損失と利益-KAISTの研究者が新しいレーザーシステムを設計

韓国先端科学技術研究所（KAIST）の科学者が、室温で高度に相互作用する量子粒子を生成できるレーザーシステムを作成したと報告されています。これにより、エネルギー損失が増加するにつれて、単一のマイクロキャビティレーザーシステムがより低いしきい値エネルギーを必要とする可能性があります。研究結果は、2021年6月10日にジャーナルNaturePhotonicsに掲載されます。

対称性は自然現象を分解するための解決策を提供しますが、対称性の破れは分裂と退化を通じて予期しない物理現象を生み出します。自発的対称性の破れを伴うフォトニクスベースのパリティ時間反転対称性（PT対称性）は、損失誘起レーザー、高出力シングルモードレーザー、渦電流レーザー、一方向などの重要な効果を引き起こす可能性のあるオープンシステムを表します不可視性と非相反的な光伝搬。 PT対称性を備えた非エルミート系は、導波路、プラズマ、メタマテリアル、フォトニック結晶などの間接結合（つまり、近接場結合）を使用するさまざまなフォトニックプラットフォームで実証されています。従来の光子ベースのPTの対称性を証明するために、光子は本質的に非相互作用であるため、2光子成分で構成される設計は必然的に間接結合を仲介します。これらの空間的に分離されたフォトニックコンポーネントを使用すると、損失とゲインを別々に誘導して、非対称のゲイン/損失分布を持つ対称の実屈折率を満たすことができます。ただし、システムは各次元（つまり、形状とサイズ）の偏差に敏感であるため、結合されたフォトニックシステムを能動的および/または受動的に制御して、2つのフォトニックコンポーネント間に縮退した固有エネルギーを形成することは困難です。

従来のフォトニックプラットフォームと比較して、励起子-ポーラロン（ポラリトン）は励起子プールおよび/または相互作用することができます。たとえば、ポーラロンと、ポーラロンバリアを操作する励起子リザーバーとの間の相互作用は、非エルミート制限固有モードを生成するために使用されてきました。ただし、励起子-ポーラロン物理学では、励起子成分によって媒介される分極固有モードを直接結合する機能は考慮されていません。従来の半導体ベースの空洞では励起子の結合エネルギーが低いため、通常、ポーラロンを生成するには低温が必要です。

研究者らは、複雑な製造を行うことなく、ライン構造の縮退光子モードの断面で6重対称性、つまり上向き三角形エコーギャラリー（光子）モード（tri↑-WGM）と下向き三角形-ウィスパーギャラリー（光子）を使用しました。 ）モード（tri↓-WGM）、研究者はこの単一の六角形のマイクロキャビティ照射光を通して新しいレーザーシステムを作成しました。マイクロキャビティは損失変調された窒化ケイ素基板で処理されています。ただし、2つの純粋なフォトンモードは直接相互作用できません。