Nesen komanda, kuru vadīja profesori Džans Sjiņdzeņs, Čeņs Džigangs un Sju Dzjiņdžuns no Nankai universitātes Fizisko zinātņu skolas, sadarbībā ar profesori Irēnu Drevenšeku Oleniku no Stefana institūta Slovēnijā pirmo reizi demonstrēja cirkulāri polarizētu elastīgu topoloģiskās vertikālās CSL{0} lāzera konversijas efektivitāte. Pētījuma rezultāti ar nosaukumu "Mīksto-materiālu-uz topoloģiskās vertikālās dobuma virsmas izstarojošie lāzeri" tika publicēti izdevumā Light: Science & Applications un atlasīti kā vāka raksts otrajam numuram.
Šī topoloģiskā VCSEL pamatā ir viendimensijas optiskā virsrežģa struktūra, kas sastāv no polimēra holesterisko šķidro kristālu (PCLC) plēves spin-, kas pārklāta ar fluorescējošu pastiprinājuma vidi, un komerciālas Mylar plēves. Virsrežģī ir modulēts potenciāls, kas pārtrauc inversijas simetriju, līdzīgi Semenova izolatoriem un kvantu ielejas Hola efektam divdimensiju sintētisko parametru telpā. Tie parāda, ka šis topoloģiskais VCSEL nodrošina izcilu viena režīma lāzera emisiju ar zemu sūkņa jaudu. Konkrēti, šis plānās -plēves topoloģiskās VCSEL piedāvā ārkārtīgi zemas ražošanas izmaksas, neprasa sarežģītas ražošanas metodes, to var viegli integrēt jebkuras formas pamatnēs, un tas saglabā vēlamos lāzera raksturlielumus un staru kūļa vadīšanas iespējas pat pēc vairākiem līkumiem.
Nepārtraukti attīstoties optiskajām informācijas tehnoloģijām un pieaugot pieprasījumam pēc miniaturizācijas, viegla dizaina un integrācijas fotoniskajās mikroshēmās, arvien lielāka uzmanība ir pievērsta mikroshēmu lāzeru izstrādei. Tomēr pašreizējie mikroshēmu lāzeri joprojām saskaras ar ievērojamām problēmām, tostarp zemu izejas jaudu un sliktu stabilitāti. Topoloģiski aizsargāti lāzeri piedāvā efektīvu dizaina pieeju, lai panāktu augstu stabilitāti un zemu slieksni -čipu lāzeriem. Tomēr, ko ierobežo pusvadītāju materiāli, vairuma topoloģisko VCSEL izgatavošanai pašlaik ir nepieciešami sarežģīti un precīzi procesi. To lāzera viļņu garumi galvenokārt ir ierobežoti ar tuvās-infrasarkano staru joslu, un tiem ir fiksēta ģeometrija, kas nespēj virzīt staru kūli. Tāpēc mehāniski elastīgu, polarizāciju{10}}uzturošu un vieglu mikroshēmu topoloģisko VCSEL ar zemām izmaksām, izmantojot mīkstas vielas materiālus un jaunus principus, ir nozīmīga teorētiska un praktiska vērtība.
Konstrukcijas pamatprincips un sintēzes parametru viena{0}}dimensijas elastīgo optisko superrežģu telpa
Pētījuma laikā komanda vispirms salika divu dažāda biezuma Mylar plēves ar PCLC plānām kārtiņām, lai izveidotu viendimensijas bināro optisko superrežģa struktūru, kas izjauc telpiskās inversijas simetriju. Ieviešot savienojuma koeficienta modulāciju, lai izveidotu sintētisku parametru telpu, viņi noskaidroja topoloģisko īpašību atšķirību starp AB un BA superrežģiem ar hetero-vietas potenciālu, līdzīgi kā kvantu ielejas Hola efekts divdimensiju sešstūra režģos. Pēc tam tie savienoja AB un BA virsrežģus ar dažādām topoloģiskām īpašībām-vienā ar vienādu savienojumu un otru ar hetero-vietnes potenciālu-, lai ģenerētu topoloģiski aizsargātus saskarnes stāvokļus. Šie saskarnes stāvokļi uzrāda augstu lokalizāciju joslas diapazonā un demonstrē izturību pret strukturāliem traucējumiem, nodrošinot ideālu optiskā dobuma režīmu lāzera svārstībām. Eksperimentāli komanda izgatavoja elastīgu lāzerierīci ar 17 slāņiem, griežot{11}}pārklājot pastiprinošo krāsu PM597 uz PCLC plānas plēves virsmas. Zem 532 nm impulsa lāzera sūknēšanas ierīce sasniedza kreiso -rokas cirkulāri polarizētu topoloģisko lāzera izvadi pie 575,4 nm ar slieksni līdz 0,47 μJ (1,5 mW·cm⁻²), uzrādot slīpuma efektivitāti 4,0%. Lāzera staram ir lieliska virziena spēja, un tā telpiskais sadalījums ļoti atbilst sūkņa vietas formai, demonstrējot iespējamos pielietojumus attēlu pārraidē un displejā. Turklāt, fiksējot sūkņa lāzera virzienu, vienlaikus liekot un pārvietojot plēvi no apakšas uz augšu, sūkņa gaisma apgaismoja piecus atšķirīgus parauga apgabalus (I-V), liekot izstarotajam lāzeram secīgi pārvietoties no apakšas uz augšu optiskajā ekrānā. VCSEL plēves izliekuma rādiusa regulēšana vēl vairāk kontrolē staru kūļa pagriešanas leņķi. Šis īpašums ļauj topoloģiskajam VCSEL izstarot lāzera gaismu vairākos leņķos, nepagriežot lāzera ierīci. Jo īpaši topoloģiskajam VCSEL ir termiskā stabilitāte, saglabājot sākotnējo lāzera veiktspēju pat pēc ilgstošas sūknēšanas. Šīs īpašības nodrošina integrāciju ar dažādām valkājamām fotoniskām ierīcēm tādām lietojumprogrammām kā valkājami displeji, elektroniskā pret{27}}viltošana un lāzerskenēšana.
Elastīga topoloģiskā VCSEL pielietojuma demonstrācija
Šis darbs galvenokārt tika veikts Nankai universitātē. Pēcdoktorantūras pētnieks Vans Ju un profesors Sja Šici no Nankai universitātes ir pirmie -autori, savukārt profesori Džans Sjiņdžens, Čeņs Džigangs un Sju Dzjiņjuns ir attiecīgie autori. Pētījums saņēma atbalstu no Ķīnas Nacionālās galvenās pētniecības un attīstības programmas, Ķīnas Nacionālā dabaszinātņu fonda, Tjandzjiņas Dabaszinātņu fonda galvenā projekta, Ķīnas pēcdoktorantūras zinātnes fonda un Slovēnijas pētniecības aģentūras.
Tulkots ar DeepL.com (bezmaksas versija)
