Accurate spectral measurement and wavelength determination are fundamental and vital for many fields. A compact spectrum analyzer with high performance is expected to meet the growing requirements, and speckle-based spectrum analyzer is a potential solution. The basic principle is based on using the random medium to establish a speckle-to-wavelength mapping relationship for spectrum reconstruction. This article introduces current speckle-based spectrum analyzers with different schemes and reviews recent advances in this field. Besides, some applications by using speckle-based spectrum analyzers are also introduced. Finally, the existing challenges and the future prospects of using speckle for spectrum recovery are discussed.

结合一维随机介质模型和波导理论, 设计了一种由ZnO随机介质粒子和金粒子构成的多层随机激光二维波导结构。采用量子理论分析了模型的出射激光增益粒子数和反转粒子数。动态特性的量子理论分析结果表明:系统由一系列驰豫造成超快响应, 其响应时间在100 fs水平。实验结果表明: 当金粒子的填充率在25%～30%时, 模型能够更好地实现出射激光; 设计的二维随机激光模型的峰值能够达到104 V/m量级, 可以实现激光出射。

研究了二维随机介质中双色辐射特性以及模式竞争特性。基于随机激光的时域理论，建立了双波长随机激光辐射的理论模型。利用时域有限差分（FDTD）方法求解麦克斯韦方程与速率方程，采用傅里叶变换方式获得随机激光的发射谱，讨论了染料浓度、表面填充率以及散射颗粒半径对辐射光波的影响。结果表明，随着染料浓度的增大，短波长辐射光强度会降低而长波长辐射光强度会提高；表面填充率的增大会使两种波长的辐射光强度同时提高，并没有表现出偏向性，而散射颗粒半径对发射谱的影响则表现出明显的波长选择性。

基于随机激光的时域理论, 利用时域有限差分法(FDTD)数值求解麦克斯韦方程组和速率方程组, 利用分区域计算法, 分别计算了整体和局部泵浦二维随机介质时, 不同泵浦强度下, 不同区域的辐射谱, 得出了随机介质中模式的空间局域化分布。 计算结果显示, 同样条件下不同区域的辐射谱是不同的, 且随着激励源泵浦强度的变化, 随机激光辐射始终集中在介质中某几个固定区域, 但各个区域的随机激射效率不同, 在区域之间存在模式的空间范围重叠。 利用该方法, 可以分析介质的随机分布对随机激射的影响, 理论上可以为高激射效率的伪随机介质制备提供一定指导。

提出了一种光子晶体波导与随机介质相结合的特殊型波导的设计方法。基于光子晶体波导模型，建立了ZnO随机介质作为线缺陷的光子晶体波导模型，采用时域有限差分(FDTD)法分析了ZnO随机介质的加入对光子晶体波导系统的频率特性、时域特性及增益特性的影响，并且与纯随机介质系统和含有线缺陷的光子晶体波导系统进行对比。分析结果表明，当在光子晶体波导的缺陷层引入ZnO随机介质时，随机介质使得光在缺陷处振荡并得到放大，局域化程度比纯随机介质系统和纯光子晶体波导系统更高；且光与随机介质的相互作用使得光在波导中时间延长，激光阈值降低。这种光子晶体波导可用于制备可嵌入到集成光路领域和低阈值的微型激光器。

研究了散射粒子形状改变对光波在二维随机介质系统中的传输情况的影响。基于整体散射效应模型，建立了非球形粒子作为散射粒子的二维随机介质的模型。构建了模型的Maxwell方程，采用非均匀网格划分的时域有限差分(FDTD)方法解Maxwell方程，得到了TM模在非球形粒子二维随机介质模型中的传输及空间分布。采用快速傅里叶变换(FFT)对仿真获得的数据进行频谱变换，得到光波在频域上的发射谱。与以往的研究相比较，仿真结果表明，在非球形粒子系统中，光波的电场强度与球形粒子系统中电场强度随着散射粒子浓度的增加而增加不同，而是出现振荡的现象；发射谱显示，非球形粒子系统的模式竞争强于球形粒子系统，更易于实现模式选择。

讨论两种散射,导出相应的分布函数,运用蒙特卡罗法模拟光子在无序介质中的 随机行走过程,得到非相干背散射空间分布及反射率。计算结果表明:散射不同,非相干背散射空间分布和反射率不同,非相干背散 射反射率随光入射角增大而增大;非相干背散射反射率随无序介质吸收系数增大而减小,通过测量非相干 背散射反射率可得吸收系数,进一步可得每次散射光子被微粒吸收的概率;非相干背散射反射率随光子 平均自由程增大而减小,通过测量非相干背散射反射率可得平均自由程,这比检测相干背散射来得到平均自 由程要容易。最后,讨论了背散射对无序激光器的影响。

用有限时域差分 FDTD 法研究了光在二维无序介质中的动态传播过程.数值模拟了某一高斯脉冲光束入射到无序介质中光场的空间分布随时间的演化，结果表明：在光束入射的初期，能量从光源区向外传播并出现了清晰的波前传播的特点；经过一定的时间后，有部分能量从光源区向外扩散，而大部分能量逐渐聚集在介质中的一些小区域内，这与整体散射模型关于无序介质中光子局域化的研究相吻合,而且更清晰地呈现了形成光子局域化过程中的物理现象及整体散射干涉效应的重要机理作用.

基于随机激光的时域理论, 建立了横磁与横电光波模式共享反转粒子数情况下的理论模型, 并利用时域有限差分法（FDTD）数值求解麦克斯韦方程组和速率方程组, 从而获得了二维随机介质内横磁与横电光波模式的阈值特性。结果表明, 如果横磁与横电偏振模式之间没有共享反转粒子数, 则横磁光波模式拥有较低的激发阈值; 反之, 则横电光波模式的激发阈值更低。在共享反转粒子数的情况下, 改变样品的表面填充率对两种偏振模式的阈值并没有很大的影响, 而增加样品面积则可以明显的降低横磁模式的阈值。

本文通过分析雨滴其对激光的散射和吸收作用,研究激光在大气中传输时受雨滴作用的影响,计算不同雨滴对激光光强的影响,在不同降雨下,测试激光光强的变化,并通过软件仿真实时显示光斑的闪烁、漂移,为进一步优化激光通信系统性能设计、最终实现全天候超视距的大气激光通信做有意义的探索.