Çin Bilimler Akademisi, Şangay Optik Mekanik Enstitüsü, Simetri Mühendisliği Tabanlı Ultra Düşük Eşikli Rydberg Durumu Tek Modlu Polarize Eksiton Lazer Uygulamasında İlerleme Kaydediyor

Son zamanlarda, Çin Bilimler Akademisi'nin (CAS) Kızılötesi Optik Malzemeler Araştırma Merkezi, Şangay Optik ve Hassas Makine Enstitüsü (SIPM), Hongxing Dong ve Long Zhang'dan bir araştırmacı ekibi, Huazhong Bilim Üniversitesi ile işbirliği içinde ve Technology (HUST), ultra düşük eşiklere sahip eksiton polariton uyarımlarından dinamik olarak ayarlanabilen tek modlu lazerler üretmek için yeni bir mekanizma bildirdi ve ilgili araştırma sonuçları "Rydberg State Tek Modlu Polariton Lasing" makalesinde sunuldu. Rydberg State Tek Modlu Polariton Lazeri ile Ultra Düşük Eşik ile Simetri Mühendisliği" Nano Letters'da yayınlandı.
Yüksek enerji verimliliğine ve ayarlanabilir bant genişliğine sahip tek modlu nano lazerlerin gerçekleştirilmesi, tamamen optik bilgi işleme, optik şifreleme, süper çözünürlüklü biyomedikal görüntüleme ve minyatürleştirilmiş akıllı ekranlar gibi birçok teknolojik uygulama için gereklidir. Tek modlu lazerleri elde etmek için şu anda benimsenen çeşitli stratejilerin hala sınırlamaları vardır. Ek olarak, emisyon dalga boyunu düzenlemenin mevcut araçları doğası gereği statiktir ve dinamik olarak ayarlanabilen tek modlu lazerler üretebilen yeni mekanizmaların araştırılması gerekmektedir. Hem foton hem de eksiton özelliklerine sahip olan eksiton polarize eksitonlar son yıllarda oldukça ilgi görmüştür. Geleneksel lazerlerle karşılaştırıldığında, polarize eksiton lazerler set-house sayısının ters çevrilmesini gerektirmez ve dinamik olarak ayarlanabilen ultra düşük eşikli lazerlerin incelenmesi için ideal bir platform olan kuantize eksiton polarize eksiton durumlarının modülasyonu yoluyla mod ayarlamayı başarabilir.

Şekil 1 (a) Simetrik bir tuzakta kuantum polarize bir eksiton durumunun şematik diyagramı; (b) a'da gösterilen deneysel konfigürasyona karşılık gelen simüle edilmiş PL spektrumları; (c) asimetrik bir tuzakta kuantum polarize uyarılma durumu; (d) c'de gösterilen deneysel konfigürasyona karşılık gelen simüle edilmiş PL spektrumları; (e) Tipik bir ZnO mikro çubuğun SEM görüntüsü; (f) 1,27 μm yarıçaplı tipik bir ZnO mikro çubuğun açısal olarak çözümlenmiş PL görüntüsü. (g) Bir tuzağa hapsedilmiş polarize bir eksitonun uzamsal olarak çözümlenmiş PL görüntüsü.
Araştırmacılar, simetri mühendisliği yoluyla yüksek derecede heyecanlı Rydberg durumlarından lazerli ayarlanabilir tek modlu polarize eksitonun gerçekleştirildiğini bildirdi. Potansiyel bir tuzak yoluyla polarize eksiton dalga fonksiyonunun simetrisinin kırılması ve kazanç bölgesi ile öz mod arasındaki uzamsal örtüşmenin kontrol edilmesi, nicelenmiş polarize eksiton durumlarından tersinir ve dinamik tek modlu polarize eksiton lazerlerin üretilmesini sağlar. Potansiyel kuyusunun asimetrisinin arttırılması, temel kuantum sayısı N=14 olan yüksek düzeyde uyarılmış durumlarda bile tek modlu lazeri mümkün kılar. Ek olarak, mükemmel rezervuar öz modu örtüşmesi ve etkili uzaysal sınırlama nedeniyle, kalıcı eşik, geleneksel kalıcı ile karşılaştırıldığında altı kat azaltılabilir. Araştırma sonuçlarında detaylandırılan mekanizma herhangi bir özel malzemeye bağlı değildir ve çeşitli polarize eksiton sistemlerine uygulanabilir; bu da dinamik ayarlanabilirliğe sahip eşiksiz polarize eksiton lazerlerin geliştirilmesi için yeni bir yol açar.

Şekil 2 (ad) Simetrik bir tuzakta uzamsal olarak çözümlenmiş PL görüntülerinin pompalama konumu bağımlılığı. Her şekilde verilen Δx, uyarım lazer noktasının tuzak merkezinden yer değiştirmesini temsil eder; (e) sırasıyla reklamda gösterilen görüntülere karşılık gelen spektrumlar; ve (fi) asimetrik bir tuzakta uzamsal olarak çözülmüş PL görüntülerinin pompalama konumu bağımlılığı. Δx, pompalayan lazer noktasının temel durum polariton dalga fonksiyonunun antipodal düzleminden yer değiştirmesini temsil eder. Pompalama gücü: 1,25 Pth; (j) Sırasıyla f-1'de gösterilen görüntülere karşılık gelen spektrumlar.

Şekil 3 (ad) Pompa gücüyle sırasıyla N=2, 3, 7 ve 14 uyarılmış durumda seçici olarak pompalanan oldukça asimetrik bir tuzağın uzamsal olarak çözümlenmiş PL görüntüleri: 1,35 Pth; (e) Pompa gücüyle sırasıyla N=2, 3, 7 ve 14 uyarılmış durumda seçici olarak pompalanan oldukça asimetrik bir kuyunun uzamsal olarak çözümlenmiş PL görüntüleri: 1,35 Pth.