二维随机介质中偏振模式的阈值特性研究

"该研究基于随机激光的时域理论，探讨了二维随机介质中横磁（TM）与横电（TE）光波模式的竞争和阈值特性。通过建立理论模型并利用时域有限差分法（FDTD）进行数值模拟，分析了在不同条件下两种偏振模式的阈值行为。研究发现，当TM和TE模式不共享反转粒子数时，TM模式具有较低的阈值，而共享反转粒子数时，TE模式的阈值较低。此外，改变表面填充率对两种模式的阈值影响不大，但增加样品面积能显著降低TM模式的阈值。这些发现对于理解和控制随机激光器的偏振特性和优化其性能具有重要意义。" 本文深入研究了二维随机介质中的激光物理现象，特别是在随机激光器的背景下，分析了横磁与横电光波模式的竞争关系。随机激光器是一种新型的激光光源，其工作原理在于散射介质中的自反馈机制，导致多个模式的竞争和协作。在这个研究中，作者构建了一个理论框架，考虑了TM和TE模式在反转粒子数分配上的差异。 时域有限差分法（FDTD）是一种常用的数值计算方法，常用于解决电磁场问题，如麦克斯韦方程组。在这里，FDTD被用来模拟光波在二维随机介质中的传播和相互作用，以及与物质的速率方程组的耦合，从而揭示不同偏振模式的阈值行为。 研究结果显示，当TM和TE模式独立时，TM模式由于某种原因（如更有效的粒子反转或更低的损耗）具有较低的阈值能量。然而，如果两种模式共享反转粒子，TE模式可能因特定的相互作用而具有更低的阈值。这表明，反转粒子数的分配是决定偏振模式竞争结果的关键因素之一。 进一步的分析表明，改变样品表面的填充率，即介质内部的结构复杂性，对两种模式的阈值影响较小。这意味着在这种情况下，模式竞争主要受内在的物理机制而非外部几何因素影响。然而，增大样品的面积可以直接降低TM模式的阈值，这可能是因为更大的区域提供了更多的辐射途径和模式选择，有助于达到激光阈值。 这些发现对于优化随机激光器的设计具有指导意义，特别是在寻求具有特定偏振特性的光源时。通过调整反转粒子数的分布、改变介质的几何结构或控制激光器的尺寸，可以有效地调控偏振模式的阈值，从而实现更高效、可控的随机激光发射。这对未来的激光技术发展，特别是在生物医学成像、光纤通信和光学传感器等领域，具有潜在的应用价值。