静电纺丝是一种简便、容易控制的制备纳米丝纤维的方法,通过这种方法制备的纳米丝直径可以控制在几十纳米至几微米之间。静电纺丝技术由电喷技术发展而来,当溶液的粘度增加到一定值后,喷出来的液滴在电场中受到电场力的作用,被拉扯成纤维,溶剂在这一过程中汽化,只留下溶质纤维沉积在接收板表面。自从这种制备纳米纤维的方法被开发,已成功实现各种材料的制备,并被应用到污水处理、电池电极、空气净化等多个领域。但是,纳米丝在光学尤其是随机激光激发上的应用研究并不多见。传统的激光器一般由提供反馈的精密的谐振腔和提供增益的材料组成,当增益大于损耗时,光在谐振腔中不断被放大,达到阈值后激发出激光。随机激光的原理和传统激光器类似,不过,反馈不再由谐振腔提供,而是由散射提供。光在随机材料中被散射介质不断散射,当增益大于损耗,就可能激发出激光,这种激光被定义为随机激光。自从随机激光实验在1994年被首次报道以后,各种材料被用于制备散射介质或增益物质,如半导体材料、生物材料、高分子材料、金属材料等。而基于高分子纤维的随机激光在最近几年也引起关注。在之前的报道中,制备高分子纳米纤维使用最多的方法是提拉法和静电纺丝法,而纳米丝激发随机激光的原理被证明是纳米丝以波导的形式约束光在纤维中的传播并实现放大,最终激发出随机激光。静电纺丝法制备的纤维用于激发随机激光的报道通常使用聚甲基丙烯酸甲酯高分子和激光染料掺杂制备出微米级的纤维。本文通过静电纺丝法制备出纳米级的聚乙烯醇纳米纤维,并讨论纳米丝直径对随机激光的影响。发现只有当纳米丝的直径大于255 nm时,波长570 nm左右的光才可以在纳米丝纤维中传播并产生随机激光。我们制备了直径300 nm和500 nm以上的聚乙烯醇纤维,分别得到了单模和多模式的相干随机激光,证明了纤维直径可以决定光在纤维中传播的模式数。这一结果表明,静电纺丝制备的纳米纤维可以用于光通信和密码学中。由于纳米丝纤维的随机分布性,其本身可以作为散射介质散射光,从而激发出随机激光。本文制备了直径150 nm的聚乙烯醇纤维,只得到了激光染料的荧光光谱,表明纳米纤维的散射强度不足以提供反馈。进而,本研究另一个重点是通过纳米丝表面修饰和掺杂的方法,实现增强纳米丝对入射光的散射能力,分别获得了单峰和双峰的随机激光光谱。这一结果表明,随机激光器的制备可以拓展到小直径的纳米纤维中,而且为双色随机激光器的制备提供了新的思路。同时,为了进一步验证光在纳米丝中的耦合及传输特性,本文使用FDTD方法,对光在纳米丝截面散射和纳米丝中传播进行了理论模拟。模拟结果表明,(1)纳米丝内部激光染料的散射作用对随机激光的影响微乎其微;(2)掺杂颗粒对光在纳米丝中产生了较大的影响;(3)随着纳米丝直径的增大,可传导光的模式逐渐增多。由于掺杂纳米颗粒的散射作用,使得光能够在小直径的纳米丝中传输;表面修饰的引入,使得光能够在不规则曲面中传播并产生许多局域模式。模拟结果进一步证明了可传导光的模式数由纳米丝的直径决定,并从仿真角度解释了散射增强是小直径纳米丝产生随机激光的原因。