Лазерный мир

Финансируемые армией исследователи из Пенсильванского университета (UPenn) и Университета Дюка (штат Северная Каролина) разработали и изготовили двумерные массивы плотно интегрированных микролазеров, которые обладают стабильностью одного микролазера, но достигают плотности мощности на несколько порядков выше, открывая путь для улучшенных лазеров, высокоскоростных вычислений и оптических коммуникаций.

Авторы рассказали об этой работе в публикации журнала Science, где продемонстрировали созданный ими суперсимметричный микролазерный массив. «Казалось бы, чтобы повысить мощность одномодового лазера, нужно лишь соединить несколько таких лазеров вместе, – сказал доктор Лян Фэн (Liang Feng), доцент UPenn. – Но из-за сложности получаемой сопряжённой системой, в ней будут возникать также несколько супер-мод. К сожалению, конкуренция между модами делает лазерный массив менее когерентным». «Излучение и яркость массива лазеров увеличиваются с ростом количества лазеров только в том случае, если все они синхронизированы по фазе в одной супер-моде, – добавил Синду Цяо (Xingdu Qiao), докторант UPenn. – Вдохновленные концепцией суперсимметрии из физики, мы смогли достичь такой одномодовой генерации с синхронизацией по фазе в массиве лазеров, добавив диссипативного суперпартнёра».

В отличие от физики частиц, где суперпартнёры для всех фермионов и бизонов пока не открыты, изготовить суперпартнёра микролазера относительно легко. Главная трудность это получить целый массив суперпартнёров с правильными уровнями энергии для погашения всех мод кроме фундаментальной моды одномодового лазера. До сих пор массивы суперпартнёров были только одномерными. Разрешив математические соотношения, определяющие направления соединения отдельных элементов между собой, новое исследование демонстрирует 2D-массив микролазеров размерами 5х5. Добавление суперсимметричного массива партнёров с потерями к исходному лазерному массиву позволило увеличить мощность одномодовой генерации в 25 раз и удельную мощность более чем в 100 раз.

«Мы рассчитываем на гораздо более драматическое увеличение мощности, применяя нашу универсальную схему к гораздо более крупным массивам в том числе в трёх измерениях», – заявил доктор Цзихэ Гао (Zihe Gao), коллега Фэна. Продемонстрированный метод совместим с более ранним исследованием той же группы в области вихревых лазеров, которые могут точно контролировать орбитальный угловой момент. Возможность манипулировать этим свойством света позволит фотонным системам кодировать данные с даже более высокой плотностью, чем предполагалось ранее. «Внесение суперсимметрии в двумерные лазерные массивы создаёт мощный инструментарий для потенциальных крупномасштабных интегрированных систем фотоники», – заявил Фэн.

Источник: https://ko.com.ua/supersimmetrichnye_massivy_mikrolazerov_uluchshat_fotonnye_kommunikacii_i_vychisleniya_137182