Des chercheurs israéliens et allemands ont développé un moyen de forcer un réseau de lasers à cavité verticale à agir ensemble comme un seul laser – un réseau laser très efficace de la taille d’un grain de sable. Les résultats sont présentés dans un nouveau doc de recherche conjoint publié en ligne par la revue Science le vendredi 24 septembre.



Les téléphones portables, les capteurs de voiture ou la transmission de données dans les réseaux de fibres optiques utilisent tous des lasers à émission de surface area à cavité verticale (VCSEL) – des lasers à semi-conducteurs qui sont fermement ancrés dans notre technologie quotidienne. Bien que largement utilisé, le dispositif VCSEL a une taille minuscule de seulement quelques microns, ce qui fixe une limite stricte à la puissance de sortie qu’il peut générer. Pendant des années, les scientifiques ont cherché à améliorer la puissance émise par de tels dispositifs en combinant de nombreux minuscules VCSEL et en les forçant à agir comme un seul laser cohérent, mais avec un succès limité. La percée actuelle utilise un schéma différent .

Des isolants topologiques aux lasers topologiques

Les isolants topologiques sont des matériaux quantiques révolutionnaires qui isolent à l’intérieur mais conduisent l’électricité à leur floor – sans perte. Il y a plusieurs années. où la lumière se déplace autour des bords d’un réseau bidimensionnel de guides d’ondes sans être affecté par des défauts ou des désordres.. Cela a ouvert un nouveau domaine. où des centaines de groupes mènent actuellement des recherches actives. En 2018. Mais ce système avait encore un goulot d’étranglement majeur. Cela signifiait que l’ensemble du système était à nouveau soumis à une limite de puissance, imposée par le dispositif utilisé pour éteindre la lumière, semblable à une seule prise pour toute une centrale électrique. La percée actuelle utilise un schéma différent  : les lasers sont forcés de se verrouiller dans la puce planaire, mais la lumière est désormais émise à travers la floor de la puce par chaque petit laser et peut être facilement collectée.



Circonstances et members

Ce projet de recherche germano-israélien est principalement né pendant la pandémie de Corona. Sans l’énorme engagement des chercheurs impliqués, cette étape scientifique n’aurait pas été attainable. La recherche a été menée par le doctorant Alex Dikopoltsev de l’équipe du professeur distingué Mordechai Segev, du département de physique et du département de génie électrique et informatique du Technion – Israel Institute of Know-how, et le doctorant Tristan H. Tougher de l’équipe de Le professeur Sebastian Klembt et le professeur Sven Höfling à la chaire de physique appliquée de l’Université de Würzburg, et le cluster d’excellence ct.qmat — Complexity and Topology in Quantum Issue, en collaboration avec des chercheurs d’Iéna et d’Oldenburg. La fabrication de l’appareil a profité des excellentes installations de salle blanche de l’Université de Würzburg.

La longue route vers de nouveaux lasers topologiques

« Il est fascinant de voir remark la science évolue », a déclaré le professeur Segev du Technion.  » Nous sommes passés de principles de physique fondamentale à des changements fondamentaux, et maintenant à une technologie réelle qui est maintenant poursuivie par les entreprises. En 2015, lorsque nous avons commencé à travailler sur des lasers à isolant topologique, personne ne croyait que c’était attainable, automobile les principles topologiques connus à cette époque étaient limités aux systèmes qui n’ont pas, en fait — ne peuvent pas — avoir de achieve. Mais tous les lasers nécessitent un obtain. Les lasers à isolant topologique se sont donc opposés à tout ce qui était connu à l’époque. Nous étions comme une bande de fous à la recherche de quelque selected qui était considéré comme unattainable. Et maintenant, nous avons fait un grand pas vers une véritable technologie qui a de nombreuses purposes.  »

tandis que le processus topologique responsable de la cohérence mutuelle et du verrouillage des VCSEL se produit dans le approach de la puce. Le résultat remaining est un laser puissant mais très compact et efficace, non limité par un sure nombre d’émetteurs VCSEL, et non perturbé par des défauts ou des températures changeantes.

« Le principe topologique de ce laser peut généralement fonctionner pour toutes les longueurs d’onde et donc pour une gamme de matériaux », explique le chef de projet allemand, le professeur Sebastian Klembt de l’Université de Würzburg.qmat. d’Excellence.  » Le nombre actual de microlasers à disposer et à connecter dépendra toujours entièrement de l’application. Nous pouvons étendre la taille du réseau laser à une très grande taille et, en principe, il restera cohérent également pour un grand nombre. C’est formidable de voyez que la topologie, à l’origine une branche des mathématiques, est devenue une nouvelle boîte à outils révolutionnaire pour contrôler, orienter et améliorer les propriétés du laser. »

La recherche révolutionnaire a démontré qu’il est en fait théoriquement et expérimentalement attainable de combiner des VCSEL pour obtenir un laser moreover robuste et très efficace. En tant que tels, les résultats de l’étude ouvrent la voie aux programs de nombreuses technologies futures telles que les dispositifs médicaux, les communications et une variété d’applications du monde réel.