Random laser
एक यादृच्छिक लेजर (आर. एल.) एक लेजर है जिसमें विक्षेपण कणों द्वारा ऑप्टिकल प्रतिक्रिया प्रदान की जाती है। पारंपरिक लेजर की तरह, ऑप्टिकल प्रवर्धन के लिए एक लाभ माध्यम की आवश्यकता होती है। हालांकि, फैब्री-पेरोट गुहाओं और वितरित प्रतिक्रिया लेजर के विपरीत, आरएल में न तो परावर्तक सतहों का उपयोग किया जाता है और न ही वितरित आवधिक संरचनाओं का उपयोग किया जाता है, क्योंकि प्रकाश एक सक्रिय क्षेत्र में प्रसार तत्वों द्वारा सीमित होता है जो लाभ माध्यम के अंदर स्थानिक रूप से वितरित हो सकते हैं या नहीं भी हो सकते हैं। यादृच्छिक लेजर के पीछे मुख्य सिद्धांत अव्यवस्थित मीडिया के साथ प्रकाश पथ को बढ़ाना है; यह विसर्जित अव्यवस्थित मीडिया द्वारा या लेजर सक्रिय पृष्ठभूमि के साथ एक अव्यवस्थित मीडिया में मजबूत स्थानीयकरण का उपयोग करके किया जा सकता है। विभिन्न प्रकार की सामग्रियों से यादृच्छिक लेसिंग की सूचना मिली है, जैसे। डाई और स्कैटरिंग कणों के कोलॉइडल समाधान, अर्धचालक पाउडर, अर्धचालक पॉलीक्रिस्टलाइन पतली फिल्में, ऑप्टिकल फाइबर और पॉलिमर। कम स्थानिक सुसंगतता और लेजर जैसी ऊर्जा रूपांतरण दक्षता के साथ उत्पादन उत्सर्जन के कारण, आरएल ऊर्जा कुशल रोशनी अनुप्रयोगों के लिए आकर्षक उपकरण हैं। यादृच्छिक लेसिंग की अवधारणा को समय-उलट भी किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप एक यादृच्छिक एंटी-लेजर होता है, जो एक अव्यवस्थित माध्यम है जो आने वाले सुसंगत विकिरण को पूरी तरह से अवशोषित कर सकता है। संचालन के सिद्धांत आर. एल. के संचालन के सिद्धांत पर व्यापक रूप से बहस की गई है और विभिन्न सैद्धांतिक दृष्टिकोणों की सूचना दी गई है (संदर्भ देखें)। आर. एल. के मुख्य तत्व, पारंपरिक लेजर की तरह, प्रवर्धन और प्रतिक्रिया हैं, जहां प्रवर्धन पंप किए गए लाभ माध्यम द्वारा और प्रतिक्रिया प्रकीर्णन कणों द्वारा प्रदान की जाती है। वितरित प्रतिक्रिया सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली वास्तुकला है, जिसमें प्रकीर्णन कणों को अंतःस्थापित किया जाता है और यादृच्छिक रूप से लाभ माध्यम में वितरित किया जाता है। वितरित प्रतिक्रिया के विपरीत, स्थानिक रूप से स्थानीयकृत प्रतिक्रिया आरएल में, लाभ और प्रतिक्रिया को स्थानिक रूप से स्कैटरिंग मीडिया द्वारा सीमित लाभ माध्यम के साथ अलग किया जाता है, जो प्रतिक्रिया तत्वों और आउटपुट कपलर के रूप में कार्य करते हैं। दोनों वास्तुकलाओं में, अनुनाद और लेसिंग मोड मौजूद हैं यदि तरंग दैर्ध्य की पूर्णांक संख्या के साथ बंद लूप होते हैं। एक प्रकीर्णन कण आपतित तरंग में एक यादृच्छिक (अप्रत्याशित) चरण योगदान जोड़ता है। बिखरा हुआ तरंग फैलता है और फिर से बिखरा हुआ होता है, और अधिक यादृच्छिक चरण योगदान जोड़ता है। यदि एक बंद लूप में सभी चरण योगदान एक निश्चित आवृत्ति पर 2π के पूर्णांक गुणक के लिए योग करते हैं, तो उस आवृत्ति पर एक आवृत्ति मोड मौजूद होने की अनुमति है। उत्सर्जन व्यवस्थाएँ पहली रिपोर्ट के बाद से, आर. एल. से दो अलग-अलग वर्णक्रमीय हस्ताक्षर देखे गए हैं। गैर-अनुनाद उत्सर्जन (जिसे असंगत या आयाम-मात्र उत्सर्जन के रूप में भी जाना जाता है) कुछ नैनोमीटर के एफ. डब्ल्यू. एच. एम. के साथ एक एकल शिखर स्पेक्ट्रम और अनुनाद उत्सर्जन (जिसे सुसंगत उत्सर्जन भी कहा जाता है) की विशेषता है, जो