Šanchajaus Optinės mechanikos institutas, Kinijos mokslų akademija, daro pažangą simetrijos inžinerijos pagrindu veikiant itin žemo slenksčio Rydbergo valstijos vieno režimo poliarizuoto eksitono lazeriui

Neseniai mokslininkų komanda iš Infraraudonųjų spindulių optinių medžiagų tyrimų centro, Kinijos mokslų akademijos (CAS) Šanchajaus Optikos ir tiksliųjų mašinų instituto (SIPM), Hongxing Dong ir Long Zhang, bendradarbiaudama su Huazhong mokslo universitetu ir Technologija (HUST), pranešė apie naują mechanizmą, generuojantį dinamiškai derinamus vienmodžius lazerius iš eksitoninių poliaritonų sužadinimo su itin žemomis slenksčio ribomis, o su tuo susiję tyrimų rezultatai pateikiami darbe „Rydberg State Single-Mode Polariton Lasing“. Rydberg State Single-Mode Polariton Lasing with Ultralow Threshold with Symmetry Engineering“ buvo paskelbtas Nano Letters.
Vieno režimo nanolazeriai, pasižymintys dideliu energijos vartojimo efektyvumu ir derinamu pralaidumu, yra labai svarbūs daugeliui technologinių programų, tokių kaip optinis informacijos apdorojimas, optinis šifravimas, didelės raiškos biomedicininis vaizdavimas ir miniatiūriniai išmanieji ekranai. Kai kurios šiuo metu priimtos vieno režimo lazerių gavimo strategijos vis dar turi apribojimų. Be to, dabartinės emisijos bangos ilgio reguliavimo priemonės iš esmės yra statinės, todėl reikia ištirti naujus mechanizmus, galinčius generuoti dinamiškai derinamus vieno režimo lazerius. Pastaraisiais metais daug dėmesio susilaukė eksitonų poliarizuoti eksitonai, turintys ir fotonų, ir eksitonų savybių. Palyginti su įprastiniais lazeriais, poliarizuotiems eksitoniniams lazeriams nereikia nustatyti namų skaičiaus inversijos ir galima pasiekti režimo derinimą moduliuojant kvantuoto eksitono poliarizuoto eksitono būsenas, o tai yra ideali platforma dinamiškai derinamų itin žemo slenksčio lazerių tyrimui.

1 pav. (a) Kvantinio poliarizuoto eksitono būsenos simetrinėje gaudyklėje schema; b) modeliuoti PL spektrai, atitinkantys a punkte parodytą eksperimentinę konfigūraciją; c) kvantinio poliarizuoto eksitono būsena asimetrinėje gaudyklėje; d) modeliuoti PL spektrai, atitinkantys c punkte nurodytą eksperimentinę konfigūraciją; (e) tipinio ZnO mikrostirpo SEM vaizdas; f ) tipinio ZnO mikrostirpo, kurio spindulys yra 1, 27 μm, kampinis PL vaizdas. (g) Erdviniu būdu išskirtas poliarizuoto eksitono, uždaryto spąstuose, PL vaizdas.
Tyrėjai praneša, kad simetrijos inžinerijos būdu buvo sukurtas derinamas vieno režimo poliarizuotas eksitonas, atsirandantis iš labai sužadintų Rydbergo būsenų. Poliarizuotos eksitoninės bangos funkcijos simetrijos sulaužymas per potencialų spąstus ir erdvinio sutapimo tarp stiprinimo srities ir savojo režimo valdymas leidžia generuoti grįžtamuosius ir dinaminius vieno modo poliarizuotus eksitono lazerius iš kvantuotų poliarizuotų eksitonų būsenų. Potencialaus šulinio asimetrijos padidinimas įgalina vieno režimo lazeravimą net labai sužadintose būsenose, kurių pagrindinis kvantinis skaičius yra N=14. Be to, lazerio nustatymo slenkstis gali būti sumažintas šešiais dydžiais, palyginti su įprastiniu lazeriu, dėl puikaus rezervuaro savitojo režimo persidengimo ir veiksmingo erdvinio uždarymo. Tyrimo rezultatuose išplėtotas mechanizmas nepriklauso nuo jokios konkrečios medžiagos ir pritaikomas įvairioms poliarizuotoms eksitonų sistemoms, o tai atveria naują kelią beslenksčių poliarizuotų eksitoninių lazerių su dinaminiu derinimu kūrimui.

2 pav. (ad) Erdviniu būdu išskirtų PL vaizdų siurbimo padėties priklausomybė simetrinėje gaudyklėje. Kiekviename paveikslėlyje pateiktas Δx reiškia sužadinimo lazerio taško poslinkį nuo gaudyklės centro; e) spektrai, atitinkantys atitinkamai skelbime rodomus vaizdus; ir (fi) siurbimo padėties priklausomybė nuo erdvinių PL vaizdų asimetrinėje gaudyklėje. Δx reiškia siurbimo lazerio taško poslinkį nuo pagrindinės būsenos poliaritono bangos funkcijos antipodalinės plokštumos. Siurbimo galia: 1,25 Pth; (j) Spektrai, atitinkamai atitinkantys vaizdus, ​​rodomus f-1.

3 pav. (ad) Erdviniai labai asimetriško gaudyklės PL vaizdai, selektyviai pumpuojami atitinkamai N=2, 3, 7 ir 14 sužadinimo būsenų, kai siurblio galia: 1,35 Pth; (e) Erdviniai labai asimetriško šulinio, selektyviai pumpuojamo atitinkamai N=2, 3, 7 ir 14 sužadinimo būsenų, PL vaizdai, kurių siurblio galia: 1,35 Pth.