Laser phức hợp khoang vi mô từ trạng thái có trật tự đến trạng thái hỗn loạn

Laser phức hợp khoang vi mô từ trạng thái có trật tự đến trạng thái hỗn loạn

Một tia laser điển hình 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 laserGần với cấp độ micron hoặc dưới micron, laser vi khoang đã trở thành một trong những điểm nóng nghiên cứu hiện nay trong cộng đồng học thuật: laser vi khoang, có thể đạt được tương tác ánh sáng và vật chất đáng kể trong một thể tích nhỏ. Việc kết hợp vi khoang với các hệ thống phức tạp, chẳng hạn như đưa vào các ranh giới khoang không đều hoặc không có trật tự, hoặc đưa vào môi trường làm việc phức tạp hoặc không có trật tự, sẽ làm tăng mức độ tự do của đầu ra laser. Đặc tính không sao chép vật lý của các khoang không có trật tự 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 khoang vi mô
Trong bài báo này, laser vi khoang ngẫu nhiên được phân loại lần đầu tiên theo các kích thước khoang khác nhau. Sự khác 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 lợi thế của sự khác biệt về kích thước của laser vi khoang ngẫu nhiên trong các lĩnh vực quy định và ứng dụng khác nhau. Vi khoang trạng thái rắn ba chiều thường có thể tích mode nhỏ hơn, do đó đạt được tương tác ánh sáng và vật chất mạnh hơn. Nhờ cấu trúc khép kín ba chiều, trường ánh sáng có thể được định vị cao trong không gian ba chiều, thường với hệ số chất lượng cao (hệ số Q). Những đặc điểm này làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng 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 vô trật tự. Là một mặt phẳng điện môi vô trật tự hai chiều với độ khuếch đại và tán xạ tích hợp, hệ thống màng mỏng có thể tham gia tích cực vào việc tạo ra laser ngẫu nhiên. Hiệu ứng ống dẫn sóng phẳng giúp việc ghép nối và thu thập laser dễ dàng hơn. Với kích thước khoang được thu nhỏ hơn nữa, việc tích hợp môi trường phản hồi và khuếch đại vào ống dẫn sóng một chiều có thể ngăn chặn sự tán xạ ánh sáng xuyên tâm đồng thời tăng cường cộng hưởng và ghép nối ánh sáng dọc trục. Phương pháp tích hợp này cuối cùng 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 chính để đo lường hiệu suất đầu ra của laser. So với laser thông thường với các khoang đối xứng cố định, laser vi hốc ngẫu nhiên linh hoạt hơn trong việc điều chỉnh tham số, thể hiện qua nhiều chiều bao gồm miền thời gian, miền phổ và miền không gian, làm nổi bật khả năng điều khiển đa chiều của laser vi hốc ngẫu nhiên.

Đặc điểm ứng dụng của laser vi khoang ngẫu nhiên
Độ đồng nhất không gian thấp, tính ngẫu nhiên của mode và độ nhạy với môi trường mang lại nhiều yếu tố thuận lợi cho việc ứng dụng laser vi khoang ngẫu nhiên. Với giải pháp điều khiển mode và điều khiển hướng laser ngẫu nhiên, nguồn sáng độc đáo này ngày càng được sử dụng rộng rãi trong chẩn đoán hình ảnh, chẩn đoán y tế, cảm biến, truyền thông thông tin và các lĩnh vực khác.
Là laser vi khoang ngẫu nhiên ở cấp độ micro 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 theo dõi 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 hiện thực hóa các ứng dụng cảm biến độ nhạy cao. Trong lĩnh vực hình ảnh, lý tưởngnguồn sángcần có mật độ phổ cao, đầu ra định hướng mạnh và độ kết hợp không gian thấp để ngăn ngừa hiệu ứng nhiễu hạt nhiễu. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh lợi thế của laser ngẫu nhiên trong việc chụp ảnh không nhiễu hạt trên perovskite, màng sinh học, bộ tán xạ tinh thể lỏng và vật mang mô tế bào. Trong chẩn đoán y khoa, laser vi khoang ngẫu nhiên có thể mang thông tin phân tán 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 tiện lợi cho chẩn đoán y khoa không xâm lấn.

Trong tương lai, việc phân tích hệ thống các cấu trúc vi khoang hỗn loạn và 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 nhiều cấu trúc vi khoang hỗn loạn tinh vi và chức năng hơn được chế tạo, có tiềm năng to lớn trong việc thúc đẩy nghiên cứu cơ bản và ứng dụng thực tiễn.