خود سازماندهی به پدیده رزونانس جمعی اشاره می‌کند که در آن عناصر فردی به طور خود به خود در قالب الگوهای منظم از طریق تعاملات داخلی مرتب می‌شوند. با این حال، همزمان سازی چند حالته آشفته در حفره های لیزر نیمه هادی سنتی عملکرد آنها را در کاربردهای عملی محدود می کند. فوتونیک توپولوژیکی، که از تئوری حالت‌های توپولوژیکی در فیزیک ماده چگال نشات می‌گیرد، از "ناغیرهای توپولوژیکی" برای توصیف ساختار نواری بلورهای فوتونیک استفاده می‌کند. این رویکرد یک پارادایم جدید برای ساخت حالت های فوتونیک قوی، یک طرفه و بسیار محلی ارائه می دهد.
اخیراً، تیمی به رهبری آکادمیسین ژنگ وانهوا از مؤسسه نیمه‌رساناها، آکادمی علوم چین، کار پیشگامانه‌ای را در Laser & Photonics Reviews منتشر کردند. آنها با موفقیت-انتشار لیزر خود سازماندهی شده را بر اساس حالت های لبه توپولوژیکی غیرمحلی مشاهده کردند و به خروجی لیزر با مقیاس بالا-در مقیاس بزرگ رسیدند. این پیشرفت دقیقاً تضاد اصلی در لیزرهای سنتی را حل می‌کند-محدودیت متقابل بین قدرت بالا و انسجام بالا{6}}معادل-که اغلب توسط محدودیت‌های فیزیکی در دستگاه‌های معمولی تحمیل می‌شود. این تحقیق با استفاده از مکانیزم همگام سازی خود سازمان دهی به کمک حالت های لبه توپولوژیک غیرمحلی و مدولاسیون غیرحرمیتی، مزیت انسجام بالای اعطا شده توسط حفاظت توپولوژیکی و سازماندهی خود را حفظ می کند. به طور همزمان، توزیع انرژی را از طریق محلی سازی گسترش می دهد و در نهایت یک راه حل فنی نوآورانه را تشکیل می دهد که به طور هم افزایی "قدرت" را بهینه می کند.
شکل 1 شماتیک خروجی لیزر توپولوژیکی خود سازمان‌یافته-و اصول اساسی
با شروع از مدل کلاسیک -توپولوژیکی یک بعدی سو-شریفر-هیگر (SSH)، تیم تحقیقاتی از حفاظت تقارن کایرال سازه برای تعدیل نقاط قوت جفت در شبکه SSH استفاده کرد و به توزیع غیرمکانی‌شده حالت‌های لبه فضای توپولوژیکی واقعی دست یافت. به طور همزمان، از طریق مدولاسیون غیر هرمیتی مبتنی بر ساختارهای الکترودی طرح‌دار، حالت‌های لبه توپولوژیکی غیرمحلی تسلط خود را بر پس‌زمینه‌های بی‌نظم حفظ می‌کنند و الگوهای خود سازماندهی منحصربه‌فردی را نشان می‌دهند. در مقایسه با لیزرهای کریستال فوتونیک در مقیاس معادل، این لیزر توپولوژیکی انسجام فضایی بالاتری را نشان می‌دهد که منجر به آستانه‌های پایین‌تر، حالت‌های خروجی فضایی پایدارتر و کنتراست لکه‌های بالاتر می‌شود. علاوه بر این، مقیاس توزیع فضایی حالت‌های لبه توپولوژیکی را گسترش می‌دهد و از جفت‌کننده‌های تغییر فاز برای افزایش چگالی توان نوری خروجی استفاده می‌کند.
شکل 2 طراحی شماتیک حالت های لبه توپولوژیکی غیرمکانیزه شده
شکل 3 مقایسه لیزر توپولوژیکی با آزمایشات کریستال فوتونی در مقیاس معادل
این رویکرد نه تنها مسیرهای فنی لیزرهای توپولوژیکی را متنوع می‌کند، بلکه با روند فوتونیک توپولوژیکی که بر تراشه‌های فوتونیک یکپارچه و{0}}چاپ‌کننده‌های نوری با کارایی بالا نفوذ می‌کند، همسو می‌شود و کاربرد عملی فیزیک توپولوژیک در فوتونیک را بیشتر می‌کند. یافته‌ها، با عنوان «-لیزینگ سازمان‌یافته حالت غیرمحلی فعال شده توسط غیر{3}}دستکاری هرمیتی و تقارن کایرال»، در Laser & Photonics Reviews (DOI: 10.1002/lpor.202501772) منتشر شد. پژوهشگر فوق دکتری، چن جینگ ژوان و تانگ چنیان، کاندیدای دکترا از مؤسسه نیمه هادی ها، آکادمی علوم چین، اولین نویسندگان مشترک- هستند. محقق جوان وانگ مینجین و آکادمیسین ژنگ وانهوا نویسندگان هم-مقابله هستند.
