Laser phức hợp vi khoang từ trạng thái có trật tự đến trạng thái không có trật tự

Laser phức hợp vi khoang từ trạng thái có trật tự đến trạng thái không có trật tự

Một laser điển hình bao gồm ba thành phần cơ bản: nguồn bơm, môi trường khuếch đại bức xạ kích thích và cấu trúc khoang tạo ra cộng hưởng quang học. Khi kích thước khoang củatia laserVì kích thước của chúng gần với mức micromet hoặc dưới micromet, nên đây đã trở thành một trong những điểm nóng nghiên cứu hiện nay trong cộng đồng học thuật: laser vi khoang, có thể đạt được sự tương tác đáng kể giữa ánh sáng và vật chất trong một thể tích nhỏ. Việc kết hợp các vi khoang với các hệ thống phức tạp, chẳng hạn như đưa vào các ranh giới khoang không đều hoặc hỗn loạn, hoặc đưa môi trường làm việc phức tạp hoặc hỗn loạn vào các vi khoang, sẽ làm tăng mức độ tự do của đầu ra laser. Đặc tính vật lý không sao chép của các khoang hỗn loạn mang lại các phương pháp điều khiển đa chiều các thông số laser và có thể mở rộng tiềm năng ứng dụng của nó.

Các hệ thống ngẫu nhiên khác nhaulaser vi khoang
Trong bài báo này, laser vi khoang ngẫu nhiên được phân loại lần đầu tiên dựa trên kích thước khoang khác nhau. Sự phân biệt này không chỉ làm nổi bật các đặc tính đầu ra độc đáo của laser vi khoang ngẫu nhiên ở các kích thước khác nhau, mà còn làm rõ những ưu điểm của sự khác biệt về kích thước của vi khoang ngẫu nhiên trong các lĩnh vực ứng dụng và quản lý khác nhau. Vi khoang rắn ba chiều thường có thể tích mode nhỏ hơn, do đó đạt được tương tác ánh sáng và vật chất mạnh hơn. Do cấu trúc kín ba chiều, trường ánh sáng có thể được định vị cao trong không gian ba chiều, thường có hệ số chất lượng (Q-factor) cao. Những đặc điểm này làm cho nó phù hợp với cảm biến độ chính xác cao, lưu trữ photon, xử lý thông tin lượng tử và các lĩnh vực công nghệ tiên tiến khác. Hệ thống màng mỏng hai chiều mở là một nền tảng lý tưởng để xây dựng các cấu trúc phẳng rối loạn. Là một mặt phẳng điện môi rối loạn hai chiều với sự khuếch đại và tán xạ tích hợp, hệ thống màng mỏng có thể tích cực tham gia vào việc tạo ra laser ngẫu nhiên. Hiệu ứng dẫn sóng phẳng giúp việc ghép nối và thu thập laser dễ dàng hơn. Khi kích thước khoang cộng hưởng được thu nhỏ hơn nữa, việc tích hợp môi trường phản hồi và khuếch đại vào ống dẫn sóng một chiều có thể triệt tiêu sự tán xạ ánh sáng xuyên tâm đồng thời tăng cường cộng hưởng và ghép nối ánh sáng theo trục. Phương pháp tích hợp này cuối cùng giúp cải thiện hiệu quả tạo và ghép nối laser.

Đặc điểm điều chỉnh của laser vi khoang ngẫu nhiên
Nhiều chỉ số của laser truyền thống, chẳng hạn như độ kết hợp, ngưỡng, hướng đầu ra và đặc tính phân cực, là những tiêu chí quan trọng để đo hiệu suất đầu ra của laser. So với laser thông thường có khoang đối xứng cố định, laser vi khoang ngẫu nhiên cung cấp tính linh hoạt hơn trong việc điều chỉnh thông số, được thể hiện ở nhiều khía cạnh bao gồm miền thời gian, miền phổ và miền không gian, làm nổi bật khả năng điều khiển đa chiều của laser vi khoang ngẫu nhiên.

Đặc điểm ứng dụng của laser vi khoang ngẫu nhiên
Độ kết tụ không gian thấp, tính ngẫu nhiên của chế độ và độ nhạy với môi trường tạo ra nhiều yếu tố thuận lợi cho việc ứng dụng laser vi khoang ngẫu nhiên. Với giải pháp điều khiển chế độ và điều khiển hướng của laser ngẫu nhiên, nguồn sáng độc đáo này ngày càng được sử dụng rộng rãi trong hình ảnh, chẩn đoán y tế, cảm biến, truyền thông tin và các lĩnh vực khác.
Là một loại laser vi khoang không đều ở quy mô vi mô và nano, laser vi khoang ngẫu nhiên rất nhạy cảm với những thay đổi của môi trường, và các đặc tính tham số của nó có thể phản ứng với nhiều chỉ số nhạy cảm khác nhau giám sát môi trường bên ngoài, chẳng hạn như nhiệt độ, độ ẩm, pH, nồng độ chất lỏng, chiết suất, v.v., tạo ra một nền tảng vượt trội để thực hiện các ứng dụng cảm biến độ nhạy cao. Trong lĩnh vực hình ảnh, lý tưởng lànguồn sángLaser ngẫu nhiên cần có mật độ quang phổ cao, đầu ra định hướng mạnh và độ kết tụ không gian thấp để ngăn ngừa hiệu ứng nhiễu lốm đốm. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh ưu điểm của laser ngẫu nhiên trong việc tạo ảnh không bị nhiễu lốm đốm trên perovskite, màng sinh học, chất tán xạ tinh thể lỏng và chất mang mô tế bào. Trong chẩn đoán y học, laser vi khoang ngẫu nhiên có thể mang thông tin tán xạ từ vật chủ sinh học và đã được ứng dụng thành công để phát hiện nhiều loại mô sinh học khác nhau, mang lại sự thuận tiện cho chẩn đoán y học không xâm lấn.

Trong tương lai, việc phân tích có hệ thống các cấu trúc vi khoang không trật tự và các cơ chế tạo laser phức tạp sẽ trở nên hoàn thiện hơn. Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học vật liệu và công nghệ nano, dự kiến ​​sẽ có thể chế tạo được nhiều cấu trúc vi khoang không trật tự tinh xảo và có chức năng hơn, điều này có tiềm năng to lớn trong việc thúc đẩy nghiên cứu cơ bản và ứng dụng thực tiễn.