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     

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     

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.     

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.     

一维随机激光器中准态模的饱和特性研究

针对随机激光器的半经典理论是应用电磁场时域有限差分法数值求解半经典随机激光模型方程组，基于半经典理论数值研究了一维随机激光器中准态模式的饱和特性，获得了不同准态模的空间分布和频谱分布图。计算结果分析显示：准态模式的某些特征参数如局域程度将会影响系统的饱和特性。利用这一结果，可以通过单频抽运方法选择具有低阈值、高饱和强度的准态模式作为整个激光系统的稳态输出模式。     

随机介质背散射二维Mueller矩阵的数值模拟与分析

推导了随机介质背散射Mueller矩阵的直接计算公式,并运用矢量Monte Carlo方法进行了数值模拟.结果表明随机介质背散射二维Mueller矩阵方位关系随散射系数的减小而增强,而与微粒大小关系不大;Mueller矩阵元素绝对值的空间分布随径向呈近似指数规律衰减,矩阵元素的方位变化具有周期性.对称系统的二维Mueller矩阵的花样图中仅有7幅独立,其余9幅可通过对称、旋转变换得到.     

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.     

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     

非长波极限下二维光子晶体中横电模的等效介质理论

基于Mie散射理论, 推导、建立了适用于非长波极限的二维光子晶体中横电模的等效介质理论. 随后利用该理论探讨了二维光子晶体中横电模的负折射特性和零折射特性, 计算结果与相应的能带结构相符合, 验证了该理论在非长波极限条件下的适用性. 更进一步的是, 使用该理论能得到从能带结构中无法获取的额外信息.     

A method to control the polarization of random terahertz lasing in two-dimensional disordered ruby medium

Terahertz (THz) random lasing is studied numerically for two-dimensional disordered media made of ruby grains with a three-level atomic system. A method via the adjustment of the pumping area to control the polarization of the THz wave is proposed. Computed results reveal that transverse electric THz lasing modes could occur if pumping is supplied on the whole medium, while transverse magnetic THz lasing modes could occur if pumping is appropriately supplied on a partial area of the medium.     

Threshold gain behavior of lasing modes in two-dimensional active random media

The pumping rate dependence of the peak intensity of the individual lasing mode in two-dimensional (2D) active random media is investigated. The results show that these modes have a typical threshold gain behavior and different threshold pumping rates. There exists a certain correspondence between the mode's threshold pumping rate and its lifetime, and the longer the lifetime is, the lower the threshold is.     

Theoretical investigation on the threshold property of localized modes based on spectral width in two-dimensional random media

By use of the time dependent theory for random lasers, we make a comprehensive calculation on the spectrum intensity as well as the pump rate dependence of the peak intensity and the spectral width of localized modes in two-dimensional random media for both transverse electric and transverse magnetic polarization fashions. For any mode, there is a jump in the curve of the spectral width vs the pump rate. A method based on the trailing edge of the jump to determine the pump threshold of a mode is confirmed to be available and effective.     

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