收藏本站
《山东大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

结合传统激光理论与随机激光研究光子局域化

范书振  
【摘要】: 随机激光和光子局域化是近十几年来新发现的一种物理现象。随机激光器作为一种没有反射镜的激光器,在具有着类似传统激光器的单色性好的特点的同时,还有着多种有别于传统激光器的特点,如稳定性好,不怕振动,体积可以做的非常小,辐射的随机激光没有方向性和具有较低的空间相干特性等。因此随机激光在激光显示、照明工程、水文探测、医疗检测、地质研究、文档或材料的编码标记等多种领域有着众多的应用前景。同时,由于随机激光的相干反馈机制来源于光子的局域化,使得随机激光在基础物理研究领域也有着重要的应用。光子局域化来源于光的波动特性。当光在散射介质中受到强烈的散射时,光场的强烈相干会影响光的传播特性,导致光的传播受到抑制,并最终限制在一个局部区域内。光子局域化的研究在理解光的本质、研究光与物质在微观体系内的作用等方面有着重要的意义,对随机激光、光存储、激光防护等方面的研究有着重要的指导意义。 基于以上原因,本文结合传统激光理论和随机激光的特性研究了光子的局域化特性。现有工作主要采用速率方程理论与光的扩散理论相结合来研究随机激光器。由于随机激光器的研究需要较大功率和较好的光束质量的激光光源,我们首先研究了两种泵浦方式的端面泵浦的固体激光器中的热透镜焦距的精确表达方式,以有利于高功率高光束质量的激光器的优化设计,并进行了实验研究。在第三章,我们研究了光子的预局域化的一种形式即光的相干背散射效应在弱信号情况下的简便测量方法,并根据研究提出了用于简化实验的方法。在第四章到第六章,我们分别从随机激光与放大自发辐射的光谱和时域特性比较方面,随机激光的光谱特性和时域特性随染料浓度及散射体浓度变化的方面对随机激光的特性和介质的局域化特性进行了研究。 本文具体的研究内容为: 1.研究了端泵固体激光器的热分布特性,结合失真的衍射理论(The Diffraction Theoryof Aberrations),首次给出了经典激光器中热透镜焦距的更加精确的计算方法。首次提出了热透镜焦距不仅和激光器泵浦半径有关,还和激光的光束半径有关。理论研究了平顶光束和高斯光束两种不同泵浦模式下的热透镜效应。最后分别给出简化的拟合公式以方便计算应用。最后我们给出了平顶光束泵浦下两种不同泵浦半径下的实验结果。研究的结果对高功率固体激光器的优化有着重要的意义。 2.研究了使用CCD器件对弱相干背散射信号的测量方法。首次给出了快速测量弱信号强度的相干背散射的改进方法,通过使用CCD对数据进行记录,然后通过数据处理,可以有效提取记录的信息。给出了拟合公式的处理,以及积分范围的优化言瘛J褂檬捣抡娴姆绞蕉苑椒ǖ目煽啃院徒峁奈ㄒ恍越辛搜橹?并对不同噪声程度引起的测量误差进行了估计。使用CCD测量了TiO_2纳米颗粒甲醇悬浊液的相干背散射特性,并使用此方法得到了有效的平均自由程信息。根据研究的结果,首次提出通过将传统的方法中的普通透镜换为柱透镜的方法,改变相干背散射信息的分布方式,以简化测量结果的数据处理,同时不损失相干背散射峰处的细节信息。 3.对比研究了若丹明6G染料溶液在皮秒高能脉冲泵浦下的荧光辐射、软阈值以上的横向放大自发辐射、软阈值以上的纵向放大自发辐射、阈值以上的随机激光辐射以及我们称之为带有部分和较强相干反馈的纵向放大自发辐射的光谱特性和脉冲特性。通过对比,首次发现了不同相干反馈的程度对辐射光谱宽度和脉冲形式造成的不同影响。并根据实验的结果,首次提出了随机激光在一定的散射体浓度和染料浓度下,其辐射受到了一定程度的相干反馈影响。本发现打破了此种没有尖峰的随机激光辐射没有受到相干反馈影响的传统认识,也有利于加深对激光物理的认知。 4.研究了皮秒高能激光脉冲泵浦的掺杂有纳米TiO_2散射体的染料溶液在不同散射体浓度和不同染料浓度下随机激光辐射的光谱特性,发现了不同染料浓度和不同散射体浓度下的随机激光辐射具有着不同的光谱峰值位置。首次发现了在特定染料浓度下,增加散射体的浓度引起的随机激光光谱峰值从蓝移向红移转变的拐点,并且发现在不同的染料浓度下,这个拐点位置的不同。通过理论研究,首次提出了基于染料的自吸收特性,从随机激光的辐射光谱峰值提取平均光程的方法,并通过扩散理论,首次验证了此光谱拐点代表了系统从扩散系统向弱局域化系统的转化。 5.研究了高能皮秒激光脉冲泵浦的掺杂有纳米TiO_2散射体的染料溶液在不同散射体浓度和不同染料浓度的随机激光辐射的时域演化特性。实验中首次使用了双头光纤测量随机激光的时域特性,首次测量了随机激光的脉冲建立时间随染料浓度和散射体浓度变化的规律。结合经典激光理论的速率方程和扩散理论,对随机激光的动力学特性进行了初步研究,并结合实际实验情况对理论进行了改良。理论同实验结果进行比较发现,理论能够初步说明实验结果的趋势。 本文的主要创新点: 1.