隨機(jī)光纖激光波導(dǎo)效應(yīng)的研究.pdf

1、相對(duì)于傳統(tǒng)的激光，隨機(jī)激光的反饋機(jī)制是基于無(wú)序介質(zhì)引入的光散射。隨機(jī)激光根據(jù)反饋機(jī)制可以分為兩種隨機(jī)激光:(1)基于能量密度或者能量反饋的非相干激光:(2)基于場(chǎng)或者振幅反饋的相干隨機(jī)激光。在傳統(tǒng)隨機(jī)激光領(lǐng)域中，無(wú)論是哪一種隨機(jī)激光，高的激光閾值和無(wú)方向性限制它的應(yīng)用。為了解決傳統(tǒng)隨機(jī)激光的這兩個(gè)難題，人們利用光纖一維束縛作用得到低閾值和有一定方向性的隨機(jī)激光。目前，關(guān)于隨機(jī)光纖激光的研究主要是基于分布式反饋的光纖隨機(jī)激光。
　　

2、本論文主要研究基于納米顆粒散射的隨機(jī)光纖激光。我們進(jìn)行了不同光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和散射體系條件對(duì)隨機(jī)激光的閾值、方向性、以及其機(jī)理的研究。具體內(nèi)容如下所述:
　　1.利用聚倍半硅氧烷納米顆粒(POSS:18.5 wt％)和PM597(1.5×10-2M)激光染料的二硫化碳溶液灌入到空芯光纖中，制作成液芯光纖。通過(guò)端向泵浦我們得到相干的隨機(jī)光纖激光。我們發(fā)現(xiàn)泵浦光在液芯光纖中的損耗較小，可以從液芯光纖的一端傳輸?shù)搅硪欢?。這主要是因?yàn)镻OSS

3、納米顆粒以分子水平(1-3nm)分散在二硫化碳溶劑中，并且這個(gè)分散體系很穩(wěn)定，POSS納米顆粒不會(huì)在二硫化碳溶劑中沉淀出來(lái)。超過(guò)泵浦閾值時(shí)候，在這一弱散射體系中隨機(jī)光纖激光出現(xiàn)諧振反饋的多模激光。對(duì)于只含有同濃度PM597染料而不含有POSS納米顆粒的液芯光纖，在同樣的泵浦條件下，我們只能觀察到放大自發(fā)輻射現(xiàn)象。
　　2.比較了POSS/PM597的極弱散射體系分別在比色皿中和液芯光纖中的隨機(jī)激光行為。在比色皿中，由于散射體系是極

4、弱散射體系，我們只能觀察到非相干隨機(jī)激光，而在液芯光纖中則觀察到了相干隨機(jī)激光?；诳煽貙?shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們得出在極弱散射系統(tǒng)中出現(xiàn)相干隨機(jī)光纖激光的機(jī)理:在光纖波導(dǎo)條件限制和全反射作用下，液芯光纖中的納米顆粒多重散射得到加強(qiáng)。這種相干隨機(jī)光纖激光有望使隨機(jī)激光具有低閾值、有方向性及發(fā)射波長(zhǎng)可調(diào)控的特點(diǎn)，具有潛在的應(yīng)用前景。
　　3.使用Teflon法制作一種纖芯具有無(wú)序結(jié)構(gòu)的聚合物光纖。這種無(wú)序聚合物光纖的纖芯材料組成為: PM

5、597摻雜的甲基丙烯酸甲酯、甲酯丙烯酸芐酯和甲基丙烯酸甲酯基籠狀低聚倍半硅氧烷(MMAPOSS)的共聚物;包層材料組成為:甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的共聚物。在光纖纖芯的制備過(guò)程中POSS基團(tuán)在聚合反應(yīng)中原位自組裝形成納米顆粒。利用POSS納米顆粒的弱散射和光纖波導(dǎo)條件加強(qiáng)散射效應(yīng)，在聚合物光纖中得到了穩(wěn)定的相干隨機(jī)激光。同時(shí)聚合物光纖隨機(jī)激光的閾值比之前報(bào)道的液芯光纖光纖隨機(jī)激光的閾值差不多低一個(gè)數(shù)量級(jí)。我們還研究了激光染料PM597

6、摻雜的這種無(wú)序聚合物光纖中的局域化效應(yīng)。
　　4.金屬納米顆粒的局域表面等離子體共振效應(yīng)對(duì)熒光分子的熒光有選擇性增強(qiáng)，從而可以預(yù)計(jì)金屬納米顆粒在隨機(jī)系統(tǒng)中可以降低隨機(jī)激光的閾值。結(jié)合光纖波導(dǎo)對(duì)隨機(jī)激光的束縛作用和金屬納米顆粒的局域表面等離子體共振效應(yīng)，我們制作了金屬納米顆粒摻雜的液芯光纖。研究金屬納米顆粒在光纖波導(dǎo)條件下的局域表面等離子體共振效應(yīng)。比較了在大塊體系和光纖波導(dǎo)體系中金屬納米顆粒的局域表面等離子體共振效應(yīng)與熒光分子的發(fā)