Fontes de luz coerentes são uma das bases mais importantes tanto nas disciplinas científicas quanto nas aplicações avançadas. Como uma plataforma proeminente, As microcavidades do modo de galeria silenciosa ultrahigh-Q (WGM) testemunharam desenvolvimentos significativos de novas fontes de luz. Contudo, a simetria quiral intrínseca da geometria da microcavidade WGM e a equivalência resultante entre as duas direções de propagação do laser em uma cavidade limita severamente outras aplicações de microlasers.

Muito recentemente, uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor Xiao Yun-Feng e pelo professor Gong Qihuang da Universidade de Pequim, em colaboração com o professor Qiu Cheng-Wei da National University of Singapore e o professor Stefan Rotter da Vienna University of Technology, demonstrou um microlaser com quebra espontânea de simetria em uma microcavidade WGM de Q ultra-alto, exibindo direções de propagação reconfiguráveis ​​do laser quiral. Este trabalho foi publicado online em Nature Communications em 28 de fevereiro, 2019.

Em estudos anteriores, as soluções existentes para um microlaser quiral recorrem principalmente à quebra explícita da simetria da estrutura de uma microcavidade WGM. Infelizmente, a escalabilidade e reconfigurabilidade dessas estratégias anteriores são fortemente limitadas, uma vez que os dispositivos, uma vez fabricado, vem com um prefixo, direcionalidade do laser não adaptável. Nesse trabalho, os pesquisadores alcançaram um microlaser quiral reconfigurável em uma microcavidade WGM simétrica, utilizando a não linearidade ótica de Kerr com cavidade aprimorada.

"Empregamos lasers Raman de microcavidade no experimento, que geralmente envolvem um par de ondas balanceadas no sentido horário (CW) e anti-horário (CCW), "disse Cao Qi-Tao, um Ph.D. estudante da Universidade de Pequim e um dos co-autores deste trabalho. As ondas do laser Raman nas duas direções são acopladas através de espalhamento Rayleigh de superfície linear e modulação de fase não linear por efeito óptico de Kerr. À medida que o poder do microlaser com uma determinada fase aumenta e atinge um limite, o acoplamento linear é completamente compensado pelo acoplamento não linear. Acima deste limite, a simetria quiral do campo do laser quebra espontaneamente, e a onda Raman evolui aleatoriamente para um estado quiral com uma propagação de laser dominada por CW ou CCW. Experimentalmente, obtém-se uma relação sem precedentes de intensidades de emissão de contra-propagação superior a 160:1. Além disso, a direcionalidade de tal microlaser quiral é totalmente opticamente e dinamicamente controlada pela polarização na direção da bomba, e o limite de quebra de simetria é ajustável usando um dispersor de nanoponta.

"Nossos resultados quebram o limite de percepção de como realizar uma fonte de luz coerente reconfigurável, para permitir uma reconfigurabilidade poderosa da direcionalidade e quiralidade de um laser, e estender um impacto de longo alcance na nanofotônica on-chip e processos não lineares, "disse o professor Xiao." Esse laser de emissão quiral espontânea também pode ser estendido a várias microestruturas, e está quase livre do limite material devido à onipresença da não linearidade de Kerr. "