Principe de fonctionnement du réseau laser SUSY. (A) Un puits à potentiel infini et son super partenaire dans le régime SUSY ininterrompu. En dehors de l'état fondamental, toutes les valeurs propres du potentiel primaire correspondent exactement à celles du superpartenaire. Les fonctions propres du potentiel primaire et de sa contrepartie supersymétrique se transforment l'une dans l'autre par l'action des opérateurs A et A'. . (B) Représentation schématique d'un réseau laser SUSY impliquant un réseau actif primaire (rouge) couplé à son superpartenaire avec perte (bleu). Le laser SUSY émet exclusivement en mode fondamental en phase. Crédit: Science (2019). DOI :10.1126/science.aav5103
Une équipe de chercheurs de l'Université de Floride centrale et de l'Université technologique du Michigan a développé un concept de système laser basé sur les principes de la supersymétrie. Dans leur article publié dans la revue Science , le groupe rapporte que leur système est destiné à résoudre le problème de produire plus de lumière avec un système laser compact. Tsampikos Kottos de l'Université Wesleyan a écrit un article Perspective sur le travail effectué par l'équipe dans le même numéro de revue.
Kottos souligne qu'il existe de nombreuses applications physiques qui nécessitent l'utilisation d'un système laser compact qui nécessite également une puissance de sortie élevée. Pour répondre à ce besoin, de nombreux physiciens ont commencé à combiner plusieurs lasers dans un réseau. Malheureusement, cette approche souffre de la production d'un faisceau de moindre qualité. Kottos note qu'une façon de surmonter ce problème consiste à utiliser l'amplification sélective d'un seul mode, mais cela a ses propres inconvénients. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont proposé une approche différente, basée sur les principes de la supersymétrie.
La supersymétrie est une théorie mathématique qui décrit la relation entre les bosons et les fermions - elle suggère que pour chaque particule élémentaire connue, il doit y avoir un "super partenaire" beaucoup plus lourd. Pour construire un nouveau type de système laser, les chercheurs ont utilisé cette idée pour créer un réseau stable de lasers à semi-conducteurs qui offrent ensemble la puissance nécessaire aux applications potentielles. Plus précisement, ils ont conçu un système qui met l'accent sur le mode fondamental en supprimant les modes d'ordre supérieur. Ils l'ont fait en les associant à des modes de faible qualité, leurs super-partenaires à perte. L'idée était que le réseau les supporte de telle sorte qu'ils soient en phase avec les modes d'ordre supérieur.
Pour tester leurs idées, les chercheurs ont construit un système en créant d'abord plusieurs puits quantiques sur une minuscule plaquette de phosphure d'indium (seulement 1000 nanomètres de large), dont chacun n'était distant que de 400 nanomètres. Ils ont stimulé la structure en tirant un 1, Laser à longueur d'onde de 064 nanomètres. Cela a supprimé les modes transversaux d'ordre supérieur tout en présentant une faible divergence. Ils rapportent que le mode fondamental a été découplé de la section avec perte et que c'était le seul à avoir connu un gain, ce qui a conduit à un laser monomode.
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