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具有微腔结构的随机激光振荡特性及数值分析

作　者: 王海娇
导　师: 李相银
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 随机激光 微腔 光子晶体 振荡特性
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


随机激光器具有独特的结构和良好的光学特性,因而成为一种很有前途的新型激光器,例如利用随机激光器的小体积,可以作为新型集成器件中的光源;利用发射光的多方向性,可以用于显示、文件编码及测量流场分布等;利用光束的单向性,可以制成光学二极管等。不同的场合对随机激光器的光学特性具有不同的要求,然而随机激光器的激发需要较高的泵浦速率,这种高阈值特性极大地阻碍了随机激光器的应用。为了改善随机激光器的光学特性、降低阈值,人们提出了双光子抽运、控制温度、控制部分随机介质的随机性、增加外反镜等方法,这些方法从不同的角度降低了随机激光器的阈值,其中最后一种方法对阈值的降低度最大。外镜对随机激光振荡特性的影响已成为该领域研究的焦点,目前该研究主要集中在实验研究方面,包括微腔降低随机激光器阈值、提高出射光强度和准直性等。本文主要从理论研究及数值模拟两方面对具有微腔的随机激光器的振荡特性进行了研究。首先从理论上分析了利用微腔降低随机激光器阈值、改变出射光振荡模式、提高出射光准直性的原理,然后利用传输矩阵法模拟研究了不同的微腔应具有的结构参数,最后以麦克斯韦方程和速率方程理论为基础,利用时域有限差分(FDTD)法分析了利用微腔降低阈值的原理:改变局域化位置、缩短弛豫时间及增大粒子数反转,同时也模拟研究了微腔、随机介质的随机强度对阈值及出射光波模式的影响。这些研究结果不仅能够为光子晶体微腔的参数选择提供一定的依据,同时也能够加深对微腔降低随机激光器阈值、增强随机介质中光放大的理解,为降低随机激光器阈值、改善光波模式及不同场合随机激光器与微腔的优化匹配提供了重要依据。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-12
  1.1 问题的提出  7-8
  1.2 国内外研究概况及发展趋势  8-11
  1.3 论文的主要研究内容、方法及意义  11-12
2 具有微腔的随机激光研究基础  12-20
  2.1 光子局域化  12-13
    2.1.1 光子局域化现象及条件  12
    2.1.2 表征随机激光特征的长度参量  12-13
  2.2 环行腔理论  13-14
  2.3 准态模理论  14-15
  2.4 随机激光的特点及应用  15-19
    2.4.1 随机激光的特点  15-17
    2.4.2 随机激光的应用  17-19
  2.5 本章小结  19-20
3 具有微腔的随机激光振荡特性的理论分析  20-25
  3.1 后镜对降低随机激光器阈值的理论分析  20-22
  3.2 微腔对改进随机激光光学特性的理论分析  22-24
    3.2.1 具有双外镜的随机激光器模式数减少的原理  22-23
    3.2.2 具有双外镜的随机激光器出射光准直性提高原理  23-24
  3.3 具有微腔的随机激光器产生其它变化的原理  24
    3.3.1 增大光脉冲强度及模式竞争  24
    3.3.2 加大峰值频移  24
  3.4 本章小结  24-25
4 一维光子晶体平面微腔应具有的结构参数  25-42
  4.1 一维光子晶体传输距阵法原理  25-27
  4.2 一维光子晶体的光学传输特性  27-33
    4.2.1 光子晶体的基本原理  27-28
    4.2.2 无缺陷一维光子晶体的光学传输特性  28-30
    4.2.3 有缺陷的一维光子晶体的光学传输特性  30-33
  4.3 一维光子晶体全反镜的设计方法  33-37
    4.3.1 一维光子晶体全反射原理  34-35
    4.3.2 光子晶体禁带展宽的方法  35-37
  4.4 随机激光器微腔结构参数设计  37-41
    4.4.1 随机激光器后镜的参数选择  37-39
    4.4.2 前镜结构参数选择  39-40
    4.4.3 随机激光器平面微腔参数选择  40-41
    4.4.4 总结  41
  4.5 本章小结  41-42
5 具有微腔结构的随机激光振荡特性数值分析  42-57
  5.1 时域有限差分法  42-45
    5.1.1 时域有限差分法的特点  42
    5.1.2 时域有限差分法的基本原理  42-45
  5.2 数值分析模型的建立  45-49
    5.2.1 几何模型的建立  45-46
    5.2.2 理论模型  46-47
    5.2.3 理论模型的时域有限差分格式  47-49
  5.3 具有微腔的随机激光器的振荡特性  49-56
    5.3.1 外反镜对局域化的影响  49-51
    5.3.2 外反镜对弛豫时间的影响  51-52
    5.3.3 外反镜对随机激光器阂值的影响  52-53
    5.3.4 随机强度对阈值的影响  53-54
    5.3.5 后镜对出射光波模式的影响  54-56
  5.4 本章小结  56-57
课题总结及展望  57-59
致谢  59-60
参考文献  60-64
附录  64

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器
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