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量子激光器:化“损失”为“收益”

激子极化PT对称:在具有损耗操控的六倍对称微腔中,向上和向下极化激子模式的直接耦合,导致了低阈值相变的PT对称破缺。

phys.org网站当地时间7月7日报道,韩国科学技术院(KAIST)的物理学家Yong-Hoon Cho用损耗调制的氮化硅衬底处理的单一六边形发光微腔,开发了一种激光系统。该系统能够在室温下产生高度相互作用的量子粒子,并突破低温条件的限制,促成室温极化子激光。相关研究成果刊登在《自然・光子学》杂志中。

研究人员表示,这种设计存在一种违反直觉的特征:正常情况下,能量在激光操作过程中会损失。然而,在新系统中,随着能量损失的增加,诱导激光所需的能量反而减少了。利用这种独特的现象,研究人员可以为未来的量子光学器件开发高效、低临界能激光器。“这个系统应用了量子物理学的概念,即奇偶-时间反转对称。”Cho教授说,“这是一个重要的平台,能够将能量损失用作增益。它可用于降低经典光学器件和传感器的激光临界能量,制造量子器件,以及控制光的方向。”

Cho教授指出,构建系统的关键是设计和材料。六边形微腔将光粒子分为两种不同的模式:一种通过六边形向上的三角形,另一种通过其向下的三角形。两种模式的光粒子具有相同的能量和路径,但彼此不产生相互作用。然而,光粒子与半导体微腔提供的激子产生了相互作用,而这种相互作用产生了新量子粒子――极化子。随后,极化子的相互作用促成了极化子激光。研究人员通过控制微腔和半导体衬底之间的能量损耗程度,就能观察到能量损耗增加、临界能量变小的有趣现象。

科界原创

编译:德克斯特 审稿:西莫 责编:陈之涵

期刊来源:《自然・光子学》

期刊编号:1749-4885

原文链接:https://phys.org/news/2021-07-quantum-laser-energy-loss-gain.html

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