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Gracias a los aisladores topológicos, fue posible combinar 30 láseres en un láser de mayor potencia.

VCSEL son el tipo de láser más popular. Se pueden encontrar en teléfonos inteligentes, redes informáticas o dispositivos médicos. Emiten luz de pozos cuánticos o puntos ubicados entre espejos. Los hoyos y puntas son extremadamente pequeños, su tamaño se mide en fracciones de micrómetro. Esto es una ventaja, por un lado, ya que permite la miniaturización y el funcionamiento a alta velocidad, y por otro lado, el tamaño limita la potencia del láser. Después de décadas de trabajo, ahora se ha desarrollado una solución para aumentar el rendimiento de los VCSEL de modo que también se puedan usar en áreas donde antes no se podían usar.

Durante décadas, los investigadores han intentado mejorar el rendimiento de los láseres emisores de superficie de cavidad vertical (VCSEL) obligándolos a trabajar en grupos. Querían combinar varios láseres en uno solo con potencia multiplicada. Desafortunadamente, inexactitudes mínimas en el proceso de fabricación dieron como resultado este Láser Trabajó en pequeños grupos independientes cuyas emisiones no estaban sincronizadas entre sí. Por tanto, no fue posible encontrar uno rayo láser coherente crear.

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Solo ahora los investigadores alrededor de Sebastian Klembt del Universität Würzburg y Mordejai Segev del israelí Instituto de Tecnología Technion desarrolló un método para obligar a 30 VCSEL a trabajar de manera coherente. Lo hicieron ordenando los láseres de modo que la geometría del conjunto coincidiera con lo que los científicos aprendieron de su investigación. aisladores topológicos había aprendido.

Aisladores topológicos son materiales inusuales. Son homogéneos, pero por dentro son aislantes, mientras que su superficie es conductora. Dichos materiales se descubrieron hace mucho tiempo, pero la historia de su uso en láseres tiene solo 8 años cuando Segev e investigadores de la Universidad de Rostock introdujeron el primer aislador topológico fotónico. En este láser, la luz se movía a lo largo de los bordes de un matriz bidimensional de Guías de ondas y no fue molestado por sus golpes. Unos años más tarde, Segev y otro grupo de compañeros de trabajo demostraron que era posible tener muchos láseres de este tipo trabajando juntos. Sin embargo, el sistema tenía limitaciones importantes. La luz circuló en el plano del sistema que la creó. Esto, a su vez, significó que el rendimiento del sistema estaba limitado por el tamaño del dispositivo emisor de luz. Los investigadores comparan esto con una planta de energía que solo tiene un enchufe.

La nueva matriz topológica VSCEL consta de dos tipos de matrices alveolares con pilares a nanoescala en las puntas. Un tipo de matriz es una matriz estirada y el otro es una matriz comprimida. Los científicos han creado una interfaz especial entre estos dos. Si los parámetros son correctos, se crea una interfaz topológica donde la luz debe fluir entre los láseres. Este continuo flujo de luz protegido topológicamente significa que la luz de cada láser tiene que llegar a todos los demás láseres para obtener un rayo coherente, explica Segev. Entonces, la luz circula por toda la matriz, pero también es emitida por los láseres individuales que componen la matriz.

Un bajo nivel de acoplamiento en el avión es suficiente para obligar a varias fuentes de emisión individuales a actuar como una sola fuente, según Science.