Pengorganisasian mandiri mengacu pada fenomena resonansi kolektif di mana setiap elemen secara spontan menyusun pola yang teratur melalui interaksi internal. Namun, sinkronisasi multimode yang kacau dalam rongga laser semikonduktor tradisional membatasi kinerjanya dalam aplikasi praktis. Fotonik topologi, yang berasal dari teori keadaan topologi dalam fisika benda terkondensasi, menggunakan "invarian topologi" untuk menggambarkan struktur pita kristal fotonik. Pendekatan ini menawarkan paradigma baru untuk membangun keadaan fotonik yang kuat, searah, dan sangat terlokalisasi.
Baru-baru ini, sebuah tim yang dipimpin oleh Akademisi Zheng Wanhua dari Institut Semikonduktor, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, menerbitkan karya inovatif dalam Ulasan Laser & Fotonik. Mereka berhasil mengamati emisi laser yang-terorganisir sendiri berdasarkan keadaan tepi topologi yang terdelokalisasi, sehingga menghasilkan keluaran laser koherensi-skala tinggi-yang besar. Terobosan ini secara tepat menyelesaikan kontradiksi inti dalam laser tradisional-keterbatasan timbal balik antara daya tinggi dan koherensi tinggi. -pengorbanan-yang sering kali disebabkan oleh kendala fisik pada perangkat konvensional. Dengan memanfaatkan mekanisme sinkronisasi-pengorganisasian mandiri yang dibantu oleh status tepi topologi yang terdelokalisasi dan modulasi non-Hermitian, penelitian ini mempertahankan keunggulan koherensi tinggi yang diberikan oleh perlindungan topologi dan pengorganisasian mandiri. Secara bersamaan, hal ini memperluas distribusi energi melalui delokalisasi, yang pada akhirnya membentuk solusi teknis inovatif yang secara sinergis mengoptimalkan "koherensi{13}}kekuatan".
Gambar 1 Skema keluaran laser topologi yang terorganisir sendiri dan prinsip-prinsip dasarnya
Dimulai dari model topologi satu-dimensi klasik Su-Schrieffer-Heeger (SSH), tim peneliti memanfaatkan perlindungan simetri kiral struktur untuk memodulasi kekuatan penggandengan dalam kisi SSH, sehingga mencapai distribusi status tepi topologi yang terdelokalisasi di ruang nyata. Secara bersamaan, melalui modulasi non-Hermitian berdasarkan struktur elektroda berpola, keadaan tepi topologi yang terdelokalisasi mempertahankan dominasi terhadap latar belakang yang tidak teratur, memperlihatkan pola pengorganisasian mandiri yang unik. Dibandingkan dengan laser kristal fotonik dengan skala yang setara, laser topologi ini menunjukkan koherensi spasial yang lebih tinggi, menghasilkan ambang batas yang lebih rendah, mode keluaran spasial yang lebih stabil, dan kontras spekel yang lebih tinggi. Selain itu, ini memperluas skala distribusi spasial keadaan tepi topologi dan menggabungkan penggandeng pergeseran fasa untuk meningkatkan kepadatan daya optik keluaran.
Gambar 2 Desain skema keadaan tepi topologi yang terdelokalisasi
Gambar 3 Perbandingan laser topologi dengan percobaan kristal fotonik pada skala yang setara
Pendekatan ini tidak hanya mendiversifikasi jalur teknis untuk laser topologi namun juga selaras dengan tren fotonik topologi yang menembus chip fotonik terintegrasi dan pemancar optik berkinerja tinggi, sehingga semakin memajukan penerapan praktis fisika topologi dalam fotonik. Temuan tersebut, berjudul "Pemasangan keadaan terdelokalisasi yang terorganisir secara mandiri yang dimungkinkan oleh manipulasi non--Hermitian dan simetri kiral," diterbitkan dalam Ulasan Laser & Fotonik (DOI: 10.1002/lpor.202501772). Peneliti pascadoktoral Chen Jingxuan dan kandidat doktoral Tang Chenyan dari Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, adalah rekan-penulis pertama. Peneliti muda Wang Mingjin dan Akademisi Zheng Wanhua adalah-penulis koresponden.