उप-नैनोमीटर लाइनविड्थ के साथ कई संकीर्ण शिखरों की विशेषता है, जो यादृच्छिक रूप से आवृत्ति में वितरित होते हैं। पिछला नामकरण घटना की व्याख्या के कारण है, क्योंकि अनुनाद शासन में देखे गए उप-नैनोमीटर लाइनविड्थ के साथ तेज अनुनाद ऑप्टिकल चरण से किसी प्रकार के योगदान का सुझाव देते हैं, जबकि गैर-अनुनाद शासन को बिखरे हुए प्रकाश के प्रवर्धन के रूप में समझा जाता है जिसमें प्रवर्धित फोटॉनों के बीच कोई निश्चित चरण संबंध नहीं होता है। सामान्य तौर पर, संचालन की दो व्यवस्थाओं को वितरित प्रतिक्रिया आर. एल. में प्रसार तत्व के प्रकीर्णन गुणों के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता हैः एक कमजोर (अत्यधिक) प्रकीर्णन माध्यम, जिसमें उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य की तुलना में बहुत अधिक (तुलनीय) परिवहन माध्य मुक्त मार्ग होता है, एक गैर-अनुनाद (अनुनाद) यादृच्छिक लेसिंग उत्सर्जन का उत्पादन करता है। हाल ही में यह प्रदर्शित किया गया है कि संचालन की व्यवस्था न केवल उपयोग में आने वाली सामग्री पर बल्कि पंप के आकार और आकार पर भी निर्भर करती है। इसने सुझाव दिया कि गैर-अनुनाद शासन में वास्तव में बड़ी संख्या में संकीर्ण मोड होते हैं जो स्थान और आवृत्ति में ओवरलैप होते हैं और दृढ़ता से एक साथ युग्मित होते हैं, जो लाभ वक्र और प्रवर्धित सहज उत्सर्जन की तुलना में संकीर्ण एफडब्ल्यूएचएम के साथ एकल शिखर स्पेक्ट्रम में गिरते हैं। प्रतिध्वनित शासन में, कम मोड उत्साहित होते हैं, वे लाभ के लिए एक-दूसरे से प्रतिस्पर्धा नहीं करते हैं और एक साथ जोड़े नहीं करते हैं। एंडरसन स्थानीयकरण एक प्रसिद्ध घटना है जो तब होती है जब इलेक्ट्रॉन एक अव्यवस्थित धातु संरचना में फंस जाते हैं, और यह धातु कंडक्टर से इंसुलेटर में एक चरण संक्रमण से गुजरती है। इन इलेक्ट्रॉनों को एंडरसन-स्थानीयकृत कहा जाता है। इस स्थानीयकरण की शर्तें यह हैं कि धातु (अन्य इलेक्ट्रॉन, स्पिन, आदि) में प्रकीर्णकों का पर्याप्त उच्च घनत्व होता है। मुक्त इलेक्ट्रॉनों को एकल लूप पथ का अनुसरण करने के लिए प्रेरित करना। फोटॉनों और इलेक्ट्रॉनों के बीच समानता ने इस दृष्टि को प्रोत्साहित किया है कि एक प्रकीर्णन माध्यम के माध्यम से फैलने वाले फोटॉनों को भी एंडरसन-स्थानीयकृत माना जा सकता है। इसके अनुसार, यदि फोटॉन तरंग-सदिश k के अनुपात का अर्थ मुक्त पथ (एक फोटॉन का किसी भी चीज़ से टकराना नहीं) l का वर्णन करने वाला आयोफ-रेगेल मानदंड पूरा होता हैः kl <1, तो एक संभावना है कि फोटॉन उसी तरह फंस जाएंगे जैसे एंडरसन स्थानीयकरण के तहत इलेक्ट्रॉनों को फंसते हुए देखा जाता है। इस तरह, जब फोटॉन फंस जाता है, तो स्कैटर एक ऑप्टिकल गुहा के रूप में कार्य कर सकते हैं। जिस लाभ माध्यम में बिच्छुरक झूठ बोलते हैं, वह उत्तेजित उत्सर्जन होने देगा। एक साधारण लेजर की तरह, यदि लाभ हुए नुकसान से अधिक है, तो लेसिंग सीमा टूट जाएगी और लेसिंग हो सकती है। इस लूप में यात्रा करने वाले फोटॉन भी एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप करेंगे। अच्छी तरह से परिभाषित गुहा की लंबाई (1-10 μm) यह सुनिश्चित करेगी कि हस्तक्षेप रचनात्मक है और कुछ मोड को दोलन करने की अनुमति देगा। लाभ के लिए प्रतिस्पर्धा एक बार लेसिंग सीमा तक पहुँच जाने के बाद एक मोड को दोलन करने की अनुमति देती