Поляритонный лазер
Поляритонный лазер — это новый тип лазерного источника, который использует когерентную природу бозе-конденсатов экситон-поляритонов в полупроводниках для достижения сверхнизкопороговой генерации. [1]
В 1996 году Имамоглу и др. предложил такой новый тип источника когерентного света и объяснил концепцию [2] основан на эффекте, тесно связанном с бозе-эйнштейновской конденсацией атомов: большое количество бозонных частиц (здесь: поляритоны ) образуют конденсат в макроскопически занятом квантовом состоянии посредством вынужденного рассеяния. Конденсат поляритонов в конечном итоге обеспечивает когерентное излучение света. Таким образом, это источник когерентного света, который имеет другой рабочий механизм по сравнению с обычными лазерными устройствами. Поляритонный лазер благодаря своему принципу обещает более энергоэффективную работу лазера. Типичная полупроводниковая структура такого лазера состоит из оптического микрорезонатора, расположенного между распределенными брэгговскими отражателями .
Ранняя демонстрация поляритонной генерации и сравнение с обычной генерацией были достигнуты в 2003 году Х. Денгом и др. в Стэнфордском университете при оптическом возбуждении [1] (Поляритонная конденсация позже была полностью связана с динамической конденсацией Бозе-Эйнштейна в 2006 году Каспржаком и др. [3] ). Однако электрическая накачка поляритонного лазера, имеющая решающее значение для практического использования поляритонных источников света, не была продемонстрирована до 2013 года, когда первая и однозначная демонстрация поляритонного лазера с электрической накачкой была представлена группой исследователей из Мичиганского университета. [4] и командой из Вюрцбургского университета вместе со своими международными партнерами, использующими аналогичные методы. [5]
На этом этапе устройство с электрическим приводом работает при очень низких температурах около 10 К и требует приложения магнитного поля в геометрии Фарадея. В 2007 году была продемонстрирована работа поляритонного лазера с оптической накачкой даже при комнатной температуре. [6] [7] перспективная разработка будущих поляритонных лазеров с электрической накачкой для применения при комнатной температуре.
Отличить поляритонную генерацию от обычной (фотонной) генерации важно и сложно из-за схожих характеристик излучения. Решающий элемент успеха обеих команд заключается в гибридной природе поляритонов, материальный компонент которых (экситоны) проявляет чувствительную реакцию на внешнее магнитное поле. Команда из Мичигана под руководством Паллаба Бхаттачарья использовала комбинацию модуляционного легирования квантовых ям в активной области для усиления поляритон-электронного рассеяния и внешнего магнитного поля для усиления поляритон-фононного рассеяния и плотности экситон-поляритонного насыщения. Благодаря этим мерам они достигли сравнительно низкого порога генерации поляритонов - 12 А/см. 2 (опубликовано в журнале Physical Review Letters в мае 2013 г.). Исследования, проведенные группой в Вюрцбурге, начавшиеся с идеи создания электрического устройства в 2007 году, привели к желаемому эффекту через несколько лет в сотрудничестве с международными партнерами из США, Японии, России, Сингапура, Исландии и Германии. . Наконец, их исследования были дополнены решающим экспериментом в магнитном поле: [8] была дана однозначная проверка материальной составляющей эмиссионной моды в режиме поляритонного лазера, что привело к первой экспериментальной демонстрации [n-поляритонного лазера с электрической накачкой К. Шнайдером, А. Рахими-Иманом и соавторами из группы С. Хёфлинг (опубликовано в журнале Nature в мае 2013 г.). [9]
5 июня 2014 года команде Бхаттачарьи удалось создать то, что считается первым поляритонным лазером, который питается электрическим током, а не светом, и который также работает при комнатной температуре, а не намного ниже нуля. [10]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Дэн, Х.; Вейс, Г.; Сноук, Д .; Блох, Дж.; Ямамото, Ю. (2003). «Поляритонная генерация против фотонной генерации в полупроводниковом микрорезонаторе» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 100 (26): 15318–15323. Бибкод : 2003PNAS..10015318D . дои : 10.1073/pnas.2634328100 . ПМК 307565 . ПМИД 14673089 .
