Samo-organizacija se odnosi na fenomen kolektivne rezonancije gdje se pojedinačni elementi spontano raspoređuju u uređene obrasce kroz interne interakcije. Međutim, kaotična višemodna sinkronizacija u tradicionalnim šupljinama poluvodičkih lasera ograničava njihovu izvedbu u praktičnim primjenama. Topološka fotonika, koja potječe iz teorije topoloških stanja u fizici kondenzirane tvari, koristi "topološke invarijante" za opisivanje vrpčne strukture fotonskih kristala. Ovaj pristup nudi novu paradigmu za konstruiranje robusnih, jednosmjernih i visoko lokaliziranih fotonskih stanja.
Nedavno je tim predvođen akademikom Zhengom Wanhuom s Instituta za poluvodiče Kineske akademije znanosti objavio revolucionarni rad u časopisu Laser & Photonics Reviews. Uspješno su promatrali samo-organiziranu lasersku emisiju temeljenu na delokaliziranim topološkim rubnim stanjima, postigavši laserski izlaz velike-velike-koherentnosti. Ovo otkriće točno rješava temeljnu kontradikciju u tradicionalnim laserima-uzajamno ograničenje između velike snage i visoke koherencije. -kompromis-često nametnut fizičkim ograničenjima u konvencionalnim uređajima. Iskorištavanjem samo{9}}organizirajućeg mehanizma sinkronizacije potpomognutog delokaliziranim topološkim rubnim stanjima i ne-hermitovskom modulacijom, ovo istraživanje čuva prednost visoke koherencije koju daje topološka zaštita i samo{11}}organizacija. Istodobno, proširuje distribuciju energije kroz delokalizaciju, u konačnici stvarajući inovativno tehničko rješenje koje sinergijski optimizira "koherentnost-snage."
Slika 1. Shema samo-organiziranog topološkog laserskog izlaza i temeljni principi
Polazeći od klasičnog jednodimenzionalnog topološkog Su-Schrieffer-Heegerovog (SSH) modela, istraživački je tim iskoristio strukturnu zaštitu kiralne simetrije za modulaciju snage sprezanja unutar SSH rešetke, postigavši delokaliziranu distribuciju topoloških rubnih stanja u stvarnom prostoru. Istovremeno, kroz ne-hermitsku modulaciju temeljenu na uzorkovanim elektrodnim strukturama, delokalizirana topološka rubna stanja održavaju dominaciju nad neuređenim pozadinama, pokazujući jedinstvene samo-organizirajuće obrasce. U usporedbi s fotonskim kristalnim laserima ekvivalentnog razmjera, ovaj topološki laser pokazuje veću prostornu koherenciju, što rezultira nižim pragovima, stabilnijim načinima prostornog izlaza i većim kontrastom pjega. Nadalje, proširuje ljestvicu prostorne distribucije topoloških rubnih stanja i uključuje sprežnike faznog pomaka za povećanje gustoće izlazne optičke snage.
Slika 2. Shematski dizajn delokaliziranih topoloških rubnih stanja
Slika 3. Usporedba topološkog lasera s eksperimentima s fotonskim kristalima u ekvivalentnom mjerilu
Ovaj pristup ne samo da diverzificira tehničke putove za topološke lasere, već se također usklađuje s trendom topološke fotonike koja prožima integrirane fotonske čipove i optičke emitere visokih-učinkovitosti, dodatno unapređujući praktičnu primjenu topološke fizike u fotonici. Nalazi pod naslovom "Samo-organizirano laseriranje delokaliziranog stanja omogućeno ne-hermitskom manipulacijom i kiralnom simetrijom," objavljeni su u Laser & Photonics Reviews (DOI: 10.1002/lpor.202501772). Postdoktorski istraživač Chen Jingxuan i doktorski kandidat Tang Chenyan s Instituta za poluvodiče Kineske akademije znanosti su-prvi su autori. Mladi istraživač Wang Mingjin i akademik Zheng Wanhua su-autori su za dopisivanje.
