Lasers complexos de microcavidade: de estados ordenados a desordenados

Lasers complexos de microcavidade: de estados ordenados a desordenados

Um laser típico consiste em três elementos básicos: uma fonte de bombeamento, um meio de ganho que amplifica a radiação estimulada e uma estrutura de cavidade que gera uma ressonância óptica. Quando o tamanho da cavidade dolaserA proximidade com o nível micrométrico ou submicrométrico tornou-se um dos principais focos de pesquisa na comunidade acadêmica: os lasers de microcavidade, que podem alcançar uma interação significativa entre luz e matéria em um pequeno volume. A combinação de microcavidades com sistemas complexos, como a introdução de limites de cavidade irregulares ou desordenados, ou a introdução de meios de trabalho complexos ou desordenados em microcavidades, aumentará o grau de liberdade da emissão do laser. As características físicas de não clonagem das cavidades desordenadas possibilitam métodos de controle multidimensional dos parâmetros do laser e podem expandir seu potencial de aplicação.

Diferentes sistemas de aleatoriedadelasers de microcavidade
Neste artigo, lasers de microcavidade aleatórios são classificados, pela primeira vez, de acordo com as diferentes dimensões da cavidade. Essa distinção não apenas destaca as características de saída únicas do laser de microcavidade aleatório em diferentes dimensões, mas também esclarece as vantagens da diferença de tamanho da microcavidade aleatória em diversos campos regulatórios e de aplicação. A microcavidade tridimensional de estado sólido geralmente possui um volume modal menor, alcançando, assim, uma interação luz-matéria mais forte. Devido à sua estrutura tridimensional fechada, o campo de luz pode ser altamente localizado em três dimensões, frequentemente com um alto fator de qualidade (fator Q). Essas características a tornam adequada para sensoriamento de alta precisão, armazenamento de fótons, processamento de informação quântica e outros campos de tecnologia avançada. O sistema de filme fino bidimensional aberto é uma plataforma ideal para a construção de estruturas planares desordenadas. Como um plano dielétrico bidimensional desordenado com ganho e espalhamento integrados, o sistema de filme fino pode participar ativamente da geração de laser aleatório. O efeito de guia de onda planar facilita o acoplamento e a coleta do laser. Com a dimensão da cavidade ainda mais reduzida, a integração de meios de realimentação e ganho no guia de ondas unidimensional pode suprimir a dispersão radial da luz, ao mesmo tempo que aumenta a ressonância e o acoplamento axial da luz. Essa abordagem de integração melhora, em última análise, a eficiência da geração e do acoplamento do laser.

Características regulatórias dos lasers de microcavidade aleatórios
Muitos indicadores de lasers tradicionais, como coerência, limiar, direção de saída e características de polarização, são critérios essenciais para medir o desempenho de saída de lasers. Comparado com lasers convencionais com cavidades simétricas fixas, o laser de microcavidade aleatória oferece maior flexibilidade na regulação de parâmetros, o que se reflete em múltiplas dimensões, incluindo domínio temporal, domínio espectral e domínio espacial, destacando a controlabilidade multidimensional do laser de microcavidade aleatória.

Características de aplicação de lasers de microcavidade aleatórios
A baixa coerência espacial, a aleatoriedade dos modos e a sensibilidade ao ambiente proporcionam muitos fatores favoráveis ​​para a aplicação de lasers de microcavidade estocásticos. Com a solução do controle de modo e do controle de direção do laser aleatório, essa fonte de luz singular tem sido cada vez mais utilizada em imagens, diagnóstico médico, sensoriamento, comunicação de informações e outras áreas.
Como um laser de microcavidade desordenado em escala micro e nano, o laser de microcavidade aleatório é muito sensível a mudanças ambientais, e suas características paramétricas podem responder a vários indicadores sensíveis que monitoram o ambiente externo, como temperatura, umidade, pH, concentração de líquidos, índice de refração, etc., criando uma plataforma superior para a realização de aplicações de sensoriamento de alta sensibilidade. No campo de imageamento, o idealfonte de luzPara evitar efeitos de interferência espectral, os lasers aleatórios devem apresentar alta densidade espectral, forte emissão direcional e baixa coerência espacial. Os pesquisadores demonstraram as vantagens dos lasers aleatórios para a obtenção de imagens sem speckle em perovskitas, biofilmes, dispersores de cristal líquido e suportes de tecido celular. No diagnóstico médico, o laser de microcavidade aleatório pode transportar informações dispersas do hospedeiro biológico e tem sido aplicado com sucesso na detecção de diversos tecidos biológicos, proporcionando conveniência para o diagnóstico médico não invasivo.

No futuro, a análise sistemática de estruturas de microcavidades desordenadas e mecanismos complexos de geração de laser se tornará mais completa. Com o progresso contínuo da ciência dos materiais e da nanotecnologia, espera-se que estruturas de microcavidades desordenadas mais refinadas e funcionais sejam fabricadas, o que tem grande potencial para impulsionar a pesquisa básica e as aplicações práticas.