Kendi kendini-düzenleme, bireysel öğelerin dahili etkileşimler yoluyla kendiliğinden düzenli kalıplar halinde düzenlendiği kolektif rezonans olgusunu ifade eder. Bununla birlikte, geleneksel yarı iletken lazer boşluklarındaki kaotik çok modlu senkronizasyon, pratik uygulamalardaki performanslarını sınırlamaktadır. Yoğun madde fiziğindeki topolojik durumlar teorisinden kaynaklanan topolojik fotonik, fotonik kristallerin bant yapısını tanımlamak için "topolojik değişmezleri" kullanır. Bu yaklaşım sağlam, tek yönlü ve oldukça lokalize fotonik durumlar oluşturmak için yeni bir paradigma sunar.
Yakın zamanda Çin Bilimler Akademisi Yarı İletkenler Enstitüsü'nden Akademisyen Zheng Wanhua liderliğindeki bir ekip, Laser & Photonics Reviews dergisinde çığır açan bir çalışma yayınladı. Büyük-ölçekli, yüksek-tutarlı lazer çıkışı elde ederek, yerel olmayan topolojik kenar durumlarına dayalı olarak kendi kendine-düzenlenen lazer emisyonunu başarıyla gözlemlediler. Bu atılım, geleneksel lazerlerdeki temel çelişkiyi (yüksek güç ile yüksek tutarlılık arasındaki karşılıklı kısıtlamayı. -çoğunlukla geleneksel cihazlardaki fiziksel kısıtlamaların dayattığı bir değiş tokuş{-) tam olarak çözer. Yerel olmayan topolojik uç durumları ve Hermitsel olmayan modülasyonun yardımıyla kendi kendini-düzenleyen senkronizasyon mekanizmasından yararlanan bu araştırma, hem topolojik korumanın hem de kendi kendini düzenlemenin sağladığı yüksek tutarlılık avantajını korur. Eş zamanlı olarak, yerelleşme yoluyla enerji dağıtımını genişleterek sonuçta "güç-tutarlılığını" sinerjik olarak optimize eden yenilikçi bir teknik çözüm oluşturur.
Şekil 1 Kendi kendine-düzenlenen topolojik lazer çıktısının şeması ve temel ilkeler
Klasik tek-boyutlu topolojik Su-Schrieffer-Heeger (SSH) modelinden başlayarak, araştırma ekibi SSH kafesi içindeki bağlantı kuvvetlerini modüle etmek için yapının kiral simetri korumasından yararlandı ve gerçek uzayda topolojik kenar durumlarının yerel olmayan dağılımını sağladı. Eş zamanlı olarak, desenli elektrot yapılarına dayanan -Hermitsel olmayan modülasyon yoluyla, yerel olmayan topolojik kenar durumları, benzersiz kendi kendini organize eden modeller sergileyerek, düzensiz arka planlar üzerinde hakimiyeti korur. Eşdeğer ölçekteki fotonik kristal lazerlerle karşılaştırıldığında, bu topolojik lazer daha yüksek uzaysal tutarlılık sergileyerek daha düşük eşikler, daha kararlı uzaysal çıktı modları ve daha yüksek benek kontrastı sağlar. Ayrıca, topolojik kenar durumlarının uzamsal dağılım ölçeğini genişletir ve çıkış optik güç yoğunluğunu artırmak için faz kaydırma bağlaştırıcılarını içerir.
Şekil 2 Yerel olmayan topolojik kenar durumlarının şematik tasarımı
Şekil 3 Topolojik lazerin eşdeğer ölçekte fotonik kristal deneyleriyle karşılaştırılması
Bu yaklaşım yalnızca topolojik lazerlere yönelik teknik yolları çeşitlendirmekle kalmıyor, aynı zamanda entegre fotonik çiplere ve yüksek-performanslı optik yayıcılara nüfuz eden topolojik fotonik eğilimiyle de uyum sağlayarak topolojik fiziğin fotonikteki pratik uygulamasını daha da geliştiriyor. "Hermitsel olmayan manipülasyon ve kiral simetri tarafından-etkinleştirilen, yerel olmayan durumun kendi-düzenli kalıcılığı" başlıklı bulgular, Laser & Photonics Reviews'da (DOI: 10.1002/lpor.202501772) yayınlandı. Çin Bilimler Akademisi Yarı İletkenler Enstitüsü'nden doktora sonrası araştırmacı Chen Jingxuan ve doktora adayı Tang Chenyan,-ilk yazarlardır. Genç araştırmacı Wang Mingjin ve Akademisyen Zheng Wanhua,-yazışmalardan sorumlu yazarlardır.
