Mikrokavitetskomplexlasrar från ordnade till oordnade tillstånd

Mikrokavitetskomplexlasrar från ordnade till oordnade tillstånd

En typisk laser består av tre grundläggande element: en pumpkälla, ett förstärkningsmedium som förstärker den stimulerade strålningen och en kavitetsstruktur som genererar en optisk resonans. När kavitetsstorleken pålaserligger nära mikron- eller submikronnivån, har det blivit ett av de nuvarande forskningsområdena inom den akademiska världen: mikrokavitetslasrar, som kan uppnå betydande ljus- och materiainteraktion i en liten volym. Att kombinera mikrokaviteter med komplexa system, såsom att införa oregelbundna eller oordnade kavitetsgränser, eller att införa komplexa eller oordnade arbetsmedier i mikrokaviteter, kommer att öka graden av frihet för laserutgången. De fysiska icke-kloningsegenskaperna hos oordnade kaviteter medför flerdimensionella kontrollmetoder för laserparametrar och kan utöka dess tillämpningspotential.

Olika system för slumpmässigmikrokavitetslasrar
I denna artikel klassificeras slumpmässiga mikrokavitetslasrar för första gången utifrån olika kavitetsdimensioner. Denna distinktion belyser inte bara de unika utgångsegenskaperna hos den slumpmässiga mikrokavitetslasern i olika dimensioner, utan klargör också fördelarna med storleksskillnaden hos den slumpmässiga mikrokaviteten inom olika reglerings- och tillämpningsområden. Den tredimensionella fasta mikrokaviteten har vanligtvis en mindre modvolym, vilket uppnår en starkare ljus- och materiainteraktion. Tack vare sin tredimensionella slutna struktur kan ljusfältet vara mycket lokaliserat i tre dimensioner, ofta med en hög kvalitetsfaktor (Q-faktor). Dessa egenskaper gör det lämpligt för högprecisionsavkänning, fotonlagring, kvantinformationsbehandling och andra avancerade teknikområden. Det öppna tvådimensionella tunnfilmssystemet är en idealisk plattform för att konstruera oordnade plana strukturer. Som ett tvådimensionellt oordnat dielektriskt plan med integrerad förstärkning och spridning kan tunnfilmssystemet aktivt delta i genereringen av slumpmässiga laser. Den plana vågledareffekten gör laserkopplingen och insamlingen enklare. Med kavitetsdimensionen ytterligare reducerad kan integrationen av återkopplings- och förstärkningsmedia i den endimensionella vågledaren undertrycka radiell ljusspridning samtidigt som axiell ljusresonans och koppling förbättras. Denna integrationsmetod förbättrar i slutändan effektiviteten hos lasergenerering och -koppling.

Reglerande egenskaper hos slumpmässiga mikrokavitetslasrar
Många indikatorer på traditionella lasrar, såsom koherens, tröskelvärde, utgångsriktning och polarisationsegenskaper, är de viktigaste kriterierna för att mäta lasrarnas utgångsprestanda. Jämfört med konventionella lasrar med fasta symmetriska kaviteter ger den slumpmässiga mikrokavitetslasern mer flexibilitet i parameterreglering, vilket återspeglas i flera dimensioner inklusive tidsdomän, spektraldomän och rumsdomän, vilket belyser den flerdimensionella styrbarheten hos slumpmässiga mikrokavitetslasrar.

Tillämpningsegenskaper för slumpmässiga mikrokavitetslasrar
Låg spatial koherens, slumpmässighet i mod och miljökänslighet ger många gynnsamma faktorer för tillämpningen av stokastiska mikrokavitetslasrar. Med lösningen med modkontroll och riktningskontroll av slumpmässiga laser används denna unika ljuskälla i allt större utsträckning inom avbildning, medicinsk diagnostik, avkänning, informationskommunikation och andra områden.
Som en oordnad mikrokavitetslaser i mikro- och nanoskala är den slumpmässiga mikrokavitetslasern mycket känslig för miljöförändringar, och dess parametriska egenskaper kan reagera på olika känsliga indikatorer som övervakar den yttre miljön, såsom temperatur, fuktighet, pH, vätskekoncentration, brytningsindex etc., vilket skapar en överlägsen plattform för att realisera högkänsliga sensortillämpningar. Inom avbildningsområdet är den idealaljuskällabör ha hög spektraldensitet, stark riktningsutgång och låg spatial koherens för att förhindra interferensfläckseffekter. Forskarna demonstrerade fördelarna med slumpmässiga lasrar för fläckfri avbildning i perovskit, biofilm, flytande kristallspridare och cellvävnadsbärare. Vid medicinsk diagnos kan slumpmässig mikrokavitetslaser bära spridd information från biologisk värd och har framgångsrikt använts för att detektera olika biologiska vävnader, vilket ger bekvämlighet för icke-invasiv medicinsk diagnos.

I framtiden kommer systematisk analys av oordnade mikrokavitetsstrukturer och komplexa lasergenereringsmekanismer att bli mer komplett. Med de kontinuerliga framstegen inom materialvetenskap och nanoteknik förväntas det att fler fina och funktionella oordnade mikrokavitetsstrukturer kommer att tillverkas, vilket har stor potential för att främja grundforskning och praktiska tillämpningar.