Исследователи из университета Лидса, Великобритания, и Технологического университета Наньянга (Nanyang Technological University), Сингапур, разработали первый в своем роде “топологический лазер” фотоны света которого способны огибать углы и различные дефекты, не искажаясь и не рассеиваясь при этом. Данное достижение позволит улучшить процессы изготовления мощных промышленных лазеров, требующих экстремальных условий и высокой точности, ведь появление даже самого мельчайшего дефекта приводит к появлению технологического брака.
“В каждой партии изготовленных лазерных устройств всегда присутствует некоторая часть, которая неспособна излучать свет из-за дефектов, возникших во время производства” – рассказывает профессор Ци Цзе Ван (Qi Jie Wang), – “Именно поэтому мы сосредоточились на изучении топологических свойств света и его топологических состояниях, которые более стабильны, нежели обычные световые волны”.
Для получения топологического состояния света ученые разработали специальный “долинный” фотонный кристалл (valley photonic crystal), который является оптическим аналогом двумерных электронных топологических изоляторов. Конструкция фотонного кристалла представляет собой пластину из полупроводникового материала, в которой вытравлены шестиугольные отверстия, при этом, эти отверстия располагаются строго в узлах компактной треугольной решетки. Топологические состояния света циркулируют по треугольной “петле”, вписанной в 1.2-мм окружность, которая действует, как оптический резонатор для накопления энергии, необходимой для формирования луча лазерного света.
“Свет циркулирует в петле, обходя острые вершины треугольника, не искажаясь и не рассеиваясь при этом. Все это происходит лишь благодаря некоторым уникальным свойствам и особенностям топологических состояний света” – рассказывает профессор И Дун Чун (Yi Dong Chong), теоретический физик из Сингапура, – “Обычные световые волны будут разрушены, столкнувшись с такими углами, что делает невозможным их непрерывную циркуляцию по резонатору такой сложной формы”.
Интересной особенностью нового топологического лазера является то, что излучаемый им свет находится в терагерцовом диапазоне, между микроволновой и инфракрасной областями электромагнитного спектра. И, как мы уже неоднократно рассказывали на страницах нашего сайта, терагерцовое излучение имеет огромный потенциал для его использования в технологиях специализированной съемки, диагностике заболеваний, дистанционном обнаружении скрытых предметов и коммуникациях.
“Топологический лазер является ярким примером простого практического электронного устройства, в котором воплощены результаты теоретических изысканий и сложнейших исследований фундаментального физического явления” – рассказывает Джайлс Дэвис (Giles Davies), профессор из университета Лидса, – “И мы надеемся, что результаты наших исследований позволят в будущем как улучшить технологии производства лазерных систем, так и улучшить эффективность и другие характеристики этих же самых систем”.