شنگھائی انسٹی ٹیوٹ آف آپٹیکل میکینکس، چائنیز اکیڈمی آف سائنسز، سمیٹری انجینئرنگ پر مبنی الٹرا لو تھریشولڈ رائڈبرگ اسٹیٹ سنگل موڈ پولرائزڈ ایکسائٹن لیزنگ میں پیشرفت کرتا ہے۔

حال ہی میں، تحقیقی مرکز برائے انفراریڈ آپٹیکل میٹریلز، چائنیز اکیڈمی آف سائنسز (سی اے ایس) کے شنگھائی انسٹی ٹیوٹ آف آپٹکس اینڈ پریسجن مشینری (ایس آئی پی ایم) کے محققین کی ایک ٹیم نے ہوازہونگ یونیورسٹی آف سائنسز اور لانگ ژانگ کے تعاون سے تحقیق کی۔ ٹیکنالوجی (HUST) نے الٹرا لو تھریش ہولڈز کے ساتھ exciton polariton excitations سے متحرک طور پر ٹیون ایبل سنگل موڈ لیزرز پیدا کرنے کے لیے ایک نئے طریقہ کار کی اطلاع دی، اور متعلقہ تحقیقی نتائج "Rydberg State Single-Mode Polariton Lasing" میں پیش کیے گئے ہیں۔ Rydberg State Single-Mode Polariton Lasing with Ultralow Threshold via Symmetry Engineering" نینو لیٹرز میں شائع ہوا تھا۔
اعلی توانائی کی کارکردگی اور ٹیون ایبل بینڈوڈتھ کے ساتھ سنگل موڈ نینو لیزرز کا حصول بہت سے تکنیکی ایپلی کیشنز جیسے آل آپٹیکل انفارمیشن پروسیسنگ، آپٹیکل انکرپشن، سپر ریزولوشن بائیو میڈیکل امیجنگ اور چھوٹے سمارٹ ڈسپلے کے لیے ضروری ہے۔ سنگل موڈ لیزرز کو حاصل کرنے کے لیے فی الحال اپنائی جانے والی متعدد حکمت عملیوں کی ابھی بھی حدود ہیں۔ اس کے علاوہ، اخراج طول موج کو ریگولیٹ کرنے کے موجودہ ذرائع فطری طور پر جامد ہیں، اور متحرک طور پر ٹیون ایبل سنگل موڈ لیزرز پیدا کرنے کے قابل نئے میکانزم کو تلاش کرنے کی ضرورت ہے۔ Exciton پولرائزڈ excitons، جس میں photons اور excitons دونوں کی خصوصیات ہیں، کو حالیہ برسوں میں بہت زیادہ توجہ ملی ہے۔ روایتی لیزرز کے مقابلے میں، پولرائزڈ ایکسائٹن لیزرز کو سیٹ ہاؤس نمبر کے الٹ جانے کی ضرورت نہیں ہوتی ہے اور یہ کوانٹائزڈ ایکسائٹن پولرائزڈ ایکسائٹن سٹیٹس کی ماڈیولیشن کے ذریعے موڈ ٹیوننگ حاصل کر سکتے ہیں، جو کہ متحرک طور پر ٹیون ایبل الٹرا لو تھریشولڈ لیزرز کے مطالعہ کے لیے ایک مثالی پلیٹ فارم ہے۔

