基于金属纳米结构而获得随机激光的增强, 其独特的性质及其潜在的应用价值具有重要的研究意义, 在表面增强荧光、 光学开关器件、 表面等离子激元激光等方面实现了较多应用。 报道一种快捷有效的制备纳米颗粒的手段并基于该纳米颗粒结构分析了染料掺杂聚合物薄膜涂覆的随机激光现象和规律。 利用离子溅射沉积和高温热处理在石英基底上制备了Au纳米颗粒, 改变溅射时间Au纳米颗粒的尺寸发生可控变化, 该方法便捷、 工艺简单。 研究采用40, 80和120 s三种不同的时间进行Au膜溅射并在650 ℃下高温处理, 得到粒径尺寸不同的Au纳米颗粒, 随着溅射时间延长Au纳米颗粒的尺寸逐渐变大。 通过涂覆有机荧光染料DCJTB掺杂的PMMA聚合物薄膜构建光致激射系统, 利用纳秒脉冲激光对样品进行激发, 得到随机激光并研究其出射光强度和阈值的变化规律特征。 40, 80和120 s三种溅射时间下所得Au纳米颗粒的平均粒径尺寸分别为230, 250和390 nm, 在532 nm激光激发下产生随机激光的阈值分别为20.5, 17.5和12.5 μJ·pulse-1。 Au纳米颗粒尺寸越大、 粒子间距越小时, 光子散射的平均自由程越短, 光在金属颗粒之间可以多次有效散射, 从而显著提高散射效率, 产生较低阈值的激光发射; Au纳米颗粒的吸收峰与染料的荧光峰恰好匹配时, 将会显著增强染料的荧光效应, 激发更多染料分子发生能级跃迁, 增加光子态密度, 获得峰值更高、 阈值更低的激射现象; 泵浦光不破坏染料分子的情况下, 可以多次循环泵浦获得激光, 染料分子的发光效率随着多次激发略有降低, 有助于随机激光器件的研究开发。 实验研究结果与理论分析相一致, 进一步明确了Au纳米颗粒对光子散射和等离子共振对光吸收增强的随机激光发射机理。 该研究以Au纳米结构对光子的强散射效应为增益, 通过理论分析和实验测量获得随机激光, 为实现高效率、 低阈值的随机激光研究提供了一种便捷的技术手段, 有望促进随机激光器件的开发和应用。

设计制作了梳状电极染料掺杂胆甾相液晶激光器件, 研究了外加电压下的激光辐射谱。器件的下基板ITO电极刻蚀成梳状条形电极, 电极宽度约2 mm, 相邻电极间距分别约为1, 3, 5 mm。上基板无ITO电极。上下基板取向膜平行摩擦取向处理, 使胆甾相液晶平面态排列。以532 nm的Nd∶YAG 激光器作为泵浦光源, 测量器件激光辐射谱。改变外加电压0～100 V, 3个区域均出现了多模输出。在1 mm电极间距区域, 可获得633.65～621.52 nm(12 nm)和683.15～664.35 nm(18 nm)的可调谐波长范围; 在电极间距3, 5 mm区域, 辐射激光波长变化微小。在外加电压作用下, 液晶分子均匀的螺旋周期排列受到扰动, 液晶分子层螺旋轴倾斜, 各个液晶畴的螺旋轴取向不一致, 使有效螺距值缩短并有所浮动, 引起出射激光波长蓝移和多模输出。利用光子态密度理论数值模拟了激光辐射谱。当有效螺距为倾斜角的函数时, 随着倾斜角增大出射激光波长蓝移。

研究了电场作用下染料掺杂手性向列相液晶器件激光辐射谱。 设计了两种电极结构, 分别对正性和负性液晶器件施加横向和纵向电场, 采用532 nm的Nd∶YAG脉冲固体激光器泵浦样品。 对正性液晶器件施加电场, 在 630～660 nm范围获得多波长的激光输出。 对负性液晶激光器件施加电场, 获得调谐范围为18.5 nm的激光输出。 由器件织构和光子禁带的变化, 进行了深入的分析。 正性液晶器件, 在电场力矩与扭曲力矩相互竞争过程中, 引起液晶的流动, 光子禁带上下浮动, 因此不仅在禁带边沿, 禁带内也出现激光辐射。 而负性液晶器件随着电场强度增大, 液晶螺距收缩, 禁带蓝移, 输出激光波长从681.0 nm蓝移到662.5 nm, 出射激光波长为光子禁带边沿处。 负性液晶器件在电场作用下的稳定性较好。

采用激光烧蚀的方法结合激光全息技术，直接在高分子聚合物MEH-PPV薄膜表面烧蚀光栅结构，制备了分布反馈式有机激光器。这一方法具有工艺简单、光栅参数的可控性和重复性好等优点。器件MEH-PPV的膜厚是400 nm。利用波长为355 nm的Nd-YAG纳秒激光器进行单脉冲烧蚀，获得的光栅周期和光栅高度分别为370 nm和 100 nm。利用飞秒激光放大器作为泵浦源激射DFB激光器件，得到激射阈值约为182 μJ·cm-2·pulse-1，光谱的波峰约在609 nm处，半高宽为4.2 nm。通过改变两光束的夹角获得了周期为360, 370, 380, 390 nm的光栅，它们对应的激光波峰分别为602.91, 609.24, 613.26, 619.01 nm。