Baru-baru ini, tim yang dipimpin oleh Profesor Zhang Xinzheng, Chen Zhigang, dan Xu Jingjun dari Fakultas Ilmu Fisika di Universitas Nankai, bekerja sama dengan Profesor Irena Drevenšek Olenik dari Institut Stefan di Slovenia, telah mendemonstrasikan untuk pertama kalinya laser pemancar -permukaan rongga-permukaan rongga-fleksibel terpolarisasi sirkular (VCSEL) dengan efisiensi konversi laser yang tinggi. Temuan penelitian ini, berjudul "Laser Pemancar Permukaan Rongga Vertikal Topologi Berbasis-Materi-Lembut," dipublikasikan di Light: Science & Applications dan dipilih sebagai artikel sampul untuk edisi kedua.
VCSEL topologi ini didasarkan pada-struktur superlattice optik satu dimensi yang terdiri dari film spin film kristal cair kolesterik polimer (PCLC)-yang dilapisi dengan media penguatan fluoresen dan film Mylar komersial. Superlattice memiliki fitur sumur potensial termodulasi yang merusak simetri inversi, analog dengan isolator Semenov dan efek Hall lembah kuantum dalam ruang parameter sintetik dua-dimensi. Mereka menunjukkan bahwa VCSEL topologi ini mempertahankan emisi laser mode tunggal-dengan daya pompa yang rendah. Khususnya, VCSEL topologi film tipis-ini menawarkan biaya produksi yang sangat rendah, tidak memerlukan teknik fabrikasi yang rumit, dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam substrat dalam bentuk apa pun, dan mempertahankan karakteristik laser dan kemampuan kemudi sinar yang diinginkan bahkan setelah beberapa kali pembengkokan.
Dengan kemajuan teknologi informasi optik yang terus-menerus dan meningkatnya permintaan akan miniaturisasi, desain ringan, dan integrasi dalam chip fotonik, pengembangan laser pada-chip telah mendapatkan perhatian yang semakin besar. Namun, laser-chip yang ada saat ini masih menghadapi tantangan yang signifikan, termasuk daya keluaran yang rendah dan stabilitas yang buruk. Laser yang dilindungi secara topologi menawarkan pendekatan desain yang efektif untuk mencapai stabilitas tinggi dan ambang batas rendah pada-laser chip. Namun, karena dibatasi oleh bahan semikonduktor, pembuatan sebagian besar VCSEL topologi saat ini memerlukan proses yang kompleks dan tepat. Panjang gelombang penguatnya terutama terbatas pada pita-inframerah dekat, dan memiliki geometri tetap yang tidak mampu mengarahkan sinar translasi. Oleh karena itu, pengembangan-biaya rendah dari VCSEL topologi chip yang fleksibel secara mekanis, terpolarisasi, dan ringan menggunakan bahan materi lunak dan prinsip-prinsip baru memiliki nilai teoritis dan praktis yang signifikan.
Prinsip Konstruksi Dasar dan Ruang Parameter Sintesis dari Superlattices Optik Fleksibel Satu Dimensi
Selama penelitian, tim pertama-tama menumpuk film Mylar dengan dua ketebalan berbeda dengan film tipis PCLC untuk membentuk struktur superlattice optik biner satu-dimensi yang mematahkan simetri inversi spasial. Dengan memperkenalkan modulasi koefisien kopling untuk membangun ruang parameter sintetik, mereka menjelaskan perbedaan sifat topologi antara superlattice AB dan BA dengan potensi situs hetero-, analog dengan efek Hall lembah kuantum dalam kisi heksagonal dua-dimensi. Selanjutnya, mereka menggabungkan superlattice AB dan BA dengan sifat topologi yang berbeda-satu menampilkan penggandengan yang setara dan yang lainnya dengan-potensi situs hetero-untuk menghasilkan status antarmuka yang dilindungi secara topologi. Status antarmuka ini menunjukkan lokalisasi yang tinggi dalam celah pita dan menunjukkan ketahanan terhadap gangguan struktural, menyediakan mode rongga optik yang ideal untuk osilasi laser. Secara eksperimental, tim membuat perangkat laser fleksibel dengan 17 lapisan dengan cara memutar-melapisi pewarna gain PM597 ke permukaan film tipis PCLC. Dengan pemompaan laser berdenyut 532 nm, perangkat ini mencapai keluaran laser topologi terpolarisasi sirkular kiri pada 575,4 nm dengan ambang batas serendah 0,47 μJ (1,5 mW·cm⁻²), yang menunjukkan efisiensi kemiringan sebesar 4,0%. Sinar laser menunjukkan arah yang sangat baik, dengan distribusi spasialnya yang sangat konsisten dengan bentuk titik pompa, menunjukkan potensi penerapan dalam transmisi dan tampilan gambar. Selain itu, dengan menetapkan arah laser pompa sambil membengkokkan dan menggerakkan film dari bawah ke atas, lampu pompa menerangi lima wilayah berbeda (I-V) sampel, menyebabkan laser yang dipancarkan bergerak secara berurutan dari bawah ke atas pada layar optik. Menyesuaikan radius kelengkungan film VCSEL selanjutnya mengontrol sudut kemudi sinar. Properti ini memungkinkan VCSEL topologi memancarkan sinar laser pada berbagai sudut tanpa memutar perangkat laser. Khususnya, VCSEL topologi menunjukkan stabilitas termal, mempertahankan kinerja laser aslinya bahkan setelah pemompaan dalam waktu lama. Karakteristik ini memungkinkan integrasi dengan berbagai perangkat fotonik yang dapat dikenakan untuk aplikasi seperti layar yang dapat dikenakan, anti{27}}pemalsuan elektronik, dan pemindaian laser.
Demonstrasi aplikasi VCSEL topologi fleksibel
Pekerjaan ini terutama dilakukan di Universitas Nankai. Peneliti pascadoktoral Wang Yu dan Profesor Xia Shiqi dari Universitas Nankai adalah penulis pendamping pertama, sedangkan Profesor Zhang Xinzheng, Chen Zhigang, dan Xu Jingjun adalah penulis pendamping. Penelitian ini mendapat dukungan dari National Key R&D Program of China, National Natural Science Foundation of China, Key Project dari Tianjin Natural Science Foundation, China Postdoctoral Science Foundation, dan Slovenian Research Agency.
Diterjemahkan dengan DeepL.com (versi gratis)
