Institutul de Mecanică Optică din Shanghai, Academia Chineză de Științe, face progrese în Simetrie, bazată pe inginerie, cu prag ultra-scăzut, Rydberg State, cu laser polarizat cu excitație monomod.

Recent, o echipă de cercetători de la Centrul de cercetare pentru materiale optice în infraroșu, Institutul de Optică și Mașini de Precizie din Shanghai (SIPM) al Academiei Chineze de Științe (CAS), Hongxing Dong și Long Zhang, în colaborare cu Universitatea de Știință Huazhong și Technology (HUST), a raportat un nou mecanism pentru generarea de lasere monomod reglabile dinamic din excitații polariton de exciton cu praguri ultrascăzute, iar rezultatele cercetării aferente sunt prezentate în lucrarea „Rydberg State Single-Mode Polariton Lasing”. Laser polariton monomod de stat Rydberg cu prag ultrascăzut prin Symmetry Engineering” a fost publicat în Nano Letters.
Realizarea de nano-lasere monomod cu eficiență energetică ridicată și lățime de bandă reglabilă este esențială pentru multe aplicații tehnologice, cum ar fi procesarea completă a informațiilor, criptarea optică, imagistica biomedicală de super-rezoluție și afișajele inteligente miniaturizate. Mai multe strategii adoptate în prezent pentru a obține lasere monomode au încă limitări. În plus, mijloacele actuale de reglare a lungimii de undă de emisie sunt în mod inerent statice și trebuie explorate noi mecanisme capabile să genereze lasere monomod reglabile dinamic. Excitonii polarizați cu exciton, care au proprietățile atât ale fotonilor, cât și ale excitonilor, au primit multă atenție în ultimii ani. În comparație cu laserele convenționale, laserele cu exciton polarizat nu necesită inversarea numărului de case și pot realiza reglarea modului prin modularea stărilor excitonului polarizat cu exciton cuantificat, care este o platformă ideală pentru studiul laserelor cu prag ultra-scăzut reglabile dinamic.

Fig. 1 (a) Diagrama schematică a stării excitonului cu polarizare cuantică într-o capcană simetrică; (b) spectre PL simulate corespunzătoare configurației experimentale prezentate în a; (c) stare de exciton polarizat cuantic într-o capcană asimetrică; (d) spectre PL simulate corespunzătoare configurației experimentale prezentate în c; (e) Imagine SEM a unei microtige ZnO tipice; (f) imagine PL rezolvată unghiular a unei microtige ZnO tipice cu o rază de 1,27 μm. (g) Imagine PL rezolvată spațial a unui exciton polarizat limitat într-o capcană.
Cercetătorii raportează realizarea unui exciton polarizat cu un singur mod reglabil din stările Rydberg foarte excitate prin inginerie de simetrie. Ruperea simetriei funcției de undă de exciton polarizat printr-o capcană de potențial și controlul suprapunerii spațiale dintre regiunea de câștig și modul propriu permit generarea de lasere de exciton polarizate reversibile și dinamice cu un singur mod din stări de exciton polarizat cuantizat. Creșterea asimetriei puțului de potențial permite generarea laser monomod chiar și în stări foarte excitate cu un număr cuantic principal de N=14. În plus, pragul de laser poate fi coborât cu șase ordine de mărime în comparație cu laserul convențional datorită suprapunerii excelente a modului propriu al rezervorului și limitării spațiale eficiente. Mecanismul elaborat în rezultatele cercetării nu depinde de niciun material specific și este aplicabil diferitelor sisteme de exciton polarizat, ceea ce deschide o nouă cale pentru dezvoltarea laserelor cu exciton polarizat fără prag, cu reglabilitate dinamică.

Fig. 2 (ad) Dependența de poziție de pompare a imaginilor PL rezolvate spațial într-o capcană simetrică. Δx dat în fiecare figură reprezintă deplasarea punctului laser de excitație din centrul capcanei; (e) spectre corespunzătoare imaginilor afișate în reclamă; și (fi) dependența de poziție de pompare a imaginilor PL rezolvate spațial într-o capcană asimetrică. Δx reprezintă deplasarea punctului laser de pompare din planul antipodal al funcției de undă de polariton în starea fundamentală. Putere de pompare: 1,25 Pth; (j) Spectrele corespunzătoare imaginilor prezentate în f-1, respectiv.

Fig. 3 (ad) Imagini PL rezolvate spațial ale unei capcane extrem de asimetrice pompate selectiv la N=2, 3, 7 și, respectiv, 14 stări excitate, cu puterea pompei: 1,35 Pth; (e) Imagini PL rezolvate spațial ale unui puț foarte asimetric pompat selectiv la N=2, 3, 7 și, respectiv, 14 stări excitate, cu puterea pompei: 1,35 Pth.