Мікрорезонаторні комплексні лазери від упорядкованих до невпорядкованих станів

Мікрорезонаторні комплексні лазери від упорядкованих до невпорядкованих станів

Типовий лазер складається з трьох основних елементів: джерела накачування, підсилювального середовища, яке підсилює стимульоване випромінювання, і резонаторної структури, яка створює оптичний резонанс. При розмірі порожнинилазерблизький до мікронного або субмікронного рівня, він став однією з сучасних дослідницьких точок в академічному співтоваристві: мікрорезонаторні лазери, які можуть досягти значної взаємодії світла та матерії в невеликому об’ємі. Об’єднання мікропорожнин зі складними системами, наприклад введення нерегулярних або невпорядкованих меж порожнини або введення складних або невпорядкованих робочих середовищ у мікропорожнини, збільшить ступінь свободи лазерного випромінювання. Фізичні характеристики неклонування невпорядкованих порожнин забезпечують багатовимірні методи контролю параметрів лазера та можуть розширити потенціал його застосування.

Різні системи рандомумікрорезонаторні лазери
У цьому документі випадкові лазери з мікрорезонаторами вперше класифікуються з різних розмірів порожнини. Ця різниця не лише підкреслює унікальні вихідні характеристики лазера з випадковою мікропорожниною в різних вимірах, але й пояснює переваги різниці розмірів випадкової мікропорожнини в різних сферах регулювання та застосування. Тривимірна твердотільна мікропорожнина зазвичай має менший об’єм моди, завдяки чому досягається сильніша взаємодія світла та речовини. Завдяки своїй тривимірній замкнутій структурі світлове поле може бути чітко локалізовано в трьох вимірах, часто з високим коефіцієнтом якості (Q-фактор). Ці характеристики роблять його придатним для високоточного зондування, зберігання фотонів, квантової обробки інформації та інших галузей передових технологій. Відкрита двовимірна тонкоплівкова система є ідеальною платформою для побудови невпорядкованих плоских структур. Як двовимірна невпорядкована діелектрична площина з інтегрованим підсиленням і розсіюванням, тонкоплівкова система може активно брати участь у генерації випадкового лазера. Ефект плоского хвилеводу полегшує з’єднання та збір лазера. З подальшим зменшенням розміру порожнини інтеграція середовища зворотного зв’язку та підсилення в одновимірний хвилевід може пригнічувати радіальне розсіювання світла, одночасно посилюючи аксіальний світловий резонанс і зв’язок. Такий інтеграційний підхід в кінцевому підсумку покращує ефективність лазерної генерації та сполучення.

Нормативні характеристики випадкових мікрорезонаторних лазерів
Багато показників традиційних лазерів, таких як когерентність, поріг, вихідний напрямок і поляризаційні характеристики, є ключовими критеріями для вимірювання продуктивності лазерів. Порівняно зі звичайними лазерами з фіксованими симетричними порожнинами, лазер із випадковою мікропорожниною забезпечує більшу гнучкість у регулюванні параметрів, що відображається в багатьох вимірах, включаючи часову область, спектральну область і просторову область, підкреслюючи багатовимірну керованість лазера з випадковою мікропорожниною.

Особливості застосування випадкових мікрорезонаторних лазерів
Низька просторова когерентність, випадковість мод і чутливість до середовища забезпечують багато сприятливих факторів для застосування стохастичних мікрорезонаторних лазерів. Завдяки розв’язці керування режимом і напрямком випадкового лазера це унікальне джерело світла все частіше використовується у візуалізації, медичній діагностиці, зондуванні, передачі інформації та в інших сферах.
Будучи невпорядкованим лазером із мікропорожнинами мікро- та наномасштабів, лазер із випадковими мікрорезонаторами дуже чутливий до змін навколишнього середовища, а його параметричні характеристики можуть реагувати на різні чутливі показники, що контролюють зовнішнє середовище, такі як температура, вологість, pH, концентрація рідини, показник заломлення тощо, створюючи чудову платформу для реалізації програм високочутливого зондування. У сфері іміджу ідеалджерело світлаповинні мати високу спектральну щільність, сильний спрямований вихід і низьку просторову когерентність, щоб запобігти інтерференційним спекл-ефектам. Дослідники продемонстрували переваги випадкових лазерів для зображення без спеклів у перовскіті, біоплівці, рідкокристалічних розсіювачах і носіях клітинної тканини. У медичній діагностиці випадковий лазер із мікропорожнинами може передавати розсіяну інформацію від біологічного хазяїна та успішно використовується для виявлення різних біологічних тканин, що забезпечує зручність для неінвазивної медичної діагностики.

У майбутньому систематичний аналіз невпорядкованих мікропорожнинних структур і складних механізмів лазерної генерації стане більш повним. З постійним прогресом матеріалознавства та нанотехнологій очікується, що буде виготовлено більше тонких і функціональних невпорядкованих мікропорожнинних структур, що має великий потенціал у сприянні фундаментальним дослідженням і практичним застосуванням.