Láseres de microcavidades complejas: de estados ordenados a desordenados

Láseres de microcavidades complejas: de estados ordenados a desordenados

Un láser típico consta de tres elementos básicos: una fuente de bombeo, un medio de ganancia que amplifica la radiación estimulada y una cavidad que genera una resonancia óptica. Cuando el tamaño de la cavidad delláserAl estar cerca del nivel micrométrico o submicrométrico, los láseres de microcavidad se han convertido en uno de los temas de investigación más relevantes en la comunidad académica actual, ya que permiten una interacción significativa entre luz y materia en un volumen reducido. La combinación de microcavidades con sistemas complejos, como la introducción de límites de cavidad irregulares o desordenados, o la incorporación de medios de trabajo complejos o desordenados, incrementa el grado de libertad de la salida láser. Las características físicas de no clonación de las cavidades desordenadas ofrecen métodos de control multidimensionales de los parámetros del láser y amplían su potencial de aplicación.

Diferentes sistemas aleatoriosláseres de microcavidad
En este artículo, se clasifican por primera vez los láseres de microcavidad aleatoria según las diferentes dimensiones de su cavidad. Esta distinción no solo resalta las características de salida únicas de cada láser en función de su dimensión, sino que también aclara las ventajas de la diferencia de tamaño en diversos campos regulatorios y de aplicación. La microcavidad tridimensional de estado sólido suele tener un volumen modal menor, lo que permite una interacción luz-materia más intensa. Gracias a su estructura tridimensional cerrada, el campo de luz puede localizarse con gran precisión en tres dimensiones, a menudo con un factor de calidad (factor Q) elevado. Estas características la hacen idónea para la detección de alta precisión, el almacenamiento de fotones, el procesamiento de información cuántica y otros campos tecnológicos avanzados. El sistema de película delgada bidimensional abierto constituye una plataforma ideal para la construcción de estructuras planares desordenadas. Como plano dieléctrico bidimensional desordenado con ganancia y dispersión integradas, el sistema de película delgada puede participar activamente en la generación del láser aleatorio. El efecto de guía de onda planar facilita el acoplamiento y la recolección del láser. Al reducir aún más las dimensiones de la cavidad, la integración de medios de realimentación y ganancia en la guía de onda unidimensional permite suprimir la dispersión radial de la luz, a la vez que mejora la resonancia y el acoplamiento axiales. Este enfoque de integración, en última instancia, optimiza la eficiencia de la generación y el acoplamiento del láser.

Características regulatorias de los láseres de microcavidad aleatoria
Muchos indicadores de los láseres tradicionales, como la coherencia, el umbral, la dirección de salida y las características de polarización, son criterios clave para medir su rendimiento. En comparación con los láseres convencionales con cavidades simétricas fijas, el láser de microcavidad aleatoria ofrece mayor flexibilidad en la regulación de parámetros, lo que se refleja en múltiples dimensiones, incluyendo el dominio temporal, espectral y espacial, poniendo de manifiesto la controlabilidad multidimensional del láser de microcavidad aleatoria.

Características de aplicación de los láseres de microcavidad aleatoria
La baja coherencia espacial, la aleatoriedad modal y la sensibilidad al entorno constituyen numerosos factores favorables para la aplicación de láseres de microcavidad estocásticos. Gracias a la solución del control modal y direccional del láser aleatorio, esta singular fuente de luz se utiliza cada vez más en imagenología, diagnóstico médico, detección, comunicación de información y otros campos.
Como láser de microcavidad desordenado a micro y nanoescala, el láser de microcavidad aleatorio es muy sensible a los cambios ambientales, y sus características paramétricas pueden responder a diversos indicadores sensibles del entorno externo, como la temperatura, la humedad, el pH, la concentración de líquidos, el índice de refracción, etc., creando una plataforma superior para aplicaciones de detección de alta sensibilidad. En el campo de la imagen, el láser idealfuente de luzDebe tener una alta densidad espectral, una salida direccional potente y una baja coherencia espacial para evitar efectos de moteado por interferencia. Los investigadores demostraron las ventajas de los láseres aleatorios para la obtención de imágenes sin moteado en perovskita, biopelículas, dispersores de cristal líquido y soportes de tejido celular. En el diagnóstico médico, el láser de microcavidad aleatorio puede captar la información dispersada por el huésped biológico y se ha aplicado con éxito para detectar diversos tejidos biológicos, lo que facilita el diagnóstico médico no invasivo.

En el futuro, el análisis sistemático de las estructuras de microcavidades desordenadas y los complejos mecanismos de generación láser será más completo. Con el continuo progreso de la ciencia de los materiales y la nanotecnología, se espera que se fabriquen estructuras de microcavidades desordenadas más finas y funcionales, lo que tiene un gran potencial para impulsar la investigación básica y las aplicaciones prácticas.