Lasers complexes à microcavité, de l'état ordonné à l'état désordonné

Lasers complexes à microcavité, de l'état ordonné à l'état désordonné

Un laser typique se compose de trois éléments de base : une source de pompage, un milieu amplificateur qui amplifie le rayonnement stimulé et une cavité qui génère une résonance optique. Lorsque la taille de la cavité…laserÀ l'échelle du micron ou du submicron, les lasers à microcavité, capables d'obtenir une interaction lumière-matière significative dans un volume réduit, constituent un axe de recherche majeur au sein de la communauté académique. L'intégration de microcavités à des systèmes complexes, par exemple en introduisant des parois irrégulières ou désordonnées, ou encore des milieux de travail complexes ou désordonnés, accroît la flexibilité des paramètres laser. L'impossibilité de cloner les cavités désordonnées ouvre la voie à un contrôle multidimensionnel des paramètres laser et élargit considérablement le champ d'application de ces lasers.

Différents systèmes aléatoireslasers à microcavité
Dans cet article, les lasers à microcavité aléatoire sont classés pour la première fois selon les dimensions de leur cavité. Cette distinction met en évidence les caractéristiques de sortie uniques de ces lasers selon leurs dimensions et clarifie les avantages liés à ces différences de taille dans divers domaines réglementaires et applicatifs. La microcavité tridimensionnelle à l'état solide présente généralement un volume modal réduit, permettant ainsi une interaction lumière-matière plus intense. Grâce à sa structure tridimensionnelle fermée, le champ lumineux est fortement localisé, souvent avec un facteur de qualité (facteur Q) élevé. Ces caractéristiques la rendent adaptée à la détection de haute précision, au stockage de photons, au traitement de l'information quantique et à d'autres technologies de pointe. Le système de couches minces bidimensionnelles ouvertes constitue une plateforme idéale pour la construction de structures planaires désordonnées. En tant que plan diélectrique désordonné bidimensionnel intégrant gain et diffusion, ce système de couches minces participe activement à la génération du laser aléatoire. L'effet de guide d'ondes planaire facilite le couplage et la collecte du laser. En réduisant encore les dimensions de la cavité, l'intégration de la boucle de rétroaction et du milieu amplificateur dans le guide d'ondes unidimensionnel permet de supprimer la diffusion radiale de la lumière tout en renforçant la résonance axiale et le couplage. Cette approche d'intégration améliore ainsi l'efficacité de la génération et du couplage laser.

Caractéristiques réglementaires des lasers à microcavité aléatoire
De nombreux indicateurs des lasers traditionnels, tels que la cohérence, le seuil, la direction de sortie et les caractéristiques de polarisation, constituent des critères essentiels pour mesurer leurs performances. Comparé aux lasers conventionnels à cavités symétriques fixes, le laser à microcavité aléatoire offre une plus grande flexibilité dans le réglage des paramètres, ce qui se traduit par une contrôlabilité multidimensionnelle, notamment dans les domaines temporel, spectral et spatial.

Caractéristiques d'application des lasers à microcavité aléatoires
La faible cohérence spatiale, le caractère aléatoire des modes et la sensibilité à l'environnement constituent de nombreux atouts pour l'application des lasers à microcavité stochastiques. Grâce au contrôle des modes et de la direction de ces lasers aléatoires, cette source lumineuse unique est de plus en plus utilisée en imagerie, en diagnostic médical, en détection, en communication de l'information et dans d'autres domaines.
En tant que laser à microcavité désordonnée à l'échelle micro et nanométrique, le laser à microcavité aléatoire est très sensible aux variations environnementales. Ses caractéristiques paramétriques lui permettent de réagir à divers indicateurs sensibles de l'environnement extérieur, tels que la température, l'humidité, le pH, la concentration de liquide, l'indice de réfraction, etc., créant ainsi une plateforme performante pour la réalisation d'applications de détection de haute sensibilité. Dans le domaine de l'imagerie, il constitue l'application idéale.source lumineusePour éviter les effets de speckle, les lasers aléatoires doivent présenter une densité spectrale élevée, une forte directivité et une faible cohérence spatiale. Les chercheurs ont démontré leurs avantages pour l'imagerie sans speckle dans les pérovskites, les biofilms, les diffuseurs à cristaux liquides et les supports de tissus cellulaires. En diagnostic médical, le laser à microcavité aléatoire peut transmettre l'information diffusée par l'organisme hôte et a été appliqué avec succès à la détection de divers tissus biologiques, facilitant ainsi le diagnostic médical non invasif.

À l'avenir, l'analyse systématique des structures de microcavités désordonnées et des mécanismes complexes de génération laser sera plus complète. Grâce aux progrès constants des sciences des matériaux et des nanotechnologies, on peut s'attendre à la fabrication de structures de microcavités désordonnées plus fines et fonctionnelles, ce qui présente un grand potentiel pour la recherche fondamentale et les applications pratiques.