शंघाई इंस्टीट्यूट ऑफ ऑप्टिकल मैकेनिक्स, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज, सिमेट्री इंजीनियरिंग-आधारित अल्ट्रा-लो-थ्रेशोल्ड रिडबर्ग स्टेट सिंगल-मोड पोलराइज्ड एक्साइटन लेसिंग में प्रगति करता है

हाल ही में, इन्फ्रारेड ऑप्टिकल मैटेरियल्स के अनुसंधान केंद्र, शंघाई इंस्टीट्यूट ऑफ ऑप्टिक्स एंड प्रिसिजन मशीनरी (एसआईपीएम), चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज (सीएएस), होंगक्सिंग डोंग और लॉन्ग झांग के शोधकर्ताओं की एक टीम ने हुआझोंग यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस के सहयोग से काम किया। टेक्नोलॉजी (एचयूएसटी) ने अल्ट्रालो थ्रेशोल्ड के साथ एक्साइटन पोलारिटोन उत्तेजना से गतिशील रूप से ट्यून करने योग्य सिंगल-मोड लेजर उत्पन्न करने के लिए एक नई तंत्र की सूचना दी, और संबंधित शोध परिणाम "रिडबर्ग स्टेट सिंगल-मोड पोलारिटोन लेसिंग" पेपर में प्रस्तुत किए गए हैं। रिडबर्ग स्टेट सिंगल-मोड पोलारिटोन लेज़िंग विद अल्ट्रालो थ्रेशोल्ड वाया सिमेट्री इंजीनियरिंग" नैनो लेटर्स में प्रकाशित हुआ था।
उच्च ऊर्जा दक्षता और ट्यून करने योग्य बैंडविड्थ के साथ सिंगल-मोड नैनो-लेजर का एहसास कई तकनीकी अनुप्रयोगों जैसे कि ऑल-ऑप्टिकल सूचना प्रसंस्करण, ऑप्टिकल एन्क्रिप्शन, सुपर-रिज़ॉल्यूशन बायोमेडिकल इमेजिंग और लघु स्मार्ट डिस्प्ले के लिए आवश्यक है। एकल-मोड लेजर प्राप्त करने के लिए वर्तमान में अपनाई गई कई रणनीतियों की अभी भी सीमाएँ हैं। इसके अलावा, उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य को विनियमित करने के मौजूदा साधन स्वाभाविक रूप से स्थिर हैं, और गतिशील रूप से ट्यून करने योग्य सिंगल-मोड लेजर उत्पन्न करने में सक्षम नए तंत्र का पता लगाने की आवश्यकता है। एक्साइटॉन ध्रुवीकृत एक्साइटॉन, जिसमें फोटॉन और एक्साइटॉन दोनों के गुण होते हैं, ने हाल के वर्षों में बहुत अधिक ध्यान आकर्षित किया है। पारंपरिक लेज़रों की तुलना में, ध्रुवीकृत एक्साइटन लेज़रों को सेट-हाउस नंबर व्युत्क्रम की आवश्यकता नहीं होती है और परिमाणित एक्साइटन ध्रुवीकृत एक्साइटन राज्यों के मॉड्यूलेशन के माध्यम से मोड ट्यूनिंग प्राप्त कर सकते हैं, जो गतिशील रूप से ट्यून करने योग्य अल्ट्रा-लो-थ्रेशोल्ड लेज़रों के अध्ययन के लिए एक आदर्श मंच है।

