Mikrokavitetskomplekslasere fra ordnede til uordnede tilstande

Mikrokavitetskomplekslasere fra ordnede til uordnede tilstande

En typisk laser består af tre grundlæggende elementer: en pumpekilde, et forstærkningsmedium, der forstærker den stimulerede stråling, og en kavitetsstruktur, der genererer en optisk resonans. Når kavitetsstørrelsen pålaserer tæt på mikron- eller submikronniveau, er det blevet et af de nuværende forskningshotspots i det akademiske samfund: mikrokavitetslasere, som kan opnå betydelig lys- og stofinteraktion i et lille volumen. Kombination af mikrokaviteter med komplekse systemer, såsom at introducere uregelmæssige eller uordnede kavitetsgrænser eller at introducere komplekse eller uordnede arbejdsmedier i mikrokaviteter, vil øge graden af ​​frihed i laseroutputtet. De fysiske ikke-kloningsegenskaber ved uordnede kaviteter bringer multidimensionelle kontrolmetoder for laserparametre og kan udvide dets anvendelsespotentiale.

Forskellige tilfældige systemermikrokavitetslasere
I denne artikel klassificeres tilfældige mikrokavitetslasere for første gang ud fra forskellige kavitetsdimensioner. Denne sondring fremhæver ikke kun de unikke outputkarakteristika for den tilfældige mikrokavitetslaser i forskellige dimensioner, men tydeliggør også fordelene ved størrelsesforskellen i den tilfældige mikrokavitet inden for forskellige regulerings- og anvendelsesområder. Den tredimensionelle faststofmikrokavitet har normalt et mindre modevolumen, hvilket opnår en stærkere lys- og stofinteraktion. På grund af sin tredimensionelle lukkede struktur kan lysfeltet være meget lokaliseret i tre dimensioner, ofte med en høj kvalitetsfaktor (Q-faktor). Disse egenskaber gør det velegnet til højpræcisionsregistrering, fotonlagring, kvanteinformationsbehandling og andre avancerede teknologifelter. Det åbne todimensionelle tyndfilmssystem er en ideel platform til konstruktion af uordnede plane strukturer. Som et todimensionelt uordnet dielektrisk plan med integreret forstærkning og spredning kan tyndfilmsystemet aktivt deltage i genereringen af ​​tilfældige lasere. Den plane bølgeledereffekt gør laserkobling og -opsamling lettere. Med yderligere reduceret kavitetsdimension kan integrationen af ​​feedback- og forstærkningsmedier i den endimensionelle bølgeleder undertrykke radial lysspredning, samtidig med at aksial lysresonans og kobling forbedres. Denne integrationsmetode forbedrer i sidste ende effektiviteten af ​​lasergenerering og -kobling.

Reguleringsegenskaber for tilfældige mikrokavitetslasere
Mange indikatorer for traditionelle lasere, såsom kohærens, tærskel, outputretning og polarisationskarakteristika, er de vigtigste kriterier for at måle laseres outputydelse. Sammenlignet med konventionelle lasere med faste symmetriske hulrum giver den tilfældige mikrokavitetslaser mere fleksibilitet i parameterregulering, hvilket afspejles i flere dimensioner, herunder tidsdomæne, spektraldomæne og rumligt domæne, hvilket fremhæver den flerdimensionelle styrbarhed af den tilfældige mikrokavitetslaser.

Anvendelsesegenskaber for tilfældige mikrokavitetslasere
Lav rumlig kohærens, tilstandstilfældighed og miljøfølsomhed giver mange gunstige faktorer for anvendelsen af ​​stokastiske mikrokavitetslasere. Med løsningen med tilstandskontrol og retningskontrol af tilfældige lasere anvendes denne unikke lyskilde i stigende grad inden for billeddannelse, medicinsk diagnose, sensorer, informationskommunikation og andre områder.
Som en uordnet mikrokavitetslaser på mikro- og nanoskala er den tilfældige mikrokavitetslaser meget følsom over for miljøændringer, og dens parametriske egenskaber kan reagere på forskellige følsomme indikatorer, der overvåger det eksterne miljø, såsom temperatur, fugtighed, pH, væskekoncentration, brydningsindeks osv., hvilket skaber en overlegen platform til at realisere højfølsomme sensorapplikationer. Inden for billeddannelse er den ideellelyskildebør have høj spektral tæthed, stærk retningsbestemt output og lav rumlig kohærens for at forhindre interferens-speckle-effekter. Forskerne demonstrerede fordelene ved tilfældige lasere til speckle-fri billeddannelse i perovskit, biofilm, flydende krystalspredere og cellevævsbærere. I medicinsk diagnose kan tilfældig mikrokavitetslaser bære spredt information fra biologiske værter og er med succes blevet anvendt til at detektere forskellige biologiske væv, hvilket gør det lettere at lave ikke-invasiv medicinsk diagnose.

I fremtiden vil systematisk analyse af uordnede mikrokavitetsstrukturer og komplekse lasergenereringsmekanismer blive mere komplet. Med den fortsatte udvikling inden for materialevidenskab og nanoteknologi forventes det, at der vil blive fremstillet flere fine og funktionelle uordnede mikrokavitetsstrukturer, hvilket har et stort potentiale til at fremme grundforskning og praktiske anvendelser.