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Grazie agli isolatori topologici, è stato possibile combinare 30 laser in un unico laser con una potenza maggiore.

VCSEL sono il tipo più popolare di laser. Possono essere trovati in smartphone, reti di computer o dispositivi medici. Emettono luce da pozzi quantici o punti situati tra gli specchi. Le fosse e le punte sono estremamente piccole, la loro dimensione è misurata in frazioni di micrometro. Questo è un vantaggio, da un lato, in quanto consente la miniaturizzazione e il funzionamento ad alta velocità, e dall'altro, le dimensioni limitano la potenza del laser. Dopo decenni di lavoro, è stata ora sviluppata una soluzione per aumentare le prestazioni dei VCSEL in modo che possano essere utilizzati anche in aree in cui non potevano essere utilizzati in precedenza.

Per decenni, i ricercatori hanno cercato di migliorare le prestazioni dei laser a emissione superficiale di cavità verticali (VCSEL) costringendoli a lavorare in gruppo. Volevano combinare più laser in uno solo con potenza moltiplicata. Sfortunatamente, minime imprecisioni nel processo di produzione hanno portato a questo Laser lavoravano in piccoli gruppi indipendenti le cui emissioni non erano sincronizzate tra loro. Non è stato quindi possibile trovarne uno raggio laser coerente creare.

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Solo ora ci sono ricercatori intorno a Sebastian Klembt dal Universität Würzburg e Mordechai Segev dall'israeliano Technion Istituto di Tecnologia sviluppato un metodo per forzare 30 VCSEL a lavorare in modo coerente. Hanno raggiunto questo obiettivo disponendo i laser in modo che la geometria dell'insieme coincidesse con ciò che gli scienziati hanno appreso dalla loro ricerca isolatori topologici aveva imparato.

Isolatori topologici sono materiali insoliti. Sono omogenei, ma all'interno sono isolanti, mentre la loro superficie è un conduttore. Tali materiali sono stati scoperti molto tempo fa, ma la storia del loro uso nei laser ha solo 8 anni quando Segev e i ricercatori dell'Università di Rostock hanno introdotto il primo isolatore topologico fotonico. In questo laser, la luce si muoveva lungo i bordi di a matrice bidimensionale di Guide d'onda e non è stato disturbato dai loro urti. Alcuni anni dopo, Segev e un altro gruppo di colleghi hanno dimostrato che era possibile far funzionare insieme molti di questi laser. Tuttavia, il sistema presentava limitazioni significative. La luce circolava nel piano del sistema che l'aveva creata. Ciò a sua volta significava che le prestazioni del sistema erano limitate dalle dimensioni del dispositivo di emissione della luce. I ricercatori lo confrontano con una centrale elettrica che ha solo una presa.

Il nuovo array topologico VSCEL è costituito da due tipi di matrici a nido d'ape con pilastri su nanoscala sulle punte. Un tipo di matrice è una matrice allungata e l'altra è una matrice compressa. Gli scienziati hanno creato un'interfaccia speciale tra questi due. Se i parametri sono corretti, viene creata un'interfaccia topologica in cui la luce deve fluire tra i laser. Questo continuo, flusso luminoso topologicamente protetto significa che la luce di ciascun laser deve raggiungere tutti gli altri laser per ottenere un raggio coerente, spiega Segev. Quindi la luce circola in tutto l'array, ma viene anche emessa dai singoli laser che compongono l'array.

Secondo Science, un basso livello di accoppiamento nel piano è sufficiente per costringere un certo numero di singole sorgenti di emissione ad agire come un'unica sorgente.