科學(xué)家首次利用拓撲光子學(xué)創(chuàng )造激光束，性能出乎意料的優(yōu)秀

一直以來(lái)，如何更有效的發(fā)射激光是科學(xué)家的不懈追求，最新的研究打開(kāi)了全新的研究思路。

激光與原子能、半導體、計算機共同被視為20世紀的現代四項發(fā)明，激光技術(shù)就是一項用光或放電等強能量激發(fā)特定的物質(zhì)而產(chǎn)生光的技術(shù)，它應用于機械、航空、電子等多項領(lǐng)域。

目前，光纖激光器是最為廣泛應用的一種激光器。根據預測，全球光纖激光器的銷(xiāo)售額將由 2017年的 15.90 億美元增加到 2020 年的 25.00 億美元，年復合增長(cháng)率為 16.28%。隨著(zhù)激光器的急速發(fā)展，相應的，各國在激光技術(shù)上的研究也從未停止過(guò)。

在最新的研究中，以色列海法Technion研究所的Mordechai Segev及其團隊基于拓撲光子學(xué)創(chuàng )造了一個(gè)激光束，且其中的光波是同相的。這就意味著(zhù)該技術(shù)的能量損耗將會(huì )更低，即激光發(fā)射效率更高。

實(shí)驗中，研究團隊將一系列圓形通道蝕刻到半導體材料芯片的表面，并從芯片上方將紅外光投射到該結構上，這些圓形通道精確捕獲特定波長(cháng)的光波，然后使光波從一個(gè)環(huán)路移動(dòng)到下一個(gè)環(huán)路，以形成光子系統。

但是在光子系統中，波傳播的方向是可逆的，這樣會(huì )導致能量損耗。去年，在加利福尼亞大學(xué)BoubacarKanté的研究中，他采用磁場(chǎng)來(lái)限制波的傳播來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題；與之不同的是，此次Segev采用的是，圓形通道的不對稱(chēng)設計，該設計本身就會(huì )優(yōu)先篩選波的一個(gè)方向的傳播，這樣不但避免了能量損耗的問(wèn)題，還使得循環(huán)光脈沖被增強或放大。

兩種方法有著(zhù)本質(zhì)的區別，雖然BoubacarKanté的方法形成了激光束，但是利用磁場(chǎng)對其進(jìn)行限制或多或少對激光束的發(fā)射能量進(jìn)行了削弱，而Segev的改進(jìn)則要巧妙得多。

對此，Segev說(shuō)道：“這要得益于拓撲保護，該系統完美的告訴我們不完美的恰恰是最穩定的。”

“大多數物理學(xué)家懷疑拓撲光子學(xué)會(huì )和激光產(chǎn)生兼容，從而導致發(fā)射不了激光，但事實(shí)上，這些系統通常比我們現有的系統更容易工作。”

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