질서 있는 상태에서 무질서한 상태로 변화하는 마이크로 캐비티 복합 레이저

질서 있는 상태에서 무질서한 상태로 변화하는 마이크로 캐비티 복합 레이저

일반적인 레이저는 펌프 광원, 유도 복사를 증폭하는 이득 매질, 그리고 광학 공명을 생성하는 공동 구조의 세 가지 기본 요소로 구성됩니다. 공동의 크기가원자 램프미크론 또는 서브미크론 수준에 근접하여 학계의 현재 주요 연구 분야 중 하나로 자리매김했습니다. 바로 작은 부피 내에서 상당한 빛과 물질의 상호작용을 달성할 수 있는 마이크로캐비티 레이저입니다. 마이크로캐비티를 복잡한 시스템과 결합하면, 예를 들어 불규칙하거나 무질서한 공동 경계를 도입하거나, 마이크로캐비티에 복잡하거나 무질서한 작동 매질을 도입하면 레이저 출력의 자유도가 향상됩니다. 무질서한 공동의 물리적 비복제 특성은 레이저 매개변수의 다차원 제어 방법을 제공하며, 그 응용 가능성을 확장할 수 있습니다.

다양한 무작위 시스템마이크로캐비티 레이저
본 논문에서는 랜덤 마이크로캐비티 레이저를 다양한 캐비티 크기에 따라 최초로 분류했습니다. 이러한 구분은 다양한 차원에서 랜덤 마이크로캐비티 레이저의 고유한 출력 특성을 강조할 뿐만 아니라, 다양한 규제 및 응용 분야에서 랜덤 마이크로캐비티의 크기 차이가 갖는 이점을 명확히 보여줍니다. 3차원 고체 마이크로캐비티는 일반적으로 모드 체적이 더 작아 빛과 물질의 상호작용이 더 강합니다. 3차원 폐쇄 구조 덕분에 빛 필드는 3차원에서 고도로 국소화될 수 있으며, 종종 높은 품질 계수(Q-factor)를 갖습니다. 이러한 특성 덕분에 고정밀 센싱, 광자 저장, 양자 정보 처리 및 기타 첨단 기술 분야에 적합합니다. 개방형 2차원 박막 시스템은 무질서한 평면 구조를 구축하는 데 이상적인 플랫폼입니다. 이득과 산란이 통합된 2차원 무질서 유전체 평면으로서, 박막 시스템은 랜덤 레이저 생성에 적극적으로 참여할 수 있습니다. 평면 도파관 효과는 레이저 결합 및 수집을 더욱 용이하게 합니다. 공동 크기가 더욱 감소함에 따라, 피드백 및 이득 매질을 1차원 도파관에 통합하면 방사형 광 산란을 억제하는 동시에 축 방향 광 공명 및 결합을 향상시킬 수 있습니다. 이러한 통합 방식은 궁극적으로 레이저 생성 및 결합 효율을 향상시킵니다.

랜덤 마이크로 캐비티 레이저의 조절 특성
기존 레이저의 가간섭성, 임계값, 출력 방향, 편광 특성과 같은 여러 지표는 레이저 출력 성능을 측정하는 핵심 기준입니다. 고정된 대칭 공동을 가진 기존 레이저와 비교할 때, 랜덤 마이크로공동 레이저는 시간 영역, 스펙트럼 영역, 공간 영역을 포함한 다차원적인 매개변수 조절에 있어 더 큰 유연성을 제공하며, 이는 랜덤 마이크로공동 레이저의 다차원적 제어 가능성을 강조합니다.

랜덤 마이크로 캐비티 레이저의 응용 특성
낮은 공간적 결맞음, 모드 무작위성, 그리고 환경에 대한 민감성은 확률적 마이크로공동 레이저의 응용에 여러 가지 유리한 요소를 제공합니다. 무작위 레이저의 모드 제어 및 방향 제어 솔루션을 통해, 이 독특한 광원은 영상, 의료 진단, 센싱, 정보 통신 및 기타 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다.
마이크로 및 나노 스케일에서 무질서한 마이크로 캐비티 레이저인 랜덤 마이크로 캐비티 레이저는 환경 변화에 매우 민감하며, 그 매개변수 특성은 온도, 습도, pH, 액체 농도, 굴절률 등 외부 환경을 모니터링하는 다양한 민감한 지표에 반응할 수 있어 고감도 감지 응용 분야를 구현하는 데 탁월한 플랫폼을 제공합니다. 이미징 분야에서 이상적인광원간섭 스펙클 효과를 방지하기 위해 높은 스펙트럼 밀도, 강한 지향성 출력, 그리고 낮은 공간적 결맞음성을 가져야 합니다. 연구진은 페로브스카이트, 바이오필름, 액정 산란체, 세포 조직 캐리어에서 스펙클 없는 이미징을 위한 랜덤 레이저의 장점을 입증했습니다. 의학 진단 분야에서, 랜덤 마이크로캐비티 레이저는 생물학적 숙주로부터 산란된 정보를 전달할 수 있으며, 다양한 생물학적 조직을 검출하는 데 성공적으로 적용되어 비침습적 진단의 편의성을 제공합니다.

앞으로 무질서한 마이크로공동 구조와 복잡한 레이저 생성 메커니즘에 대한 체계적인 분석이 더욱 완벽해질 것입니다. 재료 과학과 나노 기술의 지속적인 발전으로 더욱 미세하고 기능적인 무질서한 마이크로공동 구조가 제작될 것으로 예상되며, 이는 기초 연구 및 실용화에 큰 잠재력을 가지고 있습니다.