Abstract

Using the time-dependent theory, we calculate the random-laser emission spectra in a two-dimensional strongly disordered medium. The calculation results show that in low dimensional systems, such as thinfilm disordered media and planar waveguides, the larger the difference of the refractive indices between the scattering and background media, the smaller the lasing threshold. We also reveal the existence of multimode survival and mode competition. We experimentally obtain the emission spectra of a dye solution with Al particles doped at different pumping energies, and the experimental results agree well with the calculated ones.

© 2012 Chinese Optics Letters

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. S. John and G. Pang, Phys. Rev. A 54, 3642 (1996).
  2. D. Wiersma and A. Lagendijk, Phys. Rev. E 54, 4256 (1996).
  3. X. Jiang and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. Lett. 85, 70 (2000).
  4. C. Vanneste and P. Sebbah, Phys. Rev. Lett. 87, 183903 (2001).
  5. X. Jiang and C. M. Soukoulis, Phy. Rev. E 65, 25601 (2002).
  6. J. Liu, Z. Xiong, and W. Chun, J. Opt. A Pure: Appl. Opt. 9, 658 (2007).
  7. J. Andreasen, A. A. Asatryan, L. C. Botten, M. A. Byrne, H. Cao, L. Ge, L. Labonte, P. Sebbah, A. D. Stone, H. E. Tureci, and C. Vanneste, Adv. Opt. Photon. 3, 88 (2011).
  8. O. Zaitsev and L. Deych, J. Optics 12, 024001 (2010).
  9. J. Andreasen, C. Vanneste, L. Ge, and H. Cao, Phys. Rev. A 81, 043818 (2010).
  10. N. M. Lawandy, R. Balachandran, A. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).
  11. H. Cao, Y. Zhao, S. Ho, E. Seelig, Q. Wang, and R. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).
  12. H. Cao, J. Xu, D. Zhang, S. Chang, S. Ho, E. Seelig, X. Liu, and R. Chang, Phys. Rev. Lett. 84, 5584 (2000).
  13. H. Cao, J. Xu, S. Chang, and S. Ho, Phys. Rev. E 61, 1985 (2000).
  14. Y. Ling, H. Cao, A. Burin, M. Ratner, X. Liu, and R. Chang, Phys. Rev. A 64, 63808 (2001).
  15. K. Van Der Molen, R. Tjerkstra, A. Mosk, and A. Lagendijk, Phy. Rev. Lett. 98, 143901 (2007).
  16. Q. Song, S. Xiao, Z. Xu, J. Liu, X. Sun, V. Drachev, V. M. Shalaev, O. Akkus, and Y. L. Kim, Opt. Lett. 35, 1425 (2010).
  17. J. Kitur, G. Zhu, M. Bahoura, and M. A. Noginov, J. Optics 12, 024009 (2010).
  18. T. Zhai, X. Zhang, Z. Pang, X. Su, H. Liu, S. Feng, and L. Wang, Nano Lett. 11, 4295 (2011).
  19. P. Sebbah and C. Vanneste, Phys. Rev. B 66, 144202 (2002).
  20. Y. Xie, B. Li, Q. You, D. Hu, Y. Lei, H. Yang, and Y. Wang, in Proceedings of Remote Sensing, Environment and Transportation Engineering (RSETE) 2011 5904(2011).
  21. X. Zhai, Y. Sun, and D. Wu, Opt. Lett. 36, 4242 (2011).
  22. L. Yang, G. Feng, J. Yi, K. Yao, G. Deng, and S. Zhou, Appl. Opt. 50, 1816 (2011).
  23. J. Berenger, J. Comput. Phys. 114, 185 (1994).
  24. T. Ito and M. Tomita, Phys. Rev. E 66, 027601 (2002).

2011 (4)

2010 (4)

Q. Song, S. Xiao, Z. Xu, J. Liu, X. Sun, V. Drachev, V. M. Shalaev, O. Akkus, and Y. L. Kim, Opt. Lett. 35, 1425 (2010).

J. Kitur, G. Zhu, M. Bahoura, and M. A. Noginov, J. Optics 12, 024009 (2010).

O. Zaitsev and L. Deych, J. Optics 12, 024001 (2010).

J. Andreasen, C. Vanneste, L. Ge, and H. Cao, Phys. Rev. A 81, 043818 (2010).

2007 (2)

K. Van Der Molen, R. Tjerkstra, A. Mosk, and A. Lagendijk, Phy. Rev. Lett. 98, 143901 (2007).

J. Liu, Z. Xiong, and W. Chun, J. Opt. A Pure: Appl. Opt. 9, 658 (2007).

2002 (3)

