纳米金属/氧化物增强的微腔染料随机激光介质的研究

摘要

随机激光介质作为一种新颖的微腔激光介质，其独特的光学反馈机制，使其具有形状设计灵活、可微尺度制备、工艺简单和成本低廉等特点，在集成光学及生物传感等领域应用潜力巨大。然而，随机激光介质的研究在现阶段依然存在一些亟待解决的问题。首先，由于增益介质中的光散射，光子被大量散射出增益区域，增大了激光器的损耗，造成随机激光介质的阈值较高。其次，由于光学谐振腔的缺失，不仅使得随机激光介质调谐困难，而且造成其发射光谱的稳定性差。因此，设计和开发新型散射体及其纳米结构来获得低阈值、可调谐、稳定发射的随机激光介质十分必要。
　　本文主要研究基于氧化物/金属纳米颗粒增强的随机激光介质，我们研究了不同散射体系以及金属的纳米结构对随机激光阈值、发射波长的可调谐性能以及发射光谱稳定性的影响。
　　采用吡咯甲叉597-8C9(PM597-8C9)掺杂PDMS作为有源层，以片状CuO纳米颗粒作为散射体构建柔性波导随机激光介质，研究了其在不同方向上的发光特性，并获得了稳定发射的单峰相干随机激光，并通过改变片状CuO纳米颗粒掺杂浓度以及改变介质层厚度的方式分别获得了8.7 nm和4.13 nm的调谐宽度。
　　采用银纳米线和立方银纳米颗粒作为散射体，利用金属纳米颗粒的局域表面等离子共振效应，来实现对随机激光的阈值和发射波长的调控。研究表明立方银纳米颗粒由于其尖锐的棱角，Hot Spot效应更加明显，其构成随机体系的阈值低至0.0881 mJ/cm2，品质因子(Q)达874;并通过使用四种激光染料，获得了可见光波段内的连续随机激光输出。
　　通过银纳米线尺寸的调节，在波导随机激光介质中实现了发射波长的调谐和激光阈值的降低，并通过在光滑的银纳米线上引入Au纳米孔道，随机体系的阈值降低了一个量级;而半腔式反射结构引入，在降低阈值的同时，获得了高Q(1556)相干随机激光输出。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 随机激光的分类

1．2．1 非相干随机激光

1．2．2 相干随机激光

1．3 低阈值、可调谐随机激光的研究进展

1．3．1 表面等离子增强(LSPR)随机激光的研究进展

1．3．2 可调谐随机激光的研究现状

1．4 课题研究目的、意义与内容

第二章 基于片状CuO纳米颗粒散射的柔性波导随机激光介质的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．2 PDMS波导的制备

2．2．3 激光性能测试光路示意图

2．2．4 仪器与设备

2．3 实验结果讨论

2．3．1 波导随机激光在不同方向上的发射光谱研究

2．3．2 波导随机激光调谐性能的研究

2．4 本章小结

第三章 基于Ag纳米粒子悬浮体系随机激光介质的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 Ag纳米线的合成

3．2．2 立方Ag纳米颗粒的合成

3．2．3 仪器与设备

3．3 结果与讨论

3．3．1 银纳米线的表征

3．3．2 Ag纳米线／R6G乙醇体系的随机激光研究

3．3．3 立方Ag纳米颗粒／R6G乙醇体系的随机激光研究

3．3．4 Ag纳米线增强的可见光波段相干随机激光输出

3．4 本章小结

第四章 基于Au-Ag双金属纳米线的柔性基质中的相干随机激光介质的研究

4．1 引言

4．2 样品的制备

4．2．1 Au-Ag双金属纳米线的制备

4．2．2 PDMS样品的制备

4．2．3 仪器与设备

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 Ag纳米线的表征

4．3．2 Ag纳米线的尺寸效应对波导随机激光性能的影响

4．3．3 Au-Ag双金属纳米线对波导随机激光性能的影响

4．3．2 Ag纳米线+PM597-8C9／PDMS体系随机激光

4．3．3 基底材料对随机激光阈值的影响

4．4 本章小结

第五章 总结

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的论文