Baru-baru ini, pasukan yang diketuai oleh Profesor Zhang Xinzheng, Chen Zhigang dan Xu Jingjun dari Pusat Pengajian Sains Fizikal di Universiti Nankai, dengan kerjasama Profesor Irena Drevenšek Olenik dari Institut Stefan di Slovenia, telah menunjukkan buat pertama kalinya polarisasi bulat yang fleksibel penukaran topologi menegak{{0}{1}} kecekapan pemancaran laser{{0}{1}} permukaan laser tinggi (VCSEL permukaan) tinggi. Penemuan penyelidikan, bertajuk "Soft{3}}Matter-Based Topological Vertical Vertical Surface Emitting Lasers," telah diterbitkan dalam Light: Science & Applications dan dipilih sebagai artikel muka depan untuk keluaran kedua.
VCSEL topologi ini adalah berdasarkan-struktur superlattice optik satu dimensi yang terdiri daripada putaran filem polimer cholesteric liquid crystal (PCLC)-yang disalut dengan medium gain fluoresens dan filem Mylar komersial. Superlattice menampilkan telaga potensi termodulat yang memecahkan simetri penyongsangan, seumpama dengan penebat Semenov dan kesan Hall lembah kuantum dalam dua-ruang parameter sintetik dimensi. Mereka menunjukkan bahawa VCSEL topologi ini mengekalkan pelepasan laser mod tunggal{5}}yang sangat baik pada kuasa pam yang rendah. Terutamanya, VCSEL topologi filem nipis ini-menawarkan kos pengeluaran yang sangat rendah, tidak memerlukan teknik fabrikasi yang rumit, boleh disepadukan dengan mudah pada substrat dalam sebarang bentuk dan mengekalkan ciri laser yang diingini dan keupayaan stereng pancaran walaupun selepas beberapa selekoh.
Dengan kemajuan berterusan teknologi maklumat optik dan permintaan yang semakin meningkat untuk pengecilan, reka bentuk ringan dan penyepaduan dalam cip fotonik, pembangunan pada-laser cip telah mendapat perhatian yang semakin meningkat. Walau bagaimanapun, semasa pada-laser cip masih menghadapi cabaran yang ketara, termasuk kuasa keluaran yang rendah dan kestabilan yang lemah. Laser yang dilindungi secara topologi menawarkan pendekatan reka bentuk yang berkesan untuk mencapai kestabilan tinggi dan ambang rendah pada-laser cip. Walau bagaimanapun, dikekang oleh bahan semikonduktor, pembuatan kebanyakan VCSEL topologi pada masa ini memerlukan proses yang kompleks dan tepat. Panjang gelombang pengikatnya terutamanya terhad kepada-jalur inframerah berhampiran, dan ia mempunyai geometri tetap yang tidak mampu untuk stereng rasuk translasi. Oleh itu, pembangunan kos-rendah bagi pengekalan fleksibel, polarisasi-dan ringan pada-cip VCSEL topologi cip menggunakan bahan bahan lembut dan prinsip novel mempunyai nilai teori dan praktikal yang ketara.
Prinsip Pembinaan Asas dan Ruang Parameter Sintesis Satu-Kelat Super Optik Fleksibel Dimensi
Semasa penyelidikan, pasukan mula-mula menyusun filem Mylar dengan dua ketebalan berbeza dengan filem nipis PCLC untuk membentuk satu-struktur superlattice optik binari dimensi yang memecahkan simetri penyongsangan spatial. Dengan memperkenalkan modulasi pekali gandingan untuk membina ruang parameter sintetik, mereka menjelaskan perbezaan dalam sifat topologi antara superlattices AB dan BA dengan hetero-potensi tapak, sama dengan kesan Hall lembah kuantum dalam dua-kekisi heksagon dimensi. Selepas itu, mereka bergabung dengan superlattices AB dan BA dengan sifat topologi yang berbeza-satu menampilkan gandingan yang sama dan satu lagi dengan hetero-potensi tapak-untuk menjana keadaan antara muka yang dilindungi secara topologi. Keadaan antara muka ini mempamerkan penyetempatan tinggi dalam jurang jalur dan menunjukkan keteguhan terhadap gangguan struktur, menyediakan mod rongga optik yang ideal untuk ayunan laser. Secara eksperimen, pasukan itu mereka bentuk peranti laser fleksibel dengan 17 lapisan dengan putaran-menyalut pewarna gain PM597 pada permukaan filem nipis PCLC. Di bawah pengepaman laser berdenyut 532 nm, peranti ini mencapai keluaran laser topologi terkutub bulat kiri-tangan pada 575.4 nm dengan ambang serendah 0.47 μJ (1.5 mW·cm⁻²), menunjukkan kecekapan cerun 4.0%. Pancaran laser mempamerkan hala tuju yang sangat baik, dengan taburan spatialnya sangat konsisten dengan bentuk titik pam, menunjukkan potensi aplikasi dalam penghantaran dan paparan imej. Tambahan pula, dengan menetapkan arah laser pam semasa membongkok dan menggerakkan filem dari bawah ke atas, lampu pam menerangi lima kawasan (I-}V) yang berbeza bagi sampel, menyebabkan laser yang dipancarkan bergerak secara berurutan dari bawah ke atas pada skrin optik. Melaraskan jejari kelengkungan filem VCSEL seterusnya mengawal sudut stereng rasuk. Sifat ini membolehkan VCSEL topologi memancarkan cahaya laser pada pelbagai sudut tanpa memutarkan peranti laser. Terutama, VCSEL topologi mempamerkan kestabilan terma, mengekalkan prestasi laser asalnya walaupun selepas pengepaman berpanjangan. Ciri-ciri ini membolehkan penyepaduan dengan pelbagai peranti fotonik boleh pakai untuk aplikasi seperti paparan boleh pakai, anti{27}}pemalsuan elektronik dan pengimbasan laser.
Demonstrasi aplikasi VCSEL topologi fleksibel
Kerja ini dijalankan terutamanya di Universiti Nankai. Penyelidik pasca doktoral Wang Yu dan Profesor Xia Shiqi dari Universiti Nankai ialah-pengarang pertama, manakala Profesor Zhang Xinzheng, Chen Zhigang dan Xu Jingjun ialah pengarang yang sepadan. Penyelidikan itu mendapat sokongan daripada Program R&D Utama Negara China, Yayasan Sains Semula Jadi Kebangsaan China, Projek Utama Yayasan Sains Semula Jadi Tianjin, Yayasan Sains Pascadoktoral China dan Agensi Penyelidikan Slovenia.
Diterjemah dengan DeepL.com (versi percuma)
