Mikroresonator-Komplexlaser vom geordneten zum ungeordneten Zustand

Mikroresonator-Komplexlaser vom geordneten zum ungeordneten Zustand

Ein typischer Laser besteht aus drei grundlegenden Elementen: einer Pumpquelle, einem Verstärkungsmedium, das die stimulierte Strahlung verstärkt, und einem Resonator, der eine optische Resonanz erzeugt. Wenn die Resonatorgröße desLaserDa die Lasertechnologie im Mikrometer- oder Submikrometerbereich angesiedelt ist, zählt sie zu den aktuellen Forschungsschwerpunkten der akademischen Gemeinschaft: Mikroresonatorlaser, die eine signifikante Licht-Materie-Wechselwirkung auf kleinstem Raum ermöglichen. Die Kombination von Mikroresonatoren mit komplexen Systemen, beispielsweise durch unregelmäßige oder ungeordnete Resonatorgrenzen oder durch die Einbringung komplexer oder ungeordneter Arbeitsmedien, erweitert die Möglichkeiten der Laserleistung. Die physikalischen Eigenschaften ungeordneter Resonatoren, die eine einfache Klonung ermöglichen, eröffnen multidimensionale Steuerungsmethoden für Laserparameter und erweitern somit deren Anwendungspotenzial.

Verschiedene ZufallssystemeMikroresonatorlaser
In dieser Arbeit werden erstmals Zufalls-Mikroresonatorlaser anhand ihrer unterschiedlichen Resonatordimensionen klassifiziert. Diese Unterscheidung hebt nicht nur die einzigartigen Ausgangseigenschaften von Zufalls-Mikroresonatorlasern in verschiedenen Dimensionen hervor, sondern verdeutlicht auch die Vorteile der Größenunterschiede in diversen Anwendungs- und Regulierungsbereichen. Dreidimensionale Festkörper-Mikroresonatoren weisen üblicherweise ein kleineres Modenvolumen auf, wodurch eine stärkere Licht-Materie-Wechselwirkung erzielt wird. Aufgrund ihrer geschlossenen dreidimensionalen Struktur lässt sich das Lichtfeld hochgradig lokalisieren, oft mit einem hohen Gütefaktor (Q-Faktor). Diese Eigenschaften prädestinieren sie für hochpräzise Sensorik, Photonenspeicherung, Quanteninformationsverarbeitung und andere fortschrittliche Technologiebereiche. Offene zweidimensionale Dünnschichtsysteme bieten eine ideale Plattform für den Aufbau ungeordneter planarer Strukturen. Als zweidimensionale ungeordnete dielektrische Ebene mit integrierter Verstärkung und Streuung kann das Dünnschichtsystem aktiv zur Erzeugung von Zufallslasern beitragen. Der planare Wellenleitereffekt erleichtert die Laserkopplung und -erfassung. Durch die weitere Verkleinerung des Resonators kann die Integration von Rückkopplungs- und Verstärkungsmedien in den eindimensionalen Wellenleiter die radiale Lichtstreuung unterdrücken und gleichzeitig die axiale Lichtresonanz und -kopplung verstärken. Dieser Integrationsansatz verbessert letztendlich die Effizienz der Lasererzeugung und -kopplung.

Regulatorische Eigenschaften von Mikroresonatorlasern mit zufälliger Struktur
Viele Indikatoren traditioneller Laser, wie Kohärenz, Schwellenleistung, Ausgangsrichtung und Polarisationscharakteristik, sind entscheidende Kriterien zur Messung der Laserleistung. Im Vergleich zu konventionellen Lasern mit festen, symmetrischen Resonatoren bietet der Zufallsmikroresonatorlaser eine größere Flexibilität bei der Parametereinstellung. Dies spiegelt sich in mehreren Dimensionen wider, darunter Zeit-, Spektral- und Ortsbereich, und unterstreicht die multidimensionale Steuerbarkeit des Zufallsmikroresonatorlasers.

Anwendungseigenschaften von Zufallsmikroresonatorlasern
Geringe räumliche Kohärenz, Modenrandomisierung und Empfindlichkeit gegenüber der Umgebung bieten viele günstige Faktoren für die Anwendung stochastischer Mikroresonatorlaser. Durch die Lösung der Moden- und Richtungssteuerung von Zufallslasern findet diese einzigartige Lichtquelle zunehmend Anwendung in der Bildgebung, der medizinischen Diagnostik, der Sensorik, der Informationsübertragung und anderen Bereichen.
Als ungeordneter Mikroresonatorlaser im Mikro- und Nanobereich reagiert der Zufallsmikroresonatorlaser sehr empfindlich auf Umweltveränderungen. Seine parametrischen Eigenschaften ermöglichen die Reaktion auf verschiedene Indikatoren der äußeren Umgebung, wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, pH-Wert, Flüssigkeitskonzentration, Brechungsindex usw. Dadurch entsteht eine hervorragende Plattform für hochempfindliche Sensoranwendungen. Im Bereich der Bildgebung ist er ideal.LichtquelleUm Interferenz-Speckle-Effekte zu vermeiden, sollten die Laser eine hohe spektrale Dichte, eine starke gerichtete Leistung und eine geringe räumliche Kohärenz aufweisen. Die Forscher demonstrierten die Vorteile von Zufallslasern für die specklefreie Bildgebung in Perowskit, Biofilmen, Flüssigkristallstreuern und Zellgewebeträgern. In der medizinischen Diagnostik können Zufalls-Mikroresonatorlaser Streuinformationen aus biologischen Wirtsmaterialien übertragen und wurden bereits erfolgreich zur Detektion verschiedener biologischer Gewebe eingesetzt, was die nicht-invasive Diagnostik erleichtert.

Zukünftig wird die systematische Analyse ungeordneter Mikrohohlraumstrukturen und komplexer Lasererzeugungsmechanismen umfassender werden. Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Materialwissenschaft und Nanotechnologie ist zu erwarten, dass feinere und funktionalere ungeordnete Mikrohohlraumstrukturen hergestellt werden können, was ein großes Potenzial für die Förderung der Grundlagenforschung und praktischer Anwendungen birgt.