है। हालांकि, यादृच्छिक-लेजर सिद्धांत सिद्धांत से पता चलता है कि यादृच्छिक मीडिया को बढ़ाने में कई प्रकीर्णन के लिए प्रकाश का एंडरसन स्थानीयकरण बिल्कुल नहीं होता है, भले ही उस तथ्य को साबित करने के लिए हस्तक्षेप की गणना आवश्यक हो। इसके विपरीत, तथाकथित कमजोर स्थानीयकरण प्रक्रियाओं को साबित किया जा सकता है, लेकिन यह स्पष्ट रूप से चर्चा की जाती है कि क्या वे तंत्र मोड सांख्यिकी में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं या नहीं। हाल के अध्ययनों से पता चलता है कि ये कमजोर स्थानीयकरण प्रक्रियाएं यादृच्छिक लेसिंग की शुरुआत के लिए शासी घटना नहीं हैं। यादृच्छिक लेसिंग के. एल.> 1 के लिए होती है। यह प्रयोगात्मक निष्कर्षों से सहमत है। भले ही बिल्कुल "बंद लूप" पर प्रकाश की यात्रा सहज रूप से सीमित लेसिंग धब्बों की घटना की व्याख्या करेगी, लेकिन सवाल अभी भी खुला है कि क्या, उदाहरण के लिए। उत्तेजित उत्सर्जन प्रक्रियाएँ उन प्रक्रियाओं के साथ सहसंबद्ध हैं। हालाँकि, "पूर्वनिर्मित गुहाओं" के सिद्धांत की पुष्टि नहीं हुई है। लेसिंग सीमा को पार करने के लिए आवश्यक लाभ माध्यम की विशिष्ट मात्रा स्कैटरर घनत्व पर बहुत अधिक निर्भर करती है। अनुप्रयोग यह क्षेत्र अपेक्षाकृत छोटा है और इस तरह इसके कई व्यावहारिक अनुप्रयोग नहीं हैं। हालांकि, जेडएनओ पर आधारित यादृच्छिक लेजर विद्युत रूप से पंप किए गए यूवी लेजर, बायोसेंसर और ऑप्टिकल सूचना प्रसंस्करण के लिए आशाजनक उम्मीदवार हैं। यह कम उत्पादन लागत के कारण है और पाउडर के लिए सब्सट्रेट उत्पादन के लिए इष्टतम तापमान लगभग 500 डिग्री सेल्सियस देखा गया है। यह 700 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर एक साधारण लेजर क्रिस्टल के उत्पादन के विपरीत है। समान बड़े क्रिस्टल के रूप में उत्पादित नहीं किए जा सकने वाले पदार्थों में लेजर क्रिया के अध्ययन के लिए यादृच्छिक लेजर के उपयोग को भी एक संभावित अनुप्रयोग के रूप में इंगित किया गया है। इसके अलावा, आवृत्ति श्रेणियों में जहां उच्च-प्रतिबिंब दर्पण उपलब्ध नहीं हैं (जैसे, गामा-रे, एक्स-रे), एक उपयुक्त प्रकीर्णन माध्यम द्वारा प्रदान की गई प्रतिक्रिया का उपयोग लेजर कार्रवाई के विकल्प के रूप में किया जा सकता है। 2005 से पहले प्रस्तावित इनमें से कई आवेदनों की नोगिनोव द्वारा पहले ही समीक्षा की जा चुकी है। 2015 में, लुआन और सहकर्मियों ने उनमें से कुछ पर प्रकाश डाला, जिसमें हाल ही में प्रदर्शित किए गए लोगों पर जोर दिया गया, जिसमें फोटोनिक बारकोड, ऑप्टोमाइक्रोफ्लुइडिक्स, ऑप्टिकल बैटरी, कैंसर डायग्नोस्टिक, स्पेकल-फ्री बायोइमेजिंग, ऑन-चिप रैंडम स्पेक्ट्रोमीटर, टाइम-रिज़ॉल्व्ड माइक्रोस्कोपी/स्पेक्ट्रोस्कोपी, सेंसिंग, फ्रेंड-फो आइडेंटिफिकेशन आदि शामिल हैं। इसके अलावा, यादृच्छिक लेजर स्वाभाविक रूप से दो प्रमुख श्रेष्ठताओं से संपन्न है, अर्थात्, लेजर-स्तर की तीव्रता और व्यापक-आयताकार उत्सर्जन, जो थर्मल प्रकाश स्रोतों, प्रकाश-उत्सर्जक-डायोड (एल. ई. डी.) और विशिष्ट लेजर में पारस्परिक रूप से विशिष्ट हैं। ऐसा माना जाता है कि यादृच्छिक लेजर लेजर रोशनी और धब्बे-मुक्त इमेजिंग के लिए एक आशाजनक और उन्नत प्रकाश स्रोत है। लेजर लेखों की सूची संदर्भ बाहरी लिंक जर्नल ऑफ ऑप्टिक्स भी देखें। विशेष मुद्दाः नैनो और यादृच्छिक लेजर। फरवरी 2010 लेजर प्रकार लेजर विज्ञान