レーザー：オープンディラック特異点を用いたスケーラブルな単一モード面発光レーザー

単一開口共振器は、単一光モードの増幅と放出に役立つレーザーの主要構成要素である。しかし、60年前にレーザーが発明されて以来、単一モード動作を維持しながら共振器をスケールアップする取り組みは、共振器サイズが大きくなると高次横モードが出現するために妨げられてきた。共振器サイズに関わりなく単一モードレーザー発振を可能にする適切な物理機構、すなわち「スケール不変」な共振器やレーザーは、まだ見いだされていない。今回我々は、線形分散を持つオープンディラック電磁共振器が、逆格子空間において従来とは異なる損失のスケーリングを示し、これによって共振器サイズが増大しても単一モードレーザー発振が維持されることを提案するとともに、実験的に実証する。この共振器は、今回のデバイスでは、六角形パターンに配列した切頂フォトニック結晶によって実現された。この現象の物理的起源は、オープンディラック共振器では自由スペクトル領域の複素部が、別個のブロッホ帯の損失率によって規定される定数に向かって収束することにある。これに対し、一般的な共振器では、サイズが大きくなると自由スペクトル領域の複素部がゼロに収束するため、マルチモード発光が避けられない。非従来型のフラットエンベロープ基本モードは、共振器における全てのユニットセルを同相固定するため、単一モードレーザー発振につながる。我々は、そうした光源を「バークレー面発光レーザー（BerkSEL）」と名付け、その遠距離場が、我々の理論に一致して、チャージ2のトポロジカル特異点に対応することを実証する。オープンディラック共振器は、光–物質相互作用や共振器量子電磁力学への道を開く。

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