Viện Cơ học Quang học Thượng Hải, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, Đạt được Tiến bộ về Phát xạ Exciton phân cực đơn chế độ dựa trên Kỹ thuật Đối xứng dựa trên Ngưỡng cực thấp Rydberg

Gần đây, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Quang học Hồng ngoại, Viện Quang học và Máy chính xác Thượng Hải (SIPM) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS), Hongxing Dong và Long Zhang, phối hợp với Đại học Khoa học và Khoa học Huazhong. Technology (HUST), đã báo cáo một cơ chế mới để tạo ra các tia laser đơn chế độ có thể điều chỉnh linh hoạt từ các kích thích phân cực esciton với ngưỡng cực thấp, và các kết quả nghiên cứu liên quan đã được trình bày trong bài báo "Phát xạ phân cực đơn chế độ bang Rydberg". Phát xạ phân cực đơn chế độ của bang Rydberg với ngưỡng siêu thấp thông qua kỹ thuật đối xứng" đã được xuất bản trên tạp chí Nano Letters.
Việc hiện thực hóa laser nano đơn chế độ với hiệu suất năng lượng cao và băng thông có thể điều chỉnh là điều cần thiết cho nhiều ứng dụng công nghệ như xử lý thông tin toàn quang, mã hóa quang, hình ảnh y sinh siêu phân giải và màn hình thông minh thu nhỏ. Một số chiến lược hiện được áp dụng để thu được laser đơn chế độ vẫn còn những hạn chế. Ngoài ra, các phương tiện điều chỉnh bước sóng phát xạ hiện nay vốn đã ở trạng thái tĩnh và các cơ chế mới có khả năng tạo ra các tia laser đơn mode có thể điều chỉnh động cần được khám phá. Các Exciton phân cực Exciton, có tính chất của cả photon và Exciton, đã nhận được nhiều sự chú ý trong những năm gần đây. So với các laser thông thường, laser kích thích phân cực không yêu cầu đảo ngược số nhà cố định và có thể đạt được sự điều chỉnh chế độ thông qua việc điều chế các trạng thái kích thích phân cực kích thích được lượng tử hóa, đây là một nền tảng lý tưởng để nghiên cứu các laser ngưỡng cực thấp có thể điều chỉnh linh hoạt.

Hình 1 (a) Sơ đồ trạng thái exciton phân cực lượng tử trong bẫy đối xứng; (b) phổ PL mô phỏng tương ứng với cấu hình thử nghiệm được hiển thị trong a; (c) trạng thái kích thích phân cực lượng tử trong bẫy bất đối xứng; (d) phổ PL mô phỏng tương ứng với cấu hình thử nghiệm được hiển thị trong c; (e) Ảnh SEM của microrod ZnO điển hình; (f) ảnh PL có độ phân giải góc của một microrod ZnO điển hình có bán kính 1,27 μm. (g) Ảnh PL được phân giải theo không gian của một exciton phân cực bị giam trong bẫy.
Các nhà nghiên cứu báo cáo việc hiện thực hóa sự phát ra của exiton phân cực đơn chế độ có thể điều chỉnh được từ các trạng thái Rydberg bị kích thích cao thông qua kỹ thuật đối xứng. Việc phá vỡ tính đối xứng của hàm sóng exciton phân cực thông qua một bẫy thế năng và kiểm soát sự chồng chéo không gian giữa vùng khuếch đại và mã riêng cho phép tạo ra các laser kích thích phân cực đơn chế độ động và có thể đảo ngược từ các trạng thái kích thích phân cực được lượng tử hóa. Việc tăng tính bất đối xứng của giếng thế cho phép phát laser ở chế độ đơn ngay cả ở trạng thái kích thích cao với số lượng tử chính là N=14. Ngoài ra, ngưỡng phát laser có thể được hạ xuống sáu bậc độ lớn so với phát laser thông thường do sự chồng chéo mã nguồn chứa tuyệt vời và giam giữ không gian hiệu quả. Cơ chế được xây dựng trong kết quả nghiên cứu không phụ thuộc vào bất kỳ vật liệu cụ thể nào và có thể áp dụng cho các hệ thống kích thích phân cực khác nhau, mở ra một hướng mới cho sự phát triển của laser kích thích phân cực không ngưỡng với khả năng điều chỉnh động.

Hình 2 (quảng cáo) Sự phụ thuộc vị trí bơm của hình ảnh PL được phân giải về mặt không gian trong bẫy đối xứng. Δx cho trong mỗi hình biểu thị sự dịch chuyển của điểm laser kích thích khỏi tâm bẫy; (e) quang phổ tương ứng với các hình ảnh được hiển thị trong quảng cáo; và (fi) sự phụ thuộc vị trí bơm của các ảnh PL được phân giải theo không gian trong bẫy bất đối xứng. Δx biểu thị sự dịch chuyển của điểm laser bơm khỏi mặt phẳng đối cực của hàm sóng phân cực trạng thái cơ bản. Công suất bơm: 1,25 Pth; (j) Quang phổ tương ứng với các hình ảnh được hiển thị lần lượt trong f-1.

Hình 3 (quảng cáo) Các hình ảnh PL được phân giải theo không gian của một bẫy có độ bất đối xứng cao được bơm có chọn lọc ở các trạng thái kích thích N=2, 3, 7 và 14 tương ứng với công suất bơm: 1,35 Pth; ( e ) Hình ảnh PL được phân giải theo không gian của giếng không đối xứng cao được bơm chọn lọc ở N=2, 3, 7 và 14 trạng thái kích thích tương ứng với công suất bơm: 1,35 Pth.