【摘要】：光子在非均勻介質(zhì)中傳播時會受到多重散射作用,當(dāng)多重散射達(dá)到一定程度時,有機(jī)會形成弱局域化。光子弱局域化作為近些年的熱點課題之一在粉末材料、一維和二維光子晶體、冷原子氣中被普遍研究,并被廣泛應(yīng)用到數(shù)據(jù)存儲、醫(yī)學(xué)檢測、激光調(diào)控等方面。對于激光調(diào)控方面的研究一直是人們關(guān)注的焦點,尤其是對其轉(zhuǎn)換效率、小型化和集成化方面的要求日益迫切。稀土摻雜鋯鈦酸鉛鑭陶瓷作為一種優(yōu)異的激光增益材料被應(yīng)用到新型激光器研制中。材料中大量的陷阱分布和豐富的光致電荷積累區(qū)使其在一定條件下能夠產(chǎn)成光子弱局域化,這對材料的發(fā)光以及隨機(jī)激光有著十分顯著的調(diào)節(jié)作用,為提高激光器效率以及小型化提供了重要途徑,而且對隨機(jī)激光方面的研究是當(dāng)前最為前沿的研究方向之一。本課題正是立足于此,在實現(xiàn)稀土摻雜鋯鈦酸鉛鑭陶瓷光子弱局域化的基礎(chǔ)上,對材料的頻率上轉(zhuǎn)換發(fā)光、光放大以及隨機(jī)激光進(jìn)行調(diào)制,從而有望得到高效率小體積的可調(diào)諧激光器。另外,通過對材料中陷阱分布規(guī)律的探索和研究,為該類材料中光子弱局域化和隨機(jī)激光等相關(guān)研究提供理論基礎(chǔ)。本論文第一部分對產(chǎn)生光子弱局域化的基礎(chǔ)即材料中的陷阱分布規(guī)律進(jìn)行探索。通過分析材料組分及結(jié)構(gòu),并結(jié)合光照條件下光譜變化規(guī)律對陷阱分布特點進(jìn)行探索。通過對不同波長光輻照下材料透射譜和透過率變化趨勢的分析,建立陷阱分布模型�；诖四Ｐ�,利用電子躍遷速率方程對觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值仿真,從而對陷阱分布模型的正確性進(jìn)行驗證。利用短波照射后樣品透射譜的變化規(guī)律對陷阱分布模型進(jìn)行改進(jìn),為研究稀土摻雜PLZT陶瓷中的光子弱局域化和隨機(jī)激光提供理論基礎(chǔ)�；赑LZT陶瓷中的陷阱分布模型,論文第二部分利用釹摻雜PLZT塊狀材料,在808 nm激光照射下實現(xiàn)了光子弱局域化。在此基礎(chǔ)上,通過對樣品散射截面和吸收截面的分析,選取1064 nm信號光進(jìn)行光放大實驗,得到了高達(dá)670%的光放大倍數(shù)。針對此結(jié)果,一方面引入強(qiáng)散射理論進(jìn)行定量分析,另一方面結(jié)合陷阱分布模型和電子躍遷過程做出理論解釋,并利用光子弱局域化對光放大動態(tài)過程進(jìn)行分析。通過測量材料在不同泵浦光照射下的動態(tài)光電流,對光生電荷積累物理模型的正確性進(jìn)行驗證�；谝陨蠈嶒灲Y(jié)果和理論分析,可以通過改變泵浦光強(qiáng)度控制材料中的散射體密度,進(jìn)而對光放大過程進(jìn)行調(diào)制。為增強(qiáng)材料的多重散射使之更容易實現(xiàn)光子弱局域化,論文第三部分利用顆粒狀的PLZT陶瓷樣品進(jìn)行實驗。在實現(xiàn)光子弱局域化的基礎(chǔ)上,設(shè)計了1480nm近紅外光激發(fā)下鉺、鐿雙摻PLZT陶瓷的多光子上轉(zhuǎn)換實驗并觀察到了高強(qiáng)度的三光子上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象與背向探測光放大現(xiàn)象�；谙葳宸植寄Ｐ�,利用光子弱局域化和能級躍遷規(guī)律對此上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程進(jìn)行分析。通過調(diào)節(jié)樣品表面泵浦光強(qiáng)實現(xiàn)對光子弱局域化程度的控制,進(jìn)而對上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度以及輸出波長進(jìn)行調(diào)制。為進(jìn)一步加強(qiáng)材料的多重散射,在論文第四部分利用飛秒激光熱處理技術(shù)將PLZT材料加工成柱狀納米陣列結(jié)構(gòu)。利用532 nm納秒激光器作為泵浦光對釹摻雜材料中的相干反饋隨機(jī)激光進(jìn)行研究,觀察到發(fā)射峰峰值變窄以及從自發(fā)輻射到受激輻射的轉(zhuǎn)變,這是隨機(jī)激光產(chǎn)生的顯著特征。對不同強(qiáng)度和不同方向泵浦光激發(fā)下樣品的隨機(jī)激光發(fā)射譜,隨機(jī)激光振蕩曲線以及激光發(fā)射方向進(jìn)行實驗和理論分析。結(jié)合該過程中所涉及的速率方程和隨機(jī)激光振蕩頻率方程對不同泵浦光照下的振蕩曲線進(jìn)行理論模擬。建立相干反饋隨機(jī)激光理論模型,利用不同泵浦強(qiáng)度下的光子弱局域化對隨機(jī)激光光譜特征進(jìn)行分析。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ174.7;TN248
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)博士學(xué)位論文非均勻介質(zhì)中，電磁傳輸?shù)碾妶龇匠炭梢员硎緸?1-2 所示形式2 222 2E ( E ) E E0c c 光子經(jīng)過多重散射形成局域時，其傳播平均自由程滿足關(guān)系 k被稱作 Ioffe Regel 判據(jù)[31]。其中傳播平均自由程 l 表示光子在之前所走過的平均距離[32]。iersma 于 1997 年對光子 Anderson 局域化的形成過程進(jìn)行了描-1 所示，球形顆粒表示介質(zhì)中的散射顆粒，星形位置表示入射過如圖所示的兩條隨機(jī)路徑回到入射點，這兩個沿同一環(huán)路方因此具有相同的相位并在 A 點發(fā)生干涉，這就使得回到 A 點光[21]。隨著平均自由程的減小，滿足這樣條件的光子回路越來越度達(dá)到某一閾值時，形成光子局域化[21]。同時該文章中還提出域是不發(fā)生吸收的區(qū)域。