X. Jiang and C. M. Soukoulis, Phy. Rev. E 65, 25601 (2002).

T. Ito and M. Tomita, Phys. Rev. E 66, 027601 (2002).

P. Sebbah and C. Vanneste, Phys. Rev. B 66, 144202 (2002).

2001 (2)

C. Vanneste and P. Sebbah, Phys. Rev. Lett. 87, 183903 (2001).

Y. Ling, H. Cao, A. Burin, M. Ratner, X. Liu, and R. Chang, Phys. Rev. A 64, 63808 (2001).

2000 (3)

H. Cao, J. Xu, D. Zhang, S. Chang, S. Ho, E. Seelig, X. Liu, and R. Chang, Phys. Rev. Lett. 84, 5584 (2000).

H. Cao, J. Xu, S. Chang, and S. Ho, Phys. Rev. E 61, 1985 (2000).

X. Jiang and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. Lett. 85, 70 (2000).

1999 (1)

H. Cao, Y. Zhao, S. Ho, E. Seelig, Q. Wang, and R. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).

1996 (2)

S. John and G. Pang, Phys. Rev. A 54, 3642 (1996).

D. Wiersma and A. Lagendijk, Phys. Rev. E 54, 4256 (1996).

1994 (2)

N. M. Lawandy, R. Balachandran, A. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).

J. Berenger, J. Comput. Phys. 114, 185 (1994).

Akkus, O.

Andreasen, J.

Asatryan, A. A.

Bahoura, M.

J. Kitur, G. Zhu, M. Bahoura, and M. A. Noginov, J. Optics 12, 024009 (2010).

Balachandran, R.

N. M. Lawandy, R. Balachandran, A. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).

Berenger, J.

J. Berenger, J. Comput. Phys. 114, 185 (1994).

Botten, L. C.

Burin, A.

Y. Ling, H. Cao, A. Burin, M. Ratner, X. Liu, and R. Chang, Phys. Rev. A 64, 63808 (2001).

Byrne, M. A.

Cao, H.

J. Andreasen, A. A. Asatryan, L. C. Botten, M. A. Byrne, H. Cao, L. Ge, L. Labonte, P. Sebbah, A. D. Stone, H. E. Tureci, and C. Vanneste, Adv. Opt. Photon. 3, 88 (2011).

J. Andreasen, C. Vanneste, L. Ge, and H. Cao, Phys. Rev. A 81, 043818 (2010).

Y. Ling, H. Cao, A. Burin, M. Ratner, X. Liu, and R. Chang, Phys. Rev. A 64, 63808 (2001).

H. Cao, J. Xu, S. Chang, and S. Ho, Phys. Rev. E 61, 1985 (2000).

H. Cao, J. Xu, D. Zhang, S. Chang, S. Ho, E. Seelig, X. Liu, and R. Chang, Phys. Rev. Lett. 84, 5584 (2000).

H. Cao, Y. Zhao, S. Ho, E. Seelig, Q. Wang, and R. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).

Chang, R.

Y. Ling, H. Cao, A. Burin, M. Ratner, X. Liu, and R. Chang, Phys. Rev. A 64, 63808 (2001).

H. Cao, J. Xu, D. Zhang, S. Chang, S. Ho, E. Seelig, X. Liu, and R. Chang, Phys. Rev. Lett. 84, 5584 (2000).

H. Cao, Y. Zhao, S. Ho, E. Seelig, Q. Wang, and R. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).

Chang, S.

H. Cao, J. Xu, D. Zhang, S. Chang, S. Ho, E. Seelig, X. Liu, and R. Chang, Phys. Rev. Lett. 84, 5584 (2000).

H. Cao, J. Xu, S. Chang, and S. Ho, Phys. Rev. E 61, 1985 (2000).

Chun, W.

J. Liu, Z. Xiong, and W. Chun, J. Opt. A Pure: Appl. Opt. 9, 658 (2007).

Deng, G.

Deych, L.

O. Zaitsev and L. Deych, J. Optics 12, 024001 (2010).

Drachev, V.

Feng, G.

Feng, S.

T. Zhai, X. Zhang, Z. Pang, X. Su, H. Liu, S. Feng, and L. Wang, Nano Lett. 11, 4295 (2011).

Ge, L.

Gomes, A.

N. M. Lawandy, R. Balachandran, A. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).

Ho, S.

H. Cao, J. Xu, S. Chang, and S. Ho, Phys. Rev. E 61, 1985 (2000).

H. Cao, J. Xu, D. Zhang, S. Chang, S. Ho, E. Seelig, X. Liu, and R. Chang, Phys. Rev. Lett. 84, 5584 (2000).

H. Cao, Y. Zhao, S. Ho, E. Seelig, Q. Wang, and R. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).

Ito, T.

T. Ito and M. Tomita, Phys. Rev. E 66, 027601 (2002).

Jiang, X.

