Mikrokavitetskomplekslasere fra ordnede til uordnede tilstander
En typisk laser består av tre grunnleggende elementer: en pumpekilde, et forsterkningsmedium som forsterker den stimulerte strålingen, og en hulromsstruktur som genererer en optisk resonans. Når hulromsstørrelsen tillaserer nær mikron- eller submikronnivå, har det blitt et av de nåværende forskningsfokusområdene i akademia: mikrokavitetslasere, som kan oppnå betydelig lys- og materie-interaksjon i et lite volum. Å kombinere mikrokaviteter med komplekse systemer, for eksempel å introdusere uregelmessige eller uordnede kavitetsgrenser, eller å introdusere komplekse eller uordnede arbeidsmedier i mikrokaviteter, vil øke graden av frihet til laserutgang. De fysiske ikke-kloningsegenskapene til uordnede kaviteter gir flerdimensjonale kontrollmetoder for laserparametere, og kan utvide anvendelsespotensialet.
Ulike tilfeldighetssystemermikrokavitetslasere
I denne artikkelen klassifiseres tilfeldige mikrokavitetslasere for første gang fra forskjellige kavitetsdimensjoner. Denne forskjellen fremhever ikke bare de unike utgangsegenskapene til den tilfeldige mikrokavitetslaseren i forskjellige dimensjoner, men tydeliggjør også fordelene med størrelsesforskjellen til den tilfeldige mikrokaviteten i ulike regulatoriske og anvendelsesfelt. Den tredimensjonale faststoffmikrokaviteten har vanligvis et mindre modusvolum, og oppnår dermed en sterkere lys- og materieinteraksjon. På grunn av sin tredimensjonale lukkede struktur kan lysfeltet være svært lokalisert i tre dimensjoner, ofte med en høy kvalitetsfaktor (Q-faktor). Disse egenskapene gjør det egnet for høypresisjonsregistrering, fotonlagring, kvanteinformasjonsbehandling og andre avanserte teknologifelt. Det åpne todimensjonale tynnfilmsystemet er en ideell plattform for å konstruere uordnede plane strukturer. Som et todimensjonalt uordnet dielektrisk plan med integrert forsterkning og spredning, kan tynnfilmsystemet aktivt delta i genereringen av tilfeldige lasere. Den plane bølgeledereffekten gjør laserkoblingen og -innsamlingen enklere. Med ytterligere redusert hulromsdimensjon kan integreringen av tilbakekoblings- og forsterkningsmedier i den endimensjonale bølgelederen undertrykke radial lysspredning samtidig som den forbedrer aksial lysresonans og kobling. Denne integrasjonsmetoden forbedrer til slutt effektiviteten til lasergenerering og -kobling.
Reguleringsegenskaper for tilfeldige mikrokavitetslasere
Mange indikatorer for tradisjonelle lasere, som koherens, terskel, utgangsretning og polarisasjonsegenskaper, er nøkkelkriteriene for å måle lasernes utgangsytelse. Sammenlignet med konvensjonelle lasere med faste symmetriske hulrom, gir den tilfeldige mikrokavitetslaseren mer fleksibilitet i parameterregulering, noe som gjenspeiles i flere dimensjoner, inkludert tidsdomene, spektraldomene og romlig domene, noe som fremhever den flerdimensjonale kontrollerbarheten til den tilfeldige mikrokavitetslaseren.
Bruksegenskaper for tilfeldige mikrokavitetslasere
Lav romlig koherens, modustilfeldighet og miljøfølsomhet gir mange gunstige faktorer for bruk av stokastiske mikrokavitetslasere. Med løsningen med moduskontroll og retningskontroll av tilfeldig laser blir denne unike lyskilden i økende grad brukt innen avbildning, medisinsk diagnose, sensorikk, informasjonskommunikasjon og andre felt.
Som en uordnet mikrokavitetslaser på mikro- og nanoskala er den tilfeldige mikrokavitetslaseren svært følsom for miljøendringer, og dens parametriske egenskaper kan reagere på ulike følsomme indikatorer som overvåker det ytre miljøet, som temperatur, fuktighet, pH, væskekonsentrasjon, brytningsindeks, etc., noe som skaper en overlegen plattform for å realisere høyfølsomme sensorapplikasjoner. Innen avbildning er det ideellelyskildebør ha høy spektral tetthet, sterk retningsbestemt utgang og lav romlig koherens for å forhindre interferens-flekkeffekter. Forskerne demonstrerte fordelene med tilfeldige lasere for flekkfri avbildning i perovskitt, biofilm, flytende krystallspredere og cellevevsbærere. I medisinsk diagnose kan tilfeldig mikrokavitetslaser bære spredt informasjon fra biologiske verter, og har blitt brukt med hell for å oppdage ulike biologiske vev, noe som gir enkelhet for ikke-invasiv medisinsk diagnose.
I fremtiden vil systematisk analyse av uordnede mikrokavitetsstrukturer og komplekse lasergenereringsmekanismer bli mer komplett. Med den kontinuerlige utviklingen innen materialvitenskap og nanoteknologi forventes det at flere fine og funksjonelle uordnede mikrokavitetsstrukturer vil bli produsert, noe som har stort potensial for å fremme grunnforskning og praktiske anvendelser.
Publisert: 05. november 2024