Laser complessi a microcavità dallo stato ordinato a quello disordinato
Un tipico laser è costituito da tre elementi fondamentali: una sorgente di pompa, un mezzo di guadagno che amplifica la radiazione stimolata e una struttura di cavità che genera una risonanza ottica. Quando la dimensione della cavità dellaserè vicino al livello del micron o submicron, è diventato uno degli attuali punti caldi della ricerca nella comunità accademica: i laser a microcavità, che possono raggiungere una significativa interazione tra luce e materia in un piccolo volume. La combinazione di microcavità con sistemi complessi, come l'introduzione di confini di cavità irregolari o disordinati o l'introduzione di mezzi di lavoro complessi o disordinati nelle microcavità, aumenterà il grado di libertà dell'emissione laser. Le caratteristiche fisiche di non clonazione delle cavità disordinate apportano metodi di controllo multidimensionali dei parametri laser e possono espandere il suo potenziale applicativo.
Diversi sistemi di casualitàlaser a microcavità
In questo articolo, i laser a microcavità casuale vengono classificati per la prima volta in base a diverse dimensioni di cavità. Questa distinzione non solo evidenzia le caratteristiche uniche di uscita 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 solitamente ha un volume modale più piccolo, ottenendo così una più forte interazione tra luce e materia. Grazie alla sua struttura chiusa tridimensionale, il campo luminoso può essere altamente localizzato in tre dimensioni, spesso con un fattore di qualità elevato (fattore Q). Queste caratteristiche lo rendono adatto al rilevamento ad alta precisione, all’immagazzinamento di fotoni, all’elaborazione di informazioni quantistiche e ad altri campi tecnologici avanzati. Il sistema a film sottile bidimensionale aperto è una piattaforma ideale per la costruzione di strutture planari disordinate. Essendo un piano dielettrico disordinato bidimensionale con guadagno e diffusione integrati, il sistema a film sottile può partecipare attivamente alla generazione di laser casuale. L'effetto guida d'onda planare facilita l'accoppiamento e la raccolta del laser. Con la dimensione della cavità ulteriormente ridotta, l'integrazione del feedback e dei mezzi di guadagno nella guida d'onda unidimensionale può sopprimere la diffusione radiale della luce migliorando al contempo la risonanza e l'accoppiamento assiale della luce. Questo approccio di integrazione migliora infine l’efficienza della generazione e dell’accoppiamento del laser.
Caratteristiche normative 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 maggiore flessibilità nella regolazione dei parametri, che si riflette in molteplici dimensioni tra cui dominio temporale, dominio spettrale e dominio spaziale, evidenziando la controllabilità multidimensionale del laser a microcavità casuale.
Caratteristiche applicative dei laser a microcavità casuale
La bassa coerenza spaziale, la casualità della modalità e la sensibilità all'ambiente forniscono molti fattori favorevoli per l'applicazione dei laser a microcavità stocastici. Con la soluzione del controllo della modalità e del controllo della direzione del laser casuale, questa sorgente luminosa unica è sempre più utilizzata nell'imaging, nella diagnosi medica, nel rilevamento, nella comunicazione delle informazioni e in altri campi.
Essendo un laser a microcavità disordinato 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 di liquidi, indice di rifrazione, ecc., creando una piattaforma superiore per realizzare applicazioni di rilevamento ad alta sensibilità. Nel campo dell'imaging, l'idealefonte di lucedovrebbe avere un'elevata densità spettrale, una forte uscita direzionale e una bassa coerenza spaziale per prevenire effetti di macchioline di interferenza. I ricercatori hanno dimostrato i vantaggi dei laser casuali per l'imaging senza macchie in perovskite, biofilm, diffusori di cristalli liquidi e trasportatori di tessuti cellulari. Nella diagnosi medica, il laser a microcavità casuale può trasportare informazioni sparse dall'ospite biologico ed è stato applicato con successo per rilevare vari tessuti biologici, il che offre comodità per la diagnosi medica non invasiva.
In futuro, l’analisi sistematica delle strutture disordinate delle microcavità e dei complessi meccanismi di generazione del 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, che hanno un grande potenziale nel promuovere la ricerca di base e le applicazioni pratiche.
Orario di pubblicazione: 05-nov-2024