[发明专利]一种纳米球光场的前向零散射调控方法

权利要求书

1.一种纳米球光场的前向零散射调控方法，假设原光场由入射光(1)和原光学纳米球(2)形成，其特征在于：

在所述原光场的原光学纳米球(2)体系中加入具有光学增益特性的增益纳米球(3)作为光学增益介质，并利用光纤泵浦方式激励该光学增益介质实现增益，且通过调节光纤泵浦的激励强度来调整光学增益介质增益强度，从而实现光场前向零散射；

所述增益纳米球(3)以及光纤泵浦的激光强度如下：

将原光学纳米球(2)与待加入的增益纳米球(3)以偶极子等效方法进行分析，如果光场前向散射为零，则所加入的增益纳米球(3)的极化率如公式(I)：

公式(I)中：

α₂表示增益纳米球(3)的极化率，系未知量，量纲为库伦·米²/伏特；

α₁表示原光学纳米球(2)的极化率，系已知量，量纲为库伦·米²/伏特；

η表示入射光(1)方向的方位角，系已知量，量纲为弧度；

γ表示入射光(1)的俯仰角，系已知量，量纲为弧度；

k表示入射光(1)的波数，k＝2π/λ，系已知量，量纲为米^-1，其中，λ为入射光(1)的波长，系已知量，量纲为米，而波长λ与角频率ω之间的关系为ω＝2πc/λ，c为真空中光速；

d表示原光学纳米球(2)与增益纳米球(3)之间的球心距离，系已知量，量纲为米；

ε表示环境的绝对介电常数，系已知量，量纲为法/米；

e表示欧拉常数，e＝2.71828；

i表示虚数单位；

已知纳米球的介电常数与极化率之间的关系如公式(Ⅱ)：

公式(Ⅱ)中：

α表示纳米球的极化率，系已知量，量纲为库伦·米²/伏特；

ε_r表示纳米球的相对介电常数，系未知量，无量纲；

R表示纳米球的半径，系已知量，量纲为米；

ε表示环境的绝对介电常数，与公式(I)的ε含义相同；

k表示入射光(1)的波数，与公式(I)的k含义相同；

将公式(I)得出的增益纳米球(3)的极化率代入公式(Ⅱ)得出所述增益纳米球(3)的介电常数ε_G(ω)；

根据增益纳米球(3)的介电常数ε_G(ω)来构造具有介电常数ε_G(ω)的增益纳米球(3)，具体实现方式如下：

由于增益强度能够用等效介电常数来表征，并用如下公式(Ⅲ)来表示：

公式(Ⅲ)中：

ε_G表示光学增益介质在光纤泵浦激励后的相对介电常数，系已知量，无量纲；

ε_L表示光学增益介质在光纤泵浦激励前的相对介电常数，系已知量，无量纲；

K表示光纤(4)中传输的激光强度系数，系未知量，无量纲；

γ₀表示光学增益介质的增益带宽，系已知量，量纲为弧度/秒；

ω表示入射光(1)的频率，系已知量，量纲为弧度/秒；

ω₀表示光学增益介质的谐振频率，系已知量，量纲为弧度/秒；

i表示虚数单位，与公式(I)中的i含义相同；

由公式(Ⅲ)能够得到光纤(4)中传输的激光强度系数K，从而获得出在光场前向零散射条件下光纤泵浦中激励源的激光强度。

2.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于：所述光学增益介质采用三价铒离子掺杂的硅材料，三价铒离子的掺杂浓度为3×10²⁰-6×10²⁰离子个数/每立方厘米。

3.根据权利要求2所述的调控方法，其特征在于：所述三价铒离子的掺杂浓度为4×10²⁰-5×10²⁰离子个数/每立方厘米。

4.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于：所述光纤泵浦是以激光为激励源，以光纤(4)为载体，并将光纤(4)环绕在光学增益介质外围，其中，光纤(4)的一端作为激光射入端口(5)，另一端为作为激光射出端口(6)，当激光通过光纤(4)后以光耦合形式激励光学增益介质产生前向增益。