[發明專利]一種納米球光場的前向零散射調控方法

有效

• 申請號: 202010113105.3
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111404012B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 張允晶;李鵬;竇玉江;何興理;李靈峰
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01S3/094
• 分類號: H01S3/094;H01S3/16
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 馬明渡

1.一種納米球光場的前向零散射調控方法，假設原光場由入射光(1)和原光學納米球(2)形成，其特征在于：

在所述原光場的原光學納米球(2)體系中加入具有光學增益特性的增益納米球(3)作為光學增益介質，并利用光纖泵浦方式激勵該光學增益介質實現增益，且通過調節光纖泵浦的激勵強度來調整光學增益介質增益強度，從而實現光場前向零散射；

所述增益納米球(3)以及光纖泵浦的激光強度如下：

將原光學納米球(2)與待加入的增益納米球(3)以偶極子等效方法進行分析，如果光場前向散射為零，則所加入的增益納米球(3)的極化率如公式(I)：

公式(I)中：

α₂表示增益納米球(3)的極化率，系未知量，量綱為庫倫·米²/伏特；

α₁表示原光學納米球(2)的極化率，系已知量，量綱為庫倫·米²/伏特；

η表示入射光(1)方向的方位角，系已知量，量綱為弧度；

γ表示入射光(1)的俯仰角，系已知量，量綱為弧度；

k表示入射光(1)的波數，k＝2π/λ，系已知量，量綱為米^-1，其中，λ為入射光(1)的波長，系已知量，量綱為米，而波長λ與角頻率ω之間的關系為ω＝2πc/λ，c為真空中光速；

d表示原光學納米球(2)與增益納米球(3)之間的球心距離，系已知量，量綱為米；

ε表示環境的絕對介電常數，系已知量，量綱為法/米；

e表示歐拉常數，e＝2.71828；

i表示虛數單位；

已知納米球的介電常數與極化率之間的關系如公式(Ⅱ)：

公式(Ⅱ)中：

α表示納米球的極化率，系已知量，量綱為庫倫·米²/伏特；

ε_r表示納米球的相對介電常數，系未知量，無量綱；

R表示納米球的半徑，系已知量，量綱為米；

ε表示環境的絕對介電常數，與公式(I)的ε含義相同；

k表示入射光(1)的波數，與公式(I)的k含義相同；

將公式(I)得出的增益納米球(3)的極化率代入公式(Ⅱ)得出所述增益納米球(3)的介電常數ε_G(ω)；

根據增益納米球(3)的介電常數ε_G(ω)來構造具有介電常數ε_G(ω)的增益納米球(3)，具體實現方式如下：

由于增益強度能夠用等效介電常數來表征，并用如下公式(Ⅲ)來表示：

公式(Ⅲ)中：

ε_G表示光學增益介質在光纖泵浦激勵后的相對介電常數，系已知量，無量綱；

ε_L表示光學增益介質在光纖泵浦激勵前的相對介電常數，系已知量，無量綱；

K表示光纖(4)中傳輸的激光強度系數，系未知量，無量綱；

γ₀表示光學增益介質的增益帶寬，系已知量，量綱為弧度/秒；

ω表示入射光(1)的頻率，系已知量，量綱為弧度/秒；

ω₀表示光學增益介質的諧振頻率，系已知量，量綱為弧度/秒；

i表示虛數單位，與公式(I)中的i含義相同；

由公式(Ⅲ)能夠得到光纖(4)中傳輸的激光強度系數K，從而獲得出在光場前向零散射條件下光纖泵浦中激勵源的激光強度。

2.根據權利要求1所述的調控方法，其特征在于：所述光學增益介質采用三價鉺離子摻雜的硅材料，三價鉺離子的摻雜濃度為3×10²⁰-6×10²⁰離子個數/每立方厘米。

3.根據權利要求2所述的調控方法，其特征在于：所述三價鉺離子的摻雜濃度為4×10²⁰-5×10²⁰離子個數/每立方厘米。

4.根據權利要求1所述的調控方法，其特征在于：所述光纖泵浦是以激光為激勵源，以光纖(4)為載體，并將光纖(4)環繞在光學增益介質外圍，其中，光纖(4)的一端作為激光射入端口(5)，另一端為作為激光射出端口(6)，當激光通過光纖(4)后以光耦合形式激勵光學增益介質產生前向增益。