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微纳激光器的光场调控及应用

期刊:北京师范大学学报(自然科学版)DOI:10.12202/j.0476-0301.2023194

本文由翟天瑞、史晓玉、崔丽彬、仝俊华、刘宣等人撰写,分别来自北京工业大学和北京化工大学,于2023年12月发表在《北京师范大学学报(自然科学版)》上。文章的主题是微纳激光器的光场调控及其应用,主要总结了近年来微纳激光器在光场调控技术及其在传感、防伪、成像与显示等领域的应用进展,并对未来的研究方向进行了展望。

首先,文章介绍了微纳激光器的基本概念及其在光芯片中的核心地位。微纳激光器是指谐振腔尺寸为微米或纳米量级的激光器,具有小尺寸、易集成、低阈值、宽波段、可调谐等特点。由于其模式体积在波长或亚波长尺度,微纳激光器在光信息的产生、传输、耦合、调制、探测等方面具有重要应用价值。文章指出,微纳激光器的光场特性与其应用研究密切相关,研究人员通过调控泵浦光、增益介质和谐振腔等三个方面,实现了对激光波长、偏振、阈值、相位和辐射方向等多维度的调控。

在光场调控技术方面,文章详细阐述了泵浦光、增益介质和谐振腔的调控方法。泵浦光调控技术通过操纵泵浦光场特性,改变泵浦光与激光反馈体系的相互作用,从而实现对激光阈值、模式、辐射方向等的调控。增益介质的调控则通过优化增益材料的性质、混合比例、分布和环境参数等,实现对激光性能的优化。谐振腔的调控则基于光学谐振腔的模式性质,通过设计不同的谐振腔结构,实现对激光波长、偏振、相位和出射方向的调控。

在应用方面,文章总结了微纳激光器在传感、防伪、成像与显示等领域的应用进展。在传感领域,微纳激光器可以用于制备高灵敏度的传感器,通过分析物与激光模场之间的相互作用,实现对湿度、温度、气体分子、生物分子等的传感。在防伪领域,微纳激光器通过其丰富的输出光场信息,可以用于制作防伪标签和数据加密。在成像与显示领域,微纳激光器由于其高亮度、方向性强、色纯度好等特点,可以用于无散斑成像和超分辨成像,并在激光显示中展现出广阔的应用前景。

文章还展望了微纳激光器未来的发展趋势,提出了以下几个方向:1)机制更丰富,通过深入研究光与物质的相互作用,提出新的光场调控机制;2)手段更灵活,实现波长、相位、偏振、振幅、方向等空域特性和脉宽、波形、重频、稳定性等时域特性的完全独立调控;3)器件更实用,推动电泵浦微纳激光器的研究,实现光芯片的集成化。

文章的主要观点包括: 1. 微纳激光器的光场调控技术:文章详细介绍了泵浦光、增益介质和谐振腔的调控方法,强调了通过多维度的调控手段,可以实现对激光性能的精细控制。 2. 微纳激光器在传感领域的应用:文章总结了微纳激光器在湿度、温度、气体分子、生物分子等传感中的应用,展示了其高灵敏度、低检测极限和快速响应的特点。 3. 微纳激光器在防伪领域的应用:文章介绍了微纳激光器在防伪标签和数据加密中的应用,展示了其丰富的输出光场信息和高安全性。 4. 微纳激光器在成像与显示领域的应用:文章总结了微纳激光器在无散斑成像、超分辨成像和激光显示中的应用,展示了其高亮度、方向性强和色纯度好的优势。 5. 微纳激光器的未来发展趋势:文章提出了微纳激光器在机制、手段和器件方面的未来发展方向,强调了其在光芯片集成化和多功能化中的潜力。

文章的意义在于,它不仅总结了微纳激光器在光场调控及其应用方面的最新进展,还为未来的研究方向提供了重要的参考。通过多维度的光场调控技术,微纳激光器在传感、防伪、成像与显示等领域展现出广阔的应用前景,具有重要的科学价值和实际应用价值。

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