X. Jiang and C. M. Soukoulis, Phy. Rev. E 65, 25601 (2002).

X. Jiang and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. Lett. 85, 70 (2000).

John, S.

S. John and G. Pang, Phys. Rev. A 54, 3642 (1996).

Kim, Y. L.

Kitur, J.

J. Kitur, G. Zhu, M. Bahoura, and M. A. Noginov, J. Optics 12, 024009 (2010).

Labonte, L.

Lagendijk, A.

K. Van Der Molen, R. Tjerkstra, A. Mosk, and A. Lagendijk, Phy. Rev. Lett. 98, 143901 (2007).

D. Wiersma and A. Lagendijk, Phys. Rev. E 54, 4256 (1996).

Lawandy, N. M.

N. M. Lawandy, R. Balachandran, A. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).

Ling, Y.

Y. Ling, H. Cao, A. Burin, M. Ratner, X. Liu, and R. Chang, Phys. Rev. A 64, 63808 (2001).

Liu, H.

T. Zhai, X. Zhang, Z. Pang, X. Su, H. Liu, S. Feng, and L. Wang, Nano Lett. 11, 4295 (2011).

Liu, J.

Liu, X.

Y. Ling, H. Cao, A. Burin, M. Ratner, X. Liu, and R. Chang, Phys. Rev. A 64, 63808 (2001).

H. Cao, J. Xu, D. Zhang, S. Chang, S. Ho, E. Seelig, X. Liu, and R. Chang, Phys. Rev. Lett. 84, 5584 (2000).

Molen, K. Van Der

K. Van Der Molen, R. Tjerkstra, A. Mosk, and A. Lagendijk, Phy. Rev. Lett. 98, 143901 (2007).

Mosk, A.

K. Van Der Molen, R. Tjerkstra, A. Mosk, and A. Lagendijk, Phy. Rev. Lett. 98, 143901 (2007).

Noginov, M. A.

J. Kitur, G. Zhu, M. Bahoura, and M. A. Noginov, J. Optics 12, 024009 (2010).

Pang, G.

S. John and G. Pang, Phys. Rev. A 54, 3642 (1996).

Pang, Z.

T. Zhai, X. Zhang, Z. Pang, X. Su, H. Liu, S. Feng, and L. Wang, Nano Lett. 11, 4295 (2011).

Ratner, M.

Y. Ling, H. Cao, A. Burin, M. Ratner, X. Liu, and R. Chang, Phys. Rev. A 64, 63808 (2001).

Sauvain, E.

N. M. Lawandy, R. Balachandran, A. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).

Sebbah, P.

J. Andreasen, A. A. Asatryan, L. C. Botten, M. A. Byrne, H. Cao, L. Ge, L. Labonte, P. Sebbah, A. D. Stone, H. E. Tureci, and C. Vanneste, Adv. Opt. Photon. 3, 88 (2011).

P. Sebbah and C. Vanneste, Phys. Rev. B 66, 144202 (2002).

C. Vanneste and P. Sebbah, Phys. Rev. Lett. 87, 183903 (2001).

Seelig, E.

H. Cao, J. Xu, D. Zhang, S. Chang, S. Ho, E. Seelig, X. Liu, and R. Chang, Phys. Rev. Lett. 84, 5584 (2000).

H. Cao, Y. Zhao, S. Ho, E. Seelig, Q. Wang, and R. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).

Shalaev, V. M.

Song, Q.

Soukoulis, C. M.

X. Jiang and C. M. Soukoulis, Phy. Rev. E 65, 25601 (2002).

X. Jiang and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. Lett. 85, 70 (2000).

Stone, A. D.

Su, X.

T. Zhai, X. Zhang, Z. Pang, X. Su, H. Liu, S. Feng, and L. Wang, Nano Lett. 11, 4295 (2011).

Sun, X.

Sun, Y.

Tjerkstra, R.

K. Van Der Molen, R. Tjerkstra, A. Mosk, and A. Lagendijk, Phy. Rev. Lett. 98, 143901 (2007).

Tomita, M.

T. Ito and M. Tomita, Phys. Rev. E 66, 027601 (2002).

Tureci, H. E.

Vanneste, C.

J. Andreasen, A. A. Asatryan, L. C. Botten, M. A. Byrne, H. Cao, L. Ge, L. Labonte, P. Sebbah, A. D. Stone, H. E. Tureci, and C. Vanneste, Adv. Opt. Photon. 3, 88 (2011).

J. Andreasen, C. Vanneste, L. Ge, and H. Cao, Phys. Rev. A 81, 043818 (2010).

P. Sebbah and C. Vanneste, Phys. Rev. B 66, 144202 (2002).

C. Vanneste and P. Sebbah, Phys. Rev. Lett. 87, 183903 (2001).

Wang, L.

