Nedavno je tim koji predvode profesori Zhang Xinzheng, Chen Zhigang i Xu Jingjun sa Fakulteta za fizičke nauke na Univerzitetu Nankai, u saradnji sa profesoricom Irenom Drevenšek Olenik sa Stefan instituta u Sloveniji, po prvi put demonstrirao kružno polariziranu lasersku vertikalnu fleksibilnu{0} topmiološku površinu} (VCSEL) sa visokom efikasnošću laserske konverzije. Nalazi istraživanja pod naslovom "Laseri koji emituju površinu na površini vertikalne šupljine zasnovani na mekoj-materiji{4}}, objavljeni su u Light: Science & Applications i odabrani kao naslovni članak za drugo izdanje.
Ovaj topološki VCSEL je baziran na jednodimenzionalnoj optičkoj superrešetkastoj strukturi koja se sastoji od filma sa polimernim holesterskim tekućim kristalima (PCLC) spin-prevučenog fluorescentnim pojačanim medijem i komercijalnim Mylar filmom. Superrešetka ima moduliranu potencijalnu bušotinu koja narušava inverzijsku simetriju, analogno Semenovljevim izolatorima i Holovom efektu kvantne doline u dvodimenzionalnom prostoru sintetičkih parametara. Oni pokazuju da ovaj topološki VCSEL održava odličnu jednomodnu lasersku emisiju-pri malim snagama pumpe. Posebno, ovaj tankofilmski topološki VCSEL nudi izuzetno niske troškove proizvodnje, ne zahtijeva složene tehnike izrade, može se lako integrirati na podloge bilo kojeg oblika i zadržava svoje željene laserske karakteristike i sposobnost upravljanja snopom čak i nakon višestrukih krivina.
Uz kontinuirani napredak optičke informacione tehnologije i rastuću potražnju za minijaturizacijom, laganim dizajnom i integracijom u fotonske čipove, razvoj lasera na{0}}čipovima privlači sve veću pažnju. Međutim, trenutni -laseri na čipu se i dalje suočavaju sa značajnim izazovima, uključujući nisku izlaznu snagu i lošu stabilnost. Topološki zaštićeni laseri nude efikasan pristup dizajnu za postizanje visoke stabilnosti i niskog praga na-laserima na čipu. Međutim, ograničena poluvodičkim materijalima, proizvodnja većine topoloških VCSEL trenutno zahtijeva složene i precizne procese. Njihove talasne dužine lasera su prvenstveno ograničene na bliski-infracrveni opseg i posjeduju fiksnu geometriju nesposobnu za upravljanje translacijskim snopom. Stoga, jeftin{9}}razvoj mehanički fleksibilnih, sa{10}}održavanjem polarizacije i laganih{11}}topoloških VCSEL-ova na čipu koji koriste materijale od meke materije i nove principe ima značajnu teorijsku i praktičnu vrijednost.
Osnovni princip konstrukcije i prostor parametara sinteze jednodimenzionalnih fleksibilnih optičkih superrešetka
Tokom istraživanja, tim je prvo složio Mylar filmove dvije različite debljine sa PCLC tankim filmovima kako bi formirao jednodimenzionalnu binarnu optičku superrešetku strukturu koja narušava simetriju prostorne inverzije. Uvođenjem modulacije koeficijenta sprege da se konstruira prostor sintetičkih parametara, oni su razjasnili razliku u topološkim svojstvima između AB i BA superrešetka s hetero-potencijalima, analogno Hall efektu kvantne doline u dvodimenzionalnim heksagonalnim rešetkama -. Nakon toga su spojili AB i BA superrešetke s različitim topološkim svojstvima-jednu sa jednakim spajanjem, a drugom s hetero-potencijalima lokacije-kako bi generisali topološki zaštićena stanja interfejsa. Ova stanja interfejsa pokazuju visoku lokalizaciju unutar pojasnog razmaka i pokazuju robusnost protiv strukturnog poremećaja, pružajući idealan režim optičke šupljine za laserske oscilacije. Eksperimentalno, tim je proizveo fleksibilni laserski uređaj sa 17 slojeva centrifugiranjem-premazivanjem pojačane boje PM597 na površinu tankog filma PCLC-a. Pod impulsnim laserskim pumpanjem od 532 nm, uređaj je postigao lijevo-izlaz kružno polariziranog topološkog lasera na 575,4 nm sa pragom od 0,47 μJ (1,5 mW·cm⁻²), pokazujući efikasnost nagiba od 4,0%. Laserski snop pokazuje odličnu usmerenost, sa svojom prostornom distribucijom koja je veoma konzistentna sa oblikom tačke pumpe, demonstrirajući potencijalne primene u prenosu i prikazu slike. Nadalje, fiksiranjem smjera lasera pumpe uz savijanje i pomicanje filma odozdo prema gore, svjetlo pumpe je osvijetlilo pet različitih regija (I-V) uzorka, uzrokujući da se emitirani laser pomiče uzastopno odozdo prema gore na optičkom ekranu. Podešavanje radijusa zakrivljenosti VCSEL filma dalje kontroliše ugao upravljanja snopom. Ovo svojstvo omogućava topološkom VCSEL-u da emituje lasersko svjetlo pod više uglova bez rotiranja laserskog uređaja. Posebno, topološki VCSEL pokazuje termičku stabilnost, zadržavajući svoje originalne laserske performanse čak i nakon dužeg pumpanja. Ove karakteristike omogućavaju integraciju sa različitim nosivim fotoničkim uređajima za aplikacije kao što su nosivi displeji, elektronski anti-falsifikovanje i lasersko skeniranje.
Demonstracija aplikacije fleksibilnog topološkog VCSEL-a
Ovaj rad je prvenstveno sproveden na Univerzitetu Nankai. Postdoktorski istraživač Wang Yu i profesor Xia Shiqi sa Univerziteta Nankai su-prvi autori, dok su profesori Zhang Xinzheng, Chen Zhigang i Xu Jingjun odgovarajući autori. Istraživanje je dobilo podršku Nacionalnog ključnog programa za istraživanje i razvoj Kine, Kineske nacionalne fondacije za prirodne nauke, ključnog projekta Fondacije za prirodne nauke Tianjin, Kineske postdoktorske naučne fondacije i Slovenačke agencije za istraživanje.
Prevedeno sa DeepL.com (besplatna verzija)
