无序介质中光子局域化行为的研究及调控
从20世纪80年代开始，国际上掀起了无序介质中光子局域化的研究热潮，其物理机制源于安德森提出的局域化理论，研究领域涉及相干背散射、随机激光、各向异性光子局域化以及无序介质中的时间分辨测量等多个方面。随着对光子局域化研究的逐步深入，科研工作者们发现该领域的研究能够加深人们对凝聚态物理学科中关键物理概念的理解。同时，光子局域化技术还在激光物理、显示技术、微纳光子学器件以及生物医学工程等多个工程技术领域具备十分广阔的应用前景。作为一门新兴的光子学技术，光子局域化在基本理论和实验技术方面还有很多难于解决的问题和需要进一步探索的地方，而这些问题的解决将会极大地推动光子局域化相关领域的发展。
本论文就针对当前存在的一些关键问题展开相关研究。论文的创新点、具体研究内容及主要研究成果如下：
(1)我们通过实验研究了单轴微晶悬浊液中的光控相干背散射行为，并首次在正单轴微晶悬浊液中实现了光控相干背散射行为。该现象是由于线偏振泵浦光作用下正单轴微晶的旋转取向行为引起的。我们在理论上分析了其旋转取向机制，且理论分析结果与实现现象吻合。该工作不仅极大地拓展了光控相干背散射中可用材料的范围，而且验证了我们之前提出的正单轴微晶悬浊液中微晶旋转取向行为的理论分析。
(2)我们通过实验研究了各向异性单轴微晶悬浊液中光传输的波长依赖行为。首先，我们通过其可见光波段的透射光谱实验观测到了传输平均自由程与波长之间的非线性依赖关系。然后，我们对不同波长条件下的相干背散射进行了测量，并发现波长为532 nm时相干背散射核的半高宽是波长为671 nm时的1.24倍。这些结果意味着长波长的光比短波长的光具有更长的传播深度，而短波长的光则具有更强的光子局域化强度。最后，我们研究了不同波长配置下的光控相干背散射行为，结果表明用长波的光做泵浦光、用短波的光做探测光对实验条件具有改善作用。
(3)我们制备了一种上转换可见三色发光掺铒铌酸锂多孔材料。在980 nm激发光的泵浦下，该多孔材料在可见光波段的红光、绿光和蓝光范围内均有明显的发光现象。相干背散射测试表明该多孔材料的的传输平均自由程在亚微米量级。这些说明掺铒铌酸锂多孔材料是一种十分有希望用于可见光三色上转换随机激光器研发工作的备选材料。
(4)我们进行了绿光上转换随机激光器的探索工作，设计了基于掺铒铌酸锂多孔材料的绿光上转换随机激光器系统。并且我们对其光谱特性、阈值特性以及激发区域的尺寸效应进行了测定。我们进一步将实验结果与理论分析相比较，认为该过程中包含着绿光上转换随机激光的发射行为。这些工作为绿光上转换随机激光器的研制和应用打下了坚实的基础。
光子局域化;光控相干背散射;非线性随机增益介质;上转换发光;随机激光;无序介质
南开大学
博士
光学
许京军
2012
中文
O436
94
2013-06-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）