下一代半導體激光器——拓撲絕緣體激光器

近日，以色列和美國的研究人員宣布開發出了一種新型高效率相干且穩健的半導體激光系統：拓撲絕緣體激光器。相關研究結果發表在近期Science雜誌上的兩篇聯合研究論文中，一篇描述理論("Topological insulator laser: Theory")，另一篇描述實驗("Topological insulator laser: Experiments")。

拓撲絕緣體是近年來最具創新和前景的前沿物理領域之一，為對受保護運輸的基本理解提供了新的視角。這是一種內部絕緣，但表面能夠產生超電流的特殊材料：表面電流不受缺陷、尖角或無序的影響，能夠單向地傳播而不被分散。

拓撲絕緣體激光器的例證：光線繞過周邊，不受尖角或障礙的阻礙，最終通過輸出埠射出

該研究由以色列理工學院的Mordechai Segev教授和他的團隊：Miguel A. Bandres博士和Gal Harari教授，以及美國和新加坡的其他科學家共同完成。

幾年前，以色列理工學院的該團隊在光子學中引入了這些想法，並展示了一種光拓撲絕緣子，其中光能夠在波導的二維陣列邊緣傳播而不受缺陷或無序的影響。

如今，研究人員已經找到了一種方法來利用光子拓撲絕緣體的特性來構建一種新型的激光器，它表現出獨特的性質，並極大程度地提高了激光器陣列的穩健性和性能，展示了廣闊的應用前景。

「這個新激光系統違背了過去關於拓撲絕緣子的所有常識。「Segev教授表示：「當系統包含增益時，拓撲絕緣體的獨特魯棒性過去被認為會失效，所有的激光器都是如此。但是我們已經表明，這種特殊的魯棒性確實能夠在具有特殊(「拓撲」）設計的激光系統中存在，並且能夠使激光更加高效、更加相干，並且同時不受各種製造缺陷的影響。這似乎是一個讓微型激光器陣列作為一個整體工作的有效途徑：一個高度相干的高功率激光器。」

拓撲絕緣體激光高強度激射模式的頂視圖照片

在他們的研究中，科學家建立了一種特殊的微環諧振器，其激射模式展現出受到拓撲保護的通道—光沿著激光器陣列的邊緣沿著一個方向傳播，不受缺陷和紊亂的影響，不受邊緣形狀的影響。這反過來又如實驗證明的那樣，可以產生高效單模激光，其持續高於激光閾值。

製造這種陣列只需要使用標準的半導體材料，而不需要磁場或其他的磁光材料;因此可以集成在半導體器件中。研究人員證明，拓撲絕緣體激光器不僅在理論上是可行的，實驗可製備，而且綜合這些性質的確可以創造出更高效的激光器。因此，該研究的理論和實驗為下一代有源拓撲光子器件鋪平了道路，

來源：nanowerk

文獻鏈接：http://science.sciencemag.org/content/early/2018/01/31/science.aar4003

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！