通过研究端泵固体激光器的热分布特性,结合失真的衍射理论(The DiffractionTheory of Aberrations),首次给出了端泵固体激光器中平顶光束和高斯光束两种泵浦模式下热透镜焦距的更加精确的计算方法。首次提出热透镜焦距不仅和激光器泵浦半径有关,还和激光的光束半径有关。分别给出简化的拟合公式以方便计算应用,研究的结果对高功率固体激光器的优化有着重要的意义。 2.通过研究使用CCD记录的样品的相干背散射图像的数据处理,首次给出了快速测量弱信号强度的相干背散射的简便方法,通过使用CCD对数据进行记录,然后通过数据处理,可以有效提取记录的信息。首次给出了这种方法中最佳积分范围的选择条件。首次给出了不同噪声引发的拟合结果误差估计。 3.通过研究使用CCD记录的样品的相干背散射图像的数据处理,首次提出通过将传统的方法中的普通透镜换为柱透镜的方法,改变相干背散射信息的分布方式,有利于测量结果的进一步数据处理,同时不损失相干背散射的峰值细节信息。 4.通过对比研究若丹明6G染料溶液的横向放大自发辐射、纵向放大自发辐射、随机激光辐射以及我们称之为带有部分和较强相干反馈的纵向放大自发辐射的光谱特性,脉冲特性,首次发现了相干反馈的不同程度对辐射光谱宽度和脉冲形式的不同影响,首次提出了随机激光在一定的散射体浓度和染料浓度下,其辐射受到了一定程度的相干反馈影响。本发现打破了此种没有尖峰的随机激光辐射中没有收到相干反馈影响的传统认识。 5.通过研究掺杂有纳米TiO_2散射体的染料溶液的随机激光辐射的光谱特性,发现了不同染料浓度和不同散射体浓度下的随机激光辐射具有着不同的光谱峰值位置。首次发现了在特定染料浓度下,增加散射体的浓度引起的随机激光光谱峰值从蓝移向红移转变的拐点。 6.通过研究掺杂有纳米TiO_2散射体的染料溶液的随机激光辐射的光谱特性,首次提出了基于染料的自吸收特性,从随机激光的辐射光谱峰值提取平均光程的方法。 7.通过研究掺杂有纳米TiO_2散射体的染料溶液的随机激光辐射的光谱特性,利用扩散理论,首次提出了随机激光辐射的光谱拐点代表了系统从扩散系统向弱局域化系统的转化的观点。 8.通过研究掺杂有纳米TiO_2散射体的染料溶液的随机激光辐射的时域特性,首次测量了随机激光的脉冲建立时间随染料浓度和散射体浓度变化的规律。结合经典激光理论的速率方程和扩散理论,对随机激光的动力学特性进行了初步研究,并结合实际实验情况对理论进行了改良。理论同实验结果进行比较发现,理论能够初步说明实验结果的趋势。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TN241

手机知网App
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杜晓强;喻宾扬;金永;;基于线阵CCD的玻璃缺陷检测方法的研究[J];玻璃;2009年03期
2 C.Bouvy;;ZnO@Porous Media,Their PL and Laser Effect[J];Journal of Materials Science & Technology;2008年04期
3 章春香;殷海荣;刘立营;;磁光材料的典型效应及其应用[J];磁性材料及器件;2008年03期
4 仇宇;;全息图的数字化频域滤波及数值再现研究[J];电子科技大学学报;2006年06期
5 葛松华;唐亚明;;菲涅耳双棱镜干涉实验中虚光源位置的讨论[J];大学物理实验;2011年02期
6 刘涛;周静;;关于椭圆偏振光的几点讨论[J];大学物理;2008年01期
7 葛松华;唐亚明;;菲涅耳双棱镜干涉实验中距离参数的研究[J];大学物理;2010年04期
8 吴茂堂;刘向龙;赖银辉;邓永和;;太阳能光伏电池在建筑材料中的应用[J];湖南工程学院学报(自然科学版);2008年04期
9 丘锡彬;唐昌建;;基于计算机模拟技术的现代物理学教学研究[J];高等理科教育;2010年06期
10 王润科;薛玉峰;李志鹏;;大气对可见光波段遥感图像影响因素的分析[J];甘肃高师学报;2011年02期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 王力纬;;物质的发光机理研究[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 谢应茂;无序介质激光机理的相关研究[D];南昌大学;2007年
2 李旭东;879nm激光二极管端泵的高重频高亮度Nd:GdVO_4激光器研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭飞;圆柱型光催化反应器的设计与优化[D];武汉理工大学;2010年
2 蒋剑莉;随机激光的泵浦阈值特性研究[D];南京理工大学;2006年
