Itseorganisaatio{0}} viittaa kollektiiviseen resonanssiilmiöön, jossa yksittäiset elementit järjestäytyvät spontaanisti järjestetyiksi malleiksi sisäisen vuorovaikutuksen kautta. Kaoottinen monimuotosynkronointi perinteisissä puolijohdelaseronteloissa rajoittaa kuitenkin niiden suorituskykyä käytännön sovelluksissa. Topologinen fotoniikka, joka on peräisin kondensoidun aineen fysiikan topologisten tilojen teoriasta, käyttää "topologisia invariantteja" kuvaamaan fotonikiteiden nauharakennetta. Tämä lähestymistapa tarjoaa uudenlaisen paradigman vankkojen, yksisuuntaisten ja erittäin paikallisten fotonitilojen rakentamiseen.
Äskettäin akateemikko Zheng Wanhuan johtama ryhmä Kiinan tiedeakatemian puolijohteiden instituutista julkaisi uraauurtavan työn Laser & Photonics Reviews -lehdessä. He havaitsivat onnistuneesti itse-organisoituneen lasersäteilyn siirrettyjen topologisten reunatilojen perusteella ja saavuttivat suuren-mittakaavan korkean-koherenssin lasertulostuksen. Tämä läpimurto ratkaisee tarkasti perinteisten lasereiden ydinristiriidan-suuren tehon ja korkean koherenssin välisen keskinäisen rajoitteen. -kompromissi-, joka usein johtuu perinteisten laitteiden fyysisistä rajoituksista. Tämä tutkimus hyödyntää itseorganisoituvaa synkronointimekanismia, jota tukevat siirretyt topologiset reunatilat ja ei--hermiittinen modulaatio. Tämä tutkimus säilyttää sekä topologisen suojauksen että itseorganisoitumisen tuoman korkean koherenssiedun. Samanaikaisesti se laajentaa energian jakelua siirron kautta, mikä lopulta muodostaa innovatiivisen teknisen ratkaisun, joka optimoi synergistisesti "tehon-koherenssin".
Kuva 1 Kaavio itseorganisoidusta-topologisesta lasertulosta ja perusperiaatteista
Klassisesta yksi-ulotteisesta topologisesta Su-Schrieffer-Heeger- (SSH) -mallista lähtien tutkimusryhmä hyödynsi rakenteen kiraalista symmetriaa moduloimaan kytkentävahvuuksia SSH-hilassa, mikä saavutti topologisten reunatilojen siirretyn jakautumisen todellisessa avaruudessa. Samanaikaisesti kuvioituihin elektrodirakenteisiin perustuvan ei--hermiittisen modulaation avulla siirretyt topologiset reunatilat säilyttävät hallitsevan aseman epätasaisten taustojen suhteen ja osoittavat ainutlaatuisia itseorganisoituvia malleja. Verrattuna vastaavan mittakaavan fotonikidelaseereihin tällä topologisella laserilla on korkeampi tilakoherenssi, mikä johtaa alhaisempiin kynnyksiin, vakaampiin tilalähtötiloihin ja korkeampaan pilkkukontrastiin. Lisäksi se laajentaa topologisten reunatilojen spatiaalista jakautumisasteikkoa ja sisältää vaihesiirtokytkimiä optisen lähdön tehotiheyden parantamiseksi.
Kuva 2 Siirrettyjen topologisten reunatilojen kaaviomainen suunnittelu
Kuva 3 Topologisen laserin vertailu fotonikidekidekokeiden kanssa vastaavassa mittakaavassa
Tämä lähestymistapa paitsi monipuolistaa topologisten lasereiden teknisiä polkuja, myös vastaa topologisen fotoniikan suuntausta, joka läpäisee integroidut fotonisirut ja -tehokkaat optiset emitterit, mikä edistää topologisen fysiikan käytännön soveltamista fotoniikassa. Löydökset, joiden otsikkona on "Self-organised lasering of delocalized state, jonka mahdollistaa ei--Hermitian manipulaatio ja kiraalinen symmetria", julkaistiin Laser & Photonics Reviews -julkaisussa (DOI: 10.1002/lpor.202501772). Tutkijatohtorin tutkija Chen Jingxuan ja tohtorikandidaatti Tang Chenyan Kiinan tiedeakatemian puolijohteiden instituutista ovat mukana-ensimmäisiä kirjoittajia. Nuori tutkija Wang Mingjin ja akateemikko Zheng Wanhua ovat vastaavat kirjoittajat.
