Λέιζερ μικροκοιλοτήτων από διατεταγμένες σε άτακτες καταστάσεις

Λέιζερ μικροκοιλοτήτων από διατεταγμένες σε άτακτες καταστάσεις

Ένα τυπικό λέιζερ αποτελείται από τρία βασικά στοιχεία: μια πηγή άντλησης, ένα μέσο κέρδους που ενισχύει την διεγερμένη ακτινοβολία και μια δομή κοιλότητας που παράγει οπτικό συντονισμό. Όταν το μέγεθος της κοιλότηταςλέιζερΕίναι κοντά στο επίπεδο του μικρόμετρου ή του υπομικρόμετρου, έχει γίνει ένα από τα τρέχοντα ερευνητικά κέντρα στην ακαδημαϊκή κοινότητα: τα λέιζερ μικροκοιλοτήτων, τα οποία μπορούν να επιτύχουν σημαντική αλληλεπίδραση φωτός και ύλης σε μικρό όγκο. Ο συνδυασμός μικροκοιλοτήτων με πολύπλοκα συστήματα, όπως η εισαγωγή ακανόνιστων ή ακατάστατων ορίων κοιλοτήτων ή η εισαγωγή πολύπλοκων ή ακατάστατων μέσων εργασίας σε μικροκοιλότητες, θα αυξήσει τον βαθμό ελευθερίας της εξόδου λέιζερ. Τα φυσικά χαρακτηριστικά μη κλωνοποίησης των ακατάστατων κοιλοτήτων φέρνουν πολυδιάστατες μεθόδους ελέγχου των παραμέτρων του λέιζερ και μπορούν να επεκτείνουν τις δυνατότητες εφαρμογής του.

Διαφορετικά συστήματα τυχαιότηταςλέιζερ μικροκοιλοτήτων
Σε αυτή την εργασία, τα λέιζερ τυχαίας μικροκοιλότητας ταξινομούνται για πρώτη φορά από διαφορετικές διαστάσεις κοιλότητας. Αυτή η διάκριση όχι μόνο υπογραμμίζει τα μοναδικά χαρακτηριστικά εξόδου του λέιζερ τυχαίας μικροκοιλότητας σε διαφορετικές διαστάσεις, αλλά και διευκρινίζει τα πλεονεκτήματα της διαφοράς μεγέθους της τυχαίας μικροκοιλότητας σε διάφορους ρυθμιστικούς και εφαρμοστικούς τομείς. Η τρισδιάστατη μικροκοιλότητα στερεάς κατάστασης έχει συνήθως μικρότερο όγκο τρόπου λειτουργίας, επιτυγχάνοντας έτσι ισχυρότερη αλληλεπίδραση φωτός και ύλης. Λόγω της τρισδιάστατης κλειστής δομής του, το φωτεινό πεδίο μπορεί να εντοπιστεί σε μεγάλο βαθμό σε τρεις διαστάσεις, συχνά με υψηλό συντελεστή ποιότητας (συντελεστής Q). Αυτά τα χαρακτηριστικά το καθιστούν κατάλληλο για ανίχνευση υψηλής ακρίβειας, αποθήκευση φωτονίων, επεξεργασία κβαντικών πληροφοριών και άλλους τομείς προηγμένης τεχνολογίας. Το ανοιχτό δισδιάστατο σύστημα λεπτής μεμβράνης είναι μια ιδανική πλατφόρμα για την κατασκευή αταξικών επίπεδων δομών. Ως δισδιάστατο αταξικό διηλεκτρικό επίπεδο με ενσωματωμένο κέρδος και σκέδαση, το σύστημα λεπτής μεμβράνης μπορεί να συμμετέχει ενεργά στη δημιουργία τυχαίου λέιζερ. Το φαινόμενο επίπεδου κυματοδηγού διευκολύνει τη σύζευξη και τη συλλογή του λέιζερ. Με την περαιτέρω μείωση της διάστασης της κοιλότητας, η ενσωμάτωση των μέσων ανάδρασης και κέρδους στον μονοδιάστατο κυματοδηγό μπορεί να καταστείλει την ακτινική σκέδαση φωτός, ενισχύοντας παράλληλα τον αξονικό συντονισμό και τη σύζευξη του φωτός. Αυτή η προσέγγιση ενσωμάτωσης βελτιώνει τελικά την αποτελεσματικότητα της παραγωγής και της σύζευξης λέιζερ.

