자기{0}}조직이란 내부 상호작용을 통해 개별 요소가 자발적으로 질서 있는 패턴으로 배열되는 집단적 공명 현상을 의미합니다. 그러나 기존 반도체 레이저 공동의 혼란스러운 다중 모드 동기화는 실제 응용 분야에서의 성능을 제한합니다. 응집 물질 물리학의 위상 상태 이론에서 유래한 위상 포토닉스는 "위상 불변성"을 사용하여 광결정의 밴드 구조를 설명합니다. 이 접근 방식은 견고하고 단방향이며 고도로 국한된 광자 상태를 구축하기 위한 새로운 패러다임을 제공합니다.
최근 중국과학원 반도체 연구소의 Zheng Wanhua 학자가 이끄는 팀은 Laser & Photonics Reviews에 획기적인 연구 결과를 발표했습니다. 그들은 비편재화된 토폴로지 가장자리 상태를 기반으로 자가 조직화된 레이저 방출을 성공적으로 관찰하여 대규모-고간섭성 레이저 출력을 달성했습니다. 이 획기적인 발전은 기존 레이저의 핵심 모순-고출력과 고간섭성 사이의 상호 제약. -기존 장치의 물리적 제약으로 인해 흔히 발생하는 상충-을 정확하게 해결합니다. 이 연구는 비국소화된 토폴로지 에지 상태와 비{10}}에르미트 변조의 지원을 받는 자체{9}}동기화 메커니즘을 활용하여 토폴로지 보호와 자체 구성이 제공하는 높은 일관성 이점을 모두 보존합니다. 동시에, 비국소화를 통해 에너지 분포를 확장하여 궁극적으로 "전력{13}}일관성"을 시너지적으로 최적화하는 혁신적인 기술 솔루션을 형성합니다.
그림 1 자체 구성-토폴로지 레이저 출력 및 기본 원리의 도식
연구팀은 고전적인 1차원{0}}토폴로지 Su-Schrieffer-Heeger(SSH) 모델에서 시작하여 구조의 키랄 대칭 보호를 활용하여 SSH 격자 내의 결합 강도를 조절하여 실제 공간에서 토폴로지 가장자리 상태의 비국소화된 분포를 달성했습니다. 동시에, 패턴화된 전극 구조에 기반한 비-에르미트 변조를 통해 비편재화된 토폴로지 가장자리 상태는 무질서한 배경에 대한 지배력을 유지하여 고유한 자체 구성 패턴을 나타냅니다.- 동등한 규모의 광결정 레이저와 비교하여 이 토폴로지 레이저는 더 높은 공간 일관성을 나타내므로 임계값이 더 낮고 공간 출력 모드가 더 안정적이며 스펙클 대비가 더 높습니다. 또한 토폴로지 에지 상태의 공간 분포 규모를 확장하고 위상 변이 커플러를 통합하여 출력 광 전력 밀도를 향상시킵니다.
그림 2 비편재화된 토폴로지 에지 상태의 도식 설계
그림 3 등가 규모의 광결정 실험과 토폴로지 레이저의 비교
이러한 접근 방식은 위상 레이저의 기술 경로를 다양화할 뿐만 아니라 통합 포토닉 칩 및 고성능 광학 방출기에 침투하는 위상 위상 포토닉스 추세에 부합하여 포토닉스에서 위상 물리학의 실제 적용을 더욱 발전시킵니다. "비-에르미트 조작 및 키랄 대칭에 의해 활성화된 비편재 상태의 자기 조직화 레이저 발생"이라는 제목의 연구 결과가 Laser & Photonics Reviews(DOI: 10.1002/lpor.202501772)에 게재되었습니다. 중국과학원 반도체 연구소의 박사후 연구원 Chen Jingxuan과 박사과정 후보자 Tang Chenyan이 공동 제1저자입니다. 젊은 연구원 Wang Mingjin과 Zheng Wanhua 학자가 공동 교신저자입니다.-
