Samo-organizacija se nanaša na pojav kolektivne resonance, kjer se posamezni elementi prek notranjih interakcij spontano uredijo v urejene vzorce. Vendar pa kaotična večmodna sinhronizacija v tradicionalnih polprevodniških laserskih votlinah omejuje njihovo delovanje v praktičnih aplikacijah. Topološka fotonika, ki izvira iz teorije topoloških stanj v fiziki kondenzirane snovi, uporablja "topološke invariante" za opis pasovne strukture fotonskih kristalov. Ta pristop ponuja novo paradigmo za konstruiranje robustnih, enosmernih in visoko lokaliziranih fotonskih stanj.
Pred kratkim je ekipa, ki jo vodi akademik Zheng Wanhua z Inštituta za polprevodnike Kitajske akademije znanosti, objavila prelomno delo v Laser & Photonics Reviews. Uspešno so opazovali samo-organizirano lasersko sevanje, ki temelji na delokaliziranih topoloških robnih stanjih, in dosegli-laserski izhod velike-visoke{3}}koherentnosti. Ta preboj natančno rešuje glavno protislovje v tradicionalnih laserjih-medsebojno omejitev med visoko močjo in visoko koherenco. -kompromis-ki ga pogosto nalagajo fizične omejitve v običajnih napravah. Z izkoriščanjem samo{9}}organizirajočega se sinhronizacijskega mehanizma, ki ga podpirajo delokalizirana topološka robna stanja in ne-hermitska modulacija, ta raziskava ohranja visoko koherenčno prednost, ki jo dajeta topološka zaščita in samo{11}}organizacija. Hkrati širi distribucijo energije z delokalizacijo, s čimer končno oblikuje inovativno tehnično rešitev, ki sinergijsko optimizira "power{13}}coherence."
Slika 1 Shema samo-organiziranega topološkega laserskega izhoda in temeljna načela
Izhajajoč iz klasičnega eno{0}}dimenzionalnega topološkega modela Su-Schrieffer-Heeger (SSH) je raziskovalna skupina izkoristila zaščito kiralne simetrije strukture za modulacijo sklopitvenih moči znotraj mreže SSH in dosegla delokalizirano porazdelitev topoloških robnih stanj v realnem prostoru. Hkrati z ne-hermitsko modulacijo, ki temelji na vzorčastih elektrodnih strukturah, delokalizirana topološka robna stanja ohranjajo prevlado nad neurejenimi ozadji in kažejo edinstvene vzorce samo-organiziranja. V primerjavi z laserji s fotonskimi kristali enakovrednega obsega ima ta topološki laser višjo prostorsko koherenco, kar ima za posledico nižje pragove, stabilnejše prostorske izhodne načine in večji kontrast pik. Poleg tega razširja lestvico prostorske porazdelitve topoloških robnih stanj in vključuje spojnike za fazni zamik za povečanje gostote izhodne optične moči.
Slika 2 Shematska zasnova delokaliziranih topoloških robnih stanj
Slika 3 Primerjava topološkega laserja s poskusi s fotonskimi kristali v enakovrednem merilu
Ta pristop ne le diverzificira tehnične poti za topološke laserje, ampak se tudi usklajuje s trendom topološke fotonike, ki prežema integrirane fotonske čipe in visoko{0}}zmogljive optične oddajnike, s čimer dodatno napreduje pri praktični uporabi topološke fizike v fotoniki. Ugotovitve z naslovom "Samo-organizirano lasersko sevanje delokaliziranega stanja, omogočeno z ne-hermitsko manipulacijo in kiralno simetrijo," so bile objavljene v reviji Laser & Photonics Reviews (DOI: 10.1002/lpor.202501772). Podoktorski raziskovalec Chen Jingxuan in doktorski kandidat Tang Chenyan z Inštituta za polprevodnike Kitajske akademije znanosti sta so-prva avtorja. Mladi raziskovalec Wang Mingjin in akademik Zheng Wanhua sta so-avtorja.