第 1 章 緒 論射光強(qiáng)度呈三角錐形分布。理論和實驗均表明介質(zhì)的無序度越大，即電磁波傳播方程中的介電常數(shù)浮動越大，對應(yīng)的錐寬越寬，反之則越窄[33,36]。如圖1-5 所示為 Wiersma 等人在 1997 年發(fā)表在 Nature 雜志上關(guān)于背向散射角分布的一個典型示例，兩種尺寸不同的 GaAs 粉末在波長為 1064 nm 特定功率激光的照射下發(fā)生了光子 Anderson 局域化[21]。其中，光子在無序度較小的樣品中的背向散射強(qiáng)度角分布如圖 1-5a)所示，其 kl 值為 76，圖 1-5b)所示為無序度較大的樣品中的實驗結(jié)果，對應(yīng)的 kl 值為 1.5，是圖 1-5a)中的 1/50。由這兩個實驗結(jié)果可以得知，介質(zhì)無序度越小對應(yīng)的背向散射角錐寬越窄。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳雷,樓祺洪,王之江;納米隨機(jī)激光[J];光學(xué)與光電技術(shù);2003年03期

2 陳雷,樓祺洪,王之江,董景星,魏運榮;隨機(jī)激光的發(fā)展現(xiàn)狀[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2005年05期

3 林景全,張杰;粉末隨機(jī)激光輻射[J];物理;2000年08期

4 史林興,李相銀;隨機(jī)介質(zhì)中產(chǎn)生隨機(jī)激光振蕩特性的半經(jīng)典理論分析方法[J];江西科學(xué);2005年04期

5 史林興;李相銀;;隨機(jī)激光中環(huán)形隨機(jī)腔的諧振特性分析[J];南京理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年02期

6 林文學(xué);劉勁松;;含納米孔隙聚合物薄膜隨機(jī)激光現(xiàn)象[J];中國科技信息;2007年22期

7 王慧琴;劉正東;余奧列;;微型隨機(jī)激光輻射特性的控制(英文)[J];光子學(xué)報;2011年05期

8 劉大禾;石錦衛(wèi);陳淑靜;翟天瑞;孔祥昱;王兆娜;;極弱散射結(jié)構(gòu)中的隨機(jī)激光器[J];光學(xué)學(xué)報;2011年09期

9 ;太赫茲隨機(jī)激光研究[J];光學(xué)與光電技術(shù);2011年01期

10 李文超;孫宇超;李欣;李志全;;摻雜硅石納米粉末的染料隨機(jī)激光發(fā)射[J];強(qiáng)激光與粒子束;2013年07期

相關(guān)會議論文 前10條

1 宋清海;肖淑敏;周信傳;劉麗英;徐雷;;平面隨機(jī)微腔中可調(diào)諧方向性出射隨機(jī)激光的研究[A];中國光學(xué)學(xué)會2006年學(xué)術(shù)大會論文摘要集[C];2006年

