לייזרים מורכבים מיקרו-חללים ממצבים מסודרים למצבים לא מסודרים

לייזרים מורכבים מיקרו-חללים ממצבים מסודרים למצבים לא מסודרים

לייזר טיפוסי מורכב משלושה אלמנטים בסיסיים: מקור משאבה, תווך רווח שמגביר את הקרינה המגורה ומבנה חלל היוצר תהודה אופטית. כאשר גודל החלל שללייזרקרוב לרמת המיקרון או התת-מיקרון, הוא הפך לאחד ממוקדי המחקר הנוכחיים בקהילה האקדמית: לייזרים מיקרו-חללים, שיכולים להשיג אינטראקציה משמעותית בין אור וחומר בנפח קטן. שילוב של מיקרו-חללים עם מערכות מורכבות, כגון החדרת גבולות חללים לא סדירים או לא מסודרים, או הכנסת מדיה מורכבת או לא מסודרת לתוך מיקרו-חללים, יגדיל את מידת החופש של פלט הלייזר. המאפיינים הפיזיים של אי-שיבוט של חללים לא מסודרים מביאים לשיטות בקרה רב-ממדיות של פרמטרי לייזר, ויכולים להרחיב את פוטנציאל היישום שלו.

מערכות שונות של אקראיותלייזרים מיקרו-חללים
במאמר זה, לייזרים מיקרו-חללים אקראיים מסווגים מממדי חלל שונים בפעם הראשונה. הבחנה זו לא רק מדגישה את מאפייני הפלט הייחודיים של לייזר מיקרו-חלל אקראי בממדים שונים, אלא גם מבהירה את היתרונות של הפרש הגודל של המיקרו-חלל האקראי בתחומי רגולציה ויישום שונים. לחלל המיקרו-מצב המוצק התלת מימדי יש בדרך כלל נפח מצב קטן יותר, ובכך משיג אינטראקציה חזקה יותר של אור וחומר. בשל המבנה הסגור התלת מימדי שלו, שדה האור יכול להיות מקומי מאוד בתלת מימד, לרוב עם מקדם איכות גבוה (Q-factor). מאפיינים אלו הופכים אותו למתאים לחישה ברמת דיוק גבוהה, אחסון פוטון, עיבוד מידע קוונטי ותחומי טכנולוגיה מתקדמים אחרים. מערכת הסרט הדק הדו-מימדי הפתוחה היא פלטפורמה אידיאלית לבניית מבנים מישוריים לא מסודרים. כמישור דיאלקטרי מופרע דו מימדי עם רווח ופיזור משולבים, מערכת הסרט הדק יכולה להשתתף באופן פעיל ביצירת לייזר אקראי. אפקט מוליך הגל המישורי מקל על צימוד הלייזר והאיסוף. כאשר ממד החלל מופחת עוד יותר, השילוב של מדיית משוב ורווח במוליך הגל החד-ממדי יכול לדכא פיזור אור רדיאלי תוך שיפור תהודה צירית וצימוד של אור. גישת אינטגרציה זו משפרת בסופו של דבר את היעילות של יצירת לייזר וצימוד.

מאפיינים רגולטוריים של לייזרים מיקרו-חללים אקראיים
אינדיקטורים רבים של לייזרים מסורתיים, כגון קוהרנטיות, סף, כיוון פלט ומאפייני קיטוב, הם הקריטריונים העיקריים למדידת ביצועי הפלט של לייזרים. בהשוואה ללייזרים קונבנציונליים עם חללים סימטריים קבועים, הלייזר המיקרו-חללי האקראי מספק גמישות רבה יותר בוויסות פרמטרים, אשר באה לידי ביטוי במספר ממדים, כולל תחום זמן, תחום ספקטרלי ותחום מרחבי, תוך הדגשת יכולת השליטה הרב-ממדית של לייזר מיקרו-חללי אקראי.

מאפייני יישום של לייזרים מיקרו-חללים אקראיים
קוהרנטיות מרחבית נמוכה, אקראיות מצב ורגישות לסביבה מספקים גורמים חיוביים רבים ליישום לייזרים מיקרו-חללים סטוכסטיים. עם הפתרון של בקרת מצב ובקרת כיוון של לייזר אקראי, מקור אור ייחודי זה נמצא בשימוש יותר ויותר בהדמיה, אבחון רפואי, חישה, תקשורת מידע ותחומים נוספים.
כלייזר מיקרו-חלל מופרע בקנה מידה מיקרו וננו, הלייזר המיקרו-חללי האקראי רגיש מאוד לשינויים סביבתיים, והמאפיינים הפרמטריים שלו יכולים להגיב לאינדיקטורים רגישים שונים המנטרים את הסביבה החיצונית, כגון טמפרטורה, לחות, pH, ריכוז נוזלים, מקדם שבירה וכו', יוצר פלטפורמה מעולה למימוש יישומי חישה ברגישות גבוהה. בתחום ההדמיה, האידיאלמקור אורצריך להיות בעל צפיפות ספקטרלית גבוהה, פלט כיווני חזק וקוהרנטיות מרחבית נמוכה כדי למנוע השפעות של כתמי הפרעה. החוקרים הדגימו את היתרונות של לייזרים אקראיים להדמיה ללא כתמים בפרוסקיט, ביופילם, מפזרי גבישים נוזליים ונושאי רקמת תאים. באבחון רפואי, לייזר מיקרו-חללי אקראי יכול לשאת מידע מפוזר מהמארח הביולוגי, והוא יושם בהצלחה לאיתור רקמות ביולוגיות שונות, מה שמספק נוחות לאבחון רפואי לא פולשני.

בעתיד, ניתוח שיטתי של מבנים מיקרו-חללים לא מסודרים ומנגנוני יצירת לייזר מורכבים יהפוך שלם יותר. עם ההתקדמות המתמשכת של מדע החומרים והננוטכנולוגיה, צפוי שייוצרו עוד מבנים מיקרו-חללים משובחים ופונקציונליים, שיש להם פוטנציאל רב בקידום מחקר בסיסי ויישומים מעשיים.