Учёные Гарвардского университета, Политехнического университета Турина и Венского технического университета продемонстрировали уникальное явление в области оптики, создав систему связанных полупроводниковых кольцевых лазеров, способных генерировать необычные световые паттерны.

В ходе экспериментов исследователи использовали пару квантово-каскадных лазеров (QCL) в форме гоночных треков, соединённых между собой по прямым участкам. Свет может циркулировать в каждом треке как по часовой стрелке, так и против неё, при этом происходит обмен светом между лазерами.

Свет выводится из дорожек с помощью направленных волноводов ответвителя вдоль прямого участка каждой дорожки. Источник: Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.023802

Теодор Летсу, ведущий автор исследования, пояснил, что при сильной связи двух осцилляторов их резонансные частоты расщепляются или «гибридизируются», всё больше расходясь при увеличении силы связи. Этот эффект был подтверждён экспериментально при подаче света в один трек через волновод и измерении выхода из другого трека.

Особенность эксперимента заключается в том, что исследователям удалось одновременно активировать оба связанных лазера выше порогового значения. В этих условиях частоты, излучаемые лазерами, синхронизировались, образуя два различных частотных гребня для каждого набора гибридизированных мод. При этом впервые в полупроводниковом лазере наблюдалось явление, когда один набор частот соответствовал «тёмному» импульсу света, а другой — «яркому».

Разработанная система позволяет генерировать ультракороткие яркие импульсы света простым смещением каждого лазера, а также испускать тёмные импульсы. По словам учёных, эта технология может найти применение в спектроскопии, где оба частотных гребня могут использоваться для анализа линий поглощения газа, преобразуя оптическое поглощение в электрический сигнал.

Исследователи планируют продолжить работу, изучая возможности соединения трёх или четырёх треков, а также создания матрицы колец. Результаты исследования могут способствовать развитию различных оптических технологий, включая системы связи, спектроскопические инструменты и фотонные чипы.

Подробнее на iXBT