الليزر المعقد ذو التجويف الدقيق من الحالات المرتبة إلى الحالات المضطربة

الليزر المعقد ذو التجويف الدقيق من الحالات المرتبة إلى الحالات المضطربة

يتكون الليزر النموذجي من ثلاثة عناصر أساسية: مصدر مضخة، ووسط كسب يعمل على تضخيم الإشعاع المحفز، وبنية تجويفية تولد رنينًا بصريًا. عندما يكون حجم التجويفالليزرنظرًا لأنه قريب من مستوى الميكرون أو دون الميكرون، فقد أصبح أحد النقاط الساخنة للبحث الحالي في المجتمع الأكاديمي: ليزر التجويف الدقيق، والذي يمكنه تحقيق تفاعل كبير بين الضوء والمادة في حجم صغير. إن الجمع بين التجاويف الدقيقة والأنظمة المعقدة، مثل إدخال حدود تجويف غير منتظمة أو مضطربة، أو إدخال وسائط عمل معقدة أو مضطربة في التجاويف الدقيقة، سيزيد من درجة حرية إخراج الليزر. توفر الخصائص الفيزيائية غير المستنسخة للتجاويف المضطربة طرق تحكم متعددة الأبعاد لمعلمات الليزر، ويمكن أن توسع إمكانات تطبيقها.

أنظمة عشوائية مختلفةليزر التجويف الدقيق
في هذا البحث، تم تصنيف ليزر التجويف الدقيق العشوائي من أبعاد تجويفية مختلفة لأول مرة. لا يسلط هذا التمييز الضوء على خصائص الإخراج الفريدة لليزر التجويف الدقيق العشوائي بأبعاد مختلفة فحسب، بل يوضح أيضًا مزايا اختلاف حجم التجويف الدقيق العشوائي في مختلف المجالات التنظيمية والتطبيقية. عادة ما يكون للتجويف الدقيق ذو الحالة الصلبة ثلاثي الأبعاد حجم وضع أصغر، وبالتالي تحقيق تفاعل أقوى بين الضوء والمادة. نظرًا لبنيته المغلقة ثلاثية الأبعاد، يمكن أن يتم تحديد مجال الضوء بشكل كبير في ثلاثة أبعاد، وغالبًا ما يكون ذلك بعامل جودة عالي (Q-factor). هذه الخصائص تجعلها مناسبة للاستشعار عالي الدقة وتخزين الفوتون ومعالجة المعلومات الكمومية وغيرها من مجالات التكنولوجيا المتقدمة. يعد نظام الأغشية الرقيقة المفتوح ثنائي الأبعاد منصة مثالية لبناء الهياكل المستوية غير المنتظمة. باعتباره مستوى عازلًا ثنائي الأبعاد مضطربًا مع مكاسب وتشتت متكاملين، يمكن لنظام الأغشية الرقيقة أن يشارك بنشاط في توليد الليزر العشوائي. إن تأثير الدليل الموجي المستوي يجعل اقتران الليزر وتجميعه أسهل. مع تقليل بُعد التجويف بشكل أكبر، يمكن لدمج ردود الفعل ووسائط الكسب في الدليل الموجي أحادي البعد أن يمنع تشتت الضوء الشعاعي مع تعزيز رنين الضوء المحوري والاقتران. يعمل نهج التكامل هذا في النهاية على تحسين كفاءة توليد الليزر والاقتران.

الخصائص التنظيمية لليزر microcavity العشوائي
تعد العديد من مؤشرات الليزر التقليدية، مثل التماسك والعتبة واتجاه الإخراج وخصائص الاستقطاب، هي المعايير الأساسية لقياس أداء مخرجات الليزر. بالمقارنة مع أجهزة الليزر التقليدية ذات التجاويف المتماثلة الثابتة، يوفر ليزر التجويف الدقيق العشوائي مزيدًا من المرونة في تنظيم المعلمات، وهو ما ينعكس في أبعاد متعددة بما في ذلك المجال الزمني والمجال الطيفي والمجال المكاني، مما يسلط الضوء على إمكانية التحكم متعدد الأبعاد في ليزر التجويف الدقيق العشوائي.

خصائص تطبيق ليزر التجويف الدقيق العشوائي
يوفر التماسك المكاني المنخفض وعشوائية الوضع والحساسية للبيئة العديد من العوامل المفضلة لتطبيق ليزر التجويف الدقيق العشوائي. مع حل التحكم في الوضع والتحكم في الاتجاه لليزر العشوائي، يتم استخدام مصدر الضوء الفريد هذا بشكل متزايد في التصوير والتشخيص الطبي والاستشعار واتصالات المعلومات وغيرها من المجالات.
بصفته ليزر تجويف صغير مضطرب على نطاق ميكرو ونانو، فإن ليزر التجويف الدقيق العشوائي حساس للغاية للتغيرات البيئية، ويمكن أن تستجيب خصائصه البارامترية لمختلف المؤشرات الحساسة التي تراقب البيئة الخارجية، مثل درجة الحرارة والرطوبة ودرجة الحموضة وتركيز السائل، معامل الانكسار، وما إلى ذلك، مما يخلق منصة فائقة لتحقيق تطبيقات الاستشعار عالية الحساسية. وفي مجال التصوير المثاليمصدر الضوءينبغي أن تكون ذات كثافة طيفية عالية، وخرج اتجاهي قوي، وتماسك مكاني منخفض لمنع تأثيرات بقع التداخل. أظهر الباحثون مزايا الليزر العشوائي للتصوير الخالي من البقع في البيروفسكايت والأغشية الحيوية ومبعثرات البلورات السائلة وحاملات الأنسجة الخلوية. في التشخيص الطبي، يمكن أن يحمل ليزر التجويف الدقيق العشوائي معلومات متفرقة من المضيف البيولوجي، وقد تم تطبيقه بنجاح للكشف عن الأنسجة البيولوجية المختلفة، مما يوفر الراحة للتشخيص الطبي غير الجراحي.

في المستقبل، سيصبح التحليل المنهجي لهياكل التجاويف الدقيقة المضطربة وآليات توليد الليزر المعقدة أكثر اكتمالاً. مع التقدم المستمر لعلوم المواد وتكنولوجيا النانو، من المتوقع أن يتم تصنيع المزيد من هياكل التجاويف الدقيقة غير المنتظمة الدقيقة والوظيفية، والتي لديها إمكانات كبيرة في تعزيز البحوث الأساسية والتطبيقات العملية.