לייזרים מורכבים של מיקרו-חללים ממצבים מסודרים למצבים לא מסודרים

לייזרים מורכבים של מיקרו-חללים ממצבים מסודרים למצבים לא מסודרים

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

מערכות שונות של אקראיותלייזרים מיקרו-חלליים
במאמר זה, לייזרי מיקרו-חלל אקראיים מסווגים לראשונה לפי ממדי חלל שונים. 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 בתחומים רגולטוריים ויישומים שונים. למיקרו-חלל תלת-ממדי במצב מוצק יש בדרך כלל נפח מצב קטן יותר, ובכך משיגים אינטראקציה חזקה יותר בין אור לחומר. בשל המבנה הסגור התלת-ממדי שלו, שדה האור יכול להיות מקומי מאוד בשלושה ממדים, לעתים קרובות עם גורם איכות גבוה (גורם Q). מאפיינים אלה הופכים אותו למתאימה לחישה מדויקת במיוחד, אחסון פוטונים, עיבוד מידע קוונטי ותחומי טכנולוגיה מתקדמים אחרים. מערכת הסרט הדק הדו-ממדית הפתוחה היא פלטפורמה אידיאלית לבניית מבנים מישוריים לא מסודרים. כמישור דיאלקטרי דו-ממדי לא מסודר עם הגבר ופיזור משולבים, מערכת הסרט הדק יכולה להשתתף באופן פעיל ביצירת לייזר אקראי. אפקט מוליך הגל המישורי מקל על צימוד ואיסוף הלייזר. עם צמצום ממד החלל, שילוב מדיות המשוב וההגבר לתוך מוליך הגל החד-ממדי יכול לדכא פיזור אור רדיאלי תוך שיפור תהודה וצימוד אור צירי. גישת אינטגרציה זו משפרת בסופו של דבר את יעילות יצירת וצימוד הלייזר.

מאפיינים רגולטוריים של לייזרים מיקרו-חלליים אקראיים
אינדיקטורים רבים של לייזרים מסורתיים, כגון קוהרנטיות, סף, כיוון פלט ומאפייני קיטוב, הם הקריטריונים המרכזיים למדידת ביצועי הפלט של לייזרים. בהשוואה ללייזרים קונבנציונליים עם חללים סימטריים קבועים, לייזר המיקרו-חללים האקראיים מספק גמישות רבה יותר בוויסות פרמטרים, המתבטאת בממדים מרובים, כולל תחום הזמן, תחום הספקטרלי והתחום המרחבי, מה שמדגיש את יכולת הבקרה הרב-ממדית של לייזר המיקרו-חללים האקראיים.

מאפייני יישום של לייזרים מיקרו-חלליים אקראיים
קוהרנטיות מרחבית נמוכה, אקראיות מצבים ורגישות לסביבה מספקים גורמים חיוביים רבים ליישום לייזרים מיקרו-חלליים סטוכסטיים. עם פתרון בקרת מצבים ובקרת כיוון של לייזר אקראי, מקור אור ייחודי זה נמצא בשימוש הולך וגובר בהדמיה, אבחון רפואי, חישה, תקשורת מידע ותחומים אחרים.
כלייזר מיקרו-חללים לא מסודר בקנה מידה מיקרו וננומטרי, לייזר המיקרו-חללים 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', ויוצרים פלטפורמה מעולה למימוש יישומי חישה בעלי רגישות גבוהה. בתחום ההדמיה, האידיאלימקור אורצריכה להיות צפיפות ספקטרלית גבוהה, פלט כיווני חזק וקוהרנטיות מרחבית נמוכה כדי למנוע אפקטים של כתמים מסוג הפרעה. החוקרים הדגימו את היתרונות של לייזרים אקראיים להדמיה נטולת כתמים בפרובסקיט, ביופילם, מפזרי גביש נוזלי ונשאי רקמת תאים. באבחון רפואי, לייזר מיקרו-חללי אקראי יכול לשאת מידע מפוזר מהמארח הביולוגי, והוא יושם בהצלחה לגילוי רקמות ביולוגיות שונות, מה שמספק נוחות לאבחון רפואי לא פולשני.

בעתיד, ניתוח שיטתי של מבני מיקרו-חללים לא מסודרים ומנגנוני יצירת לייזר מורכבים יהפוך לשלם יותר. עם ההתקדמות המתמשכת של מדע החומרים והננוטכנולוגיה, צפוי כי ייוצרו עוד מבני מיקרו-חללים לא מסודרים עדינים ופונקציונליים, דבר שיש לו פוטנציאל גדול בקידום מחקר בסיסי ויישומים מעשיים.