Kompleksni laserji z mikrovotlinami od urejenih do neurejenih stanj

Kompleksni laserji z mikrovotlinami od urejenih do neurejenih stanj

Tipičen laser je sestavljen iz treh osnovnih elementov: vira črpalke, ojačevalnega medija, ki ojača stimulirano sevanje, in strukture votline, ki ustvarja optično resonanco. Ko je velikost votlinelaserje blizu mikronske ali submikronske ravni, je postal ena od trenutnih raziskovalnih žarišč v akademski skupnosti: laserji z mikrovotlinami, ki lahko dosežejo znatno interakcijo svetlobe in snovi v majhnem volumnu. Združevanje mikrokavitet s kompleksnimi sistemi, kot je uvedba nepravilnih ali neurejenih meja votlin ali uvajanje kompleksnih ali neurejenih delovnih medijev v mikrokavitete, bo povečalo stopnjo svobode laserskega izhoda. Značilnosti fizičnega nekloniranja neurejenih votlin prinašajo večdimenzionalne metode nadzora parametrov laserja in lahko razširijo potencial njegove uporabe.

Različni sistemi naključnegamikrokavitetni laserji
V tem prispevku so naključni laserji z mikrovotlinami prvič razvrščeni iz različnih dimenzij votline. To razlikovanje ne poudarja le edinstvenih izhodnih značilnosti naključnega laserja z mikrovotlinami v različnih dimenzijah, temveč tudi pojasnjuje prednosti razlike v velikosti naključne mikrovotline na različnih regulativnih in uporabnih področjih. Tridimenzionalna polprevodniška mikrovotlina ima običajno manjši volumen moda, s čimer se doseže močnejša interakcija svetlobe in snovi. Zaradi svoje tridimenzionalne zaprte strukture je lahko svetlobno polje visoko lokalizirano v treh dimenzijah, pogosto z visokim faktorjem kakovosti (Q-faktor). Zaradi teh značilnosti je primeren za visoko natančno zaznavanje, shranjevanje fotonov, kvantno obdelavo informacij in druga napredna tehnološka področja. Odprt dvodimenzionalni tankoslojni sistem je idealna platforma za konstruiranje neurejenih planarnih struktur. Kot dvodimenzionalna neurejena dielektrična ravnina z integriranim ojačanjem in sipanjem lahko tankoslojni sistem aktivno sodeluje pri ustvarjanju naključnega laserja. Učinek ravninskega valovoda olajša spajanje in zbiranje laserja. Z dodatno zmanjšano dimenzijo votline lahko integracija povratnih in ojačevalnih medijev v enodimenzionalni valovod zavre radialno sipanje svetlobe, hkrati pa izboljša aksialno svetlobno resonanco in sklopitev. Ta integracijski pristop na koncu izboljša učinkovitost laserske generacije in spajanja.

Regulativne značilnosti laserjev z naključno mikrokavitacijo
Številni indikatorji tradicionalnih laserjev, kot so koherenca, prag, izhodna smer in polarizacijske značilnosti, so ključna merila za merjenje izhodne zmogljivosti laserjev. V primerjavi z običajnimi laserji s fiksnimi simetričnimi votlinami zagotavlja laser z naključnimi mikrovotlinami večjo prilagodljivost pri regulaciji parametrov, kar se odraža v več dimenzijah, vključno s časovno domeno, spektralno domeno in prostorsko domeno, kar poudarja večdimenzionalno krmiljenje laserja z naključnimi mikrovotlinami.

Značilnosti uporabe naključnih laserjev z mikrovotlinami
Nizka prostorska koherenca, naključnost načinov in občutljivost na okolje zagotavljajo številne ugodne dejavnike za uporabo stohastičnih laserjev z mikrovotlinami. Z rešitvijo nadzora načina in nadzora smeri naključnega laserja se ta edinstveni svetlobni vir vedno pogosteje uporablja pri slikanju, medicinski diagnostiki, zaznavanju, informacijski komunikaciji in drugih področjih.
Kot laser z neurejeno mikro votlino v mikro in nano merilu je laser z naključno mikro votlino zelo občutljiv na okoljske spremembe, njegove parametrične značilnosti pa se lahko odzovejo na različne občutljive indikatorje, ki spremljajo zunanje okolje, kot so temperatura, vlaga, pH, koncentracija tekočine, lomni količnik itd., kar ustvarja vrhunsko platformo za realizacijo visoko občutljivih aplikacij za zaznavanje. Na področju slikanja idealvir svetlobemora imeti visoko spektralno gostoto, močan usmerjen izhod in nizko prostorsko koherenco, da prepreči interferenčne pegaste učinke. Raziskovalci so pokazali prednosti naključnih laserjev za slikanje brez peg v perovskitu, biofilmu, razpršilcih tekočih kristalov in nosilcih celičnega tkiva. V medicinski diagnostiki lahko naključni laser z mikrovotlinami prenaša razpršene informacije iz biološkega gostitelja in je bil uspešno uporabljen za odkrivanje različnih bioloških tkiv, kar zagotavlja priročnost za neinvazivno medicinsko diagnozo.

V prihodnosti bo sistematična analiza neurejenih struktur mikrovotlin in zapletenih mehanizmov laserskega ustvarjanja postala popolnejša. Z nenehnim napredkom znanosti o materialih in nanotehnologije se pričakuje, da bo izdelanih več finih in funkcionalnih struktur z neurejenimi mikrovotlinami, kar ima velik potencial pri spodbujanju osnovnih raziskav in praktičnih aplikacij.