第 35 卷 第 11 期
2015 年 11 月
Vol. 35, No. 11
November, 2015
光 学 学 报
ACTA OPTICA SINICA
1114001-
ZnO 随机激光器中对称圆形区域间的耦合特性分析
李志全
1
赵晶晶
1
孟晓云
1
朴瑞琦
1
李文超
2
牛力勇
1
顾而丹
1
1
燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2
东北大学秦皇岛分校控制工程学院, 河北 秦皇岛 066004
摘要 研究二维 ZnO 随机散射粒子中 2 个对称的圆形区域间光波的耦合特性。利用时域有限差分法(FDTD)数值模拟
了二维随机散射系统中 2 个对称圆形区域间的距离 D 变化时的光场分布及模式频谱图，并对 D 不同时的情况进行对
比分析。分析出射激光的强度和中心波长与D 的关系，得到D=0.8 μm 时为最佳情况。此时，出射激光中心波长为
380.57 nm
，
强度为 4.81×10
4
。通过观察理想情况下散射系统在仿真过程中的光场分布图表明，2 个圆形区域之间的电场强度经过
耦合得到放大，且随着圆形区域之间距离 D 的增大，出射激光的强度增强，光谱线宽度减小，模式数量减少。
关键词 激光光学; 随机散射粒子; 光波耦合; 时域有限差分; 模式频谱
中图分类号 TN24 文献标识码 A
doi: 10.3788/AOS201535.1114001
Coupling Analysis Between Symmetrical Circular Areas in ZnO
Random Laser
Li Zhiquan
1
Zhao Jingjing
1
Meng Xiaoyun
1
Piao Ruiqi
1
Li Wenchao
2
Niu Liyong
1
Gu Erdan
1
1
Institute of Electrical Engineering, Yanshan University, Qinghuangdao, Hebei 066004, China
2
School of Control Engineering, Northeastern University at Qinhuangdao, Qinhuangdao, Hebei 066004, China
Abstract The coupling characteristics of light- wave between two symmetrical circular areas in the two-
dimensional ZnO random scattering particles are studied. The distribution of the optical filed and the spectrogram
of mode in two-dimensional random scattering particles system are numerically simulated and compared by using
the finite difference time domain (FDTD) method, when the distance D between the two symmetrical circular areas
changes. The dependence of the emission intensity and the center wavelength on D is analyzed and it is obtained
that the wavelength with 380.57 nm and the intensity of laser with 4.81 × 10
4
are the optimal parameters while
D = 0.8 μm.
In ideal conditions, the optical field distribution of scattering system is observed during the simulation
process. The result shows that the electric field intensity between two circular areas is amplified after coupling.
With the increasing of D which is the distance between the circular regions, the electric field intensity is enhanced,
the spectral line width is decreased, and the number of modes is reduced.
Key words laser optics; random scattering particles; light-wave coupling; finite difference time domain; mode
spectrum;
OCIS Codes 140.3325; 290.5850; 270.3430; 300.6360
收稿日期: 2015-06-01; 收到修改稿日期: 2015-06-26
基金项目:
河北省自然科学基金(F2014501150)
作者简介: 李志全(1954-)，男，博士，教授，博士生导师，主要从事非线性光电检测及微纳米结构光学性能方面的研究。
E-mail: lzq54@ysu.edu.cn
1 引 言
随机激光器 的光波耦合 原理在集成光学领 域中应用非 常广泛 。很多光波 导器件都应用到了 光波耦合
原理，比如：定向耦合器、微机械开关、X 型光开关、波导耦合器、干涉调制器等。1964 年，Bloembergen 等
[1]
阐
述了拉曼激光器介质中振动和光波之间的耦合。1972 年，Kogelnik 等
[2]
提出分布反馈式激光器中的耦合波理
论。 2003 年，Cao 等
[3]
从实 验和理论上 研究了随机激光 器中模式之间的 排斥和耦合 ，以及 2 种激光 模式之间
1
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