基于SiO2小球散射的随机激光研究

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传统激光器产生激光的条件分别为:激励源、光学谐振腔和增益介质。不同于法布里珀罗(F-P)腔,随机激光器的谐振腔由散射颗粒组成。出射光在散射颗粒间散射时形成了多重散射,从而构成了完整的闭合回路,该回路相当于传统激光器中的光学谐振腔,多重散射增益实现了受激辐射光波的增强。随机激光器具有稳定性好、体积小、价格低廉和易于制作等优点。在显示、照明、医疗、探测、存储和信息传递等诸多方面有着广泛的应用前景。二氧化硅纳米颗粒(SiO2 NPs)对光波有很强的散射作用,原料易于获取、成本低廉。基于以上原因,本文做了以下研究:1、制作掺杂SiO2 NPs的波长可调谐随机激光器。选取若丹明6G(R6G)为荧光染料,溶解在乙醇溶液中,形成浓度为3 mg/ml的混合溶液。然后,把固化剂和聚二甲基硅氧烷(PDMS)低聚物混合,混合比例为10:1,涂敷在柔性硅胶衬底表面,固化后得到可调谐性随机激光器。接下来,用COMSOL仿真软件模拟了SiO2 NPs周围电场增强的现象,结果显示SiO2 NPs能够对随机激光输出波长有增强作用。用532 nm的入射光对随机激光器进行激励,研究不同能量密度下出射随机激光的光谱谱线特性,得到该随机激光器输出的中心波长约为566 nm,谱线半峰全宽稳定在4-5 nm,阈值约为1.6 mJ/cm2。2、通过对掺SiO2 NPs的柔性随机激光器进行机械拉伸实现了输出波长的可调谐性。将柔性随机激光器固定在平移台上,机械拉伸硅胶柔性衬底,拉伸长度为14 mm,随机激光器的输出中心波长从566nm蓝移到554nm且伴随着出射能力减弱。撤销作用在柔性随机激光器上的机械力,随机激光器的出射中心波长从554 nm又恢复至566 nm,从而实现了柔性随机激光器波长可调谐性。接下来,又对未掺SiO2 NPs的柔性随机激光器的出射谱线特性进行对比研究。首先,制作了未掺SiO2 NPs的随机激光器样品,从光谱谱线特性研究分析发现,未掺SiO2 NPs的柔性随机激光器在波长为562 nm的位置上也能出现随机激光现象。但是,从光谱谱线分析发现,掺SiO2 NPs的柔性随机激光器阈值相比于未掺SiO2 NPs的柔性随机激光器阈值明显降低且出射波长蓝移了4 nm。3、制作含有F8BT的薄膜随机激光器。将F8BT溶解在二甲苯溶剂中,形成浓度为22.5 mg/ml的混合液。接下在将20 ul混合液滴入水中,待挥发完全后,在水面上形成一个厚度不均的薄膜样品。在光学显微镜下观察薄膜表面微观结构,发现该结构有不规则沟壑状条带,该结构有利于加强光波的散射。在强泵浦光激励作用下,输出谱线在580 nm的位置上出现了随机激光,阈值约为19.8 mJ/cm2。除了制作滴膜随机激光器,还通过旋涂工艺制作了三明治结构的旋涂膜随机激光器和通过揭膜方法制作的揭膜随机激光器。其中,旋涂膜随机激光器和揭膜随机激光器并未出现随机激光现象。研究中还发现高能量密度的泵浦光作用在薄膜样品表面时,容易使薄膜随机激光器烧蚀,进一步研究发现,两种薄膜随机激光器在泵浦能量密度分别达到21 mJ/cm2和29.4 mJ/cm2时有烧蚀现象。
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