تصویر 1 (a) ایک سمیٹرک ٹریپ میں کوانٹم پولرائزڈ ایکسائٹن حالت کا اسکیمیٹک خاکہ؛ (b) مصنوعی پی ایل سپیکٹرا جو کہ a میں دکھائے گئے تجرباتی کنفیگریشن کے مطابق ہے؛ (c) غیر متناسب ٹریپ میں کوانٹم پولرائزڈ ایکسائٹن حالت؛ (d) مصنوعی پی ایل سپیکٹرا جو کہ c میں دکھائے گئے تجرباتی کنفیگریشن سے مطابقت رکھتا ہے۔ (e) ایک عام ZnO مائکروروڈ کی SEM تصویر؛ (f) 1.27 μm کے رداس کے ساتھ ایک عام ZnO مائکروروڈ کی کونیی طور پر حل شدہ PL تصویر۔ (g) پھندے میں قید پولرائزڈ ایکسائٹن کی مقامی طور پر حل شدہ PL امیج۔
محققین سمیٹری انجینئرنگ کے ذریعے انتہائی پرجوش رائڈبرگ ریاستوں سے ٹیون ایبل سنگل موڈ پولرائزڈ ایکسائٹن لیزنگ کی اطلاع دیتے ہیں۔ ممکنہ ٹریپ کے ذریعے پولرائزڈ ایکسائٹن ویو فنکشن کی ہم آہنگی کو توڑنا اور گین ریجن اور ایگین موڈ کے درمیان مقامی اوورلیپ کو کنٹرول کرنا کوانٹائزڈ پولرائزڈ ایکسائٹن ریاستوں سے ریورس ایبل اور ڈائنامک سنگل موڈ پولرائزڈ ایکسائٹن لیزرز کی نسل کو قابل بناتا ہے۔ ممکنہ کنویں کی توازن کو بڑھانا N=14 کے پرنسپل کوانٹم نمبر کے ساتھ انتہائی پرجوش ریاستوں میں بھی سنگل موڈ لیزنگ کو قابل بناتا ہے۔ اس کے علاوہ، بہترین ریزروائر ایگین موڈ اوورلیپ اور موثر مقامی قید کی وجہ سے روایتی لیزنگ کے مقابلے لیزنگ تھریشولڈ کو چھ آرڈرز کی شدت سے کم کیا جا سکتا ہے۔ تحقیقی نتائج میں بیان کردہ طریقہ کار کسی مخصوص مواد پر منحصر نہیں ہے اور یہ مختلف پولرائزڈ ایکسائٹن سسٹمز پر لاگو ہوتا ہے، جو کہ متحرک ٹون ایبلٹی کے ساتھ تھریشولڈ فری پولرائزڈ ایکسائٹن لیزرز کی ترقی کے لیے ایک نیا راستہ کھولتا ہے۔

تصویر 2 (اشتہار) ایک ہم آہنگی کے جال میں مقامی طور پر حل شدہ PL امیجز کی پمپنگ پوزیشن پر انحصار۔ ہر اعداد و شمار میں دیا گیا Δx ٹریپ سینٹر سے جوش لیزر جگہ کی نقل مکانی کی نمائندگی کرتا ہے۔ (e) بالترتیب اشتہار میں دکھائی گئی تصاویر سے مطابقت رکھنے والا سپیکٹرا؛ اور (fi) غیر متناسب ٹریپ میں مقامی طور پر حل شدہ PL امیجز کی پمپنگ پوزیشن پر انحصار۔ Δx زمینی ریاست پولاریٹن ویو فنکشن کے اینٹی پوڈل طیارے سے پمپنگ لیزر اسپاٹ کی نقل مکانی کی نمائندگی کرتا ہے۔ پمپنگ پاور: 1.25 Pth؛ (j) بالترتیب f-1 میں دکھائی گئی تصاویر سے مطابقت رکھنے والا سپیکٹرا۔

تصویر 3 (اشتہار) N=2، 3، 7، اور 14 پرجوش ریاستوں میں بالترتیب پمپ کی طاقت کے ساتھ ایک انتہائی غیر متناسب ٹریپ کی مقامی طور پر حل شدہ PL تصاویر: 1.35 Pth؛ (e) N=2، 3، 7، اور 14 پرجوش حالتوں میں بالترتیب پمپ پاور: 1.35 Pth کے ساتھ ایک انتہائی غیر متناسب کنویں کی مقامی طور پر حل شدہ PL تصاویر۔