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文 |黎花梦汐
编辑 |黎花梦汐
●○前言○●
具有光学增益的无序材料，在人们的生活中有着重要的作用，这类材料是指在其结构中没有长程有序排列的特点，能够通过受激辐射产生光学增益，在光信号传播中放大光的能力。
在光纤通信领域，具有光学增益的无序材料被用于光放大器，可以增强光信号的传输距离和质量，这对于实现高速、长距离的光纤通信网络至关重要。
而具有光学增益的无序材料在激光技术、光纤通信和光学传感等领域被广泛的应用，为人们的生活和科技进步带来了许多重要的创新。
●○随机激光器添加材料后反应显著○●
随机激光器基于具有光学增益的无序材料，这些器件可以分别依靠光的漫射，或干涉行为表现出强度或共振反馈，而这导致激光模式的耦合或独立操作。
而在由发光的电纺聚合物纤维制成的随机激光器中，可以发现激射模式的数量，和它们的强度相关特征在纳米粒子掺杂时是可定制的。
通过材料工程，发现沿光纤长度的定向波导与增强强度，以及共振反馈随机激光发射中的模式相关性相关。
那么具有光学增益的无序材料是随机激光器的构建模块，其操作基于光的散射特性，这些设备可用于广泛的应用，包括诊断并且没有斑点，用于监测生物材料和结构变形的成像、光谱工具，以及新的激光投影仪方案和光学层析成像。
同时一些实验性的理论，已经开发了使随机激光器的行为合理化和调整其性能的方法，而在这个框架中，两种主要类型的器件被区分出来并通过实验进行观察。
在所谓的强度反馈随机激光中，光的传播可以描述为放大的扩散过程，在忽略其干涉效应后，这种机制导致平滑且窄的发射峰，半峰全宽为几nm。
相反，在共振反馈随机激光中，多重散射的干涉起着主要作用，这可能导致光模的某种程度的空间局域化，并导致非常窄的激光峰值。
而最近已经通过降低泵浦光子的方向性，研究了RFRL到IFRL的转变，这种转变可能与模式的耦合有关，模式的耦合决定了类似缩合的过程，即罗丹明溶液中微米大小的二氧化钛团簇集体振荡的开始。
将这种跃迁的研究扩展到固态器件，对于理解如何定制随机激光器的发射特征，以及模式相互作用非常重要，但事实上，具有不同反馈或模间耦合的机制，应通过显示增益特性的材料的组成和形态来改变无序度。
这些包括各种各样的系统，塑料基质中的染料，有等离子体增强散射的亚波长粒子，与掺杂有金纳米粒子的纤维素纤维，以及发光纳米复合材料，可用于显示器、有机激光器和纳米光子学。
在这里可以展示了如何在由电纺聚合物纤维制成的随机激光器中，定制光谱特征和模式强度相关特征，该随机激光器通过掺杂TiO控制局部无序，具有光学增益2纳米粒子。
而纤维在器件中充当多功能组件，提供受激发射、沿其纵轴的波导以及由于其折射率和圆柱体的适度散射，这些性质导致IFRL具有高度相互作用的共振，导致强相关的随机激光发射。
同时簇状TiO2粒子在复杂材料中提供了额外的弹性散射和反馈，并被发现以离散的和更弱相互作用的激光模式驱动系统到RFRL。
通过对收集模式的方向性选择，RFRL到IFRL转换的开始也被探测以减少导向辐射，这些结果是波导在增强随机激光器模式耦合中的作用的第一个实验证据。
在制作了由无序的静电纺聚苯乙烯纤维垫掺杂，以及7-双-9-咔唑作为增益材料，并且任选嵌入的TiO提供了进一步的无序度2粒子。
而选择PS作为热塑性聚合物，其折射率约为1.6，并且在可见光和近红外区域，具有良好的光学透明性，与其他透明聚合物相比，导致波导具有低传播损耗和改进的模式限制。
同时弹性模量和热性能的静电纺丝PS纤维，在基于它们制造塑料激光器在室温下工作时是稳定的，而Fl-Cz-Fl是一种蓝色发光化合物，其特征在于芴和咔唑部分排列成取代模式，并显示出高发射量子产率和大辐射衰减率。
而Fl-Cz-Fl扭曲的分子结构和庞大的外围部分，会导致高Tg确保形成稳定的非晶相，静电纺丝技术在生产几乎一维的聚合物结构方面非常有效，包括发光纳米纤维，如果假设所用的带电溶液，则显示出足够量的大分子缠结。
再加上混合纤维可以直接电纺，将纳米颗粒结合到有机细丝中，通过嵌入的成分来定制光学特性，而该方法非常便于实现，是由具有光学增益的发光光纤制成，并组装成板状的随机激光器。
