泵浦功率对zno纳米柱发光特性的影响hou

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1、存档编号赣南师范学院学士学位论文泵浦功率对ZnO纳米柱发光特性的影响教学学院物理与电子信息学院届别2011专业物理学学号070800024姓名雷园指导教师谢应茂完成日期目录内容摘要…………………………………………………………………1关键词……………………………………………………………………1Abstract…………………………………………………………………1Keywords………………………………………………………………11.引言……………………………………………………………………22.ZnO纳米柱发光特性研究的模型和理论

2、……………………33.数值计算………………………………………………………………53.1无损耗和增益模式……………………………………………………………53.2考虑活性介质的损耗和增益…………………………………………………83.3无增益、损耗情况与有增益损耗时的比较……………………………………93.4波源位置对光场分布的影响……………………………………..3.5对光场的影响…………………………………….3.6边界设置对光场的影响………………………………………3.7透射率随增益系数的变化………………………………….4.结论与讨论

3、……………………………………………………………………10参考文献…………………………………………………………………11致谢………………………………………………………………………13泵浦功率对ZnO纳米柱发光特性的影响摘要：基于无序介质激光机理，研究了泵浦功率对随机材料ZnO纳米柱的发光特性的影响，定性解释了局域模受激辐射阈值现象。泵浦功率阈值与无序介质的损耗有关。局域-非周期-类结构的无序介质的透射谱只与介质的结构有关，而与介质的损耗和增益有关，介质中光场相对强度的形状与损耗和增益无关，损耗和增益只改变介质中光场的强度。在

4、无序介质中，不同的激发模具有不同的泵浦功率阈值。关键词：无序介质，泵浦功率，ZnO纳米柱，受激辐射，光波局域。1.引言随机介质通常是指一种折射率在光波长尺度内随机变化的介质，光波在这样的介质中表现出许多光学特性。1968年，俄罗斯科学院的Latokhov首次计算了无序增益介质中的光学特性，提出了无序增益介质中可能存在激光辐射现象。1994年，Lawandy等人在胶体溶液中发现了激光辐射现象,.Wiersma等人在粉末激光介质制成的半导体随机增益介质中也发现了激光辐射。美国西北大学的H.Cao等人在ZnO半导体无序介质中观察

5、到了受激辐射现象，并研究了其光学性质，认为无序介质中的激光现象和光子的局域化密切相关，并用环形腔理论较好地解释了无序介质中的发光特性。随机增益介质中的受激辐射现象，不需要传统的激光腔，而是形成于光子的局域化。近几年的研究表明：无序介质中的受激辐射具有深刻的物理意义和丰富的物理内涵，其特殊的物理机制，以及在光子集成方面潜在的应用，引起了人们的广泛关注。本文基于无序介质机理，利用Rsoft软件，建立无序激光的整体散射效应物理模型，通过数值模拟，系统地研究了泵浦功率对ZnO纳米柱发光特性的影响，得到了一些模式特性，研究结果对无序

6、介质受激辐射在各方面的应用具有重要意义。2.ZnO纳米柱发光特性研究的模型和理论2.1ZnO纳米柱发光特性研究的模型二维随机构型由大小无序，折射率为2.34（ZnO）的圆形散射颗粒随机分布在折射率为1(空气)的均匀介质中而构成。我们采用了一组随机数，建立了一个层的ZnO纳米柱模型，其中各个粒子的大小和位置都是无序的，粒子的大小是20~75nm。2.2ZnO纳米柱发光特性研究的理论在随机介质中，频率为的电磁波在非均匀无损耗介质中传播时，它的电矢量E满足的Maxwell方程可简化为类似于固体中电子所满足的薛定谔（Schrodi

7、nger）波动方程的形式：（1.1）式中，介电常数可表示为（1.2）其中是平均介电常数，是介电常数的空间涨落。设是介电常数在空间的相对涨落，则有（1.3）将（1.3）代入（1.1）得到（1.4）根据V.M.Apalkov等人的理论分析，作为的统计特征，方差和自相关长度反映了涨落的强度和范围，是描述随机介质的重要参数，和随机介质环形波导的形成密切相关，是模拟中调整和研究的关键参数。本文用介电常数为的椭圆形散射微粒随机分布在介电常数为的二维均匀介质中形成随机介质，散射微粒的位置由一个随机函数产生。散射微粒空间位置的随机性将导致

8、介质介电常数的随机涨落。随机介质中介电常数分布可表示为：，（1.5）其中，是散射微粒在二维随机介质中的空间位置,表示涨落为零时散射颗粒的空间位置，是一个满足正态分布的随机变量，其取值范围为[－1.0,1.0]。为了调节涨落强弱，引入一个可调系数来改变散射微粒空间位置涨落的强弱。的均值和自相关长度与相同，