Laser phức tạp vi khoang từ trạng thái trật tự đến trạng thái rối loạn

Laser phức tạp vi khoang từ trạng thái trật tự đến trạng thái rối loạn

Một tia laser thông thường bao gồm ba thành phần cơ bản: nguồn bơm, môi trường khuếch đại khuếch đại bức xạ kích thích và cấu trúc khoang tạo ra cộng hưởng quang học. Khi kích thước khoang củatia lazegần với mức micron hoặc submicron, nó đã trở thành một trong những điểm nóng nghiên cứu hiện nay trong cộng đồng học thuật: laser khoang vi mô, có thể đạt được tương tác ánh sáng và vật chất đáng kể trong một thể tích nhỏ. Kết hợp các khoang vi mô với các hệ thống phức tạp, chẳng hạn như đưa các ranh giới khoang không đều hoặc rối loạn, hoặc đưa môi trường làm việc phức tạp hoặc không rối loạn vào các khoang vi mô, sẽ làm tăng mức độ tự do của đầu ra laser. Các đặc tính vật lý không nhân bản của các khoang rối loạn mang lại các phương pháp kiểm soát 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, lần đầu tiên các laser vi khoang ngẫu nhiên được phân loại theo các kích thước khoang khác nhau. Sự khác biệt này không chỉ nêu bật các đặc tính đầu ra độc đáo của laser khoang vi mô ngẫu nhiên ở các kích thước khác nhau mà còn làm rõ những lợi thế về sự khác biệt kích thước của khoang vi mô ngẫu nhiên trong các lĩnh vực ứng dụng và quy định khác nhau. Khoang vi mô trạng thái rắn ba chiều thường có thể tích chế độ nhỏ hơn, do đó đạt được tương tác vật chất và ánh sáng mạnh hơn. Do cấu trúc khép kín ba chiều, trường ánh sáng có thể định vị cao theo ba chiều, thường có hệ số chất lượng cao (hệ số Q). Những đặc điểm này làm cho nó phù hợp với cảm biến có 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 nền tảng lý tưởng để xây dựng các cấu trúc phẳng không trật tự. Là một mặt phẳng điện môi rối loạn hai chiều có tích hợp khuếch đại và tán xạ, hệ thống màng mỏng có thể tham gia tích cực vào việc tạo ra tia laser ngẫu nhiên. Hiệu ứng ống dẫn sóng phẳng giúp cho việc ghép và thu thập tia laser dễ dàng hơn. Với kích thước khoang giảm hơn nữa, việc tích hợp phản hồi và phương tiện khuếch đại vào ống dẫn sóng một chiều có thể ngăn chặn sự tán xạ ánh sáng xuyên tâm đồng thời tăng cường sự cộng hưởng và ghép ánh sáng dọc trục. Phương pháp tích hợp này cuối cùng sẽ cải thiện hiệu quả của việc tạo và ghép laser.

Đặc điểm quy định của laser microcavity 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 tiêu chí chính để đo hiệu suất đầu ra của laser. So với các laser thông thường có các khoang đối xứng cố định, laser vi khoang ngẫu nhiên mang lại sự linh hoạt hơn trong việc điều chỉnh tham số, được phản ánh theo nhiều chiều bao gồm miền thời gian, miền quang 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 microcavity ngẫu nhiên
Độ kết hợp không gian thấp, tính ngẫu nhiên của chế độ và độ nhạy với môi trường cung cấp 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 nhiều trong chẩn đoán hình ảnh, chẩn đoán y tế, cảm biến, truyền thông thông tin và các lĩnh vực khác.
Là một laser khoang vi mô bị rối loạn ở quy mô micro và nano, laser khoang vi mô ngẫu nhiên rất nhạy cảm với những thay đổi của môi trường và các đặc tính tham số của nó có thể đáp ứng với các chỉ số nhạy cảm khác nhau theo dõi môi trường bên ngoài, như nhiệt độ, độ ẩm, pH, nồng độ chất lỏng, chỉ số khúc xạ, v.v., tạo ra nền tảng ưu việt để hiện thực hóa các ứng dụng cảm biến có độ nhạy cao. Trong lĩnh vực hình ảnh, lý tưởngnguồn sángphải có mật độ phổ cao, đầu ra định hướng mạnh và độ kết hợp không gian thấp để ngăn chặn hiệu ứng đốm nhiễu. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh những ưu điểm của tia laser ngẫu nhiên để chụp ảnh không có đốm trong perovskite, màng sinh học, chất tán xạ tinh thể lỏng và chất mang mô tế bào. Trong chẩn đoán y tế, laser vi khoang ngẫu nhiên có thể mang thông tin rải rác từ vật chủ sinh học và đã được áp dụng thành công để phát hiện các mô sinh học khác nhau, mang lại sự thuận tiện cho chẩn đoán y tế không xâm lấn.

Trong tương lai, việc phân tích có hệ thống các cấu trúc khoang vi mô bị rối loạn và cơ chế tạo tia laser phức tạp sẽ trở nên hoàn thiện hơn. Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học vật liệu và công nghệ nano, người ta hy vọng sẽ chế tạo được nhiều cấu trúc khoang vi mô rối loạn chức năng và mịn hơn, có tiềm năng lớn trong việc thúc đẩy nghiên cứu cơ bản và ứng dụng thực tế.