秩序状態から無秩序状態へのマイクロキャビティ複合レーザー

秩序状態から無秩序状態へのマイクロキャビティ複合レーザー

一般的なレーザーは、ポンプ源、刺激された放射線を増幅する利得媒体、光共振を生成するキャビティ構造という 3 つの基本要素で構成されています。キャビティサイズがレーザミクロンまたはサブミクロンレベルに近いため、学術界で現在注目されている研究スポットの1つとなっているのが、小さな体積で重要な光と物質の相互作用を実現できるマイクロキャビティレーザーです。不規則または無秩序なキャビティ境界を導入したり、複雑または無秩序な作動媒体をマイクロキャビティに導入したりするなど、マイクロキャビティを複雑なシステムと組み合わせると、レーザー出力の自由度が高まります。無秩序なキャビティの物理的な非クローン化特性は、レーザーパラメータの多次元制御方法をもたらし、その応用可能性を拡大することができます。

ランダムのさまざまなシステムマイクロキャビティレーザー
この論文では、ランダムマイクロキャビティレーザーが異なるキャビティ寸法から初めて分類されました。この違いは、異なる次元でのランダムマイクロキャビティレーザーのユニークな出力特性を強調するだけでなく、さまざまな規制および応用分野におけるランダムマイクロキャビティのサイズの違いの利点も明確にします。三次元固体マイクロキャビティは通常、より小さなモード体積を持ち、したがってより強い光と物質の相互作用を実現します。三次元の閉じた構造により、ライト フィールドは三次元で高度に局在化でき、多くの場合、高い品質係数 (Q 係数) が得られます。これらの特性により、高精度センシング、光子蓄積、量子情報処理などの先端技術分野に適しています。オープン二次元薄膜システムは、無秩序な平面構造を構築するための理想的なプラットフォームです。利得と散乱が統合された二次元の無秩序な誘電体面として、薄膜システムはランダム レーザーの生成に積極的に関与できます。平面導波路効果により、レーザーの結合と収集が容易になります。キャビティの寸法がさらに縮小されると、フィードバック媒体と利得媒体を一次元導波路に統合することで、軸方向の光の共振と結合を強化しながら、放射状の光の散乱を抑制できます。この統合アプローチにより、最終的にレーザーの生成と結合の効率が向上します。

ランダムマイクロキャビティレーザーの規制特性
コヒーレンス、閾値、出力方向、偏光特性など、従来のレーザーの多くの指標は、レーザーの出力性能を測定するための重要な基準です。固定対称キャビティを備えた従来のレーザーと比較して、ランダムマイクロキャビティレーザーはパラメータ調整の柔軟性が高く、時間領域、スペクトルドメイン、空間ドメインを含む多次元に反映され、ランダムマイクロキャビティレーザーの多次元制御可能性が強調されます。

ランダムマイクロキャビティレーザーの応用特性
低い空間コヒーレンス、モードのランダム性、および環境に対する感度は、確率的マイクロキャビティレーザーの応用にとって多くの有利な要素を提供します。ランダムレーザーのモード制御と方向制御を解決するこのユニークな光源は、イメージング、医療診断、センシング、情報通信などの分野での使用が増加しています。
マイクロおよびナノスケールの無秩序なマイクロキャビティレーザーとして、ランダムマイクロキャビティレーザーは環境変化に非常に敏感であり、そのパラメトリック特性は、温度、湿度、pH、液体濃度、屈折率などを考慮した高感度センシングアプリケーションを実現する優れたプラットフォームを構築します。映像分野における理想は、光源干渉スペックル効果を防ぐために、高いスペクトル密度、強い指向性出力、および低い空間コヒーレンスを備えている必要があります。研究者らは、ペロブスカイト、バイオフィルム、液晶散乱体、細胞組織担体のスペックルフリーイメージングにおけるランダムレーザーの利点を実証しました。医療診断では、ランダムマイクロキャビティレーザーは生物学的宿主からの散乱情報を運ぶことができ、さまざまな生物学的組織の検出に適用され成功しており、非侵襲的医療診断に利便性をもたらします。

将来的には、無秩序なマイクロキャビティ構造と複雑なレーザー発生メカニズムの体系的な分析がより完全になるでしょう。材料科学とナノテクノロジーの継続的な進歩に伴い、より微細で機能的な不規則なマイクロキャビティ構造の作製が期待されており、基礎研究や実用化を促進する大きな可能性を秘めています。