応用物理学：バレーエッジモードを使って電気的に励起されるトポロジカルレーザー

量子カスケードレーザーは、電気的に励起される、技術的に重要な電磁スペクトルの中赤外領域とテラヘルツ領域のコンパクトな光源である。最近、トポロジーの概念が物性物理学からフォトニクスへと広がり、角や欠陥を効率よく回避できる、トポロジカルに保護されたフォトニックモードを使った新しい種類のレーザー発振が生み出されている。これまでに実証されたトポロジカルレーザーは、光励起に外部レーザー源が必要で、従来の光周波数領域で動作する。今回我々は、トポロジカルに保護されたバレーエッジ状態に基づく、電気的に励起されるテラヘルツ量子カスケードレーザーを実証する。トポロジカル保護を与えるのに大規模な特徴を利用するトポロジカルレーザーとは異なり、今回のコンパクトな設計は、ギャップが開いた二次元のバレートロニック材料に似たフォトニック結晶のバレー自由度を使用している。鋭い角を持つ三角形の共振器の周りを局在化せずに循環するトポロジカルに保護されたバレーエッジ状態が存在するため、基礎構造に摂動を導入しても、発光ピークの間隔が規則的なレーザー発振が生じる。我々は、このトポロジカル共振器にさまざまな出力カプラーを加えて、トポロジカルレーザー発振モードの性質を調べた。今回のバレーエッジ状態に基づくレーザーは、電気的に駆動されるレーザー光源におけるトポロジカル保護の実用に向けて道を開く可能性がある。

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