2 劉勇;肖明;劉勁松;;太赫茲隨機(jī)激光[A];第十三屆全國紅外加熱暨紅外醫(yī)學(xué)發(fā)展研討會論文及論文摘要集[C];2011年

3 羅民;曹傳寶;汪浩;朱鶴蓀;;溶膠-凝膠法制備(PLZT)鐵電薄膜及摻雜對介電性能的影響[A];第三屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];1998年

4 方佑齡;張蕾;黃玲;;草酸—乙醇法PLZT微粉的制備[A];94'全國結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、金屬/陶瓷封接學(xué)術(shù)會議論文集[C];1994年

5 何新華;熊茂仁;張慶秋;;添加物對PLZT陶瓷的降溫和改性作用[A];94'全國結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、金屬/陶瓷封接學(xué)術(shù)會議論文集[C];1994年

6 葉飛;黃學(xué)良;;基于新型光電材料PLZT的光電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用研究[A];第六屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（1）[C];2007年

7 閻培渝;李龍土;張孝文;;用Sol-Gel法制備PLZT鐵電薄膜[A];94'全國結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、金屬/陶瓷封接學(xué)術(shù)會議論文集[C];1994年

8 余大書;焦永恒;宿杰;;PLZT(7/40/60)納米多層膜介電特性研究[A];第六屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（2）[C];2007年

9 張颯;劉瑩;程璇;張穎;;PLZT鐵電陶瓷相變的原位Raman譜觀測[A];第16屆全國疲勞與斷裂學(xué)術(shù)會議會議程序冊[C];2012年

10 張寧欣;李龍土;桂治輪;;SBN復(fù)合對PLZT陶瓷電致疲勞特性的改善作用[A];2000年材料科學(xué)與工程新進(jìn)展（上）——2000年中國材料研討會論文集[C];2000年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 徐彩霞;光子弱局域化對PLZT光致發(fā)光以及隨機(jī)激光的調(diào)制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

2 劉勇;太赫茲波和光波隨機(jī)激光輻射特性的理論研究[D];華中科技大學(xué);2011年

3 王春;隨機(jī)激光輻射特性理論研究[D];華中科技大學(xué);2006年

4 許龍;基于光致散射的隨機(jī)激光和光子弱局域效應(yīng)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

5 殷鐳城;有源散射體的隨機(jī)激光[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

6 王可嘉;無序介質(zhì)中隨機(jī)激光輻射特性的理論研究[D];華中科技大學(xué);2007年

7 范書振;結(jié)合傳統(tǒng)激光理論與隨機(jī)激光研究光子局域化[D];山東大學(xué);2009年

8 呂健滔;無序介質(zhì)中的光波局域與隨機(jī)激光輻射[D];華中科技大學(xué);2009年

9 王宏;隨機(jī)激光輻射特性的理論研究與數(shù)值模擬[D];華中科技大學(xué);2005年

10 王慧琴;隨機(jī)激光的光學(xué)特性及其調(diào)制的理論研究[D];南昌大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 吳函;光纖隨機(jī)激光器級聯(lián)輸出及輸出效率特性的研究[D];電子科技大學(xué);2015年

2 邊歡挺;液晶隨機(jī)激光的模式行為及對液晶非線性響應(yīng)的依賴研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

3 張健民;納米金屬/氧化物增強(qiáng)的微腔染料隨機(jī)激光介質(zhì)的研究[D];浙江大學(xué);2016年

4 王雁;不同液晶相液晶隨機(jī)激光特性研究[D];東南大學(xué);2015年

5 宋云波;基于隨機(jī)分布光柵陣列的摻鉺光纖隨機(jī)激光研究[D];電子科技大學(xué);2016年

6 劉西云;基于生物薄膜的隨機(jī)激光激發(fā)特性研究[D];電子科技大學(xué);2016年

7 唐程浩;全同弱反FBG制作系統(tǒng)研制[D];電子科技大學(xué);2016年

8 鄭夢雅;引入隨機(jī)包層的圓柱波導(dǎo)隨機(jī)激光研究[D];電子科技大學(xué);2016年

9 李軼;分布式光纖振動傳感系統(tǒng)距離延伸技術(shù)的研究[D];電子科技大學(xué);2016年

10 劉波;摻金屬納米粒子對染料液晶基隨機(jī)激光的影響[D];東南大學(xué);2016年

本文編號：2730237