Själv-organisation hänvisar till det kollektiva resonansfenomenet där enskilda element spontant ordnar sig till ordnade mönster genom interna interaktioner. Kaotisk multimodssynkronisering i traditionella halvledarlaserhålrum begränsar emellertid deras prestanda i praktiska tillämpningar. Topologisk fotonik, som härrör från teorin om topologiska tillstånd i den kondenserade materiens fysik, använder "topologiska invarianter" för att beskriva bandstrukturen för fotoniska kristaller. Detta tillvägagångssätt erbjuder ett nytt paradigm för att konstruera robusta, enkelriktade och mycket lokaliserade fotoniska tillstånd.
Nyligen publicerade ett team under ledning av akademikern Zheng Wanhua från Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences banbrytande arbete i Laser & Photonics Reviews. De observerade framgångsrikt själv-organiserad laseremission baserat på delokaliserade topologiska kanttillstånd, vilket uppnådde stor-hög-koherenslaserutgång. Detta genombrott löser exakt den centrala motsättningen i traditionella lasrar-den ömsesidiga begränsningen mellan hög effekt och hög koherens. -en avvägning-som ofta påtvingas av fysiska begränsningar i konventionella enheter. Med hjälp av den själv-organiserande synkroniseringsmekanismen med hjälp av delokaliserade topologiska kanttillstånd och icke{10}}hermitisk modulering, bevarar denna forskning både den höga koherensfördelen som topologiskt skydd och självorganisering ger. Samtidigt utökar den energidistributionen genom delokalisering, vilket i slutändan bildar en innovativ teknisk lösning som synergistiskt optimerar "kraft{13}}koherens."
Figur 1 Schematisk över själv-organiserad topologisk laserutgång och grundläggande principer
Med utgångspunkt från den klassiska en-dimensionella topologiska Su-Schrieffer-Heeger (SSH)-modellen, utnyttjade forskargruppen strukturens kirala symmetriskydd för att modulera kopplingsstyrkor inom SSH-gittret, vilket uppnådde delokaliserad fördelning av topologiska kanttillstånd i verkliga rymden. Samtidigt, genom icke-hermitisk modulering baserad på mönstrade elektrodstrukturer, bibehåller de delokaliserade topologiska kanttillstånden dominans över oordnade bakgrunder och uppvisar unika själv-organiserande mönster. Jämfört med fotoniska kristalllasrar av likvärdig skala, uppvisar denna topologiska laser högre rumslig koherens, vilket resulterar i lägre tröskelvärden, mer stabila rumsliga utdatalägen och högre fläckkontrast. Dessutom utökar den den rumsliga fördelningsskalan för topologiska kanttillstånd och inkluderar fasskiftkopplare för att förbättra den optiska uteffekttätheten.
Figur 2 Schematisk design av delokaliserade topologiska kanttillstånd
Figur 3 Jämförelse av topologisk laser med fotoniska kristallexperiment i motsvarande skala
Detta tillvägagångssätt diversifierar inte bara de tekniska vägarna för topologiska lasrar utan stämmer också överens med trenden med topologisk fotonik som genomsyrar integrerade fotonikchips och högpresterande optiska sändare, vilket ytterligare främjar den praktiska tillämpningen av topologisk fysik inom fotonik. Fynden, med titeln "Self-organized lasing of delocalized state enabled by non-hermitian manipulation and chiral symmetry," publicerades i Laser & Photonics Reviews (DOI: 10.1002/lpor.202501772). Postdoktorand Chen Jingxuan och doktorand Tang Chenyan från Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, är de första-författarna. Den unga forskaren Wang Mingjin och akademikern Zheng Wanhua är de-medförfattarna.
