정렬된 상태에서 무질서한 상태로의 전환을 보여주는 마이크로캐비티 복합 레이저

정렬된 상태에서 무질서한 상태로의 전환을 보여주는 마이크로캐비티 복합 레이저

일반적인 레이저는 펌프 광원, 유도된 복사선을 증폭하는 이득 매질, 그리고 광학적 공명을 발생시키는 공진기 구조라는 세 가지 기본 요소로 구성됩니다. 공진기 크기가 클수록원자 램프마이크론 또는 서브마이크론 수준에 근접하는 미세 공동 레이저는 현재 학계에서 가장 주목받는 연구 분야 중 하나로, 작은 부피 내에서 빛과 물질의 상호작용을 극대화할 수 있습니다. 불규칙하거나 무질서한 공동 경계를 도입하거나, 복잡하거나 무질서한 작동 매질을 미세 공동 내부에 도입하는 등 복잡한 시스템과 결합하면 레이저 출력의 자유도를 높일 수 있습니다. 무질서한 공동의 물리적 비복제적 특성은 레이저 파라미터에 대한 다차원적 제어 방법을 가능하게 하고, 응용 가능성을 확장시켜 줍니다.

서로 다른 무작위 시스템마이크로캐비티 레이저
본 논문에서는 무작위 마이크로 공동 레이저를 공동 크기에 따라 처음으로 분류합니다. 이러한 분류는 서로 다른 크기의 무작위 마이크로 공동 레이저의 고유한 출력 특성을 부각할 뿐만 아니라, 다양한 규제 및 응용 분야에서 무작위 마이크로 공동의 크기 차이가 갖는 이점을 명확히 합니다. 3차원 고체 마이크로 공동은 일반적으로 모드 부피가 작아 빛과 물질 간의 상호작용이 더욱 강해집니다. 3차원 폐쇄 구조로 인해 광장이 3차원적으로 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 구축하기 위한 이상적인 플랫폼입니다. 통합된 이득과 산란을 갖는 2차원 무질서 유전체 평면으로서 박막 시스템은 무작위 레이저 생성에 적극적으로 참여할 수 있습니다. 평면 도파관 효과는 레이저 결합 및 수집을 용이하게 합니다. 공진기 크기를 더욱 줄이면 피드백 및 이득 매체를 1차원 도파관에 통합하여 방사형 광 산란을 억제하는 동시에 축 방향 광 공명 및 결합을 향상시킬 수 있습니다. 이러한 통합 접근 방식은 궁극적으로 레이저 생성 및 결합 효율을 개선합니다.

랜덤 마이크로캐비티 레이저의 규제 특성
결맞음, 문턱값, 출력 방향 및 편광 특성과 같은 기존 레이저의 여러 지표는 레이저 출력 성능을 측정하는 핵심 기준입니다. 고정된 대칭 공진기를 갖는 기존 레이저와 비교하여, 랜덤 마이크로 공진기 레이저는 파라미터 조절에 있어 더 큰 유연성을 제공하며, 이는 시간 영역, 스펙트럼 영역 및 공간 영역을 포함한 다차원적 제어 가능성을 보여줍니다.

랜덤 마이크로캐비티 레이저의 응용 특성
낮은 공간적 결맞음, 모드 무작위성 및 환경 민감성은 확률적 마이크로 공동 레이저의 응용에 유리한 여러 요소를 제공합니다. 무작위 레이저의 모드 제어 및 방향 제어 기술을 통해 이 독특한 광원은 영상, 의료 진단, 센싱, 정보 통신 및 기타 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다.
마이크로 및 나노 스케일의 불규칙 마이크로 공동 레이저인 랜덤 마이크로 공동 레이저는 환경 변화에 매우 민감하며, 온도, 습도, pH, 액체 농도, 굴절률 등 외부 환경을 모니터링하는 다양한 민감 지표에 반응하는 파라미터 특성을 가지고 있어 고감도 센싱 응용 분야를 구현하기 위한 우수한 플랫폼을 제공합니다. 이미징 분야에서 이상적인 플랫폼입니다.광원간섭성 스페클 효과를 방지하기 위해서는 높은 스펙트럼 밀도, 강력한 방향성 출력 및 낮은 공간적 결맞음을 가져야 합니다. 연구진은 페로브스카이트, 바이오필름, 액정 산란체 및 세포 조직 운반체에서 스페클 없는 이미징을 위한 랜덤 레이저의 장점을 입증했습니다. 의료 진단에서 랜덤 마이크로캐비티 레이저는 생체 숙주로부터 산란된 정보를 전달할 수 있으며, 다양한 생체 조직을 검출하는 데 성공적으로 적용되어 비침습적 의료 진단에 편리함을 제공합니다.

향후 무질서한 미세공동 구조와 복잡한 레이저 발생 메커니즘에 대한 체계적인 분석이 더욱 완벽해질 것입니다. 재료 과학 및 나노 기술의 지속적인 발전과 함께 더욱 정교하고 기능적인 무질서한 미세공동 구조를 제작할 수 있을 것으로 기대되며, 이는 기초 연구 및 실제 응용 분야 발전에 큰 잠재력을 지니고 있습니다.