Dzięki izolatorom topologicznym udało się połączyć 30 laserów w jeden laser o większej mocy.

VCSEL to najpopularniejszy rodzaj lasera. Można je znaleźć w smartfonach, sieciach komputerowych czy urządzeniach medycznych. Emitują światło ze studni kwantowych lub kropek znajdujących się między lustrami. Wgłębienia i punkty są niezwykle małe, ich wielkość mierzy się w ułamkach mikrometra. Jest to zaleta z jednej strony, ponieważ umożliwia miniaturyzację i szybkie działanie, z drugiej zaś wielkość ogranicza moc lasera. Po dziesięcioleciach pracy opracowano rozwiązanie, które ma zwiększyć wydajność znaczników VCSEL, tak aby można je było stosować również w obszarach, w których wcześniej nie można było ich używać.

Od dziesięcioleci naukowcy próbują poprawić wydajność laserów emitujących powierzchnię wnęki pionowej (VCSEL), zmuszając je do pracy w grupach. Chcieli połączyć wiele laserów w jeden o zwielokrotnionej mocy. Niestety, spowodowały to minimalne niedokładności w procesie produkcyjnym Laser pracował w małych niezależnych grupach, których emisje nie były ze sobą zsynchronizowane. Dlatego nie można było go znaleźć spójna wiązka laserowa stwórz zu.

 Ci,

Dopiero teraz badacze wokół Sebastiana Klembta z Universität Würzburg i Mordechai Segev z Izraela Instytut Technion opracował metodę zmuszającą 30 VCSELs do spójnej pracy. Osiągnęli to, rozmieszczając lasery tak, aby geometria całości pokrywała się z tym, czego naukowcy nauczyli się ze swoich badań izolatory topologiczne nauczył się.

Izolatory topologiczne to niezwykłe materiały. Są jednorodne, ale wewnątrz są izolatorami, a ich powierzchnia jest przewodnikiem. Takie materiały odkryto dawno temu, ale historia ich zastosowania w laserach ma dopiero 8 lat, kiedy Segev i naukowcy z Uniwersytetu w Rostocku wprowadzili pierwszy fotoniczny izolator topologiczny. W tym laserze światło poruszało się wzdłuż krawędzi dwuwymiarowa macierz z Falowody i nie przeszkadzały mu ich uderzenia. Kilka lat później Segev i inna grupa współpracowników wykazali, że możliwe jest współdziałanie wielu takich laserów. System miał jednak znaczne ograniczenia. Światło krążyło w płaszczyźnie systemu, który je stworzył. To z kolei oznaczało, że wydajność systemu była ograniczona wielkością urządzenia emitującego światło. Naukowcy porównują to do elektrowni, która ma tylko jedno gniazdo.

Nowa macierz topologiczna VSCEL składa się z dwóch rodzajów matryc o strukturze plastra miodu z filarami w nanoskali na końcówkach. Jeden rodzaj matrycy to matryca rozciągnięta, a drugi to matryca skompresowana. Naukowcy stworzyli specjalny interfejs między tymi dwoma. Jeśli parametry są prawidłowe, tworzony jest topologiczny interfejs, w którym światło musi przepływać między laserami. Ta ciągła, topologicznie chroniony strumień świetlny oznacza to, że światło z każdego lasera musi dotrzeć do wszystkich pozostałych, aby uzyskać spójną wiązkę, wyjaśnia Segev. Tak więc światło krąży w całej szyku, ale jest również emitowane przez poszczególne lasery, które tworzą szyk.

Według Science, niski poziom sprzężenia w samolocie jest wystarczający, aby zmusić wiele pojedynczych źródeł emisji do działania jako jedno źródło.