无序光学介质中的光子局域化

光子局域化是凝聚态物理学中电子局域化的光子学类比。概述了无序光学介质中光子局域化的理论基础及其研究内容,介绍了几个重要的观察强光子局域化现象的实验。我们相信光子局域化材料会有广泛的应用前景。

一维随机介质中准态模式的局域化程度对其阈值的影响

基于将Maxwell方程与四能级原子系统速率方程相结合而建立起的随机激光时域理论,并利用有限时域差分法,研究了一维随机激活介质中激光模式的输出强度与抽运速率之间的关系。结果表明,与传统激光模式相似,随机激光模式的强度随抽运速率的变化不仅具有阈值特性,而且具有饱和特性。用模式的空间区域来表征模式的局域化程度,发现局域化程度越强的模式,阈值越低。不过,这种关系不是一一对应的。这表明模式的局域化程度是决定阈值大小的重要因素,但不是唯一的因素。

一维随机介质散射颗粒对激光阈值的影响

基于光波在随机介质中的局域化理论,利用有限时域差分法数值求解麦克斯韦方程组,研究了在一维无序系统中准态模式的输出强度与激励水平之间的关系.通过考察具有不同颗粒数目的随机介质中的准态模阈值特性,分析了介质中散射颗粒个数的变化对随机激光器阈值的影响.

二维无序介质中横磁模的谱线宽度随抽运强度的变化特性

基于随机激光时域理论,数值研究了二维随机激光器中横磁模式的输出光谱线宽度,获得了谱线宽度与抽运强度的关系曲线,由此曲线可以计算横磁模式的很多特征参数.从谱线宽度的角度来看,横磁模式的输出特性结果与已有的横电模式结果相比,横磁模式具有较好的输出特性.

二维随机激光器的模式选择及阈值与饱和特性

基于将Maxwell方程与四能级原子系统速率方程相结合而建立起随机激光时域理论,并利用有限时域差分法,研究了二维随机介质中激光模式的输出特性与介质尺寸、外形及抽运速率等参数的关系.结果表明,与传统激光模式相似,随机激光模式的强度随抽运速率的变化不仅具有阈值特性,而且具有饱和特性.基于模式特性对介质及抽运参数的依赖关系,提出了二维随机激光器的选模方式,在很大程度上不同于传统激光器的选模方式.

双光子抽运随机激光器中辐射光能量的演化

基于非相干反馈随机激光器的扩散方程理论,将扩散方程中的增益项改写为饱和形式,并利用有限差分方法,研究了双光子抽运随机激光器中辐射光能量随时间演化特性.对扩散方程的数值求解给出了系统辐射光能量由自发辐射开始,经历小信号增益状态得到放大,再到由于增益饱和形成稳态输出的整个演化过程.表明介质的无序导致了在较低能量情况下也能获得饱和增益这样的非线性效应.结果为研究获得双光子抽运随机激光器的稳态输出提供了理论依据.