Las fuentes de luz coherentes son uno de los fundamentos más cruciales tanto en las disciplinas científicas como en las aplicaciones avanzadas. Como plataforma destacada, Las microcavidades del modo de galería susurrante ultra alta-Q (WGM) han sido testigos de importantes desarrollos de nuevas fuentes de luz. Sin embargo, la simetría quiral intrínseca de la geometría de la microcavidad de WGM y la equivalencia resultante entre las dos direcciones de propagación del láser en una cavidad limita severamente las aplicaciones adicionales de los microláseres.

Muy recientemente, un equipo de investigadores dirigido por el profesor Xiao Yun-Feng y el profesor Gong Qihuang en la Universidad de Pekín, en colaboración con el profesor Qiu Cheng-Wei de la Universidad Nacional de Singapur y el profesor Stefan Rotter de la Universidad Tecnológica de Viena, ha demostrado un microláser con simetría rota espontáneamente en una microcavidad WGM de ultra alta calidad, exhibiendo direcciones de propagación reconfigurables del láser quiral. Este trabajo ha sido publicado en línea en Comunicaciones de la naturaleza el 28 de febrero 2019.

En estudios anteriores, Las soluciones existentes para un microláser quiral recurren principalmente a romper explícitamente la simetría de la estructura de una microcavidad WGM. Desafortunadamente, la escalabilidad y reconfigurabilidad de estas estrategias anteriores están muy limitadas ya que los dispositivos, una vez fabricado, ven con un prefijo, direccionalidad láser no adaptable. En este trabajo, los investigadores logran un microláser quiral reconfigurable en una microcavidad WGM simétrica mediante la utilización de la no linealidad óptica de Kerr mejorada en la cavidad.

"Empleamos láseres Raman de microcavidad en el experimento, que generalmente involucran un par de ondas balanceadas en sentido horario (CW) y antihorario (CCW), "dijo Cao Qi-Tao, un doctorado estudiante de la Universidad de Pekín y uno de los primeros coautores de este trabajo. Las ondas láser Raman en las dos direcciones se acoplan mediante la dispersión de Rayleigh de superficie lineal y la modulación de fase no lineal mediante el efecto óptico de Kerr. A medida que aumenta la potencia del microláser con una fase particular y alcanza un umbral, el acoplamiento lineal está completamente compensado por el acoplamiento no lineal. Por encima de este umbral, la simetría quiral del campo láser se rompe espontáneamente, y la onda Raman evoluciona aleatoriamente a un estado quiral con una propagación láser dominada en CW o CCW. Experimentalmente, Se obtiene una relación sin precedentes de intensidades de emisión de contrapropagación superior a 160:1. Es más, la direccionalidad de dicho microláser quiral está totalmente controlada de forma óptica y dinámica por la polarización en la dirección de la bomba, y el umbral de ruptura de simetría se puede ajustar mediante un esparcidor de nanotip.

"Nuestros resultados rompen el límite de percepción de cómo realizar una fuente de luz coherente reconfigurable, para permitir una poderosa reconfigurabilidad de la direccionalidad y quiralidad de un láser, y extender un impacto de largo alcance en la nanofotónica en chip y los procesos no lineales, ", dijo el profesor Xiao." Un láser de emisión quiral espontánea también puede extenderse a varias microestructuras, y está casi libre del límite material debido a la ubicuidad de la no linealidad de Kerr ".