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...     

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.     

光在二维无序介质中的动态传播过程

用有限时域差分 FDTD 法研究了光在二维无序介质中的动态传播过程.数值模拟了某一高斯脉冲光束入射到无序介质中光场的空间分布随时间的演化,结果表明：在光束入射的初期,能量从光源区向外传播并出现了清晰的波前传播的特点;经过一定的时间后,有部分能量从光源区向外扩散,而大部分能量逐渐聚集在介质中的一些小区域内,这与整体散射模型关于无序介质中光子局域化的研究相吻合,而且更清晰地呈现了形成光子局域化过程中的物理现象及整体散射干涉效应的重要机理作用.     

光在二维无序介质中的动态传播过程

用有限时域差分 FDTD 法研究了光在二维无序介质中的动态传播过程.数值模拟了某一高斯脉冲光束入射到无序介质中光场的空间分布随时间的演化,结果表明:在光束入射的初期,能量从光源区向外传播并出现了清晰的波前传播的特点;经过一定的时间后,有部分能量从光源区向外扩散,而大部分能量逐渐聚集在介质中的一些小区域内,这与整体散射模型关于无序介质中光子局域化的研究相吻合,而且更清晰地呈现了形成光子局域化过程中的物理现象及整体散射干涉效应的重要机理作用.     

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。     

被动锁模光纤激光器中泵浦滞后现象的研究

研究了基于非线性偏振旋转技术的被动锁模光纤激光器中的泵浦滞后现象.用非线性传输模型对泵浦功率滞后的机理进行了分析,发现此激光器中的泵浦滞后现象起因于光纤双折射与偏振选择共同作用引起的激光腔内非线性损耗特性.对泵浦滞后现象进行数值模拟和实验验证,结果与非线性传输模型分析的结论一致,并进一步证实了泵浦滞后现象不仅在连续光锁模产生孤子时存在,在锁模态下孤子的产生和泯灭过程中仍然存在.此外,随着激光腔内孤子数目的增多泵浦滞后现象愈加明显.     

被动锁模光纤激光器中泵浦滞后现象的研究

研究了基于非线性偏振旋转技术的被动锁模光纤激光器中的泵浦滞后现象.用非线性传输模型对泵浦功率滞后的机理进行了分析,发现此激光器中的泵浦滞后现象起因于光纤双折射与偏振选择共同作用引起的激光腔内非线性损耗特性.对泵浦滞后现象进行数值模拟和实验验证,结果与非线性传输模型分析的结论一致,并进一步证实了泵浦滞后现象不仅在连续光锁模产生孤子时存在,在锁模态下孤子的产生和泯灭过程中仍然存在.此外,随着激光腔内孤子数目的增多泵浦滞后现象愈加明显.     

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     

无序介质中不同模式的激光辐射与散射体密度的关系

以ZnO粉末无序介质激光为例,在介质增益和光场损耗的条件下研究了光子在无序介质中的无规行走行为.在泵浦光强和体积一定的情况下,运用数值模拟研究了不同频率的光受激辐射对散射体密度的要求;得到了不同散射体密度下激光的辐射谱：当散射体密度大于临界密度时才能有激光辐射产生;当散射体密度进一步增大时,辐射谱中出现更高更窄的分离尖锋.     

中红外低浓度无序介质的光子定域化理论研究

提出一些折射率比锗还高的中红外材料(第一类)以及中红外反常色散材料(第二类)可以用于无序介质的光子定域化研究.基于Mie散射理论的研究发现,即使在低浓度散射体近似下,也容易在第一类无序介质中实现光子定域化;同时可在第二类无序介质中实现一定意义下(含一定的吸收)的光子定域化,且频率位于各自的剩余射线带内.研究还发现,基质的折射率效应在这两类无序介质中的作用完全不同.还提出了散射体平均等效散射截面饱和的假设,讨论了因此而导致的问题 关键词： 光子定域化 无序介质 中红外 反常色散     

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.     

二维随机体系中长寿命模的研究

用时域有限差分法求解Maxwell方程,数值研究了TM模在二维随机散射体系中传输,通过傅里叶变换得到不同几何参量和光学参量的散射体系内长寿命模的频谱。计算得出宽带脉冲源激励随机散射体系后,存在于随机体系中的长寿命模频谱以分立频率窗口的形式存在。建立了用以解释长寿命模以分立频率窗口存在的物理模型,该模型与数值研究结果吻合较好,论证了存在于随机散射体系中长寿命模的形成机制与传统光学谐振腔内冷腔模形成机制的相似性。     

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.     

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。     

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.     

苝聚集体随机激光的近场散射增强

本文通过物理模拟发现苝聚集体纳米粒子有很强的近场散射. 苝聚集体由异丁基取代聚倍半硅氧烷(POSS)苝(DPP)构成,其理论模拟得到的近场散射增强被实验证实. 同时,由聚集体的二硫化碳溶液激发出相干随机激光. 近场增强源自于通过化学键连接的POSS基团,相干随机激光源自于苝发射团. 本文通过分子设计发展出一种新的随机激光体系,为后续一系列交叉研究打开了大门,相关交叉研究主要涵盖无序光子学的分子设计等领域.     

Boundary Driven Zero-Range Processes in Random Media

The stationary states of boundary driven zero-range processes in random media with quenched disorder are examined, and the motion of a tagged particle is analyzed. For symmetric transition rates, also known as the random barrier model, the stationary state is found to be trivial in absence of boundary drive. Out of equilibrium, two further cases are distinguished according to the tail of the disorder distribution. For strong disorder, the fugacity profiles are found to be governed by the paths of normalized α-stable subordinators. The expectations of integrated functions of the tagged particle position are calculated for three types of routes.