T. Zhai, X. Zhang, Z. Pang, X. Su, H. Liu, S. Feng, and L. Wang, Nano Lett. 11, 4295 (2011).

Wang, Q.

H. Cao, Y. Zhao, S. Ho, E. Seelig, Q. Wang, and R. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).

Wiersma, D.

D. Wiersma and A. Lagendijk, Phys. Rev. E 54, 4256 (1996).

Wu, D.

Xiao, S.

Xiong, Z.

J. Liu, Z. Xiong, and W. Chun, J. Opt. A Pure: Appl. Opt. 9, 658 (2007).

Xu, J.

H. Cao, J. Xu, D. Zhang, S. Chang, S. Ho, E. Seelig, X. Liu, and R. Chang, Phys. Rev. Lett. 84, 5584 (2000).

H. Cao, J. Xu, S. Chang, and S. Ho, Phys. Rev. E 61, 1985 (2000).

Xu, Z.

Yang, L.

Yao, K.

Yi, J.

Zaitsev, O.

O. Zaitsev and L. Deych, J. Optics 12, 024001 (2010).

Zhai, T.

T. Zhai, X. Zhang, Z. Pang, X. Su, H. Liu, S. Feng, and L. Wang, Nano Lett. 11, 4295 (2011).

Zhai, X.

Zhang, D.

H. Cao, J. Xu, D. Zhang, S. Chang, S. Ho, E. Seelig, X. Liu, and R. Chang, Phys. Rev. Lett. 84, 5584 (2000).

Zhang, X.

T. Zhai, X. Zhang, Z. Pang, X. Su, H. Liu, S. Feng, and L. Wang, Nano Lett. 11, 4295 (2011).

Zhao, Y.

H. Cao, Y. Zhao, S. Ho, E. Seelig, Q. Wang, and R. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).

Zhou, S.

Zhu, G.

J. Kitur, G. Zhu, M. Bahoura, and M. A. Noginov, J. Optics 12, 024009 (2010).

Adv. Opt. Photon. (1)

Appl. Opt. (1)

J. Comput. Phys. (1)

J. Berenger, J. Comput. Phys. 114, 185 (1994).

J. Opt. A Pure: Appl. Opt. (1)

J. Liu, Z. Xiong, and W. Chun, J. Opt. A Pure: Appl. Opt. 9, 658 (2007).

J. Optics (2)

J. Kitur, G. Zhu, M. Bahoura, and M. A. Noginov, J. Optics 12, 024009 (2010).

O. Zaitsev and L. Deych, J. Optics 12, 024001 (2010).

Nano Lett. (1)

T. Zhai, X. Zhang, Z. Pang, X. Su, H. Liu, S. Feng, and L. Wang, Nano Lett. 11, 4295 (2011).

Nature (1)

N. M. Lawandy, R. Balachandran, A. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).

Opt. Lett. (2)

Phy. Rev. E (1)

X. Jiang and C. M. Soukoulis, Phy. Rev. E 65, 25601 (2002).

Phy. Rev. Lett. (1)

K. Van Der Molen, R. Tjerkstra, A. Mosk, and A. Lagendijk, Phy. Rev. Lett. 98, 143901 (2007).

Phys. Rev. A (3)

S. John and G. Pang, Phys. Rev. A 54, 3642 (1996).

J. Andreasen, C. Vanneste, L. Ge, and H. Cao, Phys. Rev. A 81, 043818 (2010).

Y. Ling, H. Cao, A. Burin, M. Ratner, X. Liu, and R. Chang, Phys. Rev. A 64, 63808 (2001).

Phys. Rev. B (1)

P. Sebbah and C. Vanneste, Phys. Rev. B 66, 144202 (2002).

Phys. Rev. E (3)

H. Cao, J. Xu, S. Chang, and S. Ho, Phys. Rev. E 61, 1985 (2000).

T. Ito and M. Tomita, Phys. Rev. E 66, 027601 (2002).

D. Wiersma and A. Lagendijk, Phys. Rev. E 54, 4256 (1996).

Phys. Rev. Lett. (4)

X. Jiang and C. M. Soukoulis, Phys. Rev. Lett. 85, 70 (2000).

C. Vanneste and P. Sebbah, Phys. Rev. Lett. 87, 183903 (2001).

H. Cao, Y. Zhao, S. Ho, E. Seelig, Q. Wang, and R. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).

H. Cao, J. Xu, D. Zhang, S. Chang, S. Ho, E. Seelig, X. Liu, and R. Chang, Phys. Rev. Lett. 84, 5584 (2000).

Other (1)

Y. Xie, B. Li, Q. You, D. Hu, Y. Lei, H. Yang, and Y. Wang, in Proceedings of Remote Sensing, Environment and Transportation Engineering (RSETE) 2011 5904(2011).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.