Laser complessi a microcavità: dallo stato ordinato a quello disordinato.
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 struttura di cavità che genera una risonanza ottica. Quando la dimensione della cavità dellaserAvvicinandosi al livello micrometrico o submicrometrico, è diventato uno dei principali temi di ricerca attuali nella comunità accademica: i laser a microcavità, che possono realizzare 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'inserimento 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 consentono metodi di controllo multidimensionali dei parametri del 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 uscita uniche del laser a microcavità casuale in diverse dimensioni, ma chiarisce anche i vantaggi della differenza di dimensioni della microcavità casuale in vari campi normativi e applicativi. La microcavità tridimensionale a stato solido ha solitamente un volume modale più piccolo, ottenendo così una più forte interazione luce-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 la rendono adatta per il rilevamento di alta precisione, l'immagazzinamento di fotoni, l'elaborazione di informazioni quantistiche e altri campi tecnologici avanzati. Il sistema a film sottile bidimensionale aperto è una piattaforma ideale per la costruzione di strutture planari disordinate. Come piano dielettrico disordinato bidimensionale con guadagno e scattering integrati, il sistema a film sottile può partecipare attivamente alla generazione del laser casuale. L'effetto guida d'onda planare facilita l'accoppiamento e la raccolta del laser. Con una riduzione ulteriore delle dimensioni della cavità, l'integrazione del feedback e del mezzo 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 in definitiva l'efficienza della generazione e dell'accoppiamento laser.
Caratteristiche regolatorie dei laser a microcavità casuale
Molti indicatori dei laser tradizionali, come la coerenza, la soglia, la direzione di emissione e le 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 più dimensioni, tra cui il dominio temporale, spettrale e spaziale, evidenziando la controllabilità multidimensionale del laser a microcavità casuale.
Caratteristiche applicative dei laser a microcavità casuale
La bassa coerenza spaziale, la casualità del modo e la sensibilità all'ambiente offrono numerosi fattori favorevoli per l'applicazione dei laser a microcavità stocastici. Grazie alla soluzione del controllo del modo e della direzione del laser casuale, questa sorgente luminosa unica trova sempre più impiego nell'imaging, nella diagnostica medica, nella sensoristica, nelle comunicazioni e in altri settori.
Come laser a microcavità disordinato su scala micro e nano, 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 luminosaDovrebbe avere un'elevata densità spettrale, una forte emissione direzionale e una bassa coerenza spaziale per prevenire effetti di interferenza speckle. I ricercatori hanno dimostrato i vantaggi dei laser casuali per l'imaging senza speckle in perovskiti, biofilm, diffusori a cristalli liquidi e supporti per tessuti cellulari. Nella diagnostica medica, il laser a microcavità casuale può trasportare informazioni diffuse dall'ospite biologico ed è stato applicato con successo per rilevare vari tessuti biologici, il che offre comodità per la diagnostica 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 delle nanotecnologie, si prevede che saranno realizzate strutture di microcavità disordinate più precise e funzionali, il che ha un grande potenziale per promuovere la ricerca di base e le applicazioni pratiche.
Data di pubblicazione: 05-11-2024