国外团队开发新型可调谐微激光，可同时发射两束圆偏振光

2022-04-01 10:41

近日，来自华沙大学、波兰军事科技大学和英国南安普顿大学的科学家们宣布开发了一种新型可调谐微激光。它能发射两束光，而且这些光束是圆偏振的，并且指向不同的角度。该研究结果发表在《物理评论·应用》（Physical Review Applied）杂志上。

据华沙大学物理系的Jacek Szczytko教授解释称，这一成果是通过在微腔表面创建一个“持续-自旋螺旋”（persistent-spin helix）而获得的。

在开发这种激光的过程中，科学家们将掺杂有有机激光染料的液晶填充到光学微腔中。这种微腔由两个完美的镜子组成，它们彼此靠得很近，距离为2-3μm，这样就可以在腔内形成一个驻留的电磁波。镜子之间的空间充满了液晶介质（用一种特殊的镜面涂层进行了进一步组织）。

同样来自华沙的第一作者Marcin Muszynski表示：“液晶的特征是其细长的分子，它们梳在镜子的表面，因此它们在外部电场的影响下竖立起来，这也会使其他分子填满空腔。”

波兰军事理工大学发现，激光微腔内分子的精确排列在腔内产生了两种线偏振光模式，即两种具有相反线偏振光的驻波。

电场改变了光腔内分子的方向，从而改变了液晶层的有效折射率。因此，它控制了光的光路长度。其中一种模态的能量不随分子旋转而改变，而另一种模态的能量则随分子方向的改变而增加。

研究团队通过光刺激放置在液晶分子之间的有机染料，获得了激光效应。液晶分子的逐渐旋转，导致了这种激光的意想不到的特性。

激光器实现了这种可调模式：激光发射一个垂直于反射镜表面的线偏振光束。液晶的使用使得光的波长随着电场的变化可以平滑地调整多达40nm。

但是，当他们旋转液晶分子这两种模式，使这两种模式重叠时，一个对分子的方向敏感，另一个不改变能量，从腔体发射出来的光突然改变了偏振，从线性变成了两个圆偏振的光束，并且指向不同的角度。

结果显示，激光的相位相干性以一种有趣的方式得到了证实。样品表面出现不同偏振度、间隔3μm的持续自旋螺旋条纹。

到目前为止，由于使用的有机染料在强光的影响下会缓慢地光降解，所以激光只能以脉冲方式工作。不过，研究小组希望未来用更耐用的聚合物或无机材料(例如钙钛矿)来替换有机发射器，从而延长其使用寿命。

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