L'Institut de Mecànica Òptica de Xangai, l'Acadèmia Xinesa de Ciències, avança en l'enginyeria de simetria basada en llindar ultra baix Rydberg State d'un sol mode d'excitació polaritzada.

Recentment, un equip d'investigadors del Centre de Recerca de Materials Òptics Infrarojos, l'Institut d'Òptica i Maquinària de Precisió de Xangai (SIPM) de l'Acadèmia Xinesa de Ciències (CAS), Hongxing Dong i Long Zhang, en col·laboració amb la Universitat de Ciència i Huazhong. Technology (HUST), va informar d'un nou mecanisme per generar làsers monomode sintonitzables dinàmicament a partir d'excitacions de polaritons d'excitons amb llindars molt baixos, i els resultats de la investigació relacionats es presenten a l'article "Rydberg State Single-Mode Polariton Lasing". Rydberg State Single-Mode Polariton Lasing with Ultralow Threshold via Symmetry Engineering" es va publicar a Nano Letters.
La realització de nanolàsers monomode amb alta eficiència energètica i amplada de banda ajustable és essencial per a moltes aplicacions tecnològiques com el processament d'informació totalment òptica, el xifratge òptic, la imatge biomèdica de super-resolució i les pantalles intel·ligents miniaturitzades. Diverses estratègies adoptades actualment per obtenir làsers monomode encara tenen limitacions. A més, els mitjans actuals per regular la longitud d'ona d'emissió són inherentment estàtics i s'han d'explorar nous mecanismes capaços de generar làsers monomode ajustables dinàmicament. Els excitons polaritzats amb excitons, que tenen les propietats tant dels fotons com dels excitons, han rebut molta atenció en els últims anys. En comparació amb els làsers convencionals, els làsers d'excitons polaritzats no requereixen inversió de nombre de casa fixa i poden aconseguir l'ajustament del mode mitjançant la modulació dels estats d'excitons polaritzats amb excitons quantificats, que és una plataforma ideal per a l'estudi de làsers de llindar ultra baix ajustables dinàmicament.

Fig. 1 (a) Diagrama esquemàtic d'un estat d'excitó polaritzat quàntic en una trampa simètrica; (b) espectres PL simulats corresponents a la configuració experimental que es mostra a a; (c) estat d'excitó polaritzat quàntic en una trampa asimètrica; (d) espectres PL simulats corresponents a la configuració experimental que es mostra a c; ( e ) Imatge SEM d'una microvareta típica de ZnO; ( f ) imatge PL resolta angularment d'una microvareta típica de ZnO amb un radi d'1, 27 μm. ( g ) Imatge PL resolta espacialment d'un excitó polaritzat confinat en una trampa.
Els investigadors informen de la realització d'un excitó polaritzat monomode ajustable a partir d'estats de Rydberg molt excitats mitjançant l'enginyeria de simetria. Trencar la simetria de la funció d'ona d'excitó polaritzada mitjançant una trampa potencial i controlar la superposició espacial entre la regió de guany i el mode propi permeten la generació de làsers d'excitó polaritzat d'un sol mode reversible i dinàmic a partir d'estats d'excitó polaritzat quantificat. L'augment de l'asimetria del pou de potencial permet el làser monomode fins i tot en estats molt excitats amb un nombre quàntic principal de N=14. A més, el llindar de làser es pot reduir en sis ordres de magnitud en comparació amb el làser convencional a causa de l'excel·lent superposició del mode propi del dipòsit i el confinament espacial efectiu. El mecanisme elaborat en els resultats de la investigació no depèn de cap material específic i és aplicable a diversos sistemes d'excitons polaritzats, la qual cosa obre una nova via per al desenvolupament de làsers d'excitons polaritzats sense llindar amb sintonització dinàmica.

Fig. 2 (ad) Dependència de la posició de bombeig d'imatges PL resoltes espacialment en una trampa simètrica. Δx donat a cada figura representa el desplaçament del punt làser d'excitació des del centre de la trampa; (e) espectres corresponents a les imatges que es mostren a l'anunci, respectivament; i (fi) la dependència de la posició de bombeig d'imatges PL resoltes espacialment en una trampa asimètrica. Δx representa el desplaçament del punt làser de bombeig des del pla antípodal de la funció d'ona de polariton de l'estat fonamental. Potència de bombeig: 1,25 Pth; (j) Espectres corresponents a les imatges mostrades a f-1, respectivament.

Fig. 3 (ad) Imatges PL resoltes espacialment d'una trampa altament asimètrica bombejada selectivament a N=2, 3, 7 i 14 estats excitats, respectivament, amb potència de bomba: 1,35 Pth; ( e ) Imatges PL resoltes espacialment d'un pou altament asimètric bombat selectivament a N=2, 3, 7 i 14 estats excitats, respectivament, amb potència de bomba: 1,35 Pth.