基于PDMS波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)激光研究.pdf

1、隨機(jī)激光在產(chǎn)生機(jī)理及發(fā)光特性上與傳統(tǒng)激光器存在許多顯著的不同，隨機(jī)激光不需要傳統(tǒng)激光器的諧振腔，光學(xué)反饋主要依靠隨機(jī)介質(zhì)中無序誘導(dǎo)的多重散射提供。多重散射增大了光子在增益介質(zhì)中的光程，當(dāng)系統(tǒng)的無序程度較低時(shí)，光在介質(zhì)中得到的是非相干反饋，表現(xiàn)為出射譜線窄化、強(qiáng)度增強(qiáng)，產(chǎn)生的是非相干隨機(jī)激光;當(dāng)系統(tǒng)的無序程度較高時(shí)，光子經(jīng)過多重散射之后有一定概率回到原來的位置，形成類似傳統(tǒng)激光器的諧振腔，光場在其中得到反饋，出射譜線出現(xiàn)分立的激光尖峰，這

2、種機(jī)制下產(chǎn)生的是相干隨機(jī)激光。
　　本文主要研究了聚二甲基硅氧烷(PDMS)液態(tài)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和固態(tài)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中隨機(jī)激光的輸出特性:在液態(tài)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，研究了隨機(jī)激光的閾值、單方向性、峰移、穩(wěn)定性等特性;在固態(tài)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，研究了隨機(jī)激光在純?nèi)玖媳∧ず蛽蕉趸?SiO2)納米粒子薄膜中的閾值、峰移等特性，還探究了染料微納晶體形成的原因。
　　在液態(tài)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)激光實(shí)驗(yàn)中，由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的限制效應(yīng)和納米粒子的多重散射，為相干隨機(jī)激光的產(chǎn)

3、生提供了雙重光學(xué)反饋，隨機(jī)激光的閾值下降為比色皿閾值的1/12，為700uJ/cm2。當(dāng)SiO2納米粒子的濃度為1.3mg/mL時(shí)，獲得了最低的閾值。液態(tài)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中隨機(jī)激光的能量集中在-6°～+5°的角度范圍內(nèi)，單方向性比較強(qiáng)。改變?nèi)軇┑姆N類，分別在比色皿和液態(tài)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中觀測到了隨機(jī)激光的峰值波長紅移，并且在液態(tài)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中出射激光相鄰兩峰的間距要比比色皿中的間距大。最后，研究了液態(tài)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中隨機(jī)激光的穩(wěn)定性，對于包含SiO2納米粒子的液

4、態(tài)增益層，在40000個(gè)泵浦脈沖之后，輻射光的強(qiáng)度值只降低了18.8％。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，液態(tài)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在降低隨機(jī)激光的能量損耗，提高光譜的單方向性和穩(wěn)定性方面有重要作用，為光流體隨機(jī)激光在生物化學(xué)傳感器、納米光電子學(xué)等方面的應(yīng)用提供富有價(jià)值的參考。
　　在固態(tài)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)激光實(shí)驗(yàn)中，光學(xué)反饋是由散射粒子的多重散射和泄漏波導(dǎo)的限制效應(yīng)共同提供的。首先在純?nèi)玖媳∧ぶ校捎赑M597染料分子發(fā)生了聚集，形成微納晶體，出射相干隨機(jī)激光，閾值

5、為15mJ/cm2。摻入納米粒子后，閾值降低為0.75mJ/cm2。當(dāng)把薄膜從玻璃上剝離后，閾值有所升高，說明泄漏波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在降低隨機(jī)激光閾值方面有重要作用。改變泵浦條紋的長度和薄膜的厚度，隨機(jī)激光的峰值波長分別紅移了6.7nm、593nm，并且當(dāng)膜厚為9.6um時(shí)，獲得隨機(jī)激光最低閾值為1.125mJ/cm2。最后，我們系統(tǒng)研究了PDMS微納晶體形成的原因，結(jié)果顯示由于PDMS染料分子在不同的基質(zhì)中的溶解度不同，在甲苯溶劑揮發(fā)、PDMS