Nedavno je tim predvođen profesorima Zhangom Xinzhengom, Chenom Zhigangom i Xuom Jingjunom sa Fakulteta fizičkih znanosti na Sveučilištu Nankai, u suradnji s profesoricom Irenom Drevenšek Olenik s Instituta Stefan u Sloveniji, prvi put demonstrirao cirkularno polarizirani fleksibilni topološki vertikalni{0}}površinski-emitirajući laser (VCSEL) s visokom učinkovitošću laserske pretvorbe. Nalazi istraživanja pod naslovom "Laseri koji emitiraju površinske-temeljene topološke okomite šupljine" objavljeni su u Light: Science & Applications i odabrani kao naslovni članak za drugi broj.
Ovaj topološki VCSEL temelji se na jedno{0}}dimenzionalnoj optičkoj superrešetkastoj strukturi koja se sastoji od polimernog kolesterskog tekućeg kristala (PCLC) spin-obloženog fluorescentnim medijem za pojačanje i komercijalnog Mylar filma. Superrešetka ima moduliranu potencijalnu jamu koja narušava inverzijsku simetriju, analognu Semenovim izolatorima i Hallovom učinku kvantne doline u dvo-dimenzionalnom prostoru sintetičkih parametara. Oni pokazuju da ovaj topološki VCSEL održava izvrsnu lasersku emisiju jednog-moda pri niskim snagama pumpe. Značajno je da ovaj topološki VCSEL s tankim-slojem nudi iznimno niske troškove proizvodnje, ne zahtijeva složene tehnike izrade, može se lako integrirati na podloge bilo kojeg oblika i zadržava željene karakteristike lasera i sposobnost upravljanja snopom čak i nakon višestrukih savijanja.
Sa stalnim napretkom optičke informacijske tehnologije i sve većom potražnjom za minijaturizacijom, laganim dizajnom i integracijom u fotonske čipove, razvoj lasera na-čipu privukao je sve veću pozornost. Međutim, trenutačni laseri na-čipu još uvijek se suočavaju sa značajnim izazovima, uključujući nisku izlaznu snagu i lošu stabilnost. Topološki zaštićeni laseri nude učinkovit pristup dizajnu za postizanje visoke stabilnosti i niskog praga na-chip laserima. Međutim, ograničena poluvodičkim materijalima, proizvodnja većine topoloških VCSEL trenutno zahtijeva složene i precizne procese. Njihove valne duljine lasera primarno su ograničene na bliski-infracrveni pojas i posjeduju fiksnu geometriju nesposobnu za translacijsko upravljanje snopom. Stoga, nisko{9}}troškovni razvoj mehanički fleksibilnih,-održavanja polarizacije i laganih topoloških VCSEL-ova na-čipu koji koriste materijale od meke materije i nove principe ima značajnu teorijsku i praktičnu vrijednost.
Temeljni princip konstrukcije i prostor parametara sinteze jedno-dimenzionalnih fleksibilnih optičkih superrešetki
Tijekom istraživanja tim je prvo složio Mylarove filmove dviju različitih debljina s PCLC tankim filmovima kako bi formirao jedno-dimenzionalnu binarnu optičku superrešetkastu strukturu koja narušava simetriju prostorne inverzije. Uvođenjem modulacije koeficijenta sprege za konstrukciju sintetičkog prostora parametara, razjasnili su razliku u topološkim svojstvima između AB i BA superrešetki s potencijalima hetero-mjesta, analogno Hallovom efektu kvantne doline u dvo-dimenzionalnim heksagonalnim rešetkama. Nakon toga su spojili AB i BA superrešetke s različitim topološkim svojstvima-jednu koja ima jednako spajanje, a drugu s hetero{6}}potencijalima mjesta-kako bi generirali topološki zaštićena stanja sučelja. Ova stanja sučelja pokazuju visoku lokalizaciju unutar pojasnog razmaka i pokazuju otpornost na strukturne poremećaje, pružajući idealan način optičke šupljine za lasersko osciliranje. Eksperimentalno, tim je izradio fleksibilni laserski uređaj sa 17 slojeva centrifugiranjem-premazivanjem bojom PM597 na površinu tankog filma PCLC. Pod 532 nm pulsnim laserskim pumpanjem, uređaj je postigao lijevo{15}}cirkularno polarizirani topološki laserski izlaz na 575,4 nm s pragom niskim od 0,47 μJ (1,5 mW·cm⁻²), pokazujući učinkovitost nagiba od 4,0%. Laserska zraka pokazuje izvrsnu usmjerenost, sa svojom prostornom raspodjelom koja je vrlo konzistentna s oblikom točke pumpe, pokazujući potencijalne primjene u prijenosu slike i prikazu. Nadalje, fiksiranjem smjera lasera pumpe tijekom savijanja i pomicanja filma odozdo prema gore, svjetlo pumpe osvijetlilo je pet različitih područja (I-V) uzorka, uzrokujući da se emitirani laser kreće uzastopno od dna prema gore na optičkom ekranu. Podešavanje polumjera zakrivljenosti VCSEL filma dodatno kontrolira kut usmjeravanja snopa. Ovo svojstvo omogućuje topološkom VCSEL-u da emitira lasersko svjetlo pod više kutova bez okretanja laserskog uređaja. Primjetno je da topološki VCSEL pokazuje toplinsku stabilnost, zadržavajući svoje izvorne performanse lasera čak i nakon duljeg pumpanja. Ove karakteristike omogućuju integraciju s raznim nosivim fotoničkim uređajima za aplikacije kao što su nosivi zasloni, elektronička zaštita-od krivotvorina i lasersko skeniranje.
Demonstracija primjene fleksibilnog topološkog VCSEL-a
Ovaj rad prvenstveno je proveden na Sveučilištu Nankai. Postdoktorski istraživač Wang Yu i profesor Xia Shiqi sa Sveučilišta Nankai su-prvi su autori, dok su profesori Zhang Xinzheng, Chen Zhigang i Xu Jingjun odgovarajući autori. Istraživanje je dobilo potporu Nacionalnog ključnog programa za istraživanje i razvoj Kine, Nacionalne zaklade za prirodne znanosti Kine, Ključnog projekta Zaklade za prirodne znanosti Tianjin, Kineske zaklade za postdoktorske znanosti i Slovenske agencije za istraživanje.
Prevedeno s DeepL.com (besplatna verzija)
