基于空间散斑的极弱散射结构中的随机激光器

随机激光是近来国际上的研究热点，在基础研究和应用两方面都具有重要意义。本项目旨在研究极弱散射材料中随机激光的机理及输出特性这一当前的难点问题，并给出合理的解释和分析。主要研究内容包括：1）在实验上，我们通过全息方法利用纯位相型记录介质记录空间散斑来形成极弱散射结构。2）在理论上，我们把增益介质的能级寿命、泵浦源的脉冲宽度与散射介质的平均自由程综合起来考虑进行分析。力争对强度反馈和场反馈两种"不同机制"的随机激光给出统一的解释。3）建立随机激光中等效"模竞争"的概念，从理论和实验两方面对随机激光器的输出特性进行分析。4）研究散斑结构随机激光器的温度调谐特性及其机理。本项目是首次将场反馈型和强度反馈型两类随机激光器统一起来进行研究，首次用等效"模竞争"概念分析随机激光的输出特性。是随机激光研究方面的新的有意义的尝试。

对弱散射结构的随机激光器进行了深入的研究。. 一、在以下几个方面取得了新的突破和进展：1）对弱散射随机激光器中输出波长随增益介质浓度变化的规律进行了研究，得到了实验规律，并用等效腔竞争机制给出了相应的理论解释；2）观察到了纳米弱散射系统中独特的输出特性，即，激光输出在方向和时间上的一致性。这是一种新的实验现象，是我们首次观察到。在实验的基础上，我们提出了腔耦合的新物理机制，不但解释了我们的实验现象，而且可以解释原来的多种实验现象；3）用单一泵浦源获得了三元色非相干反馈随机激光输出，从而实现了白光随机激光器；4）用银纳米线作为散射颗粒，利用表面等离激元共振降低了随机激光器的阈值；5）研制出银金复合二元多孔纳米线，作为散射源，这种纳米线具有表面等离激元共振增强和增益介质吸附作用，从而大大降低了随机激光器的阈值；6）利用银金复合二元多孔纳米线制作出级联泵浦随机激光器，获得了红绿蓝三个波长的相干激光输出；7）通过对银金复合二元多孔纳米线的改进，实现了用单一泵浦源在全部可见光范围内的相干随机激光输出；8）研究了非相干反馈和相干反馈之间的关系，从实验上证明通过控制增益介质的浓度可以实现从非相干反馈到相干反馈的转化，揭示出二者的内在联系，首次明确指出非相干反馈输出并不是严格的激光输出，而更类似于放大的自发辐射；9）发现并提出了一种新的反馈机制，在这种机制中，反馈既不需要传统的谐振腔，也不需要随机散射物质，而是由泵浦激光在增益介质中产生的非线性热效应诱导出一个等效腔，从而提供反馈，泵浦激光撤销，等效腔也随之消失。. 二、取得的成果：1）在国内外杂志上发表论文13篇（详见研究成果），其中多篇发表在Advanced Optical Materials, Laser Physics Letters, Applied Physics Letters, Optics Letters等国际权威期刊上；2）获得2项国家发明专利授权。