Lasers complexes à microcavités, des états ordonnés aux états désordonnés

Lasers complexes à microcavités, des états ordonnés aux états désordonnés

Un laser typique se compose de trois éléments de base : une source de pompe, un milieu de gain qui amplifie le rayonnement stimulé et une structure de cavité qui génère une résonance optique. Lorsque la taille de la cavité dulaserest proche du niveau micronique ou submicronique, il est devenu l'un des points chauds de la recherche actuelle dans la communauté universitaire : les lasers à microcavité, qui peuvent réaliser une interaction significative entre la lumière et la matière dans un petit volume. La combinaison de microcavités avec des systèmes complexes, comme l'introduction de limites de cavité irrégulières ou désordonnées, ou l'introduction de milieux de travail complexes ou désordonnés dans des microcavités, augmentera le degré de liberté de sortie laser. Les caractéristiques physiques de non-clonage des cavités désordonnées apportent des méthodes de contrôle multidimensionnelles des paramètres laser et peuvent étendre leur potentiel d'application.

Différents systèmes de hasardlasers à microcavité
Dans cet article, les lasers à microcavités aléatoires sont pour la première fois classés à partir de différentes dimensions de cavité. Cette distinction met non seulement en évidence les caractéristiques de sortie uniques du laser à microcavité aléatoire dans différentes dimensions, mais clarifie également les avantages de la différence de taille de la microcavité aléatoire dans divers domaines réglementaires et d'application. La microcavité tridimensionnelle à l’état solide a généralement un volume modal plus petit, permettant ainsi une interaction plus forte entre la lumière et la matière. Grâce à sa structure tridimensionnelle fermée, le champ lumineux peut être hautement localisé en trois dimensions, souvent avec un facteur de qualité (facteur Q) élevé. Ces caractéristiques le rendent adapté à la détection de haute précision, au stockage de photons, au traitement de l’information quantique et à d’autres domaines technologiques avancés. Le système ouvert à couches minces bidimensionnelles constitue une plate-forme idéale pour la construction de structures planaires désordonnées. En tant que plan diélectrique désordonné bidimensionnel avec gain et diffusion intégrés, le système à couches minces peut participer activement à la génération de laser aléatoire. L'effet de guide d'onde planaire facilite le couplage et la collecte du laser. La dimension de la cavité étant encore réduite, l'intégration de supports de rétroaction et de gain dans le guide d'onde unidimensionnel peut supprimer la diffusion radiale de la lumière tout en améliorant la résonance et le couplage axial de la lumière. Cette approche d'intégration améliore finalement l'efficacité de la génération et du couplage laser.

Caractéristiques réglementaires des lasers à microcavités aléatoires
De nombreux indicateurs des lasers traditionnels, tels que la cohérence, le seuil, la direction de sortie et les caractéristiques de polarisation, constituent les critères clés pour mesurer les performances de sortie des lasers. Comparé aux lasers conventionnels dotés de cavités symétriques fixes, le laser à microcavité aléatoire offre plus de flexibilité dans la régulation des paramètres, ce qui se reflète dans plusieurs dimensions, notamment le domaine temporel, le domaine spectral et le domaine spatial, mettant en évidence la contrôlabilité multidimensionnelle du laser à microcavité aléatoire.

Caractéristiques d'application des lasers à microcavité aléatoire
La faible cohérence spatiale, le caractère aléatoire des modes et la sensibilité à l’environnement fournissent de nombreux facteurs favorables à l’application des lasers à microcavité stochastique. Avec la solution de contrôle de mode et de contrôle de direction du laser aléatoire, cette source de lumière unique est de plus en plus utilisée dans l'imagerie, le diagnostic médical, la détection, la communication d'informations et d'autres domaines.
En tant que laser à microcavité désordonnée à l'échelle micro et nano, le laser à microcavité aléatoire est très sensible aux changements environnementaux, et ses caractéristiques paramétriques peuvent répondre à divers indicateurs sensibles surveillant l'environnement externe, tels que la température, l'humidité, le pH, la concentration du liquide, indice de réfraction, etc., créant une plate-forme supérieure pour réaliser des applications de détection à haute sensibilité. Dans le domaine de l'imagerie, l'idéalsource de lumièredoit avoir une densité spectrale élevée, une forte sortie directionnelle et une faible cohérence spatiale pour éviter les effets de speckle d'interférence. Les chercheurs ont démontré les avantages des lasers aléatoires pour une imagerie sans taches dans la pérovskite, le biofilm, les diffuseurs de cristaux liquides et les supports de tissus cellulaires. Dans le diagnostic médical, le laser à microcavité aléatoire peut transporter des informations dispersées provenant d'un hôte biologique et a été appliqué avec succès pour détecter divers tissus biologiques, ce qui facilite le diagnostic médical non invasif.

À l’avenir, l’analyse systématique des structures désordonnées des microcavités et des mécanismes complexes de génération de laser deviendra plus complète. Avec les progrès continus de la science des matériaux et de la nanotechnologie, on s'attend à ce que davantage de structures de microcavités désordonnées, fines et fonctionnelles, soient fabriquées, ce qui présente un grand potentiel pour promouvoir la recherche fondamentale et les applications pratiques.