اخیراً، تیمی به سرپرستی پروفسورهای ژانگ شینژنگ، چن ژیگانگ و ژو جینگ جوون از دانشکده علوم فیزیکی دانشگاه نانکای، با همکاری پروفسور ایرنا دروونشک اولنیک از موسسه استفان در اسلوونی، برای اولین بار یک سطح عمودی توپولوژیکی انعطافپذیر قطبی دایرهای{1}{1}{0} نشان دادهاند. (VCSEL) با راندمان تبدیل لیزری بالا. یافتههای تحقیق، با عنوان "لیزرهای ساطع کننده سطح حفره عمودی بر پایه توپولوژیکی نرم-ماده{4}" در Light: Science & Applications منتشر شد و به عنوان مقاله روی جلد دوم انتخاب شد.
این VCSEL توپولوژیکی مبتنی بر یک ساختار ابرشبکه نوری یک بعدی است که از یک اسپین پلیمری کریستال مایع کلستریک (PCLC) پلیمری تشکیل شده است- که با یک محیط افزایش فلورسنت و یک فیلم مایلار تجاری پوشانده شده است. ابرشبکه دارای یک چاه پتانسیل مدوله شده است که تقارن وارونگی را می شکند، مشابه عایق های Semenov و اثر هال کوانتومی دره در فضای پارامتر مصنوعی دو بعدی. آنها نشان می دهند که این VCSEL توپولوژیکی انتشار لیزر تک حالته عالی را در توان پمپ های پایین حفظ می کند. قابلتوجه، این VCSEL توپولوژیکی نازک{7}}هزینههای تولید بسیار پایین را ارائه میکند، نیازی به تکنیکهای پیچیده ساخت ندارد، میتواند به راحتی روی بسترهایی با هر شکلی ادغام شود، و ویژگیهای لیزری مورد نظر و قابلیت هدایت پرتو را حتی پس از چندین خمش حفظ میکند.
با پیشرفت مداوم فناوری اطلاعات نوری و تقاضای فزاینده برای کوچک سازی، طراحی سبک وزن، و ادغام در تراشه های فوتونیکی، توسعه لیزرهای روی تراشه توجه فزاینده ای را به خود جلب کرده است. با این حال، لیزرهای فعلی روی تراشه هنوز با چالشهای مهمی از جمله توان خروجی کم و پایداری ضعیف روبرو هستند. لیزرهای محافظت شده از نظر توپولوژی یک رویکرد طراحی موثر برای دستیابی به پایداری بالا و آستانه پایین در لیزرهای تراشه- ارائه میدهند. با این حال، با محدودیت مواد نیمه هادی، ساخت اکثر VCSEL های توپولوژیکی در حال حاضر نیازمند فرآیندهای پیچیده و دقیق است. طول موج لیزر آنها عمدتاً به نوار مادون قرمز نزدیک-محدود میشود و هندسههای ثابتی دارند که قادر به هدایت پرتوهای انتقالی نیستند. بنابراین، توسعه کم هزینه-توسعه مکانیکی انعطاف پذیر، پلاریزه{10}}نگهداری و سبک وزن{11}VCSEL توپولوژیکی تراشه با استفاده از مواد ماده نرم و اصول جدید، ارزش نظری و عملی قابل توجهی دارد.
اصل ساخت و ساز بنیادی و فضای پارامتر سنتز -سوپرشبکه های نوری انعطاف پذیر یک بعدی
در طول این تحقیق، تیم ابتدا لایههای مایلار را با دو ضخامت متفاوت با لایههای نازک PCLC روی هم قرار دادند تا ساختار ابرشبکه نوری دوتایی یک بعدی-تشکیل شود که تقارن وارونگی فضایی را میشکند. آنها با معرفی مدولاسیون ضریب جفت برای ساختن یک فضای پارامتر مصنوعی، تفاوت در خواص توپولوژیکی بین ابرشبکه های AB و BA با پتانسیل های ناهم{2}سایت، مشابه اثر هال کوانتومی دره در شبکه های شش ضلعی دو بعدی را روشن کردند. متعاقباً، آنها به ابرشبکههای AB و BA با ویژگیهای توپولوژیکی متفاوت-یکی دارای جفت شدن مساوی و دیگری با پتانسیلهای هترو-سایت-پیوستند تا حالتهای رابط محافظت شده از نظر توپولوژیکی ایجاد کنند. این حالت های رابط محلی سازی بالایی را در شکاف باند نشان می دهند و استحکام را در برابر اختلال ساختاری نشان می دهند و یک حالت حفره نوری ایده آل برای نوسان لیزری ارائه می دهند. به طور آزمایشی، تیم یک دستگاه لیزر منعطف با 17 لایه با چرخش{11}}روکش کردن رنگ افزایش PM597 روی سطح لایه نازک PCLC ساخت. تحت پمپاژ لیزری پالسی 532 نانومتر، دستگاه به خروجی لیزر توپولوژیک پلاریزه دایرهای چپ دست در طول موج 575.4 نانومتر با آستانه 0.47 میکروژول (1.5 mW·cm-²) رسید که بازدهی شیب 0% را نشان میدهد. پرتو لیزر جهت گیری بسیار خوبی را نشان می دهد، با توزیع فضایی آن بسیار سازگار با شکل نقطه پمپ، و کاربردهای بالقوه در انتقال و نمایش تصویر را نشان می دهد. علاوه بر این، با تثبیت جهت لیزر پمپ در حین خم شدن و حرکت فیلم از پایین به بالا، نور پمپ پنج ناحیه مجزا (I-V) نمونه را روشن کرد و باعث شد لیزر ساطع شده به ترتیب از پایین به بالا در صفحه نوری حرکت کند. تنظیم شعاع انحنای فیلم VCSEL زاویه فرمان پرتو را بیشتر کنترل می کند. این ویژگی VCSEL توپولوژیکی را قادر می سازد تا نور لیزر را در زوایای متعدد بدون چرخش دستگاه لیزر ساطع کند. قابل توجه است که VCSEL توپولوژیکی پایداری حرارتی را نشان می دهد و عملکرد لیزر اصلی خود را حتی پس از پمپاژ طولانی مدت حفظ می کند. این ویژگیها یکپارچگی با دستگاههای مختلف فوتونیکی پوشیدنی را برای کاربردهایی مانند نمایشگرهای پوشیدنی، ضد جعل الکترونیکی و اسکن لیزری امکانپذیر میسازد.
نمایش کاربرد VCSEL توپولوژیکی انعطاف پذیر
این کار در درجه اول در دانشگاه نانکای انجام شد. محقق پسادکتری وانگ یو و پروفسور شیا شیچی از دانشگاه نانکای اولین نویسندگان-و پروفسور ژانگ شینژنگ، چن ژیگانگ و ژو جینگ جوون نویسندگان مربوطه هستند. این تحقیق از سوی برنامه ملی تحقیق و توسعه کلیدی چین، بنیاد ملی علوم طبیعی چین، پروژه کلیدی بنیاد علوم طبیعی تیانجین، بنیاد علوم پسا دکتری چین و آژانس تحقیقات اسلوونی حمایت شد.
ترجمه شده با DeepL.com (نسخه رایگان)
