Quantum laser gør energitab til gevinst

Forskere ved KAIST har fremstillet et lasersystem, der genererer meget interaktive kvantepartikler ved stuetemperatur. Deres fund, offentliggjort i tidsskriftet Natur fotonik , kan føre til et enkelt mikrokavitetslasersystem, der kræver lavere tærskel energi, når dets energitab stiger.

Systemet, udviklet af KAIST fysiker Yong-Hoon Cho og kolleger, involverer at skinne lys gennem en enkelt sekskantet formet mikrohule behandlet med et tabsmoduleret siliciumnitrid-substrat. Systemdesignet fører til generering af en polaritonlaser ved stuetemperatur, hvilket er spændende, fordi dette normalt kræver kryogene temperaturer.

Forskerne fandt et andet unikt og kontraintuitivt træk ved dette design. Normalt, energi går tabt under laseroperation. Men i dette system, efterhånden som energitabet steg mængden af ​​energi, der er nødvendig for at fremkalde lasning, faldt. Udnyttelse af dette fænomen kan føre til udvikling af høj effektivitet, lasere med lav tærskel til fremtidige kvanteoptiske enheder.

"Dette system anvender et begreb om kvantefysik kendt som paritetstid-reverseringssymmetri, "forklarer professor Cho." Dette er en vigtig platform, der gør det muligt at bruge energitab som gevinst. Det kan bruges til at reducere laser tærskel energi for klassiske optiske enheder og sensorer, såvel som kvanteindretninger og styring af lysets retning. "

Nøglen er design og materialer. Den sekskantede mikrokavitet opdeler lyspartikler i to forskellige tilstande:en, der passerer gennem sekskantens trekant opad og en anden, der passerer gennem dens trekant nedad. Begge former for lyspartikler har samme energi og vej, men interagerer ikke med hinanden.

Imidlertid, lyspartiklerne interagerer med andre partikler kaldet excitoner, leveret af den sekskantede mikrohule, som er lavet af halvledere. Denne interaktion fører til dannelsen af ​​nye kvantepartikler kaldet polaritoner, der derefter interagerer med hinanden for at generere polaritonlaseren. Ved at kontrollere graden af ​​tab mellem mikrokaviteten og halvleder -substratet, opstår et spændende fænomen, med tærsklenergien bliver mindre, efterhånden som energitabet stiger.