Halka yarı iletken lazerlerde koyu solitonlar görüldü - Fizik Dünyası

Halka yarı iletken lazerlerde kendiliğinden oluşan koyu solitonlar (parlak arka planlara karşı optik sönme bölgeleri) görülmüştür. Uluslararası bir araştırmacı ekibi tarafından yapılan gözlem, moleküler spektroskopi ve entegre optoelektronik alanında gelişmelere yol açabilir.

Frekans tarakları (eşit aralıklı frekanslarda ışık çıkaran darbeli lazerler) lazer fiziği tarihindeki en önemli başarılardan biridir. Bazen optik cetveller olarak da anılan bu cetveller, zaman ve frekans standartlarının temelini oluşturur ve bilimdeki birçok temel niceliği tanımlamak için kullanılır. Bununla birlikte, geleneksel frekans taraklı lazerler hantal, karmaşık ve pahalıdır ve lazer uzmanları çiplere entegre edilebilecek daha basit versiyonlar geliştirmeye isteklidir.

2020'de böyle bir girişimde bulunurken, araştırmacılar Federico CapassoHarvard Üniversitesi'ndeki grubu, kuantum basamaklı halka lazerin, ilk başta son derece türbülanslı bir rejime girdikten sonra, yaygın olarak kullanılan orta kızılötesi "parmak izi" bölgesinde, yalnızca dokuz dişi olmasına rağmen, sabit bir frekans tarağına yerleştiğini tesadüfen keşfetti. moleküler spektroskopi.

Halka lazer, ışığın kapalı bir döngü etrafında yönlendirildiği bir optik boşluğa sahiptir ve kuantum kademeli lazer, kızılötesi radyasyon yayan yarı iletken bir cihazdır.

Beklenmedik sonuçlar

Harvard'dan "Bütün bu ilginç sonuçlar bir kontrol cihazından çıktı; bunun olmasını beklemiyorduk" diyor Marco Piccardo. Aylarca kafa yorduktan sonra araştırmacılar, etkinin, sistemi tanımlayan doğrusal olmayan diferansiyel denklemdeki (karmaşık Ginzberg-Landau denklemi) kararsızlık açısından anlaşılabileceği sonucuna vardı.

Yeni çalışmada Capasso ve meslektaşları araştırmacılarla birlikte çalıştı. Benedikt SchwarzViyana Teknoloji Üniversitesi'ndeki grubu. Avusturyalı ekip, kuantum kademeli lazerlere dayanan frekans tarakları için çeşitli tasarımlar geliştirdi. Araştırmacılar aynı çipe bir dalga kılavuzu bağlaştırıcısı entegre etti. Bu, ışığın çıkarılmasını çok daha kolay hale getirir ve daha fazla çıkış gücü elde edilmesini sağlar. Aynı zamanda bilim adamlarının, lazeri frekans tarağı rejimi ile sürekli radyasyon çıkaran sürekli dalga lazeri olarak çalışması gereken rejim arasında iterek bağlantı kayıplarını ayarlamasına da olanak tanır.

Ancak “sürekli dalga” rejiminde daha da tuhaf bir şey olur. Bazen lazer açıldığında, sürekli dalga lazeri gibi davranır, ancak lazeri kapatıp açmak bir veya daha fazla karanlık solitonun rastgele görünmesine neden olabilir.

Solitonlar, uzayda süresiz olarak yayılabilen ve birbirlerinden etkili bir şekilde değişmeden geçebilen, doğrusal olmayan, dağılmayan, kendi kendini güçlendiren radyasyon dalga paketleridir. İlk kez 1834'te su dalgalarında gözlemlendiler ancak daha sonra optik dahil çok sayıda başka fiziksel sistemde de görüldüler.

Küçük boşluklardaki solitonlar

Bu son gözlemle ilgili şaşırtıcı olan şey, solitonların sürekli lazer ışığında çok küçük boşluklar olarak görünmesidir. Lazer emisyonundaki bu görünüşte küçük değişiklik, frekans spektrumunda muazzam bir değişiklik yaratır.

Piccardo, "Sürekli dalga lazerinden bahsettiğinizde, bu, spektral alanda tek bir monokromatik zirveye sahip olduğunuz anlamına gelir" diye açıklıyor. "Bu düşüş tüm dünya anlamına gelir... Bu iki resim belirsizlik ilkesiyle bağlantılıdır, yani uzay veya zamanda çok çok dar bir şeye sahip olduğunuzda, bu, spektral alanda çok çok sayıda modunuz olduğu ve çok sayıda modun olduğu anlamına gelir. birçok mod, spektroskopi yapabileceğiniz ve çok çok geniş bir spektral aralıkta yayılan moleküllere bakabileceğiniz anlamına geliyor."

Koyu solitonlar daha önce ara sıra görülmüştü ama bunun gibi küçük, elektrikle enjekte edilen bir lazerde hiç görülmemişti. Piccardo, spektral olarak konuşursak, karanlık bir soliton'un parlak bir soliton kadar yararlı olduğunu söylüyor. Bununla birlikte, pompa-prob spektroskopisi gibi bazı uygulamalar parlak darbeler gerektirir. Koyu solitonlardan parlak solitonlar üretmek için gereken teknikler daha fazla çalışmanın konusu olacak. Araştırmacılar aynı zamanda solitonların deterministik olarak nasıl üretileceğini de araştırıyorlar.

Bu tarak tasarımının entegrasyon açısından çok önemli bir avantajı, ışık halka dalga kılavuzunda yalnızca bir yönde dolaştığından, araştırmacıların lazerin, diğer birçok lazeri bozabilecek geri bildirime karşı doğası gereği bağışık olduğuna inanmasıdır. Bu nedenle, ticari ölçekte silikon çiplere entegre edilmesi çoğu zaman imkansız olan manyetik izolatörlere ihtiyaç duyulmaz.

Araştırmacılar, entegrasyonu göz önünde bulundurarak tekniği kuantum kademeli lazerlerin ötesine genişletmek istiyorlar. Piccardo, "Çipin gerçekten kompakt olmasına rağmen, kuantum kademeli lazerlerin çalışması için genellikle yüksek voltajlar gerekiyor, bu nedenle elektronik aksamı çipin üzerine yerleştirmenin bir yolu değiller" diyor. "Eğer bu, bantlar arası kademeli lazerler gibi diğer lazerlerde işe yarayabilirse, o zaman her şeyi minyatürleştirebiliriz ve gerçekten pille çalıştırılabilir."

lazer fizikçisi Peter Delfyett Orlando'daki Central Florida Üniversitesi'nden Dr., çalışmanın gelecekteki çalışmalar için umut vaat ettiğine inanıyor. "Frekans alanındaki bu karanlık darbe bir renk kümesidir ve spektral saflıkları oldukça iyi olsa da tam konumları henüz elde edilememiştir" diyor. “Ancak bunu yapabilmeleri (elektrikle pompalanan bir cihazla çip üzerinde solitonlar yapabilmeleri) aslında son derece önemli bir ilerleme. Şüphesiz."

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Tabiat.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/dark-solitons-spotted-in-ring-semiconductor-lasers/