Lasery s mikrodutinovým komplexom od usporiadaných až po neusporiadané stavy

Lasery s mikrodutinovým komplexom od usporiadaných až po neusporiadané stavy

Typický laser pozostáva z troch základných prvkov: zdroja pumpy, zosilňovacieho média, ktoré zosilňuje stimulované žiarenie, a štruktúry dutiny, ktorá generuje optickú rezonanciu. Keď veľkosť dutinylaserje blízko k mikrónovej alebo submikrónovej úrovni, stal sa jedným zo súčasných výskumných hotspotov v akademickej komunite: mikrodutinovými lasermi, ktoré dokážu dosiahnuť významnú interakciu svetla a hmoty v malom objeme. Kombinácia mikrodutín so zložitými systémami, ako je zavádzanie nepravidelných alebo neusporiadaných hraníc dutín alebo zavádzanie zložitých alebo neusporiadaných pracovných médií do mikrodutín, zvýši stupeň voľnosti laserového výstupu. Fyzikálne neklonovacie charakteristiky neusporiadaných dutín prinášajú viacrozmerné metódy riadenia parametrov lasera a môžu rozšíriť jeho aplikačný potenciál.

Rôzne systémy náhodymikrodutinové lasery
V tomto článku sú náhodné mikrodutinové lasery prvýkrát klasifikované z rôznych rozmerov dutiny. Toto rozlíšenie nielenže zdôrazňuje jedinečné výstupné charakteristiky náhodného mikrodutinového lasera v rôznych rozmeroch, ale tiež objasňuje výhody rozdielu veľkosti náhodnej mikrodutiny v rôznych regulačných a aplikačných oblastiach. Trojrozmerná mikrodutina v tuhom stave má zvyčajne menší objem režimu, čím sa dosahuje silnejšia interakcia svetla a hmoty. Vďaka svojej trojrozmernej uzavretej štruktúre môže byť svetelné pole vysoko lokalizované v troch rozmeroch, často s vysokým faktorom kvality (Q-faktor). Vďaka týmto vlastnostiam je vhodný pre vysoko presné snímanie, ukladanie fotónov, kvantové spracovanie informácií a ďalšie pokročilé technologické oblasti. Otvorený dvojrozmerný tenkovrstvový systém je ideálnou platformou na vytváranie neusporiadaných rovinných štruktúr. Ako dvojrozmerná neusporiadaná dielektrická rovina s integrovaným ziskom a rozptylom sa tenkovrstvový systém môže aktívne podieľať na generovaní náhodného lasera. Planárny vlnovodný efekt uľahčuje laserovú väzbu a zber. S ďalším zmenšeným rozmerom dutiny môže integrácia média spätnej väzby a zosilnenia do jednorozmerného vlnovodu potlačiť rozptyl radiálneho svetla a zároveň zvýšiť axiálnu svetelnú rezonanciu a väzbu. Tento integračný prístup v konečnom dôsledku zlepšuje účinnosť generovania a spájania lasera.

Regulačné charakteristiky náhodných mikrodutinových laserov
Mnohé ukazovatele tradičných laserov, ako sú koherencia, prah, smer výstupu a polarizačné charakteristiky, sú kľúčovými kritériami na meranie výstupného výkonu laserov. V porovnaní s konvenčnými lasermi s pevnými symetrickými dutinami poskytuje náhodný mikrodutinový laser väčšiu flexibilitu pri regulácii parametrov, čo sa odráža vo viacerých rozmeroch vrátane časovej domény, spektrálnej domény a priestorovej domény, čo zvýrazňuje viacrozmernú ovládateľnosť náhodného mikrodutinového lasera.

Aplikačné charakteristiky náhodných mikrodutinových laserov
Nízka priestorová koherencia, režimová náhodnosť a citlivosť na prostredie poskytujú mnoho priaznivých faktorov pre aplikáciu stochastických mikrodutinových laserov. Vďaka vyriešeniu riadenia režimu a riadenia smeru náhodného lasera sa tento jedinečný svetelný zdroj stále viac používa v zobrazovaní, lekárskej diagnostike, snímaní, informačnej komunikácii a ďalších oblastiach.
Ako neusporiadaný mikrodutinový laser v mikro a nano mierke je náhodný mikrodutinový laser veľmi citlivý na zmeny prostredia a jeho parametrické charakteristiky môžu reagovať na rôzne citlivé indikátory monitorujúce vonkajšie prostredie, ako je teplota, vlhkosť, pH, koncentrácia kvapaliny, index lomu atď., čím sa vytvára vynikajúca platforma na realizáciu aplikácií snímania s vysokou citlivosťou. V oblasti zobrazovania ideálsvetelný zdrojby mala mať vysokú spektrálnu hustotu, silný smerový výstup a nízku priestorovú koherenciu, aby sa zabránilo efektom rušivých škvŕn. Výskumníci preukázali výhody náhodných laserov pre zobrazovanie bez škvŕn v perovskite, biofilme, rozptylovačoch tekutých kryštálov a nosičoch bunkového tkaniva. V lekárskej diagnostike môže náhodný mikrodutinový laser prenášať rozptýlené informácie z biologického hostiteľa a úspešne sa používa na detekciu rôznych biologických tkanív, čo poskytuje pohodlie pre neinvazívnu lekársku diagnostiku.

V budúcnosti bude systematická analýza neusporiadaných štruktúr mikrodutín a komplexných mechanizmov generovania laserov úplnejšia. S neustálym pokrokom materiálovej vedy a nanotechnológie sa očakáva, že sa bude vyrábať viac jemných a funkčných neusporiadaných mikrodutinových štruktúr, čo má veľký potenciál pri podpore základného výskumu a praktických aplikácií.