Laser de emisión de superficie de modo único escalable a través de singularidades abiertas de Dirac

Área de la Ciencia:

• Fotónica y tecnología láser
• Electromagnetismo y óptica
• Física de la materia condensada

Sus antecedentes:

• Las cavidades de apertura única son cruciales para el funcionamiento láser de modo único, pero se enfrentan a desafíos con la emisión multimodo a medida que aumenta el tamaño de la cavidad.
• La ampliación de las cavidades láser manteniendo la salida de un solo modo ha sido un problema persistente durante seis décadas.
• Un mecanismo láser invariante de escala, que permite el láser de modo único independientemente del tamaño de la cavidad, ha permanecido elusivo.

Objetivo del estudio:

• Proponer y demostrar experimentalmente un nuevo diseño de cavidad para lograr el láser de modo único invariante en escala.
• Investigar los mecanismos físicos subyacentes responsables del mantenimiento del funcionamiento en modo único en cavidades más grandes.
• Introducir y caracterizar una nueva clase de láseres, denominados láseres de emisión de superficie de Berkeley (BerkSEL).

Principales métodos:

• Utilizando cavidades electromagnéticas abiertas de Dirac realizadas por cristales fotónicos hexagonales truncados.
• Analizando la escala no convencional de las pérdidas en el espacio recíproco dentro de estas cavidades.
• Investigando la convergencia de la gama espectral libre compleja y su relación con las tasas de pérdida de banda de Bloch.
• Caracterizando el modo fundamental emergente de envoltura plana y sus propiedades de bloqueo de fase.

Principales resultados:

• Demostrado láser de modo único que se mantiene a medida que se aumenta el tamaño de la cavidad.
• Observación de pérdidas no convencionales en el espacio recíproco, evitando la emisión multimodo.
• Identificó la convergencia del rango espectral libre complejo a una constante regida por las tasas de pérdida de banda de Bloch.
• Confirmado que el patrón de emisión de campo lejano corresponde a una singularidad topológica de carga dos.

Conclusiones:

• Las cavidades abiertas de Dirac proporcionan un mecanismo viable para lograr el láser de modo único invariante en escala, superando las limitaciones anteriores.
• La escala de pérdidas única y las propiedades de bloqueo de modo de estas cavidades permiten un funcionamiento robusto de modo único en diferentes tamaños.
• Los láseres de emisión de superficie de Berkeley (BerkSEL) representan un avance significativo con aplicaciones potenciales en la interacción luz-materia y la electrodinámica cuántica de cavidad.