Шанхайският институт по оптична механика, Китайската академия на науките, постига напредък в базираното на симетрично инженерство ултра-нисък праг на Rydberg State Singlemode Polarized Exciton Lasing

Наскоро екип от изследователи от Изследователския център за инфрачервени оптични материали, Шанхайския институт по оптика и прецизни машини (SIPM) на Китайската академия на науките (CAS), Hongxing Dong и Long Zhang, в сътрудничество с Huazhong University of Science и Technology (HUST), докладва за нов механизъм за генериране на динамично регулируеми едномодови лазери от екситонни поляритонни възбуждания със свръхниски прагове, а резултатите от свързаните изследвания са представени в статията „Rydberg State Single-Mode Polariton Lasing“. Rydberg State Single-Mode Polariton Lasing with Ultralow Threshold чрез Symmetry Engineering“ е публикуван в Nano Letters.
Реализацията на едномодови нанолазери с висока енергийна ефективност и регулируема честотна лента е от съществено значение за много технологични приложения като изцяло оптична обработка на информация, оптично криптиране, биомедицински изображения със супер разделителна способност и миниатюрни интелигентни дисплеи. Няколко стратегии, приети в момента за получаване на едномодови лазери, все още имат ограничения. В допълнение, настоящите средства за регулиране на дължината на вълната на емисиите са по своята същност статични и трябва да се проучат нови механизми, способни да генерират динамично регулируеми едномодови лазери. Екситон поляризираните екситони, които имат свойствата както на фотони, така и на екситони, получиха много внимание през последните години. В сравнение с конвенционалните лазери, поляризираните екситонни лазери не изискват инверсия на зададеното число и могат да постигнат настройка на режима чрез модулация на квантувани екситонни поляризирани екситонни състояния, което е идеална платформа за изследване на динамично регулируеми лазери с ултра нисък праг.

Фигура 1 (а) Схематична диаграма на квантово поляризирано екситоново състояние в симетричен капан; (b) симулирани PL спектри, съответстващи на експерименталната конфигурация, показана в a; (c) квантово поляризирано състояние на екситон в асиметричен капан; (d) симулирани PL спектри, съответстващи на експерименталната конфигурация, показана в c; ( e ) SEM изображение на типичен ZnO микропръчка; (f) PL изображение с ъглова разделителна способност на типичен ZnO микропръчка с радиус 1, 27 μm. (g) Пространствено разрешено PL изображение на поляризиран екситон, затворен в капан.
Изследователите съобщават за реализацията на регулируема едномодова поляризирана екситонова лазерна генерация от силно възбудени Ридбергови състояния чрез инженерство на симетрия. Нарушаването на симетрията на вълновата функция на поляризирания екситон чрез потенциално улавяне и контролирането на пространственото припокриване между зоната на усилване и собствената мода позволяват генерирането на обратими и динамични едномодови поляризирани екситонни лазери от квантувани поляризирани екситонни състояния. Увеличаването на асиметрията на потенциалната яма позволява едномодово лазерно излъчване дори в силно възбудени състояния с главно квантово число N=14. В допълнение, прагът на генериране може да бъде намален с шест порядъка в сравнение с конвенционалното генериране поради отличното припокриване на собствената мода на резервоара и ефективното пространствено ограничаване. Механизмът, разработен в резултатите от изследването, не зависи от никакъв конкретен материал и е приложим за различни поляризирани екситонни системи, което отваря нов път за разработване на безпрагови поляризирани екситонни лазери с динамична регулируемост.

Фигура 2 (ad) Зависимост на позицията на изпомпване на пространствено разрешени PL изображения в симетричен капан. Δx, дадено на всяка фигура, представлява изместването на възбуждащото лазерно петно ​​от центъра на капана; д) спектри, съответстващи съответно на изображенията, показани в рекламата; и (fi) зависимост на позицията на изпомпване на пространствено разрешени PL изображения в асиметричен капан. Δx представлява изместването на изпомпващото лазерно петно ​​от антиподната равнина на вълновата функция на поляритона в основното състояние. Мощност на изпомпване: 1.25 Pth; (j) Спектри, съответстващи на изображенията, показани съответно в f-1.

Фигура 3 (ad) Пространствено разрешени PL изображения на силно асиметричен капан, селективно изпомпван съответно при N=2, 3, 7 и 14 възбудени състояния, с мощност на помпата: 1,35 Pth; (e) Пространствено разрешени PL изображения на силно асиметрична ямка, селективно изпомпвана при N=2, съответно 3, 7 и 14 възбудени състояния, с мощност на помпата: 1,35 Pth.