«Лазеры повсеместны в современном мире, от простых повседневных лазерных указателей до сложных лазерных интерферометров, используемых для обнаружения гравитационных волн. Наши текущие исследования повлияют на многие области применения лазеров», — сказал Ашок Кодигала, доктор философии по электротехнике. студент Калифорнийского университета в Сан-Диего и первый автор исследования.
«Поскольку они нетрадиционны, лазеры BIC обладают уникальными и беспрецедентными свойствами, которые еще не были реализованы с помощью существующих лазерных технологий», — сказал Бубакар Канте, профессор электротехники инженерной школы Калифорнийского университета в Сан-Диего Джейкобс, руководивший исследованием.Например, лазеры BIC можно легко настроить на излучение лучей с разной длиной волны, что является полезной функцией для медицинских лазеров, предназначенных для точного нацеливания на раковые клетки без повреждения нормальной ткани. Лазеры BIC также могут быть созданы для излучения лучей специальной формы (спиральная, кольцеобразная или колоколообразная), называемых векторными лучами, которые могут позволить использовать все более мощные компьютеры и системы оптической связи, которые могут нести в 10 раз больше информации, чем существующие. .«Источники света являются ключевыми компонентами технологии оптической передачи данных в сотовых телефонах, компьютерах и, например, в астрономии. В этой работе мы представляем новый вид источника света, который более эффективен, чем существующие сегодня, с точки зрения энергопотребления и скорости. "сказал Бабак Бахари, доктор электротехники. студент лаборатории Канте и соавтор исследования.
Связанные состояния в континууме (BIC) — это явления, существование которых предсказывалось с 1929 года. BIC — это волны, которые остаются полностью ограниченными или связанными в открытой системе. Обычные волны в открытой системе ускользают, но BIC игнорируют эту норму — они остаются локализованными и не ускользают, несмотря на наличие открытых путей для этого.
В предыдущем исследовании Канте и его команда продемонстрировали на микроволновых частотах, что BIC можно использовать для эффективного улавливания и хранения света, чтобы обеспечить сильное взаимодействие света с веществом. Теперь они используют BIC для демонстрации новых типов лазеров. Коллектив опубликовал работу 12 января в журнале Nature.
Изготовление лазера BICBIC-лазер в этой работе построен из тонкой полупроводниковой мембраны из индия, галлия, мышьяка и фосфора.
Мембрана представляет собой массив наноразмерных цилиндров, подвешенных в воздухе. Цилиндры связаны между собой сетью опорных перемычек, которые придают устройству механическую устойчивость.
Запитав мембрану высокочастотным лазерным лучом, исследователи заставили систему BIC излучать собственный низкочастотный лазерный луч (на частоте связи).«Прямо сейчас это демонстрация концепции, демонстрирующей, что мы действительно можем добиться лазерной генерации с помощью BIC», — сказал Канте.
«И что примечательно, так это то, что мы можем получить лазерную генерацию на поверхности с массивами размером от 8 до 8 частиц», — сказал он. Для сравнения, поверхностные лазеры, которые широко используются для передачи данных и высокоточного зондирования, называемые VCSEL (лазеры с поверхностным излучением с вертикальным резонатором), требуют гораздо больших (в 100 раз) массивов — и, следовательно, большей мощности — для достижения лазерной генерации. .«Популярный VCSEL может однажды быть заменен тем, что мы называем« BICSEL »- связанным состоянием в континуальном лазере с поверхностным излучением, что может привести к созданию устройств меньшего размера, потребляющих меньше энергии», — сказал Канте. Команда подала патент на новый тип источника света.Он отметил, что массив также может быть увеличен в размерах для создания мощных лазеров для промышленных и оборонных приложений. «Фундаментальной проблемой для высокомощных лазеров является нагрев, и с учетом прогнозируемой эффективности наших лазеров BIC может стать возможной новая эра лазерных технологий», — сказал Канте.
Следующим шагом команды будет создание лазеров BIC с электрическим питанием, а не с оптическим питанием от другого лазера. «Лазер с электрической накачкой легко переносить за пределы лаборатории и может работать от обычного источника питания», — сказал Канте.Полный текст статьи: «Лазерное воздействие фотонных связанных состояний в континууме».
Авторы исследования: Ашок Кодигала *, Томас Лепетит *, Цин Гу *, Бабак Бахари, Йешайаху Файнман и Бубакар Канте из Калифорнийского университета в Сан-Диего.*Эти авторы внесли одинаковый вклад в эту работу.
Это исследование было поддержано премией Национального научного фонда за карьеру (ECCS-1554021), Исследовательской инициативой Управления военно-морских исследований (N000014-13-1-0678) и Калифорнийским университетом в Сан-Диего.