Valley Hall nanoskala lasere udviklet

Topologisk fotonik understøtter et lovende paradigme for robust lysmanipulation, samt smart design af optiske enheder med forbedret pålidelighed og avancerede funktionaliteter, der er styret af den ikke-trivielle båndtopologi. Nanostrukturer lavet af højindeks dielektriske materialer med resonanselementer og gitterarrangementer viser særligt løfte om implementering af topologisk rækkefølge for lys i nanoskala og optiske on-chip-applikationer. Højindeks-dielektriske stoffer såsom III-V-halvledere, der kan indeholde stærk optisk forstærkning yderligere forstærket af topologisk feltlokalisering, danner en lovende platform for aktiv topologisk nanofotonik.

I et nyt blad udgivet i Lysvidenskab og anvendelse , et hold af videnskabsmænd, ledet af Yuri Kivshar fra Australian National University og Hong-Gyu Park fra Korea University, og kolleger har implementeret nanofotoniske hulrum i en nanomønstret InGaAsP-membran, der inkorporerer III-V halvlederkvantebrønde. Nanokaviteterne udviser en fotonisk analog af dalen Hall-effekt. Forskere demonstrerede lavtærskellasing ved stuetemperatur fra en hulrumstilstand, der var vært inden for strukturens topologiske båndgab.

SEM-billedet af den fremstillede struktur og eksperimentelle resultater er vist på billedet. Hulrummet er baseret på den lukkede dal Hall-domænevæg skabt ved inversion af svimlende størrelser af nanohuller i et todelt honeycomb-gitter. I det topologiske båndgab-frekvensområde, hulrummet understøtter et kvantiseret spektrum af tilstande begrænset til domænevæggen. Billederne viser emissionsprofiler i det virkelige rum under og over tærsklen.

Forskerne forklarer:

"I eksperimentet, vi observerer først spontan emission fra hulrummet. Emissionsprofilen viser forbedringen langs hele omkredsen af ​​det trekantede hulrum forbundet med kanttilstande. Når du øger en pumpeeffekt, vi observerer en tærskelovergang til lasering med en smal linjebredde, hvor emissionen bliver begrænset til de tre hjørner."

Når to pletter er isoleret, kohærensen af ​​emissionen bekræftes af interferenskanter observeret i de målte fjernfeltsstrålingsmønstre. Et isoleret hjørne udsender en donutformet stråle, der bærer en singularitet. Disse resultater gør et skridt topologisk kontrollerede ultratynde lyskilder med ikke-trivielle strålingskarakteristika. Forskerne forudsiger:

"Den foreslåede al-dielektriske platform lover det alsidige design af aktive topologiske metaoverflader med integrerede lyskilder. Sådanne topologiske nanokaviteter har et stort potentiale for fremskridt inden for ikke-lineær nanofotonik, laveffekt nanolasering og hulrumskvanteelektrodynamik."