3 张洁;随机介质中形成光子局域化的研究[D];南京理工大学;2006年
4 王策;塑料材质上装饰性薄膜的设计和制备[D];合肥工业大学;2008年
5 陈立功;基于DMD的数字化三维动态全息显示技术研究[D];四川大学;2007年
6 马延琴;大面积光栅的拼接理论研究[D];四川大学;2007年
7 徐敏;红敏光致聚合物全息记录材料的性能增强研究[D];四川大学;2007年
8 孙政;自动正置金相显微镜关键技术的研究[D];桂林电子科技大学;2008年
9 尚喆;住宅室内光环境人性化设计研究[D];江南大学;2008年
10 周佳晟;振动和声压激励对水听器特性影响及改进措施[D];复旦大学;2008年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李曙光,侯蓝田,刘晓东;无序光子局域化材料研究[J];燕山大学学报;2001年03期
2 陈雷,楼祺洪,王之江;纳米随机激光[J];光学与光电技术;2003年03期
3 平林瑞,周虹,冯广森;无序光子局域化研究[J];河南机电高等专科学校学报;2002年04期
4 陈雷,楼祺洪,王之江,董景星,魏运荣;随机激光的发展现状[J];激光与光电子学进展;2005年05期
5 林景全,张杰;粉末随机激光辐射[J];物理;2000年08期
6 李兆霖,梅东滨,程丙英,张道中;无序增益介质中光的相干背散射的放大[J];量子电子学报;1997年06期
7 高国龙;能感觉到热的随机激光器[J];红外;2002年02期
8 吕健滔,王宏,刘劲松;本征态的局域化与增益介质中局域态的放大[J];光学与光电技术;2004年06期
9 薛建强;无序介质中的光子局域化现象[J];红外;2004年11期
10 韩艳玲,王宏;随机介质中电磁波空间分布特性研究[J];光子学报;2003年11期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 郑娟娟;侯蓝田;周桂耀;侯峙云;李曙光;邢广忠;;微结构光纤中光子局域化现象[A];第十届全国红外加热暨红外医学发展研讨会论文及论文摘要集[C];2005年
2 刘勇;肖明;刘劲松;;太赫兹随机激光[A];第十三届全国红外加热暨红外医学发展研讨会论文及论文摘要集[C];2011年
3 宋清海;肖淑敏;周信传;刘丽英;徐雷;;平面随机微腔中可调谐方向性出射随机激光的研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
4 郭常新;李碧琳;;用溶胶-凝胶法制备ZnO纳米微晶[A];第九届全国发光学术会议摘要集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 范书振;结合传统激光理论与随机激光研究光子局域化[D];山东大学;2009年
2 刘勇;太赫兹波和光波随机激光辐射特性的理论研究[D];华中科技大学;2011年
3 刘晓东;无序介质的中红外光子局域化和Z-扫描技术研究[D];燕山大学;2002年
4 王慧琴;随机激光的光学特性及其调制的理论研究[D];南昌大学;2009年
5 王宏;随机激光辐射特性的理论研究与数值模拟[D];华中科技大学;2005年
6 宋清海;新型光学微腔激光器的构造及其方向性激光出射的研究[D];复旦大学;2007年
7 王春;随机激光辐射特性理论研究[D];华中科技大学;2006年
8 傅英松;纳米ZnO光致发光及超低阈值随机激光材料研究[D];天津大学;2007年
9 李曙光;微结构光纤中超短激光脉冲传输及色散特性研究[D];燕山大学;2004年
10 陈培良;硅基ZnO(MgZnO)薄膜及发光器件[D];浙江大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 彭冲;陶瓷材料中随机激光辐射研究[D];华中师范大学;2012年
2 靳超;随机激光辐射特性的数值模拟与实验研究[D];华中科技大学;2011年
3 常健;二维随机介质激光发射模式的空间分布特性[D];燕山大学;2012年
4 郑莎;非球形粒子为散射体的随机介质中光传输特性[D];燕山大学;2012年
5 王海娇;具有微腔结构的随机激光振荡特性及数值分析[D];南京理工大学;2008年
6 李秋菊;微结构光纤色散特性的研究[D];燕山大学;2006年
7 蒋剑莉;随机激光的泵浦阈值特性研究[D];南京理工大学;2006年
8 张洁;随机介质中形成光子局域化的研究[D];南京理工大学;2006年
9 徐园平;局域性变化引发共轭高聚物发光的跃迁禁戒和共轭高聚物纤维激光的动力学演化[D];浙江师范大学;2011年
10 任武;发光二极管覆盖层的光子晶体设计[D];北京交通大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026