לאחרונה, צוות בראשות הפרופסורים Zhang Xinzheng, Chen Zhigang ו-Xu Jingjun מבית הספר למדעי הפיזיקה באוניברסיטת Nankai, בשיתוף עם פרופסור Irena Drevenšek Olenik ממכון סטפן בסלובניה, הדגים לראשונה משטח לייזר אנכי -המרה לייזר אנכי-VC (VC) מקוטב מעגלי. ממצאי המחקר, שכותרתם "Soft-Matter-Based Topological Vertical Cavity Surface Emitting Lasers", פורסמו ב-Light: Science & Applications ונבחרו כמאמר השער לגיליון השני.
VCSEL טופולוגי זה מבוסס על מבנה סריג אופטי אופטי-חד מימדי המורכב מספין ספין של סרט גביש נוזלי פולימרי (PCLC)-מצופה במדיום רווח ניאון וסרט Mylar מסחרי. הסריג העל כולל באר פוטנציאל מאופנן השובר סימטריית היפוך, בדומה למבודדי Semenov ואפקט העמק הקוונטי הול במרחב פרמטר סינתטי דו-מימדי. הם מדגימים שה-VCSEL הטופולוגי הזה שומר על פליטת לייזר-מעולה מעולה בהספקי משאבה נמוכים. יש לציין, VCSEL טופולוגי- של סרט דק זה מציע עלויות ייצור נמוכות במיוחד, אינו דורש טכניקות ייצור מורכבות, ניתן לשילוב בקלות על גבי מצעים מכל צורה, ושומר על מאפייני הלייזר הרצויים ויכולת ההיגוי שלו גם לאחר כפיפות מרובות.
עם ההתקדמות המתמשכת של טכנולוגיית המידע האופטית והביקוש ההולך וגובר למזעור, עיצוב קל ושילוב בשבבים פוטוניים, הפיתוח של לייזרים-על שבב זכה לתשומת לב גוברת. עם זאת, לייזרים נוכחיים על-שבב עדיין מתמודדים עם אתגרים משמעותיים, כולל הספק פלט נמוך ויציבות גרועה. לייזרים מוגנים טופולוגית מציעים גישת עיצוב יעילה להשגת יציבות גבוהה וסף נמוך בלייזרי-שבבים. עם זאת, מוגבל על ידי חומרים מוליכים למחצה, ייצור רוב ה-VCSELs הטופולוגיים דורש כיום תהליכים מורכבים ומדויקים. אורכי הגל הלייזרים שלהם מוגבלים בעיקר לפס האינפרא אדום הקרוב-, והם בעלי גיאומטריות קבועות שאינן מסוגלות להיגוי קרן תרגום. לפיכך, לפיתוח-העלות הנמוכה של VCSELs טופולוגיים-גמישים מכנית,{10}}לקיטוב וקל משקל על-שבבים המשתמשים בחומרי חומר רך ובעקרונות חדשים, יש ערך תיאורטי ומעשי משמעותי.
עיקרון בנייה בסיסי ומרחב פרמטר סינתזה של-סריגים אופטיים גמישים חד-מימדיים
במהלך המחקר, הצוות ערם לראשונה סרטי Mylar בשני עוביים שונים עם סרטים דקים PCLC כדי ליצור מבנה סריג אופטי בינארי בינארי חד-ממדי השובר סימטריה היפוך מרחבית. על ידי הצגת אפנון מקדם צימוד לבניית מרחב פרמטר סינתטי, הם הבהירו את ההבדל במאפיינים טופולוגיים בין סריג-על AB ו-BA עם פוטנציאלים הטרו-אתרים, בדומה לאפקט הול העמק הקוונטי בסריגים משושה דו-ממדיים. לאחר מכן, הם הצטרפו לרשתות-על של AB ו-BA עם מאפיינים טופולוגיים שונים-אחד הכולל צימוד שווה והשני עם -פוטנציאל האתר-הטרו כדי ליצור מצבי ממשק מוגנים טופולוגית. מצבי ממשק אלה מפגינים לוקליזציה גבוהה בתוך ה-bandgap ומפגינים חוסן מפני הפרעה מבנית, המספקים מצב חלל אופטי אידיאלי עבור תנודת לייזר. בניסוי, הצוות ייצר מכשיר לייזר גמיש עם 17 שכבות על ידי ספין-ציפוי צבע הרווח PM597 על גבי משטח סרט דק PCLC. תחת שאיבת לייזר פולסית של 532 ננומטר, המכשיר השיג פלט לייזר טופולוגי מקוטב עגול ביד שמאל ב-575.4 ננומטר עם סף נמוך של 0.47 μJ (1.5 mW·cm⁻²), עם יעילות שיפוע של 4.0%. קרן הלייזר מציגה כיווניות מצוינת, כאשר הפיזור המרחבי שלה עולה בקנה אחד עם צורת נקודת המשאבה, ומדגים יישומים פוטנציאליים בהעברת תמונה ובתצוגה. יתר על כן, על ידי קיבוע כיוון הלייזר של המשאבה תוך כיפוף והזזת הסרט מלמטה למעלה, אור המשאבה האיר חמישה אזורים ברורים (I-V) של הדגימה, וגרם ללייזר הנפלט לנוע ברצף מלמטה למעלה במסך האופטי. התאמת רדיוס העקמומיות של סרט ה-VCSEL שולטת יותר בזווית ההיגוי של האלומה. מאפיין זה מאפשר ל-VCSEL הטופולוגי לפלוט אור לייזר במספר זוויות מבלי לסובב את מכשיר הלייזר. יש לציין שה-VCSEL הטופולוגי מציג יציבות תרמית, ושומר על ביצועי הלייזר המקוריים שלו גם לאחר שאיבה ממושכת. מאפיינים אלה מאפשרים אינטגרציה עם מכשירים פוטוניים לבישים שונים עבור יישומים כגון צגים לבישים, אנטי- אלקטרונית נגד זיופים וסריקת לייזר.
הדגמת יישום של VCSEL טופולוגי גמיש
עבודה זו נערכה בעיקר באוניברסיטת ננקאי. החוקר הפוסט-דוקטורט וואנג יו ופרופסור שיה שיקי מאוניברסיטת ננקאי הם המחברים הראשונים-השותפים, בעוד הפרופסורים ג'אנג שינג'נג, צ'ן ז'יגאנג ושו ג'ינג'ון הם המחברים המקבילים. המחקר קיבל תמיכה מהתוכנית הלאומית למחקר ופיתוח מפתח של סין, הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין, פרויקט המפתח של קרן טיאנג'ין למדעי הטבע, הקרן לפוסט-דוקטורט בסין וסוכנות המחקר הסלובנית.
תורגם עם DeepL.com (גרסה חינמית)
