以色列和美國的研究人員已經(jīng)開發(fā)出了一種新型的,，高效率的相干和強健的半導(dǎo)體激光系統(tǒng)：拓?fù)浣^緣體激光器,。

研究結(jié)果發(fā)表在兩篇新的聯(lián)合研究論文中，一篇描述理論（Topological insulator laser: Theory）和另一篇實驗（Topological insulator laser: Experiments）,，在線發(fā)表在著名的“Science”上。

拓?fù)浣^緣體是近年來最具創(chuàng)新性和前景的物理學(xué)領(lǐng)域之一,，為受保護(hù)的運輸?shù)幕纠斫馓峁┝诵碌囊暯?。這些是特殊的材料，它們在內(nèi)部是絕緣體,，但在表面產(chǎn)生“超電流”：表面電流不受缺陷,、尖角或雜亂的影響; 電流能持續(xù)單向性而不會被分散。

圖示為拓?fù)浣^緣體激光器：光線暢通無阻地繞過周邊,、尖角或障礙,，最終通過輸出端口出射。 （圖片：以色列理工學(xué)院）

這些研究由以色列理工學(xué)院的Mordechai Segev教授和他的團(tuán)隊：Miguel A. Bandres博士和Gal Harari博士,，與Demetrios N. Christodoulides教授和Mercedeh Khajavikhan教授及中佛羅里達(dá)大學(xué)光學(xué)與光子學(xué)院的學(xué)生Steffen Wittek,，Midya Parto 和 Jinhan Ren,，還有美國和新加坡的科學(xué)家們一起完成的。

幾年前,，來自以色列理工學(xué)院的同一個團(tuán)隊在光子學(xué)中引入了這些想法,，并且展示了一種光子拓?fù)浣^緣體，其中光在波導(dǎo)的二維陣列的邊緣傳播而不受缺陷或無序的影響,。

現(xiàn)在,，研究人員已經(jīng)找到了一種方法來利用光子拓?fù)浣^緣體的性質(zhì)來構(gòu)建一種新型的激光器，這種新型激光器表現(xiàn)出獨特的基本特性,，并極大地提高了激光器陣列的穩(wěn)健性和性能,，為未來的大量應(yīng)用打開了大門。

Segev教授說：“這個新的激光系統(tǒng)違背了關(guān)于拓?fù)浣^緣子的所有常識,。在一個堅果殼中,，當(dāng)系統(tǒng)包含增益時，拓?fù)浣^緣體的獨特魯棒性被認(rèn)為是失敗的,，因為所有的激光器都必須具有,。但是我們已經(jīng)表明，這種特殊的魯棒性在具有特殊（“拓?fù)洹保┰O(shè)計的激光系統(tǒng)中能夠存在,，并且能夠使激光更高效,，更相干，并且同時不受各種制造缺陷和諸如此類的缺陷的影響,。這似乎是一個讓微型激光器陣列作為一個整體工作的激動人心的途徑：一個高度相干的高功率激光器,。”

拓?fù)浣^緣體激光器強度激光模式的俯視圖照片,。(圖片: 以色列理工學(xué)院)

在他們的研究中,，科學(xué)家們建立了一個特殊的微環(huán)諧振器陣列，其激光的模式展現(xiàn)出受到拓?fù)浔Ｗo(hù)的傳輸——光沿著激光陣列的邊緣在一個方向上傳播,，不受缺陷和無序的影響,，不受邊緣形狀的影響。這反過來又如實驗證明的那樣,，會導(dǎo)致高效率的單模激光,，這種激光在激光閾值上保持在很高的水平。來自中佛羅里達(dá)大學(xué)的Christodouldies教授說：“很高興看到基礎(chǔ)研究能夠有這么深刻而有形的應(yīng)用,?！?/span>

制造的陣列使用的是標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體材料，而不需要磁場或奇異的磁光材料,；因此可以集成在半導(dǎo)體器件中,。“近幾年來,，我們以前所未有的方式找到了操縱光的新手段,。在這里,，通過巧妙的設(shè)計，我們愚弄光子,，讓他們感覺好像他們正在經(jīng)歷一個磁場,，而且他們有自旋?！毖芯啃〗M的首席科學(xué)家之一Khajavikhan教授說,。

研究人員證明，不僅拓?fù)浣^緣體激光器在理論上是可行的,，而且在實驗上是可行的,，但是綜合這些性質(zhì)可以創(chuàng)造出更高效的激光器。因此,，研究的結(jié)果為可以與傳感器,，天線和其他光子器件集成的新型有源拓?fù)涔庾悠骷伷搅说缆贰?/span>

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