Princípio de operação da matriz de laser SUSY. (A) Um poço de potencial infinito e seu superparceiro no regime ininterrupto de SUSY. Além do estado fundamental, todos os valores próprios do potencial primário são exatamente iguais aos do superparceiro. As autofunções do potencial primário e sua contraparte supersimétrica são transformadas uma na outra pela ação dos operadores A e A †. . (B) Representação esquemática de uma matriz de laser SUSY envolvendo uma rede ativa primária (vermelho) acoplado ao seu superparceiro com perdas (azul). O laser SUSY emite exclusivamente no modo inphase fundamental. Crédito: Ciência (2019). DOI:10.1126 / science.aav5103
Uma equipe de pesquisadores da University of Central Florida e da Michigan Technological University desenvolveu um conceito de sistema a laser baseado nos princípios da supersimetria. Em seu artigo publicado na revista Ciência , o grupo relata que seu sistema visa resolver o problema de produzir mais luz com um sistema laser compacto. Tsampikos Kottos com a Wesleyan University escreveu um artigo sobre Perspectiva sobre o trabalho feito pela equipe na mesma edição do jornal.
Kottos destaca que existem muitas aplicações da física que requerem o uso de um sistema laser compacto que também possui requisitos de alta potência de saída. Para atender a essa necessidade, muitos físicos começaram a combinar vários lasers em uma matriz. Infelizmente, esta abordagem sofre com a produção de um feixe de qualidade inferior. Kottos observa que uma maneira de superar esse problema é usar a amplificação seletiva de um único modo - mas fazer isso tem suas próprias desvantagens. Neste novo esforço, os pesquisadores criaram uma abordagem diferente - baseada nos princípios da supersimetria.
A supersimetria é uma teoria baseada na matemática que descreve a relação entre bósons e férmions - sugere que, para cada partícula elementar conhecida, tem que haver um "super parceiro" muito mais pesado. Para construir um novo tipo de sistema a laser, os pesquisadores usaram essa ideia para criar uma matriz estável de lasers semicondutores que, juntos, oferecem a potência necessária para aplicações em potencial. Mais especificamente, eles projetaram um sistema que enfatiza o modo fundamental, suprimindo os modos de ordem superior. Eles fizeram isso emparelhando-os com modos de baixa qualidade - seus superparceiros com perdas. A ideia era que o array os suportasse de forma que fossem combinados por fase com os modos de ordem superior.
Para testar suas ideias, os pesquisadores construíram um sistema criando primeiro vários poços quânticos em uma pequena (apenas 1000 nanômetros de largura) wafer de fosfeto de índio - cada um com apenas 400 nanômetros de distância. Eles estimularam a estrutura disparando um 1, Laser de comprimento de onda de 064 nanômetros nele. Isso suprimiu os modos transversais de ordem superior enquanto exibia baixa divergência. Eles relatam que o modo fundamental foi desacoplado da seção com perdas e que foi o único que obteve ganho - e isso levou ao lasing de modo único.
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