作者:维尔茨堡大学朱利叶斯·马克西米利安
垂直发射激光器拓扑阵列的艺术再现
沿着拓扑界面(蓝色)的所有30个微激光器作为一个整体，共同发射相干激光(红色)
信用:皮克斯沃格，克里斯蒂安·克朗克 以色列和德国的研究人员已经开发出一种方法，迫使一组垂直腔激光器一起作为一个激光器工作——一种高效的激光网络，只有一粒沙子那么大
9月24日，星期五，著名的《科学》杂志在线发表了一篇新的联合研究论文，其中介绍了这一发现
手机、汽车传感器或光纤网络中的数据传输都在使用所谓的垂直腔面发射激光器(VCSELs)——牢牢固定在我们日常技术中的半导体激光器
尽管被广泛使用，垂直腔面发射激光器只有几微米的微小尺寸，这对它能产生的输出功率设置了严格的限制
多年来，科学家们一直试图通过将许多微小的垂直腔面发射激光器结合起来，并迫使它们作为一个单一的相干激光器来提高这种设备发射的功率，但成功有限
目前的突破使用了一种不同的方案:它在芯片上采用了一种独特的VCSELs几何排列，迫使飞行以特定的路径流动——一种光子拓扑绝缘体平台
从拓扑绝缘体到拓扑激光器 拓扑绝缘体是革命性的量子材料，内部绝缘，但表面导电，没有损耗
几年前，由教授领导的技术小组
莫迪凯·塞格夫将这些创新思想引入光子学，并展示了第一个光子拓扑绝缘体，光在二维波导阵列的边缘传播，不受缺陷或无序的影响
这开启了一个新的领域，现在被称为“拓扑光子学”，目前有数百个研究小组正在进行积极的研究
2018年，该小组还发现了一种方法，利用光子拓扑绝缘体的特性，迫使许多微环激光器锁定在一起，充当单个激光器
但是该系统仍然有一个主要的瓶颈:光在光子芯片中循环，光子芯片被限制在用于提取光的同一平面内
这意味着整个系统再次受到功率限制，这是由用于熄灭灯光的设备施加的，类似于整个发电厂只有一个插座
目前的突破使用了一种不同的方案:激光被强制锁定在平面芯片内，但是现在光从每个微小的激光通过芯片表面发射，并且可以很容易地被收集
环境和参与者 这个德以研究项目主要起源于科罗纳大流行期间
没有相关研究人员的巨大投入，这一科学里程碑是不可能实现的
这项研究是由博士进行的
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以色列理工学院物理系和电子与计算机工程系杰出教授莫迪凯·塞格夫团队的学生亚历克斯·迪科波尔采夫博士
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学生特里斯坦·H
更难从教授团队
塞巴斯蒂安·克莱伯和教授
斯文·赫夫林在维尔茨堡大学应用物理学讲座和卓越计算机中心工作
量子物质的复杂性和拓扑学，与耶拿和奥尔登堡的研究人员合作
该设备的制造利用了维尔茨堡大学优秀的洁净室设施
通向新型拓扑激光器的漫长道路 “看到科学如何发展令人着迷，”教授说
技术的塞格夫
“我们从基础物理概念到其中的基础变化，现在又到了公司正在追求的真正技术
早在2015年，当我们开始研究拓扑绝缘体激光器时，没有人相信这是可能的，因为当时已知的拓扑概念仅限于实际上没有增益的系统
但是所有的激光器都需要增益
所以拓扑绝缘体激光器与当时已知的一切都是对立的
我们就像一群疯子在寻找被认为不可能的东西
现在，我们已经朝着拥有许多应用的真正技术迈出了一大步
" 以色列和德国团队利用拓扑光子学的概念，垂直发射光的垂直腔面发射激光器，而负责垂直腔面发射激光器相互相干和锁定的拓扑过程发生在芯片平面
最终的结果是一个强大但非常紧凑和高效的激光器，不受VCSEL发射器数量的限制，不受缺陷或温度变化的干扰
德国项目负责人教授解释说:“这种激光器的拓扑原理通常可以适用于所有波长，因此适用于一系列材料。”
维尔茨堡大学的Sebastian Klembt，致力于ct中的光-物质相互作用和拓扑光子学
qmat卓越集群
“需要布置和连接多少微型激光器完全取决于应用
我们可以将激光网络的规模扩大到一个非常大的规模，原则上它也将保持大量的相干性
很高兴看到拓扑学，最初是数学的一个分支，已经成为一个革命性的新工具箱，用于控制、控制和改善激光特性
" 开创性的研究表明，实际上理论上和实验上都有可能将垂直腔面发射激光器结合起来，以实现更鲁棒和高效的激光器
因此，这项研究的结果为许多未来技术的应用铺平了道路，如医疗设备、通信和各种现实世界的应用
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