intensity of random lasers increases. These results are in agreement with the experimental results observed by others.     

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     

Photon localization laser: low-threshold lasing in a random amplifying layered medium via wave localization

We demonstrate low-threshold lasing in random amplifying layered medium via photon localization. Lasing is facilitated by resonant excitation of localized modes at the pump laser wavelength, which are peaked deep within the sample with greatly enhanced intensity. Emission occurs into long-lived localized modes overlapping the localized gain region. This mechanism overcomes a fundamental barrier to reducing lasing thresholds in diffusive random lasers, in which multiple scattering restricts the excitation region to the proximity of the sample surface.