Блог

Oct 04, 2023

2D настраиваемое все

Научные отчеты, том 13,

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8337 (2023) Цитировать эту статью

1054 доступа

Подробности о метриках

Демонстрируется двумерный (2D) твердотельный случайный лазер, излучающий в видимом диапазоне, в котором оптическая обратная связь обеспечивается контролируемым неупорядоченным расположением воздушных отверстий в полимерной пленке, легированной красителем. Находим оптимальную плотность рассеивателей, при которой порог минимален, а рассеяние максимально. Мы показываем, что лазерное излучение можно сместить в красную сторону либо за счет уменьшения плотности рассеивателей, либо за счет увеличения площади накачки. Мы показываем, что пространственная когерентность легко контролируется путем изменения площади накачки. Такой двумерный случайный лазер представляет собой компактный встроенный в кристалл перестраиваемый лазерный источник и уникальную платформу для исследования неэрмитовой фотоники в видимой области спектра.

Обычные лазеры известны своей высокой пространственной когерентностью из-за ограниченного числа пространственных мод. Благодаря этому свойству лазерное излучение является высоконаправленным. С другой стороны, высокая пространственная когерентность вызывает спекл-шум1, который является нежелательным эффектом в лазерных системах отображения, поскольку он разрушает информационный контент и снижает разрешение2. Случайные лазеры (СР) — новый класс лазеров, в которых свет удерживается за счет многократного упругого рассеяния в активной неупорядоченной среде3. RL являются интересной альтернативой традиционным лазерам, поскольку они могут обеспечить низкую пространственную когерентность за счет излучения нескольких некоррелированных мод генерации4. Такие лазерные устройства могут предотвращать образование спеклов и создавать высококачественные изображения, аналогичные тем, которые производятся обычными пространственно-некогерентными источниками, такими как светодиоды5. Другие потенциальные применения RL можно найти в освещении дисплеев6, кодировании документов7, биовизуализации4, обнаружении опухолей8 или зондировании9. Твердотельные лазеры на красителях уже давно рассматриваются как альтернатива лазерам на токсичных и сложных красителях видимого диапазона, что приводит к созданию высокоэффективных перестраиваемых лазеров с потенциальным применением в интегрированной фотонике10. Недорогие и гибкие случайные лазеры были предложены путем введения случайного рассеяния в органические пленки, легированные красителями, различными способами11, в том числе путем натирания поверхности12, использования биологических живых клеток13, лазерной абляции14 или путем введения наностержней15,16, поликристаллических тонких пленок17, нематических жидкие кристаллы18, нанолисты19, агрегаты красителей20, диэлектрик21, ZnO22 или металлические наночастицы23. Однако во всех этих случаях рассеивающая среда не поддается контролю, что приводит к агрегации рассеивающих частиц и нанопроволок, что приводит к непредсказуемому эффективному размеру и распределению рассеивателя. На сегодняшний день была продемонстрирована случайная генерация двумерного (2D) планарного волновода с детерминированным беспорядком для невидимых длин волн, включая терагерцовый диапазон24,25,26 и средний инфракрасный режим27,28. Недавно мы сообщили об одномерном полностью твердотельном случайном лазере на основе детерминированного беспорядка, в котором субмикрометровые канавки вырезались в тонком слое полимера с помощью электронно-лучевой литографии29. В этой статье мы расширяем этот метод для создания двумерного случайного лазера в полимерных пленках, легированных красителями, с детерминированным неупорядоченным распределением воздушных отверстий. Такая хорошо контролируемая двумерная структура дает возможность исследовать новые аспекты случайной генерации без каких-либо ограничений из-за оптического повреждения образца. Здесь мы наблюдаем резкие пики генерации при однородной оптической накачке. Мы подтверждаем, что генерация возникает в результате многократного рассеяния, показывая, насколько чувствителен спектр излучения к локальной накачке. Порог генерации измеряется в зависимости от плотности рассеивателей и площади накачки. Оптимальная плотность находится там, где порог генерации минимален и рассеяние максимально, а управление пространственной когерентностью достигается простым изменением диаметра пучка. Наконец, мы показываем, что спектр излучения можно настраивать, варьируя плотность рассеивателей, а также площадь накачки. Настройка беспорядка в полимерных пленках, легированных красителем, в случайных лазерах открывает новые перспективы для исследования неэрмитовой оптики, включая модальные характеристики двумерных случайных лазеров, роль пространственных корреляций30, влияние локальных возмущений и исключительных точек31, а также управление характеристиками лазера32. Некогерентный свет с широким спектром в несколько десятков нанометров может быть использован для приложений, основанных на низкокогерентной интерферометрии, таких как оптическая когерентная томография33.