【摘要】：隨機(jī)激光光源是一種以多重散射替代傳統(tǒng)光學(xué)諧振腔,尺寸可小至幾十微米的有源器件。它不但擁有重要的基礎(chǔ)研究意義,還展現(xiàn)出極為廣泛的應(yīng)用前景。本文從染料摻雜向列液晶側(cè)向光輻射出發(fā),實現(xiàn)染料摻雜向列液晶側(cè)向輻射隨機(jī)激光,表征液晶側(cè)向輻射隨機(jī)激光對基底材料依賴的閾值特性、出射光斑空間分布和偏振特性;進(jìn)而,以盒狀液晶樣品作為研究對象,對其在納秒泵浦脈沖作用下側(cè)向輻射的隨機(jī)激光的電控及溫控特性進(jìn)行測試分析;最后,研究電控折射率邊界反饋及其位置對液晶側(cè)向輻射隨機(jī)激光行為的影響。制備厚度為幾微米的盒狀染料摻雜向列液晶樣品,在表征其吸收、自發(fā)熒光輻射和基底表面處理依賴的液晶分子取向分布的基礎(chǔ)上,通過控制線狀泵浦脈沖尺寸的方式實現(xiàn)穩(wěn)定的液晶側(cè)向隨機(jī)激光輻射�；走M(jìn)行表面處理前后液晶指向矢呈現(xiàn)的平行排列具有不同的有序度,這使得指向矢取向不同的樣品的吸收、自發(fā)熒光輻射和光散射表現(xiàn)出截然不同的偏振依賴特性,進(jìn)而影響液晶側(cè)向輻射隨機(jī)激光的泵浦閾值能量、偏振特性及光斑形狀。通過在指向矢有序平行排列的染料摻雜的向列液晶薄膜兩側(cè)施加交流電壓使得液晶指向矢從平行基底表面向著垂直基底表面逐漸變化,進(jìn)而帶動液晶中摻雜的染料分子的躍遷偶極矩發(fā)生改變,并使得振動方向與初始指向矢方向相同的線偏振泵浦脈沖出現(xiàn)電控的吸收和自發(fā)熒光輻射,從而使得電致液晶指向矢的偏轉(zhuǎn)能夠調(diào)控橫向輻射隨機(jī)激光的強(qiáng)度與優(yōu)勢偏振取向的方向。通過對水平排列有序的液晶盒進(jìn)行加熱,研究溫度對樣品側(cè)向輻射隨機(jī)激光特性的影響。初始溫度的升高(?50℃)將使得向列液晶的取向有序度下降,進(jìn)而使得側(cè)向輻射隨機(jī)激光閾值能量略微增大;當(dāng)升溫使液晶處于各向同性相時,樣品對泵浦光的吸收和自發(fā)熒光輻射效率會顯著下降,同時光散射反饋也較弱,在較大的泵浦能量時仍舊可以實現(xiàn)液晶側(cè)向隨機(jī)激光輻射。最引人注目的是在液晶相變溫度(?52℃)附近,其特殊的泵浦吸收特性和光散射特性,使得側(cè)向輻射隨機(jī)激光顯現(xiàn)出特殊的空間分布、偏振特性和模式行為。利用邊緣刻蝕亞毫米量級的、不同寬度的電極作基底,產(chǎn)生電控的液晶指向矢旋轉(zhuǎn)區(qū)與指向矢方向固定的相連區(qū)用于光泵浦產(chǎn)生側(cè)向光輻射,發(fā)現(xiàn)刻蝕區(qū)域的長度和外加電壓的大小可以控制泵浦光吸收和自發(fā)熒光輻射效率和光反饋特性,使得液晶側(cè)向輻射隨機(jī)激光出現(xiàn)隨刻蝕區(qū)域長度變化的輻射光強(qiáng)度的電調(diào)諧特性,并且刻蝕區(qū)域的引入使得液晶側(cè)向隨機(jī)激光的模式行為隨外加電壓的變化特性不同。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文，Lawandy 在運(yùn)用脈沖激光泵浦含有 TiO2顆粒的羅觀察到 Letokhov 所說的類激光現(xiàn)象[2]。相較于染射不僅具有輻射光譜窄的特點(diǎn)，而且其中心模式的，該隨機(jī)輻射行為存在著閾值現(xiàn)象。o 領(lǐng)導(dǎo)的實驗小組首次觀察到相干反饋的隨機(jī)激光時，觀察到了具有閾值現(xiàn)象且譜線寬度小于 0.3 nm相干反饋的特性，如圖 1[3]。在 2000 年前后，Cao括了激光光譜、動態(tài)響應(yīng)、激光閾值測定、散斑圖案型等，為隨機(jī)激光器的研究奠定了理論基礎(chǔ)并提供續(xù)在摻有散射顆粒的激光染料溶液、無序半導(dǎo)體材質(zhì)中觀測到隨機(jī)輻射現(xiàn)象。

圖 1-2 光子多重散射引起的反饋示意圖環(huán)形腔理論則是由 Cao 等提出的，對介質(zhì)中光波的相干性進(jìn)行考慮。目前環(huán)形腔理論主要包括速率方程理論和偶極振蕩理論等。而大多數(shù)使用速率方程理論的人主要利用時域有限差分(FDTD)或傳輸矩陣法進(jìn)行計算。2000 年，在 Cao 利用ZnO 粉末觀察到隨機(jī)激光的實驗結(jié)果基礎(chǔ)上，Jiang 通過 FDTD 的方法在構(gòu)建的一維無序增益介質(zhì)中模擬得到了光譜特性與實驗結(jié)果非常吻合的隨機(jī)激光[8]。2006年，劉勁松等人通過時域有限差分算法對麥克斯韋方程組和反轉(zhuǎn)粒子數(shù)速率方程進(jìn)行了求解，對光軸位置無序但空間位置有序的單軸散射層的無序介質(zhì)模型中的隨機(jī)激光行為進(jìn)行了研究[9-11]。2011 年，Amireasen 等同樣利用了 FDTD 的方法計算得到了非線性效應(yīng)下的隨機(jī)激光行為，其結(jié)果與實驗所觀察現(xiàn)象也相符[12]。1.2.2 液晶隨機(jī)激光研究發(fā)展2001 年 Wiersma 等人首次以液晶作為隨機(jī)激光器的散射介質(zhì)實現(xiàn)了非相干反饋的隨機(jī)激光，并以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)了可通過溫度調(diào)控的隨機(jī)激光器[13-14]。在 2006年，Strangi 首次在液晶中觀察到具有相干反饋特性的隨機(jī)激光現(xiàn)象，并通過實驗
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN24;O753.2

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本文編號：2623362