Laser complessi a microcavità da stati ordinati a stati disordinati

Laser complessi a microcavità da stati ordinati a stati disordinati

Un laser tipico è costituito da tre elementi di base: una sorgente di pompaggio, un mezzo di guadagno che amplifica la radiazione stimolata e una cavità che genera una risonanza ottica. Quando le dimensioni della cavità dellaserè prossima al livello micron o submicron, è diventata uno degli attuali punti caldi della ricerca nella comunità accademica: i laser a microcavità, che possono ottenere una significativa interazione tra luce e materia in un piccolo volume. La combinazione di microcavità con sistemi complessi, come l'introduzione di contorni di cavità irregolari o disordinati, o l'introduzione di mezzi di lavoro complessi o disordinati nelle microcavità, aumenterà il grado di libertà dell'output laser. Le caratteristiche fisiche di non clonazione delle cavità disordinate offrono metodi di controllo multidimensionale dei parametri laser e possono ampliarne il potenziale applicativo.

Diversi sistemi di casualitàlaser a microcavità
In questo articolo, i laser a microcavità casuale vengono classificati per la prima volta in base alle diverse dimensioni della cavità. Questa distinzione non solo evidenzia le caratteristiche di output uniche del laser a microcavità casuale in diverse dimensioni, ma chiarisce anche i vantaggi della differenza dimensionale della microcavità casuale in vari campi normativi e applicativi. La microcavità tridimensionale allo stato solido ha solitamente un volume modale inferiore, ottenendo così una maggiore interazione tra luce e materia. Grazie alla sua struttura tridimensionale chiusa, il campo luminoso può essere altamente localizzato in tre dimensioni, spesso con un elevato fattore di qualità (fattore Q). Queste caratteristiche lo rendono adatto per la rilevazione ad alta precisione, l'archiviazione di fotoni, l'elaborazione di informazioni quantistiche e altri campi tecnologici avanzati. Il sistema a film sottile bidimensionale aperto rappresenta una piattaforma ideale per la costruzione di strutture planari disordinate. Essendo un piano dielettrico bidimensionale disordinato con guadagno e scattering integrati, il sistema a film sottile può partecipare attivamente alla generazione di laser casuali. L'effetto guida d'onda planare semplifica l'accoppiamento e la raccolta del laser. Con l'ulteriore riduzione delle dimensioni della cavità, l'integrazione di feedback e mezzi di guadagno nella guida d'onda monodimensionale può sopprimere la diffusione radiale della luce, migliorando al contempo la risonanza e l'accoppiamento assiali della luce. Questo approccio di integrazione migliora in definitiva l'efficienza della generazione e dell'accoppiamento laser.

Caratteristiche regolatorie dei laser a microcavità casuale
Molti indicatori dei laser tradizionali, come coerenza, soglia, direzione di uscita e caratteristiche di polarizzazione, sono i criteri chiave per misurare le prestazioni di uscita dei laser. Rispetto ai laser convenzionali con cavità simmetriche fisse, il laser a microcavità casuale offre una maggiore flessibilità nella regolazione dei parametri, che si riflette in molteplici dimensioni, tra cui il dominio del tempo, il dominio spettrale e il dominio spaziale, evidenziando la controllabilità multidimensionale del laser a microcavità casuale.

Caratteristiche applicative dei laser a microcavità casuale
La bassa coerenza spaziale, la casualità dei modi e la sensibilità all'ambiente circostante offrono numerosi fattori favorevoli all'applicazione dei laser a microcavità stocastica. Grazie al controllo dei modi e della direzione del laser casuale, questa sorgente luminosa unica nel suo genere è sempre più utilizzata nell'imaging, nella diagnosi medica, nella sensoristica, nella comunicazione delle informazioni e in altri campi.
Essendo un laser a microcavità disordinata su scala micro e nanometrica, il laser a microcavità casuale è molto sensibile ai cambiamenti ambientali e le sue caratteristiche parametriche possono rispondere a vari indicatori sensibili che monitorano l'ambiente esterno, come temperatura, umidità, pH, concentrazione del liquido, indice di rifrazione, ecc., creando una piattaforma superiore per la realizzazione di applicazioni di rilevamento ad alta sensibilità. Nel campo dell'imaging, l'idealefonte di luceDovrebbero avere un'elevata densità spettrale, un'elevata emissione direzionale e una bassa coerenza spaziale per prevenire gli effetti di interferenze e speckle. I ricercatori hanno dimostrato i vantaggi dei laser random per l'imaging senza speckle in perovskite, biofilm, diffusori a cristalli liquidi e vettori di tessuto cellulare. Nella diagnosi medica, il laser a microcavità random può trasportare informazioni disperse dall'ospite biologico ed è stato applicato con successo per rilevare vari tessuti biologici, il che offre praticità per la diagnosi medica non invasiva.

In futuro, l'analisi sistematica delle strutture di microcavità disordinate e dei complessi meccanismi di generazione laser diventerà più completa. Con il continuo progresso della scienza dei materiali e della nanotecnologia, si prevede che verranno prodotte strutture di microcavità disordinate più fini e funzionali, con un grande potenziale per promuovere la ricerca di base e le applicazioni pratiche.