- ^ Имамоглу, А.; Рам, Р.Дж.; Пау, С.; Ямамото, Ю. (1996). «Неравновесные конденсаты и лазеры без инверсии: экситон-поляритонные лазеры». Физ. Преподобный А. 53 (6): 4250–4253. Бибкод : 1996PhRvA..53.4250I . дои : 10.1103/PhysRevA.53.4250 . ПМИД 9913395 .
- ^ Каспржак Дж.; Ричард, М.; Кундерманн, С.; Баас, А.; Жамбрун, П.; Килинг, JMJ; Маркетти, FM; Шиманска, МГ; Андре, Р.; Стели, Дж.Л.; Савона, В.; Литтлвуд, ПБ; Дево, Б.; Данг, Л.С. (2006). «Бозе-Эйнштейновская конденсация экситонных поляритонов». Природа . 443 (7110): 409–414. Бибкод : 2006Natur.443..409K . дои : 10.1038/nature05131 . ПМИД 17006506 . S2CID 854066 .
- ^ Бхаттачарья, П.; Сяо, Б.; Дас, А.; Бхоумик, С.; Хио, Дж. (2013). «Твердотельный электрически инжектируемый экситон-поляритонный лазер». Письма о физических отзывах . 110 (20): 206403. Бибкод : 2013PhRvL.110t6403B . doi : 10.1103/PhysRevLett.110.206403 . ПМИД 25167434 .
- ^ Шнайдер, К.; Рахими-Иман, А.; Ким, Нью-Йорк; Фишер Дж.; Савенко И.Г.; Амтор, М.; Лермер, М.; Вольф, А.; Воршех, Л.; Кулаковский В.Д.; Шелых И.А.; Камп, М.; Райценштейн, С.; Форшель, А.; Ямамото, Ю.; Хёфлинг, С. (2013). «Поляритонный лазер с электрической накачкой». Природа . 497 (7449): 348–352. Бибкод : 2013Natur.497..348S . дои : 10.1038/nature12036 . ПМИД 23676752 . S2CID 205233384 .
- ^ Христопулос, С.; фон Хёгерсталь, GBH; Гранди, AJD; Лагудакис, П.Г.; Кавокин, А.В. Баумберг, Дж.Дж .; Кристманн, Г.; Масло.; Фельтин, Э.; Карлин, Ж.-Ф.; Гранжан, Н. (2007). «Поляритонная генерация при комнатной температуре в полупроводниковых микрорезонаторах». Физ. Преподобный Летт . 98 (12): 126405. Бибкод : 2007PhRvL..98l6405C . doi : 10.1103/PhysRevLett.98.126405 . ПМИД 17501142 . S2CID 43418252 .
- ↑ Джонстон, Хэмиш (27 мая 2007 г.). «Поляритонный лазер достигает комнатной температуры». Мир физики .
- ^ Вюрцбургский университет (16 мая 2013 г.). «Новый тип лазера» .
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Шнайдер, Кристиан; Рахими-Иман, Араш; Ким, На Ён; Фишер, Джулиан; Савенко Иван Георгиевич; Амтор, Матиас; Лермер, Матиас; Вольф, Адриана; Воршех, Лукас; Кулаковский Владимир Дмитриевич; Шелых Иван А.; Камп, Мартин; Райценштейн, Стефан; Форшель, Альфред; Ямамото, Ёсихиса; Хёфлинг, Свен (6 мая 2013 г.). «Поляритонный лазер с электрической накачкой» . Природа . 497 (7449): 348–352. doi : 10.1038/nature12036 – через www.nature.com.
- ^ «Новый способ создания лазерных лучей с использованием в 250 раз меньше энергии — Новости Мичиганского университета» . 5 июня 2014 г.
| Основные типы |
|
|---|---|
| Гибридные типы | |
| Другие типы | |
| Теория | |
| Материалы |
|
