Lasereille skaalautuvuutta ja yksinapaisia pulsseja

Berkeleyn insinöörit ovat luoneet yksimuotoisen puolijohdelaserin, joka saavuttaa vaikean tavoitteen optiikka-alalla: kyky emittoida yksittäinen valomuoto säilyttäen samalla kyvyn skaalata kokoa ja tehoa. Se tarkoittaa, että koon ei tarvitse kärsiä koherenssin kustannuksella.

Boubacar Kantén johtama tutkimusryhmä osoitti, että kun puolijohdekalvo rei'itettiin tasaisin välimatkoin ja samankokoisilla rei’llä se toimi täydellisenä, skaalautuvana laserontelona. He osoittivat, että näin laser emittoi tasaisen, yhden aallonpituuden riippumatta ontelon koosta.

Tutkijat selittivät, että kalvon jaksollisista rei'istä tuli Dirac-pisteitä, jotka ovat kaksiulotteisten materiaalien topologinen piirre, joka perustuu energian lineaariseen hajontaan.

Tutkimuksen tulokset ovat erityisen tärkeitä pystysuoran ontelon pintaemittoivissa lasereissa eli VCSEL:issä, joissa tehon kasvattaminen lasereita ryhmiksi kooten ei oikein onnistu koherentisti.

Kvanttimateriaalit emittoivat valoa ikään kuin se olisi vain positiivinen pulssi, ei niinkään positiivis-negatiivinen värähtely.

Siten laserpulssi, jossa ei ilmene valoaaltojen luontaista symmetriaa voi manipuloida kvantti-informaatiota ja saattaa alan tutkimuksen lähemmäksi huoneenlämpöistä kvanttilaskentaa. Tämä olisi mahdollista jos kvantti-informaation koodaamiseen käytettäisiin varauksenkuljettajia.

Tätä tavoitteleva Regensburgin ja Michiganin yliopistojen tutkijoiden johtama tutkimus voisi myös nopeuttaa tavanomaista tietojenkäsittelyä.

Kvantti-informaation luotettavaksi ohjaamiseksi tarvitaan siten epäsymmetrinen valoaalto. "Optimi olisi täysin suunnattu, yksinapainen "aalto", joten siellä olisi vain keskihuippu, ei värähtelyjä. Se olisi unelma. Mutta todellisuus on, että etenevien valokenttien on värähtelevä, joten yritämme tehdä värähtelyistä niin pieniä kuin pystymme", sanoo UM:n professori Mackillo Kira.

Koska sellaiset ovat fyysisesti mahdottomia, tutkijatiimi keksi tavan tehdä seuraavaksi paras. He loivat tehokkaasti unipolaarisen aallon, jossa oli erittäin terävä, korkean amplitudin positiivinen huippu, jota reunusti kaksi pitkää, matalan amplitudin negatiivista huippua. Tämä tekee positiivisesta huipusta riittävän voimakkaan siirtämään varauksenkuljettajia, kun taas negatiiviset huiput ovat liian pieniä, jotta niillä olisi paljonkaan vaikutusta.

Seuraavaksi ryhmä aikoo käyttää näitä pulsseja manipuloidakseen elektroneja huoneenlämpöisissä kvanttimateriaaleissa ja tutkiakseen mekanismeja kvantti-informaation käsittelyyn.

Aiheesta aiemmin:

Laser ja mikrokampa samalle sirulle

Uutta valoa 2D-nanolasereista

Yksimuotoista laserointia