चित्र 1 (ए) एक सममित जाल में क्वांटम-ध्रुवीकृत एक्सिटॉन अवस्था का योजनाबद्ध आरेख; (बी) ए में दिखाए गए प्रायोगिक विन्यास के अनुरूप सिम्युलेटेड पीएल स्पेक्ट्रा; (सी) एक असममित जाल में क्वांटम-ध्रुवीकृत एक्साइटन अवस्था; (डी) सी में दिखाए गए प्रायोगिक विन्यास के अनुरूप सिम्युलेटेड पीएल स्पेक्ट्रा; (ई) एक विशिष्ट ZnO माइक्रोरोड की SEM छवि; (एफ) 1.27 माइक्रोन की त्रिज्या के साथ एक विशिष्ट ZnO माइक्रोरोड की कोणीय रूप से हल की गई पीएल छवि। (जी) एक जाल में सीमित ध्रुवीकृत एक्सिटॉन की स्थानिक रूप से हल की गई पीएल छवि।
शोधकर्ताओं ने समरूपता इंजीनियरिंग के माध्यम से अत्यधिक उत्साहित रिडबर्ग राज्यों से ट्यून करने योग्य सिंगल-मोड ध्रुवीकृत एक्सिटॉन लेज़िंग की प्राप्ति की रिपोर्ट दी है। एक संभावित जाल के माध्यम से ध्रुवीकृत एक्साइटन तरंग फ़ंक्शन की समरूपता को तोड़ना और लाभ क्षेत्र और ईजेनमोड के बीच स्थानिक ओवरलैप को नियंत्रित करना, परिमाणित ध्रुवीकृत एक्साइटन राज्यों से प्रतिवर्ती और गतिशील एकल-मोड ध्रुवीकृत एक्साइटन लेजर की पीढ़ी को सक्षम करता है। संभावित कुँए की विषमता को बढ़ाने से N=14 की प्रमुख क्वांटम संख्या के साथ अत्यधिक उत्तेजित अवस्था में भी एकल-मोड लेज़िंग सक्षम हो जाती है। इसके अलावा, उत्कृष्ट जलाशय ईजेनमोड ओवरलैप और प्रभावी स्थानिक कारावास के कारण पारंपरिक लेज़िंग की तुलना में लेज़िंग सीमा को परिमाण के छह आदेशों तक कम किया जा सकता है। अनुसंधान परिणामों में विस्तृत तंत्र किसी विशिष्ट सामग्री पर निर्भर नहीं करता है और विभिन्न ध्रुवीकृत एक्साइटन प्रणालियों पर लागू होता है, जो गतिशील ट्यूनेबिलिटी के साथ थ्रेशोल्ड-मुक्त ध्रुवीकृत एक्साइटन लेजर के विकास के लिए एक नया रास्ता खोलता है।

चित्र 2 (विज्ञापन) एक सममित जाल में स्थानिक रूप से हल की गई पीएल छवियों की पंपिंग स्थिति निर्भरता। प्रत्येक चित्र में दिया गया Δx जाल केंद्र से उत्तेजना लेजर स्पॉट के विस्थापन को दर्शाता है; (ई) क्रमशः विज्ञापन में दिखाई गई छवियों के अनुरूप स्पेक्ट्रा; और (फाई) एक असममित जाल में स्थानिक रूप से हल की गई पीएल छवियों की पंपिंग स्थिति निर्भरता। Δx ग्राउंड-स्टेट पोलारिटोन तरंग फ़ंक्शन के एंटीपोडल विमान से पंपिंग लेजर स्पॉट के विस्थापन का प्रतिनिधित्व करता है। पम्पिंग शक्ति: 1.25 Pth; (जे)क्रमशः f-1 में दिखाई गई छवियों के अनुरूप स्पेक्ट्रा।

चित्र 3 (विज्ञापन) अत्यधिक असममित जाल की स्थानिक रूप से हल की गई पीएल छवियां, पंप शक्ति के साथ क्रमशः एन=2, 3, 7, और 14 उत्तेजित अवस्थाओं पर पंप की गईं: 1.35 पीटीएच; (ई) एक अत्यधिक असममित कुएं की स्थानिक रूप से हल की गई पीएल छवियां, पंप शक्ति के साथ क्रमशः एन=2, 3, 7, और 14 उत्तेजित अवस्थाओं पर पंप की गईं: 1.35 पीटीएच।