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随机激光的泵浦阈值特性研究

作　者: 蒋剑莉
导　师: 李相银
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 随机激光随机介质泵浦源阈值条件
分类号: TN245
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

随机激光因其具有独特的优点，现已成为国际激光界的热门研究领域，其中泵浦阈值特性因其重要性成为该领域的研究焦点，但目前该研究尚处初级阶段，理论发展还不十分完善。本文主要从实验、理论及数值模拟三方面对随机激光的泵浦阈值特性进行了一定的研究。首先从表征随机激光特征的几个长度参量出发，分别对随机介质的扩散区域(非相干反馈)和局域区域(相干反馈)的泵浦阈值特性进行了理论研究。然后对随机激光泵浦过程中，阈值前后的发射光强、激发模式以及光子数分布，进行了理论及实验上的分析与探讨。并研究了随机介质、泵浦源以及外部环境等因素对随机激光阈值特性的影响。在理论和实验研究的基础上，利用麦克斯韦(Maxwell)方程与四能级反转粒子数的速率方程相耦合的理论模型，采用时域有限差分方法(FDTD)和MATLAB程序对随机激光泵浦阈值特性进行了数值模拟与计算，模拟结果显示：随着泵浦速率的增大，出现了阈值前后电场强度局域态及频谱模式数的改变；随着散射体粒径的增大，浓度的增大，阈值呈现下降的趋势；随着样品长度的增大，随机强度的增强，阈值也呈现下降的趋势。该结果为随机激光阈值条件的优化设计提供了依据。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-12
  1.1 课题的研究背景  7-8
  1.2 有关随机激光的国内外研究概况  8-10
    1.2.1 随机激光的发现  8
    1.2.2 随机激光发展理论  8-10
  1.3 本课题的内容及研究意义  10-12
2 随机激光泵浦阈值特性的理论研究  12-23
  2.1 表征随机激光特征的长度参量  12-13
  2.2 利用含增益的扩散方程研究阈值特性  13-14
  2.3 利用准态模理论研究阈值特性  14-17
    2.3.1 准态模型理论  14-15
    2.3.2 扩散区域阈值分析  15-16
    2.3.3 局域区域阈值分析  16-17
  2.4 表征随机激光阈值特性的两个相关函数  17-22
    2.4.1 衰减率分布函数  17-21
    2.4.2 阈值强度分布函数  21-22
  2.5 本章小结  22-23
3 随机激光泵浦过程机理研究  23-29
  3.1 泵浦过程中的发射光强  23-24
  3.2 泵浦过程中的激发模式分析  24-26
  3.3 泵浦过程中的光子数分布  26-28
  3.4 本章小结  28-29
4 影响随机激光阈值特性的因素  29-43
  4.1 随机介质中粒子大小对阈值特性的影响  29-32
    4.1.1 反映阈值与随机介质中粒子大小关系的实验  29-30
    4.1.2 反映阈值与随机介质中粒子大小关系的理论解释  30-32
  4.2 随机介质的成分配比对阈值特性的影响  32-34
  4.3 随机介质的大小及其无序程度对阈值特性的影响  34-35
  4.4 泵浦直径大小对阈值特性的影响  35-38
    4.4.1 反映阈值与泵浦直径关系的有关结论  35-36
    4.4.2 反映阈值与泵浦直径关系的实验  36-37
    4.4.3 反映阈值与泵浦直径关系的理论解释  37-38
  4.5 泵浦方式对阈值特性的影响  38-39
  4.6 外部环境对随机激光阈值特性的影响  39-42
    4.6.1 单镜结构对随机激光阈值特性的影响  39-42
    4.6.2 温度对随机激光阈值特性的影响  42
  4.7 本章小结  42-43
5 随机激光泵浦阈值特性的模拟与计算  43-55
  5.1 研究随机激光阈值特性的理论模型  43-44
  5.2 理论模型的FDTD一维差分格式及相关参量赋值  44-48
  5.3 数值计算结果及讨论  48-54
    5.3.1 泵浦阈值前后的电场强度空间分布及其频谱分析  48-52
    5.3.2 散射体粒径与浓度对阈值特性的影响  52-53
    5.3.3 样品长度及随机强度对阈值特性的影响  53-54
  5.4 本章小结  54-55
6 课题总结与展望  55-56
致谢  56-57
参考文献  57-61

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