可扩展单模伯克利表面发射激光器
光学
2022-02-25 v1
摘要
电磁孔径的缩放是一个长期存在的问题，至少已被研究六十年但仍未解决[1-5]。受高阶横模存在的限制，单孔径腔的尺寸从根本上限制了单模激光器的发射功率或量子光源的亮度。现有电磁孔径的自由光谱范围随孔径尺寸增大而趋于零，而尺度不变孔径或激光器的演示一直难以实现。在此，我们报道了利用倒易空间中腔模相关损耗的细微缩放特性的开放狄拉克电磁孔径。对于具有二次色散的腔，模式的复频率随腔尺寸相互趋近，使得腔不可避免地成为多模。令人惊讶的是，对于一类具有线性色散的腔，我们发现，虽然腔模实部相互趋近的过程被延迟（其仍迅速趋于零），但归一化复自由光谱范围趋于由不同布洛赫带的损耗率决定的常数。我们表明，开放狄拉克电磁孔径中腔模复频率的这种非传统缩放特性保证了大尺寸腔的单模运转。我们通过实验证明，当此类腔的尺寸放大时，其单模激光运转得以保持。我们将此类光源命名为伯克利表面发射激光器（BerkSELs）。我们进一步表明，所提出的单模 BerkSELs 的远场对应于电荷为二的拓扑奇点，与我们的理论完全吻合。开放狄拉克孔径为开放波系统中的光-物质相互作用和基础科学开辟了新途径，并在经典与量子通信、传感和成像中具有应用前景。
引用
@article{arxiv.2202.12145,
title = {Scalable single-mode Berkeley Surface Emitting Lasers},
author = {Rushin Contractor and Wanwoo Noh and Walid Redjem and Boubacar Kante},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.12145},
year = {2022}
}