Topologisk fotonik underbygger ett lovande paradigm för robust ljusmanipulation, samt smart design av optiska enheter med förbättrad tillförlitlighet och avancerade funktioner som styrs av den icke-triviala bandtopologin. Nanostrukturer gjorda av högindex dielektriska material med resonanselement och gitterarrangemang visar speciellt löfte för implementering av topologisk ordning för ljus i nanoskala och optiska on-chip-applikationer. Dielektriska högindex som III-V-halvledare som kan innehålla stark optisk förstärkning ytterligare förstärkt av topologisk fältlokalisering bildar en lovande plattform för aktiv topologisk nanofotonik.

I en ny artikel publicerad i Ljusvetenskap och tillämpning , ett team av forskare, ledd av Yuri Kivshar från Australian National University och Hong-Gyu Park från Korea University, och medarbetare har implementerat nanofotoniska kaviteter i ett nanopönstrat InGaAsP-membran som innehåller III-V-halvledarkvantbrunnar. Nanokaviteterna uppvisar en fotonisk analog av Valley Hall -effekten. Forskare visade lågtröskellasing vid rumstemperatur från ett hålrumsläge inom strukturens topologiska bandgap.

SEM-bilden av den tillverkade strukturen och experimentella resultat visas i bilden. Kaviteten är baserad på den slutna dalen Hall-domänväggen skapad genom inversion av svindlande nanohålstorlekar i ett bipartit bikakegaller. I det topologiska bandgapfrekvensområdet, kaviteten stöder ett kvantiserat spektrum av lägen begränsade till domänväggen. Bilderna visar emissionsprofiler i verkligt utrymme under och över tröskeln.

Forskarna förklarar:

"I experiment, vi observerar först spontan emission från kaviteten. Emissionsprofilen visar förbättringen längs hela omkretsen av den triangulära kaviteten associerad med kanttillstånd. När du ökar en pumpeffekt, vi observerar en tröskelövergång till lasning med en smal linjebredd där emissionen begränsas i de tre hörnen."

När två fläckar är isolerade, koherensen hos emissionen bekräftas av interferenskanter som observeras i de uppmätta fjärrfältstrålningsmönstren. Ett isolerat hörn avger en munkformad stråle som bär en singularitet. Dessa fynd gör ett steg topologiskt kontrollerade ultratunna ljuskällor med icke-triviala strålningsegenskaper. Forskarna förutspår:

"Den föreslagna heldielektriska plattformen lovar den mångsidiga designen av aktiva topologiska metasytor med integrerade ljuskällor. Sådana topologiska nanokaviteter har enorm potential för framsteg inom olinjär nanofotonik, lågeffekts nanolasering och kavitetskvantelektrodynamik."