Ρυθμιστικά χαρακτηριστικά των λέιζερ τυχαίας μικροκοιλότητας
Πολλοί δείκτες των παραδοσιακών λέιζερ, όπως η συνοχή, το κατώφλι, η κατεύθυνση εξόδου και τα χαρακτηριστικά πόλωσης, αποτελούν τα βασικά κριτήρια για τη μέτρηση της απόδοσης εξόδου των λέιζερ. Σε σύγκριση με τα συμβατικά λέιζερ με σταθερές συμμετρικές κοιλότητες, το λέιζερ τυχαίας μικροκοιλότητας παρέχει μεγαλύτερη ευελιξία στη ρύθμιση των παραμέτρων, η οποία αντικατοπτρίζεται σε πολλαπλές διαστάσεις, συμπεριλαμβανομένου του χρονικού πεδίου, του φασματικού πεδίου και του χωρικού πεδίου, υπογραμμίζοντας την πολυδιάστατη δυνατότητα ελέγχου του λέιζερ τυχαίας μικροκοιλότητας.

Χαρακτηριστικά εφαρμογής λέιζερ τυχαίων μικροκοιλοτήτων
Η χαμηλή χωρική συνοχή, η τυχαιότητα των τρόπων λειτουργίας και η ευαισθησία στο περιβάλλον παρέχουν πολλούς ευνοϊκούς παράγοντες για την εφαρμογή των στοχαστικών λέιζερ μικροκοιλοτήτων. Με την λύση του ελέγχου τρόπου λειτουργίας και του ελέγχου κατεύθυνσης του τυχαίου λέιζερ, αυτή η μοναδική πηγή φωτός χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο στην απεικόνιση, την ιατρική διάγνωση, την ανίχνευση, την επικοινωνία πληροφοριών και άλλους τομείς.
Ως λέιζερ ακανόνιστων μικροκοιλοτήτων σε μικρο και νανοκλίμακα, το λέιζερ τυχαίας μικροκοιλότητας είναι πολύ ευαίσθητο στις περιβαλλοντικές αλλαγές και τα παραμετρικά του χαρακτηριστικά μπορούν να ανταποκριθούν σε διάφορους ευαίσθητους δείκτες που παρακολουθούν το εξωτερικό περιβάλλον, όπως η θερμοκρασία, η υγρασία, το pH, η συγκέντρωση υγρού, ο δείκτης διάθλασης κ.λπ., δημιουργώντας μια ανώτερη πλατφόρμα για την υλοποίηση εφαρμογών ανίχνευσης υψηλής ευαισθησίας. Στον τομέα της απεικόνισης, το ιδανικόπηγή φωτόςθα πρέπει να έχουν υψηλή φασματική πυκνότητα, ισχυρή κατευθυντική έξοδο και χαμηλή χωρική συνοχή για την αποφυγή φαινομένων κηλίδων παρεμβολής. Οι ερευνητές κατέδειξαν τα πλεονεκτήματα των τυχαίων λέιζερ για απεικόνιση χωρίς κηλίδες σε περοβσκίτη, βιοφίλμ, σκεδαστές υγρών κρυστάλλων και φορείς κυτταρικών ιστών. Στην ιατρική διάγνωση, το λέιζερ τυχαίας μικροκοιλότητας μπορεί να μεταφέρει διάσπαρτες πληροφορίες από βιολογικό ξενιστή και έχει εφαρμοστεί με επιτυχία για την ανίχνευση διαφόρων βιολογικών ιστών, γεγονός που παρέχει ευκολία στη μη επεμβατική ιατρική διάγνωση.

Στο μέλλον, η συστηματική ανάλυση των αταξικών δομών μικροκοιλοτήτων και των σύνθετων μηχανισμών παραγωγής λέιζερ θα γίνει πιο ολοκληρωμένη. Με τη συνεχή πρόοδο της επιστήμης των υλικών και της νανοτεχνολογίας, αναμένεται ότι θα κατασκευαστούν περισσότερες λεπτές και λειτουργικές αταξικές δομές μικροκοιλοτήτων, κάτι που έχει μεγάλο δυναμικό στην προώθηση της βασικής έρευνας και των πρακτικών εφαρμογών.