ليزرات معقدة ذات تجويف دقيق من الحالات المنظمة إلى الحالات غير المنظمة

ليزرات معقدة ذات تجويف دقيق من الحالات المنظمة إلى الحالات غير المنظمة

يتكون الليزر النموذجي من ثلاثة عناصر أساسية: مصدر مضخة، ووسط تضخيم يُضخّم الإشعاع المُحفّز، وبنية تجويف تُولّد رنينًا بصريًا. عندما يكون حجم تجويفالليزرنظرًا لقربها من مستوى الميكرون أو ما دون الميكرون، فقد أصبحت ليزرات التجاويف الدقيقة من أبرز مجالات البحث في الأوساط الأكاديمية، إذ يمكنها تحقيق تفاعل كبير بين الضوء والمادة في حجم صغير. إن دمج التجاويف الدقيقة مع الأنظمة المعقدة، مثل إدخال حدود تجاويف غير منتظمة أو غير منظمة، أو إدخال وسائط عمل معقدة أو غير منظمة في التجاويف الدقيقة، سيزيد من درجة حرية إنتاج الليزر. كما أن الخصائص الفيزيائية غير المستنسخة للتجاويف غير المنظمة تُتيح طرق تحكم متعددة الأبعاد لمعلمات الليزر، ويمكن أن تُوسّع نطاق تطبيقاتها.

أنظمة مختلفة من العشوائيةليزرات التجويف الدقيق
في هذه الورقة البحثية، تُصنّف ليزرات التجاويف الدقيقة العشوائية لأول مرة بناءً على أبعاد تجويف مختلفة. لا يُبرز هذا التمييز خصائص الخرج الفريدة لليزر التجاويف الدقيقة العشوائية في أبعاد مختلفة فحسب، بل يُوضّح أيضًا مزايا اختلاف حجم التجويف الدقيق العشوائي في مختلف المجالات التنظيمية والتطبيقية. عادةً ما يكون حجم الوضع في التجويف الدقيق ثلاثي الأبعاد في الحالة الصلبة أصغر، مما يُحقق تفاعلًا أقوى بين الضوء والمادة. بفضل بنيته المغلقة ثلاثية الأبعاد، يُمكن تحديد مجال الضوء بدقة عالية في ثلاثة أبعاد، وغالبًا ما يكون ذلك بعامل جودة عالٍ (عامل Q). تجعله هذه الخصائص مناسبًا للاستشعار عالي الدقة، وتخزين الفوتونات، ومعالجة المعلومات الكمومية، وغيرها من مجالات التكنولوجيا المتقدمة. يُعد نظام الأغشية الرقيقة ثنائي الأبعاد المفتوح منصة مثالية لبناء هياكل مستوية غير منظمة. وبصفته مستويًا عازلًا غير منظم ثنائي الأبعاد مع تكامل الكسب والتشتت، يُمكن لنظام الأغشية الرقيقة أن يُشارك بفعالية في توليد الليزر العشوائي. يُسهّل تأثير الدليل الموجي المستوي اقتران الليزر وجمعه. مع تقليل أبعاد التجويف بشكل أكبر، يُمكن لدمج وسائط التغذية الراجعة والكسب في الدليل الموجي أحادي البعد أن يُقلل من تشتت الضوء الشعاعي مع تعزيز رنين الضوء المحوري واقترانه. يُحسّن هذا النهج التكاملي في نهاية المطاف كفاءة توليد الليزر واقترانه.

الخصائص التنظيمية لليزرات المجهرية العشوائية
تُعدّ العديد من مؤشرات الليزر التقليدية، مثل التماسك، والعتبة، واتجاه الخرج، وخصائص الاستقطاب، معايير أساسية لقياس أداء خرج الليزر. وبالمقارنة مع الليزرات التقليدية ذات التجاويف المتماثلة الثابتة، يوفر ليزر التجاويف الدقيقة العشوائية مرونة أكبر في تنظيم المعاملات، وهو ما ينعكس في أبعاد متعددة، بما في ذلك المجال الزمني، والمجال الطيفي، والمجال المكاني، مما يُبرز قابلية التحكم متعددة الأبعاد في ليزر التجاويف الدقيقة العشوائية.

خصائص تطبيق الليزر المجهري العشوائي
تُوفر عوامل مثل ضعف التماسك المكاني، وعشوائية الوضع، والحساسية البيئية العديد من العوامل المواتية لتطبيق ليزرات التجاويف الدقيقة العشوائية. وبفضل حلول التحكم في الوضع والاتجاه لليزر العشوائي، يزداد استخدام هذا المصدر الضوئي الفريد في التصوير، والتشخيص الطبي، والاستشعار، واتصالات المعلومات، وغيرها من المجالات.
باعتباره ليزرًا عشوائيًا دقيق التجويف على مقياسي الميكرو والنانو، يتميز ليزر التجويف الدقيق العشوائي بحساسية عالية للتغيرات البيئية، وتستجيب خصائصه البارامترية لمختلف المؤشرات الحساسة التي ترصد البيئة الخارجية، مثل درجة الحرارة والرطوبة ودرجة الحموضة وتركيز السوائل ومعامل الانكسار، إلخ، مما يوفر منصةً فائقةً لتطبيقات الاستشعار عالية الحساسية. في مجال التصوير، يُعدّ الليزر المثالي...مصدر الضوءيجب أن يتمتع الليزر العشوائي بكثافة طيفية عالية، وإخراج اتجاهي قوي، وتماسك مكاني منخفض لمنع آثار التداخل المتناثر. وقد أظهر الباحثون مزايا الليزر العشوائي في التصوير الخالي من البقع في البيروفسكايت، والأغشية الحيوية، ومشتتات البلورات السائلة، وناقلات أنسجة الخلايا. في التشخيص الطبي، يمكن لليزر العشوائي ذي التجاويف الدقيقة أن يحمل معلومات متناثرة من المضيف البيولوجي، وقد طُبق بنجاح للكشف عن أنسجة بيولوجية مختلفة، مما يوفر سهولة في التشخيص الطبي غير الجراحي.

في المستقبل، سيزداد اكتمال التحليل المنهجي لهياكل التجاويف الدقيقة غير المنتظمة وآليات توليد الليزر المعقدة. ومع التقدم المستمر في علم المواد وتكنولوجيا النانو، من المتوقع تصنيع هياكل تجاويف دقيقة أكثر دقة وكفاءة، مما يُتيح إمكانات كبيرة لتعزيز البحوث الأساسية والتطبيقات العملية.