但实际上，平板激光发射的临界厚度，是由t = π(lGlT/3)1/2给出，而对于塑料基质中的激光染料，lG可能是几百微米的数量级，而lT在我们的电纺纤维膜中，通过相干背散射实验估计在2-10微米范围内。
这导致了t约100微米的值，而这完全在通过静电纺丝容易获得的厚度范围内，同时这里实现的有机纤维显示出大约4微米的平均直径。
具有微米级粗糙度和大致圆柱形的主体，而TiO2颗粒也可以在纤维内聚集，形成尺寸高达几个微米，从而为传输的光引入额外的弹性散射。
在白色照明条件下，紫外激发下的静电纺丝垫的显示光谱大部分是平滑的，只有在顶部有轻微的特征，这归因于IFRL。
而取而代之的是掺杂TiO的纤维的发射光谱2粒子是尖锐的，具有几个窄的峰，其波长在改变激发能流时非常稳定。
而这些特征显然是RFRL的，同时在发现激光发射的明确的激发阈值约为15mj，，并且在大约20毫焦耳厘米处。
对于纯有机物和二氧化钛掺杂光纤，即光致发光信号会随着激发能流的增加，而微弱地且很大程度上线性地增长。
同时人们还可以预期来自周围区域的放大自发辐射的间接泵浦，对模式激发的显著贡献，其在由聚合物非织造材料构成的有机板中被波导。
而且先前的工作已经显示了，沿着随机取向的纳米纤维网络定向引导的ASE成分的持久性，在嵌入二氧化钛后激光阈值的增加，同时粒子与相应减少的特征散射平均自由程相关。
该特征散射平均自由程，是由ASE沿着激发条纹的定向泵浦所经历的，通过各种方法将允许基于光纤的随机激光器的激发阈值降低，以及包括结合的金纳米粒子，利用等离子体增强的光散射。
添加TiO2纳米粒子和增加的局部无序度，可以清楚地将基于光纤的随机激光器，从多模IFRL模式驱动到RFRL模式，有很少的离散激光模式，在这方面，从更平滑到更尖峰的发射，到这种转变成一种明确的方式，与无序介质的组成和形态复杂性相关联。
而TiO中存在两种不同的散射成分掺杂纤维垫，是具有高度拉长形状的聚合物细丝，并且沿着它们的轴具有波导能力和无机颗粒，可为了更好地使不同散射体的贡献合理化，我们考虑了具有和不具有TiO的样品的发射光谱中，不同模式的强度的相关性纳米粒子。
为了更好地突出如何C根据波长，可以绘制含和不含TiO的Fl-Cz-Fl/PS纤维光谱，而光纤随机激光器的高度相关的光谱区域，在自相关对角线嵌入TiO后纳米粒子进入发光纤维垫。
以非常不同的方式变得有纹理，在叠加到自相关对角线的网格图案为特征，而这突出了主峰波长的较低的相互相关性，暗示了光谱相邻模式之间建立的相对较差的相互作用
而这些发现与最近报道的，具有胶体散射体的凝胶状增益介质中激光随机起伏的结果相一致，可事实上，由垂直和水平交叉线定义的点，只有在属于自相关对角线时才高度相关，而在激光材料中添加粒子导致出现相关值< 0.5的离散激光峰值对，即具有适度的强度相关性。
●○不同形状的斑点激发○●
对于由具有纳米颗粒散射体的增益溶液制成的随机激光器，用不同形状的斑点激发，锁模转变与从共振到非相干反馈机制的变化相关，并且与激发的方向性和模式的空间重叠相关。
在空间上距离较远或弱重叠的模式，可能仅部分地相互作用，这里在相同的激发几何形状下，Fl-Cz-Fl/PS光纤根据TiO呈现IFRL或RFRL光谱特性2掺杂，而两个研究样品的平均强度相关性很高，证明模式相互作用甚至在RFRL机制中也起作用。
这种奇特的行为是由于影响由纳米纤维组成的，复杂材料中的光子传输的各种相互作用机制，除了形状因子取决于激光波长和纤维横截面的光散射之外，电纺发光聚合物细丝可能显示出，显著的波导特性。
在其设置中，激发带足够大，以泵浦大量光纤，因此沿不同方向触发不同的波导模式，沿着单个电纺纤维长度传播的自发射光的损耗系数γ低至小于100厘米，而对应于几十微米的有效光子传输，这可能有利于本来重叠较差的模式的耦合，从而导致相关的激光模式。
通过随机环形谐振器的形成，在具有确定的梳状光谱发射的染料掺杂光纤中，发现了类似的行为，然而与以前的工作不同。
●○写在最后○●
这里通过测量作为变化距离的函数的发射强度来量化波导效应，从对准的Fl-Cz-Fl/PS光纤的发射边缘，开始的激发区域的数字输出强度随着增加而降低。
该值与有源聚合物平板波导的传播损耗系数相当，这表明沿着无序纤维网络的有效光传输，而单根光纤的光学限制特性和光纤间的耦合，都可能有利于毫米距离上的波导。
而电纺纤维材料的这些性质，使得它们对于随机激光应用以及研究由增强的光传输促进的耦合机制非常感兴趣。
