Investigadores israelíes y estadounidenses han desarrollado un nuevo Sistema láser de semiconductores robusto, coherente y altamente eficiente:el láser aislante topológico.

Los hallazgos se presentan en dos nuevos artículos de investigación conjunta, uno que describe la teoría y los otros experimentos, publicado hoy online por la prestigiosa revista Ciencias .

Los aislantes topológicos son una de las áreas de la física más innovadoras y prometedoras de los últimos años. proporcionando una nueva perspectiva sobre la comprensión básica del transporte protegido. Se trata de materiales especiales que son aislantes en su interior pero conducen una "supercorriente" en su superficie:la corriente en su superficie no se ve afectada por defectos, esquinas afiladas o desorden; continúa unidireccionalmente sin dispersarse.

Los estudios fueron realizados por el profesor Mordechai Segev, del Instituto Tecnológico Technion-Israel, y su equipo:Dr. Miguel A. Bandres y Gal Harari, en colaboración con los profesores Demetrios N. Christodoulides y Mercedeh Khajavikhan y sus alumnos Steffen Wittek, Midya Parto y Jinhan Ren en CREOL, Facultad de Óptica y Fotónica, Universidad de Florida Central, junto con científicos de Estados Unidos y Singapur.

Muchos años atrás, el mismo grupo del Technion introdujo estas ideas en fotónica, y demostró un aislante topológico fotónico, donde la luz viaja alrededor de los bordes de una matriz bidimensional de guías de ondas sin verse afectada por defectos o desórdenes.

Ahora, Los investigadores han encontrado una manera de utilizar las propiedades de los aislantes topológicos fotónicos para construir un nuevo tipo de láser que muestra un comportamiento fundamental único y mejora en gran medida la robustez y el rendimiento de las matrices de láseres. abriendo la puerta a una gran cantidad de aplicaciones futuras.

"Este nuevo sistema láser fue en contra de todo conocimiento común sobre aisladores topológicos, ", dijo el profesor Segev." En pocas palabras, Se creía que las propiedades únicas de robustez de los aislantes topológicos fallaban cuando el sistema contiene ganancia, como todos los láseres deben tener. Pero hemos demostrado que esta robustez especial sobrevive en sistemas láser que tienen un diseño especial ("topológico"), y es capaz de hacer que los láseres sean mucho más eficientes, más coherente, y al mismo tiempo inmune a todo tipo de imperfecciones de fabricación, defectos y similares. Esta parece ser una vía emocionante para hacer que las matrices de láseres en miniatura trabajen juntas como una sola:un único láser de alta potencia altamente coherente ".

En su investigación, Los científicos construyeron una matriz especial de micro resonadores de anillo cuyo modo láser exhibe un transporte protegido topológicamente:la luz se propaga en una dirección a lo largo de los bordes de la matriz láser. Inmune a defectos y desorden y no afectado por la forma de los bordes. Esto a su vez, como demostraron experimentalmente, conduce a un láser monomodo altamente eficiente que dura muy por encima del umbral del láser. "Es un gran placer ver que las investigaciones fundamentales tienen aplicaciones tan profundas pero tangibles", dijo el profesor Christodouldies de la UCF.

La matriz fabricada utilizó materiales semiconductores estándar, sin necesidad de campos magnéticos o exóticos materiales magneto-ópticos; por tanto, puede integrarse en dispositivos semiconductores. "En años recientes, hemos encontrado nuevos trucos para manipular la luz de una forma sin precedentes. Aquí, mediante el uso de diseños inteligentes, Engañamos a los fotones para que se sientan como si estuvieran experimentando un campo magnético y tuvieran un giro. "dijo el profesor Khajavikhan, uno de los científicos principales del equipo.

Los investigadores demostraron que no solo los láseres de aislamiento topológico son teóricamente posibles y experimentalmente factibles, pero que la integración de estas propiedades crea láseres más eficientes. Como tal, los resultados del estudio allanan el camino hacia una nueva clase de dispositivos fotónicos topológicos activos que pueden integrarse con sensores, antenas y otros dispositivos fotónicos.