波兰华沙，2022年4月6日——华沙大学、华沙军事科技大学和南安普敦大学的研究人员已经开发出一种可在40纳米范围内调节的微激光。由于激光微腔表面上的持续自旋螺旋，广泛可调谐激光发射两个指向不同角度的圆偏振光束。 研究人员通过将分子染料分散在液晶微腔中将光学增益引入该系统，并在Rashba-Dresselhaus制度中展示了光学持久的自旋螺旋激光。微结构光学系统中光子的色散可以在光电子学中实现新的应用，从信息传输和处理到量子光学。
两束可调谐微激光，光束呈圆极化，并指向不同的角度。图由华沙大学物理系Mateusz Krol提供。 研究人员用具有高双折射率的液晶填充激光器的集成光子微腔，并在液晶中嵌入了一种高效有机的半导体染料。 为了构建微腔，研究人员将两个分布式布拉格反射器放置在2到3μm的距离之间。在腔体内形成驻留电磁波。镜子之间的空间充满了液晶，它用特殊的镜子涂层组织起来。 "液晶的特征是它们的细长分子，"研究人员Marcin Muszynski说。"打个比方说，它们在镜子表面被'梳理'，可以在外部电场的影响下站起来。 研究人员将液晶分子安排在微腔内，以在腔体中产生两种线性偏振光模式 - 即两个具有相反线性偏振的驻波光。 由于液晶介质是双折射的，因此可以根据电场振荡的方向，用两个折射率来表征。微激光中液晶的折射率取决于微腔内电磁波的极化。激光微腔中的光与液晶分子的相互作用不同，这取决于传播波的电场是沿着分子振荡还是垂直于分子振荡。 当研究人员对嵌入液晶分子中的染料进行光学刺激时，他们获得了激光效应 - 具有严格定义能量的相干光辐射。液晶分子的逐渐旋转导致了意想不到的结果;也就是说，激光发射出一个垂直于镜子表面的线性偏振光束。其中一种模式不会随着分子的旋转而改变其能量，而另一种模式的能量随着分子方向的变化而增加。液晶的使用通过操纵电场，可以在高达40 nm的范围内平滑调谐波长。 "然而，当我们旋转液晶分子，使对分子方向敏感的模式和不改变其能量的模式的能量重叠时（即它们处于共振状态），从腔体发出的光突然将其偏振从线性变为两个圆形， 右旋和左旋，两个圆极性以几度的角度向不同方向传播，"Jacek Szczytko教授说。 研究人员说，水平偏振激光发射是可重复的，可以由泵浦激光器的单个脉冲触发。激光作用发生在两个相反偏振化的谷底直到两个在倒易空间中分开。研究人员测量了真实空间中的排放，显示了持续的自旋螺旋激光。 研究人员证实了激光的相位相干性。"所谓的持续自旋螺旋 - 具有不同偏振光的条纹图案，间隔3μm - 出现在样品的表上，"Muszynski说。"理论计算表明，当两个相反的偏振光束相干时，可以形成这种模式，并且两种光模式都是不可分割的。这种现象可与量子纠缠相比较。 目前，可调谐激光以脉冲形式工作，因为有机染料在暴露于强光下时会缓慢地光降解。研究人员认为，用由更耐用的聚合物或无机材料（例如钙钛矿）制成的发射器替换有机发射器可以延长使用寿命。 研究人员认为，提出的微激光平台可用于量子通信，其中信息通过光偏振进行编码。 Barbara Pietka教授说："获得的精确可调谐激光可用于物理，化学，医学和通信的许多领域"，"我们使用非线性现象来创建一个完全光学的神经形态网络。这种新的光子架构可以提供强大的机器学习工具，用于解决复杂的分类和推理问题，并以更高的速度和能源效率处理大量信息。 该研究发表在《物理评论应用》杂志上。 |
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