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随机激光是发生在无序增益介质内的受激辐射现象,随机激光器并不需要传统激光器所必须的谐振腔,其光学反馈来自无序增益介质的多重散射作用。多重散射增大了光子在增益介质中的光程,当系统的无序程度较低时,光在介质中得到的是非相干反馈,表现为使出射谱线窄化、强度增强,产生的是非相干随机激光;当系统的无序程度较高时,光子经过多重散射之后有概率回到原来的位置,形成类似传统激光器的谐振腔,光场在其中得到反馈,出射谱线出现分立的激光尖峰,这种机制下产生的是相干随机激光。由于独特的发光机理,与传统激光器相比,随机激光具有全方位出光、工艺简单、体积小、成本低等优点,从而在平板显示、光学集成、生物医学等领域具有重要的研究意义和应用价值。 本文主要研究了掺杂纳米粒子的染料溶液的随机激光行为。选取了三种不同性质的纳米粒子作为研究对象,分别为介电纳米粒子SiO2、金属纳米粒子Ag和磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2。将制备得到的纳米粒子掺入罗丹明B染料溶液中,对样品采用光泵浦,观察溶液的受激发射现象。发现当泵浦能量达到阈值时,三种样品溶液的出射谱线均出现多个分立的随机激光峰,激光峰的线宽小于0.5nm。比较了掺杂SiO2纳米粒子和Ag纳米粒子的样品的散射平均自由程和能量输入-输出关系,结果表明掺杂Ag纳米粒子溶液的随机激光出射是多重散射和Ag纳米粒子附近的场增强共同作用的结果;根据掺杂Fe3O4@SiO2纳米粒子的罗丹明B溶液在磁场作用下的出射谱线,发现掺杂磁核为100nm的Fe3O4@SiO2粒子的样品在外界磁场作用下,出射谱线中的随机激光尖峰消失,这种良好的磁控特性可被用来制作磁控开关的随机激光。而掺杂磁核为12nm的Fe3O4@SiO2粒子的样品在磁场作用下,仅出射强度发生变化,随机激光尖峰依然存在,这是因为小磁核的纳米粒子经外加磁场磁化后,磁性相对较弱,导致其无法完全从泵浦区域分离。此外,还研究了三种样品溶液中纳米粒子的掺杂浓度对随机激光出射强度的影响,结果表明掺杂SiO2和Fe3O4@SiO2的样品出射强度均随着掺杂浓度的增大而增大,对于掺杂Ag的样品,由于Ag纳米粒子的吸收作用,在掺杂浓度较高时出射强度反而会减小。以上这些工作为研究掺杂纳米粒子的随机激光器提供了富有价值的参考。