Auto-organizarea se referă la fenomenul de rezonanță colectivă în care elementele individuale se aranjează spontan în modele ordonate prin interacțiuni interne. Cu toate acestea, sincronizarea multimodală haotică în cavitățile laser semiconductoare tradiționale limitează performanța acestora în aplicații practice. Fotonica topologică, care provine din teoria stărilor topologice din fizica materiei condensate, folosește „invarianți topologici” pentru a descrie structura de bandă a cristalelor fotonice. Această abordare oferă o nouă paradigmă pentru construirea de stări fotonice robuste, unidirecționale și foarte localizate.
Recent, o echipă condusă de academicianul Zheng Wanhua de la Institutul de Semiconductori, Academia Chineză de Științe, a publicat lucrări inovatoare în Laser & Photonics Reviews. Ei au observat cu succes emisia laser auto-organizată pe baza stărilor de margine topologică delocalizate, obținând o ieșire laser cu-coerență înaltă-la scară largă. Această descoperire rezolvă exact contradicția de bază a laserelor tradiționale-constrângerea reciprocă dintre putere mare și coerență ridicată. -un compromis-deseori impus de constrângerile fizice în dispozitivele convenționale. Folosind mecanismul de sincronizare cu auto-organizare, ajutat de stările de margine topologică delocalizate și modulația non-hermitiană, această cercetare păstrează atât avantajul de coerență ridicată conferit de protecția topologică, cât și de auto{11}}organizare. Simultan, extinde distribuția energiei prin delocalizare, formând în cele din urmă o soluție tehnică inovatoare care optimizează sinergic „coerența-puterii”.
Figura 1 Schema ieșirii laser topologice auto-organizate și principiile fundamentale
Pornind de la modelul clasic unidimensional Su{-Schrieffer-Heeger (SSH), echipa de cercetare a folosit protecția de simetrie chirală a structurii pentru a modula forțele de cuplare în rețeaua SSH, realizând o distribuție delocalizată a stărilor de margine topologică în spațiul real. Simultan, prin modularea non-hermitiană bazată pe structuri de electrozi modelate, stările de margine topologică delocalizate mențin dominația asupra fundalurilor dezordonate, prezentând modele unice de auto-organizare. În comparație cu laserele cu cristale fotonice de scară echivalentă, acest laser topologic prezintă o coerență spațială mai mare, rezultând praguri mai mici, moduri de ieșire spațială mai stabile și un contrast de speckle mai mare. Mai mult, extinde scara de distribuție spațială a stărilor de margine topologică și încorporează cuple de defazare pentru a îmbunătăți densitatea puterii optice de ieșire.
Figura 2 Proiectarea schematică a stărilor de margine topologică delocalizate
Figura 3 Comparația laser topologic cu experimentele cu cristale fotonice la scară echivalentă
Această abordare nu numai că diversifică căile tehnice pentru laserele topologice, dar se aliniază și tendinței fotonicei topologice care pătrund cipurile fotonice integrate și emițătorii optici de{0}}înaltă performanță, avansând și mai mult în aplicarea practică a fizicii topologice în fotonică. Descoperirile, intitulate „Self-organizat lasing of delocalized state enabled by non-hermitian manipulation and chiral simetria”, au fost publicate în Laser & Photonics Reviews (DOI: 10.1002/lpor.202501772). Cercetătorul postdoctoral Chen Jingxuan și candidatul la doctorat Tang Chenyan de la Institutul de Semiconductori, Academia Chineză de Științe, sunt primii co-autori. Tânărul cercetător Wang Mingjin și academicianul Zheng Wanhua sunt autorii co-corespondenți.
