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トポロジカルアイソレータのおかげで、30個のレーザーをXNUMXつのレーザーに組み合わせてより高い出力を得ることができました。

VCSEL 最も人気のあるタイプのレーザーです。 それらは、スマートフォン、コンピューターネットワーク、または医療機器で見つけることができます。 それらは、ミラーの間にある量子井戸またはドットから光を放出します。 ピットとポイントは非常に小さく、そのサイズはマイクロメートルの何分のXNUMXかで測定されます。 これは、一方では小型化と高速動作を可能にし、他方ではサイズがレーザーの出力を制限するという利点があります。 数十年にわたる作業の結果、VCSELのパフォーマンスを向上させるソリューションが開発され、以前は使用できなかった領域でも使用できるようになりました。

何十年もの間、研究者は、垂直共振器面発光レーザー(VCSEL)をグループで動作させることにより、それらの性能を改善しようと試みてきました。 彼らは、複数のレーザーを組み合わせて、出力を倍増させた単一のレーザーにしたいと考えていました。 残念ながら、製造プロセスの最小限の不正確さがこれをもたらしました レーザ 排出量が互いに同期していない小さな独立したグループで働いた。 したがって、XNUMXつを見つけることができませんでした コヒーレントレーザービーム 作成します。

 ソース

セバスチャン・クレンブト周辺の研究者が ヴュルツブルク大学 イスラエル人のモルデチャイ・セゲフ テクニオン工科大学 30個のVCSELを強制的にコヒーレントに動作させる方法を開発しました。 彼らは、全体の形状が科学者が彼らの研究から学んだことと一致するようにレーザーを配置することによってこれを行いました トポロジカルアイソレータ 学んだ。

トポロジカルアイソレータ 珍しい素材です。 それらは均質ですが、内部は絶縁体であり、表面は導体です。 このような材料はかなり前に発見されましたが、レーザーでの使用の歴史は、Segevとロストック大学の研究者が最初のフォトニックトポロジカルアイソレータを導入したとき、わずか8年です。 このレーザーでは、光はのエッジに沿って移動しました 二次元行列導波管 そして彼らの衝突に邪魔されませんでした。 数年後、Segevと別の同僚グループは、そのような多くのレーザーを一緒に動作させることが可能であることを示しました。 ただし、システムには重大な制限がありました。 光はそれを作成したシステムの平面を循環しました。 これは、システムのパフォーマンスが発光デバイスのサイズによって制限されることを意味しました。 研究者たちは、これをソケットがXNUMXつしかない発電所と比較しています。

新しいVSCELトポロジカルアレイは、先端にナノスケールのピラーを備えたXNUMX種類のハニカムマトリックスで構成されています。 XNUMXつのタイプのマトリックスは引き伸ばされたマトリックスであり、もうXNUMXつのタイプは圧縮されたマトリックスです。 科学者たちは、これらXNUMXつの間に特別なインターフェースを作成しました。 パラメータが正しければ、光がレーザー間を流れなければならないトポロジカルインターフェイスが作成されます。 この継続的な、 トポロジー的に保護された光束 コヒーレントビームを得るためには、各レーザーからの光が他のすべてのレーザーに到達する必要があることを意味します、とSegevは説明します。 したがって、光はアレイ全体を循環しますが、アレイを構成する個々のレーザーからも放出されます。

Scienceによれば、平面内の低レベルの結合は、多数の個別の放出源を単一の放出源として機能させるのに十分です。