Мікрорезонаторні складні лазери від впорядкованих до невпорядкованих станів

Мікрорезонаторні складні лазери від впорядкованих до невпорядкованих станів

Типовий лазер складається з трьох основних елементів: джерела накачування, підсилювального середовища, яке підсилює вимушене випромінювання, та резонаторної структури, яка генерує оптичний резонанс. Коли розмір резонаторалазерблизький до мікронного або субмікронного рівня, він став одним із актуальних напрямків досліджень в академічній спільноті: мікрорезонаторні лазери, які можуть досягти значної взаємодії світла та речовини в невеликому об'ємі. Поєднання мікрорезонаторів зі складними системами, такими як введення нерегулярних або невпорядкованих меж порожнини або введення складних або невпорядкованих робочих середовищ у мікрорезонатори, збільшить ступінь свободи лазерного випромінювання. Фізичні характеристики неклонування невпорядкованих порожнин забезпечують багатовимірні методи керування параметрами лазера та можуть розширити потенціал його застосування.

Різні системи випадковихмікрорезонаторні лазери
У цій статті вперше класифікуються лазери з випадковими мікрорезонаторами за різними розмірами резонатора. Ця відмінність не тільки підкреслює унікальні вихідні характеристики лазера з випадковими мікрорезонаторами в різних вимірах, але й пояснює переваги різниці розмірів випадкового мікрорезонатора в різних регуляторних та прикладних галузях. Тривимірний твердотільний мікрорезонатор зазвичай має менший об'єм моди, що забезпечує сильнішу взаємодію світла та речовини. Завдяки своїй тривимірній замкнутій структурі світлове поле може бути високо локалізованим у трьох вимірах, часто з високим коефіцієнтом якості (Q-фактором). Ці характеристики роблять його придатним для високоточних зондувань, зберігання фотонів, квантової обробки інформації та інших галузей передових технологій. Відкрита двовимірна тонкоплівкова система є ідеальною платформою для побудови невпорядкованих планарних структур. Як двовимірна невпорядкована діелектрична площина з інтегрованим посиленням та розсіюванням, тонкоплівкова система може активно брати участь у генерації випадкового лазера. Ефект планарного хвилеводу полегшує зв'язок та збір лазера. З подальшим зменшенням розміру резонатора інтеграція середовища зворотного зв'язку та посилення в одновимірний хвилевід може придушити радіальне розсіювання світла, одночасно посилюючи осьовий резонанс та зв'язок світла. Такий підхід до інтеграції зрештою підвищує ефективність генерації та зв'язку лазера.

Регуляторні характеристики лазерів з випадковими мікрорезонаторами
Багато показників традиційних лазерів, такі як когерентність, поріг, напрямок випромінювання та характеристики поляризації, є ключовими критеріями для вимірювання вихідної продуктивності лазерів. Порівняно зі звичайними лазерами з фіксованими симетричними резонаторами, лазер з випадковими мікрорезонаторами забезпечує більшу гнучкість у регулюванні параметрів, що відображається в кількох вимірах, включаючи часову область, спектральну область та просторову область, що підкреслює багатовимірну керованість лазера з випадковими мікрорезонаторами.

Характеристики застосування лазерів з випадковими мікрорезонаторами
Низька просторова когерентність, випадковість мод та чутливість до навколишнього середовища забезпечують багато сприятливих факторів для застосування стохастичних мікрорезонаторних лазерів. Завдяки вирішенню проблеми керування модами та напрямку випадкового лазера, це унікальне джерело світла все частіше використовується у візуалізації, медичній діагностиці, сенсориці, інформаційному зв'язку та інших галузях.
Як невпорядкований мікрорезонаторний лазер на мікро- та нанорівні, лазер з випадковим мікрорезонатором 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 високочутливих сенсорних застосувань. В галузі візуалізації ідеальним...джерело світлаповинні мати високу спектральну щільність, сильний спрямований вихід та низьку просторову когерентність, щоб запобігти інтерференційним спекл-ефектам. Дослідники продемонстрували переваги випадкових лазерів для візуалізації без спекл-ефектів у перовскіті, біоплівці, рідкокристалічних розсіювачах та тканинних носіях клітин. У медичній діагностиці випадковий мікрорезонаторний лазер може переносити розсіяну інформацію від біологічного хазяїна та успішно застосовується для виявлення різних біологічних тканин, що забезпечує зручність неінвазивної медичної діагностики.

У майбутньому систематичний аналіз невпорядкованих структур мікропорожнин та складних механізмів генерації лазера стане більш повним. З постійним прогресом матеріалознавства та нанотехнологій очікується, що буде виготовлено більше тонких та функціональних невпорядкованих структур мікропорожнин, що має великий потенціал для сприяння фундаментальним дослідженням та практичному застосуванню.