2019-04-04 14:50:02
发射螺旋光的微激光器

研究人员最近证明了基于一种新型设计的集成微型激光器的实现,该设计以手性模式发光,从而产生光的螺旋形。如果物体可以与其镜像区分开,则称该物体是手性的。由于它们的螺旋形状,开瓶器是特别好的例子。

这种手性物体在自然界中无处不在,从旋转星系到DNA双螺旋。当相位沿其传播轴缠绕时,可以定义光的手性。在20世纪90年代,人们认识到利用光场的这种手性特征,称为轨道角动量(OAM),可能在技术上是有利的。实际上,OAM代表无限的自由度,因为相位前沿在理论上可以在光学周期内任意多次缠绕。

因此,与常用的光偏振态相比,它提供了用于编码信息的显着放大的基础,其限于二维基础。在这种更高维度的基础上复用信息将提供显着提高经典和量子信息协议效率的可能性。此外,将如此大的角动量值传递给大质量粒子是原子级光学操作方案(即原子镊子)的有力资产。

来自Palaiseau纳米科学和纳米技术中心(C2N,CNRS-Univ.Paris-Sud / Paris-Saclay)的Jacqueline Bloch领导团队的研究人员,以及里尔实验室PhLAM和克莱蒙费朗研究所Pascal的合作者,已经报道了一种新型集成激光结构的演示,该结构以手性状态发光,从而产生光的螺旋形。这种微型激光器的破坏性优势在于可以通过简单的光学装置控制螺旋形螺钉的方向(从顺时针方向到逆时针方向)。他们的工作发表在Nature Photonics上。

为了产生这些光的手性状态,研究人员使用了一种基于两种主要成分的方法。首先,他们制造了由六个耦合的微柱形成的六边形激光腔。由于其器件的旋转对称性,谐振模式使OAM具有明确定义的值。其次,为了有利于顺时针或逆时针光学模式的发射,这需要在系统中打破时间反转对称性,它们利用了偏振和光的OAM之间的工程耦合。该耦合允许通过使用圆偏振光学泵产生具有净手性的激光发射。结果,这种新型微激光器根据光学泵的圆偏振发射顺时针或逆时针相干光。

在这项工作中提出并实施的非常一般的方案为实现发射手性光的新一代微激光器铺平了道路,这些微激光器可用于在轨道角动量基础上编码信息。

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