Principio di funzionamento dell'array laser SUSY. (A) Un pozzo potenziale infinito e il suo superpartner nell'ininterrotto regime SUSY. A parte lo stato fondamentale, tutti gli autovalori del potenziale primario sono esattamente abbinati a quelli del superpartner. Le autofunzioni del potenziale primario e della sua controparte supersimmetrica si trasformano l'una nell'altra attraverso l'azione degli operatori A e A†. . (B) Rappresentazione schematica di un array laser SUSY che coinvolge un reticolo attivo primario (rosso) accoppiato al suo superpartner con perdite (blu). Il laser SUSY emette esclusivamente in modalità infase fondamentale. Credito: Scienza (2019). DOI:10.1126/science.aav5103
Un team di ricercatori dell'Università della Florida centrale e della Michigan Technological University ha sviluppato un concetto di sistema laser basato sui principi della supersimmetria. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Scienza , il gruppo riferisce che il loro sistema è pensato per risolvere il problema di produrre più luce con un sistema laser compatto. Tsampikos Kottos con la Wesleyan University ha scritto un pezzo di Prospettiva sul lavoro svolto dal team nello stesso numero della rivista.
Kottos sottolinea che ci sono molte applicazioni fisiche che richiedono l'uso di un sistema laser compatto che ha anche requisiti di potenza ad alto rendimento. Per soddisfare questa esigenza, molti fisici hanno iniziato a combinare più laser in un array. Sfortunatamente, questo approccio soffre della produzione di una trave di qualità inferiore. Kottos osserva che un modo per superare questo problema è utilizzare l'amplificazione selettiva di una singola modalità, ma farlo ha i suoi svantaggi. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno escogitato un approccio diverso, basato sui principi della supersimmetria.
La supersimmetria è una teoria basata sulla matematica che descrive la relazione tra bosoni e fermioni:suggerisce che per ogni particella elementare conosciuta, ci deve essere un "super partner" molto più pesante. Per costruire un nuovo tipo di sistema laser, i ricercatori hanno utilizzato questa idea per creare una serie stabile di laser a semiconduttore che insieme offrono la potenza necessaria per potenziali applicazioni. Più specificamente, hanno progettato un sistema che enfatizza la modalità fondamentale sopprimendo le modalità di ordine superiore. Lo hanno fatto abbinandoli a modalità di bassa qualità, i loro super-partner in perdita. L'idea era che l'array li supportasse in modo tale che fossero abbinati in fase con le modalità di ordine superiore.
Per testare le loro idee, i ricercatori hanno costruito un sistema creando prima più pozzi quantici su un minuscolo wafer di fosfuro di indio (largo solo 1000 nanometri), ognuno dei quali dista solo 400 nanometri. Hanno stimolato la struttura sparando un 1, laser a lunghezza d'onda di 064 nanometri su di esso. In questo modo sono state soppresse le modalità trasversali di ordine superiore, pur presentando una bassa divergenza. Riferiscono che la modalità fondamentale è stata disaccoppiata dalla sezione con perdita e che era l'unica che ha sperimentato il guadagno e che ha portato al laser a modalità singola.
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