隨機光纖激光波導(dǎo)效應(yīng)的研究.pdf

1、相對于傳統(tǒng)的激光，隨機激光的反饋機制是基于無序介質(zhì)引入的光散射。隨機激光根據(jù)反饋機制可以分為兩種隨機激光:(1)基于能量密度或者能量反饋的非相干激光:(2)基于場或者振幅反饋的相干隨機激光。在傳統(tǒng)隨機激光領(lǐng)域中，無論是哪一種隨機激光，高的激光閾值和無方向性限制它的應(yīng)用。為了解決傳統(tǒng)隨機激光的這兩個難題，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激光。目前，關(guān)于隨機光纖激光的研究主要是基于分布式反饋的光纖隨機激光。
　　

2、本論文主要研究基于納米顆粒散射的隨機光纖激光。我們進行了不同光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和散射體系條件對隨機激光的閾值、方向性、以及其機理的研究。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。通過端向泵浦我們得到相干的隨機光纖激光。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?。這主要是因為POSS

3、納米顆粒以分子水平(1-3nm)分散在二硫化碳溶劑中，并且這個分散體系很穩(wěn)定，POSS納米顆粒不會在二硫化碳溶劑中沉淀出來。超過泵浦閾值時候，在這一弱散射體系中隨機光纖激光出現(xiàn)諧振反饋的多模激光。對于只含有同濃度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激光，而在液芯光纖中則觀察到了相干隨機激光?；诳煽貙嶒灪蛯嶒灲Y(jié)果，我們得出在極弱散射系統(tǒng)中出現(xiàn)相干隨機光纖激光的機理: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。這種相干隨機光纖激光有望使隨機激光具有低閾值、有方向性及發(fā)射波長可調(diào)控的特點，具有潛在的應(yīng)用前景。
　　3.使用Teflon法制作一種纖芯具有無序結(jié)構(gòu)的聚合物光纖。這種無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程中POSS基團在聚合反應(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)條件加強散射效應(yīng)，在聚合物光纖中得到了穩(wěn)定的相干隨機激光。同時聚合物光纖隨機激光的閾值比之前報道的液芯光纖光纖隨機激光的閾值差不多低一個數(shù)量級。我們還研究了激光染料PM597

6、摻雜的這種無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)對熒光分子的熒光有選擇性增強，從而可以預(yù)計金屬納米顆粒在隨機系統(tǒng)中可以降低隨機激光的閾值。結(jié)合光纖波導(dǎo)對隨機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)