本文關鍵詞：基于生物薄膜的隨機激光激發(fā)特性研究

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【摘要】：傳統的激光器一般都由兩個基本要素構成:能通過受激輻射提供光學增益的介質和一個能提供正反饋的諧振腔。同時,諧振腔決定了激光的波長、激光模式、輻射方向和偏振態(tài)等特性。與傳統激光不同,隨機激光不需要常規(guī)的光學諧振腔,而是依靠光子在無序增益介質中的多重散射來獲得光的增益效果。并且,隨機激光的模式、輻射方向等性質取決于光子的多重散射過程,而不是諧振腔來決定。由于隨機激光特殊的發(fā)光機制,使其具有傳統激光一些不具備的獨特的發(fā)光特性,具有非常大的研究空間及應用前景。近幾十年來,隨機激光已經獲得大量的報道和研究,儼然成為激光成像、醫(yī)學診斷、生物傳感等諸多領域的熱點研究對象。本課題首次從理論、實驗和數值模擬三個方面來研究了基于蛋殼生物薄膜的隨機激光器及其激發(fā)特性。本課題研究內容新穎,屬于隨機激光領域的熱點研究方向,具有重大的研究意義和應用價值,豐富了隨機激光的基礎理論和研究分析手段。本文首先主要介紹了隨機激光的國內外發(fā)展現狀。分別闡述了瑞利散射、拉曼散射以及米氏散射等隨機激光中常見的散射理論;簡要介紹了非相干隨機激光、相干隨機激光、拉曼隨機激光以及SPASER隨機激光的激發(fā)特性和基本原理;并總結了隨機激光中常用的特征長度以及物理概念。其次介紹了制備基于生物薄膜的隨機激光器的實驗過程,發(fā)現實驗采用的蛋殼內膜主要都是由蛋白質和骨膠原組成的高度交錯復雜的網絡纖維結構。其次還自主設計并搭建兩套光學測試平臺,系統地測試并對比了不同的生物薄膜的隨機激光激發(fā)特性及其時間響應過程。同時闡述了基于生物薄膜微纖維的隨機激光形成機理。最后以生物薄膜為基本原型,建立一個二維隨機激光器模型,分別模擬了不同泵浦條件下的隨機激光輻射強度分布。實驗結果表明,當泵浦光同時從多個角度入射時,其產生的電場會相互疊加,得到強度更大的電場分布。此外我們還利用Mie散射理論模擬了光子在薄膜中散射的平均自由程,推斷出本實驗所實現的生物薄膜/Rh6G隨機激光系統屬于極弱散射結構。
【關鍵詞】：隨機激光 生物薄膜 非相干反饋 有限元分析 Mie散射
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2;TN248
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-21
• 1.1 引言10-11
• 1.2 國內外研究現狀及分析11-19
• 1.2.1 國外研究現狀11-17
• 1.2.2 國內研究現狀17-19
• 1.3 論文的研究意義和研究內容19-21
• 1.3.1 論文的研究意義19-20
• 1.3.2 論文的內容安排20-21
• 第二章 隨機激光基本原理21-33
• 2.1 隨機激光散射理論21-26
• 2.1.1 瑞利散射21-22
• 2.1.2 米氏散射22-24
• 2.1.3 拉曼散射24-26
• 2.2 隨機激光的基本類型26-31
• 2.2.1 非相干反饋隨機激光26-27
• 2.2.2 相干反饋隨機激光27-29
• 2.2.3 拉曼隨機激光29-30
• 2.2.4 等離子增強效應與SPASER隨機激光30-31
• 2.3 隨機激光的特征長度31-32
• 2.4 本章小結32-33
• 第三章 基于生物薄膜的隨機激光器制備與測試33-50
• 3.1 實驗布置33-36
• 3.1.1 測試光路搭建33-35
• 3.1.1.1 隨機激光輻射強度測試光路搭建33-34
• 3.1.1.2 隨機激光時間響應過程測試光路搭建34-35
• 3.1.2 生物膜的制備35-36
• 3.1.2.1 原料和試劑35
• 3.1.2.2 無摻雜生物薄膜隨機激光器的制備35
• 3.1.2.3 摻雜SiO_2生物膜的制備35-36
• 3.2 實驗結果與分析36-49
• 3.2.1 SEM表征與對比36-38
• 3.2.2 光譜分析38-48
• 3.2.3 散射機理48-49
• 3.3 本章小結49-50
• 第四章 基于生物膜的隨機激光激發(fā)特性模擬及仿真50-55
• 4.1 基于有限元分析方法的仿真50-53
• 4.1.1 有限元方法的基本原理50
• 4.1.2 二維隨機激光器的模型建立50-51
• 4.1.3 仿真結果分析51-53
• 4.2 基于生物膜的隨機激光散射平均自由程模擬計算53-54
• 4.2.1 Mie散射理論光學研究背景53-54
• 4.2.2 實驗結果分析54
• 4.3 本章小結54-55
• 第五章 全文總結與展望55-57
• 5.1 全文總結55
• 5.2 本文創(chuàng)新點55-56
• 5.3 后續(xù)工作展望56-57
• 致謝57-58
• 參考文獻58-63
• 攻讀碩士學位期間取得的成果63-64

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本文編號：1044084