Физики доказали высокую когерентность света, испускаемого массивом вертикально-излучающих микролазеров, синхронизированных с помощью топологически защищенной моды. Для этого они сформировали из микролазеров топологический изолятор и зафиксировали интерференционную картинку от тридцати одновременно излучающих источников.

Работа опубликована в Science.

Топологические изоляторы — это необычный класс материалов, в которых проводимость существует только на поверхности. Изначально топологические изоляторы были обнаружены в электронике, однако со временем такое поведение было обнаружено и для других волновых процессов, включая свет.

Замечательной особенностью таких структур стало то, что поверхностные состояния в них оказываются топологически защищены от различных дефектов. Это свойство оказалось полезным при проектировании лазеров с инжекционной синхронизацией мод, испускаемых разными лазерами, для которой требуется эти лазеры связывать. Оказалось, что поверхностные моды в топологических изоляторах могут играть такую роль.

Попытки реализации этой идеи продолжаются уже несколько десятков лет. Среди прочих попыток особый интерес представляет синхронизация массива вертикально-излучающих лазеров. Несмотря на принципиальную возможность их инжекционной синхронизации, такие массивы используются исключительно в некогерентном ключе, например, для накачки твердотельных лазеров.

Группа физиков из Германии и Израиля при участии Себастьяна Клембт (Sebastian Klembt) из Вюрцбургского университета решила экспериментально доказать, что массив из 30 вертикально-излучающих лазеров, связанных поверхностной модой в топологическом изоляторе, может испускать свет с когерентностью, достаточной для практического использования.